(57)【要約】【課題】冷媒の種類（Ｒ４０７Ｃ冷媒、Ｒ４１０Ａ冷媒）によらず、同一の利用側ユニット、同一制御での併用利用が可能な空気調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器を順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側送風手段を設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁の絞り量と開き量を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器を順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側送風手段を設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁の絞り量と開き量を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
圧縮機、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器を順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側送風手段を設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁の最大開度と最小開度を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
圧縮機、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器を順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側送風手段を設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁のガス側配管温度と液側配管温度との差に対する目標値を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
制御装置は、冷媒の種類を区別する信号を外部から受信することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器、アキュムレータを順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、熱源側送風手段、アキュムレータを設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁の絞り量と開き量を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器、アキュムレータを順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、熱源側送風手段、アキュムレータを設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁の最大開度と最小開度を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器、アキュムレータを順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、熱源側送風手段、アキュムレータを設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて、冷房時は前記電気式膨張弁のガス側配管温度と液側配管温度との差、暖房時は前記電気式膨張弁の熱源側飽和温度と液側配管温度との差に対する目標値を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】
制御装置は、冷媒の種類を区別する信号を外部から受信することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行うことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、沸点の異なる異種の冷媒においても、同一利用側ユニットで使用可能な空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍式空気調和装置では、ＨＣＦＣ冷媒であるＲ２２冷媒とＨＦＣ冷媒であるＲ４０７Ｃ冷媒との併用を可能とする装置があった。この装置においては、両冷媒は同一温度における凝縮圧力、蒸発圧力が近いため、同一ユニット、同一制御での併用利用が可能であった。しかし、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａ冷媒の凝縮圧力、蒸発圧力はＲ２２冷媒やＲ４０７Ｃ冷媒の約１．５倍高いため、沸点の異なるＲ２２冷媒やＲ４０７Ｃ冷媒との併用を可能にするには、利用側のユニットを併用する各冷媒の種類に合わせた別仕様として各々設計する必要があった。
【０００３】
また、従来の冷凍サイクル装置として、例えば、圧縮機の吐出温度を検知する温度検知部と、膨張弁の開度を変更する膨張弁開度変更手段と、膨張弁開度変更手段を制御する制御手段とを備え、冷媒として混合冷媒を用い、制御手段は、吐出温度があらかじめ設定された設定温度以下になるように、膨張弁開度変更手段を制御することにより、膨張弁流量を増加させ、冷凍能力をそれほど低下させずに、吐出温度が下げられ、圧縮機及び冷媒循環経路などを保護し、冷凍サイクル装置の信頼性を確保するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２３０６２６号公報（第２頁、１０頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の冷凍式空気調和装置では、冷媒の種類毎に利用側ユニットを製造するため、製造コストの増加の問題や在庫管理の問題があった。また、外観がよく似ているため、誤搬入の問題や誤接続の問題が避けられなかった。
【０００６】
また、特許文献１に記載のものは、混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、吐出温度が信頼性を損なうほど高温となることを防止するものであり、沸点の異なる異種の冷媒においても、同一利用側ユニットで使用可能なようにすることまで考慮されたものではない。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒の種類によらず同一利用側ユニットで使用可能とすることにより、製造コストの低減や誤搬入の低減ができる空気調和装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、電気式膨張弁、利用側熱交換器を順次接続して冷媒回路を構成し、熱源側ユニットには前記圧縮機、熱源側熱交換器、熱源側送風手段を設け、利用側ユニットには前記電気式膨張弁、利用側熱交換器、利用側送風手段を設けた空気調和装置において、冷媒の種類に応じて前記電気式膨張弁の絞り量と開き量を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を説明する。
図１はこの発明に係る空気調和装置を示すものである。空気調和装置は、熱源側ユニット１と利用側ユニット２とで構成されている。また、圧縮機３、四方弁４、熱源側熱交換器５、電気式膨張弁７、利用側熱交換器８、アキュムレータ１０、圧縮機３をこの順序で配管により直列に接続した冷媒回路（冷房時）を構成し、かつ四方弁４の切り替え操作により圧縮機３、四方弁４、利用側熱交換器８、電気式膨張弁７、熱源側熱交換器５、アキュムレータ１０、圧縮機１をこの順序で配管により直列に接続した冷媒回路（暖房時）を構成する。さらに熱源側熱交換器５には熱源側送風手段６、利用側熱交換器８には利用側送風手段９が設置されている。熱源側ユニット１は、圧縮機３、四方弁４、熱源側熱交換器５、熱源側送風手段６、アキュムレータ１０、熱源側制御装置１１を内蔵している。また、利用側ユニット２は、電気式膨張弁７、利用側熱交換器８、利用側送風手段９、利用側制御装置１２、利用側熱交換器８に接続された液側配管に設けられた液側温度検知器１３、利用側熱交換器８に接続されたガス側配管に設けられたガス側温度検知器１４を内蔵している。熱源側制御装置１１は、圧縮機３、四方弁４、熱源側送風手段６を制御し、利用側制御装置１２は、電気式膨張弁７、利用側送風手段９を制御する。なお、１５は圧縮機３と四方弁４との間の冷媒の高圧（凝縮圧力）を検出する圧力センサである。この圧力センサ１５の飽和温度から後述する熱源側飽和温度ＴＣを換算して、熱源側制御装置１１から利用側制御装置１２に送信するものである。
また、この空気調和装置の冷媒としては、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５とＨＦＣ１３４ａの混合冷媒であるＲ４０７Ｃ冷媒や、凝縮圧力、蒸発圧力がＲ４０７Ｃ冷媒の約１．５倍高いＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５の混合冷媒であるＲ４１０Ａ冷媒が用いられる。冷媒の種類は熱源側ユニット１で決定され、Ｒ４０７Ｃ冷媒用の熱源側ユニットと、Ｒ４１０Ａ冷媒用の熱源側ユニットが別々に用意されている。利用側ユニット２は冷媒の種類によらず同一ユニットの利用が可能である。このため、熱源側制御装置１１は、熱源側ユニット１がＲ４０７Ｃ冷媒用であるか、Ｒ４１０Ａ冷媒用であるかを利用側制御装置１２に送信することにより、電気式膨張弁７、利用側送風手段を冷媒の種類に応じた制御が可能な状態にする。
なお、この実施の形態１では、熱源側ユニット１台に対し利用側ユニット１台を接続した場合について説明するが、２台以上の利用側ユニットを接続した場合は熱源側熱交換器５から出た冷媒が各利用側ユニット２に分配される以外は１台の場合と同様である。
【００１０】
次に空気調和装置の冷媒の流れについて説明する。冷房時は、圧縮機３から吐出される高温、高圧のガスは、四方弁４を経て熱源側熱交換器５へ流入し、常温の空気などにより冷却されて凝縮液化する。熱源側熱交換器５から出た冷媒は利用側ユニット２に送られ（２台以上の場合は各利用側ユニット２に分配される）、電気式膨張弁７で減圧され、利用側熱交換器８へ流入する。利用側熱交換器８で低温を発生するとともに冷媒は蒸発しガス化して流出し、ガス冷媒が四方弁４を経てアキュムレータ１０へ流入し、ここを通過した後圧縮機３へ吸入される。
【００１１】
暖房時は、圧縮機３から吐出される高温、高圧の冷媒ガスは、四方弁４を経て利用側熱交換器８へ流入し、常温の空気などに冷却されて凝縮液化する。利用側熱交換器８から出た冷媒は電気式膨張弁７で減圧され、熱源側熱交換器５へ流入する。熱源側熱交換器５で低温を発生するとともに冷媒は蒸発しガス化して流出し、ガス冷媒が四方弁４を経てアキュムレータ１０へ流入し、ここを通過した後圧縮機３に吸入される。冷媒回路内の余剰冷媒は液冷媒の形でアキュムレータ１０に存在する。
【００１２】
ここで、電気式膨張弁７の制御について、冷房運転時を例にして図２の制御フローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１で液側温度検知器１３の検出温度である液側配管温度ＴＨ１とガス側温度検知器１４の検出温度であるガス側配管温度ＴＨ２との差（ＳＨ＝ＴＨ２−ＴＨ１）を算出する。次にステップＳ２でガス側配管温度ＴＨ２と液側配管温度ＴＨ１との差ＳＨと、差の目標値であるＳＨｍとの大小比較により電気式膨張弁７を絞るか、開けるかを判断する。ＳＨ＞ＳＨｍの場合はステップＳ３で電気式膨張弁７の開き量△Ｓｊ２（ＳＨ、ＳＨｍ）を算出し、ステップＳ４で電気式膨張弁７を開き量△Ｓｊ２（ＳＨ、ＳＨｍ）分だけ開く。このときステップＳ５で電気式膨張弁７の開度Ｓｊが最大開度Ｓｊｍａｘを超えるかどうかを判定する。超える場合はステップＳ６で電気式膨張弁７の開度Ｓｊを最大開度Ｓｊｍａｘに制限する。また、ステップＳ２でＳＨ＜ＳＨｍの場合はステップＳ７で電気式膨張弁７の絞り量△Ｓｊ１（ＳＨ、ＳＨｍ）を算出し、ステップＳ８で電気式膨張弁７の絞り量△Ｓｊ１（ＳＨ、ＳＨｍ）分だけ絞る。このときステップＳ９で電気式膨張弁７の開度Ｓｊが最小開度Ｓｊｍｉｎを下回るかどうかを判定する。下回る場合はステップＳ１０で電気式膨張弁７の開度Ｓｊを最小開度Ｓｊｍｉｎに制限する。
【００１３】
以上のように、ガス側配管温度ＴＨ２と液側配管温度ＴＨ１との差ＳＨの値が一定になるように電気式膨張弁７を制御しているが、利用側の空調負荷が大きくなると、利用側熱交換器８での冷媒の熱交換が促進され、ガス側温度検知器１４の検出温度であるガス側配管温度ＴＨ２は上昇し、利用側空気温度に近づく。したがって、差ＳＨの値が大きくなるため電気式膨張弁７の開度Ｓｊが大きくなり、冷媒流量が増大する。このように利用側の空調負荷が大きいときは、電気式膨張弁７の絞りが緩くなる傾向にあり、利用側ユニット２が複数台設置されている場合は各利用側ユニット２間の冷媒の分配性が悪化する。また圧縮機３の入口圧力が上昇し圧縮機３の制御範囲外となるため、熱源側ユニット１の負担も大きくなる。そこで、電気式膨張弁７の開度Ｓｊに上限を設けて、利用側ユニット２の熱交換能力に応じて、また、圧縮機３の制御可能な範囲となるように冷媒流量を制限する。
【００１４】
逆に、利用側の空調負荷が小さくなると、利用側熱交換器８での冷媒の熱交換が減少し、ガス側温度検知器１４の検出温度であるガス側配管温度ＴＨ２は下降し、差ＳＨの値は小さくなる傾向にある。したがって、電気式膨張弁７の開度Ｓｊは小さく制御されるため、利用側ユニット２が複数台設置されている場合は各利用側ユニット２間の冷媒の分配性が悪化する。また圧縮機３の入口圧力が低下し圧縮機３の制御範囲外となるため、熱源側ユニット１の負担も大きくなる。そこで、電気式膨張弁７の開度Ｓｊに下限を設けて、利用側ユニット２の熱交換能力に応じて、また、圧縮機３の制御可能な範囲となるように冷媒流量を制限する。
【００１５】
また、暖房運転時の電気式膨張弁７の制御フローチャートを図３に示す。
まず、ステップＳ１１で液側温度検知器１３の検出温度である液側配管温度ＴＨ１と、圧力センサ１５が検出した飽和温度から換算して得られた熱源側飽和温度ＴＣとの差（ＳＣ＝ＴＣ−ＴＨ１）を算出する。次にステップＳ１２で熱源側飽和温度ＴＣと液側配管温度ＴＨ１との差ＳＣと、差の目標値であるＳＣｍとの大小比較により電気式膨張弁７を絞るか、開けるかを判断する。ＳＣ＞ＳＣｍの場合はステップＳ１３で電気式膨張弁７の開き量△Ｓｊ２（ＳＣ、ＳＣｍ）を算出し、ステップＳ１４で電気式膨張弁７を開き量△Ｓｊ２（ＳＣ、ＳＣｍ）分だけ開く。このときステップＳ１５で電気式膨張弁７の開度Ｓｊが最大開度Ｓｊｍａｘを超えるかどうかを判定する。超える場合はステップＳ１６で電気式膨張弁７の開度Ｓｊを最大開度Ｓｊｍａｘに制限する。また、ステップＳ１２でＳＣ＜ＳＣｍの場合はステップＳ１７で電気式膨張弁７の絞り量△Ｓｊ１（ＳＣ、ＳＣｍ）を算出し、ステップＳ１８で電気式膨張弁７の絞り量△Ｓｊ１（ＳＣ、ＳＣｍ）分だけ絞る。このときステップＳ１９で電気式膨張弁７の開度Ｓｊが最小開度Ｓｊｍｉｎを下回るかどうかを判定する。下回る場合はステップＳ２０で電気式膨張弁７の開度Ｓｊを最小開度Ｓｊｍｉｎに制限する。
【００１６】
以上のように、熱源側飽和温度ＴＣと液側配管温度ＴＨ１との差ＳＣの値が一定になるように電気式膨張弁７を制御しているが、利用側の空調負荷が大きくなると、利用側熱交換器８での冷媒の熱交換が促進され、圧力センサ１５が検出する飽和温度から換算される熱源側飽和温度ＴＣは上昇する。したがって、差ＳＣの値が大きくなるため電気式膨張弁７の開度Ｓｊが大きくなり、冷媒流量が増大する。このように利用側の空調負荷が大きいときは、電気式膨張弁７の絞りが緩くなる傾向にあり、利用側ユニット２が複数台設置されている場合は各利用側ユニット２間の冷媒の分配性が悪化する。また圧縮機３の入口圧力が上昇し圧縮機３の制御範囲外となるため、熱源側ユニット１の負担も大きくなる。そこで、電気式膨張弁７の開度Ｓｊに上限を設けて、利用側ユニット２の熱交換能力に応じて、また、圧縮機３の制御可能な範囲となるように冷媒流量を制限する。
【００１７】
逆に、利用側の空調負荷が小さくなると、利用側熱交換器８での冷媒の熱交換が減少し、圧力センサ１５が検出する飽和温度から換算される熱源側飽和温度ＴＣは下降し、差ＳＣの値は小さくなる傾向にある。したがって、電気式膨張弁７の開度Ｓｊは小さく制御されるため、利用側ユニット２が複数台設置されている場合は各利用側ユニット２間の冷媒の分配性が悪化する。また圧縮機３の入口圧力が低下し圧縮機３の制御範囲外となるため、熱源側ユニット１の負担も大きくなる。そこで、電気式膨張弁７の開度Ｓｊに下限を設けて、利用側ユニット２の熱交換能力に応じて、また、圧縮機３の制御可能な範囲となるように冷媒流量を制限する。
【００１８】
電気式膨張弁７を流れる冷媒の量は、電気式膨張弁７の開度と、電気式膨張弁７の入口と出口の圧力差と、流れる冷媒の密度とにより決定される。したがって、同一蒸発温度、凝縮温度でも冷媒の種類によってはそのときの圧力が異なるため、冷媒流量が異なることになる。
【００１９】
電気式膨張弁７の制御の目標値となる、ＳＨｍ、ＳＣｍの値を冷媒に応じて最適な値に変化させることにより、冷媒流量の差を包含して電気式膨張弁７を安定させて目標の性能を出すことが可能となる。
【００２０】
また、Ｒ４１０Ａ冷媒はＲ４０７Ｃ冷媒よりも約１．５倍作動圧力が高いため、電気式膨張弁７による圧力差も１．５倍となる。そのため、電気式膨張弁７の最大開度Ｓｊｍａｘ、最小開度Ｓｊｍｉｎのような固定開度では、冷媒によって冷媒流量が大きく変わることになるため、最大開度Ｓｊｍａｘ、最小開度Ｓｊｍｉｎの値を冷媒の種類に応じて適切に変化させる必要がある。
【００２１】
図１に示す実施の形態１による空気調和装置の場合、熱源側ユニット１は冷媒の種類により異なるユニットであるが、利用側ユニット２は冷媒の種類によらず同一ユニットである。したがって、冷媒の種類により、電気式膨張弁７の制御値が異なるため、利用側ユニット２の利用側制御装置１２に、冷媒の種類による制御値の違いを図４に示すようなマトリクスデータとして記憶保持させておく。そして、熱源側ユニット１の熱源側制御装置１１は、熱源側ユニット１がＲ４０７Ｃ冷媒用であるか、Ｒ４１０Ａ冷媒用であるかを利用側制御装置１２に送信することにより、冷媒の種類を判別して、電気式膨張弁７は冷媒の種類に対応した制御を行う。
【００２２】
また、Ｒ４１０Ａ冷媒はＲ４０７Ｃ冷媒に比べて圧力差が大きいため、電気式膨張弁７の開度の変化量△Ｓｊによっても圧力変動が大きくなる。したがって、Ｒ４１０Ａ冷媒の場合は、電気式膨張弁７の変化幅をＲ４０７Ｃ冷媒の０．８倍と小さく設定し、安定性を向上させている。
【００２３】
さらに、利用側ユニットの容量によりマトリクスデータの数値を変更することにより、異なる容量の利用側ユニットに関しても同一の制御装置とすることができる。
【００２４】
このような制御により、同一の利用側ユニットで冷媒の種類の異なる熱源側ユニットとの接続を可能とすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、冷媒の種類に応じて電気式膨張弁の絞り量と開き量を選定することにより、冷媒の種類に対応した流量制御を行う制御装置を備えたので、沸点の異なる異種の冷媒に対しても同一の利用側ユニットが使用可能な空気調和装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電気式膨張弁の冷房運転時の制御フローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１における電気式膨張弁の暖房運転時の制御フローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１における利用側制御装置に記憶保持される制御マトリクスデータである。
【符号の説明】
１  熱源側ユニット、２  利用側ユニット、３  圧縮機、４  四方弁、５  熱源側熱交換器、６  熱源側送風手段、７  電気式膨張弁、８  利用側熱交換器、９  利用側送風手段、１０  アキュムレータ、１１  熱源側制御装置、１２  利用側制御装置、１３  液側温度検知器、１４  ガス側温度検知器、１５  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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