JP5169003B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1について説明する。本発明の実施形態1に係る空気調和装置(5)は、室内の空調を行うものである。空気調和装置(5)は、冷房運転と暖房運転とが可能となっている。
図1に示すように、空気調和装置(5)は、室内ユニット(20)と室外ユニット(30)とを備えている。室内ユニット(20)は室内に設置され、室外ユニット(30)は室外に設置されている。室内ユニット(20)と室外ユニット(30)とは、2本の連絡配管を介して互いに連結され、これにより冷媒回路(10)が構成されている。冷媒回路(10)には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。冷媒回路(10)では、冷媒(二酸化炭素)を臨界圧力以上まで圧縮する冷凍サイクルが行われる。
本実施形態において、圧縮機(40)の圧縮機構(43)の吸入容積と、膨張機(50)の膨張機構(53)の吸入容積とは、空気調和装置の運転条件を考慮して設定されている。具体的に、実施形態1では、圧縮機構(43)の吸入容積をVcとし、膨張機構(53)の吸入容積Veとすると、吸入容積Veに対する吸入容積Vcの比(容積比Vc/Ve)が、6以上8以下に設定されている。ここで、上記吸入容積Vcは、圧縮機構(43)の回転軸(44)が一回転する際に、圧縮機構(43)内のシリンダ室へ吸入する冷媒の容積であり、上記吸入容積Veは、膨張機構(53)の回転軸(54)が一回転する際に、膨張機構(53)内のシリンダ室へ流入する冷媒の容積である。なお、この容積比Vc/Veは、7であるのがより好ましい。これにより、この空気調和装置(5)では、後述する空調運転(冷房運転及び暖房運転)において、圧縮機(40)及び膨張機(50)の各回転軸(44,54)の回転数を所定の制御範囲内に抑えながら、高いCOP(成績係数)の運転が可能となっている(この点についての詳細は後述する)。
次に、実施形態1の空気調和装置(5)の運転動作について説明する。空気調和装置(5)は、四路切換弁(32)の設定に応じて、室内の冷房を行う冷房運転と室内の暖房を行う暖房運転とが切換可能となっている。
冷房運転では、四路切換弁(32)が図1の実線で示す状態に設定される。圧縮機(40)が起動すると、圧縮機構(43)で冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される。圧縮機(40)から吐出された冷媒は、四路切換弁(32)を通過して室外熱交換器(31)を流れる。室外熱交換器(31)では、冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交換器(31)で放熱した冷媒は、ブリッジ回路(33)を通過して膨張機(50)へ流入する。膨張機(50)では、膨張機構(53)で冷媒が膨張する。この際、膨張機構(53)では、冷媒の膨張動力が回転軸(54)を介して発電機(52)へ回収され、発電機(52)で発電が行われる。
暖房運転では、四路切換弁(32)が図1の破線で示す状態に設定される。圧縮機(40)が起動すると、圧縮機構(43)で冷媒が臨界圧力以上まで圧縮される。圧縮機(40)から吐出された冷媒は、四路切換弁(32)を通過して室内熱交換器(21)を流れる。室内熱交換器(21)では、冷媒が室内空気へ放熱する。その結果、室内空気が加熱され、室内の暖房が行われる。室内熱交換器(21)で放熱した冷媒は、ブリッジ回路(33)を通過して膨張機(50)へ流入する。膨張機(50)では、膨張機構(53)で冷媒が膨張する。この際、膨張機(50)では、冷媒の膨張動力が回転軸(54)を介して発電機(52)へ回収され、発電機(52)で発電が行われる。
上述した冷房運転や暖房運転では、圧縮機構(43)を通過する冷媒の質量流量Mcと、膨張機構(53)を通過する冷媒の質量Meとをバランスさせる必要がある。より詳細に説明すると、まず、圧縮機(40)の冷媒質量流量Mcは、圧縮機(40)の吸入容積をVc、圧縮機(40)へ吸入される冷媒の密度をDc、圧縮機(40)の回転数をRcとすると、Mc=Vc×Dc×Rcで表される。これに対し、膨張機(50)の冷媒質量流量Meは、膨張機(50)の吸入容積Ve、膨張機(50)へ吸入される冷媒の密度をDe、膨張機(50)の回転数をReとすると、Me=Ve×De×Reで表される。従って、冷媒回路(10)では、Mc=Me、即ちVc×Dc×Rc=Ve×De×Reの関係が成立すると、両者の冷媒質量流量Mc,Meがバランスし、空気調和装置(5)で高COPが得られることになる。ところが、このような空気調和装置(5)では、外気温度条件や冷房/暖房条件に応じて圧縮機(40)の冷媒密度Dcや、膨張機(50)の冷媒密度Deが変化する。一方、上述した各吸入容積Vc,Veは、設計されたシリンダ容積で定まる固定値である。従って、この空気調和装置(5)では、冷媒の密度比De/Dcが変化しても、両冷媒質量流量Mc,Meが等量となるように、上記回転数Rc,Reを制御するようにしている。
上記実施形態1では、圧縮機(40)及び膨張機(50)の回転数をそれぞれ個別に制御する空気調和装置(5)において、膨張機(50)の吸入容積Veに対する圧縮機(40)の吸入容積Vcの比を6以上8以下としている。このため、上記実施形態1によれば、広範囲の運転条件において、圧縮機(40)及び膨張機(50)の最適回転数を所定の制御範囲内に納めることができる。具体的に、上記実施形態1では、外気温度が−15度以上となる暖房運転、及び外気温度が35度以下となる冷房運転について、圧縮機(40)の回転数Rcを最適制御範囲(20〜100[rps])内で制御し、且つ膨張機(50)の回転数Reを最適制御範囲(20〜100[rps])内で制御しながら、圧縮機(40)の冷媒質量流量Mcと、膨張機(50)の冷媒質量流量Meとをバランスさせることができる。その結果、この空気調和装置(5)では、広範囲の運転条件に亘って、高いCOPを得ることができ、この空気調和装置(5)の省エネ性を向上させることができる。
上記実施形態1について、冷媒回路(10)に複数台の圧縮機(40)を並列に設けたり、複数台の膨張機(50)を並列に設けるようにしても良い。例えば図5に示す変形例は、冷媒回路(10)に2台の圧縮機(40)を並列に設けたものである。
本発明の参考形態について説明する。本発明の参考形態に係る空気調和装置(5)は、実施形態1の膨張機(50)に代わって膨張圧縮機(70)を設けたものである。
上記参考形態では、圧縮機(40)及び膨張圧縮機(70)の回転数をそれぞれ個別に制御する空気調和装置(5)において、膨張圧縮機(70)の膨張機構(75)の吸入容積Ve’に対する第1圧縮機構(43)の吸入容積Vcと第2圧縮機構(73)の吸入容積Vc’の合計の比を6以上8以下としている。このため、上記参考形態においても、上記実施形態1と同様にして、広範囲の運転条件において、圧縮機(40)及び膨張圧縮機(70)の最適回転数を最適制御範囲内に納めることができる。その結果、この空気調和装置(5)においても、広範囲の運転条件に亘って高いCOPを達成することができる。
10 冷媒回路
40 圧縮機(第1圧縮機)
50 膨張機
70 膨張圧縮機
73 第2圧縮機構(圧縮機構)
74 回転軸
75 膨張機構
Claims (1)
- 1台又は互いに並列な複数台の圧縮機(40,60)と、1台又は互いに並列な複数台の膨
張機(50)とが接続されると共に、二酸化炭素を臨界圧力以上まで圧縮して冷凍サイクルを行い、且つ常に高圧冷媒の全量が1台又は並列な複数の膨張機(50)だけで減圧されるように構成された冷媒回路(10)を備え、上記圧縮機(40)及び膨張機(50)の回転数がそれぞれ個別に制御されて、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う空気調和装置であって、
上記冷房運転と暖房運転とでは、上記圧縮機(40)の回転数が、空気調和装置の必要能力に応じて制御され、
上記冷房運転と暖房運転とでは、上記膨張機(50)の回転数が、上記圧縮機(40)を通過する冷媒の質量流量Mcと上記膨張機(50)を通過する冷媒の質量流量Meとがバランスするように制御され、
上記膨張機(50)の一回転あたりの吸入容積Veの合計に対する上記圧縮機(40,60)の一回転あたりの吸入容積Vcの合計の比が、6以上8以下であることを特徴とする空気調和装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2007112856A JP5169003B2 (ja) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | 空気調和装置 |
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