JP3558182B2

JP3558182B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3558182B2
Application number: JP25306995A
Authority: JP
Inventors: 郷一郎本; 川裕幸荒; 口行雄木; 藤正和安
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JPH0989387A

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_ｓ，室内補助熱交換器温度Ｔ_ｃｊ，室内熱交換器温度Ｔ_ｃ，室外熱交換器温度Ｔ_Ｅ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_ｓ，Ｔ_ｃｊ，Ｔ_ｃ，Ｔ_Ｅと、図示を省略してあるセンサから室外温度Ｔ_ｏ及び室内温度Ｔ_ａ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_ｓ−Ｔ_Ｅ
冷房運転時：ＳＨ＝Ｔ_ｓ−Ｔ_ｃ
ドライ運転時：ＳＨ＝Ｔ_ｃ−Ｔ_ｃｊ
▲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_ＥがＴ_ｃにほぼ等しくなったとき
ｉｉ）冷房運転時：Ｔ_ｃがＴ_ａにほぼ等しくなったとき
ｉｉｉ）ドライ運転時：Ｔ_ｃｊがＴ_ａ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_ｏ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

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。
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。
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。
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。