JP2011027314A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機2、室外熱交換器4及びアキュームレーター6から少なくとも構成される室外機1を複数有する空気調和装置において、室外熱交換器4に流入する冷媒量を調整する複数の流量調整弁5と、室外熱交換器4のそれぞれの出口側の過熱度が所定値以下となり、かつ圧縮機2のそれぞれの吐出過熱度の差が所定の範囲内となるように、流量調整弁5を制御する制御装置14,23と、を備えるものである。
【選択図】図1
Description
また、この種の空気調和装置としては、例えば、均液・余剰冷媒処理を実施するため、圧縮機等における過熱度を目標として室外機の流量調整弁の開度を制御するものもある(例えば、特許文献2、3参照)。
(1)室外機の出口側の過熱度において絶対値の目標値を定めないため、例えば室外機内の冷媒が高乾き度となり、室外機の能力が低下する恐れがある。また、例えば室外機内の冷媒が過度の湿り状態となり、アキュームレーター内に溜まった冷媒がオーバーフローすることで、圧縮機(室外機)の信頼性を損なう恐れがある。また、過熱度合わせの冷媒流量調整と、室内機側の負荷変動に応じた冷媒流量制御との対応がとれず、結果として追従できなかったり、時間を要する場合がある。そして、最悪の場合、1台の室外機にすべての余剰冷媒が溜まろうとしてしまうことが起こり得るため、それに備えようとすると各室外機のアキュームレーターの容積を十分に大きくしておく必要がある。
(2)アキュームレーターに設けた液面検知器により冷媒流量を制御するようにしているが、液面検知器のコスト・生産性・信頼性を考慮すれば、アキュームレーターの容積を十分大きくして液冷媒をオーバーフローさせない方が現実的である。しかし、これは室外機(空気調和装置)のコンパクト化、低コスト化が要求される現状と合致しない。
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置を示す構成図である。以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、ここでは室外機が2台、室内機が2台接続されているものとして説明する。
室外熱交換器4a,4bの他方の端部は、液分岐管20a,20bと接続されている。この液分岐管20a,20bには、室外熱交換器4a,4bへ流入する冷媒の量を調整する流量調整弁5a,5bが設けられている。
圧力センサー15a,15bは、圧縮機2a,2bの吐出側に設けられており、圧縮機2a,2bから吐出された冷媒の圧力を計測する。圧力センサー16a,16bは、圧縮機2a,2bの吸入側に設けられており、圧縮機2a,2bが吸入する冷媒の圧力を計測する。
温度センサー17a,17bは、圧縮機2a,2bの吐出側に設けられており、圧縮機2a,2bから吐出された冷媒の温度(又はこの冷媒が流れる配管の温度)を計測する。温度センサー18a,18bは、室外熱交換器4a,4bと四方弁3a,3bとの間(室外熱交換器4a,4bのガス側出口)に設けられており、室外熱交換器4a,4bから流出した冷媒の温度(又はこの冷媒が流れる配管の温度)を計測する。
なお、制御装置14及び制御装置23を構成する各制御手段は、制御装置14に設けられていてもよいし、制御装置23に設けられていてもよい。このため、図4では、制御装置14及び制御装置23を区別することなく示している。
また、室外流量制御手段33により、流量調整弁5a,5bは、予め定められた初期開度、例えば全開又は全開に近い開度に制御される。
本実施の形態では、圧縮機制御手段30、室外熱交換量制御手段31及び室外流量制御手段33は各室外機1a,1bにある制御装置14a,14bに設けられ、室内過熱度制御手段32は室内機8c,8dの制御装置23c,23dに設けられている。
なお、制御装置14及び制御装置23を構成する各制御手段は、制御装置14に設けられていてもよいし、制御装置23に設けられていてもよい。このため、図3では、制御装置14及び制御装置23を区別することなく示している。また、図3には、暖房運転時の制御に必要な制御手段を示している。
また、室外流量制御手段33は、後述する圧縮機吐出過熱度及び蒸発器出口過熱度に基づいて流量調整弁5a,5bの開度を制御する。
本実施の形態では、圧縮機制御手段30、室外熱交換量制御手段31及び室外流量制御手段33は各室外機1a,1bにある制御装置14a,14bに設けられ、室内過冷却度制御手段34は室内機8c,8dの制御装置23c,23dに設けられる。
空気調和装置の室外機を1台で構成する場合、空気調和装置の能力に見合った分の容積のアキュムレーターを設ければよい。つまり、空気調和装置の能力が大きくなると、アキュムレーターの容積も大きくなる。
一方、空気調和装置の室外機を複数台で構成する場合、均液制御が十分に機能せずに一台の室外機に余剰冷媒が集中する状態も考慮すると、各室外機のアキュムレーターの容積は、空気調和装置の室外機を1台で構成する場合と同じ容積としなくてはならない。このように、室外機を複数台で構成した空気調和装置は、発生する余剰冷媒量が同じであっても、空気調和装置におけるアキュムレーターの容積の総計が均液制御の良否によって大きく異なり、コスト・コンパクト性に影響を及ぼす。そこで、本実施の形態では、均液制御を十分に機能させるための制御を行う。
以下、図4に基づいて流量調整弁5a,5bの開度と液管内の冷媒量の関係について説明する。なお以下では、蒸発圧力、凝縮圧力はおおよそ一定であり、高低差圧を占めるのは流量調整弁5a,5bの圧損、液管の圧損、及び膨張弁10c,10dの圧損であるとして説明する。
図5は、流量調整弁5a,5bの開度を変化させた際の室外機1a,1bの状態を表す特性図である。この図5は、暖房運転時における室外機1a,1bの状態を表している。
液管内の冷媒増加分によりアキュムレーター6a,6bの液冷媒量が減少するが、流量調整弁5a,5bの開度が図中の開度Aまでは、アキュムレーター6a,6b内に冷媒が存在している状態となっている。このため、圧縮機2a,2bの吸入側における乾き度(以下、圧縮機吸入乾き度という)は1近傍となる。この結果、圧縮機2a,2bの吐出側の過熱度(以下、圧縮機吐出過熱度という)は一定値近傍で若干増加する程度であり、圧縮機2a,2bの信頼性は確保される。また、蒸発器である室外熱交換器4a,4bにおける冷媒滞留量に変化はなく、その出口過熱度(以下、蒸発器出口過熱度という)は0近傍となる。このため、室外熱交換器4a,4bの熱交換性能は高い。
また、流量調整弁5a,5bの開度の減少に伴って膨張弁10c,10dの開度を増加させる必要があるが、最終的には膨張弁10c,10dの開度が全開又は全開に近い状態となる。このため、凝縮器である室内熱交換器9c,9dの室内熱交換器出口過冷却度が目標値以上となってしまい、要求される暖房能力を発揮できない恐れがある。また、膨張弁10c,10dの開度制御による室外機1a,1bへの冷媒の流量分配ができなくなる。
液管内の冷媒増減少により、アキュムレーター6a,6bの液冷媒量が増加し、アキュムレーター6a,6b内の液面が高くなる。しかしながら、流量調整弁5a,5bの開度が図中の開度Bまでは、アキュムレーター6a,6bの気液分離が機能する状態となる。このため、圧縮機吸入乾き度は1近傍となる。この結果、圧縮機吐出過熱度は一定値近傍で若干減少する程度であり、圧縮機2a,2bの信頼性は確保される。また、蒸発器である室外熱交換器4a,4bにおける冷媒滞留量に変化はなく、蒸発器出口過熱度は0近傍となる。このため、室外熱交換器4a,4bの熱交換性能は高い。
なお、上記の演算に用いた飽和温度は、制御装置14(室外流量制御手段33)の記憶手段(図示せず)に記憶されている圧力―飽和温度換算テーブルのデーターと、計測される圧力の値とに基づいて換算される。
図7に示すように、圧縮機吐出過熱度には二つの閾値(例えば30℃と35℃)が設けられており、蒸発器出口過熱度には一つの閾値(例えば3℃)が設けられている。ステップS7a,S7bでは、この図7とステップS6a,S6bで演算された圧縮機吐出過熱度及び蒸発器出口過熱度に基づいて、室外機1a,1bの状態を(1)〜(5)の5つの状態に分類する。
なお、図7に示す閾値(本発明の所定値に相当)はあくまでも一例であり、空気調和装置の構成(運転能力や使用冷媒等)に応じて適宜決定すればよい。
状態(2)は、圧縮機吐出過熱度≧35℃(閾値2)かつ蒸発器出口過熱度≧3℃(閾値)となる状態である。圧縮機に吸入される冷媒状態は、かなり乾いた状態である。アキュムレーター6a,6bに余剰冷媒がなく、室外機1a,1bは性能低下の恐れがある。
状態(3)は、圧縮機吐出過熱度<30℃(閾値1)かつ蒸発器出口過熱度<3℃(閾値)となる状態である。圧縮機に吸入される冷媒状態は液バック状態であり、今後もこの状態が続く。
状態(4)は、圧縮機吐出過熱度≧35℃(閾値2)かつ蒸発器出口過熱度<3℃(閾値)となる状態である。蒸発器出口乾き度はほぼ0近傍で、室外機1a,1bの性能が確保できる状態である。
状態(5)は、30℃(閾値1)≦圧縮機吐出過熱度<35℃(閾値2)かつ蒸発器出口過熱度<3℃(閾値)となる状態である。状態(4)と同じく蒸発器出口過熱度はほぼ0近傍で室外機1a,1bの性能を確保できる状態であるが、圧縮機に吸入される冷媒状態が少し湿り気味の状態である。
状態が(2)ということは、室外機1a,1bは共に、アキュムレーター6a,6bに余剰冷媒がない状態である。このため、各室外機単体に着目すると、流量調整弁5a,5bの開度を共に増加させることとなる。しかしながら、例えば室外機1a内の冷媒量が室外機1b内の冷媒量よりも少ない場合、流量調整弁5a,5bの開度を共に増加させると、室外機に流入する冷媒量が互いに干渉し、室外機1a内の冷媒量の増加が抑制されてしまう。つまり、室外機に流入する冷媒量が互いに干渉し、均液処理が遅れてしまう。
例えば、室外機1aの圧縮機吐出過熱度が室外機1bの圧縮機吐出過熱度よりも3℃以上高い場合、室外機1a内の冷媒量が室外機1b内の冷媒量よりも少ない状態と判断する。このため、図8のi)に示すDのように流量調整弁5a,5bの開度を変化させる。つまり、制御装置14(室外流量制御手段33)は、室外機1bよりも冷媒量の少ない室外機1aに設けられた流量調整弁5aの開度を増加する。一方、制御装置14(室外流量制御手段33)は、室外機1aよりも冷媒量の多い室外機1bに設けられた流量調整弁5bの開度を維持する。これにより、室外機1bに流入する冷媒量よりも室外機1aに流入する冷媒量の方が多くなり、均液処理が促進される。
なお、流量調整弁5a,5bの開度の増減の変化量は、例えば変化前と約5%異なるようにする。
Claims (7)
- 圧縮機、室外熱交換器及びアキュームレーターから少なくとも構成される室外機を複数有する空気調和装置において、
前記室外熱交換器に流入する冷媒量を調整する複数の流量調整弁と、
前記室外熱交換器のそれぞれの出口側の過熱度が所定値以下となり、かつ前記圧縮機のそれぞれの吐出過熱度の差が所定の範囲内となるように、前記流量調整弁を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記圧縮機の吐出過熱度が最も高い前記室外機において、該室外機の前記室外熱交換器における出口側の過熱度、及び該室外機の前記圧縮機における吐出過熱度から、該室外機の状態を判断し、
前記圧縮機の吐出過熱度が最も低い前記室外機において、該室外機の前記室外熱交換器における出口側の過熱度、及び該室外機の前記圧縮機における吐出過熱度から、該室外機の状態を判断し、
これら室外機の状態に基づいて、これら室外機の前記室外熱交換器に接続された前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記流量調整弁の開度範囲を予め設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記室外機を流れる冷媒流量に基づいて、当該室外機の前記室外熱交換器に接続された流量調整弁の開度範囲を補正することを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記室外機を流れる冷媒流量に基づいて、当該室外機の前記室外熱交換器に接続された前記流量調整弁の開度を補正することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、
前記流量調整弁の開度の増減を判断した場合、
前記流量調整弁の増減後の開度が前記開度範囲を超えると判断すると、
増減後の開度が前記開度範囲となるように前記流量調整弁の開度を修正することを特徴とする請求項3記載の空気調和装置。 - 前記流量調整弁の開度の制御間隔を、前記空気調和装置の他の機器の制御間隔よりも長くすることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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