WO2015132843A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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小谷　正直
禎夫 関谷
佐々木　重幸
久保田　淳
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日立アプライアンス株式会社
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner.
  • the compressor of the air conditioner uses a differential pressure (Pd ⁇ Ps) (hereinafter simply referred to as “differential pressure”) between the suction pressure (Ps) and the discharge pressure (Pd) of the compressor to provide a bearing for the compressor. Supply refrigeration oil. For this reason, in order to ensure the reliability of the air conditioner, it is necessary to maintain this differential pressure (Pd ⁇ Ps).
  • Pd ⁇ Ps differential pressure
  • the air conditioning load when the air conditioning load is small, the temperature difference between the indoor heat exchanger temperature / the indoor air and the outdoor heat exchanger temperature / the outdoor air decreases, and the differential pressure also decreases.
  • the air conditioning load is small, if the rotational speed of the compressor is increased for the purpose of increasing the discharge pressure to maintain the differential pressure, the cooling operation or the heating operation is performed with an excess capacity to the load. In such a case, the thermo-off cycle becomes short, and the on / off of the compressor is unnecessarily repeated to deteriorate the energy saving performance.
  • Patent Document 1 is “an air conditioner equipped with an air-cooled condenser having a single or a plurality of blowers and a compressor of a type that performs oil supply using a pressure difference between discharge pressure and suction pressure; A pressure detection port is disposed in each of the discharge part and the suction part of the compressor, and the difference between the pressure detected by the discharge part during operation of the compressor and the pressure detected from the suction part approaches the lower limit value of the possible oil pressure difference.
  • a control method of an air conditioner characterized by having a function of stopping the rotation of a condenser blower in the following cases.
  • the smooth operation of the refrigeration cycle can be expected” by maintaining the differential pressure lower than the lower limit value of the refueling possible and preventing the shortage of the refueling amount.
  • the discharge pressure is increased by stopping the rotation of the condenser blower to increase the oil supply differential pressure of the compressor to secure the oil supply differential pressure lower limit value ⁇ P or more, but the suction pressure is not controlled. Therefore, the evaporation temperature of the evaporator rises with the increase of the suction pressure. When the evaporation temperature of the evaporator rises, the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing into the indoor unit and the dew point temperature of the room air becomes small, and the dehumidifying ability is lowered.
  • the present invention is an air conditioner capable of securing a differential pressure between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor while suppressing the deterioration of the energy saving performance and the reduction of the dehumidifying capacity even when the air conditioning load is small.
  • the challenge is to provide
  • the air conditioner according to the present invention comprises a refrigeration cycle apparatus for circulating a refrigerant by sequentially connecting a compressor, a four-way valve for switching the flow direction of the refrigerant, an outdoor heat exchanger, a pressure reducing device, and an indoor heat exchanger;
  • Air conditioner load is estimated based on set temperature and indoor air temperature, indoor blower that ventilates air to heat exchanger, outdoor fan that ventilates air to outdoor heat exchanger, compressor based on air conditioning load and outdoor air temperature
  • the target discharge pressure of the compressor is calculated, and the target suction pressure of the compressor is calculated based on the differential pressure lower limit which is the lower limit value of the differential pressure between the discharge pressure of the compressor and the discharge pressure of the compressor and the suction pressure.
  • a controller for controlling the suction pressure of the target to be the target suction pressure.
  • the present invention even when the air conditioning load is small, it is possible to secure the differential pressure between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor while suppressing the deterioration of the energy saving performance and the reduction of the dehumidifying capacity.
  • the air conditioner includes a compressor, a four-way valve for switching the flow direction of a refrigerant, an outdoor heat exchanger, a pressure reducing device, and an indoor heat exchanger, which are sequentially connected to circulate the refrigerant.
  • An indoor fan that vents air to the indoor heat exchanger, an outdoor fan ventilating air to the outdoor heat exchanger, and an air conditioning load is estimated based on the set temperature and the indoor air temperature, and compression is performed based on the air conditioning load and the outdoor air temperature.
  • the target discharge pressure of the compressor is calculated, and the target suction pressure of the compressor is calculated based on the differential pressure lower limit which is the lower limit value of the differential pressure between the compressor target discharge pressure and the compressor discharge pressure and suction pressure.
  • the air conditioning load is estimated based on the set temperature and the indoor air temperature
  • the target discharge pressure of the compressor is calculated based on the air conditioning load and the outdoor air temperature
  • the target discharge pressure of the compressor and the discharge pressure and suction pressure of the compressor The target suction pressure of the compressor is calculated based on the differential pressure lower limit value which is the lower limit value of the differential pressure
  • the suction pressure of the compressor is controlled to be the target suction pressure.
  • the differential pressure between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor can be secured, and in particular, at this time, the suction pressure of the compressor is controlled to be the target suction pressure.
  • a control circuit capable of closing and opening a part of the indoor heat exchanger is provided, and when the target suction pressure of the compressor becomes smaller than a predetermined value, the heat transfer area of the indoor heat exchanger is controlled by closing the control circuit. It may be configured to
  • FIG. 1 is a system diagram of the air conditioner of the present embodiment.
  • the refrigerant flows through the compressor 1, the four-way valve 2 for switching the flow direction of the refrigerant, the outdoor heat exchanger 3, the pressure reducing device 4, and the indoor heat exchanger 5.
  • the indoor unit and the outdoor unit are respectively provided with an outdoor fan 6 and an indoor fan 7 for ventilating the air to the indoor and outdoor heat exchangers.
  • pressure detection means 8 and 9 for detecting the suction pressure and the discharge pressure are provided in the suction portion and the discharge portion of the compressor, respectively.
  • the indoor unit comprises an indoor air temperature detection means 10.
  • the outdoor unit includes an outdoor air temperature detection means 12.
  • the user can change the operation mode of the air conditioner with the remote control 11 to set the indoor air conditioning temperature.
  • the indoor heat exchanger 5 includes a control circuit 13, which is controlled by a control valve 14.
  • the control of the differential pressure and the control of the control circuit are controlled by the controller 15.
  • the control circuit 13 is configured as part of the flow path of the indoor heat exchanger. Therefore, since the indoor air passing through the indoor heat exchanger 5 does not bypass the indoor heat exchanger, the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 5 can be exhibited in the normal operation.
  • FIG. 2 shows a control flow of the air conditioner in the present embodiment.
  • Estimate the target suction pressure (PsG) F4 (Qa, Tao, Tset)) from the estimated target compressor discharge pressure (PdG) and the compressor oil supply differential pressure lower limit ( ⁇ Po) (Step 2).
  • suction pressure (Ps) and the discharge pressure (Pd) are detected by the suction pressure detecting means 8 and the discharge pressure detecting means 9, and the detected suction pressure (Ps) and the discharge pressure (Pd) have predetermined pressures (PdG, PsG). Is not satisfied, the number of rotations (Nfi, Nfo) of the outdoor blower 6 and the outdoor blower 7 is changed (Step 4).
  • Qa heat passing rate
  • A heat transfer area
  • ⁇ T temperature difference between air and refrigerant
  • Qa GaC (Tai-TaiD) (Ga: indoor unit air flow, C: specific heat of air, TaiD: air temperature blown out from the indoor unit).
  • the air conditioner of the present embodiment can control the discharge pressure (Pd) and the suction pressure (Ps) according to the outdoor temperature (Tao) and the air conditioning load (Qa). For this reason, it is possible to secure a differential pressure equal to or higher than the differential pressure lower limit value ( ⁇ Po). Furthermore, since the means for controlling the evaporation temperature (Te) is provided, the necessary amount of dehumidification can be secured even when performing a cooling operation with a low air conditioning load at a low outside air temperature.

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Abstract

　本発明は、空調負荷が小さい場合であっても、省エネ性能の悪化及び除湿能力の低下を抑制しつつ、圧縮機の吸込圧力と吐出圧力との差圧を確保することが可能な空気調和機を提供することを課題とする。　本発明の空気調和機は、圧縮機、冷媒の流動方向を切替える四方弁、室外熱交換器、減圧装置、及び、室内熱交換器、を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル装置と、室内熱交換器に空気を通風する室内送風機と、室外熱交換機へ空気を通風する室外送風機と、設定温度及び室内空気温度に基づいて空調負荷を推定し、空調負荷及び室外空気温度に基づいて圧縮機の目標吐出圧力を算出し、圧縮機の目標吐出圧力及び圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の差圧の下限値となる差圧下限値に基づいて圧縮機の目標吸込圧力を算出し、圧縮機の吸込圧力が目標吸込圧力となるように制御する制御装置と、を備える。

Description

空気調和装置
　本発明は空気調和装置に関する。
　空気調和装置の圧縮機は、圧縮機の吸込圧力(Ps)と吐出圧力(Pd)の差圧(Pd-Ps)（以下単に「差圧」という。）を利用して、圧縮機の軸受に冷凍機油を供給する。このため、空気調和機の信頼性を確保するためには、この差圧(Pd-Ps)を維持する必要がある。
　一方、空調負荷が小さい場合、室内熱交換器温度／室内空気、室外熱交換器温度／室外空気の温度差が小さくなり、差圧も小さくなる。空調負荷が小さい場合に、差圧維持のために、吐出圧力の増加を目的として圧縮機の回転数を増加させると、負荷に対して過剰な能力で冷房運転又は暖房運転される。このような場合、サーモオフ周期が短くなり、不必要に圧縮機のオン／オフが繰り返されて、省エネ性能が悪化する。
　これに対して、特許文献１は、「単数または複数の送風機を有する空冷式凝縮器および吐出圧力と吸入圧力の圧力差を利用して給油を行う方式の圧縮機を搭載する空気調和機において、前記圧縮機の吐出部と吸入部にそれぞれ圧力検知ポートを配設し、前記圧縮機の運転時吐出部より検知した圧力及び吸入部より検知した圧力の差が給油可能圧力差の下限値に近くなるか、または、以下となる場合、凝縮器用送風機の回転を止める機能を有することを特徴とする空気調和機の制御方法。」を開示し、このような制御方法により、「ΔＰを圧縮機の給油可能差圧下限値以上に保つことができ、給油量の不足防止を行うことにより冷凍サイクルの円滑な運転が見込める。」ことを開示する。特許文献１では、凝縮器用送風機の回転を止めることにより、吐出圧力を上昇させて、圧縮機の給油差圧を大きくして給油可能差圧下限値ΔＰ以上を確保するが、吸込圧力は制御しないため、吸込圧力の増加とともに、蒸発器の蒸発温度が上昇する。蒸発器の蒸発温度が上昇すると、室内機に流入する冷媒の温度と室内空気の露点温度との温度差が小さくなり、除湿能力が低下する。
特開平8-28971号公報
　本発明は、空調負荷が小さい場合であっても、省エネ性能の悪化及び除湿能力の低下を抑制しつつ、圧縮機の吸込圧力と吐出圧力との差圧を確保することが可能な空気調和機を提供することを課題とする。
　本発明の空気調和機は、圧縮機、冷媒の流動方向を切替える四方弁、室外熱交換器、減圧装置、及び、室内熱交換器、を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル装置と、室内熱交換器に空気を通風する室内送風機と、室外熱交換機へ空気を通風する室外送風機と、設定温度及び室内空気温度に基づいて空調負荷を推定し、空調負荷及び室外空気温度に基づいて圧縮機の目標吐出圧力を算出し、圧縮機の目標吐出圧力及び圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の差圧の下限値となる差圧下限値に基づいて圧縮機の目標吸込圧力を算出し、圧縮機の吸込圧力が目標吸込圧力となるように制御する制御装置と、を備える。
　本発明によれば、空調負荷が小さい場合であっても、省エネ性能の悪化及び除湿能力の低下を抑制しつつ、圧縮機の吸込圧力と吐出圧力との差圧を確保することができる。
空気調和機の系統図 制御フローを示す図
　本実施例の空気調和機は、圧縮機、冷媒の流動方向を切替える四方弁、室外熱交換器、減圧装置、及び、室内熱交換器、を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル装置と、室内熱交換器に空気を通風する室内送風機と、室外熱交換機へ空気を通風する室外送風機と、設定温度及び室内空気温度に基づいて空調負荷を推定し、空調負荷及び室外空気温度に基づいて圧縮機の目標吐出圧力を算出し、圧縮機の目標吐出圧力及び圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の差圧の下限値となる差圧下限値に基づいて圧縮機の目標吸込圧力を算出し、圧縮機の吐出圧力及び吸込圧力が目標吐出圧力及び目標吸込圧力となるように制御する制御装置と、を備える。設定温度及び室内空気温度に基づいて空調負荷を推定し、空調負荷及び室外空気温度に基づいて圧縮機の目標吐出圧力を算出し、圧縮機の目標吐出圧力及び圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の差圧の下限値となる差圧下限値に基づいて圧縮機の目標吸込圧力を算出し、圧縮機の吸込圧力が目標吸込圧力となるように制御するので、空調負荷が小さい場合であっても、圧縮機の吸込圧力と吐出圧力の差圧を確保することできるとともに、特に、このとき、圧縮機の吸込圧力が目標吸込圧力となるように制御するので、差圧確保のために圧縮機の回転数を増加させて過剰な冷房運転／暖房運転を行う必要がないため不必要な圧縮機のオン／オフを低減し省エネ性能の悪化を抑制できるとともに、吸込圧力の増加による蒸発器の蒸発温度の上昇を回避できるため室内機に流入する冷媒の温度と室内空気の露点温度との温度差を確保でき除湿能力の低下も抑制することができる。具体的には本実施例においては、圧縮機の目標吸込圧力が所定値よりも小さくなると、室内送風機の送風量を減少させることにより、圧縮機の吸込圧力を低下させる。また、室内熱交換器の一部を閉止・開放できる制御回路を備え、圧縮機の目標吸込圧力が所定値よりも小さくなると、制御回路を閉止することで室内熱交換器の伝熱面積を制御するように構成してもよい。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施例の空気調和機の系統図である。図１に示すように、本実施例の空気調和装置は、圧縮機1、冷媒の流動方向を切替える四方弁2、室外熱交換器3、減圧装置4、室内熱交換器5内を冷媒が流通できるように順次、配管で接続して冷凍サイクルを構築する。室内機と室外機には、それぞれ、室内、室外の熱交換器へ空気を通風する室外送風機6、室内送風機7を備える。また、圧縮機の吸込部及び吐出部には、それぞれ、吸込圧力、吐出圧力を検知する圧力検知手段8、9が設けられる。室内機は、室内空気温度検知手段10を備える。室外機は、室外空気温度検知手段12を備える。また、利用者は、リモコン11によって空気調和装置の運転モードを変更し、室内空調温度を設定することができる。
　室内熱交換器5は、制御回路13を備えており、制御回路13は制御弁14によって制御される。差圧の制御や制御回路の制御は、制御装置15によって制御される。尚、制御回路13は、室内熱交換器の流路の一部として構成される。従って、室内熱交換器5を通過する室内空気は室内熱交換器をバイパスしないので、通常の動作においては、室内熱交換器5の伝熱性能を発揮させることができる。
　室外空気温度(Tao)が低い場合において、以上のように構築された空気調和装置が冷房運転する場合について説明する。図2は、本実施例における空気調和機の制御フローを示す。
　まず、利用者がリモコン11で運転モードを選択し、空調温度(Tset)を設定する。次に、室内空気温度検知手段10より室内空気温度(Tai)を検知する。この空調温度(Tset)と室内空気温度(Tai)により、空調負荷(Qa)(空調負荷(Qa) =F1(Tset-Tai))が推定される(Step1)。
　次に、推定した空調負荷(Qa)と室外空気温度検知手段12によって取得した室外温度(Tao)を用いて、室外目標圧縮機吐出圧力(PdG)(目標圧縮機吐出圧力(PdG)=F3(Qa, Tao))を推算する。推算した目標圧縮機吐出圧力(PdG)と圧縮機の給油差圧下限値(ΔPo)より、目標吸込圧力(PsG)(目標吸込圧力(PsG)=F4(Qa, Tao, Tset))を推算する(Step 2)。
　次に、目標吐出圧力(PdG)と目標吸込圧力(PsG)を用いて、室外送風機6の回転数(Nfo)(室外送風機回転数(Nfo)=F5(Qa, Tao))及び室内送風機の回転数(Nfi)(室内送風機回転数(Nfi)= F6(Qa, Tset))を推算する(Step 3)。
　さらに、吸込圧力検知手段8と吐出圧力検知手段9によって吸込圧力(Ps)と吐出圧力(Pd)を検知し、検知した吸込圧力(Ps)と吐出圧力(Pd)が所定の圧力(PdG,PsG)を満足しない場合、室外送風機6及び室外送風機7の回転数(Nfi，Nfo)の回転数を変更する(Step 4)。
　さらに、検知した吸込圧力(Ps)から蒸発温度(Te)を推算し、ΔTa=Tset-Teが所定の温度差以上になった場合、制御弁14を閉止し、冷媒をバイパスさせる。また、室内送風機の回転数(Nfi)を変更する(Step 5)。
　ここで、空気と冷媒の熱交換量は、Qa=KAΔT（K：熱通過率、A：伝熱面積、ΔT（空気と冷媒の温度差））の関係があるので、室内熱交換器5の一部の管路を制御弁によって閉止することで、室内熱交換器の伝熱面積を減少させても、送風量を低下させて、伝熱性能を低下させた場合でも同様の効果を得ることができる。従って、室内機の送風量を低下させても、蒸発温度(Te)を低下させることができる。
　一方、室内熱交換器から吐出される空気温度は、Qa=GaC(Tai-TaiD)（Ga：室内機送風量、C：空気の比熱、TaiD：室内機から噴き出し空気温度）として関係づけられる。このため、圧縮機吸込圧力(Ps)を低下させることによる吹出し空気温度(TaiD)の過剰な低下を回避することができる。
　以上のような運転制御により、本実施例の空気調和機は、室外温度(Tao)と空調負荷(Qa)に応じて、吐出圧力(Pd)と吸込圧力(Ps)を制御することができる。このため、差圧下限値(ΔPo)以上の差圧を確保することができる。さらに、蒸発温度(Te)を制御する手段を有しているため、低外気温度で、低空調負荷の冷房運転を行う際にも、必要な除湿量を確保できる。
1…圧縮機、2…四方弁、3…室外熱交換器、4…減圧装置、5…室内熱交換器6…室外送風機、7…室内送風機、8…吸込圧力検知手段、9…吐出圧力検知手段、10…室内空気温度検知手段、11…リモコン、12…室外空気温度、13…制御回路、14…制御弁、15…制御装置

Claims (3)

  1. 　圧縮機、冷媒の流動方向を切替える四方弁、室外熱交換器、減圧装置、及び、室内熱交換器、を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル装置と、
    　前記室内熱交換器に空気を通風する室内送風機と、
    　前記室外熱交換機へ空気を通風する室外送風機と、
    　設定温度及び室内空気温度に基づいて、空調負荷を推定し、
    　前記空調負荷及び室外空気温度に基づいて、前記圧縮機の目標吐出圧力を算出し、
    　前記圧縮機の前記目標吐出圧力、及び、前記圧縮機の吐出圧力と吸込圧力の差圧の下限値となる差圧下限値、に基づいて、前記圧縮機の目標吸込圧力を算出し、
    　前記圧縮機の吸込圧力が前記目標吸込圧力となるように制御する、制御装置と、
    を備えた空気調和機。
  2. 　請求項１において、
    　前記制御装置は、前記圧縮機の前記目標吸込圧力が所定値よりも小さくなると、前記室内送風機の送風量を減少させることにより、前記圧縮機の前記吸込圧力を低下させる空気調和機。
  3. 　請求項１又は２において、
    　前記室内熱交換器の一部を冷媒が閉止、開放する制御回路を備え、
    　前記制御装置は、前記圧縮機の前記目標吸込圧力が所定値よりも小さくなると、前記制御回路を閉止して、蒸発圧力を低下させることにより、前記圧縮機の前記吸込圧力を低下させる空気調和機。
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