JP5098529B2 - 熱交換器温度検出に依存する空気調和機の制御方法 - Google Patents
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Description
また、その制御の仕組みにおいても、「室温による運転制御」や「熱交換器凍結防止」や「冷凍サイクル過負荷防止」は所定の検出手段の検出出力に基づいて容易に制御することが可能であるが、快適運転制御を目的にする「湿度による運転制御」は、湿度検出手段の検出出力のみでなくそのときの使用環境に影響されやすく、使用者が期待するレベルの制御が難しいものであり、実際の製品では室内の環境をその場限りで監視して、湿度検出手段の検出出力のみを使う制御で良しとしていた。
このため、湿度検出手段のみで制御するときには使用者が期待して設定した湿度レベルに対してある程度の誤差を含む制御しかできず、常に快適性が得られるものではなく、積極的に快適性に係わる制御が行われていなかった。
しかし、実際は新たに室温検出手段を備えるときにはコストアップになることと、空気調和機を利用する人の湿度感覚は雰囲気条件に馴れが働くから、制御された空間の湿度がある程度の誤差を含んで、湿度検出手段だけによるおおまかな制御が行われていても、この誤差を体感として理解できる人は少ないから、結局、空気調和機として湿度検出手段と室温検出手段を兼ね備えて湿度制御を行っている除湿機能や除湿専用と呼ばれる運転を行なう除湿機と呼ばれる製品はなかった。
しかし、具体的に湿度検出手段と室温検出手段の出力をどのように利用して除湿機の制御に利用するかは全く知られておらず、温度と湿度の相関関係による不快感を解除しようとする制御に反映することが困難であった。また、既存の除湿機能や除湿専用と呼ばれる運転を可能とする除湿機には、製品コストの制約からこのような室温検出器は備え付けられておらず、この制御を実現するためには新たに室温検出器を備えなければならないから、コストアップは避けることができないという問題点がある。
この発明は、この熱交換器温度検出手段10の利用範囲を広げるために、新たな空気調和機の運転制御方法を提案しており、空気調和機の圧縮機2と送風装置6とが運転を継続中において、前記制御装置12は圧縮機2だけを強制的に停止する運転停止モードを時々挿入している。そして、送風装置6だけの運転を継続することにより、前記エバポレータ5は室温とほぼ同じ温度になるから、この運転モード中に前記熱交換器温度検出手段10が検出する温度データを室温データと見なして、前記制御装置12は空気調和機の運転の継続・停止制御を行うものである。
このため、室温を維持する制御をしたり、室温を利用して制御する空気調和機であっても、専用の室温を検出するための温度検知手段が不要になり、この省略した温度検知手段からの温度データの取得は、マイコンなどによる空気調和機の制御方法の変更で対応できるから、室温検出手段の部品価格だけでなく、部品の管理と取り付けなどの加工工程が大幅に簡略化でき、実質的な空気調和機の運転制御性能を維持したまま、大きなコストダウンが実現できたものである。
即ち、前記圧縮機2の運転を変更する湿度検出手段11の設定湿度は、前記圧縮機2が停止して送風装置6のみ運転する圧縮機2の運転停止モードを利用して、前記熱交換器温度検出手段10で検出した温度に依存させて、熱交換器温度検出手段10が低温時にはそれに見合った湿度とし、高温時にはそれに見合った湿度に調整される制御としたので、専用の室温を検出する室温検出手段が無くとも、圧縮機2の停止時に入手した室温データによって、水分発生時や洗濯物の乾き具合に対応することが可能となり、使用者が期待する湿度感覚が得られる非常に快適な空気調和機の運転制御が実現可能となった。
5は減圧された液状の冷媒がガス化するエバポレータ、6はコンデンサ3やエバポレータ5に空気を通過させる送風ファンで構成する送風装置であり、図1に示す実施例の送風装置6は、前記コンデンサ3に処理用の空気を通過させて、コンデンサ3内の高温のガス状冷媒から熱を奪うことによって冷媒を液化する働きと、前記エバポレータ5に空気調和するための空気を通過させて、エバポレータ5内の液状の冷媒がガス化するときの気化熱を奪うことによって冷媒をガス化して気体の状態に戻す働きとが、一つの空気流によって実現できるシステムを作り出しており、エバポレータ5を通過して低温となった空気がコンデンサ3を通過して、高温のガス状冷媒から効率よく熱を奪うことができる。
そして、エバポレータ5で気化した冷媒は再び圧縮機2に戻されることによって冷凍サイクルを構成している。
7は枠体1内の前記エバポレータ5の下方に配置したドレンパン、8はドレンパン7で集められたドレン水を最終的に収納するドレンタンク、7aは前記ドレンパン7で集められたドレンを前記ドレンタンク8に誘導するためのドレン水経路であり、前記エバポレータ5によって発生するドレン水はドレンタンク8を使って製品内に一時的に貯めることが可能となっており、満量になれば外部に取り出して排水するものである。
また、各種運転モードの切り替えができない夫々の機能に特化したもののなかで、除湿運転を可能とする専用の空気調和機では、使用者のために除湿した快適環境を得るための除湿運転や、洗濯物の乾燥に適する乾燥運転といった、更に細かな運転目的を選択するための運転モードを備えたものがあり、前記運転選択スイッチ13は、使用者によってこのような運転モードの選択ができるようになっている。
室内の空気中の湿度は低温となったエバポレータ5の表面で結露してドレンとなって前記ドレンパン7に溜まるが、この時、エバポレータ5の表面温度が低いときには、ドレンが凍結して空気が通過する流路を塞いでしまうときがある。前記熱交換器温度検出手段10はこのエバポレータ5の凍結を監視するために配置されており、エバポレータ5の温度が零度以下を検知すると、前記制御装置12は空気調和機の運転を停止して異常運転を防止するなどの安全動作を行っており、空気調和機に必須となっている。
一般に湿度検出手段11は相対湿度を検出しており、この検出湿度は気温によって変化して室内の温度むらは直ちに湿度の違いになり、空気調和機本体の湿度検出手段11付近の相対湿度で制御される除湿状態が、空気調和機本体から離れた実際の室内の湿度に反映されないときがある。
しかし、除湿機の多くは日本の梅雨時や夏の高温多湿の時の室内空間を除湿して、乾いた空間を作り出すために利用され、空気調和機本体に設置した湿度検出手段11の検出の湿度と異なって室内の湿度が制御されていても、使用者の湿度感覚では外部よりも低湿度で良好に体の表面から水分が気化しているから快適環境となり、室内湿度と設定湿度に差があっても、その違いは特に問題にされなかった。
このようなときには、使用者の体の表面から気化する水分の量は室内のほかの加湿要因によって妨げられるから、その違いに使用者が気付き、除湿機の湿度制御機能が壊れているというクレームになることが多くなった。
また、一般に除湿機はエアコンを使うまでもない、梅雨時の室外が高湿度の時に部屋の湿気を除去するために多く使われるから、最近では、室外では乾きにくい洗濯物を乾燥するために、室内に物干しを持ち込んで使用する事例がある。このとき、物干しの周り(水周り)の空間が高湿度になっていても、除湿機本体の湿度検出手段11は低湿度を検出続けているから、除湿機は停止したままで洗濯物の乾きが悪く、このときも除湿機の湿度制御機能が壊れてしまっているとのクレームになっていた。
このように除湿機の機能として正常であっても、実際の使用感覚に問題点が指摘されている以上その対応が必要になり、如何に正常に動作している湿度制御に補正をかけるのか、始めてのことであるから解決すべき課題がある。
しかし、室温を検出するには新たに室内温度検出手段を設置しなければならないが、従来の除湿機能や除湿専用と呼ばれる運転を可能にする除湿機では、この種の室内温度検出手段を使う事例はなく、制御の仕方はよくわからない。また、一部の特殊な使用事例を良好にするためだけに、新たに室内温度検出手段を設置すれば除湿機のコストアップは避けることができず、価格的に同種の商品と比べて非常に不利となって商品価値を損なうことになる。
この発明は既存の冷凍サイクルを利用する空気調和機には必ず前記エバポレータ5に熱交換器温度手段10が設置してあるから、この熱交換器温度手段10を使う前記制御装置12の制御の仕組みを新たに提案することで、この熱交換器温度手段10を室内温度検出手段として機能させようとするものである。
この発明は熱交換器温度検出手段10が温度を検出するセンサで構成されている点に着目して、この熱交換器温度検出手段10を使って室温センサとして機能させる方法を提案しており、前記制御装置12は前記熱交換器温度検出手段10が凍結温度を検出しない前記圧縮機2と送風装置6との通常運転(制御装置12の作動で圧縮機2と送風装置6とが一時的に止められているときを含む)の途中に、送風装置6の運転を行ない圧縮機2を短時間停止する運転動作を「運転停止モード」として時々挿入している。
このように前記送風装置6の運転を継続したままで、前記圧縮機2を停止する運転モードを空気調和機の運転中に挿入することによって、はじめて、前記熱交換器温度検出手段10からは所定の時間間隔で空気調和する室内の温度が検出できるようになったもので、特に空気調和機に室温検出用のセンサを持たなくとも、通常運転に戻った空気調和機はこの熱交換器温度検出手段10の検出温度を直近の室内温度として、室温に基づく制御を初めて可能にとすることができた。
また、このためには制御装置12のプログラムの書き換えによる制御方法の変更によって実施可能であるから、部品の追加によるコストアップはなく、また、既に室温検出用のセンサを設置している空気調和機にあっては室温検出用のセンサを省略することで、コストダウンになる。
そして、湿度検出手段11で検出した湿度データと湿度設定手段11aでセットした湿度データによって、前記圧縮機2と送風装置6の運転を制御する制御装置12を記載した図2のブロック図において、12aは制御装置12のワークエリアとして機能する記憶手段である。
前記運転選択スイッチ13が空気調和機の運転状態として、除湿機能や除湿専用と呼ばれる運転を選択したときに、前記制御装置12は空気調和される室内の空気の湿度を前記湿度検出手段11によって適当なタイミングで検出して、前記記憶手段12aに室内湿度データとして記憶している。また、前記制御装置12は使用者が前記湿度設定手段11aで設定した設定湿度データも前記記憶手段12aに記憶している。
この記憶手段12aに記憶された室内湿度データと設定湿度データとを前記制御装置12が読み込んで比較し、もし室内湿度データが湿度設定手段11aで設定した設定湿度データよりも高湿度のときには、前記送風装置6と前記圧縮機2の運転を指示し、また、室内湿度データが湿度設定手段11aで設定した設定湿度データよりも低湿度になったときには、少なくとも前記圧縮機2の運転を停止し、前記湿度検出手段11の検出湿度が湿度設定手段11aの設定湿度を維持するように前記送風装置6と前記圧縮機2に断続運転を指示している。
このため、制御装置12は「運転停止モード」が終了して通常運転に復帰してからは、この通常運転では前記記憶手段12aに室温データが記憶されているから、この室温データを読み出して、空気調和機の運転に利用できるようになった。
このように加湿要因のあるところでは、この室温データが高い程、水分の気化が促進して、実際に湿度検出手段11の検出湿度データよりも室内は高湿度になりやすいから、前記制御手段12は「運転停止モード」が終了して通常運転の再開に先立って、ワークエリアである前記記憶手段12aに記憶させた、前記熱交換器温度検出手段10から読み取った室温データに基づいて、前記記憶手段12aに記憶されている室内湿度データを高湿度側に補正している。また、運転再開後において、前記湿度検出手段11によって検出される室内湿度データも同様に補正してから、前記記憶手段12aに記憶している。
このため、運転再開後は前記制御手段12が記憶手段12aに記憶した室内湿度データと設定湿度データとをあるタイミングで呼び出して比較し、室内湿度データが設定湿度データよりも高湿度のときには、送風装置6と圧縮機2の運転を指示し、同じ湿度になったときには少なくとも圧縮機2の運転を停止する。このため、圧縮機2が運転を停止する時の湿度は、補正のない通常状態で停止したときよりも低湿度になってから運転を停止することになる。
この記憶手段12aに記憶されている室内湿度データは実際に検出した湿度よりも高湿度になっており、制御装置12が設定湿度データと室内湿度データとを比較して除湿機の運転を制御するときには、補正前よりも運転時間が長くなり、実際は設定湿度よりもかなり低い湿度になってから圧縮機2の運転を停止する。また、室内に加湿要因があるときには、室内の湿度は局部的に高湿度の空間ができることを見越して補正されるから、通常の運転システムによっても早めに圧縮機2の運転が再開するものである。
したがって、空気調和機は補正前と比べて長く除湿運転を行うようになり、室内空気の湿度が補正前に比べて低湿度となるから、室内が加湿されやすい条件であっても、使用者の体感は期待した低湿度を感じることができるようになり、高湿度を感じて不満を漏らすようなことは避けられるようになった。
また、室内湿度データと設定湿度データは、それぞれ単独に、片方だけ補正するシステムの代りに、室内湿度データと設定湿度データとを同時に少しずつ補正しても良く、何れの補正方法でも、補正後に記憶された室内湿度データと設定湿度データとを使って、従来の空気調和装置を制御する機能はそのままで、比較的長く除湿運転が継続できるようになった。
即ち、前記熱交換器温度検出手段10が取り付けられる熱交換器であるエバポレータ5の表面は、圧縮機2が停止した直後はその表面に結露水が付着しており、エバポレータ5本体の温度低下だけでなく、結露水の気化熱によっても温度を低下させている。そして、圧縮機2の運転停止後から所定時間経過すれば、エバポレータ5を通過する室内空気によって結露水は乾き、また、エバポレータ5の温度も室温に近づいており、このときに検出した温度データはかなり正確な室温データと見なすことができる。
したがって、この温度データを室温データとして、前記制御装置12は前記記憶手段12aに記憶させることによって、空気調和機本体に室温検出手段が設置されていないときでも、エバポレータ5に設置した熱交換器温度検出手段10から、正確な室温データを得ることができた。
また、前記圧縮機2の運転停止直後の検出データを無視し、運転停止所定時間経過後の熱交換器温度検出手段10からの検出データを室温データとして、前記制御装置12が前記記憶手段12aに記憶する構成において、室温データを読み込むまでの時間は各種の条件を加味して、ある程度長い時間を設定しなければならず、このことも、運転停止モードの時間が長くなる要因である。
そして、この複数個の検出データの平均値は、運転停止モード直後の検出データでは1回目と2回目では大きな温度差になるが、ある時間経過すれば、前回の平均値と今回の平均値がほとんど同じになるから、このときの時間を圧縮機2の運転停止直後の検出データを無視続ける所定時間と見なして、この検出データを、温度データとして前記記憶手段12aに記憶することになる。
このため、圧縮機2の運転停止直後の検出データを無視続ける所定時間はそのときの環境条件による最短の時間となり、この短縮された時間であっても正確な室温を知ることができた。
また、運転停止モードの経過時間については、期待した正確度で室温データが得られれば、直ちに運転停止モードを完了させて通常運転に移行しても良く、このときの運転停止モードの実際の時間はかなり短くすることができ、空気調和機の運転への影響を非常に少なくすることができた。
S1は空気調和機の運転開始時において、運転選択スイッチ13の設定状態を読み込みを行なう運転選択データ読込のステップであり、S2の運転選択データ判断のステップで運転選択スイッチ13の選択状態を判断し、このフローチャートは除湿機の自動運転にかかるものであるから、これ以外の運転状態を選択しているときには、S3に進んで全ての運転条件を起動時の条件に戻して他の運転状態実行のステップを実施することになる。
S4は除湿機自動運転確認のステップで、除湿機がこのフローチャートで自動運転することが決定したから、圧縮機2と送風装置6へ運転の開始を指示する。S5では湿度設定手段11aでセットした湿度と湿度検出手段11から読み込んだ湿度とを記憶している記憶手段12aから、設定湿度データと室内湿度データを読み込む室内条件入力のステップであり、S6はこの読み込んだ両湿度データに基づいて運転を継続するかどうかの判断をする運転中止判断のステップである。
そして、記憶手段12aの室内湿度データが設定湿度データに到達しておれば、S7に進んで圧縮機停止のステップを実行し、次いでS9の遅延動作及び入力判断のステップを行なう。
また、設定湿度に到達していないときは、S8の圧縮機運転確認のステップで前記圧縮機2が室内湿度条件で停止していたときは再起動を指示ながら圧縮機2の運転状態を確認し、S9の遅延動作及び入力判断のステップを実行することになる。
このS9の遅延動作及び入力判断のステップは、空気調和機の運転状態を所定時間維持したままで、前記制御手段12は運転スイッチ9などの手動の入力手段や湿度検出手段11などのセンサの入力手段の情報を得て、記憶手段12に記憶されたデータを書換えたり、運転中止の指示があるときには、S10の運転停止のステップへ流れを指示している。やがて、所定の遅延動作時間がカウントアップすれば、S5の室内条件入力のステップに戻り、記憶手段12aから設定湿度データと室内湿度データの読み込みから動作を繰り返す。
図4に示すフローチャートにおいて、S11は遅延時間セットのステップであり、ここにセットした例えば15秒の時間間隔で図3のS5の室内条件入力のステップ以降の動作が1回実施され、その後は図4の動作が15秒間繰り返されることになる。S12は運転スイッチ9の押し状態を検出する運転スイッチ読込のステップ、S13は運転スイッチ判断のステップであり、S13の運転スイッチ判断のステップで運転スイッチ9が停止状態になったことを確認すると、図3のS10の運転停止のステップへ進み、空気調和機の運転を停止する。
S14は運転選択スイッチ13の設定状態を読み込む運転選択データ読込のステップであり、S15の他の運転状態判断のステップでは、運転選択スイッチ13の運転選択データの状態を判断し、除湿機の自動運転以外の運転状態を選択しているときには、図3のS3の他の運転状態実行のステップを実施することになる。
S16の除湿運転状態判断のステップでは、運転選択スイッチ13の選択状態を判断し、例えば洗濯物乾燥運転を選択している時には、S17の熱交換器温度読込のステップを実行し、このステップでは熱交換器の温度を検出し、この温度を記憶手段12aの室温データの記憶場所に書き込む動作を行ない、次のS19の設定湿度検出湿度読込のステップへ進む。
そして、S20の設定湿度室内湿度書込のステップでは、湿度検出手段11で検出した室内湿度データと、湿度設定手段から入力した設定湿度データを、前記記憶手段12aの室温データの書き込みがあるときには、この室温データに基づいて補正して、また、書き込みのないときにはそのまま、前記記憶手段12aに設定湿度データと室内湿度データとの書き込みを行なう。
その後、S21の遅延時間完了判断のステップで、S11でセットした遅延時間が完了したかを判断し、遅延時間に到達しないときには前記S12の運転スイッチ読込のステップから繰り返す。また、遅延時間に到達した時には図3のS5の室内条件入力に進むことになる。
即ち、図5に示すフローチャートにおいて、S22は室温を測定する時間間隔をカウントする室温カウンタの値を判断するリセット判断のステップであり、この室温カウンタが例えば測定間隔である20分と初回のゼロのときに、S23のカウンタゼロ設定のステップで室温カウンタをゼロリセットし、次にS24で圧縮機停止のステップに進む。このS24の圧縮機停止のステップでは圧縮機2の運転を停止し、また、必要なら送風装置6の送風を弱に落とす。但し、空気調和機の表示手段に圧縮機2や送風装置6の運転状態を表示する時には、この表示の変更はせずに圧縮機2や送風装置6の運転状態が変化する前の表示を維持している。そして、このS24の圧縮機停止のステップの後で、図4のS19の設定湿度検出湿度読込のステップに進むことになる。
また、S25のカウンタ第1判断のステップで、室温カウンタが例えば120秒ではないときは、S28のカウンタ第2判断のステップに進む。そして、室温カウンタが例えば125秒であればS29の熱交換器温度第2読込のステップで温度データを検出し、S30の第2温度データ記憶のステップで、この温度データを第2温度データとして前記記憶手段12aに記憶する。そして、このS30の第2温度データ記憶のステップの後で、図4のS19の設定湿度検出湿度読込のステップに進むことになる。
更に、S28のカウンタ第2判断のステップで、室温カウンタが例えば125秒ではないときは、S31のカウンタ第3判断のステップに進む。そして、室温カウンタが例えば130秒でないときは、そのまま、図4のS19の設定湿度検出湿度読込のステップに進むことになる。
以上の動作説明から明らかなように、図4に示すS17の熱交換器温度読込のステップの動作は、実施例では室温カウンタが室温測定間隔である20分と、3回の温度測定時である120秒、125秒、130秒以外の時間では、そのまま何もせずに素通りして図4のS19の設定湿度検出湿度読込のステップに進むようになっている。
従って、この実施例では20分毎にカウンタがゼロになり、その後2分経過してから熱交換器温度検出手段10によって熱交換器の温度を3回測定すると共に、圧縮機2は20分毎に温度測定中の約130秒間停止することになる。
2 圧縮機
3 コンデンサ
5 エバポレータ
6 送風装置
10 熱交換器温度検出手段11 湿度検出手段
11a 湿度設定手段
12 制御装置
13 運転選択スイッチ
Claims (2)
- 枠体(1)内には冷凍サイクルを構成するために、冷媒加圧用の圧縮機(2)と、ガス状冷媒を液化するコンデンサ(3)と、液化した冷媒を気化して冷却空気を作りだすエバポレータ(5)とを備え、該エバポレータ(5)及びコンデンサ(3)を通過する空気流を作る送風装置(6)を備えた空気調和装置であって、
前記エバポレータ(5)には熱交換器温度検出手段(10)を備え、
前記圧縮機(2)と送風装置(6)との運転を制御する制御装置(12)は、圧縮機(2)運転中の熱交換器温度検出手段(10)が低温検出時にエバポレータ(5)の凍結と判断して空気調和機の運転を停止すると共に、
前記制御装置(12)には、空気調和された空気の湿度を検出する湿度検出手段(11)と、希望する室内湿度を設定する湿度設定手段(11a)とを接続し、
空気調和機の運転状態である冷風運転や除湿運転を指示する運転選択スイッチ(13)が除湿運転を選択したときの前記制御装置(12)は、前記湿度検出手段(11)の検出湿度が湿度設定手段(11a)の設定湿度を維持するように前記送風装置(6)と前記圧縮機(2)に断続運転を指示すると共に、前記圧縮機(2)と送風装置(6)との通常運転の途中に、送風装置(6)を運転し圧縮機(2)を短時間停止する前記圧縮機(2)の運転停止モードを時々挿入し、
前記運転停止モードにおける前記圧縮機(2)の停止後に前記熱交換器温度検出手段(10)の温度データを検出し、この温度データを室温データとして入力し、前記湿度検出手段(11)の検出湿度及び/または前記湿度設定手段(11a)による設定湿度は入力した温度データによって補正され、
前記制御装置(12)は補正動作後の前記湿度検出手段(11)の検出湿度と前記湿度設定手段(11a)の設定湿度とに基づいて、前記送風装置(6)と前記圧縮機(2)に断続運転を指示することを特徴する空気調和機の制御方法。 - 前記運転停止モードにおける前記熱交換器温度検出手段(10)の温度データは、前記圧縮機(2)の運転停止直後の検出データを無視し、前記制御装置(12)は運転停止所定時間経過後の検出データを、温度データとして用いることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機の制御方法。
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