JP2012037192A - 電子膨張弁及びそれを備えた空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子膨張弁ニードル部7は、その先端部分に、ニードル最小テーパー角(θ3)部7a、ニードル中間テーパー角(θ2)部7b、及び、ニードル最大テーパー角(θ1)部7cを有し、それぞれテーパー角が異なる三段構造となっている。
【選択図】図2
Description
また、第2の目的は、冷凍サイクルの急激な変化を起こすことなく、冷媒流量をきめ細かく制御可能とする空気調和機を得ることである。
そして、第3の目的は、様々な容量の空気調和機に対応することができる電子膨張弁を備えることによって、複数の室内機の容量にそれぞれに対応した電子膨張弁ではなく、同一の構成を有する電子膨張弁を利用することができる空気調和機を得ることである。
(空気調和機の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機の冷媒回路図である。
図1で示されるように、本実施の形態に係る空気調和機は、少なくとも、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、電子膨張弁4a〜4d、室内熱交換器5a〜5dを備えており、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、電子膨張弁4a〜4d、室内熱交換器5a〜5d、四方弁2、そして、圧縮機1という順で冷媒配管によって接続され冷凍サイクルを構成している。また、本実施の形態に係る空気調和機は、前述の圧縮機1、四方弁2及び電子膨張弁4a〜4d等の動作を制御する室外制御部6を備えている。
図2は、本発明の実施の形態1に係る電子膨張弁4a〜4dの構成図である。
図2で示されるように、電子膨張弁4a〜4dは、電子膨張弁ニードル部7、及び、この電子膨張弁ニードル部7の先端との隙間を形成する弁座8を備えている。
次に、本実施の形態に係る空気調和機の冷暖房動作について説明する。冷房運転時、室外制御部6は、まず、四方弁2を冷房運転に対応した流路に切り替える。圧縮機1によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁2を経由して、室外熱交換器3に流入する。室外熱交換器3に流入したガス冷媒は、外気との熱交換が実施されて凝縮し、高圧の液冷媒となって流出し、電子膨張弁4a〜4dに分配され流入する。電子膨張弁4a〜4dに流入した液冷媒は、膨張されて減圧し、低圧の二相冷媒となって流出し、室内機10a〜10dにおける室内熱交換器5a〜5dに流入する。室内熱交換器5a〜5dに流入した二相冷媒は、室内空気との熱交換が実施されて蒸発し、低圧のガス冷媒となって流出する。このとき、送風ファン(図示せず)によって、冷媒と熱交換が実施されて冷却された空気が冷風として室内に送風される。室内熱交換器5a〜5dを流出したガス冷媒は、四方弁2を経由して、圧縮機1に流入し、再び、圧縮される。
図3は、本発明の実施の形態1に係る電子膨張弁4a〜4dに対する操作量(パルス)とその操作量によって定まる開度における流量比との関係を示すグラフである。
上記のような本実施の形態に係る空気調和機の動作において、冷房運転及び暖房運転共に、各室内熱交換器5a〜5dへの冷媒流量の分配は電子膨張弁4a〜4dにおける電子膨張弁ニードル部7の動作によって実施されている。各室内機10a〜10dにおける室内制御部(図示せず)は、自分の能力クラスがどのくらいであるかの情報を、室外制御部6に送信し、それを受信した室外制御部6は、各室内機10a〜10dがどの能力クラスに属するものかを判定する。このとき、電子膨張弁4a〜4dの電子膨張弁ニードル部7において、ニードル最小テーパー角部7aは小能力(例えば、1.5kW<容量≦4.0kW)の室内機用に、ニードル中間テーパー角部7bは中能力(例えば、4.0kW<容量≦6.0kW)の室内機用に、そして、ニードル最大テーパー角部7cは大能力(例えば、6.0kW<容量≦8.0kW)の室内機用に対応している。
また、中能力の室内機に対しては、x1<パルス≦x2の電子膨張弁に対する操作量の範囲によって、電子膨張弁のニードル中間テーパー角部7bと、弁座8の内側周縁部とによって流路が定まり、図3で示されるような傾きによって、操作量の増加に伴って流量比が増加する。このとき、その操作量に対する流量比の変化の割合は、小能力の室内機の場合よりも大きい。
そして、大能力の室内機に対しては、x2<パルス≦x3の電子膨張弁に対する操作量の範囲によって、電子膨張弁のニードル最大テーパー角部7cと、弁座8の内側周縁部とによって流路が定まり、図3で示されるような傾きによって、操作量の増加に伴って流量比が増加する。このとき、その操作量に対する流量比の変化の割合は、小能力及び中能力の室内機の場合よりも大きい。
あるいは、室内制御部は、自分の能力クラスがどのくらいであるかの情報として、電子膨張弁に対する操作量情報を直接、室外制御部6に送信するものとしてもよく、この場合、室外制御部6は、受信した操作量をそのまま電子膨張弁に送信するものとしてもよい。これによって、結果的に、いずれのテーパー角部によって流路9が形成されるかが定まり、能力クラスも決定される。
さらに、室内制御部は、自分の能力クラスがどのくらいであるかの情報として、その能力クラスに応じた冷媒の流量情報を、室外制御部6に送信するものとしてよい。この場合、室外制御部6は、受信した流量情報に基づいて、図3で示されるグラフに基づいて、必要とする操作量(パルス)に変換して、電子膨張弁に送信するものとしてもよい。これによって、結果的に、いずれのテーパー角部によって流路9が形成されるかが定まり、能力クラスも決定される。
以上の構成及び動作によって、室内機における室内制御部から送信された能力クラスに関する情報に応じて、室外制御部6は、その室内機に対応する電子膨張弁の開度、すなわち、流量を制御することによって、その室内機の能力に対応した冷媒流量に調整することができるので、室内機は適正な能力を発揮でき、かつ、効率の良い冷暖房運転が実現できる。また、上記のような電子膨張弁を使用することによって、非常に幅広い容量帯の室内機(本実施の形態においては1.5kW〜8.0kW)に対応することができる。
実施の形態1においては、室内機10a〜10dの能力クラスに応じて、室外制御部6が電子膨張弁4a〜4dの電子膨張弁ニードル部7を軸方向に制御して流量を調整する動作を示したが、本実施の形態においては、室内機10a〜10dに対応する能力クラス以外の能力クラスにおける流量で動作させる必要がある場合の動作について説明する。
実施の形態1において説明したように、通常の空気調和機の状態であれば、各室内機10a〜10dの能力クラスにあわせて電子膨張弁4a〜4dの流量を制御することが可能であるが、運転状態によっては、能力クラスの範囲外での使用が必要となる場合がある。
y=a2・x+b2(中能力) (2)
y=a3・x+b3(大能力) (3)
室外制御部6は、室内機の室内制御部から、その室内機がどの能力クラスに属するかの情報を受信し、その情報に基づいて、中能力の能力クラスであると判定したものとする。
室外制御部6は、電子膨張弁4a〜4dのうち、その室内機に対応する電子膨張弁に対して、x1<パルス≦x2に属する操作量(パルス)を送信することによって開度を変更して、冷媒流量を調整する。
室内機の室内制御部は、想定外の過負荷条件が発生した場合、又は、室内機のフィルターが目詰まりした場合、若しくは、空気温度が急激に低下した場合等に、急激に冷媒流量が変化したとき、式(2)に基づいて、その冷媒流量に対応した操作量(パルス)を要求パルスA1として算出し、室外制御部6に送信する。
室外制御部6は、室内制御部から受信した要求パルスA1が、x1<パルス≦x2に属するか否か判定する。その判定の結果、要求パルスA1がx1<パルス≦x2に属する場合、ステップS5へ進む。一方、要求パルスA1がx1<パルス≦x2に属さない場合、ステップS6へ進む。
室外制御部6は、電子膨張弁に対して、要求パルスA1を送信することによって開度を変更し、冷媒流量を調整する。
室外制御部6は、室内制御部から受信した要求パルスA1が、0<パルス≦x1に属するか否かを判定する。その判定の結果、要求パルスA1が0<パルス≦x1に属する場合、ステップS7へ進む。一方、要求パルスA1が0<パルス≦x1に属さない場合、ステップS10へ進む。
室外制御部6は、要求パルスA1及び式(2)に基く下記の式(4)に基づいて、必要冷媒流量を算出する。
室外制御部6は、算出した必要冷媒流量、及び、小能力に対応する式(1)に基づく下記の式(5)に基づいて、小能力の操作量範囲である0<パルス≦x1に属する出力パルスB1を算出する。
室外制御部6は、電子膨張弁に対して、算出した出力パルスB1を送信することによって開度を変更し、冷媒流量を低下させる。
室外制御部6は、室内制御部から受信した要求パルスA1が、x2<パルス≦x3に属するか否かを判定する。その判定の結果、要求パルスA1がx2<パルス≦x3に属する場合、ステップS11へ進む。一方、要求パルスA1がx2<パルス≦x3に属さない場合、ステップS3へ戻る。
室外制御部6は、要求パルスA1及び式(2)に基く上記の式(4)に基づいて、必要冷媒流量を算出する。
室外制御部6は、算出した必要冷媒流量、及び、大能力に対応する式(3)に基づく下記の式(6)に基づいて、大能力の操作量範囲であるx2<パルス≦x3に属する出力パルスB2を算出する。
室外制御部6は、電子膨張弁に対して、算出した出力パルスB2を送信することによって開度を変更し、冷媒流量を増加させる。
以上の動作のように、通常の能力クラスから他の能力クラスに属する冷媒流量に調整する場合、室外制御部6は、一旦、要求パルスから、通常の能力クラスにおける操作量と流量比との関係式に基づいて必要冷媒流量を算出し、その必要冷媒流量、及び、要求パルスが属する他の能力クラスにおける操作量と流量比との関係式に基づいて、その能力クラスにおいて同量の冷媒流量を流通させることができる出力パルスに変換して、その出力パルスに基づいて電子膨張弁による冷媒流量を調整することによって、冷凍サイクルを不安定にすることなく、安定した流量制御を実施することができる。
Claims (6)
- 先端側において、先端方向に向かって順にテーパー角が大きくなるように形成された複数のテーパー角部を有するニードル部と、
その内側周縁部と前記テーパー角部との間隙によって冷媒の流路を形成する円筒状の弁座と、
を備え、
前記ニードル部は、軸方向に移動可能とし、前記弁座の前記内側周縁部と前記流路を形成する複数の前記テーパー角部を切り替えることによって前記流路の冷媒流量特性を変更可能とした
ことを特徴とする電子膨張弁。 - 圧縮機、室外熱交換器、請求項1記載の電子膨張弁、及び、室内機に設置された室内熱交換器を冷媒配管によって接続された冷凍サイクル部と、
前記室内機から自己の能力クラスに関する情報を受信し、該情報に基づいて前記電子膨張弁の開度を調整する室外制御部と、
を備えた
ことを特徴とする空気調和機。 - 前記室外制御部は、前記室内機から受信した前記能力クラスに関する情報に基づいて、前記電子膨張弁において該能力クラスに対応した前記テーパー角部に切り替える
ことを特徴とする請求項2記載の空気調和機。 - 前記室外制御部は、前記室内機から冷媒流量を変更するための操作量情報を受信した場合、かつ、その冷媒流量が自己の能力クラスとは別の能力クラスに属する場合に、該別の能力クラスにおいて同一の冷媒流量となるように前記操作量を変換して、別の操作量である出力操作量に変換し、該出力操作量に基づいて、前記電子膨張弁の開度を調整する
ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の空気調和機。 - 前記室外制御部は、
前記自己の能力クラスの冷媒流量特性に基づいて、前記操作量情報から冷媒流量を算出し、
該冷媒流量が属する前記別の能力クラスの冷媒流量特性に基づいて、前記冷媒流量から前記出力操作量に変換する
ことを特徴とする請求項4記載の空気調和機。 - 前記室内機は、複数であり、前記冷媒配管によって並列に接続され、
前記電子膨張弁は、前記室内機と同数設置され、複数の前記室内機それぞれに前記冷媒配管によって接続され、
複数の前記室内機に接続された前記各電子膨張弁は、構成が同一のものであり、
前記室外制御部は、それぞれの前記室内機の能力クラスに応じて、該室内機に接続されている前記電子膨張弁の開度を調整する
ことを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれかに記載の空気調和機。
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