JP2008292016A - 冷凍装置、空気調和装置及びこれらの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポンプダウン運転の際に、圧縮機15の吐出配管16と吸入配管20とを連結する連結配管81に設けられた開閉弁80を開弁して熱源側ユニット11への冷媒戻り量を低減し、残留冷媒の急激な戻りを緩和するようにした。
【選択図】図1
Description
この種の蓄熱式空気調和装置では、例えば夜間の電力料金の低い時間帯には、製氷運転として、室外熱交換器からの液冷媒を蓄熱用熱交換器に供給した後、室内熱交換器をバイパスさせて室外熱交換器に流すことにより蓄熱ユニット内の蓄熱槽に氷を作り、例えば昼間、気温が上昇する時間帯には、蓄熱利用冷房運転として、室外熱交換器からの液冷媒を蓄熱用熱交換器に循環させて蓄熱槽内の氷と熱交換させて、過冷却状態の液冷媒を作り、この過冷却状態の液冷媒を室内熱交換器に供給して被調和室の冷房運転を行うものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、この種の蓄熱式空気調和装置には、冬期は冷凍サイクルを切り換えて被調和室の暖房運転を行ったり、圧縮機からの高温ガス冷媒を蓄熱用熱交換器に供給して蓄熱ユニットに温水を蓄える温水蓄熱運転を行ったり、この温水を利用して室外熱交換器の除霜を行う温水除霜運転を行うものが提供されている。
しかしながら、蓄熱用熱交換器を大型化した場合や、長配管のために冷媒チャージ量が多くなった場合は、アキュムレータへ一気に冷媒が戻って圧縮機に液バックする可能性が高くなり、圧縮機内のオイルの挙動が不安定になるおそれがある。これを解消するためには、上述したアキュムレータの容量を大きくすればよいが、このような対策は機器を大型化するだけで現実的ではない。
この発明によれば、ポンプダウン運転の際に、圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを連結する連結通路に設けられた開閉弁を開けて熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させる制御手段を備えるので、熱源側ユニットへの残留冷媒の急激な戻りを緩和することができる。
また、上記構成において、前記連結通路の一端を、前記アキュムレータと前記圧縮機との間の吸入配管における前記アキュムレータ出口近傍に連結して、前記ポンプダウン運転時に前記吐出配管内の高圧ガス冷媒により前記アキュムレータから出た冷媒のガス化を促進させることが好ましい。この構成によれば、アキュムレータから出た液冷媒のガス化を促すことでき、圧縮機への液戻りを抑制することができる。
この発明によれば、ポンプダウン運転の際に、圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを連結する連結通路に設けられた開閉弁を開けて熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させるので、熱源側ユニットへの残留冷媒の急激な戻りを緩和することができる。
この発明によれば、ポンプダウン運転の際に、前記圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを連結する連結通路に設けられた開閉弁を開けて熱源側ユニットへの液戻り量を低減させるので、熱源側ユニットへの残留冷媒の急激な戻りを緩和することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の構成を示す図である。この空気調和装置10は、熱源側ユニット11と、この熱源側ユニット11に接続された蓄熱ユニット12及び室内ユニット13と、これら各ユニット11を統括的に制御する制御装置70とを備えて構成される。
この空気調和装置10は、同図に示すように、熱源側ユニット11と蓄熱ユニット12とを別体で構成しており、この構成により、蓄熱ユニット12に大型のもの(以下に述べる蓄熱用熱交換器35の容量が大きいもの)を使用可能で、かつ、蓄熱ユニット12を備えない空気調和装置に使用されていた室外ユニットを熱源側ユニット11として使用可能に構成されている。
上記製氷弁41及びPD弁42はいずれも電磁弁等の開閉弁が適用されるが、PD弁42には、製氷弁41の弁口径よりも小さい弁口径の開閉弁が適用され、これら開閉弁の両方を開にしたり、一方だけを開にすることで冷媒通過面積を可変して冷媒流量を調整する冷媒流量調整部43が構成される。
また、蓄熱電動膨張弁37と蓄熱用熱交換器35との間の冷媒配管36は、第4冷媒配管50を介して室内ユニット13の冷媒配管62に接続され、この第4冷媒配管50には、SC弁51、逆止弁52及び室内電動膨張弁53が順に接続される。すなわち、本構成では、室内電動膨張弁53を室内ユニット13ではなく、蓄熱ユニット12内に配置しており、これによって室内ユニット13での弁制御を不要にしている。
また、室内ユニット13には、各室内熱交換器65の中間温度検出用の温度センサT20、T20、各室内熱交換器65の分流側の温度検出用の温度センサT21、T21、及び、各室内熱交換器65が配置された被調和室の室温を検出する室温センサ(図示略)等が配置されている。
(1)製氷運転(図1)
この空気調和装置10の製氷運転は、例えば、夏期の夜間1時から翌朝6時までの電力料金が安い時間帯に、熱源側ユニット11における熱源側熱交換器18からの液冷媒を蓄熱ユニット12における蓄熱槽34内の蓄熱用熱交換器35へ供給し、蓄熱槽34内に氷を作る運転である。なお、この運転制御及び以下に述べる運転制御は熱源側ユニット11内の制御装置70が実行するものとする。
この場合には、蓄熱ユニット12において、図1及び図4に示すように、液管弁56、SC弁51及び解氷弁48が閉弁され、蓄熱電動膨張弁37、製氷弁41及びPD弁42が開弁制御される。また、室内電動膨張弁(室内メカ弁)53は閉弁され、熱源側ユニット11の四方弁17はOFF、開閉弁(SV弁)80は閉弁され、室外電動膨張弁(室外メカ弁)19A及び19Bは全開(本例では500パルスが全開)に制御される。
この蓄熱用熱交換器35内に流入した冷媒は蒸発されて、蓄熱用熱交換器35の外周に氷を付着した状態で形成する。その後、蓄熱用熱交換器35内のガス冷媒は、製氷弁41、PD弁42、四方弁17及びアキュムレータ21を経て圧縮機15に戻される。この製氷運転によって蓄熱槽34内に氷が形成され、この氷に蓄熱された冷熱が、次の蓄熱利用冷房運転にて利用される。
この空気調和装置10の蓄冷利用冷房運転は、例えば、昼間、気温が上昇する時間帯に、熱源側ユニット11における熱源側熱交換器18からの液冷媒を、蓄熱ユニット12における蓄熱槽34内の蓄熱用熱交換器35へ供給させて過冷却状態とし、この過冷却状態の液冷媒を室内ユニット13の室内熱交換器65へ供給して実施される。
この場合には、蓄熱ユニット12において、室内電動膨張弁53、解氷弁48、SC弁51が開弁されて、液管弁56、製氷弁41、PD弁42が閉弁される。また、蓄熱電動膨張弁37は開弁される。熱源側ユニット11においては、四方弁17はOFF、開閉弁(SV弁)80は閉弁される。
この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機15が起動されると、この圧縮機15から吐出されたガス冷媒は、図2に破線矢印で示すように、四方弁17を介して熱源側熱交換器18にて凝縮され、室外電動膨張弁19A及び19Bを経て減圧されてレシーバタンク38に流入し、ここで余剰の液冷媒が貯留される。このレシーバタンク38を経た冷媒は、解氷弁48及び逆止弁49を経て分岐され、この冷媒の多くが蓄熱槽34内の蓄熱用熱交換器35へ流入する。
この蓄熱利用冷房運転では、前述の製氷運転で蓄熱槽34内の氷に蓄熱された冷熱を利用し、蓄熱槽34の蓄熱用熱交換器35内で液冷媒を過冷却状態として室内熱交換器65へ供給するので、この室内熱交換器65における冷房運転の効率を向上させることができる。
この空気調和装置10における通常冷房運転は、蓄熱ユニット12における蓄熱槽34内の氷に蓄熱された冷熱を利用しないで実施される冷房運転である。この場合、液管弁56、PD弁42が開弁し、そのほかの解氷弁48、SC弁51、製氷弁41及び蓄熱電動膨張弁37がすべて閉弁操作される。また、室内電動膨張弁53は空調負荷に応じて開弁される。熱源側ユニット11においては、四方弁17はOFFに、開閉弁(SV弁)80は閉弁される。
この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機15が起動されると、この圧縮機15から吐出されたガス冷媒は、図2に一点鎖線矢印で示すように、四方弁17を介して熱源側熱交換器18にて凝縮され、室外電動膨張弁19A及び19Bを経て減圧されてレシーバタンク38に流入し、ここで余剰の液冷媒が貯留される。このレシーバタンク38を経た冷媒は、液管弁56、室内電動膨張弁53を経て、室内熱交換器65へ流入し、この室内熱交換器65で蒸発して室内を冷房した後、冷媒配管61、44、31、四方弁17及びアキュムレータ21を経た後、圧縮機15へ戻される。
この空気調和装置10の温水蓄熱運転は、例えば、冬期の夜間1時(AM1時)から翌朝6時までの電力料金の安い時間帯に、圧縮機15からの高温高圧のガス冷媒を蓄熱ユニット12における蓄熱槽34の蓄熱用熱交換器35へ供給し、蓄熱槽34内の水を温水とする運転である。
この場合には、蓄熱ユニット12において、液管弁56、製氷弁41、PD弁42及び蓄熱電動膨張弁37が開弁され、解氷弁48及びSC弁51が閉弁操作される。また、室内電動膨張弁53は閉弁される。また、熱源側ユニット11においては、四方弁17はONに、開閉弁(SV弁)80は閉弁される。
この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機15が起動されると、この圧縮機15から吐出された高温高圧のガス冷媒は、図3に実線矢印で示すように、四方弁17、製氷弁41及びPD弁42を経て、蓄熱槽34の蓄熱用熱交換器35内で凝縮され、蓄熱槽34内の水を温水とする。その後、蓄熱用熱交換器35内の凝縮冷媒は、蓄熱電動膨張弁37及びレシーバタンク38を経て室外電動膨張弁19A及び19Bで減圧され、熱源側熱交換器18にて蒸発された後、四方弁17及びアキュムレータ21を経て圧縮機15へ戻される。この温水蓄熱運転によって温水が作られ、この温水に蓄熱された温熱が、次の温水除霜運転に利用される。
この空気調和装置10の暖房運転時における温水除霜運転は、蓄熱ユニット12における蓄熱槽34の温水を利用して熱源側熱交換器18の除霜を実施するものである。この場合、上記製氷運転時と同様に、蓄熱ユニット12において、液管弁56、SC弁51及び解氷弁48が閉弁され、蓄熱電動膨張弁37、製氷弁41及びPD弁42が開弁制御される。また、室内電動膨張弁(室内メカ弁)53は閉弁され、熱源側ユニット11内の室外電動膨張弁(室外メカ弁)19A及び19Bは全開(本例では500パルスが全開)に制御される。また、熱源側ユニット11においては、四方弁17はOFFに、開閉弁(SV弁)80は閉弁される。
この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機15が起動されると、図1に実線矢印で示すように、蓄熱槽34の蓄熱用熱交換器35において、蓄熱槽34内の温水の熱を吸熱して冷媒が蒸発し、このガス冷媒が、製氷弁41、PD弁42、四方弁17及びアキュムレータ21を経て圧縮機15に至る。この圧縮機15により冷媒は高温高圧ガスとなり、熱源側熱交換器18での放熱によって熱源側熱交換器18に付着した霜を除霜する。このように、蓄熱槽34内の温水を利用することによって熱源側熱交換器18の除霜効率が向上する。
この空気調和装置10の通常暖房運転は、蓄熱ユニット12における蓄熱槽34内の温水を利用しないで実施される暖房運転である。この場合、上記通常冷房運転と同様に、液管弁56が開弁し、そのほかの解氷弁48、SC弁51、製氷弁41、PD弁42及び蓄熱電動膨張弁37がすべて閉弁操作される。また、室内電動膨張弁53は空調負荷に応じて開弁される。なお、熱源側ユニット11においては、四方弁17はONに、開閉弁(SV弁)80は閉弁される。
この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機15から吐出されたガス冷媒は、図3の破線矢印で示すように、四方弁17を経て室内ユニット13の室内熱交換器65に至って凝縮されて液冷媒となり室内を暖房する。その後、この液冷媒は、蓄熱ユニット12の液管弁56を経て、熱源側ユニット11の室外電動膨張弁19A及び19Bで減圧され、熱源側熱交換器18にて蒸発された後、四方弁17及びアキュムレータ21を経て圧縮機15へ戻される。
この場合、圧縮機15の吐出配管16と吸入配管20とが連結配管81を介して連通しているので、圧縮機15が吐出する高圧ガス冷媒が連結配管81を通って吸入配管20を経て圧縮機15へ戻る循環経路が形成される。このため、ポンプダウン運転中継続して圧縮機15の吐出側と吸込側との圧力差が低減され、熱源側ユニット11への冷媒戻り量が低減して急激な残留冷媒の戻りを回避することができる。
さらに、残留冷媒を戻す戻り経路(冷媒配管40)に並列に設けられた製氷弁41及びPD弁42のうち、弁口径が小さいPD弁42だけを開弁して製氷弁41を閉弁するので、これによっても残留冷媒の急激な戻りを抑制することができる。これらにより、圧縮機15への液戻りを抑制でき、圧縮機15内のオイルの挙動が抑えられてオイル挙動が安定する。
図6は夏期の動作を示すフローチャートである。
制御装置70は、現在時刻が予め設定された製氷運転開始時刻(本例ではAM1時)か否かを判定しており(ステップS1)、製氷運転開始時刻に至ると、製氷運転開始の他の条件を満たすか否かを判定し(ステップS2)、製氷運転する場合、ポンプダウン運転を開始して前述したポンプダウン運転を行う(ステップS3、S4)。この場合、制御装置70は、温度センサT1により検出した圧縮機15の吐出温度や温度センサT3、T4により検出した熱源側熱交換器18の温度が閾値温度より高くなったり、吸込センサS1により検出した圧力が閾値より低くなったりするまで、最大2分間の範囲でポンプダウン運転を継続した後、ポンプダウン運転を終了する(ステップS5)。
次いで、制御装置70は、現在時刻を監視し(ステップS9)、AM6時以前であれば待機し、AM6時〜AM8時の間であれば、通常冷房運転を実施する(ステップS10)。一方、制御装置70は、ステップS9の判定でAM8時移行と判定すると、或いは、通常冷房運転中にAM8時移行になると(ステップS11:YES)、蓄熱利用冷房運転を実施する(ステップS12)。以上が夏期の動作である。
図7は冬期の動作を示すフローチャートである。前提として、制御装置70は、時刻が予め設定された温水蓄熱運転時間帯(AM1時〜AM6時)であれば、温水蓄熱運転を行い、それ以外の時間は暖房運転を行う。かかる運転を行っている場合(ステップS21)、制御装置70は、温度センサT2で検出した外気温度及び暖房運転継続時間等により低外気下での暖房運転が長時間継続したために熱源側熱交換器18の除霜が必要か否かを判定している(ステップS22)。
次いで、ポンプダウン運転を終了すると、ポンプダウンのあと除霜運転を行う(ステップS27)。これによって、熱源側熱交換器18の霜を除去して熱交換効率を適切に維持した運転を行うことができる。以上が冬期の動作である。
特に、本実施形態のように熱源側ユニット11と蓄熱ユニット12とを別体で構成した場合、これらを一体で構成した従来のものよりも蓄熱量を大型化する等の発展性を確保し易いため、蓄熱用熱交換器35の容量が大きかったり、配管長が長くなって冷媒チャージ量が多くなり、ポンプダウン運転時に残留冷媒が一気に戻る事態が生じやすい。
例えば、上述の実施形態では、熱源側ユニット11と蓄熱ユニット12とを別体で構成した蓄熱式空気調和装置に本発明を適用する場合について説明したが、これらを一体に構成したものにも適用できることは言うまでもない。
また、熱源側ユニット11と蓄熱ユニット12と室内ユニット13とを有する空気調和装置に本発明を適用する場合について述べたが、これに限らず、要は、熱源側ユニット側に冷媒を回収するポンプダウン運転を可能にした冷凍装置に広く適用することができる。この冷凍装置には、例えば、熱源側ユニットと室内ユニット(利用側ユニット)だけを備えた空気調和装置や、熱源側ユニットとショーケースユニット(利用側ユニット)だけを備えたショーケース装置等の熱源側ユニットと利用側ユニットだけの構成が含まれる。この構成の場合、ポンプダウン運転で利用側ユニット内の残留冷媒を回収する場合に、残留冷媒の急激な戻りを緩和することが可能になる。
11 熱源側ユニット
12 蓄熱ユニット(利用側ユニット)
13 室内ユニット(利用側ユニット)
15 圧縮機
16 吐出配管
18 熱源側熱交換器(利用側熱交換器)
20 吸入配管
21 アキュムレータ
41 製氷弁(第1開閉弁)
42 PD弁(第2開閉弁)
65 室内熱交換器(利用側熱交換器)
70 制御装置(制御手段)
80 開閉弁(SV弁)
81 連結配管(連結通路)
Claims (7)
- アキュムレータ、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、利用側熱交換器を有する利用側ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、圧縮機を低速運転して熱源側ユニット側に冷媒を回収するポンプダウン運転を可能にした冷凍装置において、
前記圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを開閉弁を介して連結する連結経路を備えると共に、ポンプダウン運転の際に、前記開閉弁を開けて熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させる制御手段を備えることを特徴とする冷凍装置。 - アキュムレータ、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、蓄熱用熱交換器を有する蓄熱ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、圧縮機の吐出冷媒を熱源側熱交換器、蓄熱用熱交換器の順に通した後、室内熱交換器をバイパスさせて圧縮機に戻して製氷運転若しくは温水除霜運転を可能にした空気調和装置において、
前記圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを開閉弁を介して連結する連結経路を備えると共に、前記製氷運転若しくは温水除霜運転の開始前に、前記圧縮機を低速運転して前記蓄熱ユニット内の残留冷媒を前記熱源側ユニットに回収するポンプダウン運転を行い、このポンプダウン運転の際に、前記開閉弁を開けて熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させる制御手段を備えることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項2に記載の空気調和装置において、
前記残留冷媒を前記熱源側ユニット側に戻す戻り経路に、第1開閉弁と、この第1開閉弁より弁口径が小さい第2開閉弁とを並列接続し、
前記制御手段は、前記製氷運転若しくは温水除霜運転を行っている場合、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁を開制御して冷媒循環量を増大し、ポンプダウン運転の場合、前記第1開閉弁を閉じて前記第2開閉弁を開けた状態に制御して熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させたことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項2又は3に記載の空気調和装置において、
前記制御手段は、ポンプダウン運転の間、前記開閉弁を継続して開けてポンプダウン運転終了時に前記開閉弁を閉じることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項2乃至4のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
前記連結通路の一端を、前記アキュムレータと前記圧縮機との間の吸入配管における前記アキュムレータ出口近傍に連結して、前記ポンプダウン運転時に前記吐出配管内の高圧ガス冷媒により前記アキュムレータから出た冷媒のガス化を促進させたことを特徴とする空気調和装置。 - アキュムレータ、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、利用側熱交換器を有する利用側ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、圧縮機を低速運転して熱源側ユニット側に冷媒を回収するポンプダウン運転を可能にした冷凍装置の制御方法において、
ポンプダウン運転の際に、前記圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを連結する連結通路に設けられた開閉弁を開けて熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させたことを特徴とする冷凍装置の制御方法。 - アキュムレータ、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、蓄熱用熱交換器を有する蓄熱ユニットとを配管接続して冷媒回路を構成し、圧縮機の吐出冷媒を熱源側熱交換器、蓄熱用熱交換器の順に通した後、室内熱交換器をバイパスさせて圧縮機に戻して製氷運転若しくは温水除霜運転を可能にした空気調和装置の制御方法において、
前記製氷運転若しくは温水除霜運転の開始前に、前記圧縮機を低速運転して前記蓄熱ユニット内の残留冷媒を前記熱源側ユニットに回収するポンプダウン運転を行い、このポンプダウン運転の際に、前記圧縮機に接続された吐出配管と吸入配管とを連結する連結通路に設けられた開閉弁を開けて熱源側ユニットへの冷媒戻り量を低減させたことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
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