JP5017214B2

JP5017214B2 - 空気調和機及びその制御方法

Info

Publication number: JP5017214B2
Application number: JP2008215710A
Authority: JP
Inventors: 伊織遠藤; 靖浩内藤; 昌志渡辺; 力岩崎
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: JP2010048534A

Description

本発明は、例えば連続運転を基本とする設備用の空気調和機及びその制御方法に関する。

例えば物品の温度管理などを目的として連続運転される設備用の空気調和機においては、電力供給が瞬間的に停止する瞬時停電などを想定し、冷凍サイクルの圧縮機を再起動する時間の短縮を図る必要がある。そこで、例えば、圧縮機の吐出側配管から分岐して吸入側配管に合流するバイパス配管を設け、このバイパス配管にバイパス弁を設け、瞬時停電が発生して圧縮機が停止した場合にバイパス弁を閉じ状態から開き状態に切り換えるような構成が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、バイパス弁を開き状態とすることにより、圧縮機の吐出側と吸込側との圧力差（言い換えれば、圧縮機の内部圧力と吸込側圧力との圧力差）を速やかに減少させて圧縮機を起動可能な状態とするので、圧縮機の起動時間の短縮を図るようになっている。また、圧縮機の吐出側配管におけるバイパス配管の接続部の下流側に逆止弁を設けており、バイパス弁を開き状態に切り換えた場合でも凝縮器からの液化冷媒の逆流を防止するようになっている。

特開２００２−３６４９３８号公報

上記従来技術においては、バイパス弁を開き状態とすることにより、圧縮機の吐出側（詳細には、圧縮機から逆止弁まで）の高圧冷媒は、バイパス配管を介し圧縮機の吸込側に流れて圧力が速やかに減少する。しかし、膨張弁の上流側（詳細には、膨張弁から逆止弁まで）の高圧冷媒は、依然として圧力の減少に時間を要する。ここで、例えば電動式の膨張弁の開度を演算するとともに制御する制御装置においては、停電によって膨張弁の開度情報が失われるため、復電した際に膨張弁を閉じ状態として開度の零点を取得する初期処理を行う必要がある。しかし、前述した膨張弁の上流側の高圧冷媒が負荷として存在することから、膨張弁の閉じ動作に時間を要し、場合によっては、バイパス弁を開き状態として圧縮機の吐出側圧力を減少させる時間よりも長い時間を要することになる。そのため、圧縮機の起動時間が遅れる要因となっていた。

本発明は、上記の事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、膨張弁の初期処理の時間短縮を図ることができ、圧縮機の起動時間を早めることができる空気調和機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた空気調和機において、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備え、停電が発生した場合に、前記圧縮機を停止するとともに、前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、その後、復電したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換える。
また、上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた空気調和機において、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備え、停電が発生して、その後、復電したとき、前記圧縮機を停止したまま、かつ前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、その後、予め設定された所定の時間が経過したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換える。
また、上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備えた空気調和機の制御方法であって、停電が発生した場合に、前記圧縮機を停止するとともに、前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、その後、復電したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換える。
また、上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備えた空気調和機の制御方法であって、停電が発生して、その後、復電したとき、前記圧縮機を停止したまま、かつ前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、その後、予め設定された所定の時間が経過したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換える。

本発明においては、例えば瞬時停電が発生して圧縮機が停止した場合に、圧縮機をバイパスするバイパス配管に設けられた第１の開閉弁を開き状態とする。これにより、圧縮機の吐出側と吸込側との圧力差を速やかに減少させて、圧縮機を起動可能な状態とする。その一方で、凝縮器と膨張弁との間の配管に設けられた第２の開閉弁を閉じ状態とする。これにより、膨張弁の上流側の高圧冷媒は、第２の開閉弁までの容量となって小さくなるので、その圧力を速やかに減少させることができる。したがって、膨張弁の閉じ動作における負荷が低減するため、膨張弁の初期処理の時間を短縮することができる。その結果、圧縮機の起動時間を早めることができる。

本発明によれば、膨張弁の初期処理時間の短縮を図ることができ、圧縮機の起動を早めることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態における空気調和機の冷凍サイクルの構成を表す概略図である。

この図１において、空気調和機は、例えば室内の電子計算機などを冷房対象として連続運転される設備用の空気調和機であり、圧縮機１、室外熱交換器２、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃ、室内熱交換器４ａ，４ｂ，４ｃを配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、膨張弁３を駆動制御する制御装置５とを備えている。圧縮機１は、電源６から電磁接触器７を介して電力が供給されるようになっている。詳しく説明すると、電磁接触器７は、コイル８、接点９ａ，９ｂ，９ｃ、及び補助接点１０を有している。そして、例えば制御装置５によって接点１１が閉じ状態に切り換えられると、コイル８が通電して、接点９ａ，９ｂ，９ｃ及び補助接点１０が閉じ状態に切り換えられるようになっている。圧縮機１は、電磁接触器７の接点９ａ，９ｂ，９ｃを介し三相電力が供給されて駆動するようになっている。そして、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室外熱交換器２（凝縮器）で室外空気と熱交換して凝縮されて液化し、室内膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃで減圧された後、室内熱交換器４ａ，４ｂ，４ｃ（蒸発器）で室内空気と熱交換して蒸発し、圧縮機１に戻るようになっている。

また、制御装置５は、電動式の膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれの駆動部であるステッピングモータ等（図示せず）に駆動信号を出力して電動式の膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの開度を制御するとともに、それらの駆動信号に基づいて電動式の膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの開度を演算するようになっている。このような膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの開度制御により、室内熱交換器４ａ，４ｂ，４ｃにおける使用台数及び容量が制御されている。なお、本実施形態では、制御装置５から膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃへの駆動信号は互いにタイミングを異ならせて出力されるようになっている。

ここで、本実施形態の第１の特徴として、圧縮機１の吐出側配管（詳細には、圧縮機１と室外熱交換器２との間の配管）から分岐して吸込側配管（詳細には、圧縮機１と室内熱交換器４との間の配管）に合流するバイパス配管１２が設けられ、このバイパス配管１２には電磁式の開閉弁１３が設けられている。そして、制御装置５は、圧縮機１の運転中は開閉弁１３を閉じ状態とし、圧縮機１の停止中に（詳細には、停電から復電した後で且つ圧縮機１を起動する前に）開閉弁１３を予め設定された所定の時間だけ開き状態に切り換えるように制御している。また、圧縮機１の吐出側配管におけるバイパス配管１２の接続部の下流側には逆止弁１４が設けられており、開閉弁１３を開き状態に切り換えた場合でも室外熱交換器２からの液化冷媒の逆流を防止するようになっている。

また、本実施形態の第２の特徴として、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃと室外熱交換器２との間の配管には、電磁式の開閉弁１５が設けられている。なお、開閉弁１５は、室外熱交換器２よりも膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃに十分に近づくように（例えば膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃからの配管長さ位置が２ｍ未満となるように）配置することが好ましい。開閉弁１５は、上述した電磁接触器７の補助接点１０を介し電力供給されて駆動すると、開き状態に切り換わるようになっている。すなわち、開閉弁１５の開閉状態は圧縮機１の運転・停止状態と同期しており、圧縮機１の運転中に開き状態となり、圧縮機１の停止中に閉じ状態となる。

本実施形態の空気調和機の動作を図２により説明する。図２は、瞬時停電が発生した場合における空気調和機の動作を説明するためのタイムチャートである。

電源６からの電力供給が瞬間的に（例えば１秒未満の間）停止する瞬時停電が発生すると（図２中時刻Ｔ１）、電磁接触器７のコイル８が通電されなくなり、接点９ａ，９ｂ，９ｃ及び補助接点１０が開き状態となる（このとき、瞬時停電によって、制御装置５からの信号がＯＦＦとなって接点１１も開き状態となる）。これにより、圧縮機１が停止するとともに開閉弁１５が閉じ状態となる。その後、復電しても（図２中時刻Ｔ２）、接点１１が開き状態であることからコイル８が通電されず、接点９ａ，９ｂ，９ｃ及び補助接点１０も開き状態のままとなる。したがって、圧縮機１は停止状態、開閉弁１５は閉じ状態のままである。

また、復電時（図２中時刻Ｔ２）において、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃは、瞬時停電が発生したときのままの開度であり、制御装置５は、瞬時停電によって膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの開度情報が失われている。そのため、制御装置５は、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの初期処理をそれぞれ順番に行う。この膨張弁の初期処理は、膨張弁が全閉となるようにステッピングモータに駆動信号を出力して、膨張弁の開度の零点を取得する処理であり（なお、各膨張弁の初期処理には例えば１０秒前後の時間を要し）、その処理後、取得した開度の零点に基づいて膨張弁の開度を演算するとともに制御することが可能となる。なお、本実施形態では、膨張弁の初期処理の後、膨張弁の弁体が固着しないように僅かに開ける制御を行っている。

また、復電時（図２中時刻Ｔ２）において、制御装置５は、開閉弁１３を予め設定された時間（例えば数秒程度）だけ開き状態とする。これにより、圧縮機１の吐出側と吸込側との圧力差を速やかに減少させて、圧縮機１を起動可能な状態とする。

そして、制御装置５は、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの初期処理と開閉弁１３の開き状態が終了したら、圧縮機１を起動するために接点１１を閉じ状態に切り換える。これにより、電磁接触器７のコイル８が通電し、接点９ａ，９ｂ，９ｃ及び補助接点１０が閉じ状態となって、圧縮機１が起動するとともに開閉弁１５が開き状態となる。その後、制御装置５は、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ初期開度に制御する。

以上のように本実施形態においては、室外熱交換器２と膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃとの間の配管に開閉弁１５を設け、瞬時停電が発生したときに開閉弁１５を閉じ状態に切り換える。これにより、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの上流側の高圧冷媒は、開閉弁１５までの容量となって小さくなるので、その圧力を速やかに減少させることができる。したがって、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの閉じ動作における負荷が低減するため、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの初期処理の時間を例えば５／６〜１／１０程度に短縮することができる。その結果、圧縮機１の起動時間を早めることができる。

また、圧縮機１が停止して再起動するまでの間に冷房対象の電子計算機などが温度上昇するものの、圧縮機１の起動時間を早めることで、電子計算機などの温度が上限温度に達するのを回避することができる。また、高価な無停電電源装置（ＵＰＳ）を使用しなくとも、瞬時停電に対応することができる。

なお、上記一実施形態においては、制御装置５は、膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの制御を互いに異なるタイミングで行うような場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの制御を同時に行うような場合でもよく、この場合においても上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、瞬時停電が発生したときに開閉弁１５を閉じ状態に切り換え、復電したときに膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの初期処理を開始するような構成を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば復電したときに開閉弁１５を閉じ状態に切り換え、その後、予め設定された所定の時間が経過したときに膨張弁３ａ，３ｂ，３ｃの初期処理を開始するような構成としてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態における空気調和機の冷凍サイクルの構成を表す概略図である。本発明の一実施形態における空気調和機の動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１圧縮機
２室外熱交換器（凝縮器）
３ａ，３ｂ，３ｃ膨張弁
４ａ，４ｂ，４ｃ室内熱交換器（蒸発器）
５制御装置（第１の開閉弁制御手段、膨張弁制御手段）
７電磁接触器（第２の開閉弁制御手段）
１２バイパス配管
１３開閉弁（第１の開閉弁）
１４逆止弁
１５開閉弁（第２の開閉弁）

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた空気調和機において、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、
前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備え、
停電が発生した場合に、前記圧縮機を停止するとともに、前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、
その後、復電したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換えることを特徴とする空気調和機。
圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた空気調和機において、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、
前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備え、
停電が発生して、その後、復電したとき、前記圧縮機を停止したまま、かつ前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、
その後、予め設定された所定の時間が経過したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換えることを特徴とする空気調和機。
請求項１又は２記載の空気調和機において、
前記第２の開閉弁は、前記凝縮器よりも前記蒸発器側の前記膨張弁に近づくように配置されたことを特徴とする空気調和機。
圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、
前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備えた空気調和機の制御方法であって、
停電が発生した場合に、前記圧縮機を停止するとともに、前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、
その後、復電したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換えることを特徴とする空気調和機の制御方法。
圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管から分岐して前記圧縮機と前記蒸発器との間の配管に合流するバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に閉じ状態、前記圧縮機が停止した場合に開き状態に切り換えられる第１の開閉弁と、
前記圧縮機と前記凝縮器との間の配管における前記バイパス配管の接続部の下流側に設けられた逆止弁と、
前記凝縮器と前記膨張弁との間の配管に設けられ、前記圧縮機が運転する場合に開き状態、前記圧縮機が停止した場合に閉じ状態に切り換えられる第２の開閉弁と、を備えた空気調和機の制御方法であって、
停電が発生して、その後、復電したとき、前記圧縮機を停止したまま、かつ前記膨張弁を停電が発生したときのままの開度としながら、前記第２の開閉弁を閉じ状態に切り換えることにより、前記膨張弁の上流側の圧力を減少させ、
その後、予め設定された所定の時間が経過したとき、前記第２の開閉弁を閉じ状態のまま、前記膨張弁を全閉状態に切り換えることを特徴とする空気調和機の制御方法。
請求項４又は５記載の空気調和機の制御方法において、
前記第２の開閉弁は、前記凝縮器よりも前記蒸発器側の前記膨張弁に近づくように配置されたことを特徴とする空気調和機の制御方法。