JP3322684B2 - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JP3322684B2 JP05820892A JP5820892A JP3322684B2 JP 3322684 B2 JP3322684 B2 JP 3322684B2 JP 05820892 A JP05820892 A JP 05820892A JP 5820892 A JP5820892 A JP 5820892A JP 3322684 B2 JP3322684 B2 JP 3322684B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、熱源ユニットおよび
複数の室内ユニットからなる空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】圧縮機,四方弁,室外熱交換器を有する
熱源ユニット、およびそれぞれが室内熱交換器を有する
複数の室内ユニットからなり、圧縮機,四方弁,室外熱
交換器,各室内熱交換器を接続してヒートポンプ式冷凍
サイクルを構成したマルチタイプの空気調和機がある。
【0003】上記冷凍サイクルには高圧側圧力の異常上
昇時に作動する高圧スイッチがあり、その高圧スイッチ
が作動すると圧縮機の運転が停止され、冷凍サイクル機
器が保護される。
【0004】一方、マルチタイプの空気調和機では、室
内ユニットが複数あるため、冷房時、各室内ユニットか
ら熱源ユニットに戻る冷媒の温度が高くなる傾向にあ
る。空調負荷によっては、圧縮機に吸込まれる冷媒の温
度が40℃にも達することがあり、そのような高温冷媒が
継続して圧縮機に吸込まれた場合には、圧縮機が破損に
至る心配がある。そこで、低圧側に吸込温度保護手段が
採用される。これは、吸込冷媒温度が所定値以上の状態
を一定時間継続した場合に運転を停止する作用をする。
【0005】ただ、高圧スイッチや吸込温度保護手段の
作動は空調を中断するものであるため、快適性を確保す
る上からは好ましくなく、その作動をなるべく防ぐこと
が望まれる。
【0006】これに対処し、冷凍サイクルの液ラインか
ら低圧側のガスラインにかけてバイパスを接続し、その
バイパスに流量調整弁を設け、その流量調整弁の開度を
圧縮機の吐出冷媒温度または吸込冷媒温度に応じてゾー
ン制御するものがある。
【0007】これは、吐出冷媒温度または吸込冷媒温度
のいずれかが上昇して設定条件に入ったとき、流量調整
弁をある開度まで開き、液ラインを流れる低温冷媒の一
部を低圧側に戻す作用をするもので、吸込冷媒温度の上
昇を押さえ、ひいては吐出冷媒温度の上昇を押さえる働
きをする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゾーン
制御は高圧側圧力の上昇を押さえることに関して有効で
はあるが、空調負荷の変動に基づく吸込冷媒温度の大き
な上昇に関しては十分な抑制が困難なのが実情であり、
結局は吸込温度保護手段が作動して運転停止に至ること
がある。
【0009】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、高圧側圧力の上昇を十分に押
さえることができ、しかも空調負荷の変動に基づく吸込
冷媒温度の大きな上昇に対して十分な抑制効果を得るこ
とができ、保護機能の作動を極力防いで快適空調を可能
とする空気調和機を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の空気調和機
は、圧縮機および室外熱交換器を有する熱源ユニット
と、それぞれが室内熱交換器を有する複数の室内ユニッ
トと、上記圧縮機、室外熱交換器、各室内熱交換器を接
続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの液ラインか
ら低圧側のガスラインにかけて接続したバイパスと、こ
のバイパスに設けた流量調整弁と、上記圧縮機の吐出冷
媒温度または吸込冷媒温度に応じて上記流量調整弁の開
度をゾーン制御する手段と、上記圧縮機の吸込冷媒温度
が所定値以上になると上記流量調整弁の開度を増大方向
に調整する手段とを備え、流量調整弁の開度のゾーン制
御を実行した後にも吸込冷媒温度の上昇が続く場合、吸
込冷媒温度の上昇に応じて流量調整弁の開度を増大方向
に複数回調整した後に全開する。
【0011】
【作用】バイパスの流量調整弁が開くことにより、低温
冷媒の一部が圧縮機の吸込み側に流れ、圧縮機の吸込冷
媒温度が下がり、ひいては吐出冷媒温度が下がる。流量
調整弁の開度、つまりバイパスを流れる液冷媒の量は圧
縮機の吐出冷媒温度または吸込冷媒温度に応じてゾーン
制御するが、吸込冷媒温度が所定値以上になった場合は
流量調整弁の開度を増大方向に調整し、バイパスを流れ
る液冷媒の量を増やす。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。
【0013】図1に示すように、熱源ユニットAに液ラ
インWおよびガス管Gを介して分岐ユニットBを接続
し、同分岐ユニットBに複数の室内ユニットC1
2 ,C3を接続している。
【0014】熱源ユニットAにおいて、1は能力可変圧
縮機で、その圧縮機1の吐出口に油分離器2を設け、そ
の油分離器2から圧縮機1の吸入口にかけてオイルバイ
パス3を設けている。圧縮機1の吐出口(油分離器2)
に四方弁4を介して室外熱交換器たとえば水熱交換器5
a,5b,5cを接続する。
【0015】この水熱交換器5a,5b,5cは、冷媒
が通る管と水が通る管とを同軸的に配置した二重管式の
もので、ヘッダによって並列に接続した構成となってい
る。このうち、2つの水熱交換器5b,5cの冷媒管に
は電磁式の二方弁6,7をそれぞれ設けている。
【0016】また、水熱交換器5a,5b,5cに冷房
サイクル形成用の逆止弁8と減圧器であるところの暖房
用膨張弁9の並列回路を介してリキッドタンク10を接
続し、そのリキッドタンク10に液ラインWを接続す
る。
【0017】液ラインWには、分岐ユニットBの流量調
整弁(パルスモータバルブ;以下、PMVと略称する)
31,41,51を介して減圧器であるところの冷房用
膨張弁32,42,52を接続している。この膨張弁3
2,42,52には、暖房サイクル形成用の逆止弁3
3,43,53を並列に接続する。膨張弁32,42,
52には、室内ユニットC1 ,C2 ,C3 の室内熱交換
器いわゆる空気熱交換器34,44,54を接続する。
空気熱交換器34,44,54にガス管Gを接続し、同
ガス管Gを上記四方弁4およびアキュームレータ11を
介して圧縮機1の吸込口に接続する。上記膨張弁9は感
熱部9aを付属して備えており、その感熱部9aを四方
弁4からアキュームレータ11にかけての低圧側のガス
ラインに取付ける。
【0018】また、水管12によって熱源ユニットAの
外から水熱交換器5a,5b,5cに水を供給し、水熱
交換器5a,5b,5cから流出する水を水管13によ
って熱源ユニットAの外に導く構成としている。
【0019】すなわち、冷房運転時は実線矢印の方向に
冷媒を流して冷房サイクルを形成し、さらに水熱交換器
5a,5b,5cに水を流し、水熱交換器5a,5b,
5cの少なくとも1つを凝縮器、空気熱交換器34,4
4,54のうち運転要求を出している空気熱交換器を蒸
発器として働かせる。
【0020】暖房運転時は、四方弁22の切換により破
線矢印の方向に冷媒を流して暖房サイクルを形成し、さ
らに水熱交換器5a,5b,5cに水を流し、空気熱交
換器34,44,54のうち運転要求を出している空気
熱交換器を凝縮器、水熱交換器5a,5b,5cの少な
くとも1つを蒸発器として働かせる。
【0021】一方、リキッドタンク10と膨張弁9との
間の液ラインにおいて、感熱部9aの取付け位置より下
流側にクーリングバイパス15の一端を接続し、そのバ
イパス15の他端を四方弁4とアキュームレータ11と
の間の低圧側のガスラインに接続する。そして、バイパ
ス15に流量調整弁であるパルスモータバルブ(以下、
PMVと略称する)16を設ける。圧縮機1の吐出側配
管に高圧スイッチ18を取付ける。この高圧スイッチ1
8は、高圧側圧力Pdが異常上昇すると作動する。油分
離器2と四方弁との間の管に圧力センサ19を取付け
る。この圧力センサ19は、高圧側圧力Pdを検知す
る。圧縮機1の吐出側配管に温度センサ21、吸込み側
配管に温度センサ22を取付ける。制御回路を図2に示
す。
【0022】熱源ユニットAは、マイクロコンピュータ
およびその周辺回路からなる室外制御部60を備える。
この室外制御部60に、インバータ回路61、四方弁
4、二方弁6,7、PMV16、温度センサ21,2
2、高圧スイッチ18、および圧力センサ19を接続す
る。
【0023】インバータ回路61は、商用交流電源62
の電圧を整流し、それを室外制御部60の指令に応じた
所定周波数(およびレベル)の電圧に変換し、出力す
る。この出力は、圧縮機モータ1Mの駆動電力となる。
【0024】分配ユニットBは、マイクロコンピュータ
およびその周辺回路からなるマルチ制御部70を備え
る。このマルチ制御部70に、PMV31,41,51
を接続する。
【0025】室内ユニットC1 ,C2 ,C3 は、それぞ
れマイクロコンピュータおよびその周辺回路からなる室
内制御部80を備える。これら室内制御部80に、リモ
ートコントロール式の運転操作部(以下、リモコンと略
称する)81および室内温度センサ82を接続する。室
内制御部80は、次の機能手段を備える。 (1)リモコン81の操作に基づく冷房運転モードの要
求または暖房運転モードの要求をマルチ制御部70に送
る手段。
【0026】(2)リモコン81で設定される室内温度
と室内温度センサ82の検知温度との差を要求冷房能力
(冷房運転モード)または要求暖房能力(暖房運転モー
ド)としてマルチ制御部70に送る手段。また、マルチ
制御部70、室外制御部60、各PMV、および各二方
弁により、次の機能手段を構成している。 (1)室内ユニットC1 ,C2 ,C3 の要求に従って冷
房運転または暖房運転を実行する手段。 (2)室内ユニットC1 ,C2 ,C3 の要求能力の総和
に応じて圧縮機1の運転周波数F(インバータ回路61
の出力周波数)を制御する手段。 (3)室内ユニットC1 ,C2 ,C3 の要求能力に応じ
てPMV31,41,51の開度を制御する手段。 (4)圧力センサ19の検知圧力Pd(高圧側圧力)に
応じて二方弁6,7を開閉制御する手段。 (5)高圧スイッチ19の作動に応答して圧縮機1の運
転を停止する高圧保護手段。
【0027】(6)温度センサ22で検知される吸込冷
媒温度Tsが大きく上昇してある値以上の状態を一定時
間継続した場合に圧縮機1の運転を停止する吸込温度保
護手段。
【0028】(7)PMV16の開度を温度センサ21
で検知される吐出冷媒温度Tdまたは吸込冷媒温度Ts
に応じてゾーン制御する手段。この場合、吐出冷媒温度
Tdの方が高圧側圧力Pdへの関わりが直接的であるこ
とを考慮し、吸込冷媒温度Tsよりも吐出冷媒温度Td
に応じた制御が優先される。 (8)吸込冷媒温度Tsが所定値以上になるとPMV1
6の開度を増大方向に調整する手段。つぎに、作用を説
明する。まず、冷房運転について説明する。
【0029】冷房運転時は、図示実線矢印の方向に冷媒
を流して冷房サイクルを形成し、水熱交換器5a,5
b,5cの少なくとも1つを凝縮器、空気熱交換器3
4,44,54のうち運転要求を出している空気熱交換
器を蒸発器として働かせる。
【0030】そして、室内ユニットC1 ,C2 ,C3
要求能力の総和に応じて圧縮機1の運転周波数F(イン
バータ回路61の出力周波数)を制御するとともに、室
内ユニットC1 ,C2 ,C3 の要求能力に応じて対応す
るPMV31,41,51の開度を制御する。この冷房
運転時、圧力センサ18が高圧側圧力Pdを検知してお
り、その検知圧力Pdに応じて二方弁6,7を開閉制御
する。たとえば、高圧側圧力Pdが所定値以上ならば二
方弁6,7を共に開き、全ての水熱交換器5a,5b,
5cを凝縮器として働かせる。室内ユニットC1
2 ,C3 のいずれか1つの単独運転になると、凝縮能
力が過大となり、高圧側圧力Pdが低下するようにな
る。高圧側圧力Pdが所定範囲まで下がると、二方弁7
を閉じ、水熱交換器5cへの冷媒の流入を止める。高圧
側圧力Pdがさらに下がると、二方弁6,7の両方を閉
じ、水熱交換器5b,5cへの冷媒の流入を止める。こ
うして、水熱交換器5a,5b,5cを選択的に働かせ
ることにより、凝縮能力の過大な上昇を押さえて必要十
分な高圧側圧力Pdを維持できる。
【0031】一方、暖房運転時は、四方弁4の切換作動
により図示破線矢印の方向に冷媒を流して暖房サイクル
を形成し、空気熱交換器34,44,54のうち運転要
求を出している空気熱交換器を凝縮器、水熱交換器5
a,5b,5cの少なくとも1つを蒸発器として働かせ
る。
【0032】そして、室内ユニットC1 ,C2 ,C3
要求能力の総和に応じて圧縮機1の運転周波数F(イン
バータ回路61の出力周波数)を制御するとともに、室
内ユニットC1 ,C2 ,C3 の要求能力に応じて対応す
るPMV31,41,51の開度を制御する。この暖房
運転時、圧力センサ18が高圧側圧力Pdを検知してお
り、その検知圧力Pdに応じて二方弁6,7を開閉制御
する。たとえば、高圧側圧力Pdが所定値以下ならば二
方弁6,7を共に開いて全ての水熱交換器5a,5b,
5cを凝縮器として働かせる。室内ユニットC1
2 ,C3 のいずれか1つの単独運転になると、蒸発能
力が過大となり、蒸発圧力の上昇とともに高圧側圧力P
dも上昇する。高圧側圧力Pdが所定範囲まで上がる
と、二方弁7を閉じ、水熱交換器5cへの冷媒の流入を
止める。高圧側圧力Pdがさらに上昇すると、二方弁
6,7の両方を閉じ、水熱交換器5b,5cへの冷媒の
流入を止める。こうして、水熱交換器5a,5b,5c
を選択的に働かせることにより、蒸発能力の過大な上昇
を押さえて高圧側圧力Pdの異常上昇を抑制できる。
【0033】また、この暖房運転時、膨張弁9に流れる
冷媒の温度(つまり水熱交換器5a,5b,5cに流入
する冷媒の温度)と感熱部9aの感知温度との差に応じ
て膨張弁9の開度が変化する。この開度変化は、水熱交
換器5a,5b,5cに流入する冷媒の量を調節するも
のであり、これによって水熱交換器5a,5b,5cで
の冷媒過熱度が一定値に維持される。ところで、冷房、
暖房に限らず、運転中は圧縮機1の吐出冷媒温度Tdを
温度センサ21が検知し、吸込冷媒温度Tsを温度セン
サ22が検知する。これら検知温度Td,Tsに対して
図3に示すゾーン制御条件が定めてあり、この条件にT
d,Tsのいずれか一方が入った時点でゾーン制御が始
まる。
【0034】すなわち、設定温度T1 ,T2 ,T3 に基
づくゾーンZ1 ,Z2 ,Z3 ,Z4があり、Td,Ts
の上昇に伴ってゾーンZ1 ,Z2 が選択され、Td,T
sの下降に伴ってゾーンZ3 ,Z4 が選択される。ゾー
ンZ1 では、PMV16を全閉する。ゾーンZ2 では、
PMV16を先ず初期開度まで開き、その後、開度を3
分ごとに所定の開ステップパルス数ずつ全開に向かって
開く。ゾーンZ3 では、そのときのPMV16の開度を
保持する。ゾーンZ4 では、PMV16の開度を3分ご
とに所定の閉ステップパルス数ずつ全閉に向かって閉じ
る。全閉になったところでゾーンZ1 に戻る。PMV1
6の初期開度としては、たとえば設置条件に応じてパル
ス数“40”〜“60”が選択される。PMV16の開
ステップパルス数については、圧縮機1の運転周波数F
および設置条件に応じて“10”〜“40”が選択され
る。PMV16の閉ステップパルス数については、圧縮
機1の運転周波数Fおよび設置条件に応じて“10”〜
“30”が選択される。
【0035】設定温度T1 ,T2 ,T3 については、吐
出冷媒温度Tdおよび吸込冷媒温度Tsについて表1に
示す条件を定めている。なお、T1 <T2 <T3 であ
る。
【0036】
【表1】
【0037】たとえば吐出冷媒温度Tdが上昇してZ2
ゾーンに入ると、PMV16が開き、液ラインを流れる
低温冷媒の一部がアキュームレータ11に流れる。これ
により、圧縮機1の吸込冷媒温度Tsが下がり、ひいて
は吐出冷媒温度Tdが下がる。そして、吐出冷媒温度T
dがZ3 ゾーンまで下がると、そのときのPMV16の
開度が保持される。
【0038】こうして、ゾーン制御が実行されることに
より、高圧側圧力Pdの上昇が押さえられ、高圧スイッ
チ18の作動が極力防止される。したがって、中断のな
い快適空調を続けることができる。ところで、このゾー
ン制御の実行にもかかわらず、空調負荷の変動によって
吸込冷媒温度Tsの上昇が続くことがある。
【0039】この場合、図4および図5に示すように、
吸込冷媒温度Tsが25℃を超えると、PMV16の開
度を“50”パルス分だけ増大方向に調整する。これで
も吸込冷媒温度Tsが上昇を続け、30℃を超えると、
PMV16の開度をさらに“50”パルス分だけ増大方
向に調整する。
【0040】吸込冷媒温度Tsがさらに上昇して35℃
を超えると、PMV16の開度をさらに“50”パルス
分だけ増大方向に調整する。これでも吸込冷媒温度Ts
が上昇して40℃を超えた場合には、PMV16を全開
させる。
【0041】こうして、アキュームレータ11に流れ込
む低温冷媒の量を強制的に増やすことにより、吸込み冷
媒に対する冷却作用が増大し、吸込冷媒温度Tsの上昇
を確実に押さえることができる。したがって、吸込温度
保護手段の作動を極力防ぐことができ、中断のない快適
空調を続けることができる。とくに、空調負荷の変動に
基づく吸込冷媒温度の上昇に応じた木目の細かい液冷媒
のバイパス制御を行うことができることになり、保護機
能の作動を極力防ぐことができて快適な空調が可能とな
る。吸込冷媒温度Tsが20℃まで下がったら、PMV
16を全閉する。
【0042】なお、上記実施例では、室内ユニットが3
台の場合を例に説明したが、その台数に限定はない。さ
らに、水熱交換器が3つに分かれている場合を例に説明
したが、その数についても室内ユニットの数や容量に応
じて設定可能である。
【0043】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、冷
凍サイクルの液ラインから低圧側のガスラインにかけて
バイパスを接続し、このバイパスに流量調整弁を設け、
この流量調整弁の開度を圧縮機の吐出冷媒温度または吸
込冷媒温度に応じてゾーン制御するとともに、圧縮機の
吸込冷媒温度が所定値以上になると流量調整弁の開度を
増大方向に調整する構成としたので、高圧側圧力の上昇
を十分に押さえることができ、しかも空調負荷の変動に
基づく吸込冷媒温度の大きな上昇に対して十分な抑制効
果を得ることができ、保護機能の作動を極力防いで快適
空調を可能とする空気調和機を提供できる。また、流量
調整弁の開度のゾーン制御を実行し、吐出冷媒温度が十
分下がったにもかかわらず、空調負荷の変動に基づく吸
込冷媒温度の上昇が続く場合、吸込冷媒温度の上昇に応
じて流量調整弁の開度を増大方向に複数回調整した後に
全開するようにしたので、空調負荷の変動に基づく吸込
冷媒温度の上昇に応じた木目の細かい液冷媒のバイパス
制御を行い、保護機能の作動を防いで快適な空調を可能
とする空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の冷凍サイクルの構成を示
す図。
【図2】同実施例における制御回路の構成を示すブロッ
ク図。
【図3】同実施例におけるゾーン制御条件を示す図。
【図4】同実施例における吸込冷媒温度Tsと流量調整
弁の開度との関係を示す図。
【図5】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。
【符号の説明】
A…熱源ユニット、B…分配ユニット、C1 ,C2 ,C
3 …室内ユニット、1…能力可変圧縮機、5a,5b,
5c…水熱交換器(室外熱交換器)、15…クーリング
バイパス、16…流量調整弁、18…高圧スイッチ、2
1,22…温度センサ、34,44,54…空気熱交換
器(室内熱交換器)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 1/00 F24F 11/02 102

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機および室外熱交換器を有する熱源
    ユニットと、それぞれが室内熱交換器を有する複数の室
    内ユニットと、前記圧縮機、室外熱交換器、各室内熱交
    換器を接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの液
    ラインから低圧側のガスラインにかけて接続したバイパ
    スと、このバイパスに設けた流量調整弁と、前記圧縮機
    の吐出冷媒温度または吸込冷媒温度に応じて前記流量調
    整弁の開度をゾーン制御する手段と、前記圧縮機の吸込
    冷媒温度が所定値以上になると前記流量調整弁の開度を
    増大方向に調整する手段とを備え、前記流量調整弁の開
    度のゾーン制御を実行した後にも前記吸込冷媒温度の上
    昇が続く場合、前記吸込冷媒温度の上昇に応じて前記流
    量調整弁の開度を増大方向に複数回調整した後に全開す
    るようにしたことを特徴とする空気調和機。
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