(57)【要約】【課題】室外ユニット側のみで検出した各部の温度又は圧力と、圧縮機の定数により、目標吐出冷媒温度を算出し、この目標温度に基づいて膨脹弁の開度を制御することにより、圧縮機の吸入ガス冷媒が飽和ガス状態に制御でき、高効率な多室形空気調和機の制御装置を提供する。【解決手段】圧縮機の吸入側の温度又は圧力を検出する吸入温度センサ９又は吸入圧力センサ９’と、圧縮機の吐出側の温度又は圧力を検出する吐出温度センサ１０又は吐出圧力センサ１０’　と、室外熱交換器の温度を検出する室外熱交温度センサ１１と、予め実験的に求めた圧縮機の特性により決まる定数を記憶する定数設定部１３ｅ　と、現在の検出した吸入側の温度または圧力、吐出側の温度または圧力および室外熱交換器の温度と定数とを比較演算し目標吐出冷媒温度を算出する比較演算部１３ｆ　と、暖房運転時に目標吐出冷媒温度に基づいて膨脹弁６の開度を制御する制御部１３とを備えた。【選択図】　図４
2004116978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１台の圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨脹弁からなる室外ユニットと、室内熱交換器と絞り機構を備えた複数の室内ユニットとを接続して冷媒回路を構成してなる多室形空気調和機であって、
前記圧縮機の吸入側の温度または圧力を検出する吸入温度センサまたは吸入圧力センサと、前記圧縮機の吐出側の温度または圧力を検出する吐出温度センサまたは吐出圧力センサと、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交温度センサと、予め実験的に求めた前記圧縮機の特性により決まる定数を記憶する定数設定部と、現在の検出した前記吸入側の温度または圧力、吐出側の温度または圧力および前記室外熱交換器の温度と前記定数とを比較演算し目標吐出冷媒温度を算出する比較演算部と、暖房運転時に前記目標吐出冷媒温度に基づいて前記膨脹弁の開度を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする多室形空気調和機の制御装置。
【請求項２】
前記圧縮機が、１台のインバータ圧縮機、又は並列に接続された複数のインバータ圧縮機と複数の一定速型圧縮機、又は並列に接続された複数の一定速型圧縮機からなることを特徴とする請求項１記載の多室形空気調和機の制御装置。
【請求項３】
前記複数の一定速型圧縮機は、夫々能力が異なることを特徴とする請求項１記載の多室形空気調和機の制御装置。
【請求項４】
前記定数がポリトロープ指数であることを特徴とする請求項１記載の多室形空気調和機の制御装置。
【請求項５】
前記定数を外気温別に実験的に求めてなることを特徴とする請求項１記載の多室形空気調和機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室外ユニットと複数台の室内ユニットからなる多室形空気調和機の制御装置に係わり、より詳しくは、圧縮機の吐出ガス温度が目標値になるよう室外側膨脹弁の開度を制御することにより、吸入冷媒を乾き飽和ガス状態にする制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より空気調和機の冷凍サイクルにおける圧縮機の吸入冷媒は、乾き飽和ガスの状態にすることが、能力、圧縮機の効率の面で良い。これは、室外ユニットの膨脹弁の開度を調整することで可能である。
一般には、室外および室内ユニットの熱交換器の温度センサ又は圧力センサの検出した温度又は圧力によって膨脹弁の開度が制御されているが、実際には乾き飽和ガスでの制御ではなく、過熱度をある程度の範囲に抑える制御である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、上記従来例の場合、過熱度が大きくなると効率が低下してしまう。また、室外および室内ユニットの熱交換器の温度又は圧力を検出して膨脹弁の開度の制御を行う場合、この制御方法を多室形空気調和機の制御に用いると、室内ユニットが多い場合、室外と室内ユニット間の通信が込み合い応答性が悪くなり、また各室内ユニットの熱交換器の温度又は圧力が一定とならない。
更に、室外と室内ユニット間の接続配管が長い場合には、配管の圧力損力があるため、実際の吸入ガスの過熱度制御が難しく、室外ユニットの検出信号のみにより制御することが望まれる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２５５０２４号公報（第６−９頁、第１−２図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、上記の問題点に鑑み、暖房運転時に、室外ユニット側のみで検出した各部の温度又は圧力と、圧縮機のポリトロープ指数により、目標吐出冷媒温度を算出し、この目標吐出冷媒温度に基づいて膨脹弁の開度を制御することにより、圧縮機の吸入ガス冷媒が飽和ガス状態に制御でき、高効率な冷凍サイクルによる多室形空気調和機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、少なくとも１台の圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨脹弁からなる室外ユニットと、室内熱交換器と絞り機構を備えた複数の室内ユニットとを接続して冷媒回路を構成してなる多室形空気調和機であって、
前記圧縮機の吸入側の温度または圧力を検出する吸入温度センサまたは吸入圧力センサと、前記圧縮機の吐出側の温度または圧力を検出する吐出温度センサまたは吐出圧力センサと、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交温度センサと、予め実験的に求めた前記圧縮機の特性により決まる定数を記憶する定数設定部と、現在の検出した前記吸入側の温度または圧力、吐出側の温度または圧力および前記室外熱交換器の温度と前記定数とを比較演算し目標吐出冷媒温度を算出する比較演算部と、暖房運転時に前記目標吐出冷媒温度に基づいて前記膨脹弁の開度を制御する制御部とを備えてなる構成となっている。
【０００７】
また、前記圧縮機が、１台のインバータ圧縮機、又は並列に接続された複数のインバータ圧縮機と複数の一定速型圧縮機、又は並列に接続された複数の一定速型圧縮機からなる構成となっている。
【０００８】
また、前記複数の一定速型圧縮機は、夫々能力が異なる構成となっている。
【０００９】
また、前記定数がポリトロープ指数である構成となっている。
【００１０】
また、前記定数を外気温別に実験的に求めてなる構成となっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として説明する。
図１は本発明による多室形空気調和機の冷媒回路の構成図である。図において、１は室外に設置された室外ユニット、２ａ，２ｂ，２ｃは夫々並列に接続された３台の室内ユニットである。
【００１２】
前記室外ユニット１は、少なくとも１台の圧縮機３と、四方弁４と、室外熱交換器５と、膨張弁６とをそれぞれ接続して構成され、また前記室内ユニット２ａ，２ｂ，２ｃは、夫々電子膨張弁からなる絞り機構７ａ，７ｂ，７ｃと、室内熱交換器８ａ，８ｂ，８ｃとを夫々接続して構成されている。
【００１３】
これら前記室外ユニット１と前記室内ユニット２ａ，２ｂ，２ｃとが第一接続部Ａ１と第二接続部Ａ２を介して冷媒配管により接続され冷媒回路が構成されている。
【００１４】
前記圧縮機３の吸入側には吸入冷媒の温度を検出する吸入温度センサ９、又は吸入冷媒の圧力（低圧）を検出する吸入圧力センサ９’が設けられている。また、前記圧縮機３の吐出側には吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ１０及び又は吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ１０’　が設けられ、前記室外熱交換器５には室外熱交換器５の中間の温度を検出する室外熱交温度センサ１１が設けられている。
【００１５】
上記において、冷房運転時には、図１中実線矢印で示すように、圧縮機３で高温高圧となったガス冷媒が、室外熱交換器５に送られ、室外空気との間の熱交換によりガス冷媒が冷却され凝縮し、高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、膨張弁６において減圧されて低温低圧の液冷媒となる。この低温低圧の液冷媒は、室内熱交換ユニット２ａ，２ｂ，２ｃに送られ、室内空気との間の熱交換により室内空気を冷却するとともに、自身は加温され蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。この際、室内熱交換器８ａ，８ｂ，８ｃは液冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。この低温低圧のガス冷媒は、四方弁４を経て圧縮機３に戻されて高温高圧のガス冷媒となり、以後この過程が繰り返される。
【００１６】
また暖房運転時においては、破線矢印で示すように、圧縮機３を経た冷媒が室内熱交換ユニット２ａ，２ｂ，２ｃに流れるように四方弁４を設定する。暖房運転時には、圧縮機３で高温高圧となったガス冷媒が、室内熱交換ユニット２ａ，２ｂ，２ｃに送られ、室内空気との間の熱交換により室内空気を加温するとともに、自身は冷却され凝縮して高温高圧の液冷媒となる。この際、室内熱交換器８ａ，８ｂ，８ｃはガス冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。この高温高圧の液冷媒は、膨張弁６において減圧されて低温低圧の液冷媒となる。この低温低圧の液冷媒は室外熱交換器５に送られ、室外空気との間の熱交換により加温され蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。この際、室外熱交換器５は液冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。この低温低圧のガス冷媒は、四方弁４を経て圧縮機３に戻されて高温高圧のガス冷媒となり、以後この過程が繰り返される。
【００１７】
図２は空気調和機の運転過程における冷媒の熱力学的変化を示すモリエル線図である。以下、この図について説明する。
（１）圧縮機３において、ガス冷媒が圧縮される過程では、圧力もエンタルピも増加するため冷媒の状態は図中右上がりに変化する（ａ点からｂ点）。以下、この過程を圧縮過程という。
（２）室内熱交換ユニット２ａ，２ｂ，２ｃまたは室外熱交換ユニット１において、ガス冷媒が冷却され液冷媒となる過程では、圧力（Ｐ２）が変化せずにエンタルピが減少するため、冷媒の状態は図中左方向に変化し、飽和蒸気線Ｇに達した時点で凝縮が始まり、飽和液線Ｌに達した時点で冷媒は完全に液化し、更に若干の過冷却度をもつように冷却される（ｂ点からｃ点）。以下、この過程を凝縮過程という。
（３）膨張弁６において液冷媒が低温低圧となる過程では、熱の出入りがないためエンタルピが変化せずに圧力が低下することから、冷媒の状態は図中下方に変化する（ｃ点からｄ点）。以下、この過程を減圧過程という。
（４）室内熱交換ユニット２ａ，２ｂ，２ｃまたは室外熱交換ユニット１において、液冷媒が加温されガス冷媒となる過程では、圧力（Ｐ１）が変化せずにエンタルピが増加するため、冷媒の状態は図中右方向に変化し、飽和蒸気線Ｇに達した時点（ａ点）で完全に蒸発する。以下、この過程を蒸発過程という。
【００１８】
図２において、Ｔ１は前記吸入温度センサ９で検出された吸入冷媒温度で、Ｔ５は前記室外熱交温度センサ１１で検出された室外熱交換器５の中間温度であり、Ｔ１、Ｔ５は飽和温度なので予め設定されている冷媒物性の関係より、低圧の吸入圧力Ｐ１及び高圧の吐出圧力Ｐ２を求めることができる。また、Ｔ２は前記吐出温度センサ１０で直接検出する。
尚、前記圧力Ｐ１，Ｐ２　は前記吸入圧力センサ９’及び吐出圧力センサ１０’　で直接検出し、前記吸入冷媒温度Ｔ１は、前記圧力Ｐ１から冷媒物性の関係より求めてもよい。
【００１９】
上記冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機３の圧縮効率は、圧縮機に固有定数（ポリトロープ指数ｎ）によって表わされる。ポリトロープ指数ｎは、圧縮機３の吸入側と吐出側の冷媒の状態から求められる値で、冷媒が圧縮されるときの圧力と比体積の関係を示す。このポリトロープ指数ｎは、冷凍サイクルを構成している圧縮機に固有の値であり、この値によって圧縮過程のカーブ（図では近似的に直線としている）が決定される。
図２をポリトロープ指数ｎを用いて表わすと、次の（１）式の関係となる。
【数１】
2004116978.tif 000003
【００２０】
本発明においては、このポリトロープ指数ｎを外気温Ｔ０別に実験的に求めることで、低圧の吸入圧力Ｐ１及び高圧の吐出圧力Ｐ２から、目標とする吐出冷媒温度Ｔ２を算出する。
例えば、次のようにｎを予め設定する。
外気温Ｔ０が、Ｔ０＜−１０℃の場合、ｎ＝１．３
外気温Ｔ０が、２℃≦Ｔ０≦１０℃の場合、ｎ＝１．２
外気温Ｔ０が、２０℃＜Ｔ０の場合、ｎ＝１．１
【００２１】
図３は運転条件が変わった場合のモリエル線図を示したものである。前記ポリトロープ指数ｎは運転条件によって異なり、ｎが異なると図３に示すように圧縮過程がａ’点からｂ’点、或いはｅ’点からｆ’点へと傾斜が異なってくる。
現在の吐出圧力Ｐ２’　、吸入圧力Ｐ１’　又はＰ３’　を検出し、吸入冷媒温度Ｔ１’　又はＴ３’　を冷媒物性の関係より求めることにより、目標吐出冷媒温度Ｔ２’　又はＴ４’　は前記（１）式の関係から夫々次の式で算出（演算）することができる。
【数２】
2004116978.tif 000004
【数３】
2004116978.tif 000005
【００２２】
次に上記構成において、本発明の制御動作について、図４の制御ブロック図及び図５のフローチャート図に基づいて説明する。
制御部１３は、前記圧縮機３の吸入側の吸入温度センサ９、又は吸入圧力センサ９’が検出した温度又は圧力を検知する吸入温度・吸入圧力検出部１３ａ　と、吐出側の吐出温度センサ１０及び又は吐出圧力センサ１０’　が検出した温度又は圧力を検知する吸入温度・吸入圧力検出部１３ｂ　と、室外熱交温度センサ１１が検出した温度を検知する室外熱交温度検出部１３ｃ　と、外気温センサ１２が検出した温度を検知する外気温検出部１３ｄ　と、外気温別に予め実験的に求めた前記圧縮機３の特性により決まる定数（ポリトロープ指数ｎ）を記憶する定数設定部１３ｅ　と、現在の検出した吸入側の温度または圧力、吐出側の温度または圧力、および前記室外熱交換器５の温度と前記定数とを比較演算し目標吐出ガス温度を算出する比較演算部１３ｆ　と、暖房運転時に前記目標吐出ガス温度に基づいた制御信号により前記膨脹弁６の開度を制御す弁開度制御部１３ｇ　とから構成することにより、室外ユニットの検出信号のみで制御することができ、従来例のように、室外と室内ユニット間の通信が込み合いによる応答性の悪化や、接続配管の長さによる圧力損力にも関係しない制御ができる。
【００２３】
図５のフローチャート図において、多室形空気調和機の運転がスタートすると、まず、ステップＳＴ１で暖房運転かどうか判定される。もし暖房運転であれば、ステップＳＴ２で図３の実施例にしたがって、吸入圧力Ｐ１’，Ｐ３’　及び吸入温度Ｔ１’，Ｔ３’　を検出、又は冷媒物性の関係より算出すると同時に、吐出圧力Ｐ２’　を検出する。
【００２４】
次に、ステップＳＴ３で外気温センサ１２が検出した外気温Ｔ０が、−１０℃以下かどうか判断され、以下であればステップＳＴ４でポリトロープ指数ｎを１．３　に設定し、ステップＳＴ９で目標吐出冷媒温度Ｔ２’，Ｔ４’　等が演算され、ステップＳＴ１０で膨脹弁６が目標吐出冷媒温度に合った目標弁開度に制御され終了する（ＳＴ１１）。
もし、ステップＳＴ３で外気温Ｔ０が、−１０℃以下でなければ、ステップＳＴ５で外気温Ｔ０が、２℃≦Ｔ０≦１０℃の範囲内かどうか判定される。もし、範囲内であれば、上記と同様ステップＳＴ９〜ＳＴ１０の作業が行われステップＳＴ１１で終了する。
もし、ステップＳＴ５で外気温Ｔ０が範囲内でなければ、ステップＳＴ７で外気温Ｔ０が２０℃以上かどうか判定される。もし、以上であれば、上記と同様ステップＳＴ９〜ＳＴ１０の作業が行われステップＳＴ１１で終了する。
【００２５】
以上に説明したように、現在の検出した吸入側の温度または圧力、吐出側の温度または圧力および前記室外熱交換器５の温度と、予め実験的に求めた前記圧縮機３の特性により決まる定数（ポリトロープ指数ｎ）とを比較演算し、目標吐出冷媒温度を算出し、暖房運転時に目標吐出冷媒温度に基づいて前記膨脹弁６の開度を制御することにより、室外ユニットの検出信号のみで制御ができ、圧縮機３の吸入ガス冷媒が飽和ガス状態に制御できるため、従来例のように、室外と室内ユニット間の通信が込み合い応答性が悪くなることがなく、また室外と室内ユニット間の接続配管が長い場合でも、配管の圧力損力に関係しない、高効率な冷凍サイクルによる多室形空気調和機の制御装置となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、暖房運転時に、室外ユニット側のみで検出した各部の温度又は圧力と、圧縮機のポリトロープ指数により、目標吐出冷媒温度を算出し、この目標吐出冷媒温度に基づいて膨脹弁の開度を制御することにより、圧縮機の吸入ガス冷媒が飽和ガス状態に制御でき、高効率な冷凍サイクルによる多室形空気調和機の制御装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における多室形空気調和機の実施例を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明における圧縮機の定数を求める説明のためのモリエル線図である。
【図３】本発明における一実施例を説明のためのモリエル線図である。
【図４】本発明における制御ブロック図である。
【図５】本発明におけるフローチャート図である。
【符号の説明】
１　室外ユニット
２ａ，２ｂ，２ｃ　室内ユニット
３圧縮機
４　四方弁
５　室外熱交換器
６　膨張弁
７ａ，７ｂ，７ｃ　絞り機構（電子膨張弁）
８ａ，８ｂ，８ｃ　室内熱交換器
９　吸入温度センサ
９’　吸入圧力センサ
１０　吐出温度センサ
１０’　吐出圧力センサ
１１　室外熱交温度センサ
１２　外気温センサ
１３　制御部
１３ａ　吸入温度・吸入圧力検出部
１３ｂ　吐出温度・吐出圧力検出部
１３ｃ　室外熱交温度検出部
１３ｄ　外気温検出部
１３ｅ　定数設定部
１３ｆ　比較演算部
１３ｇ　弁開度制御部
【図１】
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【図２】
2004116978.tif 000007
【図３】
2004116978.tif 000008
【図４】
2004116978.tif 000009
【図５】
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