JP2003139371A - 空気調和機 - Google Patents
空気調和機Info
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Abstract
することなく湿度制御を行う空気調和機を提供する。 【解決手段】 空気調和機は、室内吸込み温度センサの
検出した部屋の温度αからその部屋の目標相対湿度に相
当する目標蒸発器温度の範囲Km1,Km2を決定する
目標蒸発器温度決定手段S2と、室内熱交換器センサの
検出した蒸発器温度βと上記目標蒸発器温度の範囲Km
1,Km2とに基づいて、上記蒸発器の温度が上記目標
蒸発器温度の範囲内に入る(Km2≦β<Km1)よう
に圧縮機の運転周波数を制御する周波数制御手段S1
2,S19,S6とを備える。
Description
より詳しくは、空気調和機の除湿運転時の湿度制御に関
する。
て送り出す再熱除湿(ドライ)方式と呼ばれる除湿方式
を採用した空気調和機が主流になりつつある。
湿運転時、湿度センサを用いて湿度制御を行っている。
より具体的には、湿度センサからの出力をA/D変換し
てデジタル値に変え、その値をマイクロコンピュータ
(以下、マイコン)による演算によって相対湿度を求
め、この相対湿度と設定相対湿度との偏差に基づいて、
部屋の相対湿度が設定相対湿度になるように圧縮機の運
転周波数を制御している。
ンサを用いた湿度制御においては、相対湿度を求めるた
めのマイコンによる演算量が多い上、部屋の相対湿度を
求めるためだけに使用される湿度センサ自体も高価な電
気部品である。こうしたことから、湿度センサを用いた
湿度制御は空気調和機の製造コストを高くしている。
るために、湿度センサを使用することなく湿度制御を行
う空気調和機を提供することにある。
に、本発明は、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを備えた空気
調和機において、室内温度検出手段と、蒸発器温度検出
手段と、上記室内温度検出手段によって検出された部屋
の温度から、その部屋の目標相対湿度に相当する目標蒸
発器温度を決定する目標蒸発器温度決定手段と、上記蒸
発器温度検出手段によって検出された蒸発器温度と、上
記目標蒸発器温度決定手段によって決定された目標蒸発
器温度とに基づいて、上記蒸発器の温度が上記目標蒸発
器温度になるように上記圧縮機の運転周波数を制御する
周波数制御手段とを備えたことを特徴としている。
度と蒸発器温度の三者には相関関係がある。図4は本願
発明者が行った試験結果に基づく室温と蒸発器温度と相
対湿度との関係を示している。なお、この試験は、2.
8kWクラスの空調機を10畳の部屋に使用して行った
ものである。図4において、破線a,b,c,dはそれ
ぞれ試験結果から得られた相対湿度(RH%)40%,
45%,50%,55%のラインである。また、実線
A,B,C,Dはそれぞれ、試験結果からのRH%ライ
ンa,b,c,dをもとに得られた一次近似式でのライ
ンである。直線A,B,C,Dはそれぞれ同じ傾き15
/16を持つ。この図から、室温と相対湿度が決まれ
ば、蒸発器温度が一義的に決まることが分かる。本発明
はこの点に着目してなされたものである。なお、図4で
はグラフを見やすくするために、相対湿度40%,45
%,50%,55%以外の試験結果は省略している。
時あるいは除湿運転時、室内温度検出手段が部屋の温度
を検出する一方、蒸発器温度検出手段が蒸発器(室内熱
交換器)の温度を検出する。そして、検出された部屋の
温度から、目標蒸発器温度決定手段がその部屋の目標相
対湿度に相当する目標蒸発器温度を決定する。そして、
周波数制御手段が、検出された蒸発器温度と決定された
目標蒸発器温度とに基づいて、蒸発器の温度が上記目標
蒸発器温度になるように上記圧縮機の運転周波数を制御
する。このようにして、湿度の制御が行われる。
べきものは部屋の温度と蒸発器の温度だけであり、検出
手段としては、空調機ならば殆ど必ず搭載しているサー
ミスタ等の室内温度検出手段と蒸発器温度検出手段だけ
があればよい。高価な湿度センサは不要である。したが
って、本発明の空気調和機は安価に製造できる。
は、再熱除湿機能を有し、再熱除湿運転時に凝縮機とし
て機能する第1室内熱交換器と、蒸発器として機能する
第2室内熱交換器とを備え、上記再熱除湿運転時、上記
蒸発器温度検出手段は蒸発器として機能する上記第2室
内熱交換器の温度を蒸発器温度として検出し、上記周波
数制御手段は、上記第2室内熱交換器の温度が上記目標
蒸発器温度になるように上記圧縮機の運転周波数を制御
する。
おいては、室内の空気の温度と大きく異なる温度の風が
吹き出されるので、室内温度にむらが生じやすく、その
分、湿度制御の精度が低下しやすい。これに対して、再
熱除湿運転では、室内の空気を吸い込む一方、室温とほ
ぼ同じ温度の除湿された風を吹き出して循環させている
ので、室温ムラが殆ど生じない。吸い込み空気の温度つ
まり室温が一定になるので、高精度に湿度制御ができ
る。
決定手段は、演算によって目標蒸発器温度を求めてい
る。
インを表す傾きa(例えば15/16)の一次式を利用
すれば、ある室温に対する目標蒸発器温度は簡単に求め
られる。つまり、少ない計算量で目標蒸発器温度を算出
することができる。
りに、室温と、目標相対湿度を得るための蒸発器温度と
を1対1に対応付けたルックアップテーブルを空気調和
機に搭載しておいてもよい。上記目標蒸発器温度決定手
段は、このルックアップテーブルを参照することによ
り、目標蒸発器温度を得ることができる。
温度と上記目標蒸発器温度とを比較する比較手段をさら
に備え、上記目標蒸発器温度は上限と下限を有し、上記
比較手段は、検出された蒸発器温度と上記目標蒸発器温
度の上限および下限とを比較し、上記周波数制御手段
は、上記比較手段による比較結果に基づいて、蒸発器温
度が上記目標蒸発器温度の上限と下限の間に入るよう圧
縮機の運転周波数を制御するようにしてもよい。
制御手段は、検出された蒸発器温度が上記目標蒸発器温
度の上限以上のときには、所定時間(例えば10分)毎
に上記圧縮機の運転周波数を一定量(例えば、2Hz)
だけ増加させる制御を行い、検出された蒸発器温度が上
記目標蒸発器温度の下限未満のときには、所定時間(例
えば10分)毎に上記圧縮機の運転周波数を一定量(例
えば、2Hz)だけ減少させる制御を行い、検出された
蒸発器温度が上記目標蒸発器温度の下限以上かつ上限未
満のときには現在の上記圧縮機の運転周波数を維持する
制御を行ってもよい。
るためには、上記目標蒸発器温度の上限および下限をそ
れぞれKm1、Km2とし、室温をαとすると、Km
1、Km2はそれぞれ Km1=α×a+b1(℃)、Km2=α×a+b2
(℃) (但し、12/16≦a≦31/32、−22≦b1≦
−2、b1−4≦b2≦b1−1)に設定すればよい。
示す各直線A,B,C,Dの傾きは15/16である。
そこで、一例では、a=15/16、b1=−12、b
2=−14としている。つまり、上記目標蒸発器温度の
上限および下限をそれぞれ、α×15/16−12
(℃)およびα×15/16−14(℃)に設定してい
る。これにより、部屋の相対湿度を人間にとって快適と
感じられる50%近辺に収束させることができる。
より説明する。
機能を有する空気調和機の冷凍サイクルブロック図であ
る。図1において、1は圧縮機、2は四方弁、3は室外
熱交換器、4は室外ファン、5は室外ファンモータ、6
は電動膨張弁、7,8は閉鎖弁である。また、9,10
は第1,第2室内熱交換器、11は再熱除湿用キャピラ
リ、12は二方弁、13は室内ファン、14は室内ファ
ンモータである。また、15は室外機側配管を一括して
表し、16は室内機側配管を一括して表している。17
は室外機側配管15と室内機側配管16とを連絡させる
ための連絡配管である。また、22は室内温度検出手段
としての室内吸込み温度センサ、23は蒸発器温度検出
手段としての室内熱交換器温度センサ、32は室外吸込
み温度センサ、33は室外熱交換器温度センサである。
また、実線矢印は冷房時および再熱除湿運転時における
冷媒の流れる方向を表し、破線矢印は暖房運転時におけ
る冷媒流れる方向を表している。
示す切換位置に切り換えられ、電動膨張弁6は絞られる
とともに二方弁12は全開にされて、室外熱交換器3が
凝縮器として機能し、第1,第2室内熱交換器9,10
が蒸発器として機能する。また、再熱除湿運転時には、
電動膨張弁6は全開にされるととともに二方弁12は閉
じられて、室外熱交換器3と第1室内熱交換器9が凝縮
器として機能し、第2室内熱交換器10が蒸発器として
機能する。一方、暖房運転時には、四方弁2が点線で示
す切換位置に切り換えられ、二方弁12が全開にされ電
動膨張弁6が絞られて、第1,第2室内熱交換器9,1
0が凝縮器として機能し、室外熱交換器3が蒸発器とし
て機能する。
ック図である。図2に示すように、空気調和機は、室内
機に搭載されたマイコンによって構成される室内制御部
20と、室外機に搭載されたマイコンによって構成され
る室外制御部30とを備えている。上記室内制御部20
は、目標蒸発器温度を決定する目標蒸発器温度決定手段
と、検出された蒸発器温度と目標蒸発器温度とを比較す
る比較手段と、比較結果に基づいて上記蒸発器の温度が
上記目標蒸発器温度になるように圧縮機1の運転周波数
を制御する周波数制御手段を有するとともに、室外制御
部30は、室内制御部20の周波数制御手段と共同して
圧縮機1の運転周波数を制御する周波数制御手段を有す
る。室内制御部20と室外制御部30は互いにデータお
よび制御信号のやり取りをしている。
温度センサ22からの室温(室内機による吸い込み空気
の温度)を表す信号、室内熱交換器温度センサ23から
の蒸発器温度(冷房および再熱除湿運転時に蒸発器とし
て機能する第2室内熱交換器10の温度)を表す信号、
リモートコントローラ(以下、リモコン)21からの制
御信号が入力される。
温度センサ32からの外気温(室外機による吸い込み空
気の温度)を表す信号、室外熱交換器温度センサ33か
らの室外熱交換器温度を表す信号、およびCT(変流
器)センサ34からの信号が入力される。
て、速度制御回路25を介して室内ファンモータ14の
回転速度を制御すると共に、異常運転である旨の表示を
行う異常運転表示回路18を制御する。一方、室外制御
部30は入力された信号に応じて、速度制御回路35を
介して室外ファンモータ5の回転速度を制御すると共
に、運転モードに応じた四方弁2の切換および電動膨張
弁6の開閉を制御する。さらに、インバータ回路19の
制御を介して圧縮機1の運転周波数を制御する。
縮機の回転数つまり運転周波数の制御を、図5に示すよ
うに、蒸発器温度に応じて3つの湿度ゾーンに分けて行
うようにしている。図5において、RCゾーンは周波数
アップゾーン、RAゾーンは周波数ダウンゾーン、そし
て蒸発器温度Km1,Km2の間にあるRBゾーンが周
波数現状維持ゾーンである。制御の一例として、この実
施形態では、RCゾーンでは10分毎に1ステップ(F
1=2Hz)づつ周波数を増加させ、RAゾーンでは1
0分毎に1ステップ(F2=2Hz)づつ周波数を減少
させる制御を行う。運転開始時は周波数アップゾーンの
制御が行われる。また、ここでは、目標相対湿度を50
%付近に設定している。
ムを図3を用いて説明する。
センサ22によって吸い込み空気の温度つまり室温αの
検出が行われると共に、室内熱交換器温度センサ23に
よって第2室内熱交換器10の温度つまり蒸発器温度β
が検出される。
20によって、目標蒸発器温度の範囲つまり上限Km1
と下限Km2とが次の一次式(1),(2)を用いて算
出される。
室内熱交換器温度センサ23の設置位置等に応じて変化
する値であり、目標相対湿度が決まれば決まる値であ
る。また、aは12/16から31/32の範囲内の値
を取る。また、b2はb1よりも1〜4℃低い温度に設
定する。この実施形態においては、目標相対湿度を50
%付近に設定するため、aは15/16、b1は−12
℃、b2は−14℃と設定されている。それ故、目標蒸
発器温度の上限Km1および下限Km2はそれぞれ式
(1)’,(2)’ Km1=α×15/16−12(℃)...(1)’ Km2=α×15/16−14(℃)...(2)’ のαにステップ1で検出された室温の値を代入すること
により求められる。
蒸発器温度βと目標蒸発器温度の上限Km1とが比較さ
れる。比較の結果、蒸発器温度βが目標蒸発器温度の上
限Km1以上であると、図5に示すRCゾーン(周波数
アップゾーン)の制御を行うために、ステップS7に進
んでRAゾーン(周波数ダウンゾーン)での所定時間を
計時するためのタイマーT2をクリアすると共に、ステ
ップS8にてRCゾーンでの所定時間(ここでは10
分)を計時するためのタイマーT1がクリアされている
かどうかを判断し、クリアされていると、ステップS9
にてタイマーT1をセットして所定時間10分のカウン
トを開始し、ステップS1に戻る。
今度はタイマーT1はクリアされていないのでステップ
S10に進む。ステップS10では、タイマーT1がカ
ウントを終了したかどうかが判断される。10分が経過
しないあいだは、プログラムはステップS11に進んで
タイマーT1によるカウントが継続される。
と、ステップS10からステップS12に進んで、圧縮
機の運転周波数を1ステップ(F1=2Hz)分アップ
する指令を室外制御部30に対して出す。そして、次の
ステップS13で、再度タイマーT1をセットして、所
定時間10分の計時を開始し、ステップS1に戻る。圧
縮機の運転周波数を1ステップ(F1)分アップする指
令を受けた室外制御部30は、インバータ回路19に制
御信号を送って周波数を増加させ、圧縮機1の回転数を
上げる。以上の処理を繰り返すことによって、湿度が次
第に低下することになる。
蒸発器温度の上限Km1以上でないと判断されると、今
度はステップS4で蒸発器温度βが目標蒸発器温度の下
限Km2と比較される。比較の結果、蒸発器温度βが目
標蒸発器温度の下限Km2よりも低いと判断されると、
図5に示すRAゾーン(周波数ダウンゾーン)の制御を
行うために、ステップS14に進んで上記タイマーT1
をクリアすると共に、ステップS8にてRAゾーンでの
所定時間(ここでは10分)を計時するためのタイマー
T2がクリアされているかどうかを判断し、クリアされ
ていると、ステップS16にてタイマーT2をセットし
て所定時間10分のカウントを開始し、ステップS1に
戻る。
と、今度はタイマーT2はクリアされていないのでステ
ップS17に進む。ステップS17では、タイマーT2
がカウントを終了したかどうかが判断される。10分が
経過しないあいだは、プログラムはステップS18に進
んでタイマーT2によるカウントが継続される。
と、ステップS17からステップS19に進んで、圧縮
機の運転周波数を1ステップ(F2=2Hz)分ダウン
する指令を室外制御部30に対して出す。そして、次の
ステップS20で、再度タイマーT2をセットして、所
定時間10分の計時を開始し、ステップS1に戻る。圧
縮機の運転周波数を1ステップ(F2)分ダウンする指
令を受けた室外制御部30は、インバータ回路19に制
御信号を送って周波数を減少させ、圧縮機1の回転数を
下げる。以上の処理を繰り返すことによって、湿度が次
第に上昇することになる。
標蒸発器温度の下限Km2よりも低くないと判断される
と、ステップS5に進む。この場合、蒸発器温度βは目
標蒸発器温度の範囲内(Km2≦β<Km1)にあるた
め、両方のタイマーT1,T2ともクリアされ、S6
で、圧縮機の運転周波数を現状のまま維持する指令を室
外制御部30に対して出す。この指令を受けた室外制御
部30は、インバータ回路19を介して圧縮機1の回転
数を維持する制御を行う。
湿度は目標相対湿度である50%付近に収束される。
載した各ステップはすべて室内制御部20にて行うよう
にしたが、ステップS1で検出された温度α、βを表す
信号を室内制御部20から室外制御部30に送ることに
より、ステップS2以降の処理を室外制御部30にて行
うことも可能である。その場合には、ステップS12,
S19,S6での圧縮機周波数指令は直接にインバータ
回路19に対して出力されることになる。
器温度に幅を持たせた制御を行った。目標蒸発器温度に
は必ずしも幅を持たせなくてもよいが、幅を持たせた方
がゆとりのある制御が行える。
標相対湿度を50%近辺としているが、それ以外の数値
を設定してもよい。目標相対湿度を違う数値に設定した
場合には、上記一次式(1),(2)におけるa、b
1、b2をその目標相対湿度に対応した値とすればよ
い。なお、約40%〜70%RHを目標相対湿度とする
場合には、12/16≦a≦31/32、−22≦b1
≦−2、b1−4≦b2≦b1−1を満たすように、目
標蒸発器温度の上限Km1と下限Km2を設定すればよ
い。
器温度を計算によって求めたが、室温と、目標相対湿度
を得るための蒸発器温度とを1対1に対応付けたルック
アップテーブルを空気調和機に搭載しておいてもよい。
その場合、図3のステップS2は、このルックアップテ
ーブルを参照するステップとなる。
第2の室内熱交換器を備えて再熱除湿機能を有するもの
であったが、本発明は再熱除湿機能を持たない空気調和
機にも用いることができる。
冷凍サイクルブロック図である。
である。
制御のフロチャートである。
グラフである。
つの制御ゾーンを説明する図である
2)
Claims (6)
- 【請求項1】 圧縮機(1)と凝縮器と蒸発器とを備え
た空気調和機において、 室内温度検出手段(22)と、 蒸発器温度検出手段(23)と、 上記室内温度検出手段(22)によって検出された部屋
の温度から、その部屋の目標相対湿度に相当する目標蒸
発器温度(Km1,Km2)を決定する目標蒸発器温度
決定手段(20、S2)と、 上記蒸発器温度検出手段(23)によって検出された蒸
発器温度(β)と、上記目標蒸発器温度決定手段によっ
て決定された目標蒸発器温度とに基づいて、上記蒸発器
の温度が上記目標蒸発器温度になるように上記圧縮機
(1)の運転周波数を制御する周波数制御手段(20、
30、S6、S12、S19)とを備えたことを特徴と
する空気調和機。 - 【請求項2】 請求項1に記載の空気調和機において、 再熱除湿機能を有し、 再熱除湿運転時に凝縮器として機能する第1室内熱交換
器(9)と、蒸発器として機能する第2室内熱交換器
(10)とを備え、 上記再熱除湿運転時、上記蒸発器温度検出手段は蒸発器
として機能する上記第2室内熱交換器(10)の温度を
蒸発器温度として検出し、上記周波数制御手段(20、
30、S6、S12、S19)は、上記第2室内熱交換
器(10)の温度が上記目標蒸発器温度になるように上
記圧縮機(1)の運転周波数を制御することを特徴とす
る空気調和機。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の空気調和機に
おいて、 上記目標蒸発器温度決定手段(20、S2)は演算によ
って目標蒸発器温度を求めることを特徴とする空気調和
機。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
空気調和機において、 検出された蒸発器温度(β)と上記目標蒸発器温度(K
m1,Km2)とを比較する比較手段(20、S3、S
4)をさらに備え上記目標蒸発器温度は上限(Km1)
と下限(Km2)を有しており、 上記比較手段は、検出された蒸発器温度と上記目標蒸発
器温度の上限および下限とを比較し、 上記周波数制御手段は、上記比較手段による比較結果に
基づいて、蒸発器温度が上記目標蒸発器温度の上限と下
限の間に入るよう圧縮機の運転周波数を制御することを
特徴とする空気調和機。 - 【請求項5】 請求項4に記載の空気調和機において、 上記周波数制御手段(20、30、S6、S12、S1
9)は、 検出された蒸発器温度(β)が上記目標蒸発器温度の上
限(Km1)以上のときには、所定時間毎に上記圧縮機
の運転周波数を一定量だけ増加させる制御を行い、 検出された蒸発器温度(β)が上記目標蒸発器温度の下
限(Km2)未満のときには、所定時間毎に上記圧縮機
の運転周波数を一定量だけ減少させる制御を行い、 検出された蒸発器温度(β)が上記目標蒸発器温度の下
限(Km2)以上かつ上限(Km1)未満のときには現
在の上記圧縮機の運転周波数を維持する制御を行うこと
を特徴とする空気調和機。 - 【請求項6】 請求項4または5に記載の空気調和機に
おいて、 上記目標蒸発器温度の上限および下限をそれぞれKm
1、Km2とし、室温をαとすると、Km1、Km2は
それぞれ Km1=α×a+b1(℃)、Km2=α×a+b2
(℃) (但し、12/16≦a≦31/32、−22≦b1≦
−2、b1−4≦b2≦b1−1) に設定されていることを特徴とする空気調和機。
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