JP4326389B2 - マルチ型空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調運転（冷房運転、暖房運転及び除湿運転）により空調空気を噴出す複数の室内機ユニットを備え、各室内機ユニット毎に異なる運転制御が可能なマルチ型空気調和装置に関する。

室内の冷暖房や除湿（以下、総称して「空調」と呼ぶ）を行う空気調和装置は、室内機ユニットと室外機ユニットとの間を冷媒配管及び電気配線で接続した構成とされる。このような空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構、室内熱交換器及び四方弁を主な構成要素として冷媒の循環回路を形成するヒートポンプを用いており、圧縮機から送出される冷媒の循環方向を四方弁の操作によって切り換えることで、所望の空調運転を行っている。
このような空気調和装置には、一式の室外機ユニットに対し、室内機ユニットが一台接続された構成のシングル型と、それぞれ独自の運転制御を可能にした室内機ユニットが複数接続された構成のマルチ型とがある。

上述した空気調和装置は、たとえば寒冷地等の冬期において補助暖房として使用されることがある。このような補助暖房運転の場合、主暖房装置による暖房加熱を受けているため、室内機ユニットに吸い込む室内の空気（以下、「室内気」と呼ぶ）は、比較的温度の高い状態になることが想定される。このように、比較的温度の高い室内気を吸い込んで暖房運転を行うと、システムの高圧（圧縮機の出口圧力）が非常に高くなり、圧縮機の圧力使用限界を満足できなくなることが懸念される。

また、シングル型の空気調和装置においてもマルチ型と同様の問題があるため、暖房運転時に室内熱交換器の二相流部の温度（室内熱交飽和温度：ＴＩＰ）を検出し、この検出値が所定値以上の高温に上昇したとき、予め定めた制御マップに基づいてハイプレッシャ制御を実施している。ハイプレッシャ制御で使用する制御マップは、検出した室内熱交飽和温度（ＴＩＰ）が属する温度領域に応じて、予め定めた指令回転数の変更を行うようになっている。なお、上述した制御マップの温度領域は、室外機回転数（圧縮機の運転回転数）と指令回転数（室内気ユニットから負荷に応じて出力される要求回転数）とを比較して低い方を採用し、ここで採用した回転数に応じて選択切り換えすることで、指令回転数を制限する室内熱交飽和温度を変化させている。

また、熱源機（室外機ユニット）１台に対し複数台の室内機ユニットを接続し、各室内機ユニット毎に冷暖房を選択的に、かつ、一方の室内機ユニットでは冷房、他方の室内機ユニットでは暖房を同時に行うことができる多室型（マルチ型）ヒートポンプ式空気調和装置において、高圧圧力及び低圧圧力が通常運転時より高くなることを制御し、かつ、圧縮機の信頼性を向上させた装置が提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開平５−３２２３５１号公報

上述したように、ヒートポンプ式のマルチ型空気調和装置を補助暖房として運転するような場合には、室内機ユニットに吸い込む室内気の温度が通常の暖房運転と比較して高めの設定になることが多い。このため、圧縮機から送出されて冷凍サイクルを循環する高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器において比較的高温の室内気と熱交換する際、十分に放熱して凝縮することができないため、圧縮機の出口圧力が使用限界を越えるような高圧となることが懸念される。このような運転は、圧縮機に使用限界を超えた負担をかけることとなるため、信頼性や耐久性の観点から好ましいことではない。

また、マルチ型空気調和装置の場合、上述したシングル型と同様のハイプレッシャ制御を行っても、室内機ユニットが複数台あることから、圧縮機が他の室内機ユニットの影響を受けるという違いがあるので、有効な制御を実施することはできない。
このように、複数台の室内機ユニットを備えているマルチ型空気調和装置においては、圧縮機の回転数に依存することなくハイプレッシャ制御を実施し、比較的高温の室内気を吸い込んで暖房運転を行う場合の圧縮機保護が望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、たとえば補助暖房運転時等のように、比較的高温の室内気を吸い込んで暖房運転を行う際、確実に圧縮機を保護することができるハイプレッシャ制御を実施可能としたマルチ型空気調和装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るマルチ型空気調和機は、室外機ユニットと、該室外機ユニットに接続されそれぞれ独自の運転制御が可能な複数台の室内機ユニットとを具備してなるマルチ型空気調和装置において、前記室内機ユニットに設けられて室内気の吸い込み温度を検出する室内気吸込温度検出手段と、前記室内機ユニットの室内熱交換器に設けられて二層流部の温度を検出する室内熱交飽和温度検出手段とを具備し、暖房運転時に前記室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）と予め定めた設定基準温度とにより圧縮機の高圧制御を行う制御マップを定め、前記設定基準温度として、前記室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高い場合ほど低い値を選択または設定する複数のハイプレッシャ制御モードを設けたことを特徴とするものである。

このようなマルチ型空気調和装置によれば、室内機ユニットに設けられて室内気の吸い込み温度を検出する室内気吸込温度検出手段と、室内機ユニットの室内熱交換器に設けられて二層流部の温度を検出する室内熱交飽和温度検出手段とを具備し、暖房運転時に室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）と予め定めた設定基準温度とにより圧縮機の高圧制御を行う制御マップを定め、上記の設定基準温度として、室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高い場合ほど低い値を選択または設定する複数のハイプレッシャ制御モードを設けたので、室内気の温度を反映した制御マップに基づいたハイプレッシャ制御を行って圧縮機を保護することができる。
この場合の設定基準温度は、室内気吸込温度検出手段で検出した検出値（ＴＩＯＮ）の領域に応じて異なる複数種類の中から選択するものでもよいし、あるいは、室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）に基づいて対応する値を設定可能とした線形のものでもよい。

上記の発明において、前記制御マップは、前記室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高いほど前記室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）の低い段階で高圧制御を実施するように設定されていることが好ましく、これにより、室内気の温度が高いほど早い段階でハイプレッシャ制御を実施して確実に圧縮機を保護することができる。

上述した本発明のマルチ型空気調和機は、暖房運転時に室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）と予め定めた設定基準温度とにより圧縮機の高圧制御を行う制御マップを定め、上記の設定基準温度として室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高い場合ほど低い値を選択または設定する複数のハイプレッシャ制御モードを設けたので、シングル型のように圧縮機の回転数に依存することなく、室内気の温度を反映した制御マップに基づいたハイプレッシャ制御を行って圧縮機を保護することができる。このため、補助暖房運転時のように、暖房する室内気の温度が比較的高めの場合であっても、システムの高圧が使用限界を超えるのを確実に防止できるので、圧縮機の耐久性や信頼性を向上させることができる。
また、室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高いほど室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）の低い段階で高圧制御を実施するように設定すれば、空調する室内気の温度が高いほど早い段階でハイプレッシャ制御が実施されるので、より確実に圧縮機を保護することができる。

以下、本発明に係るマルチ型空気調和装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、マルチ型空気調和装置の全体構成例を示す説明図である。このマルチ型空気調和装置は、室外機ユニット１０と、同室外機ユニット１０に接続された複数台の室内機ユニット２０（図示の例では、室内機ユニット２０Ａ，２０Ｂの２台）とを具備して構成される。これら室内機ユニット１０及び室外機ユニット２０は、冷媒を流す冷媒配管３０や図示しない電気配線等により接続されている。

室外機ユニット１０は、冷媒を圧縮して送出する圧縮機１１と、冷媒の循環方向を切り換える四方弁１２と、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器１３と、絞り機構として機能する電子膨張弁１４とを主な構成要素とし、さらに、消音の目的で圧縮機１１の吐出側配管に配設されたマフラ１５と、同じく消音の目的で圧縮機１１の吸入管配管に配設された吸入マフラ１６と、各種の運転制御を行う室外制御部１７とを具備して構成される。なお、この室内機ユニット１０には、この他にも図示省略の室外ファン、レシーバ、サービスバルブ及びストレーナ等の機器類や温度センサ等のセンサ類が設けられている。

室内機ユニット２０は、ケーシング内に室内熱交換器２１や室内制御部２２などの他、図示しない室内ファン等の機器を収納した構成とされる。また、室内熱交換器２１には、二相流部の温度を検出する二相流部温度センサ（室内熱交飽和温度検出手段）２３と、気相側の温度を検出する気相部温度センサ２４と、室内気吸込温度センサ（室内気吸い込み温度検出手段）２５とが設けられており、これらの温度センサで検出した温度データは室内制御部２２に入力される。ここで、二相流部温度センサ２３は、室内熱交換器２１のパス中間部に取り付けた温度センサであり、二相流部における圧力飽和温度を検出している。また、室内気吸込温度センサ２５は、室内機ユニット２０に吸い込む室内気の温度、すなわちこれから空調しようとする室内気の温度を検出するため、吸込口から室内熱交換器２１に至る流路の適所に取り付けられている温度センサである。
なお、図中の各符号に付記されたＡ，Ｂは、２つの室内機ユニットを区別して説明する場合にのみ使用するものとする。

この室内機ユニット２０は、室内ファンで吸引した室内の空気を室内熱交換器２１に導いて通過させ、上述した室外機ユニット１０から供給される冷媒との間で熱交換した空調空気を室内に吹き出すように構成されている。また、２台の室内機ユニット２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ異なる空調対象の部屋に設置され、各部屋の状況に応じて異なる運転制御が可能に構成されている。なお、ここでの異なる運転制御とは、冷房運転または暖房運転のいずれか一方を選択し、部屋毎に異なる空調負荷に対応した運転制御を行うこと意味しており、二つの室内機ユニット２０Ａ，２０Ｂが暖房運転及び冷房運転のように異なる空調運転を同時に行うものではない。

２台の室内機ユニット２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ室外機ユニット１０内のパイプコネクタ３１，ヘッダー３２で分岐した冷媒配管３０Ａ，３０Ｂに接続されている。また、室外機ユニット１０内の各冷媒配管３０Ａ，３０Ｂには、それぞれ独立して動作する電子膨張弁１４Ａ，１４Ｂが、室外熱交換器１３と室内ユニット２０Ａ，２０Ｂとの間に配設されている。
なお、上述した室内機ユニット１０には、圧縮機１１の吸入管センサ１１ａ及び吐出管センサ１１ｂと、室外熱交換器１３の液相側に設けられた室外熱交センサ１３ａと、外気温を検出する外温センサ１８とを具備し、それぞれの検出値が室外制御部１７に入力されるようになっている。

以下では、上述した構成のマルチ型空気調和装置の作用について、暖房運転時及び冷房運転時のそれぞれの場合に分けて説明する。
最初に、暖房運転時の空調作用について、図中に矢印で示した冷媒の流れとともに説明する。なお、暖房運転及び冷房運転は、四方弁１２の操作により変化する冷媒の流れ方向に応じて選択切換えされる。

さて、圧縮機１１の圧縮で高温高圧の気体とされた冷媒は、マフラ１５及び四方弁１２を通過してヘッダー３２に導かれる。この気体冷媒は、さらに、ヘッダー３２から室内機ユニット２０の室内熱交換器２１へ導かれ、室内気と熱交換して放熱する。この放熱により凝縮した高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁１４を通過する際に減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器１３に流れ込む。

室外熱交換器１３に流れ込んだ気液二相冷媒は、この熱交換器を通過する際に室外の空気（以下、「室外気」と呼ぶ）と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温低圧の気体冷媒となる。この気体冷媒は、四方弁１２及び吸入マフラ１６を通過して圧縮機１１に吸引され、以下同様の過程で状態変化を繰り返しながら、マルチ型空気調和装置の冷凍サイクルを循環することになる。
このような暖房運転時において、室内機ユニット２０Ａ，２０Ｂの空調負荷が異なる状況で同時に運転する場合、両ユニットに分配される冷媒循環量は、電子膨張弁１４Ａ，１４Ｂの開度により調整される。なお、運転停止中の室内機ユニット２０については、同ユニットに接続されている電子膨張弁１４が全閉または微開とされる。

次に、冷房運転について簡単に説明する。この冷房運転は、上述した暖房運転から四方弁１２を操作して冷媒の循環方向を切り換えることにより実施される。
この冷房運転では、圧縮機１１から四方弁１２までの冷媒の流れは暖房運転時と同様であるが、四方弁１２を出た高温高圧の気相冷媒は室外熱交換器１３に導かれ、室外気と熱交換する。この熱交換により、高温高圧の気体冷媒が室外気に熱を与えて凝縮液化し、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、電子膨張弁１４を通過することで減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、再び冷媒配管３０を通り室内機ユニット２０の室内熱交換器２１に送られる。

低温低圧の気液二相冷媒は、室内熱交換器２１で室内気と熱交換し、空調対象である室内気から熱を奪って当該室内気を冷却するとともに、冷媒自身が蒸発気化して低温低圧の気体冷媒となる。
この気体冷媒は、ヘッダー３２，四方弁１２及び吸入マフラ１６を通過して再び圧縮機１１に吸引され、以下同様の過程で状態変化を繰り返しながら、マルチ型空気調和装置の冷凍サイクルを循環する。

上述したマルチ型空気調和装置においては、たとえば補助暖房として使用される室内機ユニット２０の暖房運転時に機能するハイプレッシャ制御モードを備えている。このハイプレッシャ制御モードは、二層流部温度センサ２３で検出した室内熱交飽和温度（ＴＩＰ）と、予め定めた設定基準温度Ｐ１〜Ｐ３とにより圧縮機１１の高圧制御を行う制御マップを下記のように定める。
このようなハイプレッシャ制御モードは、圧縮機１１の実運転回転数が０ｒｐｓ以外（すなわち停止していない）の場合、もしくは空調負荷に応じて室内機ユニット２０から出力される指令回転数が０ｒｐｓ以外の場合であって、暖房運転時における室内熱交飽和温度（ＴＩＰ）が所定値以上の高温となった場合に実施される。

ここで、高圧制御の制御マップについて、その具体例を示して説明する。なお、以下に示す温度等の数値は諸条件により適宜設定されるものであり、従って、これに限定されることはない。
さて、高圧制御の制御マップは、設定基準温度Ｐ１〜Ｐ３に応じて３つの領域に分類される。
第１の領域は、ＴＩＰ≧Ｐ１の場合であり、指令回転数を制御する領域である。
第２の領域は、ＴＩＰ≧Ｐ２が所定時間（たとえば１分）継続した場合であり、指令回転数を０ｒｐｓにして復帰条件が満たされるまで継続する領域である。
第３の領域は、ＴＩＰ＜Ｐ３の場合であり、第２の領域で説明した復帰条件となる。

第１の領域における指令回転数の制御は、回転数を所定数（たとえば８ｒｐｓ）だけ低下させるものである。こうして圧縮機１１の回転数を下げた運転を所定時間（たとえば２０秒）継続しても、ＴＩＰ≧Ｐ１の状態に変化がなければ、再度回転数を所定数だけ低下させる。以下、同様にして、圧縮機１１の機種毎に予め定められている低下限界まで、回転数を下げていく。なお、ここでの所定時間には、回転数が指令回転数に到達するまでの減速時間を含むものとする。

また、指令回転数を下げてから所定時間内にＰ３≦ＴＩＰ＜Ｐ１となれば、そのままの指令回転数を維持して運転を継続する。そして、この指令回転数を保持して所定時間以上同一の回転数で運転した場合には、ハイプレッシャ制御の解除運転が実施される。
また、ＴＩＰ＜Ｐ３の条件が満たされた場合にも、ハイプレッシャ制御の解除運転が実施される。
なお、ハイプレッシャ制御の解除運転は、指令回転数を所定数（たとえば１ｒｐｓ）上昇させ、その回転数で所定時間（たとえば４０秒）保持するものである。

続いて、上述した設定基準温度Ｐ１〜Ｐ３について説明する。この設定基準温度は、室内吸込温度センサ２５で検出した室内気の吸込温度（ＴＩＯＮ）に応じて、たとえば図２に示すように、複数の設定がなされている。
図２に示す例では、吸込温度（ＴＩＯＮ）が２４℃以下（ＴＩＯＮ≦２４℃）の場合、Ｐ１＝５６．０℃、Ｐ２＝６２．０℃、Ｐ３＝４８．５℃に設定されている。同様に、吸込温度（ＴＩＯＮ）が２４℃より大きく、かつ２７℃以下（２４℃＜ＴＩＯＮ≦２７℃）の場合、Ｐ１＝５３．０℃、Ｐ２＝６１．０℃、Ｐ３＝４７．５℃に設定され、吸込温度（ＴＩＯＮ）が２７℃より小さい場合、Ｐ１＝５０．０℃、Ｐ２＝６０．０℃、Ｐ３＝４６．５℃に設定されている。この場合の設定基準温度は、吸込温度（ＴＩＯＮ）の領域に応じて異なる複数種類の中から選択するものであるが、吸込温度（ＴＩＯＮ）に基づいて対応する値を設定可能とした線形（吸込温度と設定基準温度との関係を示すグラフ等）のものでもよい。

すなわち、室内気の吸込温度（ＴＩＯＮ）が高い場合ほど設定基準温度Ｐ１〜Ｐ３を低い値に設定しているので、暖房する室内気の温度が高い場合ほど早い段階で圧縮機１１の指令回転数を低減するハイプレッシャ制御が実施されることとなる。このため、空調対象となる室内気の温度を反映した制御マップに基づいたハイプレッシャ制御が実施され、圧縮機１１の出口圧力が使用限界を越えて高圧となる運転を防止できるので、圧縮機１１の保護が可能となる。特に、室内気の温度が高い場合ほど早い段階からハイプレッシャ制御を実施するので、補助暖房に使用される場合のように室内気の吸込温度が通常よりかなり高くなる運転状況でも、確実に圧縮機１１を保護することができる。

こうしてハイプレッシャ制御にはいると、指令回転数が減少した電子膨張弁１４の開度は小さくなるので、この電子膨張弁１４が設置された冷媒系統の冷媒循環量も減少する。また、ハイプレッシャ制御では室内ファンの運転速度が保持されるので、冷媒循環量の減少に伴って暖房運転中のため放熱器となる室内熱交換器２１の温度が下がる。なお、回転数減の指令回転数を受けて圧縮機１１の回転数が減少すると、他の部屋に設置されている室内機ユニット２０側においても、冷媒回路の高圧圧力が低下し吐出飽和温度が下がるため若干の室内機吹き出し温度の低下はあるが、室内制御部からの圧縮機指令回転数は低下していないため分配される冷媒循環量は減少しない。
また、このハイプレッシャ制御は、室内熱交飽和温度（ＴＩＰ）及び室内気の吸込温度（ＴＩＯＮ）によって実施されるので、圧縮機１１の回転数が直接関与するようなことはなく、従って、複数台の室内機ユニット２０が異なる暖房負荷のもとで暖房運転を実施する場合にも有効なハイプレッシャ制御を実施できる。

以上説明したように、本発明のマルチ型空気調和装置においては、たとえば補助暖房運転に使用される場合のように室内気の温度が比較的高い場合であっても、室内機ユニット２０から空調負荷に応じて出される指令回転数を室内気の吸込温度（ＴＩＯＮ）が反映される制御マップに基づいて制御するハイプレッシャ制御モードの実施により、圧縮機１１の使用限界を超えるような高圧になることを防止できるので、圧縮機１１を保護して装置の信頼性を増すことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば室内気ユニット２０が３台以上の場合にも適用可能であるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るマルチ型空気調和装置の一実施形態を示す構成図である。 室内気の吸込温度（ＴＩＯＮ）に応じて複数設定された設定基準温度（Ｐ１〜Ｐ３）の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 室外機ユニット
１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室外熱交換器
１４Ａ，１４Ｂ 電子膨張弁
２０Ａ，２０Ｂ 室内機ユニット
２１Ａ，２１Ｂ 室内熱交換器
２３Ａ，２３Ｂ 二相流部温度センサ（室内熱交飽和温度検出手段）
２５Ａ，２５Ｂ 室内気吸込温度センサ（室内気吸込温度検出手段）

Claims (2)

1. 室外機ユニットと、該室外機ユニットに接続されそれぞれ独自の運転制御が可能な複数台の室内機ユニットとを具備してなるマルチ型空気調和装置において、
   前記室内機ユニットに設けられて室内気の吸い込み温度を検出する室内気吸込温度検出手段と、
   前記室内機ユニットの室内熱交換器に設けられて二層流部の温度を検出する室内熱交飽和温度検出手段とを具備し、
   暖房運転時に前記室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）と予め定めた設定基準温度とにより圧縮機の高圧制御を行う制御マップを定め、
   前記設定基準温度として、前記室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高い場合ほど低い値を選択または設定する複数のハイプレッシャ制御モードを設けたことを特徴とするマルチ型空気調和装置。
2. 前記制御マップは、前記室内気吸込温度検出手段の検出値（ＴＩＯＮ）が高いほど前記室内熱交飽和温度検出手段の検出値（ＴＩＰ）の低い段階で高圧制御を実施するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ型空気調和装置。

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