JP4450777B2

JP4450777B2 - 空気調和機

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Publication number: JP4450777B2
Application number: JP2005250020A
Authority: JP
Inventors: 知藤本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2007064539A

Description

本発明は、室内機と室外機とを備え、室内機には該室内機内の冷却を行う第１の送風機が設けられ、室外機には該室外機内の冷却を行う第２の送風機が設けられており、暖房又は冷房の何れかを行う空気調和機に関する。

暖房又は冷房の何れかを行う空気調和機として、室内機に設けられ、暖房時は凝縮器として動作し、冷房時は蒸発器として動作する第１の熱交換器と、室外機に設けられ、暖房時は蒸発器として動作し、冷房時は凝縮器として動作する第２の熱交換器と、蒸発器側の熱交換器から凝縮器側の熱交換器へ送る冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器側の熱交換器から蒸発器側の熱交換器へ送る冷媒を減圧する膨張弁とを備える空気調和機が用いられている（例えば特許文献１参照）。

また、室内機には、第１の熱交換器に付設された温度センサと、第１の熱交換器へ送風を行う第１の送風機とが設けられ、室外機には、第２の熱交換器に付設された温度センサと、第２の熱交換器へ送風を行う第２の送風機とが設けられている。また、圧縮機が例えば回転圧縮機の場合、圧縮機及び冷凍サイクルの信頼性を高めるために下限回転数が予め設定されており、圧縮機回転数が下限回転数以下になった場合は圧縮機を停止させる。

また、凝縮器側の温度センサが検出する凝縮側温度に対しては、圧縮機回転数に応じた過熱防止温度が予め決められている。図２は過熱防止温度の例を示す特性図である。検出された凝縮側温度が、現在の圧縮機回転数に対応する過熱防止温度よりも高い場合は、圧縮機回転数を低下させ、高圧側の圧力を低下させて凝縮側温度を低下させる。

凝縮側温度は、凝縮器側の送風機の風量が小さい、送風される空気の温度が高い、又は蒸発器側の送風機の風量が大きいなどのために高圧側の圧力が高くなる場合に、高くなる。また、凝縮器側の送風機の送風口のゴミの目詰り等によって風量が小さくなった場合にも、凝縮側温度は高くなる。
特開２０００−２５７９３９号公報

凝縮側温度が過熱防止温度よりも高くなったために圧縮機回転数を低下させる場合に、例えば凝縮器側で送風される空気の温度が高いときは、凝縮側温度が低下し難く、圧縮機回転数をさらに低下させることが多い。その後も凝縮側温度が過熱防止温度以下に下がらず、圧縮機回転数を低下させ続けた場合、圧縮機回転数が下限回転数に達し、圧縮機を停止させることがある。

また、例えば図２の圧縮機回転数１８００〜２５００［ｒｐｍ］の領域に示すように、圧縮機回転数の低下と共に過熱防止温度も低下する領域においては、図中の点Ａから点Ｂまでの矢印に示すように、圧縮機回転数を低下させて凝縮側温度を低下させても、過熱防止温度も低下するため、凝縮側温度が過熱防止温度よりも高い状態が続き、圧縮機回転数をさらに低下させることが多い。その後も凝縮側温度が過熱防止温度以下に下がらず、圧縮機回転数を低下させ続けた場合、圧縮機回転数が下限回転数に達し、圧縮機を停止させることがある。

圧縮機を停止させた場合、凝縮側温度が過熱防止温度以下に下がるまで待って再始動することになる。しかし、暖房時又は冷房時に圧縮機を停止した場合、室温を設定温度に到達させることができなくなり、ユーザに不快感を与えるという問題がある。また、圧縮機が再始動して室温が最終的に設定温度に到達した場合であっても、室温上昇又は室温低下に時間がかかり、ユーザに不快感を与えるという問題、及び、圧縮機の停止が故障記録等に残るため、点検時又は保守時に対応が必要になるという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、暖房時は室内機内の温度を検出し、冷房時は室外機内の温度を検出する温度検出手段と、検出温度が制限温度を超えているか否かを判定する温度判定手段と、制限温度を超えていると判定された場合、暖房時は第１の送風機の風量を増加させ、冷房時は第２の送風機の風量を増加させる風量制御手段とを備えることにより、凝縮器側の温度上昇による圧縮機の停止を抑制し、圧縮機を動作させ続けることができる空気調和機を提供することを目的とする。

また、本発明は、暖房時は室内機内の温度を検出し、冷房時は室外機内の温度を検出する温度検出手段と、検出温度が制限温度を超えているか否かを判定する温度判定手段と、制限温度を超えていると判定された場合、暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させる風量制御手段とを備えることにより、凝縮器側の温度上昇による圧縮機の停止を抑制し、圧縮機を動作させ続けることができる空気調和機を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、前記温度判定手段によって制限温度を超えていると判定された場合、圧縮機の動作周波数を低下させる圧縮制御手段と、圧縮機の動作周波数が所定周波数以下であるか否かを判定する周波数判定手段とを備え、所定周波数以下であると判定された場合、暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させるように構成したことにより、凝縮器側の温度上昇による圧縮機の停止を抑制し、圧縮機を動作させ続けることができる空気調和機を提供することを他の目的とする。

本発明に係る空気調和機は、室内機と室外機とを備え、室内機には該室内機内の冷却を行う第１の送風機が設けられ、室外機には該室外機内の冷却を行う第２の送風機が設けられており、暖房又は冷房の何れかを行う空気調和機において、暖房時は室内機内の温度を検出し、冷房時は室外機内の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度が制限温度を超えているか否かを判定する温度判定手段と、該温度判定手段によって制限温度を超えていると判定された場合、暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させる風量制御手段と、前記室内機内に設けられ、暖房時は凝縮器として動作し、冷房時は蒸発器として動作し、前記第１の送風機で冷却される第１の熱交換器と、前記室外機内に設けられ、暖房時は蒸発器として動作し、冷房時は凝縮器として動作し、前記第２の送風機で冷却される第２の熱交換器と、暖房時は前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器へ送る冷媒を圧縮し、冷房時は前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器へ送る冷媒を圧縮する圧縮機と、前記温度判定手段によって制限温度を超えていると判定された場合、圧縮機の動作周波数を低下させる圧縮制御手段と、圧縮機の動作周波数が所定周波数以下であるか否かを判定する周波数判定手段とを備え、前記風量制御手段は、該周波数判定手段によって所定周波数以下であると判定された場合、暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させるように構成してあることを特徴とする。

本発明においては、暖房時は室内機内の温度を検出し、冷房時は室外機内の温度を検出する温度検出手段の検出温度が制限温度を超えているか否かを温度判定手段で判定し、制限温度を超えていると判定された場合、風量制御手段によって暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させるため、凝縮器として動作している熱交換器側の温度を低下させ、温度検出手段の検出温度を制限温度よりも低くすることができる。よって、凝縮器として動作している熱交換器側の温度を低下させるために圧縮機の動作周波数を低下させる必要性は低くなり、圧縮機の動作周波数が下限周波数以下に低下して停止することを抑制できる。ここで、室内機は、暖房時は凝縮器として動作し、冷房時は蒸発器として動作する第１の熱交換器を備え、室外機は、暖房時は蒸発器として動作し、冷房時は凝縮器として動作する第２の熱交換器を備える。温度検出手段は、例えば熱交換器の温度を検出したり、熱交換器周辺の温度を検出したり、室内機又は室外機から排出される温風の温度を検出することが可能である。なお、第１及び第２の送風機の風量を減少させる場合、送風機の回転数（ｒｐｍ）が下限回転数以下にならない程度に抑えることが好ましい。

本発明においては、温度判定手段によって制限温度を超えていると判定された場合、圧縮機の動作周波数を圧縮制御手段によって低下させるため、凝縮器として動作している熱交換器側の温度を低下させることができる。その後、圧縮機の動作周波数が所定周波数以下であるか否かを周波数判定手段で判定し、所定周波数以下であると判定された場合、風量制御手段によって暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させるため、凝縮器として動作している熱交換器側の温度を低下させ、温度検出手段の検出温度を制限温度より低くすることができる。ただし、前記所定周波数は、圧縮機の下限周波数よりも高い周波数である。よって、圧縮機の動作周波数が所定周波数以下に低下した場合は、凝縮器として動作している熱交換器側の温度を主に送風機によって低下させるため、圧縮機の動作周波数が下限周波数以下に低下して停止することを抑制できる。なお、回転圧縮機の場合は、周波数の代わりに回転数（ｒｐｍ）を用いることも可能である。

本発明によれば、凝縮器として動作している熱交換器側の温度が上昇した場合であっても、圧縮機の停止を抑制しながら前記温度を低下させ、圧縮機を動作させ続けることができる。室温が設定温度に到達する途中で圧縮機が停止することなく、快適な冷暖房を行うことができる。また、圧縮機の停止が故障記録等に残ることを抑制できる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る空気調和機の構成例を模式的に示すブロック図である。空気調和機は、室内熱交換器（第１の熱交換器）１２、室内ファン（第１の送風機）２０、操作Ｉ／Ｆ（操作インタフェース）２２、及び室内熱交換器１２に付設された室内熱交センサ（温度検出手段）２４を有する室内機１０と、室外熱交換器（第２の熱交換器）３２、圧縮機３４、四方弁３６、膨張弁３８、制御部４０、室外ファン（第２の送風機）４２、及び室外熱交換器３２に付設された室外熱交センサ（温度検出手段）４４を有する室外機３０とを備える。

室内機１０の室内熱交換器１２は室外機３０の四方弁３６及び膨張弁３８と接続され、室内ファン２０は、室内熱交換器１２に送風を行い、回転数（ｒｐｍ）は制御部４０によって制御される。

室外機３０の室外熱交換器３２は四方弁３６及び膨張弁３８に接続されている。また、圧縮機３４は四方弁３６を介して室外熱交換器３２と室内熱交換器１２と接続されている。四方弁３６は、流路を切換えることにより、室内熱交換器１２側を高圧にしたり、室外熱交換器３２側を高圧にする。四方弁３６の流路の切換、膨張弁３８の開度、圧縮機３４の動作周波数は制御部４０によって制御される。室外ファン２０は、室外熱交換器３２に送風を行い、回転数は制御部４０によって制御される。

室内機１０の操作Ｉ／Ｆ２２は、操作スイッチ及び通信器を有するリモートコントローラと通信を行う通信器、又は、操作スイッチを有する操作パネルを備え、受付けた操作情報を制御部４０に送る。室内機１０の室内熱交センサ２４は、室内熱交換器１２の周辺の温度を計測する温度センサを備え、計測値を制御部４０に送る。また、室外機３０の室外熱交センサ４４は室外熱交換器３２の周辺の温度を計測する温度センサを備え、計測値を制御部４０に送る。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行して、室内機１０及び室外機３０の各構成部の制御を行う。また、室内熱交センサ２４、室外熱交センサ４４、操作Ｉ／Ｆ２２から受付けた情報、一時的に使用するデータなどはＲＡＭに記憶される。制御部４０は、操作Ｉ／Ｆ２２で受付けた操作に応じて室内機１０及び室外機３０の各構成部を制御して、冷房運転又は暖房運転などを行う。制御部４０は、例えば操作Ｉ／Ｆ２２で受付けた設定温度と室内温度とが同じになるように各構成部を制御する。

冷房運転時及び暖房運転時には、制御部４０によって、膨張弁３８の開度は負荷に応じて調節される。また、四方弁３６は、制御部４０によって、冷房運転時には室外熱交換器３２側が高圧、暖房運転時には室内熱交換器１２側が高圧となるように流路が切換えられる。よって、暖房運転時は、室内熱交換器１２は凝縮器として動作し、室外熱交換器３２は蒸発器として動作する。また、冷房運転時は、室内熱交換器１２は蒸発器として動作し、室外熱交換器３２は凝縮器として動作する。

制御部４０は、凝縮器として動作している熱交換器側の温度（以下、凝縮側温度という）を検出する温度検出手段、検出した凝縮側温度が過熱防止温度（制限温度）を超えているか否かを判定する温度判定手段、及び、超えていると判定した場合、凝縮器として動作している熱交換器側のファン（送風機）の風量を増加させる風量制御手段として動作する。ファンの風量の増加は、回転数を例えば約５０ｒｐｍ前後増加させる。ただし、暖房においては、室内熱交換器１２が凝縮器として動作するため、室内ファン２０の回転数の増加は、騒音が問題にならない程度に抑えることが好ましい。

過熱防止温度は圧縮機の動作周波数に応じて予め決められている。図２は過熱防止温度の例を示す特性図である。ただし、圧縮機として回転圧縮機を例にしており、動作周波数の代わりに圧縮機回転数を用いている。以下、圧縮機回転数を用いて説明する。図２に示す圧縮機回転数と過熱防止温度との対応関係は、例えば制御部４０のＲＯＭに記憶されている。なお、過熱防止温度は、熱交センサ２４，４４の取付位置に基づいて設定されている。

制御部４０は、所定時間間隔で凝縮側温度と過熱防止温度との比較を行い、凝縮側温度が過熱防止温度を超えないように凝縮器側のファンの風量を制御する。図３（ａ）は、凝縮側温度の監視及び制御の処理手順の例を示すフローチャートである。制御部４０は、圧縮機回転数を取得し（Ｓ１０）、取得した圧縮機回転数に対応する過熱防止温度を取得する（Ｓ１２）。ここで、圧縮機回転数は、制御部４０によって制御されているため、現在の圧縮機回転数は例えば制御部４０のＲＡＭに記憶されている。また、圧縮機回転数と過熱防止温度との対応関係はＲＯＭに記憶されており、取得した圧縮機回転数に対応する過熱防止温度がＲＯＭからＲＡＭへ読み出される。制御部４０は、さらに凝縮側温度を取得する（Ｓ１４）。ここで、凝縮側温度は、熱交センサ２４，４４の計測値が制御部４０へ送られてＲＡＭに記憶されているため、制御部４０は凝縮器と動作している熱交換器側の計測値を選択する。

次に制御部４０は凝縮側温度と過熱防止温度との大小を比較する。制御部４０は、凝縮側温度が過熱防止温度以上と判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、凝縮器側のファンの回転数を例えば５０ｒｐｍ前程度増加させて送風量を増加し（Ｓ１８）、処理を終了する。また、凝縮側温度が過熱防止温度より小さいと判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）は処理を終了する。なお、制御部４０は図３（ａ）に示す処理を所定時間間隔で繰返す。

凝縮側温度が過熱防止温度以上になっている場合は、凝縮器側のファンの送風量を増加して凝縮側温度を低下させ、凝縮側温度を過熱防止温度以下に低下させることができる。よって、凝縮側温度が過熱防止温度以上になった場合に圧縮機回転数を低下させる必要性が低くなり、圧縮機回転数の低下による圧縮機の停止を抑制することができる。

上述した実施の形態においては、凝縮側温度が過熱防止温度以上の場合に、凝縮器側のファンの風量を増加させたが、蒸発側のファンの風量を減少させることも可能である。この場合、制御部４０は、凝縮器として動作している熱交換器側の温度（凝縮側温度）が過熱防止温度（制限温度）を超えていると判定した場合、蒸発器として動作している熱交換器側のファン（送風機）の風量を低下させる風量制御手段として動作する。ファンの風量の低下は、回転数を例えば約５０〜１００ｒｐｍ低下させる。なお、ファンの回転数の低下量は、ファンの下限回転数以下にならない程度にしておく。

図３（ｂ）は、凝縮側温度の監視及び制御の処理手順の他の例を示すフローチャートである。Ｓ１０〜Ｓ１６は、図３（ａ）のＳ１０〜Ｓ１６と同様であり、凝縮側温度が過熱防止温度以上と判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、制御部４０は蒸発器側のファンの回転数を例えば５０〜１００ｒｐｍ程度低下させて、風量を低下させる（Ｓ２２）。これにより、凝縮側温度が過熱防止温度以上になった場合、蒸発器側のファンの送風量を減少させて高圧側の圧力を低下させ、凝縮側温度を過熱防止温度以下に低下させることができる。よって、凝縮側温度を低下させるために圧縮機回転数を低下させる必要性が低くなり、圧縮機回転数の低下による圧縮機の停止を抑制することができる。

上述した各実施の形態においては、凝縮側温度が過熱防止温度以上の場合に、凝縮側のファンの風量の増加、又は、蒸発側のファンの風量の減少の何れかを行ったが、凝縮側のファンの風量の増加、及び、蒸発側のファンの風量の減少の両方を行うことも可能である。また、凝縮側のファンの風量の増加、及び／又は、蒸発側のファンの風量の減少と、圧縮機回転数の低下とを組合せることも可能である。

以下、凝縮側温度が過熱防止温度以上のときに、圧縮器回転数の低下と、蒸発器側のファンの風量の減少とを行う場合を例にして説明を行う。この場合、制御部４０は、凝縮器として動作している熱交換器側の凝縮側温度が過熱防止温度（制限温度）を超えていると判定した場合、圧縮機回転数（圧縮機の動作周波数）を低下させる圧縮制御手段、圧縮機回転数が所定回転数（所定周波数）以下であるか否かを判定する周波数判定手段、及び、圧縮機回転数が所定回転数以下であると判定した場合、蒸発器として動作している熱交換器側のファン（送風機）の風量を減少させる風量制御手段として動作する。

前記所定回転数は、圧縮機の下限回転数よりも高い回転数であり、例えば図２の点Ｃ（２０００ｒｐｍ）とすることが可能である。また、前記所定回転数は、制御部４０のＲＯＭに記憶されている。

図４は、凝縮側温度の監視及び制御の処理手順の更に他の例を示すフローチャートである。Ｓ１０〜Ｓ１６は、図３（ａ）のＳ１０〜Ｓ１６と同様であり、凝縮側温度が過熱防止温度以上と判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、制御部４０は圧縮機回転数を低下させる（Ｓ２６）。その後、所定時間経過した場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、図３（ａ）のＳ１０〜Ｓ１６と同様に、制御部４０は、圧縮機回転数の取得（Ｓ３０）、圧縮機回転数に対応する過熱防止温度の取得（Ｓ３２）、凝縮側温度の取得（Ｓ３４）、凝縮側温度と過熱防止温度との比較を行い、凝縮側温度が過熱防止温度より小さいと判定した場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）は処理を終了する。その後、制御部４０は、所定時間経過してから図４に示す処理を再度実行する。

また、制御部４０は、凝縮側温度が過熱防止温度以上と判定した場合（Ｓ３６：ＮＯ）、圧縮機回転数と所定回転数（点Ｃ）とを比較する。制御部４０は、圧縮機回転数が所定回転数より大きいと判定した場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）は、圧縮器回転数を低下させ（Ｓ４０）、Ｓ２８にもどる。また、制御部４０は、圧縮機回転数が所定回転数以下と判定した場合（Ｓ３８：ＮＯ）、蒸発器側のファンの回転数を例えば約５０〜１００ｒｐｍ程度低下して、風量を低下させ（Ｓ４２）、Ｓ２８にもどる。

上述した実施の形態においては、暖房時は凝縮器として動作し、冷房時は蒸発器として動作する第１の熱交換器と、暖房時は蒸発器として動作し、冷房時は凝縮器として動作する第２の熱交換器とを用いた冷房又は暖房の両方を切換えて行うことが可能な空気調和機を例にして説明を行ったが、暖房又は冷房の何れか一方しか行えない空気調和機に本発明を適用することも勿論可能である。

本発明に係る空気調和機の構成例を模式的に示すブロック図である。過熱防止温度の例を示す特性図である。凝縮側温度の監視及び制御の処理手順の例を示すフローチャートである。凝縮側温度の監視及び制御の処理手順の更に他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０室内機
１２室内熱交換器
２０室内ファン
２２操作Ｉ／Ｆ
２４室内熱交センサ
３０室外機
３２室外熱交換器
３４圧縮機
３６四方弁
３８膨張弁
４０制御部
４２室外ファン
４４室外熱交センサ

Claims

室内機と室外機とを備え、室内機には該室内機内の冷却を行う第１の送風機が設けられ、室外機には該室外機内の冷却を行う第２の送風機が設けられており、暖房又は冷房の何れかを行う空気調和機において、
暖房時は室内機内の温度を検出し、冷房時は室外機内の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出温度が制限温度を超えているか否かを判定する温度判定手段と、
該温度判定手段によって制限温度を超えていると判定された場合、暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させる風量制御手段と、
前記室内機内に設けられ、暖房時は凝縮器として動作し、冷房時は蒸発器として動作し、前記第１の送風機で冷却される第１の熱交換器と、
前記室外機内に設けられ、暖房時は蒸発器として動作し、冷房時は凝縮器として動作し、前記第２の送風機で冷却される第２の熱交換器と、
暖房時は前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器へ送る冷媒を圧縮し、冷房時は前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器へ送る冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記温度判定手段によって制限温度を超えていると判定された場合、圧縮機の動作周波数を低下させる圧縮制御手段と、
圧縮機の動作周波数が所定周波数以下であるか否かを判定する周波数判定手段と
を備え、前記風量制御手段は、該周波数判定手段によって所定周波数以下であると判定された場合、暖房時は第２の送風機の風量を減少させ、冷房時は第１の送風機の風量を減少させるように構成してあることを特徴とする空気調和機。