JP4418936B2

JP4418936B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4418936B2
Application number: JP2005067511A
Authority: JP
Inventors: 正彦藤井
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006250440A

Description

本発明は、配管長の検出方法及び該方法を備えた空気調和装置の技術に関する。

空気調和装置は、その形態により一体型と分離型とに大別される。このうち分離型の空気調和装置は、室外熱交換器、圧縮機等を備えて且つ室外に設置される室外機と、室内交換器を備え且つ室内に設置される室内機とを備え、これら室外機と室内機とを連絡配管によって接続して一連の冷媒循環系を構成している。

ところで、空気調和装置の設置工事において、上記室外機と室内機を接続するために使用される連絡配管の必要配管長は、設置現場における配管条件によって異なるものである。従って、空気調和装置の現場施工に際しては、室外機と室内機の施工条件を考慮して、適正な配管長をもつ連絡配管を選択して使用するようにしている。

一方、空気調和装置の工場生産の過程においては、その設置工事に際してどのような配管長の連絡配管が選択使用されるかについては考慮されておらず、従って施工後における空気調和装置の実際の運転制御には、現場施工時に選択された連絡配管の配管の長短は反映されない。

従来、分離型の空気調和装置において、暖房運転から除霜運転への移行時に室内熱交換器温度の低下状態を検出し、低下率に基づいて連絡配管の配管長を検知する技術は公知となっている（特許文献１参照）。本文献においては、検出した配管長を運転制御に反映させることで、空気調和装置の空調特性が改善されている。
特開平１１−３４４２７５号公報

室外熱交換器、圧縮機等を備えて且つ室外に設置される室外機と、室内交換器を備え且つ室内に設置される室内機とを備え、これら室外機と室内機とを連絡配管によって接続して一連の冷媒循環系を構成している分離型の空気調和装置において、連絡配管の配管長の長短は該連絡配管の圧力損失に影響を及ぼす。即ち、配管長が長い連絡配管は、配管長が短い連絡配管よりも圧力損失が大きい。しかし前述したが、実際の配管長はほとんどの場合は設置現場の配管条件によって異なる。

ここで、冷房運転時に冷房負荷に応じた圧縮機吸入圧力の所定の目標値を定め、運転制御に反映させる空気調和装置においては、圧縮機吸入圧力が蒸発器としての室内熱交換器の圧力に配管長の圧力損失分が減じたものとなる。つまり、室内熱交換器の圧力は、目標としている圧縮機吸入圧力より圧力損失分だけ高くなる。ここで室内熱交換器の圧力が高いということは、飽和圧力相等温度つまり蒸発温度が高いということであり、冷房効果が低減する。

以上より、分離型の空気調和装置の冷房運転においては、連絡配管が長いほど圧力損失が大きく冷房効果が低減するという課題がある。ここで特許文献１に示す従来技術では、連絡配管の配管長の長さが検出できるが、該連絡配管の的確な圧力損失は検知できない。ここで、本発明が解決しようとする課題は、分離型の空気調和装置の冷房運転において、容易且つ的確に圧力損失を検出し、該圧力損失分を補正した適正な目標の圧縮機吸入圧力を算出することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、室内熱交換器と室外熱交換器間を冷媒が循環する空気調和装置において、冷房運転時に室内熱交換器の出口の冷媒温度に基づく冷媒圧力と圧縮機吸入圧力との差より配管圧力損失を算出し、冷房運転の圧縮機吸入圧力の目標値を前記配管圧力損失分だけ減算補正する構成としたものである。

また、減算補正する空気調和装置において、室内熱交換器が複数接続され、室内熱交換器の出口の冷媒温度に基づく冷媒圧力の情報が複数ある場合には、それらの最低圧力と圧縮機吸入圧力との差より配管圧力損失を算出し、冷房運転の圧縮機吸入圧力の目標値を該配管圧力損失分だけ減算補正する構成としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、室内熱交換器と室外熱交換器間を冷媒が循環する空気調和装置において、冷房運転時に室内熱交換器の出口の冷媒温度に基づく冷媒圧力と圧縮機吸入圧力との差より配管圧力損失を算出し、冷房運転の圧縮機吸入圧力の目標値を前記配管圧力損失分だけ減算補正する構成としたので、冷房運転中の冷房負荷に応じた圧縮機吸入圧力の目標値を、実際の配管圧力損失分のみ補正することができる。
また、どのような配管長の連絡配管が選択されても、適時目標値を補正できる。さらに該圧力損失については、圧縮機吸入に設けられた圧力センサーと室内熱交換器出口の温度センサーにて容易に算出できる。これにより、配管長が長く圧力損失が大きい連絡配管を施工された室内熱交換器の冷房効果低下を防止できる。

また、減算補正する空気調和装置において、室内熱交換器が複数接続され、室内熱交換器の出口の冷媒温度に基づく冷媒圧力の情報が複数ある場合には、それらの最低圧力と圧縮機吸入圧力との差より配管圧力損失を算出し、冷房運転の圧縮機吸入圧力の目標値を該配管圧力損失分だけ減算補正する構成としたので、室内熱交換器が複数台接続された場合に、実際の圧力損失以下に圧縮機吸入圧力の目標値が補正された室内熱交換器の蒸発温度が低下し、着霜が発生しやすくなることを防ぐことができる。
つまり、室内熱交換器が複数台ある即ち連絡配管が複数経路ある中で、最小圧力損失の連絡配管経路の補正をすることで、他の室内熱交換器の圧力が必要以下になることを防止している。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施例に冷媒回路図、図２は同じく冷媒回路構成によるモリエル線図、図３は本発明の別の実施例に係る冷媒回路図である。

ここで、本発明に係る配管圧力の減算補正について、１台の室外機に１台の室内機が接続された場合について図１を用いて説明する。

本発明に係る分離型の空気調和装置は、室外熱交換器４、圧縮機２等を備えて且つ室外に設置される室外機４０と、室内交換器５を備え且つ室内に設置される室内機４１とを備え、これら室外機４０と室内機４１とを連絡配管４２によって接続して一連の冷媒循環系を構成している。

分離型の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２の吐出側に接続され冷房時及び暖房時で冷媒の流れを切り換える四方弁３と、冷房時に圧縮機２から四方弁３を介して冷媒が供給される室外熱交換器４と、暖房時に圧縮機２から四方弁３を介して冷媒が供給される室内熱交換器５と、室外熱交換器４及び室内熱交換器５間に配設される室外熱交換用膨張弁６及び室内熱交換器用膨張弁１６と、を有しており、これらで構成される冷媒サイクルを用いるものである。前記四方弁３は電磁切換弁により構成され、制御手段となる制御装置３０と接続され、操作手段３１の操作で暖房・冷房・除霜等の場合に切り換えられる。

前記圧縮機２は、その吸入側からガス冷媒を吸引・圧縮し、高温・高圧のガス冷媒を吐出する。他方、圧縮機２の吐出側には、吐出ラインを構成する経路９を介して前記四方弁３が接続されており、この経路９にはガス冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機２の吸入側に戻すためのオイルセパレータ８が設けられている。すなわち、圧縮機２から吐出されるガス冷媒は、オイルセパレータ８を介して前記四方弁３へと流入し、この四方弁３にて所定の方向に導かれる。また、圧縮機２に吸引されるガス冷媒も四方弁３にて導かれるため、圧縮機２の冷媒吸入側と四方弁３とは吸入ラインを構成する経路１０により接続されている。さらに経路１０には圧力センサー２１が配置されている。

前記四方弁３は、前記室内熱交換器５の一端側に接続されており、この室内熱交換器５の他端側には、前記冷媒液レシーバ７が接続されている。さらに、レシーバ７と室内熱交換器５の間には室内熱交換器用膨張弁１６、室内熱交換器５と四方弁３の間には室内熱交換器出口温度センサー２２、室内熱交換器５と室内熱交換器用膨張弁１６の間には室内熱交換器入口温度センサー２３とが配置されている。また、同じく四方弁３には、前記室外熱交換器４が接続されており、この室外熱交換器４と室内熱交換器５とを接続する経路１３には、前記室外熱交換器用膨張弁６が設けられている。

ここで、前記圧力センサー２１、前記室内熱交換器出口温度センサー２２、前記室内熱交換器入口温度センサー２３は制御手段となる制御装置３０と接続され、それぞれ圧縮機２の吸入圧力、室内熱交換器５の出口冷媒温度、及び室内熱交換器５の入口冷媒温度を検出する。また、前記室外熱交換器用膨張弁６と前記室内膨張弁１６は電磁比例弁により構成され、制御手段となる制御装置３０と接続され、開閉制御される。

このような冷媒回路構成における冷房時の運転について説明する。冷房運転時においては、圧縮機２にて圧縮され吐出される高温・高圧のガス冷媒は、四方弁３を介して室外熱交換器４に送られ、この室外熱交換器４で室外ファン１７により送風される外気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室外の空気中に放熱される。ここで、ガス冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、逆止弁１５ａから液冷媒レシーバ流入口１９を経て液冷媒レシーバ７内に流入し一旦溜められ、さらに液冷媒レシーバ流出口１９ｂからドライヤ１４、逆止弁１５ｂを経由して室内膨張弁１６に到達し、この室内膨張弁１６により急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室内熱交換器５に導かれる。この室内熱交換器５が蒸発器となり、冷媒が室内の空気から蒸発熱を奪い液体から気体へと変化するとともに室内の空気を冷却する。気化した冷媒は、四方弁３を介して経路１０を通り、圧縮機２に吸引されて圧縮された後、再び吐出される。暖房運転については本発明には該当しないので、その説明は省略する。

ここで、冷媒回路構成における冷房運転時の制御について説明する。まず、室内熱交換器用膨張弁１６は冷房効果の効率向上のため、室内熱交換器５出口にて冷媒がガス並び液及びガスの二層流の飽和状態となるように、室内熱交換器５に流れる冷媒量を制御している。具体的には前記室内熱交換器出口温度センサー２２と室内熱交換器入口温度センサー２３の冷媒温度が等しければ、室内熱交換器５の出口にて飽和状態で制御していることになる。実際には、室内熱交換器出口の冷媒が湿り状態になることを防ぐため、熱交換器入口温度センサー２３の冷媒温度にある所定値を加算した室内熱交換器出口温度を目標にしている。

ここで、室内熱交換器出口温度センサー２２で検出された冷媒温度は飽和状態であることから、その使用した冷媒の冷媒物性によって該冷媒温度による飽和圧力が算出できる。つまり、室内熱交換器用膨張弁１６によって室内熱交換器５出口が飽和状態になるよう冷媒量を制御していることで、室内熱交換器５出口に設けられた室内熱交換器用温度センサー２２の検出温度にて、該飽和圧力を算出できる。

さらに、圧力センサー２１は、圧縮機吸入の圧力を検出し、該圧力が室内の冷房負荷に応じた目標の圧縮機吸入圧力になるように冷媒循環量制御することで、冷媒回路全体の冷媒循環量を制御する。ここで、目標である圧縮機吸入圧力は、操作手段３１で与えられた目標室内温度よりある所定値を減算した室内熱交換器５の蒸発温度の飽和温度相等圧力であり、即ち室内熱交換器５の冷房能力に比例する。

前述の冷媒循環量制御方法としては、個別の圧縮機の容量を制御する方法即ち電動機仕様の圧縮機を備えた空気調和装置においては電動機、又はエンジン駆動式ヒートポンプではエンジンの回転数を制御する方法がある。圧縮機単体の容量制御以外で冷媒循環量の制御方法としては、圧縮機２の台数制御による方法、又はバイパス回路１２を用いた方法がある。これらの手段を用いて目標の圧縮機吸入圧力即ち冷房負荷になるように冷媒循環量制御する。

ここで、本発明に係る配管圧力の減算補正について説明する。冷房運転時において室外機４０と室内機４１を接続する連絡配管４２は、室内熱交換器５と四方弁３に至る経路に設けられている。ここで前述の、室内熱交換器出口温度センサー２２の検出温度による飽和温度相等圧力と、圧力センサー２１による圧縮機吸入の圧力の差が連絡配管４２の圧力損失を示すことになる。この圧力損失差分を補正値として、前述の室内の冷房負荷に応じた目標の圧縮機吸入圧力から減算する。つまり実際の連絡配管４２の圧力損失分を減算補正した目標の圧縮機吸入圧力の設定によって、冷房効果を妨げることなく冷房運転を実施できる。

ここで具体的な制御方法について説明する。まず、冷房運転にて室内機４１を強制運転する。次に、制御装置３０は、室内熱交換器出口温度センサー２２が前述した熱交換器入口温度センサー２３の冷媒温度にある所定値を加算した値以下であるか否かの判定を実施する。次に、制御装置３０は、室内熱交換器出口温度センサー２２が熱交換器入口温度センサー２３の冷媒温度にある所定値を加算した値以下であれば、室内熱交換器５の出口は飽和状態にあるとし、室内熱交換器出口温度センサー２２の検出した冷媒温度を飽和圧力に換算する。次に、圧力センサー２１と該飽和圧力の差から圧力損失を算出する。以下、該圧力損失分を目標の圧縮機吸入圧力より減算補正して冷房運転を実施する。

以上の配管圧力の減算補正について、図２の簡易的なモリエル線図を用いて説明する。冷房運転時は、まず圧縮機２で圧縮され（圧縮工程区間Ａ―Ｂ）高圧となったガス冷媒は、室外熱交換器４に送られる。室外熱交換器４においては、高圧ガスとなった冷媒の凝縮による放熱が行われると共に冷却されて液冷媒となる( 凝縮区間Ｂ―Ｃ) 。そして、液
媒は室内熱交換器用膨張弁１６によって膨張され（膨張区間Ｃ―Ｄ１）低温・低圧の気液二層流となり、室内熱交換器５に送られる。室内熱交換器５においては、気液二層流冷媒は冷房を行う室内から吸熱すると共に冷却されて（蒸発区間Ｄ１−Ｅ１）飽和状態となって圧力損失を伴う連絡配管４２を通って（圧力損失区間Ｅ１―Ａ１）、圧縮機２へ再び吸入される。

ここで冷媒循環量Ｇは、圧力センサー２１によって検出される圧縮機２の吸入圧力である点Ａ１の圧力Ｐａ１を冷房負荷に応じた目標値になるべく、制御手段３０にて圧縮機２を制御することによって制御される。ここで目標値とする圧縮機吸入圧力は、操作手段３１で与えられた目標室内温度よりある所定値を減算した室内熱交換器５の蒸発温度の飽和温度相等圧力である。しかし、室内熱交換器５の蒸発圧力Ｐｅ１は連絡配管４２による圧力損失分ΔＰ（ΔＰ＝Ｐｅ１−Ｐａ１）だけ圧縮機の吸入圧力Ｐａ１より高いことになる。つまり実際の蒸発温度Ｔｅ１は目標とした蒸発温度Ｔｅ２よりも高く、操作手段３１で与えられた目標室内温度に至らないことになる。

ここで前述したように、点Ｅ１の圧力を室内熱交換器出口温度センサー２３の冷媒温度を換算し、点Ａ１の圧力を圧力センサー２１より求め、連絡配管４２の配管圧力損失（ΔＰ）を求める。このΔＰを従来の圧縮機吸入圧力の目標値であったＰａ１より減算し、補正された目標値Ｐａ２を求める（Ｐａ２＝Ｐａ１―ΔＰ）。以上の目標値補正により、室内熱交換器５の蒸発圧力はＰｅ１からＰｅ２に補正される。即ち蒸発温度もＴｅ１からＴｅ２に補正される。

次に、本発明に係る配管圧力の減算補正について、室内機が複数台設置された場合について説明する。例えば１台の室外機に４台の室内機が接続された場合について図３を用いて説明する。

冷房運転時において室外機４０と室内機４１ａ〜４１ｄを接続する連絡配管４２ａ〜４２ｄは、室内熱交換器５ａ〜５ｄと四方弁３に至る経路にそれぞれ設けられている。ここでは前述したように、それぞれの室内熱交換器出口温度センサー２２ａ〜２２ｄの検出温度による飽和温度相等圧力と、圧力センサー２１による圧縮機吸入の圧力の差がそれぞれの連絡配管４２ａ〜４２ｄの圧力損失を示すことになる。ここで、室内機４１ａ〜４１ｄの据付位置がそれぞれ異なると連絡配管４２ａ〜４２ｄの長さも異なり、即ち圧力損失もそれぞれ異なる。４つの圧力損失の情報中、最小の圧力損失分を補正値として、前述の室内冷房負荷に応じた目標の圧縮機吸入圧力から減算する。

例えばここである室内熱交換器が、実際の圧力損失より大きな圧力損失分の補正値を目標の圧縮機吸入圧力から減算すると、適正な冷房負荷よりも低い目標値の圧縮機吸入圧力つまり蒸発温度にて運転することになり、着霜が起こりやすく冷房運転効果が低減することになる。つまり、４つの圧力損失の情報中、最小の圧力損失分を補正値にして減算することにより、該不具合を防止している。

ここで具体的な制御方法について説明する。まず、冷房運転にて室内機４１ａ〜４１ｄを強制運転する。次に、制御装置３０は、それぞれの室内熱交換器出口温度センサー２２ａ〜２２ｄが、対応する熱交換器入口温度センサー２３ａ〜２３ｄの冷媒温度にある所定値を加算した値以下であるか否かの判定を実施する。次に、制御装置３０は、全ての室内熱交換器出口温度センサー２２ａ〜２２ｄが、対応する熱交換器入口温度センサー２３ａ〜２３ｄの冷媒温度にある所定値を加算した値以下であれば、それぞれの室内熱交換器５ａ〜５ｄの出口は飽和状態にあるとし、それぞれの室内熱交換器出口温度センサー２２ａ〜２２ｄの検出した冷媒温度を飽和圧力に換算する。次に、圧力センサー２１とそれぞれの該飽和圧力の差から圧力損失を検出する。ここで４つのうち最小の圧力損失分を、目標の圧縮機吸入圧力より減算して冷房運転を実施する。

本発明の一実施例に冷媒回路図。同じく冷媒回路構成によるモリエル線図。本発明の別の実施例に係る冷媒回路図。

２圧縮機
４室外熱交換器
５室内熱交換器
２１圧力センサー
２２室外熱交換器出口温度センサー

Claims

室内熱交換器と室外熱交換器間を、冷媒が循環する空気調和装置であって、冷房運転時に室内熱交換器の出口の冷媒温度に基づく冷媒圧力と、圧縮機吸入圧力との差より配管圧力損失を算出し、冷房運転の圧縮機吸入圧力の目標値を、前記配管圧力損失分だけ減算補正する空気調和装置において、前記室内熱交換器が複数接続され、該室内熱交換器の出口の冷媒温度に基づく冷媒圧力の情報が複数ある場合には、それらの最低圧力と圧縮機吸入圧力との差より配管圧力損失を算出し、冷房運転の圧縮機吸入圧力の目標値を該配管圧力損失分だけ減算補正することを特徴とする空気調和装置。