JP2016525666A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、逆に冷媒量が不足している場合は、所望の冷房能力、暖房能力が得られなくなり、使用者の快適性が損なわれてしまう。
そのため、冷凍サイクル装置に適正な冷媒量が充填されているかを検知する技術開発が従来から行われてきた(たとえば、特許文献1、2参照)。
また、特許文献2では、冷媒回路を複数の部分に分割した場合における各部分の冷媒量と冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式を用いて、冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から各部分の冷媒量を演算し、演算された各部分の冷媒量を用いて、冷媒回路の冷媒量の適否を判定するようにした方法が開示されている。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図1に基づいて、冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置100の構成及び動作について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
空気調和装置100では、熱源側ユニット301aと、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bとがそれぞれ冷媒配管である液延長配管6とガス延長配管9とで接続されている。ただし、熱源側ユニット301aと、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bについては、それぞれ図示している以上の台数を備えていてもよい。
空気調和装置100に用いられる冷媒には、例えばR410A、R407C、R404A、R22、R32、R134a、HFO−1234yf、もしくは、炭化水素やヘリウム、二酸化炭素等のような自然冷媒などがある。
熱源側ユニット301aは、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bに温熱又は冷熱を供給するものである。
熱源側ユニット301aは、圧縮機1aと、四方弁2aと、熱源側熱交換器3aと、熱源側送風機4aと、過冷却熱交換器5aと、アキュムレータ10aと、液バイパス減圧機構11aと、液バイパス配管12aと、高低圧バイパス配管13aと、高低圧バイパス減圧機構14aと、を有している。
四方弁2aは、冷媒の流れの方向を切り換えるための冷媒流路切換装置であり、第1から第4までのポートを有している。第1ポートは圧縮機1aの吐出側に、第2ポートは熱源側熱交換器3aに、第3ポートは圧縮機1aの吸入側に、第4ポートはガス延長配管9に、それぞれ繋がっている。そして、四方弁2aは、第1ポートと第2ポートとが連通すると同時に第3ポートと第4ポートが閉鎖される状態(図1の実線で示す状態)と、第3ポートと第4ポートとが連通すると同時に第1ポートと第2ポートが閉鎖される状態(図1の破線で示す状態)と、に設定が切換え可能に構成されている。
また、熱源側送風機4aは、回転数が変更可能で、熱源側熱交換器3aに空気を供給するものであり、例えばプロペラファン等で構成されている。この熱源側送風機4aは、熱源側熱交換器3aに空気を供給できる位置に設置されている。
液バイパス減圧機構11aは、開度を可変に設定できるものであり、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bに流れる液冷媒流量を調整する。
高低圧バイパス減圧機構14aは、開度を可変に設定できるものであり、圧縮機1aから吐出する高圧ガス冷媒をアキュムレータ10aの入口にバイパスする冷媒流量を調整する。
圧力センサ209aは、アキュムレータ10aの上流側に設けられており、設置場所の冷媒圧力を計測する。
温度センサ204aは、熱源側熱交換器3aの液側に設けられており、設置場所の冷媒温度を計測する。
温度センサ210aは、液バイパス減圧機構11aと過冷却熱交換器5aの低圧配管との間に設けられており、設置場所の冷媒温度を計測する。
温度センサ211aは、過冷却熱交換器5aの低圧出口側に設けられており、設置場所の冷媒温度を計測する。
また、温度センサ203aが空気吸込口に設けられており、外気温度を計測する。
さらに、温度センサ205aが過冷却熱交換器5aと利用側減圧機構7a、利用側減圧機構7bとの間に設けられており、設置場所の冷媒温度を計測する。
利用側ユニット302a、利用側ユニット302bは、熱源側ユニット301aから供給される温熱又は冷熱によって調和空気を生成し、調和空気を空調対象空間に供給して、空調対象空間の温調を実行するものである。利用側ユニット302a、利用側ユニット302bは、利用側減圧機構7a、利用側減圧機構7bと、利用側熱交換器8a、利用側熱交換器8bと、を有している。
利用側熱交換器8a、利用側熱交換器8b、たとえば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されており、室内空気と冷媒との熱交換を行う。なお、利用側熱交換器8a、利用側熱交換器8bが、空気以外の熱媒体(例えば、水やブライン等)と冷媒とで熱交換するものであってもよい。
温度センサ208a、温度センサ208bは、利用側熱交換器8a、利用側熱交換器8bのガス側に設けられており、設置場所の冷媒温度を検出する。
また、温度センサ207a、温度センサ207bは、空気吸込口に設けられており、設置場所の空気温度を計測する。
熱源側ユニット301a内には、例えば、マイクロコンピュータにより構成されたユニット制御装置101が設けられている。ただし、ユニット制御装置101の設置位置を熱源側ユニット301aに限定するものではない。また、ユニット制御装置101は、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bに設けた制御装置(図示省略)と無線又は有線で連携制御可能に構成しておくとよい。
また、外部コントローラ320には、例えば、S/W(ソフトウエア)にて実装されたコントローラ制御装置121が設けられている。
演算部103は、測定部102に入力した情報に基づき例えば検出圧力の飽和温度を計算するなどの各種制御動作を決定するための演算を実行するものである。
制御部104は、演算部103で演算された値に基づいて、各機器を制御するものである。
ユニット記憶部106は、例えば半導体メモリなどによって構成され、空気調和装置100の通常運転に用いられる各機器の設定値を記憶するものである。
入力部122は、作業者から冷媒量検知運転の開始や故障診断したい部位の入力が行われるものである。
外部通信部123は、電話回線、LAN回線、無線などの通信手段からの通信データ情報の入力、及び外部に情報を出力することができるものである。外部通信部123は、入力部122の入力情報や冷媒量検知運転時の各機器の制御値をユニット通信部105に送信したり、ユニット通信部105から圧力や温度などの運転データを受信したりする。
特殊制御演算部125は、冷媒量検知運転時の各機器の制御値の演算を行うものである。
判定部126は、冷媒量の不足、過剰、適正の判定をするものである。また、判定部126は、空気調和装置100の運転状態が安定であるかを判定するものである。
表示部127は、外部コントローラ320に搭載されている液晶などのディスプレイであり、冷媒量検知結果や空気調和装置100の運転状態を表示するものである。
空気調和装置100は、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bから要求される空調指令に応じて熱源側ユニット301a、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bに搭載されている各機器の制御を行う。そして、空気調和装置100は、例えば、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bの冷房指令による冷房運転モード、又は利用側ユニット302a、利用側ユニット302bの暖房指令による暖房運転モードを実施する。以下、空気調和装置100の通常運転動作(冷房運転モード、暖房運転モード)について図1を参照しながら説明する。
冷房運転モードでは、四方弁2aは、圧縮機1aの吐出側を熱源側熱交換器3aのガス側と接続し、圧縮機1aの吸入側をガス延長配管9と接続する(図1に示す実線)。なお、高低圧バイパス減圧機構14aは全閉開度となっている。
暖房運転モードでは、四方弁2aは、圧縮機1aの吐出側をガス延長配管9と接続し、圧縮機1aの吸入側を熱源側熱交換器3aのガス側と接続する(図1に示す破線)。なお、液バイパス減圧機構11a及び高低圧バイパス減圧機構14aは全閉開度となっている。
ここで、空気調和装置100の冷媒量検知運転モードについて説明する。
一般的に、空気調和装置100のインストール工事時、定期点検時あるいは不具合発生時には、サービスマン(作業者)がコントローラ制御装置121を搭載した外部コントローラ320を持って、ユニット設置現場に行き、メンテナンス作業をすることになる。メンテナンス作業では、システムの冷媒量が適正であるかを把握することが必要になるケースが度々ある。そこで、空気調和装置100が実行する冷媒量チェックを、冷媒量が適正であるかどうかを把握する時に用いることで、冷媒量が不足、過剰、適正であるかを容易に判断することができるようになる。
冷媒量検知運転モードでは、アキュムレータ10aに液冷媒がない状態とする必要があるため、液延長配管6での冷媒状態が液冷媒となる通常運転をベースとする。本実施の形態1では、アキュムレータ10aに液面検知センサが設置されておらず、運転データからアキュムレータ10aの液冷媒量求めることができない。そこで、空気調和装置100では、冷房運転モードにて液延長配管6での冷媒状態が液冷媒となり、アキュムレータ10aの液冷媒をなくすことができるため、冷房運転モードをベースに各機器を制御するようにしている。
圧縮機1aから吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2aを経由して、熱源側熱交換器3aに流入し、熱源側送風機4aにより送風される室外空気に放熱する。この冷媒は、その後、過冷却熱交換器5aにて低圧冷媒により冷却され、液延長配管6又は液バイパス配管12aに分配される。液延長配管6に流れた冷媒は、利用側減圧機構7a、利用側減圧機構7bにて減圧され低圧二相冷媒となり、利用側熱交換器8a、利用側熱交換器8bにて室内空気を冷却して低圧ガス冷媒となる。その後、ガス延長配管9、四方弁2aを経由して、液バイパス減圧機構11aを流れた冷媒と合流する。
空気調和装置100での設置工事では、特に中間期にて室内の空調されていない場合があり、室内温度が低い状態にて冷媒量が適正であるかの判定をしなければならない。図3は、空気調和装置100の冷媒量検知運転時の室内温度に対する運転状態を示す概略図である。図3に基づいて、空気調和装置100の冷媒量検知運転時の室内温度に対する運転状態について説明する。
高低圧バイパス減圧機構14aの開度は、圧縮機1aの運転周波数によって特殊制御演算部125にて制御目標値が演算され、制御部104にて制御される。具体的には、圧縮機1aの運転周波数がFmaxとの関係で定められている周波数以上、つまりFmaxの70%に到達するまでは高低圧バイパス減圧機構14aの開度を例えば50puluseずつ開いていき、圧縮機1aの運転周波数がFmaxの70%に到達したら、高低圧バイパス減圧機構14aの開度を例えば50puluseずつ絞っていく。このように圧縮機1aの運転周波数によって高低圧バイパス減圧機構14aの制御目標値を変更することで、圧縮機1aの運転周波数を確実に増加させることができる。
または、高低圧バイパス減圧機構14aを蒸発温度の制御により開いている時に過冷却熱交換器5aの高圧出口過冷却度が3℃以上となった場合には、圧縮機1aの運転周波数がFmaxの70%に到達していなくても減圧機構蒸発温度目標値を圧縮機1aの蒸発温度目標値よりも小さくして、高低圧バイパス減圧機構14aを絞る。
図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置200の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図8に基づいて、冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置200の構成及び動作について説明する。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一作用である部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
空気調和装置200では、実施の形態1に係る空気調和装置100の高低圧バイパス減圧機構14aを高低圧バイパス電磁弁15にした部分が異なるのみで、他の機器構成、回路構成は同様である。つまり、実施の形態2に係る空気調和装置200では、高低圧バイパス手段が高低圧バイパス電磁弁15となる。
実施の形態2では、高低圧バイパス電磁弁15の部分以外、つまり、冷媒量検知運転モードの機器制御方法、運転状態の安定の判定方法、冷媒量判定方法、高低圧バイパス電磁弁15の制御の開始判定部分(空調負荷が小さい又は低圧圧力が低下)は実施の形態1と同様である。
高低圧バイパス電磁弁15の制御方法について説明する。
高低圧バイパス電磁弁15を圧縮機1aの運転周波数にて制御する場合は実施の形態1と同様に、運転開始から圧縮機1aの運転周波数がFmaxの70%に到達するまでの間は高低圧バイパス電磁弁15を開路とし、圧縮機1aの運転周波数がFmaxの70%に到達したら、高低圧バイパス電磁弁15を閉路とする。
図9は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置300の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図9に基づいて、冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置300の構成及び動作について説明する。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一作用である部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
空気調和装置300では、実施の形態1で説明した熱源側ユニット301aと同一回路構成となる熱源側ユニット301bが、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bに対して熱源側ユニット301aと並列となるように接続されている。つまり、熱源側ユニット301a及び熱源側ユニット301bは、利用側ユニット302a、利用側ユニット302bのそれぞれと冷媒配管である液延長配管6とガス延長配管9とで接続されている。なお、便宜的に、熱源側ユニット301bに付属する機器については末尾に「b」を付記して、熱源側ユニット301aに付属する機器と区別するようにしている。
冷房運転モードでは、四方弁2aは、圧縮機1aの吐出側を熱源側熱交換器3aのガス側と接続し、圧縮機1aの吸入側をガス延長配管9と接続する(図9に示す実線)。なお、高低圧バイパス減圧機構14aは全閉開度となっている。
また、四方弁2bは、圧縮機1bの吐出側を熱源側熱交換器3bのガス側と接続し、圧縮機1bの吸入側をガス延長配管9と接続する(図9に示す実線)。なお、高低圧バイパス減圧機構14bは全閉開度となっている。
圧縮機1aから吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2aを経由して、熱源側熱交換器3aに流入し、熱源側送風機4aにより送風される室外空気に放熱する。この冷媒は、その後、過冷却熱交換器5aにて低圧冷媒により冷却され、液延長配管6又は液バイパス配管12aに分配される。液延長配管6に流れた冷媒は、利用側減圧機構7a、利用側減圧機構7bにて減圧され低圧二相冷媒となり、利用側熱交換器8a、利用側熱交換器8bにて室内空気を冷却して低圧ガス冷媒となる。その後、ガス延長配管9、四方弁2aを経由して、液バイパス減圧機構11aを流れた冷媒と合流する。
実施の形態3でも、実施の形態1と同様に冷房運転モードをベースに各機器を制御する。冷媒量検知運転モード開始時は、圧縮機1aだけが起動となり、圧縮機1aの運転周波数が圧縮機2台起動周波数以上となるまで圧縮機1bが起動しない。圧縮機1bが起動しない状態では圧縮機1b及びアキュムレータ10bに冷媒が流れず、アキュムレータ10bから液冷媒を追い出すことができないため、冷媒量を適切に判定することができない。
Claims (13)
- 圧縮機と、熱源側熱交換器と、利用側減圧機構と、利用側熱交換器と、アキュムレータとを冷媒が循環するように配管で接続された冷媒回路と、
前記圧縮機の吐出側と前記アキュムレータの入口側とを接続する高低圧バイパス配管と、
前記高低圧バイパス配管に設置されている高低圧バイパス手段と、
前記圧縮機の運転周波数を蒸発温度が圧縮機蒸発温度目標値となるように制御して前記アキュムレータから液冷媒を追い出す冷媒量検知運転を行い、前記冷媒量検知運転する時に前記高低圧バイパス手段の開度を制御するユニット制御装置と、を備えた
冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
空調負荷に基づいて前記高低圧バイパス手段の開度を制御する
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記圧縮機の運転周波数が、前記圧縮機の最大運転周波数との関係で定められている周波数以上となった場合に、前記高低圧バイパス手段を絞る
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記冷媒量検知運転の開始後において、
前記蒸発温度が前記圧縮機蒸発温度目標値以下となった場合に前記高低圧バイパス手段を開け、
前記蒸発温度が前記圧縮機蒸発温度目標値よりも高い場合に前記高低圧バイパス手段を絞る
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記高低圧バイパス手段の制御目標値を前記圧縮機の運転周波数によって変更する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記熱源側熱交換器から前記利用側減圧機構との間のいずれかの位置の過冷却度に基づいて前記高低圧バイパス手段の開度を制御する
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記利用側交換器から前記アキュムレータとの間のいずれかの位置の過熱度に基づいて前記高低圧バイパス手段の開度を制御する
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記利用側減圧機構及び前記利用側熱交換器を備え、空調対象空間を温調する利用側ユニットを複数台有しており、
前記冷媒量検知運転する時は、
全ての前記利用ユニットにおいて、前記利用側減圧機構を開ける
請求項1〜7のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機と、前記熱源側熱交換器と、前記アキュムレータと、前記高低圧バイパス手段を備えた熱源側ユニットを複数台有しており、
前記ユニット制御装置は、
前記冷媒量検知運転する時において、全ての前記熱源側ユニットで前記圧縮機が起動した場合に、前記高低圧バイパス手段の開度を制御する
請求項1〜8に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記冷媒量検知運転する時において、一方の前記熱源側ユニットにて前記圧縮機が起動している時に、他方の前記熱源側ユニットにて前記圧縮機が起動した場合に、他方の前記高低圧バイパス手段の開度を一方の前記高低圧バイパス手段の開度以上にする
請求項9に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記冷媒量検知運転する時において、運転状態の安定時に、前記熱源側熱交換器と前記利用側減圧機構のいずれかの位置の過冷却度が所定値以下とならないように前記高低圧バイパス手段の開度を制御する
請求項9に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ユニット制御装置は、
前記冷媒量検知運転する時において、前記高低圧バイパス手段の開度が安定した場合に、運転状態が安定していると判定する
請求項1〜11のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記高低圧バイパス手段は、
高低圧バイパス減圧機構又は高低圧バイパス電磁弁で構成されている
請求項1〜12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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