(57)【要約】【課題】暖房立ち上がり性能又は除霜復帰性能を向上させることができる空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機と、暖房運転時に、前記圧縮機により圧縮された冷媒が流れる室内熱交換器と、該室内熱交換器により凝縮された冷媒が流れる電動膨張弁と、該電動膨張弁により膨張した冷媒が流れる室外熱交換器と、外気の温度を検出する外気温度検出手段と、前記電動膨張弁の開度を制御する制御部と、を備えた空気調和装置において、前記制御部は、前記電動膨張弁の開度を、暖房運転の起動時に設定時間、設定開度で固定するように制御し、暖房運転の起動時の前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて前記設定開度を変化させる。【選択図】  図５
2013178046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
暖房運転時に、
前記圧縮機により圧縮された冷媒が流れる室内熱交換器と、
該室内熱交換器により凝縮された冷媒が流れる電動膨張弁と、
該電動膨張弁により膨張した冷媒が流れる室外熱交換器と、
外気の温度を検出する外気温度検出手段と、
前記電動膨張弁の開度を制御する制御部と、を備えた空気調和装置において、
前記制御部は、
前記電動膨張弁の開度を、暖房運転の起動時に設定時間、設定開度で固定するように制御し、
暖房運転の起動時の前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて前記設定開度を変化させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記ガス飽和温度は、前記圧縮機の吸入側の圧力検出手段の検出値を用いて算出されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
前記制御部は、
暖房運転の起動時の前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差が設定温度より小さい場合に前記設定開度が小さくなるように変化させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の空気調和装置において、
前記制御部は、
暖房運転の起動時の前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差が前記設定温度より大きい場合に前記設定開度が大きくなるように変化させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項４に記載の空気調和装置において、
前記制御部は、
前記設定開度を変化させた後に設定時間が経過すると、前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて再度、前記設定開度を変化させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れかに記載の空気調和装置において、
前記室外熱交換器に送風する室外ファンを備え、
前記制御部は、
前記設定温度を変化させる前に前記室外ファンを駆動させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
暖房運転時に、
前記圧縮機により圧縮された冷媒が流れる室内熱交換器と、
該室内熱交換器により凝縮された冷媒が流れる電動膨張弁と、
該電動膨張弁により膨張した冷媒が流れる室外熱交換器と、
外気の温度を検出する外気温度検出手段と、
前記電動膨張弁の開度を制御する制御部と、を備え、
暖房運転時に冷媒の循環方向を反対にすることで除霜運転を行う空気調和装置において、
前記制御部は、
前記電動膨張弁の開度を、前記除霜運転から暖房運転への復帰時に設定時間、設定開度で固定するように制御し、
前記除霜運転から暖房運転への復帰時の前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて前記設定開度を変化させることを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
暖房運転が可能である空気調和装置について、暖房起動時特に暖房低温時または除霜復帰時の立ち上がり能力が十分に得られない場合がある。たとえば特許文献１では、「暖房起動時に温風を供給するために要する冷媒圧力の確保を簡易な構成によって迅速に行うことが可能な空気調和装置を提供する。圧縮機、室内熱交換器、室内ファン、室外電動膨張弁および室外熱交換器を少なくとも含んで冷凍サイクルを行う空気調和装置であって、亜室内熱交温度センサおよび制御部を備えている。制御部は、室内熱交温度センサの検知値から冷媒の過冷却度を把握する。制御部は、過冷却度に応じて室外電動膨張弁の開度を調整する制御と、室外電動膨張弁の開度を固定開度ＤＳとして維持したままで圧縮機を起動する制御を行う。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２３４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献においては、起動時において室外電動膨張弁の開度を固定開度としているが、暖房起動時に電動膨張弁を絞りすぎると、熱交ＳＨ（蒸発器過熱度）が大きくなり、圧縮機吸入圧力が低下し、立ち上がり性能が低下する。一方で室外電動膨張弁の開度を開きすぎると圧縮機の吸入口が湿り状態となり、信頼性を損ねるという問題がある。すなわち、特許文献１の電動膨張弁の開度制御では、運転状態（例えば外気温度が異なる場合等）によっては、熱交ＳＨを最適にして立ち上がり性能を確保するためのものではなくなってしまう。
【０００５】
また特許文献１において、起動時の電動膨張弁に与える固定開度は、予測値であるため、実際の最適固定開度に対し、隔たりが生じる虞があること、さらに固定開度から通常のフィードバック制御に移行した時に、目標値に対し、偏差が大きいために修正するまでに時間が掛かってしまう懸念があり、暖房立ち上がり性能を低下させてしまうという問題も生じ得る。
【０００６】
そこで本発明は暖房立ち上がり性能又は除霜復帰性能を向上させることができる空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、暖房運転時に、前記圧縮機により圧縮された冷媒が流れる室内熱交換器と、該室内熱交換器により凝縮された冷媒が流れる電動膨張弁と、該電動膨張弁により膨張した冷媒が流れる室外熱交換器と、外気の温度を検出する外気温度検出手段と、前記電動膨張弁の開度を制御する制御部と、を備えた空気調和装置において、前記制御部は、前記電動膨張弁の開度を、暖房運転の起動時に設定時間、設定開度で固定するように制御し、暖房運転の起動時の前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて前記設定開度を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、暖房立ち上がり性能および除霜復帰性能を向上させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例による冷凍サイクル系統図である。
【図２】本実施例による機能構成ブロック図である。
【図３】本実施例による冷房運転時の冷凍サイクル系統図である。
【図４】本実施例による暖房運転時の冷凍サイクル系統図である。
【図５】本実施例による制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。各図における同一符号は同一物または相当物を示す。  
図１は本実施例のマルチ型空調システムの冷凍サイクル系統図である。本実施例におけるマルチ型空調システムは、室外ユニット１１と、３台の室内ユニット１５ａ、１５ｂ、１５ｃで構成されるマルチ型空調システムと、これらを制御する図示しないコントローラ（制御装置）とを備えて構成される。このマルチ型空調システムは、室外ユニット１１の接続台数は複数でも良く、室内ユニット１５の接続台数も３台より多くても少なくても良い。また、なお、符号１５ａ〜１５ｃなどに付けたアルファベットの添え字は、各部品を総称的に表わす場合などに省略して用いることがある。
【００１１】
室外ユニット１１は、標準的な空気調和装置の室外ユニットと同様に、それぞれに室外熱交換器６と、冷暖切換用四方弁４とを備え、圧縮機構である圧縮機１ａ、１ｂは容量可変型とし、圧縮機吸入配管には気液分離器１０が接続されている。四方弁４はコントローラ（制御装置）により冷房運転側と暖房運転側とに切り換え可能である。接続される配管はガス配管１６と、液配管１７で、ガス阻止弁１８ａ、１８ｂ、液阻止弁１９ａ、１９ｂとでそれぞれ接続される。室内ユニット１５ａ、１５ｂ、１５ｃはそれぞれ熱交換器１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、送風機１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、電動膨張弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃとそれらを制御するコントローラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ（制御装置）で構成される。
【００１２】
図２に本実施例の機器構成ブロック図を示す。  
室外ユニット１１はそれぞれ圧縮機１、電動膨張弁５、電動膨張弁９、送風機７、四方弁４を室外コントローラ２０にて制御するように構成される。制御情報として圧縮機用温度センサ２２、外気センサ２３、高圧圧力センサ２４、低圧圧力センサ２５、配管温度センサ２６を備え、各センサの読み取り値より予めプログラムされた圧力及び温度目標となるように各構成部品を制御する。また室外ユニット１１は伝送線３２を介して通信され、室外ユニット１１が複数台接続する場合は室外コントローラ１１ａを初期設定時に室外コントローラ２０ａから親機設定することで、室外ユニット１１を複数台接続時の統合システム制御を担当するコントローラ２０ａに決定され、初期設定時に子機設定された室外ユニット１１ｂの室外コントローラ２０ｂは親機設定された室外ユニットの室外コントローラ２０ａの指令に従い、子機設定された室外ユニット内の各部品を制御する。
【００１３】
室内ユニット１５は室外ユニット１１ａと伝送線３３を介して通信される。複数の室外ユニットを接続している場合は親機設定された室外ユニット１１と伝送線３３を介して通信される。リモコン３１の発停信号により、室内コントローラ２１は送風機を制御し、リモコン３１よって設定された温度条件を室外コントローラ２０ａに送信する。また、冷媒状態を把握するためのガス温度センサ２７、液温度センサ２８、空気状態を把握するための吸い込み温度センサ２９、吹出し温度センサ３０の計測値を室外コントローラ２０ａに送信し、室外コントローラ２０ａは最適な冷媒状態に調整するための電動膨張弁１４の開度指令を室内コントローラ２１に送信する。室内コントローラ２１は室外コントローラ２０ａの指令に従い、電動膨張弁１４を制御する。
【００１４】
図３に本実施例の冷房運転における冷媒の流れを説明する。冷媒は図３で実線矢印の方向に流れ、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は四方弁４を通過し、冷媒通路で構成する室外側機熱交換器６で凝縮する。凝縮された液冷媒は、過冷却回路８を通過するが、過冷却回路上流で分岐された液冷媒が電動弁９で減圧され低圧側配管とバイパスされ、過冷却回路８にて熱交換される。これにより液阻止弁１９を通過する冷媒は過冷却状態となり、分岐された冷媒は過熱状態となり気液分離器１０へ戻る。この過冷却回路の効果により、熱交換器６にて熱交換するよりも、より冷媒の過冷却度が増し、より効率のよい運転が可能となる。液配管１７を通過した冷媒は室内ユニットの電動膨張弁１４に入る。電動膨張弁９は任意の絞り量設定可能な膨張装置であり、電動膨張弁９にて減圧された冷媒は、蒸発器となる室内側熱交換器１２に送られ、冷媒が蒸発し、室内空気は冷却される。室内側熱交換器１２で蒸発した冷媒はガス配管１６を流れ気液分離器１０にて適切な吸入かわき度に調整され圧縮機１の吸入側に戻る。
【００１５】
ここで室内側の負荷状況に応じて室内側容量を低減させる場合、室内側負荷変動により容量可変式圧機容量を低減させる、または室外側送風機風量を低下させて室外側熱交換量を低減させることができるが、室内側負荷が熱源側容量に対して極端に小さくなった場合、かつ室外ユニットが複数台接続されている場合は上記手段だけでなく、室外ユニットの運転台数を低減させる。
【００１６】
図４に本実施例の暖房運転における冷媒の流れを説明する。冷媒は図４で破線矢印の方向に流れ、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、ガス配管１６を流れ、室内ユニット１５に流れる。室内ユニット１５にて複数の冷媒通路で構成する熱交換器１２で凝縮し、電動膨張弁１４にて任意の過冷却度を確保すべく、絞り量を任意に調整する。このとき熱交換器１２にて放熱され暖房がなされる。凝縮された液冷媒は、室外ユニット１１と室内ユニット１５を接続する液接続配管１７を通過し液阻止弁１９を介して過冷却回路９を通過し、電動膨張弁５に入る。電動膨張弁５は任意の絞り量設定可能な膨張装置であり、電動膨張弁５にて減圧された冷媒は、蒸発器となる室外側熱交換器６に送られ、冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒は四方弁４を経由し、気液分離器１０にて適切な吸入かわき度に調整され圧縮機１の吸入側に戻る。
【００１７】
ここで利用側の負荷状況に応じて室内側容量を低減させる場合、利用側負荷変動により容量可変式圧縮機容量を低減させる、または熱源側送風機風量を低下させて熱源側熱交換量を低減させることができるが、利用側負荷が熱源側容量に対して極端に小さくなった場合、上記手段だけでなく、冷房時同様に室外ユニットの運転台数を低減させる。
【００１８】
図５は本実施例による暖房運転起動時（あるいは除霜運転復帰時）の制御フローチャートを説明するための図である。図５の点線内の電動膨張弁５の初期開度決定後から起動制御終了までが本実施例の特徴を示している。本実施例では、暖房運転起動時（あるいは除霜運転復帰時）は、まず電動膨張弁５の初期開度が決定され、この初期開度を固定開度として保持するように制御される。この電動膨張弁５の初期開度は、開度が大きすぎ圧縮機吸入側に液が戻らないように設定される。しかし、このように常に同じ初期開度で固定開度となるように保持すると、初期開度が小さすぎる場合（絞りすぎる場合）に、熱交ＳＨ（蒸発器過熱度）が大きくなり、圧縮機吸入圧力が低下し、立ち上がり性能が低下する。一方で初期開度が大き過ぎる場合（開きすぎる場合）には、圧縮機の吸入口が湿り状態となり、信頼性を損ねるという問題がある。そこで本実施例においては、以下のようにこの初期開度から固定開度を補正し、補正後の開度を固定開度とするものである。
【００１９】
すなわち、コントローラ（制御装置）は、電動膨張弁５の開度を、暖房運転の起動時に設定時間、設定開度で固定するように制御するものであるが、暖房運転の起動時の外気温度検出手段（外気センサ２３）により検出された温度と、圧縮機１の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて上記した設定開度を変化させる。なお、ガス飽和温度は、圧縮機１の吸入側の圧力検出手段（低圧圧力センサ２５）の検出値を用いて算出することができる。
【００２０】
より具体的に説明すると、コントローラ（制御装置）は、暖房運転の起動時（あるいは除霜運転復帰時）の外気温度検出手段（外気センサ２３）により検出された温度と、圧縮機１の吸入側のガス飽和温度との温度差が設定温度（目標温度）より小さい場合に前記設定開度が小さくなるように変化させる。すなわち、上記温度差が設定温度（目標温度）より小さい場合には室外熱交換器６の過熱領域を増やす必要があるため、電動膨張弁５の設定開度を小さく変更したうえで、この小さくした設定開度にて固定するように制御するものである。
【００２１】
これに対してコントローラ（制御装置）は、暖房運転の起動時（あるいは除霜運転復帰時）の外気温度検出手段（外気センサ２３）により検出された温度と、圧縮機１の吸入側のガス飽和温度との温度差が設定温度（目標温度）より大きい場合に設定開度が大きくなるように変化させる。これは上記温度差が設定温度（目標温度）より大きい場合には室外熱交換器６の過熱領域を減らす必要があるため、電動膨張弁５の設定開度を大きく変更したうえで、この大きくした設定開度にて固定するように制御するものである。
【００２２】
以上に説明した電動膨張弁５の設定開度の補正により、熱交ＳＨ（蒸発器過熱度）を最適値とすることができるため、暖房起動時の応答性が良く、かつ、立ち上がり性能および除霜復帰性能を最大限に発揮することができる。なお、本実施例によれば、暖房低温条件において、従来の立ち上がり性能に対し、約８％改善することができる。
【００２３】
また、上記したように一度、設定開度を変化させた後に設定時間が経過すると再度、暖房運転の起動時前記外気温度検出手段により検出された温度と、前記圧縮機の吸入側のガス飽和温度との温度差に応じて再度、設定開度を変化させることが望ましい。このように一定時間、経過した後に再度、設定開度を変化させ、この設定開度で固定となるように制御することで膨張弁開度のハンチングを防止し急激な冷凍サイクル変動を防止することが可能となる。
【００２４】
また、室外熱交換器６に送風する室外ファン７を備え、コントローラ（制御装置）は、設定温度を変化させる前に室外ファン７を駆動させることが望ましい。外気温度検出手段（外気センサ２３）が検出する外気温度は特に起動時において誤検知しやすいため、上記したように室外ファン７を駆動させてから一定時間経過した後に改めて外気温度検出手段（外気センサ２３）が検出する外気温度（及び圧縮機１の吸入圧力に相当するガス飽和温度）を用いて設定温度を変更するものである。これにより、上記したように誤検出を防止しつつ、設定温度の変更が可能となる。
【００２５】
なお、除霜時は冷暖切換用四方弁を切り換えて、室内熱交換器へ送っていたホットガス冷媒を室外熱交換器へ送り込んで、付着した霜を解かす運転をする。この時の冷媒の流れは、冷暖切換用四方弁を切り換えるため、冷房運転時と同じとなる。除霜復帰後再び冷暖切換用四方弁４を切り換えて暖房運転を開始するため、暖房起動時と全く同じ運転をする。よって暖房起動時と同じ様に除霜復帰性能も同様に低下するが、上記した制御を採用することでこれを解消することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ、１ｂ  圧縮機
２ａ、２ｂ  気液分離器
３ａ、３ｂ  逆止弁
４ａ、４ｂ  四方弁２
５ａ、５ｂ  電動膨張弁１
６ａ、６ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  熱交換器
７ａ、７ｂ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  送風機
８ａ、８ｂ  過冷却器
９ａ、９ｂ  電動膨張弁２
１０ａ、１０ｂ  アキュムレータ
１１ａ、１１ｂ  室外ユニット
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  電動膨張弁
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  室内ユニット
１６  ガス配管
１７  液配管
１８  ガス阻止弁
１９  液阻止弁
２０ａ、２０ｂ  室外ユニットコントローラ
２１ａ、２１ｂ、２１ｂ  室内ユニットコントローラ
２２ａ、２２ｂ  圧縮機用温度センサ
２３ａ、２３ｂ  外気センサ
２４ａ、２４ｂ  高圧圧力センサ
２５ａ、２５ｂ  低圧圧力センサ
２６ａ、２６ｂ  配管温度センサ
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ  ガス温度センサ
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ  液温度センサ
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ  吸い込み温度センサ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  吹出し温度センサ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  操作リモコン
１００  マルチ型空調システム
【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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