JP2023049798A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器として使用していた部分に高温冷媒が瞬時に流入して凝縮水を再蒸発させてしまうような事態を回避する。【解決手段】制御部５０は、運転を第３除湿運転から冷房運転へ切り換える場合において、第１膨張弁の開度を第３除湿運転時よりも小さくした後に、第２膨張弁３４の開度を第３除湿運転時よりも大きくする。【選択図】図７

Description

除湿運転をすることができる空気調和装置に関する。

近年、除湿運転をすることができる空気調和装置が広く普及している。例えば、特許文献１（特開２００６－１７７５９９号公報）に開示されている空気調和装置では、第１室内熱交換器を凝縮器として、第２室内熱交換器を蒸発器として機能させるために、第１室内熱交換器と第２室内熱交換器との間に除湿弁としての電磁弁が設けられている。

このような空気調和装置では、除湿運転から冷房運転に切り換える場合に、先ず、圧縮機を停止させ、除湿弁を介して高圧側と低圧側の圧力差を小さくした後、流路切換弁を逆流路に切り換える。除湿弁にはバネ力により開方向の力がかかっているので、高圧側と低圧側の圧力差が所定値以内になると、開の作動パルスの有無に関わらず、除湿弁は開く。これにより、高圧側と低圧側の冷媒の圧力差は一層速く接近し、圧縮機の始動可能圧力差まで小さくなるので、圧縮機を始動し冷房運転を開始する。

しかしながら、流路切換弁を逆流路に切り換えると均圧は瞬時に行われるが、電磁弁が一挙に開くので、除湿運転時に蒸発器として使用していた部分に高温冷媒が流入し、当該部分周辺の凝縮水が再蒸発してしまう。そのため、ユーザーに不快感を与える可能性がある。

第１観点の空気調和装置は、除湿運転および冷房運転を行う空気調和装置であって、冷媒回路と、制御部とを備えている。冷媒回路は、圧縮機、第１熱交換器、第１弁、第２弁および第２熱交換器によって冷凍サイクルを構成する。制御部は、第１弁および第２弁の開度を調整する。第１弁および第２弁は流量調整が可能な弁である。制御部は、運転を除湿運転から冷房運転へ切り換える場合において、第１弁の開度を小さくする第１制御を実行した後に、第２弁の開度を大きくする第２制御を実行する。

この空気調和装置では、運転を除湿運転から冷房運転へ切り換える場合において、第１弁の開度を小さくする第１制御によって、第１弁と第２弁との間の圧力が下がるので、第２弁前後の圧力差が小さくなる。

その結果、第２弁前後の圧力差が低下した後に、第２弁の開度を大きくするので、除湿運転時に蒸発器として使用していた部分に高温冷媒が瞬時に流入して凝縮水を再蒸発させてしまうような事態を回避することができる。

第２観点の空気調和装置は、第１観点の空気調和装置であって、第２熱交換器が、第１熱交換部と第２熱交換部とを有している。第２弁は、第１熱交換部と第２熱交換部との間に配置される。

この空気調和装置では、除湿運転時には、第１熱交換部を放熱器、第２熱交換部を蒸発器として利用する再熱除湿運転が可能である。

第３観点の空気調和装置は、第１観点または第２観点の空気調和装置であって、制御部が、第１制御を実行し、第２弁前後の圧力差が所定値以下になった後、第２制御を実行する。

この空気調和装置では、第２弁前後の圧力差が所定値以下になっているので、第２弁の開度を冷房運転時の開度にする動作が当該圧力差によって阻害されることはない。

ここで、「第２弁前後の圧力差」とは「第２弁の冷媒流入口（第１熱交換部側）と冷媒流出口（第２熱交換部側）との圧力差」である。

第４観点の空気調和装置は、第１観点または第２観点の空気調和装置であって、制御部が、第１制御を実行後、３分以内に第２制御を実行する。

この空気調和装置では、３分以内に除湿運転から冷房運転へ切り換えられるので、スムーズな運転切換が可能である。

第５観点の空気調和装置では、第１観点から第４観点のいずれか１つの空気調和装置であって、第２弁が電子膨張弁である。

この空気調和装置において、電子膨張弁は、入力を制御することによって弁開度を調整することができるので、電磁弁に比べて弁開度の微調整が容易である。

第６観点の空気調和装置は、第１観点から第５観点のいずれか１つの空気調和装置であって、制御部が、第１制御を実行している間、圧縮機の運転を継続する。

この空気調和装置では、第１制御実行中に圧縮機の運転を継続させることによって、第２弁前後の圧力差を、圧縮機の運転を停止させる場合よりも早期に低下させることができるので、第２制御への切換を早めることができる。その結果、除湿運転から冷房運転への切換時間を短くすることができる。

第７観点の空気調和装置は、第１観点から第１観点から第６観点のいずれか１つの空気調和装置であって、制御部が、第１制御を実行している間、圧縮機の回転数を低下させる。

この空気調和装置では、第１制御を実行している間、圧縮機の回転数を低下させて圧縮機の運転を継続することによって、第２弁の流入口側の冷媒圧力よりも流出口側の冷媒圧力が下がり過ぎないようにする。

第８観点の空気調和装置は、第１観点から第７観点のいずれか１つの空気調和装置であって、第２弁が第１機構と第２機構とを有している。第１機構は、最大で第１流量を流す第１流路を開閉する。第２機構は、第１流量よりも大きい第２流量を流す第２流路を開閉する。制御部は、第２弁の第２流路を開ける前に、第１弁の開度を小さくする。

この空気調和装置では、第２弁の開度を除湿運転時の開度から冷房運転時の開度に変更する場合において、第２弁の第２流路を開ける前に、第１弁の開度を小さくすることによって、第１弁と第２弁との間の圧力が下がるので、第２弁前後の圧力差が小さくなる。

第２弁は、流量が異なる２つの流路を切り換える構成であるので、２つの流量特性を有しており、流量を小流量から大流量へ段階的に切り換えることができる。

本開示の一実施形態に係る空気調和装置の外観図である。 空気調和装置の冷媒回路図である。 空気調和機の構成を示すブロック図である。 第２膨張弁の内部構造を示す断面図である。 第２膨張弁の第１機構によって流量調整しているときの第１弁体の位置を示す、当該第２膨張弁の部分断面図である。 第１弁ポートが全開となるまで、第１弁体の先端部が第１弁ポートから離間したときの第１弁体の位置を示す、当該第２膨張弁の部分断面図である。 第２弁ポートが全開となるまで、第２弁体のテーパ部が第２弁ポートから離間したときの第１弁体および第２弁体の位置を示す、当該第２膨張弁の部分断面図である。 第２膨張弁への入力パルス数と流量との関係を示すグラフである。 第３除湿運転（再熱除湿運転）から冷房運転に切り換えるまでのタイムチャートである。 第３除湿運転（再熱除湿運転）から冷房運転に切り換えるまでの制御を示すフローチャートである。 変形例に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

（１）空気調和装置１の構成
図１は、本開示の一実施形態に係る空気調和装置１の外観図である。本実施形態に係る空気調和装置１は、図１に示すように、室外機２と室内機３とに分かれて構成されたセパレートタイプの空気調和装置である。室外機２および室内機３は、冷媒配管６、７によって接続されている。このような空気調和装置１は、冷房運転、暖房運転および除湿運転を行うことができる。空気調和装置１がどの種類の運転を行うかは、リモートコントローラ５５を介してユーザーにより指示される。

図２は、空気調和装置１の冷媒回路図である。図２において、空気調和装置１では、制御部５０が、四路切換弁２２を制御して冷媒回路１０内の冷媒の循環方向を切り換える。

（２）詳細構成
以下、図１および図２を参照しながら、空気調和装置１の主要な構成要素について説明する。

（２－１）室外機２
室外機２は、室内機３に熱エネルギーを供給する熱源ユニットとして機能する。図２に示されているように、室外機２は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、第１膨張弁２４、アキュムレータ２７、室外ファン２８およびケーシング２９（図１参照）を含む。

（２－１－１）圧縮機２１
圧縮機２１は、ガス冷媒を吸入して圧縮して吐出する。圧縮機２１は、モータの運転周波数をインバータにより調整することで運転容量を変更することができる。運転周波数が大きいほど圧縮機２１の運転容量が大きくなる。

（２－１－２）四路切換弁２２
四路切換弁２２は、冷媒回路１０内の冷媒の循環方向を切り換える。四路切換弁２２は、４つのポートを有している。

四路切換弁２２の第１ポートＰ１は、圧縮機２１の吐出口に接続されている。四路切換弁２２の第２ポートＰ２は、室外熱交換器２３の第１出入口２３ｘに接続されている。四路切換弁２２の第３ポートＰ３は、アキュムレータ２７に接続されている。四路切換弁２２の第４ポートＰ４は、室内熱交換器３０の第２出入口３０ｙに接続されている。

（２－１－３）室外熱交換器２３
室外熱交換器２３は、一方向に積層された複数のフィンと、該フィンを貫通する複数の伝熱管とにより構成されている。

室外熱交換器２３は、第２出入口２３ｙを第１膨張弁２４の第１出入口２４ｘに接続している。室外熱交換器２３は、第１出入口２３ｘまたは第２出入口２３ｙから内部に流入した冷媒と、室外の空気との間で熱交換を行う。

（２－１－４）第１膨張弁２４
第１膨張弁２４は、「電動弁」とも呼ばれる電子膨張弁である。第１膨張弁２４の第２出入口２４ｙは、室内熱交換器３０の第１出入口３０ｘに接続されている。

（２－１－５）アキュムレータ２７
アキュムレータ２７は、四路切換弁２２の第３ポートＰ３と圧縮機２１の吸入口との間に接続されている。アキュムレータ２７では、圧縮機２１に吸入される冷媒の気液分離が行われる。

（２－１－６）室外ファン２８
室外ファン２８は、例えばプロペラファンである。室外ファン２８はモータによって駆動される。室外ファン２８の回転数は、インバータ装置によって可変である。

（２－１－７）第１制御部５２
図３は、空気調和装置１の構成を示すブロック図である。図３において、室外機２の内部には、制御部５０の構成要素である第１制御部５２が配置されている。

第１制御部５２は、プロセッサおよびメモリを含む。プロセッサは、メモリに記憶されている各運転の制御プログラムを読み取り、各機器に必要な指令を出力する。メモリは、各運転の制御プログラムの他、第２制御部５３からの指示値を随時記憶する。プロセッサは、メモリに記憶されたデータまたは要求値を読み取り、必要な制御値を演算する。さらに、プロセッサは、内部にタイマを有している。プロセッサとして、ＣＰＵまたはＧＰＵが採用される。上記の記載は、一例であって、上記記載内容に限定されるものではない。

第１制御部５２は、具体的には、圧縮機２１のモータの運転周波数、四路切換弁２２の切り換え、第１膨張弁２４の開度および室外ファン２８の回転数を制御する。

（２－１－８）ケーシング２９
ケーシング２９は、室外の空気を吸い込む吸込口（図示せず）と、熱交換後の空気を吹き出す吹出口２９ｂとを有している。

圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、第１膨張弁２４、アキュムレータ２７、室外ファン２８および第１制御部５２は、ケーシング２９の中に収容されている。

（２－２）室内機３
図２に示すように、室内機３は、室内熱交換器３０、第２膨張弁３４、室内ファン３８およびケーシング３９（図１参照）を含む。

（２－２－１）室内熱交換器３０
室内熱交換器３０は、室内機３内部に取り込まれた室内空気と、冷媒回路１０内を循環する冷媒との間で熱交換を行う。室内熱交換器３０は、第１熱交換部３１および第２熱交換部３２を有している。

第１熱交換部３１の一端は室内熱交換器３０の第１出入口３０ｘであり、第１膨張弁２４に接続されている。第１熱交換部３１は、冷房運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時および再熱除湿運転時には凝縮器として機能する。

第２熱交換部３２の一端は室内熱交換器３０の第２出入口３０ｙであり、四路切換弁２２の第４ポートＰ４に接続されている。第２熱交換部３２は、冷房運転時および再熱除湿運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時には凝縮器として機能する。

第１熱交換部３１および第２熱交換部３２それぞれは、室外熱交換器２３と同様、一方向に積層された複数のフィンと、該フィンを貫通する複数の伝熱管とにより構成されている。

室内熱交換器３０の下には、ドレンパン（図示せず）が配置されており、室内熱交換器３０で発生した結露は、ドレンパンで受け止められる。

（２－２－２）第２膨張弁３４
第２膨張弁３４は、「電動弁」と呼ばれる電子膨張弁である。第２膨張弁３４は、室内熱交換器３０の第１熱交換部３１と第２熱交換部３２とを接続する。

（２－２－３）室内ファン３８
室内ファン３８は、例えば、クロスフローファンである。吸込口３９ａから吹出口３９ｂに向う空気流路において、室内熱交換器３０の下流に配置されている。

（２－２－４）第２制御部５３
図３に示すように、室内機３の内部には、制御部５０の構成要素である第２制御部５３が配置されている。

第１制御部５２と同様に、第２制御部５３は、プロセッサおよびメモリを含む。プロセッサは、メモリに記憶されている各運転の制御プログラムを読み取り、各機器に必要な指令を出力する。メモリは、各運転の制御プログラムの他、第１制御部５２からの指示値を随時記憶する。プロセッサは、メモリに記憶されたデータまたは要求値を読み取り、必要な制御値を演算する。さらに、プロセッサは、内部にタイマを有している。プロセッサとして、ＣＰＵまたはＧＰＵが採用される。上記の記載は、一例であって、上記記載内容に限定されるものではない。

第２制御部５３は、具体的には、室内ファン３８の回転数および第２膨張弁３４の開度を制御する。

（２－２－５）ケーシング３９
ケーシング３９は、上部に吸込口３９ａを有し、下部に吹出口３９ｂを有している。室内熱交換器３０、第２膨張弁３４、室内ファン３８および第２制御部５３は、ケーシング３９の中に収容されている。

（３）空気調和装置１の動作
（３－１）冷房運転
冷房運転の開始前に、制御部５０には、例えば、リモートコントローラ５５から冷房運転が指示されるとともに目標温度が指示される。冷房運転時には、制御部５０は、第２膨張弁３４を全開にし、四路切換弁２２を、図２において実線で示されている状態に切り換える。

冷房運転時には、四路切換弁２２は、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２の間で冷媒を流し、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４の間で冷媒を流す。冷房運転時の四路切換弁２２は、圧縮機２１から吐出される高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器２３に流す。

室外熱交換器２３では、冷媒と、室外ファン２８により供給される室外の空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器２３で放熱した冷媒は、第１膨張弁２４で減圧されて室内熱交換器３０に流れ込む。

室内熱交換器３０では、冷媒と室内ファン３８により供給される室内の空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器３０での熱交換により吸熱した冷媒は、四路切換弁２２およびアキュムレータ２７を経由して、圧縮機２１に吸入される。

室内熱交換器３０で冷やされた空気が室内機３から吹出されることで、室内の冷房が行われる。

この空気調和装置１では、冷房運転においては、室内熱交換器３０が冷媒の蒸発器として機能し、室外熱交換器２３が冷媒の凝縮器として機能する。

（３－２）暖房運転
暖房運転の開始前に、制御部５０には、例えば、リモートコントローラ５５から暖房運転が指示されるとともに目標温度が指示される。暖房運転時には、制御部５０は、第２膨張弁３４を全開にし、四路切換弁２２を、図２において破線で示されている状態に切り換える。

暖房運転時に、四路切換弁２２は、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４の間で冷媒を流し、第２ポートＰ２と第３ポートＰ３の間で冷媒を流す。暖房運転時の四路切換弁２２は、圧縮機２１から吐出される高温高圧のガス冷媒を室内熱交換器３０に流す。

室内熱交換器３０では、冷媒と、室内ファン３８により供給される室内の空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器３０で放熱した冷媒は、第１膨張弁２４で減圧されて室外熱交換器２３に流れ込む。

室外熱交換器２３では、冷媒と室外ファン２８により供給される室外の空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器２３での熱交換により吸熱した冷媒は、四路切換弁２２およびアキュムレータ２７を経由して、圧縮機２１に吸入される。

室内熱交換器３０で温められた空気が室内機３から室内に吹出されることで、室内の暖房が行われる。

この空気調和装置１では、暖房運転においては、室内熱交換器３０が冷媒の凝縮器として機能し、室外熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能する。

（３－３）除湿運転
除湿運転の開始前に、制御部５０には、例えば、リモートコントローラ５５から除湿運転が指示される。除湿運転時には、制御部５０は、四路切換弁２２を、図２において実線で示されている状態に切り換える。

除湿運転時には、四路切換弁２２は、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２の間で冷媒を流し、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４の間で冷媒を流す。そのため、除湿運転時と冷房運転時とでは、冷媒回路１０の冷媒の流れる向きは同じになる。

除湿運転には第１除湿運転、第２除湿運転および第３除湿運転があり、制御部５０には、リモートコントローラ５５から、第１除湿運転、第２除湿運転および第３除湿運転の中のどのモードを選択したかの情報が送信される。

（３－３－１）第１除湿運転
第１除湿運転では、制御部５０は、第２膨張弁３４を全開にし、圧縮機２１の運転周波数と第１膨張弁２４の開度とを調整する。第１除湿運転では、室内熱交換器３０の実質的に全部を蒸発域とする。

これにより、第１除湿運転は、室内温度を変化させるための能力である顕熱能力が高くなる。

ここで、室内熱交換器３０の実質的に全部を蒸発域にするとは、室内熱交換器３０の全部を蒸発域にするときだけでなく、室内熱交換器３０において一部を除いた部分だけを蒸発域にするときも含む。

この一部(例えば、室内熱交換器３０の全容積の１／３以下の部分)だけが蒸発域とならないときとしては、例えば、室内環境などによって、室内熱交換器３０の冷媒出口近傍の部分が過熱域となるときなどがある。

（３－３－２）第２除湿運転
第２除湿運転では、制御部５０は、第２膨張弁３４を全開にし、圧縮機２１の運転周波数と第１膨張弁２４の開度とを調整する。

第２除湿運転では、第１熱交換部３１の風上側の少なくとも一部を蒸発域にする一方、第１熱交換部３１の残りの部分および第２熱交換部３２を過熱域にする。

制御部５０は、第２除湿運転中、蒸発域が所定容積(例えば、室内熱交換器３０の全容積の２／３)以下となるように、圧縮機２１および第１膨張弁２４を制御する。このとき、第１膨張弁２４の開度は、通常、第１除湿運転中の第１膨張弁２４の開度よりも小さくなる。

第２除湿運転は、第１除湿運転よりも顕熱能力が低くなるので、室内の熱負荷が高くも低くもないとき、室温の低下を抑制しつつ、室内の除湿を行える。

（３－３－３）第３除湿運転（再熱除湿運転）
第３除湿運転では、制御部５０は、第２膨張弁３４の開度を調整し、圧縮機２１の運転周波数を調整すると共に、第１膨張弁２４の開度を全開にする。

第３除湿運転では、第２膨張弁３４によって減圧するので、第１熱交換部３１は凝縮器として機能し、第２熱交換部３２は蒸発器として機能する。それゆえ、第２除湿運転よりも、室温の低下を抑制しつつ、室内の除湿を行うことができるので、「再熱除湿運転」とも呼ばれる。

具体的には、制御部５０は、第２熱交換部３２内を流れる冷媒の温度が所定範囲内に保たれるように、第２膨張弁３４の開度を調整する。ここで、所定範囲としては、第２熱交換部３２の表面温度が露点温度以下となるような温度が挙げられる。

第３除湿運転時の四路切換弁２２は、圧縮機２１から吐出される高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器２３および第１熱交換部３１に流す。

室外熱交換器２３では、冷媒と、室外ファン２８により供給される室外の空気との間で熱交換が行われる。第１熱交換部３１では、冷媒と、室内ファン３８により供給される室内の空気との間で熱交換が行われる。

第１熱交換部３１に流入してきた冷媒は、室内空気に放熱しながら凝縮した後、第２膨張弁３４に流入し減圧される。第２膨張弁３４で減圧された冷媒は、第２熱交換部３２に流入する。

第２熱交換部３２は、蒸発器として機能しているため、冷媒は室内空気の熱を吸収しながら蒸発する。第２熱交換部３２の表面温度が露点温度以下となる範囲を満たすような値となっており、室内空気は、第１熱交換部３１において温められ、第２熱交換部３２によって除湿される。

第２熱交換部３２での熱交換により吸熱した冷媒は、四路切換弁２２およびアキュムレータ２７を経由して、圧縮機２１に吸入される。

室内熱交換器３０で加温除湿された空気が室内機３から吹出されることで、室内の除湿が行われる。

（４）第２膨張弁３４の構成
図４は、第２膨張弁３４の内部構造を示す断面図である。図４において、第２膨張弁３４は、弁の開閉機構である第１機構４１および第２機構４２、それらの機構を駆動する駆動部４４、およびそれらの機構を収容するハウジング４５を含む。

（４－１）第１機構４１
第１機構４１は、第１弁座４１ａおよび第１弁体４１ｂを含む。第１弁座４１ａは、直径ｄ１の第１の貫通孔である第１弁ポート４１１を有している。

第１弁体４１ｂは、円柱状の部材であり、三角錐または半球体を成す先端部４１２を有している。

第１弁体４１ｂの先端部４１２が、第１弁座４１ａの第１弁ポート４１１を開閉する。第１弁体４１ｂには、先端部４１２から離れる方向の所定位置に、他の部位の外径よりも大きい外径を有するフランジ４１３が設けられている。また、第１弁体４１ｂは、フランジ４１３よりもさらに先端部４１２から離れる方向の所定領域に、雄ネジ部４１４が設けられている。

（４－２）第２機構４２
第２機構４２は、第２弁座４２ａおよび第２弁体４２ｂを含む。第２弁座４２ａは、直径ｄ２の第２の貫通孔である第２弁ポート４２１を有している。第２弁ポート４２１は、冷媒の出入口であり、銅管ＣＴ２が接続されている。

第２弁体４２ｂは、両端部が鉛直方向に並ぶように配置された中空円筒状の部材であり、下端部を覆う第１壁４２５の一部が第１機構４１の第１弁座４１ａを兼ねている。

また、第２弁体４２ｂの第１壁４２５と第２弁体４２ｂの側壁とを繋ぐ角にはテーパ部４２２が設けられている。第２弁体４２ｂのテーパ部４２２が、第２弁座４２ａの第２弁ポート４２１を開閉する。

また、第２弁体４２ｂは、第１弁座４１ａが設けられている第１壁４２５と対向する上端部を覆う第２壁４２６には、第３貫通孔４２３が設けられている。第３貫通孔４２３は第１弁体４１ｂを挿入させて、第１弁体４１ｂの外周面を支持する軸受けとして機能する。

さらに、第２弁体４２ｂの側壁には第４貫通孔４２４が設けられている。冷媒は、第１弁ポート４１１または第４貫通孔４２４を介して第２弁体４２ｂの内部に流入し、または第１弁ポート４１１または第４貫通孔４２４を介して第２弁体４２ｂの内部から流出する。

（４－３）ガイド４３
ガイド４３は、内部が中空で、一端が開放端である筒状の部材であり、第２弁体４２ｂの上部外周面を所定のクリアランスを保って覆う。第２弁体４２ｂがガイド４３の内面に沿って摺動しながらガイド４３の内部を移動することもできる。

ガイド４３の開放端と対向する端部には、第１弁体４１ｂの雄ネジ部４１４と螺合する雌ネジ部４３１が設けられている。

それゆえ、本実施形態では、図４において、第１弁体４１ｂがＲ方向に回転することによって、先端部４１２が第１弁ポート４１１を閉じる方向に進む。

（４－４）駆動部４４
駆動部４４は、棒状の第１弁体４１ｂと同軸で繋がるロータ４４ａと、励磁されることによってロータ４４ａを回転させるコイル４４ｂとによってステッピングモータを構成している。

ロータ４４ａはハウジング４５の内部に配置され、コイル４４ｂはハウジング４５の外側でロータ４４ａと対向するように配置されている。ロータ４４ａが回転することによって、ロータ４４ａに連結された第１弁体４１ｂも回転する。

（４－５）ハウジング４５
ハウジング４５は、中空円筒状の容器であり、第１機構４１、第２機構４２、ガイド４３、および駆動部４４のロータ４４ａを収容する。

図４に示すように、ハウジング４５の２つの底面壁の一方の底面壁は、第２機構４２の第２弁座４２ａを兼ねている。

また、ハウジング４５の側壁には、銅管ＣＴ１が貫通しており、銅管ＣＴ１を介してハウジング４５内に冷媒を導く、或いはハウジング４５内の冷媒を外部へ導く。

（４－６）押えバネ４６
押えバネ４６は、ガイド４３内にその内周面に沿うように配置されている。押えバネ４６は、ガイド４３の内部端面と第２弁体４２ｂの端面とによって挟まれ、圧縮されている。それゆえ、第２弁体４２ｂは、テーパ部４２２が第２弁ポート４２１を閉じる方向に押されている。

（５）第２膨張弁３４の開度調整
本実施形態では、第１膨張弁２４には、１つの流路を開閉して流量を制御する一般的な電子膨張弁を採用している。

一方、第２膨張弁３４には、小流量から大流量へ段階的に切り換えることができる電子膨張弁を採用している。

例えば、圧縮機２１が停止した後の第２膨張弁３４前後の圧力差が大きいときには、第２膨張弁３４を通過する冷媒量を、図６に示すような第１流量Ｑ１以下の小流量にすることによって、第２膨張弁３４前後の圧力差に関係なく開度調整を可能とすることができる。

「第２膨張弁３４前後の圧力差」とは、第２膨張弁３４からみて第１熱交換部３１側の圧力と、第２膨張弁３４からみて第２熱交換部３２側の圧力との差を意味する。

一方、当該圧力差が所定値以下になれば、第２膨張弁３４を通過する冷媒量を図６に示すような第１流量Ｑ１よりも大きい第２流量Ｑ２になるまで弁開度を拡げ、一挙に冷媒を流すことによって、第２膨張弁３４前後の圧力差をさらに小さくすることができる。

圧力差を小さくすることができると、圧縮機の前後差圧が小さくなるので、次回の圧縮機運転時に油が逆流することによる油面切れを防止することができる。

以下、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを参照しながら第２膨張弁３４の流量特性について説明する。

図５Ａは、第２膨張弁３４の第１機構４１によって流量調整しているときの第１弁体４１ｂの位置を示す、当該第２膨張弁３４の部分断面図である。

図５Ａにおいて、第２弁座４２ａの第２弁ポート４２１は、第２弁体４２ｂのテーパ部４２２によって完全に閉じられている。

第１弁座４１ａの第１弁ポート４１１は、第１弁体４１ｂの先端部４１２との間に隙間があり、第１熱交換部３１から第２熱交換部３２に向かう冷媒がその隙間を通過する際に、第２熱交換部３２における目標蒸発圧力まで減圧される。

図５Ｂは、第１弁ポート４１１が全開となるまで、第１弁体４１ｂの先端部４１２が第１弁ポート４１１から離間したときの第１弁体４１ｂの位置を示す、当該第２膨張弁３４の部分断面図である。

図５Ｂにおいて、第１弁体４１ｂは、フランジ４１３が第２弁体４２ｂに当たる位置まで上昇して停止している。第１熱交換部３１から第２熱交換部３２に向かう冷媒は、第１弁体４１ｂの先端部４１２が第１弁ポート４１１にまったく入り込んでいないので、第１熱交換部３１から第２熱交換部３２に向かう冷媒が第１弁ポート４１１を通過する際に減圧される程度は、図５Ａの状態に比べて少ない。

本実施形態では、第１弁体４１ｂの先端部４１２が第１弁ポート４１１を閉塞した位置を原点位置として、駆動部４４のコイル４４ｂに所定パルスを入力すれば、図５Ｂにおける位置まで移動することができる。一例として、本実施形態では、駆動部４４のコイル４４ｂに１５０パルス程度を入力すれば、図５Ｂにおける位置まで移動することができる。

図５Ｃは、第２弁ポート４２１が全開となるまで、第２弁体４２ｂのテーパ部４２２が第２弁ポート４２１から離間したときの第１弁体４１ｂおよび第２弁体４２ｂの位置を示す、当該第２膨張弁３４の部分断面図である。

第２膨張弁３４を図５Ｃの状態にするには、第１弁体４１ｂを図５Ｂの状態からＬ方向にさらに回転させて、フランジ４１３によって第２弁体４２ｂを第２弁ポート４２１から離れる方向に移動させれば、実現できる。

銅管ＣＴ１側が高圧である場合、第２弁体４２ｂには押えバネ４６によるバネ力に加えて、高低圧差による力が第２弁ポート４２１を閉じる方向に作用しているので、第２弁体４２ｂを第２弁ポート４２１から離れる方向に移動させる力は、第１弁体４１ｂを第１弁ポート４１１から離れる方向に移動させる力よりも大きくなる。

銅管ＣＴ２側を高圧にすると、押えバネ４６によるバネ力よりも高低圧差による力が大きいので、銅管ＣＴ１が高圧である場合に比べて、小さい力で第２弁体４２ｂを第２弁ポート４２１から離れる方向に移動させることができる。

図６は、第２膨張弁３４への入力パルス数と流量との関係を示すグラフである。図６において、パルス数０の位置は第１弁ポート４１１および第２弁ポート４２１が閉塞されている状態である。

図６に記載の「第１範囲」は、第２膨張弁３４が第１弁ポート４１１の開度を調整して流量を制御する範囲である。「第２範囲」は、第２膨張弁３４が第２弁ポート４２１の開度を調整して流量を制御する範囲である。

図６に示すように、第２範囲では、第１範囲よりも大きな流量を制御することができるので、制御部５０は、第２膨張弁３４の流量特性を小流量特性から大流量特性へ段階的に切り換えることができる。

（６）均圧制御
空気調和装置の技術分野における均圧制御とは、一般的には、暖房運転サイクルから冷房運転サイクルへ切り換える前に、或いは冷房運転サイクルから暖房運転サイクルに切り換える前に、圧縮機を停止させて、所定時間の待機を行い、この間に冷媒回路内の高低差圧を「０」に近い状態まで低減する制御である。

しかしながら、本実施形態に係る空気調和装置１では、同じ冷房運転サイクルである第３除湿運転（再熱除湿運転）から冷房運転へ切り換える前にも均圧制御を行っている。

第３除湿運転では、室外熱交換器２３と室内熱交換器３０の第１熱交換部３１とが凝縮器として機能し、室内熱交換器３０の第２熱交換部３２が蒸発器として機能するので、第２膨張弁３４の前後で高低圧差が生じる。

一方、冷房運転では、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器３０の第１熱交換部３１および第２熱交換部３２がともに蒸発器として機能する必要があるので、従来は、第３除湿運転から冷房運転へ切り換える前に、冷媒回路１０内の高低圧差を解消するため、暖房運転サイクルに切り換えた上で、第２膨張弁３４を全開にしていた。

但し、一挙に第２膨張弁３４を全開にすると、除湿運転時に蒸発器として使用していた部分に高温冷媒が流入し、当該部分周辺の凝縮水が再蒸発し、ユーザーに不快感を与える可能性があることが、出願人により確認されている。

そこで、本実施形態に係る空気調和装置１では、第３除湿運転サイクルから暖房運転サイクルに切り換えることなく、第２膨張弁３４の前後で高低圧差を解消するために、第２膨張弁３４の開度を２段階で大きくする制御を行っている。

図７は、第３除湿運転（再熱除湿運転）から冷房運転に切り換えるまでのタイムチャートである。

図８は、第３除湿運転（再熱除湿運転）から冷房運転に切り換えるまでの制御を示すフローチャートである。

図７において、第３除湿運転（再熱除湿運転）中、圧縮機２１は運転周波数ｆ１で運転され、第１膨張弁２４は全開状態である。第１膨張弁２４は、全閉状態から第１膨張弁２４のコイルに５００パルスを入力することによって全開状態となるように構成されている。

第２膨張弁３４では、第１弁ポート４１１の開度が、図５Ａに示すような開度であって、全閉状態からコイル４４ｂにｘパルスが入力されたときの開度が維持されている。ｘパルスは、１５０パルス未満である。

（ステップＳ１）
図８のステップＳ１において、制御部５０は、運転モードを冷房運転へ切り換える指令の有無を判定する。切換指令の有無は、ユーザーがリモートコントローラ５５を介して運転モードを冷房運転に切り換えたか否かで判断する。制御部５０は、冷房運転への切換指令が有ると判断したときは、ステップＳ２へ進む。

（ステップＳ２）
制御部５０は、図７に示すように、圧縮機２１の運転を維持したまま、第１膨張弁２４をその開度が最小開度になるように動作させて計時を開始し、第２膨張弁３４の第１弁ポート４１１を全開にする。

以後、第１膨張弁２４をその開度が最小開度になるように動作させて計時を開始した時点をｔ０として、経過時間の測定の起点とする。

第１膨張弁２４は、閉方向へ機械的限界まで動作させても開度が完全に０にはならないように構成されており、最小開度がいわゆる全閉状態に相当する。

第２膨張弁３４の第１弁ポート４１１は、全閉状態からコイル４４ｂに１５０パルスが入力されると全開状態となるので、制御部５０は、コイル４４ｂに「１５０－ｘ」パルスを入力すればよい。

第１弁ポート４１１の全開状態は、第１膨張弁２４を最小開度になるように動作させてからｔ１以上維持させる。これは、第２膨張弁３４前後の圧力差を第３除湿運転時よりも小さくするためである。ｔ１は６０秒以上が望ましい。

（ステップＳ３）
制御部５０は、計時を開始してからの経過時間ｔがｔ１に到達したか、または第２膨張弁３４下流側の温度Ｔが０℃を下回ったか否かを判定する。温度Ｔは、温度センサ３４１によって検知されている。制御部５０は、経過時間ｔがｔ１に到達した、または第２膨張弁３４下流側の温度Ｔが０℃を下回ったと判断したとき、ステップＳ４へ進む。

（ステップＳ４）
制御部５０は、圧縮機２１の運転周波数をｆ０へ低下させる。この時点では、第２膨張弁３４から第２熱交換部３２を経て圧縮機２１に到る区間の圧力が、第１膨張弁２４および第１熱交換部３１を経て第２膨張弁３４に到る区間の圧力とほぼ同じになっている。仮に、圧縮機２１の運転周波数をｆ１のまま維持すると、第２膨張弁３４から第２熱交換部３２を経て圧縮機２１に到る区間の圧力が、第１膨張弁２４および第１熱交換部３１を経て第２膨張弁３４に到る区間の圧力よりも小さくなり、再び圧力差が生じる。それを防止するために、圧縮機２１の運転周波数をｆ０へ低下させている。

（ステップＳ５）
制御部５０は、計時を開始してからの経過時間ｔがｔ２に到達したか否かを判定する。制御部５０は、経過時間ｔがｔ２に到達したと判断したとき、ステップＳ６へ進む。

（ステップＳ６）
制御部５０は、図７に示すように、第２膨張弁３４の第２弁ポート４２１を全開にするための動作を行う。先のステップＳ２において、第１膨張弁２４を最小開度になるように動作させると同時に、第１弁ポート４１１の開度を全開にしていたので、第２膨張弁３４前後の圧力差は、第３除湿運転時よりも小さくなっており、第２弁ポート４２１を閉塞していた第２弁体４２ｂは第２膨張弁３４前後の圧力差によって動作が阻害されることはなく、押えバネ４６の力に抗して移動する。

第２膨張弁３４の第２弁ポート４２１は、全閉状態からコイル４４ｂに５００パルスが入力されると全開状態となるので、制御部５０は、コイル４４ｂに対して、５００パルスから１５０パルスを差し引いた３５０パルスを入力すればよい。

（ステップＳ７）
制御部５０は、計時を開始してからの経過時間ｔがｔ３に到達したか否かを判定する。制御部５０は、経過時間ｔがｔ３に到達したと判断したとき、ステップＳ８へ進む。ｔ３は、３分を超えない。

（ステップＳ８）
制御部５０は、冷房運転の制御を開始する。具体的には、第１膨張弁２４の開度を初期開度に向けて動作させるとともに、圧縮機２１の運転周波数を第３除湿運転時のｆ１よりも大きいｆ２に向けて上昇させる。

既に、第２膨張弁３４から第２熱交換部３２を経て圧縮機２１に到る区間の圧力が、第１膨張弁２４および第１熱交換部３１を経て第２膨張弁３４に到る区間の圧力とほぼ同じになっているので、圧縮機２１の運転周波数を安全に上昇させることができる。

第１膨張弁２４の開度は最小開度であるので、コイルにｙパルスが入力されれば初期開度となる。

上記の通り、本実施形態に係る空気調和装置１では、四路切換弁２２による流路の切り換えを行うことなく、第３除湿運転から冷房運転への切り換えが行われるので、切換時間が短縮する。

また、圧縮機２１を停止することなく、第１膨張弁２４の開度を最小開度にし、第２膨張弁３４の第１弁ポート４１１を全開にするので、第２膨張弁３４前後の圧力差が早期に小さくなり、その後、第２膨張弁３４の第２弁ポート４２１が全開となる。その結果、第３除湿運転時に蒸発器として使用していた第２熱交換部３２に高温冷媒が瞬時に流入して凝縮水を再蒸発させてしまうような事態は回避される。

（７）特徴
（７－１）
空気調和装置１では、運転を第３除湿運転（再熱除湿運転）から冷房運転へ切り換える場合において、第１膨張弁２４の開度を小さくすることによって、第１膨張弁２４と第２膨張弁３４との間の圧力が下がるので、第２膨張弁３４前後の圧力差が小さくなる。

その結果、冷媒の循環方向を変えることなく第２膨張弁３４前後の圧力差を小さくすることができるので、第２膨張弁３４の開動作が容易になり、第３除湿運転から冷房運転への切換時間の短縮にもなる。

また、第２膨張弁３４前後の圧力差が低下した後に、第２膨張弁３４の開度を大きくするので、第３除湿運転時に蒸発器として使用していた第２熱交換部３２に高温冷媒が瞬時に流入して凝縮水を再蒸発させてしまうような事態を回避することができる。

（７－２）
空気調和装置１では、室内熱交換器３０が、第１熱交換部３１と第２熱交換部３２とを有し、第２膨張弁３４が第１熱交換部３１と第２熱交換部３２との間に配置されているので、第３除湿運転時には、第１熱交換部３１を放熱器、第２熱交換部３２を蒸発器として利用する再熱除湿運転が可能である。

（７－３）
空気調和装置１では、制御部５０が、第１膨張弁２４の開度を第３除湿運転時よりも小さくし、第２膨張弁３４前後の圧力差が第３除湿運転時よりは小さい所定値以下になった後、第２膨張弁３４の開度を第３除湿運転時より大きくする。第２膨張弁３４前後の圧力差が所定値以下になっているので、第２膨張弁３４の開度を冷房運転時の開度にする動作が当該圧力差によって阻害されることはない。

（７－４）
空気調和装置１は、制御部５０が、第１膨張弁２４の開度を第３除湿運転時より小さくした後、３分以内に第２膨張弁３４の開度を第３除湿運転時よりも大きくする。その結果３分以内に、運転が第３除湿運転から冷房運転へ切り換えられるので、スムーズな運転切換が可能である。

（７－５）
空気調和装置１では、第２膨張弁３４が電子膨張弁であり、入力を制御することによって弁開度を調整することができるので、電磁弁に比べて弁開度の微調整が容易である。

（７－６）
空気調和装置１では、第１膨張弁２４を第３除湿運転時よりも小さくしている間、圧縮機２１の運転を継続させることによって、第２膨張弁３４前後の圧力差を、圧縮機２１の運転を停止させる場合よりも早期に低下させることができる。その結果、第２膨張弁３４の開度を第３除湿運転時よりも大きくする時期を早めることができる。その結果、第３除湿運転から冷房運転への切換時間を短くすることができる。

（７－７）
空気調和装置１では、第１膨張弁２４を第３除湿運転時よりも小さくしている間、圧縮機２１の運転周波数を第３除湿運転時よりも低下させて圧縮機２１の運転を継続する。それによって、第２膨張弁３４の流入口側（第１熱交換部３１側）の冷媒圧力よりも流出口側（第２熱交換部３２側）の冷媒圧力が下がり過ぎないようにする。

（７－８）
空気調和装置１では、第２膨張弁３４の開度を第３除湿運転時の開度から冷房運転時の開度に変更する場合において、第２膨張弁３４の第２弁ポート４２１を開ける前に、第１膨張弁の開度を第３除湿運転時よりも小さくし、第２膨張弁３４の第１弁ポート４１１を全開にする。それによって、第１膨張弁２４と第２膨張弁３４との間の圧力が下がるので、第２膨張弁３４前後の圧力差が小さくなる。

その結果、冷媒の循環方向を変えることなく第２膨張弁３４前後の圧力差を小さくすることができ、従来のような、第３除湿運転時に蒸発器として使用していた第２熱交換部３２に高温冷媒が瞬時に流入して凝縮水を再蒸発させてしまうような事態を回避することができる。

また、冷媒の循環方向を変える必要がないので、第３除湿運転から冷房運転への切換時間が短縮される。

さらに、第２膨張弁３４は、流量が異なる２つの第１弁ポート４１１から第２弁ポート４２１へ切り換える構成であるので、２つの流量特性を有しており、流量特性を小流量特性から大流量特性へ段階的に切り換えることができる。

（８）変形例
上記実施形態では、第２膨張弁３４の流量特性を利用して、四路切換弁２２による流路切換を行うことなく第３除湿運転を冷房運転に切り換える動作を説明した。

ここでは、室内熱交換器３０と第１膨張弁２４との間に設置された、第２膨張弁３４の開度を絞る第４除湿運転から、第２膨張弁３４の開度を全開にする冷房運転へ切り換える動作について説明する。

図９は、変形例に係る空気調和装置１０１の冷媒回路図である。図９の冷媒回路図と図２の冷媒回路図との違いは、第２膨張弁３４が室内熱交換器３０の第１熱交換部３１と第１膨張弁２４との間に配置されている点である。その他の構成および使用される部品は図２と同じであるので、以下、同じ名称および符号を用いて動作を説明する。

図９において、第２膨張弁３４は、室内熱交換器３０の第１熱交換部３１の全部または一部を蒸発器とする第４除湿運転を行う際に利用される。

第４除湿運転では、冷房運転と同様に、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器３０が蒸発器として機能する。室内熱交換器３０の第１熱交換部３１および第２熱交換部３２が蒸発器として利用されるので、第２膨張弁３４の絞り度合いによって、第２熱交換部３２の過熱領域が変わる。

第４除湿運転では、制御部５０が第２膨張弁３４の開度を絞ることによって、冷房運転時に比べて過熱領域が大きくなる。冷房運転では、制御部５０は、第２膨張弁３４の開度を全開にする。

また、第４除湿運転では、第１膨張弁２４を全開にして第２膨張弁３４で減圧しており、第２膨張弁３４の前後で高低圧差が生じる。

仮に、第４除湿運転から冷房運転へ切り換える前に、冷媒回路１０内の高低圧差を解消するために、一挙に第２膨張弁３４を全開にすると、第４除湿運転時に第１熱交換部３１に高温冷媒が流入し、第１熱交換部３１周辺の凝縮水が再蒸発し、ユーザーに不快感を与える可能性がある。また、第２膨張弁３４前後の圧力差が大きく、第２膨張弁３４による全開動作が阻害される可能性が高い。

そこで、本変形例に係る空気調和装置１０１では、第２膨張弁３４の前後の圧力差を解消するために、第２膨張弁の開度を２段階で大きくする制御を行っている。

変形例に係る空気調和装置１０１では、第２膨張弁３４の開度を第４除湿運転時の開度から冷房運転時の開度に変更する場合において、第２膨張弁３４の第２弁ポート４２１を開ける前に、第１膨張弁２４の開度を第４除湿運転時よりも小さくし、第２膨張弁３４の第１弁ポート４１１を全開にすることによって、第１膨張弁２４と第２膨張弁３４との間の圧力が下がるので、第２膨張弁３４前後の圧力差が小さくなる。

その結果、第１熱交換部３１は低圧のまま第２膨張弁３４前後の圧力差を小さくすることができるので、第４除湿運転時に蒸発器として使用していた第１熱交換部３１に高温冷媒が瞬時に流入して凝縮水を再蒸発させてしまうような事態を回避することができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１ 空気調和装置
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四路切換弁
２３ 室外熱交換器（第１熱交換器）
２４ 第１膨張弁（第１弁）
３０ 室内熱交換器（第２熱交換器）
３１ 第１熱交換部（第２熱交換器）
３２ 第２熱交換部（第２熱交換器）
３４ 第２膨張弁（第２弁）
４１ 第１機構
４２ 第２機構
５０ 制御部
５２ 第１制御部（制御部）
５３ 第２制御部（制御部）
１０１ 空気調和装置
４１１ 第１弁ポート（第１流路）
４２１ 第２弁ポート（第２流路）

特開２００６－１７７５９９号公報

Claims (8)

1. 除湿運転および冷房運転を行う空気調和装置において、
   圧縮機（２１）、第１熱交換器（２３）、第１弁（２４）、第２弁（３４）および第２熱交換器（３２）によって冷凍サイクルを構成する冷媒回路（１０）と、
   前記第１弁（２４）および前記第２弁（３４）の開度を調整する制御部（５０）と、
   を備え、
   前記第１弁（２４）および前記第２弁（３４）は流量調整が可能な弁であって、
   前記制御部（５０）は、運転を除湿運転から冷房運転へ切り換える場合において、前記第１弁（２４）の開度を小さくする第１制御を実行した後に、前記第２弁（３４）の開度を大きくする第２制御を実行する、
   空気調和装置（１）。
2. 前記第２熱交換器は、第１熱交換部（３１）と第２熱交換部（３２）とを有し、
   前記第２弁（３４）は、前記第１熱交換部（３１）と前記第２熱交換部（３２）との間に配置される、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記制御部（５０）は、前記第１制御を実行し、前記第２弁（３４）前後の圧力差が所定値以下になった後、前記第２制御を実行する、
   請求項１または請求項２に記載の空気調和装置（１）。
4. 前記制御部（５０）は、前記第１制御を実行後、３分以内に前記第２制御を実行する、
   請求項１または請求項２に記載の空気調和装置（１）。
5. 前記第２弁（３４）は、電子膨張弁である、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
6. 前記制御部（５０）は、前記第１制御を実行している間、前記圧縮機（２１）の運転を継続する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
7. 前記制御部（５０）は、前記第１制御を実行している間、前記圧縮機（２１）の回転数を低下させる、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
8. 前記第２弁（３４）は、
   最大で第１流量を流す第１流路を開閉する第１機構と、
   前記第１流量よりも大きい第２流量を流す第２流路を開閉する第２機構と、
   を有し、
   前記制御部（５０）は、前記第２弁（３４）の前記第２流路を開ける前に、前記第１弁（２４）の開度を小さくする、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。

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