JP7842728B2 - Air conditioning system - Google Patents
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Description
本開示は、空気調和装置に関するものである。 This disclosure relates to an air conditioning system.
従来より、冷媒回路を備えた空気調和装置が知られている。空気調和装置の冷媒回路では、冷媒が循環することによって冷凍サイクルが行われる。 Air conditioning systems equipped with refrigerant circuits have been known for some time. In the refrigerant circuit of an air conditioning system, a refrigeration cycle is performed by the circulation of a refrigerant.
冷媒回路における蒸発器を通過する冷媒の量は冷媒と空気の熱交換量に応じて制御されるが、熱交換量（空調負荷）が少ない場合に冷媒の流速が減少することで冷凍機油が枯渇して圧縮機の焼き付きの問題が発生する可能性がある。また、空気調和装置の容量制御下限以下の熱交換量となった場合、空気調和装置が停止して、安定した空調を行うことができなくなる可能性がある。その対策として、蒸発器にホットガスを流すことで冷媒流速を増加させる方法がある（例えば、特許文献１）。 The amount of refrigerant passing through the evaporator in the refrigerant circuit is controlled according to the amount of heat exchange between the refrigerant and air. However, if the amount of heat exchange (air conditioning load) is low, the refrigerant flow rate decreases, which can lead to depletion of the refrigerant oil and potentially cause compressor seizure. Furthermore, if the amount of heat exchange falls below the lower limit of the air conditioning system's capacity control, the air conditioning system may shut down, making stable air conditioning impossible. As a countermeasure, there is a method to increase the refrigerant flow rate by flowing hot gas through the evaporator (for example, Patent Document 1).
しかし、従来は圧縮機の吸入圧に基づいてホットガスの流量を制御しており、圧縮機の吸入圧が下がらないようにするためにホットガスを次々に流すため、圧縮機の回転数が増加していき最大出力で運転した状態となる。これにより、省エネ性が低くなる。 However, conventional systems control the hot gas flow rate based on the compressor's suction pressure. To prevent the compressor's suction pressure from dropping, hot gas is continuously supplied, increasing the compressor's rotational speed and resulting in operation at maximum output. This reduces energy efficiency.
本開示の目的は、空気調和装置において、省エネ性を高めることにある。 The purpose of this disclosure is to improve energy efficiency in air conditioning systems.
本開示の第１の態様は、空気調和装置を対象とする。空気調和装置は、圧縮機（51）、凝縮器（52）、及び蒸発器（54）を有する冷媒回路（50）を備え、前記冷媒回路（50）において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行い、前記蒸発器（54）において空気を冷却する。空気調和装置は、前記圧縮機（51）の回転速度を検知する検知部（64）と、前記圧縮機（51）から吐出される冷媒を前記凝縮器（52）をバイパスして前記蒸発器（54）へ送るためのガス供給管（55）と、前記ガス供給管（55）に設けられる調節弁（56）と、前記検知部（64）により検知される前記圧縮機（51）の回転速度に基づいて、前記調節弁（56）の開度を制御する制御器（70）とを備える。 A first aspect of this disclosure relates to an air conditioning system. The air conditioning system comprises a refrigerant circuit (50) having a compressor (51), a condenser (52), and an evaporator (54), circulating a refrigerant in the refrigerant circuit (50) to perform a refrigeration cycle, and cooling the air in the evaporator (54). The air conditioning system includes a detection unit (64) for detecting the rotational speed of the compressor (51), a gas supply pipe (55) for sending the refrigerant discharged from the compressor (51) to the evaporator (54) by bypassing the condenser (52), a control valve (56) provided in the gas supply pipe (55), and a controller (70) for controlling the opening degree of the control valve (56) based on the rotational speed of the compressor (51) detected by the detection unit (64).
第１の態様によると、圧縮機（51）の回転速度が所定の目標回転速度（例えば、圧縮機（51）に焼き付きが生じるといった問題や、熱交換量の低下に起因して圧縮機（51）が停止するといった問題が発生しないような最低限の回転速度）になるように調節弁（56）の開度を制御することで、圧縮機（51）を最大出力で運転しなくても安定的に稼働させることができるので、省エネ性を高めることができる。 According to the first embodiment, by controlling the opening of the control valve (56) so that the rotational speed of the compressor (51) reaches a predetermined target rotational speed (for example, the minimum rotational speed that prevents problems such as the compressor (51) seizing up or the compressor (51) stopping due to a decrease in heat exchange), the compressor (51) can be operated stably without being operated at maximum output, thereby improving energy efficiency.
本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、前記制御器（70）は、前記検知部（64）により検知される前記圧縮機（51）の回転速度が所定の目標回転速度になるように前記調節弁（56）の開度を制御する。 A second aspect of this disclosure is, in the first aspect described above, the controller (70) controls the opening degree of the control valve (56) so that the rotational speed of the compressor (51), as detected by the detection unit (64), becomes a predetermined target rotational speed.
第２の態様では、圧縮機（51）の回転速度を所定の目標回転速度に近づけることができる。 In the second embodiment, the rotational speed of the compressor (51) can be brought closer to a predetermined target rotational speed.
本開示の第３の態様は、上記第２の態様において、前記制御器（70）は、前記圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度よりも低い場合は前記調節弁（56）の開度を大きくし、前記圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度よりも高い場合は前記調節弁（56）の開度を小さくする。 A third aspect of this disclosure is, in the second aspect described above, the controller (70) increases the opening of the control valve (56) when the rotational speed of the compressor (51) is lower than the predetermined target rotational speed, and decreases the opening of the control valve (56) when the rotational speed of the compressor (51) is higher than the predetermined target rotational speed.
第３の態様では、圧縮機（51）の回転速度を所定の目標回転速度に効果的に近づけることができる。 In the third embodiment, the rotational speed of the compressor (51) can be effectively brought closer to a predetermined target rotational speed.
本開示の第４の態様は、上記第１の態様～第３の態様のいずれか１つの態様において、前記検知部（64）は、前記圧縮機（51）の駆動周波数を検知する周波数センサである。 A fourth aspect of this disclosure is that, in any one of the first to third aspects described above, the detection unit (64) is a frequency sensor that detects the drive frequency of the compressor (51).
第４の態様では、周波数センサにより圧縮機（51）の回転速度を検知することができる。 In the fourth embodiment, the rotational speed of the compressor (51) can be detected by a frequency sensor.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示される実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。各図面は、本開示を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表す場合がある。各実施形態、変形例、及び図中において、同一又は相当部分については同一の参照符号を付し、詳細な説明及びそれに付随する効果等の説明は繰り返さない。 The embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. This disclosure is not limited to the embodiments shown below, and various modifications are possible without departing from the technical idea of this disclosure. Since the drawings are for conceptual explanation of this disclosure, dimensions, ratios, or numbers may be exaggerated or simplified as necessary for ease of understanding. In each embodiment, modification, and drawing, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions and their associated effects will not be repeated.
実施形態について説明する。本実施形態の空気調和装置（10）は、自動車の運転試験等に利用される試験室（100）の空気調和を行う。 The embodiment will now be described. The air conditioning system (10) of this embodiment provides air conditioning for a test chamber (100) used for automobile driving tests, etc.
空気調和装置（10）は、利用側ユニット（20）と、熱源側ユニット（40）とを備える。また、空気調和装置は、冷媒回路（50）を備える。 The air conditioning system (10) comprises a user-side unit (20) and a heat source-side unit (40). The air conditioning system also includes a refrigerant circuit (50).
－利用側ユニット－
図１に示すように、利用側ユニット（20）は、いわゆるエアハンドリングユニットである。利用側ユニット（20）は、ケーシング（25）を備える。ケーシング（25）の一端面には吸込口（27）が形成され、ケーシング（25）の他端面には吹出口（28）が形成される。ケーシング（25）の内部には、吸込口（27）から吹出口（28）にわたって空気流路（26）が形成される。
- User-side unit -
As shown in Figure 1, the user-side unit (20) is a so-called air handling unit. The user-side unit (20) includes a casing (25). An intake port (27) is formed on one end face of the casing (25), and an outlet port (28) is formed on the other end face of the casing (25). Inside the casing (25), an air passage (26) is formed from the intake port (27) to the outlet port (28).
利用側ユニット（20）は、吸込ダクト（16）及び吹出ダクト（17）を介して、試験室（100）に接続される。吸込ダクト（16）は、ケーシング（25）の吸込口（27）に接続し、空気流路（26）を試験室（100）の内部空間に連通させる。吹出ダクト（17）は、ケーシング（25）の吹出口（28）に接続し、空気流路（26）を試験室（100）の内部空間に連通させる。 The user unit (20) is connected to the test chamber (100) via an intake duct (16) and an exhaust duct (17). The intake duct (16) is connected to the intake port (27) of the casing (25), and its airflow path (26) communicates with the internal space of the test chamber (100). The exhaust duct (17) is connected to the outlet port (28) of the casing (25), and its airflow path (26) communicates with the internal space of the test chamber (100).
ケーシング（25）内の空気流路（26）には、吸込口（27）側から吹出口（28）側に向かって順に、フィルタ（31）と、蒸発器（54）と、電気ヒータ（32）と、利用側ファン（33）とが設けられる。フィルタ（31）は、吸込口（27）から流入した空気に含まれる塵埃等を捕集する。蒸発器（54）は、冷媒回路（50）に接続されて空気を冷却する。電気ヒータ（32）は、蒸発器（54）を通過した空気を加熱する。利用側ファン（33）は、電気ヒータ（32）を通過した空気を吸い込み、吹出口（28）へ向けて空気を吹き出す。 The air passage (26) within the casing (25) is equipped with, in order from the intake (27) side to the outlet (28) side, a filter (31), an evaporator (54), an electric heater (32), and a user-side fan (33). The filter (31) collects dust and other particles contained in the air flowing in from the intake (27). The evaporator (54) is connected to the refrigerant circuit (50) to cool the air. The electric heater (32) heats the air that has passed through the evaporator (54). The user-side fan (33) draws in the air that has passed through the electric heater (32) and blows it out towards the outlet (28).
〈運転動作〉
利用側ユニット（20）の運転動作を説明する。
<Operation>
The operation of the user unit (20) will be explained.
利用側ファン（33）が作動すると、試験室（100）の内部空間の空気が、吸込ダクト（16）を通ってケーシング（25）内の空気流路（26）へ流入する。空気流路（26）を流れる空気は、フィルタ（31）と、蒸発器（54）と、電気ヒータ（32）とを順に通過する。 When the user-side fan (33) is activated, air from the internal space of the test chamber (100) flows through the intake duct (16) into the air passage (26) within the casing (25). The air flowing through the air passage (26) passes through the filter (31), the evaporator (54), and the electric heater (32) in that order.
空気は、蒸発器（54）を通過する過程で冷却され、電気ヒータ（32）を通過する過程で加熱される。なお、電気ヒータ（32）は、空気の加熱を一時的に停止する場合がある。電気ヒータ（32）を通過した空気は、利用側ファン（33）から吹き出されて吹出ダクト（17）へ流入し、その後に試験室（100）の内部空間へ吹き出される。 The air is cooled as it passes through the evaporator (54) and heated as it passes through the electric heater (32). The electric heater (32) may temporarily stop heating the air. The air that has passed through the electric heater (32) is blown out from the user-side fan (33) into the discharge duct (17), and then blown into the internal space of the test chamber (100).
－空気温度センサ、ヒータ制御器－
空気調和装置（10）は、空気温度センサ（36）とヒータ制御器（37）とを備える。
- Air temperature sensor, heater controller -
The air conditioning system (10) includes an air temperature sensor (36) and a heater controller (37).
空気温度センサ（36）は、吹出ダクト（17）に設けられ、吹出ダクト（17）を流れる空気の温度を計測する。空気温度センサ（36）の計測値は、利用側ユニット（20）が試験室（100）の内部空間へ供給する空気の温度を示す。 The air temperature sensor (36) is installed in the discharge duct (17) and measures the temperature of the air flowing through the discharge duct (17). The value measured by the air temperature sensor (36) indicates the temperature of the air supplied by the user-side unit (20) to the internal space of the test chamber (100).
ヒータ制御器（37）には、空気温度センサ（36）の計測値が入力される。ヒータ制御器（37）は、空気温度センサ（36）の計測値に基づいて、電気ヒータ（32）の加熱量を制御する。具体的に、ヒータ制御器（37）は、空気温度センサ（36）の計測値が設定空気温度となるように、電気ヒータ（32）の加熱量を調節する。空気温度センサ（36）の計測値が設定空気温度よりも低い場合、ヒータ制御器（37）は、電気ヒータ（32）の加熱量を増やす。空気温度センサ（36）の計測値が設定空気温度よりも高い場合、ヒータ制御器（37）は、電気ヒータ（32）の加熱量を減らす。 The heater controller (37) receives the measurement value from the air temperature sensor (36). Based on the measurement value from the air temperature sensor (36), the heater controller (37) controls the heating amount of the electric heater (32). Specifically, the heater controller (37) adjusts the heating amount of the electric heater (32) so that the measurement value from the air temperature sensor (36) reaches the set air temperature. If the measurement value from the air temperature sensor (36) is lower than the set air temperature, the heater controller (37) increases the heating amount of the electric heater (32). If the measurement value from the air temperature sensor (36) is higher than the set air temperature, the heater controller (37) decreases the heating amount of the electric heater (32).
－冷媒回路－
冷媒回路（50）は、冷媒が充填された閉回路である。冷媒回路（50）は、冷媒を循環させることによって冷凍サイクルを行う。
- Refrigerant Circuit -
The refrigerant circuit (50) is a closed circuit filled with refrigerant. The refrigerant circuit (50) performs a refrigeration cycle by circulating the refrigerant.
図２に示すように、冷媒回路（50）は、圧縮機（51）と、凝縮器（52）と、膨張弁（53）と、蒸発器（54）とを備える。冷媒回路（50）では、圧縮機（51）の吐出口から吸入口へ向かって順に、凝縮器（52）と、膨張弁（53）と、蒸発器（54）とが配置される。冷媒回路（50）において凝縮器（52）と膨張弁（53）との間には、熱負荷の変動によって余剰になった冷媒を貯留する受液器（57）が設けられる。 As shown in Figure 2, the refrigerant circuit (50) comprises a compressor (51), a condenser (52), an expansion valve (53), and an evaporator (54). In the refrigerant circuit (50), the condenser (52), expansion valve (53), and evaporator (54) are arranged in order from the discharge port to the inlet port of the compressor (51). Between the condenser (52) and the expansion valve (53) in the refrigerant circuit (50), a receiver (57) is provided to store excess refrigerant resulting from fluctuations in the heat load.
圧縮機（51）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。図示は省略するが、圧縮機（51）は、圧縮機構と、圧縮機構を駆動する電動機とを備える。凝縮器（52）は、クロスフィン型の空気熱交換器であり、冷媒を室外空気と熱交換させる。膨張弁（53）は、開度可変の電動膨張弁である。蒸発器（54）は、クロスフィン型の空気熱交換器であり、冷媒を空気流路（26）の空気と熱交換させる。 The compressor (51) compresses and discharges the inhaled refrigerant. Although not shown in the diagram, the compressor (51) comprises a compression mechanism and an electric motor that drives the compression mechanism. The condenser (52) is a cross-fin type air heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the outside air. The expansion valve (53) is an electrically operated expansion valve with a variable opening. The evaporator (54) is a cross-fin type air heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the air in the air passage (26).
また、冷媒回路（50）は、ガス供給管（55）を備える。ガス供給管（55）は、ガス供給通路を構成する。ガス供給管（55）は、圧縮機（51）から吐出される冷媒を凝縮器（52）をバイパスして蒸発器（54）へ送る。ガス供給管（55）の一端は、圧縮機（51）の吐出口と凝縮器（52）の間の配管に接続される。ガス供給管（55）の他端は、膨張弁（53）と蒸発器（54）の間の配管に接続される。ガス供給管（55）には、調節弁（56）が設けられる。調節弁（56）は、開度可変の電動弁である。 Furthermore, the refrigerant circuit (50) includes a gas supply pipe (55). The gas supply pipe (55) constitutes a gas supply passage. The gas supply pipe (55) sends the refrigerant discharged from the compressor (51) to the evaporator (54), bypassing the condenser (52). One end of the gas supply pipe (55) is connected to the piping between the discharge port of the compressor (51) and the condenser (52). The other end of the gas supply pipe (55) is connected to the piping between the expansion valve (53) and the evaporator (54). A control valve (56) is provided in the gas supply pipe (55). The control valve (56) is an electrically operated valve with a variable opening.
〈冷凍サイクル〉
冷媒回路（50）が行う冷凍サイクルについて説明する。
<Refrigeration cycle>
The refrigeration cycle performed by the refrigerant circuit (50) will be described below.
圧縮機（51）が作動すると、冷媒回路（50）において冷媒が循環する。圧縮機（51）が吐出した冷媒は、凝縮器（52）へ流入し、凝縮器（52）を通過する室外空気へ放熱して凝縮する。凝縮器（52）から流出した冷媒は、膨張弁（53）を通過する過程で減圧され、その後に蒸発器（54）に流入する。 When the compressor (51) operates, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (50). The refrigerant discharged by the compressor (51) flows into the condenser (52), where it condenses by releasing heat into the outdoor air passing through the condenser (52). The refrigerant flowing out of the condenser (52) is depressurized as it passes through the expansion valve (53), and then flows into the evaporator (54).
調節弁（56）が開いている状態では、圧縮機（51）から吐出されたガス冷媒（ホットガス）の一部がガス供給管（55）へ流入する。ガス供給管（55）を流れるガス冷媒は、膨張弁（53）を通過した冷媒と共に、蒸発器（54）へ流入する。蒸発器（54）へ流入した冷媒は、蒸発器（54）を通過する空気から吸熱して蒸発する。蒸発器（54）から流出した冷媒は、圧縮機（51）へ吸入されて圧縮される。圧縮機（51）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。 When the control valve (56) is open, a portion of the gaseous refrigerant (hot gas) discharged from the compressor (51) flows into the gas supply pipe (55). The gaseous refrigerant flowing through the gas supply pipe (55), along with the refrigerant that has passed through the expansion valve (53), flows into the evaporator (54). The refrigerant flowing into the evaporator (54) absorbs heat from the air passing through it and evaporates. The refrigerant flowing out of the evaporator (54) is drawn into the compressor (51) and compressed. The compressor (51) compresses the drawn-in refrigerant and discharges it.
－熱源ユニット－
熱源側ユニット（40）には、冷媒回路（50）の圧縮機（51）と凝縮器（52）とが設けられる。また、熱源側ユニット（40）は、熱源側ファン（41）とインバータ（42）とを備える。熱源側ファン（41）は、室外空気を凝縮器（52）へ供給する。図示は省略するが、インバータ（42）には、商用電源等の外部電源が接続される。インバータ（42）は、供給された交流の周波数を設定周波数に変換し、設定周波数の交流を圧縮機（51）の電動機へ供給する。インバータ（42）の出力周波数を変更すると、圧縮機（51）の回転速度が変化する。
- Heat source unit -
The heat source unit (40) is equipped with a compressor (51) and a condenser (52) of the refrigerant circuit (50). The heat source unit (40) also includes a heat source fan (41) and an inverter (42). The heat source fan (41) supplies outdoor air to the condenser (52). Although not shown in the diagram, an external power source such as commercial power is connected to the inverter (42). The inverter (42) converts the frequency of the supplied AC to a set frequency and supplies the AC of the set frequency to the motor of the compressor (51). Changing the output frequency of the inverter (42) changes the rotational speed of the compressor (51).
熱源側ユニット（40）は、吸入圧力センサ（46）を備える。吸入圧力センサ（46）は、冷媒回路（50）に接続される。吸入圧力センサ（46）は、圧縮機（51）の吸入口に接続する配管に取り付けられ、圧縮機（51）へ吸入される冷媒の圧力を計測（検知）する。 The heat source unit (40) is equipped with an intake pressure sensor (46). The intake pressure sensor (46) is connected to the refrigerant circuit (50). The intake pressure sensor (46) is attached to the piping connected to the intake port of the compressor (51) and measures (detects) the pressure of the refrigerant being drawn into the compressor (51).
〈圧縮機制御器〉
熱源側ユニット（40）は、圧縮機制御器（47）を備える。圧縮機制御器（47）には、吸入圧力センサ（46）の計測値（検知結果）が入力される。圧縮機制御器（47）は、吸入圧力センサ（46）の計測値に基づいて、圧縮機（51）の回転速度を制御するように構成される。
<Compressor controller>
The heat source unit (40) includes a compressor controller (47). The compressor controller (47) receives the measured value (detection result) from the intake pressure sensor (46). The compressor controller (47) is configured to control the rotational speed of the compressor (51) based on the measured value from the intake pressure sensor (46).
具体的に、圧縮機制御器（47）は、吸入圧力センサ（46）の計測値が設定吸入圧力となるように、圧縮機（51）の回転速度を調節する。吸入圧力センサ（46）の計測値が設定吸入圧力よりも低い場合、圧縮機制御器（47）は、インバータ（42）の出力周波数を下げることによって、圧縮機（51）の回転速度を下げる。吸入圧力センサ（46）の計測値が設定吸入圧力よりも高い場合、圧縮機制御器（47）は、インバータ（42）の出力周波数を上げることによって、圧縮機（51）の回転速度を上げる。 Specifically, the compressor controller (47) adjusts the rotational speed of the compressor (51) so that the value measured by the intake pressure sensor (46) matches the set intake pressure. If the value measured by the intake pressure sensor (46) is lower than the set intake pressure, the compressor controller (47) reduces the rotational speed of the compressor (51) by lowering the output frequency of the inverter (42). If the value measured by the intake pressure sensor (46) is higher than the set intake pressure, the compressor controller (47) increases the rotational speed of the compressor (51) by increasing the output frequency of the inverter (42).
－センサ－
空気調和装置（10）は、出口側圧力センサ（62）と、出口側温度センサ（63）と、周波数センサ（64）とを備える。
- Sensor
The air conditioning unit (10) includes an outlet pressure sensor (62), an outlet temperature sensor (63), and a frequency sensor (64).
出口側圧力センサ（62）及び出口側温度センサ（63）は、蒸発器（54）の出口に接続する配管に取り付けられる。出口側圧力センサ（62）は、蒸発器（54）から流出した冷媒の圧力を検知し、蒸発器（54）から圧縮機（51）へ向かって流れる冷媒の圧力を検知する。出口側圧力センサ（62）は、第３検知部の一例である。出口側温度センサ（63）は、蒸発器（54）から流出した冷媒の温度を検知し、蒸発器（54）から圧縮機（51）へ向かって流れる冷媒の温度を検知する。出口側圧力センサ（62）は、第２検知部の一例である。 The outlet pressure sensor (62) and outlet temperature sensor (63) are attached to the piping connected to the outlet of the evaporator (54). The outlet pressure sensor (62) detects the pressure of the refrigerant flowing out of the evaporator (54) and the pressure of the refrigerant flowing from the evaporator (54) towards the compressor (51). The outlet pressure sensor (62) is an example of a third detection unit. The outlet temperature sensor (63) detects the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator (54) and the temperature of the refrigerant flowing from the evaporator (54) towards the compressor (51). The outlet pressure sensor (62) is an example of a second detection unit.
周波数センサ（64）は、インバータ（42）を圧縮機（51）の電動機に接続する給電用の電気配線に設けられる。周波数センサ（64）は、インバータ（42）の出力周波数を計測する。周波数センサ（64）の計測値は、インバータ（42）が圧縮機（51）に供給する交流の周波数であり、言い換えれば、圧縮機（51）の駆動周波数である。 The frequency sensor (64) is installed in the electrical wiring that supplies power to the inverter (42) and the motor of the compressor (51). The frequency sensor (64) measures the output frequency of the inverter (42). The value measured by the frequency sensor (64) is the frequency of the AC power supplied by the inverter (42) to the compressor (51), or in other words, the driving frequency of the compressor (51).
－制御器－
空気調和装置（10）は、膨張弁制御器（75）と、調節弁制御器（76）とを備える。圧縮機制御器（47）、膨張弁制御器（75）、及び調節弁制御器（76）は、膨張弁（53）及び調節弁（56）を制御する制御器（70）を構成する。
-Controller-
The air conditioning system (10) includes an expansion valve controller (75) and a control valve controller (76). The compressor controller (47), the expansion valve controller (75), and the control valve controller (76) constitute a controller (70) that controls the expansion valve (53) and the control valve (56).
〈膨張弁制御器〉
膨張弁制御器（75）には、出口側圧力センサ（62）の計測値と、出口側温度センサ（63）の計測値とが入力される。膨張弁制御器（75）は、出口側圧力センサ（62）及び出口側温度センサ（63）の計測値に基づいて、膨張弁（53）の開度に関する第１指令値を算出するように構成される。
<Expansion valve controller>
The expansion valve controller (75) receives the measured value from the outlet pressure sensor (62) and the measured value from the outlet temperature sensor (63). The expansion valve controller (75) is configured to calculate a first command value for the opening degree of the expansion valve (53) based on the measured values from the outlet pressure sensor (62) and the outlet temperature sensor (63).
先ず、膨張弁制御器（75）は、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度を算出する。膨張弁制御器（75）は、“出口側温度センサ（63）の計測値Ｔ”から“出口側圧力センサ（62）の計測値に対応する冷媒の飽和温度Ｔｓ”を減じて得られた値を、膨張弁（53）の出口における冷媒の過熱度ＳＨ（＝Ｔ－Ｔｓ）とする。 First, the expansion valve controller (75) calculates the degree of superheating of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54). The expansion valve controller (75) subtracts the refrigerant saturation temperature Ts, corresponding to the measurement value of the outlet pressure sensor (62), from the measurement value T of the outlet temperature sensor (63). This value is then defined as the degree of superheating of the refrigerant SH (= T - Ts) at the outlet of the expansion valve (53).
次に、膨張弁制御器（75）は、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度が設定過熱度になるような膨張弁（53）の開度を算出する。この膨張弁制御器（75）が算出した開度が、第１開度である。膨張弁制御器（75）は、算出した第１開度を、膨張弁（53）の開度に関する第１指令値に決定する。調節弁制御器（76）は、決定した第１指令値を、膨張弁（53）へ送信する。その結果、膨張弁（53）の開度が、第１指令値に対応した第１開度になる。 Next, the expansion valve controller (75) calculates the opening degree of the expansion valve (53) such that the superheating degree of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) reaches the set superheating degree. This opening degree calculated by the expansion valve controller (75) is the first opening degree. The expansion valve controller (75) determines the calculated first opening degree as the first command value for the opening degree of the expansion valve (53). The control valve controller (76) transmits the determined first command value to the expansion valve (53). As a result, the opening degree of the expansion valve (53) becomes the first opening degree corresponding to the first command value.
ここで、蒸発器（54）の出口における冷媒が湿り状態になると、液冷媒が圧縮機（51）へ吸入され、その結果、圧縮機（51）が損傷するおそれがある。従って、圧縮機（51）の損傷を未然に防ぐため、蒸発器（54）の出口における冷媒をガス単相状態に保つ必要がある。 If the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) becomes wet, the liquid refrigerant may be drawn into the compressor (51), potentially damaging it. Therefore, to prevent damage to the compressor (51), it is necessary to maintain the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) in a single-phase gaseous state.
一方、膨張弁（53）の開度を変更すると、蒸発器（54）へ流入する冷媒の量が変化し、その結果、蒸発器（54）の出口における冷媒の状態が変化する。そこで、膨張弁制御器（75）は、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度が設定過熱度（例えば、５Ｋ以上、１０Ｋ以下の範囲内の値）になるような膨張弁（53）の開度を算出することで、蒸発器（54）の出口における冷媒を完全にガス化するようにしている。 On the other hand, changing the opening of the expansion valve (53) changes the amount of refrigerant flowing into the evaporator (54), and as a result, the state of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) changes. Therefore, the expansion valve controller (75) calculates the opening of the expansion valve (53) such that the superheating degree of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) becomes a set superheating degree (for example, a value within the range of 5K to 10K), thereby ensuring that the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) is completely gasified.
膨張弁（53）の開度が縮小すると、蒸発器（54）へ流入する冷媒の量が減少し、その結果、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度が上昇する。そこで、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度が設定過熱度よりも低い場合、膨張弁制御器（75）は、膨張弁（53）の現在の開度よりも小さな開度を、第１指令値に決定する。 When the opening of the expansion valve (53) decreases, the amount of refrigerant flowing into the evaporator (54) decreases, and as a result, the superheating degree of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) increases. Therefore, if the superheating degree of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) is lower than the set superheating degree, the expansion valve controller (75) determines a smaller opening degree than the current opening degree of the expansion valve (53) as the first command value.
一方、膨張弁（53）の開度が拡大すると、蒸発器（54）へ流入する冷媒の量が増加し、その結果、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度が低下する。そこで、蒸発器（54）の出口における冷媒の過熱度が設定過熱度よりも高い場合、膨張弁制御器（75）は、膨張弁（53）の現在の開度よりも大きな開度を、第１指令値に決定する。 On the other hand, when the opening of the expansion valve (53) increases, the amount of refrigerant flowing into the evaporator (54) increases, and as a result, the superheating degree of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) decreases. Therefore, if the superheating degree of the refrigerant at the outlet of the evaporator (54) is higher than the set superheating degree, the expansion valve controller (75) determines a first command value that is larger than the current opening of the expansion valve (53).
〈調節弁制御器〉
調節弁制御器（76）には、周波数センサ（64）の計測値が入力される。調節弁制御器（76）は、周波数センサ（64）の計測値に基づいて、調節弁（56）の開度に関する第２指令値を算出するように構成される。周波数センサ（64）の計測値は、言い換えれば、圧縮機（51）の回転速度である。
<Control valve controller>
The control valve controller (76) receives the measurement value from the frequency sensor (64). The control valve controller (76) is configured to calculate a second command value related to the opening degree of the control valve (56) based on the measurement value from the frequency sensor (64). In other words, the measurement value from the frequency sensor (64) is the rotational speed of the compressor (51).
具体的に、調節弁制御器（76）は、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数になるような調節弁（56）の開度を算出する。この調節弁制御器（76）が算出した開度が、第２開度である。調節弁制御器（76）は、算出した第２開度を、調節弁（56）の開度に関する第２指令値に決定する。調節弁制御器（76）は、決定した第２指令値を、調節弁（56）へ送信する。その結果、調節弁（56）の開度が、第２指令値に対応した第２開度になる。 Specifically, the control valve controller (76) calculates the opening degree of the control valve (56) such that the measurement value of the frequency sensor (64) becomes the set frequency. This opening degree calculated by the control valve controller (76) is the second opening degree. The control valve controller (76) determines this calculated second opening degree as the second command value for the opening degree of the control valve (56). The control valve controller (76) transmits the determined second command value to the control valve (56). As a result, the opening degree of the control valve (56) becomes the second opening degree corresponding to the second command value.
ここで、圧縮機（51）の回転速度が低い状態では、冷媒回路（50）を流れる冷媒の流速が低い状態になり、圧縮機（51）から冷媒と共に吐出された冷凍機油が、蒸発器（54）や配管などに滞留しやすくなる。そのため、圧縮機（51）が比較的低い回転速度（例えば、最高回転速度の２０％以下の状態）で長時間にわたって作動している状態では、圧縮機（51）の外部に滞留する冷凍機油の量が多くなり、圧縮機（51）の内部に残存する冷凍機油の量が少なくなる。その結果、圧縮機（51）の摺動部分へ供給される冷凍機油の量が不足し、圧縮機（51）が損傷するおそれがある。 Here, when the compressor (51) is rotating at a low speed, the flow velocity of the refrigerant in the refrigerant circuit (50) is low, and the refrigerant oil discharged from the compressor (51) along with the refrigerant tends to accumulate in the evaporator (54) and piping. Therefore, when the compressor (51) operates at a relatively low rotational speed (for example, 20% or less of the maximum rotational speed) for an extended period, the amount of refrigerant oil accumulating outside the compressor (51) increases, while the amount of refrigerant oil remaining inside the compressor (51) decreases. As a result, the amount of refrigerant oil supplied to the sliding parts of the compressor (51) becomes insufficient, potentially damaging the compressor (51).
一方、圧縮機（51）の回転速度が比較的高い回転速度（例えば、最高回転速度の８０％以上）に保たれていれば、冷媒と共に圧縮機（51）へ戻る冷凍機油の量が確保される。そのため、圧縮機（51）に貯留された冷凍機油の量が充分に確保され、圧縮機（51）の損傷が未然に防止される。 On the other hand, if the rotational speed of the compressor (51) is maintained at a relatively high rotational speed (for example, 80% or more of the maximum rotational speed), a sufficient amount of refrigerant oil will be returned to the compressor (51) along with the refrigerant. Therefore, a sufficient amount of refrigerant oil will be stored in the compressor (51), preventing damage to the compressor (51).
そこで、調節弁制御器（76）は、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数になるような調節弁（56）の開度を算出する。設定周波数は、例えば、仕様上の最大出力周波数の６０％程度の周波数である。周波数センサ（64）の計測値は、インバータ（42）の出力周波数の実測値である。そのため、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数になると、圧縮機（51）の回転速度が所定の目標回転速度になり、その結果、冷媒と共に圧縮機（51）へ戻る冷凍機油の量が確保される。 Therefore, the control valve controller (76) calculates the opening degree of the control valve (56) such that the measurement value of the frequency sensor (64) becomes the set frequency. The set frequency is, for example, approximately 60% of the maximum output frequency specified in the specifications. The measurement value of the frequency sensor (64) is the actual measured output frequency of the inverter (42). Therefore, when the measurement value of the frequency sensor (64) becomes the set frequency, the rotational speed of the compressor (51) becomes the predetermined target rotational speed, and as a result, the amount of refrigerant oil returning to the compressor (51) along with the refrigerant is ensured.
ここで、蒸発器（54）の冷却負荷（具体的には、蒸発器（54）において冷媒が空気から奪う熱量）が小さくなると、蒸発器（54）において蒸発する冷媒の量が減るので、吸入圧力センサ（46）の計測値が低下する。そのため、何も対処しない場合は、圧縮機制御器（47）が、吸入圧力センサ（46）の計測値を設定吸入圧力に保つために、圧縮機（51）の回転速度を低下させる。このような場合には、ガス供給管（55）を流れるガス冷媒の流量を増やすことによって、圧縮機（51）の回転速度の低下を抑制できる。 Here, when the cooling load of the evaporator (54) (specifically, the amount of heat absorbed by the refrigerant from the air in the evaporator (54)) decreases, the amount of refrigerant evaporating in the evaporator (54) decreases, causing the measurement value of the suction pressure sensor (46) to drop. Therefore, if no action is taken, the compressor controller (47) will reduce the rotational speed of the compressor (51) to maintain the measurement value of the suction pressure sensor (46) at the set suction pressure. In such cases, increasing the flow rate of the gaseous refrigerant flowing through the gas supply pipe (55) can suppress the decrease in the rotational speed of the compressor (51).
その理由を説明する。蒸発器（54）には、膨張弁（53）を通過した冷媒と、ガス供給管（55）を流れるガス冷媒とが混合した後に流入する。膨張弁（53）を通過した冷媒に含まれる液冷媒の一部は、ガス供給管（55）から流入したガス冷媒によって加熱されて蒸発する。そのため、調節弁（56）の開度が拡大し、ガス供給管（55）を流れるガス冷媒の流量が増加すると、圧縮機（51）が蒸発器（54）から吸い込むガス冷媒の量が増加する。その結果、吸入圧力センサ（46）の計測値の低下が抑制され、圧縮機（51）の回転速度の低下も抑制される。 Let me explain the reason. The evaporator (54) receives a mixture of refrigerant that has passed through the expansion valve (53) and gaseous refrigerant flowing through the gas supply pipe (55). A portion of the liquid refrigerant contained in the refrigerant that has passed through the expansion valve (53) is heated and evaporated by the gaseous refrigerant flowing in from the gas supply pipe (55). Therefore, as the opening of the control valve (56) increases and the flow rate of gaseous refrigerant flowing through the gas supply pipe (55) increases, the amount of gaseous refrigerant drawn into the compressor (51) from the evaporator (54) increases. As a result, the decrease in the measurement value of the suction pressure sensor (46) is suppressed, and the decrease in the rotational speed of the compressor (51) is also suppressed.
そこで、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数よりも低い場合、調節弁制御器（76）は、調節弁（56）の現在の開度よりも大きな開度を、第２指令値に決定する。言い換えれば、圧縮機（51）の回転速度が所定の目標回転速度よりも低い場合、調節弁制御器（76）は調節弁（56）の開度を現在の開度よりも大きくする。所定の目標回転速度は、例えば、仕様上の最高回転速度の６０％程度の速度である。 Therefore, if the frequency sensor (64) reading is lower than the set frequency, the control valve controller (76) determines a second command value that is greater than the current opening of the control valve (56). In other words, if the rotational speed of the compressor (51) is lower than a predetermined target rotational speed, the control valve controller (76) increases the opening of the control valve (56) beyond its current opening. The predetermined target rotational speed is, for example, about 60% of the maximum rotational speed specified in the specifications.
一方、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数よりも高い場合には、調節弁（56）の開度を縮小しても、圧縮機（51）の回転速度を所定の目標回転速度以上に保つことができる可能性がある。そこで、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数よりも高い場合、調節弁制御器（76）は、調節弁（56）の現在の開度よりも小さな開度を、第２指令値に決定する。言い換えれば、圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度よりも高い場合、調節弁制御器（76）は調節弁（56）の開度を現在の開度よりも小さくする。 On the other hand, if the measurement value of the frequency sensor (64) is higher than the set frequency, it may be possible to maintain the rotational speed of the compressor (51) above the predetermined target rotational speed even by reducing the opening of the control valve (56). Therefore, if the measurement value of the frequency sensor (64) is higher than the set frequency, the control valve controller (76) determines a second command value that is smaller than the current opening of the control valve (56). In other words, if the rotational speed of the compressor (51) is higher than the predetermined target rotational speed, the control valve controller (76) reduces the opening of the control valve (56) to a smaller value than the current opening.
調節弁制御器（76）は、周波数センサ（64）の計測値が設定周波数になるような値を、第２指令値に決定する。言い換えれば、調節弁制御器（76）は、圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度になるように調節弁（56）の開度を制御する。その結果、冷媒と共に圧縮機（51）へ戻る冷凍機油の量を確保しつつ、省エネ性を高めることができる。 The control valve controller (76) determines a second command value such that the measurement value of the frequency sensor (64) becomes the set frequency. In other words, the control valve controller (76) controls the opening of the control valve (56) so that the rotational speed of the compressor (51) becomes the predetermined target rotational speed. As a result, energy efficiency can be improved while ensuring that the amount of refrigerant oil returned to the compressor (51) along with the refrigerant is secured.
ところで、調節弁（56）の開度が短時間で大きく変化すると、蒸発器（54）へ流入する冷媒の圧力が変化し、それに対応して膨張弁制御器（75）が膨張弁（53）の開度を変更する可能性がある。そこで、調節弁制御器（76）は、調節弁（56）の開度の変化が、入口側圧力センサ（61）の計測値が実質的に一定に保持される程度の緩やかな変化となるように、第２指令値を決定する。 Incidentally, if the opening degree of the control valve (56) changes significantly in a short period of time, the pressure of the refrigerant flowing into the evaporator (54) will change, and the expansion valve controller (75) may change the opening degree of the expansion valve (53) in response. Therefore, the control valve controller (76) determines a second command value such that the change in the opening degree of the control valve (56) is gradual enough to maintain a substantially constant reading from the inlet pressure sensor (61).
以上のように、調節弁制御器（76）は、圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度になるように調節弁（56）の開度を制御する。これによると、前記所定の目標回転速度について、圧縮機（51）に焼き付きが生じるといった問題や、蒸発器（54）の熱交換量の低下に起因して圧縮機（51）が停止するといった問題が発生しないような最低限の回転速度としておけば、圧縮機（51）を最大出力で運転しなくても安定的に稼働させることができるので、省エネ性を高めることができる。 As described above, the control valve controller (76) controls the opening of the control valve (56) so that the rotational speed of the compressor (51) reaches the predetermined target rotational speed. By setting the predetermined target rotational speed to the minimum speed that prevents problems such as compressor (51) seizure or compressor (51) stopping due to a decrease in the heat exchange rate of the evaporator (54), the compressor (51) can be operated stably without being operated at maximum output, thereby improving energy efficiency.
《その他の実施形態》
上記実施形態の空気調和装置（10）については、次のような変形例を適用してもよい。なお、以下の変形例は、空気調和装置（10）の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
Other embodiments
The following modifications may be applied to the air conditioning system (10) of the above embodiment. These modifications may be combined or substituted as appropriate, as long as they do not impair the function of the air conditioning system (10).
本実施形態の空気調和装置（10）が空気調和を行う対象は、試験室（100）に限定されない。本実施形態の空気調和装置（10）は、例えば、ホール等の大きな空間の空気調和を行う用途に用いられてもよい。 The air conditioning system (10) of this embodiment is not limited to providing air conditioning to a test chamber (100). For example, the air conditioning system (10) of this embodiment may be used to provide air conditioning to a large space such as a hall.
また、本実施形態の空気調和装置（10）において、膨張弁制御器（75）、及び調節弁制御器（76）のそれぞれがマイクロコンピュータを含んでいてもよい。また、制御器（70）が１つのマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。また、制御器（70）を構成するマイクロコンピュータは、圧縮機制御器（47）、及びヒータ制御器（37）のうちの少なくとも１つの制御器が行う制御動作も行うように構成されていてもよい。 Furthermore, in the air conditioning system (10) of this embodiment, the expansion valve controller (75) and the control valve controller (76) may each include a microcomputer. Alternatively, the controller (70) may be composed of a single microcomputer. Furthermore, the microcomputer constituting the controller (70) may be configured to also perform control operations performed by at least one of the controllers, the compressor controller (47) and the heater controller (37).
また、本実施形態の空気調和装置（10）において、周波数センサ（64）の測定値が圧縮機（51）の回転速度を示すように構成しているが、本発明はこれに限定されない。圧縮機（51）の電動機を駆動するためのインバータ（42）への指令値が、圧縮機（51）の回転速度を示すように構成してもよい。すなわち、検知部がインバータ（42）への指令値を取得するように構成してもよい。 Furthermore, while the air conditioning system (10) of this embodiment is configured such that the measurement value of the frequency sensor (64) indicates the rotational speed of the compressor (51), the present invention is not limited to this. The command value to the inverter (42) for driving the motor of the compressor (51) may be configured to indicate the rotational speed of the compressor (51). That is, the detection unit may be configured to acquire the command value to the inverter (42).
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。また、明細書および特許請求の範囲の「第１」、「第２」、「第３」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。 While embodiments and modifications have been described above, it should be understood that various changes in form and details are possible without departing from the spirit and scope of the claims. Furthermore, elements of the embodiments, modifications, and other embodiments described above may be combined or substituted as appropriate. Also, the designations "First," "Second," "Third," etc., in the specification and claims are used to distinguish the phrases to which these designations are given, and do not limit the number or order of such phrases.
以上説明したように、本開示は、空気調和装置について有用である。 As explained above, this disclosure is useful for air conditioning systems.
10 空気調和装置
50 冷媒回路
51 圧縮機
52 凝縮器
53 膨張弁
54 蒸発器
55 ガス供給管
56 調節弁
64 周波数センサ（検知部）
70 制御器
10. Air conditioning system
50 Refrigerant Circuit
51 Compressor
52 Condenser
53 Expansion valve
54 Evaporator
55 Gas supply pipe
56 Control valve
64 Frequency Sensor (Detection Unit)
70 Controllers
Claims (2)
前記圧縮機（51）の回転速度を検知する検知部（64）と、
前記圧縮機（51）から吐出される冷媒を前記凝縮器（52）をバイパスして前記蒸発器（54）へ送るためのガス供給管（55）と、
前記ガス供給管（55）に設けられる調節弁（56）と、
前記検知部（64）により検知される前記圧縮機（51）の回転速度に基づいて、前記調節弁（56）の開度を制御する制御器（70）と
を備え、
前記制御器（70）は、
前記圧縮機（51）の回転速度が所定の目標回転速度よりも低い場合は前記調節弁（56）の開度を大きくし、
前記圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度よりも高い場合は前記調節弁（56）の開度を小さくして、
前記検知部（64）により検知される前記圧縮機（51）の回転速度が前記所定の目標回転速度になるように前記調節弁（56）の開度を制御する、空気調和装置。 An air conditioning system comprising a refrigerant circuit (50) having a compressor (51), a condenser (52), and an evaporator (54), wherein a refrigerant is circulated in the refrigerant circuit (50) to perform a refrigeration cycle, and the air is cooled in the evaporator (54),
A detection unit (64) for detecting the rotational speed of the compressor (51),
A gas supply pipe (55) for sending the refrigerant discharged from the compressor (51) to the evaporator (54) by bypassing the condenser (52),
A control valve (56) is provided in the gas supply pipe (55),
The system includes a controller (70) that controls the opening degree of the control valve (56) based on the rotational speed of the compressor (51) detected by the detection unit (64) ,
The controller (70) is
If the rotational speed of the compressor (51) is lower than a predetermined target rotational speed, the opening of the control valve (56) is increased.
If the rotational speed of the compressor (51) is higher than the predetermined target rotational speed, the opening of the control valve (56) is reduced.
An air conditioning system that controls the opening degree of the control valve (56) so that the rotational speed of the compressor (51) detected by the detection unit (64) becomes the predetermined target rotational speed .
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