JP7227103B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、室内に温風を吹き出す暖房運転が実施可能な空気調和装置に関するものである。

従来、この種のものでは、回転数可変の圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、及び室外熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを備え、冷房、及び暖房運転の開始指示があったら圧縮機を駆動させ、冷凍サイクル内を冷媒が循環するものがあった。（例えば、特許文献１）

特開２０１２－１８４８８６号公報

しかし、この従来のものでは、特に圧縮機の内部空間容積が小さいものにおいて、運転開始時に圧縮機を起動させ急激に回転数を上昇させると、冷凍サイクル内にある冷媒の相状態が不安定になり、気泡塊状の冷媒が膨張弁に流入することで急激な圧力変動が生じ、冷媒流動音が顕著に現れることを発明者は発見した。
冷媒流動音の発生を抑制するため、膨張弁の前後にある冷媒配管に配管径を小さくするオリフィス管を設置する方法が知られているが、部品点数が増加しコストアップとなることから、部品点数の増加がない改善方法が求められていた。

そこで本発明は、部品点数が増加することなく運転開始時に発生する冷媒流動音を抑制可能な空気調和装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が５０以下で回転数が可変の圧縮機と、
室内機内に設置された室内熱交換器と、
冷媒を減圧する膨張弁と、
室外機内に設置された室外熱交換器と、
前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記膨張弁、及び前記室外熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、
前記圧縮機が起動開始してから目標回転数に達するまでの間に、前記圧縮機を所定の中間回転数で所定時間だけ維持する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記B／Aの値が小さい場合は、大きい場合に比べて前記圧縮機を前記所定の中間回転数で維持する前記所定時間が長くなるよう設定することを特徴としている。

また、請求項２では、前記圧縮機の停止時間を判断する停止時間判断手段を備え、
前記制御部は、前記停止時間判断手段で判断された前記圧縮機の停止時間が長くなるに従い、前記圧縮機を前記所定の中間回転数で維持する前記所定時間が長くなるよう設定することを特徴としている。

この発明によれば、内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が５０以下で回転数が可変の圧縮機を用いたものにおいて、圧縮機が起動開始してから目標回転数に達するまでの間に、圧縮機を所定の中間回転数で所定時間だけ維持するので、特に圧縮機の内部空間容積が小さいものにおいて、暖房運転の開始時に冷媒の相状態を安定化させ、気泡塊状の冷媒発生を抑制することができるので、部品点数の増加によるコストアップを要することなく冷媒流動音の発生を抑制することができる。

この発明の一実施形態を説明する概略構成図である。 同発明の第１実施形態の制御ブロック図である。 この発明の圧縮機の構造を説明する図である。 同発明の第１実施形態における暖房運転時の圧縮機の回転数変化を説明する図である。 同発明の第１実施形態における回転数維持時間の有無の設定方法を説明する図である。 同発明の第２実施形態の制御ブロック図である。 同発明の第２実施形態のB／A値に対する回転数維持時間を説明する図である。 同発明の第２実施形態における暖房運転時の圧縮機の回転数変化を説明する図である。 同発明の第３実施形態の制御ブロック図である。 同発明の第３実施形態のB／A値に対する回転数維持時間を説明する図である。 同発明の第３実施形態における暖房運転時の圧縮機の回転数変化を説明する図である。

次にこの発明の一実施形態を説明する。
図１を参照する。１は空気調和装置であり、当該空気調和装置１は、室内に設置された室内機１０と、室外に設置された室外機２０とで構成されている。

図１を参照する。室内機１０内には、複数のパイプ内を冷媒が流動する室内熱交換器１１と、当該室内熱交換器１１に室内の空気を供給するクロスフローファン１２と、室内の温度を検出するための室温センサ１３と、が備えられており、高温及び低温の冷媒を室内熱交換器１１に流通させ、クロスフローファン１２を駆動させることで室内の空気を室内熱交換器１１に供給することで、室内機１０が備えられた部屋の空調を行う。

図１、２を参照する。室外機２０内には、冷媒を圧縮させて高温高圧にする圧縮機２１と、冷媒の流動方向を変化させる四方弁２２と、冷媒を膨張させて低温低圧にする膨張弁２３と、内部に備えられた複数のパイプ内を冷媒が流動する室外熱交換器２４と、当該室外熱交換器２４に向けて外気を供給する室外ファンとしての送風ファン２５と、前記室外熱交換器２４の温度を検出する室外熱交センサ２６と、前記圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検知する吐出温度センサ２７と、各機能装置に指示を与えるマイコンで構成された制御部２８と、が備えられており、四方弁２２の向きを切り替えることで冷房運転と暖房運転の切替を可能とする。

図１を参照する。室内機１０内及び室外機２０内には、前記圧縮機２１、前記四方弁２２、前記室内熱交換器１１、前記膨張弁２３、及び前記室外熱交換器２４を環状に接続した冷媒配管で構成される冷凍サイクル３０が設置されており、暖房運転、冷房運転等の各種運転状態に応じて前記四方弁２２が切り替わることで、冷媒配管内を流動する冷媒の流動方向を切り替えることができる。

図３を参照する。前記圧縮機２１は全密閉の高圧ドーム型で構成されたロータリー圧縮機である。前記圧縮機２１は円筒型のケーシング２１ａで覆われており、当該ケーシング２１ａ内には、冷媒を圧縮するための圧縮機構２１ｂと、駆動軸２１ｃを介して前記圧縮機構２１ｂを駆動するモータ２１ｄとが収納されている。
また、前記ケーシング２１ａの下部には、冷凍サイクル３０内を流動する低圧冷媒を吸入し圧縮機構２１ｂへ送る吸入管２１ｅが接続され、上部には、ケーシング２１ａ内で高圧状態にした冷媒を溜める高圧空間２１ｇ内の冷媒を冷凍サイクル３０内へ吐出する吐出管２１ｆが接続されている。

図３を参照する。モータ２１ｄが駆動することで圧縮機構２１ｂ内にある冷媒が圧縮され、圧縮機構２１ｂにある図示しない吐出口から高圧となった冷媒が高圧空間２１ｇ内へ吐出される。これに伴い、吐出管２１ｆから高圧空間２１ｇ内の冷媒が冷凍サイクル３０内へ吐出される。

ここで、モータ２１ｄが駆動すると、モータ２１ｄを構成し駆動軸２１ｃと接続したロータ２１ｄ１が１回転する毎に圧縮機構２１ｂの吐出口から高圧空間２１ｇ内へ吐出される冷媒量が排除量であり、圧縮機２１毎に固有の値（ここでは、６．４ｃｍ^３）が設定されている。

また、ケーシング２１ａの圧縮機構２１ｂより上方にあり、圧縮機構２１ｂとモータ２１ｄを除いた高圧空間２１ｇが圧縮機２１の内部空間容積であり、圧縮機２１毎に固有の値（ここでは、２７０ｃｍ^３）が設定されている。

次に、この発明の一実施形態における具体的な動作について説明する。
図示しないリモコンに設置された運転切替ボタンで暖房運転が選択されると、図１の実線で示す方向へ冷凍サイクル３０内の冷媒が流動するよう四方弁２２が切り替わった後に圧縮機２１が駆動し、圧縮機２１で圧縮され高温高圧となった冷媒が凝縮器として働く室内熱交換器１１へ流入して、クロスフローファン１２が駆動することで室内熱交換器１１へ供給された室内空気が加熱され、室内に温風が送風される。

室内熱交換器１１から流出した冷媒は、膨張弁２３で膨張され低温低圧となって室外熱交換器２４に流入し、蒸発器として働く室外熱交換器２４に流入した冷媒は送風ファン２５で供給された室外空気によって蒸発し、ガス状に変化して圧縮機２１に流入する。このように冷凍サイクル３０内を冷媒が流動することで暖房運転が可能となる。

また、図示しないリモコンに設置された運転切替ボタンで冷房運転が選択されると、図１の破線で示す方向へ冷凍サイクル３０内の冷媒が流動するよう四方弁２２が切り替わった後に圧縮機２１が駆動開始するので、圧縮機２１で圧縮され高温高圧となった冷媒が室外熱交換器２４内に流入して、送風ファン２５で供給された室外空気によって室外熱交換器２４内に流入した冷媒は凝縮する。

室外熱交換器２４から膨張弁２３に流入した冷媒は膨張され低温低圧となり、蒸発器として働く室内熱交換器１１に冷媒が流入してクロスフローファン１２で供給された室内空気の熱を吸熱して室内へ冷風を送風すると共に、室内熱交換器１１から流出したガス状の冷媒が圧縮機２１に流入する。このように冷凍サイクル３０内を冷媒が流動することで冷房運転が可能となる。

次に、本発明の第１実施形態における暖房運転開始時の圧縮機２１の回転数変化について説明する。
まず、暖房運転の開始指示が出されたら、制御部２８は、予め入力された圧縮機２１の内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が所定値である５０以下かを確認する。例えば、室外機２０内に設置された圧縮機２１の排除量が６．４ｃｍ^３、内部空間容積が２７０ｃｍ^３であれば、前記B／Aが４２．２となるので所定値以下と判断される。

図４を参照する。前記B／Aが所定値である５０以下であることが確認されたら、制御部２８は、冷媒が暖房運転時の方向へ流動するよう四方弁２２を切り替えて圧縮機２１を駆動させ回転数を上昇させる。
圧縮機２１は時間経過に応じて徐々に回転数が上昇し、所定の中間回転数である７０ｒｐｓまで達したら、制御部２８は、圧縮機２１の回転数上昇を停止し７０ｒｐｓで圧縮機２１を維持させる。

そして、制御部２８は、圧縮機２１を７０ｒｐｓで維持した時間が所定時間である１２０秒経過したと判断したら、再び圧縮機２１の回転数を上昇させ、目標回転数である１００ｒｐｓまで達するよう制御する。

このように、暖房運転の開始時に圧縮機２１の回転数を急激に上昇させることなく中間回転数で所定時間だけ維持させるので、冷凍サイクル３０内の冷媒の相状態を安定化させて気泡塊状の冷媒発生を抑制することができ、暖房運転開始時における冷媒流動音を抑制することができる。

なお、本実施形態では圧縮機２１の内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）を運転開始時に制御部２８が確認し、圧縮機２１を所定の中間回転数で維持するかを判断する内容で説明したが、これに限らず以下に説明するように、事前に複数の圧縮機２１における前記B／Aの値に基づき、暖房運転開始時において圧縮機２１を所定の中間回転数で維持する制御の実施有無が設定可能な内容であってもよい。

図５を参照する。制御部２８には、型式の異なる複数の圧縮機２１（ここでは、ＡからＥ）毎の前記B／Aの値に基づき、暖房運転開始時において圧縮機２１を所定の中間回転数で維持する回転数維持時間の有無が記憶されている。
そして、制御部２８の基板上に配置されたディップスイッチにあるNo.１から５のスイッチが、それぞれAからEの圧縮機２１に対応することで、室外機２０内に設置された圧縮機２１の型式に応じたNo.のスイッチをＯＮ状態に切り替えると、回転数維持時間の有無が自動的に設定される。

よって、室外機２０内に設置された圧縮機２１の型式がＡだった場合、No.１をＯＮ状態にすることで、暖房運転開始時において圧縮機２１の回転数維持時間は無しとなる
また、室外機２０内に設置された圧縮機２１の型式がＣだった場合、No.３をＯＮ状態にすることで、暖房運転開始時において圧縮機２１の回転数維持時間は有りとなる。

このように、ディップスイッチにより暖房運転開始時における圧縮機２１の回転数維持時間の有無を設定可能としたので、空気調和装置１の設置時、工事業者が圧縮機２１の型式に応じたNo.のスイッチを切り替えると、暖房運転開始時における圧縮機２１の回転数維持時間の有無が自動的に設定される。

次に、本発明の第２実施形態における暖房運転開始時の圧縮機２１の回転数変化について説明する。
まず、第１実施形態との差異について説明する。

図６を参照する。制御部２８には、暖房運転開始時に圧縮機２１を中間回転数で維持する時間（回転数維持時間）を判断する維持時間判断手段２８ａがある。この維持時間判断手段２８ａは、圧縮機２１の内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）に応じて前記回転数維持時間を変動させるものであり、具体的には、前記B／Aが小さい場合は、大きい場合と比較して前記回転数維持時間が長くなるよう設定する。
なお、その他の構成については第1実施形態と同一である。

図７を参照する。前記B／Aの算出結果をＸとしたとき、維持時間判断手段２８ａは、算出されたＸの値に基づき前記回転数維持時間を決定する。
例えば、前記B／Aの算出結果が３８であれば、維持時間判断手段２８ａにより前記回転数維持時間は１４０秒に設定される。
また、前記B／Aの算出結果が４７であれば、維持時間判断手段２８ａにより前記回転数維持時間は１００秒に設定される。

圧縮機２１の内部空間容積が大きく前記B／Aの値が大きいと、暖房運転開始時における冷媒の流動音が小さくなるので、前記B／Aの値が大きい場合は、小さい場合と比較して前記回転数維持時間が短くなるよう設定することで、暖房運転開始から圧縮機２１が目標回転数に到達するまでの時間を早くすることで、早期に所定温度以上の温風を室内機１０から送風可能とし、ユーザーの快適性を向上させる。

図８を参照する。前記B／Aの算出結果を確認したら、制御部２８は、冷媒が暖房運転時の方向へ流動するよう四方弁２２を切り替えて圧縮機２１を駆動させ回転数を上昇させる。
圧縮機２１は時間経過に応じて徐々に回転数が上昇し、所定の中間回転数である７０ｒｐｓまで達したら、制御部２８は、圧縮機２１の回転数上昇を停止し７０ｒｐｓで圧縮機２１を維持させる。

圧縮機２１を７０ｒｐｓで維持させたら、制御部２８は、前記B／Aの算出結果に応じて前記回転数維持時間を判断し、カウントを開始する。
例えば、前記B／Aの算出結果が３８の場合は、前記回転数維持時間は１４０秒なので、制御部２８は、圧縮機２１が７０ｒｐｓに到達してからカウントを開始し、カウント開始から１４０秒経過したら圧縮機２１の回転数を再度上昇させる。
また、前記B／Aの算出結果が４７の場合は、前記回転数維持時間は１００秒なので、制御部２８は、圧縮機２１が７０ｒｐｓに到達してからカウントを開始し、カウント開始から１００秒経過したら圧縮機２１の回転数を再度上昇させる。

このように、暖房運転の開始時に圧縮機２１の回転数を急激に上昇させることなく、前記B／Aの算出結果に応じて中間回転数で維持させる回転数維持時間を変化させるので、前記B／Aの値が小さく圧縮機２１の内部空間容積が小さなものは、前記B／Aの値が大きいものと比較して前記回転数維持時間を長くしたことで、冷凍サイクル３０内の冷媒の相状態を安定化させて気泡塊状の冷媒発生を抑制し、暖房運転開始時における冷媒流動音を抑制することができる。

また、前記B／Aの値が大きなものは前記B／Aの値が小さなものと比較し冷媒の流動音が小さいことから、前記B／Aの値が小さなものと比較して前記回転数維持時間を短めにしたことで、圧縮機２１が目標回転数に到達するまでの時間を早くしユーザーの快適性を向上させることができる。

次に、本発明の第３実施形態における暖房運転開始時の圧縮機２１の回転数変化について説明する。
まず、第１、２実施形態との差異について説明する。

図９を参照する。制御部２８には、吐出温度センサ２７での検知温度と室外熱交センサ２６での検知温度との差から圧縮機２１の停止時間を判断する停止時間判断手段２８ｂがある。この停止時間判断手段２８ｂは、吐出温度センサ２７での検知温度と室外熱交センサ２６での検知温度との差が大きい程、圧縮機２１の運転停止時間が短いと判断するものである。

そして、前記停止時間判断手段２８ｂで判断された圧縮機２１の停止時間に基づき、維持時間判断手段２８ａが圧縮機２１を所定の中間回転数で維持する時間について設定する。具体的には、圧縮機２１の停止時間が長くなるに従い、中間回転数で維持する時間が長くなるよう設定する。
なお、その他の構成については第１、２実施形態と同一である。

図１０を参照する。制御部２８は、吐出温度センサ２７での検知温度と室外熱交センサ２６での検知温度との差に応じた前記回転数維持時間を設定する。
例えば、吐出温度センサ２７での検知温度が３℃で室外熱交センサ２６での検知温度が２℃であれば、吐出温度と熱交温度との差が１なので圧縮機２１の停止時間が長いと前記停止時間判断手段２８ｂが判断し、前記維持時間判断手段２８ａにより前記回転数維持時間は２４０秒に設定される。

また、吐出温度センサ２７での検知温度が３５℃であり室外熱交センサ２６での検知温度が２℃であれば、吐出温度と熱交温度との差が３３なので圧縮機２１の停止時間が短いと前記停止時間判断手段２８ｂが判断し、前記維持時間判断手段２８ａにより前記回転数維持時間は１５０秒に設定される。

吐出温度と熱交温度との差が大きいと、圧縮機２１の停止時間が短いと推定されるため冷凍サイクル３０内にある冷媒の寝込みによる影響がほとんどなく、暖房運転開始時における冷媒の流動音は小さい。
また、吐出温度と熱交温度との差が小さいと、圧縮機２１の停止時間が長いと推定されるため冷凍サイクル３０内にある冷媒の寝込みによる影響が大きくなり、暖房運転開始時における冷媒の流動音は大きい。
よって、吐出温度と熱交温度との差が大きいほど前記回転数維持時間が短くなるよう設定することで、冷媒の流動音抑制とユーザーの快適性向上とを達成することができる。

図１１を参照する。圧縮機２１の内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が所定値である５０以下であることが確認されたら、制御部２８は、冷媒が暖房運転時の方向へ流動するよう四方弁２２を切り替えて圧縮機２１を駆動させ回転数を上昇させる。
圧縮機２１は時間経過に応じて徐々に回転数が上昇し、所定の中間回転数である７０ｒｐｓまで達したら、制御部２８は、圧縮機２１の回転数上昇を停止し７０ｒｐｓで圧縮機２１を維持させる。

圧縮機２１を７０ｒｐｓで維持させたら、制御部２８は、吐出温度センサ２７での検知温度と室外熱交センサ２６での検知温度との差により停止時間判断手段２８ｂが圧縮機２１の停止時間を推定し、維持時間判断手段２８ａにより設定した前記回転数維持時間のカウントを開始する。
例えば、吐出温度と熱交温度との差が１であれば、制御部２８は、圧縮機２１が７０ｒｐｓに達したときからカウントを開始し、２４０秒をカウントしたら圧縮機２１の回転数を再度上昇させ、目標回転数である１００ｒｐｓにする。

また、吐出温度と熱交温度との差が３３であれば、制御部２８は、圧縮機２１が７０ｒｐｓに達したときからカウントを開始し、１５０秒をカウントしたら圧縮機２１の回転数を再度上昇させ、目標回転数である１００ｒｐｓにする。

このように、暖房運転の開始後に圧縮機２１の回転数が所定の中間回転数に達したら、吐出温度と熱交温度との差に応じて回転数維持時間を変化させることで、寝込み時間が長いと推定される場合は回転数維持時間を長くすることで冷媒流動音を抑制することができ、寝込み時間が短いと推定される場合は回転数維持時間を短くすることでユーザーの快適性を向上させることができる。

次に、本発明の効果を説明する。

内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が所定値以下の圧縮機２１を備えた空気調和装置１において、暖房運転開始時に圧縮機２１の回転数を増加させ、所定の中間回転数に達したら圧縮機２１の回転数増加を停止し、回転数維持時間だけ中間回転数で維持することで冷媒の相状態を安定化させることができるため、特に内部空間容積が小さな圧縮機２１を使用した場合において、膨張弁２３の前後に径の小さい配管を設置するといった部品点数の増加を招くことなく、暖房運転開始時における冷媒流動音を抑制することができる。

また、前記B／Aの値が小さい場合は、大きい場合と比べて前記回転数維持時間を長くするので、暖房運転の開始時において、より冷媒の流動音が発生しやすい前記B／Aの値が小さい圧縮機２１を使用した場合、中間回転数で維持する回転数維持時間を長くすることで冷媒の相状態を安定化させることができるため、暖房運転開始時における冷媒流動音を抑制することができ、また、前記B／Aの値が大きい圧縮機２１を使用した場合、前記回転数維持時間が短くなり、圧縮機２１を早期に目標回転数まで到達させるので、ユーザーの快適性が向上する。

また、吐出温度センサ２７での検知温度と熱交温度センサ２６での検知温度との差が小さい程、前記回転数維持時間を長くするので、吐出温度と熱交温度との差から圧縮機２１の停止時間を推定し、圧縮機２１の停止時間が長く冷媒の寝込みによる影響が大きい場合、暖房運転開始時に圧縮機２１を所定の中間回転数で維持する回転数維持時間を長くして冷媒の状態を安定化させるので、冷媒の流動音を抑制することができ、また、圧縮機２１の停止時間が短く冷媒の寝込みによる影響が小さい場合、暖房運転開始時に圧縮機２１を所定の中間回転数で維持する回転数維持時間を短くして、圧縮機２１を早期に目標回転数まで到達させるので、ユーザーの快適性が向上する。

なお、本実施形態では暖房運転の開始時における圧縮機２１の回転数制御について説明したが、冷房運転の開始時において本発明の制御を実施してもよいものであり、冷房運転の開始指示が出されたとき、圧縮機２１の内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が所定値以下であることが確認されたら、制御部２８は、冷房運転を開始し圧縮機２１の回転数を増加させた後、所定の中間回転数に達したら圧縮機２１の回転数増加を停止し、回転数維持時間だけ中間回転数で維持することで、暖房運転と同様に冷媒の流動音を抑制することができる。

また、本実施形態では圧縮機２１の内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）の所定値を５０として説明したが、この数値に限られることなく設定可能であり、暖房運転開始時に冷媒の流動音が発生する圧縮機２１を特定することが可能な数値であればよい。

また、第３実施形態で吐出温度センサ２７での検知温度と室外熱交センサ２６での検知温度との差により圧縮機２１の停止時間を推定しているが、室外熱交センサ２６ではなく室外機２０周辺の温度を検知する外気温センサでの検知結果と吐出温度との差により圧縮機２１の停止時間を推定してもよく、あるいは、圧縮機２１が停止した時間を直接カウントするものであってもよい。

１ 空気調和装置
１０ 室内機
１１ 室内熱交換器
２０ 室外機
２１ 圧縮機
２１ｇ 高圧空間（内部空間容積）
２３ 膨張弁
２４ 室外熱交換器
２８ 制御部
３０ 冷凍サイクル

Claims (2)

1. 内部空間容積Bを排除量Aで除した値（B／A）が５０以下で回転数が可変の圧縮機と、
   室内機内に設置された室内熱交換器と、
   冷媒を減圧する膨張弁と、
   室外機内に設置された室外熱交換器と、
   前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記膨張弁、及び前記室外熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、
   前記圧縮機が起動開始してから目標回転数に達するまでの間に、前記圧縮機を所定の中間回転数で所定時間だけ維持する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記B／Aの値が小さい場合は、大きい場合に比べて前記圧縮機を前記所定の中間回転数で維持する前記所定時間が長くなるよう設定することを特徴とした空気調和装置。
2. 前記圧縮機の停止時間を判断する停止時間判断手段を備え、
   前記制御部は、前記停止時間判断手段で判断された前記圧縮機の停止時間が長くなるに従い、前記圧縮機を前記所定の中間回転数で維持する前記所定時間が長くなるよう設定することを特徴とした請求項１記載の空気調和装置。

Images