JP2014085079A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】室内外の状況に応じて自動運転を行うことにより、床付近の冷感を解消して、快適な室内環境を実現する。
【解決手段】空気調和機は、室温と設定温度とに基づいて暖房運転と冷房運転とを切り替える自動運転を制御する制御装置10と、外気温を検出する外気温検出器12と、室温を検出する室温検出器13とを備える。制御装置10は、外気温に応じて設定温度を変更して、変更後の設定温度に基づいて自動運転を制御する。
【選択図】図2

Description

本発明は、室温と設定温度に基づいて暖房運転と冷房運転とを切り替える自動運転を行う空気調和機に関する。
自動運転を行う空気調和機は、室温と設定温度に基づいて、暖房運転および冷房運転のうち、いずれか一方の運転モードを選択して、空調運転を行う。そして、室温が設定温度を超えると、他方の運転モードに切り替えられ、設定温度付近に室温が維持されるように、空調運転が制御される。
設定温度よりも室温が低いとき、暖房運転が行われる。このとき、外気温は低く、設定温度と外気温との温度差は大きい。夏と冬とでは、同じ設定温度であっても、ユーザの体感温度は季節によって異なる。暖房運転中であっても、外気にさらされる窓や壁からの輻射冷熱により、冷たい気流が床付近に流れ、ユーザにドラフト感を与え、ユーザは不快感を覚える。
特許文献1に記載の空気調和機では、季節と外気温に応じて設定温度を変更する。また、季節、外気温、室温、設定温度に応じて運転モードを変更する。これにより、季節によって体感温度が異なる問題に対処している。
特許文献2に記載の空気調和機では、外気温センサで検出される外気温を基に設定温度を補正して目標温度を定め、この目標温度になるように空調システムを制御する。例えば、外気温が設定温度より高い場合には、設定温度を低めにシフトさせて目標温度を設定し、この目標温度になるように冷房運転を制御する。外気温が設定温度より低い場合には、設定温度を高めにシフトさせて目標温度を設定し、この目標温度になるように暖房運転を制御する。このように外気温により目標温度を設定して冷暖房を行うことにより、外気温によって暑いと感じたり、寒いと感じたりすることがなくなる。
特開2010−101547号公報 特開平6−147586号公報
特許文献1の空気調和機では、室内外の状況である室温や外気温が変化すると、設定温度が変更され、さらに運転モードが変更される。しかし、設定温度の変更や運転モードの変更だけでは、例えば暖房運転時の床付近の冷感を解消できない。依然としてドラフト感が存在し、ユーザに不快感を与える。
これに対し、特許文献2では、外気温に応じて目標温度を設定しているが、冷房運転モード、暖房運転モードそれぞれで独立しているにすぎない。そのため、一日の温度変化に応じてユーザが受けるドラフト感を解消するには至らない。
本発明は、上記に鑑み、室内外の状況に応じて自動運転を行うことにより、快適な室内環境を実現できる空気調和機の提供を目的とする。
本発明の空気調和機は、室温と設定温度とに基づいて暖房運転と冷房運転とを切り替える自動運転を制御する制御装置を備えている。外気温を検出する外気温検出器が設けられ、制御装置は、外気温に応じて設定温度を変更して、変更後の設定温度に基づいて自動運転を制御する。
自動運転中、外気温に応じて設定温度が変更される。変更された設定温度に基づいて自動運転を制御することにより、外気の影響によって生じるドラフト感を解消できる。
自動運転の制御として、制御装置は、外気温、室温および設定温度に基づいて熱負荷を判定し、熱負荷が小さいときに圧縮機の駆動を制御して、空調能力を低下させるようにしてもよい。このようにすれば、熱負荷が小さいとき、空調能力を高くする必要はないので、空調能力を低くすることにより、無駄な運転を行わずにすむ。
制御装置は、外気温、室温および設定温度と室温との差に基づいて、熱負荷を複数のステージに分類し、ステージに応じて空調能力の変更の有無を決めるようにしてもよい。このようにすれば、ステージ毎に対処することができ、自動運転の制御が複雑にならない。
制御装置は、暖房運転時、外気温が高く、室温が低く、室温と設定温度との差が大きいとき(所定値以上のとき)、圧縮機の回転数を下げるとともに室内ファンの回転数を下げるようにしてもよい。このような室内外の状況のとき、熱負荷は小さいと見なされる。圧縮機の回転数を下げ、室内ファンの回転数を下げることにより、空調能力を低下させる。これにより、空気調和機から吹き出された暖かい空気は床付近まで達し、床付近が冷たく感じるといったドラフト感を解消できる。
制御装置は、外気温が所定温度より低いとき、設定温度を高くして暖房運転を行い、暖房運転から冷蔵運転に切り替えた後も変更された設定温度に基づいて冷房運転を行うようにしてもよい。このようにすれば、外気が冷たいときに設定温度を高めることにより、外気による冷感を感じさせないような室内環境を実現できる。
制御装置は、自動運転を開始するとき、外気温に応じて設定温度を変更する、あるいは自動運転中、外気温が変化すると、この変化に応じて設定温度を変更する。
本発明によると、外気温に応じて設定温度を変更して、自動運転を制御することにより、外気の影響によって生じるドラフト感を解消することができ、快適な室内環境を実現できる。
本発明の空気調和機の概略構成図 空気調和機の制御ブロック図 外気温に対する設定温度の補正値を示す図 暖房運転時の分類されたステージを示す図 冷房運転時の分類されたステージを示す図 自動運転の制御フローチャート
本実施形態の空気調和機の一例として、室内機と室外機とからなるセパレート型空気調和機を図1に示す。本空気調和機は、室外機と室内機とが配管および配線により接続されて構成される。室外機は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4、室外ファン5を備える。室内機は、室内熱交換器6、室内ファン7を備える。
そして、図2に示すように、空気調和機は、圧縮機1、四方弁2、膨張弁4、両ファン5,7を制御して、空調運転を行う制御装置10を備えている。なお、制御装置10は、室内制御装置と室外制御装置とからなるが、両制御装置は互いに連動して空気調和機全体の制御を行う。そこで、室内制御装置および室外制御装置を総称して、制御装置10と称する。
制御装置10は、リモコン11の操作によって暖房運転、冷房運転、除湿運転、自動運転の中から選択された運転モードにしたがって空調運転を制御する。すなわち、制御装置10は、外気温検出器12によって検出された外気温および室温検出器13によって検出された室温に基づいて、室温が設定温度になるように空調運転を制御する。なお、リモコン11は、ワイヤードリモコンあるいはワイヤレスリモコンとされる。ワイヤレスリモコンの場合、リモコン11から送信された信号(赤外線信号、無線信号など)を受信する受信部が室内機に設けられる。受信部は制御装置10に接続され、リモコン11からの操作信号に応じて制御装置10は空調運転を行う。
ユーザが、リモコン11を操作して、設定温度および運転モードを入力する。制御装置10は、リモコン11から送信された操作信号を受けて、室温、外気温および設定温度に基づいて、運転モードに応じた圧縮機1の回転数および室内ファン7の回転数を決める。そして、制御装置10は、圧縮機1、四方弁2、膨張弁4、両ファン5,7を駆動させ、選択された運転モードに応じた空調運転を開始する。
ユーザが運転モードとして自動運転を指示すると、制御装置10は、設定温度と室温とにより暖房運転あるいは冷房運転のいずれかの運転モードを選択する。室温が設定温度以上のとき、冷房運転が選択され、室温が設定温度より低いとき、暖房運転が選択される。
ここで、制御装置10は、運転モードとして自動運転を指示されたとき、外気温に応じて設定温度を変更する。制御装置10は、外気温が所定温度以下のとき、設定温度を高くする。図3に示すように、10℃以下の外気温に対して補正値が決められる。外気温が下がるにつれて、補正値が大きくなる。制御装置10は、外気温に応じた補正値を設定温度に加えることにより、ユーザが設定した設定温度を変更する。例えば、外気温が2℃のとき、補正値は約2℃となる。ユーザが設定した設定温度が25℃であれば、変更後の設定温度は27℃となる。なお、外気温が10℃より高いとき、補正値は0となる。すなわち、制御装置10は、外気温が10℃より高いとき、設定温度を変更しない。
ここで、変更後の設定温度を下記に示す目標設定温度とする。
目標設定温度=設定温度±補正値 (+補正値は暖房運転時、−補正値は冷房運転時)
ところで、リモコンの表示部や室内機の表示部には、設定温度などの運転状況が表示される。上記のように設定温度が変更された場合でも、表示部には、ユーザが設定した設定温度が表示される。制御装置10は、目標設定温度に基づいて空調運転を制御する。もしも、リモコンの表示部や室内機の表示部に目標設定温度が表示された場合、例えば暖房運転時であれば、ユーザは設定温度を高く設定し過ぎたと思い、設定温度を下げてしまうおそれがある。設定温度が下げられると、目標設定温度も下がる。その結果、ユーザが所望するような室温にはならず、ユーザは寒さを覚えることになる。そこで、各表示部に表示する設定温度は、目標設定温度ではなく、ユーザが設定した設定温度とするのが好ましい。
また、制御装置10は、自動運転の開始時だけでなく、自動運転中に所定時間(例えば30分)毎に定期的に外気温を確認し、外気温に応じて設定温度を変更する。なお、不定期に外気温を確認してもよい。これにより、一日の外気温の変化に応じて設定温度が変更されるので、外気の影響によって生じるドラフト感を自動運転中は常に解消できる。
そして、制御装置10は、ユーザにドラフト感を与えないようにするために、室内外の状況に応じて自動運転を制御する。すなわち、制御装置10は、外気温、室温および変更後の設定温度といった室内外の状況に基づいて熱負荷を判定し、熱負荷の大小に応じて自動運転を制御する。
図4に示すように、暖房運転において、判定された熱負荷に応じて4つのステージに分類される。制御装置10は、ステージに応じて空調能力の変更の有無を決定して、自動運転を制御する。空調能力は、圧縮機1の回転数あるいは室内ファン7の回転数によって決まる。圧縮機1の回転数あるいは室内ファン7の回転数が変更されることにより、空調能力が変更される。
各ステージは、外気温の高低および室温と設定温度との差によって分類される。ステージ1では、外気温が低く、室温が設定温度に近く、室温と設定温度との差が少ない状況である。この場合、現在の熱負荷は小さいが、潜在的に熱負荷は大きい。ステージ2では、外気温が低く、室温が低く、室温と設定温度との差が大きい状況である。この場合、現在の熱負荷は大きく、潜在的にも熱負荷は大きい。ステージ3では、外気温が高く、室温が設定温度に近く、室温と設定温度との差が少ない状況である。この場合、現在の熱負荷は小さく、潜在的にも熱負荷は小さい。ステージ4では、外気温が高く、室温が低く、室温と設定温度との差が大きい状況である。この場合、現在の熱負荷は大きいが、潜在的には熱負荷は小さい。自動運転中、室内外の状況は常に変化するため、各ステージの熱負荷の大小は潜在的な熱負荷によって判定される。
室内外の状況により、ステージ1であると判定されたとき、圧縮機1は低回転(3000rpm)、室内ファン7は低回転(700rpm)で駆動される。ステージ2のとき、圧縮機1は高回転(6000rpm)、室内ファン7は高回転(1000rpm)で駆動される。ステージ3のとき、圧縮機1は低回転(3000rpm)、室内ファン7は低回転(700rpm)で駆動される。ステージ4のとき、圧縮機1は高回転(6000rpm)、室内ファン7は高回転(1200rpm)で駆動される。なお、圧縮機1や室内ファン7の回転数は一例であって、機種毎に実験等を行うことにより決定すればよい。
ところで、ステージ4では、熱負荷が小さいにもかかわらず、圧縮機1および室内ファン7が高回転で駆動され、空調能力が高い。しかし、外気温が高いとき、圧縮機1は高い能力を発揮するので、室内機から吹き出される温風の温度が高くなる。温風の温度と室温との差が大きいので、高温の空気は上昇しやすくなる。そのため、室内ファン7の回転数が低いと、床付近が暖まりにくい。ここで、室内ファン7の回転数を高くすると、床付近に温風が達して、床付近が暖まる。しかし、室内ファン7の騒音が大きくなるという弊害が生じる。
そこで、本実施形態においては、制御装置10は、ステージ4のように熱負荷が小さい場合に空調能力を変更する。そして、制御装置10は、空調能力を低下させるように、自動運転を制御する。すなわち、制御装置10は、圧縮機1の回転数を下げて、空調能力を低下させる。例えば、圧縮機1は高回転から回転数を下げた低回転数(例えば4000rpm)で駆動される。室内ファン7は高回転から回転数を下げた低回転数(例えば1000rpm)で駆動される。なお、ステージ3においても熱負荷が小さいが、すでに空調能力が低いので、現状のままの自動運転が行われる。
なお、この高回転よりも回転数を下げた回転数は、ステージ1〜3の最大回転数を補正して、ステージ4の上限回転数として設定するようにするとよい。具体的には、ステージ1〜3の最大回転数が6000rpmであれば、ステージ4の上限回転数は4000rpmに規制される。制御装置10は、圧縮機1を4000rpm以上で駆動しないようにする。このようにして、空調能力が変更される。また、室内ファン7についても、圧縮機1と同じように制御してもよい。
図5に示すように、冷房運転においても同様に、判定された熱負荷に応じて4つのステージに分類される。 各ステージは、外気温の高低および室温と設定温度との差によって分類される。ステージ1では、外気温が低く、室温が設定温度に近く、室温と設定温度との差が少ない状況である。この場合、現在の熱負荷は小さく、潜在的にも熱負荷は小さい。ステージ2では、外気温が低く、室温が高く、室温と設定温度との差が大きい状況である。この場合、現在の熱負荷は大きく、潜在的には熱負荷は小さい。ステージ3では、外気温が高く、室温が設定温度に近く、室温と設定温度との差が少ない状況である。この場合、現在の熱負荷は小さく、潜在的には熱負荷は大きい。ステージ4では、外気温が高く、室温が高く、室温と設定温度との差が大きい状況である。この場合、現在の熱負荷は大きいが、潜在的にも熱負荷は大きい。
室内外の状況により、ステージ1であると判定されたとき、圧縮機1は低回転、室内ファン7は低回転で駆動される。ステージ2のとき、圧縮機1は高回転、室内ファン7は高回転で駆動される。ステージ3のとき、圧縮機1は低回転、室内ファン7は低回転で駆動される。ステージ4のとき、圧縮機1は高回転、室内ファン7は高回転で駆動される。ただし、冷房運転時には、冷風による冷たい空気は下降して、床付近に達するので、ユーザは不快感を覚えない。そのため、制御装置10は、冷房運転時には、ステージに応じた空調能力の変更を行わないで自動運転を制御する。
上記の空気調和機の自動運転時の制御動作を図6にしたがって説明する。ユーザが入力した設定温度で自動運転が行われるとき(S1)、制御装置10は、外気温検出器12の出力から外気温が所定温度、ここでは10℃以下であるかをチェックする。外気温が10℃以下のとき、制御装置10は、外気温に応じて設定温度が高くなるように、設定温度を変更する(S2)。目標設定温度がユーザの設定した設定温度よりも高く設定される。外気温が10℃より高いとき、制御装置10は、設定温度を変更しない。なお、外気温のチェックは、自動運転の開始時だけでなく、自動運転中にも定期的に行われる。
次に、制御装置10は、変更後の設定温度と室温とに基づいて運転モードを選択する(S3)。設定温度より室温が低いとき、制御装置10は、暖房運転による運転モードを選択する(S4)。そして、制御装置10は、外気温、室温、設定温度に基づいて、いずれのステージに属するかを判定する。まず、制御装置10は、室温と設定温度との差をチェックし、この差が内部所定値より大きいか小さいかを判定する(S5)。また、制御装置10は、外気温をチェックし、外気温が外部所定値より高いか低いかを判定する(S6,S7)。なお、内部所定値および外部所定値は、実験的に決められた値である。
室温と設定温度との差が内部所定値以上、外気温が外部所定値より小さいとき、制御装置10は、熱負荷が大きいとみなして、ステージ2と判定する(S8)。この場合、制御装置10は、暖房運転を通常通り制御する。すなわち、制御装置10は、圧縮機1および室内ファン7の回転数を変えない。
室温と設定温度との差が内部所定値以上、外気温が外部所定値以上のとき、制御装置10は、熱負荷が小さいとみなして、ステージ4と判定する(S9)。この場合、制御装置10は、暖房運転における空調能力を低下させるように自動運転を制御する。すなわち、制御装置10は、圧縮機1および室内ファン7の回転数を下げる。
外気温が高いので、高温の温風が吹き出されるが、通常時の最大回転数で圧縮機1を駆動する場合に比べて、温風の温度は低いため、温風は上昇しにくい。そのため、室内ファン7を低速で駆動して送風量を下げても、暖かい空気は床付近まで達する。床付近の温度が高くなり、ユーザはドラフト感を覚えない。このように、暖房運転時の空調能力を下げることにより、快適な室内環境を実現でき、しかも消費電力を低減でき、省エネとなる。
室温と設定温度との差が内部所定値より小さく、外気温が外部所定値以上のとき、制御装置10は、熱負荷が小さいとみなして、ステージ3と判定する(S10)。この場合、制御装置10は、暖房運転を通常通り制御する。すなわち、制御装置10は、圧縮機1および室内ファン7の回転数を変えない。
室温と設定温度との差が内部所定値より小さく、外気温が外部所定値より小さいとき、制御装置10は、熱負荷が大きいとみなして、ステージ1と判定する(S11)。この場合、制御装置10は、暖房運転を通常通り制御する。すなわち、制御装置10は、圧縮機1および室内ファン7の回転数を変えない。
室温が設定温度以上のとき、制御装置10は、冷房運転による運転モードを選択する(12)。そして、制御装置10は、外気温、室温、設定温度に基づいて、いずれのステージに属するかを判定する。まず、制御装置10は、室温と設定温度との差をチェックし、この差が内部所定値より大きいか小さいかを判定する(S13)。また、制御装置10は、外気温をチェックし、外気温が外部所定値より高いか低いかを判定する(S14,S15)。
室温と設定温度との差が内部所定値以上、外気温が外部所定値より小さいとき、制御装置10は、熱負荷が小さいとみなして、ステージ2と判定する(S16)。この場合、制御装置10は、冷房運転を通常通り制御する。すなわち、制御装置10は、圧縮機1および室内ファン7の回転数を変えない。
室温と設定温度との差が内部所定値以上、外気温が外部所定値以上のとき、制御装置10は、熱負荷が大きいとみなして、ステージ4と判定する(S17)。この場合、制御装置10は、冷房運転を通常通り制御する。
室温と設定温度との差が内部所定値より小さく、外気温が外部所定値以上のとき、制御装置10は、熱負荷が大きいとみなして、ステージ3と判定する(S18)。この場合、制御装置10は、暖房運転を通常通り制御する。
室温と設定温度との差が内部所定値より小さく、外気温が外部所定値より小さいとき、制御装置10は、熱負荷が小さいとみなして、ステージ1と判定する(S19)。この場合、制御装置10は、暖房運転を通常通り制御する。
第2実施形態の空気調和機について説明する。上記の第1実施形態における空気調和機において、設定温度の補正機能をオンオフすることができる。オンオフを切り替えるためのディップスイッチなどの切替スイッチが設けられる。切替スイッチは、室内機あるいは室外機に設けられる。ユーザが切替スイッチをオンすると、制御装置10は、補正機能を実行する。切替スイッチがオフされると、補正機能が実行不可能とされる。空気調和機がビルなどの空調設備として使用される場合、補正機能がオフされる。断熱性に優れた室内では、外気温に応じて設定温度を変更する必要性が乏しい。補正機能をオフにすれば、所望の室温にすることができる。切替スイッチの代わりに、ジャンパを用いてもよい。
第3実施形態の空気調和機について説明する。上記の第1実施形態における空気調和機において、設定温度の補正機能をオンオフするための切替スイッチがリモコン11に設けられる。ユーザは、室内機あるいは室外機まで行って、切替スイッチを操作する必要がなくなり、ユーザの利便性が増す。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。自動運転以外の暖房運転時に、上記の設定温度の変更および空調能力の変更を適用してもよい。また、外気温が設定温度よりも高いときに、外気温に応じて設定温度が低くなるように、設定温度を変更してもよい。
自動運転における暖房運転中、ステージ1のとき、空調能力を変更して、自動運転を行ってもよい。ステージ1では、潜在的な熱負荷が大きいと見なされるので、制御装置10は、空調能力を高めるように、圧縮機1の回転数を上げる。外気温が低いので、室温がすぎに下がりやすい状況にある。そこで、空調能力を高めることにより、設定温度近くに室温を維持することができる。
以上の通り、本空気調和機は、室温と設定温度とに基づいて暖房運転と冷房運転とを切り替える自動運転を制御する制御装置10を備えている。外気温を検出する外気温検出器12が設けられ、制御装置10は、外気温に応じて設定温度を変更して、変更後の設定温度に基づいて自動運転を制御する。変更された設定温度に基づいて自動運転を制御することにより、外気の影響によって生じるドラフト感を解消できる。
制御装置10は、外気温、室温および設定温度に基づいて熱負荷を判定し、熱負荷が小さいときに圧縮機1の駆動を制御して、空調能力を低下させる。熱負荷が小さいとき、空調能力を高くする必要はないので、空調能力を低くすることにより、無駄な運転を行わずにすむ。熱負荷が大きいときには、空調能力は現状を維持する、あるいは空調能力を上げてもよい。
制御装置10は、外気温、室温および設定温度と室温との差に基づいて、熱負荷を複数のステージに分類し、ステージに応じて空調能力の変更の有無を決める。室内外の状況に基づいて各ステージが決められる。そして、ステージ毎に適切に対処することができ、自動運転の制御が複雑にならない。
制御装置10は、暖房運転時、外気温が高く、室温が低く、室温と設定温度との差が大きいとき、圧縮機1の回転数を下げるとともに室内ファン7の回転数を下げる。このような室内外の状況のとき、熱負荷は小さいと見なされる。圧縮機1の回転数を下げ、室内ファン7の回転数を下げることにより、空調能力を低下させる。空気調和機から吹き出された暖かい空気は床付近まで達し、床付近が冷たく感じるといったドラフト感を解消できる。
制御装置10は、外気温が所定温度より低いとき、設定温度を高くして暖房運転を行い、暖房運転から冷蔵運転に切り替えた後も変更された設定温度に基づいて冷房運転を行う。外気が冷たいときに設定温度を高めることにより、外気による冷感を感じさせないような室内環境を実現できる。
制御装置10は、自動運転を開始するとき、外気温に応じて設定温度を変更する、あるいは自動運転中、外気温が変化すると、この変化に応じて設定温度を変更する。変更された設定温度に応じて自動運転が制御されることにより、室内外の状況に応じた自動運転を行え、効率よく室内環境を快適にできる。
1 圧縮機
2 四方弁
3 室外熱交換器
4 膨張弁
5 室外ファン
6 室内熱交換器
7 室内ファン
10 制御装置
11 リモコン
12 外気温検出器
13 室温検出器

Claims (5)

  1. 室温と設定温度とに基づいて暖房運転と冷房運転とを切り替える自動運転を制御する制御装置を備えた空気調和機であって、外気温を検出する外気温検出器が設けられ、制御装置は、外気温に応じて設定温度を変更して、変更後の設定温度に基づいて自動運転を制御することを特徴とする空気調和機。
  2. 制御装置は、外気温、室温および設定温度に基づいて熱負荷を判定し、熱負荷が小さいときに圧縮機の駆動を制御して、空調能力を低下させることを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
  3. 制御装置は、外気温、室温および設定温度と室温との差に基づいて、熱負荷を複数のステージに分類し、ステージに応じて空調能力の変更の有無を決めることを特徴とする請求項1または2記載の空気調和機。
  4. 制御装置は、暖房運転時、外気温が高く、室温が低く、室温と設定温度との差が大きいとき、圧縮機の回転数を下げるとともに室内ファンの回転数を下げることを特徴とする請求項2または3記載の空気調和機。
  5. 制御装置は、外気温が所定温度より低いとき、設定温度を高くして暖房運転を行い、暖房運転から冷蔵運転に切り替えた後も変更された設定温度に基づいて冷房運転を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の空気調和機。
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