JP4389430B2

JP4389430B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4389430B2
Application number: JP2002117674A
Authority: JP
Inventors: 宏駒野; 龍三郎矢嶋
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003314854A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機に関し、特に冷房運転と除湿運転（再熱除湿運転）とが可能な空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機としては、例えば特開昭５５−１２１３５２号公報に示すように、冷房運転と除湿運転とが可能なものがある。すなわち、従来から図１１に示すような空気調和機があり、この空気調和機は、圧縮機５１と、室外熱交換器５２と、室外膨張弁５３と、室内熱交換器５４とが順次接続されてなり、室内熱交換器５４が第１熱交換器５５と第２熱交換器５６とに分割形成され、この第１熱交換器５５と第２熱交換器５６との間に室内膨張弁５７が介設されている。
【０００３】
そして、冷房運転は、室外膨張弁５３を調整開度とする共に、室内膨張弁５７を全開状態として、圧縮機５１を駆動させる。これにより、圧縮機５１から吐出された冷媒は、室外熱交換器５２を通過した後、室外膨張弁５３で減圧膨張して、第１熱交換器５５及び第２熱交換器５６を順次通過し、圧縮機５１に返流される。この際、室外熱交換器５２が凝縮器として機能すると共に、第１熱交換器５５及び第２熱交換器５６が蒸発器として機能し、室内から吸収した熱量を室外へ放出して室内冷房が行われる。
【０００４】
また、除湿運転（再熱除湿運転）は、室外膨張弁５３を全開又はそれに近い状態とすると共に、室内膨張弁５７を適度に絞った状態として、圧縮機５１を駆動させる。これによって、圧縮機５１から吐出された冷媒は、室外熱交換器５２、室外膨張弁５３、第１熱交換器５５、室内膨張弁５７、第２熱交換器５６へと流れる。この際、冷媒の凝縮が第１熱交換器５５で生じた後、第２熱交換器５６で蒸発して圧縮機５１に返流される。これにより、第２熱交換器５６を通過する室内空気は冷却されて除湿され、同時に、第１熱交換器５５を通過する室内空気は加熱される。そして、これらが混合された空調空気が室内に吹き出されることになる。このため、空気吹出温度が空気吸込温度とほぼ同等となる再熱除湿運転を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図１１に示すような空気調和機では、冷房域（冷房運転時）から除湿域（除湿運転時）へ移行する際、運転周波数を同一にして室内膨張弁５７を絞るにしたがって、図４に示すように顕熱能力は単調減少し、また、潜熱能力は、図３に示すように、減少して極小値となったあと増加する傾向を示す。そして、顕熱・潜熱を合わせてみたときには、図５に示すように、冷房域（室内膨張弁全開状態）から除湿域への移行開始部分で潜熱能力が局所的に低下する。この局所的な潜熱能力の低下を回避するために、移行前の潜熱能力を維持しようとすると、運転周波数を上昇させる必要がある。このことは消費電力の上昇を意味する。なお、図３〜図５において、Ａ、Ｂ、Ｃの周波数について調べた。この場合、Ａ＞Ｂ＞Ｃ、つまりＡを大とし、Ｂを中とし、Ｃを小とした。
【０００６】
ところで、図６は、室外膨張弁の開度と、潜熱・顕熱能力との関係について示し、図７は、室内膨張弁の開度と、潜熱・顕熱能力との関係について示し、図８は、室内膨張弁開度と圧縮機吐出・吸入圧力との関係を示している。この図６と図７と図８から、上記のような局所的な潜熱能力の低下は、冷房域（冷房運転時）から除湿域（除湿運転時）へ移行する際に、室外膨張弁５３を開き、室内膨張弁５７を閉めることにより、再熱器として機能している第１熱交換器５５の圧力が上昇して顕熱能力が低下することになって、この時の再熱器の潜熱能力も低下することがわかる。すなわち、図８に示すように、室内膨張弁５７の全開状態から絞り始めでは、圧縮機吐出圧力・吸入圧力は変化していないのにもかかわらず、再熱器（第１熱交換器５５）の圧力は上昇している。この再熱器の圧力の上昇により、顕熱・潜熱能力が低下することになる。
【０００７】
そして、潜熱能力を維持させるには、冷媒循環量の増大、又は蒸発圧力（蒸発器の圧力）の低下のいずれかが必要となる。しかし、上記除湿運転では、圧縮機周波数及び室外ファン（室外熱交換器の能力を調整するためのファン）の風量を一定として、室内膨張弁５７を閉めているので、図９に示すように、冷媒循環量は減少することになる。また、室外膨張弁５３は弁開度が大きくなるにつれて弁差圧が小さくなり、室内膨張弁５７は弁開度が小さくなるにつれて弁差圧が大きくなる。この際、図１０に示すように、各弁差圧の合計は殆ど変化がないことになり、従って蒸発圧力も殆ど変化しない。ただし、循環量が大きく低下するにつれて全体的な圧力が低下するので、潜熱能力は上昇する。よって、循環量があまり低下していない状態での室内膨張弁５７の開度が大きい部分では特に蒸発圧力は変化がないことになり、冷房域から除湿域へ移行する際には、循環量は減少して、蒸発圧力は変化しないので潜熱能力は低下することになる。
【０００８】
このように、室外・室内膨張弁５３、５７の操作だけで潜熱能力の局所的な低下を回避することができない（図２の破線参照）。また、再熱能力を操作するには室内膨張弁５７を操作しなければならないので、圧縮機周波数や室外ファンの風量を固定で考えた時は、循環量は、室内膨張弁５７全開状態に比べて低下して、（蒸発圧力は変化しないので）潜熱能力が低下することになる。よって、潜熱能力を低下させないために、蒸発器圧力を低下させて潜熱能力を増す手段と組み合わせる必要がある。
【０００９】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、冷房域（冷房運転時）から除湿域（除湿運転時）へ滑らかにかつ連続的に変化させることが可能であって、消費電力の上昇を抑えることができて経済的な運転が可能な空気調和機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の空気調和機は、圧縮機１に、室外熱交換器２、室外膨脹弁３、及び室内熱交換器４を順次接続して冷媒循環回路を形成すると共に、室内熱交換器４を第１熱交換器５と第２熱交換器６とに分割形成してこれら第１熱交換器５と第２熱交換器６との間に室内膨脹弁７を介設し、上記第１・第２熱交換器５、６を蒸発器として機能させる冷房運転と、上記第１熱交換器５を再熱器として機能させると共に第２熱交換器６を蒸発器として機能させる除湿運転とを可能とした空気調和機であって、上記冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、上記室内膨脹弁７の開度を全開状態のまま、圧縮機１の周波数を上げることなく、上記室内熱交換器４の能力を調整するための室内ファン１６の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させて、上記第２熱交換器６の蒸発圧力を冷房運転時の蒸発圧力よりも低下させることを特徴としている。
【００１１】
上記請求項１の空気調和機では、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、室内ファン１６の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させることにより、第２熱交換器６の蒸発圧力を冷房運転時の蒸発圧力よりも低下させることができる。これにより、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、圧縮機１の周波数を上げることなく、潜熱能力の低下を防止することができる。
【００１４】
請求項２の空気調和機は、圧縮機１に、室外熱交換器２、室外膨脹弁３、及び室内熱交換器４を順次接続して冷媒循環回路を形成すると共に、室内熱交換器４を第１熱交換器５と第２熱交換器６とに分割形成してこれら第１熱交換器５と第２熱交換器６との間に室内膨脹弁７を介設し、上記第１・第２熱交換器５、６を蒸発器として機能させる冷房運転と、上記第１熱交換器５を再熱器として機能させると共に第２熱交換器６を蒸発器として機能させる除湿運転とを可能とした空気調和機であって、上記冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、圧縮機１の周波数を上げることなく、上記第２熱交換器６側の吸込み風量を上記冷房運転時の風量よりも低下させて、上記第２熱交換器６の蒸発圧力を冷房運転時の蒸発圧力よりも低下させることを特徴としている。
【００１５】
上記請求項２空気調和機では、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、蒸発器として機能する上記第２熱交換器６側の吸込み風量を上記冷房運転時の風量よりも低下させることにより、この第２熱交換器６での顕熱比ＳＨＦ（＝Ｑａ／（Ｑａ＋Ｑｂ）を小さくすることができる。これによって、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、この蒸発器の圧力（蒸発圧力）を低下させることができる。ここで、Ｑａとは、除湿運転時の室内空気の温度変化に相当する顕熱熱量であり、Ｑｂとは、室内空気に含まれる水分の結露に費やされる潜熱熱量である。
【００１６】
請求項３の空気調和機は、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、上記室内熱交換器４の能力を調整するための室内ファン１６の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させることを特徴としている。
【００１７】
上記請求項３の空気調和機では、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、室内ファン１６の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させることにより、蒸発圧力をより安定して低下させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の空気調和機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこの空気調和機の簡略図を示す。この空気調和機は、圧縮機１に、室外熱交換器２、室外膨張弁（電動膨張弁）３、室内熱交換器４を順次接続して、冷媒循環回路を形成している。また、室内熱交換器４は、室外膨張弁３側の第１熱交換器５と、圧縮機１側の第２熱交換器６とに分割形成されている。そして、この第１熱交換器５と第２熱交換器６との間に、室内膨張弁（電動膨張弁）７が介設されている。
【００１９】
具体的には、圧縮機１の吐出配管８が室外熱交換器２に接続され、室外熱交換器２と室外膨張弁３とが第１配管９にて接続され、また、室外膨張弁３と室内熱交換器４の第１熱交換器５とが第２配管１０を介して接続され、室内熱交換器４の第１熱交換器５と第２熱交換器６が、室内膨張弁７が介設された接続配管１１を介して接続され、第２熱交換器６と圧縮機１とが第３配管（吸込配管）１３を介して接続されている。
【００２０】
また、室外熱交換器２には、この室外熱交換器２の能力を調整するための室外ファン（プロペラファン）１５が付設され、室内熱交換器４には、この室内熱交換器４の能力を調整するための室内ファン（クロスフローファン）１６が付設されている。そして、この空気調和機の制御部としては、室内ファン１６の風量を増減させる室内ファン制御手段１８を備える。なお、図示省略しているが、上記吐出配管８には、圧縮機１からの冷媒の吐出温度を検出する温度センサが設けられ、この温度センサにて検出された吐出温度を、予め設定された目標吐出温度に近づける制御を行うものである。なお、この制御部は、マイクロコンピュータ等にて構成することができる。
【００２１】
このように構成された空気調和機において、通常の冷房運転を行う場合、室外膨張弁３を制御（調整）開度とすると共に、室内膨張弁７を全開状態として、圧縮機１を駆動させる。これにより、圧縮機１から吐出された冷媒は、室外熱交換器２を通過した後、室外膨張弁３で減圧膨張して、第１熱交換器５及び第２熱交換器６を順次通過し、圧縮機１に返流される。この際、室外熱交換器２が凝縮器として機能すると共に、第１熱交換器５及び第２熱交換器６が蒸発器として機能し、室内から吸収した熱量を室外へ放出して室内冷房が行われる。
【００２２】
また、除湿運転は、室外膨張弁３を全開状態又はこれに近い状態とすると共に、室内膨張弁７を所定の開度に絞り、圧縮機１を駆動させる。これにより、圧縮機１から吐出された冷媒は、室外熱交換器２及び第１熱交換器５を通過した後、室内膨張弁７で減圧膨張して、第２熱交換器６を通過して圧縮機１に返流される。この際、室外熱交換器２及び第１熱交換器５が凝縮器として機能すると共に、第２熱交換器６が蒸発器として機能する。このため、第２熱交換器６を通過する室内空気は冷却されて除湿され、同時に、第１熱交換器５を通過する室内空気は加熱される。そして、これらが混合された空調空気が室内に吹き出されることになる。このため、吹出温度が吸込温度とほぼ同等となる再熱除湿運転を行うことができる。
【００２３】
ところで、上記のように構成された空気調和機において、冷房運転（冷房域）から除湿運転（除湿域）へ移行する際には、運転周波数を同一にして室内膨張弁７を絞るにしたがって、図４に示すように顕熱能力は単調減少し、また、潜熱能力は、図３に示すように、減少して極小値となったあと増加する傾向を示す。そして、顕熱・潜熱を合わせてみたときには、図５に示すように、冷房域（室内膨張弁全開状態）から除湿域への移行開始部分で潜熱能力が局所的に低下する。このため、この移行時において、移行前の潜熱能力を維持する必要がある。
【００２４】
しかしながら、潜熱能力の局所的な低下は、室外・室内膨張弁３、７の操作（調整）だけではできない（図２の破線参照）。すなわち、上記除湿運転では、圧縮機周波数及び室外ファン１５の風量を一定として、室内膨張弁７を閉めているので、図９に示すように、冷媒循環量は減少する。また、室外膨張弁３は弁開度が大きくなるにつれて弁差圧が小さくなり、室内膨張弁７は弁開度が小さくなるにつれて弁差圧が大きくなる。この際、図１０に示すように、各弁差圧の合計は殆ど変化がないことになり、従って蒸発圧力も殆ど変化しない。ただし、循環量が大きく低下するにつれて全体的な圧力が低下するので、潜熱能力は上昇する。よって、循環量があまり低下していない状態での室内膨張弁７の開度が大きい部分では特に蒸発圧力は変化がないことになり、循環量は減少して、蒸発圧力は変化しないので潜熱能力は低下することになる。
【００２５】
そこで、この空気調和機では、冷房運転（冷房域）から除湿運転（除湿域）へ移行する際に、潜熱能力を低下させないために、除湿運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器６の蒸発温度を低下させて潜熱能力を増すようにしている。この際、上記室内膨脹弁７の開度を全開状態のまま、上記室内熱交換器４の能力を調整するための室内ファン１６の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させて（絞って）、上記第２熱交換器６の蒸発圧力を低下させている。
【００２６】
すなわち、図示省略の運転操作スイッチ等にて、冷房運転から除湿運転（再熱除湿運転）に切換えた際（切換運転時又は切換途中域）に、室内ファン１６の風量を、冷房運転時の風量よりも低下させて、除湿運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器６の蒸発能力を低下させる。これによって、図２の実線で示すよう、潜熱能力の低下を防止することができる。なお、この図２において、破線（点線）は室外・室内膨張弁３、７のみを操作した場合を示しており、また実線は冷房域から除湿域への移行開始部分を室内膨張弁７の開度全開で室内ファン１６の風量を絞り、その後は室外・室内膨張弁３、７を破線の部分と同様に操作した場合を示している。
【００２７】
具体的には、室内ファン１６の最大風量を「１００」とした場合に、冷房運転時の風量を例えば「８０」とし、除湿運転時の風量を例えば「６０」とすれば、上記切換運転時の風量を例えば「５０」とするものである。
【００２８】
このように、上記空気調和機によれば、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、蒸発圧力を低下させて、潜熱能力の低下を防止することができる。これにより、冷房域から再熱除湿域へ滑らかにかつ連続的に変化（能力変化）させることが可能であり、しかも、圧縮機１の周波数を上昇させる必要がなく、その分の消費電力を抑えることができ、経済的な運転が可能となる。
【００２９】
また、第２熱交換器６の蒸発圧力を低下させる方法としては、この第２熱交換器６の吸込み風量を低下させる（絞る）ようにしてもよい。例えば、図示省略するが、室内熱交換器４のケーシングに設けられる吸込み口の吸込み面積を可変とすればよい。このように、吸込み口の吸込み面積を可変とすることにより、冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、この吸込み面積を小さくして、顕熱比ＳＨＦ（＝Ｑａ／（Ｑａ＋Ｑｂ）を小さくするようにすればよい。これによって、この蒸発器（第２熱交換器６）の圧力を低下させることができる。ここで、Ｑａとは、除湿運転時の室内空気の温度変化に相当する顕熱熱量であり、Ｑｂとは、室内空気に含まれる水分の結露に費やされる潜熱熱量である。
【００３０】
そして、第２熱交換器６の吸込み風量を低下させる場合、さらに室内ファン１６の風量を低下させてもよい。これによって、蒸発器（第２熱交換器６）の圧力をより確実に低下させることができる。なお、吸込み口の吸込み面積を可変とする構造としては、吸込み口に揺動又はスライド可能な遮蔽板等を設け、面積を狭くする場合に、この遮蔽板にてその吸込み口の一部を塞ぎ、面積を広くする場合に、その塞ぎを解除するようにすればよい。
【００３１】
このように、第２熱交換器６の吸込み風量を低下させるようにしても、この第２熱交換器６（蒸発器）の圧力を低下させることができるので、冷房域から再熱除湿域へ滑らかにかつ連続的に変化（能力変化）させることが可能であり、しかも、圧縮機１の周波数を上昇させる必要がなく、その分の消費電力を抑えることができ、経済的な運転が可能となる。さらに室内ファン１６を低下させることにより、この移行域の運転が一層安定したものとなる。
【００３２】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、室内ファン１６の風量を低下させる場合の低下量としては、第２熱交換器６の蒸発圧力を低下させて、移行前、つまり冷房運転時の潜熱能力を維持できる範囲内で種々変更することができる。また、第２熱交換器６の吸込み風量の低下量としても、移行前の潜熱能力を維持できる範囲で種々変更することができる。さらに、室内ファン１６の風量を低下させる場合や第２熱交換器６の吸込み風量を低下させる場合、冷房運転時よりも低下させればよいが、好ましくは除湿運転時よりも低下させるのがよい。これによって、除湿運転時に蒸発器として機能する第２熱交換器６の蒸発圧力を確実に低下させることができる。なお、図１に示す空気調和機では暖房運転ができないが、四路切換弁等の切換手段を設けて、暖房運転を可能としてもよい。すなわち、図１に示す空気調和機において切換手段を設け、圧縮機１からの吐出冷媒を、第２・第１熱交換器６、５を通過させた後、室外膨張弁３で減圧膨張させ、室外熱交換器２を通過後、圧縮機１に返流させればよい。これにより、第２・第１熱交換器６、５が凝縮器として機能すると共に、室外熱交換器２が蒸発器として機能し、室内が暖房される。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の空気調和機によれば、冷房域（冷房運転時）から除湿域（除湿運転時）へ移行する際に、潜熱能力の低下を簡単に防止することができる。これにより、冷房域から再熱除湿域へ滑らかにかつ連続的に変化（能力変化）させることが可能である。しかも、圧縮機の周波数を上昇させるのではないために、その分の消費電力を抑えることができ、経済的な運転が可能となる。また、室内ファンの風量を低下させるものであるので、消費電力をより低減できる。
【００３５】
請求項２の空気調和機によれば、冷房域から除湿域へ移行する際に、潜熱能力の低下を簡単かつ確実に防止することができる。これにより、冷房域から再熱除湿域へ滑らかにかつ連続的に変化（能力変化）させることが可能であり、しかも、圧縮機の周波数を上昇させる必要がなく、その分の消費電力を抑えることができ、経済的な運転が可能となる冷房域から除湿域への移行域において安定した運転を確実に行うことができる。
【００３６】
請求項３の空気調和機によれば、冷房域から除湿域へ移行する際に、潜熱能力の低下をより確実に防止することができる。これにより、冷房域から除湿域への移行域において一層安定した運転を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の空気調和機の実施の形態を示す簡略図である。
【図２】上記空気調和機の顕熱能力と潜熱能力との関係を示すグラフ図である。
【図３】室内膨張弁開度と潜熱能力との関係を示すグラフ図である。
【図４】室内膨張弁開度と顕熱能力との関係を示すグラフ図である。
【図５】顕熱能力と潜熱能力との関係を示すグラフ図である。
【図６】室外膨張弁開度と潜熱・顕熱能力との関係を示すグラフ図である。
【図７】室内膨張弁開度と潜熱・顕熱能力との関係を示すグラフ図である。
【図８】室内膨張弁開度と圧縮機吐出・吸入圧力との関係を示すグラフ図である。
【図９】室内膨張弁開度と冷媒循環量との関係を示すグラフ図である。
【図１０】室内膨張弁開度と圧力との関係を示すグラフ図である。
【図１１】従来の空気調和機の簡略図である。
【符号の説明】
１圧縮機
２室外熱交換器
３室外膨張弁
４室内熱交換器
５第１熱交換器
６第２熱交換器
７室内膨張弁
１６室内ファン

Claims

圧縮機（１）に、室外熱交換器（２）、室外膨脹弁（３）、及び室内熱交換器（４）を順次接続して冷媒循環回路を形成すると共に、室内熱交換器（４）を第１熱交換器（５）と第２熱交換器（６）とに分割形成してこれら第１熱交換器（５）と第２熱交換器（６）との間に室内膨脹弁（７）を介設し、上記第１・第２熱交換器（５）（６）を蒸発器として機能させる冷房運転と、上記第１熱交換器（５）を再熱器として機能させると共に第２熱交換器（６）を蒸発器として機能させる除湿運転とを可能とした空気調和機であって、上記冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、圧縮機（１）の周波数を上げることなく、上記室内膨脹弁（７）の開度を全開状態のまま、上記室内熱交換器（４）の能力を調整するための室内ファン（１６）の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させて、上記第２熱交換器（６）の蒸発圧力を冷房運転時の蒸発圧力よりも低下させることを特徴とする空気調和機。
圧縮機（１）に、室外熱交換器（２）、室外膨脹弁（３）、及び室内熱交換器（４）を順次接続して冷媒循環回路を形成すると共に、室内熱交換器（４）を第１熱交換器（５）と第２熱交換器（６）とに分割形成してこれら第１熱交換器（５）と第２熱交換器（６）との間に室内膨脹弁（７）を介設し、上記第１・第２熱交換器（５）（６）を蒸発器として機能させる冷房運転と、上記第１熱交換器（５）を再熱器として機能させると共に第２熱交換器（６）を蒸発器として機能させる除湿運転とを可能とした空気調和機であって、上記冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、圧縮機（１）の周波数を上げることなく、上記第２熱交換器（６）側の吸込み風量を上記冷房運転時の風量よりも低下させて、上記第２熱交換器（６）の蒸発圧力を冷房運転時の蒸発圧力よりも低下させることを特徴とする空気調和機。
冷房運転から除湿運転へ移行させる際に、上記室内熱交換器（４）の能力を調整するための室内ファン（１６）の風量を、上記冷房運転時の風量よりも低下させることを特徴とする請求項２の空気調和機。