JP4476792B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は空気調和機に係り、特に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実現してフルシーズンを通して快適な室内環境を実現できる空気調和機に関する。

冷房、暖房、除湿のいずれかで運転が可能な空気調和機において、従来、睡眠に適する温度に制御する快眠モードは、一種類のパターンしか設けられてなかった。

また、お休みモードとしてサーカディアンといわれる人体のリズムが考慮された制御モードが採用されているが、季節によりそのリズムの詳細は変化してしまうため、年間を通した快適な睡眠環境を提供できない。

例えば，冷房使用時期と暖房使用時期では、入床前の身体の暖まり具合にも違いがある。一般に入眠時は体内温が下がり、この下がり方が大きいほどよく寝付くことができることが知られているが、冬場は入床前からすでに手足の温度が低めであり、体内温度が低下しづらく、なかなか寝付けないことが多い。

特許文献１には、入眠しようとするユーザーの微妙な生理状態にマッチし、ユーザーがスムースに入眠できる室内温熱環境を得ることが可能な空気調和機が提案されているが、年間を通した季節の違いについては考慮されていない。
特開２００４−９２９１８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、季節ごとに変化する体温リズムに合った寝室温度調節が可能で、年間を通して快適な睡眠を得ることができる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、インバータ装置により制御される圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機を制御する運転制御装置、この運転制御装置に室内温度情報を入力する室内温度検出手段を備え、前記運転制御装置は室内温度の上限値及び下限値と継続時間値との関係を判別する判別手段と、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就寝モード制御パターンを記憶する就寝モード制御パターン記憶手段と、冷房、暖房、除湿のいずれかで運転されている運転モード情報を記憶する運転モード情報記憶手段とを有し、前記就寝モード制御パターンは、冷房で運転される夏季モードと暖房で運転される冬季モードと除湿で運転される中間期モードの季節対応した３段階以上のモードを備え、夏季モードは、一旦漸減する温度値を設定温度より若干低めとし、制御終了時の温度値を設定温度より高めとし、冬季モードは、一旦漸減する温度値を夏季モードの設定温度より低めとし、制御終了時の温度値を設定温度より若干低めとし、中間期モードは、夏季モードと冬季モードの変化パターンの間の値に設定した制御パターンとし、前記判別手段は、入力される時間情報と室内温度情報と、前記就寝モード制御パターン記憶手段に記憶された就寝モード制御パターンを比較し、漸減領域の継続時間値とその下限値および漸増領域の上限値および前記上限値に至るまでの時間値のうちのすべてあるいはその一部との差異を判別し、この差異に基づき前記運転制御装置、前記インバータ装置を介して前記圧縮機を制御することを特徴とする。

本発明に係る空気調和機によれば、就寝モード制御パターンが、冷房で運転される夏季モードと暖房で運転される冬季モードと除湿で運転される中間期モードの季節対応した複数段階のモードを備えることで、季節ごとに変化する体温リズムに合った寝室温度調節が可能で、年間を通して快適な睡眠を得ることができる空気調和機を提供することができる。

以下、本発明に関連する空気調和機について添付図面を参照して説明する。

図１は本空気調和機の温度制御パターン図である。

図１に示すように、空気調和機１は、快眠運転設定時（就寝）から快眠運転終了時までの空気調和の詳細を後述する温度制御パターンを備え、夏季は温度が高めに設定され、その温度変化（漸減及び漸減変化）も小さく、冬季は温度が低めに設定され、その温度変化も比較的大きく設定されており、中間期は両者の中間に設定されている。上記快眠運転設定時の運転制御は、冷房運転、除湿運転及び暖房運転によって、図２に示すような運転モードで行なわれる。

送風量、圧縮機能力は冷房運転、除湿運転及び暖房運転共に同様に制御されるが、後述する前面パネルの開度モードは、冷房運転、除湿運転では全開モード→半開モードであるが、暖房運転では全開モード→全閉モードであり、運転モードは冷房運転では冷房→再熱冷房（再熱除湿サイクルでの圧縮機低Ｈｚ運転）、除湿運転では再熱除湿→弱暖房（通常定格の１／２以下の暖房運転）、暖房運転では弱暖房（通常定格の１／２以下の暖房運転）→暖房と各々異なる制御が行なわれる。

空気調和機１の上記のような温度制御パターンと快眠運転設定時の運転制御は、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒を四方弁３を介して、室外熱交換器４、電子膨張弁５、第１室内熱交換器６、電子膨張弁７、第２室内熱交換器８に送られる冷房、除湿サイクルと、四方弁３を介して、第２室内熱交換器８、電子膨張弁７、第１室内熱交換器６、電子膨張弁５、室外熱交換器４に送られる暖房サイクルにより実現される。

なお、電子膨張弁７は冷房、除湿サイクルで再熱ドライ運転を行なう際は、絞られるが、冷房運転、暖房運転のとき以外は全開状態となっている。また第１室内熱交換器６及び第２室内熱交換器８は全体として一つの室内熱交換器を構成する。

また、上記のような温度制御パターンと快眠運転設定時の運転制御は、圧縮機２が、インバータ装置９からの電力供給により回転制御され、さらに、室外熱交換器４には室外ファン１０が、室内熱交換器６、８には室内ファン１１がそれぞれ取り付けられて熱交換が促進されるようになっており、これらインバータ装置９、室外ファン１０及び室内ファン１１が、運転制御装置１２からの制御信号により制御されて実現される。

また、図３に示すように、運転制御装置１２は室内温度の上限値及び下限値と継続時間値との関係を判別する判別手段１３と、就寝モード制御パターン記憶手段１４と、運転モード情報記憶手段１５とリモコン１６から入力された温度を記憶する室内温度記憶手段を備えた室内温度設定手段（図示せず）を有し、これら各手段１３、１４、１５は運転制御装置１２に備えられたＣＰＵ、記憶装置により実現される。

就寝モード制御パターン記憶手段１４は、モード制御開始時からモード制御終了までの間の室温変化特性曲線が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ごとく制御する複数の就寝モード制御パターンを記憶しており、判別手段１３からの呼び出しにより、対応した制御パターン情報信号を選択する。

運転モード情報記憶手段１５は、冷房、暖房、除湿のいずれで運転されているかという運転モード情報を記憶し、判別手段１３からの呼び出しにより、冷房、暖房、除湿のいずれかの運転モード情報信号を判別手段１３に送信する。

ユーザーによる就寝モードの選択とその運転制御装置１２への入力は、図３に示すようなリモコン１６によって行なわれる。さらに、運転制御装置１２には、室内温度検出手段１７、室内湿度検出手段１８が接続され、また、インバータ装置９を介して圧縮機２が接続され、電子膨張弁５、室外ファン１０及び室内ファン１１が接続されている。

次に本発明に関連する空気調和機の使用方法について説明する。

図４に示すように、使用季節に応じて、ユーザーにより、冷房、暖房、除湿運転のいずれかが選択され、選択された運転モード情報がリモコン１６を介して運転モード情報記憶手段１５に記憶される。

また、ユーザーは就寝時間になると、就寝モードで運転したい場合には、リモコン１６を介して就寝モード情報を判別手段１３に入力する。

例えば、ユーザーが図２に示す冷房運転時に就寝モード運転を選択すると、就寝モード運転制御手段の一部を構成する判別手段１３は予め同制御手段の一部を構成する就寝モード制御パターン記憶手段１４に記憶された就寝モード制御パターンを呼び出し、この制御パターンに従ってインバータ装置９を介して圧縮機２を制御し、また、電子膨張弁５、室外ファン１０及び室内ファン１１を制御して、就寝モード運転を行なう。

この冷房運転時の就寝モード運転は図５に示すように、漸減領域の下限値ａの設定温度は−１℃であり、漸減領域の継続時間ｂは１．５時間、漸増領域の上限値ｃの設定温度は＋２℃であり、漸増領域の継続時間ｄは５．５時間である。

また、除湿運転時に就寝モード運転が選択されると、漸減領域の下限値ａの設定温度は−２℃であり、漸減領域の継続時間ｂは１．５時間、漸増領域の上限値ｃの設定温度は＋１℃であり、漸増領域の継続時間ｄは５．５時間である。

さらに、暖房運転時に就寝モード運転が選択されると、漸減領域の下限値ａの設定温度は−５℃であり、漸減領域の継続時間ｂは２時間、漸増領域の上限値ｃの設定温度は−１℃であり、漸増領域の継続時間ｄは５時間である。

上記のように、冷房、暖房、除湿運転のいずれかを選択し、就寝モード運転することにより、運転モードに応じた就寝モード制御パターンが選択されて運転されるので、季節ごとに変化する体温リズムに合った寝室温度調節が可能となり、年間を通して快適な睡眠を得ることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る空気調和機について説明する。

本第１実施形態は、上記本発明に関連する空気調和機に室外温度検出手段１９を付加したものである。

例えば、図６に示すように、運転制御装置１２には室外温度検出手段１９が接続されている。これにより、図７に示すように、室外温度を２あるいは３区分し、これに応じて、漸減領域の下限値ａの設定温度、漸減領域の継続時間ｂ、漸増領域の上限値ｃの設定温度及び漸増領域の継続時間ｄを変更している。

冷房運転、就寝モード運転時、外気温度が≧２５℃の場合、漸減領域の下限値ａの設定温度は−１℃であり、漸減領域の継続時間ｂは１．５時間、漸増領域の上限値ｃの設定温度は＋２℃であり、漸増領域の継続時間ｄは５．５時間であり、＜２５°の場合、漸減領域の下限値ａの設定温度は−１．５℃であり、漸減領域の継続時間ｂは１．５時間、漸増領域の上限値ｃの設定温度は＋２℃であり、漸増領域の継続時間ｄは５．５時間である。

除湿運転、就寝モード運転時は、外気温度が≧２５℃の場合、≧２０℃の場合、＜２０℃の場合と３区分し、暖房運転、就寝モード運転時は、外気温度が≧１７℃の場合、＜１７℃の場合、＜２０℃の場合と２区分し、図７に示すような下限値ａ、上限値ｃの設定温度と継続時間で就寝モード運転が行なわれる。

これにより、外気温を考慮した就寝モード制御パターンが選択されて運転されるので、季節ごとに変化する体温リズムに合った寝室温度調節が可能となり、年間を通してより快適な睡眠を得ることができる。

なお、他の構成は図３に示す空気調和機と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

また、運転制御装置１２には、室内湿度検出手段１８を設けるのが好ましい。これにより、室内の湿度を考慮した就寝モードを行なうことができ、季節ごとに変化する体温リズムに合った寝室温度調節が可能となり、年間を通してより一層快適な睡眠を得ることができる。

また、本発明の第２実施形態に係る空気調和機について説明する。

本第２実施形態は運転モードに応じて前面吸込口の開口度合を制御する前面パネルを備えた空気調和機に本発明に関連する空気調和機の就寝モードを採用したものである。

例えば、図８〜図１０に示すように、本第２実施形態に係る空気調和機３１は、通常の室外ユニットに冷媒が循環可能に配管接続された室内ユニット３２を有している。

この室内ユニット３２はユニット本体３３を有し、このユニット本体３３にはその前面部３３ａに前面吸込口３４ａが、上面部３３ｂに上面吸込口３４ｂが各々設けられ、さらに、前面部３３ａの下部には吹出口３５が設けられている。

ユニット本体３内には、両吸込口３４ａ、３４ｂと吹出口３５を連通するように送風路３６が形成されており、この送風路３６内に両吸込口３４ａ、３４ｂと対向して室内熱交換器３７が設けられ、さらに、この室内熱交換器３７後流側には室内ファン３８が設けられている。

また、吹出口３５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３９ａ、下側ルーバ３９ｂが設けられている。この上側ルーバ３９ａ、下側ルーバ３９ｂは、奥行寸法を上側に位置する上側ルーバ３９ａより下側に位置する下側ルーバ３９ｂを大きく構成させている。

さらに、ユニット本体３３の前面部３３ａには、ユニット本体３３の前面を構成する前面パネル３３ｃ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３３ｃは平滑面をなし、制御モータ（図示せず）を備えたリンク機構４０を用いて、前面吸込口３４ａの閉成及び開放を行なうようになっており、前面吸込口３４ａに当接させた状態で、その下端部３３ｃ１が吹出口３５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、この前面パネル３３ｃは、図１０に示す、この前面パネル３３ｃを前面吸込口３４ａに当接させて閉じると共に、下端部３３ｃ１を吹出口３５の上側前面を覆うように延出して位置させた状態の前面パネル全閉モードと、図８に示す、前面パネル３３ｃを前面吸込口３４ａより前方斜め上方に大きく移動させ、下端部３３ｃ１を吹出口３５より上方に位置させた状態の前面パネル全開モードと、図９に示す、前面パネル３３ｃを前面吸込口３４ａより前方に前面パネル全開モードより小さく移動させた半開状態とし、前面パネルの下端部３３ｃ１を吹出口３５の上側ルーバ３９ａの前面側に対向するよう前記吹出口３５の上側前面を覆うように延出して位置させた状態の前面パネル半開モードを備える。

上記のような各モードに応じて、上述の上側ルーバ３９ａ、下側ルーバ３９ｂの動きは異なる。

図８に示す前面パネル全開モードでは、両ルーバ３９ａ、３９ｂを水平位置に設定して、吹出空気が前方に吹出すようにし、吹出口３５から室内空間向かって冷却除湿した空気を送風する冷房運転モード、および吹出口３５から室内空間に向かって除湿したほぼ室内温度に近い空気を送風する再熱除湿運転モードと、両ルーバ３９ａ、３９ｂを斜め下方位置に設定して、吹出空気が前方下方に吹出すようにし、吹出口３５から室内空間に向かって加熱した空気を送風する暖房運転モードとに適用される。

このような構成の本第２実施形態の空気調和機において、就寝モード運転時、冷房、除湿運転における前面パネル半開モード状態では、吹出口３５の上側ルーバ３９ａから吹出した風を前面パネル３３ｃの裏側に当てて前面パネル３３ｃの裏面に沿って吸込側に導かれる送風路を構成し、下側のルーバ３９ｂを上向きにして前面パネル３３ｃの表側表面に沿って吸込側に導かれる送風路と合わせて、ショートサーキット運転時の風量を高めることができ、吹出口３５から前面吸込口３４ａ側へ直接風を循環させる人にやさしい気流の冷房運転、除湿運転などの運転効率を大幅に上げることができる。このため、室内が、所定の温度に安定した後の、室内に気流を生じさせないやさしい気流運転を行なえる。特に、夜間や、就寝時などには、室内を温度変動の少ない快適な状態を維持できる。

また、就寝モード運転において、暖房運転時における前面パネル全閉モード状態では、吹出口３５から吹出される暖気が、下方向への風向ガイドとして機能する前面パネル下端部により、暖気が室内のユーザーに直接当らずにやさしい気流の運転が可能である。

また、本第２実施形態の空気調和機において、就寝モード制御パターンは季節によって３段階以上に変えられる。

住宅の高気密化により中間期の使用が増えているため、例えば、夏季モードでは、一旦漸減する温度値を設定温度より若干低めとし、制御終了時の温度値を設定温度より高めとし、冬季モードでは、一旦漸減する温度値を夏季モードの設定温度より低めとし、制御終了時の温度値を設定温度より若干低めとし、中間期モードでは、夏季モードと冬季モードの変化パターンの間の値に設定する。具体的には、基準温度からの低下量は、夏から冬へと寒くなるに従い、着衣量が増加し、入床後暑く感じる傾向となるため、−１ → −２ → −５ｋのように大きくする。また、朝方の温度は、低下量と同じ理由で夏は基準温度より高くが、冬は基準温度以下とする。

これにより、きめ細かな運転制御が可能となる。

さらに、就寝モード制御時、冷房運転では冷房運転から再熱除湿運転に移行させ、除湿運転モードでは、再熱除湿運転から、弱暖房運転モードに移行させ、暖房運転モードでは、弱暖房モードから通常暖房モードに移行させるのが好ましい。

睡眠時は長時間にわたり、外気変動が大きく、必要空調能力が変化するためサイクル移行が必要となり、季節毎の温度パターンとユーザーが選択した運転モードをリンクさせる。

快眠モードを設定する（リモコンの設定ボタンを押す）と、内外温度等から負荷を推定し冷暖房除湿と温度パターンを自動選択する。

なお、再熱冷房とは、再熱除湿サイクルの最低周波数領域での運転であり、通常の再熱除湿より使用周波数を低目とし、除湿が主目的ではなく、微小な顕熱コントロールが主目的である。（保湿効果と省エネが目的）また、弱暖房とは、温度維持が目的であり、通常定格周波数の１／２以下とする運転方式である。

これにより、運転を停止することなく、快適で安定した空調が可能となる。

本発明に関連する空気調和機の温度制御パターン図。 本発明に関連する空気調和機の快眠運転設定時の運転制御の説明図。 本発明に関連する空気調和機の概念図。 本発明に関連する空気調和機に用いられる運転制御装置の概念図。 本発明に関連する空気調和機の運転モードと判別情報の関係を示す関連図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機に用いられる運転制御装置の概念図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の運転モードと判別情報の関係を示す関連図。 本発明の第２実施形態に係る空気調和機の室内ユニットの前面パネル全開状態の縦断面図。 本発明の第２実施形態に係る空気調和機の室内ユニットの前面パネル半開状態の縦断面図。 本発明の第２実施形態に係る空気調和機の室内ユニットの前面パネル全閉状態の縦断面図。

１…空気調和機、２…圧縮機、４…室外熱交換器、６…第１室内熱交換器、８…第２室内熱交換器、９…インバータ装置、１２…運転制御装置、１３…判別手段、１４…就寝モード制御パターン記憶手段、１５…運転モード情報記憶手段、１６…リモコン、１７…室内温度検出手段、１９…室外温度検出手段。

Claims (3)

1. インバータ装置により制御される圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機を制御する運転制御装置、この運転制御装置に室内温度情報を入力する室内温度検出手段を備え、
   前記運転制御装置は室内温度の上限値及び下限値と継続時間値との関係を判別する判別手段と、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就寝モード制御パターンを記憶する就寝モード制御パターン記憶手段と、冷房、暖房、除湿のいずれかで運転されている運転モード情報を記憶する運転モード情報記憶手段とを有し、
   前記就寝モード制御パターンは、冷房で運転される夏季モードと暖房で運転される冬季モードと除湿で運転される中間期モードの季節対応した３段階以上のモードを備え、夏季モードは、一旦漸減する温度値を設定温度より若干低めとし、制御終了時の温度値を設定温度より高めとし、冬季モードは、一旦漸減する温度値を夏季モードの設定温度より低めとし、制御終了時の温度値を設定温度より若干低めとし、中間期モードは、夏季モードと冬季モードの変化パターンの間の値に設定した制御パターンとし、
   前記判別手段は、入力される時間情報と室内温度情報と、前記就寝モード制御パターン記憶手段に記憶された就寝モード制御パターンを比較し、漸減領域の継続時間値とその下限値および漸増領域の上限値および前記上限値に至るまでの時間値のうちのすべてあるいはその一部との差異を判別し、この差異に基づき前記運転制御装置、前記インバータ装置を介して前記圧縮機を制御することを特徴とする空気調和機。
2. 前面および上面に上面吸込口が設けられ、前面下部に吹出口が設けられたユニット本体と、前記吸込口と前記吹出口を連通するように前記ユニット本体内に形成された送風路内に設けられた室内熱交換器および室内ファンと、
   前記吹出口に設けられ熱交換空気の上下方向の風向を設定するルーバと、
   前記ユニット本体の前面吸込口を覆い、かつ前記前面吸込口の閉成及び開放を行なうように前後方向に可動自在に取付けられ、前記前面吸込口に当接させた状態で、下端部が前記吹出口の上側前面を覆う位置に延出する構成の前面パネルを有し、
   この前面パネルを前記前面吸込口に当接させて閉じると共に、前記前面パネル下端部を前記吹出口の上側前面を覆うように延出して配置した前面パネル全閉モードと、前記前面パネルを前記前面吸込口より前方斜め上方に大きく移動させ、前面パネル下端部を前記吹出口より上方に位置するように配置した前面パネル全開モードと、前記前面パネルを前記前面吸込口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、前面パネル下端部を前記吹出口の上側前面側を覆うように延出して配置した前面パネル半開モードとを備え、
   就寝モードが選択され、冷房または除湿運転モードの場合は、前記前面パネル半開モードとし前記ルーバを上方に向けて、吹出空気を前記前面パネルの前後の表面に沿って上方に送るショートサーキットの通風路を構成させた運転とし、暖房運転モード時は、前面吸込口全閉モードとし、前記ルーバを下方に向けて、吹出空気を下方向に吹出す運転とするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 就寝モード制御時、冷房運転では冷房運転から再熱除湿運転に移行させ、除湿運転モードでは、再熱除湿運転から、弱暖房運転に移行させ、暖房運転モードでは、弱暖房運転から通常暖房運転に移行させることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

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