JP2011202833A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時、室内機の一部の運転を停止させる場合でも、圧縮機への液バックを防止または低減できる空気調和機を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル、室内熱交温度センサ、室温センサ、室外熱交温度センサ、吸込温度センサ、室外温度センサを具備し、複数の部屋を選択的に暖房運転する空気調和機において、所要の部屋の室内熱交換器を運転させ、他の室内熱交換器の運転を停止させて、暖房運転したときに、室外温度センサにより検出された室外温度が所定値以下であって、かつ圧縮機の吸込温度が室外熱交換器の入口温度よりも所定値以上低いときに、運転停止室内機の電子膨張弁を閉弁する制御装置を具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１台の室外機に複数の室内機を接続したヒートポンプ式の多室形空気調和機に係り、特に、所要の室内機の運転停止時の冷媒流量を制御する空気調和機に関する。

従来、この種の空気調和機一例としては特許文献１に記載されたものがある。この空気調和機は、所要の部屋の室内機の運転を停止する場合、この室内機の電子膨張弁の開度を、運転中の室内機の電子膨張弁の開度に比例した開度に制御している。これにより、運転停止中の室内機へ冷媒を少量循環させるので、運転停止中の室内機に冷媒が溜り込み、運転中に冷凍サイクル中の冷媒が不足することを防止できるというものである。

特許第２５１５８６２号公報

しかしながら、この特許文献１記載の空気調和機では、運転停止中の室内機へも冷媒を循環させるので、暖房運転時、圧縮機への液冷媒の戻り（以下、液バックという）を防止することができない、という課題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、暖房運転時、室内機の一部の運転を停止させる場合でも、圧縮機への液バックを防止または低減できる空気調和機を提供することにある。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機、複数の部屋にそれぞれ配設されて相互に並列に接続された複数の室内熱交換器、各室内熱交換器にそれぞれ接続される複数の電子膨張弁、１台の室外熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記室内熱交換器の温度をそれぞれ検出する室内熱交温度センサと、前記各部屋の室温をそれぞれ検出する室温センサと、前記室外熱交換器の入口温度を検出する室外熱交温度センサと、前記圧縮機の吸込側温度を検出する吸込温度センサと、室外温度を検出する室外温度センサと、を具備し、前記複数の部屋を選択的に暖房運転する空気調和機において、前記所要の部屋の室内熱交換器を運転させ、他の室内熱交換器の運転を停止させて、暖房運転したときに、前記室外温度センサにより検出された室外温度が所定値以下であって、かつ前記圧縮機の吸込温度が前記室外熱交換器の入口温度よりも所定値以上低いときに、前記運転停止室内機の電子膨張弁を閉弁する制御装置を具備していることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機によれば、所要部屋を暖房運転し、他の部屋の暖房運転を停止させる場合、室外温度が所定値以下の低外気温であって、かつ圧縮機の吸込温度が室外熱交換器の入口温度よりも所定値以上低いときに、制御装置により冷媒が過剰であると判断し、運転停止室内機の電子膨張弁を閉弁する。

これにより、冷凍サイクルを循環している冷媒の一部が運転停止室内機の室内熱交換器内に溜め込まれるので、冷媒の過剰を防止または低減できる。このために、過剰冷媒の一部が液冷媒として圧縮機へ戻る液バックを防止または低減できる。その結果、液バックによる圧縮機の損傷や不具合の発生を未然に防止または低減できる。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の制御装置により暖房運転時電子膨張弁の開度制御を行うときのフローチャート。 図１で示す空気調和機の冷凍サイクル図。 図２で示す制御装置により制御を実施する場合の外気温の条件を示す図。 図２で示す制御装置により運転停止室内機の電子膨張弁の開閉制御条件の一つを示す図。 同，他の開閉制御条件を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

図２に示すように本発明の一実施形態に係る空気調和機１は、圧縮機２、四方弁３、複数の部屋にそれぞれ配設されて相互に並列に接続された複数の室内熱交換器４，５、各室内熱交換器４，５にそれぞれ直列に接続される複数の電子膨張弁、１台の室外熱交換器８およびアキュムレータ９を冷媒配管１０により順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成している。

そして、空気調和機１は、複数台、例えば２台の室内熱交換器４，５およびこれら室内熱交換器４，５に室内空気をそれぞれ送風して熱交換を促進させる横流ファン等からなる室内ファン４ａ，５ａを、各室内機筐体１１ａ，１２ａ内にそれぞれ配設して複数の室内機１１，１２をそれぞれ構成している。一方、室外機１３は、圧縮機２、四方弁３、電子膨張弁６，７、室外熱交換器８、この室外熱交換器８に外気を送風して熱交換を促進させるプロペラファン等からなる室外ファン８ａおよびアキュムレータ９を、室外機筐体１３ａ内にそれぞれ配設している。電子膨張弁６，７はステップモータにより開度が制御される冷媒流量制御弁である。したがって、室外制御装置２１から電子膨張弁６，７のステップモータに与えられる駆動パルス数により、開度が制御される。

また、各室内機１１，１２は、各室内機筐体１１ａ，１２ａ内に、室内熱交換器４，５の温度をそれぞれ検出する室内熱交温度センサ１４，１５および各部屋の室温をそれぞれ検出する室温センサ１６，１７をそれぞれ収容している。

一方、室外機１３は、室外機筐体１３ａ内に、室外熱交換器８の入口温度を検出する室外熱交温度センサ１８、この室外熱交換器８に外気を送風して熱交換を促進させる室外ファン８ａ、圧縮機２の吸込側温度を検出する吸込温度センサ１９、室外温度を検出する室外温度センサ２０および室外制御装置２１を収容している。

室外制御装置２１は、例えばマイクロプロセッサ等から構成されており、図示省略した信号線を介して圧縮機２、四方弁３および電子膨張弁６，７に電気的に接続され、これら２，３，６，７の駆動を制御し、例えば冷凍サイクルを冷暖房可能に運転する。

また、室外制御装置２１は、図示省略した信号線を介して各室内熱交温度センサ１４，１５、各室温センサ１６，１７、室外熱交温度センサ１８、吸込温度センサ１９および外気温度センサ２０に電気的に接続され、これら温度センサ１４〜２０により検出された温度を読み込む。

さらに、室外制御装置２１は、図示省略した信号線を介してマイクロプロセッサ等からなる室内制御装置（図示省略）に双方向データ通信可能に接続されており、図示しないリモコンからの運転指令信号を、この室内制御装置を介して受信し、その運転指令信号に応じた運転を行う。

そして、室外制御装置２１は、外気温が低いとき（例えば−１℃以下）に、所要の部屋（例えば１室）を暖房運転し、他の部屋（例えば１室）の暖房運転を停止する場合に、電子膨張弁６，７の開度を制御することにより、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を制御する冷媒流量制御手段を具備している。

この冷媒流量制御手段はＲＯＭに記録されている図１で示す冷媒流量制御プログラムをＣＰＵにより実行することにより構成されている。図１中、符号Ｓは、フローチャートのステップを示し、Ｓに付記された数字は概略の処理順序を示す。

すなわち、図１に示すように室外制御装置２１は、まず、Ｓ１で冷凍サイクルが暖房運転中であることを検出すると、次のＳ２で、その暖房運転中の部屋（すなわち、室内機１１または１２）数が例えば１室であって、運転停止中の部屋（室内機１１または１２）があるか否かを繰り返し検出し、ＹＥＳであるときに次のＳ３へ進む。以下、ここでは、一方の室内機１１、すなわち室内熱交換器４を暖房運転し、他方の室内機１２、すなわち室内熱交換器５を運転停止する場合について説明するが、これに限定されず、その逆でもよい。また、運転を停止する場合は、その停止中の室内熱交換器５内に冷媒を流す場合もあるが、その場合でも室内ファン５ａの運転は停止される。

そして、Ｓ３では、室外温度センサ２０から室外温度（外気温）Ｔ０を読み込み、この外気温Ｔ０が所定値Ａ℃（例えば−１℃）以下であるか否か、すなわち、Ｔ０＜Ａ℃が成立するか否かを繰り返し判断する。

Ｓ３でＹＥＳの場合は、図３で示すように制御実施条件の１つを具備したことになる。すなわち、外気温が所定温度Ａ℃よりも低いときは、室内熱交換器４による冷媒の凝縮、つまり液化が容易になるので、液冷媒が増加することになる。

そこで、次にＳ４では、１室暖房運転開始から所定時間ｘ（例えば３，４分）以上経過したか否かを判断する。すなわち、暖房運転開始当初は冷凍サイクルの圧力や温度等がまだ不安定であるので、安定した後に、電子膨張弁６，７の開度を制御するためである。これは、冷凍サイクルが不安定なときに電子膨張弁６，７の開度制御を行うと、この開度にハンチングが発生する虞があるので、そのハンチングを防止するためである。

したがって、このＳ４でＮＯの場合、すなわち、暖房運転開始から所定時間ｘ経過していないときは、Ｓ５で、電子膨張弁６，７の開度を予め設定した開度に固定する。例えば電子膨張弁６，７を全開から全閉（またはその逆）までに駆動するために必要な駆動パルス数が５００パルスの場合、予め設定されている２００パルスを室外制御装置２１から電子膨張弁６，７に与えて、その開度に固定し、この後、再びＳ４へ戻り、Ｓ４を再び繰り返す。

一方、Ｓ４で、再び１室暖房運転開始から所定時間ｘ経過したか否か判断し、ＹＥＳのときに、Ｓ６で、Ｔｓ−Ｔｅ＜Ｅ℃の条件が成立するか否かを判断する。

すなわち、室外制御装置２１は、圧縮機２の吸込み温度を検出する吸込温度センサ１９から吸込温度検出値Ｔｓを読み込む一方、室外熱交温度センサ１８から室外熱交入口温度検出値Ｔｅを読み込み、これら両温度検出値Ｔｓ，Ｔｅ同士を比較し、吸込温度検出値Ｔｓが室外熱交入口温度検出値Ｔｅよりも所定値Ｅ℃（例えば０〜−３℃のいずれか）以下であるか否かを判断する。

すなわち、冷凍サイクルを循環する冷媒流量が過剰であるために、室外熱交換器８の入口温度Ｔｅは比較的高温であるが、この室外熱交換器８内に流入した冷媒が全て蒸発せずに一部が液冷媒の状態のままで流出し、四方弁３を経て圧縮機２の吸込側へ流れる。

この室外熱交換器８の入口よりも下流側の配管、つまり室外熱交換器８の熱交換器管と四方弁３を含む下流側配管を冷媒が流れると、この下流側配管の圧力損失により冷媒温度が低下する。また、この下流側配管内でガス状冷媒の一部が凝縮して放熱し冷媒温度が低下する。

このＳ６で、ＮＯのときはＳ７へ進み、ＹＥＳのときはＳ８へ進む。Ｓ８では、Ｔｓ−Ｔｅ＜Ｅ℃の条件が成立したので、運転停止室内機（室内熱交換器５）の電子膨張弁７の開度を段階的に漸次閉じるために、最初は所定時間（例えば３０秒）で所定開度絞る駆動パルス（例えば全閉で５００パルスの場合は１０パルス）を、この電子膨張弁７に与える。

この後、Ｓ９で、Ｓ８で絞った運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を所定時間（例えば３０秒間）維持してから再びＳ６へ戻り、Ｓ６以下のステップを再び繰り返す。すなわち、Ｓ６で、再びＴｓ−Ｔｅ＜Ｅ℃の条件が成立するか否かを判断し、この条件が成立する間は、運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を全閉まで段階的に絞り続ける。運転停止室内機の電子膨張弁７を閉じることにより、余剰の冷媒を運転停止中の室内熱交換器５に溜め込み、電子膨張弁７の開度に応じて冷媒量を溜め込むことができる。このために、圧縮機２への液バックを防止または低減できる。

そして、電子膨張弁７を急激に全閉しないので、この電子膨張弁７の急激な閉弁による不快な冷媒音の居室伝播を防止または低減できる。

一方、Ｓ６でＮＯのときは、Ｓ７で、Ｔｓ−Ｔｅ≧Ｄ℃の条件が成立するか否かを判断する。すなわち、圧縮機２の吸込側温度Ｔｓが室外熱交入口温度Ｔｅよりも所定値Ｄ℃（例えば＋５℃）以上高いか否かを判断する。

Ｓ７でＹＥＳのときは、冷凍サイクルの冷媒流量が不足していると判断して、Ｓ１０で運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を段階的に開弁するために、まず所定開度開弁させるための所要数の駆動パルス（例えば１０パルス）を与える。この場合もＳ９でその開度を所要時間（例えば３０秒間）維持し、そのハンチングの防止を図る。

一方、Ｓ７でＮＯのときは、Ｓ１１へ進み、Ｔｃ−Ｔａ＜Ｃ℃の条件が成立するか否かを判断する。すなわち、室内熱交温度Ｔｃが運転室の室温センサ１６により検出された室温Ｔａに対して所定値Ｃ℃（例えば３〜５℃のいずれか）以上高くないときは、暖房能力不足、すなわち、冷媒流量不足であると判断して、Ｓ１０へ進み、ここで、運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を所定開度開く。これにより、これまで運転停止室内機の室内熱交換器５内に溜め込まれていた冷媒が流出し、室外熱交換器８に与えられる。このために、冷媒流量の不足を漸次解消できる。

この電子膨張弁７の開度は、Ｓ９で所定時間（例えば３０秒間）維持されてから、再びＳ６へ戻り、Ｓ６以下のステップを繰り返すことにより、段階的に開弁して行く。

図４は上記運転停止室内機の電子膨張弁７を閉じる条件と開弁する条件をそれぞれ示している。すなわち、閉弁条件はＳ６のＴｓ−Ｔｅ＜Ｅ℃の条件が成立したときに、冷媒流量が過剰で液バックが発生していると判断して運転停止室内機の電子膨張弁７を閉じる。また、Ｔｓ−ＴｅがＥ℃よりも高く、かつＤ℃（例えば５℃）よりも低いとき、すなわち、Ｅ＜Ｔｓ−Ｔｅ＜Ｄの条件が成立するときは、運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を現状に維持する。

一方、開弁条件は、Ｓ７のＴｓ−Ｔｅ＞Ｄが成立するときは、冷媒流量不足と判断して運転停止室内機の電子膨張弁７を段階的に開弁する制御を行う点を示している。

また、図５に示すようにＴｃ−Ｔａ＜Ｃ℃（図１のＳ１１参照）の条件が成立したとしても、冷媒流量が不足していると判断して運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を段階的に開弁する。なお、図５中、Ｂ℃を例えば２０℃に設定してＣ＜Ｔｃ−Ｔａ＜Ｂの条件が成立するときに、運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を現状維持し、Ｔｃ−Ｔａ＞Ｂの条件が成立したときに、運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を段階的に閉弁させるように構成してもよい。

以上説明したように、冷凍サイクルの冷媒流量が過剰である場合には、運転停止室内機の電子膨張弁７を閉じることにより、この運転停止室内機の室内熱交換器５内に、冷媒を溜め込むので、冷媒の過剰を防止または低減できる。その結果、過剰冷媒に起因する圧縮機２への液バックを防止または低減できる。このために、液バックによる圧縮機２の損傷や不具合を防止または低減できる。

一方、冷凍サイクルの冷媒流量の不足により、暖房能力の低下を招いている場合には、運転停止室内機の電子膨張弁７を開弁するので、運転停止により室内熱交換器７内に溜め込まれていた冷媒を冷凍サイクルに吐き出させて、冷媒不足を解消することができる。

しかも、これら運転停止室内機の電子膨張弁７の開度を急激に制御せずに、時間をかけて段階的に行うので、急激な開閉制御に起因する冷媒音の居室伝播を防止または低減できる。

さらに、１室の暖房運転を開始してから数分間は冷凍サイクルの圧力や温度が安定しないので、その間の電子膨張弁７の開度制御を実施せず、冷凍サイクルが安定してから電子膨張弁７の開度制御を実施するので、過渡時の冷凍サイクルのハンチングを防止または低減できる。

なお、上記実施形態では、本発明を、室内熱交換器４，５を２台設けた多室形空気調和機に適用した場合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く、例えば室内熱交換器４，５（室内機１１，１２）を３台以上設けてもよい。

また、運転停止室内機の電子膨張弁７を開閉制御する場合の条件中の所定温度Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ℃は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜値に設定することができる。例えば、上記実施形態では、Ｅ℃を０〜−３℃のいずれかに設定した場合について説明したが、アキュムレータ９が無い場合には、０℃に設定してもよい。すなわち、アキュムレータ９がある場合には、液バックをこのアキュムレータ９によりある程度貯蔵して圧縮機２へ戻ることを防止または低減できるが、アキュムレータ９が無い場合は、その液冷媒をアキュムレータ９により貯蔵できずに、直ちに圧縮機２へ戻る可能性が高いので、Ｔｃ−Ｔａが０℃以下に低下したときに、電子膨張弁７の閉弁制御を開始させるように構成してもよい。

１…空気調和機、２…圧縮機、３…四方弁、４，５…室内熱交換器、８…室外熱交換器、６，７…電子膨張弁、９…アキュムレータ、１０…冷媒配管、１１，１２…室内機、１３…室外機、１４，１５…室内熱交温度センサ、１６，１７…室温センサ、１８…室外熱交温度センサ、１９…圧縮機吸込側温度センサ、２０…室外温度センサ、２１…室外制御装置。

Claims (4)

1. 圧縮機、複数の部屋にそれぞれ配設されて相互に並列に接続された複数の室内熱交換器、各室内熱交換器にそれぞれ接続される複数の電子膨張弁、１台の室外熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
   前記室内熱交換器の温度をそれぞれ検出する室内熱交温度センサと、
   前記各部屋の室温をそれぞれ検出する室温センサと、
   前記室外熱交換器の入口温度を検出する室外熱交温度センサと、
   前記圧縮機の吸込側温度を検出する吸込温度センサと、
   室外温度を検出する室外温度センサと、
   を具備し、前記複数の部屋を選択的に暖房運転する空気調和機において、
   前記所要の部屋の室内熱交換器を運転させ、他の室内熱交換器の運転を停止させて、暖房運転したときに、前記室外温度センサにより検出された室外温度が所定値以下であって、かつ前記圧縮機の吸込温度が前記室外熱交換器の入口温度よりも所定値以上低いときに、前記運転停止室内機の電子膨張弁を閉弁する制御装置を具備していることを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御装置は、前記圧縮機の吸込温度が前記室外熱交換器の入口温度よりも所定値以上高くなったとき、または運転室の室内温度と室内熱交温度の差が所定値以上低くなったときに、運転停止室内機の電子膨張弁を開弁する制御手段を具備していることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記制御装置は、前記電子膨張弁を開閉するときは、所定時間毎に所定量の開度に制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の空気調和機。
4. 前記制御装置は、前記運転室の運転開始から所定時間経過する前に、前記電子膨張弁の開度制御を開始せずに待機する制御手段を具備していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。

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