JP6497194B2

JP6497194B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6497194B2
Application number: JP2015091021A
Authority: JP
Inventors: 享幸北
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: JP2016205763A

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。

また、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。

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、故障防止を防ぐため圧縮機を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停止温度または停止圧力を上回り、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。

特開平１０−１４８３８３号公報

そこで、上述の問題をなくすために、室内機と室内を繋ぐ吸込ダクトに、外気を取り込む用の外気ダクトを接続し、この外気ダクトにダンパを設けて、外気によって室内熱交換器の温度を下げる方法が考えられる。しかし、室内熱交換器の温度によって室内熱交換器を冷却するために必要な外気の量が異なる。そのため、室内熱交換器を必要以上に冷却した場合、吹出口から吹き出される調和空気が冷たくなり、室内にいる使用者に不快感を与えるおそれがあった。

そこで、本発明は、室内熱交換器の温度に応じて、ダンパの開度を調整して導入する外気の量を調整することで室内熱交換器を適切に冷却す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形成された冷媒回路と、制御部とを有する空気調和機において、室内ユニットは、室内熱交換器に流通させる外気を取り込む外気取込口と、外気取込口に設けられ、導入する外気の量を調整するダンパと、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を有し、室外ユニットは、外気温を検出する外気温センサを有し、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と圧縮機の故障防止のために予め記憶された上限温度との温度差が所定値以内になった時、制御部は、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、外気温が室温よりも低い場合、室内熱交換器の温度と上限温度との温度差を算出し、算出した温度差に応じてダンパの開度を制御して、導入する外気の量を調整する。

また、制御部は、温度差が小さいほど、ダンパの開度を大きくなるように制御する。

本発明の空気調和機は、外気の温度が室内空気の温度より低い場合、室内熱交換器の温度に応じて、室内熱交換器を冷却するために導入する外気の量を適切な量とすることができるため、過不足なく室内熱交換器を冷却することができ、室内にいる使用者の不快感を抑制することができる。これにより、暖房運転時に、例えば室内熱交換器を冷却しすぎた時に室内機から吹き出される調和空気が冷たくなり、室内の温度が下がるなどの支障が出るおそれを解消できる。また、室内熱交換器の温度と上限温度との温度差が小さいほど室内熱交換器を冷却するために必要な外気の量が多くなる。よって、室内熱交換器の温度と上限温度との温度差が小さいほどダンパの開度を大きくなるように制御することで、室内熱交換器を冷却するために必要な外気の量を確保できる。

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媒回路を示した図である。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。本発明における温度差に応じたダンパの開度を示した図である。

本発明に係わる空気調和機１０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媒回路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１０の冷媒回路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を調整できる。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は冷媒回路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が設けられている。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から導入された空気と熱交換し、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。なお、本実施例では、室温センサ１１０はリモコン１１１に設けているが、室内機１００に設けても良い。

また、本発明の空気調和機１０には、空気調和機１０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の検出温度や、外気温センサ２１０の温度検出、室温センサ１１０の検出温度を基に、後述する切替ダンパ３１１の開閉を制御する。また、制御部５００は、図４に示すような、上限温度と、室内熱交換センサ１０３で検出した室内熱交換器１０１の温度との温度差に応じた切替ダンパ３１１の開度を記憶したダンパの開度テーブルを記憶している。図４に示すように、温度差が０℃より大きく、２℃以下の場合、制御部５００は切替ダンパ３１１の開度を１００％にして全開にする。温度差が２℃より大きく４℃以下の場合、制御部５００は切替ダンパ３１１の開度を８０％にする。温度差が４℃より大きく５℃以下の場合、制御部５００は切替ダンパ３１１の開度を６０％にする。温度差が５℃より大きく６℃以下の場合、制御部５００はダンパの開度を４０％にする。温度差が６℃より大きく７℃以下の場合、制御部５００は切替ダンパ３１１の開度を２０％にする。温度差が７℃より大きい場合、制御部５００は切替ダンパ３１１の開度を０％にして全閉にする。このように、室内熱交換器１０１の温度と上限温度との温度差が小さいほど切替ダンパ３１１の開度を大きくする理由としては、室内熱交換器１０１の温度と上限温度との温度差が小さいほど室内熱交換器１０１の温度が上限温度に近づくため、室内熱交換器１０１を急速に冷却する必要がある。室内熱交換器１０１を急速に冷却するためには外気の量が多く必要となる。よって、室内熱交換器１０１の温度と上限温度との温度差が小さいほど切替ダンパ３１１の開度を大きくなるように制御することで、室内熱交換器１０１を冷却するために必要な外気の量を確保できる。一方、温度差が大きい場合は、室内熱交換器１０１を少し冷却するだけ十分であるため、切替ダンパ３１１の開度を小さくし、導入される外気の量を抑制している。このように温度差に応じて切替ダンパ３１１の開度を段階的に調整することで、室内熱交換器１０１が必要とするだけ外気を導入でき、適切に室内熱交換器１０１を冷却することができる。なお、図４に示す温度は一例であり、本発明はこれに限定したものではなく、適宜変更してもよい。

次に、前述のように構成された冷媒回路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、冷房運転時の冷媒回路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て低圧の冷媒となる。減圧された低圧の冷媒は、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、低温低圧の冷媒となって室内熱交換器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に流入した低温低圧の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、暖房運転時の冷媒回路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て低圧の冷媒となる。減圧された低圧の冷媒は、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、低温低圧の冷媒となって室外熱交換器２０３から流出する。室外熱交換器２０３から流出した低温低圧の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、室内熱交換器１０１の温度が上限温度に対し予め決められた所定の温度差以内になったと制御部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、制御部５００は圧縮機２０１を起動させ（Ｓ１）、暖房運転を開始する。

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（Ｓ３）。もし、室温が目標温度以上の場合（Ｓ３−Ｎｏ）は、制御部５００は圧縮機２０１を停止させる（Ｓ４）。次に、制御部５００は室温センサ１１０より室温を取得する（Ｓ５）。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（Ｓ６）。もし、室温が運転開始温度以上の場合（Ｓ６−Ｎｏ）は、Ｓ５に戻る。

Ｓ６で、もし、室温が運転開始温度よりも低い場合（Ｓ６−Ｙｅｓ）は、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低いか否かを判断する（Ｓ８）。もし、取得した室内熱交温度が上限温度よりも低い場合（Ｓ８−Ｙｅｓ）は、Ｓ１に戻る。もし、室温が運転開始温度以上の場合（Ｓ８−Ｎｏ）は、Ｓ７に戻る。

Ｓ３で、もし、室温が目標温度よりも低い場合（Ｓ３−Ｙｅｓ）は、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（Ｓ９）。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（Ｓ１０）。もし、取得した室内熱交温度が上限温度よりも高い場合（Ｓ１０−Ｎｏ）は、制御部５００は圧縮機２０１を停止させ（Ｓ１１）、Ｓ７に進む。もし、取得した室内熱交温度が上限温度よりも低い場合（Ｓ１０−Ｙｅｓ）は、制御部５００は、上限温度と、取得した室内熱交温度との温度差を算出する（Ｓ１２）。そして、制御部５００は、算出した温度差が、室内熱交換器１０１を外気で冷却する本発明の制御において、室内熱交温度を上限温度に到達しにくくできる温度差である所定値、例えば７℃より大きいか否かを判断する（Ｓ１３）。もし、温度差が７℃より大きい場合（Ｓ１３−Ｙｅｓ）は、Ｓ２に戻る。

Ｓ１３で、もし、算出した温度差が７℃よりも低い場合（Ｓ１３−Ｎｏ）は、制御部５００は外気温センサ２１０より外気温を取得する（Ｓ１４）。次に、制御部５００はＳ２で取得した室温と、Ｓ１４で取得した外気温とを比較し、外気温が室温よりも低いか否かを判断する（Ｓ１５）。

Ｓ１５で、もし、外気温が室温以上の温度である場合（Ｓ１５−Ｎｏ）は、Ｓ２に戻る。Ｓ１５で、もし、外気温が室温よりも低い場合（Ｓ１５−Ｙｅｓ）は、制御部５００は図４に示すようなダンパの開度テーブルを参照し、Ｓ１２で算出した温度差に応じた切替ダンパ３１１の開度を取得する（１６）。制御部５００は切替ダンパ３１１を取得した開度になるように調整し（Ｓ１７）、Ｓ２に戻る。

以上の制御により、外気の温度が室内空気の温度より低い場合、室内熱交換器の温度に応じて、室内熱交換器を冷却するために導入する外気の流入量を適切な量とすることができるため、過不足なく室内熱交換器を冷却することができ、室内にいる使用者の不快感を抑制することができる。これにより、暖房運転時に、例えば室内熱交換器を冷却しすぎた時に室内機から吹き出される調和空気が冷たくなり、室内の温度が下がるなどの支障が出るおそれを解消できる。また、室内熱交換器の温度と上限温度との温度差が小さいほど室内熱交換器を冷却するために必要な外気の量が多くなる。よって、室内熱交換器の温度と上限温度との温度差が小さいほどダンパの開度を大きくなるように制御することで、室内熱交換器を冷却するために必要な外気の量を確保できる。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停止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の室内熱交温度と上限温度との温度差が小さくなった場合、切替ダンパ３１１を制御して、外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の室内熱交温度と上限温度との温度差が所定値以内になった場合に、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。また、本実施例では、室内空気が吸込まれる量を調整していないが、本発明はこれに限定したものではなく、導入される外気の量を多くするにつれて、吸込まれる室内空気の量を少なくなるように調整してもよい。

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形成された冷媒回路と、制御部とを有する空気調和機において、
前記室内ユニットは、前記室内熱交換器に流通させる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、導入する外気の量を少なくとも３段階に調整可能なダンパと、
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を有し、
前記室外ユニットは、外気温を検出する外気温センサを有し、
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、前記室内熱交換器の温度と前記圧縮機の故障防止のために予め記憶された上限温度との温度差が所定値以内になった時、
前記制御部は、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、外気温が室温より低い場合、
前記室内熱交換器の温度と前記上限温度との温度差を算出し、算出した温度差に応じて前記ダンパの開度を制御して導入する外気の量を調整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、
前記制御部は、前記温度差が小さいほど、前記ダンパの開度を大きくなるように制御することを特徴とする空気調和機。