JP2011231947A - Outdoor unit and indoor unit, and air-conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器(凝縮器)で高圧冷媒の飽和温度を検出し、圧力センサを使用せずに圧縮機吐出側の高圧圧力を推定する空気調和機に関する。 The present invention relates to an air conditioner that detects the saturation temperature of a high-pressure refrigerant with a heat exchanger (condenser) and estimates the high-pressure pressure on the compressor discharge side without using a pressure sensor.
空気調和機において、圧縮機吐出側の高圧圧力を検知し、高圧圧力の異常上昇の抑制による圧縮機信頼性の確保や、ファンや室外膨張弁を動作させ空気温度に見合った適正な圧力に制御することでユーザーの快適性を確保する。しかし、圧力センサは高価なため製品の原価がアップする問題が生じる。 In air conditioners, high pressure on the discharge side of the compressor is detected to ensure compressor reliability by suppressing abnormal rises in high pressure, and to operate the fan and outdoor expansion valve to control the pressure appropriately for the air temperature. To ensure user comfort. However, since the pressure sensor is expensive, there is a problem that the cost of the product increases.
例えば、冷房運転において、圧力センサの代わりに圧縮機吐出側に配置される室外熱交換器に取り付けた温度センサにより検知している温度を使用し圧力を推定する方法がある。圧力の推定に使用する温度センサとして、暖房運転時の着霜状態の検知に使用している室外熱交換器の液配管に取り付けられた温度センサ(以下室外液管温度センサと呼ぶ)で兼用するのが一般的である。冷房運転において室外熱交換器は凝縮器となり、室外液管温度センサは室外熱交換器出口側の凝縮後の冷媒温度を検知している。凝縮しやすい温度条件や、冷媒循環量の多い運転において過冷却が生じ、圧縮機吐出側の高圧圧力と同等の飽和圧力に対する飽和温度に対し、低い温度を検知している。そのため、圧縮機吐出側の高圧圧力に対し、低い圧力を推定してしまう。その際、実際の高圧圧力は推定した圧力より上昇しているため、高圧圧力状態での運転継続による圧縮機寿命低下や冷房能力過多による冷風感,高圧圧力異常上昇の抑制遅れによる空調機停止が生じ、製品の信頼性やユーザーの快適性の低下が問題となる。 For example, in the cooling operation, there is a method of estimating the pressure using a temperature detected by a temperature sensor attached to an outdoor heat exchanger arranged on the compressor discharge side instead of the pressure sensor. As a temperature sensor used for pressure estimation, a temperature sensor (hereinafter referred to as an outdoor liquid pipe temperature sensor) attached to the liquid piping of the outdoor heat exchanger used for detecting the frosting state during heating operation is also used. It is common. In the cooling operation, the outdoor heat exchanger becomes a condenser, and the outdoor liquid pipe temperature sensor detects the refrigerant temperature after condensation on the outlet side of the outdoor heat exchanger. Supercooling occurs in temperature conditions that tend to condense and operation with a large amount of refrigerant circulation, and a low temperature is detected with respect to a saturation temperature for a saturation pressure equivalent to the high pressure on the compressor discharge side. Therefore, a low pressure is estimated with respect to the high pressure on the compressor discharge side. At that time, since the actual high pressure is higher than the estimated pressure, the compressor life is reduced due to continued operation in the high pressure state, the feeling of cold air due to excessive cooling capacity, and the air conditioner shut down due to the suppression delay of the high pressure abnormal rise. As a result, the reliability of the product and the comfort of the user are problematic.
そこで、特許文献1では、室外熱交換器の出口側ではなく、室外熱交換器内の冷媒通路途中の熱交換器中間部温度を検知し圧力を推定している。これにより、室外液管温度センサよりも飽和温度に近い温度を検知することができるため、圧力推定の精度は向上する。 Therefore, in Patent Document 1, not the outlet side of the outdoor heat exchanger but the temperature of the intermediate portion of the heat exchanger in the refrigerant passage in the outdoor heat exchanger is detected to estimate the pressure. Thereby, since the temperature closer to the saturation temperature than the outdoor liquid pipe temperature sensor can be detected, the accuracy of pressure estimation is improved.
特許文献1のものでは、熱交換器前で分配された1本の伝熱管を1分配とすると、熱交換器を通過する1分配あたりの伝熱管長さが各分配で同一として圧力損失を同等とする必要があり、熱交換器中間部の温度センサを伝熱管の中央とすることが望ましい。しかし、冷却能力を大きくするために熱交換器を大きくする場合は、伝熱管の本数を増やしたり、伝熱管を長くすることにより、熱交換器を通過する1分配あたりの伝熱管が長くなるため圧力損失が増加する。このため、熱交換器中間部の温度は凝縮しやすい温度条件や冷媒循環量の多い運転においては過冷却が生じ、室外液管温度センサを使用した場合と結局同様の運転になるという課題がある。 In the case of Patent Document 1, if one heat transfer tube distributed in front of the heat exchanger is defined as one distribution, the heat transfer tube length per distribution passing through the heat exchanger is the same for each distribution, and the pressure loss is equivalent. Therefore, it is desirable that the temperature sensor in the middle part of the heat exchanger is at the center of the heat transfer tube. However, when the heat exchanger is increased in order to increase the cooling capacity, the number of heat transfer tubes is increased or the heat transfer tubes are lengthened, so that the heat transfer tubes per distribution passing through the heat exchanger become longer. Pressure loss increases. For this reason, the temperature of the intermediate portion of the heat exchanger is subject to overcooling in temperature conditions where condensation easily occurs and in operation with a large amount of refrigerant circulation, and eventually the same operation as when using an outdoor liquid pipe temperature sensor occurs. .
本発明の目的は、熱交換器の温度センサを用いて、圧縮機吐出側の高圧圧力を精度よく検知することである。 An object of the present invention is to accurately detect a high pressure on the compressor discharge side using a temperature sensor of a heat exchanger.
前述の目的を達成するために、本発明では、圧縮機,室外熱交換器,室外膨張弁を有する室外機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記室外熱交換器に2箇所からガス冷媒を流入させ、気液2相に凝縮した冷媒を合流させた後に前記室外熱交換器の1箇所から流出させる流路を少なくとも1つ備え、前記合流部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, in an outdoor unit having a compressor, an outdoor heat exchanger, and an outdoor expansion valve, when the outdoor heat exchanger acts as a condenser, At least one flow path that allows gas refrigerant to flow in from two locations, merges the refrigerant condensed in the gas-liquid two-phase and then flows out from one location of the outdoor heat exchanger, and detects the temperature of the refrigerant at the merged portion It is characterized by having a temperature sensor for the purpose.
また、圧縮機,室外熱交換器,室外膨張弁,室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記室外熱交換器に2箇所からガス冷媒を流入させ、気液2相に凝縮した冷媒を合流させた後に前記室外熱交換器の1箇所から流出させる流路を少なくとも1つ備え、前記合流部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする。 Further, in an air conditioner in which a compressor, an outdoor heat exchanger, an outdoor expansion valve, and an indoor heat exchanger are sequentially connected by a refrigerant pipe, when the outdoor heat exchanger acts as a condenser, the outdoor heat exchanger At least one flow path that allows gas refrigerant to flow in from two locations, merges the refrigerant condensed in the gas-liquid two-phase and then flows out from one location of the outdoor heat exchanger, and detects the temperature of the refrigerant at the merged portion It is characterized by having a temperature sensor for the purpose.
本発明によれば、圧縮機吐出側の高圧圧力を精度よく検知することができる。 According to the present invention, the high pressure on the compressor discharge side can be detected with high accuracy.
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings of the respective embodiments indicate the same or equivalent.
本実施例の空気調和機を図1及び図2を用いて説明する。 The air conditioner of a present Example is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.
まず、図1は本実施例の空気調和機50の全体構成図である。室外機51は、圧縮機1,四方弁2,室外熱交換器3,室外膨張弁4,室外ファン7等を具備している。室内機52は室内熱交換器5,室内ファン8等を具備する。室外機51と室内機52はガス接続配管53と液接続配管54で接続され冷凍サイクルを構成する。制御装置16は、空気調和機50を構成する機器の制御を行う。
First, FIG. 1 is an overall configuration diagram of an
制御装置16が圧縮機1の運転を制御する。四方弁2は、この圧縮機1から吐出された冷媒の流れ方向及び圧縮機1へ吸い込まれる冷媒の流れ方向を切換える弁である。この四方弁2は、制御装置16により、冷房運転時に実線に示す流路を形成し、暖房運転時に点線で示す流路を形成するように制御される。
The
次に、図2は本実施例の室外熱交換器3又は室内熱交換器5を示す。室外熱交換器3又は室内熱交換器5は狭い間隔で並置された多数枚のプレート状フィン21a,21bと、これらのフィンを貫通するU字型の伝熱管22a,22bと、U字型の伝熱管22a,22bの端部に曲げパイプ23と、三又状パイプ24とを接続し、蛇行状の冷媒配管を形成したプレートフィン型熱交換器として構成されている。ここではプレート状フィンが2列の場合を示しているが3列以上となった場合も同様である。ファンにより熱交換器に空気を通風し、冷媒配管内を流れる冷媒が空気から熱を奪う、または空気から熱を与えることにより熱交換される。
Next, FIG. 2 shows the outdoor heat exchanger 3 or the indoor heat exchanger 5 of the present embodiment. The outdoor heat exchanger 3 or the indoor heat exchanger 5 includes a large number of plate-
冷凍サイクル運転について説明する。圧縮機1から吐出される高温高圧のガス冷媒は、冷房運転の場合、実線矢印に示すように、四方弁2を経由して、室外熱交換器3に至り、室外熱交換器3により凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、室外膨張弁4,液阻止弁12及び液接続配管54を通って室内機52に至り、室内熱交換器5の前で減圧されて低圧のガス液混合冷媒となる。この減圧された冷媒は、室内熱交換器5で蒸発され、ガス冷媒となってガス接続配管53を通って圧縮機1に戻る。暖房運転の場合は点線矢印で示され、冷媒流れ方向は逆となる。いずれも圧縮機1から吐出したあと冷媒が入る熱交換器が凝縮器として作用し、冷房運転の場合は室外熱交換器3、暖房運転の場合は室内熱交換器5が凝縮器となる。
The refrigeration cycle operation will be described. In the cooling operation, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 reaches the outdoor heat exchanger 3 via the four-way valve 2 and is condensed by the outdoor heat exchanger 3 as indicated by solid arrows. It becomes a liquid refrigerant. This liquid refrigerant reaches the
図2は熱交換器が圧縮機吐出後に配置される凝縮器として作用する場合の冷媒の流れを示す。熱交換器は冷媒が通過する際の抵抗が大きいため、複数に分配して冷媒を熱交換器に流入させ、熱交換器から流出させている。冷媒が熱交換器に流入して、冷媒配管を通って熱交換器を通過し、熱交換器を流出するまでを1分配とし、図2はその1分配を示している(例えばa点からb点)。ガス冷媒が流れる1分配のガス配管25に対し、熱交換器の2箇所から冷媒を流入させる。冷媒は空気と熱交換をしながら冷媒配管を通過し気液2相の飽和状態となる。熱交換器の入口から出口までの冷媒配管の途中であって、冷媒が気液2相の飽和状態となるところに三又状パイプ24を設ける。ここで、2箇所から流入した冷媒を合流させ、さらに熱交換しながら冷媒配管を通過し1箇所から流出させる。液の割合が多い冷媒が流れる液配管26の配管サイズを調整することで、1分配あたりに循環する冷媒量を調整することができ、圧力損失が小さい気液2相状態になったところで合流させ流出させることができる。
FIG. 2 shows the flow of refrigerant when the heat exchanger acts as a condenser arranged after discharge of the compressor. Since the heat exchanger has a large resistance when the refrigerant passes through, the heat exchanger distributes the refrigerant to the heat exchanger and causes the refrigerant to flow into the heat exchanger and out of the heat exchanger. The distribution from the refrigerant flowing into the heat exchanger, passing through the heat exchanger through the refrigerant pipe and flowing out of the heat exchanger is defined as one distribution, and FIG. 2 shows the one distribution (for example, from point a to b point). The refrigerant is caused to flow from two locations of the heat exchanger into the one
図3(a)は従来の冷凍サイクルにおけるp−h線図を示す。温度線の低エンタルピ側が過冷却域、高エンタルピ側が過熱域であり、これらの間が飽和域である。熱交換器で凝縮すると、圧力は配管による圧力損失分のみ減少するだけだが、温度が大きく変化する。従来は、飽和温度に対して大きく低下した過冷却状態の冷媒温度を測定するため、その温度に相当する飽和圧力と実際の吐出圧力との誤差が大きくなり推定する精度が悪くなっていた。また、過冷却する場合としない場合もあるため、推定値を安定して補正することが困難であった。 Fig.3 (a) shows the ph diagram in the conventional refrigerating cycle. The low enthalpy side of the temperature line is the supercooling region, the high enthalpy side is the superheating region, and the region between them is the saturation region. When condensing in a heat exchanger, the pressure only decreases by the pressure loss due to the piping, but the temperature changes greatly. Conventionally, since the refrigerant temperature in the supercooled state that has greatly decreased with respect to the saturation temperature is measured, an error between the saturation pressure corresponding to the temperature and the actual discharge pressure has increased, and the accuracy of estimation has deteriorated. Further, since there are cases where supercooling is performed or not, it is difficult to stably correct the estimated value.
図3(b)は本実施例の冷凍サイクルにおけるp−h線図を示す。本実施例では、熱交換器での凝縮中であって、飽和域での温度を検知する。過冷却域で測定する場合と異なり、飽和域では測定した温度に対応する圧力(飽和圧力)を決定することができる。配管を流れることにより圧力損失が生じ、飽和圧力は吐出圧力から圧力損失分だけ減少するほぼ一定の関係となっており、精度良く圧力を推定することが可能となる。 FIG.3 (b) shows the ph diagram in the refrigerating cycle of a present Example. In this embodiment, the temperature in the saturation region is detected during condensation in the heat exchanger. Unlike the case of measurement in the supercooling region, the pressure corresponding to the measured temperature (saturation pressure) can be determined in the saturation region. A pressure loss is caused by flowing through the piping, and the saturation pressure has a substantially constant relationship that decreases by the amount of the pressure loss from the discharge pressure, so that the pressure can be accurately estimated.
即ち、本実施例によれば、圧力損失の大きなガス冷媒を1分配につき2箇所に分けて熱交換器に流入させることにより圧力損失を小さくすることができる。また、2箇所で流入させた冷媒を途中で合流させてから流出させることで、配管の途中に飽和状態の気液2相冷媒を作り出すことができる。この気液2相冷媒となる部分を合流部とし、そこに温度センサ6を取り付けることで高圧冷媒の飽和温度を検知できる。この検知温度を制御装置16に取り込み圧力に換算することにより圧縮機吐出側の高圧圧力を推定することが可能となる。
That is, according to the present embodiment, the pressure loss can be reduced by dividing the gas refrigerant having a large pressure loss into two portions per distribution and flowing into the heat exchanger. Moreover, the saturated gas-liquid two-phase refrigerant | coolant can be created in the middle of piping by making it flow out, after making the refrigerant flowed in in two places join in the middle. The saturation temperature of the high-pressure refrigerant can be detected by attaching the temperature sensor 6 to a portion that becomes the gas-liquid two-phase refrigerant. It is possible to estimate the high pressure on the discharge side of the compressor by taking this detected temperature into the
測定した温度が所定値よりも高い場合、つまり温度から換算した圧力値が所定値よりも高くなると、圧縮機1の回転数を下げるように制御装置16は圧縮機1に指令を出す。圧縮機1の他に室外ファン7(暖房運転時は室内ファン8)の回転数を上げるように指令を出して室外熱交換器3(暖房運転時は室内熱交換器5)での熱交換を促進してもよい。これらによれば、圧縮機1の高圧圧力が所定値を超えた場合でも、高圧圧力を下げることができるので、圧縮機1が故障しにくくなる。本実施例では、三又状パイプ24に温度センサ6を設けているが、気液2相冷媒となる部分に温度センサ6を設けるものであればよい。三又状パイプ24は積層されたプレート状フィン21a,21bの外側なので温度センサ6を取り付け易い。さらに2箇所流入により合流部までの圧力損失を半分にしているため、凝縮しやすい温度条件や、冷媒循環量の多い運転においても、1分配につき1箇所から流入させる1流入1流出の場合より過冷却しにくく確実に飽和温度を検知することができるので、精度よく高圧圧力を推定することができる。2流入1流出の分配とする流路は少なくとも1つ備えていればよく、他に、2流入1流出ではない分配(1流入1流出)を併せて備えていてもよい。また、2流入1流出の分配を複数形成することも可能である。2流入1流出の分配を複数形成した場合は、温度センサ6は1箇所のみでよく、どの合流部に取り付けるかは生産性を考慮し決定しても問題はない。
When the measured temperature is higher than the predetermined value, that is, when the pressure value converted from the temperature becomes higher than the predetermined value, the
1 圧縮機
2 四方弁
3 室外熱交換器
4 室外膨張弁
5 室内熱交換器
6 温度センサ
7 室外ファン
8 室内ファン
11 ガス阻止弁
12 液阻止弁
16 制御装置
21a,21b プレート状フィン
22a,22b 伝熱管
23 曲げパイプ
24 三又状パイプ
25 ガス配管
26 液配管
50 空気調和機
51 室外機
52 室内機
53 ガス接続配管(冷媒配管)
54 液接続配管(冷媒配管)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Four-way valve 3 Outdoor heat exchanger 4 Outdoor expansion valve 5 Indoor heat exchanger 6 Temperature sensor 7 Outdoor fan 8 Indoor fan 11
54 Liquid connection piping (refrigerant piping)
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