JP2703070B2 - マルチ冷凍サイクル - Google Patents

マルチ冷凍サイクル

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JP2703070B2
JP2703070B2 JP1249141A JP24914189A JP2703070B2 JP 2703070 B2 JP2703070 B2 JP 2703070B2 JP 1249141 A JP1249141 A JP 1249141A JP 24914189 A JP24914189 A JP 24914189A JP 2703070 B2 JP2703070 B2 JP 2703070B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、1台の圧縮機に複数台の室内熱交換器を並
列に設け、マルチエアコンの各室すべての快適性の向
上、据付工事上の制約を大巾に緩和した個別に室温を自
動制御するマルチ冷凍サイクルに関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭58−156164号公報に記載のよう
に、各室内熱交換器毎に、そこへ流す冷媒流量を増減し
てその部屋への冷暖房能力を所望室温になるように調節
する。各室の実室温とその希望値の偏差により、各室内
熱交換器に直列に設置された電子式膨張弁の開度を制御
するようになっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
マルチ式空調機は従来、各部屋毎に所望の室温に調節
する機能はついておらず、運転する室内機の台数が少な
いと、冷え過び、暑つ過ぎのクレームが出る事がしばし
ばだった。また、各室内機への冷媒流れを均一にする
為、工事上の制約も多い。
結局、これらの問題は、空調機自身に、時々刻々の各
室の温度を検知して、それに応じた能力を個別に自動制
御する機能を与えなければならない。
〔課題を解決するための手段〕
個別室温自動制御の手段として、室内熱交換器の冷媒
側圧力を制御し、その時の冷媒の飽和温度の変化によ
り、空気との熱交換量を制御する。その為に、冷房時に
は、低圧部の制御は大きく分けて、2つに分かれ、室内
熱交換器の中の低圧(中間圧と呼ぶことにする)と、圧
縮機の吸入圧である。暖房時には、同様に、高圧部の制
御は2つに分かれ、圧縮機の吐出圧と、室内熱交換器
(凝縮器)の内圧(中間圧)である。
この中間圧を電子式膨張弁で調節して、各室毎に室温
を設定室温に合わせる。
〔作用〕
各室内熱交換器は両端に夫々キャピラリチューブと電
子式膨張弁を直列に接続され、冷暖とも、この電子式膨
張弁の開度を、対応する部屋の室温と設定室温との偏差
に応じて増減する。
これによって、当該熱交換器の冷媒温度(その圧力に
対応した飽和温度)は、寸度、所望室温になるに必要な
冷暖房能力(熱交換量)となるように自動的に調節され
る。
第1図の膨張弁V1,V2,V3は次式により、マイコンで制
御される。即ち、Viの開度修正量△Vi(1周期当たり)
は、 但し△θ=θ−〔θSET ∴ △Vi=k1′△θ=k2′△θ +k3′△θ ** ……(2) 但し また、その時、第1図の膨張弁V4の開度は、所定のス
ーパヒート〔SH〕SET、になるように制御され1周期当
り修正量△V4を次式による。即ち、 但し 前と同様に、その符号は 次に、この時の最適な圧縮機回転数は、次式により決
定される。即ち、回転数の修正量△Hzは 但し △Hzは前と同様に、 以上、(1)乃至(5)式を用いて、マイコンによ
り、演算処理され、各要素がフィードバック制御され
る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
先ず、冷房運転は次のように動作する。圧縮機1を出
た冷媒ガスは四方弁2を点線表示のように経て、室外熱
交3で凝縮液化し、膨張弁4(V4)により、若干の減圧
が行われる。ついでキャビラリチューブ5a〜5cを通って
さらに減圧され中間圧を形成する。この中間圧に対する
飽和温度で冷媒は蒸発する。例えば空気温度θの室内
熱交換器6aでは、この空気側と冷媒側の温度差に見合っ
た冷房能力を生ずる事になる。この室内熱交換器6aの冷
媒側圧力は膨張弁7aによって制御され、設定室温になる
ように開度(その結果として熱交換量)が調節される。
他の室内熱交換器6b,6cも同様に室温θ2が所定値
になるよう(偏差によって)、膨張弁7b,7cの開度制御
が行われる。冷媒は或る程度の気化後、合流して、四方
弁2を経て、アキュムレータ8に入り、圧縮機1に吸入
される。この吸入冷媒は吐出側のスーパヒート、即ち、
温度センサ12で検知された温度Tdと、圧力センサ11の圧
力からの冷媒飽和温度換算値Tc(つまり凝縮温度)とか
ら、SHd=Td−Tcがマイコン内部で計算され、この値が
所定の値になるように、先の膨張弁4(V4)が制御され
る。
次に、暖房サイクルは、圧縮機1から吐出された冷媒
ガスは、四方弁2を実線表示のように通って、分岐点へ
行き、分岐後、膨張弁7a,7b,7cで減圧されて(中間圧を
形成して)室内熱交換器6a,6b,6cへ入る。ここで中間圧
に対応して、冷媒飽和温度で部屋の空気との熱交換が行
われる。例えば、室温θが設定値より高くなると、そ
れに応じて、膨張弁7aは閉じる方向に制御され、熱交換
器6a内圧力(中間圧)は下る方向に動き、冷媒温度が下
って、空気への放熱量(つまり暖房能力)も減って、室
温をそれ以上、上げないように作用する。かくして、膨
張弁7a,7b,7cによる各室内ユニットの能力制御により、
各室は別々の所望の温度に保たれる。凝縮した液冷媒
は、キャピラリチューブ5a,5b,5cで、一旦やや減圧後、
合流する。
合流した冷媒は膨張弁4(V4)で減圧され(後述する
ように、吐出側スーパヒートを所定値になるように)、
室外熱交換器3で、蒸発する。その後、四方弁2、アキ
ュムレタ8を通って圧縮機1に吸入される。冷房の場合
と同様、圧縮機の吐出ガスのスーパヒート(温度検知器
12の温度Tdと圧力センサ11の圧力の飽和温度換算値Tcを
用い、Td−Tc)が所定の値になるように、膨張弁4(V
4)は制御される。例えば、膨張弁7a,7b一定のまま、7c
のみ、少し閉じた場合(つまり、暖房能力を減らす方向
に動いた時)、吐出側スーパヒートを保持しようとし
て、膨張弁4は若干、開くことになる。
また、高圧の過渡的な異常上昇や、低圧の異常低下に
対処する装置として、電磁弁9、キャピラリ10のライン
が設けられている。この電磁弁9を開ける事により、上
記のような異常圧力を防ぐ事ができる。
次に、本発明の制御装置の概念を、第2図で説明す
る。
即ち、温度検知器により、各室の温度θ12
マイコンに取り込まれる。また、圧縮機の吐出温度Td
も、その圧力(第1図の圧力センサ11の出力)もマイコ
ンに取り込まれ、前述の「作用」の項で述べたような計
算処理が行われて、各膨張弁ごとに、最適開度に制御さ
れる。圧縮機も各室の温度θ12とその設定値
〔θSET,〔θSET,〔θSETとの偏差の一次
結合によりマイコン処理され、インバータ→圧縮機と経
由して、過不足のない、最適回転数に制御される。
第3図は冷房時、膨張弁V1,V2,V3(第1図、7a〜7c)
が、(a)図に示すように、少し開または、(b)図に
示すように閉じた時、冷凍サイクルがどのように、反応
するかを図式で示したものである。
即ち、(a)図に示すように、弁がわずかに開くと
(これは、△θ増、つまり室温の上昇を意味する)、圧
縮機の回転数アップ(これは、圧縮機吸入圧Ps低下方向
に働く)、当該室内機への冷媒分配量の増加、熱交換器
内冷媒温度低下による、熱交換能力増大、弁が開いた事
による圧縮機吸入圧の押し上げ作用等が、好都合にバラ
ンスする方向へ働く事を示している。
第4図は同様に、膨張弁V1,V2,V3の動きに対するサイ
クルの応答が暖房の場合について示したものである。即
ち、(a)図に示すように、弁が少し開いた時(つま
り、△θが減り、室温が下った事を意味する。)、圧縮
機回転数アップ(これは、圧縮機吸入圧を下げるように
働く)、当該ユニットへの冷媒流量の増加(弁開で)、
弁開による圧縮機吸入圧の上昇傾向(これを先の圧縮機
回転数アップによる圧力降下作用が打ち消すように作
用)、凝縮温度Tcの高温化による熱交換能力増加が、互
に、好都合に作用し合い、釣合う事がわかる。弁が少し
閉じた時は、逆に作用し、第4図の(b)図で示すよう
に応答する。
次に、冷凍サイクルの動作を冷媒のP−i線図で説明
する。第5図にそれを示す。(a)図は冷房時、(b)
は暖房時を示す。まず冷房は圧縮機の吸入冷媒の状態が
cであり、(第1図の8の点)、圧縮されて吐出された
冷媒ガスはdの状態となる。室外熱交換器で(第1図の
3)冷却液化した冷媒は膨張弁V4(第1図の4)に入
る。この時の状態はeとなる。ついで、分岐して、キャ
ピラリで減圧された後の状態は、夫々1a,2a,3aであり
(第1図の室温θの熱交換器入口冷媒の状態、室温θ
の熱交換器入口の冷媒の状態、室温θの熱交換器入
口の状態を夫々、表わす)、各室内熱交換器で蒸発した
後の状態が、1b,2b,3bとなる。これらの冷媒は、夫々、
膨張弁でさらに減圧され、合流した点がfである。(第
1図ではV1〜V3左の合流点)。これは途中、熱洩れで温
められて、C点に戻る。
さて、暖房サイクルを同じく、(b)図のP−i線図
によって説明すると次の様になる。即ち、圧縮機の吸入
冷媒の状態Cより、圧縮された冷媒は吐出され、この時
の状態はDである。これは、途中の熱ロスでF点に行き
(第1図では、膨張弁7a,7b,7cの入口の状態)、分岐
後、各膨張弁で若干の減圧が行われた点が、1A,2A,3Aで
ある(第1図では、室温θの熱交換器への入口冷媒の
状態、室温θの熱交換器への入口冷媒の状態、室温θ
の熱交換器への入口冷媒の状態、を夫々、表わす)。
各室内熱交換器で冷却液化した冷媒の状態は、1B,2B,3B
である。これらは若干のキャピラリによる減圧後に合流
し、E点の状態となる(第1図では、膨張弁4と合流点
の間の状態)。これは、更に膨張弁により減圧され、室
外熱交で蒸発してC点に至る(第1図の8)。そして、
再び圧縮機に吸入される。上記説明で分るように、P−
i線図上では、各熱交換器での1a→1b,2a→2b,3a→3bの
上下方向のレベルが制御される。暖房では、同様に1A→
1B,2A→2B,3A→3Bの上下方向レベルが制御される。
本発明は、室内熱交換器が一定絞り装置(ここではキ
ャピラリ)と電子式膨張弁にはさまれ、膨張弁が冷房時
に下流側、暖房時に上流側となるよう配置される事が特
徴である。この構成は、冷暖同時可能なマルチ冷凍サイ
クルにも適用可能である。その一実施例を第6図に示
す。
第6図の実施例は2室で冷房、1室暖房の場合であ
る。
圧縮機1から吐出されたガス冷媒は四方弁2を通り、
膨張弁6で適度に減圧されて、室内熱交換器5で凝縮す
る。この時の飽和圧力は、寸度、室温θが設定値にな
るよう、その偏差に応じて、先の膨張弁6が調節され、
最適に制御される。ここで液冷媒となった後、キャピラ
リ4で減圧され、室外熱交換器3で蒸発する。ガス冷媒
は四方弁2を経て、アキュムレータ17に行く。
以上のようにして暖房が行われる。
他方、吐出ガスは四方弁7を経由して、室外熱交換器
8で凝縮するものもある。その液冷媒はキャピラリ9を
通って減圧され室内熱交換器10で蒸発し、電子膨張弁11
で更に減圧される。この時の、室内熱交換器内圧は、そ
の飽和温度に応じた、室内空気との熱交換量が設定室温
になる様に決められる。蒸発したガス冷媒は四方弁7を
経て、アキュムレータ7へ行く。
もう一台の室外熱交換器13→室内熱交換器15のライン
でも同様にして冷房作用が行われる。
本実施例はマルチ形冷凍機にも適用でき、冷凍サイク
ルは第1図の実施例を用いる。本サイクルによる大きな
特徴は各室が冷凍庫としても、冷蔵庫としても使え、そ
の庫内温度が自由に設定可能な点である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、各部屋の温度が任意に且つ、個別に
所望値に自動制御される上、圧縮機の回転数も、トータ
ル負荷に見合った値に制御される。
また、圧縮機吸入側又は吐出側スーパヒートをも所定
の値に合せることが出来る。かくして、単に快適性が向
上するのみならず、工事上の制約も不要であり、設備費
の安い信頼性、高快適度のマルチ空調システムを提供す
ることができる。
【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図、第2図は
第1図のサイクルを制御する制御装置概念図。 第3図は冷房時に膨張弁(第1図のV1,V2,V3)が少し開
閉した時のサイクルの動きを示す図で、(a)図は膨張
弁開の場合、(b)図は膨張弁閉の場合を示す。第4図
は暖房時に膨張弁(第1図のV1,V2,V3)が少し開閉した
時のサイクルの動きを示す図で、(a)図は膨張弁開の
場合、(b)図は膨張弁閉の場合を示す。第5図は冷凍
サイクルのP−i線図で、(a)図は冷房時、(b)図
は暖房時を示す。第6図は他の実施例を示し、冷暖同時
可能なマルチ冷凍サイクル図である。 θ……室内機1の室温 θ……室内機2の室温 θ……室内機3の室温 Td……圧縮機の吐出ガス温度 Tc……圧縮機の吐出圧に対する冷媒の飽和温度

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転数制御形の圧縮機と、該圧縮機に対し
    並列に設置された複数の室内熱交換器と、室外熱交換器
    とを有するマルチ冷凍サイクルにおいて、 室外熱交換器の液ライン側配管に設けられた液側電子膨
    張弁と、 液側電子膨張弁と室内熱交換器の間に直列に設置された
    キャビラリチューブと、 各室内熱交換器のガスライン側に直列に設置されたガス
    側電子膨張弁と、 前記液側電子膨張弁の開度を前記圧縮機の吐出側または
    吸入側のガス冷媒の過熱度と、その期待値との偏差によ
    って制御する液側制御手段と、 前記ガス側電子膨張弁の開度を各室毎の室温と、その設
    定室温との偏差によって各々独立に制御するガス側制御
    手段と、 前記圧縮機の回転数を各室毎の室温と、その設定室温と
    の偏差を用いて制御する回転数制御手段と を備えたことを特徴とするマルチ冷凍サイクル。
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