JPH1038388A - 空気調和機とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱や負荷の急変等による運転状態の変化に
対して、圧縮機の過熱圧縮を防止すること。 【解決手段】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱
交換器を配管で接続した冷凍サイクルと、上記圧縮機１
の吐出温度を検出する吐出温度センサ1 と、上記吐出温
度センサ1 により検出された圧縮機の吐出温度を所定時
間毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐出温度を予
測する予測手段20と、この予測手段で予測された所定時
間後の上記圧縮機の吐出温度が吐出管温度の上限値とを
比較する比較手段20と、この比較手段により上記予測手
段で予測された所定時間後の上記圧縮機の吐出温度が吐
出管温度の上限値を上回った場合には、上記膨脹弁を開
く方向の操作量を増大する手段20とから構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばビルの空調
制御を行う空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４を参照して従来の電子膨脹弁を用い
た過熱度制御を採用している空気調和機について説明す
る。図４において、圧縮機１、室外熱交換器２、受液器
３、電気式膨張弁４、室内熱交換器５、アキュームレー
タ６が配管により接続され、冷凍サイクルが構成され
る。

【０００３】圧縮機１は、圧縮機容量制御装置（図示し
ない）から供給される電力により容量可変動作し、高温
高圧のガス冷媒を吐出する。このガス冷媒は室外熱交換
器（凝縮器）２に導かれ、外気と熱交換して凝縮し、高
圧の液冷媒となる。

【０００４】液冷媒は液側配管７を通って電子膨張弁４
に導かれ、そこで減圧され、低圧の液ガス混合冷媒とな
る。さらに、この液ガス混合冷媒が室内熱交換器（蒸発
器）５に導かれ、室内空気と熱交換することで蒸発し、
低圧ガスとなってガス側配管８を通り、再び圧縮機１に
吸入される。以下、同様のサイクルを繰り返すことによ
り、室内を冷房し、室内から奪った熱を室外熱交換器２
を通して外気へ放出することができる。

【０００５】室外熱交換器２に対し、室外空気供給用の
室外側送風機１１が設けられる。室内熱交換器５に対
し、室内空気供給用の室内側送風機１２が設けられる。
室内側送風機１２は、送風量制御装置（図示しない）か
ら供給される電力により風量可変動作する。

【０００６】この室内側送風機１２の風量を変化させる
ことにより、室内熱交換器５における冷媒と室内空気と
の間の熱伝達率を調節することができ、ひいては室内へ
の吹出空気温度を制御することができる。

【０００７】また、蒸発器５の出口側にはガス冷媒の温
度Ｔ１を検出するためのガス冷媒温度センサ１３が設け
られている。さらに、蒸発器５の途中には冷媒の蒸発圧
力Ｐ１を検出するための冷媒蒸発圧力センサ１４が設け
られている。

【０００８】そして、上記ガス冷媒温度センサ１３で検
出されたガスの冷媒温度Ｔ１及び冷媒蒸発圧力センサ１
４で検出された冷媒の蒸発圧力Ｐ１は制御装置２０に入
力される。

【０００９】また、制御装置２０はマイクロコンピュ−
タ及びその周辺回路により構成されている。この制御装
置２０から制御信号ａが出力され、電子膨脹弁４の開度
が制御される。

【００１０】ところで、電子膨脹弁４は、凝縮器２から
送られる冷媒を低温・低圧状態まで絞って膨脹させ、同
時に蒸発器の負荷に応じた適正な冷媒の供給量を維持す
るために制御されている。具体的には、蒸発器５の出口
側のガス冷媒の温度Ｔ１を冷媒蒸発圧力センサ１３で検
出し、蒸発器５の途中の冷媒の蒸発圧力Ｐ１を冷媒蒸発
圧力センサ１４で検出し、それらガス冷媒の温度Ｔ１及
び蒸発圧力Ｐ１を制御装置２０に入力して、過熱度を演
算し、この過熱度を一定となるように電子膨脹弁４の開
度を制御するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方式で
は、外乱や負荷の急変等による運転状態の変化に対し
て、蒸発器５の出口部における過熱度が設定値以上に大
きくなり、圧縮機１における過熱圧縮を招き、能力が低
下するだけではなく圧縮機１の劣化、潤滑油の劣化を引
き起こす問題がある。

【００１２】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、外乱や負荷の急変等による運転状態の
変化に対して、圧縮機の過熱圧縮を防止することができ
る空気調和機及びその制御方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる空気調
和機は、圧縮機、室外熱交換器、膨脹弁、室内熱交換器
を配管で接続した冷凍サイクルと、上記冷凍サイクル中
の物理量を監視して、監視物理量を所定時間毎に蓄積
し、所定時間後の物理量を予測する予測手段とを具備し
たことを特徴とする。

【００１４】請求項２に係わる空気調和機は、圧縮機、
室外熱交換器、膨脹弁、室内熱交換器を配管で接続した
冷凍サイクルと、上記冷凍サイクル中の物理量を監視し
て、監視物理量を所定時間毎に蓄積し、所定時間後の物
理量を予測する予測手段と、この予測手段で予測された
所定時間後の物理量をこの物理量の限界値と比較する比
較手段と、この比較手段により上記予測手段で予測した
所定時間後の物理量が限界値を逸脱する場合には、監視
物理量に関する圧縮機停止を回避する保護制御を行う手
段を具備したことを特徴とする。

【００１５】請求項３に係わる空気調和機は、圧縮機、
室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を配管で接続した
冷凍サイクルと、上記圧縮機の吐出温度を検出する吐出
温度検出手段と、上記吐出温度検出手段により検出され
た圧縮機の吐出温度を所定時間毎に蓄積し、所定時間後
の上記圧縮機の吐出温度を予測する予測手段とを具備し
たことを特徴とする。

【００１６】請求項４に係わる空気調和機は、圧縮機、
室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を配管で接続した
冷凍サイクルと、上記圧縮機の吐出温度を検出する吐出
温度検出手段と、上記吐出温度検出手段により検出され
た圧縮機の吐出温度を所定時間毎に蓄積し、所定時間後
の上記圧縮機の吐出温度を予測する予測手段と、この予
測手段で予測された所定時間後の上記圧縮機の吐出温度
が吐出管温度の上限値とを比較する比較手段と、この比
較手段により上記予測手段で予測された所定時間後の上
記圧縮機の吐出温度が吐出管温度の上限値を上回った場
合には、上記膨脹弁を開く方向の操作量を増大する手段
とを具備したことを特徴とする。

【００１７】請求項５に係わる制御方法は、圧縮機、室
外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を配管で接続した冷
凍サイクルを備えた空気調和機において、上記圧縮機の
吐出温度を検出する吐出温度検出工程と、上記吐出温度
検出手段により検出された圧縮機の吐出温度を所定時間
毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐出温度を予測
する予測工程とを具備したことを特徴とする。

【００１８】請求項６に係わる制御方法は、圧縮機、室
外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を配管で接続した冷
凍サイクルを備えた空気調和機において、上記圧縮機の
吐出温度を検出する吐出温度検出工程と、上記吐出温度
検出手段により検出された圧縮機の吐出温度を所定時間
毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐出温度を予測
する予測工程と、この予測手段で予測された所定時間後
の上記圧縮機の吐出温度が吐出管温度の上限値とを比較
する比較工程と、この比較手段により上記予測手段で予
測された所定時間後の上記圧縮機の吐出温度が吐出管温
度の上限値を上回った場合には、上記膨脹弁を開く方向
の操作量を増大する工程とを具備したことを特徴とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施の形態について図１乃至図３を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係わる空気調和機の構成
を示す図である。図１において、圧縮機１、室外熱交換
器２、受液器３、電子膨張弁４、室内熱交換器５、アキ
ュームレータ６が配管により接続され、冷凍サイクルが
構成される。

【００２０】圧縮機１は、圧縮機容量制御装置（図示し
ない）から供給される電力により容量可変動作し、高温
高圧のガス冷媒を吐出する。このガス冷媒は室外熱交換
器（凝縮器）２に導かれ、外気と熱交換して凝縮し、高
圧の液冷媒となる。

【００２１】液冷媒は液側配管７を通って電子膨張弁４
に導かれ、そこで減圧され、低圧の液ガス混合冷媒とな
る。さらに、この液ガス混合冷媒が室内熱交換器（蒸発
器）５に導かれ、室内空気と熱交換することで蒸発し、
低圧ガスとなってガス側配管８を通り、再び圧縮機１に
吸入される。以下、同様のサイクルを繰り返すことによ
り、室内を冷房し、室内から奪った熱を室外熱交換器２
を通して外気へ放出することができる。

【００２２】室外熱交換器２に対し、室外空気供給用の
室外側送風機１１が設けられる。室内熱交換器５に対
し、室内空気供給用の室内側送風機１２が設けられる。
室内側送風機１２は、送風量制御装置（図示しない）か
ら供給される電力により風量可変動作する。

【００２３】この室内側送風機１２の風量を変化させる
ことにより、室内熱交換器５における冷媒と室内空気と
の間の熱伝達率を調節することができ、ひいては室内へ
の吹出空気温度を制御することができる。

【００２４】また、蒸発器５の出口側にはガス冷媒の温
度Ｔ１を検出するためのガス冷媒温度センサ１３が設け
られている。さらに、蒸発器５の途中には冷媒の蒸発圧
力Ｐ１を検出するための冷媒蒸発圧力センサ１４が設け
られている。

【００２５】さらに、圧縮機１の吐出側には圧縮機１の
吐出管の温度Ｔ３を検出する吐出管温度センサ１５が設
けられている。この温度Ｔ３が監視物理量に相当する。
そして、上記ガス冷媒温度センサ１３で検出されたガス
の冷媒温度Ｔ１及び冷媒蒸発圧力センサ１４で検出され
た冷媒の蒸発圧力Ｐ１は制御装置２０に入力される。

【００２６】また、制御装置２０はマイクロコンピュ−
タ及びその周辺回路により構成されている。この制御装
置２０から制御信号ａが出力され、電子膨脹弁４の開度
が制御される。

【００２７】ところで、電子膨脹弁４は、凝縮器２から
送られる冷媒を低温・低圧状態まで絞って膨脹させ、同
時に蒸発器の負荷に応じた適正な冷媒の供給量を維持す
るために制御されている。具体的には、蒸発器５の出口
側のガス冷媒の温度Ｔ１を冷媒蒸発圧力センサ１３で検
出し、蒸発器５の途中の冷媒の蒸発圧力Ｐ１を冷媒蒸発
圧力センサ１４で検出し、それらガス冷媒の温度Ｔ１及
び蒸発圧力Ｐ１を制御装置２０に入力して、過熱度を演
算し、この過熱度を一定となるように電子膨脹弁４の開
度を制御するようにしている。

【００２８】次に、上記のように構成された本発明の一
実施例の動作について説明する。圧縮機１、室外熱交換
器２、受液器３、電気式膨張弁４、室内熱交換器５、ア
キュームレータ６が液側配管７及びガス側配管８により
結ばれることにより、凝縮器２で凝縮した高温高圧液冷
媒は液側配管７を通って、電子膨脹弁４で減圧され、低
温低圧状態となって蒸発器５に導かれ、蒸発器５内で室
温空気と熱交換してガス化される。このガス冷媒はガス
側配管８を圧縮機１に導かれる。この圧縮機１におい
て、高温高圧まで圧縮された冷媒ガスは凝縮器２に再び
導かれて、凝縮する。このようなサイクルを繰り返すこ
とで、室内の空気を冷却している。

【００２９】このようなサイクルが行われている最中に
おいて、制御装置２０は図３のフロ−チャ−トに示す処
理により電子膨脹弁４の開度を制御している。まず、ガ
ス冷媒温度センサ１３で検出されたガス冷媒の温度Ｔ１
及び冷媒蒸発圧センサ１４で検出された冷媒の蒸発圧力
Ｐ１はそれぞれ所定時間（例えば、２０秒）毎に演算装
置２０に取り込まれる。ここで、蒸発圧力Ｐ１は演算装
置２０内でガス冷媒の温度Ｔ２に変換される。

【００３０】そして、過熱度ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２が演算さ
れる（ステップＳ１）。そして、電子膨脹弁４に印加す
る電圧ΔＶ１＝ｆ（ΔＴ）が演算される（ステップＳ
２）。

【００３１】具体的には過熱度が５℃となるように、電
子膨脹弁４の開度が制御される。また、吐出管温度セン
サ１５で検出された圧縮機１の吐出管の冷媒温度Ｔ３は
演算装置２０に出力される。この演算装置２０は、圧縮
機１の吐出管の冷媒温度Ｔ３を２０秒毎に読み込んで、
図示しないメモリに記憶させるている。

【００３２】つまり、図２において、Ｔ０は現在の吐出
管の冷媒温度を示し、Ｔ−１０は１０秒前の吐出管の冷
媒温度を示し、Ｔ−２０は２０秒前の吐出管の冷媒温度
を示している。また、Ｔ２０は現在から２０秒後の圧縮
機１の吐出管の冷媒温度Ｔｊを示している。現在から２
０秒後の圧縮機１の吐出管の冷媒温度Ｔｊは図２に示す
ようになる。この冷媒温度Ｔｊは２０秒毎の冷媒吐出温
度計測値デ−タをもとに、回帰式により２０秒先の冷媒
温度Ｔｊが予測される（ステップＳ３）。

【００３３】次に、冷媒温度Ｔｊと閾値Ｔmax とが比較
される（ステップＳ４）。このステップＳの判定で「Ｎ
Ｏ」と判定、つまり「Ｔｊ＜Ｔmax 」と判定された場合
には、Ｖ＝ΔＶ１とされる。最終膨脹弁操作量Ｖとして
ΔＶ１が設定される（ステップＳ５５）。

【００３４】その後、ステップＳ５で設定された操作量
Ｖにより電子膨脹弁４の開度を制御するようにしている
（ステップＳ８）。このステップＳ８の処理が圧縮機１
の停止を回避する保護制御を行う手段に相当する。

【００３５】このように、「Ｔｊ＜Ｔmax 」である間に
は、過熱度ΔＴから求めた最終膨脹弁操作量Ｖにより電
子膨脹弁４の開度が制御される。一方、ステップＳ４の
判定で「ＹＥＳ」と判定、つまり「Ｔｊ≧Ｔmax 」と判
定された場合には、膨脹弁の操作量ΔＶ２＝ｇ（Ｔｊ）
とされる。つまり、「Ｔｊ≧Ｔmax 」の場合には、現在
より２０秒先の冷媒温度の予測値Ｔｊに基づいて膨脹弁
の操作量ΔＶ２が算出される（ステップＳ６）。

【００３６】そして、最終膨脹弁操作量Ｖが、『αΔＶ
１＋βΔＶ２』として算出される（ステップＳ７）。つ
まり、電子膨脹弁４の最終膨脹弁操作量Ｖを決定する要
因として、過熱度ΔＴのみならず、現在より２０秒先の
冷媒温度の予測値Ｔｊに基づいて決定している。

【００３７】そして、その操作量Ｖにより電子膨脹弁４
の開度を制御するようにしている（ステップＳ８）。つ
まり、圧縮機１の吐出管の冷媒温度Ｔ３より２０秒先の
冷媒温度Ｔｊを予測し、「Ｔｊ≧Ｔmax 」である場合に
は膨脹弁操作量ΔＶ２をＴｊに基づいて算出するように
している。つまり、ΔＶ２＝ｇ（Ｔｊ）として算出され
ている。

【００３８】従って、「Ｔｊ≧Ｔmax 」である場合に
は、圧縮機１の吐出管の冷媒温度Ｔ３を電子膨脹弁４の
操作量にフィ−ドバックするようにしている。具体的に
は、圧縮機１の吐出管の冷媒温度Ｔ３が上昇した場合に
は、電子膨脹弁４の開度を大きくすることにより、低温
の冷媒が蒸発器５に多く流れ込むため、圧縮機１の吐出
側の冷媒温度Ｔ３を低下させることができる。このこと
により、外乱や空調負荷の急変による運転状態の変化に
よって、圧縮機１の吐出側の冷媒温度Ｔ３が上昇傾向に
あると予測された場合には、電子膨脹弁４の開度を大き
くすることにより、低温の冷媒の流量を増加するように
したので、圧縮機１の過熱運転を防止することができ
る。

【００３９】なお、上記実施の形態において、監視物理
量は圧縮機１の吐出管の温度Ｔ３であったが、これに限
らず圧縮機１の低圧側圧力、圧縮機１のインバ−タフィ
ン温度、室内ファン用インバ−タフィン温度であっても
良い。さらに、保護制御手段として電子膨脹弁４を操作
する他に、圧縮機周波数を操作あるいは室内ファン風量
を操作するようにしても良い。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、冷凍サイクル
中の物理量を監視して、監視物理量を所定時間毎に蓄積
し、所定時間後の物理量を予測することができる。請求
項２の発明によれば、冷凍サイクル中の物理量（例え
ば、吐出ガス温度の他に高圧側圧力、低圧側圧力、圧縮
機インバ−タフィン温度）を監視して、監視物理量を所
定時間毎に蓄積し、所定時間後の物理量を予測し、その
予測された所定時間後の物理量が限界値を逸脱した場合
に圧縮機停止を回避するようにしたので、外乱や負荷の
急変等による運転状態の変化に対して、圧縮機の過熱圧
縮を防止することができる。

【００４１】請求項３及び請求項５の発明によれば、圧
縮機の吐出温度を検出して、所定時間後の吐出温度を予
測することができる。請求項４及び請求項６の発明によ
れば、圧縮機の吐出温度を検出して、所定時間後の吐出
温度を予測し、その予測された結果を基に電子膨脹弁の
開度を制御するようにしたので、外乱や負荷の急変等に
よる運転状態の変化に対して、圧縮機の過熱圧縮を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わる空気調和機のシ
ステム構成を示す図。

【図２】圧縮機の冷媒の吐出温度の予測値を示す図。

【図３】電子膨脹弁の開度を制御するフロ−チャ−ト。

【図４】従来の空気調和機のシステム構成を示す図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…凝縮器、４…電子膨脹弁、５…蒸発
器、６…アキュ−ムレ−タ、７…駅側配管、８…ガス側
配管、１３…ガス冷媒温度センサ、１４…冷媒蒸発圧力
センサ、１５…吐出管温度センサ、２０…演算装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藁谷 至誠 東京都港区六本木一丁目４番33号 株式会 社エヌ・ティ・ティファシリティーズ内 (72)発明者 植草 常雄 東京都港区六本木一丁目４番33号 株式会 社エヌ・ティ・ティファシリティーズ内 (72)発明者 千葉 和夫 東京都港区六本木一丁目４番33号 株式会 社エヌ・ティ・ティファシリティーズ内 (72)発明者 植野 武夫 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 竹上 雅章 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 三宅 大輔 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 新井 健史 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器、膨脹弁、室内熱
   交換器を配管で接続した冷凍サイクルと、 上記冷凍サイクル中の物理量を監視して、監視物理量を
   所定時間毎に蓄積し、所定時間後の物理量を予測する予
   測手段とを具備したことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、室外熱交換器、膨脹弁、室内熱
   交換器を配管で接続した冷凍サイクルと、 上記冷凍サイクル中の物理量を監視して、監視物理量を
   所定時間毎に蓄積し、所定時間後の物理量を予測する予
   測手段と、 この予測手段で予測された所定時間後の物理量をこの物
   理量の限界値と比較する比較手段と、 この比較手段により上記予測手段で予測した所定時間後
   の物理量が限界値を逸脱する場合には、監視物理量に関
   する圧縮機停止を回避する保護制御を行う手段を具備し
   たことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱
   交換器を配管で接続した冷凍サイクルと、 上記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、 上記吐出温度検出手段により検出された圧縮機の吐出温
   度を所定時間毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐
   出温度を予測する予測手段とを具備したことを特徴とす
   る空気調和機。
4. 【請求項４】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱
   交換器を配管で接続した冷凍サイクルと、 上記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、 上記吐出温度検出手段により検出された圧縮機の吐出温
   度を所定時間毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐
   出温度を予測する予測手段と、 この予測手段で予測された所定時間後の上記圧縮機の吐
   出温度が吐出管温度の上限値とを比較する比較手段と、 この比較手段により上記予測手段で予測された所定時間
   後の上記圧縮機の吐出温度が吐出管温度の上限値を上回
   った場合には、上記膨脹弁を開く方向の操作量を増大す
   る手段とを具備したことを特徴とする空気調和機。
5. 【請求項５】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱
   交換器を配管で接続した冷凍サイクルを備えた空気調和
   機において、 上記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出工程と、 上記吐出温度検出手段により検出された圧縮機の吐出温
   度を所定時間毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐
   出温度を予測する予測工程とを具備したことを特徴とす
   る空気調和機の制御方法。
6. 【請求項６】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱
   交換器を配管で接続した冷凍サイクルを備えた空気調和
   機において、 上記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出工程と、 上記吐出温度検出手段により検出された圧縮機の吐出温
   度を所定時間毎に蓄積し、所定時間後の上記圧縮機の吐
   出温度を予測する予測工程と、 この予測手段で予測された所定時間後の上記圧縮機の吐
   出温度が吐出管温度の上限値とを比較する比較工程と、 この比較手段により上記予測手段で予測された所定時間
   後の上記圧縮機の吐出温度が吐出管温度の上限値を上回
   った場合には、上記膨脹弁を開く方向の操作量を増大す
   る工程とを具備したことを特徴とする空気調和機の制御
   方法。