(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させる配管に、アキュムレータ、圧縮機、四方弁及び室外熱交換器を備えた室外機と、第１の室内熱交換器、逆止弁、室内膨張弁、第２の室内熱交換器及び前記第１の室内熱交換器と前記逆止弁をバイパスする配管に設けられた室内電磁弁を備えた室内機とを設けて冷凍サイクルを形成してなる空気調和機において、再熱除湿運転時に、前記室内電磁弁が閉じた信号に基づいて、前記室内膨張弁の開度を設定開度大きくする制御手段を設けたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
冷媒を循環させる配管に、アキュムレータ、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を備えた室外機と、第１の室内熱交換器、逆止弁、室内膨張弁、第２の室内熱交換器及び前記第１の室内熱交換器と前記逆止弁をバイパスする配管に設けられた室内電磁弁を備えた室内機とを設けて冷凍サイクルを形成してなる空気調和機において、再熱除湿運転時に、前記室内電磁弁が閉じた信号に基づいて、前記室内膨張弁の開度を設定開度大きく制御し、冷房運転時に、前記室内電磁弁が開いた信号に基づいて、前記室外膨張弁の開度を制御する制御手段を設けたことを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気調和機において、
前記制御手段は、前記室内膨張弁の開度を設定開度大きくして前記圧縮機の吐出冷媒温度の制御目標値を低下させ、前記制御目標値を、室内空気温度センサと室内吹出空気温度センサの検出値に基づいて吸込と吹出の空気温度差を一定にするように変化させることを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の空気調和機において、
前記制御手段は、前記室内膨張弁の開度を設定開度大きくして前記圧縮機の吐出冷媒温度の制御目標値を低下させ、前記制御目標値を、室内空気湿度センサの検出値が設定湿度より高い場合に、吸込と吹出の空気温度差が小さくなるように変化させることを特徴とする空気調和機。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の空気調和機において、
前記逆止弁に代えて、電磁弁又はキャピラリを用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、空気調和機に係り、特に、再熱除湿機能を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器などを備えた室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器などを備えた室内機を配管で接続して、冷媒を循環させることにより冷凍サイクルを形成している。このような空気調和機として、冷房運転モードにおいて、室内熱交換器で冷却除湿した空気を、室内温度付近まで再び加熱して室内に送風する、いわゆる再熱除湿機能を備えた空気調和機が知られている。再熱除湿機能は、室内膨張弁より上流側の室内機内に再熱器を設けることにより実現されている。つまり、室外熱交換器と再熱器をそれぞれ凝縮器として作用させることになるので、室内熱交換器で冷却除湿した空気を、再熱器で熱交換により室内温度付近まで再加熱するようにしている。また、再熱器をバイパスする配管と、配管を開閉する室内電磁弁を設けることにより、再熱除湿運転と、再熱除湿を伴わない冷房運転とを切り替えている。つまり、室内電磁弁を閉じた時は再熱器が凝縮器の一部として作用するので再熱除湿運転となり、室内電磁弁を開いた時には再熱器はバイパスされるので再熱除湿機能を伴わない冷房運転時となる。
【０００３】
このような再熱除湿運転を行うことにより、冷えすぎを防いだ除湿を行うことができるが、室内が高い除湿負荷時には室内熱交換器の冷却能力が上がり、再熱器での再熱能力が不十分となる場合がある。
【０００４】
特許文献１には、室外熱交換器をバイパスする配管と、バイパス配管を流れる冷媒量を調整する調整弁を設けることが記載されている。これによれば、再熱除湿運転時に、室外熱交換器をバイパスする、高い比エンタルピを保った冷媒の流量を調整して再熱器に循環させるので、再熱器の再熱能力を調整して、きめ細かな湿度と温度の調整ができるとしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９４０６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、室外熱交換器をバイパスする配管や、バイパス配管を流れる冷媒量を調整するための調整弁などが必要となり冷媒循環路が複雑になる。また、再熱除湿機能を備えた空気調和機の従来の構成では、再熱除湿機能を伴わない冷房運転時に、再熱器に液冷媒が溜まることがあるため、冷凍サイクルに必要な冷媒量が増加する。これに対応して、冷凍サイクルに供給する冷媒量を増加させると、必要冷媒量が少ない暖房運転時などにおいては、余剰冷媒が発生し、起動時液圧縮などの圧縮機損傷の原因となる場合があり、信頼性が低下する。
【０００７】
本発明は、簡素な構成で、再熱器の再熱能力を制御することを課題とする。また、冷房運転時における必要冷媒量を抑制して信頼性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の空気調和機は、冷媒を循環させる配管に、アキュムレータ、圧縮機、四方弁及び室外熱交換器を備えた室外機と、第１の室内熱交換器、逆止弁、室内膨張弁、第２の室内熱交換器及び第１の室内熱交換器と逆止弁をバイパスする配管に設けられた室内電磁弁を備えた室内機とを設けて冷凍サイクルを形成してなる空気調和機において、再熱除湿運転時に、室内電磁弁が閉じた信号に基づいて、圧縮機の吐出側の冷媒温度を設定温度低下させる制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、圧縮機の吐出側の冷媒温度を低下させると、モリエル線図から明らかなように、アキュムレータには液冷媒の割合が多い湿り状態の冷媒が循環してくる。これにより、アキュムレータに液冷媒が貯留して、室外熱交換器を循環する冷媒量は減少するので、室外熱交換器は冷媒不足状態となる。これにより、室外熱交換器の出口の冷媒は気液２相状態となり、再熱器である第１の室内熱交換器でのエンタルピ差が増加するので、再熱器の再熱能力を向上することができる。つまり、室外熱交換器をバイパスする配管や、バイパス配管を流れる冷媒量を調整するための調整弁などを設けない簡素な構成で再熱器の再熱能力を制御することができる。
【００１０】
また、圧縮機の吐出側の冷媒温度を設定温度低下させる制御手段を設けることに代えて、室内膨張弁の開度を大きくする制御手段を設けることでも上記課題を解決できる。
【００１１】
すなわち、室内膨張弁の開度を大きくすることにより、室内膨張弁での冷媒の減圧量が小さくなるので、蒸発器である第２の室内熱交換器における蒸発圧力が高圧となり、蒸発温度は高くなる。これにより、第２の室内熱交換器で交換する熱量は小さくなり、アキュムレータに循環してくる冷媒は、液冷媒の割合が多い湿り状態の冷媒となる。その結果、上記と同様にアキュムレータには液冷媒が貯留して、室外熱交換器は冷媒不足状態となる。これにより、室外熱交換器の出口の冷媒は気液２相状態となり、再熱器である第１の室内熱交換器でのエンタルピ差が増加するので、再熱器の再熱能力を向上することができる。つまり、室外熱交換器をバイパスする配管や、バイパス配管を流れる冷媒量を調整するための調整弁などを設けない、簡素な構成で再熱器の再熱能力を制御することができる。
【００１２】
さらに、冷媒を循環させる配管に、アキュムレータ、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を備えた室外機と、第１の室内熱交換器、逆止弁、室内膨張弁、第２の室内熱交換器及び第１の室内熱交換器と逆止弁をバイパスする配管に設けられた室内電磁弁を備えた室内機とを設けて冷凍サイクルを形成してなる空気調和機において、再熱除湿運転時に、室内電磁弁が閉じた信号に基づいて、室内膨張弁の開度を制御し、冷房運転時に、室内電磁弁が開いた信号に基づいて、室外膨張弁の開度を制御する制御手段を設けた構成とすることができる。
【００１３】
これによれば、室内電磁弁が開いている時は、第１の室内熱交換器はバイパスされて、再熱除湿を伴わない冷房運転となるが、冷媒の一部は第１の室内熱交換器側にも循環する。そこで、第１の室内熱交換器の上流側に設けられた室外膨張弁の開度を制御して冷媒を減圧することにより、第１の室内熱交換器には、低圧の気液２相状態となった冷媒の一部が循環することになる。つまり、このような構成とすることで、第１の室内熱交換器は、再熱器としてではなく、蒸発器として作用するので、液冷媒の滞留は生じない。したがって、冷房運転時における必要冷媒量を抑制して、信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡素な構成で、再熱器の再熱能力を制御することができ、また、冷房運転時における必要冷媒量を抑制して信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用してなる空気調和機の実施形態を、図１〜図６を用いて説明する。図１は、本実施形態の空気調和機の構成を示す図である。図１に示すように、空気調和機１は、室外機２と、室内機３と、室外機２と室内機３を環状に接続するガス側接続配管４及び液側接続配管５で構成されている。
【００１６】
室外機２は、四方弁６と、アキュムレータ７と、圧縮機８と、室外熱交換器９と、室外膨張弁１０とを冷媒を循環させる配管で接続して形成されている。また、圧縮機８の吐出側には、圧縮機吐出ガス温度センサ１１と高圧圧力センサ１２が設けられ、室外熱交換器９には、室外熱交換器９に室外空気を送風する室外送風機１３が設けられている。
【００１７】
室内機３は、第１の室内熱交換器１５と、逆止弁１６と、室内膨張弁１７と、第２の室内熱交換器１８とを冷媒を循環させる配管で接続して形成されている。また、第１の室内熱交換器１５及び逆止弁１６をバイパスする配管１９が設けられており、配管１９には、配管１９を開閉する室内電磁弁２０が設けられている。さらに、第２の室内熱交換器１８には、第２の室内熱交換器１８、第１の室内熱交換器１５の順に室内空気を送風する室内送風機２１が設けられている。また、第２の室内熱交換器１８の室内空気吸い込み側には、室内空気温度センサ２５と室内空気湿度センサ２６が設けられており、第１の室内熱交換器１５の室内空気吹出側には、室内吹出空気温度センサ２７が設けられている。
【００１８】
次に、アキュムレータ７の詳細について図２、図３を用いて説明する。図２は、アキュムレータ７の構成を示した図である。アキュムレータ７は、容器３０と、容器３０内に設けられた導入管３１及びＵ字管３２で構成されている。Ｕ字管３２には、下部に油戻し穴３３、上部に均圧穴３４が設けられている。
【００１９】
冷凍サイクルを循環して、四方弁６から導入管３１を通して容器３０内に冷媒と潤滑油が戻ってくると、一旦、容器３０の下部に冷媒に溶解した潤滑油が貯留される。Ｕ字管３２は、上部のガス冷媒を流出させると共に、下部の潤滑油を油戻し穴３３から吸込んで圧縮機８の吸入側に戻す。図３は、アキュムレータ７の運転特性の一例を示した図である。図３に示すように、冷媒循環量と液面の高さＨＬによって、圧縮機吸入側へ戻る冷媒のかわき度が変化する。すなわち、アキュムレータ７の入口の冷媒のかわき度が低い場合は、アキュムレータ７内に貯留される液冷媒が多くなり、逆にかわき度が高い場合は、アキュムレータ７に貯留される液冷媒は少なくなる。このように、アキュムレータ７の入口の冷媒状態によってアキュムレータ７内に貯留される冷媒量が決まる。
【００２０】
次に、冷房運転時の運転動作を説明する。冷房運転時には四方弁６を図１の実線のように切替え、圧縮機８の吐出側と室外熱交換器９、アキュムレータ７とガス側接続配管４を接続させる。これにより、圧縮機８から吐出される高圧ガス冷媒は、四方弁６を通過して室外熱交換器９で室外空気と熱交換して凝縮する。室外膨張弁１０で減圧されて、低圧気液２相となった冷媒は、液側接続配管５を通過して、室内機３へ送られる。室内機３では、開放されている室内電磁弁２０と、全開になっている室内膨張弁１７を通過して、第２の室内熱交換器１８に流入する。第２の室内熱交換器１８で室内空気を冷却除湿して蒸発した冷媒は、ガス側接続配管４を通過して、再び室外機２へと戻り、四方弁６を介してアキュムレータ７から圧縮機８へと吸入されて、サイクルを一巡する。
【００２１】
ここで、第１の室内熱交換器１５には、冷媒の一部が流入するが、室外膨張弁１０で減圧されて低圧状態となっているため、第１の室内熱交換器は蒸発器として作用する。これにより、冷媒はガス化して、液冷媒の滞留は生じないため、冷媒封入量を削減できる。その結果、圧縮機起動時の液戻りなどが生じないため、信頼性を向上することができる。
【００２２】
次に、再熱除湿運転時の動作を説明する。再熱除湿運転時には冷房運転時と同じ向きに四方弁６を切替える。これにより、冷房と同様に圧縮機８から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁６を通過して、室外熱交換器９で室外空気と熱交換して凝縮する。室外膨張弁１０は、全開になっているため、ほとんど減圧せずに室内機３へ送られる。室内機３では室内電磁弁２０が閉じられているので、第１の室内熱交換器１５に冷媒が流入する。第１の室内熱交換器１５を循環する冷媒は、第２の室内熱交換器１８で冷却された室内空気と熱交換して冷却される。つまり、第１の室内熱交換器１５は、室内空気を加熱する再熱器として作用する。第１の室内熱交換器１５で凝縮又は過冷却された冷媒は、室内膨張弁１７で減圧されて、第２の室内熱交換器１８に流入する。第２の室内熱交換器１８を循環する冷媒は、室内空気と熱交換して加熱される。つまり、第２の室内熱交換器１８は、室内空気を冷却・除湿する冷却器として作用する。第２の室内熱交換器１８で室内空気により加熱された冷媒は、蒸発してガス側接続配管４を介して、室外機２へと戻される。室外機２では、四方弁６からアキュムレータ７を介して圧縮機８の吸入側配管に戻り、サイクルを一巡する。
【００２３】
ここで、図４及び図５のモリエル線図を用いて再熱除湿運転時の運転状態の詳細を説明する。図４は、圧縮機吐出ガス温度を冷房運転時と同様に設定した場合の再熱除湿運転の冷凍サイクルを示す図である。ここで、アキュムレータのかわき度は０．９５程度になるように室内膨張弁１７の開度が制御されている。このときの圧縮機吐出ガス温度は、図６に示すように制御されている。つまり、圧縮機吐出ガス温度センサ１１で検出される温度は、高圧圧力センサ１２で検出される吐出ガス圧力の凝縮温度に対し、一定温度だけ高い温度になるように室内膨張弁１７の開度により制御され、目標吐出ガス温度は以下の式で示される。
【００２４】
（数１式）
Ｔｄｏ＝Ｔｃ（Ｐｄ）＋ＳＨａ            
Ｔｄｏは通常時目標吐出ガス温度であり、Ｔｃは凝縮温度、Ｐｄは吐出ガス圧力、ＳＨａは通常吐出ガス過熱度である。  
ここで、通常吐出ガス過熱度ＳＨａは通常２５〜４０℃程度に設定される。また、通常時目標吐出ガス温度Ｔｄｏは圧縮機の信頼性確保のため、以下の式のように上限Ｔｄｏｍａｘと下限Ｔｄｏｍｉｎが設定されている。
【００２５】
（数２式）
Ｔｄｏｍｉｎ＜Ｔｄｏ＜Ｔｄｏｍａｘ  
アキュムレータ７のかわき度が０．９５程度になるように室内膨張弁１７の開度を制御しているので、図３に示すように、アキュムレータ７内には液冷媒が溜まり込むことなく運転されるため、凝縮器である室外熱交換器９には必要冷媒量が供給される。このため、室外熱交換器９の出口では完全に凝縮した液冷媒状態となる。これにより、図４のモリエル線図に示すように再熱器である第１の室内熱交換器１５でのエンタルピ差は小さくなり、再熱能力が小さくなる。
【００２６】
これに対し、図５のモリエル線図に示す再熱除湿運転の冷凍サイクルは、吐出ガス温度を通常よりも低く設定した場合の運転状態である。図６に示すように、目標吐出ガス設定温度は、以下の式で示される。
【００２７】
（数３式）
Ｔｄｏｒ＝Ｔｃ（Ｐｄ）＋ＳＨｂ 
Ｔｄｏｒは再熱除湿運転時目標吐出ガス温度であり、Ｔｃは凝縮温度、Ｐｄは吐出ガス圧力、ＳＨｂは再熱除湿時吐出ガス過熱度である。
また、上記と同様に、再熱除湿運転時目標吐出ガス温度Ｔｄｏは圧縮機の信頼性確保のため、以下の式のように上限Ｔｄｏｍａｘと下限Ｔｄｏｍｉｎが設定されている。
【００２８】
（数４式）
Ｔｄｏｍｉｎ＜Ｔｄｏｒ＜Ｔｄｏｍａｘ                
ここで、再熱除湿運転時吐出ガス過熱度ＳＨｂは通常時時時吐出ガス過熱度ＳＨａよりも低く設定されており、例えば１５〜２５℃程度に設定される。また、図４、図５のΔＰＬは、液側接続配管５における圧力損失を模擬的に示したものである。
【００２９】
このように吐出ガス温度を低く制御することにより、アキュムレータ７には湿り状態の冷媒が戻ってくるため、図３に示すアキュムレータ７の特性によりアキュムレータ７内には液冷媒が貯留される。これにより、室外熱交換器９は冷媒不足状態となるので室外熱交換器９の出口側の冷媒は気液２相状態となり、図５に示すように再熱器でのエンタルピ差が増加し再熱量が増加する。これにより、冷却能力を抑えると同時に、高除湿能力を発揮することができ、高い除湿負荷時にも、室温を下げすぎない低湿度を実現できる。
【００３０】
また、吐出ガス温度の制御目標値を室内空気温度センサ２５と室内吹出空気温度センサ２７の検出値に基づいて変化させることも可能である。この制御方法によると、例えば、吸込と吹出の空気温度差を一定に制御することが可能となり、必要な冷却量を制御することが可能となり、より精度の高い室温、湿度制御が可能となる。
【００３１】
また、吐出ガス温度の制御目標値を室内空気湿度センサ２６の検出値に基づいて変化させることも可能である。例えば、室温が設定温度に近く、室内湿度が設定湿度又は快適な湿度よりも大幅に高いときには、吸込と吹出の空気温度差が小さくなるように、吐出ガス温度を低く制御する。この制御方法によると、快適な湿度範囲への室内温湿度制御を行うことができる。
【００３２】
本実施形態の空気調和機の構成を示す図１の中で、室内機３内に設置された逆止弁１６は、暖房運転時に第１の室内熱交換器１５への冷媒流入を防止して能力低下を抑える目的があるが、これは電磁弁やキャピラリなどの流体抵抗手段に代えることも可能である。また、暖房運転時に室内膨張弁１７を全開とし、室外膨張弁１０により減圧作用を実施させることで、室内電磁弁２０の流通抵抗を低減でき、この場合には逆止弁１６などの流通阻止手段を省くことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態の空気調和機の構成を示す図である。
【図２】本実施形態のアキュムレータの構成を示した図である。
【図３】本実施形態のアキュムレータの運転特性を示した図である。
【図４】圧縮機吐出ガス温度を冷房運転時と同様に設定した場合の再熱除湿運転の冷凍サイクルを示す図である。
【図５】圧縮機吐出ガス温度を冷房運転時よりも低く設定した場合の再熱除湿運転の冷凍サイクルを示す図である。
【図６】圧縮機吐出ガス温度の設定値の概念を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  空気調和機
２  室外機
３  室内機
６  四方弁
７  アキュムレータ
８  圧縮機
９  室外熱交換器
１０  室外膨張弁
１５  第１の室内熱交換器
１６  逆止弁
１７  室内膨張弁
１８  第２の室内熱交換器
１９  バイパス配管
２０  室内電磁弁
【図１】
0004730738.tif 000002
【図２】
0004730738.tif 000003
【図３】
0004730738.tif 000004
【図４】
0004730738.tif 000005
【図５】
0004730738.tif 000006
【図６】
0004730738.tif 000007