JP2008190864A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量を正確に把握し、冷媒回路内の冷媒量の適否を高精度に判定できるようにする。
【解決手段】空気調和装置1は、冷媒回路10と、冷媒量演算手段と、冷媒量判定手段とを備えている。冷媒回路10は、圧縮機21と、室外熱交換器23と、室内膨張弁41、51と、室内熱交換器42、52とが接続されることによって構成されている。冷媒量演算手段は、冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量に基づいて、圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量である溶存冷媒量Mqoを考慮して冷媒回路10内の冷媒量を演算する。冷媒量判定手段は、冷媒量演算手段によって演算される冷媒量に基づいて、冷媒回路10内の冷媒量の適否を判定する。また、冷媒量演算手段は、圧縮機21外部の雰囲気温度を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算する。
【選択図】図7
【解決手段】空気調和装置1は、冷媒回路10と、冷媒量演算手段と、冷媒量判定手段とを備えている。冷媒回路10は、圧縮機21と、室外熱交換器23と、室内膨張弁41、51と、室内熱交換器42、52とが接続されることによって構成されている。冷媒量演算手段は、冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量に基づいて、圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量である溶存冷媒量Mqoを考慮して冷媒回路10内の冷媒量を演算する。冷媒量判定手段は、冷媒量演算手段によって演算される冷媒量に基づいて、冷媒回路10内の冷媒量の適否を判定する。また、冷媒量演算手段は、圧縮機21外部の雰囲気温度を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算する。
【選択図】図7
Description
本発明は、空気調和装置の冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する機能、特に、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機構と利用側熱交換器とが接続されることによって構成される空気調和装置の冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する機能に関する。
従来より、空気調和装置の冷媒回路内の冷媒量の過不足を判定するために、冷凍サイクル特性のシミュレーションを行い、この演算結果を用いて、冷媒量の過不足を判定する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−304388号公報
しかし、上述のような冷凍サイクル特性のシミュレーションにより冷媒量の過不足を判定する手法では、莫大な量の演算が必要であり、通常、空気調和装置に搭載されるマイコン等の安価な演算装置では演算時間が長くなったり、また、演算そのものが不可能になるおそれがある。
これに対して、本願発明者は、冷媒回路を複数の部分に分割した場合における各部分の冷媒量と冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式を用いて、冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から各部分の冷媒量を演算するようにし、この演算によって得られる各部分の冷媒量を用いて、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する手法を発明し、演算負荷を抑えつつ、冷媒回路内の冷媒量の適否を高精度に判定できるようにしている(特願2005−363732号参照)。
そして、このような手法を用いて冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する場合において、さらに冷媒量の適否の判定精度を向上させようとすると、冷凍機油に溶解する冷媒量、特に、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に溶解する冷媒量をできるだけ正確に把握して、冷媒量の演算に反映する必要がある。このような油溜まり部に溜まった冷凍機油に溶解する冷媒量を正確に把握するためには、油溜まり部に溜まった冷凍機油の圧力や温度を検知し、これを用いて冷凍機油への冷媒の溶解度を演算する必要がある。
しかし、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油には、冷凍機油に接する冷媒の温度や油溜まり部を形成する圧縮機ケーシングの壁面の温度の影響によって、冷凍機油に温度分布が生じて一様にならず、油溜まり部に溜まった冷凍機油の正確な温度を検知することが困難であるため、油溜まり部に溜まった冷凍機油への冷媒の溶解度の演算誤差が大きくなり、結果的に、冷媒量の適否の判定精度を向上させることができない。
本発明の課題は、圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量を正確に把握し、冷媒回路内の冷媒量の適否を高精度に判定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、冷媒量演算手段と、冷媒量判定手段とを備えている。冷媒回路は、圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とが接続されることによって構成されている。冷媒量演算手段は、冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量に基づいて、圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量である溶存冷媒量を考慮して冷媒回路内の冷媒量を演算する。冷媒量判定手段は、冷媒量演算手段によって演算される冷媒量に基づいて、冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する。そして、冷媒量演算手段は、圧縮機外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量、及び、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量の関数やマップとして表される冷媒回路を冷媒が循環する運転時における圧縮機内部の冷凍機油の温度を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量を演算する。
この空気調和装置では、圧縮機外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量、及び、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量の関数やマップとして表される圧縮機内部の冷凍機油の温度を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量を演算するようにしているため、例えば、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができ、溶存冷媒量の演算誤差を小さくすることができるようになる。これにより、冷媒量演算手段によって演算される冷媒量を正確に把握することができるようになるため、冷媒回路内の冷媒量の適否を高精度に判定できるようになる。
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、圧縮機外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、室外温度、又は、室外温度を構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度が使用される。
この空気調和装置では、圧縮機外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、室外温度、又は、室外温度を構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度を使用するようにしているため、新たに温度センサを追加することなく、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができる。
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、圧縮機外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、圧縮機外面の温度が使用される。
この空気調和装置では、圧縮機外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、圧縮機外面の温度を使用するようにしているため、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を正確に考慮することができる。
第4の発明にかかる空気調和装置は、第1〜第3の発明のいずれかにかかる空気調和装置において、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量は、圧縮機から吐出される冷媒の温度である。
この空気調和装置では、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量として、圧縮機から吐出される冷媒の温度を使用しているため、例えば、圧縮機が高圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができる。
第5の発明にかかる空気調和装置は、第1〜第3の発明のいずれかにかかる空気調和装置において、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量は、圧縮機に吸入される冷媒の温度である。
この空気調和装置では、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量として、圧縮機に吸入される冷媒の温度を使用しているため、例えば、圧縮機が低圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができる。
第6の発明にかかる空気調和装置は、第1〜第3の発明のいずれかにかかる空気調和装置において、前記溶存冷媒量を演算するための運転状態量として、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量がさらに含まれている。
この空気調和装置では、圧縮機外部の雰囲気温度や圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこれらに等価な運転状態量、圧縮機の発停からの時間に加えて、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量を、溶存冷媒量の演算に用いているため、例えば、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するとともに、冷凍機油への冷媒の溶解度の圧力による変化を考慮することができる。
第7の発明にかかる空気調和装置は、第6の発明にかかる空気調和装置において、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量は、圧縮機から吐出される冷媒の圧力である。
この空気調和装置では、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量として、圧縮機から吐出される冷媒の圧力を使用しているため、例えば、圧縮機が高圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油への冷媒の溶解度の圧力による変化を考慮することができる。
第8の発明にかかる空気調和装置は、第6の発明にかかる空気調和装置において、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量は、圧縮機に吸入される冷媒の圧力である。
この空気調和装置では、圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量として、圧縮機に吸入される冷媒の圧力を使用しているため、例えば、圧縮機が低圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油への冷媒の溶解度の圧力による変化を考慮することができる。
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、冷媒量演算手段によって演算される冷媒量を正確に把握することができるようになるため、冷媒回路内の冷媒量の適否を高精度に判定できるようになる。
第2の発明では、新たに温度センサを追加することなく、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができる。
第3の発明では、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を正確に考慮することができる。
第4の発明では、例えば、圧縮機が高圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができる。
第5の発明では、例えば、圧縮機が低圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができる。
第6の発明では、圧縮機内部の油溜まり部に溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するとともに、冷凍機油への冷媒の溶解度の圧力による変化を考慮することができる。
第7の発明では、例えば、圧縮機が高圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油への冷媒の溶解度の圧力による変化を考慮することができる。
第8の発明では、例えば、圧縮機が低圧空間内に冷凍機油の油溜まり部を有する型式である場合において、油溜まり部に溜まった冷凍機油への冷媒の溶解度の圧力による変化を考慮することができる。
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。
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明の一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、ビル等の室内の冷暖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台の熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、2台)の利用ユニットとしての室内ユニット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、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。そして、本実施形態において、冷媒回路10内には、R407C、R410AあるいはR134a等のHFC系冷媒が冷媒として封入されている。
図1は、本発明の一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、ビル等の室内の冷暖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台の熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、2台)の利用ユニットとしての室内ユニット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、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。そして、本実施形態において、冷媒回路10内には、R407C、R410AあるいはR134a等のHFC系冷媒が冷媒として封入されている。
<室内ユニット>
室内ユニット4、5は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。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10の一部を構成している。
室内ユニット4、5は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。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10の一部を構成している。
次に、室内ユニット4、5の構成について説明する。尚、室内ユニット4と室内ユニット5とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット4の構成のみ説明し、室内ユニット5の構成については、それぞれ、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10a(室内ユニット5では、室内側冷媒回路10b)を有している。この室内側冷媒回路10aは、主として、膨張機構としての室内膨張弁41と、利用側熱交換器としての室内熱交換器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10a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、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱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、室内熱交換器42に供給する空気の風量Wrを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、DCファンモータからなるモータ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、冷媒の温度(すなわち、暖房運転時における凝縮温度Tc又は冷房運転時における蒸発温度Teに対応する冷媒温度)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、冷媒の温度Teoを検出するガス側温度センサ45が設けられている。室内ユニット4の室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度(すなわち、室内温度Tr)を検出する室内温度センサ46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、ガス側温度センサ45及び室内温度センサ46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を個別に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との間で伝送線8aを介して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、ビル等の室外に設置されており、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10を構成している。
室外ユニット2は、ビル等の室外に設置されており、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10cを有している。この室外側冷媒回路10cは、主として、圧縮機21と、四路切換弁22と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器23と、膨張機構としての室外膨張弁38と、アキュムレータ24と、温度調節機構としての過冷却器25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、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数Rmが制御される圧縮機モータ73によって駆動される容積式圧縮機である。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。
次に、圧縮機21の構成について、図2を用いて説明する。ここで、図2は、圧縮機21の概略縦断面図である。圧縮機21は、本実施形態において、縦型円筒形状の容器である圧縮機ケーシング71内に、圧縮要素72及び圧縮機モータ73が内蔵された密閉式圧縮機である。
圧縮機ケーシング71は、略円筒形状の胴板71aと、胴板71aの上端に溶接固定された上部鏡板71bと、胴板71aの下端に溶接固定された下部鏡板71cとを有している。そして、この圧縮機ケーシング71内には、主として、上部に圧縮要素72が配置され、圧縮要素72の下側に圧縮機モータ73が配置されている。圧縮要素72と圧縮機モータ73とは、圧縮機ケーシング71内を上下方向に延びるように配置されるシャフト74によって連結されている。また、圧縮機ケーシング71には、上部鏡板71bを貫通するように吸入管81が設けられており、胴板71aを貫通するように吐出管82が設けられている。
圧縮要素72は、その内部において冷媒を圧縮するための機構であり、本実施形態において、スクロールタイプの圧縮要素が採用されており、その上部に吸入管81を通じて圧縮機ケーシング71内に流入する低圧の冷媒を吸入する吸入口72aが形成されており、下部に圧縮された高圧の冷媒を吐出する吐出口72bが形成されている。そして、吸入管81から吸入口72aに至るまでの流路等の空間は、低圧の冷媒が流入する低圧空間Q1となっている。また、圧縮機ケーシング71内の空間のうち少なくとも圧縮要素72の下側の吐出管82が連通している空間は、圧縮要素72の吐出口72bを通じて高圧の冷媒が流入する高圧空間Q2となっている。さらに、本実施形態において、高圧空間Q2の下部には、圧縮機21内(特に、圧縮要素72)の潤滑に必要な冷凍機油を溜めるための油溜まり部71dが形成されている。そして、本実施形態において、冷凍機油としては、HFC系冷媒に対して相溶性のあるエステル系油やエーテル系油が使用されている。尚、圧縮要素72としては、本実施形態のようなスクロールタイプの圧縮要素に限定されず、ロータリタイプ等の種々のタイプの圧縮要素を使用することが可能である。
シャフト74には、油溜まり部71dに開口するとともに、圧縮要素72の内部に連通する油路74aが形成されており、この油路74aの下端には、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油を圧縮要素72に供給するポンプ要素74bが設けられている。
圧縮機モータ73は、圧縮要素72の下側の高圧空間Q2内に配置されており、圧縮機ケーシング71の内面に固定された環状のステータ73aと、ステータ73aの内周側に僅かな隙間を空けて回転自在に収容されたロータ73bとから構成されている。
そして、このような構成を有する圧縮機21において、圧縮機モータ73を駆動すると、吸入管81及び低圧空間Q1を通じて圧縮機ケーシング71内に低圧の冷媒が流入し、圧縮要素72によって圧縮されて高圧の冷媒となった後、吐出管82を通じて圧縮機ケーシング71の高圧空間Q2から流出する。ここで、圧縮要素72の吐出口72bから高圧空間Q2に流入した高圧の冷媒は、主として、図2における吸入冷媒の流れを示す二点鎖線で描かれた矢印に示されるように、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の油上面と接するように流れた後、圧縮機モータ73と圧縮機ケーシング71との隙間やステータ73aとロータ73bとの隙間を通じて上昇して、吐出管82を通じて高圧空間Q2内から流出することになる。そして、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油は、その油上面が冷媒に接しているため、油上面付近の冷凍機油は冷媒の温度に近づき、そして、油溜まり部71dを形成する圧縮機ケーシング71の下部(主として、下部鏡板71c)の壁面付近の冷凍機油は壁面の温度、すなわち、圧縮機21外部の雰囲気温度に近づくことから、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油には、油溜まり部71dの油上面に接する冷媒の温度と圧縮機21外部の雰囲気温度との温度差に相当する温度分布が生じることになる。そして、油溜まり部71dの油上面に接する冷媒は、圧縮要素72によって圧縮されることに伴って高温になった高圧の冷媒であり、室内空気の温度や室外空気の温度に比べて高い温度を示すことから、圧縮機21外部の雰囲気温度との温度差は大きくなる傾向となる。すなわち、本実施形態の空気調和装置1は、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油とこの冷凍機油に接する冷媒との温度差が大きくなるように構成されており、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の温度分布が生じやすくなっている。
四路切換弁22は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器23を圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器42、52を室外熱交換器23において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側(具体的には、アキュムレータ24)とガス冷媒連絡配管7側とを接続し(図1の四路切換弁22の実線を参照)、暖房運転時には、室内熱交換器42、52を圧縮機21によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器23を室内熱交換器42、52において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機21の吐出側とガス冷媒連絡配管7側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23のガス側とを接続することが可能である(図1の四路切換弁22の破線を参照)。
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、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器23は、そのガス側が四路切換弁22に接続され、その液側が液冷媒連絡配管6に接続されている。
本実施形態において、室外膨張弁38は、室外側冷媒回路10c内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器23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、室外熱交換器23に供給する空気の風量Woを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、DCファンモータからなるモータ28aによって駆動されるプロペラファン等である。
アキュムレータ24は、四路切換弁22と圧縮機21との間に接続されており、室内ユニット4、5の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路10内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。
過冷却器25は、本実施形態において、2重管式の熱交換器であり、室外熱交換器23において凝縮された後に、室内膨張弁41、51に送られる冷媒を冷却するために設けられている。過冷却器25は、本実施形態において、室外膨張弁38と液側閉鎖弁26との間に接続されている。
本実施形態において、過冷却器25の冷却源としてのバイパス冷媒回路61が設けられている。尚、以下の説明では、冷媒回路10からバイパス冷媒回路61を除いた部分を、便宜上、主冷媒回路と呼ぶことにする。
バイパス冷媒回路61は、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51へ送られる冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて圧縮機21の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されている。具体的には、バイパス冷媒回路61は、室外膨張弁38から室内膨張弁41、51に送られる冷媒の一部を室外熱交換器23と過冷却器25との間の位置から分岐させるように接続された分岐回路61aと、過冷却器25のバイパス冷媒回路側の出口から圧縮機21の吸入側に戻すように圧縮機21の吸入側に接続された合流回路61bとを有している。そして、分岐回路61aには、バイパス冷媒回路61を流れる冷媒の流量を調節するためのバイパス膨張弁62が設けられている。ここで、バイパス膨張弁62は、電動膨張弁からなる。これにより、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51に送られる冷媒は、過冷却器25において、バイパス膨張弁62によって減圧された後のバイパス冷媒回路61を流れる冷媒によって冷却される。すなわち、過冷却器25は、バイパス膨張弁62の開度調節によって能力制御が行われることになる。
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、四路切換弁22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、アキュムレータ24と圧縮機21との間の位置に設けられている。室外熱交換器23には、室外熱交換器23内を流れる冷媒の温度(すなわち、冷房運転時における凝縮温度Tc又は暖房運転時における蒸発温度Teに対応する冷媒温度)を検出する熱交温度センサ33が設けられている。室外熱交換器23の液側には、冷媒の温度Tcoを検出する液側温度センサ34が設けられている。過冷却器25の主冷媒回路側の出口には、冷媒の温度(すなわち、液管温度Tlp)を検出する液管温度センサ35が設けられている。バイパス冷媒回路61の合流回路61bには、過冷却器25のバイパス冷媒回路側の出口を流れる冷媒の温度を検出するためのバイパス温度センサ63が設けられている。室外ユニット2の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度(すなわち、室外温度Ta)を検出する室外温度センサ36が設けられている。尚、この室外温度センサ36は、本実施形態において、ユニット内に流入する室外空気の温度を検出していることから、室外ユニット2内に設けられた圧縮機21等の各種機器の外部の雰囲気温度を示しているともいえる。本実施形態において、吸入温度センサ31、吐出温度センサ32、熱交温度センサ33、液側温度センサ34、液管温度センサ35、室外温度センサ36及びバイパス温度センサ63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、メモリや圧縮機モータ73を制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット4、5の室内側制御部47、57との間で伝送線8aを介して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、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8aとによって、空気調和装置1全体の運転制御を行う制御部8が構成されている。
制御部8は、図3に示されるように、各種センサ29〜36、44〜46、54〜56、63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、22、24、28a、38、41、43a、51、53a、62を制御することができるように接続されている。また、制御部8には、後述の冷媒漏洩検知運転において、冷媒漏洩を検知したことを知らせるためのLED等からなる警告表示部9が接続されている。ここで、図3は、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り、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。このため、例えば、新規に空気調和装置を設置する場合には、冷媒の追加充填量を計算するために、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報を正確に把握する必要があるが、その情報管理や冷媒量の計算自体が煩雑である。また、既設配管を利用して室内ユニットや室外ユニットを更新するような場合には、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報が失われていることがある。
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り、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。このため、例えば、新規に空気調和装置を設置する場合には、冷媒の追加充填量を計算するために、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報を正確に把握する必要があるが、その情報管理や冷媒量の計算自体が煩雑である。また、既設配管を利用して室内ユニットや室外ユニットを更新するような場合には、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報が失われていることがある。
以上のように、室内側冷媒回路10a、10bと、室外側冷媒回路10c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。また、この冷媒回路10は、バイパス冷媒回路61と、バイパス冷媒回路61を除く主冷媒回路とから構成されていると言い換えることもできる。そして、本実施形態の空気調和装置1は、室内側制御部47、57と室外側制御部37とから構成される制御部8によって、四路切換弁22により冷房運転及び暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、各室内ユニット4、5の運転負荷に応じて、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1の動作について説明する。
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。
本実施形態の空気調和装置1の運転モードとしては、各室内ユニット4、5の運転負荷に応じて室外ユニット2及び室内ユニット4、5の構成機器の制御を行う通常運転モードと、空気調和装置1の構成機器の設置後(具体的には、最初の機器設置後に限られず、例えば、室内ユニット等の構成機器を追加や撤去する等の改造後や機器の故障を修理した後等も含まれる)に行われる試運転を行うための試運転モードと、試運転を終了して通常運転を開始した後において、冷媒回路10からの冷媒の漏洩の有無を判定する冷媒漏洩検知運転モードとがある。そして、通常運転モードには、主として、室内の冷房を行う冷房運転と、室内の暖房を行う暖房運転とが含まれている。また、試運転モードには、主として、冷媒回路10内に冷媒を充填する冷媒自動充填運転と、冷媒連絡配管6、7の容積を検知する配管容積判定運転と、構成機器を設置した後又は冷媒回路内に冷媒を充填した後の初期冷媒量を検知する初期冷媒量検知運転とが含まれている。
以下、空気調和装置1の各運転モードにおける動作について説明する。
<通常運転モード>
(冷房運転)
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図1及び図3を用いて説明する。
(冷房運転)
まず、通常運転モードにおける冷房運転について、図1及び図3を用いて説明する。
冷房運転時は、四路切換弁22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側がガス側閉鎖弁27及びガス冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器42、52のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁38は、全開状態にされている。液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27は、開状態にされている。各室内膨張弁41、51は、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開度調節されるようになっている。本実施形態において、各室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrは、ガス側温度センサ45、55により検出される冷媒温度値から液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値(蒸発温度Teに対応)を差し引くことによって検出されるか、又は、吸入圧力センサ29により検出される圧縮機21の吸入圧力Psを蒸発温度Teに対応する飽和温度値に換算し、ガス側温度センサ45、55により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって検出される。尚、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蒸発温度Teに対応する冷媒温度値を、ガス側温度センサ45、55により検出される冷媒温度値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を検出するようにしてもよい。また、バイパス膨張弁62は、過冷却器25のバイパス冷媒回路側の出口における冷媒の過熱度SHbが過熱度目標値SHbsになるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、過冷却器25のバイパス冷媒回路側の出口における冷媒の過熱度SHbは、吸入圧力センサ29により検出される圧縮機21の吸入圧力Psを蒸発温度Teに対応する飽和温度値に換算し、バイパス温度センサ63により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって検出される。尚、本実施形態では採用していないが、過冷却器25のバイパス冷媒回路側の入口に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値をバイパス温度センサ63により検出される冷媒温度値から差し引くことによって、過冷却器25のバイパス冷媒回路側の出口における冷媒の過熱度SHbを検出するようにしてもよい。
この冷媒回路10の状態で、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43、53を起動すると、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、四路切換弁22を経由して室外熱交換器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、室外膨張弁38を通過して、過冷却器25に流入し、バイパス冷媒回路61を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却されて過冷却状態になる。このとき、室外熱交換器23において凝縮した高圧の液冷媒の一部は、バイパス冷媒回路61に分岐され、バイパス膨張弁62によって減圧された後に、圧縮機21の吸入側に戻される。ここで、バイパス膨張弁62を通過する冷媒は、圧縮機21の吸入圧力Ps近くまで減圧されることで、その一部が蒸発する。そして、バイパス冷媒回路61のバイパス膨張弁62の出口から圧縮機21の吸入側に向かって流れる冷媒は、過冷却器25を通過して、主冷媒回路側の室外熱交換器23から室内ユニット4、5へ送られる高圧の液冷媒と熱交換を行う。
そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、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、5に送られる。この室内ユニット4、5に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁41、51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て室内熱交換器42、52に送られ、室内熱交換器42、52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及び四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。
(暖房運転)
次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。
次に、通常運転モードにおける暖房運転について説明する。
暖房運転時は、四路切換弁22が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側がガス側閉鎖弁27及びガス冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器42、52のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側が室外熱交換器23のガス側に接続された状態となっている。室外膨張弁38は、室外熱交換器23に流入する冷媒を室外熱交換器23において蒸発させることが可能な圧力(すなわち、蒸発圧力Pe)まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27は、開状態にされている。室内膨張弁41、51は、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過冷却度SCrが過冷却度目標値SCrsで一定になるように開度調節されるようになっている。本実施形態において、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過冷却度SCrは、吐出圧力センサ30により検出される圧縮機21の吐出圧力Pdを凝縮温度Tcに対応する飽和温度値に換算し、この冷媒の飽和温度値から液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値を差し引くことによって検出される。尚、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凝縮温度Tcに対応する冷媒温度値を、液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値から差し引くことによって室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過冷却度SCrを検出するようにしてもよい。また、バイパス膨張弁62は、閉止されている。
この冷媒回路10の状態で、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43、53を起動すると、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り、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁27及びガス冷媒連絡配管7を経由して、室内ユニット4、5に送られる。
そして、室内ユニット4、5に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器42、52において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、室内膨張弁41、51を通過する際に、室内膨張弁41、51の弁開度に応じて減圧される。
この室内膨張弁41、51を通過した冷媒は、液冷媒連絡配管6を経由して室外ユニット2に送られ、液側閉鎖弁26、過冷却器25及び室外膨張弁38を経由してさらに減圧された後に、室外熱交換器23に流入する。そして、室外熱交換器23に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、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蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁22を経由してアキュムレータ24に流入する。そして、アキュムレータ24に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。
以上のような通常運転モードにおける運転制御は、冷房運転及び暖房運転を含む通常運転を行う通常運転制御手段として機能する制御部8(より具体的には、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8a)によって行われる。
<試運転モード>
次に、試運転モードについて、図1〜図4を用いて説明する。ここで、図4は、試運転モードのフローチャートである。本実施形態において、試運転モードでは、まず、ステップS1の冷媒自動充填運転が行われ、続いて、ステップS2の配管容積判定運転が行われ、さらに、ステップS3の初期冷媒量検知運転が行われる。
次に、試運転モードについて、図1〜図4を用いて説明する。ここで、図4は、試運転モードのフローチャートである。本実施形態において、試運転モードでは、まず、ステップS1の冷媒自動充填運転が行われ、続いて、ステップS2の配管容積判定運転が行われ、さらに、ステップS3の初期冷媒量検知運転が行われる。
本実施形態では、冷媒が予め充填された室外ユニット2と、室内ユニット4、5とをビル等の設置場所に設置し、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7を介して接続して冷媒回路10を構成した後に、液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7の容積に応じて不足する冷媒を冷媒回路10内に追加充填する場合を例にして説明する。
(ステップS1:冷媒自動充填運転)
まず、室外ユニット2の液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27を開けて、室外ユニット2に予め充填されている冷媒を冷媒回路10内に充満させる。
まず、室外ユニット2の液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27を開けて、室外ユニット2に予め充填されている冷媒を冷媒回路10内に充満させる。
次に、試運転を行う作業者が、追加充填用の冷媒ボンベを冷媒回路10のサービスポート(図示せず)に接続し、制御部8に対して直接に又はリモコン(図示せず)等を通じて遠隔から試運転を開始する指令を出すと、制御部8によって、図5に示されるステップS11〜ステップS13の処理が行われる。ここで、図5は、冷媒自動充填運転のフローチャートである。
(ステップS11:冷媒量判定運転)
冷媒自動充填運転の開始指令がなされると、冷媒回路10が、室外ユニット2の四路切換弁22が図1の実線で示される状態で、かつ、室内ユニット4、5の室内膨張弁41、51及び室外膨張弁38が開状態となり、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43、53が起動されて、室内ユニット4、5の全てについて強制的に冷房運転(以下、室内ユニット全数運転とする)が行われる。
冷媒自動充填運転の開始指令がなされると、冷媒回路10が、室外ユニット2の四路切換弁22が図1の実線で示される状態で、かつ、室内ユニット4、5の室内膨張弁41、51及び室外膨張弁38が開状態となり、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43、53が起動されて、室内ユニット4、5の全てについて強制的に冷房運転(以下、室内ユニット全数運転とする)が行われる。
すると、図6に示されるように、冷媒回路10において、圧縮機21から凝縮器として機能する室外熱交換器23までの流路には圧縮機21において圧縮されて吐出された高圧のガス冷媒が流れ(図6の斜線のハッチング部分のうち圧縮機21から室外熱交換器23までの部分を参照)、凝縮器として機能する室外熱交換器23には室外空気との熱交換によってガス状態から液状態に相変化する高圧の冷媒が流れ(図6の斜線のハッチング及び黒塗りのハッチングの部分のうち室外熱交換器23に対応する部分を参照)、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51までの室外膨張弁38、過冷却器25の主冷媒回路側の部分及び液冷媒連絡配管6を含む流路と室外熱交換器23からバイパス膨張弁62までの流路には高圧の液冷媒が流れ(図6の黒塗りのハッチング部分のうち室外熱交換器23から室内膨張弁41、51及びバイパス膨張弁62までの部分を参照)、蒸発器として機能する室内熱交換器42、52の部分と過冷却器25のバイパス冷媒回路側の部分とには室内空気との熱交換によって気液二相状態からガス状態に相変化する低圧の冷媒が流れ(図6の格子状のハッチング及び斜線のハッチングの部分のうち室内熱交換器42、52の部分と過冷却器25の部分を参照)、室内熱交換器42、52から圧縮機21までのガス冷媒連絡配管7及びアキュムレータ24を含む流路と過冷却器25のバイパス冷媒回路側の部分から圧縮機21までの流路とには低圧のガス冷媒が流れるようになる(図6の斜線のハッチングの部分のうち室内熱交換器42、52から圧縮機21までの部分と過冷却器25のバイパス冷媒回路側の部分から圧縮機21までの部分とを参照)。図6は、冷媒量判定運転における冷媒回路10内を流れる冷媒の状態を示す模式図(四路切換弁22等の図示を省略)である。
次に、以下のような機器制御を行って、冷媒回路10内を循環する冷媒の状態を安定させる運転に移行する。具体的には、蒸発器として機能する室内熱交換器42、52の過熱度SHrが一定になるように室内膨張弁41、51を制御(以下、過熱度制御とする)し、蒸発圧力Peが一定になるように圧縮機21の運転容量を制御(以下、蒸発圧力制御とする)し、室外熱交換器23における冷媒の凝縮圧力Pcが一定になるように、室外ファン28によって室外熱交換器23に供給される室外空気の風量Woを制御(以下、凝縮圧力制御とする)し、過冷却器25から室内膨張弁41、51に送られる冷媒の温度が一定になるように過冷却器25の能力を制御(以下、液管温度制御とする)し、上述の蒸発圧力制御によって冷媒の蒸発圧力Peが安定的に制御されるように、室内ファン43、53によって室内熱交換器42、52に供給される室内空気の風量Wrを一定にしている。
ここで、蒸発圧力制御を行うのは、蒸発器として機能する室内熱交換器42、52内には室内空気との熱交換によって気液二相状態からガス状態に相変化しながら低圧の冷媒が流れる室内熱交換器42、52内(図6の格子状のハッチング及び斜線のハッチングの部分のうち室内熱交換器42、52に対応する部分を参照、以下、蒸発器部Cとする)における冷媒量が、冷媒の蒸発圧力Peに大きく影響するからである。そして、ここでは、インバータにより回転数Rmが制御される圧縮機モータ73によって圧縮機21の運転容量を制御することによって、室内熱交換器42、52における冷媒の蒸発圧力Peを一定にして、蒸発器部C内を流れる冷媒の状態を安定させて、主として、蒸発圧力Peによって蒸発器C内における冷媒量が変化する状態を作り出している。尚、本実施形態の圧縮機21による蒸発圧力Peの制御においては、室内熱交換器42、52の液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値(蒸発温度Teに対応)を飽和圧力値に換算して、この圧力値が低圧目標値Pesで一定になるように、圧縮機21の運転容量を制御して(すなわち、圧縮機モータ73の回転数Rmを変化させる制御を行って)、冷媒回路10内を流れる冷媒循環量Wcを増減することによって実現されている。尚、本実施形態では採用していないが、室内熱交換器42、52における冷媒の蒸発圧力Peにおける冷媒の圧力に等価な運転状態量である、吸入圧力センサ29によって検出される圧縮機21の吸入圧力Psが、低圧目標値Pesで一定になるように、又は、吸入圧力Psに対応する飽和温度値(蒸発温度Teに対応)が、低圧目標値Tesで一定になるように、圧縮機21の運転容量を制御してもよいし、室内熱交換器42、52の液側温度センサ44、54により検出される冷媒温度値(蒸発温度Teに対応)が、低圧目標値Tesで一定になるように、圧縮機21の運転容量を制御してもよい。
そして、このような蒸発圧力制御を行うことによって、室内熱交換器42、52から圧縮機21までのガス冷媒連絡配管7及びアキュムレータ24を含む冷媒配管内(図6の斜線のハッチングの部分のうち室内熱交換器42、52から圧縮機21までの部分を参照、以下、ガス冷媒流通部Dとする)を流れる冷媒の状態も安定して、主として、ガス冷媒流通部Dにおける冷媒の圧力に等価な運転状態量である、蒸発圧力Pe(すなわち、吸入圧力Ps)によってガス冷媒流通部D内における冷媒量が変化する状態を作り出している。
また、凝縮圧力制御を行うのは、室外空気との熱交換によってガス状態から液状態に相変化しながら高圧の冷媒が流れる室外熱交換器23内(図6の斜線のハッチング及び黒塗りのハッチングの部分のうち室外熱交換器23に対応する部分を参照、以下、凝縮器部Aとする)における冷媒量が、冷媒の凝縮圧力Pcに大きく影響するからである。そして、この凝縮器部Aにおける冷媒の凝縮圧力Pcは、室外温度Taの影響より大きく変化するため、モータ28aにより室外ファン28から室外熱交換器23に供給する室内空気の風量Woを制御することによって、室外熱交換器23における冷媒の凝縮圧力Pcを一定にして、凝縮器部A内を流れる冷媒の状態を安定させて、主として、室外熱交換器23の液側(以下、冷媒量判定運転に関する説明では、室外熱交換器23の出口とする)における過冷却度SCoによって凝縮器A内における冷媒量が変化する状態を作り出している。尚、本実施形態の室外ファン28による凝縮圧力Pcの制御においては、室外熱交換器23における冷媒の凝縮圧力Pcに等価な運転状態量である、吐出圧力センサ30によって検出される圧縮機21の吐出圧力Pd、又は、熱交温度センサ33によって検出される室外熱交換器23内を流れる冷媒の温度(すなわち、凝縮温度Tc)が用いられる。
そして、このような凝縮圧力制御を行うことによって、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51までの室外膨張弁38、過冷却器25の主冷媒回路側の部分及び液冷媒連絡配管6を含む流路と室外熱交換器23からバイパス冷媒回路61のバイパス膨張弁62までの流路とには高圧の液冷媒が流れて、室外熱交換器23から室内膨張弁41、51及びバイパス膨張弁62までの部分(図6の黒塗りのハッチング部分を参照、以下、液冷媒流通部Bとする)における冷媒の圧力も安定し、液冷媒流通部Bが液冷媒でシールされて安定した状態となる。
また、液管温度制御を行うのは、過冷却器25から室内膨張弁41、51に至る液冷媒連絡配管6を含む冷媒配管内(図6に示される液冷媒流通部Bのうち過冷却器25から室内膨張弁41、51までの部分を参照)の冷媒の密度が変化しないようにするためである。そして、過冷却器25の能力制御は、過冷却器25の主冷媒回路側の出口に設けられた液管温度センサ35によって検出される冷媒の温度Tlpが液管温度目標値Tlpsで一定になるようにバイパス冷媒回路61を流れる冷媒の流量を増減して、過冷却器25の主冷媒回路側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路側を流れる冷媒との間の交換熱量を調節することによって実現されている。尚、このバイパス冷媒回路61を流れる冷媒の流量の増減は、バイパス膨張弁62の開度調節によって行われる。このようにして、過冷却器25から室内膨張弁41、51に至る液冷媒連絡配管6を含む冷媒配管内における冷媒の温度が一定となる液管温度制御が実現されている。
そして、このような液管温度一定制御を行うことによって、冷媒回路10に冷媒を充填することによって冷媒回路10内の冷媒量が徐々に増加するのに伴って、室外熱交換器23の出口における冷媒の温度Tco(すなわち、室外熱交換器23の出口における冷媒の過冷却度SCo)が変化する場合であっても、室外熱交換器23の出口における冷媒の温度Tcoの変化の影響が、室外熱交換器23の出口から過冷却器25に至る冷媒配管のみに収まり、液冷媒流通部Bのうち過冷却器25から液冷媒連絡配管6を含む室内膨張弁41、51までの冷媒配管には影響しない状態となる。
さらに、過熱度制御を行うのは、蒸発器部Cにおける冷媒量が、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の乾き度に大きく影響するからである。この室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHrは、室内膨張弁41、51の開度を制御することによって、室内熱交換器42、52のガス側(以下、冷媒量判定運転に関する説明では、室内熱交換器42、52の出口とする)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(すなわち、室内熱交換器42、52の出口のガス冷媒を過熱状態)にして、蒸発器部C内を流れる冷媒の状態を安定させている。
そして、このような過熱度制御を行うことによって、ガス冷媒連絡部Dにガス冷媒が確実に流れる状態を作り出している。
上述の各種制御によって、冷媒回路10内を循環する冷媒の状態が安定して、冷媒回路10内における冷媒量の分布が一定となるため、続いて行われる冷媒の追加充填によって冷媒回路10内に冷媒が充填され始めた際に、冷媒回路10内の冷媒量の変化が、主として、室外熱交換器23内の冷媒量の変化となって現れる状態を作り出すことができる(以下、この運転を冷媒量判定運転とする)。
以上のような制御は、冷媒量判定運転を行う冷媒量判定運転制御手段として機能する制御部8(より具体的には、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8a)により、ステップS11の処理として行われる。
尚、本実施形態と異なり、室外ユニット2に予め冷媒が充填されていない場合には、このステップS11の処理に先だって、上述の冷媒量判定運転を行う際に、構成機器が異常停止してしまうことがない程度の冷媒量になるまで冷媒充填を行う必要がある。
(ステップS12:冷媒量の演算)
次に、上記の冷媒量判定運転を行いつつ、冷媒回路10内に冷媒の追加充填を実施するが、この際、冷媒量演算手段として機能する制御部8によって、ステップS12における冷媒の追加充填時における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10内の冷媒量を演算する。
次に、上記の冷媒量判定運転を行いつつ、冷媒回路10内に冷媒の追加充填を実施するが、この際、冷媒量演算手段として機能する制御部8によって、ステップS12における冷媒の追加充填時における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10内の冷媒量を演算する。
まず、本実施形態における冷媒量演算手段について説明する。冷媒量演算手段は、冷媒回路10を複数の部分に分割して、分割された各部分ごとに冷媒量を演算することで、冷媒回路10内の冷媒量を演算するものである。より具体的には、分割された各部分ごとに、各部分の冷媒量と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式が設定されており、これらの関係式を用いて、各部分の冷媒量を演算することができるようになっている。そして、本実施形態においては、冷媒回路10は、四路切換弁22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側が室外熱交換器23のガス側に接続され、かつ、圧縮機21の吸入側がガス側閉鎖弁27及びガス冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器42、52の出口に接続された状態において、圧縮機21から四路切換弁22(図6では図示せず)を含む室外熱交換器23までの部分(以下、高圧ガス管部Eとする)と、室外熱交換器23の部分(すなわち、凝縮器部A)と、液冷媒流通部Bのうち室外熱交換器23から過冷却器25までの部分及び過冷却器25の主冷媒回路側の部分の入口側半分(以下、高温側液管部B1とする)と、液冷媒流通部Bのうち過冷却器25の主冷媒回路側の部分の出口側半分及び過冷却器25から液側閉鎖弁26(図6では図示せず)までの部分(以下、低温側液管部B2とする)と、液冷媒流通部Bのうち液冷媒連絡配管6の部分(以下、液冷媒連絡配管部B3とする)と、液冷媒流通部Bのうち液冷媒連絡配管6から室内膨張弁41、51及び室内熱交換器42、52の部分(すなわち、蒸発器部C)を含むガス冷媒流通部Dのうちガス冷媒連絡配管7までの部分(以下、室内ユニット部Fとする)と、ガス冷媒流通部Dのうちガス冷媒連絡配管7の部分(以下、ガス冷媒連絡配管部Gとする)と、ガス冷媒流通部Dのうちガス側閉鎖弁27(図6では図示せず)から四路切換弁22及びアキュムレータ24を含む圧縮機21までの部分(以下、低圧ガス管部Hとする)と、液冷媒流通部Bのうち高温側液管部B1からバイパス膨張弁62及び過冷却器25のバイパス冷媒回路側の部分を含む低圧ガス管部Hまでの部分(以下、バイパス回路部Iとする)と、圧縮機21の部分(以下、圧縮機部Jとする)と、に分割されて、各部分ごとに関係式が設定されている。次に、上述の各部分ごとに設定された関係式について、説明する。
本実施形態において、高圧ガス管部Eにおける冷媒量Mog1と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mog1=Vog1×ρd
という、室外ユニット2の高圧ガス管部Eの容積Vog1に高圧ガス管部Eにおける冷媒の密度ρdを乗じた関数式として表される。尚、高圧ガス管部Eの容積Vog1は、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、高圧ガス管部Eにおける冷媒の密度ρdは、吐出温度Td及び吐出圧力Pdを換算することによって得られる。
Mog1=Vog1×ρd
という、室外ユニット2の高圧ガス管部Eの容積Vog1に高圧ガス管部Eにおける冷媒の密度ρdを乗じた関数式として表される。尚、高圧ガス管部Eの容積Vog1は、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、高圧ガス管部Eにおける冷媒の密度ρdは、吐出温度Td及び吐出圧力Pdを換算することによって得られる。
凝縮器部Aにおける冷媒量Mcと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mc=kc1×Ta+kc2×Tc+kc3×SHm+kc4×Wc
+kc5×ρc+kc6×ρco+kc7
という、室外温度Ta、凝縮温度Tc、圧縮機吐出過熱度SHm、冷媒循環量Wc、室外熱交換器23における冷媒の飽和液密度ρc及び室外熱交換器23の出口における冷媒の密度ρcoの関数式として表される。尚、上述の関係式におけるパラメータkc1〜kc7は、試験や詳細なシミュレーションの結果を回帰分析することによって求められたものであり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、圧縮機吐出過熱度SHmは、圧縮機の吐出側における冷媒の過熱度であり、吐出圧力Pdを冷媒の飽和温度値に換算し、吐出温度Tdからこの冷媒の飽和温度値を差し引くことにより得られる。冷媒循環量Wcは、蒸発温度Teと凝縮温度Tcとの関数(すなわち、Wc=f1(Te、Tc))として表される。冷媒の飽和液密度ρcは、凝縮温度Tcを換算することによって得られる。室外熱交換器23の出口における冷媒の密度ρcoは、凝縮温度Tcを換算することによって得られる凝縮圧力Pc及び冷媒の温度Tcoを換算することによって得られる。
Mc=kc1×Ta+kc2×Tc+kc3×SHm+kc4×Wc
+kc5×ρc+kc6×ρco+kc7
という、室外温度Ta、凝縮温度Tc、圧縮機吐出過熱度SHm、冷媒循環量Wc、室外熱交換器23における冷媒の飽和液密度ρc及び室外熱交換器23の出口における冷媒の密度ρcoの関数式として表される。尚、上述の関係式におけるパラメータkc1〜kc7は、試験や詳細なシミュレーションの結果を回帰分析することによって求められたものであり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、圧縮機吐出過熱度SHmは、圧縮機の吐出側における冷媒の過熱度であり、吐出圧力Pdを冷媒の飽和温度値に換算し、吐出温度Tdからこの冷媒の飽和温度値を差し引くことにより得られる。冷媒循環量Wcは、蒸発温度Teと凝縮温度Tcとの関数(すなわち、Wc=f1(Te、Tc))として表される。冷媒の飽和液密度ρcは、凝縮温度Tcを換算することによって得られる。室外熱交換器23の出口における冷媒の密度ρcoは、凝縮温度Tcを換算することによって得られる凝縮圧力Pc及び冷媒の温度Tcoを換算することによって得られる。
高温液管部B1における冷媒量Mol1と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mol1=Vol1×ρco
という、室外ユニット2の高温液管部B1の容積Vol1に高温液管部B1における冷媒の密度ρco(すなわち、上述の室外熱交換器23の出口における冷媒の密度)を乗じた関数式として表される。尚、高圧液管部B1の容積Vol1は、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。
Mol1=Vol1×ρco
という、室外ユニット2の高温液管部B1の容積Vol1に高温液管部B1における冷媒の密度ρco(すなわち、上述の室外熱交換器23の出口における冷媒の密度)を乗じた関数式として表される。尚、高圧液管部B1の容積Vol1は、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。
低温液管部B2における冷媒量Mol2と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mol2=Vol2×ρlp
という、室外ユニット2の低温液管部B2の容積Vol2に低温液管部B2における冷媒の密度ρlpを乗じた関数式として表される。尚、低温液管部B2の容積Vol2は、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、低温液管部B2における冷媒の密度ρlpは、過冷却器25の出口における冷媒の密度であり、凝縮圧力Pc及び過冷却器25の出口における冷媒の温度Tlpを換算することによって得られる。
Mol2=Vol2×ρlp
という、室外ユニット2の低温液管部B2の容積Vol2に低温液管部B2における冷媒の密度ρlpを乗じた関数式として表される。尚、低温液管部B2の容積Vol2は、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、低温液管部B2における冷媒の密度ρlpは、過冷却器25の出口における冷媒の密度であり、凝縮圧力Pc及び過冷却器25の出口における冷媒の温度Tlpを換算することによって得られる。
液冷媒連絡配管部B3における冷媒量Mlpと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mlp=Vlp×ρlp
という、液冷媒連絡配管6の容積Vlpに液冷媒連絡配管部B3における冷媒の密度ρlp(すなわち、過冷却器25の出口における冷媒の密度)を乗じた関数式として表される。尚、液冷媒連絡配管6の容積Vlpは、液冷媒連絡配管6が空気調和装置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ため、長さや管径等の情報から現地において演算した値を入力したり、長さや管径等の情報を現地において入力し、これらの入力された液冷媒連絡配管6の情報から制御部8で演算したり、又は、後述のように、配管容積判定運転の運転結果を用いて演算される。
Mlp=Vlp×ρlp
という、液冷媒連絡配管6の容積Vlpに液冷媒連絡配管部B3における冷媒の密度ρlp(すなわち、過冷却器25の出口における冷媒の密度)を乗じた関数式として表される。尚、液冷媒連絡配管6の容積Vlpは、液冷媒連絡配管6が空気調和装置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ため、長さや管径等の情報から現地において演算した値を入力したり、長さや管径等の情報を現地において入力し、これらの入力された液冷媒連絡配管6の情報から制御部8で演算したり、又は、後述のように、配管容積判定運転の運転結果を用いて演算される。
室内ユニット部Fにおける冷媒量Mrと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mr=kr1×Tlp+kr2×ΔT+kr3×SHr+kr4×Wr+kr5
という、過冷却器25の出口における冷媒の温度Tlp、室内温度Trから蒸発温度Teを差し引いた温度差ΔT、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHr及び室内ファン43、53の風量Wrの関数式として表される。尚、上述の関係式におけるパラメータkr1〜kr5は、試験や詳細なシミュレーションの結果を回帰分析することによって求められたものであり、予め制御部8のメモリに記憶されている。尚、ここでは、2台の室内ユニット4、5のそれぞれに対応して冷媒量Mrの関係式が設定されており、室内ユニット4の冷媒量Mrと室内ユニット5の冷媒量Mrとを加算することにより、室内ユニット部Fの全冷媒量が演算されるようになっている。尚、室内ユニット4と室内ユニット5の機種や容量が異なる場合には、パラメータkr1〜kr5の値が異なる関係式が使用されることになる。
Mr=kr1×Tlp+kr2×ΔT+kr3×SHr+kr4×Wr+kr5
という、過冷却器25の出口における冷媒の温度Tlp、室内温度Trから蒸発温度Teを差し引いた温度差ΔT、室内熱交換器42、52の出口における冷媒の過熱度SHr及び室内ファン43、53の風量Wrの関数式として表される。尚、上述の関係式におけるパラメータkr1〜kr5は、試験や詳細なシミュレーションの結果を回帰分析することによって求められたものであり、予め制御部8のメモリに記憶されている。尚、ここでは、2台の室内ユニット4、5のそれぞれに対応して冷媒量Mrの関係式が設定されており、室内ユニット4の冷媒量Mrと室内ユニット5の冷媒量Mrとを加算することにより、室内ユニット部Fの全冷媒量が演算されるようになっている。尚、室内ユニット4と室内ユニット5の機種や容量が異なる場合には、パラメータkr1〜kr5の値が異なる関係式が使用されることになる。
ガス冷媒連絡配管部Gにおける冷媒量Mgpと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mgp=Vgp×ρgp
という、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpにガス冷媒連絡配管部Hにおける冷媒の密度ρgpを乗じた関数式として表される。尚、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpは、液冷媒連絡配管6と同様に、ガス冷媒連絡配管7が空気調和装置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ため、長さや管径等の情報から現地において演算した値を入力したり、長さや管径等の情報を現地において入力し、これらの入力されたガス冷媒連絡配管7の情報から制御部8で演算したり、又は、後述のように、配管容積判定運転の運転結果を用いて演算される。また、ガス冷媒配管連絡部Gにおける冷媒の密度ρgpは、圧縮機21の吸入側における冷媒の密度ρsと、室内熱交換器42、52の出口(すなわち、ガス冷媒連絡配管7の入口)における冷媒の密度ρeoとの平均値である。冷媒の密度ρsは、吸入圧力Ps及び吸入温度Tsを換算することによって得られ、冷媒の密度ρeoは、蒸発温度Teの換算値である蒸発圧力Pe及び室内熱交換器42、52の出口温度Teoを換算することによって得られる。
Mgp=Vgp×ρgp
という、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpにガス冷媒連絡配管部Hにおける冷媒の密度ρgpを乗じた関数式として表される。尚、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpは、液冷媒連絡配管6と同様に、ガス冷媒連絡配管7が空気調和装置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ため、長さや管径等の情報から現地において演算した値を入力したり、長さや管径等の情報を現地において入力し、これらの入力されたガス冷媒連絡配管7の情報から制御部8で演算したり、又は、後述のように、配管容積判定運転の運転結果を用いて演算される。また、ガス冷媒配管連絡部Gにおける冷媒の密度ρgpは、圧縮機21の吸入側における冷媒の密度ρsと、室内熱交換器42、52の出口(すなわち、ガス冷媒連絡配管7の入口)における冷媒の密度ρeoとの平均値である。冷媒の密度ρsは、吸入圧力Ps及び吸入温度Tsを換算することによって得られ、冷媒の密度ρeoは、蒸発温度Teの換算値である蒸発圧力Pe及び室内熱交換器42、52の出口温度Teoを換算することによって得られる。
低圧ガス管部Hにおける冷媒量Mog2と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mog2=Vog2×ρs
という、室外ユニット2内の低圧ガス管部Hの容積Vog2に低圧ガス管部Hにおける冷媒の密度ρsを乗じた関数式として表される。尚、低圧ガス管部Hの容積Vog2は、設置場所に出荷される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。
Mog2=Vog2×ρs
という、室外ユニット2内の低圧ガス管部Hの容積Vog2に低圧ガス管部Hにおける冷媒の密度ρsを乗じた関数式として表される。尚、低圧ガス管部Hの容積Vog2は、設置場所に出荷される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。
バイパス回路部Iにおける冷媒量Mobと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mob=kob1×ρco+kob2×ρs+kob3×Pe+kob4
という、室外熱交換器23の出口における冷媒の密度ρco、過冷却器25のバイパス回路側の出口における冷媒の密度ρs及び蒸発圧力Peの関数式として表される。尚、上述の関係式におけるパラメータkob1〜kob3は、試験や詳細なシミュレーションの結果を回帰分析することによって求められたものであり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、バイパス回路部Iの容積Mobは、他の部分に比べて冷媒量が少ないこともあり、さらに簡易的な関係式によって演算されてもよい。例えば、
Mob=Vob×ρe×kob5
という、バイパス回路部Iの容積Vobに過冷却器25のバイパス回路側の部分における飽和液密度ρe及び補正係数kobを乗じた関数式として表される。尚、バイパス回路部Iの容積Vobは、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、過冷却器25のバイパス回路側の部分における飽和液密度ρeは、吸入圧力Ps又は蒸発温度Teを換算することによって得られる。
Mob=kob1×ρco+kob2×ρs+kob3×Pe+kob4
という、室外熱交換器23の出口における冷媒の密度ρco、過冷却器25のバイパス回路側の出口における冷媒の密度ρs及び蒸発圧力Peの関数式として表される。尚、上述の関係式におけるパラメータkob1〜kob3は、試験や詳細なシミュレーションの結果を回帰分析することによって求められたものであり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、バイパス回路部Iの容積Mobは、他の部分に比べて冷媒量が少ないこともあり、さらに簡易的な関係式によって演算されてもよい。例えば、
Mob=Vob×ρe×kob5
という、バイパス回路部Iの容積Vobに過冷却器25のバイパス回路側の部分における飽和液密度ρe及び補正係数kobを乗じた関数式として表される。尚、バイパス回路部Iの容積Vobは、室外ユニット2が設置場所に設置される前から既知の値であり、予め制御部8のメモリに記憶されている。また、過冷却器25のバイパス回路側の部分における飽和液密度ρeは、吸入圧力Ps又は蒸発温度Teを換算することによって得られる。
圧縮機部Jにおける冷媒量Mcompと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mcomp=Mqo+Mq1+Mq2
という、圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の高圧空間Q2のうち油溜まり部71dに溜まっている冷凍機油中に溶解する溶存冷媒量Mqo、圧縮機21の低圧空間Q1の部分における冷媒量Mq1及び圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の高圧空間Q2の部分における冷媒量Mq2を加算した関数式として表される。
Mcomp=Mqo+Mq1+Mq2
という、圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の高圧空間Q2のうち油溜まり部71dに溜まっている冷凍機油中に溶解する溶存冷媒量Mqo、圧縮機21の低圧空間Q1の部分における冷媒量Mq1及び圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の高圧空間Q2の部分における冷媒量Mq2を加算した関数式として表される。
ここで、冷凍機油の量をMoilとし、冷凍機油への冷媒の溶解度をφとすると、溶存冷媒量Mqoは、
Mqo=φ/(1−φ)×Moil
として表される。この冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部71dに溜まっている冷凍機油の圧力及び温度の関数として表されるが、このとき、冷凍機油の圧力としては、高圧空間Q2における冷媒の圧力(すなわち、吐出圧力Pd)を用いることができる。しかし、本実施形態における空気調和装置1が圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油とこの冷凍機油に接する冷媒との温度差が大きくなるように構成されており、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の温度分布が生じやすくなっていることから、冷凍機油への冷媒の溶解度φを演算する際に必要な冷凍機油の温度(以下、Toilとする)として、例えば、高圧空間Q2における冷媒の温度(すなわち、吐出温度Td)を用いると、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の温度分布が反映されないという事態が生じる。そこで、本実施形態においては、圧縮機21内部の冷凍機油の温度分布の発生原因である圧縮機21外部の雰囲気温度としての室外温度Taも溶存冷媒量Mqoの演算に用いるようにしている。具体的には、冷凍機油の温度Toilとして、吐出温度Td及び室外温度Taの関数(すなわち、Toil=f2(Td、Ta))として表される圧縮機21内部の冷凍機油の平均温度を用いることができる(図7の吐出温度Td及び室外温度Taと冷凍機油の温度Toilとの関係を示す線図を参照)。尚、Toilと吐出温度Td及び室外温度Taとの関係は、予め実験的に得られた測定データを用いて関数式化したものを用いてもよいし、マップ化したものを用いてもよい。また、室外温度Taを検出する室外温度センサ36の設置位置等によっては、検出された室外温度Taと実際の圧縮機21外部の雰囲気温度との間にずれが生じるおそれもあるが、このような場合には、検出された室外温度Taをそのまま使用するのではなく、室外温度Taに補正を施した値を圧縮機21外部の雰囲気温度として使用するようにしてもよい。ここで、室外温度Taの補正の方法としては、構成機器の運転状態量、例えば、空気調和装置1の運転状態から求めた能力、吐出圧力Pd及び室外ファン28の風量Woの少なくとも1つを用いて補正することが可能である。そうすると、冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部71dが形成された高圧空間Q2における冷媒の圧力(すなわち、吐出圧力Pd)及び上述の吐出温度Td及び室外温度Taの関数として表された冷凍機油の平均温度Toilの関数(すなわち、φ=f3(Ps、Toil))として表すことができる。このように、溶存冷媒量Mqoは、既知の冷凍機油の量Moil、吐出圧力Pd及び冷凍機油の平均温度Toil(より具体的には、吐出温度Td及び室外温度Ta)から演算することができる。
Mqo=φ/(1−φ)×Moil
として表される。この冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部71dに溜まっている冷凍機油の圧力及び温度の関数として表されるが、このとき、冷凍機油の圧力としては、高圧空間Q2における冷媒の圧力(すなわち、吐出圧力Pd)を用いることができる。しかし、本実施形態における空気調和装置1が圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油とこの冷凍機油に接する冷媒との温度差が大きくなるように構成されており、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の温度分布が生じやすくなっていることから、冷凍機油への冷媒の溶解度φを演算する際に必要な冷凍機油の温度(以下、Toilとする)として、例えば、高圧空間Q2における冷媒の温度(すなわち、吐出温度Td)を用いると、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の温度分布が反映されないという事態が生じる。そこで、本実施形態においては、圧縮機21内部の冷凍機油の温度分布の発生原因である圧縮機21外部の雰囲気温度としての室外温度Taも溶存冷媒量Mqoの演算に用いるようにしている。具体的には、冷凍機油の温度Toilとして、吐出温度Td及び室外温度Taの関数(すなわち、Toil=f2(Td、Ta))として表される圧縮機21内部の冷凍機油の平均温度を用いることができる(図7の吐出温度Td及び室外温度Taと冷凍機油の温度Toilとの関係を示す線図を参照)。尚、Toilと吐出温度Td及び室外温度Taとの関係は、予め実験的に得られた測定データを用いて関数式化したものを用いてもよいし、マップ化したものを用いてもよい。また、室外温度Taを検出する室外温度センサ36の設置位置等によっては、検出された室外温度Taと実際の圧縮機21外部の雰囲気温度との間にずれが生じるおそれもあるが、このような場合には、検出された室外温度Taをそのまま使用するのではなく、室外温度Taに補正を施した値を圧縮機21外部の雰囲気温度として使用するようにしてもよい。ここで、室外温度Taの補正の方法としては、構成機器の運転状態量、例えば、空気調和装置1の運転状態から求めた能力、吐出圧力Pd及び室外ファン28の風量Woの少なくとも1つを用いて補正することが可能である。そうすると、冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部71dが形成された高圧空間Q2における冷媒の圧力(すなわち、吐出圧力Pd)及び上述の吐出温度Td及び室外温度Taの関数として表された冷凍機油の平均温度Toilの関数(すなわち、φ=f3(Ps、Toil))として表すことができる。このように、溶存冷媒量Mqoは、既知の冷凍機油の量Moil、吐出圧力Pd及び冷凍機油の平均温度Toil(より具体的には、吐出温度Td及び室外温度Ta)から演算することができる。
また、冷媒量Mq2は、
Mq2=(Vcomp−Voil−Vq1)×ρd
という、圧縮機21の全容積Vcompから冷凍機油の容積Voil及び低圧空間Q1の容積Vq1を差し引き、これに高圧空間Q2における冷媒の密度としての冷媒の密度ρdを乗算することによって演算される。
Mq2=(Vcomp−Voil−Vq1)×ρd
という、圧縮機21の全容積Vcompから冷凍機油の容積Voil及び低圧空間Q1の容積Vq1を差し引き、これに高圧空間Q2における冷媒の密度としての冷媒の密度ρdを乗算することによって演算される。
ここで、冷凍機油の容積Voilは、冷凍機油の量Moilを冷凍機油の密度ρoilで除算することによって演算される。この冷凍機油の密度ρoilは、冷凍機油の温度の関数として表されるが、この場合においても、上述の溶解度φを演算する場合と同様に、冷凍機油の平均温度Toilを用いることができる。すなわち、冷凍機油の密度は、冷凍機油の平均温度Toilの関数(すなわち、ρoil=f4(Toil))として表すことができる。このように、圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の高圧空間Q2のうち油溜まり部71d以外の部分における冷媒量Mq2は、既知の容積Vcomp、既知の容積Vq1、既知の冷凍機油の量Moil及び冷凍機油の平均温度Toil(より具体的には、吐出温度Td及び室外温度Ta)から演算することができる。
また、冷媒量Mq1は、
Mq1=Vq1×ρs
という、低圧空間Q1の容積Vq1に低圧空間Q1における冷媒の密度としての冷媒の密度ρsを乗算することによって演算される。
Mq1=Vq1×ρs
という、低圧空間Q1の容積Vq1に低圧空間Q1における冷媒の密度としての冷媒の密度ρsを乗算することによって演算される。
尚、本実施形態において、室外ユニット2は1台であるが、室外ユニットが複数台接続される場合には、室外ユニットに関する冷媒量Mog1、Mc、Mol1、Mol2、Mog2、Mob及びMcompは、複数の室外ユニットのそれぞれに対応して各部分の冷媒量の関係式が設定され、複数の室外ユニットの各部分の冷媒量を加算することにより、室外ユニットの全冷媒量が演算されるようになっている。尚、機種や容量が異なる複数の室外ユニットが接続される場合には、パラメータの値が異なる各部分の冷媒量の関係式が使用されることになる。
以上のように、本実施形態では、冷媒回路10の各部分についての関係式を用いて、冷媒量判定運転における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から各部分の冷媒量を演算することで、冷媒回路10の冷媒量を演算することができるようになっている。
そして、このステップS12は、後述のステップS13における冷媒量の適否の判定の条件が満たされるまで繰り返されるため、冷媒の追加充填が開始してから完了するまでの間、冷媒回路10の各部分についての関係式を用いて、冷媒充填時における運転状態量から各部分の冷媒量が演算される。より具体的には、後述のステップS13における冷媒量の適否の判定に必要な室外ユニット2内の冷媒量Mo及び各室内ユニット4、5内の冷媒量Mr(すなわち、冷媒連絡配管6、7を除く冷媒回路10の各部分の冷媒量)が演算される。ここで、室外ユニット2内の冷媒量Moは、上述の室外ユニット2内の各部分の冷媒量Mog1、Mc、Mol1、Mol2、Mog2、Mob及びMcompを加算することによって演算される。
このように、冷媒自動充填運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10の各部分の冷媒量を演算する冷媒量演算手段として機能する制御部8により、ステップS12の処理が行われる。
(ステップS13:冷媒量の適否の判定)
上述のように、冷媒回路10内に冷媒の追加充填を開始すると、冷媒回路10内の冷媒量が徐々に増加する。ここで、冷媒連絡配管6、7の容積が未知である場合には、冷媒の追加充填後に冷媒回路10内に充填されるべき冷媒量を、冷媒回路10全体の冷媒量として規定することができない。しかし、室外ユニット2及び室内ユニット4、5だけに着目すれば(すなわち、冷媒連絡配管6、7を除く冷媒回路10)、試験や詳細なシミュレーションにより通常運転モードにおける最適な室外ユニット2の冷媒量を予め知ることができるため、この冷媒量を充填目標値Msとして予め制御部8のメモリに記憶しておき、上述の関係式を用いて冷媒自動充填運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から演算される室外ユニット2の冷媒量Moと室内ユニット4、5の冷媒量Mrとを加算した冷媒量の値が、この充填目標値Msに到達するまで、冷媒の追加充填を行えばよいことになる。すなわち、ステップS13は、冷媒自動充填運転における室外ユニット2の冷媒量Moと室内ユニット4、5の冷媒量Mrとを加算した冷媒量の値が充填目標値Msに到達したかどうかを判定することで、冷媒の追加充填により冷媒回路10内に充填された冷媒量の適否を判定する処理である。
上述のように、冷媒回路10内に冷媒の追加充填を開始すると、冷媒回路10内の冷媒量が徐々に増加する。ここで、冷媒連絡配管6、7の容積が未知である場合には、冷媒の追加充填後に冷媒回路10内に充填されるべき冷媒量を、冷媒回路10全体の冷媒量として規定することができない。しかし、室外ユニット2及び室内ユニット4、5だけに着目すれば(すなわち、冷媒連絡配管6、7を除く冷媒回路10)、試験や詳細なシミュレーションにより通常運転モードにおける最適な室外ユニット2の冷媒量を予め知ることができるため、この冷媒量を充填目標値Msとして予め制御部8のメモリに記憶しておき、上述の関係式を用いて冷媒自動充填運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から演算される室外ユニット2の冷媒量Moと室内ユニット4、5の冷媒量Mrとを加算した冷媒量の値が、この充填目標値Msに到達するまで、冷媒の追加充填を行えばよいことになる。すなわち、ステップS13は、冷媒自動充填運転における室外ユニット2の冷媒量Moと室内ユニット4、5の冷媒量Mrとを加算した冷媒量の値が充填目標値Msに到達したかどうかを判定することで、冷媒の追加充填により冷媒回路10内に充填された冷媒量の適否を判定する処理である。
そして、ステップS13において、室外ユニット2の冷媒量Moと室内ユニット4、5の冷媒量Mrとを加算した冷媒量の値が充填目標値Msよりも小さく、冷媒の追加充填が完了していない場合には、充填目標値Msに到達するまで、ステップS13の処理が繰り返される。また、室外ユニット2の冷媒量Moと室内ユニット4、5の冷媒量Mrとを加算した冷媒量の値が充填目標値Msに到達した場合には、冷媒の追加充填が完了し、冷媒自動充填運転処理としてのステップS1が完了する。
尚、上述の冷媒量判定運転においては、冷媒回路10内への冷媒の追加充填が進むにつれて、主として、室外熱交換器23の出口における過冷却度SCoが大きくなる傾向が現れて室外熱交換器23における冷媒量Mcが増加し、他の部分における冷媒量がほぼ一定に保たれる傾向になるため、充填目標値Msを、室外ユニット2及び室内ユニット4、5ではなく、室外ユニット2の冷媒量Moのみに対応する値として設定したり、又は、室外熱交換器23の冷媒量Mcに対応する値として設定して、充填目標値Msに到達するまで冷媒の追加充填を行うようにしてもよい。
このように、冷媒自動充填運転の冷媒量判定運転における冷媒回路10内の冷媒量の適否(すなわち、充填目標値Msに到達したかどうか)を判定する冷媒量判定手段として機能する制御部8により、ステップS13の処理が行われる。
(ステップS2:配管容積判定運転)
上述のステップS1の冷媒自動充填運転が完了したら、ステップS2の配管容積判定運転に移行する。配管容積判定運転では、制御部8によって、図8に示されるステップS21〜ステップS25の処理が行われる。ここで、図8は、配管容積判定運転のフローチャートである。
上述のステップS1の冷媒自動充填運転が完了したら、ステップS2の配管容積判定運転に移行する。配管容積判定運転では、制御部8によって、図8に示されるステップS21〜ステップS25の処理が行われる。ここで、図8は、配管容積判定運転のフローチャートである。
(ステップS21、S22:液冷媒連絡配管用の配管容積判定運転及び容積の演算)
ステップS21では、上述の冷媒自動充填運転におけるステップS11の冷媒量判定運転と同様に、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む液冷媒連絡配管6用の配管容積判定運転を行う。ここで、液管温度制御における過冷却器25の主冷媒回路側の出口の冷媒の温度Tlpの液管温度目標値Tlpsを第1目標値Tlps1とし、この第1目標値Tlps1で冷媒量判定運転が安定した状態を第1状態とする(図9の破線を含む線で示された冷凍サイクルを参照)。尚、図9は、液冷媒連絡配管用の配管容積判定運転における空気調和装置1の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
ステップS21では、上述の冷媒自動充填運転におけるステップS11の冷媒量判定運転と同様に、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む液冷媒連絡配管6用の配管容積判定運転を行う。ここで、液管温度制御における過冷却器25の主冷媒回路側の出口の冷媒の温度Tlpの液管温度目標値Tlpsを第1目標値Tlps1とし、この第1目標値Tlps1で冷媒量判定運転が安定した状態を第1状態とする(図9の破線を含む線で示された冷凍サイクルを参照)。尚、図9は、液冷媒連絡配管用の配管容積判定運転における空気調和装置1の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
次に、液管温度制御における過冷却器25の主冷媒回路側の出口の冷媒の温度Tlpが第1目標値Tlps1で安定した第1状態から、他の機器制御、すなわち、凝縮圧力制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御の条件については変更することなく(すなわち、過熱度目標値SHrsや低圧目標値Tesを変更することなく)、液管温度目標値Tlpsを第1目標値Tlps1と異なる第2目標値Tlps2に変更して安定させた第2状態とする(図9の実線で示された冷凍サイクルを参照)。本実施形態において、第2目標値Tlps2は、第1目標値Tlps1よりも高い温度である。
このように、第1状態で安定した状態から第2状態に変更することによって、液冷媒連絡配管6内の冷媒の密度が小さくなるため、第2状態における液冷媒連絡配管部B3の冷媒量Mlpは、第1状態における冷媒量に比べて減少することになる。そして、この液冷媒連絡配管部B3から減少した冷媒は、冷媒回路10の他の部分に移動することになる。より具体的には、上述のように、液管温度制御以外の他の機器制御の条件については変更していないことから、高圧ガス管部Eにおける冷媒量Mog1、低圧ガス管部Hにおける冷媒量Mog2、ガス冷媒連絡配管部Gにおける冷媒量Mgp及び圧縮機部Jにおける冷媒量Mcompがほぼ一定に保たれて、液冷媒連絡配管部B3から減少した冷媒は、凝縮器部A、高温液管部B1、低温液管部B2、室内ユニット部F及びバイパス回路部Iに移動することになる。すなわち、液冷媒連絡配管部B3から冷媒が減少した分だけ、凝縮器部Aにおける冷媒量Mc、高温液管部B1における冷媒量Mol1、低温液管部B2における冷媒量Mol2、室内ユニット部Fにおける冷媒量Mr及びバイパス回路部Iにおける冷媒量Mobが増加することになる。
以上のような制御は、液冷媒連絡配管6の容積Mlpを演算するための配管容積判定運転を行う配管容積判定運転制御手段として機能する制御部8(より具体的には、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8a)により、ステップS21の処理として行われる。
次に、ステップS22では、第1状態から第2状態への変更により、液冷媒連絡配管部B3から冷媒が減少して冷媒回路10の他の部分に移動する現象を利用して、液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算する。
まず、液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算するために使用される演算式について、説明する。上述の配管容積判定運転によって、この液冷媒連絡配管部B3から減少して冷媒回路10の他の部分に移動した冷媒量を冷媒増減量ΔMlpとし、第1及び第2状態間における各部分の冷媒の増減量をΔMc、ΔMol1、ΔMol2、ΔMr及びΔMob(ここでは、冷媒量Mog1、冷媒量Mog2及び冷媒量Mgpがほぼ一定に保たれるため省略する)とすると、冷媒増減量ΔMlpは、例えば、
ΔMlp=−(ΔMc+ΔMol1+ΔMol2+ΔMr+ΔMob)
という関数式から演算することができる。そして、このΔMlpの値を液冷媒連絡配管6内における第1及び第2状態間の冷媒の密度変化量Δρlpで除算することにより、液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算することができる。尚、冷媒増減量ΔMlpの演算結果にはほとんど影響しないが、上述の関数式において、冷媒量Mog1及び冷媒量Mog2が含まれていてもよい。
ΔMlp=−(ΔMc+ΔMol1+ΔMol2+ΔMr+ΔMob)
という関数式から演算することができる。そして、このΔMlpの値を液冷媒連絡配管6内における第1及び第2状態間の冷媒の密度変化量Δρlpで除算することにより、液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算することができる。尚、冷媒増減量ΔMlpの演算結果にはほとんど影響しないが、上述の関数式において、冷媒量Mog1及び冷媒量Mog2が含まれていてもよい。
Vlp=ΔMlp/Δρlp
尚、ΔMc、ΔMol1、ΔMol2、ΔMr及びΔMobは、上述の冷媒回路10の各部分についての関係式を用いて、第1状態における冷媒量と第2状態における冷媒量とを演算し、さらに第2状態における冷媒量から第1状態の冷媒量を減算することによって得られ、また、密度変化量Δρlpは、第1状態における過冷却器25の出口における冷媒の密度と第2状態における過冷却器25の出口における冷媒の密度を演算し、さらに第2状態における冷媒の密度から第1状態における冷媒の密度を減算することによって得られる。
尚、ΔMc、ΔMol1、ΔMol2、ΔMr及びΔMobは、上述の冷媒回路10の各部分についての関係式を用いて、第1状態における冷媒量と第2状態における冷媒量とを演算し、さらに第2状態における冷媒量から第1状態の冷媒量を減算することによって得られ、また、密度変化量Δρlpは、第1状態における過冷却器25の出口における冷媒の密度と第2状態における過冷却器25の出口における冷媒の密度を演算し、さらに第2状態における冷媒の密度から第1状態における冷媒の密度を減算することによって得られる。
以上のような演算式を用いて、第1及び第2状態における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算することができる。
尚、本実施形態では、第2状態における第2目標値Tlps2が第1状態における第1目標値Tlps1よりも高い温度になるように状態変更を行い、液冷媒連絡配管部B2の冷媒を他の部分に移動させることで他の部分における冷媒量を増加させて、この増加量から液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算しているが、第2状態における第2目標値Tlps2が第1状態における第1目標値Tlps1よりも低い温度になるように状態変更を行い、液冷媒連絡配管部B3に他の部分から冷媒を移動させることで他の部分における冷媒量を減少させて、この減少量から液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算してもよい。
このように、液冷媒連絡配管6用の配管容積判定運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から液冷媒連絡配管6の容積Vlpを演算する液冷媒連絡配管用の配管容積演算手段として機能する制御部8により、ステップS22の処理が行われる。
(ステップS23、S24:ガス冷媒連絡配管用の配管容積判定運転及び容積の演算)
上述のステップS21及びステップS22が完了した後、ステップS23において、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含むガス冷媒連絡配管7用の配管容積判定運転を行う。ここで、蒸発圧力制御における圧縮機21の吸入圧力Psの低圧目標値Pesを第1目標値Pes1とし、この第1目標値Pes1で冷媒量判定運転が安定した状態を第1状態とする(図10の破線を含む線で示された冷凍サイクルを参照)。尚、図10は、ガス冷媒連絡配管用の配管容積判定運転における空気調和装置1の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
上述のステップS21及びステップS22が完了した後、ステップS23において、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含むガス冷媒連絡配管7用の配管容積判定運転を行う。ここで、蒸発圧力制御における圧縮機21の吸入圧力Psの低圧目標値Pesを第1目標値Pes1とし、この第1目標値Pes1で冷媒量判定運転が安定した状態を第1状態とする(図10の破線を含む線で示された冷凍サイクルを参照)。尚、図10は、ガス冷媒連絡配管用の配管容積判定運転における空気調和装置1の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
次に、蒸発圧力制御における圧縮機21の吸入圧力Psの低圧目標値Pesが第1目標値Pes1で安定した第1状態から、他の機器制御、すなわち、液管温度制御、凝縮圧力制御及び過熱度制御の条件については変更することなく(すなわち、液管温度目標値Tlpsや過熱度目標値SHrsを変更することなく)、低圧目標値Pesを第1目標値Pes1と異なる第2目標値Pes2に変更して安定させた第2状態とする(図10の実線のみで示された冷凍サイクルを参照)。本実施形態において、第2目標値Pes2は、第1目標値Pes1よりも低い圧力である。
このように、第1状態で安定した状態から第2状態に変更することによって、ガス冷媒連絡配管7内の冷媒の密度が小さくなるため、第2状態におけるガス冷媒連絡配管部Gの冷媒量Mgpは、第1状態における冷媒量に比べて減少することになる。そして、このガス冷媒連絡配管部Gから減少した冷媒は、冷媒回路10の他の部分に移動することになる。より具体的には、上述のように、蒸発圧力制御以外の他の機器制御の条件については変更していないことから、高圧ガス管部Eにおける冷媒量Mog1、高温液管部B1における冷媒量Mol1、低温液管部B2における冷媒量Mol2及び液冷媒連絡配管部B3における冷媒量Mlpがほぼ一定に保たれて、ガス冷媒連絡配管部Gから減少した冷媒は、低圧ガス管部H、凝縮器部A、室内ユニット部F、バイパス回路部I及び圧縮機部Jに移動することになる。すなわち、ガス冷媒連絡配管部Gから冷媒が減少した分だけ、低圧ガス管部Hにおける冷媒量Mog2、凝縮器部Aにおける冷媒量Mc、室内ユニット部Fにおける冷媒量Mr、バイパス回路部Iにおける冷媒量Mob及び圧縮機部Jにおける冷媒量Mcompが増加することになる。
以上のような制御は、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算するための配管容積判定運転を行う配管容積判定運転制御手段として機能する制御部8(より具体的には、室内側制御部47、57と室外側制御部37と制御部37、47、57間を接続する伝送線8a)により、ステップS23の処理として行われる。
次に、ステップS24では、第1状態から第2状態への変更により、ガス冷媒連絡配管部Gから冷媒が減少して冷媒回路10の他の部分に移動する現象を利用して、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算する。
まず、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算するために使用される演算式について、説明する。上述の配管容積判定運転によって、このガス冷媒連絡配管部Gから減少して冷媒回路10の他の部分に移動した冷媒量を冷媒増減量ΔMgpとし、第1及び第2状態間における各部分の冷媒の増減量をΔMc、ΔMog2、ΔMr、ΔMob及びΔMcomp(ここでは、冷媒量Mog1、冷媒量Mol1、冷媒量Mol2及び冷媒量Mlpがほぼ一定に保たれるため省略する)とすると、冷媒増減量ΔMgpは、例えば、
ΔMgp=−(ΔMc+ΔMog2+ΔMr+ΔMob+ΔMcomp)
という関数式から演算することができる。そして、このΔMgpの値をガス冷媒連絡配管7内における第1及び第2状態間の冷媒の密度変化量Δρgpで除算することにより、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算することができる。尚、冷媒増減量ΔMgpの演算結果にはほとんど影響しないが、上述の関数式において、冷媒量Mog1、冷媒量Mol1及び冷媒量Mol2が含まれていてもよい。
ΔMgp=−(ΔMc+ΔMog2+ΔMr+ΔMob+ΔMcomp)
という関数式から演算することができる。そして、このΔMgpの値をガス冷媒連絡配管7内における第1及び第2状態間の冷媒の密度変化量Δρgpで除算することにより、ガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算することができる。尚、冷媒増減量ΔMgpの演算結果にはほとんど影響しないが、上述の関数式において、冷媒量Mog1、冷媒量Mol1及び冷媒量Mol2が含まれていてもよい。
Vgp=ΔMgp/Δρgp
尚、ΔMc、ΔMog2、ΔMr、ΔMob及びΔMcompは、上述の冷媒回路10の各部分についての関係式を用いて、第1状態における冷媒量と第2状態における冷媒量とを演算し、さらに第2状態における冷媒量から第1状態の冷媒量を減算することによって得られ、また、密度変化量Δρgpは、第1状態における圧縮機21の吸入側における冷媒の密度ρsと室内熱交換器42、52の出口における冷媒の密度ρeoとの平均密度を演算し、第2状態における平均密度から第1状態における平均密度を減算することによって得られる。
尚、ΔMc、ΔMog2、ΔMr、ΔMob及びΔMcompは、上述の冷媒回路10の各部分についての関係式を用いて、第1状態における冷媒量と第2状態における冷媒量とを演算し、さらに第2状態における冷媒量から第1状態の冷媒量を減算することによって得られ、また、密度変化量Δρgpは、第1状態における圧縮機21の吸入側における冷媒の密度ρsと室内熱交換器42、52の出口における冷媒の密度ρeoとの平均密度を演算し、第2状態における平均密度から第1状態における平均密度を減算することによって得られる。
以上のような演算式を用いて、第1及び第2状態における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量からガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算することができる。
尚、本実施形態では、第2状態における第2目標値Pes2が第1状態における第1目標値Pes1よりも低い圧力になるように状態変更を行い、ガス冷媒連絡配管部Gの冷媒を他の部分に移動させることで他の部分における冷媒量を増加させて、この増加量からガス冷媒連絡配管7の容積Vlpを演算しているが、第2状態における第2目標値Pes2が第1状態における第1目標値Pes1よりも高い圧力になるように状態変更を行い、ガス冷媒連絡配管部Gに他の部分から冷媒を移動させることで他の部分における冷媒量を減少させて、この減少量からガス冷媒連絡配管7の容積Vlpを演算してもよい。
このように、ガス冷媒連絡配管7用の配管容積判定運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量からガス冷媒連絡配管7の容積Vgpを演算するガス冷媒連絡配管用の配管容積演算手段として機能する制御部8により、ステップS24の処理が行われる。
(ステップS25:配管容積判定運転の結果の妥当性の判定)
上述のステップS21〜ステップS24が完了した後、ステップS25において、配管容積判定運転の結果が妥当なものであるかどうか、すなわち、配管容積演算手段によって演算された冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが妥当なものであるかどうかを判定する。
上述のステップS21〜ステップS24が完了した後、ステップS25において、配管容積判定運転の結果が妥当なものであるかどうか、すなわち、配管容積演算手段によって演算された冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが妥当なものであるかどうかを判定する。
具体的には、以下の不等式のように、演算により得られたガス冷媒連絡配管7の容積Vgpに対する液冷媒連絡配管6の容積Vlpの比が所定の数値範囲内にあるかどうかにより判定する。
ε1 < Vlp/Vgp < ε2
ここで、ε1及びε2は、室外ユニットと室内ユニットとの実現可能な組み合わせにおける配管容積比の最小値及び最大値に基づいて可変される値である。
ここで、ε1及びε2は、室外ユニットと室内ユニットとの実現可能な組み合わせにおける配管容積比の最小値及び最大値に基づいて可変される値である。
そして、容積比Vlp/Vgpが上述の数値範囲を満たす場合には、配管容積判定運転にかかるステップS2の処理が完了となり、容積比Vlp/Vgpが上述の数値範囲を満たさない場合には、再度、ステップS21〜ステップS24の配管容積判定運転及び容積の演算の処理が行われる。
このように、上述の配管容積判定運転の結果が妥当なものであるかどうか、すなわち、配管容積演算手段によって演算された冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが妥当なものであるかどうかを判定する妥当性判定手段として機能する制御部8により、ステップS25の処理が行われる。
尚、本実施形態においては、液冷媒連絡配管6用の配管容積判定運転(ステップS21、S22)を先に行い、その後に、ガス冷媒連絡配管7用の配管容積判定運転(ステップS23、S24)を行っているが、ガス冷媒連絡配管7用の配管容積判定運転を先に行ってもよい。
また、上述のステップS25において、ステップS21〜S24の配管容積判定運転の結果が妥当でないものと複数回判定されるような場合や、より簡易的に冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpの判定を行いたい場合には、図8には図示しないが、例えば、ステップS25において、ステップS21〜S24の配管容積判定運転の結果が妥当でないものと判定された後に、冷媒連絡配管6、7における圧力損失から冷媒連絡配管6、7の配管長さを推定し、この推定された配管長さと平均容積比から冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpを演算する処理に移行して、冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpを得るようにしてもよい。
また、本実施形態においては、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報がなく、冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが未知であることを前提として、配管容積判定運転を行って冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpを演算する場合について説明したが、配管容積演算手段が、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報を入力することで冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpを演算する機能を有している場合には、この機能を併用してもよい。
さらに、上述の配管容積判定運転及びその運転結果を用いて冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpを演算する機能を使用せず、冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報を入力することで冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpを演算する機能のみを使用する場合には、上述の妥当性判定手段(ステップS25)を用いて、入力された冷媒連絡配管6、7の長さや管径等の情報が妥当であるかどうかについての判定を行うようにしてもよい。
(ステップS3:初期冷媒量検知運転)
上述のステップS2の配管容積判定運転が完了したら、ステップS3の初期冷媒量判定運転に移行する。初期冷媒量検知運転では、制御部8によって、図11に示されるステップS31及びステップS32の処理が行われる。ここで、図11は、初期冷媒量検知運転のフローチャートである。
上述のステップS2の配管容積判定運転が完了したら、ステップS3の初期冷媒量判定運転に移行する。初期冷媒量検知運転では、制御部8によって、図11に示されるステップS31及びステップS32の処理が行われる。ここで、図11は、初期冷媒量検知運転のフローチャートである。
(ステップS31:冷媒量判定運転)
ステップS31では、上述の冷媒自動充填運転のステップS11の冷媒量判定運転と同様に、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む冷媒量判定運転が行われる。
ステップS31では、上述の冷媒自動充填運転のステップS11の冷媒量判定運転と同様に、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む冷媒量判定運転が行われる。
このように、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む冷媒量判定運転を行う冷媒量判定運転制御手段として機能する制御部8により、ステップS31の処理が行われる。
(ステップS32:冷媒量の演算)
次に、上述の冷媒量判定運転を行いつつ冷媒量演算手段として機能する制御部8によって、ステップS32における初期冷媒量判定運転における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10内の冷媒量を演算する。冷媒回路10内の冷媒量の演算は、上述の冷媒回路10の各部分の冷媒量と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式を用いて演算されるが、この際、上述の配管容積判定運転によって、空気調和装置1の構成機器の設置後において未知であった冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが演算されて既知となっているため、これらの冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpに冷媒の密度を乗算することによって、冷媒連絡配管6、7内の冷媒量Mlp、Mgpを演算し、さらに他の各部分の冷媒量を加算することにより、冷媒回路10全体の初期冷媒量を検知することができる。この初期冷媒量は、後述の冷媒漏洩検知運転において、冷媒回路10からの漏洩の有無を判定する基準となる冷媒回路10全体の基準冷媒量Miとして使用されるため、運転状態量の1つとして、状態量蓄積手段としての制御部8のメモリに記憶される。
次に、上述の冷媒量判定運転を行いつつ冷媒量演算手段として機能する制御部8によって、ステップS32における初期冷媒量判定運転における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10内の冷媒量を演算する。冷媒回路10内の冷媒量の演算は、上述の冷媒回路10の各部分の冷媒量と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式を用いて演算されるが、この際、上述の配管容積判定運転によって、空気調和装置1の構成機器の設置後において未知であった冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが演算されて既知となっているため、これらの冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpに冷媒の密度を乗算することによって、冷媒連絡配管6、7内の冷媒量Mlp、Mgpを演算し、さらに他の各部分の冷媒量を加算することにより、冷媒回路10全体の初期冷媒量を検知することができる。この初期冷媒量は、後述の冷媒漏洩検知運転において、冷媒回路10からの漏洩の有無を判定する基準となる冷媒回路10全体の基準冷媒量Miとして使用されるため、運転状態量の1つとして、状態量蓄積手段としての制御部8のメモリに記憶される。
このように、初期冷媒量検知運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10の各部分の冷媒量を演算する冷媒量演算手段として機能する制御部8により、ステップS32の処理が行われる。
<冷媒漏洩検知運転モード>
次に、冷媒漏洩検知運転モードについて、図1、図3、図6及び図12を用いて説明する。ここで、図12は、冷媒漏洩検知運転モードのフローチャートである。
次に、冷媒漏洩検知運転モードについて、図1、図3、図6及び図12を用いて説明する。ここで、図12は、冷媒漏洩検知運転モードのフローチャートである。
本実施形態において、定期的(例えば、休日や深夜等で空調を行う必要がない時間帯等)に、不測の原因により冷媒回路10から冷媒が外部に漏洩していないかどうかを検知する場合を例にして説明する。
(ステップS41:冷媒量判定運転)
まず、上記の冷房運転や暖房運転のような通常運転モードにおける運転が一定時間(例えば、半年〜1年ごと等)経過した場合に、自動又は手動で通常運転モードから冷媒漏洩検知運転モードに切り換えて、初期冷媒量検知運転の冷媒量判定運転と同様に、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む冷媒量判定運転を行なう。
まず、上記の冷房運転や暖房運転のような通常運転モードにおける運転が一定時間(例えば、半年〜1年ごと等)経過した場合に、自動又は手動で通常運転モードから冷媒漏洩検知運転モードに切り換えて、初期冷媒量検知運転の冷媒量判定運転と同様に、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む冷媒量判定運転を行なう。
尚、この冷媒量判定運転は、冷媒漏洩検知運転ごとに行われることになるが、例えば、凝縮圧力Pcが異なる場合や冷媒漏洩が生じている場合のような運転条件の違いによって室外熱交換器23出口における冷媒の温度Tcoが変動する場合においても、液管温度制御によって、液冷媒連絡配管6内の冷媒の温度Tlpが同じ液管温度目標値Tlpsで一定に保たれることになる。
このように、室内ユニット全数運転、凝縮圧力制御、液管温度制御、過熱度制御及び蒸発圧力制御を含む冷媒量判定運転を行う冷媒量判定運転制御手段として機能する制御部8により、ステップS41の処理が行われる。
(ステップS42:冷媒量の演算)
次に、上述の冷媒量判定運転を行いつつ冷媒量演算手段として機能する制御部8によって、ステップS42における冷媒漏洩検知運転における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10内の冷媒量を演算する。冷媒回路10内の冷媒量の演算は、上述の冷媒回路10の各部分の冷媒量と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式を用いて演算されるが、この際、初期冷媒量判定運転と同様に、上述の配管容積判定運転によって、空気調和装置1の構成機器の設置後において未知であった冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが演算されて既知となっているため、これらの冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpに冷媒の密度を乗算することによって、冷媒連絡配管6、7内の冷媒量Mlp、Mgpを演算し、さらに他の各部分の冷媒量を加算することにより、冷媒回路10全体の冷媒量Mを演算することができる。
次に、上述の冷媒量判定運転を行いつつ冷媒量演算手段として機能する制御部8によって、ステップS42における冷媒漏洩検知運転における冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10内の冷媒量を演算する。冷媒回路10内の冷媒量の演算は、上述の冷媒回路10の各部分の冷媒量と冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式を用いて演算されるが、この際、初期冷媒量判定運転と同様に、上述の配管容積判定運転によって、空気調和装置1の構成機器の設置後において未知であった冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpが演算されて既知となっているため、これらの冷媒連絡配管6、7の容積Vlp、Vgpに冷媒の密度を乗算することによって、冷媒連絡配管6、7内の冷媒量Mlp、Mgpを演算し、さらに他の各部分の冷媒量を加算することにより、冷媒回路10全体の冷媒量Mを演算することができる。
ここで、上述のように、液管温度制御によって液冷媒連絡配管6内の冷媒の温度Tlpが同じ液管温度目標値Tlpsで一定に保たれているため、液冷媒連絡配管部B3における冷媒量Mlpは、冷媒漏洩検知運転の運転条件の違いによらず、室外熱交換器23出口における冷媒の温度Tcoが変動する場合においても、一定に保たれることになる。
このように、冷媒漏洩検知運転における冷媒回路10内を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量から冷媒回路10の各部分の冷媒量を演算する冷媒量演算手段として機能する制御部8により、ステップS42の処理が行われる。
(ステップS43、S44:冷媒量の適否の判定、警告表示)
冷媒回路10から冷媒が外部に漏洩すると、冷媒回路10内の冷媒量が減少する。そして、上述のステップS42において演算された冷媒回路10全体の冷媒量Mは、冷媒回路10からの冷媒漏洩が生じている場合には、初期冷媒量検知運転において検知された基準冷媒量Miよりも小さくなり、冷媒回路10からの冷媒漏洩が生じていない場合には、基準冷媒量Miとほぼ同じ値になる。
冷媒回路10から冷媒が外部に漏洩すると、冷媒回路10内の冷媒量が減少する。そして、上述のステップS42において演算された冷媒回路10全体の冷媒量Mは、冷媒回路10からの冷媒漏洩が生じている場合には、初期冷媒量検知運転において検知された基準冷媒量Miよりも小さくなり、冷媒回路10からの冷媒漏洩が生じていない場合には、基準冷媒量Miとほぼ同じ値になる。
このことを利用して、ステップS43では、冷媒の漏洩の有無を判定している。そして、ステップS43において、冷媒回路10からの冷媒の漏洩が生じていないと判定される場合には、冷媒漏洩検知運転モードを終了する。
一方、ステップS43において、冷媒回路10からの冷媒の漏洩が生じていると判定される場合には、ステップS44の処理に移行して、冷媒漏洩を検知したことを知らせる警告を警告表示部9に表示した後、冷媒漏洩検知運転モードを終了する。
このように、冷媒漏洩検知運転モードにおいて冷媒量判定運転を行いつつ冷媒回路10内の冷媒量の適否を判定して冷媒漏洩の有無を検知する、冷媒量判定手段の一つである冷媒漏洩検知手段として機能する制御部8により、ステップS42〜S44の処理が行われる。
以上のように、本実施形態の空気調和装置1では、制御部8が、冷媒量判定運転手段、冷媒量演算手段、冷媒量判定手段、配管容積判定運転手段、配管容積演算手段、妥当性判定手段及び状態量蓄積手段として機能することにより、冷媒回路10内に充填された冷媒量の適否を判定するための冷媒量判定システムを構成している。
(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。
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。
本実施形態の空気調和装置1では、圧縮機21の圧縮機ケーシング71内に形成された油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の油上面に冷媒が接しているため、油上面付近の冷凍機油は冷媒の温度に近づき、そして、油溜まり部71dを形成する圧縮機ケーシング71の壁面付近の冷凍機油は壁面の温度、すなわち、圧縮機21外部の雰囲気温度に近づくことから、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油には、油上面に接する冷媒の温度と圧縮機21外部の雰囲気温度との温度差に相当する温度分布が生じることになる。特に、本実施形態の空気調和装置1では、圧縮機21が高圧空間Q2内に冷凍機油の油溜まり部71dを有する型式であることから、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油とこの冷凍機油に接する冷媒との温度差が大きくなるように構成されており、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油の温度分布が生じやすくなっている。
しかし、本実施形態の空気調和装置1では、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta)を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算するようにしているため、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができ、溶存冷媒量Mqoの演算誤差を小さくすることができるようになる。これにより、圧縮機21内部の冷凍機油に溶解する冷媒量Mqoを正確に把握することができるようになるため、冷媒回路10内の冷媒量の適否を高精度に判定できるようになる。
より具体的には、本実施形態の空気調和装置1では、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量としての室外温度Taに加えて、圧縮機21内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量としての吐出温度Tdを、溶存冷媒量Mqoの演算に用いており、これら2つの温度の平均的な温度を求めることで、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができるようになっている。また、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、室外温度Ta、又は、室外温度Taを構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度を使用することによって、新たに温度センサを追加することなく、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができるようになっている。
また、本実施形態の空気調和装置1では、圧縮機21外部の雰囲気温度や圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこれらに等価な運転状態量としての室外温度Taや吐出温度Tdに加えて、圧縮機21内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量としての吐出圧力Pdを、溶存冷媒量Mqoの演算に用いているため、例えば、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するとともに、冷凍機油への冷媒の溶解度φの圧力による変化を考慮することができるようになっている。
(4)変形例1
上述の実施形態においては、冷凍機油の温度Toilを、吐出温度Td及び室外温度Taの関数(すなわち、Toil=f2(Td、Ta))やマップとして表わすようにしている(図7の吐出温度Td及び室外温度Taと冷凍機油の温度Toilとの関係を示す線図を参照)ため、圧縮機21の運転が定常的な状態になっている場合には、冷凍機油の温度Toilを精度よく得ることができるようになっている。
上述の実施形態においては、冷凍機油の温度Toilを、吐出温度Td及び室外温度Taの関数(すなわち、Toil=f2(Td、Ta))やマップとして表わすようにしている(図7の吐出温度Td及び室外温度Taと冷凍機油の温度Toilとの関係を示す線図を参照)ため、圧縮機21の運転が定常的な状態になっている場合には、冷凍機油の温度Toilを精度よく得ることができるようになっている。
しかし、例えば、圧縮機21を起動してから定常状態に達するまでの間や、圧縮機21が複数台設置される場合において複数の圧縮機21のうちの1台が停止してから定常状態に達するまでの間のような過渡的な状態においては、時間の経過とともに冷凍機油の温度が変化するため、上述の冷凍機油の温度Toilの演算方法のように、冷凍機油の温度Toilを吐出温度Td及び室外温度Taの関数で表現しただけでは、十分な演算精度が得られない場合があり得る。
そこで、本変形例では、冷凍機油の温度Toilを圧縮機21の発停からの時間tを考慮した関数(すなわち、Toil=f2’(Td、Ta、t))やマップとして表すことによって、圧縮機21の発停後の過渡的な状態における冷凍機油の温度の変化を加味して、冷凍機油の温度Toilを精度よく演算することができるようになっている。
その結果、圧縮機21の発停後の過渡的な状態においても、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができ、溶存冷媒量Mqoの演算誤差をさらに小さくすることができるようになる。
(5)変形例2
上述の実施形態及び変形例1においては、冷凍機油の温度Toilを演算する際に、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、室外温度Ta、又は、室外温度Taを構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度を使用しているが、これに代えて、図2及び図3に示されるように、圧縮機21の底部(具体的には、油溜まり部71dを形成する下部鏡板71c)の外表面に圧縮機外面温度センサ75を取り付けて、この圧縮機外面温度センサ75によって検出される圧縮機21外面の温度(すなわち、圧縮機外面温度Tcase)を用いるようにしてもよい。
上述の実施形態及び変形例1においては、冷凍機油の温度Toilを演算する際に、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、室外温度Ta、又は、室外温度Taを構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度を使用しているが、これに代えて、図2及び図3に示されるように、圧縮機21の底部(具体的には、油溜まり部71dを形成する下部鏡板71c)の外表面に圧縮機外面温度センサ75を取り付けて、この圧縮機外面温度センサ75によって検出される圧縮機21外面の温度(すなわち、圧縮機外面温度Tcase)を用いるようにしてもよい。
これにより、油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を正確に考慮することができ、溶存冷媒量Mqoの演算誤差をさらに小さくすることができるようになる。
(6)変形例3
上述の実施形態及び変形例1、2においては、冷凍機油の温度Toilを、圧縮機21内部の冷凍機油に接する冷媒の温度(ここでは、吐出温度Td)及び圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta、室外温度Taを構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度、又は、圧縮機外面温度Tcase)を含む関数やマップとして表して演算するようにしているが、これに代えて、図2及び図3に示されるように、圧縮機21内部(具体的には、油溜まり部71dの中央付近)に油温検出手段としての油溜まり部温度センサ76を取り付けて、この油溜まり部温度センサ76によって検出される圧縮機21内部の冷凍機油の温度をToilとしてもよい。
上述の実施形態及び変形例1、2においては、冷凍機油の温度Toilを、圧縮機21内部の冷凍機油に接する冷媒の温度(ここでは、吐出温度Td)及び圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta、室外温度Taを構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度、又は、圧縮機外面温度Tcase)を含む関数やマップとして表して演算するようにしているが、これに代えて、図2及び図3に示されるように、圧縮機21内部(具体的には、油溜まり部71dの中央付近)に油温検出手段としての油溜まり部温度センサ76を取り付けて、この油溜まり部温度センサ76によって検出される圧縮機21内部の冷凍機油の温度をToilとしてもよい。
これにより、圧縮機21内部の冷凍機油の温度Toilを直接的かつ正確に検出することができるため、溶存冷媒量Mqoの演算誤差を小さくすることができるようになる。しかも、上述の実施形態及び変形例1、2のような関数式やマップを用いて冷凍機油の温度Toilの演算を行う必要がなくなるため、演算負荷を低減することができる。
(7)変形例4
上述の実施形態及び変形例1〜3においては、圧縮機21として、圧縮機21が高圧空間Q2内に冷凍機油の油溜まり部71dを有する型式の圧縮機を採用する場合において、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta)を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算することで、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するようにしているが、図13に示されるように、圧縮機21が低圧空間Q1内に冷凍機油の油溜まり部171dを有する型式の圧縮機を採用する場合においても、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta)を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算することで、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するようにしてもよい。
上述の実施形態及び変形例1〜3においては、圧縮機21として、圧縮機21が高圧空間Q2内に冷凍機油の油溜まり部71dを有する型式の圧縮機を採用する場合において、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta)を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算することで、圧縮機21内部の油溜まり部71dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するようにしているが、図13に示されるように、圧縮機21が低圧空間Q1内に冷凍機油の油溜まり部171dを有する型式の圧縮機を採用する場合においても、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta)を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算することで、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するようにしてもよい。
まず、低圧空間Q1内に冷凍機油の油溜まり部171dを有する型式の圧縮機21の構成について、図13を用いて説明する。
本変形例における圧縮機21は、縦型円筒形状の容器である圧縮機ケーシング171内に、圧縮要素172及び圧縮機モータ173が内蔵された密閉式圧縮機である。
圧縮機ケーシング171は、略円筒形状の胴板171aと、胴板171aの上端に溶接固定された上部鏡板171bと、胴板171aの下端に溶接固定された下部鏡板171cとを有している。そして、この圧縮機ケーシング171内には、主として、上部に圧縮要素172が配置され、圧縮要素172の下側に圧縮機モータ173が配置されている。圧縮要素172と圧縮機モータ173とは、圧縮機ケーシング171内を上下方向に延びるように配置されるシャフト174によって連結されている。また、圧縮機ケーシング171には、胴板171aを貫通するように吸入管181が設けられており、上部鏡板171bを貫通するように吐出管182が設けられている。そして、圧縮機ケーシング171内の空間のうち圧縮要素172の下側の吸入管181が連通している空間は、吸入管181を通じて圧縮機ケーシング171内に低圧の冷媒が流入する低圧空間Q1となっている。さらに、低圧空間Q1の下部には、圧縮機21内(特に、圧縮要素172)の潤滑に必要な冷凍機油を溜めるための油溜まり部171dが形成されている。
圧縮要素72は、その下部に低圧空間Q1内の冷媒を吸入する吸入口172aが形成されており、上部に圧縮された高圧の冷媒を吐出する吐出口172bが形成されている。圧縮機ケーシング171内の空間のうち圧縮要素172の上側の吐出管182が連通している空間は、圧縮要素172の吐出口172bを通じて高圧の冷媒が流入する高圧空間Q2となっている。
シャフト174には、油溜まり部171dに開口するとともに、圧縮要素172の内部に連通する油路174aが形成されており、この油路174aの下端には、油溜まり部171dに溜まった冷凍機油を圧縮要素172に供給するポンプ要素174bが設けられている。
圧縮機モータ173は、圧縮要素172の下側の低圧空間Q1内に配置されており、圧縮機ケーシング171の内面に固定された環状のステータ173aと、ステータ173aの内周側に僅かな隙間を空けて回転自在に収容されたロータ173bとから構成されている。
そして、このような構成を有する圧縮機21において、圧縮機モータ173を駆動すると、吸入管181を通じて圧縮機ケーシング171の低圧空間Q1内に低圧の冷媒が流入し、圧縮要素172によって圧縮されて高圧の冷媒となった後、吐出管182を通じて圧縮機ケーシング171の高圧空間Q2から流出する。ここで、低圧空間Q1内に流入した低圧の冷媒は、主として、図13における吸入冷媒の流れを示す二点鎖線で描かれた矢印に示されるように、油溜まり部171dに溜まった冷凍機油の油上面と接するように流れた後、圧縮機モータ173と圧縮機ケーシング171との隙間やステータ173aとロータ173bとの隙間を通じて上昇して、圧縮要素172の下部に形成された吸入口172aに向かって流れることになる。そして、油溜まり部171dに溜まった冷凍機油は、その油上面が冷媒に接しているため、油上面付近の冷凍機油は冷媒の温度に近づき、そして、油溜まり部171dを形成する圧縮機ケーシング171の下部(主として、下部鏡板171c)の壁面付近の冷凍機油は壁面の温度、すなわち、圧縮機21外部の雰囲気温度に近づくことから、油溜まり部171dに溜まった冷凍機油には、油溜まり部171dの油上面に接する冷媒の温度と圧縮機21外部の雰囲気温度との温度差に相当する温度分布が生じることになる。ここで、油溜まり部71dの油上面に接する冷媒は、冷房運転時には、蒸発器として機能する室内熱交換器42、52から戻る低圧の冷媒であり、また、暖房運転時には、蒸発器として機能する室外熱交換器23から戻る低圧の冷媒であり、室内空気の温度や室外空気の温度に近い温度を示すことから、圧縮機21外部の雰囲気温度との温度差は、上述の実施形態のように高圧空間Q2に油溜まり部71dが形成されている場合に比べて小さくなる傾向にある。すなわち、本変形例では、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油とこの冷凍機油に接する冷媒との温度差が小さくなるように構成されており、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油の温度分布が比較的生じにくくなっている。しかし、この場合においても、圧縮機21内部の冷凍機油の温度分布はいくらか生じており、この温度分布の影響をさらに考慮して溶存冷媒量Mqoを演算することが望ましい。
そこで、本変形例では、以下のようにして、溶存冷媒量Mqoを含む圧縮機部Jにおける冷媒量Mcompを演算するようにしている。圧縮機部Jにおける冷媒量Mcompと冷媒回路10を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量との関係式は、例えば、
Mcomp=Mqo+Mq1+Mq2
という、圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の低圧空間Q1のうち油溜まり部171dに溜まっている冷凍機油中に溶解する溶存冷媒量Mqo、圧縮機21の圧縮機ケーシング171内の低圧空間Q1のうち油溜まり部171d以外の部分における冷媒量Mq1、及び圧縮機21の圧縮機ケーシング171内の高圧空間Q2の部分における冷媒量Mq2を加算した関数式として表される。
Mcomp=Mqo+Mq1+Mq2
という、圧縮機21の圧縮機ケーシング71内の低圧空間Q1のうち油溜まり部171dに溜まっている冷凍機油中に溶解する溶存冷媒量Mqo、圧縮機21の圧縮機ケーシング171内の低圧空間Q1のうち油溜まり部171d以外の部分における冷媒量Mq1、及び圧縮機21の圧縮機ケーシング171内の高圧空間Q2の部分における冷媒量Mq2を加算した関数式として表される。
ここで、冷凍機油の量をMoilとし、冷凍機油への冷媒の溶解度をφとすると、溶存冷媒量Mqoは、
Mqo=φ/(1−φ)×Moil
として表される。この冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部171dに溜まっている冷凍機油の圧力及び温度の関数として表されるが、このとき、冷凍機油の圧力としては、低圧空間Q1における冷媒の圧力(すなわち、吸入圧力Ps)を用いることができる。そして、本変形例においては、冷凍機油の温度Toilとして、吸入温度Ts及び室外温度Taの関数(すなわち、Toil=f5(Ts、Ta))として表される圧縮機21内部の冷凍機油の平均温度を用いることができる(図14の吸入温度Ts及び室外温度Taと冷凍機油の温度Toilとの関係を示す線図を参照)。そうすると、冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部171dが形成された低圧空間Q1における冷媒の圧力(すなわち、吸入圧力Ps)及び上述の吸入温度Ts及び室外温度Taの関数として表された冷凍機油の平均温度Toilの関数(すなわち、φ=f6(Ps、Toil))として表すことができる。このように、溶存冷媒量Mqoは、既知の冷凍機油の量Moil、吸入圧力Ps及び冷凍機油の平均温度Toil(より具体的には、吸入温度Ts及び室外温度Ta)から演算することができる。
Mqo=φ/(1−φ)×Moil
として表される。この冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部171dに溜まっている冷凍機油の圧力及び温度の関数として表されるが、このとき、冷凍機油の圧力としては、低圧空間Q1における冷媒の圧力(すなわち、吸入圧力Ps)を用いることができる。そして、本変形例においては、冷凍機油の温度Toilとして、吸入温度Ts及び室外温度Taの関数(すなわち、Toil=f5(Ts、Ta))として表される圧縮機21内部の冷凍機油の平均温度を用いることができる(図14の吸入温度Ts及び室外温度Taと冷凍機油の温度Toilとの関係を示す線図を参照)。そうすると、冷凍機油への冷媒の溶解度φは、油溜まり部171dが形成された低圧空間Q1における冷媒の圧力(すなわち、吸入圧力Ps)及び上述の吸入温度Ts及び室外温度Taの関数として表された冷凍機油の平均温度Toilの関数(すなわち、φ=f6(Ps、Toil))として表すことができる。このように、溶存冷媒量Mqoは、既知の冷凍機油の量Moil、吸入圧力Ps及び冷凍機油の平均温度Toil(より具体的には、吸入温度Ts及び室外温度Ta)から演算することができる。
また、冷媒量Mq1は、
Mq1=(Vcomp−Voil−Vq2)×ρs
という、圧縮機21の全容積Vcompから冷凍機油の容積Voil及び高圧空間Q2の容積Vq2を差し引き、これに低圧空間Q1における冷媒の密度としての冷媒の密度ρsを乗算することによって演算される。
Mq1=(Vcomp−Voil−Vq2)×ρs
という、圧縮機21の全容積Vcompから冷凍機油の容積Voil及び高圧空間Q2の容積Vq2を差し引き、これに低圧空間Q1における冷媒の密度としての冷媒の密度ρsを乗算することによって演算される。
ここで、冷凍機油の容積Voilは、冷凍機油の量Moilを冷凍機油の密度ρoilで除算することによって演算される。この冷凍機油の密度ρoilは、冷凍機油の温度の関数として表されるが、この場合においても、上述の溶解度φを演算する場合と同様に、冷凍機油の平均温度Toilを用いることができる。すなわち、冷凍機油の密度は、冷凍機油の平均温度Toilの関数(すなわち、ρoil=f7(Toil))として表すことができる。このように、圧縮機21の圧縮機ケーシング171内の低圧空間Q1のうち油溜まり部171d以外の部分における冷媒量Mq1は、既知の容積Vcomp、既知の容積Vq2、既知の冷凍機油の量Moil及び冷凍機油の平均温度Toil(より具体的には、吸入温度Ts及び室外温度Ta)から演算することができる。
また、冷媒量Mq2は、
Mq2=Vq2×ρd
という、高圧空間Q2の容積Vq2に高圧空間Q2における冷媒の密度としての冷媒の密度ρdを乗算することによって演算される。
Mq2=Vq2×ρd
という、高圧空間Q2の容積Vq2に高圧空間Q2における冷媒の密度としての冷媒の密度ρdを乗算することによって演算される。
本変形例では、上述の実施形態と同様に、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量(ここでは、室外温度Ta)を少なくとも含む運転状態量に基づいて、溶存冷媒量Mqoを演算するようにしているため、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができ、溶存冷媒量Mqoの演算誤差を小さくすることができるようになる。これにより、圧縮機21内部の冷凍機油に溶解する冷媒量Mqoを正確に把握することができるようになるため、冷媒回路10内の冷媒量の適否を高精度に判定できるようになる。
より具体的には、本変形例では、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量としての室外温度Taに加えて、圧縮機21内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこの温度に等価な運転状態量としての吸入温度Tsを、溶存冷媒量Mqoの演算に用いており、これら2つの温度の平均的な温度を求めることで、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮することができるようになっている。
また、本変形例では、圧縮機21外部の雰囲気温度や圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又はこれらに等価な運転状態量としての室外温度Taや吸入温度Tsに加えて、圧縮機21内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量としての吸入圧力Psを、溶存冷媒量Mqoの演算に用いているため、例えば、圧縮機21内部の油溜まり部171dに溜まった冷凍機油に生じる温度分布を考慮するとともに、冷凍機油への冷媒の溶解度φの圧力による変化を考慮することができるようになっている。
また、本変形例においても、上述の変形例1と同様に、冷凍機油の温度Toilを演算するにあたり、圧縮機21の発停後の過渡的な状態における冷凍機油の温度の変化を加味して、冷凍機油の温度Toilを精度よく演算するようにしてもよい。
また、上述の変形例2と同様に、冷凍機油の温度Toilを演算する際に、圧縮機21外部の雰囲気温度又はこの温度に等価な運転状態量として、図13及び図3に示されるように、圧縮機21の底部(具体的には、油溜まり部71dを形成する下部鏡板71c)の外表面に圧縮機外面温度センサ75を取り付けて、この圧縮機外面温度センサ75によって検出される圧縮機21外面の温度(すなわち、圧縮機外面温度Tcase)を用いるようにしてもよい。
また、上述の変形例3と同様に、図13及び図3に示されるように、圧縮機21内部(具体的には、油溜まり部71dの中央付近)に油温検出手段としての油溜まり部温度センサ76を取り付けて、この油溜まり部温度センサ76によって検出される圧縮機21内部の冷凍機油の温度をToilとして用いるようにしてもよい。
(8)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。
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、上述の実施形態では、冷暖切り換え可能な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、冷房専用の空気調和装置等の他の空気調和装置に本発明を適用してもよい。また、上述の実施形態では、1台の室外ユニットを備えた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、複数台の室外ユニットを備えた空気調和装置に本発明を適用してもよい。
本発明を利用すれば、圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量を正確に把握し、冷媒回路内の冷媒量の適否を高精度に判定することができるようになる。
1 空気調和装置
10 冷媒回路
21 圧縮機
23 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
38 室外膨張弁(膨張機構)
41、51 室内膨張弁(膨張機構)
42、52 室内熱交換器(利用側熱交換器)
10 冷媒回路
21 圧縮機
23 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
38 室外膨張弁(膨張機構)
41、51 室内膨張弁(膨張機構)
42、52 室内熱交換器(利用側熱交換器)
Claims (8)
- 圧縮機(21)と熱源側熱交換器(23)と膨張機構(38、41、51)と利用側熱交換器(42、52)とが接続されることによって構成される冷媒回路(10)と、
前記冷媒回路を流れる冷媒又は構成機器の運転状態量に基づいて、前記圧縮機内部の冷凍機油に溶解する冷媒量である溶存冷媒量を考慮して前記冷媒回路内の冷媒量を演算する冷媒量演算手段と、
前記冷媒量演算手段によって演算される冷媒量に基づいて、前記冷媒回路内の冷媒量の適否を判定する冷媒量判定手段とを備え、
前記冷媒量演算手段は、前記圧縮機外部の雰囲気温度又は前記温度に等価な運転状態量、及び、前記圧縮機内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又は前記温度に等価な運転状態量の関数やマップとして表される前記冷媒回路を冷媒が循環する運転時における前記圧縮機内部の冷凍機油の温度を少なくとも含む運転状態量に基づいて、前記溶存冷媒量を演算する、
空気調和装置(1)。 - 前記圧縮機外部の雰囲気温度又は前記温度に等価な運転状態量として、室外温度、又は、前記室外温度を構成機器の運転状態量を用いて補正することによって得られる温度が使用される、請求項1に記載の空気調和装置(1)。
- 前記圧縮機外部の雰囲気温度又は前記温度に等価な運転状態量として、前記圧縮機外面の温度が使用される、請求項1に記載の空気調和装置(1)。
- 前記圧縮機(21)内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又は前記温度に等価な運転状態量は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である、請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和装置(1)。
- 前記圧縮機(21)内部の冷凍機油に接する冷媒の温度又は前記温度に等価な運転状態量は、前記圧縮機に吸入される冷媒の温度である、請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和装置(1)。
- 前記溶存冷媒量を演算するための運転状態量として、前記圧縮機(21)内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又はこの圧力に等価な運転状態量がさらに含まれている、請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和装置(1)。
- 前記圧縮機(21)内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又は前記圧力に等価な運転状態量は、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力である、請求項6に記載の空気調和装置(1)。
- 前記圧縮機(21)内部の冷凍機油に接する冷媒の圧力又は前記圧力に等価な運転状態量は、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力である、請求項6に記載の空気調和装置(1)。
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