JP2005273984A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素富化膜を用いる酸素富化供給装置には、富化膜の温度特性により、ポンプの負荷が変動し、ポンプモータの温度上昇を安定させることが困難な課題がある。
【解決手段】空気中の酸素と窒素を分離し、酸素を透過させる酸素富化膜と酸素を透過する側に圧力差を発生し、酸素を搬送するためのポンプとそれを駆動する駆動手段と空気調和機の運転電流を検出する電流検出手段とあらかじめ設定した電流を記憶する電流記憶手段を設け、前記電流検出手段により検出された電流値に対し設定電流記憶手段に記憶させた電流に基づいて信号を駆動手段に与える中央演算処理装置と酸素を透過しない側には窒素等を排気する送風手段を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、酸素富化の機能を有する空気調和機に関するものである。

従来、この種の酸素富化空気供給装置付き空気調和機は加熱、冷却等を行う空気調和手段と空気中の酸素と窒素等を分離する空気分離手段を具備し、この空気分離手段は酸素と窒素等を分離して酸素を透過する機能膜とこの機能膜の酸素の特化する側に圧力差を発生させるためのポンプと前記機能膜の酸素の透過しない側には窒素等を排気する送風手段より構成されているものが提案されている（特許文献１）。
特公平７−３０９２７号公報

しかしながら、上記記載の酸素と窒素を分離して酸素を透過する機能膜である酸素富化膜には図７に示すように温度が高くなれば酸素流量は増えるが酸素濃度が低下し、逆に温度が低くなれば酸素濃度は上昇するが流量が低下する温度特性を有している。

即ち（酸素濃度）×（酸素富化空気通過量）で示される酸素供給量は、温度が低いほど低下する傾向にある。この為、機能膜が設けられた室外機の周囲温度が高くなればなるほどポンプの仕事量が増え、ポンプモータの温度上昇が大きくなり、ポンプ寿命の低下、ポンプ騒音の増大につながる。また、モータ温度上昇対応を図るとすれば、モータを大型化する必要があるなどコストアップに繋がるという課題を有していた。

また、酸素富化膜近傍の温度を検出し、ポンプの運転量をインバータ方式などで連続的に制御する手段も考えられるが、いわゆる一定速の空気調和機のように室内機から室外機に電源のオン／オフ信号しか発信できない空気調和機においては室外機側の温度を検出する手段も無く、上記のような対応が困難であった。

本発明は、上記課題に鑑み、酸素富化の温度特性に関係なくポンプの温度上昇を抑え、ポンプ寿命の向上、騒音の低減、更にはポンプモータの小型化等コスト削減を実現しうる空気調和機の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の空気調和機は、酸素富化膜と、この酸素富化膜に圧力差を発生し酸素富化された富化空気を送出する差圧発生手段と、空気調和機の運転電流（Ｔａ）もしくは空気調和機の室外機への供給電圧（Ｖａ）を検出する手段を有し、この運転電流（Ｔａ）もしくは電圧（Ｖａ）に基づいて差圧発生手段にかかっている運転負荷を推定し、負荷に応じて差圧発生手段の運転を制御するようにするものである。

このとき、酸素富化運転の運転開始から所定の時間までは、上記の検出手段をはたらかせずに差圧発生手段を連続で運転する。これにより、差圧発生手段の温度が所定以上上昇するまでは酸素富化空気の連続供給を可能にし、ユーザの快適性に対応した制御を行なう。

本発明の空気調和機は、酸素富化の温度特性に関係なくポンプの温度上昇を抑え、ポンプ寿命の向上、騒音の低減、更にはポンプモータの小型化等コスト削減を実現するもので
ある。

以下、図面を用いて本発明の空気調和機の構成及び制御について詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず実施の形態１について図１〜図２を用いて説明する。
図１は、本発明の空気調和機の室外機の断面模式図であり、図２は同空気調和機の室内機側面模式図である。図１に示すように室外機２２には、室外熱交換器２４、圧縮機２５、送風ファン２６を主要要素部品として具備している。

本空気調和機はいわゆる一定速のものであり、室外機２２には室外気温を検知して室内機側に温度を送信する室外温度センサや、室外熱交換器の温度を検知する熱交換器温度センサなど、室外機の温度環境を直接検知し得る手段が具備されていない。

即ち室内機から室外機には、圧縮機の電源供給、ポンプの電源供給、冷房暖房を切り替えることができる機種では四方弁（図示せず）の切り替え信号程度しか具備されていない。

送風ファン２６で室外熱交換器２４に空気流動を発生させる送風回路の空間には酸素富化膜２ａを有する酸素富化膜ユニット２が圧縮機の配置されている圧縮機室と送風回路の空間とを隔てるように配置された仕切り板２２ａに固定されており、送風ファン２６の運転により酸素富化ユニット２ａに新鮮な空気が供給されるように構成されている。

一方、酸素富化ユニット２には、酸素富化膜２ａに圧力差を発生し酸素富化された富化空気を室外機側へ搬送するための減圧型のポンプ３が一端に流路４ａを介して接続されており、更に酸素富化空気を室内機側へ送出するホース４がポンプ３の他端に接続されており、室内機２３までつながっている。

一方、室内機２３にはホース４の先端部であり、富化空気を放出するために室内機の送風回路に面して設けられた酸素吐出口４ａが設けられている。

室内機２３には空気調和機の運転電流を検出する電流検出センサー５が制御基板５ａ上に設けられている。空気調和機の電源は一般に室内機の配置された室内のコンセントから供給され、室内機から室外機へ電源を供給する内外接続線５ｂにより室外機に伝達しているため、室内機２３においていわゆるカレントトランスなどのような電流検出手段を設けておけば、空気調和機に流れる総合電流を検知できるし、または圧縮機にかかっている負荷を推測することもできる。

即ち冷房運転であるときに、圧縮機の運転電流が大きければそれだけ空調負荷が大きいであろうことを推測でき、これにより室外機の環境温度が高いことを推測し、この推測に基づいて信頼性を考慮したポンプの運転を行なう。

次に、上記構成の空気調和機の制御動作を以下に説明する。室内機側にて酸素富化運転が指示されると、室外機２２の送風ファン２６が運転され酸素富化膜ユニット２の酸素富化膜２ａに空気が流入するとともに、ポンプ３が運転開始される。無論空気調和機を既に運転しているときに酸素富化運転が指示された場合は、既に送風ファン２６は運転状態であり、ポンプ３のみ運転開始される。

この動作により酸素富化膜２ａを透過しやすい酸素が選択的にポンプ３による圧力差により吸引されてポンプ３、ホース４を経由して室内機２３の内部にある酸素吐出口４ａよ
り室内へ吹き出される。一方、酸素富化膜２ａを透過しにくい窒素は、送風ファン２６により室外機２２の外へ排出される。

また、室内機２３では設けられた運転電流検出センサー５により電流が検知され、運転電流（Ｔａ）に応じてポンプ３の運転オン／オフ時間を制御を行なう。

例えば運転電流（Ｔａ）が高い（室外側の負荷が高く、ポンプへの負荷が高い）場合、ポンプの運転時間をより少なくし、ポンプの温度上昇を抑えるようにする。

ポンプの運転時間は、例えば運転率＝（所定時間スパンでのポンプの運転時間）／（所定時間スパン）で定義してもよい。具体的には１０分間の内、連続運転すれば運転率＝１００％とし、１０分の内で延べ７分運転し、３分停止させれば運転率７０％である。

即ち、運転電流（Ｔａ）が予め設定された所定の電流より大きいときには外気温が運転電流（Ｔａ）に対応すると推測指定る外気温度より高く、ポンプの配置されている環境も相対的に高温であると推測され、ポンプ３の運転率を低下させて、ポンプが過昇温にならないようにする。

具体的な制御について図３及び図４を用いて更に詳しく説明する。図３は、ポンプ３の制御系を示すブロック図である。同図において、８は交流電源、９は交流電源８の出力を整流して各回路に直流電源を供給するための電源供給回路、１０は容量可変ポンプ３の制御を司るマイクロプロセッサーであり、電流検出センサー５の出力信号が入力される入力回路１１、中央演算処理装置（以下ＣＰＵと称する）１２、メモリ１３および出力回路１４とによって構成されている。ここで、メモリ１３はあらかじめ設定された電流値を記憶する設定電流記憶手段である。１５は出力回路１４から送出された信号に応じてポンプ３を駆動制御するポンプドライブ回路である。

次に上記構成の動作を図４を参照に説明する。同図は上記実施の形態のポンプ３の制御仕様を示す動作シーケンスフローチャートである。

まず、ステップ１６において、運転電流検出手段である電流検出センサー５が検出した電流値Ｔａを入力回路１１を介してＣＰＵ１２に読み込み、ステップ１７において、ステップ１６で読み込んだ電流値Ｔａとメモリ１３にあらかじめ設定した第一の設定電流ｔａ１を比較し、Ｔａ＜ｔａ１ならステップ１８へ進み、Ｔａ≧ｔａ１ならステップ１９へ進む。ステップ１８では、ポンプ３のオン／オフ周期におけるオン時間を長くし、ステップ１６へ戻る。

ステップ１９においては、運転電流Ｔａとメモリ１３にあらかじめ設定した第２の設定電流ｔａ２とを比較し、ｔａ１≦Ｔａ＜ｔａ２ならばステップ２０へ進み、Ｔａ≧ｔａ２ならばステップ２１へ進む。ステップ２０では、ポンプのポンプのオン／オフ周期におけるオン時間を短くし、ステップ１６へ戻る。ステップ２１ではポンプを停止し、ステップ１６へ戻る。
（実施の形態２）
次に実施の形態２について図５を参照に説明する。実施の形態２は、実施の形態１の運転電流を検出するための電流検出手段５を電圧検出手段５ｂに置き換え、あらかじめ設定した電流を記憶する電流記憶手段を、あらかじめ設定した電圧記憶手段に置き換えたものであり、図５の動作シーケンスフローチャートを参照に説明する。

まず、ステップ２７において、電圧検出手段である電圧検出センサー３３が検出した電圧値Ｔａを入力回路１１を介してＣＰＵ１２に読み込み、ステップ２８において、ステッ
プ２７で読み込んだ電圧値Ｖａとメモリ１３にあらかじめ設定した第一の設定電圧ｖａ１を比較し、Ｖａ＜ｖａ１ならステップ２８へ進み、Ｖａ≧ｖａ１ならステップ２９へ進む。ステップ２９では、ポンプ３のオン／オフ周期におけるオン時間を長くし、ステップ２７へ戻る。

ステップ３０においては、電圧Ｖａとメモリ１３にあらかじめ設定した第２の設定電圧ｖａ２とを比較し、ｖａ１≦Ｖａ＜ｖａ２ならばステップ２０へ進み、Ｖａ≧ｖａ２ならばステップ２１へ進む。ステップ３１では、ポンプのポンプのオン／オフ周期におけるオン時間を短くし、ステップ２７へ戻る。ステップ３２ではポンプを停止し、ステップ２７へ戻る。
（実施の形態３）
次に実施の形態３について図６のシーケンスフローチャートを参照して説明する。実施の形態３では、酸素富化空気供給装置の運転開始から所定の時間までは、検出手段を働かせずポンプを連続で運転する制御する。

まず、ステップ３４において、運転時間経過検知手段のタイマーにより酸素富化運転開始からの時間Ｔを入力回路１１を介してＣＰＵ１２に読み込み、ステップ３５において、ステップ３４で読み込んだ時間Ｔとメモリ１３にあらかじめ設定した設定時間ｔ１を比較し、Ｔ＜ｔ１ならステップ３６へ進み、Ｔ≧ｔ１ならステップ３７へ進む。ステップ３６では、ポンプ３を連続で運転し、ステップ３４へ戻る。ステップ３７においては、運転電流検出手段である電流検出センサー５が検出した電流値Ｔａを入力回路１１を介してＣＰＵ１２に読み込み、ステップ３８において、ステップ３７で読み込んだ電流値Ｔａとメモリ１３にあらかじめ設定した第一の設定電流ｔａ１を比較し、Ｔａ＜ｔａ１ならステップ３９へ進み、Ｔａ≧ｔａ１ならステップ４０へ進む。ステップ３９では、ポンプ３のオン／オフ周期におけるオン時間を長くし、ステップ３４へ戻る。

ステップ４０においては、運転電流Ｔａとメモリ１３にあらかじめ設定した第２の設定電流ｔａ２とを比較し、ｔａ１≦Ｔａ＜ｔａ２ならばステップ４１へ進み、Ｔａ≧ｔａ２ならばステップ４２へ進む。ステップ４１では、ポンプのポンプのオン／オフ周期におけるオン時間を短くし、ステップ３４へ戻る。ステップ４２ではポンプを停止し、ステップ３４へ戻る。このようにポンプの温度が上昇するまでは、ポンプを連続で運転することができ、室内への酸素供給を連続で行うことができ、室内の酸素濃度アップを短期に行うことができる。

以上のように本発明の空気調和機は、一定速の空気調和機などポンプの配置されている空間の温熱的負荷情報を温度センサを用いずに質内機側で推測することができるものである。従ってこのように差圧発生手段を室外やその他温熱的に過負荷になりうる環境に配置しながらも、その負荷を推測して差圧発生手段の信頼性を高める制御を行なう機器であれば適用可能であり、例えば酸素富化機能を有する車両用空気調和機などの機器にも適用可能である。

本発明の第一の実施形態を示す空気調和機の室外機断面模式図 本発明の第一の実施形態を示す空気調和機の室内機側面模式図 本発明の第１の実施形態における制御系を示すブロック図 本発明の第１の実施形態におけるポンプの制御仕様例を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態におけるポンプの制御仕様例を示すフローチャート 本発明の第３の実施形態におけるポンプの制御仕様例を示すフローチャート 酸素富化膜の温度特性（流量・酸素濃度）を示す図

符号の説明

２ 酸素富化ユニット
３ ポンプ（差圧発生手段）
４ ホース
５ 運転電流センサー
５ｂ 内外接続線（の一部）
２３ 室内機
２５ 圧縮機
２６ 室外機

Claims (5)

1. 酸素富化膜と、この酸素富化膜に圧力差を発生し酸素富化された富化空気を送出する差圧発生手段とを有し、前記富化空気を被空調空間に放出する室内機と室外機とからなる空気調和機であって、少なくとも前記差圧発生手段は前記室外機に有し、前記室内機には前記空気調和機の運転電流（Ｔａ）を検出する電流検出手段を有し、この運転電流（Ｔａ）に基づき前記差圧発生手段の運転量を制御することを特徴とする空気調和機。
2. 酸素富化膜と、この酸素富化膜に圧力差を発生し酸素富化された富化空気を送出する差圧発生手段とを有し、前記富化空気を被空調空間に放出する室内機と室外機とからなる空気調和機であって、少なくとも前記差圧発生手段は前記室外機に有し、前記室内機には前記空気調和機の室外機への供給電圧（Ｖａ）を検出する電圧検出手段を有し、この電圧（Ｖａ）に基づき前記差圧発生手段の運転量を制御することを特徴とする空気調和機。
3. 前記運転電流（Ｔａ）もしくは前記電圧（Ｖａ）に応じて、前記差圧発生手段の運転率を変化させることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の空気調和機。
4. 前記運転電流（Ｔａ）もしくは前記電圧（Ｖａ）がそれぞれの所定値いかである場合には、前記差圧発生手段を間欠運転させないことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
5. 少なくとも酸素富化運転の開始指示から所定時間は前記差圧発生手段を間欠運転させないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和機。

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