JP2005121361A - ヒートポンプシステムの過熱度制御装置及び方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気調和機において、圧縮機への液状冷媒の流入を防止したヒートポンプシステムの過熱度制御装置及び方法を提供すること。
【解決手段】 ヒートポンプシステムの過熱度制御方法では、ヒートポンプシステムの作動後に、現在の室外温度、圧縮機の配管吸入温度及び低圧値をそれぞれ受信し、前記圧縮機の吸入温度と低圧側飽和温度差から現在の吸入過熱度を計算し、前記受信された室外温度によって予め設定された目標吸入過熱度と、前記計算された現在の吸入過熱度とを比較し、現在の吸入過熱度が前記目標吸入過熱度となるようにシステムを制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は空気調和機において、特に圧縮機の液圧縮を防止するための過熱度制御装置及び方法に関する。

空気調和機は快適な室内環境を造成するために空気の温度、湿度、気流及び清浄度を調節するようにする装置として、最近には複数の室内ユニットを各設置空間別で配置して設置空間別で空気の温度等を調節するようにするマルチ型空気調和機が開発されている。

そして、ヒートポンプシステム(heat pump system)は冷媒を正常的な流路で流動させる冷凍サイクル、冷媒を逆に流動させる暖房サイクルの原理を利用して冷房及び暖房システムを兼用で使用できるようにする。

図１は一般的な冷凍サイクルとモリエ(Mollier)線図上の関係を図示してある。ここに図示されたように、冷凍サイクルでは冷媒の圧縮→液化→膨脹→気化の作動が繰り返して実行される。

圧縮機（１０）は吸入される冷媒を圧縮して高温高圧の過熱蒸気を室内熱交換機（１５）に吐出する。この時圧縮機（１０）から吐出される冷媒の状態はモリエ線図上で飽和状態を越した過熱度(super-heating degree)の気体状態になる。

室外熱交換機（１５）は圧縮機（１０）によって吐出された高温高圧の冷媒を室外空気と熱交換して液体状態で相変化を発生させる。この時冷媒は室外熱交換機（１５）を通過する空気に熱を奪われ急激に温度が低くなり過冷却度(super cooling degree)の液体状態で伝逹される。

膨脹装置（２０）は前記室外熱交換機（１５）で過冷却された冷媒を減圧して室内熱交換機（２５）で蒸発しやすい状態に調整する。
室内熱交換機（２５）は前記膨脹装置（２０）で減圧された冷媒を外部空気と熱交換させる。この時冷媒は室内熱交換機を通過する空気によって熱を奪われて温度が上昇して、気体状態へ相変化する。

そして、室内熱交換機（２５）で圧縮機（１０）に吸入される冷媒は飽和状態を越して蒸発された過熱度（ＳＨ）の気体状態になる。
前記のような冷凍サイクルとモリエ線図上の関係を参照すると、冷媒は圧縮機（１０）、室外熱交換機（１５）、膨脹装置（２０）、室内熱交換機（２５）を経由して再び圧縮機（１０）に移動する。

そして冷媒は、室内熱交換機（２５）から前記圧縮機（１０）へ輸送される過程で、過熱状態への相変化が生じる。すなわち、圧縮機（１０）に吸入される冷媒、または、圧縮機（１０）から吐出される冷媒は、完全な気体状態でなければならない。

しかし、このようなことは理論上の結果で、実際に製品に適用する時は、ある程度の誤差が生じるはずである。更に、冷凍サイクルを流通する冷媒の量が、熱交換される状態と比較して相対的に多い或いは少ない場合に、前記各過程での相変化は完全ではなくなる。

このような問題によって、室内熱交換機（２５）から圧縮機（１０）に吸入される冷媒が、完全に過熱蒸気に相変化できずに液体状態で存在する場合が生じ得る。このような液体状態の冷媒がアキュムレーター（accumulator、液分離機）（未図示）に蓄積され、次いで圧縮機（１０）に吸入される場合に、騷音の発生が増加すると共に、圧縮機の性能が低下する。

また、ヒートポンプシステムの暖房モードから除霜モードに転換する場合、または、除霜モードから暖房モードに転換する場合に、圧縮機（１０）に液体状態の冷媒が吸入される確率が非常に高くなる。これは、モード切替過程の間に、室内熱交換機として作動した熱交換機が凝縮機として作動するようになり、反対に室外熱交換気として作動した熱交換機が蒸発機として作動して、冷媒の流れが変化することにより生じる。

そして、従来の空気調和機では、膨脹装置（２０）を用いて冷媒流動量を調節することにより、圧縮機（１０）に吸入される冷媒が過熱度を持つようにすることで、アキュムレーターに液体状態の冷媒がおびただしく蓄積され、また圧縮機に吸入されることを防止している。ここで、前記膨脹装置（２０）は、ＬＥＶ(Linear Electronic Expansion Valve)またはＥＥＶ(Electronic Expansion Valve)を含んでおり、以下、ＥＥＶと略称する。

しかし、従来の空気調和機は次のような問題がある。
暖房モードと除霜モードとの間の切換過程で、圧縮機の吐出温度と室外熱交換機の蒸発温度差を一定に維持させるように膨脹装置を制御して冷媒流動量を調節するのに、液体冷媒が圧縮機に流入される問題点があった。すなわち、モード切換のために四方バルブの切換を行っている。

この時、モード切換と同時に圧縮機が駆動されれば冷媒の循環方向が反対になりながら圧縮機内に液体冷媒が吸入される確率が高くなる。
よって、圧縮機内に液体冷媒が吸入される場合、圧縮機の性能低下と騷音発生で製品に対する信頼性が低下する問題がある。

そして、室外温度が低くなるほど、室外空気温度と室外熱交換機間の温度差は減少する。これによって、室外熱交換機での熱交換量が減少し、アキュムレーターに蓄積される液状冷媒の量が増加すると共に、圧縮機内に液状冷媒が流入する可能性が大きくなる。このような現象はヒートポンプシステムの信頼性を低下させる要素になる。

また、従来技術によれば、吸入過熱度の制御のために、吸入温度の１度の変化に依存してシステムの応答特性が非常に大きくなるので、非常に精密な圧力センサーと温度センサーを要する。
また吐出過熱の制御のために、高圧の飽和圧力で計算した温度を基準とするので、低圧部の圧力と冷媒循環量が考慮されず誤差が増加する問題がある。

本発明の第１目的は、室外温度の変動によって圧縮機の吸入過熱度が連動されるようにしたヒートポンプシステムの過熱度制御方法にある。
本発明の第２目的は、室外温度が低温となるほど、吸入過熱度が増加されることができるようにしたヒートポンプシステムの過熱度制御装置及び方法にある。

本発明の第３目的は圧縮機の低圧と高圧の圧力を持って計算された可逆圧縮の計算値を基準に吐出過熱度を制御するようにしたヒートポンプシステムの過熱度制御装置及び方法を提供することにその目的がある。

本発明の第１実施例によるヒートポンプシステムの過熱度制御装置は、ヒートポンプシステムの運転段階、前記段階後、現在の室外温度、圧縮機の配管吸入温度及び低圧値をそれぞれ受信する段階、前記圧縮機の吸入温度と低圧側飽和温度差から現在の吸入過熱度を計算する段階及び、前記受信された室外温度によって予め設定された目標吸入過熱度を前記計算された現在の吸入過熱度と比較して、現在の吸入過熱度が前記目標吸入過熱度を追従するようにシステムを制御する段階を含むことを特徴にする。

本発明の他の実施例によるヒートポンプシステムの過熱度制御方法はヒートポンプシステムの運転段階、圧縮機の低圧部及び高圧部での低圧及び高圧と、圧縮機の吐出温度をそれぞれ受信する段階、前記感知された低圧側冷媒の飽和温度から圧縮機吸入温度を計算して、前記計算された圧縮機の吸入温度を時点で高圧での可逆圧縮過程の結果から可逆圧縮点を計算する段階、前記可逆圧縮点の可逆圧縮温度と前記受信された圧縮機の吐出温度差から現在の吐出過熱度を計算する段階及び、前記圧縮機の現在吐出過熱図が一定範囲内にあるようにシステムを制御する段階を含むことを特徴にする。

本発明の他の実施例によるヒートポンプシステムの過熱度制御装置は一つ以上の室内ユニットと、圧縮機、冷房及び暖房モードによって冷媒の流路を選択的に切換する流路切換バルブ、室外空気との熱交換のための室外熱交換機と、室外ＥＥＶを含む一つ以上の室外ユニットと、前記圧縮機の低圧及び高圧を感知する低圧及び高圧センサーと、前記圧縮機の吐出温度を感知する吐出配管温度センサーと、前記感知された圧縮機の低圧値で使用冷媒の飽和温度と吸入過熱度を利用して圧縮機の吸入温度を計算する吸入温度検出手段と、前記圧縮機の吸入温度から可逆圧縮過程による可逆圧縮温度及び圧縮機の高圧側吐出温度を計算して現在の吐出過熱度を計算する吐出過熱度検出手段と及び、前記吐出過熱度検出手段によって計算された現在の吐出過熱度と予め設定された目標吐出過熱度を比べた後、前記現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度を追従するようにシステムを制御する制御手段を含むことを特徴にする。

このような本発明は室外温度の変動によって液体冷媒の流入を防止するようにする目標吸入過熱度を設定した後現在の吸入過熱度が室外温度によって目標吸入過熱度を追従するようにすることで、圧縮機に液体冷媒が流入されることを最小化させる。

また、圧縮機の低圧センサーから計算された飽和温度で吸入過熱度を補償して吸入温度を計算した後、可逆圧縮温度と吐出温度差に該当する吐出過熱度が目標範囲にあるように制御することで、精密な制御を通じてシステム信頼性を向上させることができる効果がある。

以下、本発明による空気調整機の過熱度制御方法にを添付図面を参照して説明する。
［第１実施例］
図２から図５は本発明の第１実施例である。図２は本発明の第１実施例よる冷暖房兼用マルチ空気調整機を現わした構成図である。

図２を参照すると、一つ以上の室外ユニット（１１１ａ、１１１ｂ）及び一つ以上の室内ユニット（１０１ａ〜１０１ｎ）、そして室内ユニット及び室外ユニット間に冷媒が流動されるように冷媒配管（１０９）が連結される。

前記室内ユニット（１０１ａ〜１０１ｎ）は室内熱交換機（１０３）、室内ＥＥＶ（１０５）で構成される。前記室内ユニット（１０１ａ〜１０１ｎ）の外部には冷媒の流入及び流出のための冷媒分岐管（１０７）が連結される。

前記室内熱交換機（１０３）は室内ファン（未図示）によって室内空気と熱交換して室内空間の冷房及び暖房を選択的に実行して、冷房モードから蒸発機で作動して、暖房モードから凝縮機で作動する。前記室内ＥＥＶ（１０５）は室内熱交換機（１０３）に流入される冷媒を減圧膨脹させてる。

そして、室外ユニット（１１１ａ、１１１ｂ）は圧縮機（１１３）、流路切換バルブ（１１９）、室外熱交換機（１２１）、室外ＥＥＶ（１２３）で構成される。

前記圧縮機（１１３）は負荷用量によってそれぞれの室外ユニット（１１１ａ、１１１ｂ）別に一つ以上が設置され、吸入される冷媒を高温高圧で圧縮して吐出する。前記流路切換バルブ（１１９）は通常的に四方バルブが適用されて、冷房モードまたは暖房モードによって圧縮機（１１３）から吐出される冷媒を室外熱交換機（１２１）または室内熱交換機（１０３）で流動するように流路を切換する。

ここで、圧縮機（１１３）の吸入側には前記圧縮機（１１３）に気相の冷媒が吸入されるようにアキュムレーター（１１５）が連結されて、吐出側にはオイルを分離するオイル分離機（１１７）（Ｏ／Ｓ： oil separator）が連結される。前記オイル分離機（１１７）の流出側に流路切換バルブ（１１９）が具備されて、オイル分離機（１１７）及びアキュムレーター（１１５）の間には毛細管（１１６）が連結される。

そして、アキュムレーター（１１５）及びオイル分離機（１１７）は圧縮機（１１３）の負荷用量によって一つ以上設置されることもできる。

前記室外熱交換機（１２１）は室外ファン（未図示）によって室外空気と熱交換され、冷房モードでは凝縮機で作動して、暖房モードでは蒸発機で作動する。室外ＥＥＶ（１２３）は前記室外熱交換機（１２１）の流入冷媒を減圧膨脹させる。

前記室外ＥＥＶ（１２３）の一側には受液器(Receiver tank)（１２５）が設置されて、室外ユニット（１１１ａ、１１１ｂ）と分岐管（１０７）の間には外部と連通されるようにサービスバルブ（１２７）が形成される。

一方、圧縮機（１１３）の吸入側には吸入配管の温度及び低圧を測定するように吸入配管温度センサー（１３３）及び低圧センサー（１３１）が設置される。ここで吸入配管温度センサー（１３３）及び低圧センサー（１３１）はアキュムレーター（１１５）の吸入側冷媒配管に設置される。

そして、圧縮機（１１３）の吐出側には吐出配管の温度及び高圧を測定するように吐出配管温度センサー（１３７）及び高圧センサー（１３５）が設置される。ここで吐出配管温度センサー（１３７）及び高圧センサー（１３５）はオイル分離機（１１７）と流路切換バルブ（１１９）の間に設置される。

また、室外ユニット（１１１ａ、１１１ｂ）の設置空間内には室外温度を測定することができる室外温度センサー（１３９）がそれぞれ設置される。

前記マルチ空気調和機が冷房モードならば、圧縮機（１１３）によって圧縮された高温高圧の冷媒は流路切換バルブ（１１９）を通じて室外熱交換機（１２１）に流動される。室外熱交換機（１２１）では高温高圧に圧縮された冷媒を外部空気との熱交換を通じて低温高圧で凝縮させる。前記凝縮された冷媒は室内ＥＥＶ（１０５）で減圧膨脹されて室内熱交換機（１０３）で室内空気と熱交換されることで、室内空間を冷房させる。そして、室内熱交換機（１０３）を通じて蒸発された冷媒は圧縮機（１１３）で再び吸入されることで冷房サイクルで作動する。

暖房モードならば、圧縮機（１１３）によって圧縮された高温高圧の冷媒は流路切換バルブ（１１９）を経て室内熱交換機（１０３）に伝逹して室内空気との熱交換を通じて室内空間を暖房させて、室内熱交換機（１０３）によって凝縮された冷媒は室外電子膨脹バルブ（１２３）によって減圧膨脹されて、室外熱交換機（１２１）を通過する時室外空気との熱交換で蒸発されて圧縮機（１１３）で再び伝逹される暖房サイクルで作動する。

このように、冷暖房兼用マルチ空気調和機は冷房モード及び暖房モードの選択的な運転制御が可能で、また個別的な室内空間に対しても冷房または暖房モードで制御が可能になる。

前記空気調和機が暖房モードに運転されれば、室外熱交換機（１２１）は蒸発機で作動する。室外温度が低いほど、室外熱交換機（１２１）と室外温度の間の温度差は減少するようになって、室外熱交換機（１２１）での熱交換量は減少する。前記室外熱交換機（１２１）の熱交換量が減少するようになればアキュムレーター（１１５）に蓄積される液状冷媒の量を増加させるようになるので、圧縮機が損傷し易くなる。

これのため、圧縮機（１１３）に吸入される冷媒を過熱状態で維持するための吸入過熱度（ＳＨ）制御を実行する。前記吸入過熱度（ＳＨ）制御は圧縮機に吸入される冷媒が気体状態に吸入されるように室外ＥＥＶ（１２３）の開度を調節する。

すなわち、室外温度が一定温度より低ければ低いほど、室外ＥＥＶ（１２３）の開度を相対的に減少させて、室外温度が一定温度より高ければ高いほど、室外ＥＥＶ（１２３）の開度を相対的に増加させる。

図３は過熱度制御のためのブロック構成図である。ここに図示されたところのように、制御部（１４１）は吸入配管及び吐出配管温度センサー（１３３、１３７）から現在の吸入温度及び吐出温度をそれぞれ受信して、低圧及び高圧センサー（１３１、１３５）から現在の低圧及び高圧をそれぞれ受信する。そして、制御部（１４１）は室外温度センサー（１３９）から現在の室外温度を受信する。

この時、制御部（１４１）は前記吸入温度(Suction degree)及び低圧を利用して現在の吸入過熱度（ＳＨ）を計算するようになって、前記吐出温度及び高圧を利用して現在の吐出過熱度（ＳＣ）を計算する。すなわち、吸入過熱度は低圧で使用冷媒の飽和温度と現在の吸入温度の差として求められて、吐出過熱度は高圧での冷媒の飽和温度と現在の吐出温度の差に該当する。

そして、制御部（１４１）のデータ保存部（１４３）には運転条件別で目標吸入過熱度及び目標吐出過熱度、前記過熱度によって室外ＥＥＶ（１２３）の開度量に該当する制御データが保存されている。

前記目標吸入過熱度（ＳＨ）は室外温度センサー（１３９）から受信された室外温度によって相偉する値に設定される。望ましくは、室外温度が低温に低下するほど、目標吸入過熱度は増加される値に設定される。

図４は本発明吸入過熱度制御のためのモリエ線図である。ここに図示されたように、低圧センサーから感知された低圧点では使用冷媒の飽和点（Ｐ１）及び吸入点（Ｐ２）が求められて、高圧センサーから感知された高圧点では飽和点（Ｐ４）及び吐出点（Ｐ３）が求められる。

この時、制御部（１４１）は飽和点（Ｐ１）の低圧（ＰＬ）及び低圧での飽和温度（Ｔ１）、吸入点（Ｐ２）の低圧（ＰＬ）及び現在の吸入温度（Ｔ２）が求められれば、前記現在の吸入温度（Ｔ２）から飽和温度（Ｔ１）を除いた値で現在の吸入過熱度（△Ｔｓ）を計算する。そして、現在の吐出過熱度（△Ｔｄ）は高圧での冷媒の飽和温度（Ｔ４）と現在の吐出温度（Ｔ３）の差に該当する。

そして、制御部（１４１）は圧縮機の吸入温度（Ｔ２）と低圧値での冷媒の飽和温度（Ｔ１）差が一定範囲内に位置するようにシステムを制御する。
すなわち、現在の吸入過熱度（△Ｔｓ）が予め設定された目標吸入過熱度と一致していれば、圧縮機内に液体冷媒が流入していないと判断し、現在の吸入過熱度が目標吸入過熱度と一致していなければ、液体冷媒が流入可能であると判断して、室外ＥＥＶ（１２３）の開度を調節する。よって、圧縮機の吸入温度が一定温度以上になることができるように、室外ＥＥＶ（１２３）の開度を調節して室外熱交換機への流入冷媒量を制御する。

この時、制御部（１４１）は目標吸入過熱度を室外温度によって室外熱交換機の熱交換量、吸入配管の温度等の変数を考慮して、液体冷媒が最大限防止されることができる値に設定される。

具体的に、前記目標吸入過熱度（ＳＨ）は、図５のように室外温度（Ｔａｏ）が低いほど、相対的に増加された値に設定されて、室外温度が増加されるほど、相対的に低い値に設定される。また室外温度が一定温度以上である場合目標吸入過熱度は一定値に固定される。

図５を参照すると、目標吸入過熱度（ＳＨ）は室外温度（Ｔａ_o）が低下するほど、相対的に増加された値に設定され、前記目標吸入過熱度（ＳＨ）と室外温度の関係は、最低室外温度はＴａ_o1で最低目標吸入過熱度はＳＨ４なので、ＳＨ１（Ｔａ_o1）＞ＳＨ２（Ｔａ_o2）＞ＳＨ３（Ｔａ_o3）＞ＳＨ４（Ｔａ_o4）に設定される。

すなわち、室外温度がＴａ_o4以上ならば最低目標吸入過熱度であるＳＨ４となり、Ｔａ_o3以上ならばＳＨ３となり、Ｔａ_o2以上ならばＳＨ２となり、Ｔａ_o1以上ならばＳＨ１となる。

ここで、前記室外温度は一定温度以下からいくつの段階を一定とするように分けるとか、所定の温度帯域別で分けることもでき、前記目標吸入過熱度は、室外温度によって液体冷媒の流入を防止することができる最低目標吸入過熱度、最高目標吸入過熱度、最低及び最高目標吸入過熱度間の値等を別に設定することができる。

また、室外温度と目標吸入過熱度は反比例関係を以て、室外温度の低下の割合によって目標吸入過熱度の増加の割合が必ずしも一定値に増加されないこともある。例えば、周辺環境によって室外温度Ｔａ_o3とＴａ_o2間の温度分布を別に設定することもできる。
このような、目標吸入過熱度と現在吸入過熱度が一致するように室外温度によって室外ＥＥＶ（１２３）の開度を増減させる。

この時、室外ＥＥＶ（１２３）の開度を減少させれば流動冷媒量が減少されて、冷媒の高低圧差が増大されて、冷媒流動量が減少されれば室外熱交換機から流出される冷媒の乾度が高くなるようになって、室外熱交換機の流出側冷媒の乾度が高くなることによってアキュムレーターに液状冷媒の蓄積量が減少する。これに従って圧縮機に液状の冷媒が流入される確率が大きく縮少されるようになる。この時の現在吸入過熱度は目標吸入過熱度の値より小さな場合に該当する。

そして、現在吸入過熱度が目標吸入過熱度の値より大きい場合室外ＥＥＶ（１２３）の開度を増加させることで、現在吸入過熱度が目標吸入過熱度を追従して一致する。
この時の室外温度帯域ごとの目標吸入過熱度は、室外温度によって液状冷媒がアキュムレーターに蓄積されることを最大限防止するための室外ＥＥＶの開度調節値と相応した値になる。

図６は本発明の第１実施例による過熱度制御方法を現わしたフロー図である。
図６を参照すると、ヒートポンプシステムの運転が始まれば（Ｓ１０１）、圧縮機の吸入配管温度センサーから吸入温度、低圧センサーから低圧、そして室外温度センサーから現在の室外温度を受信する（Ｓ１０３）。

この時、室外温度センサーから感知された現在の室外温度値によって予め設定された目標吸入過熱度を算出する（Ｓ１０５）。
そして、圧縮機の吸入圧力飽和温度と吸入配管温度の差によって現在の吸入過熱度を計算する（Ｓ１０７）。前記計算された現在の吸入過熱度が目標吸入過熱度に一致するように室外電子膨脹バルブの開度を調節する（Ｓ１０９）。

前記Ｓ１０９段階は、室外ＥＥＶの開度を減少させれば冷媒流動量も減少されて、室外ＥＥＶに連結された室外熱交換機で相対的に減少された冷媒量に対して熱交換されることで冷媒の状態が気体状態になることができるように乾度を高める。これに従って室外熱交換機を通過した冷媒は流路切換バルブを通じてアキュムレーターに流入されることで、アキュムレーターに累積する液体冷媒が減少する。よって、室外温度が低温である場合ヒートポンプの暖房運転時システムの信頼性を大きく向上させる。

前記のように示された第１実施例は吸入過熱度変数である低圧、吸入温度、室外温度を利用して前記測定された低圧値で計算された使用冷媒の飽和温度と圧縮機に吸入される冷媒の温度差にあたる現在の吸入過熱度に対して室外温度によって相偉する目標吸入過熱度を追従するように室外ＥＥＡの開度を調節する。

［第２実施例］
図７から図１０は本発明の第２実施例ある。
本発明の第２実施例は吐出過熱度制御方法として、図２のような冷暖房兼用マルチ空気調和機と同一部分に対しては同一符号で処理する。ただ本発明の第２実施例は吸入配管温度センサーを使わないで吐出過熱度を制御するようにしたものである。

図７及び図８を参照すると、圧縮機（１１３）の吸入側には低圧センサー（１３１）、圧縮機（１１３）の吐出側には高圧センサー（１３５）及び吐出配管温度センサー（１３７）を具備する。

そして、制御部（１４１）は前記低圧センサー（１３１）から感知された低圧（ＰＬ）及び高圧センサー（１３５）から感知された高圧、そして吐出配管温度センサー（１３７）から圧縮機（１１３）の吐出温度を受信する。

そして、制御部（１４１）は吸入温度検出部（１４５）、吐出過熱度検出部（１４７）を含んで、前記吸入温度検出部（１４５）は低圧センサー（１３１）から受信された圧縮機の低圧値で使用冷媒の飽和温度を計算して、前記飽和温度とデータ保存部（１４３）に保存された吸入過熱度を加算して圧縮機（１１３）の吸入温度を検出する。

そして、吐出過熱も検出部（１４７）は前記吸入温度検出部（１４５）によって検出された吸入温度の位置から可逆圧縮過程を通じて可逆圧縮点の温度と吐出配管温度センサーから受信された吐出温度の差として検出する。

吸入温度検出部（１４５）は図９に図示されたところのように、低圧センサー（１３１）から感知された低圧を利用して使用冷媒の飽和温度（Ｔ１）を計算して、前記計算された冷媒の飽和温度（Ｔ１）に予め設定された吸入過熱度（△Ｔｓ）を加算して低圧での吸入温度（Ｔ２）を測定する。この時吸入温度と低圧を利用して使用冷媒のｐ−ｈ線図上の吸入点(P2 : PL, T2)を計算することができる。

ここで、前記吸入温度（Ｔ２）は吸入過熱度（△Ｔｓ）と冷媒の飽和温度の合計として求められるのに、この時の吸入過熱度は低圧側冷媒の飽和温度より所定温度高い温度値でデータ保存部（１４３）に保存されている。

そして、前記吸入点（Ｐ２）で可逆圧縮過程の結果である可逆圧縮点（Ｐ５）を算出することができる。この時、実際圧縮機の圧縮過程は可逆圧縮である等エントロピ過程ではなくて非可逆圧縮過程（等エントロピ効率＜１．０）なので、前記可逆圧縮点（Ｐ５）よりもっと高い点である非可逆圧縮点（Ｐ３）が圧縮機の吐出点になる。

前記圧縮機（１１３）の吐出点は吐出配管温度センサー（１３７）から感知された（１１３）の非可逆圧縮点（Ｐ３）が検出される。現在の吐出温度（Ｔ３）と高圧（ＰＨ）を利用して計算することができるし、圧縮機（１１３）の非可逆圧縮点（Ｐ３）が検出される。

そして、圧縮機の飽和温度及び吸入過熱度から求められた吸入点（Ｐ２）から可逆圧縮過程による可逆圧縮点（Ｐ５）を求めて、前記可逆圧縮点（Ｐ５）の飽和温度（Ｔ３Ｓ）と圧縮機の現在吐出温度（Ｔ３）の差を利用して圧縮機の吐出過熱度（△Ｔｄ）が求められる。このような吐出過熱度（△Ｔｄ）は制御の基準になる。

このように、圧縮機に吸入される冷媒を過熱状態で維持するための条件で吐出過熱度（△Ｔｄ）を制御する。このために、圧縮機の可逆圧縮点（Ｐ３）の温度（Ｔ３Ｓ）と非可逆圧縮点（Ｐ４）にあたる圧縮機の吐出温度（Ｔ３）の差が一定範囲に来るように室外ＥＥＶ（１２３）（または室外ファン）等のシステムを制御する。これで、圧縮機の高圧部と低圧部の情報が皆含まれた制御を実行することができるようになる。

既存には圧縮機の吐出過熱度（△Ｔｄ_old）を制御する時、圧縮機の高圧側で使用冷媒の飽和温度（Ｔ４）と圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度（Ｔ３）の差を吐出過熱度（△Ｔｄ_old）で定義して制御したが、このような吐出過熱度（△Ｔｄ_old）の制御は高圧の飽和圧力で計算した温度を基準に制御を実行するので低圧部の圧力と循環冷媒量が考慮されない制御を実行していて過熱度制御誤差が大きく発生する。

このような第２実施例は圧縮機の低圧側飽和温度、高圧側飽和温度及び吐出温度を利用して運転サイクルの低圧部と高圧部の圧力を持って計算した可逆圧縮の計算値を基準にした吐出過熱度を制御することで、同一な精密度のセンサー（温度センサー）を使って吸入過熱度を制御するよりもっと精密な制御ができて、システムの信頼性を向上させることができる。

また高圧での飽和温度を基準にするのではなく圧縮機の低圧部で可逆圧縮した点と現在の吐出温度差を利用して吐出過熱度を制御することで、より精密な吐出過熱度制御が可能になる。

図１０は本発明の第２実施例による圧縮機の吐出過熱度制御方法である。
図１０を参照すると、ヒートポンプシステムが運転されれば（Ｓ１１１）、圧縮機の低圧及び高圧センサーから低圧及び高圧をそれぞれ受信して、吐出配管温度センサーから圧縮機の吐出温度を受信する。（Ｓ１１３）。

この時、前記測定された低圧値から使用冷媒の飽和温度を計算して、前記計算された低圧側飽和温度に予め設定された吸入過熱度を加算して使用冷媒のｐ−ｈ線図上の吸入点が計算される（Ｓ１１５、Ｓ１１７）。ここで圧縮機の吸入点は低圧及び吸入温度で求められる。

前記圧縮機の吸入点を基準に可逆圧縮過程を通じて可逆圧縮温度を計算して、電気可逆圧縮温度と圧縮機の高圧を利用して可逆圧縮点を求めるようになる（Ｓ１１９）。ここでの可逆圧縮点は可逆圧縮温度と高圧から求められる。

前記可逆圧縮点の可逆圧縮温度と前記圧縮機の吐出温度の差から現在の吐出過熱度を求めて（Ｓ１２１）、前記求められた現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度と比べた後現在吐出過熱度が目標吐出過熱度の範囲内へ来るようにシステムを制御する（Ｓ１２３）。これは既存の高圧の飽和温度と吐出温度の差を利用した吐出過熱度制御とは相偉している過熱度制御というのが分かる。

よって、前記現在の吐出過熱度が目標範囲に来るように室外ＥＥＶの開度を調節する。すなわち、現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度の範囲より小さければ室外開度を減少させて、吐出過熱度が目標吐出過熱度の範囲より大きい場合室外ＥＥＶ開度を増加させてくれることで、吸入過熱度を制御することよりシステム信頼性を向上させることができる。

一方、本発明の他の実施例は、前記の第１実施例と第２実施例を利用して、吸入過熱も及び吐出過熱度を同時または選択的に制御することもできる。すなわち、室外温度帯域ごとの目標吸入過熱度を追従するように現在の吸入過熱度を制御し、前記吸入過熱度に基づいて、可逆過程と非可逆過程との間の温度差にあたる現在の吐出過熱度が、目標吐出過熱度を追従するように制御することができる。この時、吸入過熱度及び吐出過熱度を制御する際、室外ＥＥＶの開度が吸入及び吐出過熱度を共に満足する範囲に調整することもできる。

本発明によるヒートポンプシステムの過熱度制御方法によれば、室外温度によって変化する冷媒の状態を補償するように、室外温度によって目標吸入過熱度を設定して、現在の吸入過熱度が室外温度によって予め設定された目標吸入過熱度を追従するようにシステムを制御することで、圧縮機内への液体冷媒の流入を最小化させる。

また圧縮機の低圧センサーから計算された飽和温度に吸入過熱度を補償して吸入温度を計算した後、可逆圧縮過程の温度と吐出温度の差に相当する吐出過熱度が、目標範囲にあるように制御することで、精密な制御を通じてシステム信頼性を向上させることができる効果がある。

以上、本発明の望ましい実施例を説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を持った者が、本発明の本質的技術範囲内で前記本発明の詳細な説明と異なる形態の実施例等を具現することができるであろう。ここで、本発明の本質的技術範囲は特許請求範囲に記載され、それと同等な範囲内にあるすべての差異は本発明に含まれることは言うまでもない。

一般的な空気調和機の運転サイクルを現わした構成図。 本発明の第１実施例による吸入過熱度制御のためのマルチ空気調和機の構成図。 本発明の第１実施例によるシステム制御構成図。 本発明の第１実施例によるマルチ空気調和機の吸入過熱度制御のためのｐ−ｈ線図。 本発明の第１実施例による室外温度対備目標吸入過熱度の関係を現わしたグラフ。 本発明の第１実施例による吸入過熱度制御方法を現わしたフロー図。 本発明の第２実施例による吐出過熱度制御のためのマルチ空気調和機の構成図。 本発明の第２実施例による吐出過熱度制御のためのブロック構成図。 本発明の第２実施例による吐出過熱図制御のためのｐ−ｈ線図。 本発明の第２実施例による吐出過熱図制御方法を現わしたフロー図。

符号の説明

１０１ａ〜１０１ｎ 室内ユニット
１１１ａ、１１１ｂ 室外ユニット
１０３ 室内熱交換機
１０５ 室内ＥＥＶ
１０７ 分岐管
１０９ 冷媒配管
１１３ 圧縮機
１１５ アキュムレーター
１１７ オイル分離器
１１９ 流路切換バルブ
１２１ 室外熱交換機
１２３ 室外ＥＥＶ
１２５ 受液器
１２７ サービスバルブ
１３１ 低圧センサー
１３３ 吸入配管温度センサー
１３５ 高圧センサー
１３７ 吐出配管温度センサー
１３９ 室外温度センサー１４１ 制御部
１４３ データ保存部
１４５ 吸入温度検出部
１４７ 吐出過熱度検出部

Claims (15)

1. ヒートポンプシステムの運転段階と、
   前記段階後、現在の室外温度、圧縮機の配管吸入温度及び低圧値をそれぞれ受信する段階と、
   前記圧縮機の吸入温度と低圧側飽和温度差から現在の吸入過熱度を計算する段階と、
   前記受信された室外温度によって予め設定された目標吸入過熱度を前記計算された現在の吸入過熱度と比較して、現在の吸入過熱度が前記目標吸入過熱度を追従するようにシステムを制御する段階を含むことを特徴とするヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
2. 前記目標吸入過熱度は、
   前記室外温度が低ければ低いほど、増加された値に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
3. 前記現在の吸入過熱度が目標吸入過熱度を追従するように室外ＥＥＶの開度を増減する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
4. 前記システム制御段階は、室外温度が低温であればあるほど、室外ＥＥＶの開度を減少させて、室外温度が高温であればあるほど、室外ＥＥＶの開度を増加させて現在吸入過熱度が目標吸入過熱度と一致するように制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
5. ヒートポンプシステムの運転段階と、
   圧縮機の低圧部及び高圧部での低圧及び高圧と、圧縮機の吐出温度をそれぞれ受信する段階と、
   前記感知された低圧側冷媒の飽和温度から圧縮機吸入温度を計算して、前記計算された圧縮機の吸入温度を時点で高圧での可逆圧縮過程の結果から可逆圧縮点を計算する段階と、
   前記可逆圧縮点の可逆圧縮温度と前記受信された圧縮機の吐出温度差から現在の吐出過熱度を計算する段階と、
   前記圧縮機の現在吐出過熱度が一定範囲内にあるようにシステムを制御する段階を含むことを特徴とするヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
6. 前記低圧部での圧縮機吸入温度は前記圧縮機の低圧センサーから冷媒の飽和温度を計算して、前記計算された冷媒の飽和温度に吸入過熱度を加えて現在の圧縮機吸入温度を計算することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
7. 前記吸入過熱度は圧縮機に吸入される冷媒を過熱状態で維持するための条件を満足する値であることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
8. 前記吸入過熱度は室外温度と反比例する値に設定されていることを特徴とするヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
9. 前記可逆圧縮点は圧縮機の吸入温度が計算されれば使用冷媒のｐ−ｈ線図上の位置を圧縮機の吸入点を基点に可逆圧縮過程を実行して高圧側での可逆圧縮点。及びその点での可逆圧縮温度を計算することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
10. 前記高圧部での現在吐出過熱度が一定範囲内に存在しなければ室外ＥＥＶの開度を調節することを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
11. 前記現在吐出過熱度が一定目標範囲の以下ならば室外ＥＥＶの開度を減少させて、一定目標範囲の以上ならば室外ＥＥＶの開度を増加させることを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御方法。
12. 一つ以上の室内ユニットと、
    圧縮機、冷房及び暖房モードによって冷媒の流路を選択的に切換する流路切換バルブ、室外空気との熱交換のための室外熱交換機と、室外ＥＥＶを含む一つ以上の室外ユニットと、
    前記圧縮機の低圧及び高圧を感知する低圧及び高圧センサーと、
    前記圧縮機の吐出温度を感知する吐出配管温度センサーと、
    前記感知された圧縮機の低圧値で使用冷媒の飽和温度と吸入過熱度を利用して圧縮機の吸入温度を計算する吸入温度検出手段と、
    前記圧縮機の吸入温度から可逆圧縮過程による可逆圧縮温度及び圧縮機の高圧側吐出温度を計算して現在の吐出過熱度を計算する吐出過熱度検出手段と、
    前記吐出過熱度検出手段によって計算された現在の吐出過熱度と予め設定された目標吐出過熱度を比べた後、前記現在の吐出過熱度が目標吐出過熱度を追従するようにシステムを制御する制御手段を含むことを特徴とするヒートポンプシステムの過熱度制御装置。
13. 前記制御手段は現在吐出過熱度が目標吐出過熱度と一致するように室外ＥＥＶの開度を調節することを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御装置。
14. 前記制御手段は現在吐出過熱度が目標吐出過熱度より小さければ室外ＥＥＶの開度を減少させて、目標吐出過熱度の値以上ならば室外ＥＥＶの開度を増加させることを特徴とする請求項１３に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御装置。
15. 前記制御手段は吸入過熱度と吐出過熱度を両方満足する範囲内で室外ＥＥＶの開度を調節されることを特徴とする請求項１３に記載のヒートポンプシステムの過熱度制御装置。

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