JP2008190759A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温域または高温域の温度制御を確実に行うこと。
【解決手段】可変容量の圧縮機（11）と室外熱交換器（13）と室内膨張弁（17）と室内熱交換器（16）とが順に接続された冷媒回路（10）を備え、室内熱交換器（16）における冷媒蒸発温度または冷媒凝縮温度が目標値になるように圧縮機（11）の容量制御が行われる。そして、室内設定温度と室内空気の吸込温度との温度差に応じて目標値が変更される。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発温度または凝縮温度に基づいて圧縮機の容量制御を行う空気調和装置に関するものである。

従来より、冷媒の蒸発温度が目標値になるように圧縮機の容量を制御する冷凍装置として、例えば特許文献１に開示されているものがある。この特許文献１の冷凍装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを備えている。この冷凍装置では、基準値となる運転蒸発温度が圧縮機の吸入圧力に換算され、その圧力値が一定の範囲内になるように圧縮機の容量が制御される。すなわち、冷媒の蒸発温度がその目標値になるように圧縮機の容量制御が行われる。
特開平９−２７３８１８号公報

しかしながら、上述した冷凍装置における圧縮機の容量制御を空気調和装置に適用した場合、例えば冷房運転時に室内の設定温度が比較的低い値に設定されると、室内温度がその設定温度まで低下せずにある温度で安定してしまうという問題があった。

冷房運転においては、冷媒の蒸発温度がその目標値になるように圧縮機の容量が制御されるが、蒸発温度が目標値に近づくに従って圧縮機の容量が低減される。そして、蒸発温度が目標値に達すると、その蒸発温度を維持するため圧縮機が比較的低い容量で安定する。ここで、室内の設定温度が比較的低い値に設定されていると、室内温度がその設定温度に達していない場合があるが、その場合、圧縮機の容量に余裕があるにも拘わらずその容量は増大されず、能力不足が生じる。したがって、所望の室内温度が得られないという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒の蒸発温度または凝縮温度がその目標値になるように圧縮機の容量制御を行う空気調和装置において、室内の設定温度が低温域または高温域に設定されても、圧縮機の能力を制限なく発揮させて能力不足を解消することである。

第１の発明は、可変容量の圧縮機（11）と室外熱交換器（13）と室内熱交換器（16）とが順に接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、上記室内熱交換器（16）の冷媒の蒸発温度または凝縮温度が目標値になるように上記圧縮機（11）の容量が制御される空気調和装置を前提としている。そして、本発明は、上記目標値を室内の設定温度に基づいて変更する変更手段（40）を備えているものである。

上記の発明では、冷房運転の場合、圧縮機（11）から吐出された冷媒が室外熱交換器（13）で凝縮し、室内熱交換器（16）で蒸発する。一方、暖房運転の場合、圧縮機（11）から吐出された冷媒が室内熱交換器（16）で凝縮し、室外熱交換器（13）で蒸発する。また、冷房運転時には室内熱交換器（16）の冷媒の蒸発温度が、暖房運転時には室内熱交換器（16）の冷媒の凝縮温度がそれぞれの目標値になるように、圧縮機（11）の容量が制御される。つまり、蒸発温度がその目標値より高い場合または凝縮温度がその目標値より低い場合は、圧縮機（11）の容量を増大させ、蒸発温度がその目標値より低い場合または凝縮温度がその目標値より高い場合は、圧縮機（11）の容量を低下させる。

例えば、冷房運転において、蒸発温度がその目標値に近づくに従って圧縮機の容量が低減される。そして、蒸発温度が目標値に達すると、その蒸発温度を維持するため圧縮機が一定容量で安定する。ここで、室内の設定温度が比較的低い値であると、室内温度がその設定温度に未だ達していない場合があるが、その場合でも圧縮機の容量は増大されないため能力不足が生じる。ところが、本発明では、変更手段（40）により、室内の設定温度に基づいて蒸発温度の目標値が変更される。つまり、室内の設定温度が比較的低い場合、蒸発温度の目標値がより低い値に変更される。そうすると、蒸発温度がその低くなった目標値になるように圧縮機（11）の容量が制御（増大）されるため能力が増大する。これにより、室内温度がその設定温度まで低下する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記変更手段（40）が、上記室内熱交換器（16）へ吸い込まれる室内空気の吸込温度または上記室内熱交換器（16）から吹き出される室内空気の吹出温度と室内の設定温度との差に応じて上記目標値を変更するものである。

上記の発明では、室内温度がその設定温度に達していないにも拘わらず、圧縮機（11）の容量が安定して能力不足が生じると、変更手段（40）により、室内空気の吸込温度または吹出温度と室内の設定温度との差に応じて蒸発温度（または、凝縮温度）の目標値が増減される。つまり、室内空気の吸込温度と室内の設定温度との差が大きいほど、目標値の変更量が大きくなる。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記変更手段（40）が、室内空気の吸込温度または吹出温度と室内の設定温度との差に応じて上記目標値を段階的に変更するものである。

上記の発明では、室内空気の吸込温度または吸込温度と室内の設定温度との差に応じて、蒸発温度（または、凝縮温度）の目標値の変更量が段階的に設定されている。

第４の発明は、上記第１の発明において、上記変更手段（40）が、室内の設定温度に基づいて定めた上記目標値を手動入力で設定可能に構成されているものである。

上記の発明では、例えば、ユーザー等が室内の設定温度に応じて定めた任意の目標値が設定される。

したがって、本発明によれば、室内熱交換器（16）の冷媒の蒸発温度（または、凝縮温度）を目標値になるように圧縮機（11）の容量を制御する、いわゆる蒸発温度一定制御（または、凝縮温度一定制御）を行う空気調和装置（1）において、上記目標値を室内設定温度に基づいて変更するようにした。したがって、蒸発温度（または、凝縮温度）は目標値に達したが、室内温度が室内設定温度に達していない場合は、目標値が変更されるので、圧縮機（11）の容量を制限することなく増大または減少させることができる。これにより、圧縮機（11）の能力を必要量だけ発揮させることができるので、所望の室内温度を得ることができる。その結果、温度制御域を拡大することができる。

特に、第２の発明によれば、目標値を室内空気の吸込温度または吹出温度と室内設定温度との差に応じて変更するようにしたので、室内設定温度と室内温度との温度差を確実に把握することができ、目標値をより適切に変更することができる。

また、第４の発明によれば、任意の目標値を手動入力可能に構成したので、ユーザー等の所望の温度帯において圧縮機（11）の能力を十分に発揮させることができる。したがって、ユーザーの使用条件に合わして空気調和装置（1）を運転させることができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態１に係る空気調和装置（1）は、１つの室内ユニット（2）に対して２つの室外ユニット（3a,3b）が並列に接続された、いわゆる室外マルチタイプのものである。室内ユニット（2）と各室外ユニット（3a,3b）は、ガス側連絡配管（4）と液側連絡配管（5）とにより接続されている。ガス側連絡配管（4）は室外ユニット（3a,3b）側でガス側第１分岐管（4a）とガス側第２分岐管（4b）に分岐しており、液側連絡配管（5）は室外ユニット（3a,3b）側で液側第１分岐管（5a）と液側第２分岐管（5b）に分岐している。

上記各室外ユニット（3a,3b）は、空調対象室（6）の室外に設置されている。各室外ユニット（3a,3b）は、インバータの周波数制御により運転容量が可変に構成された圧縮機（11）と、四路切換弁（12）と、室外熱交換器（13）と、電子膨張弁により構成された室外膨張弁（14）と、アキュムレータ（15）とを備えている。室外熱交換器（13）の近傍には室外ファンが設けられているが、図示を省略している。

上記各室外ユニット（3a,3b）において、圧縮機（11）は、吐出配管（21）を介して四路切換弁（12）の第１ポート（P1）に接続されている。この四路切換弁（12）の第２ポート（P2）は、室外熱交換器（13）のガス側端部に接続されている。また、圧縮機（11）は、途中にアキュムレータ（15）が設けられた吸入配管（22）を介して四路切換弁（12）の第３ポート（P3）に接続されている。四路切換弁（12）の第４ポート（P4）は室外ガス管（23）を介してガス側連絡配管（4）の分岐管（4a,4b）に接続されている。

上記四路切換弁（12）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）が連通するとともに第３ポート（P3）と第４ポート（P4）が連通する第１位置（図の実線参照）と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が連通するとともに第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が連通する第２位置（図の破線参照）とに切り換え可能に構成されている。この四路切換弁（12）は、冷房運転時には第１位置に設定され、暖房運転時には第２位置に設定される。

上記室外熱交換器（13）の液側端部は、途中に室外膨張弁（14）が設けられた室外液管（24）を介して液側連絡配管（5）の分岐管（5a,5b）に接続されている。

上記室内ユニット（2）は、空調対象室（6）の室内に設置され、室内熱交換器（16）と室内膨張弁（膨張機構）（17）とを備えている。室内膨張弁（17）は、電子膨張弁により構成されている。液側連絡配管（5）は、途中に室内膨張弁（17）を有する室内液管（25）を介して室内熱交換器（16）の液側端部に接続されている。室内熱交換器（16）のガス側端部は、室内ガス管（26）を介してガス側連絡配管（4）に接続されている。室内熱交換器（16）の近傍には、室内ファン（18）が設置されている。

上記室内ユニット（2）には、室内ファン（18）によって室内熱交換器（16）に吸い込まれる室内空気の吸込温度を検出する吸込温度センサ（31）と、室内ファン（18）によって室内熱交換器（16）から吹き出される室内空気の吹出温度を検出する吹出温度センサ（32）とが設けられている。室内空気の吸込温度は、室内温度に相当するものである。また、室内ユニット（2）には、ユーザーが室内の設定温度を入力するためのリモコン（リモートコントローラ）（33）を備えている。さらに、室内ユニット（2）には、室内熱交換器（16）における冷媒温度を検出する室内熱交温度センサ（39）が設けられている。つまり、この室内熱交温度センサ（39）は、冷房運転時には冷媒の蒸発温度を、暖房運転時には冷媒の凝縮温度をそれぞれ検出するように構成されている。

上記室外ユニット（3a,3b）には、圧縮機（11）の吸入配管（22）における冷媒圧力を検出する吸入圧力センサ（34）、圧縮機（11）の吐出配管（21）における冷媒圧力を検出する吐出圧力センサ（35）、外気温度を検出する外気温度センサ（36）、室外熱交換器（13）における冷媒温度を検出する室外熱交温度センサ（37）、そして圧縮機（11）の吐出圧力が所定値以上に上昇すると圧縮機（11）の運転を停止させる高圧圧力開閉器（38）などが設けられている。つまり、室外熱交温度センサ（37）は、冷房運転時には冷媒の凝縮温度を、暖房運転時には冷媒の蒸発温度をそれぞれ検出するように構成されている。なお、他のセンサ類については図示を省略している。

この空気調和装置（1）は、コントローラ（40）を備えている。このコントローラ（40）には、上述した各センサの検出値とリモコン（33）の室内設定温度とが入力されるようになっている（図ではコントローラ（40）と各センサの接続状態は省略している）。

そして、コントローラ（40）は、室内熱交換器（16）における冷媒の蒸発温度または凝縮温度がそれぞれの目標値になるように圧縮機（11）の容量を制御する、いわゆる蒸発温度一定制御（または、凝縮温度一定制御）を行うように構成されている。また、コントローラ（40）は、室内空気の吸込温度と室内設定温度との差に応じて上述した蒸発温度または凝縮温度の目標値を変更するように構成されている。つまり、このコントローラ（40）は、室内設定温度に基づいて蒸発温度または凝縮温度の目標値を変更する変更手段を構成している。なお、コントローラ（40）は、目標値の変更を一定時間毎に行うように構成されている。コントローラ（40）の詳細な制御内容については後述する。

−運転動作−
次に、上記空気調和装置（1）の運転動作について説明する。この空気調和装置（1）は、冷房運転および暖房運転が切り換えて行われる。

冷房運転の場合、四路切換弁（12）が第１位置に設定されるとともに、室外膨張弁（14）が全開に設定され、室内膨張弁（17）の開度が適宜調整される。この状態において、圧縮機（11）から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器（13）で凝縮して液冷媒となり、室内膨張弁（17）で減圧されてから室内熱交換器（16）で蒸発し、アキュムレータ（15）を介して圧縮機（11）に戻るサイクルが行われる。

暖房運転の場合、四路切換弁（12）が第２位置に設定されるとともに、室内膨張弁（17）が全開となり、室外膨張弁（14）の開度が適宜調整される。この状態において、圧縮機（11）から吐出されたガス冷媒は、室内熱交換器（16）で凝縮して液冷媒となり、室外膨張弁（14）で減圧されてから室外熱交換器（13）で蒸発し、アキュムレータ（15）を介して圧縮機（11）に戻るサイクルが行われる。

次に、上記コントローラ（40）の制御動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。なお、上述した各運転時には、各センサの検出値およびリモコン（33）の室内設定温度がコントローラ（40）に入力される。また、ここでは、主として冷房運転時について説明する。

図２に示すように、先ず、制御がスタートすると、ステップＳＴ１において、コントローラ（40）により温度データの更新が行われる。この温度データは、吸込温度センサ（31）、室内熱交温度センサ（39）およびリモコン（33）から入力される各検出値、すなわち室内空気の吸込温度、冷媒の蒸発温度および室内設定温度のデータである。そして、この温度データを下に、蒸発温度がその目標値になるように圧縮機（11）の容量が制御される。具体的には、吸入圧力センサ（34）の吸入圧力が蒸発温度の目標値に相当する圧力値になるように圧縮機（11）が容量制御される。つまり、本発明は、吸入圧力がその目標値になるように圧縮機（11）の容量が制御されるとも言える。この状態では、図４に示すように、実際の室内温度が徐々に低下し、それに伴って圧縮機（11）の能力（即ち、圧縮機（11）の容量）も減少される。

その後、ステップＳＴ２において、温度データが更新されてから一定時間が経過したか否かが判断され、経過している場合はステップＳＴ３に移行し、経過していない場合は待機状態になる。

ステップＳＴ３では、コントローラ（40）において、蒸発温度の目標値が更新（変更）される。具体的には、図３に示すように、「室内設定温度−吸込温度」の温度差に応じて目標値の変更量が設定されている。つまり、「−０．５℃≦温度差≦＋０．５℃」の場合、目標値は変更されない。「−２．５℃≦温度差＜−０．５℃」または「＋０．５℃＜温度差≦＋２．５℃」の場合、目標値は「目標値＋（温度差／２）」に変更される。「温度差＜−２．５℃」または「＋２．５℃＜温度差」の場合、目標値は「目標値＋（温度差／１）」に変更される。このように、蒸発温度の目標値は、室内設定温度と吸込温度の温度差が大きいほど変更量が多く、また温度差に応じて段階的に変更される。そして、目標値の更新が終わると、ステップＳＴ１に戻って再び温度データが更新される。なお、上述した温度差の基準値および目標値の変化量は、これに限るものではない。

図４に示すように、上述した制御を行わない場合、蒸発温度がその目標値に達する（低下する）までは、室内温度がその設定温度に向かって低下し、圧縮機（11）の容量も減少される。そして、蒸発温度が目標値に達すると（図４のＡ点）、その蒸発温度を維持するため圧縮機（11）の能力（容量）が著しく低下してしまう（図４の二点鎖線部分）。つまり、室内温度がその設定温度に達していないにも拘わらず、圧縮機（11）の容量が制限されて能力不足になってしまう。ところが、上述した制御を行うと、蒸発温度が目標値に達しても、吸込温度（即ち、室内温度）が室内設定温度よりも所定量だけ高いときは、目標値が一定量だけ低下するので、圧縮機（11）の容量が増大される（図４の実線の左部分）。これにより、圧縮機（11）の能力が向上し、室内温度が室内設定温度に達する。つまり、圧縮機（11）の能力が十分に発揮される。

また、暖房運転の場合も基本的に上記と同様の制御が行われる。つまり、温度データとして、吸込温度センサ（31）、室内熱交温度センサ（39）およびリモコン（33）から入力される各検出値、すなわち室内空気の吸込温度、冷媒の凝縮温度および室内設定温度がコントローラ（40）に入力される。そして、この温度データを下に、凝縮温度がその目標値になるように圧縮機（11）の容量が制御される。具体的には、吐出圧力センサ（35）の吐出圧力が凝縮温度の目標値に相当する圧力値になるように圧縮機（11）が容量制御される。

この状態では、図５に示すように、実際の室内温度が徐々に上昇し、それに伴って圧縮機（11）の能力（即ち、圧縮機（11）の容量）は減少される。凝縮温度が目標値に達すると（図５のＢ点）、その凝縮温度を維持するため圧縮機（11）の能力（容量）が著しく低下してしまう（図５の二点鎖線部分）。ところが、吸込温度（即ち、室内温度）が室内設定温度よりも所定量だけ低いときは、目標値が一定量だけ増大するので、圧縮機（11）の容量が増大され（図５の実線の右部分）、室内温度が室内設定温度に達する。

−実施形態１の効果−
この本実施形態によれば、室内空気の吸込温度と室内設定温度との温度差に応じて蒸発温度または凝縮温度のそれぞれの目標値を変更するようにした。したがって、蒸発温度（または凝縮温度）は目標値に達したが、室内温度が室内設定温度に達していない場合、目標値が変更されるので、圧縮機（11）の容量を制限することなく必要なだけ増大または減少させることができる。つまり、圧縮機（11）の能力を必要量だけ発揮させることができるので、所望の室内温度を得ることができる。その結果、温度制御域を拡大することができる。

《実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。図６に示すように、本実施形態２に係る空気調和装置（1）は、上記実施形態１におけるコントローラ（40）の構成を変更するようにしたものである。

具体的に、本実施形態は、室内設定温度に応じてユーザーが定めた目標値が設定され、その目標値に変更される。ユーザーは、空気調和装置（1）の設置の際などに、予め、室内設定温度に応じて定めた任意の目標値をリモコン（33）に手動入力する。その入力データは、コントローラ（40）に送信される。

例えば、図６に示すように、室内設定温度がＴ１℃からＴ２℃（＞Ｔ１℃）の間で変更されると、蒸発温度または凝縮温度の目標値が比例的（直線的）に変化するように設定される。つまり、室内設定温度がＴ１℃からＴ２℃まで上昇する間は、その上昇に伴って目標値が連続的に増大する。また、室内設定温度がＴ１℃のときの目標値がその下限値として、室内設定温度がＴ２℃のときの目標値がその上限値として設定されている。つまり、室内設定温度がＴ１℃未満に設定されても目標値は下限値のまま変更されず、また室内設定温度がＴ２℃を超えて設定されても目標値は上限値のまま変更されない。

本実施形態では、冷房運転で室内設定温度がＴ１℃とＴ２℃の間の値に設定された場合、上記実施形態１と同様に、蒸発温度が目標値に達するまでは、室内温度が徐々に低下し、圧縮機（11）の容量も徐々に減少される。そして、蒸発温度が目標値に達しても、室内温度が室内設定温度より高いと、コントローラ（40）によって目標値が室内設定温度に応じた値に変更される。これにより、圧縮機（11）の容量が増大し、室内温度が室内設定温度に達する。なお、暖房運転の場合も同様である。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態１では、目標値を室内設定温度と吸込温度との温度差に応じて段階的に変更するようにしたが、本発明は、上記温度差に応じて目標値を連続的に変更するようにしてもよい。

また、上記実施形態１では、室内設定温度と室内空気の吸込温度との温度差に応じて目標値を変更するようにしたが、室内空気の吸込温度に代えて室内空気の吹出温度を用いるようにしてもよい。この場合、吹出温度センサ（32）が検出した吹出温度が温度データとしてコントローラ（40）に入力される。そして、室内設定温度と吹出温度との温度差に応じて目標値が連続的または段階的に変更される。

また、上記各実施形態では、温度データが更新されてから一定時間経過した後に目標値の更新（変更）を行うようにしたが、随時または所定の時間帯に目標値を変更するようにしてもよい。なお、温度データの更新についても同様である。

また、上記各実施形態ではいわゆる室外マルチタイプの空気調和装置について説明したが、本発明は室外ユニットと室内ユニットを１台ずつ接続したいわゆるベア機タイプの空気調和装置であっても適用することができるし、１台の室外ユニットに対して複数台の室内ユニットを接続したいわゆる室内マルチタイプの空気調和装置であっても適用することができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、蒸発温度または凝縮温度が目標値になるように圧縮機を容量制御する空気調和装置として有用である。

実施形態１に係る空気調和装置の構成を示す配管系統図である。 実施形態１に係るコントローラの制御動作を示すフローチャートである。 実施形態１に係る蒸発温度または凝縮温度の目標値の変更量を示す図である。 実施形態１に係る冷房運転時の室内温度と圧縮機の能力との関係を示すグラフである。 実施形態１に係る暖房運転時の室内温度と圧縮機の能力との関係を示すグラフである。 実施形態２に係る蒸発温度または凝縮温度の目標値の変更量を示すグラフである。

符号の説明

1 空気調和装置
10 冷媒回路
11 圧縮機
13 室外熱交換器
16 室内熱交換器
17 室内膨張弁（膨張機構）
40 コントローラ（変更手段）

Claims (4)

1. 可変容量の圧縮機（11）と室外熱交換器（13）と室内熱交換器（16）とが順に接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、上記室内熱交換器（16）の冷媒の蒸発温度または凝縮温度が目標値になるように上記圧縮機（11）の容量が制御される空気調和装置であって、
   上記目標値を室内の設定温度に基づいて変更する変更手段（40）を備えている
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１において、
   上記変更手段（40）は、上記室内熱交換器（16）へ吸い込まれる室内空気の吸込温度または上記室内熱交換器（16）から吹き出される室内空気の吹出温度と室内の設定温度との差に応じて上記目標値を変更する
   ことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項２において、
   上記変更手段（40）は、室内空気の吸込温度または吹出温度と室内の設定温度との差に応じて上記目標値を段階的に変更する
   ことを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１において、
   上記変更手段（40）は、室内の設定温度に基づいて定めた上記目標値を手動入力で設定可能に構成されている
   ことを特徴とする空気調和装置。

Images