JP3330017B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルの設
けられた空気調和機に関し、特に冷媒流量を最適に制御
するための膨張弁機構に好適である。

【０００２】

【従来の技術】膨脹弁の構造として、膨張弁開度が弁先
端部の形状により機械的に決定される構造のものが例え
ば実開昭４８−２４０１７号公報に記載されている。

【０００３】また、特願平６−４８２７３号公報に記載
のように、電気的な駆動信号の切り替えにより、冷凍サ
イクルに最適な冷媒流量を与えるものが知られている。

【０００４】さらに、特願平７−１９３１７５号公報に
記載のものでは膨張弁の開弁位置を検出して冷凍サイク
ルに最適な流量を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】実開昭４８−２４０１
７号公報に記載のもでは、開度を機械的に決定している
ねじのバックラシュ等、あるいは製造上の公差範囲が大
きい問題がある。

【０００６】また、特願平６−４８２７３号公報に記載
のものでは、膨張弁によって定まる冷媒流量と弁開度の
特性は様々であり、特に膨張弁の最小開度は製作誤差に
よる固体差があるため、使用時に最小開度が決定されな
い問題があった。

【０００７】さらに、特願平７−１９３１７５号公報に
記載のものではセンサ個数が増え、コストが高くなる。

【０００８】また、近年増加が見られる大容量かつ室内
ユニット複数台と室外ユニット１台というマルチサイク
ルの空気調和機では、大きな流量かつ細かな分解能が要
求されるため、容量の異なる膨脹弁を複数個用いてい
る。しかし、大容量の膨脹弁と小容量の膨脹弁であって
も、全開から全閉まで駆動するための分割数は等しく、
容量が増大するのに従って駆動ごとの流量の変化幅が大
きくなり、大容量膨脹弁を小開度で制御する場合は極め
て困難となる。

【０００９】本発明の目的は、膨張弁の可動範囲を適性
化し、複雑な制御を使用することなく、冷凍サイクルに
最適な流量を制御できる空気調和機を提供することにあ
る。

【００１０】また、他の目的は、一種類の膨張弁で多種
の容量を持つ冷凍サイクルに組合せを可能として空調和
機の低価格化を図ることにある。

【００１１】さらに、他の目的は、ねじのバックラッシ
ュなど、及び製造公差の小さい高精度、かつ高価格な膨
脹弁を使用することなく、信頼性向上と原価低減が図ら
れた空気調和機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明は、圧縮機、室外熱交換器を有する室外ユニッ
トと室内熱交換器を有する複数台の室内ユニットを備え
た空気調和機において、可動し得る製品可動範囲の上限
値及び下限値を同一とされた複数の膨張弁を備え、運転
開始時に運転容量により膨張弁の可動範囲の上限値と下
限値を前記製品可動範囲内で設定し、その後、圧縮機の
吐出冷媒温度又は室内熱交換器の温度あるいは室外熱交
換器の温度が目標値になるように設定された膨張弁の可
動範囲内で膨張弁の開度を制御するものである。

【００１３】これにより、冷凍サイクルの特性に合わせ
て、膨張弁の可動範囲を適性化させ、冷凍サイクルに最
適な流量特性を得ることができる。

【００１４】また、上記のものにおいて、膨張弁の開度
が可動範囲の下限値となった場合、圧縮機の吐出冷媒温
度又は室内熱交換器の温度あるいは室外熱交換器の温度
に応じて可動範囲の下限値を変更することが望ましい。

【００１５】これにより、一種類の膨張弁で容量の異な
る膨張弁を持つ冷凍サイクルに組合せが可能となり、膨
張弁の標準化を図ることができる。

【００１６】また、上記のものにおいて、膨張弁の開度
が可動範囲の下限値となる時間が所定時間以上経過した
場合、圧縮機の吐出冷媒温度に応じて可動範囲の下限値
を変更することが望ましい。

【００１７】これにより、マルチサイクルの空気調和機
において、使用する膨張弁の種類を少なくしても、小容
量から大容量まできめ細かく制御が可能となる。

【００１８】さらに、圧縮機の温度、室内熱交換器の温
度、室外熱交換器の温度に応じて膨張弁の可動範囲を設
定することにより、冷凍サイクルの色々な状態に適応が
可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
〜図６を参照して以下説明する。

【００２０】図１は、空気調和機の冷凍サイクルを示す
冷凍サイクル系統図、図２は、膨張弁開度に対する流量
特性を示すグラフ、図３は、膨張弁の可動範囲の変更を
示すフローチャート、図４は、膨張弁の下限値の変更を
示すフローチャート、図５は、膨張弁の下限値の変更を
示すフローチャート、図６は、膨張弁の下限値の変更を
示すフローチャートである。◆図１の空気調和機の冷凍
サイクルにおいて、２点鎖線内はそれぞれ室内ユニット
と室外ユニットを示す。

【００２１】冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２、室
外熱交換器３、室外膨張弁４、室内膨張弁５、室内熱交
換器６、気液分離器７により構成され、それぞれ配管に
より接続されている。また、室内、室外の熱交換器６、
３には、送風機８を備えており、熱交換器６、３に送風
することにより冷媒と空気を熱交換させている。

【００２２】冷房運転中は、室外熱交換器３は凝縮器と
して働きこの時の室外膨張弁４は全開開度で使用され、
室内膨張弁５は蒸発器として働きこの時の室内膨張弁５
は絞り機構として働くため、小開度で流量調整をする必
要がある。

【００２３】暖房運転中は、室外熱交換器３は蒸発器と
して働きこの時の室外膨張弁４は絞り機構として働くた
め、小開度で流量調整を行い、室内膨張弁５は全開開度
で使用される。◆また、空気調和機は、圧力検出手段９
や温度検出手段１０から得られる検出値を検出値入力手
段１１により取り込み、冷凍サイクル運転手段１２によ
り運転される。

【００２４】ここで、圧縮機１、室外熱交換器３、室内
熱交換器６には温度検出手段１０が取り付けられてお
り、それぞれ圧縮機吐出冷媒温度Td、圧縮機吸込冷媒温
度Ts、室外空気温度Ta0、室外熱交換器入口冷媒温度Te
1、室外熱交換器出口冷媒温度Te2、室内空気吸込温度Ta
1、室内空気吹出温度Ta2、室内熱交換器入口冷媒温度Tr
1、室内熱交換器出口冷媒温度Tr2を検出する。また、圧
縮機１には圧力検出手段９が取付られており、圧縮機吸
込圧力Ps、圧縮機吐出圧力Pdを検出する。（以下記号で
説明する） 図２を用いて膨張弁の可動範囲について説明する。◆製
品構造上の下限値には、開から閉方向への閉じ始め位置
Ａ点、閉から開方向への開き始め位置Ｂ点それぞれに±
の公差がある。同様に、上限値には開から閉方向の閉じ
始め位置Ｃ点、閉から開方向への開き始め位置Ｄ点にそ
れぞれに±の公差がある。

【００２５】膨張弁の流量は、オリフィス径により決定
されるため、一種類の膨張弁で容量の異なる膨張弁を持
つ冷凍サイクルに組合せ可能とするには、製品構造上の
可動範囲を適性に設定することが必要となる。また、制
御上の可動範囲の上限、下限を変化させることにより、
一種類の膨張弁で多種類の容量に組合せが可能となり膨
張弁の標準化を図ることができる。◆次に、図３を用い
て膨張弁の可動範囲を変更する方法について説明する。

【００２６】運転容量により膨張弁の上限値、下限値を
設定して冷凍サイクルを運転する。（ステップ１００、
１０１）◆ サイクル状態の安定は、圧縮機の運転回転数の変化幅が
微小になったことなどにより判断する。また、膨張弁開
度の設定は運転状態により変化させると良い。

【００２７】膨張弁開度を冷凍サイクルの要求開度にな
るように制御し、冷凍サイクルに最適な流量を与える。
（ステップ１０２） 運転中に膨張弁開度を変化させたとき、膨張弁が可動範
囲の下限値になり、その上さらに閉じる必要がある場合
には下限値を変更し、さらに閉じることを可能にして許
可する。（ステップ１０３、１０４、１０５）また、膨
張弁が可動範囲の上限値になり、その上さらに開く必要
がある場合には上限値を変更し、さらに開くことをでき
るようにする。（ステップ１０３、１０６、１０７）◆ 冷凍サイクルを安定と判断する方法は、圧縮機の運転回
転数に限らず、サイクル状態を安定と判断できるもので
あれば膨張弁開度や、冷凍サイクルの温度で判定しも良
い。また、サイクル状態が安定、不安定の状態に係わら
ず設定を可変できる。

【００２８】さらに、膨張弁の可動範囲は、膨張弁を開
から全閉方向に動作させる場合と、全閉から開方向動作
させる場合の、どちらでも上記方法で設定が可能であ
る。

【００２９】また、上記により予め製品可動範囲の上限
値及び下限値を大きいものを選び、膨張弁の制御上の可
動範囲の上限値を製品可動範囲の上限値以下に、制御上
の可動範囲の下限値を製品可動範囲の下限値以上に設定
すれば、一種類の膨張弁で多種類の容量に組合せが可能
となる。

【００３０】次に、図４のフローチャートに従って、膨
張弁の下限値を変更する方法について説明する。◆空気
調和機の運転を開始する。（ステップ２００）◆ まず、膨張弁を下限値＝Ｂ＋γに設定する。（ステップ
２０１）◆ 次に、圧縮機吐出圧力Pdと圧縮機吐出冷媒温度Tdを検出
する。（ステップ２０２）◆ 圧縮機の目標温度TdO=f（Pd）を求める。（ステップ２
０３）ここで圧縮機の温度f（Td）は、冷凍サイクル運
転手段１２に圧力ごとの目標温度を記したテーブルを持
たせても良い。また、圧力と目標温度の関係を近似式の
形で表しても良い。本実施の形態では近似式を用いた例
を示し、以下に手順を追って説明する。

【００３１】圧縮機の目標温度TdOと実際の温度Tdを比
較する。（ステップ２０４）◆ TdO＜Tdの場合、現在の膨張弁が上限値か比較する。
（ステップ２０５）◆ 上限値でなければ、冷媒量が少ないと判断して膨張弁を
開く。（ステップ２０６）◆ 膨張弁開度操作終了後、ステップ２０２へ戻る。◆上限
値ならば、上限開度で１０分以上経過しているか判断す
る。（ステップ２０７）◆ 上限開度で１０分以上経過していなければ、ステップ２
０２へ戻る。◆上限開度で１０分以上経過していれば、
異常信号を出す。（ステップ２０８） その後、空気調和機の運転を停止する。（ステップ２０
９）この状態は、冷媒量不足や膨張弁が閉じたままロッ
クしている等の原因が考えられるため、点検者へのメッ
セージ等を表示すると良い。

【００３２】TdO＝Tdの場合、冷媒流量が良好と判断し
て膨張弁は現状を維持し、（ステップ２１０）ステップ
２０２へ戻る。◆TdO＞Tdの場合、膨張弁が下限値か比
較する。（ステップ２１１）◆ 下限値でなければ、冷媒流量が多いと判断して膨張弁を
閉じる。（ステップ２１２）◆ 膨張弁開度の操作終了後、ステップ２０２へ戻る。◆下
限値ならば、下限開度で１０分以上経過しているか判断
する。（ステップ２１３）◆ 下限開度で１０分以上経過していなければ、冷媒流量が
過渡的な状態であると判断して膨張弁は現状を維持す
る。（ステップ２１４）◆ 膨張弁開度の操作終了後、ステップ２０２へ戻る。

【００３３】下限開度で１０分以上経過していれば、可
動下限値と製品下限値Ａ−βを比較する。（ステップ２
１５）◆ 下限値＞Ａ−βでなければ、異常信号を出す。（ステッ
プ２１６）◆ その後、空気調和機の運転を停止する。（ステップ２１
７）この状態は、冷媒量過多や膨張弁が開いたままロッ
クしている等の原因が考えられるため、点検者へのメッ
セージ等を表示することが良い。◆下限値＞Ａ−βなら
ば、可動下限値を下限値＝Ａ−βとする。（ステップ２
１８）◆ 冷媒流量が多いと判断して膨張弁を閉じる。（ステップ
２１９）◆ 膨張弁開度操作終了後、ステップ２０２へ戻る。

【００３４】以上通常状態での制御は、ＰＩＤなどによ
るフィードバック制御を用いる。

【００３５】次に、図５を用いて膨張弁の下限値を変更
する実施の形態について説明する。

【００３６】膨張弁を下限値＝Ｂ＋γに設定し、冷凍サ
イクルの運転を開始する。(ステップ３００、３０１)◆ 上記と同様に、室内熱交換器の温度変化から膨張弁開度
を冷凍サイクルの要求開度にする。（ステップ３０２、
３０３）◆ 運転中に膨張弁開度を変化させたとき、膨張弁が可動範
囲の下限値になり、（ステップ３０４）その上さらに閉
じたい場合には下限値を変更する。（ステップ３０５）
◆ 可動下限値と製品下限値Ａ−βを比較し、（ステップ３
０６）可動下限値＝Ａ−βにする。（ステップ３０７）
◆ 次に、図６を用いて膨張弁の下限値を変更する実施の形
態について説明する。

【００３７】膨張弁を下限値＝Ｂ＋γに設定し、冷凍サ
イクルを運転する。(ステップ４００、４０１)◆ 上記と同様に、室外熱交換器の温度変化から膨張弁開度
を冷凍サイクルの要求開度にする。（ステップ４０２、
４０３） 運転中に膨張弁開度を変化させたとき、膨張弁が可動範
囲の下限値になり、（ステップ４０４）その上さらに閉
じたい場合には下限値を変更する。（ステップ４０５）
◆ 可動下限値と製品下限値Ａ−βを比較し、（ステップ４
０６）可動下限値＝Ａ−βにする。（ステップ４０７）
◆ 図３〜図６の場合においても、サイクル状態を安定と判
断する方法は、圧縮機の運転回転数に限らず、サイクル
状態を安定と判断できるものであれば膨張弁開度や、冷
凍サイクルの温度でも良い。また、サイクル状態は安定
状態に限らず不安定時でも良い。さらには、膨張弁開度
の設定は運転状態により変化させることができる。

【００３８】膨張弁の可動範囲を設定するには、膨張弁
を開から全閉方向に動作させる場合と、全閉から開方向
に動作させる場合の、どちらでも可能である。◆図３〜
図６は、膨張弁の可動範囲を適性化する方法を下限側を
例として説明するものであり、上限側の可動範囲を適性
化する方法も同様である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、膨張
弁の可動範囲を適性化し、複雑な制御を使用することな
く、冷凍サイクルに最適な流量を制御できる空気調和機
を得ることができる。

【００４０】また、一種類の膨張弁で多種の容量を持つ
冷凍サイクルに組合せが可能で、信頼性向上と原価低減
が図られた空気調和機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 空気調和機の冷凍サイクルを示す冷凍サイク
ル系統図。

【図２】 膨張弁開度に対する流量特性を示すグラフ。

【図３】 膨張弁の可動範囲の変更を示すフローチャー
ト。

【図４】 膨張弁の下限値の変更を示すフローチャー
ト。

【図５】 膨張弁の下限値の変更を示すフローチャー
ト。

【図６】 膨張弁の下限値の変更を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…室外
膨張弁、５…室内膨張弁、６…室内熱交換器、７…気液
分離器、８…送風機、９…圧力検出手段、１０…温度検
出手段、１１…検出値入力手段、１２…冷凍サイクル運
転手段、Td…圧縮機吐出冷媒温度、Ts…圧縮機吸込冷媒
温度、Ta0…室外空気温度Ta0、Te1…室外熱交換器入口
冷媒温度、Te2…室外熱交換器出口冷媒温度、Ta1…室内
空気吸込温度、Ta2…室内空気吹出温度、Tr1室内熱交換
器入口冷媒温度、Tr2…室内熱交換器出口冷媒温度、Ps
…圧縮機吸込圧力、Pd…圧縮機吐出圧力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 小野 孝朗 (56)参考文献 特開 昭63−61844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−123960（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−14780（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−229495（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、室外熱交換器を有する室外ユニッ
   トと室内熱交換器を有する複数台の室内ユニットを備え
   た空気調和機において、可動し得る製品可動範囲の上限
   値及び下限値を同一とされた複数の膨張弁を備え、 運転開始時に運転容量により前記膨張弁の可動範囲の上
   限値と下限値を前記製品可動範囲内で設定し、その後、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度又は前記室内熱交換器の温度
   あるいは前記室外熱交換器の温度が目標値になるように
   設定された前記膨張弁の可動範囲内で前記膨張弁の開度
   を制御し、前記膨張弁の開度が可動範囲の下限値となっ
   た場合、前記圧縮機の吐出冷媒温度又は前記室内熱交換
   器の温度あるいは前記室外熱交換器の温度に応じて可動
   範囲の下限値を変更することを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、前記膨張
   弁の開度が可動範囲の下限値となる時間が所定時間以上
   経過した場合、前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じて可動
   範囲の下限値を変更することを特徴とする空気調和機。