JPH05240493A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 暖房時のハンチング現象を回避して快適暖房
を可能とする空気調和機を提供する。 【構成】 暖房運転時、凝縮器として働く室内熱交換器
７の温度に応じて室外ファン６の運転を制御するととも
に、蒸発器として働く室外熱交換器３における冷媒の過
熱度を検出し、その過熱度が一定値となるよう電動膨脹
弁４の開度を制御する。室外ファンの運転停止時は、過
熱度の一定値制御に優先して圧縮機１の吐出冷媒温度ま
たは電動膨脹弁４の開度を一定値に維持する。この維持
により、過熱度を安定させ、凝縮器温度Ｔｃが大きく変
動したり、室外ファン６の運転が頻繁にオン，オフを繰
り返すなどのハンチング現象を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヒートポンプ式冷凍
サイクルを備え、冷房および暖房運転を可能とする空気
調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷房および暖房運転が可能な空気調和機
は、図５に示すヒートポンプ式冷凍サイクルを備える。

【０００３】すなわち、圧縮機１の吐出口に四方弁２を
介して室外熱交換器３が接続され、その室外熱交換器３
に減圧器であるところの電動膨脹弁４を介して室内熱交
換器５が接続される。この室内熱交換器５は上記四方弁
２を介して圧縮機１の吸込口に接続される。そして、室
外熱交換器３に外気を送るための室外ファン６がその室
外熱交換器３の近傍に設けられ、室内熱交換器５に室内
空気を循環させるための室内ファン７がその室内熱交換
器５の近傍に設けられる。

【０００４】この冷凍サイクルでは、四方弁２が作動し
ない場合、圧縮機１の吐出冷媒が、四方弁２、室外熱交
換器３、電動膨脹弁４、室内熱交換器５、四方弁２の順
に流れて圧縮機１に戻り、冷房サイクルが形成される。
これにより、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器５
が蒸発器として働く。

【０００５】四方弁２が作動すると、圧縮機１の吐出冷
媒が、四方弁２、室内熱交換器５、電動膨脹弁４、室外
熱交換器３、四方弁２の順に流れて圧縮機１に戻り、暖
房サイクルが形成される。これにより、室内熱交換器５
が凝縮器、室外熱交換器３が蒸発器として働く。

【０００６】また、室外熱交換器３に熱交換器温度セン
サ１１、室内熱交換器５に熱交換器温度センサ１２が取
付けられ、さらに圧縮機１の吸込側配管に冷媒温度セン
サ１３が取付けられる。

【０００７】これら温度センサは、蒸発器における冷媒
の過熱度を検出するためのもので、冷房時は温度センサ
１３の検知温度から温度センサ１２の検知温度（蒸発器
温度Ｔｅ）が減算され、室内熱交換器５における冷媒の
過熱度が検出される。暖房時は温度センサ１３の検知温
度から温度センサ１１の検知温度（凝縮器温度Ｔｃ）が
減算され、室外熱交換器３における冷媒の過熱度が検出
される。

【０００８】そして、検出された過熱度が一定値となる
よう、電動膨脹弁４の開度が制御される。この過熱度一
定値制御により、圧縮機１の能力変化に基づく冷媒流量
の変化にかかわらず、蒸発器の能力が最良の状態に引出
される。

【０００９】また、暖房時は、温度センサ１１で検知さ
れる凝縮器温度Ｔｃと、図６に示すファン制御条件とに
応じて、室外ファン６の運転がオン，オフ制御される。
このオン，オフ制御は、高圧側圧力の異常上昇を防止す
るためのものである。

【００１０】たとえば、負荷が大きい場合、凝縮器温度
Ｔｃが大きく上昇する。この凝縮器温度Ｔｃが６０℃以
上のＢ領域に入ると、室外ファン６の運転がオフされ
る。この運転オフにより、凝縮器温度Ｔｃの上昇が押さ
えられ、高圧側圧力の異常上昇が防止される。凝縮器温
度Ｔｃが５５℃以下に下がってＡ領域に入ると、室外フ
ァン６の運転がオンされて通常の運転に復帰する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、暖房開始時
は、室内温度がまだ低くて過負荷状態にあるため、すぐ
に凝縮器温度Ｔｃが上昇し、室外ファン６の運転がオフ
してしまう。このとき、冷凍サイクルの状態が大きく変
動し、過熱度の変動に電動膨脹弁４の開度制御が追従で
きなくなる。

【００１２】こうなると、図７に示すように、過熱度を
一定値に維持できなくなるとともに、凝縮器温度Ｔｃが
大きく変動して室外ファン６の運転が頻繁にオン，オフ
を繰り返すなど、いわゆるハンチング現象が起こり、快
適暖房が困難となる。

【００１３】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、暖房時のハンチング現象を回
避して快適暖房を可能とする空気調和機を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の空気調和機
は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、電動膨脹弁、室内
熱交換器を順次接続したヒートポンプ式冷凍サイクル
と、上記室外熱交換器に外気を送る室外ファンと、上記
圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室内熱交換器、電動膨脹
弁、室外熱交換器、四方弁を通して圧縮機に戻し、暖房
運転を実行する手段と、この暖房運転時、上記室内熱交
換器の温度を検知しその検知温度に応じて上記室外ファ
ンの運転を制御する手段と、暖房運転時、上記室外熱交
換器における冷媒の過熱度を検出しその過熱度が一定値
となるよう上記電動膨脹弁の開度を制御する手段と、暖
房運転中の前記室外ファン運転停止時、上記過熱度の一
定値制御に優先して上記圧縮機の吐出冷媒温度または上
記電動膨脹弁の開度を一定値に維持する手段とを備え
る。

【００１５】

【作用】この発明の空気調和機では、暖房運転時、凝縮
器として働く室内熱交換器の温度に応じて室外ファンの
運転が制御されるとともに、蒸発器として働く室外熱交
換器における冷媒の過熱度が検出され、その過熱度が一
定値となるよう電動膨脹弁の開度が制御される。ただ、
室外ファン運転停止に際しては、過熱度の一定値制御に
優先して圧縮機の吐出冷媒温度または電動膨脹弁の開度
が一定値に維持される。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。なお、図面において図５と同一部分に
は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００１７】図１に示すように、圧縮機１の吐出口と四
方弁２との間の吐出側配管に、冷媒温度センサ１４が取
付けられる。室内ファン２７の近傍に室内温度センサ１
５が設けられる。

【００１８】２０は商用交流電源で、その電源２０に降
圧用のトランス２１を介して制御部２２が接続される。
この制御部２２は、マイクロコンピュータおよびその周
辺回路からなり、空気調和機の全般にわたる制御を行な
うものである。

【００１９】この制御部２２に、上記四方弁２、電動膨
脹弁４、室外ファン６のモータ、室内ファン７のモー
タ、温度センサ１１，１２，１３，１４，１５が接続さ
れるとともに、リモートコントロール式の操作器（以
下、リモコンと略称する）２３、タイマ２４、およびイ
ンバータ回路２５が接続される。

【００２０】インバータ回路２５は、電源２０の電圧を
一旦整流し、それを制御部２２の指令に応じた周波数
（および電圧）の交流に変換し、出力するものである。
この出力は、圧縮機１の駆動電力となる。制御部２２
は、次の機能手段を備える。 （１）リモコン２３の操作に応じて、運転の開始／停
止、および運転モード（冷房／暖房）の設定を制御する
機能手段。

【００２１】（２）運転中、リモコン２３で設定される
室内温度と室内温度センサ１５の検知温度との差を空調
負荷として求め、その空調負荷に応じてインバータ回路
２５の出力周波数Ｆを制御する機能手段。

【００２２】（３）冷房運転時、温度センサ１３の検知
温度Ｔｓと温度センサ１２の検知温度Ｔｅとの差ΔＴ
（＝Ｔｓ−Ｔｅ）を室内熱交換器５における冷媒の過熱
度として求め、その過熱度があらかじめ定めた一定値と
なるよう電動膨脹弁４の開度を制御する機能手段。な
お、電動膨脹弁４としては、供給されるパルス電圧の数
に応じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ
（ＰＭＶ）が用いられる。

【００２３】（４）暖房運転時、温度センサ１３の検知
温度Ｔｓと温度センサ１１の検知温度Ｔｅとの差ΔＴ
（＝Ｔｓ−Ｔｅ）を室外熱交換器３における冷媒の過熱
度として求め、その過熱度があらかじめ定めた一定値と
なるよう電動膨脹弁４の開度を制御する機能手段。

【００２４】（５）暖房運転時、温度センサ１１の検知
温度Ｔｃとあらかじめ定められた図６のファン制御条件
とに応じて室外ファン６の運転をオン，オフ制御する機
能手段。

【００２５】（６）暖房運転中、室外ファンの運転停止
時、上記過熱度の一定値制御に優先して、温度センサ
１４の検知温度Ｔｄ（吐出冷媒温度）があらかじめ定め
た一定値となるよう電動膨脹弁４の開度を制御する機能
手段。つぎに、上記の構成において作用を説明する。リ
モコン２３で冷房運転モードおよび所望の室内温度が設
定され、かつ運転開始操作がなされたとする。すると、
圧縮機１が起動されるとともに、室外ファン６および室
内ファン７が起動される。圧縮機１から吐出される冷媒
は四方弁２を通って室外熱交換器３に流れる。この室外
熱交換器３では、冷媒が外気に熱を奪われて液化する。
室外熱交換器３を経た冷媒は電動膨脹弁４を通り、室内
熱交換器５に入る。この室内熱交換器５では、冷媒が室
内空気から熱を奪って気化する。室内熱交換器５を経た
冷媒は四方弁２を通り、圧縮機１に吸込まれる。こうし
て、室内熱交換器５が蒸発器として働くことにより、室
内が冷房される。

【００２６】この冷房運転時、室内温度センサ１５で検
知される室内温度とリモコン２３による設定室内温度と
の差が空調負荷として求められ、その空調負荷に応じて
圧縮機１の運転周波数（つまりインバータ回路２５の出
力周波数）Ｆが制御される。これにより、空調負荷に対
応する最適な冷房能力が得られる。また、リモコン２３
で暖房運転モードおよび所望の室内温度が設定され、か
つ運転開始操作がなされたとする。

【００２７】すると、圧縮機１が起動されるとともに、
四方弁２が切換えられ、さらに室外ファン６が起動され
る。室内ファン７は、運転開始後、しばらくしてから起
動される。圧縮機１から吐出される冷媒は四方弁２を通
って室内熱交換器５に流れる。この室内熱交換器５で
は、冷媒が室内空気に熱を放出して液化する。室内熱交
換器５を経た冷媒は電動膨脹弁４を通り、室外熱交換器
３に入る。この室外熱交換器３では、冷媒が外気から熱
を汲み上げて気化する。室外熱交換器３を経た冷媒は四
方弁２を通り、圧縮機１に吸込まれる。こうして、室内
熱交換器５が凝縮器として働くことにより、室内が暖房
される。

【００２８】この暖房運転時、室内温度センサ１５で検
知される室内温度とリモコン２３による設定室内温度と
の差が空調負荷として求められ、その空調負荷に応じて
圧縮機１の運転周波数（つまりインバータ回路２５の出
力周波数）Ｆが制御される。これにより、空調負荷に対
応する最適な暖房能力が得られる。また、暖房運転時は
図２および図３に示す制御が実行される。

【００２９】圧縮機１に吸込まれる冷媒の温度Ｔｓが温
度センサ１３で検知され、また蒸発器として働く室外熱
交換器３の温度Ｔｅが温度センサ１１で検知され、両検
知温度Ｔｓ，Ｔｃの差ΔＴ（＝Ｔｓ−Ｔｅ）が求められ
る。温度差ΔＴは、室外熱交換器３における冷媒の過熱
度に相当する。この過熱度があらかじめ定めた一定値と
なるよう、電動膨脹弁４の開度が制御される。

【００３０】同時に、凝縮器として働く室内熱交換器５
の温度Ｔｃが温度センサ１２で検知され、その検知温度
Ｔｃと図６のファン制御条件とに応じて室外ファン６の
運転がオン，オフ制御される。暖房運転を継続しておこ
なうと、負荷の状態によって凝縮器温度Ｔｃが徐々に上
昇し、設定温度に達したならば、室外ファン６の運転が
オフする。室外ファン６が運転オフすると、過熱度一定
値制御に優先して吐出温度一定値制御が実行される。

【００３１】すなわち、圧縮機１から吐出される冷媒の
温度Ｔｄが温度センサ１５で検知されており、その吐出
冷媒温度Ｔｄがあらかじめ定めた一定値となるよう電動
膨脹弁４の開度が制御される。

【００３２】吐出温度一定値制御が実行されることで、
凝縮器温度Ｔｃは徐々に減少し、再び室外ファン６が運
転オンし、それと同時にタイマ２４でタイムカウントｔ
が開始される。

【００３３】室外ファン６が運転オンしたままタイマ２
４のタイムカウントｔが一定時間たとえば１０分間に達
すると、そこで吐出冷媒温度Ｔｄに基づく吐出温度一定
値制御が解除され、通常の過熱度一定値制御に復帰す
る。

【００３４】このように、暖房運転時の負荷状態に応じ
て室外ファン６がオン，オフ制御され、これに伴って冷
凍サイクルの状態が大きく変動することに対処し、室外
ファン６の運転が安定するまでの間、吐出温度一定値制
御を実行することにより、結果的に過熱度を安定させる
ことができる。

【００３５】したがって、凝縮器温度Ｔｃが大きく変動
したり、室外ファン６の運転が頻繁にオン，オフを繰り
返すなどのハンチング現象を回避することができ、快適
な暖房を行なうことができる。なお、吐出温度一定値制
御に代えて、電動膨脹弁４の開度Ｑを一定値に維持する
制御を採用してもよい。この場合の制御を図４に示す。

【００３６】すなわち、室外ファン６が運転オフする
と、電動膨脹弁４の開度Ｑが一定値に維持される。この
一定値は、室外ファン６が運転オフしたときの電動膨脹
弁４の開度Ｑａに数値“１．５”を乗じた値である。

【００３７】このように、運転開始時の過負荷状態では
室外ファン６のオン，オフ運転制御に伴って冷凍サイク
ルの状態が大きく変動することに対処し、室外ファン６
の運転が安定するまでの間、電動膨脹弁４の開度Ｑを一
定値に維持することにより、結果的に過熱度を安定させ
ることができる。

【００３８】したがって、凝縮器温度Ｔｃが大きく変動
したり、室外ファン６の運転が頻繁にオン，オフを繰り
返すなどのハンチング現象を回避することができ、快適
な暖房を行なうことができる。しかも、この場合は冷媒
温度センサ１４を設ける必要がなくなり、その分だけコ
ストの低減が図れる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、暖
房運転中の室外ファンの運転停止時、過熱度の一定値制
御に優先して圧縮機の吐出冷媒温度または電動膨脹弁の
開度を一定値に維持する構成としたので、暖房時のハン
チング現象を回避して快適暖房を可能とする空気調和機
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の冷凍サイクルおよび制御
回路の構成図。

【図２】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。

【図３】同実施例における温度変化、室外ファンの運転
状態、および過熱度変化の例を示す図。

【図４】同実施例の変形例の作用を説明するためのフロ
ーチャート。

【図５】従来の空気調和機の冷凍サイクルの構成図。

【図６】同実施例および従来の空気調和機におけるファ
ン制御条件を示す図。

【図７】従来の空気調和機における温度変化、室外ファ
ンの運転状態、および過熱度変化の例を示す図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…電動
膨脹弁、５…室内熱交換器、６…室外ファン、７…室内
ファン、１１，１２…熱交換器温度センサ、１３，１４
…冷媒温度センサ、１５…室内温度センサ、２２…制御
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、電動膨
   脹弁、室内熱交換器を順次接続したヒートポンプ式冷凍
   サイクルと、前記室外熱交換器に外気を送る室外ファン
   と、前記圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室内熱交換器、電
   動膨脹弁、室外熱交換器、四方弁を通して圧縮機に戻
   し、暖房運転を実行する手段と、この暖房運転時、前記
   室内熱交換器の温度を検知しその検知温度に応じて前記
   室外ファンの運転を制御する手段と、暖房運転時、前記
   室外熱交換器における冷媒の過熱度を検出しその過熱度
   が一定値となるよう前記電動膨脹弁の開度を制御する手
   段と、暖房運転中の前記室外ファン運転停止時、前記過
   熱度の一定値制御に優先して前記圧縮機の吐出冷媒温度
   または前記電動膨脹弁の開度を一定値に維持する手段と
   を備えたことを特徴とする空気調和機。