JP4475655B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機の室外機に関し、冷凍サイクルにおける暖房時において、高圧圧力上昇時あるいは圧力比上昇時に冷凍サイクルを安定化するものに好適である。

近年、空気調和機において、地球環境問題から冷媒を従来から使用しているＨＣＦＣ系冷媒からＨＦＣ系冷媒へと切り替えてきている。これらの冷媒は、凝縮圧力が従来冷媒と比較して高い高圧冷媒である。したがって、空気調和機運転時には、高圧圧力が高く高圧力比運転になりやすい傾向があり、圧縮機信頼性の観点から運転が制限される場合がある。

従来、高圧圧力および圧力比が上昇し圧縮機の運転範囲を超えた場合、かつこの室外機内部に取付けられた圧縮機吐出高圧配管と圧縮機吸入低圧配管をつなぐ位置に配したバイパス用の弁を開き高圧のガスを低圧側にバイパスし、高圧圧力および圧力比を抑制することが知られている。また、冷房運転時に、外気温度が上昇し、室外熱交換器の熱交換が悪くなって、圧縮機の吐出圧が上昇するのを防ぐために、圧縮機から吐出された冷媒の一部を蒸発器としての室内熱交換器の入り口にバイパスすることが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

特開平６−２７２９７１号公報

従来のように、単に、圧縮機で圧縮したガスを吸入側にバイパスさせるのでは、圧縮機の信頼性は確保できるものの室内機に流れるガスに量が減少し、室内機の暖房能力が低下する。また、暖房運転時、室外送風機の風量を減少し蒸発圧力を低下させることにより高圧圧力を下げ運転させることが可能であるが、蒸発圧力低下により室外熱交換器に着霜が発生し暖房能力が低下する。さらに、特許文献１のものも同様に暖房時に室外熱交換器の蒸発能力が低下し暖房能力が低下する。

特に、高圧冷媒を使用することにより高圧圧力の上昇、高圧力比運転となりやすくなることで発生する課題として以下のことが挙げられる。
（１）室外温度または室内温度が高い中間期における暖房運転時、高圧圧力が圧縮機の運転可能範囲を超えるため、暖房運転範囲が制約される。
（２）室外機と室内機を接続する現地接続配管におき、暖房運転時許容圧力の低い従来冷媒用の配管を使用するためには高圧圧力を下げなければならない。
（３）１台の室外機に複数台の室内機が接続されるシステムにおいて、個別運転により室内機１台もしくは、運転している複数の室内機の合計容量が室外機の容量に対して極めて少ない場合の暖房運転時、高圧圧力が上昇する。
（４）室外温度が低い条件における暖房運転時、蒸発圧力の低下により、圧力比が上昇し高圧力比運転となり圧縮機の運転可能範囲を守れず圧縮機信頼性が低下する。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、凝縮圧力が従来冷媒と比較して高いＨＦＣ系冷媒を用いた場合、暖房運転時、特に室外温度または室内温度が高い中間期で高圧圧力の上昇を抑制しながら能力を確保し、暖房運転時の運転範囲を拡大することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張弁、レシーバが順次配管接続され、室外送風機を有した室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁及び室内送風機を有した室内機とを室内外接続ガス配管及び室内外接続液配管で接続して冷凍サイクルを構成した空気調和機において、前記冷凍サイクル内の高圧側圧力を検出するセンサと、前記圧縮機の吐出側配管から前記室外熱交換器と前記室外膨張弁との間へバイパスする配管に設けられたバイパス用弁とを備え、暖房運転時、前記高圧側圧力が圧縮機許容高圧圧力に近づいたら、前記室外送風機の回転数を下げ、その後、前記高圧側圧力が設定値以上となった場合、前記バイパス用弁を開くことを特徴とするものである。

また、上記のものにおいて、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサを備え、暖房運転時、吸入圧力に対する高圧側圧力の比となる圧力比を算出し、該圧力比が設定値以上となった場合、前記バイパス用弁を開くことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記設定値は前記室内外接続ガス配管の許容圧力より定めることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、暖房運転時、前記高圧側圧力が第１設定値以上となった場合前記バイパス用弁を開き、その後第２設定値以下となった場合前記バイパス用弁を閉じることが望ましい。

本発明によれば、凝縮圧力が従来冷媒と比較して高いＨＦＣ系冷媒を用いた場合の暖房運転時で、特に室外温度または室内温度が高い中間期においても、高圧圧力の上昇を抑制しながら暖房能力の低下を抑えつつ圧縮機を停止せずに連続運転が可能となり、室内の温度変化を低減し快適な暖房運転を行うことができる。また、圧縮機を簡単に停止する必要がなく連続運転が可能となるから、圧縮機のＯＮ/ＯＦＦ頻度が減り、省エネ効果も期待できる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図１は暖房運転における空気調和機の構成を示したものであり、室外機１と室内機２、これらを接続する現地ガス用接続配管１０、現地液用接続配管１１から構成され、室外機１は、圧縮機３、室外熱交換器４、送風用ファン（室外）８、膨張弁９、および圧縮機吐出高圧配管１４と暖房運転時における室外熱交換器入り口側（暖房運転時、減圧後の位置）をつなぐ位置に配したバイパス用弁５を有し、吐出圧力を検出するセンサ（ＨＰ）６、吸入圧力を検出するセンサ（ＬＰ）７が設けられている。

次に暖房運転時の冷凍サイクルの動作について説明する。暖房時には、圧縮機３から吐出された高温高圧のガスは、四方弁１３を経由し、現地ガス用接続配管１０を通り室内機側に入り、室内機用熱交換器１２で送風用ファン（室内）１６から送風される空気で冷却されガス冷媒は凝縮液化する。液冷媒は、全開にされた室内膨張弁１７を通って現地液用接続配管１１を通過し再度室外機側に戻り、液冷媒はレシーバ１８に保有された後、膨張弁９で減圧され、室外熱交換器４にて送風用ファン（室外）８から送風される空気から熱を吸収して蒸発した後低温低圧のガス冷媒となり四方弁１３および圧縮機吸入低圧配管１５を介して圧縮機３に戻って再度同じサイクルを繰り返す。

図２は、高圧圧力が上昇した場合のバイパス用弁５の制御を示すタイムチャートである。
一般的に高圧圧力を所定圧力以下に抑制するには室外送風用ファンを制御し室外蒸発性能を落とし、蒸発圧力を下げ高圧圧力を抑えることが有効であるが、図２の上図のように、さらにファン風量をＬｏのように落として圧力コントロールしようとすると蒸発温度が低下しすぎて室外熱交換器が着霜して除霜運転に入り快適性を著しく低下させる。
本実施例では、ファン風量を一旦ＨｉからＭｅに回転数を低下させ、その後、Ｌｏまで下げると共に、吐出圧力センサ（ＨＰ）６から高圧圧力を検出し高圧圧力が予め設定された値を超えるとバイパス用弁５が図２下図のＯＮのように開く。そして、高圧の吐出ガスは、膨張弁９で減圧された低圧側にバイパスされ蒸発圧力および蒸発温度を低下させることなく高圧圧力を低下させることができる。また、高圧圧力上昇を抑制することができるため、圧縮機を簡単に停止する必要がなく連続運転が可能となる。このため、圧縮機３のＯＮ／ＯＦＦ頻度が減り省エネ効果も期待できる。

図３は他の実施例を示す図で、許容圧力が低い現地配管が使用された場合のバイパス弁制御を示すタイムチャートである。
リニューアル等で許容圧力の低い現地接続ガス配管１０が使用された場合、本配管は暖房運転時基本的に吐出圧力と同じ凝縮前の高温高圧ガスが通過する。このとき吐出圧力センサ（ＨＰ）６から高圧圧力を検出し、高圧圧力が現地接続ガス配管１０の許容圧力値（第１設定値）となった場合、バイパス用弁５を開き、その後、第１設定値より小さい値である第２設定値となった場合、再びバイパス用弁５を閉じる。
これにより高圧の吐出ガスは、膨張弁９で減圧された低圧側にバイパスされ高圧圧力を低下させることができ、それに伴い現地接続ガス配管１０の圧力も低下することから許容圧力の低い既設の配管を使用することができる。

図４はさらに、他の実施例を示す図で、室内機が複数台接続された場合、および暖房個別運転時におけるバイパス弁制御を示すタイムチャートである。
室内機２−１が運転し、室内機２−２が停止しているような暖房個別運転状態では、室外容量に対して室内運転容量が小さくなるため、室内側の凝縮能力が低下することにより高圧圧力が上昇する。特に室外温度および室内温度が高く高圧圧力が上昇しやすい条件においては運転範囲がさらに制限され安定運転ができなくなる。この場合、吐出圧力センサ（ＨＰ）６から高圧圧力を検出し、予め設定された圧縮機許容圧力以下の値を超えた場合、バイパス用弁５を下図のようにＯＮして開く。これにより高圧の吐出ガスは、膨張弁９で減圧された低圧側にバイパスされ高圧圧力を圧縮機許容高圧圧力以下に低下させることができ個別運転時における運転範囲の拡大が図れる。

図５はさらに、他の実施例を示す図で、外気低温暖房時におけるバイパス弁制御を示すタイムチャートである。
外気が低い条件で暖房運転を行った場合、蒸発温度の低下により蒸発圧力が低下し、圧力比が上昇し、圧縮機の適正運転範囲を超えることがある。この場合、吐出圧力センサ（ＨＰ）６および吸入圧力センサＬＰ７から圧力比を算出する。圧力比が図５のように上昇し、予め設定された圧力比を上回るとバイパス用弁５をＯＮとして開く。これにより高圧の吐出ガスは、膨張弁９で減圧された低圧側にバイパスされ、低圧圧力が上昇し、圧縮機の運転範囲となる適正圧力比での運転が可能となる。なお、バイパス用弁５の開閉により、高圧圧力、低圧圧力が変動し安定運転ができなくなる場合は、圧縮機３の周波数の変化、および膨張弁９の開度調整により変動を回避させる。

以上によれば、
（１）室外温度または室内温度が高い中間期における暖房運転時、高圧圧力が圧縮機の運転可能範囲を超える場合、バイパス用弁を開弁し、高圧圧力の上昇を抑制することができ、安定運転することができる。
これにより、圧縮機を停止せずに連続運転が可能となり、頻繁な空気調和機の運転／停止を回避し、室内の温度変化を低減し快適な暖房運転を行うことができる。また頻繁な空気調和機の運転／停止を回避できることから、圧縮機の起動に必要となる大きな消費電力量を減らすことができ省エネ効果も期待できる。
（２）室外機と室内機を接続する現地接続配管におき、暖房運転時許容圧力の低い従来冷媒用の配管を使用した際、ＨＦＣ冷媒を用いることにより高圧圧力が上昇し、配管の許容圧力を超える場合、バイパス用弁を開弁し、高圧圧力の上昇を抑制することができ、配管の許容圧力以内で運転することができる。
これにより、リニューアル時既存の現地接続配管を使用することができ、配管工事の費用を低減することができる。
（３）１台の室外機に複数台の室内機が接続されるシステムにおき、個別運転により室内機１台もしくは、運転している複数の室内機の合計容量が室外機の容量に対して極めて少ない場合の暖房運転時、高圧圧力が上昇した場合、バイパス用弁を開弁し、高圧圧力の上昇を抑制することができ、安定運転することができる。
これにより、圧縮機を停止せずに連続運転が可能となり、頻繁な空気調和機の運転／停止を回避し、室内の温度変化を低減し快適な暖房運転を行うことができる。また頻繁な空気調和機の運転／停止を回避できることから、圧縮機の起動に必要となる大きな消費電力量を減らすことができ省エネ効果も期待できる。
（４）室外温度が低い条件における暖房運転時、蒸発圧力の低下により、圧力比が上昇し高圧力比運転となった場合バイパス用弁を開弁し、高圧圧力の上昇を抑制し圧縮機の運転可能範囲内の運転が可能となる。

したがって、ＨＦＣ系冷媒を用いても外気低温暖房時に、暖房能力の低下を抑えつつ圧縮機を停止せずに連続運転が可能となり、頻繁な空気調和機の運転／停止を回避し、室内の温度変化を低減し快適な暖房運転を行うことができる。また、適正な圧力比での運転が可能となるため、圧縮機の信頼性を確保することができる。

本発明の一実施例による空気調和機の構成を示すブロック図。 一実施例による高圧圧力、室外送風機の回転数、蒸発温度の運転タイムチャート。 他の実施例による高圧圧力とバイパス弁のＯＮ−ＯＦＦの運転タイムチャート。 さらに他の実施例によるの空気調和機のブロック図および運転タイムチャート。 さらに、他の実施例による運転タイムチャートおよび圧縮機運転範囲を示す図。

符号の説明

１…室外機、２…室内機、３…圧縮機、４…室外熱交換器、５…バイパス用弁、６…吐出（高圧）圧力検出センサ、７…吸入（低圧）圧力検出センサ、８…室外送風機、９…室外膨張弁、１０…室内外接続ガス配管、１１…室内外接続液配管、１２…室内熱交換器、１３…四方弁、１４…圧縮機吐出高圧配管、１５…圧縮機吸入低圧配管、１６…室内送風機、１７…室内膨張弁、１８…レシーバ。

Claims (4)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張弁、レシーバが順次配管接続され、室外送風機を有した室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁及び室内送風機を有した室内機とを室内外接続ガス配管及び室内外接続液配管で接続して冷凍サイクルを構成した空気調和機において、
   前記冷凍サイクル内の高圧側圧力を検出するセンサと、
   前記圧縮機の吐出側配管から前記室外熱交換器と前記室外膨張弁との間へバイパスする配管に設けられたバイパス用弁とを備え、
   暖房運転時、前記高圧側圧力が圧縮機許容高圧圧力に近づいたら、前記室外送風機の回転数を下げ、その後、前記高圧側圧力が設定値以上となった場合、前記バイパス用弁を開くことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力センサを備え、暖房運転時、吸入圧力に対する高圧側圧力の比となる圧力比を算出し、該圧力比が設定値以上となった場合、前記バイパス用弁を開くことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記設定値は前記室内外接続ガス配管の許容圧力より定めることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項１に記載のものにおいて、暖房運転時、前記高圧側圧力が第１設定値以上となった場合前記バイパス用弁を開き、その後第２設定値以下となった場合前記バイパス用弁を閉じることを特徴とする空気調和機。

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