JP4836573B2 - 空気調和装置および空気調和装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置および空気調和装置の制御方法に関する。

一般に、圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器を備えた空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような空気調和装置において、運転起動時（サーモオン時）の電子膨張弁の開度は、コンプレッサの運転周波数や温度条件などにより設定されており、起動後一定時間経過して冷媒の挙動が安定した後に、蒸発器過熱度やコンプレッサの冷媒吐出温度などにより制御され、熱交換効率を向上させるとともに、コンプレッサへの冷媒の液戻り（いわゆる、液バック）などを防止している。
特開２００１−２３５２００号公報

しかしながら、上記従来の空気調和装置においては、低負荷条件において、運転起動後短時間で運転停止状態（サーモオフ状態）に至ると、過熱度制御などで適正電子膨張弁開度に到達する前に運転が停止することとなる。
このような場合に、短期断続運転を繰り返し行うと、長期にわたってコンプレッサへの液戻りが継続して、冷凍機油温度が低下した状態が継続し、耐久性が悪化するという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、液戻りを防止しつつ、低負荷時であっても冷凍機油温度を低下させることなく、冷媒コンプレッサの耐久性を向上することが可能な空気調和装置および空気調和装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、アキュムレータ、圧縮機、四方弁、室外熱交換器を有した室外ユニットと、室内熱交換器を有した室内ユニットと、を備えた空気調和装置において、冷媒回路中に介挿され空調負荷に応じてその開度が制御される膨張弁と、サーモオンからサーモオフに至るまでの時間である運転継続時間が所定の基準運転継続時間よりも短い場合に、次回のサーモオン時における前記膨張弁の初期開度を前記運転継続時間が前記基準運転継続時間以上の場合の初期開度よりも小さく設定すると共に、少なくとも、次回のサーモオンからサーモオフに至るまでの間における前記膨張弁の最大開度、及び、最小開度のそれぞれを、前記運転継続時間が前記基準運転継続時間以上の場合の最大開度、及び、最小開度のそれぞれよりも小さく設定する開度制御部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、開度制御部は、膨張弁の開度を空調負荷に応じて制御するに際し、運転継続時間が所定の基準運転継続時間よりも短い場合に、次回のサーモオン時における膨張弁の初期開度を運転継続時間が基準運転継続時間以上の場合の初期開度よりも小さく設定する。

この場合において、前記開度制御部は、設定された最大開度と最小開度との範囲内で、前記膨張弁の開度が前記空調負荷に応じた開度となるように前記運転継続時間中に前記膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。
また、計測された前記運転継続時間を記憶する運転継続時間記憶部を備えるようにしてもよい。
さらに、前記基準運転継続時間は、前記圧縮機に液冷媒が戻る液戻りが発生した場合に、前記圧縮機内の潤滑油の油温の低下が所定温度範囲内に収まる時間として設定されているようにしてもよい。

また、アキュムレータ、圧縮機、四方弁、膨張弁、室外熱交換器を有した室外ユニットと、室内熱交換器を有した室内ユニットと、を備えた空気調和装置の制御方法において、サーモオンからサーモオフに至るまでの時間である運転継続時間を計測する運転継続時間計測過程と、前記運転継続時間が所定の基準運転継続時間よりも短い場合に、次回のサーモオン時における前記膨張弁の初期開度を前記運転継続時間が前記所定時間以上の場合の初期開度よりも小さく設定すると共に、少なくとも、次回のサーモオンからサーモオフに至るまでの間における前記膨張弁の最大開度、及び、最小開度のそれぞれを、前記運転継続時間が前記基準運転継続時間以上の場合の最大開度、及び、最小開度のそれぞれよりも小さく設定する開度制御過程と、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記開度制御過程は、設定された最大開度と最小開度との範囲内で、前記膨張弁の開度が前記空調負荷に応じた開度となるように前記運転継続時間中に前記膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。

本発明によれば、低負荷時であっても、冷媒の液戻りを防止しつつ、冷凍機油温度が低下しすぎるのを防止し、ひいては、コンプレッサの耐久性を向上させることが可能となる。

次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の空気調和装置の冷媒回路の説明図である。
空気調和装置１０は、大別すると、室外ユニット１００及び室内ユニット２００を備えている。
室外ユニット１００はガス管サービスバルブ３００Ａ、液管サービスバルブ３００Ｂを持ち、各サービスバルブ３００にはガス管、液管の各冷媒配管４００Ａ，４００Ｂが接続され、各冷媒配管４００は室内ユニット２００に接続されている。
室外ユニット１００は、アキュムレータ１を備え、このアキュムレータ１にはサブアキュムレータ２、圧縮機３が順に接続され、この圧縮機３には四方弁５が接続されている。この四方弁５では、実線の位置が冷房運転の切り替え位置を示し、破線の位置が暖房運転の切り替え位置を示す。この四方弁５には室外熱交換器７が接続され、この室外熱交換器７にはレシーバタンク９が接続され、このレシーバタンク９には、いわゆる「膨張弁」としての作用を行う減圧装置１０を構成する第一電動膨張弁１１および第二電動膨張弁１３が並列に接続されている。また、室内ユニット２００には室内熱交換器１５が設けられ、この室内熱交換器１５に上記各冷媒配管４００が接続されている。

本実施の形態では、室外ユニット１００に制御部１００Ａが設けられている。この制御部１００Ａは、四方弁５を冷房運転あるいは暖房運転に応じた位置に切り替え、圧縮機３の制御を行いつつ、第一電動膨張弁１１および第二電動膨張弁１３の開度を調整するものである。
ここで、減圧装置１０を第一電動膨張弁１１および第二電動膨張弁１３で構成しているのは、開度調整範囲を大きくするためであり、冷媒の流量が少なく開度を小さくする必要があり、調整範囲が一つの電動膨張弁の開度範囲内である場合には、一方の電動膨張弁である第一電動膨張弁１１により開度調整を行うとともに、他方の電動膨張弁である第二電動膨張弁１３を全閉状態とする。
そして、第一電動膨張弁１１の開度調整範囲を超えた場合には、第一電動膨張弁１１を全開状態とするとともに、第二電動膨張弁１３により開度調整を行うのである。

冷房運転時には、四方弁５が実線の位置に切り替えられる。圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁５、室外熱交換器７、レシーバタンク９を経て、減圧装置１０に至り、さらに室内熱交換器１５に至り、ここで蒸発してガス化し、アキュムレータ１、サブアキュムレータ２を経て圧縮機３に戻される。
暖房運転時には、四方弁５が破線の位置に切り替えられる。圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁５から室内熱交換器１５に至り、ここで凝縮して液化し、減圧装置、レシーバタンク９、室外熱交換器７を経て四方弁５に至り、さらにアキュムレータ１、サブアキュムレータ２を経て圧縮機３に戻される。

次に本発明に係る動作を説明する。
図２は、実施形態の動作フローチャートである。
図３は、実施形態のタイミングチャートである。
例えば、時刻ｔ１において、運転が開始されると（ステップＳ１）、制御部１００Ａは、サーモオン状態として圧縮機３を駆動し（ステップＳ２）、サーモオン状態の継続時間である運転継続時間を計測する（ステップＳ３）。
その後、制御部１００Ａは、例えば、時刻ｔ2においてサーモオフ状態となると、運転継続時間の計測を終了して運転継続時間を記憶する（ステップＳ４）。

次に、制御部１００Ａは、例えば、時刻ｔ3のように、再びサーモオン状態（再起動）となると（ステップＳ５）、サーモオン前に記憶した運転継続時間が所定の基準運転継続時間（実施形態では、１２分）以上であるか否かを判別する（ステップＳ６）。
ここで、基準運転継続時間は、液冷媒が圧縮機１８に戻る液戻りが発生した場合でも、圧縮機１８内の潤滑油の油温の低下が所定温度範囲内に収まる時間として設定されている。
ステップＳ６の判別において、サーモオン前の運転継続時間が所定の基準運転継続時間以上である場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、第一電動膨張弁１１および第二電動膨張弁１３の合計開度をあらかじめ設定された通常時の開度に設定し（ステップＳ７）、再び処理をステップＳ３に移行し、再び運転継続時間の計測を開始し、以下、同様の処理を行う。

ステップＳ６の判別において、サーモオン前の運転継続時間が所定の基準運転継続時間未満である場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、第一電動膨張弁１１および第二電動膨張弁１３の合計開度、すなわち、減圧装置１０の開度をあらかじめ設定された通常時の開度よりも所定パルス数分小さく設定する（ステップＳ８）。
より具体的には、本実施形態では、初期開度を通常時の開度よりも３０パルス分絞っており、例えば、通常時の減圧装置１０としての最大開度（電動膨張弁１１、１３の最大合計開度）を２００パルス、最小開度（電動膨張弁１１、１３の最小合計開度）を１００パルスとした場合に、サーモオン前の運転継続時間が所定時間未満である場合には減圧装置１０としての最大開度を２００−３０＝１７０パルス、最小開度を１００−３０＝７０パルスとして制御を行うこととなる。

その後、制御部１００Ａは、再び処理をステップＳ３に移行し、再び運転継続時間の計測を開始し、以下、同様の処理を行う。
これらの結果、圧縮機３への液戻りが減少し、さらに図３に示すように、圧縮機３内の潤滑油の油温は、初期状態の０℃から５℃に上昇し、本来の潤滑油の機能を十分に発揮することができるため、圧縮機３の耐久性、信頼性を向上させることが可能となる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
例えば、以上の説明では、電動膨張弁１１，１３を並列に二つ設ける場合について説明したが、冷媒の流量が確保できれば、一つとしたり、さらに不足する場合には３つ以上並列に設けるように構成することも可能である。
以上の説明では、電動膨張弁の開度制御として過熱度制御を行っていたが、これに限られるものではない。

本発明の一実施の形態を示す回路図である。 実施形態の動作フローチャートである。 実施形態のタイミングチャートである。

符号の説明

１ アキュムレータ
３ 圧縮機
５ 四方弁
７ 室外熱交換器
９ レシーバタンク
１０ 減圧装置
１１ 第一電動膨張弁
１３ 第二電動膨張弁
１５ 室内熱交換器
１００ 室外ユニット
１００Ａ 制御部
２００ 室内ユニット
３００Ａ ガス管サービスバルブ
３００Ｂ 液管サービスバルブ

Claims (6)

1. アキュムレータ、圧縮機、四方弁、室外熱交換器を有した室外ユニットと、室内熱交換器を有した室内ユニットと、を備えた空気調和装置において、
   冷媒回路中に介挿され空調負荷に応じてその開度が制御される膨張弁と、
   サーモオンからサーモオフに至るまでの時間である運転継続時間が所定の基準運転継続時間よりも短い場合に、次回のサーモオン時における前記膨張弁の初期開度を前記運転継続時間が前記基準運転継続時間以上の場合の初期開度よりも小さく設定すると共に、
   少なくとも、次回のサーモオンからサーモオフに至るまでの間における前記膨張弁の最大開度、及び、最小開度のそれぞれを、前記運転継続時間が前記基準運転継続時間以上の場合の最大開度、及び、最小開度のそれぞれよりも小さく設定する開度制御部と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１記載の空気調和装置において、
   前記開度制御部は、設定された最大開度と最小開度との範囲内で、前記膨張弁の開度が前記空調負荷に応じた開度となるように前記運転継続時間中に前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１または請求項２記載の空気調和装置において、
   計測された前記運転継続時間を記憶する運転継続時間記憶部を備えたことを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１ないし請求項３記載の空気調和装置において、
   前記基準運転継続時間は、前記圧縮機に液冷媒が戻る液戻りが発生した場合に、前記圧縮機内の潤滑油の油温の低下が所定温度範囲内に収まる時間として設定されていることを特徴とする空気調和装置。
5. アキュムレータ、圧縮機、四方弁、膨張弁、室外熱交換器を有した室外ユニットと、室内熱交換器を有した室内ユニットと、を備えた空気調和装置の制御方法において、
   サーモオンからサーモオフに至るまでの時間である運転継続時間を計測する運転継続時間計測過程と、
   前記運転継続時間が所定の基準運転継続時間よりも短い場合に、次回のサーモオン時における前記膨張弁の初期開度を前記運転継続時間が前記所定時間以上の場合の初期開度よりも小さく設定すると共に、少なくとも、次回のサーモオンからサーモオフに至るまでの間における前記膨張弁の最大開度、及び、最小開度のそれぞれを、前記運転継続時間が前記基準運転継続時間以上の場合の最大開度、及び、最小開度のそれぞれよりも小さく設定する開度制御過程と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
6. 請求項５記載の空気調和装置の制御方法において、
   前記開度制御過程は、設定された最大開度と最小開度との範囲内で、前記膨張弁の開度が前記空調負荷に応じた開度となるように前記運転継続時間中に前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする空気調和装置の制御方法。

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