JP2006038358A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子式膨張弁の制御の安定度を向上させることが可能な空気調和機の提供。
【解決手段】 空気調和機１は、圧縮機２，凝縮器３，電子式膨脹弁４及び蒸発器５からなる冷凍サイクル６を有し、冷媒流量演算回路７と膨張弁開度演算回路８とを備える。まず、冷媒流量演算回路７が目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出する。その後、膨張弁開度演算回路８が冷媒流量演算回路７によって算出された目標とする単位時間当たりの冷媒流量及び電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨脹弁開度を算出する。そして、膨張弁開度演算回路８によって算出された膨脹弁開度となるように電子式膨張弁４の開度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷媒流量調整弁（以下、膨張弁と称する）の制御を行う空気調和機に関するものである。

図５は、従来の空気調和機の膨張弁制御を示すブロック図である。
従来の膨脹弁制御では、図５に示すように、圧縮機の回転数や冷凍サイクルの各部位の温度などから演算部１０１で膨脹弁開度を直接制御していた。

例えば、従来例の空気調和機として、特許文献１がある。
特許文献１に開示された空気調和機の冷媒流量制御装置では、弁開度演算手段と、第１冷媒温度検出手段と第２冷媒温度検出手段との温度差をチェックする温度差チェック手段と、弁開度補正手段とを周期的に同期作動させて、弁開度演算と温度差チェックと弁開度補正とを行わせて、冷房時は、利用側コイルの出口における冷媒状態が常に乾き域の湿り域に近いところで保持されるように冷媒制御弁の弁開度を調節し、また、暖房時は、利用側コイルの出口における冷媒状態が常に液シ−ル域のフラッシュ域に近いところで保持されるように冷媒制御弁の弁開度を調節する。

そして、温度差チェック手段が湿り状態あるいはフラッシュ状態をチェックすると、弁開度補正手段が弁開度を単位弁開度だけ絞らせるように指令を発し、冷媒制御弁は絞られて、湿り状態あるいはフラッシュ状態を適正な過熱度あるいは過冷却度に戻させるよう弁開度の自動調節が成されている。
特開昭６１−９６３７６号公報

しかしながら、空気調和機において、使用する膨脹弁の種類によっては冷媒流量と膨張弁開度の関係が一次式で表現できないものがある。
これらの膨脹弁を使用して異なる動作環境で空気調和機を制御した場合、直接膨脹弁開度を制御対象にすると、単位開度当たりの冷媒流量が違うため、制御精度が違ってくる。

図６は、空気調和機の電子式膨張弁の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係を示す特性図である。
例えば、図６に示すような特性（冷媒流量と膨張弁開度との相関関係）を持った電子式膨張弁の場合、Ａの部分における単位開度当たりの冷媒流量と、Ｂの部分における単位開度当たりの冷媒流量が異なる。
そのため、Ａの部分とＢの部分で同じ度数分だけ、弁を閉じる動作、あるいは弁を開ける動作を行うと、冷媒流量が異なってしまい、きめ細やかな膨張弁制御が行えないという不都合があった。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、特性として単位開度当たりの冷媒流量の変化が膨張弁開度の領域によって異なるような電子式膨張弁を使用する時に、実際に動作環境によって膨張弁開度の制御領域が異なる場合でも、元から流量ベースで目標とする単位時間当たりの冷媒流量の演算を行い、最終段階で膨張弁開度を算出するようにすることにより、きめ細やかな膨張弁開度の制御を行うことができ、電子式膨張弁の制御の安定度を向上させることが可能な空気調和機を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
本発明の空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させて減圧する電子式膨脹弁と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とからなる冷媒を循環させる冷凍サイクルを有し、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の単位時間当たりの流量を前記電子式膨張弁により制御して空気調和を行う空気調和機において、目標とする前記単位時間当たりの冷媒流量を算出する冷媒流量演算手段と、前記冷媒流量演算手段によって算出された前記目標とする単位時間当たりの冷媒流量及び前記電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨脹弁開度を算出する膨張弁開度演算手段とを備え、前記膨張弁開度演算手段によって算出された前記膨脹弁開度となるように前記電子式膨張弁の開度を制御することを特徴とする構成を有するものである。

上記に記載の本発明によれば、膨張弁開度の設定過程に冷媒流量演算手段と膨張弁開度演算手段を設け、目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出後、それから膨張弁開度を算出し、算出された膨脹弁開度となるように電子式膨張弁の開度を制御することができる。

本発明の空気調和機は、上記冷凍サイクルの特定箇所の温度を測定する温度検出手段を備え、上記冷媒流量演算手段が、前記温度検出手段の測定値に基づいて上記目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出するようになっていても良い。

上記に記載の本発明によれば、温度検出手段が冷凍サイクルの特定箇所の温度を測定し、冷媒流量演算手段が温度検出手段で測定した測定値に基づいて単位時間当たりの目標冷媒流量を算出するので、冷凍サイクルの特定箇所の温度から最適な空調制御を行うための目標となる単位時間当たりの冷媒流量を決定することができる。

本発明の空気調和機は、上記冷凍サイクルの特定箇所の温度が、上記凝縮器と上記蒸発器の温度、または、前記冷凍サイクルの前記凝縮器と前記蒸発器の温度を推定できる箇所の温度であることが好ましい。

上記に記載の本発明によれば、冷凍サイクルの特定箇所の温度が凝縮器と蒸発器の温度または冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器の温度を推定できる箇所の温度であるので、凝縮器と蒸発器の温度から最適な空調制御を行うための目標となる単位時間当たりの冷媒流量を決定することができる。

本発明の空気調和機は、上記圧縮機の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段を備え、上記冷媒流量演算手段が、前記圧縮機回転数検出手段で検出された前記圧縮機の回転数に基づいて上記目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出するようになっていても良い。

上記に記載の本発明によれば、圧縮機回転数検出手段が圧縮機の回転数を測定し、冷媒流量演算手段が圧縮回転数検出手段で測定した圧縮機の回転数に基づいて単位時間当たりの目標冷媒流量を算出するので、圧縮機の回転数から最適な空調制御を行うための目標となる単位時間当たりの冷媒流量を決定することができる。

本発明の空気調和機は、上記電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータを記憶させる記憶手段を備えており、前記記憶手段が、前記電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータを書き換え可能であることが好ましい。

上記に記載の本発明によれば、電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータを記憶手段に記憶させ、部品としての電子式膨張弁の変更が必要となった時は、この記憶手段に記憶させた電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータを書き換えるだけで対応可能となる。

本発明の空気調和機は、上記記憶手段が、外部記憶装置であることが好ましい。

上記に記載の本発明によれば、記憶手段が外部記憶装置であれば、書き換える以外にも、外部記憶装置を交換するだけで対応可能になる。

以上に述べたように、本発明によれば、特性として単位開度当たりの冷媒流量の変化が膨張弁開度の領域によって異なるような電子式膨張弁を使用する時に、実際に動作環境によって膨張弁開度の制御領域が異なる場合でも、元から流量ベースで目標とする単位時間当たりの冷媒流量の演算を行い、最終段階で膨張弁開度を算出するようにすることにより、きめ細やかな膨張弁開度の制御を行うことができ、電子式膨張弁の制御の安定度を向上させることが可能な空気調和機を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。

本発明の空気調和機１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器３と、凝縮された冷媒を膨張させて減圧する電子式膨脹弁４と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器５とからなる冷媒を循環させる冷凍サイクル６を有し、冷凍サイクル６を循環する冷媒の単位時間当たりの流量を電子式膨張弁４により制御して空気調和を行うものである。

本発明の空気調和機１は、目標とする単位時間当たりの冷媒流量（以下、単位時間当たりの目標冷媒流量という）を算出する冷媒流量演算手段である冷媒流量演算回路７と、冷媒流量演算回路７によって算出された単位時間当たりの目標冷媒流量及び電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨脹弁開度を算出する膨張弁開度演算手段である膨張弁開度演算回路８とを備え、膨張弁開度演算回路８によって算出された膨脹弁開度となるように電子式膨張弁４の開度を制御するようになっている。

本発明の空気調和機１は、冷凍サイクル６の特定箇所の温度を測定する温度検出手段となる温度センサＳ１を備え、冷媒流量演算回路７が、温度センサＳ１の測定値に基づいて単位時間当たりの目標冷媒流量を算出するようになっている。

本発明の空気調和機１は、冷凍サイクル６の特定箇所の温度が、凝縮器３と蒸発器５の温度、または、冷凍サイクル６の凝縮器３と蒸発器５の温度を推定できる箇所の温度である。

本発明の空気調和機１は、圧縮機２の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段９を備え、冷媒流量演算回路７が、圧縮機回転数検出手段９で検出された圧縮機２の回転数に基づいて単位時間当たりの目標冷媒流量を算出するようになっている。

本発明の空気調和機１は、電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータとなるテーブルデータ１０を記憶させる記憶手段である外部記憶装置１１を備えており、外部記憶装置１１が、電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のテーブルデータ１０を書き換え可能である。

図１は、本発明の実施例に係る空気調和機を示す概略構成図である。
空気調和機１は、図１に示すように、圧縮機２，凝縮器３，電子式膨脹弁４及び蒸発器５からなる冷凍サイクル６と、圧縮機２の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段９と、冷凍サイクル６の各部位の温度を測定する温度センサＳ１と、外部記憶装置１１と、これらを制御する制御手段である制御部１２とから構成されている。

外部記憶装置１１としては、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ等が考えられる。
また、制御部１２がマイコンからなる場合、マイコンが備える記憶部（ＲＯＭ；Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を外部記憶装置１１の代わりに使用しても良い。
例えば、フラッシュメモリを備えたフラッシュマイコンであれば、外部記憶装置１１と同様に書き換えが可能である。

また、圧縮機回転数検出手段９としては、圧縮機２が回転することにより生じる誘導起電力から回転数を検出する方法など既に公知の手段を利用すれば良い。
また、一般に、マイコンは圧縮機２を目標とする回転数（目標回転数）で回転させようとするが、この目標回転数を圧縮機回転数検出手段９で検知される圧縮機２の実回転数（圧縮機２が実際に回っている回転数）の代わりに使用しても良い。

制御部１２は、図１に示すように、圧縮機２の回転数や冷凍サイクル６の各部位の温度などから単位時間当たりの目標冷媒流量を算出する冷媒流量演算回路７と、冷媒流量演算回路７で算出された単位時間当たりの目標冷媒流量及び電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨脹弁開度を算出する膨張弁開度演算回路８とを有している。

電子式膨張弁４としては、駆動装置となるステッピングモータによりその開度を制御するものが一般的である。

制御部１２は、圧縮機回転数検出手段９で検出された圧縮機２の回転数や空気調和機１の冷凍サイクル６の各部位に設置された温度センサＳ１の測定した温度などの情報からまずは最適な空調制御を行うための目標となる単位時間当たりの冷媒流量を決定する。

以下、本発明の空気調和機における電子式膨張弁の膨張弁制御について説明する。
図２は、本発明の実施例に係る空気調和機の膨張弁制御を示すブロック図である。
本発明の膨張弁制御では、まず、圧縮機２の回転数や空気調和機１の冷凍サイクル６の各部位の温度などから冷媒流量演算回路７が単位時間当たりの目標冷媒流量（目標とする単位時間当たりの冷媒流量）を算出した後、膨張弁開度演算回路８が冷媒流量演算回路７によって算出された単位時間当たりの目標冷媒流量及び電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨張弁開度を算出し、制御部１２が膨張弁開度演算回路８によって算出された膨張弁開度にするべく電子式膨脹弁４の開度を制御する。

目標とする冷媒流量とは、例えば、圧縮機２の各回転数における空気調和機１の冷凍能力（暖房時は暖房能力、冷房時は冷房能力という）を、最もよく引き出すことが可能な冷媒流量（ほぼ最大の冷凍能力を引き出す冷媒流量）のことである。
この目標とする冷媒流量は、例えば、実験から求め、これを式化、テーブルデータ化などのようにデータベース化し、外部記憶装置１１に記憶させておく。

本実施例では、凝縮器３の中間と、蒸発器５の中間に温度センサＳ１を設け、それらの検出値から冷媒流量演算回路７が目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出する構成としている。
なお、ここでいう凝縮器３の中間，蒸発器５の中間とは、凝縮器３または蒸発器５を構成する冷媒配管の入口から出口までにおいて、液冷媒とガス冷媒が混在している領域、いわゆる冷媒が二相状態にある領域のことである。

図３は、本発明の実施例に係る空気調和機における外部記憶装置に記憶させる冷媒流量と膨張弁開度との相関関係の一例であるテーブルデータを示す図である。
また、制御精度を考慮して最小制御冷媒流量を決め、図３に示すような冷媒流量に対する膨脹弁開度のテーブルデータ１０をあらかじめ作成し、作成したテーブルデータ１０を外部記憶装置１１に記憶させておく。
決定した単位時間当たりの目標冷媒流量を基にそのテーブルデータ１０から膨脹弁開度を算出し、制御部１２は、膨脹弁をその開度にするべく、膨脹弁の動作実出力に結びつける。

このようにすることで、冷媒流量と膨脹弁開度の関係が一次式で表せないような膨脹弁でも、テーブルデータ１０あるいは複数の式を用いることにより比較的簡単に前記冷媒流量と膨脹弁開度の関係を表現することによって、実際に動作している膨張弁の開度がどこの場合でも、冷媒流量に適合した膨脹弁開度が算出でき、きめ細やかな膨脹弁開度の制御を行うことができる。

なお、上記実施例では、凝縮器３の中間と、蒸発器５の中間に温度センサＳ１を設けたが、これにとらわれるものではなく、凝縮器３と蒸発器５の出入口に温度センサＳ１を設けて、それらの検出値から単位時間当たりの目標冷媒流量を算出するようにしても良い。

膨脹弁の特性として単位開度当たりの冷媒流量の変化が膨張弁開度の領域によって異なる場合がある。
このような特性を持った膨脹弁を使用する時に、実際に動作環境によって膨張弁開度の制御領域が異なり、その異なる制御領域で従来のように冷媒流量の微調整を開度ベースで行った場合、流量ベースで制御精度を見ると、荒い制御の部分と細かい制御の部分がでてくる。
しかし、本発明の空気調和機のように、元から流量ベースで単位時間当たりの目標冷媒流量の演算を行い、最終段階で膨張弁開度を算出するようにすると、膨張弁の制御の安定度が増す。

図４は、本発明の他の実施例に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す概略構成図である。
また、例えば、図４に示すような、室外機１３に備える圧縮機２，四方弁１４，室外熱交換器１５（冷房時は凝縮器として作用し、暖房時は蒸発器として作用する）及び電子式膨張弁４と、室内機１６に備える室内熱交換器１７（冷房時は蒸発器として作用し、暖房時は凝縮器として作用する）とからなる冷凍サイクル６を有する空気調和機１においては、圧縮機２の吸込側と四方弁１４との間に冷凍サイクル６の特定箇所の温度を測定する温度センサＳ２を設置し、電子式膨張弁４と室内熱交換器１７との間（図４では、室外機１３が具備する二方弁（図示せず）付近）に冷凍サイクル６の特定箇所の温度を測定する温度センサＳ３を設置し、室外熱交換器１５と電子式膨張弁４との間に冷凍サイクル６の特定箇所の温度を測定する温度センサＳ４を設置する。

そして、冷房時には、温度センサＳ２と温度センサＳ３を使用し、暖房時には、温度センサＳ２と温度センサＳ４を利用して、上記実施例と同様に、それらの検出値から冷媒流量演算回路７が単位時間当たりの目標冷媒流量を算出した後、冷媒流量演算回路７で算出された単位時間当たりの目標冷媒流量及び電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨張弁開度演算回路８が膨張弁開度を算出するような構成としても良い。

本発明の実施例に係る空気調和機を示す概略構成図。 本発明の実施例に係る空気調和機の膨張弁制御を示すブロック図。 本発明の実施例に係る空気調和機における外部記憶装置に記憶させる冷媒流量と膨張弁開度との相関関係の一例であるテーブルデータを示す図。 本発明の他の実施例に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す概略構成図。 従来の空気調和機の膨張弁制御を示すブロック図。 空気調和機の電子式膨張弁の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係を示す特性図。

符号の説明

１ 空気調和機
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 電子式膨脹弁
５ 蒸発器
６ 冷凍サイクル
７ 冷媒流量演算回路（冷媒流量演算手段）
８ 膨張弁開度演算回路（膨張弁開度演算手段）
９ 圧縮機回転数検出手段
１０ テーブルデータ
１１ 外部記憶装置（記憶手段）
１２ 制御部
１３ 室外機
１４ 四方弁
１５ 室外熱交換器
１６ 室内機
１７ 室内熱交換器
１０１ 演算部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 温度センサ（温度検出手段）

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させて減圧する電子式膨脹弁と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とからなる冷媒を循環させる冷凍サイクルを有し、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の単位時間当たりの流量を前記電子式膨張弁により制御して空気調和を行う空気調和機において、
   目標とする前記単位時間当たりの冷媒流量を算出する冷媒流量演算手段と、前記冷媒流量演算手段によって算出された前記目標とする単位時間当たりの冷媒流量及び前記電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係から膨脹弁開度を算出する膨張弁開度演算手段とを備え、前記膨張弁開度演算手段によって算出された前記膨脹弁開度となるように前記電子式膨張弁の開度を制御することを特徴とする空気調和機。
2. 上記冷凍サイクルの特定箇所の温度を測定する温度検出手段を備え、上記冷媒流量演算手段は、前記温度検出手段の測定値に基づいて上記目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出する請求項１に記載の空気調和機。
3. 上記冷凍サイクルの特定箇所の温度は、上記凝縮器と上記蒸発器の温度、または、前記冷凍サイクルの前記凝縮器と前記蒸発器の温度を推定できる箇所の温度である請求項２に記載の空気調和機。
4. 上記圧縮機の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段を備え、上記冷媒流量演算手段は、前記圧縮機回転数検出手段で検出された前記圧縮機の回転数に基づいて上記目標とする単位時間当たりの冷媒流量を算出する請求項１から３のいずれかに記載の空気調和機。
5. 上記電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータを記憶させる記憶手段を備えており、前記記憶手段は、前記電子式膨張弁固有の冷媒流量と膨張弁開度との相関関係のデータを書き換え可能である請求項１から４のいずれかに記載の空気調和機。
6. 上記記憶手段は、外部記憶装置である請求項５に記載の空気調和機。

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