JP2020128858A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】除霜運転から暖房運転に復帰した際に、暖房運転に必要な冷媒循環量を確保できる空気調和機を提供する。【解決手段】除霜運転が終了した後、圧縮機21を駆動させたまま、および、第2開閉弁29b以外の各弁を除霜運転時と同じ状態に維持したまま、第2開閉弁29bを閉じる。第1開閉弁29aと第2開閉弁29bとをともに閉じて圧縮機21を駆動することによって、気液分離器28に滞留する液冷媒が、気液分離器28から第2液分管68へと流出する。また、第2膨張弁27bも全開とされているので、気液分離器28に滞留するガス冷媒が、気液分離器28からバイパス管69へと流出して圧縮機21に吸入される。除霜運転が終了してから所定時間が経過した後、第2開閉弁29bを閉じた状態、および、第1膨張弁27aの開度と第2膨張弁27bの開度をともに全開としたまま、第1開閉弁29aを開く。【選択図】図2
Description
本発明は空気調和機に関わり、より詳細には、気液分離器を備える空気調和機に関する。
室外機と室内機を有する空気調和機において、室外機の室外熱交換器と室内機の室内熱交換器とを接続する液管に気液分離器を備えるものがある。そして、このような空気調和機では、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器から流出して気液分離器に流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、分離したガス冷媒を圧縮機の低圧側と気液分離器とを接続するバイパス管を介して気液分離器から圧縮機に戻し、分離した液冷媒を気液分離器から液管に流出させるものが提案されている(例えば、特許文献1)。このように、気液分離器を用いて液管に液冷媒、つまり、密度の高い冷媒を流すことで、液管を冷媒が流れる際の圧力損失を低減できる。
上記のような空気調和機では、液管に備えられた膨張弁(以降、第1膨張弁と記載する場合がある)と、バイパス管に備えられた膨張弁(以降、第2膨張弁と記載する場合がある)のそれぞれの開度が適宜調整されることで、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を目標値に維持しつつ、気液分離器から液管に流出する冷媒が液冷媒となるようにすることができる。
ところで、空気調和機では、暖房運転時に室外熱交換器が着霜していた場合に、暖房運転を一時中断し、冷媒回路を冷房運転時の状態に切り換えて室外熱交換器の除霜運転を行う。このとき、特許文献1に記載の空気調和機のように、気液分離器とバイパス管と第1膨張弁と第2膨張弁とを有するものでは、第1膨張弁の開度と第2膨張弁の開度がともに全開とされる。除霜運転時に第1膨張弁の開度が全開とされるとともに、第2膨張弁が全開とされて液管からバイパス管を介して圧縮機に戻る冷媒量が増加することで、圧縮機から室外熱交換器へと流れる冷媒量が増加する。この結果、除霜運転を早く完了できる。
しかし、上記のように除霜運転時に第1膨張弁の開度が全開とされると、気液分離器に流入する冷媒量が冷房運転時と比べて多くなる。また、第2膨張弁の開度が全開とされると、気液分離器からバイパス管へと流出する冷媒量が冷房運転時と比べて多くなる。このとき、気液分離器から液管へ流出する液冷媒の量も冷房運転時より増えるものの、上記のように気液分離器からバイパス管へと流出するガス冷媒の量が多くなるため、気液分離器内においてガス冷媒の量に対する液冷媒の量の比率が大きくなる、つまり、多量の液冷媒が気液分離器に滞留する。この結果、除霜運転が終了して暖房運転に復帰した際に、冷媒回路を循環する冷媒量が不足して室内機で要求される暖房能力が発揮できないという問題があった。
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、除霜運転から暖房運転に復帰した際に、暖房運転に必要な冷媒循環量を確保できる空気調和機を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機と、室内熱交換器と、第1開閉弁と、第1膨張弁と、室外熱交換器とで形成される冷媒回路と、第1開閉弁に並列に配置され、第2開閉弁と、気液分離器と、逆止弁とで形成される迂回路と、第1開閉弁および第2開閉弁の開閉を行う制御手段と、を有する。暖房運転時は、第1開閉弁が開かれるとともに第2開閉弁が閉じられて、圧縮機、室内熱交換器、第1開閉弁、第1膨張弁、室外熱交換器の順で冷媒が流れる。冷房運転時あるいは除霜運転時は、第1開閉弁が閉じられるとともに第2開閉弁が開かれて、圧縮機、室外熱交換器、第1膨張弁、第2開閉弁、気液分離器、逆止弁、室内熱交換器の順で冷媒が流れる。そして、制御手段は、暖房運転を中断して除霜運転を行い、この除霜運転が終了した時点から、圧縮機を駆動させたまま第1開閉弁と第2開閉弁をともに閉じた状態を所定時間継続させる。
上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、除霜運転が終了した時点から、圧縮機を駆動させたまま第1開閉弁と第2開閉弁をともに閉じた状態を所定時間継続させる。これにより、除霜運転中に気液分離器に滞留した液冷媒を、除霜運転終了後に冷媒回路に流出させることができるので、除霜運転から暖房運転に復帰した際に、暖房運転に必要な冷媒循環量を確保でき、室内機で要求される暖房能力が発揮できないという状態を防ぐことができる。
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。実施形態としては、1台の室外機と1台の室内機が2本の冷媒配管で接続された空気調和機を例に挙げて説明する。なお、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機1は、屋外に設置される室外機2と、室内に設置され室外機2に液管4およびガス管5で接続された室内機3を備えている。詳細には、室外機2の閉鎖弁25と室内機3の液管接続部33とが液管4で接続されている。また、室外機2の閉鎖弁26と室内機3のガス管接続部34とがガス管5で接続されている。以上により、空気調和機1の冷媒回路10が形成されている。
<室外機の構成>
まずは、室外機2について説明する。室外機2は、圧縮機21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、室外ファン24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、第1膨張弁27aと、第2膨張弁27bと、気液分離器28と、第1開閉弁29aと、第2開閉弁29bと、逆止弁30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を形成している。
まずは、室外機2について説明する。室外機2は、圧縮機21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、室外ファン24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、第1膨張弁27aと、第2膨張弁27bと、気液分離器28と、第1開閉弁29aと、第2開閉弁29bと、逆止弁30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を形成している。
圧縮機21は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機21の冷媒吐出側と四方弁22のポートaとが、吐出管61で接続されている。また、圧縮機21の冷媒吸入側と四方弁22のポートcとが、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替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21の冷媒吐出側と吐出管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、上述したように圧縮機21の冷媒吸入側と吸入管66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と冷媒配管62で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁25と室外機液管63で接続されている。室外熱交換器23は、空気調和機1が冷房運転を行う場合は凝縮器として機能し、暖房運転を行う場合は蒸発器として機能する。
第1膨張弁27aは、例えば電子膨張弁であり、室外機液管63に設けられている。第1膨張弁27aの開度が調整されることで、室内機3を流れる冷媒量が調整される。なお、第1膨張弁27aの具体的な開度の調整方法については、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室外機2の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室外機2の図示しない吹出口から室外機2外部へ放出する。
気液分離器28は、略円筒形状の密閉容器であり、流入した気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器28の密閉容器の天面に設けられた冷媒流入口と、室外機液管63における第1膨張弁27aと閉鎖弁25の間とが第1液分管67で接続されている。また、気液分離器28の密閉容器の側面下方に設けられた液冷媒流出口と、室外機液管63における第1液分管67の接続部と閉鎖弁25の間とが第2液分管68で接続されている。そして、気液分離器28の底面に設けられたガス冷媒流出口と吸入管66とがバイパス菅69で接続されている。なお、バイパス管69の一部はガス冷媒流出口を通して気液分離器28の内部に挿入されており、バイパス管69の気液分離器28の内部に開口する端部は、液冷媒流出口よりも高い位置に配置される。また、第2膨張弁27bとバイパス管69とで、本発明のバイパス路が形成される。
第1開閉弁29aは、室外機液管63における第1液分管67の接続部と第2液分管68の接続部との間に設けられている。第2開閉弁29bは、第1液分管67に設けられている。逆止弁30は、第2液分管68に設けられており、第2液分管68を気液分離器28から室外機液管63に向かう方向にのみ冷媒を流す。なお、上述した気液分離器28と、第2開閉弁29bと、逆止弁30と、第1液分管67と、第2液分管68とで本発明の迂回路が形成され、この迂回路は第1開閉弁29aに並列に接続されている。
第1開閉弁29aおよび第2開閉弁29bの開閉動作については、後述する。
第1開閉弁29aおよび第2開閉弁29bの開閉動作については、後述する。
第2膨張弁27bは例えば電子膨張弁であり、バイパス管69における気液分離器28のガス冷媒流出口の近傍に設けられている。第2膨張弁27bの開度が調整されることで、気液分離器28から吸入管66へと流れるガス冷媒の量が調整される。なお、第2膨張弁27bの具体的な開度の調整方法については、後述する。
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21から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ71と、圧縮機21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。吸入管66には、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ72と、圧縮機21に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ74とが設けられている。
室外熱交換器23の図示しない冷媒流路の中間部には、冷媒流路の中間部を流れる冷媒の温度、すなわち室外熱交換器23の温度を検出するための熱交温度センサ75が設けられている。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、本発明の制御手段である室外機制御手段200が備えられている。室外機制御手段200は、室外機2の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図1(B)に示すように、CPU210と、記憶部220と、通信部230と、センサ入力部240とを備えている。
記憶部220は、例えばフラッシュメモリであり、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21や室外機ファン28の駆動状態、各室内機5から送信される運転情報(運転/停止情報、冷房/暖房等の運転モード等を含む)、後述する弁動作テーブル300などを記憶する。通信部230は、各室内機5との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部240は、室外機2の各種センサでの検出結果を取り込んでCPU210に出力する。
CPU210は、センサ入力部240を介して各種センサでの検出値を定期的(例えば、30秒毎)に取り込むとともに、各室内機5から送信される運転情報を含む信号が通信部230を介して入力される。CPU210は、これら入力された各種情報に基づいて、第1膨張弁24aや第2膨張弁24bの開度調整、圧縮機21や室外機ファン28の駆動制御を行う。また、CPU210は、後述する弁動作テーブル300を用いて、第1開閉弁29aおよび第2開閉弁29bを開閉する。
<室内機の構成>
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、室内ファン32と、液管4の他端が接続された液管接続部33と、ガス管5の他端が接続されたガス管接続部34を備えている。そして、室内ファン32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。
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、室内ファン32と、液管4の他端が接続された液管接続部33と、ガス管5の他端が接続されたガス管接続部34を備えている。そして、室内ファン32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32の回転により室内機3の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33と室内機液管91で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部34と室内機ガス管92で接続されている。室内熱交換器31は、空気調和機1が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部33やガス管接続部34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32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31は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機3の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室内機3の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。室内機液管91には、室内熱交換器31に流入あるいは室内熱交換器31から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ81が設けられている。室内機ガス管92には、室内熱交換器31から流出あるいは室内熱交換器31に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ82が設けられている。そして、室内機3の図示しない吸込口付近には、室内機3の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ83が備えられている。
<冷媒回路の動作>
次に、本実施形態における空気調和機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説明する。以下の説明では、図1および図2を用いて、空気調和機1が暖房運転を行う場合、冷房運転を行う場合、除霜運転を行う場合、の順で説明する。
次に、本実施形態における空気調和機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説明する。以下の説明では、図1および図2を用いて、空気調和機1が暖房運転を行う場合、冷房運転を行う場合、除霜運転を行う場合、の順で説明する。
ここで、図2に示す弁動作テーブル300について説明する。この弁動作テーブル300は、予め定められて室外機制御手段200の記憶部220に記憶されているものであり、運転モードに応じた第1開閉弁29aおよび第2開閉弁29bの開閉と、第1膨張弁27aおよび第2膨張弁27bの開度調整方法が、それぞれ定められている。空気調和機1が空調運転を行っているときは、室外機制御手段200のCPU210が、この弁動作テーブル300に基づいて、現在の運転モードに応じて第1開閉弁29aおよび第2開閉弁29bの開閉と、第1膨張弁27aおよび第2膨張弁27bの開度調整を行う。
<暖房運転時の冷媒回路の動作>
空気調和機1が暖房運転を行う場合、CPU210は、図1(A)に示すように、四方弁22を破線で示す状態、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替える。これにより、冷媒回路10において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、冷媒回路10が、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暖房サイクルとなる。また、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「暖房運転」の項目を参照して、第1開閉弁29aを開くとともに、第2開閉弁29bを閉じる。さらには、CPU210は、弁動作テーブル300を参照して、第1膨張弁27aを後述する方法で吐出温度に応じた開度とし、第2膨張弁27bを全開とする。
空気調和機1が暖房運転を行う場合、CPU210は、図1(A)に示すように、四方弁22を破線で示す状態、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替える。これにより、冷媒回路10において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、冷媒回路10が、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暖房サイクルとなる。また、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「暖房運転」の項目を参照して、第1開閉弁29aを開くとともに、第2開閉弁29bを閉じる。さらには、CPU210は、弁動作テーブル300を参照して、第1膨張弁27aを後述する方法で吐出温度に応じた開度とし、第2膨張弁27bを全開とする。
冷媒回路10が暖房サイクルとなった状態で、CPU210が圧縮機21を駆動すると、圧縮機21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を流れ閉鎖弁26を介してガス管5に流出する。ガス管5を流れる冷媒は、ガス管接続部34を介して室内機3に流入する。
室内機3に流入した冷媒は、室内機ガス管92を流れて室内熱交換器31に流入し、室内ファン32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っ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91を流れ、液管接続部33を介して液管4に流出する。液管4を流れ閉鎖弁25を介して室外機2に流入した冷媒は室外機液管63を流れ、CPU210により開かれている第1開閉弁29aを流れて第1膨張弁27aへと流れ、第1膨張弁27aを通過する際に減圧される。このとき、逆止弁30により、液管4から室外機液管63に流入した冷媒は、第2液分管68には流れない。また、第2開閉弁29bがCPU210により閉じられていることにより、第1開閉弁29aから第1膨張弁27aへと流れる冷媒は第1液分管67には流れない。さらには、第2膨張弁27bの開度がCPU210により全開とされているため、気液分離器28の内部に滞留するガス冷媒は、バイパス管69、吸入管66を流れて圧縮機21に吸入される。
第1膨張弁27aは、吐出温度センサ73で検出した吐出温度が、外気温度や室内機3で要求される暖房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整される。具体的には、検出した吐出温度が目標温度より高い場合は、第1膨張弁27aの開度が現在の開度より大きくされる。第1膨張弁27aの開度が大きくされることで、冷媒回路10から圧縮機21に戻る冷媒量が多くなって吐出温度が低下する。一方、検出した吐出温度が目標温度より低い場合は、第1膨張弁27aの開度が現在の開度より小さくされる。第1膨張弁27aの開度が小さくされることで、冷媒回路10から圧縮機21に戻る冷媒量が少なくなって圧縮機21の内部温度が上昇するので、吐出温度が上昇する。
第1膨張弁27aを通過する際に減圧された冷媒は、室外機液管63を流れて室外熱交換器23に流入し、室外熱交換器23で室外ファン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から冷媒配管62に流出した冷媒は、四方弁22、吸入管66を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
<冷房運転時の冷媒回路の動作>
空気調和機1が冷房運転を行う場合、CPU210は、図1(A)に示すように、四方弁22が実線で示す状態、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、切り替えられる。これにより、冷媒回路10において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、冷媒回路10が、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冷房サイクルとなる。また、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「冷房運転」の項目を参照して、第1開閉弁29aを閉じるとともに、第2開閉弁29bを開く。さらには、CPU210は、弁動作テーブル300を参照して、第1膨張弁27aを前述した暖房運転時と同じ吐出温度に応じた開度とし、第2膨張弁27bの開度を後述する方法で第1膨張弁27aの開度に応じた開度とする。
空気調和機1が冷房運転を行う場合、CPU210は、図1(A)に示すように、四方弁22が実線で示す状態、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、切り替えられる。これにより、冷媒回路10において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、冷媒回路10が、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冷房サイクルとなる。また、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「冷房運転」の項目を参照して、第1開閉弁29aを閉じるとともに、第2開閉弁29bを開く。さらには、CPU210は、弁動作テーブル300を参照して、第1膨張弁27aを前述した暖房運転時と同じ吐出温度に応じた開度とし、第2膨張弁27bの開度を後述する方法で第1膨張弁27aの開度に応じた開度とする。
冷媒回路10が冷房サイクルとなった状態で、CPU210が圧縮機21を駆動すると、圧縮機21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から冷媒配管62を流れて室外熱交換器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凝縮する。
室外熱交換器23から室外機液管63に流出した冷媒は、第1膨張弁27aを通過する際に減圧される。第1膨張弁27aの開度は、吐出温度センサ73で検出した吐出温度が、外気温度や室内機3で要求される冷房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整されている。なお、具体的な第1膨張弁27aの開度調整方法については、暖房運転の際に説明した方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、第1膨張弁27aの開度により、室外熱交換器23から流出する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とが混合された気液二相冷媒となる。
第1膨張弁27aを通過して室外機液管63を流れる冷媒は、第1開閉弁29aがCPU210により閉じられていること、および、第2開閉弁29bがCPU210により開かれていることによって、第1液分管67へと流れ、気液分離器28に流入する。このとき、気液分離器28に流入した冷媒は気液分離器28の内部で液冷媒とガス冷媒とに分離される。
気液分離器28の内部で液冷媒と分離されたガス冷媒は、バイパス管69へと流出し、CPU210によって第1膨張弁27aの開度に応じた開度とされている第2膨張弁27bを通過する際に減圧されて、吸入管66へと流れる。
ここで、冷房運転時に、第1膨張弁27aの開度に応じて第2膨張弁27bの開度を調整する方法について説明する。第1膨張弁27aの開度が予め定められた第1所定開度より大きい場合は、第2膨張弁27bの開度を現在の開度より大きくする。ここで、第1所定開度とは、第1膨張弁27aの最大開度より少し小さい開度であり、第1膨張弁27aの開度を第1所定開度としても吐出温度が下がりにくい状態となることが、予め行った試験などによって判明している開度である。
第1膨張弁27aの開度が第1所定開度より大きい場合に第2膨張弁27bの開度を現在の開度より大きくすると、第2膨張弁27bの開度が小さい場合と比べて気液分離器28に滞留するガス冷媒がバイパス管69へと流出する量が増加する。このため、気液分離器28から第2液分管68に流出する液冷媒に対するガス冷媒の割合が少なくなって、第2液分管68から液管4へと流れる冷媒の密度が高くなる。そして、液管4を流れる冷媒の密度が高くなれば、冷媒の密度が低い場合と比べて液管4における冷媒の流速が遅くなることによって冷媒が液管4を流れる際の圧力損失が小さくなる。これにより、圧縮機21に吸入される冷媒の密度も高くなるので、吐出温度が低下する。
第1膨張弁27aの開度が第1所定開度以上となっているときに、第2膨張弁27bの開度を大きくして第2液分管68から液管4へと流れる冷媒の密度を高くすることで、冷媒回路10を循環する冷媒量が増加するため、吐出温度は低下する。そして、検出した吐出温度が目標温度より低くなった場合は、第1膨張弁27aの開度が現在の開度より小さくされる。このとき、第1膨張弁27aの開度が第1所定開度より小さくなったことによって第2膨張弁27bの開度を小さくすれば、第1膨張弁27aの開度が第1所定開度を境として大きくなったり小さくなったりを繰り返し、これに応じて第2膨張弁27bの開度も大きくなったり小さくなったりを繰り返す、所謂ハンチングを起こす恐れがある。
そこで、第1膨張弁27aの開度が予め定められた第2所定開度以下である場合に、第2膨張弁27bの開度を現在の開度より小さくする。ここで、第2所定開度は、第1所定開度より小さい開度であり、室内機3で発揮される冷房能力を考慮して決定される。第1膨張弁27aの開度が第2所定開度以下であるときに第2膨張弁27bの開度が大きくされていると、液管4を流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合が低くなって液管4を流れる冷媒の密度が高くなることに起因して、室内熱交換器31における蒸発能力が低下して室内機3で発揮される冷房能力が低下する恐れがある。そこで、本実施形態では、上述した冷房能力の低下を抑制しつつ、第2膨張弁27bの開度調整のハンチングを防ぐことができるように、第2所定開度が定められる。
以上説明したように、冷房運転時は吐出温度に応じて調整される第1膨張弁27aの開度に応じて、第2膨張弁27bの開度が調整される。これにより、冷房運転時に必要な冷媒循環量を確保して要求される冷房能力を発揮させつつ、吐出温度が高い場合はこれを確実に低下させることができる。
なお、第1膨張弁27aの開度が第1所定開度より小さく、かつ、第2所定開度より大きい場合は、CPU210は、現在の第2膨張弁27bの開度を維持する。
なお、第1膨張弁27aの開度が第1所定開度より小さく、かつ、第2所定開度より大きい場合は、CPU210は、現在の第2膨張弁27bの開度を維持する。
一方、気液分離器28の内部でガス冷媒と分離された液冷媒は第2液分管68へと流出し、逆止弁30を介して室外機液管63へと流れる。室外機液管63を流れ閉鎖弁25を介して液管4に流出し、液管4を流れて液管接続部33を介して室内機3に流入する。
室内機3に流入した冷媒は、室内機液管91を流れて室内熱交換器31に流入する。室内熱交換器31に流入した冷媒は、室内ファン32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蒸発する。このように、室内熱交換器31が蒸発器として機能し、室内熱交換器31で冷媒と熱交換を行っ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冷房が行われる。
室内熱交換器31から流出した冷媒は、室内機ガス管92を流れガス管接続部34を介してガス管5に流出する。ガス管5を流れて閉鎖弁26を介して室外機2に流入した冷媒は、室外機ガス管64、四方弁22、吸入管66を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
<除霜運転時の冷媒回路の動作>
空気調和機1が除霜運転を行う場合、CPU210は、冷媒回路10を冷房運転時と同じ冷房サイクルとする。また、CPU210は、弁動作テーブル300を参照して、第1開閉弁29aを閉じるとともに、第2開閉弁29bを開く。さらには、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「除霜運転」の項目を参照して、第1膨張弁27aの開度と第2膨張弁27bの開度とをともに全開とする。なお、除霜運転時は、室外ファン24と室内ファン32とは、ともに停止されている。
空気調和機1が除霜運転を行う場合、CPU210は、冷媒回路10を冷房運転時と同じ冷房サイクルとする。また、CPU210は、弁動作テーブル300を参照して、第1開閉弁29aを閉じるとともに、第2開閉弁29bを開く。さらには、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「除霜運転」の項目を参照して、第1膨張弁27aの開度と第2膨張弁27bの開度とをともに全開とする。なお、除霜運転時は、室外ファン24と室内ファン32とは、ともに停止されている。
暖房運転が長時間、例えば3時間以上継続して行われている場合や、暖房運転中に熱交温度センサ75で検出する室外熱交換器23の温度が、外気温度センサ76で検出する外気温度より所定温度、例えば10℃以上低い状態が所定時間、例えば10分以上継続した場合は、暖房運転に支障をきたすほど室外熱交換器23が着霜している恐れがある。このような場合に、暖房運転を一時中断し、冷媒回路10を暖房サイクルから冷房サイクルに切り換えることで、圧縮機21から吐出された高圧の冷媒を室外熱交換器23へと流して室外熱交換器23の霜を融かす除霜運転を行う。
冷媒回路10が冷房サイクルとなった状態で、CPU210が圧縮機21を駆動すると、圧縮機21から吐出された高温・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から冷媒配管62を流れて室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23に流入した冷媒により、室外熱交換器23で発生している霜が融ける。
室外熱交換器23から室外機液管63に流出した冷媒は、CPU210によって全開とされている第1膨張弁27aを通過し、第1開閉弁29aがCPU210により閉じられていること、および、第2開閉弁29bがCPU210により開かれていることによって、第1液分管67へと流れて気液分離器28に流入する。気液分離器28に流入した冷媒はバイパス管69および第2液分管68へと流出する。バイパス管69へと流出した冷媒は、CPU210によって全開とされている第2膨張弁27bを通過して吸入管66へと流れて圧縮機21に吸入される。一方、気液分離器28の内部でガス冷媒と分離された液冷媒は第2液分管68へと流出し、逆止弁30を介して室外機液管63へと流れる。室外機液管63を流れ閉鎖弁25を介して液管4に流出し、液管4を流れて液管接続部33を介して室内機3に流入する。
以上説明したように、除霜運転時は第1膨張弁27aの開度が全開とされている。また、室外熱交換器23から流出して気液分離器28に流入した気液二相冷媒のうちのガス冷媒が、第2膨張弁27bの開度が全開より小さい開度とされている場合と比べて圧縮機21に多く戻る。このように、第1膨張弁27aと第2膨張弁27bの開度をそれぞれ全開とすることにより、除霜運転時に室外熱交換器23に多くの冷媒を流すことができるので、室外熱交換器23の除霜を早く完了させることができる。
室内機3に流入した冷媒は、室内機液管91を流れて室内熱交換器31を通過し、室内機ガス管92を流れガス管接続部34を介してガス管5に流出する。ガス管5を流れて閉鎖弁26を介して室外機2に流入した冷媒は、室外機ガス管64、四方弁22、吸入管66を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
<除霜運転から暖房運転に復帰させる際の、各開閉弁の動作>
空気調和機1が上述した除霜運転を行っているとき、除霜運転が所定時間、例えば10分間行われた場合や、除霜運転中に熱交温度センサ75で検出する室外熱交換器23の温度が所定温度、例えば10℃以上となった場合は、室外熱交換器23で発生した霜が全て融けたと考え、除霜運転を終了する。除霜運転終了後は、冷媒回路10を冷房サイクルから暖房サイクルに戻して、暖房運転を再開する。
空気調和機1が上述した除霜運転を行っているとき、除霜運転が所定時間、例えば10分間行われた場合や、除霜運転中に熱交温度センサ75で検出する室外熱交換器23の温度が所定温度、例えば10℃以上となった場合は、室外熱交換器23で発生した霜が全て融けたと考え、除霜運転を終了する。除霜運転終了後は、冷媒回路10を冷房サイクルから暖房サイクルに戻して、暖房運転を再開する。
ところで、空気調和機1が除霜運転を行っているときは、前述したように第1膨張弁27aの開度と第2膨張弁27bの開度はともに全開とされている。除霜運転時に第1膨張弁27aの開度が全開とされると、気液分離器28に流入する冷媒量が冷房運転時と比べて多くなる。また、第2膨張弁27bの開度が全開とされると、気液分離器28の内部で液冷媒と分離されて気液分離器28からバイパス管69へと流出するガス冷媒の量が、冷房運転時と比べて多くなる。この結果、気液分離器28の内部でガス冷媒と分離されて気液分離器28から第2液分管68流出する液冷媒の量も冷房運転時より増えるものの、気液分離器28からバイパス管69へと流出するガス冷媒の量が多くなるため、気液分離器28の内部においてガス冷媒の量に対する液冷媒の量の比率が大きくなる、つまり、多量の液冷媒が気液分離器28に滞留する。この結果、除霜運転が終了して暖房運転に復帰した際に、冷媒回路10を循環する冷媒量が不足して室内機3で要求される暖房能力が発揮できない恐れがある。
そこで、本実施形態の空気調和機1では、除霜運転が終了した後に図2の弁動作テーブル300における運転モードが「除霜運転終了→暖房運転復帰まで」の項目を参照して、第1開閉弁29aと第2開閉弁29bの各開閉動作を行う。具体的には、CPU210は、除霜運転が終了した後、圧縮機21を駆動させたまま、および、第2開閉弁29b以外の各弁を除霜運転時と同じ状態に維持したまま、第2開閉弁29bを閉じる。
このように、第1開閉弁29aと第2開閉弁29bとをともに閉じて圧縮機21を駆動することによって、気液分離器28の内部の圧力が第2液分管68における圧力より低くなって、気液分離器28に滞留する液冷媒が気液分離器28から第2液分管68へと流出し、第2液分管68から室外機液管63や液管4へと流れる。またこのとき、第2膨張弁27bも全開とされているので、気液分離器28に滞留するガス冷媒が、気液分離器28からバイパス管69へと流出し、吸入管66を介して圧縮機21に吸入される。
CPU210は、以上説明した状態、つまり、圧縮機21を駆動させたまま、および、第2開閉弁29b以外の各弁を除霜運転時と同じ状態に維持したまま、第2開閉弁29bを閉じた状態を、除霜運転が終了してから所定時間(例えば、30秒間。予め試験などを行って求められた時間であり、気液分離器28の内部から十分な量の液冷媒を流出できる時間)継続する。これにより、除霜運転中に気液分離器28に滞留していた多量の液冷媒を冷媒回路10に向けて流出させることができる。
そして、CPU210は、除霜運転が終了してから所定時間が経過した後、第2開閉弁29bを閉じた状態、および、第1膨張弁27aの開度と第2膨張弁27bの開度をともに全開としたまま、第1開閉弁29aを開く。これにより、冷媒回路10における高圧側(圧縮機21の吐出側)と低圧側(圧縮機21の吸入側)との圧力差が小さくなる、つまり、均圧が行われる。CPU210は、この均圧に必要な時間、例えば3分間が経過するまで、第2開閉弁29bを閉じた状態、および、第1膨張弁27aの開度と第2膨張弁27bの開度をともに全開とした状態を維持し、均圧が完了すれば冷媒回路10を冷房サイクルから暖房サイクルに切り換える。そして、CPU210は、弁動作テーブル300における運転モードが「暖房運転」の項目を参照して、第1開閉弁29a、第2開閉弁29b、第1膨張弁27a、および、第2膨張弁27bをそれぞれ制御するとともに、圧縮機21を再起動して暖房運転を再開する。
以上説明したように、本実施形態の空気調和機1では、除霜運転が終了後に、除霜運転中に気液分離器28に滞留した冷媒を冷媒回路10に流出させた後に、暖房運転を再開する。これにより、除霜運転から暖房運転に復帰した際に、冷媒回路10を循環する冷媒量が不足することがなく、室内機3で要求される暖房能力が発揮できないということを防ぐことができる。
1 空気調和機
2 室外機
3 室内機
10 冷媒回路
21 圧縮機
22 四方弁
23 室外熱交換器
27a 第1膨張弁
27b 第2膨張弁
28 気液分離器
29a 第1開閉弁
29b 第2開閉弁
30 逆止弁
67 第一液分管
68 第二液分管
69 バイパス管
73 吐出温度センサ
300 弁動作テーブル
2 室外機
3 室内機
10 冷媒回路
21 圧縮機
22 四方弁
23 室外熱交換器
27a 第1膨張弁
27b 第2膨張弁
28 気液分離器
29a 第1開閉弁
29b 第2開閉弁
30 逆止弁
67 第一液分管
68 第二液分管
69 バイパス管
73 吐出温度センサ
300 弁動作テーブル
Claims (3)
- 圧縮機と、室内熱交換器と、第1開閉弁と、第1膨張弁と、室外熱交換器とで形成される冷媒回路と、
前記第1開閉弁に並列に配置され、第2開閉弁と、気液分離器と、逆止弁とで形成される迂回路と、
前記第1開閉弁および前記第2開閉弁の開閉を行う制御手段と、を有し、
暖房運転時は、前記第1開閉弁が開かれるとともに前記第2開閉弁が閉じられて、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記第1開閉弁、前記第1膨張弁、前記室外熱交換器の順で冷媒が流れ、
冷房運転時あるいは除霜運転時は、前記第1開閉弁が閉じられるとともに前記第2開閉弁が開かれて、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記第1膨張弁、前記第2開閉弁、前記気液分離器、前記逆止弁、前記室内熱交換器の順で冷媒が流れる、
空気調和機であって、
前記制御手段は、
前記暖房運転を中断して前記除霜運転を行い、同除霜運転が終了した時点から、前記圧縮機を駆動させたまま前記第1開閉弁と前記第2開閉弁をともに閉じた状態を所定時間継続させる、
ことを特徴とする空気調和機。 - 前記制御手段は、
前記所定時間が経過した後に前記第1開閉弁を開き、前記暖房運転を再開するまで前記第1開閉弁が開いた状態を維持する、
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 第2膨張弁を備え前記気液分離器から前記圧縮機へと冷媒を導くバイパス路を有し、
前記制御手段は、
前記除霜運転を開始した時点から前記暖房運転を再開するまでの間、前記第1膨張弁の開度と前記第2膨張弁の開度をともに全開とする、
ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和機。
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7034227B1 (ja) | 2020-09-30 | 2022-03-11 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | 空気調和機及び管理装置 |
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JP2000257966A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 冷凍装置 |
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-
2019
- 2019-02-12 JP JP2019022552A patent/JP2020128858A/ja active Pending
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