JP2007040589A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒音の軽減化を図ることが可能な空気調和機を提供する。
【解決手段】 この空気調和機では、室外熱交換器５の複数の冷媒回路８．１〜８．Ｎの出口温度Ｔ１〜ＴＮのうちの最高値Ｔｍａｘと最低値Ｔｍｉｎの差Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎが所定温度Ｔｓ（たとえば８℃）を超えた場合は、冷媒回路８．１〜８．Ｎ内において異なる状態の冷媒が流れ冷媒音発生の可能性高いと判断して圧縮機６の回転数を下げ、冷媒の循環量を低減化して冷媒音の軽減化を図る。
【選択図】 図４

Description

この発明は空気調和機に関し、特に、室外熱交換器に着霜した場合に除霜運転を行なう空気調和機に関する。

従来より、空気調和機では、室内熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室外熱交換器に与え、その室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して高温の冷媒を室内熱交換器に与え、室内暖房を行なっている。また、室外熱交換器に着霜した場合は、室外熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室内熱交換器に与え、その室内熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して高温の冷媒を室外熱交換器に与え、室外熱交換器に着霜した霜を解かし除霜運転を行う（たとえば特許文献１参照）。
特開２００３−１７２５６０号公報

しかし、室外熱交換器が並列接続された複数の冷媒回路（パス）を有する場合は、除霜時において冷媒回路間で冷媒が室外熱交換器に着霜した霜を解かしながら凝縮（液化）していく度合いに差が生じた場合、完全に液化した冷媒、完全に液化していない２相（液とガスが混ざりあった）冷媒、霜を解かし終わった回路を流れるため凝縮しないままの冷媒が冷媒回路の合流部に流れることになる。このような異なる状態の冷媒が合流部、もしくは減圧装置部分（膨張弁やキャピラリチューブ）、室内熱交換器に流れ込むと、その部分での冷媒音の発生の原因となることがある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、冷媒音の軽減化を図ることが可能な空気調和機を提供することである。

この発明に係る空気調和機は、暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室内熱交換器に与え、室外熱交換器の除霜時は、室外熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室外熱交換器に与える空気調和機において、室外熱交換器は、並列接続された複数の冷媒回路を含み、空気調和器は、それぞれ複数の冷媒回路の除霜時に冷媒の出口となる部分の温度を検出する複数の温度センサと、室外熱交換器の除霜時に複数の温度センサの検出値の最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたことに応じて、圧縮機の駆動回転数を低下させる制御部とを備えたことを特徴とする。

好ましくは、減圧装置は、室内熱交換器と室外熱交換器の間に設けられた膨張弁であり、制御部は、さらに、室外熱交換器の除霜時に複数の温度センサの検出値の最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたことに応じて、膨張弁の開度を閉じる方向に制御する。

この発明に係る空気調和機は、暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を膨張弁で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室内熱交換器に与え、室外熱交換器の除霜時は、室外熱交換器で凝縮した冷媒を膨張弁で減圧して室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室外熱交換器に与える空気調和機において、室外熱交換器は、並列接続された複数の冷媒回路を含み、空気調和器は、それぞれ複数の冷媒回路の除霜時に冷媒の出口となる部分の温度を検出する複数の温度センサと、室外熱交換器の除霜時に複数の温度センサの検出値の最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたことに応じて、膨張弁の開度を閉じる方向に制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る空気調和機では、除霜時において冷媒回路間で冷媒が室外熱交換器に着霜した霜を解かしながら凝縮（液化）していく度合いに差が生じた場合、完全に液化した冷媒の温度は２相状態（液とガスが混ざりあった状態）の冷媒の温度よりも低く、霜を解かし終わった回路を流れる凝縮しないままの冷媒の温度は２相状態の冷媒の温度よりも高い。室外熱交換器の複数の冷媒回路の出口の温度を検知し最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたときに、合流部には異なる状態の冷媒が流れ冷媒音発生の可能性が高いと判断し、圧縮機の駆動回転数を低下させるか、膨張弁の開度を閉じる方向に制御するか、それらの両方を行なって冷媒の循環量を低下させるので、冷媒音の軽減化を図ることができる。

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。図１において、この空気調和機は、室内送風機１、室内熱交換器２、キャピラリーチューブ３、室外送風機４、室外熱交換器５、圧縮機６、および四方弁７を備える。

室内送風機１は、室内空気を室内熱交換器２に供給する。室内熱交換器２は、室内送風機１から供給された室内空気と冷媒の熱交換を行なう。キャピラリーチューブ３は、冷媒の圧力を低減させる。室外送風機４は、室外空気を室外熱交換器５に供給する。室外熱交換器５は、室外送風機４から供給された室外空気と冷媒の熱交換を行なう。圧縮機６は、冷媒を圧縮する。四方弁７は、暖房時と除霜時で冷媒の流れる方向を切換える。

暖房時は、四方弁７は図中点線の経路で冷媒を流す。室外熱交換器５で室外空気より熱を吸収し蒸発した冷媒は、四方弁７を介して圧縮機６に与えられる。圧縮機６で圧縮された高温の冷媒は、室内熱交換器２で室内空気に熱を与えて凝縮（液化）する。これにより、室内空気が暖められる。室内熱交換器２で凝縮した冷媒は、キャピラリーチューブ３で減圧されて室外熱交換器５に与えられ、室外熱交換器５を介して室外空気の熱を吸収し、蒸発（気化）する。

室外熱交換器５に霜が付着すると、室外熱交換器５の熱交換効率が低下し暖房の効果も低下する。そこで、たとえば室外熱交換器５の温度が所定値以下になった場合は、室外熱交換器５に着霜したと判断して除霜運転を行う。

除霜時は、四方弁７は図中実線の経路で冷媒を流し、送風機１，４は駆動停止される。室内熱交換器２で蒸発した冷媒は、四方弁７を介して圧縮機６に与えられる。圧縮機６で圧縮された高温の冷媒は、室外熱交換器５に熱を与えて凝縮（液化）する。これにより、室外熱交換器５が暖められて、除霜される。室外熱交換器５で凝縮した冷媒は、キャピラリーチューブ３で減圧されて室内熱交換器２に与えられ、室内熱交換器２を介して室内空気の熱を吸収し、蒸発（気化）する。

図２は、室外熱交換器５の構成を示す図である。図２において、この室外熱交換器５は、並列接続されたＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数である）の冷媒回路８．１〜８．Ｎを含む。図２中の矢印は、除霜時において冷媒が流れる方向を示している。冷媒回路８．１〜８．Ｎの出口の配管には、それぞれ温度センサ９．１〜９．Ｎが設けられている。各回路の出口配管は合流部にてまとめられ、キャピラリーチューブ３へとつながっている。

図３は、この空気調和機の構成を示すブロック図である。図３において、この空気調和機は、図１および図２で示したものに加え、操作部１０および制御部１１を備える。操作部１０は、電源スイッチ、温度調節キー、風量調節キー、タイマなどを含む。制御部１１は、ユーザから操作部１０を介して入力された指示、温度センサ９．１〜９．Ｎの検出結果などに従って、送風機１，４の送風量の制御、圧縮機６の駆動周波数の制御、四方弁７の切換えなどを行なう。

図４は、除霜運転時における制御部１１の動作を示すフローチャートである。制御部１１は、ステップＳ１において圧縮機６の駆動を開始させ、圧縮機６の駆動周波数すなわち回転数を初期値にセットする。ステップＳ２において温度センサ９．１〜９．Ｎの検出値Ｔ１〜ＴＮのうちの最低値Ｔｍｉｎが所定温度Ｔｅ（たとえば１７℃）よりも高いか否かを判別し、Ｔｍｉｎ＞Ｔｅである場合は冷媒回路８．１〜８．Ｎの霜が取れて温度が高くなったと判断して除霜運転を終了し、Ｔｍｉｎ＞Ｔｅでない場合は霜がまだ取れていない冷媒回路があると判断してステップＳ３に進む。

ステップＳ３において温度センサ９．１〜９．Ｎの検出値Ｔ１〜ＴＮのうちの最高値Ｔｍａｘと最低値Ｔｍｉｎの差Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎが所定温度Ｔｓ（たとえば８℃）よりも高いか否かを判別し、Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ＞Ｔｓでない場合は冷媒回路８．１〜８．Ｎ内において同様の状態の冷媒が流れ冷媒音発生の可能性が低いと判断してステップＳ２に戻り、Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ＞Ｔｓである場合は冷媒回路８．１〜８．Ｎ内において異なる状態の冷媒が流れ冷媒音発生の可能性が高いと判断して圧縮機６の回転数を下げる。

霜が十分に取れて冷媒がガス状態で出て行く冷媒回路では出口温度が高くなるのに対し、まだ霜が取れておらず冷媒が液化されて出て行く冷媒回路では出口温度が低くなる。したがって、冷媒回路間で出口温度の差が大きい場合は、ガスと液の冷媒がキャピラリーチューブ３を介して室内熱交換器２に供給され、冷媒音が発生する原因となる。そこで、Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ＞Ｔｓである場合は、圧縮機６の回転数をあらかじめ設定した回転数に下げて冷媒の循環量を低減化し、冷媒音の発生を緩和する。ステップＳ５では、Ｔｍｉｎ＞Ｔｅとなるのを待機し、Ｔｍｉｎ＞Ｔｅとなった場合は除霜運転を停止する。

図５は温度センサ８．１，８．Ｎの検出値Ｔ１，ＴＮの時間変化を例示するタイムチャートであり、図６はＴｍａｘ−Ｔｍｉｎの時間変化を例示するタイムチャートである。図５および図６において、圧縮機６の回転数が初期値（５０００ｒｐｍ）に設定されて暖かい冷媒が室外熱交換器５に供給されると、冷媒回路８．１〜８．Ｎの霜が融け始める。霜が融けて生じた冷水は下方に流れ落ちるので、その冷水の影響により、通常は上側の冷媒回路８．１よりも下側の冷媒回路８．Ｎの方が温度上昇が遅くなることが多い。

図５では、冷媒回路８．１の出口温度Ｔ１がまず上昇を開始し、冷媒回路８．Ｎの出口温度ＴＮが遅れて上昇を開始している状態が示されている。Ｔ１−ＴＮ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎが所定温度（Ｔｓ＝８℃）を超えると、冷媒音が発生すると判断し、圧縮機６の回転数を５０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍに低下させる。これにより、冷媒の循環量が低下して冷媒音が軽減される。ＴＮ＝Ｔｍｉｎが所定温度（Ｔｅ＝１７℃）を超えると、除霜運転を終了する。

［実施の形態２］
図７は、この発明の実施の形態２による空気調和機の構成を示す冷媒回路図であって、図１と対比される図である。図７を参照して、この空気調和機が図１の空気調和機と異なる点は、キャピラリーチューブ３が膨張弁１２で置換されている点である。膨張弁１２の開度は、図３で示した制御部１１によって制御される。膨張弁１２は、冷媒の圧力を低減させると共に冷媒の循環量を調整する。

図８は、この空気調和機の制御部１１の動作を示すフローチャートであって、図４と対比される図である。図８を参照して図４と異なる点は、ステップＳ１において膨張弁１２の開度を初期値にセットする点と、ステップＳ４において圧縮機６の回転数を下げる代わりに膨張弁１２の開度を下げる点である。膨張弁１２の開度を下げる（膨張弁１２を閉じる方向に開度を所定値だけ変化させる）ことにより、冷媒の循環量を低下させて冷媒音を軽減させることができる。

図９は、この実施の形態２の変更例を示すフローチャートである。この変更例では、ステップＳ４において膨張弁１２の開度を下げるとともに圧縮機６の回転数を下げる。図１０に示すように、圧縮機６の回転数をＡ０からＡ１に下げ、膨張弁１２の開度をＢ０からＢ１に下げる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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すべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。 図１に示した室外熱交換器の構成を示す図である。 図１に示した空気調和機の構成を示すブロック図である。 図３に示した制御部の除霜時の動作を示すフローチャートである。 除霜時における冷媒回路の出口温度の時間変化を例示するタイムチャートである。 除霜時における冷媒回路の出口温度の最高値と最低値の差の時間変化を例示するタイムチャートである。 この発明の実施の形態２による空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。 図７に示した室外熱交換器の除霜時の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の変更例を示すフローチャートである。 図９で説明した空気調和機における圧縮機の回転数と膨張弁の開度との関係を示す図である。

符号の説明

１ 室内送風機、２ 室内熱交換器、３ キャピラリーチューブ、４ 室外送風機、５ 室外熱交換器、６ 圧縮機、７ 四方弁、８．１〜８．Ｎ 冷媒回路、９．１〜９．Ｎ 温度センサ、１０ 操作部、１１ 制御部、１２ 膨張弁。

Claims (3)

1. 暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して前記室内熱交換器に与え、前記室外熱交換器の除霜時は、前記室外熱交換器で凝縮した冷媒を前記減圧装置で減圧して前記室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を前記圧縮機で圧縮して前記室外熱交換器に与える空気調和機において、
   前記室外熱交換器は、並列接続された複数の冷媒回路を含み、
   前記空気調和器は、
   それぞれ前記複数の冷媒回路の前記除霜時に冷媒の出口となる部分の温度を検出する複数の温度センサと、
   前記室外熱交換器の除霜時に前記複数の温度センサの検出値の最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたことに応じて、前記圧縮機の駆動回転数を低下させる制御部とを備えたことを特徴とする、空気調和機。
2. 前記減圧装置は、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器の間に設けられた膨張弁であり、
   前記制御部は、さらに、前記室外熱交換器の除霜時に前記複数の温度センサの検出値の最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたことに応じて、前記膨張弁の開度を閉じる方向に制御する、請求項１に記載の空気調和機。
3. 暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を膨張弁で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して前記室内熱交換器に与え、前記室外熱交換器の除霜時は、前記室外熱交換器で凝縮した冷媒を前記膨張弁で減圧して前記室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を前記圧縮機で圧縮して前記室外熱交換器に与える空気調和機において、
   前記室外熱交換器は、並列接続された複数の冷媒回路を含み、
   前記空気調和器は、
   それぞれ前記複数の冷媒回路の前記除霜時に冷媒の出口となる部分の温度を検出する複数の温度センサと、
   前記室外熱交換器の除霜時に前記複数の温度センサの検出値の最高値と最低値との差が予め定められた温度を超えたことに応じて、前記膨張弁の開度を閉じる方向に制御する制御部とを備えたことを特徴とする、空気調和機。

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