JP6475346B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
特許文献1による空気調和機によれば、外気温度や室外熱交換器の汚れ等の外乱の影響を受けることなく高精度に冷媒量適否を判定できる。
その他の解決手段については、実施形態中に記載する。
まず、本発明の第1実施形態について説明する。
(空気調和機1の構成)
図1は、第1実施形態に係る空気調和機の構成例を示す図である。
本実施形態の空気調和機(冷凍サイクル装置)1は、室外機10、室内機20、制御装置100及び表示装置200を含んで構成される。なお、表示装置200は省略可能である。室外機10は、凝縮器として動作する室外熱交換器11、レシーバ(余剰冷媒貯留器)13、過冷却器16、室外ファン12、液インジェクション弁17、圧縮機14、アキュムレータ15,ガス阻止弁18a及び液阻止弁18bを含んで構成される。一方、室内機20は、蒸発器として動作する室内熱交換器21、室内ファン22、室内膨張弁(減圧器)23を含んで構成される。
また、本実施形態の空気調和機1は、圧縮機14、室外熱交換器11、レシーバ13、過冷却器16、液インジェクション弁17、室内熱交換器21、室内膨張弁23で冷凍サイクルを構成している。
なお、吐出温度Tdに替えて、圧縮機14のチャンバ上部温度を測定して使用する構成としても良い。
制御装置100は、各種センサ10ta,10tb,10tc,10td,10te,10tf,10tg,10pa,10pb,20ta,20tb,20tcや、液インジェクション弁17、室内膨張弁23等から取得した情報を基に、過冷却器16の出口における過冷却度を算出し、該過冷却度と後記する手法で算出される判定閾値とを比較することで、冷凍サイクルにおける冷媒量を判定する。冷媒量の判定については、後記して説明する。制御装置100は、冷媒量の判定結果を表示装置200等に表示する。
図2は、第1実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。
制御装置100は、メモリ110、CPU(Central Processing Unit)120、HD(Hard Disk)等の記憶装置130、通信装置140を有している。
そして、メモリ110にはプログラムが展開され、このプログラムがCPU120によって実行されることで、処理部111、処理部111を構成する運転情報取得部112、運転状態判定部113、過冷却度算出部(適正過冷却度推定部、判定閾値算出部)114、冷媒量判定部(判定処理部)115及び出力処理部116が具現化している。
運転状態判定部113は、空気調和機1の状態が冷媒漏えい状態に適した状態であるか否かを判定する。
過冷却度算出部114は、後記する判定閾値や、過冷却器16の出口における実測過冷却度を算出する。
出力処理部116は、冷媒量判定部115によって冷媒量が適切でない(異常である)場合、冷媒量が適切でない旨の情報を出力する。
なお、各部111〜116が行う処理の詳細については後記する。
図3は、第1実施形態に係る空気調和機のモリエル線図(P−H線図)である。適宜、図1を参照する。
空気調和機1が室内を冷房するとき、状態301にある冷媒(気体、ガス状)は、圧縮機14で圧縮されることにより冷媒の温度(比エンタルピ)と圧力とが上昇して、圧縮機14の中間圧力点の状態302になる。ここで、液インジェクション弁17から比エンタルピが低い状態307の状態の冷媒がインジェクションされて、冷媒は状態303となる。さらに、冷媒は、圧縮機14によって状態303から高圧圧力Pdまで圧縮されて状態304となることで、吐出温度Tdとなり、圧縮機14から高温高圧ガスとして吐出される。
室内熱交換器21で蒸発したガス冷媒は状態301となり、ガス側接続配管31を通して、室外機10へと戻され、アキュムレータ15を通って、圧縮機14へと戻される一連の冷凍サイクルをなしている。
冷媒量が適正である場合の運転状態は、レシーバ13に液面が存在する状態で説明することができる。液面がレシーバ13の下端にまで低下した場合は冷媒不足状態であり、逆にレシーバ13がすべて液で満たされている場合は冷媒過多状態であるということができる。
この圧力上昇が過剰であれば、圧縮機14の吐出圧力Pdの上昇により圧縮機14での圧縮動力が増加して、成績係数が低下する問題が生じる。
図4は冷媒循環量Grと、各部位における過冷却度を示した特性図である。なお、ここでの冷媒循環量Grは圧縮機14の吐出側から室外熱交換器11、レシーバ13、過冷却器16を循環する冷媒循環量を示している。「□」で表される点は凝縮器(室外熱交換器11)出口の過冷却度(図3の状態304)、「◇」で表される点が過冷却器16の出口における過冷却度(図3の状態306)である。なお、図4における「△」については後記する。
しかし、凝縮器の出口における過冷却度(「□」)は、その値が2[K]以下と小さいことから、その検知手段の精度が不十分であると考えられる。つまり、凝縮器(室外熱交換器11)の出口温度と、凝縮温度Tcとの差分で過冷却度が算出される。そのため、凝縮器の出口温度を測定する温度センサ10teと、凝縮温度Tcを測定する温度センサ10tbの2つのセンサの検知誤差が合計されてしまい、このような2[K]以下での冷媒過不足を判定することが困難である。
点「◇」を近似した線401が適正な過冷却度(適正過冷却度)であるとすると、冷媒循環量に対する適正過冷却度は線401を式として表わした式(1)となる。
図4の例ではA1=5.83、A2=24.54となる。A1、A2の値は、実験や、シミュレーション条件によって変化してくる値であるが、A1を5〜7の範囲の値とすることが望ましい。
図5において、横軸は冷媒循環量の実測値Grを示し、縦軸は冷媒循環量の推定値Grpを示している。そして、図5において実線501は冷媒循環量の実測値Grと、冷媒循環量の推定値Grpが一致していることを示す線である。また破線502は、冷媒循環量の推定値Grpが冷媒循環量の実測値Grに対し+5%のずれが生じていることを示す線である。そして、破線503は、冷媒循環量の推定値Grpが冷媒循環量の実測値Grに対し−5%のずれが生じていることを示す線である。また、図5において「□」で示されるプロット点は、実測冷媒循環量Grが得られたときの条件で式(2)を用いて算出された冷媒循環量の推定値Grpをプロットしたものである。
図6は、第1実施形態に係る冷媒漏えい判定処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図1及び図2を参照する。
なお、図6に示す処理は、判定のために過冷却を大きくする冷媒判定モード等、特別なモードに移行せず、通常運転中に行うことができる。
まず、制御装置100における処理部111が冷媒漏えい検知を開始すると、運転情報取得部112が、空気調和機1における各部位の運転状態に関する情報(運転状態情報)を取得する(S101)。運転状態情報は、各種センサ10ta,10tb,10tc,10td,10te,10tf,10tg,10pa,10pb,20ta,20tb,20tc等からの情報や、液インジェクション弁17や、室内膨張弁23から得られる弁の開度情報、圧縮機14から得られる圧縮機回転速度Fr等である。
ステップS102の結果、冷媒漏えいの判定が可能な状態である場合(S102→YES)、運転状態判定部113は、所定時間(例えば、15分間程度)経過したか否かを判定する(S103)。
ステップS103の結果、所定時間経過していない場合(S103→NO)、処理部111はステップS101へ処理を戻す。
ステップS103の結果、所定時間経過している場合(S103→YES)、過冷却度算出部114が、式(1)〜(3)を用いて、判定閾値Sc1thを算出する(S111)。
凝縮器(室外熱交換器11)出口の温度センサ10teを用いた場合、圧縮機14から凝縮器11までの冷媒流路の圧力損失分の影響を除いた、実際の凝縮温度の算出が可能となる。これにより、過冷却器16出口での過冷却度Sc1の算出精度を高くすることができる。
また、凝縮器(室外熱交換器11)出口の温度センサ10teによって測定された温度が用いられ、かつ、冷媒の種類として非共沸混合冷媒が用いられる場合、冷媒の組成変化が生じても、正しく沸点側の温度を測定することができる。そのため、過冷却器16での過冷却度を正確に算出することができる。
ステップS113の結果、過冷却器16の出口における実測過冷却度Sc1が、判定閾値Sc1th未満である場合(S113→YES)、冷媒量判定部115は所定時間が経過したか否かを判定する(S114)。つまり、冷媒量判定部115は、実測過冷却度Sc1が、判定閾値Sc1th未満である状態が長時間続いているか否かを判定する。
ステップS114の結果、所定時間が経過している場合(S114→YES)、冷媒量判定部115は冷媒の漏えいが生じている(冷媒量が不足している)と判定する(S121)。このように、過冷却器16の出口における実測過冷却度Sc1が、判定閾値Sc1th未満である状態が所定時間経過した後、漏えいが生じている(冷媒量が不足している)と判定することで、一時的なノイズ等をひろって判定することを防止することができる。
そして、出力処理部116が、冷媒漏えい判定フラグを、表示装置200や、図示しない警報機、集中監視装置等へと出力する(S122)。例えば、表示装置200が、「冷媒の漏えいが生じている可能性があります」等の警告表示を行う。
例えば、空気調和機1の冷却対象が、食品や飲料等の場合、運転停止により冷却物の品質低下が問題となる。このような用途では、空気調和機1の運転を直ちに停止するのではなく、図示しない遠隔監視装置を通して、図示しないサービスセンタ等への緊急連絡の通信を行い、サービスマンを現地へ派遣するよう促す。このようにすることで、迅速な対応につなげることできる。
さらに、使用用途が対人空調である場合、制御装置100は、空気調和機1の運転停止とともに室内膨張弁23や、ガス阻止弁18a、液阻止弁18b等を閉止して、室内への冷媒の漏えいを防止する。
なお、このマップはシミュレーションによって作成されても良いし、実測値を基に作成されても良い。
さらに、本実施形態に係る空気調和機1は、実測過冷却度が判定閾値より小さい状態が所定時間継続した場合、冷媒量の不足(冷媒の漏えい)が生じていると判定する。このようにすることで、ノイズ等が原因で実測過冷却度が一時的に低下したときに、冷媒量が不足(漏えい)していると誤判定することを防止することができる。
また、本実施形態に係る空気調和機1は、式(2)を基に判定閾値を算出する。このようにすることで、本実施形態に係る空気調和機1は、判定閾値を算出するために必要な記憶領域を小さくすることができる。
また、本実施形態に係る空気調和機1は、図6のステップS102に示すように、運転状態情報が冷媒状態の判定を可能な状態にある場合、適正過冷却度の算出等を行っている。このようにすることで、冷媒状態の判定精度を向上させることができる。
ここで、Grcは、冷媒の定格循環量[kg/h]である。定格循環量とは、例えば、蒸発温度−10℃における圧縮機最大回転速度時の冷媒循環量である。
ここで、Foは室外ファン12の現在の回転速度[rpm]である。また、Focは、室外ファン12の定格ファン回転速度[rpm]である。定格ファン回転速度は、例えば、室外ファン12の最大回転速度である。
図7は、室外ファン回転速度を様々に変化させた場合における冷媒循環量と、過冷却器の出口における過冷却度との関係を示す特性図である。
ここで、図7は、様々な室外ファン回転速度の条件下での過冷却度Sc1を縦軸に示し、横軸に冷媒循環量Grで示した場合を示している。また、図7において、「▲」で表わされる点は冷媒漏えい率0%を示している。また、「●」で表わされる点は漏えい率10%を示している。そして、「◆」で表わされる点は漏えい率15%を示している。
なお、図4は、室外ファン回転速度が標準的な回転速度である場合を示しているが、図7は、室外ファン12が省エネ(省エネルギ)モードや、標準モード、低騒音モード等、様々な回転速度である場合における、冷媒循環量と、過冷却度との関係を示している。
図7では判定閾値の線を示していないが、判定閾値は前記した式(2)に従って算出すれば良い。
この原因としては、室外ファン回転速度が極端に大きい条件や、極端に小さい条件があることである。つまり、室外ファン回転速度は、凝縮圧力が適正になるように制御されているが、冷媒循環量や、外気温度に加えて、設置状況に応じた凝縮圧力目標値の変更によって制御される。具体的には、省エネ(省エネルギ)モード、標準モード、静音モード等の各モードが変更できるようになっている場合、特に室外ファン回転速度の変化幅が大きくなる。
このため、冷媒循環量だけでは、過冷却度Sc1での冷媒漏えい判定が困難となる。
図8は、室外ファン回転速度を様々に変化させた場合における、冷媒循環量比Grrを室外ファン回転速度比Forで除した値(Grr/For)と、過冷却器の出口における過冷却度との関係を示す特性図である。冷媒循環量比Grrを室外ファン回転速度比Forで除した値(Grr/For)は、例えば、図6のステップS112で算出されるものである。
図8では、様々な条件下での過冷却度Sc1を縦軸に示し、冷媒循環量比Grrを室外ファン回転速度比Forで除した値(Grr/For)を横軸に示している。
図8においても、「▲」で表わされる点は冷媒漏えい率が0%を示している。また、「●」で表わされる点は冷媒漏えい率が10%を示している。そして、「◆」で表わされる点は冷媒漏えい率が冷媒漏えい率15%を示している。
ちなみに、線611が示す適正過冷却度Sc3は以下の式(11)で示される。
判定閾値を示す線701は判定閾値Sc3thを示す線であり、以下の式(12)で示される。
この冷媒循環量比Grrを室外ファン回転速度比Forで除した値(Grr/For)を用いた場合、漏えい率0%と、漏えい率10%及び漏えい率15%とが判別容易となっている。
図9は、室外ファン回転速度を様々に変化させた場合における、冷媒循環量比Grrを室外ファン回転速度比Forで除した値(Grr/For)と、過冷却器の出口における過冷却度効率との関係を示す特性図である。
ここで、過冷却度効率とは、冷却器16の出口における過冷却度Sc1を凝縮温度と外気温度の差で除したものである。
さらに、図9は、縦軸に過冷却度効率SCefを示し、横軸にGrr/Forを示している。
図9において、「▲」で表わされる点は冷媒漏えい率が0%を示している。また、「●」で表わされる点は冷媒漏えい率が10%を示している。そして、「◆」で表わされる点は冷媒漏えい率が冷媒漏えい率15%を示している。
ちなみに、線621が示す適正過冷却度効率Scefは以下の式(21)で示される。
判定閾値を示す線711は判定閾値Scefthを示す線であり、以下の式(22)で示される。
図9に示すグラフにおいても、漏えい率0%と漏えい率10%及び15%の判別が可能となっている。
また、式(11)、(12)、(21)、(22)を用いることにより、冷媒循環量比Grrを室外ファン回転速度比Forで除した値(Grr/For)を基にした適正過冷却度、適正過冷却度効率や、これらの値を基づいた判定閾値を定量的に算出することができる。
また、冷媒循環量比Grrは下記の式(7)で求めると演算負荷の低減を実現することができ、製品への実装が容易になると共に、実用上の精度も確保できる。
ここで、Ftは、現在の圧縮機回転速度[rps]である。また、Ftmaxは、圧縮機回転速度上限値[rps]である。そして、Psは、現在の圧縮機14の吸入圧力又は室内機10全体の吸込圧力[MPaA]である。さらに、Pscは、基準となる蒸発温度(例えば−10℃)でのPsである。
図10は、室外ファン回転速度を様々に変化させた場合における冷媒循環量と、過冷却器の出口における過冷却度効率との関係を示す特性図である。
ここで、過冷却器16の出口における過冷却度効率は、前記したように過冷却器16の出口における過冷却度Sc1を凝縮温度と外気温度の差で除したものである。
ここで、図10は、様々な室外ファン回転速度の条件下での過冷却度効率Scefを縦軸とし、横軸に冷媒循環量Grで示した場合を示している。また、図10において、「▲」で表わされる点は冷媒漏えい率が0%を示している。また、「●」で表わされる点は冷媒漏えい率10%を示している。そして、「◆」で表わされる点は冷媒漏えい率15%を示している。
図10では判定閾値の線を示していないが、判定閾値は前記した式(2)の過冷却度Sc1sを適正過冷却度効率(線631)として算出すれば良い。
図10のように、冷媒循環量を基に、適正過冷却度効率を算出し、この適正過冷却度効率を基に、冷媒漏えいの判定を行うことにより、空気調和機1は、冷媒循環量を基に、適正過冷却度を算出し、この適正過冷却度を基に、冷媒漏えいの判定を行う場合と同様の効果を得ることができる。
なお、過冷却度の代わりに過冷却度効率が用いられた場合、図6のステップS112では、実測された過冷却度を凝縮温度と外気温度の差で除した実測過冷却度効率が算出される。
次に、本実施形態の第2実施形態について説明する。第1実施形態に係る空気調和機1ではエコノマイザが備えられていないのに対し、第2実施形態ではエコノマイザが備えられた空気調和機が対象となる。
(空気調和機1aの構成)
図11は、第2実施形態に係る空気調和機の構成例を示す図である。
なお、図11において、図1と同様の構成要素に対しては、同一の符号を付して説明を省略する。
図11における空気調和機1aの室外機10aは、エコノマイザ41と、このエコノマイザ41に低温冷圧冷媒を流すエコノマイザ弁(エコノマイザ減圧器)42、更に、エコノマイザ41の出口における冷媒(液冷媒)温度を測定する温度センサ10thを追加した構成である点が図1における空気調和機1と異なる点である。
第4の経路(バイパス経路)における過冷却液はエコノマイザ弁42に流入し、エコノマイザ弁42で減圧され、さらに低温となった後、エコノマイザ41に流入する。
図12に示すエコノマイザ41を有する冷凍サイクルの運転状態では、エコノマイザ41による過冷却の結果、図3に示すモリエル線図に対して状態306から状態311までの過冷却度が増加している。空気調和機1aは、状態306から状態311までの過冷却度の増加による冷凍能力の増加(状態312→状態301)を、吸入圧力Psと中間圧までの動力増加なしに実現できることから、成績係数を向上させることができる。
次に、図4を参照して、エコノマイザ41の出口における過冷却度について説明する。
また、図4において、「△」の記号が、エコノマイザ41の出口における過冷却度を示している。図4で示されているのは、前記した条件で外気温度や蒸発温度Te等がさまざまに変化した場合の値である。ちなみに、エコノマイザ弁42の開度は、圧縮機14の吐出温度Tdで制御されている。すなわち、吐出温度Tdが高くなる高圧力比条件ではエコノマイザ弁42の開度を大きくする等といった制御が行われるため、吐出温度Tdによってエコノマイザ41へのバイパス流での流量が変化する。
従って、第1実施形態のように過冷却器16の出口における過冷却度を用いるのが有用である。
そこで、第2実施形態では、前記した式(3)で冷媒循環量を求める際に、エコノマイザ弁42の開度比と液インジェクション弁17の開度比とを合計した開度比としてMVを算出し、冷媒循環量を推定する。すなわち、式(3)のMVを、MV=エコノマイザ弁42の開度比MV1+液インジェクション弁17の開度比MV2とし、このMVを式(3)に代入して冷媒循環量の推定値を算出する。
図13は、冷媒循環量と、エコノマイザ出口過冷却度との関係を示す特性図である。
図13は、縦軸にエコノマイザ出口過冷却度SCecoを示し、横軸に冷媒循環量Grを示している。
図13において、「▲」で表わされる点は冷媒漏えい率が0%を示している。また、「●」で表わされる点は冷媒漏えい率が10%を示している。そして、「◆」で表わされる点は冷媒漏えい率が冷媒漏えい率15%を示している。
また、図13の線641は点「▲」の回帰直線であり、線642は点「●」の回帰直線であり、線643は点「◆」の回帰直線である。また、線641は、適正過冷却度を示す線でもある。
また、図13において、判定閾値の線を示していないが、判定閾値は前記した式(2)の過冷却度Sc1sを適正エコノマイザ出口過冷却度(線641)として算出すれば良い。
なお、適正エコノマイザ出口過冷却度Sは、以下の式(31)によって算出できる
<手順1>
冷媒量判定部115が、(空冷)過冷却器16の過冷却度(図4)又は過冷却度効率(図9)を用いて冷媒不足(漏えい)か否かを判定(第1実施形態)する。
<手順2>
冷媒量判定部115が、エコノマイザ出口過冷却度SCecoにて冷媒不足(漏えい)か否かを判定(第2実施形態)する。
<手順3>
手順1で「冷媒不足(漏えい)と判定」、かつ、手順2で「冷媒不足(漏えい)と判定」されると、冷媒量判定部115は、ステップS113で「Yes」と判定する。手順1及び手順2のどちらか一方で、「冷媒不足(漏えい)ではないと判定」されれば、冷媒量判定部115は、ステップS113で「No」と判定する。
このような手順1〜3を実施することで、センサ誤差や運転状態の変動による影響による誤判定を防止することができる。
つまり、エコノマイザ出口過冷却度を用いることにより、空気調和機1aは冷媒漏えい判定の精度を向上させるための判定閾値を得ることができる。
次に、図14を参照して、本発明の第3実施形態を説明する。第1実施形態及び第2実施形態に係る制御装置100は冷媒が漏えいしているか否かの判定を行っているが、冷媒封入時の冷媒量が適正であるか否かの判定にも用いることができる。第3実施形態では、このように冷媒量が適正であるか否かの判定手法について説明する。なお、第3実施形態では、第1実施形態の空気調和機1、第2実施形態の空気調和機1aのどちらにも適用することができる。
冷媒量が適正であるか否かを判定する場合、式(2)のA3を、第1実施形態の0.6より大き目に設定することが望ましい。たとえば、冷媒充足に近いA3=0.8程度とすることで、必要な冷媒量をほぼ適正に判定することが可能となる。
なお、A3=0.8は一例であり、A3の値は、冷媒の適正量を判定するのにふさわしい値であれば、0.8に限らない。
ちなみに、式(2)の係数A3を1.2等と、1以上に設定し、判定閾値Sc1thが理想的な過冷却度(適正過冷却度)Sc1sを超えた値とすることも可能である。このような場合、実測過冷却度が、判定閾値Sc1thを超えたことを判定すると、冷媒量判定部115はレシーバ13が満液状態(冷媒過多)であると判定する。このようにすることで、レシーバ13の満液状態(冷媒過多)の検知を行うことが可能となる。
ステップS113aの結果、過冷却器16の出口における実測過冷却度Sc1が、判定閾値Sc1th未満である場合(S113a→NO)、冷媒量判定部115は所定時間が経過したか否かを判定する(S114)。
ステップS114の結果、所定時間が経過している場合(S114→YES)、冷媒量判定部115は冷媒量が異常であると判定する(S121a)。そして、出力処理部116が、冷媒異常フラグを、表示装置200や、図示しない警報機、集中監視装置へと出力する。例えば、表示装置200が、「冷媒量が異常である可能性があります」等の警告表示を行う。その後、追加充填量として、レシーバ13の容量に応じた所定量の冷媒量の算出及び算出した量の冷媒を追加する(追加充填量の算出・追加:S122a)。なお、追加充填量の算出、冷媒の追加は、図6で漏えいが生じている判定された際に行われても良い。なお、ステップS122aの処理は省略されても良い。
第1〜第3実施形態における空気調和機1,1aに循環する冷媒として、例えば、R404A、R407C、R407F、R407E、R410A、R134a、R507A、R448A、R449A、R450A、R452A、R513A等の地球温暖化係数GWP(Global Warming Potential)が1000以上の不燃性冷媒等が使用される。
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
さらに、本実施形態に係る空気調和機1,1aは、冷凍機や、パッケージエアコン、ルームエアコン等に適用することができる。
本実施形態に係る空気調和機1,1aを冷凍機に適用する場合、室内機20に相当する部分が、ユニットクーラであれば、冷凍倉庫の冷却に利用され、ショーケースの場合には、陳列される食品や飲料品の冷却に用いられるが、冷却対象はこれらに限定されない。
ここで、制御装置100は室外機10に設けられても良いし、室内機20に設けられても良いし、室外機10及び室外機20とは別の装置として設けられても良い。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えて良い。
10,10a 室外機
10ta 吐出温度センサ
10tb〜10th 温度センサ
10pa 吐出圧力センサ
10pb 吸入圧力センサ
11 室外熱交換器(凝縮器)
12 室外ファン
13 レシーバ(余剰冷媒貯留器)
14 圧縮機
15 アキュムレータ
16 過冷却器
17 液インジェクション弁
18a ガス阻止弁
18b 液阻止弁
20 室内機
21 室内熱交換器(蒸発器)
22 室内ファン
23 室内膨張弁(減圧器)
41 エコノマイザ
42 エコノマイザ弁(エコノマイザ減圧器)
111 処理部
112 運転情報取得部
113 運転状態判定部
114 過冷却度算出部(適正過冷却度推定部、判定閾値算出部)
115 冷媒量判定部(判定処理部)
116 出力処理部
Claims (21)
- ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮された冷媒を減圧する減圧器と、
前記減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を過冷却する過冷却器と、
前記圧縮機の吐出側から、前記凝縮器、前記過冷却器を循環する冷媒循環量に関する値を基に、前記過冷却器の出口における前記冷媒の適正過冷却度に関する値を推定する適正過冷却度推定部と、
前記推定された適正過冷却度に関する値を基に、冷媒量を判定するための判定閾値を算出する判定閾値算出部と、
実測された過冷却度に関する値と、前記判定閾値とを比較することで、前記冷媒量を判定する判定処理部と、
を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒循環量に関する値は、
前記冷媒循環量である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項2に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記過冷却器から流出した冷媒の経路が、第1の経路及び第2の経路に分流され、
前記第1の経路は、液インジェクション減圧器によって減圧された後、前記圧縮機の中間圧力にインジェクションされ、
前記第2の経路は、前記減圧器へ送られ、
前記適正過冷却度推定部は、
以下の式(1)を基に推定された推定冷媒循環量を、前記冷媒循環量の値とする
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
Gr=(a1・Fr+a2)(b1・Ps+b2)(c1・MV+c2)・・・(1)
ここで、Grは前記冷媒循環量の推定値であり、Frは圧縮機回転速度であり、Psは圧縮機の吸入圧力であり、MVは前記液インジェクション減圧器の開度である。また、a1、a2、b1、b2、c1、c2は、実験もしくはシミュレーションによってそれぞれ求められる係数である。 - 請求項3に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記過冷却器と、前記減圧器との間に、エコノマイザ及びエコノマイザ減圧器が備えられ、
前記第2の経路は、前記エコノマイザに流入する第3の経路及び前記エコノマイザ減圧器に流入する第4の経路に分流され、
前記第4の経路に流入した冷媒は、前記エコノマイザ減圧器によって減圧された後、前記エコノマイザに流入し、前記エコノマイザから流出した後、前記第1の経路における冷媒と合流し、該合流した冷媒は前記圧縮機の中間圧にインジェクションされ、
前記第3の経路に流入した冷媒は、前記エコノマイザにおいて、前記第4の経路における冷媒と熱交換することによって過冷却された後、前記減圧器に送られ、
前記適正過冷却度推定部は、
前記式(1)における、前記液インジェクション減圧器の開度を、前記液インジェクション減圧器の開度と、前記エコノマイザ減圧器の開度とを加算した値とする
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項2に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度に関する値は、
前記適正過冷却度であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記実測された過冷却度である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項2に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度に関する値は、
前記過冷却器の出口における前記冷媒の適正過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した適正過冷却度効率であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記過冷却器の出口における、実測された前記冷媒の過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した実測過冷却度効率である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項2に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度に関する値は、前記適正過冷却度及び前記過冷却器の出口における前記冷媒の適正過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した適正過冷却度効率であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記過冷却器の出口における、実測された前記冷媒の過冷却度及び当該実測された過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した実測過冷却度効率であり、
前記判定処理部は、
前記冷媒循環量が、所定値以上では前記適正過冷却度に基づいた判定閾値にて判定し、所定値未満では前記適正過冷却度効率に基づいた判定閾値を用いて前記冷媒量を判定する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項2に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記過冷却器と、前記減圧器との間に、エコノマイザ及びエコノマイザ減圧器が備えられ、
前記適正過冷却度に関する値は、
前記エコノマイザの出口における適正な過冷却度である適正エコノマイザ出口過冷却度であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記エコノマイザの出口における、実測された過冷却度である実測エコノマイザ出口過冷却度である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項2に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度推定部は、
以下の式(2)を基に、前記冷媒の適正過冷却度を算出する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
Sc1s=A1・Ln(Gr)−A2 ・・・ (2)
ただし、Sc1sは適正過冷却度、Grは冷媒循環量、A1及びA2は、冷媒循環量と適正過冷却度との関係から求められる所定の係数である。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
室外ファンを有し、
前記冷媒循環量に関する値は、
前記冷媒循環量の定格比を前記室外ファンの回転速度の定格比で除した値である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項10に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度に関する値は、
前記適正過冷却度であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記実測された過冷却度である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項10に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度に関する値は、
前記過冷却器の出口における前記冷媒の適正過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した適正過冷却度効率であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記過冷却器の出口における、実測された前記冷媒の過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した実測過冷却度効率である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項10に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度推定部は、
以下の式(3)を基に、前記冷媒の適正過冷却度を算出する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
Sc2c=A3・(Grr/For)+A4 ・・・ (3)
ただし、Sc2cは適正過冷却度、Grrは冷媒循環量定格比、Forは室外ファンの回転速度の定格比、A3及びA4は、冷媒循環量定格比を室外ファンの回転速度の定格比で除した値と、適正過冷却度との関係から求められる所定の係数である。 - 請求項10に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記適正過冷却度に関する値は、前記適正過冷却度及び前記過冷却器の出口における前記冷媒の適正過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した適正過冷却度効率であり、
前記実測された過冷却度に関する値は、
前記過冷却器の出口における、実測された前記冷媒の過冷却度及び当該実測された過冷却度を外気温度と凝縮温度との差で除した実測過冷却度効率であり、
前記判定処理部は、
前記冷媒循環量の定格比を室外ファンの回転速度の定格比で除した値が、所定値以上では前記適正過冷却度に基づいた判定閾値にて判定し、所定値未満では前記適正過冷却度効率に基づいた判定閾値を用いて前記冷媒量を判定する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記凝縮器と、前記過冷却器と、の間に、前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を貯留する余剰冷媒貯留器を備える
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記判定処理部は、
前記実測された過冷却度が、前記判定閾値より小さい値の場合、前記冷媒量の不足が生じていると判定する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記判定処理部は、
前記実測された過冷却度に関する値について、前記判定閾値より小さい状態が、所定時間継続した場合、前記冷媒量の不足が生じていると判定する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記判定処理部は、
前記実測された過冷却度が、前記判定閾値より大きい値の場合、前記冷媒量が適正であると判定する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記判定処理部は、
前記実測された過冷却度に関する値が、前記判定閾値より小さい値の場合、前記冷媒の追加充填量を算出し、該追加充填量の冷媒を追加する前記冷媒量が適正に対して一定割合有すると判定し、その後残りの追加封入量を算出し、指示する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒は、地球温暖化係数が1000以上である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒は、地球温暖化係数が750以下である
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
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