JP5168327B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
この従来例では、スクリュー圧縮機を用いた熱源機を複数台で構成し、運転効率が最大となるように熱源機の運転台数を決定している。
以下本発明の実施の形態1を図1に示す。図1は本発明の冷凍空調装置の回路図である。熱源機1a、1bは同じ冷媒回路を搭載した同一構成のものであり、本実施の形態では直列に接続している。熱源機1a、1b内には圧縮機3、四方弁4、空気熱交換器5、逆止弁6、過冷却熱交換器7、減圧装置である主膨張弁8、負荷側熱交換器である水熱交換器9、バイパス膨張弁10が内蔵され図示されるように環状に接続され冷媒回路を構成する。室内空間など負荷側に配置される室内機2内には室内熱交換器11が内蔵される。
ポンプ12は熱源機1と室内機2間を流れる液媒体である冷温水を搬送し、貯水槽13は冷温水をバッファーとして貯留する。
圧縮機3はスクロール圧縮機であり、インバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプである。空気熱交換器5はプレートフィン熱交換器であり、送風機によって搬送される熱源機1周囲の空気と熱交換を行う。過冷却熱交換器7は冷媒・冷媒熱交換器であり、プレート熱交換器で構成される。主膨張弁8、バイパス膨張弁10は開度が可変に制御される電子膨張弁である。水熱交換器9はプレート熱交換器であり、搬送される冷温水などの液媒体と冷媒との間で熱交換を行う。この冷凍空調装置の冷媒としては例えばR410Aが用いられる。
室内機2では、熱源機1で冷却・加熱される冷温水などの液媒体がポンプ12により搬送され、室内機2内の室内熱交換器11で室内機2周囲の空気と熱交換を行うことにより冷却・加熱運転を行う。
冷媒回路は環状に接続され、水熱交換器7で冷水をつくる冷却運転では、圧縮機3、四方弁4、空気熱交換器5、逆止弁6a(6e)、過冷却熱交換器7の一方の流路、主膨張弁8、逆止弁6d(6h)、水熱交換器9、四方弁4、圧縮機3が環状に接続され、この順で冷媒が流れる。また過冷却熱交換器7を出た冷媒の一部が分岐され、バイパス膨張弁10、過冷却熱交換器7のもう一方の流路を経て圧縮機3の圧縮室にインジェクションされる。
水熱交換器7で温水をつくる加熱運転では、圧縮機3、四方弁4、水熱交換器7、逆止弁6b(6f)、過冷却熱交換器7の一方の流路、主膨張弁8、逆止弁6c(6g)、空気熱交換器5、四方弁4、圧縮機3が環状に接続され、この順で冷媒が流れる。また加熱運転においても過冷却熱交換器7を出た冷媒の一部が分岐され、上記冷却運転時と同様にバイパス膨張弁10、過冷却熱交換器7のもう一方の流路を経て圧縮機3の圧縮室にインジェクションされる。
このように冷却、加熱運転において過冷却熱交換器7から分岐後、バイパス膨張弁10、過冷却熱交換器7を経て圧縮機3にインジェクションされる回路にてエコノマイザ回路を構成する。
液媒体はポンプ12により搬送され、ポンプ12、室内熱交換器11、熱源機1aの水熱交換器9a、熱源機1bの水熱交換器9b、貯水槽13、ポンプ12と環状に接続された流路を、この順で搬送される。
温度センサ15qは室内機2への液媒体流入側に、温度センサ15rは室内機2への液媒体流入側に設けられ、それぞれ設置場所の液媒体の温度を計測する。
温度センサ15s、温度センサ15tは熱源機1周囲の空気温度を計測するために設けられる。温度センサ15uは室内機2周囲の室内空気温度を計測するために設けられる。
計測制御装置16は圧力センサ14、温度センサ15などの熱源機1、室内機2の計測・運転情報や冷凍空調装置使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機3の運転・停止や回転数、空気熱交換器5の送風機送風量、主膨張弁8、バイパス膨張弁10の開度、ポンプ12の搬送量など各アクチュエータを制御する。
まず冷却運転における冷媒回路の動作について説明する。冷却運転においては、四方弁4aの流路は図1の実線方向に設定される。圧縮機3aから吐出された高温高圧(Ph)のガス冷媒(図2点A)は、四方弁4aを経て空気熱交換器5aに流入し、凝縮器となる空気熱交換器5aで放熱しながら凝縮・液化する(図2点B)。空気熱交換器5aを出た高圧の液冷媒は逆止弁6aを経て、過冷却熱交換器7aで、エコノマイザ回路を流れる冷媒によりさらに冷却され(図2点C)、温度低下し主膨張弁8aに流入する。主膨張弁8aにて低圧(Pl)に減圧された二相状態の冷媒は(図2点D)、逆止弁6dを経て蒸発器となる水熱交換器9aにて、蒸発ガス化しながら吸熱し、液媒体である水を冷却し冷水を生成する。水熱交換器9aを出た冷媒は、四方弁4aを経て圧縮機3aに吸入される(図2点E)。過冷却熱交換器7aを出た高圧の液冷媒の一部はエコノマイザ回路にバイパスされ、バイパス膨張弁10aにて、中間圧(Pm)まで減圧された後(図2点F)、過冷却熱交換器7aのもう一方の流路に流入し、空気熱交換器5aを出た高圧液冷媒と熱交換し加熱蒸発される(図2点G)。エコノマイザ回路を流れる冷媒は、その後圧縮機3a内の圧縮途中の圧縮室にインジェクションされ、吸入状態(図2点E)から圧縮された冷媒(図2点H)と混合した後(図2点I)、高圧(Ph)まで圧縮され、高温高圧のガス冷媒(図2点A)となる。
次に冷却運転における液媒体の動作について説明する。貯水槽13内の低温、例えば7℃の冷水は液ポンプ12で吸引、搬送され、室内機2内の室内熱交換器11に流入し、周囲空気を冷却しながら温度上昇し、例えば12℃となって室内熱交換器11、室内機2を流出する。その後熱源機1aに流入した冷水は水熱交換器9aにて冷媒により冷却され温度低下し、例えば9.5℃となって、水熱交換器9a、熱源機1aを流出する。その後冷水は熱源機1bに流入し、水熱交換器9bに冷媒によりさらに冷却され温度低下し、例えば7℃となって、水熱交換器9b、熱源機1bを流出し、貯水槽13に流入する。熱源機1bの各構成の作用、動作は上記熱源機1aと同様である。
次に加熱運転における液媒体の動作について説明する。貯水槽13内の高温、例えば45℃の温水は液ポンプ12で吸引、搬送され、室内機2内の室内熱交換器11に流入し、周囲空気を加熱しながら温度低下し、例えば40℃となって室内熱交換器11、室内機2を流出する。その後熱源機1aに流入した温水は水熱交換器9aにて冷媒により加熱され温度上昇し、例えば42.5℃となって、水熱交換器9a、熱源機1aを流出する。その後温水は熱源機1bに流入し、水熱交換器9bに冷媒によりさらに加熱され温度上昇し、例えば45℃となって、水熱交換器9b、熱源機1bを流出し、貯水槽13に流入する。
そしてこの状態で運転した後、装置運転状態に応じて制御を行う。
2台の熱源機1a、1bが運転される場合は、2台分で所定の冷水温度まで冷却するようにし、例えばポンプ12の容量制御により熱源機1に流入する水温が12℃に制御される場合には、熱源機1aで9.5℃、熱源機1bで7℃まで冷却されるように熱源機1内の冷水の冷却目標温度が設定され、それに応じて圧縮機3の容量が制御される。1台の熱源機1が運転される場合には、運転している熱源機1が前記の熱源機1全体での目標冷却温度を実現するように冷水冷却目標温度が設定され、圧縮機3の容量が制御される。圧縮機3の容量制御方法については後述する。
逆に熱源機1の運転台数が1台の場合に、運転している熱源機1の圧縮機3の容量が所定値以上となった場合、例えば、熱源機1の最大容量の90%以上となった場合(ST111)には、熱源機1台の運転では、冷却負荷に対して、熱源機1の冷却能力が不足と判断し、熱源機1の運転台数を増加させ、停止している熱源機1の運転を開始する(ST112)。
また温度センサ15uにより検知される室内空気温度が目標値より所定値、例えば2℃以上低い場合(ST115)も、熱源機1の冷却能力が冷却負荷に対して過剰と判断し、熱源機1の運転台数を減少させる、もしくは熱源機を全て停止し、ポンプ12の送水も停止する制御を行う(ST116)。その後、再びステップST105に戻って温度設定を確認し、上記のステップST105〜ST116のサイクルを繰り返す(図3.1のAから図3.2のAへ)。
まず、熱源機1aを起動(ST201)すると、圧縮機3aの回転数、空気熱交換器5aへ送風量、主膨張弁8aの開度、バイパス膨張弁10aの開度を初期値に設定して運転を行う(ST202)。空気熱交換器5aの送風量の初期設定値は温度センサ15sで検知される外気温度およびあらかじめ計測制御装置16に記憶された所定値とを比較して決定される。ここで外気温度と比較する所定値は圧縮機の運転容量、熱交換器性能など機器性能に基づいて定められ、冷凍サイクルの高圧(圧縮機3a吐出冷媒の圧力)が低下しすぎないようにするため、外気温度が高い場合は高風量、低い場合は低風量に設定される。
主膨張弁8aの開度が小さくなると、水熱交換器9aを流れる冷媒流量は減少し、水熱交換器9a出口の冷媒過熱度SHは大きくなり、逆に主膨張弁8aの開度を大きくすると水熱交換器9aの冷媒過熱度SHは小さくなる。そこで、圧縮機3a吸入(水熱交換器9a出口)の冷媒過熱度SHと目標値とを比較し、冷媒過熱度SHが目標値より大きい場合には、主膨張弁8aの開度を大きく制御し、冷媒過熱度SHが目標値より小さい場合には主膨張弁8aの開度を小さく制御する(ST210)。
バイパス膨張弁10aの開度が小さくなると、エコノマイザ回路を流れる冷媒流量は減少し、エコノマイザ回路上の過冷却熱交換器7a出口の冷媒過熱度SHは大きくなり、逆にバイパス膨張弁10aの開度を大きくすると過冷却熱交換器7a出口の冷媒過熱度SHは小さくなる。そこで、過冷却熱交換器7a出口の冷媒過熱度SHecoと目標値とを比較し、冷媒過熱度SHecoが目標値より大きい場合には、バイパス膨張弁10aの開度を大きく制御し、冷媒過熱度SHecoが目標値より小さい場合にはバイパス膨張弁10aの開度を小さく制御する(ST213)。
その後、再びステップST203に戻り、水熱交換器9の出口水温が目標値になっているか否かを検出し、検出結果に応じてステップST204〜ST213の処理を繰り返す。
そしてこの状態で運転した後、装置運転状態に応じて制御を行う。
逆に熱源機1の運転台数が1台の場合に、運転している熱源機1の圧縮機3の容量が所定値以上となった場合、例えば、熱源機1の最大容量の90%以上となった場合(ST311)には、熱源機1台の運転では、加熱負荷に対して、熱源機1の加熱能力が不足と判断し、熱源機1の運転台数を増加させ、停止している熱源機1の運転を開始する(ST312)。
また室内空気温度が目標値より所定値、例えば2℃以上高い場合(ST315)も、熱源機1の加熱能力が加熱負荷に対して過剰と判断し、熱源機1の運転台数を減少させる、もしくは熱源機を全て停止し、ポンプ12の送水も停止する制御を行う(ST316)。
その後、再びステップST305に戻って温度設定を確認し、上記のステップST305〜ST316のサイクルを繰り返す。
まず、圧縮機3aの回転数、空気熱交換器5aの送風量、主膨張弁8aの開度、バイパス膨張弁10aの開度を初期値に設定して運転を行う(ST402)。ここで空気熱交換器5送風量の初期設定値は温度センサ15sで検知される外気温度およびあらかじめ計測制御装置16に記憶された所定値とを比較して決定され、外気温度が低い場合は高風量、高い場合は低風量に設定される。
主膨張弁8aの開度が小さくなると、空気熱交換器5aを流れる冷媒流量は減少し、空気熱交換器5a出口の冷媒過熱度SHは大きくなり、逆に主膨張弁8aの開度を大きくすると空気熱交換器5aの冷媒過熱度SHは小さくなる。そこで、圧縮機3a吸入(空気熱交換器5a出口)の冷媒過熱度SHと目標値とを比較し、冷媒過熱度SHが目標値より大きい場合には、主膨張弁8aの開度を大きく制御し、冷媒過熱度SHが目標値より小さい場合には主膨張弁8aの開度を小さく制御する(ST407)。
またスクリュー圧縮機では小容量化した場合、加工精度の問題から圧縮される容積に対しすき間の比率が大きくなり、効率が低下するという問題があった。その効率が低下する容量は冷却能力100〜150kW程度の範囲にあり、特にビルのエレベータや小型のクレーンで搬入するときに目安となる50kW程度の能力の機種を構成しようとした場合の性能低下が著しくなるという問題があった。
また直膨システムにて、熱源機と室内機を冷媒配管で接続するようなシステムでは、冷媒配管中に滞留する油が発生し、その量が多大になり冷凍機油の枯渇を引き起こす可能性があるため、油分離器の設置が不可欠となるが、本発明のように、冷温水などの液媒体を負荷側に供給するチラーの場合では、前述した配管中の冷凍機油の滞留もなく、この点からも油分離器の設置が不要とでき、低コストに装置を構成できる。
またスクロール圧縮機では、小容量機種を構成しようとした場合、比較的圧縮室のすき間を小さくできるので、3kW程度の能力までは高効率を維持できる。従って、現在1台のスクリュー圧縮機で構成されている能力100kW程度以上の熱源機を複数台に分割した熱源機構成としても、高効率とすることができる。
またスクロール圧縮機の場合、内部容積比があり、それより低い圧縮比の運転では過圧縮状態となり、運転効率が大きく低下するが、チラーの場合、冷凍サイクルの低圧(冷却運転時)、もしくは高圧(加熱運転時)が固定される運転となるので、運転状態に合致するような内部容積を選定することで、内部容積比と圧縮比との乖離を小さくでき、どのような負荷に対しても高効率で運転することができる。
また1台の熱源機がインバータ駆動であり、容量制御幅が50%―150%、1台の熱源機が一定速圧縮機で駆動される場合、熱源機2台で運転される場合の容量は150%―250%、熱源機1台で運転される場合の容量は50−150%である。この場合、連続的な容量制御が行えるが、150%近辺の負荷の場合、一定速圧縮機で構成される熱源機のみが発停を繰り返すことになり、その熱源機の圧縮機運転の信頼性が低下する。
2台の熱源機がインバータ駆動であり、容量制御幅が50%―150%である場合、熱源機2台で運転される場合の容量は100%―300%、熱源機1台で運転される場合の容量は50−150%である。この場合、連続的な容量制御が行えるとともに、熱源機の切換となる容量が、100%、150%近辺にできるが、熱源機運転台数を適切に選択することにより、発停を行わず連続的な容量制御を行うようにできる。従って、熱源機の発停回数を著しく減少でき、信頼性を高めることができる。
また圧縮機3起動時の回転数を低速に制御することで、起動時の圧縮機3への液戻り量を少量にできる。冷温水などの液媒体を負荷側に供給するチラーにおいて、空気熱交換器5を搭載する場合、水熱交換器9と空気熱交換器5の容積差が大きく、空気熱交換器5の容積は水熱交換器9の5倍以上となる。この構成で冷却運転を行う場合、凝縮器となる空気熱交換器5で過冷却度が得られるようにするには、空気熱交換器5の40%程度の冷媒量が必要となる。冷却運転を行っていた熱源機1の運転が停止されたとき、空気熱交換器5に存在していた液冷媒が低圧側である水熱交換器9側に主膨張弁8を通過して流入する。このとき、空気熱交換器5に存在していた冷媒量の多くは液冷媒の形であり、その容積は水熱交換器9の2倍以上となるので、水熱交換器9は液冷媒であふれることになる。この状態で起動運転を行うと圧縮機3への液バックが不可避となる。液バックが発生した場合には、液圧縮による圧縮トルクの増大、および圧縮機3内の油が液冷媒により希釈され、粘度低下することによる潤滑性能低下が発生し、圧縮機運転の信頼性が低下する。
直膨式などでは、前述したように熱源機1と室内機2を接続する配管があるため、空気熱交換器5からあふれる液冷媒を配管の容積部分で吸収し、起動時の液バックを緩和できるが、チラーの場合は、他のバッファー部分がないため、より液バックによる信頼性低下が生じやすくなっている。
なお、液バックを回避するために圧縮機3吸入にアキュムレータを設けることもできるが、この場合、従来1台の熱源機で1台のアキュムレータで対応できていたものが、複数の熱源機1にそれぞれアキュムレータが必要となり、高コストになり好ましくない。逆に言えば、インバータ駆動により、アキュムレータを不要とすることができ、低コストで装置を構成することができる。
そこで、起動後数分間、3分〜10分程度は追加運転される熱源機1の圧縮機容量が他の熱源機よりも少なくなるように、最小容量の運転を継続させる、もしくは、冷水冷却温度の目標設定を高くする、温水加熱温度の目標設定を低くするなどの制御を行い、圧縮機3の容量を低下させて、圧縮機3の運転信頼性を確保する。
またチラーの場合、貯水槽13に余剰の水など液媒体を貯留することで、熱源機1の発停などによる負荷追随性が低下した場合の、室内機送水温度の変動を抑制する構成としているが、本発明のように、熱源機1の発停を減少させることで、最も負荷追随性が低下する熱源機1の発停の発生頻度を低減させるとともに、各熱源機1でのインバータによる圧縮機3容量制御により、熱源機1発停時なども含めて負荷変動に対応できるので、貯水槽13を不要にする、もしくはその容積を減らし、装置として保持する水量を低減することができる。
従って、装置のコストを低減するとことができるとともに、設置の際の工事性を改善することができる。
またエコノマイザ回路を流れる冷媒量が減少すると、過冷却熱交換器7での熱交換量が低下するため、過冷却熱交換器7での高圧液側のエンタルピ変化幅(図2のΔH)が小さくなり、蒸発器入口のエンタルピ(図2点D)が高くなる。そのため、蒸発器でのエンタルピ差(図2のΔHe)が小さくなるので、蒸発器熱交換量が減少する。従って冷却運転においては、蒸発器として作用する水熱交換器9の熱交換量が低下するため、熱源機1の冷却能力を低下させることができる。
エコノマイザ回路を流れる冷媒流量は、圧縮機吸入流量の0%〜20%程度となるので、圧縮機3の下限容量を最大20%程度拡大することができる。
仮に、室内機2から供給される冷温水など液媒体が各熱源機1を並列に流れるように構成される場合、貯水槽13から室内機2に送水される冷温水の温度を安定させるには、各熱源機1での冷温水出口温度は各熱源機1で同一となるように制御される必要がある。そのときの各熱源機1への送水量は、熱源機1の外部のポンプ容量で決められるので、運転状況によっては、熱源機起動時に、供給される水量が多く、起動時から高容量運転を行わなければならない状況が発生し、圧縮機3の起動負荷が過大となり、圧縮機3の信頼性が低下する可能性がある。
冷温水など液媒体が各熱源機1を直列に流れるように液媒体流路が構成されていると、前述したように、追加運転される熱源機の容量を低く、継続運転される熱源機の運転容量を高く制御することで、圧縮機3起動時の容量を低くでき、圧縮機3運転の信頼性を向上させることができる。
この場合のポンプ12の水量制御は、各室内機2から熱源機1へ流れる流路が一度集約さるように構成され、その部分に温度センサ15rを配置し、ここの温度が目標値となるように制御される。
以下本発明の実施の形態2を図10に示す。図10は実施の形態2における熱源機1aの冷媒回路構成を表したものであり、エコノマイザ回路として、過冷却熱交7aの代わりに気液分離器23aを用いる構成とする。図11は実施の形態2における冷凍空調装置の圧力とエンタルピの関係を表した図である。
なお、実施の形態2において、熱源機1a、1bの冷媒回路以外の構成・制御については、実施の形態1と同様である。
水熱交換器7で温水をつくる加熱運転では、圧縮機3a、四方弁4a、水熱交換器7a、逆止弁6b、補助膨張弁22a、気液分離器23a、主膨張弁8a、逆止弁6c、空気熱交換器5a、四方弁4a、圧縮機3aが環状に接続され、この順で冷媒が流れる。また加熱運転においても気液分離器23aで分離されたガス冷媒が分岐され、バイパス膨張弁10a、を経て圧縮機3aの圧縮室にインジェクションされる。
冷却、加熱運転において気液分離器23aで分離されたガス冷媒が分岐され、バイパス膨張弁10aを経て圧縮機3aの圧縮室にインジェクションされる回路にてエコノマイザ回路を構成する。
次に加熱運転における冷媒回路の動作について説明する。加熱運転では四方弁4aの流路は図10の点線方向に設定される。加熱運転における冷媒の状態変化も冷却運転とほぼ同様であり、図11に示される状態変化となる。圧縮機3aから吐出された高温高圧(Ph)のガス冷媒(図11点A)は、四方弁4aを経て水熱交換器9aに流入し、凝縮器となる水熱交換器9aで放熱しながら凝縮・液化する(図11点B)。この際、液媒体である水を加熱し温水を生成する。水熱交換器9aを出た高圧の液冷媒は逆止弁6bを経て、補助膨張弁22aで中間圧(Pm)まで減圧され、二相冷媒となる(図11点F)。二相冷媒は気液分離器23aに流入し、気液分離され、分離された液冷媒(図11点C)は主膨張弁8aに流入する。主膨張弁8aにて低圧(Pl)に減圧され二相状態の冷媒となり(図11点D)、逆止弁6cを経て蒸発器となる空気熱交換器5aに流入し、空気熱交換器5aにて、蒸発ガス化され、四方弁4aを経て圧縮機3aに吸入される(図11点E)。気液分離器23aで分離されたガス冷媒(図11点G)は、バイパス膨張弁10aを経て、圧縮機3a内の圧縮途中の圧縮室にインジェクションされ、吸入状態(図11点E)から圧縮された冷媒(図11点H)と混合した後(図11点I)、高圧(Ph)まで圧縮され、高温高圧のガス冷媒(図11点A)となる。
まず、熱源機1aを起動(ST501)すると、圧縮機3aの回転数、空気熱交換器5aへ送風量、主膨張弁8aの開度、バイパス膨張弁10aの開度を初期値に設定して運転を行う(ST502)。空気熱交換器5aの送風量の初期設定値は温度センサ15sで検知される外気温度およびあらかじめ計測制御装置16に記憶された所定値とを比較して決定される。ここで外気温度と比較する所定値は圧縮機の運転容量、熱交換器性能など機器性能に基づいて定められ、冷凍サイクルの高圧(圧縮機3a吐出冷媒の圧力)が低下しすぎないようにするため、外気温度が高い場合は高風量、低い場合は低風量に設定される。
主膨張弁8aの開度が小さくなると、水熱交換器9aを流れる冷媒流量は減少し、水熱交換器9a出口の冷媒過熱度SHは大きくなり、逆に主膨張弁8aの開度を大きくすると水熱交換器9aの冷媒過熱度SHは小さくなる。そこで、圧縮機3a吸入(水熱交換器9a出口)の冷媒過熱度SHと目標値とを比較し、冷媒過熱度SHが目標値より大きい場合には、主膨張弁8aの開度を大きく制御し、冷媒過熱度SHが目標値より小さい場合には主膨張弁8aの開度を小さく制御する(ST509)。
補助膨張弁22aの開度が小さくなると、空気熱交換器5aを流れる冷媒流量は減少し、空気熱交換器5a出口の過冷却度SCは大きくなり、逆に補助膨張弁22aの開度が大きくなると、空気熱交換器22aの過冷却度SCは小さくなる。したがって、過冷却度SCが目標値より大きい場合は、補助膨張弁22aの開度を大きくし、逆に過冷却度SCが目標値より小さい場合は、補助膨張弁22aの開度を小さくする(ST512)。
バイパス膨張弁10aの開度が小さくなると、エコノマイザ回路を流れる冷媒流量は減少し、圧縮機3a吐出の冷媒過熱度SHdは大きくなり(図11の点Aが右に移動しAB間が長くなる)、逆にバイパス膨張弁10aの開度を大きくすると圧縮機3a出口の冷媒過熱度SHdは小さくなる(図11の点Aが左に移動し、AB間が短くなる)。そこで、圧縮機3a出口の冷媒過熱度SHdと目標値とを比較し、冷媒過熱度SHdが目標値より大きい場合には、バイパス膨張弁10aの開度を大きく制御し、冷媒過熱度SHdが目標値より小さい場合にはバイパス膨張弁10aの開度を小さく制御する(ST515)。
その後、再びステップST503に戻り、水熱交換器9の出口水温が目標値になっているか否かを検出し、検出結果に応じてステップST503〜ST515の処理を繰り返す。
以下本発明の実施の形態3を図13に示す。図13は実施の形態3における熱源機1aの冷媒回路構成を表したものであり、圧縮機3の吐出側と吸入側を接続するガスバイパス回路24と、ガスパイパス回路24上に流量制御弁25を設けたものである。その他の構成は実施の形態1と同様である。
こうすることで、水熱交換器9aに流入する冷媒流量を低減することができ、熱源機1の冷却・加熱能力を低減できる。圧縮機3の容量制御範囲を拡大することで、熱源機1の発停頻度を低減でき、装置の信頼性をより高めることができる。
以下本発明の実施の形態4を図14に示す。図14は実施の形態4における熱源機1aの冷媒回路構成を表したものであり、圧縮機3aの容量を制御するガスバイパス回路26を設けている。ガスバイパス回路26は圧縮機3aの吐出、吸入側と圧縮機3a内の圧縮室を接続し、バイパス回路上に流量制御弁25a、25bを設けている。
図15はガスパイバス回路の一端が接続される圧縮室の位置を表しており、スクロール圧縮機の外周側の圧縮室19aに設けられるアンロードポート27にガスパイバス回路の一端が接続される。アンロードポート27は板バネにて閉止可能な構造となっており、ガスパイバス回路26側の圧力が圧縮室19aの圧力より高い場合は、板バネが圧縮室側に押しつけられて閉止、逆に圧縮室19aの圧力が高い場合は、板バネが開き、圧縮室19aとガスバイパス回路26が接続される。
圧縮機3の容量制御範囲を運転周波数下限より低下させたい場合に、流量制御弁25aを閉、25bを開とする。このときアンロードポート27が開き、圧縮室19aとガスバイパス回路26と圧縮機3吸入側が接続されるので、アンロードポート27が揺動スクロール17の外周側に位置するまでは、最外周の圧縮室19aは、吸入側と接続されることになり、圧縮されない。アンロードポート27が揺動スクロール17の外周側に位置した時点で、最外周の圧縮室19aの閉じ込みが完了し、この時点から圧縮開始されるので、圧縮機3aのストロークボリュームは低くなり、圧縮機3aの容量制御範囲の下限が拡大される。
こうすることで、水熱交換器9aに流入する冷媒流量を低減することができ、熱源機1の冷却・加熱能力を低減できる。圧縮機3aの容量制御範囲を拡大することで、熱源機1の発停頻度を低減でき、装置の信頼性をより高めることができる。
実施の形態3では、圧縮された冷媒を吸入側にバイパスするため、その分だけ無駄な圧縮仕事をすることになり運転効率が低下するが、このように圧縮室と吸入側を接続して、閉じ込み位置を遅らせる場合は、バイパス回路26を通じて流出する冷媒に対する圧縮仕事が少なく、より高効率に容量制御範囲の下限を拡大することができる。
2 室内機
3a、3b 圧縮機
4a、4b 四方弁
5a、5b 空気熱交換器
6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h 逆止弁
7a、7b 過冷却熱交換器
8a、8b 主膨張弁
9a、9b 水熱交換器
10a、10b バイパス膨張弁
11 室内熱交換器
12 ポンプ
13 貯水槽
14a、14b、14c、14d 圧力センサ
15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h、15i、15j、15k、15l、15m、15n、15o、15p、15q、15r、15s、15t、15u 温度センサ
16 計測制御装置
17 揺動スクロール
18 固定スクロール
19、19a、19b、19c 圧縮室
20 吐出ポート
21 インジェクションポート
22 補助膨張弁
23 気液分離器
24、26 ガスバイパス回路
25、25a、25b 流量制御弁
27 アンロードポート
Claims (9)
- インバータ駆動されて冷媒を圧縮するスクロール圧縮機と、
前記スクロール圧縮機と接続され前記冷媒と空気との熱交換を行う空気熱交換器と、
前記空気熱交換器と接続され前記冷媒の圧力を減圧する減圧装置と、
一端を前記減圧回路と接続されるとともに、他端が前記スクロール圧縮機に接続され、液媒体と前記冷媒との熱交換を行うことで熱負荷に対し冷熱を供給する負荷側熱交換器とを環状に接続した冷媒回路を搭載した熱源機を複数台備え、前記液媒体が前記各熱源機を直列に流れる冷凍空調装置であって、
少なくとも2台以上の前記熱源機を運転時に、この運転を行っている各熱源機の圧縮機の合計容量が、この運転を行っている各熱源機の圧縮機の最大容量の合計の所定割合以下である場合に、少なくとも1台の前記熱源機の運転を停止し、
1または複数台の前記熱源機が運転しており、かつ、少なくとも1台の前記熱源機が運転停止時に、前記運転を行っている各熱源機の圧縮機の合計容量が、運転を行っている熱源機の各圧縮機の最大容量の合計の所定割合以上である場合に、前記運転停止していた熱源機の運転を開始することを特徴とする冷凍空調装置。 - 前記運転停止していた熱源機の運転を開始する際、この熱源機の運転起動時から所定期間、この熱源機のスクロール圧縮機の容量がすでに運転を行っていた熱源機の各スクロール圧縮機の容量よりも小さくなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の冷凍空調装置。
- 前記スクロール圧縮機にガスインジェクションが行われるポートを備えると共に、このポートに前記冷凍空調装置の冷凍サイクルの高圧と低圧の間の圧力のガスを供給するエコノマイザ回路を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の冷凍空調装置。
- 前記圧縮機の吐出側と吸入側とを接続するガスバイパス回路をさらに備え、このガスバイパス回路を流れる前記冷媒の流量を制御する流量制御弁を備えたことを特徴とする請求項1乃至3に記載の冷凍空調装置。
- 前記圧縮機の圧縮室と圧縮機吸入側とを接続するガスバイパス回路を備え、このガスバイパス回路を流れる前記冷媒の流量を制御する流量制御弁を備えたことを特徴とする請求項1乃至3に記載の冷凍空調装置。
- 前記減圧装置が開度調整弁で構成され、前記圧縮機の停止中は、開度調整弁の開度を全閉にする流量制御弁を備えたことを特徴とする請求項1に記載の冷凍空調装置。
- 前記熱源機を複数台同時に運転する場合に、前記液媒体の前記負荷側熱交換器の出入口での温度差が各熱源機で略同じとなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の冷凍空調装置。
- 前記エコノマイザ回路は、
前記空気熱交換器と前記減圧装置との接続経路から分岐して設けられた前記冷媒の一部を減圧するバイパス膨張弁と、
前記空気熱交換器と前記減圧装置との接続経路を通過する前記冷媒と、前記バイパス膨張弁を通過した冷媒との熱交換を行う過冷却熱交換器と、
前記バイパス膨張弁と前記過冷却熱交換器とを通過した冷媒を前記ポートに導入する配管とで構成されることを特徴とする請求項3に記載の冷凍空調装置。 - 前記エコノマイザ回路は、
前記空気熱交換器と前記減圧装置との間に設けられた気液分離装置と、
前記気液分離装置で分離された気体の圧力をさらに減圧するバイパス膨張弁と、
前記バイパス膨張弁と前記スクロール圧縮機の前記ポートとを接続する配管と、
前記気液分離装置で分離された液体を前記減圧装置に導入する配管と、で構成されることを特徴とする請求項3に記載の冷凍空調装置。
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