WO2008015930A1

WO2008015930A1 - Conditionneur d'air

Info

Publication number: WO2008015930A1
Application number: PCT/JP2007/064471
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Okamoto; Shinichi Kasahara
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2008-02-07
Also published as: TR201905266T4; US20100281895A1; AU2007279774A1; EP2053319A1; ES2721546T3; CN101495816A; JP5055884B2; AU2007279774B2; CN101495816B; EP2053319A4; JP2008039234A; EP2053319B1; KR20090034939A; US8104299B2

Description

明細書

空気調和装置

技術分野

[0001] 本発明は、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒を用いた空気調和装置に関す背景技術

[0002] 地球環境保護や効率向上の観点から、空気調和装置の冷媒として高圧側が超臨界圧力で運転される超臨界冷媒の適用検討が行われている（例えば、特許文献 1参照）。特許文献 1に記載のものは、 C02冷媒を使用し、放熱器の冷媒出口温度の値に応じて高圧圧力を成績係数 COPが最大付近となる範囲に制御し、成績係数 COP の高レヽ運転を行うようにしてレ、る。

特許文献 1 :特開 2002— 130770号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかしながら、超臨界の冷媒を利用した空気調和装置においては、暖房時に放熱器の冷媒出口温度が目標値に達しているにもかかわらず、室温が設定温度に達しないことがあり、特許文献 1には、その問題に対する解決方法が開示されていない。本発明の課題は、超臨界の冷媒を利用して必要な暖房能力を常に引き出すことができる空気調和装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0004] 第 1発明に係る空気調和装置は、放熱器と制御装置とを備えている。放熱器は、暖房運転時に超臨界の冷媒から空気に対して放熱を行わせる。制御装置は、放熱器を含む冷凍サイクルの高圧側圧力と、放熱器の冷媒出口温度とを、予め設定されたそれぞれの目標値へ到達させることによって、空調対象である室内の室温を制御する。そして、制御装置は、高圧側圧力および冷媒出口温度が目標値に達しているにもかかわらず、室温から暖房運転能力の過不足を認知した場合には、高圧側圧力の目標値を増減させる。この空気調和装置では、高圧側圧力が臨界圧力以上であり、高圧側圧力の増減に対して放熱器の冷媒出口温度は等温線上を移動し一定である。それゆえ、高圧側圧力が高い場合は能力過剰であり、高圧側圧力が低い場合は能力不足となる。そこで制御装置は、冷媒出口温度と室温とを監視しながら高圧側圧力を増減して暖房能力を調整する。このため、能力不足が解消され快適性が向上する。さらに、過剰能力も解消されるので省エネとなる。

[0005] 第 2発明に係る空気調和装置は、第 1発明に係る空気調和装置であって、室温が設定温度に到達せずに所定時間が経過したとき、制御装置が高圧側圧力の目標値を増加させる。

この空気調和装置では、暖房時、能力不足のまま長期間継続されることが回避される。このため、暖房の快適性が向上する。

[0006] 第 3発明に係る空気調和装置は、第 1発明に係る空気調和装置であって、室温の時間微分から算出した設定温度への推定到達時間が所定の閾値を超過したとき、制御装置が高圧側圧力の目標値を増加させる。

この空気調和装置では、制御装置が、室温の推移を予測して能力を調整する。このため、能力不足が未然に回避され、暖房の快適性が向上する。

[0007] 第 4発明に係る空気調和装置は、第 1発明に係る空気調和装置であって、冷媒出口温度と室温との差が、予め設定されている規定値より小さくなつたとき、制御装置が高圧側圧力の目標値を低下させる。

この空気調和装置では、過剰能力が解消され、省エネとなる。

[0008] 第 5発明に係る空気調和装置は、第 1発明に係る空気調和装置であって、出口温度検知器と室温検知器とをさらに備えて!/、る。出口温度検知器は放熱器の冷媒出口温度を検知し、室温検知器は室温を検知する。そして、制御装置は、出口温度検知器の出力値と、室温検知器の出力値との差から、高圧側圧力の目標値の増減幅を決定する。

この空気調和装置では、制御装置が、冷媒出口温度と室温とを監視しながら高圧側圧力を増減して暖房能力を調整する。このため、能力不足が解消され快適性が向上する。さらに、過剰能力も解消されるので省エネとなる。 [0009] 第 6発明に係る空気調和装置は、第 1発明に係る空気調和装置であって、放熱器を搭載した複数の室内機を備えている。そして制御装置は、室内機ごとに、放熱器の冷媒出口温度と室温との差を監視し、高圧側圧力の目標値を増減させる。

この空気調和装置では、制御装置が、各室内機の必要能力に応じて高圧側圧力を増減する。このため、室内機全てにおいて必要な能力が引き出され、暖房の快適性が向上する。

[0010] 第 7発明に係る空気調和装置は、第 6発明に係る空気調和装置であって、放熱器の冷媒出口温度と室温との差に対する規定値が設定され、制御装置は、その差が規定値より小さくなつたとき高圧側圧力の目標値を低下させる。

この空気調和装置では、室内機の過剰能力が解消されるので省エネとなる。

[0011] 第 8発明に係る空気調和装置は、第 1発明に係る空気調和装置であって、冷凍サィクルが、圧縮機、放熱器、膨張機構、および蒸発器が順次接続されて成る冷媒回路を有する。

高圧側圧力は、冷媒回路内に存在する冷媒が、圧縮機の冷媒吐出口から放熱器を経て膨張機構の冷媒入口に至るまでの区間で受ける圧力である。

この空気調和装置では、制御装置が、圧縮機の冷媒吐出口から膨張機構の冷媒入口までの区間にある冷媒の圧力を増減することによって、能力の過不足を解消すること力 Sでさる。

発明の効果

[0012] 第 1発明に係る空気調和装置では、暖房時、制御装置が、冷媒出口温度と室温とを監視しながら高圧側圧力を増減して暖房能力を調整する。このため、能力不足が解消され快適性が向上する。さらに、過剰能力も解消されるので省エネとなる。

第 2発明に係る空気調和装置では、暖房時、能力不足のまま長期間継続されることが回避される。このため、暖房の快適性が向上する。

第 3発明に係る空気調和装置では、暖房時、制御装置が、室温の推移を予測して能力を調整する。このため、能力不足が未然に回避され、暖房の快適性が向上する第 4発明に係る空気調和装置では、暖房時、過剰能力が解消され、省エネとなる。第 5発明に係る空気調和装置では、暖房時、制御装置が、冷媒出口温度と室温とを監視しながら高圧側圧力を増減して暖房能力を調整する。このため、能力不足が解消され快適性が向上する。さらに、過剰能力も解消されるので省エネとなる。

[0013] 第 6発明に係る空気調和装置では、暖房時、制御装置が、各室内機の必要能力に応じて高圧側圧力を増減する。このため、室内機全てにおいて必要な能力が引き出され、暖房の快適性が向上する。

第 7発明に係る空気調和装置では、暖房時、室内機の過剰能力が解消されるので省エネとなる。

第 8発明に係る空気調和装置では、制御装置が、圧縮機の冷媒吐出口から膨張機構の冷媒入口までの区間にある冷媒の圧力を増減することによって、能力の過不足を角早消すること力できる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の実施形態に係る空気調和装置の構成図。

[図 2] (a) R410Aを使用した冷凍サイクルの圧力—ェンタルピー線図。（b) C〇2を使用した超臨界冷凍サイクルの圧力ーェンタルピー線図。

[図 3]暖房能力制御の制御ブロック図。

[図 4]暖房能力制御のフローチャート。

[図 5]暖房能力制御のフローチャート。

[図 6]暖房能力制御のフローチャート。

符号の説明

[0015] 1 空気調和装置

3 室内機

4 制御装置

11 圧縮機

13 室外熱交換器 (蒸発器）

14 室外膨張弁 (膨張機構）

16 室内熱交換器 (放熱器）

41 出口温度センサ 42 室温センサ

発明を実施するための最良の形態

[0016] <空気調和装置の構成〉

図 1は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の構成図である。空気調和装置 1 は、冷媒として、高圧側が臨界圧力以上となる C02を用いている。

空気調和装置 1は、ビル用のマルチタイプの空気調和装置であって、 1つ又は複数の室外機 2に対して複数の室内機 3が並列に接続され、冷媒が流通できるように、圧縮機 11、四路切換弁 12、室外熱交換器 13、膨張機構である室外膨張弁 14および室内膨張弁 15、さらに室内熱交換器 16などの機器が接続されて冷媒回路 10が形成されている。室内ファン 22は、室内の空気を室内熱交換器 16に導入させる。

また、室内熱交換器 16の冷媒出口側（暖房時）の配管上には出口温度センサ 41 が設けられ、室内熱交換器 16の空気吸込側には室温センサ 42が設けられている。

[0017] <空気調和装置の動作〉

(冷房運転）

冷房運転時において、四路切換弁 12は、図 1の点線で示すように接続され、圧縮機 11と室外熱交換器 13とが連通し、室内熱交換器 16および室外熱交換器 13は、それぞれ蒸発器および放熱器として機能する。すなわち、圧縮機 11から吐出された高温 ·高圧の冷媒ガスが室外熱交換器 13に導入される。ここで、冷媒ガスと室外空気との熱交換が行われた後、中温 ·高圧ガスは室内膨張弁 15で減圧され、低温-低圧の二相冷媒となり室内熱交換器 16に導入される。ここで室内空気と熱交換が行われた後、再び圧縮機 11に吸入される。

(暖房運転）

一方、暖房運転時において、四路切換弁 12は、図 1の実線で示すように接続され、圧縮機 11と室内熱交換器 16とが連通し、室内熱交換器 16および室外熱交換器 13 はそれぞれ放熱器および蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機 11より吐出された高温 ·高圧の冷媒ガスが室内熱交換器 16に導入される。ここで、冷媒ガスと室内空気との熱交換が行われた後、中温 ·高圧ガスは配管を通過し、室外膨張弁 14で減圧されて室外熱交換器 13に導入される。ここで室外空気と熱交換が行われ、再び圧縮機 11に吸入される。

[0018] <制御装置〉

制御装置 4は、室内熱交換器 16の冷媒出口に設けられた出口温度センサ 41、および室内熱交換器 16の空気吸入側に設けられた室温センサ 42で検知される値を監視し、室外膨張弁 14、および室内膨張弁 15の開度や、圧縮機 11の運転周波数を制御する。

制御装置 4には、マイコン 5、メモリ（図示せず）が搭載されており、マイコン 5が、出口温度センサ 41、室温センサ 42で検知された値に基づいて高圧側圧力の目標値を算出する。なお、高圧側圧力とは、例えば暖房時の場合、冷媒回路 10内に存在する冷媒が、圧縮機 11の冷媒吐出ロカも室内熱交換器 16を経て室外膨張弁 14の冷媒入口に至るまでの区間で受ける圧力である。

<超臨界冷凍サイクルの能力制御〉

ここで、従来の冷凍サイクルと超臨界冷凍サイクルの違いについて説明する。図 2 ( a)は、 R410Aを使用した冷凍サイクルの圧力ーェンタルピー線図であり、図 2 (b)は、 C02を使用した超臨界冷凍サイクルの圧力ーェンタルピー線図である。

[0019] 図 2 (a)において、従来の冷凍サイクルでは、全室内機で過冷却度 Scがっき過ぎて V、る場合は能力過剰であり、全室内機のうち 1つでも過冷却度 Scが全くつ!/、て!/、ない場合は能力不足であると判断し、高圧側圧力を増減することで能力調整を行う。しかし、超臨界冷凍サイクルでは、図 2 (b)に示すように、過冷却という概念はなぐ室内熱交換器の冷媒出口温度が目標値に達しているにもかかわらず、室温が設定温度に達していないとき、高圧側圧力が高い場合は能力過剰であり、高圧側圧力が低い場合は能力不足であると判断し、高圧側圧力を増減することで能力調整を行う。

(暖房能力制御）

次に、制御装置 4のマイコン 5による暖房能力制御について説明する。図 3は暖房能力制御の制御ブロック図であり、図 4は暖房能力制御のフローチャートである。空気調和装置 1における暖房運転の制御は、暖房能力の確保に必要な高圧側圧力を圧縮機 11の運転周波数によって制御し、室内熱交換器 16の冷媒出口状態を室外膨張弁 14の開度によって制御する。 [0020] 図 3において、マイコン 5は、出口温度目標値演算部 51において、設定温度 Tsと室温 Taとの温度差 e lに基づいて、室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcの目標値 Tgcsを算出する。次に膨張弁制御部 52において、目標値 Tgcsと冷媒出口温度 Tg cとの温度差 e2に基づいて膨張弁の開度変更値 dEVを算出し、室外膨張弁 14の弁開度を制御する。

また、同時に能力判定部 53において、温度差 el、温度差 e2、および冷媒出口温度 Tgcと室温 Taとの温度差 e3に基づいて暖房能力の過不足を判定し、高圧側圧力変更値 dPhを算出後、主に室外機 2の圧縮機 11の運転周波数を制御する。

なお、能力過不足判定時に、微分器 54で温度差 elの微分値 del/dtを算出し、変数として加えてもよい。

[0021] 本実施形態では、各室内機 3において室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcが目標ィ直 Tgcsに達しているにもかかわらず、室温 Taが設定温度 Tsに達していない状態が所定時間続いた場合に、高圧側圧力の目標値を増加させる。そして、各室内機 3 において室温 Taが設定温度 Tsに達した後は、冷媒出口温度 Tgcと室温 Taとの差が、室内機 3毎に設定された規定値 esより小さくなつた場合に、その室内機 3に対して高圧側圧力の目標値を下げる。

以下、図 4を用いて暖房能力制御のフローを説明する。ステップ S 1では、マイコン 5 ヽ室内機 3毎に室温センサ 42から室温 Tanを取得する。なお、変数末尾のアルファベットは、室内機 3の数を示しており、例えば第 m番目、第 n番目の室内機 3の設定温度 Tsに対しては、 Tsm、 Tsnと表記している。

[0022] ステップ S2では、室内機 3毎に室温 Tanが設定温度 Tsnに達しているか否かを判定する。ステップ S2で仮に第 m番目の室内機 3で Noと判定した場合は、ステップ S3 へ進み、第 m番目の室内機 3に対して、室内熱交換器 16の冷媒出口温度の目標値 Tgcsmを算出する。ステップ S4では、第 m番目の室内機 3に対して、室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcmを取得する。ステップ S5では、第 m番目の室内機 3に対して、冷媒出口温度 Tgcmが目標値 Tgcsmに達しているか否かを判定する。ステップ S 5で Noと判定した場合は、ステップ S6へ進み、冷媒出口温度 Tgcmが目標値 Tgcs mに到達するように圧縮機 11、室外膨張弁 14を制御し、ステップ S 1へ戻る。ステップ S5で Yesと判定した場合は、制御 Aへ移り、ステップ S7で、第 m番目の室内機 3側の室温 Tam力 S、第 m番目の室内機 3の設定温度 Tsm未満であるか否かを判定する。ステップ S 7で Yesと判定した場合は、ステップ S8へ進みタイマを始動し所定時間を計時する。なお、ステップ S 7で Noと判定した場合は S1へ戻る。

[0023] ステップ S9では、まだ室温 Tamが設定温度 Tsm未満であるか否かを判定する。ステツプ S 9で Yesと判定した場合は、ステップ S 10へ進みタイマが終了したか否かを判定する。ステップ S 7からステップ S 10までは、室温 Tamが設定温度 Tsm未満である状態が所定時間継続されたか否かを判定する制御であるので、ステップ S9で仮に N oと判定した場合はステップ S1へ戻る。

ステップ S10でタイマが終了したと判定した場合は、能力不足であると判断しステツプ S11へ進み、高圧側圧力の目標値を増加する。ステップ S 12では、ステップ S 11 で設定した高圧側圧力の目標値を達成するために、圧縮機 11、室外膨張弁 14を制卸しステップ S 1へ戻る。

また、ステップ S2で Yesと判定した場合は、制御 Bへ移り、ステップ S13で、マイコン 5が、室内機 3毎に冷媒出口温度 Tgcnと室温 Tanとの差力 S、予め設定されている規定値 esnより小さいか否かを判定する。ステップ S 13で一台でも Yesと判定した場合は、その Yes判定された室内機 3が能力過剰であると判断し、ステップ S 14へ進み、ステップ S 13で Yes判定された室内機 3に対して高圧側圧力の目標値を低減する。なお、ステップ S13で Noと判定した場合は S 1へ戻る。ステップ S15では、ステップ S 14で設定した高圧側圧力の目標値を達成するために、圧縮機 11、室外膨張弁 14を制御しステップ S 1へ戻る。

[0024] <特徴〉

(1)

空気調和装置 1では、暖房運転時、室内熱交換器 16が、超臨界の冷媒から空気に対して放熱を行わせる。制御装置 4は、室内熱交換器 16を含む冷凍サイクルの高圧側圧力を一定に維持する。また、制御装置 4は、出口温度センサ 41によって室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcを検知し、室温センサ 42によって室温 Taを検知す超臨界冷凍サイクルでは、高圧側圧力の増減に対して、放熱器 (例えば、暖房時の室内熱交換器 16)の冷媒出口温度 Tgcは等温線上を移動し一定である。それゆえ、高圧側圧力が高い場合は能力過剰であり、高圧側圧力が低い場合は能力不足であそこで、制御装置 4は、暖房時、室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcが目標値 T gcsに達していても、暖房されるべき室内の室温 Taからみて能力過不足と判断した場合には、高圧側圧力の目標値を増減させる。

[0025] このように空気調和装置 1は、暖房時、冷媒出口温度 Tgcと室温 Taとを監視しながら高圧側圧力を増減して暖房能力を調整することができるので、能力不足が解消され快適性が向上する。さらに、過剰能力も解消されるので省エネとなる。

また、空気調和装置 1は、室温 Taが設定温度 Tsに到達せずに所定時間が経過したとき、或は室温 Taの時間微分から算出した設定温度 Tsへの推定到達時間が所定の閾値を超過したとき、高圧側圧力の目標値を増加させている。このため、暖房時、能力不足が長期間継続されることがなぐ暖房の快適性が向上する。

また、空気調和装置 1は、冷媒出口温度 Tgcと室温 Taとの差が、予め設定されている規定値 esより小さくなつたとき、高圧側圧力の目標値を低下させるので、暖房時、過剰能力が解消され、省エネとなる。

[0026] (2)

空気調和装置 1は、複数の室内機 3を備えている。そして制御装置 4は、室内機 3ごとに、室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcと室温 Taとの差を監視し、高圧側圧力の目標値を増減させている。このため、暖房時、各室内機 3の必要能力に応じて高圧側圧力を増減することができ、室内機全てにおいて必要な能力が引き出され、暖房の快適性が向上する。

また、空気調和装置 1は、室内熱交換器 16の冷媒出口温度 Tgcと室温 Taとの差に対する規定値 esを設定し、その差 eが規定値より小さくなつたとき高圧側圧力の目標値を低下させる。このため、暖房時、室内機の過剰能力が解消されるので省エネとな以上のように、本発明は、必要に応じた暖房能力を実現できるので、空気調和装置に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 暖房運転時に超臨界の冷媒から空気に対して放熱を行わせる放熱器（16)と、前記放熱器（16)を含む冷凍サイクルの高圧側圧力と、前記放熱器（16)の冷媒出口温度とを、予め設定されたそれぞれの目標値へ到達させることによって、空調対象である室内の室温を制御する制御装置（4)と、

を備え、

前記制御装置 (4)は、前記高圧側圧力および前記冷媒出口温度が前記目標値に達しているにもかかわらず、前記室温から暖房運転能力の過不足を認知した場合には、前記高圧側圧力の目標値を増減させる、

空気調和装置（1)。

[2] 前記制御装置 (4)は、前記室温が設定温度に到達せずに所定時間が経過したとき

、前記高圧側圧力の目標値を増加させる、

請求項 1に記載の空気調和装置（1)。

[3] 前記制御装置 (4)は、前記室温の時間微分から算出した設定温度への推定到達時間が所定の閾値を超過したとき、前記高圧側圧力の目標値を増加させる、請求項 1に記載の空気調和装置（1)。

[4] 前記制御装置 (4)は、前記冷媒出口温度と前記室温との差が、予め設定されて!/ヽる規定値より小さくなつたとき、前記高圧側圧力の目標値を低下させる、

請求項 1に記載の空気調和装置（1)。

[5] 前記放熱器（16)の冷媒出口温度を検知する出口温度検知器 (41)と、

前記室温を検知する室温検知器 (42)と、

をさらに備え、

前記制御装置 (4)は、前記出口温度検知器 (41)の出力値と、前記室温検知器 (4 2)の出力値との差から、前記高圧側圧力の目標値の増減幅を決定する、請求項 1に記載の空気調和装置（1)。

[6] 前記放熱器（16)を搭載した複数の室内機 (3)をさらに備え、

前記制御装置 (4)は、前記室内機（3)ごとに、前記放熱器（16)の冷媒出口温度と前記室温との差を監視し、前記高圧側圧力の目標値を増減させる、請求項 1に記載の空気調和装置（1)。

前記複数の室内機（3)ごとに、前記放熱器（16)の冷媒出口温度と前記室温との差に対する規定値が設定され、

前記制御装置 (4)は、前記差が前記規定値より小さくなつたとき、前記高圧側圧力の目標値を低下させる、

請求項 6に記載の空気調和装置（1)。

前記冷凍サイクルは、圧縮機（11)、前記放熱器（16)、膨張機構（14)、および蒸発器（13)が順次接続されて成る冷媒回路（10)を有し、

前記高圧側圧力は、前記冷媒回路（10)内に存在する冷媒が、前記圧縮機（11) の冷媒吐出ロカ前記放熱器（16)を経て前記膨張機構（14)の冷媒入口に至るまでの区間で受ける圧力である、

請求項 1に記載の空気調和装置（1)。