JP2755040B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は暖房機能を有するヒー
トポンプシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多室にわたる暖房機能を有する、いわゆ
るマルチタイプの空気調和機として構成されたヒートポ
ンプシステムの具体例としては、例えば特開平１−３０
０１６４号公報記載の装置が挙げられる。

【０００３】上記従来例のヒートポンプシステムの冷媒
回路においては、図３に示すように、室外ユニットＸ
に、４台の室内ユニットＡ〜Ｄが接続されている。室外
ユニットＸは圧縮機１を有しており、この圧縮機１の吐
出配管２と吸込配管３とはそれぞれ四路切換弁４に接続
され、この四路切換弁４にはさらに第１ガス管５と第２
ガス管６とが接続されている。上記圧縮機１はインバー
タ７を有し、また吐出配管２には逆止弁８が、吸込配管
３にはアキュームレータ９がそれぞれ介設されている。
上記第１ガス管５は、室外熱交換器１０に接続されてい
る。また第２ガス管６はヘッダー１１に接続され、途中
にガス閉鎖弁１２が介設してある。上記室外熱交換器１
０には室外ファン１３が付設され、さらに液管１４が接
続されており、この液管１４には、室外熱交換器１０側
から順にドライフィルタ１５、第１電動膨張弁１６、受
液器１７、液閉鎖弁１８が介設されている。そして上記
液管１４の先端が、それぞれ第２電動膨張弁１９・・の
介設された複数（図の場合は４本）の液支管２０・・に
分岐される一方、上記ヘッダー１１にそれぞれマフラー
２１・・の介設された４本のガス支管２２・・が接続さ
れている。これらのガス支管２２と上記各液側支管２０
との間に、室内熱交換器２３（室内ユニットＡについて
のみ図示する）がそれぞれ連絡配管２４・・によって互
いに並列に接続されている。なお各室内ユニットＡ〜Ｄ
は、それぞれ上記室内熱交換器２３と室内ファン２５と
で構成されている。

【０００４】また上記においては、流通冷媒温度を検出
するためのサーミスタ等より成る温度センサーが適所に
取着されており、まず各室内熱交換器２３には、それぞ
れ内部流通経路の略中央部に第１温度センサー２６が取
着されている。この第１温度センサー２６によって、暖
房運転時には各室内熱交換器２３での凝縮冷媒温度が、
また冷房運転時には蒸発冷媒温度がそれぞれ検出され
る。さらに各室内熱交換器２３と液支管２０に接続され
る側の連絡配管２４との間の室内ユニット内部配管、す
なわち暖房時の凝縮器出口配管には、第２温度センサー
２７がそれぞれ取着され、凝縮器出口直後での温度を検
出するようになされており、これらの第２温度センサー
２７と上記第１温度センサー２６とで過冷却度検出手段
３０を構成している。

【０００５】一方、室外ユニットＸ内には、室外熱交換
器１０に第３温度センサー２８が取着され、暖房運転時
の室外熱交換器１０における冷媒蒸発温度を、また吸込
配管３に取着されている第４温度センサー２９によって
室外熱交換器１０での蒸発冷媒の過熱温度をそれぞれ検
出するようになっている。なお各ガス支管２２には、冷
房運転時に各室内熱交換器２３で蒸発した冷媒の過熱温
度を検出するための第５温度センサー３１がそれぞれ取
着されている。

【０００６】上記構成のヒートポンプシステムにおける
暖房運転は、四路切換弁４を図中実線で示す切換位置に
位置させて、圧縮機１からの吐出冷媒を各室内熱交換器
２３で凝縮させ、室外熱交換器１０内で蒸発させた後、
圧縮機１へと返流させることによって行う。一方、冷房
運転は、四路切換弁４を図中破線で示す切換位置に切換
え、圧縮機１からの吐出冷媒を室外熱交換器１０側から
各室内熱交換器２３へと回流させることによって行う。

【０００７】次に上記ヒートポンプシステムにおいて、
便宜上、暖房時の運転制御について、図４の運転制御系
統図を参照して説明する。図示するように、各室内ユニ
ットＡ〜Ｄは、室内制御装置４１（室内ユニットＡにつ
いてのみ図示する）をそれぞれ備えている。各室内制御
装置４１には、運転操作用リモコン４２と、室温を検出
する室温センサー４３と、そして上述した室内熱交換器
２３及び出口配管にそれぞれ付設されている第１、第２
温度センサー２６、２７とがそれぞれ接続されている。
なお上記運転操作用リモコン４２は、運転スイッチと希
望室温を設定するための温度設定スイッチとを有してい
る。

【０００８】一方、室外ユニットＸは、室外制御装置４
５とインバータ制御装置４６と弁制御装置４７とを備え
ている。室外制御装置４５内には、運転要求ユニット把
握部４８と周波数制御部４９とが設けられている。運転
要求ユニット把握部４８は暖房要求を出力している室内
ユニットを判別して、暖房要求のある室内ユニットに応
じた運転ユニット信号を上記周波数制御部４９と弁制御
装置４７とに出力する。これにより周波数制御部４９で
は上記運転ユニット信号に基づいて、まず暖房要求のあ
る各ユニット毎の負荷レベルを負荷レベル記憶部５０か
ら読み出して合計する。上記周波数制御部４９では暖房
要求のある各室内ユニットからの温度差信号の中で最大
温度差を抽出し、次いで種々の負荷レベルと温度差との
組み合わせに対して予め設定されている初期周波数のデ
ータテーブルから上記の合計負荷レベルと最大温度差と
の組み合わせに対応する初期周波数を選定する。この初
期周波数での駆動が開始され、その後、上記温度差信号
の変化に応じて、圧縮機１の圧縮能力の制御を行いなが
ら暖房運転を継続する。

【０００９】一方、弁制御装置４７においては、室外熱
交換器１０を通過した蒸発冷媒の過熱度を所定値（例え
ば、５℃）に維持するように第１電動膨張弁１６の開度
を制御して循環冷媒の全体量を制御する。さらに弁制御
装置４７は、各室内熱交換器２３・・を流れる個々の冷
媒量を制御するための第２電動膨張弁１９・・の開度制
御機能を有しており、このために弁制御装置４７内に停
止開度制御部５１と運転開度制御部（運転開度制御手
段）５２とが設けられている。停止開度制御部５１は、
停止中の室内ユニット側を循環する冷媒量を、熱交換器
の容量等によらず最小限に抑えた量に維持するものであ
る。

【００１０】一方、運転開度制御部５２は、上記暖房要
求のある室内ユニットＡ・・に対応する第２電動膨張弁
１９・・の開度制御機能を有しており、運転中の各室内
ユニット毎に、室内制御装置４１から入力される第１、
第２温度センサー２６、２７での各検出温度から過冷却
度を算出し、これが一定の基準値（例えば、３℃）とな
るように、その室内ユニットに対応する第２電動膨張弁
１９の開度を制御するものである。

【００１１】なお上記装置において冷房運転を行う場合
には、上記弁制御装置４７によって、まず四路切換弁４
の冷房側への切換作動がなされると共に、第１電動膨張
弁１６は全開に、また第２電動膨張弁１９は、各室内熱
交換器２３に取着されている第１温度センサー２６で検
出される蒸発冷媒温度と、各ガス支管２２に取着されて
いる第５温度センサー３１での検出温度とから各運転側
の室内熱交換器２３を通過した冷媒の過熱度を一定に維
持するように開度制御される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述のように
電動膨張弁１９による暖房過冷却制御を行っている室内
熱交換器２３においては、圧力損失による熱交換性能低
下を防ぐために２パス化をしている。すなわちこれは、
図５に示すように、室内熱交換器２３内の配管２３ａ、
２３ｂを２つに分岐して２パス化したものであり、複数
の配管にてマルチパス化する場合も同様である。

【００１３】ここで特に室内熱交換器を複数部屋に配設
したマルチ機では、１室当たりの冷媒流量が減少し、か
つ現地配管の長寸法化、高低差拡大等により熱交換器の
分流部で冷媒が２相域に入り、不均一な状態となり易
い。また微少流量の場合は、管路圧損が減り、１パスの
場合でも充分となり、図５に示すように下方の配管２３
ｂへは液溜まり（図５の配管２３ｂの斜線部分）が発生
するという問題がある。この場合、過冷却制御を室内熱
交換器２３の中間部の第１温度センサー２６と、出口側
の第２温度センサー２７で行っているため、中間部の温
度より出口温度の方が高くなり、過冷却値がマイナスと
なり目標過冷却をつけようと電動膨張弁１９を絞り、こ
れによりさらに偏流を促進するという問題があった。

【００１４】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、偏流を防止して
現地配管の長寸法化、高低差拡大の据付けに対処し得る
ヒートポンプシステムを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明のヒート
ポンプシステムは、室外ユニットＸに、圧縮機１と、こ
の圧縮機１の吐出側に一端が接続されたガス管５と、上
記圧縮機１の吸込側に接続される蒸発器１０と、この蒸
発器１０に一端が接続されると共に、他端側に電動膨張
弁１９の介設された液管１４とを設け、上記ガス管５と
液管１４との間に、室内ユニットＡの複数パス形の凝縮
器２３を連絡配管２４を介して接続し、凝縮器２３を通
過した冷媒の過冷却度を検出する過冷却度検出手段３０
と、電動膨張弁１９に対して上記過冷却度検出手段３０
からの信号により凝縮器２３内の冷媒凝縮温度と凝縮器
２３の出口配管側との温度差を一定値に維持すべく開度
制御する運転開度制御手段５２とを備えたヒートポンプ
システムにおいて、運転中の室内ユニットＡの凝縮器２
３の温度より出口配管側の温度の方が高い場合には上記
運転開度制御手段５２を制御して上記電動膨張弁１９を
制御開度よりも大きな開度にする弁制御手段５３を設け
たことを特徴としている。

【００１６】

【作用】図１に示すように、初期設定終了後、フィード
バック制御を行う前に、過冷却度検出手段３０により凝
縮器２３の中間部分と出口側の温度を検出し、中間部分
より出口温度の方が高い場合には、弁制御手段５３によ
り運転開度制御手段５２を介して電動膨張弁１９を大き
な開度に制御する。これにより偏流が解消し、現地配管
の長寸法化、高低差拡大の据付けに対して対処し得る。

【００１７】

【実施例】次にこの発明のヒートポンプシステムの具体
的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明す
る。なお全体の構成は従来例と同じなので要旨の部分に
ついて詳述する。すなわち本発明は、図１に示すよう
に、過冷却度検出手段３０を構成する第１温度センサー
２６と第２温度センサー２７からの温度信号を弁制御手
段５３に入力している。

【００１８】つまり室内熱交換器２３の中間部に配置し
た第１温度センサー２６にて検出した温度と、出口側に
配置した第２温度センサー２７にて検出した温度とを比
較し、出口側の温度の方が中間部の温度より高い場合に
は、運転開度制御手段５２を制御して電動膨張弁１９を
制御開度よりも大きな開度、例えば全開に制御するよう
にしたものである。

【００１９】図２は要部の制御フローチャートを示し、
初期設定終了後のフィードバック制御を行う前に、ステ
ップＳ１で第１温度センサー２６の検出温度Ｔ_１と、第
２温度センサー２７の検出温度Ｔ_２とを読み込む。そし
てステップＳ２で検出温度Ｔ_１とＴ_２とを比較する。

【００２０】検出温度Ｔ_１の方が検出温度Ｔ_２よりも高
い通常の場合にはステップＳ３へ進み、過冷却度の目標
値に対する偏差Ｈｎを算出する。ここでステップＳ３に
示すＳＣｏは検出温度Ｔ_１より計算した過冷却度の目標
値を示し、Ｋ、Ｌは定数である。

【００２１】次にステップＳ４では、ステップＳ３で算
出した偏差Ｈｎをなくすように、つまり上述の第２基準
値になるように電動膨張弁１９の開度を変更すべく、運
転開度制御手段５２にて電動膨張弁１９をパルス制御す
る。ここでステップＳ４に示すＰｎは各電動膨張弁１９
・・の開度変更分を示し、Ｇは定数である。この制御動
作を２０秒毎にサンプリング制御を行う。

【００２２】そしてステップＳ２で、第１温度センサー
２６の検出温度Ｔ_１より第２温度センサー２７の検出温
度Ｔ_２の方が高い場合にはステップＳ５へ進み、弁制御
手段５３にて電動膨張弁１９が全開となるように運転開
度制御手段５２を制御する。その後、正常な状態の後、
ステップＳ３以降に示すフィードバックを行う。

【００２３】このように室内熱交換器２３の出口温度の
方が中間部分より高い場合には、電動膨張弁１９を全開
とすることで、偏流が解消する。したがってマルチシス
テムにおいて、現地配管の長寸法化、高低差拡大の据付
けに対して対処可能となる。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明のヒートポンプシ
ステムは、室外ユニットに、圧縮機と、この圧縮機の吐
出側に一端が接続されたガス管と、上記圧縮機の吸込側
に接続される蒸発器と、この蒸発器に一端が接続される
と共に、他端側に電動膨張弁の介設された液管とを設
け、上記ガス管と液管との間に、室内ユニットの複数パ
ス形の凝縮器を連絡配管を介して接続し、凝縮器を通過
した冷媒の過冷却度を検出する過冷却度検出手段と、電
動膨張弁に対して上記過冷却度検出手段からの信号によ
り凝縮器内の冷媒凝縮温度と凝縮器の出口配管側との温
度差を一定値に維持すべく開度制御する運転開度制御手
段とを備えたヒートポンプシステムにおいて、運転中の
室内ユニットの凝縮器の温度より出口配管側の温度の方
が高い場合には上記運転開度制御手段を制御して上記電
動膨張弁を制御開度よりも大きな開度にする弁制御手段
を設けたものであるから、初期設定終了後、フィードバ
ック制御を行う前に過冷却度検出手段により凝縮器の中
間部分と出口側の温度を検出し、中間部分より出口温度
の方が高い場合には、弁制御手段により運転開度制御手
段を介して電動膨張弁を大きな開度に制御するものであ
り、これにより偏流が解消し、そのためマルチシステム
においても、現地配管の長寸法化、高低差拡大の据付け
に対して対処可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の機能ブロック図である。

【図２】同上の制御フローチャート図である。

【図３】ヒートポンプシステムの冷媒回路図である。

【図４】ヒートポンプシステムにおける暖房運転時の運
転制御系統図である。

【図５】従来例の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ６ ガス管 １０ 室外熱交換器（蒸発器） １４ 液管 １９ 電動膨張弁 ２３ 室内熱交換器（凝縮器） ２４ 連絡配管 ３０ 過冷却度検出手段 ５２ 運転開度制御手段 ５３ 弁制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室外ユニット（Ｘ）に、圧縮機（１）
   と、この圧縮機（１）の吐出側に一端が接続されたガス
   管（５）と、上記圧縮機（１）の吸込側に接続される蒸
   発器（１０）と、この蒸発器（１０）に一端が接続され
   ると共に、他端側に電動膨張弁（１９）の介設された液
   管（１４）とを設け、上記ガス管（５）と液管（１４）
   との間に、室内ユニット（Ａ）の複数パス形の凝縮器
   （２３）を連絡配管（２４）を介して接続し、凝縮器
   （２３）を通過した冷媒の過冷却度を検出する過冷却度
   検出手段（３０）と、電動膨張弁（１９）に対して上記
   過冷却度検出手段（３０）からの信号により凝縮器（２
   ３）内の冷媒凝縮温度と凝縮器（２３）の出口配管側と
   の温度差を一定値に維持すべく開度制御する運転開度制
   御手段（５２）とを備えたヒートポンプシステムにおい
   て、運転中の室内ユニット（Ａ）の凝縮器（２３）の温
   度より出口配管側の温度の方が高い場合には上記運転開
   度制御手段（５２）を制御して上記電動膨張弁（１９）
   を制御開度よりも大きな開度にする弁制御手段（５３）
   を設けたことを特徴とするヒートポンプシステム。