JP2006090597A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度センサーを用いることなく、圧縮機の回転数や外気温度に依存せず、室内側湿り空気の状態のみにより決定される物理量を、冷房運転を行なっている間に直接計測することで、室内空気の相対湿度を算出することができるようにした空気調和機を提供するものである。
【解決手段】冷房運転時に所定時間内に発生するドレン水量を計測し、室内温度センサーと蒸発器温度センサーと室内ファンの送風量とドレン水量をもとに、湿り空気の状態関数から室内空気の湿度を推定する室内湿度推定手段を備えた構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は空気調和機に関わり、湿度センサーを用いることなく、室内空気の湿度を算出する湿度検出方法を搭載した空気調和機に関するものである。

従来、この種の空気調和機は、蒸発器温度センサー又は蒸発器背面温度センサー又はドレン水温度センサーのいずれか１個と室温センサーを有するとともに、これらの２個の温度センサーより検出された２個の温度をもとに室内空気の相対湿度を算出する制御装置を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は特許文献１に記載された従来の空気調和機による室内空気の相対湿度を算出する制御ブロック図を示すものである。

図６に示すように、室内機１内に設けられる蒸発器３と、蒸発器３からの冷媒を圧縮する室外機２内の圧縮機４と、圧縮機４からの高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器５と、凝縮器５からの冷媒に膨張作用を与えて低温低圧の冷媒と化してこれを蒸発器３の供給する膨張手段６とから成る冷凍サイクルを有する。

この冷凍サイクルの蒸発器３に、その温度を検出する蒸発器温度センサー７又は、蒸発器３の背面の温度を検出する蒸発器背面温度センサー８又は、ドレン水の温度を検出するドレン温度センサー９の内いずれか１個を設け、且つ室内機１内に室内温度を検出する室温センサー１０を設け、そして上記センサーの出力を処理する制御装置１１により構成されている。

蒸発器３及び凝縮器５が共々、送風ファン１２及び１３を備えていることは勿論である。

そして、制御装置１１は室温及び算出された室内空気の相対湿度に従って圧縮機４ならびに送風ファン１２及び１３の制御を実施し、空気調和をする。

室内空気の相対湿度は２個のセンサー(蒸発器温度センサー７又は蒸発器背面温度センサー８又はドレン水温度センサー９の内１個と室内温度センサー１０)の検出値より算出される。

例えば、蒸発器温度センサー７と室内温度センサー１０とを用いる場合、あらかじめ、圧縮機４の回転数及び送風ファン１２、１３の回転数を固定した状態で室内温度と蒸発器温度と室内空気の相対湿度の関係を実験より求める。

すると、図６に示すように、室内温度と蒸発温度が決まれば一義的に室内空気の相対湿度が算出できる。そして、この図６の内容を制御装置１１に記憶させておく。

このようにすれば、実際に検出された蒸発器温度及び室内温度より、直接的に室内空気の相対湿度を算出できるように構成されている。
特開平６−３４１６９７号公報

しかしながら、前記従来の構成は、圧縮機の回転数を固定した状態で室内温度と蒸発器温度と室内空気の相対湿度の関係を実験により求めるものであるため、実験を行なった条件に近い環境下では比較的正確に室内空気の相対湿度を算出できるが、外気温度や圧縮機の回転数が実験条件から離れた場合は、誤差が大きくなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機の回転数や外気温度に依存せず、室内側湿り空気の状態のみにより決定される物理量を、冷房運転を行なっている間に直接計測することで室内空気の相対湿度を算出することができるようにした空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、冷房運転時に蒸発器で凝縮したドレン水を貯留するドレンパンと、所定時間当たりに発生するドレン水量を計測するドレン水量計測手段と、空気調和機の吸い込み空気温度を検知する室内温度センサーと、蒸発器の温度を検知する蒸発器温度センサーと、前記室内温度センサーと前記蒸発器温度センサーと室内ファンの送風量とドレン水量をもとに室内空気の湿度を推定する室内湿度推定手段を備えた構成としたものである。

これによって、冷房運転中の所定時間内に蒸発器で凝縮したドレン水量を直接計測することが可能となり、単位時間あたりのドレン水量と室内ファンの送風量から、吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差を算出することができる。

また、ドレン水が発生するような冷房運転状態であれば、蒸発器温度センサーの検知値は湿り空気線図の飽和蒸気線上にあるので、湿り空気の飽和蒸気関数により蒸発温度における絶対湿度も算出できる。

さらに室内ファンの送風量により変化するバイパスファクタを考慮した補正係数をあらかじめ関数化してもっておき、前記吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差に乗じた値を前記蒸発温度における絶対湿度に加えることで、吹き出し空気の絶対湿度を算出することができ、前記前記吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差を加えることで吸い込み空気の絶対湿度、すなわち吸い込み空気の相対湿度を算出することができるようにしたものである。

また、本発明の空気調和機は、所定時間当たりに発生するドレン水を十分に排出するだけの排水能力を備えたドレンポンプと、前記ドレンポンプ停止後にドレンポンプ吐出口からドレン水が前記ドレンパンに逆流するのを防止する逆流防止装置と、前記ドレンパン内に溜まったドレン水の水面位置を検知するために前記ドレンポンプの吸込み口から十分高い位置に配設した第一水位検知手段とを備えたものである。

これによって、前記ドレン水量計測手段は、冷房運転中に前記ドレンポンプを一時的に停止させ前記第一水位検知手段が作動するまでの時間を計測することによりドレン水量を推定することができるようになり、吸い込み空気の相対湿度を算出することができる。

また、本発明の空気調和機は、逆流防止装置の代わりに、逆流してくるドレン水量をあらかじめ設定して、第一ドレン水量計測手段により計測したドレン水量から逆流してくるドレン水量を減じるドレン水量補正手段を備えたものである。

これによって、逆流防止装置を設けることなく、前記吸い込み空気の相対湿度を算出することができる。

本発明の空気調和機は、圧縮機の回転数や外気温度に依存せず、室内側湿り空気の状態のみにより決定される物理量を、冷房運転を行なっている間に直接計測することで室内空気の相対湿度を算出することができるようにした空気調和機を実現することができる。

第１の発明は、冷房運転時に蒸発器で凝縮したドレン水を貯留するドレンパンと、所定時間当たりに発生するドレン水量を計測するドレン水量計測手段と、空気調和機の吸い込み空気温度を検知する室内温度センサーと、蒸発器の温度を検知する蒸発器温度センサーと、前記室内温度センサーと前記蒸発器温度センサーと室内ファンの送風量とドレン水量をもとに室内空気の湿度を推定する室内湿度推定手段を備えることにより、冷房運転中の所定時間内に蒸発器で凝縮したドレン水量を直接計測することが可能となり、単位時間あたりのドレン水量と室内ファンの送風量から、吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差を算出することができる。

また、ドレン水が発生するような冷房運転状態であれば、蒸発器温度センサーの検知値は湿り空気線図の飽和蒸気線上にあるので、湿り空気の飽和蒸気関数により蒸発温度における絶対湿度も算出できる。

さらに室内ファンの送風量により変化するバイパスファクタを考慮した補正係数をあらかじめ関数化してもっておき、前記吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差に乗じた値を前記蒸発温度における絶対湿度に加えることで、吹き出し空気の絶対湿度を算出することができ、前記前記吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差を加えることで吸い込み空気の絶対湿度、すなわち吸い込み空気の相対湿度を算出することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の構成に加え、所定時間当たりに発生するドレン水を十分に排出するだけの排水能力を備えたドレンポンプと、前記ドレンポンプ停止後にドレンポンプ吐出口からドレン水が前記ドレンパンに逆流するのを防止する逆流防止装置と、前記ドレンパン内に溜まったドレン水の水面位置を検知するために前記ドレンポンプの吸込み口から十分高い位置に配設した第一水位検知手段とを備え、前記ドレン水量計測手段は、冷房運転中に前記ドレンポンプを一時的に停止させ前記第一水位検知手段が作動するまでの時間を計測することによりドレン水量を推定するようにすることで、第１の発明と同じ作用が得られ、吸い込み空気の相対湿度を算出することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の逆流防止装置の代わりに、逆流してくるドレン水量をあらかじめ設定して、第一ドレン水量計測手段により計測したドレン水量から逆流してくるドレン水量を減じるドレン水量補正手段を備えたことにより、逆流防止装置を設けることなく、前記吸い込み空気の相対湿度を算出することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の一部横断面図を示すものである。

図１において、ドレンパン２１は冷房運転時に蒸発器２６により冷却され凝縮したドレン水を貯留する。

ドレン水量計測手段３０は前記ドレンパン２１に溜まったドレン水の量を計測する。

吸い込み空気温度センサー２４は空気調和機の吸い込み空気乾球温度を検知し、蒸発器温度センサー２５は蒸発器２６の温度を検知するものである。

室内ファン２７は空気調和機筐体２９とともに空気調和機の骨格を構成するものである。

以上のように構成された空気調和機について、以下冷房運転時における動作、作用を冷房運転状態の湿り空気線図を用いて詳細を説明する。

図２において、ドレン水量計測手段２２により計測された冷房運転中の単位時間あたりに発生したドレン水量Ｑｗは、室内ファン２７による送風量が一定であれば、吸い込み空気と吹き出し空気の絶対湿度の差Ｘａ−Ｘｃに相当する。また、吸い込み空気温度Ｔａは吸い込み空気温度センサー２４の検知値であり、蒸発器温度Ｔｂは蒸発器温度センサー２５の検知値である。ｂ点は湿り空気の飽和蒸気線上にあり、ｂ点の絶対湿度Ｘｂは蒸発器温度Ｔｂより湿り空気の飽和蒸気関数から求めることができる。また、吹き出し温度Ｔｃは未知であるが、バイパスファクタＢＦ＝（Ｔｃ−Ｔｂ）／（Ｔａ−Ｔｂ）は、一般に室内ファン２７の送風量により、予め関数として与えておける性質のものである。

また、パイパスファクタＢＦ＝（Ｘｃ−Ｘｂ）／（Ｘａ−Ｘｂ）でもある。

以上より、吸い込み空気の絶対湿度Ｘａは、既知のＸｂ、Ｑｗ、ＢＦから次式により算出することができる。

Ｘａ＝Ｘｂ＋Ｑｗ／（１−ＢＦ）
また、吸い込み空気温度Ｔａと絶対湿度Ｘａにより、吸い込み空気の相対湿度Ｒａも関数により求めることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態の空気調和機の一部横断面図である。

図３において、ドレンポンプ２２はドレンパン２１に溜まったドレン水を汲み上げ、空気調和機外部へ排出するためのものである。

一般に使用されているドレンポンプは、運転中に吐出したドレン水が吐出口から立ち上げられたホースに保持され、ホースの上部から溢れるように空気調和機外部に排出する形態のものであるため、停止するとドレンポンプ内部を通過してドレンパンに逆流してしまうものである。

逆流防止装置２３は上記の逆流によりドレン水がドレンパンに戻るのを防止するためのものである。

第一水位検出手段２８は前記ドレンパン２１にドレン水が所定量溜まった場合に作動し、信号を発するものである。

以上のように構成された空気調和機について、以下冷房運転時における動作、作用を図４の制御フローチャートを用いて詳細を説明する。

まず、ステップＳ１で空気調和機が冷房運転を開始すると、ステップＳ２で冷房運転時間を計測し、冷凍サイクルが安定状態となり定常的に蒸発器からドレン水が発生するよう
になるまでの所定時間が経過するまで通常の冷房運転を行なう。

この冷房運転中、ドレンポンプ２２は運転を行い、ドレンパン２１の水位はドレンポンプ２２が吸引可能な下限の状態で保持されている。

次にステップＳ３では冷房運転を継続しながら、ドレンポンプ２２を停止させると同時にステップＳ４でタイマーをスタートさせる。

蒸発器２６から定常的に発生するドレン水が有り、かつドレンポンプ２２が停止状態であると、ドレンパン２１の水位は徐々に上昇する。

ステップＳ５ではドレンパン２２内のドレン水が第一水位検知手段２８の位置まで溜まったか否かを検出し、溜まっていなければ溜まるまでこの検出を繰返し、溜まったならばステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、タイマーを停止させ、次いでステップＳ７でドレンポンプ２２の運転を再開する。

その後ステップＳ８へ進み、図５に示すような予めドレンパン２１の形状に応じて定めたドレンポンプ停止時間ｔとドレン水量の関数f(t)を基に、当該冷房運転中の単位時間あたりに発生したドレン水量を求める。

ステップＳ９の吸い込み空気相対湿度推定については実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態ではステップＳ２で冷房運転時間を計測し、冷凍サイクルが安定状態となり定常的に蒸発器からドレン水が発生するようになるまでの所定時間が経過するまでとしたことにより、ドレン水量の計測精度を向上させるようにしたが、蒸発器温度センサー２５の検知値が低下し、空気調和機本体に結露が生じる恐れがある場合に室内空気の湿度を検出するために、当該制御運転を行なうようにすることもできる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、圧縮機の回転数や外気温度に依存せず、室内側湿り空気の状態のみにより決定される物理量を、冷房運転を行なっている間に直接計測することで室内空気の相対湿度を算出することが可能となるので、空気調和機本体に結露が生じる恐れがある場合においても、結露しない最大限の冷房能力を確保する等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における一部横断面図 本発明の実施の形態１における冷房運転状態の湿り空気線図 本発明の実施の形態２における一部横断面図 本発明の実施の形態２における制御フローチャート 本発明の実施の形態２におけるドレンポンプ停止時間とドレン水量の関係を示す図 従来の空気調和機の制御ブロック図 従来の空気調和機の室内空気の相対湿度をパラメータとした室内温度と蒸発温度の関係を示す図

符号の説明

１ 室内機
２ 室外機
３ 蒸発器
４ 圧縮機
５ 凝縮器
６ 膨張手段
７ 蒸発器温度センサー
８ 蒸発器背面温度センサー
９ ドレン水温度センサー
１０ 室内温度センサー
１１ 制御装置
１２、１３ 送風ファン
２１ ドレンパン
２２ ドレンポンプ
２３ 逆流防止装置
２４ 吸い込み空気温度センサー
２５ 蒸発器温度センサー
２６ 蒸発器
２７ 室内ファン
２８ 水位検出手段
２９ 空気調和機筐体
３０ ドレン水量計測手段

Claims (8)

1. 冷房運転時に蒸発器で凝縮したドレン水を貯留するドレンパンと、所定時間当たりに発生するドレン水量を計測するドレン水量計測手段と、空気調和機の吸い込み空気温度を検知する室内温度センサーと、蒸発器の温度を検知する蒸発器温度センサーと、前記室内温度センサーと前記蒸発器温度センサーと室内ファンの送風量とドレン水量をもとに室内空気の湿度を推定する室内湿度推定手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の構成に加え、所定時間当たりに発生するドレン水を十分に排出するだけの排水能力を備えたドレンポンプと、前記ドレンポンプ停止後にドレンポンプ吐出口からドレン水が前記ドレンパンに逆流するのを防止する逆流防止装置と、前記ドレンパン内に溜まったドレン水の水面位置を検知するために前記ドレンポンプの吸込み口から十分高い位置に配設した第一水位検知手段とを備え、前記ドレン水量計測手段は、冷房運転中に前記ドレンポンプを一時的に停止させ前記第一水位検知手段が作動するまでの時間を計測することによりドレン水量を推定するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。
3. 逆流防止装置は、逆流してくるドレン水量をあらかじめ設定して、ドレン水量計測手段により計測したドレン水量から逆流してくるドレン水量を減じるドレン水量補正手段を備えたことを特徴とする、請求項２に記載の空気調和機。
4. 逆流してくるドレン水量を貯留した状態におけるドレンパン水位よりも高い位置かつ第一水位検知手段よりも低い位置に配設した第二水位検知手段と、前記第二水位検知手段が動作してから第一水位検知手段が動作するまでの時間を計測する第二ドレン水量計測手段を備えたことを特徴とする、請求項２に記載の空気調和機。
5. 第一水位検知手段ないしは第ニ水位検知手段、あるいは双方をフロートスイッチとしたことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の空気調和機。
6. 第一水位検知手段ないしは第ニ水位検知手段、あるいは双方を自己発熱型サーミスタとしたことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の空気調和機。
7. ドレン水量計測手段は、ドレン配管を流れるドレン水の流量計としたことを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。
8. ドレン水量計測手段は、ドレンパンの水位を無段階に計測する水位計としたことを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。

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