JP2010121819A - 空気調和機の室内機、及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】天井埋め込み型の空気調和機の室内機において、室内空調環境を考慮しつつ、空気吹き出し口に設けられたルーバに結露が発生するのを抑制する。
【解決手段】天井面に形成された空気吸い込み口を介して室内から空気を吸い込んで室内熱交換器により熱交換し、天井面に形成された空気吹き出し口を介して室内へ吹き出し、空気吹き出し口に吹き出し空気に対する角度を可変に設けられたルーバが備えられた室内機において、室内空気の乾球温度及び相対湿度に基づいて室内空気の露点温度を演算し、熱交換後の吹き出し空気の乾球温度と比較する（ＳＴＥＰ１−ＳＴＥＰ３）。露点温度より吹き出し空気の乾球温度が低くなったら（ＳＴＥＰ３でＹｅｓ）、室内ファンの回転数を上昇させるか、或いは膨張弁の開度を絞る（ＳＴＥＰ４）とともに、ルーバの角度を室内空気とルーバとの接触が抑えられるようにあらかじめ定められた角度に設定する（ＳＴＥＰ５）。
【選択図】図５

Description

本発明は、空気調和機の室内機、及び空気調和機に係り、特に、天井埋め込み型の空気調和機の室内機における結露防止の技術に関する。

空気調和機は、圧縮機及び室外熱交換器などを有して構成される室外機と、膨張弁及び室内熱交換器などを有して構成される室内機とを、冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成して室内の空気調和を行うものである。

例えば天井埋め込み型の室内機は、天井に埋め込まれる室内機本体と、室内機本体に取り付けられて室内側に露出する化粧パネルとを備えて構成される。化粧パネルは例えば樹脂などで形成されており、空気吸い込み口と空気吹き出し口が設けられている。室内機本体内には、空気吸い込み口から室内空気を吸い込み空気吹き出し口から室内へ吹き出す送風ファンと、吸い込まれた空気と熱交換を行なう室内熱交換器と、室内熱交換器を通流する冷媒の膨張弁などが備えられている。空気吹き出し口には吹き出し空気の風向きを変えるルーバが設けられており、熱交換された空気はルーバにより風向きを変えて室内へ吹き出される。

空気調和機の室内機では、冷房運転時に室内機本体の表面に結露が生じることが問題として知られている。これに対して、特許文献１に記載されているように、天井裏の相対湿度と運転経過時間に基づいて空気調和機の冷房能力を制限することにより、室内機本体の表面の温度が天井裏の露点温度以下にならないようにして結露を防止することが知られている。

特開２００６−８４０４４号公報

ところで、特許文献１に記載された技術は、室内機の空気吹き出し口に設けられたルーバの結露を抑制する場合において、冷房能力の制限を小さくすることについて改善の余地が残されている。

すなわち、空気吹き出し口に設けられたルーバは、冷房時に室内熱交換器で冷却された吹き出し空気により冷却され、この冷却されたルーバに暖かい室内空気が接触することにより結露が発生し、場合によっては結露水が室内へ落下するおそれがある。

この点、特許文献１の技術と同様の考え方を採用して、空気調和機の冷房能力を単に制限する場合、ルーバの結露発生を抑制することはできると考えられるが、室内の冷房能力が弱まり室内空調環境が損なわれるおそれがあるので好ましくない。

一方、ルーバ表面に植毛加工を施し、結露水をルーバの表面の植毛によって吸水することによりルーバから結露水が滴下しないようにすることが知られている。しかし、ルーバに生じた結露水に対して植毛加工などにより対策を施すと、植毛加工そのものに手間がかかり経済的に好ましくないので、ルーバに結露が生じないような対策を施すことが望まれる。

そこで、本発明は、天井埋め込み型の空気調和機の室内機において、冷房能力の制限を抑制しつつ、空気吹き出し口に設けられたルーバに結露が発生するのを抑制することを課題とする。

本発明の空気調和機の室内機は、室内空気の温度を検出する第１温度センサと、室内空気の湿度を検出する湿度センサと、天井面に形成された空気吸い込み口を介して室内から空気を吸い込み、室内熱交換器により熱交換された空気を天井面に形成された空気吹き出し口を介して室内へ吹き出す送風ファンと、室内熱交換器で熱交換された空気の温度を検出する第２温度センサと、室内熱交換器を通流する冷媒の膨張弁と、空気吹き出し口に吹き出し空気に対する角度を可変に設けられたルーバとを備えて構成される。

特に、上記課題を解決するため、第１温度センサの検出温度と湿度センサの検出湿度とに基づいて室内空気の露点温度を求め、この求められた露点温度に応じて設定される閾値温度より第２温度センサの検出温度が低くなったら、室内熱交換器により熱交換される空気の温度を上昇させるとともに、ルーバの角度を室内空気とルーバとの接触が抑えられるようにあらかじめ定められた角度に設定することを特徴とする。

すなわち、ルーバの結露は、熱交換されて冷却された吹き出し空気で冷却されたルーバ、或いはその近傍に暖かい室内空気が巻き込まれて接触することにより発生するが、この室内空気の巻き込みの気流はルーバの角度に応じて様々に異なるものである。そこで、本発明は、室内空気とルーバとの接触が最も抑えられるようなルーバの角度をあらかじめ設定しておいて、結露が生じるおそれを検出した場合は、必要最小限の冷房能力の制限を行なって熱交換後の空気温度を上昇させるとともに、ルーバの角度をこのあらかじめ定められた角度に設定する。これによれば、ルーバが結露防止の観点から最適な角度に設定されているので、必要最小限の冷房能力の制限により、室内空調環境を大きく損なうことなくルーバの結露発生を抑制することができる。

ここで、ルーバの角度は、送風ファンの回転数に応じてあらかじめ定められておくことが好ましい。つまり、送風ファンの回転数が異なれば空気吹き出し口における吹き出し空気の流速分布などが異なり、最適なルーバ角度も異なる場合がある。そこで、例えば送風ファンの回転数と対応付けて室内空気とルーバとの接触が最も抑制されるルーバ角度をあらかじめ設定しておくのが好ましい。

本発明によれば、天井埋め込み型の空気調和機の室内機において、室内空調環境を考慮しつつ、空気吹き出し口に設けられたルーバに結露が発生するのを抑制することができる。

以下、本発明を適用してなる空気調和機及び室内機の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は、本実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す全体構成図である。図１に示すように、空気調和機２は、室内機４と、室外機６とを冷媒を循環する配管８で連結して構成されている。室内機４には、室内熱交換器１０、室内膨張弁１２、室内ファン１４などが配置されている。また、室外機６には、圧縮機１６、四方弁１８、室外熱交換器２０、室外ファン２２などが配置されている。

このような空気調和機の基本的な動作について説明する。暖房運転時には、圧縮機１６により圧縮された冷媒ガスが、四方弁１８を介して室内機４内の室内熱交換器１０に導かれる。室内熱交換器１０に導かれた冷媒ガスは、室内ファン１４によって室内へ送られる空気と熱交換して凝縮熱により室内を暖房した後、室内膨張弁１２を介して室外機６の室外熱交換器２０に導かれる。そして、室外機６に導かれた冷媒は室外ファン２２によって室外熱交換器２０に送られる外気と熱交換して蒸発し圧縮機１６に戻される。

一方、冷房運転の場合は、四方弁１８を切り替えて冷媒が反対方向に循環する。つまり、圧縮機１６により圧縮された冷媒ガスが、四方弁１８を介して室外機６の室外熱交換器２０で凝縮された後、室内機４の室内膨張弁１２を介して室内熱交換器１０に導かれる。室内熱交換器１０に導かれた冷媒ガスは室内ファン１４によって室内機４の内へ送られる空調気流と熱交換して蒸発潜熱により室内を冷房し、圧縮機１６に戻される。

続いて、本実施形態の特徴部である室内機４について説明する。図２は、本実施形態の室内機の構成を示す平面図であり、図３は、本実施形態の室内機の構成を示す縦断面図である。

図２，３に示すように、本実施形態の室内機４は、天井２４に埋め込み設置されるものである。室内機４は、下面開口の筐体３０と、筐体３０の下面開口を覆う化粧パネル３２とを備えて構成されている。なお、図２は室内機４を化粧パネル３２側から見た平面図であるが、図面下部から上部にかけて段階的に内部構成を示す図となっている。

化粧パネル３２は例えば樹脂などで形成されており、空気吸い込み口３２ａと空気吹き出し口３２ｂが設けられている。筐体３０内には、空気吸い込み口３２ａから室内空気を吸い込み、空気吹き出し口３２ｂから室内へ吹き出す室内ファン１４と、室内ファン１４へ空気を案内するベルマウス３４と、室内ファン１４を駆動するファンモータ３６などが収容されている。本実施形態では矩形の化粧パネル３２の中央部に空気吸い込み口３２ａが設けられ、化粧パネル３２の４辺それぞれに沿って空気吹き出し口３２ｂが設けられる例を示しているが、例えば空気吹き出し口３２ｂが対向する２辺に設けられるような室内機に本発明を適用することもできる。

また、室内ファン１４の下流側に設けられ吸い込まれた空気と熱交換を行なう室内熱交換器１０と、室内熱交換器１０の下部に設けられたドレンパン３８と、室内熱交換器１０を通流する冷媒の通流量を制御する室内膨張弁１２などが収容されており、筐体３０の下面開口が化粧パネル３２で覆われている。空気吹き出し口３２ｂには吹き出し空気の流れ方向を変える板状のルーバ４０が、ステッピングモータなどにより吹き出し空気に対する角度を可変に設けられている。本実施形態ではルーバ４０は筐体３０から吹き出された空気の流れ方向を化粧パネル３２の４辺それぞれの外側へ向けるような曲面を有して形成されている。

ファンモータ３６に組付け固定された室内ファン１４がファンモータ３６によって回転すると、空気吸い込み口３２ａ、ベルマウス３４、ファン吸込み口１４ａを介して空調気流４２が浸入し、続いてファン吐出口１４ｂへと流動した後、室内熱交換器１０を通過して熱交換される。熱交換された空調気流４２は、化粧パネル３２に設けられたルーバ４０により風向きを変えて空気吹き出し口３２ｂより室内へ吹き出される。

ところで、このような室内機４では、冷房運転時にルーバ４０の表面に結露が生じる場合がある。この点について図４を用いて説明する。図４は、図３における右側のルーバ４０とその周辺の構成を拡大した模式図である。図４に示すように、冷房時に室内熱交換器１０で熱交換された冷たい空調気流４２はルーバ４０によって流れ方向を変えて室内へ吹き出される。これによりルーバ４０は冷却される。

ルーバ４０の近傍では室内へ向けて空調気流４２が吹き出される一方、ルーバ４０が曲面を有して形成されているため、空調気流４２に起因する圧力分布の影響を受けて空調気流４２よりも暖かい室内空気が図４に示すようにルーバ４０に向けて巻き込み気流４４を形成する。これにより、暖かい室内空気が冷却されたルーバ４０或いはルーバ４０近傍の空調気流４２に接触して冷やされて、ルーバ４０の特に化粧パネル３２の中央側の表面に結露４５が発生する。ルーバ４０の下には結露水の受け皿などは設置されていないので、結露水が室内へ落下した場合、空調空間を汚すだけではなく、最悪は結露水によって空気調和機の使用者の所有物に対して損傷を与える場合があり好ましくない。

このような問題に対して、ルーバ表面に植毛加工を施し、結露水をルーバの表面の植毛によって吸水することにより、ルーバから結露水が滴下しないようにすることなどが知られている。しかし、このようにルーバに生じた結露水に対して植毛加工などにより対策を施すと、植毛加工そのものに手間がかかるし経済的に好ましくない。また、空気調和機を継続して使用した場合、経年的に植毛加工の部分に室内空気の汚れが付着して外観が見苦しくなり、洗浄もできない等により空気調和機しての商品価値、品位を低下させる場合がある。また、経年劣化により植毛部分が抜けて室内に落下することもある。よって、植毛レスとして、ルーバに結露が生じないような対策を施すことが望まれる。

この点、従来技術と同様の考え方を採用して、空気調和機の冷房能力を大きく制限すれば、ルーバの結露発生を抑制することはできると考えられるが、これでは室内の冷房能力が弱くなり室内空調環境が大きく損なわれる場合があるので好ましくない。

これに対して、本実施形態の空気調和機の室内機は、図１に示すように、空気吸い込み口３２ａ近傍に室内空気の乾球温度を検出する第１温度センサ４６、室内空気の相対湿度を検出する湿度センサ４８が設けられている。また、空気吹き出し口３２ｂ近傍に室内熱交換器１０で熱交換された空気の乾球温度を検出する第２温度センサ５０が設けられている。また、第１温度センサ４６、湿度センサ４８、及び第２温度センサ５０からの信号を入力するとともに、室内膨張弁１２或いはファンモータ３６に対して出力を与える制御基板５２が設けられている。

以下、制御基板５２における処理内容について図５を用いて説明する。図５は本実施形態の室内機の特徴部の処理内容を示すフローチャートである。まず、第１温度センサ４６により吸い込み空気つまり室内空気の乾球温度を、湿度センサ４８により吸い込み空気つまり室内空気の相対湿度を検出し、第２温度センサ５０により室内熱交換器１０で熱交換された吹き出し空気の乾球温度を検出する（ＳＴＥＰ１）。続いて、ＳＴＥＰ１で検出した室内空気の乾球温度及び相対湿度に基づいて室内空気の露点温度を演算する（ＳＴＥＰ２）。

続いて、ＳＴＥＰ２で演算された室内空気の露点温度とＳＴＥＰ１で検出された吹き出し空気の乾球温度を比較する（ＳＴＥＰ３）。室内空気の露点温度＜吹き出し空気の乾球温度であれば（ＳＴＥＰ３でＮｏ）、ルーバ４０に結露が生じるおそれはないと判断してＳＴＥＰ１へ戻り処理を継続する。

一方、室内空気の露点温度≧吹き出し空気の乾球温度であれば（ＳＴＥＰ３でＹｅｓ）、ルーバ４０に結露が生じるおそれがあると判断し、ファンモータ３６に対して室内ファン１４の回転数を所定の値上昇させる信号を出力するか、或いは室内膨張弁１２の開度を所定の値絞る信号を出力する（ＳＴＥＰ４）。これにより、単位時間あたりの吹き出し風量を増加させて吹き出し空気の乾球温度を上昇させる。或いは冷媒の循環量を減らすことにより熱交換量を減らし、吹き出し空気の乾球温度を上昇させる。

さらに、ＳＴＥＰ４を実行するとともに、ルーバ４０の角度を、室内空気とルーバ４０との接触が抑えられるようにあらかじめ定められた角度に設定する（ＳＴＥＰ５）。すなわち、上述のように、ルーバ４０の近傍では、吹き出された空調気流４２に起因する圧力分布の影響を受けて空調気流４２よりも暖かい室内空気がルーバ４０に向けて巻き込み気流４４を形成するが、この巻き込み気流４４はルーバ４０の角度に応じて様々に異なるものである。

そこで、本実施形態では、巻き込み気流４４が発生し難く室内空気とルーバ或いはルーバ近傍の空調気流との接触が最も抑えられるようなルーバ４０の角度をあらかじめ実験或いは流体シミュレーションなどにより求めてメモリに格納している。この最適なルーバの角度は空気吹き出し口３２ｂを通る吹き出し空気の流速分布などの応じて異なるものであるから、例えば室内ファン１４の回転数ごとに最適なルーバ角度を求めて対応づけて格納しておき、室内ファン１４の回転数に応じた最適角度に設定することもできる。

これによれば、ルーバ４０が結露防止の観点から最適な角度に設定されているので、室内ファン１４の回転数を上昇させたり室内膨張弁１２の開度を絞ったりすることによる冷房能力の制限を必要最小限に留め、かつルーバ４０の結露発生を抑制することができる。言い換えればルーバ４０の角度を全く考慮しない場合に比べて、室内ファン１４の回転数の上昇幅或いは室内膨張弁１２の弁開度の絞り量を抑えることができるので、室内空調環境の悪化を抑制することができる。

なお、本実施形態では、吹き出し空気の乾球温度が室内空気の露点温度よりも低くなったら、結露のおそれがあると判断してＳＴＥＰ４，５の処理を行なっているが、結露に対する余裕を持たせるために、室内空気の露点温度＋αを閾値温度として、この閾値温度より吹き出し空気の乾球温度が低くなった場合にＳＴＥＰ４，５の処理を行うようにすることもできる。

また、本実施形態では、ルーバ４０は筐体３０から吹き出された空気の流れ方向を化粧パネル３２の４辺それぞれの外側へ向けるような曲面を有して形成されており、室内空気の巻き込み気流が最も抑制されるルーバ角度をあらかじめ求めておく例を示したがこれには限られない。例えばルーバ４０が曲面を有さない矩形板状に形成されている場合は、ルーバ４０の板面が筐体３０から吹き出された空気の流れ方向に沿うようなルーバ４０の角度をあらかじめ求めておけば、室内空気のルーバ４０への接触を最も抑制することができる。

本実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す全体構成図である。 本実施形態の室内機の構成を示す平面図である。 本実施形態の室内機の構成を示す縦断面図である。 図３における右側のルーバとその周辺の構成を拡大した模式図である。 本実施形態の室内機の特徴部の処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 空気調和機
４ 室内機
６ 室外機
８ 配管
１０ 室内熱交換器
１２ 室内膨張弁
１４ 室内ファン
１６ 圧縮機
２０ 室外熱交換器
２４ 天井
３２ａ 空気吸い込み口
３２ｂ 空気吹き出し口
４０ ルーバ
４２ 空調気流
４４ 巻き込み気流
４６ 第１温度センサ
４８ 湿度センサ
５０ 第２温度センサ
５２ 制御基板

Claims (4)

1. 室内空気の温度を検出する第１温度センサと、室内空気の湿度を検出する湿度センサと、天井面に形成された空気吸い込み口を介して室内から空気を吸い込み、室内熱交換器により熱交換された空気を天井面に形成された空気吹き出し口を介して室内へ吹き出す送風ファンと、前記室内熱交換器で熱交換された空気の温度を検出する第２温度センサと、前記室内熱交換器を通流する冷媒の膨張弁と、前記空気吹き出し口に吹き出し空気に対する角度を可変に設けられたルーバとを備えてなる空気調和機の室内機において、
   前記第１温度センサの検出温度と前記湿度センサの検出湿度とに基づいて室内空気の露点温度を求め、該求められた露点温度に応じて設定される閾値温度より前記第２温度センサの検出温度が低くなったら、前記室内熱交換器により熱交換される空気の温度を上昇させるとともに、前記ルーバの角度を前記室内空気と前記ルーバとの接触が抑えられるようにあらかじめ定められた角度に設定することを特徴とする空気調和機の室内機。
2. 前記ルーバの角度は、前記送風ファンの回転数に応じてあらかじめ定められてなる請求項１の空気調和機の室内機。
3. 前記室内熱交換器により熱交換される空気の温度を上昇は、前記送風ファンの回転数を上昇させるか、或いは前記膨張弁の弁開度を絞ることにより行なわれる請求項１の空気調和機の室内機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項の空気調和機の室内機と、圧縮機及び室外熱交換器を備えてなる室外機とを、冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成してなる空気調和機。

Images