JP3558182B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子膨張弁を有する空気調和機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近時の空気調和機の膨張弁には、圧力式膨張弁に代わって、制御を容易且つ確実に行うことが可能な電子膨張弁が多く用いられている。図5は、この電子膨張弁の一般的構成を示す概略図である。
【0003】
この図において、筒体1は冷凍サイクルの冷媒流路2,3に接続されており、その内側にはマグネットロータ5を取付けるための取付座4が設けられている。このマグネットロータ5は、マグネット6、ロータ本体7、バネ8を介してロータ本体7の先端部に取付けられた弁体9により構成されており、ロータ本体7のネジ部が取付座4のネジ部に螺着されている。そして、筒体1の外側にはステータコイル10が配設されている。
【0004】
次に、図5の動作につき説明する。ステータコイル10にパルス電流が供給されると、そのパルス数に対応した角度だけマグネット6が回転し、ロータ本体7に取付けられた弁体9が上下動する。これにより、流路3の開口面積が増減され、冷媒流量が調節される。この場合、ステータコイル10に供給されるパルス電流の最大パルス数は、全閉位置から全開位置までの角度に対応するパルス数(例えば500パルス)となる。
【0005】
そして、電子膨張弁制御回路が制御中に弁体9の現在開度を判断する場合は、累積パルス数に基いて判断するようになっている。しかし、一定時間以上、運転を継続していると、制御誤差や流路内のゴミ等による引っかかりなどの原因によって、累積パルス数と弁体9の実際の位置との間のズレが次第に大きくなってくる場合がある。そこで、コンプレッサを起動して運転を開始する場合は、弁体9を、一旦、所定の基準位置(例えば、全閉位置、全開位置あるいはこれらの位置付近の所定個所)に位置させ、それから制御を開始するようになっている。
【0006】
このように、任意の位置にある弁体9を所定の基準位置に戻す動作を電子膨張弁の「初期化」と呼ぶ。この場合、弁体9がどのような位置にあったとしても、全閉方向又は全開方向へ最大パルス数500程度のパルス電流をステータコイル10に供給すれば、通常は、この初期化を確実に行うことができる。しかし、全閉位置を基準位置とした場合、弁体9が基準位置付近に位置している場合にも一律に500パルス程度のパルス電流を供給したのでは、弁体9が基準位置を通り過ぎて通過しようとし、弁体9が弁座部分にきつく喰い込んでしまうことになる。一方、全開位置を基準位置とした場合、ねじ抜け等の問題が発生するため、電子膨張弁には、通常、ストッパが設けられ、弁体が基準位置を越えて移動しないように構成されている。
【0007】
図5に示した例は弁体9の全閉位置を基準位置としたものであり、バネ8が設けられているため、弁体9が全閉位置に達した後もロータ本体7及びマグネット6は若干量だけ下降を許容される。しかし、さらに下降しようとすると、取付座4に設けられているストッパ4aにマグネット6がぶつかり、それ以上の下降が拘束される。そして、この状態では、ステータコイル10にパルス電流が供給されていても、マグネット6はストッパ4aに当接したままスリップしている。
【0008】
上記のように、電子膨張弁の初期化を行う場合に、ステータコイル10に一律に500パルス程度の電流を供給しても、弁体9が弁座部分にきつく喰い込まないようにストッパ4aが設けられている。
【0009】
しかし、ストッパ4aにマグネット6が衝突すると衝突音が発生し、この衝突の際の反力によってマグネット6がストッパ4aからやや離間するため、次のパルス通電によって再びストッパ4aにマグネット6が衝突する。このような衝突は、ステータコイル10へのパルス電流の供給が終了するまで繰り返され、そのため「カチカチ」という衝突音が継続して発生することになる。全開位置を基準位置としたものも、同様に、全開位置で衝突音が発生する。
【0010】
このような衝突音はそれほど大きなものではないが耳障りであり、また、この音によって冷凍サイクル部品が故障したと利用者が勘違いしてしまう可能性があるため、決して好ましいものではない。この衝突音をすこしでも少くするためには、弁体9が基準位置に達した後にさらに供給する余分なパルス数を極力少くすることが考えられる。しかし、一方で、初期化を確実に行うためには、基準位置に達した後もある程度以上のパルス数を供給することが要求される。そこで、折衷案として、従来は、弁体9を最大開度(全開位置)から最小開度(全閉位置)まで駆動できるパルス数である500パルスよりも大きな数である600パルスに設定を行なっていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように一律に600パルスにより初期化を行なったのでは、異常が発生した際には充分に初期化を行うことができない場合がある。すなわち、既述したように、電子膨張弁内部にゴミ等の異物が混入したり、何らかの理由で弁体9又はその駆動力伝達部分等に引っかかりが生じると、600パルスのうちの何パーセントかのパルスは弁体9の移動を伴わないパルスとなるため、600パルスの供給を終了した時点でも弁体9が基準位置に達していない状態となる。
【0012】
また、衝突音の問題についても、基準位置から遠い位置付近にあった弁体9を600パルスにより初期化するのであれば、衝突音の発生する時間は僅かなものであるが、基準位置付近にある弁体9を600パルスで初期化したとすると、かなりの時間にわたって衝突音が発生することになる。
【0013】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電子膨張弁の初期化の確実性を向上させ、また、衝突音の発生を極力低減することが可能な空気調和機を提供しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項1記載の発明は、冷凍サイクルに組み込まれステータコイルへのパルス電流の供給により、弁体が取付けられたマグネットロータがステップ的に変位し、しかも、このマグネットロータは、その移動経路に設けられたストッパとの当接により一定以上の変位が拘束されるようになっている電子膨張弁と、冷凍サイクルに設けられたコンプレッサ吸込温度センサ、熱交換器温度センサの入力により前記冷凍サイクルのスーパーヒート及び蒸発器温度を検出する手段と、前記ステータコイルへ供給するパルス電流のパルス数を制御し、前記弁体を一旦前記マグネットロータの変位を拘束する基準位置に位置させることによって、冷凍サイクルへ組込まれた前記電子膨張弁の初期化を行う弁開度制御手段と、を備えた空気調和機において、前記冷凍サイクルのスーパーヒート及び蒸発器温度の検出値により前記冷凍サイクルの電子膨張弁の異常を検出する異常検出手段を備え、前記弁開度制御手段は、前記異常検出手段の異常検出信号に基く運転停止後に前記電子膨張弁の初期化を行う場合には、正常時の初期化の場合よりも多いパルス数のパルス電流を前記ステータコイルに供給するものである、ことを特徴とする。
【0015】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記異常検出手段は、前記冷凍サイクルのスーパーヒート検出値を入力し、前記電子膨張弁が制御上の最小開度状態にあるにもかかわらず、このスーパーヒート検出値が所定値以下の状態を所定時間継続した場合に、異常と判別するものである、ことを特徴とする。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記異常検出手段は、前記冷凍サイクルのスーパーヒート検出値を入力し、前記電子膨張弁が制御上の最大開度状態にあるにもかかわらず、このスーパーヒート検出値が所定値以上の状態を所定時間継続した場合に、異常と判別するものである、ことを特徴とする。
【0017】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記異常検出手段は、前記冷凍サイクルの蒸発器温度を入力し、前記電子膨張弁が制御上の最大開度状態にあるにもかかわらず、この蒸発器温度が所定温度付近に達した状態を所定時間継続した場合に、異常と判別するものである、ことを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基き説明する。ただし、本実施形態の電子膨張弁は図5と同様の全閉型のものであり、通常の運転中は0〜500パルスの範囲内で弁開度制御が行なわれる。図1は、本実施形態の概略構成図である。この図において、コンプレッサ11から吐出された冷媒は、暖房運転時には、まず四方弁12を通った後、ドライ運転時に使用される室内補助熱交換器13に送られ、さらに室内熱交換器14に送られる。室内熱交換器14で熱交換された冷媒は電子膨張弁15で流量が制御され、分流流路に設けられたキャピラリ16a,16bを通って室外熱交換器17に送られる。そして、室外熱交換器17で熱交換された冷媒は、再び四方弁12を通ってコンプレッサ11の吸入側に循環される。
【0023】
上記の冷凍サイクルの所定個所には温度センサ18,19,20,21が設けられており、それぞれコンプレッサ吸入温度T,室内補助熱交換器温度Tcj,室内熱交換器温度T,室外熱交換器温度Tが検出されるようになっている。異常検出手段22は、これらの検出温度T,Tcj,T,Tと、図示を省略してあるセンサから室外温度T及び室内温度Tとを入力し、これらの入力に基いて冷凍サイクルに異常が発生したか否かを判別し、異常が発生したと判別した場合には、異常検出信号を弁開度制御手段23に出力するようになっている。
【0024】
弁開度制御手段23は、この異常検出信号を入力すると共に、図示を省略した運転制御回路から制御指令信号を入力しており、これらの信号に基いて電子膨張弁15の弁開度を制御するようになっている。
【0025】
ここで、異常検出手段22が行う異常判別の内容につき説明しておく。異常検出手段22は、次の▲1▼,▲2▼,▲3▼のいずれかの場合に異常検出信号を出力するようになっている。なお、スーパーヒートの値SHは下記の通りに定義される。
【0026】
暖房運転時: SH=T−T
冷房運転時: SH=T−T
ドライ運転時: SH=T−Tcj
▲1▼ 電子膨張弁15が制御上の最小開度状態にあるにもかかわらず、SH≦−5〔deg 〕の状態が10分間継続した場合。
【0027】
この場合は、冷媒流量を可能な限り絞っても、スーパーヒートがとれない状態すなわち「液バック状態」が継続していることを意味している。
【0028】
▲2▼ 電子膨張弁15が制御上の最大開度状態にあるにもかかわらず、SH≧7〔deg 〕の状態が10分間継続した場合。
【0029】
この場合は、冷媒流量を可能な限り大きくしても、スーパーヒートがとれ過ぎの状態すなわち「冷凍サイクル過熱状態」が継続していることを意味している。
【0030】
▲3▼ 電子膨張弁15が制御上の最大開度状態にあるにもかかわらず、蒸発器側の温度が下記のi),ii),iii)のように、高い状態が10分間継続した場合。
【0031】
i) 暖房運転時: TがTにほぼ等しくなったとき
ii) 冷房運転時: TがTにほぼ等しくなったとき
iii) ドライ運転時: TcjがTにほぼ等しくなったとき
この場合は、蒸発器が正常に機能していないことを意味している。
【0032】
次に、上記のように構成される本実施形態の動作を図2のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、電子膨張弁15の初期化の際の基準位置は全閉位置であるものとする。
【0033】
まず、利用者の操作によってリモコンから運転開始指令が出力される(ステップ1)。弁開度制御手段23は、運転開始指令が出力されたことを知ると、自己の内部に保有するメモリを参照して前回のコンプレッサの停止が正常な停止か異常な停止であるかを判別する(ステップ2)。ここで、正常な停止とは、リモコンからの運転停止指令による停止のことをいい、異常な停止とは、前記した▲1▼,▲2▼,▲3▼のいずれかの検出に基く停止のことをいう。
【0034】
そして、正常な停止であれば540パルスで初期化を行なう(ステップ3)。つまり、540パルスというパルス数は、初期化を確実に行うための必要最小限の数である。
【0035】
また、ステップ2の判別が異常な停止の場合は、540パルスよりもかなり大きな数である700パルスにより初期化を行う(ステップ4)。これによれば、電子膨張弁15の弁体に引っかかり現象等が発生し、弁体移動を伴わない無駄なパルスの供給が行なわれたとしても、多くの場合は、この無駄なパルスの供給により不足した分のパルスを補充することができ、弁体を基準位置(全閉位置)に戻すことができる。この700パルスという値は、もちろん適宜に増減することが可能であるが、通常の初期化パルス(540パルス)よりも大きく設定することが必要である。
【0036】
このように、電子膨張弁15の初期化が行なわれた後、弁開度制御手段23は弁体を基準位置から初期開度の設定位置に移動させる(ステップ5)。この後、コンプレッサ11が起動され、空気調和機の運転が実行され(ステップ6)、スーパーヒートSHの検出に応じて弁開度を設定する制御(スーパーヒート制御)が行なわれる(ステップ7)。図3は、上記の初期開度の設定位置の一例をパルス数により示したものである。この図に示すように、初期開度の設定位置は、外気温T及びコンプレッサを駆動するインバータの運転周波数に応じて異なる値となる。
【0037】
ステップ6で運転が実行されると、弁開度制御手段23は、常時、リモコンによる運転停止指令が有るか否かを判別しており(ステップ8)、停止指令が無ければ、サーモオフによる運転停止が有るか否かを判別している(ステップ9)。そして、サーモオフによる運転停止が無ければ、さらに、異常検出手段22から異常検出信号が送られてきたか否かを判別する(ステップ10)。異常が検出されなければ、ステップ7に戻り、運転実行が継続される。
【0038】
また、ステップ8で、リモコンによる運転停止が有ったと判別した場合、弁開度制御手段23は、電子膨張弁15の弁開度を500パルスの全開位置(基準位置である全閉位置から最も離間した位置)に保持し(ステップ11)、その後のリモコンによる運転開始指令を待つようにする(ステップ12)。これによれば、次回の運転開始の際は、ステップ2,3の過程を経て540パルスで初期化されるため、確実な初期化が行なわれ、且つ衝突音の発生は最大40パルス分のきわめて少ないものとなる。
【0039】
ステップ9で、サーモオフによる運転停止が有ったと判別した場合、弁開度制御手段23は、電子膨張弁15の弁開度を、コンプレッサ11内の油が流出するのを防止できる程度の位置に保持しておく(ステップ13)。すなわち、サーモオフと同時に直ちに弁開度を全開にして、冷凍サイクルの高圧側と低圧側とをバランスさせてしまうと、コンプレッサ11内の油が冷媒と共に流出するおそれがあるので、弁開度を必要な程度に絞るようにしたものである。そして、このように弁開度を絞っておけば、高圧側と低圧側とがバランスするのに時間がかかるため、冷凍サイクル内の冷媒の熱エネルギーを有効に利用することができる。つまり、サーモオフの期間を長くすることができ、省エネ化に寄与することが可能となる。この後、弁開度制御手段23は、室温が変化し、サーモが復帰するのを待ち(ステップ14)、再び初期開度設定を行う(ステップ5)。なお、この油流出を防止できる位置は、パルス数により表わすとおよそ140パルス(冷房時)又は120パルス(暖房時)程度であることがわかっている。
【0040】
ステップ10で、異常検出手段22が異常検出信号を出力すると、図示を省略してある運転制御回路はコンプレッサ11の運転を停止させ(ステップ15)、弁開度制御手段23は電子膨張弁15の弁開度を停止したときの位置に保持しておく(ステップ16)、このように、弁開度を停止時の位置に保持(放置)しておくのは、異常により停止したのであるから、ステップ11,13のように特定の位置に弁開度を保持しておくのは無意味なことになる場合が多いからである。この後、弁開度制御手段23は、リモコンによる運転開始指令が出されるのを待つ(ステップ12)。これによれば、次回の運転開始の際はステップ2,4の過程を経て700パルスで初期化されるので、確実な初期化が行なわれる可能性が大きくなる。
【0041】
ところで、上記実施形態によれば、正常に運転が停止された場合は、次回の運転開始の際の初期化における衝突音の発生を極力少くすることができる。しかし、依然として、完全に衝突音の発生を防ぐことができるわけではないので、僅かではあるが、なお、衝突音は発生することになる。また、従来は、運転開始指令が出力された場合、初期化が終了し、弁開度が初期開度に設定された後になって、初めてコンプレッサ、室外ファン及び室内ファンが起動されていた。つまり、リモコン操作により運転を開始してから、実際にコンプレッサが起動するまでに若干の時間を要していたため、その分立上がりが遅いものとなっていた。
【0042】
そこで、本発明では、コンプレッサの起動と同時に初期化を開始するようにすることもできる。これによれば、電子膨張弁の初期化の際に発生する衝突音はコンプレッサの音にかき消されるため、この衝突音が利用者の耳に達することは殆どない。
【0043】
図4は、コンプレッサ等のオンオフ状態と電子膨張弁の弁開度との対応関係を示すタイムチャートである。この図では、初期化の開始と同時にコンプレッサ、室外ファン、室内ファンの全てが起動されるようになっているが、いずれか1つのみを起動するようにしてもよい。また、同時ではなく、先に少くともこれらの1つを起動した後、弁開度を初期化してもよい。ただし、電子膨張弁が室内機側にある機種の場合は、必ず室内ファンを起動することが好ましい。また、従来は、電子膨張弁が初期開度に達してからコンプレサ等を起動していたので、立ち上がりが遅いものとなっていたが、図4の場合には、T秒だけ空調動作の立ち上がりが早いものとなっている。なお、図4は暖房運転の場合のタイムチャートであり、室内ファンは初期化が終了すると停止されている。これは、暖房運転開始直後に室内機から冷風が強く吹き出すのを防止するためである。
【0044】
なお、上記各実施形態では、常時、空気調和機を停止状態とし、その後のリモコンの運転指令により運転開始するようにしたが、異常停止後、自動的に再起動及び弁の初期化を行なわせるようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電子膨張弁の初期化の確実性を向上させ、また、衝突音の発生を極力低減することが可能な空気調和機を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の概略構成図。
【図2】図1の動作を説明するためのフローチャート。
【図3】図1における電子膨張弁の初期開度の設定位置の一例をパルス数により示した図表。
【図4】本発明の他の実施形態の動作を説明するためのタイムチャート。
【図5】電子膨張弁の一般的構成を示す概略図。
【符号の説明】
4a ストッパ
5 マグネットロータ
9 弁体
10 ステータコイル
11 コンプレッサ
15 電子膨張弁
22 異常検出手段
23 弁開度制御手段

Claims (4)

  1. 冷凍サイクルに組込まれステータコイルへのパルス電流の供給により、弁体が取付けられたマグネットロータがステップ的に変位し、しかも、このマグネットロータは、その移動経路に設けられたストッパとの当接により一定以上の変位が拘束されるようになっている電子膨張弁と、
    冷凍サイクルに設けられたコンプレッサ吸込温度センサ、熱交換器温度センサの入力により前記冷凍サイクルのスーパーヒート及び蒸発器温度を検出する手段と、
    前記ステータコイルへ供給するパルス電流のパルス数を制御し、前記弁体を一旦前記マグネットロータの変位を拘束する基準位置に位置させることによって、冷凍サイクルへ組込まれた前記電子膨張弁の初期化を行う弁開度制御手段と、
    を備えた空気調和機において、
    前記冷凍サイクルのスーパーヒート及び蒸発器温度の検出値により前記冷凍サイクルの電子膨張弁の異常を検出する異常検出手段を備え、
    前記弁開度制御手段は、前記異常検出手段の異常検出信号に基く運転停止後に前記電子膨張弁の初期化を行う場合には、正常時の初期化の場合よりも多いパルス数のパルス電流を前記ステータコイルに供給するものである、
    ことを特徴とする空気調和機。
  2. 請求項1記載の空気調和機において、
    前記異常検出手段は、前記冷凍サイクルのスーパーヒート検出値を入力し、前記電子膨張弁が制御上の最小開度状態にあるにもかかわらず、このスーパーヒート検出値が所定値以下の状態を所定時間継続した場合に、異常と判別するものである、
    ことを特徴とする空気調和機。
  3. 請求項1記載の空気調和機において、
    前記異常検出手段は、前記冷凍サイクルのスーパーヒート検出値を入力し、前記電子膨張弁が制御上の最大開度状態にあるにもかかわらず、このスーパーヒート検出値が所定値以上の状態を所定時間継続した場合に、異常と判別するものである、
    ことを特徴とする空気調和機。
  4. 請求項1記載の空気調和機において、
    前記異常検出手段は、前記冷凍サイクルの蒸発器温度を入力し、前記電子膨張弁が制御上の最大開度状態にあるにもかかわらず、この蒸発器温度が所定温度付近に達した状態を所定時間継続した場合に、異常と判別するものである、
    ことを特徴とする空気調和機。
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