JP2661781B2 - マルチ空調機の冷凍サイクル制御方法 - Google Patents

マルチ空調機の冷凍サイクル制御方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数台の室内ユニットを有するマルチ空調機
における冷房運転時の運転室内ユニットからの冷媒流動
音の発生を抑制するマルチ空調機の冷凍サイクル制御方
法に関する。
〔従来の技術〕
冷媒の液量を検知して冷凍サイクル制御を行う空調機
の公知例として液溜タンク(レシーバ)内の貯液量を検
知して圧縮機の回転数を制御する実開昭61−110055号の
例があり、検出される貯液量が増加することに応答して
圧縮機の回転数を順次低減させる制御を特徴としてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来、マルチ空調機では、室内ユニットの運転台数変
化などにより冷凍サイクルの状態が過渡的に変化する場
合に、冷房運転時においては、室外ユニットから案内ユ
ニットへの高圧の液冷媒が液単相流からガス・液二相流
に変化することがあり得、このガス・液二相流が室内ユ
ニットの電子制御膨張弁の弁部にて減圧膨張する際に異
音(いわゆる冷媒流動音)が発生する問題があった。こ
れを以下説明する。
冷房運転時に、例えば室内ユニットの運転台数の減少
等の運転条件の変化に応じて室外ユニットの圧縮機の回
転数を減らすと圧縮機の吐出圧力が低下し、吐出圧力の
低下は冷媒の凝縮飽和温度の低下につながり、その結
果、室内ユニット凝縮器出口の冷媒の過冷却度が取れな
くなった場合には、冷媒はガス・液二相流となって室外
ユニットの電子膨張弁へ達し、流動音の発生に至る。
また、吐出圧力が減少し冷媒の流量すなわち循環量が
減少すると、それに応じて室内ユニットの電子制御膨張
弁の弁開度を絞る調節がなされるが、この開度調節には
遅れがあるため、冷凍サイクルが定常状態に安定するま
での間は電子膨張弁が最適開度より大きい開度になって
いて液冷媒を十分に減圧出来ず、液冷媒の一部がガス化
せずに室外ユニットへ戻り、アキュムレータへ溜る状態
になる。従って運転条件の変化が比較的短い間隔で起る
と、室内ユニットから室外ユニットへの液冷媒戻りが継
続し、アキュムレータへ溜る液冷媒が増え、結果として
室外ユニットから室内ユニットへの高圧の液冷媒が不足
してガス・液二相流が出来易くなり、流動音が発生し易
くなる。また、ガス・液二相流が発生した場合に、サイ
クルが安定した定常状態となって液単相流に戻り流動音
が消滅するまでの時間が長くなる。
しかるに、前記の公知例に示された空調機は、冷房運
転時における室外ユニットからの冷媒がガス・液二相流
状態となることに因る冷媒流動音の発生を防ぐ目的のも
のではなく、室内ユニットの運転台数の変化等で急激な
サイクル変動が生じた場合に冷媒流動音の原因となるガ
ス・液二相流を生ぜしめない様に室外ユニットからの液
冷媒の過冷却度を確保し得る手段は何ら示されていな
い。
本発明の目的は、マルチ空調機において、冷房運転
時、冷媒流動音発生の原因となる冷媒のガス・液二相流
への変化を容易に発生させないことを目的としており、
さらに、もし発生した場合でも、その発生時間、発生騒
音レベルを減少させることを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的達成のため本発明は、特許請求の範囲の各請
求項に記載のマルチ空調機の冷凍サイクル制御方法を提
供する。
〔作用〕
冷房運転時において、圧縮機を駆動する周波数可変装
置の運転周波数は、運転下限周波数より運転要求周波数
の方が低ければ、運転下限周波数とされるので、室外ユ
ニットから運転室内ユニットへの液冷媒がガス・液二相
流に変化することがなく、また、圧縮機の吐出圧力減少
に伴う冷媒流量減少のときの室内ユニットの電子膨張弁
の開度は冷媒過熱度制御目標値を圧縮機吸入部での冷媒
乾き度確保の目標値より高くしたことにより絞り傾向に
調節されているので、液冷媒の一部がガス化しないまま
室外ユニットに戻ることが抑制され、結果として、室外
ユニットから室内ユニットへ到る液冷媒の不足が生ぜ
ず、ガス・液二相流の発生を防止できる。以上の結果、
冷媒流動音の発生は回避され、また、発生してもその発
生時間は短くなる。また、室外送風機の運転台数ないし
風量の増加は圧縮機吐出圧力が所定値以上のときのみに
可能としているので、室外ユニットから室内ユニットへ
行く配管内冷媒流量、ひいては流速は大であり、ガス・
液二相流が生じた場合でも気泡が小さいので流動音レベ
ルは小さい。
〔実 施 例〕
以下、本発明の実施例を第1〜第5図で説明する。
第1図は冷凍サイクルの系統図を表わしている。
冷房運転時における冷媒の流れを述べると、室外ユニ
ット1の圧縮機6で圧縮された高温高圧のガス冷媒は室
外熱交換器7にて室外送風機8、9により外気と熱交換
され凝縮して中温高圧の液冷媒となり、受液器(レシー
バ)10、接続配管12、分岐管14を経て運転室内ユニット
2、3、4に到る。各室内ユニット2、3、4には電子
制御膨張弁16が内蔵されており、中温高圧の液冷媒はこ
こで減圧膨張して室内熱交器20にて蒸発して低温低圧の
ガス冷媒となり、分岐管15、接続配管13を経てアキュム
レータ11に戻り、再び圧縮器6に吸引される。
各室内ユニットの電子制御膨張弁16の詳細を第2図に
示す。電子制御膨張弁16の弁体は18は室内ユニットから
の制御信号によりパルスモータ17により駆動され、冷媒
流量制御を行なう。ところで、第2図の入口管19により
液冷媒が流入し、弁部で減圧膨張されて出口管20により
流出する場合、流入する冷媒がガス・液二相流であると
入口管19内にガス冷媒の気泡も流入し、冷媒のガスと液
の体積膨張度合は異なるため弁部でこれに起因する圧力
変動が生じ、これが冷媒流動音発生につながる。本発明
はこの冷媒流動音の発生を抑制しようとするものであ
る。
第1図において、室外ユニットの圧縮器6は可変周波
数インバータ5によりその周波数に比例した回転数で駆
動される。このインバータ5に対する運転要求周波数f
は室内ユニットの要求能力に応じて変化する。例えば、
複数台の室内ユニットが運転している状態でその運転台
数が減少すると、インバータ5に対する運転要求周波数
fもそれに見合った周波数に減少する。インバータの運
転周波数(従って圧縮器の回転数)の減少、従って冷媒
流量の減少に伴い圧縮機の吐出圧力は低下する傾向があ
る。
本実施例では、冷房運転時、圧縮器吐出圧力Pを所定
値P1(室外ユニットから室内ユニットへ行く液冷媒がガ
ス・液二相流に変化するのを防ぐに足る該液冷媒の過冷
却度を確保するための吐出圧力下限値)よりも低下せし
めないためのインバータ運転下限周波数rを設定してあ
る。そして、圧縮器吐出圧力Pが上記P1より低いとき
は、インバータの上記運転下限周波数rと運転要求周波
数fの比較を行い、両者のうちの高い方の周波数でイン
バータ5を運転することとし、以て、圧縮器の吐出圧力
PがP1より低下することを防ぎ、冷媒流動音の発生を防
止する。上記の運転下限周波数rは例えば第5図に示す
如く外気温度にリンクした値とし、吐出圧力が低くなる
低外気温度のときには高い周波数に、吐出圧力が高くな
る高外気温度のときには低い周波数にしてサイクルバラ
ンスを考慮するのがよい。
室内ユニットの電子制御膨張弁16の開度は、室内熱交
換器で気化した冷媒の過熱度制御目標値aを高く設定す
るほど開度が絞られる方向に調節されるようになってい
る。而して、本実施例では、第5図に示す如く、吐出圧
力が低下する低外気温度時の冷媒過熱度制御目標値aを
限度以上の吐出ガス温度の過熱が生じない程度で従来の
圧縮機吸入部での冷媒乾き度を確保するという冷媒過熱
度目標値よりも高めに変更することで該膨張弁開度を絞
り傾向に制御する。これにより、吐出圧力の減少による
冷媒流量の減少時には室内ユニットから室外ユニットへ
の液冷媒の戻り量は抑えられる。従って、室内ユニット
のアキュムレータへの液冷媒の溜りの増大、その結果と
しての室外ユニットから室内ユニットへの高圧液冷媒の
不足、それに因るガス・液二相流の発生、ひいては、冷
媒流動音の発生が防止される。また、冷媒流動音が発生
した場合でも上記電子制御膨張弁の開度が絞り傾向にあ
るため、冷凍サイクルが安定するまでの時間が短かく、
流動音の発生時間が短縮する。
室外送風機8,9に関しては、その送風量の増また減に
伴い圧縮機吐出圧力は夫々低下または上昇する傾向があ
り、且つその応答は非常に速いという性質がある。本実
施例では、運転室内ユニットの容量が或る設定容量以下
になった場合には、駆動している室外送風機の数を減ら
すか又は風量モードを低風量モードに切替えて圧縮機の
吐出圧力の低下を防ぐよう制御する。
運転室内ユニットの容量が増えれば、駆動する室外送
風機の数の増加または風量モードの高風量モードへの切
替を行う。但し、これは、本実施例では、圧縮機吐出圧
力が或る所定値P2以上であるという条件が満たされてい
るときにのみ行われる様に制御される。この結果、室外
ユニットから室内ユニットへの冷媒流量が多く、従って
配管内流速が大きい状態であるので、該冷媒がガス・液
二相流に変化した場合でもガスと液の混合が著しく、ガ
スの気泡が小さくなる。室内ユニットの電子制御膨張弁
の弁部で減圧膨張する際に発生する音すなわち冷媒流動
音は、一般にガスの気泡の大きさと関係があり、気泡の
径が大きいと低周波数の大きな圧力変動、騒音が生じる
のに対し、気泡の径が小さいと圧力変動、騒音も高周波
数であって、より小さくなる。従って、流動音が発生し
ても発生騒音レベルは小さくなる。
以上、本発明実施例の構成・動作について述べたが、
次に具体的に冷房時の動作を第3図、第4図のフローチ
ャートにより例述する。
今、第3図において、室内ユニット2,3,4が運転して
いる状態から、そのうちの室内ユニット3と4がリモコ
ンスイッチの操作による停止、またはサーモスタットで
の設定温度満足による運転要求停止(サーモオフ)に到
り、室内ユニット2のみの運転となったとする。圧縮機
6の回転数は、各室内ユニットからの運転要求指令を室
外ユニットの制御部で処理してそれに応じインバータ5
の周波数を制御することによって、決められているの
で、室内ユニット3と4からの運転要求指令が上記の如
く停止すると、インバータ5に対する運転要求周波数f
は室外ユニット2,3,4運転時の運転要求周波数pから室
外ユニット2のみの運転要求周波数qに減少し、圧縮機
6の回転数は低下する。この結果、圧縮機6で圧縮され
るガス冷媒の吐出圧力は低下し、冷媒の凝縮飽和温度も
低下する。その結果、従来技術では、室外熱交換器7の
出口温度より凝縮飽和温度の方が過渡的に低くなると、
冷媒は凝縮し切れずにガス・液二相流となって受液器
(レシーバ)10に到る。通常、室外熱交換器7と受液器
10の温度圧力条件は差がないので冷媒はガス・液二相流
となって運転室内ユニット2へ到り、電子膨張弁16通過
の際に前述の如く冷媒流動音が発生することになる。
本実施例では、室内ユニットの運転容量が減少して運
転要求周波数fがpからqに減少しても、吐出圧力が前
記所定値P1より低下するとインバータ周波数を運転下限
周波数rにする制御が働き、吐出圧力が急激に低くなる
を防止する。これにより室外ユニットから運転室内ユニ
ット2に行く冷媒がガス・液二相流に変化することが防
止される。
次に、この運転要求周波数の減少による冷媒流量の減
少に対する室内ユニットの電子制御膨張弁16の開度調節
の追求遅れによる液戻り冷媒量の関係を同じく第3図で
説明する。本実施例では吐出圧力が低下する外気低温時
の冷媒過熱度制御目標値aを従来技術の圧縮機吸入部で
冷媒乾き度をを確保するという冷媒過熱度目標値a0より
も高めに変更して電子制御膨張弁の開度を絞り傾向とし
ているので、液戻り冷媒量は少なく、サイクル安定まで
に要する時間も短かい。すなわち、室外ユニットのアキ
ュムレータに溜る液冷媒戻りが継続することがなく、そ
の結果、室外ユニットから室内ユニットへ行く液冷媒量
の不足、それによるガス・液二相流の発生、ひいては、
冷媒流動音の発生は抑えられ、また、たとえ発生したと
しても、膨張弁16の開度が絞り傾向にあるので、その発
生時間を短かくすることができる。
次に、第4図により、室外送風機8,9の制御について
説明する。今、室内ユニット3,4が運転中であるとし、
このときの運転要求周波数をsとする。このときの吐出
圧力は所定値P1より低く、運転要求周波数sと運転下限
周波数rとを比較するとs>rであるので、インバータ
5は運転要求周波数sで運転される。
ここで運転室内ユニットが4だけとなったとし、これ
に応じて運転要求周波数がtになったとする。室内ユニ
ット4の容量(能力)はインバータ5の可能最低周波数
(<r)に対応する室外ユニットの容量の下限より小さ
いので、この場合は、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の比
が規定の条件からはずれるなどの事態を防ぐべく室外送
風機の駆動台数を減らして室外風量を減少させて吐出圧
力を確保する。このときは吐出圧力が所定値P1以下にな
り、且つ運転要求周波数tよりも運転下限周波数rの方
が大きいのでインバータ5は運転下限周波数rで運転さ
れる。
その後、室内ユニット2、3および4が運転されるこ
とになったとする。このとき、従来例では、運転要求周
波数がtからpへ増大すると同時に、直ちに室外送風機
の駆動台数も元の台数へ戻る。一般に室外送風量の増大
の方が運転周波数の上昇よりもサイクル変動に与える影
響が大きく、時間的にも速いので吐出圧力は一旦さらに
低下し、それから回復して行く。このため冷媒流動音が
発生し易く、サイクル状態が安定して冷媒流動音が消滅
するまでの時間も長い。しかるに、本実施例では、吐出
圧力が所定値P2に達するまでは、室外送風機の駆動台数
を変更せず、吐出圧力の上昇を図り、そして吐出圧力が
P2を超えた時点で室外送風機の駆動台数を増加させる。
この時点では圧縮機の運転周波数もpに達して冷媒流量
は十分大きくなっているから、室外送風量の増加により
吐出圧力が低下して室外ユニットにより圧送される冷媒
がガス・液二相流に変化しても、冷媒の流速が大きく、
ガスと液の混合が著しく、室内ユニット膨張弁16の入口
で大きなガス気泡とならないので、従来例で発生する流
動音より発生騒音レベルが小さくなる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、冷房運転時に室内ユニットの運転台
数変化などにより冷凍サイクルの状態が過渡的に変化す
る場合に圧縮機吐出圧力の低下を抑制して、室外ユニッ
トと室内ユニットとの間の液冷媒のガス・液二相流への
変化を防止することができ、室内ユニットの電子制御膨
張弁部での冷媒流動音の発生防止、発生度数の低減の効
果がある。
また、室内ユニットから室外ユニットへの液冷媒戻り
量を低減でき、サイクル安定に要する時間を短くでき
る。また、冷媒流動音がもし発生してもその発生してい
る時間を短くし得る効果がある。さらに、室外送風量を
増大させる際には、冷媒流動音が発生しても発生騒音レ
ベルを小さくできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の冷凍サイクル系統図、第2
図は室内ユニットに使用の電子制御膨張弁の構造概略
図、第3図、第4図は本発明の一実施例の動作を説明す
るためのフローチャート、第5図は運転下限周波数、過
熱度制御目標値と外気温度との関連を示す図である。 1……室外ユニット、2,3,4……室内ユニット 5……インバータ(周波数変換装置) 6……圧縮機、7……室外熱交換器 8,9……室外送風機、10……受液器 11……アキュムレータ、12,13……接続配管 14,15……分岐管、16……電子制御膨張弁 17……パルスモータ、18……弁体 19……入口管、20……出口管
フロントページの続き (72)発明者 戸草 健治 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所清水工場内 (72)発明者 加藤 広昭 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所清水工場内 (56)参考文献 特開 昭64−67568(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周波数可変装置によりその周波数に対応し
    た回転数で駆動される圧縮機、室外熱交換器および複数
    台の又は風量可変の室外送風機を有する室外ユニット
    と、室内熱交換器及び電子制御膨張弁を各々有する複数
    台の室内ユニットと、からなるマルチ空調機の冷凍サイ
    クル制御方法であって、冷房運転時において室内ユニッ
    トの運転要求能力が過渡的に変化する場合、室外ユニッ
    トから運転室内ユニットへ行く液冷媒のガス・液二相流
    への変化を防ぐに足る該液冷媒の過冷却度を確保し得る
    吐出圧力下限値より圧縮機吐出圧力を低下させないため
    の運転下限周波数を設定し、圧縮機吐出圧力が上記吐出
    圧力下限値以下のとき該運転下限周波数と運転室内ユニ
    ットの要求能力に応ずる運転要求周波数とのうちの高い
    方の周波数で上記周波数可変装置を運転せしめることを
    特徴とするマルチ空調機の冷凍サイクル制御方法。
  2. 【請求項2】圧縮機の吐出圧力減少を伴う冷媒流量減少
    のときの運転室内ユニットの電子制御膨張弁の開度を、
    冷媒過熱度制御目標値を圧縮機吸入部で冷媒乾き度を確
    保する冷媒過熱度目標値より高目に変更することによっ
    て行う様にした請求項1記載のマルチ空調機の冷凍サイ
    クル制御方法。
  3. 【請求項3】外気温度が低いほど前記運転下限周波数を
    高く設定する様にした請求項1又は2記載のマルチ空調
    機の冷凍サイクル制御方法。
  4. 【請求項4】室外送風機の運転台数または風量の増加を
    圧縮機吐出圧力が所定値以上のときのみに行う様にした
    請求項1,2又は3記載のマルチ空調機の冷凍サイクル制
    御方法。
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