JP5627620B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

１台の室外ユニットに対し、複数の室内ユニットが接続されたマルチ型の空気調和機がある。この空気調和機の暖房運転時に、各室内ユニットの熱交換量を調整する手段の一つとして、室内膨張弁による熱交出口過冷却制御がある。この制御は圧縮機吐出側に設けた圧力センサで検出した圧力から算出される飽和温度と室内熱交換器出口温度とが適正な範囲内になるように、過冷却度を一定に制御するものである。

また、従来より特許文献１（特開２０１１−７４８２号公報）に示されるような空気調和装置がある。この空気調和装置は、圧縮機と室内熱交換器と室内膨張弁と室外熱交換器とが順次接続される冷媒回路を有しており、暖房運転時に室内熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が目標過冷却度になるように制御するに際し、圧縮機の運転容量が最大値付近である目標過冷却度変更開始容量まで増加した場合には、目標過冷却度を大きくすることにより、暖房能力の制御幅を拡大したものである。

特開２０１１−７４８２号公報

しかし、前記したマルチ型の空気調和機においては、複数の室内ユニットが種々の場所に設置されることが多く、設置場所が高低差、配管長等において、室外ユニットからみて所定の範囲から外れた場合、室外ユニットと各室内ユニットの間の接続状態（配管抵抗など）が同一ではないため、各室内ユニットの室内熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を適正に制御できず、各室内ユニットの熱交換量を適正に調整できないという問題がある。前記従来技術においては、上記問題点については考慮されていない。

本発明の目的は、複数の室内ユニットを備えた空気調和機において、設置状態によらず室内ユニットの熱交換量を適正に調節する空気調和機を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置、室外送風機および外気温度センサを備えた室外ユニットと、室内膨張装置、室内熱交換器、室内送風機を備えた複数の室内ユニットとを液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、前記室外ユニット側の液配管温度を測定する第１温度センサを設けるとともに、前記各室内ユニットの室内熱交換器に出口温度を測定する第２温度センサを設け、暖房運転中の上記両温度センサの検出温度の差「室外機側の液配管温度−室内熱交換器の出口温度」が一定値αを超えている室内ユニットについて室内膨張装置の弁開度を所定値Ａだけ開くように制御する制御部を備え、前記制御部により、前記室内膨張装置の弁開度の所定値Ａは、あらかじめ設定される室外膨張装置の弁開度に基づいて、前記室外膨張装置の弁開度が大きいときには前記室内膨張装置の弁開度の所定値Ａも大きくなるように設定されることを特徴とする。

また、上記に記載の空調調和機において、前記制御部により、前記室外膨張装置の弁開度は、外気温度と圧縮機周波数を用いてあらかじめ設定されることを特徴とする。

また、上記に記載の空調調和機において、前記制御部により、各室内ユニットの吸込温度を基に前記室内膨張装置の弁開度の所定値Ａを与えることで室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことを特徴とする。

また、上記に記載の空調調和機において、前記室内膨張装置の弁開度の初期値は、室外ユニットに対する室内ユニットの接続状態に応じて決定されることを特徴とする。

また、上記に記載の空調調和機において、前記制御部により、室内膨張装置の弁開度が制御される室内ユニットは、高圧圧力の検出値から求まる飽和温度と室内熱交換器の熱交換器過冷却度に基づいて決定されることを特徴とする。

本発明によれば、空気調和機の室内ユニットの設置状態(高低差、配管長等)によらず室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことができる空気調和機を提供することができる。

本発明実施例の空気調和機の冷凍サイクル系統図である。 本発明実施例の空気調和機の機器構成ブロック図である。 本発明実施例の室内膨張装置の制御フローチャートである。 本発明実施例の室外と室内の膨張装置の弁開度の変化を示す説明図である。

本発明の実施形態について図を用いて説明する。各図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本発明の実施形態の空気調和機について図１を用いて説明する。図１は本実施形態の空気調和機の冷凍サイクル系統図の例である。空気調和機は、２台の室外ユニット８ａ、８ｂと、３台の室内ユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃとを、ガス配管１３及び液配管１４で接続して構成され、これらを制御する制御部（後述）が内蔵されている。ここで、室外ユニット８ａ、８ｂの接続台数は１台から複数台とすることができ、室内ユニット１２ａ，１２ｂ、１３ｃの接続台数も２台以上であれば良い。なお、符号１２ａ〜１２ｃなどに付けたアルファベットの添え字は、各部品を総称的に表わす場合などに省略して用いることがある。

各室外ユニット８は、標準的な空調機の室外ユニットと同様に、容量可変型の圧縮機１と、オイルセパレータ２、室外膨張装置（室外膨張弁）４と、室外熱交換器５と、四方弁３と、アキュムレータ７と、送風機６と、それらを制御する制御部２０（後述）で構成される。さらに、外気温度センサ３０、圧縮機上温度センサ３１、配管温度センサ（第１温度センサ）３２、高圧圧力センサ３３、低圧圧力センサ３４を備えている。配管温度センサ３２は、室外ユニット８側の液配管１４の温度を測定する。液配管１４は、動作している室内ユニット１２の室内熱交換器９の出口の液冷媒が合流するため、配管温度センサ３２では、合流した各液冷媒のほぼ平均した温度が測定される。

各室内側ユニット１２は、室内熱交換器９と、室内膨張装置（室内膨張弁）１１と、送風装置１０と、それらを制御する制御部２５（後述）で構成される。さらに、吸込温度センサ３５、吹出温度センサ３６、ガス管温度センサ３７、液管温度センサ（第２温度センサ）３８を備えている。液管温度センサ３８ａ〜３８ｃは、各室内熱交換器９ａ〜９ｃの個別の出口温度を測定する。

本空気調和機の暖房運転では、圧縮機１から吐出されたガス冷媒がオイルセパレータ３、四方弁４、ガス配管１３を通じて、室内ユニット１２の室内側熱交換器９に供給される。ガス冷媒は、室内側熱交換器６で室内空気を加熱しながら凝縮され、凝縮された液冷媒は、室内膨張装置１１、液配管１４通じて室外ユニットに戻り、室外膨張装置４に入る。室外膨張装置４は任意の絞り量が設定可能であり、所定の絞りで冷媒を減圧し室外熱交換５に送る。液冷媒は室外熱交換５で蒸発し、さらにアキュムレータ７にて適切な吸入かわき度に調整され、圧縮機１の吸入配管に戻る。

図２に本発明実施例の機器構成ブロック図を示す。室外ユニット８に搭載される圧縮機１、室外膨張装置４、送風機６、四方弁３は室外ユニット制御部２０によりそれぞれ制御される。制御情報として、外気温度センサ３０、圧縮機上温度センサ３１、配管温度センサ３２、高圧圧力センサ３３、低圧圧力センサ３４の計測値を用いる。室内ユニット１２に搭載される送風機１０、室内膨張装置１１は室内ユニット制御部２１によりそれぞれ制御される。制御情報として、吸込温度センサ３５、吹出温度センサ３６、ガス管温度センサ３７、液管温度センサ３８を備えている。

室外ユニット１１と室内ユニット１２とは、伝送線２２、２３を介して制御部同士で通信が行われる。室外ユニット８が複数台接続される場合は、伝送線２３が接続された室外ユニット８ａに搭載された制御部２０ａが、複数台の室外ユニットの統合制御を担当するものとする。統合制御を担当しないその他の制御部２０ｂは、制御部２０ａの指示に従い、室外ユニット内の各部品の制御を行う。各室外ユニット内の制御情報である、圧縮機上温度センサ３１、配管温度センサ３２、高圧圧力センサ３３、低圧圧力センサ３４の計測値は、伝送線２３を通じて制御部２０ａに送信される。

室内ユニット１２は、室外ユニット８ａと伝送線２２を介して通信される。リモコンスイッチ２５の始動・停止信号により、制御部２１は送風機１０を制御し、リモコン（図示せず）によって設定された温度条件と、制御情報である吸込温度センサ３５、吹出温度センサ３６、ガス管温度センサ３７、液管温度センサ３８の計測値とを制御部２０ａに送信する。室外ユニット８ａの統合制御を担当する制御部２０ａは、各制御情報の計測値から最適な冷媒状態に調整するために、各ユニットの圧縮機１、室外膨張装置４、室内膨張装置１１の指令値を算出し、各制御部２０、２１に送信する。制御部２０、２１は制御部２０ａの指令値に従い、搭載機器を制御する。

図３に本発明実施例の室内膨張装置（膨張弁）を制御するための制御フローチャートを示す。ステップ１００で暖房運転開始後、ステップ１０１で冷凍サイクルを安定させるための運転を行う。１０２ステップで、冷凍サイクルの安定状態を吐出温度センサ３１で測定される圧縮機吐出温度が適正範囲内に入っているかを判定する。適正範囲に入ってない場合（Ｎｏ）は、ステップ１０１に戻る。適正範囲に入っている場合（Ｙｅｓ）は、ステップ１０３に移る。

ステップ１０３では、温度センサ３８ａ〜３８ｃで計測された室内熱交換器９ａ〜９ｃの各出口温度が、それぞれ制御部２１ａ〜２１ｃに記憶される。同時に、温度センサ３２で計測された室外機側の液配管１４の温度が記憶される。ここでは、動作している室外機側の液配管１４の温度が記憶対象となる。次いで、ステップ１０４に移る。

ステップ１０４では、上記で記憶された室外機側の液配管温度と、室内熱交換器９ａ〜９ｃの各出口温度が比較され、その差が一定値を超えているか判定する。この判定は「室外機側の液配管温度−室内熱交換器の出口温度＜α」で、温度差が予め決めた一定値αを超えるか否かで行う。ここでは、室内膨張弁開度が絞られ過ぎているかを判定するため、室外機側の液配管温度が室内熱交換器の出口温度より高いことを想定している。

判定の結果、温度差が一定値αを超えている（Ｎｏ）場合、室内膨張弁開度が絞られ過ぎていると判定し、ステップ１０５に移り、室内膨張弁開度（室内膨張装置１１の弁開度）を、それまでの弁開度（初期値）から所定値Ａだけ開く。判定の結果、温度差が一定値αを超えてない（Ｙｅｓ）場合、ステップ１０６に移り、室内膨張弁開度を変えずに熱交換器９の過冷却制御（熱交過冷却制御）を行う。

ステップ１０５、１０６の処理後はステップ１０７に移り、所定時間（Ｔ秒）経過してからステップ１０３に戻り、上記処理を繰返す。

上記ステップ１０４では、各室内熱交換器の出口温度が個別に室外機側の液配管温度と比較・判定され、温度差が所定値αを超えている室内熱交換器についてのみ、その室内膨張弁開度を所定値Ａだけ開く。室内膨張弁開度がそれまでの弁開度から所定値Ａだけ開かれることにより、該当の室内熱交換器の冷媒流量が増加し、室内ユニットでの熱交換量が増加する。

前記したように、マルチ型の空気調和機においては、複数の室内ユニットが種々の場所に設置されるが、設置場所が高低差、配管長等において、室外ユニットからみて所定の範囲から外れると、室内ユニットに流れる冷媒量が減少する可能性が高い。冷媒量が減少すると、室内ユニットでの熱交換量が減少し、室内熱交換器での過冷却度が増加して出口温度が低下する。この低下した出口温度による上記ステップ１０４での判定の結果、温度差が所定値αを超えると、室内膨張弁開度が初期の開度から所定値Ａだけ開かれる。したがって、室内熱交換器の冷媒流量が増加して室内ユニットでの熱交換量が増加し、室内熱交換器での過冷却度が適切な値に減少して出口温度が上昇する。上記制御はステップ１０３〜ステップ１０７を繰返しながら、動作中の全ての室内ユニットについて行われる。

このように、室外ユニットからみて所定の範囲から外れた室内ユニットについて、室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことができ、マルチ型の空気調和機の複数の室内ユニットを適切に制御することができる。

制御部による上記制御に加え、前記室内膨張装置３８の弁開度の所定値Ａを、前記制御部により、あらかじめ設定される室外膨張装置４の弁開度に基づいて決定することもできる。すなわち、室外膨張装置４の弁開度が大きいとき冷媒流量が多くなるため、これに応じて室内膨張装置３８の弁開度の所定値Ａを大きく設定する。所定値Ａを大きく設定すると、室内熱交換器９の冷媒流量を増加させることができるので、所定の範囲から外れて室内熱交換器９の出口温度が低下した室内ユニットについて、速やかに過冷却度を適切な値に戻して出口温度を上昇させることができる。

前記室外膨張装置４の弁開度は、前記制御部により、外気温度と圧縮機周波数を用いてあらかじめ設定される。暖房運転で外気温度が低下すると負荷が増加するので、冷媒の流量を増加させる必要がある。このため圧縮機周波数を増加させて圧縮機の吐出圧力を上昇させるので、これに応じて室外膨張装置４の弁開度を大きくすることになる。このように、外気温度と圧縮機周波数を用いて室外膨張装置４の弁開度をあらかじめ設定することにより、室内熱交換器９の出口温度が低下した室内ユニットについて、過冷却度を適切な値に速やかに戻して出口温度を上昇させることができる。

また、前記制御に加え、各室内ユニットの吸込温度センサ３５で計測された吸込温度を基に、前記室内膨張装置３８の弁開度の変更量（所定値Ａ）を与えることができる。すなわち、吸込温度で室内ユニット内の温度を検知し、この温度に基いて室内膨張装置３８の弁開度の変更量（所定値Ａ）を求めることで、室温に応じて室内熱交換器９の冷媒流量を制御し、室温に応じた室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことができる。

さらに、複数の室内ユニットの中で、どの室内膨張装置の弁開度が制御（所定値Ａの開度制御）されるかは、圧縮機の高圧圧力センサ３３の検出値から求まる飽和温度と、室内熱交換器の熱交換器過冷却度に基づいて決定される。すなわち、飽和温度に対して熱交換器過冷却度が適切でない場合、例えば熱交換器過冷却度が大き過ぎる場合、当該室内熱交換器の室内膨張装置の弁開度が絞り過ぎと判断し、所定値Ａの開度制御がなされ、熱交換器過冷却度の大きい室内ユニットが選択される。

また、前記室内膨張装置の弁開度の初期値（所定値Ａを加える前の弁開度）は、室外ユニットに対する室内ユニットの接続状態に応じて決定される。すなわち、制御部による室内膨張装置の弁開度の初期値の決定の際に、室内ユニットと室外ユニットとの配管長による圧力損失分の補正、または室内ユニットと室外ユニットとの高低差による補正等の空気調和機の施工条件を加味することで、室内ユニットの熱交換量が適正になるまでの時間を短縮することができる。具体的には、より遠い所、高い所に設置された室内ユニットの室内膨張装置の弁開度の初期値が大きく設定される。

また、記室内膨張装置の弁開度に所定値Ａを加えて補正する際に、全ての室内ユニットを同時に実施するのではなく、稼動中の１台〜全数−１台までの任意の台数の室内ユニットの膨張弁開度を補正することで、室内膨張弁の不要な開閉を防止することが出来る。どの室内ユニットの室内膨張弁を制御するかは、高圧圧力の検出値から求まる飽和温度と室内熱交換器の熱交出口過冷却度に基づいて、過冷却度の大きいものが選択される。

図４に室外と室内の膨張装置の弁開度の変化を示す説明図を示す。冷凍サイクルを安定させるために、室外膨張装置と室内膨張装置の弁を一定開度とした運転を実施する。冷凍サイクルが安定した後は、室外膨張弁は室外熱交スーパーヒートが一定になるよう制御を行い、室内膨張弁は室内熱交出口過冷却度が一定になるよう膨張弁制御を実施する。室外膨張弁開度が一定開度以上になった場合（判定値を超えた領域）に、室内膨張弁開度を開くことで、室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことを示す。

また、図４の室外膨張弁開度を図３のステップ１０４の判定に置き換えれば、判定の結果、温度差が一定値αを超えている（Ｎｏ）場合が図４で判定値を超えた領域となり、室内膨張弁１１の開度を所定値Ａだけ開くことで、室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことを示す。

１台の室外ユニットに対し、複数の室内ユニットが接続されたマルチ型の空気調和機にて、各室内ユニットの熱交換量を適正に調整するためには、室内膨張弁開度を調整することによる熱交出口過冷却制御がある。本制御は圧縮機吐出側に設けた圧力センサで検出した検出圧力から算出される飽和温度と、室内熱交換器出口温度とが適正な範囲内になるようにするものである。本制御方式では、空気調和機の設置状態、例えば室外ユニットと室内ユニットの高低差が想定範囲を外れる場合に、熱交出口過冷却度を適正に制御できず、室内ユニットに搭載される室内膨張装置の弁開度が絞り過ぎとなり、各室内ユニット間で熱交換量が適正にならない。

室内膨張弁の絞り過ぎによる各室内ユニット間での熱交換量の偏りを精度よく検出して、熱交換量を均一にする手段として、外気温度と圧縮機周波数を用いてあらかじめ設定される室外膨張弁の開度を用いる。

室外熱交換器の熱交換量は外気温度により、算出することが可能であり、室外熱交換器への冷媒流入量は室外膨張弁の開度によって制御される。このため、室外熱交換器への冷媒流入量が圧縮機周波数から求められる冷媒流入量に対し、室外膨張弁開度および外気温度から求められる冷媒流入量の差が大きくなった場合に、室内膨張弁が絞り過ぎであり、室内熱交換器の熱交換量に偏りが生じているものとして室内膨張弁を開くことで、室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことが可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ(Solid State Drive)等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ａ、１ｂ…容量可変型の圧縮機
２ａ、２ｂ…オイルセパレータ
３ａ、３ｂ…四方弁
４ａ、４ｂ…室外膨張装置
５ａ、５ｂ…室外熱交換器
６ａ、６ｂ…送風機
７ａ、７ｂ…アキュムレータ
８ａ、８ｂ…室外ユニット
９ａ、９ｂ、９ｃ…室内熱交換器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…室内送風機
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…室内膨張装置
１２a、１２ｂ、１２ｃ…室内ユニット
１３…ガス配管
１４…液配管
２０ａ、２０ｂ…室外ユニット制御部（制御部）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…室内ユニット制御部（制御部）
２２…伝送線(室外ユニット-室内ユニット間)
２３…伝送線(室外ユニット間)
２５…リモコンスイッチ
３０ａ、３０ｂ…外気温度センサ
３１ａ、３１ｂ…圧縮機上温度センサ
３２ａ、３２ｂ…配管温度センサ（第１温度センサ）
３３ａ、３３ｂ…高圧圧力センサ
３４ａ、３４ｂ…低圧圧力センサ
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…吸込温度センサ
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…吹出温度センサ
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ…ガス管温度センサ
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ…液管温度センサ（第２温度センサ）

Claims (5)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張装置、室外送風機および外気温度センサを備えた室外ユニットと、室内膨張装置、室内熱交換器、室内送風機を備えた複数の室内ユニットとを液接続配管及びガス接続配管で接続した空気調和機において、
   前記室外ユニット側の液配管温度を測定する第１温度センサを設けるとともに、前記各室内ユニットの室内熱交換器に出口温度を測定する第２温度センサを設け、
   暖房運転中の上記両温度センサの検出温度の差「室外機側の液配管温度−室内熱交換器の出口温度」が一定値αを超えている室内ユニットについて室内膨張装置の弁開度を所定値Ａだけ開くように制御する制御部を備え、
   前記制御部により、前記室内膨張装置の弁開度の所定値Ａは、あらかじめ設定される室外膨張装置の弁開度に基づいて、前記室外膨張装置の弁開度が大きいときには前記室内膨張装置の弁開度の所定値Ａも大きくなるように設定される
   ことを特徴とする空調調和機。
2. 請求項１に記載の空調調和機において、
   前記制御部により、前記室外膨張装置の弁開度は、外気温度が低く圧縮機周波数が増加するとこれに応じて前記弁開度を大きくするようにあらかじめ設定されることを特徴とする空調調和機。
3. 請求項１に記載の空調調和機において、
   前記制御部により、各室内ユニットの吸込温度を基に、前記室内膨張装置の弁開度の所定値Ａは、前記吸込温度が低いほど大きくなるように与えることで、室内熱交換器の熱交換量を適正に保つことを特徴とする空気調和機。
4. 請求項１記載の空調調和機において、
   前記室内膨張装置の弁開度の初期値は、室外ユニットに対する室内ユニットの接続状態に応じて、より遠い所、より高い所に設置された室内ユニットの室内膨張装置の前記初期値が大きく設定されることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項１に記載の空調調和機において、
   前記制御部により、室内膨張装置の所定値Ａの弁開度が制御される室内ユニットは、高圧圧力の検出値から求まる飽和温度と室内熱交換器の熱交換器過冷却度に基づいて、過冷却度の大きい室内ユニットを選択するように決定されることを特徴とする空気調和機。

Images