JP5353167B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍装置、特に、非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置に関する。
近年、非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置が広く普及している。非共沸混合冷媒とは、沸点が異なる複数種類の冷媒が混合された冷媒である。単一冷媒の場合、凝縮温度及び蒸発温度が一定であるので、それらの温度をセンサで検知して凝縮圧力および蒸発圧力を推定することができるが、非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置は、冷媒回路内で凝縮温度及び蒸発温度が一定でないため、凝縮温度および蒸発温度から凝縮圧力および蒸発圧力を推定するのは困難である。そのため、凝縮器に複数の温度センサを配置し、温度センサ間の距離と温度差から凝縮圧力および蒸発圧力を推定する方法が検討されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に開示されている方法では、複雑な冷媒流路を有し且つ通過する空気流の風速が不均等な熱交換器に適用した場合、実際の圧力と推定圧力との差が大きくなるという短所がある。
特開平7−260264号公報
本発明の課題は、冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置において、凝縮圧力および蒸発圧力の推定精度を向上させることにある。
第1発明に係る冷凍装置は、冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、冷媒回路と、吐出管温度センサと、第1温度センサと、制御部とを備えている。冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順で冷媒が循環する。吐出管温度センサは、圧縮機の吐出管に取り付けられ冷媒の吐出温度を測定する。第1温度センサは、凝縮器から減圧器に流れる冷媒の温度、及び減圧器から蒸発器に流れる冷媒の温度のいずれか一方を測定する。制御部は、圧縮機の運転周波数から冷媒循環量を推定し、且つ凝縮圧力を算出するための仮凝縮温度、及び蒸発圧力を算出するための仮蒸発温度のいずれか一方を設定して他方を推定する。また、制御部は、第1温度センサの測定値と仮凝縮温度とからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予め記憶したメモリを有している。さらに、制御部は、吐出管温度センサの測定値及び第1温度センサの測定値から、冷媒物性テーブルに基づいて圧縮機の仕事に相当するエンタルピ差を算出し、そのエンタルピ差と冷媒循環量とから算出される圧縮機の仕事量と、圧縮機の実際の入力値とが一致するまで、仮凝縮温度、及び仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定するプロセスを繰り返す。
非共沸混合冷媒は、冷媒回路内で凝縮温度及び蒸発温度が一定でないため、凝縮温度および蒸発温度から凝縮圧力および蒸発圧力を推定するのは困難であるが、この冷凍装置では、算出した圧縮機の仕事量と圧縮機の実際の入力値とが一致するまで、仮凝縮温度または仮蒸発温度の設定を繰り返すので、凝縮圧力および蒸発圧力の推定精度が高くなる。
第2発明に係る冷凍装置は、第1発明に係る冷凍装置であって、制御部が、凝縮器から減圧器に流れる冷媒の温度、及び減圧器から蒸発器に流れる冷媒の温度のうち、第1温度センサで測定しない側の温度を、第1温度センサの測定値から推定する。この冷凍装置では、凝縮器の冷媒出口温度および蒸発器の冷媒入口温度のいずれか一方だけ測定すればよいので、温度センサの使用数量が低減される。
第3発明に係る冷凍装置は、第1発明に係る冷凍装置であって、制御部が、第1温度センサの測定値から圧縮機の吸入温度を推定するための吸入温度テーブルを有している。圧縮機の仕事に相当するエンタルピ差は、吸入温度および吐出管温度センサの測定値から算出される。この冷凍装置では、圧縮機の吸入温度が推定されるので、吸入管温度センサを廃止することができ、温度センサの使用数量が低減される。
第4発明に係る冷凍装置は、第1発明に係る冷凍装置であって、外気の温度を測定する外気温センサをさらに備えている。制御部は、外気温センサの測定値と冷媒循環量とから凝縮温度を推定するための凝縮温度推定テーブルを有している。この冷凍装置では、仮凝縮温度、及び仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定する必要がなく、凝縮温度を直接推定することができる。
第5発明に係る冷凍装置は、第1発明に係る冷凍装置であって、蒸発器が、第1熱交換器と、第2熱交換器と、電磁弁とを有している。冷媒は、先に第1熱交換器を流れ、第1熱交換器を通過した冷媒が第2熱交換器を流れる。電磁弁は、第1熱交換器と第2熱交換器との間に接続されている。制御部は、電磁弁を動作させて冷媒を凝縮器と第1熱交換器とで凝縮させ冷媒を第2熱交換器で蒸発させる除湿運転を実行する。制御部は、除湿運転を実行するために、冷媒循環量、仮蒸発温度、及び仮凝縮温度から電磁弁前後の圧力差を推定する差圧推定テーブルをさらに有している。この冷凍装置では、電磁弁出口の冷媒温度を推定することができるので、電磁弁出口に温度センサを設ける必要がなく、温度センサの使用数量が低減される。
第6発明に係る冷凍装置は、冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、冷媒回路と、凝縮器温度センサと、蒸発器温度センサと、制御部とを備えている。冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順で冷媒が循環する。凝縮器温度センサは、凝縮器の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される。蒸発器温度センサは、蒸発器の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される。制御部は、圧縮機の運転周波数、凝縮器温度センサの測定値および蒸発器温度センサの測定値から冷媒のエンタルピを推定するエンタルピ推定テーブルを有する。そして、制御部は、エンタルピ推定テーブルから推定したエンタルピと中間値との差から、冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を推定する。この冷凍装置では、凝縮器温度センサおよび蒸発器温度センサで凝縮圧力および蒸発圧力を推定することができるので、推定精度が高まる。
第7発明に係る冷凍装置は、第1発明から第6発明のいずれか1つに係る冷凍装置であって、冷媒が、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒を含む非共沸混合冷媒である。この冷凍装置では、地球温暖化係数の低い非共沸混合冷媒であるので、地球環境保護に適した冷凍装置が提供される。
第1発明に係る冷凍装置では、算出した圧縮機の仕事量と圧縮機の実際の入力値とが一致するまで、仮凝縮温度または仮蒸発温度の設定を繰り返すので、凝縮圧力および蒸発圧力の推定精度が高くなる。
第2発明に係る冷凍装置では、凝縮器の冷媒出口温度および蒸発器の冷媒入口温度のいずれか一方だけ測定すればよいので、温度センサの使用数量が低減される。
第3発明に係る冷凍装置では、圧縮機の吸入温度が推定されるので、吸入管温度センサを廃止することができ、温度センサの使用数量が低減される。
第4発明に係る冷凍装置では、仮凝縮温度、及び仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定する必要がなく、凝縮温度を直接推定することができる。
第5発明に係る冷凍装置では、電磁弁出口の冷媒温度を推定することができるので、電磁弁出口に温度センサを設ける必要がなく、温度センサの使用数量が低減される。
第6発明に係る冷凍装置では、凝縮器温度センサおよび蒸発器温度センサで凝縮圧力および蒸発圧力を推定することができるので、推定精度が高まる。
第7発明に係る冷凍装置では、地球温暖化係数の低い非共沸混合冷媒であるので、地球環境保護に適した冷凍装置が提供される。
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
〔第1実施形態〕
<空調機の構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図である。図1において、空調機1は、室外ユニット2と室内ユニット3とを備えている。なお、室内ユニット3は複数台であってもよい。
この空調機1は、非共沸混合冷媒が充填された冷媒回路10を備えている。本実施形態では、R1234+R32が冷媒として使用されている。冷媒回路10は、室外ユニット2に収容された室外側回路と、室内ユニット3に収容された室内側回路とを備えている。室外側回路と室内側回路とは、ガス側連絡配管17a及び液側連絡配管17bによって接続されている。
<室内ユニットの構成>
室内側回路には、室内熱交換器15が設けられている。室内熱交換器15は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。この室内熱交換器15の近傍には、室内熱交換器15に室内空気を送るための室内ファン33が設けられている。
<室外ユニットの構成>
室外ユニット2における室外側回路には、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、及び膨張弁14が接続されている。室外側回路の一端には、液側連絡配管17bが接続される液側閉鎖弁19が設けられている。室外側回路の他端には、ガス側連絡配管17aが接続されるガス側閉鎖弁18が設けられている。
圧縮機11の吐出側は、四路切換弁12の第1ポートP1に接続されている。圧縮機11の吸入側は、アキュムレータ20を挟んで四路切換弁12の第3ポートP3に接続されている。アキュムレータ20は、液冷媒とガス冷媒とを分離する。
室外熱交換器13は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。この室外熱交換器13の近傍には、室外空気を送るための室外ファン23が設けられている。室外熱交換器13の一端側は、四路切換弁12の第4ポートP4に接続されている。室外熱交換器13の他端側は、減圧手段である膨張弁14に接続されている。
膨張弁14は、開度可変の電子膨張弁であり、液側閉鎖弁19に接続されている。また、四路切換弁12の第2ポートP2はガス側閉鎖弁18に接続されている。
四路切換弁12は、第1ポートP1と第4ポートP4が互いに連通して第2ポートP2と第3ポートP3が互いに連通する第1状態(図1の実線で示す状態)と、第1ポートP1と第2ポートP2が互いに連通して第3ポートP3と第4ポートP4が互いに連通する第2状態(図1の点線で示す状態)とが切り換え可能となっている。
(各種センサ)
空調機1には、サーミスタから成る室外温度センサ102、室内温度センサ103、吐出管温度センサ111、室外熱交換器温度センサ113、室内熱交換器温度センサ115、液管温度センサ116、第2液管温度センサ117、及び吸入管温度センサ118が設けられている。室外温度センサ102は、室外ユニット2の周囲温度を検知する。室内温度センサ103は、室内温度を検知する。
吐出管温度センサ111は、圧縮機11の吐出配管に取付けられ冷媒の吐出温度を検知する。室外熱交換器温度センサ113は、室外熱交換器13に取付けられ、室外熱交換器13の所定領域を流れる冷媒の温度を検知する。室内熱交換器温度センサ115は、室内熱交換器15に取付けられ、室内熱交換器15の所定領域を流れる冷媒の温度を検知する。
液管温度センサ116は、室外熱交換器13の出口側(冷房運転時)に取付けられ、室外熱交換器13から膨張弁14まで流れる液冷媒の温度を検知する。第2液管温度センサ117は、室内熱交換器15の入口側(冷房運転時)に取付けられ、膨張弁14から室内熱交換器15まで流れる液冷媒の温度を検知する。
吸入管温度センサ118は、圧縮機11の吸入配管に取付けられ冷媒の吸入温度を検知する。そして、これらの温度センサの測定値に基づき、制御部4が空調機1を運転制御する。
なお、空調機1には、圧縮機11に入力される電力を測定するために、電力センサ119が設けられており、制御部4が、適時、電力センサ119を介して圧縮機11の電力を測定する。
<空調機の動作>
図2は、第1実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図である。空調機1では、四路切換弁12によって、図2の冷凍サイクルに従った冷房運転および暖房運転のいずれか一方に切り換えることが可能である。
(冷房運転)
冷房運転では、四路切換弁12が第1状態(図1の実線)に設定される。この状態で圧縮機11を運転すると、冷媒回路10では室外熱交換器13が凝縮器となり、室内熱交換器15が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
圧縮機11から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器13で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器13を通過した冷媒は、膨張弁14を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器15で室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器15を通過した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて圧縮される。
(暖房運転)
暖房運転では、四路切換弁12が第2状態(図1の点線)に設定される。そして、この状態で圧縮機11を運転すると、冷媒回路10では、室外熱交換器13が蒸発器となり、室内熱交換器15が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
圧縮機11から吐出された高圧の冷媒は、室内熱交換器15で室内空気と熱交換して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁14を通過する際に減圧された後、室外熱交換器13で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器13を通過した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて圧縮される。
(凝縮圧力および蒸発圧力の推定方法)
制御部4は、冷房運転時、又は暖房運転時、冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力に異常がないか否かを監視しながら空調機1を制御している。しかし、図2のモリエル線図に示すように、非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置は、単一冷媒を使用した冷凍装置と異なり、冷媒回路内で凝縮温度及び蒸発温度が一定でないため、凝縮温度および蒸発温度から凝縮圧力および蒸発圧力を推定するのは困難である。そこで、本実施形態では、制御部4が、所定方法で凝縮圧力および蒸発圧力を推定している。以下、制御フローを参照しながら、その所定方法について、冷房運転時の動作を例にして説明する。
図3は、凝縮圧力および蒸発圧力の推定制御のフローチャートである。図3に示すように、ステップS1で、制御部4は、仮凝縮温度Tcを設定する。仮凝縮温度Tcの初回の設定値は、どんな値でもよく、適当に設定する。本実施形態では、室外熱交換器温度センサ113の検知温度を初回の仮凝縮温度Tcに設定する。室外熱交換器温度センサ113を備えていない場合は、室内温度を初回の仮凝縮温度Tcに設定すればよい。
ステップS2で、制御部4は、液管温度センサ116を介して凝縮器出口温度Tcoを測定する。
ステップS3で、制御部4は、液冷媒出口温度TcoとステップS1で設定した仮凝縮温度Tcとから、室外熱交換器13出口の凝縮器出口エンタルピhcoを求める。なお、制御部4は、液冷媒出口温度Tcoと仮凝縮温度Tcとからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予めメモリに記憶している。
ステップS4で、制御部4は、第2液管温度センサ117を介して蒸発器入口温度Teiを測定する。
ステップS5で、制御部4は、蒸発器入口温度TeiとステップS3で求めたエンタルピhcoとから蒸発温度Teを推算する。
ステップS6で、制御部4は、吸入管温度センサ118を介して圧縮機吸入温度Tsucを測定する。
ステップS7で、制御部4は、圧縮機吸入温度Tsucから冷媒物性テーブルに基づいて、圧縮機吸入エンタルピhsucを求める。
ステップS8で、制御部4は、吐出管温度センサ111を介して圧縮機吐出温度Tdisを測定する。
ステップS9で、制御部4は、蒸発温度Te、圧縮機吸入エンタルピhsuc、圧縮機吐出温度Tdis、及び仮凝縮温度Tcから、圧縮機11の仕事に相当するエンタルピ差dhcompを推算する。
ステップS10で、制御部4は、エンタルピ差dhcomp、圧縮機11の運転周波数Hv、仮凝縮温度Tc、及び蒸発温度Teから冷媒循環量Grを推定する。なお、制御部4は、循環量Grを求めるための循環量推定テーブルを有している。
ステップS11で、制御部4は、ステップS10で推定した冷媒循環量GrとステップS9で推算したdhcompとから、圧縮機入力Ecomp=Gr×dhcompを算出し、電力に換算する。
ステップS12で、制御部4は、電力センサ119を介して実際の圧縮機電力Erを測定する。
ステップS13で、制御部4は、圧縮機入力Ecompと圧縮機電力Erとが一致したか否かを判定する。一致していない場合、ステップS1へ戻り圧縮機入力Ecompと圧縮機電力Erとの差に基づいて、仮凝縮温度Tcを修正する。一致している場合は、ステップS14に進む。
ステップS14で、制御部4は、圧縮機入力Ecompから推定できる凝縮圧力と蒸発圧力をメモリの所定記憶領域に記憶する。
以上、ステップS1〜ステップS14までのフローが必要に応じて実行される。ステップS14で記憶された凝縮圧力と蒸発圧力は、他の制御において、空調機1の運転制御に利用される。
(第1実施形態の第1変形例)
第1実施形態では、制御部4は第2液管温度センサ117を介して蒸発器入口温度Teiを測定しているが、それに限定されるものではない。制御部4は、凝縮器出口温度Tcoから蒸発器入口温度Teiを推定する第3テーブルをメモリに記憶させておき、そこから蒸発器入口温度Teiを推定してもよい。
つまり、冷媒物性テーブルに従えば、凝縮器出口温度Tcoから凝縮器出口エンタルピhcoが推定されるので、そこからさらに、その凝縮器出口エンタルピhcoに対応する蒸発温度範囲を推定することも可能である。メモリは、その蒸発温度範囲を第3テーブルとしてさらに記憶すればよい。そして、制御部4は、例えば、その蒸発温度範囲の中央値を蒸発温度Teiとして推定してもよい。これによって、第2液管温度センサ117が廃止され、コストが低減される。
(第1実施形態の第2変形例)
第1実施形態では、制御部4は吸入管温度センサ118を介して圧縮機吸入温度Tsucを測定しているが、それに限定されるものではない。制御部4は、仮凝縮温度Tcと圧縮機吐出温度Tdisから圧縮機吸入温度Tsucを推定する第4テーブルをメモリに記憶させておき、そこから圧縮機吸入温度Tsucを推定してもよい。
つまり、冷媒物性テーブルに従えば、圧縮機吐出温度Tdisに対応する圧縮機吸入温度範囲を推定することも可能である。メモリは、その圧縮機吸入温度範囲を第4テーブルとして記憶すればよい。そして、制御部4は、例えば、その圧縮機吸入温度範囲の中央値を圧縮機吸入温度Tsucとして推定してもよい。これによって、吸入管温度センサ118が廃止され、コストが低減される。
<第1実施形態の特徴>
空調機1では、制御部4が、先ず、仮凝縮温度Tcを設定してから蒸発温度Teを推定する。次に、仮凝縮温度Tc及び蒸発温度Teを用いて圧縮機11の仕事量を算出する。そして、算出した圧縮機11の仕事量と圧縮機11の実際の入力値とが一致するまで仮凝縮温度を修正する、という操作を繰り返す。算出した圧縮機11の仕事量と圧縮機11の実際の入力値とが一致したときは、仮凝縮温度Tc及び蒸発温度Teから凝縮圧力および蒸発圧力がもとまる。その結果、温度センサの使用数量が低減される。
〔第2実施形態〕
<空調機の構成>
図4は、本発明の第2実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図である。なお、第1実施形態と同様の部分については、同一の符号及び名称を付けて説明を省略する。図4において、室内側回路には、室内熱交換器15が設けられている。室内熱交換器15は、補助熱交換器15aと、主熱交換器15bとを有している。補助熱交換器15aと主熱交換器15bとの間には、第2膨張弁16が接続されている。
冷房運転時、及び暖房運転時、第2膨張弁16は全開しており、補助熱交換器15aと主熱交換器15bとは一つの蒸発器および凝縮器として機能する。しかし、除湿運転時、第2膨張弁16は、補助熱交換器15aと主熱交換器15bとの間の冷媒流路を絞り、室外熱交換器13と補助熱交換器15aとを凝縮器として機能させ、主熱交換器15bを蒸発器として機能させる。なお、本実施形態では、第2膨張弁16は電磁弁である。
(センサ)
空調機1には、第3液管温度センサ120と第4液管温度センサ121がさらに設けられている。第3液管温度センサ120は、補助熱交換器15aの出口側(除湿運転時)に取付けられ、補助熱交換器15a出口から出てくる液冷媒の温度を検知する。第4液管温度センサ121は、主熱交換器15bの入口側(除湿運転時)に取付けられ、主熱交換器15b入口に入る液冷媒の温度を検知する。
<空調機の動作>
図5は、第2実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図である。空調機1では、四路切換弁12および第2膨張弁16によって、図5の冷凍サイクルに従った除湿運転に切り換えることが可能である。
(除湿運転)
除湿運転では、四路切換弁12が第1状態(図1の実線)に設定される。この状態で圧縮機11を運転すると、冷媒回路10では室外熱交換器13が1次凝縮器となり、補助熱交換器15aが2次凝縮器となり、主熱交換器15bが蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
圧縮機11から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器13で室外空気と熱交換して一部分が凝縮する。室外熱交換器13を通過した冷媒は、膨張弁14を通過する際に、所定圧力まで減圧され、その後に補助熱交換器15aに入り、凝縮しきれなかった冷媒が補助熱交換器15aで凝縮する。
補助熱交換器15aを通過した冷媒は、第2膨張弁16を通過する際に減圧され、その後に主熱交換器15bで室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器15を通過した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて圧縮される。
通常の冷房運転による除湿では室内温度が低下するが、上記除湿運転によれば補助熱交換器15aで暖められた空気を主熱交換器15bで除湿するので、室内温度が低下することが抑制される。
(凝縮圧力および蒸発圧力の推定方法)
制御部4は、除湿運転時、冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力に異常がないか否かを所定方法で監視しながら空調機1を制御している。以下、その所定方法について除湿運転時の動作を例にして説明する。
ステップS101で、制御部4は、補助熱交換器15aでの仮凝縮温度Tcを設定する。仮凝縮温度Tcの初回の推定値は、どんな値でもよく、適当に設定する。本実施形態では、室内温度を初回の仮凝縮温度Tcに設定する。
ステップS102で、制御部4は、第3液管温度センサ120を介して凝縮器出口温度Tcoを測定する。
ステップS103で、制御部4は、凝縮器出口温度TcoとステップS101で設定した仮凝縮温度Tcとから、補助熱交換器15a出口の凝縮器出口エンタルピhcoを求める。なお、制御部4は、液冷媒出口温度Tcoと仮凝縮温度Tcとからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予めメモリに記憶している。
ステップS104で、制御部4は、第4液管温度センサ121を介して蒸発器入口温度Teiを測定する。
ステップS105で、制御部4は、蒸発器入口温度TeiとステップS103で求めたエンタルピhcoとから主熱交換器15bでの蒸発温度Teを推算する。
ステップS106で、制御部4は、吸入管温度センサ118を介して圧縮機吸入温度Tsucを測定する。
ステップS107で、制御部4は、圧縮機吸入温度Tsucから冷媒物性テーブルに基づいて、圧縮機吸入エンタルピhsucを求める。
ステップS108で、制御部4は、吐出管温度センサ111を介して圧縮機吐出温度Tdisを測定する。
ステップS109で、制御部4は、蒸発温度Te、圧縮機吸入エンタルピhsuc、圧縮機吐出温度Tdis、及び仮凝縮温度Tcから、圧縮機11の仕事に相当するエンタルピ差dhcompを推算する。
ステップS110で、制御部4は、エンタルピ差dhcomp、圧縮機11の運転周波数Hv、仮凝縮温度Tc、及び蒸発温度Teから冷媒循環量Grを推定する。なお、制御部4は、循環量Grを求めるための循環量推定テーブルを有している。
ステップS111で、制御部4は、ステップS110で推定した冷媒循環量GrとステップS109で推算したdhcompとから、圧縮機入力Ecomp=Gr×dhcompを算出し、電力に換算する。
ステップS112で、制御部4は、電力センサ119を介して実際の圧縮機電力Erを測定する。
ステップS113で、制御部4は、圧縮機入力Ecompと圧縮機電力Erとが一致したか否かを判定する。一致していない場合、ステップS101へ戻り圧縮機入力Ecompと圧縮機電力Erとの差に基づいて、仮凝縮温度Tcを修正する。一致している場合は、ステップS114に進む。
ステップS114で、制御部4は、圧縮機入力Ecompから推定できる凝縮圧力と蒸発圧力をメモリの所定記憶領域に記憶する。
以上、ステップS101〜ステップS114までのフローが必要に応じて実行される。ステップS114で記憶された凝縮圧力と蒸発圧力は、他の制御において、空調機1の運転制御に利用される。
(第2実施形態の変形例)
第2実施形態では、制御部4は第4液管温度センサ121を介して蒸発器入口温度Teiを測定しているが、それに限定されるものではない。制御部4は、冷媒循環量Gr、仮凝縮温度Tcおよび蒸発温度Teから凝縮圧力と蒸発圧力との差(第2膨張弁16前後の差圧)を推定することができるので、その差圧から蒸発器入口温度Teiを求めるための第5テーブルをメモリに記憶させておき、そこから蒸発器入口温度Teiを推定してもよい。
つまり、冷媒物性テーブルに従えば、冷媒循環量、凝縮温度および蒸発温度から第2膨張弁16前後の差圧が推定され、そこからさらに、蒸発器入口温度Teiを推定することも可能である。これによって、第4液管温度センサ121を廃止することができ、コストが低減される。
〔第3実施形態〕
第3実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機では、制御部4が、室外温度Taと冷媒循環量Grから凝縮温度を推定する第6テーブルをメモリに記憶している。つまり、室外温度と冷媒循環量とが把握できれば、凝縮温度と室外温度との差を推定することが可能であるので、そこから凝縮温度が推定される。その結果、第1実施形態および第2実施形態のような、圧縮機入力Ecompと圧縮機電力Erとが一致するまで仮凝縮温度Tcを修正するという収束計算が不要になる。
〔第4実施形態〕
第4実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機では、図1において、室外熱交換器温度センサ113は、室外熱交換器13の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置されている。室内熱交換器温度センサ115は、室内熱交換器15の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置されている。
制御部4は、圧縮機11の運転周波数と、室外熱交換器温度センサ113及び室内熱交換器温度センサ115の測定値とからエンタルピを推定する第7テーブルをメモリに記憶している。そして、制御部4は、推定したエンタルピと上記中間値との差から、凝縮圧力と蒸発圧力を推定している。その結果、第1実施形態および第2実施形態のような、圧縮機入力Ecompと圧縮機電力Erとが一致するまで仮凝縮温度Tcを修正するという収束計算が必要でなくなるので、温度センサの数量が低減される。
〔その他の実施形態〕
第1実施形態、及び第2実施形態では、冷媒として、HFO−1234yfとHFC−32の2種類の有機化合物からなる混合冷媒を使用しているが、HFC−32の割合は、22質量%のHFC−32との混合冷媒である。HFC−32の割合は、6質量%以上30質量%以下であればよく、好ましくは、13質量%以上23質量%以下であればよく、更に好ましくは、21質量%以上23質量%以下であればよい。
また、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒と、10質量%以上のHFC−125(ペンタフルオロエタン、CF−CHF)との混合冷媒でもよい。HFC−125の割合は、10質量%以上20質量%以下であれば好ましい。
また、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒と、HFC−134(1,1,2,2−テトラフルオロエタン、CHF−CHF)、HFC−134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン、CHF−CF)、HFC−143a(1,1,1−トリフルオロエタン、CHCF)、HFC−152a(1,1−ジフルオロエタン、CHF−CH)、HFC−161(フルオロエタン、CH−CHF)、HFC−227ea(1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン、CF−CHF−CF)、HFC−236ea(1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン、CF−CHF−CHF)、HFC−236fa(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロエタン、CF−CH−CF)、及びHFC−365mfc(1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン、CF−CHCF−CH)のいずれか1つとの混合冷媒でもよい。
また、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒と、炭化水素系冷媒との混合冷媒であってもよい。
具体的には、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒と、メタン(CH)、エタン(CH−CH)、プロパン(CH−CH−CH)、プロペン(CH−CH=CH)、ブタン(CH−CH−CH−CH)、イソブタン(CH−CH(CH)−CH)、ペンタン(CH−CH−CH−CH−CH)、2−メチルブタン(CH−CH(CH)−CH−CH)、及びシクロペンタン(cyclo−C10)のいずれか1つとの混合冷媒でもよい。
また、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒と、ジメチルエーテル(CH−O−CH)、ビス−トリフルオロメチル−サルファイド(CF−S−CF)、二酸化炭素(CO)、及びヘリウム(He)のいずれか1つとの混合冷媒でもよい。
また、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒と、上記第2成分のいずれか2つとから成る混合冷媒を使用してもよい。例えば、52質量%のHFO−1234yfと、23質量%のHFC−32と、25質量%のHFC−125から成る混合冷媒が好ましい。
以上のように、本発明によれば、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒を含む非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置を備えた空調機に有用である。
本発明に第1実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図。 第1実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図。 凝縮圧力および蒸発圧力の推定制御のフローチャート。 本発明の第2実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図。 第2実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図。 凝縮圧力および蒸発圧力の推定制御のフローチャート。
1 空調機(冷凍装置)
4 制御部
10 冷媒回路
11 圧縮機
13 室外熱交換器(凝縮器)
14 膨張弁(減圧器)
15 室内熱交換器(蒸発器)
15a 補助熱交換器(第1熱交換器)
15b 主熱交換器(第2熱交換器)
16 第2膨張弁(電磁弁)
102 室外温度センサ(外気温センサ)
111 吐出管温度センサ
113 室外熱交換器温度センサ(凝縮器温度センサ)
115 室内熱交換器温度センサ(蒸発器温度センサ)
116 液管温度センサ(第1温度センサ)

Claims (7)

  1. 冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、
    圧縮機(11)、凝縮器(13)、減圧器(14)、蒸発器(15)の順で前記冷媒が循環する冷媒回路(10)と、
    前記圧縮機(11)の吐出管に取り付けられ前記冷媒の吐出温度を測定する吐出管温度センサ(111)と、
    前記凝縮器(13)から前記減圧器(14)に流れる冷媒の温度、及び前記減圧器(14)から前記蒸発器(15)に流れる冷媒の温度のいずれか一方を測定する第1温度センサ(116)と、
    前記圧縮機(11)の運転周波数から冷媒循環量を推定し、且つ凝縮圧力を算出するための仮凝縮温度、及び蒸発圧力を算出するための仮蒸発温度のいずれか一方を設定して他方を推定する制御部(4)と、
    を備え、
    前記制御部(4)は、
    前記第1温度センサ(116)の測定値と前記仮凝縮温度とからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予め記憶したメモリを有し、
    前記吐出管温度センサ(111)の測定値及び前記第1温度センサ(116)の測定値から、前記冷媒物性テーブルに基づいて前記圧縮機(11)の仕事に相当するエンタルピ差を算出し、
    前記エンタルピ差と前記冷媒循環量とから算出される前記圧縮機(11)の仕事量と、前記圧縮機(11)の実際の入力値とが一致するまで、前記仮凝縮温度、及び前記仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定するプロセスを繰り返す、
    冷凍装置。
  2. 前記制御部(4)は、前記凝縮器(13)から前記減圧器(14)に流れる冷媒の温度、及び前記減圧器(14)から前記蒸発器(15)に流れる冷媒の温度のうち、前記第1温度センサ(116)で測定しない側の温度を、前記第1温度センサ(116)の測定値から推定する、
    請求項1に記載の冷凍装置。
  3. 前記制御部(4)は、前記第1温度センサ(116)の測定値から前記圧縮機(11)の吸入温度を推定するための吸入温度テーブルを有し、
    前記圧縮機(11)の仕事に相当する前記エンタルピ差は、前記吸入温度及び前記吐出管温度センサ(111)の測定値から算出される、
    請求項1に記載の冷凍装置。
  4. 外気の温度を測定する外気温センサ(102)をさらに備え、
    前記制御部(4)は、前記外気温センサ(102)の測定値と前記冷媒循環量とから凝縮温度を推定するための凝縮温度推定テーブルを有している、
    請求項1に記載の冷凍装置。
  5. 前記蒸発器(15)は、
    先に冷媒が流れる第1熱交換器(15a)と、
    前記第1熱交換器(15a)を通過した冷媒が流れる第2熱交換器(15b)と、
    前記第1熱交換器(15a)と前記第2熱交換器(15b)との間に接続される電磁弁(16)と、
    を有し、
    前記制御部(4)は、前記電磁弁(16)を動作させて前記冷媒を前記凝縮器(13)と前記第1熱交換器(15a)とで凝縮させ前記冷媒を前記第2熱交換器(15b)で蒸発させる除湿運転を実行するために、前記冷媒循環量、前記仮蒸発温度、及び前記仮凝縮温度から前記電磁弁(16)前後の圧力差を推定する差圧推定テーブルをさらに有している、
    請求項1に記載の冷凍装置。
  6. 冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、
    圧縮機(11)、凝縮器(13)、減圧器(14)、蒸発器(15)の順で前記冷媒が循環する冷媒回路(10)と、
    前記凝縮器(13)の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される凝縮器温度センサ(113)と、
    前記蒸発器(15)の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される蒸発器温度センサ(115)と、
    前記圧縮機(11)の運転周波数、前記凝縮器温度センサ(113)の測定値および前記蒸発器温度センサ(115)の測定値から前記冷媒のエンタルピを推定するエンタルピ推定テーブルを有する制御部(4)と、
    を備え、
    前記制御部(4)は、
    前記エンタルピ推定テーブルから推定したエンタルピと前記中間値との差から、前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を推定する、
    冷凍装置。
  7. 前記冷媒は、分子式がC(但し、m=1〜5,n=1〜5、且つm+n=6)で示され且つ分子構造中に二重結合を1個有する有機化合物から成る冷媒を含む非共沸混合冷媒である、
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の冷凍装置。
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