JP5145026B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
このため、暖房運転時に余剰となる冷媒を吸収するために、従来においては、室内熱交換器と室外熱交換器とを接続する冷媒配管経路中に、余剰の冷媒を収容するためのレシーバタンクを設けることが行われている。
空気調和装置の運転状態に応じた冷媒量とすることは、効率的な空気調和運転を行う上で必要であるが、一方、冷媒配管系路中にレシーバタンクを常時設ける構成を採ると、適切な冷媒量を維持でき、負荷に応じた最適な冷媒圧力に対して、過度な冷媒圧力の上昇を避けることができるという利点はあるが、コンプレッサの吐出側の圧力を高く保つことが困難となり、特に暖房運転時において効率が下がってしまうという不具合が生じる。
そこで、本発明の目的は、冷媒圧力を運転状態、特に暖房運転時の運転状態に応じて最適な状態に保つことができる空気調和装置を提供することにある。
上記構成によれば、レシーバタンクの接続状態、すなわち、レシーバタンクの動作状態を、冷媒回路の動作状態に応じて切り換えることにより、負荷あるいは空気調和装置の動作状態(動作条件)に応じたより好適な冷媒圧力状態を維持できる。
さらに、前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が所定圧力範囲より低い場合に、前記第1弁を閉状態とし、前記第2弁を開状態とするようにしてもよい。
図1は、本実施形態にかかる空気調和装置を示す回路図である。
空気調和装置10は、ガスヒートポンプ式空気調和装置であり、並列接続された複数の室外熱交換器群11A、11B及び複数(本実施形態では、3台)の室内機12A、12B、12Cを有している。
室外熱交換器群11A、11Bに接続される冷媒配管14と、室内機12A、12B、12Cに接続される各室内冷媒配管15A、15B、15Cとは、連結されて、冷凍サイクル100の一部を構成している。
これら複数の室外熱交換器11A、11B、コンプレッサ16、後述するガスエンジンなどは一つの筐体に収納されて室外機11を構成している。
また、空気調和装置10の暖房運転時には、冷却水三方弁32が廃熱回収熱交換器(サブエバポレータ)33側に開放される。このとき、冷却水ポンプ34の稼動により、冷却水が廃熱回収熱交換器33へ導かれ、後述するように室外側の冷媒配管14を循環する液冷媒との熱交換により、室外側の冷媒配管14を流れる冷媒を加熱して、ガス冷媒としてコンプレッサ16の吸込側に供給することとなる。
ガスエンジン30と冷却水三方弁32との間には、冷却水バイパス弁38が設けられており、この冷却水バイパス弁38は、冷却水ポンプ34の流入側に接続されている。
このとき、室外熱交換器19A、19Bには、この室外熱交換器19A、19Bに外気を流通させる室外ファン20A、20Bがそれぞれ隣接して配置されている。
一方、四方弁18が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が破線矢印βに示すように流れ、室外熱交換器19が凝縮器に、室内熱交換器21A、21B、21Cが蒸発器になって冷房運転状態となる。これにより、各室内熱交換器21A、21B、21Cが室内を冷房する。
また、冷房運転時には、室内膨張弁22A、22B、22Cのそれぞれの弁開度が空調負荷に応じて調整され、室外膨張弁24が全開操作される。
さらに、この室外熱交換器11には、室外側の冷媒配管14を流れる液冷媒を廃熱回収熱交換器33を介してコンプレッサ16の吸込側に設けられたアキュムレータ17の手前に適宜供給するためのリキッド管53が設けられ、このリキッド管53にリキッド弁54が設けられている。さらにリキッド弁54と、廃熱回収熱交換器33との間には、過冷却熱交換器42が設けられている。
リキッド弁54と並列、ひいては、室外熱交換器19A、19Bと並列には、レシーバタンク71が接続され、レシーバタンク71の入口管71U側には、冷媒配管14との間に入口弁72(=第1弁)が接続され、出口管71D側には、リキッド管53との間に出口弁73(=第2弁)が接続されている。この場合において、入口弁72および出口弁73は電磁弁として構成しているが、電動弁として構成することも可能である。これらの入口弁72、出口弁73の動作については、後述する。
さらに、コンプレッサ16の吐出側には、冷媒の吐出側圧力(冷媒高圧側圧力)を検出するための吐出側圧力検出センサ74が設けられ、コンプレッサ16の吸込側には、冷媒の吸込側圧力(冷媒低圧側圧力)を検出するための吸込側圧力検出センサ78が設けられ、吐出側圧力検出センサ74の検出した吐出側圧力およびに吸込側圧力検出センサ78の検出した吸込側圧力に基づいて、入口弁72、出口弁73、ひいては、レシーバタンク71の動作を制御するコントローラ75が設けられている。さらに、このコントローラ75は、室外熱交換器11全体を制御している。
まず、本願発明にかかる暖房運転時の概要動作を説明する。
空気調和装置10の暖房運転時には、上述したように、四方弁18が暖房側に切り換えられてガス冷媒が実線矢印αに示すように流れる。コンプレッサ16で圧縮されたガス冷媒は、室内熱交換器21A、21B、21Cに流入する。
室内熱交換器21A、21B、21Cから流出した液冷媒は、室内膨張弁22A、22B、22C及び過冷却熱交換器42の凝縮側を流通して室外熱交換器19A、19Bに流入する。
このとき、室内膨張弁22A、22B、22Cを流通した液冷媒の一部が分流して過冷却サイクル101側に流れる。
図2は、実施形態のレシーバタンクの動作モードを変更するための暖房運転時における処理フローチャートである。
まず、初期状態において、空気調和装置10は、停止状態にあるものとすると、空気調和装置のコントローラ75は、停止状態(ステップS11)においてレシーバタンクの動作モードを、レシーバタンク71に接続された入口弁72を閉状態、出口弁73を開状態として、レシーバタンク71を余剰冷媒を収容するレシーバタンクとしては機能させない第2モードとしている(ステップS12)。
ステップS14の判別において、コンプレッサ16が運転停止中である場合には(ステップS14;No)、待機状態となる。
ステップS14の判別において、コンプレッサ16が運転中である場合には(ステップS14;Yes)、コントローラ75は、吐出側圧力検出センサ74の検出した吐出側圧力に基づいて、コンプレッサ16の吐出側(冷媒高圧側)の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる状態か否かを判別する(ステップS15)。
ステップS15の判別において、コンプレッサ16の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる場合には(ステップS15;Yes)、冷媒圧力レベルを負荷に適した冷媒圧力レベル範囲とするために、冷媒圧力を下げるための処理に移行する。すなわち、冷媒圧力を下げるため、コントローラ75は、現在のレシーバタンク71の動作モードが第2モードであるか否かを判別する(ステップS16)。
ステップS16の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが第2モードではない場合には(ステップS16;No)、処理を後述するステップS24に移行する。
切換予備動作によりレシーバタンク71に接続された入口弁72及び出口弁73における圧力差が、入口弁72及び出口弁73を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ75は、レシーバタンク71に接続された入口弁72を開状態、出口弁73を閉状態として、レシーバタンク71を冷媒の圧力変動を吸収するバッファタンクとして機能させる第1モードとする(ステップS18)。
この第1モードにおいては、コンプレッサ16の吐出側冷媒圧力の過度な上昇を防ぐことができ、特に暖房運転時における小容量室内機運転あるいは高室内外温度運転時などに有効である。
ステップS19の判別において、空気調和装置10の運転の停止が指示された場合には(ステップS19;Yes)、処理をステップS11に移行し、空気調和装置の運転を停止する。
ステップS19の判別において、空気調和装置10の運転の停止が指示されていない場合には(ステップS19;No)、処理をステップS14に再び移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップS20の判別において、コンプレッサ16の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて低すぎる状態である場合には(ステップS20;Yes)、現在のレシーバタンク71の動作モードが、冷媒の圧力変動を吸収するためのバッファタンクとしてレシーバタンク71を機能させる第1モードとなっているか否かを判別する(ステップS21)。
ステップS21の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが、レシーバタンク71をバッファタンクとして機能させる第1モードではない場合には(ステップS21;No)、処理を後述するステップS24に移行する。
切換予備動作によりレシーバタンク71に接続された入口弁72及び出口弁73における圧力差が、入口弁72及び出口弁73を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ75は、レシーバタンク71に接続された入口弁72を閉状態、出口弁73を開状態として、レシーバタンク71をバッファタンクとして機能させる第2モードとする(ステップS23)。
この第2モードにおいては、コンプレッサ16の吐出側(冷媒高圧側)の圧力を高く保つ運転が可能となり、暖房運転において、高COP運転を行うことができる。
一方、ステップS16の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが第2モードでは無い場合(ステップS16;No)は、コントローラは現在のレシーバタンクの動作モードが第1モードであるか否かを判別する(ステップS24)。
ステップS24の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが第1モードではない場合には処理をステップS19に移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップS24の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが第1モードである場合には(ステップS24;Yes)、コントローラ75は、リキッド弁54において冷媒流量が不足しているか否かを判別する(ステップS25)。
ステップS25の判別において、リキッド弁54において冷媒流量が不足している場合には(ステップS25;Yes)、コントローラ75は、入口弁72及び出口弁73における圧力差が、入口弁72及び出口弁73を確実に動作させることができる所定の圧力差となるように調整する切換予備動作を行う(ステップS26)。
続いてコントローラ75は、レシーバタンク71に接続された入口弁72及び出口弁73を開状態として、レシーバタンク71をリキッド弁54を含むリキッド回路の一部として使用し、冷媒を流す第3モードとし(ステップS27)、処理をステップS19に移行し、以下、同様の処理を行う。この第3モードにおいては、リキッド弁54を流れ、廃熱回収熱交換器(サブエバポレータ)33(図1参照)に流れ込む冷媒の不足を補うようにしている。
過冷却熱交換器42の蒸発側を流れた冷媒および第3モードにおいて、レシーバタンク71を流れた冷媒は、廃熱回収熱交換器33に流れ込むこととなる。
このとき、上述したようにガスエンジン30の冷却水三方弁32が廃熱回収熱交換器33側に開放され、ガスエンジン30を冷却して廃熱を回収した冷却水が廃熱回収熱交換器33へ導かれている。これにより、液冷媒は、ガスエンジン30の廃熱を回収した冷却水と廃熱回収熱交換器33で熱交換して加熱されて、ガス冷媒となり、アキュムレータ17で気液分離されてコンプレッサ16に吸い込まれることとなる。
まず、冷房運転時の概要動作について説明する。
空気調和装置10の冷房運転時には、上述したように、四方弁18が冷房側に切り換えられてガス冷媒が破線矢印βで示すように流れる。コンプレッサ16で圧縮されたガス冷媒は、室外熱交換器19に流入する。
室外熱交換器19に流入したガス冷媒は、室外熱交換器19A、19Bで外気と熱交換して冷却されることによって液冷媒となる。
室内熱交換器21A、21B、21Cから流出したガス冷媒は、四方弁18を介してアキュムレータ17に流れ込み、アキュムレータ17で気液分離されてコンプレッサ16に吸い込まれる。
図3は、実施形態のレシーバタンクの動作モードを変更するための冷房運転時における処理フローチャートである。
まず、初期状態において、空気調和装置10は、停止状態にあるものとすると、空気調和装置のコントローラ75は、停止状態(ステップS31)においてレシーバタンクの動作モードを、レシーバタンク71に接続された入口弁72を閉状態、出口弁73を開状態として、レシーバタンク71を余剰冷媒を収容するレシーバタンクとしては機能させない第2モードとしている(ステップS32)。
ステップS34の判別において、コンプレッサ16が運転停止中である場合には(ステップS34;No)、待機状態となる。
ステップS14の判別において、コンプレッサ16が運転中である場合には(ステップS34;Yes)、コントローラ75は、吐出側圧力検出センサ74の検出した吐出側圧力に基づいて、コンプレッサ16の吐出側(冷媒高圧側)の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる状態か否かを判別する(ステップS35)。
ステップS35の判別において、コンプレッサ16の吐出側(冷媒高圧側)の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる場合には(ステップS35;Yes)、冷媒圧力レベルを負荷に適した冷媒圧力レベル範囲とするために、冷媒圧力を下げるための処理に移行する。すなわち、冷媒圧力を下げるため、コントローラ75は、現在のレシーバタンク71の動作モードが第2モードであるか否かを判別する(ステップS36)。
ステップS36の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが第2モードではない場合には(ステップS36;No)、処理を後述するステップS39に移行する。
切換予備動作によりレシーバタンク71に接続された入口弁72及び出口弁73における圧力差が、入口弁72及び出口弁73を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ75は、レシーバタンク71に接続された入口弁72を開状態、出口弁73を閉状態として、レシーバタンク71を冷媒の圧力変動を吸収するバッファタンクとして機能させる第1モードとする(ステップS38)。
ここで、冷房運転時に、第1モードで運転する理由について説明する。
冷房運転においては、圧縮機の吸込側(低圧側)の冷媒圧力レベルに応じて能力を制御する必要がある。すなわち、吸込側圧力検出センサ78により検出した冷媒圧力レベルに応じて能力を制御することとなり、圧縮機の吐出側(高圧側)の冷媒圧力レベルが高くなり、エンジン30の負荷(=圧縮機の駆動負荷)が大きな状態で運転する状態が発生することとなる。
このとき、この第2モードにおいては、レシーバタンク71がバッファタンクとして機能するため、圧縮機の吐出側(冷媒高圧側)の冷媒圧力レベルが必要以上に高くなってしまうのを抑制することができ、エンジン30の負荷を軽減しつつ駆動させることができることとなる。
ステップS39の判別において、空気調和装置10の運転の停止が指示された場合には(ステップS39;Yes)、処理をステップS31に移行し、空気調和装置の運転を停止する。
ステップS39の判別において、空気調和装置10の運転の停止が指示されていない場合には(ステップS39;No)、処理をステップS34に再び移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップS40の判別において、冷媒能力不足(冷媒不足)ではない場合には(ステップS40;No)、処理をステップS39に移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップS40の判別において、冷媒能力不足(冷媒不足)である場合には(ステップS40;Yes)、現在のレシーバタンク71の動作モードが、冷媒の圧力変動を吸収するためのバッファタンクとしてレシーバタンク71を機能させる第1モードとなっているか否かを判別する(ステップS41)。
ステップS41の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが、レシーバタンク71をバッファタンクとして機能させる第1モードではない場合には(ステップS41;No)、処理を処理をステップS39に移行し、以下、同様の処理を行う。
切換予備動作によりレシーバタンク71に接続された入口弁72及び出口弁73における圧力差が、入口弁72及び出口弁73を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ75は、レシーバタンク71に接続された入口弁72を閉状態、出口弁73を開状態として、レシーバタンク71をバッファタンクとして機能させる第2モードとする(ステップS43)。
一方、ステップS36の判別において、現在のレシーバタンク71の動作モードが第2モードでは無い場合(ステップS36;No)は、処理をステップS39に移行し、以下、同様の処理を行う。
以上の結果、レシーバタンク71内に冷媒が残存していたとしても冷媒回路の状況に応じて、出口弁73を介して、冷媒回路内に冷媒を取り込むことができ、レシーバタンク内に不必要に残存する冷媒を削減することができ、効率的な冷房運転が行える。
以上の説明のように、本実施形態によれば、運転状態に応じて最適な冷媒量を維持し、冷媒高圧を高COP運転可能な状態に維持することができ、効率的な空気調和運転を行うことができる。
さらにコンプレッサの駆動源(本願におけるエンジン30)の負荷が必要以上に大きくなることを抑制することができる。
11、11A、11B 室外機
12A、12B、12C 室内機
14 冷媒配管
15A、15B、15C 室内冷媒配管
16 コンプレッサ
17 アキュムレータ
18 四方弁
19、19A、19B 室外熱交換器
20A 室外ファン
21A、21B、21C 室内熱交換器
22A、22B、22C 室内膨張弁
23A、23B、23C 室内ファン
24、24A、24B 室外膨張弁
26 オイルセパレータ
30 ガスエンジン
31 エンジン冷却系
32 冷却水三方弁
33 廃熱回収熱交換器
34 冷却水ポンプ
35 第1冷却系配管
36 第2冷却系配管
37 放熱器
38 冷却水バイパス弁
39 リザーブタンク
42 過冷却熱交換器
46 サブコンプレッサ
51 バイパス管
52 バイパス弁
53 リキッド管(冷媒バイパス回路)
54 リキッド弁
71 レシーバタンク
71D 出口管
71U 入口管
72 入口弁(第1弁、冷媒バイパス回路)
73 出口弁(第2弁、冷媒バイパス回路)
74 吐出側圧力検出センサ
75 コントローラ(弁制御部)
76 入口側圧力センサ
77 出口側圧力センサ
78 吸込側圧力検出センサ
100 冷凍サイクル
101 過冷却サイクル
Claims (4)
- 圧縮機、四方弁、室外熱交換器および室内熱交換器を順次接続した冷媒回路を備えた空気調和装置において、
前記室外熱交換器に並列に接続されたレシーバタンクと、
冷媒が前記レシーバタンクへ流れ込む第1弁、前記冷媒が前記レシーバタンクから流れ出す第2弁、及び暖房運転時に前記第1弁あるいは前記第2弁の少なくとも一方を開状態とする弁制御部を有し、前記暖房運転時に前記レシーバタンクを介して前記冷媒の一部を前記室外熱交換器をバイパスして前記圧縮機の吸込側に流すことが可能に構成された冷媒バイパス回路と、
前記レシーバタンクに並列に接続されるリキッド弁と、
前記レシーバタンクに直列に接続され、前記リキッド弁あるいは前記レシーバタンクを介して流れ込んだ前記冷媒を蒸発させて前記圧縮機の吸込側に流す蒸発器と、
を備え、
前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が負荷に応じた所定圧力範囲あるいは前記所定圧力範囲より高く、かつ、前記リキッド弁における冷媒流量が不足する場合に、前記第1弁及び前記第2弁を開状態とすることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1に記載の空気調和装置において、
前記弁制御部は、前記暖房運転時あるいは冷房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が負荷に応じた所定圧力範囲より高く、かつ、前記リキッド弁における冷媒流量が不足していない場合に、前記第1弁を開状態とし、前記第2弁を閉状態とすることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1または請求項2に記載の空気調和装置において、
前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が所定圧力範囲より低い場合に、前記第1弁を閉状態とし、前記第2弁を開状態とすることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の空気調和装置において、
前記第1弁および前記第2弁は、電磁弁あるいは電動弁として構成されていることを特徴とする空気調和装置。
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