JP2016008740A

JP2016008740A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2016008740A
Application number: JP2014128367A
Authority: JP
Inventors: 慎一浅井; Shinichi Asai; 貴司久保; Takashi Kubo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-01-18
Also published as: CN105299852A

Abstract

【課題】電気ヒーターにて暖房を行う場合に、負荷に左右されずに空気温度を制御することができる空気調和機を提供する。【解決手段】送風機２と、送風機２の駆動により外気を吸引し、当該送風機２に導入する外気導入ダクト３と、送風機２の駆動により吸引された外気を空調用の空気として室内に吹き出す空気吹出しダクト４と、外気導入ダクト３内に設置された複数の電気ヒーターＨと、外気導入ダクト３内に吸引された外気の温度を検出する第１温度センサー５と、送風機２および複数の電気ヒーターＨを制御する制御部１１とを備え、制御部１１は、送風機２を設定風量となるように駆動した際に、第１温度センサー５により検出された外気の温度と設定風量とに応じて、複数の電気ヒーターＨの中からＯＮする電気ヒーターを選択して通電する。【選択図】図１

Description

本発明は、吸引した外気を電気ヒーターで加熱し、室内を暖房する空気調和機に関するものである。

従来、暖房を目的とした空気調和機として、空気搬送路内に、送風機、送風機の送風側に設置された複数の電気ヒーター等が設けられ、さらに、空気搬送路の吹出口側に温度センサーが設置され、この温度センサーの検出に基づいて複数の電気ヒータへの通電切換を自動的に制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、空気調和機として、本体ケーシング内に外気を吸引する送風機と室内熱交換器が設けられ、本体ケーシングに連結されたチャンバーには、２つの電気ヒーターが設けられ、外気温度に応じて一方の電気ヒーターあるいは両方の電気ヒーターに通電するものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、従来の空気調和機として、内部に送風機、送風機の吸引側に設置された集積ヒーター等を備え、温湿度センサーの検出に基づいて集積ヒーターに通電する台数を制御するものがある（例えば、特許文献３参照）。
さらに、空気調和機として、送風路内に、送風機、送風機の送風側に設置された複数の電気ヒーター等が設けられ、この複数の電気ヒーターに交互に通電して、温風温度の偏りの抑制や電気ヒーターの寿命の平均化を図ったものもある（例えば、特許文献４参照）。

特開２００２−３６２４９９号公報（第３頁、図２）特開２０００−３０４３３１号公報（第５頁、図３）特開平９−５８２５５号公報（要約、図１）特開平３−２５２４９号公報（請求項２、第１図）

前述した従来の技術では、送風機の送風側に電気ヒーターを設置する場合には、電気ヒーターに作用する風は一様である必要がある。電気ヒーターは常に一様に発熱するが、送風機が高静圧の場合には、電気ヒーターに作用する風の分布にムラが発生し易く、そのため温度の偏りが発生する。また、風速が限りなく小さい部分がある場合には、過剰に電気ヒーターの温度が上昇し、電気ヒーターが破損する懸念もある。
屋外設置にて外気変動が大きく、さらに送風機の風量が多段階にて使用される場合には、低外気・最大風量の各条件により電気ヒーターの選定を行う。吹き出し空気の温度調整を行う手段として電気ヒーターの容量調整があるが、それぞれの負荷に応じて電気ヒーターの容量の調整や制御インターバルを切り分ける必要があった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、電気ヒーターにて暖房を行う場合に、負荷に左右されずに空気温度を制御することが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、送風機と、送風機の駆動により外気を吸引し、当該送風機に導入する外気導入ダクトと、送風機の駆動により吸引された外気を空調用の空気として室内に吹き出す空気吹出しダクトと、外気導入ダクト内に設置された複数の電気ヒーターと、外気導入ダクト内に吸引された外気の温度を検出する第１温度センサーと、送風機および複数の電気ヒーターを制御する制御部とを備え、制御部は、送風機を設定風量となるように駆動した際に、第１温度センサーにより検出された外気の温度と設定風量とに応じて、複数の電気ヒーターの中からＯＮする電気ヒーターを選択して通電する。

本発明によれば、送風機を設定風量となるように駆動した際に、第１温度センサーにより検出された外気の温度と設定風量とに応じて、複数の電気ヒーターの中からＯＮする電気ヒーターを選択して通電するようにしている。このように、外気の温度と設定風量との負荷に応じて電気ヒーターを選択して通電するようにしているので、負荷に応じた電気ヒーターの容量制御が容易となり、また、電気ヒーターの容量の調整幅を小さくなるので、オーバーシュートやハンチングといった制御追従性による不具合の発生を抑えることができる。さらに、送風機を駆動した際に、外気の温度と設定風量とから負荷を予測するため、空気吹出しダクト内に吹き出される空気の温度をスムーズに設定温度に到達させることができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の室内機の概略構成図。図１の空気調和機の冷媒回路の概略構成図。図１の室内機における暖房運転の風量モードと外気温度とに応じて設定された電気ヒーターの起動台数と初期容量の％とを示す図。図１の室内機により暖房運転が行われているときの設定温度に対する吹出し温度に応じて設定された第３電気ヒーターの容量の％を示す図。

図１は本発明の実施の形態に係る空気調和機の室内機の概略構成図、図２は本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。
実施の形態に係る空気調和機は、冷房運転時に室内熱交換器６により空気を冷却して室内を冷房し、暖房運転時に複数の電気ヒーターＨにより空気を加熱して室内を暖房する室内機１を備えている。

この室内機１は、送風機２と、送風機２の吸引側に連結された外気導入ダクト３と、送風機２の吹出し側に連結された空気吹出しダクト４と、外気導入ダクト３内に設置された複数の電気ヒーターＨおよび第１温度センサー５と、空気吹出しダクト４内に設置された室内熱交換器６および第２温度センサー７とを備えている。また、室内機１には、制御部１１と、制御部１１からの情報に基づいて複数の電気ヒーターＨを制御するヒーター制御部１２と、制御部１１からの情報に基づいて送風機２を制御する送風機制御部１３とが設けられている。

外気導入ダクト３と空気吹出しダクト４は、共に板金により構成され、断面形状が例えば四角形に形成されている。複数の電気ヒーターＨは、例えば、第１電気ヒーターＨ１、第２電気ヒーターＨ２および特定電気ヒーターである第３電気ヒーターＨ３の３台からなっている。そのうちの第１電気ヒーターＨ１と第２電気ヒーターＨ２は、それぞれヒーター制御部１２によりＯＮまたはＯＦＦされる。また、第３電気ヒーターＨ３は、ヒーター制御部１２により容量が制御される。なお、電気ヒーターＨを３台としているが、これは一例であって、何台でもよい。

第１温度センサー５は、送風機２の駆動によって外気導入ダクト３内に吸い込まれる外気の温度に応じて信号（起電力）を生成し、当該信号を制御部１１に入力する。室内熱交換器６は、図２に示すように冷媒配管を介して室外機２１と接続され、冷房運転時に蒸発器として作用し、送風機２から吹き出された空気を冷却する。第２温度センサー７は、送風機２の駆動によって空気吹出しダクト４内に送り込まれる吹出し空気の温度に応じて信号を生成し、当該信号を制御部１１に入力する。

ここで、実施の形態に係る空気調和機の構成について、図２を用いて説明する。
空気調和機は、前述したように複数の電気ヒーターＨ、送風機２および室内熱交換器６を備えた室内機１と、圧縮機２２、室外熱交換器２３、室外ファン２５、膨張弁２４等を有する室外機２１とで構成されている。この空気調和機は、圧縮機２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内熱交換器６等が順に冷媒配管により接続されて形成される冷媒回路を備えている。

前記のような空気調和機における冷房運転時には、圧縮機２２によって圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、室外熱交換器２３に流れ、凝縮されて液化した後、膨張弁２４によって絞られて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器６へ流入する。室内熱交換器６に流入した気液二相冷媒は、送風機２からの吹出し空気により蒸発してガス化され、再び圧縮機２２に戻る。すなわち、凝縮器として作用する室外熱交換器２３では高温高圧の冷媒ガスが外気に吸熱され、蒸発器として作用する室内熱交換器６では送風機２からの吹出し空気が気液二相冷媒から熱を吸引し、冷却された吹出し空気が室内に送られる。

次に、複数の電気ヒーターＨの制御について、図３および図４を用いて説明する。
図３は図１の室内機における暖房運転の風量モードと外気温度とに応じて設定された電気ヒーターの起動台数と初期容量の％とを示す図、図４は図１の室内機により暖房運転が行われているときの設定温度に対する吹出し温度に応じて設定された第３電気ヒーターの容量の％を示す図である。

制御部１１は、図３をデータテーブルとして、また、図４をデータ化して格納された内蔵メモリを備えている。図３のデータテーブルは、「特大」、「大」、「中」および「小」の各風量モードに対して外気温度が設定され、さらに、各風量モードに設定された外気温度毎に対応して、第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数（ＯＮまたはＯＦＦ）と第３電気ヒーターＨ３の初期容量の％が設定されている。

図４のデータは、室内機１により暖房運転が行われているときの設定温度に対する吹出し空気の温度の高低に応じて、第３電気ヒーターＨ３の初期容量をホールド、アップあるいはダウンする容量の％が設定されている。なお、図中に示すｄｉｆ１およびｄｉｆ２は設定値で、ｄｉｆ１＜ｄｉｆ２の関係にある。

制御部１１は、例えば、暖房運転の指示を受けた後に、選択された風量モードと設定温度とが入力されると、選択された風量モードの情報を送風機制御部１３に入力する。送風機制御部１３は、送風機２の駆動を開始し、その情報に基づく風量が得られるように、送風機２の回転数を制御する。この時、外気が外気導入ダクト３内に吸い込まれ、空調用の空気として送風機２により空気吹出しダクト４内へ送り込まれる。

一方、制御部１１は、第１温度センサー５からの信号を入力し、入力した信号に基づいて外気導入ダクト３内に吸い込まれる外気の温度を検知する。そして、制御部１１は、選択された風量モードが例えば「特大」で、外気の温度が１６℃以上２０℃未満のときには、データテーブルから第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数を１台と判定し、その情報をヒーター制御部１２に入力する。また、制御部１１は、データテーブルから第３電気ヒーターＨ３の初期容量を２０％と決定し、その情報を第３電気ヒーターＨ３の初期容量としてヒーター制御部１２に入力する。

なお、制御部１１は、風量モードが例えば「特大」で、外気の温度が０℃以上４℃未満のときには、データテーブルから第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数を２台と判定し、第３電気ヒーターＨ３の初期容量を３５％と決定する。制御部１１は、風量モードが例えば「大」で、外気の温度が１６℃以上２０℃未満のときには、データテーブルから第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数をゼロと判定し、第３電気ヒーターＨ３の初期容量を９５％と決定する。

また、制御部１１は、風量モードが例えば「中」で、外気の温度が１６℃以上２０℃未満のときには、データテーブルから第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数をゼロと判定し、第３電気ヒーターＨ３の初期容量を８０％と決定する。さらに、制御部１１は、風量モードが例えば「小」で、外気の温度が１６℃以上２０℃未満のときには、データテーブルから第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数をゼロと判定し、第３電気ヒーターＨ３の初期容量を５０％と決定する。

ヒーター制御部１２は、第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数が１台である情報を受けたときには、第１電気ヒーターＨ１の回路をＯＮし、第１電気ヒーターＨ１の容量となるように通電すると共に、第３電気ヒーターＨ３の初期容量が２０％となるように通電制御する。この時、外気導入ダクト３内に吸い込まれる外気は、第１電気ヒーターＨ１と第３電気ヒーターＨ３とにより加熱されて温風となり、送風機２により空気吹出しダクト４内へ送り込まれる。なお、第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２の起動台数が１台の場合、第１電気ヒーターＨ１を選択しているが、第２電気ヒーターＨ２でも良い。

制御部１１は、風量モードと外気温度とから電気ヒーターＨの選択が終了すると、第２温度センサー７からの信号を入力し、入力した信号に基づいて空気吹出しダクト４内へ送り込まれる吹出し空気の温度を検知する。そして、制御部１１は、設定温度と吹出し空気の温度とを比較し、その比較結果に基づいて第３電気ヒーターＨ３の初期容量を暖房の容量としてホールド、あるいは初期容量を変えて暖房の容量とする。

つまり、制御部１１は、吹出し空気の温度が設定温度−ｄｉｆ１以上で、設定温度＋ｄｉｆ１以下の範囲内のときには、第３電気ヒーターＨ３の初期容量をホールド状態とする。また、制御部１１は、吹出し空気の温度が設定温度＋ｄｉｆ１よりも高く、設定温度＋ｄｉｆ２以下のときには、第３電気ヒーターＨ３の初期容量の％を小さくダウンし、暖房の容量とする。制御部１１は、吹出し空気の温度が設定温度＋ｄｉｆ２よりも高いときには、第３電気ヒーターＨ３の初期容量の％を大きくダウンし、暖房の容量とする。つまり、制御部１１は、吹出し空気の温度が設定温度−ｄｉｆ１以上で、設定温度＋ｄｉｆ１以下の範囲内に入るように、第３電気ヒーターＨ３の容量を制御する。

また、制御部１１は、吹出し空気の温度が設定温度−ｄｉｆ１よりも低く、設定温度−ｄｉｆ２以上のときには、第３電気ヒーターＨ３の初期容量の％を小さくアップし、暖房の容量とする。制御部１１は、吹出し空気の温度が設定温度−ｄｉｆ２よりも低いときには、第３電気ヒーターＨ３の初期容量の％を大きくアップし、暖房の容量とする。つまり、制御部１１は、前記と同様に、吹出し空気の温度が設定温度−ｄｉｆ１以上で、設定温度＋ｄｉｆ１以下の範囲内に入るように、第３電気ヒーターＨ３の容量を制御する。

以上のように実施の形態によれば、選択された風量モードとなるように送風機２を駆動した際に、第１温度センサー５により検出された外気の温度と風量モードとに応じて、第１および第２電気ヒーターＨ１、Ｈ２からＯＮ（起動）する電気ヒーターを選択して通電する。次いで、外気の温度と風量モードとに応じて第３電気ヒーターＨ３の初期容量を決定し、第３電気ヒーターＨ３が初期容量となるように制御する。このような電気ヒーターＨの制御により、負荷に応じた電気ヒーターＨの容量制御が容易となり、また、電気ヒーターＨの容量の調整幅を小さくなるので、オーバーシュートやハンチングといった制御追従性による不具合の発生を抑えることができる。さらに、送風機２を駆動した際に、外気の温度と風量モードとから負荷を予測するため、空気吹出しダクト４内に送り込まれる吹出し空気の温度をスムーズに設定温度に到達させることができる。

なお、実施の形態では、データテーブルから風量モードを選択するようにしたが、送風機２の運転周波数から送風機２の風量を算出するようにしてもよい。この場合、送風機制御部１３には、送風機２の駆動を制御するインバータ回路が設けられる。また、これに変えて、空気吹出しダクト４の吹出口に設けられた弁の開度から送風機２の風量を算出するようにしてもよい。

１室内機、２送風機、３外気導入ダクト、４空気吹出しダクト、５第１温度センサー、６室内熱交換器、７第２温度センサー、１１制御部、１２ヒーター制御部、１３送風機制御部、２１室外機、２２圧縮機、２３室外熱交換器、２４膨張弁、２５室外ファン、Ｈ電気ヒーター、Ｈ１第１電気ヒーター、Ｈ２第２電気ヒーター、Ｈ３第３電気ヒーター。

Claims

送風機と、
前記送風機の駆動により外気を吸引し、当該送風機に導入する外気導入ダクトと、
前記送風機の駆動により吸引された外気を空調用の空気として室内に吹き出す空気吹出しダクトと、
前記外気導入ダクト内に設置された複数の電気ヒーターと、
前記外気導入ダクト内に吸引された外気の温度を検出する第１温度センサーと、
前記送風機および前記複数の電気ヒーターを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記送風機を設定風量となるように駆動した際に、前記第１温度センサーにより検出された外気の温度と前記設定風量とに応じて、前記複数の電気ヒーターの中からＯＮする電気ヒーターを選択して通電することを特徴とする空気調和機。
前記複数の電気ヒーターの中には、容量が制御される特定電気ヒーターが設けられ、
前記制御部は、前記送風機を設定風量となるように駆動した際に、前記温度と前記設定風量とに応じて前記特定電気ヒーターの初期容量を決定し、当該特定電気ヒーターが初期容量となるように制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
前記空気吹出しダクト内に吹き出された空気の温度を検出する第２温度センサーを備え、
前記制御部は、前記第２温度センサーにより検出された前記空気吹出しダクト内の空気の温度と設定温度との比較結果に基づいて、前記特定電気ヒーターの初期容量を可変することを特徴とする請求項２記載の空気調和機。