特開 2023-180835 空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180835

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/86 20180101AFI20231214BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20231214BHJP

   F24F 140/20 20180101ALN20231214BHJP

【ＦＩ】

F24F11/86

F25B1/00 361A

F25B1/00 371F

F25B1/00 371B

F25B1/00 341R

F24F140:20

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094454

(22)【出願日】2022-06-10

(71)【出願人】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】上野 円

【テーマコード（参考）】

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L260AB02

3L260BA15

3L260CA12

3L260CB04

3L260CB13

3L260CB63

3L260FB02

(57)【要約】

【課題】始動時の音の発生を抑制できる空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機１０は、蒸発器（室内熱交換器１６０）と、圧縮機２３０と、凝縮器（室外熱交換器２８０）と、四方弁２５０と、膨張弁２４０とを含むサイクルを備え、さらに、蒸発温度検出部２７３と、凝縮温度検出部２７５と、圧縮比算出部２１３と、設定部２１４と、制御部２１５とを備える。蒸発温度検出部２７３は、蒸発冷媒の蒸発温度を検出する。凝縮温度検出部２７３は、凝縮冷媒の凝縮温度を検出する。圧縮比算出部２１３は、蒸発温度および凝縮温度から算出した圧縮比を算出する。設定部２１４は、圧縮比に基づいて圧縮機２３０の最低回転数を設定する。制御部２１５は、圧縮機２３０の目標回転数を最低回転数に変更するよう制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発器と、圧縮器と、凝縮器と、四方弁と、膨張弁とを含むサイクルを備えた空気調和機であって、
蒸発冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部と、
凝縮冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出部と、
前記蒸発温度および前記凝縮温度から算出した圧縮比を算出する圧縮比算出部と、
前記圧縮比に基づいて前記圧縮器の最低回転数を設定する設定部と、
前記圧縮器の目標回転数を前記最低回転数に変更するよう制御する制御部と
をさらに備える、空気調和機。

【請求項2】

前記蒸発温度検出部は、前記圧縮器の底部において前記蒸発温度を検出し、
前記凝縮温度検出部は、前記圧縮器の底部において前記凝縮温度を検出する、請求項１に記載の空気調和機。

【請求項3】

前記空気調和機に設定された設定温度と、室温とに基づいて前記圧縮器の算出回転数を算出する回転数算出部と、
前記算出回転数と前記最低回転数とを比較する比較部と
をさらに備え、
前記制御部は、
前記最低回転数が前記算出回転数より大きいとき、前記最低回転数で前記圧縮器を運転する、請求項１または請求項２に記載の空気調和機。

【請求項4】

前記圧縮器の検出回転数を検出する回転数検出部と、
前記検出回転数と前記最低回転数とを比較する比較部と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記最低回転数が前記検出回転数より大きいとき、前記最低回転数で前記圧縮器を運転する、請求項１または請求項２に記載の空気調和機。

【請求項5】

前記制御部は、前記圧縮器が運転停止状態に移行してから、運転開始状態となり、立ち上がり期間が経過するまで、前記圧縮器の前記目標回転数を前記最低回転数に変更するよう制御する、請求項１または請求項２に記載の空気調和機。

【請求項6】

前記制御部は、前記立ち上がり期間が経過した後、定常期間が経過するまで、さらに、前記圧縮器の定常回転数を前記最低回転数に変更するよう制御する、請求項５に記載の空気調和機。

【請求項7】

前記制御部は、前記立ち上がり期間の経過後において、前記圧縮器が運転停止状態に移行するまで、前記圧縮器を前記最低回転数よりも低い終期回転数で終期運転する、請求項５に記載の空気調和機。

【請求項8】

前記制御部は、前記定常期間の経過後において、前記圧縮器が運転停止状態に移行するまで、前記圧縮器を前記最低回転数よりも低い終期回転数で終期運転する、請求項６に記載の空気調和機。

【請求項9】

前記制御部は、前記目標回転数を前記最低回転数に変更する変更速度を、前記立ち上がり期間以外における通常変化速度よりも遅くする、請求項５に記載の空気調和機。

【請求項10】

前記制御部は、前記定常回転数を前記最低回転数に変更する変更速度を、前記定常期間以外における通常変化速度よりも遅くする、請求項６に記載の空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載された空気調和機は、設定温度と室温との温度差に応じて圧縮機を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１９０６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１が開示する空気調和機では、立ち上がり時に設定温度と室温との温度差が小さい場合、低回転数域で圧縮機を駆動しなければならない。しかし、低回転数域で圧縮機を駆動すると圧縮機から異音が発生することがある。

【0005】

本発明は、始動時の音の発生を抑制できる空気調和機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の空気調和機は、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器と、四方弁と、膨張弁とを含むサイクルを備え、さらに、蒸発温度検出部と、凝縮温度検出部と、圧縮比算出部と、設定部と、制御部とを備える。前記蒸発温度検出部は、蒸発冷媒の蒸発温度を検出する。前記凝縮温度検出部は、凝縮冷媒の凝縮温度を検出する。前記圧縮比算出部は、前記蒸発温度および前記凝縮温度から算出した圧縮比を算出する。前記設定部は、前記圧縮比に基づいて前記圧縮機の最低回転数を設定する。前記制御部は、前記圧縮機の目標回転数を前記最低回転数に変更するよう制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、始動時の音の発生を抑制できる空気調和機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る空気調和機の構成の一例を示すブロック図である。

【図2】冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。

【図3】圧縮比と圧縮機回転数との関係を示す図である。

【図4】最低回転数と圧縮機回転数との理想的な関係を示す図である。

【図5】実際の最低回転数と圧縮機回転数との関係を示す図である。

【図6】実施形態に係る空気調和機の制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

【0010】

まず、図１を参照して、実施形態に係る空気調和機１０の構成について説明する。図１は、空気調和機１０の構成の一例を示すブロック図である。

【0011】

図１に示されるように、空気調和機１０は、室内機１００と、リモコン１０５と、室外機２００とを備える。

【0012】

室内機１００は、室内制御部１１０と、リモコン送受信部１２０と、室内ファンモータ１３０と、通信部１４０と、室内環境検出部１５０とを備える。

【0013】

リモコン１０５は、空気調和機１０の運転モードを表示し、かつ運転指示を受け付ける。

【0014】

リモコン送受信部１２０は、リモコン１０５と後述する室内運転制御部１１１との間の信号の授受を司る。

【0015】

室内制御部１１０は、室内運転制御部１１１と、室内指令送信部１１２とを有する。

【0016】

室内指令送信部１１２は、室内ファンモータ１３０へ制御指令を送信する。

【0017】

通信部１４０は、室内運転制御部１１１と通信ネットワークとの間の信号の授受を司る。

【0018】

室内環境検出部１５０は、室温センサ１５１と、室内熱交換器温度センサ１５２とを含む。

【0019】

室温センサ１５１は、室内機１００に配置される。

【0020】

室内熱交換器温度センサ１５２は、室内熱交換器１６０の近傍に配置される。

【0021】

室外機２００は、室外制御部２１０と、室外ファンモータ２２０と、圧縮機２３０と、膨張弁２４０と、四方弁２５０と、サクション電磁弁２６０と、室外環境検出部２７０とを備える。

【0022】

このうち、室内機１００の室内ファンモータ１３０と、室外機２００の室外ファンモータ２２０、圧縮機２３０、膨張弁２４０、四方弁２５０、およびサクション電磁弁２６０は、室内機１００と室外機２００との間で冷媒を循環する冷凍サイクル３２０の一部を構成する。

【0023】

室外制御部２１０は、室外運転制御部２１１と、室外指令送信部２１２と、圧縮比算出部２１３と、設定部２１４と、制御部２１５と、回転数算出部２１６と、比較部２１７と、回転数検出部２１８とを有する。

【0024】

室外指令送信部２１２は、室外ファンモータ２２０、圧縮機２３０、膨張弁２４０、四方弁２５０、およびサクション電磁弁２６０の各々へ制御指令を送信する。

【0025】

室内制御部１１０および室外制御部２１０は、互いに協働して１つの制御部３１０として動作する。制御部３１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサと、記憶部とを含む。制御部３１０の記憶部は、半導体メモリのような記憶装置を含み、データおよびコンピュータプログラムを記憶する。制御部３１０のプロセッサは、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行することによって、冷凍サイクル３２０を含む空気調和機１０の各構成を制御する。

【0026】

室外環境検出部２７０は、外気温センサ２７１と、室外熱交換器温度センサ２７２と、蒸発温度検出部２７３と、サクション温度センサ２７４と、凝縮温度検出部２７５とを含む。

【0027】

次に、図１および図２を参照して、冷凍サイクル３２０の全体構成を説明する。図２は、冷凍サイクル３２０の構成の一例を示す図である。

【0028】

図２に示されるように、冷凍サイクル３２０は、室内熱交換器１６０と、室外熱交換器２８０と、二方弁２９１と、三方弁２９２とをさらに備える。矢印Ｄ１は、冷房サイクルにおいて冷媒が流れる方向を示す。冷媒流路は、矢印Ｄ１に沿って、圧縮機２３０から、四方弁２５０、室外熱交換器２８０、膨張弁２４０、二方弁２９１、室内熱交換器１６０、三方弁２９２、サクション電磁弁２６０、および四方弁２５０を順次経て、圧縮機２３０へ戻る。暖房サイクルにおいて冷媒が流れる方向は、矢印Ｄ１と逆の方向である。

【0029】

二方弁２９１および三方弁２９２は、室外機２００の冷媒出入口に配置される。二方弁２９１および三方弁２９２は、空気調和機１０の設置時に、いずれも手動で開操作される。

【0030】

外気温センサ２７１、および、室外熱交換器温度センサ２７２は、室外熱交換器２８０の近傍に配置される。

【0031】

蒸発温度検出部２７３、および、サクション温度センサ２７４は、圧縮機２３０の近傍に配置される。

【0032】

凝縮温度検出部２７５は、膨張弁２４０の近傍に配置される。

【0033】

次に、図１および図２に加え、さらに図３～図６を参照して、本実施形態に係る空気調和機１０の制御を詳細に説明する。図３は、圧縮比と圧縮機回転数との関係を示す図である。図４は、最低回転数と圧縮機回転数との理想的な関係を示す図である。図５は、実際の最低回転数と圧縮機回転数との関係を示す図である。図６は、空気調和機１０の制御を示すフローチャートである。

【0034】

本実施形態は、例えば、図５に示すように、圧縮機２３０の負荷（例えば圧縮比）を基に算出した最低回転数以下の圧縮機回転数で圧縮機２３０を運転させる場合、圧縮機２３０の圧縮機回転数を最低回転数に補正することを主旨とする。

【0035】

図３の実線で示すように、空気調和機１０が始動してしばらくは、設定温度と室温とに差があるため、圧縮機２３０を高回転数（１２００ｒｐｍ～１４００ｒｐｍ）で駆動する。この時の圧縮比は、０～１程度である。圧縮比については、後述する。

【0036】

設定温度と室温との差が小さくなるに従って、圧縮機２３０の圧縮機回転数を低減させる。具体的には、１３００ｒｐｍから２００ｒｐｍまで低減させる。このときの圧縮比は、２～３である。

【0037】

しかし、空気調和機１０の始動時に圧縮機２３０を小さい圧縮機回転数で回転させると、圧縮機２３０の構造的要因で音が発生することがある。具体的には、長時間、空気調和機１０を使用して、ユーザーが設定した設定温度と室温とにわずかな差しかない場合に、空気調和機１０の電源をＯＦＦ後、短時間で再度電源をＯＮにした場合に起こり得る。

【0038】

本実施形態に係る空気調和機１０は、省エネの観点からも、始動時であっても音が発生せず、かつ、できるだけ少ない回転数で圧縮機２３０を運転させて省エネを実現したいというニーズに応えるものである。

【0039】

例えば、図４に示すように、破線で示す圧縮機２３０の目標回転数が、実線で示す最低回転数よりも小さい場合に、図５で示すように、圧縮機２３０の目標回転数を最低回転数に近付けるよう制御するものである。

【0040】

蒸発温度検出部２７３は、蒸発冷媒の蒸発温度Ｔｅを検出する（ステップＳ１０）。

【0041】

凝縮温度検出部２７５は、凝縮冷媒の凝縮温度Ｔｃを検出する（ステップＳ１１）。

【0042】

圧縮比算出部２１３は、蒸発温度Ｔｅおよび凝縮温度Ｔｃから算出した圧縮比を算出する（ステップＳ１２）。

【0043】

具体的には、一例として、圧縮比算出部２１３は、（凝縮温度Ｔｃ／蒸発温度Ｔｅ）に基づいて圧縮比を算出してもよい。

【0044】

設定部２１４は、圧縮比に基づいて圧縮機２３０の最低回転数を設定する（ステップＳ１３）。

【0045】

制御部２１５は、圧縮機２３０の目標回転数を最低回転数に変更するよう制御する（ステップＳ１４）。

【0046】

本実施形態によれば、始動時の音の発生を抑制できる。

【0047】

次に、蒸発温度検出部２７３は、圧縮機２３０の底部において蒸発温度Ｔｅを検出してもよい。

【0048】

凝縮温度検出部２７５は、圧縮機２３０の底部において凝縮温度Ｔｃを検出してもよい。

【0049】

圧縮機２３０の底部における蒸発温度Ｔｅの一例は、圧縮機２３０の底部に溜まったオイルと冷媒によりもたらされる温度である。より具体的には、冷媒の温度が凝縮温度Ｔｃよりも低くなると、冷媒は液化し、圧縮機２３０の底部でオイルと混ざりやすくなる。そのため、圧縮機２３０の底部の温度、または、液化した冷媒の温度を測定することにより、蒸発温度Ｔｅと凝縮温度Ｔｃとを比較することができる。

【0050】

具体的には、一例として、圧縮機２３０の底部に熱電対を配置してもよい。

【0051】

また、凝縮温度検出部２７５は、圧縮機２３０の吐出温度と凝縮温度Ｔｃとの差を検出してもよい。

【0052】

本実施形態によれば、圧縮機２３０が暖機されたことを検知でき、圧縮機２３０の目標回転数を最低回転数に容易に移行できる。

【0053】

次に、回転数算出部２１６は、空気調和機１０に設定された設定温度と、室温とに基づいて圧縮機２３０の算出回転数を算出する。

【0054】

比較部２１７は、算出回転数と最低回転数とを比較する。

【0055】

制御部２１５は、最低回転数が算出回転数より大きいとき、最低回転数で圧縮機２３０を運転する。

【0056】

目標回転数は、一例として、設定温度で決まる。すなわち、ユーザーがリモコン１０５（図１）で設定温度を指示したとき、室温が設定温度に向かうために、空気調和機１０が圧縮機２３０の圧縮機回転数（目標回転数）を最低回転数より小さい回転数で運転した場合、制御部２１５は、目標回転数を最低回転数に変更させる。最低回転数は、圧縮機２３０が音を発せず、かつ、省エネを実現できる最低の回転数である。

【0057】

別言すれば、圧縮比を元に最低回転数を補正すると記述することもできる。

【0058】

本実施形態によれば、始動時の音の発生を抑制することができ、かつ、省エネも実現できる。

【0059】

回転数検出部２１６は、圧縮機２３０の検出回転数を検出する。

【0060】

比較部２１７は、検出回転数と最低回転数とを比較する。

【0061】

制御部２１５は、最低回転数が検出回転数より大きいとき、最低回転数で圧縮機２３０を運転する。

【0062】

本実施形態によれば、圧縮機２３０が暖機された場合においても、最低回転数で圧縮機２３０を運転することにより、より省エネを実現することができる。

【0063】

次に、制御部２１５は、圧縮機２３０が運転停止状態に移行してから、運転開始状態となり、立ち上がり期間が経過するまで、圧縮機２３０の目標回転数を最低回転数に変更するよう制御する。

【0064】

本実施形態によれば、圧縮機２３０が暖機されることにより、始動時から生じていた音がなくなるまで、圧縮機２３０の目標回転数を最低回転数に設定することができる。

【0065】

制御部２１５は、立ち上がり期間が経過した後、定常期間が経過するまで、さらに、圧縮機２３０の定常回転数を最低回転数に変更するよう制御してもよい。

【0066】

本実施形態によれば、圧縮機２３０が定常運転の期間に入った後も、できるだけ回転数を下げることにより、音の発生を抑制し、省エネを実現することができる。

【0067】

制御部２１５は、立ち上がり期間の経過後において、圧縮機２３０が運転停止状態に移行するまで、圧縮機２３０を最低回転数よりも低い終期回転数で終期運転する。

【0068】

制御部２１５は、定常期間の経過後において、圧縮機２３０が運転停止状態に移行するまで、圧縮機２３０を最低回転数よりも低い終期回転数で終期運転する。

【0069】

本実施形態によれば、圧縮機２３０の始動時における最低回転数よりも、定常時以降の最低回転数をより小さくすることにより、さらに好適に省エネを実現することができる。

【0070】

制御部２１５は、目標回転数を最低回転数に変更する変更速度を、立ち上がり期間以外における通常変化速度よりも遅くする。

【0071】

制御部２１５は、定常回転数を最低回転数に変更する変更速度を、定常期間以外における通常変化速度よりも遅くする。

【0072】

本実施形態によれば、圧縮機２３０を安全に運転できる。

【0073】

上記した実施形態の説明は、本発明における好適な実施形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。上記実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明は、空気調和機の分野に利用可能である。

【符号の説明】

【0075】

１０ 空気調和機
１００ 室内機
２００ 室外機
２１３ 圧縮比算出部
２１４ 設定部
２１５ 制御部
２１６ 回転数算出部
２１７ 比較部
２１８ 回転数検出部
２７４ 蒸発温度検出部
２７５ 凝縮温度検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】