JP6749471B2

JP6749471B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP6749471B2
Application number: JP2019508425A
Authority: JP
Inventors: 克也竹内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: WO2018179137A1; JPWO2018179137A1

Description

この発明は、空気調和装置の運転制御に係り、特に運転起動時の圧縮機の信頼性を向上させる制御に関する。

一般に、空気調和機による空調運転で、冷房運転シーズンと暖房運転シーズンとの間の中間期などの低負荷時には、圧縮機の回転数（運転周波数）を低下させることで空調能力を下げて運転することになる。このような圧縮機回転数が低い運転では、冷媒回路を循環する冷媒の高圧側圧力と低圧側圧力との差である高低圧差が付きにくく、圧縮機からの吐出冷媒過熱度（吐出ＳＨ）が低下し易い状態となる。この吐出ＳＨが低下すると、圧縮機内の冷凍機油濃度が低下することに伴い、シール性が低下するため圧縮機故障の原因となる。また、吐出ＳＨが低下した状態で停止すると、圧縮機が再起動する際に急激な差圧の上昇で圧縮機に溜められている冷媒及び冷凍機油が冷媒回路内に持ち出され、さらなる冷凍機油濃度低下に至り圧縮機故障の原因となることがある。

それを改善する従来の技術としては、圧縮機が停止するときに、圧縮機吐出冷媒過熱度（吐出ＳＨ）を検出して、その吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機の停止を遅延させる制御が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２２８２２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された空気調和機では、吐出ＳＨが低下し冷凍機油濃度が低下したままの状態で長時間運転が継続されるケースがあり、そうした際の圧縮機の信頼性低下を防ぐことができないという問題がある。また、不必要な運転時間の継続によりそれによる消費電力増加となり省エネ性が悪化するという問題もある。

この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、圧縮機停止時に冷媒吐出ＳＨが所定値以上となるように圧縮機内の冷媒のガス化を促進させることで冷媒吐出ＳＨを上昇させ、圧縮機の信頼性を向上することを目的とする。

この発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、暖房運転及び冷房運転の冷媒の流れ方向を切換える四方弁と、を備える冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の吐出配管温度を検出する吐出配管温度センサと、圧縮機の外郭シェル温度を検出する圧縮機温度センサと、室外熱交換器の気液二相状態の冷媒の温度を検出する室外熱交換器二相温度センサと、室内熱交換器の気液二相状態の冷媒の温度を検出する室内熱交換器二相温度センサと、室内熱交換器により空調された室内空気の温度を検出する室内吸込温度センサと、室内吸込温度センサにより検出した室内吸込温度と室内空調の設定温度との差に基づいて圧縮機を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、室内吸込温度と設定温度に基づくサーモＯＦＦを判定したら、外郭シェル温度と吐出配管温度のどちらか高い方を吐出冷媒温度とし、この吐出冷媒温度から凝縮器側の気液二相冷媒温度を差し引いて算出した圧縮機吐出ＳＨが所定の閾値より小さい場合は圧縮機運転を継続させるとともに圧縮機加熱手段を動作させ、圧縮機吐出ＳＨが所定の閾値以上となったら圧縮機を停止させるものである。

この発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、暖房運転及び冷房運転の冷媒の流れ方向を切換える四方弁と、を備える冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の吐出配管温度を検出する吐出配管温度センサと、圧縮機の外郭シェル温度を検出する圧縮機温度センサと、室外熱交換器の気液二相状態の冷媒の温度を検出する室外熱交換器二相温度センサと、室内熱交換器の気液二相状態の冷媒の温度を検出する室内熱交換器二相温度センサと、室内熱交換器により空調された室内空気の温度を検出する室内吸込温度センサと、室内吸込温度センサにより検出した室内吸込温度と室内空調の設定温度との差に基づいて圧縮機を制御する制御装置とを備え、制御装置は、室内吸込温度と設定温度に基づくサーモＯＦＦを判定したら、外郭シェル温度と吐出配管温度のどちらか高い方を吐出冷媒温度とし、この吐出冷媒温度から凝縮器側の気液二相冷媒温度を差し引いて算出した圧縮機吐出ＳＨが所定の閾値より小さい場合は圧縮機運転を継続させるとともに圧縮機加熱手段を動作させ、圧縮機吐出ＳＨが所定の閾値以上となったら圧縮機を停止させるので、停止時の冷凍機油濃度低下を防ぎ圧縮機の信頼性を向上するとともに、運転継続時間の削減により省エネ性を向上することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の制御フローを示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１〜図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を説明するものであって、図１は冷媒回路の構成を模式的に示す冷媒回路構成図、図２は空気調和装置を説明する制御フローを示すフローチャートである。

図１において、空気調和装置は互いに冷媒配管によって接続された室外機１７と室内機１８から構成されている。
室外機１７には、冷媒を圧縮する運転周波数（圧縮機運転周波数）を変更可能な圧縮機１と、冷媒の流れ方向を切換えるための四方弁２と、室外空気との間で熱交換する室外熱交換器３と、室外熱交換器３に向けて室外空気を供給する室外ファン４と、冷媒を膨張する膨張弁５とが設けられている。一方、室内機１８には、室内空気との間で熱交換する室内熱交換器６と、室内熱交換器６に向けて室内空気を供給する室内ファン７とが設けられている。そして、室外機１７と室内機１６は、ガス側接続配管２０と液側接続配管２１とで配管接続され冷媒が循環する。冷媒は、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆなどのＨＦＯ単体冷媒、又はＨＦＯ冷媒とＲ３２などのＨＦＣ冷媒との混合冷媒である。

空気調和装置の空調運転において、室内を冷房する場合には、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁５、室内熱交換器６の順に流れ、再度四方弁２を経由して冷媒容器８から圧縮機１に戻る冷媒回路が形成され、冷凍サイクルが実行される。また、室内を暖房する場合には、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室内熱交換器６、膨張弁５、室外熱交換器３の順に流れ、再度四方弁２を経由して圧縮機１に戻る冷媒回路が形成され、冷凍サイクルが実行される。

空気調和装置は、リモコン２２と、室内機１８の室内制御装置１０と、室外機１７の室外制御装置９とが通信線で接続され運転制御情報を互いに送受信して利用者の設定条件を満たすように空調制御を行う。

空気調和装置には各種センサが設置されている。室外機１７には、圧縮機１の外郭シェル温度を検出するための圧縮機温度センサ１１、吐出冷媒温度として吐出配管温度Ｔｄを検出する吐出配管温度センサ１２、室外熱交換器３での気液二相状態の冷媒の温度を検出するための室外熱交換器二相温度センサ１３が設けられている。そして、室内機１８には、室内熱交換器６での気液二相状態の冷媒の温度を検出するための室内熱交換器二相温度センサ１４、室内空気の温度を検出する室内吸込温度センサ１５が設けられている。

また、室外制御装置９は、内部に圧縮機運転継続手段を有し、圧縮機温度センサ１１と吐出配管温度センサ１２と室外熱交換器二相温度センサ１３と室内熱交換器二相温度センサ１４とから検知されたそれぞれの温度を用いて圧縮機運転継続中は逐次、圧縮機吐出ＳＨ（吐出冷媒過熱度）を算出し、運転停止時にこの圧縮機吐出ＳＨが一定以上となるように運転を制御する。

さらに、室外制御装置９は、内部に圧縮機加熱制御手段を有し、空調運転継続中の圧縮機１を加熱することで吐出ＳＨを上昇させるために設けた圧縮機加熱手段１６を動作制御する。

この圧縮機加熱手段１６は、室外制御装置９による空調のための圧縮機の運転回転数は変化させずに電流のみを増大させて発熱を促進させる制御手段でも、または圧縮機外郭に電熱線を巻き付けて通電することで加熱する電気ヒータ加熱手段でもよく、その両方を組み合わせても良い。

例えば、制御手段による圧縮機加熱手段１６では、圧縮機１の電動機部モータの各相への通電する電流を変化させてジュール熱が通常より高く発生するように構成される。

次に、空気調和装置の制御動作について説明する。
図２は本発明の実施の形態１に係る制御フローである。図２は空気調和装置がリモコン２２からユーザーが設定する設定温度と室内吸込温度センサ１５により検出された室内吸込温度によりサーモＯＮやサーモＯＦＦする場合について記載しているが、サーモＯＦＦについては、例えばユーザーがリモコン２２から空調運転を停止した場合についても同様であるので説明は省略する。

まず、ユーザーがリモコン２２から運転開始指示（運転ＯＮ指令）を発信する（Ｓ１）。そして、室内制御装置１０及び室外制御装置９は、このリモコン２２からの運転開始指示を受けてサーモＯＮ判定を行う。例えば、冷房運転の場合、室内吸込温度センサ１５により検出された室内吸込温度が、リモコン２２からの設定温度より高いと冷房サーモＯＮが成立し、一方、暖房運転の場合、室内吸込温度センサ１５により検出された室内吸込温度がリモコン２２からの設定温度より低いと暖房サーモＯＮが成立する（Ｓ２）。

次に、サーモＯＮ判定が成立したら、圧縮機１の運転を開始する（Ｓ３）。それと同時に、室外ファン４や室内ファン７も運転を開始するが、圧縮機１以外のアクチュエータ動作についての説明は省略する。

室内制御装置１０及び室外制御装置９は、圧縮機１の運転中は常にサーモＯＦＦ判定を行う（Ｓ４）。例えば、冷房運転の場合、室内吸込温度センサ１５により検出された室内吸込温度がリモコン２２の設定温度以下となるまで圧縮機１の運転を行い、室内吸込温度センサ１５により検出された室内吸込温度がリモコン２２の設定温度以下となるとサーモＯＦＦが成立したと判定する。

そして、サーモＯＦＦが成立したら室外制御装置９は、再度、圧縮機吐出ＳＨを算出する。冷房運転の場合は、圧縮機シェル温度センサ１１により検出された圧縮機シェル温度と吐出配管温度センサ１２により検出された吐出冷媒温度のどちらか高い方から、室外熱交換器二相温度センサ１３により検出された凝縮器の冷媒凝縮飽和温度である室外熱交換器二相温度を差し引いた値として算出される。暖房運転の場合は、圧縮機シェル温度と吐出冷媒温度のどちらか高い方から、室内熱交換器二相温度センサ１４により検出した室内熱交換器二相温度を差し引いた値として算出される。

次に、室外制御装置９は、算出された圧縮機吐出ＳＨが予め設定された閾値以上であるかどうかを判定する（Ｓ５）。例えば、予め設定された閾値を１０ｄｅｇとすると、圧縮機吐出ＳＨ≧１０ｄｅｇであれば、ＹＥＳの判定となり圧縮機１の運転を停止させ（Ｓ７）、ＮＯの判定である圧縮機吐出ＳＨ＜１０ｄｅｇの場合は圧縮機の継続運転を実行させる。

この吐出ＳＨ判定（Ｓ５）にてＮＯの判定で圧縮機継続運転となると、室外制御装置９は、圧縮機の運転継続中に、圧縮機加熱手段１６へ動作指令を送信し、圧縮機加熱動作を行う（Ｓ６）。

室外制御装置９は、その動作の間も圧縮機吐出ＳＨ判定（Ｓ５）を行い、圧縮機吐出ＳＨ≧１０ｄｅｇ（閾値）となるまで圧縮機加熱動作を継続し、測定算出する圧縮機吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以上となると圧縮機１の運転を停止させる（Ｓ７）。

また、上述の実施例では、サーモＯＦＦ判定（Ｓ４）を実施し、その判定結果に基づき次ステップの吐出ＳＨ判定（Ｓ５）に移り、この吐出ＳＨ判定により圧縮機加熱ＯＮ（Ｓ６）動作を実行するかどうかとなる制御フローを説明したが、サーモＯＦＦ判定（Ｓ４）で確定する前の段階にて吐出ＳＨ判定（Ｓ５）を行い、その判定に伴う圧縮機加熱ＯＮ（Ｓ６）を実行する制御フローでも良く、より早く吐出ＳＨを所定の閾値以上に上昇到達できる。

その際、圧縮機ＯＮ（Ｓ３）以降の継続運転中には、空調運転時間の経過につれて、室内吸込温度と設定温度との差が小さくなる傾向を示すので、その温度差の変化に基づき、サーモＯＦＦ判定（Ｓ４）で確定するよりも以前に圧縮機加熱ＯＮ（Ｓ６）動作を実施することとなる。

室内吸込温度と設定温度との温度差の変化について、例えば、継続運転によりサーモＯＦＦに到達するであろうと予測できると、この温度差が０．５ｄｅｇ以内になったら圧縮機加熱ＯＮ（Ｓ６）を実行することでも良く、又は、この温度差の時間変化率からサーモＯＦＦに到達するであろう残りの運転時間を算出し、到達までに５分となった時点で圧縮機加熱ＯＮを実行することでも良い。

このような制御フローに基づく、圧縮機吐出ＳＨによる圧縮機加熱動作を行うことにより、圧縮機１が運転停止する時には常に圧縮機内の冷凍機油濃度を所定値までに維持し、圧縮機１の駆動機構の冷凍機油によるシール性を確保することができるので、圧縮機の信頼性を高めることができる効果を有する。

１圧縮機
２四方弁
３室外熱交換器
４室外ファン
５膨張弁
６室内熱交換器
７室内ファン
８冷媒容器
９室外制御装置
１０室内制御装置
１１圧縮機温度センサ
１２吐出配管温度センサ
１３室外熱交換器二相温度センサ
１４室内熱交換器二相温度センサ
１５室内吸込温度センサ
１６圧縮機加熱手段
１７室外機
１８室内機
１９通信線
２０ガス側接続配管
２１液側接続配管
２２リモコン

Claims

圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、暖房運転及び冷房運転の冷媒の流れ方向を切換える四方弁と、を備える冷媒回路と、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出配管温度を検出する吐出配管温度センサと、
前記圧縮機の外郭シェル温度を検出する圧縮機温度センサと、
前記室外熱交換器の気液二相状態の冷媒の温度を検出する室外熱交換器二相温度センサと、
前記室内熱交換器の気液二相状態の冷媒の温度を検出する室内熱交換器二相温度センサと、
前記室内熱交換器により空調された室内空気の温度を検出する室内吸込温度センサと、
前記室内吸込温度センサにより検出した室内吸込温度と室内空調の設定温度との差に基づいて前記圧縮機を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記室内吸込温度と前記設定温度に基づくサーモＯＦＦを判定したら、前記外郭シェル温度と前記吐出配管温度のどちらか高い方を吐出冷媒温度とし、該吐出冷媒温度から前記室外熱交換器二相温度センサ又は前記室内熱交換器二相温度センサにより検出した凝縮器側の気液二相冷媒温度を差し引いて算出した圧縮機吐出ＳＨが所定の閾値より小さい場合は圧縮機運転を継続させるとともに圧縮機加熱手段を動作させ、前記圧縮機吐出ＳＨが所定の閾値以上となったら前記圧縮機を停止させることを特徴とする空気調和装置。
前記制御装置は、
前記圧縮機が運転作動中は逐次、前記圧縮機吐出ＳＨを算出し、前記室内吸込温度と前記設定温度に基づくサーモＯＦＦの判定より前に前記圧縮機加熱手段を動作させることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
前記圧縮機加熱手段は、
前記圧縮機の運転回転数は変化させずに前記圧縮機の電動機部モータの各相への電流を変化させる加熱制御手段、又は圧縮機外郭に電熱線を巻き付けて通電する電気ヒータ加熱手段であることを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。