WO2003064940A1 - Conditionneur d'air - Google Patents

Description

明 細 書

空気調和機

技術分野

この発明は、 冷媒の流量を制御するための電子膨張弁を備 えた空気調和機に関する。

背景技術

空気調和機は、 圧縮機から吐出 される冷媒を室外熱交換器、 膨張弁、 室内熱交換器に通 して圧縮機に戻す冷凍サイクルを 備えている。 この冷凍サイ クルに充填される冷媒と して、 従 来からの R 2 2冷媒が使用 される ほかに、 最近では圧力の高 い R 4 1 0冷媒が使用 される。

圧力の高い R 4 1 0冷媒を充填してその冷媒の流量を広範 囲に制御する大容量の冷凍サイ クルを備えた空気調和機の場 合、 膨張弁と して、 大形の電子膨張弁 （ P M V ) が採用 され る。 この電子膨張弁の開度変化によ り 、 冷媒の流量を調整す る こ とができる。

しかしながら、 大形の電子膨張弁は高価であるため、 その 採用によ ってコス トが上昇する とい う 問題がある。

また、 大形の電子膨張弁では、 冷媒の流量を広範囲に制御 できても、 冷媒の流量をき め細かく 制御する こ と は不可能で ある。

さ らに、 万一、 電子膨張弁に詰ま り が生じた場合には、 冷 媒の流通が妨げられて しま う。 冷媒の流通が妨げられる と、 冷凍サイ クルの高圧側圧力が、 冷凍サイ クルを構成している 部品の設計上の耐圧を超える状態まで、 上昇して しま う こ と がある。

発明の開示

こ の発明の目的は、 冷媒の流量を、 コス ト の上昇を招 く こ と な く 、 広範囲に しかもき め細かく 制御する こ と ができ、 ま た高圧側圧力の不要な上昇を回避する こ と ができ る経済性お よび信頼性にすぐれた空気調和機を提供する こ と にある。 本発明の空気調和機は、

圧縮機、 室外熱交換器、 互いに並列に接続された複数の電 子膨張弁、 室内熱交換器を有し、 前記圧縮機から吐出される 冷媒を前記室外熱交換器、 前記各電子膨張弁、 および前記室 内熱交換器に通 して前記圧縮機に吸込ませる冷凍サイ クル ； と、

前記各電子膨張弁の開度を変化させる こ と によ り 前記冷凍 サイ クルにおける冷媒の流量を制御する制御器 ； と、

を備えている。

図面の簡単な説明

図 1 は、 一実施形態の構成を示すプロ ック図である。

図 2 は、 一実施形態における一方の電子膨張弁の流量一弁 開度特性を示す図である。

図 3 は、 一実施形態における他方の電子膨張弁の流量一弁 開度特性を示す図である。

図 4 は、 一実施形態の作用を説明するためのフ ローチヤ一 トである。

図 5 は、 一実施形態における各電子膨張弁の開度制御の例 を示す図である。 発明を実施するため の最良の形態

以下、 こ の発明の一実施形態を図 1 を参照 しなが ら説明す る。

冷房時、 圧縮機 1 から吐出される冷媒は、 実線矢印で示す よ う に、 四方弁 2 を介して室外熱交換器 3 に流れ、 その室外 熱交換器 3 を経た冷媒が 2つの電子膨張弁 4 ， 5 を介して室 内熱交換器 6 に流れる。 室内熱交換器 6 を経た冷媒は、 上記 四方弁 2 およびアキューム レータ 7 を介して圧縮機 1 に吸込 れる。

電子膨張弁 4 , 5 は、 入力される駆動パルス信号の数に応 じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ （ P M V ； pul se motor valve ) であ り 、 互いに並列に接続されている。 また、 電子膨張弁 4 ， 5 は、 互いに異なる流量一弁開度特性 を有している。 電子膨張弁 4 の流量一弁開度特性を図 2 、 電 子膨張弁 5 の流量一弁開度特性を図 3 に示している。 流量と 弁開度と の比 （ =冷媒の流量 弁開度） は、 電子膨張弁 4 の 方が、 電子膨張弁 5 よ り も大きい。

暖房時は、 破線矢印で示すよ う に、 圧縮機 1 から吐出され る冷媒が四方弁 2 を通って室内熱交換器 6 に流れ、 その室内 熱交換器 6 を経た冷媒が 2 つの電子膨張弁 4 ， 5 を通って室 外熱交換器 3 に流れる。 室外熱交換器 3 を経た冷媒は、 四方 弁 2 およびアキユ ーム レ タ 7 を通って圧縮機 1 に吸込まれ る。

すなわち、 圧縮機 1 、 四方弁 2 、 室外熱交換器 3 、 電子膨 張弁 4 ， 5 、 室内熱交換器 6 によ り 、 ヒ ー ト ポ ンプ式冷凍サ ィ クルが構成されている。

室外熱交換器 3 に対し、 外気循環用の室外フ ァ ン 8 が配設 されている。 室内熱交換器 6 に対 し、 室内空気循環用の室内 フ ァ ン 9 が配設されている。 こ の室内フ ァ ン 9 による室內空 気の吸込み風路に、 室内温度センサ 1 0が設けられている。

圧縮機 1 の吐出口 と四方弁 2 と の間の高圧側配管に、 圧縮 機 1 から吐出される冷媒の温度を検知する温度センサ 1 1 が 取付け られている。 四方弁 2 と アキューム レータ 7 との間の 低圧側配管に、 室外熱交換器 3 あるいは室内熱交換器 6 から 流出する冷媒の温度を検知する温度セ ンサ 1 2 が取付け られ ている。 アキューム レータ 7 と圧縮機 1 の吸込口 と の間の低 圧側配管に、 圧縮機 1 に吸込まれる冷媒の温度を検知する温 度センサ 1 3が取付けられている。

商用交流電源 2 0 にイ ンバータ 2 1 が接続されている。 ィ ンバータ 2 1 は、 商用交流電源 2 0 の電圧を整流し、 その整 流した電圧を制御器 3 0 からの指令に応じた周波数 （および レベル） の交流電圧に変換して出力する。 イ ンバータ 2 1 の 出力は、 圧縮機 1 のた め の駆動電力と して、 その圧縮機 1 の モータ 1 Mに供給される。

制御器 3 0 は、 操作器 3 1 の操作および上記温度セ ンサ 1 0 ， 1 1 ， 1 2 ， 1 3 の検知温度に応じて、 四方弁 2 、 電子 膨張弁 4 , 5 、 室外フ ァ ン 8 、 室内フ ァ ン 9 、 およびイ ンバ ータ 2 1 を制御する もので、 主要な機能と して次の （ 1 ) 〜 ( 4 ) の手段を備えている。

( 1 ) 室内熱交換器 6 が設置される部屋の空調負荷を検出 する第 1 検出部。

( 2 ) 上記第 1検出部で検出された空調負荷に応じてイ ン バータ 2 1 の出力周波数 F を制御する第 1 制御部。

( 3 ) 蒸発器 （室内熱交換器 6 あるいは室外熱交換器 3 ) における冷媒の過熱度 S Hを検出する第 2検出部。

( 4 ) 上記第 2検出部で検出された過熱度 S Hが目標値 S H s に収束する よ う 、 電子膨張弁 4 , 5 の開度を制御する第 2制御部。

つぎに、 図 4 のフ ローチャー ト を参照 しなが ら、 作用につ いて説明する。

冷房時および暖房時、 室内温度センサ 1 0 の検知温度 T a と設定室内温度 T s と の差が、 室内熱交換器 6 が設置されて いる部屋の空調負荷と して検出される (ステ ップ 1 0 1 ) 。 この空調負荷に応 じて、 イ ンバータ 2 1 の出力周波数 Fが制 御される （ステップ 1 0 2 ) 。 すなわち、 空調負荷が小さけ ればイ ンバータ 2 1 の出力周波数 Fが低い値に設定され、 空 調負荷の増大に伴ってィ ンパータ 2 1 の出力周波数 Fが上昇 される。 空調負荷の減少に際しては、 イ ンバータ 2 1 の出力 周波数 Fが下降される。 この出力周波数 Fの変化に伴い、 圧 縮機 1 の回転数 （能力） が変化する。

蒸発器 （冷房時は室内熱交換器 6 が蒸発器、 暖房時は室外 熱交換器 3 が蒸発器） を経た冷媒の温度が温度セ ンサ 1 2 で 検知され、 その検知温度と温度セ ンサ 1 3 の検知温度と の差 が、 蒸発器における冷媒の過熱度 S Hと して検出される （ス テツプ 1 0 3 ) 。 この過熱度 S Hと 目標値 S H s と の差 A S Hが検出される （ステ ップ 1 0 4 ) 。

そ して、 過熱度 S Hが 目標値 S H s に収束 して安定する よ う （差 A S Hが零と なる よ う に） 、 電子膨張弁 4 , 5 の開度 が制御される。 この開度制御の例を図 5 に示 している。 目 標 値 S H s は、 温度センサ 1 1， 1 2， 1 3 の検知温度に応 じ て決定される。

運転開始時な ど、 過熱度 S H と 目標値 S H s と の差 Δ S H が設定値 A S H 2以上と大きい場合 （ステータ プ 1 0 5 の E S ) 、 流量と弁開度と の比が小さい方の電子膨張弁 5 が所 定開度 （適宜に選定される開度） に固定され、 流量と弁開度 と の比が大きい方の電子膨張弁 4 の開度が変化 される （ステ ップ 1 0 6 ) 。 これによ り 、 過熱度 S Hが 目標値 S H s に向 けて大き く 変化する。

その後、 過熱度 S Hと 目標値 S H s と の差 Δ S Hが小さ く なって、 その差 A S Hが設定値 A S H 2未満， 設定値 A S H 1 以上にな る と （ステ ップ 1 0 7 の Y E S ) 、 電子膨張弁 4 , 5 の開度が共に変化される （ステ ップ 1 0 8 ) 。 これに よ り 、 過熱度 S Hが 目標値 S H s に向け変化していく 。

過熱度 S Hと 目標値 S H s と の差 A S Hが さ らに縮ま り 、 その差 A S Hが設定値 A S H l未満になる と （ステ ップ 1 0 7 の N O ) 、 流量と 弁開度 と の比が大きい方の電子膨張弁 4 が所定開度に固定され、 流量と 弁開度と の比が小さい方の電 子膨張弁 5 の開度が変化される （ステ ップ 1 0 9 ) 。 これに よ り 、 過熱度 S Hが、 目標値 S H s に向けてき め細かく 変化 しなが ら、 目標値 S H s に滑らかに収束して安定する。 P03 00721

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目標値 S H s が変化した場合も、 その時点の過熱度 S H と 目標値 S H s との差に応じて、 上記同様に電子膨張弁 4 , 5 の開度が制御される。

なお、 外気温度が低く て、 冷凍サイ クルの冷媒の循環量が 極めて少な く なる状況では、 流量と弁開度と の比が大きい方 の電子膨張弁 4の開度が零に固定され、 流量と弁開度との比 が小さい方の電子膨張弁 5 の開度が変化される。 これによ り 、 冷媒の循環量が極めて少ない状況でも、 冷媒の流量を確実に 制御 して、 過熱度 S Hを 目標値 S H s に収束させる こ とがで きる。

以上のよ う に、 2個の電子膨張弁 4， 5 を並列に接続して 設ける こ と によ り 、 その電子膨張弁 4， 5 の個々 に流れる冷 媒の量を、 従来のよ う に 1 個の電子膨張弁に流れる冷媒の量 に比べて、 減らすこ とができ る。 したがって、 圧力の高い R 4 1 0冷媒が冷凍サイ クルに充填されていても、 従来のよ う に大形の電子膨張弁を用いる こ と なく 、 冷凍サイ クルの冷媒 の流量を確実に制御する こ とができ る。 大形の電子膨張弁を 用いる場合よ り も、 小形の 2つの電子膨張弁 4， 5 を用いた 方が、 コ ス トが低く なる。

電子膨張弁 4 , 5 の開度を個別に制御でき る こ と、 および 電子膨張弁 4， 5 の流量一弁開度特性が互いに異なる こ と に よ り 、 冷媒の流量を広範囲に しかもき め細かく 制御する こ と ができ る。

万一、 電子膨張弁 4， 5 の一方に詰ま り が生じた場合でも、 他方の電子膨張弁が正常であれば、 冷凍サイ クルにおける冷 媒の流通が妨げられる こ と はない。 したがって、 高圧側圧力 の不要な上昇を回避する こ とができて、 高い信頼性を確保す る こ と ができる。

なお、 上記実施形態では、 2個の電子膨張弁を用いたが、 電子膨張弁の個数は 2個に限らず複数であればよい。 その他、 この発明は上記各実施形態に限定される ものではなく 、 要旨 を変えない範囲で種々変形実施可能である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 空気調和機であって、

圧縮機、 室外熱交換器、 互いに並列に接続された複数の電 子膨張弁、 室内熱交換器を有し、 前記圧縮機から吐出される 冷媒を前記室外熱交換器、 前記各電子膨張弁、 および前記室 内熱交換器に通 して前記圧縮機に吸込ませる冷凍サイ クル ； と、

前記各電子膨張弁の開度を変化させる こ と によ り 前記冷凍 サイ クルにおける冷媒の流量を制御する制御器 ； と、

を備えている。

2 . 請求項 1 に記載の空気調和機において、

前記各電子膨張弁は、 流量一弁開度特性が互いに異なる。

3 . 空気調和機であって、

圧縮機、 室外熱交換器、 互いに並列に接続された複数の電 子膨張弁、 室内熱交換器を有し、 前記圧縮機から吐出される 冷媒を前記室外熱交換器、 前記各電子膨張弁、 および前記室 内熱交換器に通 して前記圧縮機に吸込ませる冷凍サイ クル ； と、

前記室内熱交換器あるいは前記室外熱交換器における冷媒 の過熱度 S Hを検出する検出部 ； と、

前記第 2検出部で検出された過熱度 S Hが予め決定される 目標値 S H s に収束する よ う 、 前記各電子膨張弁の開度を制 御する制御部 ； と、

を備えている。

4 . 請求項 3 に記載の空気調和機において、 前記各電子膨張弁は、 流量一弁開度特性が互いに異なる。

5 . 請求項 4 に記載の空気調和機において、

前記制御部は、 前記過熱度 S H と前記目標値 S H s と の差 厶 S Hを検出する検出手段 ； と、 前記差 A S Hが予め定め ら れている設定値 Δ S H 2以上の場合に、 流量と弁開度と の比 が小さい方の前記電子膨張弁を所定開度に固定した状態で、 前記過熱度 S Hが前記目標値 S H s に収束する よ う 、 流量と 弁開度と の比が大きい方の前記電子膨張弁の開度を変化させ る制御手段 ； と、 前記差 Δ S Hが前記設定値 Δ S H 2未満で 且つ予め定め られている設定値 Δ S H 1 以上の場合に、 前記 各電子膨張弁の開度を共に変化させる制御手段 ； と、 前記差 厶 S Hが前記設定値 Δ S H 1未満の場合に、 流量と弁開度と の比が大きい方の前記電子膨張弁を所定開度に固定した状態 で、 前記過熱度 S Hが前記目標値 S H s に収束する よ う 、 流 量と弁開度との比が小さい方の前記電子膨張弁の開度を変化 させる制御手段 ； と、 を備えている。

6 . 空気調和機であって、

圧縮機、 室外熱交換器、 互いに並列に接続された複数の電 子膨張弁、 室内熱交換器を有し、 前記圧縮機から吐出される 冷媒を前記室外熱交換器、 前記各電子膨張弁、 および前記室 内熱交換器に通 して前記圧縮機に吸込ませる冷凍サイ クル ； と、

前記圧縮機のための駆動電力を出力するイ ンバータ ； と、 前記室内熱交換器が設置される部屋の空調負荷を検出する 第 1 検出部 ； と、 前記第 1 検出部で検出された空調負荷に応じて前記ィ ンバ ータの出力周波数を制御する第 1 制御部 ； と、

前記室内熱交換器あるいは前記室外熱交換器における冷媒 の過熱度 S Hを検出する第 2検出部 ； と、

前記第 2検出部で検出された過熱度 S Hが予め決定される 目標値 S H s に収束する よ う 、 前記各電子膨張弁の開度を制 御する第 2制御部 ； と、

を備えている。

7 . 請求項 6 に記載の空気調和機において、

前記各電子膨張弁は、 流量一弁開度特性が互いに異なる。

8 . 請求項 7 に記載の空気調和機において、

前記第 2制御部は、 前記過熱度 S H と前記目標値 S H s と の差 A S Hを検出する検出手段 ； と、 前記差 A S Hが予め定 め られている設定値 Δ S H 2以上の場合に、 流量と弁開度と の比が小さい方の前記電子膨張弁を所定開度に固定した状態 で、 前記過熱度 S Hが前記目標値 S H s に収束する よ う 、 流 量と弁開度との比が大きい方の前記電子膨張弁の開度を変化 させる制御手段 ； と、 前記差 A S Hが前記設定値 A S H 2未 満で且つ予め定められている設定値 Δ S H 1 以上の場合に、 前記各電子膨張弁の開度を共に変化させる制御手段 ； と 、 前 記差 Δ S Hが前記設定値 Δ S H 1 未満の場合に、 流量と弁開 度と の比が大きい方の前記電子膨張弁を所定開度に固定した 状態で、 前記過熱度 S Hが前記目標値 S H _S に収束する よ う 、 流量と弁開度との比が小さい方の前記電子膨張弁の開度を変 化させる制御手段 ； と、 を備えている。