JP2006177599A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
圧縮機の信頼性を確保しつつ、除湿運転から冷房または暖房運転への切換時の圧縮機の停止時間を短縮でき、室内の非空調時間を短くする空気調和機を提供する。
【解決手段】
圧縮機と、冷暖房切換用流路切換弁と、室外熱交換器と、主冷媒制御装置と、第１室内熱交換器と、第２室内熱交換器と、これら第１室内熱交換器と第２室内熱交換器との間に接続され、除湿運転時に絞り装置として機能する除湿絞り装置とを備えた空気調和機において、除湿運転から冷房、または暖房運転に切換えるときに、除湿運転での圧縮機の運転を停止後の、予め定めた第１の所定の時間後に冷暖房切換用流路切換弁を除湿運転時と逆流路に切換え、更に、前記冷暖房切換用流路切換弁を逆流路に切換えてから、予め定めた第２の所定時間の間に前記除湿絞り装置の除湿絞り機能を解除すると共に、第２の所定時間を経過した後、圧縮機を始動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機に係り、特に冷凍サイクルを使用して再熱または加熱することにより、室内の温度を下げずに除湿運転をする空気調和機に好適なものである。

日本のように湿度の高いところでは、快適な空気調和のための除湿運転に対するニーズが大きい。例えば、梅雨や秋雨の季節で気温はそれほど高くないがじめじめする時に、設定室温を保ちながら除湿を行う、快適除湿運転、蒸し暑い夜や明け方に気流感が無く低騒音状態で、温度をあまり下げずに湿度を下げて快適な睡眠ができるようにする、おやすみ・おめざめ除湿運転、相対湿度を５０％位に保ってカビやダニの繁殖を防止する、カビ・ダニ防止除湿運転、梅雨や秋雨の季節で家の中に干した洗濯物を乾かす時に使用する、ランドリー除湿運転等がある。

しかも、季節によってはこれらの除湿と冷房、暖房のニーズが１日の中で交互に生ずる場合も多い。このようなときには、除湿と冷房または暖房が自動的に切換わる機能を持つ空気調和機が便利であり、この種の従来技術として、特許文献１及び特許文献２に記載された技術が知られている。

特許文献１は再熱方式の除湿機能を有する空気調和機において、冷房運転からドライ運転への切換時、まず、圧縮機を所定時間停止し、低周波数の暖気味ドライ運転を所定時間行った後に負荷相当のドライ運転を実施する。これにより、冷房運転からドライ運転への切換時、室内熱交換器の保水量を減少させて、ドライ運転時の霧吹きおよび室内ファンへの結露を防止する空気調和機が記載されている。

特許文献２は冷房運転から除湿運転への運転モード変更時点から所定時間が経過するまでは、室外ファン風量制御手段による室外ファン風量制御量、室内ファン風量制御手段による室内ファン風量制御量および圧縮機制御手段による圧縮機運転周波数のうち少なくとも１つを、通常モード設定値と異なる規制モード設定値に設定する。これにより、冷房運転から除湿運転への移行時における霧吹きや水飛びの現象を極力なくし、カビ臭などの臭いの発生を防止する空気調和機を提供している。

これら特許文献に記載されているように冷房から冷房除湿、または、暖房から暖房除湿に切換える場合は主減圧装置の絞りを無効にし、加熱器と蒸発器に２分割された室内熱交換器の間の除湿絞り装置を有効にする必要がある。このときの両熱交換器の間の差圧は流路抵抗だけの小さい値であり、除湿絞り装置の作動には何ら問題が無い。

しかし、冷房除湿から冷房、または、暖房除湿から暖房に切換える場合は主減圧装置の絞りを有効にし、加熱器と蒸発器に２分割された室内熱交換器の間の除湿絞り装置を無効にする必要がある。このときの両熱交換器の間の差圧は凝縮圧力と蒸発圧力との差圧となり、かなり大きく、除湿絞り装置が作動可能となる差圧まで両者の圧力を近づけてからでないと除湿絞り装置が無効にならない。

このため、圧縮機を運転させたまま、停止させないで冷暖房切換用の四方弁を切換えて強制的に上記の差圧を小さくさせる方法が特許文献３に紹介されている。

特開２００２−２２１３７３号公報 特開２００３−３２２３８５号公報 特開２００２−９８３８６号公報

しかし、上記特許文献３に記載された方法では除湿運転時に高圧側の冷凍サイクル内に凝縮していた冷媒がいきなり低圧側の圧縮機吸込み口に殺到するので液圧縮が起こり、圧縮機の信頼性が低下する恐れが大きい。

これを避けるため、圧縮機を一端停止し、冷凍サイクル内の圧力をバランスさせてから除湿絞り装置を切換えることが行われている。しかし、圧縮機を停止させると室内の空気調和が行われない状態になるので、この圧縮機の停止時間はできるだけ短いほうが良い。特許文献３では圧縮機の信頼性を確保しつつ、再始動までの時間を短縮する配慮については何ら言及されていない。

本発明の目的は、圧縮機の信頼性を確保しつつ、除湿運転から冷房または暖房運転への切換時の圧縮機の停止時間を短縮でき、室内の非空調時間を短くした空気調和機を提供することにある。

上記目的は、圧縮機と、冷暖房切換用流路切換弁と、室外熱交換器と、第１室内熱交換器と、第２室内熱交換器と、これら第１室内熱交換器と第２室内熱交換器との間に接続され除湿運転時に絞り装置として機能する除湿絞り装置とを備えた空気調和機において、除湿運転から冷房運転、または暖房運転に切換える際、除湿運転における前記圧縮機の運転を停止後、第１の所定の時間後に前記冷暖房切換用流路切換弁を除湿運転時と逆流路に切換え、その後、第２の所定時間の間に前記除湿絞り装置の除湿絞り機能を解除し、前記第２の所定時間を経過した後、前記圧縮機を始動することにより達成される。

本発明によれば、圧縮機の信頼性を確保しつつ、除湿運転から冷房または暖房運転への切換時の圧縮機の停止時間を短縮でき、室内の非空調時間を短くすることができる。

以下、本発明の各実施例を建家に取り付ける空気調和機を例にとり、図面により詳細に説明する。本発明による一実施例を図１により説明する。図１は本実施例である冷凍サイクルと制御の系統を示す図である。本実施例の空気調和機は次のように構成されている。

図１において、１は圧縮機、２は冷房や暖房等の運転状態を切り換える際に切り換えられる四方弁、３は室外熱交換器、４は冷房運転及び暖房運転時に冷媒が流れる主絞り装置、５は主絞り装置４と並列に設けられ除湿運転時に冷媒を流すための二方弁、６ａ、６ｂは二分割された室内熱交換器、７は室内熱交換器６ａと６ｂとの間にこれらと直列に設けられ除湿運転時に冷媒の流れる除湿絞り装置、８は室内熱交換器６ａと６ｂとの間に除湿絞り装置７と並列に設けられ冷房及び暖房運転時に冷媒を流すための二方弁、９は圧縮機への液戻りを防止するためのアキュムレータである。

１０は室外ファン、１１は室外ファンモータ、１２は室内ファン、１３は室内ファンモータ、１４、１５はそれぞれ室外、室内の風向を示す矢印、１６は制御部、１７は室内温度を検知する温度センサ等の温度検出手段、１８は室内湿度を検知する湿度センサ等の湿度検出手段、２１、２２、２３、２４、２５はそれぞれ配線を示している。

また、圧縮機１は、能力制御が可能で、室外ファン１０及び室内ファン１２は能力制御すなわち送風量制御が可能にしてある。特に最近は、圧縮機１やファンモータ１１、１３には、回転数が連続して変えられる回転数制御方式が用いられており、能力をきめ細かく制御することができる。

以上のようなサイクル構成において、冷房運転時には、二方弁５を閉じ二方弁８を開くことにより、冷媒を細い実線の矢印で示すように循環させ、室外熱交換器３を凝縮器、室内熱交換器６ａ及び６ｂを蒸発器として室内の冷房を行う。暖房運転時には、四方弁２を切り替え二方弁５を閉じ二方弁８を開くことにより、冷媒を点線の矢印で示すように循環させ、室内熱交換器６ａ及び６ｂを凝縮器、室外熱交換器３を蒸発器として室内の暖房を行う。

又、冷房除湿運転時には、四方弁２を冷房運転時と同様に切り換え、二方弁５を開き二方弁８を閉じることにより、冷媒を破線で示すように圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、二方弁５、室内熱交換器６ａ、除湿絞り装置７、室内熱交換器６ｂ、四方弁２、アキュムレータ９、圧縮機１の順に循環させ、室外熱交換器３を上流側の凝縮器、室内熱交換器６ａを下流側の凝縮器、室内熱交換器６ｂを蒸発器とするように設定する。

そして、室内空気を室内ファン１２により矢印１５で示すように流すと、空気は蒸発器として作用する室内熱交換器６ｂで冷却・除湿された後、下流側の凝縮器、すなわち加熱器となる室内熱交換器６ａで再び加熱されて室内に吹き出される。この場合、さらに圧縮機１の能力や室内ファン１２及び室外ファン１０の送風能力を制御することにより、蒸発器６ｂ及び加熱器６ａの能力を調節することができ、最終的には除湿量や吹き出し空気温度を使用目的に合わせて制御することができる。

又、暖房除湿運転時には、四方弁２を暖房運転時と同様に切り換え、二方弁５を開き二方弁８を閉じることにより、冷媒を太い実線で示すように圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器６ｂ、除湿絞り装置７、室内熱交換器６ａ、二方弁５、室外熱交換器３、四方弁２、アキュムレータ９、圧縮機１の順に循環させ、室内熱交換器６ｂを凝縮器、室内熱交換器６ａを上流側の蒸発器、室外熱交換器３を下流側の蒸発器とするように設定する。

そして、室内空気を室内ファン１２により矢印１５で示すように流すと、空気は凝縮器として作用する室内熱交換器６ｂで加熱された後、下流側の蒸発器となる室内熱交換器６ａで再び冷却・除湿された室内に吹き出される。この場合、さらに圧縮機１の能力や室内ファン１２及び室外ファン１０の送風能力を制御することにより、加熱器６ｂ及び蒸発器６ａの能力を調節することができ、最終的には除湿量や吹き出し空気温度を使用目的に合わせて制御することができる。

かかる構成において、冷房除湿運転から冷房運転に切換える場合に、先ず、圧縮機を停止させ、除湿用絞り装置（以下、除湿弁と略す。）を介して、加熱器側の高圧冷媒を低圧の冷却器側に流して、高圧側と低圧側の圧力差を小さくした後、四方弁を逆流路に切換える。このとき、四方弁の切換えにより、高圧側の冷媒が、低圧側に流れこみ、衝撃的な流動音が生ずるが、高圧側と低圧側の圧力差を小さくしてから切換えるので、生ずる流動音はわずかであり、室内では気が付かない程度になる。

圧縮機の停止から四方弁の切換までの時間（これを第１の所定時間とする。）は冷凍サイクルの構成によって適切な値があり、空気調和機の使用者に流動音で不審の念を起こさせない程度であればより短いほうが良く、空気調和機の製作に先立って十分検討して予め設定しておく必要がある。四方弁の切換えにより加熱器と冷却器の圧力差は急速に小さくなり、速やかに、除湿弁の作動圧力差以内になる。
この圧力差が除湿弁の作動圧力差以内になったら、開の作動パルスで除湿弁を開く。なお、特許文献３で紹介されている除湿弁は、バネ力により開方向の力が常にかかっているので、圧力差が除湿弁の作動圧力差以内になると、開の作動パルスの有無に関わらず、除湿弁は開く。

これにより、高圧側と低圧側の冷媒の圧力差は一層速く接近し、圧縮機の始動可能圧力差まで小さくなるので、圧縮機を始動し、冷房運転を開始する。四方弁の切換えから圧縮機の始動までの時間（これを第２の所定時間とする。）も冷凍サイクルの構成によって適切な値があり、圧縮機が支障なく始動できる限り短いほうが良く、空気調和機の製作に先立って十分検討して予め設定しておく必要がある。

なおこれまでは、図１に示すように、二分割した室内熱交換器６ａ、６ｂを空気流１５に対して直列（前後）に配置する構造を想定して説明してきたが、これに限らず二分割した室内熱交換器を空気流に対して並列（上下）に配置しても、除湿運転時に同様の作用及び効果を得る事ができる。

この一実施例である冷凍サイクルと制御の系統を示す図を図３に示す。この図３において、１１０ａ、１１０ｂは二分割した室内熱交換器であり、空気流１５に対して並列（上下）に配置してある。またそれ以外は図１と同様であり、図１と同一番号を付けたものは同一部分を表し、圧縮機１は能力制御が可能で、室外ファン１０及び室内ファン１２は能力制御すなわち送風量制御が可能にしてある。

ここで、室内ファン１２は、室内熱交換器６ａと６ｂとを並列的に空気を流す場合を図示しているが、室内熱交換器６ａと６ｂとを「く」の字状に曲げて構成し、まず室内熱交換器６ｂに空気を流し、その後室内熱交換器６ａに空気を流すように室内ファン１２を配置することができ、このように構成することにより空気の流入および流出を行う通路を形成しやすい。

図３のサイクル構成においても、図１のサイクル構成と同様に、冷房運転時には、二方弁５を閉じ二方弁８を開くことにより、冷媒を、細い実線矢印で示すように循環させ、室外熱交換器３を凝縮器、室内熱交換器６ａ及び６ｂを蒸発器として室内を冷房する。暖房運転時には、四方弁２を切り替え二方弁５を閉じ二方弁８を開くことにより、冷媒を点線矢印で示すように循環させ、室内熱交換器６ａ及び６ｂを凝縮器、室外熱交換器１０を蒸発器として室内を暖房する。

又、冷房除湿運転時には、四方弁２を冷房運転と同様に切り換え、二方弁５を開き二方弁８を閉じることにより、冷媒を、破線で示すように圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、二方弁５、室内熱交換器１１０ａ、除湿絞り装置７、室内熱交換器１１０ｂ、四方弁２、アキュムレータ９、圧縮機１の順に循環させ、室外熱交換器３を上流側の凝縮器、室内熱交換器１１０ａを下流側の凝縮器、室内熱交換器１１０ｂを蒸発器とする。

そして、室内空気を室内ファン１２により矢印１５のように流すと、空気流の一部は蒸発器となる室内熱交換器１１０ｂで冷却・除湿されると共に残りの空気流は凝縮器で加熱器となる室内熱交換器１１０ａで加熱されて室内に吹き出される。この場合、圧縮機１の能力や室内ファン１２及び室外ファン１０の送風能力を制御することにより蒸発器１１０ｂ及び加熱器１１０ａの能力を調節することができ、最終的には除湿量や吹き出し空気温度を使用目的に合わせて制御することができる。

又、暖房除湿運転時には、四方弁２を暖房運転と同様に切り換え、二方弁５を開き二方弁８を閉じることにより、冷媒を、太い実線で示すように圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器１１０ｂ、除湿絞り装置７、室内熱交換器１１０ａ、二方弁５、室外熱交換器３、四方弁２、アキュムレータ９、圧縮機１の順に循環させ、室内熱交換器１１０ｂを凝縮器、室内熱交換器１１０ａを上流側の蒸発器、室外熱交換器３を下流側の蒸発器とする。

そして、室内空気を室内ファン１２により矢印１５のように流すと、空気流の一部は凝縮器で加熱器となる室内熱交換器１１０ｂで加熱されると共に残りの空気流は蒸発器となる室内熱交換器１１０ａで冷却・除湿されて室内に吹き出される。この場合、圧縮機１の能力や室内ファン１２及び室外ファン１０の送風能力を制御することにより加熱器１１０ｂ及び蒸発器１１０ａの能力を調節することができ、最終的には除湿量や吹き出し空気温度を使用目的に合わせて制御することができる。

従って、除湿運転において、図３のように空気流１５に対して二分割した室内熱交換器１１０ａと１１０ｂを並列（上下）に並べた場合にも、図１のように空気流１５に対して二分割した室内熱交換器６ａと６ｂを直列（前後）に並べた場合と同様な種々の運転が可能で、同様な効果を得る事ができる。

なおこれまでの除湿運転時の運転方法は、図１、図３に示すサイクル構成を想定して説明してきたが、これに限らず、室内熱交換器を二分割してその間に除湿絞り装置を設け、除湿運転時に、二分割した室内熱交換器のうちの冷媒流の上流側を加熱器、下流側を冷却・除湿器とするサイクル構成を有する空気調和機に対しては、上述したように、室内熱交換器を前後に並べて空気流をこれらの室内熱交換器に順に流す場合、あるいは上下に並べて空気流をこれらの熱交換器に並列に流す場合を含め、共通に適用することができ、同様の効果を得ることができる。

ところでこれまでに述べた図１、図３等のサイクル構成における圧縮機や室内ファン、室外ファンの能力制御方法として、代表的なインバータや直流モータを用いて回転数制御する方式について説明してきたが、この他にも種々の方式が考えられる。例えば、圧縮機については、機械的に能力制御を行う方式、送風機については、交流モータのタップを切り替える方式や通風路を絞る方式、通風抵抗を増大させる方式など種々の方式を用いることができる。また、これまで使用されている除湿運転における室内ファンの高風量は、一般的に言って冷房運転や暖房運転時の風量と同等以下である。

又、図１、図３に示す実施例において、これまで説明したように、主絞り装置４あるいは除湿絞り装置７としては、キャピラリチューブのような固定絞り装置に限らず、特開平１１−５１５１４号公報に紹介されているような閉時に固定絞りとなる開閉弁を用いることもでき、この場合、キャピラリチューブを除去することができ、また、膨張弁、電動膨張弁のような可変絞り装置を用いて、さらに細かい制御を行うこともできる。

特に、流通抵抗の少ない全開状態が可能な電動膨張弁を用いた場合には、二方弁５、あるいは二方弁８が不要となり、例えば、図１及び図３に破線で囲んで示したように、並列に設けた絞り装置４と二方弁５及び絞り装置７と二方弁８の部分４５及び４６を、図２に示すように、全開可能電動膨張弁９５だけで置き換えることができる。

この場合、除湿絞り装置７として電動膨張弁のような可変絞り装置を用いるときは、一般に電動膨張弁の作動圧力差が通常の冷凍サイクルで生ずる高低圧の圧力差より大きいので、本実施例のように、高低圧の圧力差をバランスさせる必要は無い。しかし、何らかの理由で弁の全開動作に除湿運転時の高低圧の圧力差より小さい作動圧力差が要求されているときは、本実施例が有効になる。

又、これまでは冷房、暖房、除湿の三つの運転状態が可能な冷凍サイクルについて説明してきたが、本発明はこれに限るものではなく、他の冷凍サイクルについてもこれまでに説明してきた運転方法及び室内熱交換器の構成を適用できる。例えば、図１あるいは図３に示す実施例において、四方弁２を取り去り、圧縮機１とアキュムレータ９を、室内熱交換器６ｂあるいは１１０ｂ、アキュムレータ９、圧縮機１、室外熱交換器３が直列になるように接続した（図示せず）場合には、細い実線の矢印で示す冷媒流れの冷房運転と破線で示す冷媒流れの除湿運転が可能な冷凍サイクルとなる。このような冷凍サイクルの除湿運転においても、同様の効果を得ることができる。

さらに、図１及び図３等の冷凍サイクルの構成において、アキュムレータは必ずしも必要ではなく、使用する圧縮機の種類あるいは主絞り装置の種類や制御方法によってはアキュムレータ無しの冷凍サイクル構成とすることができる。

尚、実施例は冷房除湿運転から冷房運転に切換る場合について述べているが、本発明はこれに限定されるものではなく、暖房除湿運転から暖房運転への切換える場合、冷房除湿運転から暖房運転への切換える場合、暖房除湿運転から冷房への切換える場合、冷房除湿運転から暖房除湿運転への切換える場合、暖房除湿運転から冷房除湿運転への切換える場合にも適用でき、同様の効果を得ることができる。

以上説明したように本実施例によれば、圧縮機と、冷暖房切換用流路切換弁と、室外熱交換器と、主冷媒制御装置と、第１室内熱交換器と、第２室内熱交換器と、これら第１室内熱交換器と第２室内熱交換器との間に接続され、除湿運転時に絞り装置として機能する除湿絞り装置とを備えた空気調和機において、除湿運転から冷房、または暖房運転に切換えるときに、除湿運転での圧縮機の運転を停止後の、予め定めた第１の所定の時間後に冷暖房切換用流路切換弁を除湿運転時と逆流路に切換え、更に、前記冷暖房切換用流路切換弁を逆流路に切換えてから、予め定めた第２の所定時間の間に前記除湿絞り装置の除湿絞り機能を解除すると共に、第２の所定時間を経過した後、圧縮機を始動する。

これにより、除湿運転から冷房運転、または除湿運転から暖房運転に切換えるときに、圧縮機を一端停止する。これにより、圧縮機運転中に四方弁を切換えた場合に生ずる、高圧凝縮冷媒の圧縮機への液戻りが防止される。圧縮機を一端停止し、四方弁の切換え時の作動音が十分小さくなる迄、高低圧の圧力差が縮まるのを待って四方弁を切換え、更に、高低圧の圧力差が縮まり、除湿弁の開動作が可能となってから除湿弁を開き、更にまた、高低圧の圧力差が縮まり、圧縮機の始動が可能となる迄待ってから圧縮機を始動するので、圧縮機の信頼性を確保しつつ、除湿運転から冷房または暖房運転への切換時の圧縮機の停止時間を短縮でき、室内の非空調時間を短くして、空気調和機の使用者の満足度を高める空気調和機を得ることができる。

本発明の一実施例である空気調和機の構成を示す図である。 絞り装置部分の構成図である。 本発明の他の実施例である空気調和機の構成を示す図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…主絞り装置、５、８…二方弁、９…アキュムレータ、６ａ、６ｂ、１１０ａ、１１０ｂ…室内熱交換器、７…除湿絞り装置、１０…室外ファン、１１…室外ファンモータ、１２…室内ファン、１３…室内ファンモータ、１５…外気温センサ、１６…制御部、１７…室内吸込温度センサ、１８…湿度検出手段、１９…室内吹出温度センサ、２１、２２、２３、２４、２５…信号線、４５、４６…主絞り装置。

Claims (1)

1. 圧縮機と、冷暖房切換用流路切換弁と、室外熱交換器と、第１室内熱交換器と、第２室内熱交換器と、これら第１室内熱交換器と第２室内熱交換器との間に接続され除湿運転時に絞り装置として機能する除湿絞り装置とを備えた空気調和機において、除湿運転から冷房運転、または暖房運転に切換える際、除湿運転における前記圧縮機の運転を停止後、第１の所定の時間後に前記冷暖房切換用流路切換弁を除湿運転時と逆流路に切換え、その後、第２の所定時間の間に前記除湿絞り装置の除湿絞り機能を解除し、前記第２の所定時間を経過した後、前記圧縮機を始動する空気調和機。
   

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