JP3760259B2

JP3760259B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3760259B2
Application number: JP2000126283A
Authority: JP
Inventors: 敦彦横関; 進中山; 宏明坪江; 憲一中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: JP2001304700A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルの制御を行う空気調和機に関するもので、特に空気調和機の省電力化に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気調和機を省電力とするため、圧縮機の運転容量、膨張弁の開度をわずかに調整して消費電力の最小値を探索することが知られ、例えば、特開平７−１１０１６５号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、消費電力の最小値を圧縮機の運転容量と膨張弁の開度を常に変化させて探索するため、冷凍サイクルの運転状態が不安定になったり、消費電力を検知するためのセンサが必要であるため、コストアップになったりする恐れがある。
【０００４】
本発明の目的は、空気調和機の消費電力をより一層少なくし、ＣＯＰ（エネルギ消費効率）の向上、新省エネ法２００７年の基準値を達成し、年間消費電力の低減も図ることにある。また、単に消費電力の低減だけでなく、冷凍サイクルの安定化及び快適性の向上を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、運転周波数が可変制御される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り機構、室外ファンを有する室外ユニットと、室内熱交換器、室内膨張弁、室内ファンとを有する室内ユニットとが配管で接続された空気調和機において、前記室外熱交換器に絞り機構を介して接続され、暖房運転時に前記室内膨張弁で一次減圧された後、冷媒液が入る液タンクを備え、前記圧縮機の吐出ガス温度は前記室内膨張弁の開度によって制御され、前記運転周波数が定格周波数未満の目標吐出ガス温度は前記運転周波数が小さくなるに従って定格周波数以上の目標吐出ガス温度より低くなるように設定され、暖房モードで前記運転周波数が最低周波数のときは定格能力運転時よりも前記室内膨張弁の開度を大きくして吐出圧力を下げるように制御するものである。
【０００６】
上記のものにおいて、前記目標吐出ガス温度は前記圧縮機の吐出圧力が所定の値になるまでは比例させることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１、図２に示して、以下説明する。
図１は一実施の形態による冷凍サイクルを示したもので、室外ユニット１は運転周波数が可変されて、容量が可変制御される圧縮機８１、圧縮機出口の冷媒温度を検出する吐出温度センサ１３１、圧縮機出口の冷媒圧力を検出する吐出圧力センサ１４１、四方弁６１、室外熱交換器１１、室外ファン３１、絞り機構２１、液タンク１０１、ガス阻止弁４１、液阻止弁５１を有している。四方弁６１は、冷房時、圧縮機８１の吐出側と室外熱交換器１１とが連通し、圧縮機８１の低圧側とガス阻止弁４１とが連通するように、また、暖房時、圧縮機８１の吐出側とガス阻止弁４１とが連通し、圧縮機８１の低圧側と室外熱交換器１１とが連通するようになっている。
【００１１】
室外熱交換器１１の一端は前述のように四方弁６１に接続され、室外熱交換器１１の他端は絞り機構２１を介して液タンク１０１に接続されている。さらに液タンク１０１は液阻止弁５１に接続されている。液阻止弁５１の他端は液配管１１１に接続され、ガス阻止弁４１の他端はガス配管１２１に接続されている。液配管１１１及びガス配管１２１の他端は室内ユニット２に接続されている。室内ユニット２は室内熱交換器１２、流量調整可能な室内膨張弁２２および室内ファン３２を有し、本図では1台であるが、複数台接続されることが多い。室内熱交換器１２の一端はガス配管１２１と結合され、他端は室内膨張弁２２と結合され、室内膨張弁２２の他端は液配管１１１に結合されている。
【００１２】
空気調和機の年間の空調負荷状況を見ると、空気調和機の定格能力に相当する負荷の発生頻度は非常に少なく、空気調和機の最小能力以下に相当する負荷の発生頻度が多い。したがって、空気調和機の省電力化するには、最小能力運転時の効率向上が効果的である。最小能力運転は空気調和機能力が少なくて良い運転であるから、消費電力を低減するには暖房では吐出圧力を下げることが必要とされる。
【００１３】
次に動作を説明する。図１の破線矢印が冷房運転、実線矢印が暖房運転の冷媒流れを示す。
まず、室内ユニット２を冷房運転する場合について説明する。四方弁６１は冷房モードになっている。圧縮機８１から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁６１を通って室外熱交換器１１へ流れる。室外熱交換器１１へ入った高圧ガス冷媒は室外ファン３１によって送風された室外空気と熱交換されて凝縮し液冷媒となり、固定絞りである絞り機構２１で一次減圧されてから液タンク１０１へ入る。液タンク１０１の液冷媒は液阻止弁５１、液配管１１１を通って、室内ユニット２に入り、室内膨張弁２２で二次減圧されて、室内熱交換器１２に入り、室内ファン３２によって送風された室内空気と熱交換されて蒸発しガス冷媒となる。このとき室内は冷房される。室内熱交換器１２を出たガス冷媒はガス配管１２１を通って室外ユニット１へ入り、ガス阻止弁４１、四方弁６１を通って圧縮機８１に吸入される。
【００１４】
次に、室内ユニット２を暖房運転する場合について説明する。四方弁６１は暖房モードになっている。圧縮機８１から吐出された高圧ガス冷媒は四方弁６１、ガス阻止弁４１を通って、ガス配管１２１へ流れる。ガス配管１２１を通った高圧ガス冷媒は室内ユニット２の室内熱交換器１２に入り、室内ファン３２によって送風された室内空気と熱交換されて凝縮し液冷媒となる。このとき室内は暖房される。液冷媒は室内膨張弁２２で一次減圧された後、液配管１１１、液阻止弁５１を通って液タンク１０１に入る。液タンク１１１の液冷媒は絞り機構２１で二次減圧されて室外熱交換器１１に入り、室外ファン３１によって送風された室外空気と熱交換されて蒸発し低圧のガス状の冷媒となり、四方弁６１を通って圧縮機８１に吸入される。
【００１５】
次に、室内膨張弁２２の制御方法を図２を参照して説明する。
空気調和機の定格能力が得られる圧縮機周波数を定格周波数とすると図２の表に示すように、圧縮機周波数が定格周波数以上の時は目標吐出ガス温度を目標温度１とし、圧縮機周波数が定格周波数未満の時は目標吐出ガス温度を圧縮機周波数が小さくなるに従って目標温度１より低くなるように設定する。図２のグラフに圧縮機周波数が定格周波数以上の目標温度１と圧縮機周波数が最低周波数のときの目標温度２の関係を示す。目標温度は両者とも吐出圧力に比例しており、吐出圧力がある圧力以上になると目標温度は一定になる。また、目標温度は吐出圧力の飽和温度より高い温度にする。圧縮機の運転周波数が最低周波数のときの目標吐出ガス温度を定格周波数のときの目標吐出ガス温度より低く設定することによって室内膨張弁２２の開度が大きくなり、暖房時の吐出圧力を下げることができる。
【００１６】
吐出圧力は吐出圧力センサ１４１で検出し、吐出ガス温度は吐出温度センサ１３１で検出し、膨張弁開度は、最小能力運転時の吐出ガス温度または過熱度が定格能力運転時より低くなるように制御する。これによって、凝縮器内に液冷媒が溜まりにくくなり有効伝熱面積が大きくなり吐出圧力が低下する。
【００１７】
次に、室内膨張弁２２の制御方法の他の実施例を図３で説明する。
図３の表に示すように、圧縮機周波数が定格周波数以上の時は目標吐出ガス過熱度をＳＨｏｏとし、圧縮機周波数が定格周波数未満の時は目標吐出ガス過熱度を圧縮機周波数が小さくなるに従ってＳＨｏｏより低くなるように設定する。図２のグラフに圧縮機周波数と目標吐出ガス過熱度の関係を示す。目標吐出ガス過熱度は圧縮機周波数が定格周波数以上の時はＳＨｏｏ一定とし、圧縮機周波数が定格周波数未満の時は周波数に比例して目標吐出ガス過熱度を小さくする。このように圧縮機周波数が定格周波数より低いとき、目標吐出ガス過熱度を小さくすることによって、圧縮機周波数が最低周波数のときの室内膨張弁２２の開度が大きくなり、暖房時の吐出圧力を下げることができる。また、吐出ガス過熱度は吐出圧力センサ１４１と吐出温度センサ１３１の検出値によって演算される。
【００１８】
図１の冷凍サイクルでは冷房時と暖房時では膨張弁２２と絞り機構２１の順番が入れ替わり、吐出過熱度を低くすることによって、暖房時は吐出圧力が下がり、冷房時は、吸入圧力が上がる。よって、暖房時は電入力が減少し、冷房時は能力が増加する。
【００１９】
次に、本発明の他の実施例を図４に示す。
図４の冷凍サイクルは図１の冷凍サイクルに対し液タンク１０１と絞り機構２１を除去し、圧縮機８１の吸入側と四方弁６１との間にアキュムレータ９１を設けたものである。動作は図１と同様である。
【００２０】
図４の例では、吐出ガス温度または吐出ガス過熱度を図２または図３のように室内膨張弁２２を制御することによって、暖房運転の圧縮機周波数が最低周波数のとき吐出圧力を下げることができる。また、図４の構成は膨張機構が室内膨張弁２２だけであるため、冷房運転においても暖房と同様の制御によって圧縮機周波数が最低周波数のとき室内膨張弁２２の開度が開くことので吐出圧力を下げることができる。また、電気入力を検出しなくても、省電力が可能であるので、電気入力の検出センサが不要になり原価低減ができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮機周波数が最低周波数のときの目標吐出ガス温度または過熱度を定格周波数のときの目標吐出ガス温度または過熱度より低く設定することによって室内膨張弁２２の開度が大きくなり、吐出圧力を下げることができる。これによって、圧縮機の仕事が減り電気入力が低減でき、空気調和機の省電力の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すサイクル構成図。
【図２】本発明による室内膨張弁の制御方法を示す説明図。
【図３】本発明の他の実施例による室内膨張弁の制御方法を示す説明図。
【図４】本発明の他の実施例を示すサイクル構成図。
【符号の説明】
１…室外ユニット、２…室内ユニット、１１…室外熱交換器、１２…室内熱交換器、２１…絞り機構、２２…室内膨張弁、３１…室外ファン、３２…室内ファン、４１、５１、…阻止弁、６１…四方弁、８１…圧縮機、９１…アキュムレータ、１１１…液配管、１２１…ガス配管１３１…吐出温度センサ、１４１…吐出圧力センサ

Claims

運転周波数が可変制御される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り機構、室外ファンを有する室外ユニットと、室内熱交換器、室内膨張弁、室内ファンとを有する室内ユニットとが配管で接続された空気調和機において、
前記室外熱交換器に絞り機構を介して接続され、暖房運転時に前記室内膨張弁で一次減圧された後、冷媒液が入る液タンクを備え、
前記圧縮機の吐出ガス温度は前記室内膨張弁の開度によって制御され、前記運転周波数が定格周波数未満の目標吐出ガス温度は前記運転周波数が小さくなるに従って定格周波数以上の目標吐出ガス温度より低くなるように設定され、暖房モードで前記運転周波数が最低周波数のときは定格能力運転時よりも前記室内膨張弁の開度を大きくして吐出圧力を下げるように制御することを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記目標吐出ガス温度は前記圧縮機の吐出圧力が所定の値になるまでは比例させることを特徴とする空気調和機。