JP6320639B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、低負荷制御条件の場合に圧縮機の吐出温度の変動を小さくする空気調和装置に関するものである。
従来、空気調和装置として、吹出温度制御時に設定温度と吹出温度とから圧縮機の運転周波数の上限を決定することで、空調能力が過大となってサーモオフとなることを抑制する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の空気調和装置では、冷房運転時に吹出温度が室内設定温度よりも低く、かつ、圧縮機の運転周波数が予め設定されている運転周波数の指令下限値に達した場合に、膨張弁の開度を小さくする。これにより、圧縮機の運転周波数だけでは空調能力を抑制できない場合に、膨張弁の開度を小さめに設定変更し、確実に空調能力を抑制して吹出温度を調整する。
特開2010−249452号公報
上記特許文献1に記載の空気調和装置では、空調負荷に対して空調能力の過大によるサーモオフの頻度を減らすために、膨張弁の開度を小さくするように室内熱交換器の出口過熱度の目標値を変更し空調能力を低減する。しかし、1個の膨張弁にて室内熱交換器の出口過熱度が高めに変更されるように制御する。このため、膨張弁の開度変化に対する圧縮機の吐出温度の変動が大きく、圧縮機の吐出温度の過上昇あるいはハンチングを招くという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、膨張弁の開度変化に対する圧縮機の吐出温度の変動を小さくし、圧縮機の吐出温度の過上昇あるいはハンチングを抑制しつつ、過大な空調能力を低減させる空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、第1膨張弁、冷媒容器、第2膨張弁および室内熱交換器の順に冷媒配管を接続した冷媒回路と、前記第1膨張弁および前記第2膨張弁の開度を調節する膨張弁制御部と、を備え、前記膨張弁制御部は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、前記圧縮機の動作周波数が周波数基準値以下の場合に、前記第1膨張弁の開度を、前記室内熱交換器の出口過熱度が目標過熱度となるように調節し、かつ、前記第2膨張弁の開度を、前記圧縮機の吐出温度が目標吐出温度となるように調節するように構成されているものである。
本発明に係る空気調和装置によれば、室内熱交換器の出口過熱度が目標過熱度となるように第1膨張弁の開度を調節すると共に、圧縮機の吐出温度を第2膨張弁によって制御する。よって、第1膨張弁および第2膨張弁の開度をそれぞれ目的別に小さくすることができる。このため、第1膨張弁および第2膨張弁の開度変化に対する圧縮機の吐出温度の変動が小さくなる。したがって、圧縮機の吐出温度の過上昇あるいはハンチングを抑制しつつ、空調能力を低減させることができる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る第1膨張弁の制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る第2膨張弁の制御フローを示す図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
さらに、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置1の全体構成を示す図である。
空気調和装置1は、室外機2と室内機3とを備える。空気調和装置1は、冷房運転の場合に、圧縮機4、四方弁5、室外熱交換器6、第1膨張弁7、冷媒容器8、第2膨張弁9および室内熱交換器10の順に冷媒配管11を接続した冷媒回路12を備える。
室外機2の内部には、圧縮機4、四方弁5、室外熱交換器6、第1膨張弁7、冷媒容器8および第2膨張弁9を室外機2の構成機器として備える。
圧縮機4は、容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成され、低温低圧ガス冷媒を吸引し、圧縮して高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出する。
四方弁5は、冷媒の流れ方向を切り替える流路切替弁である。
室外熱交換器6は、たとえばプレートフィン式熱交換器などで構成され、冷媒と室外空気とを熱交換する。室外熱交換器6の出口には、減圧用のキャピラリーチューブが接続される。
第1膨張弁7は、冷媒を減圧する弁であり、開度の調節が可能な電子膨張弁である。
冷媒容器8は、第1膨張弁7と第2膨張弁9との間に設けられ、余剰となる冷媒を貯留する余剰冷媒貯留容器である。
第2膨張弁9は、冷媒を減圧する弁であり、開度の調節が可能な電子膨張弁である。
また、室外機2には、圧縮機4の出口の温度を検出する温度センサ13、室外熱交換器6を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ14および室外熱交換器6の出口の温度を検出する温度センサ15が配置される。
室内機3の内部には、室内熱交換器10を室内機3の構成機器として備える。
室内熱交換器10は、たとえばプレートフィン式熱交換器などで構成され、冷媒と室内空気とを熱交換する。
また、室内機3には、室内熱交換器10の入口の温度を検出する温度センサ16、室内熱交換器10を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ17、室内熱交換器10の出口の温度を検出する温度センサ18および室内熱交換器10に流入する室内空気の温度を検出する温度センサ19が配置される。
空気調和装置1の冷媒回路12を接続する冷媒配管11には、冷媒、たとえばHFC系冷媒であるR410Aが充填されて冷凍サイクルが構成される。
また、室外熱交換器6および室内熱交換器10の近傍には、それぞれ室外空気または室内空気を送風する図示しない送風機が配置される。
空気調和装置1は、室外機2に、第1膨張弁7および第2膨張弁9と圧縮機4と四方弁5と送風機とを含むアクチュエーターの駆動をなどの空気調和装置1の制御を担う制御装置20を有する。制御装置20には、上記の各種温度センサ13〜19の検出信号が入力される。
制御装置20は、マイクロコンピュータまたはDSP(Digital Signal Processor)などで構成される。
制御装置20は、本発明の膨張弁制御部に相当する。
制御装置20は、各種温度センサ13〜19から必要な温度を取得し、これらの取得値に基づき第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度を調節する。このため、制御装置20には、図2、図3のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。
次に、空気調和装置1の冷房運転時の動作例について説明する。制御装置20によって四方弁5が冷房運転に切り替えられた場合には、冷媒が圧縮機4により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁5を介して室外熱交換器6に流入する。室外熱交換器6に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器6を通過する室外空気と熱交換して放熱され、高圧の液冷媒となって流出する。室外熱交換器6から流出した高圧の液冷媒は、第1膨張弁7および第2膨張弁9にて減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室内熱交換器10に流入する。室内熱交換器10に流入した気液二相の冷媒は、室内熱交換器10を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を冷却して低温低圧のガス冷媒となって圧縮機4に吸入される。
次に、空気調和装置1の暖房運転時の動作例について説明する。制御装置20によって四方弁5が暖房運転に切り替えられた場合には、冷媒は、上記と同様に圧縮機4により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁5を介して室内熱交換器10に流入する。室内熱交換器10に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器10を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を暖めて高圧の液冷媒となる。室内熱交換器10から流出した高圧の液冷媒は、第2膨張弁9および第1膨張弁7にて減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室外熱交換器6に流入する。室外熱交換器6に流入した低圧の気液二相の冷媒は、室外熱交換器6を通過する室外空気と熱交換され、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機4に吸入される。
図2は、本発明の実施の形態1に係る第1膨張弁7の制御フローを示す図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る第2膨張弁9の制御フローを示す図である。
図2、図3に基づいて空気調和装置1の第1膨張弁7および第2膨張弁9の制御を説明する。
制御装置20は、図2、図3に示すステップST1、SP1にて、冷房運転であって、室内吸込温度と室内設定温度の差が温度基準値以下、かつ、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値以下の低負荷制御条件が成立しているか否かを判断する。
室内吸込温度は、室内熱交換器10に流入する室内空気の温度を検出する温度センサ19の検出温度である。
ここで、制御装置20は、冷房運転であって、室内吸込温度と室内設定温度の差が温度基準値よりも大きい、または、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値よりも大きい、ステップST1、SP1がNOの場合には、通常制御条件が成立していると判定する。通常制御条件が成立したステップST1、SP1がNOの場合には、ステップST2、SP2にそれぞれ移行する。
また、制御装置20は、冷房運転であって、室内吸込温度と室内設定温度の差が温度基準値以下、かつ、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値以下の、ステップST1、SP1がYESの場合には、低負荷制御条件が成立していると判定する。低負荷制御条件が成立したステップST1、SP1がYESの場合には、ステップST3、SP4にそれぞれ移行する。
制御装置20は、図2に示すように、通常制御条件が成立したステップST2にて、第1膨張弁7の開度を、室外熱交換器6の出口過冷却度が目標過冷却度となるように調節する。
ここで、室外熱交換器6の出口過冷却度は、室外熱交換器6を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ14の検出温度から室外熱交換器6の出口の温度を検出する温度センサ15の検出温度を差し引いて算出される。
ステップST2の処理の後、ステップST1に戻る。
制御装置20は、図3に示すように、通常制御条件が成立したステップSP2にて、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度を、蒸発温度、凝縮温度および圧縮機4の特性データを用い、圧縮機4の吸入過熱度を0度よりも大きく5度以内の数度と設定して算出する。
また、蒸発温度は、室内熱交換器10を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ17の検出温度である。凝縮温度は、室外熱交換器6を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ14の検出温度である。
制御装置20は、図3に示すように、ステップSP2に引き続くステップSP3にて、第2膨張弁9の開度を、圧縮機4の吐出温度がステップSP2にて算出した目標吐出温度となるように調節する。
圧縮機4の吐出温度は、圧縮機4の出口の温度を検出する温度センサ13の検出温度である。
ステップSP3の処理の後、ステップSP1に戻る。
一方、制御装置20は、図2に示すように、低負荷制御条件が成立したステップST3にて、第1膨張弁7の開度を、室内熱交換器10の出口過熱度が、通常制御条件よりも高い目標過熱度となるように調節する。これにより、室内熱交換器10の出口過熱度の目標過熱度が通常制御条件よりも高く、たとえば20度などに設定され、第1膨張弁7の開度が通常制御条件よりも小さくなる。
ここで、室内熱交換器10の出口過熱度は、室内熱交換器10の出口の温度を検出する温度センサ18の検出温度から室内熱交換器10の入口の温度を検出する温度センサ16の検出温度を差し引いて算出される。
ステップST3の処理の後、ステップST1に戻る。
また、制御装置20は、図3に示すように、低負荷制御条件が成立したステップSP4にて、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度を、蒸発温度、凝縮温度、室内熱交換器10の出口過熱度および圧縮機4の特性データより算出する。
室内熱交換器10の出口過熱度は、たとえば20度などとなり、圧縮機4の吸入過熱度に等しいと置き換えて用いられる。これにより、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度が通常制御条件よりも高めに算出され、第2膨張弁9の開度が通常制御条件よりも小さくなる。
また、蒸発温度は、室内熱交換器10を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ17の検出温度である。凝縮温度は、室外熱交換器6を構成する配管の中間位置の温度を検出する温度センサ14の検出温度である。室内熱交換器10の出口過熱度は、室内熱交換器10の出口の温度を検出する温度センサ18の検出温度から室内熱交換器10の入口の温度を検出する温度センサ16の検出温度を差し引いて算出される。
制御装置20は、図3に示すように、ステップSP4に引き続くステップSP5にて、第2膨張弁9の開度を、圧縮機4の吐出温度がステップSP4にて算出した目標吐出温度となるように調節する。
ステップSP5の処理の後、ステップSP1に戻る。
なおここでは、図2、図3に示すように、第1膨張弁7および第2膨張弁9の制御を別々のフローで示しているが、制御装置20の制御としては、並列に処理される。
実施の形態1に係る空気調和装置1では、冷房運転であって低負荷制御条件が成立した空調負荷が小さい場合に、室内熱交換器10の出口過熱度の目標過熱度を高くして第1膨張弁7の開度を小さくする。これにより、空気調和装置1の冷媒回路12では、冷媒循環量が低下し、空調能力を低減することができる。
また、冷房運転であって低負荷制御条件が成立した空調負荷が小さい場合に、第2膨張弁9の開度の調節に用いる圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度は、室内熱交換器10の出口過熱度を圧縮機4の吸入過熱度と等しいと置き換えて算出される。これにより、低負荷制御条件では、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度が、通常制御条件よりも高めとなり、第2膨張弁9の開度を小さくする。そのため、第1膨張弁7の開度が小さくなることに連動して第2膨張弁9の開度が大きくなることが防止され、空調能力の低減効果が打ち消されてしまうのを防ぐことができる。
さらに、第2膨張弁9にて圧縮機4の吐出温度を制御することで、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度が通常制御条件よりも高めであり、圧縮機4の吐出温度が通常制御条件よりも高めの値で安定する。これにより、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度が小さくなるのに対して、圧縮機4の吐出温度の過上昇あるいはハンチングを防止することができる。
実施の形態1に係る空気調和装置1は、たとえば、機械冷却など運転時間が長い用途で用いた場合に、空調低負荷時においても圧縮機4を停止させるサーモオフの頻度を低減することができ、圧縮機4の寿命を長くすることができる。
以上の実施の形態1によると、制御装置20は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値以下の低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7の開度を、室内熱交換器10の出口過熱度が目標過熱度となるように調節し、かつ、第2膨張弁9の開度を、圧縮機4の吐出温度が目標吐出温度となるように調節する。この構成によると、低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度をそれぞれ目的別に小さくすることができる。第2膨張弁9にて圧縮機4の吐出温度を制御することで、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度が通常制御条件よりも高めであり、圧縮機4の吐出温度が通常制御条件よりも高めの値で安定する。このため、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度変化に対する圧縮機4の吐出温度の変動が小さくなる。したがって、圧縮機4の吐出温度の過上昇あるいはハンチングを抑制しつつ、空調能力を低減させることができる。
制御装置20は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値以下の低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7の開度を、通常制御条件よりも小さく調節し、かつ、第2膨張弁9の開度を、通常制御条件よりも小さく調節する。この構成によると、低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度をそれぞれ目的別に小さくすることができる。
制御装置20は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値以下の低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7の開度を、室内熱交換器10の出口過熱度が、通常制御条件よりも高い目標過熱度となるように調節し、かつ、第2膨張弁9の開度を、圧縮機4の吐出温度が通常制御条件よりも高い目標吐出温度となるように調節する。この構成によると、低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度をそれぞれ目的別に小さくすることができる。
制御装置20は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値以下の低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7の開度を、室内熱交換器10の出口過熱度が、通常制御条件よりも高い目標過熱度となるように調節し、かつ、第2膨張弁9の開度を、圧縮機4の吐出温度が、圧縮機4の吸入過熱度を室内熱交換器10の出口過熱度と等しいと置き換えて算出される通常制御条件よりも高い目標吐出温度となるように調節する。この構成によると、低負荷制御条件の場合に、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度をそれぞれ目的別に小さくすることができる。第2膨張弁9にて圧縮機4の吐出温度を制御することで、圧縮機4の吐出温度の目標吐出温度が通常制御条件よりも高めであり、圧縮機4の吐出温度が通常制御条件よりも高めの値で安定する。このため、第1膨張弁7および第2膨張弁9の開度変化に対する圧縮機4の吐出温度の変動が小さくなる。したがって、圧縮機4の吐出温度の過上昇あるいはハンチングを抑制しつつ、空調能力を低減させることができる。
制御装置20は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値よりも大きい、または、圧縮機4の動作周波数が周波数基準値よりも大きい通常制御条件の場合に、第1膨張弁7の開度を、室外熱交換器6の出口過冷却度が目標過冷却度となるように調節し、かつ、第2膨張弁9の開度を、圧縮機4の吐出温度が、圧縮機4の吸入過熱度を0度よりも大きく5度以内と設定して算出される目標吐出温度となるように調節する。この構成によると、通常制御条件の場合に、第1膨張弁7および第2膨張弁9を適切に制御することができる。
なお、上記実施の形態1では、冷房運転および暖房運転の両方が実施できる空気調和装置について説明した。しかし、本発明は冷房運転時の制御であるので、冷房運転のみ実施する空気調和装置にも適用できる。
1 空気調和装置、2 室外機、3 室内機、4 圧縮機、5 四方弁、6 室外熱交換器、7 第1膨張弁、8 冷媒容器、9 第2膨張弁、10 室内熱交換器、11 冷媒配管、12 冷媒回路、13、14、15、16、17、18、19 温度センサ、20 制御装置。

Claims (5)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、第1膨張弁、冷媒容器、第2膨張弁および室内熱交換器の順に冷媒配管を接続した冷媒回路と、
    前記第1膨張弁および前記第2膨張弁の開度を調節する膨張弁制御部と、を備え、
    前記膨張弁制御部は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、前記圧縮機の動作周波数が周波数基準値以下の場合に、前記第1膨張弁の開度を、前記室内熱交換器の出口過熱度が目標過熱度となるように調節し、かつ、前記第2膨張弁の開度を、前記圧縮機の吐出温度が目標吐出温度となるように調節するように構成されている空気調和装置。
  2. 前記膨張弁制御部は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、前記圧縮機の動作周波数が周波数基準値以下の場合に、前記第1膨張弁の開度を、通常時よりも小さく調節し、かつ、前記第2膨張弁の開度を、通常時よりも小さく調節するように構成されている請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記膨張弁制御部は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、前記圧縮機の動作周波数が周波数基準値以下の場合に、前記第1膨張弁の開度を、前記室内熱交換器の出口過熱度が、通常時よりも高い目標過熱度となるように調節し、かつ、前記第2膨張弁の開度を、前記圧縮機の吐出温度が通常時よりも高い目標吐出温度となるように調節するように構成されている請求項1または2に記載の空気調和装置。
  4. 前記膨張弁制御部は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値以下、かつ、前記圧縮機の動作周波数が周波数基準値以下の場合に、前記第1膨張弁の開度を、前記室内熱交換器の出口過熱度が、通常時よりも高い目標過熱度となるように調節し、かつ、前記第2膨張弁の開度を、前記圧縮機の吐出温度が、前記圧縮機の吸入過熱度を前記室内熱交換器の出口過熱度と等しいと置き換えて算出される通常時よりも高い目標吐出温度となるように調節するように構成されている請求項1または2に記載の空気調和装置。
  5. 前記膨張弁制御部は、室内吸込温度と室内設定温度との差が温度基準値よりも大きい、または、前記圧縮機の動作周波数が周波数基準値よりも大きい通常の場合に、前記第1膨張弁の開度を、前記室外熱交換器の出口過冷却度が目標過冷却度となるように調節し、かつ、前記第2膨張弁の開度を、前記圧縮機の吐出温度が、前記圧縮機の吸入過熱度を0度よりも大きく5度以内と設定して算出される目標吐出温度となるように調節するように構成されている請求項4に記載の空気調和装置。
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