JP4550635B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は空気調和機に関し、特に、室外熱交換器と室内熱交換器と圧縮機と膨張弁とを備えた空気調和機に関する。

従来より、空気調和機には、室外熱交換器と室内熱交換器と圧縮機と膨張弁とが設けられている。冷房時は、圧縮機で圧縮された冷媒が室外熱交換器で液化され、液化された冷媒が膨張弁で減圧され、減圧された冷媒が室内熱交換器で蒸発し、蒸発した冷媒が圧縮機に戻される。暖房時は、圧縮機で圧縮された冷媒が室内熱交換器で液化され、液化された冷媒が膨張弁で減圧され、減圧された冷媒が室外熱交換器で蒸発し、蒸発した冷媒が圧縮機に戻される（たとえば特許文献１参照）。
特開２００４−３７１７号公報

しかし、従来の空気調和機では、膨張弁の入口と出口の間の圧力差が大きくなると、冷媒の流量制御が困難になり、異常音が発生するという問題があった。この問題は、膨張弁の下側開口部から横側開口部に冷媒が流れる暖房時で特に顕著であった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、膨張弁の異常音の発生を防止することが可能な空気調和機を提供することである。

この発明に係る空気調和機は、各々が空気と冷媒の熱交換を行なう室外熱交換器および室内熱交換器と、それぞれ室外熱交換器および室内熱交換器に空気を送る室外送風機および室内送風機と、暖房運転時に室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮して室内熱交換器に与える圧縮機と、室内熱交換器で液化された冷媒を減圧して室外熱交換器に与える膨張弁とを備えたものである。膨張弁は、弁座と、該弁座の中心線に沿って移動可能に設けられた弁棒とを含む。暖房運転時における膨張弁の冷媒入口は、弁棒の長さ方向に設けられ、暖房運転時における膨張弁の冷媒出口は、弁棒の長さ方向と直交する方向に設けられる。膨張弁は、冷媒入口と冷媒出口の圧力差が所定値を超えると異常音を発生する。この空気調和機は、さらに、冷媒入口と冷媒出口の圧力差を検出する検出手段と、暖房運転時において検出手段によって検出された圧力差が所定値を超えている場合に圧縮機の駆動周波数を低下させる制御手段とを備える。したがって、膨張弁の入口と出口の圧力差を所定値以下に調整することができ、膨張弁の異常音の発生を防止することができる。

好ましくは、検出手段は、冷媒入口と冷媒出口の温度差を検出し、制御手段は、検出手段によって検出された温度差が予め定められた温度差を超えている場合に冷媒入口と冷媒出口の圧力差が所定値を超えていると判断する。この場合は、圧力差を容易にモニタすることができる。

また好ましくは、制御手段は、検出手段によって検出された圧力差が所定値を超えている場合は、圧縮機の駆動周波数を所定時間毎に所定周波数ずつ低下させる。この場合は、より確実に圧力差を小さくすることができる。

また好ましくは、制御手段は、検出手段によって検出された圧力差が所定値を超えている場合は、圧縮機の駆動周波数を低下させるとともに、室外送風機の送風能力を低下させる。この場合は、より確実に圧力差を小さくすることができる。

以上のように、この発明によれば、膨張弁の入口と出口の間の圧力差を所定値以下に調整するので、冷媒の流量制御が困難になったり、異常音が発生することがない。

図１は、この発明の一実施の形態による空気調和機の冷房／暖房サイクルを示す図である。図１において、この空気調和機は、室外ユニット１と室内ユニット１０を備える。

室外ユニット１は、室外熱交換器２、室外送風機３、四方弁４、圧縮機５、膨張弁６、およびサーミスタ７，８を含み、室内ユニット１０は室内熱交換器１１および室内送風機１２を含む。室外熱交換器２は、冷媒と室外空気の熱交換を行なう。室外送風機３は、室外熱交換器２に室外空気を供給する。四方弁４は、冷房時は圧縮機５の吸込口５ａおよび吐出口５ｂをそれぞれ室内熱交換器１１および室外熱交換器２に接続し、暖房時は圧縮機５の吸込口５ａおよび吐出口５ｂをそれぞれ室外熱交換器２および室内熱交換器１１に接続する。圧縮機５は、蒸発した冷媒を圧縮する。膨張弁６は、液化した冷媒を減圧する。

図２は、図１に示した膨張弁６の構成を示す断面図である。図２において、膨張弁６は弁本体２０を含む。弁本体２０の内部には、リング状の弁座２１が形成され、弁座２１の中心線に沿って弁棒２２が配置されている。弁棒２２の下端は円錐状に形成されており、弁棒２２は弁座２１に対して近づきまたは離れる方向すなわち図中上下方向に移動可能に設けられている。弁本体２０の横側開口部には横銅管２３が接合され、弁本体２０の下側開口部には下銅管２４が接合されている。横銅管２３は室外熱交換器２に接続され、下銅管２４は室内熱交換器１１に接続される。

また、弁本体２０の上部には、弁棒２２を上下動させるためのステッピングモータ２５が設けられている。ステッピングモータ２５のロータ２６は弁棒２２の上端部に結合されている。弁本体２０の上部外周部にはネジ溝が形成されており、ロータ２６の内周部はそのネジ溝に螺合されている。ステッピングモータ２５のステータ２７の電磁コイル２８に正パルスを与えるとロータ２６が正方向に所定角度だけ回転して弁棒２２が所定距離だけ弁座２１に近づく。電磁コイル２８に負パルスを与えるとロータ２６が負方向に所定角度だけ回転して弁棒２２が所定距離だけ弁座２１から離れる。弁棒２２を上下動させることにより、弁棒２２の先端部と弁座２１の隙間面積を変化させて、そこを通過する冷媒の流量を調節することができる。

この膨張弁６は、冷房時は、室外熱交換器２から横銅管２３を介して与えられる冷媒を減圧して下銅管２４を介して室内熱交換器１１に与え、暖房時は、室内熱交換器１１から下銅管２４を介して与えられる冷媒を減圧して横銅管２３を介して室外熱交換器２に与える。この膨張弁６では、下側開口部に供給される冷媒と上側開口部から吐出される冷媒との圧力差が所定値以上になると冷媒の流量制御が困難になり、異常音が発生する。

図１に戻って、サーミスタ７は、膨張弁６の下銅管２４の温度Ｔ１を検出し、検出値を示す信号を出力する。サーミスタ８は、膨張弁６の横銅管２３の温度Ｔ２を検出し、検出値を示す信号を出力する。サーミスタ７，８の検出温度Ｔ１，Ｔ２の差は、暖房時における膨張弁６の入口と出口の圧力差と相関があるので、サーミスタ７，８の検出温度Ｔ１，Ｔ２の差をモニタすることにより暖房時における膨張弁６の入口と出口の圧力差を簡単な構成でモニタすることができる。室内熱交換器１１は、冷媒と室内空気の熱交換を行なう。室外送風機１２は、室内熱交換器１１に室外空気を供給する。

図３は、この空気調和機の電気回路図である。図３において、この空気調和機は、制御部３０、スイッチ３１〜３３およびインバータ３４を含む。室外送風機３とスイッチ３１、室外送風機１２とスイッチ３２、四方弁４とスイッチ３３は、それぞれ電源端子間に直列接続されている。スイッチ３１，３２がオンされると、それぞれ室外送風機３および室外送風機１２に電源電圧が供給される。スイッチ３３がオンされるかオフされるかにより四方弁４の接続状態の切換えが行なわれる。インバータ３５は、制御部３０の指示に応じた周波数の交流電圧を圧縮機５に与える。

制御部３０は、操作部(図示せず)からの信号（冷房／暖房の切換を指示する信号、駆動の開始／停止を指示する信号、冷房能力のレベルを指示する信号、暖房能力のレベルを指示する信号など）とサーミスタ７，８の出力信号とに基づいて、スイッチ３１〜３３のオン／オフ制御、室外送風機３の送風量の制御、室内送風機１２の送風量の制御、四方弁４の切換制御、膨張弁６の開度の制御、インバータ３５の出力電圧の周波数の制御などを行なう。

特に、制御部３０は、暖房時にサーミスタ７，８の検出温度Ｔ１，Ｔ２の差Ｔ１−Ｔ２が所定温度ＴＲ以上である場合は、圧縮機５の駆動周波数を所定周波数Δｆだけ下げる。これにより、膨張弁６に供給される冷媒の圧力を下げて膨張弁６の入口と出口の圧力差を下げることができる。

次に、この空気調和機の動作について説明する。ユーザによって冷房運転の開始が指示されると、スイッチ３１〜３３がオンされて室外送風機３および室内送風機１２が駆動されるとともに、四方弁４によって圧縮機５の吸込口５ａおよび吐出口５ｂがそれぞれ室内熱交換器１１および室外熱交換器２に接続される。また、膨張弁６の開度が所定値に設定され、圧縮機５の運転が開始される。

圧縮機５で圧縮された冷媒ガスは室外熱交換器２に送られる。この冷媒ガスは、室外熱交換器２で室外空気と熱交換し、凝縮液化する。この凝縮液は膨張弁６で減圧され、室内熱交換器１１内で蒸発して気化熱を奪い、室内熱交換器１１を冷却させる。室内空気は、室内送風機１２によって室内熱交換器１１に送られて冷却および除湿される。蒸発した冷媒ガスは圧縮機５に戻り、冷房サイクルが繰り返される。

また、ユーザによって暖房運転の開始が指示されると、スイッチ３１，３２がオンされるとともにスイッチ３３がオフされ、室外送風機３および室内送風機１２が駆動されるとともに、四方弁４によって圧縮機５の吸込口５ａおよび吐出口５ｂがそれぞれ室外熱交換器２および室内熱交換器１１に接続される。また、膨張弁６の開度が所定値に設定され、圧縮機５の運転が開始される。

圧縮機５で圧縮された冷媒ガスは室内熱交換器１１に送られる。この冷媒ガスは、室内熱交換器１１で室内空気と熱交換し、凝縮液化する。冷媒の凝縮熱によって室内空気が加熱される。冷媒の凝縮液は膨張弁６で減圧され、室外熱交換器２内で蒸発する。蒸発した冷媒ガスは圧縮機５に戻り、暖房サイクルが繰り返される。

暖房時に膨張弁６の入口と出口の圧力差が所定値以上になると、膨張弁６において冷媒の流量調整が不能になり、異常音が発生する。このような状態は、たとえば気温が比較的高いのに暖房能力が高く設定され、室外熱交換器２で冷媒の蒸発が促進されるとともに圧縮機５の駆動周波数が高められた場合に発生する。本願発明では、このような場合は圧縮機５の駆動周波数を強制的に低下させる。

すなわち図４に示すように、ステップＳ１において所定時間が経過するのを待ち、ステップＳ２においてサーミスタ７，８によって膨張弁６の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２を検出する。ステップＳ３において膨張弁６の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２の差Ｔ１−Ｔ２が所定温度ＴＲ以上であるか否かを判別し、Ｔ１−Ｔ２≧ＴＲでない場合はステップＳ１に戻り、Ｔ１−Ｔ２≧ＴＲである場合はステップＳ４において圧縮機５の駆動周波数を所定周波数Δｆだけ低下させる。これにより、所定時間毎に圧縮機５の吐出ガスの圧力を下げて膨張弁６の入口と出口の圧力差を上げることができ、膨張弁６の異常音の発生を防止することができる。

なお、ステップＳ４において圧縮機５の駆動周波数を所定周波数Δｆだけ低下させとともに、室外送風機３の送風量を所定量だけ低下させてもよい。この場合は、室外熱交換器２における冷媒の蒸発を抑制することができ、圧縮機５の吐出ガスの圧力を一層下げることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態による空気調和機の冷房／暖房サイクルを示す図である。 図１に示した膨張弁の構成を示す断面図である。 図１に示した空気調和機の電気回路図である。 図１〜図３に示した空気調和機の動作を例示するフローチャートである。

符号の説明

１ 室外ユニット、２ 室外熱交換器、３ 室外送風機、４ 四方弁、５ 圧縮機、６ 膨張弁、７，８ サーミスタ、１０ 室内ユニット、１１ 室内熱交換器、１２ 室内送風機、２０ 弁本体、２１ 弁座、２２ 弁棒、２３ 横銅管、２４ 下銅管、２５ ステッピングモータ、２６ ロータ、２７ ステータ、２８ 電磁コイル、３０ 制御部、３１〜３３ スイッチ、３５ インバータ。

Claims (4)

1. 各々が空気と冷媒の熱交換を行なう室外熱交換器および室内熱交換器、
   それぞれ前記室外熱交換器および前記室内熱交換器に空気を送る室外送風機および室内送風機、
   暖房運転時に前記室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮して前記室内熱交換器に与える圧縮機、および
   前記室内熱交換器で液化された冷媒を減圧して前記室外熱交換器に与える膨張弁を備え、
   前記膨張弁は、弁座と、該弁座の中心線に沿って移動可能に設けられた弁棒とを含み、
   前記暖房運転時における前記膨張弁の冷媒入口は、前記弁棒の長さ方向に設けられ、
   前記暖房運転時における前記膨張弁の冷媒出口は、前記弁棒の長さ方向と直交する方向に設けられ、
   前記膨張弁は、前記冷媒入口と前記冷媒出口の圧力差が所定値を超えると異常音を発生し、
   さらに、前記冷媒入口と前記冷媒出口の圧力差を検出する検出手段、および
   前記暖房運転時において前記検出手段によって検出された圧力差が前記所定値を超えている場合に前記圧縮機の駆動周波数を低下させる制御手段を備える、空気調和機。
2. 前記検出手段は、前記冷媒入口と前記冷媒出口の温度差を検出し、
   前記制御手段は、前記検出手段によって検出された温度差が予め定められた温度差を超えている場合に前記冷媒入口と前記冷媒出口の圧力差が前記所定値を超えていると判断する、請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御手段は、前記検出手段によって検出された圧力差が前記所定値を超えている場合は、前記圧縮機の駆動周波数を所定時間毎に所定周波数ずつ低下させる、請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記制御手段は、前記検出手段によって検出された圧力差が前記所定値を超えている場合は、前記圧縮機の駆動周波数を低下させるとともに、前記室外送風機の送風能力を低下させる、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の空気調和機。

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