JP6351409B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。さらに詳しくは、本発明は、室外機と室内機とを接続する接続配管の長さによって余剰冷媒が変化する空気調和機に関する。

設置現場における空気調和機の施工を迅速に行うため、予測される最大配管長分の冷媒をあらかじめ室外機に貯留しておき、設置現場において室外機と室内機とを接続配管で接続した後、室外機に貯留されている冷媒を接続配管等の配管中に解放することで施工時の冷媒封入作業を不要化した空気調和機がある。

このような空気調和機では、実際に室外機と室内機とを接続する接続配管の長さが最大配管長よりも短い場合には余剰冷媒が発生するが、この余剰冷媒をタンクに貯留することにより配管内の冷媒量を適正な範囲に制御して冷凍サイクル運転を実現している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２９２０３７号公報

しかしながら、近年、最大配管長の長尺化が求められ、あらかじめ封入される冷媒の量が多くなる傾向にある。その結果、接続配管の長さが設計範囲下限よりも短くなる施工（以下、「短配管施工」ともいう）においては、タンクに溜めきれない余剰冷媒により配管内が冷媒過多となり、始動時の圧縮機の著しい吐出圧力上昇により圧縮機保護装置が作動して緊急停止を引き起こすおそれがある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、短配管施工であっても始動時に圧縮機の吐出圧力が著しく上昇することを抑制可能な空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた発明は、
室外熱交換器、周波数を制御可能な圧縮機、および冷媒を貯留可能なアキュムレータを有しあらかじめ冷媒が注入された室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを接続配管で接続し、前記冷媒が前記接続配管を介して前記室外機と室内機との間を循環するように形成された空気調和機（以下、「チャージレス空気調和機」ともいう）において、前記接続配管が短配管であるか否かを判定する接続配管長判定手段と、前記接続配管長判定手段により前記接続配管が短配管であると判定された場合に、前記圧縮機の周波数を下げるように制御する周波数制御手段とを有し、前記接続配管長判定手段は、前記圧縮機始動時から所定時間経過後の吐出圧力または圧縮機始動後の吐出圧力の上昇速度が設定値以上となった場合に短配管であると判定するものであり、前記接続配管長判定手段による判定は、空気調和機を運転するたびに行われることを特徴とする空気調和機である。

なお、本明細書において、「短配管」とは、チャージレス空気調和機において、接続配管の長さが設計範囲下限よりも短い配管を意味する。

本発明は、短配管施工であっても、始動時に圧縮機の吐出圧力が著しく上昇することを防止可能な空気調和機を提供することができる。

本発明の空気調和機の構成を示す模式図である。 本発明の空気調和機に係る接続配管長判定手段により短配管であるか否かの判定を行う方法の一例を示す概略図である。 本発明の空気調和機に係る接続配管長判定手段により短配管であるか否かの判定を行う方法の他の例を示す概略図である。

本発明の空気調和機は、室外熱交換器、周波数を制御可能な圧縮機、および冷媒を貯留可能なアキュムレータを有しあらかじめ冷媒が注入された室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを接続配管で接続し、上記冷媒が上記接続配管を介して上記室外機と室内機との間を循環するように形成された空気調和機において、上記接続配管が短配管であるか否かを判定する接続配管長判定手段と、上記接続配管長判定手段により上記接続配管が短配管であると判定された場合に、上記圧縮機の周波数を下げるように制御する周波数制御手段とを有することを特徴とする。

以下、本発明の空気調和機の一実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の空気調和機の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の空気調和機１は、室外機１０と室内機２０とを備え、これら室外機１０および室内機２０は、接続配管３０で接続されている。

室外機１０は、圧縮機１１と、四方弁１２と、室外熱交換器１３と、室外膨張弁１４と、アキュムレータ１５とを備え、これらは室外冷媒配管１６により接続されている。さらに、室外機１０は、圧力センサ１７および制御器１８を備えている。

圧縮機１１は、周波数を制御可能であり、これにより圧縮能力を調整しながら低温低圧ガスの冷媒を高温高圧ガスに圧縮して吐出する。四方弁１２は、冷媒の流れを切り替える弁である。室外熱交換器１３は、屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外膨張弁１４は、暖房運転時に冷媒を減圧して低温にする。アキュムレータ１５は、施工時に発生する余剰冷媒を貯留する。

圧力センサ１７は、圧縮機１１の吐出側の冷媒の圧力（吐出圧力Ｐ）を測定する。制御器１８は、マイコン１８１、記憶部１８２（例えばＲＯＭなど）および圧縮機保護部１８３を有する。

マイコン１８１は、リモートコントローラ（不図示）における設定および各センサにより検知された値に基づき各種データの演算を行い、空気調和機１の運転制御を行う。さらに、マイコン１８１は、接続配管長判定手段２０１および周波数制御手段２０２を有している。圧縮機保護部１８３は、圧力センサ１７で測定した吐出圧力が運転適正圧力範囲の上限を超え、保護圧力に達すると圧縮機１１を緊急停止させる。なお、運転適正圧力範囲は、圧縮機１１が継続して安定的に動作可能な吐出圧力の範囲を意味する。

室内機２０は、室内熱交換器２１と、室内膨張弁２２とを備え、これらは室内冷媒配管２３により接続されている。さらに、室内機２０は、表示手段２４を備えている。

室内熱交換器２１は、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う。室内膨張弁２２は、冷房運転時に冷媒を減圧して低温にする。

表示手段２４は、接続配管長判定手段２０１により接続配管３０が短配管であると判定された場合に、上記判定の結果を表示する。表示手段２４の表示方法としては、特に限定されないが、例えば、ＬＥＤを設けて点灯させる方法、ディスプレイを設けて短配管である旨を表示させる方法等が挙げられる。当該空気調和機１が表示手段２４を備えていることで、接続配管３０が短配管であるか否かを容易かつ確実に認識することができ、施工後におけるメンテナンス性を向上させることができる。

空気調和機１の施工の際、室外機１０と室内機２０とが接続配管３０で接続され、冷媒が接続配管３０を介して室外機１０と室内機２０との間を循環するように形成される。

次に、空気調和機１の動作時の冷媒の流れについて説明する。図１中の実線の矢印は、冷房運転時の冷媒の流れ方向を示している。

冷房運転において、四方弁１２は、実線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とを連通させる。圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２を通過し、室外熱交換器１３側に流れる。室外熱交換器１３に流入したガス冷媒は、図示していない室外ファンにより供給される外気と熱交換（放熱）して凝縮され、液冷媒となる。この液冷媒は、全開状態の室外膨張弁１４および室外冷媒配管１６を通過し、接続配管３０を介して室内機２０に流入する。室内機２０に流入した液冷媒は、室内膨張弁２２により減圧されて、低温低圧のガス液混合冷媒となる。この低温低圧のガス液混合媒は、室内熱交換器２１に流入して、図示していない室内ファンにより供給される室内の空気と熱交換（吸熱）して蒸発し、ガス冷媒となる。この際、室内の空気は、ガス液混合冷媒中の一部の液冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が部屋内に送られる。その後、ガス液混合冷媒は、室内冷媒配管２３を通過し、接続配管３０を介して室外機１０に戻される。室外機１０に戻されたガス液混合冷媒は、四方弁１２を通過し、アキュムレータ１５にて冷媒中の液冷媒が分離され、ガス冷媒のみ圧縮機１１に吸入されて再度圧縮機１１で圧縮される。これにより一連の冷凍サイクルが形成される。

一方、図１中の破線の矢印は、暖房運転時の冷媒の流れ方向を示している。なお、暖房運転と上述した冷房運転とは、四方弁１２を操作することで切り替えることができる。

暖房運転において、四方弁１２は、破線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室内熱交換器２１とを連通させる。圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２を通過し、室内熱交換器２１側に流れる。室内熱交換器２１に流入したガス冷媒は、図示していない室内ファンにより供給される空気と熱交換（放熱）して凝縮され、液冷媒となる。この際、室内の空気は、ガス液混合冷媒の凝縮潜熱により加温され、温風が部屋内に送られる。その後、液冷媒は、全開状態の室内膨張弁２２および室内冷媒配管２３を通過し、接続配管３０を介して室外機１０に流入する。室外機１０に流入した液冷媒は、室外膨張弁１４により減圧されて、低温低圧のガス液混合冷媒となる。この低温低圧のガス液混合媒は、室外熱交換器１３に流入して、図示していない室外ファンにより供給される外気と熱交換（吸熱）して一部が蒸発する。その後、室外熱交換器１３から流出したガス液混合冷媒は、四方弁１２を通過し、アキュムレータ１５にて冷媒中の液冷媒が分離され、ガス冷媒のみ圧縮機１１に吸入されて再度圧縮機１１で圧縮される。これにより一連の冷凍サイクルが形成される。

なお、接続配管３０の長さが設計範囲内（短配管施工ではない場合）であれば、余剰冷媒の全てをアキュムレータ１５に貯留し、配管内の冷媒量を適正な範囲に維持することができる。

接続配管長判定手段２０１は、接続配管３０が短配管であるか否かを判定する。接続配管長判定手段２０１としては特に限定されないが、圧縮機始動時から所定時間経過後の吐出圧力が設定値以上となった場合に短配管であると判定する手段（以下、「第１の判定手段」ともいう）および圧縮機始動後の吐出圧力の上昇速度が設定値以上となった場合に短配管であると判定する手段（以下、「第２の判定手段」ともいう）が好ましい。

図２および図３は、接続配管長判定手段により短配管であるか否かの判定を行う例を示す概略図であり、図２および図３は、それぞれ第１および第２の判定手段を用いた判定方法を示している。

第１の判定手段では、例えば図２に示すように、圧縮機始動時から所定時間（Ｔ_１）経過後の吐出圧力Ｐが設定値（Ｐａ）以上となった場合に短配管であると判定する。ここで、Ｔ_１は、吐出圧力Ｐが過渡状態にあるときの特定の時間を意味する。上記Ｔ_１およびＰａは、空気調和機１の運転条件（例えば、室内空調設定温度、室内設定風量、室外温度など、以下同じ）により適宜選択される。

例えば、接続配管３０の長さが設計範囲内の場合、図２に一点鎖線で示すように、圧縮機１１始動時からＴ_１経過後の吐出圧力ＰがＰａよりも低くなるため、接続配管長判定手段２０１により接続配管３０が短配管であると判定されない。一方、接続配管３０が短配管の場合、図２に実線または破線で示すように、圧縮機１１始動時からＴ_１経過後の吐出圧力Ｐ（Ｐ_１）がＰａ以上となり、接続配管長判定手段２０１により接続配管３０が短配管であると判定される。

第２の判定手段では、圧縮機始動後の吐出圧力Ｐの上昇速度Ｐｓが設定値（Ｐｓａ）以上となった場合に短配管であると判定する。具体的には、上昇速度Ｐｓは、下記式（１）で算出される速度または特定時間経過時の瞬間速度のいずれであってもよい。
Ｐｓ＝（Ｐ_３−Ｐ_２）／（Ｔ_３−Ｔ_２）・・・（１）
上記式（１）中、Ｔ_２およびＴ_３は、それぞれ吐出圧力が過渡状態における圧縮機１１始動時からの経過時間を意味し、Ｐ_２およびＰ_３は、それぞれＴ_２およびＴ_３における吐出圧力Ｐを意味する。ただし、Ｔ_２≠Ｔ_３である。上記Ｔ_２、Ｔ_３およびＰｓａは、空気調和機１の運転条件により適宜選択される。

例えば、接続配管３０の長さが設計範囲内である場合、図３に一点鎖線で示すように、Ｔ_２からＴ_３の上昇速度Ｐｓは比較的小さい（勾配が小）のに対し、接続配管３０が短配管である場合、図３に実線および破線で示すように、Ｔ_２からＴ_３の上昇速度Ｐｓは、接続配管３０の長さが設計範囲内である場合よりも大きく（勾配が大）なる。したがって、これらの上昇速度Ｐｓの間にＰｓａが選択されていれば、その大小関係から接続配管３０が短配管であるか否かを判定することができる。

上述したＴ_１、Ｔ_２およびＴ_３、並びに設定値ＰａおよびＰｓａは、設定温度等の空気調和機１の運転条件ごとに異なるため、それぞれの運転条件に対応した値をデータテーブルとして制御器１８の記憶部１８２にあらかじめ記憶させておくことで、運転条件に見合った値を即時に選択することができる。

周波数制御手段２０２は、接続配管長判定手段２０１により接続配管３０が短配管であると判定された場合に、圧縮機１１の周波数を下げるように制御する。これにより圧縮機１１の圧縮能力が抑制され、図２および図３に実線で示すように、圧縮機１１の吐出圧力の上昇速度を抑えて安定時の吐出圧力Ｐを運転適正圧力範囲の上限Ｐｂ内に収めることができる。周波数制御手段２０２としては、例えば、圧縮機１１の駆動に交流モータ（不図示）を用い、インバータ制御により周波数を下げて交流モータの回転速度を遅くし、圧縮能力を抑制する手段等が挙げられる。

なお、接続配管長判定手段２０１および周波数制御手段２０２を備えていない空気調和機では、接続配管３０が短配管である場合、図２および図３に破線で示すように、吐出圧力Ｐは、時間の経過と共に上昇し、運転適正圧力範囲の上限Ｐｂを超える。そして保護圧力Ｐｃに達すると圧縮機保護部１８３の作動により圧縮機１１が緊急停止し、強制的な吐出圧力Ｐの低下と共に空気調和機能が停止する。なお、その後に吐出圧力が運転適正圧力範囲となって圧縮機１１が再稼働したとしても、再度の吐出圧力の上昇により緊急停止を繰り返すため、安定的な空気調和が阻害されてユーザの快適性を損ねるおそれがある。

短配管であるか否かの判定に用いる圧縮機１１の吐出圧力Ｐは、室外熱交換器１３および室内熱交換器２１のうちの凝縮器として働く一方の冷媒の液温から推定される圧力であってもよい。これにより、簡便に圧縮機１１の吐出圧力を求めることができる。なお、冷房運転時には室外熱交換器１３が凝縮器として働き、暖房運転時には室内熱交換器２１が凝縮器として働く。かかる場合、圧力センサ１７に代えて、冷媒の液温を測定するための液温センサ（不図示）が凝縮器に備えられる。

このように、空気調和機１は、接続配管３０が短配管であるか否かを判定する接続配管長判定手段２０１と、接続配管長判定手段２０１により接続配管３０が短配管であると判定された場合に、圧縮機１１の周波数を下げるように制御する周波数制御手段２０２とを有するので、接続配管３０が短配管であっても、圧縮機１１の圧縮能力を抑制することができ、始動時に圧縮機１１の吐出圧力が著しく上昇することを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構成に限定されるものではなく、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全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した実施形態では、吐出圧力Ｐを求めるために圧力センサ１７または液温センサのいずれかを備えている空気調和機１について説明したが、圧力センサ１７および液温センサの両者を備え、これら両センサから得られた吐出圧力Ｐの情報を利用するようにしてもよい。

１ 空気調和機
１０ 室外機
１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室外熱交換器
１５ アキュムレータ
１７ 圧力センサ
１８ 制御器
２０ 室内機
２１ 室内熱交換器
２４ 表示手段
３０ 接続配管

Claims (3)

1. 室外熱交換器、周波数を制御可能な圧縮機、および冷媒を貯留可能なアキュムレータを有しあらかじめ冷媒が注入された室外機と、室内熱交換器を有する室内機とを接続配管で接続し、前記冷媒が前記接続配管を介して前記室外機と室内機との間を循環するように形成された空気調和機において、
   前記接続配管が短配管であるか否かを判定する接続配管長判定手段と、
   前記接続配管長判定手段により前記接続配管が短配管であると判定された場合に、前記圧縮機の周波数を下げるように制御する周波数制御手段とを有し、
   前記接続配管長判定手段は、前記圧縮機始動時から所定時間経過後の吐出圧力または圧縮機始動後の吐出圧力の上昇速度が設定値以上となった場合に短配管であると判定するものであり、
   前記接続配管長判定手段による判定は、空気調和機を運転するたびに行われることを特徴とする空気調和機。
2. 短配管であるか否かの判定に用いる吐出圧力が、室外熱交換器および室内熱交換器のうちの凝縮器として働く一方の冷媒の液温から推定される圧力である請求項１に記載の空気調和機。
3. 接続配管長判定手段により接続配管が短配管であると判定された場合に、前記判定の結果を表示する表示手段をさらに有する請求項１または請求項２に記載の空気調和機。