JP6440667B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
第1実施形態について説明する。
図1に示すように、空気調和機は、複数の室外ユニットA1,A2,…Anと、複数の室内ユニットB1,B2,…Bmとを備える。これら室外ユニットA1〜An及び室内ユニットB1〜Bmにより、マルチタイプの空気調和機が構成される。
(1)冷凍サイクルに冷媒漏洩が無いと仮定した場合の現時点(第1時点)における膨張弁の予測合計開度Qpre(第1合計開度)を、現時点における冷凍サイクルの状態量(第1状態量)と現時点よりも過去の運転初期(第2時点)における冷凍サイクルの状態量(第2状態量)との変化量に基づいて算出(推定)し、現時点における膨張弁の実際の合計開度Qact(第2合計開度)と予測合計開度Qpreとの比較により冷凍サイクルの冷媒漏洩を検出する検出部。暖房運転時において、この検出部は、各室内ユニットB1〜Bmの運転率Rが、運転率に関する設定値Rsよりも高いことを条件に冷媒漏洩の検出を実行する。
一般に、蒸発器の直前に設けられた膨張弁の開度Q(流量係数)は、以下の流量特性理論式によって求めることができる。ρは膨張弁の冷媒入口側における冷媒密度(kg/m3)、Lは膨張弁を通る冷媒の循環量(kg/s)、ΔPは膨張弁の冷媒入口側における冷媒の圧力と冷媒出口側における冷媒の圧力との差(MPa)である。
冷媒密度ρを除く循環量Lおよび圧力差ΔPは、圧縮機1の運転周波数、蒸発器の直前に設けられた膨張弁の出口側における冷媒温度、凝縮温度、蒸発温度、過熱度を用いた演算により求めることができる。冷媒漏洩が無く冷媒密度ρが一定であるとの仮定の下では、ある時点の開度Qを、その時点での運転周波数、蒸発器の直前に設けられた膨張弁の出口側における冷媒温度、凝縮温度、蒸発温度、過熱度と、現時点でのこれらパラメータとの変化量に基づいて補正することで、現時点での開度Qを予測することができる。
d1・ΔTu ave+e1・ΔSHave+Qsum …(I)
a1,b1,c1,d1,e1は定数であって、実験的、理論的、或いは経験的に定めることができる。
ΔTcj aveは、蒸発器の直前に設けられた膨張弁の出口側における冷媒温度Tcjの平均値Tcj aveの変化量である。冷房運転時において、平均値Tcj aveの算出元となる冷媒温度Tcjは、稼働中の室内ユニットBの温度センサ34により検知される温度T2である。暖房運転時において、平均値Tcj aveの算出元となる冷媒温度Tcjは、稼働中の室外ユニットAの温度センサ16により検知される温度T1である。
ΔTg aveは、各圧縮機1の吐出圧力から換算される凝縮温度Tgの平均値Tg aveの変化量である。具体的には、平均値Tg aveの算出元となる凝縮温度Tgは、稼働中の室外ユニットAの圧力センサ12の検知圧力Pdから換算される温度である。
ΔTu aveは、各圧縮機1の吸込み圧力から換算される蒸発温度Tuの平均値Tu aveの変化量である。具体的には、平均値Tu aveの算出元となる蒸発温度Tuは、稼働中の室外ユニットAの圧力センサ13の検知圧力Psから換算される温度である。
ΔSHaveは、稼働中の圧縮機1の吸込み側における過熱度SHの平均値SHaveの変化量である。具体的には、平均値SHaveの算出元となる過熱度SHは、稼働中の室外ユニットAの温度センサ15の検知温度Tsから、その室外ユニットAの圧力センサ13の検知圧力Tsから換算される蒸発温度Tuを減算した値である(SH=Ts−Tu)。
Qsumは、蒸発器の直前に設けられた膨張弁の運転初期における合計開度である。冷房運転時において、Qsumの算出元となる開度は、室内膨張弁31の開度である。暖房運転時において、Qsumの算出元となる開度は、室外膨張弁4の開度である。
図5は、冷房運転時における制御部40の動作の一例を示すフローチャートである。制御部40は、フラグfが“0”であるかを判定する(ステップ101)。フラグfは、冷凍サイクル装置の設置時などにおいて、ユーザや作業員がリセットスイッチ42を操作した際に“0”にリセットされる。
図6は、暖房運転時における制御部40の動作の一例を示すフローチャートである。制御部40は、フラグfが“0”であるかを判定する(ステップ101)。フラグfが“0”の場合(ステップ101のYES)、制御部40は、冷房運転時と同じく、ステップ102〜108の処理を実行する。ステップ107において検出されて内部メモリに記憶される運転初期(第2時点)の状態量(第2状態量)は、冷房運転時と同じくFsum´、Tcj ave´、Tg ave´、Tu ave´、SHave´、Qsumである。但し、Tcj ave´は稼働中の室外ユニットAの温度センサ16により検知される温度T1の平均値であり、Qsumは各室外膨張弁4の合計開度である。
第2実施形態について説明する。冷凍サイクル装置の構成は、第1実施形態と同様である。同一又は類似の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
一般に、過冷却量UCは、冷凍サイクルの冷媒量、冷凍サイクルの内容積、伝熱量によって定まる。また、伝熱量は、以下の理論式によって表すことができる。左辺は空気側の伝熱量を示し、右辺は冷媒側の伝熱量を示す。Kは熱通過率(kW/m2k)、Aは伝熱面積(m2)、ΔTは冷媒と空気の温度差(K)、Grは冷媒の流量(Kg/h)、Δhは比エンタルピ差(kJ/kg)である。
冷媒漏洩が無いために冷凍サイクルの冷媒量が一定であり、且つ冷凍サイクルの内容積が一定であるとの仮定の下では、ある時点の過冷却量UCをその時点での伝熱量に関連するパラメータと現時点でのこれらパラメータとの変化量に基づいて補正することで、現時点での過冷却量UCを予測することができる。例えば、伝熱量に関連するパラメータとしては、圧縮機1の運転周波数、凝縮温度、蒸発温度、過熱度、外気温を用いることができる。
d2・ΔSHave+e2・ΔTo ave+UCsum …(II)
a2,b2,c2,d2,e2は定数であって、実験的、理論的、或いは経験的に定めることができる。ΔFsum、ΔTg ave、ΔTu ave、ΔSHaveは、式(I)と同様のパラメータである。
ΔTo aveは、稼働中の室外ユニットAの温度センサ17の検知温度Toの平均値To aveの変化量である。UCsumは、各凝縮器の運転初期における合計過冷却量である。冷房運転時において、UCsumの算出元となる過冷却量UCは、稼働中の室外ユニットAの圧力センサ12の検知圧力Pdから換算される飽和凝縮温度Tgと、その室外ユニットAの温度センサ16の検知温度T1との差である。暖房運転時において、UCsumの算出元となる過冷却量UCは、例えば上記の平均値Tg aveと室内ユニットBの温度センサ34の検知温度T2との差である。
冷房運転時において、制御部40は、第1実施形態と同じく図5のフローチャートに沿って動作する。但し、ステップ107において検出されて内部メモリに記憶される運転初期(第2時点)の状態量(第2状態量)は、その時点におけるFsum、Tg ave、Tu ave、SHave、To ave、UCsumである。UCsumは、ステップ107の時点において稼働中の室外ユニットAの室外熱交換器3に関する過冷却量UCの合計値である。以降の説明においては、ステップ107において検出及び記憶されたFsum、Tg ave、Tu ave、SHave、To ave、を、それぞれFsum´、Tg ave´、Tu ave´、SHave´、To ave´と表記する。
なお、設定値Rsを更新する動作の流れは、図8のフローチャートと同様である。
いくつかの変形例について説明する。
冷凍サイクルの安定状態の判定に関しては、ステップ104,109に代えて図11,図12に示すステップ401,402を用いてもよい。図11のフローチャート(冷房運転時)のステップ401,402において、制御部40は、各室内膨張弁31それぞれの開度Qの所定時間当たりの変化量ΔQxの絶対値が、いずれも一定時間t4の間継続して設定値Qs2未満(|ΔQx|<Qs2)であったかを判定する。また、図12のフローチャート(暖房運転時)のステップ401,402において、制御部40は、各室外膨張弁4それぞれの開度Qの所定時間当たりの変化量ΔQxの絶対値が、いずれも一定時間t4の間継続して設定値Qs2未満(|ΔQx|<Qs2)であったかを判定する。上記所定時間は、変化量ΔQxの演算のために各室内膨張弁31或いは各室外膨張弁4の駆動パルス数をサンプリングする周期であって、例えばステップ401,402の実行周期とすることができる。設定値Qs2は、各室外膨張弁4或いは各室内膨張弁31の開度Qが安定しているとみなせる値であって、例えば駆動パルスの数として3〜5パルス分の開度とすることができる。一定時間t4は、例えば5〜10分の範囲内で定めることができる。
圧縮機の吐出冷媒を凝縮器、複数の膨張弁、これら膨張弁にそれぞれ接続された複数の蒸発器に通して前記圧縮機に戻す冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルに冷媒漏洩が無いと仮定した場合の前記複数の膨張弁の第1時点における第1合計開度を、前記第1時点における前記冷凍サイクルの第1状態量と前記第1時点よりも過去の第2時点における前記冷凍サイクルの第2状態量との変化量に基づいて推定し、前記複数の膨張弁の前記第1時点における実際の合計開度である第2合計開度と前記第1合計開度との比較により前記冷凍サイクルの冷媒漏洩を検出する検出部と、
を備える冷凍サイクル装置。
暖房運転時に前記凝縮器として機能する室内熱交換器を有する室内ユニットを複数備え、
暖房運転時、前記検出部は、前記複数の室内ユニットの運転率が、前記運転率に関する設定値よりも高い状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
上記[1]に記載の冷凍サイクル装置。
暖房運転時、前記複数の膨張弁の開度の各々が一定時間の間継続して安定し且つ最大開度未満の状態において、前記複数の室内ユニットの運転率に応じて前記設定値を更新する更新部をさらに備える、
上記[2]に記載の冷凍サイクル装置。
前記検出部は、前記圧縮機の周波数が、前記周波数に関する設定値以上である状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
上記[1]に記載の冷凍サイクル装置。
冷房運転時、前記検出部は、外気温が前記外気温に関する設定値以上の状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
上記[1]に記載の冷凍サイクル装置。
圧縮機の吐出冷媒を凝縮器、膨張弁、蒸発器に通して前記圧縮機に戻す冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルに冷媒漏洩が無いと仮定した場合における前記凝縮器の第1時点での第1過冷却量を、前記第1時点における前記冷凍サイクルの第1状態量と前記第1時点よりも過去の第2時点における前記冷凍サイクルの第2状態量との変化量に基づいて推定し、前記凝縮器の前記第1時点における実際の過冷却量である第2過冷却量と前記第1過冷却量との比較により前記冷凍サイクルの冷媒漏洩を検出する検出部と、
を備える冷凍サイクル装置。
暖房運転時に前記凝縮器として機能する室内熱交換器を有する室内ユニットを複数備え、
暖房運転時、前記検出部は、前記複数の室内ユニットの運転率が、前記運転率に関する設定値よりも高い状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
上記[6]に記載の冷凍サイクル装置。
暖房運転時、前記膨張弁の開度が一定時間の間継続して安定し且つ最大開度未満の状態において、前記複数の室内ユニットの運転率に応じて前記設定値を更新する更新部をさらに備える、
上記[7]に記載の冷凍サイクル装置。
前記検出部は、前記圧縮機の周波数が、前記周波数に関する設定値以上である状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
上記[6]に記載の冷凍サイクル装置。
冷房運転時、前記検出部は、外気温が前記外気温に関する設定値以上の状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
上記[6]に記載の冷凍サイクル装置。
Claims (5)
- 圧縮機の吐出冷媒を凝縮器、膨張弁、蒸発器に通して前記圧縮機に戻す冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルに冷媒漏洩が無いと仮定した場合における前記凝縮器の第1時点での第1過冷却量を、前記第1時点における前記冷凍サイクルの第1状態量と前記第1時点よりも過去の第2時点における前記冷凍サイクルの第2状態量との変化量に基づいて推定し、前記凝縮器の前記第1時点における実際の過冷却量である第2過冷却量と前記第1過冷却量との比較により前記冷凍サイクルの冷媒漏洩を検出する検出部と、
を備える冷凍サイクル装置。 - 暖房運転時に前記凝縮器として機能する室内熱交換器を有する室内ユニットを複数備え、
暖房運転時、前記検出部は、前記複数の室内ユニットの運転率が、前記運転率に関する設定値よりも高い状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 暖房運転時、前記膨張弁の開度が一定時間の間継続して安定し且つ最大開度未満の状態において、前記複数の室内ユニットの運転率に応じて前記設定値を更新する更新部をさらに備える、
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記検出部は、前記圧縮機の周波数が、前記周波数に関する設定値以上である状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 冷房運転時、前記検出部は、外気温が前記外気温に関する設定値以上の状態において、前記冷媒漏洩の検出を実行する、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
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