(57)【要約】【課題】圧縮機の運転制御によりエネルギ消費効率（ＣＯＰ）の高い空気調和機を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮し高圧にする圧縮機２と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機３と、凝縮された冷媒を膨張させ低圧にする膨張弁４と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器５と、冷媒を循環させる冷媒流路６を有する空気調和機１であって、冷媒流路６に設けられ、冷媒の低圧圧力を検出する圧力センサ１２と、その空気調和機１の空調負荷の状況を判断する空調負荷判断部７と、圧縮機２の回転数の制御により、冷媒圧力を制御する圧力制御部８と、を備え、圧力制御部８は、空調負荷判断部７により判断された空調負荷の状況により、冷媒の低圧圧力を制御する。【選択図】図１
2007327717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮し高圧にする圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機と、凝縮された冷媒を膨張させ低圧にする膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を循環させる冷媒流路を有する空気調和機であって、
冷媒流路に設けられ、冷媒の低圧圧力を検出する圧力センサと、
その空気調和機の空調負荷の状況を判断する空調負荷判断部と、
冷媒圧力を制御する圧力制御部と、
を備え、
圧力制御部は、空調負荷判断部により判断された空調負荷の状況により、冷媒の低圧圧力を制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和機において、圧力制御部は、空調負荷判断部により空調負荷が大きいと判断されたときには、低圧圧力を下げ、空調負荷が小さいと判断されたときには、低圧圧力を上げることを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
冷媒を圧縮し高圧にする圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機と、凝縮された冷媒を膨張させ低圧にする膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を循環させる冷媒流路を有する空気調和機であって、
冷媒流路に設けられ、冷媒の低圧圧力を検出する低圧圧力センサと、
冷媒流路に設けられ、冷媒の高圧圧力を検出する高圧圧力センサと、
その空気調和機の空調負荷の状況を判断する空調負荷判断部と、
冷媒の高圧圧力と低圧圧力とを制御する圧力制御部と、
を備え、
圧力制御部は、空調負荷判断部により判断された空調負荷の状況により、冷媒の低圧圧力を変化させ、冷媒の高圧圧力を低圧圧力で除した圧縮比を制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項３に記載の空気調和機において、圧力制御部は、空調負荷判断部により空調負荷が大きいと判断されたときには、圧縮比を上げ、空調負荷が小さいと判断されたときには、圧縮比を下げることを特徴とする空気調和機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の空気調和機において、空調負荷判断部は、単位時間内でのサーモＯＦＦの時間及びサーモＯＮの時間を計測することで空調負荷の状況を判断することを特徴とする空気調和機。
【請求項６】
請求項５に記載の空気調和機において、空調負荷判断部は、単位時間内でのサーモＯＦＦの時間をサーモＯＮの時間で除した値が、設定された定数より大きい場合には、空調負荷が小さく、単位時間内でのサーモＯＦＦの時間をサーモＯＮの時間で除した値が、設定された定数より大きい場合には、空調負荷が大きいと判断す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、冷媒を圧縮し高圧にする圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機と、凝縮された冷媒を膨張させ低圧にする膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を循環させる冷媒流路を有する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気調和機に関し、その消費電力を低減する、いわゆる「省エネ」が注目されている。その省エネの効果は、一般に、消費電力１ｋｗ当たりの冷房・暖房能力であるエネルギ消費効率（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）で表され、値が大きいほど省エネ性が高い。このＣＯＰ値を上げるためには、空気調和機の構成機器のなかで最も消費電力の大きい圧縮機について改良をするのが効果的である。
【０００３】
図４に、一般的な空気調和機の構成図を示す。この空気調和機１は、圧縮機２により冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒を室外機１１に設けられた凝縮器３により凝縮し、凝縮された冷媒を膨張弁４ａ、４ｂで膨張させ、室内機１０に設けられた蒸発器５ａ、５ｂにより膨張した冷媒を蒸発させる冷媒循環サイクルにより室内の空調を行う。また、この冷媒循環サイクルは、冷媒が各機器を循環する冷媒管路６により構成される。凝縮器３は、圧縮され凝縮して温度の上昇した冷媒と外気との間で熱交換を行い、蒸発器５は、膨張され気化して温度の低下した冷媒と室内の空気との間で熱交換を行う。
【０００４】
空気調和機１の圧縮機２には、例えば、スクロール圧縮機やロータリ圧縮機が用いられる。スクロール圧縮機は、一対の同一形状の渦巻体を、一方を固定し、他方を回転させることにより、圧縮室の体積を小さくし、冷媒を圧縮するものである。また、ロータリ圧縮機は、回転するピストンとシリンダとの組合せにより冷媒を圧縮するものである。圧縮機２の吐出側の冷媒の圧力は、圧縮機２により加圧されるため高圧圧力となる。一方、圧縮機２の吸入側の圧力は、膨張弁４により冷媒が膨張された低圧圧力となる。また、この高圧圧力を低圧圧力で除した値を圧縮比という。一般に、この圧縮比が小さいほど、すなわち、高圧圧力が低く低圧圧力が高いほど、圧縮機２の運転効率は上がる。
【０００５】
従来、圧縮機２の消費効率を上げるために、種々の試みがなされている。例えば、上述した圧縮機２の圧縮機構の改良、配管系統の見直しによる圧力損失の低減や熱交換効率の最適化などである。しかし、圧縮機２の運転制御による消費効率の向上については、余り試みられていない。これは、空気調和機１は、その空調（冷房・暖房）能力が重視されていたため、圧縮機２の低圧圧力を一定値に固定し、空調負荷に対して高圧圧力を制御することによる。すなわち、短時間に室温を下げることのできる空気調和機１が追及され、そのためには、低圧圧力を一定値に固定するように制御し、高圧圧力を変動させる方式が採用されてきた。
【０００６】
一方、特許文献１には、周波数制御により回転数が制御される圧縮機（能力可変形圧縮機）を備えた空気調和機の冷媒流量を、膨張弁により制御するようにした空気調和機が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２０５０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、空気調和機は、その空調（冷房・暖房）能力が重視されていたため、圧縮機の低圧圧力を一定値に固定し、空調負荷に対して高圧圧力を制御していた。このため、圧縮機の圧縮効率に問題があり、圧縮機のエネルギ消費効率（ＣＯＰ）が最適化されていなかった。
【０００９】
本願の目的は、かかる課題を解決し、圧縮機の運転制御によりエネルギ消費効率（ＣＯＰ）の高い空気調和機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮し高圧にする圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機と、凝縮された冷媒を膨張させ低圧にする膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を循環させる冷媒流路を有する空気調和機であって、冷媒流路に設けられ、冷媒の低圧圧力を検出する圧力センサと、その空気調和機の空調負荷の状況を判断する空調負荷判断部と、冷媒圧力を制御する圧力制御部とを備え、圧力制御部は、空調負荷判断部により判断された空調負荷の状況により、冷媒の低圧圧力を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、上記空気調和機は、圧力制御部が、空調負荷判断部により空調負荷が大きいと判断されたときには、低圧圧力を下げ、空調負荷が小さいと判断されたときには、低圧圧力を上げることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮し高圧にする圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機と、凝縮された冷媒を膨張させ低圧にする膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を循環させる冷媒流路を有する空気調和機であって、冷媒流路に設けられ、冷媒の低圧圧力を検出する低圧圧力センサと、冷媒流路に設けられ、冷媒の高圧圧力を検出する高圧圧力センサと、その空気調和機の空調負荷の状況を判断する空調負荷判断部と、冷媒の高圧圧力と低圧圧力とを制御する圧力制御部と、を備え、圧力制御部は、空調負荷判断部により判断された空調負荷の状況により、冷媒の低圧圧力を変化させ、冷媒の高圧圧力を低圧圧力で除した圧縮比を制御する。
【００１３】
また、上記空気調和機は、圧力制御部が、空調負荷判断部により空調負荷が大きいと判断されたときには、圧縮比を上げ、空調負荷が小さいと判断されたときには、圧縮比を下げることが好ましい。
【００１４】
また、これらの空気調和機は、空調負荷判断部が、単位時間内でのサーモＯＦＦの時間及びサーモＯＮの時間を計測することで空調負荷の状況を判断することが好ましい。
【００１５】
さらに、上記空気調和機は、空調負荷判断部は、単位時間内でのサーモＯＦＦの時間をサーモＯＮの時間で除した値が、設定された定数より大きい場合には、空調負荷が小さく、単位時間内でのサーモＯＦＦの時間をサーモＯＮの時間で除した値が、設定された定数より大きい場合には、空調負荷が大きいと判断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、空気調和機は、圧力制御部が、空調負荷判断部により判断された空調負荷の状況により、冷媒の低圧圧力を制御する。これにより、空調負荷が小さい場合に目標低圧圧力を上げることで、圧縮機の負担を低減し、空調負荷が大きい場合に目標低圧圧力を下げることで、圧縮機の運転効率を最適化し、エネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることが可能となる。
【００１７】
また、空気調和機は、圧力制御部が、空調負荷判断部により判断された空調負荷の状況により、冷媒の高圧圧力を低圧圧力で除した圧縮比を制御する。これにより、空調負荷が小さい場合に圧縮比を下げるように目標低圧圧力を調整して圧縮機の負担を低減し、空調負荷が大きい場合に圧縮比を上げるように目標低圧圧力を調整することで、圧縮機の運転効率を上げ、エネルギ消費効率を高めることが可能となる。
【００１８】
以上のように、本発明に係る空気調和機によれば、圧縮機の運転制御により、空気調和機のエネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
【００２０】
図1に、本発明に係る空気調和機の一つの実施形態の概略構成をブロック図で示す。空気調和機１は、圧縮機２により冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒を室外機１１に設けられた凝縮器３により凝縮し、凝縮された冷媒を膨張弁４で膨張させ、室内機１０に設けられた蒸発器５により膨張した冷媒を蒸発させる冷媒循環サイクルにより室内の空調を行う。また、この冷媒循環サイクルは、各機器に冷媒が循環する冷媒管路６により構成される。凝縮器３は、圧縮され凝縮して温度上昇した冷媒と外気との間で熱交換を行い、蒸発器５は、膨張され気化して温度低下した冷媒と室内の空気との間で熱交換を行う。この室内機１０は、室温及び目標温度の情報を計測する室内機制御部７を有する。また、圧縮機２は、圧縮機２の回転数を制御する圧力制御部８を有する。また、蒸発器５の下流には、冷媒の温度を計測する温度センサ９及び冷媒の低圧圧力を計測する圧力センサ１２が取り付いている。さらに、圧縮機２の下流には、冷媒の高圧圧力を計測する圧力センサ１３が取り付いている。
【００２１】
室内機制御部７は、空調機の単位時間あたりのサーモＯＮ時間及びサーモＯＦＦ時間を計測する。室内機制御部７は、単位時間内にサーモＯＮ時間がサーモＯＦＦ時間と比較して長い場合には、その単位時間において冷房負荷が大きいと判断する。一方、室内機制御部７は、単位時間内にサーモＯＦＦ時間がサーモＯＮ時間と比較して長い場合には、その単位時間において冷房負荷が小さいと判断する。
【００２２】
圧力制御部８は、圧縮機２の回転数を制御し、冷媒の低圧圧力及び高圧圧力を制御する。すなわち、圧縮機２の回転数を上げると、冷媒の高圧圧力が上昇して低圧圧力が低下する。また、圧縮機２の回転数を下げると、冷媒の高圧圧力が低下して低圧圧力が上昇する。この圧力制御部８は、さらに膨張弁４の開閉によって冷媒の圧力を制御しても良い。すなわち、膨張弁４を閉じると、冷媒の高圧圧力が上昇して低圧圧力が低下する。また、膨張弁４を開くと、冷媒の高圧圧力が低下して低圧圧力が上昇する。圧力制御部８は、圧縮機２の回転数と膨張弁４の開閉とを併用して冷媒の低圧圧力及び高圧圧力を制御しても良い。
【００２３】
また、圧力制御部８は、冷媒流路６に取り付けられた温度センサ９、低圧圧力センサ１２、及び高圧圧力センサ１３より、それぞれ冷媒の蒸発温度、冷媒の蒸発圧力（低圧圧力）、及び高圧圧力についての情報を受信する。圧力制御部８は、これらの冷媒の蒸発温度、冷媒の蒸発圧力（低圧圧力）、及び高圧圧力に基づき、圧縮機２の回転数の制御を行い、冷媒の低圧圧力及び高圧圧力を制御する。
【００２４】
図２に、圧縮機２による省エネ制御について説明図を示す。図２（ａ）に示すように、室内機１０の冷房（暖房）負荷は、単位時間ごとに変動する。この単位時間は、１０分、２０分、或いは６０分などその空調機１０の使用環境に応じた定数である。室内機１０のサーモＯＮ／ＯＦＦ情報から、この室内機１０の冷房（暖房）負荷が得られる。この空調負荷に応じて、圧力制御部８は、図２（ｂ）に示すように冷媒の高圧圧力を低圧圧力で除した圧縮比を、負荷軽減時（空調負荷が少ないとき）に下げ、負荷増加時（空調負荷が大きいとき）に上げるように圧縮機２の回転数を制御して対応する。この制御により、圧縮機２の消費電力は、圧縮比が小さいほど低減される。図２（ｂ）中の破線は、従来の低圧圧力の制御を示し、空調負荷の如何にかかわらず、略一定値に制御していた。従って、本発明に係る低圧圧力の制御によれば、図２（ｂ）の斜線で示した部分に相当する消費電力を削減することが可能となる。
【００２５】
図３に、この圧縮機２による省エネ制御のフロー図を示す。まず、室内制御部７がサーモＯＮ／ＯＦＦ時間をカウントする（Ｓ１）。このカウントは、一定時間継続され（Ｓ２），一定時間経過後（Ｓ３）にサーモＯＦＦ時間／サーモＯＮ時間の値が計算される。この値が室内機１０の使用環境に応じた定数（例えば、０．５や０．７）以下であれば負荷軽減時であると判断する（Ｓ４）。負荷軽減時と判断した場合には、目標低圧圧力を下げるが、このとき冷房（暖房）を効かせるための最低温度（最高温度）と比較する（Ｓ６）。この最低温度より低い場合には、目標低圧圧力に室内機１０の使用環境に応じた定数（０．０５ＭＰａ或いは０．１ＭＰａ）を加えた値とする。一方、この最低温度より高い場合には、この単位時間での制御を終了し、次の単位時間の処理に戻る。このサーモＯＦＦ時間／サーモＯＮ時間の値が室内機１０の使用環境に応じた定数を越える場合には負荷増加時であると判断する（Ｓ４）。このときは、目標低圧圧力から室内機１０の使用環境に応じた定数（０．０５ＭＰａ或いは０．１ＭＰａ）を減じた値とする（Ｓ５）。ここでこの単位時間での制御を終了し次の単位時間の処理に戻る。
【００２６】
この圧縮機２による省エネ制御によると、低圧圧力を一定値とする従来の制御方法と比較して、消費電力が低減され、エネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることができる。また、真夏時での消費電力のピークカットがより可能となる。さらには、目標室温に対して室内機１０の吹き出し温度を緩やかに上昇或いは下降させることになり、室内の居住者は、室内機１０から噴出す冷風に、より好ましいドラフト感を得る。
【００２７】
これは、空調負荷に対して冷媒の圧縮比を変化させることは、空調負荷に対応して、室内機１０の空調能力自体を変更することになるからである。例えば、室温Ｔ１と設定温度Ｔ２との差が大きい場合（冷房負荷が大きい場合）、従来の制御では、室温Ｔ１が設定温度Ｔ２になるまで、サーモＯＮ状態で冷風を吹き出し続けていた。このため、短時間に設定温度Ｔ２になる反面、居住者は、冷風をまともに受け不快感が生じていた。一方、本発明に係る省エネ制御によれば、室温Ｔ１と設定温度Ｔ２との差温が小さくなれば、サーモＯＮ／ＯＦＦ時間の比が変化し、それに従って圧縮比が変化する。すなわち、室温Ｔ１と設定温度Ｔ２との差温が小さくなればなるほど、室内機１０の空調能力自体が小さくなる。これにより、室温Ｔ１が設定温度Ｔ２に近づくほど、緩やかな温度変化の勾配となる。これにより、居住者は、冷風をまともに受ける不快感が減少する。
【００２８】
また、一年のうち夏の高温・高湿時を除けば、除湿の必要性は余りないので、目標低圧圧力を水蒸気の凝縮温度以上に保持することで、空気の乾燥を防止し、凝縮に能力を振り分けることがなくなる。この点についても省エネの効果が発生し、エネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る空気調和機の一つの実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】圧縮機による省エネ制御についての説明図である。
【図３】圧縮機による省エネ制御のフロー図である。
【図４】一般的な空気調和機の概略の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  空気調和機、２  圧縮機、３  凝縮器、４  膨張弁、５  蒸発器、６  冷媒流路、７  室内機制御部、８  圧力制御部、９  温度センサ、１０  室内機、１１  室外機、１２，１３  圧力センサ。
【図１】
2007327717.tif 000003
【図２】
2007327717.tif 000004
【図３】
2007327717.tif 000005
【図４】
2007327717.tif 000006