JP2008002790A

JP2008002790A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2008002790A
Application number: JP2006175429A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Suzuki; 秀明鈴木
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP4815281B2

Abstract

【課題】液バックの防止のみならず、暖房能力の向上を図ること。
【解決手段】圧縮機１１と、四方弁１３と、室内熱交換器１４と、電子膨張弁１５と、室外熱交換器１６と、ヒータ１８と、アキュムレータ１９と、吐出温度センサ２０と蒸発温度センサ２１と、吸込温度センサ２２と、制御部３０を備え、吐出温度センサ２０、蒸発温度センサ２１及び吸込温度センサ２２により計測した温度情報に基づいて、電子膨張弁１５を制御部３０で制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを有する空気調和機に関し、特に効率向上及び起動時の冷凍サイクルの安定を早めることが可能な技術に関する。

室内熱交換器及び室外熱交換器を有し、冷凍サイクルを行う空気調和機において、例えば室外空気温度が比較的低い条件下では、暖房運転時に室外熱交換器に着霜する場合がある。着霜すると熱交換器の能力が低下するため、空気調和機の性能は低下する。そこで、圧縮機から吐出される高温のガス冷媒を利用して除霜運転を行う方法や、圧縮機に導入される冷媒をヒータ等の冷媒加熱手段を用いて加熱することで液バックを防止しつつ除霜運転を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平３−１０５１８３号公報

上述したヒータを用いる空気調和機では、次のような問題があった。すなわち、ヒータは除霜運転にのみ用いられており、その他の機能、例えば冷凍サイクルの効率向上等を行うことができなかった。

そこで本発明は、冷媒加熱手段を用いることで除霜運転のみならず、暖房能力向上及び安定運転を行える空気調和機を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の空気調和機は次のように構成されている。

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張装置及び室内熱交換器が順次接続されて構成された冷凍サイクルと、暖房運転時に上記室外熱交換器の蒸発温度と、上記室外熱交換器の出口と上記圧縮機を接続する吸込配管の吸込冷媒温度との温度差である過熱度を検出する検出手段と、この検出手段で検出された上記過熱度が所定の制御目標値となるように上記膨張装置の開度を制御する制御手段と、上記吸込配管に設けられた冷媒加熱手段とを備え、上記制御手段は、上記冷媒加熱手段による加熱時及び非加熱時とで上記制御目標値を異ならせることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒加熱手段を用いることで除霜運転のみならず、暖房能力向上及び安定運転を行える空気調和機を提供することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機１０を示す構成図、図２は空気調和機１０のＰ−ｈ線図である。

空気調和機１０は、圧縮機１１と、この圧縮機１１の吐出口に連結された吐出配管１２と、吐出配管１２に連結された四方弁１３と、四方弁１３に連結された室内熱交換器１４と、室内熱交換器１４に連結された電子膨張弁１５と、電子膨張弁１５に連結された室外熱交換器１６と、室外熱交換器１６に四方弁１３を介して連結された吸込配管１７と、吸込配管１７に連結されたアキュムレータ１９とを順次備え、吸込配管１７上であり、アキュムレータ１９入口に設けられたヒータ（冷媒加熱手段）１８を有し、アキュムレータ１９は圧縮機１１の吸込口へと連結されている。

空気調和機１０は、四方弁１３を切り替えることにより冷媒の流れの方向を逆にすることが可能に構成されている。

圧縮機１１の吐出口には、圧縮機１１からの吐出温度ＴＤを計測する吐出温度センサ２０が設けられている。

電子膨張弁１５と室外熱交換器１６の間であり、室外熱交換器１６の入口には、室外熱交換器１６の入口蒸発温度ＴＥを計測する蒸発温度センサ２１が設けられている。

圧縮機１１の吸入口側であり、ヒータ１８とアキュムレータ１９の間には、圧縮機１１への吸込温度ＴＳを計測する吸込温度センサ２２が設けられている。

空気調和機１０は、吐出温度センサ２０、蒸発温度センサ２１及び吸込温度センサ２２からの温度情報の受信が可能な制御器３０が設けられている。

制御部３０は、吐出温度センサ２０からの吐出温度ＴＤ情報と、蒸発温度センサ２１からの蒸発温度ＴＥ情報及び吸込温度センサ２２からの吸込温度ＴＳ情報とを受信し、それらの温度情報に基づいて電子膨張弁１５の開度を制御することが可能に構成されている。

このように構成された空気調和機１０は、次のようにして運転が行われる。すなわち、暖房運転時、吸込温度センサ２２からの吸込温度ＴＳ情報と蒸発温度センサ２１からの蒸発温度ＴＥ情報とが制御部３０へ送信され、吸込温度ＴＳと蒸発温度ＴＥの差である過熱度ＳＨ値（ＳＨ＝ＴＳ−ＴＥ）が一定になるよう制御部３０により電子膨張弁１５の開度が制御される。

通常の暖房運転時は、ＳＨ値は室外熱交換器１６の機能を十分に得るために過熱度設定値ＳＨ１＝ＴＳ１−ＴＥ（例えば５℃程度）の設定とし、制御部３０で電子膨張弁１５を制御しながら空気調和機１０が運転される（図２参照）。

暖房能力向上運転時は、ヒータ１８を作動させ、過熱度設定値をＳＨ２＝ＴＳ２−ＴＥ＞ＳＨ１と変更する。これにより、制御部３０は電子膨張弁１５の開度を蒸発圧力が高くなり過ぎないように制御する。また、室外熱交換器１６の機能を十分に得られ、暖房能力が向上される（図２参照）。

なお、ヒータ１８を作動させたまま、過熱度設定値ＳＨ１を維持すると、冷媒は加熱され、電子膨張弁１５の開度が大きくなる。電子膨張弁１５の開度が大きくなると蒸発圧力が高くなり、蒸発温度も上昇する。このため、冷媒の温度と外気の温度との温度差が小さくなり、室外交換機１６の効率が悪くなる。

起動時運転時は、ヒータ１８を作動させ、通常の暖房運転と同じ過熱度設定値ＳＨ１＝ＴＳ１−ＴＥ（例えば５℃）で運転する。この運転により、液バックによる信頼性の悪化も無く、かつ、冷媒循環量が十分に得られるため、起動時の冷凍サイクルの安定が早くなる（図２参照）。

なお、過熱度設定値ＳＨ１としないと、室外熱交換器１６の熱バランスが安定するまでは、液バック運転（ＳＨ３＝ＴＳ３−ＴＥ≦０）となりやすい。そのため、制御部３０は、液バック運転を回避するために電子膨張弁１５の開度を絞り気味にする。しかし、電子膨張弁１５の開度を絞り気味にすると、冷媒循環量が得られず、安定状態に達するまでの時間がかかることとなる。

本実施の形態に係る空気調和機１０によれば、ヒータ１８を用いるとともに、運転状態によって過熱度設定値ＳＨ１及びＳＨ２を切り替え、この過熱度設定値ＳＨ１〜２に基づいて電子膨張弁１５の開度を調節することで、暖房能力向上及び安定運転を行うことが可能となる。

なお、上述した空気調和機１０においては、ヒータ１８を能力制御が可能なものとしてもよい。すなわち、能力制御が可能なヒータを用いると、加熱能力が小さいときに、ＳＨ設定値を小さく設定し制御部３０により電子膨張弁１５を制御する。同様に空気調和機１０は、制御が可能なヒータを用い、加熱能力が大きいときは、ＳＨ設定値を大きく設定し制御部３０により電子膨張弁１５を制御する。これにより、室外熱交換器１６の機能を損なわず、暖房能力を向上することが可能となる。

また、圧縮機１１の運転周波数に応じてＳＨ設定値を制御可能な構成としてもよい。制御部３０は電子膨張弁１５を制御する際、圧縮機１１の運転周波数によりＳＨ設定値を設定し、電子膨張弁１５を制御する。圧縮機１１の運転周波数に応じて、冷媒循環量が変化し、ヒータ１８による温度上昇値が変化する。そこで、圧縮機１１の運転周波数が大きくなる場合は、ＳＨ設定値を小さくする。圧縮機１１の運転周波数が小さくなる場合はＳＨ設定値を大きくする。このＳＨ値の設定により、室外熱交換器１６は機能を損なわず、暖房能力を向上することが可能となる。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る空気調和機４０を示す構成図である。図３中の図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

空気調和機４０は、例えば商用電源等の電源部３１と、電源部３１に接続されインバータ、制御回路及び充電回路等を備えている回路部３２と、回路部３２に接続された蓄電池３３を備えている。

回路部３２は、圧縮機１１、電子膨張弁１５及びヒータ１８に接続されている。ヒータ１８への電力の供給は、主として、蓄電池３３から回路部３２を介してヒータ１８へ供給される。また、室内熱交換器１４には室内熱交換器温度センサ２３が設けられている。

このように構成された空気調和機４０では、圧縮機１１の運転停止時等、空気調和機４０への入力電流が小さいときに、蓄電池３３へ電流を充電する。空気調和機４０を通常運転させるときは、圧縮機１１の運転や電子膨張弁１５の制御には電源部３１からの電流を回路部３２を介し作動させる。一方、ヒータ１８は、蓄電池３３を用いて作動させる。

冷房運転の起動時にヒータ１８を作動させ、室内熱交換器１４の室内熱交換器温度センサ２３にて室内熱交換器１４の温度を計測し、上述した暖房運転時と同様に回路部３２で制御する。

このように、ヒータ１８の電源として、蓄電池３３に圧縮機１１の運転停止時等に充電しておいた電流を使用することができる。したがって、ヒータ１８の電源として、空気調和機４０の電源部３１から電流を得ると、ヒータ１８に投入する電力分が圧縮機１１に投入できなくなり、圧縮機１１で使用できる電力が減ってしまうことを防止できる。このため、蓄電池３３からヒータ１８の作動電流を得ることにより、圧縮機１１への供給電力を最大限に活用できる。圧縮機１１への供給電力を最大限に活用することで、空気調和機４０は高い暖房能力を発揮する運転が可能となる。

また、上述の暖房運転時と同じように、室内熱交換器温度センサ２３で計測した温度情報により電子膨張弁１５を冷房運転時にも制御することにより、冷房運転の立ち上がりを早くすることが可能となる。

本実施の形態に係る空気調和機４０によれば、前述した空気調和機１０と同様に効率の高く安定的な運転が行われるとともに、圧縮機１１への供給電力を最大限に活用することで、高暖房能力を発揮することができる。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、ヒータ（冷媒加熱手段）１８とだけ明記したが、例えばヒータ１８に正特性サーミスタ（例えばＰＴＣヒータ）を用いることでも適用できる。正特性サーミスタを用いることで、正特性サーミスタの自己温度制御性でヒータによる過剰な加熱を抑えることができ、安全な空気調和機を提供できる。

また、ヒータ１８に電磁誘導加熱（例えばＩＨヒータ）を用いることでも適用できる。電磁誘導加熱を冷媒加熱手段とすることにより、吸込配管１７の外部からの熱伝導ではなく、吸込配管１７からの直接加熱が可能となるので、効率的に冷媒過熱が可能となる。電磁誘導加熱を利用するとき、吸込配管１７は銅製でも電磁誘導加熱は可能であるが、吸込配管１７を鉄等で形成したり、吸込配管１７の内部に鉄製の部材を設けたりすることにより、より効果的な加熱が可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機を示す構成図。同空気調和機のＰ−ｈ線図。本発明の第２の実施の形態に係る空気調和機を示す構成図。

符号の説明

１０、４０…空気調和機、１１…圧縮機、１２…吐出配管、１３…四方弁、１４…室内熱交換器、１５…電子膨張弁、１６…室外熱交換器、１７…吸込配管、１８…ヒータ、１９…アキュムレータ、２０…吐出温度センサ、２１…蒸発温度センサ、２２…吸込温度センサ、３０…制御部。

Claims

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張装置及び室内熱交換器が順次接続されて構成された冷凍サイクルと、
暖房運転時に上記室外熱交換器の蒸発温度と、上記室外熱交換器の出口と上記圧縮機を接続する吸込配管の吸込冷媒温度との温度差である過熱度を検出する検出手段と、
この検出手段で検出された上記過熱度が所定の制御目標値となるように上記膨張装置の開度を制御する制御手段と、
上記吸込配管に設けられた冷媒加熱手段とを備え、
上記制御手段は、上記冷媒加熱手段による加熱時及び非加熱時とで上記制御目標値を異ならせることを特徴とする空気調和機。
上記冷媒加熱手段は加熱能力が変更可能であり、その加熱能力に応じて上記過熱度の制御目標値を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
上記圧縮機はインバータで駆動され、上記圧縮機の運転周波数に応じて上記過熱度の制御目標値を異ならせることを特徴とする請求項１、２に記載の空気調和機。
上記冷媒加熱手段は蓄電池により電力が供給されることを特徴とする請求項１、２及び３に記載の空気調和機。