JPH0942784A - 空気調和機および空気調和機の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膨張弁の機械的な製造誤差の影響を排除して
膨張弁の最小開度位置を正確に設定するとともに、経年
変化による膨張弁の最小開度の位置ずれの影響も修復す
る手段を備えた空気調和機を提供する。 【構成】 膨張弁を所定開度に設定し圧縮機を運転し、
冷凍サイクルの状態が一応安定したら所定の変化幅で膨
張弁の開度を変化させ膨張弁流量を検出する手段と、膨
張弁流量から冷媒が流れているか否かを判定する手段
と、流れている場合は所定の変化幅で膨張弁の開度を変
化させ膨張弁流量を検出する手順に戻り、流れなくなっ
た場合はそのときの膨張弁の開度に基づいて膨張弁の最
小開度位置を決定する手段とを備える。 【効果】 冷凍サイクルに最適な流量が得られ、空気調
和機の信頼性が上がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機およびその
運転方法に係り、特に、空気調和機の膨張弁の制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルにおける膨張弁の開度と流
量と関係すなわち流量特性は、実開昭48-24017号に示さ
れているように、弁先端部の形状が設計通りであること
を前提として、機械的に例えば回転角度で決定される構
造であった。

【０００３】また、特願平6-48273号に示されているよ
うに、電気的駆動信号を切換えて、冷凍サイクルに最適
な流量特性を得ていた。

【０００４】さらに、特開平1-134167号に示されている
ように、流量ゼロ点以下に弁を締め込んで弁座を損傷し
ないようにするため、吐出温度と目標温度との差を検出
し、その温度差に基づいて弁開度を演算し、弁閉点を越
えたときは、弁閉点における弁開度を保ち、膨張弁の性
能を維持しようとする方式も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】膨張弁を製造する際に
機械的な製造誤差が必ず伴うので、実開昭48-24017号の
ように、弁先端部の形状が設計通りであることを前提と
して、流量特性を機械的に決定する方式の場合、膨張弁
の弁閉点にはばらつきが生ずる。そこで、膨張弁を最小
開度付近にして流量を調整する場合、膨張弁の製造誤差
により、膨張弁の小開度に対応する実流量を確保できな
かったり、流れ過ぎになったりする欠点があった。膨張
弁の実質的に使用可能な開度範囲を決定するには、試行
錯誤が必要であった。

【０００６】また、特願平6-48273号のように、電気的
駆動信号を切換え、冷凍サイクルの流量特性を得る方式
の場合、膨張弁の開度と流量との関係は、さまざまであ
り、特に膨張弁の開度には製造誤差による固体差があ
る。そのため、使用時の最小弁開度を正確に決めること
は困難であった。

【０００７】特開平1-134167号のように、吐出温度と目
標温度との差を検出し、その温度差に基づいて弁開度を
演算し、弁閉点を越えたときは、弁閉点の弁開度を保つ
方式の場合、温度差に基づいて弁開度を演算する関数自
体が、製造誤差の無い膨張弁の開度を前提として定義さ
れている。したがって、膨張弁の実際の弁閉点の機械的
誤差の影響を避けることはできなかった。

【０００８】さらに、なんらかの方法で、膨張弁の最小
開度位置を検出し正確に設定できたとしても、経年変化
により、膨張弁の最小開度位置がずれてしまうという問
題があった。

【０００９】本発明の目的は、膨張弁の機械的な製造誤
差の影響を排除して膨張弁の最小開度位置を正確に設定
するとともに、経年変化による膨張弁の最小開度の位置
ずれの影響も修復する手段を備えた空気調和機を提供す
ることである。

【００１０】本発明の他の目的は、膨張弁の機械的な製
造誤差の影響を排除して膨張弁の最小開度位置を正確に
設定するとともに、経年変化による膨張弁の最小開度の
位置ずれの影響も修復可能な空気調和機の運転方法を提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、圧縮機と四方弁と膨張弁と少なくとも２
つの熱交換器とからからなる空気調和機において、前記
膨張弁の最小開度位置と予想される開度を含む所定範囲
に亘り所定の変化幅で膨張弁の開度を変化させつつ冷凍
サイクルを実際に運転し少なくとも一つの冷凍サイクル
パラメータの変化を測定する手段と、その結果により冷
媒が流れているか否かを判定する手段と、冷媒が流れな
くなった時点の弁開度に基づき膨張弁の最小開度を決定
する手段とを備えた空気調和機を提案するものである。

【００１２】少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータ
とは、具体的には、膨張弁における実際流量，膨張弁に
おける吐出ガス温度，膨張弁における吸込圧力，膨張弁
における吐出ガス温度および吸込圧力のいずれかであ
る。

【００１３】本発明は、上記他の目的を達成するため
に、圧縮機と四方弁と膨張弁と少なくとも２つの熱交換
器とからからなる空気調和機の運転方法において、膨張
弁の最小開度位置と予想される開度を含む所定範囲に亘
り所定の変化幅で膨張弁の開度を変化させつつ冷凍サイ
クルを実際に運転し、少なくとも一つの冷凍サイクルパ
ラメータの変化を測定し、その結果により冷媒が流れて
いるか否かを判定し、冷媒が流れなくなった時点の弁開
度に基づき膨張弁の最小開度を決定し、以後は、膨張弁
の最小開度を基準として採用し、膨張弁を微小開度で動
作させる空気調和機の運転方法を提案するものである。

【００１４】少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータ
とは、膨張弁における実際流量，膨張弁における吐出ガ
ス温度，膨張弁における吸込圧力，膨張弁における吐出
ガス温度および吸込圧力のいずれかである。

【００１５】

【作用】本発明においては、空気調和機の膨張弁を予め
所定開度に設定し、冷凍サイクルを実際に運転する。す
なわち、膨張弁の最小開度位置と予想される開度を含む
所定範囲に亘り、所定の変化幅で膨張弁の開度を変化さ
せつつ、冷凍サイクルを実際に運転し、少なくとも一つ
の冷凍サイクルパラメータの変化を測定する。その結果
により冷媒が流れているか否かを判定し、流れなくなっ
た時点の弁開度に基づき、膨張弁の最小開度を決定す
る。

【００１６】図６は、時間をパラメータとして、膨張弁
開度に対する吐出ガス温度および吸込圧力の特性の一例
を示す図である。弁開度に伴う変化を測定する冷凍サイ
クルパラメータとしては、膨張弁における実際流量のほ
かに、図６に示したように、吐出ガス温度や吸込圧力な
どが考えられる。例えば、吐出ガス温度の場合、単位時
間Δｔ当たりの温度変化ΔＴ₁，ΔＴ₂，…，ΔＴを検出
して、これらを所定値と比較し、膨張弁を実際に流れて
いるか否かをみる。吐出ガス温度の特性から流れなくな
ったと判断した時点の弁開度に基づき、膨張弁の最小開
度を決定する。弁開度に伴う変化を測定する冷凍サイク
ルパラメータとして、吐出ガス温度と吸込圧力の両方を
検出することも可能である。

【００１７】このようにすると、膨張弁に機械的な製造
誤差があっても、実際の開度に基づいて、膨張弁の最小
開度位置を決定するので、膨張弁の機械的な製造誤差の
影響を排除できる。

【００１８】また、経年変化により、膨張弁の最小開度
位置がずれても、測定した実際の開度に基づいて、膨張
弁の最小開度位置を改めて決定することから、経年変化
による膨張弁の最小開度の位置ずれの影響を修復でき
る。

【００１９】なお、膨張弁の最小開度位置と予想される
開度を含む所定範囲内を測定するに際して、上記説明で
は、図６における膨張弁の最小開度位置に左側から近づ
いたが、右側から近づいてもよいことは明らかである。
すなわち、膨張弁開度を全開から全閉方向に変化させて
測定してもよいし、全閉から全開方向に変化させて測定
してもよい。

【００２０】また、測定単位を単位時間Δｔとしたが、
膨張弁開度の制御信号であるパルス数で弁開度を表し
て、単位パルス数を測定単位として採用することもでき
る。

【００２１】

【実施例】次に、図１〜図５を参照して、本発明による
空気調和機の実施例を説明する。図１は、本発明による
空気調和機の一実施例の系統構成を示す図である。本発
明による空気調和機は、大きく分けると、室外機５およ
び室内機６により構成されている。室外機５は、圧縮機
１と四方弁２と熱交換器３ａと膨張弁４ａとからなり、
室内機６は、熱交換器３ｂと膨張弁４ｂとからなる。

【００２２】冷房運転中、室外機５の熱交換器３ａは、
凝縮器として働く。この時、膨張弁４ａは、全開の開度
で使用される。一方、室内機６の膨張弁４ｂは、小開度
となり、流量を調整する。

【００２３】暖房運転中、室外機５の熱交換器３ａは、
蒸発器として働く。この時、膨張弁４ａは、膨張機構と
して働くので、小開度となり、流量を調整する。一方、
室内機６の膨張弁４ｂは、全開の開度で使用される。

【００２４】冷凍サイクルに最適な流量特性を得ようと
する場合、膨張弁４ａまたは４ｂを微小開度で動作させ
る必要があり、しかも、最小開度近辺では、細かな流量
変化が要求される。その前提として、膨張弁４ａまたは
４ｂの最小開度位置の決定が重要となる。

【００２５】従来は、いずれの運転中においても、膨張
弁を最小開度付近にして流量を調整する場合、膨張弁４
ａまたは４ｂ自身の製造誤差により、膨張弁の小開度に
対応する実流量を確保できなかったり、流れ過ぎになっ
たりする欠点があった。

【００２６】《実施例１》図２は、本発明による膨張弁
の最小開度決定手段の実施例１の決定手順を示すフロー
チャートである。

【００２７】膨張弁を所定開度に設定し、圧縮機１を運
転し、冷凍サイクルの状態が安定するまで待つ。冷凍サ
イクルの状態の安定は、圧縮機１の運転回転数の変化幅
が許容範囲になったことなどから判断する。安定と判断
するパラメータは、圧縮機の運転回転数に限らず、膨張
弁開度や、冷凍サイクルの温度でも良い。なお、冷凍サ
イクルの状態は、絶対的安定である必要は無い。

【００２８】冷凍サイクルの状態が一応安定したら、所
定の変化幅で膨張弁の開度を変化させ、膨張弁流量を検
出する。

【００２９】膨張弁流量から、冷媒が流れているか否か
を判定する。流れている場合は、所定の変化幅で膨張弁
の開度を変化させ、膨張弁流量を検出する手順に戻る。
流れなくなった場合は、そのときの膨張弁の開度に基づ
いて、膨張弁の最小開度位置を決定する。

【００３０】以後は、この膨張弁の最小開度位置を基準
として採用し、膨張弁４ａ，４ｂを微小開度で動作さ
せ、冷凍サイクルに最適な流量特性を得る。例えば、検
出した膨張弁の最小開度位置を膨張弁の運転範囲の下限
値として保持し、それより下の膨張弁開度になることを
防止する。

【００３１】膨張弁の最小開度位置を検出するには、膨
張弁を全開側から全閉側に駆動しても、全閉側から前開
側に駆動してもよい。

【００３２】膨張弁の最小開度位置を検出するこのよう
な手順を採用すると、膨張弁の開度の経年変化にも対応
でき、冷凍サイクルに最適な膨張弁開度を常に維持でき
る。

【００３３】《実施例２》図３は、本発明による膨張弁
の最小開度決定手段の実施例２の決定手順を示すフロー
チャートである。

【００３４】膨張弁を所定開度に設定し、圧縮機１を運
転し、冷凍サイクルの状態が安定するまで待つ。冷凍サ
イクルの状態の安定は、圧縮機１の運転回転数の変化幅
が許容範囲になったことなどから判断する。安定と判断
するパラメータは、圧縮機の運転回転数に限らず、膨張
弁開度や、冷凍サイクルの温度でも良い。なお、冷凍サ
イクルの状態は、絶対的安定である必要は無い。

【００３５】冷凍サイクルの状態が一応安定したら、所
定の変化幅で膨張弁の開度を変化させ、運転時間当りの
吐出ガス温度の変化幅を検出し、所定値と比較する。

【００３６】吐出ガス温度の変化幅から、冷媒が流れて
いるか否かを判定する。流れている場合は、所定の変化
幅で膨張弁の開度を変化させ、吐出ガス温度の変化幅を
検出する手順に戻る。流れなくなった場合は、そのとき
の膨張弁の開度に基づいて、膨張弁の最小開度位置を決
定する。

【００３７】以後は、この膨張弁の最小開度位置を基準
として採用し、膨張弁４ａ，４ｂを微小開度で動作さ
せ、冷凍サイクルに最適な流量特性を得る。例えば、検
出した膨張弁の最小開度位置を膨張弁の運転範囲の下限
値として保持し、それより下の膨張弁開度になることを
防止する。

【００３８】膨張弁の最小開度位置を検出するには、膨
張弁を全開側から全閉側に駆動しても、全閉側から前開
側に駆動してもよい。

【００３９】膨張弁の最小開度位置を検出するこのよう
な手順を採用すると、膨張弁の開度の経年変化にも対応
でき、冷凍サイクルに最適な膨張弁開度を常に維持でき
る。

【００４０】《実施例３》図４は、本発明による膨張弁
の最小開度決定手段の実施例３の決定手順を示すフロー
チャートである。

【００４１】膨張弁を所定開度に設定し、圧縮機１を運
転し、冷凍サイクルの状態が安定するまで待つ。冷凍サ
イクルの状態の安定は、圧縮機１の運転回転数の変化幅
が許容範囲になったことなどから判断する。安定と判断
するパラメータは、圧縮機の運転回転数に限らず、膨張
弁開度や、冷凍サイクルの温度でも良い。なお、冷凍サ
イクルの状態は、絶対的安定である必要は無い。

【００４２】冷凍サイクルの状態が一応安定したら、所
定の変化幅で膨張弁の開度を変化させ、運転時間当りに
変化する吸込圧力の変化幅を検出し、所定値と比較す
る。

【００４３】吸込圧力の変化幅から、冷媒が流れている
か否かを判定する。流れている場合は、所定の変化幅で
膨張弁の開度を変化させ、吸込圧力の変化幅を検出する
手順に戻る。流れなくなった場合は、そのときの膨張弁
の開度に基づいて、膨張弁の最小開度位置を決定する。

【００４４】以後は、この膨張弁の最小開度位置を基準
として採用し、膨張弁４ａ，４ｂを微小開度で動作さ
せ、冷凍サイクルに最適な流量特性を得る。例えば、検
出した膨張弁の最小開度位置を膨張弁の運転範囲の下限
値として保持し、それより下の膨張弁開度になることを
防止する。

【００４５】膨張弁の最小開度位置を検出するには、膨
張弁を全開側から全閉側に駆動しても、全閉側から前開
側に駆動してもよい。

【００４６】膨張弁の最小開度位置を検出するこのよう
な手順を採用すると、膨張弁の開度の経年変化にも対応
でき、冷凍サイクルに最適な膨張弁開度を常に維持でき
る。

【００４７】《実施例４》図５は、本発明による膨張弁
の最小開度決定手段の実施例４の決定手順を示すフロー
チャートである。

【００４８】膨張弁を所定開度に設定し、圧縮機１を運
転し、冷凍サイクルの状態が安定するまで待つ。冷凍サ
イクルの状態の安定は、圧縮機１の運転回転数の変化幅
が許容範囲になったことなどから判断する。安定と判断
するパラメータは、圧縮機の運転回転数に限らず、膨張
弁開度や、冷凍サイクルの温度でも良い。なお、冷凍サ
イクルの状態は、絶対的安定である必要は無い。

【００４９】冷凍サイクルの状態が一応安定したら、所
定の変化幅で膨張弁の開度を変化させ、運転時間当りに
変化する吐出ガス温度の変化幅と吸込圧力の変化幅とを
検出し、それぞれの所定値と比較する。

【００５０】吐出ガス温度の変化幅および吸込圧力の変
化幅から、冷媒が流れているか否かを判定する。流れて
いる場合は、所定の変化幅で膨張弁の開度を変化させ、
吐出ガス温度の変化幅および吸込圧力の変化幅を検出す
る手順に戻る。流れなくなった場合は、そのときの膨張
弁の開度に基づいて、膨張弁の最小開度位置を決定す
る。

【００５１】以後は、この膨張弁の最小開度位置を基準
として採用し、膨張弁４ａ，４ｂを微小開度で動作さ
せ、冷凍サイクルに最適な流量特性を得る。例えば、検
出した膨張弁の最小開度位置を膨張弁の運転範囲の下限
値として保持し、それより下の膨張弁開度になることを
防止する。

【００５２】膨張弁の最小開度位置を検出するには、膨
張弁を全開側から全閉側に駆動しても、全閉側から前開
側に駆動してもよい。

【００５３】膨張弁の最小開度位置を検出するこのよう
な手順を採用すると、膨張弁の開度の経年変化にも対応
でき、冷凍サイクルに最適な膨張弁開度を常に維持でき
る。

【００５４】なお、いずれの実施例においても、空気調
和機を起動する毎に膨張弁の最小開度を決定する手順を
実行してもよいし、所定の期間毎に膨張弁の最小開度を
決定する手順を実行することもできる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、膨張弁の最小開度位置
と予想される開度を含む所定範囲に亘り、所定の変化幅
で膨張弁の開度を変化させつつ冷凍サイクルを実際に運
転し、少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータの変化
を測定し、その結果により冷媒が流れているか否かを判
定し、流れなくなった時点の弁開度に基づき、膨張弁の
最小開度を決定するので、膨張弁に機械的な製造誤差が
あっても、膨張弁の機械的な製造誤差の影響を排除でき
る。

【００５６】また、経年変化により、膨張弁の最小開度
位置がずれても、測定した実際の開度に基づいて、膨張
弁の最小開度位置を改めて決定するので、経年変化によ
る膨張弁の最小開度の位置ずれの影響を修復できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の一実施例の系統構成
を示す図である。

【図２】本発明による膨張弁の最小開度決定手段の実施
例１の決定手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明による膨張弁の最小開度決定手段の実施
例２の決定手順を示すフローチャートである。

【図４】本発明による膨張弁の最小開度決定手段の実施
例３の決定手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明による膨張弁の最小開度決定手段の実施
例４の決定手順を示すフローチャートである。

【図６】時間をパラメータとして、膨張弁開度に対する
吐出ガス温度および吸込圧力の特性の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ａ 熱交換器 ３ｂ 熱交換器 ４ａ 膨張弁 ４ｂ 膨張弁 ５ 室外機 ６ 室内機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 眞一朗 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 戸草 健治 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と四方弁と膨張弁と少なくとも２
   つの熱交換器とからからなる空気調和機において、 前記膨張弁の最小開度位置と予想される開度を含む所定
   範囲に亘り所定の変化幅で前記膨張弁の開度を変化させ
   つつ冷凍サイクルを実際に運転し少なくとも一つの冷凍
   サイクルパラメータの変化を測定する手段と、 その結果により冷媒が流れているか否かを判定する手段
   と、 冷媒が流れなくなった時点の弁開度に基づき前記膨張弁
   の最小開度を決定する手段とを備えたことを特徴とする
   空気調和機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の空気調和機において、 前記少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータが、前記
   膨張弁における実際流量であることを特徴とする空気調
   和機。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の空気調和機において、 前記少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータが、前記
   膨張弁における吐出ガス温度であることを特徴とする空
   気調和機。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の空気調和機において、 前記少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータが、前記
   膨張弁における吸込圧力であることを特徴とする空気調
   和機。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の空気調和機において、 前記少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータが、前記
   膨張弁における吐出ガス温度および吸込圧力であること
   を特徴とする空気調和機。
6. 【請求項６】 圧縮機と四方弁と膨張弁と少なくとも２
   つの熱交換器とからからなる空気調和機の運転方法にお
   いて、 前記膨張弁の最小開度位置と予想される開度を含む所定
   範囲に亘り所定の変化幅で前記膨張弁の開度を変化させ
   つつ冷凍サイクルを実際に運転し、 少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータの変化を測定
   し、 その結果により冷媒が流れているか否かを判定し、 冷媒が流れなくなった時点の弁開度に基づき前記膨張弁
   の最小開度を決定し、 以後は、膨張弁の前記最小開度を基準として採用し、前
   記膨張弁を微小開度で動作させることを特徴とする空気
   調和機の運転方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の空気調和機の運転方法
   において、 前記少なくとも一つの冷凍サイクルパラメータが、前記
   膨張弁における実際流量，前記膨張弁における吐出ガス
   温度，前記膨張弁における吸込圧力，前記膨張弁におけ
   る吐出ガス温度および吸込圧力のいずれか一つであるこ
   とを特徴とする空気調和機の運転方法。