JP6336102B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
特許文献1では、圧縮機の吐出冷媒を、利用側熱交換器側と熱源側熱交換器側とに分配して、利用側熱交換器において室内空気を加熱して暖房を行うと同時に、熱源側熱交換器の外表面に付着している霜を融解して霜取りを行っている。そして、利用側熱交換器で凝縮された液冷媒と熱源側熱交換器で凝縮された液冷媒とは、途中で合流した後、蓄熱槽において温熱を蓄積している蓄熱材によって蒸発されてガス冷媒となり、再び圧縮機に吸入される。
(空気調和機の冷媒回路の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図である。
本実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路は、圧縮機1、第一四方弁2、熱源側熱交換器3、第一切換弁4、第一絞り装置5a〜5c、利用側熱交換器6a〜6c、第二四方弁21、アキュムレータ7が順次配管で直列に接続されている。また、圧縮機1と第一四方弁2とを接続している配管から分岐し、熱源側熱交換器3と第一切換弁4とを接続する配管に合流するように接続された配管に、第二切換弁8が設けられている。また、第一切換弁4と第一絞り装置5a〜5cとを接続している配管から分岐し、第二四方弁21に合流するように接続された配管に、第二絞り装置23および蓄熱槽22が直列に設けられている。その蓄熱槽22は第二絞り装置23より第二四方弁21側に設けられており、また、蓄熱材24と蓄熱用熱交換器25とを備えている。
圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。 なお、圧縮機1は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して構成することができる。
(第一四方弁、第二四方弁)
第一四方弁2および第二四方弁21は、第一から第四までのポートを有し、冷媒の流れの方向を切り換えるための流路切換装置である。
なお、流路切換装置として、四方弁に代えて二方弁や三方弁を組み合わせて用いてもよい。
また、第一四方弁2は本発明の「第一流路切換装置」に相当し、第二四方弁21は本発明の「第二流路切換装置」に相当する。
熱源側熱交換器3は、蒸発器や放熱器(凝縮器)として機能し、図示省略のファンから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。
なお、熱源側熱交換器3は、ファンから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、クロスフィンチューブタイプやクロスフロータイプなどの各種タイプを利用して構成することができる。
第一切換弁4および第二切換弁8は、それらの中から択一的に開閉制御することにより、運転モードに応じて冷媒の流れを制御するものである。
(第一絞り装置、第二絞り装置)
第一絞り装置5a〜5cおよび第二絞り装置23は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。第一絞り装置5a〜5cおよび第二絞り装置23は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管などの安価な冷媒流量調節手段などで構成するとよい。
以下、第一絞り装置5a〜5cの総称として、第一絞り装置5と称することがある。
利用側熱交換器6a〜6cは、放熱器(凝縮器)や蒸発器として機能し、図示省略のファンから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化するものである。
なお、利用側熱交換器6a〜6cは、ファンから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、クロスフィンチューブタイプやクロスフロータイプなどの各種タイプを利用して構成することができる。
また、本実施の形態では、利用側熱交換器を3つ備えた構成としたが、それに限定されず、少なくとも2つ以上備えていればよく、負荷に応じて増減させてもよい。
以下、利用側熱交換器6a〜6cの総称として、利用側熱交換器6と称することがある。
(アキュムレータ)
アキュムレータ7は、圧縮機1の吸入側に配置され、過剰な冷媒を貯留するものである。なお、アキュムレータ7は、過剰な冷媒を貯留することができる容器であればよい。
蓄熱槽22は、蓄熱材24が充填された内部に蓄熱用熱交換器25が収納されており、蓄熱材24に蓄熱した熱と、蓄熱用熱交換器25を流れる冷媒との間で熱交換を行うものである。
蓄熱材24は、熱を蓄えることができるものであり、たとえば、ポリエチレングリコール、トレイトール、パラフィン、酢酸ナトリウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物などである。
蓄熱用熱交換器25は、蓄熱槽22の内部に充填されている蓄熱材24と冷媒との間で熱交換をさせるための熱交換器である。なお、本実施の形態では、蓄熱用熱交換器25は蒸発器として用いられている。
また、高圧圧力センサー201、第一温度センサー202a〜202c、および第二温度センサー203も設けられている。
高圧圧力センサー201は、圧縮機1と第一四方弁2とを接続する配管に設けられており、第一温度センサー202a〜202cは、第一絞り装置5a〜5cと利用側熱交換器6a〜6cとを接続する配管に設けられており、第二温度センサー203は、熱源側熱交換器3に設けられている。
高圧圧力センサー201は、圧縮機1から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する。高圧圧力センサー201で検出された圧力情報は、空気調和機の動作を統括制御する制御装置50に送られ、空気調和機を構成している各アクチュエーターの制御に利用されることになる。
(温度センサー)
第一温度センサー202a〜202cは、設けられた配管を流れる冷媒の温度をそれぞれ検出する。また、第二温度センサー203は、熱源側熱交換器3の温度を検出する。第一温度センサー202a〜202cおよび第二温度センサー203で検出された温度情報は、空気調和機の動作を統括制御する制御装置50に送られ、空気調和機を構成している各アクチュエーターの制御に利用されることになる。
制御装置50は、圧縮機1の駆動周波数、ファンの回転数、第一四方弁2および第二四方弁21の切り換え、第一絞り装置5a〜5cおよび第二絞り装置23の開度、第一切換弁4および第二切換弁8の開閉などを制御する。つまり、制御装置50はマイコンなどで構成されており、各種検出装置での検出情報およびリモコンからの指示に基づいて、各アクチュエーター(空気調和機を構成している駆動部品)を制御し、空気調和機の運転を実行する。
また、制御装置50は、高圧圧力センサー201で検出した高圧冷媒の圧力から飽和温度(凝縮温度)を演算し、その演算した飽和温度と第一温度センサー202a〜202cで検出した温度情報とから、利用側熱交換器6a〜6cの出口側(液側)のサブクールを計算する演算部を備えている。
(記憶装置)
記憶装置51は、メモリなどで構成されて各種情報を記憶するものである。図1では、制御装置50と別体として図示しているが、それに限定されず、制御装置50と一体でもよいし別体でもよい。
記憶装置51には、蓄熱用熱交換器25の容積に相当する冷媒量や、冷媒毎の圧力と飽和温度との関係などに関する情報が予め記憶されている。
利用側熱交換器6aの出口側のサブクール=飽和温度−第一温度センサー202aで検出した温度
図2に示すように、第一絞り装置5a〜5cの開度が小さくなるほど利用側熱交換器6a〜6cの出口側のサブクールが大きくなり、利用側熱交換器6a〜6cに貯留される冷媒量は多くなる。つまり、利用側熱交換器6a〜6cの出口側のサブクールと利用側熱交換器6a〜6cに貯留される冷媒量とは比例関係にあり、利用側熱交換器6a〜6cの出口側のサブクールと第一絞り装置5a〜5cの開度とは反比例関係にある。そして、この特性は予め記憶装置51に記憶しておく。
(第一暖房モード)
第一暖房モードでは、第一四方弁2を切り換えて圧縮機1の吐出側が利用側熱交換器6a〜6c側と連通し、第二四方弁21を切り換えて蓄熱槽22と圧縮機1の吐出側とが連通し、アキュムレータ7と閉路とが連通した状態となっている。また、第一切換弁4は開、第二切換弁8は閉、第一絞り装置5a〜5cは所定開度に開、第二絞り装置23は全閉とし、流路が形成されている。そのため、第一暖房モードは蓄熱槽22に冷媒が流れないようになっている。
つまり、第一暖房モードは、圧縮機1から吐出された冷媒を利用側熱交換器6に流入させて、暖房運転(のみ)を行うモードである。
第二暖房モードでは、第一四方弁2を切り換えて圧縮機1の吐出側が利用側熱交換器6a〜6c側と連通し、第二四方弁21を切り換えて蓄熱槽22とアキュムレータ7とが連通し、圧縮機1の吐出側と閉路とが連通した状態となっている。また、第一切換弁4は閉、第二切換弁8は開、第一絞り装置5a〜5cは所定開度に開、第二絞り装置23は所定開度に開とし、流路が形成されている。そのため、第二暖房モードは蓄熱槽22に冷媒が流れるようになっている。
第一四方弁2側に分流された冷媒は、第一四方弁2を経由して利用側熱交換器6a〜6cに流入する。利用側熱交換器6a〜6cに流入した冷媒はそこで放熱し、凝縮され高圧の二相冷媒となり、第一絞り装置5a〜5cにより膨張され低圧の二相冷媒となる。その後、第二絞り装置23を経由して蓄熱槽22の蓄熱用熱交換器25に流入する。蓄熱用熱交換器25に流入した冷媒はそこで蓄熱材24から吸熱し、蒸発されたガス冷媒となった後、第二四方弁21へ向かって流れる。
そして合流した冷媒は、アキュムレータ7を経由して圧縮機1へ戻る。
つまり、第二暖房モードは、圧縮機1から吐出された冷媒を利用側熱交換器6と熱源側熱交換器3とに流入させて、暖房運転および霜取運転を同時に行うモードである。
図3は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の制御フローである。
以下、図3に基づいて本実施の形態に係る空気調和機の制御フローについて説明する。
まず、第一暖房モードで運転を開始し(S1)、利用側熱交換器6の出口側(液側)のサブクール(以下、SC1と称する)が、予め決められた目標のサブクール(以下、T_SC1と称する)となるように第一絞り装置5a〜5cの開度を制御する(S2)。そして、その制御後の利用側熱交換器6a〜6cのSC1をそれぞれ記憶装置51に記憶しておく(S3)。なお、SC1は第一絞り装置5a〜5cの開度に比例する。
ここで、第一温度とは、熱源側熱交換器3の外表面に霜が付着し、霜取りが必要となる温度である。
そして、熱源側熱交換器3の温度が第一温度より大きい場合は(S4のNo)、S2へ戻る。一方、熱源側熱交換器3の温度が第一温度以下の場合は(S4のYes)、目標のサブクール(以下、T_SC2と称する)を演算する(S5)。
ここで、T_SC2は、以下のようにして求められる。
そして、図2より、選択したSC1の最小値と、予め記憶した蓄熱用熱交換器25の容積に相当する冷媒量とからサブクールの差分ΔSCを求め、次式で計算する。
T_SC2=SC1+ΔSC
なお、T_SC2>SC1である。
ここで、第二温度とは、熱源側熱交換器3の霜取りが不要となる温度である。
そして、熱源側熱交換器3の温度が第二温度より小さい場合は(S8のNo)、S7へ戻る。一方、熱源側熱交換器3の温度が第二温度以上の場合は(S8のYes)、S1へ戻り、第一暖房モードに移行して運転を開始する。
また、T_SC1は本発明の「第一目標サブクール」に相当し、T_SC2は本発明の「第二目標サブクール」に相当する。
Claims (7)
- 圧縮機、第一流路切換装置、熱源側熱交換器、第一切換弁、第一絞り装置、および、利用側熱交換器が順次配管で接続され、
前記圧縮機と前記第一流路切換装置とを接続している配管から分岐し、前記熱源側熱交換器と前記第一切換弁とを接続する配管に合流するように接続された配管に、第二切換弁が設けられており、
前記第一切換弁と前記第一絞り装置とを接続している配管から分岐し、第二流路切換装置を介して前記圧縮機の吸入側または吐出側に選択的に接続される配管に、第二絞り装置、および蓄熱材と蓄熱用熱交換器とを備えた蓄熱槽が直列に設けられており、
前記蓄熱槽は前記第二絞り装置より前記第二流路切換装置側に設けられており、
前記第一流路切換装置、前記第二流路切換装置、前記第一絞り装置、前記第二絞り装置、前記第一切換弁、および前記第二切換弁を制御する制御装置を備え、
前記第一切換弁を開とし、前記第二切換弁を閉とし、前記第二絞り装置を閉とし、前記圧縮機の吐出側と前記蓄熱槽とが連通し、前記圧縮機の吸入側と閉路とが連通するように前記第二流路切換装置を切り換え、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記利用側熱交換器に流入させて暖房運転を行う第一暖房モードと、
前記第一切換弁を閉とし、前記第二切換弁を開とし、前記第二絞り装置を開とし、前記圧縮機の吸入側と前記蓄熱槽とが連通し、前記圧縮機の吐出側と閉路とが連通するように前記第二流路切換装置を切り換え、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器とに流入させて暖房運転および霜取運転を同時に行う第二暖房モードと、を少なくとも備えた空気調和機であって、
前記制御装置は、
前記第二暖房モード中において前記蓄熱用熱交換器の容積に相当する冷媒量を前記利用側熱交換器に貯留するように、前記第二暖房モード中の前記第一絞り装置の開度を前記第一暖房モード中の前記第一絞り装置の開度より小さくなるように制御する
ことを特徴とする空気調和機。 - 前記第一絞り装置および前記利用側熱交換器は複数並列に接続されており、
各種情報を記憶する記憶装置を備え、
前記第一暖房モード中では、
複数の前記利用側熱交換器の第一サブクールが予め決められた第一目標サブクールとなるように複数の前記第一絞り装置の開度を制御した後に、前記記憶装置に記憶された複数の前記利用側熱交換器における前記第一サブクールのうちの最小値と、前記蓄熱用熱交換器の容積に相当する冷媒量とから、前記第一目標サブクールよりも大きい第二目標サブクールが演算される
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記第二暖房モード中では、
前記第一サブクールが最小値である前記利用側熱交換器におけるサブクールが、前記第二目標サブクールとなるように前記第一絞り装置の開度が制御される
ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和機。 - 前記蓄熱用熱交換器の容積に相当する冷媒量を貯留する前記利用側熱交換器は、前記第一サブクールが最小値である
ことを特徴とする請求項2または3に記載の空気調和機。 - 前記第一暖房モードで運転開始後、前記熱源側熱交換器の温度が予め決められた第一温度以下となったら、前記第二暖房モードに移行する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の空気調和機。 - 前記熱源側熱交換器の温度が予め決められた第二温度以上となったら、前記第一暖房モードに移行する
ことを特徴とする請求項5に記載の空気調和機。 - 複数の前記利用側熱交換器は容積がいずれも同じである
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の空気調和機。
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