JP2008157584A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】分流器での分流が不安定になることに起因した問題が発生するのを抑制すると共に、快適性を向上させる。
【解決手段】本発明の空気調和機では、ユーザにより設定された室内温度の目標温度及び室温センサで検出される温度に拘わらず、圧縮機は、最低運転周波数（Ｆｍｉｎ）よりも大きい起動周波数（Ｆａ）で起動され、圧縮機起動時から第１所定時間（Ｔａ）が経過するまで起動周波数で維持される。また、圧縮機起動時から第１所定時間が経過した後において目標温度及び室内温度に基づいて導出される必要周波数（Ｆｃ）が起動周波数よりも小さい場合には、第２所定時間（Ｔｂ）が経過する度に、圧縮機の運転周波数が必要周波数に周波数減速幅（Ｆｂ）だけ近づくように変更される。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の分流冷媒経路を含む室内熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。

空気調和機の室内機は冷房運転時に蒸発器となる室内熱交換器を備えている。この室内熱交換器としては、熱交換効率を向上させるために、２つの分流冷媒経路を含むものがあり、冷房運転時に室外機から流れてきた冷媒は分流器によって室内熱交換器の２つの分流冷媒経路に分けられる（例えば、特許文献１参照）。また、能力可変型の圧縮機を搭載した空気調和機では、室内温度の目標温度と室内機の周辺温度との差に基づいて圧縮機の運転周波数が制御される。
特開２０００−２６６４２７号公報

ここで、室内機の周辺温度が室内温度の目標温度に近くなると、圧縮機の起動及び停止が繰り返される場合があるが、このとき、通常、圧縮機は最低能力域の運転周波数で起動することになる。そのため、室内熱交換器に流入する冷媒循環量が十分に確保できず、２つの分流冷媒経路のうちの一方の分流冷媒回路に流れる冷媒の循環量が一時的に不足し、分流器での分流が不安定になってしまう。このように、分流器での分流が不安定になると、冷媒循環量が不足した分流冷媒経路を流れる冷媒が過熱域となり、熱交換器の一部が吸い込み空気の露点温度を超え、この湿度の高い空気がファン表面に結露し、やがては水滴が室内機の外に吹き出されることになる。また、分流器での分流が不安定になることで、分流した冷媒が合流する際に異音が発生し、ユーザが不快に感じることがある。

上記の問題を解消するためには、圧縮機の最低運転周波数を引き上げることで起動時から十分な冷媒循環量を確保することが考えられる。しかしながら、この場合には、圧縮機は常に一定以上の能力で運転されることになり、室内機の周辺温度が目標温度近傍である場合には、冷媒循環量が必要な能力に対して過大となることが多く、結果的に圧縮機の起動及び停止の頻度を増加させることになる。そのため、目標温度に対する安定性を損ない、快適性の観点で問題となってしまう。

そこで、本発明の主な目的は、分流器での分流が不安定になることに起因した問題が発生するのを抑制すると共に、快適性を向上させることができる空気調和機を提供することである。

第１の発明に係る空気調和機は、複数の分流冷媒経路を含む室内熱交換器を有する少なくとも１つの室内機と、室外熱交換器、圧縮機及び減圧機構を有する室外機とを備えた空気調和機であって、予め設定された室内温度の目標温度及び前記室内機の周辺温度に基づいて前記圧縮機の運転周波数を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記目標温度及び前記室内機の周辺温度に拘わらず、最低運転周波数よりも大きい起動周波数で起動し且つ圧縮機起動時から所定時間が経過するまで前記起動周波数で維持されるように前記圧縮機の運転周波数を制御することを特徴としている。

この空気調和機では、室内温度の目標温度及び室内機の周辺温度に拘わらず、圧縮機は最低運転周波数よりも大きい起動周波数で起動され、圧縮機起動時から所定時間が経過するまで起動周波数で維持される。そのため、圧縮機起動時の室内機の周辺温度が目標温度近傍である場合でも、圧縮機起動時の冷媒循環量を十分に確保できるので、室内熱交換器の複数の分流冷媒経路の入口側の分流器での分流が不安定になるのが抑制される。従って、分流器での分流が不安定になることに起因する室内機からの水滴の吹き出しや異音の発生を抑制することができると共に、快適性を向上させることができる。

第２の発明に係る空気調和機は、第１の発明に係る空気調和機であって、前記目標温度及び前記室内機の周辺温度に基づいて導出される前記圧縮機の必要周波数が前記起動周波数よりも小さい場合には、前記制御手段は、圧縮機起動時から前記所定時間が経過するまで前記起動周波数で維持した後で前記必要周波数に近づくように前記圧縮機の運転周波数を制御することを特徴としている。

この空気調和機では、圧縮機起動時から所定時間が経過した後において目標温度及び室内機の周辺温度に基づいて導出される必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機の運転周波数が起動周波数から必要周波数に近づくように制御される。従って、圧縮機起動時において分流器での分流が安定した後は、圧縮機の運転周波数の制御が通常の制御に変更されることで、目標温度に対する安定性を損なうことはなく、快適性を向上させることができる。

第３の発明に係る空気調和機は、第２の発明に係る空気調和機であって、前記制御手段は、前記起動周波数から前記必要周波数に段階的に近づくように前記圧縮機の運転周波数を制御することを特徴としている。

この空気調和機では、圧縮機起動時から所定時間が経過した後において目標温度及び室内機の周辺温度に基づいて導出される必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機の運転周波数が起動周波数から必要周波数に段階的に近づくように制御される。従って、快適性をさらに向上させることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、室内温度の目標温度及び室内機の周辺温度に拘わらず、圧縮機は最低運転周波数よりも大きい起動周波数で起動され、圧縮機起動時から所定時間が経過するまで起動周波数で維持される。そのため、圧縮機起動時の室内機の周辺温度が目標温度近傍である場合でも、圧縮機起動時の冷媒循環量を十分に確保できるので、室内熱交換器の複数の分流冷媒経路の入口側の分流器での分流が不安定になるのが抑制される。従って、分流器での分流が不安定になることに起因する室内機からの水滴の吹き出しや異音の発生を抑制することができると共に、快適性を向上させることができる。

第２の発明では、圧縮機起動時から所定時間が経過した後において目標温度及び室内機の周辺温度に基づいて導出される必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機の運転周波数が起動周波数から必要周波数に近づくように制御される。従って、圧縮機起動時において分流器での分流が安定した後は、圧縮機の運転周波数の制御が通常の制御に変更されることで、目標温度に対する安定性を損なうことはなく、快適性を向上させることができる。

第３の発明では、圧縮機起動時から所定時間が経過した後において目標温度及び室内機の周辺温度に基づいて導出される必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機の運転周波数が起動周波数から必要周波数に段階的に近づくように制御される。従って、快適性をさらに向上させることができる。

以下、本発明に係る空気調和機の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図である。図２は、図１の室内熱交換器の部分斜視図である。

空気調和機１０は、室内熱交換器１を有する室内機１０ａと、室外熱交換器２、圧縮機３及び電動膨張弁４を有する室外機１０ｂとを備えている。図１の冷媒回路図では、インバータによって圧縮能力可変に制御される圧縮機３の吐出側と吸入側との間に、四路切換弁５の１次ポートが接続されている。そして、四路切換弁５の２次ポートの間に、第１ガス管６、室外熱交換器２、第１液管７、電動膨張弁４、第２液管８、室内熱交換器１、第２ガス管９が順に接続されている。ここで、四路切換弁５を実線方向に切り換えることにより、室外熱交換器２を凝縮器として機能させるとともに室内熱交換器１を蒸発器として機能させることで冷房運転を行うことができる。一方、四路切換弁５を破線方向に切り換えることにより、室外熱交換器２を蒸発器として機能させるとともに室内熱交換器１を凝縮器として機能させることで暖房運転を行うことができる。

室内熱交換器１は、前面側熱交換器１１と背面側熱交換器１２とを逆Ｖ字状に連結して構成されている。第２液管８の端部に背面側熱交換器１２が接続されており、単一の冷媒経路２４は背面側熱交換器１２の下側部から上側部へ向かう経路であり、分流器１３に接続されている。室内熱交換器１の冷媒回路は、分流器１３から２つの分流冷媒経路つまり第１分流冷媒経路２１及び第２分流冷媒経路２２に分岐している。第１分流冷媒経路２１は、主として前面側熱交換器１１の中間部から上側部を通り、再び中間部に戻る経路である。一方、第２分流冷媒経路２２は、前面側熱交換器１１の中間部から下側部を通り、再び中間部に戻る経路である。そして、分流冷媒経路２１、２２は、前面側熱交換器１１の中間部において合流器１４で合流する。合流器１４には、第２ガス管９に接続されている。

次に、本実施の形態の空気調和機１０の制御ユニットの構成について、図３を参照して説明する。図３は、図１の空気調和機の制御ユニットの構成を示すブロック図である。制御ユニット３０は、運転設定記憶部３１と、制御部３２と、起動周波数タイマー３３と、周波数減速タイマー３４とを有している。また、制御ユニット３０には、ユーザが種々の操作を行うためのリモートコントローラ４１（以下、リモコン４１と記載する）と、室内機１０ａに配置された室温センサ４２と、室外機１０ｂに配置された圧縮機３とがそれぞれ接続されている。

運転設定記憶部３１は、空気調和機１０に関する種々の運転設定を記憶するものである。ここで、運転設定には、ユーザによってリモコン４１が操作されることで設定されるものと、空気調和機１０に対して予め設定されたものとがある。具体的には、本実施の形態の空気調和機１０では、運転設定記憶部３１に記憶される運転設定には、リモコン４１でユーザによって設定された室内温度の目標温度（設定温度）と、圧縮機３の最低運転周波数（Ｆｍｉｎ（例えば１４Ｈｚ））と、圧縮機起動時の起動周波数（Ｆａ（例えば４８Ｈｚ））と、圧縮機３の運転周波数が起動周波数に維持される第１所定時間（Ｔａ（例えば６０秒））と、圧縮機起動時から第１所定時間が経過した後において目標温度と室内温度との差に基づいて検知される必要な周波数が起動周波数よりも小さい場合に、圧縮機３の運転周波数が変更されるときの運転周波数の減速幅（Ｆｂ（例えば５Ｈｚ））及び時間幅である第２所定時間（Ｔｂ（例えば２０秒））とが含まれる。

制御部３２は、圧縮機３の運転周波数を制御するものであり、必要周波数検知部３５を有している。つまり、必要周波数検知部３５は、運転設定記憶部３１に記憶された目標温度と室温センサ４１で検出された温度との差に基づいて、そのときに必要な能力に対応した圧縮機３の運転周波数（必要周波数）を検知する。すると、制御部３２は、必要周波数検知部３５で検知された必要周波数に近づくように圧縮機３の運転周波数を制御する。

起動周波数タイマー３３は、圧縮機３の運転周波数が起動周波数に維持される時間を計測するものであり、圧縮機起動時に計測を開始する。そして、起動周波数タイマー３３での計測時間が第１所定時間になるまでは、圧縮機３の運転周波数が変更されずに維持される。その後、起動周波数タイマー３３での計測時間が第１所定時間になった後において必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機３の運転周波数が起動周波数から周波数減速幅だけ小さい周波数に変更される。

周波数減速タイマー３４は、圧縮機起動時から第１所定時間になった後において、圧縮機３の運転周波数が変更された場合に変更後の運転周波数に維持される時間を計測するものであり、運転周波数が変更されたときに計測を開始する。そして、周波数減速タイマー３４での計測時間が第２所定時間になるまでは、圧縮機の運転周波数が変更されずに維持される。その後、周波数減速タイマー３４での計測時間が第２所定時間になった後において必要周波数がそのときの周波数よりも小さい場合には、さらに圧縮機３の運転周波数がそのときの運転周波数から周波数減速幅だけ小さい周波数に変更される。

次に、本実施の形態の空気調和機１０の起動時における動作手順について、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態の空気調和機の起動時における動作手順を示すフローチャートである。ここでは、圧縮機起動時から第１所定時間が経過した後において必要周波数が起動周波数よりも小さい場合について説明する。

まず、ユーザによってリモコン４１に対して冷房運転開始の操作が行われると（ステップＳ１）、圧縮機３は起動周波数（Ｆａ）で起動する（ステップＳ２）。そして、圧縮機３の起動と同時に、起動周波数タイマー３３での計測が開始される（ステップＳ３）。その後、冷房運転の停止指示または圧縮機運転の停止指示があったか否かが判断される（ステップＳ４）。ここで、冷房運転の停止指示がある場合とは、例えばユーザによってリモコン４１に対して冷房運転停止の操作が行われた場合であり、圧縮機運転の停止指示がある場合とは、例えば室内機１０ａの周辺温度が室内温度の目標温度に到達した場合である。

ここで、冷房運転の停止指示または圧縮機運転の停止指示がない場合（Ｓ４：ＮＯ）には、圧縮機起動時から第１所定時間が経過したか否か（起動周波数タイマー３３での計測時間が第１所定時間を経過したか否か）が判断される（ステップＳ５）。そして、圧縮機起動時から第１所定時間が経過した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）は、圧縮機３の運転周波数が必要周波数検知部３５で検知された必要周波数に近づくように、周波数減速幅（Ｆｂ）だけ小さい周波数に変更されると共に、周波数減速タイマー３４での計測が開始される（ステップＳ６）。ここでは、圧縮機起動時から第１所定時間が経過するまでは圧縮機３の運転周波数は起動周波数に維持されていることから、最初の減速では、圧縮機３の運転周波数は起動周波数（Ｆａ）から周波数減速幅（Ｆｂ）だけ小さい周波数（Ｆａ−Ｆｂ）に変更される。

一方、圧縮機起動時から第１所定時間が経過していない場合（Ｓ５：ＮＯ）には、ステップＳ４に戻って、そのときの運転周波数を変更しないで圧縮機３の運転が継続される。

上述したように、圧縮機３の運転周波数が周波数減速幅だけ減速された場合には、その減速された周波数が目標温度及び室内温度に基づいて導出される必要周波数であるか否かが判断される（ステップＳ７）。そして、圧縮機３の運転周波数が必要な能力に対応した必要周波数でない場合（Ｓ７：ＮＯ）には、圧縮機３の運転周波数がその周波数に維持された状態で、冷房運転の停止指示または圧縮機運転の停止指示があったか否かが判断される（ステップＳ８）。

ここで、冷房運転の停止指示または圧縮機運転の停止指示がない場合（Ｓ８：ＮＯ）には、圧縮機３の運転周波数の減速時から第２所定時間が経過したか否か（周波数減速タイマー３４での計測時間が第２所定時間を経過したか否か）が判断される（ステップＳ９）。そして、圧縮機３の運転周波数の減速時から第２所定時間が経過していない場合（Ｓ９：ＮＯ）は、ステップＳ８に戻って、運転周波数を変更しないで圧縮機３の運転が継続される。

一方、圧縮機３の運転周波数の減速時から第２所定時間が経過した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）は、ステップＳ６に戻って、圧縮機３の運転周波数が必要周波数検知部３５で検知された必要周波数に近づくように、さらに周波数減速幅だけ小さい周波数に変更されると共に、周波数減速タイマー３４が０に戻された後で、再度、周波数減速タイマー３４での計測が開始される。

その後、圧縮機３の運転周波数が必要周波数になるまで、上述のステップＳ６〜Ｓ９の処理が繰り返される。ここで、図５は、圧縮機起動時の運転周波数の変化を示す図である。図５では、時刻０において圧縮機３が起動周波数（Ｆａ）で起動され、その後、圧縮機起動時から第１所定時間（Ｔａ）が経過した時刻Ｔ１において周波数減速幅（Ｆｂ）だけ小さい周波数（Ｆａ−Ｆｂ）に変更されている。その後、第２所定時間（Ｔｂ）が経過する度に（時刻Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４において）、周波数減速幅（Ｆｂ）だけ小さい周波数に変更され、時刻Ｔ４において圧縮機３の運転周波数が必要周波数（Ｆｃ）と同じになっている。ただし、周波数減速幅（Ｆｂ）だけ小さい周波数としたときに、必要周波数（Ｆｃ）を下まわる場合は圧縮機３の運転周波数を必要周波数（Ｆｃ）と同じとする。なお、図５では、圧縮機３の最低運転周波数（Ｆｍｉｎ）は、必要周波数（Ｆｃ）とほぼ一致している場合が図示されている。

ところで、ステップＳ４及びステップＳ８において冷房運転の停止指示または圧縮機運転の停止指示があった場合（Ｓ４、Ｓ８：ＹＥＳ）、及び、ステップＳ７において圧縮機３の運転周波数が必要な能力に対応した必要周波数である（Ｓ７：ＹＥＳ）には、圧縮機３の運転が停止される。

以上説明したように、本実施の形態の空気調和機１０では、ユーザにより設定される室内温度の目標温度及び室温センサ４１で検出される温度に拘わらず、圧縮機３は、最低運転周波数（Ｆｍｉｎ）よりも大きい起動周波数（Ｆａ）で起動され、圧縮機起動時から第１所定時間（Ｔａ）が経過するまで起動周波数で維持される。そのため、圧縮機起動時の室内温度が目標温度近傍である場合でも、圧縮機起動時の冷媒循環量を十分に確保できるので、室内熱交換器１の複数の分流冷媒経路２１、２２の入口側の分流器１３での分流が不安定になるのが抑制される。従って、分流器１３での分流が不安定になることに起因する室内機１０ａからの水滴の吹き出しや異音の発生を抑制することができると共に、快適性を向上させることができる。

また、圧縮機起動時から第１所定時間が経過した後において目標温度及び室内温度に基づいて導出される必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機３の運転周波数が必要周波数に段階的に近づくように制御される。従って、圧縮機起動時において分流器１３での分流が安定した後は、圧縮機の運転周波数の制御を通常の制御に変更することで、目標温度に対する安定性を損なうことはなく、快適性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

上述の実施の形態では、圧縮機起動時から第１所定時間後において目標温度及び室内温度に基づいて導出される必要周波数が起動周波数よりも小さい場合には、圧縮機３の運転周波数が必要周波数に段階的に近づくように制御されるが、圧縮機３の運転周波数が必要周波数に（段階的ではなく）一度に変更されてもよい。

本発明を利用すれば、分流器での分流が不安定になることに起因する室内機１０ａからの水滴の吹き出しや異音の発生を抑制することができると共に、快適性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図である。 図１の室内熱交換器の部分斜視図である。 図１の空気調和機の制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図１の空気調和機の起動時における動作手順を示すフローチャートである。 圧縮機起動時の運転周波数の変化を示す図である。

符号の説明

１ 室内熱交換器
２ 室外熱交換器
３ 圧縮機
４ 電動膨張弁
１０ 空気調和機
１０ａ 室内機
１０ｂ 室外機
２１ 第１分流冷媒経路
２２ 第２分流冷媒経路
３０ 制御ユニット
３１ 運転設定記憶部
３２ 制御部
３３ 起動周波数タイマー
３４ 周波数減速タイマー
３５ 必要周波数検知部

Claims (3)

1. 複数の分流冷媒経路（２１、２２）を含む室内熱交換器（１）を有する少なくとも１つの室内機（１０ａ）と、室外熱交換器（２）、圧縮機（３）及び減圧機構（４）を有する室外機（１０ｂ）とを備えた空気調和機（１０）であって、
   予め設定された室内温度の目標温度及び前記室内機（１０ａ）の周辺温度に基づいて前記圧縮機（３）の運転周波数を制御する制御手段（３２）を備え、
   前記制御手段（３２）は、前記目標温度及び前記室内機（１０ａ）の周辺温度に拘わらず、最低運転周波数よりも大きい起動周波数で起動し且つ圧縮機起動時から所定時間が経過するまで前記起動周波数で維持されるように前記圧縮機（３）の運転周波数を制御することを特徴とする空気調和機（１０）。
2. 前記目標温度及び前記室内機（１０ａ）の周辺温度に基づいて導出される前記圧縮機（３）の必要周波数が前記起動周波数よりも小さい場合には、
   前記制御手段（３２）は、圧縮機起動時から前記所定時間が経過するまで前記起動周波数で維持した後で前記必要周波数に近づくように前記圧縮機（３）の運転周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機（１０）。
3. 前記制御手段（３２）は、前記起動周波数から前記必要周波数に段階的に近づくように前記圧縮機（３）の運転周波数を制御することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機（１０）。
   
   
   
   
   
   

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