(57)【要約】【課題】確実に冷凍サイクルが安定してから、最適な冷媒量に調整することができるようにする。【解決手段】空調運転が開始されると、制御装置２０は、圧縮機１から吐出される冷媒の吐出温度を監視する。制御装置２０は、空調運転の開始からの吐出温度の変化に基づいて、吐出温度が安定したか否かを判定する。吐出温度の変化が小さくなったとき、吐出温度が安定し、冷凍サイクルが安定したと見なされる。制御装置２０は、循環する冷媒量が最適冷媒量になるように、高圧側および低圧側流量調整装置６，７を制御して、循環する冷媒量を調整する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を配管により接続して冷媒回路が形成され、冷媒回路に、冷媒を溜めるレシーバが設けられ、レシーバは、高圧側流量調整装置および低圧側流量調整装置を介して冷媒回路に接続され、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、冷媒回路を循環する冷媒が最適冷媒量になるように、レシーバに溜める冷媒量を調整する冷媒量調整制御を行う制御装置とが設けられ、制御装置は、空調運転中、吐出温度を監視して、吐出温度が安定したと判定したとき、冷媒量調整制御を開始することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
制御装置は、空調運転の開始からの吐出温度の変化に基づいて、吐出温度が安定したか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
制御装置は、運転状況に応じて高圧側流量調整装置および低圧側流量調整装置を制御して、レシーバに溜める冷媒量を調整することを特徴とする請求項１または２記載の空気調和機。
【請求項４】
制御装置は、空調運転の種類に応じた最適冷媒量とするために、高圧側流量調整装置を通過する冷媒量と低圧側流量調整装置を通過する冷媒量とが異なるように、高圧側流量調整装置および低圧側流量調整装置の開度を制御することを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
【請求項５】
制御装置は、空調運転の開始から任意の時点までの吐出温度の平均温度と任意の時点での吐出温度との温度差に基づいて、この温度差が所定値以下になると、吐出温度が安定したと判定する、または所定期間における吐出温度の変化を監視し、所定期間における吐出温度の変化量が所定値以下になると、吐出温度が安定したと判定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を溜めるレシーバを利用して、冷媒回路を流れる冷媒量を調整する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機において、圧縮機、四方弁、凝縮器、絞り装置、蒸発器が順に配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルが形成される。特許文献１に記載された空気調和機では、凝縮器と蒸発器との間に、冷媒を溜めるレシーバが設けられ、レシーバの前後に高圧側絞り装置と低圧側絞り装置とが接続される。冷媒の状態量が目標値になるように、各絞り装置の開口面積が制御され、冷凍サイクルを最適に維持する運転が行われる。
【０００３】
上記の空気調和機において、空調運転の起動時、圧縮機の運転が開始されると、高圧側絞り装置および低圧側絞り装置は、予め設定された初期起動開口面積になるように起動制御される。この起動制御では、各絞り装置の開口面積が大きい場合、圧縮機へ冷媒が多く流れ過ぎたり、逆に各絞り装置の開口面積が小さい場合、蒸発圧力を引き込みすぎて空調能力が低下したりするのを避けるように、初期起動開口面積が設定されている。その後、圧縮機の吐出温度が所定温度よりも高くなると、起動制御を終了し、冷媒の状態量が目標値になるように通常制御が行われ、各絞り装置の開口面積が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−８９７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の空気調和機では、圧縮機の吐出温度が所定温度よりも高くなったとき、通常制御が行われる。しかし、外気温によって、冷凍サイクルが安定するときの吐出温度が変わるため、吐出温度が所定温度に達したとき、冷凍サイクルが安定した状態になっているとは限らない。そのため、吐出温度が所定温度に達してから、冷媒流量や圧力が落ち着くまで一定時間待機した後、通常制御が開始される。
【０００６】
吐出温度が所定温度に達したとき、すでに冷凍サイクルが安定している場合、一定時間待機する必要はない。一定時間の間、不要な運転が行われることになり、熱交換効率の悪い運転を余儀なくされる。また、一定時間経過しても、冷凍サイクルが安定していないといったおそれもある。この場合、通常制御が行われると、循環する冷媒量や圧力が安定せず、最適な冷媒量になるまで時間がかかる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、確実に冷凍サイクルが安定してから、最適な冷媒量に調整することができる空気調和機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を配管により接続して冷媒回路が形成され、冷媒回路に、冷媒を溜めるレシーバが設けられ、レシーバは、高圧側流量調整装置および低圧側流量調整装置を介して冷媒回路に接続され、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、冷媒回路を循環する冷媒が最適冷媒量になるように、レシーバに溜める冷媒量を調整する冷媒量調整制御を行う制御装置とが設けられたものである。制御装置は、空調運転中、吐出温度を監視して、吐出温度が安定したと判定したとき、冷媒量調整制御を開始する。
【０００９】
空調運転が開始すると、圧縮機が駆動され、吐出温度が上昇する。しばらくすると、吐出温度が安定し、冷凍サイクルが安定したとみなされる。制御装置は、高圧側および低圧側流量調整装置を制御して、レシーバ内の冷媒量を調整する。これにより、冷媒回路を循環する冷媒量が最適冷媒量となり、効率のよい空調運転を行える。
【００１０】
制御装置は、運転状況に応じて高圧側流量調整装置および低圧側流量調整装置を制御して、レシーバに溜める冷媒量を調整するようにしてもよい。室温、外気温、吐出温度、蒸発器温度、凝縮器温度などの運転状況の変化に応じて、レシーバに溜まる冷媒量が変化するので、循環する冷媒量も変化する。最適冷媒量にするために、レシーバに冷媒を溜めるときには、高圧側流量調整装置を通過する冷媒量が低圧側流量調整装置を通過する冷媒量よりも多くする。レシーバから冷媒を排出するときには、低圧側流量調整装置を通過する冷媒量が高圧側流量調整装置を通過する冷媒量よりも多くする。
【００１１】
そして、制御装置は、空調運転の種類に応じた最適冷媒量とするために、高圧側流量調整装置を通過する冷媒量と低圧側流量調整装置を通過する冷媒量とが異なるように、高圧側流量調整装置および低圧側流量調整装置の開度を制御するようにしてもよい。冷房運転時の最適冷媒量は暖房運転時の最適冷媒量よりも多くされる。これにしたがって、冷房運転時には、レシーバから冷媒が排出されるように、高圧側および低圧側流量調整装置の開度が制御され、低圧側流量調整装置を通過する冷媒量が高圧側流量調整装置を通過する冷媒量よりも多くなる。暖房運転時には、レシーバに冷媒を溜めるように、高圧側および低圧側流量調整装置の開度が制御され、高圧側流量調整装置を通過する冷媒量が低圧側流量調整装置を通過する冷媒量よりも多くなる。例えば、高圧側および低圧側流量調整装置が同じタイプの装置の場合、通過する冷媒量は開度に比例して決まる。この場合、高圧側流量調整装置の開度と低圧側流量調整装置の開度を異ならせることにより、空調運転の種類に応じた最適冷媒量となるように、冷媒回路を循環する冷媒量を調整できる。
【００１２】
制御装置は、空調運転の開始からの吐出温度の変化に基づいて、吐出温度が安定したか否かを判定するようにしてもよい。空調運転により圧縮機が駆動されると、吐出温度が上昇していく。吐出温度が安定したとき、冷凍サイクルが安定したと見なせる。したがって、吐出温度を監視することにより、確実に冷凍サイクルが安定したことを検知できる。
【００１３】
制御装置は、空調運転の開始から任意の時点までの吐出温度の平均温度と任意の時点での吐出温度との温度差に基づいて、この温度差が所定値以下になると、吐出温度が安定したと判定するようにしてもよい。吐出温度の変化が大きいとき、温度差が所定値より大きくなり、吐出温度は安定していない。
【００１４】
制御装置は、所定期間における吐出温度の変化を監視し、所定期間における吐出温度の変化量が所定値以下になると、吐出温度が安定したと判定するようにしてもよい。吐出温度の変化が大きいとき、吐出温度の変化量が所定値より大きくなり、吐出温度は安定していない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、吐出温度の安定を監視することにより、冷凍サイクルが安定したことを確実に検知できるので、安定した状態で最適冷媒量になるように流量調整装置を調整することができ、迅速に効率のよい空調運転を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の空気調和機の冷媒回路を示す図
【図２】冷房運転時の冷凍サイクルを示す図
【図３】暖房運転時の冷凍サイクルを示す図
【図４】空気調和機の制御ブロック図
【図５】冷媒量調整を開始するときのフローチャート
【図６】空調運転の起動時の吐出温度の変化を示す図
【図７】冷凍サイクルの安定の判断方法を説明するための吐出温度の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態の空気調和機は、図１に示すように、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を配管で接続した冷媒回路を備えている。冷媒の流れ方向に沿って、上流側から順に圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４が配置される。
【００１８】
冷媒回路を流れる冷媒の流量を調整するために、冷媒回路に、冷媒を溜めるレシーバ５が設けられる。レシーバ５は、流量調整装置６，７を介して冷媒回路に接続される。レシーバ５は、膨張弁３とは並列に配置される。膨張弁３の上流側の配管から分岐した連結管がレシーバ５の入口に接続され、膨張弁３の下流側の配管から分岐した連結管がレシーバ５の出口に接続される。上流側の連結管は、凝縮器２と膨張弁３との間に接続され、下流側の連結管は、膨張弁３と蒸発器４との間に接続される。上流側の連結管に、高圧側流量調整装置６が介装され、下流側の連結管に、低圧側流量調整装置７が介装される。
【００１９】
膨張弁３は、冷媒の流量または圧力を調整する絞り装置である。絞り装置として、複数のキャピラリチューブを並べて、流路を切り替えるものであってもよい。また、流量調整装置６，７は、冷媒回路の配管とレシーバ５とを連通する、あるいは配管からレシーバ５を遮断するように、開閉することによって分岐管における冷媒の流れを制御する。すなわち、流量調整装置６，７は、レシーバ５内の冷媒の圧力を調整するものであり、膨張弁、流量調整弁、ストップ弁などを用いる。
【００２０】
本空気調和機は、室内機１０と室外機１１とからなるセパレートタイプである。空気調和機は、冷房運転、暖房運転などの空調運転を行う。図２，３に示すように、冷媒回路に四方弁１２が設けられる。室内機１０に、室内熱交換器１３が配され、室外機１１に、圧縮機１、四方弁１２、室外熱交換器１４、膨張弁３およびレシーバ５が配される。各熱交換器１３，１４に対して、それぞれ送風機が設けられる。なお、図中、１５は冷媒の充填時などに使用する二方弁、１６は同じく三方弁、１７はバイパス配管用の二方弁である。また、レシーバ５と室外熱交換器１４との間に、第１流量調整装置１８が介装され、レシーバ５と室内熱交換器１３との間に、第２流量調整装置１９が介装される。
【００２１】
圧縮機１から吐出された冷媒が、空調運転に応じて四方弁１２により流れ方向を切り替えられ、冷媒が凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を経て圧縮機１に戻る。このように冷媒が冷媒回路を循環する冷凍サイクルが形成される。図２に示すように、冷房運転あるいは除霜運転のとき、室内熱交換器１３が蒸発器となり、室外熱交換器１４が凝縮器となる。第１流量調整装置１８が高圧側流量調整装置となり、第２流量調整装置１９が低圧側流量調整装置となる。図３に示すように、暖房運転のとき、室内熱交換器１３が凝縮器となり、室外熱交換器１４が蒸発器となる。第２流量調整装置１９が高圧側流量調整装置となり、第１流量調整装置１８が低圧側流量調整装置となる。
【００２２】
図４に示すように、空気調和機は、冷凍サイクルを制御して、空調運転を制御する制御装置２０を備えている。空気調和機には、凝縮器２の温度を検出する凝縮器温度センサ２１、蒸発器４の温度を検出する蒸発器温度センサ２２、圧縮機１から吐出された冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサ２３、室温センサ２４、外気温センサ２５が設けられる。制御装置２０は、所望の空調運転に応じて、これらの温度センサの出力に基づき、圧縮機１、送風機２６、膨張弁３、流量調整装置６，７の動作を制御して、冷凍サイクルを制御する。
【００２３】
なお、制御装置２０は、室内機１０に設けられた室内制御部と、室外機１１に設けられた室外制御部とから構成される。室内制御部と室外制御部とは互いに通信可能に接続され、両者が連携して室内機および室外機の動作を制御する。
【００２４】
空調運転が行われるとき、制御装置２０は、室温が設定温度になるように冷凍サイクルを制御する。このとき、制御装置２０は、空調運転に応じて冷媒回路を循環する冷媒量が最適になるように調整する。冷媒回路に充填された冷媒の一部は、レシーバ５に溜められ、残りの冷媒が冷媒回路を循環する。循環する冷媒量のうち、ＣＯＰが最大となるときの冷媒量が最適冷媒量される。最適冷媒量は、冷房運転あるいは暖房運転によって異なり、さらに圧縮機１の回転数、外気温によっても異なる。
【００２５】
空調運転が開始すると、制御装置２０は、設定温度と室温とに基づいて圧縮機１の目標回転数を設定し、目標回転数に応じて膨張弁３の開度を決める。制御装置２０は、決められた運転条件にしたがって圧縮機１、膨張弁３、送風機２６などを制御する。また、制御装置２０は、目標回転数および空調運転の種類（冷房運転、暖房運転など）に応じて高圧側および低圧側流量調整装置６，７の初期開度を決める。
【００２６】
制御装置２０は、冷凍サイクルが安定したとき、最適冷媒量となるように冷媒量調整制御を行う。冷媒量調整制御では、空調運転の種類、室温、吐出温度、凝縮器２の温度、蒸発器４の温度、圧縮機１の回転数、外気温などの運転状況に応じて、各流量調整装置６，７の開度が設定される。一般的に、室外熱交換器１４の容量は室内熱交換器１３の容量よりも大である。そのため、冷房運転時には、より多くの冷媒が必要となる。したがって、冷房運転時の最適冷媒量は暖房運転時の最適冷媒量よりも多くなる。
【００２７】
制御装置２０は、冷媒量調整制御を行うとき、現在の運転状況に基づいて高圧側および低圧側流量調整装置６，７の開度を決め、決められた開度になるように各流量調整装置６，７を制御する。なお、運転状況に応じた各流量調整装置６，７の開度は、実験等により予め決められ、メモリに記憶されている。制御装置２０は、空調運転中、現在の運転状況に応じた各流量調整装置６，７の開度をメモリから読み出し、読み出した開度に応じて各流量調整装置６，７を動作させる。なお、高圧側流量調整装置６および低圧側流量調整装置７は同じタイプの流量調整装置とされる。例えば流量調整装置として、０〜２５６段階の間で開度を可変でき、開度に応じた開口面積となり、通過する冷媒量を可変できる。したがって、各流量調整装置６，７の開度の大小は流量調整装置６，７を通過する冷媒量の大小に対応する。開度が大きくなるほど、通過する冷媒量は増える。
【００２８】
冷房運転が行われるとき、制御装置２０は、低圧側流量調整装置７を通過する冷媒量が高圧側流量調整装置６を通過する冷媒量より多くなるように、各流量調整装置６，７を制御する。すなわち、高圧側流量調整装置６の開度を小さくし、低圧側流量調整装置７の開度を大きくする。あるいは高圧側流量調整装置６を閉じ、低圧側流量調整装置７を開く。レシーバ５に溜まっている冷媒が冷媒回路に流出し、冷媒回路を循環する冷媒量が増える。
【００２９】
暖房運転が行われるとき、制御装置２０は、高圧側流量調整装置６を通過する冷媒量が低圧側流量調整装置７を通過する冷媒量より多くなるように、各流量調整装置６，７を制御する。すなわち、低圧側流量調整装置７の開度を小さくし、高圧側流量調整装置６の開度を大きくする。あるいは低圧側流量調整装置７を閉じ、高圧側流量調整装置６を開く。レシーバ５に溜まる冷媒が増えていき、冷媒回路を循環する冷媒量が減る。
【００３０】
このように、各流量調整装置６，７の開度が空調運転の種類に応じて決められた開度に保持されることにより、空調運転の種類に応じた最適冷媒量となる。その後、レシーバ５内の冷媒量は一定に維持される。
【００３１】
そして、設定温度と室温および外気温とに応じて、制御装置２０は、圧縮機１の回転数を制御する。圧縮機１の回転数が変化すると、吐出温度が変化する。
【００３２】
ここで、本空気調和機では、運転起動時には、高圧側および低圧側流量調整装置６，７の開度を一定にして、空調運転が行われる。冷凍サイクルが安定したとき、冷媒量調整制御が行われる。そのため、制御装置２０は、冷凍サイクルが安定したか否かを監視する。
【００３３】
空調運転が開始されると、圧縮機１から吐出される冷媒の吐出温度が上昇する。また、蒸発器４の温度から得られる過熱度が所定値に近づき、凝縮器２の温度から得られる過冷却度が所定値に近づく。冷凍サイクルが安定すると、吐出温度は所定温度でほぼ一定になる。また、過熱度および過冷却度はそれぞれの所定値に達する。したがって、これらの測定対象を監視することにより、冷凍サイクルが安定したことを判断することが可能となる。
【００３４】
３つの測定対象のうち、一番最後に安定するのは、圧縮機１から吐出される冷媒の吐出温度である。そこで、制御装置２０は、空調運転中、測定対象として吐出温度を監視し、吐出温度に基づいて冷凍サイクルが安定したか否かを判断する。
【００３５】
図５に示すように、制御装置２０は、空調運転を開始すると、吐出温度センサ２３の出力に基づいて、吐出温度の変化を監視する（Ｓ１）。空調運転の開始後、吐出温度の変化が小さくなったとき、制御装置２０は、吐出温度が安定したことを認識し、冷凍サイクルが安定したと判断する（Ｓ２）。制御装置２０は、吐出温度に基づいて冷凍サイクルが安定したことを確認すると、冷媒量調整制御を開始する（Ｓ３）。
【００３６】
具体的な冷凍サイクルの安定の判断方法として、制御装置２０は、圧縮機１の運転開始からの吐出温度の平均温度と現時点の吐出温度との温度差をチェックする。両者の温度差が所定値（例えば１℃）以下になったとき、制御装置２０は、冷凍サイクルが安定したと判断する。なお、圧縮機１の起動時の制御後に、冷凍サイクルの安定の判断が行われる。
【００３７】
図６に示すように、吐出温度は運転開始から徐々に上昇する。平均温度は、圧縮機１の運転開始から現時点までの吐出温度を積分して算出される。また、所定値は、種々の圧縮機１の回転数および膨張弁３の開度において、実験的に決められる。
【００３８】
空調運転が行われるにつれて、現時点の吐出温度と平均温度との温度差は徐々に小さくなっていく。冷凍サイクルが安定してくると、吐出温度の変化は小さくなるが、平均温度は少しずつ高くなる。両者の温度差が徐々に小さくなり、温度差が所定値以下になると、冷凍サイクルは安定したと判断される。
【００３９】
他の判断方法として、所定期間における吐出温度の温度変化によって判断する。制御装置２０は、一定期間、吐出温度を監視する。この一定期間中の吐出温度の温度差が規定値以下になったとき、制御装置２０は、冷凍サイクルが安定したと判断する。
【００４０】
図７に示すように、冷凍サイクルが不安定な状態では、吐出温度Ｔ１、Ｔ２の温度差は大きい。その後、冷凍サイクルが安定に近づいたと想定される所定温度になると、制御装置２０は、一定期間（例えば１０分）の吐出温度の変化をチェックする。制御装置２０は、一定期間の前後の吐出温度Ｔ１、Ｔ２の温度差を算出して、冷凍サイクルが安定したかを判断する。吐出温度が所定温度に達するまで、吐出温度の変化は大きい。しかし、冷凍サイクルが安定してくると、一定期間経過しても、吐出温度の変化は小さくなる。そのため、一定期間における吐出温度の温度差が規定値以下になると、冷凍サイクルは安定したと判断される。なお、所定温度および所定値は、種々の圧縮機１の回転数および膨張弁３の開度において、実験的に決められる。
【００４１】
上記のように、吐出温度に基づいて冷凍サイクルが安定したことを確実に検知することができる。そして、冷凍サイクルが安定したことを確認してから、最適冷媒量になるように循環する冷媒量を調整することができる。これにより、圧縮機の回転数の変動がなくなり、吐出する冷媒量および冷媒の圧力が安定するので、冷媒回路を循環する冷媒量を最適冷媒量にすばやく調整することができ、効率のよい空調運転を行え、省エネを図ることができる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。レシーバは、出口と入口が別々に形成された構造であるが、１つの出入口を有する構造のレシーバであってもよい。この構造のレシーバでは、出入口に接続された１本の配管が分岐して、上流側の連結管および下流側の連結菅にそれぞれ接続される。
【００４３】
上記の２つの判断方法のうち、いずれか１つの方法によって、冷凍サイクルの安定を判断してもよいが、２つの方法を組み合わせて、判断してもよい。制御装置は、いずれか一方の判断方法により、吐出温度が安定したことを検知すると、冷凍サイクルが安定したと判断する。これにより、迅速に冷凍サイクルの安定を判断できる。あるいは、制御装置は、２つの判断方法により、吐出温度が安定したことを検知したときに、冷凍サイクルが安定したと判断する。これにより、確実に冷凍サイクルが安定したことを判断できる。
【００４４】
高圧側流量調整装置と低圧側流量調整装置とが異なるタイプのものを使用してもよい。この場合、各流量調整装置の開度と通過する冷媒量との関係は、使用するタイプによって異なる。各流量調整装置の開度と通過する冷媒量との関係は、実験等により予め決められ、メモリに記憶されている。制御装置は、レシーバから冷媒を排出するとき、低圧側流量調整装置を通過する冷媒量が高圧側流量調整装置を通過する冷媒量より多くなるように、各流量調整装置の開度を制御する。レシーバに冷媒を溜めるとき、高圧側流量調整装置を通過する冷媒量が低圧側流量調整装置を通過する冷媒量より多くなるように、各流量調整装置の開度を制御する。
【符号の説明】
【００４５】
１    圧縮機
２    凝縮器
３    膨張弁
４    蒸発器
５    レシーバ
６    高圧側流量調整装置
７    低圧側流量調整装置
１０    室内機
１１    室外機
１２    四方弁
１３    室内熱交換器
１４    室外熱交換器
１８    第１流量調整装置
１９    第２流量調整装置
２０    制御装置
２１    凝縮器温度センサ
２２    蒸発器温度センサ
２３    吐出温度センサ
２４    室温センサ
２５    外気温センサ
【図１】
2014119147.tif 000003
【図２】
2014119147.tif 000004
【図３】
2014119147.tif 000005
【図４】
2014119147.tif 000006
【図５】
2014119147.tif 000007
【図６】
2014119147.tif 000008
【図７】
2014119147.tif 000009