JP2009236406A - 空気調和装置および空気調和装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率を十分に高くする。
【解決手段】冷房運転時における室内熱交換器５１を経た冷媒を圧縮機１４に戻すための低圧側配管部と、当該配管部と並列に接続した補助熱交換器１３とを備え、補助熱交換器１３を室外熱交換器１１の風下に配置し、室外熱交換器１１の冷媒の出口温度に応じて、室内熱交換器５１からの冷媒を、補助熱交換器１３または低圧側配管部に導く制御手段（制御装置７０）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置および空気調和装置の制御方法に関する。

特許文献１には、流量調整弁と並列にバイパス流路を配設することで、圧縮機の吸い込み圧力が過度に低下することがない冷凍機に関する技術が開示されている。
特開平０５−５２４３０号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、熱効率を十分高くすることができないという問題点がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、熱効率を十分に高くすることが可能な空気調和装置および空気調和装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、冷房運転時における前記室内熱交換器を経た冷媒を前記圧縮機に戻すための低圧側配管部と、当該配管部と並列に接続した補助熱交換器とを備え、前記補助熱交換器を前記室外熱交換器の風下に配置し、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記室内熱交換器からの冷媒を、前記補助熱交換器または前記低圧側配管部に導く制御手段を備えたことを特徴とする。
このため、空気調和装置の熱効率を十分に高くすることができる。

また、本発明は、上記発明に加えて、前記制御手段は、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度が所定の温度よりも低い場合には前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を増加させるとともに、前記低圧側配管部に流れる冷媒の量を減少させ、所定の温度よりも高い場合には前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を減少させるとともに、前記低圧側配管部に流れる冷媒の量を増加させる制御を行うことを特徴とする。
このため、室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、補助熱交換器に流れる冷媒の量を調整することにより、状況に応じて熱効率を高くすることができる。

また、本発明は、上記発明に加えて、前記低圧側配管部に電動弁を有し、前記補助熱交換器は、前記電動弁をバイパスするように配置され、前記制御手段は、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記電動弁を制御することにより、前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を調整することを特徴とする。
このため、１つの電動弁によって補助熱交換器に流れる冷媒の量を簡単に調整することができる。

また、本発明は、上記発明に加えて、前記低圧側配管部に第１電動弁を有し、前記補助熱交換器は、前記電動弁をバイパスするように配置されるとともに、前記バイパスする経路上に配置された第２電動弁を有し、前記制御手段は、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記第１および第２電動弁を制御することにより、前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を調整する、ことを特徴とする。
このため、２つの電動弁によって補助熱交換器に流れる冷媒の量を正確に調整することができる。

また、本発明は、上記発明に加えて、前記補助熱交換器は、前記室外熱交換器と一体的に構成されていることを特徴とする。
このため、補助熱交換器を室外熱交換器と一体的に構成することにより、装置の構成を簡易化することができる。

また、本発明は、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置の制御方法において、冷房運転時における前記室内熱交換器を経た冷媒を前記圧縮機に戻すための低圧側配管部と、当該配管部と並列に接続した補助熱交換器とを備え、前記補助熱交換器が前記室外熱交換器の風下に配置されており、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記室内熱交換器からの冷媒を、前記補助熱交換器または前記低圧側配管部に導く制御ステップを備えたことを特徴とする。
このため、空気調和装置の熱効率を十分に高くすることができる。

（Ａ）第１実施形態（図１〜図５）
図１は、本発明に係る空気調和装置の第１実施形態を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置は、室外機１０、室内機５０、および、制御装置７０を有してなり、室外機１０と、室内機５０とが室外冷媒配管６０および室内冷媒配管６１によって連結されて、冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

室外機１０は、室外に設置され、室外冷媒配管６０に圧縮機１４が配設され、この圧縮機１４の吸込側にアキュムレータ１６が、吐出側に四方弁１５が室外冷媒配管６０を介してそれぞれ接続され、この四方弁１５に、室外熱交換器１１と室外電動膨張弁１２とが室外冷媒配管６０を介し順次接続され、また、四方弁１５と室内機５０との間には電動弁１７が接続されている。電動弁１７の両端には、補助熱交換器１３に接続されるバイパス配管６２が接続され、バイパス配管６２には電動弁１８が設けられている。なお、電動弁１７は、後述するように、第１弁として動作し、電動弁１８は、第２弁として動作する。室外熱交換器１１には、この室外熱交換器１１へ向かって送風する送風機１９が隣接して配置されている。

一方、室内機５０は室内に設置され、室内冷媒配管６１に室内熱交換器５１が配設される。室内熱交換器５１には、これらの室内熱交換器５１へ送風するファン(不図示)が隣接して配置されている。

上述の空気調和装置は、制御装置７０により四方弁１５が切り換えられることにより、室外冷媒配管６０および室内冷媒配管６１内を流れる冷媒の流れが変更されて、冷房運転または暖房運転が実施される。

空気調和装置が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が室外冷媒配管６０および室内冷媒配管６１内を図１の実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１１が凝縮器に、室内熱交換器５１が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内熱交換器５１が室内を冷房する。

また、四方弁１５が暖房側に切り換えられたときには、冷媒が室外冷媒配管６０および室内冷媒配管６１内を図１の破線矢印の如く流れ、室内熱交換器５１が凝縮器に、室外熱交換器１１が蒸発器となって暖房運転状態となり、室内熱交換器５１が室内を暖房する。

制御装置７０は、室外電動膨張弁１２の弁開度を調整して、圧縮機１４に吸い込まれる冷媒の過熱度を目標過熱度に一致させるよう過熱度制御を実行する。また、制御装置７０は、冷房運転時には、室外熱交換器１１の冷媒の出口温度に応じて、電動弁１７，１８の弁開度を調整して、補助熱交換器１３に流れる冷媒量を制御する。

図２は、室外機１０の構成例を示している。この図に示すように、室外機１０は、前面パネル２１、底板２２、外装パネル２３、仕切板２４、カバー２５によって構成される筐体内に、室外熱交換器１１、圧縮機１４、アキュムレータ１６、送風機１９、トランス２６、および、電装板２７その他が配置されている。なお、送風機１９は、ファン１９ａ、モータ１９ｂ、および、支持台１９ｃによって構成されている。電装板２７には、補助板２８が配置され、その両面には２枚のプリント基板２９が配置される。また、電装板２７の立上部には、パワートランジスタ等が設けられた放熱部３０が配置される。電装板２７の一部には、コンデンサ３２が立設され、バンド３１によって固定されている。

室外熱交換器１１は、補助熱交換器１３と一体的に構成されている。すなわち、図３に示すように、室外熱交換器１１は、熱伝導性部材によって構成される複数のフィン１１ａと、これら複数のフィン１１ａを貫くように配置された複数のパイプ１１ｂと、同じくこれら複数のフィン１１ａを貫くように配置された複数のパイプ１１ｃ（図中ハッチングが施されたパイプ）によって構成されている。ここで、パイプ１１ｂには、四方弁１５または室外電動膨張弁１２からの冷媒が導かれ、送風機１９によって送られる外気との間で、フィン１１ａを介して熱交換を行う。パイプ１１ｃは、送風機１９によって送られる外気の下流側に設けられ、冷媒との熱交換によって暖められた外気と、冷媒との間で熱交換を行い、冷房時において、室内機５０から戻される冷媒の圧力を上昇させた後、四方弁１５およびアキュムレータ１６を介して圧縮機１４に供給する。なお、パイプ１１ｃには、フィン１１ａを介して伝導された熱も供給されており、パイプ１１ｃを通過する冷媒は、伝導熱によっても熱が与えられる。

つぎに、本発明の第１実施形態の動作について説明する。図４は、本発明の第１実施形態において実行される処理の流れを説明するフローチャートである。この図の処理が開始されると、つぎのステップが実行される。すなわち、ステップＳ１０において、制御装置７０は、運転を開始する。つまり、制御装置７０は、制御板７２の各回路に対して電源電力の供給を開始するとともに、圧縮機１４を起動する。

ステップＳ１１では、制御装置７０は、運転モードとして、暖房運転が選択されているか否かを判定し、暖房運転が選択されている場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）にはステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２では、制御装置７０は、電動弁１７（第１弁）を全開の状態とし、電動弁１８（第２弁）を全閉の状態とし、ステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返す。この結果、暖房運転時には、電動弁１７が全開とされ、電動弁１８が全閉の状態とされることから、全ての冷媒は電動弁１７を通過し、補助熱交換器１３には冷媒が流れない状態となる。

ステップＳ１３では、制御装置７０は、電動弁１７（第１弁）を全開の状態とし、電動弁１８（第２弁）を全閉の状態とする。この結果、冷房運転時においても、初期状態では、電動弁１７が全開とされ、電動弁１８が全閉の状態とされることから、全ての冷媒は電動弁１７を通過し、補助熱交換器１３には冷媒が流れない状態となる。

ステップＳ１４では、制御装置７０は、室外熱交換器１１の出口の冷媒温度Ｔを取得する。より詳細には、制御装置７０は、室外熱交換器１１の出口付近に設けられた温度センサの出力信号を入力し、冷媒温度Ｔを取得する。

ステップＳ１５では、制御装置７０は、ステップＳ１４で取得した室外熱交換器１１の出口の冷媒温度Ｔと、所定の閾値Ａとを比較し、Ｔ＜Ａの場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）にはステップＳ１６に進み、それ以外の場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）にはステップＳ１７に進む。ここで、閾値Ａは、例えば、高圧側の圧力が３８ｋｇｆ／ｃｍ²の場合には６０℃とされ、高圧側の圧力が３４ｋｇｆ／ｃｍ²の場合には５５℃とされる。なお、この閾値Ａは、装置の特性または設置環境等に応じて、適宜設定することができる。

ステップＳ１６では、制御装置７０は、高圧に余裕があるとして、電動弁１７（第１弁）を所定のステップ（例えば、５ステップ）だけ閉めるとともに、電動弁１８（第２弁）を所定のステップ（例えば、５ステップ）だけ開ける制御を実行する。この結果、電動弁１７を通過する冷媒の流量が減少されるとともに、電動弁１８を介して補助熱交換器１３に流れる冷媒の流量が増加される。補助熱交換器１３に流れる冷媒は、室外熱交換器１１の排熱によって暖められた外気と、冷媒との間で熱交換を行う。この結果、補助熱交換器１３から出力される冷媒は、その圧力が上昇する。

ステップＳ１７では、制御装置７０は、冷房運転の過負荷状態であるとして、電動弁１７（第１弁）を所定のステップ（例えば、５ステップ）だけ開けるとともに、電動弁１８（第２弁）を所定のステップ（例えば、５ステップ）だけ閉める制御を実行する。この結果、電動弁１７を通過する冷媒の流量が増加されるとともに、電動弁１８を介して補助熱交換器１３に流れる冷媒の流量が減少される。

ステップＳ１８では、制御装置７０は、運転の停止が指示されたか否かを判定し、運転停止が指示された場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）にはステップＳ１９に進み、それ以外の場合にはステップＳ１４に戻って、前述の場合と同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１９では、制御装置７０は、電動弁１７，１８をともに全開の状態とし、制御を終了する。

以上の処理によれば、冷房運転時において、室外熱交換器１１の出口の冷媒温度Ｔが、所定の閾値Ａ未満である場合には、高圧に余裕があると判断され、室内機５０から戻ってきた冷媒が、補助熱交換器１３において室外熱交換器１１の排熱によって圧力が高められた後、圧縮機１４に導かれる。この結果、図５のＰ−Ｈ線図に示すように、圧縮機１４に流入する冷媒の圧力がＰ４からＰ４１に上昇する。そのため、圧縮機１４において印加されるエネルギがＱ１からＱ２に減少する。これにより、冷房運転時における熱効率を向上させることができる。なお、圧縮機１４に流入する冷媒の圧力が変化すると、Ｐ２，Ｐ３等についても変化する場合があるが、図５では説明を簡略化するために、図示を省略してある。

（Ｂ）第２実施形態（図６、図７）
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。なお、図６において図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図６に示す第２実施形態では、図１に示す第１実施形態と比較して、電動弁１８（第２弁）が除外されている。それ以外の構成は、図１の場合と同様である。なお、第２実施形態では、バイパス配管６２および補助熱交換器１３によって形成される流路の流路抵抗は、電動弁１７および室外冷媒配管６０によって形成される流路の流路抵抗よりも大きいため、電動弁１７を全開にした状態では、殆どの冷媒は補助熱交換器１３ではなく、電動弁１７を通過すると想定している。これにより、電動弁１８を除外しても、電動弁１７のみで制御を行うことができる。

図７は、本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。すなわち、ステップＳ３０では、制御装置７０は、運転を開始する。すなわち、制御装置７０は、制御板７２の各回路に対して電源電力の供給を開始するとともに、圧縮機１４を起動する。

ステップＳ３１では、制御装置７０は、運転モードとして、暖房運転が選択されているか否かを判定し、暖房運転が選択されている場合（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１；Ｎｏ）にはステップＳ３３に進む。

ステップＳ３２では、制御装置７０は、電動弁１７（第１弁）を全開の状態とし、ステップＳ３１に戻って同様の処理を繰り返す。この結果、暖房運転時には、電動弁１７が全開とされる。前述したように、バイパス配管６２と補助熱交換器１３とを合わせた流路抵抗は、電動弁１７の流路抵抗よりも大きいため、殆どの冷媒は電動弁１７を通過し、補助熱交換器１３に流れる冷媒は少量となる。

ステップＳ３３では、制御装置７０は、電動弁１７（第１弁）を全開の状態とする。この結果、冷房運転時においても、初期状態では、電動弁１７が全開とされることから、殆どの冷媒は電動弁１７を通過し、補助熱交換器１３には冷媒が少量しか流れない状態となる。

ステップＳ３４では、制御装置７０は、室外熱交換器１１の出口の冷媒温度Ｔを取得する。より詳細には、制御装置７０は、室外熱交換器１１の出口付近に設けられた温度センサの出力信号を入力し、冷媒温度Ｔを取得する。

ステップＳ３５では、制御装置７０は、ステップＳ３４で取得した室外熱交換器１１の出口の冷媒温度Ｔと、所定の閾値Ａとを比較し、Ｔ＜Ａの場合（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）にはステップＳ３６に進み、それ以外の場合（ステップＳ３５；Ｎｏ）にはステップＳ３７に進む。ここで、閾値Ａは、前述の場合と同様である。また、この閾値Ａを、装置の特性または設置環境等に応じて、適宜設定することができるのも前述の場合と同様である。

ステップＳ３６では、制御装置７０は、高圧に余裕があるとして、電動弁１７（第１弁）を所定のステップ（例えば、５ステップ）だけ閉める制御を実行する。この結果、電動弁１７を通過する冷媒の流量が減少されるとともに、補助熱交換器１３に流れる冷媒の流量が増加される。補助熱交換器１３に流れる冷媒は、室外熱交換器１１の排熱によって暖められた外気と、冷媒との間で熱交換を行う。この結果、補助熱交換器１３から出力される冷媒は、その圧力が上昇する。

ステップＳ３７では、制御装置７０は、冷房運転の過負荷状態であるとして、電動弁１７（第１弁）を所定のステップ（例えば、５ステップ）だけ開ける制御を実行する。この結果、電動弁１７を通過する冷媒の流量が増加されるとともに、補助熱交換器１３に対して流れる冷媒の流量が減少される。

ステップＳ３８では、制御装置７０は、運転の停止が指示されたか否かを判定し、運転停止が指示された場合（ステップＳ３８；Ｙｅｓ）にはステップＳ３９に進み、それ以外の場合にはステップＳ３４に戻って、前述の場合と同様の処理を繰り返す。

ステップＳ３９では、制御装置７０は、電動弁１７を全開の状態とし、制御を終了する。

以上の処理によれば、冷房運転時において、室外熱交換器１１の出口の冷媒温度Ｔが、所定の閾値Ａ未満である場合には、高圧に余裕があると判断され、室内機５０から戻ってきた冷媒が、補助熱交換器１３において室外熱交換器１１の排熱によって圧力が高められた後、圧縮機１４に導かれる。この結果、前述したように、圧縮機１４において印加されるエネルギがＱ１からＱ２に減少する。これにより、冷房運転時における熱効率を向上させることができる。

（Ｃ）変形実施の態様
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。
たとえば、以上の第１および第２実施形態では、補助熱交換器１３は、室外熱交換器１１と一体の構成としたが、これらを別々の構成としてもよい。例えば、補助熱交換器１３を室外熱交換器１１とは別の構成とし、補助熱交換器１３を室外熱交換器１１の近傍に配置し、室外熱交換器１１を通過した外気が補助熱交換器１３に流入するようにしてもよい。また、補助熱交換器１３を室外熱交換器１１の近傍に単に配置するのではなく、フィン同士をかしめたりしてもよい。また、補助熱交換器１３にフィンを設けるのではなく、溝付管を利用するようにしてもよい。

また、第１および第２実施形態では、室内機５０が１台の場合を例に挙げて説明したが、室内機５０が複数台存在する場合であっても、本発明を適用することが可能である。

また、第２実施形態では、バイパス配管６２および補助熱交換器１３の流路抵抗を利用するようにしたが、バイパス配管６２の一部に流路抵抗を増加させるための構成（例えば、バイパス配管の一部の流路面積を狭くする構成）を設けることにより、流路の調整を一層容易にできるようにしてもよい。また、バイパス配管６２の一部に逆止弁を設け、この逆止弁によって、暖房時において、補助熱交換器１３に冷媒が流れることを防止するようにしてもよい。

また、第１および第２実施形態では、開度制御が可能な電動弁１７，１８を設けるようにしたが、例えば、これらの代わりに「開」または「閉」の２つの状態の制御が可能な電磁弁を設け、このような電磁弁の状態を切り換えることにより、補助熱交換器１３に冷媒を流したり、流さなかったりするようにしてもよい。そのような構成によれば、電動弁よりも価格が安い、電磁弁を使用することにより、装置のコストを低減するとともに、制御を簡易化することができる。

本発明の第１実施形態に係る構成図である。 図１の室外機の詳細構成を示す図である。 図１の室外熱交換器および補助熱交換器の詳細な構成例である。 第１実施形態において実行される処理の流れを説明するフローチャートである。 第１実施形態の動作を説明するためのＰ−Ｈ線図である。 第２実施形態の構成例を示す図である。 第２実施形態において実行される処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１０…室外機
１１…室外熱交換器
１２…室外電動膨張弁
１３…補助熱交換器
１４…圧縮機
１５…四方弁
１６…アキュムレータ
１７…電動弁
１８…電動弁
１９…送風機
５０…室内機
５１…室内熱交換器

Claims (6)

1. 圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、
   冷房運転時における前記室内熱交換器を経た冷媒を前記圧縮機に戻すための低圧側配管部と、当該配管部と並列に接続した補助熱交換器とを備え、前記補助熱交換器を前記室外熱交換器の風下に配置し、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記室内熱交換器からの冷媒を、前記補助熱交換器または前記低圧側配管部に導く制御手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   前記制御手段は、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度が所定の温度よりも低い場合には前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を増加させるとともに、前記低圧側配管部に流れる冷媒の量を減少させ、所定の温度よりも高い場合には前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を減少させるとともに、前記低圧側配管部に流れる冷媒の量を増加させる制御を行う、
   ことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項２に記載の空気調和装置において、
   前記低圧側配管部に電動弁を有し、
   前記補助熱交換器は、前記電動弁をバイパスするように配置され、
   前記制御手段は、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記電動弁を制御することにより、前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を調整する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項２に記載の空気調和装置において、
   前記低圧側配管部に第１電動弁を有し、
   前記補助熱交換器は、前記電動弁をバイパスするように配置されるとともに、前記バイパスする経路上に配置された第２電動弁を有し、
   前記制御手段は、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記第１および第２電動弁を制御することにより、前記補助熱交換器に流れる冷媒の量を調整する、
   ことを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気調和装置において、
   前記補助熱交換器は、前記室外熱交換器と一体的に構成されている、
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置の制御方法において、
   冷房運転時における前記室内熱交換器を経た冷媒を前記圧縮機に戻すための低圧側配管部と、当該配管部と並列に接続した補助熱交換器とを備え、前記補助熱交換器が前記室外熱交換器の風下に配置されており、前記室外熱交換器の冷媒の出口温度に応じて、前記室内熱交換器からの冷媒を、前記補助熱交換器または前記低圧側配管部に導く制御ステップを備えたことを特徴とする空気調和装置の制御方法。

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