JP2014020594A

JP2014020594A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2014020594A
Application number: JP2012156580A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Rokkaku; 雄一六角
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】室内空気の湿度が高いときに、特殊な運転モードにすることなく、また湿度センサーを用いることなく、結露防止を行うことができる空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機は、圧縮機及び膨張弁を含む冷凍サイクルと、圧縮機及び膨張弁を制御する制御部とを備える。制御部は、冷房運転時、冷凍サイクルの冷媒の過熱度を決められた値となるように膨張弁の開度を制御するステップと、膨張弁の開度が、圧縮機の回転数により決まる膨張弁開度判定ラインより大なる開度で安定したか、どうかをもって室内空気の湿度の高低を判定するステップと、室内空気の湿度が所定値以上と判定された場合、圧縮機の最大回転数を制限するステップと、を順次遂行する。
【選択図】図４

Description

本発明は空気調和機に関する。

家屋用の空気調和機には、室内空気の湿度が高いとき、吹出口に結露が生じるという問題がある。結露によって生じた水滴が人や物の上に落下することのないよう、これまでにも様々な対策が講じられてきた。その例を特許文献１、２に見ることができる。

特許文献１に記載された空気調和機では、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。露点温度より吹き出し空気の乾球温度が低くなったら、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。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。

特許文献２に記載された空気調和機では、冷房対象に向けて冷房空気を吹き出す角度よりも上向きに冷房空気を吹き出すようにフラップ角度を調節する冷房シャワー制御時に、圧縮機回転数および室内ファン回転数によって吹出口まわりにおける結露を回避する関係を予め定めた冷房シャワー制御テーブルを用い、結露を回避するように、圧縮機回転数と室内ファン回転数を決定する。これにより、湿度センサーや温度センサーを備えていない空気調和機であっても結露を回避する制御が可能となる。

特開２０１０−１２１８１９号公報特開２０１０−１２７５７２号公報

特許文献１に記載された空気調和機では制御のため湿度センサーが必要であり、湿度センサーの存在がコストアップ要因となる。特許文献２に記載された空気調和機は湿度センサーを必要としていないが、それは、結露が生じやすい冷房シャワー制御時という特殊な運転モードのときに湿度を考慮することなく圧縮機回転数と室内ファン回転数を制御するというものであり、湿度が高いときいつでも結露を防止できるという訳ではない。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、室内空気の湿度が高いときに湿度センサーを用いることなく結露防止を行うことができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機及び膨張弁を含む冷凍サイクルと、前記圧縮機及び膨張弁を制御する制御部とを備え、冷房運転時、前記制御部が以下のステップを実行する：
（ａ）前記冷凍サイクルの冷媒の過熱度を決められた値となるように前記膨張弁の開度を制御するステップ
（ｂ）前記膨張弁の開度が、前記圧縮機の回転数により決まる膨張弁開度判定ラインより大なる開度で安定したか、どうかをもって室内空気の湿度の高低を判定するステップ
（ｃ）室内空気の湿度が所定値以上と判定された場合、前記圧縮機の最大回転数を制限するステップ。

この構成によると、湿度センサーを用いることなく湿度が高い状態を判別し、湿度が高いときには圧縮機の最大回転数を制限して結露を防止することができる。湿度が低ければ圧縮機の最大回転数に制限はかからないから、高い冷房能力を引き出すことができる。

上記構成の空気調和機において、前記制御部は、前記（ｃ）のステップに続いて以下のステップを実行することが好ましい：
（ｄ）前記圧縮機の回転数により決まる膨張弁開度判定ラインと、前記膨張弁の開度を比較し、前記膨張弁の開度が前記膨張弁開度判定ラインより小なる開度で安定したとき、前記圧縮機に対する最大回転数の制限を解除するステップ。

この構成によると、湿度が下がり結露のおそれがなくなったときには圧縮機の最大回転数の制限を解除し、高い冷房能力を引き出すことができる。

空気調和機の制御部は、湿度センサーを用いることなく湿度が高い状態を判別するから、湿度センサーが部品コストを押し上げることはない。そして湿度が高いときには圧縮機の最大回転数を制限して結露を防止するとともに、湿度が低ければ圧縮機の最大回転数に制限をかけずに高い冷房能力を引き出すことができる。

空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。空気調和機の制御ブロック図である。冷房運転時のフローチャートである。膨張弁開度判定ラインを示すグラフである。

＜第１実施形態＞
セパレート型空気調和機１の概略構成を図１に示す。空気調和機１は室外機１０と室内機３０により構成される。

室外機１０は、板金製部品と合成樹脂製部品により構成される筐体１１の内部に、圧縮機１２、切替弁１３、室外側熱交換器１４、膨張弁１５、室外側送風機１６などを収納している。圧縮機１２と膨張弁１５は、空気調和機１の冷凍サイクルに含まれる構成要素の中で主要な役割を果たす。切替弁１３は四方弁である。膨張弁１５には開度制御の可能なものが用いられる。室外側送風機１６はプロペラファンとモータの組み合わせからなる。

室外機１０は２本の冷媒配管１７、１８で室内機３０に接続される。冷媒配管１７は冷房運転時には液体冷媒が流れ、冷媒配管１８に比較して細い管が用いられている。そのため冷媒配管１７は「液管」「細管」などと称されることがある。冷媒配管１８には冷房運転時、気体冷媒が流れ、冷媒配管１７に比較して太い管が用いられている。そのため冷媒配管１８は「ガス管」「太管」などと称されることがある。冷媒には例えばＨＦＣ系のＲ４１０ＡやＲ３２等が用いられる。

室外機１０の内部の冷媒配管で、冷媒配管１７に接続される冷媒配管には二方弁１９が設けられ、冷媒配管１８に接続される冷媒配管には三方弁２０が設けられる。二方弁１９と三方弁２０は、室外機１０から冷媒配管１７、１８が取り外されるときに閉じられ、室外機１０から外部に冷媒が漏れることを防ぐ。室外機１０から、あるいは室内機３０を含めた冷凍サイクル全体から、冷媒を回収する必要があるときは、三方弁２０を通じて回収が行われる。

室内機３０は、合成樹脂製部品により構成される筐体３１の内部に、室内側熱交換器３２、室内側送風機３３などを収納している。室内側熱交換器３２は、３個の熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを、室内側送風機３３を覆う屋根のように組み合わせたものである。室内側送風機３３はモータにクロスフローファンを組み合わせたものである。

空気調和機１の運転制御を行う上で、各所の温度を知ることが不可欠である。この目的のため、室外機１０と室内機３０に温度検出器が配置される。室外機１０においては、室外側熱交換器１４に温度検出器２１が配置され、圧縮機１２の吐出部となる吐出管１２ａに温度検出器２２が配置され、圧縮機１２の吸入部となる吸入管１２ｂに温度検出器２３が配置され、膨張弁１５と二方弁１９の間の冷媒配管に温度検出器２４が配置され、筐体１１の内部の所定箇所に外気温測定用の温度検出器２５が配置される。室内機３０においては、室内側熱交換器３２に温度検出器３４が配置される。温度検出器２１、２２、２３、２４、２５、３４はいずれもサーミスタにより構成される。

空気調和機１の全体制御を司るのは図３に示す制御部４０である。制御部４０は室内温度が使用者によって設定された目標値に達するように制御を行う。

制御部４０は圧縮機１２、切替弁１３、膨張弁１５、室外側送風機１６、及び室内側送風機３３に対し動作指令を発する。また制御部４０は温度検出器２１〜２５、及び温度検出器３４からそれぞれの検出温度の出力信号を受け取る。制御部４０は温度検出器２１〜２５及び温度検出器３４からの出力信号を参照しつつ、圧縮機１２、室外側送風機１６、及び室内側送風機３３に対し運転指令を発し、切替弁１３と膨張弁１５に対しては状態切り替えの指令を発する。

図１は空気調和機１が冷房運転あるいは除霜運転を行っている状態を示す。この時圧縮機１２は冷房時循環、すなわち圧縮機１２から吐出された冷媒が先に室外側熱交換器１４に入る循環様式で冷媒を循環させる。

圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は室外側熱交換器１４に入り、そこで室外空気との熱交換が行われる。冷媒は室外空気に対し放熱を行い、凝縮する。凝縮して液状となった冷媒は室外側熱交換器１４から膨張弁１５に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は室内側熱交換器３２に送られ、膨張して低温低圧となり、室内側熱交換器３２の表面温度を下げる。表面温度の下がった室内側熱交換器３２は室内空気から吸熱し、これにより室内空気は冷やされる。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機１２に戻る。室外側送風機１６によって生成された気流が室外側熱交換器１４からの放熱を促進し、室内側送風機３３によって生成された気流が室内側熱交換器３２の吸熱を促進する。

図２は空気調和機１が暖房運転を行っている状態を示す。この時は切替弁１３が切り替えられて冷房運転時と冷媒の流れが逆になる。圧縮機１２は暖房時循環、すなわち圧縮機１２から吐出された冷媒が先に室内側熱交換器３２に入る循環様式で冷媒を循環させる。

圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は室内側熱交換器３２に入り、そこで室内空気との熱交換が行われる。冷媒は室内空気に対し放熱を行い、室内空気は暖められる。放熱し、凝縮して液状となった冷媒は室内側熱交換器３２から膨張弁１５に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は室外側熱交換器１４に送られ、膨張して低温低圧となり、室外側熱交換器１４の表面温度を下げる。表面温度の下がった室外側熱交換器１４は室外空気から吸熱する。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機１２に戻る。室内側送風機３３によって生成された気流が室内側熱交換器３２からの放熱を促進し、室外側送風機１６によって生成された気流が室外側熱交換器１４による吸熱を促進する。

空気調和機１を冷房運転するとき、制御部４０がどのように制御を行うかを図４のフローチャートに基づき説明する。

制御部４０は、ステップ＃１０１で、冷凍サイクルの冷媒の過熱度を決められた値となるように膨張弁１５の開度を制御する。過熱度は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力により求められる飽和温度と、圧縮機１２に吸入される冷媒の温度の差である。

過熱度は、冷房運転の場合には室内側熱交換器３２に配置された温度検出器３４の検出温度と圧縮機１２の吸入管１２ｂに配置された温度検出器２３の検出温度の差より簡易的に測定することができる。あるいは、室外側熱交換器１４に配置された温度検出器２１の検出温度と圧縮機１２の吐出管１２ａに配置された温度検出器２２の検出温度の差より推測できる。

暖房運転の場合、室外側熱交換器１４に配置された温度検出器２１の検出温度と圧縮機１２の吸入管１２ｂに配置された温度検出器２３の検出温度の差より過熱度を簡易的に測定することができる。あるいは、圧縮機１２の吐出管１２ａに配置された温度検出器２２の検出温度と室内側熱交換器３２に配置された温度検出器３４の検出温度の差より過熱度を推測できる。

ステップ＃１０２において、制御部４０は決められた過熱度になったかどうかを判定する。判定がＹＥＳであればステップ＃１０３に進み、判定がＮＯであればステップ＃１０１に戻る。

ステップ＃１０３で制御部４０は、膨張弁１５の開度が図５のグラフの膨張弁開度判定ラインより大なる開度となり、そこで安定したか、どうかを判定する。

膨張弁１５の開度は冷媒循環量により変わる。冷媒循環量は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力、圧縮機１２のシリンダ容積、圧縮機１２の回転数により決まる。圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力は蒸発側の熱交換器の仕様とその熱交換器が熱交換を行う風量、及びその風を構成する空気の状態によって決まる。空気の湿度が高ければ空気のエンタルピーが上昇して熱交換が促進され、冷媒循環量が上昇する。

図５の膨張弁開度判定ラインは、圧縮機と熱交換器の組み合わせ毎に特定のラインとなる。従って、予め圧縮機と熱交換器の組み合わせを検討してラインを決めておく必要がある。

図５のグラフにおいて、膨張弁開度の数値は膨張弁１５を開閉させるステッピングモータに出力される制御パルス数を表し、数値が大きくなるほど開度が大きくなる。０〜３０のあたりでは膨張弁１５は全閉または最小流量状態であり、その後は数値が上昇するに従い流量が増える。

膨張弁開度が図５のグラフの膨張弁開度判定ラインの上にある、すなわち膨張弁開度判定ラインより大なる開度であるということは、室内空気の湿度が所定値以上であることを意味する。

また膨張弁開度がそこで安定しているということは、目標としている過熱度と実際の過熱度がほぼ等しくなっている状態で、それ以上に開度が大きくされることもなく、そこから開度が小さくされようとすることもない、ということを意味する。

ステップ＃１０３での判定がＹＥＳであればステップ＃１０４に進み、判定がＮＯであればステップ＃１０１に戻る。

ステップ＃１０４で制御部４０は、圧縮機１２の最大回転数を制限する。例えば、通常であれば４８００ｒｐｍの回転数まで設定可能なところを、３５００ｒｐｍの回転数までしか設定できないようにする。これにより空気調和機１は、室内機３０の吹出口のところに結露が生じるほど強力な冷房は行わなくなる。ステップ＃１０４からステップ＃１０５に進む。

制御部４０は、ステップ＃１０５において、上記のように最大回転数を制限された圧縮機１２の回転を前提とした上で、決められた過熱度になるように膨張弁１５の開度を制御する。

次のステップ＃１０６で制御部４０は、決められた過熱度になったかどうかを判定する。判定がＹＥＳであればステップ＃１０７に進み、判定がＮＯであればステップ＃１０５に戻る。

ステップ＃１０７で制御部４０は、膨張弁１５の開度が図５のグラフの膨張弁開度判定ラインより小なる開度となり、そこで安定したか、どうかを判定する。

膨張弁開度が図５のグラフの膨張弁開度判定ラインの下にあるということは膨張弁開度判定ラインより小なる開度であることを意味する。そこで安定したということは、室内空気の湿度が低くなったということである。判定がＹＥＳであればステップ＃１０８に進み、判定がＮＯであればステップ＃１０５に戻る。

ステップ＃１０８で制御部４０は、圧縮機１２の最大回転数の制限を解除する。これにより空気調和機１は圧縮機１２を最大回転数で回転させて強力に冷房を行うことが可能となる。以後、制御フローはステップ＃１０１に戻る。

以上のようにすることで、空気調和機１の制御部４０は、湿度センサーを用いることなく湿度が高い状態を判別するから、湿度センサーが部品コストを押し上げることはない。そして湿度が高いときには圧縮機１２の最大回転数を制限して結露を防止するとともに、湿度が低ければ圧縮機１２の最大回転数に制限をかけずに高い冷房能力を引き出すことができる。また、結露により生じた水滴が人や物の上に落下することを懸念することなく空気調和機１をフル活用することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は空気調和機に広く利用可能である。

１空気調和機
１０室外機
１２圧縮機
１４室外側熱交換器
１５膨張弁
１６室外側送風機
３０室内機
３２室内側熱交換器
３３室内側送風機
４０制御部

Claims

圧縮機及び膨張弁を含む冷凍サイクルと、前記圧縮機及び膨張弁を制御する制御部とを備え、
冷房運転時、前記制御部が以下のステップを実行することを特徴とする空気調和機：
（ａ）前記冷凍サイクルの冷媒の過熱度を決められた値となるように前記膨張弁の開度を制御するステップ
（ｂ）前記膨張弁の開度が、前記圧縮機の回転数により決まる膨張弁開度判定ラインより大なる開度で安定したか、どうかをもって室内空気の湿度の高低を判定するステップ
（ｃ）室内空気の湿度が所定値以上と判定された場合、前記圧縮機の最大回転数を制限するステップ。
前記制御部は、前記（ｃ）のステップに続いて以下のステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機：
（ｄ）前記圧縮機の回転数により決まる膨張弁開度判定ラインと、前記膨張弁の開度を比較し、前記膨張弁の開度が前記膨張弁開度判定ラインより小なる開度で安定したとき、前記圧縮機に対する最大回転数の制限を解除するステップ。