JP6504494B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、受液器を設けない場合でも、室内熱交換器における冷媒の寝込みを解消することを可能とした空気調和装置に関する。

一般に、複数台の室内ユニットを並列に配置するとともに、各室内ユニットにつながるユニット間配管に対し、圧縮機、室外熱交換器などを内蔵する複数台の室外ユニットを並列に接続したマルチ形の空気調和装置が多く用いられている。

このような空気調和装置として、従来、例えば、複数台の室外ユニットを備え、他方の室外ユニットに収納される受液器の容量を一方の室外ユニットに収納される受液器の容量よりも小さくするか、もしくは一方の室外ユニットにのみ受液器を配置するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９８３７８２号公報

一般に、暖房時には、室外用電子制御弁の開度を調整して運転するようにしているが、前記特許文献１に記載の技術では、受液器を配置していることから、システム内に余剰冷媒が発生したとしても、受液器に冷媒を貯留することができる。
しかしながら、本出願人は製造コストの低減および装置の小型化を図るべく、受液器を設けない空気調和装置を開発した。このように受液器を設けられていないと、暖房時に室内熱交換器に冷媒が溜まり込み、寝込みが発生してしまうおそれがあるという問題を有している。そして、室内熱交換器に寝込みが発生すると、室内熱交換器による熱交換効率が低下し、暖房運転を良好に行うことができないという問題を有している。
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、受液器を設けない場合でも、室内熱交換器における冷媒の寝込みを解消することのできる空気調和装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明に係る空気調和装置は、室内熱交換器と、室外熱交換器とを備えた空気調和装置において、前記室外熱交換器の制御弁の開度を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、暖房運転時に、前記室内熱交換器の冷媒溜まりを検出した場合に、前記室外熱交換器の前記制御弁の開度の下限を引き上げるように制御し、冷媒溜まりの解消を検出した後、前記制御弁をそのままにした状態で、一定時間、状態を監視し、一定時間経過するまで、一度も冷媒溜まりを検出しなかった場合、前記制御弁の下限の駆動パルスを通常の駆動パルスに戻すように制御することを特徴とする

また、本発明は、前記構成において、前記制御装置は、高圧側の冷媒圧力を検出してこの冷媒圧力を換算して得られる温度と、前記室内熱交換器の冷媒温度との差に基づいて、冷媒溜まりが発生しているか否かを判断することを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記制御装置は、前記室内熱交換器の冷媒溜まりを検出した場合に、前記室外熱交換器の前記制御弁の開度の下限を段階的に引き上げるように制御することを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記制御装置は、前記室内熱交換器の冷媒溜まりの解消を検出した場合に、前記室外熱交換器の前記制御弁の開度の下限を段階的に引き下げるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、制御装置により、室内熱交換器の冷媒溜まりを検出した場合に、室外熱交換器の制御弁の開度の下限を引き上げるように制御するようにしているので、室外熱交換器における冷媒の流量を確保することができ、これにより、室内熱交換器に溜まった冷媒を室外熱交換器を介して流すことができ、確実に室内熱交換器における冷媒の寝込みを解消することができる。

本発明に係る空気調和装置の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。 本実施形態における制御装置を示すブロック図である。 本実施形態における制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る空気調和装置の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
空気調和装置は、室外ユニット２と、複数の室内ユニット４とを備えている。各室内ユニット１８には、室内熱交換器６および室内用電子制御弁７がそれぞれ設置されている。

室外ユニット２は、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１を備えている。本実施形態においては、第１圧縮機１０は、定格出力の圧縮機とされており、第２圧縮機１１は、出力を可変することのできるインバータ式の圧縮機とされている。第１圧縮機１０の駆動または停止、第２圧縮機１１の出力調整を行うことにより、システム全体の出力を細かく制御することができるように構成されている。
第１圧縮機１０および第２圧縮機１１の吐出側には、冷媒配管１２を介してオイルセパレータ１３が接続されている。第１圧縮機１０および第２圧縮機１１とオイルセパレータ１３との間の冷媒配管１２は、合流して１本の冷媒配管１２となってオイルセパレータ１３に接続される。

また、オイルセパレータ１３には、四方弁１４を介して室外熱交換器１５および過冷却熱交換器１６が順次冷媒配管１２により接続されている。過冷却熱交換器１６には、室内用電子制御弁７を介して室内熱交換器６が接続されるように構成されている。室内熱交換器６には四方弁１４を介してアキュムレータ１７が冷媒配管１２により接続されており、アキュムレータ１７には、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１が冷媒配管１２により接続されている。

室外熱交換器１５には、２系統の管路が形成されており、四方弁１４側の冷媒配管１２および過冷却熱交換器１６側の冷媒配管１２は、それぞれ分岐して室外熱交換器１５に接続されるように構成されている。また、室外熱交換器１５の過冷却熱交換器１６側の各冷媒配管１２には、それぞれ室外用電子制御弁１８，１８が接続されている。

過冷却熱交換器１６は、２つの熱交換ユニット２０，２０を備えており、室外熱交換器１５側の冷媒配管１２および室内熱交換器６側の冷媒配管１２は、それぞれ分岐して過冷却熱交換器１６の各熱交換ユニット２０に接続されるように構成されている。各熱交換ユニット２０は、本実施形態においては、二重管式の熱交換器とされており、熱交換ユニット２０の外側の配管には、室外熱交換器１５側の冷媒配管１２および室内熱交換器６側の冷媒配管１２がそれぞれ接続されるように構成されている。
過冷却熱交換器１６と室内熱交換器６とを接続する冷媒配管１２の中途部には、過冷却用分岐配管２１が接続されており、この過冷却用分岐配管２１は、途中、過冷却用電子制御弁２２を介して、各熱交換ユニット２０の内側配管２３に接続されている。熱交換ユニット２０の内側配管２３を流れた冷媒は、過冷却冷媒配管２４を介して四方弁１４とアキュムレータ１７との間の冷媒配管１２に戻されるように構成されている。

また、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１とオイルセパレータ１３との間の冷媒配管１２の中途部には、分岐して第１圧縮機１０および第２圧縮機１１とアキュムレータ１７との間の冷媒配管１２に接続される冷媒戻し配管２５が設けられている。冷媒戻し配管２５の中途部には、冷媒戻し用電磁弁２６が接続されている。そして、冷媒戻し用電磁弁２６を開くと、冷媒の一部は、冷凍サイクルを循環せずに第１圧縮機１０および第２圧縮機１１の吸い込み側に導かれる。

また、オイルセパレータ１３の下部には、オイル配管２７が接続されており、オイル配管２７の中途部には、冷媒戻し配管２５に接続されるオイル戻し配管２８が接続されている。オイル戻し配管２８は、オイル配管２７から分岐する２つの分岐管２９，３０を備えており、一方の分岐管２９には、オイル戻し用電磁弁３１が設けられるとともに、他方の分岐管３０には、キャピラリチューブ３２が設けられている。また、オイル配管２７の各分岐管２９，３０の接続部分の間には、キャピラリチューブ３６が設けられている。
オイルセパレータ１３と四方弁１４との間の冷媒配管１２の中途部には、途中分岐してオイル配管２７の中途部に接続される高圧冷媒配管３３が接続されている。高圧冷媒配管３３の中途部には、高圧冷媒配管３３の冷媒圧力を検出する高圧センサ３４および高圧冷媒用電磁弁３５が設けられている。

また、アキュムレータ１７は、冷媒配管１２の冷媒が流入させる流入管４０と、アキュムレータ１７の内部のガス冷媒を第１圧縮機１０および第２圧縮機１１に送る流出管４１とを備えている。流出管４１は、アキュムレータ１７の内部上方に開口するように構成されており、アキュムレータ１７の内部上方に溜まったガス冷媒を第１圧縮機１０および第２圧縮機１１に送るように構成されている。また、アキュムレータ１７の下部には、オイル送り配管４２が接続されており、オイル送り配管４２は、途中オイル送り用電磁弁４３を介して冷媒配管１２に接続されている。
なお、本実施形態においては、冷媒を一時的に貯留するためのレシーバタンク（受液器）は設けられていない。そのため、アキュムレータ１７は、余剰冷媒を貯留することができる容量に形成されている。すなわち、アキュムレータ１７は、レシーバタンクとしての機能も備えるものである。

また、第１圧縮機１０には、第２圧縮機１１の吸い込み管に接続されるオーバーフロー管４４が接続されており、第１圧縮機１０のオイルが所定量を超えた場合に、余剰オイルを第２圧縮機１１に送ることができるように構成されている。このオーバーフロー管４４には、ストレーナ４５と、油を減圧するための絞り４６が組み込まれている。
また、第２圧縮機１１には、第１圧縮機１０の吸い込み管に接続されるオーバーフロー管４７が接続されており、第２圧縮機１１のオイルが所定量を超えた場合に、余剰オイルを第１圧縮機１０に送ることができるように構成されている。このオーバーフロー管４７には、ストレーナ４８と、油を減圧するための絞り４９が組み込まれている。

図２は本実施形態における制御構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態においては、空気調和装置は、制御装置５０を備えており、この制御装置５０は、所定の制御や演算処理などを総括して行うものである。
図２に示すように、制御装置５０は、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１の冷媒吐出温度センサ５１、室外熱交換器１５の冷媒温度センサ５２、室内熱交換器６の冷媒温度センサ５３、室内熱交換器６の室内吐出空気温度センサ５５、外気温センサ５４などの検出値を入力するとともに、高圧センサ３４の検出値を入力する。制御装置５０は、これら各センサ３４，５１，５２，５３，５４，５５による検出値に基づいて、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１、各制御弁７，１８，２２，２６などを駆動制御するように構成されている。

そして、一般に、制御装置５０は、暖房時に、室外用電子制御弁１８の開度を調整して運転するようにしている。すなわち、暖房時には、室外熱交換器１５からアキュムレータ１７に液冷媒が戻らないように開度を制御するものである。
そのため、本実施形態においては、冷媒を一時的に貯留するためのレシーバタンクは設けられていないことから、暖房運転時に余剰冷媒が室内熱交換器６に溜まりこむ、いわゆる冷媒の寝込みが発生することがある。この冷媒の寝込みは、室内熱交換器６の運転台数が少ないほど発生しやすくなる。
そのため、制御装置５０は、室内熱交換器６における冷媒の寝込みが発生しているか否かを判断して、冷媒の寝込みが発生している場合には、寝込みを回避する制御を行うようにしている。
寝込みが発生しているか否かは、寝込み回避フラグがＯＮとなっているか、ＯＦＦとなっているかで判断する。寝込み回避フラグがＯＮとなる条件としては、例えば、制御装置５０により、高圧センサ３４により検出される圧力値に基づいて圧力を温度に換算するとともに、室内熱交換器６の冷媒温度センサ５３により検出される冷媒温度との差を求め、この差が一定温度以上になった場合や、室内吐出空気温度センサ５５による検出温度が一定温度以下になった場合などに、寝込みが発生しているものと判断して、寝込み回避フラグをＯＮにするようになっている。

そして、制御装置５０は、寝込み回避フラグがＯＮになった場合には、冷媒の寝込みを回避するため、室外熱交換器１５の室外用電子制御弁１８の駆動パルスの下限を段階的に引き上げるように制御する。このように制御することで、室外用電子制御弁１８の開度を大きくすることになり、これにより、室外熱交換器１５に流れる冷媒量を確保することができるので、室内熱交換器６にため込まれた冷媒量を減少させることができる。このように室外熱交換器１５に流れる冷媒量が多くなった場合に、余剰冷媒が生じた場合には、余剰冷媒をアキュムレータ１７に貯留するように構成されている。

また、制御装置５０は、高圧センサ３４の検出値に基づく温度と、室内熱交換器６の冷媒温度センサ５３による温度との差を監視し、この温度差が一定温度以下となった場合や、室内吐出空気温度センサ５５による検出温度が一定温度以上に高くなった場合などに、寝込み回避フラグをＯＦＦとする。
制御装置５０は、寝込み回避フラグがＯＦＦになったら、室外用電子制御弁１８をそのままにした状態で、一定時間、状態を監視する。そして、一定時間が経過するまでは、一定時間ごとに段階的に駆動パルスの下限を徐々に下げていく。ここで、状態を監視する時間としては、例えば、１０分間程度であり、段階的に駆動パルスの下限を下げる時間としては、例えば、２分間ごとに行うようにすればよい。
そして、一定時間経過するまで、寝込み回避フラグが１度もＯＮにならず、寝込み回避フラグがＯＦＦのままであれば、制御装置５０は、室外用電子制御弁１８の下限の駆動パルスを通常の駆動パルスに戻すようになっている。

例えば、室外用電子制御弁１８を全閉状態から全開状態とするのに、４８０パルスの駆動パルスが必要な電子制御弁を例にして説明すると、暖房時における室外用電子制御弁１８の駆動パルスの下限は、例えば、１２パルスに設定されている。そして、寝込みが発生した場合には、駆動パルスの下限を６５パルスに引き上げ、その後、段階的に、例えば、５パルスずつ引き上げるように制御するようにしている。
なお、駆動パルスを引き上げる際の下限の駆動パルスおよび段階的に引き上げる駆動パルスは、これに限定されるものではなく、電子制御弁の性能、冷暖房の負荷あるいは外気温などに応じて適宜設定することが可能である。例えば、外気温が下がると室外熱交換器１５の温度も下がるため、室外熱交換器１５と室内熱交換器側の冷媒配管１２との圧力差が大きくなり、室外熱交換器１５に冷媒が一気に流れ込むおそれがある。そのため、このような場合には、下限の駆動パルスを低めに設定すればよいし、外気温の低下がない場合には、下限の駆動パルスを高く設定し、短時間だけ室外用電子制御弁１８を開くように制御してもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。
本実施形態においては、例えば、冷房運転を行う場合は、図１中実線矢印で示すように、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１を駆動させることにより、オイルセパレータ１３および四方弁１４を介して高圧冷媒を室外熱交換器１５に送り、この室外熱交換器１５により外気と熱交換して凝縮された冷媒を、過冷却熱交換器１６により冷却するとともに、室内用膨張弁により減圧して室内熱交換器６に送り、室内熱交換器６により室内空気と熱交換させることにより、冷房を行うようになっている。室内熱交換器６により熱交換した冷媒は、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１に戻される。

また、例えば、暖房運転を行う場合は、図１中破線矢印で示すように、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１を駆動させることにより、オイルセパレータ１３および四方弁１４を介して高圧冷媒を室内熱交換器６に送り、この室内熱交換器６により室内空気と熱交換して室内空気を暖める。熱交換後の冷媒は、過冷却熱交換器１６に送られ、過冷却用配管を流れる冷媒と熱交換した後、室外熱交換器１５に送られ、第１圧縮機１０および第２圧縮機１１に戻される。

次に、寝込みを回避するための動作について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、制御装置５０は、室内熱交換器６に冷媒の寝込みが発生しているか否かを判断する（ＳＴ１）。その後、制御装置５０により、寝込み回避フラグがＯＮとなったか否かを判断する（ＳＴ２）。

そして、制御装置５０は、寝込み回避フラグがＯＮになった場合には（ＳＴ２：ＹＥＳ）、冷媒の寝込みを回避するため、室外熱交換器１５の室外用電子制御弁１８の駆動パルスの下限を引き上げるように制御する（ＳＴ３）。このように制御することで、室外用電子制御弁１８の開度を大きくすることができ、これにより、室外熱交換器１５に流れる冷媒量を確保することができるので、室内熱交換器６に溜め込まれた冷媒量を減少させることができるものである。室外熱交換器１５に流れる冷媒量が多くなり余剰冷媒が生じた場合には、余剰冷媒をアキュムレータ１７に貯留する。

また、制御装置５０は、一定時間（例えば、２分間）が経過するまでは（ＳＴ４：ＮＯ）、前述の動作を繰り返して行い、一定時間が経過し（ＳＴ４：ＹＥＳ）、寝込み回避フラグがＯＮのままである場合には（ＳＴ５：ＹＥＳ）、駆動パルスを段階的に引き上げる（ＳＴ６）。
一方、制御装置５０は、寝込み回避フラグがＯＦＦになったら（ＳＴ５：ＮＯ）、電子制御弁をそのままにした状態で、一定時間（例えば、１０分間）が経過するまで（ＳＴ７：ＮＯ）、状態を監視するとともに、段階的に駆動パルスの下限を段階的に引き下げる（ＳＴ１０）。
そして、一定時間経過するまで、寝込み回避フラグが１度もＯＮにならず、寝込み回避フラグがＯＦＦのままであれば（ＳＴ８：ＮＯ）、制御装置５０は、室外用電子制御弁１８の加減の電動パルスを通常の駆動パルスに戻す（ＳＴ９）。

以上説明したように、本実施形態によれば、制御装置５０により、室内熱交換器６における冷媒の寝込みが発生しているか否かを監視し、寝込みが発生している場合に、室外用電子制御弁１８の下限の開度を開くように制御しているので、確実に室内熱交換器６における冷媒の寝込みを解消することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。

２ 室外ユニット
４ 室内ユニット
６ 室内熱交換器
７ 室内用電子制御弁
１０ 第１圧縮機
１１ 第２圧縮機
１２ 冷媒配管
１３ オイルセパレータ
１４ 四方弁
１５ 室外熱交換器
１６ 過冷却熱交換器
１７ アキュムレータ
１８ 室外用電子制御弁
２１ 過冷却用分岐配管
２４ 過冷却冷媒配管
２５ 冷媒戻し配管
２７ オイル配管
２８ オイル戻し配管
３３ 高圧冷媒配管
３４ 高圧センサ
５０ 制御装置
５１ 冷媒吐出温度センサ
５２ 室外冷媒温度センサ
５３ 室内冷媒温度センサ
５４ 外気温センサ
５５ 室内吐出空気温度センサ

Claims (4)

1. 室内熱交換器と、室外熱交換器とを備えた空気調和装置において、
   前記室外熱交換器の制御弁の開度を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、暖房運転時に、前記室内熱交換器の冷媒溜まりを検出した場合に、前記室外熱交換器の前記制御弁の開度の下限を引き上げるように制御し、
   冷媒溜まりの解消を検出した後、前記制御弁をそのままにした状態で、一定時間、状態を監視し、一定時間経過するまで、一度も冷媒溜まりを検出しなかった場合、前記制御弁の下限の駆動パルスを通常の駆動パルスに戻すように制御することを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御装置は、高圧側の冷媒圧力を検出してこの冷媒圧力を換算して得られる温度と、前記室内熱交換器の冷媒温度との差に基づいて、冷媒溜まりが発生しているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記室内熱交換器の冷媒溜まりを検出した場合に、前記室外熱交換器の前記制御弁の開度の下限を段階的に引き上げるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、前記室内熱交換器の冷媒溜まりの解消を検出した場合に、前記室外熱交換器の前記制御弁の開度の下限を段階的に引き下げるように制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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