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JP2007218532A - 空気調和装置 - Google Patents

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JP2007218532A JP2006041212A JP2006041212A JP2007218532A JP 2007218532 A JP2007218532 A JP 2007218532A JP 2006041212 A JP2006041212 A JP 2006041212A JP 2006041212 A JP2006041212 A JP 2006041212A JP 2007218532 A JP2007218532 A JP 2007218532A
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拓也 小谷
Kikuji Hori
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Abstract

【課題】セパレート型の空気調和装置において、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差が大きい場合や、複数の室内ユニットを設置する場合において室内ユニット間においても設置位置の高低差が生じる場合であっても、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を膨張弁によって良好に制御できるようにする。
【解決手段】空気調和装置1の運転制御手段は、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度が一定になるように室内膨張弁41の開度を制御する過熱度制御を行いつつ、室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器42を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行うことが可能である。運転制御手段は、室内膨張弁41に下限開度を設定して過熱度制御を行うとともに、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態になっていることが検知された際に、下限開度を小さくする。
【選択図】図3

Description

本発明は、空気調和装置、特に、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度が一定になるように膨張弁の開度を制御するセパレート型の空気調和装置に関する。
従来より、圧縮機と室外熱交換器とを有する室外ユニットと、膨張弁と室内熱交換器とを有する室内ユニットとが接続されることによって構成される冷媒回路を備えた、いわゆる、セパレート型の空気調和装置がある。
このような空気調和装置では、冷房運転や除湿運転のように、室外熱交換器を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行う際に、室内の温度設定等の条件に応じて室内ユニットの能力を調節するようにしている。そして、室内ユニットの能力は、主として、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器を流れる冷媒の流量を制御することによって調節されており、その室内熱交換器を流れる流量制御の手法として、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度が一定になるように膨張弁の開度を制御(以下、過熱度制御とする)する手法が採用されることがある。
また、セパレート型の空気調和装置では、室内ユニットと室外ユニットとが異なる高さ位置に設置されることがある。このような室内ユニット及び室外ユニットの設置条件において、室内熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行う際には、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差に応じて、室内ユニットに供給される冷媒の圧力(以下、室内ユニット供給圧力とする)が、冷媒の凝縮器として機能する室外熱交換器における冷媒の圧力(以下、凝縮圧力とする)よりも高くなったり低くなったりするため、例えば、室内ユニットが室外ユニットよりも上方に設置されて室内ユニット供給圧力が凝縮圧力よりも低くなる場合には、室内ユニットの能力、すなわち、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器を流れる冷媒の流量の不足が生じたり、室内ユニットが室外ユニットよりも下方に設置されて室内ユニット供給圧力が凝縮圧力よりも高くなる場合には、室内ユニットの能力不足が生じない代わりに、不必要に室内ユニット供給圧力が高く、COPの低下が生じることがある。
これに対して、特許文献1に示されるように、セパレート型の空気調和装置において、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差に応じて、凝縮圧力の目標値を設定することで、最適な室内ユニット供給圧力で室内ユニットに冷媒を供給できるようにするという手法がある。
特開2002−349974号公報
しかし、凝縮圧力は、室外熱交換器の熱源として使用される室外空気や水等の条件による依存性が大きいため、上述の特許文献1における手法を採用する場合において、いかなる場合においても、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差に応じて、凝縮圧力の目標値を設定して達成することができるというわけではない。例えば、室内ユニットよりも室外ユニットが下方に設置され、その高低差が非常に大きいような場合には、凝縮圧力の目標値を低く設定されることになるが、熱源としての室外空気や水等の温度が高い場合等のように、熱源の条件によっては、この目標値まで凝縮圧力を低くすることができず、結果的に、最適な室内ユニット供給圧力よりも高い圧力でしか室内ユニットに冷媒を供給できない状態が生じることになる。
また、室外ユニットに複数の室内ユニットを接続する場合には、室内ユニット間においても設置位置の高低差が生じることがある。このような場合において、上述の手法を採用すると、複数の室内ユニットのうちで最も高い位置に設置される室内ユニットへの冷媒の供給を確保できる凝縮圧力の目標値に設定されることになるが、最も高い位置に設置される室内ユニットとこれよりも低い位置に設置される室内ユニットとの設置位置の高低差が考慮されることはなく、結果的に、最も高い位置に設置される室内ユニットよりも低い位置に設置される室内ユニットには、最も高い位置に設置される室内ユニットとの高低差に応じて、最も高い位置に設置される室内ユニットへ供給される冷媒の圧力よりも高圧の冷媒が供給されることになる。
そして、上述のように、室内ユニットの能力調節の手法として膨張弁による過熱度制御が採用される場合において、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差や熱源の条件によって、凝縮圧力が高くなり、これにより、室内ユニット供給圧力が高くなる場合には、膨張弁の前後の差圧が大きくなると、膨張弁の開度が非常に小さい状態で過熱度制御が行われることになる。また、室内ユニットの能力調節の手法として膨張弁による過熱度制御が採用される場合において、上述のように、室内ユニット間における設置位置の高低差によって、複数の室内ユニットのうちで最も高い位置に設置される室内ユニットよりも低い位置に設置される室内ユニットに供給される冷媒の圧力が高くなる場合にも、膨張弁の前後の差圧が大きくなるため、低い位置に設置される室内ユニットの膨張弁の開度が非常に小さい状態で過熱度制御が行われることになる。また、複数の室内ユニットのうちで最も高い位置に設置される室内ユニットの膨張弁が比較的小さい開度で制御される場合には、膨張弁の前後の差圧がそれほど大きくなくても、最も高い位置に設置される室内ユニットの膨張弁の開度との関係により、低い位置に設置される室内ユニットの膨張弁の開度が非常に小さい状態で過熱度制御が行われることになる。このように膨張弁の開度が非常に小さい状態で過熱度制御が行われる場合には、膨張弁が全閉状態になることもあり得る。しかし、膨張弁が全閉状態になると、室内熱交換器を冷媒が流れなくなるため、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における過熱度が正確に検知できなくなり、見かけ上、過熱度が一定であると誤検知されたり、過熱度がその目標値よりも小さいと誤検知されて、結果的に、膨張弁が全閉状態のままで制御不能になる場合が生じてしまい、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を良好に制御することができなくなってしまう。
本発明の課題は、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口過熱度を膨張弁によって制御するセパレート型の空気調和装置において、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差が大きい場合や、複数の室内ユニットを設置する場合において室内ユニット間においても設置位置の高低差が生じる場合であっても、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を良好に制御できるようにすることにある。
第1の発明にかかる空気調和装置は、冷媒回路と運転制御手段とを備えている。冷媒回路は、圧縮機と室外熱交換器とを有する室外ユニットと、膨張弁と室内熱交換器とを有する室内ユニットとが接続されることによって構成されている。運転制御手段は、室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度が一定になるように膨張弁の開度を制御する過熱度制御を行いつつ、室外熱交換器を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行うことが可能である。そして、運転制御手段は、膨張弁に下限開度を設定して過熱度制御を行うとともに、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっていることが検知された際に、下限開度を小さくする。
この空気調和装置では、過熱度制御を行う際に膨張弁に下限開度を設定することで、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差が大きい場合や、複数の室内ユニットを設置する場合において室内ユニット間に設置位置の高低差が生じる場合のように、膨張弁の前後の差圧が大きくなるような場合であっても、また、複数の室内ユニットを室内ユニット間に設置位置の高低差が生じるように設置する場合において、膨張弁の前後の差圧はそれほど大きくないが、複数の室内ユニットのうちで最も高い位置に設置される室内ユニットの膨張弁が比較的小さい開度で制御される場合のように、低い位置に設置される室内ユニットの膨張弁の開度が非常に小さい状態になる場合であっても、膨張弁が全閉状態になることを防ぐことができる。しかも、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっていることが検知された際に下限開度を小さくすることで、膨張弁が全閉状態になるのを防ぎつつ、さらに開度が小さい範囲まで膨張弁を可動させることができるようになるため、膨張弁の前後の差圧が大きすぎる場合や、また、高い位置に設置される室内ユニットの膨張弁の開度との関係において低い位置に設置される室内ユニットの膨張弁の開度を小さくしたい場合でも、例えば、最初に設定された下限開度では、室内ユニットにおいて必要な能力に対して過剰な量の冷媒が室内熱交換器を流れてしまい、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を一定にすることが難しい場合であっても、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を良好に制御することができる。ここで、下限開度とは、例えば、膨張弁の開度を、全閉状態を0%と表現し全開状態を100%と表現した場合において、0%よりも大きな開度であって、膨張弁が可動できる開度範囲をこの開度以上に制限するものをいう。
第2の発明にかかる空気調和装置は、第1の発明にかかる空気調和装置において、運転制御手段は、圧縮機の吸入側における冷媒の過熱度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する。
この空気調和装置では、圧縮機の吸入側における冷媒の過熱度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知しているため、圧縮機の湿り圧縮に対する保護を兼ねることができる。
第3の発明にかかる空気調和装置は、第1の発明にかかる空気調和装置において、運転制御手段は、圧縮機の吐出側における冷媒の過熱度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する。
この空気調和装置では、圧縮機の吐出側における冷媒の過熱度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知しているため、圧縮機の湿り圧縮に対する保護を兼ねることができる。
第4の発明にかかる空気調和装置は、第1の発明にかかる空気調和装置において、運転制御手段は、室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する。
この空気調和装置では、室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知しているため、複数の室内ユニットが設置される場合には、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっている室内ユニットを特定したり、さらに、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっていることが検知された室内ユニットの膨張弁のみについて下限開度を小さくすることができる。
第5の発明にかかる空気調和装置は、第1の発明にかかる空気調和装置において、運転制御手段は、膨張弁の開度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する。
この空気調和装置では、運転制御手段は、膨張弁の開度に基づいて、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知しているため、複数の室内ユニットが設置される場合には、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっている室内ユニットを特定したり、さらに、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっていることが検知された室内ユニットの膨張弁のみについて下限開度を小さくすることができる。
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第1の発明では、過熱度制御を行う際に膨張弁に下限開度を設定することで、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差が大きい場合や、複数の室内ユニットを設置する場合において室内ユニット間に設置位置の高低差が生じる場合であっても、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を良好に制御することができる。
第2又は第3の発明では、圧縮機の湿り圧縮に対する保護を兼ねることができる。
第4又は第5の発明では、複数の室内ユニットが設置される場合には、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっている室内ユニットを特定したり、さらに、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっていることが検知された室内ユニットの膨張弁のみについて下限開度を小さくすることができる。
以下、図面に基づいて、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明の第1実施形態にかかる空気調和装置1の概略構成図である。空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷房に使用される装置である。空気調和装置1は、主として、1台の室外ユニット2と、1台の室内ユニット4と、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット4と、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とが接続されることによって構成されている。本実施形態において、室外ユニット2はビルの屋上等に設置されており、室内ユニット4は室外ユニット2よりも下方の室内に設置されている(ここで、室外ユニット2と室内ユニット4との高低差を高低差Hとする)。
(室内ユニット)
室内ユニット4は、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
次に、室内ユニット4の構成について説明する。室内ユニット4は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室内側冷媒回路10bを有している。この室内側冷媒回路10bは、主として、室内膨張弁41と、室内熱交換器42とを有している。
本実施形態において、室内膨張弁41は、室内側冷媒回路10b内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器42の液側に接続された電動膨張弁である。
本実施形態において、室内熱交換器42は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却する熱交換器である。
本実施形態において、室内ユニット4は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器42において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風ファンとしての室内ファン43を有している。室内ファン43は、モータ43aによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。
また、室内ユニット4には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器42の液側には、室内熱交換器42の入口における冷媒温度Tiを検出する液側温度センサ44が設けられている。室内熱交換器42のガス側には、室内熱交換器42の出口における冷媒温度Toを検出するガス側温度センサ45が設けられている。本実施形態において、液側温度センサ44及びガス側温度センサ45は、サーミスタからなる。また、室内ユニット4は、室内ユニット4を構成する各部の動作を制御する室内側制御部47を有している。そして、室内側制御部47は、室内ユニット4の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4を操作するためのリモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット2との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
(室外ユニット)
室外ユニット2は、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して室内ユニット4に接続されており、室内ユニット4の間で冷媒回路10を構成している。
次に、室外ユニット2の構成について説明する。室外ユニット2は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室外側冷媒回路10aを有している。この室外側冷媒回路10aは、主として、圧縮機21と、室外熱交換器23と、液側閉鎖弁26と、ガス側閉鎖弁27とを有している。
圧縮機21は、本実施形態において、モータ21aによって駆動される密閉式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機21は、1台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、2台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。
本実施形態において、室外熱交換器23は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷媒の凝縮器として機能する熱交換器である。室外熱交換器23は、そのガス側が圧縮機21の吐出側に接続され、その液側が液側閉鎖弁26に接続されている。
本実施形態において、室外ユニット2は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器23において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン28を有している。この室外ファン28は、モータ28aによって駆動されるプロペラファン等である。
液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27は、外部の機器・配管(具体的には、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁26は、室外熱交換器23に接続されている。ガス側閉鎖弁27は、圧縮機21の吸入側に接続されている。
また、室外ユニット2には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット2には、圧縮機21の吸入圧力Psを検出する吸入圧力センサ29と、圧縮機21の吐出圧力Pdを検出する吐出圧力センサ30と、圧縮機21の吸入温度Tsを検出する吸入温度センサ31と、圧縮機21の吐出温度Tdを検出する吐出温度センサ32とが設けられている。吸入温度センサ31は、本実施形態において、吸入温度センサ31及び吐出温度センサ32は、サーミスタからなる。また、室外ユニット2は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外側制御部37を有している。そして、室外側制御部37は、室外ユニット2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4の室内側制御部47との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部47と室外側制御部37とによって、空気調和装置1の運転制御を行う運転制御手段としての制御部8が構成されている。
制御部8は、図2に示されるように、各種センサ29〜32、44、45の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁21、28、41、43を制御することができるように接続されている。ここで、図2は、本実施形態にかかる空気調和装置1の制御ブロック図である。
(冷媒連絡配管)
冷媒連絡配管6、7は、空気調和装置1をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。
以上のように、室内側冷媒回路10bと、室外側冷媒回路10aと、冷媒連絡配管6、7とが接続されて、空気調和装置1の冷媒回路10が構成されている。そして、本実施形態の空気調和装置1は、室内側制御部47と室外側制御部37とから構成される制御部8によって、冷房運転や除湿運転のような、室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器42を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行いつつ、室内の温度設定等の条件に応じて、室外ユニット2及び室内ユニット4の各機器の制御を行うようになっている。
(2)空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。
(冷房運転・除湿運転)
まず、液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27を全開状態として、リモコン等から冷房運転や除湿運転の運転指令がされると、圧縮機21のモータ21a、室外ファン28のモータ28a、室内ファン43のモータ43aが起動する。すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器23に送られて、室外ファン28によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、この高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁26及び液冷媒連絡配管6を経由して、室内ユニット4に送られる。この室内ユニット4に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁41によって圧縮機21の吸入圧力Ps近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となった後に、室内熱交換器42に送られ、室内熱交換器42において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管7を経由して室外ユニット2に送られ、ガス側閉鎖弁27を経由して、再び、圧縮機21に吸入される。
(過熱度制御)
上述のような室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器42を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転において、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器42の出口(すなわち、室内熱交換器42のガス側)における冷媒の過熱度SHrが過熱度目標値SHrsで一定になるように室内膨張弁41の開度MVを制御する過熱度制御が行われている。次に、この室内膨張弁41による過熱度制御について、図3を用いて説明する。ここで、図3は、本実施形態の過熱度制御の内容を示すフローチャートである。
まず、ステップS1において、リモコンからの運転指令等により空気調和装置1の運転が開始されたものと判定されると、ステップS2において、室内膨張弁41による過熱度制御を行う際の室内膨張弁41の下限開度が初期値MV0に設定される。ここで、室内膨張弁41の下限開度を設定するのは、室外ユニット2と室内ユニット4との設置位置の高低差Hが非常に大きい場合や、室外ユニット2と室内ユニット4との設置位置の高低差Hはそれほど大きくないが室外熱交換器23の熱源の条件によって凝縮圧力が比較的高くなる場合のように、室内膨張弁41の前後の差圧が大きくなるような場合であっても、過熱度制御の際に、室内膨張弁41が全閉状態になることを防ぐためである。尚、下限開度とは、例えば、室内膨張弁41の開度を、全閉状態を0%と表現し全開状態を100%と表現した場合において、0%よりも大きな開度であって、室内膨張弁41が可動できる開度範囲をこの開度以上に制限するものをいう。
次に、ステップS3において、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrが、予め設定された過熱度目標値SHrsで一定になるように、室内膨張弁41の開度MVを制御する過熱度制御が開始される。ここで、室内膨張弁41は、その下限開度が初期値MV0に制限される状態になっているため、室内膨張弁41の開度MVは、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrが過熱度目標値SHrsで一定になるように、MV0から全開までの間で可変されることになる。尚、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrは、ガス側温度センサ45により検出される冷媒温度Toから液側温度センサ44により検出される冷媒温度Tiを差し引くことによって得られる。また、本実施形態では採用していないが、室内熱交換器42内を流れる冷媒の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサにより検出される冷媒温度を、ガス側温度センサ45により検出される冷媒温度Toから差し引くことによって、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrを得るようにしてもよい。
次に、ステップS4において、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを判定する。本実施形態では、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて行う。すなわち、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内熱交換器42の下流側に位置する圧縮機21の吸入側における冷媒も湿り状態に近い状態になっているため、この現象を利用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うものである。より具体的には、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiが所定値よりも小さい場合(例えば、過熱度SHiが0deg以下になる等の場合)には、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定する。尚、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定において使用される圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiは、吸入圧力センサ29により検出される吸入圧力Psを冷媒の飽和温度に換算し、この飽和温度を、吸入温度センサ31により検出される吸入温度Tsから差し引くことによって得られる。
そして、ステップS4において、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態ではないと判定されると、室内膨張弁41の下限開度を初期値MV0に設定していても、過熱度SHrを過熱度目標値SHrsで一定にすることが可能な高低差Hの条件にあると判断できるため、ステップS6、S7において、リモコンからの運転終了指令等により空気調和装置1の運転が終了されるまで、室内膨張弁41の下限開度が初期値MV0に設定された状態において、室内膨張弁41による過熱度制御が行われることになる。
一方、ステップS4において、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定されると、ステップS5において、室内膨張弁41の下限開度が初期値MV0から初期値MV0よりも小さいMV1に設定変更される。ここで、室内膨張弁41の下限開度を小さくするのは、室内膨張弁41の前後の差圧が大きすぎて、下限開度を初期値MV0にしたままでは、室内ユニット4において必要な能力に対して過剰な量の冷媒が室内熱交換器42を流れてしまい、過熱度SHrを目標過熱度SHrsで一定にすることが難しい状態(すなわち、過熱度SHrが目標過熱度SHrsよりも小さくなる状態)が生じているからである。このように、ステップS5において、室内膨張弁41の下限開度を小さくすることによって、室内膨張弁41が全閉状態になるのを防ぎつつ、さらに開度MVが小さい範囲まで室内膨張弁41を可動させることができるようになり、過熱度SHrを過熱度目標値SHrsで一定にすることが可能になるため、ステップS6、S7において、リモコンからの運転終了指令等により空気調和装置1の運転が終了されるまで、室内膨張弁41の下限開度が初期値MV0よりも小さいMV1に設定された状態において、室内膨張弁41による過熱度制御が行われることになる。
尚、ステップS5において、下限開度を初期値MV0からMV1に変更した際に、このMV1を初期値MV0として置き換える等により、高低差Hの条件に適した室内膨張弁41の下限開度を記憶させるようにしてもよい。これにより、空気調和装置1を再運転する際には、ステップS2において、高低差Hの条件に適した室内膨張弁41の下限開度が最初から設定されることになる。
以上の過熱度制御を含む空気調和装置1の運転制御は、運転制御手段としての制御部8によって行われる。
(3)空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置1には、以下のような特徴がある。
(A)
本実施形態の空気調和装置1では、過熱度制御を行う際に室内膨張弁41に下限開度を設定(本実施形態では、初期値MV0に設定)することで、室外ユニット2と室内ユニット4との設置位置の高低差Hが非常に大きい場合や、室外ユニット2と室内ユニット4との設置位置の高低差Hはそれほど大きくないが室外熱交換器23の熱源の条件によって凝縮圧力が比較的高くなる場合のように、室内膨張弁41の前後の差圧が大きくなるような場合であっても、室内膨張弁41が全閉状態になることを防ぐことができる。しかも、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態になっていることが検知された際に下限開度を小さく(本実施形態では、初期値MV0からMV1に設定変更)することで、室内膨張弁41が全閉状態になるのを防ぎつつ、さらに開度MVが小さい範囲まで室内膨張弁41を可動させることができるようになるため、室内膨張弁41の前後の差圧が大きすぎて、例えば、最初に設定された下限開度(本実施形態では、初期値MV0)では、室内ユニット4において必要な能力に対して過剰な量の冷媒が室内熱交換器42を流れてしまい、蒸発器として機能する室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrを一定にすることが難しい場合であっても、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrを良好に制御することができるようになっている。また、室外ユニット2と室内ユニット4との設置位置の高低差Hが小さい場合等には、下限開度が大きな値(本実施形態では、初期値MV0)のままで維持されて、室内膨張弁41の開度MVの可動範囲が、適切かつ比較的狭い範囲(本実施形態では、下限開度MV0から全開状態の範囲)に限定されることになるため、結果的に、室内膨張弁41による過熱度制御の制御性の向上に寄与していることになる。
(B)
本実施形態の空気調和装置1では、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて(本実施形態では、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiが所定値よりも小さいかどうかに基づいて)、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知しているため、圧縮機21の湿り圧縮に対する保護を兼ねることができるようになっている。
(4)変形例1
上述の本実施形態においては、過熱度制御のステップS4(図3参照)において、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定された場合に、室内膨張弁41の下限開度を初期値MV0からMV0よりも小さいMV1に1回だけ設定変更するようにしているが、図4に示されるように、ステップS4において、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定されなくなるまで、ステップS5において、室内膨張弁41の下限開度を初期値MV0から段階的に小さくなるように(例えば、MV0→MV1→MV2→・・・のように)設定変更を行うようにしてもよい。
これにより、1回の設定変更によって大幅に下限開度を小さくする場合に比べて、各回の設定変更によって変更される下限開度の変更幅を小さくすることができるため、下限開度の設定変更による過熱度制御の乱れ等が生じにくくなる。
(5)変形例2
上述の本実施形態及び変形例1においては、過熱度制御のステップS4(図3又は図4参照)において、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、過熱度SHiに代えて、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知するようにしてもよい。すなわち、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内熱交換器42の下流側に位置する圧縮機21の湿り圧縮が生じて圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoが小さい状態になるため、この現象を利用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うものである。より具体的には、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoが所定値よりも小さい場合(例えば、過熱度SHoが0deg以下になる等の場合)には、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定する。尚、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定において使用される圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoは、吐出圧力センサ30により検出される吐出圧力Pdを冷媒の飽和温度に換算し、この飽和温度を、吐出温度センサ32により検出される吐出温度Tdから差し引くことによって得られる。
これにより、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知する場合と同様に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知することができるとともに、圧縮機21の湿り圧縮に対する保護を兼ねることができる。
また、過熱度SHi及び過熱度SHoを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。例えば、圧縮機21の保護を重視する場合には、過熱度SHi及び過熱度SHoのいずれか一方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよいし、室内膨張弁41の過熱度制御の制御性を重視する場合には、過熱度SHi及び過熱度SHoの両方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。
(6)変形例3
上述の本実施形態及び変形例1においては、過熱度制御のステップS4(図3又は図4参照)において、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、過熱度SHiに代えて、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知するようにしてもよい。すなわち、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrが小さい状態になるため、この現象を利用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うものである。より具体的には、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrが所定値よりも小さい場合(例えば、過熱度SHrが0deg以下になる等の場合)には、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定する。
これにより、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知する場合と同様に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知することができる。
また、過熱度SHi及び過熱度SHrを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。例えば、圧縮機21の保護を重視する場合には、過熱度SHi及び過熱度SHrのいずれか一方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよいし、室内膨張弁41の過熱度制御の制御性を重視する場合には、過熱度SHi及び過熱度SHrの両方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。
また、上述の変形例2においては、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、これに、過熱度SHrを併用したり、過熱度SHi及び過熱度SHrを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。
(7)変形例4
上述の本実施形態及び変形例1においては、過熱度制御のステップS4(図3又は図4参照)において、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、過熱度SHiに代えて、室内膨張弁41の開度MVに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知するようにしてもよい。すなわち、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内膨張弁41の開度MVが下限開度で一定の状態になるため、この現象を利用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うものである。より具体的には、室内膨張弁41の開度MVが所定開度以下になっている場合(例えば、開度MVが下限開度になって所定時間経過する等の場合)には、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定する。
これにより、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知する場合と同様に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知することができる。
また、過熱度SHi及び開度MVを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。例えば、圧縮機21の保護を重視する場合には、過熱度SHi及び開度MVのいずれか一方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよいし、室内膨張弁41の過熱度制御の制御性を重視する場合には、過熱度SHi及び開度MVの両方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。
また、上述の変形例2においては、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、これに、開度MVを併用したり、過熱度SHi及び開度MVを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。
また、上述の変形例3においては、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、これに、開度MVを併用したり、過熱度SHi及び開度MVを併用したり、過熱度SHo及び開度MVを併用したり、過熱度SHi及び過熱度SHo及び開度MVを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。
<第2実施形態>
図5は、本発明の第2実施形態にかかる空気調和装置101の概略構成図である。空気調和装置101は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷房に使用される装置である。空気調和装置101は、主として、1台の室外ユニット2と、2台の室内ユニット4、5と、室外ユニット2と室内ユニット4、5とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とを備えている。すなわち、本実施形態の空気調和装置101の蒸気圧縮式の冷媒回路110は、室外ユニット2と、室内ユニット4、5と、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とが接続されることによって構成されている。本実施形態において、室外ユニット2はビルの屋上等に設置されており、室内ユニット4、5は室外ユニット2よりも下方の室内に設置されている。また、室内ユニット4と室内ユニット5とは、同じ高さ位置に設置されている(ここで、室外ユニット2と室内ユニット4、5との高低差を高低差Hとする)。
(室内ユニット)
室内ユニット4、5は、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路110の一部を構成している。
次に、室内ユニット4の構成について説明する。室内ユニット4は、主として、冷媒回路110の一部を構成する室内側冷媒回路110bを有している。この室内側冷媒回路110bは、主として、室内膨張弁41と、室内熱交換器42とを有している。尚、室内ユニット4の構成は、第1実施形態の室内ユニット4の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、室内ユニット5の構成について説明する。室内ユニット5は、主として、冷媒回路110の一部を構成する室内側冷媒回路110cを有している。この室内側冷媒回路110cは、主として、室内膨張弁51と、室内熱交換器52とを有している。尚、室内ユニット5の構成は、室内ユニット4の構成と同様であるため、室内ユニット4の各部を示す40番台の符号の代わりに50番台の符号を付して、各部の説明を省略する。
(室外ユニット)
室外ユニット2は、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して室内ユニット4、5に接続されており、室内ユニット4、5の間で冷媒回路110を構成している。
次に、室外ユニット2の構成について説明する。室外ユニット2は、主として、冷媒回路110の一部を構成する室外側冷媒回路10aを有している。この室外側冷媒回路10aは、主として、圧縮機21と、室外熱交換器23と、液側閉鎖弁26と、ガス側閉鎖弁27とを有している。尚、室外ユニット2の構成は、第1実施形態の室外ユニット2の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
尚、本実施形態の空気調和装置101においては、室外ユニット2の制御を行うための室外側制御部37が、室内ユニット4の制御を行うための室内側制御部47、57との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっており、空気調和装置1の運転制御を行う運転制御手段としての制御部108を構成している。
制御部108は、図6に示されるように、各種センサ29〜32、44、45、54、55の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁21、28、41、43、51、53を制御することができるように接続されている。ここで、図6は、本実施形態にかかる空気調和装置101の制御ブロック図である。
(冷媒連絡配管)
冷媒連絡配管6、7は、空気調和装置101をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。
以上のように、室内側冷媒回路10b、10cと、室外側冷媒回路10aと、冷媒連絡配管6、7とが接続されて、空気調和装置101の冷媒回路110が構成されている。そして、本実施形態の空気調和装置101は、室内側制御部47、57と室外側制御部37とから構成される制御部108によって、冷房運転や除湿運転のような、室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器42、52を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行いつつ、室内の温度設定等の条件に応じて、室外ユニット2及び室内ユニット4、5の各機器の制御を行うようになっている。
(2)空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置101の動作について説明する。
(冷房運転・除湿運転)
冷房運転や除湿運転における空気調和装置101の動作については、室内ユニット4の他に室内ユニット5が存在するため、室内ユニット4及び室内ユニット5の両方が運転する場合や、室内ユニット4及び室内ユニット5のいずれか一方のみが運転する場合が存在する点を除いては、基本的な動作については、第1実施形態と同様であるため、ここでは、説明を省略する。
(過熱度制御)
室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器42、52を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転において、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器42、52の出口(すなわち、室内熱交換器42、52のガス側)における冷媒の過熱度SHrが過熱度目標値SHrsで一定になるように室内膨張弁41、51の開度MVを制御する過熱度制御が行われている。次に、この室内膨張弁41、51による過熱度制御について、第1実施形態における過熱度制御と同様、図3を用いて説明する。ここで、図3は、本実施形態の過熱度制御の内容を示すフローチャートである。尚、以下の説明では、室内ユニット4及び室内ユニット5の両方を運転する場合について説明し、室内ユニット4及び室内ユニット5のいずれか一方のみを運転する場合については、基本的に制御対象となる室内膨張弁が1つになるだけであるため、特記する場合を除いては、説明を省略する。
まず、ステップS1において、リモコンからの運転指令等により空気調和装置101の運転が開始されたものと判定されると、ステップS2において、室内膨張弁41、51による過熱度制御を行う際の各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0に設定される。ここで、各室内膨張弁41、51の下限開度を設定するのは、室外ユニット2と室内ユニット4、5との設置位置の高低差Hが非常に大きい場合や、室外ユニット2と室内ユニット4、5との設置位置の高低差Hはそれほど大きくないが室外熱交換器23の熱源の条件によって凝縮圧力が比較的高くなる場合のように、各室内膨張弁41、51の前後の差圧が大きくなるような場合であっても、過熱度制御の際に、各室内膨張弁41、51が全閉状態になることを防ぐためである。尚、下限開度とは、例えば、室内膨張弁41、51の開度を、全閉状態を0%と表現し全開状態を100%と表現した場合において、0%よりも大きな開度であって、室内膨張弁41、51が可動できる開度範囲をこの開度以上に制限するものをいう。
次に、ステップS3において、各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrが、予め設定された過熱度目標値SHrsで一定になるように、各室内膨張弁41、51の開度MVを制御する過熱度制御が開始される。ここで、各室内膨張弁41、51は、その下限開度が初期値MV0に制限される状態になっているため、各室内膨張弁41、51の開度MVは、各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrが過熱度目標値SHrsで一定になるように、MV0から全開までの間で可変されることになる。尚、各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrは、各ガス側温度センサ45、55により検出される冷媒温度Toから各液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度Tiを差し引くことによって得られる。また、本実施形態では採用していないが、各室内熱交換器42、52内を流れる冷媒の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサにより検出される冷媒温度を、各ガス側温度センサ45、55により検出される冷媒温度Toから差し引くことによって、各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrを得るようにしてもよい。
次に、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを判定する。本実施形態では、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて行う。すなわち、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内熱交換器42、52の下流側に位置する圧縮機21の吸入側における冷媒も湿り状態に近い状態になっているため、この現象を利用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うものである。より具体的には、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiが所定値よりも小さい場合(例えば、過熱度SHiが0deg以下になる等の場合)には、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定する。尚、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定において使用される圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiは、吸入圧力センサ29により検出される吸入圧力Psを冷媒の飽和温度に換算し、この飽和温度を、吸入温度センサ31により検出される吸入温度Tsから差し引くことによって得られる。尚、本実施形態では、室内ユニット4と室内ユニット5とが同じ高さ位置に設置されているため、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内熱交換器52の出口における冷媒も湿り状態である場合が多いものと推定される。
そして、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態ではないと判定されると、各室内膨張弁41、51の下限開度を初期値MV0に設定していても、過熱度SHrを過熱度目標値SHrsで一定にすることが可能な高低差Hの条件にあると判断できるため、ステップS6、S7において、リモコンからの運転終了指令等により空気調和装置101の運転が終了されるまで、各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0に設定された状態において、各室内膨張弁41、51による過熱度制御が行われることになる。
一方、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定されると、ステップS5において、各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0から初期値MV0よりも小さいMV1に設定変更される。ここで、各室内膨張弁41、51の下限開度を小さくするのは、各室内膨張弁41、51の前後の差圧が大きすぎて、下限開度を初期値MV0にしたままでは、各室内ユニット4、5において必要な能力に対して過剰な量の冷媒が各室内熱交換器42、52を流れてしまい、過熱度SHrを目標過熱度SHrsで一定にすることが難しい状態(すなわち、過熱度SHrが目標過熱度SHrsよりも小さくなる状態)が生じているからである。このように、ステップS5において、各室内膨張弁41、51の下限開度を小さくすることによって、各室内膨張弁41、51が全閉状態になるのを防ぎつつ、さらに開度MVが小さい範囲まで各室内膨張弁41、51を可動させることができるようになり、過熱度SHrを過熱度目標値SHrsで一定にすることが可能になるため、ステップS6、S7において、リモコンからの運転終了指令等により空気調和装置101の運転が終了されるまで、各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0よりも小さいMV1に設定された状態において、各室内膨張弁41、51による過熱度制御が行われることになる。
尚、ステップS5において、下限開度を初期値MV0からMV1に変更した際に、このMV1を初期値MV0として置き換える等により、高低差Hの条件に適した各室内膨張弁41、51の下限開度を記憶させるようにしてもよい。これにより、空気調和装置101を再運転する際には、ステップS2において、高低差Hの条件に適した各室内膨張弁41、51の下限開度が最初から設定されることになる。
以上の過熱度制御を含む空気調和装置101の運転制御は、運転制御手段としての制御部108によって行われる。
(3)空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置101では、第1実施形態の空気調和装置1と異なり、複数台(ここでは、2台)の室内ユニット4、5が室外ユニット2に接続された、いわゆるマルチ型の空気調和装置であるが、室内ユニット4、5の両方が同じ高さ位置に設置されているため、室内膨張弁による過熱度制御という観点においては、第1実施形態の空気調和装置1と同様に、室外ユニット2と室内ユニット4、5との設置位置の高低差Hが大きいこと等に起因した問題が生じることになる。このため、本実施形態の空気調和装置101においても、第1実施形態の空気調和装置1と同様に、室外ユニット2と室内ユニット4、5との設置位置の高低差Hが大きい場合等においても、冷媒の蒸発器として機能する各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrを良好に制御することができる。
(4)変形例1
上述の本実施形態においては、室内ユニット4と室内ユニット5とが同じ高さ位置に設置されており、室外ユニット2と室内ユニット4、5との設置位置の高低差Hが大きいこと等に起因して、過熱度制御という観点において問題が生じているが、これとは異なり、複数の室内ユニット間(ここでは、室内ユニット4、5間)における設置位置に高低差Hが生じる場合であっても、上方に設置される室内ユニットの室内膨張弁(ここでは、室内ユニット4の室内膨張弁41)に比べて、下方に設置される室内ユニットの室内膨張弁(ここでは、室内ユニット5の室内膨張弁51)の前後の差圧が大きくなる場合や、また、室内膨張弁(ここでは、室内ユニット4、5の室内膨張弁41、51)の前後の差圧はそれほど大きくないが、複数の室内ユニット(ここでは、室内ユニット4、5)のうちで最も高い位置に設置される室内ユニット(ここでは、室内ユニット4)の室内膨張弁(ここでは、室内膨張弁41)が比較的小さい開度で制御される場合のように、高い位置に設置される室内膨張弁(ここでは、室内膨張弁41)との開度との関係により、低い位置に設置される室内ユニット(ここでは、室内ユニット5)の室内膨張弁(ここでは、室内膨張弁51)の開度が非常に小さい状態になる場合のように、複数の室内ユニットのうち、低い位置に設置される室内ユニットの室内膨張弁の開度が非常に小さい状態で過熱度制御が行われることになり、上述の室外ユニット2と室内ユニット4、5との設置位置の高低差Hが大きいこと等に起因して生じる問題と同様の問題が生じることになる。このため、室内ユニット間における設置位置に高低差Hが生じる場合においても、上述の実施形態と同様に、室内膨張弁による過熱度制御を行うようにしている。
このように、室内ユニット間における設置位置に高低差Hが生じる場合の具体例としては、図7に示されるように、室内ユニット4が室外ユニット2の下方に設置されるとともに室内ユニット5が室外ユニット2よりも下方に設置されている場合(室内ユニット4と室内ユニット5との間の高低差をHとする)や、図8に示されるように、室内ユニット4が室外ユニット2の上方に設置されるとともに室内ユニット5が室外ユニット2よりも下方に設置されている場合(室内ユニット4と室内ユニット5との間の高低差をHとする)や、図9に示されるように、室内ユニット4、5の両方が室外ユニット2よりも高い位置に設置されるとともに室内ユニット4が室内ユニット5よりも高い位置に設置されている場合(室内ユニット4と室内ユニット5との間の高低差をHとする)がある。
次に、このような室内ユニット間において設置位置に高低差Hが生じる場合における室内膨張弁による過熱度制御について、図3を用いて説明する。
まず、ステップS1において、リモコンからの運転指令等により空気調和装置101の運転が開始されたものと判定されると、ステップS2において、室内膨張弁41、51による過熱度制御を行う際の各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0に設定される。ここで、各室内膨張弁41、51の下限開度を設定するのは、室内ユニット4、5間の設置位置の高低差Hが大きく、室内膨張弁41の前後の差圧に比べて下方に設置された室内膨張弁51の差圧が大きくなる場合や、最も高い位置に設置される室内ユニット4の室内膨張弁41の開度との関係により、低い位置に設置される室内ユニット5の室内膨張弁51の開度が非常に小さい状態になる場合であっても、過熱度制御の際に、室内膨張弁51が全閉状態になることを防ぐためである。
次に、ステップS3において、各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrが、予め設定された過熱度目標値SHrsで一定になるように、各室内膨張弁41、51の開度MVを制御する過熱度制御が開始される。
次に、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを判定する。本変形例においても、上述の実施形態と同様に、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて行う。すなわち、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態である場合には、室内熱交換器42、52の下流側に位置する圧縮機21の吸入側における冷媒も湿り状態に近い状態になっているため、この現象を利用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うものである。より具体的には、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiが所定値よりも小さい場合(例えば、過熱度SHiが0deg以下になる等の場合)には、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定する。尚、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定において使用される圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiは、吸入圧力センサ29により検出される吸入圧力Psを冷媒の飽和温度に換算し、この飽和温度を、吸入温度センサ31により検出される吸入温度Tsから差し引くことによって得られる。尚、本変形例では、室内ユニット4よりも室内ユニット5が下方に設置されているため、実質的には、室内熱交換器52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを判定していることになる。
そして、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態ではないと判定されると、各室内膨張弁41、51の下限開度を初期値MV0に設定していても、過熱度SHrを過熱度目標値SHrsで一定にすることが可能な高低差Hの条件にあると判断できるため、ステップS6、S7において、リモコンからの運転終了指令等により空気調和装置101の運転が終了されるまで、各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0に設定された状態において、各室内膨張弁41、51による過熱度制御が行われることになる。
一方、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定されると、ステップS5において、各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0から初期値MV0よりも小さいMV1に設定変更される。ここで、各室内膨張弁41、51の下限開度を小さくするのは、室内膨張弁51の前後の差圧が大きすぎる場合や、また、高い位置に設置される室内ユニット4の室内膨張弁41の開度との関係において低い位置に設置される室内ユニット5の室内膨張弁51の開度を小さくしたい場合であるにもかかわらず、下限開度を初期値MV0にしたままでは、室内ユニット5において必要な能力に対して過剰な量の冷媒が各室内熱交換器52を流れてしまい、過熱度SHrを目標過熱度SHrsで一定にすることが難しい状態(すなわち、過熱度SHrが目標過熱度SHrsよりも小さくなる状態)が生じているからである。このように、ステップS5において、各室内膨張弁41、51の下限開度を小さくすることによって、室内膨張弁51が全閉状態になるのを防ぎつつ、さらに開度MVが小さい範囲まで室内膨張弁51を可動させることができるようになり、過熱度SHrを過熱度目標値SHrsで一定にすることが可能になるため、ステップS6、S7において、リモコンからの運転終了指令等により空気調和装置101の運転が終了されるまで、各室内膨張弁41、51の下限開度が初期値MV0よりも小さいMV1に設定された状態において、各室内膨張弁41、51による過熱度制御が行われることになる。
尚、ステップS5において、下限開度を初期値MV0からMV1に変更した際に、このMV1を初期値MV0として置き換える等により、高低差Hの条件に適した各室内膨張弁41、51の下限開度を記憶させるようにしてもよい。これにより、空気調和装置101を再運転する際には、ステップS2において、高低差Hの条件に適した各室内膨張弁41、51の下限開度が最初から設定されることになる。
本変形例では、上述の実施形態と同様、いわゆるマルチ型の空気調和装置であるが、複数の室内ユニット間(ここでは、室内ユニット4、5間)に設置位置の高低差Hが生じているため、室内膨張弁による過熱度制御という観点においては、少し異なるものである。すなわち、本変形例の空気調和装置101では、下方に設置された室内ユニットの室内膨張弁(ここでは、室内ユニット5の室内膨張弁51)の前後の差圧が大きくなる場合において、下方に設置された室内膨張弁51が全閉状態になることを防ぐことができる。しかも、下方に設置された室内熱交換器52の出口における冷媒が湿り状態になっていることが検知された際に下限開度を小さくすることで、室内膨張弁51が全閉状態になるのを防ぎつつ、さらに開度MVが小さい範囲まで室内膨張弁51を可動させることができるため、下方に設置された室内膨張弁51の前後の差圧が大きすぎて、例えば、最初に設定された下限開度(本実施形態では、初期値MV0)では、下方に設置された室内ユニット5において必要な能力に対して過剰な量の冷媒が室内熱交換器52を流れてしまい、蒸発器として機能する室内熱交換器52の出口における冷媒の過熱度SHrを一定にすることが難しい場合であっても、室内熱交換器52の出口における冷媒の過熱度SHrを良好に制御することができるようになっている。
(5)変形例2
上述の本実施形態及び変形例1においては、過熱度制御のステップS4(図3参照)において、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定された場合に、各室内膨張弁41、51の下限開度を初期値MV0からMV0よりも小さいMV1に1回だけ設定変更するようにしているが、第1実施形態の変形例1と同様に、図4に示されるように、ステップS4において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定されなくなるまで、ステップS5において、各室内膨張弁41、51の下限開度を初期値MV0から段階的に小さくなるように(例えば、MV0→MV1→MV2→・・・のように)設定変更を行うようにしてもよい。
(6)変形例3
上述の本実施形態及び変形例1、2においては、過熱度制御のステップS4(図3又は図4参照)において、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、第1実施形態の変形例2と同様に、過熱度SHiに代えて、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知するようにしてもよい。
また、第1実施形態の変形例2と同様に、過熱度SHi及び過熱度SHoを併用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。
(7)変形例4
上述の本実施形態及び変形例1、2においては、過熱度制御のステップS4(図3又は図4参照)において、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、第1実施形態の変形例3と同様に、過熱度SHiに代えて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知するようにしてもよい。
ここで、本実施形態及び変形例1、2のように、複数(ここでは、2台の室内ユニット4、5)の室内ユニットが設置される場合には、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっていることが検知された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにしてもよい。本実施形態及び変形例1、2では、室内ユニット4よりも下方に設置されている室内ユニット5の室内熱交換器52の出口における冷媒が湿り状態になっていることが想定されるが、本変形例のように、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrに基づいて室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知する場合には、室内ユニット5の室内熱交換器52の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることを特定することができるため、例えば、室内ユニット4の室内膨張弁41についての下限開度については変更することなく、室内ユニット5の室内膨張弁51のみについて下限開度を小さくするようにすることもできる。
また、第1実施形態の変形例3と同様に、過熱度SHi及び過熱度SHrを併用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。例えば、圧縮機21の保護を重視する場合には、過熱度SHi及び過熱度SHrのいずれか一方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよいし、室内膨張弁41、51の過熱度制御の制御性を重視する場合には、過熱度SHi及び過熱度SHrの両方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。尚、過熱度SHiを併用する場合においても、下限開度の変更対象となる室内膨張弁を過熱度SHrに基づいて特定することができるため、上述と同様に、室内熱交換器の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることが特定された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにするようにしてもよい。
また、上述の変形例3においては、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、これに、過熱度SHrを併用したり、過熱度SHi及び過熱度SHrを併用して、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。尚、過熱度SHoを併用する場合においても、下限開度の変更対象となる室内膨張弁を過熱度SHrに基づいて特定することができるため、上述と同様に、室内熱交換器の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることが特定された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにするようにしてもよい。
(8)変形例5
上述の本実施形態及び変形例1、2においては、過熱度制御のステップS4(図3又は図4参照)において、圧縮機21の吸入側における冷媒の過熱度SHiに基づいて、室内熱交換器42の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、第1実施形態の変形例4と同様に、過熱度SHiに代えて、室内膨張弁41、51の開度MVに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知するようにしてもよい。
ここで、本実施形態及び変形例1、2のように、複数(ここでは、2台の室内ユニット4、5)の室内ユニットが設置される場合には、室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態が状態になっていることが検知された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにしてもよい。本実施形態及び変形例1、2では、室内ユニット4よりも下方に設置されている室内ユニット5の室内熱交換器52の出口における冷媒が湿り状態になっていることが想定されるが、本変形例のように、室内膨張弁41、51の開度MVに基づいて室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知する場合には、室内ユニット5の室内熱交換器52の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることを特定することができるため、例えば、室内ユニット4の室内膨張弁41についての下限開度については変更することなく、室内ユニット5の室内膨張弁51のみについて下限開度を小さくするようにすることもできる。
また、第1実施形態の変形例4と同様に、過熱度SHi及び開度MVを併用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。例えば、圧縮機21の保護を重視する場合には、過熱度SHi及び開度MVのいずれか一方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよいし、室内膨張弁41、51の過熱度制御の制御性を重視する場合には、過熱度SHi及び開度MVの両方が所定値以下になった際に、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。尚、過熱度SHiを併用する場合においても、下限開度の変更対象となる室内膨張弁を開度MVに基づいて特定することができるため、上述と同様に、室内熱交換器の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることが特定された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにするようにしてもよい。
また、上述の変形例3においては、圧縮機21の吐出側における冷媒の過熱度SHoに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、これに、開度MVを併用したり、過熱度SHi及び開度MVを併用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。尚、過熱度SHoを併用する場合においても、下限開度の変更対象となる室内膨張弁を開度MVに基づいて特定することができるため、上述と同様に、室内熱交換器の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることが特定された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにするようにしてもよい。
また、上述の変形例4においては、室内熱交換器42の出口における冷媒の過熱度SHrに基づいて、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であるかどうかを検知しているが、これに、開度MVを併用したり、過熱度SHi及び開度MVを併用したり、過熱度SHo及び開度MVを併用したり、過熱度SHi及び過熱度SHo及び開度MVを併用して、室内熱交換器42、52の出口における冷媒が湿り状態であると判定するようにしてもよい。尚、このように、過熱度SHrを併用する場合においても、下限開度の変更対象となる室内膨張弁を開度MVに基づいて特定することができるため、上述と同様に、室内熱交換器の出口における冷媒のみが湿り状態になっていることが特定された室内ユニットの室内膨張弁のみについて下限開度を小さくするようにするようにしてもよい。
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上述の実施形態及びその変形例では、冷房運転や除湿運転のような、室外熱交換器を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行うことが可能な、いわゆる、冷房専用の空気調和装置に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されず、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能な空気調和装置や、冷房運転と暖房運転とを同時運転可能な空気調和装置に本発明と適用してもよい。
本発明を利用すれば、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口過熱度を膨張弁によって制御するセパレート型の空気調和装置において、室外ユニットと室内ユニットとの設置位置の高低差が大きい場合や、複数の室内ユニットを設置する場合において室内ユニット間においても設置位置の高低差が生じる場合であっても、蒸発器として機能する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を良好に制御できるようになる。
本発明の第1実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第1実施形態にかかる空気調和装置の制御ブロック図である。 本発明の第1及び第2実施形態にかかる過熱度制御の内容を示すフローチャートである。 本発明の第1及び第2実施形態の変形例1にかかる過熱度制御の内容を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第2実施形態にかかる空気調和装置の制御ブロック図である。 本発明の第2実施形態の変形例1にかかる空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第2実施形態の変形例1にかかる空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第2実施形態の変形例1にかかる空気調和装置の概略構成図である。
符号の説明
1、101 空気調和装置
2 室外ユニット
4、5 室内ユニット
10、110 冷媒回路
21 圧縮機
23 室外熱交換器
41、51 室内膨張弁(膨張弁)
42、52 室内熱交換器

Claims (5)

  1. 圧縮機(21)と室外熱交換器(23)とを有する室外ユニット(2)と、膨張弁(41、51)と室内熱交換器(42、52)とを有する室内ユニット(4、5)とが接続されることによって構成される冷媒回路(10、110)と、
    前記室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度が一定になるように前記膨張弁の開度を制御する過熱度制御を行いつつ、前記室外熱交換器を冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、前記室内熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転を行うことが可能な運転制御手段とを備え、
    前記運転制御手段は、前記膨張弁に下限開度を設定して前記過熱度制御を行うとともに、前記室内熱交換器の出口における冷媒が湿り状態になっていることが検知された際に、前記下限開度を小さくする、
    空気調和装置(1、101)。
  2. 前記運転制御手段は、前記圧縮機(21)の吸入側における冷媒の過熱度に基づいて、前記室内熱交換器(42、52)の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する、請求項1に記載の空気調和装置(1、101)。
  3. 前記運転制御手段は、前記圧縮機(21)の吐出側における冷媒の過熱度に基づいて、前記室内熱交換器(42、52)の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する、請求項1に記載の空気調和装置(1、101)。
  4. 前記運転制御手段は、前記室内熱交換器(42、52)の出口における冷媒の過熱度に基づいて、前記室内熱交換器(42、52)の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する、請求項1に記載の空気調和装置(1、101)。
  5. 前記運転制御手段は、前記膨張弁(41、51)の開度に基づいて、前記室内熱交換器(42、52)の出口における冷媒が湿り状態になっているかどうかを検知する、請求項1に記載の空気調和装置(1、101)。
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