JP2005069683A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、インバータ駆動する圧縮機を備えた空気調和機に係り、冷媒量を電子制御式膨張弁により制御するようにした空気調和機に関する。 The present invention relates to an air conditioner including a compressor driven by an inverter, and relates to an air conditioner in which the amount of refrigerant is controlled by an electronically controlled expansion valve.
室内側熱交換器の入口出口温度差の時間的変化のうち傾きの反転を検出することにより、減圧弁4を制御する技術が開示されている。(例えば特許文献1参照) A technique is disclosed in which the pressure reducing valve 4 is controlled by detecting a reversal of the inclination in a temporal change in the inlet / outlet temperature difference of the indoor heat exchanger. (For example, see Patent Document 1)
また、運転周波数に応じた膨張弁4開度を設定し、室内側熱交換器5中間と出口温度検知センサーで検知された温度差に応じた弁開度指令信号を出力し、膨張弁の弁開度を調整する技術が開示されている。(例えば特許文献2参照)
従来の冷媒流量制御を減圧装置で行っている空気調和機では、もし減圧装置が故障した場合、故障した時点での減圧弁の位置によっては、圧縮機が液冷媒を吸入する液バックという現象を起こし、圧縮機の信頼性という面で問題があった。
また、サービス時に運転状況のみでは、電子制御式膨張弁の故障は把握しきれないという問題点があった。
In an air conditioner in which conventional refrigerant flow control is performed by a decompression device, if the decompression device fails, the phenomenon of a liquid back where the compressor sucks liquid refrigerant may occur depending on the position of the decompression valve at the time of failure. This caused problems with the reliability of the compressor.
In addition, there is a problem that the failure of the electronically controlled expansion valve cannot be grasped only by the operating state at the time of service.
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、圧縮機の信頼性の確保を目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to ensure the reliability of the compressor.
また、サービス時の電子制御式膨張弁の正確な故障診断を目的としている。 It is also aimed at accurate fault diagnosis of electronically controlled expansion valves during service.
この発明の空気調和機は、圧縮機、室内側熱交換器、電子制御式膨張弁、室外側熱交換器で冷凍サイクルを構成し、圧縮機がインバータ駆動する空気調和機において、圧縮機の吐出温度が異常低下した場合圧縮機の最大周波数を変更するものである。 An air conditioner according to the present invention includes a compressor, an indoor heat exchanger, an electronically controlled expansion valve, and an outdoor heat exchanger that constitute a refrigeration cycle, and the compressor is inverter-driven. When the temperature drops abnormally, the maximum frequency of the compressor is changed.
この発明の空気調和機は、圧縮機、室内側熱交換器、電子制御式膨張弁、室外側熱交換器で冷凍サイクルを構成し、圧縮機がインバータ駆動する空気調和機において、圧縮機の吐出温度が異常低下した場合圧縮機の最大周波数を変更する構成にしたから、圧縮機が故障するという危険を回避できる効果を有する。 An air conditioner according to the present invention includes a compressor, an indoor heat exchanger, an electronically controlled expansion valve, and an outdoor heat exchanger that constitute a refrigeration cycle, and the compressor is inverter-driven. Since the maximum frequency of the compressor is changed when the temperature is abnormally lowered, there is an effect of avoiding a risk that the compressor breaks down.
実施の形態1.
以下、図1はこの発明の実施の形態1の冷凍サイクルの構成図を示すものである。1は圧縮機、2は電動機、3は室外側熱交換器、4は電子制御式膨張弁、5は室内側熱交換器である。6は周波数可変装置、7は制御装置、8は圧縮機1の吐出温度を検知するサーミスタ、9は室内側熱交換器5の入口温度を検知するサーミスタ、10は室内側熱交換器5の中間温度を検知するサーミスタである。また、制御装置7は上記吐出温度検知サーミスタ8、入口温度検知サーミスタ9及び中間温度検知サーミスタ10からの入力信号により記憶機能、演算機能およびこれらの機能を制御する制御部71と、この制御部71の出力信号(弁開度指令信号)に基づき電子制御式膨張弁4を作動させる弁駆動部72とから構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing a refrigeration cycle according to
次に、この発明の実施の形態1の空気調和機の動作について詳細に説明する。周波数可変装置により圧縮機1の回転数を周波数制御して変化させれば、図2に示すように空気調和機の冷暖房能力を略比例的に変えることができる。そこで、図3、図4に示すように周波数可変装置6の出力周波数を例えば100段階に変化させる場合、この100段階のうち例えば10段階ごとに区切り10の周波数帯を設けた場合、その周波数帯で圧縮機1を回転させてそのときの最適膨張弁開度(PULn)、最適吐出温度(TDn)を実験等で求めておき、この各周波数帯に対する最適膨張弁開度(PULn)、最適吐出温度(TDn)を制御部71に予め記憶させておく。周波数可変装置6の出力周波数が変化すれば、この変化後の周波数に対応した前記最適弁開度(PULn)を前記制御部71で選択し、この選択値に応じた弁開度指令信号を制御部71から出力して弁駆動部72を介して電子制御式膨張弁4の開度を目標値と一致するように制御する。次いで、所定時間(例えば、数分間)経過してサイクルが安定した後、制御部71ではサーミスタ8からの検出信号に基づき吐出温度と現周波数帯での設定吐出温度(TDn)との偏差量を算出してその偏差量に応じた弁開度指令信号を出力する。この出力信号に基づき電子制御式膨張弁が調整され、負荷変動に応じた冷媒流量に制御される。以上のようにして冷媒流量が制御される。
Next, the operation of the air conditioner according to
上記のような冷媒流量の制御のみでは(上記従来技術も同様)、大きな負荷変動時もしくは冷媒不足時等では最適な吐出温度(上記従来技術ではスーパーヒート量)が変化し、冷房運転時の室内側熱交換器において過熱蒸気領域が冷媒の流れる方向に対して出口から入口方向に向けて進行するか、もしくは略中間位置に部分的に現れる。そのため、その過熱蒸気領域の室内側熱交換器の部分を湿った空気が入り込み吹き出し口からの露垂れや、露飛びという現象を引き起こす。 With only the control of the refrigerant flow rate as described above (same as in the above prior art), the optimum discharge temperature (superheat amount in the above prior art) changes when there is a large load fluctuation or when the refrigerant is insufficient, etc. In the inner heat exchanger, the superheated steam region advances from the outlet toward the inlet with respect to the direction in which the refrigerant flows, or partially appears at a substantially intermediate position. For this reason, moist air enters the indoor heat exchanger portion of the superheated steam region, causing a phenomenon of dew dripping from the outlet and dew splattering.
そこで、この発明の実施の形態1では上記の冷媒流量制御に加えて、その現象を検知するために冷房運転時の室内側熱交換器の入口にサーミスタ9、略中間にサーミスタ10を設置し(例えば図5(a)、(b)に示すような2列の熱交換器の場合は過熱蒸気領域が基本的には出口方向から入口方向へと進み2列目から1列目へと回り込んでいく訳であるがその過熱蒸気領域を2列目までで進行を止め1列目まで進行させなければ1列目で湿った空気は除湿されエアコン内部に湿った空気が入り込むことはなくなり露飛び・露垂れが起こり得ない。センサーの位置として出口でなく略中間位置であるのは、1列目と2列目の熱交換や風速分布のアンバランス等によって過熱度が最も大きいポイントが出口とは限らないためであり、過熱度が最も大きくしかも最低限1列目に過熱蒸気領域を回り込ませない位置である必要があるので例えば図5(a)(b)に示すような位置である。図5に示すパスパターン以外の場合も同様の考えである。)、上記のような現象が起こりやすい条件にて実験等を行いサーミスタ9とサーミスタ10の温度差(TH10-TH9=ΔTH10−9)が何度以上で(ΔTHk10−9)、また何分続いた場合(Tk)に上記現象が起こるのかを求め、また目標吐出温度を何度まで下げれば(つまり膨張弁は開方向で流量を増やす方向であり過熱領域が減少する方向である)上記現象が解消されるかを図4に示すように上記周波数帯(TDk)ごとに求め、それぞれの値を制御部71に記憶させておく。そして上記の冷媒流量制御時に常時その温度差ΔTH10−9を検知し、その値が制御部71に記憶させた値(ΔTHk10−9)以上で、上記制御部に記憶させた時間(Tk)続いたならば、目標吐出温度をTDnからTDkへ変更し、制御部71では現温度差(ΔTH10−9)と設定温度差(ΔTHk10−9)との偏差量(ΔTH10−9ーΔTHk10−9)とサーミスタ8から検出した現吐出温度(TD)と変更後の設定吐出温度(TDk)との偏差量(TD−TDk)をそれぞれ算出してそれに応じた弁開度信号を出力し、この信号に基づき電子制御式膨張弁4が開方向へと調整され、上記現象が起こるのを回避する。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, in addition to the refrigerant flow rate control described above, a
図6は前記制御部71のプログラムを示すフローチャートである。即ち、周波数可変装置6の出力周波数信号が制御部71のブロック711に入力され、ブロック712に進む。ブロック712では吐出温度検知サーミスタ8、入口温度検知サーミスタ9、中間温度検知サーミスタ10の温度検出信号が入力され、ブロック713に進む。ブロック713では前記周波数に対応する最適弁解度値(PULn)を選択し、ブロック714へ進む。ブロック714では前記周波数に対応する設定吐出温度がTDnかTDkどちらかを選択し、ブロック715へむ。ブロック715では膨張弁4の制御開度を設定し(上記最適弁開度(PULn)+下記補正弁解度(ΔPUL))それに応じた弁開度指令信号を出力する。その出力信号に基づき電子制御式膨張弁4の弁開度が調整される。ブロック716ではサイクル安定化時間(Tb)のカウントを行い前記時間Tb経過前と判断すればブロック711に戻り、前記時間Tbが経過したと判断すればブロック717に進む。ブロック717ではサーミスタ8から検出した現吐出温度(TD)と設定吐出温度(TDnもしくはTDk)との偏差量(TD−TDnもしくはTD−TDk)、サーミスタ9、10から検出した上記現温度差(ΔTH10−9)と上記設定温度差(ΔTHk10−9)との偏差量(ΔTH10−9−ΔTHk10−9)を算出し、設定吐出温度がTDnのときは偏差量(TD−TDn)より、設定吐出温度がTDkのときは偏差量(TD−TDk)と偏差量(ΔTH10−9−ΔTHk10−9)よりそれに応じた補正弁開度(ΔPUL)を求め、ブロック711へ戻る。
FIG. 6 is a flowchart showing a program of the
図7は前記ブロック714の詳細である。上記現温度差(ΔTH10−9)が上記設定温度差(ΔTHk10−9)以上でかつ上記時間(Tk)続いたなら、設定吐出温度はTDkを選択し、それ以外の場合はTDnを選択する。
FIG. 7 shows details of the
上記この発明の実施の形態1では、通常時の冷媒流量制御を吐出温度で行っている場合において説明したが、従来同様に室内側熱交換器の入口と出口又は略中間と出口との温度差でスーパーヒート量を検知することにより通常時の冷媒流量制御を行う場合においても、さらにもう一つセンサーを追加し(入口と出口にセンサーを設けている場合略は中間に、略中間と出口にセンサーを設けている場合は入口に)上記実施例同様に入口と略中間のセンサーの温度差から露飛び・露垂れの危険性を察知し、危険性があると判断した場合に電子制御式膨張弁の開度を開き冷媒流量を増やし過熱蒸気領域を減らすことにより、露飛び・露垂れを防ぐという方法でもかまわない。 The first embodiment of the present invention has been described in the case where the refrigerant flow rate control at the normal time is performed at the discharge temperature. However, the temperature difference between the inlet and outlet of the indoor heat exchanger or the substantially middle and outlet is the same as in the past. Even when controlling the flow rate of refrigerant at normal time by detecting the amount of superheat at the top, add another sensor (if the sensor is provided at the inlet and outlet, it is roughly in the middle, and roughly in the middle and outlet Like the above example, the sensor is installed at the inlet) Like the above example, the temperature difference between the sensor and the middle of the sensor is used to detect the risk of dew and dripping. A method of preventing dew stagnation and dripping by opening the valve opening and increasing the refrigerant flow rate to reduce the superheated steam region may be used.
上記のようにして、この発明では、室内側熱交換器の入口と略中間に温度感知センサーを取り付けその温度差を検知することにより、湿った空気が室内機ケーシング内に吸入され風路壁、送風機、及び風向偏向板等に着露が起こりうる蒸発器の過熱蒸気領域を直接検知することができるので、露飛び・露垂れを確実に防ぐことができる。 As described above, in the present invention, by attaching a temperature detection sensor approximately in the middle of the inlet of the indoor heat exchanger and detecting the temperature difference, the humid air is sucked into the indoor unit casing and the air passage wall, Since it is possible to directly detect the superheated steam region of the evaporator in which dew condensation may occur on the blower, the wind direction deflecting plate, and the like, it is possible to reliably prevent dew jumping and dripping.
次に、この発明の他の実施の形態による空気調和機の構成図を図8に示す。1は圧縮機、2は電動機、3は室外側熱交換器、4は電子制御式膨張弁、5は室内側熱交換器である。6は周波数可変装置、7は制御装置、8はサーミスタである。また、制御装置は、記憶機能、演算機能およびこれらの機能を制御する制御部71と制御部71の出力信号(弁開度指令信号)に基づき電子制御式膨張弁4を作動する弁駆動部72とから構成される。
Next, the block diagram of the air conditioner by other Embodiment of this invention is shown in FIG. 1 is a compressor, 2 is an electric motor, 3 is an outdoor heat exchanger, 4 is an electronically controlled expansion valve, and 5 is an indoor heat exchanger. 6 is a frequency variable device, 7 is a control device, and 8 is a thermistor. The control device also includes a storage function, an arithmetic function, a
次に、この発明の他の実施の形態における空気調和機の動作について詳細に説明する。図2に示すように、周波数可変装置により圧縮機1の回転数を周波数制御して変化させれば、空気調和機の冷暖房能力を略比例的に変えることができる。そこで、図3、図4に示すように周波数可変装置6の出力周波数を例えば100段階に変化させる場合、この100段階のうち例えば10段階ごとに区切り10の周波数帯を設けた場合、その周波数帯で圧縮機1を回転させてそのときの最適膨張弁開度(PULn)、最適吐出温度(TDn)を実験等で求めておき)、この各周波数帯に対する最適膨張弁開度(PULn)、最適吐出温度(TDn)を制御部71に予め記憶させておく。周波数可変装置6の出力周波数が変化すれば、この変化後の周波数に対応した前記最適弁開度(PULn)を前記制御部71で選択し、この選択値に応じた弁開度指令信号を制御部71から出力して弁駆動部72を介して電子制御式膨張弁4の開度を目標値と一致するように制御する。次いで、所定時間(例えば、数分間)経過してサイクルが安定した後、制御部71では温度検出器8からの検出信号に基づき吐出温度と現周波数帯での設定吐出温度(TDn)との偏差量を算出してその偏差量に応じた弁開度指令信号を出力する。この出力信号に基づき電子制御式膨張弁が調整され、負荷変動に応じた冷媒流量に制御される。以上のようにして冷媒流量が制御される。
Next, the operation of the air conditioner according to another embodiment of the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 2, if the frequency of the
以上の冷媒量制御に加えて、この発明の実施の形態2では、電子制御式膨張弁の故障が起きた場合(例えば、メカ部故障、駆動部故障、配線不良等)、弁の止まった位置によっては、圧縮機液バック運転によって圧縮機が故障する恐れがあるため、それを防ぐためにその危険性があると判断した場合圧縮機の最大周波数を変更するという制御が加えられている。
In addition to the above refrigerant amount control, in
以下、図に基づき詳細に述べる。膨張弁4が故障した場合、上記の冷媒流量制御において、制御部71から駆動部72へ膨張弁を閉方向の信号が出力されても吐出温度(TH8)は上昇してこない。そのため、故障したときの膨張弁の弁の位置によっては目標吐出温度まで上がらずに制御部71は閉方向への信号を出力し続けることになる。
そこで、圧縮機が液バック運転を何Hz以上(HZ1)で何分間(T1)運転した場合圧縮機の故障の危険性が生じるか、何Hz以下(HZg)で運転すれば確実にその危険性が無くなるかを信頼性の実験等で求め、予め制御部71に記憶させておく。また、液バック運転であると判断する吐出温度(TDl)、何パルス以下で故障であると判断するかその開度(PUL1)も予め制御部71に記憶させておく。つまり、冷暖房運転中にTH8がTl以下で、かつ制御部71の開度指令信号がPUL1以下で、かつ運転周波数がHZ1以上である状態がT1分以上続いた場合に、制御部71で運転周波数の最大をHZgに変更し、圧縮機が故障するという危険性を回避する。
Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings. When the expansion valve 4 is out of order, the discharge temperature (TH8) does not rise even if a signal for closing the expansion valve is output from the
Therefore, how many Hz (HZ1) and how many minutes (T1) the liquid back operation of the compressor will cause a risk of failure of the compressor. Is determined by reliability experiments or the like, and stored in the
図9は前記制御部71のプログラムを示すフローチャートである。即ち、制御部71のブロック710では上記最大周波数の規制をするか否かを判断する。規制を行うと判断した場合は、その最大周波数規制信号を周波数可変装置6に出力しその結果圧縮機1の回転数が制御される。ブロック711では、周波数可変装置6の出力周波数信号が入力され、ブロック712に進む。ブロック712ではサーミスタ8の温度検出信号が入力され、ブロック713に進む。ブロック713では前記周波数に対応する最適弁解度値(PULn)を選択し、ブロック714へ進む。ブロック714では前記周波数に対応する設定吐出温度(TDn)を選択し、ブロック715へ進む。ブロック715では膨張弁4の制御開度を設定し(上記最適弁開度(PULn)+下記補正弁解度(ΔPUL))それに応じた弁開度指令信号を出力する。その出力信号に基づき電子制御式膨張弁4の弁開度が調整される。ブロック716ではサイクル安定化時間(Tb)のカウントを行い前記時間Tb経過前と判断すればブロック710に戻り、前記時間Tbが経過したと判断すればブロック717に進む。ブロック717ではサーミスタ8から検出した現吐出温度(TD)と設定吐出温度(TDn)との偏差量(TD−TDn)を算出し、それに応じた補正弁開度(ΔPUL)を求め、ブロック710へ戻る。
FIG. 9 is a flowchart showing a program of the
図10はブロック710の詳細図である。即ち、サーミスタ8の温度(TH8)が上記TD1以下かつ弁開度指令信号が上記PUL1以下かつ運転周波数がHZ1以上である状態がT1以上続いた場合最大周波数をHZgに規制する。それ以外の場合は規制は行わない。
FIG. 10 is a detailed view of
上記のようにして、この発明の他の実施の形態では、電子制御式膨張弁の故障が起きた場合、弁の止まった位置によっては、圧縮機液バック運転によって圧縮機が故障する恐れがあるため、圧縮機の周波数及び弁の開度及び圧縮機の吐出温度から圧縮機の運転状態を推定し、圧縮機の最大周波数を規制することにより、圧縮機の信頼性を高めることの成功している。 As described above, in another embodiment of the present invention, when a failure occurs in the electronically controlled expansion valve, the compressor may be damaged due to the compressor liquid back operation depending on the position where the valve stops. Therefore, the reliability of the compressor has been successfully improved by estimating the operating state of the compressor from the compressor frequency, valve opening and compressor discharge temperature, and regulating the maximum frequency of the compressor. Yes.
なお、この様な状態は必ずしも膨張弁の故障とは限らず、例えば、外気温が非常に低い場合も起こり得る。そのために、圧縮機の停止はせずに、圧縮機のベーン飛び、圧縮機からの油の持ち出し量、圧縮機の軸負荷等が圧縮機にとって有利な低速回転で運転することにより対処している。 Note that such a state is not always a failure of the expansion valve, and may occur, for example, when the outside air temperature is very low. Therefore, without stopping the compressor, the compressor vanes jump, the amount of oil taken out from the compressor, the axial load of the compressor, etc. are dealt with by operating at a low speed rotation advantageous for the compressor. .
また、この発明の他の実施の形態による空気調和機の構成図を図11に示す。1は圧縮機、2は電動機、3は室外側熱交換器、4は電子制御式膨張弁、5は室内側熱交換器である。6は周波数可変装置、7は制御装置である。また、制御装置7は、記憶機能、演算機能およびこれらの機能を制御する制御部71と制御部71の出力信号(弁開度指令信号)に基づき電子制御式膨張弁4を作動する弁駆動部72とから構成される。
Moreover, the block diagram of the air conditioner by other Embodiment of this invention is shown in FIG. 1 is a compressor, 2 is an electric motor, 3 is an outdoor heat exchanger, 4 is an electronically controlled expansion valve, and 5 is an indoor heat exchanger. 6 is a frequency variable device, and 7 is a control device. The
上記のようなこの発明の他の実施の形態の冷媒回路構成を用いた空気調和機では、冷媒流量制御を上記圧縮機2と上記電子制御式膨張弁4で行っているため、電子制御式膨張弁が故障した場合には冷媒流量の制御が不可能になる。しかし、サービス時にその電子制御式膨張弁の故障は運転状況のみでは正確な故障診断ができないため、実際に膨張弁が駆動していることを確認する必要がある。そこで、電子制御式膨張弁が、開方向に通電され駆動した場合全開時に、カチッ、カチッと音がすることを利用して、サービス時の故障診断モードとして開方向通電を行い、音によって故障の判定を行う。音がした場合は、電子制御式膨張は、駆動しているので正常であり、音がしない場合は、故障である。
In the air conditioner using the refrigerant circuit configuration according to another embodiment of the present invention as described above, the refrigerant flow rate control is performed by the
次に、電子制御式膨張弁が全開時に音がする仕組みの例を図12を基に説明する。図12は電子制御式膨張弁の一例の断面図である。駆動原理を簡単に説明すると、図に示した部分はステッピングモータになっておりローター11が回転し、その回転動作は、ねじにより上下運動に変換され、弁12に開閉運動を与える仕組みになっている。そして、弁が開方向へ進んでいくとローターについている突起部A13は、突起部B14に接触し音が発する様になっている。
Next, an example of a mechanism that makes a sound when the electronically controlled expansion valve is fully opened will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of an example of an electronically controlled expansion valve. The driving principle will be briefly explained. The portion shown in the figure is a stepping motor, and the
上記のようにして、この発明の他の実施の形態では、サービス時に開方向通電を行い、電子制御式膨張弁の全開時に発生する音を確認することにより、確実な故障診断ができるようになる。 As described above, in another embodiment of the present invention, energization in the opening direction is performed at the time of service, and the sound generated when the electronically controlled expansion valve is fully opened can be confirmed, so that a reliable failure diagnosis can be performed. .
1 圧縮機、2 電動機、3 室外側熱交換器、4 電子制御式膨張弁、5 室内側熱交換器、6 周波数可変装置、7 制御装置、8 吐出温度検出サーミスタ、9 入口温度検出サーミスタ、10 中間温度検出サーミスタ、
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