CN104567155A - 空气调节器 - Google Patents

Abstract

本发明提供从高负载/高流量到低负载/低流量都能获得高可靠性和低耗电量的空气调节器。该空气调节器具备：制冷循环，其具有压缩机、室内热交换器、膨胀机构以及室外热交换器；以及第一控制机构，其使压缩机的排出温度根据压缩机的转速相应地变化，使压缩机的转速小于规定的转速的情况下的压缩机的排出温度的变化相对于压缩机的转速的变化的幅度比压缩机的转速大于规定的转速的情况下的压缩机的排出温度的变化相对于压缩机的转速的变化的幅度大，该空气调节器使用R32单质或者R32超过50重量％的混合制冷剂。

Description

空气调节器

技术领域

本发明涉及一种空气调节器。

背景技术

在空气调节器中设置有压缩机和作为膨胀机构的膨胀阀。压缩机的排出温度通过调整膨胀阀的开度而被控制为预先确定的目标温度。空气调节器的运转功率达到峰值时的压缩机的排出温度因压缩机的转速不同而存在差别。

在专利文献1中记载有一种空气调节器，该空气调节器以如下方式进行控制，即，将压缩机的针对各频带的最佳阀开度、最佳排出温度预先存储于控制部，若压缩机的频率变化，则利用控制部选择与变化后的频率对应的最佳阀开度，从控制部输出与选择值相应的阀开度指令信号，借助阀驱动部使电子控制式膨胀阀的开度与目标值一致。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-69683号公报

发明概要

发明要解决的课题

对于专利文献1所记载的空气调节器，排出温度目标值相对于压缩机的转速(频率)的斜率为一个，无论压缩机的转速处于高速区域还是低速区域，转速的不同所带来的排出温度的变化的灵敏度都是相同的。

如图2所示，压缩机的各转速下的最佳排出温度、即能够最高效地运转的理想的排出温度目标值(以下称作“理想Td”。)与压缩机的排出温度的目标值(以下称作“目标Td”。)之差Ta从低速区域到高速区域都较小。因此，在采用R410A作为制冷剂的情况下，即使转速的不同所带来的排出温度的变化的灵敏度相同，也能够使压缩机的转速达到接近理想Td的值。

然而，如图2所示，在采用R32作为制冷剂的情况下，与R410A相比，理想Td与目标Td之差Tb增大。因此，在转速的不同所带来的排出温度的变化的灵敏度相同的情况下，存在无法使压缩机的转速达到接近理想Td的值的区域。

换句话说，在采用R32作为制冷剂的情况下，与R410A相比，理想Td与目标Td之差增大，对于使用R410A的装置，若只是将制冷剂更换为R32，则存在性能降低并且引发控制不稳定的可能。

发明内容

本发明的目的在于提供能够避免控制不稳定并且能够实现节能的空气调节器。

解决方案

本发明的空气调节器具备：制冷循环，其具有压缩机、室内热交换器、膨胀机构以及室外热交换器；以及第一控制机构，压缩机的排出温度根据压缩机的转速相应地变化，该第一控制机构使压缩机的转速小于规定的转速的情况下的压缩机的排出温度的变化相对于压缩机的转速的变化的幅度比压缩机的转速大于规定的转速的情况下的压缩机的排出温度的变化相对于压缩机的转速的变化的幅度大，该空气调节器使用R32单质或者R32超过50重量％的混合制冷剂。

发明效果

根据本发明，能够提供能避免控制不稳定并且能够实现节能的空气调节器。

附图说明

图1是第一实施方式的空气调节器的制冷剂回路结构图。

图2是示出针对压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。

图3是示出针对第一实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。

图4是示出针对第二实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。

图5是示出针对另一实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。

图6是示出针对另一实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。

附图标记说明如下：

1…空气调节器；2…压缩机；3…流路切换阀；4…室外热交换器；5…膨胀阀；6…室内热交换器；7…吸入罐；50…控制部；51…温度检测机构

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在各图中对共用的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

(第一实施方式)

对与第一实施方式的空气调节器1的结构、功能以及动作相关的概要进行说明。图1是表示构成第一实施方式的空气调节器1的各结构要素和彼此之间的连接关系的基本结构图。

空气调节器1由将压缩机2、流路切换阀(例如四通阀)3、室外热交换器4、膨胀阀5、室内热交换器6以及吸入罐7连接为环状而得到的回路10构成。另外，为了控制空气调节器1而具备控制部50和热敏电阻等温度检测机构51。

温度检测机构51为了检测压缩机2的排出温度而设置在压缩机2的上部。需要说明的是，也可以将温度检测机构51设置于压缩机2的排出配管。

使用图1对空气调节器1的各设备的动作进行说明。在空气调节器1的运转模式为“制冷”的情况下，通过切换四通阀3，制冷剂向图2的实线箭头的方向流动。从压缩机2排出的制冷剂经由四通阀3的实线所示的流路供给至室外热交换器4。然后，从室外热交换器4排出的制冷剂由膨胀阀5减压膨胀并供给至室内热交换器6。接下来，从室内热交换器6排出的制冷剂经由四通阀3的实线所示的流路返回至吸入罐7以及压缩机2。

另外，在空气调节器1的运转模式为“供暖”的情况下，通过切换四通阀3，制冷剂向图2的虚线箭头的方向流动。从压缩机2排出的制冷剂经由四通阀3的虚线所示的流路供给至室内热交换器6。然后，从室外热交换器6排出的制冷剂由膨胀阀5减压膨胀并供给至室外热交换器4。从室外热交换器4排出的制冷剂经由四通阀3的虚线所示的流路返回至吸入罐7以及压缩机2。

例如，室外热交换器4以及室内热交换器6以鳍片管形式构成，利用轴流风机、横流风机等使空气在鳍片侧流通，在管侧使制冷剂通流，由此进行热量的交换。

控制部50控制四通阀3的切换、膨胀阀5的阀开度、压缩机2的转速、室外热交换器4以及室内热交换器6，除了从温度检测机构51获得排出温度的信息之外，还由未图示的温度检测机构获得室内温度以及室外温度，从而控制室外热交换器4与室内热交换器6的空气侧的交换热量。

温度检测机构51的温度精度是大体上不会对循环带来影响的精度。例如，上限为+1℃，下限为-1℃。在该范围内，由温度检测机构51检测到的温度是相同的值。

如后所述，以根据由压缩机2的转速计算出的目标Td与利用温度检测机构51检测到的排出温度的温度差而确定的开度差，在每个控制步骤中控制膨胀阀5的开度。

吸入罐7为了防止在运转开始时等制冷剂以液状被压缩机2压缩而有损可靠性而设置。

压缩机2是容积型的压缩机，在本实施方式中采用转速可变的压缩机。

图2是示出针对压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。示出横轴为压缩机2的转速M且纵轴为压缩机2的排出温度T时的压缩机2的排出温度的变化。且示出使用R410A作为制冷剂的情况下的理想Td与目标Td以及使用R32作为制冷剂的情况下的理想Td与目标Td。

压缩机2的排出温度取决于吸入制冷剂的温度压力、吸入制冷剂的过热度或者干度、压缩机的压力比以及来自压缩机2的散热量(热损失)，越是压缩机2以高速旋转从而制冷剂循环量增加，压缩机2的排出温度越是上升。但是，对于排出温度的变化率，由于运转压力比在低速侧和高速侧不同，并且压缩机2的功率不同，因此变化率发生变化。

在压缩机2的排出温度比理想Td低的情况下，制冷循环成为略微潮湿的循环。在略微潮湿的循环的情况下，由于制冷剂液混入压缩机2内，外观的密度增加，压缩机2所做的功增加，因此，因以理想Td运转而导致功率降低。因此，为了防止功率降低，需要采用排出温度的目标值略微过热的循环。因此，在以直线构成目标Td的情况下，与R410A理想Td相比，需要将R410A目标Td设定在高温侧。在采用R410A作为制冷剂的情况下，如图2所示，将R410A目标Td设定为与R410A理想Td相切。

在R32目标Td设定为与R32理想Td相切的情况下，如图2所示，在高速旋转区域中，R32的理想Td与目标Td之差Ta比R410A的理想Td与目标Td之差Tb大。如此，在采用R410A作为制冷剂的情况下，压缩机2的功率的变化对排出温度的变化率造成的影响轻微，但在采用R32作为制冷剂的情况下，结果是该影响明显地显现出来。

并且，如图2所示，在制冷剂物理性质方面，R32的理想Td在高速旋转区域中比R410A的理想Td高约15℃。

即，由于R32的理想Td比R410A的理想Td高，并且R32的目标Td与理想Td之差Ta比R410A的目标Td与理想Td之差Tb大，因此压缩机2的排出温度容易升高。若排出温度过高，则存在压缩机2的材料和制冷机油劣化、在压缩机2的电动机中使用的永久磁铁的去磁力降低的问题。

接下来，对用于解决此类问题的本实施方式的具体控制方法进行说明。图3是示出针对图3第一实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。

在压缩机2起动后，计算分别与“制冷”、“供暖”的运转模式相应的压缩机2的目标Td，进行基于目标Td的控制。目标Td根据以下的式(1)计算。

目标Td(℃)＝斜率A×压缩机转速M(min^-1)+截距C…式(1)

斜率A与截距C是预先通过实验等确定以使得最佳制冷循环成立的值，且是因空气调节器的能力、热交换器的结构而不同的值。需要说明的是，图1的实线也是根据式(1)获得针对压缩机2的转速M的目标Td的曲线图。

在图2中，利用虚线表示图中采用R32作为制冷剂的情况下的理想Td，利用实线表示目标Td。在本实施方式中，虽根据式(1)获得针对压缩机2的转速M的目标Td，但斜率A设定为压缩机2处于低速区域时的斜率A_L和处于高速区域时的斜率A_h这两个值，以转速M_c作为拐点切换两个值。截距C也设定为压缩机2处于低速区域时的截距C_L和处于高速区域时的截距C_h这两个值，以转速M_c作为拐点切换两个值。

在本实施方式中，如图3所示，对于低速区域的斜率A_L以及高速区域的斜率A_h，转速M越高，目标Td越向变为高温的方向倾斜。另外，在转速M_c处，根据低速区域的斜率A_L、低速区域的截距C_L而由式(1)计算出的目标Td与根据高速区域的斜率A_h、高速区域的截距C_h而由式(1)计算出的目标Td一致。需要说明的是，也可以将目标Td设定为略微不同的值。

在本实施方式的预备实验中，高速区域的斜率A_h为0.01，低速区域的斜率A_L为0.02，约是高速区域的斜率A_h的2倍，高速区域的截距C_h为50，低速区域的截距C_L为40。

例如，在压缩机2的转速M为高速区域中的2000min^-1时，计算出目标排出温度T_t为70℃。另外，在压缩机2的转速M为600min^-1时，计算出目标排出温度T_t为52℃。

本实施方式的空气调节器使用R32单质或者R32超过50重量％的混合制冷剂，且具备：制冷循环，其具有压缩机2、室内热交换器6、膨胀机构5以及室外热交换器4；以及第一控制机构，其以如下方式进行控制，即，使压缩机2的排出温度根据压缩机2的转速相应地变化，使压缩机2的转速小于规定的转速(转速M_c)的情况下的压缩机2的排出温度的变化相对于压缩机2的转速的变化的幅度(低速区域的斜率A_L)比压缩机2的转速大于规定的转速(转速M_c)的情况下的压缩机2的排出温度的变化相对于压缩机2的转速的变化的幅度(高速区域的斜率A_h)大。如此，通过使低速区域的斜率A_L比高速区域的斜率A_h大，能够在大转速区域中实现接近理想排出温度的运转，能够防止空气调节器的功率降低，并且能够防止压缩机2的排出温度比理想Td高。

接下来，更详细地说明低速区域中的目标Td与理想Td之间的关系。一般来说，越是压缩机2的转速低的低速区域，膨胀阀1的单位开度的流量变化越大，尤其是在吸入侧的制冷剂从二相区向气相区变化的范围内，排出温度变化增大。此时，若膨胀阀的1单位开度的排出温度变化超过1℃，则每当对膨胀阀开闭1单位开度时，排出温度都变化1℃以上，循环变得不稳定。即便如此，尽管在采用R410A作为制冷剂的情况下循环变得略微不稳定，也能够允许在能持续运转的范围内。

另一方面，由于R32的隔热指数比R410A的隔热指数大，因此R32在压缩工序中温度上升快，单位流量的交换热量大。即，在采用R32作为制冷剂的情况下，膨胀阀5的1单位开度的排出温度的变化增大，在流量相对于热交换器容量减少的低速区域中，膨胀阀5控制排出温度的控制性恶化。

因此，对于本实施方式的空气调节器，在压缩机2的转速低于规定的转速(转速M_c)时，压缩机2吸入并压缩二相状态的制冷剂。即，在低速区域中使目标Td在理想Td以下。根据这样的本实施方式，在流量相对于热交换器容量较少且膨胀阀1的单位开度的排出温度变化大的低速区域中，能够避免设定为比合理值高所导致的控制不稳定。需要说明的是，规定的转速不必一定与转速M_c一致，能够任意设定控制性恶化的区域。

一般来说，若能力小于额定能力的一半则循环量少，因此控制性大多会因膨胀阀5的特性而恶化。尤其是在使用如R32那样与R410A相比单位流量的交换热量大的制冷剂的情况下，由于低能力时的制冷剂循环量少，因此优选设定为比获得过热度时的排出温度低的最佳点。

例如，在制冷的额定能力为4kW的空气调节器中，在进行制冷运转时输出4kW的能力的压缩机2的转速为2000min^-1的情况下，优选作为拐点的转速M_c为1000min^-1。

在进行供暖运转时，能够通过与制冷运转同样地确定各参数来进行相同的控制。

接下来，更详细地说明高速区域中的目标Td与理想Td之间的关系。与低速区域不同，在高速区域中，由于膨胀阀的1单位开度的流量变化小，因此膨胀阀5控制排出温度的控制性比低速区域高。另一方面，在高速区域中压缩比增大，空气调节器的性能、能力容易降低。因此，对于本实施方式的空气调节器，在压缩机2的转速比规定的转速(转速M_c)大时，压缩机2吸入气体状态的制冷剂并对其进行压缩。即，在高速区域中使目标Td为理想Td以上。

在设定多个所述斜率A的情况下，设定与各个斜率相应的膨胀阀5的开度等控制极其复杂。然而，压缩机2的功率因转速M不同而变化，以功率最高时的转速作为峰值，越是离开峰值，压缩机2的功率越低。即，能够通过以峰值作为界对目标Td设定两个斜率A而使目标Td接近理想Td。即，在本实施方式中，利用两个斜率的直线构成目标Td，能够抑制控制变得复杂，并且能够使目标Td接近理想Td。需要说明的是，规定的转速不必一定与转速M_c一致，能够任意设定空气调节器的性能、能力容易降低的区域。

在本实施方式中，虽集中说明了标准负载下的运转，但在室外气温变化时等，也能够使如前所述计算出的目标Td与修正温度相加来进行相同的控制。

(第二实施方式)

在本实施方式中，省略与第一实施方式相同的结构要素的说明。图4是示出针对第二实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。即便使目标Td接近理想Td，理想Td本身也可能因转速M的不同而达到压缩机2的材料、制冷机油恶化且在压缩机2的电动机中使用的永久磁铁的去磁力降低的温度。

一般来说，在空气调节器中设置有对压缩机2的排出温度设置上限值且在达到该上限值时停止运转的保护回路，但在采用R32作为制冷剂的情况下，有可能因设置空气调节器的环境的不同而反复达到上限值从而反复停止运转。

因此，本实施方式的空气调节器具备用于检测压缩机2的排出温度的温度检测机构51和以使温度检测机构51的温度在规定的温度(上限值)以下的方式控制膨胀机构5的开度的第三控制机构，压缩机2的电动机构成为利用磁阻转矩进行驱动。即，在本实施方式中，目标Td设定有上限值，在目标Td超过上限值的情况下，以上限值替换根据压缩机2的转速计算出的目标Td，以根据上限值和由温度检测机构51检测出的排出温度的温度差而确定的开度差，在每个控制步骤中控制膨胀阀5的开度，因此能够维持压缩机2的可靠性并且能够持续运转。

但是，若以上限值替换目标T，则随着离开理想Td而功率降低。因此，本实施方式的空气调节器构成为压缩机2的电动机利用磁阻转矩进行驱动。相对于电磁转矩随着温度的上升而降低，磁阻转矩无论温度是否上升都保持恒定值。因此，根据本实施方式，能够将达到上限值的区域中的电动机转矩保持在高输出。

图5以及图6是示出针对另一实施方式的压缩机的转速的理想Td与目标Td的曲线图。在第一实施方式以及第二实施方式中，说明了拐点为一个的情况，但也可以如图5所示，为了使功率更优先而设置多个拐点。

另外，在第一实施方式以及第二实施方式中，说明了斜率A设定为压缩机2处于低速区域时的斜率A_L和处于高速区域时的斜率A_h这两个值的情况，但在设定多个斜率的情况下，设定与各个斜率相应的膨胀阀5的开度等控制极其复杂。

因此，如图6所示，也可以使斜率A为一个，对于截距C，设定压缩机2处于低速区域时的截距C_L和处于高速区域时的截距C_h这两个值，以转速M_c作为拐点切换两个值。即，另一实施方式的空气调节器使用R32单质或者R32超过50重量％的混合制冷剂，且具备：制冷循环，其具有压缩机2、室内热交换器6、膨胀机构5以及室外热交换器4；以及第二控制机构，其以如下方式进行控制，即，使压缩机2的排出温度以基准温度(截距C_h或者截距C_L)为基准而根据压缩机2的转速相应地变化，使压缩机2的转速小于规定的转速(转速M_c)的情况下的基准温度(截距C_L)比压缩机2的转速大于规定的转速(转速M_c)的情况下的基准温度(截距C_h)小。需要说明的是，也可以设定三个以上截距C。

以上，利用各实施方式说明了本发明的空气调节器，但本发明的实施方式不限定于这些记载，能够进行各种变更等。

以上说明了使用R32作为制冷剂的情况，但并不限定于此。例如，作为制冷剂，也可以使用含有50重量％以上R32的混合制冷剂、应对排出温度所需要的其他制冷剂。

Claims (5)

1.一种空气调节器，其中，

所述空气调节器具备：

制冷循环，其具有压缩机、室内热交换器、膨胀机构以及室外热交换器；以及

第一控制机构，其使所述压缩机的排出温度根据所述压缩机的转速相应地变化，使所述压缩机的转速小于规定的转速的情况下的所述压缩机的排出温度的变化相对于所述压缩机的转速的变化的幅度比所述压缩机的转速大于所述规定的转速的情况下的所述压缩机的排出温度的变化相对于所述压缩机的转速的变化的幅度大，

所述空气调节器使用R32单质或者R32超过50重量％的混合制冷剂。

2.一种空气调节器，其中，

所述空气调节器具备：

制冷循环，其具有压缩机、室内热交换器、膨胀机构以及室外热交换器；以及

第二控制机构，其使所述压缩机的排出温度以基准温度为基准而根据所述压缩机的转速相应地变化，使所述压缩机的转速小于规定的转速的情况下的所述基准温度比所述压缩机的转速大于规定的转速的情况下的所述基准温度小，

所述空气调节器使用R32单质或者R32超过50重量％的混合制冷剂。

3.根据权利要求1或2所述的空气调节器，其特征在于，

所述空气调节器具备：

温度检测机构，其用于检测所述压缩机的排出温度；以及

第三控制机构，其以使所述温度检测机构的温度成为规定的温度以下的方式控制所述膨胀机构的开度，

所述压缩机的电动机利用磁阻转矩进行驱动。

4.根据权利要求1或2所述的空气调节器，其特征在于，

当所述压缩机的转速小于规定的转速时，所述压缩机吸入二相状态的制冷剂并对其进行压缩。

5.根据权利要求1或2所述的空气调节器，其特征在于，

当所述压缩机的转速大于规定的转速时，所述压缩机吸入气体状态的制冷剂并对其进行压缩。