JP2001304700A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空気調和機の消費電力をより一層少なくし、Ｃ
ＯＰ（エネルギ消費効率）の向上、新省エネ法２００７
年の基準値を達成、年間消費電力の低減も図ることにあ
る。 【解決手段】容量が可変制御される圧縮機８１、凝縮器
１１、膨張弁２２、蒸発器１２を配管で環状に接続され
た空気調和機において、圧縮機８１の吐出ガス温度は膨
張弁２２の開度によって制御され、圧縮機８１が最低容
量で運転されるときの吐出ガス温度は、圧縮機８１が定
格容量で運転されるときの吐出ガス温度より低くなるよ
うに膨張弁２２の開度が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルの制
御を行う空気調和機に関するもので、特に空気調和機の
省電力化に好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和機を省電力とするため、
圧縮機の運転容量、膨張弁の開度をわずかに調整して消
費電力の最小値を探索することが知られ、例えば、特開
平７−１１０１６５号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、消費
電力の最小値を圧縮機の運転容量と膨張弁の開度を常に
変化させて探索するため、冷凍サイクルの運転状態が不
安定になったり、消費電力を検知するためのセンサが必
要であるため、コストアップになったりする恐れがあ
る。

【０００４】本発明の目的は、空気調和機の消費電力を
より一層少なくし、ＣＯＰ（エネルギ消費効率）の向
上、新省エネ法２００７年の基準値を達成し、年間消費
電力の低減も図ることにある。また、単に消費電力の低
減だけでなく、冷凍サイクルの安定化及び快適性の向上
を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、容量が可変制御される圧縮機、凝縮器、
膨張弁、蒸発器を配管で環状に接続された空気調和機に
おいて、圧縮機の吐出ガス温度は膨張弁の開度によって
制御され、圧縮機が最低容量で運転されるときの吐出ガ
ス温度は、圧縮機が定格容量で運転されるときの吐出ガ
ス温度より低くなるように膨張弁の開度が制御されるも
のである。

【０００６】上記のものにおいて、吐出ガス温度は圧縮
機の吐出圧力が所定の値になるまでは比例させ、所定の
値以上では一定の目標温度となるように制御され、圧縮
機が最低容量で運転されるときの目標温度は、圧縮機が
定格容量で運転されるときの目標温度よりも低くされる
ことが望ましい。

【０００７】また、本発明は、容量が可変制御される圧
縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管で環状に接続さ
れ、圧縮機の吸入または吐出の冷媒過熱度が膨張弁の開
度で制御される空気調和機において、 圧縮機が最低容
量で運転されるときの冷媒過熱度は、圧縮機が定格容量
で運転されるときの冷媒過熱度より低くなるように膨張
弁の開度が制御されるものである。

【０００８】上記のものにおいて、冷媒過熱度は圧縮機
が定格容量以上で運転されるときは一定の目標値とさ
れ、定格容量未満のときは一定の目標値よりも低くなる
ようにされることが望ましい。

【０００９】さらに、本発明は、運転周波数が可変とさ
れた圧縮機、室外熱交換器、室外ファンを有する室外ユ
ニットと、室内熱交換器、室内膨張弁を有する室内ユニ
ットとを備え、圧縮機の吸入または吐出の冷媒過熱度が
膨張弁の開度で制御されるた空気調和機において、室外
機は固定絞りの絞り機構を備え、圧縮機が所定運転周波
数未満のときは運転周波数が小さくなるに従って、冷媒
過熱度が低くされるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１、図
２に示して、以下説明する。図１は一実施の形態による
冷凍サイクルを示したもので、室外ユニット１は運転周
波数が可変されて、容量が可変制御される圧縮機８１、
圧縮機出口の冷媒温度を検出する吐出温度センサ１３
１、圧縮機出口の冷媒圧力を検出する吐出圧力センサ１
４１、四方弁６１、室外熱交換器１１、室外ファン３
１、絞り機構２１、液タンク１０１、ガス阻止弁４１、
液阻止弁５１を有している。四方弁６１は、冷房時、圧
縮機８１の吐出側と室外熱交換器１１とが連通し、圧縮
機８１の低圧側とガス阻止弁４１とが連通するように、
また、暖房時、圧縮機８１の吐出側とガス阻止弁４１と
が連通し、圧縮機８１の低圧側と室外熱交換器１１とが
連通するようになっている。

【００１１】室外熱交換器１１の一端は前述のように四
方弁６１に接続され、室外熱交換器１１の他端は絞り機
構２１を介して液タンク１０１に接続されている。さら
に液タンク１０１は液阻止弁５１に接続されている。液
阻止弁５１の他端は液配管１１１に接続され、ガス阻止
弁４１の他端はガス配管１２１に接続されている。液配
管１１１及びガス配管１２１の他端は室内ユニット２に
接続されている。室内ユニット２は室内熱交換器１２、
流量調整可能な室内膨張弁２２および室内ファン３２を
有し、本図では1台であるが、複数台接続されることが
多い。室内熱交換器１２の一端はガス配管１２１と結合
され、他端は室内膨張弁２２と結合され、室内膨張弁２
２の他端は液配管１１１に結合されている。

【００１２】空気調和機の年間の空調負荷状況を見る
と、空気調和機の定格能力に相当する負荷の発生頻度は
非常に少なく、空気調和機の最小能力以下に相当する負
荷の発生頻度が多い。したがって、空気調和機の省電力
化するには、最小能力運転時の効率向上が効果的であ
る。最小能力運転は空気調和機能力が少なくて良い運転
であるから、消費電力を低減するには暖房では吐出圧力
を下げることが必要とされる。

【００１３】次に動作を説明する。図１の破線矢印が冷
房運転、実線矢印が暖房運転の冷媒流れを示す。まず、
室内ユニット２を冷房運転する場合について説明する。
四方弁６１は冷房モードになっている。圧縮機８１から
吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁６１を通って室外熱
交換器１１へ流れる。室外熱交換器１１へ入った高圧ガ
ス冷媒は室外ファン３１によって送風された室外空気と
熱交換されて凝縮し液冷媒となり、固定絞りである絞り
機構２１で一次減圧されてから液タンク１０１へ入る。
液タンク１０１の液冷媒は液阻止弁５１、液配管１１１
を通って、室内ユニット２に入り、室内膨張弁２２で二
次減圧されて、室内熱交換器１２に入り、室内ファン３
２によって送風された室内空気と熱交換されて蒸発しガ
ス冷媒となる。このとき室内は冷房される。室内熱交換
器１２を出たガス冷媒はガス配管１２１を通って室外ユ
ニット１へ入り、ガス阻止弁４１、四方弁６１を通って
圧縮機８１に吸入される。

【００１４】次に、室内ユニット２を暖房運転する場合
について説明する。四方弁６１は暖房モードになってい
る。圧縮機８１から吐出された高圧ガス冷媒は四方弁６
１、ガス阻止弁４１を通って、ガス配管１２１へ流れ
る。ガス配管１２１を通った高圧ガス冷媒は室内ユニッ
ト２の室内熱交換器１２に入り、室内ファン３２によっ
て送風された室内空気と熱交換されて凝縮し液冷媒とな
る。このとき室内は暖房される。液冷媒は室内膨張弁２
２で一次減圧された後、液配管１１１、液阻止弁５１を
通って液タンク１０１に入る。液タンク１１１の液冷媒
は絞り機構２１で二次減圧されて室外熱交換器１１に入
り、室外ファン３１によって送風された室外空気と熱交
換されて蒸発し低圧のガス状の冷媒となり、四方弁６１
を通って圧縮機８１に吸入される。

【００１５】次に、室内膨張弁２２の制御方法を図２を
参照して説明する。空気調和機の定格能力が得られる圧
縮機周波数を定格周波数とすると図２の表に示すよう
に、圧縮機周波数が定格周波数以上の時は目標吐出ガス
温度を目標温度１とし、圧縮機周波数が定格周波数未満
の時は目標吐出ガス温度を圧縮機周波数が小さくなるに
従って目標温度１より低くなるように設定する。図２の
グラフに圧縮機周波数が定格周波数以上の目標温度１と
圧縮機周波数が最低周波数のときの目標温度２の関係を
示す。目標温度は両者とも吐出圧力に比例しており、吐
出圧力がある圧力以上になると目標温度は一定になる。
また、目標温度は吐出圧力の飽和温度より高い温度にす
る。圧縮機の運転周波数が最低周波数のときの目標吐出
ガス温度を定格周波数のときの目標吐出ガス温度より低
く設定することによって室内膨張弁２２の開度が大きく
なり、暖房時の吐出圧力を下げることができる。

【００１６】吐出圧力は吐出圧力センサ１４１で検出
し、吐出ガス温度は吐出温度センサ１３１で検出し、膨
張弁開度は、最小能力運転時の吐出ガス温度または過熱
度が定格能力運転時より低くなるように制御する。これ
によって、凝縮器内に液冷媒が溜まりにくくなり有効伝
熱面積が大きくなり吐出圧力が低下する。

【００１７】次に、室内膨張弁２２の制御方法の他の実
施例を図３で説明する。図３の表に示すように、圧縮機
周波数が定格周波数以上の時は目標吐出ガス過熱度をＳ
Ｈｏｏとし、圧縮機周波数が定格周波数未満の時は目標
吐出ガス過熱度を圧縮機周波数が小さくなるに従ってＳ
Ｈｏｏより低くなるように設定する。図２のグラフに圧
縮機周波数と目標吐出ガス過熱度の関係を示す。目標吐
出ガス過熱度は圧縮機周波数が定格周波数以上の時はＳ
Ｈｏｏ一定とし、圧縮機周波数が定格周波数未満の時は
周波数に比例して目標吐出ガス過熱度を小さくする。こ
のように圧縮機周波数が定格周波数より低いとき、目標
吐出ガス過熱度を小さくすることによって、圧縮機周波
数が最低周波数のときの室内膨張弁２２の開度が大きく
なり、暖房時の吐出圧力を下げることができる。また、
吐出ガス過熱度は吐出圧力センサ１４１と吐出温度セン
サ１３１の検出値によって演算される。

【００１８】図１の冷凍サイクルでは冷房時と暖房時で
は膨張弁２２と絞り機構２１の順番が入れ替わり、吐出
過熱度を低くすることによって、暖房時は吐出圧力が下
がり、冷房時は、吸入圧力が上がる。よって、暖房時は
電入力が減少し、冷房時は能力が増加する。

【００１９】次に、本発明の他の実施例を図４に示す。
図４の冷凍サイクルは図１の冷凍サイクルに対し液タン
ク１０１と絞り機構２１を除去し、圧縮機８１の吸入側
と四方弁６１との間にアキュムレータ９１を設けたもの
である。動作は図１と同様である。

【００２０】図４の例では、吐出ガス温度または吐出ガ
ス過熱度を図２または図３のように室内膨張弁２２を制
御することによって、暖房運転の圧縮機周波数が最低周
波数のとき吐出圧力を下げることができる。また、図４
の構成は膨張機構が室内膨張弁２２だけであるため、冷
房運転においても暖房と同様の制御によって圧縮機周波
数が最低周波数のとき室内膨張弁２２の開度が開くこと
ので吐出圧力を下げることができる。また、電気入力を
検出しなくても、省電力が可能であるので、電気入力の
検出センサが不要になり原価低減ができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮機周波数が最低周
波数のときの目標吐出ガス温度または過熱度を定格周波
数のときの目標吐出ガス温度または過熱度より低く設定
することによって室内膨張弁２２の開度が大きくなり、
吐出圧力を下げることができる。これによって、圧縮機
の仕事が減り電気入力が低減でき、空気調和機の省電力
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すサイクル構成図。

【図２】 本発明による室内膨張弁の制御方法を示す説
明図。

【図３】 本発明の他の実施例による室内膨張弁の制御
方法を示す説明図。

【図４】 本発明の他の実施例を示すサイクル構成図。

【符号の説明】

１…室外ユニット、 ２…室内ユニット、１１…室外熱
交換器、 １２…室内熱交換器、２１…絞り機構、 ２
２…室内膨張弁、３１…室外ファン、 ３２…室内ファ
ン、 ４１、５１、…阻止弁、６１…四方弁、 ８１…
圧縮機、 ９１…アキュムレータ、１１１…液配管、
１２１…ガス配管１３１…吐出温度センサ、 １４１…
吐出圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪江 宏明 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 (72)発明者 中村 憲一 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 Ｆターム(参考） 3L060 CC04 CC16 CC19 DD08 EE09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容量が可変制御される圧縮機、凝縮器、膨
   張弁、蒸発器を配管で環状に接続された空気調和機にお
   いて、 前記圧縮機の吐出ガス温度は前記膨張弁の開度によって
   制御され、前記圧縮機が最低容量で運転されるときの吐
   出ガス温度は、前記圧縮機が定格容量で運転されるとき
   の吐出ガス温度より低くなるように前記膨張弁の開度が
   制御されることを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、前記吐出
   ガス温度は前記圧縮機の吐出圧力が所定の値になるまで
   は比例させ、所定の値以上では一定の目標温度となるよ
   うに制御され、前記圧縮機が最低容量で運転されるとき
   の前記目標温度は、前記圧縮機が定格容量で運転される
   ときの前記目標温度よりも低くされることを特徴とする
   空気調和機。
3. 【請求項３】容量が可変制御される圧縮機、凝縮器、膨
   張弁、蒸発器を配管で環状に接続され、前記圧縮機の吸
   入または吐出の冷媒過熱度が前記膨張弁の開度で制御さ
   れる空気調和機において、 前記圧縮機が最低容量で運転されるときの前記冷媒過熱
   度は、前記圧縮機が定格容量で運転されるときの前記冷
   媒過熱度より低くなるように前記膨張弁の開度が制御さ
   れることを特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】請求項３に記載のものにおいて、前記冷媒
   過熱度は前記圧縮機が定格容量以上で運転されるときは
   一定の目標値とされ、定格容量未満のときは前記一定の
   目標値よりも低くなるようにされることを特徴とする空
   気調和機。
5. 【請求項５】運転周波数が可変とされた圧縮機、室外熱
   交換器、室外ファンを有する室外ユニットと、室内熱交
   換器、室内膨張弁を有する室内ユニットとを備え、前記
   圧縮機の吸入または吐出の冷媒過熱度が前記膨張弁の開
   度で制御されるた空気調和機において、 前記室外機は固定絞りの絞り機構を備え、前記圧縮機が
   所定運転周波数未満のときは運転周波数が小さくなるに
   従って、前記冷媒過熱度が低くされることを特徴とする
   空気調和機。