JP2014190554A

JP2014190554A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2014190554A
Application number: JP2013063659A
Authority: JP
Inventors: Hideji Taki; 英司滝
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】冷房過負荷条件下で複数台の室内機が同時に運転された場合における圧縮機吸入側の圧力上昇を適切に回避し、圧縮機の保護手段が入りにくくする。
【解決手段】冷房運転時において、室内機２０のガス側配管３２１の温度Ｔ１と、室内熱交換器２１０の中間温度Ｔ２とから過熱度ＳＨ（＝Ｔ１−Ｔ２）を求めて、過熱度ＳＨが所定の目標値Ｙとなるように室内機膨張弁２２０の開度を制御するにあたって、低圧センサ１５２にて検出される低圧側配管１５１内の圧力Ｐに応じて過熱度ＳＨの目標値Ｙを変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、室外機に対して複数台の室内機が接続される空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、冷房過負荷運転時における室内機側膨張弁の制御技術に関するものである。

室外機に対して複数台の室内機が接続される空気調和機においては、室温、外気温がともに高い冷房過負荷条件のもとで、複数台の室内機が同時に冷房運転されると、室内機側での蒸発能力が高くなり、これに伴って、圧縮機の吸入側に接続されている低圧側配管内の圧力も高くなる。さらに、外気温が高い場合には、室外熱交換器の凝縮圧力も高くなる。

このような状況になると、高圧保護手段や電流過負荷保護手段が作動し、圧縮機の回転数が上がらないため、圧縮機吸入側の低圧が、圧縮機の圧力仕様範囲の上限以上になり、圧縮機の信頼性を維持できない場合がある。

この点に関し、特許文献１には、低外気や高外気条件下での圧縮機の起動時に、高低圧カットや吐出管保護による運転停止を回避するため、外気温が冷房時は高いほど、暖房時は低いほど、室外ファンの風量を下げることが提案されている。

これによれば、低外気や高外気条件下での圧縮機の起動時に、保護手段が働かないようにすることができる。しかしながら、その判断を外気温度によって行うようにしており、冷媒循環回路内の状態を直接見ている分けではないため、必ずしも適切とは言えない。また、上記の従来技術は、圧縮機の起動時には有効であるものの、通常運転時には適用されない。

特開平４−２２２３４１号公報

したがって、本発明の課題は、室外機に対して複数台の室内機が接続される空気調和機において、冷房過負荷条件下で複数台の室内機が同時に運転された場合における圧縮機吸入側の圧力上昇を適切に回避し、圧縮機の保護手段が入りにくくすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機、四方弁および室外熱交換器を含む室外機に対して、ガス側配管と液側配管とを含む冷媒配管を介して複数台の室内機が並列に接続され、センサとして少なくとも、上記室外機は、上記圧縮機の吸入側に接続される低圧側配管内の圧力を検出する低圧センサを有し、上記室内機の各々は、上記ガス側配管の温度を検出する第１温度センサと、室内熱交換器の温度を検出する第２温度センサとを有し、上記各室内機の上記液側配管に膨張弁が設けられている空気調和機において、
上記室内機側の膨張弁の開度を制御する制御部を備え、上記制御部は、上記室外熱交換器を凝縮器、上記室内熱交換器を蒸発器とする冷房運転時において、上記第１温度センサにより検出される上記室内機のガス側配管の温度Ｔ１と、上記第２温度センサにて検出される上記室内熱交換器の温度Ｔ２とから過熱度ＳＨ（＝Ｔ１−Ｔ２）を求めて、上記過熱度ＳＨが所定の目標値Ｙとなるように上記膨張弁の開度を制御するにあたって、上記低圧センサにて検出される上記低圧側配管内の圧力Ｐに応じて上記目標値Ｙを変更することを特徴としている。

好ましい態様として、上記制御部は、上記圧力Ｐが上昇するに伴って上記目標値Ｙを大きくして上記膨張弁の開度を小さくする方向に制御し、上記圧力Ｐが低下するに伴って上記目標値Ｙを小さくして上記膨張弁の開度を大きくする方向に制御する。

また、より好ましい態様として、上記制御部は、上記圧力Ｐに対する第１閾値ＰＡと第２閾値ＰＢ（ＰＡ＞ＰＢ）の２つの閾値を有し、上記目標値Ｙを所定値Ｙ１に設定して冷房運転している際、上記圧力Ｐが上昇して上記第１閾値ＰＡ以上になった時点で、上記目標値Ｙを上記所定値Ｙ１よりも大きい所定値Ｙ２に変更し、これによって上記圧力Ｐが低下して上記第２閾値Ｂ以下になった時点で、上記目標値Ｙを上記所定値Ｙ２から上記所定値Ｙ１に変更する。

本発明によれば、冷房運転時において、運転中の室内機の膨張弁の開度を、室内機のガス側配管の温度Ｔ１と、室内熱交換器の温度Ｔ２とから算出される過熱度ＳＨ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定の目標値になるように制御している状態において、低圧側配管内の圧力Ｐを監視し、その圧力Ｐが圧縮機の保護手段が動作するような値にまで上昇したときに、過熱度ＳＨの目標値を変更して、室内機の膨張弁の開度を小さくする（絞る）方向に制御するようにしているため、冷房過負荷条件下での圧縮機吸入側の低圧上昇を適切に回避でき、これによって、圧縮機の保護手段が入りにくくすることができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機が備える冷凍サイクルを示す模式図。本発明の実施形態において、第１閾値と第２閾値との関係を示す説明図。

次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、この実施形態に係る空気調和機は、室外機１０と、室外機１０に冷媒配管３０を介して接続される複数台の室内機２０（２０Ａ，２０Ｂ，…，２０Ｎ）とを備えている。なお、各室内機を区別する必要がない場合には、総称として室内機２０と言う。

室外機１０には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、室外機膨張弁１４およびアキュムレータ１５が含まれている。

圧縮機１１は、ロータリー式、スクロール式、一定速型、インバータ制御による可変速型のいずれであってもよい。圧縮機１１の冷媒吐出管１１ａには、吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ１１１と、その吐出圧力を検出する高圧センサ１１２とが設けられており、また、圧縮機１１の冷媒吸入管１１ｂには、吸入冷媒の温度を検出する吸入温度センサ１１３が設けられている。

四方弁１２は、圧縮機１１の冷媒吐出管１１ａが接続される第１ポート１２１と、室外熱交換器１３が接続される第２ポート１２２と、室内機２０が接続される第３ポート１２３と、アキュムレータ１５が接続される第４ポート１２４の４つのポートを備えている。

室外熱交換器１３には、室外送風機１３１と、室外熱交換器１３の温度を検出する温度センサ１３２と、外気温度センサ１３３とが設けられている。室外機膨張弁１４には、例えばパルスモータにより開度が制御される電子膨張弁が用いられる。

アキュムレータ１５は気液分離器で、四方弁１２の第４ポート１２４から低圧側配管１５１を介して戻される冷媒に含まれている液冷媒を分離する。

アキュムレータ１５にて、液冷媒と分離された気相冷媒は、冷媒吸入管１１ｂを介して圧縮機１１に吸入される。低圧側配管１５１には、その圧力を検出する低圧センサ１５２が設けられている。

室内機２０は、室内熱交換器２１０と、室内送風機２１１と、制御部２３０とを備えている。室内熱交換器２１０は、冷媒配管３０の液側幹配管３１とガス側幹配管３２との間に並列に接続されている。

室内熱交換器２１０は、液側幹配管３１より分岐された液側枝配管３１１に室内機膨張弁２２０を備えている。室内機膨張弁２２０には、室外機膨張弁１４と同じく、例えばパルスモータにより開度が制御される電子膨張弁が用いられる。

また、各室内機２０は、室温センサ２１２のほかに、ガス側幹配管３２より分岐されたガス側枝配管３２１の温度を検出するガス側配管温度センサ（第１温度センサ）２１３と、室内熱交換器２１０の中間温度を検出する室内熱交温度センサ（第２温度センサ）２１４とを備えている。なお、室内熱交換器２１０の中間温度とは、室内熱交換器２１０の冷媒入り口側と冷媒出口側との間の中間配管部分で検出される温度であり、本実施形態では、これを室内熱交換器の温度とする。

暖房運転時、四方弁１２が図示鎖線の状態に切り替えられ、第１ポート１２１と第３ポート１２３とが連通、第２ポート１２２と第４ポート１２４とが連通する。

これにより、冷媒は、圧縮機１１→室内熱交換器２１０→室内機膨張弁２２０→室外機膨張弁１４→室外熱交換器１３→低圧側配管１５１→アキュムレータ１５→圧縮機１１へと流れ、室内熱交換器２１０が凝縮器、室外熱交換器１３が蒸発器として作用する。

これに対して、冷房運転時には、四方弁１２が図示実線の状態に切り替えられ、第１ポート１２１と第２ポート１２２とが連通、第３ポート１２３と第４ポート１２４とが連通する。

これにより、冷媒は、圧縮機１１→室外熱交換器１３→室外機膨張弁１４→室内機膨張弁２２０→室内熱交換器２１０→低圧側配管１５１→アキュムレータ１５→圧縮機１１へと流れ、室外熱交換器１３が凝縮器、室内熱交換器２１０が蒸発器として作用する。

ところで、室温、外気温がともに高い冷房過負荷条件のもとで、複数台の室内機２０が同時に冷房運転され、室内機２０側での蒸発能力が高くなると、低圧側配管１５１内の圧力が高くなり、空気調和機に備えられている高圧保護や電流過負荷保護が作動し、圧縮機１１の回転数が上がらなくなるため、圧縮機吸入側の低圧が、圧縮機１１の圧力仕様範囲の上限以上になり、圧縮機の信頼性を維持できない場合がある。

そこで、本発明では、低圧側配管１５１内の圧力（低圧）を監視し、その圧力が所定値以上に上昇した場合、次のような制御を行って、低圧側配管１５１内の圧力上昇を抑制する。

冷房運転時において、室内機２０の制御部２３０は、ガス側配管温度センサ２１３により検出されるガス側枝配管３２１の温度Ｔ１と、室内熱交温度センサ２１４により検出される室内熱交換器２１０の中間温度Ｔ２とから、運転中の室内機２０の過熱度ＳＨ（＝Ｔ１−Ｔ２）を求めて、その過熱度ＳＨが所定の目標値Ｙとなるように室内機膨張弁２２０の開度を制御する。なお、運転を停止している室内機２０の室内機膨張弁２２０は全閉で、冷媒は流されない。

このような膨張弁制御を行っている状態で、制御部２３０は、低圧センサ１５２にて検出される低圧側配管１５１内の圧力Ｐを監視し、その圧力Ｐに応じて、過熱度ＳＨの目標値Ｙを変更する。

図２を参照して、圧力Ｐに対して第１閾値ＰＡ（１．３Ｍｐａ）と第２閾値ＰＢ（１．２Ｍｐｓ）の２つの閾値があらかじめ設定されており、今現在の圧力Ｐが１．３Ｍｐａ未満（Ｐ＜１．３Ｍｐａ）で、過熱度ＳＨの目標値ＹがＹ１（１ｄｅｇ．）に設定されているとして、圧力Ｐが上昇しＰ≧１．３Ｍｐａになると、制御部２３０は、過熱度ＳＨの目標値ＹをＹ１（１ｄｅｇ．）からＹ２（４ｄｅｇ．）に変更して、１ｄｅｇ．→４ｄｅｇ．に上げる。

これにより、室内機膨張弁２２０の開度が小さくなる（絞る）方向に制御され、低圧側配管１５１内の冷媒量が少なくなるため、低圧側配管１５１内の圧力Ｐが低下する。

そして、圧力Ｐが低下してＰ≦１．２ＭＰａになると、今度は、過熱度ＳＨの目標値ＹをＹ２（４ｄｅｇ．）からＹ１（１ｄｅｇ．）に変更して、４ｄｅｇ．→１ｄｅｇ．に下げる。これにより、室内機膨張弁２２０の開度が大きくなる方向に制御され、冷媒の流量が多くなるため、圧力Ｐの下がり過ぎが抑えられる。

上記した過熱度ＳＨの目標値変更（Ｙ１→Ｙ２への変更、Ｙ２→Ｙ１への変更）は、運転中の室内機２０で同時に行われる。

なお、上記実施形態において、圧力Ｐの上昇時に過熱度ＳＨの目標値ＹをＹ１→Ｙ２に変更する第１閾値ＰＡと、圧力Ｐの低下時に過熱度ＳＨの目標値ＹをＹ２→Ｙ１に変更する第２閾値ＰＢ（ＰＢ＜ＰＡ）の２つの異なる閾値を設定しているのは、過熱度ＳＨの目標値Ｙの変更が頻繁に行われるハンチング現象を防止するためである。

以上説明したように、本発明によれば、圧縮機吸入側の圧力に基づいて運転室内機の膨張弁を制御することにより、冷房過負荷条件下で複数台の室内機が同時に運転された場合における圧縮機吸入側の圧力上昇を確実に回避し、圧縮機の保護手段が入りにくくすることができる。

１０室外機
１１圧縮機
１２四方弁
１３室外熱交換器
１４室外機膨張弁
１５アキュムレータ
１５１低圧側配管
１５２低圧センサ
２０（２０Ａ〜２０Ｎ）室内機
２１０室内熱交換器
２１３ガス側配管温度センサ（第１温度センサ）
２１４室内熱交温度センサ（第２温度センサ）
２２０室内機膨張弁
２３０制御部
３０冷媒配管
３１，３１１ガス側配管
３２，３２１液側配管

Claims

圧縮機、四方弁および室外熱交換器を含む室外機に対して、ガス側配管と液側配管とを含む冷媒配管を介して複数台の室内機が並列に接続され、センサとして少なくとも、上記室外機は、上記圧縮機の吸入側に接続される低圧側配管内の圧力を検出する低圧センサを有し、上記室内機の各々は、上記ガス側配管の温度を検出する第１温度センサと、室内熱交換器の温度を検出する第２温度センサとを有し、上記各室内機の上記液側配管に膨張弁が設けられている空気調和機において、
上記室内機側の膨張弁の開度を制御する制御部を備え、上記制御部は、上記室外熱交換器を凝縮器、上記室内熱交換器を蒸発器とする冷房運転時において、上記第１温度センサにより検出される上記室内機のガス側配管の温度Ｔ１と、上記第２温度センサにて検出される上記室内熱交換器の温度Ｔ２とから過熱度ＳＨ（＝Ｔ１−Ｔ２）を求めて、上記過熱度ＳＨが所定の目標値Ｙとなるように上記膨張弁の開度を制御するにあたって、
上記低圧センサにて検出される上記低圧側配管内の圧力Ｐに応じて上記目標値Ｙを変更することを特徴とする空気調和機。
上記制御部は、上記圧力Ｐが上昇するに伴って上記目標値Ｙを大きくして上記膨張弁の開度を小さくする方向に制御し、上記圧力Ｐが低下するに伴って上記目標値Ｙを小さくして上記膨張弁の開度を大きくする方向に制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
上記制御部は、上記圧力Ｐに対する第１閾値ＰＡと第２閾値ＰＢ（ＰＡ＞ＰＢ）の２つの閾値を有し、上記目標値Ｙを所定値Ｙ１に設定して冷房運転している際、上記圧力Ｐが上昇して上記第１閾値ＰＡ以上になった時点で、上記目標値Ｙを上記所定値Ｙ１よりも大きい所定値Ｙ２に変更し、これによって上記圧力Ｐが低下して上記第２閾値Ｂ以下になった時点で、上記目標値Ｙを上記所定値Ｙ２から上記所定値Ｙ１に変更することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。