JP4936006B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、特に低外気温下での暖房運転の起動性を向上させる技術に関するものである。

市販されている多くの空気調和機は、圧縮機，四方弁，室内熱交換器，膨張弁および室外熱交換器を含む可逆的なヒートポンプ式の冷凍サイクルを備え、四方弁の切り換えにより、外気温の高い夏場では冷房運転を可能とし、外気温の低い冬場では暖房運転を可能としている。

圧縮機には、通常、ロータリ式もしくはスクロール式のコンプレッサが用いられているが、いずれにしても圧縮機内には、軸受けなどの摺動部分の潤滑を目的として冷凍機油が入れられている。

暖房運転が停止され、低外気温により圧縮機が冷やされると、密閉容器内の冷媒が液化し冷凍機油に溶け込みやすくなる。冷凍機油内に多量の冷媒が溶け込み冷凍機油が希釈化された状態で暖房運転が開始されると、冷凍機油不足により圧縮機が円滑に起動しにくくなり、場合によっては停止することがある。

圧縮機の温度を高めることにより、冷媒の冷凍機油内への溶け込み量を減らすことができる。そこで、従来では、暖房運転停止中における圧縮機の温度を監視し、所定の温度以下に達した場合に、圧縮機を加熱するようにしている。

その加熱方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、圧縮機にベルトヒータ等の加熱器を付設して圧縮機を加熱する方法と、例えば特許文献２に記載されているように、圧縮機内のモータ巻線に通電して圧縮機を加熱する方法とが知られている。

特開平８−１９３７５９号公報 特開平９−２２２２６６号公報

しかしながら、上記のヒータ加熱、モータ巻線加熱のいずれにしても、加熱電力が消費されるため、省エネルギーの観点から好ましくない。

したがって、本発明の課題は、加熱電力によることなく圧縮機に熱量を与えて、冷媒の冷凍機油内への溶け込み量を低減させ、低外気温下での暖房運転の起動性を向上させることにある。

上記した課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、圧縮機，室内熱交換器，膨張弁および室外熱交換器を含む冷凍サイクルを有し、運転モードとして、冷媒が圧縮機→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→圧縮機へと循環される暖房運転モードを少なくとも備えている空気調和機において、上記膨張弁の弁開度を制御する制御部を備え、上記制御部は、上記暖房運転の停止時に上記膨張弁をほぼ全閉として上記室内熱交換器側の配管内に高温高圧の液リッチ状態で所定の熱量を保持した冷媒を貯えさせ、上記暖房運転の停止後における所定時間ごとに上記膨張弁を所定時間開けて、上記室内熱交換器側で所定の熱量を保持した上記冷媒を上記圧縮機に戻すことを特徴としている。

また、本発明は、請求項２に記載されているように、圧縮機，室内熱交換器，膨張弁および室外熱交換器を含む冷凍サイクルを有し、運転モードとして、冷媒が圧縮機→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→圧縮機へと循環される暖房運転モードを少なくとも備えている空気調和機において、
上記膨張弁の弁開度を制御する制御部を備え、上記制御部は、上記暖房運転の停止時に上記膨張弁をほぼ全閉として上記室内熱交換器側の配管内に高温高圧の液リッチ状態で所定の熱量を保持した冷媒を貯えさせ、上記暖房運転の停止後で上記圧縮機の温度が所定の閾値温度以下に低下した時点で上記膨張弁を所定時間開けて、上記室内熱交換器側で所定の熱量を保持した上記冷媒を上記圧縮機に戻すことを特徴としている。

請求項３に記載されているように、請求項２における上記閾値温度として、上記室内熱交換器の温度が採用されてもよい。

本発明によれば、暖房運転の停止時に、膨張弁をほぼ全閉として室内熱交換器側の配管内に高温高圧の液リッチで所定の熱量を保持した冷媒を貯えさせ、その後の特定条件の成立下で膨張弁を所定時間開けて、室内熱交換器側で所定の熱量を保持した冷媒を圧縮機に戻すようにしたことにより、加熱電力によることなく圧縮機に熱量を与えて、冷媒の冷凍機油内への溶け込み量を低減させ、低外気温下での暖房運転の起動性を向上させることができる。

次に、図１により本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の空気調和機が備える冷凍サイクルを示す模式図である。

図１に示すように、この空気調和機は、基本的な構成として、圧縮機１１，四方弁１２，室内熱交換器１３，膨張弁１４，室外熱交換器１５およびアキュムレータ１６を含む冷凍サイクルを備えている。

圧縮機１１は、ロータリ式もしくはスクロール式のいずれであってもよいが、インバータ制御による可変速圧縮機であることが好ましい。なお、室内熱交換器１３と室外熱交換器１５には、それぞれ送風ファンが付設されているが、ここではその図示が省略されている。

膨張弁１４には、例えばステッピングモータにより弁開度が調整可能な電子膨張弁が用いられる。本発明では、膨張弁１４の弁開度を制御する制御部１７を備える。この制御部１７は、図示しないリモコンからの操作信号を受信して室温等を制御する室内機制御手段が用いられてもよい。また、圧縮機１１の温度を検出するための温度センサ１８を備える。

暖房運転時には、四方弁１２が図示実線の状態に切り換えられ、冷媒は、図示実線矢印で示すように、圧縮機１１→四方弁１２→室内熱交換器１３→膨張弁１４→室外熱交換器１５→四方弁１２→アキュムレータ１６→圧縮機１１に循環的に流れる。この暖房サイクルにおいて、室内熱交換器１３は凝縮器として作用し、室外熱交換器１５は蒸発器として作用する。

すなわち、圧縮機１１内で断熱圧縮により生成された高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１３内にて外部に熱を放出し高温高圧の液冷媒（液リッチ冷媒）となり、膨張弁１４で断熱膨張され低温低圧の気液二相状態となり、室外熱交換器１５内で冷媒の液体部分が外部から熱を奪ってガス状態となり、低温低圧のガス冷媒として四方弁１２およびアキュムレータ１６を介して圧縮機１１に戻される。

この暖房運転中において、例えばリモコン（もしくはオフタイマー等）から運転停止信号が出されると、制御部１７は、膨張弁１４をほぼ全閉とする。これにより、室内熱交換器１３内および室内熱交換器１３と膨張弁１４との間の配管内に高温高圧の液リッチ冷媒が貯えられる。

その後、制御部１７は、温度センサ１８にて検出される圧縮機温度Ｔａを監視する。制御部１７には、冷媒が冷凍機油内に溶け込みにくいとされる閾値温度Ｔｂがあらかじめ設定されている。

閾値温度Ｔｂは、例えば０℃等と適宜決められてもよいが、圧縮機温度Ｔａが室内熱交換器１３の温度以下になると、冷媒が冷凍機油内に溶け込みやすい状態となるため、閾値温度Ｔｂは室内熱交換器１３の温度であることが好ましい。

暖房運転停止中に、低外気温により圧縮機温度Ｔａが低下して、Ｔａ＜Ｔｂ（もしくはＴａ≦Ｔｂ）になると、制御部１７は、膨張弁１４を所定時間開ける。これにより、室内熱交換器１３側に貯えられていた液リッチ冷媒の熱量が圧縮機１１に加えられ、冷媒が冷凍機油内に溶け込みにくくなる。このようにして、本発明によれば、加熱電力を消費することなく、低外気温下での暖房運転の起動性がよくすることができる。

膨張弁１４の開時間は任意に決められてよいが、液リッチ冷媒の熱量により圧縮機温度Ｔａが上昇し、Ｔａ＞Ｔｂ（もしくはＴａ≧Ｔｂ）になると、制御部１７は、膨張弁１４を再度ほぼ全閉とする。

別の制御例として、制御部１７にタイマー機能を持たせ、暖房運転停止後ある一定時間おきに膨張弁１４を所定時間開けるようにしてもよい。

また、制御部１７に上記閾値温度Ｔｂを設定するとともにタイマー機能を持たせ、低外気温により圧縮機温度Ｔａが低下して、Ｔａ＜Ｔｂになった時点で膨張弁１４を開け、その後、タイマーを動作させて、Ｔａ＞Ｔｂになるまでの間、タイマーで設定された所定の時間間隔で膨張弁１４を複数回にわたって開けるようにしてもよい。

なお、冷房運転時には、四方弁１２が図示鎖線の状態に切り換えられ、冷媒は、図示鎖線矢印で示すように、圧縮機１１→四方弁１２→室外熱交換器１５→膨張弁１４→室内熱交換器１３→四方弁１２→アキュムレータ１６→圧縮機１１に循環的に流れ、室内熱交換器１３は蒸発器として作用し、室外熱交換器１５は凝縮器として作用するが、本発明の空気調和機は暖房専用機であってもよい。

本発明の空気調和機が備える冷凍サイクルを示す模式図。

符号の説明

１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室内熱交換器
１４ 膨張弁
１５ 室外熱交換器
１６ アキュムレータ
１７ 制御部
１８ 温度センサ

Claims (3)

1. 圧縮機，室内熱交換器，膨張弁および室外熱交換器を含む冷凍サイクルを有し、運転モードとして、冷媒が圧縮機→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→圧縮機へと循環される暖房運転モードを少なくとも備えている空気調和機において、
   上記膨張弁の弁開度を制御する制御部を備え、上記制御部は、上記暖房運転の停止時に上記膨張弁をほぼ全閉として上記室内熱交換器側の配管内に高温高圧の液リッチ状態で所定の熱量を保持した冷媒を貯えさせ、上記暖房運転の停止後における所定時間ごとに上記膨張弁を所定時間開けて、上記室内熱交換器側で所定の熱量を保持した上記冷媒を上記圧縮機に戻すことを特徴とする空気調和機。
2. 圧縮機，室内熱交換器，膨張弁および室外熱交換器を含む冷凍サイクルを有し、運転モードとして、冷媒が圧縮機→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→圧縮機へと循環される暖房運転モードを少なくとも備えている空気調和機において、
   上記膨張弁の弁開度を制御する制御部を備え、上記制御部は、上記暖房運転の停止時に上記膨張弁をほぼ全閉として上記室内熱交換器側の配管内に高温高圧の液リッチ状態で所定の熱量を保持した冷媒を貯えさせ、上記暖房運転の停止後で上記圧縮機の温度が所定の閾値温度以下に低下した時点で上記膨張弁を所定時間開けて、上記室内熱交換器側で所定の熱量を保持した上記冷媒を上記圧縮機に戻すことを特徴とする空気調和機。
3. 上記閾値温度として、上記室内熱交換器の温度が採用されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

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