JP6620800B2 - 空調装置 - Google Patents

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Description

本発明は、空調装置に関する。
従来から空調装置では、圧縮機内の潤滑油中に液冷媒が溶解して溜まり込む、所謂寝込み現象の発生を抑制するため、冷房運転又は暖房運転の運転開始時において、圧縮機の起動から所定時間だけ四路切換弁を逆サイクルに切り替える制御が行われている(例えば、特許文献1参照)。
特開昭63−129257号公報
従来の空調装置では、逆サイクル時における圧縮機の周波数の変更速度は、一律であった。すなわち逆サイクル時において、圧縮機の運転周波数を上げていくときの変更速度と、運転周波数を下げていくときの変更速度とが互いに等しい。このため、逆サイクルの運転から冷房運転又は暖房運転等の通常運転に変更するとき、四路切換弁において室外熱交換器及び室内熱交換器にそれぞれ接続される切換ポートが均圧になることが望ましいが、均圧になる時間が十分に取れず、均圧しない状態で四路切換弁を作動させるため、四路切換弁の切換動作時のショック音が大きくなっていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、暖房運転又は冷房運転の起動時に発生する、冷媒回路を可逆的に切り換える切換機構のショック音を低減することができる空調装置を提供することを目的とする。
この課題を解決する空調装置は、運転周波数が変更可能な圧縮機と、室外熱交換器及び室内熱交換器と、冷媒回路を可逆的に切り換える切換機構とを備え、前記切換機構によって冷房運転時の冷媒の流れと暖房運転時の前記冷媒の流れとを切り換える空調装置であって、前記冷房運転又は前記暖房運転の運転開始に伴う前記圧縮機の起動時において、所定時間に亘り前記切換機構を逆サイクルに切り換えた状態で前記圧縮機を第1目標周波数で運転させた後、前記圧縮機の運転周波数を前記第1目標周波数から前記第1目標周波数よりも低い第2目標周波数で前記圧縮機を運転させる冷媒排出起動運転を実行する場合、前記第1目標周波数から前記第2目標周波数に前記運転周波数を低下させるときの第1変更速度は、前記冷房運転又は前記暖房運転時において前記圧縮機の前記運転周波数を低下させるときの第2変更速度よりも速い。
この構成によれば、冷媒排出起動運転から冷房運転又は暖房運転を開始するまでの期間において第2目標周波数で圧縮機を運転させる期間を長くすることができる。圧縮機を第2目標周波数で運転することは、切換機構において室内熱交換器及び室外熱交換器のそれぞれに接続される切換ポート間の圧力差を低減することに寄与する。したがって、第2目標周波数で圧縮機を運転させる期間を長くすることにより切換機構の切換ポート間の圧力差を低減する効果が高まる。その結果、暖房運転又は冷房運転の起動時に発生する切換機構のショック音を低減することができる。
上記空調装置において、前記第1変更速度は、前記第2変更速度の2倍以上であることが好ましい。
この構成によれば、冷媒排出起動運転から冷房運転又は暖房運転を開始するまでの期間において第2目標周波数で圧縮機を運転させる期間をより長くすることができる。したがって、暖房運転又は冷房運転の起動時に発生する切換機構のショック音を一層低減することができる。
この課題を解決する空調装置は、運転周波数が変更可能な圧縮機と、室外熱交換器及び室内熱交換器と、冷媒回路を可逆的に切り換える切換機構とを備え、前記切換機構によって冷房運転時の冷媒の流れと暖房運転時の前記冷媒の流れとを切り換える空調装置であって、前記冷房運転又は前記暖房運転の運転開始に伴う前記圧縮機の起動時において、所定時間に亘り前記切換機構を逆サイクルに切り換えた状態で前記圧縮機を第1目標周波数で運転させた後、前記圧縮機の運転周波数を前記第1目標周波数から前記第1目標周波数よりも低い第2目標周波数で前記圧縮機を運転させる冷媒排出起動運転を実行する場合、前記第1目標周波数から前記第2目標周波数に前記運転周波数を低下させるときの第1変更速度は、前記冷媒排出起動運転時における前記運転周波数を前記第1目標周波数に上昇させるときの第3変更速度よりも速い。
この構成によれば、冷媒排出起動運転から冷房運転又は暖房運転を開始するまでの期間において第2目標周波数で圧縮機を運転させる期間を長くすることができる。圧縮機を第2目標周波数で運転することは、切換機構において室内熱交換器及び室外熱交換器のそれぞれに接続される切換ポート間の圧力差を低減することに寄与する。したがって、第2目標周波数で圧縮機を運転させる期間を長くすることにより切換機構の切換ポート間の圧力差を低減する効果が高まる。その結果、暖房運転又は冷房運転の起動時に発生する切換機構のショック音を低減することができる。
上記空調装置において、前記第1変更速度は、前記第3変更速度の2倍以上であることが好ましい。
この構成によれば、冷媒排出起動運転から冷房運転又は暖房運転を開始するまでの期間において第2目標周波数で圧縮機を運転させる期間をより長くすることができる。したがって、暖房運転又は冷房運転の起動時に発生する切換機構のショック音を一層低減することができる。
上記空調装置において、前記第2目標周波数は、0よりも大きいことが好ましい。
この構成によれば、冷媒排出起動運転終了後に圧縮機を一旦停止した後、冷房運転又は暖房運転を行う場合と比較して、冷房運転又は暖房運転開始時における圧縮機の運転周波数の上昇をスムーズに行うことができる。したがって、冷房運転又は暖房運転開始時における冷房能力又は暖房能力を高めることができる。
上記空調装置において、当該空調装置は、前記室外熱交換器を通過する室外空気の気流を発生させる室外送風機を備え、前記室外送風機は、前記暖房運転の運転開始に伴う前記冷媒排出起動運転時において前記圧縮機が前記第1目標周波数で運転しているときに第1回転速度となるように駆動され、前記圧縮機が前記第2目標周波数で運転しているときに前記第1回転速度よりも速い第2回転速度となるように駆動されることが好ましい。
この構成によれば、冷媒排出起動運転において第2目標周波数で圧縮機を運転するときに室外送風機によって室外熱交換器を冷却することにより、切換機構の切換ポート間の圧力差を低減する効果を高めることができる。
上記空調装置において、当該空調装置は、前記冷媒回路における前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に設けられた膨張弁を備え、前記膨張弁は、前記冷媒排出起動運転時において前記圧縮機が前記第1目標周波数で運転しているときに第1開度となるように駆動され、前記圧縮機が前記第2目標周波数で運転しているときに前記第1開度よりも小さく、かつ、前記冷媒排出起動運転の終了後、前記暖房運転又は前記冷房運転の運転開始時における前記膨張弁の開度よりも大きい第2開度となるように駆動されることが好ましい。
冷媒排出起動運転において圧縮機の運転周波数が第1目標周波数から第2目標周波数に変更して圧縮機が運転するときに液戻りするおそれがある。その点、本空調装置では、圧縮機の運転周波数が第1目標周波数から第2目標周波数に変更するときに膨張弁の開度を第1開度よりも小さく、かつ、冷媒排出起動運転の終了後、暖房運転又は冷房運転の運転開始時における膨張弁の開度よりも大きい第2開度に変更することにより、液戻りを抑制することができる。
上記空調装置によれば、暖房運転又は冷房運転の起動時に発生する、冷媒回路を可逆的に切り換える切換機構のショック音を低減することができる。
本実施形態の空調装置を概念的に示す構成図。 空調装置の電気的構成を示すブロック図。 空調装置が実行する選択制御の処理手順を示すフローチャート。 暖房運転の運転開始時における(a)圧縮機、(b)四路切換弁、(c)室外送風機、及び(d)膨張弁の動作の一例を示すタイムチャート。 本実施形態の作用を説明するための図であり、暖房運転の運転開始時における圧縮機の動作の一部を示すタイムチャート。
以下、図面を参照して、空調装置1について説明する。
図1に示すように、空調装置1は、屋外に設置される室外機10と、屋内の壁面等に取り付けられる壁掛け型の室内機20とが冷媒配管30によって接続されることにより形成された冷媒回路40を備える。
室外機10は、運転周波数が変更可能な圧縮機11、切換機構の一例である四路切換弁12、室外熱交換器13、膨張弁14、室外送風機15、及び室外制御装置16を備える。室外送風機15は、駆動源として回転速度を変更可能なモータ15aと、モータ15aの出力軸に接続された羽根車15bとを有する。羽根車15bの一例はプロペラファンである。
圧縮機11は、例えば揺動ピストン型の圧縮機であり、圧縮機構と、モータと、モータの駆動力を圧縮機構に伝達するクランク軸(ともに図示略)とを備える。圧縮機11は、冷媒を気液分離するためのアキュームレータ11aを備える。モータの一例は、3相ブラシレスモータである。膨張弁14は、例えば開度を変更可能な電子膨張弁である。膨張弁14は、冷媒の流通量を制御する。室外送風機15は、室外熱交換器13の伝熱管を流れる冷媒と室外空気との熱交換を促進させるため、モータ15aにより羽根車15bを回転させることにより室外熱交換器13を通過する室外空気の気流を発生させる。室外制御装置16は、圧縮機11のモータ、四路切換弁12、膨張弁14、及び室外送風機15のモータ15aと電気的に接続されている。
室内機20は、室内熱交換器21、室内送風機22、及び室内制御装置23を備える。室内送風機22は、駆動源として回転速度を変更可能なモータ22aと、モータ22aの出力軸に接続された羽根車(図示略)とを有する。羽根車の一例は、横流ファンである。室内送風機22は、室内熱交換器21の伝熱管を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進するため、モータ22aにより羽根車を回転させることにより室内熱交換器21を通過する室内空気の気流を発生させる。室内制御装置23は、室内送風機22のモータ22aと電気的に接続されている。室内制御装置23は、例えば空調装置1のリモートコントローラ51(図2参照)と赤外線等により無線通信が可能なように構成されている。室内制御装置23は、室外制御装置16と信号線により有線通信が可能なように構成されている。これにより、リモートコントローラ51による運転指示に基づいて室内制御装置23が室内機20を制御し、室外制御装置16が室外機10を制御する。
冷媒回路40は、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、及び膨張弁14と、室内熱交換器21とを冷媒配管30によって環状に接続したものであって、四路切換弁12を切り換えることにより、冷媒を可逆的に循環させるようにした蒸気圧縮式冷凍サイクルを実行することができる。
すなわち、四路切換弁12が冷房モード接続状態(図示実線の状態)に切り換えられることにより、冷媒回路40は、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、膨張弁14、室内熱交換器21、四路切換弁12、及び圧縮機11の順に冷媒が循環する冷房サイクルが形成される。これにより、空調装置1では、室外熱交換器13が凝縮器とし、室内熱交換器21が蒸発器として作用させる冷房運転が行われる。また、四路切換弁12が暖房モード接続状態(図示破線の状態)に切り換えられることにより、冷媒回路40は、圧縮機11、四路切換弁12、室内熱交換器21、膨張弁14、室外熱交換器13、四路切換弁12、及び圧縮機11の順に冷媒が循環する暖房サイクルが形成される。これにより、空調装置1では、室内熱交換器21が凝縮器とし、室外熱交換器13が蒸発器として作用させる暖房運転が行われる。
図2に示すように、空調装置1を制御する制御部50は、室外制御装置16及び室内制御装置23を含んで構成されている。室外制御装置16及び室内制御装置23のそれぞれは、例えば予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置及び記憶部を含む。演算処理装置は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはMPU(Micro Processing Unit)を含む。記憶部には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。
制御部50には、リモートコントローラ51、室内温度センサ52、室内熱交換器温度センサ53、室外温度センサ54、室外熱交換器温度センサ55、及び吐出管温度センサ56が通信可能に接続されている。
より詳細には、リモートコントローラ51は、室内制御装置23に通信可能に接続されている。すなわちリモートコントローラ51の運転指示(暖房運転、冷房運転等)や運転停止指示の信号を室内制御装置23に出力する。室内温度センサ52、及び室内熱交換器温度センサ53は、室内制御装置23に電気的に接続されている。室内温度センサ52は、室内空気の温度を測定するためのセンサであり、例えば室内機20(図1参照)の吸い込み口付近に設けられている。室内温度センサ52は、室内温度に応じた信号を室内制御装置23に出力する。室内熱交換器温度センサ53は、室内熱交換器21(図1参照)の特定の場所を流れる冷媒の温度を測定するためのセンサである。室内熱交換器温度センサ53の一例はサーミスタである。室内熱交換器温度センサ53は、室内熱交換器21の特定の場所の冷媒の温度に応じた信号を室内制御装置23に出力する。
また、室外温度センサ54、室外熱交換器温度センサ55、及び吐出管温度センサ56は、室外制御装置16に電気的に接続されている。室外温度センサ54は、室外空気の温度を測定するためのセンサであり、例えば室外機10(図1参照)の吸い込み口付近に設けられている。室外温度センサ54は、室外空気の温度に応じた信号を室外制御装置16に出力する。室外熱交換器温度センサ55は、室外熱交換器13(図1参照)の特定の場所を流れる冷媒の温度を測定するためのセンサである。室外熱交換器温度センサ55の一例はサーミスタである。室外熱交換器温度センサ55は、室外熱交換器13の特定の場所の冷媒の温度に応じた信号を室外制御装置16に出力する。吐出管温度センサ56は、圧縮機11の吐出管(図示略)の温度、すなわち圧縮機11で圧縮された冷媒の温度を測定するためのセンサである。吐出管温度センサ56は、圧縮機11の吐出管に取り付けられている。吐出管温度センサ56は、圧縮機11で圧縮された冷媒の温度に応じた信号を室外制御装置16に出力する。このように、制御部50には、リモートコントローラ51、室内温度センサ52、室内熱交換器温度センサ53、室外温度センサ54、室外熱交換器温度センサ55、及び吐出管温度センサ56から各種の信号(運転指示や測定情報)が入力される。そして制御部50は、室内温度センサ52の測定情報に基づいて室内空気の温度(以下、「室内温度DA」)を取得し、室内熱交換器温度センサ53の測定情報に基づいて室内熱交換器21の冷媒温度DCを取得する。また制御部50は、室外温度センサ54の測定情報に基づいて室外空気の温度(以下、「外気温DOA」)を取得し、室外熱交換器温度センサ55の測定情報に基づいて室外熱交換器13の冷媒温度DEを取得し、吐出管温度センサ56の測定情報に基づいて圧縮機11の吐出管の温度DFを取得する。
また室内制御装置23と室外制御装置16とが電気的に接続されているため、室内制御装置23が受信した運転停止指示、室内温度DA、及び室内熱交換器21の冷媒温度DCを室外制御装置16に出力することができる。また、室外制御装置16が受信した外気温DOA、室外熱交換器13の冷媒温度DE、及び圧縮機11の吐出管の温度DFを室内制御装置23に出力することができる。
室内制御装置23は、リモートコントローラ51の運転指示や測定情報に基づいて室内送風機22のモータ22aの回転速度を制御する。
室外制御装置16は、リモートコントローラ51の運転指示や測定情報に基づいて圧縮機11の運転周波数、四路切換弁12の冷房モード接続状態と暖房モード接続状態との切り換え、膨張弁14の開度、及び室外送風機15のモータ15aの回転速度を制御する。
制御部50は、室内制御装置23及び室外制御装置16を通じて、リモートコントローラ51の運転指示及び測定情報に基づいて、冷房運転及び暖房運転を実行する。制御部50は、冷房運転及び暖房運転において、リモートコントローラ51によって設定された室内温度になるように、圧縮機11、膨張弁14、室外送風機15、及び室内送風機22を制御する。
また制御部50は、冷房運転及び暖房運転の運転開始時における圧縮機11の起動時において、圧縮機11の運転周波数を、暖房運転又は冷房運転に必要な運転周波数(以下、「必要運転周波数FX」)に達するように上昇させる。この場合、制御部50は、圧縮機11の起動時において圧縮機11の不具合を回避することを目的として、圧縮機11の運転周波数を必要運転周波数FXに達するまでに徐々に上昇させる圧縮機保護制御を実行する。なお、圧縮機11の不具合としては、圧縮機11の起動時において圧縮機11の運転周波数を急峻に上げることによって、圧縮機11内の油面の低下や冷媒戻りに起因する希尺度進行、圧縮機11への液戻り、室外熱交換器13及び室内熱交換器21において蒸発器として機能する熱交換器の氷結、圧縮機11の吸入側が負圧になることが挙げられる。
圧縮機保護制御では、圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでに複数の目標周波数を段階的に経るようにすることにより圧縮機11の運転周波数を徐々に上昇させる。詳述すると、制御部50は、まず圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数まで上昇させ、その第1目標周波数を所定時間に亘り維持する。次に制御部50は、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数から第1目標周波数よりも高い第2目標周波数まで上昇させ、その第2目標周波数を所定時間に亘り維持する。制御部50は、このような制御を複数回に亘り繰り返すことにより圧縮機11の運転周波数を必要運転周波数FXまで徐々に上昇させる。
なお、制御部50は、冷房運転、暖房運転、及び圧縮機保護制御において、圧縮機11の運転周波数を上昇させるときの上昇速度、及び運転周波数を低下させるときの低下速度を互いに等しくなるように設定している。これら上昇速度及び低下速度といった冷房運転、暖房運転、及び圧縮機保護制御における圧縮機11の運転周波数の変更速度(第2変更速度)の一例は、毎秒2Hzである。
ところで、空調装置1の運転が停止している場合、室内空気の温度及び室外空気の温度のうちの温度の低いほうに向けて冷媒が凝縮して溜まり込む。例えば室内空気の温度よりも室外空気の温度が低い場合、圧縮機11内の潤滑油中に液冷媒が溶解して溜まり込んだり、室外熱交換器13に液冷媒が溜まり込んだりする、所謂寝込み現象が生じる。この寝込み現象が発生した状態で暖房運転によって圧縮機11を起動させる場合、圧縮機保護制御における圧縮機11の運転周波数の上昇速度を速めると圧縮機11にオイルフォーミングが発生し易くなり、圧縮機11の故障の原因となる。このため、従来では、寝込み現象が生じるような場合、圧縮機保護制御における圧縮機11の運転周波数の上昇速度を抑えて圧縮機11が運転するため、圧縮機11のオイルフォーミングの発生を抑制していた。その結果、暖房能力を向上させ難く、暖房運転開始から室内温度DAが設定温度に達するまでの時間が長くなっていた。
そこで、制御部50は、寝込み現象に起因して暖房運転時に圧縮機11が故障することを回避するため、冷媒排出起動運転を実行する。冷媒排出起動運転において、制御部50は、暖房運転の運転開始に伴う圧縮機11の起動時において四路切換弁12を所定時間(例えば1分間)に亘り逆サイクル(冷房モード接続状態)に切り換えた状態で圧縮機11を運転させる。これにより、室外熱交換器13に溜まり込んだ液冷媒を室内熱交換器21に流通させる。室内熱交換器21の液冷媒は、冷媒排出起動運転時に室内熱交換器21によって蒸発してガス冷媒となり、圧縮機11に吸い込まれる。これにより、圧縮機11のオイルフォーミングの発生を抑制できるため、圧縮機保護制御における圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでの目標周波数の数を減らすことができる。すなわち圧縮機保護制御における圧縮機11の立ち上げの速度を速くすることができる。これにより、圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでの時間を短くすることができ、暖房能力を向上させることができる。その結果、冷媒排出起動運転を開始してから室内温度DAが設定温度に達するまでの時間が、従来の暖房運転開始から室内温度DAが設定温度に達するまでの時間よりも短くなる。
また、寝込み現象が発生していなければ、圧縮機11にオイルフォーミングが発生しないため、空調装置1は冷媒排出起動運転を実行しなくてもよい。そこで、制御部50は、暖房運転の運転開始時に冷媒排出起動運転を実行するか否かを選択する選択制御を実行する。図3は選択制御のフローチャートを示す。
図3に示すように、制御部50は、ステップS11において寝込み現象が発生したか否かを判定する。制御部50は、ステップS11において、次の(条件1)〜(条件5)の判定条件の全てを満たす場合、寝込み現象が発生したと判定する。
(条件1)暖房運転の運転開始に伴う圧縮機11の起動時であること。
(条件2)室内熱交換器21の冷媒温度DCから室外熱交換器13の冷媒温度DEを減算した値が温度閾値XTよりも大きいこと(DC−DE>XT)。
(条件3)圧縮機11の吐出管の温度DFが外気温DOAに補正偏差CRDWを加えた温度よりも高いこと(DF>DOA+CRDW)。
(条件4)外気温DOAが所定の室外温度範囲の下限値DOALよりも大きく、かつ室外温度範囲の上限値DOAH以下であること(DOAL<DOA≦DOAH)。
(条件5)室内温度DAが室内温度閾値DAXよりも低いこと(DA<DAX)。
なお、条件2における温度閾値XTは、冷媒排出起動運転を行うための室内熱交換器21の冷媒温度DCと室外熱交換器13の冷媒温度DEとの温度差であり、試験等により予め設定される。温度閾値XTの一例は、10℃である。条件3における補正偏差CRDWは、寝込み起動と判定するために用いられる補正値である。補正偏差CRDWの一例は3℃である。条件4における室外温度範囲の下限値DOALは、冷媒排出起動運転を行うための室外空気の温度の下限値であり、室外温度範囲の上限値DOAHは、冷媒排出起動運転を行うための室外空気の温度の上限値である。下限値DOALの一例は、−20℃である。上限値DOAHの一例は、2℃である。条件5の室内温度閾値DAXは、冷媒排出起動運転を行うための室内空気の温度の上限値である。室内温度閾値DAXの一例は、12℃である。
制御部50は、ステップS11において寝込み現象が発生していると判定した場合(ステップS11:YES)、ステップS12において冷媒排出起動運転を実行する。そして制御部50は、ステップS13において冷媒排出起動運転が終了したか否かを判定する。制御部50は、冷媒排出起動運転が終了したか否かを例えば制御部50に設けられたタイマに基づいて判定する。すなわち制御部50は、冷媒排出起動運転が開始されたときにタイマのカウントを開始する。そして制御部50は、タイマのカウントが閾値以上の場合、冷媒排出起動運転が終了していると判定する。制御部50は、ステップS13において冷媒排出起動運転が終了したと判定した場合(ステップS13:YES)、ステップS14において暖房運転(圧縮機保護制御)を実行する。一方、制御部50は、ステップS13において冷媒排出起動運転が終了していないと判定した場合(ステップS13:NO)、再びステップS13の判定に移行する。
また、制御部50は、ステップS11において寝込み現象が発生していないと判定した場合(ステップS11:NO)、ステップS14に移行して暖房運転(圧縮機保護制御)を実行する。すなわち、制御部50は、寝込み現象が発生していない場合には冷媒排出起動運転を実行しない。
図4のタイムチャートを用いて、冷媒排出起動運転の詳細な内容について説明する。なお、以下の説明において、符号が付された空調装置1の各構成要素は、図1又は図2に示される空調装置1の各構成要素を示している。
制御部50は、冷媒排出起動運転において、圧縮機11、四路切換弁12、室外送風機15、及び膨張弁14のそれぞれを制御する。なお、冷媒排出起動運転の運転開始前において、圧縮機11の運転周波数は0であり、室外送風機15のモータ15aの回転速度は0であり、膨張弁14の開度は冷房運転又は暖房運転における膨張弁14の開度(以下、基準開度)である。
制御部50は、冷媒排出起動運転の運転開始時となる時刻t1において、冷房運転時における四路切換弁12の接続状態である冷房モード接続状態に切り換える。なお、四路切換弁12の接続状態が既に冷房モード接続状態であった場合、冷房モード接続状態を維持するように四路切換弁12を制御する。また制御部50は、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1に設定して圧縮機11を起動する。第1目標周波数FA1は、室外熱交換器13内の液冷媒を排出するために必要な冷媒の流通を確保するための圧縮機11の運転周波数であり、試験等により予め設定されている。第1目標周波数FA1は、暖房運転時における圧縮機11の運転周波数よりも低い値である。第1目標周波数FA1の一例は、46Hzである。また制御部50は、膨張弁14の開度を第1開度VA1となるように膨張弁14を駆動させる。また制御部50は、室外送風機15のモータ15aの回転速度を第1回転速度RS1となるように駆動させる。第1回転速度RS1の一例は、略0である。
時刻t1〜時刻t2にかけて圧縮機11の運転周波数が上昇し、時刻t2において圧縮機11の運転周波数が第1目標周波数FA1に達する。ここで、制御部50は、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1に上昇させるときの変更速度(第3変更速度)を、例えば毎秒2Hzに設定している。制御部50は、時刻t2から時刻t3までの期間に亘り圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1に維持する。このように時刻t1〜時刻t3の期間において圧縮機11が運転することにより、室外熱交換器13内の液冷媒が排出されて室内熱交換器21に向けて流れる。
時刻t3において、制御部50は、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更する。第2目標周波数FA2は、0Hzよりも大きくかつ第1目標周波数FA1よりも低い周波数であり、四路切換弁12において室外熱交換器13に接続される切換ポート12aと室内熱交換器21に接続される切換ポート12bとの間の圧力差を解消させるために圧縮機11を運転させることを目的とした周波数である。第2目標周波数FA2は、試験等により予め設定されている。第2目標周波数FA2の一例は、16Hzである。また制御部50は、室外送風機15のモータ15aの回転速度を第1回転速度RS1から第2回転速度RS2となるように駆動させる。第2回転速度RS2は、第1回転速度RS1よりも速い回転速度であり、試験等により予め設定される。第2回転速度RS2の一例は、600rpmである。室外送風機15のモータ15aを第2回転速度RS2で駆動させることにより、室外熱交換器13に室外空気を当てて室外熱交換器13を冷却する。これにより、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差の減少が促進されて均圧とすることができる。また制御部50は、膨張弁14の開度を第1開度VA1から第2開度VA2となるように膨張弁14を駆動させる。第2開度VA2は、第1開度VA1よりも小さく、かつ基準開度よりも大きい開度であり、試験等により予め設定される。第2開度VA2の一例は、第1開度VA1の略1/2、又は1/2以下である。
そして時刻t3から時刻t4までの期間において圧縮機11の運転周波数が低下する。ここで、制御部50は、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に低下させるときの変更速度(第1変更速度)を第2変更速度よりも速くなるように設定している。第1変更速度は第2変更速度の2倍以上であることが好ましい。第1変更速度は第2変更速度の5倍以上であることが特に好ましい。また制御部50は、第1変更速度を第3変更速度よりも速くなるように設定している。第1変更速度は第3変更速度の2倍以上であることが好ましい。第1変更速度は第3変更速度の5倍以上であることが特に好ましい。本実施形態では、制御部50は、第1変更速度を例えば毎秒10Hzに設定している。制御部50は、時刻t4から時刻t5までの期間において圧縮機11の運転周波数を第2目標周波数FA2に維持している。
そして時刻t5において、制御部50は、四路切換弁12を暖房モード接続状態に切り換える。また制御部50は、圧縮機11の運転周波数を第2目標周波数FA2から第3目標周波数FA3に変更する。第3目標周波数FA3の一例は、第1目標周波数FA1と等しい周波数である。その後、制御部50は、圧縮機保護制御を実行し、図4の実線に示すとおり、圧縮機11の運転周波数を第3目標周波数FA3から必要運転周波数FXまで段階的に上昇させる。
また時刻t5において、制御部50は、室外送風機15のモータ15aの回転速度を第2回転速度RS2から第3回転速度RS3になるようにモータ15aを駆動させる。第3回転速度RS3は、暖房運転時における基準となる回転速度であり、試験等により予め設定される。また制御部50は、膨張弁14の開度を基準開度となるように膨張弁14を駆動させる。このように、時刻t5において、暖房運転が開始される。
図1及び図5を参照して、本実施形態の作用について説明する。なお、比較空調装置は、圧縮機の第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更するときの変更速度が、暖房運転時における圧縮機の運転周波数の第2変更速度(毎秒2Hz)や冷媒排出起動運転時における圧縮機11の運転周波数の上昇速度である第3変更速度(毎秒2Hz)と等しくなるように圧縮機を制御するものである。また図5の破線のグラフは、比較空調装置の圧縮機が第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更する場合の運転周波数の推移を示している。
空調装置1では、冷媒排気起動運転を実行するため、暖房運転を開始する前に四路切換弁12が冷房モード接続状態(図1の実線の状態)に切り換えられる。そして四路切換弁12が冷房モード接続状態に切り換えられた状態で圧縮機11が運転する。その結果、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間には圧力差が生じる。
四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を解消しない状態で四路切換弁12の接続状態を冷房モード接続状態から暖房モード接続状態(図1の破線の状態)に変更する場合、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差に起因して四路切換弁12の高圧となるポートと低圧となるポートとが連通するときの衝撃によって衝撃音(ショック音)が発生する。このため、四路切換弁の接続状態を冷房モード接続状態から暖房モード接続状態に変更する場合、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を解消する必要がある。
そこで、制御部50は、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を解消するために圧縮機11の運転周波数を第2目標周波数FA2(16Hz)に維持した状態で所定期間に亘り圧縮機11を運転させる。ところで、比較空調装置の圧縮機のように第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更するときの変更速度が第2変更速度(毎秒2Hz)及び第3変更速度(毎秒2Hz)と等しいため、第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更されるまでの時間(時刻t3〜時刻tx4)が長くなる。これにより、第2目標周波数FA2に変更されてから暖房運転を開始するまでの時間(時刻tx4〜時刻t5)が短くなり、すなわち四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を解消させるための時間が短くなる。その結果、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を十分に小さくすることができない。このため、これにより、四路切換弁12の接続状態を冷房モード接続状態から暖房モード接続状態に変更する場合のショック音を十分に低減することができない。
また、比較空調装置の圧縮機が第2目標周波数FA2で運転する期間を長くとることにより、すなわち暖房運転の開始時刻を遅らせることにより、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を十分に小さくすることができるが、リモートコントローラ51による暖房運転の指示から室内空気の温度が設定温度に達するまでの時間が長くなってしまう。
この点、本実施形態では、図5の実線のグラフに示すように、制御部50は、冷媒排気起動運転において、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に低下させるときの変更速度(第1変更速度)を、暖房運転時における圧縮機11の運転速度の変更速度(第2変更速度)及び冷媒排出起動運転時における圧縮機11の運転周波数の上昇速度(第3変更速度)よりも速くしている。すなわち、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1から速やかに第2目標周波数FA2に変更することにより、圧縮機11の運転周波数を第2目標周波数FA2に維持して運転する期間(時刻t3〜時刻t4)を長くしている。これにより、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を解消するための時間を確保できるとともに、冷媒排気起動運転を開始してから圧縮機保護制御を開始するまでの期間が長くなることを抑制できる。
本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)冷媒排出起動運転において第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更する第1変更速度が暖房運転時における圧縮機の運転周波数の変更速度である第2変更速度よりも速い。このため、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間を長くすることができる。圧縮機11を第2目標周波数FA2で運転するは、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を低減することに寄与する。したがって、第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間を長くすることにより四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を低減する効果が高まる。したがって、暖房運転の起動時に発生する四路切換弁12のショック音を低減することができる。
(2)第1変更速度が第2変更速度の2倍以上であることにより、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転(圧縮機保護制御)を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間をより長くすることができる。したがって、暖房運転(圧縮機保護制御)の起動時に発生する四路切換弁12のショック音を一層低減することができる。
また本実施形態では第1変更速度が第2変更速度の5倍であるため、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間をより一層長くすることができる。したがって、暖房運転(圧縮機保護制御)の起動時に発生する四路切換弁12のショック音をより一層低減することができる。
(3)冷媒排出起動運転において第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更する第1変更速度が冷媒排出起動運転における圧縮機の運転周波数の上昇速度である第3変更速度よりも速い。このため、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転(圧縮機保護制御)を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間を長くすることができる。圧縮機11を第2目標周波数FA2で運転することは、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を低減することに寄与する。したがって、第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間を長くすることにより四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を低減する効果が高まる。したがって、暖房運転の起動時に発生する四路切換弁12のショック音を低減することができる。
(4)第1変更速度が第3変更速度の2倍以上であることにより、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転(圧縮機保護制御)を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間をより長くすることができる。したがって、暖房運転の起動時に発生する四路切換弁12のショック音を一層低減することができる。
また本実施形態では第1変更速度が第2変更速度の5倍であるため、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転(圧縮機保護制御)を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間をより一層長くすることができる。したがって、暖房運転(圧縮機保護制御)の起動時に発生する四路切換弁12のショック音をより一層低減することができる。
(5)冷媒排出起動運転において圧縮機11が0よりも大きい第2目標周波数FA2で運転することにより、冷媒排出起動運転終了後に圧縮機11を一旦停止した後に暖房運転を行う場合と比較して、暖房運転開始時における圧縮機11の運転周波数の上昇をスムーズに行うことができる。したがって、暖房運転開始時における暖房能力を高めることができる。
(6)冷媒排出起動運転において圧縮機11が第2目標周波数FA2で運転している期間において、室外送風機15が第1回転速度RS1よりも速い第2回転速度RS2で駆動することにより、室外送風機15が室外熱交換器13を冷却する。これにより、四路切換弁12の切換ポート間の圧力差を低減する効果を高めることができる。
(7)冷媒排出起動運転において圧縮機11の運転周波数が第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更して圧縮機11が運転するときに膨張弁14の開度が第1開度VA1のままの場合、液戻りするおそれがある。その点、本実施形態では、圧縮機11が第2目標周波数FA2で運転するときに膨張弁14の開度を第1開度VA1よりも小さく、かつ基準開度よりも大きい第2開度VA2に変更する。これにより、液戻りを抑制することができる。
(8)冷媒排出起動運転を行うことにより寝込み現象が解消されるため、圧縮機保護制御における圧縮機11の運転周波数を必要運転周波数FXに達するまでの期間、すなわち圧縮機保護制御の実行期間を短くすることができる。すなわち、圧縮機保護制御における圧縮機11の運転周波数の立ち上げを速くすることができる。詳述すると、図4(a)の破線のグラフのように、冷媒排出起動運転を実行していない場合の圧縮機保護制御では、寝込み現象に起因する圧縮機11の不具合を回避するため、圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでの段階的な目標周波数の数が多くなる。このため、圧縮機保護制御の実行期間が長くなる。その点、本実施形態の圧縮機保護制御では、寝込み現象が解消されているため、図4(a)の実線で示すように、圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでの段階的な目標周波数の数が少なくなり、その目標周波数を維持する時間も短くなる。このため、冷媒排出起動運転を行ったとしても、圧縮機保護制御によって圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでの時間は、冷媒排出起動運転を実行していない場合の圧縮機保護制御によって圧縮機11の運転周波数が必要運転周波数FXに達するまでの時間よりも短くなる。したがって、暖房運転開始時における暖房能力を高めることができる。
(9)制御部50は、選択制御において寝込み現象が発生していないと判定した場合に暖房運転(圧縮機保護制御)を開始する。このため、選択制御において寝込み現象が生じていなければ、冷媒排出起動運転を省略して暖房運転(圧縮機保護制御)を実行できる。したがって、より速やかに室内温度DAを設定温度に達することができる。
この場合、圧縮機保護制御では、図4(a)の実線に示すような圧縮機11の運転周波数の立ち上げを行う。このため、圧縮機保護制御の実行期間が短くなるため、暖房運転開始時における暖房能力を高めることができる。
(10)冷媒排出起動運転における圧縮機11の運転周波数(第1目標周波数FA1)が暖房運転における圧縮機11の運転周波数の立ち上げ後の運転周波数(必要運転周波数FX)よりも低い。このため、圧縮機11を第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に変更するまでの時間を短くすることができる。すなわち、冷媒排出起動運転を開始してから暖房運転(圧縮機保護制御)を開始するまでの期間において第2目標周波数FA2で圧縮機11を運転させる期間を長くすることができる。したがって、暖房運転(圧縮機保護制御)の起動時に発生する四路切換弁12のショック音を低減することができる。
(変形例)
上記実施形態に関する説明は、本発明に従う空調装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う空調装置は、上記実施形態以外に例えば以下に示される変形例、及び相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合せられた形態を取り得る。
・上記実施形態において、制御部50は、リモートコントローラ51によって冷房運転を指示されたときに選択制御を実行してもよい。この場合の選択制御のステップS14は、暖房運転の実行に代えて、冷房運転の実行となる。
ところで、空調装置1が停止した場合、室内空気及び室外空気のうちの温度の低いほうに冷媒が凝縮して溜まり込むため、室内空気が室外空気よりも低ければ室内熱交換器21内に液冷媒が溜まり込む。その状態で圧縮機11が駆動すると、アキュームレータ11aを介して室内熱交換器21内の液冷媒が圧縮機11に入り込むため、圧縮機11のオイルフォーミングが発生する場合がある。そこで、空調装置1は、冷房運転(圧縮機保護制御)の運転開始に伴う圧縮機11の起動時において、冷媒排気起動運転を実行する。この場合、制御部50は、四路切換弁12を暖房モード接続状態にして冷房運転とは逆サイクルとする。これにより、室内熱交換器21内の液冷媒が排出され室外熱交換器13に向けて流れる。
冷房運転の運転開始に伴う圧縮機11の起動時における冷媒排気起動運転では、四路切換弁12を暖房モード接続状態に切り換えること、室外送風機15に代えて室内送風機22のモータ22aの回転速度を室外送風機15のモータ15aの回転速度と同様に変更すること以外は、暖房運転の運転開始に伴う冷媒排気起動運転と同様である。すなわち圧縮機11の運転周波数の変更態様は、冷房運転の運転開始に伴う冷媒排気起動運転と、暖房運転の運転開始に伴う冷媒排気起動運転とで同様である。したがって、制御部50は、冷房運転の運転開始に伴う冷媒排気起動運転において、圧縮機11の運転周波数を第1目標周波数FA1から第2目標周波数FA2に低下するときの変更速度(第2変更速度)は、第1変更速度や第3変更速度よりも速くなるように圧縮機11を制御する。
・上記実施形態の選択制御において、寝込み現象が発生したか否かの判定(ステップS11)のための条件を以下のように変更してもよい。
〔A〕条件4及び条件5に代えて、次の条件6〜条件8としてもよい。
(条件6)外気温DOAが室外温度範囲の上限値DOAHよりも高いこと(DOA>DOAH)。
(条件7)室内温度DAから外気温DOAを減算した値が、予め設定された温度差閾値DDXよりも大きいこと(DA−DOA>DDX)。
(条件8)室内温度DAが室内温度閾値DAXよりも低いこと(DA<DAX)。
ここで、温度差閾値DDXは、寝込み現象が発生する可能性が高いと予測される内外空気の温度差であり、試験等により予め設定される。温度差閾値DDXの一例は、5℃である。また室内温度閾値DAXの一例は、12℃である。
〔B〕条件2及び条件3の少なくとも一方を省略してもよい。
〔C〕条件4及び条件5の少なくとも一方を省略してもよい。
・上記実施形態において、選択制御を省略してもよい。この場合、制御部50は、リモートコントローラ51によって暖房運転又は冷房運転を指示されたときに冷媒排出起動運転を実行する。
・上記実施形態において、切換機構として四路切換弁12について説明したが、切換機構は四路切換弁12に限られるものではない。冷媒排出起動運転と暖房運転又は冷房運転との切り換えに用いられ、これらの運転の切り換え時のショック音を抑制するために圧縮機11の吐出口に接続されているポートと圧縮機11の吸入口に接続されているポートとの均圧を要する切換機構であれば、四路切換弁以外のものであってもよい。
・上記実施形態において、制御部50は、図4の時刻t3から時刻t4までの期間で圧縮機11の運転周波数を第2目標周波数FA2に維持するように圧縮機11を制御したが、四路切換弁12の切換ポート12a,12b間の圧力差を解消できるのであれば、この期間における圧縮機11の運転周波数を変化させてもよい。
・上記実施形態において、室外制御装置16及び室内制御装置23のいずれかを省略してもよい。例えば室内制御装置23を省略した場合、室内温度センサ52、及び室内熱交換器温度センサ53は室外制御装置16と有線又は無線により接続される。また室内送風機22は室外制御装置16と有線により接続される。
1…空調装置
11…圧縮機
12…四路切換弁(切換機構)
13…室外熱交換器
14…膨張弁
15…室外送風機
21…室内熱交換器
40…冷媒回路
FA1…第1目標周波数
FA2…第2目標周波数
RS1…第1回転速度
RS2…第2回転速度
VA1…第1開度
VA2…第2開度

Claims (6)

  1. 運転周波数が変更可能な圧縮機(11)と、室外熱交換器(13)及び室内熱交換器(21)と、冷媒回路(40)を可逆的に切り換える切換機構(12)と、前記冷媒回路(40)における前記室外熱交換器(13)と前記室内熱交換器(21)との間に設けられた膨張弁(14)とを備え、前記切換機構(12)によって冷房運転時の冷媒の流れと暖房運転時の前記冷媒の流れとを切り換える空調装置(1)であって、
    前記冷房運転又は前記暖房運転の運転開始に伴う前記圧縮機(11)の起動時において、所定時間に亘り前記切換機構(12)を逆サイクルに切り換えた状態で前記圧縮機(11)を第1目標周波数(FA1)で運転させた後、前記圧縮機(11)の運転周波数を前記第1目標周波数(FA1)から前記第1目標周波数(FA1)よりも低い第2目標周波数(FA2)で前記圧縮機(11)を運転させる冷媒排出起動運転を実行する場合、前記第1目標周波数(FA1)から前記第2目標周波数(FA2)に前記運転周波数を低下させるときの第1変更速度は、前記冷房運転又は前記暖房運転時において前記圧縮機(11)の前記運転周波数を低下させるときの第2変更速度よりも速く、
    前記膨張弁(14)は、前記冷媒排出起動運転時において前記圧縮機(11)が前記第1目標周波数(FA1)で運転しているときに第1開度(VA1)となるように駆動され、前記圧縮機(11)が前記第2目標周波数(FA2)で運転しているときに前記第1開度(VA1)よりも小さく、かつ、前記冷媒排出起動運転の終了後、前記暖房運転又は前記冷房運転の運転開始時における前記膨張弁(14)の開度よりも大きい第2開度(VA2)となるように駆動される
    空調装置。
  2. 前記第1変更速度は、前記第2変更速度の2倍以上である
    請求項1に記載の空調装置。
  3. 運転周波数が変更可能な圧縮機(11)と、室外熱交換器(13)及び室内熱交換器(21)と、冷媒回路(40)を可逆的に切り換える切換機構(12)と、前記冷媒回路(40)における前記室外熱交換器(13)と前記室内熱交換器(21)との間に設けられた膨張弁(14)とを備え、前記切換機構(12)によって冷房運転時の冷媒の流れと暖房運転時の前記冷媒の流れとを切り換える空調装置(1)であって、
    前記冷房運転又は前記暖房運転の運転開始に伴う前記圧縮機(11)の起動時において、所定時間に亘り前記切換機構(12)を逆サイクルに切り換えた状態で前記圧縮機(11)を第1目標周波数(FA1)で運転させた後、前記圧縮機(11)の運転周波数を前記第1目標周波数(FA1)から前記第1目標周波数(FA1)よりも低い第2目標周波数(FA2)で前記圧縮機(11)を運転させる冷媒排出起動運転を実行する場合、前記第1目標周波数(FA1)から前記第2目標周波数(FA2)に前記運転周波数を低下させるときの第1変更速度は、前記冷媒排出起動運転時における前記運転周波数を前記第1目標周波数に上昇させるときの第3変更速度よりも速く、
    前記膨張弁(14)は、前記冷媒排出起動運転時において前記圧縮機(11)が前記第1目標周波数(FA1)で運転しているときに第1開度(VA1)となるように駆動され、前記圧縮機(11)が前記第2目標周波数(FA2)で運転しているときに前記第1開度(VA1)よりも小さく、かつ、前記冷媒排出起動運転の終了後、前記暖房運転又は前記冷房運転の運転開始時における前記膨張弁(14)の開度よりも大きい第2開度(VA2)となるように駆動される
    空調装置。
  4. 前記第1変更速度は、前記第3変更速度の2倍以上である
    請求項3に記載の空調装置。
  5. 前記第2目標周波数は、0よりも大きい
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の空調装置。
  6. 当該空調装置(1)は、前記室外熱交換器(13)を通過する室外空気の気流を発生させる室外送風機(15)を備え、
    前記室外送風機(15)は、前記暖房運転の運転開始に伴う前記冷媒排出起動運転時において前記圧縮機(11)が前記第1目標周波数(FA1)で運転しているときに第1回転速度(RS1)となるように駆動され、前記圧縮機(11)が前記第2目標周波数(FA2)で運転しているときに前記第1回転速度(RS1)よりも速い第2回転速度(RS2)となるように駆動される
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の空調装置。
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