JP2020153603A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は空気調和機に関し、より詳細には、膨張弁の開度調整に関する。 The present invention relates to an air conditioner, and more specifically to adjusting the opening degree of an expansion valve.
空気調和機の運転時に、室内機における冷媒流量を調整する膨張弁は、冷媒回路を循環する冷媒の温度や圧力を含む冷媒の状態を表す状態量が目標値となるように、その開度が調整される。例えば、特許文献1には、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器の冷媒出口側における冷媒過冷却度を上記状態量とし、冷媒過冷却度が目標冷媒過冷却度となるように、膨張弁の開度が調整されることが開示されている。また、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を上記状態量とし、吐出温度の目標吐出温度となるように、膨張弁の開度が調整される場合もある。
The opening of the expansion valve that adjusts the flow rate of the refrigerant in the indoor unit during operation of the air conditioner is set so that the target value is the state quantity that represents the state of the refrigerant including the temperature and pressure of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit. It will be adjusted. For example, in
膨張弁の開度は、膨張弁に備えられているパルスモータに、パルスモータの回転方向を示す極性と増減したい開度に対応したパルス数のパルスを含むパルス信号を与えることによって調整できる。膨張弁の開度を大きくしたいときは、正回転を示す極性(開度が大きくなる方向にパルスモータが回転する極性)と所定のパルス数のパルスを含むパルス信号が与えられ、膨張弁の開度を小さくしたいときは、逆回転を示す極性(開度が小さくなる方向にパルスモータが回転する極性)と所定のパルス数のパルスを含むパルス信号が与えられる。ここで、所定のパルス数とは、1回の膨張弁の開度調整で増減させる開度の調整量に対応する値である。そして、膨張弁の開度調整は、目標となる状態量と検出した状態量との差分に応じて行われる。例えば、状態量が上述した吐出温度の場合、検出した吐出温度が目標吐出温度より高いときは、正回転を示す極性を含むパルス信号を膨張弁に与え、検出した吐出温度が目標吐出温度より低いときは、逆回転を示す極性を含むパルス信号を膨張弁に与える。そして、膨張弁の開度の調整量の大きさに応じて、パルス信号のパルス数を変える、例えば、検出した吐出温度と目標吐出温度との温度差に応じて、膨張弁に与えるパルス信号のパルス数を変化させる。なお、以降の説明では、パルス信号に含まれるパルス数を増減する旨の説明を行う際に、単に「パルス数を増減」、「小さい/大きいパルス数」などと省略して記載する場合がある。 The opening degree of the expansion valve can be adjusted by giving a pulse signal including a polarity indicating the rotation direction of the pulse motor and a pulse number of pulses corresponding to the opening degree to be increased or decreased to the pulse motor provided in the expansion valve. When it is desired to increase the opening degree of the expansion valve, a pulse signal including a polarity indicating forward rotation (a polarity in which the pulse motor rotates in the direction of increasing the opening degree) and a predetermined number of pulses is given to open the expansion valve. When it is desired to reduce the degree, a pulse signal including a polarity indicating reverse rotation (a polarity in which the pulse motor rotates in a direction in which the opening degree decreases) and a pulse having a predetermined number of pulses is given. Here, the predetermined number of pulses is a value corresponding to the adjustment amount of the opening degree that is increased or decreased by adjusting the opening degree of the expansion valve once. Then, the opening degree adjustment of the expansion valve is performed according to the difference between the target state amount and the detected state amount. For example, when the state quantity is the above-mentioned discharge temperature, when the detected discharge temperature is higher than the target discharge temperature, a pulse signal including a polarity indicating forward rotation is given to the expansion valve, and the detected discharge temperature is lower than the target discharge temperature. When, a pulse signal including a polarity indicating reverse rotation is given to the expansion valve. Then, the number of pulses of the pulse signal is changed according to the magnitude of the adjustment amount of the opening degree of the expansion valve, for example, the pulse signal given to the expansion valve according to the temperature difference between the detected discharge temperature and the target discharge temperature. Change the number of pulses. In the following description, when explaining that the number of pulses included in the pulse signal is increased or decreased, it may be simply abbreviated as "increase or decrease the number of pulses", "small / large number of pulses", or the like. ..
上述した、目標となる状態量と検出した状態量との差分に応じて膨張弁に与えられるパルス信号に含まれるパルス数は、凝縮器で凝縮して液状態となった冷媒が膨張弁を通過することを想定して決定されることが一般的である。従って、膨張弁を通過する冷媒が気液二相状態となった場合、つまり、膨張弁を通過する冷媒の密度が液状態である場合と比べて低くなった場合は、冷媒の密度が液状態である場合と同じパルス信号を膨張弁に与えることにより膨張弁開度を調整しても、冷媒回路の状態量を目標値とできない、もしくは、目標値とするのに時間がかかる恐れがあった。なお、空調運転時の外気温度が高いときや室内機が設置された部屋の断熱が悪いなどといった、空調負荷が高い状態であるときに、膨張弁を通過する冷媒が気液二相状態となりやすく、特に、省冷媒のために充填する冷媒量が従来の空気調和機より削減されている空気調和機で、膨張弁を通過する冷媒が気液二相状態となりやすい。 The number of pulses included in the pulse signal given to the expansion valve according to the difference between the target state amount and the detected state amount described above is such that the refrigerant condensed by the condenser and in a liquid state passes through the expansion valve. It is generally decided on the assumption that it will be done. Therefore, when the refrigerant passing through the expansion valve is in a gas-liquid two-phase state, that is, when the density of the refrigerant passing through the expansion valve is lower than that in the liquid state, the refrigerant density is in the liquid state. Even if the expansion valve opening is adjusted by giving the same pulse signal to the expansion valve as in the case of, the state amount of the refrigerant circuit may not be set to the target value, or it may take time to set the target value. .. When the air conditioning load is high, such as when the outside air temperature is high during air conditioning operation or the heat insulation of the room where the indoor unit is installed is poor, the refrigerant passing through the expansion valve tends to be in a gas-liquid two-phase state. In particular, in an air conditioner in which the amount of refrigerant to be filled for saving refrigerant is reduced as compared with the conventional air conditioner, the refrigerant passing through the expansion valve tends to be in a gas-liquid two-phase state.
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、空調運転時に膨張弁を通過する冷媒が気液二相状態となっても、好適に膨張弁の開度を調整できる空気調和機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and provides an air conditioner capable of suitably adjusting the opening degree of the expansion valve even when the refrigerant passing through the expansion valve is in a gas-liquid two-phase state during air conditioning operation. The purpose is to provide.
上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが冷媒配管で接続されて形成される冷媒回路と、膨張弁を流れる冷媒が、気液二相状態、あるいは、液状態のいずれの状態であるかを検出する第1検出手段と、冷媒回路を循環する冷媒の温度あるいは圧力を含む状態量を検出する第2検出手段と、膨張弁の開度を調整する制御手段とを有する。そして、第1検出手段の検出結果と第2検出手段の検出結果とに基づいて、膨張弁の開度が調整される。 In order to solve the above problems, the air conditioner of the present invention flows through a refrigerant circuit formed by connecting a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator by a refrigerant pipe, and an expansion valve. A first detecting means for detecting whether the refrigerant is in a gas-liquid two-phase state or a liquid state, and a second detecting means for detecting a state amount including the temperature or pressure of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit. And a control means for adjusting the opening degree of the expansion valve. Then, the opening degree of the expansion valve is adjusted based on the detection result of the first detection means and the detection result of the second detection means.
上記のように構成した本発明の空気調和機は、空調運転時に膨張弁を通過する冷媒の状態に応じて、好適に膨張弁の開度を調整できる。 The air conditioner of the present invention configured as described above can suitably adjust the opening degree of the expansion valve according to the state of the refrigerant passing through the expansion valve during the air conditioning operation.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、室外機と室内機が冷媒配管で接続された空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As an embodiment, an air conditioner in which the outdoor unit and the indoor unit are connected by a refrigerant pipe will be described as an example. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
図1(A)に示すように、本実施例における空気調和機1は、屋外に設置される室外機2と、室外機2に液管4およびガス管5で接続されて屋内に設置される室内機3を備えている。詳細には、室外機2の閉鎖弁25と室内機3の液管接続部33とが液管4で接続されている。また、室外機2の閉鎖弁26と室内機3のガス管接続部34とがガス管5で接続されている。このように、室外機2と室内機3とが液管4とガス管5で接続されることで、空気調和機1の冷媒回路10が形成されている。
As shown in FIG. 1A, the
<室外機の構成>
まずは、室外機2について説明する。室外機2は、圧縮機21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、膨張弁24と、液管4の一端が接続された閉鎖弁25と、ガス管5の一端が接続された閉鎖弁26と、アキュムレータ27と、室外ファン28と、室外機制御手段200とを備えている。そして、室外ファン28および室外機制御手段200を除くこれら各々の装置が以下で詳述する各々の冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路10の一部をなす室外機冷媒回路10aを形成している。
<Outdoor unit configuration>
First, the
圧縮機21は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。図1(A)に示すように、圧縮機21の冷媒吐出側は、後述する四方弁22のポートaと吐出管61で接続されている。また、圧縮機21の冷媒吸入側は、アキュムレータ27の冷媒流出側と吸入管66で接続されている。
The compressor 21 is a variable capacity compressor whose operating capacity can be changed by being driven by a motor (not shown) whose rotation speed is controlled by an inverter. As shown in FIG. 1A, the refrigerant discharge side of the compressor 21 is connected to the port a of the four-
四方弁22は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、a、b、c、dの4つのポートを備えている。ポートaは、上述したように圧縮機21の冷媒吐出側と吐出管61で接続されている。ポートbは、室外熱交換器23の一方の冷媒出入口と冷媒配管62で接続されている。ポートcは、アキュムレータ27の冷媒流入側と冷媒配管65で接続されている。そして、ポートdは、閉鎖弁26と室外機ガス管64で接続されている。
The four-
室外熱交換器23は、冷媒と、室外ファン28の回転により熱交換器室200bに取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器23の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁22のポートbと冷媒配管62で接続されている。室外熱交換器23の他方の冷媒出入口は、閉鎖弁25と室外機液管63で接続されている。室外熱交換器23は、空気調和機1が冷房運転を行う際は凝縮器として機能し、暖房運転を行う際は蒸発器として機能する。
The
膨張弁24は、室外機液管63に設けられている。膨張弁24は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータの回転方向を示す極性(例えば、正回転(プラス):開度が大きくなる方向に回転、逆回転(マイナス):開度が小さくなる方向に回転)と所定のパルス数のパルスとを含むパルス信号をパルスモータに与えることによって開度が調整される。ここで、所定のパルス数とは、1回の膨張弁24の開度調整で増減させる開度の調整量に対応するパルスの数である。具体的には、膨張弁24の開度を大きくする場合は、プラスの極性が付加された所定のパルス数のパルスを含むパルス信号を膨張弁24に与え、膨張弁24の開度を小さくする場合は、マイナスの極性が付加された所定のパルス数のパルスを含むパルス信号を膨張弁24に与える。膨張弁24は、室内機3で要求される冷房能力や暖房能力に応じてその開度が調整されることで、室外熱交換器23に流れる冷媒量、および、室内機3(の室内熱交換器31)に流れる冷媒量を調整する。
The
アキュムレータ27は、前述したように、冷媒流入側と四方弁22のポートcが冷媒配管65で接続され、冷媒流出側と圧縮機21の冷媒吸入側が吸入管66で接続されている。アキュムレータ27は、冷媒配管65からアキュムレータ27の内部に流入した気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、分離したガス冷媒のみを吸入管66を介して圧縮機21に吸入させる。
In the
室外ファン28は樹脂材で形成されたプロペラファンであり、室外機2の図示しない吹出口に臨むように配置されている。室外ファン28は、図示しないファンモータの駆動によって回転することで、室外機2の図示しない吸込口から室外機2の内部に外気を取り込み、室外熱交換器23において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機2の外部へ放出する。
The
以上説明した構成の他に、室外機2には各々の種のセンサが設けられている。図1(A)に示すように、吐出管61には、圧縮機21から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ71と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ73が設けられている。冷媒配管65におけるアキュムレータ27の冷媒流入側近傍には、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ72と、圧縮機21に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ74とが設けられている。
In addition to the configuration described above, the
室外機液管63における室外熱交換器23と膨張弁24との間には、室外熱交換器23に出入りする冷媒の温度を検知するための冷媒温度センサ75が設けられている。そして、室外機2の図示しない吸込口付近には、室外機2の内部に取り込まれた外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ76が備えられている。
A
また、室外機2には、本発明の制御手段である室外機制御手段200が備えられている。室外機制御手段200は、室外機2の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図1(B)に示すように、CPU210と、記憶部220と、通信部230と、センサ入力部240とを備えている。
Further, the
記憶部220は、例えばフラッシュメモリであり、室外機2の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機21や室外機ファン28の駆動状態、膨張弁24の開度、室内機3から送信される運転情報(運転/停止情報、冷房/暖房等の運転モード、室内機3の要求する冷房能力あるいは暖房能力などを含む)、後述する膨張弁開度テーブル300などを記憶する。通信部230は、室内機3との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部240は、室外機2の各種センサでの検出結果を取り込んでCPU210に出力する。
The
CPU210は、センサ入力部240を介して各種センサでの検出値を定期的(例えば、30秒毎)に取り込むとともに、室内機3から送信される運転情報を含む信号が通信部230を介して入力される。CPU210は、これら入力された各種情報に基づいて、膨張弁24の開度調整、圧縮機21や室外機ファン28の駆動制御などを行う。
The
<室内機の構成>
次に図1を用いて、室内機3について説明する。室内機3は、室内熱交換器31と、液管4の他端が接続された液管接続部33と、ガス管5の他端が接続されたガス管接続部34と、室内ファン32を備えている。そして、室内ファン32を除くこれら各々の装置が以下で詳述する各々の冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路10の一部をなす室内機冷媒回路10bを形成している。
<Composition of indoor unit>
Next, the
室内熱交換器31は、冷媒と、室内ファン32の回転により図示しない吸込口から室内機3の内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器31の一方の冷媒出入口が液管接続部33と室内機液管67で接続されている。室内熱交換器31の他方の冷媒出入口がガス管接続部34と室内機ガス管68で接続されている。室内熱交換器31は、室内機3が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機3が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部33やガス管接続部34では、各々の冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。
The
室内ファン32は樹脂材で形成されたクロスフローファンであり、室内熱交換器31の近傍に配置されている。室内ファン31は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機3の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器31において冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ吹き出す。
The
以上説明した構成の他に、室内機3には各種のセンサが設けられている。室内機液管67には、室内熱交換器31に出入りする冷媒の温度を検出する液側温度センサ77が設けられている。室内機ガス管68には、室内熱交換器31に出入りする冷媒の温度を検出するガス側温度センサ78が設けられている。そして、室内機3の図示しない吸込口付近には、室内機3の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ79が備えられている。
In addition to the configuration described above, the
<空調運転時の動作>
次に、本実施形態における空気調和機1の空調運転時の冷媒回路10における冷媒の流れや各々の装置の動作について、図1(A)を用いて説明する。以下の説明では、まず、空気調和機1が冷房運転を行う場合について説明し、次に、空気調和機1が暖房運転を行う場合について説明する。尚、図1における実線矢印は冷媒回路10における冷房運転時の冷媒の流れを示し、破線矢印は冷媒回路10における暖房運転時の冷媒の流れを示している。
<Operation during air conditioning operation>
Next, the flow of the refrigerant in the
<冷房運転>
空気調和機1が冷房運転を行う場合、図1(A)に示すように四方弁22が実線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートbとが連通するよう、また、ポートcとポートdとが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路10において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器23が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器31が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。
<Cooling operation>
When the
圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、吐出管61を流れて四方弁22に流入し、四方弁22から冷媒配管62を流れて室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23に流入した冷媒は、室外ファン28の回転により室外機2の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。
The high-pressure refrigerant discharged from the compressor 21 flows through the
室外熱交換器23から流出した冷媒は室外機液管63を流れ、吐出温度が目標吐出温度となるように開度が調整された膨張弁24および閉鎖弁25を介して液管4に流出する。液管4を流れ、液管接続部33を介して室内機3に流入した冷媒は、室内機液管67を流れて室内熱交換器31に流入する。
The refrigerant flowing out of the
室内熱交換器31に流入した冷媒は、室内ファン32の回転により室内機3の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器31が蒸発器として機能し、室内熱交換器31で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機3が設置された室内の冷房が行われる。
The refrigerant flowing into the
室内熱交換器31から流出した冷媒は、室内機ガス管68を流れ、ガス管接続部34を介してガス管5に流出する。ガス管5を流れる冷媒は、閉鎖弁26を介して室外機2に流入し、室外機ガス管64、四方弁22、冷媒配管65、アキュムレータ27、吸入管66の順に流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant flowing out of the
<暖房運転>
空気調和機1が暖房運転を行う場合は、図1(A)に示すように四方弁22が破線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートdが連通するよう、また、ポートbとポートcが連通するよう、切り換えられる。これにより、冷媒回路10において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器23が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器31が凝縮器として機能する。
<Heating operation>
When the
圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、吐出管61を流れて四方弁22に流入し、四方弁22から室外機ガス管64、閉鎖弁26、ガス管5、ガス管接続部34の順に流れて室内機3に流入する。室内機3に流入した冷媒は、室内機ガス管68を流れて室内熱交換器31に流入し、室内ファン32の回転により室内機3の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器31が凝縮器として機能し、室内熱交換器31で冷媒と熱交換を行って加熱された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機3が設置された室内の暖房が行われる。
The high-pressure refrigerant discharged from the compressor 21 flows through the
室内熱交換器31から流出した冷媒は室内機液管67を流れ、液管接続部33を介して液管4に流出する。液管4を流れる冷媒は、閉鎖弁25を介して室外機2に流入する。室外機2に流入した冷媒は室外機液管63を流れ、吐出温度が目標吐出温度となるように開度が調整された膨張弁24を通過する際に減圧される。膨張弁24で減圧された冷媒は室外熱交換器23に流入し、室外ファン28の回転によって室外機3の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。
The refrigerant flowing out of the
室外熱交換器23から冷媒配管62に流出した冷媒は、四方弁22、冷媒配管65と流れてアキュムレータ27に流入し、アキュムレータ27で液冷媒とガス冷媒に分離される。そして、分離されたガス冷媒は、吸入管66を介して圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant flowing out from the
<膨張弁の開度調整について>
次に、図1乃至図3を用いて、空気調和機1が冷房運転を行うときの膨張弁24の開度調整について詳細に説明する。本実施形態の空気調和機1では、空調運転を行うときに、圧縮機21から吐出される冷媒の温度である吐出温度が、予め定められた吐出温度の目標値である目標吐出温度(例えば、100℃)となるように、膨張弁24の開度が調整される。
<Adjustment of expansion valve opening>
Next, the opening degree adjustment of the
なお、以下の説明では、吐出温度センサ73で検出する吐出温度を実吐出温度Tdp(単位:℃)、目標吐出温度をTdt(単位:℃)、目標吐出温度Tdtから実吐出温度Tdpを減じた吐出温度差をΔTd(単位:℃)、膨張弁24の図示しないパルスモータに与えられるパルス信号に含まれるパルスのパルス数である第1パルス数をP1(単位:pls)、同じくパルス信号に含まれるパルス数であり後述するように第1パルス数P1よりも所定値大きい値とされている第2パルス数をP2(単位:pls)とする。
In the following description, the discharge temperature detected by the
室外機制御手段200の記憶部220には、図2に示す膨張弁開度テーブル300が記憶されている。この膨張弁開度テーブル300は、試験などを行って求められて予め記憶部220に記憶されているものであり、吐出温度差ΔTdに応じた第1パルス数P1と第2パルス数P2とが定められている。具体的には、吐出温度差ΔTdが小さいほど、つまり、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtより高い温度であるほど、第1パルス数P1と第2パルス数P2の値がそれぞれ大きな値とされている。また、吐出温度差ΔTdが大きいほど、つまり、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtより低い温度であるほど、第1パルス数P1と第2パルス数P2の値がそれぞれ小さな値とされている。これら第1パルス数P1および第2パルス数P2は、増減したい開度に対応した所定のパルス数である。
The expansion valve opening table 300 shown in FIG. 2 is stored in the
第1パルス数P1は空気調和機1を標準的な空調負荷となる条件(以降、標準負荷条件と記載する場合がある)下に置いて空調運転を行って求めた値である。空気調和機1が標準負荷条件下で運転しているときは、凝縮器として機能する熱交換器(冷房運転時は室外熱交換器23、暖房運転時は室内熱交換器31)から液管4に流出した冷媒が液状態となっていると考えられ、この液冷媒が膨張弁24を通過するときに、吐出温度差ΔTdを小さくするために膨張弁24の開度を大きくする、あるいは、開度を小さくするために必要なパルス数を第1パルス数P1としている。なお、標準負荷条件は、例えば冷房運転時の室内温度が27℃/外気温度が19℃、暖房運転時の室内温度が20℃/外気温度が7℃である。
The first pulse number P1 is a value obtained by performing air conditioning operation by placing the
しかし、空気調和機1が標準負荷条件より空調負荷が高い条件(以降、過負荷条件と記載する場合がある)に置かれて運転された場合は、凝縮器として機能する熱交換器から液管4に流出した冷媒が液状態とガス状態とが混ざった気液二相状態となっている可能性がある。このような条件下で、吐出温度差ΔTdを小さくするために第1パルス数P1を用いて開度を調整すると、実際に液管4を流れている冷媒の状態が第1パルス数P1を定めたときの前提条件である液冷媒の状態ではない(気液二相冷媒である)ことに起因して、第1パルス数P1を含むパルス信号を1回膨張弁24に与えてその開度を調整した際に期待される、膨張弁24を通過する冷媒量の変化量より少なくなる。この結果、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtとならない、もしくは、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtとなるのに時間がかかる恐れがある。なお、過負荷条件は、例えば冷房運転時の室内温度が32℃/外気温度が43℃、暖房運転時の室内温度が27℃/外気温度が24℃である、つまり、各温度が標準負荷条件時より高い温度である。
However, when the
そこで、本実施形態の空気調和機1では、凝縮器として機能する熱交換器から流出する冷媒の過冷却度(単位:deg。以降、実冷媒過冷却度SCpと記載する場合がある)を用いて、液管4を流れて膨張弁24を通過する冷媒が液状態であるか気液二相状態であるかを推定し、膨張弁24を通過する冷媒が液状態であると推定される場合は吐出温度差ΔTdに応じた第1パルス数P1を用いて、また、膨張弁24を通過する冷媒が気液二相状態であると推定される場合は吐出温度差ΔTdに応じた第2パルス数P2を用いて膨張弁24の開度を調整し、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtとなるようにする。
なお、本実施形態では、上述した膨張弁24を通過する冷媒の密度の違いを考慮して、第2パルス数P2の値は、同じ吐出温度差ΔTdであるときの第1パルス数P1よりも大きい値、例えば、本実施形態では第1パルス数P1の4倍の値としているが、冷媒回路10の規模(熱交換器の大きさや冷媒配管の長さなど)や冷媒回路10に充填する冷媒の種類に応じて、第1パルス数P1の値と第2パルス数P2の値は適宜定めればよい。
Therefore, in the
In the present embodiment, the value of the second pulse number P2 is larger than that of the first pulse number P1 when the same discharge temperature difference ΔTd is taken into consideration in consideration of the difference in the density of the refrigerant passing through the
膨張弁開度テーブル300では、まず、吐出温度差ΔTdが−5℃以上5℃未満であるとき、つまり、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtに近い温度となっているときは、第1パルス数P1と第2パルス数P2はともに0plsとされている、この場合、膨張弁24の開度は変化しない。
In the expansion valve opening table 300, first, when the discharge temperature difference ΔTd is -5 ° C or more and less than 5 ° C, that is, when the actual discharge temperature Tdp is close to the target discharge temperature Tdt, the first pulse is generated. The number P1 and the number P2 of the second pulse are both set to 0 pls. In this case, the opening degree of the
次に、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtよりも低く吐出温度差ΔTdが5℃以上であるときは、吐出温度差ΔTdが大きくなるのにつれて、第1パルス数P1と第2パルス数P2はともに小さくなるように定められている。実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtよりも低いときは、第1パルス数P1もしくは第2パルス数P2のパルスを含むパルス信号を膨張弁24に与えることで、膨張弁24の開度を小さくして圧縮機21に戻る冷媒量を減少させる。これにより、圧縮機21内部の温度が上昇し、実吐出温度Tdpが上昇する。
Next, when the actual discharge temperature Tdp is lower than the target discharge temperature Tdt and the discharge temperature difference ΔTd is 5 ° C. or higher, the first pulse number P1 and the second pulse number P2 become larger as the discharge temperature difference ΔTd increases. Both are set to be small. When the actual discharge temperature Tdp is lower than the target discharge temperature Tdt, the opening degree of the
また、実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtよりも高く吐出温度差ΔTdが−5℃未満であるときは、吐出温度差ΔTdが小さくなるのにつれて、第1パルス数P1と第2パルス数P2はともに大きくなるように定められている。実吐出温度Tdpが目標吐出温度Tdtよりも高いときは、第1パルス数P1もしくは第2パルス数P2のパルス数を含むパルス信号を膨張弁24に与えることで、膨張弁24の開度を大きくして圧縮機21に戻る冷媒量を増加させる。これにより、圧縮機21内部の温度が低下し、実吐出温度Tdpが低下する。
なお、実吐出温度Tdpが、本発明における冷媒回路10を循環する冷媒の状態量であり、吐出温度センサ73が本発明の第2検出手段である。
When the actual discharge temperature Tdp is higher than the target discharge temperature Tdt and the discharge temperature difference ΔTd is less than −5 ° C., the first pulse number P1 and the second pulse number P2 become smaller as the discharge temperature difference ΔTd becomes smaller. Both are set to be large. When the actual discharge temperature Tdp is higher than the target discharge temperature Tdt, the opening degree of the
The actual discharge temperature Tdp is the state quantity of the refrigerant circulating in the
また、液管4を流れる冷媒の状態を推定するために用いる実冷媒過冷却度SCpは、室外熱交換器23が凝縮器として機能する冷房運転時は、吐出圧力センサ71で検出した吐出圧力を用いて求めた室外熱交換器23における凝縮温度から、冷媒温度センサ75で検出した室外熱交換器23から流出した冷媒の温度を減じて求めることができる。また、冷媒過冷却度SCpは、室内熱交換器31が凝縮器として機能する暖房運転時は、吐出圧力センサ71で検出した吐出圧力を用いて求めた室内熱交換器31における凝縮温度から、液側温度センサ77で検出した室内熱交換器31から流出した冷媒の温度を減じて求めることができる。なお、上述した吐出圧力センサ71と、冷媒温度センサ75と、液側温度センサ77と、これら各センサでの検出値を用いて実冷媒過冷却度SCpを算出する室外機制御手段200が、本発明の第1検出手段である。
Further, the actual refrigerant supercooling degree SCp used for estimating the state of the refrigerant flowing through the
実冷媒過冷却度SCpの検出は、吐出温度センサ73で検出した実吐出温度Tdpを目標吐出温度Tdtに近づけるように膨張弁24の開度を調整することと並行して、定期的(例えば、3分毎)に行われる。そして、検出した実冷媒過冷却度SCpが、予め定められた所定値(例えば、1deg。以降、所定冷媒過冷却度SCdと記載する場合がある)以下となり、かつ、実冷媒過冷却度SCpが所定冷媒過冷却度SCd以下となる回数(以降、低SC回数kと記載する場合がある)が所定回数(例えば、3回。以降、所定回数kdと記載する場合がある)以上連続した場合は、膨張弁24を通過する冷媒が気液二相状態であると推定し、現在の膨張弁24の開度に対応したパルス数に、吐出温度差ΔTdに応じた第2パルス数P2を増減した新たなパルス信号を膨張弁24に与えることで、膨張弁24の開度を調整する。一方、検出した実冷媒過冷却度SCpが所定冷媒過冷却度SCdより大きい、あるいは、検出した実冷媒過冷却度SCpが所定冷媒過冷却度SCd以下である状態が低SC回数k以上連続しない場合は、膨張弁24を通過する冷媒が液状態であると推定し、吐出温度差ΔTdに応じた第1パルス数P1のパルスを含むパルス信号を膨張弁24に与えることで、膨張弁24の開度を調整する。
The detection of the actual refrigerant supercooling degree SCp is performed periodically (for example, in parallel with adjusting the opening degree of the
<膨張弁の開度調整を行う場合の処理の流れ>
次に、図3を用いて、空気調和機1の空調運転時の膨張弁24の開度調整に関わる処理について説明する。図3に示すのは、空調運転時に室外機制御手段200のCPU210が行う膨張弁24の開度調整に関わる処理の流れを示すフローチャートである。図3のフローチャートにおいて、STは処理のステップを表し、これに続く数字はステップの番号を表している。なお、図3では、膨張弁24の開度調整以外の制御、例えば、室内機3から要求される空調能力に応じた圧縮機21の駆動制御などについては、その説明を省略している。
<Process flow when adjusting the opening of the expansion valve>
Next, with reference to FIG. 3, a process related to adjusting the opening degree of the
空気調和機1が運転を開始するとき、CPU210は、膨張弁24の開度を初期開度とするとともに、低SC回数kを0とする(ST1)、ここで、膨張弁24の初期開度とは、空気調和機1が運転を開始して圧縮機21が起動してから、冷媒回路10に冷媒が循環して冷媒回路10が安定するまで、つまり、吐出温度センサ73で検出する実吐出温度Tdpの値が安定するまでの膨張弁24の開度であり、圧縮機21の能力によって決められるものである。一例として初期開度は、膨張弁24のパルスモータに与えるパルス信号に含まれるパルスのパルス数が100plsに相当する開度である。
When the
次に、CPU210は、実冷媒過冷却度SCpを算出するとともに、実吐出温度Tdpを検出して吐出温度差ΔTdを算出する(ST2)。具体的には、CPU210は、室外熱交換器23が凝縮器として機能する冷房運転時は、吐出圧力センサ71で検出した吐出圧力をセンサ入力部240を介して取り込み、取り込んだ吐出圧力を用いて室外熱交換器23における凝縮温度を求める。また、CPU210は、冷媒温度センサ75で検出した冷媒の温度をセンサ入力部240を介して取り込む。そして、CPU210は、求めた凝縮温度から取り込んだ冷媒の温度を減じて実冷媒過冷却度SCpを算出する。また、CPU210は、室内熱交換器31が凝縮器として機能する暖房運転時は、室内機3の液側温度センサ77で検出した冷媒の温度を通信部230を介して取り込み、取り込んだ吐出圧力を用いて求めた室内熱交換器31における凝縮温度から取り込んだ冷媒の温度を減じて実冷媒過冷却度SCpを算出する。また、CPU210は、吐出温度センサ73で検出した実吐出温度Tdpをセンサ入力部240を介して取り込み、記憶部220に記憶している目標吐出温度Tdtから取り込んだ実吐出温度Tdpを減じて吐出温度差ΔTdを算出する。
Next, the
次に、CPU210は、ST3で検出した実冷媒過冷却度SCpが、記憶部220に記憶している所定冷媒過冷却度SCd以下であるか否かを判断する(ST3)。実冷媒過冷却度SCpが所定冷媒過冷却度SCd以下であれば(ST3−Yes)、CPU210は、現在の低SC回数kに1をプラスし(ST4)、低SC回数kが所定回数Kd以上であるか否かを判断する(ST5)。
Next, the
低SC回数kが所定回数Kd以上でなければ(ST5−No)、CPU210は、ST2に処理を戻す。低SC回数kが所定回数Kd以上であれば(ST5−Yes)、CPU210は、記憶部220に記憶している膨張弁開度テーブル300を参照し、ST2で算出した吐出温度差ΔTdに応じた第2パルス数P2を抽出し(ST6)、抽出した第2パルス数P2のパルスを含むパルス信号を膨張弁24に与えて(ST7)、ST2に処理を戻す。
If the low SC number k is not equal to or greater than the predetermined number Kd (ST5-No), the
一方、ST3において、実冷媒過冷却度SCpが所定冷媒過冷却度SCd以下でなければ(ST3−No)、CPU210は、記憶部220に記憶している膨張弁開度テーブル300を参照し、ST2で算出した吐出温度差ΔTdに応じた第1パルス数P1を抽出し(ST8)、抽出した第1パルス数P1のパルスを含むパルス信号を膨張弁24に与える(ST9)。そして、CPU210は、低SC回数kを0として(ST10)、ST2に処理を戻す。
On the other hand, in ST3, if the actual refrigerant supercooling degree SCp is not equal to or less than the predetermined refrigerant supercooling degree SCd (ST3-No), the
以上説明したように、本実施形態の空気調和機1では、実冷媒過冷却度SCpを用いて膨張弁24を通過する冷媒の状態を推定し、推定した結果に応じて第1パルス数P1と第2パルス数P2とを使い分ける。膨張弁24を通過する冷媒が気液二相状態である場合に膨張弁24の開度を調整する際に、液状態の冷媒が膨張弁24を通過する場合に使用する第1パルス数P1より大きい第2パルス数P2を用いる。これにより、膨張弁24を通過する冷媒が液状態である場合より冷媒の密度が小さい気液二相状態であっても、膨張弁24を通過する冷媒が液状態である場合と同様に好適に膨張弁24の開度を調整することができ、実吐出温度Tdpを目標吐出温度Tdtに速やかに近づけられる。
As described above, in the
なお、以上説明した本発明の実施形態では、冷媒回路10を循環する冷媒の温度あるいは圧力を含む状態量として実吐出温度Tdpを採用し、この実吐出温度Tdpを検出する吐出温度センサ73を第2検出手段として説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、本実施形態における第1検出手段、つまり、吐出圧力センサ71と、冷媒温度センサ75と、液側温度センサ77と、室外機制御手段200とで求める実冷媒過冷却度SCpを状態量として採用し、実冷媒過冷却度SCpが予め定められる目標冷媒過冷却度となるように、膨張弁24の開度を調整してもよい。この場合は、第1検出手段が第2検出手段を兼ねることになる。
In the embodiment of the present invention described above, the actual discharge temperature Tdp is adopted as the state quantity including the temperature or pressure of the refrigerant circulating in the
また、上記状態量は、実吐出温度Tdpや実冷媒過冷却度SCpに限られるものではなく、例えば、蒸発器として機能する熱交換器から流出した冷媒の過熱度や、圧縮機21に吸入される冷媒の過熱度など、冷媒回路10を循環する冷媒の温度あるいは圧力を含み、これら各状態量を膨張弁24の開度調整により変化させることで、冷媒回路10動作を適切に制御できるものであればよい。
Further, the above-mentioned state amount is not limited to the actual discharge temperature Tdp and the actual refrigerant supercooling degree SCp, and is, for example, the degree of superheating of the refrigerant flowing out from the heat exchanger functioning as an evaporator or being sucked into the compressor 21. The operation of the
1 空気調和装置
2 室外機
3 室内機
10 冷媒回路
21 圧縮機
24 膨張弁
71 吐出圧力センサ
75 冷媒温度センサ
77 液側温度センサ
200 室外機制御部
210 CPU
300膨張弁開度テーブル
k 低SC回数
kd 所定回数
P1 第1パルス数
P2 第2パルス数
SCp 実冷媒過冷却度
SCd 所定逓倍過冷却度
Tdp 実吐出温度
Tdt 目標吐出温度
ΔTd 吐出温度差
1
300 Expansion valve opening table k Low SC number kd Predetermined number P1 1st pulse number P2 2nd pulse number SCp Actual refrigerant supercooling degree SCd Predetermined multiplication overcooling degree Tdp Actual discharge temperature Tdt Target discharge temperature ΔTd
Claims (4)
前記膨張弁を流れる冷媒が、気液二相状態、あるいは、液状態のいずれの状態であるかを検出する第1検出手段と、
前記冷媒回路を循環する冷媒の温度あるいは圧力を含む状態量を検出する第2検出手段と、
前記膨張弁の開度を調整する制御手段と、
を有し、
前記第1検出手段の検出結果と前記第2検出手段の検出結果とに基づいて、前記膨張弁の開度が調整される。
ことを特徴とする空気調和機。 A refrigerant circuit formed by connecting a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator with a refrigerant pipe,
A first detecting means for detecting whether the refrigerant flowing through the expansion valve is in a gas-liquid two-phase state or a liquid state.
A second detecting means for detecting a state quantity including the temperature or pressure of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit, and
A control means for adjusting the opening degree of the expansion valve and
Have,
The opening degree of the expansion valve is adjusted based on the detection result of the first detection means and the detection result of the second detection means.
An air conditioner that features that.
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 When the refrigerant flowing through the expansion valve is detected by the first detecting means as a gas-liquid two-phase state, the number of pulses based on the state amount detected by the second detecting means is determined by the first detecting means. It is a value larger than the number of pulses based on the same amount of state when the refrigerant flowing through is detected as a liquid state.
The air conditioner according to claim 1, wherein the air conditioner is characterized by the above.
前記制御手段は、前記第1検出手段で検出した前記実冷媒過冷却度を用いて、前記膨張弁を流れる冷媒が、気液二相状態、あるいは、液状態のいずれの状態であるかを推定する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気調和機。 The first detection means detects the degree of supercooling of the actual refrigerant, which is the degree of supercooling of the refrigerant flowing out of the condenser.
The control means estimates whether the refrigerant flowing through the expansion valve is in a gas-liquid two-phase state or a liquid state by using the actual refrigerant supercooling degree detected by the first detection means. To do,
The air conditioner according to claim 1 or 2, wherein the air conditioner is characterized by the above.
前記第2検出手段は、前記実吐出温度を検出し、
前記制御手段は、前記第2検出手段で検出した前記実吐出温度に基づいた前記パルス数を前記膨張弁に加える、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の空気調和機。 The state quantity is the actual discharge temperature, which is the temperature of the refrigerant discharged from the compressor.
The second detecting means detects the actual discharge temperature and
The control means adds the number of pulses based on the actual discharge temperature detected by the second detection means to the expansion valve.
The air conditioner according to claim 1 to 3, wherein the air conditioner is characterized by the above.
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