JPS611971A - ヒ−トポンプ式ル−ムエアコン - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ヒートポンプ式ルームエアコンに係り、特に
暖房運転の冷起動時の立上がり時間の短縮を志向したヒ
ートポンプ式ルームエアコンニ関するものである。

〔発明の背量〕

マス、従来のヒートホンフ式ルームエアコン（特開昭５
８−２１４７５５号）を説明する。

第２図は、従来のヒートポンプ式ルームエアコンのサイ
クル構成図である。この第２図において、１は圧縮機、
２は、冷媒の流れ方向を制御する四方切換え弁、３は室
内側熱交換器、４は電動式膨脹弁（この電動式膨脹弁４
を制御するだめの構成については後述）、５は室外熱交
換器である。

このように構成したヒートポンプ式ルームエアコンにお
いて、暖房運転時には、圧縮機１で圧縮された高温高圧
冷媒は、四方切換え弁２により室内側熱交換器３へ送ら
れ、この室内側熱交換器３で放熱、凝縮し、高圧液冷媒
となる。次にこの液冷媒は、電動式膨脹弁４で減圧され
、低温低圧冷媒となったのち、室外側熱交換器５で吸熱
、蒸発し、四方切換え弁２から圧縮機１へ戻るサイクル
を繰り返す。

前記電動式膨脹弁４を制御するだめの構成と、その制御
方法を、次に説明する。

第２図において、６は、室外側熱交換器５の入口の冷媒
温度を検出する第１温度検出器、７は、圧縮機１の吸込
冷媒温度を検出する第２温度検出器である。８は、前記
第、第２温度検出器６゜７からの信号を比較し、その差
に応じて、電動式膨脹弁４を開閉するパルスモータ９を
駆動するモータ駆動器１０を制御するモータ制御器であ
る。

暖房定常運転時において、外気温度の低下等により室外
側熱交換器５の熱交換能力が低下すると、室外側熱交換
器５で蒸発し切れなかった液冷媒が圧縮機１へ戻り始め
る。冷媒は、２相状態では圧カ一定であれば温度も一定
となることから、このような状態では、室外側熱交換器
５０入口温度と圧縮機１の吸込温度は等しくなる。この
とき、第１、第２温度検出器６，７から温度が等しいと
いう情報を受は取っだモータ制御器８は、モータ駆動器
１０へ信号を送りパルスモータ９を駆動し、電動式膨脹
弁４を閉じる方向に制御する。電動式膨脹弁４が閉じて
行くと蒸発圧力が下がり、蒸発温度が低下するため、今
度は、室外側熱交換器５で蒸発が十分性がわれる様にり
抄、逆に圧縮機１に戻る冷媒がスーパーヒートしてくる
。このような状態では、室外側熱交換器５の入口温度よ
りも圧縮機１の吸込温度の方が高くなるため、第１゜第
２温度検出器６，７からの温度信号に差が生じる。この
差と、モータ制御器８に予め設定した設定値とを比較し
、差の方が大きいときにはモータ制御器８は、モータ駆
動器１０へ信号を送りパルスモータ９を前と逆方向へ駆
動し、電動式膨脹弁４を開く方向に制御する。このよう
にして、電動式膨脹弁４は、第、第２温度検出器６，７
の温度信号の差が設定値に等しくなる様に制御されるが
、比例制御だけでは室外側熱交換器５の応答に遅れがあ
るため発散し有効な制御ができないだめ、通常は積分制
御、微分制御を加えたＰＩＤ制御としている。

以上、従来技術による電動式膨脹弁４の制御について述
べだが、基本的には、圧縮機１の吸込冷媒の過熱度を検
出し、その値により電動式膨脹弁４を制御するフィード
バック制御であり、急速な変化には対応することが出来
ない。したがって、従来技術によるヒートポンプ式ルー
ムエアコンでは、暖房運転の暖房冷起動時（前回の運転
が終了したのち長時間経過し、冷凍サイクルが冷え切っ
た状態から運転を開始する時）に液圧縮が生じるととも
に、立上がり速度が遅く、室温を設定値（快適温度）に
至らしめるのに長時間掛かるという問題点があった。

以下、このような問題点が発生する理由を説明する。

通常、ヒートポンプ式ルームエアコンテハ、室内側熱交
換器３以外は室外側にある。運転停止時には、冷凍サイ
クルを構成する部品は、室内にあるものの室外にあるも
の全て同じ圧力となるが、冷媒は、温度が低ければ低い
ほど凝縮し易いことから、より温度の低い部分に集まる
ことになる。

暖房運転の行なわれる冬期には、室内温度よりも室外温
度の方が低く、マた暖房運転中は室内側熱交換器３より
も室外側熱交換器５の温度が低い。

このため、運転停止時に、冷凍サイクル内の圧力が内外
共同−となると、冷媒は飽和圧力の低い低温の室外側熱
交換器５に集まり、液冷媒として滞留する。このような
状態から暖房運転を開始すると、室外側熱交換器５にあ
った液冷媒は、はとんど蒸発することなく圧縮機１へ戻
って圧縮されるため、圧縮機１内にある吐出弁（図示せ
ず）の破損をもたらす恐れのある液圧縮を生ずる。これ
は、前記した従来の電動式膨脹弁の制御方法では応答が
遅く、急激な液戻りを防止できないために生ずるもので
ある。まだ、このような液戻りが生じると、未蒸発の液
冷媒は圧縮機１の吐出側に吐き出されるが、該圧縮機１
の吐出側は、圧縮機１の圧縮ポンプ部、モータ部（いず
れも図示せず）を収納する高圧容器（図示せず）になっ
ており、該高圧容器内に液冷媒が吐き出されることにな
る。このとき、圧縮機１も室外にあることから、運転開
始時には低温に々つており、前記高圧容器内の液冷媒は
圧縮機１の温度が上がるまで圧縮機１内に滞留するため
、冷凍サイクル全体としては冷媒不足の状態となる。こ
の状態では、室外側熱交換器５に十分冷媒が行き渡らな
いことから大幅にスーパーヒートシ、外気から有効に吸
熱できなくなるが、前記した従来の電動式膨脹弁の制御
方法では、室外側熱交換器５０入口冷媒温度と圧縮機１
の吸込冷媒温度との差を検出し、その変化から電動式膨
脹弁４を徐々に制御するものであるから、このスーパー
ヒート時間を短くできなかった。

このように、上述した電動式膨脹弁の制御手段を具備し
た、第２図に係る従来のヒートポンプ式ルームエアコン
は、暖房冷起動時に液圧縮を生じ、立上がりも遅く、暖
房運転が定常状態になって室温が設定値に至るまでに時
間が掛かるという改善すべき点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を除去して、暖房
冷起動時の立上がり速度を速くシ、短時間で室温を快適
温度にすることができるヒートポンプ式ルームエアコン
の提供を、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係るヒートポンプ式ルームエアコンの構成は、
少なくとも、圧縮機、室内側熱交換器。

電動式膨脹弁、室外側熱交換器を順次接続して設け、前
記電動式膨脹弁を開閉することができるモータ駆動器と
、このモータ駆動器を制御するモータ制御器とを具備し
たヒートポンプ式ルームエアコンにおいて、電動式膨脹
弁をシーケンシャル制御することができるシーケンシャ
ル制御器を、モータ駆動器に接続して設け、暖房冷起動
の状態を検出しこの状態に応じて前記シーケンシャル制
御器によるシーケンシャル制御時間を決定する暖房冷起
動検出器を、前記シーケンシャル制御器とモータ制御器
とに接続して設けるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

実施例の説明に入るまえに、本発明に係る基本的事項を
説明する。

本発明のヒートポンプ式ルームエアコンは、暖房冷起動
の状態を検出することができる暖房冷起動検出器と、電
動式膨脹弁をシーケンシャルに制御するシーケンシャル
制御器とを具備せしめ、前記暖房冷起動検出器に暖房冷
起動の状態を検出させ、その程度に合わせて、前記電動
式膨脹弁の制御を前記シーケンシャル制御器に行なわせ
るようにしたものである。しだがって、電動式膨脹弁の
制御は、起動時にはシーケンシャル制御であり、このシ
ーケンシャル制御を行なう時間は、起動時の冷起動の程
度により決まる。

電動式膨脹弁のシーケンシャル制御の内容は次の通りで
ある。

圧縮機起動前に電動式膨脹弁を全閉とする。これは、暖
房冷起動時の急激な液戻りを少なくするためで、液圧縮
による吐出弁の破損を防止できるとともに、室外側熱交
換器の吸熱量を増加することができる。次に、一定時間
経過後、前記電動式膨脹弁を全開とする。これは、暖房
冷起動時に生じる冷媒不足によるスーパーヒートを、で
きる限り短時間とするためである。この全開時間は、起
動前の暖房冷起動の状態により決定され、圧縮機が冷え
切っている時は長く設定される。

以上のシーケンシャル制御のあと、前記電動式膨脹弁の
制御は、第２図において説明した、モータ制御器による
通常の制御へ移行する。

以下、実施例によって説明する。

第１図は、本発明の硝−実施例に係るヒートポンプ式ル
ームエアコンのサイクル構成図、第３図は、第１図に係
るヒートポンプ式ルームエアコンの暖房冷起動用制御機
器の構成図、第４図は、第３図に係る暖房冷起動用制御
機器による、電動式膨脹弁のシーケンシャル制御の一例
を示すタイムチャート図である。

第１図において、第２図と同一番号を付したものは同一
部分である。

とのヒートポンプ式ルームエアコンは、圧縮機１、四方
切換え弁２．室内側熱交換器３．電動式膨脹弁４．室外
側熱交換器５を有するとともに、前記電動式膨脹弁４を
制御するだめの制御器類として、第１温度検出器６．第
２温度検出器７．これら第１温度検出器６および第２温
度検出器７からの信号により、電動式膨脹弁４を開閉す
るパルスモータ９を制御するモータ制御器８とモータ駆
動器１０．暖房冷起動の状態を検出し、起動時には、モ
ータ制御器８を経由しないで、後述するシ一ケンシャル
制御器１１を選択するタイマ式暖房冷起動検出器１２（
詳細後述）、このタイマ式暖房冷起動検出器１２で検出
した暖房冷起動の状態に応じたモータ制御信号を、前記
モータ駆動器１０へ送り、電動式膨脹弁４を制御するシ
ーケンシャル制御器１１を具備している。前記タイマ式
暖房冷起動検出器１２は、シーケンシャル制御器１１と
モータ制御器８とに接続して設けられており、前回の運
転終了時点からの経過時間を計時し、その経過時間が長
い場合には、シーケンシャル制御器１１による電動式膨
脹弁４のシーケンシャル制御時間を長くし、前記経過時
間が短い場合には、シーケンシャル制御時間を短くする
ことができるように構成したものである。

次に第３図を使用して、このヒートポンプ式ルームエア
コンの暖房冷起動用制御機器を説明する。

この第３図において、１３はマイクロコンピュータであ
り、１４は、このマイクロコンピュータ１３に暖房運転
開始の信号を送る暖房運転開始スイッチ、１５は、圧縮
機１を起動させるだめの圧縮機用リレー、６から１２ま
では、前述したように電動式膨脹弁４を制御するだめの
制御器類である。

このように構成したヒートポンプ式ルームエアコンの動
作を説明する。

暖房運転開始スイッチ１４をＯＮにすると、マイクロコ
ンピュータ１３からタイマ式暖房冷起動検出器１２およ
び圧縮機リレー１５へ、暖房起動信号が送られる。信号
を受けたタイマ式暖房冷起動検出器１２は、モータ制御
器８を経由しないで７−ケンシヤル制御器１１を選択し
、シーケンシャル制御器１１によって電動式膨脹弁４が
制御される。一方、圧縮機リレー１５によって圧縮機１
が駆動される。

タイマ式暖房冷起動検出器１２は、前回の暖房運転終了
時点からの経過時間に応じ、シーケンシャル制御器１１
で制御を行なう時間を調節する。

具体例を第４図を使用し説明する。図において、上の図
は、電動式膨脹弁の開度Ｐを示し、下の図は、前回の運
転終了時点からの経過時間Ｔを示す。

上、下の図とも、横軸は共通で圧縮機１の起動からの経
過時間である。電動式膨脹弁４のシーケンシャル制御は
、上の図に示すように全閉で始捷る。

この全閉状態を一定時間（通常０５〜１分程度）続けた
のち、−気に全開（Ｐｌ　）となる。前回の運転終了時
点からの経過時間をＴ１　とすると、シーケンシャル制
御器１１で制御する時間は、となり、電動式膨脹弁４の
開度ば、この間、全閉で始まり、全開（Ｐｌ　）からＰ
２．Ｐ３　と絞られＰ４の状態でシーケンシャル制御が
終了し、モータ制時間がどん々に短くても、電動式膨脹
弁４はシーケンシャルに制御され、全閉状態で運転が開
始される。これは、前述の様に、暖房運転終了とともに
冷凍サイクル内の冷媒が室外側熱交換器５に集まること
から、電動式膨脹弁４が開の状態では再起動時に大幅な
液戻りが生じるが、電動式膨脹弁４を全閉状態にしてお
けば、室内側熱交換器３からのガス冷媒で室外側熱交換
器５内に滞留しだ液冷／ＩＪ） 媒が急速に押し出され、圧縮機１へ戻ることがないだめ
液戻りを最少に押さえることができることによるもので
ある。この全閉状態に続いて全開状態となるが、これは
暖房冷起動時に生じる冷媒不足によるスーパーヒートを
、できる限り短時間とするためである。起動直後、冷凍
サイクルは多かれ少なかれ必ず冷媒不足となり、大幅な
スーパーヒート状態と々る。この時、圧縮機１の吸込圧
力は異常に低いため、圧縮機吸込冷媒の比体積が大きく
なり、冷凍サイクルの冷媒循環量が少なくなって立上が
りが遅くなっている。したがって、室外側熱交換器５内
の滞留冷媒がなくなった段階で電動式膨脹弁４を全開と
し、圧縮機１の吸込圧力を上げることにより、立上がり
時のスーパーヒート時間を短かくできる。なお、前回の
運転終了時点からの経過時間Ｔが短かい状態（圧縮機１
の温度が高い状態）で長時間全開状態を続けると、圧縮
機１の温度が高い分だけ圧縮機１蒔δ液冷媒の滞留が少
ないため冷媒不足の時間が短いことから液戻り運転を始
めるだめ、第４図に示すように、前回の運転終了時点か
らの経過時間Ｔに応じて全開時間が制御される。

この場合、全開（Ｐ＋　　）の１まで々く、順次開度を
Ｐ＋　、Ｐλ・・川・と絞った理由は、冷凍サイクルが
冷え切った状態の起動でも、電動式膨脹弁４を全開の状
態で運転を続けると、圧縮機１の吐出圧力の上列が遅く
、却って暖房の立上がりを遅くすることがあるためであ
る。

以上説明した実施例によれば、前回の運転終了時点から
の経過時間Ｔを計時し、その経過時間Ｔが長い場合には
、シーケンシャル制御器１１による電動式膨脹弁４のシ
ーケンシャル制御時間を長くし、短い場合にはシーケン
シャル制御時間を短くシ、コのシーケンシャル制御時間
が経過したのちは、従来と同様に、モータ制御器８によ
って制御するようにしたので、暖房冷起動時の液戻りを
防止し、スーパーヒートを短時間にし、立上がり速度を
速くシ、短時間で室温を快適温度にすることができると
いう効果がある。

第５図は、本発明の他の実施例に係るヒートポンプ式ル
ームエアコンのサイクル構成図である。

この第５図において、第１図と同一番号を付したものは
同一部分である。

このヒートポンプ式ルームエアコンは、第１図に係るヒ
ートポンプ式ルームエアコンにおけるタイマ式暖房冷起
動検出器１２の代りに、圧縮機１の温度を検出する圧縮
機温度検出器１６を具備した温度式暖房冷起動検出器１
７を設けたものであり、その検出温度が低い場合には、
電動式膨脹弁４のシーケンシャル制御器１１によるシー
ケンシャル制御時間を長くし、高い場合には、シーケン
シャル制御時間を短くするようにしたものである。

前述のように、圧縮機温度と圧縮機内へ滞留する冷媒量
とは密接な関係があ　リ、圧縮機温度が高いと冷媒不足
時間が短くなる。したがって、圧縮機温度を検出し、シ
ーケンシャル制御器１１に制御を移している時間を決定
する（本実施例）ことは、前回の運転終了時点からの経
過時間を計時し決める方法（前記第１図に係る実施例）
よりも直接的で、正確である。

以上説明した、第５図に係る実施例によれば、外気温度
の影響を受けず、より正確な制御が可能となり、冷起動
時の立上がり速度を、前記第１図に係る実施例よりもさ
らに速くすることができるという効果がある。

なお、前記各実施例においては、モータ制御器８、シー
ケンシャル制御器１１、これらの制御器８．１１を切り
換える暖房冷起動検出器１２もしくは１７を、マイクロ
コンピュータ１３と別部品り、また一体化することも可
能である。

さらに、前記各実施例においては、説明を容易にするた
めに、暖房起動時に限って説明しだが、冷房起動時にも
同様に適用できるものである。たことから、電動式膨脹
弁の起動時の全開制御だけ行ない、急激な液戻りを防止
すればよい。

〔発明の効果〕

Ｃ１８） 以上詳細に説明したように本発明によれば、暖房冷起動
時の立上がり速度を速クシ、短時間で室温を快適温度に
することができるヒートポンプ式ルームエアコンを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るヒートポンプ式ルー
ムエアコンのサイクル構成図、第２図は、従来のヒート
ポンプ式ルームエアコンのサイクル構成図、第３図は、
第１図に係るヒートポンプ式ルームエアコンの暖房冷起
動用制御機器の構成図、第４図は、第３図に係る暖房冷
起動用制御機器による、電動式膨脹弁のシーケンシャル
制御の一例を示すタイムチャート図、第５図は、本発明
の他の実施例に係るヒートポンプ式ルームエアコンのサ
イクル構成図である。 １・・・圧縮機、３・・・室内側熱交換器、４・・・電
動式膨脹弁、５・・・室外側熱交換器、８・・・モータ
制御器、１０・・・モータ駆動器、１１・・・シーケン
シャルＩＩＪ　御器、１２・・・タイマ式暖房冷起動検
出器、１６・・・圧縮機温度検出器、１７・・・温度式
暖房冷起動検出器、牛　３　図 ｖＩ　５　図 ｔ、　　−）４−−−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも、圧縮機、室内側熱交換器、電動式膨脹
   弁、室外側熱交換器を順次接続して設け、前記電動式膨
   脹弁を開閉することができるモータ駆動器と、このモー
   タ駆動器を制御するモータ制御器とを具備したヒートポ
   ンプ式ルームエアコンにおいて、電動式膨脹弁をシーケ
   ンシヤル制御することができるシーケンシヤル制御器を
   、モータ駆動器に接続して設け、暖房冷起動の状態を検
   出しこの状態に応じて前記シーケンシヤル制御器による
   シーケンシヤル制御時間を決定する暖房冷起動検出器を
   、前記シーケンシヤル制御器とモータ制御器とに接続し
   て設けたことを特徴とするヒートポンプ式ルームエアコ
   ン。 ２、暖房冷起動検出器を、前回の運転終了時点からの経
   過時間を計時し、その経過時間が長い場合には、シーケ
   ンシヤル制御器による電動式膨脹弁のシーケンシヤル制
   御時間を長くし、前記経過時間が短い場合には、該シー
   ケンシヤル制御時間を短くするように構成したタイマ式
   暖房冷起動検出器にしたものである特許請求の範囲第１
   項記載のヒートポンプ式ルームエアコン。 ３、暖房冷起動検出器を、圧縮機の温度を検出する圧縮
   機温度検出器を具備し、その検出温度が低い場合には、
   シーケンシヤル制御器による電動式膨脹弁のシーケンシ
   ヤル制御時間を長くし、前記検出温度が高い場合には、
   該シーケンシヤル制御時間を短くするように構成した温
   度式暖房冷起動検出器にしたものである特許請求の範囲
   第１項記載のヒートポンプ式ルームエアコン。