JP2004132573A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】快適性や経済性に応じた好みの運転で目標室内温度及び目標室内湿度に近づけることが可能な空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機３と、室外熱交換器５と、室外膨張弁６と、室内熱交換器７とを順次接続した冷媒循環回路を備える。室内熱交換器７を、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とに分割し、この第１熱交換器１２と第２熱交換器１３との間に室内膨張弁１５を介設する。第１・第２熱交換器１２、１３を蒸発器として機能させる冷房運転と、第１熱交換器１２を凝縮器として機能させると共に第２熱交換器１３を蒸発器として機能させる除湿運転とを可能とする。室内熱交換器７にて調和された吹出空気の顕熱比を一定に維持した状態での吹出空気の風量調整を可能とした。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機に関し、特に冷房除湿運転が可能な空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷房運転と除湿運転とが可能な空気調和機としては、図４に示すものがある（例えば、特許文献１）。この空気調和機は室外機５１と室内機５２とを備える。室外機５１は、圧縮機５３と、室外熱交換器５４と、室外膨張弁５５とを有し、室内機５２は室内熱交換器５６を有する。また、室内熱交換器５６は、第１熱交換器５７と第２熱交換器５８とに分割形成され、この第１熱交換器５７と第２熱交換器５８との間に室内膨張弁５９が介設されている。
【０００３】
そして、冷房運転は、室外膨張弁５５を調整開度とすると共に、室内膨張弁５９を全開状態として、圧縮機５３を駆動させる。これにより、圧縮機５３から吐出された冷媒は、室外熱交換器５４を通過した後、室外膨張弁５５で減圧膨張して、第１熱交換器５７及び第２熱交換器５８を順次通過し、圧縮機５３に返流される。この際、室外熱交換器５４が凝縮器として機能すると共に、第１熱交換器５７及び第２熱交換器５８が蒸発器として機能し、室内から吸収した熱量を室外へ放出して室内冷房が行われる。
【０００４】
また、除湿運転（再熱除湿運転）は、室外膨張弁５５を全開又はそれに近い状態とすると共に、室内膨張弁５９を適度に絞った状態として、圧縮機５３を駆動させる。これによって、圧縮機５３から吐出された冷媒は、室外熱交換器５４、室外膨張弁５５、第１熱交換器５７、室内膨張弁５９、第２熱交換器５８へと流れる。この際、冷媒の凝縮が第１熱交換器５７で生じた後、第２熱交換器５８で蒸発して圧縮機５３に返流される。これにより、第２熱交換器５８を通過する室内空気は冷却されて除湿され、その後、この湿調された空気が第１熱交換器５７を通過して加熱されて温調されて、室内に吹出されることになる。このため、空気吹出温度が空気吸込温度とほぼ同等となる再熱除湿運転を行うことができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−１２１３５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図４に示すような空気調和機では、室内目標温度及び室内目標湿度を決定（設定）すれば、その調和された空気の室内への吹出温度は一意的に決められていた。そのため、ユーザは吹出温度を調整することができず、冷たい空気に当りたい場合、又は逆に冷たい空気に当りたくない場合等においてそれらに対応する運転ができなかった。また、意図した省エネ運転もできなかった。すなわち、従来のこの種の空気調和機では、快適性や経済性に応じたユーザの好みの運転ができなかった。
【０００７】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、快適性や経済性に応じた好みの運転で室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることが可能な空気調和機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の空気調和機は、吹出空気の顕熱比を一定に維持した状態でのこの吹出空気の風量調整を可能としたことを特徴としている。
【０００９】
請求項１の空気調和機では、吹出空気の顕熱比を一定に維持するので、吹出温度が変化しても、室内ファンの風量を調節することによって、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。例えば、冷房除湿運転時において、吹出温度を高くした場合には、吹出空気の風量を大きくし、吹出温度を低くした場合には、吹出空気の風量を小さくすることができる。これによって、吹出温度が相違しても、同一の室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。なお、この空気調和機では、暖房加湿を行うことも可能である。
【００１０】
請求項２の空気調和機は、室内熱交換器７を、第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とに分割すると共に、この第１熱交換器１２と第２熱交換器１３との間に室内膨張弁１５を介設し、圧縮機３からの冷媒が、第１熱交換器１２、室内膨張弁１５、第２熱交換器１３へと循環する冷媒循環回路を設けたことを特徴としている。
【００１１】
上記請求項２の空気調和機では、室内膨張弁１５を調整することによって、第１熱交換器１２を凝縮機として機能させると共に、第２熱交換器１３を蒸発機として機能させることができる。これによって、室内空気は第２熱交換器１３を通過することによって冷却されて除湿され、さらに、第１熱交換器１２を通過することによって加熱されて温調されることになる。すなわち、除湿によって冷却された空気を再度暖める再熱除湿運転を行うことができる。そして、室内熱交換器７にて調和された吹出空気の顕熱比を一定に維持することで、吹出温度が変化しても、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。なお、この空気調和機では、吸込空気を調和する際には、湿調した空気と、温調した空気とを混合するものであっても、湿調した空気をその後温調するものであってもよい。
【００１２】
請求項３の空気調和機は、上記第２熱交換器１３を通過して湿調された空気がその後上記第１熱交換器１２を通過して温調されることを特徴としている。
【００１３】
上記請求項３の空気調和機では、第２熱交換器１３を通過する室内空気は冷却されて除湿され、その後、この湿調された空気が第１熱交換器１２を通過して加熱されて温調されて、室内に吹出されることになる。これにより、目標とする温度と湿度の空気を安定して吹出すことができる。
【００１４】
請求項４の空気調和機は、上記冷房除湿運転において、吹出空気の温度を吸込温度に近い温度とすることを特徴としている。
【００１５】
上記請求項４の空気調和機では、吹出空気の温度を吸込温度に近い温度とすることができるので、冷風による不快感を防止でき、しかも、室内温湿度を室内目標温湿度に近づけることができる。
【００１６】
請求項５の空気調和機は、上記冷房除湿運転において、小消費電力となるように、吹出空気の温度を制御することを特徴としている。
【００１７】
上記請求項５の空気調和機では、小消費電力となるように、吹出空気の温度を制御することができ、経済的な運転が可能であって、しかも、室内温湿度を室内目標温湿度に近づけることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の空気調和機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこの空気調和機の簡略図を示す。この空気調和機は、室外機１と室内機２とを備え、室外機１側には、圧縮機３と、四路切換弁４と、室外熱交換器５と、室外膨張弁６等が配置され、室内機２側には、室内熱交換器７が配置される。すなわち、圧縮機３と、四路切換弁４と、室外熱交換器５と、室外膨張弁６、室内熱交換器７等で冷媒循環回路が形成される。
【００１９】
具体的には、圧縮機３の吐出管８が四路切換弁４の一方の１次ポートに接続され、圧縮機３の吸入管９が四路切換弁４の他方の１次ポートに接続され、四路切換弁４の一方の２次ポートが冷媒配管１０を介して室外熱交換器５に接続され、室外熱交換器５が冷媒配管１１を介して室外膨張弁６に接続される。また、室内熱交換器７は、第１熱交換器１２と、第２熱交換器１３とに分割形成され、この第１熱交換器１２と第２熱交換器１３とを連結する冷媒配管１４に室内膨張弁（電動膨張弁）１５が介設されている。そして、室外膨張弁６と第１熱交換器１２とが冷媒配管１６にて接続され、第２熱交換器１３と四路切換弁４の他方の２次ポートとが冷媒配管１７にて接続されている。また、室外熱交換器５には室外ファン１８が付設され、室内熱交換器７には室内ファン１９が付設されている。
【００２０】
そして、この空気調和機の制御部としては、室内の温度を検出する温度検出器２０と、室内の湿度を検出する湿度検出器２１と、第１熱交換器１２の温度を検出する温度検出器２２と、第２熱交換器１３の温度を検出する温度検出器２３と、第２熱交換器１３の通過温度を検出する温度検出器２４と、吹出温度（室内ファン１９の駆動によって、第２熱交換器１３及び第１熱交換器１２を通過して、室内へ吹出される吹出空気温度）を検出する温度検出器２５と、室内目標温度や室内目標湿度等を設定する設定手段２６と、上記各検出器からのデータ等が入力される制御手段２７等を備える。そして、制御手段２７に入力される各種のデータに基づいて、圧縮機３の運転周波数、室外膨張弁６の開度、室内膨張弁の開度等が制御される。なお、各温度検出器２０・・としては、例えば温度検出サーミスタ等を使用することができ、湿度検出器としては、乾湿球式、毛髪式、水晶振動子式、高分子系センサー、金属酸化物系センサー等の種々のセンサーを使用することができる。また。制御手段２７及び設定手段２６等は、マイクロコンピュータ等にて構成することができる
【００２１】
このように構成された空気調和機において、通常の冷房運転を行う場合、室外膨張弁６を制御（調整）開度とすると共に、室内膨張弁１５を全開状態とし、さらには、四路切換弁４を図１の実線で示す状態に切換える。この状態で圧縮機３を駆動させる。これにより、圧縮機３から吐出された冷媒は、室外熱交換器５を通過した後、室外膨張弁６で減圧膨張して、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１３を順次通過し、圧縮機３に返流される。この際、室外熱交換器５が凝縮器として機能すると共に、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１３が蒸発器として機能し、室内から吸収した熱量を室外へ放出して室内冷房が行われる。
【００２２】
また、除湿運転は、室外膨張弁６を全開状態又はこれに近い状態とすると共に、室内膨張弁１５を所定の開度に絞り、圧縮機３を駆動させる。これにより、圧縮機３から吐出された冷媒は、室外熱交換器５及び第１熱交換器１２を通過した後、室内膨張弁１５で減圧膨張して、第２熱交換器１３を通過して圧縮機３に返流される。この際、室外熱交換器５及び第１熱交換器１２が凝縮器として機能すると共に、第２熱交換器１３が蒸発器として機能する。従って、第２熱交換器１３を通過する室内空気は冷却されて除湿され、その後この湿調された空気が第１熱交換器１２を通過して加熱されて温調され、室内に吹出されることになる。このため、除湿によって冷却された空気を再度暖める再熱除湿運転を行うことができる。
【００２３】
そして、暖房運転は、室外膨張弁６を制御（調整）開度とすると共に、室内膨張弁１５を全開状態とし、さらには、四路切換弁４を図１の破線で示す状態に切換える。この状態で圧縮機３を駆動させる。これにより、圧縮機３から吐出された冷媒は、第２熱交換器１３及び第１熱交換器１２を順次通過した後、室外膨張弁６で減圧膨張して、室外熱交換器５を通過して圧縮機３に返流される。この際、第１熱交換器１２及び第２熱交換器１３が凝縮器として機能すると共に、室外熱交換器５が蒸発器として機能し、室内へ加熱された（暖められた）空気が吹出される。
【００２４】
次に、上記再熱除湿運転モードを利用した冷房除湿運転を図２の空気線図を使用して説明する。室内空気（ＲＡ）は最初に蒸発器として機能する第２熱交換器１３（温度Ｔｆｅ１）に接触して、Ｍ１の状態となる。次に再熱器として機能している第１熱交換器１２（温度Ｔｆｒ１）に接触して、ＳＡ１の状態となって室内へ吹出される。この際、室内空気（吸込空気）として、例えば、温度が２７℃で、湿度が５０％で、絶対湿度（ｘ）が０．０１１ｋｇ／ｋｇであり、上記Ｔｆｅ１、Ｔｆｒ１、Ｍ１、ＳＡ１等は次の表１のようになる。
【００２５】
【表１】

【００２６】
そして、この表１に示す状態（再熱器である第１熱交換器１２の凝縮温度が高い場合）から第１熱交換器（再熱器）１２の圧力が低下してこの第１熱交換器１２の温度がＴｆｒ２に低下した場合には、蒸発器として機能している第２熱交換器１３の圧力を低下させることによって、この第２熱交換器（蒸発器）１３の温度をＴｆｅ１まで低下させ、Ｍ２の状態を経由して吹出空気を等ＳＨＦ線上の点のＳＡ２に持ってくるようにしている。この再熱器圧力が低下した状態（再熱器である第１熱交換器１２の凝縮温度が低い場合）の各Ｔｆｅ２、Ｔｆｒ２、Ｍ２、ＳＡ２等は次の表２のようになる。なお、表１と表２において、蒸発器フィン温度とは第２熱交換器１３の温度であり、再熱器フィン温度とは第１熱交換器１２の温度である。
【００２７】
【表２】

【００２８】
ここで、ＳＨＦとは顕熱比であり、次の数１にて求めることができる。なお、この場合、等ＳＨＦを０．５としているが、もちろんこれに限るものではない。
【００２９】
【数１】

【００３０】
上記の場合、吹出空気はＳＡ１の状態からＳＡ２の状態に移動したことになり、ΔＴ（吸込空気と吹出空気との温度差）、Δｘ（吸込空気と吹出空気との絶対湿度差）は、それぞれ３倍になっている。すなわち、ＳＡ１の状態では、ΔＴが２（℃）であり、Δｘが０．００１（ｋｇ／ｋｇ）であるのに対し、ＳＡ２の状態では、ΔＴが６（℃）であり、Δｘが０．００３（ｋｇ／ｋｇ）であり、６（℃）÷２（℃）＝３となり、０．００３（ｋｇ／ｋｇ）÷０．００１（ｋｇ／ｋｇ）＝３となる。このため、ＳＡ２の状態において、室内ファン１９の風量をＳＡ１の状態の室内ファン１９の風量の１／３とすれば、再熱器凝縮温度が低下して吹出温度が低下しても、表１の状態と同一の室内目標温度及び室内目標湿度にすることができる。
【００３１】
すなわち、ＳＡ１の状態では、吹出温度が２５℃であり、吸込空気の温度に近接し、また、絶対湿度が０．０１０（ｋｇ／ｋｇ）であり、吸込空気の絶対湿度に近接しているので、室内ファン１９の風量を大として、このＳＡ１の状態の空気を吹出させている。これに対して、ＳＡ２の状態では、吹出温度が２１℃であり、吸込空気の温度よりもかなり低く、また絶対湿度が０．００８（ｋｇ／ｋｇ）であり、吸込空気の絶対湿度よりもかなり低いので、室内ファン１９の風量を小とすることによって、このＳＡ２の状態の空気を吹出させて、ＳＡ１の状態の空気を吹出した場合と同様の室内目標温度及び室内目標湿度とすることができる。
【００３２】
次に図３のフローチャート図を使用して、再熱除湿運転モードを利用した冷房除湿運転の制御を説明する。まず、設定手段２６にて、室内目標温度と室内目標湿度と室内機吹出温度とを設定し、これらを制御手段２７に入力する（ステップＳ１）。この場合、この設定値はユーザ等が任意に設定（決定）することができ、固定式又は非固定式のリモコン等のボタンを操作することによって、その設定値を指定することができる。次にステップＳ２へ移行して、現在の室内温度（吸込空気温度）を上記温度検出器２０にて検出すると共に、現在の室内湿度を上記湿度検出器２１にて検出する。次にステップＳ３へ移行して、吹出空気のＳＨＦと風量とを計算する。次にステップＳ４へ移行して、その吹出風量が風量上限値以下か否かを判断する。ここで、風量上限値とは、予め設定された吹出風量の上限値であり、任意に設定することができる。
【００３３】
そして、ステップＳ４で風量上限値以下でなければ、つまり風量上限値を越えていれば、ステップＳ５へ移行して、吹出温度を吹出風量が上限値となる温度に変更する。また、ステップＳ４で風量上限値以下であれば、ステップＳ６へ移行して、その吹出風量が風量下限値以上か否かを判断する。ここで、風量下限値とは、予め設定された吹出風量の下限値であり、任意に設定することができる。ステップＳ６で風量下限値以上でなければ、つまり風量上限値未満であれば、ステップＳ７へ移行して、吹出温度を吹出風量が下限値となる温度に変更する。ステップＳ６で風量下限値以上であれば、ステップＳ８へ移行する。また、ステップＳ５及びステップＳ７からはステップＳ８へ移行する。
【００３４】
ステップＳ８では、現在の室内温湿度（室内の温度及び湿度）、目標室内温湿度（室内の温度及び湿度）、ＳＨＦ、吹出温度値を元に、制御手段２７のメモリーに格納された数表から、室外機ファン（室外ファン）１８の風量、圧縮機周波数（圧縮機３の周波数）、室外機膨張弁（室外膨張弁）６の開度、室内機膨張弁（室内膨張弁）１５の開度を決定する。その後は、ステップＳ２へ戻る。これによって、現在の状態から室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。すなわち、吹出空気の顕熱比が一定となるように、室外ファン１８の風量、圧縮機３の周波数、室外膨張弁６の開度、室内膨張弁１５の開度を調整し、吹出温度に応じた吹出風量にすることよって、室内を、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけるものである。
【００３５】
したがって、例えば、吹出空気が低温で乾いた空気であれば、吹出風量を小さくすることによって、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけ、逆に、吹出空気が比較的高温であまり乾いていない空気であれば、吹出風量を大きくすることによって、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけるものである。
【００３６】
このため、室内温湿度を室内目標温湿度に近づける冷房除湿運転において、吹出空気の温度を吸込温度に近づけることができる運転が可能である。これによって、吹出空気に直接当る位置にいる吹出口近傍のユーザは、吹出空気が当ったとしても、低温ではないので、快適に過ごすことができる。逆に、入浴後等において、冷たい風に当りたい場合には、吹出温度を低くして、冷たい風に当るようにすることも可能である。
【００３７】
さらに、室内温湿度を室内目標温湿度に近づける冷房除湿運転において、小消費電力となるように、吹出空気の温度を制御することも可能である。すなわち、吹出空気の顕熱比を一定に維持する際に、この空気調和機の駆動に使用する消費電力を全体として最小となるように、圧縮機３の周波数、内外ファン１８、１９の回転数等を制御するものである。このようにすれば、ランニングコストの低減を図った運転で快適空間を形成することができる。
【００３８】
このため、ユーザの希望により、吹出温度を変更したり、吹出風量を変更したりすることができ、快適性又は経済性を得ることができる。すなわち、ユーザが快適性を優先させたい場合には、上記したように吹出空気の温度を吸込温度に近づけることができる運転等を行って、快適性を優先させ、ユーザが経済性を優先させたい場合には、消費電力を小とする運転を行って、経済性を優先させることができる。このように、上記空気調和機では、ユーザの好む運転が可能となり、しかも、最終的には、室内目標温度及び室内目標湿度に近づいており、快適空間を形成することができる。
【００３９】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、ＳＨＦとしては、室内目標温度及び室内目標湿度等に応じて任意に設定することができ、また、吹出温度としても、吹出空気の風量を調整することによって、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができるものであればよい。さらに、室内熱交換器７にて吸込空気を調和する際には、上記実施の形態では、湿調した空気をその後温調するものであったが、湿調した空気と、温調した空気とを混合するものであってもよい。なお、上記実施の形態では、冷房運転と、暖房運転と、再熱除湿運転とを行うものとしていたが、暖房加湿を行うことも可能であり、さらには、四路切換弁４等を省略することによって、暖房運転ができないものであっても、室外熱交換器５及び室外膨張弁６を有しないものであってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の空気調和機によれば、吹出空気の顕熱比を一定に維持することで、吹出温度が変化しても、室内ファンの風量を調節することによって、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。例えば、冷房除湿運転時において、吹出温度を高くした場合には、吹出空気の風量を大きくし、吹出温度を低くした場合には、吹出空気の風量を小さくすることができる。これによって、吹出温度が相違しても、同一の室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。従って、室内目標温度及び室内目標湿度に近づける際に、ユーザの希望により、吹出温度を変更したり、吹出風量を変更したりすることができ、快適性又は経済性を得ることができる。すなわち、ユーザが快適性を優先させたい場合には、快適性を優先させ、ユーザが経済性を優先させたい場合には、経済性を優先させることができ、ユーザの好む運転が可能となる。
【００４１】
請求項２の空気調和機によれば、室内空気は第２熱交換器を通過することによって冷却されて除湿され、さらに、第１熱交換器を通過することによって加熱されて温調されることになる。すなわち、除湿によって冷却された空気を再度暖める再熱除湿運転を行うことができる。そして、室内熱交換器にて調和された吹出空気の顕熱比を一定に維持することで、吹出温度が変化しても、室内目標温度及び室内目標湿度に近づけることができる。
【００４２】
請求項３の空気調和機によれば、目標とする温度と湿度の空気を安定して吹出すことができる。これにより、室内目標温度及び室内目標湿度に近づける運転の信頼性が向上する。
【００４３】
請求項４の空気調和機によれば、冷風による不快感を防止でき、しかも、室内温湿度を室内目標温湿度に近づけることができる。これにより、ユーザは不快感を抱くことなく快適に過ごすことができる。
【００４４】
請求項５の空気調和機によれば、小消費電力となるように、吹出空気の温度を制御することができ、経済的な運転が可能であって、しかも、室内温湿度を室内目標温湿度に近づけることができる。これにより、ランニングコストの低減を図った運転で快適空間を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の空気調和機の実施の形態を示す簡略図である。
【図２】空気線図である。
【図３】上記空気調和機の運転時の制御を示すフローチャート図である。
【図４】従来の空気調和機の簡略図である。
【符号の説明】
３　圧縮機
７　室内熱交換器
１２　第１熱交換器
１３　第２熱交換器
１５　室内膨張弁

Claims (5)

1. 吹出空気の顕熱比を一定に維持した状態でのこの吹出空気の風量調整を可能としたことを特徴とする空気調和機。
2. 室内熱交換器（７）を、第１熱交換器（１２）と第２熱交換器（１３）とに分割すると共に、この第１熱交換器（１２）と第２熱交換器（１３）との間に室内膨張弁（１５）を介設し、圧縮機（３）からの冷媒が、第１熱交換器（１２）、室内膨張弁（１５）、第２熱交換器（１３）へと循環する冷媒循環回路を設けたことを特徴とする請求項１の空気調和機。
3. 上記第２熱交換器（１３）を通過して湿調された空気が、その後上記第１熱交換器（１２）を通過して温調されることを特徴とする請求項２の空気調和機。
4. 上記冷房除湿運転において、吹出空気の温度を吸込温度に近い温度とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの空気調和機。
5. 上記冷房除湿運転において、小消費電力となるように、吹出空気の温度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のずれかの空気調和機。

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