JP4264208B2

JP4264208B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4264208B2
Application number: JP2001329659A
Authority: JP
Inventors: 一弘鈴木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003130426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置に関し、特に電子膨張弁の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、空気調和装置の概略構成を示した。図において、符号１０は室内ユニット、２０は室外ユニットである。室内ユニット１０は室内熱交換器１１を備えている。また、室外ユニット２０には、室外熱交換器２１、圧縮機２３、制御部２４，四方弁２５，電子膨張弁２６が備えられている。室外熱交換器２１は冷媒と室外気との熱交換を実現するためのものである。圧縮機２３は、低温低圧の気体冷媒を、高温高圧の気体冷媒に変換して吐出するものである。制御部２４は、圧縮機２３，電子膨張弁２６等の制御を行うもので、各種電気回路素子から構成されている。
【０００３】
さらに、冷房時における室外熱交換器２１の冷媒出口側にあたる液管３０には、液冷媒の温度（ＴＯＰＬ）を検出する液管センサ４０が設けられている。この液管センサ４０は、暖房運転時、デフロスト運転（室外熱交換器２１の霜取り）を行う際に冷媒の温度を監視するために設けられている。
室内熱交換器１１には気液二相状態の冷媒温度（ＴＩＰ）を検出する温度センサとして、室内熱交センサ４１が設けられている。
また、圧縮機の吐出側には冷媒の吐出温度（Ｔｄ）を測定する吐出温度センサ４２が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された空気調和装置では、冷房時には図の破線、暖房時には実線方向に冷媒が循環するようになっている。
さて、図５に、冷媒サイクルのｐ−ｈ線図を示した。図の冷凍サイクルにおいて示された過熱度ＳＨについて、過熱度ＳＨが過剰であると室内に水が噴き出されてしまう場合があり、過熱度不足であると液冷媒が圧縮機に流れ込み、圧縮機の寿命を低下させるといった問題が発生する場合がある。
具体的には、図６(a)で示したように、室内熱交換器１１内には液冷媒３１とガス冷媒３２とが存在し、ガス冷媒３２が下流側となっている。熱交換器１１を通過する室内気３５は、液冷媒３１を蒸発させることによって自らは冷却され、その際に熱交換器１１に結露することで乾燥されその後に室内に吹き出される。
しかし、過熱度ＳＨが過大であると同図(b)のようにガス冷媒３２部分が大きくなり、その結果液冷媒３１を通過しない室内気３５’が生ずる。この室内気３５’は十分に冷却・結露されないままに室内熱交換器１１を通過するため、空気流の下流側に位置するファンに結露してしまい、結露がファンの送風によって室内に吹き出されてしまうのである。
また、過熱度ＳＨが不足していると、ガス冷媒３２が形成されず、液冷媒３１のまま室内熱交換器１１から流出し、下流の圧縮機２３に液冷媒３１が吸引されてしまう。
【０００５】
そこで、過熱度ＳＨが適切な状態となるように電子膨張弁２６の開度を制御することが重要である。
過熱度ＳＨを測定するには、圧縮機２３の吸入冷媒温度を検出することで直接得ることができる。しかしながら、低温低圧の冷媒吸入温度の変動を正確に測定するには、非常に高精度の温度センサを装備する必要がある。このため、従来では吐出側の冷媒温度Ｔｄから過熱度ＳＨを推定していたが、十分に正確とはいえなかった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、過熱度を正確に制御することができる空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、室外熱交換器に接続された液管内の液冷媒温度ＴＯＰＬを検出する液管センサと、圧縮機の冷媒吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサと、室外熱交換器と室内熱交換器との間を循環する冷媒を絞る電子膨張弁とを備えた空気調和装置において、前記液管センサと吐出温度センサの検出出力が入力されるとともに、これらの入力信号に基づいて前記電子膨張弁の開度を制御する制御部を備え、該制御部は、Ｔｄ−ＴＯＰＬが所定の上限閾値より大きい場合には前記電子膨張弁の開度を上げ、所定の下限閾値より小さい場合には前記電子膨張弁の開度を下げる制御を行い、さらに、前記Ｔｄ−ＴＯＰＬが所定時間以上、前記上限閾値よりも大きい場合には、前記圧縮機に指示するインバータ周波数ｆを低減し、かつ、前記下限閾値よりも小さい場合には、前記圧縮機に指示するインバータ周波数ｆを増加させるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、冷房時にＴｄ−ＴＯＰＬを過熱度の指標として電子膨張弁の開度制御を実施する。Ｔｄ−ＴＯＰＬはすでに備えられているセンサによって検出することができる。また、測定対象の冷媒は高圧であるため、低圧の冷媒に比べて温度変動が大きく、さほどの高精度は要求されない。
そして、電子膨張弁の開度制御だけでは、冷房の立ち上がり運転時や大能力機において電子膨張弁の追従が遅れて過熱度が迅速に制御されない場合がある。このため、本発明ではインバータ周波数ｆの増減により圧縮機の出力を変更することで、速やかに過熱度を制御する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用いその説明を省略する。
図１は本空気調和装置の制御回路を示すブロック図である。
図において、符号４４は、吐出温度センサ４２により検出された冷媒温度Ｔｄと、液管センサ４０により検出された冷媒温度ＴＯＰＬとが入力されるとともに、圧縮機２３にインバータ周波数ｆを指示し、また、電子膨張弁２６を制御する制御部である。
【００１２】
さて、図５を参照して説明すると、一般的に、Ｔｄ−ＤＳＴを過熱度ＳＨの指標とすることができる（ＤＳＴは、冷房時には室外熱交換器の気液二相冷媒の温度）。例えば、Ｔｄ−ＤＳＴがある値（上限閾値）Ａより大きい場合には膨張弁の開度を上げることで過熱度ＳＨを下げ、またある値（下限閾値）Ｂ（Ｂ＜Ａ）より小さい場合には電子膨張弁を絞って過熱度ＳＨを上げる。このようにして、Ｔｄ−ＤＳＴを監視しておけば、過熱度ＳＨを適切な値に保つことができる。
しかしながら、冷房の場合にはＤＳＴを検出するセンサが設けられていないため、直接ＤＳＴを求めることはできない。そこで、制御部４４は、ＤＳＴの代わりに液管センサ４０により検出された冷媒温度ＴＯＰＬを用いて過熱度ＳＨを制御するようになっている。
但し、ＴＯＰＬは空調装置の運転状態によって変動するため、補正係数ａを用いて
ＤＳＴ≒ＴＯＰＬ＋ａ
とみなす。
ＴＯＰＬは過冷却領域にあるため、補正係数ａは、空調装置の出力が上がるほど大きくなるという関係があり、図２のようにインバータの周波数との相関を表すことができる。
そこで、制御部４４は、図３のように、Ｔｄ−ＴＯＰＬをインバータ周波数ｆに対応させて上限閾値Ａ、下限閾値Ｂの値を変えた変換を行うようになっている。
【００１３】
さて、制御部４４は逐次吐出温度センサ４２の検出出力（Ｔｄ）、液管センサ４０の検出出力（ＴＯＰＬ）が入力され、インバータ周波数ｆが記憶されている。制御部４４はこれらの信号から、現在の空気調和装置の状態が図３のテーブル中のどの状態にあるかを算出する。
図において、空気調和装置が領域アの状態にあるときには、電子膨張弁２６の開度を上げる。
ただし、立ち上がり運転時や大能力機においては、この制御だけでは電子膨張弁２６の開度には限界があるために制御が遅く、過熱度ＳＨが長時間不適切な値をとってしまう場合がある。このため、さらに、空気調和装置の状態が所定時間以上領域アにある場合には、電子膨張弁２６の制御に加えてインバータ周波数ｆを低減させることで圧縮機２３の出力を抑える。空気調和装置が領域イの状態になった後はインバータ周波数ｆを元に戻す。
このように制御することで、より迅速に空気調和装置の状態を制御して過熱度ＳＨを適切な状態にすることができる。
同様に、領域ウの状態にあるときには電子膨張弁２６の開度を下げる。さらに、空気調和装置の状態が所定時間以上領域ウにある場合には、電子膨張弁２６の制御に加えてインバータ周波数ｆを増加させる。空気調和装置が領域イの状態になった後はインバータ周波数ｆを元に戻す。
これにより上記と同様に迅速に空気調和装置の状態を制御して過熱度ＳＨを適切な状態にすることができる。
なお、制御部４４は上限閾値Ａ、下限閾値Ｂを段階的に変化させているが、リニアに設定してもよいのはもちろんである。
【００１４】
このように制御することで、熱交換器に新たに温度センサを装備することなく、また、圧縮機の吸入管に高精度の温度センサをも設けることなく、過熱度ＳＨを迅速に制御することができる。このため、過熱度ＳＨが不適切な状態となることによって生じる次のような問題を防止することができる。すなわち、過熱度が過剰となった場合に室内に水が吹き出されることや、過熱度不足によって液冷媒が圧縮機に流れ込み、圧縮機の寿命を低下させるといった問題の発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気調和装置によれば、過熱度を迅速に制御することができるため、過熱度が過剰となった場合に室内に水が吹き出されることや、過熱度不足によって液冷媒が圧縮機に流れ込み、圧縮機の寿命を低下させるといった問題の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態として示した空気調和装置における制御回路を示した概略ブロック図である。
【図２】インバータ周波数と補正係数との関係を示した図である。
【図３】インバータ周波数およびＴｄ−ＴＯＰＬと、電子膨張弁の開度制御との関係を示した図である。
【図４】空気調和装置の冷媒サイクルを示した概略構成図である。
【図５】冷媒サイクルを冷媒のモリエル線図に照らして示した図である。
【図６】空気調和装置の室内熱交換器における冷媒の状態を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１１室内熱交換器
２１室外熱交換器
２３圧縮機
２６電子膨張弁
４０液管センサ
４１室内熱交センサ
４２吐出温度センサ
４４制御部

Claims

室外熱交換器に接続された液管内の液冷媒温度ＴＯＰＬを検出する液管センサと、圧縮機の冷媒吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサと、室外熱交換器と室内熱交換器との間を循環する冷媒を絞る電子膨張弁とを備えた空気調和装置において、
前記液管センサと吐出温度センサの検出出力が入力されるとともに、これらの入力信号に基づいて前記電子膨張弁の開度を制御する制御部を備え、
該制御部は、Ｔｄ−ＴＯＰＬが所定の上限閾値より大きい場合には前記電子膨張弁の開度を上げ、所定の下限閾値より小さい場合には前記電子膨張弁の開度を下げる制御を行い、さらに、前記Ｔｄ−ＴＯＰＬが所定時間以上、前記上限閾値よりも大きい場合には、前記圧縮機に指示するインバータ周波数ｆを低減し、かつ、前記下限閾値よりも小さい場合には、前記圧縮機に指示するインバータ周波数ｆを増加させるように構成されていることを特徴とする空気調和装置。