WO2019215812A1 - 空気調和機 - Google Patents

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WO2019215812A1
WO2019215812A1 PCT/JP2018/017772 JP2018017772W WO2019215812A1 WO 2019215812 A1 WO2019215812 A1 WO 2019215812A1 JP 2018017772 W JP2018017772 W JP 2018017772W WO 2019215812 A1 WO2019215812 A1 WO 2019215812A1
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WO
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degree
relative
refrigerant
temperature
control
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Application number
PCT/JP2018/017772
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕一 穐山
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2018/017772 priority Critical patent/WO2019215812A1/ja
Priority to JP2020517656A priority patent/JP6987229B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • This invention relates to the air conditioner which controls the opening degree of an expansion part.
  • Patent Document 1 discloses an air conditioner that controls the opening degree of the expansion section based on the degree of relative supercooling or the degree of relative superheat.
  • Patent Document 1 changes the target value of the relative supercooling degree or the relative superheating degree based on the degree of deviation between the set temperature and the temperature of the room air during control.
  • the air conditioner of Patent Document 1 changes the degree of deviation between the set temperature and the temperature of the room air, that is, the target value of the relative supercooling degree or the relative superheat degree based on the necessary heat exchange amount.
  • the variation in the amount of restriction of the expansion portion is suppressed, and the temperature of the indoor space is made to reach the set temperature at an early stage.
  • Patent Document 1 changes the target value of the relative supercooling degree or the relative superheat degree based on the degree of deviation between the set temperature and the temperature of the room air. Depending on the temperature, the distribution of the refrigerant changes greatly. As a result, when a plurality of indoor units are operated simultaneously in an environment with different room temperatures, the balance of refrigerant distribution may deteriorate. In addition, the form of the indoor unit, the setting content and the operating state, and the operating state of the outdoor unit affect the degree of supercooling and superheat. For this reason, patent document 1 may not reach the target value of the degree of relative supercooling or the degree of relative superheat, and the balance may deteriorate.
  • the present invention was made to solve the above-described problems, and is operated regardless of the influence of the installation environment such as the size of the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger and the load such as the room temperature of each indoor unit.
  • the air conditioner which does not impair the stability of the is provided.
  • An air conditioner includes a refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, an expansion unit, and an evaporator are connected by a pipe and through which a refrigerant flows, and a control device that adjusts the opening degree of the expansion unit.
  • the correction means for correcting the relative supercooling degree obtained by the calculating means to obtain the target relative supercooling degree and the relative supercooling degree become the target relative supercooling degree obtained by the correcting means.
  • the target relative supercooling degree is obtained by correcting the relative supercooling degree. For this reason, the target relative subcooling degree reflecting actual heat exchange efficiency can be obtained. Therefore, the stability of operation is not impaired regardless of the influence of the installation environment such as the size of the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger and the load such as the room temperature of each indoor unit.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an air conditioner 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioner 100 is a device that adjusts air in an indoor space, and includes an outdoor unit 22 and an indoor unit 21.
  • the outdoor unit 22 is provided with a compressor 1, a flow path switching device 2, an outdoor heat exchanger 3, an outdoor fan 6a, an outdoor expansion unit 14, and a pressure vessel 13.
  • the outdoor unit 22 includes two stationary valves 4 and 5, a high pressure sensor 11, a low pressure sensor 12, an outside air temperature sensor 8, a liquid pipe temperature sensor 9, a changeover switch 23, and a control device 20. .
  • the indoor unit 21 is provided with two indoor heat exchangers 30 and 40, two indoor expansion portions 31 and 41, and six temperature sensors 32, 33, 34, 42, 43, and 44.
  • the case where one outdoor unit 22 is provided is illustrated, but a plurality of outdoor units 22 may be provided.
  • the number of the indoor units 21 may be one and three or more may be sufficient.
  • the compressor 1, the flow path switching device 2, the outdoor heat exchanger 3, the outdoor expansion unit 14, the stationary valve 4, the indoor expansion units 31 and 41, the indoor heat exchangers 30 and 40, and the stationary valve 5 are connected by piping and are refrigerant.
  • a circuit is configured.
  • the compressor 1 sucks refrigerant in a low temperature and low pressure state, compresses the sucked refrigerant, and discharges it into a refrigerant in a high temperature and high pressure state.
  • the pressure vessel 13 stores gas or liquid at a constant pressure different from atmospheric pressure. Note that functional components such as the pressure vessel 13 can be omitted as appropriate.
  • the flow path switching device 2 switches the flow direction of the refrigerant in the refrigerant circuit, and is, for example, a four-way valve.
  • the outdoor heat exchanger 3 exchanges heat between, for example, outdoor air and refrigerant, and functions as a condenser during cooling operation and as an evaporator during heating operation.
  • the outdoor blower 6 a includes a fan 6 that sends air to the outdoor heat exchanger 3 and a fan motor 7 that drives the fan 6.
  • the outdoor expansion unit 14 is a pressure reducing valve or an expansion valve that expands by depressurizing the refrigerant, and is, for example, an electronic expansion valve whose opening degree is adjusted.
  • the indoor expansion portions 31 and 41 are pressure reducing valves or expansion valves that expand by depressurizing the refrigerant, and are, for example, electronic expansion valves whose opening degree is adjusted.
  • the outdoor inflating portion 14 and the indoor inflating portions 31 and 41 are provided is illustrated, but it may be a single inflating portion.
  • the thing including the outdoor expansion part 14 and the indoor expansion parts 31 and 41 is called an expansion part.
  • the indoor heat exchangers 30 and 40 exchange heat between the indoor air and the refrigerant, and function as an evaporator during the cooling operation and as a condenser during the heating operation.
  • the two indoor heat exchangers 30 and 40 and the indoor expansion units 31 and 41 are connected in parallel to each other.
  • the stationary valves 4 and 5 connect the piping of the outdoor unit 22 and the piping of the indoor unit 21.
  • the high pressure sensor 11 is provided on the discharge side of the compressor 1 and detects the pressure of the refrigerant discharged from the compressor 1.
  • the low pressure sensor 12 is provided on the suction side of the compressor 1 and detects the pressure of the refrigerant sucked into the compressor 1.
  • the outdoor temperature sensor 8 detects the temperature of outdoor air.
  • the liquid pipe temperature sensor 9 detects the temperature of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 3.
  • the temperature sensors 33 and 43 detect the temperature of the indoor air sucked into the indoor unit 21.
  • the temperature sensors 32, 34, 42, 44 detect the temperature of the refrigerant flowing through the indoor heat exchangers 30, 40. Each pressure sensor and temperature sensor may be omitted as appropriate.
  • the saturation pressure may be calculated from the detection value of the temperature sensor, or may be the detection value of the pressure sensor.
  • the changeover switch 23 switches between a relative supercooling degree control mode and a relative superheat degree control mode, which will be described later, and a supercooling control mode and a superheat degree control mode.
  • a liquid, a gas, a solid, or the like that carries heat such as R410A, R32, water, or CO 2 is employed.
  • the condenser of the present invention involved the concept of radiator The state will be described.
  • the outdoor heat exchanger 3 acts as a condenser, and the indoor heat exchangers 30 and 40 act as evaporators.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is compressed by the compressor 1 and discharged in a high-temperature and high-pressure gas state.
  • the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 1 passes through the flow path switching device 2 and flows into the outdoor heat exchanger 3 that acts as a condenser.
  • the outdoor blower Heat exchange with the outdoor air sent by 6a condenses and liquefies.
  • the condensed refrigerant in the liquid state flows into the outdoor expansion portion 14, branches after passing through the stationary valve 4, and flows into the indoor expansion portions 31 and 41.
  • the refrigerant is expanded and depressurized in the outdoor expansion unit 14 and the indoor expansion units 31 and 41 to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the indoor heat exchangers 30 and 40, each acting as an evaporator, and in the indoor heat exchangers 30 and 40, heat is exchanged with room air to evaporate and gasify. .
  • the room air is cooled, and the room is cooled.
  • the evaporated refrigerant in a low-temperature and low-pressure gas state passes through the stationary valve 5 and the flow path switching device 2 and then is sucked into the compressor 1.
  • the indoor heat exchangers 30 and 40 act as condensers, and the outdoor heat exchanger 3 acts as an evaporator.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is compressed by the compressor 1 and discharged in a high-temperature and high-pressure gas state.
  • the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 1 branches after passing through the flow path switching device 2 and the stationary valve 5 and flows into the indoor heat exchangers 30 and 40 that function as condensers, respectively.
  • heat is exchanged with room air to condense and liquefy.
  • the condensed refrigerant in the liquid state flows into the indoor expansion sections 31 and 41, joins, and flows into the outdoor expansion section 14 through the stationary valve 4.
  • the refrigerant is expanded and depressurized in the indoor expansion units 31 and 41 and the outdoor expansion unit 14 to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 3 acting as an evaporator, and in the outdoor heat exchanger 3, heat is exchanged with outdoor air to evaporate and gasify.
  • the evaporated refrigerant in a low temperature and low pressure gas state passes through the flow path switching device 2 and is sucked into the compressor 1.
  • the control device 20 controls the operation of each actuator, and is composed of, for example, a microcomputer.
  • the control device 20 includes a pressure temperature measuring unit 28, a calculating unit 24, a correcting unit 25, an opening degree adjusting unit 26, and an interval changing unit 27.
  • the pressure temperature measurement unit 28 measures the pressure detected by the high pressure sensor 11 and the low pressure sensor 12 and transmits the pressure to the calculation unit 24.
  • the calculation means 24 calculates a relative supercooling degree based on the supercooling degree.
  • the degree of supercooling is the difference between the temperature of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3 and the indoor heat exchangers 30 and 40 that acts as a condenser, and the condensation temperature of the refrigerant in the condenser. is there. A method for obtaining the relative supercooling degree will be described later.
  • the correcting unit 25 corrects the relative supercooling degree obtained by the calculating unit 24 based on the operation state of the refrigerant circuit and acquires the target relative subcooling degree.
  • the operating state of the refrigerant circuit is, for example, the heat exchange capability of the outdoor heat exchanger 3 or the indoor heat exchangers 30 and 40.
  • the operating state of the refrigerant circuit is at least one of the number of operating indoor units 21, the air volume of the outdoor fan 6 a or the indoor fan (not shown), and the temperature of the air sucked into the indoor unit 21. A method for obtaining the target relative supercooling degree will be described later.
  • the opening degree adjusting means 26 adjusts the opening degree of the expansion portion so that the relative supercooling degree becomes the target relative supercooling degree acquired by the correcting means 25.
  • the calculation means 24 calculates the relative superheat degree based on the superheat degree.
  • the degree of superheat is the difference between the temperature of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3 and the indoor heat exchangers 30 and 40 that acts as an evaporator, and the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator. .
  • a method for obtaining the relative superheat degree will be described later.
  • the correcting unit 25 corrects the relative superheat degree obtained by the calculating unit 24 based on the operation state of the refrigerant circuit, and acquires the target relative superheat degree. A method for obtaining the target relative supercooling degree will be described later.
  • the opening degree adjusting means 26 adjusts the opening degree of the expansion portion so that the relative superheat degree becomes the target relative superheat degree acquired by the correcting means 25.
  • the interval changing means 27 changes the interval for adjusting the opening degree of the expansion section based on the target relative supercooling degree or the target relative superheat degree. A method for changing the interval for adjusting the opening of the inflating portion will be described later. Note that the interval changing unit 27 changes the interval for adjusting the opening of the expansion unit when, for example, the indoor unit 21 is activated or the number of operating units is changed.
  • the first embodiment has a relative supercooling control mode and a relative superheat degree control mode.
  • the relative supercooling control mode will be described.
  • the degree of supercooling may be referred to as SC (subcool).
  • a relative SC is provided as the control expression (1).
  • the relative SC is a value obtained by dividing the value of the outlet SC of the condenser by the value obtained by subtracting the suction temperature Tin, which is the temperature of the air passing through the condenser, from the saturation temperature CT of the refrigerant passing through the condenser. .
  • Tr_out be the refrigerant outlet temperature of the condenser.
  • the condenser is controlled by this control equation (1).
  • FIG. 2 is a graph showing the ease of attaching the degree of supercooling according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the ease of attaching the SC varies depending on the temperature of the indoor unit 21.
  • the target value of the SC is a constant value regardless of the suction temperature and the saturation temperature as in the past
  • the control device 20 expands to bring the SC closer to the target value. Close the part gradually.
  • the control device 20 excessively opens the expansion section and cannot flow an appropriate flow rate of the refrigerant. Therefore, in the first embodiment, as shown in the control equation (1), the optimum SC for each indoor unit 21 is set to the target value based on the suction temperature and the saturation temperature. Set the target value.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an image of the operation of the control device 20 according to the first embodiment of the present invention.
  • F () ⁇ 1m.
  • ⁇ 1m means the target relative SC at the time of control.
  • ⁇ F F ⁇ 1
  • the control device 20 increases the relative SC.
  • the control device 20 can approach the stable region by narrowing the expansion portion.
  • the control device 20 reduces the relative SC because the relative SC is excessive.
  • control device 20 can approach the stable region by opening the expansion portion. As shown in FIG. 3, when ⁇ 1 in the stable region is 0.66 to 0.75, when ⁇ 1 is less than 0.66, the control device 20 narrows the expansion portion. On the other hand, when ⁇ 1 exceeds 0.75, the control device 20 opens the expansion portion.
  • FIG. 4 is a graph showing the convergence of the degree of supercooling according to Embodiment 1 of the present invention.
  • F () that is the target relative SC is an optimal function according to the operating environment of each indoor unit 21 and the state of the refrigeration cycle. For example, F ( ⁇ 1).
  • the balance can be improved by reflecting the ease of attaching the SC to the target value.
  • ⁇ 1 which is temperature efficiency, exceeds a certain value, the SC does not easily increase rapidly. Therefore, a target value function is set to match this characteristic.
  • the balance can be improved.
  • A, B, C, and D may be constants or functions of ⁇ 1. 3 and 4 show a process in which ⁇ 1 converges during control.
  • each indoor unit 21 is qi
  • the capacity of all the indoor units 21 in operation is Q
  • the amount of the enclosed refrigerant is M.
  • the refrigerant can be distributed more evenly.
  • stability can be improved.
  • the refrigerant becomes insufficient and cannot be controlled. Can be prevented.
  • F ( ⁇ 1, qi, Q)
  • the target value can be set by providing a table for determining the target value according to the capacity of each indoor unit 21 and the size of the relative SC for each total number of operating units. Thereby, it can prevent that the quantity of a required refrigerant
  • the air volume Qair_in of the indoor unit 21 is set as a function of the target value. That is, formulas such as F ( ⁇ 1, qi, Qair_in), F ( ⁇ 1, Qair_in), F ( ⁇ 1, qi, Q, Qair_in), and the like can be given. Further, using the above idea, an AK value that is an index indicating the heat exchange capability of the indoor unit 21 is calculated based on the actual circulation amount Gr of the indoor unit 21 and the air volume of the indoor fan (not shown). . And stability can be improved by determining a target value using the calculated AK value and (epsilon) 1.
  • the target value is determined as F ( ⁇ 1, AK), F ( ⁇ 1, Gr), F (AK), or F (Gr). Furthermore, the target value can be set according to the capacity load by determining the target value according to the outside temperature Toutdoor detected by the outside temperature sensor 8 provided in the outdoor unit 22. That is, the target value is determined as F (Toutdoor), F ( ⁇ 1, Toutdoor).
  • the accuracy of the refrigeration cycle can be further improved by reflecting the state of the actuator of the refrigeration cycle, the detection values of the various sensors, or the calculated values in the control target values.
  • the target value may be set not only as a function but also as a table based on each parameter theoretically, empirically, or experimentally.
  • the CT-Tin value decreases, the absolute value of the SC relatively decreases, and there is a concern that the reliability and performance may deteriorate. Therefore, by providing a lower limit value for SC, it is possible to prevent control from diverging.
  • the upper limit value and the lower limit value have values that are required depending on the state of the refrigeration cycle, thereby improving reliability and preventing divergence.
  • the threshold value is changed according to the outside air temperature or the circulation amount of the refrigerant.
  • the first embodiment can improve the accuracy by correcting the target value in the indoor unit 21. This is because the position of the sensor that detects the room temperature is different for each indoor unit 21, and the actual exit SC of the indoor unit 21 may be different from the SC calculated from the detected value. Therefore, by reflecting the detection difference in the control, the stability can be improved and the lineup of indoor units 21 to be connected can be increased.
  • the connection state of the indoor unit 21 varies greatly depending on each installation environment. For this reason, the piping length from the outdoor unit 22 to the indoor unit 21 varies greatly depending on the indoor unit 21. Therefore, the distribution can be improved by correcting the pipe length.
  • the saturation temperature can be calculated by calculating the indoor unit 21 or a sensor installed near the entrance and exit of the indoor unit 21. This can be realized by acquiring position information.
  • FIG. 6 is a graph showing the target supercooling degree and the target superheat degree according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 shows conventional control
  • FIG. 6 shows control according to the first embodiment
  • FIG. 7 shows control when the target value is decreased as the temperature difference increases.
  • the above control can be always applied even at the time of start-up or a transition such as a change in the number of units.
  • a transition such as a change in the number of units.
  • the indoor unit 21 has a different indoor temperature, the other indoor unit 21 is already in operation, and if the indoor temperature is greatly different, the intake temperature reaches the set temperature and the indoor unit 21 stops.
  • the pressure varies greatly, and the refrigerant distribution changes greatly.
  • the SC is targeted as in the prior art, the current measured SC is greatly hunted, and the expansion portion and other actuators are greatly hunted due to the influence of pressure fluctuation during transition.
  • the target value is a function of pressure by controlling the expansion portion as in the first embodiment, hunting can be suppressed and stability can be improved as compared with the conventional control. A stable state can be reached.
  • ⁇ CT 40 ° C.
  • ⁇ CT 45 ° C. during startup.
  • the target SC changes from 7 ° C. ⁇ 5.6 ° C. ⁇ 14 ° C. ⁇ 17.5 ° C.
  • the target SC increases and the stability improves. This is because there is a correlation between the SC size and the temperature difference.
  • the stability is deteriorated because the difference between the saturation temperature and the suction temperature is not considered.
  • the target value of SC is a constant value such as 12 ° C.
  • the expansion portion is always throttled when the temperature difference is small, and it takes time to stabilize.
  • the target SC size is given as a function of the difference between the saturation temperature and the suction temperature.
  • ⁇ T CT ⁇ Tin
  • F () (1 ⁇ 0.01 * ⁇ T) * 0.7.
  • CT 30 ° C.
  • ⁇ CT 28 ° C.
  • ⁇ CT 40 ° C.
  • ⁇ CT 45 ° C.
  • the target SC is 6.3 ° C. ⁇ 5.2 ° C. ⁇
  • the temperature difference increases from 11.2 ° C. to 13.1 ° C., the temperature changes so as to reflect the decrease in thermal efficiency.
  • the control may be performed in conjunction with an expansion unit or a valve that does not correspond to the indoor unit 21.
  • the distribution may be improved by interlocking the target values. For example, when a high / low pressure bypass valve is provided, the high / low pressure difference is reduced by opening the high / low pressure bypass valve. If the control equation (1) is applied, the target equation is lowered.
  • F (Gr) F (Gr).
  • feedback control may be performed by predicting the difference between the target value and the current value, the target value and the future value, as described below.
  • ⁇ F F () ⁇ ⁇ 1
  • ⁇ F F () ⁇ ⁇ 1 * (predicted value).
  • the convergence is further improved by deciding according to the complementation such as linear interpolation, theoretical, experimental, empirical, or the state of the refrigeration cycle according to the fluctuation of the frequency or the fluctuation of the expansion part. be able to.
  • the larger the ⁇ F the better the convergence by increasing the control amount of the expansion part.
  • the stability can be improved by decreasing the control interval as ⁇ F is increased and increasing the control interval as ⁇ F is decreased.
  • the target value or the control interval may be learned and adjusted so that the hunting of the expansion section and the hunting of the actuator such as the compressor 1 become small. For example, when hunting is repeated many times, the amount of expansion of the expansion portion may be reduced, and the control interval may be changed. Further, by properly using the control interval or the control gain value at the time of transition and at the time of stabilization, the time required for stability from the transition can be shortened, and the amount of hunting at the time of stabilization can be reduced.
  • a method of experimentally setting from the state of the refrigeration cycle such as the amount of fluctuation of high pressure, low pressure, and high / low differential pressure may be adopted.
  • a method of setting experimentally according to the sizes of SC, SH, ⁇ 1, and ⁇ 2 may be employed, or a method of setting depending on the operation time may be employed.
  • stability can be improved by changing the size of the target value. Can be improved. For example, there is a case where ⁇ F is negative or positive in both of the two indoor units 21.
  • the stability can be improved by shifting the control timing.
  • the amount of refrigerant accumulated in the indoor unit 21 varies depending on the position of the expansion unit due to a difference in room temperature of the stopped indoor unit 21.
  • the first embodiment it is possible to prevent the refrigerant amount from being excessively accumulated in the indoor unit 21 by performing the above control including the stopped indoor unit 21. Thereby, reduction of the amount of encapsulated refrigerant and improvement of reliability can be achieved. At this time, when it is difficult to detect the room temperature, the effect of reducing the amount of the enclosed refrigerant and improving the reliability can be enhanced by performing the control based on the room temperature detected by the sensor or the like.
  • the target value is changed so that the compressor 1 can be operated. Further, in order to increase the target value when the discharge SH decreases, the discharge SH is improved by restricting the entire valve. Further, the amount of liquid back is reduced by restricting the entire valve. Thereby, it can adapt in a wide range. That is, in setting the target value, the air conditioner 100 is stopped by adding correction amounts based on the magnitude of the high / low pressure, the magnitude of the difference between the high / low pressure, the operation frequency, the discharge SH, the suction SH, and the saturation temperature. Continuous operation is possible without any problems. Thereby, the concern that the reliability of the compressor 1 deteriorates due to a decrease in the height differential pressure, a decrease in the discharge SH, an increase in the liquid back amount, and the like is eliminated.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the control device 20 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the SC is calculated in each indoor unit 21, and ⁇ 1 is calculated.
  • a target value F () is calculated based on the operating state (step S2).
  • step S6 If ⁇ F is less than or equal to the stable region, it is determined whether SC is greater than the lower limit value (step S6). If SC is larger than the lower limit value, the expansion portion is opened (step S7). On the other hand, if ⁇ F is larger than the stable region, it is determined whether SC is smaller than the upper limit value (step S10). When SC is smaller than the upper limit value, the expansion portion is narrowed (step S11). When ⁇ F is in the stable region, it is determined whether the vehicle is in operation when SC is equal to or lower than the lower limit value, or when SC is equal to or higher than the upper limit value (step S8). When it is not in operation, the control of the indoor expansion units 31 and 41 ends (step S9), and when it is in operation, the process returns to step S2.
  • Relative SH is provided as the control expression (2).
  • Relative SH is a value obtained by dividing the value of the outlet SH of the evaporator by the value obtained by subtracting the saturation temperature ET of the refrigerant passing through the evaporator from the suction temperature Tin that is the temperature of the air passing through the evaporator.
  • Tr_out be the outlet temperature of the refrigerant in the evaporator. The evaporator is controlled by this control equation (2).
  • FIG. 9 is a graph showing the ease of superheating according to Embodiment 1 of the present invention.
  • it is possible to perform control according to the potential of the heat exchanger by performing control with temperature efficiency that is a dimensionless number using the refrigerant temperature and the suction temperature.
  • the ease of attaching SH varies depending on the temperature of the indoor unit 21.
  • the target value of SH is a constant value regardless of the suction temperature and the saturation temperature as in the conventional case
  • the control device 20 expands to bring the SH close to the target value. Close the valve gradually.
  • the control device 20 excessively opens the expansion section and cannot flow an appropriate refrigerant flow rate. Therefore, in the first embodiment, as shown in the control equation (2), the optimum SH for each indoor unit 21 is set to the target value by the suction temperature and the saturation temperature. Set the target value.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an image of the operation of the control device 20 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • G () ⁇ 2m.
  • control device 20 can approach the stable region by opening the expansion portion. As shown in FIG. 10, when ⁇ 2 in the stable region is ⁇ 0.1 to 0.3, when ⁇ 2 is less than ⁇ 0.1, the control device 20 narrows the expansion portion. On the other hand, when ⁇ 2 exceeds 0.3, the control device 20 opens the expansion portion.
  • G () that is the target relative SH is an optimal function according to the operating environment of each indoor unit 21 and the state of the refrigeration cycle as described above. For example, G ( ⁇ 2).
  • G ( ⁇ 2) A ⁇ ⁇ 2 + B.
  • the balance can be improved by further reflecting the ease of attaching the SH to the target value.
  • ⁇ 2 which is the temperature efficiency, exceeds a certain value, SH becomes difficult to increase rapidly. Therefore, a target value function is set to match this characteristic.
  • the balance can be improved.
  • A, B, C, and D may be constants or functions of ⁇ 2.
  • G Tin ⁇ ET.
  • A, B, and C may be constants or functions such as ⁇ 1 or Tin-ET.
  • each indoor unit 21 is qi
  • the capacity of all the indoor units 21 in operation is Q
  • the amount of the enclosed refrigerant is M.
  • G ( ⁇ 2, qi), G ( ⁇ 2, qi, Q), G ( ⁇ 2, qi, M) or G ( ⁇ 2, Q) the target as a function of the potential of each indoor unit 21 and relative SH Set relative SH.
  • the refrigerant can be distributed more evenly.
  • stability can be improved.
  • the total capacity, the number of connected indoor units 21, the number of connected heat exchangers, the number of passes of the indoor units 21, the number of passes, and the amount of enclosed refrigerant are reflected in the target values. Can be prevented.
  • the target value can be set by providing a table for determining the target value according to the capacity of each indoor unit 21 and the magnitude of relative SH for each total number of operating units. Thereby, it can prevent that the quantity of a required refrigerant
  • the air volume Qair_in of the indoor unit 21 is set as a function of the target value. That is, G ( ⁇ 2, qi, Qair_in), G ( ⁇ 2, Qair_in), G ( ⁇ 2, qi, Q, Qair_in), and the like can be given. Further, using the above idea, an AU value that is an index indicating the heat exchange capability of the indoor unit 21 is calculated based on the actual circulation amount Gr of the indoor unit 21 and the air volume of the indoor fan (not shown). . And stability can be improved by determining a target value using the calculated AU value and (epsilon) 2.
  • the target value is determined as G ( ⁇ 2, AU), G ( ⁇ 2, Gr), G (AU), or G (Gr). Furthermore, the target value can be designed according to the capacity load by determining the target value according to the outside air temperature Toutdoor detected by the outside air temperature sensor 8 provided in the outdoor unit 22. That is, target values are determined such as G (Toutdoor) and G ( ⁇ 2, Toutdoor).
  • the accuracy of the refrigeration cycle can be further improved by reflecting the state of the actuator of the refrigeration cycle, the detection values of the various sensors, or the calculated values in the control target values.
  • the target value may be set not only as a function but also as a table based on each parameter theoretically, empirically, or experimentally.
  • the absolute value of SH relatively decreases, and there is a concern that the reliability and performance may deteriorate. Therefore, by providing a lower limit value for SH, it is possible to prevent control from spreading.
  • the absolute value of SH relatively increases, and there is a concern that reliability such as a shortage of refrigerant may be reduced and performance may be deteriorated. Therefore, by providing an upper limit value for SH, it is possible to prevent the control from spreading.
  • the upper limit value and the lower limit value have values that are required depending on the state of the refrigeration cycle, thereby improving reliability and preventing divergence.
  • the threshold value is changed according to the outside air temperature or the circulation amount of the refrigerant.
  • the first embodiment can improve the accuracy by correcting the target value in the indoor unit 21. This is because the position of the sensor that detects the room temperature is different for each indoor unit 21, and the actual exit SH of the indoor unit 21 may be different from the SH calculated from the detected value. Therefore, by reflecting the detection difference in the control, the stability can be improved and the lineup of indoor units 21 to be connected can be increased.
  • the connection state of the indoor unit 21 varies greatly depending on each installation environment. For this reason, the piping length from the outdoor unit 22 to the indoor unit 21 varies greatly depending on the indoor unit 21. Therefore, the distribution can be improved by correcting the pipe length.
  • the saturation temperature can be calculated by calculating the indoor unit 21 or a sensor installed near the entrance and exit of the indoor unit 21. This can be realized by providing position information.
  • FIG. 6 is a graph showing the target supercooling degree and the target superheat degree according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 shows conventional control
  • FIG. 6 shows control according to the first embodiment
  • FIG. 7 shows control when the target value is decreased as the temperature difference increases.
  • the target SH is constant regardless of Tin-ET
  • the above control can be always applied even at the time of start-up or a transition such as a change in the number of units.
  • the indoor unit 21 has a different indoor temperature, the other indoor unit 21 is already in operation, and if the indoor temperature is greatly different, the intake temperature reaches the set temperature and the indoor unit 21 stops.
  • the pressure varies greatly, and the refrigerant distribution changes greatly.
  • SC is targeted as in the prior art, the current measured SH is greatly hunted and the expansion portion and other actuators are greatly hunted due to the influence of pressure fluctuation during transition. Therefore, since the target value is a function of pressure by controlling the expansion portion as in the first embodiment, hunting can be suppressed and stability can be improved as compared with the conventional control.
  • the stability is deteriorated because the difference between the saturation temperature and the suction temperature is not considered.
  • the target value of SH is set to a constant value such as 4 ° C.
  • the expansion portion is always throttled when the temperature difference is small, and it takes time to stabilize.
  • size of target SH is given as a function of the difference of saturation temperature and suction temperature is demonstrated.
  • ⁇ T Tin ⁇ ET
  • G () (1 ⁇ 0.01 * ⁇ T) * 0.2.
  • ET 20 ° C.
  • ⁇ ET 0 ° C.
  • ⁇ ET ⁇ 15 ° C.
  • ⁇ ET 15 ° C.
  • the target SH is 0 ° C. ⁇ 3.2 ° C. ⁇ 4
  • the temperature difference increases from 6 ° C. to 1 ° C., the temperature changes to reflect the decrease in thermal efficiency.
  • the control may be performed in conjunction with an expansion unit or a valve that does not correspond to the indoor unit 21.
  • the distribution may be improved by interlocking the target values. For example, when a high / low pressure bypass valve is provided, the high / low pressure difference is reduced by opening the high / low pressure bypass valve. If the control equation (2) is applied, the target equation is lowered.
  • G (Gr) is an application example of G (Gr).
  • feedback control may be performed by predicting the difference between the target value and the current value, the target value and the future value, as described below.
  • the convergence is further improved by deciding according to the complementation such as linear interpolation, theoretical, experimental, empirical, or the state of the refrigeration cycle according to the fluctuation of the frequency or the fluctuation of the expansion part. be able to.
  • the larger the ⁇ G the better the convergence by increasing the control amount of the expansion part.
  • the stability can be improved by decreasing the control interval as ⁇ G is larger and increasing the control interval as ⁇ G is smaller.
  • the target value or the control interval may be learned and adjusted so that the hunting of the expansion section and the hunting of the actuator such as the compressor 1 become small. For example, when hunting is repeated many times, the amount of expansion of the expansion portion may be reduced, and the control interval may be changed. Further, by properly using the control interval or the control gain value at the time of transition and at the time of stabilization, the time required for stability from the transition can be shortened, and the amount of hunting at the time of stabilization can be reduced.
  • a method of experimentally setting from the state of the refrigeration cycle such as the amount of fluctuation of high pressure, low pressure, and high / low differential pressure may be adopted.
  • a method of setting experimentally according to the sizes of SC, SH, ⁇ 1, and ⁇ 2 may be employed, or a method of setting depending on the operation time may be employed.
  • stability can be improved by changing the size of the target value. Can be improved. For example, there are cases where ⁇ G is negative or positive in both of the two indoor units 21.
  • the stability can be improved by shifting the control timing.
  • the amount of refrigerant accumulated in the indoor unit 21 varies depending on the position of the expansion unit due to a difference in room temperature of the stopped indoor unit 21.
  • the first embodiment it is possible to prevent the refrigerant amount from being excessively accumulated in the indoor unit 21 by performing the control including the indoor unit 21 that is stopped. Thereby, reduction of the amount of encapsulated refrigerant and improvement of reliability can be achieved. At this time, when it is difficult to detect the room temperature, the effect of reducing the amount of the enclosed refrigerant and improving the reliability can be enhanced by performing the control based on the room temperature detected by the sensor or the like.
  • the target value is changed so that the compressor 1 can be operated. Further, in order to increase the target value when the discharge SH decreases, the discharge SH is improved by restricting the entire valve. Further, the amount of liquid back is reduced by restricting the entire valve. Thereby, it can adapt in a wide range. That is, in setting the target value, the air conditioner 100 is stopped by adding correction amounts based on the magnitude of the high / low pressure, the magnitude of the difference between the high / low pressure, the operation frequency, the discharge SH, the suction SH, and the saturation temperature. Continuous operation is possible without any problems. Thereby, the concern that the reliability of the compressor 1 deteriorates due to a decrease in the height differential pressure, a decrease in the discharge SH, an increase in the liquid back amount, and the like is eliminated.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the control device 20 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the operation in the relative superheat degree control mode will be described.
  • step S25 If ⁇ G is less than or equal to the stable region, it is determined whether SH is greater than the lower limit value (step S25). When SH is larger than the lower limit value, the expansion part is opened (step S26). On the other hand, if ⁇ G is larger than the stable region, it is determined whether SH is smaller than the upper limit value (step S29). If SH is smaller than the upper limit value, the expansion portion is narrowed (step S30). When ⁇ G is in the stable region, it is determined whether the vehicle is in operation when SH is equal to or lower than the lower limit value, or when SH is equal to or higher than the upper limit value (step S27). When it is not in operation, the control of the indoor expansion units 31 and 41 ends (step S28), and when it is in operation, the process returns to step S21.
  • the value of ⁇ 1 or SC is set so as not to be hunted. Therefore, the stability can be improved by opening the openings of the expansion portions of the remaining two indoor units 21 so that the total Cv values are the same. This control is not performed when the value of ⁇ 1 or SC is not stable as in a transition or the like, or when SH is attached to all the indoor unit 21 outlets.
  • the hunting amount can be further reduced by determining the distribution ratio.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the control device 20 according to the application example of the first embodiment of the present invention. Next, the operation of the application example will be described.
  • step S40 when the control of the indoor expansion units 31 and 41 is started (step S40), the control using ⁇ 1 and ⁇ 2 is performed in each indoor unit 21 (step S41). Then, it is determined whether ⁇ 1 / SC is in the stable region (step S42). If it is in the stable region, it is determined whether ⁇ 2 / SH on the outlet side of all the indoor units 21 is equal to or greater than the threshold lower limit (step S42). S43).
  • step S44 When ⁇ 2 / SH is equal to or greater than the lower limit of the threshold value, the outlet dryness correction of the indoor unit 21 is performed (step S44). Thereafter, it is determined whether or not the vehicle is in operation (step S45). If the vehicle is not in operation, the control of the indoor expansion units 31 and 41 is terminated (step S46). If the vehicle is in operation, the process returns to step S41. If ⁇ 1 / SC is not in the stable region, and if ⁇ 2 / SH on the outlet side of all the indoor units 21 is not equal to or greater than the threshold lower limit, the process returns to step S41.
  • FIG. 13 is a graph showing the convergence of the degree of superheat according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the present control is performed to perform correction based on ⁇ 2 or the indoor unit 21 outlet SH without performing SC correction during single-unit operation.
  • pressure loss is not corrected, as described above, when the refrigerant is two-phase at the outlet of the indoor unit 21 or when the saturation temperature of the indoor unit 21 outlet is lowered due to pressure loss, ⁇ 2 or the indoor unit 21 outlet SH becomes negative.
  • a negative value means that the refrigerant circulation amount is excessive. When this amount increases, the refrigerant is sucked into the compressor 1 in two phases, which may cause a failure of the compressor 1.
  • the correction means 25 may correct the relative supercooling degree or the relative superheat degree based on the pressure loss in the condenser or the evaporator.
  • the target relative subcooling degree is obtained by correcting the relative supercooling degree. For this reason, the target relative subcooling degree reflecting actual heat exchange efficiency can be obtained. Therefore, the operational stability is not impaired regardless of the influence of the installation environment such as the size of the indoor heat exchanger 30 and the outdoor heat exchanger 3 and the load such as the room temperature of each indoor unit 21.
  • an expansion valve or the like is used so that the heat exchangers of the indoor unit 21 and the outdoor unit 22 can be used to the maximum extent possible. Control the flow control valve.
  • the control is performed with the same target value when the temperature of the indoor unit 21 to be operated is different or when the operation state such as the air volume is different. For this reason, control diverges.
  • the stability is improved. Thereby, energy-saving property and stability can be improved, the time required for stabilization can be shortened, and cold air or hot air can be supplied from each indoor unit 21 in a short time, thereby improving comfort.
  • the target value but also the convergence method and the control time constant reflect the refrigeration cycle parameters to improve the stability. By this control, ideal operation can be realized from start to stable and stable to stop.
  • the installation environment and the system are various, but it is possible to deal with diversity.
  • the liquid back prevention of the compressor 1 and the thirst of the indoor unit 21 can be optimally controlled, so that the reliability can be improved.
  • FIG. FIG. 14 is a circuit diagram showing an air conditioner 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that it includes a bypass circuit 53.
  • the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The description will focus on differences from the first embodiment.
  • the air conditioner 100 includes a bypass circuit 53, a bypass expansion unit 15, a bypass heat exchanger 50, and temperature sensors 51 and 52.
  • the bypass circuit 53 connects between the outdoor expansion unit 14 and the indoor expansion units 31 and 41 and the suction side of the compressor 1.
  • the bypass expansion unit 15 is a pressure reducing valve or an expansion valve that is provided in the bypass circuit 53 and expands by depressurizing the refrigerant.
  • the bypass expansion unit 15 is an electronic expansion valve whose opening degree is adjusted.
  • the bypass heat exchanger 50 is, for example, a double pipe that exchanges heat between the refrigerant flowing between the outdoor expansion unit 14 and the indoor expansion units 31 and 41 and the refrigerant flowing downstream of the bypass expansion unit 15 in the bypass circuit 53. .
  • the refrigerant flows through the indoor unit 21 by exchanging heat between the refrigerant before passing through the high-pressure side, that is, the bypass expansion unit 15 and the low-pressure side, ie, refrigerant passing through the bypass expansion unit 15 and having a reduced pressure. Reduce the temperature of the refrigerant. Thereby, specific enthalpy can be reduced. As a result, the specific enthalpy difference before and after the indoor unit 21 is increased, so that the capacity can be increased.
  • the counter flow is in the bypass heat exchanger 50 during cooling.
  • the SC after passing through the bypass heat exchanger 50 is defined as HICSC.
  • the optimum refrigeration cycle state is created by controlling the bypass amount using the relative HICSC.
  • the relative HICSC is defined as ⁇ 1 or ⁇ 2.
  • SC is defined as SC at the inlet of the bypass heat exchanger 50 or SC at the outlet of the outdoor unit 22, CT is defined as a high-pressure saturation temperature, and ET is defined as a low-pressure saturation temperature.
  • the target relative HICSC that is the target value at this time is set to H ().
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are defined as control equation (3) and control equation (4), respectively.
  • the refrigerant temperature on the main circuit side of the HIC outlet be Tr_out_hic.
  • the control device 20 increases the amount of refrigerant to be bypassed.
  • the control device 20 can approach the stable region by opening the bypass expansion portion 15.
  • ⁇ H is smaller than the stable region, since HICSC is excessive, the control device 20 reduces the amount of refrigerant to be bypassed.
  • the control device 20 narrows the bypass inflating portion 15, the control device 20 can approach the stable region.
  • H () that is the target value can be determined in the same manner as the control expression (1) and the control expression (2) described in the first embodiment.
  • Each parameter can be determined empirically, experimentally or theoretically to improve control efficiency.
  • CT, ET, SC (25, 10, 3)
  • HICSCm ( ⁇ 1), HICSCm ( ⁇ 2)) (3.5, 6.5).
  • the target value changes.
  • the target value is a constant, and the target value may be determined similarly to the idea described in F () or G ().
  • upper and lower limit values may be provided for the target value, similarly to the idea described in F () or G ().
  • the upper limit value and the lower limit value play a role in which reliability can be improved and control divergence can be prevented by providing values required depending on the state of the refrigeration cycle.
  • the threshold value may be changed according to the outside air temperature or the circulation amount of the refrigerant.
  • control interval and control execution timing will be described. This control also exhibits an effect when implemented in combination with the relative SC control and relative SH control described in the first embodiment, the conventional SC control and SH control, and the like.
  • the control execution interval and the control execution timing can be determined empirically, experimentally or theoretically. For example, when the relative SC control and the relative HICSC control are performed in the transition period, mutually opposite movements are performed when the relative SC is smaller than the target and the relative HICSC is smaller than the target value. Therefore, the timing for performing this control is to be performed when the relative SC or SC exceeds a predetermined threshold, or when the variation of the relative SC or SC becomes small.
  • control interval of the bypass expansion unit 15 can be easily stabilized by shifting from the control interval of the indoor expansion units 31 and 41.
  • the control interval can be determined empirically, experimentally and theoretically, so that the efficiency of control can be improved.
  • control expression (3) and control expression (4) can be determined by the measurement position of the temperature sensor or the good controllability. It is also possible to use these two combinations in combination.
  • the HICSC detection can be calculated based on, for example, the temperature sensor, the liquid pipe temperature sensor 9 or the saturation temperature of the outdoor unit 22.
  • the above control method can be applied to various bypass circuits 53 such as a circuit using a power receiver, a circuit using a receiver, a bypass circuit 53 using an injection compressor, and the like.
  • the control formula in that case can determine the threshold value and the target value by using the maximum SC value attached in the refrigeration cycle as the denominator. At this time, the accuracy can be improved by paying attention to the direction of the flow.
  • the second embodiment can also be applied when the SH at the outlet of the bypass heat exchanger 50 can be detected in FIG.
  • the SH at the outlet of the bypass heat exchanger 50 is defined as HISH.
  • the optimum refrigeration cycle state is created by controlling the amount of bypass using relative HISH.
  • Relative HICSH is defined as ⁇ 1 or ⁇ 2.
  • SH is defined as SH at the inlet of the bypass heat exchanger 50 or SC and CT at the outlet of the outdoor unit 22 as high-pressure saturation temperature, and ET as low-pressure saturation temperature.
  • a target relative HISHSH that is a target value at this time is defined as I ().
  • ⁇ 3 and ⁇ 4 are defined as control equation (5) and control equation (6), respectively.
  • the control device 20 increases the amount of refrigerant to be bypassed because HISH is insufficient than the necessary amount. For example, the control device 20 can approach the stable region by opening the bypass expansion portion 15.
  • ⁇ I is smaller than the stable region, HISH is excessively added, so the control device 20 reduces the amount of refrigerant to be bypassed. For example, when the control device 20 narrows the bypass inflating portion 15, the control device 20 can approach the stable region.
  • the threshold is determined based on the above.
  • the target value is changed so that the compressor 1 can be operated.
  • the discharge SH is improved by restricting the entire valve.
  • the amount of liquid back is reduced by restricting the entire valve.
  • the air conditioner 100 is stopped by adding correction amounts based on the magnitude of the high / low pressure, the magnitude of the difference between the high / low pressure, the operation frequency, the discharge SH, the suction SH, and the saturation temperature. Continuous operation is possible without any problems. Thereby, the concern that the reliability of the compressor 1 deteriorates due to a decrease in the height differential pressure, a decrease in the discharge SH, an increase in the liquid back amount, and the like is eliminated.
  • the second embodiment can be applied even during heating.
  • the flow is parallel in the bypass heat exchanger 50 during heating. Taking this into account, the control target value is determined.
  • Control expressions (7), (8), (9), and (10) can be created as follows.
  • the value when the number of sensors cannot be detected due to an insufficient number, the value may be obtained by calculating from other values. Further, when HISH or the like cannot be detected, the calculation may be performed assuming that HISH is 0.
  • the changeover switch 23 can switch between relative SC control, relative SH control, relative HICSC control, relative HICSC control, conventional SC control, SH control, HICSC control, and HICSH control.
  • the bypass circuit 53 is controlled so that the heat exchangers of the indoor units 21 and the outdoor units 22 can be used as effectively as possible. Control the flow control valve of the unit.
  • the HICSC and HICSH are also affected, but in the second embodiment, even in a system with the bypass circuit 53, hunting can be prevented and stability can be improved.
  • a case where a double pipe is used is illustrated, but it can be applied to various circuits using an accumulator, an injection circuit, a power receiver, and the like, and is highly versatile control.

Landscapes

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Abstract

空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路と、膨張部の開度を調整する制御装置と、を備え、制御装置は、凝縮器の出口側の冷媒の温度と凝縮器における冷媒の凝縮温度との差である過冷却度と、凝縮温度とに基づいて、相対過冷却度を求める計算手段と、冷媒回路の運転状態に基づいて、計算手段によって求められた相対過冷却度を補正して目標相対過冷却度を取得する補正手段と相対過冷却度が補正手段によって取得された目標相対過冷却度となるように、膨張部の開度を調整する開度調整手段と、を有する。

Description

空気調和機
 本発明は、膨張部の開度を制御する空気調和機に関する。
 従来、過冷却度又は過熱度に基づいて膨張部の開度を制御する冷凍サイクルを備える空気調和機が知られている。しかし、過冷却度及び過熱度は、圧力変動の影響を受け易く、過冷却度及び過熱度の目標値が大きく変動する。このため、膨張部の絞り量が必要以上に変動する。膨張部の絞り量の変動を抑えることを目的として、特許文献1には、相対過冷却度又は相対過熱度に基づいて膨張部の開度を制御する空気調和機が開示されている。特許文献1は、制御時に、設定温度と室内空気の温度との乖離度合いに基づいて相対過冷却度又は相対過熱度の目標値を変更する。このように、特許文献1の空気調和機は、設定温度と室内空気の温度との乖離度合い、即ち、必要な熱交換量に基づいて相対過冷却度又は相対過熱度の目標値を変更するため、膨張部の絞り量の変動を抑え、室内空間の温度を早期に設定温度に到達させようとするものである。
特開2015-68614号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された空気調和機は、設定温度と室内空気の温度との乖離度合いに基づいて相対過冷却度又は相対過熱度の目標値を変更するため、設定温度及び室内空気の温度に応じて、冷媒の分配が大きく変化する。これにより、室温が異なる環境において、複数台の室内機が同時運転された場合等に、冷媒の分配のバランスが悪化するおそれがある。また、室内機の形態、設定内容及び運転状態と、室外機の運転状態とは、過冷却度及び過熱度の大きさに影響を与える。このため、特許文献1は、相対過冷却度又は相対過熱度の目標値に到達せずバランスが悪化するおそれがある。また、過冷却度及び過熱度は、飽和温度と吸い込み温度との差が大きくなるほど大きくなるものの、実際の熱交換器のサイズは有限であるため、温度差に比例して過冷却度及び過熱度が大きくならない場合がある。従って、空気調和機の運転の安定性を損なうおそれがある。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、室内熱交換器及び室外熱交換器のサイズや各室内機の室温などの負荷等の設置環境の影響によらず、運転の安定性を損なわない空気調和機を提供するものである。
 本発明に係る空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路と、膨張部の開度を調整する制御装置と、を備え、制御装置は、凝縮器の出口側の冷媒の温度と凝縮器における冷媒の凝縮温度との差である過冷却度と、凝縮温度とに基づいて、相対過冷却度を求める計算手段と、冷媒回路の運転状態に基づいて、計算手段によって求められた相対過冷却度を補正して目標相対過冷却度を取得する補正手段と相対過冷却度が補正手段によって取得された目標相対過冷却度となるように、膨張部の開度を調整する開度調整手段と、を有する。
 本発明によれば、冷媒回路の運転状態に基づいて、相対過冷却度を補正して目標相対過冷却度を取得する。このため、実際の熱交換効率を反映した目標相対過冷却度を得ることができる。従って、室内熱交換器及び室外熱交換器のサイズや各室内機の室温などの負荷等の設置環境の影響によらず、運転の安定性を損なわない。
本発明の実施の形態1に係る空気調和機100を示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る過冷却度の付きやすさを示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作のイメージを示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る過冷却度の収束を示すグラフである。 従来の目標過冷却度及び目標過熱度を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る目標過冷却度及び目標過熱度を示すグラフである。 本発明の実施の形態1の変形例に係る目標過冷却度及び目標過熱度を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1に係る過熱度の付きやすさを示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作のイメージを示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1の応用例に係る制御装置20の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1に係る過熱度の収束を示すグラフである。 本発明の実施の形態2に係る空気調和機200を示す回路図である。
実施の形態1.
 以下、本発明に係る空気調和機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機100を示す回路図である。図1に示すように、空気調和機100は、室内空間の空気を調整する装置であり、室外機22と、室内機21とを備えている。室外機22には、圧縮機1、流路切替装置2、室外熱交換器3、室外送風機6a、室外膨張部14、圧力容器13が設けられている。また、室外機22には、2個の静止弁4,5、高圧圧力センサ11、低圧圧力センサ12、外気温度センサ8、液管温度センサ9、切替スイッチ23及び制御装置20が設けられている。室内機21には、2個の室内熱交換器30,40、2個の室内膨張部31,41、6個の温度センサ32,33,34,42,43,44が設けられている。本実施の形態1では、1台の室外機22が設けられている場合について例示しているが、複数の室外機22が設けられてもよい。また、本実施の形態1では、2台の室内機21が設けられている場合について例示したが、室内機21の数は1台でもよいし3台以上でもよい。
 圧縮機1、流路切替装置2、室外熱交換器3、室外膨張部14、静止弁4、室内膨張部31,41、室内熱交換器30,40及び静止弁5が配管により接続されて冷媒回路が構成されている。圧縮機1は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧力容器13は、大気圧と異なる一定の圧力で気体又は液体を貯留する。なお、圧力容器13等の機能部品は適宜省略することができる。流路切替装置2は、冷媒回路において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。室外熱交換器3は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換するものであり、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外送風機6aは、室外熱交換器3に空気を送るファン6と、ファン6を駆動するファンモータ7とを有する。
 室外膨張部14は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁であり、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。室内膨張部31,41は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁であり、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。本実施の形態1では、室外膨張部14と室内膨張部31,41とが設けられている場合について例示しているが、1個の膨張部としてもよい。以下、室外膨張部14と室内膨張部31,41とを含めたものを膨張部と呼称する。室内熱交換器30,40は、室内空気と冷媒との間で熱交換するものであり、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。ここで、2個の室内熱交換器30,40及び室内膨張部31,41は、互いに並列に接続されている。静止弁4,5は、室外機22の配管と室内機21の配管とを接続するものである。
 高圧圧力センサ11は、圧縮機1の吐出側に設けられ、圧縮機1から吐出された冷媒の圧力を検出する。低圧圧力センサ12は、圧縮機1の吸入側に設けられ、圧縮機1に吸入される冷媒の圧力を検出する。外気温度センサ8は、室外空気の温度を検出する。液管温度センサ9は、室外熱交換器3に流れる冷媒の温度を検出する。温度センサ33,43は、室内機21に吸入される室内空気の温度を検出する。温度センサ32,34,42,44は、室内熱交換器30,40に流れる冷媒の温度を検出する。なお、各圧力センサ及び温度センサは、適宜省略してもよい。飽和圧力を温度センサの検出値から計算してもよく、圧力センサの検出値としてもよい。切替スイッチ23は、後述する相対過冷却度制御モード及び相対過熱度制御モードと、過冷却制御モード及び過熱度制御モードとを切り替える。
 配管の内部に流れる冷媒として、R410A、R32、水又はCO等の熱の運搬を実施する液体、気体又は固体等が採用される。なお、冷媒としてCOが採用される場合、室外熱交換器3又は室内熱交換器30,40は凝縮器ではなく放熱器として作用するが、本発明の凝縮器は放熱器の概念を含んだ状態で説明する。
 (運転モード、冷房運転)
 次に、空気調和機100の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転時、室外熱交換器3は凝縮器として作用し、室内熱交換器30,40は蒸発器として作用する。冷房運転において、圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機1から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置2を通過して、凝縮器として作用する室外熱交換器3に流入し、室外熱交換器3において、室外送風機6aによって送られる室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、室外膨張部14に流入し静止弁4を通った後分岐して、それぞれの室内膨張部31,41に流入する。室外膨張部14及び室内膨張部31,41において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、それぞれ蒸発器として作用する室内熱交換器30,40に流入し、室内熱交換器30,40において、室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、合流した後静止弁5及び流路切替装置2を通過して、圧縮機1に吸入される。
 (運転モード、暖房運転)
 次に、暖房運転について説明する。暖房運転時、室内熱交換器30,40は凝縮器として作用し、室外熱交換器3は蒸発器として作用する。暖房運転において、圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機1から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置2及び静止弁5を通過した後分岐して、それぞれ凝縮器として作用する室内熱交換器30,40に流入し、室内熱交換器30,40において、室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。凝縮された液状態の冷媒は、それぞれ室内膨張部31,41に流入した後合流して、静止弁4を通って室外膨張部14に流入する。室内膨張部31,41及び室外膨張部14において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器3に流入し、室外熱交換器3において、室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置2を通過して、圧縮機1に吸入される。
 制御装置20は、各アクチェータの動作を制御するものであり、例えばマイコンからなる。制御装置20は、圧力温度測定手段28と、計算手段24と、補正手段25と、開度調整手段26と、間隔変更手段27とを有する。圧力温度測定手段28は、高圧圧力センサ11及び低圧圧力センサ12によって検出された圧力を測定し、計算手段24に送信する。計算手段24は、過冷却度に基づいて相対過冷却度を求める。ここで、過冷却度は、室外熱交換器3及び室内熱交換器30,40のうち凝縮器として作用する方の出口側の冷媒の温度と、その凝縮器における冷媒の凝縮温度との差である。相対過冷却度の求め方については、後述する。
 補正手段25は、冷媒回路の運転状態に基づいて、計算手段24によって求められた相対過冷却度を補正して目標相対過冷却度を取得する。ここで、冷媒回路の運転状態とは、例えば、室外熱交換器3又は室内熱交換器30,40の熱交換能力である。更に、冷媒回路の運転状態とは、室内機21の運転台数、室外送風機6a又は室内送風機(図示せず)の風量及び室内機21に吸い込まれる空気の温度のうち少なくとも1つである。なお、目標相対過冷却度の求め方については、後述する。開度調整手段26は、相対過冷却度が補正手段25によって取得された目標相対過冷却度となるように、膨張部の開度を調整する。
 一方、計算手段24は、過熱度に基づいて相対過熱度を求める。ここで、過熱度は、室外熱交換器3及び室内熱交換器30,40のうち蒸発器として作用する方の出口側の冷媒の温度と、その蒸発器における冷媒の蒸発温度との差である。相対過熱度の求め方については、後述する。補正手段25は、冷媒回路の運転状態に基づいて、相対過熱度が計算手段24によって求められた相対過熱度を補正して目標相対過熱度を取得する。目標相対過冷却度の求め方については、後述する。開度調整手段26は、相対過熱度が補正手段25によって取得された目標相対過熱度となるように、膨張部の開度を調整する。
 また、間隔変更手段27は、目標相対過冷却度又は目標相対過熱度に基づいて、膨張部の開度を調整する間隔を変更する。膨張部の開度を調整する間隔の変更方法について後述する。なお、間隔変更手段27は、例えば、室内機21の起動時又は運転台数の変化時に、膨張部の開度を調整する間隔を変更する。
 (相対過冷却度制御モード)
 本実施の形態1では、相対過冷却制御モード及び相対過熱度制御モードを有している。先ず、相対過冷却制御モードについて説明する。以後、過冷却度を、SC(サブクール)と呼称することがある。制御式(1)として、相対SCを設ける。相対SCは、凝縮器の出口SCの値を、凝縮器を通過する冷媒の飽和温度CTから、凝縮器を通過する空気の温度である吸入温度Tinを際し引いた値で除算した値である。凝縮器の冷媒の出口温度をTr_outとする。この制御式(1)にて、凝縮器の制御を行う。
 [数1]
 ε1=SC/(CT-Tin),{SC=CT-Tr_out}・・・(1)
 図2は、本発明の実施の形態1に係る過冷却度の付きやすさを示すグラフである。上記のように、冷媒の温度と吸い込み温度とを用いた無次元数である温度効率にて制御を行うことによって、熱交換器のポテンシャルに応じた制御を実施することが可能となる。例えば、図2に示すように、室内機21の温度によって、SCの付きやすさは変化する。従来のようにSCの目標値が、吸い込み温度及び飽和温度によらず一定値である場合、室温が高くSCが付きにくい室内機21では、SCを目標値に近づけるために、制御装置20は膨張部を徐々に閉じる。一方、室温が低くSCの付きやすい室内機21では、制御装置20は膨張部を過度に開き、適切な冷媒の流量を流すことができなくなる。そこで、本実施の形態1では、制御式(1)に示すように、吸い込み温度及び飽和温度によって、各室内機21にとって最適なSCを目標値にするために、ε1の値に応じて最適な目標値を設定する。
 図3は、本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作のイメージを示すブロック図である。制御式(1)での制御時の目標値である目標相対SCをF()という関数で定義する。即ち、F()=ε1mである。ε1mは、制御時の目標相対SCを意味する。ここで、ΔF=F-ε1とすると、ΔFが予め定められた安定領域よりも大きい場合、相対SCが必要量よりも不足しているので、制御装置20は相対SCを増やす。例えば、制御装置20が膨張部を絞ることによって、安定領域に近づけることができる。一方、ΔFが安定領域よりも小さい場合、相対SCが過多に付いているので、制御装置20は相対SCを減らす。例えば、制御装置20が膨張部を開くことによって、安定領域に近づけることができる。図3に示すように、安定領域におけるε1を0.66~0.75とすると、ε1が0.66未満の場合、制御装置20は膨張部を絞る。一方、ε1が0.75を超える場合、制御装置20は膨張部を開く。
 図4は、本発明の実施の形態1に係る過冷却度の収束を示すグラフである。目標相対SCであるF()は、上記のとおり、各室内機21の運転環境及び冷凍サイクルの状態に応じた最適な関数とする。例えば、F(ε1)とする。図4に示すように、各室内機21にてε1の目標値を設定する。目標値は、理論的、経験的又は実験的に決定される。例えば、CT=40℃、Tin1=27℃、Tin2=20℃、各室内機21の目標値をF()=0.7とした場合、SC1_target=9.1℃、SC2_target=14℃である。10分後、Tin1=28℃、Tin2=28℃と室温が変化していれば、SC1_target=SC2_target=8.4℃というように、室内機21の運転する環境及び状況に応じて、目標値を時間経過と共に変更することができる。例えば、A及びBを定数とすると、F(ε1)=A×ε1+Bである。
 ここで、F(ε1)=A×ε1+Bの場合について補足する。ΔT=CT-Tin、目標のSCをSCmとする。この場合、F(ε1)=A*SCm/ΔT+Bとなる。よって、SCm=(F(ε1)-B)/A*ΔTとなる。このように目標値は、(F()-B)/A=0.7と定数とした場合に、SCm∝ΔTとなる。
 上記の制御において、更にSCの付きやすさを目標値に反映させることによって、バランス性の改善が可能である。温度効率であるε1がある一定値を超えると、急激にSCが大きくなりにくくなる。そこで、この特性に合うように、目標値の関数を設定する。上記のようにA、Bを定数としても、A、Bをε1の関数としても、バランス性の改善が可能である。また、例えばF(ε1)=Alog(C*ε1+D)+Bのように、目標値を設定することによって、理論式に沿った目標値が各室内機21に設定される。ここで、A、B、C、Dは、定数でもよいしε1の関数でもよい。図3及び図4に制御実施時にε1が収束していく過程を示す。
 ここで、飽和温度と吸い込み温度との温度差が大きい場合に、理論上、SCは付きやすくなる。ただ、実際には、凝縮器の大きさは有限であるため、温度差とSCとの大きさは必ずしも比例しない。これを解消するために、後述するように、F(CT-Tin,ε1)という関数を設ける。例えば、ΔT=CT-Tinとする。具体的には、F()=EXP(C*ΔT)(Aε1+B)又は(1-ΔT*C)*(Aε1+B)といった式が挙げられる。ここで、A、B、Cは定数でもよいし、ε1又はCT-Tinといった関数でもよい。
 ここで、各室内機21の能力をqiとし、運転している合計の室内機21の能力をQとし、封入冷媒量をMとする。F(ε1,qi)、F(ε1,qi,Q)、F(ε1,qi,M)又はF(ε1,Q)のように、各室内機21が有するポテンシャルと相対SCとの関数として、目標相対SCを設定する。これにより、更に均等に冷媒を分配することができる。また、安定性を向上することができる。更に、運転している室内機21の合計能力、接続台数、接続された室内機21の熱交換器容積、パス数、封入冷媒量を、目標値に反映することによって、冷媒不足になり制御不能となることを防止することができる。具体的に、F(ε1,qi,Q)の場合について例示する。合計運転台数ごとに、各室内機21の能力と相対SCの大きさとに応じて、目標値を決定するテーブルを設けることによって、目標値を設定することができる。これにより、必要な冷媒の量が不足してしまうことを防止できる。
 更に、SCの付きやすさを目標値に反映させるために、室内機21の風量Qair_inを目標値の関数に設定する。即ち、F(ε1,qi,Qair_in)、F(ε1,Qair_in)又はF(ε1,qi,Q,Qair_in)等といった式が挙げられる。また、上記の考えを用いて、実際の室内機21の循環量Grと室内ファン(図示せず)の風量とに基づいて、室内機21の熱交換能力を示す指標であるAK値を算出する。そして、算出したAK値とε1とを用いて目標値を決定することによって、安定性を向上できる。即ち、F(ε1、AK)、F(ε1、Gr)、F(AK)又はF(Gr)のように目標値を決定する。更に、室外機22に設けられた外気温度センサ8が検出する外気温度Toutdoorに応じて目標値を決定することによって、能力負荷に応じた目標値設定が可能になる。即ち、F(Toutdoor)、F(ε1、Toutdoor)というように目標値を決定する。
 上記例のように、冷凍サイクルのアクチュエータの状態、各種センサの検知値又は演算値を制御の目標値に反映することによって、更なる精度向上を図ることができる。上記のとおり、目標値を関数だけでなく各パラメーターによるテーブルを理論的、経験的又は実験的に設定してもよい。本制御を実施するに当たり、CT-Tinの値が小さくなるに従って、相対的にSCの絶対値も小さくなり、信頼性の低下や性能の悪化を招くことが懸念される。そこで、SCに下限値を設けることによって、制御が発散することを防ぐことができる。また、CT-Tinの値が大きくなるに従って、相対的にSCの絶対値も大きくなり、冷媒不足等の信頼性の低下及び性能の悪化を招くことが懸念される。そこで、SCに上限値を設けることによって、制御が発散することを防ぐことができる。このとき、上限値及び下限値は冷凍サイクルの状態によって必要とされる値とすることによって信頼性を向上できると共に、発散を防止することができる役割を担う。例えば、外気温度又は冷媒の循環量に応じて、閾値を変更する。
 本実施の形態1は、室内機21において目標値を補正することによって、精度を向上することができる。これは、室内機21毎に、室温を検知するセンサの位置が異なるため、実際の室内機21の出口SCと検知値から算出したSCとが異なることがあるためである。そこで、検知差を制御に反映することによって、安定性を向上でき、接続する室内機21のラインナップを増やすことができる。なお、SCがマイナス、即ち、SCが付いていない場合は、その値を計算式に適応してもよい。また、SC=0と補完して計算してもよい。また、SCの値を大きくすることによって、膨張部の絞り量が大きくなるようにしてもよい。室内機21の接続状態は、各設置環境によって大きく異なる。このため、室外機22から室内機21までの配管長が、室内機21によって大きく異なる。そこで、配管長さ分の補正を行うことによって、分配性を向上できる。具体的に、飽和温度を、室内機21又は室内機21の入り口、出口付近に設置されたセンサを用いて算出することにより、実施可能である。これは、位置情報を取得することにより実現することができる。
 図6は、本発明の実施の形態1に係る目標過冷却度及び目標過熱度を示すグラフである。図5は、従来の制御であり、図6は、本実施の形態1の制御であり、図7は、温度差が大きくなるほど目標値を小さくする場合の制御である。図5に示すように、従来、CT-Tinに依らず目標SCは一定であるため、相対SC=SC/(CT-Tin)が大きくなるほど目標SCは下降する。これに対し、図6に示すように、本願発明は、CT-Tinが大きくなるほど目標F()が上昇するため、相対SC=SC/(CT-Tin)に依らず目標F()は一定である。なお、図7に示すように、CT-Tinが大きくなるほど対数関数的に目標F()が変化する場合、相対SC=SC/(CT-Tin)が大きくなるほど目標F()が緩やかに下降する。
 上記の制御は、起動時又は台数変化等の過渡時においても、常時適応することができる。起動時では、室内機21によって室内の温度が異なっている場合、既に他の室内機21が運転しており、室内の温度が大きく異なる場合、吸入温度が設定温度に達して室内機21が停止する場合等によって、圧力が大きく変動し、冷媒の分配が大きく変化する。従来のようにSCを目標にする場合、過渡時の圧力変動の影響を受け、現在の実測SCが大きくハンチングし、膨張部及びその他のアクチュエータが大きくハンチングする。そこで、本実施の形態1のように膨張部の制御を行うことにより、目標値が圧力の関数になっているため、従来の制御に比べて、ハンチングが抑制でき、安定性を向上でき、直ちに安定状態に達することができる。また、起動時にて、CT=30℃→CT=28℃→CT=40℃→CT=45℃と変化した場合について説明する。Tin=20℃の室内機21にて、F()=0.7とすると、目標のSCは、7℃→5.6℃→14℃→17.5℃と変化する。飽和温度と吸入温度との差が大きくなるほど、目標のSCが大きくなり、安定性が向上する。これは、SCの大きさと温度差とに相関性があるためである。
 従来は、飽和温度と吸い込み温度との差に対して考慮がされていないため、安定性が悪化する。例えば、SCの目標値が12℃等の一定値とされた場合、膨張部は、温度差が小さい場合に常時絞ることになり、安定に時間を要する。ここで、目標のSCの大きさを、飽和温度と吸い込み温度との差の関数として与える場合について説明する。ΔT=CT-Tinとして、F()=(1-0.01*ΔT)*0.7とする。CT=30℃→CT=28℃→CT=40℃→CT=45℃と変化した場合、Tin=20℃の室内機21にて、目標のSCは、6.3℃→5.2℃→11.2℃→13.1℃と温度差が大きくなるほど、熱効率が低下することを反映できるように変化する。
 更に、本実施の形態1は、室内機21に対応していない膨張部又は弁等と連動して、制御を実施してもよい。この際、電磁弁が動作した場合に、目標値を連動させることによって、分配性を向上させてもよい。例えば、高低圧バイパス弁が設けられていた場合、高低圧バイパス弁を開けることで高低圧差が減少する。制御式(1)を適応すれば、目標式は下がることになる。しかし、室内機21を通過する冷媒の流量が減少するため、電磁弁を開く前と後とで目標値を変更することによって、より適切な制御を実施することができる。これは、上記F(Gr)の応用例である。
 収束性を向上させるために、下記のように目標値と現在の値との差、目標値と将来の値とを予測して、フィードバック制御を実施してもよい。例えば、ΔF=F()-ε1であり、ΔF=F()-ε1*(予測値)である。予測値の求め方として、周波数の変動又は膨張部の変動に応じて、線形補完等の補完、理論的、実験的、経験的又は冷凍サイクルの状態により決定することによって、より収束性を向上させることができる。更に、ΔFが大きいほど、膨張部の制御量を大きくすることによって、収束性が良好となる。
 更に、間隔変更手段27において、ΔFが大きいほど制御間隔を小さくし、ΔFが小さいほど制御間隔を大きくすることによって、安定性を向上させることができる。なお、各システムにおいて、膨張部のハンチング及び圧縮機1等のアクチュエータのハンチングが小さくなるように、目標値又は制御間隔を学習及び調整できるようにしてもよい。例えば、何度もハンチングを繰り返す場合に、膨張部の絞り量を小さくし、制御間隔を変更する等を実施して対応できるようにしてもよい。また、過渡時と安定時とにおいて、制御間隔又は制御ゲインの値を使い分けることによって、過渡から安定に要する時間を早くすることができ、安定時のハンチング量を小さくすることができる。過渡と安定との切り分け方の例として、高圧、低圧、高低差圧の変動量等の冷凍サイクルの状態から実験的に設定する方法を採用してもよい。また、SC、SH、ε1及びε2の大きさにより実験的に設定する方法を採用してもよいし、運転時間によって設定する方法を採用してもよい。
 室内機21が複数台設けられており、全ての室内機21の目標値と現在の値との差であるΔFの符号が同じである場合、目標値の大きさを変更することによって、安定性を向上させることができる。例えば、2台の室内機21ともに、ΔFがマイナス又はプラスである場合が挙げられる。室内機21が複数台運転している場合は、制御のタイミングをずらすことによって、安定性を向上させることができる。停止している室内機21がある場合、停止している室内機21の室温差によって、膨張部の位置に応じては室内機21に溜まりこむ冷媒量が変動する。そこで、本実施の形態1では、停止している室内機21も含めて上記制御を実施することによって、室内機21に冷媒量が過多に溜まりこむことを防ぐことができる。これにより、封入冷媒量の削減及び信頼性の向上を図ることができる。このとき、室温の検出が困難な場合、センサ等によって検知した室温に基づいて制御を実施することによって、封入冷媒量の削減及び信頼性の向上の効果を高めることができる。
 なお、本実施の形態1において、圧縮機1の運転可能範囲になるように目標値を変更する。また、吐出SHが低下した際に目標値を大きくするために、全体の弁を絞ることによって、吐出SHを向上させる。更に、全体の弁を絞ることによって、液バック量を減少させる。これにより、幅広い範囲にて適応することができる。即ち、目標値を設定する上で、高低圧の大きさ、高低圧の差の大きさ、運転周波数、吐出SH、吸入SH、飽和温度による補正量を加えることによって、空気調和機100を停止させることなく連続運転が可能になる。これにより、従来よりも高低差圧が小さくなること、吐出SHが小さくなること、液バック量が増加すること等により、圧縮機1の信頼性が悪化する懸念点が払拭される。
 図8は、本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作を示すフローチャートである。次に、相対過冷却度制御モードの動作について説明する。図8に示すように、室内膨張部31,41の制御が開始される(ステップS1)と、各室内機21にてSCが計算され、ε1が計算される。そして、運転状態に基づいて目標値F()が算出される(ステップS2)。その後、ΔF=F()-ε1が算出され、制御値及び制御間隔が決定される(ステップS3)。ΔFが安定領域であるかが判定され(ステップS4)、ΔFが安定領域でない場合、ΔFが安定領域より大きいかが判定される(ステップS5)。ΔFが安定領域以下の場合、SCが下限値より大きいかが判定される(ステップS6)。SCが下限値より大きい場合、膨張部が開かれる(ステップS7)。一方、ΔFが安定領域より大きい場合、SCが上限値より小さいかが判定される(ステップS10)。SCが上限値より小さい場合、膨張部が絞られる(ステップS11)。ΔFが安定領域である場合、SCが下限値以下の場合、SCが上限値以上の場合、運転中であるかが判定される(ステップS8)。運転中でない場合、室内膨張部31,41の制御が終了し(ステップS9)、運転中である場合、ステップS2に戻る。
 (相対過熱度制御モード)
 次に、相対過熱度制御モードについて説明する。以後、過熱度をSH(スーパークール)と呼称することがある。制御式(2)として、相対SHを設ける。相対SHは、蒸発器の出口SHの値を、蒸発器を通過する空気の温度である吸入温度Tinから蒸発器を通過する冷媒の飽和温度ETを際し引いた値で除算した値である。蒸発器の冷媒の出口温度をTr_outとする。この制御式(2)にて、蒸発器の制御を行う。
 [数2]
 ε2=SH/(Tin-ET),{SC=Tr_out-ET}・・・(2)
 図9は、本発明の実施の形態1に係る過熱度の付きやすさを示すグラフである。上記のように、冷媒の温度と吸い込み温度とを用いた無次元数である温度効率にて制御を行うことによって、熱交換器のポテンシャルに応じた制御を実施することが可能になる。例えば、図9に示すように、室内機21の温度によって、SHの付きやすさは変化する。従来のようにSHの目標値が、吸い込み温度及び飽和温度によらず一定値である場合、室温が高くSHが付きやすい室内機21では、SHを目標値に近づけるために、制御装置20は膨張弁を徐々に閉じる。一方、室温が低くSHが付きにくい室内機21では、制御装置20は膨張部を過度に開き、適切な冷媒の流量を流すことができなくなる。そこで、本実施の形態1では、制御式(2)に示すように、吸い込み温度及び飽和温度によって、各室内機21にとって最適なSHを目標値にするために、ε2の値に応じて最適な目標値を設定する。
 図10は、本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作のイメージを示すブロック図である。制御式(2)の値を基に、対応する制御時の目標値をG()という関数で定義する。即ち、G()=ε2mである。ε2mは、制御時の目標相対SHを意味する。ΔG=G-ε2とすると、ΔGが予め定められた安定領域よりも大きい場合、相対SHが必要量よりも不足しているので、制御装置20は相対SHを増やす。例えば、制御装置20が膨張部を絞ることによって、安定領域に近づけることができる。一方、ΔGが安定領域よりも小さい場合、相対SHが過多についているので、制御装置20は相対SHを減らす。例えば、制御装置20が膨張部を開くことによって、安定領域に近づけることができる。図10に示すように、安定領域におけるε2を-0.1~0.3とすると、ε2が-0.1未満の場合、制御装置20は膨張部を絞る。一方、ε2が0.3を超える場合、制御装置20は膨張部を開く。
 目標相対SHであるG()は、上記のとおり、各室内機21の運転環境及び冷凍サイクルの状態に応じた最適な関数とする。例えば、G(ε2)とする。各室内機21にてε2の目標値を設定する。目標値は、経験的、理論的又は実験的に決定される。例えば、ET=10℃、Tin1=20℃、Tin2=30℃、各室内機21の目標値をG()=0.2とした場合、SH1_target=12℃、SH2_target=14℃である。10分後、Tin1=20℃、Tin2=20℃と室温が変化していれば、SH1_target=SH2_target=12℃というように、室内機21の運転する環境及び状況に応じて、目標値を時間経過と共に変更することができる。例えば、A及びBを定数とすると、G(ε2)=A×ε2+Bである。
 ここで、G(ε2)=A×ε1+Bの場合について補足する。ΔT=Tin-ET、目標のSHをSHmとする。この場合、G(ε2)=A*SHm/ΔT+Bとなる。よって、SHm=(F(ε2)-B)/A*ΔTとなる。このように目標値は、(G()-B)/A=0.2と定数とした場合に、SHm∝ΔTとなる。
 上記の制御において、更にSHの付きやすさを目標値に反映させることによって、バランス性の改善が可能である。温度効率であるε2がある一定値を超えると、急激にSHが大きくなりにくくなる。そこで、この特性に合うように目標値の関数を設定する。上記のようにA、Bを定数としても、A、Bをε2の関数としても、バランス性の改善が可能である。また、例えばG(ε2)=Alog(C*ε2+D)+Bのように、目標値を設定することによって、理論式に沿った目標値が各室内機21に設定される。ここで、A、B、C、Dは、定数でもよいしε2の関数でもよい。
 ここで、飽和温度と吸い込み温度との温度差が大きい場合に、理論上、SHは付きやすくなる。ただ、実際には、蒸発器の大きさは有限であるため、温度差とSHとの大きさは必ずしも比例しない。これを解消するために、後述するように、G(Tin-ET,ε2)という関数を設ける。例えば、ΔT=Tin-ETとする。具体的には、G()=EXP(C*ΔT)(Aε2+B)又は(1-ΔT*C)*(Aε2+B)といった式が挙げられる。ここで、A、B、Cは定数でもよいし、ε1又はTin-ETといった関数でもよい。
 ここで、各室内機21の能力をqiとし、運転している合計の室内機21の能力をQとし、封入冷媒量をMとする。G(ε2,qi)、G(ε2,qi,Q)、G(ε2,qi,M)又はG(ε2,Q)のように、各室内機21が有するポテンシャルと相対SHとの関数として目標相対SHを設定する。これにより、更に均等に冷媒を分配することができる。また、安定性を向上することができる。更に、運転している室内機21の合計能力、接続台数、接続された室内機21の熱交換器容積、パス数、封入冷媒量を、目標値に反映することによって、冷媒不足になり制御不能となることを防止することができる。具体的に、G(ε2,qi,Q)の場合について例示する。合計運転台数ごとに、各室内機21の能力と相対SHの大きさとに応じて、目標値を決定するテーブルを設けることによって、目標値を設定することができる。これにより、必要な冷媒の量が不足してしまうことを防止できる。
 更に、SHの付きやすさを目標値に反映させるために、室内機21の風量Qair_inを目標値の関数に設定する。即ち、G(ε2,qi,Qair_in)、G(ε2,Qair_in)又はG(ε2,qi,Q,Qair_in)等といった式が挙げられる。また、上記の考えを用いて、実際の室内機21の循環量Grと室内ファン(図示せず)の風量とに基づいて、室内機21の熱交換能力を示す指標であるAU値を算出する。そして、算出したAU値とε2とを用いて目標値を決定することによって、安定性を向上できる。即ち、G(ε2、AU)、G(ε2、Gr)、G(AU)又はG(Gr)のように目標値を決定する。更に、室外機22に設けられた外気温度センサ8が検出する外気温度Toutdoorに応じて目標値を決定することによって、能力負荷に応じた目標値設計が可能になる。即ち、G(Toutdoor)、G(ε2、Toutdoor)というように目標値を決定する。
 上記例のように、冷凍サイクルのアクチュエータの状態、各種センサの検知値又は演算値を制御の目標値に反映することによって、更なる精度向上を図ることができる。上記のとおり、目標値を関数だけでなく各パラメーターによるテーブルを理論的、経験的又は実験的に設定してもよい。本制御を実施するに当たり、Tin-ETの値が小さくなるに従って、相対的にSHの絶対値も小さくなり、信頼性の低下及び性能の悪化を招くことが懸念される。そこで、SHに下限値を設けることによって、制御が発散することを防ぐことができる。また、Tin-ETの値が大きくなるに従って、相対的にSHの絶対値も大きくなり、冷媒不足等の信頼性の低下及び性能の悪化を招くことが懸念される。そこで、SHに上限値を設けることによって、制御が発散することを防ぐことができる。このとき、上限値及び下限値は冷凍サイクルの状態によって必要とされる値とすることによって信頼性を向上できると共に、発散を防止することができる役割を担う。例えば、外気温又は冷媒の循環量に応じて、閾値を変更する。
 本実施の形態1は、室内機21において目標値を補正することによって、精度を向上することができる。これは、室内機21毎に、室温を検知するセンサの位置が異なるため、実際の室内機21の出口SHと検知値から算出したSHとが異なることがあるためである。そこで、検知差を制御に反映することによって、安定性を向上でき、接続する室内機21のラインナップを増やすことができる。室内機21の接続状態は、各設置環境によって大きく異なる。このため、室外機22から室内機21までの配管長が、室内機21によって大きく異なる。そこで、配管長さ分の補正を行うことによって、分配性を向上できる。具体的に、飽和温度を、室内機21又は室内機21の入り口、出口付近に設置されたセンサを用いて算出することにより、実施可能である。これは、位置情報を与えることにより実現することができる。
 図6は、本発明の実施の形態1に係る目標過冷却度及び目標過熱度を示すグラフである。図5は、従来の制御であり、図6は、本実施の形態1の制御であり、図7は、温度差が大きくなるほど目標値を小さくする場合の制御である。図5に示すように、従来、Tin-ETに依らず目標SHは一定であるため、相対SH=SH/(Tin-ET)が大きくなるほど目標SHは下降する。これに対し、図6に示すように、本願発明は、Tin-ETが大きくなるほど目標G()が上昇するため、相対SH=SH/(Tin-ET)に依らず目標G()は一定である。なお、図7に示すように、Tin-ETが大きくなるほど対数関数的に目標G()が変化する場合、相対SH=SH/(Tin-ET)が大きくなるほど目標G()が緩やかに下降する。
 上記の制御は、起動時又は台数変化等の過渡時においても、常時適応することができる。起動時では、室内機21によって室内の温度が異なっている場合、既に他の室内機21が運転しており、室内の温度が大きく異なる場合、吸入温度が設定温度に達して室内機21が停止する場合等によって、圧力が大きく変動し、冷媒の分配が大きく変化する。従来のようにSCを目標にする場合、過渡時の圧力変動の影響を受け、現在の実測SHが大きくハンチングし、膨張部及びその他アクチュエータが大きくハンチングする。そこで、本実施の形態1のように膨張部の制御を行うことにより、目標値が圧力の関数になっているため、従来の制御に比べて、ハンチングが抑制でき、安定性を向上でき、直ちに安定状態に達することができる。例えば、起動時にて、ET=20℃→ET=0℃→ET=-15℃→ET=15℃と変化した場合について説明する。Tin=20℃の室内機21にて、G()=0.2とすると、目標のSHは、0℃→4℃→7℃→1℃と変化する。飽和温度と吸入温度との差が大きくなるほど、目標のSHが大きくなり、安定性が向上する。これは、SHの大きさと温度差とに相関性があるためである。
 従来は、飽和温度と吸い込み温度との差に対して考慮がされていないため、安定性が悪化する。例えば、SHの目標値が4℃等の一定値とされた場合、膨張部は、温度差が小さい場合に常時絞ることになり、安定に時間を要する。ここで、目標のSHの大きさを、飽和温度と吸い込み温度との差の関数として与える場合について説明する。ΔT=Tin-ETとして、G()=(1-0.01*ΔT)*0.2とする。ET=20℃→ET=0℃→ET=-15℃→ET=15℃と変化した場合、Tin=20℃の室内機21にて、目標のSHは、0℃→3.2℃→4.6℃→1℃と温度差が大きくなるほど、熱効率が低下することを反映できるように変化する。
 更に、本実施の形態1は、室内機21に対応していない膨張部又は弁等と連動して、制御を実施してもよい。この際、電磁弁が動作した場合に、目標値を連動させることによって、分配性を向上させてもよい。例えば、高低圧バイパス弁が設けられていた場合、高低圧バイパス弁を開けることで高低圧差が減少する。制御式(2)を適応すれば、目標式は下がることになる。しかし、室内機21を通過する冷媒の流量が減少するため、電磁弁を開く前と後とで目標値を変更することによって、より最適な制御を実施することができる。これは、上記G(Gr)の応用例である。
 収束性を向上させるために、下記のように目標値と現在の値との差、目標値と将来の値とを予測して、フィードバック制御を実施してもよい。例えば、ΔG=G()-ε2であり、ΔG=G()-ε2*(予測値)である。予測値の求め方として、周波数の変動又は膨張部の変動に応じて、線形補完等の補完、理論的、実験的、経験的又は冷凍サイクルの状態により決定することによって、より収束性を向上させることができる。更に、ΔGが大きいほど、膨張部の制御量を大きくすることによって、収束性が良好となる。
 更に、間隔変更手段27において、ΔGが大きいほど制御間隔を小さくし、ΔGが小さいほど制御間隔を大きくすることによって、安定性を向上させることができる。なお、各システムにおいて、膨張部のハンチング及び圧縮機1等のアクチュエータのハンチングが小さくなるように、目標値又は制御間隔を学習及び調整できるようにしてもよい。例えば、何度もハンチングを繰り返す場合に、膨張部の絞り量を小さくし、制御間隔を変更する等を実施して対応できるようにしてもよい。また、過渡時と安定時とにおいて、制御間隔又は制御ゲインの値を使い分けることによって、過渡から安定に要する時間を早くすることができ、安定時のハンチング量を小さくすることができる。過渡と安定との切り分け方の例として、高圧、低圧、高低差圧の変動量等の冷凍サイクルの状態から実験的に設定する方法を採用してもよい。また、SC、SH、ε1及びε2の大きさにより実験的に設定する方法を採用してもよいし、運転時間によって設定する方法を採用してもよい。
 室内機21が複数台設けられており、全ての室内機21の目標値と現時の値との差であるΔGの符号が同じである場合、目標値の大きさを変更することによって、安定性を向上させることができる。例えば、2台の室内機21ともに、ΔGがマイナス又はプラスである場合が挙げられる。室内機21が複数台運転している場合は、制御のタイミングをずらす事によって、安定性を向上させることができる。停止している室内機21がある場合、停止している室内機21の室温差によって、膨張部の位置に応じては室内機21に溜まりこむ冷媒量が変動する。そこで、本実施の形態1では、停止している室内機21も含めて上記制御を実施することによって、室内機21に冷媒量が過多に溜まりこむことを防ぐことができる。これにより、封入冷媒量の削減及び信頼性の向上を図ることができる。このとき、室温の検出が困難な場合、センサ等によって検知した室温に基づいて制御を実施することによって、封入冷媒量の削減及び信頼性の向上の効果を高めることができる。
 なお、本実施の形態1において、圧縮機1の運転可能範囲になるように目標値を変更する。また、吐出SHが低下した際に目標値を大きくするために、全体の弁を絞ることによって、吐出SHを向上させる。更に、全体の弁を絞ることによって、液バック量を減少させる。これにより、幅広い範囲にて適応することができる。即ち、目標値を設定する上で、高低圧の大きさ、高低圧の差の大きさ、運転周波数、吐出SH、吸入SH、飽和温度による補正量を加えることによって、空気調和機100を停止させることなく連続運転が可能になる。これにより、従来よりも高低差圧が小さくなること、吐出SHが小さくなること、液バック量が増加すること等により、圧縮機1の信頼性が悪化する懸念点が払拭される。
 図11は、本発明の実施の形態1に係る制御装置20の動作を示すフローチャートである。次に、相対過熱度制御モードの動作について説明する。図11に示すように、室内膨張部31,41の制御が開始される(ステップS20)と、各室内機21にてSHが計算され、ε2が計算される。そして、運転状態に基づいて目標値G()が算出される(ステップS21)。その後、ΔG=G()-ε2が算出され、制御値及び制御間隔が決定される(ステップS22)。ΔGが安定領域であるかが判定され(ステップS23)、ΔGが安定領域でない場合、ΔGが安定領域より大きいかが判定される(ステップS24)。ΔGが安定領域以下の場合、SHが下限値より大きいかが判定される(ステップS25)。SHが下限値より大きい場合、膨張部が開かれる(ステップS26)。一方、ΔGが安定領域より大きい場合、SHが上限値より小さいかが判定される(ステップS29)。SHが上限値より小さい場合、膨張部が絞られる(ステップS30)。ΔGが安定領域である場合、SHが下限値以下の場合、SHが上限値以上の場合、運転中であるかが判定される(ステップS27)。運転中でない場合、室内膨張部31,41の制御が終了し(ステップS28)、運転中である場合、ステップS21に戻る。
 (相対過熱度制御モードの応用例)
 上記の制御を、室内機21が複数台設けられており、全ての室内機21にて同時に実行する場合、室外機22出口のε1又はSCが大きくハンチングしてしまい安定性が大きく低下する懸念がある。そこで、本制御の優勢順位を変更することによって、冷凍サイクルの安定性を向上させる。室外機22出口ε1又はSCの制御を実施するために、室内機21の合計の膨張部のCv値を用いて制御する。このとき、室内機21のCv値を分配する際に、均等に分配できない場合、室内機21出口にて過多にSHが付く室内機21又は冷媒が二相状態のまま流出する室内機21が生じ、アンバランスの状態が発生する。この結果、入力が増加する。そこで、ε1又はSCが安定した後に、本制御を実施する場合、SCの値が大きくハンチングしないように、室内機21間で膨張部の開度の補正を実施する。例えば、4台の室内機21の運転を実施している場合について説明する。
 2台の室内機21にて、ε2又はSHの値が大きくなり各膨張部の開度を絞る場合、ε1又はSCの値が大きくハンチングしないようにする。そこで、合計のCv値が同じになるように残りの2台の室内機21の膨張部の開度を開くことによって、安定性を向上させることができる。本制御は、過渡時等のようにε1又はSCの値が安定していない場合、全ての室内機21出口にてSHがついている場合等には成立しなくなるため、実施しない。また、室内機21に開度を分け与える量を決定する際に、均等に分配してもよいが、室内機21の能力、飽和温度と吸い込み温度との温度差、ε2の大きさ又はSHの大きさによって、分配比率を決定することによって、よりハンチング量を減らすことが可能になる。
 図12は、本発明の実施の形態1の応用例に係る制御装置20の動作を示すフローチャートである。次に、応用例の動作について説明する。図12に示すように、室内膨張部31,41の制御が開始されると(ステップS40)と、各室内機21にてε1及びε2を用いた制御が実施される(ステップS41)。そして、ε1/SCが安定領域であるかが判定され(ステップS42)、安定領域である場合、全ての室内機21の出口側のε2/SHが閾値下限以上であるかが判定される(ステップS43)。ε2/SHが閾値下限以上の場合、室内機21の出口乾き度補正が実施される(ステップS44)。その後、運転中であるかが判定され(ステップS45)、運転中でない場合、室内膨張部31,41の制御が終了し(ステップS46)、運転中である場合、ステップS41に戻る。なお、ε1/SCが安定領域でない場合、全ての室内機21の出口側のε2/SHが閾値下限以上でない場合、ステップS41に戻る。
 図13は、本発明の実施の形態1に係る過熱度の収束を示すグラフである。次に、本制御を、1台運転時、SCの補正を実施せずにε2又は室内機21出口SHを基に補正を行う制御を実施した場合について説明する。圧損の補正をしない場合、上記のように、室内機21出口にて冷媒が二相の場合又は圧損により室内機21出口飽和温度が低下した場合、ε2又は室内機21出口SHはマイナスになる。マイナスであることは、冷媒循環量が過多であることを意味する。この量が多くなると、圧縮機1に冷媒が二相のまま吸入されることによって、圧縮機1の故障を引き起こす可能性がある。上記でも述べたように、本実施の形態1の制御を用いて、図13に示すように、SHを安定領域の上下にて挟み込むことによって、最適な冷凍サイクルの状態を実現することができる。このように、補正手段25は、凝縮器又は蒸発器における圧力損失に基づいて、相対過冷却度又は相対過熱度を補正してもよい。
 本実施の形態1によれば、冷媒回路の運転状態に基づいて、相対過冷却度を補正して目標相対過冷却度を取得する。このため、実際の熱交換効率を反映した目標相対過冷却度を得ることができる。従って、室内熱交換器30及び室外熱交換器3のサイズや各室内機21の室温などの負荷等の設置環境の影響によらず、運転の安定性を損なわない。SC及びSHの付きやすさを閾値に反映して、相対SC及び相対SHによる制御を実施することによって、室内機21及び室外機22の熱交換器を最大限有効に使用できるよう、膨張弁などの流量調整弁の制御を行う。従来、運転する室内機21の温度が異なる場合又は風量など運転状態が異なる場合にて、同じ目標値のまま制御を実施している。このため、制御が発散する。本実施の形態1では、各室内機21にて最適な目標値を設定できるようにするため、安定性が向上する。これにより、省エネ性及び安定性を向上でき、安定までに要する時間を短くし、短時間で各室内機21にて冷風又は温風を供給でき快適性を向上できる。更に、目標値だけでなく、収束方法及び制御時定数等にも、冷凍サイクルのパラメーターを反映させることによって、安定性が向上する。この制御により、起動から安定、安定から停止まで、理想的な運転が実現できる。特に、室内機21及び室外機22が複数台設けられた場合、設置環境及びシステムが多種多様であるものの、多様性に対応することができる。同時に、圧縮機1の液バック防止や室内機21の渇きを最適に制御できるので、信頼性の向上が可能になる。
実施の形態2.
 図14は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機200を示す回路図である。本実施の形態2は、バイパス回路53を有している点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
 図14に示すように、空気調和機100は、バイパス回路53と、バイパス膨張部15と、バイパス熱交換器50と、温度センサ51,52を有している。バイパス回路53は、室外膨張部14と室内膨張部31,41との間と、圧縮機1の吸入側とを接続する。バイパス膨張部15は、バイパス回路53に設けられ、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁であり、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。バイパス熱交換器50は、室外膨張部14と室内膨張部31,41との間に流れる冷媒と、バイパス回路53においてバイパス膨張部15の下流に流れる冷媒とを熱交換する例えば二重管である。このように、本実施の形態2では、二重管を用いた高低圧の熱交換を実施する回路について説明する。バイパス熱交換器50を通過した後のSCをHICSCとし、バイパス熱交換器50を通過した後のSHをHICSHとすると、制御モードとして、相対HICSC制御モードと相対HICSH制御モードとがある。
 (相対HICSC制御モード、対向流)
 先ず、相対HICSC制御モードについて説明する。実施の形態1では、相対SCに関する制御について説明している。現在、空調機の効率化のために、高圧、中圧、低圧等の熱交換、冷媒の分布の調整などの制御を実施している。この制御を実施するに当たり、SCの大きさの影響を考慮する必要がある。そこで、実施の形態1で得られる効果を最大限に発揮するように、目標値に関して説明する。冷房運転時について説明をする。温度センサは、必要に応じて使用する。バイパス膨張部15は、室外膨張部14及び室内膨張部31,41の制御又は圧損によって、SCが付いた冷媒で、室外機22出口を流れ室内機21に流れていく冷媒の一部を、バイパス膨張部15を通してバイパスさせ、室外機22に戻す役割を担っている。
 この際、高圧側、即ちバイパス膨張部15を通過する前の冷媒と低圧側、即ちバイパス膨張部15を通過し圧力が低下した冷媒との間で熱交換することによって、室内機21に流れていく冷媒の温度を低下させる。これにより、比エンタルピーを低下させることができる。その結果、室内機21の前後での比エンタルピー差が大きくなるので、能力を増加させることができる。図14に示す回路では、冷房時にバイパス熱交換器50内では対向流になっている。
 しかし、バイパス膨張部15を通過する冷媒の量が必要以上に増加した場合、室内機21に流れる冷媒量が少なくなってしまうため、能力が低下してしまう。このため、最適な冷媒の流量を流す必要がある。前述の如く、バイパス熱交換器50を通過した後のSCをHICSCと定義する。上記と同様に相対HICSCを利用して、バイパス量を制御することによって最適な冷凍サイクルの状態を作成する。相対HICSCをη1又はη2として定義する。そして、SCをバイパス熱交換器50の入口のSC又は室外機22出口でのSC、CTを高圧の飽和温度、ETを低圧の飽和温度と定義する。このときの目標値である目標相対HICSCをH()とする。η1及びη2は、それぞれ制御式(3)及び制御式(4)として定義する。HIC出口のメイン回路側の冷媒温度をTr_out_hicとする。
 [数3]
 η1=HICSC/(CT-ET-HICSC),{HICSC=Tr_out_hic-CT}・・・(3)
 [数4]
 η2=(HICSC-SC)/(CT-ET-HICSC+SC),{HICSC=Tr_out_hic-CT}・・・(4)
 ΔH=H-η1又はΔH=H-η2と定める。ΔHが予め定められた安定領域よりも大きい場合、HICSCが必要量よりも不足しているので、制御装置20はバイパスする冷媒の量を増やす。例えば、制御装置20がバイパス膨張部15を開くことによって、安定領域に近づけることができる。一方、ΔHが安定領域よりも小さい場合、HICSCが過多に付いているので、制御装置20はバイパスする冷媒の量を減らす。例えば、制御装置20がバイパス膨張部15を絞ることによって、安定領域に近づけることができる。
 ここで、目標値であるH()は、実施の形態1で説明した制御式(1)及び制御式(2)と同様に決定することができる。各パラメーターは、経験的、実験的又は理論的に決定することで制御の効率を向上することができる。例えば、H()=0.3とした場合、各HICSCの目標値HICSCmは以下のようになる。(CT,ET,SC)=(20,15,1)の場合、(HICSCm(η1),HICSCm(η2))=(1.2,2.2)となる。(CT,ET,SC)=(25,10,3)の場合、(HICSCm(η1),HICSCm(η2))=(3.5,6.5)となる。(CT,ET,SC)=(40,-10,5)の場合、(HICSCm(η1),HICSCm(η2))=(11.5,16.5)となる。このように、目標値がそれぞれ変化する。上記は、目標値を定数とした場合であり、F()又はG()で説明した考えと同様に目標値を決定してもよい。同様に、F()又はG()で説明した考えと同様に、目標値に上下限値を設けてもよい。このときに、上限値及び下限値は冷凍サイクルの状態によって必要とされる値を設けることによって、信頼性を向上できると共に、制御の発散を防止できる役割を担う。例えば、外気温又は冷媒の循環量に応じて、閾値を変更することが挙げられる。
 制御間隔及び制御実施のタイミングについて説明する。本制御は、実施の形態1で説明した相対SC制御及び相対SH制御、従来のSC制御及びSH制御等と組み合わせて実施することによっても、効果を発揮する。更に効果を発揮するために、制御の実施間隔及び制御実施のタイミングを、経験的、実験的又は理論的に決定することできる。例えば、過渡期にて、相対SC制御と相対HICSC制御とを実施した場合、相対SCが目標よりも小さく、相対HICSCが目標値よりも小さい場合に、互いに相反する動きを実施することになる。そこで、本制御を実施するタイミングを、相対SC又はSCが所定の閾値を越えた場合に実施すること、相対SC又はSCの変動が小さくなった場合にて実施することとする。相対SC又はSCが閾値以下になった場合、バイパス膨張部15の制御を中止すること、及びバイパス膨張部15を絞ることによって早く安定状態に達成することが可能になる。バイパス膨張部15の制御間隔は、室内膨張部31,41の制御間隔とずらすことによって、安定させやすくすることが可能になると考えられる。制御間隔は、経験的、実験的及び理論的に決定することで、制御の効率を向上することができる。
 また、上記の制御式(3)及び制御式(4)は、温度センサの測定位置又は制御性の良さによって決定することができる。また、この2式を組み合わせて使用することも可能である。HICSCの検知は、例えば、温度センサ、液管温度センサ9又は室外機22の飽和温度等に基づいて計算することができる。SC又はHICSCがマイナスのとき、即ちSC又はHICSCが付いていない場合は、その値を計算式に適応してもよい。また、SC=0又はHICSC=0と補完して計算してもよい。また、SC又はHICSCの値を大きくすることによって、絞り量が大きくなるようにしてもよい。上記のような制御方法は、パワーレシーバーを用いた回路、レシーバーを用いた回路、インジェクション圧縮機を用いたバイパス回路53等といった様々なバイパス回路53でも適応できる。その場合の制御式は、冷凍サイクルにおいて付けられる最大のSCの値を分母にすることによって、閾値及び目標値を決定することができる。この際、流れの向きなどに留意することで精度を向上させることができる。
 (相対HICSH制御モード、対向流)
 更に、図14にて、バイパス熱交換器50の出口のSHが検知できる場合にも、本実施の形態2を適応させることができる。以下、相対HICSH制御モードについて説明する。バイパス熱交換器50の出口のSHをHICSHと定義する。上記と同様に相対HICSHを利用して、バイパス量を制御することによって、最適な冷凍サイクルの状態を作成する。相対HICSHをη1又はη2として定義する。そして、SHをバイパス熱交換器50の入口のSH又は室外機22出口でのSC、CTを高圧の飽和温度、ETを低圧の飽和温度と定義する。このときの目標値である目標相対HICSHをI()とする。η3及びη4は、それぞれ制御式(5)および制御式(6)として定義する。HIC出口のバイパス回路53側の冷媒温度をTr_out_hic_byとする。
 [数5]
 η3=HICSH/(CT-ET-HICSH),{HICSH=Tr_out_hic-ET_by}・・・(5)
 [数6]
 η4=(HICSH-SH)/(CT-ET-HICSH+SH),{HICSH=Tr_out_hic-ET_by}・・・(6)
 ΔI=I-η3又はΔI=I-η4と定める。ΔIが予め定められた安定領域よりも大きい場合、HICSHが必要量よりも不足しているので、制御装置20はバイパスする冷媒の量を増やす。例えば、制御装置20がバイパス膨張部15を開くことによって、安定領域に近づけることができる。一方、ΔIが安定領域よりも小さい場合、HICSHが過多に付いているので、制御装置20はバイパスする冷媒の量を減らす。例えば、制御装置20がバイパス膨張部15を絞ることによって、安定領域に近づけることができる。
 相対HICSCのときとは異なり、バイパス熱交換器50出口側の冷媒が二相状態であるとき、乾き度が検知できないので、閾値の決定の際には上記を踏まえて決定する。バイパス熱交換器50出口側の冷媒が常時乾くように制御することによって、液バックを防止することができ、信頼性を向上できる。上記に記載した相対HICSC制御及び相対HICSH制御は、従来の制御と組み合わせて使用することも可能である。
 なお、本実施の形態2において、圧縮機1の運転可能範囲になるように目標値を変更する。また、吐出SHが低下した際に目標値を大きくするために、全体の弁を絞ることによって、吐出SHを向上させる。更に、全体の弁を絞ることによって、液バック量を減少させる。これにより、幅広い範囲にて適応することができる。即ち、目標値を設定する上で、高低圧の大きさ、高低圧の差の大きさ、運転周波数、吐出SH、吸入SH、飽和温度による補正量を加えることによって、空気調和機100を停止させることなく連続運転が可能になる。これにより、従来よりも高低差圧が小さくなること、吐出SHが小さくなること、液バック量が増加すること等により、圧縮機1の信頼性が悪化する懸念点が払拭される。
 (相対HICSC制御モード、並行流)
 本実施の形態2は、暖房時にも適応が可能である。図14に示す回路では、暖房時にバイパス熱交換器50内では並行流になっている。これを考慮して、制御目標値を決定する。バイパス前の冷媒の温度をTinとする。下記の様に、制御式(7)、(8)、(9)、(10)を作成することができる。
 [数7]
 η5=HICSC/(Tin-HICSC-HICSH)・・・(7)
 [数8]
 η6=(HICSC-SC)/(Tin-HICSC-HICSH+SC)・・・(8)
 [数9]
 η7=HICSH/(Tin-HICSC-HICSH)・・・(9)
 [数10]
 η8=HICSH/(Tin-HICSC-HICSH+SC)・・・(10)
 上記において、センサの数が不足している等で検知できない場合は、他の値から算出する等して値を求めてもよい。また、HICSH等が検知できない場合は、HICSHを0と仮定して計算してもよい。
 本実施の形態2の切替スイッチ23は、相対SC制御、相対SH制御、相対HICSC制御、相対HICSH制御、従来のSC制御、SH制御、HICSC制御、HICSH制御を切り替えることができる。
 本実施の形態2によれば、相対HICSC及び相対HICSHを用いて、バイパス回路53を制御することによって、各室内機21及び室外機22の熱交換器を最大限有効に使用できるように、膨張部等の流量調整弁の制御を実施する。通常、目標のSC及びSHが変動するため、HICSC及びHICSHにもその影響が及ぶものの、本実施の形態2では、バイパス回路53があるシステムにおいても、ハンチングを防止でき、安定性を向上できる。本実施の形態2では、二重管を用いる場合について例示しているが、アキュームレータ、インジェクション回路、パワーレシーバー等が使用された様々な回路にも応用でき、汎用性が高い制御である。
 1 圧縮機、2 流路切替装置、3 室外熱交換器、4 静止弁、5 静止弁、6a 室外送風機、6 ファン、7 ファンモータ、8 外気温度センサ、9 液管温度センサ、11 高圧圧力センサ、12 低圧圧力センサ、13 圧力容器、14 室外膨張部、15 バイパス膨張部、20 制御装置、21 室内機、22 室外機、23 切替スイッチ、24 計算手段、25 補正手段、26 開度調整手段、27 間隔変更手段、28 圧力温度測定手段、30 室内熱交換器、31 室内膨張部、32 温度センサ、33 温度センサ、34 温度センサ、40 室内熱交換器、41 室内膨張部、42 温度センサ、43 温度センサ、44 温度センサ、50 バイパス熱交換器、51 温度センサ、52 温度センサ、53 バイパス回路、100 空気調和機、200 空気調和機。

Claims (8)

  1.  圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路と、
     前記膨張部の開度を調整する制御装置と、を備え、
     前記制御装置は、
     前記凝縮器の出口側の冷媒の温度と前記凝縮器における冷媒の凝縮温度との差である過冷却度と、前記凝縮温度とに基づいて、相対過冷却度を求める計算手段と、
     前記冷媒回路の運転状態に基づいて、前記計算手段によって求められた前記相対過冷却度を補正して目標相対過冷却度を取得する補正手段と
     前記相対過冷却度が前記補正手段によって取得された目標相対過冷却度となるように、前記膨張部の開度を調整する開度調整手段と、を有する
     空気調和機。
  2.  圧縮機、凝縮器、膨張部及び蒸発器が配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路と、
     前記膨張部の開度を調整する制御装置と、を備え、
     前記制御装置は、
     前記蒸発器の出口側の冷媒の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と、前記蒸発温度とに基づいて、相対過熱度を求める計算手段と、
     前記冷媒回路の運転状態に基づいて、前記計算手段によって求められた前記相対過熱度を補正して目標相対過熱度を取得する補正手段と、
     前記相対過熱度が前記補正手段によって取得された目標相対過熱度となるように、前記膨張部の開度を調整する開度調整手段と、を有する
     空気調和機。
  3.  前記補正手段は、
     前記凝縮器又は前記蒸発器の熱交換能力に基づいて、前記相対過冷却度又は前記相対過熱度を補正する
     請求項1又は2記載の空気調和機。
  4.  前記補正手段は、
     前記凝縮器又は前記蒸発器を備える室内機の運転台数、前記凝縮器又は前記蒸発器に空気を送る送風機の風量及び前記室内機に吸い込まれる空気の温度のうち少なくとも1つに基づいて、前記相対過冷却度又は前記相対過熱度を補正する
     請求項1~3のいずれか1項に記載の空気調和機。
  5.  前記制御装置は、
     前記目標相対過冷却度又は前記目標相対過熱度に基づいて、前記膨張部の開度を調整する間隔を変更する間隔変更手段と、を更に有する
     請求項1~4のいずれか1項に記載の空気調和機。
  6.  前記間隔変更手段は、
     前記凝縮器又は前記蒸発器を備える室内機の起動時又は運転台数の変化時に、前記膨張部の開度を調整する間隔を変更する
     請求項5記載の空気調和機。
  7.  前記補正手段は、
     前記凝縮器又は前記蒸発器における圧力損失に基づいて、前記相対過冷却度又は前記相対過熱度を補正する
     請求項1~6のいずれか1項に記載の空気調和機。
  8.  前記凝縮器と前記膨張部との間と、前記圧縮機の吸入側とを接続するバイパス回路と、
     前記バイパス回路に設けられるバイパス膨張部と、
     前記凝縮器と前記膨張部との間に流れる冷媒と、前記バイパス回路に流れ前記バイパス膨張部の下流に流れる冷媒とを熱交換するバイパス熱交換器と、を更に備える
     請求項1~7のいずれか1項に記載の空気調和機。
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