JP2001272114A

JP2001272114A - 多室形空気調和機の冷媒制御

Info

Publication number: JP2001272114A
Application number: JP2000090494A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Shibata; 悦雄柴田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-05
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP3686815B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多室形空気調和機の膨張弁制御を効率的、簡
単に行うことができる空気調和機を提供する。【解決手段】本願発明は、インバータ式圧縮機および
電動膨張弁により、冷媒流量制御を行う多室形空気調和
機において、インバータ式圧縮機の運転周波数および運
転している室内ユニットの能力、台数から１ユニット当
たり運転周波数を算出し、該１ユニット当たり運転周波
数に対して数値表或いは関数としてあらかじめ設定され
ている膨張弁基準開度を導出し、運転要求のあるユニッ
トの膨張弁初期開度を該膨張弁基準開度にて運転を開始
することを特徴とする空気調和機である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、多室形空気調和
機の冷媒制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一室のみのインバータ式空気調和機は、
図１に示すように、室外側は、圧縮機１、室外熱交換器
２、室外ファン３、電動膨張弁４及び四方弁５で構成さ
れ、室内側は、室内熱交換器６、室内ファン７から構成
されており、これらを制御するために、室外側には、圧
縮機１の上部或いは出口パイプに配された圧縮機吐出温
度センサ８、圧縮機１の吸入側パイプに配された吸入ガ
ス温度センサ９、室外熱交換器３の冷房時出口パイプに
配された室外熱交換器温度センサ１０、電動膨張弁４の
冷房時出口パイプに配された膨張弁出口温度センサ１１
を具備し、室内側には、室内空気吸い込み部に配された
室内熱交換器温度センサ１３を具備するとともに、室外
側、室内側にそれぞれ室外制御装置１４、室内制御装置
１５を具備している。

【０００３】電動膨張弁４は圧縮機１の運転周波数に対
してあらかじめ設定された基準開度にて運転が開始さ
れ、冷房運転時は、吸入ガス温度センサ９で検知した吸
入ガス温度と膨張弁出口温度センサ１１で検知した膨張
弁出口温度の差を過熱度として求め、該過熱度が基準過
熱度より大きい場合、膨張弁開度を大きくし、該過熱度
が基準過熱度より大きい場合、膨張弁開度を大きくし、
該過熱度が基準過熱度より小さい場合、膨張弁開度を小
さくし、過熱度が最適になるように制御する。又、圧縮
機運転周波数が変化したときは、変化した分に対応する
膨張弁基準開度の差の分だけ膨張弁開度を変化させる。
上記において、膨張弁基準開度は各種運転条件で支障な
く運転できるように、あらかじめ設定され、室外制御装
置１４のマイコンに記憶されている。尚、暖房運転時
は、吸入ガス温度センサ９で検知した吸入ガス温度と室
外熱交換器温度センサ１０で検知した室外熱交換器温度
の差を過熱度として求め、冷房運転時と同様に膨張弁制
御が行われる。

【０００４】以上に示すように、１室の空気調和機では
圧縮機運転周波数が変化する状況でスムーズな制御が可
能である。多室形空気調和機においては、室内ユニット
の能力や運転台数の違いによって各ユニットに流れる冷
媒量が異なるので、室内ユニットの能力と運転台数の組
み合わせ全てに対して、膨張弁基準開度を設定し、膨張
弁制御を行う必要がある。例えば、３．５ｋＷが1台と
２．５ｋＷが２台の組み合わせにおいては、3台全てを
運転する場合と、どちらか１台だけを運転する場合と、
２．５ｋＷを2台だけ運転する場合と、それぞれを１台
ずつ運転させる場合の５通りの組み合わせがあることと
なる為５通りの膨張弁基準開度を設定する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示すように、インバータ式の多室形空気調和機で圧縮機
運転周波数や運転台数が変化する状況で、効率的に冷凍
サイクルを制御するには、室内ユニットの能力と運転台
数の組み合わせ全てに対して、膨張弁基準開度を設定
し、膨張弁制御を行うために、多くのメモリ容量を必要
とし、制御方法も複雑になるという問題があった。

【０００６】そこで、本願発明は、マイコンのメモリ容
量を減少できるとともに制御の簡素となる多室形空気調
和機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明は、インバータ式圧縮機および電動膨張弁
により、冷媒流量制御を行う多室形空気調和機におい
て、インバータ式圧縮機の運転周波数および運転してい
る室内ユニットの能力、台数から１ユニット当たり運転
周波数を算出し、該１ユニット当たり運転周波数に対し
て数値表或いは関数としてあらかじめ設定されている膨
張弁基準開度を導出し、運転要求のあるユニットの膨張
弁初期開度を該膨張弁基準開度にて運転を開始すること
を特徴とする空気調和機である。

【０００８】又、冷房運転時、各ユニットの吸入ガス管
に配された個別吸入ガス温度センサと、各ユニットの室
内熱交換器に配された室内熱交換器センサの温度を計測
し、該個別吸入ガス温度と該室内熱交換器温度の温度差
を各ユニットの過熱度として求め、該過熱度が所定の値
より大きい場合は、当該ユニットの膨張弁開度を大きく
し、該過熱度が所定の値より小さい場合は、当該ユニッ
トの膨張弁開度を小さくなるよう制御するとともに、圧
縮機運転周波数若しくは運転台数又はこれら両方が変化
した場合、変化する直前の１ユニット当たり運転周波数
に対する膨張弁基準開度と、変化した直後の１ユニット
当たり運転周波数に対する膨張弁基準開度を求め、これ
ら膨張弁基準開度の差の分だけ膨張弁開度を変化させる
ことを特徴とする空気調和機である。

【０００９】又、暖房運転時、圧縮機の吸入ガス管に配
された吸入ガス温度センサと、室外熱交換器に配された
室外熱交換器温度センサの温度を計測し、吸入ガス温度
と該室外熱交換器温度の温度差を過熱度として求め、該
過熱度が所定の値より大きい場合は、当該ユニットの膨
張弁開度を大きくし、該過熱度が所定の値より小さい場
合は、当該ユニットの膨張弁開度を小さくなるよう制御
するとともに、圧縮機運転周波数若しくは運転台数又は
これら両方が変化した場合、運転中のユニットは、変化
する直前の１ユニット当たり運転周波数に対する膨張弁
基準開度を求め、これら膨張弁基準開度の差の分だけ膨
張弁開度を変化させ、運転を開始するユニットに対して
は前記運転中ユニットの変化後の膨張弁開度より容量補
正した膨張弁開度を導出し、該膨張弁開度で運転を開始
することを特徴とする空気調和機である。

【００１０】又、インバータ式圧縮機の運転周波数及び
運転している室内ユニットの能力、台数から１ユニット
当たり運転周波数を算出し、該１ユニット当たり運転周
波数に対して1次関数としてあらかじめ設定されている
膨張弁基準開度を導出し、圧縮機運転周波数若しくは運
転台数又はこれら両方が変化した場合、変化する直前の
１ユニット当たり運転周波数と、変化した直後の１ユニ
ット当たり運転周波数の差を算出し、該運転周波数差に
所定の係数を乗じた値の分だけ膨張弁開度を変化させる
ことを特徴とする空気調和機である。

【００１１】又、インバータ式圧縮機および電動膨張弁
により、冷媒流量制御を行う多室形空気調和機におい
て、冷房運転時、各ユニットの吸入ガス管に配された個
別吸入ガス温度センサと、各ユニットの室内熱交換器に
配された室内熱交換器温度センサの温度を計測し、該個
別吸入ガス温度と該室内熱温度の温度差を各ユニットの
過熱度として求めるとともに、インバータ式圧縮機の運
転周波数および運転している室内ユニットの能力、台数
から１ユニット当たり運転周波数に対して数値表又は関
数としてあらかじめ設定されている基準過熱度を求め、
上記計測した過熱度が該基準過熱度より大きい場合は、
当該ユニットの膨張弁開度を大きくし、上記計測した過
熱度が該基準過熱度より小さい場合は、当該ユニットの
膨張弁開度を小さくなるよう制御することを特徴とする
空気調和機である。

【００１２】又、あらかじめ室内ユニットの容量ごとに
能力係数を設定し、１ユニット当たり運転周波数が、

【００１３】

【式１】

【００１４】のごとく、運転している室内ユニットの能
力係数と台数から算出されることを特徴とする空気調和
機である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に、本願発明を実施する多室
形空気調和機の構成を示す。室外側には、圧縮機２１、
室外熱交換器２２、室外ファン２３、Ａユニット用電動
膨張弁２４、Ｂユニット用電動膨張弁２５、Ｃユニット
用電動膨張弁２６、四方弁２７、油分離器２８および油
分離器用キャピラリーチューブ２９で構成され、室内側
は、Ａユニット用室内熱交換器３０、Ａユニット用室内
ファン３１、Ｂユニット用室内ファン３３、Ｃユニット
用室内熱交換器３４、Ｃユニット用室内ファン３５で構
成されている。又、室外側には、圧縮機２１の上部或い
は出口パイプに配された圧縮機吐出温度センサ３６、圧
縮機２１の吸入側パイプに配された吸入ガス温度センサ
３７、室外熱交換器２２の冷房時出口パイプに配された
室外熱交換器温度センサ３８、冷房時の各ユニットの吸
入パイプに配されたＡユニット用吸入ガス温度センサ３
９、Ｂユニット用吸入ガス温度センサ４０、Ａユニット
用吸入ガス温度センサ４１及び室外制御装置４２を具備
しており、室内側には、室内空気吸い込み側に室内温度
センサ４３、４４、４５と、前記室内熱交換器３０、３
１、３２のパイプに配された室内熱交換器温度センサ４
６、４７、４８及び室内制御装置４９、５０、５１とを
具備している。

【００１６】ここで、請求項１記載の空気調和機の制御
について、図２の制御フローをもとに示す。冷房或いは
暖房を行うとき、室内ユニットにリモコンなどによって
設定温度、運転要求が入ると、室温センサにより検出さ
れた室温と設定温度との差に応じて、要求能力コードが
室内制御装置４８、４９、５０から室外制御装置４２へ
伝送され、室外制御装置４２で各室内ユニットの要求能
力コードを総合して、圧縮機の運転周波数Ｆｔが決めら
れ圧縮機の運転が行われる。ここで、室内ユニットの能
力、運転台数をもとに１ユニット当たり圧縮機の運転周
波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を求める。例えば、運転ユニット
の能力、台数に応じて表１のように分配修正係数をあら
かじめ与えておき、該分配修正係数を圧縮機運転周波数
Ｆｔに乗じて１ユニット当たり運転周波数Ｆ１、Ｆ２、
Ｆ３を得ることができる。

【００１７】

【表１】

【００１８】或いは、１ユニット当たり運転周波数を、
式１から算出するようにしても良い。１ユニット当たり
の運転周波数に対して、室内ユニットの能力ごとに、あ
らかじめ数値表あるいは関数として膨張弁基準開度が設
定されている。表２に数値表の例を示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】膨張弁基準開度を１ユニット当たりの運転
周波数の関数として近似式を作ることによりメモリ容量
の減少、プログラムの簡素化が可能となる。特に、次式
のように1次式の関数で近似するとプログラムは更に簡
素化になる。

【００２１】Ｘ１＝Ａ１ＸＦ１＋Ｂ１Ｘ２＝Ａ２ＸＦ２＋Ｂ２ここで、Ｘ１：第１能力（３．５ｋＷ）ユニットの膨張
弁基準開度（ステップ）Ｘ２：第２能力（２．５ｋＷ）ユニットの膨張弁基準開
度（ステップ）Ｆ１：第１能力（３．５ｋＷ）ユニットの1ユニット当
たりの運転周波数（Ｈｚ）Ｆ２：第２能力（２．５ｋＷ）ユニットの1ユニット当
たりの運転周波数（Ｈｚ）Ａ１、Ａ２：定数（一次式の傾き）Ｂ１、Ｂ２：定数（一次式の切片）上記にて膨張弁基準開度Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を導出した
後、電動膨張弁を基準開度に駆動し、圧縮機を所定の運
転周波数で運転する。

【００２２】次に、請求項２記載の空気調和機の制御に
ついて、図３に制御フローを示す。通常、電動膨張弁を
用いてシステムでは、冷凍サイクルの効率化のために最
適過熱度になるように膨張弁制御を行う。冷房運転時、
運転中の各ユニットの吸入ガス管に配された個別吸入ガ
ス温度センサ３９、４０、４１と、各ユニットの室内熱
交換器に配された室内熱交換器温度センサ４５、４６、
４７の温度を計測し、該個別吸入ガス温度Ｔｓ，１、Ｔ
ｓ，２、Ｔｓ，３と該室内熱交換器温度Ｔｅ，１、Ｔ
ｅ，２、Ｔｅ，３の温度差を各ユニットの過熱度ＳＨ
１、ＳＨ２、ＳＨ３として求め、該過熱度ＳＨ１、ＳＨ
２、ＳＨ３が所定の値よりも大きい場合は、当該ユニッ
トの膨張弁開度を大きくし、該過熱度が所定の値より小
さい場合は、当該ユニットの膨張弁開度を小さくなるよ
うに制御する。ここでは、過熱度ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ
３と基準過熱度ＳＨ０の差Ｄｓｈ，１、Ｄｓｈ，２、Ｄ
ｓｈ，３を計算し、この差の積算値ΣＤｓｈ，１、ΣＤ
ｓｈ，２、ΣＤｓｈ，３が設定値以上のときは膨張弁開
度を大きくし、設定値以下のときは膨張弁開度を小さく
するという積分制御を用いている。又、圧縮機運転周波
数若しくは運転台数又はこれら両方が変化した場合、変
化する直前の１ユニット当たり運転周波数Ｆ１（ｔ
０）、Ｆ２（ｔ０）、Ｆ３（ｔ０）に対する膨張弁基準
開度Ｘ１（ｔ０）、Ｘ２（ｔ０）、Ｘ３（ｔ０）と、変
化した直後の１ユニット当たりの運転周波数Ｆ１（ｔ
１）、Ｆ２（ｔ１）、Ｆ３（ｔ１）に対する膨張弁基準
開度Ｘ１（ｔ１）、Ｘ２（ｔ１）、Ｘ３（ｔ１）を求
め、これら膨張弁基準開度の差ＤＸ１、ＤＸ２、ＤＸ３
だけ膨張弁開度を変化させる。

【００２３】上記において、請求項４に示すように、１
ユニット当たりの運転周波数に対して１次関数としてあ
らかじめ膨張弁基準開度を設定することにより、圧縮機
運転周波数若しくは運転台数又はこれら両方が変化した
場合、変化する直前の１ユニット当たりの運転周波数
と、変化した直後の１ユニット当たりの運転周波数の差
を算出し、該運転周波数差に所定の係数、即ち１次関数
の傾きを乗じることにより、式２のごとく、膨張弁変更
開度を算出でき、メモリの減少、プログラムの簡素化が
図れる。

【００２４】

【式２】

【００２５】次に、請求項３の空気調和機の制御につい
て、図４に制御フローを示す。暖房運転時、圧縮機２１
の吸入ガス管に配された吸入ガス温度センサ３７と、室
外熱交換器２２の暖房時入口に配された室外熱交換器温
度センサ３３の温度を計測し、吸入ガス温度Ｔｓと室外
熱交換器温度Ｔｈの温度差を過熱度ＳＨとして求め、該
過熱度が所定の値より小さい場合は、当該ユニットの膨
張弁開度を大きくし、該過熱度ＳＨが所定の値より小さ
い場合は、当該ユニットの膨張弁基準開度を小さくなる
よう制御する。冷房と同様に、過熱度ＳＨと基準過熱度
ＳＨ０の差Ｄｓｈを計算し、この差の積算値ΣＤｓｈが
設定値以上のときは膨張弁開度を大きくし、設定値以下
のときは膨張弁開度を小さくするという積分制御を用い
ている。圧縮機運転周波数Ｆｔ若しくは運転台数又はこ
れらの両方が変化した場合、運転中のユニットは、変化
する直前の１ユニット当たりの運転周波数Ｆ１（ｔ
０）、Ｆ２（ｔ０）、Ｆ３（ｔ０）に対する膨張弁基準
開度Ｘ１（ｔ０）、Ｘ２（ｔ０）、Ｘ３（ｔ０）と、変
化した直後の１ユニット当たりの運転周波数Ｆ１（ｔ
１）、Ｆ２（ｔ１）、Ｆ３（ｔ１）に対する膨張弁基準
開度Ｘ１（ｔ１）、Ｘ２（ｔ１）、Ｘ３（ｔ１）を求
め、これら膨張弁基準開度の差ＤＸ１、ＤＸ２、ＤＸ３
だけ膨張弁開度を変化させる。又、停止状態から運転を
開始するユニットに対しては、前記運転中ユニットの変
化後の膨張弁開度から室内ユニット容量で補正した膨張
弁開度を導出して、該膨張弁開度で運転を開始する（同
じ容量の室内ユニットの場合、同じ膨張弁開度で運転を
開始する）。これにより、運転継続のユニットと、停止
状態から運転を開始するユニットとの冷媒の分配が適正
に行われる。

【００２６】次に、請求項５の空気調和機の説明を示
す。前記に示すように、冷房運転時、各ユニットの吸入
ガス管に配された個別吸入ガス温度センサと、各ユニッ
トの室内熱交換器に配された室内熱交換器温度センサの
温度を計測し、該個別吸入ガス温度と該室内熱交換器温
度の温度差を各ユニットの過熱度として求めている。こ
こで、圧縮機運転周波数及び運転している室内ユニット
の能力、台数から１ユニット当たりの運転周波数を算出
するが、基準過熱度が１ユニット当たりの運転周波数に
対して数値表又は関数としてあらかじめ設定されてい
る。表３に１例を示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】これにより、基準過熱度を求め、上記計測
した過熱度が該基準過熱度より大きい場合は、当該ユニ
ットの膨張弁開度を大きくし、上記計測した過熱度が該
基準過熱度より小さい場合は、当該ユニットの膨張弁開
度を小さくなるよう制御する。

【００２９】

【発明の効果】本願発明の多室形空気調和機は、インバ
ータ式圧縮機の運転周波数及び運転している室内ユニッ
トの能力、台数から1ユニット当たり運転周波数を算出
し、該１ユニット当たり運転周波数に対して数値表又は
関数としてあらかじめ設定されている膨張弁基準開度に
て運転を行う。運転周波数、運転台数が変化した場合、
１ユニット当たり運転周波数の変化量に対応する膨張弁
基準開度の差を求め、膨張弁開度を変更する。基準過熱
度を１ユニット当たりの運転周波数に対して設定してい
る。

【００３０】以上により、少ないメモリ容量で、簡単な
制御方法で効率的な運転制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明を実施した空気調和機の構成図であ
る。

【図２】本願発明を実施した空気調和機の制御方法を示
すフローチャートである。

【図３】本願発明の他の実施例の空気調和機の制御方法
を示すフローチャートである。

【図４】本願発明の他の実施例の空気調和機の制御方法
を示すフローチャートである

【図５】従来の空気調和機の構成図である。

【符号の説明】

２１圧縮機２２室外熱交換器２４，２５，２６電動膨張弁２７四方弁２８油分離器３０，３２，３４室内熱交換器３７吸入ガス温度センサ３８室外熱交換器温度センサ３９，４０，４１個別吸入ガス温度センサ４２室外制御装置４３，４４，４５室温センサ４６，４７，４８室内熱交換器温度センサ４９，５０，５１室内制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータ式圧縮機および電動膨張弁に
より、冷媒流量制御を行う多室形空気調和機において、
インバータ式圧縮機の運転周波数および運転している室
内ユニットの能力、台数から１ユニット当たり運転周波
数を算出し、該１ユニット当たり運転周波数に対して数
値表或いは関数としてあらかじめ設定されている膨張弁
基準開度を導出し、運転要求のあるユニットの膨張弁初
期開度を該膨張弁基準開度にて運転を開始することを特
徴とする空気調和機。
【請求項２】冷房運転時、各ユニットの吸入ガス管に
配された個別吸入ガス温度センサと、各ユニットの室内
熱交換器に配された室内熱交換器センサの温度を計測
し、該個別吸入ガス温度と該室内熱交換器温度の温度差
を各ユニットの過熱度として求め、該過熱度が所定の値
より大きい場合は、当該ユニットの膨張弁開度を大きく
し、該過熱度が所定の値より小さい場合は、当該ユニッ
トの膨張弁開度を小さくなるよう制御するとともに、圧
縮機運転周波数若しくは運転台数又はこれら両方が変化
した場合、変化する直前の１ユニット当たり運転周波数
に対する膨張弁基準開度と、変化した直後の１ユニット
当たり運転周波数に対する膨張弁基準開度を求め、これ
ら膨張弁基準開度の差の分だけ膨張弁開度を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】暖房運転時、圧縮機の吸入ガス管に配さ
れた吸入ガス温度センサと、室外熱交換器に配された室
外熱交換器温度センサの温度を計測し、吸入ガス温度と
該室外熱交換器温度の温度差を過熱度として求め、該過
熱度が所定の値より大きい場合は、当該ユニットの膨張
弁開度を大きくし、該過熱度が所定の値より小さい場合
は、当該ユニットの膨張弁開度を小さくなるよう制御す
るとともに、圧縮機運転周波数若しくは運転台数又はこ
れら両方が変化した場合、運転中のユニットは、変化す
る直前の１ユニット当たり運転周波数に対する膨張弁基
準開度を求め、これら膨張弁基準開度の差の分だけ膨張
弁開度を変化させ、運転を開始するユニットに対しては
前記運転中ユニットの変化後の膨張弁開度より容量補正
した膨張弁開度を導出し、該膨張弁開度で運転を開始す
ることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項４】インバータ式圧縮機の運転周波数及び運
転している室内ユニットの能力、台数から１ユニット当
たり運転周波数を算出し、該１ユニット当たり運転周波
数に対して1次関数としてあらかじめ設定されている膨
張弁基準開度を導出し、圧縮機運転周波数若しくは運転
台数又はこれら両方が変化した場合、変化する直前の１
ユニット当たり運転周波数と、変化した直後の１ユニッ
ト当たり運転周波数の差を算出し、該運転周波数差に所
定の係数を乗じた値の分だけ膨張弁開度を変化させるこ
とを特徴とする請求項２又は請求項３記載の空気調和
機。
【請求項５】インバータ式圧縮機および電動膨張弁に
より、冷媒流量制御を行う多室形空気調和機において、
冷房運転時、各ユニットの吸入ガス管に配された個別吸
入ガス温度センサと、各ユニットの室内熱交換器に配さ
れた室内熱交換器温度センサの温度を計測し、該個別吸
入ガス温度と該室内熱温度の温度差を各ユニットの過熱
度として求めるとともに、インバータ式圧縮機の運転周
波数および運転している室内ユニットの能力、台数から
１ユニット当たり運転周波数に対して数値表又は関数と
してあらかじめ設定されている基準過熱度を求め、上記
計測した過熱度が該基準過熱度より大きい場合は、当該
ユニットの膨張弁開度を大きくし、上記計測した過熱度
が該基準過熱度より小さい場合は、当該ユニットの膨張
弁開度を小さくなるように制御することを特徴とする空
気調和機。
【請求項６】あらかじめ室内ユニットの容量ごとに能
力係数を設定し、１ユニット当たり運転周波数が、【式１】のごとく、運転している室内ユニットの能力係数と台数
から算出されることを特徴とする請求項１乃至請求項５
記載の空気調和機。