JP3110570B2

JP3110570B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP3110570B2
Application number: JP04287857A
Authority: JP
Inventors: 杉利明一; 村俊行上
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 2000-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH06137711A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は除湿運転を可能とする
空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の空気調和装置として図６に示す
冷凍サイクルを図７に示す制御装置によって制御するも
のが知られている。

【０００３】図６において、能力可変型の圧縮機１から
吐出された冷媒は、室外熱交換器２、冷房用キャピラリ
チューブ３と電磁弁４との並列体、第１室内熱交換器
５、除湿用キャピラリチューブ６と電磁弁７との並列体
及び第２室内熱交換器８を通って圧縮機１に戻る経路で
循環せしめられる。

【０００４】そこで、冷房運転時は電磁弁４を閉成させ
かつ電磁弁７を開放させることにより、図示実線矢印方
向に冷媒が流れるようになっている。この場合、室外熱
交換器２から流出した冷媒は冷房用のキャピラリチュー
ブ３によって減圧されて第１及び第２室内熱交換器５，
８に供給され、これら第１及び第２室内熱交換器５，８
は共に蒸発器として作用する。なお、この冷房運転時の
動作については、本発明に直接関係しないので、その説
明を省略する。

【０００５】一方、除湿運転時は電磁弁４を開放させか
つ電磁弁７を閉成させることにより、図示破線矢印で示
す方向に冷媒が流れるようになっている。この場合、室
外熱交換器２から流出した冷媒はそのまま第１室内熱交
換器５に供給され、第１室内熱交換器５から流出した冷
媒は除湿用キャピラリチューブ６によって減圧されて第
２室内熱交換器８に供給されることとなり、第１室内熱
交換器５は凝縮器すなわち再熱器として作用し、第２室
内熱交換器８を経た冷風（除湿空気）を通常温度に暖め
る働きをする。この冷凍サイクルを特に除湿サイクルと
称する。

【０００６】そして、室外熱交換器２の熱交換を促進す
るために室外ファン９が設けられ、第１及び第２室内熱
交換器５，８の熱交換を促進するために室内ファン10が
設けられている。

【０００７】また、図７において、温度センサ11は室内
ユニットに吸込まれる空気の温度つまり室内温度を検出
するものであり、温度設定器12は所望とする室内温度を
設定するもので、例えば、リモコン装置に設けられるも
のを示している。そして、温度センサ11による室内温度
の検出値Ｔ_aと、温度設定器12で設定された室内温度の
設定値Ｔ_sとをマイクロコンピュータ20に加えるように
なっている。マイクロコンピュータ20は、除湿運転時
に、室内温度の検出値Ｔ_aに応じた運転制御指令Ｑをス
イッチング回路22に供給する。スイッチング回路22は交
流電源21から電力の供給を受け、運転制御指令Ｑに応じ
て室外ファン駆動電動機9Mを動作または非動作させるよ
うになっている。つまり、室内温度の検出値Ｔ_aの状態
に応じて冷房気味（冷気味ともいう）除湿運転又は暖房
気味（暖気味ともいう）除湿運転が適宜実施されるよう
になっている。

【０００８】また、マイクロコンピュータ20は室内温度
の検出値Ｔ_aと設定値Ｔ_sとの差に応じた能力設定指令
Ｐを発生してディジタル制御部23に与える。この場合、
検出値Ｔ_aと設定値Ｔ_sとの差が小さい範囲では圧縮機
を定格能力で運転させ、この範囲を外れてその差が大き
くなるに従って圧縮機の能力を大きくする能力設定指令
Ｐを発生する。ディジタル制御部23は能力設定指令Ｐの
変化に際して一定の比率で変化させてインバータ回路24
に供給する。インバータ回路24は交流電源21の交流を一
旦直流に変換し、さらに、この直流を能力指定指令に合
った周波数の交流に変換して圧縮機駆動電動機1Mに供給
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図６示すように、室内
熱交換器を二つ備え、一方の室内熱交換器を凝縮器いわ
ゆる再熱器として作用させる除湿サイクルにおいて、潜
熱量すなわち除湿量は圧縮機の能力にほぼ比例し、顕熱
量は室外ファンの回転速度の回転速度の増大に応じて加
熱側から冷却側に変化することが発明者らの実験によっ
て判明した。この実験結果からすると、室内の湿度の設
定値に対する差に応じて圧縮機の能力を変化させ、室内
温度の設定値との差に応じて室外ファンを速度制御する
ことが最適であると言える。

【００１０】しかるに、図７に示した制御装置は室内温
度の検出値と設定値との差に従って圧縮機の能力を制御
しているために室内湿度よりもむしろ室内温度を主体に
制御する結果となり、さらに、室外ファンを運転、停止
の制御しかしていないため、室内への吹出し空気温度を
細かく制御できないというような問題があった。

【００１１】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたもので、除湿運転時に室内湿度を所望の値に
制御することができ、しかも、室内温度をきめ細かく制
御することのできる空気調和装置を得ることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、能力可変型の
圧縮機から吐出された冷媒を、室外熱交換器を介して、
第１室内熱交換器に供給し、この第１室内熱交換器から
流出した冷媒を減圧させて第２室内熱交換器に供給し、
この第２室内熱交換器から流出した冷媒を圧縮機に戻す
除湿サイクルと、室外熱交換器の熱交換を促進させる速
度可変型の室外ファンと、室内温度及び室内湿度をそれ
ぞれ検出する検出手段と、所望の室内温度及び室内湿度
をそれぞれ設定する設定手段と、室内温度の検出値が設
定値よりも高く且つ検出値と設定値との差が大きい範囲
ではこの差が大きくなるに従って室外ファンの速度を増
大させ、この差が小さい範囲で室外ファンを低速運転
し、室内温度の検出値が設定値よりも低く且つ検出値と
設定値との差が大きい範囲では室外ファンを停止さ
せ、室内湿度の検出値が設定値より高い範囲ではその差
が大きくなるに従って圧縮機の能力を大きくする制御手
段とを備えたものである。

【００１３】

【作用】図６に示すように、第１及び第２室内熱交換器
５，８を備え、第１室内熱交換器５を再熱器として作用
させる除湿サイクルにおいて、圧縮機１に駆動電力を供
給するインバータ回路24の出力周波数（以下、圧縮機運
転周波数と言う）と、１時間当たりの除湿量（潜熱量）
との関係を調べると図４に示すとおりであった。すなわ
ち、除湿量においては、室外ファン９を停止させた状態
と、100 〜300 ｒｐｍで回転させた状態とでそれ程大き
な違いはないが、圧縮機運転周波数に依存して大きく変
化し、しかも、圧縮機運転周波数にほぼ比例する関係に
ある。

【００１４】従って、湿度を調整するには圧縮機の運転
周波数を変えることが最も有効であることが判る。

【００１５】一方、圧縮機運転周波数と、室外ファンの
回転速度と、顕熱との関係を調べると図５に示すとおり
であった。これは室外ファンの回転速度をパラメータと
して、圧縮機運転周波数と顕熱との関係を示したもの
で、例えば、室外ファン９の回転速度を150 [rpm] に固
定したままで圧縮機１の運転周波数を変化させても、顕
熱は一定で、暖気味、冷気味のどちらでもない除湿運転
のみが行われる。

【００１６】次に、室外ファン９の回転速度を100 [rp
m] に保持したままで、圧縮機１の運転周波数を増大さ
せると、顕熱は運転周波数に比例して増大する。これに
よって暖気味除湿運転がなされる。この室外ファン９の
回転速度をより低い値に保持するか、あるいは、ゼロ
（停止）に維持したとすれば、暖気味除湿運転が顕著に
なり、室温も上昇する。

【００１７】一方、室外ファン９の回転速度を200 [rp
m] に保持して圧縮機１の運転周波数を増大させると、
顕熱は運転周波数に比例して減少する。これによって冷
気味除湿運転がなされる。この室外ファン９の回転速度
をより高い値に保持すると、冷気味除湿運転が顕著にな
り、室温も低下する。

【００１８】従って、室温を調整するには室外ファン９
の回転速度を変えることが極めて有効であることが判
る。

【００１９】本発明は、これらの関係を巧みに利用した
もので、室内温度の検出値が設定値よりも高く且つ検出
値と設定値との差が大きい範囲ではこの差が大きくなる
に従って室外ファンの速度を増大させて顕著な冷気味除
湿運転に移行させ、室内温度の検出値と設定値との差が
小さい範囲では室外ファンを低速運転して除湿を優先さ
せ、逆に、室内温度の検出値が設定値よりも低く且つ検
出値と設定値との差が大きい範囲では室外ファンを停止
させることにより顕著な暖気味運転に移行させ、さら
に、室内湿度の検出値が設定値より高い範囲ではその差
が大きくなるに従って圧縮機の能力を大きくして除湿量
を増やす制御をするため、除湿運転時に室内温度をきめ
細かく制御することができ、さらに、室内湿度をも所望
の値に制御することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によって詳
細に説明する。図１はこの発明の一実施例の構成を示す
ブロック図であり、これはスプリット型空気調和装置に
対応する室内側制御装置及び室外側制御装置の主要部を
示し、それぞれ図６に示した除湿サイクルに適用するも
のである。

【００２１】このうち、室内側制御装置においては、室
内温度を検出する温度センサ11及び所望の室内温度を設
定する温度設定器12が温度差演算手段31に接続されてい
る。温度差演算手段31は室内温度の検出値と設定値との
差を演算するものである。また、室内湿度を検出する湿
度センサ13及び所望の室内湿度を設定する湿度設定器14
が湿度差演算手段32に接続されている。湿度差演算手段
32は室内湿度の検出値と設定値との差を演算するもので
ある。

【００２２】また、温度差演算手段31が演算した温度差
に対応させて室外ファン９の回転速度（以下、回転数と
も言う）を演算する室外ファン回転数演算手段33が設け
られている。この室外ファン回転数演算手段33は室外フ
ァン９の回転数をさらにコード化して出力するもので、
回転数コードをコードレジスタ35に設定する。また、湿
度差演算手段32が演算した湿度差に対応させて圧縮機１
の運転周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段
34が設けられている。このインバータ出力周波数演算手
段34は圧縮機１の運転周波数をさらにコード化して出力
するもので、周波数コードをコードレジスタ36に設定す
る。そして、コードレジスタ35に設定された回転数コー
ド及びコードレジスタ36に設定された周波数コードが送
信手段37によって室外側制御装置に送り出される。

【００２３】一方、室外側制御装置においては、回転数
コード及び周波数コードを受信する受信手段41を備え、
この受信手段41は受信した回転数コードを室外ファン制
御手段42に与え、受信した周波数コードをインバータ回
路24に与えるようになっている。室外ファン駆動電動機
9Mはトライアック25を介して交流電源21に接続されてい
る。室外ファン制御手段42は回転数コードに対応したタ
イミングでトライアック25のゲートに点弧信号を加える
ものである。また、インバータ回路24は交流電源21の交
流を一旦直流に変換し、さらに、この直流を指令された
周波数の交流に変換して圧縮機駆動電動機1Mに与えるも
ので、その詳細については公知であるので詳しい説明を
省略する。

【００２４】上記のように構成された本実施例の動作に
ついて以下に説明する。温度設定器12及び湿度設定器14
はそれぞれリモコン装置に設けられ、室内側制御装置の
受信部を介して各設定信号が取り込まれるが、ここでは
説明の簡単化のために温度センサ11及び湿度センサ13と
同様にして室内側制御装置の構成要素して示してある。

【００２５】いま、図示省略のモード設定手段により空
気調和装置の運転モードが除湿に設定されたとする。こ
のとき、室内温度を検出する温度センサ11の検出値がＴ
_aで、室内温度を設定する温度設定器12の設定値がＴ_s
であり、室内湿度を検出する湿度センサ13の検出値がＲ
_aで、湿度設定器14の設定値がＲ_sである。

【００２６】温度差演算手段31は室内温度の検出値Ｔ_a
と、設定値Ｔ_sとの差ΔＴ（Ｔ_a−Ｔ_s）を演算して室
外ファン回転数演算手段33に与える。室外ファン回転数
演算手段33は温度差ΔＴの変動範囲を複数に区分けした
どの領域に属するかを判定し、属している領域に対応し
た室外ファン９の回転数ｎを決定すると共に、この回転
数ｎをコード化してコードレジスタ35に設定する。これ
らの温度差ΔＴ、室外ファンの回転数ｎ、及び回転数コ
ードＮとの関係は表１のとおりである。

【００２７】

【表１】ここで、温度差ΔＴの変動範囲は、-2.0℃よりも低い領
域、-2.0℃と+2.5℃の間を分けた５つの領域、+2.5℃以
上の領域の合計７個の領域に分けられ、これら領域に室
外ファンの速度制御範囲０〜500 [rpm] の間の適当な値
が割り付けられている。また、回転数コードＮはＤ₀，
Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃で示される４ビットで構成され、この
うち、Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂の３ビットが回転数を表し、Ｄ
₃ビットを回転数コードＮの識別に用いている。

【００２８】一方、湿度差演算手段32は室内湿度の検出
値Ｒ_aと、設定値Ｒ_sとの差ΔＲ（Ｒ_a−Ｒ_s）を演算
してインバータ出力周波数演算手段34に与える。インバ
ータ出力周波数演算手段34は湿度差ΔＲの変動範囲を複
数に区分けしたどの領域に属するかを判定し、属してい
る領域に対応した圧縮機１の運転周波数ｆを決定すると
共に、この運転周波数をコード化してコードレジスタ36
に設定する。これらの湿度差ΔＲ、圧縮機運転周波数
ｆ、及び周波数コードＦとの関係は表２のとおりであ
る。

【００２９】

【表２】ここで、湿度差ΔＲの変動範囲は、−３％よりも低い領
域、−３％と１５％の間を分けた５つの領域、15％以上
の領域の合計７個の領域に分けられ、これら領域にイン
バータの周波数制御範囲８〜46 [Ｈｚ] の間の適当な値
が割り付けられている。また、周波数コードはＤ₀，Ｄ
₁，Ｄ₂，Ｄ₃で示される４ビットで構成され、このう
ち、Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂の３ビットが周波数を表し、Ｄ₃
ビットを周波数コードＦの識別に用いている。

【００３０】次に、送信手段37はコードレジスタ35，36
に設定された回転数コードＮ及び周波数コードＦを、所
定の伝送制御手順に従って送信する。

【００３１】一方、受信手段41はこの回転数コードＮ及
び周波数コードＦを受信して周波数コードＦをインバー
タ回路24に、回転数コードＮを室外ファン制御手段42に
それぞれ加える。インバータ回路24は与えられた周波数
コードＦに対応する周波数の交流を発生して圧縮機駆動
電動機1Mに供給する。また、室外ファン制御手段42は回
転数コードＮに対応する電圧が発生するようにトライア
ック25の点弧位相を制御する。

【００３２】しかして、この実施例によれば、室内温度
の検出値Ｔ_aが設定値Ｔ_sよりも高くかつその差が大き
い範囲、すなわち、1.0 ℃より大きい範囲ではその差が
大きくなるに従って室外ファン９の速度を増大させ、そ
の差が小さい範囲、すなわち、-2.0〜1.0 ℃の範囲では
室外ファン９を低速運転（150 又は100 rpm ）し、室内
温度の検出値Ｔ_aが設定値Ｔ_sよりも低くかつその差が
大きい範囲、すなわち、-2.0℃よりも低い範囲で室外フ
ァン９を停止させ、室内湿度の検出値Ｒ_aが設定値Ｒ_s
より高い範囲、すなわち、０％以上の範囲ではその差が
大きくなるに従って圧縮機運転周波数を大きく（13,16,
28,34,46Ｈｚ）することができる。

【００３３】ところで、上記実施例中に一点鎖線30で囲
んだ部分、すなわち、温度差演算手段31、湿度差演算手
段32、室外ファン回転数演算手段33、インバータ出力周
波数演算手段34、コードレジスタ35，36及び送信手段37
は室内機側マイクロコンピュータにその機能を持たせる
ものであり、同様に、一点鎖線40で囲んだ部分、すなわ
ち、受信手段41及び室外ファン制御手段42は室外機側マ
イクロコンピュータにその機能を持たせるものである。

【００３４】図２は室内機側マイクロコンピュータの制
御手順を示すフローチャートであり、図３は室外機側マ
イクロコンピュータの制御手順を示すフローチャートで
ある。以下、これらのフローチャートに従って処理動作
を説明する。

【００３５】先ず、室内機側マイクロコンピュータはス
テップ101 にて除湿運転モードであるか否かを判定し、
除湿運転モードでなかった場合にはステップ102 にてコ
ードレジスタ36に設定された周波数コードＦを送信し、
続いて、ステップ103 にて室内ファンの速度制御等、他
の制御を実行し、以下同様な動作を繰返す。

【００３６】次に、ステップ101 にて除湿運転モードと
判定された場合にはステップ104 にて、コードの送信回
数を計数するカウンタの値を１だけインクリメントし、
続いてステップ105 で室内温度の検出値Ｔ_a、室内湿度
の検出値Ｒ_aをそれぞれ読込み、さらに、ステップ106
にて室内温度の設定値Ｔ_s、室内湿度の設定値Ｒ_sをそ
れぞれ読込む。

【００３７】次に、ステップ107 にて室内湿度の検出値
Ｒ_aと設定値Ｒ_sとの差ΔＲを演算し、ステップ108 で
湿度差ΔＲに基いてインバータ出力周波数、すなわち、
圧縮機運転周波数ｆを決定すると共に、この周波数をコ
ード化する。また、ステップ109 にて室内温度の検出値
Ｔ_aと設定値Ｔ_sとの差ΔＴを演算し、ステップ110で
室外ファンの回転数Ｎを決定すると共に、この回転数Ｎ
をコード化する。

【００３８】次に、ステップ111 で周波数コードＦがコ
ードレジスタ36に設定されている前回のコードＦ′と一
致するか否かを判定し、一致しておればステップ112 に
て回転数コードＮがコードレジスタ35に設定されている
前回のコードＮ′と一致しているか否かを判定する。そ
して、ここでも一致と判定すれば、ステップ113 でカウ
ンタの数が10になったか否かを判定し、10になっていな
ければステップ102 に移って周波数コードを送信する。
従って、コードレジスタ35、36の内容と新たに演算され
た回転数コード、周波数コードが一致している場合に
は、周波数コードＦが10回送信される。もしも、10回送
信されたとすれば、ステップ113 からステップ117 の処
理に移り、ここで、回転数コードＮを送信し、続いてス
テップ118にてカウンタの値をゼロにリセットする。し
かして、周波数コードＦが10回送信される毎に回転数コ
ードＮが１回送信される。

【００３９】次に、新たに演算した周波数コードＦがコ
ードレジスタ36に設定された周波数コードＦ′と一致し
なかっ場合及び／又は新たに演算された回転数コードＮ
がコードレジスタ35に設定された回転数コードＮ′と一
致しなかった場合には、ステップ115 で周波数コードＦ
をコードレジスタ36に設定し、続いて、ステップ116に
て回転数コードＮをコードレジスタ35に設定し、ステッ
プ113 以下の処理に移る。

【００４０】一方、室外機側マイクロコンピュータはス
テップ201 にて除湿運転指令が与えられたか否かを判定
し、除湿運転指令が与えられていなければステップ202
にてその他の制御を実行する。そして、ステップ201 に
てドライ運転指令が与えられたと判定した場合にはステ
ップ203 にて受信したコードのＤ₃ビットが「１」であ
るか否かを判定し、「１」でなければステップ204 にて
そのコードＦをインバータ回路24に与えてインバータ出
力周波数を制御せしめ、反対に「１」であれば、ステッ
プ205 にてそのコードＮに従ってトライアック25の点弧
角を制御する。

【００４１】かくして、このフローチャートを用いて説
明したマイクロコンピュータの機能と、図１に示した各
ブロックの機能とのが一致していることが判る。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように本発
明によれば、除湿量と圧縮機の能力との関係、ならび
に、顕熱と室外ファンの回転速度との関係を巧みに利用
して、いるため、除湿運転時に室内湿度を所望の値に制
御することができ、しかも、室内温度をきめ細かく制御
することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例の主要部の機能をマイクロコ
ンピュータに持たせた場合の処理手順を示すフローチャ
ート。

【図３】本発明の一実施例の主要部の機能をマイクロコ
ンピュータに持たせた場合の処理手順を示すフローチャ
ート。

【図４】本発明の原理を説明するために、圧縮機運転周
波数と除湿量との関係を示した線図。

【図５】本発明の原理を説明するために、室外ファンの
回転数をパラメータとして圧縮機運転周波数と顕熱との
関係を示した線図。

【図６】本発明を適用する冷凍サイクル図。

【図７】従来の空気調和装置の制御部の構成を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１圧縮機２室外熱交換器５第１室内熱交換器８第２室内熱交換器９室外ファン１１温度センサ１２温度設定器１３湿度センサ１４湿度設定器２４インバータ回路２５トライアック３１温度差演算手段３２湿度差演算手段３３室外ファン回転数演算手段３４インバータ出力周波数演算手段３７送信手段４１受信手段４２室外ファン制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 29/00 411 F24F 11/02 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】能力可変型の圧縮機から吐出された冷媒
を、室外熱交換器を介して、第１室内熱交換器に供給
し、この第１室内熱交換器から流出した冷媒を減圧させ
て第２室内熱交換器に供給し、この第２室内熱交換器か
ら流出した冷媒を前記圧縮機に戻す除湿サイクルと、前記室外熱交換器の熱交換を促進させる速度可変型の室
外ファンと、室内温度及び室内湿度をそれぞれ検出する検出手段と、所望の室内温度及び室内湿度をそれぞれ設定する設定手
段と、室内温度の検出値が設定値よりも高く且つ検出値と設定
値との差が大きい範囲ではこの差が大きくなるに従って
前記室外ファンの速度を増大させ、室内温度の検出値と
設定値との差が小さい範囲で前記室外ファンを低速運転
し、室内温度の検出値が設定値よりも低く且つ検出値と
設定値との差が大きい範囲では前記室外ファンを停止さ
せ、室内湿度の検出値が設定値より高い範囲ではその差
が大きくなるに従って前記圧縮機の能力を大きくする制
御手段と、を備えた空気調和装置。