JP2009250479A

JP2009250479A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2009250479A
Application number: JP2008096877A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takano; 利明高野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: JP4920624B2

Abstract

【課題】各室の能力のバランスが大きく崩れたり、露付きする問題のないマルチエアコンを提供する。
【解決手段】室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニット６、７と圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニット１を備え、室内熱交換器の入口温度を検出する入口サーミスター１０、１１、出口温度を検出する出口サーミスター１４、１５を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁４、５を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると他室の膨張弁を開方向への制御を禁止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一台の室外ユニットに複数台の室内ユニットを接続した、所謂マルチエアコンと呼ばれる空気調和機に関するものである。

従来のマルチエアコンは、一般に、室外ユニットに圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を備え、室内ユニットには室内熱交換器、室内送風機等備えている。例えば、特許文献１、特許文献２が上げられる。

そこで、冷房運転中の室内ユニットに接続した膨張弁は各室内ユニット毎に室内熱交換器の入口温度と出口温度の差により室内熱交換器の出口付近で冷媒の蒸発がほぼ完了するように制御する。
特開平５−３１２４２７号公報特開２００５−６９６５５号公報

しかしながら、上記方法では、ある１室に対応した室外ユニットの膨張弁が全開状態になっても、他室の室内ユニットの室内熱交換器出口付近の冷媒がまだ乾き状態であれば、その他室に対応した膨張弁を開方向に動作させる。ここで、「まだ乾き状態」とは、膨張弁で減圧され、少量のガスと液となった冷媒が室内熱交換器で蒸発して、全部冷媒ガスとなり、更に過熱ガスとなった状態をいう。

膨張弁が全開でない室の室内熱交換器出口付近の冷媒がまだ乾き状態であれば、その室に対応した膨張弁は開方向に制御され、冷媒循環量が増加する。すると、膨張弁が全開となっている室の室内ユニットの室内熱交換器へ流れる冷媒循環量は更に減少する。従って、膨張弁が全開の室は能力が減少するとともに、室内熱交換器の出口側が乾き、除湿されない空気が送風機に吸引されるため、送風機等に露付きが生じる。

本発明は、各室の能力のバランスが大きく崩れたり、露付きする問題のないマルチエアコンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニットと圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニットを備え、室内熱交換器の入口温度、出口温度を検出する手段を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると他室の膨張弁を開方向への制御を禁止することを特徴としている。

また本発明は、室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニットと圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニットを備え、室内熱交換器の入口温度、出口温度を検出する手段を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると各室の目標値との差が一定になるように各室の膨張弁を制御することを特徴としている。

また本発明は、室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニットと圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニットを備え、室内熱交換器の入口温度、出口温度を検出する手段を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると各室の目標値との差が各室の能力により決定される値になるように各室の膨張弁を制御することを特徴としている。

本発明によれば、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると、他室の膨張弁を開方向への制御を禁止したり、各室の目標値との差が各室の能力により決定される値になるように各室の膨張弁を制御したり、或いは各室の目標値との差が一定になるように各室の膨張弁を制御するため、各室毎の負荷変動や配管長の差による能力のアンバランスや露付きの問題が解消される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、一台の室外ユニットに２台の室内ユニットを接続したマルチエアコンの冷凍サイクル図であり、室外ユニット１に圧縮機２、室外熱交換器３、室外送風機１７（図示せず）が搭載され、さらに第１の膨張弁４、第２の膨張弁５がそれぞれ第１の室内ユニット６、第２の室内ユニット７からの冷媒接続からのパイプに設けられている。第１の室内ユニット６は、家屋の複数ある居室の一室に設置され、第２の室内ユニット７は他室に設置されている。第１の膨張弁４、第２の膨張弁５は、図示しないステッピングモータに取り付けられそのステップ数により開度を調整されるようになっている。

第１の室内ユニット６、第２の室内ユニット７にはそれぞれ、第１の室内熱交換器８、第２の室内熱交換器９および第１の室内送風機２２（図示せず）、第２の室内送風機２３（図示せず）が搭載され、第１の室内熱交換器８、第２の室内熱交換器９の入口側には第１の入口サーミスター１０、第２の入口サーミスター１１が、出口側には第１の出口サーミスター１４、第２の出口サーミスター１５が設けられている。

図２は電気回路図であり、室外制御回路１６、室外送風機１７、圧縮機２はそれぞれ電源に並列に接続している。室外送風機リレー１８、圧縮機リレー１９、第１の膨張弁４、第２の膨張弁５は室外制御回路１６の出力により制御される。

第１の室内制御回路２０、第２の室内制御回路２１および第１の室内送風機２２、第２の室内送風機２３はそれぞれ電源に並列に接続している。第１の室内送風機リレー２４、第２の室内送風機リレー２５はそれぞれ第１の室内制御回路２０、第２の室内制御回路２１の出力により制御される。

第１の入口サーミスター１０、第２の入口サーミスター１１は第１の室内熱交換器８、第２の室内熱交換器９の入口部の温度を、第１の出口サーミスター１４、第２の出口サーミスター１５は第１の室内熱交換器８、第２の室内熱交換器９の出口部の温度をそれぞれ第１の室内制御回路２０、第２の室内制御回路２１に入力している。更に、第１の室内制御回路２０、第２の室内制御回路２１は室外制御回路１６と連絡している。

以上のように構成されたマルチエアコンの本発明に特徴的な動作について、図３、図４のフローチャートを参照して説明する。図３に示すように、第１の室内ユニット６の冷房運転を開始すると（ステップＳ１）、第１の室内送風機リレー２４が第１の室内制御回路２０により閉路して第１の室内送風機２２が駆動され（ステップＳ２）、室外送風機リレー１８が室外制御回路１６により閉路し、室外送風機１７が駆動される（ステップＳ３）。室外制御回路１６の出力により第１の膨張弁４はある設定値の開度Ｐ１（例えばステッピングモータのステップ数“１００”で与えられる開度）となり（ステップＳ４）、第２の膨張弁５は全閉開度（例えばステッピングモータのステップ数“０”で与えられる開度）となる。

圧縮機リレー１９が室外制御回路１６により閉路し、圧縮機２は運転を開始し（ステップＳ５）、吐出ガスが、室外熱交換器３に送られる。この冷媒ガスは室外熱交換器３で室外空気と熱交換し、凝縮液化する。この凝縮液は第１の膨張弁４で減圧され、第１の室内熱交換器８で蒸発し、室内送風機１７より送風された室内空気を冷却除湿する。蒸発した冷媒ガスは圧縮機２に戻る冷凍サイクルが繰り返される。第２の膨張弁５は全閉開度（閉じた状態にある）のため、第２の室内熱交換器９には、冷媒は流れない。

ステップＳ７で第１の出口サーミスター１４で検出される温度Ｔ_OUT1と、ステップＳ６で第１の入口サーミスター１０で検出される温度Ｔ_IN1との差ＳＨ₁（＝Ｔ_OUT1−Ｔ_IN1）がある一定値（目標値）Ｔ１（例えば５℃）以上の場合（ステップＳ８の肯定判定）、第１の膨張弁４、第２の膨張弁５が全開でない限り（ステップＳ９、Ｓ１０の否定判定）、第１の膨張弁４を所定ステップｐ０（例えば１ステップ）ずつ開制御（即ち、Ｐ１＝Ｐ１＋ｐ０）し（ステップＳ１１）、ステップＳ４に戻り、第１の膨張弁４を新たな開度Ｐ１に設定する。第１の膨張弁４、第２の膨張弁５のいずれか一方でも全開であればステップＳ９、Ｓ１０の肯定判定）、第１の膨張弁４の開度をそのまま維持してステップＳ４に戻る。

ステップＳ６で第１の出口サーミスター１４で検出される温度Ｔ_OUT1と、ステップＳ７で第１の入口サーミスター１０で検出される温度Ｔ_IN1との差ＳＨ₁（＝Ｔ_OUT1−Ｔ_IN1）がある一定値（目標値）Ｔ１（例えば５℃）未満の場合（ステップＳ８の否定判定）、第１の膨張弁４を所定ステップｐ０（例えば１ステップ）ずつ閉制御（即ち、Ｐ１＝Ｐ１−ｐ０）し（ステップＳ１２）、ステップＳ４に戻り、第１の膨張弁４を新たな開度Ｐ１に設定する。このようにして、第１の室内熱交換器８の出口付近で冷媒がほぼ完全に蒸発するように第１の膨張弁４の開度を調整する。

ところで、マルチエアコンである以上、図４に示すように、第１の室内ユニット６の冷房運転中に更に、第２の室内ユニット７の冷房運転が開始されることがある。第２の室内ユニット７の冷房運転が開始されると（ステップＳ２１）、第２の室内送風機リレー２５が第２の室内制御回路２１により閉路して第２の室内送風機２３が駆動され（ステップＳ２２）。室外制御回路１６の出力により第２の膨張弁５はある設定値の開度Ｐ２（例えばステッピングモータのステップ数“１００”で与えられる開度）となる（ステップＳ２３）。

圧縮機リレー１９は室外制御回路１６により閉路状態であり、圧縮機２は運転を継続し（ステップＳ２４）、吐出ガスが、室外熱交換器３に送られる。この冷媒ガスは室外熱交換器３で室外空気と熱交換し、凝縮液化する。この凝縮液は第２の膨張弁５で減圧され、第２の室内熱交換器９で蒸発し、室内送風機１７より送風された室内空気を冷却除湿する。蒸発した冷媒ガスは圧縮機２に戻る冷凍サイクルが繰り返される。なお、第１の室内ユニット６も冷房運転中であるため、第１の膨張弁４は上記の開度Ｐ１で開いた状態であり、第２の室内熱交換器９にも冷媒は流れることになる。

ステップＳ２６で第２の出口サーミスター１５で検出される温度Ｔ_OUT2と、ステップＳ２５で第２の入口サーミスター１１で検出される温度Ｔ_IN2との差ＳＨ₂（＝Ｔ_OUT2−Ｔ_IN2）がある一定値（目標値）Ｔ２（例えば５℃）以上の場合（ステップＳ２７の肯定判定）、第２の膨張弁５、第１の膨張弁４が全開でない限り（ステップＳ２８、Ｓ２９の否定判定）、第２の膨張弁５を所定ステップｐ０（例えば１ステップ）ずつ開制御（即ち、Ｐ２＝Ｐ２＋ｐ０）し（ステップＳ３０）、ステップＳ２３に戻り、第１の膨張弁４を新たな開度Ｐ２に設定する。第２の膨張弁５、第１の膨張弁４のいずれか一方でも全開であればステップＳ２８、Ｓ２９の肯定判定）、第２の膨張弁５の開度をそのまま維持してステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２６で第２の出口サーミスター１５で検出される温度Ｔ_OUT2と、ステップＳ２５で第２の入口サーミスター１１で検出される温度Ｔ_IN2との差ＳＨ₂（＝Ｔ_OUT2−Ｔ_IN2）がある一定値（目標値）Ｔ２（例えば５℃）未満の場合（ステップＳ２７の否定判定）、第２の膨張弁５を所定ステップｐ０（例えば１ステップ）ずつ閉制御（即ち、Ｐ２＝Ｐ２−ｐ０）し（ステップＳ３１）、ステップＳ２３に戻り、第２の膨張弁５を新たな開度Ｐ２に設定する。このようにして、第２の室内熱交換器９の出口付近で冷媒がほぼ完全に蒸発するように第２の膨張弁５の開度を調整する。

通常、設定された室内温度まで冷房する場合、運転開始後に室外温度、室内温度を利用して、その時点で適切と思われる開度にする。しかしながら、室内温度の変化や、室外温度の変化、他の室内ユニットの運転状況に伴い、開度を変更する必要が生じる。例えば、上述したように、第２の室内ユニット７が運転を開始すると、第１の室内ユニット６の第１の室内熱交換器８内を循環する冷媒は減少する。そのため、第１の室内ユニット６の第１の室内熱交換器８内の冷媒は、第１の室内熱交換器８の出口に達する前に蒸発しやすくなり、ＳＨ₂はその目標値よりも高くなってしまう。そこで第１の膨張弁４の開度を徐々に大きくして、第１の室内ユニット６の第１の室内熱交換器８内に流れる冷媒量を増やし、第１の室内熱交換器８の出口付近で蒸発が完了するようにして、ＳＨ₂を目標値に近づけていく。このようにして、冷房運転制御を行っている。

ところが、第１の室内ユニット６の負荷が大きかったり、長配管等により第１の膨張弁４を制御していくと開度が全開（例えば５００ステップ）になっても、目標値Ｔ１に到達しない場合がある。もしここで、第２の膨張弁５が開方向に進むとすると、第２の室内ユニットに流れる冷媒量がさらに増加し、そのために、第１の室内ユニット６の第１の室内熱交換器８内に流れる冷媒量が減少する。すると、第１の室内熱交換器８が更に乾き方向に向かうため、ＳＨ₁は目標値Ｔ１からさらに大きい値となってしまう。

そこで、第１の膨張弁４が全開になると（ステップＳ９、Ｓ２９の肯定判定）、第２の膨張弁５の制御で開方向への制御を禁止するようにしている。これにより、第２の室内ユニット６の第２の熱交換器９内へそれ以上の量の冷媒が流れなくなり、結果的に第１の室内ユニット６の冷媒循環量が更に減少することがなく、第１の室内熱交換器８が更に乾き方向に向かうことが停止される。なお、第２の膨張弁５が先に全開になった場合（ステップＳ１０、Ｓ２８の肯定判定）も同様である。

次に、他の実施の形態について図５を参照して説明する。図３のステップＳ９若しくは図４のステップＳ２９の肯定判定で、第１の室内ユニット６及び第２の室内ユニット７の冷房運転中に、第１の膨張弁４が全開になったとする（ステップＳ５１）。このとき、ステップＳ５３で第１の室内ユニット６の第１の出口サーミスター１４で検出される温度Ｔ_OUT1とステップＳ５２で第１の入口サーミスター１０で検出される温度Ｔ_IN1との差ＳＨ₁が上記目標値Ｔ１＋αであり、ステップＳ５５で第２の室内ユニット７の第２の出口サーミスター１５で検出される温度Ｔ_OUT2とステップＳ５４で第２の入口サーミスター１１で検出される温度Ｔ_IN2との差ＳＨ₂が上記目標値Ｔ２＋βの場合、α＝β即ち目標値との差が一定になるように第１の膨張弁４は全開開度のまま、第２の膨張弁５の開度を制御する。即ち、ステップＳ５６で、α＞βであれば第２の膨張弁５を閉制御し（ステップＳ５７）、α＜βであれば第２の膨張弁５を閉制御（ステップＳ５８）しながら、α＝βとなるように第１の膨張弁４を全開にしたまま第２の膨張弁５の開度を制御する。なお、第２の膨張弁５の開度の制御の手法については既知の手法を用いて行うことができる。

これにより、第１の膨張弁４が全開状態になったとき（ステップＳ９、Ｓ２９の肯定判定）、第１の室内熱交換器８と第２の室内熱交換器９は若干乾き気味ではあるが第１の室内ユニット６と第２の室内ユニット７の冷媒循環量はバランスよく制御される。１つでも膨張弁が全開状態になると各室の目標値との差が一定になるように各室の膨張弁を制御する。なお、第２の膨張弁５が先に全開になった場合（ステップＳ１０、Ｓ２８の肯定判定）も同様である。

さらに別の実施の形態について図６を参照して説明する。ステップＳ６１〜ステップＳ６５は、図５のステップＳ５１〜Ｓ５５と同じであるので説明を省略する。この実施形態では、上記α、βを第１の室内ユニット６と第２の室内ユニット７の能力の差（例えば、第１の室内ユニット６の定格能力が２．０ｋＷ、第２の室内ユニット７の定格能力が３．０ｋＷ）により決定される値、例えば、α、βの比を目標値Ｔ１（例えば、５℃）、Ｔ２（例えば、３℃）の比（即ち、すなわち、α：β＝５：３）にして第１の膨張弁４、第２の膨張弁５の開度を制御する。即ち、ステップＳ６６で、α／β＞５／３であれば第２の膨張弁５を閉制御し（ステップＳ６７）、α／β＜５／３であれば第２の膨張弁５を開制御（ステップＳ６８）しながら、α：β＝５：３となるように第１の膨張弁４を全開にしたまま第２の膨張弁５の開度を制御する。なお、第２の膨張弁５の開度の制御の手法については既知の手法を用いて行うことができる。

一般に室内ユニットの定格能力が小さいと冷媒循環量は小さくなる。そこで、冷媒が熱交換器を通過した時の圧力損失は定格能力の小さい方が小さくなる。そのため、冷媒が各室内ユニットの室内熱交換器で同程度の乾き状態になるための、出口温度と入口温度の温度差の目標値はＴ１、Ｔ２のように異なってくる。そこで、α、βの値も定格能力により変化させることが望ましい。それにより、第１の膨張弁４が全開状態になったとき（ステップＳ９、Ｓ２９の肯定判定）冷媒循環量のバランスがよりよく制御される。なお、第２の膨張弁５が先に全開になった場合（ステップＳ１０、Ｓ２８の肯定判定）も同様である。

なお、上記の実施形態では冷房専用サイクルについて述べたが、図７に示すような四方弁２６を搭載した冷暖房サイクルについても冷房運転時に同様の制御を適用することが可能である。また、上記の実施形態では、第１の入口サーミスター１０、第２の入口サーミスター１１および第１の出口サーミスター１４、第２の出口サーミスター１５は室内ユニットに設けているが、室外ユニットに設けてもよい。また、上記の実施形態は室内ユニットとして２台の場合について述べたが、２台以上複数の室内ユニットをもつマルチエアコンについても同様である。

以上のように、上記のような制御を行うと、各室内ユニットの能力のバランスが大きく崩れたり、室内ユニットの出口付近で蒸発が完了しないことに伴う、室内送風機（例えばクロスフローファン）やルーバ等への露付きの問題のない空気調和機が提供される。

は、本発明の実施の形態に係るマルチエアコンの一例の冷凍サイクル図である。は、上記マルチエアコン電気回路図である。は、上記マルチエアコンで第１の室内ユニットの冷房運転を開始した場合の動作の一例を説明するためのフローチャートである。は、上記マルチエアコンで第１の室内ユニットの冷房運転中に第２の室内ユニットの冷房運転が開始された場合の動作の一例を説明するためのフローチャートである。は、上記マルチエアコンで第１、第２の室内ユニットの冷房運転中に第１の膨張弁が全開状態になったときの動作の一例を説明するためのフローチャートである。は、上記マルチエアコンで第１、第２の室内ユニットの冷房運転中に第１の膨張弁が全開状態になったときの動作の他の例を説明するためのフローチャートである。は、本発明の実施の形態に係るマルチエアコンの他の例の冷凍サイクル図である。

符号の説明

１室外ユニット
２圧縮機
３室外熱交換器
４第１の膨張弁
５第２の膨張弁
６第１の室内ユニット
７第２の室内ユニット
８第１の室内熱交換器
９第２の室内熱交換器
１０第１の入口サーミスター
１１第２の入口サーミスター
１４第１の出口サーミスター
１５第２の出口サーミスター
１６室外制御回路
１７室外送風機
１８室外送風機リレー
１９圧縮機リレー
２０第１の室内制御回路
２１第２の室内制御回路
２２第１の室内送風機
２３第２の室内送風機
２４第１の室内送風機リレー
２５第２の室内送風機リレー
２６四方弁

Claims

室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニットと圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニットを備え、室内熱交換器の入口温度、出口温度を検出する手段を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると他室の膨張弁を開方向への制御を禁止することを特徴とする空気調和機。
室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニットと圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニットを備え、室内熱交換器の入口温度、出口温度を検出する手段を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると各室の目標値との差が一定になるように各室の膨張弁を制御することを特徴とする空気調和機。
室内熱交換器、室内送風機等を具備した複数の室内ユニットと圧縮機、室外熱交換器、室外送風機等と室内ユニットとの接続路に膨張弁を具備した室外ユニットを備え、室内熱交換器の入口温度、出口温度を検出する手段を設けた空気調和機おいて、冷房運転時、各室内ユニットの出口温度と入口温度の差がある目標値になるように膨張弁を制御し、１つでも膨張弁が全開状態になると各室の目標値との差が各室の能力により決定される値になるように各室の膨張弁を制御することを特徴とする空気調和機。