JP2005315477A

JP2005315477A - 多室形空気調和機

Info

Publication number: JP2005315477A
Application number: JP2004132371A
Authority: JP
Inventors: Shinji Takeuchi; 伸至武内
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】１台の室外機と複数台の室内機を接続して構成された多室形空気調和機において、停止している室内機が含まれた暖房運転を行う際、電動膨張弁の開度を調節することで停止している室内機の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止する。
【解決手段】室外機の液側配管終端近傍に電動膨張弁を設け、この電動膨張弁と液側配管接続バルブとのに過冷却冷媒温度を検知するための過冷却冷媒温度センサーを備え、暖房運転時に過冷却冷媒温度を検知して運転側の過冷却冷媒温度と停止側の過冷却冷媒温度が運転側過冷却温度から演算する所定の温度差または圧縮機回転数から演算する所定の温度差のうち低い方となるよう各々の電動膨張弁を制御する手段により、停止側の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止して適正な冷媒回路の動作を可能とする。
【選択図】図１

Description

この発明は１台の室外機に対し複数の室内機を並列に接続して構成する多室形空気調和機に関するものである。

近年の多室形空気調和機においては各々の室内機に対応づけられた電動膨張弁を液側配管上にのみ設けて、ガス側配管上から電磁弁または電動膨張弁を削除した安価な冷媒回路で空調を行うものが増えてきている。一例を図６に示す。

この例では２台の室内機が１台の室外機に接続されており、Ａが室内機Ａ、Ｂが室内機Ｂ、Ｃが室外機を示す。２台の室内機はガス側配管（１０ａ、１０ｂ）と液側配管（１１ａ、１１ｂ）により接続されており、各々、室内熱交換器（４ａ、４ｂ）と室内ファン（５ａ、５ｂ）を備えている。一方、室外機には圧縮機（１）、四方弁（２）、室外熱交換器（８）、室外ファン（９）が設けられており、室外機内の液側配管上には各々の室内機に対応した電動膨張弁（７ａ、７ｂ）が設けられている。また冷媒は暖房運転時に実線矢印方向に流れる。

この多室形空気調和機で室内機Ａ、Ｂを同時に暖房運転する場合には、空調負荷に応じて室内機Ａ用の電動膨張弁と室内機Ｂ用の電動膨張弁を各々個別に制御し室内機Ａおよび室内機Ｂの熱交換器に対して冷媒を適正量分配することで、冷媒回路を効率良く動作させることができる。

室内機Ａ側のみ暖房運転を行い、室内機Ｂ側を停止させる場合には、運転側だけでなく、停止側冷媒回路上にある電動膨張弁を所定開度で開放させている。

この冷媒回路はガス側配管に各々の室内機に対応した冷媒進入防止用の弁を備えていないために、室内機Ｂ用の電動膨張弁を全閉していると、室内機Ｂの室内熱交換器と液側配管内に冷媒が滞留し冷媒回路内の全体の冷媒循環量が不足し室内機Ａ側の暖房能力が著しく低下してしまう。従来の多室形空気調和機では前述したように停止側の冷媒回路上にある電動膨張弁を所定開度で開放し冷媒を流通させる制御により滞留を防止して、この冷媒回路を動作させていた。

例えば、特開平８−１５９５９０号公報に示された発明では、暖房運転を開始する際に停止側の室内機に対応した電動膨張弁を所定の開度で開放しておき、その後運転側の電動膨張弁の開度に対応させて停止側の開度も変化させ、冷媒の滞留を防止している。

特開平８−１５９５９０号公報

しかしながら、上記で説明した従来の多室形空気調和機では停止側の室内機から戻ってきた冷媒の過冷却温度の絶対値や冷媒循環量の大小を考慮した制御がなされておらず、このために停止している室内機の周囲温度が低い場合や圧縮機回転数が低く冷媒循環量が少ない場合などに適正サイクルにならない問題があった。

よって、この発明では暖房運転時に運転側と停止側の過冷却冷媒温度を各々検知して、運転側の過冷却冷媒温度と停止側の過冷却冷媒温度が運転側過冷却温度から演算する所定の温度差および、圧縮機回転数から演算する所定の温度差を求め、両者を比較し低いほうの温度差となるよう各々の電動膨張弁を制御し、停止側の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止しすることで冷媒回路の適正な動作を得ることを目的とする。

の発明では上記の問題を解決するためになされたものであって、複数の室内機に対し冷媒流量を個別に制御できる電動膨張弁を液側配管に複数備えた多室形空気調和機において、この電動膨張弁と液側配管接続バルブとの間に冷媒温度を検知するための冷媒温度センサーを設け、暖房運転時に運転側の過冷却冷媒温度と停止側の過冷却冷媒温度を検知して、運転側の過冷却冷媒温度と停止側の過冷却冷媒温度が運転側過冷却温度から演算する所定の温度差または圧縮機回転数から演算する所定の温度差のうち低い方となるよう各々の電動膨張弁を制御することで停止側の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止し、適正な冷媒回路の動作を可能にしたことを特徴とする多室形空気調和機を提供するものである。

上記の多室形空気調和機は停止中の室内機が含まれた暖房運転を開始する際、運転側の電動膨張弁を運転用初期開度に、停止側の電動膨張弁を停止用初期開度に絞り込み、次いで定期的に運転側の過冷却冷媒温度と停止側の過冷却冷媒温度を検知して、この温度差が運転側過冷却温度から演算する所定の温度差または圧縮機回転数から演算する所定の温度差のうち低い方になるよう各々の電動膨張弁を制御する。この操作を繰り返すことで運転側の過冷却冷媒温度と停止側の過冷却冷媒温度を所定の温度差に維持し、停止側の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止する。この制御手段により運転している室内機の暖房能力を十分に引き出すことを可能とした。

この発明によれば、複数台の室内機を１台の室外機に接続して構成された多室形空気調和機において、停止している室内機が含まれた暖房運転を行う際、運転している室内機側の過冷却冷媒温度と停止している室内機側の過冷却冷媒温度を検知して、運転側過冷却温度から演算した所定の温度差または圧縮機回転数から演算した所定の温度差のうち低い方となるよう電動膨張弁を制御することで、室温や外気温度等の空調負荷要因や冷媒循環量に影響を受けずに停止側の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止し、運転している室内機の暖房能力を十分に引き出すことができる。

以下、この発明の実施形態を図１と図２を用いて説明する。

図１はこの発明の実施の形態における多室形空気調和機の冷媒回路構成図である。図の空気調和機は２台の室内機が１台の室外機に接続されており、Ａが室内機Ａ、Ｂが室内機Ｂ、Ｃが室外機を示す。２台の室内機はガス側配管（１０ａ、１０ｂ）上に設けられたガス側配管接続バルブ（３ａ、３ｂ）と液側配管（１１ａ、１１ｂ）上に設けられた液側配管接続バルブ（６ａ、６ｂ）により接続されており、各々の室内機には室内熱交換器（４ａ、４ｂ）、室内ファン（５ａ、５ｂ）と室温センサー（３２ａ、３２ｂ）が設けられている。一方、室外機には圧縮機（１）、四方弁（２）、室外熱交換器（８）、室外ファン（９）と外気温度センサー（２４）、液側配管上に各々の室内機に対応した電動膨張弁（７ａ、７ｂ）が設けられている。また冷媒回路の主要な冷媒温度を検知するために圧縮機近傍の配管に冷媒吐出温度センサー（２２）を、電動膨張弁と液側配管接続バルブ間の配管には過冷却冷媒温度センサー（２３ａ、２３ｂ）を設けている。

図２はこの発明の実施の形態における多室形空気調和機の制御ブロック図を示す。図で２１が室外機に設けられた室外制御装置、３１ａが室内機Ａの室内制御装置、３１ｂが室内機Ｂの室内制御装置を示す。２つの室内制御装置は制御信号の送受信を行うためのデータ伝送線（５１ａ、５１ｂ）により室外制御装置と接続されており、各々の室内制御装置には現在の室温を検知するための前記、室温センサーと、室内機の能力クラス、室内熱交換器の容積クラス等の補正パラメータを記憶している記憶装置（３３ａ、３３ｂ）が接続されている。一方、室外制御装置には圧縮機から吐出した冷媒の温度を検知するための前記、冷媒吐出温度センサーと、過冷却冷媒温度を検知するための前記、過冷却冷媒温度センサーが接続されている。さらに室外機制御装置内部には図２の制御ブロック図には明示していないが圧縮機回転数検出手段と圧縮機回転数制御手段と電動膨張弁制御手段が設けられており、この制御手段により圧縮機と各電動膨張弁を制御している。

このように構成した多室形空気調和機で室内機Ａと室内機Ｂを共に暖房運転した場合の動作について以下に説明する。暖房運転が開始されると各室内制御装置はリモコンから受けた設定風速に従い室内ファンを制御するとともに、暖房運転開始指令および空調負荷等の制御情報を室外制御装置に送信する。これらの情報はリモコンにより設定された設定温度と室温センサーから検知した室温をもとに演算している。

室外制御装置は室内機Ａ、および室内機Ｂから暖房運転の開始指令を受けると四方弁を暖房サイクル側に切換え、室外ファンを所定の回転数で駆動し、各室内機の補正パラメータにあわせて、各々の電動膨張弁を所定の運転用初期開度に絞込む。さらに、室内機Ａ、および室内機Ｂから受信した圧縮機の回転数指令値をもとに２台運転に必要な圧縮機回転数を演算により求めて圧縮機を駆動する。その後、室外制御装置は圧縮機回転数検出手段（詳細な説明は省略）により検知した実際の回転数（以下、圧縮機実回転数と称す）と上記演算により求めた回転数目標値とを比較しながら高精度な圧縮機回転数制御（詳細な説明は省略）を行っている。

上記制御装置の働きにより冷媒回路内の冷媒は図１に示す矢印の方向に流れる。始めに圧縮機で加圧された冷媒は過熱蒸気として四方弁を通過して各室内熱交換器に流れ込み、室内ファンにより送られた空気に放熱することで過冷却冷媒となる。その後、各電動膨張弁を通過することで減圧され、室外熱交換器で室外ファンにより送られた空気により加熱されて、四方弁を経由し圧縮機に戻る。

次に上記の冷媒回路において冷媒循環量と冷媒温度を調整している電動膨張弁の開閉動作について図３により説明する。図３は室外制御装置に設けた電動膨張弁制御手段のフローチャートである。電動膨張弁制御手段は冷媒吐出温度補正制御、圧縮機回転数偏差補正制御、分配制御、開閉制御から構成されており、冷媒吐出温度センサーにより検知した冷媒吐出温度と圧縮機回転数検出手段により検知した圧縮機実回転数と過冷却冷媒温度センサーにより検知した過冷却冷媒温度と圧縮機回転数をもとに、各電動膨張弁の弁開度を制御している。ここで電動膨張弁制御手段について以下説明する。

まず、冷媒吐出温度補正制御（Ｓ１）では圧縮機により加圧された冷媒の温度、すなわち冷媒吐出温度が圧縮機回転数に対応した所定の温度となるよう電動膨張弁の開度を補正するための演算を行っている。この演算には冷媒吐出温度補正用のファジー演算が用いられており、この演算に冷媒吐出温度と圧縮機実回転数を代入すると電動膨張弁の補正開度を符号付きで求めることができる。ここでの演算結果を以下、冷媒吐出温度補正開度と称する。

圧縮機回転数偏差補正制御（Ｓ２）では冷媒回路の負荷変動により圧縮機の回転数が変動した場合の補正開度を求めている。この演算には圧縮機実回転数を代入し所定定数を掛け合わせ、補正係数を加算することで、符号付き補正開度を求めている。ここでの演算結果を以下、圧縮機回転数変動補正開度と称する。

次いで分配制御（Ｓ３）では室内機の運転台数を検知して２台運転中の処理と１台運転中の処理に分けて演算を行っており、２台運転中の演算は各室内機に適正な冷媒循環量を供給するための分配制御として行っている。２台運転中の分配制御は室外機Ａの過冷却冷媒温度と室外機Ｂの過冷却冷媒温度が同一温度となるよう各電動膨張弁の補正開度を演算するものであり、現在の温度差(Ｔsc)を分配制御用のファジー演算に代入して補正開度を符号付きで求めている。ここで求められた結果を以下、過冷却冷媒温度補正開度と称する。

最後にステップ４では各電動膨張弁の現在開度に対して前記３つの補正開度を総計し目標開度を求め、各々の電動膨張弁を目標開度に合わせて開閉している。

この電動膨張弁の制御を所定周期ごとに実施し、２台運転における冷媒回路内の冷媒循環量と冷媒温度を継続的に最適な状態に維持している。

次ぎに、暖房運転において室内機Ａを運転し室内機Ｂを停止させた場合の１台運転について、図１と図２と図３と図４と図５を用いて説明する。室外制御装置はデータ伝送線上の暖房運転開始指令により室内機Ａの１台だけが暖房運転を開始したと確認すると、四方弁を暖房サイクル側に切換え、室外ファンを所定の回転数で駆動して、室内機Ａの電動膨張弁を所定の運転用初期開度に、また室内機Ｂの電動膨張弁を所定の停止用初期開度に絞込む。さらに、室外制御装置は室内機Ａから受信した圧縮機の指令回転数をもとに１台運転に必要な圧縮機回転数を求めて圧縮機を駆動する。その後、停止している室内機Ｂへの冷媒滞留を防止し、冷媒回路全体の冷媒循環量と冷媒温度を継続的に最適な状態に維持するために、電動膨張弁制御手段により各々の電動膨張弁を所定の開度に制御する。

１台運転における電動膨張弁の開閉動作について説明する。各々の電動膨張弁開度は２台運転時と同様、電動膨張弁制御手段によって補正を行っている。しかしながら、１台運転時の分配制御については運転している室内機の空調負荷と停止している室内機の熱漏洩量および冷媒循環量を考慮して補正開度を求める必要があるため、２台運転時と同じ演算で単純に補正開度を求めることができない。そこで、室外制御装置に記憶しているパラメータと運転側過冷却温度と圧縮機回転数をもとに、運転している室内機の空調負荷と停止している室内機の熱漏洩量を判断し、運転側と停止側の過冷却冷媒に所定の温度差がつくように分配制御を実施している。

１台運転における分配制御は、始めに図３のステップＳ３１において、室外制御装置に記憶しているパラメータと運転側過冷却温度により温度差補正定数（Ｋsos）を演算により求める。図４は温度差補正定数であり、運転側過冷却温度が低い場合の熱漏洩を補正するものであり、運転側過冷却温度が低い場合の温度差は、高い場合よりも低くなる方向に設定することにより、低温時の停止側配管温度低下による停止側冷媒循環量の増加を押さえ適正な冷媒循環量を得ることを目的とする。次に、ステップＳ３２において、室外制御装置に記憶しているパラメータと運転側過冷却温度により温度差補正定数（Ｋsoc）を演算により求める。図５は温度差補正定数であり、圧縮機回転数が低く、冷媒循環量が少ない場合の運転側の冷媒循環量を補正するもので、圧縮機回転数が低い場合の温度差は、高い場合よりも低くなる方向に設定することにより、低循環量時の停止側配管温度低下による停止側冷媒循環量の増加を押さえ適正な冷媒循環量を得ることを目的とする。

上記のＳ３１とＳ３２で求めた定数のうち、少ない方をＫｓｏとし、図３のステップＳ３４で、現在の温度差を演算する時に温度差補正定数（Ｋso）を加算する。

その結果を分配制御用のファジー演算に代入し補正開度を符号付きで求める。また、上記のステップＳ３１、Ｓ３２では温度差補正定数を符号付きで求めることで、室内機Ａ、室内機Ｂのいづれかが１台運転を行っても、場合分けせずにステップＳ３３の演算式を利用可能にしている。

この電動膨張弁の制御を所定周期ごとに実施することで、１台運転における停止側の室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止し、冷媒回路内の冷媒循環量と冷媒温度を継続的に最適な状態に維持している。

以上、２台の室内機を１台の室外機に接続した多室形空気調和機における本発明の実施例を説明してきたが、３台以上の室内機を１台の室外機に接続した多室形空気調和機においても本発明を適用することが可能である。

３台以上の室内機を１台の室外機に接続した多室形空気調和機で、全ての室内機を暖房運転した場合には各々の室内機に対応した過冷却冷媒温度センサーから最高温度と最低温度を検知して、この温度差を同一温度とするよう電動膨張弁を制御することで各々の室内機における冷媒回路内の冷媒循環量と冷媒温度を継続的に最適な状態に維持することが可能である。

さらに、停止している室内機を含む暖房運転を実施した場合には運転側の過冷却冷媒温度の平均値と停止側の過冷却冷媒温度の平均値を求め、この温度差が所定の温度差となるように制御することで、停止している室内熱交換器と液側接続配管における冷媒の滞留を防止し、冷媒回路内の冷媒循環量と冷媒温度を継続的に最適な状態に維持することが可能である。

この発明の実施の形態における多室形空気調和機の冷媒回路構成図。この発明の実施の形態における空気調和機の制御ブロック図。この発明の電動膨張弁の制御論理をフローチャートで示した図。運転側過冷却温度と温度差過冷却補正定数のグラフ図。圧縮機回転数と温度差圧縮機回転数補正定数のグラフ図。従来の多室形空気調和機の冷媒回路構成図。

符号の説明

Ａ…室内機Ａ、Ｂ…室内機Ｂ、Ｃ…室外機、１…圧縮機、２…四方弁、３ａ、３ｂ…ガス側配管接続バルブ、４ａ、４ｂ…室内熱交換器、５ａ、５ｂ…室内ファン、６ａ、６ｂ…液側配管接続バルブ、７ａ、７ｂ…電動膨張弁、８…室外熱交換器、９…室外ファン、１０ａ、１０ｂ…ガス側配管、１１ａ、１１ｂ…液側配管、２１…室外制御装置、２２…冷媒吐出温度センサー、２３ａ、２３ｂ…過冷却冷媒温度センサー、２４…外気温度センサー、３１ａ、３１ｂ…室内制御装置、３２ａ、３２ｂ…室温センサー、３３ａ、３３ｂ…記憶装置、４１ａ、４１ｂ…リモコン、５１ａ、５１ｂ…データ伝送線。

Claims

各々個別に運転、停止できる複数の室内機(Ａ、Ｂ)と、液側配管(１１ａ、１１ｂ)に該複数の室内機を接続するための液側配管接続バルブ(６ａ、６ｂ)、および該複数の室内機に対し冷媒流量を個別に制御する電動膨張弁(７ａ、７ｂ)を備えた室外機(Ｃ)から構成されている多室形空気調和機において、前記の電動膨張弁(７ａ、７ｂ)と前記の液側配管接続バルブ(６ａ、６ｂ)との間に冷媒温度を検知するための温度センサー（２３ａ、２３ｂ）を備えており、暖房運転時に前記の冷媒温度を検知するための温度センサー（２３ａ、２３ｂ）から運転側と停止側の過冷却冷媒温度（Ｔsca、Ｔscb）を各々検知して、運転側過冷却冷媒温度と停止側過冷却冷媒温度の温度差が運転側過冷却温度から演算した所定の温度差(Ｋsos)となるよう電動膨張弁(７ａ、７ｂ)の開度を補正する制御手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
各々個別に運転、停止できる複数の室内機(Ａ、Ｂ)と、液側配管(１１ａ、１１ｂ)に該複数の室内機を接続するための液側配管接続バルブ(６ａ、６ｂ)、および該複数の室内機に対し冷媒流量を個別に制御する電動膨張弁(７ａ、７ｂ)を備えた室外機(Ｃ)から構成されている多室形空気調和機において、前記の電動膨張弁(７ａ、７ｂ)と前記の液側配管接続バルブ(６ａ、６ｂ)との間に冷媒温度を検知するための温度センサー（２３ａ、２３ｂ）を備えており、暖房運転時に前記の冷媒温度を検知するための温度センサー（２３ａ、２３ｂ）から運転側と停止側の過冷却冷媒温度（Ｔsca、Ｔscb）を各々検知して、運転側過冷却冷媒温度と停止側過冷却冷媒温度の温度差が圧縮機回転数から演算した所定の温度差(Ｋsoc)となるよう電動膨張弁(７ａ、７ｂ)の開度を補正する制御手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
請求項１と請求項２を備え、それぞれにて演算した温度差(Ｋsos、Ｋsoc)の低い方となるよう電動膨張弁(７ａ、７ｂ)の開度を補正する制御手段を備えたことを特徴とする空気調和機。