JP2006300372A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 空気調和機100は、圧縮機10と室外熱交換器14と第1室内膨張弁5aと第1室内熱交換器3aとを含む冷媒回路を備える空気調和機であって、レシーバー16とガス抜き回路20とガス抜き回路開閉部30と制御部60とを備える。レシーバー16は、冷媒回路において第1室内膨張弁5aと室外熱交換器14との間に位置し、液体状態の冷媒を貯留可能である。ガス抜き回路20は、レシーバー16から圧縮機10の吸入側に接続され、レシーバー16内の気体状態の冷媒を圧縮機10の吸入側へと送る。ガス抜き回路開閉部30は、ガス抜き回路20上に設けられ、ガス抜き回路20を開閉する。そして、制御部60は、圧縮機10の周波数制御とガス抜き回路開閉部30の開閉制御とによって容量制御を実行可能である。
【選択図】 図1
Description
本発明の課題は、容量制御に伴う冷媒音を抑えることができる空気調和機を提供することにある。
この空気調和機では、圧縮機の周波数の周波数制御だけでは容量低減が十分ではない小容量制御において、ガス抜き回路開閉部の開閉制御を行うことにより、さらに容量低減を行うことができる。このため、小容量制御を適切に行うことができる。
この空気調和機では、ホットガスバイパス回路が備えられるため、圧縮機の起動時にホットガスバイパス回路を介して圧縮機の吐出側の冷媒を吸入側に戻すことによって液バックの発生を抑える制御を実行可能である。また、ホットガスバイパス回路が備えられていても容量制御に関してはガス抜き回路を利用することによって、容量制御時の冷媒音を抑えることができる。
この空気調和機は、室内熱交換器が複数備えられる、いわゆるマルチ型空気調和機であるため、負荷の変動が大きい。従って、容量制御の要求が高い。この空気調和機では、上記のようにガス抜き回路を利用することによって、容量制御を適切に行うと共に冷媒音を抑えることができる。
第2発明にかかる空気調和機では、圧縮機の周波数の周波数制御だけでは容量低減が十分ではない小容量制御において、ガス抜き回路開閉部の開閉制御を行うことにより、さらに容量低減を行うことができる。
第4発明にかかる空気調和機は、容量制御の要求が高いマルチ型空気調和機であるが、ガス抜き回路を利用することによって、容量制御を適切に行うと共に冷媒音を抑えることができる。
本発明の一実施形態にかかる空気調和機100の構成を示す冷媒回路図を図1に示す。この空気調和機100は、住宅内の冷暖房を行う空気調和機であって、一台の室外機1に対して複数の室内機2a−2cが接続される、いわゆるマルチ型空気調和機である。室内機2a−2cは、分岐ユニットBP1を介して室外機1に接続されている。本実施形態では、1つの室外機1に対して、第1室内機2a、第2室内機2bおよび第3室内機2cの合計3台の室内機2a−2cが分岐ユニットBP1を介して接続されている。
室外機1側の冷媒回路は、圧縮機10、切換機構11、油分離器12、ホットガスバイパス回路13、室外熱交換器14、室外膨張弁15、レシーバー16、ブリッジ回路17、冷却器18、過冷却バイパス回路19、ガス抜き回路20、均圧回路21などを含んでいる。
切換機構11は、冷房サイクルによる運転と暖房サイクルによる運転との切り換え時に、冷媒の流れの方向を切り換える機構であり、圧縮機10の吐出管22、吸入管23、室外熱交換器14のガス側および室内熱交換器3a−3cのガス側と接続された四路切換弁によって構成されている。切換機構11は、冷房サイクルによる運転時には圧縮機10の吐出側と室外熱交換器14のガス側とを接続するとともに圧縮機10の吸入側とガス閉鎖弁24とを接続する(図1の切換機構11の実線を参照。以下、この状態を「冷房サイクル側状態」と呼ぶ。)。また、切換機構11は、暖房サイクルによる運転時には圧縮機10の吐出側とガス閉鎖弁24とを接続するとともに圧縮機10の吸入側と室外熱交換器14のガス側とを接続することが可能である(図1の切換機構11の破線を参照。以下、この状態を「暖房サイクル側状態」と呼ぶ。)。
ホットガスバイパス回路13は、圧縮機10の吐出管22と吸入管23とを連通する回路であり、圧縮機10の吸入側と吐出側とを接続している。ホットガスバイパス回路13は、一端が油分離器12に接続され、他端が吸入管23に接続されている。従って、ホットガスバイパス回路13は、圧縮機10から吐出された冷媒を吸入側に戻すと共に、油分離器12で分離された油分を圧縮機10の吸入側に戻すための油回収回路としても機能することができる。また、ホットガスバイパス回路13上には、ホットガスバイパス回路開閉部25と、通過する冷媒を減圧するキャピラリ26とが設けられている。ホットガスバイパス回路開閉部25は、ホットガスバイパス回路13を開閉する電磁弁であり、ホットガスバイパス回路13を流れる冷媒の流れを閉鎖および開放することができる。
レシーバー16は、室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間を流れる冷媒を一時的に溜めるための容器であり、液体状態の冷媒を貯留可能である。レシーバー16は、容器上部に入口を有しており、容器下部に出口を有している。レシーバー16の入口は、ブリッジ回路17を介して室外膨張弁15及び液閉鎖弁28に接続されている。また、レシーバー16の出口は、冷却器18及びブリッジ回路17を介して室外膨張弁15及び液閉鎖弁28に接続されている。レシーバー16は、室外熱交換器14と室内熱交換器3a−3cとの間であって圧縮機10とは反対側に位置しており、室内膨張弁5a−5cと室外熱交換器14との間に位置している。レシーバー16は、冷房サイクルにおける冷媒の流れ方向においては、室内膨張弁5a−5cの上流側であって室外熱交換器14の下流側に位置している。
過冷却バイパス回路19は、室外熱交換器14から室内熱交換器3a−3cへ送られる冷媒の一部を分岐させて圧縮機10の吸入側に戻すように設けられている。具体的には、過冷却バイパス回路19は、レシーバー16の出口とブリッジ回路17の逆止弁17dとを接続する回路部分から分岐されて冷却器18を通り圧縮機10の吸入管23に合流するように接続されている。そして、過冷却バイパス回路19には、過冷却バイパス回路19を流れる冷媒の流量を調節するための過冷却バイパス用膨張弁29が設けられている。過冷却バイパス用膨張弁29は、冷却器18に流す冷媒の流量の調節を行うための電動弁である。これにより、冷媒回路10を流れる冷媒は、冷却器18において、過冷却バイパス用膨張弁29の出口から圧縮機10の吸入管23に戻される冷媒によって冷却されるようになっている。
複数の室内機2a−2cは、室内の壁面や天井裏などにそれぞれ配置され、室内へ調和された空気を吹き出す。室内機2a−2cは、異なる室内にそれぞれ配置されてもよく、同一室内の異なる位置にそれぞれ配置されてもよい。室内機2a−2cは、それぞれ独立してサーモオン・オフおよび運転の起動・停止が可能となっており、室内機2a−2cごとに運転状態を切り換えることができる。複数の室内機2a−2cは、分岐ユニットBP1を介して室外機1に接続されており、室外機1から送られてきた冷媒が分岐ユニットBP1において分岐され各室内熱交換器3a−3cに送られる。また、各室内熱交換器3a−3cを流れた冷媒は、分岐ユニットBP1において再び合流して室外機1へと送られる。
第2室内機2bは、第2室内熱交換器3bおよび第2室内送風機4bを備えている。第2室内熱交換器3bは、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う。第2室内送風機4bは、第2室内機2b内から吹き出される空気の流れを生成し、第2室内熱交換器3bを流れる冷媒と熱交換を行った空気を室内へと送る。
第1室内熱交換器3a、第2室内熱交換器3bおよび第3室内熱交換器3cは、冷媒回路において並列に設けられており、分岐ユニットBP1に接続されている。
分岐ユニットBP1は、1つの室外機1から送られる冷媒を分岐して複数の室内機2a−2cに分配し、また、複数の室内機2a−2cから送られる冷媒を合流させて1つの室外機1に送るユニットである。この空気調和機100では、1つの分岐ユニットBP1には3つの室内機2a−2cが接続されているが、1つの分岐ユニットBP1により多くの室内機またはより少ない室内機が接続されてもよい。また、1つの室外機1に複数の分岐ユニットが接続されてもよい。
〈各種センサ〉
空気調和機100は、各部に設けられた圧力センサや温度センサ等の各種センサ40−51を備えている。以下、図1を用いて、各種センサ40−51について説明する。
また、過冷却バイパス回路19の圧縮機10の吸入側との合流部には、冷却器18の出口側の過冷却バイパス回路19を流れる冷媒の温度Tshを検出して過熱度を検出するための過冷却バイパス回路温度センサ47が設けられている。この過冷却バイパス回路温度センサ47によって、圧縮機10の吸入側の過熱度を検知することができる。
〈制御部〉
空気調和機100は、図2に示すように、上記の各種センサ40−51が検出する信号に基づいて圧縮機10や切換機構11などの各機器を制御して冷房運転や暖房運転等の空調運転を行うための制御部60を備える。
<制御部が行う制御>
制御部60は、冷房サイクルによる運転と暖房サイクルによる運転とを切り換えて行うことができる。冷房サイクルによる運転としては、冷房運転、デフロスト運転、油回収運転などがある。暖房サイクルによる運転としては、暖房運転がある。
暖房運転制御では、室内熱交換器3a−3cが凝縮器となる加熱動作が行われる。この暖房運転制御において、切換機構11は、図1に破線で示す状態となる。室外膨張弁15、室外送風機27、運転状態の室内機2a−2cの室内膨張弁5a−5cおよび室内送風機4a−4cは、室内機2a−2cの運転状況などに応じて制御される。ホットガスバイパス回路開閉部25は閉じられ、過冷却バイパス用膨張弁29は適宜開閉される。ガス抜き回路開閉部30は、適宜開閉される。この状態で冷媒が冷媒回路を循環することにより、運転状態の室内機2a−2cの室内熱交換器3a−3cが凝縮器として機能し且つ室外熱交換器14が蒸発器として機能する。これにより、加熱された空気が室内へと吹き出され、暖房運転が行われる。
まず、圧縮機10から吐出された冷媒は、切換機構11からガス閉鎖弁24および分岐ユニットBP1を通って第1室内熱交換器3aへ送られる。第1室内熱交換器3aでは、冷媒が室内空気に対して放熱して凝縮する。第1室内熱交換器3aで凝縮した冷媒は、第1室内膨張弁5a、液閉鎖弁28、ブリッジ回路17を通ってレシーバー16に流入する。レシーバー16から流出した冷媒は、室外膨張弁15で減圧され、ブリッジ回路17を通って室外熱交換器14へ送られる。室外熱交換器14では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器14で蒸発した冷媒は、切換機構11を通って圧縮機10に吸入される。圧縮機10は吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。
制御部60は、各室内機2a−2cの運転状態の変更に応じて圧縮機10の周波数および室外膨張弁15の開度等を制御して容量制御を行う。
冷房運転制御時には、室内熱交換器3a−3cが蒸発器となる冷却動作が行われる。この冷房運転制御時において、切換機構11は、図1に実線で示す状態となる。室外膨張弁15は全開にされ、室外送風機27、運転状態の室内機2a−2cの室内膨張弁5a−5cおよび室内送風機4a−4cは、室内機2a−2cの運転状況などに応じて制御される。ホットガスバイパス回路開閉部25、過冷却バイパス用膨張弁29は適宜開閉される。ガス抜き回路開閉部30は、適宜開閉される。この状態で冷媒が冷媒回路を循環することにより、運転状態の室内機2a−2cの室内熱交換器3a−3cが蒸発器として機能し且つ室外熱交換器14が凝縮器として機能する。これにより、冷却された空気が室内へと吹き出され、冷房運転が行われる。
まず、圧縮機10から吐出された冷媒は、切換機構11から室外熱交換器14へ送られる。室外熱交換器14では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器14で凝縮した冷媒は、室外膨張弁15およびブリッジ回路17を通って、レシーバー16に流入する。レシーバー16から流出した冷媒は、液閉鎖弁28を通り、分岐ユニットBP1内の第1室内膨張弁5aで減圧され、第1室内熱交換器3aへ送られる。第1室内熱交換器3aでは、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。第1室内熱交換器3aで蒸発した冷媒は、ガス閉鎖弁24、切換機構11を通って圧縮機10に吸入される。圧縮機10は吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。
制御部60は、各室内機2a−2cの運転状態の変更に応じて圧縮機10の周波数および室外膨張弁15の開度等を制御して容量制御を行う。
上記のような暖房運転および冷房運転においては、主に圧縮機10の周波数が調整されることによって、容量制御が行われる。制御部60は、室内機2a−2cまたは分岐ユニットBP1からの要求に応じて圧縮機10の周波数を変更する。このとき、要求される容量が非常に小さくて圧縮機10の周波数がインバーター制御可能な最低運転周波数であっても制御しきれない場合、容量制御を行うための運転モードが、通常制御モードから小容量制御モードに移行する。また、小容量制御モードに移行後、要求される容量が大きくなり圧縮機10の周波数が増大した場合には、小容量制御モードから通常制御モードに復帰する。
図3に示すように、まず第1ステップS1(第1容量制御ステップ)において通常制御モードでの容量制御が行われる。ここでは、ガス抜き回路開閉部30およびホットガスバイパス回路開閉部25が閉じられた状態で圧縮機10の周波数制御を行うことによって容量制御が行われる。制御部60は、室内機2a−2cまたは分岐ユニットBP1からの容量制御要求に応じて圧縮機10の周波数を所定間隔ごとに段階的に変更する。例えば、圧縮機10の最低運転周波数が52Hzであって、これを第1レベルとすると、第2レベル=56Hz、第3レベル=61Hz、第4レベル=67Hzのように各レベルの周波数が所定間隔ごとに増大するように設定され、圧縮機10の周波数はこのレベル単位で増減する。なお、各レベルに設定された周波数の差は必ずしも同じ値に限るものではないが、近似した値となっている。また、高いレベルほど高い周波数が設定されている。制御部60は、容量制御要求の有無やそのときの周波数での運転保持時間などを考慮して容量を増大させるか否かを判断する。容量を増大させる場合は、圧縮機10の周波数を1レベル増大させる。また、制御部60は、容量を低下させる場合には、圧縮機10の周波数を1レベル低下させる。
まず、第11ステップS11(第2容量制御ステップ)において、小容量制御モードが行われる。小容量制御モードの内容については上記と同様である。
次に、第12ステップS12において、周波数制御モードを変更するか否かの判断が行われる。ここでは、容量を増大させる要求が受信され且つ圧縮機10の周波数が所定のレベル(以下、「第2移行条件レベル」と呼ぶ)に達している場合、または、圧縮機10の周波数が他の所定のレベル(以下、「第3移行条件レベル」と呼ぶ)に達している場合には、第13ステップS13および第14ステップS14に進み、制御モードが小容量制御モードから通常制御モードに変更される。なお、第2移行条件レベルおよび第3移行条件レベルは、第1移行条件レベルよりも高いレベルである。また、第3移行条件レベルは、第2移行条件レベルよりも高いレベルである。なお、この第3移行条件レベルは、ガス抜き回路開閉部30が開かれた状態で可能な最大容量制御量の周波数換算値、または、1つの室内機2a−2cのみが運転されている状態に取りうる最大周波数である。上記条件が満たされない場合は、小容量制御モードによる容量制御が継続される。
(露付き防止制御)
上記のような小容量制御モードは、露付き防止制御の実行中に行われることが多く、冷房運転時のみ行われる。露付き防止制御は、冷房運転時において室内機2a−2cの蒸発温度の低下によって室内機2a−2cの吹出口が結露しないように圧縮機10の周波数を変更して蒸発温度が過剰に低下しないようにする制御である。具体的には、室内熱交温度センサ49が検知した温度Tnに基づき室外送風器27および圧縮機10が制御される。露付き防止制御では、圧縮機10の周波数は、室内機2a−2cまたは分岐ユニットBP1から送信される露付き防止ステータスによって制御される。露付き防止ステータスには、「アップ」や「垂下」などがある。「アップ」は周波数の増大を要求する指令であり、「垂下」は周波数の減少を要求する指令である。
(1)
従来の空気調和機における小容量の容量制御では、圧縮機10の周波数を最低運転周波数に保持した状態でホットガスバイパス回路開閉部25のオン・オフを切り換えることによって容量制御が行われている。この場合、図6に示すように、ホットガスバイパス回路開閉部25の開閉が頻繁に行われるため、開閉時の冷媒音によって居住者等に不快を与える恐れがある。
従来、この空気調和機100のようにアキュムレーターが備えられていない空気調和機では、容量制御はホットガスバイパス回路開閉部25の開閉によって行うことが一般的である。例えば、小容量の容量制御時の低圧低下防止や、高圧上昇防止のためにホットガスバイパス回路開閉部25による容量制御が行われる。しかし、ホットガスバイパス回路13には圧力差が比較的大きい冷媒が流れるため、大きな冷媒音が発生して居住者等に不快感を与える恐れがある。
<他の実施形態>
(1)
上記の実施形態では、1つの室外機1に3つの室内機2a−2cが接続されているが、1つの室外機1に接続される室内機2a−2cの数は上記のものに限られず1つ以上の室内機2a−2cが接続されればよい。
上記の実施形態では、分岐ユニットBP1を介して室内機2a−2cと室外機1とが接続されているが、分岐ユニットBP1が備えられず室内膨張弁5a−5cをそれぞれ内蔵した室内機2a−2cが直接的に室外機1に接続されてもよい。
さらに、ガス抜き回路20の出口は過冷却バイパス回路19に接続されるのではなく、圧縮機10の吸入管23に接続されてもよい。
上記の実施形態では、冷房運転時の小容量制御モードにおいてガス抜き回路開閉部30が利用されている。しかし、ホットガスバイパス回路開閉部25に代えてガス抜き回路開閉部30を利用することによって冷媒音を抑えるという観点からは、冷房運転に限らず暖房運転時に上記のような小容量制御モードによる容量制御が行われてもよい。また、上記のような小容量の場合に限らず容量の大きい容量制御においてガス抜き回路開閉部30が利用されてもよい。
上記の実施形態では、冷房運転時の小容量制御モードにおいて、ガス抜き回路開閉部30が開かれた状態で圧縮機10の周波数を調整する制御が行われている。しかし、ガス抜き回路開閉部30の開閉頻度を低減して冷媒音を抑制する観点からは、冷房運転に限らず暖房運転時の容量制御において上記のような制御が行われてもよい。
上記の実施形態では、小容量制御モードにおいてガス抜き回路開閉部30が開かれた状態で圧縮機10の周波数制御が行われている。しかし、小容量制御モードにおいて圧縮機10の周波数を一定に保持した状態でガス抜き回路開閉部30のオン・オフによって容量制御を行う場合であっても、圧縮機10の周波数を一定に保持した状態でホットガスバイパス回路開閉部25のオン・オフによって容量制御を行う場合と比べると冷媒音を抑制することが可能である。
3b 第2室内熱交換器
5a 第1室内膨張弁(第1膨張弁)
5b 第2室内膨張弁(第2膨張弁)
10 圧縮機
13 ホットガスバイパス回路
14 室外熱交換器
16 レシーバー
20 ガス抜き回路
25 ホットガスバイパス回路開閉部
30 ガス抜き回路開閉部
60 制御部
100 空気調和機
Claims (5)
- 圧縮機(10)と室外熱交換器(14)と第1膨張弁(5a)と第1室内熱交換器(3a)とを含む冷媒回路を備える空気調和機(100)であって、
前記冷媒回路において前記第1膨張弁(5a)と前記室外熱交換器(14)との間に位置し、液体状態の前記冷媒を貯留可能なレシーバー(16)と、
前記レシーバー(16)から前記圧縮機(10)の吸入側に接続され前記レシーバー(16)内の気体状態の前記冷媒を前記圧縮機(10)の吸入側へと送るガス抜き回路(20)と、
前記ガス抜き回路(20)上に設けられ前記ガス抜き回路(20)を開閉するガス抜き回路開閉部(30)と、
前記圧縮機(10)の周波数制御と前記ガス抜き回路開閉部(30)の開閉制御とによって容量制御を実行可能な制御部(60)と、
を備える空気調和機(100)。 - 前記制御部(60)は、前記圧縮機(10)の周波数が最低運転周波数に到達するまで前記圧縮機(10)の周波数を低下させた後、さらに容量低減が必要な場合に前記ガス抜き回路開閉部(30)の開閉制御を行う、
請求項1に記載の空気調和機(100)。 - 前記圧縮機(10)の吸入側と吐出側とを接続するホットガスバイパス回路(13)と、
前記ホットガスバイパス回路(13)上に設けられ前記ホットガスバイパス回路(13)を開閉するホットガスバイパス回路開閉部(25)と、
をさらに備える請求項1または2に記載の空気調和機(100)。 - 前記冷媒回路は、前記第1膨張弁(5a)および前記第1室内熱交換器(3a)に並列に配置される第2室内熱交換器(3b)および第2膨張弁(5b)をさらに含む、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機(100)。 - 圧縮機(10)と、室外熱交換器(14)と、第1膨張弁(5a)と、第1室内熱交換器(3a)と、前記冷媒回路において前記第1膨張弁(5a)と前記室外熱交換器(14)との間に位置し液体状態の前記冷媒を貯留可能なレシーバー(16)と、前記レシーバー(16)から前記圧縮機(10)の吸入側に接続され前記レシーバー(16)内の気体状態の前記冷媒を前記圧縮機(10)の吸入側へと送るガス抜き回路(20)と、前記ガス抜き回路(20)上に設けられ前記ガス抜き回路(20)を開閉するガス抜き回路開閉部(30)とを含む冷媒回路を備える空気調和機(100)の制御方法であって、
前記圧縮機(10)の周波数制御によって容量制御が行われる第1容量制御ステップ(S1,S11)と、
前記ガス抜き回路開閉部(30)の開閉によって容量制御が行われる第2容量制御ステップ(S4,S14)と、
を備える空気調和機(100)の制御方法。
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