JP4134501B2

JP4134501B2 - 空気調和機の自動運転制御方法

Info

Publication number: JP4134501B2
Application number: JP2000300113A
Authority: JP
Inventors: 寧神野; 聡十倉; 宏司前川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002106913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和機に関するもので、さらに詳しくは、再熱方式の除湿運転機能を備えた空気調和機における快適な自動運転を実現する制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の冷暖房機器として住環境の快適性をより高めるために、除湿機能を搭載した高機能タイプの空気調和機の技術開発が進んできている。中でも快適性の一要素である室温を下げずに湿度だけを下げることの出来る等温除湿運転機能付きの空気調和機の技術開発が加速されている。
【０００３】
等温除湿運転を実現する手段として、例えば、特開平６−１３７７１２号公報が開示されている。
【０００４】
即ち、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と減圧装置および室内熱交換器でヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成し、前記室内熱交換器は第１の熱交換器と第２の熱交換器からなり、補助膨張弁を介して連通してなることで、前記第１の熱交換器を再熱器、前記第２の熱交換器を冷却器として作用させる再熱除湿方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記再熱除湿方式の場合、冷房運転モードから除湿運転モードに移行すると、冷房運転モードでは冷却器として作用して気中水分を凝縮し湿っていた第１の熱交換器が、除湿運転モードでは再熱器として加熱されるため、保水していた凝縮水が蒸発し、室内ファンを通過する空気湿度がほぼ１００％にまで達し、霧吹きやファンへの結露が発生するという課題があった。特に、自動運転モードにおいては冷房運転モードと除湿運転モードは頻繁に切り替わるため大きな問題であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、減圧装置を介して連結される第１の熱交換器と第２の熱交換器からなる室内熱交換器を有し、第１の熱交換器を再熱器、第２の熱交換器を冷却器として用いる再熱除湿運転方式を有する空気調和機において、室内気温と外気温と各運転モードでの運転継続時間を計量し、外気温が所定のしきい値を超えており、かつ室内気温がリモコン設定温度に対して所定値以上で運転継続時間が所定値以上の場合、除湿運転モードから冷房運転モードへの移行可と判定するものである。
【０００７】
この制御手法により、冷房モードと除湿モードの頻繁な切り替えを防止し、漏洩熱量を含めて室内熱負荷が高い状態が維持される場合のみ冷房モードに移行させることで、冷房モードから除湿モードへの移行を必要最小限にとどめ、霧吹きやファン結露を抑止することが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、冷房運転モードから除湿運転モードに移行する際、再熱除湿運転モードへの移行を禁止し、第１の熱交換器と第２の熱交換器を減圧装置を介さず連通して共に冷却器として用いる通常除湿運転モードに移行させる手法を自動運転制御に用いたものである。
【０００９】
従って、前記通常除湿運転モードでは、第１の熱交換器と第２の熱交換器とも冷却器として作用するため、この制御手法により冷房運転モードから除湿運転モードへ移行しても霧吹きやファン結露の発生を防止することが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、冷房運転モードから除湿運転モードに移行する際、運転時間継続手段の出力と、圧縮機運転速度と、室内ファン回転速度により、圧縮機が低速で運転され、なおかつ、室内ファンの風量が大きい運転状態で所定値以上継続して運転された場合、再熱除湿運転モードへの移行を可能とする手法を自動運転制御に用いたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜５を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の空気調和機の冷凍サイクル図である。図１において、１は圧縮機であり、四方弁２、室内熱交換器３、パルス式の膨張弁４、室外熱交換器５を順次接続してヒートポンプ式の冷凍サイクルを形成している。
【００１３】
また、室内熱交換器３は、第１の熱交換器（再熱器）６と、第２の熱交換器（冷却器）７と、電磁弁８および毛細管の減圧装置９からなり、第１の熱交換器６と第２の熱交換器７は電磁弁８を介して連通され、さらに電磁弁８と並列に毛細管の減圧装置９を配設している。
【００１４】
また、室内熱交換器３に通風する室内ファン１０と、室外熱交換器５に通風する室外ファン１１が設けられている。
【００１５】
また、１２は制御部であり、駆動制御回路１３、１４とインバータ回路１５と共に、室内ファン１０と室外ファン１１および圧縮機１の速度が制御され、さらに、室内温度を検出する室内温度センサ１６、外気温を検出する外気温センサ１７、第２の熱交換器７の配管温度を検出する冷却器配管温度センサ１８、および空気調和機の運転停止手段や室内温度を設定する温度調節設定手段を設けたワイヤレスリモコン（図示せず）が接続されている。
【００１６】
次に、上記構成による空気調和機の冷房運転モード、通常除湿運転モード、再熱除湿運転モードのそれぞれの空調作用について説明する。
【００１７】
冷房運転モードおよび通常除湿運転モードにおいては、電磁弁８は全開状態に制御され、圧縮機１で吸入し圧縮された冷媒は、四方弁２を経て室外熱交換器５に送られ、ここで凝縮液化する。室外熱交換器５を出た冷媒は膨張弁４で減圧され第１の熱交換器６に導かれる。第１熱交換器６を出た冷媒は、全開状態の電磁弁８を通過して第２の熱交換器７に流入する。各熱交換器６、７では冷媒が蒸発して室内空気から熱を奪い気化する。そしてこれら熱交換器６、７を経た冷媒は、再び四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。
【００１８】
ただし、冷房運転モードに対し、通常除湿運転モードでは室内ファン１０の速度を低く、また圧縮機１の速度も低く、また膨張弁４の開度も絞り気味に設定している。これにより、通常除湿運転モードでは冷凍能力を低く抑えつつも、熱交換器６、７の温度を低くして空気中から奪う潜熱の比率を高めることで室内温度の低下を抑えつつ除湿を行う。
【００１９】
再熱除湿運転モードにおいては、電磁弁８は全閉状態に制御され、圧縮機１で吸入し圧縮された冷媒は、四方弁２を経て室外熱交換器５に送られ、さらに全開状態の膨張弁４を経て第１の熱交換器６に導かれる。冷媒は室外熱交換器５と第１の熱交換器（再熱器）６で凝縮液化し、このとき第１の熱交換器での凝縮熱を室内空気に放出する。この液冷媒は電磁弁が全閉状態であるため、毛細管の熱交換器減圧装置９で減圧されて熱交換器第２の熱交換器（冷却器）７に流入する。第２の熱交換器７で冷媒が蒸発して室内空気から熱を奪い気化し、このとき室内空気から除湿して室内湿度を低下させる。そして、第２の熱交換器７を出た冷媒は、再び四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。
【００２０】
第２の熱交換器７は、空気調和機の吸込口から吸い込まれる室内空気を除湿冷却する冷却器の作用をなし、第１の熱交換器６は、除湿冷却された室内空気を加熱する再熱器となる。即ち、通常除湿運転では困難な等温や暖気味の除湿が可能となる。
（実施の形態１）
図２を用いて実施の形態１の制御について説明する。
【００２１】
除湿運転モードの場合、冷凍能力は低く制御されているため、室内気温に対し設定温度を大きく下げて設定した場合や、室外気温が上昇して室内に侵入してくる熱量が増大した場合、冷房運転モードに移行する必要がある。しかしながら、霧吹きやファン結露の発生を抑制するため、冷房運転モードから再熱除湿モードへの移行を必要最小限にとどめる必要があり、図２に示す判定手法にて移行可と判定された場合にのみ除湿運転モードから冷房運転モードへの移行を行なうものである。
【００２２】
図２は、除湿運転モードから冷房運転モードへ移行する場合の制御フローである。図２において、ステップＳ２０１では自動運転が開始され、再熱除湿運転モードに自動設定されて運転継続している（ステップＳ２０２）。運転継続中、室内気温と室外気温は吸込みセンサと外気温センサにて常時サンプリングされる。室外気温が上昇してくると、冷凍能力の低下や室内への侵入熱量の増大から、除湿運転モードでは室温を下げる十分な効果が見込めなくなる。
【００２３】
この時の室外気温を外気温度しきい値Ｋ１とし、例としてＫ１＝３０℃と設定される。サンプリングされた室外気温がしきい値Ｋ１を超えており（ステップＳ２０３）、かつ室内気温がリモコン設定温度に対し、Ｋ２ｄｅｇ以上（即ち、室内気温−リモコン設定温度≧Ｋ２）がｔ２分以上継続して運転された場合（ステップＳ２０４）に、除湿運転モードから冷房運転モードへの移行可と判定し、冷房運転モードの指示が出される（ステップＳ２０５）。
【００２４】
Ｋ２とｔ２は複数の組み合わせをもつことも可能で、例として（Ｋ２、ｔ２）＝（３ｄｅｇ、１０ｍｉｎ）または（Ｋ１、ｔ２）＝（５ｄｅｇ、０ｍｉｎ）と設定されている。
（実施の形態２）
図３を用いて実施の形態２の制御について説明する。
【００２５】
自動運転にて冷房運転モードに設定され運転している場合、室内温度がリモコン設定温度に近づいてきたり、室外気温が低下してきたりすると、除湿運転モードに切り替わるが、この際、再熱除湿運転に移行すると、霧吹きやファン結露が発生し易くなる。そこで、本実施形態では、冷房運転モードから再熱除湿運転モードへの移行は行なわれないようにし、通常除湿運転モードに移行するものである。
【００２６】
図３は、冷房運転モードから除湿運転モードへ移行する場合の制御フローである。自動運転開始後（ステップＳ３０１）、実施の形態１で示したような動作により冷房運転モードとなった場合（ステップＳ３０２）、冷房運転モードは冷凍能力が大きいので、徐々に室温は下がってきてリモコン設定温度に近づく。さらに時間の経過と共に外気温度が低下してきて室外気温がしきい値Ｋ３を下回り（ステップＳ３０３）、かつ室内気温がリモコン設定温度に対しＫ４ｄｅｇ以下（即ち、室内気温−リモコン設定温度≦Ｋ４）がｔ４分以上継続して運転された場合（ステップＳ３０４）には除湿運転モードへの移行指示が出される（ステップＳ３０５）が、冷房運転モードから除湿運転モードへの移行指示である場合は、再熱除湿運転モードではなく、通常除湿運転モードが指示される。例として、Ｋ３＝２５℃、（Ｋ４、ｔ４）＝（３ｄｅｇ、１０ｍｉｎ）と設定される。
（実施の形態３）
図４を用いて実施の形態２の制御について説明する。
【００２７】
図４は、冷房運転モードから除湿運転モードへ移行する場合の制御フローである。ステップＳ４０１からＳ４０５までは、実施の形態３におけるものと同様である。即ち、自動運転にて冷房運転モード設定となり（ステップＳ４０１、Ｓ４０２）、冷房運転を継続するうちに室外気温がしきい値Ｋ３を下回り（ステップＳ４０３）、かつ室内気温がリモコン設定温度に対しＫ４ｄｅｇ以下（即ち、室内気温−リモコン設定温度≦Ｋ４）がｔ４分以上継続して運転された場合（ステッＳ４０４）には除湿運転モードへの移行指示が出される（ステップＳ４０５）。
【００２８】
この場合、それまでの運転条件によっては、再熱除湿運転モードに移行しても霧吹きやファン結露の発生しない場合も存在する。顕熱比の高い冷房運転状態がそれに相当するが、具体的には、室温が継続して安定的な状態となり、圧縮機が低速で運転され、なおかつ、室内ファンの風量が大きい場合である。
【００２９】
図５は、そうした条件を満たす領域図である。Ａ領域が再熱除湿運転移行可能な領域で、Ｂ領域は移行不可な領域である。
【００３０】
ステップＳ４０５で除湿運転モードへの移行指示が出たとき、それまでの運転状態がＡ領域内でｔ５分以上継続していた場合（ステップＳ４０６）、再熱除湿運転モードへの移行指示が出され（ステップＳ４０７）、それ以外の場合は、通常除湿運転モードへの移行指示となる（ステップＳ４０８）。
【００３１】
【発明の効果】
上記実施の形態から明らかなように、本願発明は、運転条件に応じて運転モードを自動選択する自動運転において、外気温が所定のしきい値を超えており、かつ室内気温がリモコン設定温度に対して所定値以上で運転継続時間が所定値以上の場合、除湿運転モードから冷房運転モードへの移行可と判定することで、冷房モードと除湿モードの頻繁な切り替えを防止し、漏洩熱量を含めて室内熱負荷が高い状態が維持される場合のみ冷房モードに移行させることで、冷房モードから除湿モードへの移行を必要最小限にとどめ、霧吹きやファン結露を抑止することが可能となる。
【００３２】
また、本願発明は、自動運転において、冷房運転モードから除湿運転モードに移行する際、再熱除湿運転モードへの移行を禁止し、通常除湿運転モードに移行させることにより、霧吹きやファン結露を防止することが可能となる。
【００３３】
また、本願発明は、自動運転において、冷房運転モードから除湿運転モードに移行する際、それまで顕熱比の高い状態で冷房運転が継続されて、再熱除湿運転モードに移行しても霧吹きやファン結露の発生しない場合も存在すると考えられる、圧縮機が低速で運転され、なおかつ、室内ファンの風量が大きい運転状態で所定値以上継続して運転された場合には、再熱除湿運転モードへの移行を可能とするもので、これにより、等温除湿や暖気味除湿が可能な再熱除湿運転モードを自動運転で最大限に活用しつつも、霧吹きやファン結露を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和機の冷凍サイクル構成図
【図２】本発明の実施の形態１を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態３を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３を示す制御テーブルの説明図
【符号の説明】
３室内熱交換器
４膨張弁
５室外熱交換器
６第１の熱交換器
７第２の熱交換器
８電磁弁
９減圧装置
１０室内ファン
１２制御部
１３、１４駆動制御装置
１６室内吸込温度センサ
１７室外吸込温度センサ
１８冷却器配管温度センサ
Ｋ１、Ｋ３規定温度
Ｋ２、Ｋ４規定温度差
ｔ２、ｔ４規定運転時間

Claims

圧縮機運転速度を可変するインバータ方式の圧縮機と室内熱交換器と室外熱交換器と四方弁と膨張弁とで構成され、前記室内熱交換器は第１の熱交換器と第２の熱交換器からなり、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を減圧装置を介して連通することで第１の熱交換器を再熱器、第２の熱交換器を冷却器として用いる再熱除湿運転方式と、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器を減圧装置を介さず連通して共に冷却器として用いる通常除湿運転モードの２方式を切り替え可能な除湿運転方式とした除湿運転モードを有する空気調和機において、室内気温を検出する室内気温検出手段と、外気温を検出する室外気温検出手段と、各運転モードでの運転継続時間を計量する運転継続時間計量手段とを具備し、前記室外気温検出手段の出力が所定のしきい値を超えており、かつ前記室内気温検出手段の出力がリモコン設定温度に対して所定値以上で前記運転継続時間計量手段の出力値が所定値以上の場合、除湿運転モードから冷房運転モードへの移行可と判定する空気調和機の自動運転制御方法。
冷房運転モードから除湿運転モードに移行する際、再熱除湿運転モードへの移行を禁止し、通常除湿運転モードに移行させることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の自動運転制御方法。
冷房運転モードから除湿運転モードに移行する際、各運転モードでの運転継続時間を計量する運転継続時間計量手段の出力と、圧縮機運転速度と、室内ファン回転速度により、圧縮機が低速で運転され、なおかつ、室内ファンの風量が大きい運転状態で前記運転継続時間計量手段の出力値が所定値以上の場合、再熱除湿運転モードへの移行を可能とする請求項２記載の空気調和機の自動運転制御方法。