JP2016003848A

JP2016003848A - 空気調和システムおよびその制御方法

Info

Publication number: JP2016003848A
Application number: JP2014126540A
Authority: JP
Inventors: 久保山　威; Takeshi Kuboyama; 威久保山
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】冷凍サイクルを複雑化させず、かつ、部品点数を増加させることなく圧縮機に必要な冷凍機油が不足するのを防止可能な空気調和システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】暖房運転時に、停止状態の室内ユニット２０がある場合に、制御部１８は、圧力センサ１９により検知された圧力に基づく温度と、停止された室内ユニット２０のサーミスタ２３により検知された温度との温度差を算出し、温度差が所定の条件を満たす場合には、微開状態にある室内膨張弁２２の開度を微開よりも大きくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、１台の室外ユニットと、複数台の室内ユニットとを備え、各室内ユニットを個別に運転および停止可能な空気調和システム、およびその制御方法に関する。

従来の空気調和機において、室外ユニット1台に対し複数台の室内ユニットを接続するマルチ接続型の場合、室内ユニットを個別に運転させる制御を備えることにより、同一室内または壁等により区切られた空間において、空調したい部分もしくは部屋のみを空調し、消費電力を低減させる機能を備えている。また、リモコン等により設定した温度に対し室内ユニットに備えた温度検知装置が設定温度を超えたと検知した場合は、室内ユニットのみ運転を停止させることで冷房運転時は部屋の冷え過ぎを抑え、暖房運転時では部屋の暖まり過ぎを抑え、無駄な空調を実施しない機能を備えている。

ここで、複数台接続された室内ユニットのうち特定の室内ユニットだけを長時間使用した場合に、偏流などによって冷凍機油が溜まり込む現象が発生し、冷凍機油不足による圧縮機の故障の恐れがある。これを防止するために、暖房運転においては、複数台接続された室内ユニットのうち１台でも運転されていると、他の停止室内ユニットの電子膨脹弁を微小に開けることで冷媒を流し、冷媒や冷凍機油が溜まり込むことを防止している。

そして、従来の空気調和機では、停止室内ユニットの膨張弁を微開とした場合、膨張弁の個体差による流量のばらつきや過大流れがおきた場合の対処方法として、室内膨張弁と並列にキャピラリチューブ及び逆止弁を備えたバイパス回路を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−３１０９６２号公報

しかし、特許文献１に開示された空気調和機の構成では、冷凍機油を含む冷媒が溜まりこんで圧縮機に必要な冷凍機油が不足するのを防止するためにバイパス回路を設けているため、冷凍サイクルが複雑となり、かつ部品点数が増加してしまう。

そこで、本発明の目的は、冷凍サイクルを複雑化させず、かつ、部品点数を増加させることなく圧縮機に必要な冷凍機油が不足するのを防止可能な空気調和システムおよびその制御方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、空気調和システムは、冷凍機油を含む冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検知する第１温度検知手段とを有する室外ユニットと、冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続され、室内熱交換器と、室内膨張弁と、前記室外ユニットから流れ込む冷媒の温度を検知する第２温度検知手段とを有し、個別に運転または停止可能に構成された複数台の室内ユニットと、前記室外ユニット及び前記複数台の室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御し、暖房運転時に停止状態にある室内ユニットの前記室内膨張弁を微開状態にする制御部と、を備える。暖房運転時に、停止状態の前記室内ユニットがある場合に、前記制御部は、前記第１温度検知手段により検知された温度と、停止された前記室内ユニットの前記第２温度検知手段により検知された温度との温度差を算出し、前記温度差が所定の条件を満たす場合には、前記微開状態にある前記室内膨張弁の開度を微開よりも大きくする。

本発明によれば、冷凍サイクルを複雑化させず、及び、部品点数を増加させることなく圧縮機に必要な冷凍機油が不足するのを防止可能な空気調和システムおよびその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態における空気調和システムの冷凍サイクルを示す図である。暖房運転時に実行される空気調和機の制御処理のフローチャートを示す。

本発明の実施形態における空気調和システムおよびその制御方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における空気調和機１の冷凍サイクルを示す図である。

図１に示すように、空気調和機１は、１台の室外ユニット１０と、複数台（本実施の形態では３台）の室内ユニット２０ａ〜２０ｃとを備える。室外ユニット１０と室内ユニット２０ａ〜２０ｃとは、ガス接続配管２及び液接続配管３により互いに接続され、冷凍サイクルを形成している。本実施の形態では、室外ユニット１０と室内ユニット２０ａ〜２０ｃとを１対３で接続しているが、室外ユニット１０の容量制限以内であれば、室内ユニット２０の台数に制限はない。室内ユニット２０ａ〜２０ｃは、個別に運転または停止可能に構成されている。また、室内ユニット２０ａ〜２０ｃのアルファベットの添え字に関しては、基本的には個々の構成であるという意味で用いているが、各構成を代表的に取り扱う場合においては、省略する場合がある。

室外ユニット１０は、圧縮機１１と、四方弁１２と、室外熱交換器１３と、室外膨張弁１４と、受液器１５と、ガス阻止弁１６と、液阻止弁１７とを備え、それらは互いに配管により接続されている。さらに、室外ユニット１０は、制御部１８と、圧力センサ１９とを備えている。

圧縮機１１は、冷凍機油を含む冷媒を圧縮してガス状の冷媒を配管に吐出する。四方弁１２を切り替えることで、冷媒の流れが変化し、冷房運転と暖房運転が切り替わる。室外熱交換器１３は、冷媒と外部熱源（外気）の間で熱交換させる。冷房運転時には、室外熱交換器１３は凝縮器となり、暖房運転時には、室外熱交換器１３は蒸発器となる。室外膨張弁１４は、冷媒を減圧して低温にする。受液器１５は、液冷媒の状態で余剰冷媒を溜める。ガス阻止弁１６、室外ユニット１０とガス接続配管２との間の流路を開閉する。液阻止弁１７は、室外ユニット１０と液接続配管３との間の流路を開閉する。

制御部１８は、室内ユニット２０に接続された図示せぬリモートコントローラにおける設定、および、各センサにより検知された値に基づき、空気調和機１の運転制御を行う。圧力センサ１９は、圧縮機１１の吐出側に設けられ、冷媒の吐出圧力を検知し、検知した吐出圧力を図示せぬ信号線を介して制御部１８に送信する。圧力センサ１９は、第１温度検知手段に相当する。

室内ユニット２０は、室内熱交換器２１と、室内膨張弁２２とを備え、それらは互いに配管により接続されている。さらに、室内ユニット２０は、サーミスタ２３を備える。

室内熱交換器３１は、冷媒と内気との間で熱交換を行う。室内膨張弁２２は、電子膨脹弁であり、冷媒を減圧する。サーミスタ２３は、室内熱交換器２１のガス接続配管２側に設けられ、暖房運転時に冷媒の温度を検知し、検知した冷媒温度を図示せぬ信号線を介して制御部１８に送信する。サーミスタ２３は、第２温度検知手段に相当する。

次に、空気調和機１における冷房運転サイクルついて説明する。図１に示す点線矢印は、冷房運転サイクルにおける冷媒の流れる方向を示している。

圧縮機１１から吐出された高温、高圧のガス冷媒は、四方弁１２を通り室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入したガス冷媒は、外気と熱交換して凝縮され、高圧の液冷媒となる。その後、高圧の液冷媒は、室外膨張弁１４、受液器１５、液阻止弁１７を通って、室外ユニット１０から流出する。

室外ユニット１０から流出した高圧の液冷媒は、液接続配管３を通過して、室内ユニット２０に流入し、室内膨張弁２２により、減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２１に流入する。室内熱交換器２１において二相冷媒は、内気との間で熱交換することにより、内気を冷却すると共に内気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この際、内気は、冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が室内に送られる。室内熱交換器２１から流出した低圧のガス冷媒は、ガス接続配管３、ガス阻止弁１６、および四方弁１２を通って、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより冷凍サイクルが形成される。

次に、空気調和機１における暖房運転サイクルついて説明する。図１に示す点線矢印は、暖房運転サイクルにおける冷媒の流れる方向を示している。

圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２およびガス阻止弁１６を通って、ガス接続配管２へ送られ、室内ユニット２０の室内熱交換器２１に流入する。室内熱交換器２１に流入した高温高圧のガス冷媒は、内気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となる。この際、内気は、冷媒によって加熱され、温風が室内に送られる。その後、液化した冷媒は、室内膨張弁２２、および液接続配管３を通過して、室外ユニット１０へと戻される。

室外ユニット１０へ戻った液冷媒は、受液器１５を通過して、室外膨張弁１４により減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となる。減圧された冷媒は、室外熱交換器１３に流入して、外気と熱交換し、蒸発され、低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、四方弁１２を通過し、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。

次に、暖房運転時に実行される空気調和機１の制御処理について説明する。

図２は、暖房運転時に実行される空気調和機１の制御処理のフローチャートである。

この制御処理は、暖房運転時に制御部１８により実行される。図２の制御処理に関するプログラムは、制御部１８のＲＯＭに記憶されて、暖房運転時に制御部１８のマイコンに読み出されてＣＰＵにより実行される。

まず、制御部１８は、複数の室内ユニット２０のうち停止状態にある室内ユニット２０があるか否かを判断する（Ｓ１）。停止状態にある室内ユニット２０がない場合（Ｓ１：ＮＯ）、制御部１８は当該判断処理を繰り返し行う。一方、停止状態にある室内ユニット２０（例えば、室内ユニット２０ｃ）がある場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部１８は、室内ユニット２０ｃの室内膨張弁２２ｃの開度を初期開度としてａ［ｐｌｓ］にする。ここで開度ａ［ｐｌｓ］は、室内膨張弁２２ｃが微開状態となる開度であり、例えば、全開状態に対する開度が、１０％未満の開度である。室内膨張弁２２ｃを微開状態にすることで、少量の冷媒が流れるようにして、室内ユニット２０ｃに流れ込む冷媒を室外ユニット１０へ戻すようにしている。

次に、制御部１８は、冷媒の過熱度を算出する（Ｓ３）。具体的には、制御部１８は、圧力センサ１９により検知された圧縮機１１の吐出圧力を取得し、取得した吐出圧力に基づき凝縮温度を算出する。また、制御部１８は、停止状態にある室内ユニット２０ｃのサーミスタ２３ｃにより検知された冷媒の温度を取得する。そして、制御部１８は、算出した凝縮温度と取得して冷媒の温度との温度差を算出する。当該温度差が、冷媒の過熱度に相当する。

制御部１８は、算出した過熱度が所定の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４）。例えば、算出した過熱度が、所定の値を上回っているか否かを判断する。算出した過熱度が、所定の値を上回っている場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御部１８は、室内膨張弁２２ｃの開度を、開度ａ［ｐｌｓ］よりも大きい開度ｂ［ｐｌｓ］にして、室内ユニット２０ｃに溜まりこんだ冷媒を、室内ユニット２０ｃから室外ユニット１０へ流すようにする（Ｓ５）。そして、制御部１８は、室内膨張弁２２ｃの開度を開度ｂ［ｐｌｓ］にした後、所定時間（例えば３０秒）経過後、ステップＳ２に戻り、室内膨張弁２２ｃ開度を開度ａ［ｐｌｓ］にする。ここで開度ｂ［ｐｌｓ］は、例えば、全開状態に対する開度が、１０％以上の開度である。

一方、算出した過熱度が、所定の値を上回っていない場合（Ｓ４：ＮＯ）、制御部１８は、ステップＳ３に戻る。

以上のように、空気調和機１の制御部１８は、暖房運転時に、停止状態の室内ユニット２０ｃがある場合に、圧力センサ１９により検知された圧縮機１１の吐出圧力に基づく凝縮温度と、停止された室内ユニット２０ｃのサーミスタ２３ｃにより検知された温度との温度差（過熱度）を算出し、温度差が所定の値より大きい場合には、微開状態にある室内膨張弁２２ｃの開度を微開よりも大きくする。

これにより、室内膨張弁２２ｃの個体差または冷凍サイクルにおける偏流等により、冷媒が停止中の室内ユニット２０ｃ内に溜まりこみ、こんだとしても、溜まりこんだ冷媒を流して室外ユニット１０に戻すことができる。すなわち、暖房運転時に停止中の室内ユニット２０ｃに冷媒が溜まりこむことにより温度が上昇し、温度差が所定の値を上回った場合に、室内ユニット２０ｃ内に冷媒が溜まりこむことにより、圧縮機１１を駆動させるのに必要な冷凍機油が不足する可能性があると判断し、室内ユニット２０ｃに溜まりこんだ冷媒を室外ユニット１０に戻すようにしている。

従って、室内ユニット２０ｃに溜まりこんだ冷凍機油を含む冷媒を室外ユニット１０に戻すことにより、圧縮機１１を駆動させるのに必要な量の冷凍機油を確保することができ、圧縮機１１が故障するのを回避させ、圧縮機１１の信頼性を確保することができる。また、冷凍機油を含む冷媒を圧縮機１１に戻すためにバイパス回路等を設けないので、冷凍サイクルを複雑化せずかつ部品点数を増加させることなく、圧縮機１１における冷凍機油不足を回避することができる。

なお、本制御は、室外ユニット１０内に圧縮機１１へ冷凍機油を返油するためのオイルセパレータなどの返油機構を持つ場合は冷凍機油の不足する可能性は少ないため実施不要となる。よって、室外ユニット１０は、オイルセパレータなどの返油機構を備えなくても良い。これにより、オイルセパレータ等の設けるための配管等も必要なくなるので、室外ユニット１０の小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、圧力センサ１９により検知された圧力に基づき温度（凝縮温度）を算出したが、圧縮機１１の吐出側にサーミスタを設けて、温度を検知しても良い。また、図２の制御処理は、室内ユニット１０の制御部１８により行ったが、室内ユニット２０に制御部を設けてなっても良いし、制御部を室外ユニット１０および室内ユニット２０以外の場所に設けて制御処理を行なっても良い。

また、運転中の室内ユニット２０のサーミスタ２３により検知される温度と、停止中の室内ユニット２０のサーミスタ２３により検知される温度との温度差を算出し、当該温度差に基づき停止中の室内ユニット２０の室内膨張弁２２の開度を制御しても良い。

１：空気調和機、２：ガス接続配管、３：液接続配管、１０：室外ユニット、１１：圧縮機、１８：制御部、１９：圧力センサ、２０：室内ユニット、２１：室内熱交換器、２２：室内膨張弁、２３：サーミスタ

Claims

冷凍機油を含む冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検知する第１温度検知手段とを有する室外ユニットと、
冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続され、室内熱交換器と、室内膨張弁と、前記室外ユニットから流れ込む冷媒の温度を検知する第２温度検知手段とを有し、個別に運転または停止可能に構成された複数台の室内ユニットと、
前記室外ユニット及び前記複数台の室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御し、暖房運転時に停止状態にある室内ユニットの前記室内膨張弁を微開状態にする制御部と、を備えた空気調和システムであって、
暖房運転時に、停止状態の前記室内ユニットがある場合に、
前記制御部は、前記第１温度検知手段により検知された温度と、停止された前記室内ユニットの前記第２温度検知手段により検知された温度との温度差を算出し、前記温度差が所定の条件を満たす場合には、前記微開状態にある前記室内膨張弁の開度を微開よりも大きくする空気調和システム。
前記所定の条件は、前記温度差が所定の値を上回る場合である請求項１に記載の空気調和システム。
前記室外ユニットは、前記圧縮機から吐出された冷媒に含まれる冷凍機油を前記圧縮機に戻すために返油機構を備えない請求項１に記載の空気調和システム。
冷凍機油を含む冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検知する第１温度検知手段とを有する室外ユニットと、
冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続され、室内熱交換器と、室内膨張弁と、前記室外ユニットから流れ込む冷媒の温度を検知する第２温度検知手段とを有し、個別に運転または停止可能に構成された複数の室内ユニットと、を備え
暖房運転時に停止状態にある室内ユニットの前記室内膨張弁を微開状態にする空気調和システムの制御方法であって、
暖房運転時に、停止状態の前記室内ユニットがある場合に、
前記第１温度検知手段により検知された温度と、停止された前記室内ユニットの前記第２温度検知手段により検知された温度との温度差を算出し、
前記温度差が所定の条件を満たす場合には、前記微開状態にある前記室内膨張弁の開度を微開よりも大きくする空気調和システムの制御方法。