JP3804712B2

JP3804712B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3804712B2
Application number: JP23392297A
Authority: JP
Inventors: 哲司山下; 愛空井; 吉隆藁科; 佳則渡邊; 英司渡邊; 弘幸小林
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1172274A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱装置を有するヒートポンプ式空気調和機に係り、特に電子膨張弁とバイパス回路の開閉弁の開度を制御する制御装置を改良した空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はこの種の従来の空気調和機の冷凍サイクル図である。この従来の空気調和機は圧縮機１、四方弁２、室内ファン３を備えた室内熱交換器４、減圧器である電子膨張弁５、室外ファン６を備えた室外熱交換器７を、冷媒配管により順次連通させて、冷媒を循環させる閉じた冷凍サイクルを構成している。
【０００３】
そして、この冷凍サイクルは室内熱交換器４と電子膨張弁５との中間から分岐されて、圧縮機１の吸込部へバイパスするバイパス回路８を設け、このバイパス回路８には開閉弁９、キャピラリチューブ等の絞り装置１０、第３の熱交換器１１を内蔵した蓄熱装置１２をそれぞれ介在させ、この蓄熱装置１２には蓄熱装置１２の温度を計測する温度検出器１３を設けている。なお、図４中１４は逆止弁、１５は室内ユニット、１６は室外ユニットである。
【０００４】
この空気調和機の通常の暖房運転時では、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、四方弁２により室内熱交換器４に案内され、ここで放熱して室内ファン３により温風として吹き出されて暖房する。この室内熱交換器４で放熱して凝縮した液冷媒はさらに開閉弁９が閉じているので、バイパス回路８には分流されずに電子膨張弁５、室外熱交換器７内に流入して、ここで蒸発してから再び圧縮機１に戻る。
【０００５】
一方、このような暖房運転起動時に開閉弁９を開ける運転の場合は、室内熱交換器４からの冷媒がバイパス回路８にも分流され、蓄熱装置１２に具備された第３の熱交換器１１で吸熱して圧縮機１に戻るサイクルが形成される。これを以下「吸熱運転」と称する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このバイパス回路８に設ける蓄熱装置１２は、暖房起動運転における暖房能力向上を目的とした装置であるが、次のような課題があった。
【０００７】
すなわち、室外気温が低い場合は、冷媒が冷凍サイクルの最も低い低温部へ溜まる、いわゆる「冷媒の寝込み」現象が発生し、その多くは室外熱交換器７で寝込む。したがって、この状態で暖房起動運転を行なうと共に、開閉弁９を開いて蓄熱装置１２側に冷媒を流す「吸熱運転」を行なうと、バイパス回路８の方が室外熱交換器７側よりも圧力損失が小さいので、殆どがバイパス回路８側に流れる経路が形成される。このために、室外熱交換器７側で寝込んだ冷媒が冷凍サイクル内を循環せず、ガス欠気味な運転を行なってしまい、図６のα部に示すように温風が吹き出すまでの温風吹出し時間が長くかかるという課題があった。
【０００８】
また、「吸熱運転」終了時には開閉弁９を閉じて通常の暖房サイクルに移行させるが、このときに、電子膨張弁５での流量が少な過ぎると、蒸発温度が急激に低下し、図６のβ部に示すように吹出し温度の低下（落込み）が大きく、快適性を低下させる原因となる。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は暖房運転起動時における温風吹出し時間を短縮すると共に、蓄熱槽で冷媒に吸熱させる運転の終了時の温風吹出し温度の急激な低下を防止ないし低減して快適性を向上させることができる空気調和機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を順次連通してなる冷凍サイクルと、この冷凍サイクル中の上記室内熱交換器と上記減圧器との中間から分岐され、上記圧縮機の吸込部へバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路に介設された開閉弁、絞り装置、熱交換器を備えた蓄熱装置と、この蓄熱装置の温度を検出する温度検出器と、を有する空気調和機において、暖房運転開始時に、少なくとも上記温度検出器の検出値が、所定値以上のときに上記開閉弁を開くとともに、上記開閉弁を開いた後、上記減圧器の流量を所定期間強制的に絞り、その後は上記温度検出値の温度に応じた所定の制御アルゴリズムにより上記減圧器の開度を開くように制御し、少なくとも上記温度検出器の検出値が、所定値未満となった場合、上記開閉弁を閉じるとともに上記開閉弁を閉じた後、上記減圧器の流量を所定期間強制的に増大させ、その後は、上記蓄熱装置を介さない通常の暖房運転における所定の制御アルゴリズムにより上記減圧器の開度制御を行なうようにした制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、蓄熱装置を有するバイパス回路の開閉弁の開閉動作に応じて電子膨張弁等の減圧器の流量を制御手段により制御するので、例えば室外気温が低いときに、暖房運転を起動する場合は、制御手段により開閉弁を開いて冷媒を蓄熱装置に通して吸熱させる吸熱運転を開始させることにより暖房能力を向上させることができる。また、この吸熱運転の開始時に減圧器の流量設定値を所定時間絞るように制御することにより、室外熱交換器へ流入する冷媒の流入流量を減少させ、あるいは阻止することができる。このために、室外熱交換器に溜っている冷媒を圧縮機へ吸い込ませて一旦回収することができるので、圧縮機へ戻る冷媒流量を増大させることができる。このために、冷凍サイクルを循環する冷媒流量を増大させることができるので、さらに暖房能力を向上させることができる。このために、低外気温時においても、暖房運転の起動から温風吹出しまでの時間を短縮し、暖房運転の立上げを早めることができる。
【００１２】
一方、暖房運転中に吸熱運転を終了させて通常の暖房サイクル運転に移行させる場合は、制御手段により開閉弁を閉じるのに応じて、減圧器の流量を所定時間増大させることにより、室外熱交換器に流入する冷媒の流入量を増大させることができる。このために、この冷媒流入量の減少による室外熱交換器における冷媒の蒸発温度の急激な低下を防止することができるので、吸熱運転終了時の冷媒蒸発温度の急激な低下による凝縮温度の急激な低下、つまり温風吹出し温度の急激な低下を抑制して快適性を向上させることができる。
【００１４】
また、上述したように例えば暖房運転起動時に、制御手段により開閉弁を開いて吸熱運転を開始させることができる。このために、室内熱交換器で放熱して凝縮した液冷媒の殆どを開弁中の開閉弁を通して蓄熱装置に導入し、ここで、蓄熱材から吸熱させて気化させて、高温のガス状冷媒を圧縮機に戻して与熱させるので、圧縮機自体の温度を昇温させることができる。したがって、暖房能力を向上させることができる。
【００１５】
そして、この吸熱運転の開始時に、減圧器の流量設定値を所定時間強制的に絞るので、室外熱交換器へ分流される液冷媒の流量を絞り、あるいは阻止させるので、室外熱交換器に溜っている冷媒を一旦圧縮機へ吸い込ませて回収することができる。このために、圧縮機へ戻される冷媒流量を増大させることができるので、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環流量を増大させることができる。したがって、さらに暖房能力を向上させることができるので、低外気温時においても暖房運転の起動から温風吹出しまでの時間を短縮し、暖房運転の立上げを早めることができる。
【００１７】
さらに、上述したように暖房運転中に吸熱運転を終了させて通常の暖房サイクル運転に移行させる場合は、制御手段により開閉弁を閉じて吸熱運転を終了させるのに応じて、減圧器の流量を所定時間増大させることにより、室外熱交換器に流入する冷媒の流入量の急激な減少を防止することができる。このために、この冷媒流入量の減少による室外熱交換器における冷媒の蒸発温度の急激な低下を防止することができる。したがって、吸熱運転終了時の冷媒蒸発温度の急激な低下による凝縮温度の急激な低下、つまり、温風吹出し温度の急激な低下を抑制して快適性を向上させることができる。
【００１９】
また、蓄熱装置の温度を検出する温度検出器の温度検出値が所定値以上のときには、制御手段により、蓄熱装置が使用するのに十分に昇温しているものと判断して、開閉弁を開弁するので、その開弁した開閉弁により、例えば室内熱交換器からの液冷媒を所定温度以上の蓄熱装置に導入し、ここで吸熱させて気化させることができる。つまり、確実に蓄熱運転を行なうことができる。
【００２１】
さらに、蓄熱装置の温度を検出する温度検出器の温度検出値が所定値以下のときには、制御手段により開閉弁を閉じるので、暖房運転時、室内熱交換器からの全液冷媒を蓄熱装置に導入せずに、室外熱交換器へ導入し、ここで蒸発させてから圧縮機へ戻すので、液バックを防止し、あるいは低減して圧縮機自体の信頼性を向上させることができる。また、液バックによる圧縮機自体の温度が低下するのことも防止することができるので、吸熱運転時の吹出し温度の低下も防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施形態に係る空気調和機２０の冷凍サイクル図である。この空気調和機２０は圧縮機２１、四方弁２２、室内ファン２３を備えた室内熱交換器２４、減圧器である電子膨張弁２５、室外ファン２６を備えた室外熱交換器２７を、冷媒配管２８により順次連通させて、冷媒を循環させる閉じた冷凍サイクルを構成している。
【００２７】
そして、この冷凍サイクルは室内熱交換器２４と電子膨張弁２５との中間から分岐されて、圧縮機２１の吸込部へバイパスするバイパス回路２９を設け、このバイパス回路２９には開閉弁３０、キャピラリチューブ等の絞り装置３１、第３の熱交換器３２を内蔵した蓄熱装置３３をそれぞれ介在させ、この蓄熱装置３３には蓄熱装置３３の温度を計測する温度検出器３４を設けている。なお、図１中３５は逆止弁、３６は室内ユニット、３７は室外ユニットである。
【００２８】
そして、制御手段である制御装置３８には図中点線で示すコードにより四方弁２２、電子膨張弁２５、電磁弁である開閉弁３０、蓄熱装置３３の温度を検出する温度検出器３４をそれぞれ電気的に接続している。
【００２９】
制御装置３８は図示しないリモコン等からの制御指令信号を受けて、四方弁２２を切換操作して冷媒を図中破線矢印方向に冷凍サイクルを循環させることにより冷房運転し、図中実線矢印方向に冷凍サイクルを循環させることにより暖房運転するようになっている。
【００３０】
図２は制御装置３８により暖房運転する場合の制御プログラムのフローチャートであり、図中Ｓ１〜Ｓ１３はフローチャートの各ステップを示す。
【００３１】
すなわち、制御装置３８は、Ｓ１で図示しないリモコン等からの制御指令信号を受けて、四方弁２２を暖房運転側に切り換え暖房運転を開始させると、次のＳ２で、温度検出器３４により検出した蓄熱装置３３の温度検出値Ｔｔを読み込み、この温度検出値Ｔｔが吸熱運転を開始させる温度、つまりオン所定値Ｔｔｘ以上であるか否か、つまりＴｔ≧Ｔｔｘが成立するか否か判断し、Ｎｏ、つまり温度検出値Ｔｔがオン所定値Ｔｔｘ未満であるときには蓄熱装置３３の温度がまだ十分に昇温していないものと判断して、Ｓ３で開閉弁３０を閉じたままの状態で保持し、Ｓ４で吸熱運転を併用しない通常の暖房運転を継続させる。
【００３２】
これにより、圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四方弁２２により案内されて、室内熱交換器２４に流入し、ここで放熱して加熱された周囲の空気は室内ファン２３により温風として吹き出されて、暖房する。
【００３３】
一方、この室内熱交換器２４で放熱して凝縮した液冷媒は閉弁中の開閉弁３０と開弁中の電子膨張弁２５により案内されて室外熱交換器２７に流入し、ここで気化してから再び圧縮機２１へ戻される。
【００３４】
一方、Ｓ２でＹｅｓの場合、つまり、温度検出値Ｔｔ≧オン所定値Ｔｔｘが成立するときには、蓄熱装置３３の温度が十分に昇温しているものと判断して、Ｓ５で開閉弁３０を開き、吸熱運転を開始させる。
【００３５】
次にＳ６で、減圧器である電子膨張弁２５の開度を所定時間Ｔ1 絞り、あるいは全閉する。これにより、室外熱交換器２４で放熱して凝縮した液状冷媒の殆どが閉弁中の電子膨張弁２５により阻止されて開弁中の開閉弁３０に案内され、バイパス回路２９へ流入して吸熱運転が開始される。
【００３６】
つまり、バイパス回路２９へ流入した液冷媒はキャピラリチューブ等の絞り装置１０で減圧されてから、蓄熱装置３３内の熱交換器３２内に流入し、ここで既に所定値Ｔｔｘ以上に昇温している蓄熱材から吸熱して気化し、高温ガス状態で再び圧縮機２１の吸込側に戻され、圧縮機２１を与熱して圧縮機２１自体を昇温させる。
【００３７】
一方、このとき、電子膨張弁２５の開度が絞られ、あるいは全閉されているので、室外熱交換器２７への液冷媒の流入が絞られ、あるいは阻止されている。このために、室外熱交換器２７内に溜っている冷媒は圧縮機２１の吸込圧により圧縮機２１に吸い込まれて回収されるので、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環流量を増大させることができる。これにより、温風吹出し温度の昇温を逸早く立ち上げることができる。
【００３８】
つまり、図３（Ａ）に示すように、電子膨張弁２５の開度を絞り、あるいは全閉した後、温風吹出し温度の変化を示す実曲線ＢのＢ１部に示すように温風吹出し温度の昇温の立上げを、破線で示す従来例ＣのＣ１部よりも早めることができる。
【００３９】
また、図３に示すように、このような吸熱運転を継続していると、蓄熱装置３３の蓄熱が熱交換器３２を介して冷媒に吸熱されるので、蓄熱装置３３は次第に降温する。
【００４０】
そこで、次のＳ７で、蓄熱装置３３の温度を検出する温度検出器３４の温度検出値Ｔｔが吸熱運転を終了させる所定温度、つまりオフ所定値Ｔｔｙ未満であるか否か、すなわちＴｔ＜Ｔｔｙが成立するか否か判断し、Ｎｏの場合はＳ８へ進み、Ｙｅｓの場合はＳ９へ分岐する。
【００４１】
つまり、蓄熱装置３３の温度検出値Ｔｔがオフ所定値Ｔｔｙ以上（Ｔｔ＞Ｔｔｙ）であるときには、Ｓ８で暖房運転起動から電子膨張弁２５の所定の閉弁時間Ｔ1 が経過したか否か繰り返し判断し、Ｙｅｓ、つまり所定の閉弁時間Ｔ1 が経過したときには、Ｓ１０で、電子膨張弁２５の開度制御を吸熱運転中の所定の制御アルゴリズムに戻し、以後、吸熱運転を終了させる条件を満足させるまで、Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０の各ステップを繰り返す。なお、Ｓ１０の所定の制御アルゴリズムとしてはスーパーヒート制御や蓄熱装置３３の温度に応じた開度制御等がある。
【００４２】
一方、Ｓ７で、蓄熱装置３３の温度検出値Ｔｔ＜オフ所定値Ｔｔｙが成立したときは、Ｓ９で開閉弁３０を閉じて吸熱運転を終了させる。
【００４３】
しかし、この時点で電子膨張弁２５の開度を絞らずに、Ｓ１１で所定の開度＋αというある程度開いた開度で所定時間Ｔ2 （図３参照）保持する。ここで「＋α」とは所定の絶対開度の許容範囲を示す。
【００４４】
このように電子膨張弁２５を絞らずに所定開度で所定時間Ｔ2 開弁して室外熱交換器２７に流入する冷媒流量の減少を防止するので、室外熱交換器２７に流入した冷媒流量が少量のときに、冷媒の蒸発温度が急激に低下するのを防止することができる。このために吸熱運転終了後に凝縮温度が急激に低下し、ひいては温風吹出し温度が図３の従来例ＣのＣ２部で示すように急激に大きく低下するのを防止して、Ｂ２部のように温風吹出し温度の低下を小さく、かつなだらかに抑制することができる。
【００４５】
次に、Ｓ１２で吸熱運転終了から所定時間Ｔ2 が経過したか否か、繰り返し判断し、Ｙｅｓの場合はＳ１３で電子膨張弁２５の開度を上記した所定の制御アルゴリズムに戻してから、Ｓ４で吸熱運転をしない通常の暖房運転に戻す。
【００４６】
したがって、この空気調和機２０によれば、暖房運転起動時に、制御装置３８により開閉弁３０を開いて吸熱運転を開始させることができる。このために、室内熱交換器２４で放熱して凝縮した液冷媒の殆どを開弁中の開閉弁３０を通して蓄熱装置３３に導入し、ここで、蓄熱材から吸熱させて気化させて、高温のガス状冷媒を圧縮機に戻して与熱させるので、圧縮機２１自体の温度を昇温させることができる。このために、暖房能力を向上させることができる。
【００４７】
そして、この吸熱運転の開始時に、電子膨張弁２５の開度を所定時間強制的に絞るので、室外熱交換器２７へ分流される液冷媒の流量を絞り、あるいは阻止させるので、室外熱交換器２７に溜っている冷媒を一旦圧縮機２１へ吸い込ませて回収することができる。このために、圧縮機２１へ戻される冷媒流量を増大させることができるので、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環流量を増大させることができる。したがって、さらに暖房能力を向上させることができるので、低外気温時においても暖房運転の起動から温風吹出しまでの時間を短縮し、暖房運転の立上げを早めることができる。
【００４８】
また、暖房運転中に吸熱運転を終了させて通常の暖房サイクル運転に移行させる場合は、制御装置３８により開閉弁３０を閉じて吸熱運転を終了させるのに応じて、電子膨張弁２５の開度を所定時間増大させることにより、室外熱交換器２７に流入する冷媒の流入量の急激な減少を防止することができる。このために、この冷媒流入量の減少による室外熱交換器２７における冷媒の蒸発温度の急激な低下を防止することができる。したがって、吸熱運転終了時の冷媒蒸発温度の急激な低下による凝縮温度の急激な低下、つまり、温風吹出し温度の急激な低下を抑制して快適性を向上させることができる。
【００４９】
さらに、蓄熱装置３３の温度を検出する温度検出器３４の温度検出値が所定値以上のときには、制御装置３８により、蓄熱装置３３が使用するのに十分に昇温しているものと判断して、開閉弁３０を開弁するので、その開弁した開閉弁３０により、例えば室内熱交換器２４からの液冷媒を所定温度以上の蓄熱装置３３に導入し、ここで吸熱させて気化させることができる。つまり、確実に蓄熱運転を行なうことができる。
【００５０】
そして、蓄熱装置３３の温度を検出する温度検出器３４の温度検出値が所定値以下のときには、制御装置３８により開閉弁３０を閉じるので、暖房運転時、室内熱交換器２４からの全液冷媒を蓄熱装置３３に導入せずに、室外熱交換器２７へ導入し、ここで蒸発させてから圧縮機２１へ戻すので、液バックを防止し、あるいは低減して圧縮機２１自体の信頼性を向上させることができる。また、液バックによる圧縮機２１自体の温度が低下するのことも防止することができるので、吸熱運転時の吹出し温度の低下も防止することができる。
【００５１】
図４は本発明の第２実施形態の冷凍サイクル図であり、これは上記した空気調和機２０の圧縮機２１の吸込部と、蓄熱装置３３との間のバイパス回路２９の途中に、冷媒の気液を分離するリキッドタンク３９を介設した点に特徴がある。
【００５２】
したがって、吸熱運転の開始時等において、蓄熱装置３３の熱交換器３２で冷媒が十分に吸熱できずに、若干の液分を含有する場合でも、その冷媒液分をリキッドタンク３９により分離して除去するので、液分が圧縮機２１に戻る液バックを防止ないし低減することができる。このために、圧縮機２１自体の信頼性を向上させることができるうえに、液冷媒の蒸発潜熱による圧縮機２１自体の温度低下を防止することができる。その結果、吸熱運転時の温風吹出し温度の低下をも防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、蓄熱装置を有するバイパス回路の開閉弁の開閉動作に応じて電子膨張弁等の減圧器の流量設定値を制御手段により可変するので、例えば室外気温が低いときに、暖房運転を起動する場合は、制御手段により開閉弁を開いて冷媒を蓄熱装置に通して吸熱させる吸熱運転を開始させることにより暖房能力を向上させることができる。また、この吸熱運転の開始時に減圧器の流量を所定時間絞るように制御することにより、室外熱交換器へ流入する冷媒の流入流量を減少させ、あるいは阻止することができる。このために、室外熱交換器に溜っている冷媒を圧縮機へ吸い込ませて一旦回収することができるので、圧縮機へ戻る冷媒流量を増大させることができる。このために、冷凍サイクルを循環する冷媒流量を増大させることができるので、さらに暖房能力を向上させることができる。このために、低外気温時においても、暖房運転の起動から温風吹出しまでの時間を短縮し、暖房運転の立上げを早めることができる。
【００５４】
一方、暖房運転中に吸熱運転を終了させて通常の暖房サイクル運転に移行させる場合は、制御手段により開閉弁を閉じるのに応じて、減圧器の流量を所定時間増大させることにより、室外熱交換器に流入する冷媒の流入量を増大させることができる。このために、この冷媒流入量の減少による室外熱交換器における冷媒の蒸発温度の急激な低下を防止することができるので、吸熱運転終了時の冷媒蒸発温度の急激な低下による凝縮温度の急激な低下、つまり温風吹出し温度の急激な低下を抑制して快適性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図２】図１で示す制御装置の制御プログラムのフローチャート。
【図３】図１で示す空気調和機における温風吹出し温度の変化と、開閉弁の開閉と、電子膨張弁の開閉と、蓄熱装置の温度変化との相関関係をそれぞれ示すタイミングチャート。
【図４】本発明の第２実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図５】従来の空気調和機の冷凍サイクル図。
【図６】図５で示す従来の空気調和機の温風吹出し温度の変化を一部省略して示すグラフ。
【符号の説明】
２０空気調和機
２１圧縮機
２２四方弁
２４室内熱交換器
２５電子膨張弁
２７室外熱交換器
２９バイパス回路
３０開閉弁
３２熱交換器
３３蓄熱装置
３４温度検出器
３８制御装置

Claims

圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を順次連通してなる冷凍サイクルと、この冷凍サイクル中の上記室内熱交換器と上記減圧器との中間から分岐され、上記圧縮機の吸込部へバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路に介設された開閉弁、絞り装置、熱交換器を備えた蓄熱装置と、この蓄熱装置の温度を検出する温度検出器と、を有する空気調和機において、
暖房運転開始時に、少なくとも上記温度検出器の検出値が、所定値以上のときに上記開閉弁を開くとともに、上記開閉弁を開いた後、上記減圧器の流量を所定期間強制的に絞り、その後は上記温度検出値の温度に応じた所定の制御アルゴリズムにより上記減圧器の開度を開くように制御し、少なくとも上記温度検出器の検出値が、所定値未満となった場合、上記開閉弁を閉じるとともに上記開閉弁を閉じた後、上記減圧器の流量を所定期間強制的に増大させ、その後は、上記蓄熱装置を介さない通常の暖房運転における所定の制御アルゴリズムにより上記減圧器の開度制御を行なうようにした制御手段を設けたことを特徴とする空気調和機。