JPH04222353A - 空気調和装置の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和装置の運転制
御装置に係り、特に暖房運転中の圧縮機起動時における
発停回数の低減対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、特開昭６０―１８５
０７６号公報に開示される如く、圧縮機、熱源側熱交換
器、電動膨張弁及び利用側熱交換器を順次接続した冷媒
回路を備えた空気調和装置の運転制御装置として、冷媒
の過熱度又は過冷却度を検出し、通常冷房運転時は過熱
度を、通常暖房運転時は過冷却度をそれぞれ所定値に保
持するよう上記電動膨張弁の開度を制御する一方、冷凍
装置の運転開始時には、電動膨張弁の開度を運転モ―ド
に応じて予め設定された所定開度に制御することにより
、目標開度への速やかな収束を図ろうとするものは公知
の技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものにおいて、暖房運転時に電動膨張弁の初期開度
を一定に制御する場合、以下のような問題があった。例
えば、電動膨張弁の初期開度が小さいときには、図７に
示すように、高圧側圧力Ｈｐ　は起動時ｘｏ　から過上
昇を生じることなく略良好な状態で変化するが、吐出冷
媒温度Ｔ２　は、図８に示すごとく立上がり時に瞬間的
な過上昇となるピ―ク部を生じ（図中の時刻ｘ１　にお
けるａ部）、吐出管保護等により空気調和装置が停止す
ることがある。一方、電動膨張弁の開度が大きいときに
は、吐出冷媒温度Ｔ２　は図１０に示すようにピ―ク部
を示すことなく略良好な状態で変化するが、高圧側圧力
Ｈｐ　は図９に示すごとく立上がり時にピ―ク部を生じ
（図中の時刻ｘ２　におけるｂ部）、高圧カット等によ
り空気調和装置が停止することがある。すなわち、暖房
運転時、電動膨張弁の開度が小さいと利用側熱交換器に
おける冷媒の蒸発量つまり圧縮機への冷媒の循環量が少
ないことから吐出冷媒温度が過上昇するものであり、電
動膨張弁の開度が大きいと逆に冷媒の循環量が多いのに
熱源側熱交換器の凝縮能力が十分でないうちに多量の冷
媒が吐出されることによるものである。そして、このよ
うな吐出冷媒温度や高圧側圧力の過上昇により空気調和
装置が運転停止する回数が多いために、空気調和装置の
使用限界が狭められるとともに、その都度各弁の切換え
や圧縮機の起動処理が必要となるので、空気調和装置の
信頼性が損なわれるという問題があった。

【０００４】本発明は斯かる点に鑑み、特に上記図８及
び図９において、吐出冷媒温度のピ―クは運転開始後６
０秒程度の時間（図８の時間ｘｏ　〜ｘ１）が経過した
時に現れるのに対し、高圧側圧力のピ―クは運転開始後
１０秒程度の時間（図９の時間ｘｏ　〜ｘ２　）が経過
したときに現れるという時間差があることに着目してな
されたものであって、その目的は、圧縮機の起動時、ま
ず最初に現れる高圧側圧力の過上昇を抑制しながら、次
に吐出冷媒温度の過上昇を抑制する処置を講ずることに
より、空気調和装置の発停回数を低減し、もって、使用
限界の拡大と信頼性の向上とを図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の解決手段は、運転開始直後は電動膨張弁の開
度を小さめに保持し、吐出冷媒温度の上昇に応じて、電
動膨張弁の開度を徐々に増大させていくことにある。

【０００６】具体的に請求項１の発明の講じた手段は、
図１に示すように（破線部分を含まず）、圧縮機（１）
、熱源側熱交換器（３）、電動膨張弁（５）及び利用側
熱交換器（６）を順次接続してなる冷媒回路（９）と、
該冷媒回路（９）の冷媒の状態に応じて上記電動膨張弁
（５）の開度を制御する通常開度制御手段（５３）とを
備えた空気調和装置の運転制御装置を前提とする。

【０００７】そして、上記圧縮機（１）の吐出冷媒の温
度を検出する吐出温度検出手段（Ｔｈ２）と、暖房運転
中の圧縮機（１）の起動時、上記電動膨張弁（５）の初
期開度を小開度に保持するよう制御する初期開度制御手
段（５０）と、上記吐出温度検出手段（Ｔｈ２）の出力
を受け、圧縮機（１）の起動後、吐出冷媒温度が所定値
以上に達すると上記電動膨張弁（５）の開度を上記初期
開度から微小開度ずつ徐々に増大させるよう制御する開
度増大制御手段（５１）と、圧縮機（１）の起動後所定
時間が経過したときに、上記開度増大制御手段（５１）
の制御を停止させて上記通常開度制御手段（５３）の制
御に移行するよう制御する移行制御手段（５２）とを設
ける構成としたものである。

【０００８】請求項２の発明の講じた手段は，上記請求
項１の発明において、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温
度検出手段（Ｔｈｃ）と、冷媒の凝縮温度を検出する凝
縮温度検出手段（Ｔｈｅ）とを設ける。

【０００９】そして、通常開度制御手段（５３）を、上
記吐出温度検出手段（Ｔｈ２）、蒸発温度検出手段（Ｔ
ｈｃ）及び凝縮温度検出手段（Ｔｈｅ）の出力を受け、
吐出冷媒温度が、冷媒の蒸発温度及び凝縮温度から求め
られる最適な冷凍効果を与える吐出冷媒の最適温度に収
束するよう電動膨張弁（５）の開度を制御するものとし
たものである。

【００１０】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、暖房
運転中の圧縮機（１）の起動時、初期開度制御手段（５
０）により、電動膨張弁（５）の初期開度が所定の小開
度に保持されるので、高圧側圧力の立上がり時の瞬間的
な過上昇を生じることなく、ほぼ良好な変化が得られる
。そして、吐出温度検出手段（Ｔｈ２）で検出される吐
出冷媒温度が所定値以上に達すると、開度増大制御手段
（５１）により、電動膨張弁（５）の開度を上記初期開
度から微小開度ずつ徐々に増大させるよう制御されるの
で、この電動膨張弁（５）開度の増大変化により、吐出
冷媒温度の上昇が抑制され、立上がり時の瞬間的な過上
昇を生じることなく良好な変化が得られる。さらに、起
動後所定時間が経過すると、移行制御手段（５２）によ
り、通常開度制御手段（５３）による通常運転に切り換
えられるので、以後の冷媒状態が適正に維持されること
になる。したがって、高圧側圧力や吐出冷媒温度の過上
昇による空気調和装置の運転停止が回避され、発停回数
が低減するので、空気調和装置の運転限界が拡大し、信
頼性が向上することになる。

【００１１】請求項２の発明では、通常開度制御手段（
５３）により、吐出冷媒温度を最適な冷凍効果を与える
最適温度に収束させるよう電動膨張弁（５）の開度が制
御されるので、安価な定容量形圧縮機（１）を使用しな
がら、効率の空気調和装置を構成することが可能となり
、定容量形圧縮機（１）の起動時に生じやすい高圧側圧
力や吐出冷媒温度の瞬間的な過上昇が防止されることに
なる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図２以下の
図面に基づき説明する。

【００１３】図２は本発明を適用した空気調和装置の冷
媒配管系統を示し、（１）は定容量形の圧縮機、（２）
は冷房運転時には図中実線のごとく、暖房運転時には図
中破線のごとく切換わる四路切換弁、（３）は冷房運転
時には凝縮器として、暖房運転時には蒸発器として機能
する熱源側熱交換器である室外熱交換器、（４）は液冷
媒を貯留するためのレシ―バ、（５）は冷媒の減圧機能
と冷媒流量の調節機能とを有する電動膨張弁、（６）は
室内に設置され、冷房運転時には蒸発器として、暖房運
転時には凝縮器として機能する利用側熱交換器である室
内熱交換器、（７）は圧縮機（１）の吸入管に介設され
、吸入冷媒中の液冷媒を除去するためのアキュムレ―タ
である。

【００１４】上記各機器（１）〜（７）は冷媒配管（８
）により順次接続され、冷媒の循環により熱移動を生ぜ
しめるようにした冷媒回路（９）が構成されている。な
お、（１３）は室外熱交換器（３）の液管側に介設され
た過冷却用キャピラリチュ―ブである。

【００１５】ここで、上記冷媒回路（９）の圧縮機（１
）吐出側には、吐出冷媒中の油を回収するための油回収
器（１０）が介設されていて、該油回収器（１０）から
圧縮機（１）−アキュムレ―タ（７）間の吸入管まで、
油回収器（１０）の油を圧縮機（１）の吸入側に戻すた
めの油戻し通路（１１）が流量調節弁（１２）を介して
設けられている。

【００１６】また、冷媒回路（９）の液管において、上
記レシ―バ（４）と電動膨張弁（５）とは、電動膨張弁
（５）がレシ―バ（４）の下部つまり液部に連通するよ
う共通路（８ａ）に直列に配置されており、共通路（８
ａ）のレシ―バ（４）上部側の端部である点（Ｐ）と室
外熱交換器（３）との間は、室外熱交換器（３）からレ
シ―バ（４）への冷媒の流通のみを許容する第１逆止弁
（Ｄ１）を介して第１流入路（８ｂ）により、上記共通
路（８ａ）の点（Ｐ）と室内熱交換器（６）との間は室
内熱交換器（６）からレシ―バ（４）への冷媒の流通の
みを許容する第２逆止弁（Ｄ２）を介して第２流入路（
８ｃ）によりそれぞれ接続されている一方、共通路（８
ａ）の上記電動膨張弁（５）他端側の端部である点（Ｑ
）と上記第１逆止弁（Ｄ１）−室外熱交換器（３）間の
点（Ｓ）との間は電動膨張弁（５）から室外熱交換器（
３）への冷媒の流通のみを許容する第３逆止弁（Ｄ３）
を介して第１流出路（８ｄ）により、共通路（８ａ）の
上記点（Ｑ）と上記第２逆止弁（Ｄ２）−室内熱交換器
（６）間の点（Ｒ）との間は電動膨張弁（５）から室内
熱交換器（６）への冷媒の流通のみを許容する第４逆止
弁（Ｄ４）を介して第２流出路（８ｅ）によりそれぞれ
接続されている。また、上記共通路（８ａ）のレシ―バ
上流側の１点（Ｗ）と第２流出路（８ｅ）の第４逆止弁
（Ｄ４）上流側の点（Ｕ）との間には、キャピラリチュ
―ブ（Ｃ）を介設してなる液封防止バイパス路（８ｆ）
が設けられており、圧縮機（１）の停止時における液封
を防止するようになされている。

【００１７】また、空気調和装置には、センサ類が配置
されていて、（Ｔｈｄ）は圧縮機（１）の吐出管に配置
され、吐出冷媒温度Ｔ２　を検出する吐出温度検出手段
としての吐出管センサ、（Ｔｈｃ）は室外熱交換器（３
）の液管に配置され、冷房運転時には冷媒の凝縮温度、
暖房運転時には冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出
手段としての外熱交センサ、（Ｔｈａ）は室外熱交換器
（３）の空気吸込口に配置され、外気温度を検出する外
気温センサ、（Ｔｈｅ）は室内熱交換器（６）の液管に
配置され、冷房運転時には蒸発温度、暖房運転時には凝
縮温度を検出する凝縮温度検出手段としての内熱交セン
サ、（Ｔｈｒ）は室内熱交換器（６）の空気吸込口に配
置され、吸込空気温度を検出する室温センサ、（ＨＰＳ
）は高圧側圧力が上限に達すると作動して異常停止させ
る高圧作動圧力スイッチ、（ＬＰＳ）は低圧側圧力が下
限に達すると作動して異常停止させる低圧作動圧力スイ
ッチであって、上記各センサ類は、空気調和装置の運転
を制御するためのコントロ―ラ（図示せず）に信号の入
力可能に接続されており、該コントロ―ラにより、セン
サの信号に応じて各機器の運転を制御するようになされ
ている。

【００１８】上記冷媒回路（９）において、冷房運転時
には、室外熱交換器（３）で凝縮液化された液冷媒が第
１流通路（８ｂ）から共通路（８ａ）に流れてレシ―バ
（４）に貯溜され、電動膨張弁（５）で減圧された後、
第２流出路（８ｅ）を経て室内熱交換器（６）で蒸発し
て圧縮機（１）に戻る循環となる。また、暖房運転時に
は、室内熱交換器（６）で凝縮液化された液冷媒が第２
流通路（８ｃ）から共通路（８ａ）に流れてレシ―バ（
４）に貯溜され、電動膨張弁（５）で減圧された後、第
１流出路（８ｄ）を経て室外熱交換器（３）で蒸発して
圧縮機（１）に戻る循環となる。

【００１９】ここで、上記空気調和装置の暖房運転中の
圧縮機（１）起動時における制御内容について、図３の
フロ―チャ―ト及び図４の電動膨張弁（５）開度の時間
変化図に基づき説明する。まず、ステップＳＴ１で、電
動膨張弁（５）の初期開度を２５０パルスに設定する。 この電動膨張弁（５）は全開で５００パルスのものであ
り、この開度はちょうど半開に相当する。次に、ステッ
プＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４で、室外ファン（図示せず）
、四路切換弁（２）、圧縮機（１）を順次オンにして運
転を開始する（図４の時刻ｔｏ　）。そして、ステップ
ＳＴ５で圧縮機（１）の起動後３分間が経過したか否か
を判別し、３分間が経過するまでは以下の起動制御を行
う。すなわち、ステップＳＴ６で、上記吐出管センサ（
Ｔｈ２）で検出される吐出冷媒温度Ｔ２　が７０（℃）
を越えるまではそのまま電動膨張弁（５）の開度をステ
ップＳＴ１で設定した２５０パルスに維持して運転する
（図４の時刻ｔｏ　〜ｔ１　の間）一方、Ｔ２＞７０（
℃）になると、ステップＳＴ７に進んで電動膨張弁（５
）の開度を２パルスだけ増大させる。そして、この制御
を２秒ごとのサンプリングについて繰返し実行し、電動
膨張弁（５）の開度を２５０パルスから２秒毎に２パル
スずつ段階的に徐々に増大させていき（図４の時刻ｔ１
　〜ｔ２　の間）、ステップＳＴ５の判別で起動後３分
間が経過する（図４の時刻ｔ２　）と、ステップＳＴ８
に移行して、通常運転を行う。

【００２０】この通常運転では、電動膨張弁（５）の開
度は以下のように制御される。すなわち、上記外熱交セ
ンサ（Ｔｈｃ）で検出された冷媒の蒸発温度Ｔｅ　と、
上記内熱交センサ（Ｔｈｅ）で検出された冷媒の凝縮温
度Ｔｃ　とから、式　　Ｔｋ　＝４−１．１３Ｔｅ　＋
１．７２Ｔｃ　に基づき、装置の最適な冷凍効果を与え
る最適温度Ｔｋ　を演算し、吐出冷媒温度Ｔ２　がこの
最適温度Ｔｋ　に収束するように電動膨張弁（５）の開
度を制御する。

【００２１】上記フロ―において、ステップＳＴ１の制
御により、本発明の初期開度制御手段（５０）が構成さ
れ、ステップＳＴ７の制御により開度増大制御手段（５
１）が構成されている。また、ステップＳＴ５からステ
ップＳＴ８に移行する制御により移行制御手段（５２）
が構成され、ステップＳＴ８の制御により通常開度制御
手段（５３）が構成されている。

【００２２】したがって、上記実施例では、暖房運転中
の圧縮機（１）の起動時、初期開度制御手段（５０）に
より、電動膨張弁（５）の初期開度が所定の小開度（２
５０パルス）に保持される。このとき、電動膨張弁（５
）の開度が小さいので、高圧側圧力Ｈｐ　は上記図９の
ような立上がり時の瞬間的な過上昇を生じることなく、
図５に示すようにほぼ良好な立上がり特性を示す。 ただし、電動膨張弁（５）の初期開度が小さいことから
、吐出冷媒温度Ｔ２　は上述の図８のごとくやや遅れた
立上がり時の瞬間的な過上昇を生じようとするが、その
とき、吐出管センサ（Ｔｈ２）で検出される吐出冷媒温
度Ｔ２　が所定値（７０℃）に達すると、開度増大制御
手段（５１）により、電動膨張弁（５）の開度を上記初
期開度から微小開度（２パルス）ずつ徐々に増大させる
よう制御されるので、この電動膨張弁（５）開度の増大
変化により、図６に示すように、吐出冷媒温度Ｔ２　の
上昇が抑制され、上記図８のような立上がり瞬間的な過
上昇を生じることなく良好な変化特性が得られる。さら
に、起動後所定時間（３分間）が経過すると、移行制御
手段（５２）により、通常開度制御手段（５３）による
通常運転に切り換えられるので、以後の冷媒状態が適正
に維持されることになる。つまり、高圧側圧力Ｈｐ　の
過上昇や吐出冷媒温度Ｔ２　の過上昇による空気調和装
置の運転停止が回避され、発停回数が低減するので、空
気調和装置の運転限界の拡大と信頼性の向上とを図るこ
とができる。

【００２３】特に、上記実施例のように、圧縮機（１）
を定容量形とし、通常開度制御手段（５３）により、吐
出冷媒温度Ｔ２　を最適な冷凍効果を与える最適温度Ｔ
ｋ　に収束させるよう制御した場合、安価な定容量形圧
縮機（１）を使用しながら、効率の空気調和装置を構成
することができるが、反面、圧縮機（１）の容量が固定
されているために、その起動時、上述のような高圧側圧
力Ｈｐ　や吐出冷媒温度Ｔ２　の立上がり時における瞬
間的な過上昇を生じやすい。したがって、上記のような
電動膨張弁（５）開度の一連の制御により運転停止を回
避することで、著効を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、空気調和装置の運転制御装置として、暖房運転
中の圧縮機（１）の起動時、電動膨張弁の初期開度を小
開度に保持するとともに、吐出冷媒温度が上昇して所定
値を越えると電動膨張弁の開度を微小開度ずつ徐々に開
き、起動後所定時間が経過すると通常運転に移行するよ
うにしたので、高圧側圧力や吐出冷媒温度の立上がり瞬
間的な過上昇の発生を防止して空気調和装置の運転停止
を回避することができ、よって、圧縮機の発停回数の低
減による運転限界の拡大と信頼性の向上とを図ることが
できる。

【００２５】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明において、通常運転時、吐出冷媒温度を蒸発温度と
凝縮温度とから演算される吐出冷媒の最適温度に収束さ
せるよう電動膨張弁の開度を制御するようにしたので、
定容量形圧縮機の使用が可能となり、簡便な制御による
効率の良い空調を行いながら、高圧側圧力や吐出冷媒温
度の過上昇を防止することができ、よって、著効を発揮
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系統図で
ある。

【図３】圧縮機の起動制御の内容を示すフロ―チャ―ト
図である。

【図４】起動時における電動膨張弁開度の時間変化を示
す図である。

【図５】実施例における起動時の高圧側圧力の時間変化
を示す特性図である。

【図６】実施例における起動時の吐出冷媒温度の時間変
化を示す特性図である。

【図７】従来例における小開度時の高圧側圧力の時間変
化を示す特性図である。

【図８】従来例における小開度時の吐出冷媒温度の時間
変化を示す特性図である。

【図９】従来例における大開度時の高圧側圧力の時間変
化を示す特性図である。

【図１０】従来例における大開度時の吐出冷媒温度の時
間変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１　　　　圧縮機 ３　　　　室外熱交換器（熱源側熱交換器）５　　　　
電動膨張弁 ６　　　　室内熱交換器（利用側熱交換器）９　　　　
冷媒回路 ５０　　初期開度制御手段 ５１　　開度増大制御手段 ５２　　移行制御手段 ５３　　通常開度制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮機（１）、熱源側熱交換器（３）
   、電動膨張弁（５）及び利用側熱交換器（６）を順次接
   続してなる冷媒回路（９）と、該冷媒回路（９）の冷媒
   の状態に応じて上記電動膨張弁（５）の開度を制御する
   通常開度制御手段（５３）とを備えた空気調和装置の運
   転制御装置において、上記圧縮機（１）の吐出冷媒の温
   度を検出する吐出温度検出手段（Ｔｈ２）と、暖房運転
   中の圧縮機（１）の起動時、上記電動膨張弁（５）の初
   期開度を小開度に保持するよう制御する初期開度制御手
   段（５０）と、上記吐出温度検出手段（Ｔｈ２）の出力
   を受け、圧縮機（１）の起動後、吐出冷媒温度が所定値
   以上に達すると上記電動膨張弁（５）の開度を上記初期
   開度から微小開度ずつ徐々に増大させるよう制御する開
   度増大制御手段（５１）と、圧縮機（１）の起動後所定
   時間が経過したときに、上記開度増大制御手段（５１）
   の制御を停止させて上記通常開度制御手段（５３）の制
   御に移行するよう制御する移行制御手段（５２）とを備
   えたことを特徴とする空気調和装置の運転制御装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の空気調和装置の運転制
   御装置において、冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検
   出手段（Ｔｈｃ）と、冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温
   度検出手段（Ｔｈｅ）とを備え、通常開度制御手段（５
   ３）は、上記吐出温度検出手段（Ｔｈ２）、蒸発温度検
   出手段（Ｔｈｃ）及び凝縮温度検出手段（Ｔｈｅ）の出
   力を受け、吐出冷媒温度が、冷媒の蒸発温度及び凝縮温
   度から求められる最適な冷凍効果を与える吐出冷媒の最
   適温度に収束するよう電動膨張弁（５）の開度を制御す
   るものである空気調和装置の運転制御装置。