JP5241760B2 - 直膨式空調機の温度制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒の熱交換作用によって空調を行う直膨式空調機の温度制御システムに関するものである。
可変容量型圧縮機を利用した直膨式空調機は、通常、冷媒としてフロンが用いられて吸入空気の熱交換作用を行い、空調された吹出し空気を送出する空調方式が採用されている。
ところで、このような直膨式空調機は、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御のみか、又は負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御のみの何れかによって、吹出し空気の温度制御を行っている。例えば、所望の出力温度となるように冷媒の供給流量を比例制御する温度制御方式が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、直膨式空調機において負荷側熱交換器を段階的に使用することによって(すなわち、負荷側熱交換器冷媒回路を段数制御することによって)温度制御を行う技術も開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2009−217500号公報 特開2004−12065号公報
しかしながら、上記従来の直膨式空調機は、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御のみか、又は負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御のみの何れかによって温度制御を行っているため、温度制御の精度を向上させることが困難である。すなわち、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御のみでは、流量調整弁の絞り量に下限があるために部分負荷時には温度調節を充分に行えないので、要求された温度制御を満足させることができない。
また、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御を行う場合は、特に、部分負荷時における入力熱量に対する放熱熱量を収支バランスさせることができないため、冷媒回路内の熱収支が合わなくなるので、該冷媒回路内の圧力の異常上昇/異常低下を招き、結果的に冷凍サイクルを適正に維持させることが困難となる。
一方、負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御においては、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と比較して温度制御の精度が劣る。従って、温度制御の精度を向上させるためには、負荷側熱交換器の段数を増やすか、又は、圧縮機の分割台数を増やす必要が生じることになり、結果的に、直膨式空調機のコストが高くなる要因となる。
そこで、部分負荷時における熱収支をバランスさせることができ、且つ圧縮機の分割台数を増やすことなく温度制御の精度を向上させることができる直膨式空調機の温度制御システムを実現させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
上記目的を達成する請求項1記載の発明は、冷媒の熱交換作用により空調を行う直膨式空調機の温度制御システムであって、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行う冷媒制御盤を備える直膨式空調機の温度制御システムにおいて、前記冷媒制御盤は、空調機本体の吸込側及び/又は吹出側の空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の冷媒流量調整弁のうちの幾つかの開度を比例的に制御することにより、前記負荷
側熱交換器への冷媒流量の比例制御を行い、前記空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の前記冷媒流量調整弁の幾つかを開/閉させることにより前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行い、該段数制御は圧縮機の台数に応じて、前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数を追加して増やすことを特徴とする直膨式空調機の温度制御システムを提供する。
この構成によれば、冷媒制御盤は、空調機本体の吸込側及び/又は吹出側の空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の冷媒流量調整弁のうちの幾つかの開度を比例的に制御することによって負荷側熱交換器への冷媒流量を比例制御している。さらに、冷媒制御盤は、前記空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の冷媒流量調整弁のうちの幾つかの冷媒流量調整弁を、個別に、開又は閉にすることによって負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行っている。このようにして、冷媒制御盤が、空調温度の情報に基づいて、それぞれの
冷媒流量調整弁の開度を比例制御および開/閉制御(ON/OFF制御)することにより、簡単な制御回路で、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを併用して行うことができる。特に、該段数制御は、圧縮機の台数に応じて、前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数(分割数)を追加して増やすこと、即ち、前記冷媒流量調整弁を増加させて制御することにより、部分負荷時における入力熱量と必要出力熱量の熱収支バランスを確保することができる。
請求項2記載の発明は、前記冷媒流量調整弁は、ON/OFF制御(開/閉制御)を行う電磁弁と併用して用いられることを特徴とする請求項1記載の直膨式空調機の温度制御システムを提供する。
この構成によれば、冷媒流量調整弁は、前記電磁弁と併用して用いられ、この場合、電磁弁は、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続され、電磁弁を、個別に、全開又は全閉することによって負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行っている。
請求項記載の発明は、冷媒の熱交換作用により空調を行う直膨式空調機の温度制御システムにおいて、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う室外機側熱交換器への冷媒流量の比例制御と、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う室外機側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行う冷媒制御盤を備えることを特徴とする直膨式空調機の温度制御システムを提供する。
この構成によれば、冷媒制御盤は、直膨式空調機の空調温度の情報に基づいて室外機側熱交換器への冷媒流量の比例制御を行うと共に、直膨式空調機の空調温度の情報に基づいて室外機側熱交線器冷媒回路の段数制御を行っている。このようにして、冷媒制御盤が、室外機側熱交換機器への冷媒流量の比例制御と室外機側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行うことにより、部分負荷時の熱収支をバランスさせることにより冷媒回路の圧力異常を回避させることができる。
請求項1記載の発明によれば、直膨式空調機の冷媒制御盤が、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行うことにより、部分負荷時の温度制御の精度を向上させることができると共に、熱収支をバランスさせることにより負荷側熱交換器冷媒回路の圧力異常を回避させることができ、この場合、温度制御の精度の向上化を図っているため、圧縮機の台数の選定においては、従来分割していた圧縮機の台数を温度制御の精度を考慮せずに決定することが可能となり、段数制御時より圧縮機の台数を低減させることができる。
また、該段数制御は圧縮機の台数に応じて、前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数(分割数)を追加して増やすことにより、部分負荷時における入力熱量と必要出力熱量の熱収支バランスを確保することができる。これによって、部分負荷時に圧縮機を停止させるために最低電力量を削減することができ、空調システムの省エネ性を向上させることができる。
さらにまた、直膨式空調機の冷媒制御盤が、空調温度の情報に基づいて、複数の冷媒流量調整弁のうちの幾つかの開度を比例制御及び開/閉制御(ON/OFF制御)しているので、簡単な制御回路で、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを併用して行うことができる。
請求項2記載の発明は、電磁弁を、個別に、全開又は全閉することによって負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行うことにより、空調温度の情報に基づいて、それぞれの冷媒流量調整弁の開度を比例制御、及び電磁弁による開/閉制御(ON/OFF制御)を行っているので、請求項1記載の発明の効果に加えて、簡単な制御回路で、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを併用して行うことができる。
請求項記載の発明は、室外機側熱交換器への冷媒流量の比例制御と室外機側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行うことにより、部分負荷時の熱収支をバランスさせることにより冷媒回路の圧力異常を回避させることができる。
負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御システムのイメージ図。 負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御システムのイメージ図。 本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムのイメージ図。 室外機熱交換器制御を加えたイメージ図。 本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムの系統図。
本発明は、部分負荷時における熱収支をバランスさせることができ、且つ圧縮機の分割台数を増やすことなく温度制御の精度を向上させることができる直膨式空調機の温度制御システムを実現させるという目的を達成するために、冷媒の熱交換作用により空調を行う直膨式空調機の温度制御システムであって、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行う冷媒制御盤を備える直膨式空調機の温度制御システムにおいて、前記冷媒制御盤は、空調機本体の吸込側及び
/又は吹出側の空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の冷媒流量調整弁のうちの幾つかの開度を比例的に制御することにより、前記負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御を行い、前記空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の前記冷媒流量調整弁の幾つかを開/閉させることにより前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行い、該段数制御は圧縮機の台数に応じて、前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数を追加して増やすことを特徴とする直膨式空調機の温度制御システムによって実現した。
以下、図1乃至図5を参照して、本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムの好適な一実施例を説明する。本発明の直膨式空調機の温度制御システムでは、空気側回路の温度制御の精度を向上のための負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御システムと、負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御システムとを組み合わせた複合システムを構築し、温度制御の精度の向上化を図り、且つ冷凍サイクルの安定運転維持を行うようにしている。
図1は冷媒回路の段数制御システムのイメージ図であり、図2は冷媒流量の比例制御システムのイメージ図である。また、図3は、本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムのイメージ図である。さらに、図4は、室外機熱交換器制御を加えたイメージ図である。また、図5は、本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムの系統図である。
まず、図1を参照して、冷媒回路の段数制御システムについて説明する。2個の室外機1a,1bから4個に分割された負荷側熱交換器2a,2b,2c,2dへそれぞれ接続される4系統の負荷側熱交換器冷媒回路が構成されている。このとき、温度センサ4によって空調温度を検出し、所望の温度になるようにそれぞれの冷媒流量調整弁3a,3b,3c,3dを開閉して負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行う。
例えば、温度センサ4による空調温度の検出情報に基づいて、室外機1aに接続された冷媒流量調整弁3a,3bのみを閉にして負荷側熱交換器2a,2bを停止させることにより、冷媒流量調整弁3c,3dが開になっている負荷側熱交換器2c,2dを使用して、負荷側熱交換器冷媒回路を二段構成にした段数制御を行うことで直膨式空調機の温度制御を行う。このようにして、温度センサ4の温度情報に基づいて運転する負荷側熱交換器2a,2b,2c,2dの段数を制御する方式が段数制御である。
ところが、このような段数制御は、温度センサ4が検出した直膨式空調機の空気吹出し温度によって負荷側熱交換器冷媒回路の段数(すなわち、運転する熱交換器の使用個数)を決定しているため、温度制御の精度が負荷側熱交換器冷媒回路の段数によって決まってしまう。この場合、負荷側熱交換器冷媒回路の総設置段数(すなわち、負荷側熱交換器の総設置個数)を増加させることによって温度制御の精度を向上させることができるが、直膨式空調機をコストアップさせる要因となる。
次に、図2を参照して、冷媒流量の比例制御システムについて説明する。2個の室外機5a,5bから2個に分割された負荷側熱交換器6a,6bへそれぞれ接続される2系統の負荷側熱交換器冷媒回路が構成されている。このとき、温度センサ8によって空調温度を検出し、所望の温度になるようにそれぞれの冷媒流量調整弁7a,7bの開度を制御して、それぞれの負荷側熱交換器6a,6bへ流れる冷媒流量を比例制御している。
このような比例制御は、温度センサ8が検出した直膨式空調機の空気吹出温度によって、それぞれの負荷側熱交換器6a,6bへ流れる冷媒流量を決定している。そのため、前述の段数制御と比較して温度制御の精度は向上するが、暖房運転時における低負荷時(すなわち、冷媒圧縮機の最低能力時)には、流量制御弁の絞り量に下限があるため精度には限界がある。また、入力熱量と出力熱量(放熱熱量)の収支が合わないため、冷媒回路が高圧異常となってしまう場合がある。
そこで、本発明による直膨式空調機の温度制御システムでは、負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御と負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御とを組み合わせることによって、両者の欠点を補完することにより、最適な温度制御を行っている。すなわち、負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御と負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御とを組み合わせることにより、負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御による温度制御精度の悪さの改善と、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御による温度制御における低負荷時の下限制御の限界の改善と、熱収支のアンバランスの回避とを併せて実現している。
図3は、本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムのイメージ図である。図3に示すように、2個の室外機21a,21bから4個に分割された負荷側熱交換器22a,22b,22c,22dへそれぞれ接続される4系統の負荷側熱交換器冷媒回路が構成されている。このとき、温度センサ24によって空調温度を検出し、所望の温度になるように、冷媒流量調整弁23a,23bを閉にして負荷側熱交換器22a,22bの段数制御を行っている。併せて、冷媒流量調整弁23c,23dの開度を制御して、それぞれの負荷側熱交換器22c,22dへ流れる冷媒流量を比例制御している。
図4は、室外機熱交換器制御を加えたイメージ図である。すなわち、図4は、図3の温度制御システムをさらに発展させたものであり、室外機側の熱交換器制御を前述の負荷側熱交換器の制御と同様に行うものである。
図4に示すように、2個の室外機31a,31bから4個に分割された負荷側熱交換器32a,32b,32c,32dへそれぞれ接続される4系統の負荷側熱交換器冷媒回路が構成されている。このとき、温度センサ34によって空調温度を検出し、所望の温度になるように、冷媒流量調整弁33a,33bを閉にして負荷側熱交換器32a,32bの段数制御を行っている。併せて、冷媒流量調整弁33c,33dの開度を制御して、それぞれの負荷側熱交換器32c,32dへ流れる冷媒流量を比例制御している。
さらに、室外機31aは室外機側熱交換器35a,36aを備え、室外機31bは室外機側熱交換器35b,36bを備えている。従って、温度センサ34によって空調温度を検出し、冷媒流量調整弁33a,33bの閉と連動して室外機側熱交換器35a,36aの冷媒回路の段数制御を行うと共に、冷媒流量調整弁33c,33dの流量制御に連動して、それぞれの室外機側熱交換器35b,36bへ流れる冷媒流量の比例制御を行うこともできる。言い換えると、図示しない冷媒制御盤により、温度センサ34が検出した空調温度の情報に基づいて、それぞれの室外機側熱交換器35b,36bへの冷媒流量の比例制御と、室外機側熱交換器35a,36aの冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行うことができる。
次に、図5を参照しながら、本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムについて詳細に説明する。図5に示すように、本発明に係る直膨式空調機11は、空調機本体12と室外機13a,13bとによって構成されている。空調機本体12は、負荷側熱交換器14a,14b、冷媒流量調整弁15a,15b,15c,15d、入力側ダンパ16、出力側送風機17、冷媒制御盤18、吸込温度センサ19、及び吹出温度センサ20を備えて構成されている。
すなわち、本発明に係る直膨式空調機における温度制御システムは、従来の負荷側熱交換器への冷媒流量比例式の冷凍機制御システムに加えて、吸込温度センサ19を追加して空気吸込温度を計測することにより冷媒流量調整弁15a,15b,15c,15dに対して段数制御を追加している。これらの弁類は、冷媒流量調整弁においてON/OFF制御と開度制御とを行っている。尚、冷媒流量調整弁と電磁弁とを併用して用いることもできる。この場合の電磁弁はON/OFF制御(開/閉制御)を行う。尚、弁類は全て空調機本体12内に内蔵されている。
このように構成された直膨式空調機11は、次のようにして空調動作を行う。すなわち、室外機13a,13bから負荷側熱交換器14a,14bへ所望の流量の冷媒が供給される。一方、空調機本体12の吸込側から吸入されて、入力側ダンパ16を経由して負荷側熱交換器14a,14bに送り込まれた空気は、該負荷側熱交換器14a,14b内における冷媒の熱交換作用によって所望の温度に空調される。そして、空調された空気は出力側送風機17によって吹出側へ送出される。
このとき、冷媒制御盤18は、吸込温度センサ19によって検出された吸込側空気の温度情報と、吹出温度センサ20によって検出された吹出側空気の温度情報とに基づいて、又は何れか一方の温度情報に基づいて、冷媒流量調整弁15a,15b,15c,15dの開閉制御及び開度制御を行う。
例えば、冷媒制御盤18は、冷媒流量調整弁15a,15bの開閉制御を行って該冷媒流量調整弁15a,15bを閉にし、熱交換器14aを停止させて段数制御を行うと共に、冷媒流量調整弁15c、15dの開度制御を行うことによって冷媒の流量制御を行う。このようにして、吸込側空気の温度情報と、吹出側空気の温度情報との少なくとも一方の温度情報に基づいて、冷媒流量調整弁15a,15b,15c,15dのうちの幾つかを閉にして負荷側熱交換器14a,14bの段階制御を行うと共に、冷媒流量調整弁15a,15b,15c,15dのうちの幾つかを開度制御することによって、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御を行う。尚、冷媒流量調整弁15a,15b,15c,15dの手前に電磁弁をそれぞれ取り付ける場合もある。
すなわち、本発明の直膨式空調機の温度制御システムでは、空気側回路の温度制御の精度を向上させるための負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御システムと負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御システムとを組み合わせた複合システムを構築し、温度制御の精度の向上化を図り、且つ冷凍サイクルの安定運転維持を実現するようにしている。言い換えると、負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御によって、主に空気側の温度制御を行い、さらに負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を組み合わせることによって、要求された温度精度の向上化を図っている。
また、冷媒回路内における熱収支のバランス維持のために室外機側熱交換器の比例制御と段数制御を組み合わせることにより、冷媒回路内の圧力の異常上昇/異常低下を回避することが可能となり、冷媒サイクルの安定維持が容易となる。
さらに、空気側温度制御は負荷側熱交換器への冷媒流量を比例制御によって行うことにより、温度制御の精度の向上化を図っているため、圧縮機の台数の選定においては、従来分割していた圧縮機の台数を温度制御の精度を考慮せずに決定することが可能となり、段数制御時より圧縮機の台数を低減させることができるので、コストの低減化を図ることが可能となる。
また、段数制御は、前記圧縮機の台数に応じて、前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数(分割数)を追加して増やすことにより、部分負荷時における入力熱量と必要出力熱量の熱収支バランスを確保することができる。これによって、部分負荷時に圧縮機を停止させるために最低電力量を削減することができるので、空調システムの省エネ性を向上させることができる。すなわち、直膨式空調機の部分負荷時の温度制御の精度を向上させることができ、且つ、冷媒回路の圧力上昇による異常停止を回避することができると共に、省エネ性の向上が実現できる。
以上、本発明に係る直膨式空調機の温度制御システムの具体的な実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
本発明の直膨式空調機の温度制御システムは、直膨式空調機を利用した空調システム、冷却システム、加熱システム等に有効に利用することができる。
1a,1b,5a,5b,13a,13b,21a,21b,31a,31b 室外機
2a,2b,2c,2d,6a,6b,14a,14b,22a,22b,22c,22d,32a,32b,32c,32d 負荷側熱交換器
3a,3b,3c,3d,7a,7b,15a,15b,15c,15d,23a,23b,23c,23d,33a,33b,33c,33d 冷媒流量調整弁
4,8,24,34 温度センサ
11 直膨式空調機
12 空調機本体
16 ダンパ
17 送風機
18 冷媒制御盤
19 吸込温度センサ
20 吹出温度センサ
35a,35b,36a,36b 室外機側熱交換器

Claims (3)

  1. 冷媒の熱交換作用により空調を行う直膨式空調機の温度制御システムであって、
    前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御と、前記直膨式空調機の空調温度に対応して行う負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行う冷媒制御盤を備える直膨式空調機の温度制御システムにおいて、
    前記冷媒制御盤は、空調機本体の吸込側及び/又は吹出側の空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の冷媒流量調整弁のうちの幾つかの開度を比例的に制御することにより、前記負荷側熱交換器への冷媒流量の比例制御を行い、前記空調温度の情報に基づいて、それぞれの負荷側熱交換器冷媒回路に接続されている複数の前記冷媒流量調整弁の幾つかを開/閉させることにより前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数制御を行い、
    該段数制御は圧縮機の台数に応じて、前記負荷側熱交換器冷媒回路の段数を追加して増やすことを特徴とする直膨式空調機の温度制御システム。
  2. 前記冷媒流量調整弁は、ON/OFF制御(開/閉制御)を行う電磁弁と併用して用いられることを特徴とする請求項1記載の直膨式空調機の温度制御システム。
  3. 前記冷媒制御盤は、前記空調温度の情報に基づいて、それぞれの室外機側熱交換器への冷媒流量の比例制御と、室外機側熱交換器冷媒回路の段数制御とを組み合わせて温度制御を行うことを特徴とする請求項1記載の直膨式空調機の温度制御システム。
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