JP2017180995A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時に良好に圧縮機を動作させて圧縮機の吐出温度を目標の温度に素早く到達させることができる空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１１は、運転開始の指令を特定する運転開始信号に応じて圧縮機１５の動作を開始させる動作制御部３２と、圧縮機１５の温度の指標を取得し、温度閾値よりも低い温度値が認定された後に経過する時間から冷媒の液化の程度を判定する液化判定部３４と、室外熱交換器１６の圧力の指標を取得し、圧力閾値よりも低い圧力値が認定されると、圧力低下を特定する圧力低下判定部３５と、運転開始信号の発生に応じて、液化判定部で液化が判定され、圧力低下判定部で圧力低下が特定されると、膨張弁１７に対して、圧力低下に基づく開度を設定した後に液化の程度に基づく開度を設定する開度設定部３３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に関する。

特許文献１は空気調和機の起動運転制御装置を開示する。起動運転制御装置は暖房運転にあたって室内温度および室外温度に基づき起動時の膨張弁の開度を設定する。暖房運転中に、次回起動時の立ち上がりが早まるように膨張弁の開度は設定される。

特許第３５４６５４４号公報 特開２０１４−１６３５３２号公報

外気温度が低い環境下で圧縮機が長時間停止した状態だと、冷凍回路中の冷媒が液化することで、ガス冷媒が減少する。これを冷媒の液化と呼ぶ。経過時間が長くなるほど、冷媒が液化する量（液化の程度）が多くなる。このとき、運転開始時には膨張弁の開度は絞られ、吐出温度の上昇が図られる。しかしながら、圧力の低下が大きいと、圧縮機に流入する冷媒は減少する。その状態で膨張弁の開度が絞られてしまうと、圧縮機の吸入圧力が低下しすぎてしまい、圧縮機の吐出温度はなかなか高まらない。

本発明は、暖房運転時に良好に圧縮機を動作させて圧縮機の吐出温度を目標の温度に素早く到達させることができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、圧縮機の吐出口から吸込口まで膨張弁を介して一巡する冷媒通路と、前記圧縮機の前記吐出口および前記膨張弁の間で前記冷媒通路に組み込まれた室内熱交換器と、前記膨張弁および前記圧縮機の前記吸込口の間で前記冷媒通路に組み込まれた室外熱交換器と、運転開始の指令を特定する運転開始信号に応じて前記圧縮機の動作を開始させる動作制御部と、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力の指標を取得し予め定められた圧力閾値よりも低い圧力値が認定されると圧力低下を特定する圧力低下判定部と、前記圧縮機の温度の指標を取得し予め定められた温度閾値よりも低い温度値が認定された後に経過する時間から冷媒の液化の程度を判定する液化判定部と、前記運転開始信号の発生に応じて前記液化判定部で前記液化の程度が判定され前記圧力低下判定部で前記圧力低下が特定されると、前記膨張弁に対して前記液化の程度に基づく開度を設定した後に前記圧力低下に基づく開度を設定する開度設定部とを備える空気調和機に関する。

外気温が低く圧縮機の温度が下がると、冷凍回路中で冷媒の液化が生じる。暖房運転にあたって、指標に基づき室外熱交換器の圧力が圧力閾値以上に維持されていれば、膨張弁の開度は絞られ、冷媒の気化が図られる。こうして圧縮機の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

室外熱交換器の圧力が圧力閾値を下回ると、暖房運転の開始にあたって開度設定部は室外熱交換器の圧力低下に対応する膨張弁の開度を設定する。膨張弁は圧力低下に応じて最適な開度で開く。圧縮機に流入する冷媒ガスの不足は回避される。したがって、暖房運転時に圧縮機は良好に作動することができる。しかも、圧縮機の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

前記圧力の指標には、前回の運転開始時に、運転開始から決められた時間経過後に前記室外熱交換器の温度センサによって測定された冷媒の温度が用いられればよい。暖房運転の開始から決められた時間で冷媒の温度が上昇しないと、接続配管が長かったり、そもそも冷媒が不足していたり、直近の温度環境が圧力低下を招きやすい状況であったり、圧力低下に結びつきやすい状態であると考えられる。したがって、こうした指標が用いられれば、確実に圧縮機の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

以上のように開示の空気調和機によれば、暖房運転時に良好に圧縮機を動作させて圧縮機の吐出温度を目標の温度に素早く到達させることができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の構成を概略的に示す概念図である。 暖房運転の運転開始時に制御部の動作を概略的に示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る空気調和機１１の構成を概略的に示す。空気調和機１１は室内機１２および室外機１３を備える。室内機１２は例えば建物内の室内空間の壁面の上部に設置される。その他、室内機１２は室内空間に相当する空間に設置されればよい。室内機１２には室内熱交換器１４が組み込まれる。室外機１３には圧縮機１５、室外熱交換器１６、膨張弁１７および四方弁１８が組み込まれる。室内熱交換器１４、圧縮機１５、室外熱交換器１６、膨張弁１７および四方弁１８は冷凍回路１９を形成する。

冷凍回路１９は第１循環経路２１を備える。第１循環経路２１は四方弁１８の第１口１８ａおよび第２口１８ｂを相互に結ぶ。第１循環経路２１には圧縮機１５が組み込まれる。圧縮機１５の吸入管（吸込口）１５ａは四方弁１８の第１口１８ａに冷媒配管を介して接続される。第１口１８ａからガス冷媒が圧縮機１５の吸入管１５ａに供給される。圧縮機１５は低圧のガス冷媒を圧縮する。圧縮機１５の吐出管（吐出口）１５ｂは四方弁１８の第２口１８ｂに冷媒配管を介して接続される。圧縮機１５の吐出管１５ｂからガス冷媒が四方弁１８の第２口１８ｂに供給される。冷媒配管は例えば銅管であればよい。

冷凍回路１９は第２循環経路２２をさらに備える。第２循環経路２２は四方弁１８の第３口１８ｃおよび第４口１８ｄを相互に結ぶ。第２循環経路２２には、第３口１８ｃ側から順番に室外熱交換器１６、膨張弁１７および室内熱交換器１４が組み込まれる。室外熱交換器１６は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーを交換する。室内熱交換器１４は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーを交換する。

室外機１３には送風ファン２３が備えられる。送風ファン２３は室外熱交換器１６に通風する。送風ファン２３は例えばプロペラファンの回転に応じて気流を生成する。気流は室外熱交換器１６を通り抜ける。通り抜ける気流の流量はプロペラファンの回転数に応じて調整される。

室内機１２には送風ファン２４が組み込まれる。送風ファン２４は室内熱交換器１４に通風する。送風ファン２４は例えば貫流ファンの回転に応じて気流を生成する。送風ファン２４の働きで室内機１２には室内空気が吸い込まれる。室内空気は室内熱交換器１４を通り抜け冷媒と熱交換する。熱交換された冷気または暖気の気流は室内機１２から吹き出される。通り抜ける気流の流量は貫流ファンの回転数に応じて調整される。

冷凍回路１９で冷房運転が実施される場合には、四方弁１８は第２口１８ｂおよび第３口１８ｃを相互に接続し、第１口１８ａおよび第４口１８ｄを相互に接続する。したがって、圧縮機１５の吐出管１５ｂから高温高圧の冷媒が室外熱交換器１６に供給される。冷媒は室外熱交換器１６、膨張弁１７および室内熱交換器１４を順番に流通する。室外熱交換器１６では冷媒から外気に放熱する。膨張弁１７で冷媒は低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室内熱交換器１４で周囲の空気から吸熱する。冷気が生成される。冷気は送風ファン２４の働きで室内空間に吹き出される。

冷凍回路１９で暖房運転が実施される場合には、四方弁１８は第２口１８ｂおよび第４口１８ｄを相互に接続し、第１口１８ａおよび第３口１８ｃを相互に接続する。圧縮機１５から高温高圧の冷媒が室内熱交換器１４に供給される。冷媒は室内熱交換器１４、膨張弁１７および室外熱交換器１６を順番に流通する。室内熱交換器１４では冷媒から周囲の空気に放熱する。暖気が生成される。暖気は送風ファン２４の働きで室内空間に吹き出される。膨張弁１７で冷媒は低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室外熱交換器１６で周囲の空気から吸熱する。その後、冷媒は圧縮機１５に戻る。

第１循環経路２１および第２循環経路２２は圧縮機１５の吐出管１５ｂから吸入管１５ａまで一巡する冷媒通路を形成する。暖房運転時には、圧縮機１５の吐出管１５ｂおよび膨張弁１７の間で室内熱交換器１４は冷媒通路に組み込まれる。同様に、暖房運転時には、膨張弁１７および圧縮機１５の吸込口１５ａの間で室外熱交換器１６は冷媒通路に組み込まれる。室外熱交換器１６には第１温度センサ２６が設けられる。第１温度センサ２６は室外熱交換器１６を流通する冷媒の温度を検出する。こうした温度の検出にあたって第１温度センサ２６は室外熱交換器１６の流入口に位置すればよい。室外機１３には、外気温を検出する第２温度センサ２７と、圧縮機１５の吐出管１５ｂで冷媒の吐出温度を検出する第３温度センサ２８がさらに設けられる。

室外機１３では圧縮機１５および膨張弁１７に制御部３１が接続される。制御部３１は例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）といった処理装置を備えればよい。制御部３１は圧縮機１５および膨張弁１７の動作を制御する制御回路を有する。

制御部３１は、動作制御部３２、開度設定部３３、液化判定部３４および圧力低下判定部３５を備える。動作制御部３２は、運転開始の指令を特定する運転開始信号を発生させる。運転開始の指令は室内機１２のリモコンの操作や時計３６の計時に基づき生成され動作制御部３２に向けて出力される。圧縮機１５は運転開始信号の受信に応じて動作を開始する。

液化判定部３４には検出部３７および計時部３８が接続される。液化判定部３４は、圧縮機１５の停止後に圧縮機１５の温度値を取得し、温度閾値よりも低い温度値が認定された後に経過する時間の長さに応じて冷媒の液化の程度を判定する。外気温度が低い環境下で長時間停止した状態だと、冷凍回路中の冷媒が液化し、ガス冷媒が減少する。これを冷媒の液化と呼ぶ。経過時間が長くなるほど、冷媒が液化する量（液化の程度）が多くなる。検出部３７に第３温度センサ２８が接続される。第３温度センサ２８の出力に基づき検出部３７は圧縮機１５の温度を特定する。検出された圧縮機１５の温度値が予め定めた温度閾値（例えば１０℃）よりも低いと、計時部３８は低くなった時点から時計３６に基づき経過時間を測定する。経過時間の測定は、運転が開始されたり、検出された温度が温度閾値以上に上昇したりした時点で停止されればよい。

圧縮機１５の温度値として、圧縮機１５の吐出温度を検出する第３温度センサ２８、あるいは、外気温を検出する第２温度センサ２７の温度が用いられればよい。第２温度センサ２７の温度を用いる場合は、運転停止直後は圧縮機１５の温度が外気温度よりも高いことに鑑み、液化判定に用いられる経過時間が第３温度センサ２８を用いた際に設定される経過時間よりも長くされればよい。

圧力低下判定部３５には記憶部３９、計時部４１および検出部４２が接続される。圧力低下判定部３５は、圧縮機に吸入される冷媒の圧力（≒室外熱交換器１６の出口における冷媒の圧力）の指標を取得し、予め定めた圧力閾値よりも低い圧力値かどうかを判定する。圧縮機に吸入される冷媒の圧力の指標として、室外熱交換器１６の冷媒の温度が用いられる。計時部４１は、運転開始から決められた時間の経過を測定する。検出部４２には第１温度センサ２６が接続される。検出部４２は、計時部４１の出力に基づき、運転開始から決められた時間経過後の第１温度センサ２６の温度値を検出する。記憶部３９は、運転開始から決められた時間経過後の室外熱交換器１６の冷媒の温度を記憶する。検出された第１温度センサ２６の温度値は記憶部３９に記憶される。圧力低下判定部３５は、記憶部３９に記憶された第１温度センサ２６の温度値に基づく圧力値が圧力閾値よりも低い場合、圧力低下が生じたと判定する。

検出部４２にはさらに、第２温度センサ２７が接続される。開度設定部３３は膨張弁１７の開度を設定する。暖房運転時には、開度設定部３３は第１温度センサ２６および第２温度センサ２７の出力に基づき開度を設定する。運転開始時には、開度設定部３３は液化判定部３４および圧力低下判定部３５の判定に応じて開度を設定する。開度設定部３３には記憶部４３が接続される。記憶部４３には、初期開度の開度値、液化の程度に応じた開度値、および、圧力低下の程度に応じた補正値が格納される。液化の程度に応じた開度値には、経過時間の閾値を超えた際に利用される１つの開度値が設定されてもよく、経過時間の長さに応じて段階的に開度値が小さくなるように変化する開度値のテーブルが設定されてもよい。補正値には、圧力低下の閾値を超えた際に利用される１つの補正値が設定されてもよく、圧力の指標としての温度低下の大きさに応じて段階的に変化する補正値のテーブルが設定されてもよい。設定された開度を特定する駆動信号は膨張弁１７に送信される。膨張弁１７は駆動信号に基づき動作する。

次に空気調和機１１の動作を説明する。図２に示されるように、暖房運転の制御にあたって動作制御部３２は運転開始の指令を受信する（ステップＳ１）。指令の受信に応じて動作制御部３２は運転開始信号を発生させる（ステップＳ２）。運転開始信号の発生に応じて液化判定部３４は冷媒の液化の程度を判定する（ステップＳ３）。判定にあたって液化判定部３４は計時部３８の経過時間を取得する。経過時間が予め定められた所定値を超えると、液化判定部３４は冷媒の液化が生じていると判定する。この所定値は、圧縮機で冷媒の液化が生じる可能性のある時間（例えば４時間）に設定されていればよい。経過時間が所定値以下であると、液化判定部３４は開度設定部３３に通知信号を送る（ステップＳ３：ＮＯ）。ステップＳ４で開度設定部３３は駆動信号に初期開度の開度値を設定する。駆動信号は膨張弁１７に送られる。こうして膨張弁１７が設定された開度とされると、運転開始信号に応じて圧縮機１５は作動する。空気調和機１１の暖房運転は開始される。

圧縮機１５の動作が開始されると、計時部４１は時計３６に基づき経過時間を測定する（ステップＳ５）。規定の経過時間に達すると、検出部４２は第１温度センサ２６の温度値を取得する。検出された温度値は記憶部３９に格納される（ステップＳ６）。こうして暖房運転で運転開始時の制御は終了する。その後、通常の制御動作が開始される。

ステップＳ３で液化が生じていると判定されると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、開度設定部３３は駆動信号に液化の程度に応じた縮小開度値を設定する（ステップＳ７）。駆動信号は膨張弁１７に送られる。膨張弁１７は設定された縮小開度値で開く。続いて、圧力低下判定部３５は圧力低下の有無を判定する（ステップＳ８）。判定にあたって圧力低下判定部３５は記憶部３９から第１温度センサ２６の温度値を取得する。温度値が規定の設定温度（予め定めた圧力閾値に相当）を下回ると、圧力低下判定部３５は圧力低下を認定する。温度値が規定の設定温度以上であると、圧力低下判定部３５は開度設定部３３に通知信号を送る（ステップＳ８：ＮＯ）。こうして膨張弁１７が設定された開度とされると、運転開始信号に応じて圧縮機１５は作動する。空気調和機１１の暖房運転は開始される。その後、ステップＳ５で経過時間が測定され、ステップＳ６で温度値は記憶部３９に格納される。

液化の程度に応じた縮小開度値では、初期開度に比べて開度は縮小される。したがって、初期開度に比べて膨張弁１７の上流側では圧力は高まる。膨張弁１７の下流側で冷媒の圧力が低下することで、冷媒の気化が促進される。こうして液化した状態は解消される。圧縮機１５の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

ステップＳ８で圧力低下が認定されると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、圧力低下判定部３５は開度設定部３３に通知信号を送る。開度設定部３３は駆動信号に圧力低下の程度に応じた補正開度値を設定する（ステップＳ９）。開度値の設定にあたって、液化の程度に応じた縮小開度値は補正値で補正される。補正値は開度を増す。駆動信号は膨張弁１７に送られる。膨張弁１７は設定された開度値で開く。こうして膨張弁１７が設定された開度とされると、運転開始信号に応じて圧縮機１５は作動する。空気調和機１１の暖房運転は開始される。その後、ステップＳ５で経過時間が測定され、ステップＳ６で温度値は記憶部３９に格納される。

補正開度値を設定して運転を開始し、圧縮機１５の吸入冷媒の状態が安定（吐出温度が所定値（例えば１５℃）に達する、あるいは運転開始から５分程度経過する）したら、開度設定部３３は補正値を無効化し、駆動信号に縮小開度値を設定すればよい。膨張弁１７は設定された縮小開度値で開く。

外気温が低く圧縮機１５の温度が下がると、冷凍回路中の冷媒が液化し、ガス冷媒が減少する。いわゆる液化が発生する。このとき、前述のように、室外熱交換器１６の圧力が圧力閾値以上に維持されていれば、膨張弁１７の開度は絞られ、冷媒の気化が図られる。こうして圧縮機１５の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

室外熱交換器１６の圧力が圧力閾値を下回ると、暖房運転の開始にあたって開度設定部３３は室外熱交換器１６の圧力低下に対応する膨張弁１７の開度を設定する。膨張弁１７は圧力低下に応じて最適な開度で開く。圧縮機１５に流入する冷媒ガスの不足は回避される。したがって、暖房運転時に圧縮機１５は良好に作動することができる。しかも、圧縮機１５の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

圧力の指標には、前回の運転開始時に、運転開始から決められた時間経過後に室外熱交換器１６で第１温度センサ２６によって測定される冷媒の温度が用いられる。暖房運転の開始から決められた時間で冷媒の温度が上昇しないと、接続配管が長かったり、そもそも冷媒が不足していたり、直近の温度環境が圧力低下を招きやすい状況であったり、圧力低下に結びつきやすい状態であると考えられる。したがって、こうした指標が用いられれば、確実に圧縮機１５の吐出温度は目標の温度に素早く到達することができる。

その他、圧力低下の検出にあたって、前回の運転終了時に測定された冷媒の温度と、前回の運転終了から今回の運転開始までの時間長さや外気温とに基づき圧力低下は推定されてもよい。これら冷媒の温度、時間長さおよび外気温が指標となって、これら冷媒の温度、時間長さおよび外気温の変化と、圧力の低下量との間で相関関係が設定され、例えばメモリテーブルなどに格納されればよい。開度設定部２９は圧力の低下量に対応する膨張弁１７の開度を設定する。

１１…空気調和機、１４…室内熱交換器、１５…圧縮機、１５ａ…吸込口（吸入管）、１５ｂ吐出口（吐出管）、１６…室外熱交換器、２１…冷媒通路（第１循環経路）、２２…冷媒通路（第２循環経路）、２６…温度センサ（第１温度センサ）、３２…動作制御部、３３…開度設定部、３４…液化判定部、３５…圧力低下判定部。

Claims (2)

1. 圧縮機、室内熱交換器、電子膨張弁、室外熱交換器を順次接続する冷媒通路と、
   運転開始の指令を特定する運転開始信号に応じて前記圧縮機の動作を開始させる動作制御部と、
   前記圧縮機の温度の指標を取得し予め定められた温度閾値よりも低い温度値が認定された後に経過する時間から冷媒の液化の程度を判定する液化判定部と、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力の指標を取得し予め定められた圧力閾値よりも低い圧力値が認定されると、圧力低下を特定する圧力低下判定部と、
   前記運転開始信号の発生に応じて前記液化判定部で前記液化の程度が判定され前記圧力低下判定部で前記圧力低下が特定されると、前記膨張弁に対して前記液化の程度に基づく開度を設定した後に前記圧力低下に基づく開度を設定する開度設定部と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、前記圧力の指標には、前回の運転開始時に、運転開始から決められた時間経過後に前記室外熱交換器の温度センサによって測定される冷媒の温度が用いられることを特徴とする空気調和機。
   

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