JP4051066B2 - 多段運転空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、多段運転空気調和機に関し、より詳細には、様々な冷房または暖房容量で運転できる多段運転空気調和機に関する。

一般に、従来の空気調和機は、１台の室内機と１台の室外機とから構成され、室内機には、室内空気の熱交換のための室内熱交換器と、冷却された室内空気を室内機外へ吐出すための吐出口とが設けられる。また、室外機には、冷媒を圧縮する圧縮器と、室外空気の熱交のための室外熱交換器と、冷媒を膨脹させる電子膨脹バルブとが備えられる。

このように構成される従来の空気調和機において、使用者により運転命令が入力されると、マイコンは、各種のセンサーから入力されたデータに基づいて圧縮器の回転数を制御したり(ロータリ圧縮器の場合)、電動バルブの開度及び送風ファンの回転数などを制御したりし、室内温度が設定温度に到達するようにした。すなわち、使用者により吐出風量の多い高段運転が設定された場合、マイコンは、圧縮器の回転数及び送風ファンの回転数を大きくして冷房または暖房能力を増加させ、一方、低段運転が設定された場合には、圧縮器の回転数及び送風ファンの回転数を小さくして冷房または暖房能力を減少させる。

しかしながら、かかる従来の空気調和機は、圧縮器の回転数または送風ファンの回転数変更による冷房または暖房能力の変化度合いが小さく、よって、冷房または暖房負荷の変更に応じて適宜に冷房または暖房を遂行することができないという問題点があった。例えば、３部屋及び居間からなる室内空間において、居間だけの冷房または暖房のための定格負荷を有する空気調和機を居間に設置し使用する中で、２部屋の出入り口が開放された場合に、空気調和機の冷房または暖房能力を最大にして運転しても、室内温度の変化幅が小さいため、快適な空調状態が得られない。

一方、１部屋の冷房または暖房のために空気調和機を設置したんが、１部屋を２部屋に区画し、区画された２部屋のうち１部屋の冷房または暖房だけを遂行するようになる場合、この空気調和機は、要求される圧縮容量よりも大きい圧縮容量を有する圧縮器及び要求される熱交換能力よりも大きい熱交換能力を有する熱交換器を使用するため、エネルギーの無駄使いを招く問題点があった。

本発明の目的は、上記事情に鑑みて、様々な冷房または暖房能力で運転できる多段運転空気調和機を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明は、第１の吐出口と、該第１の吐出口を開閉する第１の開閉装置と、前記第１の吐出口と異なる大きさを有する第２の吐出口と、該第２の吐出口を開閉する第２の開閉装置と、低冷房または暖房負荷運転時に、前記第１の吐出口及び第２の吐出口のいずれか一方だけを開いて運転し、高冷房または暖房負荷運転時に、前記第１の吐出口と第２の吐出口両方とも開いて運転するように制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、変化した冷房または暖房負荷に応じて様々な冷房または暖房能力で運転することができ、冷房または暖房負荷の範囲を拡大することが可能になる。

また、本発明による空気調和機は、冷房または暖房負荷に相応する様々な冷房または暖房能力で運転ができ、エネルギーの無駄使いを防止する効果が得られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照符号を付するものとする。

図１に示すように、本発明の一実施の形態による空気調和機は、室内機１０と、室内機１０に接続された室外機２０とを備える。

室内機１０は、吸入された室内空気が熱交換される第１の熱交換器１１及び第２の熱交換器１２と、室内機１０の外部から吸入された室内空気が、第１の熱交換器１１及び第２の熱交換器１２を経由した後に再び室内機１０の外部へ吐出されるようにする室内ファン１３と、室内ファン１３を回転させる室内ファンモーター１４と、を備える。また、室内機１０は、第１の熱交換器１１に流れる冷媒の流れを調節する第１の熱交換器バルブ１５と、第２の熱交換器１２に流れる冷媒の流れを調節する第２の熱交換器バルブ１６と、第１の熱交換器１１の配管に設置されて、第１の熱交換器１１に流れる冷媒の温度を測定する第１の熱交換器温度センサー１７と、第２の熱交換器１２の配管に設置されて、第２の熱交換器１２に流れる冷媒の温度を測定する第２の熱交換器温度センサー１８と、を備える。また、第１の熱交換器１１及び第２の熱交換器１２の吸入側には、毛細管１９がそれぞれ接続される。

第２の熱交換器１２は、第１の熱交換器１１に比べて広い面積の冷媒配管を有し、したがって、第２の熱交換器１２の熱交換能力は、第１の熱交換器１１の熱交換能力よりも大きい。

一方、室外機２０は、冷媒を圧縮する第１及び第２の圧縮器２１，２２と、第１及び第２の圧縮器２１，２２に接続され、各圧縮器２１，２２で圧縮された冷媒を受け取って外部空気と熱交換する第３の熱交換器２３と、第３の熱交換器２３に外部空気を強制送風する室外ファン２４と、室外ファン２４を回転させる室外ファンモーター２５とを備える。

また、室外機２０は、第３の熱交換器２３から送られてきた冷媒を膨脹させるとともに、第３の熱交換器２３から吐出される冷媒の流れを調節する電子膨脹バルブ２６と、第１及び第２の圧縮器２１，２２から吐出される冷媒の一部を、第１の圧縮器２１または第２の圧縮器２２の吸入側に迂回させるバイパス管２７と、バイパス管２７に設置されたバイパスバルブ２８と、第１及び第２の熱交換器１１，１２から吐出された冷媒を、ガス状態で各圧縮器２１，２２に伝達するためのアキュムレータ２９と、第１及び第２の熱交換器１１，１２から第１及び第２の圧縮器２１，２２に送られる冷媒の温度を測定する吐出温度センサー３０とを備える。

第２の圧縮器２２は、第１の圧縮器２１に比べて大きい圧縮容量を有するようにし、第１及び第２の圧縮器２１，２２の吐出側には第１及び第２のチェックバルブ３１，３２を設置する。第１及び第２のチェックバルブ３１，３２は、まず、両圧縮器２１，２２のいずれか一方を駆動し、後で残りの一方を駆動しようとする際に、既に駆動されている圧縮器の吐出圧力によって、後で駆動しようとする圧縮器に起動不良が生じるのを防ぐ機能を担う。

吐出温度センサー３０は、第１及び第２の熱交換器温度センサー１７，１８と共に過熱度を制御するのに用いられる。過熱度は、熱交換器の配管温度と熱交換器の吐出側の温度との差を意味する。

過熱度が低すぎると、熱交換器への液冷媒の流入可能性が高まり、過熱度が高すぎると、圧縮器の過熱及び効率低下を招くため、過熱度を適切な水準に保持することがシステムの効率面で好ましい。したがって、第１及び第２の熱交換器温度センサー１７，１８と吐出温度センサー３０との温度差が、設定値(例えば、５℃)と一致しないと、過熱度が適切でないので、電子膨脹バルブ２６の開度を修正して過熱度を調節することが好ましい。

室内機１０と室外機２０とを接続する各配管には、室外機２０に近接した箇所に連結用バルブ３３が設けられ、これにより、室内機１０と室外機２０とを接続する配管が容易に連結される。

図２及び図３に示すように、本発明の一実施の形態による空気調和機の室内機１０は、本体４０の前面に穿設された第１の吐出口４１と、本体４０の上部側の両側面に、第１の吐出口４１よりも大きいサイズで穿設される第２の吐出口４２とを備える。

また、本体内の上部には、第１及び第２の熱交換器１１，１２が配置されるが、第１及び第２の熱交換器１１，１２は、同一の設置プレート４３に固設される。第１の熱交換器１１と第２の熱交換器１２とが隣り合う地点と本体前面との間には、第１の熱交換器１１の前方空間と第２の熱交換器１２の前方空間とを区画する間仕切りパネル４４が設けられる。間仕切りパネル４４は、第１の熱交換器１１を通過した室内空気が第２の吐出口４２へ吐出されたり、第２の熱交換器１２を通過した室内空気が第１の吐出口４１へ吐出されるのを防ぎ、第１の熱交換器１１を通過した室内空気は第１の吐出口４１を通ってのみ吐出され、第２の熱交換器１２を通過した室内空気は第２の吐出口４２を通ってのみ吐出される。

第１の吐出口４１には、第１の吐出口４１を開閉する第１のブレード４５が設置され、第１のブレード４５は、第１のモーター４７の回転により開角が調節される。また、第２の吐出口４２には、第２の吐出口４２を開閉する第２のブレード４６が設置され、第２のブレード４６も同様に、第２のモーター４８により開角が調節される。

第１の吐出口４１の下部には、制御命令が入力される入力部４９と、空気調和機の作動状態を表示する表示部５０が備えられ、本体４０の下部側の両側面には、室内空気を吸入するための吸入口５１が穿設される。

図４に示すように、本発明の一実施の形態による空気調和機は、各圧縮器２１，２２を駆動する圧縮器駆動部６１、各バルブ１５，１６，２８を駆動するバルブ駆動部６２、各モーター４７，４８を駆動するモーター駆動部６３、及び空気調和機の各構成要素を制御するマイコン６０をさらに備える。

次に、図１に示す空気調和機の動作を、図５を参照して説明する。使用者が入力部４９を介して運転命令(例えば、１段運転または２段運転)を入力すると、マイコン６０のような制御部は、使用者により入力された運転命令を判断する。

もし、使用者が１段運転を入力した場合には、マイコンは、圧縮容量の小さい第１の圧縮器２１でのみ冷媒を圧縮するよう、第１の圧縮器２１をオンにし、第２の圧縮器２２はオフ状態を維持する。

また、マイコン６０の制御に応じて、第２の熱交換器バルブ１６は閉じ、第１の熱交換器バルブ１５だけを開き、第１の熱交換器１１でのみ熱交換がなされるようにする。これと同時に、第１の熱交換器１１で熱交換された空気は、第１の吐出口４１から吐出されるよう、第１のモーター４７を駆動して第１の吐出口４１を開き、第２の吐出口４２は閉じる。

本実施の形態の冷媒流路には、第１の熱交換器１１及び第２の熱交換器１２で熱交換が遂行されるのに適切な量の冷媒が供給される。したがって、第１の圧縮器２１だけを駆動し、第１の熱交換器１１でのみ熱交換を遂行する場合には、冷媒流路を循環する冷媒の量が多すぎ、よって、バイパスバルブ２８を開き、バイパス管２７を介して第１の圧縮器２１から吐出された冷媒の一部を迂回させる。

このように各種の装置をセッティングし１段運転を遂行する際には、吸入口５１から吸入された室内空気は、第１及び第２の熱交換器１１，１２に供給され、熱交換器１１，１２から送られた空気は、第２の熱交換器バルブ１６及び第２の吐出口４２が閉じた状態であるので、第１の熱交換器１１でのみ熱交換された後に、第１の吐出口４１から吐出される。

一方、使用者が２段運転を入力すると、マイコン６０は、圧縮容量が、第１の圧縮器２１よりも大きい第２の圧縮器２２でのみ冷媒を圧縮するよう、第２の圧縮器２２をオンにし、第１の圧縮器２１はオフ状態を維持する。

また、第１の熱交換器バルブ１５は閉じ、第２の熱交換器バルブ１６だけを開くことによって第２の熱交換器１２でのみ熱交換がなされるようにする。これと同時に、第２の熱交換器１２で熱交換された空気は、第２の吐出口４２から吐出されるよう、第２のモーター４８を駆動して第２の吐出口４２を開き、第１の吐出口４１は閉じる。

このように各種の装置をセッティングし２段運転を遂行する際に、吸入口５１から吸入された室内空気は、第１及び第２の熱交換器１１，１２に供給され、熱交換器１１，１２から送られる空気は、第１の熱交換器バルブ１５及び第１の吐出口４１が閉じた状態であるので、第２の熱交換器１２でのみ熱交換された後に、第２の吐出口４２から吐出される。

このときに、第２の圧縮器２２の圧縮容量が、第１の圧縮器２１の圧縮容量よりも大きく、第２の熱交換器１２の熱交換能力が第１の熱交換器１１のそれよりも大きく、かつ、第２の吐出口４２が第１の吐出口４１よりも大きいので、１段運転と比べてより多量の冷気を室内に供給する。

一方、使用者が、高冷房負荷時の運転である３段運転を入力すると、マイコン６０は、空気調和機が低冷房負荷時の運転である１段運転及び２段運転に比べて高い冷房能力を有するよう、第１の圧縮器２１も第２の圧縮器２２もオンにする。

また、第１の熱交換器バルブ１５及び第２の熱交換器バルブ１６を開き、第１の熱交換器１１及び第２の熱交換器１２両方で熱交換がなされるようにする。これと同時に、第１の吐出口４１及び第２の吐出口４２の両方から冷気が吐出されるよう、第１のモーター４７及び第２のモーター４８を駆動して第１の吐出口４１及び第２の吐出口４２を開く。

このように各種の装置をセッティングし３段運転を遂行する際に、吸入口５１から吸入された室内空気は、第１及び第２の熱交換器１１，１２に供給され、熱交換された冷気は、第１の吐出口４１及び第２の吐出口４２両方から吐出される。

３段運転では、第１及び第２の圧縮器２１，２２と、第１及び第２の熱交換器１１，１２とも使用されるため、冷房能力が大きく、したがった、高冷房または暖房負荷時にも室内温度を適切に調節することが可能になる。

１段ないし３段運転が決定されると、マイコン６０は、室内ファン１３の分当り回転数または電子膨脹バルブ２６の開度を調節することによって室内温度を調節する。例えば、使用者により３段運転が入力されると、マイコン６０は、図５に示す表のように装置をセッティングし、室内ファンの回転数を増減させて吐出風量を調節することによって、室内温度を調節する。

本発明の一実施の形態による空気調和機の冷媒流路を示す図である。 図１に示す空気調和機の室内機を示す斜視図である。 図１に示す空気調和機の室内機を示す断面図である。 各種の装置に接続される制御部を示す図である。 図１に示す空気調和機が多段運転する時に、各装置の作動状態を示す表である。

符号の説明

１０ 室内機
１１ 第１の熱交換器
１２ 第２の熱交換器
１３ 室内ファン
１４ 室内ファンモーター
１５ 第１の熱交換器バルブ
１６ 第２の熱交換器バルブ
１７ 第１の熱交換器温度センサー
１８ 第２の熱交換器温度センサー
１９ 毛細管
２０ 室外機
２１ 第１圧縮器
２２ 第２圧縮器
２３ 第３の熱交換器
２４ 室外ファン
２５ 室外ファンモーター
２６ 電子膨張バルブ
２７ バイパス管
２８ バイパスバルブ
２９ アキュムレーター
３０ 吐出温度センサー
３１ 第１のチェックバルブ
３２ 第２のチェックバルブ
３３ 連結用バルブ
４０ 本体
４１ 第１の吐出口
４２ 第２の吐出口
４３ 設置プレート
４４ 間仕切りパネル
４５ 第１のブレード
４６ 第２のブレード
４７ 第１のモーター
４８ 第２のモーター
４９ 入力部
５０ 表示部
５１ 吸入口
６０ マイコン
６１ 圧縮器駆動部
６２ バルブ駆動部
６３ モーター駆動部

Claims (11)

1. 第１の吐出口と、
   前記第１の吐出口を開閉する第１の開閉装置と、
   前記第１の吐出口と異なる大きさを有する第２の吐出口と、
   前記第２の吐出口を開閉する第２の開閉装置と、
   低冷房または低暖房負荷運転時に、前記第１の吐出口及び第２の吐出口のいずれか一方だけを開いて運転し、高冷房または高暖房負荷運転時に、前記第１の吐出口及び第２の吐出口両方を開いて運転するように制御する制御部とを備えた多段運転空気調和機であって、
   前記低冷房または低暖房負荷運転は、前記第１の吐出口を開き、前記第２の吐出口を閉じて運転する１段運転と、前記第２の吐出口を開き、前記第１の吐出口を閉じて運転する２段運転とを含み、
   前記高冷房または高暖房負荷運転は、前記第１の吐出口及び第２の吐出口両方を開いて運転する３段運転を含むことを特徴とする多段運転空気調和機。
2. 前記第２の吐出口は、前記第１の吐出口よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の多段運転空気調和機。
3. 前記第１の吐出口の開放時に駆動される第１の圧縮器と、前記第２の吐出口の開放時に駆動され、前記第１の圧縮器よりも大きい圧縮容量を有する第２の圧縮器とをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の多段運転空気調和機。
4. 冷媒を圧縮する第１の圧縮器と、
   前記第１の圧縮器の駆動時に開放される第１の吐出口と、
   前記第１の吐出口を開閉する第１の開閉装置と、
   前記第１の圧縮器と異なる圧縮容量を有する第２の圧縮器と、
   前記第２の圧縮器の駆動時に開放され、前記第１の吐出口と異なる大きさを有する第２の吐出口と、
   前記第２の吐出口を開閉する第２の開閉装置と、
   前記第１の圧縮器の駆動時に前記第１の吐出口を開き、前記第２の圧縮器の駆動時に前記第２の吐出口を開くように制御する制御部とを備えた多段運転空気調和機であって、
   前記制御部は、前記第１の圧縮器は駆動する一方で、前記第２の圧縮器の駆動は防ぎ、前記第１の吐出口は開く一方で、前記第２の吐出口は閉じる１段運転と、
   前記第２の圧縮器は駆動する一方で、前記第１の圧縮器の駆動は防ぎ、前記第２の吐出口は開く一方で、前記第１の吐出口は閉じる２段運転と、
   前記第１の圧縮器と第２の圧縮器とも駆動し、前記第１の吐出口と第２の吐出口とも開く３段運転とを含む多段運転を遂行するよう制御することを特徴とする多段運転空気調和機。
5. 前記制御部は、前記第１及び第２の圧縮器の駆動に連動して前記第１の吐出口及び第２の吐出口を開くことによって、冷房能力の異なる多段運転を遂行することを特徴とする請求項４に記載の多段運転空気調和機。
6. 前記第２の圧縮器の圧縮容量は、前記第１の圧縮器よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。
7. 前記第２の吐出口は、前記第１の吐出口よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の空気調和機。
8. 前記１段運転では、前記第１の圧縮器の吐出冷媒を前記第１の圧縮器の吸入側に迂回させるためのバイパス管と、該バイパス管に設置されたバイパスバルブとをさらに備え、
   前記２段運転及び３段運転では前記バイパスバルブを閉じることを特徴とする請求項７に記載の多段運転空気調和機。
9. 前記第１の吐出口に隣り合って設けられる第１の熱交換器と、前記第２の吐出口に隣り合って設けられる第２の熱交換器とをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の多段運転空気調和機。
10. 前記第２の熱交換器の熱交換能力は、前記第１の熱交換器の熱交換能力よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の多段運転空気調和機。
11. 前記第１の熱交換器に供給される冷媒の流れを調節する第１のバルブと、前記第２の熱交換器に供給される冷媒の流れを調節する第２のバルブとをさらに備えた多段運転空気調和機であって、
    前記制御部は、前記１段運転時に、前記第１のバルブは開放し前記第２のバルブは閉鎖、前記２段運転時に、前記第２のバルブは開放し前記第１のバルブは閉鎖し、前記３段運転時に、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブ両方とも開放するように制御することを特徴とする請求項９に記載の多段運転空気調和機。

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