JP2015218986A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房運転時に高顕熱処理制御を行うために、容易に目標蒸発温度を設定でき、設置空間に対応した目標蒸発温度の補正も容易に可能な技術を提供する。
【解決手段】空気調和機１の室内機２０は、冷媒と吸込み空気との間で熱交換を行うための室内熱交換器１３と、吸込み空気の温度を検出する吸込み温度サーミスタ２４と、室内熱交換器１３における冷媒の蒸発温度の目標温度を設定する制御基板１５（図示せぬプッシュスイッチ）と、を備える。制御基板１５（図示せぬプッシュスイッチ）は、温度サーミスタ２４により検出された吸込み空気の温度が大きくなるほど大きくなるように、冷媒の目標温度を設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機に関し、特に室内吸込み温度に応じて目標蒸発温度を変更する空気調和機に関する。

従来、空調機の冷房運転において、室内機での結露防止やドレンレス制御、高顕熱処理制御のために、室内機吸入側或いは吹出側に湿度センサを設け、検出された湿度に基づき目標蒸発温度を変更し、冷房能力を調整する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２７１２６３号公報

しかし、標準的な空調機の室内機には湿度センサは無く、目標蒸発温度を変更する指標もない。空調機のＳＨＦ（Ｓｅｎｓｉｂｌｅ Ｈｅａｔ Ｆａｃｔｏｒ、顕熱比：顕熱／（潜熱＋顕熱））を仮定し目標蒸発温度を設定するとしても、空気線図或いは空気物性の計算処理が必要であり空調機のマイコンの負荷が増える。更に、オフィスビルのように潜熱負荷が少ない空間やエントランスのように外気に筒抜けで梅雨時期には潜熱負荷が多くなる空間もあり、容易に設置空間に適した目標蒸発温度の補正も求められる。

そこで本発明は、冷房運転時に高顕熱処理制御を行うために、容易に目標蒸発温度を設定でき、設置空間に対応した目標蒸発温度の補正も容易に可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の一態様である空気調和機は、室内機と室外機とが冷媒配管で接続され、前記室内機は、冷媒と吸込み空気との間で熱交換を行うための室内熱交換器と、前記吸込み空気の温度を検出する吸込み温度検出手段と、前記室内熱交換器における冷媒の蒸発温度の目標温度を設定する目標温度設定手段と、を備え、前記目標温度設定手段は、前記吸込み温度検出手段により検出された前記吸込み空気の温度が大きくなるほど大きくなるように、前記目標温度を設定する。

本発明によれば、冷房運転時に湿度センサ追加や空気物性計算処理も無く容易に高顕熱処理制御が可能となる。

本実施形態の空気調和機の冷凍サイクル系統図を示す。 空気温度と相対湿度毎の露点温度の関係を示す図である。 吸込空気温度と目標蒸発温度の関係を示す図である。 目標蒸発温度の補正を示す図である。 冷房運転における高顕熱処理制御のフローチャートを示す図である。

以下、本発明の実施形態の空気調和機について図を参照して説明する。

図１は、本実施形態の空気調和機の冷凍サイクル系統図である。

図１に示すように、空気調和機１は、室外機１０と、室内機２０Ａ、２０Ｂとを備え、それらはガス配管２および液配管３により互いに接続されている。本実施形態では、室外機１０と室内機２０Ａ〜２０Ｃとを１対２で接続しているが、室外機１０の容量制限以内であれば、室内機の台数に制限はない。また、室外機１０が複数台接続するモジュール接続の室外機であっても良い。また、アルファベットの添え字に関しては、基本的には個々の構成であるという意味で用いているが、各構成を代表的に取り扱う場合においては、省略する場合がある。

室外機１０は、圧縮機１１と、四方弁１２と、室外熱交換器１３と、室外膨張弁１４とを備え、それぞれが冷媒配管により接続されている。さらに、室外機１０は、制御基板１５を備える。

圧縮機１１は、低温低圧ガスの冷媒を、高温高圧ガスに圧縮し吐出する。四方弁１２を切り替えることで、冷媒の流れが変化し、冷房運転と暖房運転が切り替わる。室外熱交換器１３は、屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外膨張弁１４は、冷媒を減圧して低温にする。制御基板１５は、各種データの演算を行うマイコン、各種データを記憶する記憶部（例えばＲＯＭ）、および後述の目標蒸発温度を補正するための図示せぬプッシュスイッチを有する。また、マイコンは、図示せぬリモートコントローラにおける設定、および、各センサにより検知された値に基づき、空気調和機１の運転制御を行う。制御基板１５（図示せぬプッシュスイッチ）は、目標温度設定手段に相当する。

室内機２０は、室内熱交換器２１と、室内膨張弁２２と、冷媒サーミスタ２３と、内気サーミスタ２４とを備える。

室内熱交換器２１は、冷媒と内気との間で熱交換を行う。室内膨張弁２２は、冷媒を減圧する。冷媒サーミスタ２３は室内熱交換器２１入口付近の冷媒温度を検知する。内気サーミスタ２４は、室内機２０に吸い込まれる空気の温度を検知する。

次に、空気調和機１の冷凍サイクルの動作について説明する。

空気調和機１における冷房運転について説明する。図１における矢印は、空気調和機１の冷房運転における冷媒の流れを示している。冷房運転において、四方弁１２は、実線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とを連通させ、圧縮機１１の吸入側とガス配管２とを連通させる。

圧縮機１１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２を通過し、室外熱交換器１３側に流れる。室外熱交換器１３に流入したガス冷媒は、図示せぬ室外ファンにより供給される外気と熱交換して凝縮され、液冷媒となる。この液冷媒は、全開状態の室外膨張弁１４、および液配管３を通過して、各室内機２０に流入する。室内機２０に流入した液冷媒は、室内膨張弁２２により減圧されて、低温低圧のガス液混合冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、室内熱交換器２１に流入して、図示せぬ室内ファン２１により供給される室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス冷媒となる。この際、室内空気は、冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が部屋内に送られる。その後、各室内機２０から流れ出たガス冷媒は、合流して、ガス配管２を通って、室外ユニット１０に戻される。

室外機１０に戻ったガス冷媒は、四方弁１２を通過し、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。

温度サーミスタ２４は、室内機２０に吸込まれる空気の吸込空気温度を検知している。冷媒サーミスタ２３は、室内熱交換器２１の入口の冷媒温度を検知している。すなわち、冷媒サーミスタ２３は、冷媒の蒸発温度を検知している。そして、冷房能力と圧縮機１１の周波数と冷媒の蒸発温度との関係は、冷房能力を上げるには圧縮機１１の周波数を増加させて冷媒蒸発温度を下げ、冷房能力を下げるには圧縮機１１の周波数を減少させて冷媒の蒸発温度を上げるという関係がある。このため、圧縮機１１の周波数を制御することにより、冷媒の目標蒸発温度を制御することができる。

また、図１のように室内機２０が複数ある場合は、冷媒配管施工により室内機２０毎に冷媒の蒸発温度が異なる場合があるため、冷房運転中である室内機２０の蒸発温度の平均値を制御目標（目標蒸発温度）としても良いし、冷房能力および潜熱を確実に処理するには、室内機２０の中で一番高い蒸発温度を制御目標（目標蒸発温度）としても良く、高顕熱処理制御するには室内機２０の中で一番低い蒸発温度を制御目標（目標蒸発温度）としても良い。なお、冷媒サーミスタ２３は、室内熱交換器２１の入口の冷媒温度を検知しているが、室内熱交換器２１の中間部分の温度を計測しても良い。

図２は、空気物性に基づく、空気温度（乾球温度：ＤＢ（Ｄｒｙ Ｂｕｌｂ）））と相対湿度毎の露点温度（℃）の関係を示す図である。

図２では、相対湿度１００％、７０％、６０％、５０％における空気温度と露点温度との関係を示している。相対湿度が１００％の場合は、空気温度が露点温度と同じとなり、相対湿度が下がるほど露点温度の線は下がる。ここで、同一相対湿度で見た場合、線はある程度直線性をもち、空気温度が大きくなると露点温度も大きくなる傾向をもつ。また、高顕熱処理制御する場合には、冷媒の蒸発温度が露点温度より高い場合は潜熱を処理することが無いため、この直線を利用して冷媒の目標蒸発温度を決定しても良い。

図３は、本実施形態において冷房運転時に用いられる吸込空気温度（℃）と目標蒸発温度（℃）の関係を示す図である。

図３の基準線Ｌ１は、冷房運転時に用いられる吸込空気温度と目標蒸発温度との関係を示しており、当該関係は制御基板１５の記憶部に記憶されている。すなわち、温度サーミスタ２４により検知される吸込空気温度と基準線Ｌ１とに基づいて、室内熱交換器２１の目標蒸発温度が設定される。よって、目標蒸発温度の設定には吸込み空気の湿度は用いられない。その結果、室内機２０に湿度センサを設ける必要がなく、容易に目標蒸発温度を設定することができる。また、線Ｌ２は、吸込空気温度と目標蒸発温度とが等しい場合の吸込空気温度と目標蒸発温度との関係を示している。

基準線Ｌ１は、図２の空気温度と露点温度との関係と同様に、空気温度が大きくなると目標蒸発温度が大きくなる傾向を有する。このため、吸込み空気の湿度を取るための潜熱処理が行われる頻度を低減させることができる。また、図３に示すように、空気物性（吸込空気温度と目標蒸発温度との関係）を直線状に近似することにより、都度空気物性計算をする必要がなく、制御基板１５のマイコンにかかる計算負荷を小さくできる。

更に、この基準線Ｌ１が、例えば相対湿度５０％の近似線の場合、吸込空気温度の変化に関わらず相対湿度が５０％より低ければ空気調和機１で潜熱処理することはない。このため、５０％より高くなると始めて潜熱処理し始めるため、制御基板１５は、相対湿度を５０％以下に抑えるような動きをする。その結果、夏場の湿度が高い時期にも快適性を確保することが可能となる。更に、この目標蒸発温度には、吹き出し空気温度が高くなりすぎて快適性を損なわないように上限値（例えば１８℃）を設けても良い。同様に吹き出し温度が低すぎないように下限値（例えば８℃）を設定しても良い。

図４は、本実施形態における目標蒸発温度の補正を示す図である。工場出荷時に初期設定された目標蒸発温度（基準線Ｌ１）に対し、オフィスビルで潜熱負荷がほとんどない、あるいは潜熱処理用の空調機（例えばデシカント式除湿機）が併設されている場合などには、初期設定に対し一律＋ΔＴ高く補正する。すなわち、冷房運転時に用いる吸込空気温度と目標蒸発温度との関係が基準線Ｌ１から補正線Ｌ３に変更される。これにより、空気調和機１は、余分な潜熱を処理する頻度が少なくなり、省エネ運転することができる。

一方、梅雨時期の外気侵入が多い場所では潜熱処理の必要もあるため、初期設定値に一律−ΔＴ低く補正する。すなわち、冷房運転時に用いる吸込空気温度と目標蒸発温度との関係が基準線Ｌ１から補正線Ｌ４に変更される。この補正は、室外機１０の制御基板１５に設けられた図示せぬプッシュスイッチから設定しても良く、各種リモコンなどで設定しても良い。これにより、室内機２０が設置された空間負荷に見合う制御に容易に調整できる。

上記における補正は、温度差で補正したが、図２の特性相対湿度に近ければ、初期値（基準線Ｌ１）および各補正線を目標相対湿度としても良い。例えば、初期値である基準線Ｌ１が相対湿度５０％の近似線の場合、高く補正した場合の補正線Ｌ３を相対湿度６０％の目標相対湿度とし、低く補正した場合の補正線Ｌ４を相対湿度４０％の目標相対湿度としても良い。但し、この目標相対湿度は、室内の相対湿度が目標値より低い場合は室内を加湿することはできないので、目標値まで湿度を上げることはできない。目標相対湿度以下に室内の相対湿度を下げるという意味である。なお、相対湿度の変更は、制御基板１５に設けられた図示せぬプッシュスイッチから変更しても良く、各種リモコンなどで変更しても良い。

図５は、冷房運転における高顕熱処理制御のフローチャートを示す。図５の制御処理に関するプログラムは、制御基板１５のＲＯＭに記憶されて、冷房運転が開始されると制御基板１５のマイコンに読み出されて実行される。

まず、複数の室内機２０が同時に運転している場合、各冷媒サーミスタ２３から検知した冷媒温度に基づき、各室内機２０のうち冷媒の蒸発温度が最も低い室内機２０を識別し、冷媒の蒸発温度が最も低い室内機２０に吸込まれる空気の吸込空気温度を取得する（Ｓ１）。次に、取得した吸込空気温度と、基準線Ｌ１あるいは補正されている場合は補正線とに基づき、目標蒸発温度を計算する（Ｓ２）。

最低蒸発温度が、計算した目標蒸発温度より低いか否かを判断し（Ｓ３）、低い場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、圧縮機１１の周波数を下げて（Ｓ４）、ステップＳ１に戻る。これにより、室内機２０において潜熱を処理する可能性を低減させることができる。

一方、最低蒸発温度が、計算した目標蒸発温度と同等または計算した目標蒸発温度より高い場合には（Ｓ３：ＮＯ）、最低蒸発温度が、計算した目標蒸発温度より高いか否かを判断する（Ｓ５）。最低蒸発温度が、計算した目標蒸発温度より高い場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、圧縮機１１の周波数を上げて（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。これにより、冷房能力が不足する可能性を低減させることができる。また、最低蒸発温度が、計算した目標蒸発温度より高くない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、すなわち最低蒸発温度が、計算した目標蒸発温度と同等の場合は、ステップＳ１に戻る。

これらを繰り返して室内機最低蒸発温度が目標蒸発温度になるように調整する。ここで、周波数制御についてはフローに記載するようなＯＮＯＦＦ制御はあくまで概念であり、目標蒸発温度近傍に不感帯を儲け、頻繁に周波数が変化するのを抑えたり、実際目標に対する偏差や変化速度をみてＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御のように調整してもよい。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、図５のステップＳ１において、各室内機２０のうち冷媒の蒸発温度が最も低い室内機２０を識別し、冷媒の蒸発温度が最も低い室内機２０に吸込まれる空気の吸込空気温度を取得し、取得した吸込み空気温度に基づき目標蒸発温度を計算した。しかし、潜熱を確実に処理する場合には、室内機２０のうち冷媒の蒸発温度が最も高い室内機２０を識別し、冷媒の蒸発温度が最も高い室内機２０に吸込まれる空気の吸込空気温度を取得し、目標蒸発温度の計算を行っても良い。また、運転中の室内機２０に吸込まれる空気の吸込空気温度の平均値を算出し、目標蒸発温度の計算を行っても良い。

１ 空気調和機、２、ガス配管、３、液配管、１０ 室外機、１３ 室外熱交換器、１５ 制御基板 ２０Ａ、２０Ｂ 室内機、２１Ａ、２１Ｂ 室内熱交換器、２４Ａ、２４Ｂ 温度サーミスタ

Claims (5)

1. 室内機と室外機とが冷媒配管で接続され、
   前記室内機は、
   冷媒と吸込み空気との間で熱交換を行うための室内熱交換器と、
   前記吸込み空気の温度を検出する吸込み温度検出手段と、
   前記室内熱交換器における冷媒の蒸発温度の目標温度を設定する目標温度設定手段と、を備えた空気調和機において、
   前記目標温度設定手段は、前記吸込み温度検出手段により検出された前記吸込み空気の温度が大きくなるほど大きくなるように、前記目標温度を設定する空気調和機。
2. 前記目標温度設定手段は、所定の相対湿度において、前記吸込み温度に応じて決まる露点温度よりも大きくなるように、前記目標温度を設定する請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記目標温度設定手段は、前記吸込み空気の湿度を用いずに前記目標温度を設定する請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記吸込み空気の相対湿度の目標湿度の設定を行う目標湿度設定手段をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 前記目標温度設定手段は、前記吸込み空気の温度に応じて設定される前記目標温度を変更可能である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。
   

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