JP6755400B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。特に、圧縮機および絞り装置の制御に係るものである。
冷媒の蒸発、凝縮などを利用して、対象物、対象空間の空気などの加熱、冷却などを行う冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置が従来から知られている。このような冷凍サイクル装置では、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を配管接続して冷媒回路を構成し、冷媒を循環させる。
たとえば、対象空間の空気を冷却する場合、空気を冷却する機能を有する蒸発器における冷媒の蒸発温度が目標温度となるように圧縮機の駆動周波数を制御する冷凍サイクル装置がある(たとえば、特許文献1参照)。
また、蒸発器を有する室内機が送信する機種情報に基づいて、室内機の機種を特定し、機種に対して、あらかじめ設定された蒸発温度の目標値に基づいて、圧縮機の駆動周波数を制御する冷凍サイクル装置がある(たとえば、特許文献2参照)。
さらに、複数台の室内機を並列に接続した構成の冷凍サイクル装置において、複数の室内機が有する蒸発器の中から、最も温度が高い目標蒸発温度を代表として選定する。そして、各室内機の蒸発器における冷媒の温度が、選定した目標蒸発温度となるように、圧縮機の駆動周波数を制御する冷凍サイクル装置がある(たとえば、特許文献3参照)。
特開2015−068591号公報 特開2014−238179号公報 特開2016−114274号公報
冷凍サイクル装置が、複数台の室内機を有している場合、冷凍サイクル装置が蒸発器を複数台備えていることになる。このとき、従来の冷凍サイクル装置では、目標蒸発温度を1つしか選定できなかった。ここで、たとえば、蒸発器における熱交換容積および蒸発器に空気を送る送風機の風量の少なくとも一方が異なる室内機を有する冷凍サイクル装置がある。このような冷凍サイクル装置の運転において、これらの室内機を同時に動作させると、熱交換容積および送風機の風量の少なくとも一方が大きい室内機の蒸発器においては、負荷と冷媒量が釣り合わず、供給に係る能力が不足するなどの可能性があった。
この発明は、上記の課題を解決するため、各蒸発器への冷媒配分がより適正に行われるような冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
この発明に係る冷凍サイクル装置は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する動作を行う圧縮機と、冷媒に放熱させて冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧させる複数の絞り装置と、冷媒に吸熱させて冷媒を蒸発させる複数の蒸発器とを、絞り装置および蒸発器を直列の組として、複数の組をそれぞれ並列にして配管接続した冷媒回路を構成し、蒸発器毎の蒸発温度を検出する複数の温度検出装置と、複数の温度検出装置がそれぞれ検出した蒸発器の蒸発温度に基づいて、圧縮機および絞り装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、温度検出装置の検出に係る蒸発温度と蒸発器の目標蒸発温度との差分を、蒸発器毎に算出し、最も小さい差分に基づいて、圧縮機の駆動周波数を制御し、最も小さい差分以外の差分について、それぞれの差分に対応する蒸発器と組になった絞り装置が有する弁の開度を制御するものである。
この発明によれば、制御装置が、複数の温度検出装置がそれぞれ検出した蒸発器の蒸発温度に基づいて、圧縮機および絞り装置を制御することにより、各蒸発器の蒸発温度に合わせた量の冷媒を、各蒸発器に送り込むことができ、より適正に冷媒分配を行うことができる。
この発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成を示す図である。 この発明の実施の形態1に係る制御装置300が行う制御の流れを示す図である。 この発明の実施の形態1に係る差分ΔEt1と圧縮機101の周波数補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。 この発明の実施の形態1に係る差分ΔEt2と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。 この発明の実施の形態1に係る差分ΔEt3と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。 この発明の実施の形態1に係る第2差分ΔEt2*と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。 この発明の実施の形態1に係る第2差分ΔEt3*と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、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。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成を示す図である。実施の形態1の冷凍サイクル装置100は、室外機110並びに室内機120A、室内機120Bおよび室内機120Cを有している。実施の形態1の各室内機120は、室外機110に対して、並列に接続されている。各室内機120は、冷却対象空間に設置されている。また、室外機110は、冷却対象空間外に設置されている。室外機110は、圧縮機101、凝縮器102および凝縮器側送風機105を有している。また、各室内機120は、絞り装置103(絞り装置103A、絞り装置103Bおよび絞り装置103C)、蒸発器104(蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104C)および蒸発器側送風機106(蒸発器側送風機106A、蒸発器側送風機106Bおよび蒸発器側送風機106C)を有している。そして、実施の形態1における冷凍サイクル装置100は、圧縮機101、凝縮器102、絞り装置103および蒸発器104を冷媒配管で接続した冷媒回路を有している。
圧縮機101は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して、高温および高圧の状態にして吐出する。実施の形態1の圧縮機101は、たとえば、インバータ回路を有し、駆動周波数を変化させてモータの回転数を変化させることができる。制御装置300から送られる指示に基づいて、圧縮機101の駆動周波数を任意に制御することで、圧縮機101の容量を制御することができる。
凝縮器102は、たとえば、凝縮器側送風機105からの空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒に放熱させ、凝縮液化する。凝縮器側送風機105は、たとえば、冷却対象空間外の空気を凝縮器102に送る。
絞り装置103は、冷媒を減圧して膨張させる装置である。実施の形態1の絞り装置103は、制御装置300からの指示に基づいて、弁の開度を任意に変化させることができる電子膨張弁を有している。実施の形態1においては、室内機120A、室内機120Bおよび室内機120Cに、それぞれ、絞り装置103A、絞り装置103Bおよび絞り装置103Cが設置されている。そして、絞り装置103A、絞り装置103Bおよび絞り装置103Cは、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cに対応して直列の組となって、冷媒回路において、それぞれ並列に配管接続されている。
蒸発器104は、蒸発器側送風機106から送られる空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒に吸熱させ、蒸発ガス化する。実施の形態1においては、室内機120A、室内機120Bおよび室内機120Cに、それぞれ、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cが設置されている。そして、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cは、冷媒回路において、それぞれ並列に配管接続されている。蒸発器側送風機106は、たとえば、冷却対象空間の空気を凝縮器102に送る。実施の形態1では、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cに対応して、蒸発器側送風機106A、蒸発器側送風機106Bおよび蒸発器側送風機106Cが、それぞれ、室内機120A、室内機120Bおよび室内機120Cに設置されている。
また、実施の形態1の冷凍サイクル装置100は、制御装置300を有している。制御装置300は、冷凍サイクル装置100が有する機器を制御する。特に、実施の形態1においては、制御装置300は、各蒸発器104における各蒸発温度に基づいて、圧縮機101の駆動周波数および対応する絞り装置103の開度を補正する制御を行う。制御装置300は、処理装置310、記憶装置320および計時装置330を有している。記憶装置320は、処理装置310が処理を行う際に用いるデータを記憶する。また、計時装置330は、タイマなどを有し、処理装置310が時間の判定に用いる計時を行う。
処理装置310は、判定処理部311、演算処理部312、圧縮機制御処理部313および弁制御処理部314を有している。判定処理部311は、設定されたしきい値などに基づく判定処理を行う。演算処理部312は、演算処理を行う。圧縮機制御処理部313は、圧縮機101の制御を行う。実施の形態1においては、圧縮機制御処理部313は、蒸発器104の蒸発温度に基づく駆動周波数補正制御を行う。弁制御処理部314は、たとえば、各室内機120が有する制御装置(図示せず)に指示の信号を送るなどして、各絞り装置103が有する弁の制御を行う。実施の形態1においては、弁制御処理部314は、蒸発器104の蒸発温度に基づく開度補正制御を行う。
ここで、制御装置300は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)などの制御演算処理装置を有するマイクロコンピュータなどで構成されているものとする。また、記憶装置320は、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ(RAM)などの揮発性記憶装置(図示せず)およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置(図示せず)を有している。記憶装置320には、判定処理部311、演算処理部312、圧縮機制御処理部313および弁制御処理部314が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて処理を実行して各部の処理を実現する。ただ、これに限定するものではなく、各装置を専用機器(ハードウェア)で構成してもよい。また、図1では、制御装置300は、室外機110内に設置されているが、設置箇所について限定するものではない。
温度検出装置200は、温度を検出し、検出した温度のデータに係る信号を制御装置300に送る。実施の形態1における温度検出装置200は、たとえば、サーミスタを有している。実施の形態1では、温度検出装置200A、温度検出装置200Bおよび温度検出装置200Cを有している。実施の形態1における温度検出装置200A、温度検出装置200Bおよび温度検出装置200Cは、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cに対応して、それぞれ設置されている。そして、温度検出装置200A、温度検出装置200Bおよび温度検出装置200Cは、それぞれ、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cの蒸発温度を検出する。
次に、図1に基づいて、実施の形態1の冷凍サイクル装置100の動作について説明する。圧縮機101は、ガス状の冷媒であるガス冷媒を吸い込んで圧縮し、吐出する。圧縮機101から吐出されたガス冷媒は、凝縮器102において、対象空間外の空気に冷却され、凝縮される。凝縮器102で冷却された冷媒は、絞り装置103で減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器104において、対象空間の空気に加熱され、ガス冷媒となる。そして、蒸発器104から流出したガス冷媒は、再度、圧縮機101に吸い込まれる。ここで、対象空間の空気は、蒸発器104において、冷媒に冷却される。
図2は、この発明の実施の形態1に係る制御装置300が行う制御の流れを示す図である。次に、複数の蒸発器104における蒸発温度に基づく制御について説明する。ここで、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cにおける蒸発温度Etを、それぞれ蒸発温度Eta、蒸発温度Etbおよび蒸発温度Etcとする。また、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cにおける目標となる目標蒸発温度Etmを、それぞれ目標蒸発温度Etma、目標蒸発温度Etmbおよび目標蒸発温度Etmcとする。たとえば、目標蒸発温度Etma、目標蒸発温度Etmbおよび目標蒸発温度Etmcは、それぞれ、室内機120A、室内機120Bおよび室内機120Cが有する制御装置(図示せず)が有する機種情報に、データとして含まれている。制御装置300は、各室内機120から送られる機種情報のデータから、目標蒸発温度Etmを得ることができる。
制御装置300は、圧縮機101を起動するとともに処理を開始する。圧縮機起動後、あらかじめ定められた設定時間T1が経過したと判定すると(ステップS1)、各室内機120が有する蒸発器104における蒸発温度Etと目標蒸発温度Etmとの差分ΔEtを計算する(ステップS2)。ここで、設定時間T1は、分を単位として設定されるものとする(以下の設定時間についても同様とする)。また、蒸発器104A、蒸発器104Bおよび蒸発器104Cにおける差分ΔEtを、それぞれ、差分ΔEta(=Eta−Etma)、差分ΔEtb(=Etb−Etmb)および差分ΔEtc(=Etc−Etmc)とする。そして、算出した差分ΔEta、差分ΔEtbおよび差分ΔEtcについて、順序を決定する(ステップS3)。ここで、差分ΔEtの値が最も小さい順から、差分ΔEt1、差分ΔEt2および差分ΔEt3とする。したがって、大小関係は、差分ΔEt1<差分ΔEt2<差分ΔEt3となる。
図3は、この発明の実施の形態1に係る差分ΔEt1と圧縮機101の周波数補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。図3に示すように、差分ΔEt1は、所定の温度帯によって区分される。そして、差分ΔEt1が含まれる温度帯に対応する圧縮機101の周波数補正値が設定される。図3では、温度帯が6つの区分に分かれ、制御装置300の圧縮機制御処理部313が行う制御の区分となる制御バンドとして設定されている。制御装置300の記憶装置320は、差分ΔEt1と圧縮機101の周波数補正値との関係を、データとして記憶している。
ステップS3において、差分ΔEtの順序を決定してから、あらかじめ定められた設定時間T2が経過したかどうかを判定する(ステップS4)。設定時間T2が経過したと判定すると、差分ΔEt1に基づいて、差分ΔEt1が含まれる温度帯の制御バンドを特定し、対応する圧縮機101の周波数補正値を決定する(ステップS5)。
さらに、周波数補正値による駆動周波数の補正により、圧縮機101の駆動周波数が、圧縮機101が駆動可能な最大周波数または最小周波数を超えるかどうかを判定する(ステップS6)。圧縮機101の駆動周波数が、最大周波数または最小周波数を超えないと判定すると、決定した周波数補正値の分、駆動周波数を増加または減少させて、圧縮機101を駆動させる(ステップS7)。以上のように、差分ΔEt1に対応する差分ΔEtが算出される蒸発温度Etは、圧縮機101の駆動周波数に基づいて制御される。
図4は、この発明の実施の形態1に係る差分ΔEt2と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。また、図5は、この発明の実施の形態1に係る差分ΔEt3と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。図4および図5に示すように、差分ΔEt2および差分ΔEt3は、所定の温度帯によって区分される。そして、差分ΔEt2および差分ΔEt3が含まれる温度帯に対応する絞り装置103が有する弁の開度補正値が設定される。図4および図5では、温度帯が6つの区分に分かれ、制御装置300の弁制御処理部314が行う制御の区分となる制御バンドとして設定されている。制御装置300の記憶装置320は、差分ΔEt2および差分ΔEt3と絞り装置103が有する弁の開度補正値との関係を、データとして記憶している。ここで、図4および図5に示すように、差分ΔEt2および差分ΔEt3を区分する温度帯が同じであるものとして説明するが、異なっていてもよい。
そして、ステップS7において、圧縮機101の駆動周波数制御が行われてから、あらかじめ定められた設定時間T3が経過したかどうかを判定する(ステップS8)。設定時間T3が経過したと判定すると、差分ΔEt2および差分ΔEt3に基づいて、差分ΔEt2および差分ΔEt3がそれぞれ含まれる温度帯の制御バンドを特定し、対応する絞り装置103の開度補正値を決定する(ステップS9)。そして、決定した開度補正値の分、対応する絞り装置103の開度を増加または減少させる(ステップS10)。以上のように、差分ΔEt2および差分ΔEt3に対応する差分ΔEtが算出される蒸発温度Etは、絞り装置103の開度に基づいて制御される。
一方、ステップS6において、圧縮機101の駆動周波数が、最大周波数または最小周波数を超えると判定すると、最大周波数または最小周波数で圧縮機101を駆動させる(ステップS11)。
ここで、圧縮機101が、差分ΔEt1に対応しない駆動周波数で駆動する場合、差分ΔEt2および差分ΔEt3に基づく開度補正制御が、差分ΔEt2および差分ΔEt3に対応しない可能性がある。そこで、新たな差分である第2差分を算出する(ステップS12)。そして、第2差分に基づく開度補正制御を行うようにする。ここでは、第2差分として、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*を新たに設定し、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*に基づく開度補正制御を行う。ここで、第2差分ΔEt2*=ΔEt2−ΔEt1である。また、第2差分ΔEt3*=ΔEt3−ΔEt1である。
図6は、この発明の実施の形態1に係る第2差分ΔEt2*と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。また、図7は、この発明の実施の形態1に係る第2差分ΔEt3*と絞り装置103開度補正値との関係を表す一例をテーブル形式で示す図である。図6および図7に示すように、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*は、所定の温度帯によって区分される。そして、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*が含まれる温度帯に対応する絞り装置103が有する弁の開度補正値が設定される。図6および図7では、温度帯が6つの区分に分かれ、制御装置300の弁制御処理部314が行う制御の区分となる制御バンドとして設定されている。制御装置300の記憶装置320は、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*と絞り装置103が有する弁の開度補正値との関係を、データとして記憶している。ここで、図6および図7に示すように、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*を区分する温度帯が同じであるものとして説明するが、異なっていてもよい。
そして、ステップS11およびステップS12において、圧縮機101の駆動周波数制御が行われ、第2差分ΔEt*を算出してから、あらかじめ定められた設定時間T3が経過したかどうかを判定する(ステップS13)。設定時間T3が経過したと判定すると、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*に基づいて、第2差分ΔEt2*および第2差分ΔEt3*がそれぞれ含まれる温度帯の制御バンドを特定し、対応する絞り装置103の開度補正値を決定する(ステップS14)。そして、決定した開度補正値の分、対応する絞り装置103の開度を増加または減少させる(ステップS15)。
絞り装置103の開度補正制御が行われてから、あらかじめ定められた設定時間T4が経過すると(ステップS16)、ステップS2に戻って処理を行う。たとえば、差分ΔEta、差分ΔEtbおよび差分ΔEtcの順序が異なれば、異なった順序に基づいて、その後の処理が行われる。
以上のように、実施の形態1の冷凍サイクル装置100では、たとえば、最も小さい差分Et1に対応する蒸発器104を有する室内機120に、圧縮機101の駆動周波数補正制御を行い、他の差分Et2および差分Et3には、絞り装置103の開度補正制御を行うようにした。このため、各蒸発器104の蒸発温度Etに合わせた量の冷媒を、各蒸発器104に冷媒を送り込むことができ、より適正に冷媒分配を行うことができる。したがって、各室内機120における対象空間の冷却をより適切に行うことができる。
実施の形態2.
前述した実施の形態1においては、3台の室内機120について説明したが、3台に限定するものではない。2台の室内機120を並列に配管接続した冷凍サイクル装置100に適用することができる。また、4台以上の室内機120を並列に配管接続した冷凍サイクル装置100にも適用することができる。
前述した実施の形態1および実施の形態2の冷凍サイクル装置100について、たとえば、冷房運転を行う空気調和装置、冷蔵装置、冷凍装置などの冷凍サイクル装置100に適用することができる。
100 冷凍サイクル装置、101 圧縮機、102 凝縮器、103,103A,103B,103C 絞り装置、104,104A,104B,104C 蒸発器、105 凝縮器側送風機、106,106A,106B,106C 蒸発器側送風機、110 室外機、120,120A,120B,120C 室内機、200,200A,200B,200C 温度検出装置、300 制御装置、310 処理装置、311 判定処理部、312 演算処理部、313 圧縮機制御処理部、314 弁制御処理部、320 記憶装置、330 計時装置。

Claims (3)

  1. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する動作を行う圧縮機と、
    前記冷媒に放熱させて前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    凝縮された前記冷媒を減圧させる複数の絞り装置と、
    前記冷媒に吸熱させて前記冷媒を蒸発させる複数の蒸発器とを、
    前記絞り装置および前記蒸発器を直列の組として、複数の前記組をそれぞれ並列にして配管接続した冷媒回路を構成し、
    前記蒸発器毎の蒸発温度を検出する複数の温度検出装置と、
    複数の前記温度検出装置がそれぞれ検出した前記蒸発器の前記蒸発温度に基づいて、前記圧縮機および前記絞り装置を制御する制御装置と
    を備え
    前記制御装置は、
    前記温度検出装置の検出に係る前記蒸発温度と前記蒸発器の目標蒸発温度との差分を、前記蒸発器毎に算出し、
    最も小さい前記差分に基づいて、前記圧縮機の駆動周波数を制御し、
    前記最も小さい前記差分以外の前記差分について、それぞれの前記差分に対応する前記蒸発器と組になった前記絞り装置が有する弁の開度を制御する冷凍サイクル装置。
  2. 前記制御装置は、
    前記最も小さい前記差分に基づいて、前記駆動周波数の補正値を決定し、
    前記最も小さい前記差分以外の前記差分に基づいて、前記弁の開度の補正値を決定する請求項に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記駆動周波数の補正値に基づいて前記圧縮機の前記駆動周波数を制御すると、前記圧縮機の最大および最小の前記駆動周波数の一方を超えると判定すると、
    前記最も小さい前記差分以外の前記差分について、さらに、前記最も小さい前記差分との差分を第2差分として算出し、前記第2差分に基づいて前記弁の開度の補正値を決定する請求項に記載の冷凍サイクル装置。
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