JP4634226B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関するものであり、特に、運転起動時における膨張弁の開度を制御する制御器を備えた空気調和装置に関するものである。

膨張弁の開度を制御する制御器を備えた空気調和装置としては、例えば、特許文献１に開示された構成を有するものがある。
特開平９−１５９２９２号公報

このような膨張弁の開度を制御する制御器を備えた空気調和装置、特に、一定速・大容量のコンプレッサ（圧縮機）を具備した空気調和装置では、運転起動時において膨張弁が一定の開度（例えば、全開）に保持されるようになっている。
しかしながら、運転起動時において膨張弁が一定の開度に保持されると、例えば、運転開始後約３０秒から約８０秒の間に、この膨張弁を通過した二相流冷媒中の気泡が、下流側配管の屈曲部や下流側に位置する熱交換器内の配管曲がり部等に衝突して騒音（いわゆる、「ゴトゴト」といった音を生じる冷媒流動音）が発生してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、運転起動時における冷媒流動音を防止することができる空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷房運転時に放熱器として動作する室外熱交換器と、冷房運転時に蒸発器として動作する室内熱交換器と、高圧冷媒を絞り減圧させて低圧冷媒とする膨張弁と、運転開始直前に前記室内熱交換器の温度を測定する室内熱交換器温度センサにより測定された温度と、前記室内熱交換器温度センサにより測定された現在の温度との差が大きくなるにつれ前記膨張弁の開度が大きくなるように設定され、かつ、予め記憶されたテーブルに基づいて前記膨張弁の開度を制御する制御手段とを備えた空気調和装置であって、運転起動時、前記制御手段により前記膨張弁が徐々に開方向に制御されることを特徴とする。
このような空気調和装置によれば、運転起動時において、膨張弁の開度が、段階的に徐々に（少しずつ）開いていくこととなる。
すなわち、図１および図２に示すように、運転開始直前における室内温度または室外温度が高い時（例えば、３５℃）にはＴ１時間後に膨張弁の開度がＥ４（適正開度）をとるようになり、また、運転開始直前における室内温度または室外温度が低い時（例えば、２０℃）にはＴ２時間後に膨張弁の開度がＥ４（適正開度）をとるようになる。
言い換えれば、冷媒流動音が発生し難い条件の時（運転開始直前における室内温度または室外温度が高い時）に、短時間に素早く膨張弁が開かれるようになっており、また、冷媒流動音がより発生しやすい条件の時（運転開始直前における室内温度または室外温度が低い時）に、時間をかけてゆっくりと膨張弁が開かれるようになっている。
これにより、室内温度または室外温度が高い時には、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるとともに、短時間で素早く膨張弁の開度を適正開度に移行させることができて、室内温度を短時間で素早く下げることができる。
また、室内温度または室外温度が低い時には、時間をかけてゆっくりと膨張弁の開度を適正開度に移行させるようになっているので、運転起動時における冷媒流動音を確実に防止することができる。

本発明による空気調和装置は、前記テーブルが、室内温度または室外温度が所定温度よりも高い場合に使用される第１のテーブルと、室内温度または室外温度が所定温度以下の場合に使用される第２のテーブルとを備え、前記第１のテーブルに基づく前記膨張弁の開度が、前記第２のテーブルに基づく前記膨張弁の開度よりも大きくなるように設定されていることが望ましい。
このような空気調和装置によれば、室内温度または室外温度が所定温度よりも高い場合に、膨張弁がより大きく開くようにしている。
すなわち、冷媒流動音が発生し難い条件の時に、より短時間でより素早く膨張弁が開かれるようになっており、これにより、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるとともに、より短時間でより素早く膨張弁の開度を適正開度に移行させることができて、室内温度をより短時間で素早く下げることができる。

本発明による空気調和装置の制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷房運転時に放熱器として動作する室外熱交換器と、冷房運転時に蒸発器として動作する室内熱交換器と、高圧冷媒を絞り減圧させて低圧冷媒とする膨張弁とを備えた空気調和装置の制御方法であって、運転起動時、運転開始直前に前記室内熱交換器の温度を測定する室内熱交換器温度センサにより測定された温度と、前記室内熱交換器温度センサにより測定された現在の温度との差が大きくなるにつれ前記膨張弁の開度が大きくなるように設定されたテーブルに基づいて、前記膨張弁を徐々に開いていくことを特徴とする。
このような空気調和装置の制御方法によれば、運転起動時において、膨張弁の開度が、段階的に徐々に（少しずつ）開いていくこととなる。
すなわち、図１および図２に示すように、運転開始直前における室内温度または室外温度が高い時（例えば、３５℃）にはＴ１時間後に膨張弁の開度がＥ４（適正開度）をとるようになり、また、運転開始直前における室内温度または室外温度が低い時（例えば、２０℃）にはＴ２時間後に膨張弁の開度がＥ４（適正開度）をとるようになる。
言い換えれば、冷媒流動音が発生し難い条件の時（運転開始直前における室内温度または室外温度が高い時）に、短時間に素早く膨張弁が開かれるようになっており、また、冷媒流動音がより発生しやすい条件の時（運転開始直前における室内温度または室外温度が低い時）に、時間をかけてゆっくりと膨張弁が開かれるようになっている。
これにより、室内温度または室外温度が高い時には、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるとともに、短時間で素早く膨張弁の開度を適正開度に移行させることができて、室内温度を短時間で素早く下げることができる。
また、室内温度または室外温度が低い時には、時間をかけてゆっくりと膨張弁の開度を適正開度に移行させるようになっているので、運転起動時における冷媒流動音を確実に防止することができる。

本発明による空気調和装置の制御方法は、室内温度または室外温度が所定温度よりも高い場合には、前記膨張弁の開度を大きく開くようにし、室内温度または室外温度が所定温度以下の場合には、前記膨張弁の開度を小さく開くようにすることが望ましい。
このような空気調和装置の制御方法によれば、室内温度または室外温度が所定温度よりも高い場合に、膨張弁がより大きく開くようにしている。
すなわち、冷媒流動音が発生し難い条件の時に、より短時間でより素早く膨張弁が開かれるようになっており、これにより、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるとともに、より短時間でより素早く膨張弁の開度を適正開度に移行させることができて、室内温度をより短時間で素早く下げることができる。

本発明による空気調和装置によれば、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る空気調和装置の第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施形態における空気調和装置１０の概略構成図である。空気調和装置１０は、コンプレッサ（圧縮機）１１と、四方弁１２と、室外熱交換器１３と、電子膨張弁１４と、室内熱交換器１５と、制御器（制御手段）１６とを主たる要素として構成されたものである。
なお、図４中の符号１７はキャピラリチューブ（固定抵抗）、１８はストレーナ、１９は冷媒配管、２０はアキュムレータ（蓄圧器）、２１は室内熱交換器温度センサ、２２は室内温度センサ、２３は室外温度センサ、２４は室外熱交換器温度センサ、２５は吐出管温度センサである。

コンプレッサ１１は、低温・低圧のガス状冷媒を圧縮して高温・高圧のガス状冷媒とするものであり、本実施形態では一定速・大容量のものが用いられている。
四方弁１２は、コンプレッサ１１の下流側に設けられるとともに、コンプレッサ１１から吐出された冷媒の流路を切り替えるものである。この四方弁１２には、図４に実線で示す冷房運転時においてコンプレッサ１１から室外熱交換器１３に向かう流路と、図４に破線で示す暖房運転時においてコンプレッサ１１から室内熱交換器１５に向かう流路とが形成されている。
室外熱交換器１３は、冷房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデンサ（放熱器）として機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータ（蒸発器）として機能するものである。

電子膨張弁１４は、内部を通過する冷媒を減圧・膨張させて低温・低圧の冷媒にするものである。この電子膨張弁１４には、駆動源として、例えばステッピングモータ（図示せず）が設けられており、制御器２０から送られてきた信号に基づいてこのステッピングモータが駆動され、電子膨張弁１４が適宜所望の開度に調整されることとなる。
室内熱交換器１５は、暖房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて内気に放熱するコンデンサとして機能し、逆に冷房運転時には低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて内気から熱を奪うエバポレータとして機能するものである。

制御器１６は、室内熱交換器温度センサ２１から送られてきた信号、すなわち、室内熱交換器温度センサ２１で測定した室内熱交換器１５の温度データ（例えば、室内熱交換器１５の伝熱管における温度）に基づいた信号を電子膨張弁１４のステッピングモータに出力するものであり、これにより、ステッピングモータが駆動されて、電子膨張弁１４が適宜所望の開度に調整されるようになっている。
電子膨張弁１４の開度は、制御器１６に予め格納された（記憶された）、例えば、図１に示すテーブル（第１のテーブル）に従って調整されるようになっている。図１において横軸ΔＴは、運転開始直前に室内熱交換器温度センサ２１により測定された温度と、室内熱交換器温度センサ２１により測定された現在の温度との差を示しており、縦軸は、電子膨張弁１４の開度を示している。すなわち、本実施形態において、運転起動時から、運転開始直前に室内熱交換器温度センサ２１により測定された温度と、室内熱交換器温度センサ２１により測定された現在の温度との差が４℃になるまでは電子膨張弁１４の開度をＥ１（例えば、２５％開）とし、６℃になるまではＥ２（例えば、５０％開）とし、８℃になるまではＥ３（例えば、７５％開）とし、８℃を超えた以降はＥ４（適正開度）をとるようになっている。

また、冷媒配管１９は上述した構成部品、すなわちコンプレッサ１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、電子膨張弁１４、室内熱交換器１５、キャピラリチューブ１７、ストレーナ１８、およびアキュームレータ２０の間を冷媒の循環が可能となるように接続する配管である。

つぎに、図４を用いて冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。冷房運転時、コンプレッサ１１により高温・高圧のガス状冷媒とされた冷媒は、コンプレッサ１１の吐出側から冷媒配管１９を通って四方弁１２に導かれ、この四方弁１２に導かれた冷媒は、四方弁１２の内部に形成された流路、および冷媒配管１９を通って室外熱交換器１３に導かれる。この際、室外熱交換器１３はコンデンサとして機能する。
室外熱交換器１３を通過した冷媒は、キャピラリチューブ１７を通って電子膨張弁１４に導かれる。電子膨張弁１４では、内部を通過する際に冷媒が減圧・膨張され、低温・低圧の冷媒となる。
低温・低圧とされた冷媒は、キャピラリチューブ１７、およびストレーナ１８を通って室内熱交換器１５に導かれるとともに、四方弁１２、アキュームレータ２０を通って、コンプレッサ１１の吸入側に導かれ、再びコンプレッサ１１で圧縮されることとなる。この際、室内熱交換器１５は、エバポレータとして機能する。

すなわち冷媒は、コンプレッサ１１→四方弁１２→室外熱交換器１３→キャピラリチューブ１７→電子膨張弁１４→キャピラリチューブ１７→ストレーナ１８→室内熱交換器１５→四方弁１２→アキュームレータ２０→コンプレッサ１１の順に循環するようになっている。

図４を用いて暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。暖房運転時、コンプレッサ１１により高温・高圧のガス状冷媒とされた冷媒は、コンプレッサ１１の吐出側から冷媒配管１９を通って四方弁１２に導かれ、この四方弁１２に導かれた冷媒は、四方弁１２の内部に形成された流路、および冷媒配管１９を通って室内熱交換器１５に導かれる。この際、室内熱交換器１５はコンデンサとして機能する。
室内熱交換器１５を通過した冷媒は、ストレーナ１８、およびキャピラリチューブ１７を通って電子膨張弁１４に導かれる。電子膨張弁１４では、内部を通過する際に冷媒が減圧・膨張され、低温・低圧の冷媒となる。
低温・低圧とされた冷媒は、キャピラリチューブ１７を通って室外熱交換器１３に導かれるとともに、四方弁１２、アキュームレータ２０を通って、コンプレッサ１１の吸入側に導かれ、再びコンプレッサ１１で圧縮されることとなる。この際、室外熱交換器１３は、エバポレータとして機能する。

すなわち冷媒は、コンプレッサ１１→四方弁１２→室内熱交換器１５→ストレーナ１８→キャピラリチューブ１７→電子膨張弁１４→キャピラリチューブ１７→室外熱交換器１３→四方弁１２→アキュームレータ２０→コンプレッサ１１の順に循環するようになっている。

以上説明したように、本実施形態による空気調和装置１０によれば、運転起動時、運転開始直前に室内熱交換器温度センサ２１により測定された温度と、室内熱交換器温度センサ２１により測定された現在の温度との差に応じて、制御器１６により電子膨張弁１４の開度が段階的に徐々に（少しずつ）開くようになっている。
すなわち、図２に示すように、運転開始直前における室内熱交換器温度センサ２１により測定された室内熱交換器１５の温度（ＴＩＰ）が高い時（例えば、３５℃）にはＴ１時間後に電子膨張弁１４の開度がＥ４（適正開度）をとるようになり、また、運転開始直前における室内熱交換器温度センサ２１により測定された室内熱交換器１５の温度（ＴＩＰ）が低い時（例えば、２０℃）にはＴ２時間後に電子膨張弁１４の開度がＥ４（適正開度）をとるようになる。
言い換えれば、冷媒流動音が発生し難い条件の時（運転開始直前における室内熱交換器温度センサ２１により測定された室内熱交換器１５の温度（ＴＩＰ）が高い時）に、短時間に素早く電子膨張弁１４が開かれるようになっており、また、冷媒流動音がより発生しやすい条件の時（運転開始直前における室内熱交換器温度センサ２１により測定された室内熱交換器１５の温度（ＴＩＰ）が低い時）に、時間をかけてゆっくりと電子膨張弁１４が開かれるようになっている。
これにより、室内温度が高い時には、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるとともに、短時間で素早く電子膨張弁１４の開度を適正開度に移行させることができて、室内温度を短時間で素早く下げることができる。
また、室内温度が低い時には、時間をかけてゆっくりと電子膨張弁１４の開度を適正開度に移行させるようになっているので、運転起動時における冷媒流動音を確実に防止することができる。

本発明による空気調和装置の第２実施形態を、図３を用いて説明する。
本実施形態における空気調和装置は、制御器１６が、外気温（外温）に対応した２つのテーブル（図３参照）を備えているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態のものでは、電子膨張弁１４の開度は、外温（外気温）がＴφ以下の場合、図３に実線で示すテーブル（第１のテーブル）に従って調整され、外温（外気温）がＴφよりも高い場合、図３に一点鎖線で示すテーブル（第２のテーブル）に従って調整されるようになっている。すなわち、外温（外気温）がＴφ以下の場合には、前述した第１実施形態のものと同じように電子膨張弁１４の開度が調整され、外温（外気温）がＴφよりも高い場合には、各ステップにおいて前述した第１実施形態のものよりも、電子膨張弁１４の開度が所定開度（例えば、＋１０％）だけ大きく開かれるようになっている。

本実施形態による空気調和装置によれば、外温（外気温）がＴφよりも高い場合に、各ステップにおける電子膨張弁１４の開度が前述した第１実施形態のものよりも大きく開かれるようになっている。すなわち、冷媒流動音が発生し難い条件の時に、電子膨張弁１４が前述した第１実施形態のものよりも早く開かれるようになっており、これにより、外温（すなわち、室内温度）が高い時には、運転起動時における冷媒流動音を防止することができるとともに、前述した第１実施形態のものよりも短時間で素早く電子膨張弁１４の開度を適正開度に移行させることができて、室内温度を短時間で素早く下げることができる。
また、外温（外気温）がＴφ以下の場合には、各ステップにおける電子膨張弁１４の開度が前述した第１実施形態のものと同じように開かれるようになっている。すなわち、冷媒流動音がより発生しやすい条件の時に、電子膨張弁１４が前述した第１実施形態のものと同様に開かれるようになっており、これにより、外温（すなわち、室内温度）が低い時には、時間をかけてゆっくりと電子膨張弁１４の開度を適正開度に移行させることができて、運転起動時における冷媒流動音を確実に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、図１または図３に示すようなテーブルを３つ以上具備させるようにすることもできる。
また、これらテーブルの段数は、上述した３つ（図１または図３参照）に限定されるものではなく、２つ以下または４つ以上とすることもできる。
さらに、これらテーブルの形状は、上述した階段状のものに限定されるものではなく、例えば、直線状や放物線状とすることもできる。

本発明による空気調和装置の第１実施形態を示す図であって、運転起動時における電子膨張弁の開度と、運転開始直前に室内熱交換器温度センサにより測定された温度から室内熱交換器温度センサにより測定された現在の温度を引いた温度差との関係を示す図である。 冷房運転開始における室内熱交換器温度センサと経過時間との関係を示す図である。 本発明による空気調和装置の第２実施形態を示す図であって、運転起動時における電子膨張弁の開度と、運転開始直前に室内熱交換器温度センサにより測定された温度から室内熱交換器温度センサにより測定された現在の温度を引いた温度差との関係を示す図である。 本発明による空気調和装置の第１実施形態を示す図であって、その概略の構成を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ 空気調和装置
１１ 圧縮機
１３ 室外熱交換器
１４ 電子膨張弁
１５ 室内熱交換器
１６ 制御器（制御手段）

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   冷房運転時に放熱器として動作する室外熱交換器と、
   冷房運転時に蒸発器として動作する室内熱交換器と、
   高圧冷媒を絞り減圧させて低圧冷媒とする膨張弁と、
   運転開始直前に前記室内熱交換器の温度を測定する室内熱交換器温度センサにより測定された温度と、前記室内熱交換器温度センサにより測定された現在の温度との差が大きくなるにつれ前記膨張弁の開度が大きくなるように設定され、かつ、予め記憶されたテーブルに基づいて前記膨張弁の開度を制御する制御手段とを備えた空気調和装置であって、
   運転起動時、前記制御手段により前記膨張弁が徐々に開方向に制御されることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記テーブルが、室内温度または室外温度が所定温度よりも高い場合に使用される第１のテーブルと、室内温度または室外温度が所定温度以下の場合に使用される第２のテーブルとを備え、
   前記第１のテーブルに基づく前記膨張弁の開度が、前記第２のテーブルに基づく前記膨張弁の開度よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   冷房運転時に放熱器として動作する室外熱交換器と、
   冷房運転時に蒸発器として動作する室内熱交換器と、
   高圧冷媒を絞り減圧させて低圧冷媒とする膨張弁とを備えた空気調和装置の制御方法であって、
   運転起動時、運転開始直前に前記室内熱交換器の温度を測定する室内熱交換器温度センサにより測定された温度と、前記室内熱交換器温度センサにより測定された現在の温度との差が大きくなるにつれ前記膨張弁の開度が大きくなるように設定されたテーブルに基づいて、前記膨張弁を徐々に開いていくことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
4. 室内温度または室外温度が所定温度よりも高い場合には、前記膨張弁の開度を大きく開くようにし、室内温度または室外温度が所定温度以下の場合には、前記膨張弁の開度を小さく開くようにしたことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置の制御方法。

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