(57)【要約】【課題】冷媒が寝込み状態である場合においても、起動時における運転効率を高めることを可能にした空気調和装置を提供する。【解決手段】熱交換器１、減圧弁４、熱交換器２、アキュームレータ５及び圧縮機６が環状に接続されて構成された冷凍サイクルを備えた空気調和装置。アキュームレータ５内の冷媒に振動を与えて液化冷媒を霧化させる圧電素子８と、起動時に、寝込み状態を検知する寝込み状態検知装置（９、１０）と、寝込み状態検知装置（９、１０）が寝込み状態を検知すると、圧電素子８を駆動する制御装置１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器、アキュームレータ及び圧縮機が環状に接続されて構成された冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、
前記アキュームレータ内の冷媒に振動を与えて、液化冷媒を霧化させる加振装置と、
起動時に、寝込み状態を検知する寝込み状態検知装置と、
前記寝込み状態検知装置が寝込み状態を検知すると、前記加振装置を駆動する制御装置と
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記寝込み状態検知装置は、起動時に、前記圧縮機の吐出圧力をモニタし、前記吐出圧力に基づいて寝込み状態を検知する
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記寝込み状態検知装置は、起動時に、前記圧縮機の吸入圧力をモニタし、前記吸入圧力に基づいて寝込み状態を検知する
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記寝込み状態検知装置は、起動時に、室内機の設定温度に対する室温の温度差をモニタし、前記温度差に基づいて寝込み状態を検知する
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置、特に、起動時の寝込み状態における制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の省エネ化が要求される中、空気調和装置も省エネ運転及び高効率運転をすることが求められている。空気調和装置は、冷凍サイクルに冷媒を供給し循環させて、熱交換を行って冷気又は暖気を供給する。冷凍サイクルに冷媒をより多く循環させることで、高効率化及び省エネ化が可能となる。
【０００３】
しかし、空気調和装置の停止中は、冷凍サイクルも停止状態となる。この停止期間が長く、また、外気温度が低い場合には、冷凍サイクル内に存在している気化冷媒は、液化（液化冷媒）していく。液化冷媒は、圧縮機に吸入されると、液圧縮し圧縮機を損傷させる恐れがあるため、圧縮機への液化冷媒の吸入を防ぐために、液化冷媒を溜めるアキュームレータが圧縮機の前に配置される。このため、空気調和装置が停止中に、又は外気温度が低い場合には、アキュームレータに気化状態から液化した液化冷媒が序々に溜まっていく。そして、空気調和装置が駆動すると、アキュームレータに溜まった液化冷媒は徐々に気化し、気化冷媒として圧縮機に送られて冷凍サイクルに入る。
【０００４】
このような液化冷媒に対処するための従来技術として、例えば、アキュームレータの底部に溜まった液化冷媒及び冷凍機油を霧状化させる超音波照射装置を備え、アキュームレータ内の冷凍機油を霧化状態で圧縮機に送り、アキュームレータ内の油返送管の詰まりにより、冷凍機油を圧縮機へ供給出来なくなることを防止する冷凍サイクルの構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、他の従来技術として、２種類以上の混合冷媒を使用し、冷房の定常運転時にアキュームレータ内の液化冷媒を振動させて、霧状化させて運転効率を上げる冷凍装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６１−０２７０７５号公報
【特許文献２】特許第３６０１１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、空気調和装置が長時間停止した場合又は低外気温度の場合には、液化冷媒の量が多くなるため、空気調和装置の起動時には、アキュームレータ内の気化冷媒量が少なく、圧縮機に送られ冷凍サイクルに入る冷媒量が少なくなり、効率の悪い運転となる。この液化冷媒の量が多い状態を寝込み状態という。空気調和装置が寝込み状態で起動する場合には、低効率運転となり、通常の冷凍サイクルに供給される冷媒量に戻るまで約１時間程度かかる。そのため、寝込み状態での起動時の効率を上げることが課題となっていた。
【０００７】
しかし、上記の特許文献１においては、超音波照射装置によって液化冷媒を霧化することについての記載はあるが、寝込み状態での起動時の効率を上げることについてまでは言及されていない。
また、上記の特許文献２においても、冷房の定常負荷時の効率を上げるための制御についての記載があるが、効率を上げることで重要となる起動運転時には霧化装置は停止している。このため、起動時には高効率運転ができなかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を背景としてなされたものであり、起動時に冷媒が寝込み状態である場合においても、起動時における運転効率を高めることを可能にした空気調和装置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】
本発明に係る空気調和装置は、利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器、アキュームレータ及び圧縮機が環状に接続されて構成された冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、前記アキュームレータ内の冷媒に振動を与えて、液化冷媒を霧化させる加振装置と、起動時に、寝込み状態を検知する寝込み状態検知装置と、前記寝込み状態検知装置が寝込み状態を検知すると、前記加振装置を駆動する制御装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る空気調和装置によれば、起動時に寝込み状態になっていた場合には、アキュームレータ内の液化冷媒に振動を与えて霧化するようにしたので、液化冷媒の気化が促進され、起動時の冷媒量を増加させることで、運転効率を上げることができる。従来は、起動後、１時間以上低効率運転であったが、本発明によれば、そのような低効率運転が解消されて高効率運転が可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１における起動時の経過時間と吐出圧力との関係図である。
【図３】本発明の実施の形態１における起動時の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２における起動時の経過時間と吸入圧力との関係図である。
【図５】本発明の実施の形態２における起動時の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３における起動時の経過時間と室内機の設定温度に対する室温の温度差ΔＴとの関係図である。
【図７】本発明の実施の形態３における起動時の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
図１に示されるように、空気調和装置は、熱交換器（利用側熱交換器）１、熱交換器（熱源側熱交換器）２、四方弁３、減圧弁（ＬＥＶ）４、アキュームレータ５及び圧縮機６を備えており、これらが図１の冷媒配管によって環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。熱交換器１は、室内機（図示せず）に収納され、四方弁３の設定により、凝縮器（暖房時）又は蒸発器（冷房時）として機能する利用側熱交換器である。熱交換器２は、四方弁３の設定により、蒸発器（暖房時）又は凝縮器（冷房時）として機能する熱源側熱交換器である。四方弁３は、暖房又は冷房の切り換えを行うために冷媒の流れを変更する弁であり、図１の実線は暖房時の状態を、破線は冷房時の状態を示している。減圧弁（ＬＥＶ）４は、配管内の圧力を減圧する。アキュームレータ５は、圧縮機６に液化冷媒７を送らないようにするため液化冷媒７を溜め込むものである。圧縮機６は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。
【００１３】
本実施の形態においては、アキュームレータ５の底部に圧電素子８が取り付けられている。圧電素子８は、アキュームレータ５に溜められた液化冷媒７を振動させて霧化させる。また、圧縮機６の吐出側に圧力センサ９が設けられている。圧力センサ９は、圧縮機６の吐出圧力を検出する。この圧力センサ９の出力は、制御装置１０に送られる。制御装置１０は、例えばマイクロコンピュータ等から構成されている。本実施の形態１において、圧力センサ９及び制御装置１０が、本発明の寝込み状態検知装置を構成している。なお、図１には、圧力センサ１２及び温度センサ１３が図示されているが、圧力センサ１２は後述の実施の形態２で用いられ、温度センサ１３は後述の実施の形態３で用いられるものである。
【００１４】
図１の空気調和装置の動作を説明する。
暖房運転時においては、四方弁３が実線のように切り換えられており、圧縮機６、熱交換器１、減圧弁４、熱交換器２、アキュームレータ５、圧縮機６という経路で循環して冷媒が流れる。そして、熱交換器１が凝縮器として機能して周囲の空気を加熱する。
また、冷房運転時においては、四方弁３が破線のように切り換えられており、圧縮機６、熱交換器２、減圧弁４、熱交換器１、アキュームレータ５、圧縮機６という経路で循環して冷媒が流れる。そして、熱交換器１が蒸発器として機能して周囲の空気を冷却する。
【００１５】
次に、図１の空気調和装置の起動時の動作を説明する。
図２は、起動時の経過時間と吐出圧力との関係図であり、図３は、起動時の制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
図２に示されるように、アキュームレータ５内に気化冷媒が多くある起動の場合には、起動後直ぐに吐出圧力Ｐｄが上昇する。しかし、寝込み状態での起動の場合には、吐出圧力Ｐｄは低いまま推移し、通常の起動圧力値にまで圧力が上がるまで、１時間以上の時間が必要となる。本実施の形態においては、吐出圧力Ｐｄのこのような性質を利用して寝込み状態を検知している。その詳細を図３に基づいて説明する。
【００１６】
図３に示されるように、まず、空気調和装置（圧縮機６）を起動させる（Ｓ１）。起動後の経過時間が設定時間（例えば約１０分）を経過したか否かを判断する（Ｓ２）。設定時間（例えば約１０分）を経過している場合には、次に、圧力センサ９の出力を取り込んで、吐出圧力Ｐｄが予め設定された設定圧力値より低いかどうかを判断する（Ｓ３）。吐出圧力Ｐｄが予め設定された設定圧力値より低い場合には、アキュームレータ５内で冷媒が寝込み状態であると判断し、寝込み状態を検知する（Ｓ３、Ｙｅｓ）。そして、圧電素子８を駆動し（Ｓ４）、アキュームレータ５を振動させて冷媒を霧化させる。霧化された冷媒は液化冷媒より気化しやすく、また圧縮機６が起動することでアキュームレータ５内の圧力も低下し始めているため、冷媒は霧化状態から気化される。気化された冷媒は圧縮機６へ吸入されて、冷凍サイクルに入る。以上の処理が繰り返されて、ある程度液化冷媒が気化すると、吐出圧力Ｐｄが上がっていき、吐出圧力Ｐｄが設定圧力値を超えると（Ｓ３：Ｎｏ）、冷凍サイクルへ十分な冷媒が供給・循環されたと判断して、圧電素子８の駆動を停止する（Ｓ５）。
【００１７】
以上のように、本実施の形態においては、吐出圧力Ｐｄをモニタし、吐出圧力Ｐｄが設定圧力値（閾値）より低い場合には、寝込み状態であるとしてアキュームレータ５内の液化冷媒を霧化して気化を促進し、気化された冷媒を冷凍サイクルに供給するため、寝込み状態時でも、空気調和装置の起動時の効率を高くすることができる。特に、低外気温時に暖房運転を行うときに、本実施の形態１の効果は顕著である。このことは、後述の実施の形態２及び実施の形態３においても同様である。
【００１８】
実施の形態２．
上記の実施の形態１においては吐出圧力Ｐｄをモニタする例について説明したが、本実施の形態２においては、吸入圧力Ｐｓをモニタして起動時の効率改善を行う例について説明する。なお、図１の冷媒回路図は本実施の形態２においても同様に適用され、図１の圧力センサ１２は、本実施の形態に用いられるセンサであり、圧縮機６の吸入圧力を検出する。本実施の形態２において、圧力センサ１２及び制御装置１０が、本発明の寝込み状態検知装置を構成している。
図４は、起動時の経過時間と吸入圧力との関係図であり、図５は、起動時の制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００１９】
図４に示されるように、アキュームレータ５内に気化冷媒が多くある起動の場合には、起動後、吸入圧力Ｐｓは一旦低下するが、直ぐに吸入圧力Ｐｓは上昇する。しかし、寝込み状態での起動の場合には、吸入圧力Ｐｓは低下した後、吸入圧力Ｐｓが上昇するまでに１時間以上の時間が必要となる。本実施の形態においては、吸入圧力Ｐｓのこのような性質を利用して寝込み状態を検知している。その詳細を図５に基づいて説明する。
【００２０】
図５に示されるように、まず、空気調和装置を起動させる（Ｓ１）。起動後の経過時間が設定時間（例えば約１０分）を経過したか否かを判断する（Ｓ２）。設定時間（例えば約１０分）を経過している場合には、次に、圧力センサ１２の出力を取り込んで、吸入圧力Ｐｓが予め設定された設定圧力値より低いかどうかを判断する（Ｓ３ａ）。吸入圧力Ｐｓが設定圧力値より低い場合には、アキュームレータ５内で冷媒が寝込み状態であると判断し、寝込み状態を検知する（Ｓ３ａ、Ｙｅｓ）。そして、圧電素子８を駆動し（Ｓ４）、アキュームレータ５を振動させて冷媒を霧化させる。霧化された冷媒は液化冷媒より気化しやすく、また圧縮機６が起動することでアキュームレータ５内の圧力も低下し始めているため、冷媒は霧化状態から気化される。気化された冷媒は圧縮機６へ吸入されて、冷凍サイクルに入る。ある程度液化冷媒が気化すると、吸入圧力Ｐｓが上がっていき、吸入圧力Ｐｓが設定圧力値を超えると（Ｓ３ａ：Ｎｏ）、冷凍サイクルへ十分な冷媒が供給・循環されたと判断して、圧電素子８の駆動を停止する（Ｓ５）。
【００２１】
以上のように、本実施の形態においては、吸入圧力Ｐｓをモニタし、吸入圧力Ｐｓが予め設定された圧力値より低い場合には、冷媒が寝込み状態になっているとしアキュームレータ５内の液化冷媒を霧化して気化を促進して、気化された冷媒を冷凍サイクルに供給するようにしたため、寝込み状態時でも、空気調和装置の起動時の効率を高くすることができる。
【００２２】
実施の形態３．
上記の実施の形態１及び実施の形態２においては、吐出圧力又は吸入圧力をモニタする例について説明したが、本実施の形態３においては設定温度に対する室温の温度差をモニタして起動時の効率改善を行う例について説明する。なお、図１の冷媒回路図は本実施の形態３においても同様に適用され、図１の温度センサ１３は、本実施の形態に用いられるセンサであり、熱交換器１が収納された室内機（図示せず）が空調する室内の温度を検出する。なお、本実施の形態３において、温度センサ１３及び制御装置１０が、本発明の寝込み状態検知装置を構成している。
【００２３】
図６は、起動してからの経過時間と室内機の設定温度に対する室温の温度差ΔＴの関係図であり、図７は、起動時の制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００２４】
図６に示されるように、アキュームレータ５内に気化冷媒が多くある起動の場合には、起動後、冷凍サイクルに冷媒が多く供給されているため、効率のよい運転を実施しており、室温は室内機の設定温度に短い時間で近づくように運転でき、室内機の設定温度に対する室温の温度差ΔＴが短時間で小さくなる。しかし、寝込み状態での起動の場合には、冷凍サイクルに供給される冷媒量が少ないため、効率が悪く、室温が設定温度に近づくには１時間以上の時間が必要となり、温度差ΔＴは短時間では小さくならない。本実施の形態においては、温度差ΔＴのこのような性質を利用して寝込み状態を検知している。その詳細を図７に基づいて説明する。
【００２５】
図７に示されるように、まず、空気調和装置を起動させる（Ｓ１）。起動後の経過時間が設定時間（例えば約１０分）を経過したか否かを判断する（Ｓ２）。設定時間（例えば約１０分）を経過している場合には、温度センサ１３の出力を取り込んで、室温の設定値−室温＝ΔＴ、を求める（Ｓ３ｃ）。そして、この温度差ΔＴが予め設定された設定温度差（目標値）よりも大きいかどうか判断する（Ｓ３ｄ）。温度差ΔＴが、設定温度差より大きい場合には、アキュームレータ５内の冷媒が寝込み状態であると判断し、寝込み状態を検知する（Ｓ３ｄ：Ｙｅｓ）。そして、圧電素子８を駆動し（Ｓ４）、アキュームレータ５を振動させて冷媒を霧化させる。霧化された冷媒は液化冷媒より気化しやすく、また圧縮機６が起動することでアキュームレータ５内の圧力も低下し始めているため、冷媒は霧化状態から気化される。気化された冷媒は圧縮機６へ吸入されて、冷凍サイクルに入る。ある程度液化冷媒が気化すると、温度差ΔＴ値が下がっていく。温度差ΔＴが設定温度差以下となると冷凍サイクルへ十分冷媒が供給循環されたと判断して、圧電素子８の駆動を停止する（Ｓ５）。
【００２６】
以上のように、本実施の形態３においては、室内機の設定温度に対する室温の温度差ΔＴをモニタし、温度差ΔＴが設定温度差より大きい場合には、冷媒が寝込み状態になっているとし、アキュームレータ５内の液化冷媒を気化させて、冷媒を冷凍サイクルに供給するようにしたため、寝込み状態時でも、空気調和装置の起動時の効率を高効率化することができる。
【００２７】
ところで、上記の説明では、液化冷媒を霧化させる加振装置として、圧電素子を用いた例について説明したが、超音波振動子によって液冷媒に振動を与えて霧化するようにしてもよい。また、圧力センサ９、１２の設置位置は、図１に示された位置に限定されるものではなく、吐出圧力又は吸入圧力に相当する圧力が検出できる部位であればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  熱交換器、２  熱交換器、３  四方弁、４  減圧弁（ＬＥＶ）、５  アキュームレータ、６  圧縮機、７  液化冷媒、８  圧電素子、９、１２  圧力センサ、１０  制御装置、１３  温度センサ。
【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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【図７】
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