JPH0223792B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧縮機を主体とする１台の室外ユニツ
トに複数の室内ユニツトおよびヒートポンプ運転
により給湯水を加熱する貯湯槽をそれぞれ接続し
てなる冷暖房給湯装置において、冷暖房運転およ
びヒートポンプ給湯加熱運転に対応して電気式膨
張弁を制御し、冷凍サイクルの最適状態を図る冷
凍サイクル制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来、電気式膨張弁を用いて冷媒の過熱度制御
により冷凍サイクルの最適化を図る方法は、例え
ば室内ユニツトと室外ユニツトをそれぞれ１台よ
りなる分離形空気調和装置において、既に実用化
されているが、室内ユニツトを複数台有して冷暖
房を行なうとともに、室内ユニツト以外に貯湯槽
を設けてヒートポンプ運転により給湯加熱の用に
供する機能を合せもつものにあつては、制御上の
難かしさあるいは制御装置の複雑さから実現には
至つていない。この種冷暖房給湯装置において、
従来は、電気式膨張弁やキヤピラリチユーブを用
いて２段ないし３段に減圧量を制御して負荷変化
に対応しようとするものがあるが、冷凍サイクル
端に最適化することは出来ず、システムの高効率
化の点で問題があつた。また電気式膨張弁を用い
た冷媒の過熱度制御を冷暖房給湯加熱運転に適応
するため、使用する電気式膨張弁の各々に個別に
制御装置を設けることが考えられるが、構成の複
雑化やコスト面で合理性を欠くとともに、例えば
冷房２室運転から冷房１室運転への変化時や、暖
房運転からヒートポンプ給湯加熱運転への変化時
には冷凍サイクルの変化により過熱度特性が急変
するが、こうした場合、過熱度を早期に安定した
値に復帰させることが難かしいなど制御性の面で
問題点があつた。

発明の目的 本発明は、室内ユニツトを複数台有するととも
にヒートポンプ運転により給湯加熱を行なう貯湯
槽を有する装置において、複数の電気式膨張弁と
１台の膨張弁制御装置を用いて冷媒の過熱度制御
を行なうことにより常に冷凍サイクルの最適化を
図り、従来に増してシステムの高効率化を達成し
ようとするものであり、性能の安定化ならびに制
御装置の構成の簡素化、合理化を図ることを目的
とするものである。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するために、圧縮機、
四方弁、室外熱交換器などよりなる１台の室外ユ
ニツトに、給湯加熱用熱交換器を有する貯湯槽
と、室内熱交換器を有する複数の室内ユニツトと
を接続するとともに、前記室内熱交換器への各々
の冷媒を減圧する複数の冷房用の電気式膨張弁
と、前記室外熱交換器への冷媒を減圧するヒート
ポンプ用の電気式膨張弁と、前記室外熱交換器の
入口部ないし中間部の温度および前記室外熱交換
器の出口部ないし前記圧縮機の吸入部の温度をそ
れぞれ検出する一対の温度センサと、前記複数の
室内熱交換器のそれぞれの入口部ないし中間部の
温度およびそれぞれの出口部の温度をそれぞれ検
出する前記室内熱交換器と同数対の温度センサ
と、前記それぞれの温度センサよりの温度信号を
入力し、前記各々の電気式膨張弁を駆動する膨張
弁制御回路と、前記圧縮機，四方弁等を制御する
とともに冷房，暖房，給湯加熱ならびに冷暖房室
数を与える運転モード信号を前記膨張弁制御回路
に出力する運転制御回路とを有し、前記膨張弁制
御回路は、前記圧縮機の運転開始時および前記運
転モード信号の変化時、前記各々の電気式膨張弁
に少なくとも一定時間、前記運転モード信号に対
応した所定の電気出力信号を発するようにしたも
のであり、電気式膨張弁を用いた冷凍サイクルの
過熱度制御を種々の運転モードに対しても安定に
行なえるとともに、システム全体の構成の簡素
化、合理化を図ることができる。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明に基づく冷凍サイクル制御装
置の一実施例の構成図を示す。この実施例では、
２室冷暖房機能および給湯加熱機能を有する冷暖
房給湯装置の場合を示す。第１図において１は室
外ユニツト、２は室内ユニツト（こではＡ室用と
する）、３は室内ユニツト（ここではＢ室用とす
る）、４は貯湯槽である。室外ユニツト１におい
て、５は圧縮機、６は四方弁、７ｈは室外熱交換
器、８ｈは室外熱交換器７ｈ用の送風機である。
９ａ，９ｂ，９ｈは一方向性の電気式膨張弁（こ
こでは通電閉形の熱電膨張弁とする）、１０ａ，
１０ｂ，１０ｈはそれぞれ逆止弁、１１ａ，１１
ｂ，１１ｗ，１２ａ，１２ｂ，１２ｗはそれぞれ
冷媒通路開閉用の電磁弁である。１３ｈ，１４
ｈ，１４ａ，１４ｂはそれぞれ同等の温度センサ
（本実施例ではサーミスタとする）であり、冷媒
の温度を検知する。１５は膨張弁制御回路であ
り、電気式膨張弁９ａ，９ｂ，９ｈを駆動し、冷
凍サイクルにおける冷媒の過熱度を制御する働き
をする。１５ｍは運転制御回路であり、圧縮機
５、四方弁６等を制御するとともに、冷房、暖
房、給湯加熱ならびに冷暖房室数を示す運転モー
ド信号を膨張弁制御回路１５に与える。

一方、室内ユニツト２および３において、７
ａ，７ｂは冷暖房用の室内熱交換器、８ａ，８ｂ
は送風機、１３ａ，１３ｂは温度センサ（本実施
例ではサーミスタとする）であり、この温度セン
サ１３ａ，１３ｂは温度センサ１３ｈ等と同等の
ものである。更に貯湯槽４において、７ｗは槽内
の給湯水を加熱するための給湯加熱用熱交換器で
ある。

次に、制御回路１５の詳細な構成を第２図につ
いて説明する。第２図において、１６は温度セン
サ１３ａ等の温度信号を入力し、それぞれ１組、
例えば温度センサ１３ａと１４ａの検出温度から
温度差即ち過熱度SHa等を検出し出力する温度
検知回路である。１７は温度検知回路１６よりの
過熱度SHa，SHb，SHhおよび運転制御回路１
５ｍより与えられる冷房、暖房、給湯加熱、冷暖
房室数を示す運転モード信号（MODE）を入力
し、電気式膨張弁９ａ，９ｂ，９ｈに発する電気
出力信号を決定する演算処理回路である。１８
ａ，１８ｂはそれぞれ電気式膨張弁９ａ，９ｂを
駆動する駆動回路、１９は駆動回路１８ａを電気
式膨張弁９ｈ用の駆動回路として働らかせるため
の切替回路である。この切替回路１９は演算処理
回路１７よりの信号、すなわち、冷房運転かヒー
トポンプ運転かに応じた信号Ｃ／Ｈにより、リレ
ー２０をオンオフし、その接点２１によつて、駆
動回路１８ａの出力端の接続が電気式膨張弁９ａ
と９ｈとに切替わるように構成されている。

演算処理回路１７において、２２はマイクロコ
ンピユータ（マイコン）であり、２３はDAコン
バータよりなる信号変換回路、２４はアナログス
イツチにより構成され、マイコン２２から信号変
換回路２３へデイジタル信号Ｄを出力するタイミ
ングと同期して発せられる信号Sa，Sbによりス
イツチングして時分割動作を行なう転送回路、２
５ａ，２５ｂは転送回路２４より伝達される電圧
を一時保持する信号保持回路である。信号保持回
路２５ａ，２５ｂは前記駆動回路１８ａ，１８ｂ
にそれぞれ接続されており、この結果マイコン２
２の出力するデイジタル信号Ｄがアナログに変換
分離され、かつ２つの駆動回路１８ａ，１８ｂか
らそれぞれ電圧Va，Vbが電気式膨張弁９ａもし
くは９ｈ、および９ｂに発せられる。なお、Vcc
は直流電源電圧を示す。

次に動作を説明する。第１図において、実線の
矢印は冷房運転時の、破線の矢印は暖房運転ない
し給湯加熱運転すなわちヒートポンプ運転時のそ
れぞれの冷媒の流れを示す。但し、冷房運転時
は、１室のみの時例えばＡ室のみの時は、電磁弁
１１ｂおよび１１ｗは閉止されている。また、ヒ
ートポンプ運転時例えばＢ室のみの暖房運転であ
れば、電磁弁１２ａ，１２ｗが閉止され、また、
給湯加熱運転単独であれば電磁弁１２ａ，１２ｂ
が閉止される。

次に電気式膨張弁９ａ，９ｂ，９ｈの制御動作
について説明する。冷房運転時は、Ａ，Ｂ室のそ
れぞれの運転に応じて独立して過熱度制御する。
すなわち過熱度SHaを一定に維持するように電
気式膨張弁９ａを駆動回路１８ａにより駆動し、
過熱度SHbを一定に維持するように電気式膨張
弁９ｂを駆動回路１８ｂにより駆動する。Ｂ室の
みの冷房運転であれば、電気式膨張弁９ａはその
印加電圧Vaを零または低電圧として電力の消費
を押え、かつＡ室の冷房開始時における冷媒流量
を確保するようになしている。またリレー２０の
接点２１が開であるため、電気式膨張弁９ｈには
電力は印加されない。

ヒートポンプ運転時は、リレー２０の接点２１
が電気式膨張弁９ｈ側となり、Ａ室冷房用の電気
式膨張弁９ａの電圧は零であり、Ｂ室冷房用の電
気式膨張弁９ｂの印加電圧Vbも零である。ヒー
トポンプ用の電気式膨張弁９ｈは暖房１室、２
室、給湯加熱運転の単独および暖房運転との併用
等の各運転モードにかかわらず過熱度SHhが一
定になるように制御され、その駆動には駆動回路
１８ａを兼用させる。この時、演算処理回路１７
におけるマイコン２２は、冷房運転時の電気式膨
張弁９ａへの出力の替りに、電気式膨張弁９ｈと
９ｂに対応するデイジタル信号Ｄを時分割動作に
より出力する。このヒートポンプ運転では暖房１
室運転もしくは給湯加熱単独運転時は過熱度制御
により冷凍サイクルを最適化し、高効率運転が行
なわれるが、暖房２室運転や暖房と給湯加熱の併
用運転においては、それぞれの利用側の熱交換器
に対する負荷にアンバランスがあると、室内熱交
換器７ａ，７ｂあるいは給湯加熱用熱交換器７ｗ
の個々の運転効率は必らずしも最適にならない。
しかしながら装置全体として、冷凍サイクルの過
熱度制御は安定に機能し、実用上ほぼ良好な運転
状態が得られる。

次に、電気式膨張弁９ａ，９ｂ，９ｈはそれぞ
れ、圧縮機５が停止のときは、通電されず開状態
となつており、圧縮機５の起動に対応して、制御
すべき電気式膨張弁に電気出力信号が与えられ
る。この圧縮機５の起動時からしばらくの間、冷
凍サイクルは極めて不安定な状態が続き、電気式
膨張弁９ａ等の状態にかかわらず過熱度特性は複
雑な変化となり、その後電気式膨張弁９ａ等への
電気出力信号に応じた状態に移行する。そこで膨
張弁制御回路１５は、圧縮機５が起動した時点か
ら少なくとも一定時間（例えば３分間）は過熱度
SHa等にかかわらず一定の電気出力信号を電気
式膨張弁９ａ等に発し、その後過熱度に応じて電
気出力信号を制御するように働く。このような動
作により、過熱度特性が極めて大きな振動状態に
陥いるのを防ぐとともに、過熱度SHa等を結果
的に早期に安定化させることができる。

また運転モード信号が変化した時であつて、圧
縮機５が継続して運転される場合、例えば暖房２
室運転から暖房１室運転となつた時などは、過熱
度特性は急激に変化し、その状態がしばらく持続
する。この時、電気式膨張弁９ｈを過熱度SHh
に応じて制御すると、しばしば過熱度特性が前述
と同様に大きな振動状態に陥いる場合が多い。こ
れは冷凍サイクルの変化が極めてゆるやかである
ために発生するものである。そこで、運転モード
信号が変化した時は、変化後の運転モード信号に
応じて所定の値の電気出力信号を一定時間、電気
式膨張弁９ｈに発した後過熱度度SHhに応じて
制御し、過熱度制御特性を早期に安定化させる。
なおこの場合、運転モード信号の変化前の電気出
力信号に対して、運転モード信号の変化時に所定
の値だけ増加または減少させ、その状態を一定時
間維持した後、過熱度SHhに応じて制御するよ
うにしても同等の効果がある。

このように第１図および第２図における電気式
膨張弁９ａ等を用いた過熱度制御により、それぞ
れの運転モードに対して出来るだけ早期に冷凍サ
イクルを適性化、最適化を図ることができ、構成
面においても、１個の膨張弁制御回路１５によ
り、合理的な制御が可能で、低コスト化が図れて
いる。

なお、第１図、第２図の実施例において、温度
センサ１３ａ，１３ｂは使用対象によつて室外ユ
ニツト１の内部に設けることが可能であり、また
温度センサ１４ａ，１４ｂは室内ユニツト２，３
内に設けることが可能であり、あるいはまた温度
センサ１４ｈは四方弁６と室外熱交換器７ｈの間
に設けても良い。

また温度センサ１３ａ，１４ａ等をそれぞれ室
内熱交換器７ａ，７ｂに対応して２個１組として
設ける以外に、第１図における温度センサ１４
ａ，１４ｂを省略し、温度センサ１４ｈで兼用す
ることが考えられる。この場合、前述の実施例の
説明のように冷房運転時室内熱交換器７ａ，７ｂ
に対してそれぞれ独立して過熱度SHa，SHbを
制御することにはならないが、比較的良好に制御
可能であり、一層の構成の簡素化が図れる効果が
ある。

またこの他、冷暖房室数は２室に限らず、より
多くても同等に実現しうる。なお室外ユニツト１
における圧縮機５はオンオフ式のものであつても
良いが、極数変換方式の圧縮機やインバータ等の
連続可変駆動の圧縮機の方が負荷の変化に対応し
やすく、システム全体の構成、性能として適切で
あるが、本発明に基づく冷凍サイクル制御装置は
十分に対応可能であり、むしろその機能を一層発
揮しえるものと言える。

また電気式膨張弁９ａ，９ｂ，９ｈは一方向形
のみならず双方向形でも良く、その構成も熱電膨
張弁に限定されるものではなく、例えば電動式膨
張弁であつても同等である。

発明の効果 以上のように本発明の冷凍サイクル制御装置
は、制御回路ならびにシステム全体の構成を簡素
化、合理化を図るとともに電気式膨張弁を開いた
冷凍サイクルの過熱度制御を種々の運転モードに
対しても安定に行なえ、冷凍サイクルの最適維持
を図ることができるものであり、機器のEERお
よびSEERの向上に効果を現わすことができる。
また更に、圧縮機の容量制御を行なう冷暖房給湯
装置に対しては、冷凍サイクルの状態が広範囲に
変化するため、冷凍サイクルを最適化する上で極
めて大きな効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍サイクル制御装置の一実
施例を示す構成図、第２図は第１図の実施例にお
ける制御回路の構成図である。 １…室外ユニツト、２，３…室内ユニツト、４
…貯湯槽、５…圧縮機、６…四方弁、７ａ，７ｂ
…室内熱交換器、７ｈ…室外熱交換器、７ｗ…給
湯加熱用熱交換器、９ａ，９ｂ…電気式膨張弁
（冷房用）、９ｈ…電気式膨張弁（ヒートポンプ
用）、１３ａ，１３ｂ，１３ｈ，１４ａ，１４ｂ，
１４ｈ…温度センサ、１５…膨張弁制御回路、１
５ｍ…運転制御回路、１６…温度検知回路、１７
…演算処理回路、１８ａ，１８ｂ…駆動回路、１
９…切替回路、２２……マイクロコンピユータ、
２３…信号変換回路、２４…転送回路、２５ａ，
２５ｂ…信号保持回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機、四方弁、室外熱交換器などよりなる
   １台の室外ユニツトに、給湯加熱用熱交換器を有
   する貯湯槽と、室内熱交換器を有する複数の室内
   ユニツトとを接続するとともに、前記室内熱交換
   器への各々の冷媒を減圧する複数の冷房用の電気
   式膨張弁と、前記室外熱交換器への冷媒を減圧す
   るヒートポンプ用の電気式膨張弁と、前記室外熱
   交換器の入口部ないし中間部の温度および前記室
   外熱交換器の出口部ないし前記圧縮機の吸入部の
   温度をそれぞれ検出する一対の温度センサと、前
   記複数の室内熱交換器のそれぞれの入口部ないし
   中間部の温度およびそれぞれの出口部の温度をそ
   れぞれ検出する前記室内熱交換器と同数対の温度
   センサと、前記それぞれの温度センサよりの温度
   信号を入力し、前記各々の電気式膨張弁を駆動す
   る膨張弁制御回路と、前記圧縮機，四方弁等を制
   御するとともに冷房，暖房，給湯加熱ならびに冷
   暖房室数を与える運転モード信号を前記膨張弁制
   御回路に出力する運転制御回路とを有し、前記膨
   張弁制御回路は、前記圧縮機の運転開始時および
   前記運転モードの変化時、前記各々の電気式膨張
   弁に少なくとも一定時間、前記運転モード信号に
   対応した所定の電気出力信号を発するように構成
   した冷凍サイクル制御装置。 ２ 膨張弁制御回路において、運転モード信号の
   変化時各々の電気式膨張弁に少なくとも一定時間
   発する所定の電気出力信号は、前記運転モード信
   号の変化以前のそれぞれの電気出力信号にかかわ
   らず前記変化後の運転モード信号に対応した所定
   の値としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の冷凍サイクル制御装置。 ２ 膨張弁制御回路において、運転モード信号の
   変化時各々の電気式膨張弁に少なくとも一定時間
   発する所定の電気出力信号は、前記運転モード信
   号の変化以前のそれぞれ電気出力信号の値から所
   定の値を増加もしくは減少させた値としたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイ
   クル制御装置。