JP4408825B2

JP4408825B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4408825B2
Application number: JP2005077263A
Authority: JP
Inventors: 利明高野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006258380A

Description

この発明は空気調和機に関し、特に、一台の室外ユニットに複数台の室内ユニットを接続した空気調和機に関する。

従来より、一台の室外ユニットに複数台の室内ユニットを接続したマルチエアコンが開発されている（たとえば特許文献１参照）。従来のマルチエアコンでは、各室内ユニットは室内熱交換器、室内送風機などを含み、室外ユニットは圧縮機、室外熱交換器、室外送風機、各室内ユニットに対応して設けられた膨張弁などを含む。

運転中の室内ユニットに対応する膨張弁は、対応の室内熱交換器の入口温度と出口温度の差が所定温度になるように制御される。停止中の室内ユニットに対応する膨張弁は、冷媒が流れないように全閉状態にされる。
特開２０００−１４６２６１号公報

しかし、従来のマルチエアコンでは、膨張弁の動作が不完全となり、全閉したつもりの膨張弁から停止中の室内ユニットに冷媒が漏れる場合がある。この場合は、停止中の室内ユニットの室内熱交換器の圧力損失が小さくなり、見かけ上の冷媒循環量が大きくなるため、運転中の室内ユニットの冷房能力が低下してしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、運転停止中の室内ユニットへの冷媒の漏れを無くすことが可能な空気調和機を提供することである。

この発明に係る空気調和機は、それぞれが、室内空気を送る室内送風機と、冷媒液を蒸発させて室内空気を冷却する室内熱交換器とを含む複数の室内ユニット、各室内熱交換器で発生した冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、室外空気を送る室外送風機と、圧縮された冷媒ガスと室外空気を熱交換して冷媒ガスを液化させる室外熱交換器と、各室内熱交換器に対応して設けられ、液化された冷媒を減圧して対応の室内熱交換器に供給する膨張弁とを含む室外ユニット、各室内熱交換器の入口温度および中間温度を検出する検出手段、および検出手段の検出結果に基づいて各膨張弁の開度を制御する制御手段を備えたものである。ここで、制御手段は、冷房運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、運転停止中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を閉方向に動作させる。したがって、運転停止中の室内ユニットに対応する膨張弁で冷媒が漏れている場合でも、その膨張弁を閉じて冷媒の漏れを無くすことができる。

好ましくは、制御手段は、運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、さらに、運転中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を所定開度だけ開方向に動作させる。この場合は、運転中の室内ユニットの冷房能力を迅速に高めることができる。

また好ましくは、制御手段は、運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、運転停止中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を第１の時間毎に所定開度ずつ閉方向に動作させる。この場合は、より確実に膨張弁を閉じることができる。

また好ましくは、制御手段は、第２の時間毎に所定開度を増加させる。この場合は、一層確実に膨張弁を閉じることができる。

また好ましくは、制御手段は、運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、運転停止中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を第１の開度だけ開方向に動作させた後に、第１の開度よりも大きな第２の開度だけ閉方向に動作させる。この場合は、膨張弁を一旦開けることにより、膨張弁に詰まったダストなどを除去して膨張弁を閉じることができる。

以上のように、この発明によれば、運転停止中の室内ユニットへの冷媒の漏れを無くすことができ、運転中の室内ユニットの冷房能力を高めることができる。

図１は、この発明の一実施の形態によるマルチエアコンの冷凍サイクルを示す図である。図１において、このマルチエアコンは、１台の室外ユニット１と、複数台（たとえば３台）の室内ユニット６Ａ〜６Ｃとを備える。

室外ユニット１は、圧縮機２、室外熱交換器３、室外送風機４、および３つの膨張弁５Ａ〜５Ｃを含む。圧縮機２は、室内ユニット６Ａ〜６Ｃで発生した冷媒ガスを圧縮する。室外熱交換器３は、圧縮機２で圧縮された冷媒ガスと室外空気との熱交換を行なって冷媒ガスを凝縮液化させる。室外送風機４は、室外熱交換器３に室外空気を供給する。膨張弁５Ａ〜５Ｃは、それぞれ室外熱交換器３で生成された冷媒液を減圧して室内ユニット６Ａ〜６Ｃに供給する。

図２は、図１に示した膨張弁５Ａの構成を示す断面図である。図２において、膨張弁５Ａは弁本体２０を含む。弁本体２０の内部には、リング状の弁座２１が形成され、弁座２１の中心線に沿って弁棒２２が配置されている。弁棒２２の下端は円錐状に形成されており、弁棒２２は弁座２１に対して近づきまたは離れる方向すなわち図中上下方向に移動可能に設けられている。弁本体２０の横側開口部には横銅管２３が接合され、弁本体２０の下側開口部には下銅管２４が接合されている。

また、弁本体２０の上部には、弁棒２２を上下動させるためのステッピングモータ２５が設けられている。ステッピングモータ２５のロータ２６は弁棒２２の上端部に結合されている。弁本体２０の上部外周部にはネジ溝が形成されており、ロータ２６の内周部はそのネジ溝に螺合されている。ステッピングモータ２５のステータ２７の電磁コイル２８に正パルスを与えるとロータ２６が正方向に所定角度だけ回転して弁棒２２が所定距離だけ弁座２１に近づく。電磁コイル２８に負パルスを与えるとロータ２６が負方向に所定角度だけ回転して弁棒２２が所定距離だけ弁座２１から離れる。弁棒２２を上下動させることにより、弁棒２２の先端部と弁座２１の隙間面積を変化させて、そこを通過する冷媒の流量を調節することができる。一般に冷房装置では、冷媒は横銅管２３から弁座２１と弁棒２２の隙間を介して下銅管２４に流される。

図１に戻って、室内ユニット６Ａ〜６Ｃは、それぞれ、室内熱交換器７Ａ〜７Ｃと、室内送風機８Ａ〜８Ｃと、入口サーミスタ１１Ａ〜１１Ｃと、中間サーミスタ１２Ａ〜１２Ｃと、出口サーミスタ１３Ａ〜１３Ｃとを含む。室内熱交換器７Ａ〜７Ｃは、それぞれ膨張弁５Ａ〜５Ｃから供給された冷媒液を蒸発させ、その気化熱を利用して室内空気の冷却および除湿を行なう。室内送風機８Ａ〜８Ｃは、それぞれ室内熱交換機７Ａ〜７Ｃに室内空気を供給する。室内熱交換器７Ａ〜７Ｃで発生した冷媒ガスは、室外ユニット１の圧縮機２に戻る。なお、冷媒の通路は金属配管で形成されている。

入口サーミスタ１１Ａ〜１１Ｃは、それぞれ室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの入口の温度ＴＩＡ〜ＴＩＣを検出し、検出値を示す信号を出力する。中間サーミスタ１２Ａ〜１２Ｃは、それぞれ室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの中間の温度ＴＭＡ〜ＴＭＣを検出し、検出値を示す信号を出力する。出口サーミスタ１３Ａ〜１３Ｃは、それぞれ室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの出口の温度ＴＯＡ〜ＴＯＣを検出し、検出値を示す信号を出力する。

図３は、このマルチエアコンの電気回路図である。図３において、室外ユニット１は制御部３０およびスイッチ３１，３２を含み、室内ユニット６Ａ〜６Ｃは、それぞれ、制御部３３Ａ〜３３Ｃと、スイッチ３４Ａ〜３４Ｃとを含む。

室内送風機８Ａとスイッチ３４Ａは室内ユニット６Ａの電源端子間に直列接続されている。スイッチ３４Ａがオンされると、室内送風機８Ａが駆動される。制御部３３Ａは、室内ユニット６Ａの操作部(図示せず)からの信号（冷房の開始／停止を指示する信号、冷房能力のレベルを指示する信号など）とサーミスタ１１Ａ〜１３Ａの出力信号とに基づいて、スイッチ３４Ａのオン／オフ制御、室内送風機８Ａの送風量の制御などを行なうともに、室外ユニット１の制御部３０と情報の授受を行なう。

室内送風機８Ｂとスイッチ３４Ｂは室内ユニット６Ｂの電源端子間に直列接続されている。スイッチ３４Ｂがオンされると、室内送風機８Ｂが駆動される。制御部３３Ｂは、室内ユニット６Ｂの操作部(図示せず)からの信号（冷房の開始／停止を指示する信号、冷房能力のレベルを指示する信号など）とサーミスタ１１Ｂ〜１３Ｂの出力信号とに基づいて、スイッチ３４Ｂのオン／オフ制御、室内送風機８Ｂの送風量の制御などを行なうともに、室外ユニット１の制御部３０と情報の授受を行なう。

室内送風機８Ｃとスイッチ３４Ｃは室内ユニット６Ｃの電源端子間に直列接続されている。スイッチ３４Ｃがオンされると、室内送風機８Ｃが駆動される。制御部３３Ｃは、室内ユニット６Ｃの操作部(図示せず)からの信号（冷房の開始／停止を指示する信号、冷房能力のレベルを指示する信号など）とサーミスタ１１Ｃ〜１３Ｃの出力信号とに基づいて、スイッチ３４Ｃのオン／オフ制御、室内送風機８Ｃの送風量の制御などを行なうともに、室外ユニット１の制御部３０と情報の授受を行なう。

圧縮機２とスイッチ３１、室外送風機４とスイッチ３２は、それぞれ室外ユニット１の電源端子間に直列接続されている。スイッチ３１，３２がオンされると、それぞれ圧縮機２および室外送風機４が駆動される。制御部３０は、制御部３３Ａ〜３３Ｃからの情報に基づいて、スイッチ３１，３２のオン／オフ制御、膨張弁５Ａ〜５Ｃの開度の制御、室外送風機４の送風量の制御、圧縮機２の圧縮能力の制御などを行なうともに、制御部３３Ａ〜３３Ｃの各々と情報の授受を行なう。

特に、制御部３０は、出口サーミスタ１３Ａ〜１３Ｃの検出温度ＴＯＡ〜ＴＯＣと入口サーミスタ１１Ａ〜１１Ｃの検出温度ＴＩＡ〜ＴＩＣとの差が所定の温度ＴＲ１（たとえば５℃）になるように、膨張弁５Ａ〜５Ｃの開度を制御する。このとき、室内熱交換器７Ａ〜７Ｃでは図４の実線に示すように、入口から出口直前まで一定の低温度になり、出口直前から出口までの間で温度が上昇している。これは、室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの入口から出口までの全体で冷媒液が完全に蒸発し、室内熱交換器７Ａ〜７Ｃが効率良く使用されていることを示している。

また、制御部３０は、ある室内ユニット（たとえば６Ａ）を運転し、他の室内ユニット（この場合は６Ｂ，６Ｃ）を運転しない場合、室内ユニット６Ａの運転開始から所定時間ｔ１（たとえば１０分）経過しても、中間サーミスタ１２Ａの検出温度ＴＭＡと入口サーミスタ１１Ａの検出温度ＴＩＡとの差が所定の温度ＴＲ２（たとえば５℃）以下にならないときは、膨張弁５Ｂ，５Ｃで冷媒液が漏れている可能性があると判断し、膨張弁５Ｂ，５Ｃを閉方向に制御する。このとき、室内熱交換器７Ａ〜７Ｃでは図４の点線に示すように、入口から入口直後までが一定の低温度になり、入口直後から出口までの間で温度が上昇している。これは、冷媒液の供給量が少ないために室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの入口から入口直後までの間で冷媒液が完全に蒸発していることを示している。

図５は、このマルチエアコンの動作を例示するフローチャートである。図５では、室内ユニット６Ａのみを運転し、他の室内ユニット６Ｂ，６Ｃは運転しない場合の動作が示されている。マルチエアコンの運転が停止されている場合は、配管内の冷媒の圧力を均一にするために膨張弁５Ａ〜５Ｃはともに全開状態にされている。

ステップＳ１において室内ユニット６Ａの冷房運転を開始すると、ステップＳ２においてスイッチ３４Ａ，３２がオンされて室内送風機８Ａおよび室外送風機４が駆動される。ステップＳ３において膨張弁５Ａの開度が所定の設定値Ｐ１（たとえば１００ステップ）に設定されるとともに、膨張弁５Ｂ，５Ｃが全閉状態（たとえば０ステップ）にされる。

ステップＳ４においてスイッチ３１がオンされて圧縮機２の運転が開始され、圧縮された冷媒ガスが室外熱交換器３に送られる。この冷媒ガスは、室外熱交換器３で室外空気と熱交換し、凝縮液化する。この凝縮液は膨張弁５Ａで減圧され、室内熱交換器７Ａ内で蒸発して気化熱を奪い、室内熱交換器７Ａを冷却させる。室内空気は、室内送風機８Ａによって室内熱交換器７Ａに送られて冷却および除湿される。蒸発した冷媒ガスは圧縮機２に戻り、冷凍サイクルが繰り返される。

このとき、膨張弁５Ｂ，５Ｃは全閉状態にされているので、室内熱交換器７Ｂ，７Ｃには冷媒は流れない。ところが、膨張弁５Ｂ，５Ｃの動作が不完全になり、全閉したつもりの膨張弁５Ｂ，５Ｃから室内熱交換器７Ｂ，７Ｃに若干の冷媒が漏れる場合がある。すると、膨張弁５Ａを開方向に制御しても、室内熱交換器７Ａへの冷媒供給量が減少し冷房能力が低下し、中間サーミスタ１２Ａの検出温度ＴＭＡが低下しない。そこで本願発明では、運転開始から一定時間ｔ１（たとえば１０分）経過しても中間温度ＴＭＡと入口温度ＴＩＡの差が所定温度ＴＲ１（たとえば５℃）以上である場合は、膨張弁５Ｂ，５Ｃで冷媒が漏れている可能性があると判断し、膨張弁５Ｂ，５Ｃを所定開度ｐ１（例えば２０ステップ）だけ閉方向に制御する。

すなわち、ステップＳ５においてタイマー(図示せず)をオンして計時を開始し、ステップＳ６で膨張弁５Ａの開度を設定値Ｐ１に設定する。ステップＳ７において室内ユニット６Ａの室内熱交換器７Ａの入口温度ＴＩＡ、中間温度ＴＭＡおよび出口温度ＴＯＡを検出し、ステップＳ８において中間温度ＴＭＡと入口温度ＴＩＡの差ＴＭＡ−ＴＩＡが所定温度ＴＲ２以上か否かを判別する。ＴＭＡ−ＴＭＩ≧ＴＲ２でない場合はステップＳ１１に進み、ＴＭＡ−ＴＭＩ≧ＴＲ２である場合はステップＳ９でタイマーで計測された時間ｔが所定時間ｔ１を経過しているか否かを判別する。ｔ≧ｔ１でない場合はステップＳ１１に進み、ｔ≧ｔ１である場合はステップＳ１０において膨張弁５Ｂ，５Ｃの各々を所定開度ｐ１だけ閉方向に制御し、タイマーをオフしてリセットした後にタイマーを再度オンして計時を再開する。

ステップＳ１１において出口温度ＴＯＡと入口温度ＴＩＡの差ＴＯＡ−ＴＩＡが所定温度ＴＲ１以上か否かを判別し、ＴＯＡ−ＴＯＩ≧ＴＲ１である場合はステップＳ１２において膨張弁５Ａの開度の設定値Ｐ１をｐ０（たとえば１ステップ）だけ増やし、ＴＯＡ−ＴＯＩ≧ＴＲ１でない場合はステップＳ１３において膨張弁５Ａの開度の設定値Ｐ１をｐ０だけ減らす。ステップＳ６において膨張弁５Ａの開度は、ステップＳ１２，Ｓ１３で更新された設定値Ｐ１に設定される。これにより、膨張弁５Ａの開度はＴＯＡ−ＴＯＩ＝ＴＲ１になるように制御され、室内熱交換器７Ａの入口から出口までの全体で冷媒がほぼ完全に蒸発する。

この実施の形態では、室内ユニット６Ａの運転開始から所定時間ｔ１が経過しても室内熱交換器７Ａの中間温度ＴＭＡと入口温度ＴＩＡの差が所定温度ＴＲ２以上である場合は、他の室内ユニット６Ｂ，６Ｃ用の膨張弁５Ｂ，５Ｃを所定開度ｐ１だけ閉方向に制御する。したがって、膨張弁５Ｂ，５Ｃの冷媒の漏れを無くすことができ、運転中の室内ユニット６Ａの冷房能力を高めることができる。

なお、図５のステップＳ１０では、膨張弁５Ｂ，５Ｃを所定開度ｐ１だけ閉方向に制御するとともに、膨張弁５Ａを所定開度ｐ２（たとえば１５ステップ）だけ開方向に制御してもよい。この場合は、室内熱交換器７ａの温度を迅速に下げることができる。

また、膨張弁５Ｂ，５Ｃを所定開度ｐ１だけ閉方向に制御する代わりに、膨張弁５Ｂ，５Ｃを所定時間ｔ２（たとえば２分）毎に所定開度ｐ３ずつ閉方向に制御してもよい。さらに、所定時間ｔ２毎に閉方向に制御する開度ｐ３を増加させてもよい。この場合は、より確実に膨張弁５Ｂ，５Ｃの漏れを無くすことができる。

また、膨張弁５Ｂ，５Ｃを一旦所定開度ｐ４（たとえば１０ステップ）だけ開方向に動作させた後、直ぐに、Ｐ４よりも大きな所定開度ｐ５（例えば３０ステップ）だけ閉方向に動作させてもよい。この場合は、膨張弁５Ｂ，５Ｃの弁座２１と弁棒２２の先端との間に詰まっていたダストを除去して膨張弁５Ｂ，５Ｃを閉じることができる。

また、入口サーミスタ１１Ａ〜１１Ｃおよび出口サーミスタ１３Ａ〜１３Ｃを室内ユニット６Ａ〜６Ｃの外あるいは室外ユニット１の金属配管に設けてもよい。つまり、入口サーミスタ１１Ａ〜１１Ｃおよび出口サーミスタ１３Ａ〜１３Ｃは、必ずしも室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの入口および出口に設ける必要は無く、入口温度および出口温度をモニタできる位置であればどのような位置に設けてもよい。

また、中間サーミスタ１２Ａ〜１２Ｃは、必ずしも室内熱交換器７Ａ〜７Ｃの入口と出口の間の丁度真中の位置に設ける必要は無く、入口と出口の間の適切な位置に設ければよい。

また、上記実施の形態では、３台の室内ユニット６Ａ〜６Ｃが設けられている場合について説明したが、２台以上のいかなる数の室内ユニットが設けられている場合でも同様であることは言うまでもない。

また、上記実施の形態では、本願発明が冷房専用サイクルに適用された場合について説明したが、図６に示すように、四方弁３５を搭載した冷暖房サイクルについても冷房運転時に同様の制御が可能である。冷房時は、圧縮機２の吐出ガスは四方弁３５を介して室外熱交換器３に供給され、暖房時は、圧縮機２の吐出ガスは四方弁３５を介して室内熱交換器７Ａ〜７Ｃに供給される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態によるマルチエアコンの冷凍サイクルを示す図である。図１に示した膨張弁の構成を示す断面図である。図１に示したマルチエアコンの電気回路図である。図１に示した室内熱交換器の温度分布を示す図である。図１〜図４に示したマルチエアコンの動作を例示するフローチャートである。この実施の形態の変更例を示す図である。

符号の説明

１室外ユニット、２圧縮機、３室外熱交換器、４室外送風機、５Ａ〜５Ｃ膨張弁、６Ａ〜６Ｃ室内ユニット、７Ａ〜７Ｃ室内熱交換器、８Ａ〜８Ｃ室内送風機、１１Ａ〜１１Ｃ入口サーミスタ、１２Ａ〜１２Ｃ中間サーミスタ、１３Ａ〜１３Ｃ出口サーミスタ、２０弁本体、２１弁座、２２弁棒、２３横銅管、２４下銅管、２５ステッピングモータ、２６ロータ、２７ステータ、２８電磁コイル、３０，３３Ａ〜３３Ｃ制御部、３１，３２，３４Ａ〜３４Ｃスイッチ、３５四方弁。

Claims

それぞれが、室内空気を送る室内送風機と、冷媒液を蒸発させて室内空気を冷却する室内熱交換器とを含む複数の室内ユニット、
各室内熱交換器で発生した冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、室外空気を送る室外送風機と、圧縮された冷媒ガスと室外空気を熱交換して冷媒ガスを液化させる室外熱交換器と、各室内熱交換器に対応して設けられ、液化された冷媒を減圧して対応の室内熱交換器に供給する膨張弁とを含む室外ユニット、
各室内熱交換器の入口温度および中間温度を検出する検出手段、および
前記検出手段の検出結果に基づいて各膨張弁の開度を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、冷房運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、運転停止中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を閉方向に動作させる、空気調和機。
前記制御手段は、運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、さらに、運転中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を所定開度だけ開方向に動作させる、請求項１に記載の空気調和機。
前記制御手段は、運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、運転停止中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を第１の時間毎に所定開度ずつ閉方向に動作させる、請求項１に記載の空気調和機。
前記制御手段は、第２の時間毎に前記所定開度を増加させる、請求項３に記載の空気調和機。
前記制御手段は、運転中の室内ユニットの室内熱交換器の中間温度と入口温度の差が予め定められた温度よりも高い場合は、運転停止中の室内ユニットの室内熱交換器に対応する膨張弁を第１の開度だけ開方向に動作させた後に、前記第１の開度よりも大きな第２の開度だけ閉方向に動作させる、請求項１に記載の空気調和機。