JPWO2014136187A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る空気調和装置100は、圧縮機1と室外側熱交換器4とサブクール熱交換器9と絞り装置と室内側熱交換器51とアキュムレータ11とが、順次配管接続され、絞り装置は、室外側熱交換器4に連通する配管が接続された開口と、室内側熱交換器51に連通する配管が接続された開口と、サブクール熱交換器9を介してアキュムレータ11の上流側に連通する配管8が接続された開口と、を有する流量調整機能付三方弁7を含み、室外側熱交換器4に連通する配管を流れる冷媒と、アキュムレータ11の上流側に連通する配管8を流れる冷媒とは、サブクール熱交換器9で熱交換され、室外側熱交換器4に連通する配管の、流量調整機能付三方弁7とサブクール熱交換器9との間、及び、アキュムレータ11の上流側に連通する配管8の、流量調整機能付三方弁7とサブクール熱交換器9との間、にそれぞれ弁6、10が設けられたものである。

Description

本発明は、空気調和装置に関するものである。
従来の空気調和装置として、例えば、圧縮機と四方切換弁と室外側熱交換器と絞り装置と室内側熱交換器とが順次接続され、その四方切換弁が切り換えられることで、暖房運転と冷房運転とが行われるものがある。また、従来の空気調和装置として、例えば、ビル用マルチエアコン等のように、室外側熱交換器が配設された室外機に、室内側熱交換器が配設された室内機が複数接続されるものがある。
そして、そのような空気調和装置として、圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられ、室外側熱交換器と絞り装置との間の配管から分岐したバイパス配管が、そのアキュムレータの上流側に接続され、室外側熱交換器とその分岐点との間のサブクール熱交換器で、室外側熱交換器とその分岐点との間を流れる冷媒と、バイパス配管を流れる減圧された冷媒と、が熱交換するものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−164219号公報(段落[0012]−段落[0054]、図1、図2)
このような空気調和装置では、暖房運転と冷房運転とが切り換わる際に、冷媒循環量の制御がなされておらず、例えば、アキュムレータの液面が高い状態で暖房運転が行われると、アキュムレータに多くの液冷媒が流入し、オーバーフローが生じる可能性がある。暖房運転時に行われる霜取り運転についても同様である。そして、そのような状況が繰り返されると、例えば、液冷媒が圧縮機に吸入されて、圧縮機が破損する等、空気調和装置の信頼性が損なわれてしまう。
アキュムレータの容量が十分に大きければ、オーバーフローは生じないが、アキュムレータの容量が大きいと、装置が大型化され、高コスト化されてしまう。特に、室外機に複数の室内機が接続される場合には、全ての室外機でオーバーフローが生じないように、全ての室外機のアキュムレータの容量が十分に大きい必要があり、装置が更に大型化され、更に高コスト化されてしまう。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アキュムレータの液冷媒量を調整することができる空気調和装置を得ることを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と室外側熱交換器とサブクール熱交換器と絞り装置と室内側熱交換器とアキュムレータとが、順次配管接続され、前記絞り装置は、前記室外側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記室内側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記サブクール熱交換器を介して前記アキュムレータの上流側に連通する配管が接続された開口と、を有する流量調整機能付三方弁を含み、前記室外側熱交換器に連通する配管を流れる冷媒と、前記アキュムレータの上流側に連通する配管を流れる冷媒とは、前記サブクール熱交換器で熱交換され、前記室外側熱交換器に連通する配管の、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間、及び、前記アキュムレータの上流側に連通する配管の、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間、にそれぞれ弁が設けられたものである。
本発明に係る空気調和装置は、絞り装置が、室外側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、室内側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、サブクール熱交換器を介してアキュムレータの上流側に連通する配管が接続された開口と、を有する流量調整機能付三方弁を含み、室外側熱交換器に連通する配管の、流量調整機能付三方弁とサブクール熱交換器との間、及び、アキュムレータの上流側に連通する配管の、流量調整機能付三方弁とサブクール熱交換器との間、にそれぞれ弁が設けられることで、アキュムレータの液冷媒量を調整することが可能であるため、オーバーフローを生じることが抑制されて、信頼性が向上される。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁の開閉状態を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁とバイパス流量制御電磁弁との開閉状態の関係を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、冷房運転終了時の制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、アキュムレータ内の液面高さとACCランクとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、容量制御電磁弁を閉じた時の冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、霜取り運転終了時における制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、暖房運転開始時における制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、四方切換弁が切り換えられた状態を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、比較例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、作用を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、作用を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の、構成を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の、冷房運転終了時及び霜取り運転終了時の制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の、構成を示す図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の、冷房運転終了時及び霜取り運転終了時の制御フローを示す図である。
以下、本発明に係る空気調和装置について、図面を用いて説明する。本発明に係る空気調和装置は、冷媒回路の冷媒を循環させて冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を形成し、暖房運転と、冷房運転及び霜取り運転の少なくとも一方と、を行なうものである。なお、以下では、1つの室外機に1つの室内機が接続される場合を説明するが、1つの室外機に複数の室内機が接続されてもよい。また、以下で説明する温度、圧力等の高低は、絶対的な値との関係で定まるものではなく、装置の状態、動作等に応じて相対的に定まるものである。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、本発明に係る空気調和装置は、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似する部材又は部分には、同一の符号を付している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
実施の形態1.
実施の形態1に係る空気調和装置について説明する。
<空気調和装置の構成>
以下に、実施の形態1に係る空気調和装置の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、構成を示す図である。図1に示すように、空気調和装置100は、室外機200と、室内機300と、を有する。
室外機200は、圧縮機1と、逆止弁2と、四方切換弁3(四方切換弁3−1、3−2)と、室外側熱交換器4と、送風ファン5と、貯留調整手段となる室外側熱交換器容量制御電磁弁6(以降、容量制御電磁弁6とする)と、流量調整機能付三方弁7と、バイパス配管8と、サブクール熱交換器9と、バイパス流量制御電磁弁10と、アキュムレータ11と、開閉弁12、13と、制御装置21と、を有する。室内機300は、室内側熱交換器51と、室内側流量調整弁52と、を有する。
室外機200と室内機300とは、開閉弁12、13を介して、配管101、102で接続される。圧縮機1、逆止弁2、四方切換弁3、室外側熱交換器4、容量制御電磁弁6、流量調整機能付三方弁7、開閉弁12、室内側流量調整弁52、室内側熱交換器51、開閉弁13及びアキュムレータ11は、主となる冷媒回路に設けられた機器である。
圧縮機1は、インバータ駆動回路を有し、駆動周波数を任意に変化させることによって、その容量(単位時間あたりの冷媒を送り出す量)を細かく変化させることができる。なお、圧縮機1が、インバータ駆動回路を有さず、駆動周波数を固定していてもよい。
逆止弁2は、圧縮機1の吐出側に設けられる。逆止弁2は、冷媒の逆流を防ぐ。主となる冷媒回路は、逆止弁2の下流側で2系統に分岐する。2系統のそれぞれに、四方切換弁3−1、3−2が設けられる。四方切換弁3−1、3−2は、制御装置21からの指令に応じて冷媒の流れを切り換える。ここで、四方切換弁3−2は、貯留調整手段にもなる。
室外側熱交換器4は、冷媒と空気(室外の空気)との熱交換を行う。室外側熱交換器4は、暖房運転時に蒸発器として機能し、流量調整機能付三方弁7側から流入する低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させて気化させる。また、室外側熱交換器4は、冷房運転時に凝縮器として機能する。ここで、室外側熱交換器4は、冷房運転及び霜取り運転の終了時に、冷媒(液冷媒)を貯留する。また、室外側熱交換器4は、2系統の流入出経路を有している。室外側熱交換器4が2系統の流入出経路を有することで、暖房運転への移行時に貯留された冷媒がアキュムレータ11に送られるタイミング等が制御される。なお、複数台の室外側熱交換器4が並列に接続されて、2系統の流入出経路が形成されてもよい。
送風ファン5は、室外側熱交換器4における冷媒と空気との熱交換を効率化させるために設けられる。送風ファン5は、圧縮機1と同様に、インバータ駆動回路を有し、ファンモータの駆動周波数を任意に変化させることによって、ファンの回転速度を細かく変化させることができる。なお、送風ファン5が、インバータ駆動回路を有さず、駆動周波数を固定していてもよい。
容量制御電磁弁6は、開閉弁である。容量制御電磁弁6は、室外側熱交換器4における、上述の冷媒を貯留するタイミングと、上述の貯留された冷媒をアキュムレータ11に送るタイミングと、を制御する。容量制御電磁弁6は、室外側熱交換器4の1系統の流入出経路における冷媒の流れを、四方切換弁3−2と協働して制御する。
流量調整機能付三方弁7は、上述の2系統の合流部と開閉弁12との間に設けられる。図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁の構成を示す図である。図2に示されるように、流量調整機能付三方弁7は、主となる冷媒回路の冷媒が流入出する開口71、72と、バイパス配管8に連通する開口73と、を有する。なお、図2では、冷房運転又は霜取り運転時の冷媒の流れを矢印で示している。
主となる冷媒回路の冷媒が流入出する開口71、72間には、主弁体74が設けられる。主弁体74は、それと同軸の第1弁座75から遠ざかる方向に、第1ばね76で付勢される。主弁体74の同軸上には、補助弁体77が設けられる。補助弁体77は、それと同軸の第2弁座78に近づく方向に、第2ばね79で付勢される。主弁体74の端部には押圧部材80が設けられ、補助弁体77は、押圧部材80によって第2弁座78から遠ざかる方向に押圧される。主弁体74は、電動アクチュエータ81によって軸方向に駆動される。
図3は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁の開閉状態を示す図である。なお、図3では、冷房運転又は霜取り運転時の冷媒の流れを矢印で示している。電動アクチュエータ81のストローク比率(電動アクチュエータ81の有効なストロークを100%とし、電動アクチュエータ81の停止位置をそれに対する比率に換算したもの)が0%である時は、主弁体74は全開状態であり、補助弁体77は全閉状態である。電動アクチュエータ81のストローク比率が上昇すると、主弁体74が全開状態のまま、補助弁体77の開度が調整状態となる。電動アクチュエータ81のストローク比率が更に上昇すると、主弁体74と補助弁体77とは全開状態となる。電動アクチュエータ81のストローク比率が更に上昇すると、補助弁体77が全開状態のまま、主弁体74の開度が調整状態となる。電動アクチュエータ81のストローク比率が更に上昇すると、補助弁体77が全開状態のまま、主弁体74が全閉状態となる。
流量調整機能付三方弁7は、このように構成されることで、主弁体74の開度と補助弁体77の開度とを独立して調整することができる。つまり、流量調整機能付三方弁7は、主弁体74の開度の調整時に、主となる冷媒回路を流れる冷媒のみの流量を調整する。また、流量調整機能付三方弁7は、補助弁体77の開度の調整時に、バイパス配管8を流れる冷媒のみの流量を調整する。図4は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁の構成を示す図である。なお、図4に示されるように、補助弁体77側に、押圧部材80と電動アクチュエータ81が設けられてもよい。
サブクール熱交換器9において、主となる冷媒回路を流れる冷媒と、バイパス配管8を流れる冷媒とが、熱交換する。バイパス配管8の、流量調整機能付三方弁7とサブクール熱交換器9との間には、バイパス流量制御電磁弁10が設けられる。バイパス流量制御電磁弁10は、開閉弁である。バイパス流量制御電磁弁10は、流量調整弁であってもよい。特に、冷房運転時に冷媒を過冷却する必要がある場合に、バイパス流量制御電磁弁10が開状態となり、主となる冷媒回路を流れる冷媒がサブクール熱交換器9で過冷却されて室内機300に供給される。バイパス配管8の冷媒は、アキュムレータ11の上流側に戻る。アキュムレータ11は、例えば、液体の余剰冷媒を溜めておく機器である。
図5は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、流量調整機能付三方弁とバイパス流量制御電磁弁との開閉状態の関係を示す図である。流量調整機能付三方弁7は、例えば、暖房運転時に、主となる冷媒回路を流れる冷媒の量を調整する。その際、電動アクチュエータ81のストローク比率は、主弁体74の開度が調整状態又は全閉状態となるように設定される。しかし、電動アクチュエータ81のストローク比率がそのように設定されると、補助弁体77が全開状態となり、バイパス配管8に冷媒が流入してしまう。そこで、図5に示されるように、バイパス流量制御電磁弁10は、特に、暖房運転時に、主弁体74の開度が調整状態又は全閉状態になると、閉状態になるように制御される。
室内側熱交換器51は、冷媒と空気(室内の空気)との熱交換を行う。室内側熱交換器51は、暖房運転時において凝縮器として機能し、配管102から流入する冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化(または、気液二相化)させて配管101側に流出させる。また、室内側熱交換器51は、冷房運転時において蒸発器として機能する。室内側流量調整弁52は、開度を変化させて、室内側熱交換器51内における冷媒の圧力等を調整する。
制御装置21は、例えば、マイクロコンピュータ等を有する。制御装置21には、第1圧力センサ22と、第2圧力センサ23と、第1温度センサ24と、第2温度センサ25と、第3温度センサ26と、第4温度センサ27と、第5温度センサ28と、が接続される。制御装置21は、各センサから冷媒回路内の冷媒の圧力、温度等のデータを取得して、各アクチュエータ(例えば、圧縮機1、四方切換弁3−1、3−2、送風ファン5、電動アクチュエータ81等)の駆動を制御する。
図1に示されるように、第1圧力センサ22は、圧縮機1と四方切換弁3との間に設けられ、圧縮機1から吐出された冷媒の圧力(高圧側圧力)を検知する。第2圧力センサ23は、アキュムレータ11の上流側に設けられ、圧縮機1に吸入される冷媒の圧力(低圧側圧力)を検知する。第1温度センサ24は、圧縮機1と四方切換弁3との間に設けられ、圧縮機1から吐出された冷媒の温度を検知する。第2温度センサ25は、アキュムレータ11と圧縮機1との間に設けられ、圧縮機1に吸入される冷媒の温度を検知する。第3温度センサ26は、室外側熱交換器4とサブクール熱交換器9との間に設けられ、室外側熱交換器4とサブクール熱交換器9との間を流れる冷媒の温度を検知する。第4温度センサ27は、室外側熱交換器4とアキュムレータ11の間に設けられ、室外側熱交換器4とアキュムレータ11との間を流れる冷媒の温度を検知する。第5温度センサ28は、室外機200の周囲の温度を検知する。
<空気調和装置の動作>
以下に、実施の形態1に係る空気調和装置の動作について説明する。
(暖房運転時の動作)
空気調和装置100の暖房運転時の動作について説明する。なお、図1において、点線の矢印が、暖房運転時の冷媒の流れを示している。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方切換弁3−1を通過して配管102に流入する。配管102を通って室内機300に供給された冷媒は、室内側熱交換器51で凝縮、液化された後、室内側流量調整弁52で減圧され、中間圧の液飽和状態に近い二相冷媒となる。この中間圧の冷媒は、配管101を通った後、室外機200に流入する。室外機200に流入した中間圧の冷媒は、流量調整機能付三方弁7で冷媒流量が適度に調節されているため、低圧の二相状態となる。低圧の二相状態となった冷媒は、室外側熱交換器4で蒸発してガス化した後、アキュムレータ11を通って、圧縮機1に再度吸入される。
(冷房運転時の動作と霜取り運転時の動作)
空気調和装置100の冷房運転時の動作と霜取り運転時の動作について説明する。なお、図1において、実線の矢印が、冷房運転時及び霜取り運転時の冷媒の流れを示している。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方切換弁3−1、3−2を通過して室外側熱交換器4に流入する。送風ファン5は、冷房運転時には駆動され、霜取り運転時には駆動されない。冷媒は、室外側熱交換器4において、凝縮、液化され、配管101を通過し、室内機300に流入する。冷媒は、室内側流量調整弁52と室内側熱交換器51と配管102を通って室外機200へ流入する。冷媒は、四方切換弁3−1を通過して、アキュムレータ11へ流入し、圧縮機1へ再度吸入される。
冷房運転及び霜取り運転において、流量調整機能付三方弁7が、バイパス配管8に連通する開口73を全開状態又は調整状態とすることで、バイパス配管8に冷媒が供給される。バイパス配管8を流れる冷媒は、流量調整機能付三方弁7を経由する際に減圧され、サブクール熱交換器9で主となる冷媒回路を流れる冷媒を過冷却する。なお、冷房運転及び霜取り運転において、流量調整機能付三方弁7が、バイパス配管8に連通する開口73を全閉状態とし、主となる冷媒回路を流れる冷媒がサブクール熱交換器9で過冷却されなくてもよい。
(冷房運転終了時の動作)
空気調和装置100の冷房運転終了時の動作について説明する。制御装置21は、冷房運転の終了時に、暖房運転を行う際のアキュムレータ11内の冷媒量を少なくしておくための処理を行う。つまり、冷媒回路内のアキュムレータ11以外の部分に冷媒を貯留して、アキュムレータ11の冷媒量を少なくしておき、暖房運転において、アキュムレータ11の冷媒量を制御しながらアキュムレータ11に冷媒を流入させるようにすることで、暖房運転が迅速に安定化される。
図6は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、冷房運転終了時の制御フローを示す図である。図6に示されるように、S101において、制御装置21は、冷房運転中に冷房運転の停止指令があったか否かを判定する。なお、冷房運転の停止指令は、暖房運転の開始指令でもよい。冷房運転の停止指令がある場合は、S102に進み、冷房運転終了準備モードに移行する。そうでなければ、S101に進む。なお、冷房運転の停止指令と同時に暖房運転の開始指令がある時のみ、S102に進んでもよい。
S102において、制御装置21は、まず、空気調和装置100の冷媒量の分布(冷媒分布量)を演算する。例えば、冷房運転中に冷媒が分布する主な箇所は、アキュムレータ11内、室外側熱交換器4内、及び配管101内に大別される。そのため、制御装置21は、アキュムレータ11内の冷媒(液冷媒)量と、室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量と、配管101内の冷媒(液冷媒)量と、を演算する。
制御装置21は、アキュムレータ11内の冷媒(液冷媒)量を算出するために、圧縮機1の吸入過熱度TsSH又は圧縮機1の吐出過熱度TdSHを演算する。ここで、吸入過熱度TsSH=(第2温度センサ25の検知温度)−(第2圧力センサ23の検知圧力から換算される飽和温度)である。また、吐出過熱度TdSH=(第1温度センサ24の検知温度)−(第1圧力センサ22の検知圧力から換算される飽和温度)である。そして、圧縮機1の吸入過熱度TsSH又は吐出過熱度TdSHに基づいて、アキュムレータ11内の冷媒(液冷媒)量Vaを推定する。
また、制御装置21は、室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量を算出するために、第3温度センサ26の検知温度TH3から、室外側熱交換器4内の液冷媒の密度ρ(TH3)を演算する。そして、予め設定された室外側熱交換器4の内容積Vhexを用いて、室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量Vhを、Vh=ρ(TH3)×Vhexとして推定する。
また、制御装置21は、配管101内の冷媒(液冷媒)量について、第3温度センサ26の検知温度TH3から、配管101内の液冷媒の密度ρ(TH3)を演算する。そして、予め設定された配管101の内容積Vlpを用いて、配管101内の冷媒(液冷媒)量Vpを、Vp=ρ(TH3)×Vlpとして推定する。
そして、制御装置21は、演算した各箇所の冷媒分布量に基づいて、アキュムレータ11内の許容量Vmaxに対する容積余裕度VVを演算する。ここで、容積余裕度VVは、アキュムレータ11の許容量Vmaxと、各箇所の冷媒分布量(アキュムレータ11内の冷媒(液冷媒)量Vaと、室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量Vhと、配管101内の冷媒(液冷媒)量Vp)と、を用いて、容積余裕度VV=Vmax−Va−Vh−Vpで演算される。制御装置21は、容積余裕度VVを演算した後、S103に進む。
図7は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、アキュムレータ内の液面高さとACCランクとの関係を示す図である。制御装置21は、演算された容積余裕度VVを、アキュムレータ11内に存在する液冷媒の液面高さに応じた複数段階のランク、例えば、ACCランクa、ACCランクb、ACCランクc、ACCランクd等、のうちのどのランクに該当するかを判定する。ここで、図7に示されるように、アキュムレータ11の液面高さが高く、最も容積余裕度VVが低い状態がACCランクaであり、ACCランクb、ACCランクc、ACCランクdになるに従い、容積余裕度VVが高い状態である。そして、制御装置21は、判定されたランクに応じた処理、制御を行う。
そのため、制御装置21は、容積余裕度VVを、閾値であるACCレベルc、ACCレベルb、ACCレベルaと比較する。まず、制御装置21は、S103において、容積余裕度VVとACCレベルcとを比較する。制御装置21は、容積余裕度VVがACCレベルcと比較して大きい場合は、S113に進み、冷房運転終了状態へ移行する。そうでなければ、S104に進む。
制御装置21は、S104において、容積余裕度VVとACCレベルbとを比較する。制御装置21は、容積余裕度VVがACCレベルbと比較して大きい場合は、S105に進む。そうでなければ、S109に進む。
図8は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、容量制御電磁弁を閉じた時の冷媒の流れを示す図である。制御装置21は、S105において、予め設定された第1基準時間T1の間、容量制御電磁弁6を閉じる。図8に示されるように、第1基準時間T1の間、容量制御電磁弁6が閉じられることで、アキュムレータ11内の冷媒が室外側熱交換器4内に移行し、室外側熱交換器4内の一部に液冷媒が貯留される。ここで、第1基準時間T1は、室外側熱交換器4の内容積に応じて設定されてもよい。また、室外側熱交換器4の内容積と室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量Vhとの関係に応じて、第1基準時間T1が変更されてもよい。また、外気温度、圧縮機1の駆動周波数、第5温度センサ28の検知温度等から室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量が推定され、その推定結果に応じて、第1基準時間T1が変更されてもよい。
そして、制御装置21は、第1基準時間T1の経過後に、S106に進み、再度、容積余裕度VVとACCレベルcとを比較する。制御装置21は、容積余裕度VVがACCレベルcと比較して大きい場合は、S113に進み、冷房運転終了状態へ移行する。そうでなければ、S107に進む。
制御装置21は、S107において、予め設定された第2基準時間T2の間、容量制御電磁弁6を閉じる。これは、室外側熱交換器4内に貯留される液冷媒を、最大にするためである。
そして、制御装置21は、第2基準時間T2の経過後に、S108に進み、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度を制御して、容積余裕度VVがACCレベルcを上回るようになるまで、配管101に冷媒を貯留させる。制御装置21は、容積余裕度VVがACCレベルcを上回る状態での配管101内の冷媒(液冷媒)量Vpを演算する。制御装置21は、容積余裕度VVと、アキュムレータ11内の冷媒(液冷媒)量Vaと、室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量Vhと、アキュムレータ11の許容量Vmaxと、から、VV=Vmax−Va−Vh−Vp>ACCレベルcを満たす配管101内の冷媒(液冷媒)量Vpを演算する。そして、制御装置21は、配管101内の冷媒(液冷媒)量Vp=ρ(TH3)×Vlpに基づいて、演算された配管101内の冷媒(液冷媒)量Vpが貯留されるように、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度をPL1(TH3)に制御して、S113に進み、冷房運転終了状態へ移行する。
制御装置21は、S109において、容積余裕度VVとACCレベルaとの比較を行う。容積余裕度VVがACCレベルaと比較して大きい場合は、S110に進み、S105と同様に、第1基準時間T1の間、容量制御電磁弁6を閉じる。そうでなければ、S111に進む。
制御装置21は、第1基準時間T1の経過後に、S108に進み、配管101に冷媒を貯留させるために、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度をPL1(TH3)に制御して、S113に進み、冷房運転終了状態へ移行する。
制御装置21は、S111において、室外側熱交換器4内に冷媒を貯留しても容積余裕度VVがACCレベルcと比較して大きくなる見込みがないと判断し、配管101内に冷媒を貯留させる。つまり、制御装置21は、配管101内の冷媒(液冷媒)量Vpを演算し、必要な配管101内の冷媒(液冷媒)量Vpが保持されるように、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度をPL1(TH3)に制御して、S112に進む。
制御装置21は、S112において、容積余裕度VVがACCレベルaに対して大きくなるまで、配管101内に冷媒を貯留させて、S113に進み、冷房運転終了状態へ移行する。
(霜取り運転終了時の動作)
空気調和装置100の霜取り運転終了時の動作について説明する。制御装置21は、霜取り運転の終了時に、冷房運転終了時と同様に、暖房運転を行う際のアキュムレータ11内の冷媒量を少なくしておくための処理を行う。図9は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、霜取り運転終了時における制御フローを示す図である。図9におけるS201〜213は、図6におけるS101〜113と同様であるため、説明を省略する。
(暖房運転開始時の動作)
空気調和装置100の暖房運転開始時の動作について説明する。図10は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、暖房運転開始時における制御フローを示す図である。図10に示されるように、制御装置21は、暖房運転に移行する際、S301において、予め設定された周波数F0で圧縮機1を駆動させ、S302に進む。
制御装置21は、S302において、容積余裕度VVとACCレベルcとを比較する。容積余裕度VVがACCレベルcと比較して大きい場合は、S303に進み、そうでなければ、S305に進む。制御装置21は、S303において、容量制御電磁弁6を開き、S304に進む。ここで、容量制御電磁弁6が既に開いているのであれば、開いた状態のままとする。
制御装置21は、S304において、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度を、予め設定された暖房運転開始時の基準開度PL0(以降、暖房開始時基準開度PL0とする)に制御し、S308に進む。暖房開始時基準開度PL0は、PL0>PL1(TH3)である。また、暖房起動時基準開度PL0は検知温度によらず、予め設定された固定値である。
制御装置21は、S305において、容量制御電磁弁6を閉じ、S306に進む。S305によって、室外側熱交換器4に貯留(凝縮)された液冷媒が、冷媒回路を循環してアキュムレータ11へ流入することが防止される。制御装置21は、S306において、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度を、PL1(TH3)に制御して、S307に進む。ここで、容量制御電磁弁6が既に閉じているのであれば、閉じた状態のままとする。また、流量調整機能付三方弁7の主弁体74の開度がPL1(TH3)である場合は、PL1(TH3)のままとする。
制御装置21は、S307において、図7に示されるアキュムレータ11内に存在する液冷媒のACCランクを判定する。制御装置21は、ACCランクに応じた周波数F(ACCランク)で圧縮機1を駆動させ、S308に進む。ここで、ACCランクa、ACCランクb、ACCランクc、ACCランクdに対応する周波数F(ACCランク)を、Fa、Fb、Fc、Fdとすると、各周波数は、F0>Fd>Fc>Fb>Faの関係にある。例えば、アキュムレータ11の液面が高い状態で、圧縮機1が周波数F0で駆動されると、アキュムレータ11への冷媒の流入速度が速く、アキュムレータ11の液面が安定しないことがある。液面が安定しない場合には、圧縮機1の吸入側への液バック量が大幅に増加してしまう。よって、アキュムレータ11の液面が高いほど(判定されたACCランクがACCランクaに近いほど)、アキュムレータ11への冷媒の流入速度が遅くなるように、周波数F(ACCランク)は設定される。
制御装置21は、S308において、冷房運転又は霜取り運転から暖房運転に移行するために、四方切換弁3−1及び四方切換弁3−2を切り換えて、冷媒回路の切り換えを行い、S309に進む。図11は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、四方切換弁が切り換えられた状態を示す図である。ここで、制御装置21は、図11に示されるように、S305によって容量制御電磁弁6が閉じられている場合は、室外側熱交換器4の容量制御電磁弁6が設けられた側の冷媒流入口に連通する四方切換弁3−2を切り換えない。このようにすることで、圧縮機1が吐出した高圧ガス冷媒は、四方切換弁3−1と四方切換弁3−2とに分配され、四方切換弁3−1に流入した高圧ガス冷媒は、ガス側冷媒配管102を介して室内機300側へ流れていき、暖房運転の循環経路を形成する。一方、四方切換弁3−2に流入した高圧ガス冷媒は、容量制御電磁弁6が閉じているため、室外側熱交換器4の一部に貯留される。この際、室外側熱交換器4の冷媒流入口側の圧力の方が、室外側熱交換器4内の圧力と比較して高いため、室外側熱交換器4に貯留された冷媒は、逆流しない。
制御装置21は、S309において、送風ファン5を駆動させて、S310に進む。制御装置21は、S310において、暖房運転を開始して、S311に進む。制御装置21は、S311において、容積余裕度VVとACCレベルcとを比較し、容積余裕度VVがACCレベルcと比較して大きくなると、S312に進む。
制御装置21は、S312において、容量制御電磁弁6を開き、四方切換弁3−2を切り換えて、S313に進み、暖房運転を継続する。ここで、容量制御電磁弁6が既に開いている場合は、開いた状態のままとする。また、そのような場合には、四方切換弁3−2は既に切り換えられているため、切り換えない。そして、この際、室外側熱交換器4に貯留された液冷媒が四方切換弁3−2を介してアキュムレータ11へ流入するが、容積余裕度VV>室外側熱交換器4内の冷媒(液冷媒)量Vhとなるように、アキュムレータ11の容積余裕度VV(アキュムレータ11の許容量Vmax)が設計されているため、冷媒がアキュムレータ11の許容量Vmaxを超えてオーバーフローすることはない。
<空気調和装置の作用>
空気調和装置100の作用について説明する。空気調和装置100では、冷房運転及び霜取り運転から暖房運転へ移行する際に、冷媒がアキュムレータ11の許容量Vmaxを超えてオーバーフローすることがないため、空気調和装置100(特に、圧縮機1)の信頼性が確保される。
図12は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、比較例を示す図である。また、図12に示される比較例の構成でも、空気調和装置100と同様の動作を行わせることが可能であるが、空気調和装置100では、図1に示されるような構成を採用しているため、以下に説明するような作用を有する。
比較例では、圧縮機1の吐出側で分岐された2系統が室外側熱交換器4とサブクール熱交換器14との間で合流し、2系統の一方に容量制御電磁弁15が設けられる。比較例では、主となる冷媒回路に設けられた流量調整弁16とサブクール熱交換器14との間にバイパス配管8への分岐部が設けられ、バイパス配管8に流量調整弁17が設けられる。
一方、空気調和装置100では、比較例の2つの流量調整弁(流量調整弁16、流量調整弁17)を、1つの流量調整弁(流量調整機能付三方弁7)で置き換えるため、装置の低コスト化が実現される。また、例えば、流量調整機能付三方弁7の、主弁体74と開口72との間の流路に、分配部が形成される等、流量調整機能付三方弁7が、流量調整弁としての機能に加えて、分配器としての機能を併せ持ってもよく、そのような場合には、比較例における、室外側熱交換器4とサブクール熱交換器14との間の2系統の合流部に設けられる分配器によって実現される機能が、部品点数を増加させることなく実現され、装置の低コスト化が実現される。また、室外側熱交換器4とサブクール熱交換器14との間に設けられた容量制御電磁弁15が、流量調整機能付三方弁7とサブクール熱交換器9との間に設けられた容量制御電磁弁6に置き換えられることで、冷房運転時及び霜取り運転時にサブクール熱交換器9で過冷却された冷媒を閉止すればよくなるため、CV値の小さい電磁弁を採用することが可能となり、装置の低コスト化が実現される。
また、空気調和装置100では、比較例と異なり、容量制御電磁弁6と流量調整機能付三方弁7とバイパス流量制御電磁弁10とが、一箇所に集約されているため、保守作業等の作業性が優れる。図13は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、作用を示す図である。また、図13に示されるように、容量制御電磁弁6と流量調整機能付三方弁7とバイパス流量制御電磁弁10とがユニット化されてもよく、そのような場合には、組立作業等の効率化が図られる。図14は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の、作用を示す図である。また、図14に示されるように、容量制御電磁弁6と流量調整機能付三方弁7とバイパス流量制御電磁弁10とサブクール熱交換器9とがユニット化されてもよい。また、容量制御電磁弁6と流量調整機能付三方弁7とバイパス流量制御電磁弁10とが、カートリッジ式である場合には、更に保守作業等の作業性が向上される。また、図13及び図14のように、構造物(ブロック)を用いてユニット化された際に、構造物内の流路に、比較例における、室外側熱交換器4とサブクール熱交換器14との間の2系統の合流部に設けられる分配器と、同様に機能する分配部が形成されてもよく、そのような場合には、部品点数が削減されて、装置の低コスト化が実現される。なお、図13及び図14において、容量制御電磁弁15の図示を省略している。
実施の形態2.
実施の形態2に係る空気調和装置について説明する。なお、実施の形態1に係る空気調和装置と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<空気調和装置の構成>
実施の形態2に係る空気調和装置の構成について説明する。図15は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の、構成を示す図である。空気調和装置100は、容量制御電磁弁6に代えて、貯留調整手段となる室外側熱交換器容量制御流量調整弁18(以降、容量制御流量調整弁18とする)を有する。容量制御流量調整弁18は、例えば、流量をリニア制御(線形制御)することが可能である。容量制御流量調整弁18は、制御装置21からの指令に応じて開度を調整する。
<空気調和装置の動作>
実施の形態2に係る空気調和装置の動作について説明する。図16は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の、冷房運転終了時及び霜取り運転終了時の制御フローを示す図である。制御装置21は、図6に示されるS103〜S112及び図9に示されるS203〜S212に代えて、図16に示される制御を行う。制御装置21は、演算された容積余裕度VVが、n段階のランクのうちのどのランクに該当するかを判定し、判定されたランクに応じた処理、制御を行う。
そのため、制御装置21は、S401−1〜S401−(n−1)において、容積余裕度VVと閾値であるACCレベルL−1、ACCレベルL−2、…、ACCレベルL−(n−1)とを順次比較する。ACCレベルL−1、ACCレベルL−2、…、ACCレベルL−(n−1)は、ACCレベルL−1>ACCレベルL−2>…>ACCレベルL−(n−1)の関係にある。
制御装置21は、S402−1〜S402−(n−1)において、容量制御流量調整弁18の開度をPL−1、PL−2、…、PL−(n−1)に設定する。PL−1、PL−2、…、PL(n−1)は、PL−1<PL−2<…<PL−(n−1)の関係にある。
また、制御装置21は、暖房運転移行時に、図16に示される制御と同様に、演算された容積余裕度VVが、n段階のランクのうちのどのランクに該当するかを判定し、判定されたランクに応じて容量制御流量調整弁18の開度を制御する。なお、制御装置21は、図6、図9、図10に示される制御フローのように、流量調整機能付三方弁7を協働させてもよい。
<空気調和装置の作用>
実施の形態2に係る空気調和装置の作用について説明する。空気調和装置100では、容量制御流量調整弁18が設けられることで、冷房運転時及び霜取り運転時において、室外側熱交換器4に貯留する液冷媒量が細かく調整される。そのため、室外側熱交換器4に貯留される液冷媒量が最少量に抑制される。また、暖房運転に移行して室外側熱交換器4に貯留された液冷媒がアキュムレータ11へ流入する際に、圧力及び温度の変動によって冷媒回路の過渡的に不安定となることが抑制され、更に安定した空気調和装置が実現される。
実施の形態3.
実施の形態3に係る空気調和装置について説明する。なお、実施の形態1及び実施の形態2に係る空気調和装置と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<空気調和装置の構成>
実施の形態3に係る空気調和装置の構成について説明する。図17は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の、構成を示す図である。図17に示されるように、空気調和装置100は、室外側熱交換器4への流入出経路をn系統有する。圧縮機1の吐出側でn系統に分岐し、各系統に四方切換弁3−1、3−2、…、3−nが設けられる。n系統のうちの(n−1)系統には、貯留調整手段となる容量制御電磁弁6−1、6−2、…、6−(n−1)がそれぞれ設けられる。
<空気調和装置の動作>
実施の形態3に係る空気調和装置の動作について説明する。図18は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の、冷房運転終了時及び霜取り運転終了時の制御フローを示す図である。制御装置21は、図6に示されるS103〜S112及び図9に示されるS203〜S212に代えて、図18に示される制御を行う。制御装置21は、演算された容積余裕度VVが、n段階のランクのうちのどのランクに該当するかを判定し、判定されたランクに応じた処理、制御を行う。
そのため、制御装置21は、S501−1〜S501−(n−1)において、容積余裕度VVと閾値であるACCレベルL−1、ACCレベルL−2、…、ACCレベルL−(n−1)とを順次比較する。ACCレベルL−1、ACCレベルL−2、…、ACCレベルL−(n−1)は、ACCレベルL−1>ACCレベルL−2>…>ACCレベルL−(n−1)の関係にある。
制御装置21は、S502−1〜S502−(n−1)において、1個の容量制御電磁弁6、2個の容量制御電磁弁6、…、(n−1)個の容量制御電磁弁6を開状態にする。ここで、例えば、各系統の容量が同一であり、各容量制御電磁弁6が閉状態となった時の室外側熱交換器4に貯留される液冷媒量が同一である場合には、室外側熱交換器4に貯留される液冷媒量の線形的な制御が実現される。
また、制御装置21は、暖房運転移行時に、図18に示される制御と同様に、演算された容積余裕度VVが、n段階のランクのうちのどのランクに該当するかを判定し、判定されたランクに応じて開状態とする容量制御電磁弁6の個数を制御する。なお、制御装置21は、図6、図9、図10に示される制御フローのように、流量調整機能付三方弁7を協働させてもよい。また、容量制御電磁弁6の一部又は全てが、容量制御流量調整弁18であり、制御装置21が、図16に示される制御フローを併せて行ってもよい。
<空気調和装置の作用>
実施の形態3に係る空気調和装置の作用について説明する。空気調和装置100では、容量制御電磁弁6が複数設けられることで、冷房運転時及び霜取り運転時において、室外側熱交換器4に貯留する液冷媒量が細かく調整される。そのため、室外側熱交換器4に貯留される液冷媒量が最少量に抑制される。また、暖房運転に移行して室外側熱交換器4に貯留された液冷媒がアキュムレータ11へ流入する際に、圧力及び温度の変動によって冷媒回路の過渡的に不安定となることが抑制され、更に安定した空気調和装置が実現される。
以上、実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されない。例えば、各実施の形態又は各変形例を組み合わせることも可能である。
100 空気調和装置、101、102 配管、200 室外機、300 室内機、1 圧縮機、2 逆止弁、3 四方切換弁、4 室外側熱交換器、5 送風ファン、6、15 容量制御電磁弁、7 流量調整機能付三方弁、8 バイパス配管、9、14 サブクール熱交換器、10 バイパス流量制御電磁弁、11 アキュムレータ、12、13 開閉弁、16、17 流量調整弁、18 容量制御流量調整弁、21 制御装置、22 第1圧力センサ、23 第2圧力センサ、24 第1温度センサ、25 第2温度センサ、26 第3温度センサ、27 第4温度センサ、28 第5温度センサ、51 室内側熱交換器、52 室内側流量調整弁、71、72、73 開口、74 主弁体、75 第1弁座、76 第1ばね、77 補助弁体、78 第2弁座、79 第2ばね、80 押圧部材、81 電動アクチュエータ。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と室外側熱交換器とサブクール熱交換器と絞り装置と室内側熱交換器とアキュムレータとが、順次配管接続され、前記絞り装置は、前記室外側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記室内側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記サブクール熱交換器を介して前記アキュムレータの上流側に連通する配管が接続された開口と、を有する流量調整機能付三方弁を含み、前記サブクール熱交換器は、前記室外側熱交換器と前記流量調整機能付三方弁との間に配置されて、前記室外側熱交換器に連通する配管を流れる冷媒と、前記アキュムレータの上流側に連通する配管を流れる冷媒との間で熱交換を行うように構成されており、前記室外側熱交換器に連通する配管の、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間、及び、前記アキュムレータの上流側に連通する配管の、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間、にそれぞれ弁が設けられたものである。

Claims (8)

  1. 圧縮機と室外側熱交換器とサブクール熱交換器と絞り装置と室内側熱交換器とアキュムレータとが、順次配管接続され、
    前記絞り装置は、前記室外側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記室内側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記サブクール熱交換器を介して前記アキュムレータの上流側に連通する配管が接続された開口と、を有する流量調整機能付三方弁を含み、
    前記室外側熱交換器に連通する配管を流れる冷媒と、前記アキュムレータの上流側に連通する配管を流れる冷媒とは、前記サブクール熱交換器で熱交換され、
    前記室外側熱交換器に連通する配管の、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間、及び、前記アキュムレータの上流側に連通する配管の、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間、にそれぞれ弁が設けられた、
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記室外側熱交換器に連通する配管は、前記流量調整機能付三方弁と前記サブクール熱交換器との間で複数の配管に分岐して前記室外側熱交換器に連通し、
    前記室外側熱交換器に連通する配管に設けられた前記弁は、前記分岐した複数の配管のうちの一部の配管に設けられた、
    ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記流量調整機能付三方弁は、前記室外側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、前記室内側熱交換器に連通する配管が接続された開口と、の間の流路に設けられた主弁体と、該流路と、前記アキュムレータの上流側に連通する配管が接続された開口と、の間の流路に設けられた補助弁体と、を有し、
    前記主弁体は、前記補助弁体が全開の状態で、その開度が調整され、
    前記補助弁体は、前記主弁体が全開の状態で、その開度が調整され、
    前記アキュムレータの上流側に連通する配管に設けられた前記弁は、前記主弁体の開度が調整される際に閉状態にされ、前記補助弁体の開度が調整される際に開状態にされる、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和装置。
  4. 前記室外側熱交換器に連通する配管に設けられた前記弁は、開閉弁である、
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  5. 前記室外側熱交換器に連通する配管に設けられた前記弁は、流量調整弁である、
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  6. 前記流量調整機能付三方弁と前記弁とは、ユニット化されている、
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  7. 前記流量調整機能付三方弁と前記弁と前記サブクール熱交換器とは、ユニット化されている、
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  8. 前記流量調整機能付三方弁と前記弁とは、カートリッジ式である、
    ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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