(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの配管長を自身で推測できる空気調和機を提供する。【解決手段】室内機１００および室外機１１０を備える空気調和機１０は、以下の手順で冷凍サイクルの配管長を推測する。まず、冷房運転時の冷凍サイクルにおいて、温度センサ１２１が膨張弁１１４の出口温度を検出し、温度センサ１２２が圧縮機１１１の吸引温度を検出する。制御部１３０は、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差を算出する。さらに、制御部１３０は、検出された温度差に基づいて、冷凍サイクルの配管長を推測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内機および室外機を備える空気調和機であって、
冷房運転時の冷凍サイクルにおける膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記温度差に基づいて、前記冷凍サイクルの配管長を推測する推測部とを備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和機であって、
前記冷凍サイクルの配管長の推測を、当該空気調和機の設置工事後のテスト運転によって行うものであり、
前記テスト運転時における膨張弁の開度は、圧縮機吸引口における冷媒温度が飽和蒸気温度となるような開度であることを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空気調和機であって、
当該空気調和機の状態を示すパラメータに応じて前記膨張弁の開度制御を行う制御部を有しており、
前記制御部は、冷凍サイクルの配管長が基準長さである場合に前記パラメータと前記膨張弁の開度とを対応付けて格納する膨張弁制御テーブルと、冷凍サイクルの配管長とその配管長に応じた補正値とを対応付けて格納する膨張弁開度補正テーブルとを有しており、
前記制御部は、前記パラメータに応じて前記膨張弁制御テーブルから読み取られた前記膨張弁の開度に、前記推測部で推測された配管長に応じて前記膨張弁開度補正テーブルから読み取られた前記補正値を加算した値を用いて前記膨張弁の開度制御を行うことを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の空気調和機であって、
前記検出部によって検出された前記温度差を上限基準値と比較し、前記温度差が前記上限基準値を超えた場合に、冷媒不足の警告を行う警告部を有していることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内機および室外機を備えるセパレート型の空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
セパレート型の空気調和機では、室内機側に室内熱交換器を、室外機側に圧縮機、室外熱交換器および膨張弁を配置し、これらを配管で接続することで冷凍サイクルが構築されている。そして、冷凍サイクルの配管長は、室内機および室外機の配置によって変化する。すなわち、室内機と室外機とが離れて配置されるほど、冷凍サイクルの配管長は長くなる。
【０００３】
空気調和機の冷凍サイクルでは、膨張弁の開度制御により、冷媒の過熱度や過冷却度が適切となるように調整が行われる（例えば、特許文献１）。また、膨張弁の開度制御では、配管内の冷媒密度に応じてその開度が調整される必要がある。すなわち、冷媒密度が小さい場合には膨張弁の開度を大きくして冷媒の循環量を増やし、冷媒密度が大きい場合には膨張弁の開度を小さくして冷媒の循環量を減らす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９０２７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、配管内の冷媒密度は、冷凍サイクルの配管長の影響を大きく受ける。すなわち、冷凍サイクルの配管内に注入される冷媒量は、通常、配管長に関わらず一定の量とされているため、配管長が長いほど配管内の冷媒密度は小さくなる。
【０００６】
従来では、空気調和機の設置工事を行ったサービスマンが、室内機および室外機の接続に用いた配管から冷凍サイクルの配管長を判断している。そして、その配管長に応じて適切な膨張弁の開度制御が行われるよう、サービスマンが膨張弁の開度制御における補正値の設定などを行っている。
【０００７】
しかしながら、サービスマンが冷凍サイクルの配管長を判断する場合、判断ミスなどが生じる可能性を排除できない。そして、配管長の判断ミスから、膨張弁の開度制御における補正値の設定ミスが生じると、空気調和機の運転効率が低下したり、冷媒音が発生したりなどの不具合が生じる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルの配管長を自身で推測できる空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、室内機および室外機を備える空気調和機であって、冷房運転時の冷凍サイクルにおける膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記温度差に基づいて、前記冷凍サイクルの配管長を推測する推測部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、検出部によって検出される膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差に基づいて、推測部が冷凍サイクルの配管長を推測することができる。このため、推測された配管長に基づいて、膨張弁の開度制御を行うための補正値を空気調和機に対して設定することができ、補正値の設定ミスを抑制して、空気調和機に適切な膨張弁の開度制御を行わせることができる。
【００１１】
また、上記空気調和機は、前記冷凍サイクルの配管長の推測を、当該空気調和機の設置工事後のテスト運転によって行うものであり、前記テスト運転時における膨張弁の開度は、圧縮機吸引口における冷媒温度が飽和蒸気温度となるような開度である構成とすることができる。
【００１２】
上記の構成によれば、テスト運転時において、圧縮機吸引口において冷媒が過熱蒸気とならずに飽和蒸気温度が維持されることとなり、配管長の推測精度を向上させることができる。
【００１３】
また、上記空気調和機は、当該空気調和機の状態を示すパラメータに応じて前記膨張弁の開度制御を行う制御部を有しており、前記制御部は、冷凍サイクルの配管長が基準長さである場合に前記パラメータと前記膨張弁の開度とを対応付けた膨張弁制御テーブルと、冷凍サイクルの配管長とその配管長に応じた補正値とを対応させて格納した膨張弁開度補正テーブルとを有しており、前記制御部は、前記パラメータに応じて前記膨張弁制御テーブルから読み取られた前記膨張弁の開度に、前記推測部で推測された配管長に応じて前記膨張弁開度補正テーブルから読み取られた前記補正値を加算した値を用いて前記膨張弁の開度制御を行う構成とすることができる。
【００１４】
上記の構成によれば、配管長に応じた補正値の設定を空気調和機自身に行わせることにより、補正値の設定ミスをより確実に防止できる。
【００１５】
また、上記空気調和機は、前記検出部によって検出された前記温度差を上限基準値と比較し、前記温度差が前記上限基準値を超えた場合に、冷媒不足の警告を行う警告部を有している構成とすることができる。
【００１６】
上記の構成によれば、冷凍サイクルの配管長が想定以上に長い場合などに、冷媒不足を検出して、これを警告することで、冷媒の追加補充を促すことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の空気調和機は、検出部によって検出される膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差に基づいて、推測部が冷凍サイクルの配管長を推測し、推測された配管長に基づいて、膨張弁の開度制御を行うための補正値を空気調和機に対して設定させることができる。これにより、補正値の設定ミスを抑制して、空気調和機に適切な膨張弁の開度制御を行わせることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。
【図２】空気調和機の冷凍サイクルを表すモリエル線図の概略図である。
【図３】空気調和機において、冷凍サイクルの配管長と、配管内の圧力損失との関係を示すグラフである。
【図４】空気調和機において、配管内の圧力損失と、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差との関係を示すグラフである。
【図５】空気調和機において、冷凍サイクルの配管長と、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差との関係を示すグラフである。
【図６】空気調和機のテスト運転時における冷凍サイクルを表すモリエル線図の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１０の概略構成図であり、空気調和機１０において適用される冷凍サイクルを示している。
【００２０】
空気調和機１０は、室内機１００および室外機１１０により構成されている。空気調和機１０における冷凍サイクルの経路上には、室内機１００側に室内熱交換器１０１が備えられており、室外機１１０側に圧縮機１１１、室外熱交換器１１２、四方弁１１３および膨張弁１１４が備えられている。また、室内機１００には、室内熱交換器１０１で熱交換された空気を室内に送り出すための室内ファン１０２が備えられており、室外機１１０には、室外熱交換器１１２に空気を送るための室外ファン１１５が備えられている。
【００２１】
四方弁１１３は、空気調和機１０の暖房／冷房運転に応じて、冷媒の循環の向きを切り替えるものである（図１は暖房運転時の状態を示している）。暖房運転時には、圧縮機１１１、四方弁１１３、室内熱交換器１０１、膨張弁１１４、室外熱交換器１１２、四方弁１１３、圧縮機１１１の順で冷媒が循環する。すなわち、暖房運転時には、室内熱交換器１０１が凝縮器、室外熱交換器１１２が蒸発器として機能する。一方、冷房運転時には、圧縮機１１１、四方弁１１３、室外熱交換器１１２、膨張弁１１４、室内熱交換器１０１、四方弁１１３、圧縮機１１１の順で冷媒が循環する。すなわち、冷房運転時には、室外熱交換器１１２が凝縮器、室内熱交換器１０１が蒸発器として機能する。
【００２２】
図２は、空気調和機１０の冷凍サイクルを表すモリエル線図（ｐ−Ｈ線図）の概略図である。尚、図２において、破線で示しているのは配管での圧力損失を考慮しない理論上のサイクルであり、実線で示しているのは配管での圧力損失を考慮した実サイクルである。図２に示すモリエル線図において、理論上のサイクルにおける冷媒の状態は状態Ａ’→Ｂ’→Ｃ’→Ｄ’→Ａ’→…の順序で変化する。状態Ａ’から状態Ｂ’の変化は圧縮機１１１における断熱変化（冷媒ガスの断熱圧縮）であり、状態Ｂ’から状態Ｃ’の変化は凝縮器における変化（圧力一定の放熱）であり、状態Ｃ’から状態Ｄ’の変化は膨張弁１１４における変化（冷媒液の膨張）であり、状態Ｄ’から状態Ａ’の変化は蒸発器における変化（圧力一定の吸熱）である。
【００２３】
一方、実サイクルにおける冷媒の状態は状態Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ→…の順序で変化する。すなわち、実サイクルでは、凝縮器および蒸発器における変化が圧力一定とはならない。これは、冷媒が配管を流れる際の圧力損失によって圧力降下が生じるためである。
【００２４】
空気調和機１０の設置工事においては、室内機１００と室外機１１０とが配管で接続され、その後、配管内に冷媒が注入されることによって、図１に示す冷凍サイクルが構築される。また、注入される冷媒量は、通常、配管長に関わらず一定の量とされている。このため、配管長が長いほど配管内の冷媒密度は小さくなる。そして、空気調和機１０では、冷媒密度が大きい場合に比べ、冷媒密度が小さい場合の方が膨張弁１１４の開度が大きくなるように制御される。すなわち、配管長が短い場合に比べ、配管長が長い場合の方が、膨張弁１１４の開度が大きくなるように制御される。
【００２５】
これは、冷媒密度が小さい場合と冷媒密度が大きい場合とで膨張弁１１４の開度制御を同じとすると、冷媒密度が小さい場合には冷媒の循環量も少なくなり、冷凍サイクルの効率が低下するためである。このため、冷媒密度が小さい場合（配管長が長い場合）には、膨張弁１１４の開度を大きくして、冷凍サイクル内の冷媒の循環量を増加させる制御が行われる。また、このような膨張弁１１４の開度制御を行うためには、冷凍サイクルの配管長が適切に把握される必要がある。
【００２６】
本実施の形態１に係る空気調和機１０は、設置工事後のテスト運転において、冷凍サイクルの配管長を推測することに特徴を有している。以下、配管長の推測方法を具体的に説明する。
【００２７】
冷凍サイクルの配管長は、特に冷媒ガスが多く流れる箇所（例えば、膨張弁出口から圧縮機吸引口）では、圧力損失との関係において、図３に示すような相関がある。すなわち、配管長が長いほど、配管の長さに比例するように圧力損失も大きくなる。そして、圧力損失が分かれば、それに基づいて配管長を求めることができる。尚、圧力損失と、それに対応する配管長との関係は、予め実験的に求めることができる。
【００２８】
また、配管内の圧力損失は、冷凍サイクルにおける膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差との関係において、図４に示すような相関がある。すなわち、圧力損失が大きいほど、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との温度差が大きくなる。そして、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との温度差が分かれば、それに基づいて圧力損失を求めることができる。尚、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との温度差と、それに対応する圧力損失との関係は、予め実験的に求めることができる。
【００２９】
図３および図４の結果を合わせると、冷凍サイクルの配管長は、冷凍サイクルにおける膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差との関係において、図５に示すような相関を示すことになる。すなわち、配管長が長いほど、圧力損失が大きくなり、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との温度差が大きくなる。このため、膨張弁出口温度と圧縮機吸引温度との間の温度差が分かれば、それに基づいて配管長を求めることができる。
【００３０】
本実施の形態１に係る空気調和機１０は、上述したように設置工事後のテスト運転において、冷凍サイクルの配管長を推測するものである。まず、テスト運転時の冷凍サイクルは冷房運転時のサイクルとされる。これは、膨脹弁出口から圧縮機吸引口までの冷媒の流れに室内機１００および室外機１１０の接続配管を含めるためである。冷房運転時には、冷媒の流れ方向に沿って膨張弁と圧縮機との間に存在する蒸発器は室内熱交換器１０１となるため、室内機１００および室外機１１０の接続配管を含めた経路での圧力損失を基準として配管長の推測を行うことができる。
【００３１】
また、テスト運転では、空気調和機１０の動作条件を一定の条件とするため、圧縮機１１１の回転数および膨張弁１１４の開度（絞り量）は予め定められた所定の値に設定される。また、テスト運転時における膨張弁１１４の開度は、空気調和機１０の通常運転時よりも大きい開度にされる（絞りが緩められる）ものとする。すなわち、テスト運転時には、膨張弁１１４を緩めることで、冷凍サイクルのモリエル線図は図６に示すものとなる。
【００３２】
図６に示すように、空気調和機１０の設置工事後のテスト運転時では、膨張弁出口（状態Ｄ）だけでなく圧縮機吸引口（状態Ａ）においても冷媒温度は飽和蒸気温度に維持される。但し、実サイクルでは状態Ｄ−Ａ間は圧力一定ではないため、飽和蒸気温度が維持されたとしても温度一定ではなく、膨張弁出口温度（状態Ｄの温度）ＴＤと圧縮機吸引温度（状態Ａの温度）ＴＡとの間には温度差ΔＴ（＝ＴＤ−ＴＡ）が生じる。このように、テスト運転時においては、圧縮機吸引口（状態Ａ）において冷媒が過熱蒸気とならずに飽和蒸気温度が維持されることで、配管長の推測精度を向上させることができる。尚、図６では、圧縮機吸引口（状態Ａ）において冷媒が湿り蒸気（気液混合状態）となっているが、実際には圧縮機吸引口（状態Ａ）における冷媒は、過熱度が０である飽和蒸気となっている（モリエル線図において飽和蒸気線が状態Ａの点を通る）ことが最も好ましい。
【００３３】
空気調和機１０において、膨張弁出口温度ＴＤおよび圧縮機吸引温度ＴＡは、図１に示す温度センサ１２１および温度センサ１２２によって測定される。空気調和機１０における制御部１３０は、温度センサ１２１および温度センサ１２２の測定温度に基づいて温度差ΔＴを算出することができる。すなわち、空気調和機１０においては、温度センサ１２１、温度センサ１２２および制御部１３０が、特許請求の範囲に記載の検出部に相当する。
【００３４】
また、制御部１３０は、温度差ΔＴと冷凍サイクルの配管長とを対応させて格納した配管長推測テーブルを有している。この配管長推測テーブルに格納される温度差ΔＴと冷凍サイクルの配管長との対応関係は予め実験などで求めることができる。制御部１３０は、算出した温度差ΔＴを配管長推測テーブルへの入力とし、対応する配管長を読み取ることで、冷凍サイクルの配管長を推測することができる。すなわち、空気調和機１０においては、制御部１３０が、特許請求の範囲に記載の推測部に相当する。
【００３５】
空気調和機１０において推測された配管長は、例えば、空気調和機１０が備える表示部に表示するなどして、設置工事を行ったサービスマンに報知することができる。配管長の報知を受けたサービスマンは、その配管長に基づいて、配管長に応じた膨張弁１１４の制御を行うための適切な補正値αを空気調和機１０に対して設定することができる。
【００３６】
以下、補正値αに対しての説明を行う。空気調和機１０は、通常運転を行っている場合においても、空気調和機の状態を示すパラメータ（例えば、設定温度、現在の室温、圧縮機１１１の回転数）に基づいて、常に膨張弁１１４の開度制御を行っている。このような膨張弁１１４の開度制御を行うため、制御部１３０は、上記パラメータと膨張弁１１４の開度とを対応付けた膨張弁制御テーブルを有している。制御部１３０は、膨張弁制御テーブルに上記パラメータを入力し、対応する膨張弁１１４の開度を読み取ることで、膨張弁１１４の開度制御を行っている。
【００３７】
但し、膨張弁制御テーブルにおける入力パラメータと膨張弁１１４の開度との対応関係は、冷凍サイクルの配管長が基準長さ（例えば５ｍ）の場合に対応している。このため、膨張弁制御テーブルから読み取った膨張弁１１４の開度をそのまま用いて制御を行うと、冷凍サイクルの配管長が基準長さよりも長い場合に冷媒不足となり、空気調和機１０の運転効率が低下する。このため、冷凍サイクルの配管長が基準長さよりも長い場合には、配管長に応じた補正値αを膨張弁制御テーブルの読取値に加算することで、適切な膨張弁１１４の開度制御を行えるようになる。無論、この補正値αは、配管長が長いほど大きな値となる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態１に係る空気調和機１０は、膨張弁出口温度ＴＤと圧縮機吸引温度ＴＡとの間の温度差ΔＴに基づいて、冷凍サイクルの配管長を推測している。サービスマンは、推測された配管長に基づいて、膨張弁１１４の開度制御を行うための補正値αを空気調和機１０に対して設定することができる。このため、誤った配管長に基づいて補正値αが設定されることを抑制でき、空気調和機１０に適切な膨張弁１１４の開度制御を行わせることができる。
【００３９】
〔実施の形態２〕
上記実施の形態１では、空気調和機１０において推測された配管長が設置工事を行ったサービスマンに報知され、サービスマン自身がその配管長に応じた補正値αを空気調和機１０に対して設定するものとしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、空気調和機１０自身が、推測した配管長に基づいて補正値αの設定を行うようにしてもよい。
【００４０】
この場合、制御部１３０は、配管長と補正値αとを対応させて格納した膨張弁開度補正テーブルを有している。制御部１３０は、推測した配管長を膨張弁開度補正テーブルへの入力とし、対応する補正値αを読み取って、補正値αの設定を行うことができる。すなわち、制御部１３０は、膨張弁制御テーブルから読み取られた膨張弁の開度に、推測された配管長に応じて膨張弁開度補正テーブルから読み取られた補正値αを加算した値を用いて膨張弁１１４の開度制御を行う。このように、補正値αの設定を空気調和機１０自身に行わせることにより、補正値αの設定ミスをより確実に防止できる。
【００４１】
〔実施の形態３〕
上記実施の形態１では、冷凍サイクルの配管長が基準長さよりも長い場合には、配管長に応じた補正値αを膨張弁制御テーブルの読取値に加算することで、適切な膨張弁１１４の開度制御を行えることを説明した。しかしながら、冷凍サイクルの配管長が想定以上に長い場合などには、膨張弁１１４の開度補正だけでは対応できず、冷媒不足となることも起こり得る。
【００４２】
本実施の形態３に係る空気調和機は、配管長が想定以上に長い場合における冷媒不足を検出し、これを警告する機能を備えることを特徴とする。
【００４３】
具体的には、配管長推測テーブルへの入力となる温度差ΔＴに上限基準値を設け、制御部１３０は、温度差ΔＴが上限基準値を超えた場合には冷媒不足と判定し、サービスマンに対しての冷媒不足の警告を行う。すなわち、空気調和機１０においては、制御部１３０が、特許請求の範囲に記載の警告部に相当する。
【００４４】
冷媒不足の警告方法は特に限定されるものではないが、例えば、空気調和機１０が備える表示部での表示警告や、音声メッセージなどの音声警告にて行うことが考えられる。これにより、冷媒不足の警告を受けたサービスマンは、冷媒の追加補充を行うことができる。
【００４５】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０    空気調和機
１００    室内機
１０１    室内熱交換器
１０２    室内ファン
１１０    室外機
１１１    圧縮機
１１２    室外熱交換器
１１３    四方弁
１１４    膨張弁
１１５    室外ファン
１２１，１２２    温度センサ（検出部）
１３０    制御部（検出部、推測部、警告部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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