(57)【要約】【課題】効率的な運転を可能として性能を向上するとともに、負荷に合わせた制御ができる空気調和機および空気調和機の制御方法を提供する。【解決手段】空気調和機１０は、室外熱交換器１１と、バイパス回路１２と、第１の減圧装置１３と、第２の減圧装置１４とを備えている。室外熱交換器１１は、第１の熱交換器１１ａと第２の熱交換器１１ｂとを有し、冷房運転時に第２の熱交換器１１ｂから第１の熱交換器１１ａに冷媒が流動する。バイパス回路１２は、暖房運転時において、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の入口となる配管に接続され、かつ第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒の入口となる配管の接続部Ｐに接続されている。第１の減圧装置１３は、バイパス回路１２に配置されている。第２の減圧装置１４は、暖房運転時において、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の出口となる配管と、第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒の入口となる配管の接続部Ｐとの間に配置されている。【選択図】図１
2007333265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の熱交換器と第２の熱交換器とを有し、冷房運転時に前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に冷媒が流動する室外熱交換器と、
暖房運転時において、前記第１の熱交換器における冷媒の入口となる配管に接続され、かつ前記第２の熱交換器における冷媒の入口となる配管の接続部に接続されたバイパス回路と、
前記バイパス回路に配置されている第１の減圧装置と、
暖房運転時において、前記第１の熱交換器における冷媒の出口となる配管と、前記第２の熱交換器における冷媒の入口となる配管の前記接続部との間に配置されている第２の減圧装置とを備えた、空気調和機。
【請求項２】
前記第１減圧装置および前記第２減圧装置を、暖房運転時の負荷に合わせて選択的に開閉する制御装置をさらに備えた、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空気調和機の制御方法であって、
暖房運転時には、
冷媒を前記バイパス回路を介して前記第２の熱交換器へ流動させるように前記第１の減圧装置を開くように制御し、かつ前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器へ流入する冷媒の量を、前記第２の減圧装置が全開のときよりも減少させるように前記第２の減圧装置の開度を調整するように制御することを特徴とする、空気調和機の制御方法。
【請求項４】
暖房運転時には、
前記第１の熱交換機における熱交換の機能を停止させるように、前記第２の減圧装置の開度を制御することを特徴とする、請求項３に記載の空気調和機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気調和機および空気調和機の制御方法に関し、より特定的には、冷房運転時の性能を維持するとともに暖房運転時の性能を向上する空気調和機および空気調和機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力可変形の空気調和機においては、動力可変時に熱交換器の性能の過不足が生じる。このような問題を解決するため、冷房運転時の負荷に合わせて冷媒循環量を調整することを目的として、たとえば特開平４−２８９５６号公報（特許文献１）に空気調和機が開示されている。特許文献１には、室外側熱交換器の中間部の配管に第１の電磁開閉弁を設けるとともに、冷房運転時、第１の電磁開閉弁の入口側となる配管と、絞り手段の中間部との間に第２の電磁開閉弁を有するバイパス回路を設け、第２の電磁開閉弁を有するバイパス回路を設け、冷房運転時に、第１および第２の電磁開閉弁を冷房負荷に合わせて選択的に開閉する空気調和機が開示されている。
【０００３】
また、特開平１０−３８４２２号公報（特許文献２）に除霜運転に伴う暖房運転の中断をなくして、快適性の向上を図ることを目的とした空気調和機が開示されている。特許文献２には、室外熱交換器を第１の室外熱交換器と第２の室外熱交換器とに分離するとともに、第１の室外熱交換器と第２の室外熱交換器との間に第２の減圧弁を接続し、第２の減圧装置の暖房時入口側配管と第２の室外熱交換器の暖房時出口側配管との間に開閉弁を備えたバイパス回路を設け、第１の室外熱交換器の温度が所定値以下のとき第１の減圧装置を全開にし、第２の減圧装置を絞り、開閉弁を全閉にして暖房運転を行ないながら除霜運転を行なう空気調和機が開示されている。
【特許文献１】特開平４−２８９５６号公報
【特許文献２】特開平１０−３８４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示の空気調和機は、室外熱交換器の容量を切り替えるだけなので、冷媒量の過不足は負荷に追従したものとはならない。また、冷房運転時に冷媒をバイパスさせるので、冷房時の性能が低下する。そのため、空気調和機を効率的に運転することができないという問題があった。
【０００５】
また、電磁弁の開閉のみにより、第１の電磁開閉弁と絞り手段との間の配管内に冷媒を効果的に溜めることは難しい。そのため、圧縮機への液バックを防ぐためには、膨張弁の絞り調整に依存するところが大きく、負荷に合わせた制御は十分でないという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示の空気調和機では、分離された一方の室外熱交換器を除霜するためには、第１の室外熱交換器と第２の室外熱交換器とを完全に分離する必要があり、構造が複雑になるという問題があった。
【０００７】
さらに、暖房時に除霜を行ないながら暖房運転を継続して室内の急激な低下を抑えるためには、室外側の送風経路の切り替えが必要となる。そのため、暖房運転しながらの除霜は困難であり、効率的な運転は難しいという問題があった。
【０００８】
さらには、冷房時の性能を上げるために、第１の室外熱交換器は冷媒の流路を減少させて流路抵抗を大きくすることが必要である。一方、上記特許文献２では、暖房運転時には、冷媒は、第２の室外熱交換器をバイパスすることはできるものの、第１の室外熱交換器を必ず通る。そのため、暖房運転時に圧力損失が生じて、性能が低下するという問題があった。
【０００９】
それゆえ本発明の目的は、効率的な運転を可能として性能を向上するとともに、負荷に合わせた制御ができる空気調和機および空気調和機の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の空気調和機は、室外熱交換器と、バイパス回路と、第１の減圧装置と、第２の減圧装置とを備えている。室外熱交換器は、第１の熱交換器と第２の熱交換器とを有し、冷房運転時に第２の熱交換器から第１の熱交換器に冷媒が流動する。バイパス回路は、暖房運転時において、第１の熱交換器における冷媒の入口となる配管に接続され、かつ第２の熱交換器における冷媒の入口となる配管の接続部に接続されている。第１の減圧装置は、バイパス回路に配置されている。第２の減圧装置は、暖房運転時において、第１の熱交換器における冷媒の出口となる配管と、第２の熱交換器における冷媒の入口となる配管の接続部との間に配置されている。
【００１１】
本発明の空気調和機によれば、冷房運転時には、第１の熱交換器における冷媒の流路を第２の熱交換器における冷媒の流路よりも減らすことによって、過冷却域を得やすくなる。そのため、冷房運転時には、性能を維持できる。一方、暖房運転時には、室外熱交換器で過剰となる体積が増加した状態の冷媒を、第１の熱交換器に一部保留することにより、該冷媒の圧力損失が大きい第１の熱交換器での流動をバイパスできる。そのため、暖房運転時には、冷媒による圧力損失を防止できるので、性能を向上できる。よって、暖房運転時および冷房運転時において、効率的な運転を可能として、性能を向上できる。
【００１２】
また、暖房運転時には、第１の熱交換器に保留する冷媒の量を負荷に合わせることにより、負荷に合わせた制御ができる。
【００１３】
上記空気調和機において好ましくは、第１減圧装置および第２減圧装置を、暖房運転時の負荷に合わせて選択的に開閉する制御装置をさらに備えている。
【００１４】
これにより、暖房運転時に、負荷に合わせて第１の熱交換器に保留する冷媒の量をより適正に制御できる。そのため、暖房運転時には、より効率的な運転を可能として、性能をより向上できる。
【００１５】
本発明の空気調和機の制御方法は、上記空気調和機の制御方法である。暖房運転時には、冷媒をバイパス回路を介して第２の熱交換器へ流動させるように第１の減圧装置を開くように制御し、かつ第１の熱交換器から第２の熱交換器へ流入する冷媒の量を、第２の減圧装置が全開のときよりも減少させるように第２の減圧装置の開度を調整するように制御することを特徴としている。
【００１６】
本発明の空気調和機の制御方法によれば、暖房運転時には、バイパス回路に冷媒を流動させて、冷媒の圧力損失が大きい第１の熱交換器をバイパスできる。そのため、流路数の多い第２の熱交換器に冷媒を流すことができるので、冷媒の圧力損失を低減できる。よって、効率的な運転を可能として性能を向上できる。
【００１７】
また、第１の熱交換器から第２の熱交換器へ流動する冷媒の量を減少させるように制御することにより、第１の熱交換器に冷媒を保留できる。そのため、第２の減圧装置の開度を調整して、負荷に合わせて冷媒の量を調整できる。よって、負荷に合わせた制御ができる。
【００１８】
上記空気調和機において好ましくは、暖房運転時には、第１の熱交換機における熱交換の機能を停止させるように、第２の減圧装置の開度を制御することを特徴とする。これにより、第１の熱交換器に保留されている冷媒の熱量を低下させない。そのため、暖房運転時において、より効率的な運転を可能として、性能をより向上できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の空気調和機によれば、効率的な運転を可能として性能を向上するとともに、負荷に合わせた制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態における空気調和機の構成を示す模式図である。図１を参照して、実施の形態における空気調和機を説明する。本実施の形態における空気調和機１０は、室外熱交換器１１と、バイパス回路１２と、第１の減圧装置１３と、第２の減圧装置１４とを備えている。室外熱交換器１１は、第１の熱交換器１１ａと第２の熱交換器１１ｂとを有し、冷房運転時に第２の熱交換器１１ｂから第１の熱交換器１１ａに冷媒が流動する。バイパス回路１２は、暖房運転時において、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の入口となる配管に接続され、かつ第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒の入口となる配管の接続部Ｐに接続されている。第１の減圧装置１３は、バイパス回路１２に配置されている。第２の減圧装置１４は、暖房運転時において、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の出口となる配管と、第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒の入口となる配管の接続部Ｐとの間に配置されている。
【００２２】
具体的には、図１に示すように、空気調和機１０は、室外熱交換器１１と、四方弁１５と、圧縮機１６と、室内熱交換器１７と、第３の減圧装置とを順次配管接続してなる冷凍サイクルを備えている。
【００２３】
室外熱交換器１１、四方弁１５、圧縮機１６、第３の減圧装置１８は、空気調和機１０の室外機に含まれる。室内熱交換器１７は、空気調和機１０の室内機に含まれる。室外機と室内機とは、配管部分に設けられている閉鎖弁（図示せず）などにより接続されている。
【００２４】
室外熱交換器１１は、第１の熱交換器１１ａと、第２の熱交換器１１ｂとを有している。第１の熱交換器１１ａと第２の熱交換器１１ｂとは、一体成型された室外熱交換器を弁などにより分離されて形成されていてもよいし、それぞれ製造された室外熱交換器を配管等により接続して形成されていてもよい。また、第１の熱交換器１１ａと第２の熱交換器１１ｂとは、図１に示すように送り込まれる外気の向きに並列に配置されていてもよいし、重なるように配置されていてもよい。
【００２５】
室外機は、室外の外気を吸い込んで、室外熱交換器１１に送り込むためのファンをさらに備えている。室外熱交換器１１では、送り込まれた外気と、内部を流動する冷媒とを熱交換するための部材である。室外熱交換器１１は、たとえば内部に冷媒を流動させる伝熱管と、伝熱管と接続されてそれぞれ互いに間隔をへだてて配置されたフィン群とを含むフィン付き熱交換器である。
【００２６】
室外熱交換器１１において、第１の熱交換器１１ａの内容積と、第２の熱交換器１１ｂの内容積との比は、１：２〜１：５であることが好ましい。この範囲内とすることによって、暖房運転時の冷媒の圧力損失を効率的に低減できるとともに、室外熱交換器１１の性能をより向上できる。なお、内容積とは、第１および第２の熱交換器１１ａ，１１ｂにおいて、冷媒が流動する伝熱管の容積を意味する。
【００２７】
図１に示すように、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒が流動する流路は、たとえば冷媒の出入口は１本として途中で２流路に分配される構成としている。第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒が流動する流路は、たとえば冷媒の出入口は１本として、暖房運転時に冷媒が流れるにしたがって、２流路に分配され、さらに４流路に分配される構成としている。
【００２８】
実施の形態における空気調和機１０は、第１減圧装置１３および第２減圧装置１４を、暖房運転時の負荷に合わせて選択的に開閉する制御装置１９をさらに備えている。制御装置１９は、後述する空気調和機１０の制御方法にしたがって第１および第２の減圧装置１３，１４の開度をそれぞれ制御する。
【００２９】
第１、第２、および第３の減圧装置１３，１４，１８は、たとえば絞り弁などを用いることができるが、流動する冷媒を減圧できれば特に限定されない。
【００３０】
次に、図１〜図４を参照して、空気調和機１０の制御方法について説明する。なお、図２は、本発明の実施の形態における暖房運転時の空気調和機１０の制御方法を示す図である。図３は、本発明の実施の形態における冷房運転時の空気調和機１０を説明するための図である。図４は、本発明の実施の形態における冷房運転時の空気調和機１０の制御方法を示す図である。
【００３１】
まず、空気調和機１０の暖房運転時の制御方法について説明する。暖房運転時には、まず、暖房運転用の電源を入れて空気調和機１０を起動する。すると、図２に示すように、まず、四方弁１５が暖房モードとされ（Ｓ１１）、室内機は暖房サイクルの状態とされる。この状態で圧縮機１６の圧縮動作が開始される（Ｓ１２）。これにより、圧縮機１６から吐出された圧縮冷媒は、図１中矢印で示すように、室内熱交換器１７、第３の減圧装置１８および室外熱交換器１１を通って圧縮機１６に吸入される。このときに、第３の減圧装置１８の開度は調整される（Ｓ１３）。
【００３２】
暖房運転時には、冷媒をバイパス回路１２を介して第２の熱交換器１１ｂへ流動させるように第１の減圧装置１３を開く（Ｓ１４）ように制御する。さらに、第１の熱交換器１１ａから第２の熱交換器１１ｂへ流入する冷媒の量を、第２の減圧装置１４が全開のときよりも減少させるように第２の減圧装置１４の開度を調整する（Ｓ１５）ように制御する。これにより、第１の熱交換器１１ａから第２の熱交換器１１ｂに流動する冷媒の量は少なくなり、残りの多くの冷媒は第１の熱交換器１１ａに保留される。室外熱交換器１１は蒸発器として作用するため、流路数の少ない第１の熱交換器１１ａを冷媒はあまり流動せずに、多くの冷媒は第２の熱交換器１１ｂへ流入する。
【００３３】
第２の減圧装置１４は、暖房運転時の負荷に合わせて、その開度を調整する。たとえば暖房運転時に負荷が下がった場合には、必要な冷媒の量が少なくなるので、第２の減圧装置１４の開度をさらに閉じる。さらに暖房運転時の負荷が下がった場合には、第２の減圧装置１４を閉じて第１の熱交換器１１ａに冷媒を保留する。一方、暖房運転時の負荷が上がった場合には、必要な冷媒の量が多くなるので、第２の減圧装置１４の開度をさらに開ける。
【００３４】
暖房運転時には、第１の熱交換機１１ａにおける熱交換の機能を停止させるように、第２の減圧装置１４の開度を制御することが好ましい。たとえば、圧縮機１６の回転数が所定の設定値以上で、かつ外気の温度が所定の温度以下である場合には、第２の減圧装置１４の開度をさらに開けて、第１の減圧装置の開度を少し閉じる。また、たとえば圧縮機１６の回転数が所定の設定値より低い場合には、第１の減圧装置１３の開度を同程度または少し開ける。これにより、第１の熱交換器１１ａに保留される冷媒の温度と外気との温度をほぼ同じにでき、熱交換の機能を停止できる。
【００３５】
なお、第１の熱交換器１１ａにおける熱交換の機能を停止されるような制御は、たとえば、第１の熱交換器１１ａに吸入される外気の温度と、第１の熱交換器１１ａから排出される外気の温度とを実質的に同一であるように制御することでも同様の効果を得られる。
【００３６】
次に、図３および図４を参照して、空気調和機１０の冷房運転時の制御方法について説明する。冷房運転時には、まず、図４に示すように冷房運転用の電源を入れて空気調和機１０を起動する。すると、図３に示すように、四方弁１５が冷房モードとされ（Ｓ２１）、室内機は冷房サイクルの状態とされる。この状態で圧縮機１６の圧縮動作が開始される（Ｓ２２）。これにより、圧縮機１６から吐出された圧縮された冷媒は、図３中矢印で示すように、室外熱交換器１１、第３の減圧装置１８、および室内熱交換器１７を通って圧縮機１６に吸入される。このときに、第３の減圧装置１８の開度は調整される（Ｓ２３）。
【００３７】
冷房運転時には、第２の減圧装置１４を開けて（Ｓ２４）、第１の減圧装置１３を全閉にする（Ｓ２５）制御を行なう。これにより、室外熱交換器１１において、冷媒は、第２の熱交換器１１ｂから第１の熱交換器１１ａへ流れる。室外熱交換器１１は、凝縮器として作用するため、流路数の多い第２の熱交換器１１ｂから流路数の少ない第１の熱交換器１１ａに冷媒が流れる際に、流速が低下しない。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施の形態における空気調和機１０によれば、第１の熱交換器１１ａと第２の熱交換器１１ｂとを有し、冷房運転時に第２の熱交換器１１ｂから第１の熱交換器１１ａに冷媒が流動する室外熱交換器１１と、暖房運転時において、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の入口となる配管に接続され、かつ第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒の入口となる配管の接続部Ｐに接続されたバイパス回路１２と、バイパス回路１２に配置されている第１の減圧装置１３と、暖房運転時において、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の出口となる配管と、第２の熱交換器１１ａにおける冷媒の入口となる配管の接続部Ｐとの間に配置されている第２の減圧装置１４とを備えている。暖房運転時には、室外熱交換器１１で過剰となる（冷房運転時には適量である）冷媒を、第２の減圧装置１４を所定開度閉じて、第１の減圧装置１３を開けると、第１の熱交換器１１ａに冷媒を一部保留して、バイパス回路１２を介して第２の熱交換器１１ｂに流入させることができる。第２の熱交換器１１ｂは流路数が多いので、膨張して体積が増えた冷媒による圧力損失を防止できる。そのため、暖房運転時には、効率的な運転を可能とし、性能を向上できる。
【００３９】
一方、冷房運転時には、第１の熱交換器１１ａにおける冷媒の流路を第２の熱交換器１１ｂにおける冷媒の流路よりも減らすことによって、過冷却域を得やすくしている。また、暖房運転時に過剰となる冷媒を第１の熱交換器１１ａに保留することにより冷媒の量を調整できるので、冷房運転時に高性能となる冷媒の量を流動させることが可能である。そのため、冷房運転時には、高い性能を維持できる。よって、冷媒の量の適正化を行なうことで、効率的な運転を可能とし、暖房運転時の性能を向上するとともに、冷房運転時の高い性能を維持できる。
【００４０】
また、暖房運転時には、負荷にしたがって、第１の減圧装置１３および第２の減圧装置１４の開度を調整して第１の熱交換器１１ａに保留する冷媒の量を調整できる。そのため、暖房運転時には負荷に合わせた制御ができる。一方、冷房運転時には、負荷にしたがって第１の減圧弁を全閉にして第２の減圧装置１４を調整することにより、負荷に合わせた制御ができる。よって、冷媒の量の適正化を行なうことで、負荷に合わせた制御ができる。
【００４１】
さらに、室外熱交換器１１は、弁を介して第１および第２の熱交換器１１ａ，１１ｂに分離することができる。そのため、構造が複雑にならず、製造が容易である。
【００４２】
空気調和機１０において好ましくは、第１減圧装置１３および第２減圧装置１４を、暖房運転時の負荷に合わせて選択的に開閉する制御装置１９をさらに備えている。これにより、暖房運転時に、負荷に合わせて第１の熱交換器１１ａに保留する冷媒の量をより適正に制御できる。そのため、暖房運転時の性能をさらに向上できるとともに、負荷に合わせた制御がより適正にできる。
【００４３】
空気調和機１０の制御方法は、暖房運転時には、冷媒をバイパス回路１２を介して第２の熱交換器１１ｂへ流動させるように第１の減圧装置１３を開くように制御し、かつ第１の熱交換器１１ａから第２の熱交換器１１ｂへ流入する冷媒の量を、第２の減圧装置１４が全開のときよりも減少させるように第２の減圧装置１４の開度を調整するように制御することを特徴としている。暖房運転時には、バイパス回路１２に冷媒を流動させることにより、流路数の多い第２の熱交換器１１ｂに冷媒を流入させることができる。そのため、第２の熱交換器１１ｂでは冷媒の圧力損失を低減できる。また、第１の熱交換器１１ａから第２の熱交換器１１ｂへ流入する冷媒の量を減少させるように制御することにより、流路数の少ない第１の熱交換器１１ａで生じる冷媒の圧力損失を防止できる。そのため、暖房運転時に、冷媒の量を適正に制御して、効率的な運転を可能として性能を向上できる。一方、冷房運転時に高性能となる量の冷媒を暖房運転時にも流動できる。そのため、効率的な運転を可能として冷房運転時の高い性能を維持できる。よって、冷媒の量の適正化を行なうことで、効率的な運転を可能とし、暖房運転時の性能を向上するとともに、冷房運転時の高い性能を維持できる。
【００４４】
また、負荷に合わせて第２の減圧装置１４の開度を調整することによって、負荷に合わせた制御ができるとともに、性能を向上できる。
【００４５】
空気調和機１０において好ましくは、暖房運転時には、第１の熱交換機１１ａにおける熱交換の機能を停止させるように、第２の減圧装置１４の開度を制御することを特徴とする。暖房運転時において、第１および第２の減圧装置１３，１４の開度を調整して、第１の熱交換器１１ａの内部に保留されている冷媒の温度を外気の温度と同じ程度に制御する。これにより、圧縮機１６の回転数が所定の設定値以上で外気温度が所定温度以下のときは、室内熱交換器１７の過冷却量を減らす運転をすることができる。また、それ以外の場合であっても、第１の熱交換器１１ａに保留されている冷媒の熱量を低下させない。よって、より効率的な運転が可能になる。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更点が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態における空気調和機の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における暖房運転時の空気調和機の制御方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における冷房運転時の空気調和機を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態における冷房運転時の空気調和機の制御方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  空気調和機、１１  室外熱交換器、１１ａ  第１の熱交換器、１１ｂ  第２の熱交換器、１２  バイパス回路、１３  第１の減圧装置、１４  第２の減圧装置、１５  四方弁、１６  圧縮機、１７  室内熱交換器、１８  第３の減圧装置、１９  制御装置。
【図１】
2007333265.tif 000003
【図２】
2007333265.tif 000004
【図３】
2007333265.tif 000005
【図４】
2007333265.tif 000006