JP4176677B2

JP4176677B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4176677B2
Application number: JP2004173032A
Authority: JP
Inventors: 健二伊藤; 芳裕波良; 聡渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005351552A

Description

この発明は、空気調和機に関し、更に詳しくは、停止運転中の室内ユニットにおける冷媒の溜まり込みを抑制することによりシステムを安定化できるマルチ型の空気調和機に関する。

従来の空気調和機には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の空気調和機は、室外ユニットと複数の室内ユニットとを含み構成されている。室外ユニットには、開度調整可能な膨張弁が設置されており、各室内ユニットには、熱交換器に至る液配管内に電磁弁がそれぞれ設置されている。そして、運転中の室内ユニットでは電磁弁が開いて固定開度の膨張弁として機能し、運転停止中の室内ユニットでは電磁弁が閉じて冷媒が循環しないように構成されている。

ここで、暖房運転中には、通常、室内ユニットの高圧側にて冷媒がガス状態にある。しかし、運転停止中（サーモオフ時を含む）に室温によって放熱が行われると、この室内ユニット内にて冷媒が液化することがある。すると、室内ユニット（室内熱交換器および配管）内に冷媒が溜まり込み、圧縮機に戻ってくる冷媒量に過不足が生じる。すると、圧縮機には一般に吐出管センサー等の加熱を防止する保護機能が設けられているため、これらの保護機能により圧縮機の回転数が変動し、システムが不安定となるという課題があった。具体的には、室外ユニットや室内ユニットの各要素にて、冷媒の供給バランスが不安定となったり、圧力の追従性が低下したり、室内設定温度の入力に対する応答性が低下したりする課題があった。

特開平０５−３２２３４９号公報

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、停止運転中の室内ユニットにおける冷媒の溜まり込みを抑制することによりシステムを安定化できる空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる空気調和機は、室外に設置される室外ユニットと、室内に設置される複数の室内ユニットとを備え、室外ユニットおよび各室内ユニット間に冷媒を循環させて室外および室内にて熱交換を行うことにより室内の空気を調和する空気調和機において、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機と、各室内ユニット毎に対応して設置されると共に対応する室内ユニット内の冷媒量を開度調整により制御できる膨張弁とを備え、且つ、前記圧縮機が稼働しており、また、暖房運転時にて複数の室内ユニットの少なくとも一が運転停止状態もしくはサーモオフ状態にあるときに、室外温度が所定温度以下の場合には、前記運転停止状態もしくはサーモオフ状態にある室内ユニットの膨張弁が相対的に高い開度にて開放されることを特徴とする。

この空気調和機では、室外温度が所定温度以下のときに、運転停止状態もしくはサーモオフ状態にある室内ユニットの膨張弁（制御膨張弁）が相対的に高い開度にて開放されるので、停止ユニット内から室外ユニット側に戻る冷媒量が増加する。これにより、運転停止中（サーモオフ時を含む。以下同じ。）の室内ユニット３における冷媒の溜まり込みが抑制されてシステムに必要な冷媒の循環量が確保される利点がある。

また、この発明にかかる空気調和機では、前記圧縮機の吸入管温度と、前記室外ユニットが有する室外熱交換器の入口温度との差を吸入過熱値としたときに、この吸入過熱値に基づいて前記膨張弁の開度が増減される。

この空気調和機では、吸入過熱値（圧縮機の吸入管温度と室外熱交換器の入口温度との差）に基づいて膨張弁の開度が増減されるので、運転条件の変化に応じて冷媒の循環量が柔軟に調整される。これにより、冷媒の循環量の調整がより効率的に行われて、停止ユニットにおける冷媒の溜まり込みがより効果的に抑制される利点がある。

また、この発明にかかる空気調和機では、前記膨張弁の開度が、所定のサンプリングタイム毎に常に変化するように調整される。また、膨張弁の開度の変化量ΔＳが０となる領域を設けてもよい。

この空気調和機では、膨張弁の開度が所定のサンプリングタイム毎に常に変化するように調整されるので、冷媒量の調整がアクティブに行われて、停止ユニットにおける冷媒の溜まり込みがより効果的に抑制される利点がある。

また、この発明にかかる空気調和機では、前記膨張弁の開度が所定の下限開度に達したときは、前記膨張弁が所定の開度まで一時に開放される。

この空気調和機では、膨張弁の開度が所定の下限開度に達したときは膨張弁が所定の開度まで一時に開放されるので、膨張弁が段階的に開放される場合と比較して、冷媒の循環量のバランスが早期に安定化する。これにより、停止ユニットにおける冷媒の溜まり込みがより効果的に抑制される利点がある。

この発明にかかる空気調和機では、室外温度が所定温度以下のときに、運転停止状態もしくはサーモオフ状態にある室内ユニットの膨張弁（制御膨張弁）が相対的に高い開度にて開放されるので、停止ユニット内から室外ユニット側に戻る冷媒量が増加する。これにより、運転停止中の室内ユニット３における冷媒の溜まり込みが抑制されてシステムに必要な冷媒の循環量が確保される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施例の構成要素には、当業者が置換可能且つ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。

図１は、この発明の実施例にかかる空気調和機を示す回路図である。同図は、暖房運転時における回路図を示している。

この空気調和機１は、室外に配置される室外ユニット２と、室内に配置される複数の室内ユニット３Ａ〜３Ｄと、制御手段４とを含み構成され、室外ユニット２および各室内ユニット３Ａ〜３Ｄ間に冷媒を循環させて室内および室外にて熱交換を行うことにより、室内の冷房または暖房を行うことができる。

室外ユニット２は、室外熱交換器２１と、圧縮機２２と、アキュムレータ２３Ａ、２３Ｂと、四方切換弁２４と、膨張弁２５Ａ〜２５Ｄとを含み、これらが配管５により接続されて構成されている。室外熱交換器２１は、外気との間で冷媒の熱交換を行う機器であり、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能する。圧縮機２２は、冷媒を吸入して圧縮し、冷媒の圧力を高める機能を有する。アキュムレータ２３Ａ、２３Ｂは、冷媒の余剰分を一時的に貯蔵して冷媒の流量を調整する機能を有する。四方切換弁２４は、室外ユニット２内の配管５の接続を切り換えることにより、冷房運転用の配管構成と暖房運転用の配管構成とを切り換える。膨張弁２５Ａ〜２５Ｄは、冷媒の流路を絞る弁であり、各室内ユニット３Ａ〜３Ｄ毎に設置されている。これらの膨張弁２５Ａ〜２５Ｄは、その開度調整により各室内ユニット３Ａ〜３Ｄ（室内熱交換器３１Ａ〜３１Ｄ）内の冷媒量を調整できる。

室内ユニット３Ａ〜３Ｄは、室内熱交換器３１Ａ〜３１Ｄを含み構成され、配管５を介して室外ユニット２に接続されている。室内熱交換器３１Ａ〜３１Ｄは、室内空気との間で冷媒の熱交換を行う機器であり、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。

なお、この空気調和機１では、複数の室内ユニット３Ａ〜３Ｄが設置されており、これらの室内ユニット３Ａ〜３Ｄが相互に独立して稼働できる。これにより、例えば、各室内ユニット３が異なる部屋に設置されて稼働することにより、各室内の空気を個別に調和することができる。

制御手段４は、制御部４１と、各種のセンサー（図示省略）とを含み構成される。制御部４１は、室外ユニット２および室内ユニット３の各構成要素を制御する機能を有する。特に、制御部４１は、後述する所定の条件下にて膨張弁２５Ａ〜２５Ｄの開度を制御する機能と、制御時の開度情報（開度Ｓ）を取得・処理する機能とを有する。各種のセンサーは、室外ユニット２および室内ユニット３の各構成要素、ならびに、配管５の要所に設置されて必要な情報を検出する。特に、これらのセンサーには、室外温度Ｔを検出するセンサーと、圧縮機２２の吸入管温度ＴＣＳを検出するセンサーと、室外熱交換器２１の入口温度ＴＯＰＬを検出するセンサーが含まれる（図示省略）。なお、この空気調和機１では、制御部４１が室外ユニット２内に設置されているが、これに限らず、制御部４１が室内ユニット３内に設置されても良い。

この空気調和機１では、暖房運転時にて、冷媒が、高温高圧のガス状態にて室内熱交換器３１に流入し、凝縮液化して熱を放出する。これにより、熱交換が行われて室内の空気が暖められる。そして、冷媒は、配管５を通って室外熱交換器２１内に流入し、断熱膨張により蒸発気化して熱を吸収する。そして、冷媒は、四方切換弁２４およびアキュムレータ２３を通って圧縮機２２に吸入され、圧縮されて再び室内熱交換器３１側に送られる（図１参照）。これにより、冷媒が室内熱交換器３１および室外熱交換器２１間を循環して、室内の暖房が行われる。

［暖房停止ユニット制御］
図２〜図４は、図１に記載した空気調和機の暖房停止ユニット制御を示す説明図である。これらの図では、図２が、膨張弁２５の初期開度Ｓ０と室外温度Ｔとの関係を示しており、図３が、膨張弁２５の開度Ｓの変化量ΔＳと吸入過熱値ＳＨとの関係と示しており、図４が、膨張弁２５の上限開度Ｓ１および下限開度Ｓ２と室外温度Ｔとの関係を示している。なお、これらの図では、膨張弁２５の開度Ｓ（初期開度Ｓ０、上限開度Ｓ１および下限開度Ｓ２）が相対的な指数により表示されている。

この空気調和機１では、従来の課題であった運転停止中（サーモオフ時を含む。以下同じ。）の室内ユニット３（室内熱交換器３１および配管５内）における冷媒の溜まり込みを抑制するために、各室内ユニット３Ａ〜３Ｄに対する膨張弁２５Ａ〜２５Ｄの開度制御（以下、暖房停止ユニット制御という。）が行われる。この暖房停止ユニット制御は、圧縮機２２が稼働しており、また、暖房運転時にて複数の室内ユニット３の少なくとも一が運転停止状態もしくはサーモオフ状態にあるときに、この運転停止状態もしくはサーモオフ状態の室内ユニット３（以下、停止ユニット３という。）に対して行われる。具体的には、圧縮機２２が稼動し、室内ユニット３からの指令回転数（室内ユニット３の運転に要する冷媒量を圧縮機２２の回転数に換算したもの）が０［ｒｐｓ］のときに、この暖房停止ユニット制御が行われる。なお、室内ユニット３がかかる条件下にないときには、暖房停止ユニット制御が行われない。

この暖房停止ユニット制御では、停止ユニット３に対応する膨張弁２５（以下、制御膨張弁２５と呼ぶ。）が開放され、その開度Ｓが所定の初期開度Ｓ０となるように調整される。そして、システム（例えば、冷媒の流量や圧力、室内温度）が安定するまでの所定時間中（例えば１０［分間］）、制御膨張弁２５の開度Ｓが初期開度Ｓ０のまま維持される。また、制御膨張弁２５の開度Ｓは、すべての制御膨張弁２５にて同様となるように制御される。ここで、初期開度Ｓ０は、室外温度Ｔが低く（所定温度以下のとき。例えば２［℃］以下のとき。）冷媒の溜まり込みが生じ易いときには、相対的に高くなるように設定されている（図２参照）。また、初期開度Ｓ０は、制御膨張弁２５の開度Ｓの全開時に対して約１０［％］〜２０［％］の値に設定されている。

なお、室外温度Ｔは、外気の温度であり、室外熱交換器２１の入口側に設置された温度センサー（図示省略）により計測される。また、初期開度Ｓ０の選定基準となる所定温度（この実施例１では２［℃］。図２参照）は、当業者自明の範囲内にて適宜決定される。

この暖房停止ユニット制御では、室外温度Ｔが低いときには制御膨張弁２５が相対的に高い開度Ｓにて開放されるので（図２参照）、停止ユニット３内から室外ユニット２側に戻る冷媒量が増加する。これにより、運転停止中の室内ユニット３における冷媒の溜まり込みが抑制されて必要な冷媒の循環量が確保される利点がある。また、これにより、冷媒の供給バランスや圧力バランスが向上すると共に、システムの応答性が向上する利点がある。特に、この暖房停止ユニット制御は、低温起動時やデフロストからの復帰時のような冷媒の循環量が少ないときに、有益である。

次に、制御膨張弁２５は、吸入過熱値ＳＨをパラメータとする所定の基準に従って所定のサンプリングタイム毎（例えば６０［秒］毎）に開閉操作される（図３参照）。具体的には、吸入過熱値ＳＨの変化に伴って制御膨張弁２５の開度Ｓが増減して、停止ユニット３からの冷媒量が増加するように構成されている。また、制御膨張弁２５の開度Ｓは、所定の吸入過熱値ＳＨ（この実施例では２［℃］。図３参照。）を基準として、この吸入過熱値から離れるに従って開度Ｓの変化量ΔＳが大きくなるように構成されている。かかる構成では、運転条件の変化に応じて冷媒の循環量が柔軟に調整されるので、冷媒の循環量の調整がより効率的に行われる。これにより、停止ユニット３における冷媒の溜まり込みがより効果的に抑制される利点がある。

なお、吸入過熱値ＳＨ［℃］は、圧縮機２２の吸入管温度ＴＣＳと室外熱交換器２１の入口温度ＴＯＰＬとの差によって定義される値であり、圧縮機２２における冷媒量の過不足（冷媒の溜まり込み量）を評価するための基準となる。また、これらの温度ＴＣＳ、ＴＯＰＬは、制御手段４のセンサーによって所定のサンプリングタイム毎に検出される。

また、制御膨張弁２５の開度Ｓが常に変化するように（変化量ΔＳが０とならないように）、所定のサンプリングタイム毎に制御膨張弁２５が開放もしくは閉止のいずれか一方に必ず操作される。これにより、冷媒量の調整がアクティブに行われて、停止ユニット３における冷媒の溜まり込みがより効果的に抑制される利点がある。

また、制御膨張弁２５の開度Ｓが所定の臨界値（上限開度Ｓ１および下限開度Ｓ２）を越えないように、制御膨張弁２５が開閉操作される（図４参照）。これにより、過度な追従を抑え、システムの安定化を向上させることができるという利点がある。具体的には、制御膨張弁２５の開度Ｓが上限開度Ｓ１に達したときには、更に変化量ΔＳが増加しても、上記開度Ｓ１は保持される。一方、制御膨張弁２５の開度Ｓが下限開度Ｓ２（例えば１５）に達したときには、開度Ｓが所定値（例えば初期開度Ｓ０）に戻される。このとき、制御膨張弁２５が一時に開放されることにより、ハンチングが行われる。すると、制御膨張弁２５が段階的に開放される場合と比較して、冷媒バランスの追従性が向上するため、冷媒の循環量のバランスが早期に安定化する。これにより、停止ユニット３における冷媒の溜まり込みがより効果的に抑制される利点がある。

また、暖房停止ユニット制御の実行中に停止ユニット３の数が増加したときは、（新たに運転停止状態もしくはサーモオフ状態となった室内ユニット３があるときは）、暖房停止ユニット制御が最初から実行される。すなわち、制御膨張弁２５の開度Ｓが初期開度Ｓ０に再設定され、その後に上記手順に従って膨張弁２５の開度Ｓが調整される。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、停止運転中の室内ユニットにおける冷媒の溜まり込みを抑制することによりシステムを安定化できる点で有用である。

この発明の実施例にかかる空気調和機を示す回路図である。空気調和機の暖房停止ユニット制御を示す説明図である。空気調和機の暖房停止ユニット制御を示す説明図である。空気調和機の暖房停止ユニット制御を示す説明図である。

符号の説明

１空気調和機
２室外ユニット
５配管
３室内ユニット（停止ユニット）
４制御手段
２１室外熱交換器
２２圧縮機
２３アキュムレータ
２４四方切換弁
２５膨張弁（制御膨張弁）
３１室内熱交換器
４１制御部

Claims

室外に設置される室外ユニットと、室内に設置される複数の室内ユニットとを備え、室外ユニットおよび各室内ユニット間に冷媒を循環させて室外および室内にて熱交換を行うことにより室内の空気を調和する空気調和機において、
冷媒を圧縮して循環させる圧縮機と、各室内ユニット毎に対応して設置されると共に対応する室内ユニット内の冷媒量を開度調整により制御できる膨張弁とを備え、且つ、
前記圧縮機が稼働しており、暖房運転時にて複数の室内ユニットの少なくとも一が運転停止状態もしくはサーモオフ状態にあるときに、
室外温度が所定温度以下の場合には、前記運転停止状態もしくはサーモオフ状態にある室内ユニットの膨張弁が相対的に高い開度にて開放され、
前記圧縮機の吸入管温度と、前記室外ユニットが有する室外熱交換器の入口温度との差を吸入過熱値としたときに、この吸入過熱値に基づいて前記膨張弁の開度が増減されることを特徴とする空気調和機。
前記膨張弁の開度が、所定のサンプリングタイム毎に常に変化するように調整される請求項１に記載の空気調和機。
前記膨張弁の開度が所定の下限開度に達したときは、前記膨張弁が所定の開度まで一時に開放される請求項１又は２に記載の空気調和機。