(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、
圧縮機、四方弁、室内熱交換器および冷媒加熱器を連結してなる冷媒加熱回路と、
前記ヒートポンプ式冷凍サイクルまたは前記冷媒加熱回路を選択的に駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置とを備え、
制御装置は、冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切換える際、圧縮機の運転周波数が所定周波数値以下の場合に所定周波数値まで上昇させ、運転周波数が所定周波数値以上の場合にこの運転周波数を維持して切換えを行なう制御手段と、ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切換える際、圧縮機の出力が所定出力値以上の場合に所定出力値まで降下させて切換えを行なう制御手段とを有することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房運転時において冷媒加熱運転とヒートポンプ運転との切換が可能な空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主に寒冷地向けの空気調和機として、圧縮機を有するヒートポンプ式冷凍サイクルと、冷媒加熱器とを備え、暖房運転時において冷媒加熱運転とヒートポンプ運転との切換が必要なものが提案されている。このような空気調和機としては、例えば特願平２−９３２３８号公報に記載されているように、設定温度と室内温度との差、及び設定温度と外気温度との差に基づいて冷媒加熱運転とヒートポンプ運転との切換を行うものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような空気調和機では、冷媒加熱運転とヒートポンプ運転との間の切換時において冷凍サイクルの挙動を特別考慮していないために、冷凍サイクルの挙動が不安定となり、このために空気調和機から異常音が生じることがある。
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、冷媒加熱運転とヒートポンプ運転との間の切換時において、冷凍サイクルの挙動を安定させ、また異常音の発生を防ぐことができる空気調和機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、圧縮機、四方弁、室内熱交換器および冷媒加熱器を連結してなる冷媒加熱回路と、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルまたは前記冷媒加熱回路を選択的に駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置とを備え、制御装置は冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切換える際、圧縮機の運転周波数が所定周波数値以下の場合に所定周波数値まで上昇させ、運転周波数が所定周波数値以上の場合にこの運転周波数を維持して切換えを行なうことを特徴とする空気調和機である。
【０００６】
本発明によれば、制御装置により冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切換える際、圧縮機の運転周波数が所定周波数値以下の場合に、予め所定周波数値まで上昇させておくので、切換時において圧縮機の運転周波数を安定させスムースな切換えを行なうことができる。
【０００７】
本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、圧縮機、四方弁、室内熱交換器および冷媒加熱器を連結してなる冷媒加熱回路と、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルまたは前記冷媒加熱回路を選択的に駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置とを備え、制御装置はヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切換える際、圧縮機の出力が所定出力値以上の場合に所定出力値まで降下させて切換えを行なうことを特徴とする空気調和機である。
【０００８】
本発明によれば、制御装置によりヒートポンプ運転から冷媒加熱運転へ切換える際、圧縮機の出力が所定出力値以上の場合に所定出力値まで降下させておくことにより、冷媒加熱器用のエネルギを確保しておくことができる。
【０００９】
本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、圧縮機、四方弁、室内熱交換器および冷媒加熱器を連結してなる冷媒加熱回路と、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルまたは前記冷媒加熱回路を選択的に駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置とを備え、制御装置は外気温度が設定値以上か否かによってヒートポンプ運転と冷媒加熱運転のいずれかを決定するとともに、圧縮機の出力と冷媒加熱器の出力から必要ＣＯ2 排出量を算出し、必要ＣＯ2 排出量が最も少なくなるよう設定値を定めることを特徴とする空気調和機である。
【００１０】
本発明によれば、制御装置により、必要ＣＯ2 排出量が最も少なくなるよう敷居点を定めるので、必要ＣＯ2 排出量の低下を図ることができる。
【００１１】
本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、圧縮機、四方弁、室内熱交換器および冷媒加熱器を連結してなる冷媒加熱回路と、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルまたは前記冷媒加熱回路を選択的に駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置とを備え、制御装置は圧縮機と冷媒加熱器の各々の出力から必要ランニングコストを算出し、ヒートポンプ運転と冷媒加熱運転のうち必要ランニングコストが最も少なくなるようヒートポンプ運転と冷媒加熱運転のいずれかを選択することを特徴とする空気調和機である。
【００１２】
本発明によれば、制御装置により必要ランニングコストが最も少なくなるようヒートポンプ運転と冷媒加熱装置のいずれかを選択するので、必要ランニングコストの低減を図ることができる。
【００１３】
本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、圧縮機、四方弁、室内熱交換器および冷媒加熱器を連結してなる冷媒加熱回路と、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルまたは前記冷媒加熱回路を選択的に駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置とを備え、室内熱交換器に室内熱交換器温度センサを設け、制御装置は冷媒加熱運転時に室内熱交換器温度センサの温度が第１所定温度以上の場合に圧縮機の能力を低下させ、ヒートポンプ運転時に室内熱交換器温度センサの温度が第１所定温度より低い第２所定温度以上の場合に圧縮機の能力を低下させることを特徴とする空気調和機である。
【００１４】
本発明によれば、制御装置により冷媒加熱運転時に室内熱交換器温度センサの温度が第１所定温度以上の場合に圧縮機の能力を低下させ、ヒートポンプ運転時に第１所定温度より低い第２所定温度以上の場合に圧縮機の能力を低下させるので、冷媒加熱運転時には凝縮温度を高くして高暖房を行なうことができる。またヒートポンプ運転時には凝縮温度を下げて圧縮機にかかる負荷の軽減を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１乃至図８は本発明による空気調和機の実施の形態を示す図である。
【００１６】
図１および図６において、本実施形態の空気調和機は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器１０、電動膨張弁（膨張機構）５および室外熱交換器３を連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクル１１を備えている。また、この冷凍サイクル１１における、電動膨張弁５及び室外熱交換器３の間と、圧縮機１の吸込側との間を連結して、二方弁８と燃焼式冷媒加熱器４とを有する冷媒加熱回路１２が設けられている。
【００１７】
なお、図中符号６及び７で示すのは二方弁である。また室外熱交換器３の近傍にはファン９が取付けられている。
【００１８】
また図１に示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクル１１と冷媒加熱回路１２を駆動制御して、冷媒が冷媒加熱回路１２を通る冷媒加熱運転と、冷媒が室外熱交換器３を通るヒートポンプ運転との切換えを行なう制御装置２０が配置されている。
【００１９】
また制御装置２０には、室内温度Ｔａを検出する室温検出器ａ1 と、外気温度Ｔｏを検出する外気温検出器ａ2 とが接続され、さらに制御装置２０に対して設定温度Ｔｓを設定するリモコンａ3 が設けられている。
【００２０】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。まず、冷媒が室外熱交換器３を通るヒートポンプ運転の概略を説明する。
▲１▼ヒートポンプ運転：
圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒は四方弁２を経て室内熱交換器１０に流入し、室内空気と熱交換することで室内を暖め、膨張弁５を通過し低温低圧の冷媒となる。その後冷媒は、二方弁７を通り室外熱交換器３にて外気より吸熱した後、再び圧縮機１へ吸い込まれる。この間、二方弁８は閉となっている。上記のヒートポンプ運転は、制御装置２０によって行なわれる。
【００２１】
次に冷媒が冷媒加熱回路１２を通る冷媒加熱運転について説明する。
▲２▼冷媒加熱運転：
運転開始時には二方弁６を開、二方弁７および二方弁８を閉とし、圧縮機１を運転する。このようにして室外熱交換器３に溜まった冷媒を室内熱交換器１０側へ汲み上げた後、二方弁６を閉、二方弁８を開とし、冷媒加熱運転を開始する。この時、圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒は、四方弁２を通り室内熱交換器１０へ流れる。このようにして冷媒は室内に放熱し、膨張弁５により減圧した後二方弁８を通り、冷媒加熱器４により再び加熱され、圧縮機１に吸い込まれる。
【００２２】
この間、気化ヒータ１５ａにより加熱された気化器１５によって燃料が気化され、気化された燃料はバーナ４ｃから冷媒加熱器本体４ａ側に送られる。バーナ４ｃから冷媒加熱器本体４ａに送られる燃料は着火部４ｂにより着火され、冷媒加熱器本体４ａを加熱する。上記冷媒加熱運転は制御装置２０によって行なわれる。
【００２３】
次に冷媒加熱運転からヒートポンプ運転への切換え作用について述べる。まず、制御装置２０は現状の冷媒加熱運転において着火部４ｂの電流を検知し、着火している場合は、着火部４ｂの作動を停止する消火制御に移る。制御装置２０は着火部４ｂの消火を確認した後膨張弁５の開度を指定の開度（５０％）まで絞る。次に制御装置２０は二方弁７を開くとともにファン９を起動回転数にし、その後二方弁８を閉じる。
【００２４】
この時点で圧縮機１の運転周波数Ｈｚが所定値Ｃ以下であれば、圧縮機１１の運転周波数を所定の所定値Ｃまで上昇させる。一方、圧縮機１の運転周波数Ｈｚが所定値Ｃ以上であれば、切換え前の運転周波数を保持する。
【００２５】
その後、圧縮機１の運転周波数を所定値Ｃに一定時間保持し、室温検出器ａ1 からの室内温度Ｔａとリモコンａ3 からの設定温度Ｔｓとに基づいて通常のヒートポンプ運転に入る。
【００２６】
このようにして、冷媒加熱運転からヒートポンプ運転への切換時に、圧縮機１の運転周波数Ｈｚが所定値Ｃ以下の場合に所定値Ｃまで上昇させることにより、ヒートポンプ運転へのスムースな切換えを行なうことができる。このように切換時において、圧縮機１の運転周波数を安定化させスムースな切換えを行なうので、圧縮機１からの異常音の発生を防止することができる。
【００２７】
次にヒートポンプ運転から冷媒加熱運転への切換え作用について述べる。
まず制御装置２０は、圧縮機１への運転能力指令（圧縮機１の出力）が所定の値（Ｖ）以上であれば運転能力指令を強制的にＶへ降下させ、気化ヒータ１５ｃへ通電するための電力を確保する。次に気化ヒータ１５ｃにて気化器１５を暖め気化器１５の温度が所定の値（例えば２００℃）以上になったら冷媒回収運転を行う。
【００２８】
ここで冷媒回収運転とは、室外熱交換器３内に溜まっている冷媒を室内熱交換器１０側へ回収する運転をいう。具体的には、まず二方弁７および二方弁８を閉とするとともに、ファン９を停止させる。次に圧縮機１を回収用運転周波数として一定時間運転し、室内熱交換器１０側へ冷媒を回収する。
【００２９】
気化器１５の温度が３００℃になり、かつ冷媒回収運転が完了したら着火制御に移行する。なお、冷媒回収運転が完了しない前に気化器１５の温度が３００℃になった場合は、気化器１５の温度を２２０℃〜２６０℃に調整する。また、気化器１５の温度が３００℃になっていない場合は、冷媒回収運転を継続する。
【００３０】
次に着火制御について述べる。まず圧縮機１をその運転周波数が所定の着火Ｈｚとなるよう調整する。次に冷媒加熱器４のバーナ４ｃのモータ（図示せず）を所定の着火回転数とし、着火部４ｂを作動させる。
【００３１】
この場合、気化器１５により気化されバーナ４ｃへ送られてくる燃料は、着火部４ｂにより着火されて冷媒加熱器本体４ａを加熱する。
【００３２】
次に着火部４ｂにより燃料が着火したら、圧縮機１を起動時の運転能力指令により運転し、その後室温検出器ａ1 からの室内温度Ｔａとリモコンａ3 からの設定温度Ｔｓとに基づいて通常の冷媒加熱運転に入る。
【００３３】
このようにヒートポンプ運転から冷媒加熱運転への切換時に圧縮機１の出力が大きい場合、その出力を所定の値へ降下させることにより、冷媒加熱器４の気化ヒータ１５ｃへの電力（エネルギ）を確保して、スムースな切換えを行なうことができる。
【００３４】
ところで制御装置２０は、図２に示す表に基づいて冷媒加熱運転とヒートポンプ運転の運転モードを決定する。すなわち制御装置２０は図２に示すように、外気温度Ｔｏと、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差より運転モードを決定する。また冷媒加熱運転とヒートポンプ運転を切換える外気温度Ｔｏの設定値についてはヒステリシスを持たせ、冷媒加熱運転→ヒートポンプ運転への切換の場合と、ヒートポンプ運転→冷媒加熱運転への切換の場合でこの設定値を変える。
【００３５】
この場合、制御装置２０は、圧縮機１の出力と冷媒加熱器４の燃焼エネルギ（出力）から１次エネルギにおける必要ＣＯ2 排出量を算出し、この必要ＣＯ2 排出量が最も少なくなるよう外気温度Ｔｏの設定値を求める。
【００３６】
例えばヒートポンプ運転の場合、外気温度Ｔｏに基づく必要電力、運転要求能力および空調負荷は図３のようになる。また、冷媒加熱運転の場合は、必要電力、運転要求能力および空調負荷は図４のようになる。
【００３７】
今仮に火力発電所の効率を０．３５、冷媒加熱運転の際の燃焼効率を０．８５とした場合、ヒートポンプ運転のＣＯＰが２．４以上であれば、ヒートポンプ運転の方が１次エネルギにおけるＣＯ2 排出量は低減できる（図５）。
【００３８】
また制御装置２０は、予め設定された電気・灯油代に基づいて、外気温度Ｔｏに対応する圧縮機１の出力と冷媒加熱器４の出力から必要ランニングコストを算出しておき、この必要ランニングコストが最も安くなるようヒートポンプ運転と冷媒加熱運転のいずかを決定してもよい。
【００３９】
図２に示すように、制御装置２０は外気温度Ｔｏと、設定温度Ｔｓと室温Ｔａとの差によりヒートポンプ運転と冷媒加熱運転を切換えるが、高暖房を行う運転を選択した場合は、強制的に冷媒加熱運転を行なって高暖房運転を行ってもよい。また、運転能力をセーブしたい場合（例えば静かな安眠運転）を行なう場合は、強制的にヒートポンプ運転を行なってもよい。
【００４０】
また、図１に示すように室内熱交換器１０内の温度が室内熱交換器温度センサａ4 により検出され、制御装置２０はこの室内熱交換器温度センサａ4 で検出された温度がある一定の温度以上になった場合は、強制的に圧縮機１の運転能力を低下させ凝縮圧力の上昇を防止する。
【００４１】
この場合、圧縮機１の運転能力を低下させる所定温度を冷媒加熱運転時と、ヒートポンプ運転時とで変化させる。すなわち、冷媒加熱運転時においては、室内熱交換器温度センサａ4 による温度が第１所定温度以上となったときに圧縮機１の能力を低下させる。一方、ヒートポンプ運転時においては室内熱交換器温度センサａ4 による温度が第１所定温度より低い第２所定温度以上になったときに圧縮機１の能力を低下させる。
【００４２】
このように、冷媒加熱運転時には凝縮温度を高くして高暖房を行ない、ヒートポンプ運転時には凝縮温度を下げて圧縮機１にかかる負荷を軽減し、圧縮機１のブレークダウンを防止する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、冷媒加熱運転とヒートポンプ運転との間の切換時において、冷凍サイクルの挙動を安定させることができる。このため圧縮機の異常音の発生を防止して、スムースな切換えを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気調和機の一実施の形態を示す概略図。
【図２】制御装置による運転モード決定テーブルを示す図。
【図３】ヒートポンプ運転の場合の必要電力、運転要求能力および空調負荷を示す図。
【図４】冷媒運転の場合の必要電力、運転要求能力および空調負荷を示す図。
【図５】一次エネルギのＣＯ2 排出量の比較を示す図。
【図６】空気調和機の冷媒加熱器を示す概略図。
【図７】冷媒加熱運転からヒートポンプ運転へ切換える作用を示す図。
【図８】ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転へ切換える作用を示す図。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  四方弁
３  室外熱交換器
４  冷媒加熱器
５  電動膨張弁（膨張機構）
６，７，８  二方弁
９  ファン
１０  室内熱交換器
１１  ヒートポンプ式冷凍サイクル
１２  冷媒加熱回路
【図１】
0003958862.tif 000002
【図２】
0003958862.tif 000003
【図３】
0003958862.tif 000004
【図４】
0003958862.tif 000005
【図５】
0003958862.tif 000006
【図６】
0003958862.tif 000007
【図７】
0003958862.tif 000008
【図８】
0003958862.tif 000009