JP2016070575A - 空気調和装置 - Google Patents
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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。
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。
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
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)
- 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。 - 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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