JP2011106688A - 凝縮圧力検知システム及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和装置の運転状態量から凝縮器における凝縮圧力を演算し、精度の良い過冷却制御を実現することができる空気調和装置を得る。
【解決手段】圧縮機１と、全暖房運転、暖房主体運転時に冷媒を凝縮する室内熱交換器１１ｂ、１１ｃと、凝縮された冷媒の圧力調整をするための流量制御装置１２ｂ、１２ｃと、冷媒を蒸発させる熱源側熱交換器３とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の凝縮圧力検知システム７０であって、冷媒回路において低圧冷媒配管の圧力損失を算出する低圧圧力損失演算部７２と、高圧冷媒配管と低圧冷媒配管との配管断面積比及び低圧冷媒配管の圧力損失に基づいて、高圧冷媒配管の圧力損失を算出する高圧圧力損失演算部７４と、圧縮機１の吐出側の圧力から高圧圧力損失を差し引き、室内熱交換器１１ｂ、１１ｃにおける凝縮圧力を算出する凝縮圧力演算部７５とを備えるものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、室外機と室内機とを接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和装置において、凝縮器の凝縮圧力を推測することで空気調和装置を高い効率で運転しようとする凝縮圧力検知システム等に関するものである。

従来から、室外機と室内機とが接続配管を介して接続されることにより、室外機と室内機との間で冷媒を循環させる冷媒回路を構成したセパレートタイプの空気調和装置がある。セパレートタイプの空気調和装置としては、例えば、ルームエアコンやパッケージエアコンがある。以下、空気調和装置とは、セパレートタイプの空気調和装置のことであるものとする。

ここで、空気調和装置において、冷媒回路を流れる冷媒は、接続配管での圧力損失（以下、圧損と称する）のため圧力降下が生じる。そして、室外機と室内機（利用ユニット）との接続配管長さが長くなるほど、圧損が大きく、圧力が降下する。暖房運転においては、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が接続配管を流通する過程での圧力降下により、圧縮機吐出での圧力に対して、暖房を行う室内機の熱交換器を流通する冷媒の圧力は低くなるため、凝縮温度が低下する。

そこで、従来、この圧力効果に伴う凝縮温度の低下を検出するために暖房している室内機の熱交換器のほぼ中間の位置に温度センサを付加し、その温度を凝縮温度（飽和温度）としていた。また、熱交換器の冷媒流出口にも冷媒の液温度を検出する温度センサを配置し、凝縮温度と熱交換器の冷媒流出口における温度との温度差である過冷却度を検出し、この過冷却度が所望の温度となるように、膨張弁等の絞り手段の開度の制御を行っていた（例えば、特許文献１参照）。

図８は凝縮器出口の過冷却度と冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰの関係を表す図である。図７に示すように、一般的に過冷却度が大きいほど、凝縮器前後でのエンタルピー差が拡大して効率は高くなるが、凝縮器内において液相が占める割合が増加する。このため、凝縮器内において熱伝達率の高い気液二相部の割合が減少し、熱通過率としては減少してしまうことになる。以上のことから、効率と熱通過率との関係において最適な過冷却度が存在する。したがって、空気調和装置の効率の高い運転を実現するために、過冷却度を精度よく検出し、最適に制御することが必要である。

特許第２５０８３４７号公報

上記の特許文献１では、凝縮器の中間温度を検出する中間温度センサと、凝縮器出口温度を検出する出口温度センサの温度差に基づいて、膨張弁などの流量制御装置の制御を行っている。しかし、冷媒量が不足している場合、過剰に充填されている場合などの場合には、想定している中間温度センサ部分において検出される温度は凝縮温度とならない。例えば、冷媒量が不足している場合はガス冷媒となり凝縮温度よりも高く検出され、冷媒が過剰に充填されている場合は、液冷媒となり、凝縮温度よりも低く検出される。このため演算した過冷却度が正確なものとはならず、適切な過冷却度制御ができないといった問題があった。

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、室外機と室内機とが冷媒配管を介して接続された空気調和装置の場合に、冷媒配管長が未知であっても、充填冷媒量の過不足が生じている場合であっても、空気調和装置の運転状態量から高圧側の圧力損失を推測し、過冷却度の演算に必要となる、凝縮器における凝縮圧力を算出することを目的とする。そして、精度の良い過冷却制御を実現することができる空気調和装置等の冷凍サイクルシステムに適用できる凝縮圧力検知システムを得ることを目的とする。

また、同時に、膨張弁の絞り手段にて、誤検出による制御のハンチング及び冷媒音の発生を抑え、運転状態の安定性及び利用者の快適性を向上させることができる空気調和装置の凝縮圧力検知システムを得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の高圧の接続配管の圧力損失の検知システムは以下に示す手段を採用するものであり、冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒の圧力調整をするための流量制御装置と、減圧した冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の凝縮圧力を検知する凝縮圧力検知システムであって、冷媒回路において低圧側の冷媒配管となる低圧冷媒配管の圧力損失を算出する低圧圧力損失演算部と、冷媒回路において高圧側の冷媒配管となる高圧冷媒配管と低圧冷媒配管との配管断面積比及び低圧冷媒配管の圧力損失に基づいて、高圧冷媒配管の圧力損失を算出する高圧圧力損失演算部と、圧縮機の吐出側の圧力から高圧圧力損失を差し引き凝縮器における凝縮圧力を算出する凝縮圧力演算部とを備えるものである。

本発明によれば、低圧圧力損失演算部が演算した低圧圧力損失及び高圧圧力損失演算部が演算した高圧圧力損失から、凝縮圧力演算部が凝縮圧力を算出し、検知を行うようにしたので、冷凍サイクル装置の冷媒配管での圧力損失等の影響を排除した適正な凝縮圧力を検知することができる。このため、凝縮圧力から換算した適正な凝縮温度に基づいて過冷却制御を行うことができるので、精度の良い過冷却制御を行うことが可能となる。そして、流量制御装置でのハンチング及び冷媒音を抑制し、かつ、効率の良い運転状態を実現することができる。

この発明の実施の形態の空気調和装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態の空気調和装置の全冷房運転時の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態の空気調和装置の全暖房運転時の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態の空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態の空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態１の制御演算装置７０の構成を表す図である。 この発明の実施の形態２の制御演算装置７０等の構成を表す図である。 過冷却度と冷凍サイクルのＣＯＰの関係を示す図である。

以下に、本発明にかかる冷凍空気調和装置の凝縮圧力検知システムに係る実施形態について、図面を参照して説明する。先ず、本発明を適用することができる空気調和装置について説明した後に、本発明に係る凝縮圧力検知システムについて説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。図１は、室外機１台に対して複数台の室内機を接続する多室型ヒートポンプ空気調和装置の例を示している。本実施の形態の空気調和装置は、室内機毎に冷暖房を選択的に行なうことができ、冷房を行なう室内機と、暖房を行なう室内機とを同時に運転することができる例を示している。ここで、本実施の形態では、図１に示すように、室外機１台に室内機２台、分流コントローラ１台を接続した場合について説明するが、３台以上の室内機、及び２台以上の分流コントローラを接続した場合でも同様に実施することができる。また、空気調和装置に用いられる冷媒は、特に限定しない。例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４ＡなどのＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などを用いることができる。ここで、冷媒回路における圧力の高低については、圧縮機等の圧縮、冷媒流量制御等による減圧等により生じる冷媒回路内の相対的な圧力の高低を表すものとする。また、温度の高低についても同様であるものとする。また、添字を付した手段等については、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合もある。

図１において、Ａは室外機である。また、Ｂ、Ｃは後述するように互いに並列接続された室内機で、本実施の形態ではそれぞれ同じ構成とする。Ｄは室外機Ａと室内機Ｂ、Ｃとを接続する分流コントローラである。

室外機Ａは以下に述べる各構成要素によって構成されている。例えば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１に接続され、冷媒の流通方向を切り換える四方切換弁２と、外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器３と、四方切換弁２及び圧縮機１の間に接続されたアキュムレータ４と、室外熱交換器３及び後述する第１の接続配管６の間に設けられ、室外熱交換器３から第１の接続配管６の方向へのみ冷媒流通を許容する第１の逆止弁５ａと、四方切換弁２及び後述する第２の接続配管７の間に設けられ、第２の接続配管７から四方切換弁２の方向へのみ冷媒流通を許容する第２の逆止弁５ｂと、四方切換弁２及び第１の接続配管６の間に設けられ、四方切換弁２から第１の接続配管６の方向へのみ冷媒流通を許容する第３の逆止弁５ｃと、室外熱交換器３及び第２の接続配管７の間に設けられ、第２の接続配管７から室外熱交換器３の方向へのみ冷媒流通を許容する第４の逆止弁５ｄとから構成されている。

また、室内機Ｂ、Ｃは、それぞれ負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃと、各負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃに直列接続された絞り装置等の流量制御装置１２ｂ、１２ｃとで構成されている。なお、各流量制御装置１２ｂ、１２ｃは、冷房時は負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃの出口側の過熱度により、暖房時は同じく出口側の過冷却度により開閉状態が制御されるようにされている。

分流コントローラＤは四方切換弁２と接続された太い第２の接続配管７及び室外熱交換器３と接続され、第２の接続配管７より細い第１の接続配管６によって室外機Ａと接続され、室内機Ｂ、Ｃの負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃと接続された負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃ及び室内機Ｂ、Ｃの流量制御装置１２ｂ、１２ｃに接続された負荷側の第１の接続配管６ｂ、６ｃによって各室内機Ｂ、Ｃと接続される。

分流コントローラＤの構成について、まず、弁装置１３ａ１、１３ａ２、１３ｂ１、１３ｂ２は負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃを、第１の接続配管６または第２の接続配管７に切り換え可能に接続する。２個の第１の弁装置１３ａ１、１３ａ２は、一端が負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃにそれぞれ接続され、他端が一括接続されて第１の接続配管６に接続されている。また、２個の第２の弁装置１３ｂ１、１３ｂ２は、一端が負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃにそれぞれ接続され、他端が一括接続されて第２の接続配管７に接続されている。第１の弁装置１３ａ１を開路、１３ａ２を閉路、第２の弁装置１３ｂ１を開路、１３ｂ２を閉路にすることにより、負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃを第１の接続配管６に接続し、また、第１の弁装置１３ａ１を閉路、１３ａ２を開路、第２の弁装置１３ｂ１を閉路、１３ｂ２を開路にすることにより、負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃを第２の接続配管７に接続するものである。

また、第１の接続配管６の途中に気液分離器１４が設けられ、その気相部が、第１の接続配管６の後半部を経て第１の弁装置１３ａに接続され、その液相部が第１の熱交換部１５、開閉自在な第２の流量制御装置１６及び第２の熱交換部１７を介して負荷側の第１の接続配管６ｂ、６ｃに接続されている。また、バイパス配管１８に設けられた第３の流量制御装置１９を経て気液分離器１４からの液冷媒の一部が第２の熱交換部１７及び第１の熱交換部１５で熱交換し、気液分離器１４からの液冷媒を過冷却して第２の接続配管７に戻るようにされている。

圧力センサ２０及び２１は、それぞれ圧縮機１の吐出側、吸入側に設置されて、圧力を検出する。また、温度センサ２２、２３、２４及び２５（２５ｂ、２５ｃ）は、それぞれ、第２の熱交換部１７と第３の流量制御装置１９との間、圧縮機１の吐出側、第２の熱交換部１７とバイパス配管１８との間、室内熱交換器１１と流量制御装置１２との間に設置されている。

このように構成された本実施の形態の冷凍空気調和装置では、大きく分けて３つの形態の運転が行うことができるものとする。形態については、例えば、動作している室内機の総てが冷房を行なうときの運転である全冷房運転、動作している室内機の総てが暖房を行なうときの運転である全暖房運転と、複数の室内機のうち一部は冷房を行ない、他の一部は暖房を行なうときの運転である冷暖房同時運転となる。また、冷暖房同時運転については、複数の室内機のうち大部分の室内機が暖房運転を行なう暖房主体運転と、複数の室内機のうち大部分の室内機が冷房運転を行なう冷房主体運転に更に分かれる。

＜全冷房運転＞
図２は全冷房運転における冷媒の流れを示す図である。図２では全冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。まず、図２に基づいて全冷房運転について説明する。圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方切換弁２を通り、室外熱交換器３で熱交換して凝縮された後、第１の逆止弁５ａ、第１の接続配管６を通り、分流コントローラＤへ流入する。分流コントローラＤへ流入した冷媒は気液分離器１４、第２の流量制御装置１６の順に通り、第２の熱交換部１７を通り、逆止弁３０ａ１、３０ｂ１を通り、負荷側の第１の接続配管６ｂ、６ｃを通り、各室内機Ｂ、Ｃに流入し、各負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃの出口の過熱度により制御される流量制御装置１２ｂ、１２ｃにより低圧まで減圧されて負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃで室内空気と熱交換して蒸発しガス化され室内を冷房する。

そして、ガス状態となった冷媒は、負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃ、第２の弁装置１３ｂを通り、第２の接続配管７、第２の逆止弁５ｂ、四方切換弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される循環サイクルを構成し、冷房運転を行なう。この時、第１の弁装置１３ａ１は閉路、１３ａ２は開路、第２の弁装置１３ｂ１は閉路、１３ｂ２は開路になっている。

また、第２の接続配管７は低圧、第１の接続配管６は高圧のため必然的に第１の逆止弁５ａ、第２の逆止弁５ｂへ冷媒が流通する。更に、このサイクルの時、第２の流量制御装置１６を通過した冷媒の一部が第２の熱交換部１７及び第３の流量制御装置１９を経てバイパス配管１８へ入り、第３の流量制御装置１９で低圧まで減圧されて、第２の熱交換部１７で負荷側の第１の接続配管６ｂ、６ｃに流入する冷媒との間で熱交換を行ない、また、第１の熱交換部１５で第２の流量制御装置１６に流入する冷媒との間で熱交換を行ない蒸発した冷媒は、第２の接続配管７へ入り、第２の逆止弁５ｂ、四方切換弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される。一方、第１の熱交換部１５および第２の熱交換部１７で熱交換し、過冷却度が増大された冷媒は、負荷側の第１の接続配管６ｂ、６ｃを経由して冷房しようとしている室内機Ｂ、Ｃへ流入する。

＜全暖房運転＞
図３は全暖房運転における冷媒の流れを示す図である。図３では全暖房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。次に、図３に基づいて全暖房運転について説明する。四方切換弁２は、全暖房運転時と異なる流れになるように切り換えられる。圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方切換弁２を通り、第３の逆止弁５ｃ、第１の接続配管６を通り、分流コントローラＤへ流入する。分流コントローラＤへ流入した冷媒は気液分離器１４、第１の接続配管６の後半部を経て第１の弁装置１３ａ１、第２の１３ｂ１を通り、負荷側の第２の接続配管７ｂ、７ｃを通り、各室内機Ｂ、Ｃに流入し、室内空気と熱交換して凝縮液化し、室内を暖房する。

そして、液状態となった冷媒は、各負荷側熱交換器１１ｂ、１１ｃの出口の過冷却度により制御される流量制御装置１２ｂ、１２ｃを通り、負荷側の第１の接続配管６ｂ、６ｃから、逆止弁３０ａ２、３０ｂ２を通り、バイパス配管１８の第３の流量制御装置１９に流入して低圧の気液二相状態まで減圧される。低圧まで減圧された冷媒は、第２の熱交換部１７、第１の熱交換部１５を経た後、第２の接続配管７を通り、第４の逆止弁５ｄ、室外熱交換器３に流入し熱交換して蒸発しガス状態となった冷媒は、四方切換弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される循環サイクルを構成し、暖房運転を行なう。この時、第１の弁装置１３ａ１は開路、１３ａ２は閉路、第２の弁装置１３ｂ１は開路、１３ｂ２は閉路になっている。また、第２の接続配管７は低圧、第１の接続配管６は高圧のため必然的に第３の逆止弁５ｃ、第４の逆止弁５ｄへ冷媒が流通する。

＜暖房主体運転＞
図４は暖房主体運転における冷媒の流れを示す図である。図４では冷暖房同時運転における暖房主体運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。次に、図４に基づいて暖房主体運転について説明する。ここでは、室内機Ｂが暖房、室内機Ｃが冷房しようとしている場合について説明する。圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方切換弁２、第３の逆止弁５ｃ、第１の接続配管６を通り、分流コントローラＤに流入する。分流コントローラＤに流入した冷媒は気液分離器１４、第１の接続配管６の後半部を経て第２の弁装置１３ｂ１、負荷側の第２の接続配管７ｂの順に通り、暖房しようとしている室内機Ｂに流入し、負荷側熱交換器１１ｂで室内空気と熱交換して凝縮液化し、室内を暖房する。

そして、液状態となった冷媒は、負荷側熱交換器１１ｂの出口の過冷却度により制御され、ほぼ全開状態の流量制御装置１２ｂを通り少し減圧されて高圧と低圧の中間の圧力（中間圧）になり、負荷側の第１の接続配管６ｂに流入した冷媒の一部が矢印のように第２の熱交換部１７を経て冷房しようとしている室内機Ｃに接続された負荷側の第１の接続配管６ｃを通り、負荷側熱交換器１１ｃの出口の過熱度により制御される流量制御装置１２ｃにより減圧された後に室内機Ｃの負荷側熱交換器１１ｃに入り熱交換して蒸発しガス状態となって室内を冷房し、室内機Ｃに接続された第１の弁装置１３ａ２を介して第２の接続配管７に流入する。

一方、室内機Ｂから分流コントローラＤの第２の熱交換部１７に流入した室内機Ｂの暖房用の冷媒の他の一部は、バイパス配管１８を経て第１の接続配管６の高圧と流量制御装置１２ｂの出口の中間圧との差を一定にするように制御される開閉自在な第３の流量制御装置１９を通って上述のように第２の接続配管７に至るため、ここで室内機Ｃを冷房した冷媒と合流して太い第２の接続配管７に流入し、第４の逆止弁５ｄ、室外熱交換器３に流入し熱交換して蒸発しガス状態となった冷媒は、四方切換弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される循環サイクルを構成し、暖房主体運転を行なう。

この時、暖房しようとしている室内機Ｂに接続されている第１の弁装置１３ａ１は開路、１３ａ２は閉路であり、冷房しようとしている室内機Ｃに接続されている第２の弁装置１３ｂ１は閉路、１３ｂ２は開路になっている。また、第２の接続配管７は低圧、第１の接続配管６は高圧のため必然的に第３の逆止弁５ｃ、第４の逆止弁５ｄへ冷媒が流通する。

また、このサイクルのとき、バイパス配管１８へ入った冷媒は、第３の流量制御装置１９で低圧まで減圧されて、第２の熱交換部１７で負荷側の第１の接続配管６ｃへ流入する冷媒との間で熱交換を行ない、更に第１の熱交換部１５で第２の流量制御装置１６へ流入する冷媒との間で熱交換を行ない蒸発した冷媒は、第２の接続配管７へ入り、第４の逆止弁５ｄを経て、室外熱交換器３に流入し熱交換して蒸発しガス状態となる。そして、この冷媒は四方切換弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される。一方、第２の熱交換部１７で熱交換し過冷却度が増大された冷媒は、上述のように、冷房しようとしている室内機Ｃへ流入する。

＜冷房主体運転＞
図５は冷房主体運転における冷媒の流れを示す図である。図５では冷暖房同時運転における冷房主体運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。次に、図５に基づいて冷房主体運転について説明する。ここでは、室内機Ｂが暖房、室内機Ｃが冷房しようとしている場合について説明する。圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方切換弁２を通り、室外熱交換器３で任意量熱交換して気液二相の高温高圧冷媒となり、第１の逆止弁５ａ、第１の接続配管６を通り、分流コントローラＤに流入する。分流コントローラＤに流入した冷媒は気液分離器１４へ送られ、ここで、ガス冷媒と液冷媒に分離される。分離されたガス冷媒は、第１の接続配管６の後半部を経て分流コントローラＤの第２の弁装置１３ｂ１、負荷側の第２の接続配管７ｂの順に通り、暖房しようとしている室内機Ｂに流入し、負荷側熱交換器１１ｂで室内空気と熱交換して凝縮液化し、室内を暖房する。

更に、負荷側熱交換器１１ｂの出口の過冷却度により制御されほぼ全開状態の流量制御装置１２ｂを通り少し減圧されて、高圧と低圧の中間の圧力（中間圧）となり、負荷側の第１の接続配管６ｂを経てバイパス配管１８に流入し、第３の流量制御装置１９で低圧まで減圧されて、第２の熱交換部１７で負荷側の第１の接続配管６ｃに流入する冷媒との間で熱交換を行ない、また、第１の熱交換部１５で第２の流量制御装置１６へ流入する冷媒との間で熱交換を行ない蒸発した冷媒は、第２の接続配管７に至る。一方、分流コントローラＤの気液分離器１４で分離された残りの液冷媒は、第１の熱交換部１５で熱交換して過冷却度が増大された後、高圧と中間圧の差を一定にするように制御される第２の流量制御装置１６を通って矢印で示すように、逆止弁３０ｂ１を通り、負荷側の第１の接続配管６ｃを通り、室内機Ｃに流入する。そして、この冷媒は、室内機Ｃの負荷側熱交換器１１ｃの出口の過熱度により制御される流量制御装置１２ｃにより低圧まで減圧されて負荷側熱交換器１１ｃで室内空気と熱交換して蒸発しガス化され室内を冷房する。

そして、ガス状態となった冷媒は、負荷側の第２の接続配管７ｃ、第２の弁装置１３ｂを経て第２の接続配管７へ流入し、バイパス配管１８を経て第２の接続配管７に流入する上述の室内機Ｂの暖房用冷媒と合流した後、第２の逆止弁５ｂ、四方切換弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される循環サイクルを構成し、冷房主体運転を行なう。

このとき、冷房しようとしている室内機Ｃに接続されている第１の弁装置１３ａ１は閉路、１３ａ２は開路され、暖房しようとしている室内機Ｂに接続されている第２の弁装置１３ｂ１は開路、１３ｂ２は閉路になっている。また、第２の接続配管７は低圧、第１の接続配管６は高圧のため必然的に第１の逆止弁５ａ、第２の逆止弁５ｂへ冷媒が流通する。

この実施の形態による空気調和装置は、以上のように構成されているため、第１の接続配管６は常に高圧で使用され、第２の接続配管７は常に低圧で使用される。従って、第１の接続配管６は高圧の設計圧力、第２の接続配管７は低圧の設計圧力で設計することができる。

［ガス冷媒配管の圧力損失検知］
上記のように構成した空気調和装置において、暖房および暖房主体運転時の第１の接続配管６にガス冷媒が流れ、圧力損失が発生する場合の室内機Ｂの凝縮圧力を検知する等の処理手順について説明する。

図６は実施の形態１に係る制御演算装置７０の構成を表す図である。図６に示すように、制御演算装置７０は、凝縮圧力検知を行うシステムとして機能し、運転制御部７１、低圧圧力損失演算部７２、記憶部７３、高圧圧力損失演算部７４、凝縮圧力演算部７５を備えている。運転制御部７１は、上述した各運転モードによる冷媒の流れを制御する。本実施の形態では、凝縮圧力を検知しようとする場合の室外機Ａ、室内機Ｂおよび室内機Ｃの運転を制御する。ここでは、特に凝縮圧力演算部７５が算出した凝縮圧力から換算した凝集温度に基づいて、凝縮器の冷媒流出口の過冷却度の制御を行う。低圧圧力損失演算部７２は、第２の接続配管７内を流れる低圧側の冷媒の圧力損失（以下、低圧圧力損失という）ΔＰ_L を算出する。記憶部７３は、第１の接続配管６に対する、第２の接続配管７の配管径の比率を記憶する。高圧圧力損失演算部７４は、低圧圧力損失および記憶部７３が記憶する配管径の比率に基づいて、第１の接続配管６内を流れる高圧側の冷媒の圧力（以下高圧圧力損失という）ΔＰ_H を演算する。凝縮圧力演算部７５は、圧縮機１の吐出に係る冷媒の圧力（高圧圧力）と高圧圧力損失の差から凝縮圧力を演算する。

次に制御演算装置７０が行う処理について説明する。運転制御部７１は、室内機Ｂ、室内機Ｃの少なくとも１台が暖房を行う場合には、空気調和装置を全暖房運転または暖房主体運転させる。

低圧圧力損失演算部７２は、バイパス配管１８の第３の流量制御装置１９出口に設けた温度センサ２２の検出に係る飽和温度から冷媒の物性に基づいて飽和圧力Ｐｅに換算する。そして、圧縮機１の吸入部分に設けた圧力センサ２１の検出に係る低圧圧力ＰＳＬと飽和圧力Ｐｅとの差から低圧側圧力損失ΔＰ_L （ΔＰ_L ＝Ｐｅ−ＰＳＬ）を算出する。

ここで、圧力センサ２１は、本実施の形態の冷暖同時を可能とする空気調和装置が圧力制御運転を行う場合に、低圧側の圧力を測定するために通常設けられているものなので、これを流用することでセンサ（検出手段）の数を減らすことができる。

低圧圧力損失演算部７２が算出した低圧側圧力損失ΔＰ_L と、第１の接続配管６に対する、第２の接続配管７の配管径の比率を記憶している記憶部７３の値から、高圧圧力損失ΔＰ_H を高圧圧力損失演算部７４が演算する。ここで、第１の接続配管６に対する、第２の接続配管７の配管径の比率は、室外機Ａの第１の接続配管６および第２の接続配管７の接続口で配管サイズが決定されるため、室外機Ａの機種固有の値となる。

一般に、圧力損失ΔＰは、以下のダルシーの式（Darcy's Formula ）によって算出することができる。ここで、λはダルシーの管摩擦係数、Ｌは配管長さ、Ｄは配管内径、ρは冷媒の比重、Ｕは平均流速、Ｌは接続配管の配管長である。

そして、（１）式に基づいて、第１の接続配管６および第２の接続配管７における高圧圧力損失ΔＰ_H 、低圧圧力損失ΔＰ_L をそれぞれ次式（２）、（３）で表す。ここでは、高圧に係る添え字をＨとし、低圧に係る添え字をＬとする。また、第１の接続配管６および第２の接続配管７の配管長は共にＬとする。

ここで、全暖房運転、暖房主体運転時においては、第２の接続配管７には気液二相冷媒が流れるため、単相の場合よりも一般的に圧力損失が増加する。これは管摩擦係数λが増倍するとして考慮することができる。また、冷媒循環量Ｇｒについては、次式（４）、（５）のように、それぞれ高圧側のパラメータ、低圧側のパラメータで表すことができる。

そして、ΔＰ_H とΔＰ_L との圧力損失比率ＲＤＰは次式（６）で表される。

配管内径Ｄ_H 、Ｄ_L は、それぞれ第１の接続配管６、第２の接続配管７の配管仕様で決定される値である。また、高圧側の冷媒密度ρ_H は、図１において圧縮機出口に設けられた圧力センサ２０が検出した高圧圧力ＰＳＨと温度センサ２３が検出した温度とに基づいて算出することができる。低圧側の冷媒密度ρＬは、温度センサ２２と流量制御装置１９入口に設けられた温度センサ２４とが検出する液冷媒の温度から算出されるエンタルピーを用いて算出することができる。そして、λ_H とλ_L の比率λ_H ／λ_L は、第１の接続配管６、第２の接続配管７の配管仕様並びに圧縮機１の吐出部分に設けた圧力センサ２０の検出に係る高圧圧力ＰＳＨと温度センサ２３の検出に係る温度から求まる高圧側の冷媒物性及び温度センサ２２と温度センサ２４との温度から求まる低圧側の冷媒物性で決まる。以上より、ＲＤＰを算出することができる。

ＲＤＰを算出すれば、ΔＰ_H ＝ΔＰ_L ×ＲＤＰとなるので、高圧圧力損失演算部７４は、低圧圧力損失演算部７２が算出した低圧圧力損失ΔＰ_L から高圧圧力損失ΔＰ_H を演算可能となる。次に、凝縮圧力演算部７４は、高圧圧力ＰＳＨから高圧圧力損失ΔＰ_H を差し引くことで暖房に係る室内機の室内熱交換器１１における凝縮圧力を算出することが可能となる。そして、運転制御部７１は、温度センサ２５ｂ、２５ｃの検出に係る温度と凝縮圧力から換算した凝縮温度とに基づいて凝縮器となる室内機１１の過冷却度の制御を行う。

ここで、（６）式に示すように、凝縮圧力の算出において、圧縮機１の運転容量となる冷媒循環量Ｇｒへの依存性がないため、圧縮機１の性能ばらつきの影響を受けることなく高精度に暖房に係る室内機１１の凝縮圧力を算出することが可能となる。

また、システムにおける上記の処理においては、第１の接続配管６と第２の接続配管７の長さが同じものとして演算等をしているが、第１の接続配管６と第２の接続配管７の長さが異なる場合は、その配管長さの比をＲＤＰにかけあわせることで、より高精度に凝縮圧力が演算可能となる。

また、システムにおける上記の処理において、λ_L の算出にあたり、第２の接続配管７を流れる冷媒の乾き度について、全暖房運転では０．２程度であり殆ど変わらないため、気液二相冷媒における圧力損失を表す二相増倍係数は一定でもよい。一方、暖房主体運転の場合は、冷房を行っている室内機の台数の比率に応じて、第２の接続配管７を流れる冷媒乾き度が０．２〜０．９程度まで変化する。そのため、乾き度に応じて二相増倍係数を算出することで、より高精度に凝縮圧力が演算可能となる。

また、上記の処理において、低圧圧力損失演算部７２は、第２の接続配管７の両端が同じ高さにあるものとして低圧圧力損失ΔＰ_L を演算した。実際の空気調和装置では、第２の接続配管７の端部に高低差があることが多く、高低差によるヘッド差が生じることが多い。そこで、例えば接続配管７の高低差に係るデータを外部的に入力等しておき、低圧圧力損失ΔＰ_L に対してヘッド差による圧力降下を補正することで、より高精度に凝縮圧力を演算することができる。

以上のように、本実施の形態における制御演算装置７０に係るシステムによれば、第１の冷媒配管６における低圧圧力損失及び第２の冷媒配管７における高圧圧力損失から、例えば空気調和装置の冷媒配管での圧力損失等の影響を排除した凝縮圧力を検知することができる。そして、運転制御部７１が凝縮圧力から換算した適正な凝縮温度に基づいて過冷却制御を行うことができるので、例えば、凝縮機の容積、パス形状、連絡配管長が大幅に変化するような場合であっても、精度の良い過冷却制御を行うことが可能となる。このため、流量制御装置でのハンチング及び冷媒音を抑制し、かつ、効率の良い運転状態を実現することができる。

また、例えば、プレート式熱交換器のように、プレートの積層構造上、温度センサ等を挿入して凝縮温度を検出することが困難な場合でも、温度センサ等を用いることなく簡便な構成で凝縮圧力を演算することが可能となる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２に係る制御演算装置７０等の構成を表す図である。本実施の形態では、例えば、スピーカ、ディスプレイ等によって、聴覚、視覚的に報知を行う報知手段８０を備えているものとする。また、空気調和装置の冷媒不足を判断して報知手段８０に報知させるための報知処理部７６を制御演算装置７０が有している。

報知処理部７６は、例えば、室内熱交換器１１ｂ、１１ｃが凝縮器となる全暖房運転、暖房主体運転の場合に、温度センサ２５の検出に係る室内熱交換器１１の流出口における温度と前述の処理により演算された凝縮圧力から換算した凝縮温度との温度差を算出する。そして、温度差が所定値より小さい、または室内熱交換器１１の流出口における温度の方が大きい場合は、室内熱交換器１１の流出口で冷媒が過熱ガスとなっているとして、空気調和装置の冷媒が不足していると判断し、報知手段８０に冷媒不足の旨を報知させる。これにより、例えば冷媒回路における冷媒漏れによる冷媒不足等を適切に報知することができ、安全性、信頼性の向上をはかることができる。

この発明の凝縮圧力検知システム、この発明を適用する空気調和装置は、上述した実施の形態の構成に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施することができる。

また、本発明のシステムを適用可能な機器例として、冷凍空気調和装置以外にも、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ式給湯機、ショーケース等、他の冷凍サイクル装置においても適用し、凝縮圧力検知システムを有する冷凍サイクルシステムを構成することができる。

１ 圧縮機、２ 四方切換弁、３ 熱源側熱交換器、４ アキュムレータ、５ａ 第１の逆止弁、５ｂ 第２の逆止弁、５ｃ 第３の逆止弁、５ｄ 第４の逆止弁、６ 第１の接続配管、６ｂ，６ｃ 負荷側の第１の接続配管、７ 第２の接続配管、７ｂ，７ｃ 負荷側の第２の接続配管、１１ｂ，１１ｃ 室内熱交換器、１２ｂ，１２ｃ 流量制御装置、１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２ 弁装置、１４ 気液分離器、１５ 第１の熱交換部、１６ 第２の流量制御装置、１７ 第２の熱交換部、１８ バイパス配管、１９ 第３の流量制御装置、３０ａ１，３０ａ２，３０ｂ１，３０ｂ２ 逆止弁、２０，２１ 圧力センサ、２２，２３，２４，２５ 温度センサ、７０ 制御演算装置、７１ 運転制御部、７２ 低圧圧力損失演算部、７３ 記憶部、７４ 高圧圧力損失演算部、７５ 凝縮圧力演算部、７６ 報知処理部、８０ 報知手段、Ａ 室外機、Ｂ，Ｃ 室内機、Ｄ 分流コントローラ。

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒の圧力調整をするための流量制御装置と、減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置の凝縮圧力を検知する凝縮圧力検知システムであって、
   前記冷媒回路において低圧側の冷媒配管となる低圧冷媒配管の圧力損失を算出する低圧圧力損失演算部と、
   前記冷媒回路において高圧側の冷媒配管となる高圧冷媒配管と前記低圧冷媒配管との配管断面積比及び前記低圧冷媒配管の圧力損失に基づいて、前記高圧冷媒配管の圧力損失を算出する高圧圧力損失演算部と、
   前記圧縮機の吐出側の圧力から前記高圧圧力損失を差し引き凝縮器における凝縮圧力を算出する凝縮圧力演算部と
   を備えることを特徴とする凝縮圧力検知システム。
2. 前記凝縮圧力演算部が算出した凝縮圧力から換算した凝縮温度に基づいて、前記凝縮器の冷媒流出口の過冷却度を制御する運転制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の凝縮圧力検知システム。
3. 前記高圧圧力損失演算部は、前記低圧冷媒配管と前記高圧冷媒配管の配管長の比に基づいて、前記高圧冷媒配管の圧力損失を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の凝縮圧力検知システム。
4. 前記高圧圧力損失演算部は、前記低圧冷媒配管を流れる冷媒の乾き度に基づいて、前記高圧冷媒配管の圧力損失を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の凝縮圧力検知システム。
5. 前記高圧圧力損失演算部は、前記低圧冷媒配管の高低差に基づいて、前記高圧冷媒配管の圧力損失を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の凝縮圧力検知システム。
6. 前記凝縮器の冷媒流出口における冷媒の温度を検出するための凝縮器出口温度検出手段と、
   前記凝縮圧力演算部が演算した前記凝縮圧力に基づく凝縮温度と凝縮器出口温度検出手段の検出に係る温度との温度差が所定の値以下であると判断すると、前記空気調和装置の冷媒が不足していることを報知手段に報知させる報知処理部と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の凝縮圧力検知システム。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の凝縮圧力検知システムを有する冷凍サイクルシステム。

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