JP2022117024A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)全体構成
本開示の一実施形態に係る空気調和装置100について、図を参照しながら説明する。図1は、空気調和装置100の概略構成図である。
空気調和装置100の詳細について説明する。
利用ユニット50は、空調対象空間に設置されるユニットである。例えば、利用ユニット50は、天井埋込式のユニットである。ただし、空気調和装置100の利用ユニット50は、天井埋込式に限定されるものではなく、一方又は両方が、天井吊下式、壁掛式、又は床置式であってもよい。また、利用ユニット50は、空調対象空間外に設置されてもよい。例えば、利用ユニット50は、屋根裏、機械室、ガレージ等に設置されてもよい。その場合、利用ユニット50から空調対象空間へと、利用側熱交換器52において冷媒と熱交換した空気を供給する空気通路が設置される。空気通路は、例えばダクトである。ただし、空気通路のタイプは、ダクトに限定されるものではなく適宜選択されればよい。
利用側熱交換器52では、利用側熱交換器52を流れる冷媒と、空調対象空間の空気との間で熱交換が行われる。利用側熱交換器52は、タイプを限定するものではないが、例えば、図示しない複数の伝熱管とフィンとを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。
利用側ファン53は、利用側熱交換器52に空気を供給するファンである。利用ユニット50では、図に二点鎖線の矢印で示すように、フィルタ58、利用側熱交換器52及び利用側ファン53が、利用側ファン53の生成する空気の流れ方向における上流側から下流側に向かって、この順番で配置されている。なお、フィルタ58、利用側熱交換器52及び利用側ファン53の配置の順番は、図に示した順序に限定されるものではなく、例えば、利用側ファン53の生成する空気の流れ方向における上流側から下流側に向かって、フィルタ58、利用側ファン53及び利用側熱交換器52の順番に配置されてもよい。利用側ファン53は、例えばターボファンである。ただし、利用側ファン53のタイプは、ターボファンに限定されるものではなく適宜選択されればよい。
フィルタ58は、利用側ファン53により利用側熱交換器52に供給される空気からホコリ等の夾雑物を除去する。フィルタ58は、利用側ファン53の生成する空気の流れ方向において、利用側熱交換器52より上流側に配置されている。
利用ユニット50は、液側温度センサ54と、ガス側温度センサ55と、空間温度センサ56と、熱交温度センサ57と、をセンサとして有する。温度センサや湿度センサのタイプは、適宜選択されればよい。
利用側制御部64は、利用ユニット50を構成する各部の動作を制御する。
熱源ユニット20は、空調対象空間の外に配置されている。熱源ユニット20は、例えば空気調和装置100の設置される建物の屋上や、建物に隣接して設置されている。
圧縮機21は、吸入管12aから冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入し、図示しない圧縮機構で冷媒を圧縮して、圧縮した冷媒を吐出管12bへと吐出する機器である。本実施形態では、熱源ユニット20は、圧縮機21を1台だけ有するが、圧縮機21の台数は1台に限定されず、複数であってもよい。
流向切換機構22は、冷媒の流向を切り換えることで、冷媒回路10の状態を、第1状態と第2状態との間で変更する機構である。冷媒回路10が第1状態にある時には、熱源側熱交換器23が冷媒の放熱器として機能し、利用側熱交換器52が冷媒の蒸発器として機能する。冷媒回路10が第2状態にあるときには、熱源側熱交換器23が冷媒の蒸発器として機能し、利用側熱交換器52が冷媒の放熱器として機能する。
熱源側熱交換器23では、内部を流れる冷媒と熱源ユニット20の設置場所の空気(熱源空気)との間で熱交換が行われる。熱源ユニット20が室外に設置される場合、熱源側熱交換器23では、内部を流れる冷媒と室外空気との間で熱交換が行われる。
膨張機構25は、冷媒回路10において熱源側熱交換器23と利用側熱交換器52との間に配置される。膨張機構25は、熱源側熱交換器23と液側閉鎖弁14との間の液冷媒管12dに配置されている。熱源ユニット20が膨張機構25を有する代わりに、利用ユニット50が膨張機構25と同様の膨張機構を有する場合には、膨張機構は、利用ユニット50の内部の、液冷媒連絡配管2と利用側熱交換器52との間を接続する冷媒管に設けられればよい。膨張機構25は、冷媒回路10を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行う開度可変の電子膨張弁である。
アキュムレータ24は、流入する冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離機能を有する。また、アキュムレータ24は、利用ユニット50の運転負荷の変動等に応じて発生する余剰冷媒の貯留機能を有する容器である。アキュムレータ24は、吸入管12aに設けられる。アキュムレータ24に流入する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、上部空間に集まるガス冷媒が圧縮機21へと流出する。
液側閉鎖弁14は、液冷媒管12dと液冷媒連絡配管2との接続部に設けられている弁である。ガス側閉鎖弁16は、第2ガス冷媒管12eとガス冷媒連絡配管4との接続部に設けられている弁である。液側閉鎖弁14及びガス側閉鎖弁16は、例えば、手動で操作される弁である。
熱源側ファン28は、熱源側熱交換器23に空気を供給するファンである。具体的には、熱源側ファン28は、熱源ユニット20のケーシング(図示せず)内に熱源ユニット20外部の熱源空気を吸入して熱源側熱交換器23に供給し、熱源側熱交換器23において冷媒と熱交換した空気を熱源ユニット20のケーシング外に排出するためのファンである。
熱源ユニット20は、吐出圧力センサ30と、吸入圧力センサ31と、吸入温度センサ32と、吐出温度センサ33と、熱交温度センサ34と、液側温度センサ35と、熱源空気温度センサ36と、をセンサとして有する。温度センサや圧力センサのタイプは、適宜選択されればよい。
熱源側制御部62は、熱源ユニット20を構成する各部の動作を制御する。
空気調和装置100は、冷媒連絡配管として、液冷媒連絡配管2と、ガス冷媒連絡配管4と、を有する。液冷媒連絡配管2及びガス冷媒連絡配管4は、空気調和装置100の設置時に、空気調和装置100の設置サイトで施工される配管である。利用ユニット50の利用側冷媒回路10aと、熱源ユニット20の熱源側冷媒回路10bとが、液冷媒連絡配管2とガス冷媒連絡配管4とにより接続されることで、空気調和装置100の冷媒回路10が構成される。
制御部60は、熱源ユニット20の熱源側制御部62と利用ユニット50の利用側制御部64とが伝送線66を介して通信可能に接続されることによって構成されている。制御部60は、熱源側制御部62や利用側制御部64のマイクロコンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することで、空気調和装置100全体の動作を制御する。図2は、制御部60の制御ブロック図である。
冷房運転時、暖房運転時、及び冷媒排出運転時の空気調和装置100の動作の制御について説明する。
空気調和装置100に対して冷房運転の実行が指示されると、制御部60は、空気調和装置100の運転モードを冷房運転モードに設定する。制御部60は、冷媒回路10の状態が前述の第1状態になるよう、流向切換機構22を図1において実線で示す状態に制御し、圧縮機21、熱源側ファン28、及び利用側ファン53を運転する。
空気調和装置100に対して暖房運転の実行が指示されると、制御部60は、空気調和装置100の運転モードを暖房運転モードに設定する。制御部60は、冷媒回路10の状態が前述の第2状態になるよう、流向切換機構22を図1において破線で示す状態に制御し、圧縮機21、熱源側ファン28、利用側ファン53を運転する。
(2-5-3-1)制御フロー
制御部60は、空気調和装置100に冷房運転または暖房運転の実行が指示されると、冷房運転または暖房運転と同時に冷媒排出運転を開始する。図3は、制御部60が実行する冷媒排出運転の制御フローを示したフローチャートである。図3に示された制御フローは、空気調和装置100運転の終了にともない終了する。
制御部60は、冷媒回路10が空調負荷の低い低負荷状態にあることを、次に説明する第1基準から第5基準の少なくとも1つにより判断することができる。制御部60は、第1基準から第5基準を適宜組み合わせて判断してもよい。
制御部60は、熱源空気温度Thaと、熱源冷媒温度Thrとの差が所定の第1温度差Tg1以下であることを第1基準として、冷媒回路10が低負荷状態にあると判断することができる。第1温度差Tg1は、たとえば、2℃である。
制御部60は、利用冷媒温度Tarと、熱源冷媒温度Thrとの差が所定の第2温度差Tg2以下であることを第2基準として、冷媒回路10が低負荷状態にあると判断することができる。第2温度差Tg2は、たとえば、5℃である。
制御部60は、利用冷媒温度Tarと、熱源空気温度Thaとの差が所定の第3温度差Tg3以下であることを第3基準として、冷媒回路10が低負荷状態にあると判断する。第3温度差Tg3は、たとえば、2℃である。
制御部60は、熱源空気温度Thaと、空間温度Trとの差が所定の第4温度差Tg4以下であることを第4基準として、冷媒回路10が低負荷状態にあると判断する。第4温度差Tg4は、たとえば、2℃である。
制御部60は、圧縮機21の回転数が所定の回転数以下であることを第5基準として、冷媒回路10が低負荷状態にあると判断する。所定の回転数は、1200rpm(運転周波数で20Hzに相当)である。
(3-1)
空気調和装置100は、対象空間の空調を行う。空気調和装置100は、冷媒回路10と、制御部60とを備える。冷媒回路10は、圧縮機21、熱源側熱交換器23、膨張機構25、利用側熱交換器52、及び、流向切換機構22を含む。制御部60は、圧縮機21及び流向切換機構22を制御する。制御部60は、冷媒回路10が空調負荷の低い低負荷状態にあり、かつ、圧縮機21が所定回転数以下で運転する、低負荷運転において、熱源側熱交換器23を流れる冷媒の圧力を一時的に増加させる第1制御を実行する。
制御部60は、第1制御において、圧縮機21の回転数を増加させることにより熱源側熱交換器23を流れる冷媒の圧力を増加させる。
制御部60は、低負荷運転において、膨張機構25の開度を大きくする第2制御をさらに実行する。
制御部60は、第1制御を、所定の第1時間にわたって実行する。第1時間は、10秒以上5分以下である。
制御部60は、第1制御を、第1時間よりも長い第2時間以上の間隔を空けて実行する。
(4-1)変形例1A
空気調和装置100では、制御部60は、第1制御において、圧縮機21の回転数を増加させることにより熱源側熱交換器23を流れる冷媒の圧力を一時的に増加させた。しかしながら、熱源側熱交換器23を流れる冷媒の圧力を一時的に増加させることができれば、第1制御はこれに限定されない。たとえば、制御部60は、第1制御において、熱源側ファン28を停止させてもよい。制御部60が熱源側ファン28を停止させることにより、熱源側熱交換器23内の冷媒と熱源側熱交換器23外の空気との熱交換が抑制される。この結果、熱源側熱交換器を流れる冷媒の圧力が一時的に増加するため、凝縮した冷媒の蒸発が促されるとともに、凝縮した冷媒が熱源側熱交換器23から押し出されて排出される。
空気調和装置100では、第1時間又は第2時間が可変であってもよく、たとえば、制御部60は、圧縮機21の回転数に基づいて第1時間又は第2時間を決定してもよい。
制御部60は、熱源空気温度Thaに基づいて前記第1時間又は前記第2時間を決定してもよい。
冷凍サイクル装置では、制御部60は第1制御とともに第2制御を実行したが、制御部60は第2制御の実行を省略してもよい。
21 圧縮機
22 流向切換機構
23 熱源側熱交換器
25 膨張機構
28 熱源側ファン
52 利用側熱交換器
60 制御部
100 空気調和装置
Claims (13)
- 対象空間の空調を行う冷凍サイクル装置(100)であって、
圧縮機(21)、熱源側熱交換器(23)、膨張機構(25)、利用側熱交換器(52)、及び、流向切換機構(22)を含む冷媒回路(10)と、
前記圧縮機及び前記流向切換機構を制御する制御部(60)と、
を備え、
前記制御部は、
前記冷媒回路が空調負荷の低い低負荷状態にあり、かつ、前記圧縮機が所定回転数以下で運転する、低負荷運転において、前記熱源側熱交換器を流れる冷媒の圧力を一時的に増加させる第1制御を実行する、
冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記第1制御において、前記圧縮機の回転数を増加させることにより前記熱源側熱交換器を流れる前記冷媒の圧力を増加させる、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記熱源側熱交換器に送風する熱源側ファン(28)をさらに備え、
前記制御部は、
前記第1制御において、前記熱源側ファンを停止させることにより前記熱源側熱交換器に流れる前記冷媒の圧力を増加させる、
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記低負荷運転において、前記第1制御の実行中に、前記膨張機構の開度を大きくする第2制御をさらに実行する、
請求項1から3のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記第1制御を、所定の第1時間にわたって実行し、
前記第1時間は、
10秒以上5分以下である、
請求項1から4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記第1制御を、前記第1時間よりも長い第2時間以上の間隔を空けて実行する、
請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記圧縮機の回転数に基づいて前記第1時間又は前記第2時間を決定する、
請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記熱源側熱交換器において冷媒と熱交換する熱源空気の温度である第1温度(Tha)に基づいて前記第1時間又は前記第2時間を決定する、
請求項6又は7に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記熱源側熱交換器において冷媒と熱交換する熱源空気の温度である第1温度と、前記熱源側熱交換器を流れる前記冷媒の温度である第2温度(Thr)との差が所定の第1温度差(Tg1)以下であると、前記冷媒回路が前記低負荷状態にあると判断する、
請求項1から請求項8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記熱源側熱交換器において冷媒と熱交換する熱源空気の温度である第1温度に基づいて算出される前記利用側熱交換器を流れる前記冷媒の第1推定温度(Tare1)、又は前記利用側熱交換器を流れる前記冷媒の温度である第3温度(Tar)と、前記第2温度との差が所定の第2温度差(Tg2)以下であると、前記冷媒回路が前記低負荷状態にあると判断する、
請求項1から請求項9のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記利用側熱交換器を流れる前記冷媒の温度である第3温度(Tar)又は前記圧縮機の回転数に基づいて算出される前記利用側熱交換器を流れる前記冷媒の第2推定温度(Tare2)と、前記熱源側熱交換器において冷媒と熱交換する熱源空気の温度である第1温度との差が所定の第3温度差(Tg3)以下であると、前記冷媒回路が前記低負荷状態にあると判断する、
請求項1から10のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記熱源側熱交換器において冷媒と熱交換する熱源空気の温度である第1温度と、前記対象空間内の温度である第6温度(Tr)との差が所定の第4温度差(Tg4)以下であると、前記冷媒回路が前記低負荷状態にあると判断する、
請求項1から11のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、
前記圧縮機の回転数が所定の回転数以下であると、前記冷媒回路が前記低負荷状態にあると判断する、
請求項1から12のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
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