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JP6878612B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に、複数の膨張弁を備えた冷凍サイクル装置に関する。
地球温暖化係数(GWP:Global Warming Potential)の低い冷媒を使用しつつ効率低下を抑制し、しかも接続配管の配管径も小さくすることのできる冷凍サイクル装置が提案されている(たとえば、特開2013−200090号公報参照)
特開2013−200090号公報
特開2013−200090号公報に示されるように、配管径を小さくすると容積低減により冷媒量削減、銅使用量低減によるコスト低減が可能である反面、配管径は圧力損失への影響が大きく、冷凍サイクル装置の能力悪化や運転範囲を大幅に限定してしまうといった課題が生じる。また、パッケージエアコンなどすでに機器や配管が設置されている場合に、配管径が同等であるときには既設の配管を再利用可能であるが、配管径を小さくするときには新規で配管を入れ替える必要があるため、逆に作業負荷の分コストが増加するといった課題がある。
また、同等の能力を有する冷凍サイクル装置であっても、室内機と室外機を接続する配管長が長くなる場合には、必要な冷媒量の増加量が大きいといった課題がある。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、配管が長い場合にも必要な冷媒量を削減しつつ、最適な運転を実現可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
本開示に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第1熱交換器と、第1膨張弁とを含む室外機と、第2膨張弁と、第2熱交換器とを含む室内機と、室外機と室内機との間に接続される第1配管および第2配管とを備える。圧縮機から吐出された冷媒は、冷房運転において、第1熱交換器、第1膨張弁、第1配管、第2膨張弁、第2熱交換器、第2配管を順に経て圧縮機に戻り、冷房運転において、第1膨張弁は、液相冷媒を二相冷媒に変化させて第1配管に送る。
本発明によれば、室外機と室内機との間に接続される第1配管の冷媒を液相ではなく二相にするため、配管が長い場合に必要とされる冷媒量を削減することができる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置200の構成および冷媒の流れを示す図である。 配管の長さと必要な冷媒量の関係を説明するための図である。 実施の形態1における冷房時および暖房時の各膨張弁の制御について示す図である。 パラメータεの設定値の許容範囲を示した図である。 配管が短尺の場合の冷房運転時のP−H線図である。 配管が長尺の場合の冷房運転時のP−H線図である。 配管が短尺の場合の暖房運転時のP−H線図である。 配管が長尺の場合の暖房運転時のP−H線図である。 運転モードを判別する処理を示すフローチャートである。 実施の形態1の冷房運転時の処理を示すフローチャートである。 実施の形態1の暖房運転時の処理を示すフローチャートである。 実施の形態2の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 膨張弁の第1例の特性線図である。 膨張弁の第2例の特性線図である。 実施の形態3の冷凍サイクル装置200Bの回路図である。 実施の形態3の変形例である冷凍サイクル装置200Cの回路図である。 実施の形態4の冷凍サイクル装置200Dの回路図である。 実施の形態4における冷房時および暖房時の各膨張弁の制御について示す図である。 実施の形態4の冷房運転時の処理を示すフローチャートである。 実施の形態4の暖房運転時の処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置200の構成および冷媒の流れを併せて示す図である。図1に示されるように、冷凍サイクル装置200は、室外機101と、室内機102とを備える。
室外機101は、圧縮機1と、四方弁2と、室外熱交換器3と、レシーバー5と、膨張弁41,43と、温度センサ10a,10b,10fとを含む。制御装置100は、配置は特に限定されないが、室外機101に配置されても良い。室内機102は、室内熱交換器6と、膨張弁42と、温度センサ10c,10d,10eとを含む。
室外機101と室内機102とは、配管111,112によって接続されている。特に限定されないが、配管112(ガス管)の配管径は、配管111(液管)の配管径よりも大きい。
圧縮機1は、低圧のガス冷媒を断熱圧縮し、高圧のガス冷媒を吐出する。膨張弁41〜43の各々は、液冷媒を減圧して流出させることが可能に構成される。膨張弁41〜43としては、たとえばリニア電子膨張弁(LEV:Linear Expansion Valve)を用いることができる。
レシーバー5は、冷媒を貯留可能に構成されており、負荷の変動などによる冷媒循環量の変化を吸収する。また、レシーバー5は、冷媒配管長が設置場所によって変化することに備えて、その変化分の冷媒量を予め蓄積するのに用いられる。
制御装置100は、圧縮機1の駆動周波数を制御して圧縮機1が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置100は、四方弁2を制御して、冷媒の循環方向を切り替える。制御装置100は、膨張弁41〜43の開度を制御する。制御装置100は、温度センサ10a〜10eから各部の冷媒温度を取得する。温度センサ10a〜10eは、たとえばサーミスタである。
冷房運転において冷媒は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁43、レシーバー5、膨張弁41、配管111、膨張弁42、室内熱交換器6、配管112、四方弁2、レシーバー5の内部流路を経て圧縮機1に戻るように循環する。
流路切替弁の一例である四方弁2は、冷房運転においては圧縮機1の吐出口と室外熱交換器3とを接続するとともに、配管112とレシーバー5の内部流路とを接続する。
圧縮機1より四方弁2を経由して冷媒が室外熱交換器3へと流入する。室外熱交換器3は、冷房運転においては凝縮器として機能する。圧縮機1からのガス冷媒は、室外熱交換器3において凝縮熱を放出して凝縮し、液冷媒となる。
室外熱交換器3にて凝縮された冷媒は、膨張弁43で減圧される。膨張弁43で減圧された冷媒は、レシーバー5を経由後、膨張弁41に至る。膨張弁41で絞られた冷媒は配管111、膨張弁42を経由して室内熱交換器6に至る。
室内熱交換器6は、冷房運転においては蒸発器として機能する。膨張弁42からの冷媒は、室内熱交換器6において室内空気から気化熱を吸収して気化する。室内熱交換器6で蒸発した冷媒は四方弁2、レシーバー5を経由し圧縮機1へ戻る。
室外熱交換器3からの冷媒は、膨張弁43を通過した後、レシーバー5において室内熱交換器6からのガス冷媒と熱交換し、冷却される。
一方、暖房運転において冷媒は、圧縮機1、四方弁2、配管112、室内熱交換器6、膨張弁42、配管111、膨張弁41、レシーバー5、膨張弁43、室外熱交換器3、四方弁2、レシーバー5の内部流路を経て圧縮機1に戻るように循環する。
暖房運転において室外熱交換器3は蒸発器として機能し、室内熱交換器6は凝縮器として機能する。暖房運転において、冷媒は圧縮機1より四方弁2、配管112を経由して室内熱交換器6で凝縮される。室内熱交換器6において凝縮された冷媒は、膨張弁42で減圧される。膨張弁42で減圧された冷媒は配管111、膨張弁41、レシーバー5を経由後、膨張弁43でさらに減圧され室外熱交換器3に至る。そして、室外熱交換器3で蒸発した冷媒は四方弁2、レシーバー5を経由し圧縮機1へ戻る。
本実施の形態では、配管111には二相状態の冷媒が流れ、配管112にはガス状態の冷媒が流れるように、制御装置100が膨張弁41〜43の開度を制御する。冷暖房のいずれの運転状態においても少なくとも2つ以上の膨張弁の入口状態を液状態にすることで制御を容易にするとともに、運転状態に応じて、各膨張弁の制御方法の切替と制御を行なうことで、運転状態の維持、配管111の長短の対応、冷媒量低減を行なうことが可能となる。
図2は、配管の長さと必要な冷媒量の関係を説明するための図である。図2には横軸に配管長が示され、縦軸には必要な冷媒量が示される。室外機のみに膨張弁が1つ設けられている構成(図1の膨張弁42が無い構成)では、冷房時には配管111は膨張弁41通過後の二相冷媒が流れ、暖房時には膨張弁41通過前の液相冷媒が流れる。線W1,W2に示すように、配管111を暖房時に流れる冷媒を液相とすると、配管長がL1より短い場合は冷房に必要な冷媒量によって冷媒量が決まるが、配管長がL1より長い場合は暖房に必要な冷媒量によって冷媒量が決まる。
本実施の形態では、室外機側に膨張弁41が配置され、室内機側に膨張弁42が配置されている。このような構成とすれば、線W3に示すように、暖房時に配管111を流れる冷媒を二相状態に制御することも可能となる。線W3は、配管長の増加にともなう冷媒の増加量(グラフの傾き)が線W1の場合よりも減少している。その結果、配管長がL1より長い場合にも冷房に必要な冷媒量が支配的となり、図2中の矢印に示す部分だけ冷凍サイクル装置に必要とされる冷媒量を削減することができる。
図3は、実施の形態1における冷房時および暖房時の各膨張弁の制御について示す図である。ここで、配管111の冷媒を液相状態に制御する方法(図2のW1,W2に相当)を比較例として示し、本実施の形態で実行される制御方法(図2のW1,W3に相当)を新規制御として示す。なお、比較例の冷凍サイクル装置は、図示しないが、図1に示した構成から膨張弁42を削除した構成である。
冷房運転では、比較例の冷凍サイクル装置の場合、膨張弁43は、SC制御によって制御され、膨張弁41は、吸入SH制御によって制御される。
ここで、SC制御は、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10aで検出)と室外熱交換器3の出口温度(温度センサ10bで検出)との温度差ΔTab(=T10a−T10b)が予め設定された値となるように膨張弁43の開度を変更する制御をいう。
また、吸入SH制御は、室内熱交換器6の中間温度(温度センサ10eで検出)と圧縮機1の吸入温度(温度センサ10fで検出)との温度差ΔTef(=T10f−T10e)が予め設定された値となるように膨張弁41の開度を変更する制御をいう。
一方、本実施の形態で実行される新規制御は、冷房運転では、膨張弁43は、SC制御(ε)によって制御され、膨張弁41は、吸入SH制御によって制御され、膨張弁42は全開とされる。吸入SH制御は、上記比較例の吸入SH制御と同じであるが、SC制御(ε)は新しく導入したパラメータε(イプシロン)[0≦ε≦1]が予め設定された値の範囲内となるよう膨張弁43の開度を変更する制御である。
ここで、パラメータεは、ε=ΔTab/ΔTaoで表される。
温度差ΔTab(=T10a−T10b)は、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10aで検出)と室外熱交換器3の出口温度(温度センサ10bで検出)との差である。また、温度差ΔTao(=T10a−T10aout)は、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10aで検出)と、運転前の温度センサ10aの検知温度(外気温Tout)との差である。
次に、暖房運転では、比較例の冷凍サイクル装置の場合、膨張弁43は、吸入SH制御によって制御され、膨張弁41は、SC制御によって制御される。
この場合のSC制御は、室内熱交換器6の中間温度(温度センサ10eで検出)と室内熱交換器6の出口温度(温度センサ10dで検出)との温度差ΔTed(=T10e−T10d)が予め設定された値となるように膨張弁41の開度を変更する制御をいう。
また、吸入SH制御は、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10aで検出)と圧縮機1の吸入温度(温度センサ10fで検出)との温度差ΔTaf(=T10f−T10a)が予め設定された値となるように膨張弁43の開度を変更する制御をいう。
一方、本実施の形態で実行される新規制御は、暖房運転では、膨張弁43は吸入SH制御によって制御され、膨張弁41は全開とされ、膨張弁42は中圧制御によって制御される。吸入SH制御は、上記比較例の吸入SH制御と同じであるが、中圧制御は新しく導入したパラメータζ(ゼータ)[ζ≧1]が予め設定された値の範囲内となるよう膨張弁42の開度を変更する制御である。
ここで、パラメータζは、ζ=ΔTdc/ΔTedで表される。
温度差ΔTdc(=T10d−T10c)は、室内熱交換器6の出口温度(温度センサ10dで検出)と膨張弁42の出口温度(温度センサ10cで検出)との差である。また、温度差ΔTed(=T10e−T10d)は、室内熱交換器6の中間温度(温度センサ10eで検出)と室内熱交換器6の出口温度(温度センサ10dで検出)との差である。
図4は、パラメータεの設定値の許容範囲を示した図である。パラメータεは、外気温Taoutが高くなるほど低く設定されるが、温度センサの測定誤差を考慮した設定値の許容範囲が実線の設定値の上下に破線で示される。したがって、パラメータεに対して予め設定された値の範囲は、図4に矢印で示す2本の破線の間の領域とすることができる。
またパラメータζに関しても、同様に温度センサの測定誤差を考慮して予め設定された値の範囲を定めても良い。
図5は、配管が短尺の場合の冷房運転時のP−H線図である。図6は、配管が長尺の場合の冷房運転時のP−H線図である。図5、図6において、点M1〜M6は、それぞれ図1の点M1〜M6に対応している。点M1から点M2では、膨張弁43によって冷媒が減圧され、点M2から点M3では、レシーバー5において冷媒が冷却される。さらに点M3から点M4では膨張弁41によって冷媒が減圧される。
ここで、配管111が短尺の場合に比べて長尺の場合は、点M4〜点M5の圧力損失が大きくなるので、その分膨張弁41の開度を大きくし、膨張弁41における減圧を少なくしている。
図7は、配管が短尺の場合の暖房運転時のP−H線図である。図8は、配管が長尺の場合の暖房運転時のP−H線図である。図7、図8において、点M1〜M6は、それぞれ図1の点M1〜M6に対応している。また冷媒の循環する向きが逆向きであるので、冷房運転時の図5、図6とは点M1〜M6の配置が異なっている。点M6から点M5では、膨張弁42によって冷媒が減圧され、点M5から点M4では配管111の配管長に応じた圧力損失が生じ、点M3から点M2では、レシーバー5において冷媒が冷却される。さらに点M2から点M1では膨張弁43によって冷媒が減圧される。
ここで、配管111が短尺の場合に比べて長尺の場合は、点M4〜点M5の圧力損失が大きくなるので、その分膨張弁42の開度を大きくし、膨張弁42における減圧を少なくしている。
制御装置100が実行する制御フローについて図9〜図11を基に説明する。図9は、運転モードを判別する処理を示すフローチャートである。図10は、実施の形態1の冷房運転時の処理を示すフローチャートである。図11は、実施の形態1の暖房運転時の処理を示すフローチャートである。
図9では、制御装置100は、ステップS1において運転モードを判定する。判定処理においては、制御装置100は、ユーザー設定を直接読み込んでも良いし、ユーザーの設定により制御される四方弁の状態に応じて判定してもよいし、温度センサ(例えば温度センサ10a,10e)の温度検知結果を基に判定しても良い。ステップS1において、判定結果が冷房の場合にはステップS2へ処理が進められ、暖房の場合ステップS3へ処理が進められる。ステップS2では冷房制御(図10)が実行され、ステップS3では暖房制御(図11)が実行される。
図10の冷房制御では、ステップS4において、制御装置100は、まず、室内の温度と外気温度とを確認する。この確認には、温度センサ10a、10eを使用することができる。確認の際は各機器を一切運転させずに確認してもよいし、例えば室内外のファンを適切な時間運転させてから検知した結果を用いてもよい。併せて、制御装置100は、四方弁2を冷房モードに切換える(図1において四方弁2の実線で示す流路)。また、膨張弁41,43を初期設定開度に変更し、膨張弁42は固定開度(全開)とする。
以降、冷凍サイクル装置の運転状態に基づいて、ステップS5,S6において膨張弁41について吸入SH制御が実行され、ステップS7,S8において膨張弁43についてSC制御(ε)が実行される。
ステップS5では、制御装置100は、温度センサ10fの検出温度T10fと、温度センサ10eの検出温度T10eとの温度差が、過熱度SHの設定範囲内であるかを判定する。温度差が設定範囲内であれば(S5でYES)ステップS7に処理が進められ、設定範囲外であれば(S5でNO)ステップS6へ処理が進められる。制御装置100は、ステップS6では、過熱度SHが設定範囲の下限以下である場合、液バック状態の可能性があるため、膨張弁41を絞り、上限以上である場合、冷媒が乾きすぎており吐出温度が高くなるため、膨張弁41を開く。
膨張弁41の開度は徐々に変更する方が冷凍サイクルの状態が安定しやすく好ましい。過熱度SHが設定範囲内に到達する時間をさらに短くするため設定範囲との差の大小により開度変更の程度を調整してもよい。例えば、閾値と過熱度SHの差が大きい状態であれば膨張弁の開度を大きくし、閾値と過熱度SHの差が小さい状態であれば、膨張弁の開度を小さくする等の制御を行なっても良い。
ステップS7では、制御装置100は、パラメータεが設定閾値以内かを判定する。パラメータε[0≦ε≦1]は、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10a)と室外熱交換器3の出口温度(温度センサ10b)との温度差と、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10a)と、運転前の温度センサ10aの検知温度との温度差の比より得られる値である。
εが範囲内であれば(S7でYES)ステップS9へ処理が進められ、εが範囲外であれば(S7でNO)ステップS8へ処理が進められる。εが設定範囲の下限以下である場合、凝縮器の凝縮温度と、凝縮器出口から膨張弁43入口までの温度検知結果から得られる過冷却度SCが設定値まで得られていないため、制御装置100は膨張弁43を絞る。逆にεが設定範囲の上限以上である場合、制御装置100は膨張弁43の開度を増加させる。膨張弁43の開度の変更後は、適切な時間開度を維持し、再度ステップS5にて判定が実施される。
ステップS9では、εが設定範囲の下限値であれば制御は終了し、そうでなければステップS10の処理が実行される。ステップS10では、εが設定範囲の下限値でない場合、下限値とするために(高圧側で差圧がつかないようにするために)膨張弁43を開き、再度ステップS5にて判定を実施する。
上記の冷房運転における制御により過冷却度SC、過熱度SHを目標範囲内で維持しつつ、必要な過冷却度SCを最低限確保し、かつ配管111の長短に係わらず配管111の入口の乾き度を最大限大きくすることができる。
図11の暖房制御では、ステップS104において、制御装置100は、暖房制御を行なうにあたり、室内の温度と外気温度とを確認する。この確認には、温度センサ10a、10eを使用することができる。確認の際は各機器を一切運転させずに確認してもよいし、例えば室内外のファンを適切な時間運転させてから検知した結果を用いてもよい。併せて、制御装置100は、四方弁2を暖房モードに切換える(図1において四方弁2の破線で示す流路)。また、膨張弁42,43を初期設定開度に変更し、膨張弁41は固定開度(全開)とする。
以降、冷凍サイクル装置の運転状態に基づいて、ステップS105,S106において膨張弁43について吸入SH制御が実行され、ステップS107,S108において膨張弁42について中圧制御が実行される。
ステップS105では、制御装置100は、温度センサ10fの検出温度T10fと温度センサ10aの検出温度T10aとの温度差が、過熱度SHの設定範囲内であるかを判定する。温度差が設定範囲内であれば(S105でYES)ステップS107に処理が進められ、設定範囲外であれば(S105でNO)ステップS106へ処理が進められる。制御装置100は、ステップS106では、過熱度SHが設定範囲の下限以下である場合、液バック状態の可能性があるので膨張弁43を絞り、過熱度SHが設定範囲の上限以上である場合、吐出温度が高くなり過ぎている可能性あるため膨張弁43を開く。ステップS106において膨張弁43の開度の変更後は、制御装置100は、適切な時間開度を維持し、再度S105にて判定を実施する。
なお、膨張弁43の開度変更は徐々に変更する方が、冷凍サイクルの状態が安定しやすく好ましい。過熱度SHが設定範囲内に到達する時間をさらに短くするため設定範囲との差の大小により開度変更を調整してもよい。例えば、閾値と過熱度SHの差が大きい状態であれば膨張弁の開度を大きくし、閾値と過熱度SHの差が小さい状態であれば、膨張弁の開度を小さくする等の制御を行なっても良い。
ステップS107では、制御装置100は、パラメータζが1以上であるか否かを判断する。ここで、パラメータζは、ζ=ΔTdc/ΔTedで表される。温度差ΔTdc(=T10d−T10c)は、室内熱交換器6の出口温度(温度センサ10dで検出)と、膨張弁42の出口温度(温度センサ10cで検出)との差である。また、温度差ΔTed(=T10e−T10d)は、室内熱交換器6の中間温度(温度センサ10eで検出)と、室内熱交換器6の出口温度(温度センサ10dで検出)との差である。すなわち、ζ=(T10d−T10c)/(T10e−T10d)≧1が成立するか否かがステップS107において判定される。
なお、ζに関してもε同様に温度センサの測定誤差を考慮した設定閾値の範囲内かで判定してもよい。
ζが設定閾値以上(ζ≧1)であれば(S107でYES)、ステップS109へ処理が進められ、ζが設定閾値より小さければ(ζ<1)であれば(S107でNO)、ステップS108へ処理が進められる。
ステップS108では膨張弁42出口側の冷媒が液冷媒であるため、制御装置100は膨張弁42を絞る。ステップS108において膨張弁42の開度を変更した後は、制御装置100は、適切な時間開度を維持した後、再度S105にて判定を実施する。
ステップS109では、膨張弁43の開度が閾値以上であれば制御を完了し、閾値より小さければS110へ処理が進められる。ステップS110では、制御装置100は、膨張弁42を絞り、再びS105にて判定を実施する。
上記制御により過冷却度SC、過熱度SHを目標範囲内に維持しつつ、配管111の長短に係わらず入口の乾き度を最大限高くすることができる。
なお、過冷却度SCがほとんど付加されておらず、温度センサ10dと、10cとの検出温度に差がある場合、ζが異常に高くなり、かつ温度センサ10fと、10aとの検出温度の差が異常値を示すようになる(吸入SHが大となる)。その場合、封入冷媒量がそもそも少ないかまたは、冷媒が漏洩している可能性がある。例えばζが設定値以上[ex.ζ>30]かつ、吸入SHが設定値以上[ex.吸入SH>20]となった場合、リモコンや表示機器等で冷媒量が不足していることをユーザーに示してもよい。
以上説明した実施の形態1に係る冷凍サイクル装置によれば、以下の効果が得られる。
従来、冷暖房を切替可能な機種において膨張弁の設置個所が室内の場合には、冷房時に室外機にて凝縮された高圧液冷媒は配管111内を液状態で流れ、室内の膨張弁にて低圧二相冷媒となるが、本実施の形態で示した構成とすることによって、配管111内を冷暖房のいずれにおいても二相化することができる。
配管111内の冷媒を二相化することによって、配管内の冷媒密度を低減でき封入冷媒量を低減できる。封入冷媒量を低減することによって、GWP総量値(冷媒のGWP×冷媒量)を低減できる。
また、冷媒が膨張弁に二相状態で流入すると単位時間当たりの冷媒の密度変動により膨張弁の制御が困難になったり、能力(暖房能力または冷房能力)が安定しなくなったりするが、本実施の形態で示した構成とすることによって、制御する膨張弁の入り口側の冷媒状態を液相状態にできる。制御する膨張弁の入り口側の冷媒状態を液状態にすることで運転状態が安定しやすく冷凍サイクル装置の制御を容易にすることができる。
また、運転前の温度検知結果と運転状態から得られる比εと、設定吸入SHとに応じて各膨張弁を制御することによって、冷凍サイクル装置の運転状態を最適な状態で維持することができる。
また、運転状態、温度センサの検知結果および低圧側膨張弁の開度状態に応じて高圧側膨張弁の開度を制御することで、配管111の長短に係わらず、配管111の入口を最適な湿り状態にすることができる。
なお、外気温度は運転前の温度センサ10aの検出温度から推定しても良いが、別途外気温度センサを設けてもよい。
また、凝縮温度と膨張弁入口温度との温度差と、膨張弁入出口の温度差から得られる比ζと、設定吸入SHとに応じて各膨張弁を制御することによって、冷凍サイクル装置の運転状態を最適な状態で維持することができる。
実施の形態2.
図12は、実施の形態2の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。実施の形態2では図1の構成に対して2つの逆止弁を追加している。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200Aは、圧縮機1と、四方弁2と、室外熱交換器3と、膨張弁43と、膨張弁41と、膨張弁42と、レシーバー5と、室内熱交換器6と、逆止弁71と、逆止弁72と、温度センサ10a〜10fと、制御装置100Aとを備える。
この冷凍サイクル装置200Aでも、冷暖房のいずれの運転状態においても少なくとも2つ以上の膨張弁の入口状態を液状態にすることで、膨張弁の制御を容易にする。また、運転状態に応じて、各膨張弁の制御方法の切替えを行なうことで、運転状態の維持、配管111の長短の対応、冷媒量の低減を行なうことが可能である。
図12に示した逆止弁71,72の流量係数は、それぞれ膨張弁41,42の開度が全開の場合の流量係数以上であることが好ましい。また、逆止弁7の個数は取付け部の膨張弁の個数以上であることが好ましい。
なお、図12には、膨張弁と逆止弁とを組み合わせて配置する例を示したが、膨張弁自体の流量係数が特殊な特性を示すように膨張弁を構成しても良い。
図13は、膨張弁の第1例の特性線図である。図14は、膨張弁の第2例の特性線図である。
図13に示す膨張弁では、冷媒の流れ方向によって流量係数の特性が変わっている。すなわち、冷媒の流れ方向AとBとでB>Aとなる特性を有する。図3において、「全開」と記載された制御を行なう場合にB側の特性となるように流路における膨張弁の向きを決定することが好ましい。
また、図14に記載のように冷媒の流れ方向と関係なくある開度以上の時に流量特性全開に向けて大きく変化する特性を有してもよい。図3において、「全開」と記載された制御を行なう場合に、膨張弁の開度を流量特性が変化する領域の開度とすることが好ましい。
図12では、膨張弁と逆止弁との組み合わせによって、図13または図14の特性を実現している。なお、本発明の実施の形態では逆止弁を追加することによって図13または図14の特性を実現したが、逆止弁に代えて開閉弁等で構成してもよい。
実施の形態2の冷凍サイクル装置の基本的動作は実施の形態1と同様である。冷房時には、膨張弁41にて膨張された二相冷媒は、膨張弁42と、逆止弁72に別れて各弁を通過後再度合流して室内熱交換器6へ流入する。
また、暖房時には、膨張弁42にて膨張された二相冷媒は、膨張弁41と、逆止弁71に分かれて各弁を通過後再度合流してレシーバー5へ流入する。
以上説明した実施の形態2に係る冷凍サイクル装置によれば、以下の効果が得られる。
各運転条件において開度が設定されている膨張弁を通過する冷媒の循環流量を逆止弁71,72にも流入させることで、膨張弁を流れる冷媒の循環流量を低減することができる。冷媒循環流量を低減することで同等流量係数であっても膨張弁通過時に発生する圧力損失を低減することができる。膨張弁の圧力損失を低減することで、図5等のP−H線図に記載のM5〜M6において発生する圧力損失が小さくなり、同等な低圧を実現する際に膨張弁41をさらに絞ることができる。
膨張弁41を絞ることによって、配管111の入口の乾き度を大きくすることができる。また、配管111の入口乾き度を大きくすることで、配管111内の平均冷媒密度を小さくすることができる。また、配管111内の平均冷媒密度が小さくなることで、同等運転状態を実現する際に必要となる封入冷媒量をさらに低減することができる。封入冷媒量を低減することで、GWP総量値(冷媒のGWP×冷媒量)を低減できる。
上記の効果に加えて、図13または図14に記載の特性を有する膨張弁とすることで要素数を増やすことなく同様の効果を得ることができる。要素数を増やす必要がないため、製造コストを増加させずに冷媒量低減効果を得ることができる。
実施の形態3.
実施の形態3では、1台の室外機に室内機を複数接続する例を紹介する。この場合、各室内機の負荷は同条件とする。図15は、実施の形態3の冷凍サイクル装置200Bの回路図である。図15を参照して、冷凍サイクル装置200Bは、圧縮機1と、四方弁2と、室外熱交換器3と、膨張弁43と、膨張弁41と、膨張弁42−1,42−2と、レシーバー5と、室内熱交換器6−1,6−2と、温度センサ10a〜10fと、制御装置100Bとを備える。
制御装置100Bは、冷暖房のいずれの運転状態においても少なくとも2つ以上の膨張弁の入口状態を液状態に制御することで冷凍サイクル装置200Bの制御を容易にするとともに、運転状態に応じて、各膨張弁の制御方法の切替えと制御を行なう。これによって、運転状態の維持、配管111の長短の対応、冷媒量低減を行なうことが可能となる。
冷凍サイクル装置200Bの基本的構成は、実施の形態1と同様であるが、室外機1台に対し、室内機が2台以上接続されている点が異なる。なお、実施の形態2同様に逆止弁等を設けた構成としてもよい。
図16は、実施の形態3の変形例である冷凍サイクル装置200Cの回路図である。図15の冷凍サイクル装置200Bは、室外機101Bと室内機102Bとの間は、実施の形態1と同様に配管111,112の2本で接続されていた。これに対し冷凍サイクル装置200Cは、室外機101Cと室内機102Cとの間が2本ずつ計4本の配管111−1,111−2,112−1,112−2によって接続されている。
なお、冷凍サイクル装置200B,200Cとも、基本的動作は実施の形態1と同様である。
実施の形態3に係る冷凍サイクル装置では、室外機1台に対し、複数台の室内機を接続した場合であっても液管内を二相化できるため、封入冷媒量を低減することができる。
また、室内熱交換器6−1,6−2にそれぞれ対応する膨張弁42−1,42−2を設けているため、室外機と室内機を接続する配管の接続本数が1対であっても2対であっても液管内を二相化することができる。
実施の形態4.
実施の形態4では、室外機1台に複数の室内熱交換器を設けた場合において、複数の室内熱交換器において、室内負荷条件が異なる場合に対応可能な冷凍サイクル装置を説明する。
図17は、実施の形態4の冷凍サイクル装置200Dの回路図である。図17に示す冷凍サイクル装置200Dは、圧縮機1と、四方弁2と、室外熱交換器3と、膨張弁43と、膨張弁41と、膨張弁42と、膨張弁42−1,42−2と、レシーバー5と、室内熱交換器6−1,6−2と、温度センサ10a〜10c,10d1,10d2,10e1,10e2,10g1,10g2,10fと、制御装置100Dとを備える。
制御装置100Dは、冷暖房のいずれの運転状態においても少なくとも2つ以上の膨張弁の入口状態を液状態にすることで冷凍サイクル装置200Dの制御を容易にするとともに、運転状態に応じて、各膨張弁の制御方法の切替えと制御を行なう。これによって、運転状態の維持、配管111の長短の対応、冷媒量低減を行なうことが可能となる。
また、複数台の室内熱交換器を接続する場合、室内側の負荷条件や室内温度状態等が各室内熱交換器で異なる場合が発生する。その場合、実施の形態3では、冷房時に個別の室内熱交換器の出口側の状態が判断できないといった課題や、暖房時に中圧制御を行なう際、制御目標となる膨張弁42−1,42−2の出口側は合流しており状態は1つであるのに対し、制御対象となる膨張弁は2つとなり、制御が困難になるといった課題がある。
実施の形態4は、上記課題に対応した形態としている。実施の形態4の冷凍サイクル装置200Dの基本的構成は、実施の形態3と同様であるが、各室内機の膨張弁42−1,42−2に加え、配管111近傍に膨張弁42が追加されている点と、各室内熱交換器出入口に温度センサ10g1,10g2が追加されている点が異なる。
図18は、実施の形態4における冷房時および暖房時の各膨張弁の制御について示す図である。次に、図17、図18を参照して、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置200Dの基本動作について説明する。
まず冷房運転では、圧縮機1より四方弁2を経由して室外熱交換器3へと冷媒が流入し冷媒が凝縮する。室外熱交換器3にて凝縮された冷媒は、膨張弁43で減圧される。制御装置100Dは、膨張弁43に対してSC制御(ε)を実行する。膨張弁43で減圧された冷媒は、レシーバー5を経由後、膨張弁41へ送られる。制御装置100Dは、膨張弁41に対して吸入SH制御を実行する。膨張弁41で減圧された冷媒は配管111、膨張弁42、膨張弁42−1,42−2を経由して室内熱交換器6−1と、室内熱交換器6−2へ送られる。制御装置100Dは、膨張弁42−1,42−2に対して蒸発SH制御を実行する。なお、制御装置100Dは、膨張弁42に対しては開度を全開に固定する。室内熱交換器6−1及び6−2で蒸発した冷媒は四方弁2、レシーバー5を経由し圧縮機1へ戻る。
一方、暖房運転では、圧縮機1より四方弁2、配管112(ガス管)を経由して冷媒が室内熱交換器6−1および6−2に至り、凝縮される。室内熱交換器6−1および6−2にて凝縮された冷媒は、膨張弁42−1,42−2に送られる。制御装置100Dは、膨張弁42−1,42−2に対してSC制御(ε)を実行する。膨張弁42−1,42−2で減圧された冷媒は、合流後さらに膨張弁42にて減圧される。制御装置100Dは、膨張弁42に対して中圧制御を実行する。膨張弁42で減圧された冷媒は、配管111(液管)、膨張弁41、レシーバー5を経由後、膨張弁43で絞られ室外熱交換器3へ送られる。制御装置100Dは、膨張弁43に対して吸入SH制御を実行する。なお、制御装置100Dは、膨張弁41に対しては開度を全開に固定する。室外熱交換器3で蒸発した冷媒は四方弁2、レシーバー5を経由し圧縮機1へ戻る。
制御装置100Dが実行する制御フローについて図9、図19〜図20を用いて説明する。なお、図9に示した運転モードを判別する処理は、同様に実施の形態4でも実行される。
図9のステップS1にて運転モードが判定される。判定処理においては、制御装置100Dは、ユーザー設定を直接読み込んでも良いし、ユーザーの設定により制御される四方弁の状態に応じて判定してもよいし、温度センサ(例えば温度センサ10a,10e1(または10e2))の温度検知結果を基に判定しても良い。
以下動作モードが冷房運転時、暖房運転時の処理について順に説明する。
図19は、実施の形態4の冷房運転時の処理を示すフローチャートである。
ステップS204において、判定結果により冷房制御を行なうにあたり、室内と室外の外気温度T10a、T10eを確認する。この確認には、温度センサ10a、10e1(または10e2)を使用することができる。確認の際は各機器を一切運転させずに確認してもよいし、例えば室内外のファンを適切な時間運転させてから検知した結果を用いてもよい。併せて、制御装置100Dは、四方弁2を冷房モードに切り替える(図17において四方弁2の実線で示す流路)。また、膨張弁41,42−1,42−2,43は初期設定開度に変更し、膨張弁42を固定開度(全開)とする。
以降、冷凍サイクル装置200Dの運転状態に基づいて、ステップS205,S206において膨張弁41について吸入SH制御が実行され、ステップS207〜S210において膨張弁43についてSC制御(ε)が実行され、ステップS211,S212において膨張弁42−1,42−2について蒸発SH制御が実行される。
ステップS205では、制御装置100Dは、温度センサ10fの検出温度T10fと、温度センサ10e1,10e2の検出温度T10e1,T10e2との温度差が、過熱度SHの設定範囲内であるかを判定する。温度差が設定範囲内であれば(S205でYES)ステップS207に処理が進められ、設定範囲外であれば(S205でNO)ステップS206へ処理が進められる。制御装置100Dは、ステップS206では、過熱度SHが設定範囲の下限以下である場合、膨張弁41を絞り、上限以上である場合、膨張弁41を開く。そして、制御装置100Dは、膨張弁41の開度の変更後は適切な時間膨張弁41の開度を維持し、再度ステップS205にて判定を実施する。
なお、膨張弁41の開度は徐々に変更する方が冷凍サイクルの状態が安定しやすく好ましい。過熱度SHが設定範囲内に到達する時間をさらに短くするため設定範囲との差の大小により開度変更の程度を調整してもよい。例えば、閾値と過熱度SHの差が大きい状態であれば膨張弁の開度を大きくし、閾値と過熱度SHの差が小さい状態であれば、膨張弁の開度を小さくする等の制御を行なっても良い。
ステップS207では、制御装置100Dは、パラメータεが設定閾値以内かを判定する。パラメータε[0≦ε≦1]は、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10a)と室外熱交換器3の出口温度(温度センサ10b)との温度差と、室外熱交換器3の中間温度(温度センサ10a)と、運転前の温度センサ10aの検知温度との温度差の比より得られる値である。
パラメータεが範囲内(S207でYES)であればステップS209へ、範囲外(S207でNO)であればステップS208へ処理が進められる。ステップS208では、εが設定範囲の下限以下である場合、凝縮器の凝縮温度(温度センサ10a)と、凝縮器出口から膨張弁43入口までの温度検知結果(温度センサ10b)から得られる過冷却度SCが設定値まで得られていないため、膨張弁43を絞り、上限以上である場合、膨張弁43を開く。膨張弁43の開度の変更後は、制御装置100Dは適切な時間膨張弁43の開度を維持し、再度ステップS205にて判定を実施する。
ステップS209では、εが設定範囲の下限値であればステップS211へ、そうでなければステップS210の処理が実行される。ステップS210では、εが設定範囲の下限値でない場合、下限値とするために膨張弁43を開き、再度ステップS205にて判定を実施する。
上記制御により過冷却度SC、過熱度SHを目標範囲内に維持しつつ、必要な過冷却度SCを確保し、かつ配管111の長短に係わらず配管111の入口の乾き度を最大限大きくすることができる。
ステップS211では、温度センサ10g1と温度センサ10e1の温度差、温度センサ10g2と温度センサ10e2の温度差がともに閾値以下であれば制御を終了し、そうでなければ室内機に個別に設けている膨張弁42−1、および膨張弁42−2の開度を調整する。
図20は、実施の形態4の暖房運転時の処理を示すフローチャートである。まず、ステップS304において、制御装置100Dは、暖房制御を行なうにあたり、室内の温度と外気温度とを確認する。この確認には、温度センサ10a、10eを使用することができる。確認の際は各機器を一切運転させずに確認してもよいし、例えば室内外のファンを適切な時間運転させてから検知した結果を用いてもよい。併せて、制御装置100Dは、四方弁2を暖房モードに切換える(図17において四方弁2の破線で示す流路)。また、膨張弁42,42−1,42−2,43を初期設定開度に変更し、膨張弁41は固定開度(全開)とする。
以降、冷凍サイクル装置の運転状態に基づいて、ステップS305,S306において膨張弁43について吸入SH制御が実行され、ステップS307,S308において膨張弁42について中圧制御が実行される。また、ステップS309,S310において、膨張弁42−1,42−2についてSC制御(ε)が実行される。
ステップS305では、制御装置100Dは、温度センサ10fの検出温度T10fと温度センサ10aの検出温度T10aとの温度差が、過熱度SHの設定範囲内であるかを判定する。温度差が設定範囲内であれば(S305でYES)ステップS307に処理が進められ、設定範囲外であれば(S305でNO)ステップS306へ処理が進められる。制御装置100Dは、ステップS306では、過熱度SHが設定範囲の下限以下である場合、膨張弁43を絞り、過熱度SHが設定範囲の上限以上である場合、膨張弁43を開く。ステップS306において膨張弁43の開度の変更後は、制御装置100Dは、適切な時間開度を維持し、再度ステップS305にて判定を実施する。
なお、膨張弁43の開度変更は徐々に変更する方が、冷凍サイクルの状態が安定しやすく好ましい。過熱度SHが設定範囲内に到達する時間をさらに短くするため設定範囲との差の大小により開度変更を調整してもよい。例えば、閾値と過熱度SHの差が大きい状態であれば膨張弁の開度を大きくし、閾値と過熱度SHの差が小さい状態であれば、膨張弁の開度を小さくする等の制御を行なっても良い。
ステップS307では、制御装置100Dは、パラメータζ1、ζ2が1以上であるか否かを判断する。パラメータζ1は、室内熱交換器6−1の中間温度(温度センサ10e1)と、室内熱交換器6−1の出口温度(温度センサ10d1)との温度差と、室内熱交換器6−1の出口温度(温度センサ10d1)と、膨張弁42の出口温度(温度センサ10c)との温度差との比より得られる値である。パラメータζ2は、室内熱交換器6−2の中間温度(温度センサ10e2)と、室内熱交換器6−2の出口温度(温度センサ10d2)との温度差と、室内熱交換器6−2の出口温度(温度センサ10d2)と、膨張弁42の出口温度(温度センサ10c)との温度差との比より得られる値である。
すなわち、ζ1=(T10d1−T10c)/(T10e1−T10d1)≧1、またはζ2=(T10d2−T10c)/(T10e2−T10d2)≧1が成立するか否かがステップS307において判定される。
なお、ζ1,ζ2に関してもε同様に温度センサの測定誤差を考慮した設定範囲内か否かで判定してもよい。
ζ1またはζ2が設定閾値以上であれば(S307でYES)、ステップS309へ処理が進められ、いずれも設定閾値より小(ζ1<1かつζ2<1)であれば(S307でNO)、ステップS308へ処理が進められる。
配管111は、2台の室内熱交換器で共用されているので、どちらか1台の室内熱交換器で判定を行なえばよく、ζ1,ζ2の一方のみについて判定を行なっても良い。
少なくともζ1またはζ2のいずれかが設定閾値以上であればS309へ、設定閾値外(ζ<1)であればS308へ処理が進められる。
ステップS308では膨張弁42出口側の冷媒が液冷媒であるため、制御装置100Dは膨張弁42を絞る。ステップS308において膨張弁42の開度を変更した後は、制御装置100Dは、適切な時間開度を維持した後、再度S305にて判定を実施する。
ステップS309では、制御装置100Dは、各室内熱交換器6−1及び6−2の過冷却度(|T10e1−T10d1|及び|T10e2−T10d2|)、またはεがそれぞれ設定された閾値の範囲内かを判定する。ここで各室内熱交換器の過冷却度またはεの設定値は、室内温度と設定温度との温度差から算出される各室内熱交換器に必要な能力を出力し、各室内熱交換器入出口温度及び凝縮温度より得られるエンタルピー差から冷媒循環流量比を算出し設定される。
ステップS309において、過冷却度またはεが設定閾値の範囲内であればS311へ処理が進められ、設定閾値範囲外であればS310へ処理が進められる。ステップS310においては、下限値以下の場合、膨張弁42−1または膨張弁42−2を絞り、上限値以上の場合、膨張弁42−1または膨張弁42−2を開く。制御装置100Dは、膨張弁42−1または膨張弁42−2を変更した場合、適切な時間変更後の開度を維持した後、再度S305にて判定を実施する。
ステップS311では、制御装置100Dは、膨張弁43の開度が閾値以上であれば、制御を完了し、閾値よりも小さければステップS312の処理を実行する。ステップS312では、膨張弁42を絞りステップS305にて再び判定を実施する。
上記制御により各熱交換器において、過冷却度SC、過熱度SHを目標範囲内に維持しつつ、配管111の長短に係わらず配管111の入口の乾き度を最大限高くすることができる。
実施の形態4の冷凍サイクル装置は、実施の形態1〜3の冷凍サイクル装置が奏する効果に加え、以下の効果を奏する。
複数台接続の場合、室内側の負荷条件や室内温度状態等が異なる場合が発生するが、冷房時に室内熱交換器6−1,6−2の出口側に温度センサ10g1,10g2を設けたことで、個別の熱交出口側の状態を判断でき、複数台の室内熱交換器の冷媒循環量比を調整することができる。
また、暖房時には、各膨張弁で制御対象と制御目標が1:1となり制御が容易にできる。また、個別の室内機で発生する負荷に対応することができる。さらに、室外機1台に対し、室内機複数台を設置するためコストを低減することができる。また、室外側の設置スペースを低減することができる。
最後に、実施の形態1〜4に係る冷凍サイクル装置を図面を参照しつつ総括する。
図1、図12、図15〜図16に示す冷凍サイクル装置200,200A〜200Cは、圧縮機1と、第1熱交換器(室外熱交換器3)と、第1膨張弁41とを含む室外機101と、第2膨張弁42と、第2熱交換器(室内熱交換器6)とを含む室内機102と、室外機101と室内機102との間に接続される第1配管111および第2配管112とを備える。圧縮機1から吐出された冷媒は、冷房運転において、第1熱交換器(室外熱交換器3)、第1膨張弁41、第1配管111、第2膨張弁42、第2熱交換器(室内熱交換器6)、第2配管112を順に経て圧縮機1に戻り、冷房運転において、第1膨張弁41は、液相冷媒を二相冷媒に変化させて第1配管111に送る。
本構成とすることで、第1配管111内を冷房時において二相化することができる。二相化することで配管内の密度を低減でき製品出荷時の室外機への封入冷媒量を低減できる。また、封入冷媒量を低減することで、GWP総量値(冷媒のGWP×総冷媒量)を低減できる。
好ましくは、室外機101は、冷媒回路において第1熱交換器(室外熱交換器3)と第1膨張弁41との間に配置される第3膨張弁43と、冷媒回路において、第1膨張弁41と第3膨張弁43との間に配置され、第1膨張弁41と第3膨張弁43とを結ぶ流路を流れる冷媒を冷却する冷却部とをさらに含む。冷却部は、たとえばレシーバー5である。
冷媒が膨張弁に二相状態で流入すると単位時間あたりの密度変動により膨張弁の制御が困難になったり、能力(冷房能力)が安定しなかったりするが、上記の構成とすることで、制御する第1膨張弁41の入口側の冷媒状態を液状態にできる。制御する第1膨張弁41の入口側の冷媒状態を液状態にすることで運転状態が安定しやすくなり、冷凍サイクル装置全体の制御を容易にすることができる。
より好ましくは、冷凍サイクル装置は、第1熱交換器中を流れる冷媒温度を検知する第1温度センサ10aと、第1熱交換器と第3膨張弁との間の流路の冷媒温度を検知する第2温度センサ10bと、圧縮機の吸入冷媒温度を検知する第3温度センサ10fと、第2熱交換器中を流れる冷媒温度を検知する第4温度センサ10eと、第1〜第3膨張弁の開度を制御する制御装置100とをさらに備える。
制御装置は、冷房運転において、第4温度センサ10eの検出温度と第3温度センサ10fの検出温度との差が予め定められた値となるように、第1膨張弁41の開度を制御し、制御装置は、冷房運転において、第1温度センサ10aの検出温度と第2温度センサ10bの検出温度との差の、第1温度センサ10aの検出温度と外気温度との差に対する値(ε)が予め定められた設定範囲内になるように、第3膨張弁43の開度を制御する。
このように、運転前の温度検知結果と運転状態から得られる比εと、設定された吸入SHに応じて各膨張弁を制御することで運転状態を最適な状態で維持することができる。
また、運転状態、温度センサの検知結果および低圧側膨張弁の開度状態に応じて高圧側膨張弁の開度を制御することで、配管111の長短に係わらず、配管111の入口を最適な湿り状態にすることができる。
なお、外気温度は運転前の温度センサから推定してもよく、あるいは別途排気温度センサを設けてもよい。
より好ましくは、圧縮機1から吐出された冷媒は、暖房運転において、第2配管112、第2熱交換器(室内熱交換器6)、第2膨張弁42、第1配管111、第1膨張弁41、第1熱交換器(室外熱交換器3)を順に経て圧縮機1に戻る。暖房運転において、第2膨張弁42は、液相冷媒を二相冷媒に変化させて第1配管111に送る。
さらに好ましくは、冷凍サイクル装置200は、冷房運転と暖房運転とを切替える四方弁2をさらに備える。
膨張弁が1つの冷暖房切替機種において膨張弁を室内機側に設置すると、暖房時には配管111を二相状態にすることは可能だが、冷房時には室外機にて凝縮された高圧液冷媒は配管111内を液状態で流れ膨張弁にて低圧二相状態となる。一方、膨張弁を室外機側に設置すると、冷房時には配管111を二相状態にすることは可能だが、暖房時、室外機にて凝縮された高圧液冷媒は配管111内を液状態で流れ膨張弁にて低圧二相冷媒となる。これに対し、冷暖房切替機種において、室外機に膨張弁41を設け、室内機に膨張弁42を設けることによって、配管111内を冷暖房のいずれにおいても二相化することができる。
第1配管111内を二相化することで配管内の密度を低減でき製品出荷時の室外機への封入冷媒量を低減できる。また、封入冷媒量を低減することで、GWP総量値(冷媒のGWP×総冷媒量)を低減できる。
さらに好ましくは、冷凍サイクル装置200は、第1熱交換器中を流れる冷媒温度を検知する第1温度センサ10aと、第1熱交換器と第3膨張弁との間の流路の冷媒温度を検知する第2温度センサ10bと、圧縮機の吸入冷媒温度を検知する第3温度センサ10fと、第2熱交換器中を流れる冷媒温度を検知する第4温度センサ10eと、第2熱交換器と第2膨張弁との間の流路の冷媒温度を検知する第5温度センサ10dと、第2膨張弁42の第1配管111に接続される側の冷媒温度を検知する第6温度センサ10cと、第1〜第3膨張弁の開度を制御する制御装置100とをさらに備える。制御装置は、暖房運転において、第1温度センサ10aの検出温度と第3温度センサ10fの検出温度との差が予め定められた値となるように、第3膨張弁43の開度を制御する。制御装置は、暖房運転において、第温度センサ10の検出温度と第温度センサ10の検出温度との差、第4温度センサ10eの検出温度と第5温度センサ10の検出温度との差に対する値が予め定められた値になるように、第2膨張弁42の開度を制御する。
上記のように、凝縮温度と膨張弁入口温度との温度差と、膨張弁入出口の温度差から得られる比ζと、設定吸入SH、に応じて各膨張弁の制御をすることで運転状態を最適な状態で維持することができる。
また、運転状態、温度センサの検知結果及び低圧側膨張弁の開度状態に応じて高圧側膨張弁の開度を制御することで、配管111の長短に係わらず、配管111の入口を最適な湿り状態にすることができる。
さらに好ましくは、第3膨張弁43は、液相冷媒を二相冷媒に変化させる。
さらに好ましくは、冷却部は、圧縮機1が吸入する冷媒と第1膨張弁41と第3膨張弁43とを結ぶ流路を流れる冷媒とを熱交換させるように構成されたレシーバー5を備える。
図17に示すように、冷凍サイクル装置200Dは、圧縮機1と、第1熱交換器(室外熱交換器3)と、第1膨張弁41とを含む室外機101と、第2膨張弁42と、第2熱交換器(室内熱交換器6−1)とを含む室内機102と、室外機101と室内機102との間に接続される第1配管111および第2配管112とを備える。圧縮機1から吐出された冷媒は、冷房運転において、第1熱交換器(室外熱交換器3)、第1膨張弁41、第1配管111、第2膨張弁42、第2熱交換器(室内熱交換器6−1)、第2配管112を順に経て圧縮機1に戻り、冷房運転において、第1膨張弁41は、液相冷媒を二相冷媒に変化させて第1配管111に送る。好ましくは、室内機102Dは、第3熱交換器(室内熱交換器6−2)と、第4膨張弁42−1と、第5膨張弁42−2とをさらに含む。第2熱交換器(室内熱交換器6−1)と第4膨張弁42−1とは直列に接続されて第1流路を構成し、第3熱交換器(室内熱交換器6−2)と第5膨張弁42−2とは直列に接続されて第2流路を構成する。第1流路および第2流路は、第2膨張弁42と第2配管112との間に並列接続される。
上記の構成とすることによって、室内側に複数の熱交換器がありこれらの負荷が異なる場合でも、第1配管111の冷媒を二相状態としつつ、室内熱交換器の能力を負荷に合わせることができる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 圧縮機、2 四方弁、3 室外熱交換器、5 レシーバー、6 室内熱交換器、7,71,72 逆止弁、10a,10b,10c,10d,10d1,10d2,10e,10e1,10e2,10f,10g1,10g温度センサ、41,42,43 膨張弁、100,100A,100B,100D 制御装置、101,101A〜101C 室外機、102,102A〜102D 室内機、200,200A〜200D 冷凍サイクル装置、111,112 配管。

Claims (6)

  1. 圧縮機と、第1熱交換器と、第1膨張弁とを含む室外機と、
    第2膨張弁と、第2熱交換器とを含む室内機と、
    前記室外機と前記室内機との間に接続される第1配管および第2配管とを備え、
    前記圧縮機から吐出された冷媒は、冷房運転において、前記第1熱交換器、前記第1膨張弁、前記第1配管、前記第2膨張弁、前記第2熱交換器、前記第2配管を順に経て前記圧縮機に戻り、
    前記冷房運転において、前記第1膨張弁は、液相冷媒を二相冷媒に変化させて前記第1配管に送り、
    前記室外機は、
    冷媒回路において前記第1熱交換器と前記第1膨張弁との間に配置される第3膨張弁と、
    前記冷媒回路において、前記第1膨張弁と前記第3膨張弁との間に配置され、前記第1膨張弁と前記第3膨張弁とを結ぶ流路を流れる冷媒を冷却する冷却部とをさらに含み、
    前記第1熱交換器中を流れる冷媒温度を検知する第1温度センサと、
    前記第1熱交換器と前記第3膨張弁との間の流路の冷媒温度を検知する第2温度センサと、
    前記圧縮機の吸入冷媒温度を検知する第3温度センサと、
    前記第2熱交換器中を流れる冷媒温度を検知する第4温度センサと、
    前記第1〜第3膨張弁の開度を制御する制御装置とをさらに備え、
    前記制御装置は、前記冷房運転において、前記第4温度センサの検出温度と前記第3温度センサの検出温度との差が予め定められた値となるように、前記第1膨張弁の開度を制御し、
    前記制御装置は、前記冷房運転において、前記第1温度センサの検出温度と前記第2温度センサの検出温度との差の、前記第1温度センサの検出温度と外気温度との差に対する比の値が予め定められた設定範囲内になるように、前記第3膨張弁の開度を制御する、冷凍サイクル装置。
  2. 前記冷却部は、前記圧縮機が吸入する冷媒と前記第1膨張弁と前記第3膨張弁とを結ぶ流路を流れる冷媒とを熱交換させるように構成されたレシーバーを備え、
    前記圧縮機から吐出された冷媒は、暖房運転において、前記第2配管、前記第2熱交換器、前記第2膨張弁、前記第1配管、前記第1膨張弁、前記第1熱交換器を順に経て前記圧縮機に戻り、
    前記暖房運転において、前記第2膨張弁は、液相冷媒を二相冷媒に変化させて前記第1配管に送る、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記冷房運転と前記暖房運転とを切替える四方弁をさらに備える、請求項に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 記第2熱交換器と前記第2膨張弁との間の流路の冷媒温度を検知する第5温度センサと、
    前記第2膨張弁の前記第1配管に接続される側の冷媒温度を検知する第6温度センサとをさらに備え、
    前記制御装置は、前記暖房運転において、前記第1温度センサの検出温度と前記第3温度センサの検出温度との差が予め定められた値となるように、前記第3膨張弁の開度を制御し、
    前記制御装置は、前記暖房運転において、前記第温度センサの検出温度と前記第温度センサの検出温度との差、前記第温度センサの検出温度と前記第温度センサの検出温度との差に対する値が予め定められた値になるように、前記第2膨張弁の開度を制御する、請求項2または3に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記冷却部は、前記圧縮機が吸入する冷媒と前記第1膨張弁と前記第3膨張弁とを結ぶ流路を流れる冷媒とを熱交換させるように構成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記室内機は、
    第3熱交換器と、第4膨張弁と、第5膨張弁とをさらに含み、
    前記第2熱交換器と前記第4膨張弁とは直列に接続されて第1流路を構成し、
    前記第3熱交換器と前記第5膨張弁とは直列に接続されて第2流路を構成し、
    前記第1流路および前記第2流路は、前記第2膨張弁と前記第2配管との間に並列接続される、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
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