JP5975937B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
また、室内吸込み空気温度が低い場合、室内熱交換器の温度が下がり過ぎて0℃以下となるおそれがあり、室内熱交換器に付着した凝縮水が凍結して、室内熱交換器を破損するおそれがあるという問題があった。
したがって、冷え過ぎを抑えることができると共に、吹出口の周辺における結露防止および室内熱交換器の凍結防止を図ることができる。
図1〜図3は本発明の実施の形態1に係る空気調和機を説明するものであって、図1は冷媒回路の構成を模式的に示す冷媒回路図、図2は一部(室内機)を示す側面視の断面図、図3は一部(制御装置)の構成を示すブロック図である。なお、各図は模式的に示すものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図1において、空気調和機100は、互いに冷媒配管によって接続された室外機10と室内機20とを有している。
室外機10には、冷媒を圧縮する運転周波数(以下「圧縮機周波数」と称す)を変更可能な圧縮機1と、冷媒の流れ方向を変更するための四方弁2と、室外空気との間で熱交換する室外熱交換器3と、室外熱交換器3に向けて室外空気を供給する室外ファン4と、冷媒を膨張する膨張弁5とが設けられ、一方、室内機20には、室内空気との間で熱交換する室内熱交換器6と、室内熱交換器6に向けて室内空気を供給する室内ファン7とが設けられている。
一方、室内を暖房する場合には、圧縮機1から吐出された冷媒は、四方弁2、室内熱交換器6、膨張弁5、室外熱交換器3の順に流れ、再度四方弁2を経由して圧縮機1に戻る冷媒回路が形成され、冷凍サイクルが実行される。
図2において、室内機20は、室内90の天井91に形成された据付用凹部92に据え付けられた「天井埋め込み型」であって、下面22が開口した矩形状の筐体21を具備し、筐体21の天面23の中央に室内ファンモータ7aが設置され、室内ファンモータ7aに室内ファン翼7bが固定され、室内ファンモータ7aおよび室内ファン翼7bが室内ファン7を構成している。
そして、室内ファン翼7bを包囲するように室内熱交換器6が配置されている。このとき、室内熱交換器6は4つの部分に分けられ、かかる部分は、それぞれ筐体21の側面24(4面)に平行に配置され、側面24との間に風路25(4個所)が形成されている。
なお、開口した下面22には、矩形板状の化粧パネル26が着脱自在に設置され、化粧パネル26の側縁に沿って、風路25に対応した位置に、吹出口29が形成され、吹出口29に包囲された形で、中央範囲に吸込口27が形成されている。また、吸込口27と室内ファン翼7bとの間には、室内空気を効率的に室内ファン翼7bに案内するラッパ状(朝顔状)のシュラウド28が配置されている。
さらに、シュラウド28には、吸い込んだ室内空気の温度を検出する室内吸い込み空気温度センサー(以下「空気温度センサー」と称す)31と、吸い込んだ室内空気の湿度を検出する室内吸い込み空気湿度センサー(以下「空気湿度センサー」と称す)32とが設置され、室内熱交換器6には、室内熱交換器6の温度を検出する室内熱交換器温度センサー(以下「熱交換器温度センサー」と称す)33が設置されている。
そして、空気温度センサー31、空気湿度センサー32、および熱交換器温度センサー33の検出結果に基づいて、室内ファン7の毎分回転数や圧縮機1の回転周波数を制御する制御装置30が、室内機20に設置されている。
なお、空気温度センサー31および空気湿度センサー32の設置は、吸い込んだ室内空気の温度および湿度を検出することができる位置であれば、何れの位置であってもよい。
また、制御装置30を室外機10に設置してもよい。
制御装置30は、空気温度センサー31、空気湿度センサー32、および熱交換器温度センサー33の検出結果に基づいて、室内ファン7の毎分回転数Nfや圧縮機1の圧縮機周波数Hzを制御するものであって、下記制御フローに示す各ステップを実行するための手段(空気温度差ΔTの演算手段、空気温度差ΔTとサーモ閾値T1との比較手段、圧縮機周波数Hzの決定手段、圧縮機1への回転または停止の指令手段、室内ファン7の毎分回転数Nfの決定手段、空気温度差ΔTとファン閾値T2との比較手段、空気湿度Hinと乾湿閾値H1との比較手段、過冷却温度ΔTedpの演算手段、過冷却温度ΔTedpと過冷却閾値T4との比較手段、室内ファン7の停止時間と再回転時間との比較手段、空気温度差ΔTと乾燥サーモ閾値T5との比較手段)を有している。
図4および図5は本発明の実施の形態1に係る空気調和機を説明する制御フローを示すフローチャートである。
図4および図5を用いて、空気調和機100が冷房運転(室内熱交換器6に冷熱を供給して室内90を冷却する)を行う際の、制御フロー(動作)について説明する。
空気調和機100に電源が投入(ON)されると(S1)、空気温度センサー31は室内吸い込み空気温度(以下「空気温度」と称す)Tinの検出を、空気湿度センサー32は室内吸い込み相対湿度(以下「空気湿度」と称す)Hinの検出を、熱交換器温度センサー33は室内熱交換器6の温度(以下「熱交換器温度Te」と称す)の検出を、それぞれ開始する(S2)。
そこで、空気温度Tinと設定されている温度(以下「設定温度」と称す)Tsetとの空気温度差ΔTを求め(S3)、空気温度差ΔTと予め定めたサーモ閾値T1(例えば、1.5℃)との大小を比較する(S4)。
そして、空気温度差ΔTがサーモ閾値T1以下のとき、すなわち、空気温度Tinが設定温度Tsetに到達し、調和空気の吹出を必要としない場合、圧縮機1を停止(OFF)したままにし(S5)、図示しないリモコン等によって、運転停止を指令する停止釦が押されない限り(S6)、空気温度Tin、空気湿度Hinおよび熱交換器温度Teを検出するステップ(S2)に戻り、それ以降のステップを実行する。一方、停止釦が押されたときは、空気調和機100の運転を停止する(END)。なお、圧縮機1を停止(OFF)することを「サーモOFF」と称す。
一方、空気温度差ΔTがサーモ閾値T1を超えるとき、すなわち、空気温度Tinが設定温度Tsetに到達していない場合、圧縮機1を駆動する電力の周波数(以下「圧縮機周波数Hz」と称す)を、空気温度差ΔTの大きさに応じて決定し(S7)、当該決定された圧縮機周波数Hzで圧縮機1を回転(ON)する(S8)。なお、圧縮機1を起動(ON)することを「サーモON」と称す。
すなわち、圧縮機1を起動(ON)した場合には、圧縮機周波数Hzを制御するインバータ制御を実施して、空気温度差ΔTが大きい場合には、圧縮機周波数Hzを大きくして空調能力を大きくし、反対に、空気温度差ΔTが小さい場合には、圧縮機周波数Hzを小さくして空調能力を小さくしている(図6参照)。
そこで、空気湿度Hinが高湿度(例えば、78%)を超えているか否かを判定する(S9)。
そして、高湿度であると判定された場合には、室内ファン7の毎分回転数Nfを、空気湿度Hinと熱交換器温度Teとの関係から予め定められた毎分回転数Nf(図7参照)に決定し(S10)、当該決定された毎分回転数Nfで室内ファンモータ7aを回転する(S11)。そして、図示しないリモコン等によって、運転停止を指令する停止釦が押されない限り(S12)、空気温度Tin、空気湿度Hinおよび熱交換器温度Teを検出するステップ(S2)に戻り、それ以降のステップを実行する。一方、停止釦が押されたときは、空気調和機100の運転を停止する(END)。
一方、低湿度であると判定された場合には、室内ファン7の毎分回転数Nfを、空気湿度Hinと熱交換器温度Teとの関係から予め定められた毎分回転数Nf(図6参照)に決定し(S13)、当該決定された毎分回転数Nfで室内ファンモータ7aを回転する(S14)。
そこで、空気温度Tin、空気湿度Hinおよび熱交換器温度Teを検出し(S15)、空気温度差ΔT(ΔT=Tin−Tset)を求める(S16)。
次に、空気温度差ΔTが予め定めたファン閾値T2(例えば、1.0℃)を超え(ΔT>1.0℃)、熱交換器温度Teが予め定めた寒暖閾値T3(例えば、1.0℃)を超えて比較的暖かく(例えば、Te>8℃)、さらに空気湿度Hinが予め定めた乾湿閾値H1(例えば、68%)未満で比較的乾燥している(例えば、Hin<68%)場合には(S17)、室内ファン7を停止する(S18)。
一方、前記条件(「ΔT>T2」かつ「Te>T3」かつ「Hin<H1」)を満たさない場合、室内ファン7の回転を継続して、空気温度Tin、空気湿度Hinおよび熱交換器温度Teを検出するステップ(S13)に戻り、それ以降のステップを実行する。
さらに、室内ファン7を停止したところで(S18)、空気温度Tin、空気湿度Hinおよび熱交換器温度Teを検出し(S19)、吸い込んだ室内空気の露点温度Tdp、および熱交換器温度Teと露点温度Tdpとの差(以下「過冷却温度」と称す)ΔTedp(ΔTedp=Te−Tdp)を演算する(S20)。なお、露点温度Tdpは、空気線図から得られる近似式によって計算しても良いし、例えば、図8に示すようなテーブル(空気温度(乾球温度)Tinおよび空気湿度(相対湿度)Hinに対して整理されている)によって判定しても良い。
そして、空気温度Tinを検出して(S23)、空気温度差ΔTを求め(S24)、空気温度差ΔTと予め定めた乾燥サーモ閾値T5(例えば、−0.5℃)との大小を比較する(S25)。
一方、空気温度差ΔTが乾燥サーモ閾値T5超えのとき、すなわち、空気温度Tinが設定温度Tsetに到達したか、僅かに設定温度Tsetより低い場合、室内ファン7の毎分回転数Nfを、空気湿度Hinと熱交換器温度Teとの関係から予め定められた毎分回転数Nf(図6参照)に決定するステップ(S13)に戻り、それ以降のステップを実行する。
図6〜図8は本発明の実施の形態1に係る空気調和機を説明するものであって、図6は空気温度差から決まる圧縮機周波数の値を示すテーブル、図7は空気湿度と熱交換器温度とから決まる室内ファンの毎分回転数Nfの値(指数)を示すテーブル、図8は相対湿度と吸込み乾球温度とから決まる露点温度を示すテーブルである。
図6において、空気温度差ΔTが大きいほど、毎分回転数Nfを大きくし、室内空気の冷房を促進している。そして、空気温度差ΔTが乾燥サーモ閾値T5(例えば、−0.5)になったところで、圧縮機1を停止している。
図7において、熱交換器温度Teが最も低温で、空気湿度Hinが最も高湿度の場合の、室内ファン7の毎分回転数Nfを「100」と、熱交換器温度Teを4水準に区分し、かつ、熱交換器温度Teを5水準に区分して、それぞれの区分における室内ファン7の毎分回転数Nfを前記「100」に対する指数によって表示している。
すなわち、高湿度であると判定された場合(78%<Hin)、低湿度であると判定された(Hin≦78%)場合に比較して、室内ファン7の毎分回転数Nfは大きくなり、空気湿度Hinが高くなるほど、室内ファン7の略段階的に大きくなっている。また、同じ空気湿度Hinにおいては、熱交換器温度Teが低い程、室内ファン7の毎分回転数Nfは大きくなっている。
ここで、空気湿度Hinの乾湿閾値H1は、試験により結露しないような湿度と風量の関係を把握してテーブル(図6)を作成している。また、熱交換器温度Teの閾値は、下限側は、室内熱交換器6が凍結しないように「0℃」に余裕を持たせた「4℃」を下限とするようにして、可能な限り潜熱能力を確保するべく室内熱交換器6の温度を下げる方向で設定している。
図8は、数式に代えて、相対湿度と吸込み乾球温度とから決まる露点温度の値をテーブルで示したものであって、相対湿度(空気湿度Hinに相違等する)が高く(高湿)なる程、また、吸込み乾球温度(空気温度Tinに相違)が高く(高温)なるほど、露点温度(Tdp)の値が高くなっている。
空気調和機100は、「T>1.0℃」かつ「Te>8℃」かつ「Hin<68%」を満足する場合に、室内ファン7を停止している(S18)のは、低湿度かつ室内熱交換器6の凍結のおそれが無く、空気温度差ΔT(空気温度Tinと設定温度Tsetの差)が小さい場合に、さらに顕熱能力を落として除湿を行なうために、圧縮機1の運転を継続しながら、室内ファン7を停止することで、熱交換器温度Teをさらに下げている。すなわち、室内ファン7が停止している時には、室内熱交換器6において、吸込み空気との間で熱交換しないため、除湿できないが、室内ファン7を運転する際に熱交換器温度Teが下がっているため、小さな風量でも潜熱能力を確保することができる。
図9は本発明の実施の形態2に係る空気調和機を説明する一部(室内機)を示す側面視の断面図である。なお、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、図9は模式的に示すものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図9において、空気調和機200の室内機220には、実施の形態1における室内機20の化粧パネル26に、室内90の床面(図示しない)の温度を検知する床温度センサー34が備えたものである。
床温度センサー34は、床面から発する赤外線を検知して、非接触で床面の温度(以下「床温度Tf」と称す)を検出するサーモパイル形であるが、本発明は、その型式や形状等を限定するものではない。
ところで、人体が感じる体感温度には、周囲の空気温度に加え、空気の湿度や、床面ないし壁面から得られる輻射温度が大きく影響する。このため、空気調和機200は、空気調和機(実施の形態1)100の制御装置30が、空気温度Tin等に基づいて制御をしていたのに対し、空気調和機(実施の形態2)200の制御装置30は、空気温度Tinに代えて、体感温度Taを用いるものである。
すなわち、体感温度Taは、空気温度Tin、空気湿度Hin、床温度Tfの函数である式「Ta=Tin+α×(Hin−60)+β×(Tf−Tin)」で求められる。
このとき、αは空気湿度Hinを考慮する際の補正係数(デメンションは[℃/%])で、βは、空気温度Tinおよび床温度Tfを考慮する際の補正係数であり、試験により快適性指標から考慮した0から1の値を入れる(0<α<1.0、0<β<1.0)。
したがって、このように補正された体感温度Taを、空気調和機100における空気温度Tinの代わりに用いることで、前述の通り、圧縮機1の圧縮機周波数Hzは、低めの温度で制御することにより、圧縮機1の運転時間を短く、または圧縮機周波数を小さくすることができるため、省エネの運転が可能となる。
したがって、空気湿度Hinが高く、床温度Tfも高いため、実際の空気温度Tinよりも不快に感じるために、体感温度Taは空気温度Tinよりも高く補正している。この体感温度Taに基づいて制御することにより、より快適な運転が可能となる。
空気調和機200の制御装置30は、空気調和機100の制御装置30(図3参照)に床温度センサー34を接続し、体感温度Taの演算手段と、空気温度Tinの体感温度Taへの置き換え手段とを具備するものに同じであるから、図示を省略する。
Claims (2)
- 冷媒を圧縮する圧縮機周波数を変更可能な圧縮機、室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、および冷媒を膨張する膨張弁が設けられた室外機と、
室内に設置され、室内空気との間で熱交換する室内熱交換器、室内熱交換器に向けて室内空気を供給する室内ファン、室内からの吸い込んだ室内空気の温度を検出する室内吸い込み空気温度センサー、室内からの吸い込んだ室内空気の湿度を検出する室内吸い込み空気湿度センサー、前記室内熱交換器の温度を検出する熱交換器温度センサー、および少なくとも前記圧縮機および前記室内ファンを制御する制御装置が設けられた室内機と、を有し、
前記制御装置は、前記室内吸い込み空気温度センサーが検出した空気温度(Tin)と予め設定された温度である設定温度(Tset)との差である空気温度差(ΔT)が、予め定められた値であるサーモ閾値(T1)よりも大きいとき、前記室内吸い込み空気湿度センサーが検出した空気湿度(Hin)と前記熱交換器温度センサーが検知した熱交換器温度(Te)との関係から毎分回転数(Nf)を決定し、当該決定された毎分回転数(Nf)で前記室内ファンを回転した冷房運転を行い、
前記冷房運転において、前記空気温度差(ΔT)が、前記サーモ閾値(T1)よりも小さい予め定められた値であるファン閾値(T2)を超え、前記熱交換器温度センサーが検知した温度である熱交換器温度(Te)が予め定められた温度である寒暖閾値(T3)を超え、かつ、前記空気湿度(Hin)が予め定められた湿度である乾湿閾値(H1)未満であるとき、前記室内ファンを停止し、
さらに、前記室内ファンを停止した後、熱交換器温度(Te)と吸い込んだ室内空気の露点温度(Tdp)との差を過冷却温度(ΔTedp)として、該過冷却温度(ΔTedp)が予め定めた温度である過冷却閾値(T4)未満である場合、または、前記室内ファンを停止してから予め定められた時間である再回転時間が経過している場合、前記室内ファンを再度回転することを特徴とする空気調和機。 - 前記室内機は、前記室内の床面の温度を検出する床温度センサーを有し、
前記制御装置は、前記床温度センサーが検出した温度である床温度(Tf)と、前記空気温度(Tin)、および前記空気湿度(Hin)に基づいて、
Ta=Tin+α×(Hin−60)+β×(Tf−Tin)、
αは、空気湿度Hinを考慮する際の補正係数(デメンションは[℃/%])、
βは、空気温度Tinおよび床温度Tfを考慮する際の補正係数、
から体感温度(Ta)を求め、
前記空気温度(Tin)に代えて前記体感温度(Ta)に基づいて、前記圧縮機および前記室内ファンを制御することを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
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