JP2015124958A

JP2015124958A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2015124958A
Application number: JP2013271086A
Authority: JP
Inventors: 祐樹内野; Yuki Uchino; 雅裕渡邉; Masahiro Watanabe; 哲矢小材; Tetsuya Kozai
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-06

Abstract

【課題】材料費や製品サイズを上げることなく、高外気温度下の冷房運転時に連続運転可能な空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１は、冷媒を吐出する圧縮機１１と圧縮機の吸入側に設けられ、冷媒の吸入圧力を検知する低圧センサ２６とを有する室外ユニット１０と、冷媒と空気との間で熱交換を行う室内熱交換器３１Ａ〜３１Ｃと、室内熱交換器に空気を送る室内ファン３２Ａ〜３２Ｃとを有し、冷媒配管を介して室外ユニットに接続される複数の室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃと、室外ユニットおよび室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御する制御部２とを備える。圧縮機には、吸入圧力に対し上限値が設定されている。制御部は、冷房運転時に、低圧センサにより検知された吸入圧力が上限値を超えた場合、制御対象となる室内ユニットを選択し、選択した室内ユニットの室内ファンの回転数を低下させる。【選択図】図１

Description

本発明は、高外気温度時に連続運転可能な空気調和機に関するものである。

室外機の圧縮機には、安全に運転するために使用可能な圧力の範囲が設定されている。そして、空気調和機は、圧縮機の吸入圧力と吐出圧力が、上述の圧力範囲から逸脱しないように運転制御を行っている。

例えば、外気温度が高温の冷房運転において、吐出圧力が高くなりやすくなり、上記圧力範囲を超えそうな場合は、圧縮機の運転周波数の減少や、吐出ガス冷媒をバイパスさせることで、吐出圧力が圧力範囲から超えないように保護制御を実施している。

しかし、圧縮機の吐出圧力の上昇を抑制する保護制御では、吸入圧力が上昇することになる。さらに、外気温度が非常に高い場合は吸入圧力の上昇が大きくなり、結果として吸入圧力が圧力範囲を超えてしまい、安全のために運転を一旦停止させなければならない。

このような場合、運転開始時直後に一旦停止を繰り返し、結果として冷房運転が立ち上がらないことになる。

また、高外気温度において連続運転を可能にするために、室外熱交換器の面積を大きくして伝熱性能を向上させたり、風量を大きくしたりすることによって、凝縮能力を高めて、吐出圧力を下げる手段がある。

これにより、保護制御による圧縮機の運転周波数の低下幅が小さくなり、吸入圧力の上昇も抑制され、吐出圧力・吸入圧力とも圧力範囲の中に収めることが可能である。

しかし、上記手法は、材料費や製品サイズがアップしてしまう。

本発明の目的は、材料費や製品サイズを上げることなく、高外気温度下の冷房運転時に空気調和機の連続運転を可能にすることである。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様である空気調和機は、冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機の吸入側に設けられ前記冷媒の吸入圧力を検知する圧力センサとを有する室外ユニットと、前記冷媒と空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記室内熱交換器に前記空気を送る送風機とを有し、冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続される複数の室内ユニットと、前記室外ユニットおよび前記室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御する制御部とを備え、前記圧縮機には、前記吸入圧力に対し上限値が設定され、前記制御部は、冷房運転時に、前記圧力センサにより検知された前記吸入圧力が前記上限値を超えた場合、制御対象となる前記室内ユニットを選択し、選択した前記室内ユニットの前記送風機の回転数を低下させる。

また、本発明の一態様である空気調和機は、冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機の吸入側に設けられ前記冷媒の吸入圧力を検知する圧力センサとを有する室外ユニットと、前記冷媒と空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記室内熱交換器に前記空気を送る送風機とを有し、冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続される複数の室内ユニットと、前記室外ユニットおよび前記室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御する制御部とを備え、前記圧縮機には、前記吸入圧力に対し上限値が設定され、前記制御部は、冷房運転時に、前記圧力センサにより検知された前記吸入圧力が前記上限値を超えた場合、制御対象となる前記室内ユニットを選択し、選択した前記室内ユニットの強制サーモオフを行う。

本発明は、室外ユニットの材料費や製品サイズを上げることなく、高外気温度下の冷房運転時に空気調和機の連続運転が可能になる。

本発明の実施形態に係るヒートポンプ式の空気調和機の冷凍サイクル系統図である。冷房運転時における圧縮機の吐出圧力および吸入圧力に基づく、空気調和機の制御処理のフローチャートである。冷房運転時における圧縮機の吐出圧力および吸入圧力に基づく、空気調和機の制御処理のフローチャートの変形例である。冷房専用のヒートポンプ式の空気調和機の冷凍サイクル系統図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、ヒートポンプ式の空気調和機１の冷凍サイクル系統図である。空気調和機１は、制御部２と、室外ユニット１０と、室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃと、リモートコントローラ４０Ａ〜４０Ｃとを備えている。室外ユニット１０と室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃとは、ガス配管３及び液配管４により互いに接続される。本実施の形態では、室外ユニット１０と室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃとを１対３で接続しているが、室外ユニット１０の容量制限以内であれば、室内ユニット３０の台数に制限はない。また、室外ユニット１０が複数であっても良い。また、アルファベットの添え字に関しては、基本的には個々の構成であるという意味で用いているが、各構成を代表的に取り扱う場合においては、省略する場合がある。

室外ユニット１０は、圧縮機１１と、オイルセパレータ１２と、逆止弁１３と、四方弁１４と、室外熱交換器１５と、室外ファン１６と、室外膨張弁１７と、サブクールパイプ１８と、アキュムレータ１９と、第１ストレーナ２０と、第１キャピラリ２１と、第２ストレーナ２２と、電磁弁２３と、第２キャピラリ２４とを有し、それぞれが冷媒配管により接続されている。

圧縮機１１は、低温低圧ガスの冷媒を、高温高圧ガスに圧縮し、吐出する。オイルセパレータ１２は、高圧ガス状の冷媒に含まれる余剰冷凍機油を回収する。逆止弁１３は、冷媒流の逆流を防止する。四方弁１４を切り替えることで、冷媒の流れが変化し、冷房運転と暖房運転が切り替わる。室外熱交換器１５は、屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外ファン１６は、室外熱交換器１５へ屋外の空気を送る。室外膨張弁１７は、冷媒を減圧して低温にする。サブクールパイプ１８は、冷媒を過冷却する。アキュムレータ１９は、液冷媒とガス冷媒を分離させる。第１、第２ストレーナ２０、２２は、流体（冷媒、油）を濾過し不純物を取り除く。第１、２キャピラリ２１、２４は、冷媒を減圧する。電磁弁２３は、冷媒の流れを制御する。

室外ユニット１０は、さらに高圧センサ２５と、低圧センサ２６と、外気サーミスタ２７とを備える。

高圧センサ２５は、圧縮機１１の吐出側に設けられ、冷媒の吐出圧力を検知する。低圧センサ２６は、圧縮機１１の吸入側に設けられ、冷媒の吸入圧力を検知する。外気サーミスタ２７は、外気温度を検知する。

室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃは、異なる部屋５０Ａ〜５０Ｃにそれぞれ設置されている。室内ユニット３０は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、室内膨張弁３３と、内気サーミスタ３４と、人感センサ３５とを備える。

室内熱交換器３１は、冷媒と内気との間で熱交換を行う。室内ファン３２は、室内熱交換器３１へ室内の空気を送り、熱交換後の空気を室内に送る。室内膨張弁３３は、冷媒を減圧する。内気サーミスタ（温度検知部）３４は、室内ユニット３０に吸い込まれる空気の温度を、室温として検知する。人感センサ３５は、部屋５０の在室者の有無、および在室者の規模を感知する。

リモートコントローラ４０Ａ〜４０Ｃは、それぞれ室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃに接続され、室内ユニット３０Ａ〜３０Ｃに対し冷房・暖房運転の切換えや温度、風量設定などの運転指令を与える。

制御部２は、リモートコントローラ４０における設定、および、各センサにより検知された値に基づき、空気調和機１の運転制御を行う。なお、制御部２は、室外ユニット１０および室内ユニット３０のいずれか一方に設置しても良いし、両者に設置しても良い。

次に、空気調和機１の冷凍サイクルの動作について説明する。

空気調和機１における冷房運転について説明する。図１における矢印は、空気調和機１の冷房運転における冷媒の流れを示している。冷房運転において、四方弁１４は、点線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１５とを連通させ、圧縮機１１の吸入側とガス配管３とを連通させる。

圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１２に流入し、オイルセパレータ１２及び四方弁１４を通過し、室外熱交換器１５側に流れる。室外熱交換器１５に流入したガス冷媒は、室外ファン１６により供給される外気と熱交換して凝縮され、液冷媒となる。この液冷媒は、全開状態の室外膨張弁１７、および液配管４を通過して、室内機３０に流入する。室内機３０に流入した液冷媒は、室内膨張弁３３により減圧されて、低温低圧のガス液混合冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、室内熱交換器３１に流入して、室内ファン３２により供給される室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス冷媒となる。この際、室内空気は、冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が部屋５０内に送られる。その後、ガス冷媒は、ガス配管３を通って、室外ユニット１０に戻される。

室外機１０に戻ったガス冷媒は、四方弁１２を通過し、アキュムレータ１９において適切な吸入かわき度に調整された後、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。

一方、オイルセパレータ１２により分離された冷凍機油は、オイルセパレータ１２から第１ストレーナ２０および第１キャピラリ２１を通過して、アキュムレータ１９に流入する。

また、空調運転中における圧縮機１１を保護するために、その吐出圧力および吸入圧力に対し、それぞれ適切な運転圧力範囲が設定されている。すなわち、圧縮機１１の吐出圧力に対し適切な運転圧力範囲として、吐出上限値と吐出下限値とが設定され、吸入圧力に対し、適切な運転圧力範囲として、吸入上限値と吸入下限値とが設定されている。そして、圧縮機１１の吐出圧力および吸入圧力が、これらの運転圧力範囲を逸脱しないように、制御部２は、室外ユニット１０と室内ユニット３０とを制御する。

次に、高外気温度下の冷房運転時に連続運転を行うための空気調和機１の制御方法について説明する。

図２は、冷房運転時における圧縮機１１の吐出圧力および吸入圧力に基づく、空気調和機１の制御処理のフローチャートを示している。この制御処理は、制御部２により実行され、空気調和機１が冷房運転を行っている時に、所定の時間間隔もしくは常時実行される。

まず、制御部２は、高圧センサ２５により圧縮機１１の吐出圧力Ｐｄを検知し、（Ｓ１）、検知した吐出圧力Ｐｄの値が、圧縮機１１の吐出圧力に対し設定された吐出上限値以下であるか否かを判断する（Ｓ２）。吐出圧力Ｐｄが、吐出上限値以下でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御部２は、吐出圧力Ｐｄの値に応じて、圧縮機１１の周波数の上昇を禁止する処理、または、圧縮機１１の周波数を強制的に下降させる処理を実行する（Ｓ３）。

一方、吐出圧力Ｐｄが、吐出上限値以下であった場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御部２は、低圧センサ２６により圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓを検知する（Ｓ４）。制御部２は、検知した吸入圧力Ｐｓの値が、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓに対し設定された吸入上限値以下であるか否かを判断する（Ｓ５）。吐出圧力Ｐｓが、吸入上限値以下でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、制御部２は、各部屋５０Ａ〜５０Ｃ内の状況を取得する。例えば、室内ファン３２により室内ユニット３０の風量を取得し、内気サーミスタ３４により室温を取得し、人感センサ３５により在室者の有無および在室者の規模を取得し、リモートコントローラ４０の設定温度と室温との温度差を取得し、外気サーミスタ２７により外気温度を取得する（Ｓ６）。

次に、制御部２は、予め設定した基準に従って、制御対象となる室内ユニット３０を選択し、選択した室内ユニット３０の風量を減少させる（Ｓ７）。室内ユニット３０の風量の減少は、室内ファン（送風機）３２の回転数を低下させることのより実行される。ここで、予め設定した基準とは、例えば、設定温度と室温との温度差、在室者の有無および規模、優先順位、またはローテーションに基づく基準である。なお、風量を低減させる室内ユニット３０の数は、全部であっても良いし、一部であっても良い。

温度差に基づく風量低減制御では、室内ユニット３０のうち、温度差が最も小さい室内ユニット３０の風量を優先的に低減させる。

在室者の有無および規模に基づく風量低減制御では、在室者がいない部屋５０の室内ユニット３０の風量を優先的に低減させる。なお、在室者がいない部屋がない場合は、在室者の規模が最も小さい部屋５０の室内ユニット３０の風量を優先的に低減させても良い。

優先順位に基づく風量低減制御では、各部屋５０に優先順位を予め決めておき、その順位に従って室内ユニット３０の風量を低減する。例えば、来客用の部屋５０に対しては、風量を低減させずに、残りの部屋５０の風量を低減させる。また、日当たりのよい部屋５０の室内ユニット３０の風量は低減させずに、日当たりの悪い部屋５０の室内ユニット３０の風量を低減させても良い。

ローテーションに基づく風量低減制御では、室温が低い部屋５０から順番に所定時間ずつ室内ユニット３０の風量を低減させる。また、在室者の少ない部屋５０から順番に、室内ユニット３０の風量を低減させても良いし、室温の低い部屋５０から順番に、室内ユニット３０の風量を低減させても良い。

また、低減させる風量は、吸入圧力、外気温度、室温、および室内ユニット３０の運転台数に基づき決定される。

そして、吸入圧力Ｐｓの値が吸入上限値以下になるまで、風量低減制御が実行され、吸入圧力Ｐｓの値が吸入上限値以下になった場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御部２は、ステップＳ１に戻る。

以上のように、制御部２は、冷房運転において、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓが上限値を超えた場合、室内ユニット３０の風量を低減させる。これにより、室内ユニット３０の室内熱交換器３１の蒸発能力を下げることができ、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓを吸入上限値より小さくすることができる。よって、室外ユニット１０の材料費や製品サイズを上げることなく、高外気時であっても、空気調和機１を停止させずに連続運転させることができる。また、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓを運転圧力範囲内に収めることができるので、圧縮機１１の信頼性を確保することができる。

また、制御部２は、設定温度と室温との温度差、在室者の有無、優先順位、またはローテーションに基づいて、各部屋５０の室内ユニット３０の風量を低減させる。これにより、各部屋５０の在室者の快適性をそれほど損なうことなく、空気調和機１を連続運転させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機１０１について説明する。本実施形態の空気調和機１０１と第１の実施形態の空気調和機１とでは、高外気温下の冷房運転時に連続運転を行うための制御方法のみが異なるので、当該制御方法についてのみ説明する。

図３は、第２の実施形態に係る冷房運転時における圧縮機１１の吐出圧力および吸入圧力に基づく、空気調和機１０１の制御処理のフローチャートを示している。この制御処理は、制御部２により実行され、空気調和機１が冷房運転を行っている時に、所定の時間間隔もしくは常時実行される。なお、ステップＳ１〜Ｓ６は、第１の実施形態に係る空気調和機１の制御処理と同様であり、ステップＳ８が異なる。

吸入圧力Ｐｓが、吸入上限値以下でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、制御部２は、各部屋５０Ａ〜５０Ｃ内の状況を取得し（Ｓ６）、予め設定した基準に従って、制御対象となる室内ユニット３０を選択し、選択した室内ユニット３０の強制サーモオフを行う（Ｓ８）。ここで、予め設定した基準とは、第１の実施形態と同様に、例えば、設定温度と室温との温度差、在室者の有無、在室者の規模、優先順位、またはローテンションに基づく基準である。なお、強制サーモオフを行う室内ユニット３０の数は、全部であっても良いし、一部であっても良い。また、強制サーモオフとは、室内ユニット３０に対し、冷媒を流さないようにすることである。すなわち、室内膨張弁３３を完全に閉じて、室内熱交換器３１へ冷媒が流れないようにする。

以上のように、制御部は、冷房運転において、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓが上限値を超えた場合、室内ユニット３０の強制サーモオフを行う。これにより、室内ユニット３０の室内熱交換器３１の蒸発能力を下げることができ、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓを吸入上限値より小さくすることができる。よって、室外ユニット１０の材料費や製品サイズを上げることなく、高外気時であっても、空気調和機１０１を停止させずに連続運転させることができる。また、本実施形態に係る空気調和機１０１においても、第１の実施形態に係る空気調和機１と同様に、圧縮機１１の信頼性を確保し、各部屋５０の在室者の快適性を確保することができる。

なお、上述した本発明の実施形態および実施例は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態あるいは実施例のみに限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

例えば、上記の実施形態における空気調和機１、１０１の制御処理は、図４に示すような冷房専用の空気調和機２０１に適用可能である。空気調和機２０１では、四方弁が設けられておらず、圧縮機１１から吐出された冷媒が、室外熱交換器１５を通過した後、室内ユニット３０へ流れるように構成されている。

また、制御部２は、室外ユニット１０に設置しても良いし、室内ユニット３０に設置しても良い。さらに、制御部２は、室外ユニット１０および室内ユニット３０の両方に設置しても良い。空気調和機１の設置場所に応じて制御部２を適宜設置する

また、吸入圧力Ｐｓが吸入上限値以下でない場合、第１の実施形態では室内ユニット３０の風量を低減し、第２の実施の形態では室内ユニット３０の強制サーモオフを行ったが、両者を組み合わせて実行しても良い。

１、１０１、２０１：空気調和機、２：制御部、１０：室外ユニット、１１：圧縮機、３０Ａ〜３０Ｃ：室内ユニット、３１Ａ〜３１Ｃ：室内熱交換器、３２Ａ〜３２Ｃ：室内ファン、３４Ａ〜３４Ｃ：内気サーミスタ、３５Ａ〜３５Ｃ：人感センサ、４０Ａ〜４０Ｃ：リモートコントローラ、５０Ａ〜５０Ｃ：部屋

Claims

冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機の吸入側に設けられ前記冷媒の吸入圧力を検知する圧力センサと、を有する室外ユニットと、
前記冷媒と空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記室内熱交換器に前記空気を送る送風機とを有し、冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続される複数の室内ユニットと、
前記室外ユニットおよび前記室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御する制御部と、を備え、
前記圧縮機には、前記吸入圧力に対し上限値が設定され、
前記制御部は、冷房運転時に、前記圧力センサにより検知された前記吸入圧力が前記上限値を超えた場合、制御対象となる前記室内ユニットを選択し、選択した前記室内ユニットの前記送風機の回転数を低下させる空気調和機。
冷媒を吐出する圧縮機と、前記圧縮機の吸入側に設けられ前記冷媒の吸入圧力を検知する圧力センサと、を有する室外ユニットと、
前記冷媒と空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記室内熱交換器に前記空気を送る送風機とを有し、冷媒配管を介して前記室外ユニットに接続される複数の室内ユニットと、
前記室外ユニットおよび前記室内ユニットにより形成される冷凍サイクルを制御する制御部と、を備え、
前記圧縮機には、前記吸入圧力に対し上限値が設定され、
前記制御部は、冷房運転時に、前記圧力センサにより検知された前記吸入圧力が前記上限値を超えた場合、制御対象となる前記室内ユニットを選択し、選択した前記室内ユニットの強制サーモオフを行う空気調和機。
前記室内ユニットに対して温度を設定するリモートコントローラをさらに備え、
前記室内ユニットは、前記室内ユニットに吸込まれる空気の温度を検知する温度検知部を有し、
前記制御部は、前記リモートコントローラにより設定された温度と前記温度検知部により検知された温度との差が最も小さい前記室内ユニットを、前記制御対象となる前記室内ユニットとして選択する請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
各室内ユニットが設置された部屋の在室者の有無を感知する人感センサをさらに備え、
前記制御部は、前記人感センサにより在室者がいないと判断された前記部屋に設置された前記室内ユニットを、前記制御対象となる前記室内ユニットとして選択する請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
前記人感センサは、前記部屋の在室者の規模を感知し、
前記制御部は、前記人感センサにより在室者がいない前記部屋がない場合、在室者の規模が最も小さい前記部屋に設置された前記室内ユニットを、前記制御対象となる前記室内ユニットとして選択する請求項４に記載の空気調和機。
前記制御部は、所定の優先順位に従って、前記制御対象となる前記室内ユニットを選択する請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
前記制御部は、所定のローテーションに従って、順番に前記制御対象となる前記室内ユニットを選択する請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
前記制御部は、前記室外ユニットおよび前記室内ユニットのいずれか、または前記室外ユニットおよび前記室内ユニットの両方に設けられている請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の空気調和機。