(57)【要約】【課題】  エネルギー利用効率を向上させるだけでなく、駆動部の寿命を長期間保障することができる空調機及びその制御方法が提供される。【解決手段】  室内に設置されて、室内空気を熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、前記室内機と冷媒配管によって連結され、室外に設けられて冷媒を熱交換する室外熱交換器を有する室外機と、を含む空調機において、前記室外機に設けられ、３段以上で冷媒の圧縮能力が可変される圧縮部と、前記圧縮部を駆動する駆動部と、前記室内機の要求能力による前記圧縮部の最適能力と前記駆動部の最適の回転数を既に貯蔵しており、前記室内機の要求能力を算出して算出された要求能力に従って前記圧縮部を前記最適能力で駆動させ、前記駆動部を前記最適の回転数で回転させるように前記駆動部を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。【選択図】    図５
2005201630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内に設置されて、室内空気を熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、前記室内機と冷媒配管によって連結され、室外に設けられて冷媒を熱交換する室外熱交換器を有する室外機と、を含む空調機において、
前記室外機に設けられ、３段以上で冷媒の圧縮能力が可変される圧縮部と、
前記圧縮部を駆動する駆動部と、
前記室内機の要求能力による前記圧縮部の最適能力と前記駆動部の最適の回転数を既に貯蔵しており、前記室内機の要求能力を算出して算出された要求能力に従って前記圧縮部を前記最適能力で駆動させ、前記駆動部を前記最適の回転数で回転させるように前記駆動部を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする空調機。
【請求項２】
前記制御部は、前記室内機の要求能力が所定のレベル以上である場合、前記圧縮部を最大能力で駆動させ、前記所定のレベル未満である場合、多段で前記圧縮部を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の空調機。
【請求項３】
前記制御部は、前記圧縮部の中間段階の能力比を略３０％乃至６０％で設定することを特徴とする請求項１または２に記載の空調機。
【請求項４】
室内に設置されて、室内空気を熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、前記室内機と冷媒配管によって連結され、室外に設けられて冷媒を熱交換する室外熱交換器を有する室外機と、を含む空調機の制御方法において、
前記室外機に設けられ、３段以上で冷媒の圧縮能力が可変される圧縮部を既に設ける段階と、
前記室内機の要求能力による前記圧縮部の最適能力と前記圧縮部を駆動する駆動部の最適の回転数を既に貯蔵す段階と、
算出された要求能力に従って前記圧縮部を前記最適能力で駆動させ、前記駆動部を前記最適の回転数で回転させるように前記駆動部を制御する段階と、
を含むことを特徴とする空調機の制御方法。
【請求項５】
前記駆動部を制御する段階は、
前記室内機の要求能力が所定のレベル以上である場合、前記圧縮部を最大能力で駆動させ、前記所定のレベル未満である場合、多段で前記圧縮部を駆動させる段階を含むことを特徴とする請求項４に記載の空調機の制御方法。
【請求項６】
前記圧縮部の中間段階の能力比を略３０％乃至６０％で設定することを特徴とする請求項４または５に記載の空調機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機及びその制御方法に係り、特に、エネルギーの利用効率の向上及び駆動部の寿命を長期間保障することができる空調機及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空調機は、冷媒の圧縮、凝縮、膨張、蒸発を繰返して、冬には凝縮による放熱で暖房を、夏には蒸発による吸熱で冷房をする装置である。
【０００３】
図１は、冷媒圧縮式冷凍サイクルを有する空調機の概略図である。
図１に示すように、従来の空調機は、室内に設けられて室内空気を熱交換する室内機２００と、室内機２００と冷媒配管３００によって連結され室外に設けられて冷媒を熱交換する室外機１００と、から構成される。
【０００４】
室外機１００は、気体状態の冷媒を高温高圧で圧縮するための圧縮機１０２と、圧縮機１０２を駆動するエンジン１０４と、エンジン１０４と圧縮機１０２との間で圧縮１０２の駆動を調節する電子式クラチ１０６と、冷房及び暖房運転の切換のための四方弁１０８と、圧縮機１０２から吐出された冷媒を室外空気と熱交換するための室外ファン１１０及び室外熱交換器１１２と、暖房時に冷媒の流量を調節するための室外弁１１４と、を含む。
【０００５】
室内機２００は、室外熱交換器１１２または圧縮機１０２からの冷媒を熱交換する室内熱交換器２０２と、冷房時に冷媒の流量を調節するための室内弁２０４と、を含む。
【０００６】
このような構成を有する従来の空調機の冷房運転時、圧縮機１０２から吐出された高温高圧の冷媒は、室外熱交換器１１２を通じて室外空気と熱交換しながら外部に熱を放熱し液体状態に凝縮される。室外熱交換器１１２を通じて凝縮された冷媒は、冷媒配管３００を通じて室内熱交換器２０２に供給される過程で減圧される。また、室内熱交換器２０２を通じて液体状態の冷媒が気化され熱を吸収して室内空気を冷却させる。その後、室外機１００に帰った冷媒は、圧縮機１０２に吸入されて前記のサイクルを繰り返す。
【０００７】
また、暖房運転時に圧縮機１０２から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁１０８を通じて室内機２００に供給され、室内熱交換器２０２を通じて室内空気と熱交換して室内空気を加熱して自信は凝縮される。凝縮された液体状態の冷媒は、冷媒配管３００を通じて室外熱交換器１１２に供給される過程で減圧される。また、室外熱交換器１１２を通じて室外空気と熱交換して気体状態の冷媒になり、この気体状態の冷媒が圧縮機１０２に吸入されて前記のサイクルを繰り返す。
【０００８】
このような構成を有する従来の空調機の動作過程を図２を参照しつつ説明する。ここで、圧縮機１０２の１段及び２段運転は、二つの圧縮機１０２が並列で設けられた場合、一つだけを運転する一段運転と、二つ全部運転する二段運転とに正義する。または、圧縮機１０２の１段及び２段の運転のため、２段能力可変形の圧縮機を使用することもできる。
【０００９】
空調機の運転が始まると、制御部（図示せず）は、室内機２００の要求能力を計算する（Ｓ１００）。計算された室内機２００の要求能力が圧縮機１０２の１段運転の能力より未満であるか否かを判断する（Ｓ１０２）。判断結果、室内機２００の要求能力が圧縮機１０２の１段運転能力より未満である場合、圧縮機１０２を１段で運転し（Ｓ１０４）、室内機２００の要求能力が圧縮機１０２の１段運転能力を超過する場合、圧縮機１０２を２段で運転する（Ｓ１０６）。
【００１０】
図３ａは、図１のエンジン回転数の変化による能力変化の特性を示し、図３ｂは、図１のエンジン回転数の変化によるＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）変化の特性を示す。
【００１１】
図３ａに示すように、圧縮機１０２の１段運転時には、エンジン回転数を略１０００rpm〜２３００rpmまで、運転時に略５０％〜６０％の室内機２００の要求能力に対応することができる。一方、圧縮機１０２の２段運転時には、回転エンジン回転数を略１０００rpm〜２０００rpmまで運転時に略６０％〜１００％の室内機２００要求能力に対応することができる。従って、略５％〜１００％の室内機２００の要求能力の領域に対して、エンジン回転数と圧縮機１０２の選択的な１段及び２段の運転を通じて可変能力の対応ができる。
【００１２】
図３ｂに示すように、室内機２００の要求能力が略６０％〜１００％である場合には、二つの圧縮機１０２が全部運転される２段運転時であるのでＣＯＰが８０％乃至１００％である。室内機２００要求能力が略５％〜６０％である場合には、一つの圧縮機１０２だけが運転される１段の運転時であるのでＣＯＰが略１５％〜４０％に低まる短所がある。即ち、エネルギー利用効率が低下される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、エネルギー利用効率を向上させるだけでなく、駆動部の寿命を長期間保障することができる空調機及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために本発明は、室内に設置されて、室内空気を熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、前記室内機と冷媒配管によって連結され、室外に設けられて冷媒を熱交換する室外熱交換器を有する室外機と、を含む空調機において、前記室外機に設けられ、３段以上で冷媒の圧縮能力が可変される圧縮部と、前記圧縮部を駆動する駆動部と、前記室内機の要求能力による前記圧縮部の最適能力と前記駆動部の最適の回転数を既に貯蔵しており、前記室内機の要求能力を算出して算出された要求能力に従って前記圧縮部を前記最適能力で駆動させ、前記駆動部を前記最適の回転数で回転させるように前記駆動部を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記制御部は、前記室内機の要求能力が所定のレベル以上である場合、前記圧縮部を最大能力で駆動させ、前記所定のレベル未満である場合、多段で前記圧縮部を駆動させることが好ましい。
【００１６】
また、前記制御部は、前記圧縮部の中間段階の能力比を略３０％乃至６０％で設定することが好ましい。
【００１７】
また、前記目的を達成するために本発明は、室内に設置されて、室内空気を熱交換する室内熱交換器を有する室内機と、前記室内機と冷媒配管によって連結され、室外に設けられて冷媒を熱交換する室外熱交換器を有する室外機と、を含む空調機の制御方法において、前記室外機に設けられ、３段以上で冷媒の圧縮能力が可変される圧縮部を既に設ける段階と、前記室内機の要求能力による前記圧縮部の最適能力と前記圧縮部を駆動する駆動部の最適の回転数を既に貯蔵す段階と、算出された要求能力に従って前記圧縮部を前記最適能力で駆動させ、前記駆動部を前記最適の回転数で回転させるように前記駆動部を制御する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
ここで、前記駆動部を制御する段階は、前記室内機の要求能力が所定のレベル以上である場合、前記圧縮部を最大能力で駆動させ、前記所定のレベル未満である場合、多段で前記圧縮部を駆動させる段階を含むことが好ましい。
【００１９】
また、前記圧縮部の中間段階の能力比を略３０％乃至６０％で設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明によれば、エネルギー利用効率を向上させるだけでなく、駆動部の寿命を長期間保障することができる空調機及びその制御方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明に対して詳細に説明する。
図４は、本発明による空調機の概略図である。図面に示すように、本発明による空調機は、室内に設けられて室内空気を熱交換する室内機３０と、室内機３０と冷媒配管４０によって連結され室外に設けられて冷媒を熱交換する室外機１０と、から構成される。
【００２２】
室外機１０は、気体状態の冷媒を高温高圧で圧縮するための圧縮部１２と、圧縮部１２を駆動する駆動部１４であるエンジンと、冷房運転及び暖房運転の切換のための四方弁１８と、圧縮部１２から吐出された冷媒を室外空気と熱交換するための室外ファン２０及び室外熱交換器２２と、暖房時に冷媒の流量の調節のための室外弁２４と、を含む。
【００２３】
ここで、圧縮部１２は、三つ以上の固定能力形圧縮機を並列で設けた構成や、３段以上の能力可変形圧縮機であることができる。
【００２４】
室内機３０は、室外熱交換器２２または圧縮部１２からの冷媒を熱交換する室内熱交換器３２と、冷房時に冷媒の流用を調節するための室内弁３４と、を含む。
【００２５】
図５は、本発明による空調機の概略的な制御ブロック図である。図面に示すように、本空調機において、室外機１０は、圧縮部１２と、圧縮部１２を駆動する駆動部１４と、室内機３０とデータ送受信のための通信回路部１６と、これらを制御する室外制御部１９と、を含み、室内機３０は、室内の温度を感知する室内温度感知部３３と、ユーザーの希望温度設定のための希望温度設定部３５と、室外機１０とデータの送受信のための通信回路部３６と、これらを制御する室内制御部３８と、を含む。
【００２６】
室内制御部３８は、室内温度感知部３３によって感知された室内温度と希望温度設定部３５を通じて設定された設定温度とが入力される。室内制御部３８は、自信の冷暖房能力に対する情報を有しており、冷暖房要求能力を算出する時に室内温度と設定温度との差及び自信の冷暖房能力に基づいて冷暖房要求能力を算出することができ、室内機３０の冷暖房能力だけに基づいて冷暖房要求能力を算出することもできる。室内機３０で算出された冷暖房要求能力は通信回路部３６、１６を通じて室外制御部１９に電送される。
【００２７】
室外制御部１９は、室内機３０の要求能力による圧縮部１２の最適の能力とエンジンの最適の回転数を既に貯蔵しており、室内制御部３８から電送された室内機３０の要求能力に従って圧縮部１２及びエンジンがそれぞれ最適の能力及び最適の回転数で動作するようにする。これに対する詳しい説明は、図６を参照して説明する。
【００２８】
図６ａに示すように、圧縮部１２が４段の可変能力を有する場合、室外制御部１９は、室内機３０の要求能力が６０％以上である場合には、圧縮部１２が最大能力、即ち４段で運転されるようにする。また、室外制御部１９は、室内機３０の要求能力が６０％未満である場合にはエンジンが最小運転することができる回転数までだけ運転されながら１段から３段まで多段で圧縮部１２が駆動するようにする。
【００２９】
これによって、４段運転領域を除いた１段、２段、３段の運転領域では、略１５００rpm以下のような低回転数で運転することができ、長時間エンジンの寿命を保障することができる。
【００３０】
また、図６ｂに示すように、ＣＯＰが従来に比べて向上されたことを確認することができる。また、ＣＯＰは、最大効率を１００％で表記して相対的な比率を示す。
【００３１】
このような構成を有する本発明による空調機の制御フローチャートを図６ａ及び図７を参照して説明する。
【００３２】
室内制御部３８は、室内機３０の要求能力を算出する（Ｓ１０）。また、算出された室内機３０の要求能力に従って室外制御部１９は、圧縮部１２の能力を可変制御する。
【００３３】
室内機３０の要求能力が圧縮部１２の１段運転だけでも十分な場合、即ち室内機３０の要求能力が略５％〜２５％である場合には、室外制御部１９は圧縮部１２を１段運転させる（Ｓ１２、Ｓ１４）。
【００３４】
また、室内機３０の要求能力が１段運転だけでは不足であり、２段で十分な場合、即ち室内機３０の要求能力が略２５％〜４５％である場合、室外制御部１９は圧縮部１２を２段で運転させる（Ｓ１６、Ｓ１８）。
【００３５】
室内機３０の要求能力が２段運転だけでは不足であり、３段運転で十分な場合（室内機３０の要求能力が略４５％〜６０％である場合）、室外制御部１９は圧縮部１２を３段で運転させ（Ｓ２０、Ｓ２２）、室内機３０の要求能力が略６０％〜１００％である場合には圧縮部１２を４段で運転させる（Ｓ２４）。
【００３６】
図８と図９は、圧縮部１２の２段制御と４段制御とを比較した図である。図８に示すように、運転要求能力が２５％４５％である場合には、４段制御が２段制御よりＣＯＰが略３０％向上され、運転要求能力が４５％〜６０％である場合には、４段制御が２段制御よりＣＯＰが略６０％向上されることを分かることができる。即ち、圧縮部１２を４段で制御すると、圧縮部１２を２段制御する場合よりも、図９のＡ領域のようにＣＯＰが向上された結果を得ることができる。
【００３７】
図１０と図１１は、圧縮部１２の３段制御と４段制御とを比較したのである。図１０に示すように、４段で制御する場合、運転要求能力の範囲が４５〜６０％である場合には、３段制御よりも効率が３０％向上されることを分かることができる。図１１のＢ領域が効率が向上された運転領域の範囲を示す。
【００３８】
また、圧縮部１２を３段で可変制御する場合、中間可変能力に該当する２段能力をどのように設計するかに従ってエネルギーの利用効率が向上されることができる。
【００３９】
図１２ａに示すように、２段運転領域を２’段運転領域で設計すると、図１２ｂのようなＣＯＰの特性を示す。
【００４０】
図１３を参照して能力別にＣＯＰの特性を比較すると次の通りである。
図１３に示すように、１段→２段→３段で運転する場合、１段→２’段→３段で運転する場合よりも効率が高い運転能力領域はＣ領域になる。また、１段→２’段→３段運転の場合には、１段→２段→３段で運転する場合よりも効率が高い運転領域はＤ領域になる。二つの運転領域を比較すると、相互に相対的に広い運転領域で効率が高いことを分かることができる。略室内機３０の要求能力が１００％で運転される確率は１％であり、７５％で運転される確率は４２％であり、５０％で運転される確率は４５％、２５％で運転される確率は１２％の比率を有し、運転頻度数が高い５０％領域での効率を向上させるためには１段→２段→３段の運転設計よりも１段→２’段→３段の運転設計がさらに好ましい。従って、３段で運転設計をする場合には、中間段階に該当する２段の能力範囲の設計範囲を略３０〜６０％の能力範囲で設計する場合システムの効率を向上させることができる。
【００４１】
また、前述した実施形態では、圧縮部１２の圧縮能力３段、４段で可変させる異について説明したが、その以上の可能である。
【００４２】
以上のように、本発明は室内機３０の要求能力に従って圧縮部１２を最適能力で駆動させ、駆動部１４を最適回転数で回転させるようにすることによって、エネルギーの利用効率を向上させることができ、駆動部１４の寿命を長期間に保障することができる。
【００４３】
本発明の上述した実施形態に限られず、本発明の範囲内で当業者による変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の空調機の概略図である。
【図２】従来の空調機の動作過程を示すフローチャートである。
【図３ａ】図１のエンジン回転数の変化による能力変化特性を示すグラフである。
【図３ｂ】図１のエンジン回転数の変化によるＣＯＰの変化特性を示すグラフである。
【図４】本発明による空調機の概略図である。
【図５】本発明による空調機の制御ブロック図である。
【図６ａ】圧縮部の４段制御時に能力制御パタンを示す図である。
【図６ｂ】圧縮部の４段制御時にＣＯＰパタンを示す図である。
【図７】本発明による空調機の制御フローチャートである。
【図８】圧縮部の２段制御と４段制御とを比較した図である。
【図９】圧縮部の２段制御と４段制御とを比較した図である。
【図１０】圧縮部の３段制御と４段制御とを比較した図である。
【図１１】圧縮部の３段制御と４段制御とを比較した図である。
【図１２ａ】圧縮部の３段制御時に能力制御パタンを示す図である。
【図１２ｂ】圧縮部の３段制御時にＣＯＰパタンを示す図である。
【図１３】圧縮部の３段制御時に能力別ＣＯＰ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０          室外機
１２          圧縮部
１４          駆動部
１６、３６    通信回路部
１８          四方弁
１９          室外制御部
２０          室外ファン
２２          室外熱交換器
２４          室外弁
３０          室内機
３２          室内熱交換器
３３          室内温度感知部
３４          室内弁
３５          希望温度設定部
３８          室内制御部
４０          冷媒配管
【図１】
2005201630.tif 000003
【図２】
2005201630.tif 000004
【図３ａ】
2005201630.tif 000005
【図３ｂ】
2005201630.tif 000006
【図４】
2005201630.tif 000007
【図５】
2005201630.tif 000008
【図６ａ】
2005201630.tif 000009
【図６ｂ】
2005201630.tif 000010
【図７】
2005201630.tif 000011
【図８】
2005201630.tif 000012
【図９】
2005201630.tif 000013
【図１０】
2005201630.tif 000014
【図１１】
2005201630.tif 000015
【図１２ａ】
2005201630.tif 000016
【図１２ｂ】
2005201630.tif 000017
【図１３】
2005201630.tif 000018