JP4571520B2 - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換によって生じた冷風あるいは温風を送風ファンによって室内に吹き出す空気調和機において、吹き出す風量を大とするフルパワー運転を行う制御装置に関する。

空気調和機は、例えば特許文献１に記載されているように、通常運転以外に、急速に冷房あるいは暖房するフルパワー運転を行う機能を備えている。フルパワー運転では、送風ファンの回転数を最大にするとともに圧縮機の運転周波数を最大にして、一定時間運転が行われる。そして、フルパワー運転が終了すると、自動的に通常運転に切り替わる。このとき、室温が設定温度に達しているときには、圧縮機を停止せず、最小能力運転を行う。その後、再度フルパワー運転が要求されると、即座にフルパワー運転を開始する。
特開平１１−１７３６３２号公報

上記のようなフルパワー運転を行う場合、運転開始時に送風ファンの回転数は急激に上がり、最大回転数のまま一定時間運転が続行される。一定時間経過すると、送風ファンの回転数は急激に下がる。そして、時間を置かずに再度フルパワー運転を開始すると、同様に送風ファンの回転数が急激に上がる。このように、フルパワー運転が終了するとき、送風ファンの回転が急に変化するため、ユーザが気にして、違和感を覚えることがある。

また、フルパワー運転中、送風ファンは最大回転数に維持されたままであるので、強い冷風あるいは温風が吹き出し、室内が冷えすぎたり、あるいは暖まりすぎたりしてしまう。特に、時間を置かずに続けてフルパワー運転を行うと、設定温度に関係なく運転が開始されるので、さらに冷えすぎや暖まりすぎが顕著となり、無駄に電力消費してしまう。

本発明は、上記に鑑み、フルパワー運転を行うときには、ユーザに運転開始を認識させ、終了時には意識させないようにするとともに、室内の冷えすぎや暖まりすぎを防げるようにフルパワー運転を行える空気調和機の制御装置の提供を目的とする。

本発明は、熱交換された空気を室内に吹き出すための送風ファンを、通常の運転時の最も高い回転数よりも高速回転させて、吹き出す風量を大とするフルパワー運転を行う空気調和機の制御装置であって、フルパワー運転を開始したとき、前記送風ファンの回転数を最大とし、フルパワー運転の開始時から徐々に回転数を下げていく。

これによって、フルパワー運転を開始したときには、風量が一気に増え、フルパワー運転の開始が実感される。そして、冷風あるいは温風が強く吹き出すので、室内が十分に冷やされたり、暖められたりする。そのため、送風ファンの回転数を下げても、フルパワー運転の効果は持続され、冷えすぎた暖まりすぎを防げる。また、フルパワー運転を終了するときには、送風ファンが停止しても、急に音が止むといったことはなく、ユーザに意識させないで運転終了を行える。

ここで、送風ファンの回転数を最大回転数から徐々に下げていき、通常の運転時の最も高い回転数よりも高い回転数まで下がると、この回転数を維持することにより、通常の運転時の風量よりも多くでき、フルパワー運転の効果を損なわない。

また、フルパワー運転の終了後、所定時間が経過するまでに、再度フルパワー運転が開始されたとき、最大回転数より低く、通常の運転時の最も高い回転数よりも高い回転数で送風ファンを駆動する。フルパワー運転を再度行うとき、室内が十分に冷やされたり、暖められたりしている場合、最大回転数で駆動する必要はない。したがって、送風ファンを低い回転数で駆動しても、前回のフルパワー運転による室内の状態を維持でき、フルパワー運転にもかかわらず、低消費電力となる。再度フルパワー運転を開始するとき、所定時間が経過していると、最大回転数で送風ファンを駆動する。

フルパワー運転を再度行うとき、フルパワー運転が終了してから再度開始するまでの再開時間に応じて、フルパワー運転開始時の送風ファンの回転数が決定される。すなわち、送風ファンの回転数は、再開時間に比例して高くなるように決められる。再開時間が長くなると、前回のフルパワー運転による効果を失われていくので、送風ファンの回転数を高くして、風量を増やす。一方、再開時間が短いと、前回のフルパワー運転による影響が残っているので、送風ファンの回転数は低くても差し支えない。

また、フルパワー運転が途中で停止され、その後再度フルパワー運転が開始されるとき、フルパワー運転が行われた作動時間およびフルパワー運転が終了してから再度開始するまでの再開時間に応じて、フルパワー運転開始時の送風ファンの回転数が決定される。送風ファンの回転数は、作動時間が短いほど高く、再開時間が長いほど高くなるように決められる。

すなわち、フルパワー運転が停止するまでの作動時間によって、室内の状態は異なっているので、上記の再開時間に作動時間を加味して、送風ファンの回転数を決める。作動時間が短いとき、室内は十分に冷えたり、暖まったりしていないので、送風ファンの回転数を高くする。逆に、作動時間が長いと、送風ファンの回転数を低くできる。

本発明によると、フルパワー運転を行うとき、送風ファンの回転数を徐々に下げることにより、送風ファンを連続して高回転で駆動する場合より、室内の冷えすぎあるいは暖まりすぎを防ぐことができ、快適な室内環境を実現できる。また、送風ファンを高回転に維持しないので、ファンモータが異常に温度上昇することはなく、送風ファンの故障や異常停止を防ぐことができ、連続したフルパワー運転が可能となる。

本実施形態の一体型空気調和機では、図１、２に示すように、キャビネット１に、圧縮機２、凝縮器３、蒸発器４および絞り機構（図示せず）が内装され、これらによって冷凍サイクルが形成される。そして、空気調和機は、冷風を発生させて、室内を冷房する冷房運転を行う。そのため、空気調和機は、蒸発器４に対する送風ファン５と、凝縮器３に対する排気ファン６と、排気用のダクト７と、冷房運転によって発生したドレン水を処理するためのポンプ８とを備えている。

キャビネット１は、図３、４に示すように、前面パネル１０、左右一対の側板１１、背板１２によって囲まれた構造とされる。そして、キャビネット１は、上側の冷房室１３と下側の排熱室１４とに区画されている。冷房室１３と排熱室１４とは、仕切り板１５によって仕切られ、上下の空間は断熱されている。

冷房室１３には、蒸発器４および送風ファン５が収容され、排熱室１４には、圧縮機２、凝縮器３、排気ファン６、ポンプ８が収容されている。冷房室１３では、前側に蒸発器４が配置され、背面側にシロッコファンからなる送風ファン５が配置されている。排熱室１４では、前側に凝縮器３が配置され、背面側にシロッコファンからなる排気ファン６が配置されている。凝縮器３と排気ファン６との間に、圧縮機２とポンプ８とが左右にそれぞれ配置されている。凝縮器３は、蒸発器４の下方に位置し、蒸発器４と凝縮器３とは上下に並んでいる。

キャビネット１の前側は開口されており、この開口が前面パネル１０によって覆われている。蒸発器４および凝縮器３は、開口に面しており、前面パネル１０と蒸発器４および凝縮器３との間には間隙１６が形成される。この間隙１６に、フィルタ１７が着脱可能に装着されている。

前面パネル１０に、前面吸込口２０と吹出口２１とが形成されている。また、前面パネル１０と側板１１との間に、側面吸込口２２が形成されている。前面吸込口２０は、前面パネル１０の中央に位置して、縦方向に配されている。前面吸込口２０および側面吸込口２２は、間隙１６に連通している。吹出口２１は、前面パネル１０の上部に位置し、水平方向から斜め上方向に向かって開口している。吹出口２１には、ルーバ２３が設けられ、ルーバ２３はモータによって揺動される。吹出口２１は冷房室１３に連通しており、前面吸込口２０および側面吸込口２２から蒸発器４を経て吹出口２１に至る通風路が形成される。これによって、キャビネット１の前面からの吸い込みおよび前方への吹き出しを実現できる。

排熱室１４は、冷房室１３よりも背面側に突出しており、排熱室１４の上面に排気口２４が形成されている。排気口２４に、蛇腹状のダクト７の一端が取り付けられている。ダクト７の他端は、壁２５の開口部に取り付けられ、排熱室１４がダクト７を介して室外と連通する。したがって、排熱室１４では、前面吸込口２０および側面吸込口２２から凝縮器３を経て排気口２４に至る通風路が形成される。この通風路は、ダクト７に連通して、室外へと通じている。

ダクト７の一端は、排気口２４に対して回転自在かつ着脱自在とされる。すなわち、排気ファン６のケーシング２６に形成された排気口２４に、ファンガード２７が回転自在に嵌め込まれている。ダクト７の一端には、ダクトコネクタ２８が設けられている。このダクトコネクタ２８が、ファンガード２７に着脱自在に装着されるが、ダクトコネクタ２８はファンガード２７に対して回転しないように取り付けられている。ダクト７とファンガード２７とが一体的に回転することにより、ダクト７とキャビネット１とは相対的に回転する。

ダクト７の他端は、壁２５の開口部に着脱可能に取り付けられている。すなわち、開口部にある窓３０を利用して、ダクト７を取り付けるための取付パネル３１が窓枠に固定される。窓３０は、上げ下げ窓、引き違い窓のいずれでもよく、取付パネル３１は、窓３０の大きさに合わせて長さを可変できる。

取付パネル３１の取付口３２にダクトホルダ３３が嵌め込まれ、ダクトホルダ３３に、ダクト７の他端に設けられたダクトコネクタ３４が着脱可能に装着される。ダクトコネクタ３４がダクトホルダ３３に装着されることにより、ダクトホルダ３３は取付パネル３１から抜けないように取り付けられる。ダクトホルダ３３の室外側には、雨が入り込まないように、雨除け３５が取り付けられている。したがって、ダクトコネクタ３４をダクトホルダ３３から外すことにより、ダクト７を窓３０から取り外すことができ、さらにダクトホルダ３３も取付パネル３１から取り外すことができる。ここで、ダクト７を外したとき、取付パネル３１の取付口３２が開いたままになるので、取付口３２を塞ぐカバーが取付パネル３１に設けられている。なお、図１中、３６は換気孔であり、換気扇が取り付け可能とされる。

また、キャビネット１の底面には、車輪４０が取り付けられている。したがって、本空気調和機は移動可能とされ、伸縮可能なダクト７を付けたまま室内で移動させることができる。さらに、ダクト７を外すことにより、空気調和機を他の室内に持ち運ぶことができ、任意の場所で使用することができる。

ところで、蒸発器４では、室内空気の熱交換を行うとき、空気中の水分が結露して、ドレン水が発生する。蒸発器４の下方に、ドレン水を受けるドレンパン４１が設けられ、ドレンパン４１の下方に、滴下皿４２が設けられている。ドレンパン４１は、滴下皿４２内に収容され、滴下皿４２は、キャビネット１に取り付けられている。ドレンパン４１に滴り落ちたドレン水は、滴下皿４２に流れ落ち、さらに滴下皿４２から凝縮器３に流れ落ちる。ドレン水は、凝縮器３を通過するときに、凝縮器３を冷却しながら蒸発する。凝縮器３の下方には、ドレン受皿４３が設けられ、凝縮器３を伝って流れてきたドレン水がドレン受皿４３に溜まる。ドレン受皿４３は、排熱室１４の底に載置されており、ドレン受皿４３には、ドレン抜き孔４４が形成され、栓がされている。栓を抜くと、ドレン水が排出される。

そして、ドレン受皿４３に溜まったドレン水を処理するため、ポンプ８によってドレン水を再び凝縮器３に導き、蒸発させている。ポンプ８は、ドレン受皿４３内に設置され、ポンプ８にドレンホース４５が接続され、ドレンホース４４が滴下皿４２に接続される。ポンプ８と滴下皿４２とによって送水手段が構成される。

ポンプ８は、ドレン水を吸い込んで滴下皿４２に送り込む。ドレン水は、滴下皿４２から流れ落ちて、凝縮器３の熱によって蒸発する。このように、ドレン水を循環させることによって、外部に排水することなく、内部において排水処理ができる。なお、ドレンホース４５の途中には、流路を切り替えるためのコックが設けられ、排水パイプ４６が接続されている。コックを回すことにより、滴下皿４２に向かって循環する流路と、排水パイプ４６に向かって排水される流路とに切り替えられる。

この空気調和機は、図５に示すように、圧縮機２、送風ファン５、排気ファン６、ポンプ８を駆動制御する制御装置５０を備えている。マイコンからなる制御装置５０は、キャビネット１に内装され、リモコン５１あるいはキャビネットに設けられた操作スイッチからの操作信号に応じて、冷房運転、除湿運転、換気運転といった各種運転を実行する。また、前面パネル１０に、ＬＥＤ等からなる表示器５２が設けられており、制御装置５０は、各種運転に応じて表示器５２の点灯を制御する。さらに、ドレン受皿４３に水位検出器５３が設けられ、制御装置５０は、溜まったドレン水の量に応じてポンプ８の動作および排気ファン６の回転を制御し、ドレン水が満水になったときの警告として表示器５２の点灯あるいは点滅といった制御を行う。

冷房運転では、室内空気が、送風ファン５の駆動によって前面吸込口２０および側面吸込口２２から吸い込まれ、前面パネル１０の間隙１６から蒸発器４を通り抜ける。このとき、吸い込まれた空気は、蒸発器４によって冷却され、冷風となる。冷風は、吹出口２１から室内に吹き出される。

一方、排気ファン６の駆動によって、室内空気が、前面吸込口２０および側面吸込口２２から吸い込まれ、前面パネル１０の間隙１６から凝縮器３を通り抜ける。このとき、吸い込まれた空気は、凝縮器３によって暖められ、温風となる。温風は、排気口２４からダクト７を通り、室外に排出される。

冷房運転により蒸発器４から発生したドレン水は、流れ落ちてドレン受皿４３に溜まる。ドレン水が所定水位まで溜まると、ポンプ８が駆動され、ドレン受皿４３のドレン水を汲み上げて、滴下皿４２に導く。汲み上げられたドレン水は、凝縮器３の表面に沿って流れ落ち、蒸発する。蒸発しなかったドレン水は、ドレン受皿４３に溜まり、再び汲み上げられ、蒸発するまで循環される。なお、ドレン受皿４３のドレン水の水位はフロート式の水位検出器５３によって検出され、満水になったことが検知されたとき、制御装置５０は、圧縮機２、ポンプ８等を停止させて、冷房運転を停止する。

除湿運転では、冷房運転と同様に圧縮機２、送風ファン５、排気ファン６、ポンプ８が駆動制御される。ただし、ドレン受皿４３に溜まったドレン水は循環させず、コックの操作によりドレン水を排水パイプ４６から排出する。この場合、ダクト７を外しておく。排熱室１４を通って除湿された空気は、排気口２４から室内に排出される。そのため、室内の温度を変えずに除湿できる。

換気運転では、圧縮機２、送風ファン５およびポンプ８は停止し、排気ファン６のみが駆動される。キャビネット１の前方から吸い込まれた室内の空気は、排熱室１４からダクト７を経て室外に排出される。このとき、壁２５の換気孔３６から室外の空気が入り込み、室内の換気が行われる。

ここで、冷房運転において、冷房の強弱を選択可能とされる。制御装置５０は、リモコン５１によって選択された強、中、弱の運転に応じて送風ファン５の回転制御を行う。なお、圧縮機２の運転周波数も選択された強、中、弱の運転に応じて変えられている。そして、冷凍サイクル効率を高めながら、ドレン水の蒸発を促進できるように、ポンプ８を駆動制御しながら凝縮器３の作動状態に応じて排気ファン６の回転制御を行う。すなわち、凝縮器３の温度を検出する温度センサ５４が設けられ、制御装置５０は、凝縮器温度の変化によって凝縮器３の作動状態を判断し、排気ファン６の回転数を増減する。温度センサ５４は、凝縮器３の表面に接触あるいは近接して設けられ、凝縮器３を流れる冷媒の温度に対応する凝縮器温度を検出する。

さらに、室内温度を検出する室温センサ５５が設けられる。室温センサ５５は、キャビネット１の前面吸込口２０あるいは側面吸込口２２の近傍に設けられる。排気ファン６の回転制御として、制御装置５０は、室内温度に基づいて運転開始時の排気ファン６の初期回転数を決め、凝縮器温度が上限温度より高くなると、回転数が上がるように排気ファン６を駆動制御し、凝縮器温度が下限温度より低くなると、回転数が下がるように排気ファン６を駆動制御する。凝縮器温度が上限温度と下限温度との間にあるとき、排気ファン６の回転数を初期回転数に維持する。なお、上限温度は、冷凍サイクル効率のために設定された温度であり、ここでは６０℃とされる。上限温度より低い下限温度は、ドレン水の処理能力を高めるために設定された温度であり、ここでは４５℃とされる。また、排気ファン６の回転数を増加あるいは減少といったように変化させるとき、段階的に変化させると、騒音の原因となるので、リニアな変化をさせて、徐々に回転数を増減し、騒音の発生を防ぐ。

そして、ドレン水の排水処理を行うために、水位検出器５３は、溜まったドレン水が排水処理を開始するための下限水位および満水水位を検出すると、制御装置５０に信号を出力する。下限水位に達したことを検出すると、作動信号を出力する。満水水位に達したことを検出すると、満水信号を出力する。制御装置５０は、作動信号が入力される度に、ポンプ８をオンオフする。すなわち、制御装置５０は、ドレン水が増えて下限水位に達すると、ポンプ８をオンする。ポンプ８がオンしているときに、ドレン水が減って下限水位に達すると、ポンプ８をオフする。また、満水信号が入力されると、ポンプ８をオフする。そして、制御装置５０は、このようなポンプ８の動作状態の変化に応じて排気ファン６の回転数も増減するように排気ファン６を回転制御する。

また、空気調和機は、急速に冷房するためにフルパワー運転を行う。このフルパワー運転のために、制御装置５０は、最大冷房能力を発揮できるように送風ファン５の回転制御を行うとともに、圧縮機２の運転制御も行う。すなわち、図６に示すように、フルパワー運転を開始したとき、送風ファン５の回転数を最大回転数Ａまで上げる。その後、回転数を徐々に下げ、所定回転数Ｂまで下がると、この回転数Ｂを維持する。制御装置５０は、フルパワー運転を一定の運転時間Ｔ１、例えば３０分間だけ行い、この運転時間Ｔ１が経過すると、フルパワー運転を終了する。なお、所定回転数Ｂは、強運転のときの送風ファン５の回転数よりも高く設定されている。送風ファン５の回転数を下げるとき、連続的に回転数が下がるように回転制御しているが、段階的に回転数が下がるように回転制御してもよい。

そして、制御装置５０は、フルパワー運転の終了後、再度フルパワー運転を開始するとき、最大回転数Ａ以下の開始回転数Ｃで送風ファン５を駆動する。この開始回転数Ｃは、フルパワー運転が終了してから再度開始するまでの再開時間Ｔ２に応じて決められる。すなわち、再開時間Ｔ２に比例して回転数が高くなるように決められる。具体的には、所定時間Ｔ３の間に所定回転数Ｂから最大回転数Ａに達するとしたとき、この時間と２つの回転数とによって決まる一次式から、開始回転数Ｃは算出される。したがって、再開時間Ｔ２が長いほど開始回転数Ｃは高くなる。また、再開時間Ｔ２が所定時間Ｔ３以上のとき、開始回転数Ｃは最大回転数Ａとなる。なお、所定時間Ｔ３は、例えば最大回転数Ａから所定回転数Ｂに下がるまでの時間とされる。

リモコン５１には、フルパワー運転のための操作ボタンが設けられている。ユーザが操作ボタンを操作すると、フルパワー運転が開始される。冷房運転の如何に関係なく送風ファン５の回転数が上がり、風量が増す。このとき、ユーザは、フルパワー運転が開始されたことを実感できる。その後、送風ファン５の回転数が徐々に下がり、風量が減ってくる。これによって、冷風の吹き出しが減るので、室内の冷えすぎがなくなる。

開始してから運転時間Ｔ１が経過すると、フルパワー運転は終了する。このとき、室内は十分に冷えており、しかも送風ファン５の回転数は低くなって、騒音は気にならない程度まで小さくなっているので、送風ファン５が停止しても、ユーザはその変化に気付かない。したがって、フルパワー運転が終了したことにユーザは気にならず、しかも快適な室内環境が得られる。また、フルパワー運転中、送風ファン５は高回転のまま駆動されないので、ファンモータの温度上昇を防ぐことができ、運転中に異常温度となって、送風ファン５が駆動停止するような異常事態が起こり得ず、信頼性の向上となる。特に、送風ファン５にシロッコファンを使用する場合に、高回転による温度上昇が顕著となるが、上記のように回転制御を行うことにより、連続してフルパワー運転を行っても、問題なく使用できる。

ユーザが再度フルパワー運転を要求して、リモコン５１を操作すると、フルパワー運転が開始される。このとき、再開時間Ｔ２に応じて開始回転数Ｃが決められる。送風ファン５は開始回転数Ｃで駆動され、その後、送風ファン５の回転数が徐々に下がり、所定回転数Ｂのまま運転が続けられる。再開時間Ｔ２が運転時間Ｔ１以上のとき、最大回転数Ａで送風ファン５を駆動する。

このように、再度フルパワー運転を行うまでの時間が短いとき、前回のフルパワー運転により室内は十分に冷やされているので、低い回転数で送風ファン５を駆動しても差し支えなく、フルパワー運転の効果を発揮でき、消費電力を抑えることができる。

ここで、フルパワー運転を途中で終了して、再度フルパワー運転を行う場合がある。このとき、制御装置５０は、フルパワー運転が終了するまでの作動時間Ｔ４および再開時間Ｔ２に応じて開始回転数Ｃを決める。すなわち、終了時の送風ファン５の回転数を通る上記の一次式から開始回転数Ｃは算出される。したがって、作動時間Ｔ４が短いほど開始回転数Ｃは高くなり、再開時間Ｔ２が長いほど開始回転数Ｃは高くなる。逆に作動時間Ｔ４が長いほど開始回転数Ｃは低くなり、再開時間Ｔ２が短いほど開始回転数Ｃは低くなる。

このように、作動時間Ｔ４が短いとき、室内はまだ冷えていない可能性があるので、開始回転数Ｃを高くすることにより、すばやく室内を冷やすことができる。作動時間Ｔ４が長いときは、室内は冷えているので、開始回転数Ｃを高くする必要はなく、低消費電力で運転を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。一体型空気調和機だけでなく、分離型空気調和機において、送風ファンの回転制御に適用してもよい。この場合、フルパワー運転は、冷房だけでなく暖房でも行える。

本発明の一体型空気調和機の全体構成図 空気調和機の排熱室内部の配置を示す図 前面側から見た空気調和機の外観斜視図 背面側から見た空気調和機の外観斜視図 空気調和機の制御ブロック図 フルパワー運転時の送風ファンの回転数の変化を示すタイムチャート フルパワー運転を途中で終了した場合の送風ファンの回転数の変化を示すタイムチャート

符号の説明

２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 蒸発器
５ 送風ファン
６ 排気ファン
７ ダクト
８ ポンプ
５０ 制御装置

Claims (6)

1. 熱交換された空気を室内に吹き出すための送風ファンを、通常の運転時の最も高い回転数よりも高速回転させて、吹き出す風量を大とするフルパワー運転を行う空気調和機の制御装置であって、フルパワー運転を開始したとき、前記送風ファンの回転数を最大とし、フルパワー運転の開始時から徐々に回転数を下げていき、通常の運転時の最も高い回転数よりも高い回転数まで下がると、この回転数を維持することを特徴とする空気調和機の制御装置。
2. フルパワー運転の終了後、所定時間が経過するまでに、再度フルパワー運転が開始されたとき、最大回転数より低く、通常の運転時の最も高い回転数よりも高い回転数で送風ファンを駆動することを特徴とする請求項１記載の空気調和機の制御装置。
3. フルパワー運転が終了してから再度開始するまでの再開時間に応じて、フルパワー運転開始時の送風ファンの回転数が決定されることを特徴とする請求項２記載の空気調和機の制御装置。
4. 送風ファンの回転数は、再開時間に比例して高くなるように決められることを特徴とする請求項３記載の空気調和機の制御装置。
5. フルパワー運転が行われた作動時間およびフルパワー運転が終了してから再度開始するまでの再開時間に応じて、フルパワー運転開始時の送風ファンの回転数が決定されることを特徴とする請求項２記載の空気調和機の制御装置。
6. 送風ファンの回転数は、作動時間が短いほど高く、再開時間が長いほど高くなるように決められることを特徴とする請求項５記載の空気調和機の制御装置。

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