DE69634232T2

DE69634232T2 - Klimaanlage mit Kühlmitteldruckregelungsmitteln und Antriebssteuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE69634232T2
Application number: DE69634232T
Authority: DE
Inventors: Shigeya Ohra-gun Ishigaki; Mikiyasu Ohra-gun Sinnsi; Tomohito Ota-shi Koizumi; Katuyuki Ashikaga-shi Tuno; Takahiro Ohra-gun Suzuki; Masanori Isezaki-shi Akutu; Norio Ota-shi Abukawa
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: MY112678A; DE69634232D1; JPH09145174A; EP0774631B1; CN1153272A; SG86310A1; EP0774631A3; US5829264A; KR970028216A; EP0774631A2; CN1119576C; KR100408856B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage mit einem Kompressor mit variabler Kapazität, in dem die Kühlmittelausströmleistung variabel ist, und auf ein Verfahren zum Treiben der Klimaanlage und insbesondere auf eine Klimaanlage, die eine Kühlmittelmischung verwendet, die mindestens zwei Arten von Kühlmitteln aufweist, die verschiedene Charakteristiken aufweisen, und ein Verfahren zum Treiben der Klimaanlage.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Allgemein weist eine Klimaanlage einen Kühlmittelkreis auf, der durch Verbinden eines Kompressors, eines Vierwege-Wechselventils, eines Verdichters, einer Expansionsvorrichtung (Druckverringerungsvorrichtung) und eines Verdampfers über eine Kühlmittelleitung gebildet wird, und das Kühlmittel wird in dem Kühlmittelkreis zirkuliert, um einen Kühl/Heizbetrieb durchzuführen.
Während der Zirkulation wird das Kühlmittel durch den Kompressor verdichtet und aus dem Kompressor ausgeströmt, um, wie oben beschrieben, in dem Kühlmittelkreis zirkuliert zu werden, so dass ein vorbestimmter Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis hergestellt wird. Der Kühlmittelkreis ist so aufgebaut, dass er aus Sicherheitsgesichtspunkten einen genügenden mechanischen Widerstand gegen diesen vorbestimmten Kühlmitteldruck auf weist. Wenn allerdings die Außenlufttemperatur auf einen unerwarteten Wert ansteigt, kann der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis anomal auf einen Wert ansteigen, der sich auf einem Wert über dem maximal erlaubten Wert befindet, der unter Berücksichtigung der verschiedenen externen Umgebungseinwirkungen bestimmt wird. In diesem Fall ist der Kühlmittelkreis dafür anfällig, beschädigt oder zerstört zu werden. Daher wird der Betrieb des Kompressors in dem Kühlmittelkreis angehalten, um den anomalen Anstieg des Kühlmitteldrucks in dem Kühlmittelkreis zu verhindern.
Weiterhin sind Materialien wie z. B. R-12 usw., die Chlorgruppen enthalten, bis jetzt als das Kühlmittel verwendet worden, das in den Kühlmittelkreis eingefüllt wird. Allerdings können solche Materialien die Ozonschicht über dem Land zerstören. Daher werden aus Umweltschutzgründen anstelle dieser Materialien R-22 (Chlordifluormethan), das einen geringeren Betrag von Chlorgruppen aufweist, R-32 (Difluormethan), R-125 (Pentafluorethan) oder R-134a (Tetrafluorethan), die keine Chlorgruppen aufweisen, oder eine Mischung dieser Materialien (im Nachfolgenden als "Fluorkohlenwasserstoff-basiertes Kühlmittel" bezeichnet) seit Neuerem als Ersatzkühlmittel verwendet.
Im Vergleich mit einer Situation, bei der ein einzelnes Kühlmittel (z. B. R-22) verwendet wird, wird der Betriebsdruck in einer Situation höher, bei der ein Fluorkohlenwasserstoffbasiertes Kühlmittel als Kühlmittel verwendet wird. Dieses Phänomen ist spezifisch für das Kühlmittelgemisch, und der Kühlmittelkreis ist dafür anfällig, dass ein anomaler Druck auftritt. Wenn eine Kühlmittelmischung verwendet wird, steigt z. B. der Kühlmitteldruck auf das ungefähr 1,5-fache wie in dem Fall des einzelnen Kühlmittels an.
In der US 4,831,836 A ist eine Klimaanlage offenbart, die einen Mehrfachkühlkreis mit einem Strom- oder Drucksensor aufweist. Die Antriebsleistung des Kompressors wird entsprechend der Klimaanlagenlast gesteuert. Die Klimaanlage enthält Mittel zur Verringerung der Antriebsleistung, wenn der Druck in dem Kühlmittelkreis einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Wenn das Fluorkohlenwasserstoff-basierte Kühlmittel, das normalerweise während des Betriebes einen hohen Druck aufweist, als Kühlmittel in einem herkömmlichen Kühlmittelkreis (eine Kühlmittelleitung, eine Kühlmittelvorrichtung usw.) verwendet wird, kann der Kühlmittelkreis zerstört werden, wenn er ohne Gegenmaßnahme benutzt wird. Um zu verhindern, dass der Kühlmittelkreis zerstört wird, muss daher der Betrieb des Kompressors wie oben beschrieben angehalten werden.
Wenn allerdings der Kompressor während des Betriebes angehalten wird, wird die Antriebsleistung der Klimaanlage unterbrochen oder verringert. Insbesondere wenn eine Kühlmittelmischung verwendet wird, wird der Betrieb des Kompressors häufiger angehalten, und somit muss der Betrieb der Klimaanlage selbst häufiger angehalten werden. Dies ist lästig für die Benutzung.
Weiterhin muss der Druckwiderstand des Kühlmittelkreises erneut berücksichtigt werden. Um den Druckwiderstand des Kühlmittelkreises erneut zu berücksichtigen, muss allerdings die mechanische Stärke jedes Elements, wie z. B. der Kühlmittelleitung, der Kühlmittelvorrichtung usw., verändert werden, und insbesondere muss die Kühlmittelleitung mit einer größeren Dicke entworfen werden, so dass das Gewicht und die Größe des Kühlmittelkreises ansteigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage bereitzustellen, die das Auftreten eines anomalen hohen Druckes in einem Kühlmittelkreis verhindern kann und die auch eine Verringerung in der Antriebsleistung mit einem einfachen Aufbau verhindern kann, und ein Verfahren zur Steuerung des Antriebs der Klimaanlage bereitzustellen.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine Klimaanlage nach dem unabhängigen Anspruch 1 und ein Steuerungsverfahren nach dem unabhängigen Anspruch 4 gelöst. Die abhängigen Ansprüche behandeln vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung.
Wenn der Kühlmitteldruck des Kühlmittelkreises höher als der erste Druckwert ist, wird nach der oben beschriebenen Klimaanlage der Kompressor mit einer Antriebsleistung betrieben, die geringer als die aktuelle Antriebsleistung ist. Wenn der Kühlmitteldruck in der Kühlmittelleitung den zweiten Druckwert übersteigt, der geringer als der erste Druckwert ist, wird zusätzlich durch die zweiten Korrekturmittel verhindert, dass die aktuelle Antriebsleistung ansteigt. Dementsprechend wird in dem Bereich von dem ersten Druckwert zu dem zweiten Druckwert verhindert, dass die Antriebsleistung des Kompressors weiter ansteigt, und gleichzeitig wird die Antriebsleistung des Kompressors gehalten, um nicht verringert zu werden, wodurch das Auftreten eines anomalen hohen Druckes in dem Kühlmittelkreis verhindert wird.
Bei dieser Klimaanlage wird der zweite Druckwert auf einen Wert eingestellt, der um einen Betrag, der 2 % bis 3 % des ersten Druckwertes entspricht, geringer als der erste Druckwert ist.
Dieses Verhältnis (von 2 % bis 3%) wird aus den folgenden Gründen bestimmt. Wenn die Verringerungsrate weniger als 2 % beträgt, würde der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis den ersten Druckwert übersteigen, selbst wenn der Betrieb zur Verhinderung des Druckanstieges durchgeführt wird, da ein Druckdetektor den Druck mit einer Zeitverzögerung erfasst. Wenn andererseits die Verringerungsrate mehr als 3 % beträgt, ist der Betrieb des Kompressors dafür anfällig, begrenzt zu werden, und somit kann die Antriebsleistung nicht effektiv gehalten werden. Zusätzlich ist von dem Gesichtspunkt der Position des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreis das Verhältnis (2 % bis 3 %) bevorzugt, um eine komfortable Klimatisierung mit der Klimaanlage zu erreichen.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage nach der vorliegenden Erfindung enthält den Schritt des Korrigierens des Antriebsleistungssignals, um zu verhindern, dass die An triebsleistung weiter ansteigt, wenn der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis einen zweiten Druckwert übersteigt, der geringer als der erste Druckwert ist.
In dem Bereich von dem ersten Druckwert bis zu dem zweiten Druckwert wird nach diesem Steuerverfahren verhindert, dass die Antriebsleistung des Kompressors weiter ansteigt, und gleichzeitig wird die Antriebsleistung des Kompressors gehalten, um nicht verringert zu werden, wodurch das Auftreten eines anomalen hohen Druckes in dem Kühlmittelkreis verhindert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Klimaanlage nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Kühlmittelkreisdiagramm der in 1 gezeigten Klimaanlage.
3 ist ein Steuerschaltdiagramm der in 1 gezeigten Klimaanlage.
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Hauptsteuerbetrieb eines Inverters zeigt, der für die in 1 gezeigte Klimaanlage benutzt wird.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Hauptantriebssteuerverfahren für die in 1 gezeigte Klimaanlage zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem erfassten Druck und der Steuerung der Antriebsdrehzahl zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Darstellung, die eine allgemeine Hausklimaanlage zeigt. Diese Art von Klimaanlage enthält eine nutzerseitige Einheit A (Inneneinheit), die in einem Raum angebracht ist, und eine wärmequellenseitige Einheit B (Außeneinheit), die außen angebracht ist, und diese Inneneinheit und Außeneinheit A und B sind miteinander über eine Kühlmittelleitung 300 verbunden.
2 ist ein Kühlmitteldiagramm, das einen Kühlzyklus der in 1 gezeigten Klimaanlage zeigt.
Die Bezugsziffer 1 bezeichnet einen Inverterkompressor (Kompressor mit variabler Kapazität), der einen Motorbereich und einen Kompressorbereich enthält, der durch den Motorbereich getrieben wird. Der Inverterkompressor wird einer Drehzahlsteuerung durch eine Inverterschaltung unterworfen, die später beschrieben wird. Ein Spannungs-Steuerverfahren mit Verwendung eines Gleichstrommotors oder ein Ausströmbetrag-Steuerverfahren mit Verwendung eines Entladeventils kann als eine andere Steuerweise mit variabler Kapazität für den Kompressor verwendet werden. Ein nicht gezeigter Schalldämpfer ist vorgesehen, um Vibrationen/Geräusche aufgrund der Pulsationen des Kühlmittels zu unterdrücken, das von dem Inverterkompressor 1 (im Nachfolgenden als "Kompressor" bezeichnet) ausgeströmt wird.
Die Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Vierwege-Wechselventil zum Schalten einer Kühlmittelflussrichtung unter Kühl-/Heizbetrieb, die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Wärmetauscher an der Außeneinheit (Außenwärmetauscher), die Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Kapillare, die Bezugsziffer 6 bezeichnet ein Siebfilter, die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Wärmetauscher an der Inneneinheit (Innenwärmetauscher), die Bezugziffer 8 bezeichnet einen Schalldämpfer, die Bezugziffer 9 bezeichnet einen Akkumulator, und die Bezugziffer 10 bezeichnet ein elektromagnetisches Öffnungs-/Schließventil.
Weiterhin sind auf der Ausströmseite des Kompressors 1 Drucksensoren 2 angebracht, die als Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Ausströmens oder des Zirkulationsdruckes des Kühlmittels dienen und die jeweils für den Kühl- und den Heizbetrieb benutzt werden. Die Drucksensoren 2 werden dazu benutzt, einen anomalen hohen Druck in dem Kühlmittelkreis zu erfassen, und sie sind jeweils an der Vorderseite und der Rückseite der Kapillare angebracht. Die Drucksensoren 2 sind jeweils mit einem Mikrocomputer 41 verbunden, der als Steuerung dient, und geben ein Erfassungssignal an den Mikrocomputer 41 aus.
Jeder Drucksensor 2 kann so konstruiert sein, dass er den Kühlmitteldruck immer erfasst oder dass er den Kühlmitteldruck zu jeder Zeit erfasst, zu dem er eine Erfassungsanweisung empfängt, die zu jeder vorbestimmten Zeit von dem Mikrocomputer 41 ausgegeben wird.
Nach dem so konstruierten Kühlmittelkreis wird die Flussrichtung des Kühlmittels, das von dem Kompressor 1 ausgeströmt wird, selektiv auf eine der drei Moden (Richtungen) in Übereinstimmung mit der Schaltposition des Vierwege-Wechselventils 3 und dem geöffneten/geschlossenen Zustand des elektromagnetischen Ventils 10 eingestellt, wie durch einen durchgezogenen Pfeil (Kühlbetrieb), einen strichpunktierten Pfeil (Heizbetrieb) und einen durchgezogenen Pfeil mit einem Kreis (Auftaubetrieb) dargestellt ist.
Bei dem Kühlbetrieb dient der Außenwärmetauscher 4 an der Wärmequellenseite als Verdichter, während der Innenwärmetauscher 7 an der Benutzerseite als Verdampfer dient. Andererseits dient bei dem Heizbetrieb der benutzerseitige Wärmetauscher 7 als Verdichter, während der Wärmetauscher 4 an der Wärmequellenseite als Verdampfer dient. Weiterhin wird bei dem Auftaubetrieb (unter dem Heizbetrieb) ein Teil des Hochtemperaturkühlmittels, das von dem Kompressor 1 ausgeströmt wird, direkt dem Wärmetauscher 4 an der Wärmequellenseite zugeführt, so dass die Temperatur des Wärmetauschers 4 an der Wärmequellenseite erhöht wird, um somit den Wärmetauscher 4 aufzutauen.
Wenn der Auftaubetrieb nicht genügend durchgeführt wird (insbesondere wenn die Außentemperatur sehr niedrig ist), wird der Auftaubetrieb durch einen invertierten Zyklusauftaubetrieb erzwungen (Fluss wie durch den durchgezogenen Pfeil angezeigt).
3 ist ein Diagramm, das eine Steuerschaltung für die Klimaanlage zeigt. Die linke Seite hinsichtlich der strichpunktierten Linie in der Mitte von 3 zeigt eine Steuerschaltung der Inneneinheit A, und die rechte Seite zeigt eine Steuerschaltung der Außen enheit B. Beide Steuerschaltungen sind miteinander über eine Stromleitung und eine Steuersignalleitung 200 verbunden.
In der Inneneinheit A sind eine Leistungszufuhrschaltung 12 für einen Motor, eine Leistungszufuhrschaltung 13 für die Steuerung, eine Motortreiberschaltung 15, eine Schalttafel 17, eine Empfangsschaltung 18a, eine Anzeigetafel 18 und ein Ventilmotor 19 vorgesehen.
Eine Gleichrichterschaltung 11 dient dazu, eine 100 Volt Wechselspannung gleichzurichten, die von einem Stecker 10a zugeführt wird. Die Motorleistungszuführschaltung 12 stellt eine Gleichspannung, die einen Gleichstromventilatormotor 16 zugeführt wird, auf 10 bis 36 Volt ein. Der Gleichstromventilatormotor 16 dient dazu, die Luft in den Raum ausströmen zu lassen, die in Übereinstimmung mit einem Signal klimatisiert wurde, das von dem Mikrocomputer 14 übermittelt wurde.
Die Steuerleistungszufuhrschaltung 13 erzeugt eine Gleichspannung von 5 Volt, die dem Mikrocomputer 14 zuzuführen ist. In Abhängigkeit von dem Signal des Mikrocomputers 14 steuert die Motortreiberschaltung 15 einen Leistungszufuhrzeitpunkt, zu dem die Leistung (der Strom) den Wicklungen eines Stators basierend auf den Positionsinformationen der Drehzahl des Gleichstromventilatormotors 16 zugeführt wird.
Die Schalttafel 17 ist an einem Bedienfeld der Einheit A an der Benutzerseite angebracht, und sie weist einen Ein-/Ausschalter, einen Probebetriebsschalter usw. auf. Die Empfangsschaltung 18a empfängt von einer drahtlosen Fernsteuerung 60 ein Fernsteuersignal (z. B. ein Ein-/Aussignal, ein Schaltsignal zum Kühlen/Heizen, ein Einstellsignal der Zimmertemperatur). Die Anzeigetafel 18 zeigt den Antriebszustand der Klimaanlage an. Der Klappenmotor 19 dient dazu, die Klappe zu bewegen, um die Ausströmrichtung der gekühlten/erwärmten Luft zu verändern.
Die Steuerschaltung der Inneneinheit A enthält einen Raumtemperatursensor 20 zur Erfassung der Raumtemperatur, einen Wärmetauschertemperatursensor 21 zur Erfassung der Temperatur des Wärmetauschers an der Benutzerseite und einen Feuchtigkeitssensor 22 zur Erfassung der Feuchtigkeit im Innenraum. Die erfassten Werte, die durch diese Sensoren erfasst wurden, werden einer Analog/Digitalumwandlung unterworfen und dann dem Mikrocomputer 14 eingegeben.
Das Steuersignal von dem Mikrocomputer 14 wird über eine Reihenschaltung 23 und eine Anschlussplatte T3 an die Einheit B auf der Wärmequellenseite (Außeneinheit) übermittelt. Ein TRIAC (Triodenwechselstromschalter) 26 und ein Heiz-Relais 27 werden über einen Treiber 24 durch den Mikrocomputer 14 gesteuert, um schrittweise die Leistung einzustellen, die an einen Nachwärmerhitzer 25 zuzuführen ist, der für einen Trockenbetrieb benutzt wird.
Die Bezugsziffer 30 bezeichnet ein externes ROM zur Speicherung der spezifischen Daten, die diesen Typ und die Charakteristiken der Klimaanlage darstellen. Diese spezifischen Daten werden aus dem externen ROM 30, kurz nachdem der Hauptschalter eingeschaltet wurde, ausgelesen, und der Betrieb wird angehalten. Wenn der Hauptschalter eingeschaltet wird, wird weder ein Befehl von der drahtlosen Fernsteuerung eingegeben, noch wird die Erfassung des Zustands des Ein-/Ausschalters oder des Probebetriebschalters (deren Betrieb wird später beschrieben) durchgeführt, wenn nicht das Auslesen der spezifischen Daten aus dem externen ROM 30 beendet ist.
Als Nächstes wird die Steuerschaltung der Einheit B der Wärmequellenseite (Außeneinheit) beschrieben.
Bei der Einheit B der Wärmequellenseite sind jeweils Anschlussplatten T'1, T'2 und T'3 mit den Anschlussplatten T1, T2 und T3 verbunden, die an der Einheit A auf der Benutzerseite angebracht sind. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet einen Varistor, der mit den Anschlussplatten T'1 und T'2 parallel geschaltet ist, die Bezugsziffer 32 bezeichnet einen Rauschfilter, die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Drossel, die Bezugsziffer 35 bezeichnet eine Spannungsdoppelgleichrichtschaltung zur Verdoppelung einer Eingabespannung und die Bezugsziffer 36 bezeichnet ein Rauschfilter.
Die Bezugsziffer 39 bezeichnet eine Reihenschaltung zur Umwandlung des Steuersignals, das von der Einheit A der Benutzerseite über die Anschlussplatte T'3 zugeführt wird, und das umgewandelte Signal wird an den Mikrocomputer 41 übermittelt. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet einen Stromdetektor zur Erfassung des Stroms, der zu einer Last in einem Stromwandler (CT) 33 der Einheit B der Wärmequellenseite zugeführt wird, und er dient dazu, den erfassten Strom auf eine Gleichspannung gleichzurichten und die Gleichspannung dem Mikrocomputer 41 zuzuführen. Die Bezugsziffer 41 bezeichnet einen Mikrocomputer, die Bezugsziffer 42 bezeichnet eine Schaltleistungszufuhrschaltung zur Erzeugung einer Betriebsleistung für den Mikrocomputer 41, und die Bezugsziffer 38 bezeichnet eine Motortreiberschaltung, in der basierend auf dem Steuersignal von dem Mikrocomputer 41 eine PWM-Steuerung der Leistung durchgeführt wird, die einem Kompressormotor zuzuführen ist, wie später beschrieben wird. Die Motortreiberschaltung 38 bildet eine so genannte Invertereinheit, die sechs Leistungstransistoren aufweist, die miteinander in der Form einer Dreiphasenbrücke verbunden sind.
Die Bezugsziffer 43 bezeichnet einen Kompressormotor zum Treiben des Kompressors 1 des Kühlkreises, und die Bezugsziffer 44 bezeichnet einen Temperatursensor der Ausströmseite zur Erfassung der Temperatur des Kühlmittels auf der Ausströmseite des Kompressors. Die Bezugsziffer 45 bezeichnet einen Ventilatormotor, dessen Drehzahl in drei Stufen (Pegeln) gesteuert wird und der dazu dient, die Luft aus dem Außenwärmetauscher ausströmen zu lassen. Das Vierwege-Wechselventil 3 und das elektromagnetische Ventil 10 dienen dazu, den Kühlmitteldurchgang in dem Kühlmittelkreis zu schalten. In der Einheit B der Wärmequellenseite ist ein Außenluft-Temperatursensor 48 zur Erfassung der Außenlufttemperatur in der Nähe des Lufteinlasses angebracht, und ein Außenwärmetauschertemperatursensor 49 zur Erfassung der Temperatur des Außenwärmetauschers ist auch angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Drucksensor 2 zur Erfassung des Kühlmitteldruckes auf der Ausströmseite dieses Kompressors 1 angebracht. Die Erfassungswerte, die durch die Temperatursensoren 48 und 49 und den Drucksensor 2 erhalten werden, werden einer A-/D-Wandlung unterworfen und dann dem Mikrocomputer 41 eingegeben.
Die Bezugsziffer 50 bezeichnet ein externes ROM mit derselben Funktion wie das externe ROM 30 der Einheit A der Benutzerseite. Die spezifischen Daten der Einheit B der Wärmequellenseite (Außeneinheit) enthalten einen ersten Druckwert P1, der benutzt wird, um eine Druckanstiegshemmzone zu bestimmen, wenn die Treiberdrehzahl des Kompressors wie später beschrieben gesteuert wird, und einen zweiten Druckwert P2, der niedriger als der erste Druckwert ist. Das externe ROM 50 speichert auch eine vorbestimmte Druckabfallrate, mit der der Druckwert des Kühlmittels in einer Druckabfallzone verringert wird, in der sich der Kühlmitteldruck über dem Druck P1 befindet, und es bildet ein Drehzahlsteuermittel zur Steuerung der Motortreiberschaltung 38 über den Mikrocomputer 41.
Das Symbol F bei jeder der Steuerschaltungen der Einheit B der Wärmequellenseite und der Einheit A der Benutzerseite stellt eine Sicherung dar.
Der Mikrocomputer (die Steuerschaltung) 14 (41) enthält ein ROM, in dem Programme zuvor gespeichert werden, ein RAM, in dem Bezugsdaten gespeichert werden, und eine CPU zur Ausführung der Programme, wobei diese Bauelemente auf demselben Chip angebracht sind (z. B. 87C196 MC (MCS-96 Serie), der von INTEL vertrieben wird).
Als Nächstes wird das Kühlmittel beschrieben.
Nach diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kühlmittel geeignet, das einen hohen Druck im Betrieb aufweist, und eine Kühlmittelmischung wird verwendet. Zum Beispiel kann R-410A oder R-410B verwendet werden. R-410A ist ein Kühlmittelgemisch eines Zweikomponenten-Systems, und es wird aus 50 Gew.-% R-32 und 50 Gew.-% R-125 gebildet. R-410A hat einen Siedepunkt von –52,2 °C und einen Taupunkt von –52,2 °C. R-410B wird aus 45 Gew.-% R-32 und 55 Gew.-% R-125 gebildet. Bei einem Vergleichstest für beide oben beschriebene Zweikomponenten-Kühlgemische und einem herkömmlichen einzelnen Kühlmittel (z. B. HCFC-22) unter denselben Bedingungen war die Ausströmtemperatur des Kompressors gleich 66,0 °C für HCFC-22 und 73,6 °C für R-140A, und war der Kondensationsdruck 17,35 Bar für HCFC-22 und 27,30 Bar für R-410A. Weiter hin war der Dampfdruck 6,79 Bar für HCFC-22 und 10,86 Bar für R-410A. Kurzum weist das Zweikomponenten-Kühlmittelgemisch eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als das einzelne Kühlmittel (HCFC-22) in dem gesamten Kühlkreis auf.
Wenn ein azeotropes Kühlmittelgemisch von R-110A und R-110B verwendet wird, variiert andererseits die Kühlmittelzusammensetzung weniger, da beide Kühlmittelkomponenten nahe beieinander liegende Siedepunkte aufweisen und es somit unnötig ist, ein Temperaturverschiebungsproblem aufgrund der Variation der Kühlmittelzusammensetzung zu berücksichtigen. Daher kann die Steuerung des Kühlmittels im Betrieb einfach durchgeführt werden.
Als Nächstes wird der Betrieb der Klimaanlage nach diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei dem Kühlbetrieb, wie er durch einen Pfeil mit durchgezogener Linie in 2 angezeigt ist, wird das Kühlmittel, das aus dem Kompressor 1 strömt, in dem Kühlmittelkreis nacheinander in dem Schalldämpfer 2, dem Vierwege-Wechselventil 3, dem Wärmetauscher auf der Wärmequellenseite (Außenwärmetauscher) 4, der Kapillare 5, die als Drosselorgan dient, dem Siebfilter 6, dem Wärmetauscher auf der Benutzerseite (Innenwärmetauscher) 7, dem Schalldämpfer 8, dem Vierwege-Wechselventil 3 und dem Akkumulator 9 zirkuliert. Der Innenwärmetauscher 7 dient als Verdampfer, und der Druck des Kühlmittels wird durch die Kapillare 5 verringert.
Bei dem Heizbetrieb, wie er durch einen Pfeil mit unterbrochener Linie in 2 angezeigt ist, wird das Kühlmittel, das aus dem Kompressor 1 strömt, in dem Kühlmittelkreis nacheinander in dem Schalldämpfer 2, dem Vierwege-Wechselventil 3, dem Schalldämpfer 8, dem Wärmetauscher der Benutzerseite (Innenwärmetauscher) 7, dem Siebfilter 6, der Kapillare 5, dem Wärmetauscher der Wärmequellenseite (Außenwärmetauscher) 4, dem Vierwege-Wechselventil 3 und dem Akkumulator 9 zirkuliert. Der Außenwärmetauscher 4 dient als Verdampfer, und der Druck des Kühlmittels wird durch die Kapillare 5 verringert.
Nach dem Ausführungsbeispiel wird R-410A oder R-410B verwendet, die die oben beschriebenen Kühlmittelgemische sind. Im Vergleich mit der Situation, bei der ein einzelnes Kühlmittel verwendet wird, ist daher der Kühlmitteldruck in der Kühlmittelleitung hoch. Andererseits hat der Kühlmittelkreis eine Obergrenze hinsichtlich des Widerstandes gegenüber dem Kühlmitteldruck (d. h. den maximal erlaubten Druckwert). Insbesondere wenn eine Kühlmittelmischung in einem Kühlmittelkreis verwendet wird, der darauf ausgelegt ist, ein einzelnes Kühlmittel zu verwenden, ist es notwendig, den Kühlmittelkreis so zu steuern, dass verhindert wird, dass der Kühlmitteldruck auf einen anomal hohen Druckwert ansteigt (d. h. über den maximal erlaubten Druckwert).
Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind nach diesem Ausführungsbeispiel Drucksensoren 2 zur Erfassung der Kühlmitteldruckes an dem Kühlmittelkreis vorgesehen. Das Treiben des Kompressors (der Ausströmbetrag des Kühlmittels aus dem Kompressor) wird basierend auf dem erfassten Druckwert so gesteuert, dass verhindert wird, dass der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis auf einen anomal hohen Druck steigt.
Die Steuerung des Betriebs des Kompressors wird nachfolgend beschrieben.
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Hauptsteuerbereich des Kompressors zeigt.
Eine Lastanfrageeinheit 101 empfängt eine Lastanfrage, die basierend auf dem Differenzwert zwischen einer Zieltemperatur, die durch eine Fernsteuerung 60 eingestellt wurde, und der aktuellen Raumtemperatur und dem veränderten Wert dieses Differenzwertes berechnet wird, oder eine Lastanfrage, die auf einer Schnellkühlanweisung oder dergleichen basiert. Eine Drehzahlberechnungseinheit (Rechner) 103 berechnet die Treiberdrehzahl des Kompressors in Übereinstimmung mit der Lastanfrage.
Nach Empfang des Drucksignals von den Druckselektoren 2 bestimmt eine Zonenbearbeitungseinheit (Zonenprozessor) 105 eine Druckzone, zu der der erfasste Druck gehört, und gibt dann eine Korrekturanweisung aus, die der Zone entspricht. Das heißt, dass der Zonenprozessor 105 eine Druckzone erfasst, zu der der aktuelle Kühlmitteldruck gehört. Die Druckzone ist in drei Zonen unterteilt: eine freie Zone A, bei der der erfasste Druckwert P des Druckdetektors 2 niedriger als der zweite Druckwert (P < P2) ist, eine Anstiegshemmzone B, bei der der erfasste Druckwert P nicht kleiner als der zweite Druckwert P2 und nicht größer als der erste Druckwert P1 ist (P2 ≤ P ≤ P 1), und eine Abfallzone, bei der der erfasste Druckwert P größer als der erste Druckwert P1 ist (P > P 1), wie in 6 gezeigt ist. Basierend auf dem Erfassungsergebnis gibt der Zonenprozessor 105 an einen Korrekturprozessor (Korrekturbearbeitungsmittel) 107 ein Korrektursignal aus, das jeder Zone entspricht.
Der Korrekturprozessor 107 korrigiert die Antriebsdrehzahl des Kompressors, die durch den Drehzahlberechner, wie oben beschrieben, berechnet wird, und gibt ein Treibersignal an den Motor des Kompressors aus, um den Kompressormotor basierend auf der korrigierten Drehzahl zu betreiben. Das bedeutet, dass in dem Korrekturprozessor 107 die folgende Steuerung auf die Drehzahl durchgeführt wird, die durch den Drehzahlberechner 103 berechnet wurde.
Wenn der erfasste Druck P zu der freien Zone A gehört (P < P2), führt der Korrekturprozessor 107 keine Korrektur an der Treiberdrehzahl von der Einheit A aus. Dementsprechend wird der Kompressor 1 direkt in Übereinstimmung mit dem Wert betrieben, der basierend auf einer Lastanfrage berechnet wurde, die von der Fernsteuerung 60 oder dergleichen übermittelt wurde.
Wenn andererseits der erfasste Druck P zu der Anstiegshemmzone B (P2 ≤ P ≤ P1) gehört, hemmt der Korrekturprozessor 107 das Anweisungssignal, das den Anstieg der Treiberdrehzahl auf die Werte anweist, die durch den Drehzahlberechner 103 berechnet wurden. Dies bedeutet, dass, selbst wenn eine Anfrage für einen weiteren Anstieg der Klimatisierungslast empfangen wurde, der Korrekturprozessor 107 den Treiberzustand (die Treiberdrehzahl) des Kompressors auf den aktuellen Treiberzustand (Treiberdrehzahl) hält, und er an die Treibereinheit ein Treibersignal zum Treiben des Kompressors mit ei ner neuen Treiberdrehzahl nur ausgibt, wenn er eine Anfrage zur Verringerung der Kompressorleistung empfängt.
Wenn der erfasste Druck P zu der Abfallzone C gehört (P > P1), hebt der Korrekturprozess 107 das Signal von dem Drehzahlberechner 103 auf, und gibt an den Kompressor ein Treibersignal zur Verringerung der aktuellen Treiberdrehzahl aus. Die Verringerungsrate der Treiberdrehzahl in der Abfallzone C ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, allerdings gibt es bevorzugte Verringerungsraten der Drehzahl. (Wenn der Kompressor einen Induktionsmotor aufweist, beträgt die Verringerungsrate 1 Hz oder 2 Hz pro Sekunde. Wenn der Kompressor einen Gleichstrommotor aufweist, beträgt die Verringerungsrate 100 oder 200 Drehzahlen pro Sekunde.) Hier werden zuerst der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2 beschrieben.
Der erste Druckwert P1 wird auf den maximal möglichen Druckwert des Kühlkreises oder einen Wert, der nahe diesem Wert liegt, eingestellt. Zum Beispiel wird der allgemein auf ungefähr 35 kg/cm² für eine Hausklimaanlage mit einem einzelnen Kühlmittel eingestellt. Der zweite Druckwert P2 wird vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der um 2 bis 3 % des ersten Druckwertes P 1 geringer als der Druckwert P1 ist. Wenn der erste Druckwert P1 auf ungefähr 35 kg/cm² eingestellt ist, wird z. B. der zweite Druckwert P2 auf 34 kg/cm² eingestellt.
Aus den folgenden Gründen wird die Abfallrate (2 – 3 %) des zweiten Druckwertes P2 hinsichtlich des ersten Druckwertes P 1 bestimmt. Wenn die Verringerungsrate weniger als 2 % beträgt (d. h., dass der zweite Druckwert P2 auf einen Wert verringert wird, der um einen Betrag weniger als 2 % von P1 geringer als der erste Druckwert P1 ist), überschreitet der Kühlmitteldruck unmittelbar den ersten Druckwert aufgrund einer Antwortverzögerung oder eines durch Pulsieren verursachten Fehlers. Wenn andererseits die Verringerungsrate mehr als 3 % beträgt, wird der wiederkehrende Strom von dem Motor verstärkt, und somit kann die Treiberleistung selbst nicht auf einem festen stabilen Wert gehalten werden.
Als Nächstes wird der Steuerbetrieb des Kompressors 1 unter Bezug auf das Flußdiagramm von 5 beschrieben.
Nach dem Start des Steuerbetriebs im Startschritt wird die Außenlufttemperatur durch den Temperatursensor 44 im Schritt S1 erfasst. Ein Erfassungssignal, das den erfassten Wert darstellt, wird an den Mikrocomputer 41 ausgegeben, und das Verfahren fährt mit einem Schritt S2 fort. Im Schritt S2 wird eine gewünschte Kompressorantriebsleistung (Kompressordrehzahl) basierend auf einem Einstellwert der Raumtemperatur (Zieltemperatur) berechnet, der durch die Fernsteuerung 60 und die Zustandssignale von den verschiedenen Sensoren eingestellt wurde, und dann fährt das Verfahren mit dem Schritt S3 fort.
Im Schritt S3 wird der aktuelle Druck P (Ausströmdruckwert) des Kühlkreises durch die Drucksensoren 2 erfasst, und dann fährt das Verfahren mit dem Schritt S4 fort.
Im Schritt S4 wird der erfasste Wert mit dem ersten Druckwert P1 verglichen. Wenn der erfasste Wert P höher als der erste Druckwert P1 ist, wird entschieden, dass der erfasste Druckwert zu der Abfallzone C gehört, wie in 6 gezeigt, und das Verfahren fährt mit dem Schritt S5 fort, um ein Anweisungssignal zum Treiben des Motors des Kompressors mit einer Treiberdrehzahl auszugeben, die geringer als die aktuelle Treiberdrehzahl ist. Wenn andererseits der erfasste Wert P nicht höher als der erste Druckwert P1 ist, fährt das Verfahren mit dem Schritt S6 fort, um den erfassten Wert P mit dem zweiten Druckwert P2 zu vergleichen.
Wenn im Schritt S6 der erfasste Wert P nicht niedriger als der zweite Druckwert P2 ist, wird entschieden, dass der erfasste Druckwert zu der Anstiegshemmzone B gehört, wie in 6 gezeigt, und somit fährt das Verfahren mit dem Schritt S7 fort. Wenn der Drehzahleinstellwert, der einer neuen Lastanfrage entspricht, höher als die aktuelle Treiberdrehzahl ist, wird der Drehzahleinstellwert korrigiert, um die aktuelle Treiberdrehzahl zu halten. Wenn andererseits die neue Lastanfrage die aktuelle Treiberdrehzahl bewirkt, gibt die Steuerung direkt ein Anweisungssignal aus, das die Treiberdrehzahl darstellt, die der Lastanfrage an den Kompressormotor entspricht. Im Schritt S7 wird die Treiberdrehzahl des Kompressors unter Berücksichtigung des erfassten Wertes von dem Zimmertemperatursensor 20 und dem erfassten Wert der Außenlufttemperatur bestimmt.
Wenn der erfasste Wert P niedriger als der zweite Druckwert P2 ist, wird bestimmt, dass der erfasste Druckwert P zu der freien Zone A gehört, wie in 6 gezeigt, und der Kompressormotor 43 wird direkt mit dem Drehzahlsignal betrieben, das in Übereinstimmung mit der Lastanfrage ohne Begrenzung durch den Drehzahlberechner berechnet wurde.
Wie oben beschrieben wird die Treiberdrehzahl in Übereinstimmung mit dem erfassten Wert des Druckes des Kühlmittelkreises so gesteuert, dass ein weiterer Anstieg des Druckes verhindert wird oder er zwangsweise verringert wird, wodurch verhindert werden kann, dass der Kühlmitteldruck anomal ansteigt, während eine Verringerung der Leistung im Kühl-/Heizbetrieb vermieden wird. Da weiterhin eine Kühlmittelmischung in einem Kühlmittelkreis verwendet wird, der für ein einzelnes Kühlmittel konstruiert ist, können die Herstellungskosten verringert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, und verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist.
Zum Beispiel wurde in der obigen Beschreibung der Kühlbetrieb für das Ausführungsbeispiel verwendet. Allerdings kann dieselbe Wirkung auch bei dem Heizbetrieb erhalten werden.
Weiterhin ist die Druckverringerungsrate in der Abfallzone C nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Zum Beispiel können verschiedene Abfallzonen eingestellt werden und die Verzögerungsraten der Drehzahlen können in Übereinstimmung mit jeder der Zonen variiert werden.
Weiterhin sind die Anzahl und die Befestigungspositionen der Drucksensoren nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Jede Anzahl und jede Position kann für die Drucksensoren verwendet werden, wenn die gleiche Wirkung, wie oben beschrieben, erhalten wird.
Wenn der Kühlmitteldruck des Kühlmittelkreises höher als der erste Druckwert ist, wird nach der vorliegenden Erfindung das an den Kompressor auszugebende Leistungssignal so korrigiert, dass die Treiberleistung geringer als die aktuelle Treiberleistung ist, selbst wenn die Lastanfrage einen weiteren Anstieg der Leistung erfordert, und der Kompressor wird basierend auf dem korrigierten Leistungssignal betrieben. Daher kann das Auftreten eines anomalen hohen Druckes in dem Kühlmittelkreis verhindert werden. Zusätzlich wird das Treiben des Kompressors nicht unterbrochen, so dass die Verringerung der Treiberleistung verringert werden kann. Insbesondere für die Kühlmittelmischung kann der Kühl-/Heizbetrieb effizient durchgeführt werden, ohne den maximal möglichen Druckwert des herkömmlichen Kühlmittelkreises zu erhöhen.
Weiterhin wird nach der vorliegenden Erfindung der zweite Druckwert, der geringer als der erste Druckwert ist, eingestellt, und wenn der Druckwert des Kühlmittelkreises den zweiten Druckwert überschreitet, verhindert der zweite Korrekturprozessor, dass die aktuelle Leistung weiter ansteigt. Dementsprechend wird in dem Bereich von dem ersten Druckwert bis zu dem zweiten Druckwert verhindert, dass die Treiberleistung des Kompressors weiter ansteigt, und sie wird auch nicht verringert. Daher kann in dem Kühlmittelkreis verhindert werden, dass der Kühlmitteldruck auf einen anomalen hohen Wert ansteigt. Insbesondere kann die vorliegenden Erfindung effektiv für den Fall angewendet werden, bei dem der Druck schnell ansteigt.
Weiterhin wird nach der vorliegenden Erfindung der zweite Druckwert auf einen Wert eingestellt, der um einen Betrag von 2 bis 3 % des ersten Druckwertes niedriger als der erste Druckwert ist. Daher kann der Treiberbetrieb des Kompressors effizient durchgeführt werden, ohne die Treiberleistung der Klimaanlage zu unterbrechen, wobei ein stabiler Treiberzustand gehalten wird.

Claims

Klimaanlage mit einem Kühlmittelkreis mit einem Kompressor (1) mit variabler Kapazität, einem Verdichter (4, 7), einer Expansionsvorrichtung (5) und einem Verdampfer (7, 4) , wobei die Antriebsleistung des Kompressors (1) aufgrund der Klimatisierungslast gesteuert wird, mit: mindestens zwei Arten von Kühlmitteln, die in dem Kühlmittelkreis zirkulieren und die verschiedene Eigenschaften aufweisen, einem Berechner (14) zur Berechnung der Antriebsleistung des Kompressors (1) in Übereinstimmung mit der angeforderten Leistung an den Kühlmittelkreis und zur Ausgabe eines Signals, das die Antriebsleistung angibt, einer Antriebseinheit (15) zur Veränderung der Antriebsleistung des Kompressors (1), um die Antriebsleistung in Antwort auf das Signal des Berechners (14) zu erhalten, ersten Korrekturmitteln zur Korrektur des Signals, um die Antriebsleistung zu verringern, wenn der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis einen ersten Druckwert (P1) übersteigt; und zweiten Korrekturmitteln zur Korrektur des Signals, um entgegenzuwirken, dass die Antriebsleistung weiter steigt, wenn der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis einen zweiten Druckwert (P2) übersteigt, der geringer als der erste Druckwert (P1) ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der der zweite Druckwert (P2) auf einen Wert eingestellt ist, der um einen Betrag, der 2 bis 3% des ersten Druckwertes (P1) entspricht, geringer als der erste Druckwert (P1) ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der die ersten Korrekturmittel das Antriebsleistungssignal korrigieren, um die laufende Antriebsdrehzahl um einen Bereich von 1 Hz bis 2 Hz zu verringern, wenn der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis den ersten Druckwert (P1) überschreitet.
Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage, die einen Kühlmittelkreis mit einem Kompressor (1) mit variabler Kapazität, einem Verdichter (4, 7), einer Expansionsvorrichtung (5) und einem Verdampfer (7, 4) aufweist, wobei die Antriebsleistung des Kompressors aufgrund einer Last gesteuert wird, die von dem Kühlmittelkreis angefordert wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Zirkulieren von mindestens zwei Arten von Kühlmitteln mit verschiedenen Eigenschaften in dem Kühlmittelkeis; Berechnen der Antriebsleistung des Kompressors in Übereinstimmung mit der angeforderten Last, um ein Signal auszugeben, das die Antriebsleistung darstellt; Verändern der Antriebsleistung des Kompressors, um die Antriebsleistung zu erhalten, die dem Antriebsleistungssignal entspricht; Korrigieren des Signals, um die Antriebsleistung zu verringern, wenn der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis einen ersten Druckwert (P1) übersteigt, und Korrigieren des Antriebsleistungssignals, um entgegenzuwirken, dass die Antriebsleistung weiter ansteigt, wenn der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis einen zweiten Druckwert (P2) übersteigt, der niedriger als der erste Druckwert (P1) ist.