JP3977523B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、運転停止中に圧縮機を加熱して圧縮機に熱を蓄えておき、蓄えた熱を暖房の立上がりに利用する空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】
外気温度が低い冬期は、圧縮機が冷えているため、暖房を開始しても十分な暖房能力が得られるまでに長い時間がかかってしまう。
対策として、運転停止中に圧縮機モータの巻線に対する通電を行って圧縮機に熱を蓄えておき、蓄えた熱を暖房の立上がりに利用する空気調和機がある。
圧縮機を加熱する加熱手段としては、モータ巻線に対する通電手段のほかに、圧縮機ケースを電気ヒータの発熱で加熱するものなど、種々がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
運転停止の時間や時間帯、外気温度状態、室外機の据付け場所などが要因となって、圧縮機に蓄えられる熱量は様々である。
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、圧縮機に蓄えられている熱を有効かつ存分に活用できて、良好な立上がり特性の暖房が可能な空気調和機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明の空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、減圧器、室内熱交換器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、運転停止中に上記圧縮機を加熱する加熱手段と、上記圧縮機に蓄えられた熱量を検出する検出手段と、暖房開始時の運転パターンを上記検出手段の検出結果に応じて切換える制御手段と、上記室内熱交換器を通して室内空気を循環させる室内ファンと、上記室内熱交換器の温度を検知する熱交換器温度センサと、暖房開始時、上記熱交換器温度センサの検知温度が上昇して送風開始制御点に達してから上記室内ファンを起動し、この室内ファンの風量を同熱交換器温度センサの検知温度に応じて制御する風量制御手段とを備え、上記制御手段は、上記検出手段で検出される熱量が所定量以上の場合に、上記風量制御手段の送風開始制御点を通常より低下させる運転パターンを設定する。
【0015】
【発明の実施の形態】
[1]以下、この発明の第1実施例について図面を参照して説明する。
図1に示すように、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、減圧器たとえば電動膨張弁4、室内熱交換器5が順次に配管接続されて、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。
【0016】
冷房時は、圧縮機1から吐出される冷媒が四方弁2を通って室外熱交換器3に流れ、室外熱交換器3を経た冷媒が電動膨張弁4を通って室内熱交換器5に流れる。室内熱交換器5を経た冷媒は四方弁2を通り、圧縮機1に吸込まれる。室外熱交換器3が凝縮器、室内熱交換器5が蒸発器として機能する。
【0017】
暖房時は、四方弁2が切換わり、圧縮機1の吐出冷媒が四方弁2を通って室内熱交換器5に流れる。室内熱交換器5を経た冷媒は電動膨張弁4を通り、室外熱交換器3に流れる。室外熱交換器3を経た冷媒は四方弁2を通り、圧縮機1に吸込まれる。室内熱交換器5が凝縮器、室外熱交換器3が蒸発器として機能する。
【0018】
室外熱交換器3に対し、室外ファン6が設けられる。室外ファン6は、外気を取込んで室外熱交換器3に供給する。この外気の取込み風路に外気温度センサ7が設けられる。
【0019】
室内熱交換器5に対し、室内ファン8が設けられる。室内ファン8は、室内空気を吸込み、それを室内熱交換器5に通して室内に吹出す。この室内空気の吸込み風路に室内温度センサ9が設けられる。
【0020】
圧縮機1のケースにケース温度センサ11が取付けられる。圧縮機1の吐出口に接続されている配管に、配管温度センサ12が取付けられる。室外熱交換器3に熱交換器温度センサ13が取付けられる。室内熱交換器5に熱交換器温度センサ14が取付けられる。圧縮機1の吸込口に接続されている配管に、配管温度センサ15が取付けられる。
【0021】
制御回路を図2に示す。
商用交流電源20に室内ユニット30の室内制御部31が接続され、その室内制御部31に電源電圧供給用の電源ラインACLおよびデータ送受信用のシリアル信号ラインSLを介して室外ユニット40の室外制御部41が接続される。
【0022】
室内制御部31に、室内ファンモータ8M、室内温度センサ9、熱交換器温度センサ14、受光部32が接続される。受光部32は、リモートコントロール装置(リモコンと略称する)21から送出される赤外線光を受光する。リモコン21は、運転条件を設定するためのもので、設定データを赤外線光として送出する。
【0023】
室外制御部41に、室外ファンモータ6M、外気温度センサ7、ケース温度センサ11、配管温度センサ12、熱交換器温度センサ13、熱交換器温度センサ14、配管温度センサ15が接続される。さらに、電源ラインACLおよび制御信号ラインを介してインバータ回路42が接続される。
【0024】
インバータ回路42は、電源電圧を整流し、それを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。この出力が駆動電力として圧縮機モータ1Mに供給される。このインバータ回路42の出力周波数つまり圧縮機1の運転周波数が変化することにより、圧縮機1の容量(能力)が変化する。
【0025】
室内制御部31および室外制御部41は、互いにデータを送受信しながら当該空気調和機の全体を制御するもので、主要な機能手段として次の(1)〜(4)を備える。
【0026】
(1)運転停止中、圧縮機モータ1Mの巻線に高周波定電流を流して圧縮機1を加熱する加熱手段。
(2)上記加熱手段の加熱作用によって圧縮機1に蓄えられた熱量を配管温度センサ15の検知温度に基づき検出する検出手段。
【0027】
(3)暖房開始時の運転パターンを上記検出手段の検出結果に応じて切換える制御手段。
(4)暖房開始時、熱交換器温度センサ14の検知温度Tcが上昇して送風開始制御点に達してから室内ファン8を起動し、この室内ファン8の風量を同熱交換器温度センサ14の検知温度Tcに応じて制御する風量制御手段。
【0028】
つぎに、上記の構成の作用を図3、図4のフローチャートを参考にしながら説明する。
運転停止中、圧縮機モータ1Mの巻線に高周波定電流が供給され、圧縮機1が加熱される。この加熱に際しては、室外熱交換器5に取付けられている熱交換器温度センサ14の検知温度Teと図5に示す加熱条件との対照により加熱出力が制御される。この制御には、通常巻線加熱出力制御パターンと、加熱出力の大きい速温時出力制御パターンとがあり、いずれかを選択することができる。
【0029】
リモコン21から暖房運転の開始指令が入ると、圧縮機温度として配管温度センサ15の検知温度Tsが読み込まれ、その検知温度Tsと予め定められている所定値(例えば30℃)とが比較される。
【0030】
検知温度Tsが所定値より高い状態にあれば、圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱が蓄えられているとの判断の下に、暖房開始時の運転パターンとして、圧縮機1の許容最大運転周波数を通常の設定値より所定値高める運転パターンが設定され、許容最大運転を超えないように制御される(ステップS5、ステップS13〜S15)。
【0031】
暖房開始時の許容最大運転周波数を高めることにより、冷凍サイクル中の冷媒循環量が増大し、圧縮機1に蓄えられている熱量を有効かつ存分に活用できて、暖房の立上がりが早くなる。室内の快適性が向上する。
【0032】
検知温度Tsが所定値より高い状況では、圧縮機1内の潤滑油中に溶け込む冷媒の量が少なくなるため、圧縮機1を高い運転周波数で起動しても、圧縮機1から吐出される潤滑油の量が抑制され、圧縮機1内の潤滑不良が未然に防止される。潤滑油の希釈度が不要に低下する事態を回避できることからも、圧縮機1内の良好な潤滑作用が確保される。
【0033】
配管温度センサ15の検知温度Teは室外熱交換器5での冷媒の過熱度検出に用いられるものであり、これを熱量検出にも兼用することにより、熱量検出のために専用の温度センサを設ける必要がなく、コスト面で有利である。
【0034】
なお、圧縮機1の起動後、熱交換器温度センサ14の検知温度(凝縮器温度)Tcが上昇して送風開始制御点Tcfに達すると、室内ファン8が起動される。この起動により、室内空気が室内熱交換器3を通して循環する。そして、室内ファン8の風量が検知温度Tcの上昇に伴って増大される。
【0035】
(2)第2実施例について説明する。
圧縮機温度としてケース温度センサ11の検知温度Tcaが読み込まれ、その検知温度Tcaと所定値(例えば30℃)とが比較される。
【0036】
検知温度Tcaが所定値より高い状態にあれば、圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱が蓄えられていると判断される。
熱量検出にケース温度センサ11の検知温度Tcaを用いる利点は、起動後の圧縮機モータ1Mの巻線温度をそのまま継続的に監視して圧縮機1の運転状況を把握でき、これにより運転周波数低下などの保護制御を織り込むことができて圧縮機1の信頼性が向上する点である。仮に、冷媒漏れなどで極端に冷媒量が不足した場合でも、圧縮機1を確実に保護することができる。
【0037】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(3)第3実施例について説明する。
圧縮機温度として配管温度センサ12の検知温度Tdが読み込まれ、その検知温度Tdと所定値(例えば30℃)とが比較される。
【0038】
検知温度Tdが所定値より高い状態にあれば、圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱が蓄えられていると判断される。
熱量検出に配管温度センサ12の検知温度Tdを用いる利点は、起動後の圧縮機1の吐出冷媒温度をそのまま継続的に監視して圧縮機1の運転状況を把握でき、これにより運転周波数低下などの保護制御を織り込むことができて圧縮機1の信頼性が向上する点である。
【0039】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(4)第4実施例について説明する。
圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱が蓄えられているとの判断がなされた場合、暖房開始時の運転パターンとして、圧縮機1の許容最大運転周波数の制限時間(Hzホールド時間)を通常より短縮する運転パターンが設定される(ステップS6,S18)。
【0040】
運転周波数の制御パターンの例を図6に示している。すなわち、起動からの時間経過に伴って許容最大運転周波数が1段目、2段目、3段目と徐々に高められていく中で、各段の許容最大運転周波数ごとに通常は2分あるいは1分という制限時間(Hzホールド時間)が確保されており、その制限時間が1分あるいは30秒という形に短縮される。
【0041】
暖房開始時の許容最大運転周波数の制限時間を通常より短縮することにより、早期に、運転周波数を高めて冷凍サイクル中の冷媒循環量を増大することができ、これにより圧縮機1に蓄えられている熱量を有効かつ存分に活用できて、暖房の立上がりが早くなる。室内の快適性が向上する。
【0042】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(5)第5実施例について説明する。
圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱が蓄えられているとの判断がなされた場合、暖房開始時の運転パターンとして、圧縮機1の運転周波数の上昇速度を通常より速める運転パターンが設定される(ステップS7)。
【0043】
暖房開始時の運転周波数の上昇速度を通常より速めることにより、冷凍サイクル中の冷媒循環量が増大し、圧縮機1に蓄えられている熱量を有効かつ存分に活用できて、暖房の立上がりが早くなる。室内の快適性が向上する。
【0044】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(6)第6実施例について説明する。
第1実施例のように許容最大運転周波数を高める運転パターン、第4実施例のように許容最大運転周波数の制限時間を短縮する運転パターン、および第5実施例のように圧縮機1の運転周波数の上昇速度を通常より速める運転パターンのうち、2つまたは3つの運転パターンが適宜に組み合わされた形で設定される。
【0045】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(7)第7実施例について説明する。
圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱が蓄えられているとの判断がなされた場合には、暖房開始時の運転パターンとして、室内ファン8の風量制御値を通常より減少させる運転パターンが設定される(ステップS8)。
【0046】
すなわち、図6に速温時の冷風防止線として示すように、室内ファン8の風量が通常時よりも低減される。これにより、室内熱交換器5と室内空気との熱交換量が通常時よりも減少するが、圧縮機1に蓄えられている十分な量の熱が暖房熱として有効利用されることにより、室内には十分に快適な暖かさの空気が吹出される。しかも、熱交換量が通常時よりも減少することにより、圧縮機1に蓄えられている熱を短時間で使い切ることがなく、安定した立上がり特性を実現できる。
【0047】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(8)第8実施例について説明する。
圧縮機1に所定量以上の十分な量の熱量が蓄えられているとの判断がなされた場合には、暖房開始時の運転パターンとして、室内ファン8を起動するための送風開始制御点Tcfを通常より低下させる運転パターンが設定される(ステップS9)。
【0048】
図5の例では送風開始制御点Tcfが28℃となっている。この送風開始制御点Tcfが例えば26℃に変更される。
熱交換器温度センサ13の検知温度Tcは暖房開始に際して熱容量の関係から立上がり遅れを生じる点を考慮し、ひいては室内ファン8の起動に遅れが生じる点を考慮し、送風開始制御点Tcfを下げることで室内ファン8の起動タイミングを強制的に早めるようにしている。これにより、室内を迅速に暖めることができる。
【0049】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(9)第9実施例について説明する。
第7実施例のように風量制御値を通常より減少させる運転パターン、および第8実施例のように送風開始制御点Tcfを通常より低下させる運転パターンが、組み合わされた形で設定される。
【0050】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(10)第10実施例について説明する。
配管温度センサ15の検知温度Tsが零℃未満のとき、圧縮機1に蓄えられている熱量が所定量未満つまり不足しているとの判断の下に、暖房開始時の運転パターンとして、圧縮機1の許容最大運転周波数を通常より下げる運転パターンが設定される(ステップS10)。
【0051】
暖房開始時の許容最大運転周波数を通常よりも下げることにより、冷凍サイクル中の冷媒循環量の無理な増大を抑えることができ、圧縮機1に負担のかからない適切な起動を行うことができる。
【0052】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(11)第11実施例について説明する。
配管温度センサ15の検知温度Tsが零℃未満のとき、圧縮機1に蓄えられている熱量が所定量未満つまり不足しているとの判断の下に、暖房開始時の運転パターンとして、圧縮機1の許容最大運転周波数の時間制限(Hzホールド時間)を通常より長くする運転パターンが設定される(ステップS11)。
【0053】
暖房開始時の許容最大運転周波数の時間制限を通常よりも長くすることにより、冷凍サイクル中の冷媒循環量の無理な増大を抑えることができ、圧縮機1に負担のかからない適切な起動を行うことができる。
【0054】
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
(12)第12実施例について説明する。
配管温度センサ15の検知温度Tsが零℃未満のとき、圧縮機1に蓄えられている熱量が所定量未満つまり不足しているとの判断の下に、暖房開始時の運転パターンとして、圧縮機1の運転周波数の上昇速度を通常より遅くする運転パターンが設定される(ステップS12)。
【0055】
圧縮機1の運転周波数の上昇速度を通常より遅くすることにより、冷凍サイクル中の冷媒循環量の無理な増大を抑えることができ、圧縮機1に負担のかからない適切な起動を行うことができる。
他の構成および作用は第1実施例と同じである。
【0056】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、圧縮機に蓄えられている熱を有効かつ存分に活用できて、良好な立上がり特性の暖房が可能な空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各実施例の冷凍サイクルの構成を示す図。
【図2】各実施例の制御回路のブロック図。
【図3】各実施例の作用を説明するためのフローチャート。
【図4】各実施例の作用を説明するためのフローチャート。
【図5】各実施例における加熱条件を示す図。
【図6】各実施例の風量制御を説明するための図。
【図7】各実施例の運転周波数の制御パターンを示す図。
【符号の説明】
1…圧縮機
3…室外熱交換器
5…室内熱交換器
6…室外ファン
7…外気温度センサ
8…室内ファン
9…室内温度センサ
11…ケース温度センサ
12…配管温度センサ
13…熱交換器温度センサ
14…熱交換器温度センサ
15…ケース温度センサ
31…室内制御部
41…室外制御部
Claims (1)
- 圧縮機、室外熱交換器、減圧器、室内熱交換器を配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
運転停止中に前記圧縮機を加熱する加熱手段と、
前記圧縮機に蓄えられた熱量を検出する検出手段と、
暖房開始時の運転パターンを前記検出手段の検出結果に応じて切換える制御手段と、
前記室内熱交換器を通して室内空気を循環させる室内ファンと、
前記室内熱交換器の温度を検知する熱交換器温度センサと、
暖房開始時、前記熱交換器温度センサの検知温度が上昇して送風開始制御点に達してから前記室内ファンを起動し、この室内ファンの風量を同熱交換器温度センサの検知温度に応じて制御する風量制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記検出手段で検出される熱量が所定量以上の場合に、前記風量制御手段の送風開始制御点を通常より低下させる運転パターンを設定することを特徴とする空気調和機。
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