JP5505477B2 - 空気調和装置および空気調和装置の冷媒量判定方法 - Google Patents
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図1は、本発明にかかる一実施形態の空気調和装置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台の室外ユニット2と、室内ユニット4と、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する液冷媒連絡配管6およ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と、液冷媒連絡配管6およ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は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または、室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は、液冷媒連絡配管6およ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、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して室内ユニット4に接続されており、室内ユニット4とともに冷媒回路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説明する。
冷媒量判定運転モードでは、冷媒漏洩検知運転が行われることになりその中に、空気調和装置1が設置されて初めて行われる運転(以下、初回設定運転とする)と、2回目以降の運転(以下、判定運転とする)との運転の仕方が異なる。このため、以下に初回設定運転と、判定運転とに分けて説明する。
現地において、冷媒が予め充填された室外ユニット2と、室内ユニット4とを液冷媒連絡配管6およびガス冷媒連絡配管7を介して接続して冷媒回路10を構成した後に、リモコン(図示せず)を通じて、または、室内ユニット4の室内側制御部44や室外ユニット2の室外側制御部34に対して直接に、冷媒量判定運転モードの1つである冷媒漏洩検知運転を行うように指令を出すと、下記のステップS1からステップS7の手順で初回設定運転が行われる(図3参照)。なお、図3上では簡略化のために相対過冷却度を相対SCと表記する。
まず、ステップS1では、初回設定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となり、圧縮機21、室外ファン27が起動されて、室内ユニット4の全てについて強制的に冷房運転が行われる(図2参照)。なお、このとき室外ファン27は、その風量が最大になるように、モータ27mの回転数が最大となっている。ステップS1では、冷房運転において室外ファン27の風量を最大にしているため、室外熱交換器23により行われる熱交換効率の空気側における熱伝達率を最大にすることができ、外乱による影響を低減させることができる。なお、ここにいう「外乱」とは、室外熱交換器23の汚れ、室外ユニット2の設置状況、風雨の有無などがある。したがって、室外ファン27の風量が最大であると、室外熱交換器23そして、この室外ファン27の風量が最大になった時に、次のステップS2へ移行する。
ステップS2では、室内温度センサ43により検出される室内温度と、室外温度センサにより検出される室外温度との読込が行われる。室内温度と室外温度とが検出されると次のステップS3へ移行する。
ステップS3では、検出された室内温度と室外温度とが予め設定されている冷媒量判定運転モードに適した所定の温度範囲内であるか否かを判定する。ステップS3で、室内温度と室外温度とが、所定の温度範囲内にあった場合には次のステップS4へ移行し、所定の温度範囲内になかった場合にはステップS1の冷房運転を継続することになる。
ステップS4では、相対過冷却度値を導出し、相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。なお、ここにいう「相対過冷却度値」とは、室外熱交換器23の出口における過冷却度値を、凝縮温度値から室外温度とを差し引いた値により除した値のことを言う。「相対過冷却度値」については、後に詳述する。本実施形態では、凝縮温度値は、凝縮圧力センサ29により検出される室外熱交換器23の出口側の圧力(凝縮圧力)値を冷媒の飽和温度に換算した値を用いることになる。ステップS4において、相対過冷却度値が所定値未満であると判定されると次のステップS5へ移行し、所定値未満であると判定されるとステップS6へ移行する。
ステップS5では、相対過冷却度値が所定値未満であるため、相対過冷却度値が所定値以上になるように、圧縮機21の回転周波数と室内熱交換器41の出口における過熱度とを制御する。例えば、圧縮機21の回転周波数が40Hz、室内熱交換器41の出口における過熱度を5℃の状態でステップS1における冷房運転を行い、相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。この運転状態において、相対過冷却度値が所定値未満である場合には、圧縮機21の回転周波数をそのままにして、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度を5℃上げて10℃にして相対過冷却度値を導出し、相対過冷却度値が所定値以上になるか否かを判定する。そして、相対過冷却度値が所定値未満である場合には、これを繰り返し、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度が上がりきっても相対過冷却度値が所定値未満である場合には、圧縮機21の回転周波数を40Hzから例えば50Hzに上げて、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度を5℃に下げて、同様に相対過冷却度値が所定値以上であるか否かを判定する。そして、上述したように室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度を再び5℃ずつ上げることを繰り返すことにより、相対過冷却度値が所定値以上になるように制御する。そして、相対過冷却度値が所定値以上になったら、ステップS6へ移行する。なお、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度の制御(例えば過熱度を5℃から5℃ずつ上げていく制御)は、室外膨張弁33を開の状態から絞っていくことによって制御している。また、室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度の制御は、これに限らずに、室内ファン42の風量を制御することにより行っても構わないし、室外膨張弁33の弁開度の制御と室内ファン42の風量の制御とを併用して行っても構わない。なお、ここで室内熱交換器41の出口における冷媒の過熱度は、吸入温度センサ30により検出される冷媒温度値から、蒸発圧力センサ28により検出される蒸発圧力値を冷媒の飽和温度値に換算した値を、差し引くことによって検出される。
ステップS6では、ステップS4またはステップS6において所定値以上である相対過冷却度値を初回相対過冷却度値として記憶し、次のステップS7へ移行する。
ステップS7では、ステップS6において記憶した過冷却度値の際の運転状態における、圧縮機21の回転周波数と、室内ファン42の回転周波数と、室外温度Taと、室内温度Tbとを記憶して、初回設定運転を終了する。
次に、冷媒量判定運転モードにおいて初回設定運転が行われた後に定期的に行われる運転である判定運転について、図5を用いて説明する。ここで、図5は、判定運転時のフローチャートである。なお、図5上では簡略化のために相対過冷却度を相対SCと表記する。
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S12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、上記の初回設定運転のステップS1と同様に、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となり、圧縮機21、室外ファン27が起動されて、室内ユニット4の全てについて強制的に冷房運転が行われる(図2参照)。
ステップS13では、上記の初回設定運転のステップS2と同様に、室内温度と室外温度との読込が行われる。室内温度と室外温度とが検出されると次のステップS14へ移行する。
ステップS14では、上記の初回設定運転のステップS3と同様に、検出された室内温度と室外温度とが予め設定されている冷媒量判定運転モードに適した所定の温度範囲内であるか否かを判定する。ステップS14で、室内温度と室外温度とが、所定の温度範囲内にあった場合には次のステップS15へ移行し、所定の温度範囲内になかった場合にはステップS12の冷房運転を継続することになる。
ステップS15では、上記の初回設定運転のステップS7において記憶した圧縮機21の回転周波数と、室内ファン42の回転周波数とに、圧縮機21および室内ファン42を制御する。これにより、冷媒回路10内の冷媒量が変化していなければ、冷媒回路10内部の冷媒の状態を、初回設定運転と同様の状態であると見なすことができる。すなわち、初回設定運転において行った冷房運転の諸条件を同一のものとして再現していることになる。ステップS15が終了すると、次のステップS16へ移行する。
ステップS16では、上記の初回設定運転のステップS4と同様に、相対過冷却度を導出する。そして、初回相対過冷却度から相対過冷却度を差し引いた値(以下、相対過冷却度差とする)が第2所定値以上であるか否かを判定する。ステップS16において、相対過冷却度差が第2所定値未満であると判定されると判定運転を終了し、相対過冷却度差が第2所定値以上であると判定されるとステップS17へ移行する。
ステップS17では、冷媒の漏洩が発生しているものと判定して、冷媒漏洩を検知したことを知らせる警告表示を行った後に、判定運転を終了する。
相対過冷却度値について図6〜8にもとづいて説明する。
(A)
本実施形態の空気調和装置1では、室外ユニット2と室内ユニット4とが冷媒連絡配管6,7を介して接続されて冷媒回路10を構成している。そして、この空気調和装置1では、冷房運転等の通常運転(以下、通常運転モードとする)と、室内ユニット4を強制的に冷房運転させる冷媒量判定運転モードとを切り換えて運転することが可能になっており、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度を検出して冷媒回路10内に充填されている冷媒量の適否を判定することができる。
本実施形態の空気調和装置1では、相対過冷却度値を冷媒量の適否の判定における指標として採用しており、相対過冷却度値とは、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により、過冷却度値を除した値である。そして、相対過冷却度値は、室外ファン風量の大小にかかわらず、その値はほぼ0.3から0.4の間に収まっており、バラツキが少ない。
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は、凝縮圧力センサ29により検出される室外熱交換器23の出口側の冷媒圧力(凝縮圧力に相当)値を冷媒の飽和温度値に換算し、液側温度センサ31により検出される冷媒温度値をこの冷媒の飽和温度値から差し引くことによって検出しているが、これに限らない。
本実施形態において、室外熱交換器23は、空気熱源の空冷式熱交換器を採用しており送風ファン27によりその熱伝達効果の促進が行われているが、これに限らず、水噴霧装置をさらに備えて送風ファン27の送風とともに水噴霧が行われるようなものであっても構わないし、送風ファン27を有さずに水噴霧装置による水噴霧のみで熱伝達効果の促進が行われるようなものであっても構わない。
本実施形態において、室外熱交換器23は、空気熱源の空冷式熱交換器を採用しているが、これに限らずに、水熱源の水冷式熱交換器を採用しても構わない。
本実施形態において、室外熱交換器23の出口における過冷却度値を、凝縮温度値から室外温度を差し引いた値により除した値と、相対過冷却度を定義しているが、これに限らず、過冷却度と室外温度、凝縮温度、室外ファン風量の少なくとも1つとによる式で補正した値であれば構わない。特に、この場合の相対過冷却度は、室外温度、凝縮温度、室外ファン風量の少なくとも1つを変数として含む関数で過冷却度を除したものであると望ましい。また、相対過冷却度は、これらの式による補正だけでなくあらかじめ保持されているマップによる補正であっても構わない。なお、変形例2のような場合には、水噴霧による冷却作用を数値化したものを加えたものを、上記の室外ファン風量と置き換えることになる。さらに、変形例3のような場合には、冷却水による冷却作用(冷却水流量および冷却水温度の少なくとも1つ)を数値化したものを、上記の室外ファン風量と置き換えることになる。
本実施形態においては、図5およびその説明に示されたように、通常運転モードと冷媒量判定運転モードとが一定の時間間隔で切り換える制御を行う場合を例として挙げているが、これに限定されるものではない。
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。
2 室外ユニット(熱源ユニット)
4 室内ユニット(利用ユニット)
6 液冷媒連絡配管
7 ガス冷媒連絡配管
10 冷媒回路
21 圧縮機
23 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
27 室外ファン(冷却熱源調節手段)
33 室外膨張弁(膨張機構)
41 利用側熱交換器
Claims (8)
- 運転容量を調節可能な圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)と前記熱源側熱交換器に対する冷却熱源の冷却作用を調節可能な冷却熱源調節手段(27)とを有する熱源ユニット(2)と、利用側熱交換器(41)を有する利用ユニット(4)と、膨張機構(33)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)を含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(10)と、
前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転モードから、前記冷房運転を行い前記利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように前記利用側膨張機構を制御する冷媒量判定運転モードへ切り換えるモード切替手段と、
前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、検出値として検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記過冷却度を凝縮温度から室外温度を差し引いた値によって除して得られる値を過冷却度補正値として導出する過冷却度補正手段と
前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を冷媒量適否判定として行う冷媒量適否判定手段と、
を備える空気調和装置(1)。 - 前記冷媒量適否判定手段は、前記冷媒量適否判定を定期的に行う、
請求項1に記載の空気調和装置(1)。 - 前記圧縮機(21)は、インバータにより制御されるモータ(21m)によって駆動されており、前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記モータによる回転数が常に所定回転数になるように運転される、
請求項1または2に記載の空気調和装置(1)。 - 前記熱源側熱交換器(23)は、その冷却熱源が空気熱源の空冷式熱交換器である、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和装置(1)。 - 前記冷却熱源調節手段(27)は、前記熱源側熱交換器へ送風する風量を可変できる送風ファンであり、
前記検出手段は、前記冷媒量判定運転モードにおいて前記送風ファンの風量を最大にした状態での前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、前記検出値として検出し、
前記過冷却度補正手段は、前記検出手段が検出した前記過冷却度を凝縮温度から室外温度を差し引いた値によって除して得られる値を前記過冷却度補正値として導出し、
前記冷媒量適否判定手段は、前記過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒量適否判定を行う、
請求項4に記載の空気調和装置(1)。 - 前記冷却熱源調節手段は、前記熱源側熱交換器へ水を噴霧する水噴霧装置であり、
前記検出手段は、前記冷媒量判定運転モードにおいて前記水噴霧装置から水を噴霧した状態での前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、前記検出値として検出し、
前記過冷却度補正手段は、前記検出手段が検出した前記過冷却度を凝縮温度から室外温度を差し引いた値によって除して得られる値を前記過冷却度補正値として導出し、
前記冷媒量適否判定手段は、前記過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒量適否判定を行う、
請求項4に記載の空気調和装置。 - 前記冷却熱源調節手段は、前記熱源側熱交換器へ送風する風量を調節できる送風ファンと、前記熱源側熱交換器へ水を噴霧する水噴霧装置とであり、
前記検出手段は、前記冷媒量判定運転モードにおいて前記送風ファンの風量を最大にしつつ前記水噴霧装置から水を噴霧した状態での前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、前記検出値として検出し、
前記過冷却度補正手段は、前記検出手段が検出した前記過冷却度を凝縮温度から室外温度を差し引いた値によって除して得られる値を前記過冷却度補正値として導出し、
前記冷媒量適否判定手段は、前記過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒量適否判定を行う、
請求項4に記載の空気調和装置。 - 運転容量を調節可能な圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)と前記熱源側熱交換器に対する冷却熱源の冷却作用を調節可能な冷却熱源調節手段(27)とを有する熱源ユニット(2)と、利用側熱交換器(41)を有する利用ユニット(4)と、膨張機構(33)と、前記熱源ユニットと前記利用ユニットとを接続する液冷媒連絡配管(6)およびガス冷媒連絡配管(7)とを含み、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、前記利用側熱交換器を前記熱源側熱交換器において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を少なくとも行うことが可能な冷媒回路(10)を有する空気調和装置(1)において、前記冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定方法であって、
前記利用ユニットの運転負荷に応じて前記熱源ユニットおよび前記利用ユニットの各機器の制御を行う通常運転モードから、前記冷房運転を行い前記利用側熱交換器の出口における冷媒の過熱度が正値になるように前記利用側膨張機構を制御する冷媒量判定運転モードへ切り換えるモード切替ステップと、
前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記熱源側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を、検出値として検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出した前記検出値を凝縮温度から室外温度を差し引いた値によって除して得られる値を過冷却度補正値として導出する検出値補正ステップと、
前記冷媒量判定運転モードにおいて、前記過冷却度補正値に基づいて、前記冷媒回路内に充填されている冷媒量の適否の判定を行う冷媒量適否判定ステップと、
を備える空気調和装置の冷媒量判定方法。
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