JP2535111B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、室内機の送風ケーシン
グ内に冷房のための冷媒蒸発器と暖房のための温水用放
熱器とを備えた空気調和装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、室内機の送風ケーシング内に
冷凍サイクルの冷媒蒸発器、温水回路の温水用放熱器、
および室内の空気を循環させる対流ファンを配し、室外
機内に配した冷媒圧縮機を運転して室内の冷房を行い、
室外機に配した室外熱交換器内を通過する温水をバーナ
等の燃焼熱により加熱し、循環ポンプを運転して室内の
暖房を行う冷暖房装置が存在する。なお、冷房運転中に
は、冷媒蒸発器の表面温度がかなり低下すると冷媒蒸発
器のフィン間が凍結して室内への送風量を低下させ冷房
能力を著しく低下させてしまうという不具合があった。

【０００３】この不具合を解消するために、従来の冷暖
房装置においては、冷房運転中に、冷媒蒸発器の温度が
設定温度以下に低下した際に冷媒圧縮機の運転を停止さ
せるようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の冷暖
房装置においては、冷媒蒸発器の温度が設定温度以下に
低下した際に冷媒圧縮機の運転を停止するようにしてい
るため、冷房運転中に冷媒圧縮機の起動と運転停止とが
繰り返されることによって、所望の室温になかなか近づ
かず、使用者の冷房フィーリングが悪くなるという課題
があった。

【０００５】また、冷媒圧縮機においては、起動時に吸
入弁や吐出弁等の弁部品に大きな衝撃が加わるため、冷
媒圧縮機の起動と運転停止とが繰り返されると、その弁
部品の消耗が激しくなり耐久性が低下するという課題が
あった。本発明は、冷房フィーリングを向上させ、且つ
冷媒圧縮機の耐久性の低下を防ぐ空気調和装置の提供を
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（請求項１） 本発明は、室内に空気を送るための送風ケーシングと、
この送風ケーシング内に設置され、前記送風ケーシング
内を流れる空気と内部を通過する冷媒とを熱交換させる
冷媒蒸発器、およびこの冷媒蒸発器より吸入した冷媒を
圧縮して吐出する冷媒圧縮機を有する冷凍サイクルと、
前記送風ケーシング内において前記冷媒蒸発器と熱伝達
可能に隣合って設置され、前記送風ケーシング内を流れ
る空気と内部を流れる温水を熱交換させる温水用放熱
器、およびこの温水用放熱器へ温水を供給する供給手段
を有する温水回路と、前記冷媒蒸発器の温度を検出する
温度センサを有し、前記冷媒圧縮機の運転中において、
前記温度センサで検出された前記冷媒蒸発器の温度が第
１設定温度以下に低下した場合に前記供給手段を作動さ
せ、前記温度センサで検出された前記冷媒蒸発器の温度
が第１設定温度より低い第２設定温度以下に低下した場
合に前記冷媒圧縮機の運転を停止させる制御手段とを備
えた技術手段を採用した。 （請求項２） 前記制御手段は、前記冷媒蒸発器の温度が前記第２設定
温度より上昇しており、且つ前記第１設定温度以下に低
下している場合に、前記冷媒圧縮機の回転数を減少させ
る回転数制御部を有する。

【０００７】

【作用】

（請求項１）本発明は、冷媒圧縮機が運転されている冷
房運転中に、温度センサにより検出された冷媒蒸発器の
温度が第１設定温度以下に低下したときに、温水回路の
供給手段を作動させることによって、外気温度近くまで
上昇している温水が温水用放熱器内に供給され、それに
伴い冷媒蒸発器の表面が暖められる。また、上記のよう
に冷媒蒸発器の表面が暖められても、冷媒蒸発器の温度
がさらに低下して、第１設定温度より低い第２設定温度
以下になった場合は、冷媒圧縮機の運転が停止される。
この結果、冷媒蒸発器の表面の凍結を確実に防止でき、
さらに冷媒圧縮機の起動と運転停止との繰り返しが少な
くなる。 （請求項２）本発明は、冷媒蒸発器の温度が第２設定温
度より上昇しており、且つ第１設定温度以下に低下して
いる場合に、回転数制御部により冷媒圧縮機の回転数を
減少させることによって、冷媒圧縮機と供給手段との同
時運転時のエネルギーの損失が抑えられる。

【０００８】

【実施例】本発明の空気調和装置を図に示す一実施例に
基づき説明する。図１は本発明を採用した冷暖房装置の
全体構造を示した概略図である。冷暖房装置１は、送風
ケーシング２、対流ファン３、冷凍サイクル４、温水回
路５およびコンピュータ６（図２参照）を備え、これら
が室内に配された室内機７と室外に配された室外機８と
に分割して配備されている。

【０００９】送風ケーシング２は、室内機７内に設けら
れ、一端に室内空気を内部に吸入する吸入口２１、およ
び他端に室内へ空気流を吹き出す吹出口２２を有する。
対流ファン３は、送風ケーシング２内に設けられ、オン
されると送風ケーシング２内において室内に向かう空気
流を発生させる。この対流ファン３は、強風、弱風また
は微風のいずれかに風量調節される。

【００１０】冷凍サイクル４は、周知のもので、冷媒圧
縮機４１、冷媒凝縮器４２、冷媒蒸発器４３、およびこ
れらを環状に連結する冷媒配管４４等から構成されてい
る。冷媒圧縮機４１は、周波数により回転数が変化する
タイプで、吸入弁（図示せず）を開いて冷媒蒸発器４３
より圧縮室（図示せず）内に吸引した冷媒を圧縮した後
に、吐出弁（図示せず）を開いて冷媒凝縮器４２側に吐
出する。冷媒凝縮器４２は、内部に流入した冷媒と電動
ファン４５により吹き付けられる外気とを熱交換させて
冷媒を凝縮させる。冷媒蒸発器４３は、内部に流入した
冷媒と対流ファン３により吹き付けられる室内空気とを
熱交換させて冷媒を蒸発させるとともに、室内空気を冷
却する。

【００１１】温水回路５は、温水式ヒータ５１、電動式
の循環ポンプ５２、室外熱交換器５３およびこれらを環
状に接続する温水配管５４等により構成されており、温
水として不凍液が使用されている。温水式ヒータ５１
は、本発明の温水用放熱器であって、内部に流入する温
水と対流ファン３により吹き付けられる室内空気とを熱
交換させて室内空気を加熱する。この温水式ヒータ５１
は、冷媒蒸発器４３の下流側の送風ケーシング２内に設
けられ、その温水式ヒータ５１のフィンと冷媒蒸発器４
３のフィンとは一部が共通使用されている。循環ポンプ
５２は、本発明の供給手段であって、室外機８内に設け
られ、通電（オン）されると温水回路５内に温水の循環
流を発生させ、温水式ヒータ５１に温水を供給し、通電
が停止（オフ）されると温水式ヒータ５１への温水の供
給を停止する。

【００１２】室外熱交換器５３は、室外機８内に設けら
れたガスバーナ５５の燃焼熱と内部に流入する温水とを
熱交換させて温水を加熱するものである。なお、ガスバ
ーナ５５は、ガス供給管５６から供給される燃料ガスと
燃焼用ファン５７により吹き付けられる燃焼空気とを混
合した混合気の燃焼を行う。ガス供給管５６は、ガスバ
ーナ５５の燃焼状態を強燃焼状態から弱燃焼状態までの
間で数段階に切り替える切替部（図示せず）を備えてい
る。また、ガスバーナ５５の燃焼状態に応じて燃焼用フ
ァン５７の送風量も数段階に切り替わる。

【００１３】図２は冷暖房装置１の主要な制御装置を示
したブロック図である。コンピュータ６は、本発明の制
御手段であって、運転スイッチ６１、モード切替スイッ
チ６２および表面温度センサ６３等の出力を読み込ん
で、対流ファン３、冷媒圧縮機４１、電動ファン４５、
循環ポンプ５２および燃焼用ファン５７の通電（オン）
および通電の停止（オフ）を制御するとともに、ガスバ
ーナ５５の燃焼量を制御する。また、コンピュータ６に
は、後記する凍結予防運転の際に、冷媒圧縮機４１と循
環ポンプ５２とを同時運転するときに冷媒圧縮機４１へ
の周波数を減らして通電量を低下させることにより、冷
媒圧縮機４１の回転数を減少させる回転数制御部６ａを
有する。

【００１４】運転スイッチ６１は、冷暖房装置１の起動
スイッチで、オンすると電源と各電気器具とを接続す
る。モード切替スイッチ６２は、室内の空調モードを切
り替えるスイッチで、冷房運転モードを選択する冷房ス
イッチ６４、暖房運転モードを選択する暖房スイッチ６
５、およびドライ運転モードを選択するドライスイッチ
６６を有する。冷房スイッチ６４は、対流ファン３、冷
媒圧縮機４１および電動ファン４５をオンして室内を冷
房する冷房運転モードに切り替えるスイッチである。

【００１５】暖房スイッチ６５は、対流ファン３、循環
ポンプ５２および燃焼用ファン５７をオンし、ガスバー
ナ５５で混合気を燃焼させて室内を暖房する暖房運転モ
ードに切り替えるスイッチである。ドライスイッチ６６
は、対流ファン３、冷媒圧縮機４１、電動ファン４５、
循環ポンプ５２および燃焼用ファン５７をオンし、ガス
バーナ５５で混合気を燃焼させて室内を除湿暖房するド
ライ運転モードに切り替えるスイッチである。表面温度
センサ６３は、例えばサーミスタが用いられ、冷媒蒸発
器４３のフィンに直接取り付けられ、冷媒蒸発器４３の
表面温度を検出する。

【００１６】図３および図４はコンピュータ６の凍結防
止制御を示したフローチャートである。まず、初めに冷
房スイッチ６４がオンされているか否かを判断する（ス
テップＳ１）。このステップＳ１の判断結果がＮｏの場
合は、ステップＳ１の制御を繰り返す。また、ステップ
Ｓ１の判断結果がＹｅｓの場合は、表面温度センサ６３
から冷媒蒸発器４３の表面温度（Ｔｅ）を読み込み（ス
テップＳ２）、この冷媒蒸発器４３の表面温度（Ｔｅ）
が第１設定温度（Ｔｓ１：例えば２℃）以下に低下して
いる（Ｔｅ≦Ｔｓ１）か否かを判断する（ステップＳ
３）。このステップＳ３の判断結果がＮｏの場合は、ス
テップＳ１の制御を行う。また、ステップＳ３の判断結
果がＹｅｓの場合は、循環ポンプ５２がオンされている
か否かを判断する（ステップＳ４）。このステップＳ４
の判断結果がＮｏの場合は、ステップＳ１４の制御を行
う。また、ステップＳ４の判断結果がＹｅｓの場合は、
第１設定温度（Ｔｓ１：例えば２℃）以下に低下してか
ら第１設定時間（Δｔ１：例えば２分間）が経過してい
るか否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ
５の判断結果がＮｏの場合は、ステップＳ８の制御を行
う。また、ステップＳ５の判断結果がＹｅｓの場合は、
循環ポンプ５２をオンし（ステップＳ６）、冷媒圧縮機
４１への周波数を減少させ（ステップＳ７）、冷媒蒸発
器４３の表面温度（Ｔｅ）が第１設定温度より低い第２
設定温度（Ｔｓ２：例えば０℃）以下に低下している
（Ｔｅ≦Ｔｓ２）か否かを判断する（ステップＳ８）。
このステップＳ８の判断結果がＮｏの場合は、循環ポン
プ５２がオンされているか否かを判断する（ステップＳ
９）。このステップＳ９の判断結果がＮｏの場合は、ス
テップＳ１の制御を行う。また、ステップＳ９の判断結
果がＹｅｓの場合は、ステップＳ１４の制御を行う。

【００１７】また、ステップＳ８の判断結果がＹｅｓの
場合は、冷媒圧縮機４１がオフされているか否かを判断
する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０の判断結
果がＹｅｓの場合は、ステップＳ１４の制御を行う。ま
た、ステップＳ１０の判断結果がＮｏの場合は、第２設
定温度（Ｔｓ２：例えば０℃）以下に低下してから第２
設定時間（Δｔ２：例えば３分間）が経過しているか否
かを判断する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１
の判断結果がＮｏの場合は、ステップＳ１の制御を行
う。また、ステップＳ１１の判断結果がＹｅｓの場合
は、冷媒圧縮機４１をオフし（ステップＳ１２）、冷媒
圧縮機４１がオフされてから待機時間（例えば３分間）
が経過しているか否かを判断する（ステップＳ１３）。
このステップＳ１３の判断結果がＮｏの場合は、ステッ
プＳ１３の制御を繰り返す。

【００１８】また、ステップＳ１３の判断結果がＹｅｓ
の場合は、表面温度センサ６３から冷媒蒸発器４３の表
面温度（Ｔｅ）を読み込み（ステップＳ１４）、この冷
媒蒸発器４３の表面温度（Ｔｅ）が第３設定温度（Ｔｓ
３：例えば２℃）以上に上昇している（Ｔｅ≧Ｔｓ３）
か否かを判断する（ステップＳ１５）。このステップＳ
１５の判断結果がＮｏの場合は、ステップＳ３の制御を
行う。また、ステップＳ１５の判断結果がＹｅｓの場合
は、冷媒圧縮機４１をオンし（ステップＳ１６）、冷媒
蒸発器４３の表面温度（Ｔｅ）が第３設定温度より高い
第４設定温度（Ｔｓ４：例えば３℃）以上に上昇してい
る（Ｔｅ≧Ｔｓ４）か否かを判断する（ステップＳ１
７）。このステップＳ１７の判断結果がＮｏの場合は、
ステップＳ１４の制御を行う。また、ステップＳ１７の
判断結果がＹｅｓの場合は、循環ポンプ５２をオフし
（ステップＳ１８）、ステップＳ１の制御を行う。

【００１９】この冷暖房装置１の作動を図１ないし図３
に基づき説明する。モード切替スイッチ６２のうちの冷
房スイッチ６４が選択されると、コンピュータ６が対流
ファン３、冷媒圧縮機４１および電動ファン４５をオン
することによって、冷媒蒸発器４３に向けて冷媒圧縮機
４１から冷媒が吐出される。このため、冷媒蒸発器４３
のフィン間を通過する空気と冷媒蒸発器４３内を流れる
冷媒とが熱交換することによって冷媒蒸発器４３の表面
温度が低下していく。

【００２０】そして、冷房運転モードが開始されてから
所定時間が経過して、冷媒蒸発器４３の表面温度がかな
り低下してくると、冷媒蒸発器４３のフィン間を通過す
る空気は、フィンに接触し冷却されるため、空気中の水
分が凝縮してフィンの表面に付着する。なお、フィンの
表面に水滴が付着した状態で冷媒蒸発器４３の表面温度
（Ｔｅ）が氷点下まで低くなるとフィンの表面が凍って
フィン間が閉塞されてしまうので冷媒蒸発器４３の熱抵
抗や通風抵抗が大きくなってしまう。

【００２１】そこで、冷媒蒸発器４３の表面温度が第１
設定温度（例えば２℃）以下に低下してから第１設定時
間（例えば２分間）が経過した場合に、ガスバーナ５５
を運転しないで、循環ポンプ５２をオンして温水式ヒー
タ５１に温水（例えば水温が外気温に近い３０℃程度）
を供給する。また、このとき、循環ポンプ５２をオンす
ることによって冷媒圧縮機４１と循環ポンプ５２とが同
時運転され、電力消費が大きくなるので、回転数制御部
６ａの動作により冷媒圧縮機４１への周波数を減らして
冷媒圧縮機４１への通電量を低下させて回転数を減少さ
せる。このため、冷凍サイクル４内の冷媒の循環量が減
り冷媒蒸発器４３における空気の冷却量が抑えられ、且
つ温水式ヒータ５１に並設された冷媒蒸発器４３のフィ
ンが温水式ヒータ５１のフィンからの熱伝達により暖め
られる。すなわち、温水式ヒータ５１内に供給される外
気温程度に昇温している温水の保有熱により冷媒蒸発器
４３のフィンが暖められるので、冷媒蒸発器４３のフィ
ンの表面の凍結が防がれ、しかも電力の消費量も抑えら
れるため低コストとなる。

【００２２】したがって、冷媒圧縮機４１をオフする第
２設定温度（例えば０℃）より循環ポンプ５２をオンす
る第１設定温度（例えば２℃）が高く、冷媒圧縮機４１
をオフする第２設定温度（例えば０℃）以下に冷媒蒸発
器４３の表面温度が低下することが少なくなるので、冷
媒圧縮機４１がオン、オフを繰り返されることが少なく
なる。この結果、使用者が要求する設定室温に近づくと
ともに室温が安定するため、使用者の冷房フィーリング
を向上することができる。さらに、冷媒圧縮機４１にお
いては、オン、オフが繰り返されることが少なくなる。
また、冷媒圧縮機４１がオフされてから待機時間（例え
ば３分間）だけセーフティタイマー（図示せず）が働
き、冷媒圧縮機４１のオフ状態が継続される。このた
め、吸入弁や吐出弁等の弁部品に加わる衝撃の回数が減
り、吸入弁や吐出弁等の弁部品の消耗が抑えられるの
で、冷媒圧縮機４１の耐久性を向上させることができ
る。

【００２３】さらに、冷媒蒸発器４３のフィンと温水式
ヒータ５１のフィンとが繋がっているようなタイプで
は、冷媒蒸発器４３のフィンの表面が凍結すると温水式
ヒータ５１内の温水も凍結してしまう不具合があるが、
この冷暖房装置１においては第１設定温度以下に冷媒蒸
発器４３の表面温度が低下したときに循環ポンプ５２を
オンして温水回路５内に循環流を発生させるので、温水
式ヒータ５１内の温水も凍結するという不具合をも解消
することができる。

【００２４】（変形例）本実施例では、冷媒圧縮機４１
と循環ポンプ５２とを同時運転する際に冷媒圧縮機４１
への周波数を減らして回転数を減少させたが、冷媒圧縮
機４１と循環ポンプ５２とを同時運転する際に単に冷媒
圧縮機４１への通電量を低下して回転数を減少させても
良い。また、冷媒圧縮機４１と循環ポンプ５２との同時
運転のときに冷媒圧縮機４１の回転数を減少させなくて
も良い。

【００２５】本実施例では、温度センサとして冷媒蒸発
器４３の表面温度を検出する表面温度センサ６３を用い
て、表面温度センサ６３の検出値により制御したが、冷
媒蒸発器４３付近の温水回路５内の温水の温度を検出す
る温水温度センサ、送風ケーシング２内の温水配管５４
の表面温度を検出する表面温度センサ、冷媒蒸発器４３
の吹出温度を検出する吹出温度センサ等を用いて、これ
らの検出値と冷媒蒸発器４３の表面温度との相関値によ
り制御しても良い。例えば、温水温度センサで検出した
冷媒蒸発器４３付近の温水配管５４内の温水の温度が設
定温度（例えば２℃）以下を１０分間継続すると循環ポ
ンプ５２をオンする。なお、循環ポンプ５２のオン、お
よび冷媒圧縮機４１のオフを行う設定時間は任意に切り
替えることができる。

【００２６】本実施例では、冷媒圧縮機４１および循環
ポンプ５２を電動式のものを用いたが、冷媒圧縮機４１
または循環ポンプ５２のうちいずれかを内燃機関等で駆
動するようにしても良く、１つの駆動手段で冷媒圧縮機
４１および循環ポンプ５２を駆動するようにしても良
い。本実施例では、ガスバーナ５５の燃焼熱により温水
を加熱したが、液体燃料を燃焼するバーナの燃焼熱や電
気ヒータの発熱により温水を加熱しても良く、内燃機関
の冷却水を用いて内燃機関の運転により生ずる熱により
温水を加熱しても良い。

【００２７】温水用放熱器内に内燃機関の冷却水を供給
するようにした温水回路の場合には、循環ポンプは常に
運転しているので、冷媒蒸発器４３の温度が第１設定温
度より上昇しているときに温水用放熱器へ温水を供給す
る供給流路を閉じて温水用放熱器への温水の供給を停止
し、その温度が第１設定温度以下に低下したときに前記
供給流路を開いて温水用放熱器へ温水を供給する開閉弁
（供給手段）を設ける必要がある。

【００２８】

【発明の効果】

（請求項１）本発明は、使用者の冷房フィーリングを向
上でき、且つ冷媒圧縮機の耐久性を向上できる。 （請求項２）本発明は、冷媒圧縮機と供給手段との同時
運転時におけるエネルギーの損失を抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷暖房装置の全体構造を示した概略図である。

【図２】冷暖房装置の主要な制御装置を示したブロック
図である。

【図３】コンピュータの凍結防止制御を示したフローチ
ャートである。

【図４】コンピュータの凍結防止制御を示したフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ 冷暖房装置（空気調和装置） ２ 送風ケーシング ４ 冷凍サイクル ５ 温水回路 ６ コンピュータ（制御手段） ６ａ 回転数制御部 ４１ 冷媒圧縮機 ４３ 冷媒蒸発器 ５１ 温水式ヒータ（温水用放熱器） ５２ 循環ポンプ（供給手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）室内に空気を送るための送風ケーシ
   ングと、 （ｂ）この送風ケーシング内に設置され、前記送風ケー
   シング内を流れる空気と内部を通過する冷媒とを熱交換
   させる冷媒蒸発器、 およびこの冷媒蒸発器より吸入した冷媒を圧縮して吐出
   する冷媒圧縮機 を有する冷凍サイクルと、 （ｃ）前記送風ケーシング内において前記冷媒蒸発器と
   熱伝達可能に隣合って設置され、前記送風ケーシング内
   を流れる空気と内部を流れる温水を熱交換させる温水用
   放熱器、 およびこの温水用放熱器へ温水を供給する供給手段 を有する温水回路と、 （ｄ）前記冷媒蒸発器の温度を検出する温度センサを有
   し、 前記冷媒圧縮機の運転中において、前記温度センサで検
   出された前記冷媒蒸発器の温度が第１設定温度以下に低
   下した場合に前記供給手段を作動させ、前記温度センサ
   で検出された前記冷媒蒸発器の温度が第１設定温度より
   低い第２設定温度以下に低下した場合に前記冷媒圧縮機
   の運転を停止させる制御手段とを備えた空気調和装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記冷媒蒸発器の温度
   が前記第２設定温度より上昇しており、且つ前記第１設
   定温度以下に低下している場合に、前記冷媒圧縮機の回
   転数を減少させる回転数制御部を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の空気調和装置。