JP4282499B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に、その換気に関する。

従来、ルームエアコンなどの空気調和装置は一般的には、換気機能を有しておらず、室内の空気が汚れた際などには適宜、人が窓を開けるなどして、外気を取り入れて換気する必要があった。

そこで、従来より、空気調和装置に換気装置を設けたものが提案されている。たとえば特許文献１に記載されているように、給気ダクトと排気ダクトとを設け、この給気ダクトに給気用送風機を、また、排気ダクトに排気用送風機を設けた空気調和装置がある。この空気調和装置では、給気ダクトおよび排気ダクトの２本のダクトのために、建屋に大きな開口面積の孔を大きく開ける必要が生じる。そして、この空気調和装置は、特許文献１の記載からも分かるように、事務所などのビルに使用されるものである。一方、家庭用の空気調和装置では、給気ダクトおよび排気ダクトの２本のダクトのために、建屋に孔を大きく開けることは極力避けることが要望されている。

そこで、たとえば特許文献２に記載されているように、建屋の孔を貫通する１本の換気ダクトを設け、その換気ダクトの室内側端部に大きな換気用送風機を設けた空気調和装置が提案されている。そして、この換気用送風機で給排気を行っている。ところで、換気ダクトが挿入される孔は、その開口面積が極力小さいことが望まれているため、換気ダクトの径は必然的に小さくなるとともに、室内から室外に長く延在しており、換気ダクトの長さは長くなる。そのため、空気の流れに対する換気ダクトの管路抵抗は大きくなる。したがって、室内側に配置された換気用送風機で、室内の空気を吸い込んで室外に排気する際には、送風機の能力が発揮されるが、室外の空気を吸い込んで室内に給気する際には、換気ダクト内の圧力が、大きな管路抵抗で負圧となり、換気用送風機の吸い込む空気の密度が低下して、その送風能力が低下する。その結果、給気能力を確保するために、大きな換気用送風機を採用する必要が生じる。
特開２００１−３０４６４５号公報 特開２０００−２４９３６５号公報

解決しようとする問題点は、換気風量を確保するために、給気ダクトと排気ダクトとの２本のダクトを設けると、建屋の孔の開口面積が大きくなる点、および、１本の換気ダクトの室内側端部に換気用送風機を設けて、この換気用送風機で給排気を行うと、給気の際に、換気ダクト内が負圧となって、換気用送風機の送風能力が低くなるので、給気時の風量を確保するために換気用送風機の容量を大きくする必要がある点である。

本発明の空気調和装置は、室内機（１）からの冷媒配管（２）が、建屋の孔を通って屋外に導き出されて、室外機（３）に接続されている。そして、給排気管（２１）が前記建屋の孔に挿入され、この給排気管には室外側端部に室外側換気用送風機（１７）が設けられ、かつ、室内側端部に室内側換気用送風機（１１）が設けられており、この換気用送風機を制御する制御手段（２６）は、給気時に要求風量が小さい場合には室外側換気用送風機を給気運転させるとともに室内側換気用送風機を停止させ、かつ、給気時に要求風量が大きい場合には両換気用送風機を給気運転させており、一方、排気時に要求風量が小さい場合には室内側換気用送風機を排気運転させるとともに室外側換気用送風機を停止させ、かつ、排気時に要求風量が大きい場合には両換気用送風機を排気運転させる。

また、二酸化炭素ガス濃度を検出するＣＯ２センサ（２７）が設けられ、前記制御手段が、前記ＣＯ２センサの検出値が所定の値よりも小さい場合には、室内側換気用送風機または室外側換気用送風機の一方のみを運転させるとともに、所定の値よりも大きい場合には、室内側換気用送風機および室外側換気用送風機の両者を運転させることがある。

そして、室外の温度を検出する室外温度センサ（２９）および、室内の温度を検出する室内温度センサ（２８）が設けられ、前記制御手段が、冷房運転時に室外温度センサの検出した室外温度が室内温度センサの検出した室内温度よりも低い場合および、暖房運転時に室外温度が室内温度よりも高い場合に前記換気用送風機を運転させるとともに、温度差が大きい程、換気用送風機の風量を増大させていることがある。

本発明によれば、給排気管の室外側端部に室外側換気用送風機が、また、室内側端部に室内側換気用送風機が設けられているので、１本の給排気管で給気および排気の両者が行える。したがって、２本のダクトを設ける場合に比して、建屋に開ける孔の開口面積を小さくすることができる。しかも、給気時には室外側換気用送風機が給気運転し、一方、排気時には室内側換気用送風機が排気運転することにより、給排気管内が負圧になることを防止することができる。その結果、換気用送風機の吸い込む空気の密度が低下することがなく、給気時および排気時の両者において風量を確保することができる。そして、両換気用送風機を同時に同一方向に作動させることにより、さらに大きな換気風量を得ることができる。

また、ＣＯ２センサの検出値が所定の値よりも小さい場合には、室内側換気用送風機または室外側換気用送風機の一方のみを運転させるとともに、所定の値よりも大きい場合には、室内側換気用送風機および室外側換気用送風機の両者を運転させているので、室内の空気の汚れに応じて、効率よく換気することができる。

そして、冷房運転時に室外温度が室内温度よりも低い場合および、暖房運転時に室外温度が室内温度よりも高い場合に前記換気用送風機を運転させるとともに、温度差が大きい程、換気用送風機の風量を増大させているので、空気調和装置の暖房運転および冷房運転を、換気することにより、効率よく支援することができる。

空気調和装置において、１本の換気ダクトで給気および排気を効率よく行うという目的を、換気ダクトである給排気管の室外側端部に室外側換気用送風機を、また、室内側端部に室内側換気用送風機を設けるとともに、要求される換気風量が小さい時には一方の換気用送風機を運転させ、かつ、要求される換気風量が大きい時には両方の換気用送風機を同一方向に運転させることで実現した。

次に、本発明における空気調和装置の一実施例について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は本発明における空気調和装置の室内機および室外側換気装置の一部切欠き斜視図である。図２はカバーおよび室内側換気用送風機を外した状態の室内機の斜視図である。図３は制御装置の入出力図である。図４は換気用送風機の運転のフローチャートである。図５は二酸化炭素ガス濃度に基づく換気運転のフローチャートである。図６は室内外温度差に基づく換気運転のフローチャートである。なお、図１において、室外機の概観が二点鎖線で図示されている。また、図３においては、換気に関する主な部品のみが記載されており、図示されていない他の部品も制御装置に接続されている。

まず始めに、空気調和装置の全体構成を説明する。
空気調和装置は、図１に図示するように、室内機１および、この室内機１と冷媒配管２で接続される室外機３を備えている。室内機１は屋内に設置され、一方、室外機３は屋外に設置されており、冷媒配管２は、建屋に形成された孔を通って、室内機１と室外機３とを接続している。また、室外機３は、冷媒を圧縮する圧縮機（図示しない）、室外熱交換器（図示しない）、冷媒の循環流路を切り換える冷媒流路切換弁（図示しない）および熱交換器用送風機（図示しない）などの機器を具備している。そして、室外機３の運転時には、冷凍サイクルの冷媒が室外機３から暖冷房のために冷媒配管２を介して室内機１に循環している。

室内機１は、室内熱交換器６および循環用送風機７を具備している。そして、循環用送風機７が稼働すると、室内の空気が、室内熱交換器６で熱交換されながら、室内を循環している。

また、室内機１内には、室内側換気用送風機１１が設けられている。この室内側換気用送風機１１は、室内熱交換器６の前側に配置されており、室内熱交換器６の上流側に位置している。一方、室外側換気装置１６は屋外に設置され、室外側換気用送風機１７および、この室外側換気用送風機１７を保護するカバー１８を具備している。そして、１本の給排気管２１が、冷媒配管２と同様にして建屋に形成された孔を通って、室内側換気用送風機１１と室外側換気装置１６とを接続している。すなわち、１本の給排気管２１の室内側端部に室内側換気用送風機１１が、また、室外側端部に室外側換気用送風機１７が設けられている。この両換気用送風機１１，１７は、正転・逆転が可能で、屋外の空気を室内に流入させる給気運転および、室内の空気を屋外に排出する排気運転が可能である。

空気調和装置の制御手段である制御装置２６は、室内機１内のマイコンなどで構成され、空気調和装置の運転を制御している。そして、特に換気に関して、図３に図示するように、制御装置２６には、室内熱交換器６付近に配置されて二酸化炭素ガスの濃度を検出するＣＯ２センサ２７、室内温度を検出する室内温度センサ２８、室外温度を検出する室外温度センサ２９、および、リモコンなどの操作部３１からの信号が入力される。また、制御装置２６から、室外側換気用送風機１７および室内側換気用送風機１１などに駆動信号が出力される。さらに、制御装置２６には、その他、室内機１の各種機器および室外機３の各種機器などが入力や出力可能に接続されている。

次に、要求される換気風量に応じた換気用送風機１１，１７の運転のフローを、図４のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ１において、制御装置２６は換気命令が有るか否かを判断し、無い場合にはステップ８に行き、換気命令が給気命令である場合にはステップ２に行き、また、換気命令が排気命令である場合にはステップ５に行く。なお、換気命令には給気命令および排気命令があり、適宜何れかが選択される。そして、人が操作部３１を操作して換気命令を制御装置２６に出力したり、また、制御装置２６が二酸化炭素ガス濃度や室内外の温度差などに基づいて換気を行う必要であると判断したりすることにより、換気命令が有る状態となる。

そして、ステップ８において、換気用送風機１１，１７が運転している場合には停止させ、また、換気用送風機１１，１７が停止している場合には停止状態を維持する。そして、ステップ１に戻り、換気命令が有るまで、換気用送風機１１，１７の停止状態を維持する。

そして、給気命令があると、ステップ１からステップ２に行き、ステップ２において、制御装置２６は、給気命令の要求換気風量が、予め設定されている単独運転基準以上か否かを判断し、単独運転基準未満の場合には、ステップ３に行き、室外側換気用送風機１７を給気運転させ、屋外の空気を室内に取り入れ、ステップ１に戻る。

一方、ステップ２において、要求換気風量が単独運転基準以上であると、制御装置２６が判断した場合には、ステップ４に行き、両換気用送風機１１，１７を給気運転させ、多量の屋外の空気を室内に取り入れ、ステップ１に戻る。

また、ステップ１において、排気命令があると、制御装置２６が判断した場合にはステップ５に行く。そして、ステップ５において、制御装置２６は、排気命令の要求換気風量が、予め設定されている単独運転基準以上か否かを判断し、単独運転基準未満の場合には、ステップ６に行き、室内側換気用送風機１１を排気運転させ、室内の空気を屋外に排出し、ステップ１に戻る。

一方、ステップ５において、要求換気風量が単独運転基準以上であると、制御装置２６が判断した場合には、ステップ７に行き、両換気用送風機１１，１７を排気運転させ、多量の室内の空気を屋外に排出し、ステップ１に戻る。

この様にして、要求された換気風量が単独運転基準よりも少ない場合において、換気用送風機１１，１７の何れか一方のみを単独運転させる。すなわち、給気する際には室外側換気用送風機１７を単独で給気運転させ、一方、排気する際には室内側換気用送風機１１を単独で排気運転させる。また、要求された換気風量が単独運転基準よりも多い場合において、両換気用送風機１１，１７を同一方向に運転させる。

上述の様にして、給気運転または排気運転により、換気運転を行っているが、次に、ＣＯ２センサ２７の検出した二酸化炭素ガス濃度に基づいて行われる換気運転のフローを、図５のフローチャートに基づいて説明する。

ステップ１１において、ＣＯ２センサ２７は室内の二酸化炭素ガスの濃度を検出し、その検出値を制御装置２６に入力し、ステップ１２に行く。ステップ１２において、制御装置２６は、換気命令が有るか否かを判断し、無い場合にはステップ１１に戻る。一方、換気命令が有る場合にはステップ１３に行く。

ステップ１３において、制御装置２６は、ステップ１１においてＣＯ２センサ２７から入力された二酸化炭素ガス濃度に基づいて必要な換気風量を計算する。すなわち、二酸化炭素ガス濃度が高くなるほど、換気風量が多くなるように算出する。そして、ステップ１４に行く。

ステップ１４において、制御装置２６は、二酸化炭素ガス濃度が、予め設定されている単独運転基準以上か否かを判断し、単独運転基準未満の場合には、ステップ１５に行き、換気用送風機１１，１７の一方のみ（給気の場合には室外側換気用送風機１７また、排気の場合には室内側換気用送風機１１）を算出された風量で運転させて換気を行い、ステップ１１に戻る。

一方、ステップ１４において、二酸化炭素ガス濃度が単独運転基準以上であると、制御装置２６が判断した場合には、ステップ１６に行き、両換気用送風機１１，１７を同一方向に運転させ、多量の空気を換気し、ステップ１１に戻る。

この様にして、二酸化炭素ガス濃度が所定の値よりも高い場合には、両換気用送風機１１，１７を換気運転させ、一方、二酸化炭素ガス濃度が所定の値よりも低い場合には、換気用送風機１１，１７の一方のみを換気運転させている。

次に、室内温度センサ２８の検出した室内温度および、室外温度センサ２９の検出した室外温度に基づいて行われる換気運転のフローを、図６のフローチャートに基づいて説明する。この換気は、空気調和装置の能力を支援するように行われる。

ステップ２１において、室内温度センサ２８および室外温度センサ２９は、検出した室内温度Ｔｉおよび室外温度Ｔｏを制御装置２６に入力し、ステップ２２に行く。ステップ２２において、制御装置２６は、換気命令が有るか否かを判断し、無い場合にはステップ２１に戻る。一方、換気命令が有る場合にはステップ２３に行く。

ステップ２３において、制御装置２６は、空気調和装置の運転モードが冷房運転か暖房運転かを判断する。そして、冷房運転の場合にはステップ２４に、また、暖房運転の場合にはステップ２５に行く。

そして、ステップ２４において、制御装置２６は、冷房運転時に、室内温度Ｔｉと室外温度Ｔｏとの差が正か負かを判断し、負の場合（すなわち、室外温度Ｔｏの方が高い場合）には、換気用送風機１１，１７を停止または最小の風量にして、ステップ２１に戻る。一方、正の場合（すなわち、室内温度Ｔｉの方が高い場合）には、ステップ２６に行く。

また、ステップ２５において、制御装置２６は、暖房運転時に、室外温度Ｔｏと室内温度Ｔｉとの差が正か負かを判断し、負の場合（すなわち、室内温度Ｔｉの方が高い場合）には、換気用送風機１１，１７を停止または最小の風量にして、ステップ２１に戻る。一方、正の場合（すなわち、室外温度Ｔｏの方が高い場合）には、ステップ２６に行く。

そして、ステップ２６において、制御装置２６は、ステップ２４またはステップ２５で算出した温度差に基づいて、必要な換気風量を計算する。すなわち、温度差が大きくなるほど、換気風量は多くなるように算出する。そして、ステップ２７に行く。

ステップ２７において、制御装置２６は、温度差が、予め設定されている単独運転基準以上か否かを判断し、単独運転基準未満の場合には、ステップ２８に行き、換気用送風機１１，１７の一方のみ（給気の場合には室外側換気用送風機１７また、排気の場合には室内側換気用送風機１１）を算出された風量で運転させて換気を行い、ステップ２１に戻る。

一方、ステップ２７において、温度差が単独運転基準以上であると、制御装置２６が判断した場合には、ステップ２９に行き、両換気用送風機１１，１７を同一方向に運転させ、多量の空気を換気し、ステップ２１に戻る。

この様にして、冷房運転時に室内温度が室外温度よりも高い場合、および、暖房運転時に室外温度が室内温度よりも高い場合において、その温度差が所定の値よりも大きい際には、両換気用送風機１１，１７を換気運転させ、一方、温度差が所定の値よりも小さい際には、換気用送風機１１，１７の一方のみを換気運転させている。

この様にして、制御手段は、１）給気時に要求風量が小さい場合には室外側換気用送風機を給気運転させるとともに室内側換気用送風機を停止させる給気時単独運転手段、２）給気時に要求風量が大きい場合には両換気用送風機を給気運転させる給気時フル運転手段、３）排気時に要求風量が小さい場合には室内側換気用送風機を排気運転させるとともに室外側換気用送風機を停止させる排気時単独運転手段、４）排気時に要求風量が大きい場合には両換気用送風機を排気運転させる排気時フル運転手段、５）ＣＯ２センサの検出値が所定の値よりも小さい場合に室内側換気用送風機または室外側換気用送風機の一方のみを運転させる手段、６）ＣＯ２センサの検出値が所定の値よりも大きい場合に室内側換気用送風機および室外側換気用送風機の両者を運転させる手段、および、７）冷房運転時に室外温度が室内温度よりも低い場合および暖房運転時に室外温度が室内温度よりも高い場合に換気用送風機を運転させるとともに、温度差が大きい程、換気用送風機の風量を増大させる手段などを具備している。

この様に、制御手段は、上記手段以外にも、実行される各工程に対応して各工程を実行する手段を具備している。また、上記手段を全て具備する必要は必ずしもない。

前述のように、室内側換気用送風機１１は室内熱交換器６の前側に配置されており、室内熱交換器６の上流側に位置しているので、排気時には、室内熱交換器６で熱交換される直前の室内の空気が、室内側換気用送風機１１に吸い込まれて屋外に排出されている。したがって、排出される空気が無駄に熱交換されることを極力防止することができる。また、給気時には、給排気管２１を通って室内に導かれた屋外の空気が、直ちに室内熱交換器６で熱交換されるので、室内の温度が不均一になることを極力防止することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）１本の給排気管２１の室内側端部に室内側換気用送風機１１が、また、室外側端部に室外側換気用送風機１７が設けられているならば、室内側換気用送風機１１の個数や室外側換気用送風機１７の個数は適宜変更可能である。

（２）各フローチャートのステップの順序は適宜変更可能である。たとえば、ステップ１１はステップ１２の後でも可能である。
（３）制御手段はマイコンで構成されているが、それ以外の構成でも可能である。

（４）冷媒配管２と給排気管２１は、建屋の同じ孔に挿入されることも可能であるし、また、各々別の孔に挿入されることも可能である。なお、建屋の空気調和装置用の孔には、冷媒配管２や給排気管２１以外に、ドレンパイプ、電力線や通信線などを挿入することも可能である。
（５）図５に図示するフローの制御および、図６に図示するフローの制御を同時に行うことも可能である。なお、その場合には、換気運転が、換気停止条件よりも優先して行われる。

給排気管の室外側端部に室外側換気用送風機を、また、室内側端部に室内側換気用送風機を設けることにより、１本の給排気管で給気および排気の両者を行うことができる。しかも、給気時には室外側換気用送風機が給気運転し、一方、排気時には室内側換気用送風機が排気運転することにより、給気時および排気時の両者において風量を確保することができる。そして、両換気用送風機を同時に作動させることにより、さらに大きな換気風量を得ることができる。したがって、空気調和とともに換気を行う空気調和装置に適用することが最適である。

図１は本発明における空気調和装置の室内機および室外側換気装置の一部切欠き斜視図である。 図２はカバーおよび室内側換気用送風機を外した状態の室内機の斜視図である。 図３は制御装置の入出力図である。 図４は換気用送風機の運転のフローチャートである。 図５は二酸化炭素ガス濃度に基づく換気運転のフローチャートである。 図６は室内外温度差に基づく換気運転のフローチャートである。

符号の説明

１ 室内機
２ 冷媒配管
３ 室外機
１１ 室内側換気用送風機
１７ 室外側換気用送風機
２１ 給排気管
２６ 制御装置（制御手段）
２７ ＣＯ２センサ
２８ 室内温度センサ
２９ 室外温度センサ

Claims (3)

1. 室内機からの冷媒配管が、建屋の孔を通って屋外に導き出されて、室外機に接続されている空気調和装置において、
   給排気管が前記建屋の孔に挿入され、この給排気管には室外側端部に室外側換気用送風機が設けられ、かつ、室内側端部に室内側換気用送風機が設けられており、
   この換気用送風機を制御する制御手段は、給気時に要求風量が小さい場合には室外側換気用送風機を給気運転させるとともに室内側換気用送風機を停止させ、かつ、給気時に要求風量が大きい場合には両換気用送風機を給気運転させており、一方、排気時に要求風量が小さい場合には室内側換気用送風機を排気運転させるとともに室外側換気用送風機を停止させ、かつ、排気時に要求風量が大きい場合には両換気用送風機を排気運転させることを特徴とする空気調和装置。
2. 二酸化炭素ガス濃度を検出するＣＯ２センサが設けられ、
   前記制御手段は、前記ＣＯ２センサの検出値が所定の値よりも小さい場合には、室内側換気用送風機または室外側換気用送風機の一方のみを運転させるとともに、所定の値よりも大きい場合には、室内側換気用送風機および室外側換気用送風機の両者を運転させることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 室外の温度を検出する室外温度センサおよび、室内の温度を検出する室内温度センサが設けられ、
   前記制御手段は、冷房運転時に室外温度センサの検出した室外温度が、室内温度センサの検出した室内温度よりも低い場合および、暖房運転時に室外温度が室内温度よりも高い場合に前記換気用送風機を運転させるとともに、温度差が大きい程、換気用送風機の風量を増大させていることを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。
   

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