JP2022131190A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ホットガスバイパス配管に取り付けられる電磁弁を冷媒が通過する音が大きくなることを抑制する。【解決手段】冷媒サイクル装置100は、冷媒が循環するメイン冷媒回路10と、ホットガスバイパス弁42を有するバイパス回路40と、制御部70とを備える。メイン冷媒回路10は、圧縮機21、熱源側熱交換器23、熱源側膨張弁25および利用側熱交換器31を有する。バイパス回路40は、圧縮機21の吐出側から分岐して圧縮機21の吸入側に接続される。制御部70は、熱源側熱交換器23を冷媒の吸熱器とし且つ利用側熱交換器31を冷媒の放熱器とする第1運転を行う前に、圧縮機21が駆動している状態でホットガスバイパス弁42を開く第2運転を行う。制御部70は、第1運転または第2運転において、圧縮機21の吐出側の冷媒の圧力と圧縮機21の吸入側の冷媒の圧力との差が第1所定値よりも大きくなった場合に、圧縮機21の回転数を下げる。【選択図】図4

Description

冷凍サイクル装置に関する。
特許文献1(特開2010-249464号公報)に記載のように、圧縮機から吐出される高圧のガス冷媒を、圧縮機の吐出側から吸入側へバイパスさせるホットガスバイパス配管を有する冷媒回路を備える冷凍サイクル装置が知られている。
ホットガスバイパス配管に取り付けられる電磁弁を冷媒が通過する音が大きくなることがある。
第1観点の冷媒サイクル装置は、メイン冷媒回路と、バイパス回路と、第1センサと、第2センサと、制御部とを備える。メイン冷媒回路は、圧縮機、四路切換弁、第1熱交換器、膨張機構および第2熱交換器を有する。メイン冷媒回路では、冷媒が循環する。バイパス回路は、開閉する第1弁を有する。バイパス回路は、圧縮機の吐出側の配管から分岐して圧縮機の吸入側の配管に接続される。第1センサは、圧縮機の吐出側の冷媒の圧力である第1圧力を取得する。第2センサは、圧縮機の吸入側の冷媒の圧力である第2圧力を取得する。制御部は、第1熱交換器を冷媒の吸熱器とし且つ第2熱交換器を冷媒の放熱器とする第1運転を行う前に、圧縮機が駆動している状態で第1弁を開く第2運転を行う。制御部は、第1運転または第2運転において、第1圧力と第2圧力との差である圧力差が第1所定値よりも大きくなった場合に圧縮機の回転数を下げる。
この冷媒サイクル装置では、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力差を抑制することで、運転時にバイパス回路を通過する冷媒の音が抑制される。
第2観点の冷媒サイクル装置は、第1観点の冷媒サイクル装置であって、四路切換弁は、第1状態と、第2状態とを有する。第1状態は、圧縮機の吐出側を第2熱交換器に連通させ、且つ、圧縮機の吸入側を第1熱交換器に連通させる状態である。第2状態は、圧縮機の吐出側を第1熱交換器に連通させ、且つ、圧縮機の吸入側を第2熱交換器に連通させる状態である。制御部は、第2運転において、圧力差が第2所定値以上となった場合に、四路切換弁が第2状態から第1状態に切り替わったと判定する。制御部は、四路切換弁が第2状態から第1状態に切り替わったと判定した後に、第1弁を開く。
この冷媒サイクル装置では、起動時に四路切換弁が切り替わるまでバイパス回路を閉じておくことで、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力差が適切に確保される。
第3観点の冷媒サイクル装置は、第2観点の冷媒サイクル装置であって、第1所定値は、第2所定値よりも大きい。
この冷媒サイクル装置では、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力差が適切な範囲内に維持される。
第4観点の冷媒サイクル装置は、第2観点または第3観点の冷媒サイクル装置であって、制御部は、第1弁が開いた後、圧力差が第1所定値よりも大きくなった場合に圧縮機の回転数を下げる。
この冷媒サイクル装置では、圧縮機の吐出側と吸入側との圧力差が適切な範囲内に維持される。
第5観点の冷媒サイクル装置は、第2観点の冷媒サイクル装置であって、四路切換弁は、第1状態と、第2状態とを有する。第1状態は、圧縮機の吐出側を第2熱交換器に連通させ、且つ、圧縮機の吸入側を第1熱交換器に連通させる状態である。第2状態は、圧縮機の吐出側を第1熱交換器に連通させ、且つ、圧縮機の吸入側を第2熱交換器に連通させる状態である。制御部は、圧縮機の前回の停止時において四路切換弁が第1状態である場合に、第2運転において、圧縮機の起動と同時に第1弁を開く。
この冷媒サイクル装置では、起動時に四路切換弁が既に適切な状態に切り替わっている場合に、起動と同時にバイパス回路を開くことで、起動時にかかる時間が短縮される。
第6観点の冷媒サイクル装置は、第1乃至第5観点のいずれか1つの冷媒サイクル装置であって、制御部は、第1条件が満たされた場合に、第2運転を終了して第1運転を開始する。第1条件は、第1圧力が第3所定値より大きい、第2圧力が第4所定値より大きい、圧力差が第5所定値より大きい、および、圧縮機の起動時からの経過時間が第1所定時間より長い、のいずれかである。
この冷媒サイクル装置では、通常運転が開始されなくなることが抑制される。
第7観点の冷媒サイクル装置は、第1乃至第6観点のいずれか1つの冷媒サイクル装置であって、制御部は、第2条件が満たされた場合に、第1弁を閉じる。第2条件は、圧縮機から吐出される冷媒の過熱度が第6所定値より大きい、圧力差が第7所定値より大きい、および、圧縮機の起動時からの経過時間が第2所定時間より長い、のいずれかである。
この冷媒サイクル装置では、バイパス回路が開いたままの状態で通常運転が継続されることが抑制される。
第8観点の冷媒サイクル装置は、第1乃至第7観点のいずれか1つの冷媒サイクル装置であって、制御部は、第1弁が閉じたら、膨張機構の開度を大きくする。
この冷媒サイクル装置では、バイパス回路が閉じた後、圧縮機の回転数を一時的に低下させることなく運転を継続させることができる。
第9観点の冷媒サイクル装置は、第8観点の冷媒サイクル装置であって、制御部は、第1弁が閉じたら、メイン冷媒回路を流れる冷媒の量に基づいて膨張機構の開度を制御する。
この冷媒サイクル装置では、運転時に膨張機構の開度が適切に制御される。
第10観点の冷媒サイクル装置は、第8観点または第9観点の冷媒サイクル装置であって、制御部は、第1運転において、第1熱交換器の出口側の冷媒温度に基づいて膨張機構の開度を制御する。制御部は、第1運転または第2運転において、第1弁が閉じたら、膨張機構の開度を大きくする。
この冷媒サイクル装置では、通常運転時にバイパス回路が閉じても、膨張機構の開度が適切に制御される。
実施形態に係る冷媒サイクル装置100の概略構成図である。 制御部70の概略構成と、制御部70に接続される要素とを模式的に示すブロック図である。 暖房起動制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 バイパス回路制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 バイパス回路制御におけるタイムチャートである。 バイパス回路制御におけるタイムチャートである。 ホットガスバイパス弁42が閉じたことをトリガーとするフィードフォワード制御による熱源側膨張弁25の開度の変化を示すタイムチャートである。
(1)冷媒サイクル装置100の構成
本開示の一実施形態に係る冷媒サイクル装置100について説明する。冷媒サイクル装置100は、蒸気圧縮式の冷媒サイクルによって、所定の空調対象空間の冷房運転および暖房運転を行う空気調和装置である。
図1に示されるように、冷媒サイクル装置100は、主として、熱源ユニット2と、利用ユニット3と、液側冷媒連絡配管6と、ガス側冷媒連絡配管7と、リモコン8と、制御部70とを有する。冷媒サイクル装置100では、熱源ユニット2と利用ユニット3とが、液側冷媒連絡配管6およびガス側冷媒連絡配管7を介して接続されることで、冷媒が循環するメイン冷媒回路10が構成される。
冷媒サイクル装置100では、メイン冷媒回路10内に封入される冷媒が、圧縮され、凝縮され、減圧され、蒸発された後に、再び圧縮される、という蒸気圧縮式の冷媒サイクルが行われる。メイン冷媒回路10内に封入される冷媒は、例えば、R32およびR410Aである。
冷媒サイクル装置100は、複数台の利用ユニット3を有してもよい。この場合、1台の熱源ユニット2に対して複数台の利用ユニット3が並列に接続されることで、メイン冷媒回路10が構成される。
(1-1)熱源ユニット2
熱源ユニット2は、空調対象空間を有する建物の外部等の屋外に設置される。図1に示されるように、熱源ユニット2は、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、熱源側熱交換器23と、熱源側ファン24と、熱源側膨張弁25と、低圧レシーバ26と、液側閉鎖弁28と、ガス側閉鎖弁29と、吐出側センサ36と、吸入側センサ37と、バイパス回路40とを有する。
圧縮機21は、冷媒サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機21は、ロータリ式またはスクロール式等の容積可変型の圧縮要素(図示せず)が圧縮機モータ21aによって回転駆動される密閉構造を有する。圧縮機モータ21aは、インバータにより運転周波数(圧縮機21の回転数)の制御が可能である。
四路切換弁22は、メイン冷媒回路10の接続状態を切り換えることで、冷房運転接続状態(第2状態)と暖房運転接続状態(第1状態)とを相互に切り換える。冷房運転接続状態(図1の実線の状態)では、圧縮機21の吐出側と熱源側熱交換器23のガス側とが接続され、かつ、圧縮機21の吸入側とガス側閉鎖弁29とが接続される。暖房運転接続状態(図1の点線の状態)では、圧縮機21の吐出側とガス側閉鎖弁29とが接続され、かつ、圧縮機21の吸入側と熱源側熱交換器23のガス側とが接続される。四路切換弁22の接続ポートの1つは、圧縮機21の吐出側と第1配管51を介して接続される。
熱源側熱交換器23は、冷房運転時には冷媒サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器(凝縮器)として機能し、暖房運転時には冷媒サイクルにおける低圧の冷媒の吸熱器(蒸発器)として機能する。
熱源側ファン24は、熱源ユニット2内に空調対象空間外の空気(外気等)を熱源側熱交換器23に供給し、熱源側熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、熱源ユニット2の外部に排出するための空気流れを生じさせる。熱源側ファン24は、熱源側ファンモータ24aによって回転駆動される。
熱源側膨張弁25は、冷媒を減圧する機能を有する絞り機構である。熱源側膨張弁25は、熱源側熱交換器23の液側と、液側閉鎖弁28との間に設けられる。熱源側膨張弁25は、制御部70による制御により開度を調節可能な電動膨張弁である。
低圧レシーバ26は、圧縮機21の吸入側と、四路切換弁22の接続ポートの1つとの間に設けられる。低圧レシーバ26の内部には、圧縮機21の吸入側から伸びる第2配管52の端部と、四路切換弁22の接続ポートの1つから伸びる第3配管53の端部とが配置される。第2配管52と第3配管53とは、低圧レシーバ26を介して互いに接続される。低圧レシーバ26は、メイン冷媒回路10における余剰冷媒を液冷媒として一時的に貯留することが可能な冷媒容器である。
液側閉鎖弁28は、熱源ユニット2の、液側冷媒連絡配管6との接続部分に配置される手動弁である。
ガス側閉鎖弁29は、熱源ユニット2の、ガス側冷媒連絡配管7との接続部分に配置される手動弁である。
バイパス回路40は、主として、ホットガスバイパス管41と、ホットガスバイパス弁42とを有する。ホットガスバイパス管41は、第1配管51と第2配管52とをバイパスする。具体的には、ホットガスバイパス管41は、第1配管51から分岐して第2配管52に接続される。これにより、圧縮機21から吐出されて第1配管51を流れる高圧の冷媒の一部は、ホットガスバイパス管41を経由して、圧縮機21に吸入される前の低圧の冷媒が流れる第2配管52に戻される。ホットガスバイパス弁42は、ホットガスバイパス管41の途中に設けられる。ホットガスバイパス弁42は、制御部70による制御により開度を調節可能な電磁弁または電動膨張弁である。バイパス回路40は、例えば、圧縮機21の吸入側の圧力の低下を抑制したり、圧縮機21内部の冷媒および冷凍機油の温度を上昇させたりするために設けられる。
吐出側センサ36は、第1配管51に取り付けられる。吐出側センサ36は、圧縮機21の吐出側と、ホットガスバイパス管41が第1配管51に接続される位置との間に設けられる。吐出側センサ36は、圧縮機21の吐出側における冷媒の圧力である吐出圧力を検出するセンサである。吐出側センサ36は、圧縮機21の吐出側における冷媒の温度である吐出温度を検出するセンサであってもよい。この場合、制御部70は、吐出側センサ36によって検出された吐出温度から吐出圧力を算出する。また、制御部70は、冷媒の凝縮温度から吐出圧力を算出してもよい。
吸入側センサ37は、第2配管52に取り付けられる。吸入側センサ37は、圧縮機21の吸入側と、ホットガスバイパス管41が第2配管52に接続される位置との間に設けられる。吸入側センサ37は、圧縮機21の吸入側における冷媒の圧力である吸入圧力を検出するセンサである。吸入側センサ37は、圧縮機21の吸入側における冷媒の温度である吸入温度を検出するセンサであってもよい。この場合、制御部70は、吸入側センサ37によって検出された吸入温度から吸入圧力を算出する。また、制御部70は、冷媒の蒸発温度から吸入圧力を算出してもよい。
熱源ユニット2は、熱源ユニット2を構成する各部品の動作を制御する熱源ユニット制御部20を有する。熱源ユニット制御部20は、制御部70を構成する。熱源ユニット制御部20は、例えば、CPUおよびメモリ等を含むマイクロコンピュータである。熱源ユニット制御部20は、利用ユニット3の利用ユニット制御部30と通信線を介して接続され、制御信号等の送受信を行う。
(1-2)利用ユニット3
利用ユニット3は、空調対象空間である部屋等の壁および天井等に設置される。図1に示されるように、利用ユニット3は、主として、利用側熱交換器31と、利用側ファン32とを有する。
利用側熱交換器31は、冷房運転時には冷媒サイクルにおける低圧の冷媒の吸熱器(蒸発器)として機能し、暖房運転時には冷媒サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器(凝縮器)として機能する。利用側熱交換器31の液側から延びる配管は、液側冷媒連絡配管6と接続される。利用側熱交換器31のガス側から延びる配管は、ガス側冷媒連絡配管7と接続される。
利用側ファン32は、利用ユニット3内に空調対象空間の空気を利用側熱交換器31に供給し、利用側熱交換器31において冷媒と熱交換させた後に、空調対象空間に排出するための空気流れを生じさせる。利用側ファン32は、利用側ファンモータ32aによって回転駆動される。
利用ユニット3は、利用ユニット3を構成する各部品の動作を制御する利用ユニット制御部30を有する。利用ユニット制御部30は、制御部70を構成する。利用ユニット制御部30は、例えば、CPUおよびメモリ等を含むマイクロコンピュータである。利用ユニット制御部30は、熱源ユニット2の熱源ユニット制御部20と通信線を介して接続され、制御信号等の送受信を行う。
(1-3)リモコン8
リモコン8は、空調対象空間、または、空調対象空間を有する建物内の特定の空間に配置される。リモコン8は、冷媒サイクル装置100のユーザが、冷媒サイクル装置100に各種指示を入力するための入力装置として機能する。ユーザは、例えば、リモコン8を操作して、冷媒サイクル装置100の運転状態(暖房運転または冷房運転)を切り換えたり、空調対象空間の設定温度を調整したりする。リモコン8は、冷媒サイクル装置100の運転状態、および、所定の報知情報を表示するための表示装置としても機能する。リモコン8は、熱源ユニット制御部20および利用ユニット制御部30と通信線を介して接続され、相互に信号の送受信を行う。
(1-4)制御部70
冷媒サイクル装置100では、熱源ユニット制御部20と利用ユニット制御部30とが通信線を介して接続されることで、冷媒サイクル装置100の動作を制御するハードウェアである制御部70が構成される。制御部70による制御は、熱源ユニット制御部20および利用ユニット制御部30が一体的に動作することにより実現される。制御部70による制御の詳細については後述する。
(2)冷媒サイクル装置100の運転モード
空気調和装置である冷媒サイクル装置100は、冷房運転モードまたは暖房運転モードで運転して、空調対象空間の空気の温度および湿度を調整する。制御部70は、ユーザによってリモコン8に入力された指示に基づいて、冷房運転モードおよび暖房運転モードのいずれの運転モードで運転すべきかを判断する。
(2-1)冷房運転モード
冷房運転モードでは、制御部70は、四路切換弁22を冷房運転接続状態にして、空調対象空間における冷房運転を実行する。冷房運転モードでは、制御部70は、例えば、メイン冷媒回路10における冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度になるように、圧縮機21の回転数を制御する。冷房運転モードでは、ホットガスバイパス弁42は、閉じられている。
冷房運転モードでは、熱源ユニット2の圧縮機21から吐出されたガス冷媒は、第1配管51および四路切換弁22を通過して、熱源側熱交換器23を流れる。熱源側熱交換器23を流れる冷媒は、屋外の空気と熱交換することにより放熱または凝縮した後、熱源側膨張弁25に向かって流れる。制御部70は、熱源側熱交換器23の過冷却度、および、利用側熱交換器31の過熱度が所定の目標値になる等の条件が満たされるように、熱源側熱交換器23と利用側熱交換器31との間に位置する熱源側膨張弁25の開度を制御する。
熱源側膨張弁25で減圧された冷媒は、液側閉鎖弁28および液側冷媒連絡配管6を通過して利用ユニット3に流入し、利用側熱交換器31を流れる。利用側熱交換器31を流れる冷媒は、空調対象空間の空気と熱交換することで吸熱または蒸発した後、ガス側冷媒連絡配管7を流れて、ガス側閉鎖弁29から熱源ユニット2に流入する。熱源ユニット2に流入した冷媒は、四路切換弁22、第3配管53、低圧レシーバ26および第2配管52を経て、再び、圧縮機21に吸入される。低圧レシーバ26では、利用側熱交換器31で蒸発しきれなかった液冷媒が余剰冷媒として貯留される。
(2-2)暖房運転モード
暖房運転モードでは、制御部70は、四路切換弁22を暖房運転接続状態にして、空調対象空間における暖房運転を実行する。暖房運転モードでは、制御部70は、例えば、メイン冷媒回路10における冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度になるように、圧縮機21の回転数を制御する。暖房運転モードでは、ホットガスバイパス弁42は、状況に応じて閉じられたり開けられたりしている。
暖房運転モードでは、熱源ユニット2の圧縮機21から吐出されたガス冷媒は、第1配管51、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁29およびガス側冷媒連絡配管7を通過して利用ユニット3に流入し、利用側熱交換器31を流れる。利用側熱交換器31を流れる冷媒は、空調対象空間の空気と熱交換することで放熱または凝縮した後、液側冷媒連絡配管6を流れて、液側閉鎖弁28から熱源ユニット2に流入する。熱源ユニット2に流入した冷媒は、熱源側膨張弁25で減圧される。制御部70は、利用側熱交換器31の過冷却度、および、熱源側熱交換器23の過熱度が所定の目標値になる等の条件が満たされるように、利用側熱交換器31と熱源側熱交換器23との間に位置する熱源側膨張弁25の開度を制御する。
熱源側膨張弁25で減圧された冷媒は、熱源側熱交換器23を流れる。熱源側熱交換器23を流れる冷媒は、屋外の空気と熱交換することにより吸熱または蒸発した後、四路切換弁22、第3配管53、低圧レシーバ26および第2配管52を経て、再び、圧縮機21に吸入される。低圧レシーバ26では、熱源側熱交換器23において蒸発しきれなかった液冷媒が余剰冷媒として貯留される。
(3)制御部70
(3-1)制御部70の構成
図2に示されるように、制御部70は、熱源ユニット2に含まれるアクチュエータおよびセンサと電気的に接続される。熱源ユニット2に含まれるアクチュエータは、具体的には、圧縮機21の圧縮機モータ21a、熱源側膨張弁25、ホットガスバイパス弁42、および、熱源側ファン24の熱源側ファンモータ24aである。熱源ユニット2に含まれるセンサは、具体的には、吐出側センサ36および吸入側センサ37である。制御部70は、リモコン8、および、利用ユニット3に含まれるアクチュエータとも電気的に接続される。利用ユニット3に含まれるアクチュエータは、具体的には、利用側ファン32の利用側ファンモータ32aである。
図2に示されるように、制御部70は、主として、記憶部71と、通信部72と、モード制御部73と、アクチュエータ制御部74と、表示制御部75とを有する。制御部70の各要素は、それぞれ、制御部70の特定の機能を実現する。制御部70は、ROM、RAMおよびフラッシュメモリ等に記憶された制御プログラムを実行することで、これらの機能を実現する。
記憶部71は、制御部70の他の要素からの依頼を受けて、所定の情報を所定の記憶領域に格納する。所定の情報とは、例えば、制御部70が実行する演算の結果、各センサの検出値、および、リモコン8に入力されたコマンドである。
通信部72は、制御部70に接続される各機器と、信号の送受信を行うための通信インターフェースとして機能する。通信部72は、アクチュエータ制御部74からの依頼を受けて、指定されたアクチュエータに所定の信号を送信する。通信部72は、吐出側センサ36、吸入側センサ37およびリモコン8等から出力された信号を受信して、所定の記憶領域に格納するよう記憶部71に依頼する。
モード制御部73は、冷媒サイクル装置100の運転モードの切り替え等を行う。
アクチュエータ制御部74は、制御プログラムに基づいて、冷媒サイクル装置100に含まれる各アクチュエータの動作を制御する。例えば、アクチュエータ制御部74は、設定温度およびセンサの検出値等に応じて、圧縮機21の回転数、熱源側膨張弁25の開度、ホットガスバイパス弁42の開度、熱源側ファン24の回転数、および、利用側ファン32の回転数等をリアルタイムに制御する。
表示制御部75は、表示装置としてのリモコン8の動作を制御する機能部である。表示制御部75は、冷媒サイクル装置100の運転状態および状況に係る情報等をユーザに通知するために、リモコン8に所定の情報を出力させる。例えば、表示制御部75は、運転モードおよび設定温度等の情報をリモコン8のディスプレイに表示させる。
(3-2)制御部70による制御の詳細
冷媒サイクル装置100が冷房運転モードの停止後に暖房運転モードで起動した時における、制御部70による制御の一例について、図面を参照しながら説明する。冷媒サイクル装置100が暖房運転モードで起動すると、制御部70は、暖房起動制御およびバイパス回路制御を同時に開始し、暖房起動制御とバイパス回路制御とを並列して実行する。冷媒サイクル装置100が起動する前では、冷媒サイクル装置100の運転は停止している。このとき、圧縮機モータ21aは停止しており、圧縮機21の回転数はゼロである。また、ホットガスバイパス弁42は、冷房運転モードの停止後に圧縮機21の吸入側および吐出側の圧力を均一にするため、一定時間開いた状態が維持された後に閉じられる。そのため、ホットガスバイパス弁42の起動時の開度はゼロである。また、熱源側膨張弁25の開度は所定の開度になっている。冷媒サイクル装置100が起動する前では、四路切換弁22は、冷房運転接続状態になっているものとする。
(3-2-1)暖房起動制御
暖房起動制御の実行時において、冷媒サイクル装置100は、起動運転モード(第2運転)および通常運転モード(第1運転)で運転する。起動運転モードでの運転は、冷媒サイクル装置100の起動時に開始し、所定の条件を満たすと終了する。通常運転モードでの運転は、起動運転モードでの運転が終了した時に開始し、冷媒サイクル装置100の運転停止時に終了する。通常運転モードでは、冷媒サイクル装置100が空調対象空間を暖房するための通常の暖房運転の実行に必要な各種制御が行われる。起動運転モードでは、冷媒サイクル装置100が通常運転モードで運転するために事前に実行する必要がある各種制御が行われる。次に、図3のフローチャートを参照しながら、制御部70による暖房起動制御について説明する。
ステップS10では、制御部70は、起動運転モードでの運転を開始する。具体的には、制御部70は、ユーザがリモコン8に入力したコマンド等に基づいて、冷媒サイクル装置100が暖房運転モードで起動したことを検知すると、起動運転モードでの運転を開始する。後述するように、起動運転モードでの運転が開始すると、圧縮機21が回転駆動し始め、圧縮機21の回転数がゼロから徐々に増加する。
ステップS11では、制御部70は、所定の第1終了条件が満たされているか否かを判定する。第1終了条件は、次の4つの条件A~Dの少なくとも1つが満たされる場合に、満たされる。
・条件A:吐出圧力が所定値より大きい。
・条件B:吸入圧力が所定値より大きい。
・条件C:吐出圧力と吸入圧力との差が所定値より大きい。
・条件D:圧縮機21の起動時からの経過時間が所定時間より長い。
吐出圧力は、例えば、吐出側センサ36の検出値に基づいて制御部70が取得した値が用いられる。吸入圧力は、例えば、吸入側センサ37の検出値に基づいて制御部70が取得した値が用いられる。圧縮機21の起動時からの経過時間は、例えば、熱源ユニット2に含まれるタイマー(図示せず)の計測値に基づいて制御部70が取得した値が用いられる。条件A~Cの「所定値」、および、条件Dの「所定時間」は、独立に設定される。
ステップS11では、第1終了条件が満たされている場合、ステップS13に移行し、第1終了条件が満たされていない場合、ステップS12に移行する。
ステップS12では、制御部70は、所定時間が経過するまで待機する。所定時間が経過した後、制御部70は、ステップS11に移行する。ステップS12で待機している間、圧縮機21は回転駆動し続けているので、吐出圧力、吸入圧力、および、圧縮機21の起動時からの経過時間が変化する。そのため、ステップS12において所定時間が経過した後、第1終了条件が満たされる可能性がある。制御部70は、第1終了条件が満たされるまで、ステップS11~S12を繰り返し実行する。
ステップS13では、制御部70は、起動運転モードでの運転を終了して通常運転モードでの運転を開始する。そのため、第1終了条件が満たされると、通常運転モードでの運転が開始される。
(3-2-2)バイパス回路制御
制御部70は、暖房起動制御の開始と同時に、バイパス回路制御を開始する。バイパス回路制御の実行時において、制御部70は、圧縮機21の回転数、ホットガスバイパス弁42の開度、および、熱源側膨張弁25の開度を制御する。次に、図4のフローチャート、および、図5のタイムチャートを参照しながら、制御部70によるバイパス回路制御について説明する。
図5は、3つのグラフG1~G3を含む。グラフG1は、圧縮機21の回転数のタイムチャートである。グラフG1において、縦軸は、圧縮機21の回転数を表す。グラフG2は、ホットガスバイパス弁42の開度のタイムチャートである。グラフG2において、「バイパス弁 閉」は、ホットガスバイパス弁42が閉じている状態(開度がゼロの状態)を表し、「バイパス弁 開」は、ホットガスバイパス弁42が開いている状態(開度が最大の状態)を表す。グラフG3は、暖房起動制御の運転モード(起動運転モードまたは通常運転モード)の変化を表すタイムチャートである。
ステップS20では、制御部70は、起動運転モードが開始したことを検知して、圧縮機21の回転数をゼロから所定の第1回転数(図5のステップA)まで増加させて圧縮機21を起動する(図5の時刻T1)。ステップS20では、圧縮機21が第1回転数で所定時間駆動した後に、ステップS21に移行する。
ステップS21では、制御部70は、吐出圧力と吸入圧力との差(以下、「圧力差」と呼ぶ。)が第2所定値以上であるか否かを判定する。ステップS21では、圧力差が第2所定値以上である場合、ステップS23に移行し、圧力差が第2所定値未満である場合、ステップS22に移行する。
ステップS22では、制御部70は、圧縮機21の回転数を第1回転数から所定の第2回転数(図5のステップB)まで増加させる(図5の時刻T2)。ステップS22では、圧縮機21が第2回転数で所定時間駆動した後に、再びステップS21に移行する。制御部70は、圧力差が第2所定値以上となるまで、ステップS21~S22を繰り返し実行する。制御部70は、圧力差が第2所定値以上になった場合に、四路切換弁22は、冷房運転接続状態から暖房運転接続状態に切り替わったと判定する。ステップS23以降では、四路切換弁22は、暖房運転接続状態になっているものとする。
ステップS23では、制御部70は、ホットガスバイパス弁42の開度をゼロから所定値まで増加させる(図5の時刻T3)。制御部70は、ホットガスバイパス弁42を全開にしてもよい。制御部70は、ステップS23の処理を、起動運転モードにおいて実行する。制御部70は、ステップS24以降の処理を、起動運転モードまたは通常運転モードにおいて実行する。
ステップS24では、制御部70は、圧縮機21の回転数を第2回転数から所定の第3回転数(図5のステップC)まで減少させる(図5の時刻T3)。ステップS24では、圧縮機21が第3回転数で所定時間駆動した後に、ステップS25に移行する。
ステップS25では、制御部70は、所定の第2終了条件が満たされているか否かを判定する。第2終了条件は、次の3つの条件E~Gの少なくとも1つが満たされる場合に、満たされる。
・条件E:圧縮機21から吐出される冷媒の過熱度が所定値より大きい。
・条件F:吐出圧力と吸入圧力との差が所定値より大きい。
・条件G:圧縮機21の起動時からの経過時間が所定時間より長い。
条件E~Fの「所定値」、および、条件Gの「所定時間」は、独立に設定される。
ステップS25では、第2終了条件が満たされている場合、ステップS31に移行する(図5の時刻T8)。ステップS25では、第2終了条件が満たされていない場合、ステップS26に移行する。制御部70は、第2終了条件が満たされるまで、ステップS26~S30を繰り返し実行する(図5の時刻T3~時刻T8の期間)。
ステップS26では、制御部70は、圧縮機21の回転数を一定時間ごとに増加させる(図5の時刻T4、時刻T7)。制御部70は、ステップS26の処理を初めて実行する場合、ステップS24で圧縮機21の回転数が第3回転数になった時点から所定時間が経過した場合に、圧縮機21の回転数を増加させる。制御部70は、ステップS26で圧縮機21の回転数を増加させた前回の時点から所定時間が経過した場合に、圧縮機21の回転数を増加させる。制御部70は、所定時間が経過していない場合には、圧縮機21の回転数を増加させない。ステップS26は、圧縮機21の回転数を維持するために行われる。
ステップS27では、制御部70は、圧力差が第1所定値より大きいか否かを判定する。ステップS27では、圧力差が第1所定値より大きい場合、ステップS28に移行し、圧力差が第1所定値以下である場合、ステップS30に移行する。第1所定値は、第2所定値よりも大きい。
ステップS28では、制御部70は、圧縮機21の回転数を下げる(図5の時刻T5)。制御部70は、圧縮機21の回転数を下げることで、圧力差を低減させる。ステップS28では、制御部70が圧縮機21の回転数を下げた後、ステップS29に移行する。
ステップS29では、制御部70は、所定時間が経過するまで待機する。ステップS29では、所定時間が経過した後、ステップS25に移行する。
ステップS30では、制御部70は、所定時間が経過するまで待機する。ステップS30では、所定時間が経過した後、ステップS25に移行する。
ステップS31では、制御部70は、ホットガスバイパス弁42の開度をゼロにして、ホットガスバイパス弁42を閉じる。そのため、第2終了条件が満たされると、ホットガスバイパス弁42が閉じる。
(3-2-3)その他の制御
制御部70は、ステップS23においてホットガスバイパス弁42を開いた後、メイン冷媒回路10を循環する冷媒の量が適切な範囲内になるように熱源側膨張弁25の開度を調整する流量調整制御を開始する。流量調整制御は、例えば、熱源側熱交換器23の出口側の冷媒温度(蒸発温度)に基づいて、熱源側膨張弁25の開度を調整することで行われる。制御部70は、ステップS31においてホットガスバイパス弁42を閉じた後においても、流量調整制御を継続する。
制御部70は、ステップS31においてホットガスバイパス弁42を閉じた時に通常運転モードになっている場合、設定温度と空調対象空間の現在温度との差に基づいて圧縮機21の回転数を制御する圧縮機通常制御を開始する。設定温度は、例えば、ユーザがリモコン8に入力した、空調対象空間の温度である。これにより、制御部70は、空調対象空間の負荷に応じて、圧縮機21の回転数を適切な値に調整することができる。
制御部70は、暖房起動制御とバイパス回路制御とを並列して実行する。そのため、暖房起動制御において第1終了条件が満たされる第1終了時点(図5の時刻T6)は、バイパス回路制御において第2終了条件が満たされている第2終了時点(図5の時刻T8)よりも前である場合もあり、後である場合もある。第1終了条件および第2終了条件のいずれが先に満たされるかは、外気温度等に基づく冷媒の状態に依存する。図5は、第1終了時点が第2終了時点よりも前である場合のタイムチャートである。図6は、第1終了時点が第2終了時点よりも後である場合のタイムチャートである。
(4)特徴
(4-1)
本実施形態の冷媒サイクル装置100は、圧縮機21の回転数を制御して圧縮機21の吐出側と吸入側との圧力差を抑えることで、バイパス回路40を通過する冷媒の音を抑制することができる。
1台の室外ユニット(熱源ユニット2)に複数台の室内ユニット(利用ユニット3)が接続されるタイプの空気調和装置(冷媒サイクル装置100)では、室外ユニットの圧縮機(圧縮機21)の容量が比較的大きい。そのため、運転中に圧縮機および室外ファン(熱源側ファン24)等から発生する音が大きく、冷媒が弁(ホットガスバイパス弁42)を通過する音が目立たない。しかし、室外ユニットの圧縮機の容量が比較的小さい場合、運転中に圧縮機および室外ファン等から発生する音が小さいため、冷媒が弁を通過する音が目立つおそれがある。
本実施形態の冷媒サイクル装置100においても、圧縮機21の吐出側の圧力と吸入側の圧力との差(圧力差)が大きくなりすぎると、バイパス回路40を流れる冷媒の量が増加して、ホットガスバイパス弁42を通過する冷媒の音が大きくなるおそれがある。しかし、冷媒サイクル装置100では、制御部70は、暖房運転の起動時および通常運転時において、圧力差が第1所定値以下になるように、必要に応じて圧縮機21の回転数を下げる制御を行う(図4のステップS28)。そのため、冷媒サイクル装置100では、バイパス回路40を流れる冷媒の量が増加することが抑制されるので、ホットガスバイパス弁42を通過する冷媒の音が大きくなることが抑制される。
(4-2)
本実施形態の冷媒サイクル装置100では、制御部70は、暖房運転の起動時において、四路切換弁22が冷房運転接続状態から暖房運転接続状態に切り替わったと判定されるまで、ホットガスバイパス弁42を閉じておく。具体的には、制御部70は、圧力差が第2所定値よりも大きくなった場合に、四路切換弁22が暖房運転接続状態に切り替わったと判定して、ホットガスバイパス弁42を開ける(図4のステップS21)。そのため、冷媒サイクル装置100では、暖房運転の起動時において、バイパス回路40に冷媒が流れることが抑制されるので、圧縮機21の吐出側と吸入側との圧力差が適切に確保される。
(4-3)
本実施形態の冷媒サイクル装置100では、制御部70は、圧力差が第2所定値よりも大きくなってホットガスバイパス弁42が開いた後に、圧力差が第1所定値以下になるように必要に応じて圧縮機21の回転数を下げる制御を行う。そのため、冷媒サイクル装置100では、暖房運転の起動時および通常運転時において、圧縮機21の吐出側と吸入側との圧力差が適切な範囲内に維持される。
(4-4)
本実施形態の冷媒サイクル装置100では、制御部70は、第1終了条件が満たされると、起動運転モードを終了して通常運転モードを開始する(図3のステップS11)。第1終了条件は、圧縮機21の起動時からの経過時間が所定時間より長くなると満たされる。そのため、冷媒サイクル装置100では、起動運転モードから通常運転モードに移行しなくなる不具合の発生が抑制される。
(4-5)
本実施形態の冷媒サイクル装置100では、制御部70は、第2終了条件が満たされると、ホットガスバイパス弁42を閉じ、空調対象空間の負荷に応じて圧縮機21の回転数を調整する通常運転を開始する(図4のステップS25)。第2終了条件は、圧縮機21の起動時からの経過時間が所定時間より長くなると満たされる。そのため、冷媒サイクル装置100では、ホットガスバイパス弁42が開いたままの状態で通常運転が継続される不具合の発生が抑制される。
(5)変形例
(5-1)変形例A
制御部70は、第2終了条件が満たされてホットガスバイパス弁42が閉じたら、熱源側膨張弁25の開度を大きくする制御をさらに行ってもよい。ホットガスバイパス弁42が閉じると、メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量が一時的に増加する。メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量を適切な量に維持するためには、例えば、圧縮機21の回転数を一時的に低下させて圧縮機21から吐出される冷媒の量を減らす必要がある。しかし、通常運転時には、圧縮機21の回転数は、空調対象空間の負荷等に基づく適切な値に維持されることが好ましい。本変形例では、制御部70は、圧縮機21の回転数を一時的に低下させる代わりに、熱源側膨張弁25の開度を大きくすることで、メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量を適切な量に維持する。
また、本変形例では、制御部70は、ホットガスバイパス弁42が閉じたら、メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量に基づいて熱源側膨張弁25の適切な開度を予測して、熱源側膨張弁25の開度を調整する制御を行うことが好ましい。例えば、制御部70は、メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量が所定の目標値となるように、熱源側膨張弁25の開度を調整する制御を行う。また、制御部70は、メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量と、バイパス回路40を流れる冷媒の量との比率に基づいて、熱源側膨張弁25の開度を調整する制御を行ってもよい。この場合、制御部70は、吸入側センサ37から取得される吸入圧力、および、圧縮機21の回転数に基づいて、メイン冷媒回路10を流れる冷媒量を算出する。また、制御部70は、吐出側センサ36から取得される吐出圧力、および、吐出圧力と吸入圧力との圧力差に基づいて、バイパス回路40を流れる冷媒量を算出する。
また、本変形例では、制御部70は、流量調整制御を行う通常運転時において、ホットガスバイパス弁42が閉じたら、熱源側膨張弁25の開度を大きくしてもよい。流量調整制御は、熱源側熱交換器23の出口側の冷媒温度(蒸発温度)に基づいて、メイン冷媒回路10を循環する冷媒の量が適切な範囲内になるように熱源側膨張弁25の開度を調整する制御である。例えば、制御部70は、利用側熱交換器31の過冷却度、および、熱源側熱交換器23の過熱度が所定の目標値になる等の条件が満たされるように、熱源側膨張弁25の開度を調整する制御を行う。この場合、図7に示されるように、制御部70は、ホットガスバイパス弁42が閉じたことをトリガーとするフィードフォワード制御によって、熱源側膨張弁25の開度を調整してもよい。
図7は、2つのグラフG2,G4を含む。グラフG2は、図5および図6のグラフG2と同じである。グラフG4は、熱源側膨張弁25の開度のタイムチャートである。グラフG4において、縦軸は、熱源側膨張弁25の開度のイメージを表す。図5および図6と同様に、時刻T3は、ホットガスバイパス弁42が開く時刻を表し、時刻T8は、ホットガスバイパス弁42が閉じる時刻を表す。
図7に示されるように、冷媒サイクル装置100の起動時から、ホットガスバイパス弁42が開く時刻T3までの期間において、熱源側膨張弁25の開度は所定の開度を維持している。時刻T3においてホットガスバイパス弁42が開いた後、制御部70は、流量調整制御を開始する。制御部70は、流量調整制御を行っている間、熱源側熱交換器23の出口側の冷媒温度(蒸発温度)等に基づいて、熱源側膨張弁25の開度をリアルタイムで調整する。制御部70は、時刻T8においてホットガスバイパス弁42が閉じたことを検知すると、流量調整制御を継続しつつ、熱源側膨張弁25の開度を所定量増加させるフィードフォワード制御を行う。熱源側膨張弁25の開度の増加量は、時刻T8における冷媒の状態等に応じて決定されてもよい。これにより、通常運転時にバイパス回路40が閉じても、圧縮機21の回転数を一時的に低下させることなく、メイン冷媒回路10を流れる冷媒の量が適切な量に維持される。
本変形例では、冷媒サイクル装置100は、バイパス回路40が閉じた後、圧縮機21の回転数を一時的に低下させることなく、通常の暖房運転(流量調整制御)を継続させることができる。
(5-2)変形例B
制御部70は、圧縮機21の前回の停止時に四路切換弁22が暖房運転接続状態である場合に、起動運転モードにおいて、圧縮機21の起動と同時にホットガスバイパス弁42を開いてもよい。この場合、圧縮機21の起動時に四路切換弁22が既に暖房運転接続状態となっているので、制御部70は、図4のステップS21~S22の処理を省略することができる。これにより、制御部70は、バイパス回路制御にかかる時間を短縮することができる。
(5-3)変形例C
冷媒サイクル装置100が暖房運転専用である場合、熱源ユニット2は、四路切換弁22を有さなくてもよい。この場合、制御部70は、バイパス回路制御において、図4のステップS21~S22の処理を実行しない。そのため、制御部70は、ステップS20で圧縮機21が第1回転数で所定時間駆動した後に、ステップS23で圧縮機21の回転数を第1回転数から第3回転数まで増加させることができる。
―むすび―
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
10 :メイン冷媒回路
21 :圧縮機
22 :四路切換弁
23 :熱源側熱交換器(第1熱交換器)
25 :熱源側膨張弁(膨張機構)
31 :利用側熱交換器(第2熱交換器)
36 :吐出側センサ(第1センサ)
37 :吸入側センサ(第2センサ)
40 :バイパス回路
42 :ホットガスバイパス弁(第1弁)
70 :制御部
100 :冷媒サイクル装置
特開2010-249464号公報

Claims (10)

  1. 圧縮機(21)、四路切換弁(22)、第1熱交換器(23)、膨張機構(25)および第2熱交換器(31)を有し、冷媒が循環する、メイン冷媒回路(10)と、
    開閉する第1弁(42)を有し、前記圧縮機の吐出側の配管から分岐して前記圧縮機の吸入側の配管に接続される、バイパス回路(40)と、
    前記圧縮機の吐出側の冷媒の圧力である第1圧力を取得するための第1センサ(36)と、
    前記圧縮機の吸入側の冷媒の圧力である第2圧力を取得するための第2センサ(37)と、
    制御部(70)と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記第1熱交換器を冷媒の吸熱器とし且つ前記第2熱交換器を冷媒の放熱器とする第1運転を行う前に、前記圧縮機が駆動している状態で前記第1弁を開く第2運転を行い、
    前記第1運転または前記第2運転において、前記第1圧力と前記第2圧力との差である圧力差が第1所定値よりも大きくなった場合に前記圧縮機の回転数を下げる、
    冷媒サイクル装置(100)。
  2. 前記四路切換弁は、
    前記圧縮機の吐出側を前記第2熱交換器に連通させ、且つ、前記圧縮機の吸入側を前記第1熱交換器に連通させる第1状態と、
    前記圧縮機の吐出側を前記第1熱交換器に連通させ、且つ、前記圧縮機の吸入側を前記第2熱交換器に連通させる第2状態と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記第2運転において、前記圧力差が第2所定値以上となった場合に、前記四路切換弁が前記第2状態から前記第1状態に切り替わったと判定し、
    前記四路切換弁が前記第2状態から前記第1状態に切り替わったと判定した後に、前記第1弁を開く、
    請求項1に記載の冷媒サイクル装置。
  3. 前記第1所定値は、前記第2所定値よりも大きい、
    請求項2に記載の冷媒サイクル装置。
  4. 前記制御部は、前記第1弁が開いた後、前記圧力差が前記第1所定値よりも大きくなった場合に前記圧縮機の回転数を下げる、
    請求項2または3に記載の冷媒サイクル装置。
  5. 前記四路切換弁は、
    前記圧縮機の吐出側を前記第2熱交換器に連通させ、且つ、前記圧縮機の吸入側を前記第1熱交換器に連通させる第1状態と、
    前記圧縮機の吐出側を前記第1熱交換器に連通させ、且つ、前記圧縮機の吸入側を前記第2熱交換器に連通させる第2状態と、
    を有し、
    前記制御部は、前記圧縮機の前回の停止時において前記四路切換弁が前記第1状態である場合に、前記第2運転において、前記圧縮機の起動と同時に前記第1弁を開く、
    請求項2に記載の冷媒サイクル装置。
  6. 前記制御部は、第1条件が満たされた場合に、前記第2運転を終了して前記第1運転を開始し、
    前記第1条件は、
    前記第1圧力が第3所定値より大きい、
    前記第2圧力が第4所定値より大きい、
    前記圧力差が第5所定値より大きい、および、
    前記圧縮機の起動時からの経過時間が第1所定時間より長い、
    のいずれかである、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の冷媒サイクル装置。
  7. 前記制御部は、第2条件が満たされた場合に、前記第1弁を閉じ、
    前記第2条件は、
    前記圧縮機から吐出される冷媒の過熱度が第6所定値より大きい、
    前記圧力差が第7所定値より大きい、および、
    前記圧縮機の起動時からの経過時間が第2所定時間より長い、
    のいずれかである、
    請求項1から6のいずれか1項に記載の冷媒サイクル装置。
  8. 前記制御部は、前記第1弁が閉じたら、前記膨張機構の開度を大きくする、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の冷媒サイクル装置。
  9. 前記制御部は、前記第1弁が閉じたら、前記メイン冷媒回路を流れる冷媒の量に基づいて前記膨張機構の開度を制御する、
    請求項8に記載の冷媒サイクル装置。
  10. 前記制御部は、
    前記第1運転において、前記第1熱交換器の出口側の冷媒温度に基づいて前記膨張機構の開度を制御し、
    前記第1運転または前記第2運転において、前記第1弁が閉じたら、前記膨張機構の開度を大きくする、
    請求項8または9に記載の冷媒サイクル装置。
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