JP2011052925A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】予熱運転時の圧縮機のロックや損傷を解消することができる信頼性にすぐれた空気調和機を提供する。
【解決手段】暖房用予熱条件が成立すると、圧縮機40を低能力運転してヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房流路を形成しながら室内熱交換器9を温める予熱運転を実行する。このとき、圧縮機40を、初めは低能力より高い能力で運転し、その後、低能力で運転する。
【選択図】図8

Description

この発明は、暖房用の予熱を行う空気調和機に関する。
冷房および暖房が可能なヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた空気調和機では、暖房の使用期、冷媒および室内熱交換器が冷えているため、暖房の立ち上がりが遅いという問題がある。
そこで、タイマーで予め設定された暖房開始時間の前に圧縮機を起動し、これにより室内熱交換器を温める予熱運転を行い、暖房の立ち上がりを速めるようにした空気調和機が知られている(例えば特許文献1)。
特開2001−208393号公報
予熱運転が行われる低外気温時は、圧縮機内部の潤滑油への冷媒溶解度(希釈度)が増加した状態にあり、特に低回転数での起動を行うと圧縮機摺動部への油膜が確保できず、最悪の場合は圧縮機内でメタル接触が起こり、圧縮機にロックや損傷を生じてしまう。
この発明は、上記事情を考慮したもので、その目的は、予熱運転時の圧縮機のロックや損傷を解消することができる信頼性にすぐれた空気調和機を提供することである。
請求項1に係る発明の空気調和機は、圧縮機の吐出冷媒を室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器に通して圧縮機に戻す暖房流路の形成が可能なヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内温度および室外温度に基づく暖房用予熱条件の成立時、前記圧縮機を運転して前記暖房流路を形成しながら前記室内熱交換器を温める予熱運転を実行する第1制御手段と、この予熱運転時、前記圧縮機を、初めは低能力より高い能力で運転し、その後、低能力で運転する第2制御手段と、を備える。
この発明の空気調和機によれば、予熱運転時の圧縮機のロックや損傷を解消することができ、信頼性が向上する。
この発明の一実施形態における室内機の外観斜視図。 一実施形態における室内機の内部の構成を断面して示す図。 一実施形態におけるヒートポンプ式冷凍サイクルの構成および圧縮機の2シリンダ運転を示す図。 一実施形態における圧縮機の1シリンダ運転を示す図。 一実施形態における室内機の制御回路を示すブロック図。 一実施形態におけるリモコンを示す図。 一実施形態における室外機の制御回路を示すブロック図。 一実施形態の動作を説明するためのフローチャート。 一実施形態における予熱運転域を示す図。 一実施形態における予熱運転時の圧縮機の運転オン,オフおよび電子膨張弁の開度変化を示す図。
以下、この発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1に室内機の外観を示し、図2に室内機の内部を断面して示す。
1は室内機で、前面が側面視で湾曲成され外郭を構成する前面パネル1Aと、内部に収納される部品を配置する後本体1Bとから構成される。前面パネル1Aの上面には上面吸込口2が設けられ、前面パネル1Aの前面には下部を残して前面吸込口3が設けられ、前面パネル1Aの前面下部には吹出口4が開口される。上面吸込口2にはグリル5が嵌め込まれていて、上面吸込口2は常時開放状態にある。前面パネル1Aの前面部は、ここでは図示しない上端部のヒンジ部を介して後本体前面上端に回動自在に開閉支持される。したがって、前面パネル1Aの下端部は後本体に対して開閉可能である。
上記前面パネル1Aの前面に設けられる前面吸込口3は、パネル開閉機構Kを介して取付けられる可動パネル6によって開閉される。すなわち、可動パネル6は、パネル開閉機構Kの作動に基づく前方への突出により開いて室内空気の吸込み流路を形成し、その吸込み流路を突出位置からの復帰により閉塞する。また、可動パネル6は、後述の表示ユニット20と対応する部位に透過表示部6aを有する。この透過表示部6aは、表示ユニット20と共に表示手段を構成するもので、光を通す部材で形成されており、表示ユニット20の表示を室内機1の前方側に透過表示する。
室内機1の内部には、前側熱交換器部9Aと後側熱交換器部9Bとを略逆V字状に屈曲してなる室内熱交換器9が配置される。前側熱交換器部9Aは、前面パネル1Aおよび可動パネル6と対応する位置に湾曲状に形成される。後側熱交換器部9Bは、上面吸込口2と対応する位置に傾斜して設けられる。
前側熱交換器部9Aの前面側には、電気集塵機10が取付けられる。この電気集塵機10は、本来の集塵動作に加え、オゾン発生装置としても動作する。室内熱交換器9と前面吸込口3および上面吸込口2との間に亘りフィルタ11が介在される。前面パネル1Aを可動パネル6ごと開放すれば、フィルタ11を室内機1に対し容易に挿脱できる。なお、図示していないが、フィルタ11に付着した塵埃を自動的に清掃する清掃ユニットが設けられている。
室内熱交換器9の前後側室内熱交換器9A,9Bの相互間に、かつ上記吹出口7と対向する位置に、室内ファン12が設けられる。この室内ファン12は、いわゆる横流ファンで、室内熱交換器9の幅方向寸法と略同一の軸方向寸法を有し、室内熱交換器9を通して室内空気を循環させる。前側熱交換器部9Aの下端部は前ドレンパン13a上に載り、後側熱交換器部9Bの下端部は後ドレンパン13b上に載って、それぞれの熱交換器から滴下するドレン水を受け、外部に排水できる。前後ドレンパン13a,13bの一部側壁外面は室内ファン12に近接した位置に設けられ、室内ファン12に対するノーズnを構成する。このノーズnを構成する前後ドレンパン13a,13bの側壁部分と、吹出口4の各辺部との間は、隔壁部材14によって連結される。この隔壁部材14で囲まれる空間が、ノーズnと吹出口4とを連通する吹出通風路15となる。この吹出通風路15の終端部に開口する上記吹出口4には、上下ルーバ7Aと左右ルーバ7Bが設けられる。ここでは1枚の上下ルーバ7A上に、互いに作動機構を介して連結される複数枚の左右ルーバ7Bが支持される。上下ルーバ7Aおよび左右ルーバ7Bとも、それぞれ図示しない駆動機構と駆動源を介して機械的に連結される。
このような構成の室内機1および室外機(図示しない)に、図3に示すヒートポンプ式冷凍サイクルが搭載される。40は2シリンダ型の圧縮機で、2つのシリンダ41,42を有する。暖房時、この圧縮機40から吐出される冷媒が四方弁43を通って上記室内熱交換器9に流れ、その室内熱交換器9を経た冷媒が電子膨張弁(パルスモータバルブ;PMV)44を介して室外熱交換器45に流れる。室外熱交換器45を経た冷媒は、四方弁43およびアキュームレータ47を介してシリンダ41に吸込まれるとともに、アキュームレータ47を経た冷媒の一部が切換弁48およびバッファタンク49を介してシリンダ42に吸込まれる。すなわち、暖房流路が形成される。なお、室外熱交換器45の近傍に室外ファン46が設けられている。
冷房時は、四方弁43が反転作動することにより、破線矢印で示すように、圧縮機40から吐出される冷媒が四方弁43を通って室外熱交換器45に流れ、その室外熱交換器45を経た冷媒が電子膨張弁44を介して室内熱交換器9に流れる。室内熱交換器9を経た冷媒は、四方弁43およびアキュームレータ47を介してシリンダ41に吸込まれるとともに、アキュームレータ47を経た冷媒の一部が切換弁48およびバッファタンク49を介してシリンダ42に吸込まれる。すなわち、冷房流路が形成される。
切換弁48は、圧縮機40の2シリンダ運転に際して図示のようにアキュームレータ47とバッファタンク49とを結ぶ冷媒流路を形成し、圧縮機40のシリンダ42が空転状態となる1シリンダ運転に際しては、図4に示すように、アキュームレータ47とバッファタンク49とを結ぶ冷媒流路を遮断しつつ、圧縮機40の吐出冷媒の一部がシリンダ42に戻る冷媒流路を形成する。
一方、室内熱交換器9の一側部は室内機1の側面板と間隙を存して配置され、この間隙に電気部品箱16が配置される。この電気部品箱16に、図5に示す室内基板50、送受光基板70、および表示基板80が収容される。
室内基板50は、商用交流電源ACに接続され、その商用交流電源ACの交流電圧を電源スイッチ51を介して電源回路52に取込むとともに、商用交流電源ACの交流電圧をパワーリレー53を介して室外機の室外基板200に送出する。電源回路52は、取込まれた交流電圧を降圧および整流し、それを当該室内基板50、送受光基板70、および表示基板80の動作用電圧として出力する。
そして、室内基板50に、室内制御部(MCU)60、駆動回路61,62,63,64,65、およびシリアル回路66が搭載される。室内制御部60は、シリアル回路66を介した室外基板200とのデータ送受信により、室外基板200上の後述する室外制御部203と共に、当該空気調和機の全体を制御する。駆動回路61は、上記上下ルーバ7A、左右ルーバ7B、および可動パネル6を駆動する。駆動回路62は、上記電気集塵機10およびフィルタ11を駆動する。駆動回路63は、送受光基板70上の送受光ユニット71を駆動する。駆動回路64は、表示基板80上の表示ユニット20を駆動する。駆動回路65は、上記室内ファン12のファンモータ12Mを可変速駆動する。
また、室内制御部60に、センサ群67、パネル検知器68、およびフィルタ検知器69が接続されている。センサ群67は、室内温度TAを検知する室内温度センサ、室内熱交換器9の温度TCを検知する熱交換器温度センサ、室内熱交換器9から流出する冷媒の温度TCJを検知する冷媒温度センサ、室内湿度を検知する室内湿度センサなどを含む。パネル検知器68は、可動パネル6の開閉を検知する。フィルタ検知器69は、フィルタ11の挿脱を検知する。
上記送受光ユニット71は、リモートコントロール式の操作器(リモコンという)100から発せられる操作用の赤外線光を受光するとともに、リモコン100に対するデータ送信用の赤外線光を発する。
リモコン100は、図6に示すように、液晶表示部101、温度調節釦102、自動釦103、冷房釦104、停止釦105、除湿釦106、暖房釦107、気流釦108、および開閉カバー(図示しない)の内側の操作面110を有する。この操作面110には、運転停止までの時間を設定するための切タイマー釦111、情報案内用の“おしえて”釦112、上下風向・左右風向を切換えるための風向釦113、電気集塵機10の運転を設定するための空気清浄釦114、吹出風量を設定するための風量釦115、上下ルーバ7Aの揺動を設定するためのスイング釦116、一日のうち例えば朝のみ、夜のみ、朝と夜などの暖房用の予熱運転モードを設定するための予熱釦117、運転停止の予約時間(時刻)を設定するためのタイマー切り釦118、運転開始の予約時間(時刻)を設定するためのタイマー入り釦119、これら予約時間(時刻)を確定するための予約釦120、メニュー釦121、および取消釦122が設けられている。
タイマー入り釦119による運転開始の予約時間(時刻)については、冷房、除湿、送風、暖房のそれぞれの運転について、設定することができる。また、予熱釦117による予熱運転時間の設定は、予熱釦117により、朝のみ、夜のみ、朝と夜などの運転モードを設置し、メニュー釦121により、その時間を設定することができる。
一方、図7に示すように、室外機の室外基板200に、電源回路201、室外制御部(MCU)203、駆動回路204,205、インバータ206、駆動回路207,208が搭載されている。電源回路201は、室内基板50から供給される交流電圧を当該室外基板200の動作用電圧に変換して出力する。駆動回路204は、上記電子膨張弁44を駆動する。駆動回路205は、上記切換弁48を駆動する。インバータ206は、上記圧縮機40の圧縮機モータ40Mに対する駆動電圧の出力周波数(運転周波数ともいう)Fを室外制御部203からの指令に応じて制御することにより、圧縮機40を可変速駆動(能力可変運転)する。駆動回路207は、上記四方弁43を駆動する。駆動回路208は、上記室外ファン46のファンモータ46Mを可変速駆動する。
また、室外制御部203に、センサ群209が接続されている。センサ群209は、圧縮機40から吐出される冷媒の温度を検知する吐出冷媒温度センサ、圧縮機40に吸込まれる冷媒の温度を検知する吸込冷媒温度センサ、室外熱交換器45の温度を検知する熱交換器温度センサ、室外温度TOを検知する外気温センサなどを含む。
そして、室内制御部60および室外制御部203は、暖房用の予熱運転に関する主要な機能として、次の(1)〜(5)の手段を有する。
(1)センサ群67の室内温度センサで検知される室内温度TAおよびセンサ群209の外気温センサで検知される室外温度TOに基づく暖房用予熱条件の成立時、圧縮機40を低能力運転(運転シリンダ数を減少)してヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房流路を形成しながら、室内熱交換器9を温める予熱運転を実行する制御手段。
(2)予熱運転時、圧縮機40を、初めは低能力より高い能力で運転し、その後、低能力で運転する制御手段。
(3)予熱運転時、室内ファン12を極低速度運転し、図1に太矢印で示すように、吹出口4から上面吸込口2に至る最短経路で吹出し風が循環するショートサーキットを形成する制御手段。
(4)予熱運転時、その旨を表示ユニット20の表示により報知する制御手段。
(5)予熱運転中にリモコン100の操作による暖房開始の指示を受けたとき、あるいはリモコン100の設定による暖房開始時間になったとき、圧縮機40の能力を増大し、かつ熱交換器温度センサの検知温度TCが設定値TCxに達するまで室内ファン12を低速度運転または停止し、同検知温度TCが設定値TCxを超えたところで室内ファン12の速度を急増して暖房運転に移行する制御手段。
つぎに、図8のフローチャートを参照しながら、動作について説明する。
室内温度センサで検知される室内温度TAが例えば15℃以下、および外気温センサで検知される室外温度TOが例えば10℃以下となり、図9に示す予熱運転域に入ると、暖房用予熱条件が成立したとの判断の下に(ステップ301のYES)、圧縮機40の運転および室外ファン46の運転が開始されるとともに四方弁43が反転されてヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房流路が形成されて、室内熱交換器9を温める暖房用の予熱運転が開始される(ステップ302)。
この予熱運転時、室内ファン12が極低速度運転され、図1に示すように、吹出口4から上面吸込口2に至る最短経路で吹出し風を循環させるためのショートサーキットが形成される。
また、予熱運転中は“予熱中”の文字が表示ユニット20で表示され、その表示が可動パネル6の透過表示部6aを透過する(ステップ303)。室内のユーザーは、透過表示部6aの透過表示を見ることにより、予熱運転が実行されていることを知ることができる。そして、熱運転の開始に伴い、タイムカウントt1が開始される(ステップ304)。
リモコン100の操作による暖房開始の指示がなく、しかもリモコン100の設定操作による暖房開始時間に達していないとき(ステップ305のNO)、タイムカウントt1と設定時間t1xとが比較される(ステップ315のYES)。タイムカウントt1が設定時間t1x未満であれば(ステップ315のNO)、圧縮機40の運転周波数Fが低能力用の運転周波数F1より高い運転周波数F2(>F1)に設定される(ステップ307)。その後、タイムカウントt1が設定時間t1xに達すると(ステップ315のYES)、圧縮機40の運転周波数Fが低能力用の運転周波数F1に低減される(ステップ308)。
予熱運転が行われる低外気温時は、圧縮機40内の潤滑油への冷媒溶解度(希釈度)が増加した状態にあり、特に低回転数での起動を行うと圧縮機40の摺動部への油膜が確保できず、最悪の場合は圧縮機40内でメタル接触が起こり、圧縮機40にロックや損傷を生じる可能性がある。
このような不具合を防ぐため、圧縮機40の起動直後の冷媒溶解度(希釈度)が高い状態では、上記のように運転周波数F2を設定して圧縮機40を低能力より高い能力で運転することにより、圧縮機40の摺動部への油膜を確保することができ、これにより圧縮機40のロックや損傷を未然に防ぐことができる。そして、タイムカウントt1が設定時間t1xに達し、冷媒溶解度(希釈度)が高まる安定状態に入ると、運転周波数F1(<F2)を設定して圧縮機40を低能力で運転することにより、消費電力の低減が図れて、省エネルギー効果を得ることができる。
なお、予熱運転中は、図10に示すように、圧縮機40の運転がオン,オフ(断続)され、かつそのオン,オフに伴って電子膨張弁44の開度が制御されることにより、室内熱交換器9の温度(熱交換器温度センサの検知温度)TCが予め定められた一定範囲に維持される。電子膨張弁44の開度制御に際しては、予熱開始時に先ず初期開度(駆動パルス数;60pls)が設定され、続いて、室内熱交換器9から流出する冷媒の温度TCJ(冷媒温度センサの検知温度)と上記熱交換器温度TCとの差である過熱度(スーパーヒート量)SHが一定値となるよう、開度が増減される。
こうして予熱運転が実行されているとき、リモコン100の操作による暖房開始の指示が発せられると、またはリモコン100の設定操作による暖房開始時間に達すると(ステップ305のYESNO)、圧縮機40の運転周波数F(運転能力)が増大され(ステップ309)、かつ室内ファン12が低速度運転または停止される(ステップ310)。同時に、表示ユニット20での“予熱中”表示が解除されるとともに(ステップ311)、タイムカウントt1がクリアされる(ステップ312)。
このとき、室内熱交換器9の温度TCが設定値TCx以下であれば(ステップ313のYES)、室内ファン12の低速度運転が継続される(ステップ314)。
その後、室内熱交換器9の温度TCが上昇して設定値TCxを超えたところで(ステップ313のNO)、室内ファン12の速度が急激に増大され、暖房運転に移行する(ステップ315)。
こうして、室内熱交換器9の温度TCが十分に上昇した状態で室内ファン12の速度が急激に増大されることにより、暖房用として十分に高い温度の多量の温風が室内に吹出され、立ち上がりの早い快適暖房が実施される。以後、空調負荷(室内温度TAと目標値との差)に応じて圧縮機40の運転周波数F(運転能力)が制御されるとともに、室内ファン12の速度がリモコン操作に応じて調節される。
暖房運転中、リモコン操作による暖房停止の指示が発せられると(ステップ316のYES)、圧縮機40、室外ファン46、および室内ファン12の運転が停止されるとともに、四方弁43が復帰されて、暖房運転が停止される(ステップ317)。
予熱運転中に上記暖房用予熱条件が成立しなくなった場合は(ステップ301のNO)、その時点で予熱運転が禁止される(ステップ318)。この場合も、表示ユニット20での“予熱中”表示が解除される(ステップ319)。
以上のように、暖房用予熱条件が成立すると、圧縮機40を低能力運転しつつヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房流路を形成して室内熱交換器9の温度TCを一定範囲に維持する予熱運転を実行し、その後、暖房開始の指示を受けると、圧縮機40の能力を増大し、かつ熱交換器温度センサの検知温度TCが設定値TCxに達するまで室内ファン12を低速度運転し、同検知温度TCが設定値TCxを超えたところで室内ファン12の速度を急増して暖房運転に移行することにより、急速かつ高風量の暖房が可能となる。
しかも、予熱運転中は、室内機1の吹出口4から上面吸込口2に至る最短経路で吹出し風が循環するショートサーキットを形成するので、温熱が室内機1の周りに徐々に輻射される。この輻射により、暖房効率の向上が図れる。
とくに、圧縮機40の起動直後の冷媒溶解度(希釈度)が高い状態では、圧縮機40を低能力より高い能力で運転することにより、圧縮機40の摺動部への油膜を確保することができ、これにより圧縮機40のロックや損傷を未然に防ぐことができる。起動から設定時間t1xが経過して、冷媒溶解度(希釈度)が高まる安定状態に入ると、圧縮機40を低能力で運転することにより、消費電力の低減が図れて、省エネルギー効果が得られる。
なお、上記実施形態では、室内温度TAが10℃以下でかつ室外温度TOが15℃以下の場合に暖房用予熱条件が成立していると判断したが、リモコン100の設定操作により暖房開始時間が定められている場合には、その暖房開始時間までの残り時間が所定時間内に入ったときにも、暖房用予熱条件が成立していると判断する制御を加えてもよい。
暖房開始時間までの残り時間が所定時間内に入ったときに暖房用予熱条件が成立していると判断して予熱運転に入ることにより、できるだけ最小限の時間で暖房に必要な予熱を完了することができる。無駄な予熱がなくなり、この点でも消費電力の低減が図れる。
また、上記実施形態では、予熱運転時、初めは運転周波数F2を設定して圧縮機40を低能力より高い能力で運転し、その後、運転周波数F1(<F2)を設定して圧縮機40を低能力運転したが、それに加えて、圧縮機40を初めは2シリンダ運転し、その後、1シリンダ運転してもよい。初めの2シリンダ運転により、低温状態にある圧縮機40の温度が素早く上昇して冷媒溶解度(希釈度)が低下し、圧縮機40の摺動部への油膜を確実に確保することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1…室内機、2…上面吸込口、3…前面吸込口、4…吹出口、6…可動パネル、6a…透過表示部、9…室内熱交換器、12…室内ファン、20…表示ユニット、40…圧縮機、41,42…シリンダ、45…室外熱交換器、46…室外ファン、48…切換弁、60…室内制御部、65…駆動回路、100…リモコン、203…室外制御部、206…インバータ

Claims (5)

  1. 圧縮機の吐出冷媒を室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器に通して圧縮機に戻す暖房流路の形成が可能なヒートポンプ式冷凍サイクルと、
    室内温度および室外温度に基づく暖房用予熱条件の成立時、前記圧縮機を運転して前記暖房流路を形成しながら前記室内熱交換器を温める予熱運転を実行する第1制御手段と、
    この予熱運転時、前記圧縮機を、初めは低能力より高い能力で運転し、その後、低能力で運転する第2制御手段と、
    を備えることを特徴とする空気調和機。
  2. 室内空気を前記室内熱交換器に通して循環させる室内ファンと、
    前記予熱運転に続き、前記圧縮機の能力を増大し、かつ前記熱交換器温度センサの検知温度が設定値に達するまで前記室内ファンを低速度運転または停止し、同検知温度が設定値を超えたところで前記室内ファンの速度を急増して暖房運転に移行する制御手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
  3. 前記第1制御手段は、室内温度および室外温度がそれぞれ所定値以下のとき、または予め定められた暖房開始時間までの残り時間が所定時間内のとき、暖房用予熱条件が成立したとの判断の下に、前記圧縮機を運転して前記暖房流路を形成しながら前記室内熱交換器の検知温度を一定範囲に維持する予熱運転を実行する、ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の空気調和機。
  4. 前記暖房開始時間を一日のうち少なくとも2回分設定する機能を有するリモートコントロール式の操作器、をさらに備えることを特徴とする請求項3記載の空気調和機。
  5. 前記圧縮機は、2つのシリンダを有し、
    前記第2制御手段は、予熱運転時、前記圧縮機を、初めは2シリンダ運転し、その後、1シリンダ運転する、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の空気調和機。
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