JP3864980B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は空気調和機に関する。
従来の空気調和機においては、圧縮機の起動時に蒸発圧力または凝縮圧力が目標値に向かうように圧縮機の周波数を段階的に増減させる制御が行われる場合がある(特許文献1参照)。例えば、圧縮機の起動により周波数が徐々に高くなって凝縮圧力がある値まで上昇した後、目標とする値になるように周波数を一定時間毎に一定周波数ずつ増加させる。凝縮圧力が周波数の増加と共に上昇して目標とする値を越えると、再び目標値になるように周波数を一定時間毎に一定周波数ずつ減少させる。このように圧縮機の周波数が制御されることによって、蒸発圧力が目標値に近づけられる。
特開2000−241001号公報
しかし、室外機に複数の室内機が接続される空気調和機では、サーモオン状態にある室内機の台数が変動するため、必要能力の変動が比較的大きい。このため、上記のような制御が行われる場合、必要能力の変動によって蒸発圧力または凝縮圧力を目標値に近づけることが困難となり、圧縮機の周波数制御が不安定になる恐れがある。また、圧縮機の周波数を安定的に制御するため周波数の増加数を小さくした場合には、目標値に到達するのに時間がかかってしまう。
本発明の課題は、室外機に複数の室内機が接続される空気調和機において、圧縮機の安定的な周波数制御を行うことにある。
第1発明にかかる空気調和機は、圧縮機を有する室外機と、室外機に接続されそれぞれ独立してサーモオン・オフの切換が可能な複数の室内機とを備える空気調和機であって、合計能力値取得手段と、変更量決定手段と、周波数変更手段とを備える。合計能力値取得手段は、複数の室内機のうちサーモオン状態の室内機の合計能力値を取得する。変更量決定手段は、圧縮機の周波数を段階的に変更する際の一段階の変更量を合計能力値に応じて決定する。周波数変更手段は、変更量決定手段によって決定された変更量ごとに圧縮機の周波数を段階的に変更する。
この空気調和機では、複数の室内機のうちサーモオン状態の室内機の合計能力値が取得され、合計能力値に応じた圧縮機の周波数が決定される。そして、決定された変更量ごとに圧縮機の周波数が段階的に変更される。すなわち、サーモオン状態の室内機が少ない場合と多い場合とのそれぞれの状態に応じた適切な変更量で圧縮機の周波数が変更される。このため、必要能力の変動に対応した変更量で圧縮機の周波数を変更することができ、圧縮機の安定的な周波数制御を行うことができる。
第2発明にかかる空気調和機は、第1発明の空気調和機であって、変更量決定手段は、合計能力値が大きいほど変更量を大きな値に決定し、合計能力値が小さいほど変更量を小さな値に決定する
この空気調和機では、合計能力値が大きいほど大きな変更量で圧縮機の周波数が変更される。これにより、合計能力値が大きい場合であっても、迅速に圧縮機の周波数を増大させることができる。
第3発明にかかる空気調和機は、第1発明または第2発明の空気調和機であって、変更量決定手段は、室内機の合計能力値を複数の範囲に分けた能力値区分と、能力値区分ごとに定められた変更量の値とを含む変更量決定テーブルによって圧縮機の周波数の変更量を決定する。
この空気調和機では、能力値区分ごとに定められた変更量で周波数が変更される。このため、合計能力値が変動した場合に、変動後の合計能力値に対応した変更量を容易に決定することができる。
第4発明にかかる空気調和機は、第1発明から第3発明のいずれかの空気調和機であって、変更量決定手段は、圧縮機の現在周波数をさらに考慮して圧縮機の周波数の変更量を決定する。
この空気調和機では、サーモオン状態の室内機の合計能力値だけではなく、圧縮機の現在周波数がさらに考慮されて圧縮機の周波数の変更量が決定される。このため、現在周波数の値を考慮したより安定的な圧縮機の周波数制御を行うことができる。
第5発明にかかる空気調和機は、第4発明の空気調和機であって、変更量決定手段は、圧縮機の現在周波数が大きいほど変更量を小さい値に決定する。
この空気調和機では、圧縮機の現在周波数が大きいほど、小さい変更量で圧縮機の周波数が変更される。このため、圧縮機の周波数の細やかな制御が可能となり、より安定的な圧縮機の周波数制御を行うことができる。
第6発明にかかる空気調和機は、第1発明から第5発明のいずれかの空気調和機であって、膨張弁と、過熱度検知手段と、膨張弁開度決定手段と、膨張弁開度変更手段とをさらに備える。膨張弁は、圧縮機と共に冷媒回路を構成する。過熱度検知手段は、圧縮機の吸入側の過熱度を検知する。膨張弁開度決定手段は、圧縮機の周波数変化と圧縮機の吸入側の過熱度とに基づいて膨張弁の開度を決定する。膨張弁開度変更手段は、膨張弁の開度を膨張弁開度決定手段によって決定された開度に変更する。
この空気調和機では、圧縮機の周波数変化と圧縮機の吸入側の過熱度とに基づいて膨張弁の開度が制御される。これにより、膨張弁の開度を圧縮機の周波数の変更に適切に対応させて制御することができる。
第7発明にかかる空気調和機は、第6発明の空気調和機であって、膨張弁開度決定手段は、膨張弁の開度を増大させる場合において過熱度が所定値を越えた又は所定値以上となったときは膨張弁の開度変化率を増大させる。
この空気調和機では、過熱度が所定値を越えた又は所定値以上となったときに、膨張弁の開度がより大きな開度変化率で変更される。このため、膨張弁の開度を圧縮機の周波数の増大に適切に追従させることができる。
第8発明にかかる空気調和機は、第1発明から第5発明のいずれかの空気調和機であって、複数の室内機に備えられた複数の室内熱交換器と、室外機に備えられた室外熱交換器と、圧縮機と、膨張弁とを有する冷媒回路を備えており、冷媒の蒸発圧力または凝縮圧力が目標値に到達するまで、圧縮機の周波数の変更量の決定と周波数の変更とが所定時間毎に繰り返される。
第9発明にかかる空気調和機の制御方法は、圧縮機を有する室外機と、室外機に接続されそれぞれ独立してサーモオン・オフの切換が可能な複数の室内機とを備える空気調和機の制御方法であって、合計能力値取得ステップと、変更量決定ステップと、周波数変更ステップとを備える。合計能力値取得ステップでは、複数の室内機のうちサーモオン状態の室内機の合計能力値が取得される。変更量決定ステップでは、圧縮機の周波数を段階的に変更する際の一段階の変更量が合計能力値に応じて決定される。周波数変更ステップでは、変更量決定手段によって決定された変更量ごとに圧縮機の周波数が段階的に変更される。
この空気調和機の制御方法では、複数の室内機のうちサーモオン状態の室内機の合計能力値が取得され、合計能力値に応じた圧縮機の周波数が決定される。そして、決定された変更量ごとに圧縮機の周波数が段階的に変更される。すなわち、サーモオン状態の室内機が少ない場合と多い場合とのそれぞれの状態に応じた適切な変更量で圧縮機の周波数が変更される。このため、必要能力の変動に対応した変更量で圧縮機の周波数を変更することができ、圧縮機の安定的な周波数制御を行うことができる。
第1発明にかかる空気調和機では、必要能力の変動に対応した変更量で圧縮機の周波数を変更することができ、圧縮機の安定的な周波数制御を行うことができる。
第2発明にかかる空気調和機では、合計能力値が大きい場合であっても、迅速に圧縮機の周波数を増大させることができる。
第3発明にかかる空気調和機では、能力値区分ごとに定められた変更量で周波数が変更されるため、合計能力値が変動した場合に、変動後の合計能力値に対応した変更量を容易に決定することができる。
第4発明にかかる空気調和機では、サーモオン状態の室内機の合計能力値だけではなく、現在周波数の値を考慮したより安定的な圧縮機の周波数制御を行うことができる。
第5発明にかかる空気調和機では、圧縮機の現在周波数が大きいほど、小さい変更量で圧縮機の周波数が変更されるため、圧縮機の周波数の細やかな制御が可能となり、より安定的な圧縮機の周波数制御を行うことができる。
第6発明にかかる空気調和機では、膨張弁の開度を圧縮機の周波数の変更に適切に対応させて制御することができる。
第7発明にかかる空気調和機では、過熱度が所定値を越えた又は所定値以上となったときに、膨張弁の開度がより大きな開度変化率で変更されるため、膨張弁の開度を圧縮機の周波数の増大に適切に追従させることができる。
第9発明にかかる空気調和機の制御方法では、必要能力の変動に対応した変更量で圧縮機の周波数を変更することができ、圧縮機の安定的な周波数制御を行うことができる。
<構成>
本発明の一実施形態にかかる空気調和機100の構成を示すブロック図を図1に示す。この空気調和機100は、住宅内の冷暖房を行う空気調和機であって、1台の室外機1に対して複数の室内機2a−2iが接続される、いわゆるマルチ型空気調和機である。室内機2a−2iは、分岐ユニットBP1−BP3を介して室外機1に接続されている。本実施形態では、1つの室外機1に対して、複数の分岐ユニットBP1−BP3が接続されており、第1分岐ユニットBP1から第3分岐ユニットBP3までの3つの分岐ユニットBP1−BP3が接続されている。また、各分岐ユニットBP1−BP3には複数の室内機が接続されている。第1分岐ユニットには第1室内機2aから第3室内機2cまでの3つの室内機2a−2cが接続されている。第2分岐ユニットBP2には第4室内機2dから第6室内機2fまでの3つの室内機2d−2fが接続されている。第3分岐ユニットBP3には第7室内機2gから第9室内機2iまでの3つの室内機2g−2iが接続されている。この空気調和機100の構成を示す冷媒回路図を図2に示す。
〈室外機の構成〉
室外機1側の冷媒回路は、圧縮機10、切換機構11、油分離器12、ホットガスバイパス回路13、室外熱交換器14、室外膨張弁15(膨張弁)、レシーバー16、ブリッジ回路17、冷却器18、過冷却バイパス回路19、ガス抜き回路20、均圧回路21などを含んでいる。
圧縮機10は、電動機駆動のスクロール式の圧縮機であり、吸入したガス冷媒を圧縮するための機器である。圧縮機10は、インバーターにより運転周波数を可変制御可能となっている。
切換機構11は、冷房サイクルによる運転と暖房サイクルによる運転との切り換え時に、冷媒の流れの方向を切り換える機構であり、圧縮機10の吐出管22、吸入管23、室外熱交換器14のガス側および室内熱交換器3a−3cのガス側と接続された四路切換弁によって構成されている。切換機構11は、冷房サイクルによる運転時には圧縮機10の吐出側と室外熱交換器14のガス側とを接続するとともに圧縮機10の吸入側とガス閉鎖弁24とを接続する(図1の切換機構11の実線を参照。以下、この状態を「冷房サイクル側状態」と呼ぶ。)。また、切換機構11は、暖房サイクルによる運転時には圧縮機10の吐出側とガス閉鎖弁24とを接続するとともに圧縮機10の吸入側と室外熱交換器14のガス側とを接続することが可能である(図1の切換機構11の破線を参照。以下、この状態を「暖房サイクル側状態」と呼ぶ。)。
油分離器12は、圧縮機10の吐出側の冷媒中に含まれる潤滑油を分離して圧縮機10の吸入側に返すための機構であり、吐出管22の途中に設けられている。
ホットガスバイパス回路13は、圧縮機10の吐出管22と吸入管23とを連通する回路であり、圧縮機10の吸入側と吐出側とを接続している。ホットガスバイパス回路13は、一端が油分離器12に接続され、他端が吸入管23に接続されている。従って、ホットガスバイパス回路13は、圧縮機10から吐出された冷媒を吸入側に戻すと共に、油分離器12で分離された油分を圧縮機10の吸入側に戻すための油回収回路としても機能することができる。また、ホットガスバイパス回路13上には、ホットガスバイパス回路開閉部25と、通過する冷媒を減圧するキャピラリ26とが設けられている。ホットガスバイパス回路開閉部25は、ホットガスバイパス回路13を開閉する電磁弁であり、ホットガスバイパス回路13を流れる冷媒の流れを閉鎖および開放することができる。
室外熱交換器14は、クロスフィンチューブ式の熱交換器であり、空気を熱源として冷媒と熱交換するための機器である。室外機1は、室外機1内に屋外の空気を取り込み、送り出すために室外熱交換器14を通る空気流を生成する室外送風機27を備えている。室外送風機27は、室外熱交換器14に空気を通すことによって屋外の空気と室外熱交換器14を流れる冷媒との熱交換を行わせる。
室外膨張弁15は、室外熱交換器14の液側と接続され、後述するブリッジ回路17と室外熱交換器14との間に位置している。室外膨張弁15は、通過する冷媒を減圧可能な電動弁であり、弁の開度が制御されることによって通過する冷媒の流量を調整することができる。
レシーバー16は、室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間を流れる冷媒を一時的に溜めるための容器であり、液体状態の冷媒を貯留可能である。レシーバー16は、容器上部に入口を有しており、容器下部に出口を有している。レシーバー16の入口は、ブリッジ回路17を介して室外膨張弁15及び液閉鎖弁28に接続されている。また、レシーバー16の出口は、冷却器18及びブリッジ回路17を介して室外膨張弁15及び液閉鎖弁28に接続されている。レシーバー16は、室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間であって圧縮機10とは反対側に位置しており、室内膨張弁5a−5cと室外熱交換器14との間に位置している。レシーバー16は、冷房サイクルにおける冷媒の流れ方向においては、室内膨張弁5a−5cの上流側であって室外熱交換器14の下流側に位置している。
ブリッジ回路17は、室外膨張弁15とレシーバー16との間に接続された4つの逆止弁17a−17dから構成された回路であり、室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間を流れる冷媒が室外熱交換器14側からレシーバー16に流入する場合及び室内熱交換器3a−3c側からレシーバー16に流入する場合のいずれの場合においても、レシーバー16の入口からレシーバー16内に冷媒を流入させ、かつ、レシーバー16の出口から室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間に冷媒を戻す機能を有している。具体的には、逆止弁17aは、室内熱交換器3a−3cから室外熱交換器14へ向かって流れる冷媒をレシーバー16の入口に導くように接続されている。逆止弁17bは、室外熱交換器14から室内熱交換器3a−3cへ向かって流れる冷媒をレシーバー16の入口に導くように接続されている。逆止弁17cは、レシーバー16の出口から冷却器18を介して流れる冷媒を室内熱交換器3a−3c側に流すことができるように接続されている。逆止弁17dは、レシーバー16の出口から冷却器18を介して流れる冷媒を室外熱交換器14側に流すことができるように接続されている。これにより、室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間を流れる冷媒は、常に、レシーバー16の入口から流入し、レシーバー16の出口から流出して室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間に戻されるようになっている。
冷却器18は、2重管式の熱交換器であり、室外熱交換器14において凝縮されて室内熱交換器3a−3cに送られる冷媒を冷却するために設けられている。冷却器18は、レシーバー16とブリッジ回路17との間に接続されている。
過冷却バイパス回路19は、室外熱交換器14から室内熱交換器3a−3cへ送られる冷媒の一部を分岐させて圧縮機10の吸入側に戻すように設けられている。具体的には、過冷却バイパス回路19は、レシーバー16の出口とブリッジ回路17の逆止弁17dとを接続する回路部分から分岐されて冷却器18を通り圧縮機10の吸入管23に合流するように接続されている。そして、過冷却バイパス回路19には、過冷却バイパス回路19を流れる冷媒の流量を調節するための過冷却バイパス用膨張弁29が設けられている。過冷却バイパス用膨張弁29は、冷却器18に流す冷媒の流量の調節を行うための電動弁である。これにより、冷媒回路10を流れる冷媒は、冷却器18において、過冷却バイパス用膨張弁29の出口から圧縮機10の吸入管23に戻される冷媒によって冷却されるようになっている。
ガス抜き回路20は、その一端がレシーバー16の上端部に接続され、その他端が過冷却バイパス回路19に接続され圧縮機10の吸入管23に合流している。ガス抜き回路20は、レシーバー16内の気体状態の冷媒を圧縮機10の吸入側へと送るための回路である。また、ガス抜き回路20上には、ガス抜き回路開閉部30が設けられている。ガス抜き回路開閉部30は、ガス抜き回路20を開閉する電磁弁であり、ガス抜き回路20を流れる冷媒の流れを閉鎖および開放することができる。
均圧回路21は、その一端がガス抜き回路20におけるガス抜き回路開閉部30とレシーバー16との間に接続され、その他端が吐出管22に接続されている。また、均圧回路21には、その一端から他端に向かう冷媒の流通のみを許容する均圧用逆止弁31が設けられている。この均圧回路21は、空気調和機100の停止中に外気温が異常に上昇してレシーバー16の圧力が高くなりすぎた場合に、ガス冷媒を逃がすことでレシーバー16の破裂を防止するためのものである。
〈室内機の構成〉
複数の室内機2a−2cは、室内の壁面や天井裏などにそれぞれ配置され、室内へ調和された空気を吹き出す。室内機2a−2cは、異なる室内にそれぞれ配置されてもよく、同一室内の異なる位置にそれぞれ配置されてもよい。室内機2a−2cは、それぞれ独立してサーモオン・オフおよび運転の起動・停止が可能となっており、室内機2a−2cごとに運転状態を切り換えることができる。複数の室内機2a−2cは、第1分岐ユニットBP1を介して室外機1に接続されており、室外機1から送られてきた冷媒が第1分岐ユニットBP1において分岐され各室内熱交換器3a−3cに送られる。また、各室内熱交換器3a−3cを流れた冷媒は、第1分岐ユニットBP1において再び合流して室外機1へと送られる。
第1室内機2aは、第1室内熱交換器3aおよび第1室内送風機4aを備えている。第1室内熱交換器3aは、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う。第1室内送風機4aは、第1室内機2a内から吹き出される空気の流れを生成し、第1室内熱交換器3aを流れる冷媒と熱交換を行った空気を室内へと送る。
第2室内機2bは、第2室内熱交換器3bおよび第2室内送風機4bを備えている。第2室内熱交換器3bは、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う。第2室内送風機4bは、第2室内機2b内から吹き出される空気の流れを生成し、第2室内熱交換器3bを流れる冷媒と熱交換を行った空気を室内へと送る。
第3室内機2cは、第3室内熱交換器3cおよび第3室内送風機4cを備えている。第3室内熱交換器3cは、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う。第3室内送風機4cは、第3室内機2c内から吹き出される空気の流れを生成し、第3室内熱交換器3cを流れる冷媒と熱交換を行った空気を室内へと送る。
第1室内熱交換器3a、第2室内熱交換器3bおよび第3室内熱交換器3cは、冷媒回路において並列に設けられており、第1分岐ユニットBP1に接続されている。
なお、他の室内機2d−2iも上記と同様の構成である。
〈分岐ユニットの構成〉
第1分岐ユニットBP1は、1つの室外機1から送られる冷媒を分岐して複数の室内機2a−2cに分配し、また、複数の室内機2a−2cから送られる冷媒を合流させて1つの室外機1に送るユニットである。
第1分岐ユニットBP1は、3つに分岐した液分岐管32と、3つに分岐したガス分岐管33とを有している。液分岐管32は、室外機1の液閉鎖弁28と第1室内熱交換器3a、第2室内熱交換器3bおよび第3室内熱交換器3cの液側とを連結している。また、ガス分岐管33は、室外機1のガス閉鎖弁24と第1室内熱交換器3a、第2室内熱交換器3bおよび第3室内熱交換器3cのガス側とを連結している。液分岐管32の分岐点と各室内熱交換器3a−3cとの間には、第1室内膨張弁5a、第2室内膨張弁5bおよび第3室内膨張弁5cが設けられており、各室内膨張弁5a−5cは冷媒回路において並列に設けられている。従って、第1室内熱交換器3aと第1室内膨張弁5aとからなる第1室内機2a側の冷媒回路と、第2室内熱交換器3bと第2室内膨張弁5bとからなる第2室内機2b側の冷媒回路と、第3室内熱交換器3cと第3室内膨張弁5cとからなる第3室内機2c側の冷媒回路とが互いに並列に第1分岐ユニットBP1を介して室外機1側の冷媒回路に接続されている。第1室内膨張弁5a、第2室内膨張弁5bおよび第3室内膨張弁5cはそれぞれ通過する冷媒を減圧可能な電動弁であり、弁の開度が制御されることによって通過する冷媒の量を制御することができる。第1室内膨張弁5a、第2室内膨張弁5bおよび第3室内膨張弁5cはそれぞれ独立して制御可能となっている。
なお、液分岐管32と第ガス液分岐管との間には、圧力調整用の電動弁6が設けられている。
他の分岐ユニットBP2,BP3も上記と同様の構成である。
〈各種センサ〉
空気調和機100は、各部に設けられた圧力センサや温度センサ等の各種センサ40−51を備えている。以下、図2を用いて、各種センサ40−51について説明する。
圧縮機10の吸入管23には、圧縮機10の吸入側を流れる低圧のガス冷媒の圧力(以下、「吸入側圧力Pe」と呼ぶ。)を検出するための吸入側圧力センサ40が設けられている。圧縮機10の吐出管22には、圧縮機10の吐出側を流れる高圧のガス冷媒の圧力(以下、「吐出側圧力Pc」と呼ぶ。)を検出するための吐出側圧力センサ41が設けられている。また、圧縮機10の吐出管22には、高圧のガス冷媒の圧力の過上昇を検出するための高圧圧力スイッチ42が設けられている。そして、圧縮機10の吐出管22には、圧縮機10の吐出側の冷媒の吐出側温度Tdを検出するための吐出側温度センサ43が設けられ、圧縮機10の吸入管23には圧縮機10の吸入側の冷媒の吸入側温度Tsを検出するための吸入側温度センサ44(過熱度検知手段)が設けられている。
また、室外機1の室外送風機27の空気吸入口には、室外空気の温度Taを検出するための外気温度センサ45が設けられている。室外熱交換器14には、冷房運転時には冷媒の凝縮温度に相当し、かつ、暖房運転時には冷媒の蒸発温度に相当する冷媒の温度Tbを検出するための室外熱交温度センサ46が設けられている。
また、過冷却バイパス回路19の圧縮機10の吸入側との合流部には、冷却器18の出口側の過冷却バイパス回路19を流れる冷媒の温度Tshを検出して過熱度を検出するための過冷却バイパス回路温度センサ47が設けられている。この過冷却バイパス回路温度センサ47によって、圧縮機10の吸入側の過熱度を検知することができる。
室内機2a−2iの室内送風機4a−4cの空気吸込口には、室内空気の温度Trを検出するための室内温度センサ48がそれぞれ設けられている。この室内温度センサ48によって、各室内機2a−2iによる空気調和を受ける室内の温度を検知することができる。また、室内熱交換器3a−3cには、冷房運転時には蒸発温度に相当し、かつ、暖房運転時には凝縮温度に相当する冷媒の温度Tnを検出するための室内熱交温度センサ49がそれぞれ設けられている。
第1分岐ユニットBP1中のガス分岐管33の各分岐には、内部を通過する冷媒温度を検出するガス管温度センサ50がそれぞれ設けられている。ガス管温度センサ50は、室内膨張弁5a−5cと室内熱交換器3a−3cとの間に設けられている。また、液分岐管32の各分岐には、内部を通過する冷媒温度を検出する液管温度センサ51がそれぞれ設けられている。液管温度センサ51は、室内熱交換器3a−3cと液分岐管の分岐点との間に設けられている。
なお、各室内機2a−2cおよび第1分岐ユニットBP1に備えられた各種センサ48−51については、簡略化のため同一機能のセンサには同一の符号を付している。
なお、図2では、第2分岐ユニッBP2および第3分岐ユニットBP3と、各分岐ユニットBP2,BP3に接続された室内機2d−2iとについては記載を省略しているが、第1分岐ユニットBP1および第1分岐ユニットBP1に接続された室内機2a−2cと同様の各種センサが設けられている。
〈制御部〉
空気調和機100は、図3に示すように、上記の各種センサ40−51が検出する信号に基づいて圧縮機10や切換機構11などの各機器を制御して冷房運転や暖房運転等の空調運転を行うための制御部60を備える。
制御部60は、主に、マイクロコンピュータやメモリーからなり、上述した各種センサ40−51の入力信号を受けることができるように接続されるとともに、操作端末61に入力された指令信号を受けることができる。制御部60は、これらの入力信号および指令信号に基づいて各種機器4a−4c,10,11,27、弁類5a−5c、15,29、各種開閉部25,30を制御することができるように接続されている。そして、この制御部60は、各種機器4a−4c,10,11,27、弁類5a−5c、15,29、各種開閉部25,30を制御して冷房運転や暖房運転などの空調運転を行うことができる。なお、図2では、弁類5a−5c、各種開閉部25,30、室内送風機4a−4c、室内膨張弁5a−5cなどの複数の構成部品をそれぞれまとめて1つのブロックで表示しているが、各構成部品を個別に制御することが可能である。
以下、制御部60が行う各種の制御について説明する。
<制御部が行う制御>
制御部60は、冷房サイクルによる運転と暖房サイクルによる運転とを切り換えて行うことができる。冷房サイクルによる運転としては、冷房運転、デフロスト運転、油回収運転などがある。暖房サイクルによる運転としては、暖房運転がある。以下、室内機2a−2i内での冷媒の流れについては第1室内機2aから第3室内機2cについてのみ説明するが他の室内機2d−2iについても同様である。
(暖房運転制御)
暖房運転制御では、室内熱交換器3a−3cが凝縮器となる加熱動作が行われる。この暖房運転制御において、切換機構11は、図2に破線で示す状態となる。室外膨張弁15、室外送風機27、運転状態の室内機2a−2cの室内膨張弁5a−5cおよび室内送風機4a−4cは、室内機2a−2cの運転状況などに応じて制御される。ホットガスバイパス回路開閉部25は閉じられ、過冷却バイパス用膨張弁29は適宜開閉される。ガス抜き回路開閉部30は、適宜開閉される。この状態で冷媒が冷媒回路を循環することにより、運転状態の室内機2a−2cの室内熱交換器3a−3cが凝縮器として機能し且つ室外熱交換器14が蒸発器として機能する。これにより、加熱された空気が室内へと吹き出され、暖房運転が行われる。
なお、上記のような暖房運転では、冷媒が以下のように冷媒回路を循環する。なお。ここでは、第1室内機2aがサーモオン状態にあり、第2室内機2bおよび第3室内機2cがサーモオフまたは運転停止状態にあるとして説明する。
まず、圧縮機10から吐出された冷媒は、切換機構11からガス閉鎖弁24および第1分岐ユニットBP1を通って第1室内熱交換器3aへ送られる。第1室内熱交換器3aでは、冷媒が室内空気に対して放熱して凝縮する。第1室内熱交換器3aで凝縮した冷媒は、第1室内膨張弁5a、液閉鎖弁28、ブリッジ回路17を通ってレシーバー16に流入する。レシーバー16から流出した冷媒は、室外膨張弁15で減圧され、ブリッジ回路17を通って室外熱交換器14へ送られる。室外熱交換器14では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器14で蒸発した冷媒は、切換機構11を通って圧縮機10に吸入される。圧縮機10は吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。
なお、室内機2a−2cのうち停止している第2室内機2bおよび第3室内機2cでは、対応する第2室内膨張弁5bと第3室内膨張弁5cとが微少開度で開かれており、冷媒の流入が制限されている。
制御部60は、各室内機2a−2cの運転状態の変更に応じて圧縮機10の周波数および室外膨張弁15の開度等を制御して容量制御を行う。
(冷房運転制御)
冷房運転制御時には、室内熱交換器3a−3cが蒸発器となる冷却動作が行われる。この冷房運転制御時において、切換機構11は、図2に実線で示す状態となる。室外膨張弁15は全開にされ、室外送風機27、運転状態の室内機2a−2cの室内膨張弁5a−5cおよび室内送風機4a−4cは、室内機2a−2cの運転状況などに応じて制御される。ホットガスバイパス回路開閉部25、過冷却バイパス用膨張弁29は適宜開閉される。ガス抜き回路開閉部30は、適宜開閉される。この状態で冷媒が冷媒回路を循環することにより、運転状態の室内機2a−2cの室内熱交換器3a−3cが蒸発器として機能し且つ室外熱交換器14が凝縮器として機能する。これにより、冷却された空気が室内へと吹き出され、冷房運転が行われる。
なお、上記のような冷房運転では、冷媒が以下のように冷媒回路を循環する。なお。ここでは、第1室内機2aがサーモオン状態にあり、第2室内機2bおよび第3室内機2cがサーモオフまたは運転停止状態にあるとして説明する。
まず、圧縮機10から吐出された冷媒は、切換機構11から室外熱交換器14へ送られる。室外熱交換器14では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器14で凝縮した冷媒は、室外膨張弁15およびブリッジ回路17を通って、レシーバー16に流入する。レシーバー16から流出した冷媒は、液閉鎖弁28を通り、第1分岐ユニットBP1内の第1室内膨張弁5aで減圧され、第1室内熱交換器3aへ送られる。第1室内熱交換器3aでは、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。第1室内熱交換器3aで蒸発した冷媒は、ガス閉鎖弁24、切換機構11を通って圧縮機10に吸入される。圧縮機10は吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。
なお、室内機2a−2cのうち停止している第2室内機2bおよび第3室内機2cでは、対応する第2室内膨張弁5bと第3室内膨張弁5cとが全閉されており、冷媒の流入が制限されている。
制御部60は、各室内機2a−2cの運転状態の変更に応じて圧縮機10の周波数および室外膨張弁15の開度等を制御して容量制御を行う。
(圧縮機の周波数制御)
次に、圧縮機10の周波数制御について説明する。
制御部60は、圧縮機10の起動制御において、吐出側圧力Pcと吸入側圧力Peとの差が所定値を越えるまで段階的に圧縮機10の周波数を増大させる。なお、制御部60は、圧縮機10の周波数を変更する場合、所定間隔ごとに段階的に変更する。例えば、圧縮機10の最低運転周波数が52Hzであって、これを第1レベルとすると、第2レベル=57Hz、第3レベル=62Hz、第4レベル=68Hzのように各レベルの周波数が所定間隔ごとに増大するように設定され、圧縮機10の周波数はこのレベル単位で増減する。なお、各レベルに設定された周波数の差は必ずしも同じ値に限るものではないが、近似した値となっている。また、高いレベルほど高い周波数が設定されている。
吐出側圧力Pcと吸入側圧力Peとの差が所定値を越えると、圧縮機10の通常制御が行われる。この通常制御では、制御部60は、能力要求の大きさを判断して、能力要求の大きさ及びそのときの圧縮機10の周波数に応じて周波数の変更量を算出する。制御部60は、図3に示すように、合計能力値取得手段62、変更量決定手段63、周波数変更手段64等を有している。以下、図4に示す制御フローに基づいて圧縮機10の通常制御について説明する。
まず、第1ステップS1(合計能力値取得ステップ)において、合計能力値取得手段62は、複数の室内機2a−2iのうちサーモオン状態の室内機2a−2iの合計能力値を取得する。室内機2a−2iは、それぞれの能力値を記憶しており、合計能力値取得手段62は、各室内機2a−2iに記憶された能力値に基づき、サーモオン状態にある室内機の能力値を合計して合計能力値を算出する。
次に第2ステップS2(変更量決定ステップ)において、変更量決定手段63は、合計能力値および圧縮機10の現在周波数に応じて圧縮機10の周波数の変更量を決定して、第3ステップS3(周波数変更ステップ)に進む。変更量決定手段63は、図5および図6に示すように、室内機2a−2iの合計能力値を複数の範囲に分けた能力値区分と、能力値区分および現在周波数ごとに定められた変更量の値とを含む変更量決定テーブルを記憶しており、この変更量決定テーブルによって圧縮機10の周波数の変更量を決定する。本実施形態では、合計能力値区分は、第1範囲から第4範囲までの4つの範囲を有している。なお、変更量決定テーブル上の変更量の値は、レベル数の変化幅で記載されている。例えば、「+2」の場合は、圧縮機10の周波数が2段階高いレベルの周波数に変更される。この変更量決定テーブルでは、合計能力値が大きい能力値区分ほど大きな変更量が設定されており、また、大きな現在周波数ほど小さな変更量が設定されている。従って、合計能力値が大きいほど変化量が大きな値に決定され、現在周波数が大きいほど、変更量が小さい値に決定される。なお、図5は、冷房運転時の変更量決定テーブルであり、図6は、暖房運転時の変更量決定テーブルである。この空気調和機100では、冷房運転時と暖房運転時とで異なる変更量決定テーブルが用いられる。
第3ステップS3において、周波数変更手段64は、空気調和機100の起動時に、変更量決定手段63によって決定された変更量ごとに圧縮機10の周波数を変更する。このときの周波数の変更量は、上記の変更量決定手段63によって決定された変更量である。
以下、空気調和機100の冷房運転時における圧縮機10の通常制御を第1室内機2a、第2室内機2bおよび第3室内機2cがサーモオン状態となり、他の室内機2d−2iは停止している場合を例として具体的に説明する。第1室内機2a、第2室内機2bおよび第3室内機2cの能力値はそれぞれ28、30、40である。また、圧縮機10は最低運転周波数の77Hzで駆動されているとする。
まず、合計能力値取得手段62が第1室内機2a、第2室内機2bおよび第3室内機2cの合計能力値を算出する。ここで、ΣS=98と算出される。ΣSは合計能力値である。変更量決定手段63は、この合計能力値に基づき図5の冷房運転時の変更量決定テーブルを参照して周波数の変更量を決定する。ここで、現在周波数が77Hzであり且つ合計能力値が98であることから、変更量が「+2」と決定される。周波数変更手段64は、この変更量に基づいて圧縮機10の周波数を第6レベルから2段階増大させて第8レベルにする。具体的には、圧縮機10の周波数が、77Hzから88Hzに増大する。そして、蒸発圧力または凝縮圧力が目標値に到達するまで所定時間毎に周波数の変更が繰り返される。
なお、途中でサーモオン状態の室内機の数が変動した場合は、変動後の合計能力値に応じて周波数の変動量が決定される。
(室外膨張弁の起動制御)
上記のような圧縮機10の周波数の変更に伴い、室外膨張弁15の開度も調整される。以下、空気調和機100の起動時における室外膨張弁15の起動制御について説明する。
制御部60は、図3に示すように、膨張弁開度決定手段65と、膨張弁開度変更手段66とを有する。
膨張弁開度決定手段65は、以下の算出式により室外膨張弁15の開度を算出する。
EV=EV0+w(SH)×f(Ft´/Ft)
EVは室外膨張弁開度、EV0は所定の初期開度である。w(SH)は、吸入過熱度SHによって定まる重み関数であり、f(Ft´/Ft)は周波数変化率Ft´/Ftによって定まる開度変化量関数である。なお、Ftは変化前の圧縮機10の周波数であり、Ft´は変化後の圧縮機10の周波数である。また、吸入過熱度SHは、SH=Ts−Tegより算出され、Tegは、吸入側ガス冷媒の相当飽和ガス温度である。従って、膨張弁開度決定手段65は、圧縮機10の周波数変化率Ft´/Ftと圧縮機10の吸入側の吸入過熱度SHとに基づいて室外膨張弁15の開度を決定する。
また、室外膨張弁15の開度を増大させる場合の上記の重み関数w(SH)は、以下のように定められる。
SH≦bの場合 w(SH)=1.0
SH>bの場合 w(SH)=c (c>1)
b、cは所定の定数である。
従って、暖房運転の起動制御時に室外膨張弁15の開度が増大される場合において、吸入過熱度が所定値を越えている場合は、重み関数が1より大きい値となり、室外膨張弁15の開度変化量が、吸入過熱度が小さい場合よりも増大する。なお、暖房運転の起動制御時に限らず、冷房運転の起動制御時に上記と同様に重み関数が設定されてもよい。
膨張弁開度変更手段66は、室外膨張弁15の開度を膨張弁開度決定手段65によって決定された上記の開度に変更する。
以上のように室外膨張弁15の起動制御が行われる。
なお、制御部60は、空気調和機100の冷房運転の起動時における過冷却バイパス用膨張弁29の起動制御においても上記と同様の計算式によって開度の算出を行うことが可能である。
(ホットガスバイパス回路開閉部の起動制御)
次に、空気調和機100の起動時におけるホットガスバイパス回路開閉部25の起動制御について説明する。制御部60は、圧縮機10の起動時にホットガスバイパス回路開閉部25を開いた後、圧縮機10の吸入側の冷媒の湿り状態を判定し、冷媒の湿り状態の判定結果に基づいてホットガスバイパス回路開閉部25を閉める。以下、図7に基づいて説明する。
まず、第11ステップS11において圧縮機10が起動される。圧縮機10は上述したような起動制御によって制御される。
また、圧縮機10の起動と共に第12ステップS12において、ホットガスバイパス回路開閉部25が開かれる。これにより、圧縮機10から吐出された冷媒の一部が吸入側に戻され、圧縮機10における液バックを防止することができる。
次に、第13ステップS13において、湿り状態の判定が行われる。ここでは、圧縮機10の吸入側圧力Peの圧力相当飽和温度Teと室内温度Tminとに基づいて圧縮機10の吸入側の冷媒の湿り状態が判定される。すなわち、Te<Tminが満たされるか否かが判断される。なお、室内温度Tminは、サーモオン状態にある室内機で検知された室内温度のうちの最小値である。また、圧力相当飽和温度Teは、吸入側圧力センサ40によって検出された吸入側圧力Peから求められる。Te<Tminが満たされる場合は、第14ステップS14に進む。Te<Tminが満たされない場合は、第13ステップS13が繰り返される。
第14ステップS14では、ホットガスバイパス回路開閉部25が閉じられ、その後、通常制御に移行する。
<特徴>
(1)
この空気調和機100では、上記のような圧縮機10の周波数制御が行われ、要求される供給能力が大きいほど圧縮機10の周波数の増大量が大きくされる。また、逆に、要求される供給能力が小さいほど圧縮機10の周波数の増大量が小さくされる。このため、周波数のオーバーシュートが防止され、周波数のハンチングを防止することができる。これにより、圧縮機10の起動時において圧縮機10を安定的に制御することができる。また、空気調和機100の立ち上がり性能が向上し、快適性が向上する。さらに、負荷に応じた能力供給が可能となり、運転される室内機数の変動に対する制御系の追従性が向上する。
(2)
この空気調和機100では、上記のような室外膨張弁15の起動制御が行われ、吸込過熱度が大きい場合には、室外膨張弁15の開度の増加量が増大される。これにより、圧縮機10の周波数の増大に対する室外膨張弁15の開度制御の追従性が向上し、空気調和機100の立ち上がり性能が向上する。
(3)
この空気調和機100では、上記のようなホットガスバイパス回路開閉部25の起動制御が行われる。このため、ホットガスバイパス回路開閉部25を閉じるタイミングが所定時間経過したことのみで判断される場合と比較して、ホットガスバイパス回路開閉部25を開放している時間を短くすることができる。また、吸入過熱が把握されるため、液バック防止の信頼性を向上させることができる。
<他の実施形態>
(1)
上記の実施形態では、1つの室外機1に9つの室内機2a−2iが接続されているが、1つの室外機1に接続される室内機の数は上記のものに限られず、より少ない又はより多い室内機が接続されてもよい。また、分岐ユニットの数、および、1つの分岐ユニットに接続される室内機の数も上記のものに限られるものではない。
(2)
上記の実施形態では、分岐ユニットBP1−BP3を介して室内機2a−2iと室外機1とが接続されているが、分岐ユニットBP1−BP3が備えられず室内膨張弁5a−5cをそれぞれ内蔵した室内機2a−2iが直接的に室外機1に接続されてもよい。
(3)
圧縮機10の起動制御において算出されている合計能力値は、サーモオン状態の室内機数の変動に伴う負荷変動を示すものであればよく、例えば、サーモオン状態の室内機の合計台数であってもよい。
(4)
上記の実施形態では、周波数の変更量の決定に際して変更量決定テーブルが参照されているが、所定の計算式により周波数の変更量が算出されてもよい。
(5)
上記の実施形態では、重み関数w(SH)が定数cに設定される条件は、SH>bが満たされる場合であるが、この条件式に代えてSH≧bの条件式が用いられてもよい。
(6)
上記の実施形態では、湿り状態の判定においてTe<Tminが満たされるか否かが判定されているが、この条件に代えてTe≦Tminの条件式が用いられてもよい。また、吸入管23を流れる冷媒において吸入過熱がついたと見なせる条件であれば他の条件が用いられてもよい。
(7)
上記の実施形態では、1つの室外機1に複数の室内機2a−2iが接続されているが、上記の室外膨張弁15の起動制御およびホットガスバイパス回路開閉部25の起動制御に関しては、1つの室外機に1つの室内機のみが接続されている空気調和機においても有効である。
本発明は、室外機に複数の室内機が接続される空気調和機において、圧縮機の安定的な周波数制御を行うことができ、空気調和機として有用である。
空気調和機の構成を示すブロック図。 空気調和機の構成を示す冷媒回路図。 空気調和機の制御ブロック図。 圧縮機の起動制御のフローチャート。 冷房運転時の変更量決定テーブル。 暖房運転時の変更量決定テーブル。 ホットガスバイパス回路開閉部の起動制御のフローチャート。
符号の説明
1 室外機
2a−2i 室内機
10 圧縮機
15 室外膨張弁(膨張弁)
44 吸入側温度センサ(過熱度検知手段)
62 合計能力値取得手段
63 変化量決定手段
64 周波数変更手段
65 膨張弁開度決定手段
66 膨張弁開度変更手段
100 空気調和機

Claims (9)

  1. 圧縮機(10)を有する室外機(1)と、前記室外機(1)に接続されそれぞれ独立してサーモオン・オフの切換が可能な複数の室内機(2a−2i)とを備える空気調和機であって、
    複数の前記室内機(2a−2i)のうちサーモオン状態の前記室内機(2a−2i)の合計能力値を取得する合計能力値取得手段(62)と、
    前記圧縮機(10)の周波数を段階的に変更する際の一段階の変更量を前記合計能力値に応じて決定する変更量決定手段(63)と、
    前記変更量決定手段(63)によって決定された前記変更量ごとに前記圧縮機(10)の周波数を段階的に変更する周波数変更手段(64)と、
    を備える空気調和機(100)。
  2. 前記変更量決定手段(63)は、前記合計能力値が大きいほど前記変更量を大きな値に決定し、前記合計能力値が小さいほど前記変更量を小さな値に決定する、
    請求項1に記載の空気調和機(100)。
  3. 前記変更量決定手段(63)は、前記室内機(2a−2i)の合計能力値を複数の範囲に分けた能力値区分と、前記能力値区分ごとに定められた前記変更量の値とを含む変更量決定テーブルによって前記圧縮機(10)の周波数の変更量を決定する、
    請求項1または2に記載の空気調和機(100)。
  4. 前記変更量決定手段(63)は、前記圧縮機(10)の現在周波数をさらに考慮して前記圧縮機(10)の周波数の変更量を決定する、
    請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機(100)。
  5. 前記変更量決定手段(63)は、前記圧縮機(10)の現在周波数が大きいほど前記変更量を小さい値に決定する、
    請求項4に記載の空気調和機(100)。
  6. 前記圧縮機(10)と共に冷媒回路を構成する膨張弁(15)と、
    前記圧縮機(10)の吸入側の過熱度を検知する過熱度検知手段(44)と、
    前記圧縮機(10)の周波数変化と前記圧縮機(10)の吸入側の過熱度とに基づいて前記膨張弁(15)の開度を決定する膨張弁開度決定手段(65)と、
    前記膨張弁(15)の開度を前記膨張弁開度決定手段(65)によって決定された開度に変更する膨張弁開度変更手段(66)と、
    をさらに備える請求項1から5のいずれかに記載の空気調和機(100)。
  7. 前記膨張弁開度決定手段(65)は、前記膨張弁(15)の開度を増大させる場合において前記過熱度が所定値を越えた又は所定値以上となったときは前記膨張弁(15)の開度変化率を増大させる、
    請求項6に記載の空気調和機(100)。
  8. 前記複数の室内機(2a−2i)に備えられた複数の室内熱交換器と、前記室外機(1)に備えられた室外熱交換器と、前記圧縮機(10)と、膨張弁とを有する冷媒回路を備えており、
    冷媒の蒸発圧力または凝縮圧力が目標値に到達するまで、前記圧縮機(10)の周波数の変更量の決定と周波数の変更とが所定時間毎に繰り返される、
    請求項1から5のいずれかに記載の空気調和機(100)。
  9. 圧縮機(10)を有する室外機(1)と、前記室外機(1)に接続されそれぞれ独立してサーモオン・オフの切換が可能な複数の室内機(2a−2i)とを備える空気調和機の制御方法であって、
    複数の前記室内機(2a−2i)のうちサーモオン状態の前記室内機(2a−2i)の合計能力値が取得される合計能力値取得ステップ(S1)と、
    前記圧縮機(10)の周波数を段階的に変更する際の一段階の変更量が前記合計能力値に応じて決定される変更量決定ステップ(S2)と、
    前記変更量決定手段(63)によって決定された前記変更量ごとに前記圧縮機(10)の周波数が段階的に変更される周波数変更ステップ(S3)と、
    を備える空気調和機(100)の制御方法。
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