JP6256280B2

JP6256280B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6256280B2
Application number: JP2014197699A
Authority: JP
Inventors: 享幸北
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP2016070533A

Description

本発明は、一定速の圧縮機を備えた空気調和機に関するものである。

従来、一定の回転数で回転する一定速の圧縮機を備えた空気調和機では、特許文献１に示すダクト型空気調和機のように、暖房運転時、室内の温度を設定温度に調節するために、以下の制御を行う。室内の温度が設定温度より所定温度高く定められる温度である目標温度にまで上昇したら、圧縮機を停止させる。圧縮機を停止させた後に室内の温度が設定温度より所定温度低く定められる温度、つまり暖房を再運転する運転開始温度以下にまで降下したら、圧縮機を再起動する。これにより、一定速の圧縮機を備えた空気調和機でも室内の温度を設定温度から所定の範囲内の温度で空調できる。

通常、圧縮機は故障を防ぐために、圧縮機から吐出された冷媒の圧力と温度のいずれかが予め決められた値を上回った場合、停止する。なお、圧縮機は、圧縮機を保護するために停止した後に所定時間経過するまで再起動することが出来ない。暖房運転中に圧縮機が停止すると、高温高圧の冷媒が室内熱交換器に流入しないため、室内熱交換器の温度が下がり室内の温度も下がる。

もし、室内の温度が目標温度に到達する前に圧縮機が故障防止により停止した場合、室内の温度が運転開始温度以下にまで降下しても、圧縮機が停止してから所定時間経過しないと、圧縮機を再起動できない。よって、室内の温度を設定温度から所定の範囲内に保つことができず、使用者に不快感を与える問題があった。

特開平１０−１４８３８３号公報

そこで、上述の問題をなくすために、室内の温度を目標温度にまで上げる暖房運転中に、圧縮機から吐出された冷媒の圧力と温度のいずれかが、故障防止により停止させる冷媒の圧力と温度である停止圧力および停止温度よりも低い予め決められた保護圧力または保護温度を上回った場合、室外ファンを止める方法がある。この方法では、室外ファンを止めることで、室外空気（以下、外気と記載）が室外熱交換器と熱交換されず、冷媒が外気から吸熱しにくくなり、圧縮機に吸入される冷媒の温度および圧力が下がる。よって、圧縮機から吐出される冷媒の温度および圧力も下がり、圧縮機の運転停止を回避することができる。しかし、この方法でも、圧縮機から吐出される冷媒の温度および圧力を下げるには不十分であった。そのため、圧縮機より吐出された冷媒の温度と圧力のいずれかが保護温度または保護圧力を上回り、圧縮機が停止する。よって、室内の温度を設定温度から所定の範囲内の温度に保つことができず、使用者に不快感を与える問題があった。

そこで、本発明は、暖房運転中に室温を目標温度にまで上げるために、一定速の圧縮機を停止させることなく、圧縮機から吐出される冷媒の温度および圧力を下げることを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本発明は、一定速の圧縮機、室外熱交換器および室外送風機を備えた室外ユニットと、室内熱交換器、室内送風機を備えた室内ユニットとを冷媒配管により接続して冷凍サイクルを形成した空気調和機において、室内ユニット内に、外気を取り込む外気取込口と、外気取込口に設けられ、外気の取り込みや遮断を行うダンパと、外気温を検出する外気温センサと、室温を検出する室温センサと、室内熱交換器の温度を検出する室内熱交温度センサと、上記各構成を制御する制御部とを備え、暖房運転時に、室温が暖房運転時に設定される設定温度より所定温度高く定められる温度である目標温度よりも低く、室内熱交換器の温度が圧縮機の故障防止により予め記憶された上限温度よりも高くなった時、制御部が、外気温センサより取得した外気温と、室温センサより取得した室温を比較し、温度が低い方の空気を室内ユニット内に導入できるよう、ダンパを制御する。

また、外気温が室温よりも低い場合、制御部は、ダンパを開けて、外気を導入させ、外気温が室温よりも高い場合、制御部は、ダンパを閉じて、外気を遮断する。

本発明の空気調和機は、外気と室内空気のうち温度が低い方の空気と室内熱交換器内を流通する冷媒を熱交換させることで、冷媒を冷やし、圧縮機に吸入される冷媒の温度を下げることで、圧縮機から吐出される冷媒の圧力を下げることができるものである。これにより、暖房運転中に一定速の圧縮機を停止させることなく室温を目標温度にまで上げることが出来る。

本発明における空気調和機の室内機を示した図である。本発明における空気調和機の冷凍サイクルを示した図である。本発明における空気調和機の制御を示したフローチャートである。本発明における別実施例の空気調和機の室内機を示した図である。

本発明に係わる空気調和機は、屋外に設置された室外機２００と、空調室内に設置される室内機１００とが冷媒配管を介して接続されて冷凍サイクル１を構成する。図１（ａ）は空調室の天井内に取り付けられる室内機１００と、空調室の空気を室内機１００にまで導く吸込ダクト３００と、室内機１００で調和された調和空気を空調室にまで導く吹出ダクト４００を示した正面図であり、図１（ｂ）は室内機１００と、吸込ダクト３００と、吹出ダクト４００を示した上面図である。図２は本発明に係わる空気調和機の冷凍サイクル１を示した図である。室内機１００は、図１に示すように、横長の直方体状に形成された筐体からなり、筐体の前後には吸込ダクト３００と吹出ダクト４００が接続される。また、室内機１００には室外の空気（以下、外気と記載）を取り入れるために、外気ダクト３１０が室内機の吸込みダクト３００と接続される側にある外気取込口１２０に接続される。この外気ダクト３１０は吸込ダクト３００と外気取込口１２０で接続され、外気取込口１２０には、ダンパである切替ダンパ３１１が設けられている。この切替ダンパ３１１を開閉することで、外気ダクト３１０より外気を室内機１００内に導入する、または外気を遮断するかを選択することが出来る。なお、この切替ダンパ３１１を用いて、外気ダクト３１０から流入する外気の量と、吸込ダクト３００から流入する室内空気の量を調整できるようにしても良い。また、この切替ダンパ３１１は図示しないモータによって開閉されている。なお、黒塗りの矢印は空気の流れを示したものである。

室外機２００には、図２に示すように、圧縮機２０１と四方弁２０２と室外熱交換器２０３と室外ファン２０４と膨張弁２０５が設けられている。圧縮機２０１は低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出するものである。本発明の圧縮機２０１は一定速型であり、圧縮機２０１内にある図示しないモータの回転数は予め決められた一定の回転数である。また、圧縮機２０１の故障を防止するために、圧縮機２０１から吐出された冷媒の温度または圧力が所定の値以上になった場合、圧縮機２０１は自動的に停止する。四方弁２０２は冷凍サイクル１の運転状態を暖房運転と冷房運転に切替えるものである。四方弁２０２を切り替えることで、冷房運転時は、圧縮機２０１の吐出側と室外熱交換器２０３を接続し、後述する室内熱交換器１０２と圧縮機２０１の吸入側を接続し、暖房運転時は、圧縮機２０１の吐出側と後述する室内熱交換器１０２を接続し、室外熱交換器２０３と圧縮機２０１の吸入側を接続させる。室外熱交換器２０３は冷媒配管を介して四方弁２０２や室内機１００と接続する。室外熱交換器２０３に冷媒が流入すると、冷媒は外気と熱交換する。熱交換された外気は室外ファン２０４によって、室外機２００の外に排出される。膨張弁２０５は通過する冷媒の圧力を下げるものであり、冷房運転時は室外熱交換器２０３を通過した高圧の冷媒を低圧に減圧し、暖房運転時は後述する室内熱交換器１０２を通過した高圧の冷媒を低圧に減圧する。さらに、室外機２００の室外熱交換器２０３の近傍には、外気の温度を検出する外気温センサ２１０が設けられている。

室内機１００には、図２に示すように、室内熱交換器１０１と室内ファン１０２と室内熱交換センサ１０３が設置されている。室内熱交換器１０１は冷媒配管を介して室外機２００にある膨張弁２０５と四方弁２０２に接続される。室内熱交換器１０１に冷媒が流入すると、冷媒は吸込ダクト３００と外気ダクト３１０を通過した空気と熱交換し、熱交換された空気は調和空気となる。室内熱交換器１０１で生成された調和空気は室内ファン１０２によって、吹出ダクト４００を通って、空調室内に吹出される。また、室内熱交換器１０１には室内熱交換器１０１の温度を検出する室内熱交温度センサ１０３が設けられている。さらに、室内機１００は、室内空気の温度（以下、室温と記載）を検出する室温センサ１１０を備えている。室温センサ１１０は室内機１００とワイヤーで接続されているリモコン１１１内に設けられている。なお、室内機１００とリモコン１１１はワイヤレスで接続されていても良い。

また、本発明の空気調和機には、上述の構成を制御する制御部５００が設けられている。この制御部５００には、圧縮機２０１より吐出された冷媒の圧力が保護圧力に達した時の室内熱交換器１０１の温度を上限温度として予め記憶している。なお、この上限温度は圧縮機２０１の保護圧力を基にモリエル線図から導くことが出来る。また、制御部５００で、室内熱交温度センサ１０３の温度や、外気温センサ２１０の温度、室温センサ１１０の温度を基に、後述する切替ダンパ３１１の開閉を制御する。

次に、前述のように構成された冷凍サイクル１における冷房運転と暖房運転の動作について、図２を基に以下に説明する。
初めに、冷房運転時の冷凍サイクル１の動作について説明する。なお、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示したものである。まず、リモコン１１１の指示により制御部５００は冷房運転を開始する。圧縮機２０１は低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。吐出された高温高圧の冷媒は冷媒配管を通って四方弁２０２を介し、室外熱交換器２０３に流入する。室外熱交換器２０３に流入した冷媒は外気と熱交換して放熱し、室外熱交換器２０３から流出する。室外熱交換器２０３から流出した冷媒は冷媒配管を通って、膨張弁２０５に流入する。膨張弁２０５に流入した冷媒は減圧される。減圧された冷媒は、冷媒配管を通って、室外機２００から流出する。室外機２００から流出した冷媒は冷媒配管を通って室内機１００に流入する。室内機１００に流入した冷媒は冷媒配管を通って、室内熱交換器１０１に流入する。室内熱交換器１０１に流入した冷媒は室内熱交換器１０１を通過した空気を冷却し、室内熱交換器１０１から流出する。室内熱交換器１０１から流出した冷媒は、冷媒配管を通って室内機１００から流出する。室内機１００から流出した冷媒は、冷媒配管を通って室外機２００に流入する。室外機２００に流入した冷媒は冷媒配管を通って四方弁２０２を介し、圧縮機２０１に戻る。これにより、空調室内の空気を冷却することができる。

次に、暖房運転時の冷凍サイクル１の動作について説明する。なお、点線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示したものである。まず、リモコン１１１の指示により制御部５００は暖房運転を開始する。圧縮機２０１は低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。吐出された高温高圧の冷媒は冷媒配管を通って四方弁２０２を介し、室外機２００から流出する。室外機２００から流出した冷媒は冷媒配管を通って室内機１００に流入する。室内機１００に流入した冷媒は冷媒配管を通って、室内熱交換器１０１に流入する。室内熱交換器１０１に流入した冷媒は室内熱交換器１０１を通過した空気を加熱し、室内熱交換器１０１から流出する。室内熱交換器１０１から流出した冷媒は、冷媒配管を通って室内機１００から流出する。室内機１００から流出した冷媒は、冷媒配管を通って室外機２００に流入する。室外機２００に流入した冷媒は冷媒配管を通って、膨張弁２０５に流入する。膨張弁２０５に流入した冷媒は減圧される。減圧された冷媒は、冷媒配管を通って室外熱交換器２０３に流入する。室外熱交換器２０３に流入した冷媒は外気と熱交換して吸熱し、室外熱交換器２０３から流出する。室外熱交換器２０３から流出した冷媒は冷媒配管を通って四方弁２０２を介し、圧縮機２０１に戻る。これにより、空調室内の空気を加熱することができる。

次に、暖房運転時に、室温が設定温度よりも高い温度である目標温度に到達する前に、圧縮機２０１から吐出される冷媒の圧力が予め決められた保護圧力に到達したと制御部５００が判断し、切替ダンパ３１１を開閉する制御について、図３のフローチャートを基に説明する。

制御部５００は、リモコン１１１から暖房運転を開始する信号を受信すると、外気温センサ２１０より外気温を取得する（Ｓ１）。次に、制御部５００は、室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ２）。そして、制御部５００は、取得した外気温と室温を比較し、外気温が室温よりも低いか否かを判断する（Ｓ３）。もし、外気温が室温よりも低い場合（Ｓ３−Ｙｅｓ）は、制御部５００は切替ダンパ３１１を閉じるよう制御する（Ｓ４）。もし、外気温が室温以上の場合（Ｓ３−Ｎｏ）は、制御部５００は切替ダンパ３１１を開けるよう制御する（Ｓ５）。そして、制御部５００は圧縮機２０１を起動させ（Ｓ６）、暖房運転を開始する。

次に、制御部５００は、室内熱交温度センサ１０３で検出した室内熱交換器１０１の温度（以下、室内熱交温度と記載）を取得する（Ｓ７）。制御部５００は取得した室内熱交温度が圧縮機２０１の故障防止として予め決められた上限温度よりも低いか否かを判断する（Ｓ８）。

Ｓ８で、もし、算出した冷媒の温度が上限温度よりも低い場合（Ｓ８−Ｙｅｓ）は、制御部５００は室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ９）。そして、取得した室温と目標温度を比較し、室温が目標温度よりも低いか否かを判断する（Ｓ１０）。もし、室温が目標温度よりも低い場合（Ｓ１０−Ｙｅｓ）は、Ｓ７に戻る。もし、室温が目標温度以上の場合（Ｓ１０−Ｎｏ）は、制御部５００は圧縮機２０１を停止させる（Ｓ１１）。次に、制御部５００は室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ１２）。そして、取得した室温が暖房を再運転する運転開始温度よりも低いか否かを判断する（Ｓ１３）。もし、室温が運転開始温度よりも低い場合（Ｓ１３−Ｙｅｓ）は、Ｓ６に戻る（Ｓ１４）。もし、室温が運転開始温度以上の場合（Ｓ１３−Ｎｏ）は、Ｓ１２に戻る。

Ｓ８で、もし、算出した冷媒の温度が上限温度よりも高い場合（Ｓ８−Ｎｏ）は、制御部５００は外気温センサ２１０より外気温を取得する（Ｓ１５）。次に、制御部５００は室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ１６）。そして、制御部５００は、取得した外気温と室温を比較し、外気温が室温よりも低いか否かを判断する（Ｓ１７）。

Ｓ１７で、もし、外気温が室温よりも低い場合（Ｓ１７−Ｙｅｓ）は、制御部５００は、内部に記憶している切替ダンパ３１１の開閉されている度合い（以下、開閉度と記載）を再度取得し（Ｓ１８）、取得した切替ダンパ３１１の開閉度が全開になっているか否かを判断する（Ｓ２０）。もし、切替ダンパ３１１の開閉度が全開でなかった場合（Ｓ２０−Ｎｏ）は、制御部５００は切替ダンパ３１１の開閉度を大きくし（Ｓ２２）、開閉度を記憶した後Ｓ７に戻る。もし、切替ダンパ３１１の開閉度が全開であった場合（Ｓ２０−Ｙｅｓ）は、制御部５００は圧縮機２０１を停止させる（Ｓ２１）。次に、制御部５００は、室内熱交温度センサ１０３より室内熱交温度を取得する（Ｓ２３）。制御部５００は取得した室内熱交温度が上限温度より低いか否かを判断する（Ｓ２４）。もし、算出した冷媒の温度が上限温度以上の場合（Ｓ２４−Ｎｏ）は、Ｓ２３に戻る。もし、算出した冷媒の温度が上限温度よりも低い場合（Ｓ２４−Ｙｅｓ）は、制御部５００は室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ２５）。そして、制御部５００は、取得した室温が運転開始温度よりも低いか否かを判断する（Ｓ２６）。もし、室温が運転開始温度よりも低い場合（Ｓ２６−Ｙｅｓ）は、Ｓ６に戻る（Ｓ２７）。もし、室温が運転開始温度以上の場合（Ｓ２６−Ｎｏ）は、Ｓ２５に戻る。

Ｓ１７で、もし、外気温が室温以上の場合（Ｓ１７−Ｎｏ）は、制御部５００は、内部に記憶している切替ダンパ３１１の開閉度を再度取得し（Ｓ１９）、取得した切替ダンパ３１１の開閉度が全閉になっているか否かを判断する（Ｓ２８）。もし、切替ダンパ３１１の開閉度が全閉でなかった場合（Ｓ２８−Ｎｏ）は、制御部５００は切替ダンパ３１１の開閉度を小さくし（Ｓ３０）、開閉度を記憶した後Ｓ７に戻る。もし、切替ダンパ３１１の開閉度が全閉であった場合（Ｓ２８−Ｙｅｓ）は、制御部５００は圧縮機２０１を停止させる（Ｓ２９）。次に、制御部５００は、室内熱交温度センサ１０３より室内熱交温度を取得する（Ｓ３１）。制御部５００は取得した室内熱交温度が上限温度より低いか否かを判断する（Ｓ３２）。もし、算出した冷媒の温度が上限温度以上の場合（Ｓ３２−Ｎｏ）は、Ｓ３１に戻る。もし、算出した冷媒の温度が上限温度よりも低い場合（Ｓ３２−Ｙｅｓ）は、制御部５００は室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ３３）。そして、制御部５００は、取得した室温が運転開始温度よりも低いか否かを判断する（Ｓ３４）。もし、室温が運転開始温度よりも低い場合（Ｓ３４−Ｙｅｓ）は、Ｓ６に進む（Ｓ３５）。もし、室温が運転開始温度以上の場合（Ｓ３４−Ｎｏ）は、Ｓ３３に戻る。

以上の制御により、外気と室内空気のうち温度が低い方の空気と冷媒を室内熱交換器１０１で熱交換させることで、室内熱交換器１０１内を流通する冷媒を冷却できる。これにより、圧縮機２０１に吸入される冷媒の温度を下げることができ、圧縮機２０１から吐出される冷媒の圧力も下げることで、吐出される冷媒の圧力が保護圧力以上となることを防ぐことができる。よって、圧縮機２０１を止めることなく室温を目標温度にまで上げることができるため、室温を設定温度より所定の範囲内に収めることが出来る。

なお、本実施例では室内熱交換器１０１の室内熱交温度が保護温度よりも高くなった場合、切替ダンパ３１１を制御して、外気または、室内空気を取り込んでいるが、本発明はこれに限定したものではなく、室内熱交換器１０１の室内熱交温度が保護温度よりも高くなった場合に、室外ファン２０４を停止させる方法を併用しても良い。これにより、圧縮機２０１に吸入される冷媒の圧力がより一層下がるため、圧縮機２０１より吐出される冷媒の圧力も下がる。よって、吐出される冷媒の圧力が保護圧力以上となることを防ぐことができる。

さらに、本実施例の空気調和機では、切替ダンパ３１１が外気ダクト３１０の出口を開閉するだけであったが、外気ダクト３１０を開けるときに、切替ダンパ３１１が吸込ダクト３００の通路を遮断して、外気だけを導入し、室内熱交換器１０１で冷媒と熱交換させても良い。

なお、本実施例ではダクト型の空気調和機を一例に説明したが、本発明はこれに限定したものではない。例えば、図４に示すように、本発明は、天井埋込型の空気調和機に用いることができる。この別実施例について、以下に説明する。室内ファン１０２と吸込グリル１３０の間に、室内空気と外気を混合させる外気導入用スペーサー１４０を設けている。この外気導入用スペーサー１４０に外気を導入するための導入配管１５０が外気導入用スペーサー１４０の側面に接続されている。この外気導入用スペーサー１４０と導入配管１５０の接する箇所に、切替ダンパ３１１が設けられている。この切替ダンパ３１１を開けることで外気導入用スペーサー１４０内に外気を導入でき、切替ダンパ３１１を閉めることで外気導入用スペーサー１４０内への外気の導入を遮断できる。これにより、上記実施例と同様に、圧縮機２０１を止めることなく室温を目標温度にまで上げることができるため、室温を設定温度より所定の範囲内に収めることが出来る。

１００室内機
２００室外機
３００吸込ダクト
３１０外気ダクト
３１１切替ダンパ
４００吹出ダクト

Claims

一定速の圧縮機、室外熱交換器および室外送風機を備えた室外ユニットと、
室内熱交換器、室内送風機を備えた室内ユニットとを冷媒配管により接続して冷凍サイクルを形成した空気調和機において、
前記室内ユニット内に、外気を取り込む外気取込口と、
前記外気取込口に設けられ、外気の取り込みや遮断を行うダンパと、
外気温を検出する外気温センサと、
室温を検出する室温センサと、
前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交温度センサと、
上記各構成を制御する制御部とを備え、
暖房運転時に、室温が暖房運転時に設定される設定温度より所定温度高く定められる温度である目標温度よりも低く、室内熱交換器の温度が圧縮機の故障防止により予め記憶された上限温度よりも高くなった時、
前記制御部が、前記外気温センサより取得した外気温と、前記室温センサより取得した室温を比較し、
温度が低い方の空気を前記室内ユニット内に導入できるよう、前記ダンパを制御することを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機において、
前記外気温が前記室温よりも低い場合、
前記制御部は、前記ダンパを開けて、外気を導入させ、
前記外気温が前記室温よりも高い場合、
前記制御部は、前記ダンパを閉じて、外気を遮断することを特徴とする空気調和機。