JP2015148414A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室外熱交換器の着霜や凍結を抑制しつつ暖房能力の向上を図ることができる空気調和機を提供する。【解決手段】圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器４、膨張弁５、室外熱交換器６を冷媒配管８により接続した冷暖房運転可能の空気調和機１である。暖房運転時かつ所定の低外気温時に、圧縮機２の吸込口２ｂに吸込まれる冷媒を減圧する減圧手段を設けた。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、ヒートポンプ式の空気調和機に関する。

従来、この種の空気調和機では、暖房運転時の暖房能力を向上させる場合、圧縮機の単位時間当りの運転回転数を上げて、冷凍サイクルを循環する冷媒循環流量を増加させ、凝縮器として作用する室内熱交換器内に流入する高温高圧の冷媒流量を増加させることにより、この室内熱交換器で放熱される凝縮潜熱の放熱量の増加を図っている。

しかしながら、このような従来の空気調和機では、低外気温時の暖房運転時に、蒸発器として作用する室外熱交換器に着霜が発生し易くなり、却って暖房効率が低下するという課題がある。

すなわち、冷媒側から見た場合、暖房能力は、凝縮器の入口側と出口側の冷媒のエンタルピ差と冷媒流量の積である。

したがって、暖房能力を向上させる方法としては、上記凝縮器の入口側と出口側の冷媒の比エンタルピ差を大きくする方法と、冷媒循環量を増加させる方法の２つの方法がある。

図３中、破線は冷媒循環流量を増加させたときのＰ−ｈ線図である。この場合は、暖房能力の向上に伴って蒸発能力も向上するので、蒸発温度が低下する。

このために、外気温が低い場合には、室外熱交換器に着霜が発生し易くなり、凍結する虞も発生する。この場合は、暖房運転を中止して、冷媒の循環方向を暖房運転とは逆方向に反転させる除霜運転を行う。

この除霜運転中は暖房運転が中断されるので、暖房効率が低下することになる。

本発明が解決しようとする課題は、室外熱交換器の着霜や凍結を抑制しつつ暖房能力の向上を図ることができる空気調和機を提供することにある。

実施形態の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り機構、室外熱交換器を冷媒配管により接続した冷暖房運転可能の空気調和機である。また、暖房運転時かつ所定の低外気温時に、圧縮機の吸込口に吸込まれる冷媒を減圧する減圧手段を設けた。

実施形態に係る空気調和機の構成を示す冷凍サイクル図。 図１で示す制御器による制御を示すフローチャート。 冷凍サイクルを循環する冷媒の状態を、実線で示す実施形態と破線で示す従来例とを比較して示すＰ−ｈ線図。 第２実施形態の要部を示す冷凍サイクルの一部拡大図。

以下、実施形態を、図面を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一又は相当部分には同一符号を付している。

図１は、実施形態に係る空気調和機の構成を示す冷凍サイクル図である。この図１に示すように空気調和機１は、圧縮機２の吐出口２ａ、四方弁３、室内熱交換器４、絞り機構の一例である膨張弁５、室外熱交換器６、減圧手段の一例である電動絞り弁７および圧縮機２の吸込口２ｂ側を冷媒配管８により順次接続している。上記膨張弁５および電動絞り弁７は、例えばＰＭＶ（パルスモータバルブ）等の電動弁により構成されている。

上記室内熱交換器４と室外熱交換器６は、例えばフィンアンドチューブ熱交換器によりそれぞれ構成され、室内や室外の空気との熱交換を促進させるための図示省略の送風機をそれぞれ具備している。

また、空気調和機１は、圧縮機２の吐出口２ａ側の冷媒配管８の途中に、吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ９を設けている。さらに、室外熱交換器６には、その蒸発温度を検出する蒸発温度センサ１０を設けている。

そして、これら吐出温度センサ９、蒸発温度センサ１０、四方弁３、膨張弁５および電動絞り弁７は、図示省略の信号線を介して制御器１１に電気的に接続されている。

制御器１１は、例えばマイクロプロセッサ等から構成され、後述する各種制御プログラム等が記録されたＲＯＭ、その制御プログラム等を実行するＣＰＵ、その実行時の作業領域や一時記憶を構成するＲＡＭ等を具備している。

制御器１１は、図示省略のリモコン等の運転操作部からの操作信号と、上記吐出温度センサ９や蒸発温度センサ１０等の各種センサからの検出信号を読み込み、これらの読込み信号に基づいて空気調和機１全体の運転を制御する機能を具備している。

このように構成された空気調和機１は、制御器１１により四方弁３が切換制御されて、圧縮機２から吐出された冷媒が図１中、破線矢印方向に循環すると、冷房運転され、その逆に、実線矢印方向に循環すると、暖房運転される。すなわち、空気調和機１は、冷，暖房運転可能に構成されている。

そして、空気調和機１の暖房運転時には、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒が室内熱交換器４内に流入し、ここで凝縮潜熱を放出し、室内空気を加熱して室内を暖房する。

この室内熱交換器４内で凝縮潜熱を放熱することにより冷却液化された冷媒は、液冷媒となって膨張弁５により所定流量に制御されつつ減圧されて室外熱交換器６内に流入し、ここで外気から吸熱して蒸発する。

この室外熱交換器６内で気化したガス冷媒は、所定の外気温時に、電動絞り弁７により所定圧に減圧されてから、再び四方弁３を経て圧縮機２内に、その吸込口２ｂから吸い込まれ、再び圧縮される。以下、この作用を繰り返すことにより、室内が暖房される。

ここで所定の外気温時とは、暖房運転時に蒸発器として作用する室外熱交換器６の蒸発温度が予め設定された設定値以下になった時の低い外気温をいう。この設定値は圧縮機２の吸込口２ｂに吸い込まれる冷媒を減圧しなかったときに、室外熱交換器６に着霜や凍結が発生する虞がある外気温を考慮して設定される。

図２は空気調和機１を上記低外気温時に暖房運転する場合の制御器１１による制御方法を示す。

すなわち、図２に示すように制御器１１は、暖房運転制御プログラムを開始（スタート）させると、まず第１のステップＳ１で、空気調和機１が暖房運転されているか否かを判定し、暖房運転されるまで繰り返しループ制御する。

このＳ１でＹＥＳのときは、次のＳ２へ進み、ここで蒸発温度センサ１０から読み出した蒸発温度検出値が所定値以下であるか否かを判断し、その判断のループ制御を行う。

このＳ２でＹＥＳのとき、すなわち、蒸発温度検出値≦設定値が成立したときは、次のＳ３へ進み、ここで、電動絞り弁７の開度を所定開度に絞る。

このために、圧縮機２の吸込口２ｂに吸い込まれる冷媒が所定圧に減圧される。これにより、図３中、実線で示すように蒸発温度は、図中破線で示す従来例のようには低下せずに、圧縮機２の吸込口側圧力（低圧）が低下する。その結果、圧縮機２の吸込圧と吐出圧との差が増大し圧縮比が増大して圧縮機２の仕事量が増大する。

そこで、次のＳ４では、圧縮機２の運転周波数を所定値に上げ、圧縮機２の吐出圧を所定値で保持する。これにより、圧縮機２の仕事量が増大するので、圧縮機２の発熱量が増大し、吐出冷媒の温度が高くなる。

これにより、凝縮器として作用する室内熱交換器４の凝縮温度を高めることができるので、暖房能力の向上を図ることができる。

しかし、圧縮機２の単位時間当りの回転数が、例えば上限値を超えたために吐出温度が所定の上限値以上に上昇した場合には、圧縮機２の破損や故障を招く虞があるので、これを防止するために次のＳ５で、吐出温度センサ９から読み出した吐出温度が所定値（設定値）であるか否かを判断する。

このＳ５でＮＯのときは、次のＳ６で圧縮機２の運転周波数を制御する。すなわち、吐出温度検出値と所定値とに偏差があったときは、圧縮機２の運転周波数を、その偏差を解消できる運転周波数まで下げ、または上げて吐出温度検出値が所定値で一定になるように制御する。

この後、再びＳ５へ戻り、ここで再び吐出温度検出値が所定値であるか否か判断し、ＹＥＳであるときに、次のＳ７でその運転周波数を保持し、終了（エンド）する。

したがって、この空気調和機１によれば、圧縮機２の吸込口２ｂの手前で、この吸込口２ｂに吸い込まれる冷媒を、電動絞り弁７により減圧するので、圧縮機２の仕事量を増大させ、凝縮器として作用する室内熱交換器４の入口側と出口側の冷媒の比エンタルピの差を増大させることができる。すなわち、圧縮機２の吐出冷媒流量を増加させずに、暖房能力の向上を図ることができる。

また、冷凍サイクルを循環する冷媒流量を増加させないので、図３に示すように蒸発温度を、破線で示す従来例による蒸発温度よりも高くすることができる。

これにより、低外気温時に蒸発器として作用する室外熱交換器６の着霜や凍結の虞を低減することができる。

そして、上記Ｓ２，Ｓ３で説明したようにこの空気調和機１によれば、外気温が所定値よりも低いために蒸発温度センサ１０の検出値が所定値以下のとき、すなわち、所定の低外気温時に、圧縮機２の吸込冷媒の圧力を電動絞り弁７により減圧し、低気温が所定値よりも高いときは電動絞り弁７の開度を絞らずに減圧しないので、所定の低外気温時以外のときの暖房効率の低下を防止できる。また、空気調和機１の冷房運転時も、吸込冷媒を減圧しないので、その減圧による冷房効率の低下を抑制できる。

また、圧縮機２の回転数を上限値以下に制御するので、圧縮機２の破損や故障の低減を図ることができる。

図４は第２の実施形態の要部を拡大して示す冷凍サイクル図である。この第２の実施形態は、上記電動絞り弁７を、減圧回路１２に置換した点に特徴があり、これ以外は上記第１の実施形態と同様であるので、その重複した説明は省略する。

減圧回路１２は、室外熱交換器６と四方弁３とを接続する冷媒配管８の途中に介装され、冷媒配管８よりも細径の細管１２ａと、この細管１２ａの前後を連通するバイパス路１２ｂの途中に開閉弁１２ｃを介装してなる開閉バイパス路１２ｄとを並列に接続することにより構成されている。

バイパス路１２ｂは冷媒配管８とほぼ同径の配管により構成されている。開閉弁１２ｃは、例えば電磁弁により構成されており、図示省略の信号線を介して制御器１１に電気的に接続され、制御器１１により開閉制御される。

すなわち、制御器１１は、上記吸込冷媒を減圧する場合、すなわち、蒸発温度センサ１０の蒸発温度検出値が所定値以下であるときに、開閉弁１２ｃを全閉に制御する。

このために、開閉バイパス路１２ｄは全閉されるので、室外熱交換器６からのガス冷媒は細管１２ａを通り、その際に減圧される。この減圧された冷媒は四方弁３を経て圧縮機２の吸込口２ｂへ吸い込まれる。

したがって、この第２の実施形態によっても上記第１の実施形態と同様に、暖房運転時かつ所定の低外気温時に、吸込冷媒を減圧するので、室外熱交換器６の着霜ないし凍結を抑制しつつ暖房能力の向上を図ることができる。

また、暖房運転時に、外気温が所定の低外気温でない場合や冷房運転をする場合は、開閉弁１２ｃが全開される。

このために、室外熱交換器６からの冷媒は細管１２ａを通らずに、冷媒配管８とほぼ同径の太いバイパス路１２ｂを通るので、減圧されずに四方弁３側へ流れる。

これにより、外気温が所定の外気温でない場合や冷房運転時には吸込冷媒が減圧されないので、暖房効率や冷房効率の低下を抑制できる。なお、細管１２ａはキャピラリチューブでもよく、吸込側冷媒を減圧できる細管であればよい。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…空気調和機、２…圧縮機、２ａ…吐出口、２ｂ…吸込口、３…四方弁、４…室内熱交換器、５…膨張弁、６…室外熱交換器、７…電動絞り弁（減圧手段）、８…冷媒配管、９…吐出温度センサ、１０…蒸発温度センサ、１１…制御器、１２…減圧回路、１２ａ…細管、１２ｂ…バイパス路、１２ｃ…開閉弁、１２ｄ…開閉バイパス路。

Claims (4)

1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り機構、室外熱交換器を冷媒配管により接続した冷暖房運転可能の空気調和機において、
   暖房運転時かつ所定の低外気温時に、前記圧縮機の吸込口に吸込まれる冷媒を減圧する減圧手段を設けたことを特徴とする空気調和機。
2. 前記減圧手段が電動絞り弁であることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記減圧手段は、前記冷媒配管よりも細い細管とこの細管をバイパスするバイパス路に開閉弁を介装した開閉バイパス路との並列回路により構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の空気調和機。
4. 暖房運転時かつ所定の低外気温時に、前記減圧手段により前記圧縮機の吸込口に吸込まれる冷媒を減圧するときの、前記圧縮機の単位時間当たりの回転数は、前記圧縮機の冷媒吐出温度に基づいて制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の空気調和機。

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