JP4668769B2

JP4668769B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4668769B2
Application number: JP2005324433A
Authority: JP
Inventors: 秀明鈴木; 智子杉崎
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: CN1963324A; JP2007132560A; CN100485281C

Description

本発明は空気調和機に係り、特に就寝モード運転制御手段を備え、室内温度が設定温度のレベルから一旦漸減する漸減領域と、この漸減領域から室内温度が略漸増する漸増領域の運転を行う空気調和機に関する。

一般に空気調和機では、ユーザの睡眠中と起きている場合では異なる空調制御が要求される。そのため、睡眠時に適した冷房運転モードとして「おやすみモード」などの名称で呼ばれる就寝モードが考えられ、この就寝モードに基づく冷房運転が行われている。

従来から一般的に行われている就寝モードに基づく冷房運転は、最初にユーザが設定した室内設定温度で一定時間運転した後、徐々に室温を上昇させていこうとするものであり、人間の身体の睡眠中の代謝量低下に即応することができ、通常の冷房運転が行われた場合に比べてある程度快適な睡眠を得ることができる。

従来の「おやすみモード」は、基本的には、一晩中冷房運転を継続して行うことを前提とせず、ある程度運転が継続され外気が低下してくる時間帯になったら冷房運転が停止されるようにユーザが運転時間を設定することを前提として考えられていた。

そのため、「おやすみモード」において、室内湿度が高くなった場合に通常の冷房運転から自動的に除湿運転に切換える制御は殆ど考えられておらず、このような場合にはユーザは手動で切換え操作を行わなければならなかった。

そこで、就寝モード制御に基づく冷房運転中に通常運転から除湿機能を優先させる運転への切換えを自動的に行うことができかつ、このような除湿を優先させる運転を行っても制御の安定性が損なわれることのない空気調和機が提案されている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和機の「おやすみモード」における冷房運転は、外気が低下する夜間での運転であり、また、次第に室温を上昇させるようにしているので低能力冷房運転となり、コンプレッサのオンオフが頻繁に繰り返されるので、温度特性にハンチングが生じやすくなり、室温制御が不安定となる問題が生じるおそれがある。さらに、暖房気味能力運転が要求されることもあるが、冷房運転や過絞り冷房運転では暖房気味運転が不可能である。
特開２００４−９３０６６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、夜間の外気温度低下時に室内温度よりも外気温度が低下しても、連続的に運転が可能となり、頻繁な圧縮機のオンオフが生じることがなく、また、急激な室内湿度の変動を抑制できて快適な就寝環境が実現可能な空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、従来のような除湿運転あるいは過絞り冷房運転による除湿とは異なり、就寝モードにおける冷房運転時、改良した制御モードに基づき再熱除湿運転を行うことで、上記目的を実現させるに至った。

すなわち、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、圧縮機と、四方切換弁と、室外熱交換器と、主回路絞り機構と、除湿運転時に凝縮器となる第１室内熱交換器と、除湿運転時に蒸発器となる第２室内熱交換器と、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器間に設けられた除湿用絞り機構とを備え、室内空気を前記第１室内熱交換器で加熱するとともに前記第２室内熱交換器で冷却する再熱除湿運転が可能である空気調和機において、冷房運転時に室温変化特性曲線がユーザ設定温度から室内温度が一旦漸減する漸減領域と、漸減領域の制御終了後一定時間室内温度を一定にする室温一定領域と、その後室内温度が漸増する漸増領域とを有するように制御する就寝モード制御手段を有し、この就寝モード運転制御手段は、漸減領域中冷房運転を行い、漸増領域の制御開始時に冷房運転から再熱除湿運転に切換える運転切換制御パターンを有し、就寝モード制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との温度差が所定温度差以下、または漸増領域の制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との温度差が所定温度差以下で、かつ、漸増領域の制御開始時の圧縮機の運転周波数が所定周波数以下のとき、冷房運転から再熱除湿運転に切換えることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機によれば、夜間の外気温度低下時にも、連続的に運転が可能となり、圧縮機の頻繁なオンオフが生じることがなく、また、急激な室内湿度の変動を抑制できて快適な就寝環境が実現可能な空気調和機を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る空気調和機について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和機の構成図である。なお、本実施形態では、２つの室内熱交換器を備えたいわゆる「再熱除湿型」の空気調和機の冷房運転時を例に取り説明する。

図１に示すように、本発明に係る空気調和機１は、冷媒が循環する冷凍サイクル２を備え、この冷凍サイクル２の圧縮機３で圧縮され、高温高圧になった冷媒は、四方弁４を通って凝縮器としての室外熱交換器５に送出され、ここで外気との熱交換により凝縮液化されて高温高圧の液冷媒とされる。

この高温高圧の液冷媒は、主絞り機構である電子膨張弁６で絞られ、低温低圧の液冷媒となって第１室内熱交換器７に送られ、さらに、除湿用絞り機構としての電子膨張弁８を通り第２室内熱交換器９に送られる。

蒸発器として機能する２個の第１室内熱交換器７、第２室内熱交換器９に送られた低温低圧の液冷媒は、室内熱交換器７、９で室内空気と熱交換を行って気化し、低温低圧の気体状冷媒となる。室内空気はこのときの液冷媒との熱交換により熱を奪われ、室温が低下することになる。

第２室内熱交換器９からの気体状冷媒は、再度四方弁４を通って圧縮機２の吸入側に送られ、この圧縮機２で圧縮されて上記と同様の過程を繰り返す。

一方、本発明の就寝モード制御である「おやすみモード」における再熱除湿運転では、電子膨張弁６は開放され、除湿用の電子膨張弁８は絞られ、第１室内熱交換器７は凝縮器として機能し、また、第２室内熱交換器９は蒸発器として機能し、この第２室内熱交換器９で冷却され除湿された室内空気を第１室内熱交換器７で加熱して、あるいは、第２室内熱交換器９で冷却され除湿された室内空気と第１室内熱交換器７で加熱された室内空気を混合して吹出され室内の温度を緩やかに上昇させる。

また、圧縮機３は、インバータ装置１０からの給電により回転駆動され、また、室外熱交換器５にはプロペラ型の室外ファン１１が、室内熱交換器７、９には横流型の室内ファン１２がそれぞれ取り付けられて熱交換が促進される。これらインバータ装置１０、室外ファン１１、及び室内ファン１２は、運転制御回路１３の就寝モード制御手段１４からの制御信号により制御される。

さらに、リモコン１５からは、ユーザの操作により設定された室温設定値Ｔｓ及び湿度設定値Ｈｓが就寝モード制御手段１４に出力される。また、室内機の吹出口近傍すなわち室内ファン１２の近傍には室温検出器１６及び湿度検出器１７が取り付けられ、これらからの室温検出値Ｔａ及び湿度検出値Ｈａも就寝モード制御手段１４に出力される。さらに、第２室内熱交換器９の冷媒入口部及び冷媒出口部にはそれぞれ熱交温度検出器１８、１９が取り付けられ、これらからの熱交温度Ｔｃ１、Ｔｃ２も就寝モード制御手段１４に出力される。

この就寝モード制御手段１４は、これらの各信号の入力に基づき、インバータ装置１０を介して圧縮機３の可変速制御を行うと共に、室外ファン１１、及び室内ファン１２を制御し、電子膨張弁６の開度制御を行い、さらに、再熱除湿運転時、運転制御回路１３により電子膨張弁８の開閉制御を行う。すなわち、本発明は、就寝モード制御手段１４が上記の各信号を入力し、一定の条件が満足されたと判断した場合に、再熱除湿運転を行う制御をするものである。

次に、本実施形態で行われる再熱除湿運転の切換条件について説明する。

図２は、本実施形態の「おやすみモード」により冷房運転を行った場合の室温変化特性曲線を示す説明図である。

この「おやすみモード」の例は、ユーザが時刻ｔ０〜ｔ３を運転時間とし、また、室内設定温度をＴｓに設定していることを示している。そして、この室温変化特性曲線は、時刻ｔ０以降まもなく室内温度が設定温度Ｔｓのレベルから一旦漸減する漸減領域（時刻ｔ１〜ｔ２）と、この漸減領域から移行した後は時刻ｔ３まで室内温度が略漸増する漸増領域（時刻ｔ２〜ｔ３）とを有している。

このような漸減領域を設けている理由は、人間の睡眠状態は入眠後まもなくノンレム睡眠となって体温が低下し発汗現象を伴うので、この体温低下に合わせて室温を低下させるようにするためである。また、漸増領域を設けている理由は、室温を体温より大きく低下させたままにしておくと人間は入眠当初は心地よさを感じるが、その後は次第に寒さを強く感じるようになって途中で目を覚ましてしまうおそれがあるので、次第に室温を体温へ近づけることにより心地よい目覚めを迎えられるようにするためである。

上記の室温変化特性曲線において、時刻ｔ０〜ｔ２は、比較的短時間で温度を大きく低下させる必要があり、また、これから入眠しようとするユーザがデリケートな生理状態にある時間帯である。

従って、時刻ｔ１〜ｔ２では室内温度が漸減する漸減領域とし、時刻ｔ２〜ｔ３を室内温度が略漸増する漸増領域とし、この漸増領域の制御開始時に直ちに室内湿度の急激な変動を抑制できる再熱除湿運転に切換える。

ここで、本実施形態では、冷房運転から再熱除湿運転に切換える再熱除湿運転切換時の温度条件を、「おやすみモード」の制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との差が所定値以下のとき、あるいは、漸増領域の制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との温度差が所定温度差以下のとき、とした。

さらに、再熱除湿運転切換時の圧縮機運転周波数の周波数条件を、圧縮機１の周波数（つまりインバータ装置１０の出力周波数〔Ｈｚ〕）が所定レベルを下回まわるときとした。

最も好ましい切換条件を上記温度条件と周波数条件を満たすときとした。

本実施形態では、このような再熱除湿運転切換条件を具体的に規定して、「おやすみモード」において再熱除湿運転を行うことにより、夜間の外気温度低下時に室内温度よりも外気温度が低下しても、連続的に室内温度を漸増する運転が可能となり、冷房運転の圧縮機のオンオフが生じることがなく、また、室内湿度の急激な変動を抑制できる。

このように再熱除湿運転切換条件を具体的に規定しており、「おやすみモード」において再熱除湿運転を行うことにより、夜間の外気温度低下時に室内温度よりも外気温度が低下しても、連続的に室内温度を漸増する運転が可能となり、冷房運転の圧縮機のオンオフが生じることがなく、また、室内湿度の急激な変動を抑制できる。

さらに、本実施形態の空気調和機の動作につき説明する。

例えば、就寝時にユーザがリモコン１５の操作により時刻ｔ０〜ｔ３の期間を「おやすみモード」に設定し、そのときの設定温度をＴｓ（例えば、２６℃）、設定湿度をＨｓ（例えば、５０％）に設定したとする。なお、通常、ユーザが設定できる設定湿度の値は、空気調和機メーカーの仕様により、４５〜６０％の範囲に限定されているのが通常である。

時刻ｔ０になると、就寝モード制御手段１４は「おやすみモード」制御を開始し、インバータ装置１０に対して起動指令を出力する。これにより、インバータ装置１０から圧縮機３に給電され、圧縮機３が回転駆動され、気体状低温定圧冷媒が圧縮されて気体状高温高圧冷媒となり、これが冷凍サイクル２へ送出されて、室外熱交換器５及び室内熱交換器７、９での熱交換が行われる。そして、室内熱交換器７、９における冷媒蒸発により室内空気が冷却され、室内温度は設定温度である２６℃まで低下する。なお、このとき電子膨張弁６は通常冷房運転用の開度に絞られており、また、除湿用の電子膨張弁８は全開となっている。

時刻ｔ１になると、「おやすみモード」は漸減領域に入り、室内温度は次第に低下する。そして、漸減領域の終了時点である時刻ｔ２では、例えば、２４．５℃に室内温度が低下する。時刻ｔ０〜ｔ２は、比較的短時間で温度を大きく低下させる必要がありこの時間帯では通常冷房運転である。

また、本実施形態では、再熱除湿運転切換時の温度条件を、「漸増領域の制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との差が所定値以下の場合、あるいは、漸増領域の制御開始時の圧縮機の運転周波数が所定周波数以下の場合」と規定しているので、外気温が高く、十分な冷房負荷が必要な場合、漸増領域でも冷房運転を行われ、室温制御が不可能となることがなくなる。

時刻ｔ２を過ぎると、室温変化が緩やかになる漸増領域に入る。

漸増領域の制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との差が所定値以下の場合、あるいは、漸増領域の制御開始時の圧縮機の運転周波数が所定周波数以下の場合には、例えば、図３に示すような「おやすみモード」運転における再熱除湿運転の制御モードにより、漸増領域に入ると直ちに再熱除湿運転に切換わる。

再熱除湿運転は就寝モード制御手段１４からの制御信号により、電子膨張弁６及び除湿用の電子膨張弁８を制御し、電子膨張弁６を開放し、電子膨張弁８を絞る。

このようにすると、圧縮機３が圧縮した冷媒は、室外熱交換器５及び第１室内熱交換器７で冷却されて液化し、電子膨張弁８で絞られて減圧され、第２室内熱交換器９で蒸発し、熱交換する室内空気を冷却、除湿する。さらに、第２室内熱交換器９で冷却され除湿された室内空気を第１室内熱交換器７で加熱して、あるいは、第２室内熱交換器９で冷却され除湿された室内空気と第１室内熱交換器７で加熱された室内空気を混合して吹出され、室内の温度を緩やかに上昇させる。

このように、「おやすみモード」運転における再熱除湿運転の制御モードを改良し、漸増領域に入ると直ちに再熱除湿運転に切換えることより、夜間の外気温度低下時に室内温度よりも外気温度が低下しても、連続的に運転が可能となり、圧縮機の頻繁なオンオフが生じることがなく、また、室内湿度の急激な変動を抑制でき快適な就寝環境が実現する。

なお、本発明者らが比較例として試験を行い、図４に示す制御モードのように、漸増領域に入った後、所定時間経過後に漸増冷房運転から再熱除湿運転に切換える「おやすみモード」運転（非公知）に比べて、本実施形態は室内湿度の急激な変動を抑えることができる。

また、本発明の他の実施形態である「おやすみモード」運転における再熱除湿運転の制御モードについて説明する。

上記実施形態が漸減領域での運転の後、直ちに漸増領域の運転に切換えるのに対して、本実施形態は漸減領域から一定時間室内温度を一定にする室温一定領域を設け、その後、漸増領域に入るようにしたもので、漸増領域に入るときに、再熱除湿運転に切換えるモードである。

例えば、図５に示すように、本実施形態の制御モードは、「おやすみモード」による冷房運転を行う場合、漸減領域から直ちに再熱除湿運転に切換えずに、一定時間、室内温度を一定にした後、漸増領域に入るときに再熱除湿運転に切換えるモードである。

これにより、上記実施形態の効果に加え、より快適な睡眠環境が実現する。

上述のような本発明に係る各実施形態の空気調和機によれば、夜間の外気温度低下時にも、連続的に運転が可能となり、圧縮機の頻繁なオンオフが生じることがなく、また、室内湿度の急激な変動を抑制でき快適な就寝環境が実現される。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の構成図。本発明の一実施形態に係る空気調和機の「おやすみモード」により冷房運転時の室温変化特性曲線。本発明の一実施形態に係る空気調和機の「おやすみモード」における再熱除湿運転時の室温変化特性曲線。比較例の空気調和機の「おやすみモード」における再熱除湿運転時の室温変化特性曲線。本発明の他の実施形態に係る空気調和機の「おやすみモード」における再熱除湿運転時の室温変化特性曲線。

符号の説明

１…空気調和機、２…冷凍サイクル、３…圧縮機、５…室外熱交換器、６…電子膨張弁、７…第１室内熱交換器、８…電子膨張弁、９…第２室内熱交換器、１０…インバータ装置、１１…室外ファン、１２…室内ファン、１３…運転制御回路、１４…就寝モード制御手段、１５…リモコン。

Claims

圧縮機と、四方切換弁と、室外熱交換器と、主回路絞り機構と、除湿運転時に凝縮器となる第１室内熱交換器と、除湿運転時に蒸発器となる第２室内熱交換器と、前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器間に設けられた除湿用絞り機構とを備え、
室内空気を前記第１室内熱交換器で加熱するとともに前記第２室内熱交換器で冷却する再熱除湿運転が可能である空気調和機において、
冷房運転時に室温変化特性曲線がユーザ設定温度から室内温度が一旦漸減する漸減領域と、漸減領域の制御終了後一定時間室内温度を一定にする室温一定領域と、その後室内温度が漸増する漸増領域とを有するように制御する就寝モード制御手段を有し、
この就寝モード運転制御手段は、漸減領域中冷房運転を行い、漸増領域の制御開始時に冷房運転から再熱除湿運転に切換える運転切換制御パターンを有し、
就寝モード制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との温度差が所定温度差以下、または漸増領域の制御開始時の室外温度とユーザ設定温度との温度差が所定温度差以下で、かつ、漸増領域の制御開始時の圧縮機の運転周波数が所定周波数以下のとき、冷房運転から再熱除湿運転に切換えることを特徴とする空気調和機。