JP2016070575A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転開始時の快適性を向上させ、且つ、圧縮機の信頼性を向上させる空気調和装置を提供する。【解決手段】暖房運転時、圧縮機を起動させた後室内熱交換器温度が室内温度を超えてから室内ファンを所定の回転数で運転させ、室内熱交換器温度が所定の温度となったら室内ファンを所定の回転数よりも高い回転数で運転させる。これにより、暖房運転開始時に室内熱交換器内に流入した液冷媒が蒸発することによる冷凍機油の滞留を防ぐことができる。【選択図】図３

Description

本発明は空気調和装置に係り、特に、暖房運転開始時の運転制御に関するものである。

従来の空気調和装置として、室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサが設けられ、暖房運転開始時、圧縮機を起動させ、室内熱交換器温度センサの検出値が所定値以上となったら室内ファンを停止状態から起動させるものがある（例えば、特許文献１）。これにより、室内熱交換器の温度が十分に上昇する前に室内ファンの運転が行われることで生じる冷風の吹出しを防止し、空気調和装置の暖房運転開始時の快適性を向上させている。このような制御を冷風防止制御と呼ぶ。

また、室内温度を検出する室内温度センサが室内熱交換器の付近（具体的には、室内熱交換器の風上側）に設置されている空気調和装置の場合は、室内の空気を循環させて室内温度を正確に検出するため、圧縮機起動直後から室内ファンを極低回転で運転させている（例えば、特許文献２）。室内ファンを極低回転で運転させることで、室内熱交換器と熱交換を行った室内熱交換器付近の空気は室内温度センサに衝突することなく空気調和装置の吹出口方向へ流れる。その結果、室内熱交換器と熱交換を行った室内熱交換器付近の空気の温度を室内温度センサが検出してしまうことを防いでいる。また、室内ファンを極低回転で運転させているのは、室内ファンを運転させても吹出口から吹出される風がユーザに届かない程度の低回転とし、ユーザに風が当たって肌寒く感じることを防いでいる。

空気調和装置の暖房運転起動直後は、外気によって冷やされた圧縮機容器や配管を流通した低温の液冷媒が圧縮機内に貯められた冷凍機油とともに室内熱交換器へ流入する。そのため、室内温度が圧縮機から吐出された液冷媒の温度よりも高い場合は室内熱交換器内の低温の液冷媒が室内温度の空気と熱交換し、蒸発してガス冷媒となる可能性がある。この時に室内ファンが回転していると、室内熱交換器における液冷媒と室内空気の熱交換量が上昇し、液冷媒の蒸発が促進される。

特許文献１の空気調和装置において、室内温度が室内熱交換器温度の所定値よりも高い値だった場合、室内熱交換器内を流れる液冷媒の温度が室内温度を超える前に室内ファンの運転が開始されるため、室内熱交換器内の低温の液冷媒が室内温度空気と熱交換し、液冷媒の蒸発が促進される。室内熱交換器で冷媒が蒸発してガス化すると、冷媒とともに室内熱交換器へ流入した冷凍機油が冷媒と分離し、室内熱交換器内に滞留してしまう。その結果、室内熱交換器の伝熱性能を低下させてしまうだけでなく、圧縮機内の冷凍機油の量が減少し、圧縮機摺動部の潤滑不良を起こしてしまう。したがって、特許文献１の空気調和装置では、室内熱交換器温度が室内温度を超える前に室内ファンが起動してしまう恐れがあり、これによって室内熱交換器内に滞留する冷凍機油の量が増大し、圧縮機の信頼性が低下していた。

また、特許文献２の空気調和装置では圧縮機起動直後から室内ファンを運転させている。すなわち、室内熱交換器温度が室内温度を超える前から室内ファンを起動させており、特許文献１の空気調和装置に比べ上記した圧縮機の信頼性の問題が生じる可能性が高かった。

特開昭６１−５５５４２号公報 特開２００２−１７４４５０号公報

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、暖房運転開始時の快適性を向上させ、且つ、圧縮機の信頼性を向上させる空気調和装置を提供することを目的とするものである。

本発明の空気調和装置は、圧縮機と、室内熱交換器と、室内ファンと前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段と、室内温度を検出する室内温度検出手段と、前記圧縮機および室内ファンを制御する制御手段を備えた空気調和装置であって、前記制御手段は、前記空気調和装置の暖房運転起動時に前記圧縮機を起動させた後、前記室内熱交換器温度検出手段の検出値が室内温度検出手段の検出値を超えてから前記室内ファンを所定の回転数で運転させ、前記室内熱交換器温度検出手段の検出値が所定の温度以上となったら前記室内ファンを前記所定の回転数よりも高い回転数で運転させることを特徴としている。

また、好ましくは、請求項１に記載の空気調和装置において、前記室内温度検出手段は、検出値が室内熱交換器温度に影響されない位置に配置される。

本発明によれば、暖房運転開始時の快適性を向上させ、且つ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本実施形態の空気調和装置の冷凍サイクル全体を示す概略図である。 本発明を実施しない場合の空気調和装置の室内ファン回転数と室内熱交換器温度の変化を示す図である。 本実施例の空気調和装置の制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施例における空気調和装置１は、屋外に設置される室外機２と、室外機２に液管４およびガス管５で接続された室内機３とを備えている。詳細には、液管４は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が室内機３の液管接続部３４に接続されている。また、ガス管５は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に、他端が室内機３のガス管接続部３５に接続されている。以上により、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２０と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２１と、室外ファン２４とを備えている。そして、室外ファン２４を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを構成している。

圧縮機２０は、図示しないインバータにより回転数が制御されるモータ２０１によって駆動されることで、運転能力を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２０の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａに吐出管６１で接続されており、また、圧縮機２０の冷媒吸入側は、アキュムレータ２１の冷媒流出側に吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２０の冷媒吐出側に吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２１の冷媒流入側と冷媒配管６５で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂに冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管６３で閉鎖弁２５に接続されている。

膨張弁２７は、室外機液管６３に設けられている。膨張弁２７は電子膨張弁である。膨張弁２７の開度制御の詳細な説明は、後述する。

室外ファン２４は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２４は、図示しないファンモータによって回転することで図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

アキュムレータ２１は、上述したように、冷媒流入側が四方弁２２のポートｃと冷媒配管６５で接続され、冷媒流出側が圧縮機２０の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。アキュムレータ２１は、冷媒配管６５からアキュムレータ２１内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離してガス冷媒のみを圧縮機２０に吸入させる。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。

室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３から流出、または、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度を検知するための室外熱交換器温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段１００が備えられている。室外機制御手段１００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段１００は、ＣＰＵ１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０と、検出値入力部１４０と、圧縮機制御部１５０とを備えている。

記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２０や室外ファン２４の制御状態等を記憶している。通信部１３０は、室内機３との通信を行うためのインターフェイスである。検出値入力部１４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ１１０に出力する。圧縮機制御部１５０は、圧縮機２０に対してユーザに要求された能力を発揮するために必要な回転数で運転するように制御を行う。

ＣＰＵ１１０は、前述した室外機２の各種センサでの検出結果を検出値入力部１４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ１１０は、室内機３から送信される制御信号を通信部１３０を介して取り込む。また、ＣＰＵ１１０は、取り込んだ制御信号に基づいて、圧縮機２０や室外ファン２４の駆動制御を行う。さらには、ＣＰＵ１１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行う。

次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、液管４の他端が接続された液管接続部３４と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３５と、室内ファン３３とを備えている。そして、室内ファン３３を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と後述する室内ファン３３により図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３４に室内機液管６８で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３５に室内機ガス管６９で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部３４やガス管接続部３５では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３３は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３３は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内熱交換器３１には、室内熱交換器３１を通過する冷媒の温度を検出する室内熱交換器温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３には室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ７９が備えられている。室内温度センサ７９の取付位置は、室内機３内部に備える室内熱交換器３１や制御基板（室内機制御手段２００）等の発熱部品から離して配置することが好ましい。また、室内機３に取付ける替わりに図示しないリモコンに取付けてもよい。

また、室内機３には、室内機制御手段２００が備えられている。室内機制御手段２００は、室内機３の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室内機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、検出値入力部２４０と、室内ファン制御部２５０とを備えている。

記憶部２２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室内機３の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、室内ファン３３の制御状態等を記憶している。通信部２３０は、室外機２との通信を行うためのインターフェイスである。検出値入力部２４０は、室内機３の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。室内ファン制御部２５０は、室内ファン３３に対してユーザに要求された能力を発揮するために必要な回転数で運転するように制御を行う他、後述する冷風防止制御を行う。

ＣＰＵ２１０は、前述した室内機３の各種センサでの検出結果を検出値入力部２４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、室外機２から送信される制御信号を通信部２３０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ制御信号に基づいて、室内ファン３３の駆動制御を行う。

次に、本実施形態における空気調和装置１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機３が暖房運転を行う場合について説明し、冷房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）における矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１（Ａ）に示すように、室内機３が暖房運転を行う場合、室外機制御手段１００は、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する。

圧縮機２０から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４を流れて閉鎖弁２６を介してガス管５に流入する。ガス管５を流れた冷媒はガス管接続部３５を介して室内機３の室内機ガス管６９に流入する。室内機ガス管６９を流れる冷媒は、室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３３の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行い加熱された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。室内熱交換器３１から流出した冷媒は室内機液管６８を流れ、液管接続部３４を介して液管４に流入する。

液管４を流れて閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３に設けられた膨張弁２７に流入する。膨張弁２７を通過した冷媒は、減圧されて低圧の冷媒となる。膨張弁２７を通過した冷媒はその後、室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、順に冷媒配管６２、四方弁２２、冷媒配管６５、アキュムレータ２１、吸入管６６を流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。以上説明したように冷媒回路１０を冷媒が循環することで、空気調和装置１の暖房運転が行われる。

なお、室内機３が冷房運転を行う場合、室外機制御手段１００は、四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器３１が蒸発器として機能する。

次に、空気調和装置１の暖房運転開始時における従来の制御方法について図２を用いて詳細に説明する。

空気調和装置１は、使用者のリモコン操作等によって暖房運転開始の指令を受けると、冷媒回路１０内に冷媒を循環させるために圧縮機２０を起動させる。

圧縮機２０を起動させた後、室内熱交換器３１の温度Ｔｃが所定の温度Ｔｃｓとなるまで、室内ファン３３の回転数Ｎを極低回転Ｎ１で運転させる冷風防止制御を行っている。圧縮機２０を起動させた直後から室内ファン３３を運転させている理由は、室内の空気を循環させて室内温度を正確に検出するためであるが、まだ室内熱交換器３１が温まっていないのにも関わらず室内ファン３３を高回転で運転させると、室内機３の吹出口（図示しない）から室内温度に近い冷風が吹出され、ユーザが肌寒く感じてしまう。したがって、極低回転Ｎ１は、室内ファン３３を運転させても室内機３の図示しない吹出口から吹出される風がユーザに届かない程度の低回転としている。図２（ｂ）に示すように、圧縮機２０の起動後、室内熱交換器温度Ｔｃは増加していき、室内熱交換器温度Ｔｃが所定値Ｔｃｓとなったら、室内ファン３３の回転数を極低回転Ｎ１からユーザに要求された能力に応じた回転数（ここではＮ２）に増加する（冷風防止制御の解除）。

この時、外気の温度が低い場合は（例えば−１０℃）圧縮機２０内に液冷媒が冷凍機油とともに多く溜った状態（いわゆる寝込み）となっており、圧縮機２０から多くの液冷媒が冷凍機油とともに吐出される。したがって、圧縮機２０から吐出された液冷媒が室内熱交換器３１に流入することになり、室内ファン３３が運転していることで室内熱交換器３１内での液冷媒と室内空気の熱交換が促進される。ここで、室内温度が液冷媒の温度よりも高い場合、液冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、ガス冷媒となることがある。室内熱交換器３１で冷媒が蒸発すると、圧縮機２０から液冷媒とともに吐出された冷凍機油が冷媒から分離し、室内熱交換器３１に滞留してしまう。その結果、室内熱交換器の伝熱性能を低下させるだけでなく、圧縮機２０内の冷凍機油の量が低下し、圧縮機２０の図示しない摺動部の潤滑不良を起こすおそれがある。

したがって、空気調和装置１の暖房運転開始時において、圧縮機２０起動後の室内ファン３３の運転を開始するタイミングを適切に制御する必要がある。以下に本発明の特徴となる冷風防止制御について詳細に説明する。

図３は、起動時の空気調和装置１の冷風防止制御を示すフローチャートである。ＳＴの後の数字はステップの番号を、ＹはＹｅｓ、ＮはＮｏをそれぞれ表す。

この制御は、使用者のリモコン操作等によって暖房運転開始の指令を受けることによって開始される。まず、ステップＳＴ１０１で暖房運転を開始し、圧縮機２０を起動させる。この時、室内ファン３３は停止状態である。続いて、ステップＳＴ１０２で室内熱交換器温度センサ７８の検出値Ｔｃと室内温度センサ７９の検出値Ｔｉが室内機制御手段２００に入力される。室内機制御手段２００において、検出値Ｔｃ及び検出値Ｔｉは検出値入力部２４０によってデジタルデータに変換されて各センサの検出信号に対応する検出値としてＣＰＵ２１０に入力される。ＣＰＵ２１０は、記憶部２２０に格納された制御プログラムに従い、検出値Ｔｃが検出値Ｔｉより高いか否かを判定する（ステップＳＴ１０３）。

ＣＰＵ２１０は、検出値Ｔｃが検出値Ｔｉより高い場合には（ＳＴ１０３−Ｙ）、室内ファン３３を起動させ回転数Ｎが所定の回転数である極低回転数Ｎ１となるように制御する（ステップＳＴ１０４）。極低回転Ｎ１は、図２に示す従来の制御方法と同様に室内ファン３３を運転させても室内機３の図示しない吹出口から吹出される風がユーザに届かない程度の低回転であって、通常の暖房（及び冷房）運転中は使用しない回転数である。検出値Ｔｃが検出値Ｔｉ以下の場合は（ＳＴ１０３−Ｎ）、ステップＳＴ１０２に戻る。

ステップＳＴ１０４で室内ファン３３を起動させた後、ステップＳＴ１０５で再び室内熱交換器温度センサ７８の検出値Ｔｃが室内機制御手段２００のＣＰＵ２１０にデジタルデータに変換されて室内熱交換器温度センサ７８の検出信号に対応する検出値として入力される。ＣＰＵ２１０は、記憶部２２０に格納された制御プログラムに従い、検出値Ｔｃが所定の温度である所定値Ｔｃｓ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。

ここで所定値Ｔｃｓは、室内ファン３３の回転数Ｎを高回転で運転させても温風を吹出せる程度に室内熱交換器３１が十分に温まったことを判断するために実験等に基づいて予め定められた値である。

ＣＰＵ２１０は、検出値Ｔｃが所定値Ｔｃｓ以上の場合には（ＳＴ１０６−Ｙ）、冷風防止制御を解除し、室内ファン３３の回転数Ｎを極低回転Ｎ１からユーザに要求された能力に応じた回転数に上昇させる通常運転に移行する。検出値Ｔｃが所定値Ｔｃｓ未満の場合は（ＳＴ１０６−Ｎ）、ステップＳＴ１０５に戻る。

以上のように、本実施形態の空気調和装置１は、暖房運転開始時において、圧縮機を起動させてから室内熱交換器温度が室内温度を超えてから室内ファン３３を運転させている。これにより、暖房運転開始時に室内熱交換器３１内に流入した液冷媒が蒸発することによる冷凍機油の滞留を防ぐことができる。

１ 空気調和装置
２ 室外機
３ 室内機
４ 液管
５ ガス管
２０ 圧縮機
２１ アキュムレータ
２３ 室外熱交換器
２４ 室外ファン
２７ 膨張弁
３１ 室内熱交換器
３３ 室内ファン

Claims (2)

1. 圧縮機と、室内熱交換器と、室内ファンと
   前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段と、
   室内温度を検出する室内温度検出手段と、
   前記圧縮機および室内ファンを制御する制御手段を備えた空気調和装置であって、
   前記制御手段は、
   前記空気調和装置の暖房運転起動時に前記圧縮機を起動させた後、前記室内熱交換器温度検出手段の検出値が室内温度検出手段の検出値を超えてから前記室内ファンを所定の回転数で運転させることを特徴とした空気調和装置。
2. 前記室内熱交換器温度検出手段の検出値が所定の温度以上となったら前記室内ファンを前記所定の回転数よりも高い回転数で運転させることを特徴とした請求項１に記載の空気調和装置。
   
   

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