JP2015068614A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示す空気調和装置10は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の建物の中にある室内空間を冷房または暖房する装置である。空気調和装置10は、主として、建物の外に配置される1台の熱源側ユニット20と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、3台)の利用側ユニット40、50、60と、液冷媒連絡管71およびガス冷媒連絡管72と、を備えている。空気調和装置10の蒸気圧縮式の冷媒回路11は、熱源側ユニット20と、利用側ユニット40、50、60とが、液冷媒連絡管71およびガス冷媒連絡管72によって接続されることで構成される。
利用側ユニット40、50、60は、建物内の室内空間の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される、あるいは、室内空間の壁面に壁掛け等により設置される、空調室内機である。利用側ユニット40、50、60は、液冷媒連絡管71およびガス冷媒連絡管72を介して熱源側ユニット20に接続されており、冷媒回路11の一部を構成する。
熱源側ユニット20は、ビル等の建物の外部あるいは地下空間に設置されており、液冷媒連絡管71およびガス冷媒連絡管72を介して利用側ユニット40、50、60に接続され、利用側ユニット40、50、60とともに冷媒回路11を構成している。
冷媒連絡管71、72は、空気調和装置10をビル等の建物の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や熱源側ユニットと利用側ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて、種々の長さのものが使用される。このため、例えば、新規に空気調和装置10を設置する場合には、空気調和装置10の冷媒回路11に対して、冷媒連絡管71、72の長さ等の設置条件に応じた適正な量の冷媒を充填する必要がある。
次に、空気調和装置10の動作について説明する。
まず、冷房運転について、図1を用いて説明する。
次に、暖房運転について説明する。
空気調和装置10では、膨張機構である室内膨張弁41、51、61の弁開度、すなわち、室内膨張弁41、51、61の絞り量を、制御部80がきめ細かく制御している。具体的には、冷房運転時には、第1パラメーターである相対過熱度RSHに応じて各室内膨張弁41、51、61の開度が決められ、暖房運転時には、第2パラメーターである相対過冷却度RSCに応じて各室内膨張弁41、51、61の開度が決められる。
相対過熱度RSH=過熱度SH/(室内空気温度Tr−蒸発温度Te)=SH/ΔT
乖離度Ersh=目標相対過熱度RSHs−相対過熱度RSH
開度パルスの変更量ΔEV=A×(Ersh−前回のErsh)+B×Ersh
相対過冷却度RSC=過冷却度SC/(室内空気温度Tr−凝縮温度Tc)=SC/ΔT
差Ersc=目標相対過冷却度RSCs−相対過冷却度RSC
開度パルスの変更量ΔEV=C×(Ersc−前回のErsc)+D×Ersc
ΔRSHs=J×(Er−前回のEr)+K×Er
ΔRSCs=L×(Er−前回のEr)+M×Er
(許容最小過熱度SHmin/ΔT)<RSH<(許容最大過熱度SHmax/ΔT)
(許容最小過冷却度SCmin/ΔT)<RSC<(許容最大過冷却度SCmax/ΔT)
(3−1)
冷媒回路11内の冷媒の圧力が一時的に変動すると、蒸発器や放熱器として機能する室内熱交換器42、52、62の出口の冷媒温度の変化に較べて、蒸発温度Teや凝縮温度Tcの変化が大きくなる傾向があることを本願の発明者は見いだしている。例えば、利用側ユニット40、50、60の一部のユニットが、室内空気温度Trが設定温度Tsに達してサーモオフの状態になると、圧縮機21の吸入圧力(冷媒回路11内のガス冷媒の低圧値)が一時的に低下する。すると、吸入圧力の低下に伴って、図5に示すように、室内熱交換器42、52、62の蒸発温度Teも一時的に低下する。図4を参照すれば明らかなように、蒸発器の出口における冷媒温度が殆ど変化しない状態において、蒸発温度Teが低下すると、過熱度SHは相対的に大きくなる。すなわち、蒸発温度Teが一時的に低下すると、それに伴って図5に示すように過熱度SHは急上昇してしまう。蒸発温度Teが11℃下がれば、過熱度SHは約11℃上昇することになる。したがって、従来のように過熱度SHを目標値に近づける膨張弁制御を行っている場合、膨張弁の開度が大きく変えられることになる。
上記実施形態に係る空気調和装置10では、例えば冷房運転時には、相対過熱度RSH(RSH=SH/ΔT)をパラメーターとして室内膨張弁41、51、61の絞り量を決めている。このため、蒸発温度Teの変動に対して室内膨張弁41、51、61の弁開度の応答が遅れる傾向が出る。この傾向は、上述のように空気調和装置10の挙動を安定させる役割を果たす一方、例えば、蒸発温度を下回る温度の冷媒(室内熱交換器42、52、62で蒸発しきれず液冷媒を含んだ状態の冷媒)が圧縮機に吸入されるといった状況を生むことも想定される。これを回避するために、アキュムレータ24の容量を増やすことも考えられるが、コストアップにつながる。
上記実施形態に係る空気調和装置10では、室内空間の室内空気温度Trが設定温度Tsになるように室内熱交換器42、52、62を蒸発器あるいは放熱器として機能させる。そして、制御部80は、設定温度Tsと現在の室内空気温度Trとの乖離度Er(Er=Ts−Tr)に基づいて、冷房運転時の目標相対過熱度RSHsや暖房運転時の目標相対過冷却度RSCsを変えている。このように、空気調和装置10では、乖離度Er、すなわち、各利用側ユニット40、50、60で必要な熱交換量に基づいて目標値(目標相対過熱度RSHs,目標相対過冷却度RSCs)が変わるため、室内空間を早期に設定温度Tsに到達させることが可能となっている。
(4−1)第1変形例
上記実施形態に係る空気調和装置10では、相対過熱度RSH(=SH/ΔT)や相対過冷却度RSC(=SC/ΔT)に基づいて各室内膨張弁41、51、61の開度を決定しているが、本発明はこれらのパラメーター(RSH,RSC)を使わない空気調和装置においても成立する。
上記実施形態において、各室内熱交換器42、52、62の出口における冷媒の過熱度SHは、ガス側温度センサ45、55、65により検出される冷媒温度値から液側温度センサ44、54、64により検出される冷媒温度値(蒸発温度Teに対応)を差し引くことによって検出されている。
11 冷媒回路
20 熱源側ユニット
21 圧縮機
23 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
40,50,60 利用側ユニット
41,51,61 室内膨張弁(利用側膨張弁)
42,52,62 室内熱交換器(利用側熱交換器)
71 液冷媒連絡管(冷媒連絡管)
72 ガス冷媒連絡管(冷媒連絡管)
80 制御部
RSC 相対過冷却度(第2パラメーター)
RSH 相対過熱度(第1パラメーター)
SC 過冷却度
SH 過熱度
Te 蒸発温度
Tc 凝縮温度
Tr 室内空気温度
Ts 設定温度
Claims (7)
- 圧縮機(21)、放熱器(23,42,52,62)、膨張機構(41,51,61)、蒸発器(42,52,62,23)が順に結ばれている冷媒回路(11)と、
前記膨張機構の絞り量を制御する制御部(80)と、
を備え、
制御部は、
前記蒸発器の出口の冷媒温度と前記蒸発器における冷媒の蒸発温度との差である過熱度(SH)と、前記蒸発温度(Te)と、から求められる第1パラメーター(RSH)に基づいて、前記膨張機構の絞り量を決定する、
あるいは、
前記放熱器の出口の冷媒温度と前記放熱器における冷媒の凝縮温度との差である過冷却度(SC)と、前記凝縮温度(Tc)と、から求められる第2パラメーター(RSC)に基づいて、前記膨張機構の絞り量を決定する、
冷凍装置(10)。 - 前記第1パラメーター(RSH)は、前記過熱度(SH)を、前記蒸発器に供給され前記蒸発器を流れる冷媒と熱交換する流体の温度(Tr)と前記蒸発温度(Te)との差(ΔTe)で除した値であり、
前記第2パラメーター(RSC)は、前記過冷却度(SC)を、前記凝縮器に供給され前記凝縮器を流れる冷媒と熱交換する流体の温度(Tr)と前記凝縮温度(Tc)との差(ΔTc)で除した値である、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記第1パラメーター(RSH)は、予め決められた複数の値から、前記過熱度(SH)および前記蒸発温度(Te)に応じて選択される値であり、
前記第2パラメーター(RSC)は、予め決められた複数の値から、前記過冷却度(SC)および前記凝縮温度(Tc)に応じて選択される値である、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記圧縮機を含む熱源側ユニット(20)と冷媒連絡管(71,72)を介して結ばれる利用側ユニット(40,50,60)であって、前記放熱器あるいは前記蒸発器として機能する利用側熱交換器(42,52,62)および前記膨張機構として機能する利用側膨張弁(41,51,61)を含む利用側ユニットが、複数存在する、
請求項1から3のいずれかに記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記第1パラメーター(RSH)あるいは前記第2パラメーター(RSC)に基づいて前記膨張機構の絞り量を決定しつつ、前記過熱度(SH)あるいは前記過冷却度(SC)が許容最小値を下回るときには、前記過熱度(SH)あるいは前記過冷却度(SC)が許容最小値を超えるように前記膨張機構の絞り量を決定する、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記第1パラメーター(RSH)あるいは前記第2パラメーター(RSC)が目標値に近づくように、前記膨張機構の絞り量を決定する、
請求項1から5のいずれかに記載の冷凍装置。 - 前記蒸発器あるいは前記放熱器は、室内空間に配置されて室内空気と熱交換を行うものであり、
前記制御部は、前記室内空間の室内空気の設定温度を受け付け、前記設定温度と前記室内空気の温度との乖離度合いに基づいて前記目標値を変える、
請求項6に記載の冷凍装置。
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