(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの制御の自由度を向上させ、安定して圧縮機の運転を継続できる空気調和機を実現する。【解決手段】圧縮機１と、室外熱交換器２と、膨張弁３、４と、室内熱交換器５とを冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成し、室内熱交換器５の熱交換量を制御する制御手段９を備えて空気調和機１０を構成する。そして、室内熱交換器５を、並列接続された複数の分配流路１３、１４を有して形成し、この分配流路１３、１４のそれぞれに、膨張弁３、４を設ける。制御手段９は、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、膨張弁３、４のうちの一方を閉止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成し、前記室内熱交換器の熱交換量を制御する制御手段を備えてなる空気調和機において、
前記室内熱交換器は、並列接続された複数の分配流路を有し、該分配流路のそれぞれに、前記膨張弁が設けられてなり、
前記制御手段は、前記冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、前記複数の膨張弁のうちの一部を閉止させることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記冷媒の温度は、前記圧縮機の吸入側及び吐出側の少なくとも一方に設けられた温度検出器によって検出され、前記冷媒の圧力は、前記圧縮機の吸入側及び吐出側の少なくとも一方に設けられた圧力検出器によって検出されてなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、前記複数の膨張弁のうちの一部を閉止させるとともに、閉止させてない膨張弁のうちの少なくとも１つの弁開度を増加させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記制御手段は、前記冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値以下になったら、前記閉止させた膨張弁の弁開度を増加させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記制御手段は、前記冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値以下になったら、前記閉止させた膨張弁の弁開度を増加させるとともに、前記弁開度を増加させた膨張弁の弁開度を低下させ、両膨張弁の弁開度を一致させることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記室内熱交換器は、並列接続された２系統の分配流路を有し、該分配流路のそれぞれに、前記膨張弁が設けられてなり、
前記制御手段は、前記冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、前記２つの膨張弁のうちの一方を閉止させるとともに、他方の膨張弁の弁開度を１．１〜２．０倍に増加させ、
前記冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値以下になったら、前記閉止させた膨張弁の弁開度を増加させるとともに、前記他方の膨張弁の弁開度を０．１〜０．９倍に低下させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを形成してなる空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機では、例えば冷房運転時において室内の空気温度が高い場合に、圧縮機の吸入側圧力が高くなり圧縮機の許容圧力範囲を超える状態になって、異常停止するなどの問題があった。同様に、冷房運転時において室外の空気温度が高温状態である場合に、圧縮機の吐出側の圧力が高くなり圧縮機の許容圧力範囲を超える状態になって、異常停止するなどの問題があった。
【０００３】
例えば、インバータによる回転数制御などで圧縮機容量を低下させて、圧縮機の吐出側圧力を許容値以下に低下させることが知られているが、これによれば、冷媒循環量の低下により蒸発圧力が高くなり、その結果、圧縮機の吸入圧力が圧縮機の許容吸入圧力より高くなってしまうという問題が残る。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載されているように、膨張弁の開度を強制的に低下させて圧縮機の吸入圧力を低下させることが知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２００８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、安定して圧縮機の運転を継続することができない場合がある。
【０００７】
すなわち、例えば室内側の空気温度が高い場合に、膨張弁開度を強制的に絞るだけでは、圧縮機の吸入側圧力を許容圧力範囲まで十分に低下しきれずに圧縮機が停止する恐れがある。また、膨張弁開度を絞った低開度域の狭い範囲での制御が必要となるため、圧縮機の容量変化など外的変化を受けた場合などに安定した冷凍サイクルの制御が困難となる場合も考えられる。
【０００８】
本発明の課題は、冷凍サイクルの制御の自由度を向上させ、安定して圧縮機の運転を継続できる空気調和機を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の空気調和機は、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成し、室内熱交換器の熱交換量を制御する制御手段を備えている。そして、室内熱交換器は、並列接続された複数の分配流路を有し、この分配流路のそれぞれに、膨張弁が設けられており、制御手段は、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、複数の膨張弁のうちの一部を閉止させることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、複数の膨張弁の一部を閉止することにより、例えば冷房運転時には蒸発器となる室内熱交換器の複数の分配流路のうちの一部の流路に冷媒が流れなくなり、熱交換面積が小さくなるので、蒸発熱交換能力自体が低下し、蒸発圧力が低下する。その結果、圧縮機の吸入圧力を低下させることが可能となる。また、膨張弁を一部閉止することにより冷媒流量が減少するので、圧縮機吐出側の圧力を低下させることができる。
【００１１】
このように、室内熱交換器の熱交換能力を制御可能にすることで、例えば室内空気温度が高い場合でも圧縮機の吸入圧力を許容圧力範囲に制御することができ、また、室外の温度が高い場合でも圧縮機の吐出圧力を許容圧力範囲に制御することができるので、安定して圧縮機の運転を継続することができる。
【００１２】
この場合において、冷媒の温度は、圧縮機の吸入側及び吐出側の少なくとも一方に設けられた温度検出器によって検出し、冷媒の圧力は、圧縮機の吸入側及び吐出側の少なくとも一方に設けられた圧力検出器によって検出することができる。
【００１３】
また、制御手段は、上述の制御をおこなった後に、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値以下になったら、閉止させた膨張弁の弁開度を増加させて、通常の冷凍サイクル状態に戻すことができる。
【００１４】
また、制御手段は、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、複数の膨張弁のうちの一部を閉止させるとともに、閉止させてない膨張弁のうちの少なくとも１つの弁開度を増加させることができる。
【００１５】
これによれば、閉止させてない蒸発器流路への冷媒流量を増加させることになるので、急激な冷媒流量の変化を抑制し、急激な蒸発器能力の変化を防止することができる。よって、過渡的に吸入圧力が大きく低下することを防止し、安定した圧力制御が可能となる。
【００１６】
この制御をおこなった後に、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値以下になったら、閉止させた膨張弁の弁開度を増加させるとともに、弁開度を増加させた膨張弁の弁開度を低下させ、両膨張弁の弁開度を一致させて通常の冷凍サイクル状態に戻すことができる。
【００１７】
これによれば、閉止させた膨張弁を開くことによる蒸発器への急激な冷媒流量の増加を防止し、過渡的に吸入圧力が大きく上昇することを防止し、安定した圧力制御が可能となる。
【００１８】
また、室内熱交換器を、並列接続された２系統の分配流路で構成し、この分配流路のそれぞれに膨張弁を設け、制御手段は、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値より大きくなったら、２つの膨張弁のうちの一方を閉止させるとともに、他方の膨張弁の弁開度を１．１〜２．０倍に増加させて冷媒流量の急激な変化を抑制することができる。
【００１９】
また、この制御の後に、冷媒の温度及び圧力の少なくとも一方が設定値以下になったら、閉止させた膨張弁の弁開度を増加させるとともに、他方の膨張弁の弁開度を０．１〜０．９倍に低下させて、冷媒流量の急激な変化を抑制して、冷凍サイクルを安定して制御することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷凍サイクルの制御の自由度を向上させ、安定して圧縮機の運転を継続できる空気調和機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を適用してなる空気調和機の実施例について図１〜図５を用いて説明する。本実施例は、空気調和機を例に挙げて説明するが、本発明は、これに限らず冷凍ショーケースや冷凍倉庫などに用いられる冷凍機のような、冷凍サイクルを形成してなる装置に適用可能である。
【００２２】
図１は、本発明の実施例１〜４に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。図１に示すように、空気調和機１０は、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３及び４と、蒸発器５と、アキュムレータ６とを、順次、冷媒配管によって接続して冷凍サイクルを形成して構成されている。例えば冷房運転時には、凝縮器２が室外熱交換器となり、蒸発器５が室内熱交換器となる。また、図示していない四方弁などを用いて暖房運転に切替えた場合は、室内熱交換器が凝縮器２となり、室外熱交換器が蒸発器５となる。
【００２３】
また、圧縮機１の吸入側の冷媒の圧力を検出する圧力センサ７、及び吐出側の冷媒の圧力を検出する圧力センサ８が設けられており、圧力センサ７、８からの圧力検出信号を受け取り、冷凍サイクルをマイクロコンピュータにより制御する制御手段９が設けられている。なお、圧縮機１の吸入側及び吐出側の温度をそれぞれ検出する温度センサを設けて、これらの検出信号を制御手段９に入力してもよい。
【００２４】
本発明の特徴構成は、図示のように、蒸発器５が、並列接続された２系統の分配流路１３、１４を有しており、この分配流路１３、１４のそれぞれに、膨張弁３、４が設けられている点である。
【００２５】
次に、本発明の空気調和機１０の基本的な動作について説明する。例えば冷房運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器２で凝縮して高温高圧の液冷媒となり、膨張弁３、４で減圧され、蒸発器５で蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を経て圧縮機１に戻る。蒸発器５には、冷媒が蒸発する際に冷媒と熱交換して冷却される所定風量の室内空気が吸入され、冷房用として室内に吹き出される。通常時、この冷凍サイクルで、制御手段９は室内温度などの制御条件により決定した運転周波数により圧縮機１を駆動している。
【００２６】
このような運転をおこなっている空気調和機において、例えば蒸発器５のある室内、凝縮器２のある室外の温度がともに高温状態の場合、圧縮機１の吐出圧力、及び吸入圧力ともに上昇し、場合によっては、圧縮機１の許容圧力範囲を逸脱する場合が発生する。例えば、吐出圧力が許容値を越えたことを圧力センサ８からの情報で制御手段９が検出した場合、制御手段９は、圧縮機１の運転周波数を低下させ、吐出圧力を低下させる制御をおこなう。しかし、室内が高温の場合は、この制御により圧縮機１の吸入圧力がさらに上昇し、吸入圧力が圧縮機１の許容範囲を逸脱して圧縮機１が異常停止する場合がある。
【００２７】
以下、このような問題などを解決する本発明の空気調和機の特徴部である制御手段９の制御内容について、具体的な実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図２は、制御手段９によって制御される膨張弁３、４の動作を示す図である。ここでは、圧縮機１の吸入圧力を低下させる制御をおこなう場合の膨張弁３、４の弁開度の推移を示す。縦軸が膨張弁３、４の弁開度であり、横軸は時間である。
【００２９】
制御手段９は、図２に示すように、圧力センサ７から入力される吸入圧力が予め設定された所定値を越えたことを検出した場合に、膨張弁３、４のいずれか一方、ここでは例として膨張弁３が閉止状態となる開度を与える。
【００３０】
これによれば、蒸発器５の分配流路１３が塞がれて冷媒が流れなくなり、室内空気との熱交換をおこなうのは分配流路１４のみとなり、熱交換面積が小さくなるので、蒸発熱交換能力自体が低下し、蒸発圧力が低下する。その結果、圧縮機１の吸入圧力を低下させることが可能となる。また、膨張弁３を閉止することにより冷媒流量が減少するので、圧縮機１の吐出側の圧力も低下させることができる。なお、上述の吸入圧力の所定値は、適宜設定変更が可能である。
【００３１】
このように、室内熱交換器、この実施例では蒸発器の熱交換能力を制御可能にすることで、例えば室内の空気温度が高い場合でも圧縮機の吸入圧力を許容圧力範囲に制御することができる。また、室外の温度が高い場合でも圧縮機の吐出圧力を許容圧力範囲に制御することができるので、安定して圧縮機の運転を継続することができる。
【実施例２】
【００３２】
次に、第２の実施例を、図３を用いて説明する。図３も膨張弁３、４の動作を示す図である。図に示すように、制御手段９は、圧力センサ７から入力される吸入圧力が所定値を越えたことを検出した場合に、膨張弁３が閉止状態となる開度を与えると同時に、膨張弁４に対し、その時点の開度の１．１倍から２倍の範囲で開度を強制的に増加させる。本実施例ではこの増加比率を予め冷凍サイクルにあわせて決定しておくものとする。
【００３３】
これによれば、閉止させてない蒸発器流路への冷媒流量を増加させることになるので、急激な冷媒流量の変化を抑制し、急激な蒸発器能力の変化を防止することができる。よって、過渡的に吸入圧力が大きく低下することを防止し、安定した圧力制御が可能となる。
【実施例３】
【００３４】
次に、第３の実施例を、図４を用いて説明する。図４は、膨張弁３、４の動作を示す図である。本実施例は、例えば実施例１、２のような吸入圧力を低下させる制御を解除する時の膨張弁３、４の動作例である。制御手段９は、圧力センサ７からの情報で吸入圧力が所定値以下になったことを検出した場合に、閉止状態であった膨張弁３、４の一方、ここでは例として膨張弁３が開弁状態となる所定開度を与える。
【００３５】
本実施例では膨張弁３、４は通常運転中は同開度とするために、膨張弁３の開度は、膨張弁４に合わせるものとする。以上の動作により、通常の冷凍サイクル制御に復帰させることができる。
【実施例４】
【００３６】
次に、第４の実施例を、図５を用いて説明する。図５は膨張弁３、４の動作を示す図である。本実施例も実施例３と同様に、吸入圧力を低下させる制御を解除する時の膨張弁３、４の動作例である。制御手段９は、圧力センサ７からの情報で吸入圧力が所定値以下となったことを検出した場合に、膨張弁３が開弁状態となる開度を与えると同時に、膨張弁４に対し、その時点の開度の０．１倍から０．９倍の範囲で開度を強制的に減少させる。
【００３７】
本実施例では、この減少比率を予め冷凍サイクルにあわせて決定しておくものとする。また、膨張弁３の開度は、強制的に変更した膨張弁４の開度に合わせるものとする。以上のような制御により、冷媒循環量の急激な変化を避けることが可能で、過渡的に吸入圧力が上昇し過ぎるような現象を回避することが可能となる。
【００３８】
以上、実施例１〜４の空気調和機について説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されない。例えば、蒸発器を２系統に分配するのではなく、さらに多数に分割し、各分配流路に膨張弁を設ける構成でもよい。
【００３９】
また、上述の実施例のように圧縮機の吸入側の冷媒圧力を検出して膨張弁の弁開度を制御するだけでなく、例えば、吸入側の冷媒圧力と相関する圧縮機の吐出側の冷媒圧力、圧縮機の吸入側の冷媒温度、圧縮機の吐出側の冷媒温度などを検出して膨張弁の弁開度を制御することも可能である。
【００４０】
さらに、上述の実施例のように、一方の膨張弁を完全に閉止するのではなく、所定の開度だけ低下させて、圧縮機の吸入圧力を低下させることも可能である。
【００４１】
また、上述の実施例のように蒸発器や凝縮器が１対１の冷凍サイクルではなく複数の熱交換器を有するマルチ形空気調和機などにも、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１〜４に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。
【図２】第1実施例の膨張弁の動作を説明する図である。
【図３】第２実施例の膨張弁の動作を説明する図である。
【図４】第３実施例の膨張弁の動作を説明する図である。
【図５】第４実施例の膨張弁の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  圧縮機
２  凝縮器
３、４  膨張弁
５  蒸発器
６  アキュムレータ
７、８  圧力センサ
９  制御手段
１０  空気調和機
１３、１４  分配流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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