JP2012083106A - 空気調和機の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度の高い空気の取り込み量を抑えファン等の露付きを抑えることができる空気調和機の運転制御方法を提供する。
【解決手段】この発明に係る空気調和機の運転制御方法は、吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機の運転制御方法において、当該空気調和機は放射温度測定器を備え、冷房運転時に、設定された部屋の設定温度に達した状態を前記放射温度測定器により検知しているときの少なくとも一時期に、前記送風機の送風能力を、正常時の１／２０以下にする。
【選択図】図２

Description

この発明は、空気調和機の運転制御方法に係り、特に、室内機の風路の結露を防止できる空気調和機の運転制御方法に関する。

冷風を吹き出すことにより、室内の空気調和を行う空気調和機では、冷房運転や除湿運転時、吹き出される冷風によって吹出口周辺が冷却されたところに、室内空気が巻き込まれて触れることによって、冷やされ結露を生じ、そのまま長時間運転を続けると結露水が大きな水滴に成長し（露付き）、ついには落下してしまう（露垂れ）。

これを防ぐために、風向偏向板を親水化して、露の成長を防ぐようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、風向偏向板と片側を断熱材で構成し、冷たい偏向板と暖かい室内空気が触れないようにしているものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平４−３４４０３２号公報 特開２００７−１８７４０５号公報 特開平９−１１３０１７号公報

このように様々な結露防止方法が存在するものの、以下のような課題がある。特許文献１の例では親水化部位が次第に汚損され、露付きが再発してしまう課題があった。また、特許文献２の例では、断熱材の無い側において、一部の暖かい室内空気が触れ結露してしまう課題があった。すなわち、これまでの方法は、露ができること自体を解決することはできなかった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、湿度の高い空気の取り込み量を抑えファン等の露付きを抑えることができる空気調和機の運転制御方法を提供する。

この発明に係る空気調和機の運転制御方法は、吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機の運転制御方法において、当該空気調和機は放射温度測定器を備え、冷房運転時に、設定された部屋の設定温度に達した状態を前記放射温度測定器により検知しているときの少なくとも一時期に、前記送風機の送風能力を、正常時の１／２０以下にすることを特徴とする。

この発明に係る空気調和機の運転制御方法は、冷房運転時に、熱交換器を通過した空気の流れに沿って、熱交換器の下流側において、下流側ほど温度が下がる場合に、予め冷却されていた送風機および送風機より風下側の風路がそれらよりも温度の高い空気と接触し、送風機または風路に結露することを低減または防止することができる。また、送風機の露付きおよび送風機からの露飛びを抑えることができる。

一般的な空気調和機１００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、冷房運転において温度変化を測定するために風の流れに沿ってａ〜ｄの４か所に温度測定器１１を設置した空気調和機１００の縦断面図。 実施の形態２を示す図で、放射温度測定器１０を設置した空気調和機１００の縦断面図。 実施の形態３を示す図で、温度測定器１１に送風機１２を設置した図。

実施の形態１．
図１は一般的な空気調和機１００の縦断面図、図２は実施の形態１を示す図で、冷房運転において温度変化を測定するために風の流れに沿ってａ〜ｄの４か所に温度測定器１１を設置した空気調和機１００の縦断面図である。

まず結露の仕組みについて、図１を用いて詳しく説明する。まず従来の説について説明する。代表的な空気調和機１００の冷房運転においては、まず熱交換器３に冷媒を通すことによって冷却する。つぎに送風機４を回転することによって室内空気を、吸込口１→プレフィルター２→熱交換器３→送風機４自身→風路８→吹出口７の順番で流す。風の向きを変えるために、吹出口７付近で、左右風向制御板５および上下風向制御板６の近傍を風が通過する。なお、熱交換器３、送風機４の形態は様々なものがある。また左右風向制御板５および上下風向制御板６は必ずしも必要ない。風路８は、風路材１８等で構成される。また、熱交換器３の下方に、熱交換器３のドレンを受けるドレンパン９が設けられる。また、吸込口１には、室内空気の温度をモニターする温度測定器１１を備える。さらに、部屋の床や壁などの構成材の温度をモニターする放射温度測定器１０を備える。放射温度測定器１０については、後述する。

従来の結露の説においては、冷却した空気が吹出口７周辺の風路材や左右風向制御板５および上下風向制御板６をまず冷却し、ここに何らかの理由で暖かく湿度の高い室内空気が触れて、水蒸気が液体の水に変化するものである。場合によっては、室内空気が送風機４に触れることによって送風機４上にも結露するというものである。これは、送風機４の形態（クロスフローファン、プロペラファン、シロッコファンなど）や熱交換器３と送風機４の位置関係には依存しない。しかしながら我々は、室内空気の湿度が比較的低い場合においても、また、風の巻き込みを防いだ場合においても、送風機４の羽・翼や風路材１８や左右風向制御板５および上下風向制御板６上に結露することを実験により見出した。

そこで図２に示すように、風の流れに沿ってａ〜ｄの４か所に温度測定器１１を設置し、冷房運転において温度変化を詳しく測定した。その結果、通常運転における温度は、ｂ＜ｃ＜ｄ＜ａとなった。これは、暖かい室内空気ａが空気調和機１００内に取り込まれた後、熱交換器３によって冷却され（ｂ）、その後は空気調和機１００が持つ熱や空気調和機１００自身が出す熱が移動してくるために次第に空気温度が上昇するためである。

ところが、冷房運転中に一定の温度に達したときに、温度制御によっては、ｂ＞ｃ＜ｄ＜ａ（ｂ＞ｄ）となる逆転現象が観測された。これは気温の設定温度に達したために、制御部が熱交換器３の冷却能力を下げたためである。この結果、それまで冷却されていた熱交換器３には結露水が付着しているが、熱交換器３を通った空気は温度があまり下がらないまま結露水の水分を蒸発させ湿度として含むことになる。この高湿度の空気が、温度逆転現象でその空気よりも温度の低い状態のままの送風機４や風路材１８や左右風向制御板５および上下風向制御板６に触れたために、これらの表面に結露が生じたのである。いわゆる露付き現象である。制御部は、空気調和機１００の運転を制御するもので、運転制御用のプログラムを具備するマイクロコンピュータ等で構成される。

さらに送風機４の水滴は、送風機４の回転による遠心力と風の影響で送風機４から離れ、風路材１８等に付着した。ただし、普通は、温度逆転現象はせいぜい数分しか続かず、いったん送風機４等に付着した結露水がその後の正常状態において乾燥し、結露が成長することはなかった。ところが、ある古い空気調和機１００においては、温度逆転現象が起こっていない状態においても、結露水が乾燥せず、あるいは乾燥が不十分で、次の温度逆転現象時に露が成長し、ついには風路から落下した。いわゆる露垂れや露飛び現象が起こった。これまでに示された説では説明できない現象である。

そこで、露の付いた風路材１８（異常材）と新しい風路材１８（正常材）について、同量の水（５μＬ）を付着させ、同一温湿度条件のきれいな空気の気流下で乾燥させた。その結果、露の付いた風路材１８では１．３時間、新しい風路材１８では０．８時間で乾燥した。すなわち、異常材には乾燥を妨げる何かが付着していることが推定された。

また、正常材を２つ用意し、同様に同量の水を付着させ、一方は古い空気調和機１００がおかれていた部屋（異常部屋）、もう一方はクリーンルームに設置し、同一の温湿度、風速で乾燥時間を測定した。その結果、異常部屋では１．０時間、クリーンルームでは０．７時間で乾燥した。すなわち、異常部屋には乾燥を妨げる何かが空気に含まれていると考えられた。ところで、近年の化粧品等には保湿剤が含まれている。これらは、具体的にはセチルアルコールなどである。これらは肌に付着して、肌の乾燥を防止するものである。化粧品等では直接肌に塗りつけるものもあるが、スプレーによって噴霧するタイプが主流となっている。そこで、異常材や異常部屋において蒸発が防止されたのは、保湿剤が噴霧によって部屋の空気中を漂い、一部は吸込口１から吸い込まれて、あるいは直接に風路材１８に到達し付着したり、結露水表面に付着した可能性が考えられた。

そこでこのことを確かめるために、セチルアルコールをエチルアルコールに濃度１％で溶解し、これを正常材に塗布して乾燥し、クリーンルーム内でセチルアルコールを塗布しないものと蒸発の比較実験を行った。その結果、乾燥時間が、セチルアルコールありでは１．１時間、正常材では、０．７時間であった。

また、セチルアルコールの濃度を２％で行った場合には、乾燥時間が１．８時間であった。さらには、異常材と正常材に霧吹きで露を強制的に付着したところ、これらの乾燥時間は、予想通り、異常材で長くなったが、さらに、乾燥後、上記異常部屋の空気調和機１００で冷房運転を行ったところ、露は強制的に付着させた位置と全く同一の位置に成長した。このことは、露が乾燥すると、露表面に付いた気中浮遊物が風路材１８表面で濃縮され、露の付着を促進する効果があると推定された。

また、露は、濃縮物が存在する部位に制限されるために露が成長しても付着面積は増加せず、接触角は増大しかつ露の表面積を露の体積で割った値が減少した。また蒸発を妨害する物質も濃縮して存在するために、乾燥時間が非常に長くなった。すなわち、風路材１８に付着した物質の影響で露の乾燥時間は長くなり、露が成長しやすくなった。今回は風路材１８での評価であったが送風機４や左右風向制御板５および上下風向制御板６などにおいても同様の影響を与えていると推定された。さらには、熱交換器３の表面が空気中の物質（有機物蒸気やミスト）が付着し、本来親水的であったものが疎水化・撥水化し、熱交換器３上に付着した場合に、盛り上がった玉状の結露水となることがある。親水的表面の時には、結露水は速やかに流れ落ちるが、玉状になった場合には流れず、上記の温度逆転減少時に空気中に蒸発する水の量が格段に多くなった。その結果、温度逆転現象時に送風機等に付着する結露水も多くなった。

以上のことをまとめると、
（１）温度の逆転現象によって、送風機４や風路材１８等に露付きが発生する。
（２）撥水化する物質が気中に存在し、熱交換器３に付着して撥水化させ熱交換器３に残る水の量を増加させる。
（３）露の乾燥を遅らせる物質が気中に存在し風路材１８に付着してからあるいは直接に露表面に付着し乾燥を遅らせる。
（４）露の乾燥によって付着物が濃縮され、風路材１８などにおいて露が成長する位置が固定され乾燥が遅れる。

これらの研究結果を踏まえて、送風機４における露付きを防止するためには、温度逆転現象において、冷たい送風機４に接触する暖かい空気を最小限にすることが重要であることが初めて分かった。しかし、送風機４を停止させてしまうと、従来においては、室内空気の温度をモニターする温度測定器１１が図１に示す位置に設置されているために、室内空気が温度測定器１１に到達しないために室内空気の温度がモニターできず、冷房の運転制御ができない。

そこで、温度制御部からの信号により、熱交換器３の温度上昇時（温度逆転現象）において、送風機４の回転速度を正常時の１／５０〜１／２、望ましくは１／２０〜１／５とすることによって、送風機４の露付きおよび送風機４からの露飛びを最小限に抑えることができた。なお、１／２０未満においては、室内空気の温度を正しくモニターできなかった。１／５０未満の場合には全くモニターできなかった。また、１／５を超えると、露付き量が増加した。１／２を超えると露付き量が著しく増加した。送風機４の回転速度を正常時の１／５０〜１／２、望ましくは１／２０〜１／５とするのは、連続して行う必要はなく少なくとも一時期に実施すればよい。

熱交換器３の温度上昇時（温度逆転現象）のことを、「冷房運転時に、熱交換器を通過した空気の流れに沿って、熱交換器の下流側において、下流側ほど温度が下がるとき」と定義する。

なお、温度測定器１１は、熱電対やサーミスタ、白金測温体などの通常の温度評価デバイスを用いることができる。熱交換器３の温度測定ができる温度測定器１１を、熱交換器３の表面または内部に設置して熱交換器３の温度上昇を検知し、その温度上昇値と蓄熱量を加味した熱交換器３下流側の各部位（例えば、送風機４又は熱交換器３と送風機４との間）の温度上昇との相関結果を予め既知化しておき、上記の送風機４の制御を行っても同様の効果があった。熱交換器３は、放熱フィンがアルミニュウム製で、且つ厚さが薄い。そのため、樹脂製の送風機４や風路８を構成する風路材１８に比較して、熱伝導率が大きく、且つ蓄熱量（熱容量）が小さい。従って、熱交換器３の温度が上昇し、上記温度逆転現象が発生する傾向がある。

また、送風機４又は熱交換器３と送風機４との間に温度測定器１１を設置して、送風機４又は熱交換器３と送風機４との間の温度を検知し、上記と同様に、熱交換器３の温度上昇との相関を予め既知化しておくことで、上記と同様に送風機４の制御を行っても同様の効果を得る事ができた。

さらには、図２のｂ、ｃ、ｄの位置に温度測定器１１を設置し、温度がｂ＜ｃ＜ｄとならなかったときに、上記の送風機４の制御を行っても同様の効果があった。

なお、本実施の形態により、露付きが防止されるだけでなく、送風機４や風路８の乾燥が早まるために、カビの繁殖や悪臭の発生をも防ぐことができた。

実施の形態２．
図３は実施の形態２を示す図で、放射温度測定器１０を設置した空気調和機１００の縦断面図である。

実施の形態１で述べたように、部屋の温度をモニターするためには、熱電対やサーミスタ、白金測温体などの通常の温度評価デバイスを用いる場合空気の取り込みが必要である。しかしながら、部屋の床や壁などの構成材の温度をモニターする場合には、放射温度測定器１０を用いることができる。これはサーモパイルなどの赤外線センサーを用いるものである。そこで、図３に示すように放射温度測定器１０を、部屋の床または壁の一部が見えるように空気調和機１００上に設置した。

放射温度測定器１０による計測値が設定温度、例えば２８℃に達した状態であれば、熱交換器３の温度を下げるのを停止すると共に、送風機４の回転速度を１／２０未満、望ましくは停止した。これにより、送風機４の露付きおよび送風機４からの露飛びを最小限に抑えることができた。

実施の形態３．
図４は実施の形態３を示す図で、温度測定器１１に送風機１２を設置した図である。

図４に示すように、非常に小さな送風機１２を温度測定器１１に設置することにより、送風機４を停止しても実施の形態２と同様の効果があった。さらには、空気調和機本体以外の部分に温度測定器を設置しその部屋の温度をモニターすることにより、送風機４を停止しても実施の形態２と同様の効果があった。

上記実施の形態では、以下の空気調和機の運転制御方法について、説明した。

吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機の運転制御方法において、冷房運転時に、前記熱交換器を通過した空気の流れに沿って、前記熱交換器の下流側において、下流側ほど温度が下がるときの少なくとも一時期に、前記送風機の送風能力を、正常時の１／５０〜１／２、望ましくは１／２０〜１／５とする空気調和機の運転制御方法。

当該空気調和機は運転を制御する制御部を備え、冷房運転中に前記熱交換器の温度上昇が起こっていることを前記制御部からの信号から得て、前記熱交換器の下流側において下流側ほど温度が下がることを認識する空気調和機の運転制御方法。

冷房中に熱交換器の温度上昇が起こっていることを、熱交換器または送風機または熱交換器と送風機の間に設置した温度測定器から得て、熱交換器の下流側において下流側ほど温度が下がることを認識する空気調和機の運転制御方法。

前記熱交換器を通過した空気の流れに沿って、前記熱交換器の下流側に複数の温度測定器を設け、前記温度測定器の信号から前記熱交換器の下流側において下流側ほど温度が下がることを認識する空気調和機の運転制御方法。

吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機の運転制御方法において、当該空気調和機は信号をやりとりすることができる赤外線センサーを用いる放射温度測定器を備え、冷房運転時に、前記放射温度測定器により設定された部屋の設定温度に達した状態を検知しているときの少なくとも一時期に、前記送風機の送風能力を、正常時の１／２０以下、望ましくは停止する空気調和機の運転制御方法。

１ 吸込口、２ プレフィルター、３ 熱交換器、４ 送風機、５ 左右風向制御板、６ 上下風向制御板、７ 吹出口、８ 風路、９ ドレンパン、１０ 放射温度測定器、１１ 温度測定器、１２ 送風機、１８ 風路材、１００ 空気調和機。

Claims (4)

1. 吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機の運転制御方法において、当該空気調和機は放射温度測定器を備え、冷房運転時に、設定された部屋の設定温度に達した状態を前記放射温度測定器により検知しているときの少なくとも一時期に、前記送風機の送風能力を、正常時の１／２０以下にすることを特徴とする空気調和機の運転制御方法。
2. 前記冷房運転時に、設定された部屋の設定温度に達した状態を前記放射温度測定器により検知しているときの少なくとも一時期に、前記送風機を停止することを特徴とする請求項１記載の空気調和機の運転制御方法。
3. 前記放射温度測定器は、
   部屋を構成する構成材の温度を検知することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の空気調和機の運転制御方法。
4. 前記放射温度測定器は、
   信号をやりとりすることができる赤外線センサーを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機の運転制御方法。

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