JP2022081022A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】快適性を維持しつつ、利用者が空気調和装置の故障と誤認識することを抑制することができる空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】空気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、熱交換器により加熱または冷却された空気を空調対象空間に吹出すファンと、空調対象空間へ吹出される空気の角度を変える風向板と、ファンの風量および風向板の角度を制御する制御装置と、を備える空気調和装置において、制御装置は、冷房運転または暖房運転の通常運転を実施中に第1条件を満たした場合、低能力運転を実施し、低能力運転時に、ファンの風量を通常運転時のファンの風量よりも低下させ、風向板を水平方向とする構成とした。【選択図】図1
Description
本開示は、居住空間などの空間の温度を調整する空気調和装置に関するものである。
近年、住宅の高気密および高断熱化が進んでいる。これにより、室内で発生する人体発熱および機器発熱などの内部発熱によって、空気調和装置の負荷が低下する頻度が増えている。具体的には、空気調和装置の負荷が、定格能力に対し半分以下となる低負荷の発生頻度が増えている。空気調和装置の圧縮機の運転周波数には下限がある。そのため、圧縮機が下限周波数以下で運転することになる低負荷の場合には、圧縮機の運転と停止を繰り返す発停運転が発生する。圧縮機が発停運転すると、室内温度の変動による快適性の悪化、または圧縮機の起動時に冷媒状態が安定しないことで発生するロスに起因する省エネ性の悪化が生じる。これらの課題を解決するため、特許文献1では、圧縮機を停止させるサーモオフ状態へ移行する前にサーモオフ猶予制御を行うことで、圧縮機の発停運転を回避する空気調和装置が提案されている。
特許文献1に記載されるように、サーモオフ猶予制御を行うことで、圧縮機の発停運転の頻度が低減し、空調対象空間の快適性が維持される。しかしながら、サーモオフ猶予制御などの低能力での運転中は、空気調和装置の吹出し空気温度と室内温度との差が小さくなり、故障の一例である冷媒不足または冷媒漏洩による不冷状態または不暖状態と類似の状態となる。そのため、実際には空気調和装置に故障が発生していないのに、利用者が空気調和装置の故障と誤認識してしまうことがある。
本開示は、上記のような課題を解決するものであり、快適性を維持しつつ、利用者が空気調和装置の故障と誤認識することを抑制することができる空気調和装置を提供することを目的とする。
本開示に係る空気調和装置は、空気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、熱交換器により加熱または冷却された空気を空調対象空間に吹出すファンと、空調対象空間へ吹出される空気の角度を変える風向板と、ファンの風量および風向板の角度を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、冷房運転または暖房運転の通常運転を実施中に第1条件を満たした場合、低能力運転を実施し、低能力運転時に、ファンの風量を通常運転時のファンの風量よりも低下させ、風向板を水平方向とするものである。
本開示における空気調和装置によれば、低能力運転を実施することで、快適性を維持しつつ、低能力運転時に風量および風向を制御することで、利用者が空気調和装置の故障と誤認識することを抑制することができる。
以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、本開示の範囲内で適宜変更することができる。
実施の形態1.
(空気調和装置の構成)
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置100の概略構成図である。図1に示すように、実施の形態1の空気調和装置100は、空調対象空間の外に配置される室外機1と、空調対象空間内に配置される室内機2とからなる。室外機1と室内機2とは、配管、および電源線または信号線等の配線によって接続されている。室外機1は、圧縮機11と、流路切替弁12と、室外熱交換器13と、膨張弁14と、室外ファン15と、を備えている。室内機2は、室内熱交換器21と、室内ファン22と、風向板23と、第1温度センサ31と、第2温度センサ32と、第3温度センサ33と、吸込み温度センサ34と、吹出し温度センサ35と、制御装置5と、を備えている。
(空気調和装置の構成)
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置100の概略構成図である。図1に示すように、実施の形態1の空気調和装置100は、空調対象空間の外に配置される室外機1と、空調対象空間内に配置される室内機2とからなる。室外機1と室内機2とは、配管、および電源線または信号線等の配線によって接続されている。室外機1は、圧縮機11と、流路切替弁12と、室外熱交換器13と、膨張弁14と、室外ファン15と、を備えている。室内機2は、室内熱交換器21と、室内ファン22と、風向板23と、第1温度センサ31と、第2温度センサ32と、第3温度センサ33と、吸込み温度センサ34と、吹出し温度センサ35と、制御装置5と、を備えている。
圧縮機11、流路切替弁12、室外熱交換器13、膨張弁14、および室内熱交換器21は、配管により接続され、冷媒回路を構成する。空気調和装置100の冷媒回路に循環する冷媒は、例えば二酸化炭素、炭化水素もしくはヘリウム等の自然冷媒、HFC410AもしくはHFC407C等の塩素を含まない冷媒、またはR22もしくはR134a等のフロン系冷媒である。
圧縮機11は、低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機11としては、例えばレシプロ、ロータリー、スクロールまたはスクリューなどの各種タイプの圧縮機が用いられる。圧縮機11の運転周波数は、制御装置5によって制御される。
流路切替弁12は、室外熱交換器13が凝縮器として機能する冷房運転と、室外熱交換器13が蒸発器として機能する暖房運転とを切替える四方弁である。流路切替弁12は、冷房運転時は図1に実線で示されるように、圧縮機11から吐出される冷媒が室外熱交換器13に流入するよう切替えられる。流路切替弁12は、暖房運転時は図1に破線で示されるように、圧縮機11から吐出される冷媒が室内熱交換器21に流入するよう切替えられる。
室外熱交換器13は、例えばプレートフィンチューブ式の熱交換器であり、円管または扁平管の内部を流通する冷媒と、室外ファン15により供給される空気との熱交換を行う。室外熱交換器13は、流路切替弁12と、膨張弁14との間に配置される。室外熱交換器13は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。
膨張弁14は、冷媒を減圧させる弁である。膨張弁14は、制御装置5によって開度を調整可能な電子膨張弁である。膨張弁14は、室外熱交換器13と、室内熱交換器21との間に配置される。なお、図1において、膨張弁14は室外機1に配置されているが、室内機2に配置されてもよい。
室外ファン15は、空調対象空間外の空気を吸込み、室外熱交換器13を通過させて空調対象空間外に吹出す。室外ファン15は、例えばモータによって駆動されるプロペラファン、シロッコファンまたはクロスフローファンである。室外ファン15の風量は、制御装置5によって室外ファン15の回転数が制御されることにより制御される。室外ファン15のモータがDCモータの場合、制御装置5は、電流値を変化させて回転数を制御することで、室外ファン15の風量を制御する。また、室外ファン15のモータがACモータの場合、制御装置5は、インバータ制御により電源周波数を変化させて回転数を制御することで、室外ファン15の風量を制御する。
室内熱交換器21は、例えばプレートフィンチューブ式の熱交換器であり、円管または扁平管の内部を流通する冷媒と、室内ファン22により送風される空気との熱交換を行う。室内熱交換器21は、膨張弁14と、流路切替弁12との間に配置される。室内熱交換器21は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。
室内ファン22は、空調対象空間内の空気を吸込み、室内熱交換器21を通過させて空調対象空間内に吹出す。室内ファン22は、例えばモータによって駆動されるプロペラファン、シロッコファンまたはクロスフローファンである。室内ファン22の風量は、制御装置5によって室内ファン22の回転数が制御されることにより制御される。室内ファン22のモータがDCモータの場合、制御装置5は、電流値を変化させて回転数を制御することで、室内ファン22の風量を制御する。また、室内ファン22のモータがACモータの場合、制御装置5は、インバータ制御により電源周波数を変化させて回転数を制御することで、室内ファン22の風量を制御する。
なお、図1では、1つの室内ファン22が、空気の流れにおいて室内熱交換器21の上流に配置されているが、目標の風量が得られるのであれば、室内ファン22の配置および数は図1の例に限定されない。例えば、室内ファン22は、室内熱交換器21の下流に配置されてもよいし、複数の室内ファン22が室内熱交換器21の上流と下流とにそれぞれ配置されてもよい。
室内機2は、空調対象空間の壁に取り付けられる壁掛け式の室内機である。室内機2の筐体には、吸込口20aと吹出口20bとが設けられている。室内ファン22により、空調対象空間の空気が吸込口20aから吸込まれ、室内熱交換器21によって冷却または加熱されて、吹出口20bから空調対象空間に吹出される。
風向板23は、吹出口20bにおいて、水平方向と平行な回転軸に回動可能に設けられ、室内熱交換器21によって冷却または加熱された空調空気の吹出し方向を上下方向に調節する。風向板23の角度は、回転軸に取り付けられた図示しないステッピングモータなどにより調節される。なお、風向板23の角度は、室内機2が空調対象空間の壁に設置された状態において、鉛直方向を0度とした場合の角度である。
第1温度センサ31は、室内熱交換器21と膨張弁14とを接続する配管に設けられ、冷房運転時において、室内熱交換器21の入口側の冷媒の温度を検出する。第2温度センサ32は、室内熱交換器21と流路切替弁12とを接続する配管に設けられ、冷房運転時において、室内熱交換器21の出口側の冷媒の温度を検出する。第3温度センサ33は、室内熱交換器21に設けられ、室内熱交換器21を流れる冷媒の温度を検出する。第1温度センサ31、第2温度センサ32および第3温度センサ33により検出された冷媒温度は、制御装置5に送信される。
吸込み温度センサ34は、吸込口20aの周囲に配置され、空調対象空間から室内機2に吸込まれる空気の温度を検出する。吸込み温度センサ34により検出された吸込み空気温度Tは、制御装置5に送信される。なお、吸込み空気温度Tは、空調対象空間の温度、すなわち室内温度である。吹出し温度センサ35は、吹出口20bの周囲に設けられ、室内機2から空調対象空間に吹き出される空気の温度を検出する。吹出し温度センサ35により検出された吹出し空気温度Tbは、制御装置5へ送信される。
制御装置5は、CPU、ROM、RAM、およびI/Oポート等を備えたマイクロコンピュータである。制御装置5は、リモコン等を介して入力される使用者からの指示と、第1温度センサ31、第2温度センサ32、第3温度センサ33、吸込み温度センサ34および吹出し温度センサ35の検出結果とに基づいて空気調和装置100全体の動作を制御する。なお、図1では、制御装置5が室内機2に設けられているが、室外機1に設けられてもよいし、室外機1および室内機2にそれぞれ個別の制御装置5を設け、互いに通信する構成としてもよい。
(空気調和装置の動作)
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置100の制御ブロック図である。図2に示すように、空気調和装置100の制御装置5は、機能部として、運転制御部51と、風量制御部52と、風向制御部53とを有する。各機能部は、制御装置5がプログラムを実行することにより実現されるか、または専用の処理回路により実現される。
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置100の制御ブロック図である。図2に示すように、空気調和装置100の制御装置5は、機能部として、運転制御部51と、風量制御部52と、風向制御部53とを有する。各機能部は、制御装置5がプログラムを実行することにより実現されるか、または専用の処理回路により実現される。
運転制御部51は、リモコン等を介して入力される設定情報と、第1温度センサ31、第2温度センサ32、第3温度センサ33、吸込み温度センサ34および吹出し温度センサ35の検出結果とに基づき、冷房運転および暖房運転を実行する。入力される設定情報は、例えば冷房運転、暖房運転の設定、および設定温度Tsetなどである。運転制御部51は、設定情報と各温度センサの検出結果に基づき、圧縮機11の運転周波数、流路切替弁12の切替え、膨張弁14の開度、および室外ファン15の回転数を制御する。
風量制御部52は、リモコン等を介して入力される設定情報と、吸込み温度センサ34および吹出し温度センサ35により検出された温度と、に基づき、室内ファン22の風量を制御する。風向制御部53は、リモコン等を介して入力される設定情報に基づき風向板23の角度を制御する。
(冷房運転)
空気調和装置100の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時においては、まず、圧縮機11で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が凝縮器として機能する室外熱交換器13に流入する。冷媒は、室外熱交換器13にて高温高圧の気体から液体に相変化し、室外熱交換器13を通過する空気を加熱する。その後、冷媒は開度が小さく設定された膨張弁14にて減圧され、低温低圧の液体と気体が混在した二相状態になり、蒸発器として機能する室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21において、冷媒は、液体から気体に相変化し、室内熱交換器21を通過する空気を冷却する。その後、冷媒は圧縮機11に流入し、再度、高温高圧の気体となる。
空気調和装置100の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時においては、まず、圧縮機11で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が凝縮器として機能する室外熱交換器13に流入する。冷媒は、室外熱交換器13にて高温高圧の気体から液体に相変化し、室外熱交換器13を通過する空気を加熱する。その後、冷媒は開度が小さく設定された膨張弁14にて減圧され、低温低圧の液体と気体が混在した二相状態になり、蒸発器として機能する室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21において、冷媒は、液体から気体に相変化し、室内熱交換器21を通過する空気を冷却する。その後、冷媒は圧縮機11に流入し、再度、高温高圧の気体となる。
図3は、実施の形態1に係る室内機2の冷房運転時の動作を示す図である。冷房運転時には、制御装置5は、膨張弁14の開度を小さく設定する。これにより、室内熱交換器21に流入する冷媒の圧力は低下する。また、制御装置5は、第1温度センサ31によって検出される冷媒の入口温度と、第2温度センサ32によって検出される冷媒の出口温度との差から演算される過熱度が所定の値となるように、膨張弁14の開度を制御する。図3に示されるように、空調対象空間内の空気(A1)は、室内ファン22により、蒸発器として機能する室内熱交換器21へ供給される。室内熱交換器21は通過する空気を冷却する。その後、冷却された空調空気(B1)が、空調対象空間内に供給される。
図4は、実施の形態1に係る室内機2の冷房運転時の空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図4の横軸は温度(℃)を表し、縦軸は絶対湿度(kg/kg´)を表している。図4中の点A1および点B1は、図3中の(A1)および(B1)の位置にそれぞれ対応している。図4に示すように、室内熱交換器21を通過した空気(A1)は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となった後、絶対湿度が低下した状態(B1)となって、空調対象空間に給気として供給される。
(暖房運転)
空気調和装置100の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時においては、圧縮機11で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が凝縮器として機能する室内熱交換器21に流入する。冷媒は、室内熱交換器21にて高温高圧の気体から液体に相変化し、室内熱交換器21を通過する空気を加熱する。その後、冷媒は開度を小さく設定された膨張弁14にて減圧され、低温低圧の液体と気体が混在した二相状態になり、蒸発器として機能する室外熱交換器13に流入する。室外熱交換器13において、冷媒は、液体から気体に相変化し、室外熱交換器13を通過する空気を冷却する。その後、冷媒は圧縮機11に流入し、再度、高温高圧の気体となる。
空気調和装置100の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時においては、圧縮機11で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が凝縮器として機能する室内熱交換器21に流入する。冷媒は、室内熱交換器21にて高温高圧の気体から液体に相変化し、室内熱交換器21を通過する空気を加熱する。その後、冷媒は開度を小さく設定された膨張弁14にて減圧され、低温低圧の液体と気体が混在した二相状態になり、蒸発器として機能する室外熱交換器13に流入する。室外熱交換器13において、冷媒は、液体から気体に相変化し、室外熱交換器13を通過する空気を冷却する。その後、冷媒は圧縮機11に流入し、再度、高温高圧の気体となる。
図5は、実施の形態1に係る室内機2の暖房運転時の動作を示す図である。暖房運転時には、制御装置5は、膨張弁14の開度を小さく設定する。これにより、室外熱交換器13に流入する冷媒の圧力は低下する。また、制御装置5は、第2温度センサ32によって検出される冷媒の出口温度と、第3温度センサ33によって検出される冷媒の凝縮温度との差から演算される過冷却度が所定の値となるように、膨張弁14の開度を制御する。図5に示されるように、空調対象空間内の空気(A2)は、室内ファン22により、凝縮器として機能する室内熱交換器21へ供給される。室内熱交換器21は通過する空気を加熱する。その後、加熱された空調空気(B2)が、空調対象空間に供給される。
図6は、実施の形態1に係る室内機2の暖房運転時の空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図6の横軸は温度(℃)を表し、縦軸は絶対湿度(kg/kg´)を表している。図6中の点A2および点B2は、図5中の(A2)および(B2)の位置にそれぞれ対応している。図6に示すように、室内熱交換器21を通過した空気(A2)は、冷媒との熱交換により加熱され高温の状態(B2)となって、空調対象空間に給気として供給される。
本実施の形態の空気調和装置100は、冷房運転および暖房運転のそれぞれにおいて、条件に応じて、通常運転と、低能力運転と、サーモオフ運転と、を実施する。図7は、実施の形態1における通常運転から低能力運転への遷移を示すフローチャートである。図7のフローチャートは、制御装置5により実行される。
まず、空気調和装置100が起動されると、冷房運転または暖房運転の通常運転が実施される。通常運転では、運転制御部51により、吸込み温度センサ34で検出される吸込み空気温度Tが、設定温度Tsetとなるように圧縮機11の運転周波数および膨張弁14の開度が制御される。また、通常運転では、風量制御部52により、室内ファン22の風量が、リモコン等を介して利用者により設定された風量、または予め定められた風量(例えば最大風量)となるよう制御される。また、風向制御部53により、吹出し空気の風向がリモコン等を介して利用者により設定された風向、または予め定められた風向(例えば冷房運転時は水平方向、暖房運転時は下向き)となるよう風向板23の角度が制御される。
そして、通常運転中に、運転制御部51により、第1条件が満たされるか否かが判断される(S11)。ここで、第1条件は下記の何れかである。
(1)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第1閾値以下且つ、圧縮機11の運転周波数Fが第1周波数Fset以下であること。
(2)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第1閾値以下且つ、空気調和装置100の消費電力Pが閾値電力Pset以下であること。
(3)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第1閾値以下且つ、吸込み空気温度Tと、第3温度センサ33で検出される室内熱交換器21の温度Thとの差が第2閾値以下であること。
(1)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第1閾値以下且つ、圧縮機11の運転周波数Fが第1周波数Fset以下であること。
(2)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第1閾値以下且つ、空気調和装置100の消費電力Pが閾値電力Pset以下であること。
(3)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第1閾値以下且つ、吸込み空気温度Tと、第3温度センサ33で検出される室内熱交換器21の温度Thとの差が第2閾値以下であること。
なお、「吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差」は、吸込み空気温度Tから設定温度Tsetを減算した値の絶対値とする。同様に、「吸込み空気温度Tと、第3温度センサ33で検出される室内熱交換器21の温度Thとの差」は、吸込み空気温度Tから第3温度センサ33で検出される室内熱交換器21の温度Thを減算した値の絶対値とする。また、第1閾値は例えば0.5℃であり、第2閾値は例えば5℃である。第1周波数Fsetは、例えば圧縮機11の下限周波数+10Hzであり、閾値電力Psetは、例えば定格消費電力の30%である。
ここで、第1条件が満たされない場合は(S11:NO)、通常運転が継続される(S12)。一方、第1条件が満たされる場合は(S11:YES)、低能力運転が実施される(S13)。
低能力運転は、吸込み空気温度Tと吹出し空気温度Tbとの差が小さい場合の運転状態であり、機器の動作としては、圧縮機11の運転周波数Fが下限値付近で動作している状態である。具体的には、一般的な空気調和装置の最低空調能力の600Wで運転している場合を低能力運転という。言い換えると、一般的な空気調和装置の定格能力は最低でも2.2kWであるため、低能力運転は定格能力の27%程度で運転する場合をいう。ここでは、低能力運転とは、冷房能力または暖房能力が600W以下もしくは、空気調和装置100の定格能力に対して約30%以下の能力で運転している状態をいうものとする。低能力運転を実施することで、低負荷時であっても圧縮機11の発停運転の頻度を減少させることができる。
ここで、低能力運転時には、室内温度と吹出し空気温度Tbとの差が小さいため、吹出し空気に冷風感または温風感が少なくなる。そのため、利用者が、例えば不冷状態または不暖状態などの空気調和装置100の故障が発生していると誤認識してしまうことがある。そこで、本実施の形態では、低能力運転において、利用者に吹出し空気が当たらないように、吹出し空気の風量および風向が制御される。
具体的には、風量制御部52は、低能力運転において、室内ファン22の風量を通常運転時の風量よりも低下させる。例えば、風量制御部52は、低能力運転において、室内ファン22の風量を、通常運転時の50%以下とする。または、風量制御部52は、低能力運転において、室内ファン22の風量を、室内ファン22の最大風量の50%以下、または室内ファン22の最小風量としてもよい。ただし、低能力運転における室内ファン22の風量は0(ゼロ)ではないものとする。これにより、冷風感または温風感が少ない吹出し空気が、利用者に到達することを抑制できる。
図8は、冷房運転時における吹出し空気温度と風量との関係を示すグラフであり、図9は、暖房運転時における吹出し空気温度と風量との関係を示すグラフである。図8および図9において、実線は吸込み空気温度を示し、点線は空気調和装置100の空調能力が5.0kWのグラフを示し、一点鎖線は空調能力が2.0kWのグラフを示し、二点鎖線は空調能力が0.5kWのグラフを示す。図8に示すように、冷房運転時においては、風量が大きいほど吹出し空気温度が上昇し、吹出し空気温度と吸込み空気温度との差が小さくなることがわかる。また、図9に示すように、暖房運転時においては、風量が大きいほど吹出し空気温度が低下し、吹出し空気温度と吸込み空気温度との差が小さくなることがわかる。そのため、低能力運転時に風量を低下させることで、吹出し空気温度と室内空気温度との差が大きくなり、風量が大きい場合と比べて、吹出し空気の冷風感または温風感を向上させることができる。その結果、利用者が空気調和装置100の故障と誤認識する可能性を低減させることができる。
図10は、消費電力と風量との関係を示すグラフである。図11は、風量ごとのCOPと空調能力との関係を示すグラフである。図11の点線は、風量Aの場合のグラフを示し、実線は風量Aよりも小さい風量Bの場合のグラフを示す。図10に示すように、消費電力と風量との関係は、三乗則に近い変化を見せる。また、図11に示すように、風量Aよりも風量Bのほうが、空調能力が低い場合においてCOPが高くなる。そのため、低能力運転時に風量を低下させることで、空気調和装置100の効率を向上させ、省エネ性も担保できる。
また、風向制御部53は、低能力運転において、吹出し空気の風向が水平方向となるよう風向板23の角度を制御する。図12は、実施の形態1における低能力運転時の吹出し空気の風向を示す模式図である。図12は、室内機2を側方から見た図である。図12に示すように、低能力運転において、室内機2の風向板23の角度は90°とされ、吹出口20bから水平方向に空気が吹き出される。これにより、利用者に風が当たらないため、利用者が室内空気温度と温度差のない吹出し空気を感じて故障と誤認識する可能性を低減させることができる。また、冷房低能力運転時は、密度差を利用して、空調範囲が拡大するため、空調対象空間内の均温化が可能となり、快適性が向上する。また、暖房低能力運転時には、吹出し空気の利用者の足元への対流を抑制することで、利用者が冷風感を感じることを抑制でき、快適性が向上する。なお、吹出し空気の風向は人に当たらない方向であればよく、「水平方向」は、厳密に水平方向である場合に加え、水平方向に近い方向も含むものとする。
図13は、実施の形態1における低能力運転からサーモオフ運転または通常運転への遷移を示すフローチャートである。図13のフローチャートは、制御装置5により実施される。まず、運転制御部51により、低能力運転時に第2条件が満たされるかが判断される(S21)。第2条件は、冷房運転時には、設定温度Tsetから吸込み空気温度Tを減算した値が第3閾値より大きく、且つ圧縮機11の運転周波数Fが、第2周波数Fstop以下であることであり、暖房運転時には、吸込み空気温度Tから設定温度Tsetを減算した値が第3閾値より大きく、且つ圧縮機11の運転周波数Fが、第2周波数Fstop以下であることである。なお、第3閾値は、サーモオフ閾値であり、例えば1℃である。第2周波数Fstopは、圧縮機11の下限周波数+5Hzである。
そして、第2条件が満たされる場合は(S21:YES)、サーモオフ運転が実施される(S22)。サーモオフ運転では、運転制御部51により圧縮機11が停止される。また、風量制御部52および風向制御部53は、低能力運転時と同様に風量および風向を制御する。言い換えると、低能力運転では、風量および風向がサーモオフ運転時と同様に制御される。具体的には、風量制御部52は、室内ファン22の風量を通常運転時よりも低下させた状態を維持し、風向制御部53は、吹出し空気の風向が水平方向となるように風向板23の角度を制御する。
そして、第2条件が満たされない場合は(S21:NO)、第3条件が満たされるか否かが判断される(S23)。第3条件は、下記の何れかである。
(1)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第4閾値より大きいこと。
(2)利用者からリモコン操作などにより風量の増加指示があったこと。
なお、第4閾値は、例えば1℃である。
(1)吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が第4閾値より大きいこと。
(2)利用者からリモコン操作などにより風量の増加指示があったこと。
なお、第4閾値は、例えば1℃である。
そして、第3条件が満たされる場合は(S23:YES)、通常運転が実施される(S24)。低能力運転から通常運転に遷移した場合、風量制御部52は、吹出し空気の風量が、低能力運転を実施する前の通常運転時の風量よりも大きくなるよう室内ファン22の風量を制御する。これにより、一時的に吹出し空気の風量が増加し、空調対象空間内を均温化することができる。その結果、室内温度の検出精度が高くなり、制御性が向上する。風向制御部53は、吹出し空気の風向がリモコン等を介して利用者により設定された風向、または予め定められた風向となるよう風向板23の角度を制御する。一方、第3条件が満たされない場合は(S23:NO)、低能力運転が継続される(S25)。
図14は、実施の形態1におけるサーモオフ運転から通常運転への遷移を示すフローチャートである。図14のフローチャートは、制御装置5により実施される。まず、サーモオフ運転時に、第4条件が満たされるかが判断される(S31)。第4条件は、吸込み空気温度Tと、設定温度Tsetとの差が、第5閾値よりも大きいことである。なお、第5閾値は、例えば0.5℃である。そして、第4条件が満たされない場合は(S31:NO)、サーモオフ運転が継続される(S32)。一方、第4条件が満たされる場合は(S31:YES)、通常運転が実施される(S33)。サーモオフ運転から通常運転に遷移した場合も、風量制御部52は、吹出し空気の風量が、低能力運転を実施する前の通常運転時の風量よりも大きくなるよう室内ファン22の風量を制御してもよい。
上記のとおり、本実施の形態の空気調和装置100では、第1条件を満たす場合に通常運転から低能力運転に移行することで、圧縮機11の発停運転による室内温度の変動を抑制し、快適性を維持することができる。また、低能力運転時には、吹出し空気の風量を低下させ、風向を水平方向にすることで、利用者が吹出し空気を感じにくくすることができ、利用者が空気調和装置100の故障と誤認識することを抑制することができる。
実施の形態2.
実施の形態2の空気調和装置100Aは、低能力運転を実施していることを通知する通知手段を備える点で、実施の形態1と相違する。以下に説明する以外の空気調和装置100Aの構成および制御は、実施の形態1と同様である。
実施の形態2の空気調和装置100Aは、低能力運転を実施していることを通知する通知手段を備える点で、実施の形態1と相違する。以下に説明する以外の空気調和装置100Aの構成および制御は、実施の形態1と同様である。
図15は、実施の形態2に係る空気調和装置100Aの室内機2Aの斜視図である。図15に示すように、本実施の形態の空気調和装置100Aは、室内機2Aの筐体の正面に通知手段6を備える。通知手段6は、LEDなどの発光装置で構成され、空気調和装置100Aの運転状態に応じて異なる表示を行う。例えば、通知手段6は、通常運転、低能力運転、およびサーモ運転において、それぞれ異なる色で発光する。
なお、通知手段6は、図15に示す構成に限定されるものではない。例えば、通知手段6は、空気調和装置100Aのリモコンであってもよい。この場合は、リモコンの画面に通常運転、低能力運転、およびサーモ運転の何れを実施中であるかを文字またはアイコンで表示してもよい。または、リモコンに発光装置を設け、通常運転、低能力運転、およびサーモ運転において、それぞれ異なる色で発光してもよい。
または、空気調和装置100Aは、利用者の携帯端末などの外部機器と無線通信可能な通信部を備え、当該通信部を通知手段6としてもよい。この場合は、空気調和装置100が、通常運転、低能力運転、およびサーモ運転の何れを実施中であるかを示す情報を通信部から外部機器に送信し、外部機器の表示部に文字またはアイコンで表示させる。
本実施の形態によると、通知手段6を備えることで、空気調和装置100Aが低能力運転を実施していることを利用者が目視で確認することができ、故障と誤認識することをさらに抑制できる。
実施の形態3.
実施の形態3の空気調和装置100Bは、空調対象空間内の人の位置を検出し、低能力運転時において、人の位置に基づく風向制御を行う点で、実施の形態1と相違する。以下に説明する以外の空気調和装置100Bの構成および制御は、実施の形態1と同様である。
実施の形態3の空気調和装置100Bは、空調対象空間内の人の位置を検出し、低能力運転時において、人の位置に基づく風向制御を行う点で、実施の形態1と相違する。以下に説明する以外の空気調和装置100Bの構成および制御は、実施の形態1と同様である。
図16は、実施の形態3に係る空気調和装置100Bの制御ブロック図である。図16に示すように、本実施の形態の空気調和装置100Bは、人検出センサ36と、上下風向板231と、左右風向板232とを備える。また、制御装置5は、機能部として位置検出部54を有する。
人検出センサ36は、例えば赤外線センサである。人検出センサ36は、室内機2の筐体の下面から下方に突出して設けられ、空調対象空間を走査して空調対象空間の温度を測定し、熱画像を生成する。人検出センサ36で生成された熱画像は、制御装置5に送信される。
制御装置5の位置検出部54は、人検出センサ36から受信した熱画像から、所定の温度範囲および所定のサイズの物体を人として検出する。詳しくは、位置検出部54は、人と推定される温度範囲とサイズとが対応付けられたテーブルを有し、テーブルに基づいて、人を検出する。また、位置検出部54は、熱画像を複数のエリアに分割し、同じく複数のエリアに分割された空調対象空間と対応付けることで、熱画像において人を検出した位置から、空調対象空間における人の位置を検出する。
なお、人検出センサ36は、赤外線センサに限定されるものではなく、可視画像を取得するカメラなどであってもよい。この場合、位置検出部54は、可視画像の色などに基づき人の位置を検出する。また、空調対象空間における人の位置の検出方法は、上記に限定されるものではなく、その他の既知の方法を用いてもよい。
上下風向板231は、室内機2の吹出口20bにおいて、水平方向と平行な回転軸に回動可能に設けられ、空調空気の吹出し方向を上下方向に調節する。上下風向板231の角度は、回転軸に取り付けられた図示しないステッピングモータなどにより調節される。
左右風向板232は、室内機2の吹出口20bにおいて、鉛直方向と平行な回転軸に回動可能に設けられ、空調空気の吹出し方向を左右方向に調節する。左右風向板232は、室内機2の長手方向に間隔を空けて配置される複数の板からなり、複数の板の各々が回動可能となっている。左右風向板232の角度は、回転軸に取り付けられた図示しないステッピングモータなどにより調節される。左右風向板232の複数の板は同じ角度になるように調節されてもよいし、複数の板の各々が異なる角度となるように調節されてもよい。
本実施の形態の風量制御部52は、低能力運転において、実施の形態1と同じ風量制御を行う。具体的には、風量制御部52は、低能力運転において、室内ファン22の風量を通常運転時よりも低下させる。一方、風向制御部53は、低能力運転において、位置検出部54で検出された人の位置を避けるように、上下風向板231および左右風向板232の角度を制御する。
図17は、実施の形態3における低能力運転時の吹出し空気の風向を示す模式図である。図17は、室内機2を上方から見た図である。図17に示すように、風向制御部53は、低能力運転時において、吹出し空気が位置検出部54で検出された人の位置Pを避けるように左右風向板232の角度を制御する。このとき、上下風向板231については、実施の形態1と同様に、吹出し空気の風向が水平方向となるよう制御される。これにより、利用者に風が当たらないため、利用者が室内空気温度と温度差のない吹出し空気を感じて故障と誤認識する可能性を低減させることができる。
本実施の形態によると、空調対象空間内の人の位置を検出し、人の位置に応じて吹出し空気の風向制御を行うことで、利用者が空気調和装置100の故障と誤認識することをさらに抑制することができる。特に暖房低能力運転時には、体温よりも低い温度の空気が吹出されることで、冷房運転に比べて利用者の快適性が低下する。これに対し、本実施の形態のように、人の位置に基づき風向制御を行うことで、空調対象空間内の人の周辺の温度調整を高精度に実現でき、利用者の快適性を担保することができる。
以上が実施の形態の説明であるが、上記の実施の形態は変形および組み合わせることが可能である。例えば、上記実施の形態では、冷房低能力運転時と、暖房低能力運転時とで、同様の風量制御および風向制御を行うこととしたが、冷房低能力運転時と、暖房低能力運転時とで、異なる風量制御および風向制御を行ってもよい。
図18は、変形例における暖房低能力運転時の吹出し空気の風向を示す模式図である。図18は、室内機2を側方からみた図である。暖房運転の場合は、吹出し空気温度Tbは室内温度よりも高い。そのため暖房運転時に吹出口20bから吹出される空気の密度は周囲に比べて低くなり、吹出し空気の風向は上昇方向に変化する。そこで、風向制御部53は、暖房運転の低能力運転時に吹出し空気の風向が下向きとなるよう、風向板23または上下風向板231の角度を45°以下に制御してもよい。または、実施の形態3のように、空調対象空間内の人の位置が検知される場合は、風向制御部53は、暖房運転の低能力運転時に、検出された人の位置の足元に吹出し空気を供給するように、上下風向板231の角度を制御してもよい。
また、暖房低能力運転時には、冷房低能力運転時と同様に、風量制御部52により、室内ファン22の風量を通常運転時の風量よりも低下させる。ここで、暖房運転時には、室外機1における着霜を回避するため、室外熱交換器13における冷媒の蒸発温度を上げる必要がある。そして、そのためには、室内ファン22の風量を増加させる必要がある。そこで、風量制御部52は、暖房低能力運転時における室内ファン22の風量を、冷房低能力運転時の室内ファン22の風量以上としてもよい。これにより、暖房低能力運転時における快適性および省エネ性を向上させることができる。また、暖房低能力運転時の風量を大きくすることで、吹出し空気を床面に到達させることができる。
また、暖房運転においては、体温よりも高い空気を吹出さないと、利用者に冷風感が発生するため、多くの暖房能力が必要となる。したがって、暖房運転時における低能力運転への遷移を判断する第1条件の各閾値を、冷房運転時の第1条件の各閾値よりも高く設定してもよい。
さらに、上記実施の形態では、冷房低能力運転時と、暖房低能力運転時とにおける室内ファン22の風量制御について説明したが、室外ファン15の風量も同様に制御してもよい。
1 室外機、2、2A 室内機、5 制御装置、6 通知手段、11 圧縮機、12 流路切替弁、13 室外熱交換器、14 膨張弁、15 室外ファン、20a 吸込口、20b 吹出口、21 室内熱交換器、22 室内ファン、23 風向板、31 第1温度センサ、32 第2温度センサ、33 第3温度センサ、34 吸込み温度センサ、35 吹出し温度センサ、36 人検出センサ、51 運転制御部、52 風量制御部、53 風向制御部、54 位置検出部、100、100A、100B 空気調和装置、231 上下風向板、232 左右風向板。
Claims (8)
- 空気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器により加熱または冷却された空気を空調対象空間に吹出すファンと、
前記空調対象空間へ吹出される空気の角度を変える風向板と、
前記ファンの風量および前記風向板の角度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
冷房運転または暖房運転の通常運転を実施中に第1条件を満たした場合、低能力運転を実施し、
前記低能力運転時に、前記ファンの風量を前記通常運転時の前記ファンの風量よりも低下させ、前記風向板を水平方向とする空気調和装置。 - 前記第1条件は、
吸込み空気温度と、設定温度との差が第1閾値以下且つ、前記熱交換器に接続された圧縮機の運転周波数が第1周波数以下であること、
前記吸込み空気温度と、前記設定温度との差が前記第1閾値以下且つ、消費電力が閾値電力以下であること、または
前記吸込み空気温度と、前記設定温度との差が前記第1閾値以下且つ、前記吸込み空気温度と前記熱交換器の温度との差が第2閾値以下であること、の何れかである請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記低能力運転時における冷房能力または暖房能力が600W以下である、または定格能力の30%以下である請求項1または2に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記低能力運転時に、前記ファンの風量を前記通常運転時の風量の50%以下、もしくは最大風量の50%以下とする、または前記ファンの風量を最小風量とする請求項1~3の何れか一項に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記暖房運転の前記低能力運転時における前記ファンの風量を、前記冷房運転の前記低能力運転時における前記ファンの風量以上とする請求項1~4の何れか一項に記載の空気調和装置。
- 前記低能力運転を実施中であることを通知する通知手段をさらに備える請求項1~5の何れか一項に記載の空気調和装置。
- 前記通知手段は、
前記熱交換器と、前記ファンと、前記風向板と、を備える室内機の筐体に設けられた発光装置、
前記制御装置への設定情報が入力されるリモコン、または、
外部機器に前記低能力運転を実施中であることを通知する情報を送信する通信部である請求項6に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記空調対象空間の人の位置を検出し、
前記低能力運転時に、前記人の位置を避けるように前記風向板の角度を制御する請求項1~7の何れか一項に記載の空気調和装置。
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JP2022081022A true JP2022081022A (ja) | 2022-05-31 |
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JP2020192287A Pending JP2022081022A (ja) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | 空気調和装置 |
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2020
- 2020-11-19 JP JP2020192287A patent/JP2022081022A/ja active Pending
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