JP5404487B2 - 多室形空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、多室形空気調和機に関し、特に多室形空気調和機の減圧装置である電子膨張弁の初期化手順に関するものである。
一般的な多室形空気調和機の冷媒回路構成は、複数の室内機すなわち室内ユニットを有し、室外ユニットは内部に圧縮機、室外熱交換器、冷媒の流路方向を切り替える四方弁を有する。また、凝縮した冷媒を減圧する電子膨張弁を各室内ユニット毎に設けている。この電子膨張弁は、室外ユニット内、室内ユニット内または分岐ボックス内に配置されている。また、圧縮機、四方弁、電子膨張弁は制御装置に接続され、各種運転状況に応じて制御される。
圧縮機は、全室停止の状態からいずれかの室内ユニットからの運転指令を受けて起動し、この圧縮機から吐出された冷媒は四方弁を通り、冷房時は室外熱交換器で凝縮し、電子膨張弁を通過することで減圧し、各室内ユニットで蒸発作用の熱交換を行い圧縮機に戻る。暖房時は四方弁にて冷媒流れを冷房時と反転させ、各室内ユニットで凝縮し、電子膨張弁で減圧し、室外熱交換器で蒸発作用の熱交換を行い圧縮機に戻る。
電子膨張弁は、弁開度を変化させることで減圧度、冷媒循環量を調整することができる。運転指令のあった室内機に対応する電子膨張弁の弁開度は、圧縮機回転数、吐出温度、過冷却度等をモニターし、適切な冷凍サイクル状態となるように制御される。また、運転指令のなかった室内ユニットの電子膨張弁も、固着防止や冷媒溜まりこみ防止等の理由で全閉ではなくわずかに開いた開度に制御される。
上記のような電子膨張弁の弁開度制御を行うため、冷凍サイクルを起動する前に、全ての電子膨張弁の開度が全閉となるポイントまで閉め原点出しを行う。これを電子膨張弁の初期化と言う。
具体的な初期化制御動作を説明する。制御装置は、初期化前の電子膨張弁開度が全開開度Ａであることを想定し、−Ａ以上電子膨張弁を閉じるよう指令を出す。これにより初期化前がどのような開度であっても必ず原点出しができる。この作業は電子膨張弁１個当たり数秒の時間を要する。
電子膨張弁の初期化が完了していない場合の冷凍サイクルの起動手順は以下のようになる。まず全ての電子膨張弁の初期化を行う。これが完了した後に圧縮機の運転を開始し、この直後に各電子膨張弁を設定開度へと動作させるという手順となる。
しかし、室内機接続可能台数が増加すると、それに対応する電子膨張弁の数も増加することとなる。前記のように全ての電子膨張弁の初期化を待ってから圧縮機を起動させることにすると、運転指令が出てから冷凍サイクルの起動までのタイムロスが大きくなる。
従来の多室形空気調和機の冷凍サイクル動作と電子膨張弁の初期化の関係は、特開昭６３−２０４０７９号公報（特許文献１）、特開平５−５２４２９号公報（特許文献２）に開示されている。
特開昭６３−２０４０７９号公報（特許文献１）には、運転中に圧縮機を停止することなく電子膨張弁開度を全閉初期化するため、全閉開度でも一定の冷媒量が流通する電子膨張弁を使用した多室形空気調和機について開示されている。
特開平５−５２４２９号公報（特許文献２）には、運転中に圧縮機を停止することなく電子膨張弁開度を全閉初期化するため、一つの室内機に対応する電子膨張弁を複数並列に配置し、その内の一つを先行して初期化し所定開度へと動作させ、その後残りの電子膨張弁でも同様の動作を順に行う手法の多室形空気調和機について開示されている。
特開昭６３−２０４０７９号公報 特開平５−５２４２９号公報
しかし、これらの従来技術は運転中に圧縮機を停止することなく電子膨張弁開度を初期化する手法について開示するものであり、運転前、すなわち圧縮機起動前の電子膨張弁開度初期化手順については開示されていない。
電子膨張弁の初期化が完了していない場合の冷凍サイクルの起動手順は、まず全ての電子膨張弁開度の初期化を行う。これが完了した後に圧縮機の運転を開始し、この直後に各電子膨張弁を設定開度へと動作させるという手順となる。
しかし、近年、多室形空気調和機は更に多室化の傾向にある。室内機接続可能台数が増加すると、それに対応する電子膨張弁の数も増加することとなる。電子膨張弁を１個初期化するのに数秒かかるが、室内機接続可能台数が多い場合に１個ずつ全ての電子膨張弁の初期化を行うと数十秒から数分かかる。この後に圧縮機を起動させる起動手順だと運転指令が出てから冷凍サイクル起動までのタイムロスが大きくなり、冷暖房の立ち上がりを早くしたいユーザーに不快感を与えてしまうことに繋がる。
これを解消する方法として、複数の電子膨張弁開度初期化を同時に実施することが考えられるが、電子膨張弁制御装置が複雑化しコストが増加してしまう。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、多室形空気調和機において、複数の電子膨張弁開度を同時制御する複雑な制御装置仕様にすることなく、圧縮機起動前の電子膨張弁初期化作業に伴う待ち時間を短縮し、冷媒サイクル起動までのタイムロスを減らし、ユーザーに不快感を与えない仕様を実現することを目的とする。
請求項１の発明に係る多室形空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、四方弁、各室内ユニットに対応する複数の電子膨張弁と、圧縮機、室外熱交換器、四方弁、各室内ユニット、電子膨張弁の制御を行う制御装置とを有する多室形空気調和機において、
前記制御装置は、電子膨張弁の開度の初期化が完了していない場合の冷凍サイクル起動手順として、以下の順序で起動処理を行うことを特徴とするものである。
（１）最初に、運転指令のあった室内ユニットに対応する電子膨張弁についてのみ順次開度を初期化する。
（２）次に、運転指令のあった全ての室内ユニットに対応する電子膨張弁の開度初期化が完了した後、圧縮機を駆動する。
（３）次に、前記開度初期化完了後の電子膨張弁の開度を所定の運転時開度に調整する。
（４）最後に、運転指令のなかった室内ユニットに対応する電子膨張弁について開度を初期化した後、所定の開度に調整する。
また、請求項２の発明に係る多室形空気調和機は、圧縮機吐出温度を検知するセンサーを有し、運転指令のなかった室内ユニットの電子膨張弁の開度初期化処理中に圧縮機吐出温度が異常上昇したときは、前記制御装置は、一定時間当該電子膨張弁の閉め込み動作を停止し、閉め込み途中の開度を一定時間保持する機能を有することを特徴とする。
請求項１に係る発明は、複数の電子膨張弁開度を同時制御する複雑な制御装置仕様にすることなく、多室形空気調和機の圧縮機起動前の電子膨張弁初期化に伴う作業待ち時間を短縮し、冷媒サイクル起動までのタイムロスを減らし、ユーザーに不快感を与えない仕様を実現できるという効果を有する。
請求項２に係る発明は、請求項１で運転指令のない室内ユニットに対応する電子膨張弁の初期化を行う際に想定される、圧縮機から吐出される冷媒温度の急上昇による圧縮機油持ち出しを抑制し、圧縮機内部損傷のリスクを回避することができるという効果を有する。
本発明の実施の形態１における多室形空気調和機の冷媒回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態２における多室形空気調和機の冷媒回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における多室形空気調和機の冷媒回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態４における多室形空気調和機の冷媒回路構成を示す図である。 本発明の多室形空気調和機の電子膨張弁開度初期化手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の多室形空気調和機の電子膨張弁開度初期化手順の他の例を示すフローチャートである。 本発明の多室形空気調和機の電子膨張弁開度初期化手順の更に他の例を示すフローチャートである。 吐出温度センサーの検知温度と電子膨張弁開度の関係を示す図である。
以下、本発明に係る多室形空気調和機に適用される冷媒回路の４つの構成例を図１〜図４に示す。
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施形態を示す多室形空気調和機の冷媒回路構成図である。第１の実施形態の多室形空気調和機は、１台の室外ユニット９と、各々が室内熱交換器及び送風機を備える複数台の室内ユニット５−１〜５−ｎとを有し、この１台の室外ユニット９に対し複数台の室内ユニット５−１〜５−ｎが冷媒配管で並列に接続されて冷媒回路を構成している。そして、室外ユニット９の内部には、圧縮機１、冷媒の流路方向を切り替える四方弁２、室外熱交換器３、送風機８、凝縮した冷媒を減圧する電子膨張弁４−１〜４−ｎが各室内ユニット５−１〜５−ｎに対応する形で設けられている。圧縮機１、四方弁２、電子膨張弁４−１〜４−ｎは制御装置（室外ユニット制御装置）６で制御される。また、制御装置６は室内ユニット５−１〜５−ｎの運転指令等各種の室内ユニット運転情報を受け取ることができる。
加えて、圧縮機シェル上部もしくは吐出配管等に冷媒の圧縮機吐出温度を検知する吐出温度センサー７を有しており、これが検知した温度情報は制御装置６で受け取ることができるようになっている。
実施の形態２．
図２は本発明の第２の実施形態を示す多室形空気調和機の冷媒回路構成図である。第２の実施形態の多室形空気調和機においても第１の実施の形態と同様に、１台の室外ユニット９に対し複数台の室内ユニット５−１〜５−ｎが冷媒配管で並列に接続されて冷媒回路を構成している。また、第２の実施形態では、室外ユニット９の内部に圧縮機１、冷媒の流路方向を切り替える四方弁２、室外熱交換器３、送風機８が設けられている。凝縮した冷媒を減圧する電子膨張弁４−１〜４−ｎは各室内ユニット５−１〜５−ｎの内部に設けられている。圧縮機１、四方弁２は制御装置（室外ユニット制御装置）６で制御される。電子膨張弁４−１〜４−ｎは各室内機に設けられている制御装置（室内ユニット制御装置）１０−１〜１０−ｎで制御される。また、制御装置６は室内ユニット５−１〜５−ｎの運転指令等各種の室内ユニット運転情報を受け取ることができる。
また、第１の実施形態と同様に、圧縮機シェル上部もしくは吐出配管等に冷媒の圧縮機吐出温度を検知する吐出温度センサー７を有しており、これが検知した温度情報は制御装置６で受け取ることができるようになっている。
実施の形態３．
図３は本発明の第３の実施形態を示す多室形空気調和機の冷媒回路構成図である。第３の実施形態の多室形空気調和機においても第１及び第２の実施形態と同様に、１台の室外ユニット９に対し複数台の室内ユニット５−１〜５−ｎが冷媒配管で並列に接続されて冷媒回路を構成している。また、第３の実施形態では、室外ユニット９の内部に圧縮機１、冷媒の流路方向を切り替える四方弁２、室外熱交換器３、送風機８が設けられている。各室内ユニット５−１〜５−ｎに対応する電子膨張弁４−１〜４−ｎは分岐ボックス１１内に設けられている。圧縮機１、四方弁２は制御装置６で制御される。電子膨張弁４−１〜４−ｎは分岐ボックス１１内に設けられている制御装置（分岐ボックス制御装置）１２で制御される。また、制御装置（室外ユニット制御装置）６は室内ユニット５−１〜５−ｎの運転指令等各種の室内ユニット運転情報を受け取ることができる。
また、第１及び第２の実施形態と同様に、圧縮機シェル上部もしくは吐出配管等に冷媒の圧縮機吐出温度を検知する吐出温度センサー７を有しており、これが検知した温度情報は制御装置６で受け取ることができるようになっている。
実施の形態４．
図４は本発明の第４の実施形態を示す多室形空気調和機の冷媒回路構成図である。第４の実施形態の多室形空気調和機においても第１〜第３の実施形態と同様に、１台の室外ユニット９に対し複数台の室内ユニット５−１〜５−ｎが冷媒配管で並列に接続されて冷媒回路を構成している。また、第４の実施形態では、室外ユニット９の内部に圧縮機１、冷媒の流路方向を切り替える四方弁２、室外熱交換器３、送風機８、凝縮した冷媒を減圧する電子膨張弁４−１〜４−ｎが各室内ユニット５−１〜５−ｎに対応する形で設けられている。また、第１の実施形態に比べ更に高い減圧効果を得るために電子膨張弁４−１〜４−ｎ以外にも電子膨張弁１３が追加で設けられている。圧縮機１、四方弁２、電子膨張弁４−１〜４−ｎ、１３は制御装置（室外ユニット制御装置）６で制御される。また、制御装置６は室内ユニット５−１〜５−ｎの運転指令等各種の室内ユニット運転情報を受け取ることができる。
また、第１〜第３の実施形態と同様に、圧縮機シェル上部もしくは吐出配管等に冷媒の圧縮機吐出温度を検知する吐出温度センサー７を有しており、これが検知した温度情報は制御装置６で受け取ることができるようになっている。
次に、図１〜３のように構成された多室形空気調和機の電子膨張弁開度初期化手順について、図５のフローチャートに基づいて説明する。図１〜３のように構成された多室形空気調和機において、電子膨張弁の開度初期化（以下では、単に「初期化」と称する）が完了していないときに室内ユニット５−１〜５−ｎのいずれかから運転指令が届いた場合、図５の処理を開始する。まず、運転指令のあった室内ユニットがあるかを判断し（Ｓ１）、運転指令のあった室内ユニットがある場合はその室内ユニットに対応する電子膨張弁について初期化を行う（Ｓ２）。この初期化が運転指令のあった全ての室内ユニットに対応する電子膨張弁について完了したら（Ｓ３）、圧縮機駆動処理に移行する（Ｓ４）。次に、初期化の完了した電子膨張弁があるかを判断し（Ｓ５）、初期化の完了した電子膨張弁がある場合はその電子膨張弁の開度を運転時の設定開度へと動作させる（Ｓ６）。この作業が完了したら（Ｓ７）、対応する室内ユニットから運転指令がなく初期化が未完了の電子膨張弁があるかを判断し（Ｓ８）、初期化未完了の電子膨張弁がある場合はその電子膨張弁の初期化（Ｓ９）と設定開度への移行処理を行う（Ｓ１０）〜（Ｓ１１）。
次に、図４のように、対応する室内機のない電子膨張弁１３を有する構成の多室形空気調和機の場合は、図６に示すフローチャートのように電子膨張弁の初期化を行う。すなわち、この電子膨張弁１３の初期化は圧縮機起動前に行う（Ｓ１ａ）。圧縮機起動前であれば、対応する室内ユニットのある電子膨張弁４−１〜４−ｎの初期化完了後に電子膨張弁１３の初期化を行ってもよい。また、圧縮機起動後初期化完了した電子膨張弁４−１〜４−ｎを設定開度に移行させるより前に、この電子膨張弁１３の開度を設定開度へと移行させる（Ｓ５ａ）。その他は図５と同じ手順で電子膨張弁の初期化と圧縮機起動および開度設定を行えばよい。
図１〜４の実施形態において、運転指令が届いている室内ユニットが少ない場合には全ての電子膨張弁の初期化を待ってから圧縮機を起動する場合よりも早く圧縮機を起動させることができる。したがって、冷暖房の立ち上がりを早くすることができ、ユーザーの不快感を与えない効果がある。
次に、図１〜３のように構成された多室形空気調和機において、図５のフローチャートのように、圧縮機駆動後に、運転指令のなかった室内機に対応する電子膨張弁の初期化を開始した場合は、圧縮機から吐出される冷媒の温度が急激に上昇することが考えられる。このような場合、圧縮機内に液状で存在していた冷媒が急激に気化することにより、液状の冷媒に溶け込んでいた圧縮機内潤滑用油が圧縮機外へ持ち出され、圧縮機が潤滑不良となり損傷し故障に至るケースが想定される。
そこで、圧縮機から吐出される冷媒温度の急上昇による圧縮機油持ち出しを抑制し、圧縮機損傷のリスクを回避するための電子膨張弁の初期化手順について、図７のフローチャートおよび図８の吐出温度センサー７の検知温度と電子膨張弁開度との関係を示す図に基づいて説明する。
まず、図７のフローチャートにおいては、Ｓ１からＳ８までの手順は図５と同じ手順である。そして、Ｓ８において、対応する室内ユニットからの運転指令がなく、かつ圧縮機起動後も初期化未完の電子膨張弁があるかを判断し、そのような初期化未完の電子膨張弁がある場合は、吐出温度センサー７により圧縮機吐出温度を確認しながら初期化を行うものとする（Ｓ９ａ）。すなわち、図７、図８に示すように、ａ秒間毎に現在時刻の吐出温度センサー７の検知温度とａ秒前の検知温度との差を確認し、温度差がｂ℃以上となった場合は初期化動作を中断し、ｃ秒間現状開度を維持する（Ｓ９ｂ〜Ｓ９ｆ）。そして、全ての初期化未完の電子膨張弁の初期化が完了したら（Ｓ９ｇ）、その電子膨張弁の開度を設定開度へと動作させる（Ｓ１０）。
なお、図８は上記動作が起こった場合の電子膨張弁の開度閉め込み動作と吐出温度の変化を示したものである。２ａ秒目に温度差がｂ℃以上になった場合を図示している。
また、図４のように、対応する室内機のない電子膨張弁１３を有する構成の多室形空気調和機においても図７の動作フローを適用することができるものであり、この場合は、図６について説明した動作フローの中で、同じく室内ユニットからの運転指令がなく、かつ圧縮機起動後も初期化未完の電子膨張弁を初期化する段階において、図７の動作フローと同様の動作をすることになる。
以上のように、図１〜４の実施形態において、圧縮機駆動後に、運転指令のなかった室内機に対応する電子膨張弁を初期化する場合は、図７の動作フローを適用することで、圧縮機吐出冷媒温度急上昇時の圧縮機油持ち出しによって起こる圧縮機内部損傷を回避しながら、運転指令が来ている室内ユニットが少ない場合には、全ての電子膨張弁の初期化を待ってから圧縮機を起動する場合よりも早く圧縮機を起動させることができる。したがって、冷暖房の立ち上がりを早くすることができ、ユーザーの不快感を与えない効果がある。
１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４−１、４−２、４−ｎ 電子膨張弁、５−１、５−２、５−ｎ 室内ユニット、６ 室外ユニット制御装置、７ 吐出温度センサー、８ 送風機、９ 室外ユニット、１０−１、１０−２、１０−ｎ 室内ユニット制御装置、１１ 分岐ボックス、１２ 分岐ボックス制御装置、１３ 電子膨張弁。

Claims (3)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、四方弁、各室内ユニットに対応する複数の電子膨張弁と、圧縮機、室外熱交換器、四方弁、各室内ユニット、電子膨張弁の制御を行う制御装置とを有する多室形空気調和機において、
    前記制御装置は、電子膨張弁の開度の初期化が完了していない場合の冷凍サイクル起動手順として、以下の順序で起動処理を行うことを特徴とする多室形空気調和機。
    （１）最初に、運転指令のあった室内ユニットに対応する電子膨張弁についてのみ順次開度を初期化する。
    （２）次に、運転指令のあった全ての室内ユニットに対応する電子膨張弁の開度初期化が完了した後、圧縮機を駆動する。
    （３）次に、前記開度初期化完了後の電子膨張弁の開度を所定の運転時開度に調整する。
    （４）最後に、運転指令のなかった室内ユニットに対応する電子膨張弁について開度を初期化した後、所定の開度に調整する。
  2. 請求項１に記載の多室形空気調和機において、圧縮機吐出温度を検知するセンサーを有し、運転指令のなかった室内ユニットの電子膨張弁の開度初期化処理中に圧縮機吐出温度が異常上昇したときは、前記制御装置は、一定時間当該電子膨張弁の閉め込み動作を停止し、閉め込み途中の開度を一定時間保持する機能を有することを特徴とする多室形空気調和機。
  3. 請求項１または２に記載の多室形空気調和機において、対応する室内ユニットのない電子膨張弁をさらに有し、
    圧縮機起動前に対応する室内ユニットのない電子膨張弁の初期化を行い、
    圧縮機起動後であって前記開度初期化完了後の複数の電子膨張弁の開度を所定の運転時開度に移行させるより前に、対応する室内ユニットのない電子膨張弁の開度を設定開度へ移行させる
    ことを特徴とする多室形空気調和機。
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