JP5956743B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
また、自然循環による冷凍サイクル運転と強制循環による冷凍サイクル運転を切替え運転可能に構成されている空気調和機においては、前記自然循環による冷凍サイクル運転と強制循環による冷凍サイクル運転の何れの運転時においても、効率が良く且つ信頼性も向上できる空気調和機を得ることができる効果がある。
図1は、本実施例における空気調和機の冷凍サイクル構成図である。図において、100は室外機、200は室内機である。前記室外機100は前記室内機200に対してH1(m)だけ高い位置に設置されている。
5は前記室外機100の液阻止弁60側と前記室内機200の室内膨張弁6側とを接続している液側接続配管、8は前記室外機100のガス阻止弁61側と前記室内機200の室内熱交換器7側とを接続しているガス側接続配管である。
図2に示すa→bは圧縮機1での圧縮作用(ΔPcompは圧縮機駆動による圧力上昇)を、b→cは室外熱交換器3での凝縮作用を、c→dは室内膨張弁6による減圧作用を、d→aは室内熱交換器7による蒸発作用をそれぞれ示している。このように、空気調和機は一連の冷凍サイクルを構成している。
つまり、強制循環冷房運転時には、これらの状態値が最適となり、COPが最大値となる冷媒量が存在する。
前記凝縮器出口の過冷却度SCcoは、吐出圧力検知手段70により検知された吐出圧力Pdと、室外熱交換器3の液温度センサ41により検知された凝縮器出口温度TLoにより、次式で求めることができる。
SCco=Tsat(Pd)−TLo
ここで、Tsat(Pd)は圧力Pdでの凝縮温度である。
SHeo=TGi−TLi+SHa
ここで、SHaは室内熱交換器7での圧力損失による温度補正係数である。
また、この時に、前記凝縮器出口の過冷却度SCcoが適正値(例えば、3≦SCco≦7(K))から逸脱している場合には、以下の冷媒量調整制御を行う。
ここで、例えば、「SCco>7(K)」の運転状態が一定時間継続している場合には、冷媒量が過剰と判断し、前記冷媒貯留器10に設けられた、3つの前記開閉弁26,27,28の内、冷媒貯留器10の液側開閉弁27を開放し、液冷媒を冷媒貯留器10に回収する。一定時間この状態を保持した状態で前記凝縮器出口の過冷却度SCcoが適正範囲(例えば、3≦SCco≦7(K))となった場合には、冷媒貯留器10の前記液側開閉弁27を閉止して冷媒量調整を完了する。
強制循環冷房運転時と同様に、凝縮器出口過冷却度SCcoを検知して冷媒量調整制御を行うが、暖房運転時には蒸発器出口過熱度SHeoの検知の代わりに、吐出ガス過熱度TdSHを検知しながら、当該吐出ガス過熱度TdSHが適正値(例えば15≦TdSH≦30(K))になるように、前記室外膨張弁4の開度が制御される。
TdSH=Td−Tsat(Pd)(K)
ここで、Tdは吐出温度センサ40で検出される吐出温度であり、Tsat(Pd)は圧力Pdでの凝縮温度である。
SCco=Tsat(Pd)−TLi(K)
ここで、Tsat(Pd)は圧力Pdでの凝縮温度である。
Pd理想値=f(Frcomp,To,Ti,No,Ni,SCco)
ここで、f(…)は関数の意、Frcomp:圧縮機回転数、To:外気温度、Ti:室内温度、No:室外送風機回転数、Ni:室内送風機回転数、SCco:凝縮器過冷却度である。
自然循環冷房運転時には、圧縮機1の運転を停止して、第1の開閉弁21を開くと共に、第2の開閉弁22と第3の開閉弁23は閉じるように制御される。
To<Ti−10 (K)
この自然循環冷房運転による冷媒の駆動力は、液冷媒とガス冷媒の密度差と、室外機と室内機間の設置高低差H1から生じるヘッド差ΔPであり、このヘッド差ΔPは次式で求めることができる。
ΔP=(ρL−ρg)・g・H1
ここで、ρLは冷媒液密度(kg/m3)、ρgは冷媒ガス密度(kg/m3)、gは重力加速度(m/s2)、H1は室外機と室内機間の高低差(m)である。
室内熱交換器7に流入した前記液冷媒は、室内送風機51により送風される室内空気と熱交換して加熱され、蒸発してガス冷媒となる。この時前記室内空気は冷却されて室内を冷房する。
ΔPL=ρL・g・H1
で求めることができる。
自然循環冷房運転を実施する前に、圧縮機による強制循環冷房運転を行っている場合には、まず次の自然循環による冷凍サイクル運転が可能な条件であることを確認する。
<条件1>室外機100より室内機200が下部(例えば2m以上、下部)にある。
<条件2>「室外温度<室内温度−β(例えばβ=10(K))」である。
<条件3>「強制循環冷房能力<自然循環冷房能力」である。即ち、必要な冷房能力が上記条件1、2で予測される自然循環運転での冷房能力よりも小さい。
まず、最小容量近くまで圧縮機1の容量制御を実施すると共に、室外送風機50を増速して、圧縮機1の運転範囲の許す限り吐出圧力を低下させる。
SCco=凝縮器二相温度−凝縮器出口温度
SHeo=蒸発器出口温度−蒸発器二相温度
の演算を実施する。
例えば、「SCco<7(K)」で、且つ「SHeo≧5(K)」が一定時間継続した場合には冷媒不足と判断し、冷媒貯留器10に接続されているバイパス回路の前記ガス側開閉弁26と前記液側開閉弁27を開放することにより、冷媒貯留器10内の液冷媒を、自然循環で運転中の冷凍サイクル中に補充することができる。
7≦SCco<15 (K)
0≦SHeo<5 (K)
となっている場合には、前記液側開閉弁27を閉止して冷媒量調整制御を終了する。
図6に示す室外熱交換器3は、自然循環運転と強制循環運転とに切替え可能な空気調和機に使用される熱交換器であり、凝縮器として作用する冷房運転時の冷媒流れを矢印で示している。
なお、各パスのガス側入口G1〜G3に近い側については、本実施例では、下方から上方に冷媒(ガス冷媒)が流れるように冷媒通路を構成している。
5…液側接続配管、6…室内膨張弁、7…室内熱交換器、
8…ガス側接続配管、9…アキュムレータ、
10…冷媒貯留器、
20…バイパス配管(第1のバイパス配管)、21…第1の開閉弁、
22…第2の開閉弁、23…第3の開閉弁、
24…吐出逆止弁、25…バイパス逆止弁、
26…ガス側開閉弁、27…液側開閉弁、28…吐出側開閉弁、29…開閉弁、
30…バイパス配管(第2のバイパス配管)、31…吐出ガスバイパス配管、
32…熱交換器、33…ディストリビュータ、34…サブクーラ、35…冷媒配管、
36…ガス側ヘッダ、40…吐出温度センサ、
41,43…液温度センサ、42…サブクーラ出口温度センサ、
44,46…ガス温度センサ、
50,50a,50b,50c…室外送風機、51…室外室内送風機、
60…液阻止弁、61…ガス阻止弁、
70…吐出圧力検知手段、
100…室外機、200…室内機、
300…自然循環運転時用の凝縮器、300a…熱交換器、
401…流入配管、402…流出配管、
403…ガス側ヘッダ、404…液側ヘッダ、
405…多孔扁平管、406…コルゲートルーバーフィン、
407…貫通孔。
Claims (12)
- 圧縮機、凝縮器、及び蒸発器を順次配管接続し、冷媒を強制循環させる強制循環による冷凍サイクル運転と、前記蒸発器と、この蒸発器よりも高い位置に設置された凝縮器とを、液側接続配管及びガス側接続配管で接続して冷媒を自然循環させる自然循環による冷凍サイクル運転とを切替えて運転可能な空気調和機において、
前記凝縮器と前記蒸発器を接続している前記液側接続配管と、前記蒸発器と前記凝縮器を接続しているガス側接続配管とからそれぞれ分岐して、前記液側接続配管と前記ガス側接続配管とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、液冷媒を貯める冷媒貯留器と、
前記冷媒貯留器の前記液側接続配管側であって前記バイパス配管に設けられた液側開閉弁と、
前記冷媒貯留器の前記ガス側接続配管側であって前記バイパス配管に設けられたガス側開閉弁とを備え、
冷凍サイクル内を循環している液冷媒を、前記液側開閉弁及び前記ガス側開閉弁を開閉して前記バイパス配管に設けられた前記冷媒貯留器内に出し入れすることにより、前記冷凍サイクル内を循環している冷媒量を調整する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1に記載の空気調和機において、強制循環または自然循環により冷房運転を行う場合には、前記凝縮器出口の過冷却度と、前記蒸発器出口の過熱度を検知して、前記過冷却度と前記過熱度の値が予め定めた所定の範囲になるように、冷凍サイクル内を循環している冷媒を前記冷媒貯留器内に出し入れすることにより、前記冷凍サイクル内を循環している冷媒量を調整することを特徴とする空気調和機。
- 請求項1に記載の空気調和機において、強制循環暖房運転時には、凝縮器となる室内熱交換器出口の過冷却度と、圧縮機から吐出される冷媒の吐出ガス過熱度を検出し、これらの値が予め定めた所定の範囲となるように、冷凍サイクル内を循環している冷媒を前記冷媒貯留器内に出し入れすることにより、前記冷凍サイクル内を循環している冷媒量を調整することを特徴とする空気調和機。
- 請求項1に記載の空気調和機において、強制循環による冷凍サイクル運転から自然循環による冷凍サイクル運転に移行する場合には、前記冷媒貯留器内の冷媒を、冷凍サイクル中に補充する冷媒補充運転を実施した後、前記自然循環による冷凍サイクル運転に移行するようにしたことを特徴とする空気調和機。
- 請求項4に記載の空気調和機において、前記冷媒貯留器の内容量を、予め自然循環による冷凍サイクル運転と強制循環による冷凍サイクル運転の必要冷媒量差を吸収できる容量に設定しておき、強制循環運転時には、冷凍サイクル中の循環している冷媒を前記冷媒貯留器に満液状態になるように回収した状態で、強制循環運転を行い、その後、自然循環運転を行う場合には、前記冷媒貯留器内の冷媒のほぼ全量を、冷凍サイクル中に補充した後、自然循環運転に移行することで、自然循環による冷凍サイクル運転と強制循環による冷凍サイクル運転の各々の運転状態において効率の良い運転を実現できるようにしたことを特徴とする空気調和機。
- 請求項1に記載の空気調和機において、冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器には、冷媒が流れる複数のパスと、各パスからの液冷媒の集合部であるデストリビュータが設けられ、前記各パスの出口側は、上方から下方に冷媒が流れるように構成すると共に、前記デストリビュータは、前記各パスの液側出口よりも低い位置に配置されていることを特徴とする空気調和機。
- 請求項6に記載の空気調和機において、凝縮器となる前記室外熱交換器には、凝縮器に室外空気を送風するための送風機を上部送風機と下部送風機の複数台で構成し、自然循環冷房運転時には、前記上部送風機の回転数を下部送風機の回転数よりも高くすることを特徴とする空気調和機。
- 請求項1に記載の空気調和機において、強制循環による冷凍サイクル運転時に使用される凝縮器とは別に、自然循環による冷凍サイクル運転時に使用される自然循環運転時用の凝縮器を設けたことを特徴とする空気調和機。
- 請求項8に記載の空気調和機において、前記自然循環運転時用の凝縮器は、その熱交換器として、多孔扁平管を使用したパラレルフロー型の熱交換器を使用していることを特徴とする空気調和機。
- 請求項8に記載の空気調和機において、前記自然循環運転時用の凝縮器は、強制循環冷房運転時に使用される凝縮器としての室外熱交換器よりも高い位置に設置されていることを特徴とする空気調和機。
- 請求項1に記載の空気調和機において、冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器のガス側と前記ガス接続配管側とを接続し、前記圧縮機をバイパスするバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第1の開閉弁及びバイパス逆止弁と、前記圧縮機の吐出側に設けられた第2の開閉弁と、前記圧縮機の吸込側に設けられた第3の開閉弁とを備えることを特徴とする空気調和機。
- 請求項1に記載の空気調和機において、前記冷媒貯留器と前記ガス側開閉弁との間と、前記圧縮機の吐出側とを接続する吐出ガスバイパス配管と、この吐出ガスバイパス配管に設けられた吐出側開閉弁とを備えることを特徴とする空気調和機。
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