JP2536258B2 - 空気調和装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、空気調和装置の運転制御装置に係り、特に
冷房運転時における室内熱交換器の結露防止対策に関す
る。

（従来の技術） 従来より、空気調和装置の冷房運転時、室内の湿度が
高い状態では、空気吹出口周辺に結露が生じて室内に結
露水が滴下したり、白い霧が発生する等の現象があっ
た。

そこで、かかる結露を防止するために、空気調和装置
の機械的な構成上、下記のような手段が高じられてい
る。

（ｉ） 吹出し口の周辺に植毛を施して、表面積の増大
及び毛管現象の利用による捕水力の強化を図る。

（ii） 断熱性を強化させる。

（iii） 気流の改善により、冷気と暖気とを接触させ
ないようにする。

一方、例えば実開昭64−8146号公報に開示される如
く、空気調和装置の冷房運転時、吸込空気の相対湿度を
検出し、この相対湿度が所定の設定値以上に達すると、
ファン風量の制御や冷媒循環量の制御により、吹出空気
温度あるいは冷媒の蒸発温度を上昇させることにより、
空気調和装置の運転制御の露付を生じないようにしたも
のは、公知の技術である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のもののように、空気調和装
置の機械的な構成で結露を防止しようとすると、設計上
の制約が生じるとともに、製造コストの増大を招くこと
になる。

また、湿度を検出して結露を防止する制御を行う場
合、高価な湿度センサを設置することで、やはりコスト
の増大を招くという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、空気線図上における吹出空気温度と吸込空気温
度との関係等から水分の凝縮量を推定して、結露が生じ
る虞れを検知することにより、コストの増大を招くこと
なく結露を有効に防止することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、冷媒の
蒸発温度、室内吸込空気温度に基づき、室内熱交換器
（６）の露付状態を検知し、露付条件下では、冷媒の蒸
発温度又は吹出空気温度を上昇させるよう空気調和装置
を制御することにある。

具体的には、第１の解決手段は、第１図に示すように
（実線及び破線部分を含み、点線及び一点鎖線部分を含
まず）、圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、減圧機構
（５）及び室内ファン（6a）を付設した室内熱交換器
（６）を順次接続してなる冷媒回路（９）を備えた空気
調和装置を前提とする。

そして、空気調和装置の運転制御装置として、冷房運
転時、上記室内熱交換器（６）の吸込空気の温度を検出
する室内吸込温度検出手段（Thr）と、上記冷媒回路
（９）における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出
手段（The）と、上記蒸発温度検出手段（The）の出力を
受け、冷媒の蒸発温度に基づき室内吹出空気温度を演算
する吹出温度演算手段（51）と、上記蒸発温度検出手段
（The）及び室内吸込温度検出手段（Thr）の出力を受
け、冷媒の蒸発温度及び室内吸込空気温度に基づき、室
内吸込空気の露点を演算する露点演算手段（52）と、該
露点演算手段（52）で演算される室内吸込空気の露点と
上記吹出温度演算手段（51）で演算される室内吹出空気
温度との温度差から露付度合を演算する露付度合演算手
段（53）と、該露付度合演算手段（53）で演算される露
付度合が一定値を越えた時間を積算する積算手段と、該
積算手段の積算値が所定値に達したときに、上記圧縮機
（１）の運転を停止させるよう制御する圧縮機停止手段
（54A）とを設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、上記第１の解決手段における室内
ファン（6a）を風量可変形のものとする。そして、第１
図に示すように（実線及び点線部分を含み、破線及び一
点鎖線部分を含まず）、上記圧縮機停止手段（54A）に
代えて、上記露付度合演算手段（53）で演算される露付
度合が一定値を越えた時間を積算する積算手段と、該積
算手段の積算値が所定値に達したときに、室内ファン
（6a）の風量を増大させるよう制御する風量増大手段を
設けたものである。

第３の解決手段は、上記第１の解決手段における圧縮
機（１）を容量可変形のものとする。そして、第１図に
示すように（実線及び一点鎖線部分を含み、破線及び点
線部分を含まず）、上記圧縮機停止手段（54A）に代え
て、上記露付度合演算手段（53）で演算される露付度合
が一定値を越えた時間を積算する積算手段と、該積算手
段の積算値が所定値に達したときに、圧縮機（１）の運
転容量を低減させるよう制御する容量低減手段を設けた
ものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、吹出温
度演算手段（51）により、冷媒の蒸発温度に基づき室内
吹出空気温度が演算され、露点演算手段（52）により、
室内吸込空気温度と室外吸込空気温度に基づき室内吸込
空気の露点が演算され、露付度合演算手段（53）によ
り、室内吸込空気の露点と吹出空気温度との差として露
付度合が演算される。そして、積算手段により露付度合
が一定を越えた時間が積算され、この積算値が所定値に
達すると、圧縮機停止手段（54A）により、圧縮機
（１）を停止するよう制御される。

すなわち、露付度合の時間に対する積分量により、室
内熱交換器（６）の水分付着量が推定されるので、露付
状態になる条件下で、圧縮機（１）が停止することによ
り、吹出空気温度が上昇し、コストの増大を招くことな
く、露付が防止されることになる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明の
作用において、圧縮機停止手段（54A）に代えて、風量
増大手段により、積算手段の積算値が所定値に達したと
きに、室内ファン（6a）の風量を増大するよう制御され
るので、冷媒の蒸発温度の上昇により、露付が防止され
ることになる。

請求項（３）の発明では、上記請求項（１）の発明の
作用において、圧縮機停止手段（54A）に代えて、容量
低減手段により、積算手段の積算値が所定値に達したと
きに、圧縮機（１）の運転容量を低減するよう制御され
るので、吹出空気温度の上昇により、露付が防止される
ことになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に
基づき説明する。

第２図は、実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系統
を示し、（１）は圧縮機、（２）は冷房運転時には図中
実線のごとく、暖房運転時には図中破線のごとく切換わ
る四路切換弁、（３）は冷房運転時には凝縮器として、
暖房運転時には蒸発器として機能する熱源側熱交換器で
ある室外熱交換器、（４）は液冷媒を貯留するためのレ
シーバ、（５）は冷媒の減圧機能と冷媒流量の調節機能
とを有する電動膨張弁、（６）は室内に設置され、冷房
運転時には蒸発器として、暖房運転時には凝縮器として
機能する利用側熱交換器である室内熱交換器、（７）は
圧縮機（１）の吸入管に介設され、吸入冷媒中の液冷媒
を除去するためのアキュムレータである。

上記各機器（１）〜（７）は冷媒配管（８）により順
次接続され、冷媒の循環により熱移動を生ぜしめるよう
にした冷媒回路（９）が構成されている。

ここで、上記冷媒回路（９）の圧縮機（１）吐出側に
は、吐出冷媒中の油を回収するための油回収器（10）が
介設されていて、該油回収器（10）から圧縮機（１）−
アキュムレータ（７）間の吸入管まで、油回収器（10）
の油を圧縮機（１）の吸入側に戻すための油戻し通路
（11）が設けられている。そして、この油戻し通路（1
1）には、通路を開閉する開閉弁（12）が介設されてい
て、該開閉弁（12）は常時は閉じられている一方、圧縮
機（１）の起動時等には所定の制御により開けられて、
圧縮機（１）の吸入側に油回収器（10）の油及び吐出冷
媒の一部を戻すようになされている。

また、冷媒回路（９）の液管において、上記レシーバ
（４）と電動膨張弁（５）とは、電動膨張弁（５）がレ
シーバ（４）の下部つまり液部に連通するよう共通路
（8a）に直列に配置されており、共通路（8a）のレシー
バ（４）上部側の端部である点（Ｐ）と室外熱交換器
（３）との間は、レシーバ（４）側への冷媒の流通のみ
を許容する第１逆止弁（21）を介して第１流入路（8b）
により、上記共通路（8a）の点（Ｐ）と室内熱交換器
（６）との間はレシーバ（４）側への冷媒の流通のみを
許容する第２逆止弁（22）を介して第２流入路（8c）に
よりそれぞれ接続されている一方、共通路（8a）の上記
電動膨張弁（５）側の端部である点（Ｑ）と上記第１逆
止弁（21）−室外熱交換器（３）間の点（Ｓ）とは第１
キャピラリチューブ（C₁）を介して第１流出路（8d）に
より、共通路（8a）の上記点（Ｑ）と上記第２逆止弁
（22）−室内熱交換器（６）間の点（Ｒ）とは第２キャ
ピラリチューブ（C₂）を介して第２流出路（8e）により
それぞれ接続されている。

すなわち、冷房運転時には、室外熱交換器（３）で凝
縮液化された液冷媒が第１逆止弁（21）を経てレシーバ
（４）に貯溜され、電動膨張弁（５）及び第２キャピラ
リチューブ（C₂）で減圧された後、室内熱交換器（６）
で蒸発して圧縮機（１）に戻る循環となる一方、暖房運
転時には、室内熱交換器（６）で凝縮液化された液冷媒
が第２逆止弁（22）を経てレシーバ（４）に貯溜され、
電動膨張弁（５）及び第１キャピラリチューブ（C₁）で
減圧された後、室外熱交換器（３）で蒸発して圧縮機
（１）に戻る循環となるように構成されている。

なお、（8f）は、点（Ｐ）−点（Ｓ）間の第１流入路
（8b）において第１逆止弁（21）をバイパスして設けら
れた液封防止バイパス路であって、該液封防止バイパス
路（8f）には冷媒減圧用の第32キャピラリチューブ
（C₃）が介設されている。

また、空気調和装置には、センサ類が配置されてい
て、（Th2）は圧縮機（１）の吐出管に配置され、吐出
管温度を検出する吐出管センサ、（Thc）は室外熱交換
器（３）の液管に配置され、冷房運転時に冷媒の凝縮温
度を検出する外熱交センサ、（Tha）は室外熱交換器
（３）の空気吸込口に配置され、室外吸込空気温度Taを
検出する室外吸込温度検出手段としての室外吸込セン
サ、（The）は室内熱交換器（６）の液管に配置され、
冷房運転時に冷媒の蒸発温度Teを検出する蒸発温度検出
手段としての内熱交センサ、（Thr）は室内熱交換器
（６）の空気吸込口に配置され、室内吸込空気温度Trを
検出する室内吸込温度検出手段としての室内吸込センサ
であって、上記各センサは、空気調和装置の運転を制御
するためのコントローラ（図示せず）に信号の入力可能
に接続されており、該コントローラにより、センサの信
号に応じて各機器の運転を制御するようになされてい
る。

第３図は露付回路の制御内容を示し、露付回避用切換
スイッチ（ＳWwet）が、接点「１」側のとき以下の制御
を行う。

まず、ステップS₁で、20秒ごとにリセットされるサン
プリングタイム設定用メインタイマｔmain20の値が
「０」のとき、つまりサンプリングタイム20秒が経過す
る毎に、ステップS₂で、吸込空気の湿球温度ＴWBを下記
（１）式 ＴWB＝19.33＋1.090Te （１） に基づき演算して、蒸発温度Teから吸込空気の湿球温度
ＴWBを予測し、ステップS₃で、吹出空気温度To（乾球温
度）を下記（２）式 To＝7.77＋1.140Te （２） に基づき演算して、蒸発温度Teから吹出空気温度Toを予
測する。この制御により、吹出温度演算手段（51）が構
成されている。

次に、ステップS₄で、吸込露点温度ＤPTを下記（３）
式 ＤPT＝1.498TWB−0.405Tr−2.252 （３） に基づき演算して、上記吸込空気の湿球温度ＴWBと吸込
空気温度Tr（乾球温度）とから吸込露点温度ＤPTを予測
する。この制御により、露点演算手段（52）が構成され
ている。

次に、ステップS₅で、下記（４）式 ＤI＝ＤPT−To （４） に基づき、露付度合ＤIを演算して、最終的に、吸込露
点温度ＤPTから吹出空気温度Toを減じることにより、露
付度合ＤIを算出する。この制御により露付度合演算手
段（53）が構成されている。

次に、ステップS₆で、露付度合ＤIが所定値8.0以上か
否かを判別し、ＤI≧8.0でなければ露付の虞れはないと
判断して、露付防止処理を行わずに露付回避制御を終了
する一方、ＤI≧8.0であれば、ステップS₇で、露付条件
タイマＦWBの積算を行なう。この制御により、露付度合
ＤIが一定値（8.0）を越えた時間を積算する積算手段が
構成されている。

次に、ステップS₈で、さらに露付度合ＤIが9.0以上か
否かを判別する。そして、ＤI≧9.0でなければ、ステッ
プS₉で、露付回避突入時間ＫIを下記（５）式 ＫI＝4140−450DI （５） に基づき演算して、ステップS₁₀で、露付条件タイマＦW
Bのカウントと露付回避突入時間ＫIとの大小を比較し、
ＦWB≧ＫIになるまでは、上記ステップS₁〜S₉の制御を
繰り返し、ＦWB＝ＫIになると、後述のステップS₁₂に移
行して、露付回避制御を実行する。

一方、上記ステップS₈の判別で、ＤI≧9.0になると、
ステップS₁₁に移行して、ＦWB≧90になるまで、つまり
ＤI≧9.0の状態が30分間以上継続するまで待って、ステ
ップS₁₂に進んで、露付回避制御を実行する。この制御
は、露付回避突入時間ＫIが「90」である場合に相当す
る。

すなわち、第４図に示すように、横軸を露付度合Ｄ
I、縦軸を露付回避突入時間ＫIとすると、露付度合ＤI
が8.0の直線l₁と、露付突入時間ＫIが90カウント（30分
間）である直線l₂と、上記（５）式（ＫI＝4140−450D
I）の関係を示す直線l₃とで囲まれる領域（同図のハ
ッチング部）において、露付回避制御を行うようにされ
ている。言い換えると、圧縮機停止手段（54A）が圧縮
機（１）の露付防止のための判断を行なうための積算値
の所定値は、第４図に示されるマップにより定められて
いる。具体的には、露付回避突入時間ＫIが所定値に相
当する。

露付回避制御に入ると、ステップS₁₂で、露付条件フ
ラグＦWBをリセットした後、露付防止処理切換スイッチ
ＳWKAIが接点「０」側に接続されているときには、ステ
ップS₁₃で電動膨張弁（５）を閉じる制御を行い、露付
防止処理切換スイッチＳWKAIが接点「１」側に接続され
ているときには、ステップS₁₅でサーモオフ状態にする
制御を行う。この制御により、圧縮機停止手段（54A）
が構成されている。

ここで、上記の制御内容の根拠について説明する。

すなわち、一般に、吸込空気と吹出空気と間のエンタ
ルピ差It（kcal/kg）は、下記（６）式 It＝Ｃ（Ｑ・60/γ） （６） （ただし、Ｃは冷房能力（kcal/hr）、γは空気の比体
積（m³/kg）である）で表される。そして、他の条件を
一定に保持したまま室内の吸込湿球温度Twbのみを上昇
させた場合、Twbの上昇に伴ない冷房能力Ｃが増大する
ため、冷媒の蒸発温度Te、エンタルピ差Itは共に大きく
なる。実験的には、このエンタルピ差Itは、室外吸込空
気温度Taが変化しないとすると、下記（７）式 It＝8.33149＋0.2583Te＋Ｋ （７） （ただし、Ｋは定数）により求められる。

一方、第５図の空気線図に示すように、吸込空気の状
態をPiとし、吹出空気の状態をPoとする。吸込空気の状
態Piは、吸込空気温度Trと室内吸込湿球温度Twbとによ
り定まり、吹出空気の状態Poは、室内吹出空気温度Toと
室内吹出湿球温度Towとにより定まる。また、エンタル
ピ差Itは吸込湿球温度Twbと吹出湿球温度Towとの温度差
である。一方、吹出空気の湿度は95％程度であり、吹出
空気の湿球温度Towは、乾球温度Toとほぼ等しいので、
エンタルピ差Itは吸込湿球温度Twbと吹出空気温度Toと
の差で表される。さらに、例えば5HPの空気調和装置の
場合、吹出空気温度toと蒸発温度Teとの間には、実験か
ら下記式 To＝7.77＋1.14Te＋0.39Q （ただし、Ｑは風量である）が成立することが分かって
いる。ここで、上記風量Ｑの変化による吹出温度Toの変
化は極めて少なく、実用上無視しうるため、上記（２）
式 To＝7.77＋1.140Te の関係が得られる。なお、このような関係式は、他の空
気調和装置についても、同様に得られるものである。

したがって、上述の関係式からエンタルピ差Itを消去
すると、最終的に蒸発温度Teが分かれば室内吸込湿球温
度Twbが求まることになる。ただし、このエンタルピ差I
tを消去する計算は繁雑なので実験的に蒸発温度Teと室
内吸込湿球温度Toとの関係を求める。その結果、両者の
関係は、上記（１）式 ＴWB＝19.33＋1.090Te で表されるものとなる。

また、第５図に示される吸込空気の乾球温度Tr、湿球
温度Twbと、露点温度ＤPTとの間は、近似的には三角形
で表されるので、吸込露点温度は、実験により上記
（３）式 ＤPT＝1.498Twb−0.405Tr−2.252 で表される。

また、第５図から、上記（４）式 ＤI＝ＤPT−T0 の関係が成立することは容易に分かる。

すなわち、露点演算手段（52）により、例えば上記実
施例における（１）及び（３）式に基づき、蒸発温度Te
から室内吸込空気の露点ＤPTが求められ、最終的に、露
付度合演算手段（53）により、上記（４）式に基づき、
上記吸込露点温度ＤPTと吹出空気温度Taとの差から上記
露付度合ＤIが需まることになる。

そして、上記で求められた露付度合ＤIの時間に対す
る積分量S_D、つまり S_D＝∫（ＤI）dt がある値に達すると、その間に室内熱交換器（６）に所
定量の露付が生じる。ただし、簡易的には、積分演算の
代わりに露付度合ＤIが一定値を越えた時間を積算する
ことができる。そこで、本実施例では、積算手段により
露付度合ＤIが一定値（8.0）を越えた時間を積算し、こ
の積算時間ＦWBが第４図で示されるような露付度合ＤI
によって変わる所定値（露付回避突入時間ＫI）に達す
ると圧縮機（１）を停止させるようにしている。そし
て、その間に吹出空気温度Toを上昇させて、室内熱交換
器（６）表面の水滴を乾燥させることができ、露付を有
効に防止することができるのである。

すなわち、本実施例では、高価な湿度センサを設置し
なくても、室内吸込センサ（Thr）と内熱交センサ（Th
e）とを配置するだけで、容易に露付回避制御を行なう
ことができる。よって、コストの増大を招くことなく結
露を有効に防止することができるのである。

なお、本実施例では、露付回避制御を行う際、切換ス
イッチ（ＳWKAI）により、まず電動膨張弁（５）の開度
を閉じるようにしている。つまり、圧縮機（１）を停止
させるサーモオフにする方が露付防止効果は大きいが、
圧縮機（１）のオン・オフの繰り返しをできるだけ避け
ることにより、信頼性の向上を図ることができる利点が
ある。

実施例は省略するが、上記実施例におけるステップS
₁₄で、風量増大手段により、上記実施例におけるサーモ
オフ運転の代わりに室内ファン（6a）の風量を増大させ
るように制御してもよい。

その場合には、室内ファン（6a）の風量が増大するこ
とにより、冷媒の蒸発温度Teが上昇し、露付を有効に防
止することができる。

さらに、上記実施例におけるステップS₁₄で、容量低
減手段により、圧縮機（１）の運転容量を低減するよう
に制御してもよい。

その場合、圧縮機（１）の運転容量の低減によって冷
媒循環量が低減するので、冷媒の蒸発温度Teが上昇す
る。したがって、露付を有効に防止することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、
空気調和装置の冷房運転時、冷媒の蒸発温度に基づき室
内吹出空気温度を演算し、室内吸込空気温度に応じて室
内吸込空気の露点を演算して、露点と室内吹出空気温度
との温度差から露付度合を演算するとともに、露付度合
が一定値を越えた時間を積算して、この積算値が所定値
に達すると、圧縮機の運転を停止させるようにしたの
で、吹出空気温度の上昇により、コストの増大を招くこ
となく、露付を有効に防止することができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発
明において、露付度合が一定値を越えた時間を積算し
て、この積算値が所定値に達すると、圧縮機を停止させ
る代わりに、室内ファンの風量を増大させるようにした
ので、冷媒の蒸発温度の上昇により、コストの増大を招
くことなく、露付を有効に防止することができる。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）の発
明において、露付度合が一定値を越えた時間を積算し
て、この積算値が所定値に達すると、圧縮機を停止させ
る代わりに、圧縮機の運転容量を低減させるようにした
ので、吹出空気温度の上昇により、コストの増大を招く
ことなく、露付を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
〜第４図は本発明の実施例を示し、第２図は空気調和装
置の全体構成を示す冷媒配管系統図、第３図はコントロ
ーラの制御内容を示すフローチャート図、第４図は露付
度合と露付回避突入時間との関係を示すマップ図，第５
図は空気線図である。 １……圧縮機 ３……室外熱交換器 ５……電動膨張弁（減圧機構） ６……室内熱交換器 6a……室内ファン ９……冷媒回路 51……吹出温度演算手段 52……露点演算手段 53……露付度合演算手段 54……圧縮機停止手段 The……内熱交センサ（蒸発温度検出手段） Thr……室内吸込センサ（室内吸込温度検出手段）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、減圧
   機構（５）及び室内ファン（6a）を付設した室内熱交換
   器（６）を順次接続してなる冷媒回路（９）を備えた空
   気調和装置において、 冷房運転時、上記室内熱交換器（６）の吸込空気の温度
   を検出する室内吸込温度検出手段（Thr）と、上記冷媒
   回路（９）における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度
   検出手段（The）と、上記蒸発温度検出手段（The）の出
   力を受け、冷媒の蒸発温度に基づき室内吹出空気温度を
   演算する吹出温度演算手段（51）と、上記蒸発温度検出
   手段（The）及び室内吸込温度検出手段（Thr）の出力を
   受け、冷媒の蒸発温度及び室内吸込空気温度に基づき、
   室内吸込空気の露点を演算する露点演算手段（52）と、
   該露点演算手段（52）で演算される室内吸込空気の露点
   と上記吹出温度演算手段（51）で演算される室内吹出空
   気温度との温度差から露付度合を演算する露付度合演算
   手段（53）と、該露付度合演算手段（53）で演算される
   露付度合が一定値を越えた時間を積算する積算手段と、
   該積算手段の積算値が所定値に達したときに、上記圧縮
   機（１）の運転を停止させるよう制御する圧縮機停止手
   段（54A）とを備えたことを特徴とする空気調和装置の
   運転制御装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の空気調和装置の運転制
   御装置において、 上記室内ファン（6a）は風量可変形のものであり、上記
   圧縮機停止手段（54A）に代えて、上記露付度合演算手
   段（53）で演算される露付度合が一定値を越えた時間を
   積算する積算手段と、該積算手段の積算値が所定値に達
   したときに、室内ファン（6a）の風量を増大させるよう
   制御する風量増大手段を備えたことを特徴とする空気調
   和装置の運転制御装置。
3. 【請求項３】請求項（１）記載の空気調和装置の運転制
   御装置において、 上記圧縮機（１）は容量可変形のものであり、上記圧縮
   機停止手段（54A）に代えて、上記露付度合演算手段（5
   3）で演算される露付度合が一定値を越えた時間を積算
   する積算手段と、該積算手段の積算値が所定値に達した
   ときに、上記露付度合演算手段（53）で演算される露付
   度合の時間に対する積分量が所定値よりも高くなると、
   圧縮機（１）の容量を低減させるよう制御する容量低減
   手段とを備えたことを特徴とする空気調和装置の運転制
   御装置。