JP4236347B2

JP4236347B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4236347B2
Application number: JP26742699A
Authority: JP
Inventors: 泰声天野; 嘉也山上
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: JP2001091027A

Description

【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクル及び温水供給源と放熱器とを温水配管で環状に接続した温水回路を備えると共に、被調和室に調和空気を供給する室内側ユニット内に少なくとも利用側熱交換器及び放熱器を備え、冷凍サイクルを用いた冷却運転及び温水回路を用いた加熱運転を可能にする空気調和機に関して、特に加熱運転を行っていないときの放熱器の凍結防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような空気調和機としては、特開平８−１２１８０３号公報に記載されたようなものがあった。この公報に記載されたものは、圧縮機から冷媒が供給される冷媒用熱交換器と循環ポンプで温水が供給される温水用熱交換器とを同一のユニット内に配置し、この温水用熱交換器に温度検知器を設け、冷房運転時に検知器の検知した温度が所定値以下のときに循環ポンプを運転させて温水用熱交換器の凍結を防止するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された従来の空気調和機では、循環ポンプを運転する必要があり、その分消費電力が増加する問題点があった。
【０００４】
温水用熱交換器（放熱器）が凍結するのは、隣接して配置された蒸発器（利用側熱交換器）の蒸発温度の低下が主な原因であり、この低下は軽負荷に対する圧縮機の運転能力過多が考えられる点に着目し、本発明は圧縮機の運転能力の制御から凍結防止を行う制御装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、運転能力可変型の圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、温水供給源および放熱器を温水配管で環状に接続した温水回路を備えると共に、被調和室に調和空気を供給する室内側ユニット内に少なくとも前記利用側熱交換器及び放熱器を備え、冷凍サイクルを用いた冷却運転及び温水回路を用いた加熱運転を可能にする空気調和機において、前記利用側熱交換器の温度を検出する冷媒熱交換器センサおよび前記放熱器の温度を検出する温水熱交換器センサを備え、被調和室の負荷に応じて前記圧縮機の運転能力を第１の設定値と第２の設定値（＞第１の設定値）との間で自動調節する運転能力制御部と、前記放熱器の温度が第１の所定温度以下、または利用側熱交換器の温度が第３の所定温度以下になった際に第２の設定値を前記放熱器の温度低下を防止する方向へ補正する第１の保護部とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
また、第１の保護部が機能している際、さらに前記放熱器の温度低下、または利用側熱交換器の温度低下を判断した時に前記圧縮機の運転能力を低下させる補正を行う第２の保護部を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記放熱器の温度が前記第１の所定温度より低い第２所定温度以下、または利用側熱交換器の温度が第３の所定温度より低い第４の所定温度以下になった際に前記圧縮機の運転を停止する第３の保護部を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、圧縮機の運転開始から第１のマスク時間の間、第１の保護部乃至第３の保護部の動作をマスクする第４の保護部を備えるものである。
【０００９】
また、第１のマスク時間に続く第２のマスク時間の間、第３の保護部の動作をマスクする第５の保護部を備えるものである。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の温水回路及び冷凍サイクルを示す概略図である。この図において、５ａ、５ｂは被調和室に設けられた室内ユニットであり、８は屋外に設けられた室外ユニットであり、３は温水を供給するボイラー等からなる熱源側ユニットであり、信号に応答して温水暖房用に温水を循環させる機能を備える汎用のものを用いることができる。
【００１１】
熱源側ユニット３からの出湯は温水管１２と戻り管１１とで温水の循環回路が構成され、温水管１２と戻り管１１との間には流量可変弁１４ａと温水熱交換器（放熱器）１３ａとが室内ユニット５ａの中で直列に接続され、流量可変弁１４ｂと温水熱交換器１３ｂとが室内ユニット５ｂの中で直列に接続されている。
【００１２】
これら流量可変弁１４ａ、１４ｂの開度を調節することによって温水熱交換器１３ａ、１３ｂに流れる温水の流量を調節することができる。すなわち暖房（加熱）能力を負荷に基づいて能力制御することができるものである。
【００１３】
尚、温水熱交換器１３ａ、１３ｂで加熱された調和空気は送風機（図示せず）で実線矢印に示すように被調和室に供給されるものである。
【００１４】
室外ユニット８には圧縮機１７（第１の設定値とこの設定値より大きい第２の設定値との間で任意に運転能力を設定することができる運転能力可変型の圧縮機）、四方弁１８、室外熱交換器１９、電動膨張弁２０、ストレーナー２１、アキュムレーター２３が搭載され、室内ユニット５ａには室内熱交換器（利用側熱交換器）２２が温水熱交換器１３ aの風上になるように配置されている。
【００１５】
これらの機器は圧縮機１７から吐出される冷媒が循環する冷凍サイクルを構成するように冷媒配管で環状に接続されている。四方弁１８を切り換えることにより室内熱交換器２２を蒸発器（冷房運転時）として作用させ、または凝縮器（暖房運転時）として作用させるものである。
【００１６】
従って、室内ユニット５ａで冷房運転を行うときは流量可変弁１４ａを閉じ、圧縮機１７を運転し四方弁１８を図１の実線に示す状態にすることによって、室内熱交換器２２で冷媒が蒸発して被調和室の冷房運転が可能になる。
【００１７】
暖房運転時は流量可変弁１４ａを開いて温水熱交換器１３ａに温水を供給することによって暖房運転が行われる。このとき、圧縮機１７を運転し、四方弁１８を図１に示す点線の状態に切り換えれば、室内熱交換器２２で冷媒が凝縮し暖房能力の増加が行えるものである。
【００１８】
尚、冷媒熱交換器２２を蒸発器として作用させ、同時に温水熱交換器１３ａに温水を供給することによって被調和室の除湿運転が可能になる。このとき流量可変弁１４ aの開度を調節して温水の流量を調節すれば除湿時の被調和室の温度調節が行えるものである。
【００１９】
図２は室内ユニット５ａの制御回路を示すブロック図である。この図において、２５はプラグであり、屋内配線に接続され商用の交流電力（例えば１００Ｖ）の供給を受けるものである。この交流電力はスイッチ２６を介して制御回路内に供給されると共に、パワーリレー２７の常開接片２７ａと端子２８を介して室外ユニット８へ電力が供給されるものである。常開接片２７ａは空気調和機の運転中に閉じて室外ユニットの運転を可能にするもである。
【００２０】
２９は送風用のＤＣファンであり、温水熱交換器１３ａ、室内熱交換器２２へ室内（被調和室）の空気を循環させるものである。このＤＣファン２９は、モーター電源３０から出力される直流の定電圧を駆動回路３１で回転子の回転角度に応じてスイッチングして所定の固定子巻き線に通電させ回転子の連続回転を得るブラシレスモーターである。
【００２１】
駆動回路３１でのスイッチングをマイコン３２（制御部）が制御し、またモーター電源３０から出力される定電圧の電圧を変えることによってＤＣファン２９の回転数を変えることができる。この電圧はマイコン３２で制御するようにしても良い。
【００２２】
３３は制御回路電源であり、ＤＣファン２９以外の駆動素子（マイコン、リレー及び各種センサなど）へ電力を供給するものであり、モーター電源３０にヒューズ３４と共に直列に接続されている。
【００２３】
３５、３６はそれぞれシリアル電源、シリアル回路であり、端子２８の▲３▼端子、信号線（▲２▼端子を電源と共通線としている）を介して室外ユニット８のマイコンと信号の送受を可能にするものであって、シリアル電源３５で生成された定電圧にシリアル回路３６でマイコン３２からの信号を重畳させて▲３▼端子から出力し、また受信した信号をマイコン３２に出力するものである。送受信する信号方式としては汎用のＰＣＭ方式などが可能であるが、これに限るものではない。
【００２４】
３７は熱源側ユニット（給湯器）３と信号線７を介して信号の送受を行うインターフェース回路であり、マイコン３２と熱源側ユニット３との間での信号の送受を可能にしている。
【００２５】
４０は記憶部であり、マイコンの初期定数を格納し、マイコン３２のイニシャル時にこれらの定数が読み込まれるものである。
【００２６】
４２はスピーカーであり信号の受信音や警報音などを必要に応じて出力するものであり、マイコン３２からの出力によって制御されている。
【００２７】
４４、４５はフラップモータ、流量可変弁１４ aの駆動用ステップモータであり、マイコン３２からの信号で駆動回路４３を介して制御される。フラップモータ（ステップモータ）４４を駆動させることによって室内ユニット５から被調和室へ吐出される調和空気の角度を変えることができるものである。また、ステップモータ４５を駆動させることによって流量可変弁１４ aの開度が変わり温水の流量を変えることができるものである。
【００２８】
４６は表示部であり、マイコン３２からの信号で点灯が制御されるＬＥＤやリモートコントローラからのワイヤレス信号（赤外線信号）を受信する受信用ＩＣを含む受信回路であり、リモートコントローラからの信号を復調後マイコン３２に出力するものである。
【００２９】
４７は室温センサであり、室内ユニット５ａの空気の吸い込み側に設けられ室内の空気の温度を検出するものであり、このセンサの出力はマイコン３２がＡ／Ｄ変換した後取り込み温度制御に用いられる。
【００３０】
尚、室温はセンサをリモートコントローラに設け、このセンサで検出した温度を表示部４６の受信回路で受信して運転制御に用いるようにしてもよい。
【００３１】
４８は室内熱交換器２２に取り付けられる冷媒熱交換器温度センサーであり、室内熱交換器２２の温度を検出し、マイコン３２はこの温度に基づいて、過負荷状態や温度異常に対する制御を行うものである。
【００３２】
４９は温水熱交換器温度センサーであり、温水熱交換器１３ aの温度を検出し、マイコン３２はこの温度に基づいて、過負荷状態や温度異常（凍結）に対する制御を行うものである。
【００３３】
５０はスイッチ基板であり、試運転／通常運転／停止等の運転時のモードを切り換えるスイッチであり、近くには異常発生時の原因を特定するための表示ＬＥＤが複数設けられている。
【００３４】
このように構成された室内ユニット５ａは、リモートコントローラの操作に基づく信号を受信して空調運転が行われると共に、最適な空調運転が行えるように圧縮機の運転能力を第１の設定値と第２の設定値との間で自動的に制御するものである。このような運転能力の制御はマイコン３２内にプログラムで構成された運転能力制御部によって行われる。
【００３５】
また流量可変弁１４ａの開度も暖房運転／除湿運転などの時に室内の負荷に応じて最適な空調運転が行えるように制御するものである。同時に熱源ユニット３を制御する信号（給湯の開始、出湯温度の変更など）をインターフェース回路３７を介して送信するものである。
【００３６】
図３は室外ユニットに搭載される制御回路の概略を示すブロック図であり、端子板６１の端子番号を同じくして図２に示す端子板２８に接続されるものである。
【００３７】
この図において、６２は電源回路であり、端子板６１の１番端子、２番端子を介して得られる室内ユニットからの１００Ｖの交流電力を倍電圧整流し平滑するものである。この電源回路６２から出力される直流電力は、スイッチング素子を３相ブリッジ状に結線したインバータ回路６３へ出力されて、３相交流（圧縮機１７が誘導電動機を用いている場合）または、回転子の回転位置に対応する固定子巻線を通電できる波形（圧縮機１７が直流ブラシレスモータを用いている場合）に変換された後圧縮機１７へ供給される。
【００３８】
６４はマイコンであり、端子板６１の３番端子及びシリアル回路６５を介して室内ユニットのマイコン３２から制御信号を受信し主に圧縮機１７の回転数、四方切換弁１８の切換やファンモータ６６の運転などの制御を行うものである。
【００３９】
従って室外ユニット８は室内ユニット５ａから送られて来る運転能力を示す信号に対応する運転能力で第１の設定値と第２の設定値（＞第１の設定値）との間で圧縮機１７の運転を行うものであり、室外ユニット８において異常が起きたときは室内ユニット５ａが自動的に保護動作を行うものである。
【００４０】
以上のように構成され空気調和機の室内ユニット５ａにおいて、冷房運転の際に、温水熱交換器１３ａの温度（温水熱交換器温度センサ４９の検出する温度）が第１の所定温度、第２の所定温度に達したときに圧縮機１７の運転能力を下げる補正を行うものであり、この補正を行うことによって冷媒熱交換器２２の蒸発温度が上昇し温水熱交換器１３ａの凍結を防止できるものである。これらの制御はマイコン３２が温水熱交換器１３ａの温度に基づいて行うものであり補正された運転能力が室外ユニット８へ送信されるものである。
【００４１】
図４（ａ）は温水熱交換器１３ａの温度と保護動作（温水熱交換器１３ａの内部に停滞する水の凍結防止）との概要を示す説明図である。
【００４２】
（ａ）において、温水熱交換器温度センサ４９の検出温度が第１の所定温度（例えば圧縮機の運転能力が上昇途中にあるときは＋１０度、圧縮機の運転能力が安定または低下途中にあるときは＋８度）以下か否かを判断し、圧縮機の運転能力が上昇途中にあるとき（上向きの矢印）にこの条件を満たすと圧縮機の運転能力の上昇を禁止する（第１の保護部の動作）。すなわち実質的に圧縮機の運転能力の範囲（第２の設定値）を現在の運転能力に変更したのと同等の作用効果が得られる。
【００４３】
この状態でさらに温水熱交換器温度センサ４９の検出する温度が低下し第１の所定温度−２度（＋８度）以下に低下したことを判断すると圧縮機の運転能力を低下させる（第２の保護部の動作）。
【００４４】
また、温水熱交換器温度センサ４９の検出する温度が第２の所定温度以下を判断すると圧縮機の運転を停止（運転能力を０）にする（第３の保護部の動作）ものである。
【００４５】
圧縮機の運転能力が低下途中にあるとき（下向きの矢印）では、運転能力の上昇を禁止する必要はないので、温水熱交換器温度センサ４９の検出する温度が第１の所定温度−２以下か否かの判断を行いこの温度以下の際には圧縮機の運転能力の低下を行う。すなわち第１の保護部の機能が除かれ第２の保護部の機能が実行されるものである。温水熱交換器温度センサ４９の検出する温度が第２の所定温度以下になると第３の保護部によって圧縮機の運転が停止されるものである。
【００４６】
図４（ｂ）は室内熱交換器２２（冷媒熱交換器）の温度と保護動作（冷媒熱交換器の表面に停滞するドレン水の凍結防止）との概要を示す説明図である。この図において、図４（ａ）に示した第１の所定温度がＴ０に置き換わり、第１の所定温度−２がＴ１に置き換わり、第２の所定温度がＴ２に置き換わり検出温度が温水熱交換器温度（放熱器）から冷媒熱交換器温度（室内熱交換器）に置き換わっているものであり、図４（ａ）と同様な動作をする。
【００４７】
尚、Ｔ０は＋８度、Ｔ１は＋６度、Ｔ２は＋２度に設定されており、実際の圧縮機の運転能力の補正は、図４（ａ）、（ｂ）のいずれかの条件で運転能力の上昇禁止、運転能力の低下、運転停止が行われた際に行われるものである。すなわち図４（ａ）、（ｂ）の関係のいずれかの条件が成立した際に凍結防止の保護動作が行われるものである。
【００４８】
図５は温水熱交換器の凍結防止の具体的な動作を示すフローチャートである。このフローチャートはマイコン３２の動作の一部として組み込まれるものであり、図中「Ｒ」は凍結防止のサブルーチンが終了してメインルーチンに戻ることを示している。
【００４９】
ステップＳ１で冷凍サイクルが冷房運転（図１に示す状態）になっているか否かの判断を行う。尚、ファンの送風量を周期的に変化させてドライ効果を得る運転も冷凍サイクル上は冷房運転である。
【００５０】
次にステップＳ２で冷媒熱交換器の温度が１０．０度より低いか否かの判断を行う。すなわち冷凍運転が停止している際や冷媒熱交換器の温度が高いときには温水熱交換器の温度低下も起きないので、これらの判断を行っている。
【００５１】
次にステップＳ３で圧縮機の運転開始から６分経過したか否かの判断を行う。すなわち、圧縮機の運転開始から第１のマスク時間（６分間）は以下に説明する第１乃至第３の保護部の動作をマスクして、「Ｒ」へ進むものであり、第４の保護部に相当する。このマスクは温水熱交換器が凍結に至らない時間に設定され、温水熱交換器の容量に応じて任意に設定される。
【００５２】
次にステップ、Ｓ４で圧縮機の運転開始から２０分経過したか否かの判断を行う。すなわち、第１のマスク時間につづく第２のマスク時間（１４分間）の判断を行うものである。
【００５３】
従って、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３の条件全てが満たされないときは「Ｒ」へ進み、凍結防止は行われない。ステップＳ４の条件を満たすときは、すなわち第１のマスク時間、第２のマスク時間が終了した際はステップＳ５へ進み温水熱交換器の温度が６．０度より低いか否かの判断を行い、この条件が満たされるときはステップＳ６へ進み圧縮機の運転能力を「０」に設定する。すなわち圧縮機の運転を停止させるものである。（第３の保護部）
ステップＳ５の条件を満たさないときは、ステップＳ７へ進み温水熱交換器の温度が１０．０度より低いか否かの判断を行い、この条件を満たすときはステップＳ８へ進みさらに圧縮機の運転能力が上昇途中であるか否かの判断を行い、この条件が満たされ時はステップＳ９で圧縮機の運転能力の上昇を禁止する。これらステップＳ７乃至ステップＳ９が第１の保護部の動作に相当する。
【００５４】
次いでステップＳ１０で温水熱交換器の温度が８．０度以下か否かの判断を行い、この条件を満たすときはステップＳ１１へ進み圧縮機の運転能力を低下させたのち「Ｒ」へ進むものである。
【００５５】
尚、前記したステップＳ４の条件を満たさないとき、すなわち第２のマスク時間の間はステップＳ５を行わずステップＳ７から実行されるものである。この動作によって第２の所定時間の間は第１の保護部及び第２の保護部の動作が行われ、第３の保護部の動作が行われないことになる。（第５の保護部の動作に相当）以上のように構成された凍結保護部は第１、第２のマスク時間の後、温水熱交換器の温度に基づいて、圧縮機の運転能力増加を防止することによって温水熱交換器の温度低下を防止する補正が行われ、この補正を行っている際にさらに温水熱交換器の温度が低下する場合には圧縮機の運転能力を下げる補正を行い。また温水熱交換器の温度が第２の所定値以下になった際には圧縮機の運転を停止させて温水熱交換器の温度低下を防止し温水熱交換器の凍結を防止することができるものである。
【００５６】
尚、図４（ｂ）に示すように冷媒熱交換器の温度低下に基づいて圧縮機の運転能力に補正が生じた場合は、その補正に基づいて運転能力の補正が行われるものであり、図４（ａ）、（ｂ）のいずれかによって圧縮機の運転能力は補正されるものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように構成された空気調和機では、温水が供給される温水熱交換器（放熱器）の温度が凍結に至るような際に、運転能力可変型の圧縮機の運転能力を補正して温水熱交換器の凍結を防止することができるものである。
【００５８】
また、圧縮機の運転能力の補正を複数段間に分けて行うことにより、圧縮機の運転能力を必要以上に下げることなく、また空調能力を必要以上に下げることなく温水熱交換器の凍結防止が行えるものである。
【００５９】
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の冷凍サイクル及び温水回路を示す説明図である。
【００６１】
【図２】図１に示した室内ユニットの制御を示すブロック図である。
【００６２】
【図３】図１に示した室外ユニットの制御を示すブロック図である。
【００６３】
【図４】凍結防止動作を示す説明図である。
【００６４】
【図５】凍結防止の動作を示すフローチャートである。
【００６５】
【符号の説明】
５ａ室内ユニット
８室外ユニット
１３ａ温水熱交換器
２２室内熱交換器
３２マイコン

Claims

運転能力可変型の圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、温水供給源および放熱器を温水配管で環状に接続した温水回路を備えると共に、被調和室に調和空気を供給する室内側ユニット内に少なくとも前記利用側熱交換器及び放熱器を備え、冷凍サイクルを用いた冷却運転及び温水回路を用いた加熱運転を可能にする空気調和機において、
前記利用側熱交換器の温度を検出する冷媒熱交換器センサおよび前記放熱器の温度を検出する温水熱交換器センサを備え、被調和室の負荷に応じて前記圧縮機の運転能力を第１の設定値と第２の設定値（＞第１の設定値）との間で自動調節する運転能力制御部と、前記放熱器の温度が第１の所定温度以下、または利用側熱交換器の温度が第３の所定温度以下になった際に第２の設定値を前記放熱器の温度低下を防止する方向へ補正する第１の保護部とを備えることを特徴とする空気調和機。
第１の保護部が機能している際、さらに前記放熱器の温度低下、または利用側熱交換器の温度低下を判断した時に前記圧縮機の運転能力を低下させる補正を行う第２の保護部を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記放熱器の温度が前記第１の所定温度より低い第２所定温度以下、または利用側熱交換器の温度が第３の所定温度より低い第４の所定温度以下になった際に前記圧縮機の運転を停止する第３の保護部を備えることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
前記圧縮機の運転開始から第１のマスク時間の間、第１の保護部乃至第３の保護部の動作をマスクする第４の保護部を備えることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
第１のマスク時間に続く第２のマスク時間の間、第３の保護部の動作をマスクする第５の保護部を備えることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。