| 【発明の名称】 |
空気調和機 |
| 【発明者】 |
【氏名】梅田 知巳
【氏名】小谷 正直
【氏名】中山 進
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| 【要約】 |
【課題】利用者により外部から入力された情報に基づいて、ガスインジェクション回路の開閉弁の開閉操作を行うことができ、能力増強運転もしくは消費電力低減運転のいずれか、またはこれらを混合する運転が可能な空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機１と、高圧容器５と、これら圧縮機１の圧縮室と高圧容器５との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁８を有する空気調和機において、前記弁８の弁開度を制御する制御装置１７と、この制御装置１７へ、外部から信号情報を入力し、前記弁８の弁開度を制御する外部入力装置１９とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、前記弁の弁開度を制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の弁開度を制御する外部入力装置とを備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項３】運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項４】運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、室内の温度を検出する室内温度検出器と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、予め設定された設定温度と前記室内温度検出器の検出する温度との差に応じて前記弁の弁開度び圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項５】冷媒に非共沸混合冷媒を使用することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空気調和機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスインジェクション回路を備えた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスインジェクション回路を備えた空気調和機において、ガスインジェクションの制御に関する従来技術には、たとえば特開平１１−１１８２６３号公報に開示される空気調和機がある。
【０００３】ここに開示の空気調和機は、ガスインジェクションのＯＮ／ＯＦＦの切替え時における能力変動を抑えるため、ガスインジェクション時の能力とガスインジェクションをしない時の能力とがほぼ同等となる時に切り替えられるように、圧縮機の圧縮能力の補正を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ガスインジェクションサイクルを使用する空気調和機の能力は、ガスインジェクションを使用しない場合と比較し、圧縮機の運転周波数及び理論吐出容積が同一の場合には、冷房運転時及び暖房運転時ともに増加する。しかしながら、ガスインジェクションの有無に係わらず同じ定格能力を設定するために、ガスインジェクションを有するサイクルでは、圧縮機の運転周波数を下げるか、もしくは圧縮機の理論吐出容積を小さくするのが一般的である。その結果、能力と消費電力との比で表される成績係数（以下、ＣＯＰと称する）は、ガスインジェクションを有するサイクルでは向上する。
【０００５】たとえば特開平１１−１１８２６３号公報に開示される空気調和機では、ガスインジェクションをする場合としない場合とで効率のよい方の運転を選択すると同時に、ガスインジェクションの切り替え時の能力変動が最小限になるように制御をしている。しかしながら、この制御は、すでに記憶されているプログラムに従って動作するものであり、利用者により外部から入力された情報に基づいて任意にガスインジェクションの有無を切り換えることはできないものであった。
【０００６】本発明の目的は、ガスインジェクション回路を備える圧縮機を搭載した空気調和機において、利用者による外部からの入力情報に応じてガスインジェクションの有無の切り替えを行うことができ、これによって能力増強運転もしくは消費電力低減運転、または能力増強運転及び消費電力低減運転を融合する運転のいずれかの選択が可能な空気調和機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の空気調和機に係る第１の発明の構成は、圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、前記弁の弁開度を制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の弁開度を制御する外部入力装置とを備えるものである。
【０００８】また上記目的を達成するために、本発明の空気調和機に係る第２の発明の構成は、運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えるものである。
【０００９】また上記目的を達成するために、本発明の空気調和機に係る第３の発明の構成は、運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えるものである。
【００１０】さらに上記目的を達成するために、本発明の空気調和機に係る第４の発明の構成は、運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、室内の温度を検出する室内温度検出器と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、予め設定された設定温度と前記室内温度検出器の検出する温度との差に応じて前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】図１は、本発明の空気調和機に係る実施例のサイクル系統図で、ガスインジェクションサイクルを有するものである。
【００１３】サイクルは、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器（室外熱交換器）３、第１減圧装置４、高圧容器５、第２減圧装置６ａ、６ｂ、利用側熱交換器（室内熱交換器）７ａ、７ｂを配管１６で接続して構成される。
【００１４】本実施例では、室外機１４に対して２台の室内機１５ａ、室内機１５ｂが分離して並列に接続され、それぞれが室内ファン１１ａ，１１ｂを備えている（２台以上の複数台を接続するものであってもよい）。また室外機１４の出口側には、配管接続用の阻止弁１２、１３が設けられている。
【００１５】前記高圧容器５は、気液分離器と受液器（レシーバ）との機能を併せ持っており、圧縮機１と高圧容器５とをつなぐ配管９には開閉弁（電磁弁）８が介在し、開閉弁８の開閉制御によってインジェクションの有無の切り替えが可能になっている。ガスインジェクションを行う場合は、開閉弁８を開（ＯＮ）けて、高圧容器５で分離したガス冷媒を圧縮機１の圧縮室にインジェクションする。なお、開閉弁８は電動弁とすることによって、インジェクション流量の自動制御もできる。制御装置１７には、室内温度検出器１８の検出する温度信号及び利用者による外部入力装置１９からの信号情報が入力され、この利用者からの信号によって開閉弁８を制御してインジェクションの有無の切り替えと、圧縮機１の運転周波数の変更とが可能な構成になっている。制御装置１７と圧縮機１、高圧容器５、室内温度検出器１８及び外部入力装置１９などの各機器との情報の伝達経路を一点鎖線３０で示す。
【００１６】次に、上記構成の空気調和機の作用について説明する。
【００１７】冷房運転時の冷媒は、図中の実線矢印で示す方向に流れる。本実施例では四方弁２は、冷房運転時の位置にある。一方、暖房運転時では、四方弁２を切り替えて冷媒を破線矢印で示す方向に流す。
【００１８】冷房運転時には高圧容器５からガス冷媒を取り出し、圧縮機１にインジェクションすると、利用側熱交換器７ａ、７ｂに向かう冷媒は飽和液冷媒となり、第２減圧装置６ａ、６ｂに流入することによって、利用側熱交換器７ａ、７ｂでのエンタルピー差が大きくなる。このため、同じ冷房能力を得るために必要な冷媒流量が減少する。また、圧縮機１に運転周波数を可変できるインバータを備えているので、同じ能力を得るのに圧縮機１の運転周波数を下げて冷媒流量を減らすことができ、消費電力を低減できる。
【００１９】逆に、ガスインジェクションをしない場合と同一の運転周波数とした場合には、利用側熱交換器７ａ、７ｂでのエンタルピ差が大きくなった分だけ冷房能力を増加することができる。
【００２０】図２は、ガスインジェクションサイクルをモリエル線図に示したものである。
【００２１】図において、線５０は飽和液線、線５１は飽和ガス線を示す。また点５２は圧縮機１の入口（＝蒸発器出口）、点５６は圧縮機１の出口（＝凝縮機入口）、点５７は凝縮器出口、点５８は高圧容器５、点６０は高圧容器５の出口、点５５は圧縮室内での冷媒状態を示している。
【００２２】冷房運転時では、区間６１〜５２は利用側熱交換器７ａ、７ｂに相当する。また暖房運転時では、区間５６〜５７が利用側熱交換器７ａ，７ｂに相当する。ガスインジェクションをしない場合の圧縮機１内の圧縮過程は、点５２、点５４、点５７、点５９の経路となる。しかし、ガスインジェクションをすると、圧縮過程は点５２、点５３、点５５、点５６の経路となる。
【００２３】冷房運転時では、冷房能力は利用側熱交換器７ａ、７ｂを流れる冷媒の質量流量ＧＥと利用側熱交換器７ａ、７ｂ出入口のエンタルピ差との積で表される。このため、圧縮機１の能力を同一能力とすると、ガスインジェクションをした場合のエンタルピ差が区間６１〜５２、ガスインジェクションをしない場合のエンタルピ差が区間５９〜５２であるので、ガスインジェクションをすると利用側熱交換器７ａ、７ｂに流す冷媒の質量流量ＧＥを少なくしてよいことがわかる。すなわち、圧縮機１の仕事が減って消費電力が低減する。一方、利用側熱交換器７ａ、７ｂに流れる冷媒の質量流量ＧＥが同じであるならば、ガスインジェクションをした場合にエンタルピ差の増加分だけ冷房能力が増加する。
【００２４】暖房運転時では、暖房能力は熱源側熱交換器３を流れる冷媒の質量流量ＧＴと熱源側熱交換器３の出入口のエンタルピ差との積で表される。ガスインジェクションサイクルでは、圧縮過程に温度の低いガス冷媒がインジェクションされることで圧縮機１の吐出温度が若干下がり、熱源側熱交換器３でのエンタルピ差（区間５６〜５７）が、ガスインジェクションをしない場合のエンタルピ差（区間５４〜５７）と比較して小さくなる。しかし、熱源側熱交換器３を流れる冷媒の質量流量ＧＴが多い分（ガスインジェクション時：ＧＴ＝ＧＥ＋ＧＩＮＪ，ガスインジェクションをしない時：ＧＴ＝ＧＥ）、暖房能力が増加する。
【００２５】したがって、暖房能力を一定とするとガスインジェクション時では、冷媒の質量流量を減らすことができ、運転周波数が減って圧縮機１の仕事が減り消費電力を低減できる。一方、圧縮機１の運転周波数が同じ場合は、流量が増加した分、暖房能力が増加する。
【００２６】マイコン、メモリ等を演算制御機器とする制御装置１７に対し、圧縮機１、ガスインジェクションの開閉弁８、外部入力装置１９、室内温度検出装置１８が接続され、信号情報の伝達によって制御されるが、制御装置１７は、室外機側と室内機側とに２分割されて各々搭載されていてもよい。
【００２７】図３は、本実施例のガスインジェクションサイクルの冷房運転時のタイムチャートである。実線２０は室内温度の変化、破線２１（＝Ｔ０）は利用者による設定温度、実線２３はガスインジェクションの有無、実線２４は圧縮機１の運転周波数の変化、実線２５は冷房能力の変化を示す。
【００２８】たとえば、利用者が外部入力装置１９で設定した設定温度Ｔ０と実際の室内温度との差が大きい場合、設定温度Ｔ０に短時間で到達させるために、ガスインジェクション回路をＯＮ（開閉弁８を開）とする。この時（ｔａ）、圧縮機１の運転周波数を定格周波数とすれば、能力が増加するので急速冷房が可能となる。室内温度がＴとなり、設定温度Ｔ０に近づくと室内負荷が小さくなり、必要な冷房能力も小さくてよいため、ガスインジェクション回路をＯＦＦ（開閉弁８を閉）とする。
【００２９】この場合、ガスインジェクション回路のＯＮ、ＯＦＦの切り替えに使用する実際温度と設定温度Ｔ０との温度差の情報は、予め制御装置１７に入力記憶されている。室内温度が設定温度Ｔ０に到達すると、ガスインジェクション回路を再びＯＮとし、同一能力を維持できる運転周波数まで、圧縮機１の運転周波数を下げて運転する。その結果、当初はガスインジェクションによる能力増加で急速冷房ができ、設定温度到達後は、圧縮機１の運転周波数減により消費電力を低減した運転が可能となる。
【００３０】また、常時ガスインジェクション回路をＯＮとした状態（一点鎖線２８）で、圧縮機１の運転周波数をＮ０からＮ１へ変化させることで（一点鎖線２６）、冷房能力が増加している状態Ｑ１から徐々にＱ０に減少させ（一点鎖線２７）、当初の室内温度Ｔ１から設定温度Ｔ０に到達するまでの時間（ｔｂ−ｔ０）をさらに短縮することが可能である。暖房運転時も同様である。
【００３１】図４は、本実施例のガスインジェクションサイクルの運転モード切り替えのフローチャートである。
【００３２】利用者が外部入力装置１７で入力した情報に基づき（符号４０）、標準運転モードか能力増強モードか省エネモードかを判別（４１）する。能力増強モードの場合、ガスインジェクション回路がＯＮ（４２）となり、開閉弁８が開く（４５）。圧縮機１の運転周波数は予め制御装置１７に設定されている定格周波数で運転され、冷房能力または暖房能力が増加する。この結果、急速冷房、急速暖房が可能となる（９０）。
【００３３】標準モードの場合、先の図３（冷房運転時）に示したように、予め制御装置１７に設定されている情報（プログラム）に従い、ガスインジェクション回路が自動的に切り替えられ（４３）、最短時間で利用者の設定温度Ｔ０に到達するように運転される。設定温度Ｔ０に到達後は、圧縮機１の運転周波数を低減し、消費電力が低い状態（省エネモード）で運転される。省エネモードの場合は、ガスインジェクション回路がＯＮとなり（４４）、開閉弁８が開く（４６）。その後、圧縮機１の運転周波数を、定格周波数時の能力と同一能力となるまで下げ、消費電力を低減した状態で運転が行われる（９１）。
【００３４】図５は、利用者が使用する外部入力装置１７を示す図である。ここではワイヤレスリモコンの例を示す。ワイヤレスリモコン７０には、利用者の設定する温度や現在の室内温度を表示する表示手段７１があり、利用者はボタン７７、７８を使用して設定温度Ｔ０を設定する。また利用者の要求により、ガスインジェクション回路を切り替えるための選択ボタン７２、７３、７４があり、利用者はワンボタンで、望みの運転モードを選択することができる。
【００３５】外部入力装置１７は、コード付のリモコンでも良く、また空気調和機がネットワーク接続され、運転管理が可能な場合は、用いる情報端末からの入力できるようにすることも可能である。また、室内温度検出装置１８は、空調したい部屋に空気調和機がある場合は、空気調和機本体にあっても、また空調したい部屋に設けられる場合には、リモコンや情報端末等の外部入力装置１９に設けてもよい。この場合、外部入力装置１９は、双方向通信が可能であることが必要である。
【００３６】図６は、本発明の空気調和機に係る他の実施例のガスインジェクションサイクル図で、前記実施例と異なるところは次のとおりである。
【００３７】配管８３の高圧容器５から圧縮機１に至る間に第３減圧装置８１及び熱交換器８２が設けられている。第３減圧装置８１は、高圧容器５からバイパスした冷媒をインジェクションに必要な圧力まで減圧させ気液二相冷媒を生成するとともに、インジェクション流量の制御を行うためのものである。
【００３８】冷房運転時、第１減圧装置４による減圧の度合いを少なくし、第３減圧装置８１による減圧の度合いが大きくするよう制御される。このため熱交換器８２において、第３減圧装置８１で大きく減圧されて温度の低くなった気液二相冷媒と、減圧されないため前記気液二相冷媒よりは高い温度の高圧容器５から出る冷媒とで熱交換し、インジェクションされる気液二相冷媒の完全ガス化を図る。一方暖房運転時は、熱交換器８２で温度の低い気液二相冷媒と高圧容器５へ入る温度の高い冷媒との熱交換を行ってインジェクションされる気液二相冷媒の完全ガス化を図る。
【００３９】また冷房運転時には、主サイクルの配管１００（高圧容器５から阻止弁１２までの配管）を流れる冷媒は、熱交換器８２でインジェクションされる気液二相冷媒により冷却され、さらに第２減圧装置６ａ，６ｂにより冷却されて過冷却される。つまり、室内熱交換器７ａ，７ｂへ流入する冷媒は過冷却されているため、室内熱交換器７ａ，７ｂでのエンタルピー差が大きく、同じ冷房能力を得るために冷媒流量を少なくすることができる。
【００４０】本実施例によれば、空気調和機の冷媒流量を少なくすることができ、図１のサイクルと同様に、消費電力を低減した運転ができる、という効果がある。
【００４１】なお上記いずれの実施例においても、ガスインジェクションサイクルには、冷媒として単一冷媒のＲ２２、Ｒ３２、Ｒ１３４ａを始め、混合冷媒であるＲ４０７Ｃ、Ｒ４１０ＡのＨＣＦＣ系冷媒、ＨＦＣ系冷媒の使用が可能である。またプロパン等のＨＣ系冷媒や二酸化炭素、アンモニア等の自然系冷媒の使用も可能である。
【００４２】Ｒ４０７Ｃなどの非共沸冷媒を使用すると、第１減圧装置４での減圧の度合いに応じて、高圧容器５（本発明では気液分離レシーバ）内の液冷媒とガス冷媒との組成が変動する。たとえば、Ｒ４０７Ｃは、一般にＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａの３種類の冷媒が、重量分率２３ｗｔ％／２５ｗｔ％／５２ｗｔ％の比率で混合されている。第１減圧装置４での減圧の度合いが大きくなるに従い、高圧容器５内の液冷媒中のＲ１３４ａの存在割合が増加するようになる。したがって、ガスインジェクションサイクルでは、この各冷媒の物性の違いを利用して能力可変を行うことができる。また、圧縮機１は、レシプロ、ロータリー、スクロールのいずれの形式ものであってもよい。
【００４３】さらに本実施例では、圧縮機１の入口に低圧容器（アキュムレータ）を設けていないが、低圧容器を設けたものであってもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガスインジェクションサイクルの有する特性を活かし、能力増加運転もしくは消費電力低減（省エネモード）運転、または能力増加運転及び消費電力低減（省エネモード）運転を融合した運転を、利用者による外部からの入力情報に応じて選択して運転可能な空気調和機を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６２０８６（Ｐ２００２−１６２０８６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５７１１３（Ｐ２０００−３５７１１３） |
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