JP4540812B2

JP4540812B2 - air conditioner

Info

Publication number: JP4540812B2
Application number: JP2000245236A
Authority: JP
Inventors: 正秀柳; 常雄植草
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002061918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外気温度が低いときも冷房が必要な高発熱機器用の空調機に関するものであり、詳しくは、外気温度が低いことを積極的に利用して室内の冷房を行う冷媒ポンプを保有する年間冷房型空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的には、室内の冷房方法として、圧縮式冷凍サイクルを利用した空調装置がある。本空調装置の冷房原理を以下に説明する。圧縮によりガス冷媒を加圧して高温高圧ガスとして凝縮器に送り、凝縮器では外気と熱交換して冷媒が液化する。液冷媒は膨張弁で減圧されて蒸発器にいたり、蒸発器において室内空気を冷却することで冷媒がガス化し、圧縮機に戻る。以下このサイクルを繰り返すことで、室内の熱を蒸発器及び凝縮器を介して大気中に放出することで室内の冷房を行う。
【０００３】
外気温度が低い場合には、圧縮機は運転せずに、冷媒ポンプで冷媒を循環させるだけで冷房運転が行える。この方法は、外気で一旦冷媒を冷やし、その冷えた冷媒で室内の冷房を行うので、間接外気冷房と呼ばれる。循環媒体として水を使用する場合があるが、冷媒を使うことにすれば、その相変化を利用することができるから、循環量を削減することでポンプ動力を削減することができる。
【０００４】
間接外気冷房での冷房サイクルを以下に説明する。蒸発器を出たガス冷媒はそのまま凝縮器に送られ、凝縮器にて低温外気で冷やされて液化し、冷媒ポンプに送られる。冷媒ポンプでは液冷媒が加圧され、蒸発器に導かれる。蒸発器では室内空気を冷却することで冷媒がガス化し、再び凝縮器に戻る。以下このサイクルを繰り返し、室内の熱を蒸発器及び凝縮器を介して大気中に放出することで室内の冷房を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記事項を踏まえると、外気温度が高い場合には圧縮サイクルで運転し、外気温度が低い場合には冷媒ポンプサイクルで運転することとすれば、効率的ではあるが、しかしながら、従来までにおいては、両サイクルを切り替える際のより具体的な基準等の設定ないし運転操作方法は定まっていなかった。例えば、外気温度に基づいて前記両サイクル相互の切り替えを行うことが考えられるが、外気温度のみに基づく判断では、例えば、蒸発器が存在する室内の温度が低いため外気温度と室内温度との差が十分でないといった極端な温度条件となった場合、凝縮器で冷媒が十分液化されずに冷媒ポンプ内で気化し、気液混相状態となってキャビテーションを生じる可能性もなしとしないものであった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、最も好適な環境下で、具体的には、全体としてよりエネルギ消費が少なくなるような、両サイクルの切り替え運転を行える空調機を提供するとともに、冷媒ポンプ内における予期せぬ気相の発生を抑制してキャビテーションの発生をより確実に防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために以下の手段をとった。
請求項１の空調機は、圧縮機により圧縮された冷媒を室内の熱交換機に循環させる圧縮サイクルによる冷房運転と、外気との熱交換により冷却された冷媒を室内の熱交換機に循環させる冷媒ポンプサイクルによる冷房運転とを切り替えて室内の冷房を行う空調機において、室内温度と外気温度との差が設定値以上となる場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルに運転の切り替えを行う制御装置を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の空調機は、前記制御装置は、さらに、前記圧縮サイクルにおける冷房能力が、該冷房能力に関する設定値以下となる場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルに運転の切り替えを行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の空調機は、前記制御装置は、さらに、前記圧縮サイクルにおける圧縮機周波数が、該圧縮機周波数に関する設定値以下となる場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルに運転の切り替えを行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の空調機は、前記制御装置は、前記室内温度と外気温度との差が前記設定値よりも小さい復帰設定値以下となることを条件に前記冷媒ポンプサイクルから前記圧縮サイクルへ運転を切り替えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の空調機は、圧縮機により圧縮された冷媒を室内の熱交換機に循環させる圧縮サイクルによる冷房運転と、外気との熱交換により冷却された冷媒を室内の熱交換機に循環させる冷媒ポンプサイクルによる冷房運転とを切り替えて室内の冷房を行う空調機において、室内温度と外気温度との差が第一の設定値Ｔ１以上となる第１の場合、前記室内温度と外気温度との差が第二の設定値Ｔ２（＜Ｔ１）以上となり、かつ前記圧縮サイクルにおける冷房能力が、該冷房能力に関する設定値以下となる第２の場合、又は、前記室内温度と外気温度との差が前記第二の設定値Ｔ２（＜Ｔ１）以上となり、かつ前記圧縮サイクルにおける圧縮機周波数が、該圧縮機周波数に関する設定値以下となる第３の場合のいずれか一の場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルに運転の切り替えを行う制御装置を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の空調機は、前記制御装置は、前記室内温度と外気温度との差が前記第２の設定値よりも小さい復帰設定値以下となることを条件に前記冷媒ポンプサイクルから前記圧縮サイクルへ運転を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
この空調機によれば、室内温度と外気温度との差に基づいて、さらには、その時点の圧縮機の負荷状態に基づいて、的確に圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルとを切り替えることにより、最も効率的な運転を可能とするとともに、冷媒ポンプサイクルにおいて、必要な温度差を確保して冷媒を液相に戻すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
本発明に係る年間冷房型空調機は、図１に示すように、冷媒ポンプ１、膨張弁９、蒸発器（室内熱交換器）４、圧縮機５、凝縮器（室外熱交換器）８が順に接続された（図では左回り）冷媒回路を有している。これらのうち、冷媒ポンプ１と圧縮機５とは、通常同時に稼働することはない。本実施形態では、冷媒ポンプ１が稼働状態にある場合における、この冷媒回路中の冷媒の流れ方を指してこれを「冷媒ポンプサイクル」、圧縮機５が稼働状態にある場合におけるときを同様にして「圧縮サイクル」とよぶことにする。
冷媒回路には、上記の構成要素の他、冷媒ポンプ１の付属設備として冷媒ポンプ用インバータ２、冷媒ポンプバイパス弁３、また圧縮機５の付属設備として圧縮機用インバータ６、圧縮機バイパス弁７、がそれぞれ備えられている。また、膨張弁９の付属設備として膨張弁のバイパス弁１０が備えられている。
【００１５】
さらに、蒸発器４近傍には室内側送風機１３が備えられ、該送風機１３には室内側送風機風量制御装置１４が接続されている。凝縮器８近傍にも、同様にして、室外側送風機１１、及びこれに接続される室外側送風機風量制御装置１２が備えられている。加えて、この冷媒回路には、これら各機器の動作制御等を行うためのコントローラ（制御装置）１６が備えられており、該コントローラ１６には外気温度センサ１５が接続されるとともに、室内温度センサ１７が接続されている。
【００１６】
上記構成となる冷媒回路を備えた年間冷房型空調機において、圧縮サイクル及び冷媒ポンプサイクルの運転は以下のようになる。
まず、圧縮サイクルで運転する場合には、冷媒ポンプバイパス弁３を開き、圧縮機バイパス弁７及び膨張弁のバイパス弁１０を閉じる。圧縮サイクルは以下のように動作する。圧縮機５によりガス冷媒を加圧して高温高圧ガスとして凝縮器８に送り、凝縮器８では外気と熱交換して冷媒が液化する。液冷媒は膨張弁９で減圧されて蒸発器４に至り、蒸発器４において室内空気を冷却することで冷媒がガス化し、圧縮機５に戻る。以下、このサイクルを繰り返すことで、室内の熱を蒸発器４及び凝縮器８を介して大気中に放出することで室内の冷房を行う。
【００１７】
一方、冷媒ポンプサイクルで運転する場合には、冷媒ポンプバイパス弁３を閉じ、圧縮機バイパス弁７及び膨張弁のバイパス弁１０を開く。冷媒ポンプサイクルは以下のように動作する。蒸発器４をでたガス冷媒はそのまま凝縮器８に送られ、凝縮器８にて低温外気により冷やされて液化し、冷媒ポンプ１に送られる。冷媒ポンプ１では液冷媒が加圧され、蒸発器４に導かれる。蒸発器４では室内空気を冷却することで冷媒がガス化し、再び凝縮器８に戻る。以下このサイクルを繰り返し、室内の熱を蒸発器４及び凝縮器８を介して大気中に放出することで室内の冷房を行う。
【００１８】
ところで、本発明においては、上記した圧縮サイクル及び冷媒ポンプサイクルの両サイクルは、以下に示すような基準にて切り替えられることを特徴とするものである。
図２は、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの切替判断に関するフローチャートである。すなわち図２は圧縮サイクル運転中を仮定しており、各ステップは、該圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルに切り替える際の諸判断基準を示したものとなっている。まずステップＳ１０として、外気温度および室内温度を検出し、室内温度から外気温度を引いた温度差の値が設定値（第一の設定値）Ｔ１以上となるか否かを判断する。ここで室内温度および外気温度の測定は上記外気温度センサ１５、室内温度センサ１７により行われ、また、設定値Ｔ１に係る判断はコントローラ１６によって行われることは言うまでもない。この判断の結果、第一の設定値Ｔ１以上である場合（ＹＥＳ）にはＳ１４へ進んで直ちに冷媒ポンプサイクルへ切り替えられ、また、ＮＯの場合にはＳ１１へ進む。
【００１９】
次に、ステップＳ１１として、前記温度差の値が設定値（第二の設定値）Ｔ２以上か否かの判断を行う。もし設定値Ｔ２未満ならば前記ステップＳ１０へと戻る。また、設定値Ｔ２以上ならば次なるステップＳ１２へと進行する。このとき設定値Ｔ２は上記設定値Ｔ１に対して、Ｔ２＜Ｔ１なる関係を有する。すなわち、ステップＳ１２へと進行する場合には、温度差ＴはＴ１＞Ｔ＞Ｔ２となっていることとなり、また、ステップＳ１へと戻る場合には、同じくＴ１＞Ｔ２＞Ｔとなっている。後者の場合は、適当なＴ２を定めておけば、外気温度が十分高いことを意味するから、必要な冷房を能力を得るために圧縮サイクルによる運転が行われることになり、ステップＳ１０とステップＳ１１とを繰り返しながら冷房運転は続行されることになる。
【００２０】
ステップＳ１２では、予め定めておいた冷房能力に関する設定値について、実際の冷房能力が該設定値以下となる場合には、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへと運転を切り替える。ここで冷房能力の設定値とは、一般に使用される冷房能力の単位であるＷを充てる例だけではなく、例えば、室内の温度の所望値（℃）を充てることなども考えられる。さらに、ステップＳ１３では、圧縮機周波数に関する設定値について、実際の圧縮機周波数が該設定値以下となる場合に、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへと運転を切り替える。ステップＳ１２及びＳ１３のいずれの判断においてもＮＯとなった場合には、再びステップＳ１０へと戻る。以下では、これらステップＳ１２及びステップＳ１３について、もう少し詳細な説明を行う。
【００２１】
ステップＳ１２及びステップＳ１３における判断は、上記したように室内温度と外気温度との差ＴがＴ１＞Ｔ＞Ｔ２なる温度において行われるものである。つまり、圧縮サイクルによる運転によって必要な冷房能力を得るべきか、あるいは冷媒ポンプサイクルによる運転によって効率的な冷房を行うか、のいずれによるべきかは一概に判断しかねる状況にあると言い換えてもよい。したがって、ステップＳ１２及びステップＳ１３はこれを決定するため、以下のような根拠のもとになされるものである。
【００２２】
まず一般に、圧縮機５の運転に必要な消費電力よりも、冷媒ポンプ１の運転に必要なそれは小さい。すなわち、圧縮サイクルによる運転よりも冷媒ポンプサイクルによる運転の方が消費電力は小さいのである。したがって、できるだけ冷媒ポンプ１の運転時間を長くするほうが、消費電力の削減効果は大きくなる。また、冷媒ポンプサイクルにおける冷房能力と外気温度との関係は、図３に示すように与えられる。この図に示すように、冷媒ポンプサイクルにおける冷房能力は、外気温度が大きい場合（本実施形態にあっては室内温度と外気温度との温度差が小さい場合）に小さく、同様に小さい場合に大きく、というように該外気温度に依存することから、圧縮サイクルにおける冷房能力との関係から、ある外気温度Ｔにおいて冷媒ポンプサイクルと圧縮サイクルにおける冷房能力に大きな差がない場合には、冷媒ポンプサイクルに移行した方が電力消費の観点からみて好ましい場合があることとなる。
【００２３】
図２に示すステップＳ１２及びステップＳ１３は、上記のような判断を実質的に行うものである。すなわち、ステップＳ１２においては、室内温度と外気温度との差がある値Ｔであるときの圧縮サイクルにおける冷房能力が、上記のように同じ温度差Ｔにあるときの冷媒ポンプサイクルにおける冷房能力と大きな差がなくなるようなときの、その（圧縮サイクルにおける）冷房能力に係る値を設定値とし、該設定値以下となる場合に、冷媒ポンプサイクルへと移行するようにするものである。また、ステップＳ１３においては、同様な考え方のもと、圧縮機の運転負荷を表す周波数値において、ある設定値を定めておき、該設定値以下となった時点で冷媒ポンプサイクルへと切り替えるのである。
【００２４】
つまり、現時点での室内温度と外気温度との差Ｔ（Ｔ１＞Ｔ＞Ｔ２）と、当該時点での圧縮サイクルでの冷房能力を測定して、冷媒ポンプサイクルに切り替えても同様な冷房能力が発揮できるときには、圧縮サイクル運転から冷媒ポンプサイクル運転に切り替える、ということである。
【００２５】
このように本発明による年間冷房型空調機においては、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの切り替え判断において、室内温度と外気温度との温度差に加えて、圧縮サイクル及び冷媒ポンプサイクルによる冷房能力をも基準として加味することにより、当該圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの切り替えによっても、同程度の冷房能力が確保でき、しかも省エネルギな運転が行える。
【００２６】
一方、冷媒ポンプサイクルから圧縮サイクルへの切り替え判断は、図４に示すフローチャートに従って行われる。すなわち、室内温度と外気温度との差Ｔを復帰設定値Ｔ３と比較し（ステップＳ２０）、この復帰設定値以下であること、すなわちＴ＜Ｔ３であることを条件として冷媒ポンプサイクルから圧縮サイクルへ切り替え、圧縮サイクルによる冷房運転が開始される（ステップＳ２０）。ここに、前記復帰設定値Ｔ３の値は、前記第１、第２の設定値Ｔ１，Ｔ２に対して、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３の値とされている。したがって、一般的には、冷媒ポンプサイクルへの切り替え時より外気温度が高くなった場合に圧縮サイクルへ切り替えられる。したがって、圧縮サイクルと栽培ポンプサイクルとの間の切り替えが短時間に繰り返されるようないわゆるハンチング現象を防止し、より安定した空調運転が可能になる。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、外気温度および室内温度に関する測定・判断（ステップＳ１０）、圧縮サイクルにおける冷房能力の測定・判断（ステップＳ１２）、及び圧縮機周波数の測定・判断（ステップＳ１３）は同一フロー中において実施されるようになっていたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。すなわち例えば、上記実施形態において、ステップＳ１２に係る測定・判断は行い、ステップＳ１３に係る測定・判断は省略する、という形態にしてもよいし、また、逆の場合も当然あり得る。ちなみにこれら両形態について、一般的ないしは実際上の観点から付言をするならば、冷房能力の測定・判断を行うことには困難が伴う場合が多くあると想定されるから、ステップＳ１３を残しステップＳ１２を省略する、という形態が最も実用的であるということは言えるものと思われる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空調機は、室内温度と外気温度との差を判断基準として圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの運転切り替えを行うことから、室内温度と外気温度の差が十分大きくなったときには、この温度条件にてより運転効率の高い冷媒ポンプサイクル運転がなされることになる。したがって本発明の空調機によれば、室内の冷房効率の観点から有利な運転を実施することができる。
【００２９】
また、本発明の空調機は、上記両サイクルの運転切り替えの判断基準として、室内温度と外気温度との差に加え、冷房能力をも加味することから、室内温度と外気温度との差のみではいずれのサイクルで運転するかの判断が困難であるような場合において、よりエネルギ消費の少ないサイクルを選択し運転することができる。
【００３０】
さらに、本発明の空調機は、冷房能力の指標としてより具体的な圧縮機周波数を採用したもので、この圧縮機周波数は、通常、インバータ電源を用いた空調機における運転負荷を示すパラメータであるから、請求項２の場合と同様な効果を享受することができる。
【００３１】
また、本発明の空調機は、室内温度と外気温度との差が第一の設定値Ｔ１以上となる第１の場合、前記室内温度と外気温度との差が第二の設定値Ｔ２（＜Ｔ１）以上となり、かつ前記圧縮サイクルにおける冷房能力が、該冷房能力に関する設定値以下となる第２の場合、又は、前記外気温度が前記第二の設定値Ｔ２（＜Ｔ１）以上となり、かつ前記圧縮サイクルにおける圧縮機周波数が、該圧縮機周波数に関する設定値以下となる第３の場合のいずれか一の場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルへ運転を切り替えるから、冷媒ポンプサイクルにおいて確実に冷媒を液化し得るとともに、最も効率的なサイクルによる冷房を行うことができる。
【００３２】
加えて、本発明は、前記冷媒ポンプサイクルから前記圧縮サイクルへの運転の切り替えは、前記室内温度と外気温度との差が前記設定値よりも小なる値をもって行うようになされているから、圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルとが繰り返し切り替えられるハンチング現象が防止され、より安定的な運転を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調機の冷媒回路構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る空調機の圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの切り替え制御のフローチャートである。
【図３】冷媒ポンプサイクルにおける冷房能力と外気温度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る空調機の冷媒ポンプサイクルから圧縮サイクルへの切り替え制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１冷媒ポンプ
２冷媒ポンプ用インバータ
３冷媒ポンプバイパス弁
４蒸発器（室内熱交換器）
５圧縮機
６圧縮機用インバータ
７圧縮機バイパス弁
８凝縮器（室外熱交換器）
９膨張弁
１０膨張弁のバイパス弁
１１室外側送風機
１２室外側送風機風量制御装置
１３室内側送風機
１４室内側送風機風量制御装置
１５外気温度センサ
１６コントローラ（制御装置）
１７室内温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner for a high heat generating device that needs to be cooled even when the outside air temperature is low, and in particular, has a refrigerant pump that actively cools the room by utilizing the low outside air temperature. It relates to annual cooling type air conditioners.
[0002]
[Prior art]
In general, as an indoor cooling method, there is an air conditioner using a compression refrigeration cycle. The cooling principle of the air conditioner will be described below. The gas refrigerant is pressurized by compression and sent to the condenser as a high-temperature and high-pressure gas, and the refrigerant liquefies by exchanging heat with the outside air. The liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve and enters the evaporator, or the indoor air is cooled in the evaporator, whereby the refrigerant gasifies and returns to the compressor. Hereinafter, by repeating this cycle, indoor heat is released by releasing indoor heat into the atmosphere through an evaporator and a condenser.
[0003]
When the outside air temperature is low, the cooling operation can be performed only by circulating the refrigerant with the refrigerant pump without operating the compressor. This method is called indirect outdoor air cooling because the refrigerant is once cooled with outside air and the indoor cooling is performed with the cooled refrigerant. In some cases, water is used as a circulation medium. However, if a refrigerant is used, the phase change can be used. Therefore, the pump power can be reduced by reducing the circulation amount.
[0004]
The cooling cycle in indirect outside air cooling will be described below. The gas refrigerant exiting the evaporator is sent to the condenser as it is, cooled in the condenser with low temperature outside air, liquefied, and sent to the refrigerant pump. In the refrigerant pump, the liquid refrigerant is pressurized and guided to the evaporator. In the evaporator, the indoor air is cooled to gasify the refrigerant and return to the condenser again. Thereafter, this cycle is repeated to cool the room by releasing the indoor heat into the atmosphere through the evaporator and the condenser.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, it is efficient to operate in the compression cycle when the outside air temperature is high, and to operate in the refrigerant pump cycle when the outside air temperature is low. More specific standards and driving methods for switching between the two cycles have not been determined. For example, it is conceivable to switch between the two cycles based on the outside air temperature. However, in the judgment based only on the outside air temperature, for example, the difference between the outside air temperature and the room temperature is low because the room temperature where the evaporator exists is low. However, when the temperature is not enough, the refrigerant is not sufficiently liquefied by the condenser and is vaporized in the refrigerant pump, resulting in a gas-liquid mixed phase and cavitation. .
[0006]
The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and provides an air conditioner that can perform a switching operation of both cycles under the most preferable environment, specifically, energy consumption is reduced as a whole. An object of the present invention is to more reliably prevent the occurrence of cavitation by suppressing the generation of an unexpected gas phase in the refrigerant pump.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention takes the following means in order to solve the above problems.
The air conditioner according to claim 1 is a cooling pump that performs cooling operation by a compression cycle that circulates refrigerant compressed by a compressor to an indoor heat exchanger, and a refrigerant pump that circulates refrigerant cooled by heat exchange with outside air to the indoor heat exchanger. In an air conditioner that performs indoor cooling by switching between cooling operation by cycle, a control device that switches operation from the compression cycle to the refrigerant pump cycle when the difference between the indoor temperature and the outside air temperature is equal to or greater than a set value. It is characterized by having.
[0008]
The air conditioner according to claim 2, wherein the control device further switches the operation from the compression cycle to the refrigerant pump cycle when the cooling capacity in the compression cycle is equal to or less than a set value related to the cooling capacity. It is characterized by.
[0009]
The air conditioner according to claim 3, wherein the control device further switches the operation from the compression cycle to the refrigerant pump cycle when a compressor frequency in the compression cycle is equal to or lower than a set value related to the compressor frequency. It is characterized by performing.
[0010]
5. The air conditioner according to claim 4, wherein the control device operates from the refrigerant pump cycle to the compression cycle on condition that a difference between the room temperature and the outside air temperature is equal to or less than a return set value that is smaller than the set value. It is characterized by switching.
[0011]
The air conditioner according to claim 5 is a cooling operation by a compression cycle that circulates a refrigerant compressed by a compressor to an indoor heat exchanger, and a refrigerant that circulates the refrigerant cooled by heat exchange with outside air to the indoor heat exchanger. In an air conditioner that performs indoor cooling by switching between cooling operation by a pump cycle, in the first case where the difference between the room temperature and the outside air temperature is equal to or greater than the first set value T1, the difference between the room temperature and the outside air temperature Is the second set value T2 (<T1) or more and the cooling capacity in the compression cycle is equal to or less than the set value related to the cooling capacity, or the difference between the indoor temperature and the outside air temperature is In the case of any one of the third cases where the compressor frequency in the compression cycle is equal to or higher than the second set value T2 (<T1) and is equal to or lower than the set value related to the compressor frequency, A control device that switches operation from the vehicle to the refrigerant pump cycle is provided.
[0012]
The air conditioner according to claim 6, wherein the control device performs the compression from the refrigerant pump cycle on the condition that a difference between the room temperature and the outside air temperature is equal to or less than a return set value that is smaller than the second set value. The operation is switched to a cycle.
[0013]
According to this air conditioner, the most efficient by switching the compression cycle and the refrigerant pump cycle accurately based on the difference between the room temperature and the outside air temperature, and further based on the load state of the compressor at that time. In the refrigerant pump cycle, it is possible to ensure the necessary temperature difference and return the refrigerant to the liquid phase.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the annual cooling type air conditioner according to the present invention includes a refrigerant pump 1, an expansion valve 9, an evaporator (indoor heat exchanger) 4, a compressor 5, and a condenser (outdoor heat exchanger) 8. It has refrigerant circuits that are connected in order (counterclockwise in the figure). Of these, the refrigerant pump 1 and the compressor 5 are not normally operated simultaneously. In the present embodiment, the refrigerant flow in the refrigerant circuit when the refrigerant pump 1 is in operation is referred to as “refrigerant pump cycle”, and the same applies when the compressor 5 is in operation. This is called the “compression cycle”.
In the refrigerant circuit, in addition to the above-described components, the refrigerant pump inverter 2 and the refrigerant pump bypass valve 3 are attached to the refrigerant pump 1, and the compressor inverter 6 and the compressor bypass valve 7 are attached to the compressor 5. , Are provided. Further, an expansion valve bypass valve 10 is provided as an accessory of the expansion valve 9.
[0015]
Further, an indoor fan 13 is provided in the vicinity of the evaporator 4, and an indoor fan air volume control device 14 is connected to the fan 13. Similarly, an outdoor fan 11 and an outdoor fan air volume control device 12 connected to the outdoor fan 11 are also provided near the condenser 8. In addition, the refrigerant circuit is provided with a controller (control device) 16 for performing operation control and the like of these devices. The controller 16 is connected to an outside air temperature sensor 15 and an indoor temperature sensor. 17 is connected.
[0016]
In the annual cooling type air conditioner including the refrigerant circuit having the above-described configuration, the operation of the compression cycle and the refrigerant pump cycle is as follows.
First, when operating in a compression cycle, the refrigerant pump bypass valve 3 is opened, and the compressor bypass valve 7 and the expansion valve bypass valve 10 are closed. The compression cycle operates as follows. The gas refrigerant is pressurized by the compressor 5 and sent to the condenser 8 as a high-temperature and high-pressure gas. The condenser 8 exchanges heat with the outside air and liquefies the refrigerant. The liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 9 and reaches the evaporator 4, and the refrigerant is gasified by cooling the indoor air in the evaporator 4 and returns to the compressor 5. Hereinafter, by repeating this cycle, indoor heat is released by releasing indoor heat into the atmosphere via the evaporator 4 and the condenser 8.
[0017]
On the other hand, when operating with a refrigerant pump cycle, the refrigerant pump bypass valve 3 is closed, and the compressor bypass valve 7 and the expansion valve bypass valve 10 are opened. The refrigerant pump cycle operates as follows. The gas refrigerant discharged from the evaporator 4 is sent to the condenser 8 as it is, cooled by the low-temperature outside air in the condenser 8 and liquefied, and sent to the refrigerant pump 1. In the refrigerant pump 1, the liquid refrigerant is pressurized and guided to the evaporator 4. In the evaporator 4, the refrigerant is gasified by cooling the indoor air and returns to the condenser 8 again. Thereafter, this cycle is repeated, and the indoor heat is released by releasing the indoor heat into the atmosphere through the evaporator 4 and the condenser 8.
[0018]
By the way, in the present invention, both the compression cycle and the refrigerant pump cycle described above are switched on the basis as shown below.
FIG. 2 is a flowchart regarding switching determination from the compression cycle to the refrigerant pump cycle. That is, FIG. 2 assumes that the compression cycle operation is being performed, and each step shows various criteria for switching from the compression cycle to the refrigerant pump cycle. First, in step S10, the outside air temperature and the room temperature are detected, and it is determined whether or not the value of the temperature difference obtained by subtracting the outside air temperature from the room temperature is equal to or greater than a set value (first set value) T1. Here, it goes without saying that the room temperature and the outside temperature are measured by the outside temperature sensor 15 and the room temperature sensor 17, and the controller 16 makes a determination on the set value T1. As a result of the determination, if it is equal to or greater than the first set value T1 (YES), the process proceeds to S14 and is immediately switched to the refrigerant pump cycle, and if NO, the process proceeds to S11.
[0019]
Next, in step S11, it is determined whether or not the temperature difference value is equal to or greater than a set value (second set value) T2. If it is less than the set value T2, the process returns to step S10. If it is equal to or greater than the set value T2, the process proceeds to the next step S12. At this time, the set value T2 has a relationship of T2 <T1 with respect to the set value T1. That is, when proceeding to step S12, the temperature difference T is T1>T> T2, and when returning to step S1, T1>T2> T. In the latter case, if an appropriate T2 is set, it means that the outside air temperature is sufficiently high. Therefore, in order to obtain the required cooling capacity, the operation by the compression cycle is performed, and step S10 and step S11 are performed. The cooling operation is continued while repeating the above.
[0020]
In step S12, when the actual cooling capacity is equal to or less than the preset value for the preset cooling capacity, the operation is switched from the compression cycle to the refrigerant pump cycle. Here, the set value of the cooling capacity is not limited to an example in which W, which is a unit of cooling capacity that is generally used, is used, and for example, a desired value (° C.) of the indoor temperature is considered. Further, in step S13, the operation is switched from the compression cycle to the refrigerant pump cycle when the actual compressor frequency is equal to or lower than the set value for the set value related to the compressor frequency. If NO is determined in either step S12 or S13, the process returns to step S10 again. Hereinafter, the step S12 and the step S13 will be described in more detail.
[0021]
The determination in step S12 and step S13 is performed at a temperature where the difference T between the room temperature and the outside air temperature is T1>T> T2, as described above. In other words, it may be paraphrased that it is generally impossible to determine whether to obtain the required cooling capacity by the operation by the compression cycle or to perform the efficient cooling by the operation by the refrigerant pump cycle. . Therefore, step S12 and step S13 are performed based on the following grounds in order to determine this.
[0022]
First, in general, the power consumption required for the operation of the refrigerant pump 1 is smaller than the power consumption required for the operation of the compressor 5. That is, the power consumption is smaller in the refrigerant pump cycle operation than in the compression cycle operation. Therefore, the effect of reducing the power consumption increases as the operating time of the refrigerant pump 1 is increased as much as possible. Further, the relationship between the cooling capacity and the outside air temperature in the refrigerant pump cycle is given as shown in FIG. As shown in this figure, the cooling capacity in the refrigerant pump cycle is small when the outside air temperature is large (in this embodiment, when the temperature difference between the room temperature and the outside air temperature is small), and is large when the outside temperature is small as well. Thus, depending on the outside air temperature, if there is no significant difference in the cooling capacity between the refrigerant pump cycle and the compression cycle at a certain outside air temperature T from the relationship with the cooling capacity in the compression cycle, the refrigerant pump cycle It may be preferable from the viewpoint of power consumption to migrate.
[0023]
Steps S12 and S13 shown in FIG. 2 substantially make the above determination. That is, in step S12, the cooling capacity in the compression cycle when the difference between the room temperature and the outside air temperature is a certain value T is larger than the cooling capacity in the refrigerant pump cycle when the temperature difference T is the same as described above. When the difference disappears, the value related to the cooling capacity (in the compression cycle) is set as a set value, and when the value is equal to or less than the set value, the refrigerant pump cycle is entered. In step S13, based on the same concept, a certain set value is determined in the frequency value representing the operating load of the compressor, and the refrigerant pump cycle is switched to when the frequency becomes equal to or lower than the set value. .
[0024]
In other words, the same cooling capacity can be obtained even if the difference between the current indoor temperature and the outside air temperature T (T1>T> T2) and the cooling capacity in the compression cycle at that time are measured and switched to the refrigerant pump cycle. When it can be achieved, it means switching from the compression cycle operation to the refrigerant pump cycle operation.
[0025]
As described above, in the annual cooling type air conditioner according to the present invention, in the determination of switching from the compression cycle to the refrigerant pump cycle, in addition to the temperature difference between the indoor temperature and the outside air temperature, the cooling capacity by the compression cycle and the refrigerant pump cycle is provided. By adding it as a reference, even when switching from the compression cycle to the refrigerant pump cycle, the same cooling capacity can be ensured, and energy-saving operation can be performed.
[0026]
On the other hand, switching determination from the refrigerant pump cycle to the compression cycle is performed according to the flowchart shown in FIG. That is, the difference T between the room temperature and the outside air temperature is compared with the return set value T3 (step S20), and from the refrigerant pump cycle to the compression cycle on condition that it is equal to or less than the return set value, that is, T <T3. The cooling operation by the switching and compression cycle is started (step S20). Here, the return set value T3 is set such that T1>T2> T3 with respect to the first and second set values T1 and T2. Therefore, in general, when the outside air temperature becomes higher than when switching to the refrigerant pump cycle, switching to the compression cycle is performed. Therefore, the so-called hunting phenomenon in which switching between the compression cycle and the cultivation pump cycle is repeated in a short time is prevented, and a more stable air conditioning operation is possible.
[0027]
In the above embodiment, the measurement / judgment regarding the outside air temperature and the room temperature (step S10), the measurement / judgment of the cooling capacity in the compression cycle (step S12), and the measurement / judgment of the compressor frequency (step S13) are the same. Although implemented in the flow, the present invention is not limited to such a form. That is, for example, in the above-described embodiment, the measurement / determination according to step S12 may be performed, and the measurement / determination according to step S13 may be omitted. Incidentally, it is assumed that there are many cases where it is difficult to measure and judge the cooling capacity if both forms are added from a general or practical point of view, so step S13 is left and step S12 is left. It can be said that the form of omitting is the most practical.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the air conditioner according to the present invention switches the operation from the compression cycle to the refrigerant pump cycle based on the difference between the room temperature and the outside air temperature as a criterion. Therefore, the difference between the room temperature and the outside air temperature is sufficiently large. When this happens, the refrigerant pump cycle operation with higher operating efficiency is performed under this temperature condition. Therefore, according to the air conditioner of the present invention, it is possible to carry out an advantageous operation from the viewpoint of indoor cooling efficiency.
[0029]
In addition, the air conditioner of the present invention takes into account the cooling capacity in addition to the difference between the room temperature and the outside air temperature as a criterion for switching the operation between the two cycles. Therefore, only the difference between the room temperature and the outside air temperature is considered. In the case where it is difficult to determine which cycle to operate, it is possible to select and operate a cycle with less energy consumption.
[0030]
Furthermore, the air conditioner of the present invention employs a more specific compressor frequency as an index of the cooling capacity, and this compressor frequency is a parameter that usually indicates an operating load in the air conditioner using an inverter power supply. Thus, the same effect as in the case of claim 2 can be obtained.
[0031]
In the air conditioner of the present invention, when the difference between the room temperature and the outside air temperature is the first set value T1 or more, the difference between the room temperature and the outside air temperature is the second set value T2 (< T1) or more, and the cooling capacity in the compression cycle is a second value that is equal to or less than a set value for the cooling capacity, or the outside air temperature is equal to or greater than the second set value T2 (<T1), and Since the operation is switched from the compression cycle to the refrigerant pump cycle in any one of the third cases in which the compressor frequency in the compression cycle is equal to or lower than the set value relating to the compressor frequency, the refrigerant is reliably ensured in the refrigerant pump cycle. Can be liquefied and can be cooled by the most efficient cycle.
[0032]
In addition, according to the present invention, the operation switching from the refrigerant pump cycle to the compression cycle is performed with a difference between the indoor temperature and the outside air temperature being smaller than the set value. A hunting phenomenon in which the cycle and the refrigerant pump cycle are repeatedly switched is prevented, and a more stable operation can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a refrigerant circuit configuration of an air conditioner according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of switching control from a compression cycle to a refrigerant pump cycle of the air conditioner according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between cooling capacity and outside air temperature in a refrigerant pump cycle.
FIG. 4 is a flowchart of switching control from the refrigerant pump cycle to the compression cycle of the air conditioner according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refrigerant pump 2 Refrigerant pump inverter 3 Refrigerant pump bypass valve 4 Evaporator (indoor heat exchanger)
5 Compressor 6 Compressor inverter 7 Compressor bypass valve 8 Condenser (outdoor heat exchanger)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Expansion valve 10 Bypass valve 11 of expansion valve Outdoor fan 12 Outdoor fan air volume control apparatus 13 Indoor fan 14 Indoor fan air volume control apparatus 15 Outside temperature sensor 16 Controller (control apparatus)
17 Indoor temperature sensor

Claims

圧縮機により圧縮された冷媒を室内の熱交換機に循環させる圧縮サイクルによる冷房運転と、外気との熱交換により冷却された冷媒を室内の熱交換機に循環させる冷媒ポンプサイクルによる冷房運転とを切り替えて室内の冷房を行う空調機において、
室内温度から外気温度を差し引いた温度が第一の設定値Ｔ１以上となる第１の場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルに運転の切り替えを行い、
前記室内温度から外気温度を差し引いた温度が第二の設定値Ｔ２（＜Ｔ１）以上及び前記第一の設定値Ｔ１より小さい温度となり、かつ前記圧縮サイクルにおける冷房能力が、前記室内温度と外気温度との差についての前記冷媒ポンプサイクルにおける冷房能力に係る値を設定値とし、該設定値以下となる第２の場合、又は、
前記室内温度から外気温度を差し引いた値が前記第二の設定値Ｔ２（＜Ｔ１）以上及び前記第一の設定値Ｔ１より小さい温度となり、かつ前記圧縮サイクルにおける圧縮機周波数から算出される冷房能力が、前記室内温度と外気温度との差についての前記冷媒ポンプサイクルにおける冷房能力に係る値を設定値とし、該設定値以下となる第３の場合に前記圧縮サイクルから前記冷媒ポンプサイクルに運転の切り替えを行い、
前記室内温度から外気温度を差し引いた温度が前記第二の設定値よりも小さい復帰設定値以下となることを条件に前記冷媒ポンプサイクルから前記圧縮サイクルへ運転を切り替える制御装置を備えることを特徴とする空調機。Switching between a cooling operation by a compression cycle in which the refrigerant compressed by the compressor is circulated to the indoor heat exchanger and a cooling operation by a refrigerant pump cycle in which the refrigerant cooled by the heat exchange with the outside air is circulated to the indoor heat exchanger. In air conditioners that cool indoors,
When the temperature obtained by subtracting the outside air temperature from the room temperature is equal to or higher than the first set value T1, the operation is switched from the compression cycle to the refrigerant pump cycle,
The temperature obtained by subtracting the outside air temperature from the room temperature is equal to or higher than the second set value T2 (<T1) and smaller than the first set value T1, and the cooling capacity in the compression cycle is the room temperature and the outside air temperature. A value related to the cooling capacity in the refrigerant pump cycle with respect to the difference between the second value and the second case when the value is equal to or less than the set value , or
The value obtained by subtracting the outside air temperature from the room temperature is equal to or higher than the second set value T2 (<T1) and smaller than the first set value T1, and is calculated from the compressor frequency in the compression cycle. However, the value related to the cooling capacity in the refrigerant pump cycle with respect to the difference between the indoor temperature and the outside air temperature is set as a set value, and in the third case where the set value is less than the set value , the operation from the compression cycle to the refrigerant pump cycle is performed. the switch had row,
And a control device that switches operation from the refrigerant pump cycle to the compression cycle on condition that a temperature obtained by subtracting an outside air temperature from the room temperature is equal to or less than a return set value that is smaller than the second set value. Air conditioner to do.