JPH0599517A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膨張弁を確実かつ迅速に制御する。 【構成】 膨張弁５の入口と出口部に圧力センサ２１を
設け、これを用いて膨張弁の差圧を求め、この情報によ
り、膨張弁の制御速度を可変とするか、または、制御時
期を判断し、その時期により膨張弁の制御速度を可変と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膨張弁により、冷媒の
循環量を調整することにより、空気調和能力を調整する
空気調和機に関わり、詳しくは、膨張弁の制御速度の可
変機能に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、家庭用或いは産業用として広く用
いられている空気調和機では、膨張弁の開度を変化させ
ることで、目的に合った運転を行うように能力、吹き出
し温度等を制御されているものが多い。

【０００３】図８に、膨張弁を持った空気調和機のサイ
クル図を示す。図中、１は室内側熱交換器、２は圧縮
機、３は四方切替弁、４は室内側熱交換器、５は膨張
弁、６〜１０は各部温度の情報を検出するためのサーミ
スタを示す。

【０００４】図９はマイクロコンピユータを中心にした
制御系の簡単なブロツク図で、１１はマイクロコンピユ
ータ、１２は空気調和機の室内側制御ブロツク、１３は
図８の６〜１０で示されるサーミスタ（電流センサ）、
１４は室外フアン、１５は各種制御弁を示す。

【０００５】前記膨張弁５は、各温度の情報や運転状態
に適合した冷媒の流量になるように弁の開度を調整する
ものであるが、この調整は、数段〜数十段程度の段階で
調整される。

【０００６】この膨張弁５の開度の調整には、マイクロ
コンピユータによりステツピングモータ（以下ＳＴＭと
いう）を回転させることで行われる。

【０００７】このように、ＳＴＭを調整する範囲が数〜
数十段階である場合は、十分にゆっくりＳＴＭを制御し
ても数秒以内にすみやかに流量の調整ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いて、制御がより高度化するに従い、より細かく冷媒の
流量を調整するためや、膨張弁５による流量の調整範囲
を広くするために、ＳＴＭでの調整が数百段階の範囲で
調整されるようになった。

【０００９】図１０，１１は、膨張弁５をＳＴＭによ
り、０〜３００段階の範囲で調整する場合の制御例を示
す。

【００１０】膨張弁５の制御は、コスト等の関係から、
オープンループで制御されており、現在の回転位置を直
接読みとることはできず、マイクロコンピユータが出力
をカウントすることで、現在膨張弁５がどのような開度
であるかを判断している。つまり、出力したとおりに確
実にＳＴＭが動作してはじめて膨張弁５の開度が調整さ
れ、望みの流量にてエアコンデイシヨナーの運転を行う
ことができる。

【００１１】そのためには、全開→全閉→設定開度と３
００ステツプ＋α（設定開度）もＳＴＭを回転させねば
ならず、１０秒程度の時間を要していた。また、ＳＴＭ
の回転速度を上げるほど、トルクが小さくなり、大きな
負荷のものを制御できなくなる。

【００１２】よって、このようにオープンループで制御
する場合に、最も確実、かつ簡単に制御をする方法は、
どのような状態の時でも（膨張弁の入力と出力の圧力の
差（差圧）が最も大きい場合でも）、確実に制御するこ
とができるようにゆっくりした速度でＳＴＭを動作させ
ることである。

【００１３】この場合の制御の例を図１０に示す。これ
は、暖房運転での例であり、図１０の下のＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄはそれぞれ、運転ＯＦＦ→通常運転（運転ＯＮ）、通
常運転→除霜運転、除霜運転→通常運転、通常運転（運
転ＯＮ）→運転ＯＦＦのタイミングを示している。

【００１４】図１０のは圧縮機の停止時で、膨張弁５
は初期値の全開のままを示し、でまず全開の場合でも
全閉になるだけ十分なステツプ数だけ膨張弁が閉じる方
向にＳＴＭを回転させる。この制御が終わったところ
で、マイクロコンピユータは全閉の位置を確認できる。
以降この点を基準にオープンループの制御を行う。で
は運転中の制御で、図８のサーミスタ６〜１０の値等の
データにより膨張弁の制御を行っている。は除霜にな
る場合の制御で、膨張弁を全開にしている。は除霜中
の場合で、全開のままとしている。は除霜が終わって
通常制御に移るために、通常の制御領域まで膨張弁を閉
じていく場合を示し、はと同じ通常の制御を行って
いる場合を示す。は運転停止時に膨張弁を全開にする
ための制御を示し、Ｅはその後全開のままにしておくこ
とを示している（に続く）。

【００１５】しかし、このように、ＳＴＭの制御をゆっ
くり行なった場合は次のような問題が発生する。

【００１６】（１）膨張弁が連続して動作する場合は、
比較的耳につきやすい音を発生する。そして、ＳＴＭの
制御をゆっくり行なった場合は、図１０ののよ
うに膨張弁が連続して動作する時間が長くなり、音の発
生時間が長くなる。

【００１７】（２）図１０のやが長くなるために、
本来速くやの制御に移行しなければならないが、移
行できなくなってしまっている。つまり、膨張弁の制御
が遅いために、制御の追従性が悪くなっている。

【００１８】また、膨張弁のＳＴＭの電源電圧を上げる
などの手段により、オープンループの場合でも確実に膨
張弁を制御でき、かつ膨張弁の動作を高速にした場合の
制御例を図１１に示す（図１１の〜Ｅの説明は、図１
０の〜Ｅの説明と同じ）。

【００１９】しかし、このようにした場合では次のよう
な問題が発生する。

【００２０】（１）膨張弁の電源回路の大型化のため、
コストアツプし、また消費電力が増加する。

【００２１】（２）除霜開始時（）や、運転停止時
（）の場合などは、一般的に膨張弁を開くと、大量の
冷媒が短時間に流れるため、異音が発生する。

【００２２】本発明は、上記に鑑み、膨張弁を確実かつ
迅速に制御し得る空気調和機の提供を目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の課題解決手段
は、膨張弁の入口と出口部に圧力センサ２１を設け、こ
れを用いて膨張弁の差圧を求め、この情報により、膨張
弁の制御速度を可変とする。

【００２４】請求項２の課題解決手段は、制御時期を判
断し、その時期により膨張弁の制御速度を可変とする。

【００２５】

【作用】上記課題解決手段において、図７の如く、運転
開始時には、膨張弁の入力と出力の圧力差は小さいた
め、最高速で制御を行う。ただし、図７のの期間の最
後の部分では最低速にし、膨張弁が閉まりきった時に鳴
る音を抑える。

【００２６】通常運転では速く膨張弁を制御させる必要
はほとんど無いため、最低速で制御を行う。

【００２７】除霜運転開始時では、はじめは圧力差は十
分大きいので、前半は最低速、後半は圧力差は小さくな
るので中速で制御を行う。除霜運転終了時では圧力差は
十分小さいので高速に動作させる。

【００２８】運転停止時は、除霜運転と同じくはじめは
圧力差は十分大きいので、前半は最低速、後半は圧力差
はほぼなくなるので最高速にし、膨張弁が開ききった時
に鳴る音を抑える。

【００２９】

【実施例】

〈第一実施例〉図１は、膨張弁の入力と出力の圧力を計
測する圧力センサを持った空気調和機のサイクル図を示
す。

【００３０】図１において、１〜１０は図５に示す構成
部品と同一機能部品である。２１は、膨張弁の入力（流
入口）と出力（吐出口）の圧力を計測する圧力センサで
ある。

【００３１】図２はマイコンを中心にした制御系の簡単
なブロツク図で、図８に示す構成部品と同一機能部品は
同一符号で示す。また、図中、１３には、膨張弁の入力
と出力の圧力を計測する圧力センサ２１が付加されてい
る。

【００３２】膨張弁５は、４相のコイルφ１，φ２，φ
３，φ４にドライバーを介して制御回路１１から信号が
出力され、冷媒循環量に応じて膨張弁５の開度制御が行
われ、弁開度に応じて冷媒流量を比例制御している。こ
の膨張弁５の構造について説明する。図５において、２
４はケースであって、下面には冷媒の吐出口２５が設け
られ、この吐出口２５の周縁が弁座として形成されてい
る。２６はこの吐出口２５からの吐出冷媒量を制御する
ニードルであって、ケース２４に支持されたモーターシ
ヤフト２６によって上下動するように形成されている。

【００３３】２７は流入口である。２８はモーターシヤ
フト２６を回動するためのステツピングモータであっ
て、このモータ２８は制御回路からの指令により回転制
御される。図６にはこのステツピングモータ２８の４相
に与えられる信号のタイミングの例を示す。

【００３４】２９はモーターシヤフト２６に設けられた
ストツパーピンであり、モーターシヤフト２６が所定位
置まで回転、下降した時にケース２４上面に設けられた
ストツパー３０に当接して、それ以上モーターシヤフト
２６が回転しないようになっている。

【００３５】膨張弁５は、各温度の情報や、運転状態に
適合した冷媒の流量になるように膨張弁の開度を調整す
るのであるが、この調整の速さ（ＳＴＭを駆動する速
さ）を次のように制御する。

【００３６】すなわち、制御回路１１には、圧力センサ
２１による膨張弁５の出入口の差圧を演算する手段３１
と、温度センサ６〜１０の信号および操作パネルからの
操作信号に基いて前記膨張弁５の開閉度を変化させる膨
張弁駆動手段３２と、前記圧力センサ２１からの差圧信
号に基いて前記駆動手段３２による膨張弁５の制御速度
を調節する制御速度調節手段３３とが設けられている。

【００３７】なお、制御回路１１には、さらに、次の能
力をもたせる。すなわち、 （１）閉じる方向と反対の方向へ押そうとする力が加わ
っている場合に、最大でどのような速さで閉じることが
できるかを、あらかじめ計算して記憶しておくか、計算
する能力をもたせる。

【００３８】（２）開く方向と反対の方向へ押そうとす
る力が加わっている場合に、最大でどのような速さで開
くことができるかを、あらかじめ計算して記憶しておく
か、計算する能力をもたせる。

【００３９】（３）閉じる場合は（１）の方の値、開く
場合には（２）の方の値で、圧力差に応じた速さでそれ
ぞれ運転させる。

【００４０】上記構成における空気調和機の制御方法を
図３，４および図７に基いて説明する。図３は圧力セン
サ２１の差圧に基づく演算例を示すフローチヤート、図
４は同じくステツピングモータの回転制御フローチヤー
トである。また、図７は膨張弁の制御例を示す図であ
る。この図７中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび〜Ｅは図１
０，１１に示す場合と同様である。

【００４１】図７において、は圧縮機の停止時で、膨
張弁５は初期値の全開のままを示し、でまず全開の場
合でも全閉になるだけ十分なステツプ数だけ膨張弁が閉
じる方向にＳＴＭを回転させる。この制御時には、膨張
弁５の入出力にかかる差圧は小さいので、速く閉じる。

【００４２】この制御が終わったところで、マイクロ
コンピユータは全閉の位置を確認できる。以降この点を
基準にオープンループの制御を行う。

【００４３】では運転中の制御で、サーミスタ６〜１
０の値等のデータにより膨張弁の制御を行っている。

【００４４】は除霜になる場合の制御で、膨張弁を全
開にしている。このとき、膨張弁の圧力差が大きいの
で、制御はゆっくり行われる。そのため、急激に膨張弁
を開くことがなくなり、大量の冷媒を短時間に流すこと
による異音の発生が防止できる。

【００４５】は除霜中の場合で全開のままとしてい
る。は除霜が終わって通常制御に移るために、通常の
制御領域まで膨張弁を閉じていっている。はと同じ
通常の制御を行っている。は運転停止時に膨張弁を全
開にするための制御を示し、この場合、圧力差が大きい
ので、制御はゆっくり行われる。Ｅはその後全開のまま
にしておくことを示している。

【００４６】この制御を図３，４のフローチャートに示
す。図３において、「閉じる方向と反対に大きな差圧が
有る。」とは、例えば、図５において、膨張弁を閉じよ
うとしたとき、吐出口側から流入口側に冷媒の流れが生
じて、吐出側の圧力が大きな場合をいう。また、「開く
方向と反対に大きな差圧がある」とは、図５において、
膨張弁を開く方向に動作させるとき、流入口側の圧力が
大である場合をいう。

【００４７】このような場合、図３の如く、その差圧に
応じてＦＬＡＧ１およびＦＬＡＧ２に「０」または
「１」を設定する。そして、図４の如く、膨張弁の開閉
時に、ＦＬＡＧ１，２で設定した値に基づいて、速く開
閉するか、遅く開閉するかを決定し、これに基づいて、
制御回路１１からステツピングモータへ供給するパルス
幅を変調する。

【００４８】以上のように制御することで、膨張弁が連
続して動作する場合は、比較的耳につきやすい音を発生
するが、ＳＴＭの制御を圧力差によって決められる最大
の制御速度で運転できるため、音の発生時間が短くな
る。また、その制御の追従性がよい。さらに、膨張弁の
電源回路の大型化の必要はなく、消費電力の増加はな
い。

【００４９】また、除霜開始時、運転停止時の場合など
のように圧力差が大きい場合は、制御はゆっくり行わ
れ、急激に膨張弁を開くことがなくなり、大量の冷媒が
短時間に流れるための異音は発生しなくなる。

【００５０】〈第二実施例〉本実施例は、膨張弁の制御
時期により、制御速度をあらかじめ決められた値で行う
もので、これにより、それぞれの時期にあった制御を行
い、確実にかつ速い膨張弁の制御を行える。すなわち、
上記第一実施例の差圧演算手段３１の代わりに、図１の
二点鎖線で示すように、各種情報から制御時期を判断す
る判断手段３４が設けられたものである。

【００５１】上記構成において、図７のような制御にな
るように制御速度を決める。

【００５２】（１）の期間では、膨張弁の入力と出力
の圧力差は小さいため、最高速で制御を行う。ただし、
の期間の最後の部分では最低速にし、膨張弁が閉まり
きった時に鳴る音を抑える。

【００５３】（２）では速く膨張弁を制御させる必要
はほとんど無いため、最低速で制御を行う。

【００５４】（３）でははじめは圧力差は十分大きい
ので、前半は最低速、後半は圧力差は小さくなるので中
速で制御を行う。また、の期間の最後の部分では最低
速にし、膨張弁が開ききった時に鳴る音を抑える。

【００５５】（４）では圧力差は十分小さいので高速
に動作させる。

【００５６】（５）はと同じ。

【００５７】（６）はと同じくはじめは圧力差は十
分大きいので、前半は最低速、後半は圧力差はほぼなく
なるので最高速にし、膨張弁が開ききった時に鳴る音を
抑える。

【００５８】（７），，Ｅはなにもしない。

【００５９】以上のように制御することで、上記第一実
施例と同様の効果を奏し得る。

【００６０】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１，２によると、膨張弁が連続して動作する場合
は、比較的耳につきやすい音を発生するが、ＳＴＭの制
御を圧力差によって決められる最大の制御速度で運転で
きるため、音の発生時間が短くなり、かつその制御の追
従性がよくなる。さらに、膨張弁の電源回路の大型化の
必要はなく、消費電力の増加はない。

【００６２】また、除霜開始時、運転停止時の場合など
のように圧力差が大きい場合は、制御はゆっくり行わ
れ、急激に膨張弁を開くことがなくなり、大量の冷媒が
短時間に流れるための異音は発生しなくなるといった優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は膨張弁の入力と出力の圧力を計測する圧
力センサを持った空気調和機のサイクル図である。

【図２】図２はマイクロコンピュータを中心にした制御
ブロツク図である。

【図３】図３は圧力センサの差圧に基づく演算例を示す
フローチヤートである。

【図４】図４は同じくステツピングモータの回転制御フ
ローチヤートである。

【図５】図５は膨張弁の断面図である。

【図６】図６は膨張弁の制御タイミングチャートであ
る。

【図７】図７は膨張弁の制御例を示す図である。

【図８】図８は膨張弁を持った空気調和機のサイクル図
である。

【図９】図９はマイクロコンピユータを中心にした制御
系の簡単なブロツク図である。

【図１０】図１０は、膨張弁をステッピングモータによ
り、０〜３００段階の範囲で調整する場合の制御例を示
す図である。

【図１１】図１１は膨張弁のステッピングモータの電源
電圧を上げるなどの手段により、オープンループの場合
でも膨張弁を制御でき、かつ膨張弁の動作を高速にした
場合の制御例を示す図である。

【符号の説明】

１ 室内側熱交換器 ２ 圧縮機 ３ 四方切替弁 ４ 室外側熱交換器 ５ 膨張弁 １１ 圧力センサ ３１ 差圧演算手段 ３２ 膨張弁駆動手段 ３３ 制御速度調節手段 ３４ 制御時期判断手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膨張弁により、冷媒の循環量を調整する
   能力をもつ空気調和機において、 前記膨張弁の入口と出口の圧力を検出する圧力センサ
   と、 該圧力センサによる膨張弁の出入口の差圧を演算する手
   段と、 前記膨張弁の開閉度を変化させる膨張弁駆動手段と、 前記演算手段からの差圧信号に基いて前記駆動手段によ
   る膨張弁の制御速度を調節する制御速度調節手段とが設
   けられたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 膨張弁により、冷媒の循環量を調整する
   能力をもつ空気調和機において、 各種情報から制御時期を判断する判断手段と、 前記膨張弁の開閉度を変化させる膨張弁駆動手段と、 前記判断手段の判断結果に基いて前記駆動手段による膨
   張弁の制御速度を調節する制御速度調節手段とが設けら
   れたことを特徴とする空気調和機。