JP2023150214A - 冷凍装置 - Google Patents

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JP2023150214A
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庸貴 椛島
Nobutaka KABASHIMA
正喜 山口
Masaki Yamaguchi
誠 小島
Makoto Kojima
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Abstract

【課題】アキュムレータの液面高さを精度よく推定できる冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置は、圧縮機(21)の吐出冷媒の温度と、高圧圧力と、低圧圧力と、圧縮機(21)の回転数とに基づきアキュムレータ(24)の液面高さを推定し、液面高さに基づいて減圧弁(26,41)の開度を制御する制御部(C)を備える。【選択図】図3

Description

本開示は、冷凍装置に関する。
従来より、冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。特許文献1に開示された冷凍装置の冷媒回路には、圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられる。アキュムレータは、ガス冷媒中から液冷媒を分離する。アキュムレータは、圧縮機に液冷媒が吸入されることを抑制する。
特開2021-25758号公報
アキュムレータの液面高さが高くなると、液冷媒が圧縮機に吸入される可能性が高くなる。アキュムレータの液面高さを精度よく推定できれば、液面高さに応じた冷凍装置の制御が可能となり、液冷媒が圧縮機に吸入されることを抑制できる。
本開示の目的は、アキュムレータの液面高さを精度よく推定できる冷凍装置を提供することである。
第1の態様は、冷凍装置を対象とし、
圧縮機(21)と、放熱器(22,42)と、減圧弁(26,41)と、蒸発器(42,22)と、該圧縮機(21)に接続される吸入管(64)と、該吸入管(64)に繋がるアキュムレータ(24)と、該アキュムレータ(24)内の液冷媒を前記吸入管(64)に送る戻し流路(65)とを有する冷媒回路(11)と、
前記圧縮機(21)の吐出冷媒の温度と、高圧圧力と、低圧圧力と、前記圧縮機(21)の回転数とに基づき前記アキュムレータ(24)の液面高さを推定し、該液面高さに基づいて前記減圧弁(26,41)の開度を制御する制御部(C)とを備える。
第1の態様では、制御部(C)が、圧縮機(21)の吐出冷媒の温度と、高圧圧力と、低圧圧力と、圧縮機(21)の回転数に基づきアキュムレータ(24)の液面高さを推定する。圧縮機(21)の回転数は、アキュムレータ(24)から圧縮機(21)へ吸入される冷媒の流量を示す指標となるため、この流量に応じたアキュムレータ(24)の液面高さを推定できる。その結果、アキュムレータの液面高さを精度よく推定できる。制御部(C)は、このようにして推定した液面高さに基づいて減圧弁(26,41)を制御する。これにより、アキュムレータ(24)の液面高さを調節できる。
第2の態様は、第1の態様において、
前記制御部(C)が、
前記圧縮機(21)の吐出冷媒の温度、高圧圧力、および低圧圧力に基づき求めた圧縮機(21)の吸入冷媒の乾き度と、前記圧縮機(21)の回転数とを用いて、前記アキュムレータ(24)から前記吸入管(64)に流出するガス冷媒の流量と、前記アキュムレータ(24)から前記戻し管(65)に流出する液冷媒の流量とを求め、
前記ガス冷媒の流量と、前記液冷媒の流量とを変数とする関係式により前記液面高さを求める。
第2の態様では、制御部(C)は、吐出冷媒の温度、高圧圧力、および低圧圧力に基づいて圧縮機(21)の吸入冷媒の乾き度を求める。制御部(C)は、吸入冷媒の乾き度と圧縮機(21)の回転数とを用いて、吸入管(64)に流出するガス冷媒の流量と、戻し管(65)に流出する液冷媒の流量とを求める。制御部(C)は、これらのガス冷媒の流量と、液冷媒の流量とを変数とする関数によりアキュムレータ(24)の液面高さを推定する。
第3の態様は、第2の態様は、
前記関係式は、機械学習によって決定される。
第4の態様は、第1~第3のいずれか1つの態様において、
前記圧縮機(21)は、
ケーシング(50)と、
前記ケーシング(50)の内部に設けられるとともに、圧縮した冷媒を該ケーシング(50)の内部に吐出する圧縮機構(52)と、
前記ケーシング(50)に接続され、該ケーシング(50)の内部と連通する吐出管(55)とを有し、
前記吐出管(55)に設けられ、前記吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ(71)を備える。
第4の態様では、吐出冷媒の温度を容易に検出できる。
第5の態様は、第1~第3のいずれか1つの態様において、
前記圧縮機(21)は、
ケーシング(50)と、
前記ケーシング(50)の内部に設けられるとともに、圧縮した冷媒を該ケーシング(50)の内部に吐出する圧縮機構(52)と、
前記ケーシング(50)に接続され、該ケーシング(50)の内部と連通する吐出管(55)とを有し、
前記圧縮機構(52)の吐出ポート(52a)の近傍に配置され、前記吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ(71)を備える。
第5の態様では、吐出温度センサ(71)が、圧縮機構(52)から吐出された直後の冷媒の温度を検出する。このため、吐出冷媒の温度の検出精度が高くなり、これにより液面高さの推定の精度を向上できる。
第6の態様は、第1~第5のいずれか1つの態様において、
前記制御部(C)は、前記液面高さと、前記吐出冷媒の過熱度とに基づいて、前記減圧弁(26,41)の開度を制御する。
アキュムレータ(24)の液面高さは、吐出冷媒の過熱度に影響する。アキュムレータ(24)の液面高さが高くなると、液冷媒が圧縮機(21)に吸入され易くなり、吐出冷媒の過熱度が小さくなる傾向にあるからである。第6の態様では、制御部(C)が、推定した液面高さと、吐出冷媒の過熱度に基づいて減圧弁(26,41)を制御するので、アキュムレータ(24)内の液冷媒が圧縮機(21)に吸入されてしまうことをより確実に抑制できる。
第7の態様は、第1~第6のいずれか1つの態様において、
前記制御部(C)は、前記蒸発器(42,22)を流出した冷媒の湿り状態を示す指標と、前記液面高さとに基づいて、前記圧縮機(21)の回転数を制御する。
蒸発器(42,22)を流出した冷媒の湿り状態は、アキュムレータ(24)の液面高さに影響する。蒸発器(42,22)を流出した冷媒が湿り状態になると、アキュムレータ(24)の液面高さが高くなる傾向になるからである。第7の態様では、制御部(C)が、推定した液面高さと、蒸発器(42,22)を流出した冷媒の湿り状態に基づいて圧縮機(21)の回転数を制御する。このため、例えば蒸発器(42,22)を流出した冷媒が湿り状態ではあるが、アキュムレータ(24)の液面高さが所定値よりも低い場合には、圧縮機(21)の回転数を増大できる。これにより、冷凍装置の能力を増大させつつ、液冷媒が圧縮機(21)に吸い込まれることを抑制できる。
第8の態様は、第1~第7のいずれか1つの態様において、前記制御部(C)は、前記液面高さが所定値よりも低いときに、放熱器(22,42)に貯まった液冷媒を前記アキュムレータ(24)に送るように前記冷媒回路(11)を制御する。
第8の態様では、推定したアキュムレータ(24)の液面高さが所定値より低いときに、放熱器(22,42)に貯まった液冷媒をアキュムレータ(24)に送ることができる。これにより、冷凍装置の能力が低下することを抑制できる。
第9の態様は、第1~第8のいずれか1つの態様において、
前記冷媒回路(11)は、前記圧縮機(21)および前記アキュムレータ(24)をそれぞれ有するとともに互いに並列に接続される複数の熱源回路(20a)を有し、
前記制御部(C)は、
前記複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さを推定し、
前記複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さが互いに近づくように前記冷媒回路(11)を制御する。
第9の態様では、複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さを推定することで、これらの液面高さを近づけることができる。
図1は、実施形態に係る空気調和装置の配管系統図である。 図2は、空気調和装置の主要機器を示すブロック図である。 図3は、アキュムレータおよび圧縮機を拡大した概略構成図である。 図4は、アキュムレータの液面高さを推定する制御のフローチャートである。 図5は、乾き度の推定方法を説明するためのPH線図である。 図6は、液面高さに基づく減圧弁の制御のフローチャートである。 図7は、変形例1に係る空気調和装置の吐出温度センサの取り付け位置を示す概略構成図である。 図8は、変形例2に係る空気調和装置の吐出温度センサの取り付け位置を示す概略構成図である。 図9は、変形例3に係る空気調和装置の制御のフローチャートである。 図10は、変形例4に係る空気調和装置の排出動作の制御のフローチャートである。 図11は、変形例5に係る空気調和装置の配管系統図である。 図12は、変形例5に係る空気調和装置の排出動作の制御のフローチャートである。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示される実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。各図面は、本開示を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比または数を誇張または簡略化して表す場合がある。
《実施形態》
(1)空気調和装置の概要
空気調和装置(10)は、本開示の冷凍装置の一例である。図1は、空気調和装置(10)の配管系統図である。空気調和装置(10)は、対象空間の空気の温度を調節する。本例の対象空間は、ビルなどの室内空間である。空気調和装置(10)は、対象空間の冷房および暖房を行う。本例の空気調和装置(10)は、1つの熱源ユニット(20)と、複数の利用ユニット(40)と、連絡配管(12)と、制御部(C)とを有する。複数の利用ユニット(40)と熱源ユニット(20)とは、連絡配管(12)を介して互いに接続される。この接続により、閉回路である冷媒回路(11)が構成される。
冷媒回路(11)は、熱源ユニット(20)に設けられる熱源回路(20a)と、各利用ユニット(40)にそれぞれ設けられる利用回路(40a)とを含む。連絡配管(12)は、第1連絡配管(13)と第2連絡配管(14)とを含む。
第1連絡配管(13)は、液連絡配管である。第1連絡配管(13)は、第1主管(13a)と、第1主管(13a)から分岐する複数の第1分岐管(13b)とを含む。第1主管(13a)の一端は、液閉鎖弁である第1閉鎖弁(15)を介して熱源回路(20a)に接続する。複数の第1分岐管(13b)のそれぞれの一端は、第1主管(13a)と接続する。複数の第1分岐管(13b)のそれぞれの他端は、対応する利用回路(40a)に接続する。
第2連絡配管(14)は、ガス連絡配管である。第2連絡配管(14)は、第2主管(14a)と、第2主管(14a)から分岐する複数の第2分岐管(14b)とを含む。第2主管(14a)の一端は、ガス閉鎖弁である第2閉鎖弁(16)を介して熱源ユニット(20)に接続する。複数の第2分岐管(14b)のそれぞれの一端は、第2主管(14a)と接続する。複数の第2分岐管(14b)のそれぞれの他端は、対応する利用ユニット(40)に接続する。
(1-1)熱源ユニット
熱源ユニット(20)は、室外に配置される室外ユニットである。熱源ユニット(20)は、例えばビルなどの屋上や地上に配置される。
熱源ユニット(20)は、圧縮機(21)、熱源熱交換器(22)、熱源ファン(23)、およびアキュムレータ(24)を有する。熱源ユニット(20)は、冷媒の流路を切り換える四方切換弁(25)と、熱源膨張弁(26)とを有する。
圧縮機(21)は、吸入した冷媒を圧縮する。圧縮機(21)は、圧縮した冷媒を吐出する。圧縮機(21)は、スクロール型の回転式圧縮機である。圧縮機(21)は、揺動ピストン式、ローリングピストン式、スクリュー式などの他の回転式圧縮機でああってもよい。圧縮機(21)は、インバータ装置により運転周波数(回転数)が可変に構成される。
熱源熱交換器(22)は、室外熱交換器である。熱源熱交換器(22)は、フィンアンドチューブ式の空気熱交換器である。熱源熱交換器(22)は、その内部を流れる冷媒と室外空気とを熱交換させる。熱源熱交換器(22)は、本開示の放熱器および蒸発器として機能する。
熱源ファン(23)は、室外において熱源熱交換器(22)の近傍に配置される。熱源ファン(23)は、熱源熱交換器(22)を通過する空気を搬送する。
四方切換弁(25)は、切換機構の一例である。四方切換弁(25)は、冷房サイクルである第1冷凍サイクルと、暖房サイクルである第2冷凍サイクルとを切り換えるように、冷媒回路(11)の流路を変更する。四方切換弁(25)は、第1ポート(P1)、第2ポート(P2)、第3ポート(P3)、および第4ポート(P4)を有する。四方切換弁(25)の第1ポート(P1)は、圧縮機(21)の吐出部と繋がる。四方切換弁(25)の第2ポート(P2)は、アキュムレータ(24)を介して圧縮機(21)の吸入部と繋がる。四方切換弁(25)の第3ポート(P3)は、第2閉鎖弁(16)を介して第2連絡配管(14)と繋がる。四方切換弁(25)の第4ポート(P4)は、熱源熱交換器(22)のガス端と繋がる。
四方切換弁(25)は、第1状態と第2状態とに切り換わる。第1状態(図1の実線で示す状態)の四方切換弁(25)は、第1ポート(P1)と第4ポート(P4)とを連通し且つ第2ポート(P2)と第3ポート(P3)とを連通する。第2状態(図1の破線で示す状態)の四方切換弁(25)は、第1ポート(P1)と第3ポート(P3)とを連通し、第2ポート(P2)と第4ポート(P4)とを連通する。
アキュムレータ(24)は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。アキュムレータ(24)は、中空の円筒状の容器である。アキュムレータ(24)には、戻し管(65)が接続される。戻し管(65)には、第1開閉弁(66)が設けられる。第1開閉弁(66)は、電磁開閉弁であるが、開度が調節可能な電動弁であってもよい。
熱源膨張弁(26)は、冷媒を減圧する。熱源膨張弁(26)は、室外膨張弁である。熱源膨張弁(26)は、熱源回路(20a)において、第1閉鎖弁(15)と熱源熱交換器(22)の間に配置される。熱源膨張弁(26)は、開度が調節可能な電子膨張弁である。熱源膨張弁(26)は、本開示の減圧弁として機能する。
熱源ユニット(20)は、油戻し機構を有する。油戻し機構は、油分離器(31)と、油管(32)と、第2開閉弁(33)と、キャピラリーチューブ(34)とを有する。油分離器(31)は、圧縮機(21)の吐出部に設けられる。油分離器(31)は、圧縮機(21)から吐出された冷媒中から油を分離する。油管(32)は、その流入端が油分離器(31)に接続し、その流出端が圧縮機(21)の油貯まり部(56)(詳細は後述する)と連通する。第2開閉弁(33)は、油管(32)に設けられる。第2開閉弁(33)は、電磁開閉弁であるが、開度が調節可能な電動弁であってもよい。キャピラリーチューブ(34)は、油管(32)に設けられる。キャピラリーチューブ(34)は、減圧部の一例である。減圧部は、開度が調節可能な電動弁(膨張弁)であってもよい。
熱源ユニット(20)は、制御部(C)に含まれる第1制御装置(C1)を有する。
(1-2)利用ユニット
利用ユニット(40)は、ビルなどの室内に設置される室内ユニットである。利用ユニット(40)は、利用膨張弁(41)、利用熱交換器(42)、および利用ファン(43)を有する。
利用膨張弁(41)は、冷媒を減圧する。利用膨張弁(41)は、室内膨張弁である。利用膨張弁(41)は、利用回路(40a)における利用熱交換器(42)の液側の流路に配置される。利用膨張弁(41)は、開度が調節可能な電子膨張弁である。利用膨張弁(41)は、本開示の減圧弁として機能する。
利用熱交換器(42)は、室内熱交換器である。利用熱交換器(42)は、フィンアンドチューブ式の空気熱交換器である。利用熱交換器(42)は、その内部を流れる冷媒と室内空気とを熱交換させる。利用熱交換器(42)は、本開示の蒸発器および放熱器として機能する。
利用ファン(43)は、室内において利用熱交換器(42)の近傍に配置される。利用ファン(43)は、利用熱交換器(42)を通過する空気を搬送する。
利用ユニット(40)は、制御部(C)に含まれる第2制御装置(C2)を有する。各利用ユニット(40)の第2制御装置(C2)と、第1制御装置(C1)とは、第1通信線(W1)を介して互いに接続される。第1通信線(W1)は、有線または無線である。
(1-3)圧縮機の詳細
図3に示すように、圧縮機(21)は、ケーシング(50)と、ケーシング(50)の内部に収容される電動機(51)および圧縮機構(52)を有する。圧縮機(21)は、電動機(51)と圧縮機構(52)とを連結する回転軸(53)を有する。ケーシング(50)は、中空の縦長の容器である。ケーシング(50)の内部は、圧縮機構(52)から圧縮された吐出冷媒が満たされる。圧縮機(21)は、いわゆる高圧ドーム型である。ケーシング(50)の内部には、吐出冷媒が流れる内部流路(54)が形成される。ケーシング(50)の外部は、外気雰囲気となる。
電動機(51)は、ステータ(51a)とロータ(51b)とを有する。ステータ(51a)は、ケーシング(50)の内周面に固定される。ステータ(51a)は、ステータコアと、ステータコアに巻回されるコイルとを有する(図示省略)。ロータ(51b)は、ステータ(51a)の内部に配置され、回転軸(53)と連結する。電動機(51)では、コイルが通電することで回転磁界が形成される。この回転磁界によりロータ(51b)および回転軸(53)が回転する。
圧縮機構(52)は、回転軸(53)によって駆動される。圧縮機構(52)は、その内部の圧縮室において冷媒を圧縮する。圧縮機構(52)には、圧縮室で圧縮した冷媒が吐出される吐出ポート(52a)が形成される。
ケーシング(50)の胴部(50a)には、吐出管(55)が接続される。吐出管(55)の入口端はケーシング(50)の内部に連通し、吐出管(55)の出口端は冷媒回路(11)の高圧ガスラインと繋がる。
ケーシング(50)の内部には、圧縮機構(52)の吐出ポート(52a)から吐出管(55)までの間に内部流路(54)が形成される。圧縮機構(52)の吐出ポート(52a)から吐出された冷媒は、内部流路(54)を通過して吐出管(55)に送られる。
ケーシング(50)の底部には、油貯まり部(56)が形成される。油貯まり部(56)には、冷凍機油が貯まる。冷凍機油は、回転軸(53)に形成された油通路を介して圧縮機構(52)や軸受け(図示省略)に供給される。ケーシング(50)の油貯まり部(56)には、油戻し管(65)の流出端が連通する。
(1-4)アキュムレータの詳細
図3に示すように、アキュムレータ(24)の内部には、ガス貯留部(61)と液貯留部(62)とが形成される。ガス貯留部(61)は、アキュムレータ(24)の内部空間の上部に位置し、液貯留部(62)は、アキュムレータ(24)の内部空間の下部あるいは底部に位置する。アキュムレータ(24)には、流入管(63)と吸入管(64)と戻し管(65)とが接続する。
流入管(63)は、蒸発器を通過した冷媒が流れる。流入管(63)は、アキュムレータ(24)の頂部を貫通する。流入管(63)の流入端は、冷媒回路(11)の低圧ガスラインと繋がる。厳密には、流入管(63)の流入端は、四方切換弁(25)の第2ポート(P2)と繋がる。流入管(63)の流出端は、アキュムレータ(24)の上部に位置し、ガス貯留部(61)と連通する。
吸入管(64)は、アキュムレータ(24)で分離された後のガス冷媒が流出する。吸入管(64)は、アキュムレータ(24)の底部を貫通する。吸入管(64)の流入端は、アキュムレータ(24)の上部に位置し、ガス貯留部(61)と連通する。吸入管(64)の流出端は、圧縮機(21)の圧縮機構(52)の吸入ポート(図示省略)と直に繋がる。
戻し管(65)は、アキュムレータ(24)内の液冷媒を吸入管(64)に送る。戻し管(65)は、戻し流路(65)の一例である。戻し管(65)は、アキュムレータ(24)で分離された後の液冷媒が流れる。加えて、戻し管(65)は、アキュムレータ(24)に残る冷凍機油が流れる。戻し管(65)の流入端は、アキュムレータ(24)の底部に位置し、液貯留部(62)と連通する。戻し管(65)の流入端は、アキュムレータ(24)の底部に開口していなくてもよく、底部よりも上方に位置してもよい。戻し管(65)の流出端は吸入管(64)の中途部に接続する。戻し管(65)には、上述した第1開閉弁(66)が設けられる。第1開閉弁(66)は、本開示の戻し弁の一例である。
吸入管(64)は、戻し管(65)の接続部よりも上流側の第1吸入路(64a)と、戻し管(65)の接続部よりも下流側の第2吸入路(64b)とを含む。
(1-5)センサ
図2および図3に示すように、空気調和装置(10)は、複数のセンサを備える。複数のセンサは、吐出温度センサ(71)と、吐出圧力センサ(72)と、吸入圧力センサ(73)と、吸入温度センサ(74)とを含む。
本実施形態の吐出温度センサ(71)は、吐出管(55)に設けられる。吐出温度センサ(71)は、圧縮機(21)から吐出される冷媒の温度を検出する。厳密には、吐出温度センサ(71)は、圧縮機構(52)から吐出される冷媒の温度を検出する。
吐出圧力センサ(72)は、冷媒回路(11)の高圧ガスラインの圧力(高圧圧力)を検出する。吐出圧力センサ(72)は、例えば吐出管(55)に設けられ、吐出冷媒の圧力を検出する。
吸入圧力センサ(73)は、冷媒回路(11)の低圧ガスラインの圧力(低圧圧力)を検出する。吸入圧力センサ(73)は、例えば吸入管(64)に設けられ、吸入冷媒の圧力を検出する。吸入圧力センサ(73)は、低圧ガスラインのうちアキュムレータ(24)の上流側に設けられてもよい。
本実施形態の吸入温度センサ(74)は、アキュムレータ(24)に流入する前の冷媒の温度を検出する。言い換えると、吸入温度センサ(74)は、蒸発器として機能する熱源熱交換器(22)や利用熱交換器(42)を流出した冷媒の温度を検出する。
空気調和装置(10)は、圧縮機(21)の回転数を計測する回転数検知部(75)を備える。回転数検知部(75)は、例えば電動機(51)の電流値や回転数を計測し、圧縮機(21)の回転数を求める。
(1-6)制御部
制御部(C)は、空気調和装置(10)の動作を制御する。制御部(C)は、第1制御装置(C1)と第2制御装置(C2)とを含む。第1制御装置(C1)および第2制御装置(C2)のそれぞれは、MCU(Micro Control Unit,マイクロコントローラユニット)、電気回路、電子回路を含む。MCUは、CPU(Central Processing Unit,中央演算処理装置)、メモリ、通信インターフェースを含む。メモリには、CPUが実行するための各種のプログラムが記憶されている。
第1制御装置(C1)は、熱源ユニット(20)側の熱源制御部である。第1制御装置(C1)は、圧縮機(21)、熱源ファン(23)、四方切換弁(25)、熱源膨張弁(26)、第1開閉弁(66)、および第2開閉弁(33)を制御する。具体的には、第1制御装置(C1)は、圧縮機(21)の運転および停止と、圧縮機(21)の回転数と、熱源ファン(23)の運転および停止と、熱源ファン(23)の回転数と、四方切換弁(25)の流路の連通状態と、熱源膨張弁(26)の開度と、第1開閉弁(66)の開閉状態と、第2開閉弁(33)の開閉状態とを制御する。
第2制御装置(C2)は、利用ユニット(40)側の利用制御部である。第2制御装置(C2)は、利用ファン(43)および利用膨張弁(41)を制御する。第2制御装置(C2)は、利用ファン(43)の回転数と、利用膨張弁(41)の開度とを制御する。
制御部(C)は、圧縮機(21)の吐出冷媒の温度と、高圧圧力と、低圧圧力と、圧縮機(21)の回転数とに基づきアキュムレータ(24)の液面高さを推定する。ここで、液面高さ(Hliq)は、アキュムレータ(24)内に貯まった液冷媒の高さであり、アキュムレータ(24)の底面から液冷媒の液面までの高さを意味する。
より詳細には、制御部(C)は、圧縮機(21)の吐出冷媒の温度、高圧圧力、および低圧圧力に基づき求めた圧縮機(21)の吸入冷媒の乾き度と、圧縮機(21)の回転数とを用いて、アキュムレータ(24)から吸入管(64)に流出するガス冷媒の流量と、アキュムレータ(24)から戻し流路(65)に流出する液冷媒の流量とを求める。制御部(C)は、ガス冷媒の流量と、液冷媒の流量とを変数とする関係式により液面高さを求める。
制御部(C)は、推定したアキュムレータ(24)の液面高さに基づいて空気調和装置(10)を制御する。より詳細には、制御部(C)はアキュムレータの液面高さ(Hliq)に基づいて減圧弁(熱源膨張弁(26)および利用膨張弁(41))の開度を制御する。
(1-7)記憶部
制御部(C)は、記憶部(M)を有する。記憶部(M)は、例えばSRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などで構成される。
記憶部(M)には、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定するためのデータが記憶される。データは、関係式(厳密には、回帰式)を含んでいる。本実施形態の記憶部(M)は、第1制御装置(C1)に設けられる。回帰式は、ディープラーニング等を用いた機械学習によって決定される。具体的には、製造メーカなどの作業者は、既存の複数の空気調和装置の運転データを取得する。回帰式は、この運転データを入力値として機械学習によって得られる。厳密には、詳細は後述する回帰式の回帰係数、および切片が、機械学習によって取得される。得られた回帰式は、空気調和装置(10)の製造段階において、記憶部(M)に記憶される。
(2)運転動作
空気調和装置(10)の運転動作について図1を参照しながら説明する。空気調和装置(10)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。図1では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示している。
(2-1)冷房運転
冷房運転では、第1制御装置(C1)が圧縮機(21)および熱源ファン(23)を運転させ、四方切換弁(25)を第1状態とし、熱源膨張弁(26)を全開とする。第2制御装置(C2)が利用ファン(43)を運転させ、利用膨張弁(41)を所定開度に調節する。
冷房運転時の冷媒回路(11)は、第1冷凍サイクルを行う。第1冷凍サイクルでは、熱源熱交換器(22)が放熱器(厳密には、凝縮器)として機能し、利用熱交換器(42)が蒸発器として機能する。
具体的には、圧縮機(21)で圧縮された冷媒は、熱源熱交換器(22)を流れる。熱源熱交換器(22)では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。熱源熱交換器(22)で凝縮した冷媒は、第1連絡配管(13)を流れ、各利用回路(40a)に分流する。各利用回路(40a)では、冷媒が利用膨張弁(41)で減圧された後、利用熱交換器(42)を流れる。利用熱交換器(42)では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。各利用熱交換器(42)で蒸発した冷媒は、第2連絡配管(14)で合流した後、アキュムレータ(24)を通過し、圧縮機(21)に吸入される。
(2-2)暖房運転
暖房運転では、第1制御装置(C1)が圧縮機(21)および熱源ファン(23)を運転させ、四方切換弁(25)を第2状態とし、熱源膨張弁(26)を所定開度に調節する。第2制御装置(C2)が利用ファン(43)を運転させ、利用膨張弁(41)を所定開度に調節する。
暖房運転時の冷媒回路(11)は、第2冷凍サイクルを行う。第2冷凍サイクルでは、利用熱交換器(42)が放熱器(厳密には、凝縮器)として機能し、熱源熱交換器(22)が蒸発器として機能する。
具体的には、圧縮機(21)で圧縮された冷媒は、第2連絡配管(14)を流れ、各利用回路(40a)に分流する。各利用回路(40a)では、冷媒が利用熱交換器(42)を流れる。利用熱交換器(42)では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。各利用熱交換器(42)で凝縮した冷媒は、各利用膨張弁(41)で減圧されたのち、第1連絡配管(13)で合流する。第1連絡配管(13)の冷媒は、熱源膨張弁(26)で減圧された後、熱源熱交換器(22)を流れる。熱源熱交換器(22)では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。熱源熱交換器(22)で蒸発した冷媒は、アキュムレータ(24)を通過し、圧縮機(21)に吸入される。
(3)液面高さの推定
制御部(C)は、アキュムレータ(24)の液面高さを推定する。推定した液面高さは、圧縮機(21)に液冷媒が吸入されることを抑制するのに役立つ。
(3-1)液面高さの推定の制御の概要
制御部(C)は、所定時間置きにアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定する制御を行う。この制御について図4を参照しながら説明する。
ステップS11では、吐出温度センサ(71)が圧縮機構(52)の吐出冷媒温度(Td)を検出する。吐出圧力センサ(72)が高圧圧力(Hp)を検出する。吸入圧力センサ(73)が低圧圧力(Lp)を検出する。制御部(C)は、吐出冷媒温度(Td)と高圧圧力(Hp)と低圧圧力(Lp)とに基づいて、圧縮機(21)に吸入される吸入冷媒の乾き度(X)を求める。
ステップS12では、制御部(C)は、吸入冷媒の乾き度(X)と圧縮機の回転数(R)とに基づいてアキュムレータ(24)から吸入管(64)に流出するガス冷媒の流量(Grgas)と、アキュムレータ(24)から戻し管(65)に流出する液冷媒の流量(Grliq)とを求める。なお、ここでいう“流量”は、特にことわらない限り“質量流量”を意味する。
ステップS13では、制御部(C)は、アキュムレータ(24)から吸入管(64)に流出するガス冷媒の密度(ρgas)と、アキュムレータ(24)から戻し管(65)に流出する液冷媒の密度(ρliq)とを求める。
ステップS14では、制御部(C)は、ガス冷媒の流量(Grgas)、ガス冷媒の密度(ρgas)、液冷媒の流量(Grliq)、および液冷媒の密度(ρliq)を用いて、記憶部(M)に記憶された回帰式に基づきアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を求める。
(3-2)吸入冷媒の乾き度の推定
ステップS11における乾き度(X)の推定方法について説明する。
図5に示すように、吐出冷媒温度(Td)と高圧圧力(Hp)とがわかれば、吐出冷媒のエンタルピ(h1)がわかり、吐出冷媒の状態点aを求めることができる。点aと、等エントロピ線よりも傾きが大きい線分Lと、低圧圧力(Lp)とにより、吸入冷媒のエンタルピ(h2)がわかり、吸入冷媒の状態点bを求めることができる。この吸入冷媒の状態点bから、吸入冷媒の乾き度(X)を求めることができる。なお、線分Lの傾きは、理論上の等エントロピ線(図5の一点鎖線)と、実験値などを用いて予め決定される。線分Lの傾きは、機械学習によって予め決定してもよい。
制御部(C)の記憶部(M)は、このようにして乾き度(X)を求めるための関係を含むデータを記憶している。このデータは、吐出冷媒温度(Td)と高圧圧力(Hp)と低圧圧力(Lp)とをパラメータとする関数であってもよいし、これらのパラメータを含むテーブルであってもよい。ステップS11では、制御部(C)は、このデータと、ステップS11で取得したパラメータとを用いて吸入冷媒の乾き度(X)を求める。
(3-3)ガス冷媒の流量、および液冷媒の流量の推定
ステップS12におけるガス冷媒の流量(Grgas)および液冷媒の流量(Grliq)の推定方法について説明する。
ステップS12では、制御部(C)は、圧縮機(21)の回転数(R)に基づいて、圧縮機(21)に吸入される冷媒の流量(吸入冷媒量(G))を求める。吸入冷媒量(G)は、吸入管(64)の第2吸入路(64b)を流れる冷媒の流量に相当する。吸入冷媒量(G)は、アキュムレータ(24)から吸入管(64)(厳密には、第1吸入路(64a))に流出するガス冷媒の流量(Grgas)と、アキュムレータ(24)から戻し管(65)に流出する液冷媒の流量(Grliq)との和である。ステップS12では、制御部(C)は、吸入冷媒量(G)と乾き度(X)とに基づいて、ガス冷媒の流量(Grgas)と液冷媒の流量(Grliq)とを求める。
(3-4)ガス冷媒の密度、および液冷媒の密度の推定
ステップS13では、制御部(C)は、アキュムレータ(24)から吸入管(64)に流出するガス冷媒の密度(ρgas)を求める。このガス冷媒の密度(ρgas)は、低圧圧力(Lp)に相当する飽和ガスの密度に相当する。制御部(C)は、アキュムレータ(24)から戻し管(65)に流出する液冷媒の密度(ρliq)を求める。この液冷媒の密度(ρliq)は、低圧圧力(Lp)に相当する飽和液の密度に相当する。
(3-5)回帰式による液面高さの推定
ステップS14では、制御部(C)は、ステップS12で得たガス冷媒の流量(Grgas)および液冷媒の流量(Grliq)と、ステップS13で得たガス冷媒の密度(ρgas)および液冷媒の密度(ρliq)とに基づいて、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を求める。液面高さ(Hliq)は、以下の回帰式([数1]式)に基づいて算出される。
[数1]式において、λgasは、吸入管(64)(厳密には、第1吸入路(64a))の管摩擦係数であり、λliqは、戻し管(65)の管摩擦係数である。α、β、およびγは回帰係数であり、σは切片である。α、β、γ、およびσは、上述したように機械学習によって予め決定される。
[数1]の回帰式は、以下の式([数2]~[数7])に基づいて決定される。
吸入管(64)の第1吸入路(64a)と、戻し管(65)との圧力との関係は、以下の[数2]によって表すことができる。
[数2]式において、ΔPh_liqは、アキュムレータ(24)内に貯まった液貯留部(62)の液冷媒のヘッドの圧力に相当する。ΔPf_gasは、吸入管(64)(厳密には、第1吸入路(64a))を流れるガス冷媒の摩擦損失である。ΔPcv_liqは、戻し管(65)にある開状態の第1開閉弁(66)の流動抵抗(圧力損失)である。ΔPc_liqは、戻し管(65)を流れる液冷媒の摩擦損失である。
ΔPf_gas、ΔPh_liq、ΔPcv_liq、およびΔPc_liqは、それぞれ以下の[数3]式、[数4]式、[数5]式、および[数6]式で表すことができる。
[数3]式において、Lgasは、第1吸入路(64a)の経路長であり、dgasは第1吸入路(64a)の内径であり、Agasは第1吸入路(64a)の流路断面積である。Aは、Lgas、dgas、およびAgasを含んだ定数である。
[数4]式において、gは重力加速度、Bは重力加速度を含む定数である。
[数5]式において、Cは定数である。
[数6]式において、Lliqは戻し管(65)の経路長であり、dliqは戻し管(65)の内径であり、Aliqは戻し管(65)の流路断面積である。Dは、Lliq、dliq、およびAliqを含んだ定数である。
[数2]式について、[数3]式から[数6]式までを代入することで、以下の[数7]式が得られる。この[数7]式のそれぞれの係数(A/B、C/B、D/B)を回帰係数α、β、γとし、所定の切片σを付与することで、上述した[数1]式を得ることができる。
(4)液面高さに基づく減圧弁の制御例
制御部(C)は、推定した液面高さ(Hliq)に基づいて減圧弁(26,41)を制御する。冷房運転時には、制御部(C)は、減圧弁としての利用膨張弁(41)の開度を制御する。暖房運転時には、減圧弁としての熱源膨張弁(26)の開度を制御する。以下では、冷房運転時の制御例について説明する。
ステップS21では、制御部(C)が吐出冷媒の過熱度(DSH)を求める。吐出冷媒の過熱度(DSH)は、吐出冷媒温度(Td)から、高圧圧力(Hp)に相当する飽和ガスの温度を引くことで求められる。
ステップS22では、上述した制御により、制御部(C)がアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定する。
ステップS23では、制御部(C)は、吐出冷媒の過熱度(DSH)と、所定値D1とを比較する。吐出冷媒の過熱度(DSH)は、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)が高くなるほど小さくなる傾向にある。液面高さ(Hliq)が高くなると、アキュムレータ(24)の液貯留部(62)の液冷媒のヘッドが大きくなり、アキュムレータ(24)から戻し管(65)を介して吸入管(64)に送られる液冷媒の量が増えるからである。ステップS23において、吐出冷媒の過熱度(DSH)がD1より低い場合、処理はステップS26に移行する。ステップS26では、制御部(C)は減圧弁である利用膨張弁(41)の開度を小さくする。これにより、蒸発器(利用熱交換器(42))を流出する冷媒の乾き度、あるいは過熱度を増大できる。その結果、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を小さくでき、液冷媒が直接的に吸入管(64)(第1吸入路(64a))に流出してしまうことを抑制できる。
ステップS23において、吐出冷媒の過熱度(DSH)がD1より低くない場合、処理はステップS24に移行する。ステップS24では、制御部(C)は、吐出冷媒の過熱度(DSH)と、所定値D2とを比較する。ここで、D2はD1と同じ、またはD1よりも高い所定値である。ステップS24において、吐出冷媒の過熱度(DSH)がD2より低い場合、処理はステップS26に移行し、制御部(C)が利用膨張弁(41)の開度を小さくする。
ステップS24において、吐出冷媒の過熱度(DSH)がD2より高い場合、処理はステップS25に移行する。ステップS25では、制御部(C)が、推定した液面高さ(Hliq)と所定値とを比較する。吐出冷媒の過熱度(DSH)は、例えば冷媒回路(11)の高低差圧が比較的大きい場合にも増大しやすい。このため、吐出冷媒の過熱度(DSH)が比較的大きいにも拘わらず、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)が高くなる可能性もある。そこで、本実施形態の制御部(C)は、吐出冷媒の過熱度(DSH)だけでなく、上述のようにして推定したアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を用いて、減圧弁(26,41)の開度を制御する。
具体的には、ステップS25において、液面高さ(Hliq)が所定値よりも高い場合、処理はステップS26に移行し、制御部(C)が利用膨張弁(41)の開度を小さくする。これにより、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)が比較的高いが、吐出冷媒の過熱度(DSH)が大きい運転条件下において、アキュムレータ(24)の液冷媒が直接的に吸入管(64)(第1吸入路(64a))に流出してしまうことを抑制できる。
ステップS25において、液面高さ(Hliq)が所定値以下である場合、処理はステップS27に移行し、制御部(C)が利用膨張弁(41)の開度を大きくする。これにより、蒸発器(利用熱交換器(42))を流出する冷媒の過熱度が過剰に大きくなることを抑制できる。
暖房運転時の制御部(C)は、冷房運転と同様にして、減圧弁としての熱源膨張弁(26)を制御する。暖房運転の制御は、この点を除くと基本的には冷房運転の制御と同様である。
(5)特徴
(5-1)
本実施形態の制御部(C)は、圧縮機(21)の吐出冷媒温度(Td)と、高圧圧力(Hp)と、低圧圧力(Lp)と、圧縮機(21)の回転数(R)とに基づきアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定する。ここで、制御部(C)は、圧縮機(21)の回転数(R)により冷媒循環量を考慮してアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定する。このため、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を精度よく推定できる。
制御部(C)は、推定した液面高さ(Hliq)に基づいて減圧弁(26,41)を制御するため、アキュムレータ(24)の液冷媒が直に吸入管(第1吸入路(64a))に流出することを抑制できる。このため、圧縮機(21)に液冷媒が吸入されてしまうことを抑制できる。
(5-2)
制御部(C)は、圧縮機(21)の吐出冷媒温度(Td)、高圧圧力(Hp)、および低圧圧力(Lp)に基づき求めた圧縮機(21)の吸入冷媒の乾き度(X)と、圧縮機(21)の回転数(R)とを用いて、アキュムレータ(24)から吸入管(64)(第1吸入路(64a))に流出するガス冷媒の流量(Grgas)と、アキュムレータ(24)から戻し管(65)に流出する液冷媒の流量(Grliq)とを求める。制御部(C)は、ガス冷媒の流量(Grgas)と、液冷媒の流量(Grliq)とを変数とする関係式により液面高さ(Hliq)を求める。この関係式により、制御部(C)はアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を精度よく推定でききる。
(5-3)
[数1]式で表される関係式(回帰式)は、既存の空気調和装置の運転データを用いて機械学習によって決定される。具体的には、[数1式]で表される回帰式の回帰変数、および切片が機械学習によって決定される。ここでいう運転データは、上述した[数1]式から[数7]式までに含まれる各変数を含む。このようにして回帰式を得ることにより、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を精度よく推定できる。
(5-4)
吐出温度センサ(71)は吐出管(55)に設けられるので、比較的簡単な構成により、吐出冷媒温度(Td)を検出できる。
(5-5)
制御部(C)は、液面高さ(Hliq)と吐出冷媒の過熱度とに基づいて減圧弁(26,41)の開度を制御する。これにより、上述したように、アキュムレータ(24)の液冷媒が直に吸入管(64)(第1吸入路(64a))に流出してしまうことを確実に抑制できる。
(6)変形例
以上の実施形態は、以下のような変形例の構成としてもよい。
(6-1)変形例1
変形例1は、吐出温度センサ(71)が設けられる箇所が、上述した実施形態と異なる。図7に示すように、変形例1の吐出温度センサ(71)は、圧縮機構(52)から吐出される冷媒の温度を直接的に検出する。吐出温度センサ(71)は、ケーシング(50)の内部において、圧縮機構(52)の吐出ポート(52a)の近傍に配置される。変形例1では、圧縮機構(52)から吐出された直後の冷媒の温度(例えば図5の点aの状態の冷媒の温度)を精度よく検出できる。これにより、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)をより精度よく推定できる。
(6-2)変形例2
図8に示すように、変形例2の吐出温度センサ(71)は、ケーシング(50)の外部であって、圧縮機構(52)の吐出ポート(52a)の近傍に配置される。吐出温度センサ(71)は、ケーシング(50)のうち吐出ポート(52a)付近の部分の温度を検出する。このケーシング(50)の温度は、吐出ポート(52a)から吐出された冷媒の温度と同等になる。このため、変形例2においても、圧縮機構(52)から吐出された直後の冷媒の温度を精度よく検出でき、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)をより精度よく推定できる。
(6-3)変形例3
変形例3の空気調和装置(10)では、制御部(C)が蒸発器(42,22)を流出した冷媒の湿り状態を示す指標と、推定した液面高さ(Hliq)とに基づいて、圧縮機(21)の回転数(R)を制御する。
図9に示すように、ステップS31では、制御部(C)が空調能力の増大要求があるか否かを判定する。増大要求を示す指令は、例えば設定温度と室内温度との差が大きい場合に、制御部(C)に入力される。ステップS31において、空調能力の増大要求がある場合、処理はステップS32に移行する。
ステップS32では、制御部(C)は蒸発器(42,22)を流出した冷媒が湿り状態であるか否かを判定する。冷房運転の場合には、蒸発器は利用熱交換器(42)であり、暖房運転の場合には、蒸発器は熱源熱交換器(22)である。冷媒が湿り状態であるかを判定する指標としては、蒸発器(42,22)を流出した冷媒の過熱度が用いられる。この過熱度(吸入過熱度)は、低圧圧力(Lp)に相当する飽和ガスの温度と、吸入温度センサ(74)で検出した吸入冷媒の温度との差によって求められる。例えば吸入過熱度がゼロの場合、冷媒は湿り状態とみなすことができる。なお、冷媒が湿り状態を示す指標は、蒸発器を流出する冷媒の乾き度であってもよい。
ステップS32において、蒸発器(42,22)を流出した冷媒が湿り状態でないと判定された場合、処理はステップS34に移行する。ステップS34では、制御部(C)が圧縮機(21)の回転数(R)を増大させる。ステップS35では、制御部(C)が減圧弁(26,41)の開度を増大させる。具体的に、冷房運転であれば制御部(C)は利用膨張弁(41)の開度を大きくし、暖房運転であれば制御部(C)は熱源膨張弁(26)の開度を大きくする。ステップS34およびS35の制御により、空気調和装置(10)の空調能力が増大する。この際、蒸発器(42,22)から比較的乾いた状態の冷媒がアキュムレータ(24)に送られる。このため、アキュムレータ(24)から液冷媒が吸入管(64)に直に流出することを抑制できる。
ステップS32において、蒸発器(42,22)を流出した冷媒が湿り状態であると判定された場合、処理はステップS33に移行する。ステップS33では、制御部(C)は、推定したアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)が所定値より低いか否かを判定する。ステップS33において、液面高さ(Hliq)が所定値より低い場合、処理はステップS34に移行し、制御部(C)が圧縮機(21)の回転数(R)を増大させる。次いで、ステップS35では、制御部(C)が減圧弁(26,41)の開度を増大させる。この際、アキュムレータ(24)には湿り状態の冷媒が送られるが、液面高さ(Hliq)は低い状態である。このため、圧縮機(21)の回転数(R)を増大させたり、減圧弁(26,41)の開度を大きくしたりしても、アキュムレータ(24)から液冷媒が吸入管(64)に直に流出することを抑制できる。アキュムレータ(24)の内圧が低下し、液冷媒に溶けた油のフォーミングが生じることに起因して、液冷媒が吸入管(64)に直に流出することを抑制できる。これにより、冷媒が湿り状態であったとしても、空気調和装置(10)の空調能力を増大できる。
ステップS33において、液面高さ(Hliq)が所定値以上である場合、制御部(C)は、圧縮機(21)の回転数(R)を増大させず、減圧弁(26,41)の開度を大きくしない。これにより、液面高さ(Hliq)が所定値以上である状況下では、アキュムレータ(24)の液冷媒が吸入管(64)に直に流出することを確実に抑制できる。
(6-4)変形例4
変形例4の空気調和装置(10)では、制御部(C)が、液面高さ(Hliq)が所定値よりも低いときに、放熱器(22,42)に貯まった液冷媒をアキュムレータ(24)に送る排出動作を行うように冷媒回路(11)を制御する。
図10に示すように、ステップS41において、排出動作の実行指令が制御部(C)に入力されると、処理はステップS42に移行する。排出動作の実行指令は、例えば所定のタイミングで制御部(C)に入力されてもよいし、放熱器(22,42)に液冷媒が溜まる所定の条件が成立すると、制御部(C)に入力されてもよい。
ステップS42では、制御部(C)は、上述の実施形態と同様に、アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定する。ステップS43では、制御部(C)は、推定した液面高さ(Hliq)が所定値より低いか否かを判定する。ステップS43において、推定した液面高さ(Hliq)が所定値より低い場合、処理はステップS44に移行し、制御部(C)が減圧弁(26,41)の開度を大きくする。冷房運転であれば、制御部(C)は利用膨張弁(41)の開度を大きくし、暖房運転であれば制御部(C)は熱源膨張弁(26)の開度を大きくする。次いで、ステップS45では、制御部(C)が圧縮機(21)の回転数(R)を増大させる。
以上の制御により、冷房運転であれば、放熱器である熱源熱交換器(22)に溜まった液冷媒を蒸発器である利用熱交換器(42)側に排出でき、この冷媒をアキュムレータ(24)内に送ることができる。暖房運転であれば、放熱器である利用熱交換器(42)に溜まった液冷媒を蒸発器である熱源熱交換器(22)側に排出でき、この冷媒をアキュムレータ(24)内に送ることができる。
(6-5)変形例5
図11に示すように、変形例5の空気調和装置は、複数の熱源ユニット(20)を有する、いわゆる室外マルチ式である。各熱源ユニット(20)の熱源回路(20a)は、互いに並列となるように冷媒回路(11)に接続される。
変形例5の各熱源回路(20a)には、液送り管(80)と制御弁(81)とが設けられる。液送り管(80)の一端は、液ラインに接続される。具体的には、液送り管(80)の一端は、熱源膨張弁(26)と第1閉鎖弁(15)との間に設けられる。液送り管(80)の他端は、アキュムレータ(24)の流入管(63)に接続される。制御弁(81)は、液送り管(80)に設けられる。制御弁(81)は、その開度が可変な電動弁であるが、開閉弁であってもよい。
変形例4の制御部(C)は、複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を推定し、複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さが互いに近づくように冷媒回路(11)を制御する。この制御により、放熱器(22,42)に溜まった液冷媒を、液面高さ(Hliq)の低いアキュムレータ(24)に送る排出動作が行われる。
図12に示すように、ステップS51において、排出動作の実行指令が制御部(C)に入力されると、処理はステップS52に移行する。
ステップS52では、制御部(C)は、上述の実施形態と同様に、複数の熱源回路(20a)毎のアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)をそれぞれ推定する。ステップS53では、制御部(C)は、複数の熱源回路(20a)のアキュムレータ(24)のうち、推定した液面高さ(Hliq)が最も低いアキュムレータ(24)を特定する。ステップS54では、制御部(C)は、特定したアキュムレータ(24)に対応する制御弁(81)を開ける。言い換えると、制御部(C)は、特定したアキュムレータ(24)が存在する熱源回路(20a)の制御弁(81)を開ける。これにより、冷房運転であれば、放熱器である熱源熱交換器(22)に溜まった液冷媒を、液送り管(80)を経由してアキュムレータ(24)に送ることができる。暖房運転であれば、放熱器である利用熱交換器(42)に溜まった液冷媒を、液送り管(80)を経由してアキュムレータ(24)に送ることができる。これにより、液面高さ(Hliq)が最も低いアキュムレータ(24)に液冷媒を送ることができるとともに、各アキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)を互いに近づけることができる。これにより、放熱器(22,42)での液溜まりを解消できることに加えて、一部のアキュムレータ(24)の液面高さ(Hliq)が高くなってしまうことを抑制できる。
ステップS55において所定時間が経過すると、ステップS56において制御部(C)は、ステップS54で開けた制御弁(81)を閉じる。これにより、排出動作が終了する。
(7)その他の実施形態
本開示の冷凍装置は、空気調和装置でなくてもよく、冷凍サイクルを行う装置であれば、他の装置であってもよい。他の装置としては、冷蔵庫や冷凍庫などの空気を冷却する冷却装置、海上コンテナやトレーラの庫内を冷却する輸送用冷凍装置、温水を生成する給湯装置などがある。
本開示の戻し流路は、戻し管(65)でなくてもよく、吸入管(64)の流入側に形成した戻し穴であってもよい。戻し穴は、吸入管(64)のうちアキュムレータ(24)の内部の底部付近に位置する部分に形成される。アキュムレータ(24)の液冷媒は、戻し穴を通じて吸入管(64)に流入する。
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨およ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。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態の要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
以上に述べた「第1」、「第2」、「第3」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。
以上に説明したように、本開示は、冷凍装置について有用である。
10 空気調和装置(冷凍装置)
11 冷媒回路
20a 熱源回路
21 圧縮機
22 熱源熱交換器(放熱器、蒸発器)
24 アキュムレータ
26 熱源膨張弁(減圧弁)
41 利用膨張弁(減圧弁)
42 利用熱交換器(蒸発器、放熱器)
50 ケーシング
52 圧縮機構
52a 吐出ポート
55 吐出管
64 吸入管
65 戻し管(戻し流路)
71 吐出温度センサ
C 制御部

Claims (9)

  1. 圧縮機(21)と、放熱器(22,42)と、減圧弁(26,41)と、蒸発器(42,22)と、該圧縮機(21)に接続される吸入管(64)と、該吸入管(64)に繋がるアキュムレータ(24)と、該アキュムレータ(24)内の液冷媒を前記吸入管(64)に送る戻し流路(65)とを有する冷媒回路(11)と、
    前記圧縮機(21)の吐出冷媒の温度と、高圧圧力と、低圧圧力と、前記圧縮機(21)の回転数とに基づき前記アキュムレータ(24)の液面高さを推定し、該液面高さに基づいて前記減圧弁(26,41)の開度を制御する制御部(C)とを備える冷凍装置。
  2. 前記制御部(C)は、
    前記圧縮機(21)の吐出冷媒の温度、高圧圧力、および低圧圧力に基づき求めた圧縮機(21)の吸入冷媒の乾き度と、前記圧縮機(21)の回転数とを用いて、前記アキュムレータ(24)から前記吸入管(64)に流出するガス冷媒の流量と、前記アキュムレータ(24)から前記戻し管(65)に流出する液冷媒の流量とを求め、
    前記ガス冷媒の流量と、前記液冷媒の流量とを変数とする関係式により前記液面高さを求める
    請求項1に記載の冷凍装置。
  3. 前記関係式は、機械学習によって決定される
    請求項2に記載の冷凍装置。
  4. 前記圧縮機(21)は、
    ケーシング(50)と、
    前記ケーシング(50)の内部に設けられるとともに、圧縮した冷媒を該ケーシング(50)の内部に吐出する圧縮機構(52)と、
    前記ケーシング(50)に接続され、該ケーシング(50)の内部と連通する吐出管(55)とを有し、
    前記吐出管(55)に設けられ、前記吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ(71)を備える
    請求項1~3のいずれか1つに記載の冷凍装置。
  5. 前記圧縮機(21)は、
    ケーシング(50)と、
    前記ケーシング(50)の内部に設けられるとともに、圧縮した冷媒を該ケーシング(50)の内部に吐出する圧縮機構(52)と、
    前記ケーシング(50)に接続され、該ケーシング(50)の内部と連通する吐出管(55)とを有し、
    前記圧縮機構(52)の吐出ポート(52a)の近傍に配置され、前記吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ(71)を備える
    請求項1~3のいずれか1つに記載の冷凍装置。
  6. 前記制御部(C)は、前記液面高さと、前記吐出冷媒の過熱度とに基づいて、前記減圧弁(26,41)の開度を制御する
    請求項1~5のいずれか1つに記載の冷凍装置。
  7. 前記制御部(C)は、前記蒸発器(42,22)を流出した冷媒の湿り状態を示す指標と、前記液面高さとに基づいて、前記圧縮機(21)の回転数を制御する
    請求項1~6のいずれか1つに記載の冷凍装置。
  8. 前記制御部(C)は、前記液面高さ(Hliq)が所定値よりも低いときに、放熱器(22,42)に貯まった液冷媒を前記アキュムレータ(24)に送るように前記冷媒回路(11)を制御する
    請求項1~7のいずれか1つに記載の冷凍装置。
  9. 前記冷媒回路(11)は、前記圧縮機(21)および前記アキュムレータ(24)をそれぞれ有するとともに互いに並列に接続される複数の熱源回路(20a)を有し、
    前記制御部(C)は、
    前記複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さを推定し、
    前記複数の熱源回路(20a)の各アキュムレータ(24)の液面高さが互いに近づくように前記冷媒回路(11)を制御する
    請求項1~8のいずれか1つに記載の冷凍装置。
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