JP2016085017A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷房運転から除湿運転に切り替えても、室内ファンからの風量が大幅に変化することがなくて、室内ファンから略要求風量を供給できて、違和感を生じさせない空気調和機と提供すること。【解決手段】空気調和機は、室内熱交換器(15)の液入口(151)の近くの一部が蒸発域(V)となり、この蒸発域(V)の下流側が過熱域(SH)となり、かつ、上記蒸発域(V)の大きさが除湿負荷に応じて変化するように、圧縮機(11)および膨張機構(14)を制御する除湿制御部(100b)と、固定風量の冷房運転から、上記除湿制御部による除湿運転に切り替わったとき、上記冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように上記室内ファンの風量を制御する除湿風量制御部(100c)とを含む。【選択図】図2

Description

この発明は、除湿運転を行うことが可能な空気調和機に関する。
従来、この種の空気調和機としては、冷房運転から除湿運転に切り替えると、室内ファンの速度を冷房運転時よりも低くし、圧縮機の回転速度も冷房運転時よりも低くし、膨張弁の開度も冷房時よりも絞り気味に設定することにより、除湿運転では冷凍能力を低く抑えつつも、室内熱交換器の温度を低くして、潜熱の比率を高めることで、除湿を行うと共に室内温度の低下を抑えるようにしたものがある(特許文献1:特開2002−106913号公報)。
特開2002−106913号公報
しかしながら、上記従来の空気調和機では、冷房運転から除湿運転に切り替えると、室内ファンからの風量が冷房時に比べて大幅に減少するため、ユーザに要求風量が供給されなくて、違和感を与えると言う問題がある。
そこで、この発明の課題は、冷房運転から除湿運転に切り替えても、室内ファンからの風量が大幅に変化することがなくて、室内ファンから略要求風量を供給できて、違和感を生じさせない空気調和機と提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の空気調和機は、
圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、室内熱交換器とを接続した冷媒回路と、
上記室内熱交換器に空気を送る室内ファンおよび上記室外熱交換器に空気を送る室外ファンと、
室内空気の湿度を検出する湿度センサと、
上記室内熱交換器の液入口の近くの一部が蒸発域となり、この蒸発域の下流側が過熱域となり、かつ、上記蒸発域の大きさが除湿負荷に応じて変化するように、上記圧縮機および膨張機構を制御する除湿制御を行う除湿制御部と、
固定風量の冷房運転から、上記除湿制御部による除湿運転に切り替わったとき、上記冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように上記室内ファンの風量を制御する除湿風量制御部と
を備えることを特徴としている。
上記構成の空気調和機によれば、除湿運転時に、上記除湿制御部によって、除湿負荷に応じて圧縮機および電動膨張弁を制御することによって、除湿負荷に応じて室内熱交換器の液入口近くの蒸発域の大きさを変化させるので、必要最小限の冷却で除湿ができて、省エネを達成でき、また、風量によらず低負荷でも除湿量を確保でき、また、蒸発域を通る冷たい空気と過熱域を通る暖かい空気とを混ぜて快適性を向上することができる。
さらに、上記除湿風量制御部は、固定風量の冷房運転から、上記除湿制御部による除湿運転に切り替わったときに、上記冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように上記室内ファンの風量を制御するから、冷房運転から除湿運転に切り替えても、室内ファンからの風量が変化することがなくて、室内ファンから略要求風量を供給できて、違和感を生じさせない。
1実施形態では、
上記除湿風量制御部は、上記除湿運転中において圧縮機の駆動をオフしたときに、上記室内ファンの風量を直前の冷房運転時の風量に制御する。
上記実施形態によれば、上記除湿風量制御部は、上記除湿運転中において圧縮機の駆動をオフしたときに、上記室内ファンの風量を直前の冷房運転時の風量に制御するから、室内ファンの風量が急激に変化することがなくて、ユーザの要求風量になって好ましい。
1実施形態では、
上記除湿風量制御部は、冷房運転から除湿運転に切り替わる前の上記冷房運転時の室内ファンの風量が、室内温度センサで検出された室内温度と、設定温度とに基づいて、自動的に設定されていたときに、上記除湿運転に切り替わったときの上記室内ファンの風量を、上記湿度センサが検出した室内の湿度に基づいて、自動的に設定する。
上記実施形態によれば、冷房運転時の室内ファンの風量が冷房負荷に応じて自動的に設定されていたときに、上記冷房運転から除湿運転に切り替わったときに室内ファンの風量は、上記除湿風量制御部によって、上記湿度センサが検出した室内の湿度に基づいて、自動的に設定される。
したがって、除湿運転の除湿能力を適切に発揮することができ、かつ、室内風量が急激に変化する可能性を少なくすることができる。
この発明の空気調和機は、除湿制御部によって、除湿負荷に応じて圧縮機および電動膨張弁を制御することによって、除湿負荷に応じて室内熱交換器の液入口近くの蒸発域の大きさを変化させるので、必要最小限の冷却で除湿ができて、省エネを達成でき、また、風量によらず低負荷でも除湿量を確保でき、また、蒸発域を通る冷たい空気と過熱域を通る暖かい空気とを混ぜて快適性を向上することができる。
さらに、この発明の空気調和機は、固定風量の冷房運転から、上記除湿制御部による除湿運転に切り替わったときに、除湿風量制御部によって、上記冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように上記室内ファンの風量を制御するから、固定風量の冷房運転から除湿運転に切り替えても、室内ファンからの風量が変化することがなくて、室内ファンから略要求風量を供給できて、ユーザに違和感を生じさせない。
図1はこの発明の1実施形態の空気調和機の冷媒回路の回路図である。 図2は上記空気調和機の制御ブロック図である。 図3は除湿風量制御部の動作を示すフローチャートである。 図4は除湿風量制御部の動作を示すフローチャートである。
以下、この発明の空気調和機を、図示の実施形態により詳細に説明する。
<構成>
図1に示すように、この実施形態の空気調和機は、室外機1と室内機2とを備える。上記室外機1は、圧縮機11と、四路切換弁12と、室外熱交換器13と、膨張機構の一例としての電動膨張弁14と、アキュムレータ16と、上記室外熱交換器13に空気を送る室外ファン10とを有する。さらに、上記室外機1は、室外熱交換器13の温度を検出する室外熱交換器温度センサT1と、外気温度を検出する外気温度センサT2と、電動膨張弁14の蒸発温度を検出する蒸発温度センサT3を有する。
また、上記室内機2は、室内熱交換器15と、この室内熱交換器15に空気を送る室内ファン20と、室内熱交換器15の温度を検出する室内熱交換器温度センサT4と、室内温度を検出する室内温度センサT5と、室内空気の湿度を検出する湿度センサHとを有する。
上記室内熱交換器15は、主熱交換器15aと補助熱交換器15bとからなり、この補助熱交換器15bは、室内ファン20による空気流Wに関して、主熱交換器15aよりも上流側に位置している。上記室内熱交換器温度センサT4は、補助熱交換器15bの上端部近く、かつ、その上端部よりも空気流Wの下流側に位置している。
上記圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、電動膨張弁14、補助熱交換器15b、主熱交換器15a、四路切換弁12およびアキュムレータ16を環状に接続して、冷媒回路RCを構成している。
また、この空気調和機は、リモートコントローラ(リモコン)30を有し、このリモコン30で、冷房運転モード、除湿運転モードおよび暖房運転モードのいずれかの運転モードを選択して、その運転モードの運転開始操作を行ったり、運転切替操作や運転停止操作を行ったりすることができる。また、このリモコン30で、室内温度の設定温度や目標湿度を設定できる。また、リモコン30で、室内ファン20の回転速度を多段階に設定して、室内ファン20からの風量を多段階に固定し、室内ファン20からの固定風量を、例えば、大、やや大、中、やや小、小(リモコン30の表示では、例えば、強、やや強、中、やや弱、弱)に変化させることができる。
上記リモコン30によって、冷房運転モードまたは除湿運転モードが選択されて、上記四路切換弁12が図1に示す実線の状態に切り換えられると、圧縮機11からの冷媒は、冷媒回路RCを実線の矢印に示すように、四路切換弁12、室外熱交換器13、電動膨張弁14、補助熱交換器15b、主熱交換器15a、四路切換弁12およびアキュムレータ16の順に流れるようになっている。一方、暖房運転モードが選択されて、上記四路切換弁12が図1に示す破線の状態に切り換えられると、圧縮機11からの冷媒は、冷媒回路RCを破線の矢印に示すように、四路切換弁12、主熱交換器15a、補助熱交換器15b、電動膨張弁14、室外熱交換器13、四路切換弁12およびアキュムレータ16の順に流れるようになっている。
また、この空気調和機は、制御装置100を備え、この制御装置100は、図2に示すように、上記室外熱交換器温度センサT1、外気温度センサT2、蒸発温度センサT3、室内熱交換器温度センサT4、室内温度センサT5、湿度センサHおよびリモコン30等からの信号に基づいて、圧縮機11、四路切換弁12、電動膨張弁14、室外ファン10、室内ファン20等を制御する。
上記制御装置100は、マイクロコンピュータと入出力回路等からなり、冷暖房制御部100aと、除湿制御部100bと、除湿風量制御部100cとを有する。上記冷暖房制御部100a、除湿制御部100bおよび除湿風量制御部100cは、ソフトウェアにより構成されている。
上記冷暖房制御部100aは、室内温度の設定温度(目標室内温度)、室内温度センサT5で検出した室内温度、外気温度センサT2で検出した外気温度、リモコン30からの信号等に応じて、圧縮機11の運転周波数、電動膨張弁14の開度、室外ファン10および室内ファン20の回転速度等の制御を行って、冷暖房制御を行う。この冷暖房制御には、適用可能な種々のものがあるが、いずれも周知のものであって、かつ、本発明の要旨とは関係が薄いので、詳しい説明は省略する。
上記除湿制御部100bは、リモコン30により除湿運転モードが選択され、かつ、除湿運転を行うときに、上記室内熱交換器15の液入口151近くの部分、より具体的には、補助熱交換器15bの下端の液入口151の近くの領域が蒸発域Vとなり、この蒸発域Vの下流側が過熱域SHとなり、かつ、上記蒸発域Vの大きさが除湿負荷に応じて変化するように、上記圧縮機11および電動膨張弁14を制御する。
この明細書では、室内熱交換器15の液入口151近くの蒸発域Vの大きさを除湿負荷に応じて増減するように、圧縮機11および電動膨張弁14を制御する除湿運転の制御のことを、除湿制御という。そして、この除湿制御を行う除湿運転を除湿運転という。
上記除湿風量制御部100cは、図3および4のフローチャートに示す後述する制御を行なう。
<冷房運転モード>
上記構成の空気調和機において、今、リモコン30によって、冷房運転モードが選択されたとする。
そうすると、四路切換弁12が図1の実線の位置に切り換えられて、圧縮機11が起動し、圧縮機11から吐出された冷媒は、冷媒回路RCを実線の矢印の方向に流れて、室外熱交換器13が凝縮器として動作し、室内熱交換器15が蒸発器として動作する。
そして、圧縮機11から吐出された高温高圧の冷媒が四路切換弁12を介して室外熱交換器13に流入する。この室外熱交換器13で凝縮した冷媒は、電動膨張弁14で減圧された後に、室内熱交換器15(補助熱交換器15bおよび主熱交換器15a)に入る。上記室内熱交換器15で蒸発した冷媒が四路切換弁12およびアキュムレータ16を介して圧縮機11の吸入側に戻る。
こうして、圧縮機11、室外熱交換器13、電動膨張弁14、室内熱交換器15およびアキュムレータ16の順に冷媒が循環して、室内ファン20により室内熱交換器15を介して室内空気を循環させることにより室内を冷房する。
このとき、制御装置100の冷暖房制御部100aは、室内温度センサT5で検出された室内温度が、リモコン30で設定された設定温度(目標温度)になるように、圧縮機11の運転周波数、電動膨張弁14の開度等を制御する。
また、上記冷暖房制御部100aは、蒸発温度センサT3で検出した電動膨張弁14の下流側の蒸発温度、室外熱交換器温度センサT1で検出した室外熱交換器13の温度、室内熱交換器温度センサT4で検出した室内熱交換器15の温度等が所定の温度になるように、電動膨張弁14、室外ファン10、室内ファン20等を制御する。
より具体的には、例えば、制御装置100の冷暖房制御部100aは、室内温度と設定温度との差に基づいて圧縮機11の運転周波数を制御する。このとき、冷暖房制御部100aは、室内温度と設定温度との差が大きい場合に負荷が大きいことから、圧縮機11の運転周波数が高くなるように制御する一方、室内温度と設定温度との差が小さい場合に負荷が小さいことから、圧縮機11の運転周波数が低くなるように制御する。
また、制御装置100の冷暖房制御部100aは、蒸発温度センサT3で検知される蒸発温度に基づいて電動膨張弁14の開度を制御する。
また、制御装置100の冷暖房制御部100aは、リモコン30で設定された固定風量が室内ファン20から送風されるように、室内ファン20の回転速度を制御する。
<暖房運転モード>
今、リモコン30によって、暖房運転モードが選択されたとすると、四路切換弁12が図1の破線の位置に切り換えられて、圧縮機11から吐出された冷媒は、冷媒回路RCを破線の矢印の方向に流れる。
そして、暖房運転モード時には、圧縮機11から吐出された冷媒は、冷房モード時とは逆方向に流れて、室内熱交換器15が凝縮器として動作し、室外熱交換器13が蒸発器として動作して、室内の暖房を行う。
これ以外の動作は、冷房モード時と大略同様で容易に類推できるので、詳しい説明は省略する。
<除湿運転モード>
今、リモコン30で除湿運転モードが選択され、必要に応じて目標湿度が入力されると、除湿制御部100bによって除湿運転が次のように行われる。
上記除湿制御部100bは、室内熱交換器15の液入口151近くの一部、より具体的には、補助熱交換器15bの下端の液入口151の近くの領域が蒸発域Vとなり、この蒸発域Vの下流側が過熱域SHとなり、かつ、上記蒸発域Vの大きさが除湿負荷の大小に応じて増減するように、上記圧縮機11および電動膨張弁14を制御する。
ここで、上記除湿負荷とは、予め定められた目標湿度、あるいは、入力された目標湿度によって決まる必要除湿能力に対応しており、蒸発域Vの大きさが除湿負荷の大小に応じて変化するとは、蒸発域Vに供給される熱量の大小に応じて蒸発域Vの大きさが増減することであって、熱量は例えば室内温度センサT5で検出した室内温度(吸込空気の温度)と、室内ファンの20による室内風量によって決まる。
上記除湿運転モードでの除湿運転が行われているとき、補助熱交換器15bの下端の液入口151に供給された液冷媒は、補助熱交換器15bの途中で全て蒸発して、補助熱交換器15bの入口近傍の範囲だけが、液冷媒が蒸発する蒸発域Vとなる。
このとき、室内熱交換器15において、補助熱交換器15bの一部だけが蒸発域Vとなり、補助熱交換器15bの蒸発域V以外の他の部分と主熱交換器15aは、過熱域となる。
そして、補助熱交換器15bの蒸発域Vから過熱域SHを流れた冷媒が、補助熱交換器15bの風下側に配置された主熱交換器15aを流れる。したがって、室内ファン20によって矢印W方向に流れる室内空気は、補助熱交換器15bの蒸発域Vで冷却されて除湿されて、主熱交換器15aで加熱された後、室内に吹き出す。
一方、他の室内空気は、補助熱交換器15bの過熱域SHと主熱交換器15aを流れた後、室内温度と略同一の温度で室内に吹き出す。
上記空気調和機では、冷媒回路RCにおいて、電動膨張弁14の下流側に取り付けられた蒸発温度センサT3(図1に示す)により蒸発温度を検知する。そして、室内機2の室内温度センサT5により室内温度(室内機2の吸込空気の温度)を検知すると共に、室内熱交換器温度センサT4により補助熱交換器15bの液冷媒の蒸発が終了したことを検知する。
上記室内熱交換器温度センサT4は、補助熱交換器15bの上端近くの風下側かつ主熱交換器15aに配置されている。そして、補助熱交換器15bの上端近くの過熱域SHでは、吸込空気がほとんど冷却されない。したがって、室内熱交換器温度センサT4で検知される温度が、室内温度センサT5で検知される室内温度と略同一である場合には、補助熱交換器15bの途中で蒸発が終了して、補助熱交換器15bの上端近くの範囲が過熱域SHである。
そして、この空気調和機では、除湿運転モードにおいて、補助熱交換器15bは、液冷媒が蒸発する蒸発域Vと、この蒸発域Vの下流側の過熱域SHとを有する。この蒸発域Vの範囲が除湿負荷に応じて変化するように、制御装置100の除湿制御部100bによって圧縮機11と電動膨張弁14が制御される。ここで、除湿負荷に応じて変化するとは、蒸発域Vに供給される熱量に応じて変化することであって、この熱量は例えば室内温度センサT5で検出した室内温度(吸込空気の温度)と、室内ファンの20による室内風量によって定まる。
圧縮機11の運転周波数が制御された状態において、蒸発温度センサT3により検出された蒸発温度が所定の温度範囲(例えば10℃〜14℃)内の温度になるように、電動膨張弁14の開度を制御する。この所定の温度範囲は、目標蒸発温度(例えば12℃)を含むように設定する。
このように、除湿運転モードにおいて、除湿制御部100bによって、除湿負荷に応じて圧縮機11および電動膨張弁14を制御することによって、除湿負荷の大小に応じて室内熱交換器15の補助熱交換器15bの蒸発域Vの範囲を増減変化させるので、必要最小限の冷却で潜熱を利用して除湿ができて、省エネを達成でき、また、風量によらず低負荷でも除湿量を確保でき、また、蒸発域Vを通る冷たい空気と過熱域SHを通る暖かい空気とを混ぜて快適性を向上することができる。
次に、上記除湿風量制御部100cの動作について、図3および4のフローチャートを参照しながら説明する。
図3に示すように、除湿運転モードが選択されて、除湿運転がスタートすると、冷房運転から除湿運転への切り替えであるか否かが判別される(ステップS1)。ステップS1で是と判別すると、ステップS2に進んで、除湿運転の直前の冷房運転が固定風量の運転であるか否かが判別される。なお、冷房運転中の固定風量および自動風量は、図示しない、メモリに記憶されている。
ステップS2で、冷房運転が固定風量の冷房運転であると判別すると、ステップS3に進んで、冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように室内ファン20の風量を制御する。
このように、固定風量の冷房運転から、除湿運転に切り替わったときに、上記冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように、室内ファン20の風量を制御するから、冷房運転から除湿運転に切り替わっても、室内ファン20からの風量が変化することがなくて、室内ファン20から略要求風量を供給できて、ユーザに違和感を生じさせることがない。
一方、ステップS1またはS2で否と判別すると、すなわち、冷房運転をしないで直ちに除湿運転をするとき(ステップS1でNO)、または、冷房運転から除湿運転に切り替わる前の上記冷房運転時の室内ファン20の風量が、室内温度センサT5で検出された室内温度と、設定温度とに基づいて、自動的に設定されていたとき(ステップS2でNO)には、ステップS4に進んで、除湿運転に切り替わったときの室内ファン20の風量を、湿度センサHが検出した室内の湿度と目標湿度とに基づいて、自動的に設定する。
このように、冷房運転時の室内ファン20の風量が冷房負荷に応じて自動的に設定されていたときに、冷房運転から除湿運転に切り替わったときに、室内ファン20の風量は、湿度センサHが検出した室内の湿度と目標湿度とに基づいて、自動的に設定する。
したがって、除湿運転の除湿能力を適切に発揮することができ、かつ、
室内風量が急激に変化する可能性を少なくすることができる。
ステップS3およびステップS4の後、図4のステップS5に進んで、除湿運転中にサーモオフしたか否か、つまり、上記除湿運転中において圧縮機11の駆動をオフしたか否かを判別し、是と判別すると、ステップS6に進んで、除湿運転での室内ファン20の風量を、直前の冷房運転時の風量に制御する。
このように、除湿運転中においてサーモオフしたときに(圧縮機11の駆動がオフしたときに)、室内ファン20の風量を直前の冷房運転時の風量に制御するから、室内ファン20の風量が急激に変化することがなくて、ユーザの要求風量になって好ましい。
上記実施形態では、室内熱交換器15において、主熱交換器15aと補助熱交換器15bとを別体に形成していたが、室内熱交換器は一体構造であってもよい。室内熱交換器を一体構造にした場合は、その室内熱交換器の最風上側の部分を、補助熱交換器に対応した部分とすればよい。
上記実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。
1…室外機
2…室内機
10…室外ファン
11…圧縮機
12…四路切換弁
13…室外熱交換器
14…電動膨張弁
15…室内熱交換器
15a…主熱交換器
15b…補助熱交換器
16…アキュムレータ
20…室内ファン
100…制御装置
100a…冷暖房制御部
100b…除湿制御部
100c…除湿風量制御部
T1…室外熱交換器温度センサ
T2…外気温度センサ
T3…蒸発温度センサ
T4…室内熱交換器温度センサ
T5…室内温度センサ

Claims (3)

  1. 圧縮機(11)と、室外熱交換器(13)と、膨張機構(14)と、室内熱交換器(15)とを接続した冷媒回路(RC)と、
    上記室内熱交換器(15)に空気を送る室内ファン(20)および上記室外熱交換器(13)に空気を送る室外ファン(10)と、
    室内空気の湿度を検出する湿度センサ(H)と、
    上記室内熱交換器(15)の液入口(151)の近くの一部が蒸発域(V)となり、この蒸発域(V)の下流側が過熱域(SH)となり、かつ、上記蒸発域(V)の大きさが除湿負荷に応じて変化するように、上記圧縮機(11)および膨張機構(14)を制御する除湿制御部(100b)と、
    固定風量の冷房運転から、上記除湿制御部(100b)による除湿運転に切り替わったとき、上記冷房運転時の固定風量で除湿運転を行うように上記室内ファン(20)の風量を制御する除湿風量制御部(100c)と
    を備えることを特徴とする空気調和機。
  2. 請求項1に記載の空気調和機において、
    上記除湿風量制御部(100c)は、上記除湿運転中において圧縮機(11)の駆動をオフしたときに、上記室内ファン(20)の風量を直前の冷房運転時の風量に制御することを特徴とする空気調和機。
  3. 請求項1または2に記載の空気調和機において、
    上記除湿風量制御部(100c)は、冷房運転から除湿運転に切り替わる前の上記冷房運転時の室内ファン(20)の風量が、室内温度センサ(T5)で検出された室内温度と、設定温度とに基づいて、自動的に設定されていたときに、上記除湿運転に切り替わったときの上記室内ファン(20)の風量を、上記湿度センサ(H)が検出した室内の湿度に基づいて、自動的に設定することを特徴とする空気調和機。
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