JP2016053452A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転開始後の空調安定期へと至る過渡期において、吹出し風の高温化を実現する空気調和機の提供。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１に接続された室内熱交換器５と、室内熱交換器に送風する室内ファン１３と、設定室温を入力する入力装置３２と、室温を検出する室温検出部３３とを備え、暖房運転の起動時に、圧縮機１の回転数を低下させるより前に、室内ファン１３の回転数を低下させるように制御する。これにより、室内熱交換器の温度を上昇させることができ、吹出し風を高温に維持できるので、暖房運転開始時の快適性を向上させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は空気調和機、特に暖房運転での吹出し風の高温化を実現する制御に関するものである。

従来の空気調和機は、室温に基づいて圧縮機の回転数を調整し、室温や凝縮温度に基づいて室内ファンの回転数を調整している。そして、空調運転開始時には、室温が目標温度に到達すると、圧縮機の回転数を低下させるとともに、室内ファンの回転数を低下させている（例えば、特許文献１参照）。

この制御によれば、暖房運転開始時に、使用者が吹出し風を冷たく感じることを防止できるというものである。

特開昭６０−１０８６３８号公報

しかしながら、上記従来の空気調和機では、暖房運転の開始当初から高温の吹出し風を維持できず、使用者に温もり感を感じさせるまでには至っておらず、快適性の良いものとは言えない状況であった。

本発明は、このような課題を解決するもので、暖房運転開始後の空調安定期へと至る過渡期において、吹出し風の高温化を実現し、快適な空調が可能な空気調和機の提供を目的としたものである。

本発明は上記目的を達成するため、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された室内熱交換器と、室内熱交換器に送風する室内ファンと、設定室温を入力する入力装置と、室温を検出する室温検出部とを備え、暖房運転の起動時に、圧縮機の回転数を低下させるより前に、室内ファンの回転数を低下させるように制御する。

これにより、室内熱交換器の温度を上昇させることができ、吹出し風を高温に維持できるので、暖房運転開始時の快適性を向上させることができる。

本発明は、上記構成によって、暖房運転開始後の空調安定期へと移行する過渡期の空調の快適性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の概略構成図 同実施の形態１における空気調和機の制御ブロック図 同実施の形態１における空気調和機の制御動作を説明するフローチャート （ａ）同実施の形態１における空気調和機の暖房開始時の吹出し風の温度変化図（ｂ）比較例の吹出し風の温度変化図 別の運転条件での（ａ）同実施の形態１における空気調和機の暖房開始時の吹出し風の温度変化図（ｂ）比較例の吹出し風の温度変化図

第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された室内熱交換器と、室内熱交換器に送風する室内ファンと、設定室温を入力する入力装置と、室温を検出する室温検出部とを備え、暖房運転の起動時に、圧縮機の回転数を低下させるより前に、室内ファンの回転数を低下させるように制御するものである。

これにより、室内熱交換器の温度を上昇させることができ、吹出し風を高温に維持できるので、暖房運転開始時の快適性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、室内ファンの回転数の低下は、室温検出部が検出する室温が、設定室温に到達する前に行われるものである。

これにより、暖房運転開始後の早い段階から吹出し風の温度を高温にできるので、快適性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における空気調和機の概略構成図である。図１において、空気調和機は、室外機２１と室内機２２とを接続配管６、７で配管接続したいわゆるセパレート式の空気調和機である。空気調和機は、冷凍サイクル回路を備えており、冷凍サイクル回路は、冷媒を圧縮する圧縮機１、四方弁２、冷媒と室外空気の熱を交換する室外熱交換器３、冷媒を減圧する絞り装置４、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５を環状に接続配管６、７および冷媒配管で接続して構成されている。

室外機２１は、室外熱交換器３に送風する室外ファン１２、圧縮機１や室外ファン１２の運転・停止などの制御や、四方弁２、絞り装置４の制御を行うリレーや電子部品で構成された制御装置２０を備えている。

室内機２２は、室内熱交換器５に送風する室内ファン１３、室内機の吸い込み口付近に設けたサーミスタ等からなる吸込温度センサ１４、室内熱交換器５の伝熱管や室内熱交換器５の接続配管に設けられたサーミスタ等からなる配管温度センサ１５を備えている。

このような空気調和機では、冷房運転を行う場合には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り室外熱交換器３に送られる。そして、冷媒は周囲の空気と熱交換して放熱して凝縮し、高圧の液冷媒となり、絞り装置４に送られる。絞り装置４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、接続配管６を通り、室内機２２の室内熱交換器５に送られる。室内熱交換器５では、冷媒は室内の空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき、室内の空気は冷却され、室内ファン１３によって吹き出し口から吹出し風として吹き出される。そして、接続配管７を通り室外機２１に戻り、四方弁２を通って圧縮機１に戻される。

また、暖房運転を行う場合には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２、接続配管７を通り室内機２２の室内熱交換器５に送られる。そして、冷媒は周囲の空気と熱交換して放熱して凝縮し、高圧の液冷媒となる。このとき、室内の空気は加熱され、室内ファン１３によって吹き出し口から吹出し風として吹き出される。その後、冷媒は、接続配管６を通り室外機２１に戻り、絞り装置４に送られる。絞り装置４
では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３で、冷媒は周囲の空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。そして、四方弁２を通って圧縮機１に戻される。

図２は本実施の形態における空気調和機の制御ブロック図である。図２に示すように、空気調和機の制御装置２０は、空気調和機全体の制御を行う制御部３１を備え、吸込温度センサ１４や配管温度センサ１５等多くのセンサからの出力に基づきあらかじめ定めたシーケンスに従って空気調和機を制御する。

以下、その構成を説明すると、制御装置２０は、制御部３１を中心として、入力装置３２、室温検出部３３、凝縮温度検出部３４、記憶部３５、冷暖房出力部３６から構成される。

入力装置３２は、使用者が希望する室温、即ち設定室温の入力を受け付ける室温設定部３７や冷暖房モードを選択するための冷暖房モード選択部３８を有し、さらに図示していないが、室温制御を起動させる指示部を有している。この入力装置３２は、例えばリモートコントロール方式（以下、リモコンと称す）で入力できる操作装置であり、これにより在室者が手元で設定した室温や冷暖房モードに関する情報が無線によって制御部３１に伝送される。

室温検出部３３は、吸込温度センサ１４を有し、常時、略室温となる吸込空気の温度を検出してその情報を制御部３１に送っている。

凝縮温度検出部３４は、室内熱交換器５に設けられた配管温度センサ１５と室外熱交換器３に設けられた配管温度センサ（図示せず）とを有し、暖房運転時においては、室内熱交換器５に設けられた配管温度センサ１５によって、また、冷房運転時においては、室外熱交換器３に設けられた配管温度センサによって、冷凍サイクル回路内を流れる冷媒の凝縮温度を検出し、その情報を制御部３１に送っている。

記憶部３５は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含み、制御部３１の制御手順を規定したプログラムや制御部３１によって演算された一時的な温度データを記憶している。

制御部３１は、マイクロプロセッサを主体に構成されており、制御目標温度算出部３９、温度到達検出部４０、及び出力制御部４１を有している。これらは、記憶部３５に記憶されたプログラムに従って動作する。なお、図示しないが、制御部３１は内部にタイマーを有し、時間の計測や判断もできる。

制御目標温度算出部３９は、入力装置３２によって設定された設定室温に基づいて、制御上、到達すべき室温（吸込温度）の目標値である基準設定温度を算出する。

出力制御部４１は、算出された基準設定温度と吸込温度センサ１４が検出した室温（吸込温度）とを比較し、両温度の差がゼロになるように冷暖房出力部３６の出力を制御する。温度到達検出部４０は、室温（吸込温度）が基準設定温度に到達したかどうかを判断する。

冷暖房出力部３６は、出力制御部４１からの信号に基づいて室内への吹き出し空気の風向や風量、吹出し風の温度や設定温度等を調整している。

上記のように構成された空気調和機の暖房運転の起動時の動作について、図３のフロー
チャートを用いて説明する。

既に述べたように入力装置３２はリモコンで構成してあり、このリモコンをユーザが操作して、冷房運転や暖房運転の指示、所望する室内の温度（設定温度）の設定を行い、空気調和機の運転を開始する。

まず、設定温度から、空調すべき部屋の温度制御を行う上での目標値である基準設定温度を決定する（ステップＳ１）。基準設定温度は通常、室内設定温度と同等の温度であるが、リモコン等の入力装置３２により設定された各種の運転設定に応じて、補正を行った設定温度である。

より具体的には、リモコン等の入力装置３２により通常の空調運転より強力な空調運転を行うパワフル運転等の特殊な運転が設定されると、基準設定温度を、例えば、暖房運転時には、通常の空調運転時の基準設定温度より高めに補正する。これにより、ユーザが設定した室内設定温度を基本にしながらユーザの意図に沿ったパワフル運転等の特殊な運転が実行されることになる。

次に、吸込温度センサ１４の出力に応じて室温検出部３３で、室内機が設置された部屋の室温を検出する（ステップＳ２）。そして、設定した基準設定温度と室温の差を、第１の所定値と比較する（ステップＳ３）。

ステップＳ３で、基準設定温度と室温の差が小さければ、室温が使用者の所望する温度に到達していると判断し、圧縮機１の回転数を低下させる（ステップＳ４）。基準設定温度と室温の差が大きければ、依然、室温が使用者の所望する温度に到達していないと判断し、圧縮機１の回転数を維持する。あるいは、さらに迅速に室温を上昇させるために、圧縮機１の回転数を上昇させる。より具体的には、基準設定温度と吸込温度との差に応じて、圧縮機１の回転数を設定する。

次に、配管温度センサ１５の出力に応じて凝縮温度検出部３４で、凝縮温度を検出する（ステップＳ５）。そして、凝縮温度が第２の所定値に到達しているか否かを判定する（ステップＳ６）。

ここで、第２の所定値は、空気調和機の能力ランクに応じた代表的な部屋で予め実験を行い、室温が基準設定温度に到達する前に到達する凝縮温度、例えば、室温が（基準設定温度−３ｄｅｇ）となる凝縮温度に設定してある。

また、第１の所定値と第２の所定値とは、ステップＳ４が行われる前に、ステップＳ７が行われるように、予め設定してある。つまり、第１の所定値と第２の所定値は、圧縮機１の回転数を低下させるより前に、室内ファン１３の回転数を低下させるように、予め設定してある。なお、第１の所定値や第２の所定値は、一定値であるものとして説明したが、所定の幅を有する一定範囲であってもよい。

ステップＳ６で、凝縮温度が第２の所定値に到達していれば、室内ファン１３の回転数を低下させる（ステップＳ７）。凝縮温度が第２の所定値に到達していなければ、室内ファン１３の回転数を維持する。あるいは、圧縮機１の回転数に応じて上昇させる。

以上のステップを、起動動作を行う所定期間の間、繰返し実行する。

空気調和機の暖房運転開始時の吹出し風の温度変化について説明する。図４は、暖房開始時の吹出し風の温度変化を示す図であり、（ａ）は上述の制御を行う本実施の形態の空
気調和機での結果であり、（ｂ）は比較例として記載する、室内ファンの回転数を圧縮機の回転数と同時に低下させる制御を行う空気調和機での結果である。図４は、暖房の標準的な温度条件で、通常の空調運転設定での運転を行った場合の結果である。

図４には、実線で吹出温を示すとともに、一点鎖線で室内ファン１３の回転数を、破線で室温検出部３３が検出する室温を示している。図４の横軸は時間であり、暖房運転開始からの経過時間を示している。図４の縦軸は、吹出し風の温度（以下、吹出温と称す）と、室内ファン１３の回転数を示している。

図４において、区間Ｔ１は、暖房運転開始直後の立上り区間であり、区間Ｔ２は、室温が設定温度に対して３〜６ｄｅｇ低い、室温安定前区間であり、区間Ｔ３は、室温が設定温度と略同等となる室温安定区間である。

図４（ａ）によれば、暖房運転開示後、区間Ｔ１では、圧縮機１の回転数が上昇するにともなって、吹出温が上昇する。また、室内ファン１３の回転数は、圧縮機１の回転数上昇にともなって上昇する。この結果、室温は徐々に上昇する。

区間Ｔ２では、凝縮温度が第２の所定値に到達し、室内ファン１３の回転数を低下させる（図３のステップＳ７）。これによって、室内熱交換器５の温度、つまり、凝縮温度がさらに上昇するので、吹出温を高温の約５５℃に到達させることができる。

その後、区間Ｔ３に入ると、基準設定温度と室温の差が小さくなるので、室温が使用者の所望する温度に到達していると判断し、圧縮機１の回転数を低下させる（図３のステップＳ４）。これによって、室温を設定温度に維持する。

一方、図４（ｂ）では、区間Ｔ１の動作や変化は、図４（ａ）と同様であるが、区間Ｔ２では、室内ファン１３の回転数の低下が圧縮機１の回転数の低下前となるように設定されていないために、室内ファン１３の回転数は低下することがない。このため、凝縮温度を上昇させることができず、吹出温は約５０℃にしかならない。そして、区間Ｔ３で初めて、圧縮機１の回転数低下に応じて、室内ファン１３の回転数も低下する。

図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、図４（ａ）の方が、吹出温を高温にできており、また、より長い間、その高温を維持できていることがわかる。

このように、本実施の形態では、圧縮機１の回転数を低下させるより前に、室内ファン１３の回転数を低下させるように、第１の所定値と第２の所定値を設定しているので、凝縮温度を上昇させることができ、吹出し風を高温の約５５℃に維持できる。これによって、暖房運転開始時の快適性を向上させることができる。

また、第２の所定値は、室温が基準設定温度に到達する時間より前に到達する凝縮温度に設定してあるので、室内ファン１３の回転数の低下は、室温検出部３３が検出する室温が、設定温度に到達する前に行われ、暖房運転開始後の早い段階から吹出し風の温度を高温に維持できる。

図５は、暖房の標準的な温度条件でパワフル運転を行った場合の結果である。

図５（ａ）によれば、暖房運転開示後、区間Ｔ１では、圧縮機１の回転数、室内ファン１３の回転数の上昇にともなって、吹出温、室温が上昇する。

区間Ｔ２では、圧縮機１の回転数を低下させる前に、室内ファン１３の回転数を低下さ
せることで、凝縮温度が上昇するので、吹出温を高温の約５５〜６０℃に到達させることができる。その後、区間Ｔ３に入ると、圧縮機１の回転数を低下させ、室温を設定温度に維持する。

一方、図５（ｂ）では、圧縮機１の回転数を低下させる段階（区間Ｔ３に入る）まで、室内ファン１３の回転数を低下させることがないので、凝縮温度を上昇させることができず、吹出温は、図５（ａ）に比べて低い、約５０℃にとどまる。

以上のように、本実施の形態では、圧縮機１の回転数を低下させるより前に、室内ファン１３の回転数を低下させるように、第１の所定値と第２の所定値を設定しているので、室内熱交換器５の温度、つまり、凝縮温度を上昇させることができ、吹出し風を高温の約５５〜６０℃に維持できる。これによって、暖房運転開始時の快適性を向上させることができる。

また、第２の所定値は、室温が基準設定温度に到達する時間より前に到達する凝縮温度に設定してあるので、室内ファン１３の回転数の低下は、室温検出部３３が検出する室温が、設定温度に到達する前に行われ、暖房運転開始後の早い段階から吹出し風の温度を高温に維持できる。

なお、本実施の形態では、室内ファン１３は、凝縮温度検出部３４が検出する凝縮温度と第２の所定値とを比較して、回転数の調整を行うものとして説明したが、圧縮機１の回転数制御と同様に、室温検出部３３が検出する室温と基準設定温度（または、設定温度）の差を第３の所定値と比較して、回転数の調整を行うものとしてもよい。この場合には、第３の所定値は、第１の所定値より大きい値としておけば、圧縮機１の回転数を低下させるより前に、室内ファン１３の回転数を低下させることができる。なお、第３の所定値も、第１の所定値、第２の所定値と同様に、所定の幅を有する一定範囲であってもよい。

以上のように本発明は、暖房運転開始後の空調安定期へと移行する過渡期の空調の快適性を向上させることができ、一般家庭用はもちろん業務用の空気調和機等にも幅広く適用できる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 絞り装置
５ 室内熱交換器
６、７ 接続配管
１２ 室外ファン
１３ 室内ファン
１４ 吸込温度センサ
１５ 配管温度センサ
２０ 制御装置
２１ 室外機
２２ 室内機
３１ 制御部
３２ 入力装置（リモコン装置）
３３ 室温検出部
３４ 凝縮温度検出部
３５ 記憶部
３６ 冷暖房出力部
３７ 室温設定部
３８ 冷暖房モード選択部
３９ 制御目標温度算出部
４０ 温度到達検出部
４１ 出力制御部

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に接続された室内熱交換器と、前記室内熱交換器に送風する室内ファンと、設定室温を入力する入力装置と、室温を検出する室温検出部とを備え、暖房運転の起動時に、前記圧縮機の回転数を低下させるより前に、前記室内ファンの回転数を低下させるように制御することを特徴とする空気調和機。
2. 前記室内ファンの回転数の低下は、前記室温検出部が検出する室温が、前記設定室温に到達する前に行われることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。