JP7465827B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば空気調和機などの冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、この種のものでは、冷媒回路途中に配置された圧縮機から吐出される冷媒の温度を吐出温度センサで検知するものがあり、異常が発生して圧縮機の吐出温度が異常上昇した場合、吐出温度が予め定めた所定の第１温度以上だと判断したら圧縮機の回転数を所定値だけ低下させ、吐出温度が所定の第１温度よりも高い所定の第２温度以上だと判断したら圧縮機を停止させるものがあった。（例えば、特許文献１）

特開２０２０－１５３６００号公報

しかし、この従来のものでは、春先や秋口等で低負荷での運転がされる場合に吐出温度の異常上昇が発生し、吐出温度が所定の第１温度以上だと判断して圧縮機の回転数を所定値だけ低下させると、冷媒のスローリーク等で冷媒回路に封入された冷媒量が減少していた場合は、吐出温度が正常値まで低下しない一方で、低負荷であることから圧縮機の回転数が比較的低い状態において更に回転数を低下させるので吐出温度も所定の第２温度まで上がらないため、運転が停止せずに継続することがある。
通常運転時の吐出温度と比較して高温な吐出温度で運転されることから、運転効率が悪い状態が長時間継続してしまうため、改善の余地があった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管で接続し冷媒が循環する冷媒回路と、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検知する吐出温度センサと、
前記圧縮機の回転数、及び前記膨張弁の開度を可変させ、前記吐出温度センサで検知された吐出温度が所定の第１温度以上だと判断したら前記圧縮機の回転数を制限して前記膨張弁の開度を大きくし、前記所定の第１温度よりも高い所定の第２温度以上だと判断したら前記圧縮機を強制停止させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記吐出温度センサで検知する温度が、前記所定の第１温度以上かつ前記所定の第２温度よりも低い所定の第３温度以上で、かつ前記膨張弁の開度が所定開度以上となっている時間をカウントし、カウントした時間が所定時間以上になったと判断したらエラー報知することを特徴とした。

また、請求項２では、前記制御部は、前記カウントした時間が前記所定時間以上になったと判断したら前記圧縮機を強制停止させることを特徴とした。

また、請求項３では、前記制御部は、前記カウントした時間が前記所定時間に達する前に前記吐出温度センサで検知した温度が前記所定の第３温度を下回ったと判断したら、前記カウントした時間をリセットすることを特徴とした。

この発明によれば、吐出温度センサで所定の第１温度よりも高く所定の第２温度よりも低い所定の第３温度以上を検知し、かつ膨張弁の開度が所定開度以上となった時間をカウントし、カウントした時間が所定時間以上になったと判断したらエラー報知するので、運転効率が悪いまま長時間運転が継続されることを未然に阻止することができる。

この発明の実施形態を示す概略構成図 同実施形態の制御ブロック図 同実施形態の吐出温度上昇時の動作を説明するフローチャート 同実施形態の吐出温度と膨張弁開度の関係を説明する図 同発明の別実施形態の概略構成図

次にこの発明を適用した冷凍サイクル装置の一種である空気調和機の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１を参照する。１は室内に設置された室内機、１０は室外に設置された室外機であり、室内機１と室外機１０とを配管で接続した冷媒回路２０内を冷媒が流動することで、冷房運転や暖房運転等の通常運転が可能な空気調和機を構成している。

図１を参照する。室内機１には、複数のパイプ内を冷媒が流動する室内熱交換器２と、室内熱交換器２に室内の空気を供給する室内ファンとしてのクロスフローファン３と、室内の温度を検出するための室温センサ４と、室内機１を構成する筐体の外表面に位置しＬＥＤで構成された室内ランプ５と、が備えられている。

図１を参照する。室外機１０には、冷媒を圧縮して高温高圧にする圧縮機１１と、冷媒の流動方向を変化する四方弁１２と、冷媒を膨張させて低温低圧にする膨張弁１３と、内部に備えられた複数のパイプ内を冷媒が流動する室外熱交換器１４と、室外熱交換器１４に向けて外気を供給する室外ファンとしての送風ファン１５と、前記室外熱交換器１４の温度を検出する室外熱交センサ１６と、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を検知する吐出温度センサ１７と、が備えられている。

図１を参照する。３０は室内機１による運転モードや設定温度を設定するリモコンであり、リモコン３０には、運転の開始及び停止を指示する運転ボタン３１と、暖房運転や冷房運転等の各運転モードの切替を行う運転切替ボタン３２と、各運転モードにおける設定温度を変更する温度設定ボタン３３と、室温や設定温度、現在時刻等を表示するディスプレイ３４と、が備えられている。

図１、及び図２を参照する。４０はマイコンで構成された制御部であり、室内機１、及び室外機１０の各部に設置されたセンサでの検知値に応じて、各機能部品に所定の指示を与える。

次に、本実施形態における基本的な動作について説明する。
図１を参照する。リモコン３０に設置された運転切替ボタン３２で暖房運転が選択されると、制御部４０は、実線の向きに冷媒回路２０内を冷媒が流れるよう四方弁１２を動作させると共に、圧縮機１１が所定の回転数で駆動するよう指示する。これにより、室内熱交換器２内に高温高圧のガス冷媒が流入し、室内熱交換器２が凝縮器として機能する。クロスフローファン３で供給された室内空気が凝縮器としての室内熱交換器２により加熱され、図示しない送風口から室内に温風が送風される。

室内熱交換器２から流出した冷媒は膨張弁１３で減圧され、低温低圧の液冷媒となって室外熱交換器１４に流入する。蒸発器として機能する室外熱交換器１４に流入した液冷媒は、送風ファン１５で供給された室外空気によって加熱されることで蒸発し、ガス冷媒となって圧縮機１１に流入する。このように、冷媒回路２０内を冷媒が流動することで暖房運転が可能となる。

また、リモコン３０に設置された運転切替ボタン３２で冷房運転が選択されると、破線の向きに冷媒回路２０内を冷媒が流れるよう四方弁１２を動作させると共に、圧縮機１１が所定の回転数で駆動するよう指示する。これにより、圧縮機１１から吐出したガス冷媒が破線の矢印方向に流動して室外熱交換器１４内に流入し、室外熱交換器１４が凝縮器として機能する。室外熱交換器１４内の冷媒が送風ファン１５で供給された室外空気と熱交換することで凝縮する。

室外熱交換器１４から膨張弁１３に流入した冷媒は減圧されることで低温低圧の液冷媒になり、蒸発器として機能する室内熱交換器２に流入する。室内熱交換器２内の冷媒がクロスフローファン３で供給された室内空気と熱交換することで冷却され、冷風が図示しない送風口から送風される。このように、冷媒回路２０内を冷媒が流動することで冷房運転、あるいは室内の湿度を低下させる除湿運転が可能となる。

暖房運転、冷房運転等の通常運転を実施する場合、制御部４０は、吐出温度センサ１７で検知される吐出温度が目標吐出温度となるよう、圧縮機１１の回転数、及び膨張弁１３の開度を制御する。設定室温と室温との差が大きければ、目標吐出温度を高くして高負荷での運転を実施し、設定室温と室温との差が小さければ、目標吐出温度を低くして低負荷での運転を実施する。

なお、一般的に室外温度が高温の夏時期、及び室外温度が低温の冬時期に通常運転を実施すると、設定温度と室温との差が大きいため高負荷での運転になりやすく、春先や秋口等に通常運転を実施すると、設定温度と室温との差が小さいため低負荷での運転になりやすい。

次に、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が異常上昇したときの詳細な制御内容を説明する。
図３を参照する。暖房運転、または冷房運転等の通常運転が実施されているとき、制御部４０は、吐出温度センサ１７で検知された吐出温度が所定の第１温度である１００℃以上か判断する（ステップＳ１０１）。

前記ステップＳ１０１で判断した結果、吐出温度が１００℃未満（ステップＳ１０１でＮｏ）であれば、圧縮機１１から吐出される冷媒温度の異常上昇はないとして、制御部４０は、吐出温度センサ１７の検知温度を目標吐出温度に近づける通常運転を継続する（ステップＳ１０２）。

また、前記ステップＳ１０１で判断した結果、吐出温度が１００℃以上（ステップＳ１０１でＹｅｓ）であれば、制御部４０は、圧縮機１１の回転数が（現在値－Ｘｒｐｓ）となるように制限すると共に、膨張弁１３の開度が所定時間毎に所定値だけアップする制御を開始する（ステップＳ１０２）。これにより、吐出温度の上昇を抑えることができる。
なお、圧縮機１１の回転数制限は、予め定めた所定の低回転数値まで圧縮機１１の回転数を低下させる方式でもよい。

前記ステップＳ１０２の処理を実施したら、制御部４０は、吐出温度センサ１７で検知された吐出温度が所定の第３温度である１０５℃以上か判断し（ステップＳ１０４）、吐出温度が１０５℃以上であると判断（ステップＳ１０４でＹｅｓ）したら、膨張弁１３の現在の開度が全開、または全開に近い所定開度である５００ｐｐｓ以上か判断し（ステップＳ１０５）、膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上であると判断（ステップＳ１０５でＹｅｓ）したら、吐出温度が１０５℃以上、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態が継続した時間のカウントを開始し、時間カウント値を記憶する（ステップＳ１０６）。

前記ステップＳ１０５で膨張弁１３の現在の開度が５００ｐｐｓ未満であると判断（ステップＳ１０５でＮｏ）したか、または、前記ステップＳ１０６の処理を実施したら、制御部４０は、吐出温度センサ１７で検知された吐出温度が所定の第２温度である１１５℃未満か判断し（ステップＳ１０７）、吐出温度が１１５℃未満であると判断（ステップＳ１０７でＹｅｓ）したら、吐出温度が１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態が継続した時間カウント値が所定時間である２０分以上か判断する（ステップＳ１０８）。

前記ステップＳ１０８で時間カウント値が２０分以上であると判断（ステップＳ１０８でＹｅｓ）したら、制御部４０は、圧縮機１１を停止すると共に室内ランプ５を点滅させ、リモコン３０のディスプレイ３４にエラー発生を示す記号等を表示することでエラーを報知し（ステップＳ１０９）、制御を終了する。

前記ステップＳ１０７で吐出温度センサ１７で検知された吐出温度が１１５℃以上であると判断（ステップＳ１０７でＮｏ）したら、制御部４０は、圧縮機１１を直ちに停止させると共に室内ランプ５を点滅させ、リモコン３０のディスプレイ３４にエラー発生を示す記号等を表示することでエラーを報知する強制停止動作を実施する（ステップＳ１１０）。

前記ステップＳ１０８で吐出温度が１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態が継続した時間カウント値が２０分未満、または時間カウント値が存在しないと判断したら、制御部４０は、前記ステップＳ１０４の判断を実施する。

前記ステップＳ１０４で吐出温度センサ１７で検知された吐出温度が１０５℃未満であると判断したら、制御部４０は、吐出温度が１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態が継続した時間カウント値が記憶されているか判断し（ステップＳ１１１）、時間カウント値が記憶されていると判断（ステップＳ１１１でＹｅｓ）したら、記憶された時間カウント値をリセットする（ステップＳ１１２）。

前記ステップＳ１１１で吐出温度が１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態が継続した時間カウント値が記憶されていないと判断（ステップＳ１１１でＮｏ）したか、あるいはステップＳ１１２で記憶された時間カウント値をリセットしたら、制御部４０は、前記ステップＳ１０１の判断を実施する。

図４を参照する。暖房運転、または冷房運転等の通常運転が実施されているときにスローリーク等で冷媒回路２０内の冷媒が漏れると、冷媒回路２０内を循環する冷媒量が減少し、圧縮機１１から吐出する冷媒の吐出温度が上昇する。
そして、吐出温度センサ１７で所定の第１温度である１００℃以上が検知されると、圧縮機１１の回転数を低下させると共に、膨張弁１３の開度を所定時間毎に開いて大きくすることで、吐出温度が低下するよう制御する。

冬季における暖房運転や夏季における冷房運転等、高負荷での運転を実施する時期においては、目標吐出温度が高く圧縮機１１を比較的高い回転数で駆動させており、この場合に冷媒回路２０内に封入されている冷媒が大量に漏れ出ると、圧縮機１１の回転数を低下させると共に、膨張弁１３の開度を大きくしても吐出温度が上昇し続け、図４の破線で示すように運転を強制停止する所定の第２温度である１１５℃に吐出温度が達し、運転を強制停止させエラー報知することで、運転効率が低い状態で運転が継続することを未然に阻止可能となっている。

しかし、春先における暖房運転や秋口における冷房運転等、室外の外気温と室内の設定温度との差が小さく、比較的小さな負荷で室内を設定温度付近に保持することが可能で、目標吐出温度が低く圧縮機１１を比較的低い回転数で駆動させており、この場合にスローリーク等で冷媒回路２０に封入されている冷媒が少量漏れ出ると、圧縮機１１の回転数を低下させると共に、膨張弁１３の開度を大きくしても、図４の実線で示すように吐出温度センサ１７で検知される温度が所定の第１温度である１００℃と所定の第２温度である１１５℃との間に留まってしまい、通常運転を継続し続けることになる。

通常運転時と比較し、圧縮機１１の回転数を低下させ、かつ膨張弁１３の開度が大きく開いた状態で運転を継続すると、運転効率が悪い状態が長時間継続することから好ましくない。

そこで、吐出温度センサ１７で検知された吐出温度が第１の所定温度である１００℃よりも高く、かつ第２の所定温度である１１５℃よりも低い所定の第３温度である１０５℃以上であり、かつ膨張弁１３の開度が所定開度である５００ｐｐｓ以上の状態が所定時間である２０分以上継続していると判断したら、圧縮機１１を停止しエラーを報知するので、運転効率が悪い状態が長時間継続することを未然に阻止することができる。

次に、本発明の効果を説明する。

吐出温度センサ１７で所定の第１温度である１００℃よりも高く所定の第２温度である１１５℃よりも低い所定の第３温度である１０５℃以上を検知し、かつ膨張弁１３の開度が所定開度である５００ｐｐｓ以上となった時間をカウントし、カウントした時間が所定時間である２０分以上になったと判断したら、室内ランプ５の点滅やリモコン３０のディスプレイ３４に所定の記号等を表示することでエラー報知するので、運転効率が悪いまま長時間運転が継続されることを未然に阻止することができる。

また、吐出温度センサ１７により１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上となってカウントした時間が所定時間である２０分以上になったと判断したら圧縮機１１を強制停止させるので、運転効率が悪く圧縮機１１に大きな負荷が係り続ける状態を未然に阻止することができる。

また、吐出温度センサ１７により１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上となってカウントした時間が所定時間である２０分に達する前に、吐出温度センサ１７で検知した温度が所定の第３温度である１０５℃を下回ったと判断したら、カウントした時間をリセットするので、運転効率が然程悪くない状態で頻繁にエラー報知や圧縮機１１の強制停止がされ、ユーザーの使い勝手が低下することを未然に阻止することができる。

なお、本実施形態では吐出温度センサ１７で検知された温度が１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態が２０分以上継続したかにより、エラー報知、及び圧縮機１１の停止判断を実施しているが、断続した状態を積算した時間カウントによる制御であってもよい。
即ち、吐出温度センサ１７で検知された温度が１０５℃以上で１１５℃未満、かつ膨張弁１３の開度が５００ｐｐｓ以上の状態から一時的に脱したとしても、再度同じ状態になったら時間カウントを開始し、積算した時間カウント値が所定時間である２０分以上になったかでエラー報知、及び圧縮機１１の停止判断を実施してもよい。

また、本実施形態で説明した所定の第１温度から第３温度、及び膨張弁１３の開度は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、所定の第１温度と所定の第３温度とは同一値であってもよい。

なお、本実施形態では冷凍サイクル装置として冷媒回路２０内の冷媒が直接室内機１内の室内熱交換器２内に循環する空気調和機にて説明したが、これに限られるものではない。
別実施形態として、室外機１０内に水回路５０を有した冷凍サイクル装置について説明する。

図５を参照する。室外機１０内には、冷媒が循環する冷媒回路２０とは別に、水が循環する水回路５０を有している。
水回路５０には、水と冷媒との熱交換が可能な水－冷媒熱交換器５１と、当該水－冷媒熱交換器５１で熱交換後の水を加熱する補助ヒータ５２と、所定量の水を貯める水タンク５３と、水回路５０内の水を矢印方向に循環させる循環ポンプ５４と、水－冷媒熱交換器５１を通過した後の水の温度を検知する水温度センサ５５と、が設置されている。
なお、その他の符号については既に説明した実施形態と同一内容であることから、説明を省略する。

冷媒回路２０に設置された四方弁１２の一端と、膨張弁１３の一端とが水－冷媒熱交換器５１と接続し、水－冷媒熱交換器５１内で熱交換される。水－冷媒熱交換器５１内で熱交換され水温度センサ５５で検知される水の温度が目標温度となるよう、圧縮機１１の回転数、及び膨張弁１３の開度を制御することで、室内機１内の室内熱交換器２内に目標温度の水を流入し、冷房運転や暖房運転等の通常運転が実施可能となる。

暖房運転の実施時、外気温が低く水－冷媒熱交換器５１での熱交換だけでは十分に水回路５０内の水を加熱することができないとき、補助ヒータ５２を駆動する。補助ヒータ５２により水－冷媒熱交換器５１で熱交換後の水を再加熱することで、暖房感の不足を阻止することができる。

補助ヒータ５２が駆動すると、室内熱交換器２で熱交換し水－冷媒熱交換器５１へ戻る水温が高くなる。よって、水－冷媒熱交換器５１内へ流入する冷媒温度を高めなくても目標温水温度に到達可能であることから、冷媒回路２０側の負荷は低くなり圧縮機１１の目標吐出温度が比較的低くなる。
このとき、冷媒回路２０で冷媒漏れが発生すると、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度が高まることで、圧縮機１１の回転数制限、及び膨張弁１３の開度を大きくする制御が実施されるが、吐出温度センサ１７で検知される温度が所定の第２温度である１１５℃まで到達せず、運転効率の悪い運転が継続する虞がある。

そこで、吐出温度センサ１７で所定の第１温度である１００℃よりも高く所定の第２温度である１１５℃よりも低い所定の第３温度である１０５℃以上を検知し、かつ膨張弁１３の開度が所定開度である５００ｐｐｓ以上となった時間をカウントし、カウントした時間が所定時間である２０分以上になったと判断したら、圧縮機１１を停止すると共に室内ランプ５の点滅させ、リモコン３０のディスプレイ３４に所定の記号等を表示することでエラー報知するので、水回路５０側に補助ヒータ５２等の熱源を使用したものにおいて、運転効率が悪いまま長時間運転が継続されることを未然に阻止することができる。

このように、水－冷媒熱交換器５１等により冷媒回路２０内の冷媒と熱交換して室内温度を所定値にする構成の冷凍サイクル装置において、本発明の制御を実施することで運転効率が悪い状態が継続することを阻止可能である。

２ 室内熱交換器
１１ 圧縮機
１３ 膨張弁
１４ 室外熱交換器
１７ 吐出温度センサ
２０ 冷媒回路
４０ 制御部

Claims (3)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管で接続し冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検知する吐出温度センサと、
   前記圧縮機の回転数、及び前記膨張弁の開度を可変させ、前記吐出温度センサで検知された吐出温度が所定の第１温度以上だと判断したら前記圧縮機の回転数を制限して前記膨張弁の開度を大きくし、前記所定の第１温度よりも高い所定の第２温度以上だと判断したら前記圧縮機を強制停止させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記吐出温度センサで検知する温度が、前記所定の第１温度以上かつ前記所定の第２温度よりも低い所定の第３温度以上で、かつ前記膨張弁の開度が所定開度以上となっている時間をカウントし、カウントした時間が所定時間以上になったと判断したらエラー報知することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記制御部は、前記カウントした時間が前記所定時間以上になったと判断したら前記圧縮機を強制停止させることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御部は、前記カウントした時間が前記所定時間に達する前に前記吐出温度センサで検知した温度が前記所定の第３温度を下回ったと判断したら、前記カウントした時間をリセットすることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。

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