JP7495625B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷媒サイクルによって、対象空間である建物等の室内の空調を行う。図1に示されるように、空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、室内ユニット3と、液冷媒連絡管4と、ガス冷媒連絡管5と、制御部6と、リモコン7とを有する。液冷媒連絡管4及びガス冷媒連絡管5は、室外ユニット2と室内ユニット3とを接続する。室外ユニット2と、室内ユニット3と、液冷媒連絡管4と、ガス冷媒連絡管5とは、冷媒配管により環状に接続されて、冷媒回路100を構成する。冷媒回路100は、内部に冷媒が封入されている。制御部6は、冷媒回路100を制御して冷凍サイクルを実現することにより、暖房運転、冷房運転、及び、再熱除湿運転等の空調運転を実行する。
(2-1)室外ユニット
室外ユニット2は、建物の屋上、及び、建物の外壁面近傍等の室外に設置される。室外ユニット2は、主として、圧縮機21と、四路切換弁23と、室外熱交換器24と、室外膨張弁25と、室外ファン26とを有する。図1に示されるように、室外ユニット2は、必要に応じて、室外熱交換器温度センサ28、及び、室外温度センサ29の少なくとも1つをさらに有してもよい。
圧縮機21は、冷媒回路100において、低圧の冷媒を吸入側21aから吸入して、高圧になるまで圧縮した後、吐出側21bから吐出する。圧縮機21の吐出側21bには、圧縮機21によって圧縮された冷媒が流れる吐出管21cが接続されている。圧縮機21は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素がモータ22によって回転駆動される、密閉式構造の圧縮機である。モータ22の回転数は、インバータ等を介して、制御部6により制御される。
四路切換弁23は、冷媒回路100において、冷媒の流れの方向を切り換える。四路切換弁23は、第1ポートP1と、第2ポートP2と、第3ポートP3と、第4ポートP4とを有する。四路切換弁23は、制御部6により、第1状態(図1の破線で示される状態)と第2状態(図1の実線で示される状態)との間で切り換えられる。第1状態では、第1ポートP1と第4ポートP4とが互いに連通し、かつ、第2ポートP2と第3ポートP3とが互いに連通する。第2状態では、第1ポートP1と第2ポートP2とが互いに連通し、かつ、第3ポートP3と第4ポートP4とが互いに連通する。
室外熱交換器24は、冷媒回路100において、室外熱交換器24内の冷媒と、室外の空気との熱交換を行う。室外熱交換器24の液側24aは、室外膨張弁25に接続されている。室外熱交換器24のガス側24bは、四路切換弁23の第2ポートP2に接続されている。
室外膨張弁25は、冷媒回路100において、冷媒を減圧する膨張機構である。室外膨張弁25は、液冷媒連絡管4と、室外熱交換器24の液側24aとの間に設けられる。室外膨張弁25は、開度調整が可能な電動膨張弁である。室外膨張弁25の開度は、制御部6により制御される。
室外ファン26は、気流を生成し、室外の空気を室外熱交換器24に供給する。室外ファン26によって室外の空気が室外熱交換器24を通過することにより、室外熱交換器24内の冷媒と、室外の空気との熱交換が促される。室外ファン26は、室外ファンモータ26aによって回転駆動される。室外ファン26の風量は、制御部6が室外ファンモータ26aの回転数を変えることにより制御される。
室外熱交換器温度センサ28は、室外熱交換器24に設けられる。室外熱交換器温度センサ28は、四路切換弁23が第2状態である時の冷凍サイクルにおける、冷媒回路100内の冷媒の温度(凝縮温度)を検出する。
室外温度センサ29は、室外ユニット2のケーシング(図示省略)の空気の吸入口に設けられる。室外温度センサ29は、室外ユニット2のケーシングに流入する室外の空気の温度(室外温度)を検出する。
室内ユニット3は、対象空間である室内に設置される。室内ユニット3は、主として、第1室内熱交換器311と、第2室内熱交換器312と、室内膨張弁32と、室内ファン33とを有する。図1に示されるように、室内ユニット3は、必要に応じて、室内温度センサ34、膨張弁前温度センサ37、及び、室内湿度センサ38の少なくとも1つをさらに有してもよい。
第1室内熱交換器311は、冷媒回路100において、第1室内熱交換器311内の冷媒と、室内の空気との熱交換を行う。第1室内熱交換器311の一端は、液冷媒連絡管4に接続されている。第1室内熱交換器311の他端は、第1室内配管32aを介して室内膨張弁32に接続されている。
室内膨張弁32は、冷媒回路100において、冷媒を減圧する膨張機構である。室内膨張弁32は、冷媒回路100において、第1室内熱交換器311と第2室内熱交換器312との間に設けられる。室内膨張弁32は、開度調整が可能な電動膨張弁である。室内膨張弁32の開度は、制御部6により制御される。
室内ファン33は、気流を生成し、室内の空気を第1室内熱交換器311及び第2室内熱交換器312に供給する。室内ファン33によって室内の空気が第2室内熱交換器312及び第1室内熱交換器311を順に通過することにより、第1室内熱交換器311及び第2室内熱交換器312内の冷媒と、室内の空気との熱交換が促される。室内ファン33は、室内ファンモータ33aによって回転駆動される。室内ファン33の風量は、制御部6が室内ファンモータ33aの回転数を変えることにより制御される。
室内温度センサ34は、室内ユニット3のケーシング(図示省略)の空気の吸入口に設けられる。室内温度センサ34は、室内ユニット3のケーシングに流入する室内の空気の温度(室内温度)を検出する。
膨張弁前温度センサ37は、室内膨張弁32と第1室内熱交換器311とを接続する第1室内配管32aに設けられる。膨張弁前温度センサ37は、四路切換弁23が第2状態である時の冷凍サイクルにおける、室内膨張弁32に流入する直前の冷媒の温度(膨張弁前温度)を検出する。
室内湿度センサ38は、室内ユニット3のケーシング(図示省略)の空気の吸入口に設けられる。室内湿度センサ38は、室内ユニット3のケーシングに流入する室内の空気の湿度(室内湿度)を検出する。
図2に示されるように、制御部6は、圧縮機21と、四路切換弁23と、室外膨張弁25と、室外ファン26と、室内膨張弁32と、室内ファン33と、リモコン7とのそれぞれと、制御信号を送受信可能に接続されている。制御部6は、必要に応じて、室外熱交換器温度センサ28と、室外温度センサ29と、室内温度センサ34と、膨張弁前温度センサ37と、室内湿度センサ38とのそれぞれから、検出信号を受信可能に接続されている。
リモコン7は、ユーザーから、暖房運転、冷房運転、及び、再熱除湿運転のいずれかの実行指示、室内の目標温度、室内の目標湿度等を受け付け、受け付けたデータを制御信号として制御部6に送信する。制御部6は、制御信号を受信すると記憶装置に記録する。
(3-1)空調運転
制御部6が実行する空気調和装置1の空調運転である、暖房運転、冷房運転、及び、再熱除湿運転について説明する。図1に示されるように、空気調和装置1の冷媒回路100では、圧縮機21、室外熱交換器24、室外膨張弁25、第1室内熱交換器311、室内膨張弁32、第2室内熱交換器312が環状に接続される。
制御部6は、暖房運転の開始についての制御信号をリモコン7から受信すると、空気調和装置1の暖房運転を開始する。暖房運転に際して、制御部6は、四路切換弁23を第1状態へ切り換える(図1の破線で示される状態)。さらに、制御部6は、室外膨張弁25を、リモコン7から受信した目標温度に対応する開度とし、室内膨張弁32を全開、又は、全開に近い開度として、圧縮機21を運転する。これにより、室外熱交換器24が冷媒の蒸発器(吸熱器)として機能し、かつ、第1室内熱交換器311及び第2室内熱交換器312が冷媒の凝縮器(放熱器)として機能する。
制御部6は、冷房運転(第2運転)の開始についての制御信号をリモコン7から受信すると、空気調和装置1の冷房運転を開始する。冷房運転に際して、制御部6は、四路切換弁23を第2状態へ切り換える(図1の実線で示される状態)。さらに、制御部6は、室外膨張弁25を、リモコン7から受信した目標温度に対応する開度とし、室内膨張弁32を全開、又は、全開に近い開度として、圧縮機21を運転する。これにより、室外熱交換器24が冷媒の凝縮器(放熱器)として機能し、かつ、第1室内熱交換器311及び第2室内熱交換器312が冷媒の蒸発器(吸熱器)として機能する。
制御部6は、再熱除湿運転(第1運転)の開始についての制御信号をリモコン7から受信すると、空気調和装置1の再熱除湿運転を開始する。再熱除湿運転とは、第2室内熱交換器312で室内の空気の除湿を行い、除湿した空気を第1室内熱交換器311で加熱する空調運転である。再熱除湿運転に際して、制御部6は、四路切換弁23を第2状態へ切り換える(図1の実線で示される状態)。さらに、制御部6は、室外膨張弁25を全開、又は、全開に近い開度とし、室内膨張弁32を、リモコン7から受信した目標湿度に基づく除湿負荷に対応する開度として、圧縮機21を運転する。これにより、室外熱交換器24及び第1室内熱交換器311が冷媒の凝縮器(放熱器)として機能し、かつ、第2室内熱交換器312が冷媒の蒸発器(吸熱器)として機能する。
制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になると、室外ファン26の回転数を下げる第1制御、及び、室内膨張弁32の開度を上げる第2制御を行う。
制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になったと判定した場合に、第1制御及び第2制御を開始する。具体的には、制御部6は、室内温度センサ34が検出した室内温度を取得して、室内温度が所定温度よりも低い場合、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になったと判定して、第1制御及び第2制御を開始する。
制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、室外ファン26の回転数を下げる第1制御を行っている場合、第1条件が満たされると第1制御を終了する。第1条件は、室内温度が所定の範囲内になることで満たされる。制御部6は、第1条件が満たされるまで、第1制御を定期的に行う。
制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、室内膨張弁32の開度を上げる第2制御を行っている場合、第2条件が満たされると第2制御を終了する。第2条件は、室内温度、室内湿度、及び、内外温度差がそれぞれ所定の範囲内になることで満たされる。内外温度差は、室内温度と室外温度との差である。制御部6は、第2条件が満たされるまで、第2制御を定期的に行う。
(4-1)
空気調和装置1では、制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上である場合、室外ファン26の回転数を下げる第1制御、及び、室内膨張弁32の開度を上げる第2制御を行う。
空気調和装置1では、制御部6は、室内温度センサ34が検出した室内温度に基づいて、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になったか否かを判定して、第1制御及び第2制御を開始する。具体的には、制御部6は、室内温度が所定温度よりも低い場合に、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になったと判定する。これにより、空気調和装置1は、再熱除湿運転時に、冷媒回路100に設けられる温度センサの検出値に基づいて第1制御及び第2制御を開始することで、第1室内熱交換器311における空気の再熱効果を適切に向上させることができる。
空気調和装置1では、制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、室外ファン26の回転数を下げる第1制御を行っている場合、室内温度が所定温度まで上昇すると、第1制御を終了する。その後、制御部6は、室外ファン26の回転数を上げて、冷媒の凝縮温度が過度に上昇することを抑制する。これにより、空気調和装置1は、再熱除湿運転の実行時に、第1室内熱交換器311における空気の過剰な再熱効果を抑制することができる。
空気調和装置1では、制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、室内膨張弁32の開度を上げる第2制御を行っている場合、室内温度が所定値まで上昇し、かつ、室内湿度が所定値まで下降し、かつ、内外温度差が所定値以下になると、第2制御を終了する。その後、制御部6は、室内膨張弁32の開度を下げて、冷媒の凝縮温度が過度に上昇することを抑制する。これにより、空気調和装置1は、再熱除湿運転の実行時に、第1室内熱交換器311における空気の過剰な再熱効果を抑制することができる。
空気調和装置1では、制御部6は、室外膨張弁25及び室内膨張弁32の開度調整を適切に行うことで、再熱除湿運転と冷房運転との間を容易に切り替えることができる。具体的には、制御部6は、室外膨張弁25を全開、又は、全開に近い開度とし、室内膨張弁32を所定の開度とすることで、再熱除湿運転を実行できる。また、制御部6は、室外膨張弁25を所定の開度とし、室内膨張弁32を全開、又は、全開に近い開度とすることで、冷房運転を実行できる。
(5-1)変形例A
実施形態では、制御部6は、室内温度センサ34が検出した室内温度を取得し、室内温度が所定温度よりも低い場合、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になったと判定する。しかし、制御部6が、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になったか否かを判定する方法は、特に限定されない。
実施形態では、制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、第1室内熱交換器311の出口における冷媒の過冷却度が所定値以上になると、室外ファン26の回転数を下げる第1制御、及び、室内膨張弁32の開度を上げる第2制御を行う。しかし、制御部6は、第1制御及び第2制御の一方のみを行ってもよい。
制御部6は、第1制御を終了するための第1条件が満たされるまで、室外ファン26の回転数を下げる第1制御を行う際に、室外ファン26の回転数が所定値まで低下した場合、室外ファン26の回転数をさらに下げる制御を行わなくてもよい。また、制御部6は、第1条件が満たされて第1制御を終了した後、室外ファン26の回転数を上げる制御を行う際に、室外ファン26の回転数が所定値まで上昇した場合、室外ファン26の回転数をさらに上げる制御を行わなくてもよい。言い換えると、制御部6は、再熱除湿運転の実行時に、室外ファン26の回転数を変更する際に、変更後の回転数の下限値及び上限値を設定してもよい。
制御部6は、再熱除湿運転の開始時に、室内温度センサ34が検出した室内温度、及び、室外温度センサ29が検出した室外温度に基づいて、室内膨張弁32の開度調整を行ってもよい。この場合、空気調和装置1は、再熱除湿運転の開始時に、室内温度及び室外温度に基づいて、室内膨張弁32の開度制御を行う。例えば、制御部6は、室内温度が所定値以上であり、かつ、室外温度が所定値以下である場合に、室内膨張弁32の開度を所定値以上にした状態で再熱除湿運転を開始させてもよい。これにより、空気調和装置1は、再熱除湿運転時に、冷媒回路100に設けられる温度センサの検出値に基づいて、適切な再熱効果を実現することができる。
室内膨張弁32は、二段階膨張弁であってもよい。この場合、図4に示されるように、室内膨張弁32は、主として、弁室321と、主弁体322と、副弁体323と、駆動部324とを有する。
制御部6が再熱除湿運転を実行している時、室内膨張弁32の開度が大きいほど、室内膨張弁32を冷媒が通過する際に生じる冷媒通過音が大きくなる。冷媒通過音が大きくなるほど、又は、室内ファン33の回転数が低いほど、室内ファン33から発生する音によって冷媒通過音がマスキングされにくくなり、ユーザーは室内ユニット3から発生する冷媒通過音を感知しやすくなる。そのため、室内膨張弁32の冷媒通過音は小さいほど好ましいので、制御部6は、再熱除湿運転時に、室内膨張弁32の開度を変更する際に、室内膨張弁32の開度に上限を設けることが好ましい。また、室内膨張弁32の開度が大きいほど、冷媒の過冷却度が低下して、第1室内熱交換器311における空気の再熱効果が過剰になるおそれがある。そのため、制御部6は、再熱除湿運転時に、室内膨張弁32の開度に上限を設けることで、過冷却度を確保しつつ、冷媒通過音を抑える制御を行うことができる。
制御部6は、冷房運転又は暖房運転の実行時に、吐出管21cの温度に基づいて、室外膨張弁25の開度調整を行ってもよい。この場合、制御部6は、吐出管21cに設けられる温度センサから、吐出管21cの温度を取得する。
リモコン7は、制御部6が実行している運転の種類(冷房運転、暖房運転、及び、再熱除湿運転)、及び、再熱除湿運転時に実行中の制御モード(第1制御及び第2制御)を、表示部71に表示してもよい。
制御部6は、例えば、室内の湿度に基づいて、再熱除湿運転と冷房運転とを自動的に切り換えて実行してもよい。この場合、制御部6は、室内湿度センサ38から、室内の湿度を取得する。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
2 :室外ユニット(第1ユニット)
3 :室内ユニット(第2ユニット)
6 :制御部
21 :圧縮機
24 :室外熱交換器(第1熱交換器)
26 :室外ファン(ファン)
28 :室外熱交換器温度センサ(第1温度センサ)
29 :室外温度センサ(第4温度センサ)
311 :第1室内熱交換器(第2熱交換器)
312 :第2室内熱交換器(第3熱交換器)
32 :室内膨張弁(膨張弁)
322 :主弁体(第1部材)
323 :副弁体(第2部材)
34 :室内温度センサ(第3温度センサ)
37 :膨張弁前温度センサ(第2温度センサ)
38 :室内湿度センサ(湿度センサ)
100 :冷媒回路
Claims (7)
- 圧縮機(21)、第1熱交換器(24)、及び、前記第1熱交換器に空気を供給するファン(26)を有する第1ユニット(2)と、
第2熱交換器(311)、膨張弁(32)及び第3熱交換器(312)を有する第2ユニット(3)と、
前記圧縮機、前記第1熱交換器、前記第2熱交換器、前記膨張弁及び前記第3熱交換器が環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路(100)と、
前記冷媒回路を制御して、前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器を凝縮器として機能させ、かつ、前記第3熱交換器を蒸発器として機能させる第1運転を実行する制御部(6)と、
を備え、
前記制御部は、前記第2熱交換器の出口における前記冷媒の過冷却度が所定値以上である場合、前記ファンの回転数を下げる第1制御、及び、前記膨張弁の開度を上げる第2制御を行い、
前記制御部は、前記ファンの回転数を所定値まで下げる前記第1制御を行った後、前記第2制御を行う、
空気調和装置(1)。 - 前記第1熱交換器の温度を検出する第1温度センサ(28)と、
前記膨張弁と前記第2熱交換器とを接続する配管の温度を検出する第2温度センサ(37)と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第1温度センサ及び前記第2温度センサが検出した温度に基づいて、前記第2熱交換器の出口における前記冷媒の過冷却度が所定値以上であるか否かを判定する、
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記第2ユニットが設置される空間の温度を検出する第3温度センサ(34)をさらに備え、
前記制御部は、前記第3温度センサが検出した温度に基づいて、前記第2熱交換器の出口における前記冷媒の過冷却度が所定値以上であるか否かを判定する、
請求項1又は2に記載の空気調和装置。 - 前記第2ユニットが設置される空間の温度を検出する第3温度センサ(34)をさらに備え、
前記制御部は、前記第1制御を行っている場合において、前記第3温度センサが検出した温度が所定値まで上昇すると、前記ファンの回転数を上げる、
請求項1から3のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記第2ユニットが設置される空間の温度を検出する第3温度センサ(34)と、
前記第1ユニットが設置される空間の温度を検出する第4温度センサ(29)と、
前記第2ユニットが設置される空間の湿度を検出する湿度センサ(38)と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第2制御を行っている場合において、前記第3温度センサが検出した温度が所定値まで上昇し、かつ、前記湿度センサが検出した湿度が所定値まで下降し、かつ、前記第3温度センサが検出した温度と前記第4温度センサが検出した温度との差が所定値以下になると、前記膨張弁の開度を下げる、
請求項1から4のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記第2ユニットが設置される空間の温度を検出する第3温度センサ(34)と、
前記第1ユニットが設置される空間の温度を検出する第4温度センサ(29)と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第3温度センサ及び前記第4温度センサが検出した温度に基づいて、前記第1運転の開始時における前記膨張弁の開度を決定する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記膨張弁は、前記膨張弁の開度調整を行う第1部材(322)及び第2部材(323)を有し、
前記第2部材は、前記膨張弁を通過する前記冷媒の流量が第1範囲にある時の前記開度調整を行い、
前記第1部材は、前記膨張弁を通過する前記冷媒の流量が前記第1範囲よりも大きい時の前記開度調整を行う、
請求項1から6のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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