JP4402235B2 - 再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法および再熱型空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排熱の一部を室内に放熱することにより室温を下げない再熱ドライ運転を行う再熱型空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な再熱型空気調和装置を図６に示した。
再熱型空気調和装置は、室内ユニット１０及び室外ユニット２０から構成されている。これら室内ユニット１０及び室外ユニット２０は、冷媒が導通する冷媒配管３０ａ、３０ｂや図示しない電気配線等により接続されている。冷媒は、冷媒配管３０ａ、３０ｂの一方において室内ユニット１０から室外ユニット２０へ、また他方において室外ユニット２０から室内ユニット１０へと流れることになる。
【０００３】
室内ユニット１０は、二つの室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂを備える。これら室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂは冷媒配管１２により直列に接続されている。冷媒配管１２には、冷媒配管１２を流れる冷媒を絞る電磁弁１３が介装されている。
【０００４】
室外ユニット２０には、室外熱交換器２１、プロペラファン２２、圧縮機２３、制御部２４、四方弁２５、電子膨張弁２６等が備えられている。室外熱交換器２１は冷媒と室外気との熱交換を実現するためのものである。プロペラファン２２は、室外熱交換器２１に送風することにより、新たな空気を導入して熱交換効率の向上を図るために設けられている。
圧縮機２３は、低温低圧の気体冷媒を、高温高圧の気体冷媒に変換して吐出するものである。
制御部２４は、前記プロペラファン２２、圧縮機２３、その他室外ユニット２０に備えられた各種機器に関する動作制御等を行うもので、各種電気回路素子から構成されている。
また、２７はアキュムレータであり、圧縮機２３にガス冷媒のみを送るためのもである。
【０００５】
このような再熱型空気調和装置において、冷房運転時には電子膨張弁２６が絞り状態とされ、電磁弁１３は開状態とされる。圧縮機２３で高温高圧の気体とされた冷媒が、冷媒配管３０を通過して室外熱交換器２１に送られ（図の破線矢印）、室外気に熱を与えて凝縮液化し高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁２６を通過して低温低圧の液冷媒となり、冷媒配管３０ｂを通り室内熱交換器１１Ｂ、１１Ａに送られる。低温低圧の液冷媒は、ここで室内気から熱を奪って当該室内気を冷却するとともに、冷媒自身は蒸発気化して低温低圧の気体冷媒となる。これが再び圧縮機２３に送出され、上記過程を繰り返すことになる。
【０００６】
再熱ドライ運転は、冷房運転と同じ方向に冷媒が流れるが、電子膨張弁２６が全開とされ、電磁弁１３が絞り状態とされる。これにより、室内熱交換器１１Ｂが室外熱交換器２１と同じ機能を果たし、室内気に対して放熱することになる。放熱後の冷媒は電磁弁１３を通過することにより低温低圧の液冷媒となり、室内熱交換器１１Ａにおいて吸熱して蒸発気化し、低温低圧の気体冷媒となる。
これにより、室内熱交換器１１Ｂが室内気を加熱しつつ、室内熱交換器１１Ａが室内気を冷却・除湿することにより、室温を下げない再熱ドライ運転が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上記再熱ドライ運転を冬場に行う場合、以下の問題が生ずる場合がある。
冬は低気温であり、室内気温と室外気温との差が大きいため、起動前においては室外熱交換器２１の内部に冷媒が液体として溜まり込んでいる。この状態のまま再熱ドライ運転を開始すると、圧縮機２３によって室外熱交換器２１に送り込まれたガス冷媒が液化して更に溜まり込み、装置系全体においてガスとして存在する冷媒が減少し、圧縮機２３に送り込まれるガス冷媒の量が減る、いわゆるガスロー状態となる。このため、実質的な除湿運転ができなくなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、冬場の再熱ドライ運転時にガスロー状態の発生を防ぐことができる再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法および再熱型空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法は、室外ユニットと、該室外ユニットとの間で冷媒が循環される室内ユニットと、冷媒の循環を制御する制御手段とにより構成され、前記室外ユニットは、高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮手段と、室外熱交換器と、該室外熱交換器に送風するファンとを備えた再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法において、前記再熱型空気調和装置には室外気温を検出する室外温度センサと、室内気温を検出する室内温度センサとが設けられ、前記制御手段は、前記室外温度センサと室内温度センサとの検出出力に基づいて室外と室内との温度差を算出し、室外気温が室内気温と比較して所定値以上低い場合に、暖房運転を所定時間行った後、室外ユニットのファンを停止した状態で室外熱交換器をコンデンサとして稼働するデフロスト運転を行い、室外熱交換器が室温に比べて＋１０℃程度にまで上昇した後、再熱ドライ運転を開始することを特徴とする。
【００１０】
この起動制御方法においては、まず最初に準備運転として暖房運転を行う。これにより室外熱交換器内部の液冷媒がガス冷媒となって追い出されるとともに、圧縮手段の運転によって圧縮手段が暖まる。なお、既に暖房運転を行っており、暖房運転から再熱ドライ運転に切り換える場合には、あらためて暖房運転を行う必要はない。
その後、デフロスト運転（室外熱交換器をコンデンサとして稼働するとともに、室外ユニットのファンを停止した運転）を行う。ファンが停止しているため、室外熱交換器の放熱が促されず、熱が溜まって室外熱交換器が暖まる。なお、このとき室内ユニットのファンを回転させると室内に冷気が放出されてしまうため、停止しておくことが望ましい。デフロスト運転は、室外熱交換器が充分高温になるまで、または一定時間行う。その後、再熱ドライ運転を開始する。
このような過程を経ることで、室外熱交換器に液冷媒が溜まることなく、ガスロー状態となることが防止される。
【００１２】
制御手段が前記気温差を算出し、その差が、ガスローが起こりうる所定値以上の場合に上記起動制御を行うようにする。差が所定値未満の場合には、ガスロー状態とはならないので上記過程を経ずに直接再熱ドライ運転を開始する。
上記再熱ドライ運転起動制御方法を実現する再熱型空気調和装置としては、室外ユニットと、該室外ユニットとの間で冷媒が循環される室内ユニットと、冷媒の循環を制御する制御装置とにより構成され、前記室外ユニットは、高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮機と、室外熱交換器と、該室外熱交換器に送風するファンとを備えた再熱型空気調和装置において、前記制御装置は、室外気温を検出する室外温度センサと室内気温を検出する室内温度センサとの検出出力に基づいて室外と室内との温度差を算出し、室外気温が室内気温と比較して所定値以上低い場合に、暖房運転を所定時間行った後、前記室外ユニットのファンを停止した状態で前記室外熱交換器をコンデンサとして稼働するデフロスト運転を行い、室外熱交換器が室温に比べて＋１０℃程度にまで上昇した後、再熱ドライ運転を開始する再熱ドライ運転起動制御を行う構成とすればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図２は再熱型空気調和装置の全体構成を示す説明図であり、図３はその外形を示す斜視図である。
再熱型空気調和装置は、室内ユニット１０及び室外ユニット２０から構成されている。これら室内ユニット１０及び室外ユニット２０は、冷媒が導通する冷媒配管３０や図示しない電気配線等により接続されている。冷媒配管３０は３０ａおよび３０ｂからなり（図２参照）、冷媒は、その一方において室内ユニット１０から室外ユニット２０へ、また他方において室外ユニット２０から室内ユニット１０へと流れることになる。
【００１４】
図２に示すように、室内ユニット１０はプレートフィンチューブ型の室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂを備える。これら室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂは冷媒配管１２により直列に接続されているとともに、それぞれ冷媒配管３０ａ、３０ｂが接続されている。冷媒配管１２には、冷媒配管１２を流れる冷媒を絞る電磁弁１３が介装されている。また、室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂ双方に送風するファン１５が設けられている。
さらに、室内気温を検出する室内温度センサ１７が設けられ、該室内温度センサ１７の検出出力が入力されるとともに前記電磁弁１３、ファン１５を制御するコントロール部１８が設けられている。
【００１５】
室外ユニット２０には、室外熱交換器２１、プロペラファン２２、圧縮機（圧縮手段）２３、制御部２４、四方弁２５、電子膨張弁２６等が備えられている。室外熱交換器２１はプレートフィンチューブ型熱交換器であり、冷媒と室外気との熱交換を実現するためのものである。プロペラファン２２は、室外熱交換器２１に送風することにより、新たな空気を導入して熱交換効率の向上を図るために設けられている。また、室外気温を検出する室外温度センサ２８が設けられている。
【００１６】
圧縮機２３は、低温低圧の気体冷媒を、高温高圧の気体冷媒に変換して吐出するものであり、冷媒回路を構成する部品の中では最も中心的な働きを担うものである。ちなみに冷媒回路とは、この圧縮機２３に加えて、上記した室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂ、室外熱交換器２１、冷媒配管３０、電子膨張弁２６、及び冷媒の流れ方向を規定する四方弁２５等から概略構成され、冷媒を室内ユニット１０と室外ユニット２０との間で循環させる回路である。
【００１７】
制御部２４は、室外温度センサ２８の検出出力が入力されるとともに、前記プロペラファン２２、圧縮機２３、電子膨張弁２６その他室外ユニット２０に備えられた各種機器に関する動作制御等を行うもので、各種電気回路素子から構成されているものである。この電気回路素子の中で中心的な役割を担うものの一つとして、パワートランジスタを備えている。このパワートランジスタは圧縮機２３の回転数を制御する際に用いられるものであり、圧縮機の回転数が上がると電力損失としての多量の熱を発生する。このため、過熱による動作不良、周囲の電気回路素子への悪影響防止として、制御部２４には図４に示すように放熱フィンが備えられたヒートシンク２４ａが取り付けられている。放熱フィンはパワートランジスタから発せられた熱を吸収するとともに、室外気に熱を放出するためのものである。放熱は、プロペラファン２２によって取り込まれた空気の一部が放熱フィン間の流路を通過することにより行われる。
なお、制御部２４およびコントロール部１８により制御装置（制御手段）が構成されている。
【００１８】
以下では、これらの構成となる再熱型空気調和装置の作用について、暖房運転時、冷房運転時、および、再熱ドライ運転のそれぞれの場合に分けて説明する。
まず、暖房運転時には、図２の実線矢印で示すように、圧縮機２３で高温高圧の気体とされた冷媒は冷媒配管３０ａを通り室内ユニット１０の室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂに送られる。室内ユニット１０内では、ファン１５により取り込まれた室内気に対して、室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂを通過する高温高圧の気体冷媒から熱が与えられる。このことにより、室内ユニット１０からは温風が吹き出されることになる。また同時に、高温高圧の気体冷媒は室内熱交換器１１Ａ、１１Ｂにおいて凝縮液化して高温高圧の液冷媒となる。
【００１９】
この高温高圧の液冷媒は、冷媒配管３０ｂを通って室外ユニット２０に送られる。室内ユニット２０では電子膨張弁２６を通過することにより低温低圧の液体冷媒となり、室外熱交換器２１においてプロペラファン２２から送風された外気によって加熱されて蒸発し、低温低圧の気体冷媒となる。
これが再び圧縮機２３に送出され、上記過程を繰り返すことになる。
【００２０】
冷房運転時には、冷媒は上記とは逆方向に冷媒回路中を流れる。
まず、冷房運転時には電子膨張弁２６が絞り状態とされ、電磁弁１３は全開とされる。圧縮機２３で高温高圧の気体とされた冷媒が室外熱交換器２１に送られ（図２中破線矢印）、室外気に熱を与えて凝縮液化し高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁２６を通過して低温低圧の液冷媒となり、冷媒配管３０ｂを通り室内熱交換器１１Ｂ、１１Ａに送られる。低温低圧の液冷媒は、ここで室内気から熱を奪って当該室内気を冷却するとともに、冷媒自身は蒸発気化して低温低圧の気体冷媒となる。これが再び圧縮機２３に送出され、上記過程を繰り返すことになる。
【００２１】
再熱ドライ運転は、冷房運転と同じ方向に冷媒が流れるが、電子膨張弁２６が全開とされ、電磁弁１３が絞り状態とされる。これにより、室内熱交換器１１Ｂが室外熱交換器２１と同じ機能を果たし、室内気に対して放熱することになる。放熱後の冷媒は電磁弁１３を通過することにより低温低圧の液冷媒となり、室内熱交換器１１Ａにおいて吸熱して蒸発気化し、低温低圧の気体冷媒となる。
これにより、室内熱交換器１１Ｂが室内気を加熱しつつ、室内熱交換器１１Ａが室内気を冷却・除湿することにより、室温を下げない再熱ドライ運転が行われる。
【００２２】
なお、これらの運転は、室内ユニット１０内に収められたコントロール部１８及び室外ユニット２０内に収められた制御部２４が協調することによって制御される。
【００２３】
ところで、再熱ドライ運転時には、室内熱交換器１１Ｂにおいて放熱させるために、室外熱交換器２１での放熱量は少なく抑えられる。つまり、再熱ドライ運転時にはプロペラファン２２の回転数が抑制される。一方で圧縮機２３は高速運転されるため、制御部２４が備えるパワートランジスタの発熱量は多い。上述のように、パワートランジスタの発熱は、プロペラファン２２により外気をヒートシンク２４ａに送風することで放熱させている。
したがって、プロペラファン２２の回転数が抑制されることでパワートランジスタの放熱が不十分となり、室外気の温度によってはパワートランジスタが過熱、破損するおそれがあった。
これを防ぐために、本例においては、室外温度条件によりプロペラファン２２の回転数を制御する。具体的には、図５のグラフに示すように、室外温度が高いほど、ファン２２の回転数が多くなるように制御する。これにより、パワートランジスタの過熱が防止される。
さらに、従来のようにプロペラファン２２の回転数が抑制された状態にあっては、室外温度が高い場合に室内での冷媒過熱度が得られにくいという傾向があり、冷媒が十分に気化されないまま圧縮機２３に導入される、いわゆる液バック運転が発生する場合があった。本例においては、上記のようにプロペラファン２２の回転数を上げることでこれを回避することができる。したがってアキュムレータが不要となり、部品点数の削減が可能である。
【００２４】
さて、上記再熱ドライ運転を冬場に行う場合には、コントロール部１８および制御部２４が図１に示す制御を行ったのち、再熱ドライ運転を開始する。
まず、ステップＳ１において、温度センサ１７、２８の検出出力に基づいてコントロール部１８および制御部２４が室内外の温度差を算出する。室外の温度が室内の温度に比べて所定値より低かった場合、ステップＳ２に進む。温度差が所定値以上に満たない場合には、直ぐに再熱ドライ運転を行う（ステップＳ５）。
ステップＳ２において、準備運転として暖房運転を行う。これにより室外熱交換器２１内部の液冷媒がガス冷媒となって追い出されるとともに、圧縮機２３の運転によって圧縮機２３が暖まる。その後ステップＳ３に進み、デフロスト運転（冷房サイクルにおいて室内外のファン１５，２２を停止した運転）を行う。室外のプロペラファン２２が停止しているため室外熱交換器２１の放熱が促されず、熱が溜まって室外熱交換器２１が暖まる。室外熱交換器２１が室温に比べて＋１０℃程度にまで上昇した後、電磁弁１３、電子膨張弁２６を切り換えるとともにファン１５，２２をオンにし、前記した再熱ドライ運転を開始する（ステップＳ４，Ｓ５）
【００２５】
このような過程を経ることにより、室外熱交換器２１の温度を上げてから再熱ドライ運転を起動することができ、室外熱交換器２１に液冷媒が溜まることなく、ガスロー状態となることが防止される。したがって、冬場でも効率的な除湿が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法および再熱型空気調和装置においては、室外熱交換器に液冷媒が溜まることなく、ガスロー状態となることが防止される。したがって、冬場でも効率的な除湿が可能となる。
また、室外気温と室内気温との差が所定以上の場合に上記制御を行うことにより、ガスロー状態が起こりうる場合にのみ当該起動制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態として示した再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法のフローチャートである。
【図２】 本発明を実現する再熱型空気調和装置の全体構成を示す説明図である。
【図３】 同再熱型空気調和装置の外形を示す斜視図である。
【図４】 同再熱型空気調和装置に用いられる制御部の外形を示す斜視図である。
【図５】 再熱ドライ運転時の室外ユニットのファン回転数と、室外温度との関係を示すグラフである。
【図６】 従来の再熱型空気調和装置の全体構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 室内ユニット
１１Ａ、１１Ｂ 室内熱交換器
１７ 室内温度センサ
１８ コントロール部（制御手段）
２０ 室外ユニット
２１ 室外熱交換器
２２ プロペラファン
２３ 圧縮機
２４ 制御部（制御手段）
２８ 室外温度センサ

Claims (2)

1. 室外ユニットと、該室外ユニットとの間で冷媒が循環される室内ユニットと、冷媒の循環を制御する制御手段とにより構成され、前記室外ユニットは、高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮手段と、室外熱交換器と、該室外熱交換器に送風するファンとを備えた再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法において、
   前記再熱型空気調和装置には室外気温を検出する室外温度センサと、室内気温を検出する室内温度センサとが設けられ、
   前記制御手段は、前記室外温度センサと室内温度センサとの検出出力に基づいて室外と室内との温度差を算出し、室外気温が室内気温と比較して所定値以上低い場合に、
   暖房運転を所定時間行った後、室外ユニットのファンを停止した状態で室外熱交換器をコンデンサとして稼働するデフロスト運転を行い、室外熱交換器が室温に比べて＋１０℃程度にまで上昇した後、再熱ドライ運転を開始することを特徴とする再熱型空気調和装置の再熱ドライ運転起動制御方法。
2. 室外ユニットと、該室外ユニットとの間で冷媒が循環される室内ユニットと、冷媒の循環を制御する制御装置とにより構成され、前記室外ユニットは、高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮機と、室外熱交換器と、該室外熱交換器に送風するファンとを備えた再熱型空気調和装置において、
   前記制御装置は、室外気温を検出する室外温度センサと室内気温を検出する室内温度センサとの検出出力に基づいて室外と室内との温度差を算出し、室外気温が室内気温と比較して所定値以上低い場合に、暖房運転を所定時間行った後、前記室外ユニットのファンを停止した状態で前記室外熱交換器をコンデンサとして稼働するデフロスト運転を行い、室外熱交換器が室温に比べて＋１０℃程度にまで上昇した後、再熱ドライ運転を開始する再熱ドライ運転起動制御を行うことを特徴とする再熱型空気調和装置。

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