JP4462096B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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図1は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置1の概略の冷媒回路図である。空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置1は、主として、1台の熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、2台)の利用ユニットとしての室内ユニット4、5と、室外ユニット2と室内ユニット4、5とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット4、5と、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とが接続されることによって構成されている。
室内ユニット4、5は、ビル等の屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、屋内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット4、5は、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
室外ユニット2は、ビル等の屋上等に設置されており、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して室内ユニット4、5に接続されており、室内ユニット4、5の間で冷媒回路10を構成している。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図1及び図2を用いて説明する。
次に、試運転モードについて、図1〜図3を用いて説明する。ここで、図3は、試運転モードのフローチャートである。本実施形態において、試運転モードでは、まず、ステップS1の自動冷媒充填運転が行われ、続いて、ステップS2の制御変数変更運転が行われる。
まず、室外ユニット2の液側閉鎖弁25及びガス側閉鎖弁26を開けて、室外ユニット2に予め充填されている冷媒を冷媒回路10内に充満させる。
冷媒自動充填運転の開始指令がなされると、冷媒回路10が、室外ユニット2の四路切換弁22が図1の実線で示される状態で、かつ、室内ユニット4、5の室内膨張弁41、51が開けられた状態となり、圧縮機21、室外ファン27及び室内ファン43、53が起動されて、室内ユニット4、5の全てについて強制的に冷房運転(以下、室内ユニット全数運転とする)が行われる。
次に、上記の冷媒量判定運転を行いつつ、冷媒回路10内に冷媒の追加充填を実施するが、この際、ステップS12において、冷媒の追加充填時における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量を運転データとして取得し、制御部8のメモリに蓄積する。本実施形態においては、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoと、外気温度Taと、室内温度Trと、吐出圧力Pdと、吸入圧力Psとが、冷媒充填時の運転データとして制御部8のメモリに蓄積される。尚、本実施形態において、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度SCoは、凝縮温度Tcに対応する熱交温度センサ30により検出される冷媒温度値から液側温度センサ31により検出される冷媒温度値を差し引くことによって検出されるか、又は、吐出圧力センサ29により検出される圧縮機21の吐出圧力Pdを凝縮温度Tcに対応する飽和温度値に換算し、この冷媒の飽和温度値から液側温度センサ31により検出される冷媒温度値を差し引くことによって検出されるものである。
上述のように、冷媒回路10内に冷媒の追加充填を開始すると、冷媒回路10内の冷媒量が徐々に増加するため、室外熱交換器23における冷媒量が増加し、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoが大きくなる傾向が現れる。この傾向は、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoと冷媒回路10内に充填されている冷媒量との間に、図5に示されるような相関関係があることを意味している。ここで、図5は、冷媒量判定運転における室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoと、外気温度Ta及び冷媒量Chとの関係を示すグラフである。この相関関係は、現地に設置され使用が開始された直後の状態の空気調和装置1を用いて上述の冷媒量判定運転を行った場合において、冷媒回路10内に冷媒を予め設定された規定冷媒量になるまで充填した場合における、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoの値(以下、過冷却度SCoの規定値とする)と外気温度Taとの関係を示している。すなわち、試運転時(具体的には、冷媒自動充填時)の外気温度Taによって室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoの規定値が決定され、この過冷却度SCoの規定値と冷媒充填時に検出される過冷却度SCoの現在値とを比較することによって、冷媒の追加充填により冷媒回路10内に充填される冷媒量の適否が判定できることを意味している。
上述のステップS1の自動冷媒充填運転が終了したら、ステップS2の制御変数変更運転に移行する。制御変数変更運転では、制御部8によって、図6に示されるステップS21〜ステップS23の処理が行われる。ここで、図6は、制御変数変更運転のフローチャートである。
ステップS21では、上述の冷媒自動充填運転が終了した後、冷媒回路10内に初期冷媒量が充填された状態において、ステップS11と同様の冷媒量判定運転を行う。
次に、冷媒漏洩検知モードについて、図1、図2及び図9を用いて説明する。ここで、図9は、冷媒漏洩検知モードのフローチャートである。
まず、上記の冷房運転や暖房運転のような通常運転モードにおける運転が一定時間(毎1ヶ月等)経過したかどうかを判定し、通常運転モードにおける運転が一定時間経過した場合には、次のステップS32に移行する。
通常運転モードにおける運転が一定時間経過した場合には、上述の冷媒自動充填運転のステップS11と同様に、室内ユニット全数運転、圧縮機回転数一定制御、及び、室内熱交過熱度一定制御を含む冷媒量判定運転が行われる。ここで、圧縮機21の回転数f、及び、室内熱交換器42、52の出口における過熱度SHiは、冷媒自動充填運転のステップS11の冷媒量判定運転における回転数f及び過熱度SHiの所定値と同じ値が使用される。
冷媒回路10内の冷媒が外部に漏洩すると、冷媒回路10内の冷媒量が減少するため、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoの現在値が減少する傾向が現れる(図5参照)。すなわち、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoの現在値とを比較することによって冷媒回路10内に充填されている冷媒量の適否が判定できることを意味している。本実施形態においては、この冷媒漏洩検知運転時における室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoの現在値と、上述の冷媒自動充填運転完了時における冷媒回路10内に充填された初期冷媒量に対応する過冷却度SCoの基準値とを比較して、冷媒量の適否の判定、すなわち、冷媒漏洩の検知を行うものである。
Ch=k1×SCo+k2×Pd+k3×Ta+×k4×Ps+k5×Tr+k6
という重回帰式からなる関数として表現することができるため、上述の試運転モードの冷媒充填時及び制御変数変更運転時に制御部8のメモリに蓄積された運転データ(すなわち、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCo、外気温度Ta、室内温度Tr、吐出圧力Pd、及び、吸入圧力Psのデータ)を用いて、重回帰分析を行うことにより、各パラメータk1〜k6を演算することで、冷媒量Chの関数を決定することができる。
本実施形態の空気調和装置1には、以下のような特徴がある。
本実施形態の空気調和装置1では、室外熱交換器23及び室内熱交換器42、52(すなわち、空気調和装置1)が現地に設置され使用が開始された直後の状態からの経年劣化の程度に応じて室外熱交換器23及び室内熱交換器42、52の係数KAが変動すること、すなわち、係数KAの変動に伴って、室外熱交換器23における冷媒圧力である凝縮圧力Pcと外気温度Taとの相関関係、及び、室内熱交換器42、52における冷媒圧力である蒸発圧力Peと室内温度Trとの相関関係が変動することに着目して(図10、図11参照)、冷媒量判定手段及び状態量補正手段として機能する制御部8において、冷媒量Chの現在値を過冷却度SCo、吐出圧力Pd、外気温度Ta、吸入圧力Ps、及び、室内温度Trの関数として表現し、冷媒漏洩検知運転時の過冷却度SCoの現在値及びこの時の吐出圧力Pd、外気温度Ta、吸入圧力Ps、及び、室内温度Trの現在値から冷媒量Chの現在値を演算することにより、冷媒量の基準値である初期冷媒量と比較することで、経年劣化による運転状態量としての過冷却度SCoの変動の影響を排除することができる。
本実施形態の空気調和装置1では、空気調和装置1の設置後の試運転において、現地における冷媒充填によって初期冷媒量まで充填された後の運転状態量(具体的には、過冷却度SCo、吐出圧力Pd、外気温度Ta、吸入圧力Ps、及び、室内温度Trの基準値)を状態量蓄積手段として機能する制御部8に蓄積し、この運転状態量を基準値として、冷媒漏洩検知モードにおける運転状態量の現在値と比較して、冷媒量の適否、すなわち、冷媒漏洩の有無を判定しているため、実際に装置内に充填されている冷媒量である初期冷媒量と冷媒漏洩検知時の現在の冷媒量との比較を行うことができる。
本実施形態の空気調和装置1では、初期冷媒量まで充填された後の運転状態量(具体的には、過冷却度SCo、吐出圧力Pd、外気温度Ta、吸入圧力Ps、及び、室内温度Trの基準値)だけでなく、室外ファン27や室内ファン43、53のような空気調和装置1の構成機器の制御変数を変更して、試運転時とは異なる運転条件を模擬的に実現する運転を行い、この運転中の運転状態量を状態量蓄積手段として機能する制御部8に蓄積することができる。
上述の空気調和装置1では、冷媒漏洩検知モードのステップS33の冷媒量の適否の判定において、実質的には、初期冷媒量まで充填された後の過冷却度SCoの基準値と、過冷却度SCoの現在値とを比較することで、冷媒漏洩の有無を検知しているが、これに加えて、冷媒自動充填運転のステップS12において、冷媒の追加充填が開始してから完了するまでの間の初期冷媒量よりも少ない量の冷媒が冷媒回路10内に充填された状態の運転状態量のデータを利用して、装置内に充填されている冷媒量の適否の判定を行うようにしてもよい。
上述の空気調和装置1においては、室外熱交換器23及び室内熱交換器42、52の両方の経年劣化等を補償するため、吐出圧力Pd、外気温度Ta、吸入圧力Ps、及び、室内温度Trの4つの運転状態量を使用しているが、室外熱交換器23のみの経年劣化等を補償する場合には、吐出圧力Pd及び外気温度Taのみを考慮すればよい。また、室内熱交換器42、52のみの経年劣化等を補償する場合には、吸入圧力Ps及び室内温度Trのみを考慮すればよい。
上述の空気調和装置1においては、圧縮機21の吐出圧力Pdを室外熱交換器23における冷媒圧力としての凝縮圧力Pcに対応する運転状態量として、また、圧縮機21の吸入圧力Psを室内熱交換器42、52における冷媒圧力としての蒸発圧力Peに対応する運転状態量として、状態量蓄積手段として機能する制御部8に蓄積し、室外熱交換器23及び室内熱交換器42、52の経年劣化等を補償する補正式のパラメータの決定に使用したが、圧縮機21の吐出圧力Pdに変えて凝縮温度Tcを使用したり、また、圧縮機21の吸入圧力Psに代えて蒸発温度Teを使用してもよい。この場合においても、上述の空気調和装置1と同様に、経年劣化等の補償を行うことができる。
上述の空気調和装置1においては、室内ユニット全数運転、圧縮機回転数一定制御、及び、室内熱交過熱度一定制御を含む冷媒量判定運転を行っている際における室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoと冷媒回路10内に充填されている冷媒量との間の相関関係(図5参照)を利用して、冷媒自動充填時及び冷媒漏洩検知時における冷媒量の適否の判定を行っているが、他の運転状態量と冷媒回路10内に充填されている冷媒量との間の相関関係を利用して、冷媒自動充填時及び冷媒漏洩検知時における冷媒量の適否の判定を行ってもよい。
上述の空気調和装置1においては、冷媒量判定運転を、室内ユニット全数運転、圧縮機回転数一定制御、及び、室内熱交過熱度一定制御を含む運転としているが、室内熱交過熱度一定制御に代えて、他の制御条件による冷媒量判定運転を行い、他の運転状態量と冷媒回路10内に充填されている冷媒量との間の相関関係を利用して、冷媒自動充填時及び冷媒漏洩検知時における冷媒量の適否の判定を行ってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上述の実施形態では、冷暖切り換え可能な空気調和装置に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されず、冷房専用の空気調和装置や冷暖同時運転可能な空気調和装置に本発明を適用してもよい。
上述の実施形態では、試運転モードにおいて、制御変数変更運転を行い、この運転によって得られた運転データから経年劣化等の補償に必要な補正式のパラメータを決定しているが、冷媒量の適否の判定における精度が許容される限りにおいて、試運転時に制御変数変更運転を行うことなく、あらかじめ設定された補正式のパラメータを使用して経年劣化等の補償を行うようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、冷媒自動充填運転の際に、冷媒の追加充填が開始してから完了するまでの間の初期冷媒量よりも少ない量の冷媒が冷媒回路10内に充填された状態の運転状態量のデータを制御部8のメモリに蓄積するようにしているが、冷媒漏洩検知モードにおいて、これらのデータを使用しない場合には、冷媒の追加充填が開始してから完了するまでの間の運転状態量のデータを蓄積することなく、初期冷媒量まで充填された後の運転状態量のデータを蓄積するだけでもよい。
上述の実施形態では、空気調和装置1の制御部8が、各種の運転制御手段、状態量蓄積手段、冷媒量判定手段、状態量補正手段、及び、状態量補正式演算手段のすべての機能を有する冷媒量判定システムを構成しているが、これに限定されず、例えば、図13に示されるように、空気調和装置1に、空気調和装置1の各構成機器を管理する管理装置として常設されるローカルコントローラ61が接続される場合には、空気調和装置1及びローカルコントローラ61によって、上述の制御部8が備えていた各種機能を有する冷媒量判定システムを構成してもよい。例えば、ローカルコントローラ61を空気調和装置1の運転状態量を取得する状態量取得手段として機能させるとともに、状態量蓄積手段、冷媒量判定手段、状態量補正手段、及び状態量補正式演算手段としても機能させる等の構成が考えられる。この場合には、空気調和装置1の制御部8に、状態量補正式のパラメータの決定のみに使用される大量の運転状態量のデータを蓄積したり、冷媒量判定手段、状態量補正手段、及び状態量補正式演算手段としての機能を有しておく必要がなくなる。
また、図15に示されるように、空気調和装置1に、空気調和装置1の各構成機器を管理して運転データを取得する管理装置としてのローカルコントローラ61を接続し、このローカルコントローラ61を空気調和装置1の運転データを受信する情報管理センターの遠隔サーバ64にネットワーク63を介して接続し、遠隔サーバ64に状態量蓄積手段としてのディスク装置等の記憶装置65を接続することによって、冷媒量判定システムを構成してもよい。例えば、ローカルコントローラ61を空気調和装置1の運転状態量を取得する状態量取得手段とし、記憶装置65を状態量蓄積手段とし、遠隔サーバ64を冷媒量判定手段、状態量補正手段及び状態量補正式演算手段として機能させる等の構成が考えられる。この場合にも、空気調和装置1の制御部8に、状態量補正式のパラメータの決定のみに使用される大量の運転状態量のデータを蓄積したり、冷媒量判定手段、状態量補正手段及び状態量補正式演算手段としての機能を有しておく必要がなくなる。
2 室外ユニット
4、5 室内ユニット
6、7 冷媒連絡配管
10 冷媒回路
21 圧縮機
23 室外熱交換器
42、52 室内熱交換器
Claims (5)
- 圧縮機(21)と室外熱交換器(23)とを有する室外ユニット(2)と、室内熱交換器(42、52)とを有する室内ユニット(4、5)とが、冷媒連絡配管(6、7)を介して接続されることにより構成される冷媒回路(10)を備えた空気調和装置であって、
前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量の現在値と、前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量の基準値とに基づいて、冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段と、
前記冷媒量判定手段によって冷媒量の適否を判定する際に、前記運転状態量を、前記室外熱交換器における冷媒圧力又は冷媒温度、及び、外気温度によって、前記室外熱交換器の経年劣化の影響を補正する状態量補正手段と、
を備えた空気調和装置(1)。 - 圧縮機(21)と室外熱交換器(23)とを有する室外ユニット(2)と、室内熱交換器(42、52)とを有する室内ユニット(4、5)とが、冷媒連絡配管(6、7)を介して接続されることにより構成される冷媒回路(10)を備えた空気調和装置であって、
前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量の現在値と、前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量の基準値とに基づいて、冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段と、
前記冷媒量判定手段によって冷媒量の適否を判定する際に、前記運転状態量を、前記室内熱交換器における冷媒圧力又は冷媒温度、及び、室内温度によって、前記室内熱交換器の経年劣化の影響を補正する状態量補正手段と、
を備えた空気調和装置(1)。 - 圧縮機(21)と室外熱交換器(23)とを有する室外ユニット(2)と、室内熱交換器(42、52)とを有する室内ユニット(4、5)と、冷媒連絡配管(6、7)を介して接続されることにより構成される冷媒回路(10)を備えた空気調和装置であって、
前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量の現在値と、前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量の基準値とに基づいて、冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段と、
前記冷媒量判定手段によって冷媒量の適否を判定する際に、前記運転状態量を、前記室外熱交換器における冷媒圧力又は冷媒温度、外気温度、前記室内熱交換器における冷媒圧力又は冷媒温度、及び、室内温度によって、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器の経年劣化の影響を補正する状態量補正手段と、
を備えた空気調和装置(1)。 - 圧縮機(21)と室外熱交換器(23)とを有する室外ユニット(2)と、室内熱交換器(42、52)とを有する室内ユニット(4、5)とが、冷媒連絡配管(6、7)を介して接続されることにより構成される冷媒回路(10)を備えた空気調和装置(1)から、前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量を取得する状態量取得手段と、
前記状態量取得手段により取得された前記運転状態量を、運転状態量の基準値として蓄積する状態量蓄積手段と、
前記状態量取得手段が取得する運転状態量の現在値と、前記状態量蓄積手段に蓄積された前記運転状態量の基準値とに基づいて、冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段と、
前記冷媒量判定手段によって冷媒量の適否を判定する際に、前記運転状態量を、前記室外熱交換器における冷媒圧力又は冷媒温度、外気温度、前記室内熱交換器における冷媒圧力又は冷媒温度、及び、室内温度によって、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器の経年劣化の影響を補正する状態量補正手段と、
を備えた空気調和装置の冷媒量判定システム。 - 前記状態量取得手段は、前記空気調和装置(1)を管理しており、
前記状態量蓄積手段、前記冷媒量判定手段、及び前記状態量補正手段は、前記空気調和装置の遠隔にあり、前記状態量取得手段に通信回線を介して接続されている、
請求項4に記載の空気調和装置の冷媒量判定システム。
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