JPWO2013027233A1 - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本実施の形態に係る空気調和装置について説明する。なお、以下の説明では、同一構成を区別して記載する必要が有る場合等、符号の末尾にアルファベットを付して記載することがある。
冷媒圧力検出装置である圧力センサ71は、圧縮機11の吐出側と四方弁12の間に設置され吐出圧力を検知する。圧力センサ72は、アキュムレータ14と圧縮機11の間に設置され吸入圧力を検知する。圧力センサ73a,73bは、ガス管4(後述するように、四方弁12と熱媒体間熱交換器31a,31bを接続する配管)と熱媒体間熱交換器31a,31bの間に設置され、熱媒体間熱交換器31a,31bを流れる冷媒の圧力を検知する。ただし、圧力センサ73a,73bは、熱媒体間熱交換器31a,31bと膨張装置32a,32bの間に設けてもよい。また、圧力センサ71,72の位置は、それぞれ圧縮機11の吐出圧力、吸入圧力が検知できる場所であればこの限りではない。
ここで、温度センサ81a,81bが、本発明における第1熱媒体温度検出装置に相当する。また、温度センサ85a,85b,85c,85d,85e,85fが、本発明における第2熱媒体温度検出装置に相当する。
また、中継器3aと室内機2a,2b,2cのそれぞれ(利用側熱交換器35a,35b,35cのそれぞれ)は水や不凍液等の安全な熱媒体が流れる熱媒体行き流路6a,6b,6c及び熱媒体戻り流路7a,7b,7cで接続されている。つまり、中継器3aと室内機2a,2b,2cのそれぞれ(利用側熱交換器35a,35b,35cのそれぞれ)は、1つの熱媒体経路で接続されている。同様に、中継器3bと室内機2d,2e,2fのそれぞれ(利用側熱交換器35d,35e,35fのそれぞれ)は、1つの熱媒体経路で接続されている。
続いて、本実施の形態に係る空気調和装置の各運転モードにおける動作について、図1に示す冷媒及び熱媒体の流れに基づいて説明する。なお、図1では、実線矢印が暖房運転時の冷媒の流れ方向を示し、破線矢印が冷房運転時の冷媒の流れ方向を示し、一点鎖線の矢印が冷房運転時及び暖房運転時の熱媒体の流れ方向を示す。ここで、冷凍サイクル回路等における圧力の高低については、基準となる圧力との関係により定まるものではなく、圧縮機11の圧縮、膨張装置32a,32b等の冷媒流量制御等によりできる相対的な圧力として高圧、低圧として表すものとする。また、温度の高低についても同様であるものとする。
室内機2a,2b,2c,2d,2e,2fが室内空間303a,303b,303c,303d,303e,303fを加熱する暖房運転を説明する。まず、冷凍サイクル回路における冷媒の流れについて説明する。熱源機1において、圧縮機11に吸入された冷媒は圧縮され、高圧のガス冷媒として吐出される。圧縮機11を出た冷媒は、四方弁12を流れ、さらにガス管4を通って中継器3に流入する。
次に、室内機2a,2b,2c,2d,2e,2fが室内空間303a,303b,303c,303d,303e,303fを冷却する冷房運転を説明する。まず、冷凍サイクル回路における冷媒の流れについて説明する。熱源機1において、圧縮機11に吸入された冷媒は圧縮され、高圧のガス冷媒として吐出される。圧縮機11を出た冷媒は、四方弁12を経て、凝縮器として機能する熱源側熱交換器13に流れる。高圧のガス冷媒は熱源側熱交換器13を通過する間にファン101によって搬送される外気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となって流出し、液管5を通って中継器3a,3bに流入する。
上述のような暖房運転及び冷房運転の際、冷凍サイクル装置に設けられた各アクチュエータは、次のように制御されている。
また、上述のような暖房運転及び冷房運転の際、制御装置202a,202bは、利用側熱交換器35a,35b,35c,35d,35e,35fの熱媒体入口温度Twiと出口温度Twoの差である熱媒体温度差ΔTw(=Twi−Two)が熱媒体温度差目標値ΔTwmになるように熱媒体流量調整装置45a,45b,45c,45d,45e,45fの開度を制御する。以下、図3を用いて熱媒体流量調整装置45の当該制御について説明する。なお、各熱媒体流量調整装置45の制御方法は同じなので、図3では、熱媒体流量調整装置45aを例にして当該制御を説明する。また、本実施の形態では、熱媒体流量調整装置45の制御頻度を減らすため、熱媒体温度差目標値ΔTwmを、安定範囲となる幅を持たせた値としている。このため、図3では、利用側熱交換器35aの熱媒体温度差ΔTwが所定の幅を持った熱媒体温度差目標値ΔTwmとなるように、熱媒体流量調整装置45aの開度を制御する方法について説明する。
図3に示すように、ステップS1では、まず、制御装置202aは熱媒体流量調整装置45aの開度Lを最大に設定する。
続いて、本実施の形態に係る空気調和装置の特徴の1つである、熱媒体温度差目標値ΔTwmを変更する制御について説明する。
以下では、熱媒体間熱交換器31に接続されている室内機2の運転台数が変化する場合(つまり、熱媒体間熱交換器31が担う空調負荷が変化する場合)に発生する課題、及び、熱媒体温度差目標値ΔTwmを変更する制御が当該課題を解決するために非常に有用であることについて詳細に説明する。なお、以下では、熱媒体間熱交換器31aが接続された熱媒体循環回路を例に説明する。
ε=(Twi−Two)/(Tcond−Two)…(1)
ここで、Tcondは、熱媒体間熱交換器31aを流れる冷媒の凝縮温度であり、圧縮機11の回転数によってある一定の値に制御されるものである。なお、式(1)では、利用側熱交換器35aの入口・出口の関係と統一するため、熱媒体間熱交換器31aの熱媒体入口温度をTwo、熱媒体出口温度をTwiと定義している。
Ntu=Ap・Kp/ΣGw・Cp…(2)
ここで、Apは熱媒体間熱交換器31aの伝熱面積、Kpは熱媒体間熱交換器31aの熱通過率、Cpは熱媒体の定圧比熱である。また、ΣGwは熱媒体間熱交換器31aの熱媒体質量流量であり、利用側熱交換器35a,35b,35cの各質量流量Gwa,Gwb,Gwcの合計値となる。Ap、Kp、Cpはほぼ一定と見なせる。
ε=1−exp(−Ntu)…(3)
この式(3)は、伝熱単位数Ntuが大きくなるほど、温度効率εが1に近づくことを示している。
Qa=Af・Kf・ΔTwa …(4)
ここで、Afは利用側熱交換器35aの伝熱面積、Kfは利用側熱交換器35aの熱通過率、ΔTwaは利用側熱交換器35aを流れる熱媒体と空気の温度差である。
まず、室内機2の暖房能力の増大を抑制するする方法としては、利用側熱交換器35aの熱媒体入口温度Twiを一定に制御する方法が考えられる。そして、利用側熱交換器35aの熱媒体入口温度を一定に制御する方法としては、熱媒体間熱交換器31aを流れる冷媒の凝縮温度Tcondを低くするように、熱源機1の圧縮機11の回転数を低くすることが有効である。しかしながら、本実施の形態に係る空気調和装置のように複数の熱媒体間熱交換器31(中継器3)を備えたものにおいては、例えば、熱媒体間熱交換器31a(中継器3a)に接続された熱媒体循環回路では室内機2aが暖房運転をし、熱媒体間熱交換器31b(中継器3b)に接続された熱媒体循環回路では室内機2d,2e,2fが暖房運転をする場合が想定される。また、本実施の形態に係る空気調和装置のように複数の熱媒体間熱交換器31(中継器3)を備えたものにおいては、熱媒体間熱交換器31a,31b(中継器3a,3b)に接続された熱媒体循環回路の運転室内機台数が同じでも、これら運転中の室内機の容量が異なる場合もある。このような場合、熱媒体間熱交換器31a,31bの温度効率εが異なるため、凝縮温度Tcondを設定するのが難しい。
図5に示すように、ステップS21では、まず、制御装置202aは、熱媒体温度差目標値ΔTwmを、熱媒体温度差目標値の初期値ΔTwm0に設定する。そして、ステップS22において、制御装置202aは、利用側熱交換器35aの熱媒体入口温度設定値Twimを、熱媒体入口温度設定値の初期値Twim0に設定する。
つまり、利用側熱交換器35aが蒸発器として動作している場合、利用側熱交換器35aの熱媒体入口温度Twiが所定範囲の下限値よりも低くなった場合、熱媒体温度差目標値ΔTwmを大きくすることで、室内機2の冷房吹き出し温度が低くなることを抑制でき、利用者に不快感を与えることや、運転と停止を繰り返して空気調和装置の発停ロスが発生することを防止できる。また、利用側熱交換器35aの熱媒体入口温度Twiが所定範囲の上限値よりも高くなった場合、熱媒体温度差目標値ΔTwmを小さくすることで、熱媒体間熱交換器31aにおける熱媒体平均温度を低くすることができる。すなわち、室内機2aの吹き出し温度が上昇するのを防ぐことができる。また、空気調和装置の起動時等に、熱媒体や室内空間の空気温度が高いときに、室内空間の空気温度をより速く冷やすことができる。
図8に示す熱源機1は、図1に示した熱源機1に冷媒流路切替装置60を追加したものである。この冷媒流路切替装置60は、逆止弁61,62,63,64と、接続配管65,66を備えている。
Claims (9)
- 圧縮機、凝縮器又は蒸発器として動作する複数の熱媒体間熱交換器の冷媒側流路、膨張装置、及び、熱源側熱交換器が配管接続され、冷媒が循環する冷凍サイクル回路と、
前記熱媒体間熱交換器のそれぞれに設けられ、前記熱媒体間熱交換器の熱媒体側流路、熱媒体循環装置、少なくとも1つの利用側熱交換器、及び、前記利用側熱交換器に対応して設けられた熱媒体流量調整装置が配管接続され、熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
前記熱媒体流量調整装置を制御して、当該熱媒体流量調整装置に対応する前記利用側熱交換器に流れる熱媒体の流量を調整する制御装置と、
前記利用側熱交換器に流入する熱媒体の温度を検出する第1熱媒体温度検出装置と、
前記利用側熱交換器に対応して設けられ、前記利用側熱交換器から流出した熱媒体の温度を検出する第2熱媒体温度検出装置と、
を備え、
複数の前記熱媒体間熱交換器のうちの少なくとも2つは、凝縮器又は蒸発器として同時に同一の機能を果たすことが可能となっており、
前記制御装置は、
運転中の前記利用側熱交換器に対して、前記第1熱媒体温度検出装置の検出値と前記第2熱媒体温度検出装置の検出値との差である熱媒体温度差を算出し、当該熱媒体温度差が熱媒体温度差目標値となるように前記熱媒体流量調整装置を制御し、
前記第1熱媒体温度検出装置の検出値が予め定めた所定範囲から外れた場合、前記熱媒体温度差目標値を変更して、運転中の前記利用側熱交換器の少なくとも1つに対して、前記熱媒体温度差が変更後の前記熱媒体温度差目標値となるように前記熱媒体流量調整装置を制御することを特徴とする空気調和装置。 - 複数の前記熱媒体間熱交換器のうちの一部は、前記冷凍サイクル回路において凝縮器として動作し、前記利用側熱交換器を暖房運転させるものであり、
複数の前記熱媒体間熱交換器のうちの残りの一部は、前記冷凍サイクル回路において蒸発器として動作し、前記利用側熱交換器を冷房運転させるものであることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体間熱交換器が、前記冷凍サイクル回路において凝縮器として動作する場合、
前記制御装置は、
前記第1熱媒体温度検出装置の検出値が前記所定範囲の上限値よりも大きくなった場合、前記熱媒体温度差目標値を大きくし、
前記第1熱媒体温度検出装置の検出値が前記所定範囲の下限値よりも小さくなった場合、前記熱媒体温度差目標値を小さくすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体間熱交換器が、前記冷凍サイクル回路において蒸発器として動作する場合、
前記制御装置は、
前記第1熱媒体温度検出装置の検出値が前記所定範囲の下限値よりも小さくなった場合、前記熱媒体温度差目標値を大きくし、
前記第1熱媒体温度検出装置の検出値が前記所定範囲の上限値よりも大きくなった場合、前記熱媒体温度差目標値を小さくすることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体流量調整装置は、流量調整弁であり、
前記制御装置は、
前記熱媒体温度差が前記熱媒体温度差目標値より大きい場合、前記流量調整弁の開度を大きくし、
前記熱媒体温度差が前記熱媒体温度差目標値より小さい場合、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 暖房負荷の方が冷房負荷よりも大きい場合、
前記制御装置は、
凝縮器として動作する前記熱媒体間熱交換器を流れる冷媒の凝縮温度が凝縮温度目標値となるように、前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 冷房負荷の方が暖房負荷よりも大きい場合、
前記制御装置は、
蒸発器として動作する前記熱媒体間熱交換器を流れる冷媒の蒸発温度が蒸発温度目標値となるように、前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記熱源側熱交換器は、熱交換量を調整する熱交換量調整装置を備え、
暖房負荷の方が冷房負荷よりも大きい場合、
前記制御装置は、
前記熱源側熱交換器を蒸発器として動作させ、
凝縮器として動作する前記熱媒体間熱交換器を流れる冷媒の凝縮温度が凝縮温度目標値となるように、前記圧縮機の回転数を制御し、
蒸発器として動作する前記熱媒体間熱交換器を流れる冷媒の蒸発温度が蒸発温度目標値となるように、前記熱交換量調整装置を制御し、
冷房負荷の方が暖房負荷よりも大きい場合、
前記制御装置は、
前記熱源側熱交換器を凝縮器として動作させ、
凝縮器として動作する前記熱媒体間熱交換器を流れる冷媒の凝縮温度が凝縮温度目標値となるように、前記熱交換量調整装置を制御し、
蒸発器として動作する前記熱媒体間熱交換器を流れる冷媒の蒸発温度が蒸発温度目標値となるように、前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする請求項2、又は、請求項2に従属する請求項3〜請求項7のうちのいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機は熱源機に収容され、
前記熱媒体間熱交換器は、複数台の中継器に分けて収容され、
前記制御装置は、前記熱源機に設けられた熱源機制御装置と、前記中継器のそれぞれに設けられた中継器制御装置とに分割され、
前記熱源機制御装置は、前記圧縮機の回転数を制御し、
前記中継器制御装置のそれぞれは、自身が設けられた前記中継器に収容された前記熱媒体間熱交換器に流れる熱媒体の流量を制御することを特徴とする請求項1〜請求項8のうちのいずれか一項に記載の空気調和装置。
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