JPH0626696A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の変動に影響を受けることなく安定した
運転を行なう空気調和機を提供する。 【構成】 圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室外熱交換器、
電子膨張弁、室内熱交換器、四方弁に通して圧縮機に戻
し、冷房運転を実行する。この冷房運転時、圧縮機の運
転周波数Ｆを空調負荷に応じて制御するとともに、その
圧縮機の運転周波数Ｆに応じた基準開度に電子膨張弁の
開度を設定する。ただし、基準開度については、室内熱
交換器の温度に応じて変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷媒加熱器を備えた
空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルに冷媒加熱器を加えて設
け、その冷媒加熱器の燃焼熱を利用して室内の暖房を行
なう空気調和機がある。

【０００３】この冷媒加熱式の空気調和機では、圧縮機
から吐出される冷媒を室内熱交換器、減圧器、冷媒加熱
器に通して圧縮機に戻し、かつ冷媒加熱器を運転するこ
とにより、室内熱交換器が凝縮器、冷媒加熱器が蒸発器
として機能し、暖房運転を行なうことができる。圧縮機
から吐出される冷媒を室外熱交換器、減圧器、室内熱交
換器に通して圧縮機に戻すことにより、室外熱交換器が
凝縮器、室内熱交換器が蒸発器として機能し、冷房運転
を行なうことができる。

【０００４】また、この冷媒加熱式の空気調和機として
は、圧縮機駆動用のインバータ回路を設けるとともに、
減圧器として電子膨張弁を設けたものがある。この場
合、インバータ回路の出力周波数（運転周波数Ｆと称
す）を空調負荷に応じて制御するとともに、暖房時は冷
媒加熱器での冷媒過熱度が一定値となるよう電子膨張弁
の開度を制御し、冷房時は図８に示すように電子膨張弁
の開度を運転周波数Ｆに対応する基準開度に設定する。

【０００５】電子膨張弁は供給される駆動パルスの数に
応じて開度が連続的に変化するもので、機械的なずれに
よる開度誤差を補償するため、電源投入時に初期開度設
定を行なうのが普通となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、冷房時に設
定する電子膨張弁の基準開度は、標準負荷条件時の運転
周波数Ｆに対応している。このため、負荷が大きく変動
した場合は電子膨張弁の開度が目標の基準開度に達する
までに時間がかかり、図９に示すように圧縮機の吐出冷
媒温度Ｔｄが大きく変動して運転に悪影響を及ぼしてし
まう。なお、吐出冷媒温度Ｔｄの上昇に対してレリース
領域が定められており、そのレリース領域では保護のた
めに圧縮機の運転周波数Ｆを下げる制御が働く。

【０００７】電源投入時に電子膨張弁の初期開度設定が
なされるが、冷房や暖房のシーズン中は電源が投入され
たままであり、しかも最近は除湿機能の拡充などに伴い
オールシーズンにわたって運転が続けられることが多
い。このため、初期開度設定がなされないまま電子膨張
弁の開度ずれが蓄積され、上記同様に運転に悪影響を及
ぼすことがある。

【０００８】この発明は上記の事情を考慮したもので、
請求項１の空気調和機は、負荷の変動に影響を受けるこ
となく安定した運転を行なうことを目的とする。

【０００９】請求項２の空気調和機は、電子膨張弁の機
械的なずれによる開度誤差を補償して安定した運転を行
なうことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１の空
気調和機は、圧縮機の吐出口に四方弁を介して室外熱交
換器を接続し、その室外熱交換器に電子膨張弁を介して
室内熱交換器を接続し、その室内熱交換器を四方弁を介
して圧縮機の吸込口に接続するとともに、電子膨張弁と
室内熱交換器の接続部に冷媒加熱器を接続し、その冷媒
加熱器を圧縮機の吸込口に接続した冷凍サイクルと、圧
縮機の吐出冷媒を四方弁、室外熱交換器、電子膨張弁、
室内熱交換器、四方弁に通して圧縮機に戻し冷房運転を
実行する手段と、圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室内熱交
換器、電子膨張弁、冷媒加熱器に通して圧縮機に戻しか
つ冷媒加熱器を運転して暖房運転を実行する手段と、圧
縮機の能力を空調負荷に応じて制御する手段と、冷房運
転時、圧縮機の能力に応じた基準開度に電子膨張弁の開
度を設定する手段と、冷房運転時、室内熱交換器の温度
に応じて基準開度を変化させる手段とを備える。

【００１１】請求項２の空気調和機は、圧縮機の吐出口
に四方弁を介して室外熱交換器を接続し、その室外熱交
換器に電子膨張弁を介して室内熱交換器を接続し、その
室内熱交換器を四方弁を介して圧縮機の吸込口に接続す
るとともに、電子膨張弁と室内熱交換器の接続部に冷媒
加熱器を接続し、その冷媒加熱器を圧縮機の吸込口に接
続した冷凍サイクルと、圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室
外熱交換器、電子膨張弁、室内熱交換器、四方弁に通し
て圧縮機に戻し冷房運転を実行する手段と、圧縮機の吐
出冷媒を四方弁、室内熱交換器、電子膨張弁、冷媒加熱
器に通して圧縮機に戻しかつ冷媒加熱器を運転して暖房
運転を実行する手段と、圧縮機の能力を空調負荷に応じ
て制御する手段と、冷房運転時、圧縮機の能力に応じて
電子膨張弁の開度を制御する手段と、暖房運転時、冷媒
加熱器における冷媒の過熱度に応じて電子膨張弁の開度
を制御する手段と、電源投入時および運転中断時、電子
膨張弁の初期開度設定を行なう手段とを備える。

【００１２】

【作用】請求項１の空気調和機では、冷房運転時、圧縮
機の能力に応じた基準開度に電子膨張弁の開度を設定す
るが、その基準開度を室内熱交換器の温度に応じて変化
させる。

【００１３】請求項２の空気調和機では、電源投入時だ
けでなく、運転中断時にも、電子膨張弁の初期開度を行
なう。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。

【００１５】図１に示すように、圧縮機１の吐出口に四
方弁２を介して室外熱交換器３を接続し、その室外熱交
換器３に逆止弁４および電子膨張弁５を介して室内熱交
換器６を接続し、その室内熱交換器６は四方弁２および
逆止弁７を介して圧縮機１の吸込口に接続する。

【００１６】逆止弁４と電子膨張弁５の接続部に二方弁
８を介して冷媒加熱器９を接続し、その冷媒加熱器９を
圧縮機１の吸込口に接続する。こうして、冷凍サイクル
を構成する。

【００１７】電子膨張弁５は、供給される駆動パルスの
数に応じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ
である。以下、電子膨張弁５をＰＭＶ５と略称する。

【００１８】冷媒加熱器９はガスバ−ナ１０を付属して
備えており、そのガスバ−ナ１０を比例制御弁１１を介
して燃料供給源（図示しない）に接続している。

【００１９】室外熱交換器３の近傍に室外ファン１２を
設け、室内熱交換器６の近傍に室内ファン１３を設け
る。

【００２０】圧縮機１の吐出口と四方弁２との間の管に
冷媒温度センサ１５を取付ける。室内熱交換器６に熱交
換器温度センサ１６を取付ける。逆止弁４とＰＭＶ５と
の間の管において、二方弁８の接続部よりもＰＭＶ５側
に冷媒温度センサ１７を取付ける。冷媒加熱器９の冷媒
出口側の管に冷媒温度センサ１８を取付ける。

【００２１】圧縮機１の吐出口と四方弁２との間の管に
高圧スイッチ１９を取付ける。この高圧スイッチ１９
は、高圧側圧力が異常上昇したときに作動する。

【００２２】なお、Ａは室外ユニット、Ｂは室内ユニッ
トである。

【００２３】制御回路を図２に示す。

【００２４】交流電源２０に室内ユニットＢの室内制御
部３０を接続する。この室内制御部３０は、マイクロコ
ンピュータおよびその周辺回路からなる。この室内制御
部３０に、室内ファンモータ１２Ｍ、熱交換器温度セン
サ１５、室内温度センサ３１、およびリモートコントロ
ール式の操作器（以下、リモコンと略称する）３２を接
続する。

【００２５】室内制御部３０に、電源ラインＡＣＬおよ
びシリアル信号ラインＳＬを介して室外ユニットＡの室
外制御部４０を接続する。シリアル信号ラインＳＬは、
電源電圧同期のデータ伝送を行なうためのものである。

【００２６】室外制御部４０は、マイクロコンピュータ
およびその周辺回路からなる。この室外制御部４０に、
四方弁２、ＰＭＶ５、二方弁８、比例制御弁１０、室外
ファンモータ１１Ｍ、冷媒温度センサ１５，１７，１
８、高圧スイッチ１９、およびインバータ回路４１を接
続する。

【００２７】インバータ回路４１は、電源ラインＡＣＬ
からの電源電圧を整流し、それを室外制御部４０の指令
に応じたスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変
換し、出力する。この出力は圧縮機モータ１Ｍの駆動電
力となる。以下、インバータ回路４１の出力周波数のこ
とを運転周波数Ｆと称する。

【００２８】室内制御部３０および室外制御部４０は次
の機能手段を備える。

【００２９】［１］圧縮機１の吐出冷媒を四方弁２、室
外熱交換器３、逆止弁４、ＰＭＶ５、室内熱交換器６、
四方弁２、および逆止弁７に通して圧縮機１に戻し、冷
房運転を実行する手段。

【００３０】［２］圧縮機１の吐出冷媒を四方弁２、室
内熱交換器６、ＰＭＶ５、二方弁８、および冷媒加熱器
９に通して圧縮機１に戻し、かつ冷媒加熱器９を運転
（バーナ１０を着火）して暖房運転を実行する手段。

【００３１】［３］空調負荷（室内温度センサ３１の検
知温度とリモコン３２の設定温度との差）に応じて圧縮
機１の能力（＝運転周波数Ｆ）を制御する手段。

【００３２】［４］高圧スイッチ１９が作動すると圧縮
機１の運転を所定時間にわたって停止する高圧保護手
段。

【００３３】［５］電源２０の投入時および運転中断
時、ＰＭＶ５の初期開度設定を行なう手段。

【００３４】［６］冷房時、圧縮機１の運転周波数Ｆが
変化するごとにその運転周波数Ｆに応じた基準開度にＰ
ＭＶ５の開度を設定し、その上で冷媒温度センサ１７の
検知温度と冷媒温度センサ１５の検知温度Ｔｄとの差が
設定値となるようＰＭＶ５の開度を調整する手段。

【００３５】［７］上記の基準開度を熱交換器温度セン
サ１６の検知温度Ｔｃに応じて変化させる手段。

【００３６】［８］暖房時、冷媒加熱器９での冷媒過熱
度（冷媒温度センサ１８の検知温度Ｔeoと冷媒温度セン
サ１７の検知温度Ｔinとの差ΔＴ）が一定値となるよう
ＰＭＶ５の開度を調節する手段。

【００３７】［９］暖房時、温度差ΔＴが予め設定して
ある加熱量制御条件（図４）のＡゾーンにあれば空調負
荷に応じて冷媒加熱器８の加熱量（バーナ９の燃焼量）
を調整し、温度差ΔＴが加熱量制御条件のＢゾーンまで
上昇すると冷媒加熱器８の加熱量を減少し、温度差ΔＴ
が加熱量制御条件のＣゾーンに下降すると冷媒加熱器８
の加熱量をそのまま保持する手段。

【００３８】［10］暖房時、圧縮機１の運転中に冷媒温
度センサ１８の検知温度Ｔeoが異常上昇したときその回
数をカウントし、そのカウント回数が設定値に達すると
全ての運転を停止する異常加熱保護手段。

【００３９】つぎに、上記の構成の作用を説明する。

【００４０】まず、電源２０が投入されると、図３に示
すように、ＰＭＶ５が一旦全開され、そこから規定数の
駆動パルスがＰＭＶ５に送られ、ＰＭＶ５があらかじめ
定められた初期開度に設定される。

【００４１】リモコン３２で冷房運転モードおよび所望
の室内温度Ｔｓが設定され、かつ運転開始操作がなされ
ると、先ず室内温度センサ３１の検知温度Ｔａとリモコ
ン設定温度Ｔｓとが比較される。

【００４２】室内温度Ｔａがリモコン設定温度Ｔｓより
も高ければ、二方弁８が閉じられた状態で圧縮機１が起
動される。すると、図１に実線矢印で示す方向に冷媒が
流れて冷房サイクルが形成され、室外熱交換器３が凝縮
器、室内熱交換器６が蒸発器として機能し、室内が冷房
される。

【００４３】この冷房時、室内温度Ｔａとリモコン設定
温度Ｔｓとの差が空調負荷（冷房負荷）として求めら
れ、その空調負荷に応じて圧縮機１の運転周波数Ｆが制
御される。そして、運転周波数Ｆが変化するごとにその
運転周波数Ｆに応じた基準開度にＰＭＶ５の開度が設定
され、その上で冷媒温度センサ１７の検知温度と冷媒温
度センサ１５の検知温度Ｔｄとの差が設定値となるよう
ＰＭＶ５の開度が調整される。この開度調整により、室
外熱交換器３の凝縮温度が適正値となる。

【００４４】ただし、ＰＭＶ５の基準開度は、熱交換器
温度センサ１６の検知温度Ｔｃに応じて変化される。こ
の熱交換器温度Ｔｃは、圧縮機負荷に相当する。

【００４５】たとえば、図４に示すように、熱交換器温
度Ｔｃが−２℃より高くて２０℃より低い標準負荷条件
（−２℃＜Ｔｃ＜２０℃）では従来と同じ標準の基準開
度が選択される。熱交換器温度Ｔｃが２０℃と同じまた
はそれ以上の過負荷条件（２０℃≦Ｔｃ）では大きめの
基準開度が選択される。熱交換器温度Ｔｃが−２℃と同
じまたはそれ以下の低負荷条件（Ｔｃ≦−２℃）では小
さめの基準開度が選択される。

【００４６】このように、過負荷条件時は基準開度を増
大して冷媒循環量を増やし、低負荷条件時は基準開度を
縮小して冷媒循環量を減らすことにより、図５に示すよ
うに圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが安定化し、負荷の変
動に影響を受けることなく安定した運転を行なうことが
できる。

【００４７】また、冷房時、空調負荷が零になると圧縮
機１の運転が中断されるが、この運転中断時にも図３に
示すようにＰＭＶ５の初期開度設定が行なわれる。この
ように、電源投入時だけでなく運転中断時にも初期開度
設定を行なうことにより、たとえＰＭＶ５に機械的なず
れによる開度誤差があっても、それが逐次に補償される
ことになり、いつまでも安定した運転が可能である。

【００４８】次に、リモコン３２で暖房運転モードおよ
び所望の室内温度Ｔｓが設定され、かつ運転開始操作が
なされると、先ず室内温度センサ３１の検知温度Ｔａと
リモコン設定温度Ｔｓとが比較される。

【００４９】室内温度Ｔａがリモコン設定温度Ｔｓより
も低ければ、四方弁２が切換えられ、かつ圧縮機１が起
動される。さらに、冷媒加熱器９のバーナ１０が着火さ
れる。すると、図１に破線矢印で示す方向に冷媒が流れ
て暖房サイクルが形成され、室内熱交換器５が凝縮器、
冷媒加熱器９が蒸発器として機能し、室内が暖房され
る。

【００５０】この暖房時、リモコン設定温度Ｔｓと室内
温度Ｔａとの差が空調負荷（暖房負荷）として求めら
れ、その空調負荷に応じて運転周波数Ｆが制御される。

【００５１】冷媒温度センサ１８の検知温度Ｔeoと冷媒
温度センサ１７の検知温度Ｔinとの差ΔＴ（＝Ｔeo−Ｔ
in）が冷媒加熱器９での冷媒過熱度として求められ、そ
の冷媒過熱度が一定値となるようＰＭＶ５の開度が調節
される。

【００５２】冷媒加熱器９の加熱量（バーナ１０の燃焼
量）については初めは定格値が設定されるが、運転が始
まると上記温度差ΔＴと図６の加熱量制御条件とが比較
され、その比較結果に応じて加熱量が制御される。

【００５３】すなわち、温度差ΔＴがＡゾーンにあれ
ば、空調負荷に応じて加熱量が制御される。温度差ΔＴ
がＢゾーンまで上昇したら、加熱量が所定値だけ減少さ
れる。そして、温度差ΔＴがＣゾーンまで下降すると、
そのときの加熱量がそのまま保持される。

【００５４】また、暖房時は、図７のフローチャートに
示すように、先ず制御部内のカウンタのカウント値Ｎが
クリアされ、圧縮機１が運転しているときのみ冷媒温度
センサ１８の検知温度Ｔeoと異常判定用設定値７６℃と
が比較される。この比較において、検知温度Ｔeoが７６
℃よりも高くなると、カウント値Ｎが“１”だけアップ
される。

【００５５】カウント値Ｎが設定値たとえば“９”に達
すると（Ｎ＝９）、異常加熱であるとの判定の下に冷媒
加熱器９の運転を初めとする全ての運転が停止される。
この全停止は、使用者が運転の再開操作をしない限り継
続する。

【００５６】このように、異常加熱保護のためのカウン
トを圧縮機１が運転しているときのみ実行することによ
り、たとえば高圧スイッチ１９の作動に基づく高圧保護
が働いて圧縮機１の運転が中断し、冷媒加熱器９から出
る冷媒の温度が熱的慣性を受けて一時的に大きく上昇し
たような場合でも、それに影響を受けることなく適切な
異常加熱保護を行なうことができる。つまり、一時的な
温度上昇による不要な全停止が回避され、暖房が続けら
れて快適性が確保される。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、請
求項１の空気調和機は、冷房運転時、圧縮機の能力に応
じた基準開度に電子膨張弁の開度を設定するが、その基
準開度を室内熱交換器の温度に応じて変化させる構成と
したので、負荷の変動に影響を受けることなく安定した
運転を行なうことができる。

【００５８】請求項２の空気調和機は、電源投入時だけ
でなく、運転中断時にも電子膨張弁の初期開度を行なう
構成としたので、電子膨張弁の機械的なずれによる開度
誤差を補償して安定した運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の冷凍サイクルの構成を示
す図。

【図２】同実施例における制御回路の構成を示すブロッ
ク図。

【図３】同実施例におけるＰＭＶの初期開度設定を説明
するためのタイムチャート。

【図４】同実施例におけるＰＭＶの基準開度を示す図。

【図５】同実施例における圧縮機の吐出冷媒温度Ｔｄの
変化を示す図。

【図６】同実施例における加熱量制御条件を示す図。

【図７】同実施例における異常加熱保護を説明するため
のフローチャート。

【図８】従来における電子膨張弁の基準開度を示す図。

【図９】従来における圧縮機の吐出冷媒温度Ｔｄの変化
の例を示す図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、５…ＰＭ
Ｖ（電子膨張弁）、６…室内熱交換器、９…冷媒加熱
器、３０…室内制御部、４０…室外制御部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機の吐出口に四方弁を介して室外熱
   交換器を接続し、その室外熱交換器に電子膨張弁を介し
   て室内熱交換器を接続し、その室内熱交換器を前記四方
   弁を介して圧縮機の吸込口に接続するとともに、前記電
   子膨張弁と室内熱交換器の接続部に冷媒加熱器を接続
   し、その冷媒加熱器を圧縮機の吸込口に接続した冷凍サ
   イクルと、前記圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室外熱交換
   器、電子膨張弁、室内熱交換器、四方弁に通して圧縮機
   に戻し冷房運転を実行する手段と、前記圧縮機の吐出冷
   媒を四方弁、室内熱交換器、電子膨張弁、冷媒加熱器に
   通して圧縮機に戻しかつ冷媒加熱器を運転して暖房運転
   を実行する手段と、前記圧縮機の能力を空調負荷に応じ
   て制御する手段と、冷房運転時、前記圧縮機の能力に応
   じた基準開度に前記電子膨張弁の開度を設定する手段
   と、冷房運転時、前記室内熱交換器の温度に応じて前記
   基準開度を変化させる手段とを備えたことを特徴とする
   空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機の吐出口に四方弁を介して室外熱
   交換器を接続し、その室外熱交換器に電子膨張弁を介し
   て室内熱交換器を接続し、その室内熱交換器を前記四方
   弁を介して圧縮機の吸込口に接続するとともに、前記電
   子膨張弁と室内熱交換器の接続部に冷媒加熱器を接続
   し、その冷媒加熱器を圧縮機の吸込口に接続した冷凍サ
   イクルと、前記圧縮機の吐出冷媒を四方弁、室外熱交換
   器、電子膨張弁、室内熱交換器、四方弁に通して圧縮機
   に戻し冷房運転を実行する手段と、前記圧縮機の吐出冷
   媒を四方弁、室内熱交換器、電子膨張弁、冷媒加熱器に
   通して圧縮機に戻しかつ冷媒加熱器を運転して暖房運転
   を実行する手段と、前記圧縮機の能力を空調負荷に応じ
   て制御する手段と、冷房運転時、前記圧縮機の能力に応
   じて前記電子膨張弁の開度を制御する手段と、暖房運転
   時、前記冷媒加熱器における冷媒の過熱度に応じて前記
   電子膨張弁の開度を制御する手段と、電源投入時および
   運転中断時、前記電子膨張弁の初期開度設定を行なう手
   段とを備えたことを特徴とする空気調和機。