JPS611963A - ヒ−トポンプ式空気調和機の冷媒制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多室外離形空気調和機の冷媒制御に関するもの
である。

従来例の構成とその問題点 従来、ヒートポンプ式の空気調和機は、圧縮機、四方弁
、室内熱交換器（非利用ｌ１１１１　）、膨張機構、即
ち、キャピラリチューブ、或いは、温度式自動膨張弁、
室内熱交換器（利用側）、四方弁、アキュウムレーター
と順設し、ヒートボング冷凍ザイクルを構成している。

近年、前記圧縮機の回転数を可変速に制御し、冷暖房能
力、入力等を室内外の温度条件により回転数を可変出来
る。いわゆる周波数変換圧縮機が開発されて米だ。

そして、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルに、周波数変
換圧縮機を搭載し、前記キャピラリチューブ、又は、温
度式自動膨張弁による冷媒回路の制御を行なう。

ところが、前者のキャピラリチューブ方式による制御は
、周波数変換による圧縮機回転数の変化を行なうと、当
然、冷媒循環量が変化し、例えば回転数が高くなった時
、冷媒循環量が増大し、キャピラリチューブでの減圧範
囲は一定であるから、圧縮比が大きくなり、過熱運転（
吐出温度の過熱）となり、回転数が低くなった時、冷媒
循環量が減少し、圧縮比が小さくなり液戻り運転になる
。

また上記後者の温度式自動膨張弁方式は、吸入管側の圧
力と、温度とによって、冷媒流量を調節しながら制御し
、蒸発器として作用する熱交換器側へ冷媒流量を調節し
、圧縮機へ戻すものであるが、この温度式自動膨張弁に
しても、冷媒制御範囲は狭く、これを広範囲にしたとし
ても、ノ・ンチング現象が発生する。即ち、この・・ン
チング現象は、第１図に示すように、吸入管内を流１１
る冷媒の実際の臨席Ａ（実線）に、自動膨張弁の感温筒
で検出する感知温度Ｂ（点線）が追随せず、感温筒を介
している為に感知が遅れてしまい、自動膨張弁内の弁の
開閉が頻繁に繰返される、いわゆる・・ンチング現象が
発生する欠点を有する。又、温“　　度式自動膨張弁を
広範囲に制御をする為に、弁の口径を大きくしてもよい
が、口径を大きくすると、流量の変化量が大きすぎて実
用的でない。

こうしたキャピラリチューブや自動温度膨張弁の欠点を
補うべく、最近、周波数変換圧縮機を搭載したヒートポ
ンプ式冷凍サイクルの冷媒制御用として、電動膨張弁が
開発されている。そして、この電動膨張弁を制御するに
は膨張弁出口温度及び、吸入管温度を入力として開度を
変化させる方法が実施されているが、サーミスタの温度
特性による温度だけの制御では、急激な温度変化の場合
、このハンチング現象が十分に解決されているとは云え
ず、緻密な冷媒制御は行なえず、特に、多室形ヒートポ
ンプ式空気調和機では各々の温度変化に対し、この冷媒
制御は不十分である。

前記電動膨張弁と、その制御を示す技術として例えば、
米国特許第４３６２０２７号に示されるものがあるが、
この電動膨張弁と、その制御は概論に述べているように
、状態に応答するセンサーは、温度センサーであって、
最初のセンサーは、吸込圧力（低圧）に拡散する液冷媒
の温度に応答出来る所に設け、２番目のセンサーは、吸
込側で感じる温度に応答出来る所に設け、前記２つのセ
ンサーによって感知された温度の差に応じて過熱度を制
御するよう電動膨張弁が調節されると述べているように
、あくまでも温度センサーによる制御であり、急激な温
度変化の場合、実際の温度と、感知する温度とは、伝熱
面における差が生じ、ノ・ンテング現象が十分に解決さ
れない欠点を有す本発明の目的 本発明は上記従来の欠点を解消するもので、冷媒制御を
効率よく、且つ、多室形ヒートポンプ式式の冷凍サイク
ルを得ることを目的とする。

発明の構成 本発明は周波数変換式の圧縮機と、四方弁と、室外熱交
換器と、電動膨張弁と、複数の室内熱交換器と、アキュ
ウムレーター等とを順設したヒートポンプ式冷凍サイク
ルであって、前記圧縮機の吐出管に高圧圧力センサーと
、吸入管側に低圧圧力センサーと、同じく吸入管側に、
吸入管の冷媒温度を感知する温度センサ〜とを備え、圧
縮機の周波数制御を、暖房時は前記高圧圧力センサーに
より周波数を段階的に変化せしめ、冷房時は前記低圧圧
力センサーにより周波数を段階的に変化せしめ、前記電
動膨張弁は、前記低圧圧力センサーと、前記吸入管に設
けた温度センサーによって、過熱度の制御ゾーンを段階
的に制御し、前記暖房時、及び冷房時の周波数段階変化
と、前記過熱度段階制御とをマイクロコンピュータ−等
の制御部にプログラムし、多室の室内機の負荷に対し、
総合的に対応したヒートポンプ式冷凍サイクルの制御を
行なうようにしたものである。

実施例の説明 本発明による一実施例を第２〜６図にもとづいて説明す
る。１は室外機、２，３は複数機に接続された室内機、
４は周波数変換式で低周波数より高周波数、例えば３０
１ト〜１２０１４ｚに制御される圧縮機で制御部８に接
続される。６は四方弁、６は非利用側となる室外熱交換
器、７は電動膨張弁で、冷房時、及び暖房時の冷媒流量
を制御し、制御部８からのパルス信号により流量制御を
行なう。

９はアキュウムレータ−１１０は吐出管１１の高圧圧力
を検出する高圧圧力センサーで、同圧力センサーよりの
入力は制御部８に接続される。１２は吸入管１３の低圧
圧力を検出する低圧圧力センサーで、同圧力よりの入力
は制御部８に接続される。１４は吸入管１３に取着され
た温度センサーで、同じく制御部８に接続される。

このように、多室形ヒートポンプ式冷凍サイクル中に、
制御部８に接続した周波数変換式の圧縮機４．電動膨張
弁子、高圧圧力センサー１０．低圧圧力センサー１２、
温度センサー１４が、各に制御部８に接続する。この制
御部８よす出力される制御をどのように制御するかを以
下に述べる。

暖房運転動作の圧縮機周波数制御は、高圧圧力センサー
１ｏにより、吐出管１１の圧力を検出して、第３図に示
すように段階的に制御する。

即ち、吐出圧力の圧力値の低い時は（例えば１６”ｐ　
／　ｃｄ　Ｇ以下）、上昇ゾーンにあって周波数を上げ
る必要があるから、例えば、時間帯の組合わせを行なう
べく周波数を１ｏ秒間に１５ｔｅｐの変化速度で周波数
を上げる。ここで１５ｔｏｐとは、圧縮機周波数は任意
にとることが可能として、０．２１Ｌ〜２田程度とする
（以後も同じ）。そして高圧側の圧力が上り監視ゾーン
に入ると圧力を上げるが、制御したい圧力に対し、近づ
いて来た為、上昇ゾーンにある場合より遅いスピード、
例えば３０秒間に１５ｔｏｐの変化速度で、周波敷金上
げる。そして、制御ゾーンに上ると、そのま１周波数を
維持しながら、この制御ゾーン内で暖房運転梳ける。

次に、室内温度が上昇し、或いは外気温度が上昇するな
どして、負荷が小さくなると、圧力が高くなるから、下
降ゾーンに入る。下降ゾーンに入ると、圧力をすみやか
に下げるよう、例えば、１５ｔｅｐ／２ＳｅＣの早い変
化速度で、周波数を下げて再び、制御ゾーンに入れ、あ
く丑でも制御ゾーン内で１周波数を維持するようにして
吐出圧力を適正に保つのである。

次に、冷房運転動作の圧縮機周波数制御は、低圧圧力セ
ンサー１２により、吸入管１３の圧力を検出して、第４
図に示すように段階的に制御するもので、前述した暖房
時と同じ制御ゾーンで維持されるのである。

即ち、吸入管圧力が晶＜（蒸発温度が高い場合）、上昇
ゾーン、例えば、５．６＃／ｃｒｔｌ　Ｇ　　以上の場
合、周波数を上げて、回転を増し、冷媒循環量を増大し
、例えば、時間帯を組合わせて１０秒で１ｓｔｏｐの割
合早い変化速度で周波数を上げる。

そして監視ゾーンに入れば、制御する圧力に近づく為、
変化スピードを遅くするよう史に、１ｓｔｏｐがら、こ
の制御ゾーン内で冷房運転を続ける。

次に室内温度が下降し、負荷が小さくなると、圧力が低
くなるから、下降ゾーンに入る。下降ゾーンに入ると、
例えば、１　ｓ’ｔ　ｅｐ／　２ｓｅｃの変化速度で、
周波数を下けて、再び、制御ゾーンに入れ、制御ゾーン
内で、周波数を維持するようにして、吸入管圧力を適正
に保つ、暖房時同様の制御を行なうのである。

次に、冷暖房時の電動膨張弁７の制御は、元来、冷凍サ
イクルでの冷媒制御で、低圧側は適正な過熱状態にする
ことが最も望ましいとされており、通常のキャピラリチ
ューブ制御、膨張弁による制御でも、冷凍能力が最大で
発揮出来るには、必ず適正な過熱がとられている。しか
し従来の制御方法では、広範囲な空気条件や、使用榮件
ではカバーしきれない面があり、本発明はこれらをすべ
て満足出来るようにしたものである。

−即ち、吸入管１３に設けられた低圧圧力センサー１２
と、温度センサー１４との出力により、制御するもので
第５図にもとづいて説明する。

冷媒の飽和蒸気線を過ぎた蒸気線側の一定の過熱度帯を
、電動膨張弁７を閉の方向とする閉ゾーン（第５図の２
９．２１．２２．２５．２６．２７．２８）と、電動膨
張弁７を開とし、蒸発器として作用する熱交換器（暖房
時は室外慈父換器６、冷房時は室内機２．３への冷媒循
環量を増大するようにした開ゾーン（第５図の０１２１
．２２．２３．２４．２７．２８）と、この開ゾーンと
、閉ゾーンとの間に、監視ゾーン（第５図の２３．２４
．２７．２６）及び、制御ゾーン（第５図の２２．２３
．２６．２７）を設ける。

そして、Ｐｌは蒸発圧力が旨くなりすぎることを防止す
る圧力値で、膨張弁を制御するものであり、Ｐ２は蒸発
圧力が低くなりすぎないことを防止する圧力値で、膨張
弁を制御するものである。

そして、仮に吸入管温度と、圧力からの信号が開ゾーン
、ＪＱｆＪち、蒸発器として作用する熱交換器出口が制
御する過熱状態より離れていれば、電動開けて監視ゾー
ンに入ると、ｆｉＵ御する過熱度に近ずくため、遅いス
ピード（例えは、１２０秒に１回全開度１／２４０程度
）開けて制＠ｊゾーンに入れるようにする。この制御ゾ
ーンにおいて、適正な冷媒流量制御を行なうのである。

この時、圧力値は常に素早く対応するが、幅度感知が遅
れる為、ゾーンを設けてそれぞれの時間で対応するよう
にする。

又、仮に吸入管温度と、圧力が閉ゾーン、即ち非過熱度
状態にあれば、電動膨張弁７を、例えばすばやいスピー
ドで５ｓｅｃに１回１／２４０程度閉じて、制御ゾーン
に入れ、適正な冷媒流量制御を行なうのである。これら
は、冷暖房時における電動膨張弁制御であるが、以上述
べた制御をマイクロコンピュータ−等のプログラムによ
り、自由に前述した制御数字を制御部８に組合わせ組込
み、種々の冷凍回路に応用するのである。又、冷媒状態
が過渡現象を起す起動後や、デフロスト時も、前述の時
間帯の組会わせにより、圧力と温度を適正に保つプログ
ラム化は容易である。

１３　、 発明の効果 このように本発明は、周波数変換の圧縮機制御を、暖房
時は吐出管に設けた高圧圧力センサーにより８波数を所
定の段階に変化せしめ、冷房時は吸入管に設けられた低
圧圧力センサーにより周波数を所定の段階に変化せしめ
、室外交叉換器と、室内熱又換器との間に設けられた電
動膨張弁を、前記低圧圧力センサーと、吸入管に取着さ
れた高度センサーとによって、過熱度の制御ゾーンを段
階的に制御し、前記暖房時、及び冷房時の同波数段階変
化と、前記過熱度段階制御とを、制御部でプログラム化
し、ヒートポンプ式冷凍サイクルを制御するようにした
ものであるから、通常のエアコンの春ならず、複数の室
内機の負荷変動を持つマルチタイプのエアコンに対して
も、緻密、且２滑らかに対応出来、且つ、効率よく制御
され、特に多室形ヒートポンプ式空気調和機のように、
室内負荷の変動のある時、負荷に追随した経済的運転が
行なわれ、圧縮機制御、電動膨張弁制御方式を含めた理
想的なヒートポンプ式冷凍サイクルと１４　、 なるなどの効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の説明に付する温度式自動膨張弁の実質
温度と、感知温度との差を示す温度一時間のグラフ図、
第２図は本発明の一実施例によるヒートポンプ式冷凍サ
イクル図、第３図は同暖房時における圧縮機周波数制御
ゾーン段階を示す図、第４図は同冷房時における圧縮機
川波数制御ゾーン段階を示す図、第６図は同電動膨張弁
の過熱度制御ゾーン段階を示す図である。 ４・・・・・・圧縮機、７・・・・・・電動膨張弁、１
０・・・・・・高圧圧力センサー、１２・・・・・・低
圧圧力センサー、１４・・・・・・温度センサー。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名智 ＝　専！’”！Ｒ−９Ｋ’ｈ！　Ｌ！：！ｑ−ζ味　　
　　　　　　　　　　昧 膿　　　　　　郵Ｖを田９− 味

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）可変速圧縮機の制御を、暖房時、高圧圧力センサ
   ーにより段階制御し、冷房時は低圧圧力センサーにより
   段階制御すると共に、電動膨張弁を低圧圧力センサー及
   び、温度センサーにより、過熱度を一定にするようプロ
   グラムされた制御により段階的に制御するようにしたヒ
   ートポンプ式空気調和機の冷媒制御方法。
2. （２）可変速圧縮機の制御に関し、圧力センサーより読
   み取る圧力圧縮機可変速スピードを時間帯の組合わせに
   より、制御領域に近づくにつれて遅くなるようにし、一
   方、制御範囲を越える場合には、すみやかに制御範囲に
   戻るようにした特許請求の範囲第１項記載のヒートポン
   プ式空気調和機の冷媒制御方法。
3. （３）膨張弁の制御に関し、圧縮機に戻る冷媒の圧力温
   度を入力とし、この入力を演算して膨張弁の開閉を行な
   わしめ、且、開閉スピードを制御領域に近づくにつれ、
   遅くなるように時間帯を組み合わせ、制御領域を越える
   場合には、すみやかに制御範囲に戻るようにした特許請
   求の範囲第１項記載のヒートポンプ式空気調和機の冷媒
   制御方法。