JP2003254585A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空調負荷が小さい状況でも適切な空調を継続
して室内を快適環境に維持することができる信頼性にす
ぐれた空気調和機を提供する。 【解決手段】 圧縮機１の運転周波数Ｆが許容最低運転
周波数Ｆminで、そのときの圧縮機能力が空調負荷に対
し過剰な状態にあれば、圧縮機１を停止し、室内への送
風を継続しながらその送風量および送風方向の少なくと
も一方を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空調負荷に応じ
て圧縮機の運転周波数を制御する空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機は、圧縮機、凝縮器、絞り弁
（膨張弁ともいう）、および蒸発器を順次に配管接続し
てなる冷凍サイクルを備え、圧縮機の運転周波数（イン
バータの出力周波数）Ｆを室内の空調負荷（室内温度Ｔ
ａと設定室内温度Ｔｓとの差）に応じて制御する。運転
開始時のように空調負荷が大きい状況では運転周波数Ｆ
が高めに設定され、運転が進んで空調負荷が減少するの
に伴い、運転周波数Ｆが低減される。

【０００３】運転周波数Ｆには許容し得る許容最高運転
周波数Ｆmaxおよび許容最低運転周波数Ｆminが設定され
ており、その範囲内で運転周波数Ｆが制御される。運転
周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆminに達したにもかか
わらず、まだ空調負荷が存在する場合には、運転周波数
Ｆが零に設定され、圧縮機の運転が停止される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】冷房運転時の運転周波
数Ｆ（Ｈｚ）、室内温度Ｔｓ（℃）、および暑気感の関
係を図９に示している。春や秋などの中間期、梅雨時、
あるいは最近の高気密・高断熱住宅のように、空調負荷
が比較的に小さくなる状況では、インバータ駆動式の圧
縮機といえども、圧縮機の停止が避けられない。圧縮機
が停止すると、その後で室内温度Ｔａが大きく変動し、
暑気感が増大して快適性が損なわれてしまう。

【０００５】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、空調負荷が小さい状況でも適
切な空調を継続して室内を快適環境に維持することがで
きる信頼性にすぐれた空気調和機を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の空
気調和機は、圧縮機、凝縮器、絞り弁、蒸発器を接続し
て冷媒を循環させる冷凍サイクルと、空調負荷に応じて
圧縮機の運転周波数を制御する周波数制御手段と、圧縮
機の運転周波数が許容最低運転周波数で、そのときの圧
縮機能力が空調負荷に対し過剰な状態にあれば、圧縮機
を停止し、室内への送風を継続しながらその送風量およ
び送風方向の少なくとも一方を制御する低能力運転制御
手段と、を備えている。

【０００７】

【発明の実施の形態】［１］以下、この発明の第１の実
施形態について図面を参照して説明する。

【０００８】図１に示すように、圧縮機１の吐出口に四
方弁２を介して室外熱交換器３が配管接続され、この室
外熱交換器３に絞り弁（膨張弁または流量調整弁ともい
う）４を介して室内熱交換器５が配管接続されている。
そして、室内熱交換器５に上記四方弁２を介して圧縮機
１の吸込口が配管接続されている。この配管接続によ
り、冷房および暖房が可能なヒートポンプ式冷凍サイク
ルが構成されている。

【０００９】冷房時は、圧縮機１から吐出される冷媒が
図示実線矢印の方向に流れ、室外熱交換器３が凝縮器、
室内熱交換器５が蒸発器として機能する。暖房時は、四
方弁２が切換わることにより、圧縮機１から吐出される
冷媒が図示破線矢印の方向に流れ、室内熱交換器５が凝
縮器、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。

【００１０】室外熱交換器３に対し室外送風機６が設け
られている。室外送風機６は、外気を吸い込んでそれを
室外熱交換器３に供給する。

【００１１】室内熱交換器５に対し室内送風機７、室内
温度センサ１１、室内湿度センサ１２が設けられてい
る。室内送風機７は、室内空気を吸い込み、それを室内
熱交換器５に通して室内に吹き出す。室内温度センサ１
１および室内湿度センサ１２は、室内送風機７によって
吸い込まれる室内空気の温度Ｔａおよび湿度Ｒａを検知
する。

【００１２】室内熱交換器５に温度センサ１３が取付け
られ、室内熱交換器５と四方弁２との間の配管に温度セ
ンサ１４が取付けられている。冷房運転時、蒸発器とし
て機能する室内熱交換器５から流出する冷媒の温度が温
度センサ１４で検知され、室内熱交換器５に入る冷媒の
温度が温度センサ１３で検知される。この温度センサ１
４の検知温度と温度センサ１３の検知温度との差が冷媒
の過熱度（スーパーヒートともいう）ＳＨとして検出さ
れる。

【００１３】室内機の概略を図２に示している。４０は
室内機で、前面に空気吸込口４１および空気吹出口４２
を有し、その空気吸込口４１から空気吹出口４２にかけ
て通風路４３を形成している。この通風路４３に室内温
度センサ１１、室内湿度センサ１２、室内熱交換器５、
および室内送風機７が設けられている。室内送風機７が
動作することにより、室内空気が空調吸込口４１を通し
て吸込まれる。吸込まれた空気は、室内熱交換器５で冷
却または暖められ、空調用空気として空気吹出口４２か
ら室内に吹出される。空気吹出口４２には、吹出し風の
方向を上下方向に調節するための吹出しフラップ４４が
設けられている。

【００１４】一方、商用交流電源２０にインバータ２１
が接続されている。インバータ２１は、商用交流電源２
０の電圧を整流し、その整流後の直流電圧をスイッチン
グにより制御部３０からの指令に応じた周波数の電圧に
変換し出力する。この出力が駆動電力として圧縮機１に
供給される。

【００１５】制御部３０は、当該空気調和機の全般にわ
たる制御を行う。この制御部３０に、上記四方弁２、絞
り弁４、室外送風機６、室内温度センサ１１、室内湿度
センサ１２、温度センサ１３，１４、インバータ２１、
速度調整回路３１、フラップ駆動回路３２、および受光
部３３が接続されている。速度調整回路３１は、制御部
３０からの指令に応じて、室内送風機７の速度を制御す
る。フラップ駆動回路３２は、制御部３０からの指令に
応じて、吹出しフラップ４４を駆動する。受光部３３
は、リモートコントロール式の操作器（以下、リモコン
と略称する）３４から発せられる運転条件設定用の赤外
線光を受光する。

【００１６】そして、制御部３０は、主要な機能として
次の（１）〜（３）の手段を備える。 （１）室内温度センサ１１の検知温度Ｔａとリモコン３
４の操作による設定室内温度Ｔｓとの差ΔＴを空調負荷
として求め、その空調負荷に応じて圧縮機１の運転周波
数（インバータ回路２１の出力周波数）Ｆを制御する周
波数制御手段。 （２）冷房運転時、室内熱交換器５（蒸発器）における
冷媒の過熱度ＳＨ（＝温度センサ１４，１３の検知温度
の差）が予め定めた一定値ＳＨｓを維持するように、絞
り弁４の絞り量（開度）を制御する開度制御手段。 （３）冷房運転時、圧縮機１の運転周波数Ｆが許容最低
運転周波数Ｆminで、そのときの圧縮機能力が空調負荷
に対し過剰な状態にあれば、室内送風機７の運転を継続
してその室内送風機７の送風量を制御する低能力運転制
御手段。

【００１７】つぎに、冷房運転時の作用を図３のフロー
チャートを参照して説明する。室内温度センサ１１の検
知温度Ｔａとリモコン３４の操作による設定室内温度Ｔ
ｓとの差ΔＴが空調負荷として求められ（ステップ１０
１）、その空調負荷に応じて圧縮機１の運転周波数Ｆが
制御される（ステップ１０２）。たとえば、運転開始時
のように空調負荷が大きい状況では運転周波数Ｆが高め
に設定され、運転が進んで空調負荷が減少するのに伴
い、運転周波数Ｆが低減される。

【００１８】運転周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆmin
より高い場合（ステップ１０３のＮＯ）、室内に吹出さ
れる空調用空気の風量（室内送風機７の速度）および風
向（吹出しフラップ４４の角度）が、自動設定またはリ
モコン３４の操作に応じて設定される（ステップ１０
４）。

【００１９】空調負荷が減少し、運転周波数Ｆが許容最
低運転周波数Ｆminになると（ステップ１０３のＹＥ
Ｓ）、そのときの圧縮機能力が空調負荷に対し過剰な状
態にあるかどうか判定される（ステップ１０５）。たと
えば、室内温度Ｔａが設定室内温度Ｔｓ以下に下がって
いれば、圧縮機能力が過剰であるとの判定の下に（ステ
ップ１０５のＹＥＳ）、インバータ２１の駆動が停止さ
れて圧縮機１が停止される（ステップ１０６）。このと
き、室内送風機７の運転は継続され、その送風量が上記
自動設定またはリモコン設定の対象となる規定最小風量
（弱風）と同じまたはそれ未満に減少されて調整される
（ステップ１０７）。この調整は、空調負荷に応じて行
われる。すなわち、上記温度差ΔＴが小さいほど、送風
量が減少方向に調整される。

【００２０】このように、圧縮機１を停止して規定最小
風量以下の送風を行うことにより、空調負荷の減少に対
処した適切な空調（冷房）を継続することができる。し
かも、風量を空調負荷に応じて調整するので、高い快適
性を確保することができる。規定最小風量以下の送風な
ので、送風が体に直接当たる不快なドラフト感を室内の
居住者に与えることもない。運転周波数Ｆ（Ｈｚ）、室
内温度Ｔｓ（℃）、および暑気感の関係を図４に示して
いる。圧縮機が停止した後の室内温度Ｔａの変動は従来
（図9）とあまり変わらないものの、暑気感が大幅に低
減される。

【００２１】［２］第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態の制御部３０の機能手段（３）に代え
て、次の（１１）が採用される。他の構成は第１の実施
形態と同じである。 （１１）冷房運転時、圧縮機１の運転周波数Ｆが許容最
低運転周波数Ｆminで、そのときの圧縮機能力が空調負
荷に対し過剰な状態にあれば、リモコン３４で特定の運
転モードたとえば就寝・弱冷房用の“おやすみ”運転モ
ードが設定されている場合に限り、室内送風機７の運転
を継続してその室内送風機７の送風量を制御する低能力
運転制御手段。

【００２２】図５のフローチャートに示すように、運転
周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆminで（ステップ１０
３のＹＥＳ）、そのときの圧縮機能力が空調負荷に対し
過剰な状態にあれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、“お
やすみ”運転モードが設定されている場合に限り（ステ
ップ１１１のＹＥＳ）、圧縮機１が停止されるとともに
（ステップ１０６）、室内送風機７による規定最小風量
以下の送風が継続される（ステップ１０７）。

【００２３】規定最小風量以下の送風による低能力運転
は、室内温度の変化が緩やかになる就寝・弱冷房用の
“おやすみ”運転において、快適性の面でより有効とな
ることから、この“おやすみ”運転モードのみに限定し
ている。他の作用効果については第１の実施形態と同じ
である。

【００２４】［３］第３の実施形態について説明する。
第１の実施形態の制御部３０の機能手段（３）に代え
て、次の（１２）が採用される。他の構成は第１の実施
形態と同じである。 （１２）冷房運転時、圧縮機１の運転周波数Ｆが許容最
低運転周波数Ｆminで、そのときの圧縮機能力が空調負
荷に対し過剰な状態にあれば、室内送風機７の運転を継
続するとともに、その室内送風機７の送風量を、室内湿
度センサ１２で検知される室内湿度Ｒａがリモコン３４
の操作による設定室内湿度Ｒｓ以下の場合は室内温度Ｔ
ａに応じて調整し、室内湿度Ｒａが設定室内湿度Ｒｓよ
り高い場合は室内湿度Ｒａに応じて調整する低能力運転
手段。

【００２５】図６のフローチャートに示すように、運転
周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆminで（ステップ１０
３のＹＥＳ）、そのときの圧縮機能力が空調負荷に対し
過剰な状態にあれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、圧縮
機１が停止されるとともに（ステップ１０６）、室内湿
度Ｒａと設定室内湿度Ｒｓとが比較される（ステップ１
１２）。この比較において、室内湿度Ｒａが設定室内湿
度Ｒｓ以下であれば（ステップ１１２のＹＥＳ）、室内
送風機７の運転が継続され、その送風量が室内温度Ｔａ
に応じて調整される（ステップ１０７ａ）。たとえば、
室内温度Ｔａと設定室内温度Ｔｓとの差ΔＴが小さいほ
ど、送風量が減少方向に調整される。室内湿度Ｒａが設
定室内湿度Ｒｓより高い場合は（ステップ１１２のＮ
Ｏ）、室内送風機７の運転が継続され、その送風量が室
内湿度Ｒａに応じて調整される（ステップ１０７ｂ）。
たとえば、室内湿度Ｒａと設定室内湿度Ｒｓとの差ΔＲ
が大きいほど、送風量が減少方向に調整される。

【００２６】圧縮機１を停止して室内送風機７の送風を
継続する場合、室内熱交換器５に付着している凝縮水
（ドレンともいう）が蒸発して室内に飛散し、室内湿度
Ｒａが上方方向に変化する。この点を考慮し、室内湿度
Ｒａと設定室内湿度Ｒｓとの差ΔＲが大きいほど、送風
量を減少方向に調整し、室内への凝縮水の飛散量を抑制
するようにしている。このように、室内湿度Ｒａが設定
室内湿度Ｒｓ以下の状況では温度優先による低能力運転
を実行するが、室内湿度Ｒａが設定室内湿度Ｒｓより高
い状況では湿度優先の低能力運転を実行することによ
り、居住者の体感湿度をも考慮した最適な室内環境を得
ることができる。他の作用効果は第１の実施形態と同じ
である。 ［４］第４の実施形態について説明する。制御部３０の
機能手段（３）に代えて、次の（１３）が採用される。
他の構成は第１の実施形態と同じである。 （１３）冷房運転時、圧縮機１の運転周波数Ｆが許容最
低運転周波数Ｆminで、そのときの圧縮機能力が空調負
荷に対し過剰な状態にあれば、室内送風機７を規定最小
風量以下でオン・オフ運転しながらそのオン時間を調整
する低能力運転制御手段。

【００２７】図７のフローチャートに示すように、運転
周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆminより高い場合（ス
テップ１０３のＮＯ）、室内送風機７が連続運転され、
その送風量および風向（吹出しフラップ４４の角度）
が、自動設定またはリモコン３４の操作に応じて設定さ
れる（ステップ１２１）。

【００２８】運転周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆmin
で（ステップ１０３のＹＥＳ）、そのときの圧縮機能力
が空調負荷に対し過剰な状態にあれば（ステップ１０５
のＹＥＳ）、圧縮機１が停止される（ステップ１０
６）。このとき、室内送風機７の運転は継続され、その
室内送風機７が規定最小風量以下でオン・オフ運転され
ながらそのオン時間が調整される（ステップ１２２）。
この調整は、空調負荷に応じて行われる。すなわち、温
度差ΔＴが小さいほど、オン時間が減少方向に調整され
る。オン時間が減少すると、室内送風機７の速度が低下
し、室内への送風量が減少する。室内送風機７のオン・
オフ運転のオフ時間については、リモコン３４の操作に
より設定が可能となっている。

【００２９】このように、圧縮機１を停止して規定最小
風量以下の送風を行うことにより、空調負荷の減少に対
処した適切な空調（冷房）を継続することができる。し
かも、室内送風機７をオン・オフ運転してそのオン時間
を空調負荷に応じて調整するので、室内温度状況に応じ
た最適な送風量を設定することができ、よって高い快適
性を確保することができる。規定最小風量以下の送風な
ので、送風が体に直接当たる不快なドラフト感を室内の
居住者に与えることもない。他の作用効果は第１の実施
形態と同じである。この第４の実施形態を第２および第
３の実施形態のいずれかと組合せて実行することももち
ろん可能である。 ［５］第５の実施形態について説明する。制御部３０の
機能手段（３）に代えて、次の（１４）が採用される。
他の構成は第１の実施形態と同じである。 （１４）冷房運転時、圧縮機１の運転周波数Ｆが許容最
低運転周波数Ｆminで、そのときの圧縮機能力が空調負
荷に対し過剰な状態にあれば、室内送風機７の運転を継
続するとともに、室内への送風方向を制御する低能力運
転制御手段。

【００３０】図８のフローチャートに示すように、運転
周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆminで（ステップ１０
３のＹＥＳ）、そのときの圧縮機能力が空調負荷に対し
過剰な状態にあれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、圧縮
機１が停止される（ステップ１０６）。そして、室内送
風機７の運転を継続したまま、吹出しフラップ４４が水
平より上向きに設定されてその角度が調整される（ステ
ップ１２３）。すなわち、温度差ΔＴが小さいほど、吹
出しフラップ４４の上向き角度が増大される。

【００３１】このように、圧縮機１を停止して送風を行
うことにより、空調負荷の減少に対処した適切な空調
（冷房）を継続することができる。とくに、送風方向を
上向き（天井向き）に設定するので、天井面等を介した
緩やかな熱拡散が生じるとともに、送風が体に直接当た
る不快なドラフト感を解消することができる。

【００３２】他の作用効果は第１の実施形態と同じであ
る。この第５の実施形態を第２ないし第４の実施形態の
いずれかと組合せて実行することももちろん可能であ
る。要は、室内への送風量および送風方向の少なくとも
一方を制御すればよい。なお、送風方向を吹出しフラッ
プ４４によって上向きに設定することに加え、たとえば
吹出しフラップ４４を複数枚に分割してその選択的な開
閉による吹出し面積の可変を行う構成としてもよい。

【００３３】なお、上記各実施形態では、冷房運転につ
いて説明したが、暖房運転についても応用が可能であ
る。その他、この発明は上記各実施形態に限定されるも
のではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能で
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、空
調負荷が小さい状況でも適切な空調を継続して室内を快
適環境に維持することができる信頼性にすぐれた空気調
和機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各実施形態の冷凍サイクルおよび制御回路の構
成を示す図。

【図２】各実施形態の室内機の内部の構成を概略的に示
す図。

【図３】第１の実施形態の作用を説明するためのフロー
チャート。

【図４】第１の実施形態における室内温度変化、運転周
波数変化、および暑気感変化を示す図。

【図５】第２の実施形態の作用を説明するためのフロー
チャート。

【図６】第３の実施形態の作用を説明するためのフロー
チャート。

【図７】第４の実施形態の作用を説明するためのフロー
チャート。

【図８】第５の実施形態の作用を説明するためのフロー
チャート。

【図９】従来の空気調和機における室内温度変化、運転
周波数変化、および暑気感変化を示す図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…絞り
弁、５…室内熱交換器、７…室内送風機、１１…室内温
度センサ、１２…室内湿度センサ、１３，１４…温度セ
ンサ、２１…インバータ、３０…制御部、３１…速度調
整回路、３２…フラップ駆動回路、３３…受光部、４０
…室内機、４１…空気吸込口、４２…空気吹出口、４４
…吹出しフラップ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、絞り弁、蒸発器を接続
   して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、 空調負荷に応じて前記圧縮機の運転周波数を制御する周
   波数制御手段と、 前記圧縮機の運転周波数が許容最低運転周波数で、その
   ときの圧縮機能力が前記空調負荷に対し過剰な状態にあ
   れば、前記圧縮機を停止し、室内への送風を継続しなが
   らその送風量および送風方向の少なくとも一方を制御す
   る低能力運転制御手段と、 を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 前記低能力運転制御手段は、室内への送
   風量を規定最小風量以下に減少する、ことを特徴とする
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 【請求項３】 前記低能力運転制御手段は、室内送風機
   を規定最小風量以下でオン・オフ運転しながらそのオン
   時間を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の空
   気調和機。
4. 【請求項４】 前記低能力運転制御手段は、室内への送
   風方向を上向きに設定する、ことを特徴とする請求項１
   に記載の空気調和機。
5. 【請求項５】 前記低能力運転制御手段は、前記送風量
   または前記送風方向を、室内湿度が設定室内湿度以下の
   場合は室内温度に応じて調整し、室内湿度が設定室内湿
   度より高い場合は室内湿度に応じて調整する、ことを特
   徴とする請求項１に記載の空気調和機。
6. 【請求項６】 前記低能力運転制御手段は、特定の運転
   モードが選定された場合にのみ機能することを特徴とす
   る請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の空気調和
   機。