JP2006162197A

JP2006162197A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2006162197A
Application number: JP2004356951A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Shimizu; 克浩清水; Hiroko Hongo; 裕子本郷
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP4555671B2

Abstract

【課題】快適性が向上し健康的な空気調和機を提供する。
【解決手段】本空気調和機は、室内熱交換器の流路途中に絞り量可変の絞り機構を設置した冷房サイクルを有する空気調和機において、絞り機構を最大流量側に設定し、冷房サイクルで運転する通常冷房運転時、絞り機構の設定状態のままでは圧縮機が断続運転をする空調負荷の場合に、絞り機構を最小流量側に移行させた状態で運転する。
【選択図】図６

Description

本発明は空気調和機に係り、特に室内熱交換器の流路途中に設けられた絞り量可変の絞り機構を備え、冷房サイクルでの断続特性を回避し、安定した連続運転を行う空気調和機に関する。

従来、低負荷時の冷房運転では、室内温度が低下して行き最小能力を下回る空調負荷条件になると圧縮機を停止し、再び温度が上昇すると運転を再開するといった断続運転をしていた。その結果、室温は±１℃以上、湿度も±５％程度のハンチングが生じ、ユーザーにとって快適性に欠けるものであった。また最小能力をあまり低減できない圧縮機が使用されている空気調和機において、断続運転した場合、圧縮機ＯＮ時に冷気が床面に落ち込み、最小能力を低減できる圧縮機が使用されている空気調和機における連続運転に比べ、足下の冷えが顕著となり、健康面での不具合もあった。

なお、特許文献１には、室内熱交換器の流路途中に絞り量可変の絞り機構を設け、この絞り機構を用いて再熱除湿を行い、快適性を向上させた空気調和機が提案されているが、これは、室内へ冷却除湿した空気を室内の温度と等温度で吹き出すことが示されているのみで、圧縮機の運転との関係については示されていない。
特開２００４−１０８６１８号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、快適性が向上し健康的な空気調和機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る空気調和機は、能力可変の圧縮機、室外熱交換器、室外側絞り機構、室内熱交換器を配管接続すると共に、室内熱交換器の流路途中に絞り量可変の室内側絞り機構を設置した冷凍サイクルを有する空気調和機において、前記室内側絞り機構を最大流量側に設定し、前記冷房サイクルで運転する通常冷房運転時、圧縮機の最小能力を下回る空調負荷条件と判定した場合に、前記室内側絞り機構を最小流量側に移行させた状態で運転を行なう運転モードを備えたことを特徴とする。

本発明に係る空気調和機によれば、快適性が向上し健康的な空気調和機を提供することができる。

以下、本発明に係る空気調和機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る空気調和機の概念図である。

図１に示すように、本実施形態に係る空気調和機１の冷凍サイクル２は、圧縮機３、四方弁４、室外空気との熱交換を行う室外熱交換器５、この室外熱交換器５からの液冷媒を絞り減圧する電子膨張弁などで構成する室外側絞り機構６、室内空気と熱交換を行う第１室内熱交換器７および第２室内熱交換器８、この第１室内熱交換器７と第２室内熱交換器８の間に介在した開放と絞りを切換可能な室内側絞り機構９が配管接続されている。なお、この室内側絞り機構９は、冷房サイクルにおいて、通常冷房運転時には、最大流量側である全開、再熱除湿運転時には最小流量側である絞り状態に切換る構成であり、通常閉弁時に弁と弁座の隙間などで絞り機能を行なう構成での開閉弁、キャピラリチューブと開閉弁を並列接続させた構成、あるいは絞り開度が連続的に変化可能な電子膨張弁などが使用され、弁を開閉することで最大流量側と最小流量側とを切り換える構成となっている。

また、図２に示すように、空気調和機１には制御装置１０が設けられ、この制御装置１０によりインバータ装置１１を介して圧縮機３の回転制御を行い、さらに、両絞り機構６、９、室外熱交換器５に送風する室外送風機１２、両室内熱交換器７、８に送風する室内送風機１３が制御され、さらに、室内温度センサー１４等必要なセンサーが接続されている。

図１において、室外側絞り機構６を最小流量側にし室内側絞り機構９を最大絞り側にした通常運転時における冷房サイクルの冷房除湿運転を説明する。圧縮機３で圧縮された冷媒は、四方弁４を介して室外熱交換器５に送られ、室外空気と熱交換した後室外側絞り機構６で減圧され、第１室内熱交換器７に送られて蒸発され、室内側絞り機構９を通過して第２室内熱交換器８に送られ蒸発する。このため、室内空気は、第１室内熱交換器７および第２室内熱交換器８で冷却、除湿されるため、室内の高湿空気は、冷却除湿されて室内に送風される冷房運転が行なわれる。

図１及び図３に、室外側絞り機構６を最大流量側にし室内側絞り機構９を最小流量側にした通常の再熱除湿運転を示す。圧縮機３で圧縮された冷媒は、四方弁４を介して室外熱交換器５に送られ、室外空気と熱交換した後室外側絞り機構６で減圧されずに第１室内熱交換器７に送られ凝縮され、室内側絞り機構９で減圧されて第２室内熱交換器８に送られ蒸発する。このとき、例えば第１室内熱交換器７の温度は３５℃、第２熱交換器８の温度は１２℃になる。このため、室内空気は、第１室内熱交換器７で加熱され、第２室内熱交換器８で冷却、除湿されるため、たとえば室内の吸込空気温度２４℃の高湿空気は、２２℃の低湿空気で吹出される再熱除湿運転が行なわれる。通常、この再熱除湿は、室内に空気を循環させて室内の除湿を行なう運転に適用される。

また、図１及び図４には、前記通常の冷房運転時において、低能力運転時の運転制御を示す。空気調和機１は室外側絞り機構６を所定の最小流量側に絞り、室内側絞り機構９を最小流量側に絞る。冷房サイクル運転時には、室外送風機１２の回転制御、室外側絞り機構６の開度制御も行われる。圧縮機３で圧縮された冷媒は、四方弁４を介して室外熱交換器５に送られ、室外空気と熱交換した後室外側絞り機構６で減圧され、第１室内熱交換器７に送られるが、室内側絞り機構９で減圧されるため、第１室内熱交換器７での冷媒は、蒸発されずに第２室内熱交換器８に送られ、ここで蒸発する。このため、第１室内熱交換器７は、中間圧となるため、第１室内熱交換器７の温度は２４℃、第２熱交換器８は１０℃程度になる。このような運転では、吹出口から送風される空気をショートサーキットにより室内側に送らずに吸込み側に戻す内部循環方式で、低能力運転を行なうことが出来、室内には、送風空気が送られないため、室内温度の低下を抑えることが出来ると共に、冷凍サイクルの運転継続を維持できる。

リモコン１５からは、ユーザーの操作によりユーザーが希望する運転モード及び室内温度値が出力されるようになっている。

さらに、図５に示すように、空気調和機１の室内機２１は、室内機本体２２を有し、この室内機本体２２にはその前面部２２ａに前面吸込口２３ａが、上面部２２ｂに上面吸込口２３ｂが各々設けられ、さらに、前面部２２ａの下部には吹出口２４が設けられている。また、室内機本体２２内には、両吸込口２３ａ、２３ｂと吹出口２４を連通するように送風路２５が形成されており、この送風路２５内に両吸込口２３ａ、２３ｂと対向して第１室内熱交換器７と、室内側絞り機構９と、第２室内熱交換器８が配置され、さらに、この両室内熱交換器７、８の後流側には室内送風機１３が配置されている。

また、吹出口２４には熱交換空気の上下方向の風向を設定する吹出用の上側ルーバ２７ａ、下側ルーバ２７ｂが設けられている。また、室内機本体２２の前面部２２ａには、室内機本体２２の前面を構成する前面パネル２２ｃが前後方向に可動自在に取付けられており、この前面パネル２２ｃは平滑面をなし、制御モータ（図示せず）を備えリンク機構を用いて、前面吸込口２３ａの閉成及び開放を行うようになっており、前面吸込口２３ａに当接させた状態で、その下端部２２ｃ１が吹出口２４の上側前面側を覆う位置に延出するようになっている。

これにより、室内機２１は図５に示すように、前面パネル２２ｃを前面吸込口２３ａに当接させて閉じると共に、下端部２２ｃ１を吹出口２４の上側前面側を覆うように延出して位置させ、かつ、下側ルーバ２７ｂを垂下状態にした前面パネル全閉モードと、図６に示すように、前面パネル２２ｃを前面吸込口２３ａより前方斜め上方に大きく移動させ、下端部２２ｃ１を吹出口２４より上方に位置させ、かつ、両ルーバ２７ａ、２７ｂを前方方向に傾斜状態にした前面パネル全開モードと、図７に示すように、前面パネル２２ｃを前面吸込口２３ａより前方に全開モードより小さく移動させた半開状態とし、前面下端部２２ｃ１を吹出口２４の上側前面側を覆うように延出して位置させ、かつ、上ルーバ２７ａを前方上方向に傾斜、下ルーバ２７ｂを水平状態にして、吹出口３５を半分遮蔽した前面パネル半開モードを実現する。

図５に示す前面パネル全閉モードにあっては、室内機２１からの空調空気は下方にのみ吹き出され、図６に示す前面パネル全開モードでは、空調空気は前方水平方向にのみ吹き出され、図７に示す前面パネル半開モードでは、空調空気を前面パネル３３ｃの裏側及び表面側の表面に沿って流し、吹き出した空気を室内空間に送風することなく再度吸い込む内部循環気流方式となる。

上記のような空気調和機の冷房サイクル運転において、必要冷房能力の変化に応じて、以下のような制御がなされる。

図８に示す運転モードの説明図に示すように、例えば、図６に示す前面パネル全開モードで通常気流、室内側絞り機構９が最大流量側のゾーンＡの冷房運転で運転していると、必要冷房能力が小さくなるにつれて、圧縮機回転数を順次減じ、ゾーンＡの最小圧縮機回転数Ａｎでの運転より小さな空調負荷になった場合には、室内側絞り機構９を最大流量側から最小流量側のゾーンＢに変化させる。

この時、ゾーンＢの圧縮機最小ＢｎＨｚは次式を満足する。

［数１］
圧縮機最小ＡｎＨｚ ≦ 圧縮機最小ＢｎＨｚ＜圧縮機定格Ｈｚ／２

また、室内設定温度、室内温度センサーに基づき、室外送風機１２及び室外機絞り機構６を調整する。

さらに、空調負荷が小さい場合には、空気流を図７に示す前面パネル半開モードの内部循環気流方式に切り換え、図４に示すようなゾーンＣの運転とする。

また、ゾーンＢ、Ｃを採用するか否かは、リモコンの専用ボタン例えばやさしい気流ボタンにより切換可能にしてなる。

このような制御を行なうことにより、ゾーンＡ（従来圧縮機の周波数可変範囲）〜ゾーンＤ（圧縮機ＯＦＦ）まで、能力的に間断なく繋ぐことが可能となり、連続運転性が確保される。

室内側絞り機構９による絞り量制御と内部循環気流を採用することによって、必要冷房能力が小さくなるにつれて、最大流量側かつ通常気流での冷房運転から、最小流量側かつ通常気流での冷房運転へ、さらに、最小流量側かつ内部循環気流での冷房運転へと変化させることにより、図８に示す冷房Ａ→冷房Ｂでは冷房能力抑制（室内温度低下抑制）により冷えすぎを防止し、冷房Ｂ→冷房Ｃでは室内機外へ吐出する気流を抑制でき、空気流による肌寒さを防止することで、体感冷房能力の連続性を向上させることができる。また、図８のゾーンＢ、Ｃでの従来例と本実施例との比較からもわかるように、従来の冷房運転ではでは、ゾーンＡとゾーンＤでの運転、即ち空調負荷に対し比較的大容量の冷房運転と停止の繰り返しによる運転で、比較的空調負荷の小さいゾーンＢ、Ｃでの運転は行われていなかったため、この領域での温度変動、運転時の冷たい空気の流れによる居住者の体表面の熱が奪われ、肌寒さや、足元が冷えるといった弊害を生じていたが、ゾーンＢ、Ｃでの低能力での運転継続により、居住域への冷気の落ち込みや室内温湿度の変動を抑制できるために、足下の冷えを防止でき、快適で健康的な空間を提供できる。また、圧縮機最小回転数での冷房能力が高い場合においても、同一の圧縮機回転数において、供給冷房能力を抑制した連続運転が可能となり、圧縮機断続運転での室内温度変動による不快な環境を回避でき、快適性が向上する。

また、本実施形態の空気調和機において、冷房運転中に室内側絞り機構９の絞り状態の切り換え制御をリモコン１４により行なえるようになっているので、絞り最大側は省エネルギーに優れ、絞り最小側は快適性に優れ、ユーザーが自分の意志で選択できる効果がある。また、最小流量側に設定した冷房運転における圧縮機最大回転数を、通常冷房定格能力時の圧縮機回転数の半分以下、さらには圧縮機最小回転数と等しくすることにより、図９からもわかるように、消費電力の低減を図ることができる。

なお、室内側絞り機構９は、無段階絞りあるいは価格を考量して２段階切り換えのものが用いられる。室内側絞り機構９が無段階絞りでない場合は、最小流量側に設定した冷房運転での圧縮機最小回転数を、前記最大流量側での圧縮機最小回転数よりも大きくすることにより、信頼性が確保できる。

また、最小流量側に設定した冷房サイクルにおいて、設定温度と目標温度との偏差に基づく冷房能力調整は、室外送風機１２の回転数制御と、第１室内熱交換器７と室外熱交換器５の間に設置された室外機絞り機構６の絞り量制御により行なわれることにより、圧縮機回転数を変えることなく、冷房能力を抑制でき、連続運転性を確保できる。

また、空気調和機は、睡眠中に、快適な睡眠状態を維持できるよう室内の温度状態を変化させる就寝モード運転を行なえる機能を備える。

これは、室内温度を、就寝モード制御開始時から就寝モード制御終了までの間の室温変化特性曲線が前記就寝モード制御開始前のユーザー設定温度から室内温度が一旦漸減する漸減領域とその後制御終了時まで室内温度が漸増する漸増領域を有するように制御するものであり、あらかじめ記憶された就寝モード制御パターンに基づき就寝モード運転開始から就寝モード運転終了までの室内温度を変化させるように室内の空調運転を行なう。

この就寝モード運転の設定は、リモコン１５を用いて行なわれる。すなわち、リモコンに設けられた就寝モード設定スイッチ(図示せず)の操作で、室温温度とその継続時間を予め決められた就寝モードを設定したときに、これに応じて、室内側絞り機構９の絞り量が制御されることにより、睡眠中の軽負荷での温度変動を抑制し、±１℃内の正確な空調をすることで、入眠時の発汗抑制や入眠促進、起床時の体温上昇を促す効果が得られる。

上述のように本実施形態の空気調和機によれば、快適性が向上し健康的空気調和が実現される。

本発明に係る空気調和機に用いられる冷凍サイクルの概念図。本発明に係る空気調和機に用いられる制御回路の概念図。本発明に係る空気調和機の再熱除湿運転状態を示す概念図。本発明に係る空気調和機の絞り機構最小流量側の冷房運転状態を示す概念図。本発明に係る空気調和機の室内機の前面パネル全閉モードの縦断面図。本発明に係る空気調和機の室内機の前面パネル全開モードの縦断面図。本発明に係る空気調和機の室内機の前面パネル半開モードの縦断面図。本発明に係る空気調和機の運転モードの説明図。本発明に係る空気調和機の除湿量と消費電力の関係を示す図。

符号の説明

１…空気調和機、２…冷凍サイクル、３…圧縮機、４…四方弁、５…室外熱交換器、６…室外側絞り機構、７…第１室内熱交換器、８…第２室内熱交換器、９…室内側絞り機構、１０…制御装置、１１…インバータ装置、１２…室外送風機、１３…室内送風機、１５…リモコン、２１…室内機、２２…室内機本体、２２ａ…前面部、２２ｂ…上面部、２２ｃ…前面パネル、２２ｃ１…下端部、２３ａ…前面吸込口、２３ｂ…上面吸込口、２４…吹出口、２７ａ…上側ルーバ、２７ｂ…下側ルーバ。

Claims

能力可変の圧縮機、室外熱交換器、室外側絞り機構、室内熱交換器を配管接続すると共に、室内熱交換器の流路途中に絞り量可変の室内側絞り機構を設置した冷凍サイクルを有する空気調和機において、前記室内側絞り機構を最大流量側に設定して運転する通常冷房運転時、圧縮機の最小能力を下回る空調負荷条件と判定した場合に、前記室内側絞り機構を最小流量側に移行させた状態で運転を行なう運転モードを備えたことを特徴とする空気調和機。
前記室内側絞り機構の最小流量側に設定した運転モードにおける圧縮機最大回転数を、通常冷房定格能力時の最大回転数の半分以下とする制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
就寝モード制御開始時から就寝モード制御終了までの間の室温変化特性曲線が設定温度から室内温度が一旦漸減する漸減領域とその後制御終了時まで室内温度が漸増する漸増領域を有するように制御する就寝モード制御パターンを備え、就寝モードの設定を行えるスイッチにより就寝モードを設定したとき、前記絞り機構の絞り量が制御される運転モードが設定されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
空気調和機の室内機前面に吸込口が、前面下部に吹出口が設けられ、室内機内部に室内熱交換器、室内側絞り機構と室内送風機が配置されると共に、前記吹出口より吹き出した空気を直接吸込口に吸い込ませる循環気流方式を採用したもので、必要冷房能力が小さくなるにつれて、前記最大流量側かつ通常気流での冷房運転から、前記最小流量側かつ通常気流での冷房運転へ、さらに、前記最小流量側かつ前記内部循環気流での冷房運転へと変化させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。