JP2006071211A - 空気調和装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 利用側熱交換機に必要以上に液冷媒をため込むことなく、確実に利用側熱交換器において凝縮温度を検出し、暖房時に高圧側圧力を適正にコントロールする。
【解決手段】 膨張弁１３の開度を制御して過熱度制御を行う空気調和装置１００は、圧縮機７の吐出冷媒温度を測定する吐出温度センサ７Ａと、利用側熱交換器における凝縮温度を測定するための凝縮温度センサ２１Ｂと、吐出冷媒温度と、凝縮温度との差が所定温度差以上となった場合に、冷媒の過冷却度に基づいて目標過熱度を膨張弁１３の開方向側に補正する制御装置２００と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和装置及び制御方法に係り、特に膨張弁を用いた過熱度制御技術に関する。

従来より、圧縮機、利用側熱交換器としての室外熱交換器及びこの室外機に外気を送風する室外ファンを備えた室外機と、この室外機と冷媒配管を介して接続された室内機とを具備した空気調和装置が知られている。
特開２００１−１７４０８８号公報

上記従来の空気調和装置においては、空気調和装置の暖房運転時に、余剰冷媒をアキュムレータへためることにより生ずる空調効率の低下を防止すべく、ユニット間配管に余剰冷媒を貯留するように構成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述のようなレシーバタンクを有しない空気調和装置においては、余剰冷媒が多い場合に電子膨張弁制御で一般的に用いられている過熱度制御時に、運転起動後徐々に利用側熱交換機（室内熱交換機）に液冷媒がたまることとなる。さらに冷媒量が必要以上に多い場合（オーバーチャージ）や、配管長が極端に短い場合には、ユニット間配管に余剰冷媒を全て蓄えることができないため、室内機の冷媒配管の途中に設けられて冷媒の凝縮温度を測定すべき温度センサが過冷却域の温度を測定することとなり、暖房運転時に室内熱交換器で測定した凝縮温度が正しいものではなくなり、高圧の異常上昇、制御不能状態に陥る可能性があった。

そこで、本発明の目的は、オーバーチャージや極端な短配管になっている場合でも、利用側熱交換機に必要以上に液冷媒をため込むことなく、確実に利用側熱交換器において凝縮温度を検出し、暖房時に高圧側圧力を適正にコントロールすることが可能な空気調和装置及びその制御方法を提供することにある。

上述課題を解決するため、圧縮機と、蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、凝縮器として機能する利用側熱交換器と、前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を結ぶ冷媒配管中に設けられ、前記熱源側熱交換器に流れ込む冷媒量を制御する膨張弁と、を備え、前記圧縮機の吸込冷媒温度及び前記熱源側熱交換器の冷媒蒸発温度に基づいて前記利用側熱交換器の前記膨張弁の開度を制御して過熱度制御を行う空気調和装置は、前記圧縮機の吐出冷媒温度を測定する圧縮機の吐出温度センサと、前記利用側熱交換器における凝縮温度を測定するための凝縮温度センサと、前記吐出冷媒温度と、前記凝縮温度との差が所定温度差以上となった場合に、前記冷媒の過冷却度に基づいて目標過熱度を前記膨張弁の開方向側に補正する目標過熱度補正部と、を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、圧縮機の吐出温度センサは、圧縮機の吐出冷媒温度を測定する。
また、凝縮温度センサは、利用側熱交換器における凝縮温度を測定する。
これにより目標過熱度補正部は、吐出冷媒温度と、凝縮温度との差が所定温度差以上となった場合に、冷媒の過冷却度に基づいて目標過熱度を前記膨張弁の開方向側に補正する。

この場合において、前記冷媒の過冷却度の大きさに応じて、前記目標過熱度の補正量を変更するようにしてもよい。

また、圧縮機と、蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、凝縮器として機能する利用側熱交換器と、前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を結ぶ冷媒配管中に設けられ、前記熱源側熱交換器に流れ込む冷媒量を制御する膨張弁と、を備えた空気調和装置において、前記圧縮機の吸込冷媒温度及び前記熱源側熱交換器の冷媒蒸発温度に基づいて前記利用側熱交換器の前記膨張弁の開度を制御して過熱度制御を行う空気調和装置の制御方法は、前記圧縮機の吐出冷媒温度を測定する吐出冷媒温度測定過程と、前記利用側熱交換器における凝縮温度を測定する凝縮温度測定過程と、前記吐出冷媒温度と、前記凝縮温度との差が所定温度差以上となった場合に、前記冷媒の過冷却度に基づいて目標過熱度を前記膨張弁の開方向側に補正する目標過熱度補正過程と、を備えたことを特徴としている。

この場合において、前記目標過熱度補正過程は、前記冷媒の過冷却度の大きさに応じて、前記目標過熱度の補正量を変更するようにしてもよい。

本発明によれば、オーバーチャージや極端な短配管になっている場合でも、利用側熱交換機に必要以上に液冷媒をため込むことなく、暖房時に高圧側圧力を適正にコントロールする事が可能となる。

次に図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、実施形態の空気調和装置の冷媒回路構成を示す図である。
空気調和装置１００は、室外機１と、室内機２とを、ユニット間配管９，１０からなる冷媒配管で接続して構成され、当該空気調和装置を遠隔制御するための操作部（リモートコントローラ）２０を備えている。

室外機１は、室外に設置され、冷媒を圧縮する圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）７と冷媒の循環方向を反転させる四方弁８と、冷媒と外気との熱交換を行わせる熱源側熱交換器として機能する室外熱交換器１１と、その開度に応じて冷媒の減圧を行う室外膨張弁１３と、圧縮機７に吸込まれる冷媒の気液分離を行うアキュムレータ５と、が冷媒配管で接続されて収納されている。また、室外機１は、空気調和装置１００全体を制御する制御装置２００を備えている。さらに室外熱交換器１１には、室外ファン３３が隣接して配置され、この室外ファン３３の送風空気が室外熱交換器１１に供給される。

室外熱交換器１１には、室外熱交換器１１の冷媒出入口温度を測定する第１室外温度センサ１１Ａが設けられ、室外熱交換器１１内の冷媒配管の途中には当該位置における冷媒（暖房運転時では気相冷媒）の温度を測定する第２室外温度センサ１１Ｂが設けられている。さらに室外熱交換器１１の近傍には、外気温度センサ３４が設けられている。
室内機２は、被調和室内に設置され、利用側熱交換器として機能し、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器２１と、冷房運転時に室内機２へ流入する冷媒の冷媒量を制御する室内膨張弁２３とが、各々冷媒配管で接続されて収納されている。さらに室内熱交換器２１には、これらの室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２２が隣接して配置されている。

室内熱交換器２１には、室内熱交換器の冷媒出入口温度を測定する第１室内温度センサ２１Ａが設けられ、室内熱交換器２１内の冷媒配管の途中には当該位置における冷媒温度（暖房時においては凝縮温度）を検出するための第２室内温度センサ２１Ｂと、を備えている。
図２は、制御装置の機能構成を示すブロック図である。
制御装置２００は、制御用プログラム、制御用データ等を記憶するＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）４０と、このＥＥＰＲＯＭ４０内の制御用プログラム等に基づいて空気調和装置１全体を制御するＣＰＵ４１と、各種データを一時的に格納するＲＡＭ４２と、操作部２０との通信を行う送受信部４３と、圧縮機駆動モジュール１０３や空気調和装置１の各部と信号を送受するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）４４とを備えている。

制御装置２００は、このＩ／Ｆ４４を介して、第１室外温度センサ１１Ａ、第２室外温度センサ１１Ｂ、第１室内温度センサ２１Ａ、第２室内温度センサ２１Ｂ、アキュムレータ温度センサ５Ａ、吐出温度センサ７Ａ、外気温センサ３４及び室内温度センサ５０と接続され、各箇所の温度データを取得可能に構成されている。
そして、制御装置１００は、操作部２０が操作されると、四方弁８、圧縮機７、室外膨張弁１３、室内膨張弁２３、室外ファン３３、室内ファン２２をそれぞれ制御する。

具体的には、制御装置２００は、自動運転モードの場合には、運転開始時、設定温度と室内温度センサ５０の計測温度の差に基づいて四方弁８を切り替えることにより、空気調和装置１を冷房運転又は暖房運転に設定する。また手動運転モードの場合には、指示された運転モードで動作を行うこととなる。
ここで、冷房運転に設定した場合には、制御装置２００は、四方弁８を冷房側に切り替え、図１に示すように、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１１が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器として機能して冷房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を冷房することとなる。

これに対し、暖房運転に設定した場合には、制御装置は、四方弁８を暖房側に切り替え、冷媒が波線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１１が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を暖房することとなる。
また、制御装置２００は、操作部２０で設定された設定温度と、室内温度センサ５０により取得した室内温度との差等に基づいて、圧縮機７の運転周波数を可変制御する。
さらに、制御装置２００は、第１室外温度センサ１１Ａ、第２室外温度センサ１１Ｂ、第１室内温度センサ２１Ａ及び第２室内温度センサ２１Ｂで測定した温度に基づいて、過熱度制御を行い、室外膨張弁１３及び室内膨張弁２３の開度を制御する。
さらにまた、制御装置２００は、操作部２０の設定等に基づき室内ファン２２の回転数を可変制御する。

ところで、本実施形態においては、過熱度制御を行う際に、補正処理を行っている。
以下、過熱度制御の補正処理の具体的な手順について、暖房時を例として図３の処理フローチャートを参照して説明する。
まず、制御装置２００は、室外膨張弁１３の過熱度制御を行う（ステップＳ１）。
具体的には、制御装置２００は、アキュムレータ温度センサ５Ａの出力に基づいて圧縮機７における吸込冷媒の温度ＴＳを検出するとともに、第１室外温度センサ１１Ａの出力に基づいて蒸発器として機能している室外熱交換器１１における冷媒の蒸発温度Ｃ１を検出する。

続いて制御装置２００は、次式により過熱度ＳＨを算出する。
ＳＨ＝ＴＳ−Ｃ１
そして、制御装置２００は、算出した過熱度ＳＨと所定の目標過熱度ＳＨtgt（例えば２．０度）とを比較し、いずれが大きいかを判別する。
制御装置２００は、算出した過熱度ＳＨと所定の目標過熱度ＳＨtgtとを比較し、
ＳＨ＜ＳＨtgt
であると判別した場合には、室外膨張弁１３の開度を小さく、すなわち、室外膨張弁１３を閉じる方向に制御を行う。

これに対し、制御装置２００は、算出した過熱度ＳＨと所定の目標過熱度ＳＨtgtとを比較し、
ＳＨ＞ＳＨtgt
であると判別した場合には、室外膨張弁１３の開度を大きく、すなわち、室外膨張弁１３を開く方向に制御を行う。

また、制御装置２００は、
ＳＨ＝ＳＨtgt
であると判別した場合には、現在の室外膨張弁１３の開度を維持することとなる。
続いて、制御装置２００は、吐出温度センサの出力に基づいて圧縮機７における吐出冷媒の温度ＴＤを検出するとともに、第２室内温度センサ２１Ｂの出力に基づいて凝縮器として機能している室内熱交換器２１における冷媒の凝縮温度Ｅ２を検出する。

続いて制御装置２００は、吐出冷媒の温度ＴＤと、凝縮温度Ｅ２との差が所定温度差（実施形態では１５度）未満であるか否かを判別する（ステップＳ２）。
ステップＳ２の判別において、吐出冷媒の温度ＴＤと、凝縮温度Ｅ２との差が所定温度差（実施形態では１５度）未満である場合には（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御装置２００は、目標過熱度ＳＨtgtの補正は必要ないと判別し（ステップＳ８）、過熱度制御の補正処理を終了する。

ステップＳ２の判別において、吐出冷媒の温度ＴＤと、凝縮温度Ｅ２との差が所定温度差（実施形態では１５度）以上である場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、制御装置２００は、第１室内温度センサ２１Ａの出力に基づいて室内機２１の冷媒出口温度Ｅ１を検出し、次式により過冷却度ＳＣを算出する（ステップＳ３）。
ＳＣ＝Ｅ２−Ｅ１

続いて制御装置２００は、過冷却度ＳＣが１５度より大、すなわち、余剰冷媒量が大であり、室内機２１内に液冷媒がたまりやすい状態であるか否かを判別する（ステップＳ４）。
ステップＳ４の判別において、過冷却度ＳＣが１５度より大、すなわち、余剰冷媒量が大であり、室内機２１内に液冷媒がたまりやすい状態であるので、制御装置２００は、目標過熱度ＳＨtgtを補正し、その値を−２とする。すなわち、
ＳＨtgt＝ＳＨtgt−２
とする（ステップＳ６）。この結果、室外膨張弁１３は、開方向に制御され、室内熱交換器２１内に余剰の液冷媒がたまり込むことがなくなる。

ステップＳ４の判別において、過冷却度ＳＣが１５度未満である場合には（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御装置２００は、過冷却度ＳＣが１０度より大、すなわち、余剰冷媒量が中（程度）であり、室内機２１内に液冷媒がややたまりやすい状態であるか否かを判別する（ステップＳ５）。

ステップＳ５の判別において、過冷却度ＳＣが１０度より大、すなわち、余剰冷媒量が中（程度）であり、室内熱交換器２１内に液冷媒がややたまりやすい状態であるので、制御装置２００は、目標過熱度ＳＨtgtを補正し、その値を−１とする。すなわち、
ＳＨtgt＝ＳＨtgt−１
とする（ステップＳ７）。この結果、室外膨張弁１３は、やや開方向に制御され、室内熱交換器２１内に余剰の液冷媒がたまり込むことがなくなる。

ステップＳ５の判別において、過冷却度ＳＣが１０度以下である場合には、室内熱交換器２１内に液冷媒はたまらない状況であると考えられるので、制御装置２００は、目標過熱度ＳＨtgtの補正は必要ないと判別し（ステップＳ８）、過熱度制御の補正処理を終了する。

以上の説明のように、本実施形態によれば、オーバーチャージや、極端な短配管とされた場合でも、余剰冷媒が室内熱交換器２１内に所定量以上たまることがなくなる。
従って、図４のＰ−Ｈ線図における温度測定箇所の説明図に示すように、第２室内温度センサ２１Ｂにおいて、凝縮温度（＝Ｅ２）ではなく、液冷媒の温度（＝Ｅ２’）を測定してしまうことがなくなるため、暖房運転時に凝縮温度Ｅ２により高圧管理を確実に行え、高圧の異常上昇、制御不能状態に陥ることがなく、高圧の適正制御を確実に実施することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態で示して各設定値や配管構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では、１台の室外機と１台の室内機を備える空気調和装置に本発明を適用する場合を例示したが、それぞれ任意台数の室外機と室内機を備える空気調和装置についても広く適用が可能である。

実施形態の空気調和装置の回路構成を示す図である。 制御装置の機能構成を示す図である。 実施形態の処理フローチャートである。 Ｐ−Ｈ線図における温度測定箇所の説明図である。

符号の説明

１００ 空気調和装置（インバータ式空気調和装置）
１ 室外機
２ 室内機
５ アキュムレータ
５Ａ アキュムレータ温度センサ
７ 圧縮機
７Ａ 吐出温度センサ
１１ 室外熱交換器
１１Ａ 第１室外温度センサ
１１Ｂ 第２室外温度センサ（蒸発温度センサ）
１３ 室外膨張弁
２０ 操作部
２１ 室内熱交換器
２１Ａ 第１室内温度センサ
２１Ｂ 第２室内温度センサ（凝縮温度センサ）
２２ 室内ファン
２３ 室内膨張弁
３３ 室外ファン
３４ 外気温度センサ
５０ 室内温度センサ
２００ 制御装置（温度補正部）

Claims (4)

1. 圧縮機と、蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、凝縮器として機能する利用側熱交換器と、前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を結ぶ冷媒配管中に設けられ、前記熱源側熱交換器に流れ込む冷媒量を制御する膨張弁と、を備え、前記圧縮機の吸込冷媒温度及び前記熱源側熱交換器の冷媒蒸発温度に基づいて前記利用側熱交換器の前記膨張弁の開度を制御して過熱度制御を行う空気調和装置において、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度を測定する圧縮機の吐出温度センサと、
   前記利用側熱交換器における凝縮温度を測定するための凝縮温度センサと、
   前記吐出冷媒温度と、前記凝縮温度との差が所定温度差以上となった場合に、前記冷媒の過冷却度に基づいて目標過熱度を前記膨張弁の開方向側に補正する目標過熱度補正部と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１記載の空気調和装置において、
   前記冷媒の過冷却度の大きさに応じて、前記目標過熱度の補正量を変更することを特徴とする空気調和装置。
3. 圧縮機と、蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、凝縮器として機能する利用側熱交換器と、前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を結ぶ冷媒配管中に設けられ、前記熱源側熱交換器に流れ込む冷媒量を制御する膨張弁と、を備えた空気調和装置において、前記圧縮機の吸込冷媒温度及び前記熱源側熱交換器の冷媒蒸発温度に基づいて前記利用側熱交換器の前記膨張弁の開度を制御して過熱度制御を行う空気調和装置の制御方法において、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度を測定する吐出冷媒温度測定過程と、
   前記利用側熱交換器における凝縮温度を測定する凝縮温度測定過程と、
   前記吐出冷媒温度と、前記凝縮温度との差が所定温度差以上となった場合に、前記冷媒の過冷却度に基づいて目標過熱度を前記膨張弁の開方向側に補正する目標過熱度補正過程と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
4. 請求項２記載の空気調和装置の制御方法において、
   前記目標過熱度補正過程は、前記冷媒の過冷却度の大きさに応じて、前記目標過熱度の補正量を変更することを特徴とする空気調和装置の制御方法。
   
   

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