JP7282258B2 - Outdoor unit and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本開示は、室外ユニットおよび冷凍サイクル装置に関する。 The present disclosure relates to an outdoor unit and a refrigerating cycle device.
特開2014-119221号公報(特許文献1)には、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を冷媒が循環する循環流路(主冷媒回路)と、循環流路から分岐するインジェクション流路とを備える冷凍装置が開示されている。この冷凍装置では、凝縮器から膨張弁に向かって流れる冷媒の一部を、インジェクション流路を使って圧縮機の中間圧の冷媒に合流させることによって、圧縮機の吐出温度を低下させることができる。さらに、この冷凍装置には、受液器がインジェクション流路の途中に設けられ、受液器に貯留される冷媒量を室外機の膨張弁によって調整可能に構成される。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-119221 (Patent Document 1) describes a circulation flow path (main refrigerant circuit) in which refrigerant circulates through a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and an injection flow branching from the circulation flow path. A refrigeration system is disclosed that includes a channel. In this refrigeration system, part of the refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve joins the intermediate-pressure refrigerant in the compressor using the injection passage, thereby reducing the discharge temperature of the compressor. . Further, this refrigeration system is provided with a liquid receiver in the middle of the injection flow path, and is configured such that the amount of refrigerant stored in the liquid receiver can be adjusted by an expansion valve of the outdoor unit.
さらに、この冷凍装置には、循環流路を凝縮器から膨張弁に向かって流れる冷媒と、インジェクション流路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうエコノマイザ(熱交換器)を備える。これにより、凝縮器から膨張弁に向かって流れる冷媒がインジェクション流路を流れる冷媒によって冷却されるため、過冷却が確保される。 Further, this refrigeration system includes an economizer (heat exchanger) that exchanges heat between the refrigerant flowing through the circulation passage from the condenser toward the expansion valve and the refrigerant flowing through the injection passage. As a result, since the refrigerant flowing from the condenser toward the expansion valve is cooled by the refrigerant flowing through the injection passage, supercooling is ensured.
上記のように、受液器が設けられるインジェクション流路と、上記の熱交換器(エコノマイザ)を備える冷凍サイクル装置のなかには、受液器からエコノマイザに供給される冷媒ガス量と冷媒液量とを調整する流量調整弁を備えるものが存在する。 As described above, in a refrigeration cycle apparatus having an injection flow path provided with a liquid receiver and the above-described heat exchanger (economizer), the amount of refrigerant gas and the amount of refrigerant liquid supplied from the liquid receiver to the economizer are Some exist with regulating flow control valves.
上記の流量調整弁を備える冷凍サイクル装置においては、流量調整弁の開度を調整することによって、インジェクション流路から循環流路に流す冷媒量を調整することができる。さらに、上記の流量調整弁を備える冷凍サイクル装置において、流量調整弁の開度を大きくしているにも関わらず、上記の熱交換器の温度効率(熱交換量)が低い場合には、循環流路とインジェクション流路とを含めた冷媒回路全体に充填されている冷媒が不足していると判定することができる。 In the refrigeration cycle apparatus provided with the above flow rate control valve, the amount of refrigerant flowing from the injection flow path to the circulation flow path can be adjusted by adjusting the degree of opening of the flow rate control valve. Furthermore, in the refrigeration cycle apparatus equipped with the above flow control valve, if the temperature efficiency (heat exchange amount) of the above heat exchanger is low despite the fact that the opening degree of the flow control valve is large, circulation It can be determined that the refrigerant with which the entire refrigerant circuit including the flow path and the injection flow path is filled is insufficient.
しかしながら、超臨界状態となり得る冷媒が用いられる場合においては、冷媒が超臨界状態で運転される場合がある。超臨界状態で運転される場合、飽和温度と外気温度との関係が変化するため、上記の熱交換器の温度効率を用いて冷媒不足の有無を判定することは難しい。 However, when a refrigerant capable of reaching a supercritical state is used, the refrigerant may be operated in a supercritical state. When operating in a supercritical state, the relationship between the saturation temperature and the outside air temperature changes, so it is difficult to determine whether there is a shortage of refrigerant using the temperature efficiency of the heat exchanger.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、超臨界状態となり得る冷媒が用いられる冷凍サイクル装置において、超臨界状態である運転条件下でも冷媒回路の冷媒不足の有無を判定可能にすることである。 The present disclosure has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a refrigeration cycle apparatus in which a refrigerant capable of entering a supercritical state is used, and a refrigerant in a refrigerant circuit even under operating conditions in a supercritical state. It is to make it possible to determine the presence or absence of shortage.
本開示による室外ユニットは、第1膨張弁および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の室外ユニットである。この室外ユニットは、吸入ポート、吐出ポートおよび中間圧ポートを有する圧縮機と、凝縮器と、第1通路および第2通路を有し、第1通路を流れる冷媒と第2通路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、第2膨張弁とを備える。圧縮機から、凝縮器、熱交換器の第1通路、第2膨張弁に至る流路は、負荷装置と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。室外ユニットは、循環流路における凝縮器の出口と第1通路の入口との間の分岐部から圧縮機に冷媒を流すインジェクション流路をさらに備える。インジェクション流路には、分岐部から第2通路の入口に冷媒を流す第1冷媒流路と、第2通路の出口から圧縮機の吸入ポートまたは中間圧ポートに冷媒を流す第2冷媒流路と、第1冷媒流路に配置される受液器と、第1冷媒流路における分岐部と受液器の入口との間の部分に配置される第3膨張弁と、第1冷媒流路における受液器の出口と第2通路の入口との間の部分に配置される流量調整弁とが設けられる。室外ユニットは、圧縮機、第2膨張弁、第3膨張弁、および流量調整弁を制御する制御装置と、制御装置からの情報を使用者に報知する報知装置をさらに備える。制御装置は、圧縮機の吐出圧が冷媒の臨界圧を超える超臨界状態である場合、流量調整弁の開度に基づいて、循環流路およびインジェクション流路に含まれる冷媒が不足しているか否かを判定する。 An outdoor unit according to the present disclosure is a refrigeration cycle apparatus outdoor unit configured to be connected to a load device including a first expansion valve and an evaporator. This outdoor unit has a compressor having a suction port, a discharge port and an intermediate pressure port, a condenser, a first passage and a second passage, and a refrigerant flowing through the first passage and a refrigerant flowing through the second passage. A heat exchanger for exchanging heat therebetween and a second expansion valve. A flow path from the compressor to the condenser, the first passage of the heat exchanger, and the second expansion valve forms a circulation flow path in which the refrigerant circulates together with the load device. The outdoor unit further includes an injection channel that causes refrigerant to flow from the branch between the outlet of the condenser and the inlet of the first passage in the circulation channel to the compressor. The injection passage includes a first refrigerant passage through which the refrigerant flows from the branch portion to the inlet of the second passage, and a second refrigerant passage through which the refrigerant flows from the outlet of the second passage to the suction port or the intermediate pressure port of the compressor. , a liquid receiver arranged in the first refrigerant flow path, a third expansion valve arranged in a portion between the branch portion in the first refrigerant flow path and the inlet of the liquid receiver, and A flow control valve is provided that is positioned between the outlet of the receiver and the inlet of the second passageway. The outdoor unit further includes a controller that controls the compressor, the second expansion valve, the third expansion valve, and the flow control valve, and a notification device that notifies the user of information from the controller. When the discharge pressure of the compressor is in a supercritical state exceeding the critical pressure of the refrigerant, the control device determines whether the refrigerant contained in the circulation flow path and the injection flow path is insufficient based on the degree of opening of the flow control valve. determine whether
本開示によれば、超臨界状態となり得る冷媒が用いられる冷凍サイクル装置において、超臨界状態である運転条件下でも冷媒回路の冷媒不足の有無を判定することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, in a refrigeration cycle device using a refrigerant that can be in a supercritical state, it is possible to determine whether there is a shortage of refrigerant in a refrigerant circuit even under operating conditions that are in a supercritical state.
以下、本開示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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. A plurality of embodiments will be described below, but appropriate combinations of the configurations described in the respective embodiments have been planned since the filing of the application. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(冷凍サイクル装置の構成)
図1は、実施の形態による冷凍サイクル装置の全体構成図である。なお、図1では、冷凍サイクル装置における各機器の接続関係および配置構成を機能的に示しており、物理的な空間における配置を必ずしも示すものではない。(Configuration of refrigeration cycle device)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment. Note that FIG. 1 functionally shows the connection relationship and arrangement configuration of each device in the refrigeration cycle apparatus, and does not necessarily show the arrangement in a physical space.
図1を参照して、冷凍サイクル装置1は、室外ユニット2と、負荷装置3と、延長配管84,88とを備える。
Referring to FIG. 1 ,
室外ユニット2は、負荷装置3に接続されるように構成された冷凍サイクル装置1の室外ユニットである。室外ユニット2は、吸入ポートG1、吐出ポートG2、中間圧ポートG3を有する圧縮機10と、凝縮器20と、ファン22と、熱交換器(エコノマイザ)30と、第2膨張弁40と、配管80~83、89とを備える。熱交換器30は、第1通路H1および第2通路H2を有し、第1通路H1を流れる冷媒と第2通路H2を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。
The
負荷装置3は、第1膨張弁50と、蒸発器60と、配管85、86,87とを含む。蒸発器60は空気と冷媒との間で熱交換を行なう。冷凍サイクル装置1では、蒸発器60は、冷媒を冷却対象空間の空気からの吸熱によって蒸発させる。第1膨張弁50は冷媒を減圧することができる電子膨張弁である。なお、第1膨張弁50は、たとえば、室外ユニット2と独立して制御される温度膨張弁であってもよい。
圧縮機10は、配管89および配管96から吸入される冷媒を圧縮して配管80へ吐出する。圧縮機10は、インバータ制御により駆動周波数を任意に変更することができる。また、圧縮機10には中間圧ポートG3が設けられており中間圧ポートG3からの冷媒を圧縮工程の途中部分に流入させることができる。圧縮機10は、制御装置100(図2参照)からの制御信号に従って回転速度を調整するように構成される。圧縮機10の回転速度を調整することで冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置1の能力を調整することができる。圧縮機10には種々のタイプのものを採用可能であり、たとえば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。
凝縮器20は、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換(放熱)を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液相に変化する。圧縮機10から配管80に吐出された冷媒は、凝縮器20において凝縮液化され配管81へ流出する。熱交換の効率を上げるため外気を送るファン22が凝縮器20に取り付けられている。ファン22は、凝縮器20において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器20に供給する。ファン22の回転速度を調整することにより、圧縮機10の吐出側の冷媒圧力(高圧側圧力)を調整することができる。第2膨張弁40は凝縮器20から出てきた冷媒を減圧することができる電子膨張弁である。
圧縮機10から、凝縮器20、熱交換器30の第1通路H1、第2膨張弁40に至る流路は、負荷装置3の第1膨張弁50および蒸発器60が配置される流路と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。以下、この循環流路を冷凍サイクルの「主冷媒回路」とも言う。
The flow path from the
室外ユニット2は、主冷媒回路から分岐して第2通路H2を経由して圧縮機10に冷媒を送る「インジェクション流路101」をさらに備える。インジェクション流路101は、主冷媒回路の高圧部である配管81から第2通路H2の入口に冷媒を流すための「第1冷媒流路」(配管91~94)と、第2通路H2の出口から圧縮機10の中間圧ポートG3に冷媒を流す「第2冷媒流路」(配管96)とを含む。
The
インジェクション流路101の第2冷媒流路(配管96)には、開閉弁75が配置される。開閉弁75により冷媒を圧縮機10の中間圧ポートG3に供給するのか否かを調整することができる。なお、図1には示していないが、第2冷媒流路(配管96)に配置され、第2通路H2の出口から流出する冷媒の行き先として吸入ポートG1および中間圧ポートG3のいずれか一方を選択可能な流路切替装置をさらに備えるようにしてもよい。
An on-off
インジェクション流路101の第1冷媒流路には、冷媒を貯留する受液器(レシーバ)73と、第3膨張弁71とが配置される。受液器73の入口は、配管91,92によって、配管81(すなわち循環流路における、凝縮器20の出口と第1通路H1の入口との間の部分)に接続される。第3膨張弁71は、配管91,92の途中部分に配置される。
A liquid receiver (receiver) 73 that stores refrigerant and a
インジェクション流路101の第1冷媒流路には、さらに、流量調整弁72と、ガス抜き通路95とが配置される。流量調整弁72は、受液器73の出口の配管93と、第2通路H2に通じる配管94との間に配置される膨張弁である。ガス抜き通路95は、受液器73のガス排出口と第2通路H2とを接続し、受液器73内の冷媒ガスを排出する。
A
配管91は、主冷媒回路の高圧部である配管81から分岐し、受液器73へ冷媒を流入させる配管である。第3膨張弁71は、主冷媒回路の高圧部である配管81の冷媒を中間圧力まで低下させることができる電子膨張弁である。受液器73は、減圧され二相となった冷媒を容器内で気液の分離を行ない、冷媒を貯蔵し主冷媒回路の冷媒量を調整することができる容器である。受液器73の上部に接続されるガス抜き通路95と受液器73の下部に接続される配管93は、受液器73の中でガス冷媒と液冷媒に分離した冷媒を分離した状態で取り出すための配管である。流量調整弁72は、配管93から排出される液冷媒の循環量を調整することで受液器73の冷媒量を調整することができる。
A
このようにインジェクション流路101に受液器73を設けることにより、主冷媒回路の液管である配管82,83における過冷却度を確保することが容易となる。受液器73には一般にガス冷媒が含まれるため受液器73内の冷媒温度は飽和温度となるところ、仮に受液器73を主冷媒回路の液管である配管82に配置すると、配管82内の冷媒温度が飽和温度よりも低下し難くなり過冷却度を確保できないからである。
By providing the
熱交換器30は、主冷媒回路の一部である第1通路H1を流れる冷媒と、インジェクション流路101の一部である第2通路H2を流れる冷媒との間の熱交換を行なう。
The
仮に主冷媒回路の高圧部である配管81,91に受液器73を設けると、配管81,91の圧力が高く配管81,91内の冷媒が超臨界状態である場合には、受液器73へ液冷媒を貯蔵することができず、受液器73による余剰冷媒量のバッファ機能が失われてしまう。これに対し、本実施の形態においては、第3膨張弁71によって中間圧力まで低下された中間圧部分である配管92に受液器73を設けることで、超臨界状態での運転においても冷媒量の調整が可能となる。
If the
図2は、図1に示した冷凍サイクル装置1に配置される各種センサと制御装置100とを示した図である。図2を参照して、室外ユニット2は、さらに、圧力センサ110~113と、温度センサ120~125と、報知装置150と、制御装置100とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing various sensors and the
圧力センサ110は、圧縮機10の吸入ポート部分の圧力PLを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。圧力センサ111は、圧縮機10の吐出圧PHを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。圧力センサ112は、第2膨張弁40の出口の配管83の圧力P1を検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。また、圧力センサ113は第3膨張弁71の後の配管92の中間圧力PMを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。
室外ユニット2は、第2膨張弁40を液管に備えることによって、負荷装置3の設計圧(たとえば、4MPa)以下に冷媒圧力を減圧してから負荷装置3に送出することができる。これによりCO2などの超臨界を利用する冷媒を使用しても、負荷装置3として従来と同じ設計圧の汎用製品を使用することができる。By providing the
温度センサ120は、圧縮機10の吐出温度THを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。温度センサ121は、凝縮器20の出口の配管81の冷媒温度T1を検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。温度センサ122は、熱交換器30の被冷却側の第1通路H1の出口の冷媒温度を熱交換器30の出口温度T2として検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。
温度センサ123は、室外ユニット2の周囲温度を外気温TAとして検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。温度センサ125は熱交換器30の第2通路H2の出口の温度を検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。温度センサ124は圧縮機10の吸入配管の温度TLを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。
報知装置150は、制御装置100からの要求に応じて使用者にさまざまな情報を報知するように構成される。報知装置150は、表示装置(たとえば、タッチパネルディスプレイ)、スピーカ(たとえば、スマートスピーカ)、及び警告灯の少なくとも1つを含んでもよい。
制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)102と、メモリ104(ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))と、各種信号を入出力するための入出力バッファ(図示せず)等を含んで構成される。CPU102は、ROMに格納されているプログラムをRAM等に展開して実行する。ROMに格納されるプログラムは、制御装置100の処理手順が記されたプログラムである。制御装置100は、これらのプログラムに従って、室外ユニット2における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
The
本実施の形態においては、冷凍サイクル装置1の冷媒回路に使用する冷媒としてCO2が用いられる。冷媒としてCO2が用いられる場合には、運転条件によっては、冷媒の圧力が臨界圧未満の状態(以下「通常状態」ともいう)となったり、冷媒の圧力が臨界圧を超える状態(以下「超臨界状態」ともいう)となったりする場合がある。In the present embodiment, CO 2 is used as the refrigerant used in the refrigerant circuit of the
図3は、通常状態での冷媒変化の様相を模式的に示すモリエル線図である。図4は、超臨界状態での冷媒変化の様相を模式的に示すモリエル線図である。図3および図4において、横軸はエンタルピ(冷媒の熱量)を示し、縦軸は冷媒の圧力を示す。曲線L1は、飽和液線を示し、曲線L2は飽和蒸気線を示す。 FIG. 3 is a Mollier diagram schematically showing how the refrigerant changes in a normal state. FIG. 4 is a Mollier diagram schematically showing how the refrigerant changes in a supercritical state. 3 and 4, the horizontal axis indicates the enthalpy (the amount of heat of the refrigerant), and the vertical axis indicates the pressure of the refrigerant. Curve L1 indicates a saturated liquid line, and curve L2 indicates a saturated vapor line.
図3に示すように、通常状態では、冷媒圧力は臨界圧未満であるため、凝縮器20でエンタルピを低下させる際に、冷媒状態が飽和液線L1を跨ぐことになる。そのため、過冷却が定義できる。
As shown in FIG. 3, in a normal state, the refrigerant pressure is less than the critical pressure, so when the enthalpy is lowered in the
一方、図4に示すように、超臨界状態では、冷媒圧力が臨界圧を超えるため、凝縮器20でエンタルピを低下させる際に冷媒状態が飽和液線L1を跨がない。この場合、過冷却が定義できない。なお、本明細書では、説明の容易のため、超臨界状態の冷媒温度の基準温度からの低下量も過冷却度と呼ぶこととする。
On the other hand, as shown in FIG. 4, since the refrigerant pressure exceeds the critical pressure in the supercritical state, the refrigerant state does not straddle the saturated liquid line L1 when the enthalpy is lowered in the
[負荷装置3内の圧力制御]
上述のように、冷媒としてCO2が用いられる場合には、運転条件によっては冷媒の超臨界領域を使用するような場合がある。制御装置100は、冷媒の超臨界領域を使用する場合でも、負荷装置3内の冷媒圧力が負荷装置3の設計圧力を超えないように、圧縮機10および第2膨張弁40の制御を行なう。この際、負荷装置3を通常冷媒で使用される装置と共用可能とするために、制御装置100は、第2膨張弁40による減圧を行なう。具体的には、制御装置100は、第2膨張弁40を以下のように制御する。[Pressure control in load device 3]
As described above, when CO 2 is used as the refrigerant, the supercritical region of the refrigerant may be used depending on the operating conditions.
制御装置100は、第2膨張弁40の出口の配管83の圧力P1が目標圧力に一致するように第2膨張弁40をフィードバック制御する。具体的には、圧力P1が目標圧力より高い場合には、制御装置100は、第2膨張弁40の開度を減少させる。これによって、第2膨張弁40による減圧量が増えるので、圧力P1は低下する。一方、圧力P1が目標圧力より低い場合には、制御装置100は、第2膨張弁40の開度を増加させる。これによって、第2膨張弁40による減圧量が減るので、圧力P1は上昇する。圧力P1が目標圧力であれば、制御装置100は、第2膨張弁40の開度を現在の状態に維持する。
The
このように圧力P1が制御されるため、負荷装置3内の冷媒圧力を超臨界領域を使用しない通常冷媒(たとえばR410Aなど)を用いる従来の冷凍装置の設計圧力以下にすることができ、通常冷媒を用いる従来の負荷装置との共用化が可能となる。
Since the pressure P1 is controlled in this way, the refrigerant pressure in the
[第3膨張弁71および流量調整弁72の制御]
本実施の形態による冷凍サイクル装置1においては、主冷媒回路から分岐するインジェクション流路101を設けることによって、主冷媒回路における圧縮機10の吐出温度THの制御、主冷媒回路の過冷却の確保、および主冷媒回路の冷媒量の調整を行なうことが可能である。すなわち、インジェクション流路101によって配管81の冷媒を減圧して二相となった冷媒を圧縮機10へ流入させることで、圧縮機10の吐出温度THを制御可能である。さらに、インジェクション流路101の一部を熱交換器30の第2通路H2にすることによって、主冷媒回路の冷媒の過冷却を確保することができる。さらに、インジェクション流路101上に設置された受液器73によって、主冷媒回路の冷媒量を調整可能である。[Control of
In the
本実施の形態による制御装置100は、主冷媒回路における吐出温度THの制御、主冷媒回路の過冷却の確保、および主冷媒回路の冷媒量の調整という、インジェクション流路101の各機能を各運転条件で発揮できるように、第3膨張弁71および流量調整弁72を制御する。
The
(吐出温度THの制御)
制御装置100は、圧縮機10の吐出温度THが目標温度に一致するように、第3膨張弁71の開度をフィードバック制御する。具体的には、制御装置100は、圧縮機10の吐出温度THが目標温度より高い場合には、第3膨張弁71の開度を増加させる。これによって、受液器73を経由して中間圧ポートG3に流入する冷媒が増えるため、吐出温度THが低下する。(Control of discharge temperature TH)
The
一方、圧縮機10の吐出温度THが目標温度より低い場合には、制御装置100は、第3膨張弁71の開度を減少させる。これによって、受液器73を経由して中間圧ポートG3に流入する冷媒が減るため、吐出温度THが上昇する。
On the other hand, when the discharge temperature TH of the
吐出温度THが目標温度である場合には、制御装置100は、第3膨張弁71の開度を現在の状態に維持する。
When the discharge temperature TH is the target temperature, the
このように、制御装置100は、圧縮機10の吐出温度THが目標温度に近づくように第3膨張弁71の開度を制御する。
In this manner, the
(通常状態での冷媒量調整および冷媒不足検出)
制御装置100は、通常状態である運転条件では、過冷却を確保するため、熱交換器30の温度効率εに応じて流量調整弁72を制御する。本実施の形態において、熱交換器30の温度効率εは、熱交換器30の第2通路H2の過熱度に対する、熱交換器30の第1通路H1の入口と出口との間の温度差(=T1-T2)の割合を表わすものとする。(Refrigerant amount adjustment and refrigerant shortage detection under normal conditions)
The
具体的には、制御装置100は、凝縮器20の出口の冷媒温度T1と熱交換器30の出口温度T2の差から熱交換器30の温度効率εを算出する。そして、算出された温度効率εが目標値より大きい場合には、主冷媒回路の冷媒量が余剰であると考えられるため、制御装置100は、流量調整弁72の開度を減少させる。これによって、受液器73を通過する液冷媒の量が減少し、受液器73内の液冷媒量が増加するため、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少する。一方、算出された温度効率εが目標値より小さい場合には、受液器73に余剰に冷媒が貯蔵されており主冷媒回路の冷媒量が不足していると考えられるため、制御装置100は、流量調整弁72の開度を増加させる。これによって、受液器73の液冷媒量が減るため、主冷媒回路を循環する冷媒量が増加する。温度効率εが目標値である場合には、制御装置100は、流量調整弁72の開度を現在の状態に維持する。
Specifically, the
このように、制御装置100は、通常状態である運転条件では、熱交換器30の温度効率εが目標値となるように流量調整弁72の開度をフィードバック制御する。これにより、熱交換器30の温度効率εが目標値に維持され、熱交換器30による冷媒冷却が効率よく行なわれる。これにより、過冷却が確保される。
In this way, the
なお、熱交換器30の温度効率εが目標値となるように流量調整弁72をフィードバック制御することに代えて、凝縮器20の出口の冷媒温度T1が目標温度となるように流量調整弁72をフィードバック制御するようにしてもよい。この場合、冷媒温度T1の目標温度を、熱交換器30の温度効率εが目標値となるときの冷媒温度T1の温度に設定すればよい。
Instead of feedback-controlling the
上述のように、通常状態である運転条件では、制御装置100は、熱交換器30の温度効率εが目標値よりも小さい場合、流量調整弁72の開度を増加させて受液器73から主冷媒回路に流す冷媒量を増加させることによって、温度効率εを目標値に近づける。
As described above, under the operating conditions of the normal state, the
しかしながら、主冷媒回路およびインジェクション流路101を含めた冷媒回路全体の冷媒量がそもそも不足している場合には、たとえ流量調整弁72の開度を増加させても主冷媒回路に十分な冷媒量が循環しないため、温度効率εが目標値に近づかずに目標値未満の値になってしまうことが想定される。
However, if the amount of refrigerant in the entire refrigerant circuit, including the main refrigerant circuit and
この点に鑑み、制御装置100は、熱交換器30の温度効率εが目標値よりも低い下限値を下回った場合には、冷媒回路全体の冷媒が不足していると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する。
In view of this point, the
(超臨界状態での冷媒量調整および冷媒不足検出)
通常状態で行なわれるような温度効率εを用いた冷媒量調整および冷媒不足判定は、判定精度が高く追従性もよい。しかしながら、超臨界状態である運転条件では、飽和温度を定義することができず過冷却の確保を確認できないため、通常状態と同じ方法(すなわち温度効率εを用いる方法)で冷媒量調整および冷媒不足判定を行なうことは難しい。(Refrigerant amount adjustment and refrigerant shortage detection in supercritical state)
Refrigerant amount adjustment and refrigerant shortage determination using temperature efficiency ε, which is performed in a normal state, has high determination accuracy and good followability. However, under the operating conditions of the supercritical state, it is not possible to define the saturation temperature and ensure supercooling. Judging is difficult.
この点に鑑み、制御装置100は、超臨界状態である運転条件では、通常状態とは異なる方法、すなわち温度効率εを用いない方法で、冷媒量調整および冷媒不足判定を行なう。具体的には、制御装置100は、超臨界状態である運転条件では、温度センサ123によって検出される外気温TAと温度センサ121によって検出される凝縮器20の出口の冷媒温度T1との温度差ΔT1を用いて、流量調整弁72の開度を制御する。温度差ΔT1を用いることで冷媒温度の変化による密度変化があることを利用して、凝縮器20(空気熱交換器)による熱交換の限界温度に対する冷媒量の調整を行うことができる。たとえば、温度差ΔT1が大きい場合、受液器73に余剰に冷媒が貯蔵されており主冷媒回路の冷媒量が不足していると考えられるため、制御装置100は、温度差ΔT1の大きさに応じて流量調整弁72の開度を大きくする。これにより、受液器73から主冷媒回路へ流す液冷媒量を増加させる。
In view of this point, the
さらに、超臨界状態である運転条件では、制御装置100は、上述のように温度差ΔT1に応じてフィードバック制御される「流量調整弁72の開度」に基づいて、冷媒不足の有無を判定する。
Furthermore, under the operating condition of the supercritical state, the
たとえば、温度差ΔT1が大きい場合には、上述の冷媒量調整のフィードバック制御によって、流量調整弁72の開度が温度差ΔT1の大きさに応じて増加される。これにより、受液器73から主冷媒回路へ流す液冷媒量が増加される。
For example, when the temperature difference ΔT1 is large, the degree of opening of the
しかしながら、主冷媒回路およびインジェクション流路101を含めた冷媒回路全体の冷媒量がそもそも不足している場合には、たとえ流量調整弁72の開度を上限開度まで増加させても主冷媒回路に十分な冷媒量が循環せず、温度差ΔT1が変化しない(減少しない)ことが想定される。
However, if the amount of refrigerant in the entire refrigerant circuit including the main refrigerant circuit and the
この点に鑑み、流量調整弁72の開度が上限開度となった状態が一定時間継続しても温度差ΔT1に変化がない場合、制御装置100は、主冷媒回路およびインジェクション回路を含めた冷媒回路全体の冷媒量が不足していると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する。
In view of this point, if the temperature difference ΔT1 does not change even if the state in which the opening degree of the
温度差ΔT1に応じてフィードバック制御される「流量調整弁72の開度」に基づいて冷媒不足判定を行なう方法は、温度効率εを用いる方法と比較して追従性が劣化し得るが、このように判定方法を切り替えることで、通常状態および超臨界状態を含めたすべての運転範囲で冷媒不足の有無を判定できるようになる。
The method of determining the refrigerant shortage based on the "opening degree of the
(冷媒封入量の調整)
以下、冷媒回路に冷媒を封入する時の冷媒封入量の調整について説明する。冷媒が充填されていない冷媒回路に初めて冷媒を封入する初期封入時は、従来、たとえば、配管83にサイトグラスを設け、配管83の冷媒にフラッシュガスが存在するかを確認することによって調整していた。(Adjustment of refrigerant charging amount)
Hereinafter, the adjustment of the amount of refrigerant charged when the refrigerant is charged into the refrigerant circuit will be described. Conventionally, when the refrigerant is first charged into the refrigerant circuit in which the refrigerant is not filled, for example, a sight glass is provided in the
しかしながら、本実施の形態による冷媒回路では、負荷装置3内の圧力低減のために、負荷装置3内の第1膨張弁50による膨張に加えて、室外ユニット2内の第2膨張弁40による膨張が行なわれる。第2膨張弁40による膨張が行なわれると、冷媒量と配管83における過冷却との関係が成立しない。そのため、上述の冷媒量不足の判定結果を利用して、封入量調整を行う。具体的には、冷媒不足と判定されている間は冷媒の封入を継続し、冷媒不足と判定されなくなった場合に適量の冷媒が充填されたと判定して冷媒の封入を停止する。
However, in the refrigerant circuit according to the present embodiment, in order to reduce the pressure in the
なお、冷媒の封入は、室外ユニット2の使用者(室外ユニット2を設置する業者を含む)が手動で行なうようにしてもよいし、制御装置100が自動で行なうようにしてもよい。以下では、制御装置100が自動で初期封入を行なう例について説明する。
The refrigerant may be charged manually by the user of the outdoor unit 2 (including the contractor who installs the outdoor unit 2), or automatically by the
初期封入時において、まず、制御装置100は、圧縮機10を停止した状態で、圧力センサ111によって検出される圧縮機10の吐出圧PHが閾値となるまで、冷媒を冷媒回路に封入する。その後、制御装置100は、圧縮機10を稼働させて冷媒の封入を継続する。この際、圧縮機10の吐出圧PHが超臨界ではないため、温度効率εを用いた冷媒不足検出(通常状態での冷媒不足検出)が行なわれる。制御装置100は、温度効率εを用いた冷媒不足検出(通常状態での冷媒不足検出)によって冷媒不足と判定されている間は、冷媒の封入を継続する。
At the time of initial filling, the
その後、圧縮機10の回転速度が上昇し圧縮機10の吐出圧PHが臨界圧を超えた場合には、温度差ΔT1に応じてフィードバック制御される「流量調整弁72の開度」を利用した冷媒不足検出(超臨界状態での冷媒不足検出)が行なわれる。圧縮機10の吐出圧PHが臨界圧を超えた後において、流量調整弁72の開度が上限開度とならなければ、冷媒不足検出と判定されることはない。そのため、制御装置100は、圧縮機10の吐出圧PHが超臨界となった後において、冷媒不足検出と判定されない場合に、適量の冷媒が充填されたと判定して冷媒の封入を停止する。これにより冷媒量が激しく変化する初期封入時でも、冷媒封入の精度と追従性とを確保することができる。
After that, when the rotation speed of the
(オーバーフロー判定)
冷媒回路に冷媒が過剰に充填されている場合について説明する。この場合、圧力センサ111によって検出される圧縮機10の吐出圧PHは上昇し臨界圧を超える超臨界状態となる。このとき、上述の冷媒量調整のフィードバック制御によって、流量調整弁72は下限開度まで低下する。流量調整弁72が下限開度である状態で一定時間経過しても圧縮機10の吐出圧PHが変化しない(低下しない)場合、制御装置100は、冷媒回路が過充填状態であると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する。(Overflow determination)
A case where the refrigerant circuit is excessively filled with refrigerant will be described. In this case, the discharge pressure PH of the
過充填状態と判定された後、制御装置100は、温度センサ120によって検出される圧縮機10の吐出温度THの低下速度の大きさが基準値よりも大きいか否かを判定する。そして、制御装置100は、吐出温度THの低下速度の大きさが基準値よりも大きい場合、すなわち吐出温度THが急激に低下している場合、受液器73が液冷媒で満たされているオーバーフロー状態であると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する。
After determining the overfilled state, the
オーバーフロー状態であると判定された後、制御装置100は、圧縮機10の吐出温度THと吐出圧PHにおける飽和温度との差である吐出過熱度が圧縮機10の仕様範囲内に収まっているか否かを判定し、吐出過熱度が圧縮機10の仕様範囲内に収まっていない場合、圧縮機10を停止させる。
After the overflow state is determined, the
(冷媒量調整および冷媒不足検出の制御の流れ)
図5は、制御装置100が冷媒量調整および冷媒不足検出を行う際の処理手順の一例を示すフローチャートである。(Control Flow for Refrigerant Amount Adjustment and Refrigerant Insufficiency Detection)
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing procedure when the
制御装置100は、圧縮機10の吐出圧PHが臨界圧を超えているか否かを判定する(ステップS10)。圧縮機10の吐出圧PHが臨界圧を超えている超臨界状態である場合(ステップS10においてYES)、制御装置100は、上述したように、外気温TAと凝縮器20の出口の冷媒温度T1との温度差ΔT1を用いて流量調整弁72の開度を制御する(ステップS11)。たとえば、温度差ΔT1が大きい場合、制御装置100は、温度差ΔT1の大きさに応じて流量調整弁72の開度を大きくする。
The
次いで、制御装置100は、流量調整弁72の開度が上限開度であるか否かを判定する(ステップS12)。流量調整弁72の開度が上限開度でない場合(ステップS12においてNO)、制御装置100は、処理をステップS22に移す。
Next, the
一方、流量調整弁72の開度が上限開度である場合(ステップS12においてYES)、制御装置100は、流量調整弁72の開度が上限開度である状態が一定時間継続したか否かを判定する(ステップS14)。流量調整弁72の開度が上限開度である状態が一定時間継続していない場合(ステップS14においてNO)、制御装置100は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。
On the other hand, if the opening degree of the flow
流量調整弁72の開度が上限開度である状態が一定時間継続した場合(ステップS14においてYES)、制御装置100は、冷媒回路全体の冷媒が不足していると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する(ステップS16)。
When the state in which the degree of opening of
一方、圧縮機10の吐出圧PHが臨界圧を超えていない通常状態である場合(ステップS10においてNO)、制御装置100は、上述したように、凝縮器20の出口の冷媒温度T1と熱交換器30の出口温度T2の差から熱交換器30の温度効率εを算出し、算出された温度効率εに応じて流量調整弁72を制御する(ステップS20)。
On the other hand, when the discharge pressure PH of the
次いで、制御装置100は、算出された温度効率εが下限値未満であるか否かを判定する(ステップS21)。温度効率εが下限値未満である場合(ステップS21においてYES)、制御装置100は、冷媒回路全体の冷媒が不足していると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する(ステップS40)。
Next, the
一方、温度効率εが下限値未満ではない場合(ステップS21においてNO)、制御装置100は、処理をステップS22に移す。
On the other hand, if temperature efficiency ε is not less than the lower limit value (NO in step S21),
ステップS22において、制御装置100は、流量調整弁72の開度が下限開度であるか否かを判定する。流量調整弁72の開度が下限開度でない場合(ステップS22においてNO)、制御装置100は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。
In step S22, the
流量調整弁72の開度が下限開度である場合(ステップS22においてYES)、制御装置100は、流量調整弁72の開度が下限開度である状態が一定時間継続した後も、圧縮機10の吐出圧PHが閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS24)。なお、ステップS24で用いられる「閾値」は、たとえば臨界圧よりも低い値に設定される。流量調整弁72の開度が下限開度である状態が一定時間継続していない場合、あるいは、圧縮機10の吐出圧PHが閾値未満である場合(ステップS24においてNO)、制御装置100は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。
If the opening degree of flow
流量調整弁72の開度が下限開度である状態が一定時間継続した後も、圧縮機10の吐出圧PHが閾値よりも大きい場合(ステップS24においてYES)、制御装置100は、冷媒回路が過充填状態であると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する(ステップS26)。
If the discharge pressure PH of the
過充填状態と判定された後、制御装置100は、圧縮機10の吐出温度THが急激に低下しているか否か、具体的には、圧縮機10の吐出温度THの低下速度の大きさが基準値よりも大きいか否かを判定する(ステップS28)。そして、制御装置100は、吐出温度THの低下速度の大きさが基準値よりも大きい場合、すなわち吐出温度THが急激に低下している場合、受液器73が液冷媒で満たされているオーバーフロー状態であると判定し、判定結果を使用者へ報知するように報知装置150を制御する(ステップS30)。
After the overfilled state is determined, the
オーバーフロー状態であると判定された後、制御装置100は、圧縮機10の吐出温度THと圧縮機10の吐出圧PHにおける飽和温度との差である吐出過熱度が圧縮機10の仕様範囲内に収まっているか否かを判定する(ステップS32)。吐出過熱度が圧縮機10の仕様範囲内に収まっている場合(ステップS32においてNO)、制御装置100は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。一方、吐出過熱度が圧縮機10の仕様範囲内に収まっていない場合(ステップS32においてYES)、制御装置100は、圧縮機10を停止させる(ステップS34)。
After the overflow state is determined, the
以上のように、本実施の形態による制御装置100は、通常状態である運転条件では、熱交換器30の温度効率εを用いて、冷媒不足の有無を判定する。一方、超臨界状態である運転条件では、制御装置100は、熱交換器30の温度効率εを用いるのではなく、外気温TAと凝縮器20の出口の冷媒温度T1との温度差ΔT1に応じてフィードバック制御される「流量調整弁72の開度」を用いて、冷媒不足の有無を判定する。このように冷媒不足の判定方法を切り替えることで、超臨界状態である運転条件下でも冷媒回路の冷媒不足の有無を適切に判定することができる。その結果、超臨界状態となり得る冷媒が用いられる冷凍サイクル装置1において、通常状態および超臨界状態を含めたすべての運転範囲で冷媒不足の有無を判定できるようになる。
As described above,
なお、上述の実施の形態においては冷凍サイクル装置1を備える冷凍機を例示して説明したが、冷凍サイクル装置1は空気調和機などに利用されても良い。
In addition, although the refrigerator provided with the
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。本開示の範囲は上記した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。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all changes within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.
1 冷凍サイクル装置、2 室外ユニット、3 負荷装置、10 圧縮機、20 凝縮器、22 ファン、30 熱交換器、40 第2膨張弁、50 第1膨張弁、60 蒸発器、71 第3膨張弁、72 流量調整弁、73 受液器、75 開閉弁、80,81~83,85,89,91~94,96 配管、84,88 延長配管、95 ガス抜き通路、100 制御装置、101 インジェクション流路、102 CPU、104 メモリ、110~113 圧力センサ、120~125 温度センサ、150 報知装置、G1 吸入ポート、G2 吐出ポート、G3 中間圧ポート、H1 第1通路。
1
Claims (9)
吸入ポート、吐出ポートおよび中間圧ポートを有する圧縮機と、
凝縮器と、
第1通路および第2通路を有し、前記第1通路を流れる冷媒と前記第2通路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器とを備え、
前記圧縮機から、前記凝縮器、前記熱交換器の前記第1通路に至る流路は、前記負荷装置と共に、冷媒が循環する循環流路を形成し、
前記循環流路における前記凝縮器の出口と前記第1通路の入口との間の分岐部から前記圧縮機に冷媒を流すインジェクション流路をさらに備え、
前記インジェクション流路には、
前記分岐部から前記第2通路の入口に冷媒を流す第1冷媒流路と、
前記第2通路の出口から前記圧縮機の前記吸入ポートまたは前記中間圧ポートに冷媒を流す第2冷媒流路と、
前記第1冷媒流路に配置される受液器と、
前記第1冷媒流路における前記分岐部と前記受液器の入口との間の部分に配置される第3膨張弁と、
前記第1冷媒流路における前記受液器の出口と前記第2通路の入口との間の部分に配置される流量調整弁とが設けられ、
前記圧縮機、前記第3膨張弁、および前記流量調整弁を制御する制御装置と、
前記制御装置からの情報を使用者に報知する報知装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧縮機の吐出圧が前記冷媒の臨界圧を超える超臨界状態である場合、前記流量調整弁の開度に基づいて、前記循環流路および前記インジェクション流路に含まれる冷媒が不足しているか否かを判定する、室外ユニット。 An outdoor unit of a refrigeration cycle apparatus configured to be connected to a load device including a first expansion valve and an evaporator,
a compressor having a suction port, a discharge port and an intermediate pressure port;
a condenser;
a heat exchanger having a first passage and a second passage, and performing heat exchange between the refrigerant flowing through the first passage and the refrigerant flowing through the second passage;
A flow path from the compressor to the condenser and the first passage of the heat exchanger forms a circulation flow path in which refrigerant circulates together with the load device,
further comprising an injection flow path for flowing a refrigerant to the compressor from a branch portion between the outlet of the condenser and the inlet of the first passage in the circulation flow path,
In the injection channel,
a first coolant channel that flows coolant from the branch portion to an inlet of the second channel;
a second refrigerant passage for flowing refrigerant from the outlet of the second passage to the suction port or the intermediate pressure port of the compressor;
a liquid receiver arranged in the first refrigerant flow path;
a third expansion valve arranged in a portion between the branch portion of the first refrigerant flow path and an inlet of the liquid receiver;
a flow control valve disposed in a portion of the first refrigerant flow path between the outlet of the liquid receiver and the inlet of the second passage,
a control device that controls the compressor , the third expansion valve, and the flow control valve;
Further comprising a notification device for notifying the user of information from the control device,
When the discharge pressure of the compressor is in a supercritical state exceeding the critical pressure of the refrigerant, the control device controls, based on the degree of opening of the flow control valve, the refrigerant contained in the circulation flow path and the injection flow path. An outdoor unit that determines whether or not there is a shortage of
前記制御装置は、前記超臨界状態である場合で、かつ前記流量調整弁の開度が上限開度である状態が一定時間継続した場合に、前記循環流路および前記インジェクション流路に含まれる冷媒が不足していると判定する、請求項1に記載の室外ユニット。 In the supercritical state, the control device increases the degree of opening of the flow control valve as the difference between the discharge temperature of the compressor and the outside air temperature increases, so that the flow rate from the liquid receiver to the circulation flow path increases. increase the amount of refrigerant flowing to
When the control device is in the supercritical state and the state in which the opening degree of the flow control valve is the upper limit opening degree continues for a certain period of time, the refrigerant contained in the circulation flow path and the injection flow path 2. The outdoor unit according to claim 1, wherein it is determined that the is insufficient.
前記制御装置は、前記超臨界状態でない場合で、かつ前記流量調整弁の開度が下限開度である状態が一定時間継続した場合に、前記循環流路および前記インジェクション流路に含まれる冷媒が過剰であると判定する、請求項2または3に記載の室外ユニット。 In the non-supercritical state, the control device reduces the amount of refrigerant flowing from the liquid receiver to the circulation flow path by decreasing the degree of opening of the flow control valve as the temperature efficiency of the heat exchanger increases. let
When the state is not the supercritical state and the state in which the opening degree of the flow control valve is at the lower limit opening degree continues for a certain period of time, the control device controls that the refrigerant contained in the circulation flow path and the injection flow path is The outdoor unit according to claim 2 or 3, which is determined to be excessive.
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