JP2011043300A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】結露の発生が予測される条件の時に風向制御羽根を結露発生防止位置に変更することで吹出口周辺の結露の発生を防止して使用者に快適な空間を提供すること。
【解決手段】吹出口から吹出す空気の吹出空気温度を推測可能な蒸発器３０ａの配管温度を検出する配管温度センサ４と、配管温度センサが検出した配管温度と吹出口周辺で結露を生じないときの予め設定された２つの配管温度閾値Ｔａ、Ｔｂとを比較し、配管温度センサが検出した配管温度が前記複数の配管温度閾値のうち、いずれか１つの配管温度閾値以下で、該配管温度閾値以下の積算時間が結露の発生を生じさせるよう設定された上限時間に達したときに風向制御羽根アクチュエータ６を駆動制御して風向制御羽根５を結露の発生が防止できる所定位置に変更するようにした風向板制御装置とを備えて構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は空気調和機に係り、特に吹出口周辺の結露の発生を抑制できる風向制御に関する。

従来の空気調和機は、結露の発生を抑制するために室内温度と設定温度の差から空気調和機の負荷を算出し、所定条件を満たしたときに風向制御羽根の位置を変更することで結露の発生を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２５７１９２号公報（第１頁、図２）

従来の空気調和機では、室内温度と設定温度の差から空気調和機の負荷を算出し、所定条件を満たしたときに風向制御羽根の角度を変更することで結露の発生を防止しているが、この場合に制御までの時間を分けており、低温時には長い時間通常風向角度であり、低温高湿時には湿度を見ていないために対応できない。
結露は、吹出口周辺の空気条件が露点以下であれば発生するが、周辺の湿度条件を検出する手段を持たない場合には、吹出温度が低い時には発生しうると考えた方が結露を防止するという目的上は安全であり、さらに結露の発生を確実に防止するためには、低温高湿といった状態も考慮する必要がある。

また、結露の発生防止のための制御の条件を高負荷・中負荷・低負荷と分けているが、これらの条件が同時に検出できるようにはなっていないため、例えば、低負荷条件と中負荷条件を所定時間を満たさない間隔で行き来すれば、結露発生防止の制御は働かず、結露が生じてしまうおそれがあるという問題があった。
本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、結露の発生が予測される条件の時に風向制御羽根を結露発生防止位置に変更することができ、吹出口周辺の結露の発生を防止して使用者に快適な空間を提供できる空気調和機を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、凝縮器、蒸発器並びに前記凝縮器及び前記蒸発器内を流れる冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷凍サイクルと、吸込口から吸い込んだ空気を前記蒸発器で熱交換した後に吹出口に送風する送風機と、前記吹出口に回動可能に設けられ、前記送風機によって前記吹出口から吹き出す空気の吹出方向に対して異なる方向に送風する風向制御羽根と、該風向制御羽根を回動させる風向制御羽根アクチュエータとを備えた空気調和機において、前記吹出口から吹き出される空気の温度を検出する吹出空気温度検出手段と、該吹出空気温度検出手段が検出した吹出空気温度と前記吹出口周辺で結露を生じないときの予め設定された複数の吹出空気温度閾値とを比較し、前記吹出空気温度検出手段が検出した吹出空気温度が前記複数の吹出空気温度閾値のうち、少なくとも１つの吹出空気温度閾値以下で、該吹出空気温度閾値以下の積算時間が結露を発生させるよう設定された上限時間に達したときに前記風向制御羽根アクチュエータを駆動制御して前記風向制御羽根を結露の発生を防止できる所定位置に変更するようにした風向板制御装置とを備えて構成されている。

本発明の空気調和機は、風向板制御装置が吹出空気温度検出手段により検出した吹出空気温度と前記吹出口周辺で結露を生じないときの吹出空気温度の複数の吹出空気温度閾値とを比較し、前記吹出空気温度検出手段が検出した吹出空気温度が前記複数の吹出空気温度閾値のうち、少なくとも１つの吹出空気温度閾値以下で、該吹出空気温度閾値以下の積算時間が結露を発生させるよう設定された上限時間に達したときに風向制御羽根アクチュエータを駆動制御して風向制御羽根を結露の発生を防止できる所定位置に変更するようにしたので、結露の発生が予測される条件の時に、風向制御羽根を結露の発生が防止できる所定位置に変更して吹出口周辺の結露の発生を防止でき、使用者に快適な空間を提供できるという効果がある。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路を示す模式図。 同空気調和機の室内機を示す構成図。 同空気調和機の室内機の吹出口周辺を示す構成図。 同空気調和機の室内機における配管温度の遷移フローチャート。 同空気調和機の室内機における結露防止の制御フローチャート。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路を示す模式図、図２は同空気調和機の室内機を示す構成図、図３は同空気調和機の室内機の吹出口周辺を示す構成図、図４は同空気調和機の室内機における配管温度の遷移フローチャート、図５は同空気調和機の室内機における結露防止の制御フローチャートである。
図１において、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路は、２つの熱交換器３０ａ、３０ｂと、熱交換器３０ａ、３０ｂ内を流れる冷媒を圧縮させる圧縮機５０と、空気を冷房、暖房する冷媒回路に切り換える四方弁５１と、電子式膨張弁（以下、ＬＥＶと記す）５２を有し、それぞれを図に示すように冷媒配管で接続して冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成する。この冷媒回路全体を、空気調和機の室内機１００ａと室外機１００ｂに分離して格納している。

空気調和機の冷房運転では、四方弁５１内で実線に示すように冷媒配管が接続され、熱交換器３０ａを蒸発器、熱交換器３０ｂを凝縮器として動作させる。このとき、冷媒回路の内部を流れる低温低圧のガス冷媒は、圧縮機５０で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
その高温高圧となったガス冷媒は、熱交換器３０ｂで室外空気と熱交換して冷媒自身は凝縮して高圧低温の液冷媒になり、ＬＥＶ５２で断熱膨張して低圧低温の二相冷媒となる。そして、熱交換器３０ａで室内空気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機５０に戻る。
この熱交換器３０ａを蒸発器として機能させて冷媒が蒸発することで、室内空気に冷熱を与えて室内が冷房される。

また、四方弁５１内で点線のように冷媒配管を接続し、室内機１００ａ側の熱交換器３０ａを凝縮器として機能させて冷媒が凝縮することで、室内空気に温熱を与えて室内が暖房される。 また、図１には図示していないが、空気調和機の室内機１００ａ、室外機１００ｂはそれぞれ１つずつ、または共通に１つの制御装置を備え、圧縮機５０の回転数、四方弁５１の接続、ＬＥＶ５２の開度、熱交換器３０ａ、３０ｂの近傍に配置されている送風機３の回転数などを制御する。ここで、圧縮機５０は制御装置により少なくとも２段階以上の圧縮機運転回転数を有する。
なお、四方弁５１で冷房運転と暖房運転とを切り換え可能なものを示しているが、これに限定するものではなく、少なくとも吸い込んだ空気に対し温度が低い冷気を室内に吹き出すような冷房運転や除湿運転を行う空気調和機にも適用がある。

図２において、空気調和機の室内機１００ａは、蒸発器３０ａと、吸込口１と、吸込口１から吸い込まれる空気の温度を検出する吸込温度センサ２と、室内機内部に配設された送風機３と、蒸発器３０ａの配管温度を検出する配管温度センサ４と、吹出口７から吹き出す空気の向きを変える風向制御羽根５と、風向制御羽根５を回動させる風向制御羽根アクチュエータ６と、吹出口７とを備えており、白抜きの矢印で空気調和機の室内機１００ａ内を流れる気流の方向を示している。

送風機３により、吸込口１から吸い込まれた空気が、蒸発器３０ａを経由し、吹出口７から冷房時には冷風が、暖房時には暖風が吹き出される。その間、配管温度センサ４により、蒸発器３０ａの配管の温度を検出し、また吸込温度センサ２により吸込口１から吸い込まれる空気の温度を検出する。
さらに、吹出口７において、風向制御羽根５と該風向制御羽根５を回動自在に制御できる風向制御羽根アクチュエータ６を備えているため、吹出口７から吹き出す空気の角度を変更することができる。ここでは、使用者により風向制御羽根５の位置は、図３に示す通常の吹出位置Ｐ１に設定されている。この風向制御羽根５の通常の吹出位置Ｐ１は、吹出口７から吹き出す空気の流れと平行な角度を０度とすると、それを基準に外向きに２０度〜３０度の角度で傾いた空気の流れを遮る位置である。

次に、図４を用いて配管温度閾値と積算時間の関係について説明する。
その前に、吹出口７から吹き出される空気の吹出温度と結露との関係、吹出温度と配管温度の関係について説明する。
吹出口７に結露が発生するのは、吹出口７に冷えた吹出空気が流れ、吹出口７が周囲空気の露点以下に達し、その吹出口７に周囲空気が流れる場合であり、結露を生じさせる吹出口７周辺の温度低下は、吹出口７の温度とその時間に依存する。
その時間をカウントしている場合に、吹出口７の温度は変化して結露を生じさせる温度以上のこともあるため、連続時間をカウントするのではなく、結露を生じさせる温度だけを積算してカウントするようにしたものである。
また、吹出口７の空気の吹出温度は蒸発器３０ａの配管温度に依存し、配管温度の方が吹出口７の空気の温度より何度か低いため、配管温度が分かれば、吹出口７の温度も推定することができる。
そして、配管温度センサ４は通例設けられているが、吹出口７から吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサが吹出口７に設けられていないため、配管温度と時間との関係を示す図４のグラフに基づいて説明する。

図４において、横軸に時間、縦軸に配管温度を記し、時系列順に区間ｔ１、ｔ２、ｔ３としている。
また、配管温度閾値をＴａ、Ｔｂ（Ｔａ≧Ｔｂ）とする。この配管温度閾値では結露を生じさせないが、該配管温度閾値以下の温度で所定の時間が経過すると結露を生じさせるので、所定の温度を配管温度閾値としたものである。
空気調和機の室内機１００ａに、配管温度閾値Ｔａ以下である積算時間Ｈ１をカウントするタイマーＴＭ１と、配管温度閾値Ｔｂ以下である積算時間Ｈ２をカウントするタイマーＴＭ２と、風向制御羽根アクチュエータ６と、該風向制御羽根アクチュエータ６を制御する風向板制御装置（図示省略）とが設けられている。
また、タイマーＴＭ１がカウントした配管温度閾値Ｔａ以下である積算時間Ｈ１の上限時間をＨ１max、タイマーＴＭ２がカウントした配管温度閾値Ｔｂ以下である積算時間Ｈ２の上限時間をＨ２maxとする。
なお、上限時間Ｈ１maxは、上限時間Ｈ２maxに比べて配管温度閾値Ｔａが配管温度閾値Ｔｂより高いために長い。
これら上限時間Ｈ１max又は上限時間Ｈ２maxは、それに達すると、吹出口７に結露が発生し始める時間であり、これら上限時間Ｈ１max又は上限時間Ｈ２maxは配管温度との関係で実験により求めている。

風向板制御装置に設けられたタイマーＴＭ１、ＴＭ２に、それぞれ上記のように上限時間Ｈ１max、上限時間Ｈ２maxを設定しておく。
まず、ｔ１期間においては、配管温度センサ４が検出した配管温度が、配管温度閾値Ｔａ以下であるからタイマーＴＭ１は積算時間Ｈ１をカウントし、配管温度閾値Ｔｂ以下でないからタイマーＴＭ２はカウントしていない。
次の、ｔ２期間においては、配管温度センサ４が検出した配管温度が、配管温度閾値Ｔａ以下であり、且つ配管温度閾値Ｔｂ以下であるから、タイマーＴＭ１及びタイマーＴＭ２は同時に積算時間Ｈ１、Ｈ２をカウントしている。
さらに、ｔ３期間においては、配管温度センサ４が検出した配管温度が、配管温度閾値Ｔａ以下でなく、且つ配管温度閾値Ｔｂ以下でないから、タイマーＴＭ１及びタイマーＴＭ２はカウントしていない。
このｔ１期間 からｔ３期間までの間、タイマーＴＭ１がカウントした積算時間が上限時間Ｈ１maxに達するまでカウントし続け、タイマーＴＭ２も上限時間Ｈ２maxに達するまで、積算カウントし続ける。

そして、風向板制御装置は、例えば、ｔ１期間において、タイマーＴＭ１がカウントした積算時間Ｈ１が上限時間Ｈ１maxに達したら、風向制御羽根アクチュエータ６を動作させて風向制御羽根５を通常の吹出位置Ｐ１から結露発生防止位置Ｐ２に変更させる。
この結露発生防止位置Ｐ２は、吹出口７から吹き出す空気の流れと平行な角度を０度とすると、その０度に近い角度で、吹き出す空気の流れをスムーズに流すようにして最も結露が発生しにくい位置であり、予め実験により求めておく。
また、風向板制御装置は、ｔ２期間において、タイマーＴＭ１がカウントした積算時間Ｈ１が上限時間Ｈ１maxに達したり、タイマーＴＭ２がカウントした積算時間Ｈ２が上限時間Ｈ２maxに達したときにも、風向制御羽根アクチュエータ６を動作させて風向制御羽根５を結露発生防止位置Ｐ２に変更する。

次に、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機における結露発生防止の制御を図５のフローチャートに基づいて説明する。
始めに、ステップＳＴ１において、冷房運転を開始したところから、風向板制御装置による結露発生防止の制御は始まる。
次に、ステップＳＴ２において、配管温度センサ４で配管温度を検出している。この検出は次のステップに進んでも継続して検出し続ける。
次に、ステップＳＴ３ａにおいて、配管温度が配管温度閾値Ｔａ以下である場合、ステップＳＴ４ａにて、タイマーＴＭ１がカウントを開始している。同時に、ステップＳＴ３ｂにおいて、配管温度が配管温度閾値Ｔｂ以下であった場合は、ステップＳＴ４ｂにおいて、タイマーＴＭ２がカウントを開始する。
次に、ステップＳＴ５ａにおいて、タイマーＴＭ１がカウントした積算時間Ｈ１が上限時間Ｈ１maxに達した場合、又はタイマーＴＭ２がカウントした積算時間Ｈ２が上限時間Ｈ２maxに達した場合には、ステップＳＴ６において、風向板制御装置は風向制御羽根アクチュエータ６を動作させて風向制御羽根５を結露発生防止位置Ｐ２に変更させる。
最後に、ステップＳＴ７において、タイマーＴＭ１及びタイマーＴＭ２のカウントをクリアしている。

このように、配管温度センサ４が検出した配管温度が配管温度閾値Ｔａ、Ｔｂ以下で上限時間Ｈ１max、上限時間Ｈ２maxにそれぞれ達する積算時間Ｈ１、Ｈ２を別々にカウントすることで、結露が発生しやすい吹出温度の低い時には、短い時間で風向制御羽根５を結露発生防止位置Ｐ２に変更でき、結露が発生しにくい吹出温度が高い時には、長い時間で風向制御羽根５を結露防止位置Ｐ２に変更することで、条件に合わせて結露発生を防止することができ、且つ運転状況に合わせて、可能な限り使用者の設定した風向制御羽根の位置を維持するため、直接風に当たりたくない使用者に風が当たり不快感を与えるといった問題が無くなる。

なお、図３、４では配管温度閾値Ｔａ、Ｔｂ及びこれら配管温度閾値Ｔａ、Ｔｂに対する上限時間をＨ１maxとＨ２maxと２つ設けたが、配管温度閾値の数をさらに増やし、細かな運転状況に対応することも可能である。

また、上記実施の形態１において吹出温度検出手段が検出する吹出温度を、配管温度センサ４が検出した配管温度から風向板制御装置の演算手段により演算して用いているが、吹出口７に吹出空気温度センサを設け、吹出温度を直接検出するようにしたり、圧縮器の回転数を検出する回転数検出手段が検出した圧縮器の回転数から風向板制御装置の演算手段により吹出温度を演算して用いるようにしてもよい。

１ 吸込口、２ 吸込温度センサ、３ 送風機、４ 配管温度センサ、５ 風向制御羽根、６ 風向制御羽根アクチュエータ、７ 吹出口、８ 通常位置、９ 結露防止位置、３０ａ 蒸発器、３０ｂ 凝縮器、５０ 圧縮機、５１ 四方弁、５２ 電子膨張弁（ＬＥＶ）、１００ａ 空気調和機の室内機、１００ｂ 空気調和機の室外機。

Claims (5)

1. 凝縮器、蒸発器並びに前記凝縮器及び前記蒸発器内を流れる冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷凍サイクルと、吸込口から吸い込んだ空気を前記蒸発器で熱交換した後に吹出口に送風する送風機と、前記吹出口に回動可能に設けられ、前記送風機によって前記吹出口から吹き出す空気の吹出方向に対して異なる方向に送風する風向制御羽根と、該風向制御羽根を回動させる風向制御羽根アクチュエータとを備えた空気調和機において、
   前記吹出口から吹き出させる空気の温度を検出する吹出空気温度検出手段と、
   該吹出空気温度検出手段が検出した吹出空気温度と前記吹出口周辺で結露を生じないときの予め設定された複数の吹出空気温度閾値とを比較し、前記吹出空気温度検出手段が検出した吹出空気温度が前記複数の吹出空気温度閾値のうち、少なくとも１つの吹出空気温度閾値以下で、該吹出空気温度閾値以下の積算時間が結露を発生させるよう設定された上限時間に達したときに前記風向制御羽根アクチュエータを駆動制御して前記風向制御羽根を結露の発生を防止できる所定位置に変更するようにした風向板制御装置と、
   を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 前記複数の吹出空気温度閾値と、それぞれの吹出空気温度閾値に対応する前記上限時間との関係は、前記各吹出空気温度閾値が大小あるとき、前記各吹出空気温度閾値が高いほど前記上限時間は長く、前記各吹出空気温度閾値が低いほど前記上限時間は短く設定されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記吹出空気温度検出手段は、前記吹出口に設けられ、該吹出口を通過する空気温度を検出する吹出空気温度センサであることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。
4. 前記吹出空気温度検出手段は、前記蒸発器に設けられ、該蒸発器の配管温度を検出する配管温度センサと、該配管温度センサが検出する配管温度から前記吹出口を通過する空気温度を演算する演算手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。
5. 前記吹出空気温度検出手段は、前記圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段が検出した圧縮機の回転数から前記吹出口を通過する空気温度を演算する演算手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。

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