JP2614253B2

JP2614253B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP2614253B2
Application number: JP63028103A
Authority: JP
Inventors: 学北本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH01203849A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明はヒートポンプ式冷凍サイクルの構成を改良
した空気調和機の改良に関する。

（従来の技術）一般に、空気調和機として複数の室内ユニットを備え
たマルチ式の構成のものが知られている。第６図はこの
種のマルチ式空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクル
を示すもので、Ａは室外ユニット、Ｂは分岐ユニット、
C,D,Eは室内ユニットである。室外ユニットＡは２台の
能力可変圧縮機1,2を備え、その圧縮機1,2を逆止弁3,4
をそれぞれ介して並列に接続している。そして、圧縮機
1,2、四方弁５、室外熱交換器６、暖房用膨張弁７と冷
房サイクル形成用逆止弁８との並列体、リキッドタンク
９、電動式流量調整弁11,21,31、冷房用膨張弁12,22,32
と暖房サイクル形成用逆止弁13,23,33との並列体、室内
熱交換器14,24,34、ガス側開閉弁（電磁開閉弁）15,25,
35、アキュームレータ10などを順次連通し、ヒートポン
プ式冷凍サイクルを構成している。なお、冷房用膨張弁
12,22,32はそれぞれ感温筒12a,22a,32aを有しており、
これらの感温筒12a,22a,32aを室内熱交換器14,24,34の
ガス側冷媒配管にそれぞれ取付けている。

また、室内熱交換器14,24,34は冷凍サイクル内で並列
に接続されている。そして、冷房運転時には第６図中に
実線矢印で示す方向に冷媒を流して室外熱交換器６を凝
縮器、室内熱交換器14,24,34を蒸発器としてそれぞれ機
能させる冷房サイクルを形成し、暖房運転時には同図中
に点線矢印で示す方向に冷媒を流して室内熱交換器14,2
4,34を凝縮器、室外熱交換器６を蒸発器としてそれぞれ
機能させる暖房サイクルを形成するようにしている。

さらに、この種のものにあっては各室内ユニットC,D,
Eの要求能力を満足するように圧縮機1,2の運転台数およ
び能力を制御するとともに、流量調整弁11,21,31の開度
をそれぞれ制御して各室内熱交換器14,24,34への冷媒流
量を調整している。そして、冷房用膨張弁12,22,32によ
って冷媒流量の変化にかかわらず、各室内熱交換器14,2
4,34における冷媒過熱度を一定に維持し、安定かつ効率
の良い運転を行なうようにしている。したがって、例え
ば各室内ユニットC,D,Eの要求能力が設定能力より小さ
い場合には１台の圧縮機１の能力を増減によってこの要
求能力に応じ、この要求能力が設定能力より増大した場
合には圧縮機１とともに圧縮機２を同時に駆動するよう
にしている。また、このように２台の圧縮機1,2を同時
に駆動している状態で各室内ユニットC,D,Eからの要求
能力が小さくなると圧縮機２の能力が徐々に低減し、さ
らには圧縮機２の運転が停止して１台の圧縮機１のみの
運転となる。

ところで、上記従来構成のものにあっては例えば運転
中の各室内ユニットC,D,Eの空気負荷が高い場合のよう
に冷媒のスーパーヒートが大きい場合には圧縮機1,2か
らの冷媒吐出温度が通常運転時の冷媒吐出温度よりも極
端に上昇するおそれがあるので、圧縮機1,2の内部で冷
媒の劣化が急速に進み、潤滑油の炭化や各圧縮機1,2内
のピストン、コンロッド等の摺動部位の焼付き等が発生
し易い問題があった。さらに、圧縮機1,2の冷媒吸込み
温度が高い場合には圧縮機1,2のモータの巻線温度が上
昇し、絶縁的に圧縮機1,2の使用規格範囲を越えるおそ
れがあった。

（発明が解決しようとする課題）従来構成のものにあっては圧縮機1,2からの冷媒吐出
温度の極端な上昇を防止することができないので、圧縮
機1,2の内部で冷媒の劣化が急速に進み、潤滑油の炭化
や各圧縮機1,2内のピストン、コンロッド等の摺動部位
の焼付け等が発生し易い問題があるとともに、圧縮機1,
2の冷媒吸込み温度の上昇にともない圧縮機1,2のモータ
の巻線温度が上昇し、絶縁的に圧縮機1,2の使用規格範
囲を越える等の不具合があった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、圧縮
機からの冷媒吐出温度の極端な上昇や冷媒吸込み温度の
上昇等を防止することができ、比較的迅速に最適なサイ
クル温度で安定運転させることができる空気調和機を提
供することを目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は冷凍サイクル内の液冷媒流通路と圧縮機の
吸込み通路との間を連結するサイクル冷却用のバイパス
通路を設け、弁開度制御可能な流量調整弁をこのバイパ
ス通路内に介設させるとともに、圧縮機の冷媒吸込み温
度および冷媒吐出温度を検出する吸込み温度センサおよ
び吐出温度センサをそれぞれ設け、各温度センサからの
検出温度が設定温度より小さい場合には流量調整弁を全
閉状態で保持させ、この検出温度が所定の設定温度に達
した時点で流量調整弁の弁開度を開制御させるサイクル
冷却手段および各温度センサからの検出温度が所定の設
定温度に達する前の一定区間の各温度センサからの検出
温度の変化率を検出し、この検出結果に応じて流量調整
弁の初期開度値を可変制御させる初期開度値可変制御手
段をそれぞれ設けたものである。

（作用）冷凍サイクル駆動中、圧縮機の冷媒吸込み温度および
冷媒吐出温度のうちの何れかが設定温度に達した場合に
流量調整弁を開操作させることにより、冷凍サイクル内
の液冷媒流通路からサイクル冷却用のバイパス通路を介
して圧縮機の吸込み通路側に低温状態の液冷媒の一部を
導入させ、圧縮機の吸込み通路内の冷媒温度を低下させ
るとともに、各温度センサからの検出温度が所定の設定
温度に達する前の一定区間の各温度センサからの検出温
度の変化率を検出し、この検出結果に応じで流量調整弁
の初期開度値を可変制御させることにより、圧縮機の冷
媒吸込み温度および冷媒吐出温度の温度上昇時における
圧縮機の吸込み通路内の冷媒温度の低下を早め、冷凍サ
イクルが安定するまでの時間を短縮するようにしたもの
である。

（実施例）以下、この発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照
して説明する。なお、第１図乃至第５図中で第６図と同
一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第１図中で、41aは一方の圧縮機１の冷媒吸込み側配
管、41bはこの圧縮機１の冷媒吐出側配管、42aは他方の
圧縮機２の吸込み側配管、42bはこの圧縮機２の冷媒吐
出側配管である。この場合、両圧縮機1,2の冷媒吸込み
側配管41a,42aは共通の冷媒吸込み管43aに連結されてい
るとともに、両圧縮機1,2の冷媒吐出側配管41b,42bも同
様に共通の冷媒吐出管43bに連結させており、冷媒吸込
み側配管41a,42aおよび冷媒吸込み管43aによって両圧縮
機1,2の冷媒吸込み通路44a、冷媒吐出側配管41b,42bお
よび冷媒吐出管43bによって両圧縮機1,2の冷媒吐出通路
44bをそれぞれ形成させている。

さらに、両圧縮機1,2の冷媒吐出側配管41b,42bにはオ
イルセパレータ45,46をそれぞれ介設させている。これ
らのオイルセパレータ45,46にはオイル戻し管47,48の一
端を連結させており、これらのオイル戻し管47,48の他
端は両圧縮機1,2の冷媒吸込み側配管41a,42aにそれぞれ
連結させている。

また、圧縮機１のケース底部には第２図に示すように
均油管49の一端を連結させている。この均油管49の他端
は他方の圧縮機２のケース底部に連結させている。

一方、冷凍サイクル内の液冷媒流通路、例えば暖房用
膨張弁７と冷房サイクル形成用逆止弁８との並列体と、
リキッドパイプ９との間に配設させた冷媒管（液冷媒流
通路）50にはサイクル冷却用のバイパス通路51の一端を
連結させている。このバイパス通路51の他端は冷媒吸込
み管43aに連結させている。また、このバイパス通路51
には弁開度制御可能なパルスモータバルブ（流量調整
弁）52を介設させている。

さらに、冷凍サイクルの冷媒吐出管43bには圧力セン
サ53を取付けるとともに、圧縮機1,2の冷媒吸込み側配
管41a,42aには冷媒吸込み温度を検出する吸込み温度セ
ンサ54,55、圧縮機1,2の冷媒吐出側配管41b,42bには冷
媒吐出温度を検出する吐出温度センサ56,57をそれぞれ
取付けている。

また、第３図は空気調和機本体の制御回路を示すもの
である。この第３図中で、60は室外ユニットＡに装着さ
せた室外制御部である。この室外制御部60はマイクロコ
ンピュータおよびその周辺回路などからなり、外部にパ
ルスモータバルブ52、圧力センサ53、吸込み温度センサ
54,55、吐出温度センサ56,57およびインバータ回路61,6
2を接続している。この場合、インバータ回路61,62は交
流電源63の電圧を整流し、それを室外制御部60の指令に
応じたスイッチングによって所定周波数の交流電圧に変
換し、圧縮機モータ1M,2Mにそれぞれ駆動電力として供
給するものである。

また、70は分岐ユニットＢに装着させたマルチ制御部
である。このマルチ制御部70はマイクロコンピュータお
よびその周辺回路などからなり、外部に接続させた流量
調整弁11,21,31および開閉弁15,25,35をそれぞれ駆動制
御するものである。

さらに、80,90,100は室内ユニットC,D,Eにそれぞれ装
着させた室内制御部である。これらの室内制御部80,90,
100はマイクロコンピュータおよびその周辺回路などか
らなり、外部に運転操作部81,91,101および室内温度セ
ンサ82,92,102をそれぞれ接続している。そして、各室
内制御部80,90,100は周波数設定信号f₁,f₂,f₃を各室内
ユニットC,D,Eの要求能力としてマルチ制御部70に転送
するようになっている。また、マルチ制御部70は転送さ
れてくる周波数設定信号f₁,f₂,f₃にもとづいて各室内ユ
ニットC,D,Eの要求能力の総和を求め、それに対応する
周波数設定信号f₀を室外制御部60に転送するようになっ
ている。

次に、上記構成の作用を説明する。例えば、全ての室
内ユニットC,D,Eが冷房運転を行なっている場合には室
内ユニットＣの室内制御部80は室内温度センサ82の検出
温度と運転操作部81で設定された設定温度との差を演算
し、その温度差に対応する周波数設定信号f₁を要求冷房
能力としてマルチ制御部70に転送する。同様に、室内ユ
ニットD,Eの室内制御部90,100も周波数設定信号f₂,f₃を
要求冷房能力としてマルチ制御部70に転送する。

さらに、マルチ制御部70では転送されてくる周波数設
定信号f₁,f₂,f₃にもとづいて各室内ユニットC,D,Eの要
求冷房能力の総和を求め、この総和に対応する周波数設
定信号f₀を室外制御部60に転送する。この室外制御部60
では転送されてくる周波数設定信号f₀に応じて圧縮機1,
2の運転台数および運転周波数（インバータ回路61,62の
出力周波数）Ｆを制御する。この場合、室外制御部60で
は要求冷房能力の総和が設定冷房能力よりも小さい場合
には１台の圧縮機１のみを駆動し、要求冷房能力の総和
が設定冷房能力よりも大きくなると２台の圧縮機1,2を
同時に駆動するようにしている。

一方、空気調和機本体の運転（冷房、暖房および除霜
運転）中は吸込み温度センサ54,55および吐出温度セン
サ56,57によって圧縮機1,2の冷媒吸込み温度および冷媒
吐出温度をそれぞれ検出させている。そして、第４図中
にＡゾーンで示すように各温度センサ54,55、56,57から
の検出温度が全て所定の設定温度T₁よりも小さい状態で
あることが検出されている場合には室外制御部60によっ
てパルスモータバルブ52が全閉状態で保持される。ま
た、各温度センサ54,55、56,57からの検出温度のうちの
何れかが所定の設定温度T₁に達すると室外制御部60によ
って次のようなパルスモータバルブ52の開度制御が行な
われる。

このパルスモータバルブ52の開度制御時には各温度セ
ンサ54,55、56,57からの検出温度のうち、最初に設定温
度T₁に達した温度センサの検出値を優先させるようにし
ており、最初に設定温度T₁に達した温度センサの検出温
度にもとづいてパルスモータバルブ52の開度制御を行な
うようにしている。そして、基準となる温度センサの検
出温度が設定温度T₁を越えてＢゾーン内の温度に達する
と室外制御部60によってパルスモータバルブ52を初期設
定開度ｎに開操作させる。そのため、このパルスモータ
バルブ52の開操作にともない冷媒管50内の低温冷媒をサ
イクル冷却用のバイパス通路51内を介して冷媒吸込み管
43a側に流入させることができるので、この低温状態の
流入冷媒によって冷媒吸込み管43a側の冷媒温度を効果
的に低下させることができる。

また、パルスモータバルブ52の開度は初期設定開度ｎ
に開操作させた後、所定の時間単位毎に所定のステップ
数（ｎパルス）ずつ徐々に増大させる。そして、基準と
なる温度センサの検出温度が設定温度T₁よりも低下した
Ｃゾーンに達した状態が検出されるとその時点でパルス
モータバルブ52の開度増大動作を停止させ、その時点の
開度でパルスモータバルブ52を保持させる。また、基準
となる温度センサの検出温度がＣゾーンからＤゾーンま
で低下すると所定の時間単位毎に所定のステップ数（ｎ
パルス）ずつパルスモータバルブ52の開度を徐々に縮小
させる。そして、このパルスモータバルブ52の開度縮小
動作によってパルスモータバルブ52の開度が０、すなわ
ちパルスモータバルブ52が全閉された時点で初期状態に
戻る。

なお、圧縮機1,2の運転停止時および起動後、一定時
間が経過する前は各温度センサ54,55、56,57からの温度
検出値は無視される。

次に、パルスモータバルブ52の初期設定開度ｎの設定
動作について説明する。まず、第５図に示すようにパル
スモータバルブ52の開度制御を行なう所定の設定温度T₁
よりも低温状態の第２の設定温度T₂およびこの第２の設
定温度T₂と設定温度T₁との間に第３の設定温度T₃をそれ
ぞれ設定する。そして、空気調和機本体の起動後、各温
度センサ54,55、56,57からの検出温度が所定の設定温度
T₁に達する前に、この検出温度が第２の設定温度T₂に達
した時点と第３の設定温度T₃に達した時点との間の一定
区間で各温度センサ54,55、56,57からの検出温度の変化
率を検出し、この検出結果に応じてパルスモータバルブ
52の初期開度値ｎを次のように可変制御させる。なお、
第５図中で、（Ｉ）は最も検出温度の変化率が小さい温
度特性、（III）は最も検出温度の変化率が大きい温度
特性、（II）は温度特性（Ｉ）と（III）との間の中間
状態の温度特性をそれぞれ示すものである。そして、温
度特性（Ｉ）のように検出温度の変化率が最も小さい場
合にはパルスモータバルブ52の初期開度値ｎを最も小さ
い値n₁、温度特性（III）のように検出温度の変化率が
最も大きい場合にはパルスモータバルブ52の初期開度値
ｎを最も大きい値n₃、温度特性（II）のように検出温度
の変化率が中間状態の場合にはパルスモータバルブ52の
初期開度値ｎも中間の値n₂にそれぞれ設定し、空気調和
機本体の運転にともない各温度センサ54,55、56,57から
の検出温度が所定の設定温度T₁に達した時点で検出温度
の変化率に対応させてパルスモータバルブ52を上述した
初期開度値ｎの各設定値n₃、n₂、n₃にそれぞれ開操作さ
せている。

そのため、この場合にはパルスモータバルブ52の初期
開度値ｎを一定に固定させた場合に比べて圧縮機1,2の
吸込み通路44a内の冷媒温度の低下を早めることがで
き、冷凍サイクルが安定するまでの時間を短縮できるこ
とができる。

そこで、上記構成のものにあっては冷凍サイクル駆動
中、吸込み温度センサ54,55および吐出温度センサ56,57
によって圧縮機1,2の冷媒吸込み温度および冷媒吐出温
度をそれぞれ検出させ、各温度センサ54,55、56,57から
の検出温度のうちの何れかが設定温度T₁に達した場合に
パルスモータバルブ52を開操作させることにより、冷凍
サイクル内の液冷媒流通路からサイクル冷却用のバイパ
ス通路51を介して圧縮機1,2の吸込み通路44a側に低温状
態の液冷媒の一部を導入させるようにしたので、この低
温の導入冷媒によって圧縮機1,2の吸込み通路44a内の冷
媒温度を低下させることができる。このため、冷凍サイ
クル駆動中、従来のような圧縮機1,2からの冷媒吐出温
度の極端な上昇や冷媒吸込み温度の上昇等を防止するこ
とができるので、冷媒の劣化を防止することができ、潤
滑油の炭化や各圧縮機1,2内のピストン、コンロッド等
の摺動部位の焼付きや、圧縮機1,2のモータの巻線温度
の極端な上昇を防止して最適なサイクル温度で安定運転
させることができる。さらに、冷凍サイクル駆動中、冷
媒量のばらつきが発生した場合であってもこれらのばら
つきを比較的短時間で修正することができるので、冷凍
サイクル中の極端な圧力変動等を防止することができ
る。また、各温度センサ54,55、56,57からの検出温度が
所定の設定温度T₁に達する前の一定区間（設定温度T₂と
設定温度T₃との間）の各温度センサ54,55、56,57からの
検出温度の変化率を検出し、この検出結果に応じてパル
スモータバルブ52の初期開度値ｎを可変制御させるよう
にしたので、圧縮機1,2の冷媒吸込み温度および冷媒吐
出温度の温度上昇時における圧縮機1,2の吸込み通路44a
内の冷媒温度の低下を早めることができ、冷凍サイクル
が安定するまでの時間を短縮することができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施で
きることは勿論である。

［発明の効果］この発明によれば冷凍サイクル内の液冷媒流通路と圧
縮機の吸込み通路との間を連結するサイクル冷却用のバ
イパス通路を設け、弁開度制御可能な流量調整弁をこの
バイパス通路内に介設させるとともに、圧縮機の冷媒吸
込み温度および冷媒吐出温度を検出する吸込み温度セン
サおよび吐出温度センサをそれぞれ設け、各温度センサ
からの検出温度が所定の設定温度より小さい場合には流
量調整弁を全閉状態で保持させ、この検出温度が所定の
設定温度に達した時点で流量調整弁の弁開度を開制御さ
せるサイクル冷却手段および各温度センサからの検出温
度が所定の設定温度に達する前の一定区間の前記各温度
センサからの検出温度の変化率を検出し、この検出結果
に応じて流量調整弁の初期開度値を可変制御させる初期
開度値可変制御手段をそれぞれ設けたので、圧縮機から
の冷媒吐出温度の極端な上昇や冷媒吸込み温度の上昇等
を防止することができ、比較的迅速に最適なサイクル温
度で安定運転させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図は空気調和機内の冷凍サイクルを示す全体の概略
構成図、第２図は２台の圧縮機間の均油管の取付け状態
を示す概略構成図、第３図は冷凍サイクルの制御回路を
示す全体の概略構成図、第４図はパルスモータバルブの
制御状態を説明するための温度特性図、第５図はパルス
モータバルブの初期開度値の設定動作を説明するための
温度特性図、第６図は従来の空気調和機内の冷凍サイク
ルを示す全体の概略構成図である。 1,2……圧縮機、44……冷媒吸込み通路、50……冷媒管
（液冷媒流通路）、51……バイパス通路、52……パルス
モータバルブ（流量調整弁）、54,55……吸込み温度セ
ンサ、56,57……吐出温度センサ、60……室外制御部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍サイクル内の液冷媒流通路と圧縮機の
吸込み通路との間を連結するサイクル冷却用のバイパス
通路と、このバイパス通路内に介設させた開度制御可能
な流量調整弁と、前記圧縮機の冷媒吸込み温度および冷
媒吐出温度を検出する吸込み温度センサおよび吐出温度
センサと、前記各温度センサからの検出温度が所定の設
定温度より小さい場合には前記流量調整弁を全閉状態で
保持させ、この検出温度が所定の設定温度に達した時点
で前記流量調整弁の弁開度を開制御させるサイクル冷却
手段と、前記各温度センサからの検出温度が所定の設定
温度に達する前の一定区間の前記各温度センサからの検
出温度の変化率を検出し、この検出結果に応じて前記流
量調整弁の初期開度値を可変制御させる初期開度値可変
制御手段とを具備したことを特徴とする空気調和機。