(57)【要約】      （修正有）【課題】非共沸混合冷媒の組成を直接的に検出することなく、充填冷媒の物性を基準に起動時における圧縮機の吐出圧力の異常な上昇を抑制可能なマルチ型空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１は、室外機５内に設けられ、運転周波数を変更可能であって、非共沸混合冷媒を圧縮可能な圧縮機２、３と、圧縮機２、３の運転周波数を制御するインバータ１６、１７と、インバータ１６、１７を制御する室外制御部１８と、を備えている。室外制御部１８は、圧縮機２、３の起動過程において、圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒の低沸点冷媒組成比よりも大きい場合には、圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が、充填冷媒の低沸点冷媒組成比と実質的に同じになるまで圧縮機２、３の運転周波数を通常よりも低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の室内機と、前記複数の室内機との間で非共沸混合冷媒を循環させる室外機と、を備えるマルチ型空気調和装置において、
前記室外機内に設けられ、運転周波数を変更可能であって、前記非共沸混合冷媒を圧縮可能な圧縮機と、
前記圧縮機の運転周波数を制御するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧縮機の起動過程において、前記圧縮機で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒の低沸点冷媒組成比よりも大きい場合には、前記圧縮機で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が、充填冷媒の低沸点冷媒組成比と実質的に同じになるまで前記圧縮機の運転周波数を通常よりも低下させるマルチ型空気調和装置。
【請求項２】
凝縮器の温度を検出する温度検出部と、
前記圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部の検出温度を実凝縮飽和温度とし、前記圧力検出部の検出圧力および充填冷媒の物性から換算する凝縮飽和温度の換算値を換算凝縮飽和温度とすると、前記実凝縮飽和温度と前記換算凝縮飽和温度との差の絶対値が予め定める閾値以上の場合に前記圧縮機の運転周波数を通常よりも低下させ、前記閾値より小さい場合に前記圧縮機を通常の運転周波数で運転する請求項１に記載のマルチ型空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数の室内機を備えるマルチ型空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒に非共沸混合冷媒を用いる空気調和装置が知られている。従来の空気調和装置としては、非共沸混合冷媒の組成を検出する組成センサと、組成センサで検出される循環冷媒の組成に基づいて圧縮機の運転周波数を制御する演算制御装置と、を備える空気調和装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０１９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空気調和装置は、起動時に低圧側圧力が低下して低沸点冷媒が気化することによって冷媒の低沸点冷媒組成比が大きくなる事象に対し、圧縮機の回転数の立ち上がりを緩やかにして、圧縮機の吐出圧力が異常に上昇することを防いでいる。
【０００５】
しかしながら、従来の空気調和装置は、静電容量センサによって非共沸混合冷媒の組成を直接的に検出するため、静電容量と組成比率との関係を事前に測定しておく必要があること、また、気液二相状態での組成比率の検出が難しいために、常にガス冷媒または常に液冷媒が流通する箇所に静電容量センサを設置しなければならないこと、などの制約があった。
【０００６】
そこで、本発明は、非共沸混合冷媒の組成を直接的に検出することなく、充填冷媒の物性を基準に起動時における圧縮機の吐出圧力の異常な上昇を抑制可能なマルチ型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】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係るマルチ型空気調和装置は、複数の室内機と、前記複数の室内機との間で非共沸混合冷媒を循環させる室外機と、を備え、前記室外機内に設けられ、運転周波数を変更可能であって、前記非共沸混合冷媒を圧縮可能な圧縮機と、前記圧縮機の運転周波数を制御するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧縮機の起動過程において、前記圧縮機で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒の低沸点冷媒組成比よりも大きい場合には、前記圧縮機で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が、充填冷媒の低沸点冷媒組成比と実質的に同じになるまで前記圧縮機の運転周波数を通常よりも低下させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るマルチ型空気調和装置のブロック図。
【図２】本実施形態に係るマルチ型空気調和装置の圧縮機の起動制御を示すフローチャート。
【図３】本実施形態に係るマルチ型空気調和装置の圧縮機の起動過程における圧縮機の運転周波数と経過時間との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係るマルチ型空気調和装置の実施形態について図１から図３を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係るマルチ型空気調和装置のブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る空気調和装置１は、マルチ型空気調和装置であって、複数、例えば２つの圧縮機２、３を有する少なくとも１つの室外機５と、複数の室内機６、６、…と、を備えている。なお、複数の室内機６、６、…は、いずれも同様の構成を有しているので、以下では、代表的な１つの室内機６について説明する。
【００１２】
また、空気調和装置１は、室外機５と複数の室内機６との間で非共沸混合冷媒を循環させる。換言すると、空気調和装置１には、充填冷媒としてR32冷媒を５０％よりも多く含む非共沸混合冷媒が充填されている。
【００１３】
室外機５は、複数の圧縮機２、３と、オイルセパレータ７と、四方弁８と、室外熱交換器１１と、室外膨張弁１２と、アキュムレータ１３と、を備えている。また、室外機５は、室外ファン１５を備えている。
【００１４】
さらに、室外機５は、それぞれの圧縮機２、３の運転周波数を制御する複数のインバータ１６、１７と、複数のインバータ１６、１７を制御する室外制御部１８と、を備えている。
【００１５】
室内機６は、室内膨張弁１９と、室内熱交換器２１と、を備えている。また、室内機６は、室内ファン２２を備えている。さらに、室内機６は、室内制御部（図示省略）を備えている。
【００１６】
また、空気調和装置１は、室外機５の圧縮機２、３、オイルセパレータ７、四方弁８、室外熱交換器１１、および室外膨張弁１２と、室内機６の室内膨張弁１９、および室内熱交換器２１と、を順次に接続する冷媒配管２３を備えている。冷媒配管２３は、室外機５と室内機６との間に設けられて冷媒を往来させる渡り配管２５を含んでいる。室外機５には、渡り配管２５を接続する配管接続部２６、２７が設けられている。室内機６には、渡り配管２５を接続する配管接続部２８、２９が設けられている。
【００１７】
それぞれの圧縮機２、３は、室外機５内に設けられている。それぞれの圧縮機２、３は、それぞれのインバータ１６、１７の出力によって運転周波数を変更する。なお、空気調和装置１に３つ以上の圧縮機が設けられる場合であっても、圧縮機は、全てインバータによって運転周波数を変更できることが好ましい。この場合、空気調和装置１は、圧縮機と同数のインバータを備えることが好ましい。
【００１８】
それぞれの圧縮機２、３のケース内には、冷凍機油が収容されている。それぞれの圧縮機２、３の吐出口には、それぞれの吐出配管３１ａ、３１ｂが接続されている。これら吐出配管３１ａ、３１ｂは、高圧側冷媒配管３２に接続され、合流している。高圧側冷媒配管３２は、オイルセパレータ７を介して四方弁８に接続されている。高圧側冷媒配管３２には、圧縮機２、３の吐出圧力を検出する高圧圧力センサ３３が設けられている。
【００１９】
高圧圧力センサ３３は、室外制御部１８に電気的に接続され、検出した圧力、つまり圧縮機２、３の吐出圧力を出力する。この吐出圧力は、圧縮機２、３の運転台数、それぞれの圧縮機２、３の運転周波数によって変化する。
【００２０】
また、それぞれの圧縮機２、３の吸込口には、それぞれの吸込配管３５ａ、３５ｂが接続されている。これら吸込配管３５ａ、３５ｂは、低圧側冷媒配管３６に接続され、合流している。低圧側冷媒配管３６は、アキュムレータ１３を介して四方弁８に接続されている。
【００２１】
なお、それぞれの圧縮機２、３について、冷媒の戻り流路に着目すると、低圧側冷媒配管３６は、ガス冷媒を流通させる配管であって、アキュムレータ１３を経て吸込配管分岐部３７でそれぞれの吸込配管３５ａ、３５ｂへ接続され、分岐している。吸込配管３５ａ、３５ｂは、それぞれの圧縮機２、３のサクションマフラ３８、３９を介してそれぞれの圧縮機２、３の吸込口に接続されている。
【００２２】
オイルセパレータ７は、それぞれの圧縮機２、３から吐出されるガス冷媒と冷凍機油とを分離する。なお、オイルセパレータ７で分離される冷凍機油は、それぞれの圧縮機２、３へ戻されるが、冷凍機油を圧縮機２、３へ戻す系統の図示と説明は省略する。
【００２３】
四方弁８は、室外制御部１８に信号線（図示省略）を介して電気的に接続されている。空気調和装置１は、四方弁８によって冷媒の流れを切り替えることによって、冷房運転（図１中、実線矢印で示す冷媒の流れ）と暖房運転（図１中、破線矢印で示す冷媒の流れ）とを切り替える。
【００２４】
室外熱交換器１１および室内熱交換器２１は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器である。室外熱交換器１１には、凝縮器として機能する室外熱交換器１１の温度を検出する室外熱交換器温度センサ４１が設けられている。室内熱交換器２１には、凝縮器として機能する室内熱交換器２１の温度を検出する室内熱交換器温度センサ４２が設けられている。室外熱交換器温度センサ４１は、室外制御部１８に電気的に接続され、検出した温度を出力する。室内熱交換器温度センサ４２は、室内制御部（図示省略）に電気的に接続され、検出した温度を出力する。
【００２５】
室外熱交換器温度センサ４１は、空気調和装置１の冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器１１の凝縮飽和温度ＴＬを検出して室外制御部１８へ出力する。他方、室内熱交換器温度センサ４２は、空気調和装置１の暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器２１の凝縮飽和温度ＴＬを検出して室内制御部へ出力する。室外制御部１８は信号線（図示省略）を介して室内制御部から室内熱交換器温度センサ４２が検知した凝縮飽和温度ＴＬを受信する。
【００２６】
室外ファン１５は、室外の空気と室外熱交換器１１との熱交換を促進させる。室内ファン２２は、室内の空気と室内熱交換器２１との熱交換を促進させる。
【００２７】
室外機５の室外膨張弁１２および室内機６の室内膨張弁１９は、例えば、弁開度を調整可能なＰＭＶ（Pulse Motor Valve、電子膨張弁）である。なお、空気調和装置１は、室外機５の室外膨張弁１２および室内機６の室内膨張弁１９のいずれか一方を備えるものであっても良い。
【００２８】
アキュムレータ１３は、ガス冷媒と液冷媒とを分離（気液分離）し、ガス冷媒をそれぞれの圧縮機２、３へ送る。
【００２９】
それぞれのインバータ１６、１７は、商用交流電源Ｅから供給される交流電力を整流し、整流後の直流電力を室外制御部１８の指令に応じた周波数に変換してそれぞれの圧縮機２、３へ出力する。つまり、それぞれのインバータ１６、１７は、それぞれの圧縮機２、３の運転周波数を制御する。
【００３０】
室外制御部１８は、リモートコントローラ（図示省略）に入力される運転操作に基づいて四方弁８を制御し、空気調和装置１の冷房運転（図１中、実線矢印で示す冷媒の流れ）と暖房運転（図１中、破線矢印で示す冷媒の流れ）とを切り替える。
【００３１】
また、室外制御部１８は、インバータを制御して圧縮機２、３の運転周波数を制御する。
【００３２】
ここで先ず、空気調和装置１の定常な運転状態を説明する。
【００３３】
定常な冷房運転時、それぞれの圧縮機２、３は、高温高圧のガス冷媒をそれぞれの吐出配管３１ａ、３１ｂへ吐出する。高温高圧のガス冷媒は、それぞれの吐出配管３１ａ、３１ｂから高圧側冷媒配管３２で合流してオイルセパレータ７へ流れ込む。オイルセパレータ７は、高温高圧のガス冷媒から冷凍機油を分離する。油分が分離されたガス冷媒は、オイルセパレータ７から流出して四方弁８を経て室外熱交換器１１に到達する。室外熱交換器１１は、室外の空気とガス冷媒との間で熱交換を行って冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、液冷媒を流出させる。室外熱交換器１１から流出する液冷媒は、膨張弁１２、１９を経て室内熱交換器２１に到達する。室外膨張弁１２は液冷媒の流量を調整して過冷却度を調整し、室内膨張弁１９は液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする。室内熱交換器２１は、室内の空気と気液二相冷媒との間で熱交換を行って冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、ガス冷媒を流出させる。室内熱交換器２１から流出するガス冷媒は、四方弁８、アキュムレータ１３、および吸込配管分岐部３７、それぞれの吸込配管３５ａ、３５ｂを経てそれぞれの圧縮機２、３に吸い込まれる。吸い込まれたガス冷媒は、圧縮機２、３で圧縮されて、再び圧縮機２、３の吐出配管３１ａ、３１ｂへ吐出し、上記を繰り返す。
【００３４】
定常な暖房運転は、室外制御部１８の指令に基づき四方弁８が冷媒の流路を切り替えることによって行なわれる。暖房運転では、冷媒は空気調和装置１を反対方向（破線矢印の方向）に流れる。
【００３５】
次いで、空気調和装置１の起動時の運転状態を説明する。
【００３６】
図２は、本実施形態に係るマルチ型空気調和装置の圧縮機の起動制御を示すフローチャートである。
【００３７】
図３は、本実施形態に係るマルチ型空気調和装置の圧縮機の起動過程における圧縮機の運転周波数と運転時間との関係を示す図である。
【００３８】
図２および図３に示すように、本実施形態に係る空気調和装置１の室外制御部１８は、それぞれの圧縮機２、３の起動過程において、それぞれの圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒の低沸点冷媒組成比よりも大きい場合には、それぞれの圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が、充填冷媒の低沸点冷媒組成比と実質的に同じになるまでそれぞれの圧縮機２、３の運転周波数を通常よりも低下させる。
【００３９】
つまり、室外制御部１８は、温度検出部としての室外熱交換器温度センサ４１（冷房運転時）または室内熱交換器センサ４２（暖房運転時）の検出温度を実凝縮飽和温度ＴＬとし、圧力検出部としての高圧圧力センサ３３の検出圧力および充填冷媒の物性から換算する凝縮飽和温度の換算値を換算凝縮飽和温度ＴＣとすると、実凝縮飽和温度ＴＬと換算凝縮飽和温度ＴＣとの差の絶対値｜ＴＬ−ＴＣ｜＝｜ΔＴＬＣ｜が予め定める閾値Ｔｓ以上の場合に圧縮機２、３の運転周波数を通常よりも低下させ、閾値Ｔｓより小さい場合に圧縮機を通常の運転周波数で運転する。
【００４０】
なお、ここで言う「圧縮機２、３の通常の運転周波数」とは、圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が、実質的に充填冷媒における低沸点冷媒組成比と同じ場合、つまり｜ΔＴＬＣ｜が実質的に零の場合に設定される圧縮機２、３の運転周波数である。
【００４１】
具体的には、室外制御部１８は、圧縮機２、３の起動制御を開始すると（図３の原点）、室外熱交換器温度センサ４１（冷房運転時）または室内熱交換器温度センサ４２（暖房運転時）の検出温度、つまり実凝縮飽和温度ＴＬを取得する（ステップＳ１）、また、室外制御部１８は、高圧圧力センサ３３の検出圧力を取得し、この検出圧力と充填冷媒の物性とから換算凝縮飽和温度ＴＣを換算する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１とステップＳ２との先後関係は反転していても良いし、同時並行的に行われていても良い。
【００４２】
次いで、室外制御部１８は、実凝縮飽和温度ＴＬと換算凝縮飽和温度ＴＣとの差の絶対値｜ΔＴＬＣ｜を算出し（ステップＳ３）、この差の絶対値｜ΔＴＬＣ｜と閾値Ｔｓとを比較する（ステップＳ４）。室外制御部１８は、差の絶対値｜ΔＴＬＣ｜が閾値Ｔｓより大きい場合には（差の絶対値｜ΔＴＬＣ｜＞閾値Ｔｓ、ステップＳ４  Ｙｅｓ）、インバータ１６、１７へ指令して圧縮機２、３の運転周波数を低減し（ステップＳ５）、ステップＳ１へ戻る（図３の破線）。
【００４３】
他方、室外制御部１８は、差の絶対値｜ΔＴＬＣ｜が閾値Ｔｓ以下の場合には（差の絶対値｜ΔＴＬＣ｜≦閾値Ｔｓ、ステップＳ４  Ｎｏ）、圧縮機２、３の運転周波数を通常の起動過程における設定値通りにインバータ１６、１７へ指令して圧縮機２、３の運転周波数を通常にし（ステップＳ６）、ステップＳ１へ戻る（図３の実線）。
【００４４】
なお、起動制御において、圧縮機の運転周波数と経過時間との関係は、連続的であっても段階的であっても良い。また、圧縮機２、３の起動制御は、｜ΔＴＬＣ｜が実質的に零になると終了する。
【００４５】
非共沸点混合冷媒が封入される空気調和装置１では、圧縮機２、３の起動時に圧縮機２、３に吸い込まれる冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒よりも大きくなることがある。圧縮機２、３に吸い込まれる冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒よりも大きくなると、圧縮機２、３から吐出される冷媒の圧力は、充填冷媒を圧縮する場合に比べて高くなり、また急激な上昇を引き起こす場合もある。特に、本実施形態に係る空気調和装置１のように室内機６が複数接続されるマルチ型空気調和装置は、充填される冷媒量が多くなるとともに、冬季等の低外気温時には、アキュムレータ１３等に高沸点冷媒が液冷媒として溜りやすいため、低沸点冷媒組成比が充填冷媒よりも大きくなりやすい。
【００４６】
そこで、本実施形態に係る空気調和装置１は、それぞれの圧縮機２、３の起動過程において、それぞれの圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒の低沸点冷媒組成比よりも大きい場合には、それぞれの圧縮機２、３で圧縮される冷媒の低沸点冷媒組成比が、充填冷媒の低沸点冷媒組成比と実質的に同じになるまでそれぞれの圧縮機２、３の運転周波数を通常よりも低下させる。空気調和装置１は、この制御によって、圧縮機２、３の起動過程における吐出圧力の急激な上昇を抑制したり、圧縮機２、３の故障を回避したりすることができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る空気調和装置１は、充填冷媒の物性を基準に起動時における圧縮機２、３の運転周波数を制御し、低減を図るため、冷媒の組成比率を直接的に検知する必要がない。つまり、静電容量と組成比率との関係を事前に測定しておく必要や、気液二相状態での組成比率の検出が難しいために、常にガス冷媒または常に液冷媒が流通する箇所に静電容量センサを設置しなければならないといった、従来の空気調和装置における制約を取り除くことができる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係る空気調和装置１は、圧縮機２、３の吐出圧力の検出値と、凝縮器における凝縮飽和温度の検出値とから、圧縮機２、３から吐出される冷媒の低沸点冷媒組成比が充填冷媒における低沸点冷媒組成比と異なるのか否かを判定し、この判定結果に基づいて圧縮機２、３の運転周波数を制御するため、冷媒の組成比率を直接的に検知する必要がない。
【００４９】
したがって、本実施形態に係る空気調和装置１によれば、非共沸混合冷媒の組成を直接的に検出することなく、充填冷媒の物性を基準に起動時における圧縮機２、３の吐出圧力の異常な上昇を抑制できる。
【００５０】
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１…空気調和装置、２、３…圧縮機、５…室外機、６…室内機、７…オイルセパレータ、８…四方弁、１１…室外熱交換器、１２…室外膨張弁、１３…アキュムレータ、１５…室外ファン、１６、１７…インバータ、１８…室外制御部、１９…室内膨張弁、２１…室内熱交換器、２２…室内ファン、２３…冷媒配管、２５…渡り配管、２６、２７、２８、２９…配管接続部、３１ａ、３１ｂ…吐出配管、３２…高圧側冷媒配管、３３…高圧圧力センサ、３５ａ、３５ｂ…吸込配管、３６…低圧側冷媒配管、３７…吸込配管分岐部、３８、３９…サクションマフラ、４１…室外熱交換器温度センサ、４２…室内熱交換器温度センサ。
【図１】
2017062082.tif 000003
【図２】
2017062082.tif 000004
【図３】
2017062082.tif 000005