JP2008202908A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 低外気温条件下での冷房運転時、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力を、冷媒圧縮機の使用制限範囲から逸脱しない範囲に確実に制御し、必要な冷房運転を継続す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。
【解決手段】 設定温度以下での低外気温冷房運転時、外気温を検出して冷媒圧縮機２の回転数を制限範囲に制御するとともに、高圧圧力を検出して室外ファン９の回転数を制限範囲に制御する低外気温制御部１４が設けられる空気調和機１において、低外気温制御部１４は、冷媒圧縮機２の回転数制御のための外気温を、外気温が変化し得る一定時間間隔毎に検出する外気温検出部４０を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低外気温条件下での冷房運転時、外気温を検出して冷媒圧縮機の回転数を制限範囲に制御するとともに、高圧圧力を検出して室外ファンの回転数を制限範囲に制御する低外気温制御部が設けられる空気調和機に関するものである。

空気調和機においては、低外気温条件下で冷房運転が求められる場合がある。かかる低外気温条件下で冷房運転を行うと、室外熱交換器側での凝縮機能が高くなるため、冷凍サイクル側の高圧圧力、低圧圧力が共に低下され、これらの圧力が冷媒圧縮機の使用制限範囲を逸脱し、圧縮機の運転について、信頼性が確保できなくなるおそれがある。
そこで、冷房運転時、外気温が設定温度以下の場合、外気温を検出して冷媒圧縮機の回転数を制限範囲に制御するとともに、高圧圧力を検出して室外熱交換器用ファンの回転数を制限範囲に制御し、圧縮機の運転を使用制限範囲内に保ち、冷房運転を継続できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、低外気温条件下での冷房運転時、高圧圧力の低下を抑制して圧縮機の信頼性を確保するため、外気温を検出して室外ファンをオン／オフ制御するようにしたものが示されており、このようなものにあっては、室外ファンが停止したとき、室外熱交換器付近に設置されている外気温検出センサが輻射熱の影響を受けて、検出温度が高くなってしまうので、この影響が外気温検出に及ぶのを防止するため、外気温補正手段により検出外気温の出力を停止し、ファン停止前の検出温度を擬似出力して、室外ファンの風量を制御するようにしたものが示されている。

特開２００６−２３４３２９号公報 特開２０００−１１１１２０号公報

上記特許文献１に示されたものは、低外気温条件下で冷房運転時、冷凍サイクル側の高圧圧力および低圧圧力が、圧縮機の使用制限範囲を逸脱しないように制御し、圧縮機の運転について、信頼性を確保する手段の１つとして有効である。しかし、室外ファンが低速運転されると、室外熱交換器付近に設置されている外気温センサが室外熱交換器からの輻射熱の影響を受け、実際の外気温とセンサによる検出値との間に乖離が生じ、外気温により制御される圧縮機の回転数が、制限範囲を外れるおそれがあり、十分な保護制御ができないという問題を内包している。

また、特許文献２には、外気温により室外ファンがオン／オフ制御され、送風量が基準送風量以下になったとき、ファン停止前の検出温度を擬似出力することにより、室外熱交換器からの輻射熱の影響を排除するものが示されている。しかし、これは外気温により室外ファンがオン／オフ制御されるものであり、高圧圧力により室外ファン回転数を制限範囲に制御しながら外気温を検出して圧縮機回転数を制限範囲に適切に制御するものとは異なる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低外気温条件下での冷房運転時、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力を、冷媒圧縮機の使用制限範囲から逸脱しない範囲に確実に制御し、必要な冷房運転を継続す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。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気調和機は、冷媒圧縮機と、室外ファンが付設される室外熱交換器と、冷媒減圧用の膨張弁と、室内空調用の室内熱交換器とが順次冷媒配管により接続されて冷凍サイクルが構成され、設定温度以下での低外気温冷房運転時、外気温を検出して前記冷媒圧縮機の回転数を制限範囲に制御するとともに、高圧圧力を検出して前記室外ファンの回転数を制限範囲に制御する低外気温制御部が設けられる空気調和機において、前記低外気温制御部は、前記冷媒圧縮機の回転数制御のための外気温を、外気温が変化し得る一定時間間隔毎に検出する外気温検出部を有することを特徴とする。

本発明によれば、予め定められた低外気温条件下での冷房運転時、低外気温制御部によって、冷媒圧縮機の回転数および室外ファンの回転数をそれぞれ制限範囲に制御することができる。これにより、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力を、冷媒圧縮機の使用制限範囲から逸脱しない範囲に制御することができる。従って、空気調和機を低外気温条件下においても冷媒圧縮機を適正に保護しながら、継続して冷房運転することができる。また、低外気温制御部により、室外ファンが低速運転されると、室外熱交換器付近に設置されている外気温センサが室外熱交換器からの輻射熱の影響を受け、実際の外気温と外気温センサによる検出値との間に乖離が生じ、外気温によって制御される冷媒圧縮機の回転数が、制限範囲を外れるおそれがある。しかるに、本発明では、冷媒圧縮機の回転数制御のための外気温検出を、外気温検出部により外気温が変化し得る一定時間間隔毎に検出するようにしているため、室外熱交換器からの輻射熱の影響で実際の外気温とセンサ検出値との間に温度乖離が生じることに起因する上記の懸念を払拭し、適切に圧縮機保護制御を実行して冷房運転を確実に継続することができる。なお、本発明において、外気温が変化し得る一定時間間隔毎とは、例えば３０分、１時間というような数十分ないし数時間単位の周期的時間間隔であって、急激な気候変動がない限り、大きな温度変化が生じない単位での時間間隔を意味する。

さらに、本発明の空気調和機は、上記の空気調和機において、前記外気温検出部は、前記一定時間間隔毎に、前記室外ファンの回転数を前記室外熱交換器からの輻射熱の影響を受けない回転数に増速した状態で外気温を検出することを特徴とする。

本発明によれば、外気温検出部により外気温を検出する際、室外ファンの回転数を室外熱交換器からの輻射熱の影響を受けない回転数に増速した状態で外気温を検出するようにしているため、外気温センサおよび室外熱交換器を流通する空気の風速を速くし、室外熱交換器からの輻射熱の影響を受けないようにして、外気温を検出することができる。従って、外気温をより正確に検出することができ、適切に圧縮機保護制御を実行することができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上記の空気調和機において、前記外気温検出部は、外気温検出時、前記室外ファンの回転数を増速した状態で所定時間運転した後、外気温を検出することを特徴とする。

本発明によれば、外気温検出時、室外ファンの回転数を増速した状態で所定時間、例えば数十秒間運転した後、外気温を検出するようにしているため、室外熱交換器からの輻射熱の影響を十分に排除した後、外気温を検出することができる。従って、外気温をより正確に検出することができ、より適切に圧縮機保護制御を実行することができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上述のいずれかの空気調和機において、前記外気温検出部は、前記室外ファンの増速運転を、前記室外ファンの高圧圧力検出による回転数制御に優先して行うことを特徴とする。

本発明によれば、外気温検出のための室外ファン増速運転を、高圧圧力検出による室外ファンの回転数制御に優先して行うようにしているため、冷媒圧縮機の保護制御を、冷媒圧縮機の回転数制御によって、優先的にかつ直接的に行うことができる。従って、圧縮機保護制御の信頼性を一段と向上させることができる。

さらに、本発明の空気調和機は、上述のいずれかの空気調和機において、前記外気温検出部は、外気温検出時、前記冷媒圧縮機の回転数を最低回転数とするか、もしくは前記冷媒圧縮機を停止して、外気温を検出することを特徴とする。

本発明によれば、外気温検出時、冷媒圧縮機の回転数を最低回転数とするか、もしくは冷媒圧縮機を停止して、外気温を検出するようにしているため、室外熱交換器自体の温度を低下させ、輻射熱を低減させた状態で外気温を検出することができる。従って、外気温をより正確に検出することができ、信頼性の高い冷媒圧縮機の保護制御を実行することができる。

本発明によると、低外気温条件下で冷房運転時、冷媒圧縮機の回転数および室外ファンの回転数を、それぞれ制限範囲に制御し、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力を、冷媒圧縮機の使用制限範囲から外れない範囲に適切に制御することができるため、空気調和機を低外気温条件下においても継続して冷房運転することができる。また、この際、外気温の検出を、外気温が変化し得る一定時間間隔毎に検出するようにしているため、室外熱交換器からの輻射熱の影響により実際の外気温とセンサ検出値との間に乖離が生じることに起因して、外気温により制御される冷媒圧縮機の回転数が、制限範囲を外れるという懸念を払拭し、適切に冷媒圧縮機の保護制御を実行して、確実に冷房運転を継続することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかる空気調和機の冷凍サイクルを含む概略構成図が示されている。本実施形態にかかる空気調和機１は、冷媒圧縮機２と、室外熱交換器３と、膨張弁４と、室内熱交換器５とが順次冷媒配管６により接続されて構成される冷凍サイクル７を有する。

冷媒圧縮機２は、冷凍サイクル７の低圧側から、低圧低温の冷媒ガスを吸い込み、高温高圧に圧縮して室外熱交換器３側へと吐出するものであり、インバータ８を介して回転数が連続的に可変駆動される密閉型電動圧縮機が用いられる。室外熱交換器３は、冷媒圧縮機２から供給される高温高圧の冷媒ガスと外気とを熱交換させて、冷媒を凝縮液化するプレートフィンアンドチューブ型熱交換器により構成され、外気を送風する室外プロペラファン９およびそれを駆動する室外ファンモータ１０が付設される。室外ファンモータ１０は、ファンタップ１１を備え、速度が例えば７段階に調節可能とされるものである。

膨張弁４は、室外熱交換器３から供給される高圧の液冷媒を断熱膨張させて低温低圧の気液二相冷媒とするものであり、ステッピングモータにより駆動される電動式の膨張弁が用いられる。室内熱交換器５は、膨張弁４を経て導入される低温低圧の気液二相冷媒と空調する室内の空気とを熱交換させ、冷媒を蒸発させることにより室内空気を冷却するプレートフィンアンドチューブ型熱交換器により構成され、室内空気を循環流通させるクロスフローファン１２が付設される。

上記の空気調和機１は、冷媒圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒ガスを室外熱交換器３で外気と熱交換させて凝縮液化させ、この液冷媒を膨張弁４で断熱膨張させて低温低圧の気液二相冷媒とし、室内熱交換器５に導入する。この冷媒を室内熱交換器５で室内空気と熱交換させ、室内空気から吸熱させて蒸発ガス化させることにより、低温低圧の冷媒ガスとし、冷媒圧縮機２に吸入させる。そして、冷媒と熱交換されて冷却された室内空気をクロスフローファン１２を介して室内に吹き出すことにより、室内を冷房運転するように作動される。

空気調和機１には、該空気調和機１を上記のように作動させ、冷房運転により室内を設定温度に冷房する制御装置１３が付帯されている。この制御装置１３には、さらに外気温が設定温度、例えば２２℃以下での低外気温時に冷房運転（低外気温冷房運転）されるときに、外気温を検出して冷媒圧縮機２の回転数を、インバータ８を介して制限範囲に制御するとともに、高圧圧力を検出して室外プロペラファン９の回転数を制限範囲に制御する低外気温制御部１４が設けられる。また、室外熱交換器３の近傍には、外気温を検出するための外気温センサ１５が設けられ、室外熱交換器３には、その熱交換チューブの温度を検出する室外熱交温度センサ１６が設けられ、これら外気温センサ１５および室外熱交温度センサ１６の検出値は、それぞれ低外気温制御部１４に入力されるようになっている。

外気温センサ１５は、図２に示されるように、冷媒圧縮機２、室外熱交換器３、室外プロペラファン９、室外ファンモータ１０、および制御装置１３が内蔵されて構成される室外ユニット１７において、室外熱交換器３の近傍に設置される。室外ユニット１７は、一般にユニット背面に設けられる空気吸込み口に対面して室外熱交換器３が配置され、その内部側に室外プロペラファン９および室外ファンモータ１０が配設されており、室外プロペラファン９により空気吸込み口から室外熱交換器３を通過させて吸込んだ外気をユニット前面の吹出し口から吹出し、外気と冷媒とを熱交換させるように構成される。このような構成の室外ユニット１７において、外気温センサ１５は、室外熱交換器３の空気吸込み側にあって、ユニット背面の外面側に空気吸込み口に面して（図２（Ｂ）を参照）設けられる。

低外気温制御部１４には、低外気温冷房運転時に、高圧圧力および低圧圧力を冷媒圧縮機２の使用制限範囲に制御するため、高圧圧力を検出して室外プロペラファン９の回転数を制限範囲に制御する室外ファン制御部２０と、外気温を検出して冷媒圧縮機２の回転数を制限範囲に制御する圧縮機回転制御部３０と、冷媒圧縮機２の回転数を制御のため、外気温が変化し得る一定時間間隔毎に外気温を検出する外気温検出部４０とが設けられる。なお、外気温が変化し得る一定時間間隔毎とは、例えば３０分、１時間というような数十分ないし数時間単位の周期的時間間隔であって、急激な気候変動がない限り、大きな温度変化が生じない単位での時間間隔を意味するものである。

室外ファン制御部２０は、図３（Ａ）に示されるように、外気温センサ１５の検出温度ＴＯが所定時間継続してＯＮレベルＴ１（本例では、上記の通り２２℃以下）となったとき、即時室外ファンモータ１０のファンタップ１１を低速域（例えば、外気温がｔ１以下の場合は１速、ｔ１以上の場合は２速）に切り換えられる。この状態を所定時間保持した後、室外熱交温度センサ１６の検出値である室外熱交換器３の温度からその飽和圧力として高圧圧力を検出し、以後、図３（Ａ）に示されるように、室外熱交温度センサ１６の検出値ＴＯＰＬが、Ｔ３以下の場合は、１速ダウン（但し、下限は１速）、検出値ＴＯＰＬがＴ３〜Ｔ４間の場合は、切り換え時の速度を保持、検出値ＴＯＰＬがＴ４以上の場合は１速アップ（但し、上限は３速）となるように、室外プロペラファン９の回転数を制限範囲に制御し、高圧圧力および低圧圧力が冷媒圧縮機２の使用制限範囲を逸脱しないように制御される。外気温センサ１５の検出温度ＴＯが、図３（Ａ）に示されるＯＦＦレベル（Ｔ２）以上になると、本制御は解除される。
なお、本実施形態では、室外熱交温度センサ１６の検出温度から飽和圧力として高圧圧力を検出しているが、高圧圧力センサを設け、直接高圧圧力を検出して制御することを妨げるものではない。

上記圧縮機回転制御部３０は、図３（Ｃ）に示されるように、外気温センサ１５の検出温度ＴＯが所定時間継続して上記第１のＯＮレベルＴ１となったとき、冷媒圧縮機２に対する指令回転数が、上限Ｂｒｐｓ、下限Ｄｒｐｓを超えた場合、該指令回転数を、強制的に上限をＢｒｐｓ、下限をＤｒｐｓに制限する。さらに外気温が低下し、第２のＯＮレベルＴ５となったときは、強制的に上限がＡｒｐｓ（＜Ｂｒｐｓ）、下限がＣｒｐｓ（≧Ｄｒｐｓ）に制限される。こうして、冷媒圧縮機２の回転数を制限範囲に制御し、高圧圧力および低圧圧力が冷媒圧縮機２の使用制限範囲を逸脱しないように制御される。外気温センサ１５の検出温度ＴＯが、図３（Ｃ）に示されるように、第２のＯＦＦレベル（Ｔ６）になると、第１のＯＮレベルに戻され、さらに第１のＯＦＦレベル（Ｔ２）以上になると、本制御は解除される。

また、上記外気温検出部４０は、圧縮機回転制御部３０により外気温を検出して冷媒圧縮機２の回転数を制限範囲に制御する間、外気温の検出を、外気温が変化し得る一定時間間隔毎、例えば１時間に１回、室外プロペラファン９を３速で３０秒間運転した後に検出するようにし、室外熱交換器３からの輻射熱の影響により、室外熱交換器３付近に設置されている外気温センサ１５の検出値と、実際の外気温との間に温度乖離が生じることがないようにしている。この際における室外プロペラファン９の運転は、上記した室外ファン制御部２０による低外気温冷房保護制御に優先して実行される。

しかして、以上説明の本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
冷房運転時に、外気温が低下し、２２℃以下になると、低外気温冷房運転となり、低外気温制御部１４が作動される。これによって、室外プロペラファン９は、室外熱交温度センサ１６の検出値ＴＯＰＬに基づき、高圧圧力が冷媒圧縮機２の使用制限範囲を満足させるように、１速ないし３速の間の制限された範囲に制御される。一方、冷媒圧縮機２の回転数は、外気温センサ１５の検出値ＴＯに基づいて、上限Ｂｒｐｓないし下限Ｄｒｐｓまたは上限Ａｒｐｓないし下限Ｃｒｐｓの範囲に強制的に制御され、高圧圧力および低圧圧力が冷媒圧縮機２の使用制限範囲を満足させるように制御される。従って、空気調和機１を低外気温条件下でも冷媒圧縮機２を適正に保護しながら、継続して冷房運転することができる。

また、低外気温冷房運転時、低外気温制御部１４において、室外ファン制御部２０により、室外プロペラファン９が１速、２速の低速で運転されると、室外熱交換器３付近に設置されている外気温センサ１５が室外熱交換器３からの輻射熱の影響を受け、実際の外気温と外気温センサ１５による検出値との間に乖離が生じ、外気温を検出して制御される冷媒圧縮機２の回転数が制限範囲を外れ、高圧圧力および低圧圧力が冷媒圧縮機２の使用制限範囲を逸脱するおそれが生じる。しかるに、本実施形態では、外気温検出部４０によって、外気温の検出を、外気温が変化し得る一定時間間隔毎、例えば１時間に１回検出するようにしているため、室外熱交換器３からの輻射熱の影響により実際の外気温と外気温センサ１５の検出値との間に温度乖離が生じ、これに起因して冷媒圧縮機２の回転数が制限範囲を外れる問題を解消することができる。従って、適切な冷媒圧縮機２の保護制御を実施することができ、冷房運転を確実に継続することができる。

また、外気温センサ１５による外気温検出時、室外プロペラファン９を３速に増速して風速を速くしたうえ、３０秒の時間をおくことによって、室外熱交換器３からの輻射熱の影響を十分に排除した後、外気温を検出するようにしているため、外気温をより正確に検出して冷媒圧縮機２の回転数を制限範囲に制御することができる。
また、低外気温冷房運転時における室外プロペラファン９の運転は、圧縮機回転制御部３０による保護制御が、室外ファン制御部２０による保護制御に優先して実行されるようになっているため、冷媒圧縮機２の保護制御を、冷媒圧縮機２の回転数制御によって、優先的にかつ直接的に行うことができる。従って、冷媒圧縮機保護制御の信頼性を一段と向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、外気温検出部４０により外気温を検出する際、室外プロペラファン９を増速するだけではなく、冷媒圧縮機２の運転も合わせて制御するようにしている点が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、外気温検出部４０による外気温検出時、冷媒圧縮機２の回転数を最低回転数とするか、もしくは冷媒圧縮機２を停止するようにしている。

このように、外気温検出時に、冷媒圧縮機２の回転数を最低回転数とするか、もしくは冷媒圧縮機２を停止することによって、室外熱交換器３自体の温度を低下させることができる。このため、室外熱交換器３からの輻射熱を低減させた状態で、外気温を検出することが可能となる。従って、外気温をより正確に検出し、より信頼性の高い圧縮機保護制御を実行することができる。

なお、本発明は、上記した各実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、冷凍サイクル７は、四方切換弁を備え、冷媒循環方向が切換られ、冷房運転および暖房運転が可能なヒートポンプサイクルであってもよい。また、空気調和機１は、一体型でも、セパレート型でも、あるいは室内熱交換器５およびクロスフローファン１２を備えた室内側ユニットが複数台並列に接続されるマルチ型の空気調和機であってもよい。

本発明の第１実施形態にかかる空気調和機の冷凍サイクルを含む概略構成図である。 本発明の第１実施形態にかかる空気調和機の室外ユニットの斜視図（Ａ）とその部分平面図（Ｂ）である。 本発明の第１実施形態にかかる空気調和機の制御内容の説明図である。

符号の説明

１ 空気調和機
２ 冷媒圧縮機
３ 室外熱交換器
４ 膨張弁
５ 室内熱交換器
６ 冷媒配管
７ 冷凍サイクル
９ 室外プロペラファン
１４ 低外気温制御部
１５ 外気温センサ
１６ 室外熱交温度センサ（高圧圧力センサ）
２０ 室外ファン制御部
３０ 圧縮機回転制御部
４０ 外気温検出部

Claims (5)

1. 冷媒圧縮機と、室外ファンが付設される室外熱交換器と、冷媒減圧用の膨張弁と、室内空調用の室内熱交換器とが順次冷媒配管により接続されて冷凍サイクルが構成され、
   設定温度以下での低外気温冷房運転時、外気温を検出して前記冷媒圧縮機の回転数を制限範囲に制御するとともに、高圧圧力を検出して前記室外ファンの回転数を制限範囲に制御する低外気温制御部が設けられる空気調和機において、
   前記低外気温制御部は、前記冷媒圧縮機の回転数制御のための外気温を、外気温が変化し得る一定時間間隔毎に検出する外気温検出部を有することを特徴とする空気調和機。
2. 前記外気温検出部は、前記一定時間間隔毎に、前記室外ファンの回転数を前記室外熱交換器からの輻射熱の影響を受けない回転数に増速した状態で外気温を検出することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記外気温検出部は、外気温検出時、前記室外ファンの回転数を増速した状態で所定時間運転した後、外気温を検出することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記外気温検出部は、前記室外ファンの増速運転を、前記室外ファンの高圧圧力検出による回転数制御に優先して行うことを特徴とする請求項２または３に記載の空気調和機。
5. 前記外気温検出部は、外気温検出時、前記冷媒圧縮機の回転数を最低回転数とするか、もしくは前記冷媒圧縮機を停止して、外気温を検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空気調和機。
   
   

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