JP4698558B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和機に関し、特に冷房運転を行う空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機における露付き防止制御は、室内湿度、又は室内エンタルピに対して圧縮機の最高回転数を常に結露を生じないようなステップ状の限界曲線より低く設定するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４―３３４５７号公報（請求項２、３１０頁右下欄第８〜１４行、３１１頁左下欄第１行〜同頁右下欄第１１行、第２図）

従来の空気調和機における露付き制御は、運転開始時から湿度に応じて圧縮機の最高回転数を低く設定する場合があり、運転開始時の冷房快適性に関しては考えられてはいなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は運転開始時の冷房快適性を損なうことがない空気調和機を得るものである。

また、第２の目的は空気調和機の室内機に露が付くことを防止することができる空気調和機を得るものである。

この発明に係る空気調和機は、少なくとも、回転数可変な圧縮機、四方切替弁、室外熱交換器、冷媒減圧装置、室内熱交換器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路と、インバータを介して圧縮機の回転数を制御する室外制御部を有する室外機と、室内の湿度を検出する室内湿度センサと、複数に区分された湿度帯が設定され、前記室内湿度センサからの室内湿度に基づいて、前記複数に区分された湿度帯の内のいずれの湿度帯かを判定して湿度帯情報として前記室外制御部に送る室内制御部を有する室内機と、を備え、室外制御部が前記室内制御部から送られる前記湿度帯情報に応じて前記圧縮機の最大回転数の設定値を変化させ、室内制御部は、冷房運転開始から所定時間経過後、所定の時間が経過する毎に前記湿度帯の区分を細分化することで前記湿度帯の数を増加させるものである。

本発明によれば、冷房を開始して所定時間経過後に、室内制御部から送られる湿度帯情報に応じて圧縮機の最大回転数の設定値を変化させることで、室内機に露が付くことを防止することが可能な空気調和機を得ることができる。

実施の形態１．
冷房運転時、吹出し温度が低いときに、室内機に露が付きそのまま時間が経過すると滴下する恐れがある。室内機に付着した露は時間経過とともに成長し、その量も多くなってくるが、露が付き始めてから成長するのにはかなりの時間を要することが多い。そのため、冷房開始後一定時間までは冷房快適性を優先し、圧縮機の周波数を高めに設定しても露付の影響は少なくてすむ。しかしながら、長時間、露が付いた状態にしておくと、成長しやがて滴下する。そのため圧縮機の最高回転数を規制する必要が出てくる。図７に室内湿度と露点温度の関係を示す。例えば室内の温度が２７℃とすると、室内の相対湿度が８０％のときは、その空気は２３．５℃以下に低下すると結露する。また、室内温度が２７℃で室内の相対湿度が４０％のときには、１２．７℃以下に低下すると結露する。このように、湿度が低い方が結露しにくい。
そこで、冷房開始後所定時間までは冷房快適性を優先して圧縮機の周波数を高めに設定し、所定時間が経過したら、湿度が低いときには圧縮機の最大周波数を高めに設定し、湿度が高いときには圧縮機の最大周波数を低めに設定することで、冷房開始後一定時間までの冷房快適性を損なわず、露付きを防止することが可能となる。
図１はこの発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式空気調和機の構成図を示すものである。空気調和機２０は、圧縮機１、四方切替弁２、室外熱交換器３、冷媒減圧装置４、室内熱交換器５を冷媒配管で順次接続し、室外熱交換器の送風機６、室内熱交換器の送風機７を備え、冷凍サイクルを構成している。又室内の温度を検出する室内温度センサ８、室内の相対湿度を検出する室内湿度センサ９を備える。また室内熱交換器５へ空気中の埃を進入させないためのフィルタ１０、フィルタを定期的に自動で掃除することが出来る自動フィルタお掃除機構１１を備える。四方切替弁２は冷房運転、暖房運転に切替えることができ、実線矢印方向に切替えることによって暖房サイクルを形成し、破線矢印方向に切替えることによって冷房サイクルを形成している。

また、図２は、図１に示した空気調和機の制御系を表すブロック図である。
図２に示すように、空気調和機２０は、室内機に搭載されたマイコンによって構成される室内制御部１２と、室外機に搭載されたマイコンによって構成される室外制御部１３とを備えている。室内制御部１２と室外制御部１３は接続線１４にて接続されており、互いにデータおよび制御信号のやり取りをする。室内送風機７は回転数制御回路１５を介して室内制御部１２によってコントロールされる。室外送付機８は回転数制御回路１６を介して室外制御部１３によってコントロールされている。四方切替弁２、冷媒減圧装置４は室外制御部１３によってコントロールされる。
室内制御部１２は室内温度センサ８から入力された信号から室内温度を算出するとともに、利用者がリモコンを用いて所望の設定を行うことでリモコン１８より送られてきた設定温度データと上記室内温度との温度差を算出し、室外制御部１３へデータを送る。室外制御部１３は室内１２から送られてきた上記温度差のデータから圧縮機運転回転数を決定し、インバータ回路１７を介して圧縮機１の回転数をコントロールする。
また、室内制御部１２は室内湿度センサ９から入力された信号から室内湿度を算出する。また、室内制御部１２は、リモコン１８によって運転を開始された時から内蔵タイマーを起動して経過時間をカウントさせる。しかして、室内制御部１２は、上記室内湿度の値及び、上記タイマーでカウントされた経過時間に基づいて高湿度帯、中湿度帯、低湿度帯のいずれかを判定し、湿度帯情報として室外制御部１３へデータを送る。
室外制御部１３は室内制御部１２から送られてきた上記湿度帯を基に圧縮機最高回転数を判定する。室外制御部１３は、さらに上記圧縮機運転回転数が上記圧縮機最高回転数を超えている場合には、圧縮機運転回転数を圧縮機最高回転数を超えない値に修正し、インバータ回路１７を介して圧縮機１の回転数をコントロールする。これにより常に正確な圧縮機最高回転数を確保することが可能になる。

図３は圧縮機の最大回転数の設定値を示す図である。図４は室外制御部１３による圧縮機の最大回転数設定のフローチャートを示す。この例では、圧縮機の最大回転数を最大値（comp_Hi）Hz、中間値（comp_Me）Hz、最小値（comp_Lo）Hzの３つに設定する場合について説明する。
室外制御部１３は、冷房運転開始後、（tuyu1）時間までは、相対湿度の値に関係なく、圧縮機の最大回転数を最大値（comp_Hi）Hzに設定する（ステップS４１、S４２）。これにより、圧縮機１は最大能力で運転するので、冷房開始後一定時間までの冷房快適性を損なわず、露付きを防止することが可能となる。上記（tuyu1）時間は、平均的な住宅で設定温度に室温が到達する時間を設定する。平均的な住宅においては、約１時間程度で設定温度に室温を到達させることが可能なため１時間程度に設定するのがよい。しかし、露が滴下する恐れのある場合は短めに設定してもよい。
また、室外制御部１３は、冷房運転開始後（tuyu1）時間以上で（tuyu2）時間未満の間は、相対湿度が、（Lositu）％未満の場合には低湿度帯の圧縮機最大回転数を最大値（comp_Hi）Hzに設定し（ステップS４３、S４５、S４６）、相対湿度が（Lositu）％以上の場合には中湿度帯の圧縮機最大回転数を中間値（comp_Me）Hzに設定する（ステップS４３、S４４、S４６）。
また、室外制御部１３は、冷房運転開始後（tuyu2）時間以上経過したら、相対湿度が（Lositu）％未満の場合には低湿度帯の圧縮機最大回転数を最大値（comp_Hi）Hzに設定し（ステップS４７、S５０）、相対湿度が（Lositu）％以上で（Hisitu）％未満の場合には、中湿度帯の圧縮機最大回転数を中間値（comp_Me）Hzに設定し（ステップS４７、S４９）、相対湿度が（Hisitu）以上の場合には、高湿度の圧縮機最大回転数を最小値（comp_Lo）Hzに設定する（ステップS４７、S４８）。
以上のように、湿度が高い場合でも、時間経過とともに圧縮機の最大周波数を規制していくことで、露付き防止を図りつつ、冷房快適性の悪化を防止することが可能になる。
なお、図３、図４では湿度帯を３湿度帯、時間帯を３区切りとしているが、これに限らず共に３つ以上でもよい。この場合にも同様の効果を奏する。

なお、最大値（comp_Hi）Hzは、空気調和機に使用されている圧縮機で使用可能な最大回転数（本体制御における保護装置が作動しないで通常連続運転が可能な範囲の最大値 圧縮機の種類にもよるが、４．０ｋｗの空気調和機において１００Ｈｚ程度）を設定するのが望ましい。このようにすることで、空気調和機の持つ最大の能力を発揮することが可能であり、冷房快適性に最大限寄与することができる。
また、中間値（comp_ Me）Hzは空気調和機の適用乗数の冷房能力以上になるような回転数を設定することが望ましい。このようにすることで、冷房定格能力を発揮することができ、空気調和機の必要な冷房快適性を確保することができる。（圧縮機の種類にもよるが、４．０ｋｗの空気調和機において７０Ｈｚ程度を設定する。）
また、最小値（comp_ Lo）Hzは空気調和機の適用乗数の冷房能力の２／３以上になるような回転数を設定することが望ましい。このようにすることで、通常、空気調和機を使用する環境では、ほぼ冷房快適性を満足することが可能になる。（圧縮機の種類にもよるが、４．０ｋｗの空気調和機において５０Ｈｚ程度を設定する。）
通常、室内機への着露量は４時間程度経過すると多くなり、周辺の着露水と結合し室内機から滴下する。そのため、（tuyu2）時間は１時間程度の余裕をもって３時間程度に設定するのが望ましい。しかし、事前評価によって早めに滴下する場合には、より短めに設定するのが良い。
（Hisitu）％は、事前評価において（comp_ Lo）Hzで長時間運転しても着露が発生しないと判明した値を設定するが、通常の空気調和機で使用される環境で相対湿度が６０％以下の場合にはほぼ着露は発生しないため、６０％程度にする。
（Lositu）％は、事前評価において（comp_ Hi）Hzで長時間運転しても着露が発生しないと判明した値を設定する。

図５は冷房運転時の圧縮機最大回転数変化の１例を示すものである。運転開始後（tuyu1）時間までは、圧縮機の最大回転数を（comp_Hi）Hzで運転する。（tuyu1）時間が経過したところで、室内湿度がどの湿度帯にいるのか判定する。室内湿度は（Lositu）％以上で中湿度帯なため、圧縮機の最大回転数は（comp_Me）Hzに設定する。（tuyu2）時間が経過したところで、室内湿度がどの湿度帯にいるのか判定する。室内湿度が（Lositu）％以上で（Hisitu）％未満のため、圧縮機の最大回転数はそのまま（comp_Me）Hzに設定する。その後、室内湿度が（Lositu）％未満になったところで、圧縮機の最大回転数はcomp_Hi）Hzに設定する。
なお、図５では、湿度帯を３湿度帯、時間帯を３区切りとしているが、共に３つ以上でもよい。

図６は、自動フィルタお掃除機構１１の動作を示す説明図である。
図６に示すように、自動フィルタお掃除機構１１は、フィルタ１０を移動させながらブラシでフィルタ１０に付着した塵埃を掻き取り、ダストボックスへ回収する。この自動フィルタお掃除機構１１が故障したときに、フィルタ１０には埃が徐々に蓄積していく。フィルタ１０に埃が蓄積すると、室内熱交換器５を通過する風量が低下するため、冷房運転時は室内熱交換器５の温度は低下する。室内熱交換器５の温度が低下すると、吹出し温度は低下し、露が生じるおそれがある。従って、室内制御部１２は、自動フィルタお掃除機構１０が故障したときには、圧縮機の最大周波数を通過する風量が低下しても着露の恐れのない回転数まで低下させる。
なお、室内制御部１２は上記自動フィルタお掃除機構１１の故障を以下のようにして検出する。
フィルタ１０はモータ駆動によって所定範囲内で回転移動可能（以下、可動という）に構成されており、このフィルタ可動端には非動作時または動作完了時に閉成してＯＮ信号を発し、動作中は開放してＯＦＦ信号を発するリミットスイッチが設置されている。室内制御部１２は、フィルタ１０が動作しているか否かをリミットスイッチと図示しないタイマーによる時間によって判断する。即ち、室内制御部１２はフィルタ１０に移動命令を発してフィルタ１０の移動を開始させ、直後にリミットスイッチからＯＮからＯＦＦへの変化信号が受信されるか否かを監視し、フィルタ１０移動命令を発した後、ＯＮからＯＦＦへの変化信号が所定時間（数秒程度）を経過しても受信されない場合には掃除が正常に動作しなかったと判断し、フィルタお掃除機構のモータを停止させるとともに故障を示す警報を表示または鳴動の形で出力する。さらに、室内制御部１２は、自動フィルタお掃除機構１０が故障したときには、圧縮機の最大周波数を通過する風量が低下しても着露の恐れのない回転数まで低下させる。
また、リミットスイッチから正常にＯＮからＯＦＦへの変化信号を受信した後、掃除が完了し、フィルタがリミットスイッチの位置まで戻ったか否かを監視する。この場合、事前にフィルタ１０が元の位置に復帰してリミットスイッチが閉成してＯＦＦからＯＮへの変化信号を発するまでの正常時の所要時間を学習しておき、この学習した時間に十分余裕を持たせた時間をタイムアウト時間として内蔵する記憶部に設定しておく。しかして、実際に自動フィルタお掃除機構１１を動作させるときに、上記室内制御部１２は、フィルタ１０を移動開始させ、タイムアウト時間内にフィルタ１０が元の位置へ復帰してリミットスイッチからＯＦＦからＯＮへの変化信号を受信したら掃除が正常に完了したと判断する。一方、タイムアウト時間が経過してもリミットスイッチから上記ＯＦＦからＯＮへの変化信号を受信しない場合には故障などにより掃除が正常に動作しなかったと判断し、フィルタお掃除機構のモータを停止させるとともに故障を示す警報を表示または鳴動の形で出力する。さらに、室内制御部１２は、自動フィルタお掃除機構１０が故障したときには、圧縮機の最大周波数を通過する風量が低下しても着露の恐れのない回転数まで低下させる。
これにより、露付きを防止できる。

なお、従来の空気調和機では、リモコンなどで設定されるファン速度が強・中・弱のように異なると、この速度に応じて圧縮機の最大回転数も変えていたが、この場合にはファン速度によっては、上記圧縮機の（comp_ Hi ）Hzでの運転や（comp_ Me）Hzでの運転が抑制される場合があり、冷房快適性を損なったり、露付き運転になってしまったりする恐れがあった。
このような問題を解決するために、室内制御部１２と室外制御部１３はファン速度が強・中・弱のいずれにおいても上記実施の形態１の動作をそのまま維持するようにする。
これにより、上記のように冷房快適性をそのまま維持でき、露付き運転を防止することができる。

この発明の実施の形態における、ヒートポンプ式空気調和機の構成図を示すものである。 図１に示した空気調和機の制御系を表すブロック図である。 この発明の実施の形態における、圧縮機最大回転数の設定値を示す図である。 この発明の実施の形態における、圧縮機最大回転数設定のフローチャートを示す図である。 この発明の実施の形態における、冷房運転時の圧縮機最大回転数変化の１例を示す図である。 自動フィルタお掃除機構１１の動作を示す説明図である。 室内相対湿度と露点温度の関係を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方切替弁、３ 室外熱交換器、４ 冷媒減圧装置、５ 室内熱交換器、６ 室外送風機、７ 室内送風機、８ 室内温度センサ、９ 室内湿度センサ １０ フィルタ、１１ 自動フィルタお掃除機構、１２ 室内制御部、１３ 室外制御部、１４ 接続線、１５ 回転数制御回路、１６ 回転数制御回路、１７ インバータ回路、１８ リモコン、２０ 空気調和機。

Claims (5)

1. 少なくとも、回転数可変な圧縮機、四方切替弁、室外熱交換器、冷媒減圧装置、室内熱交換器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路と、インバータを介して前記圧縮機の回転数を制御する室外制御部を有する室外機と、
   室内の湿度を検出する室内湿度センサと、
   複数に区分された湿度帯が設定され、前記室内湿度センサからの室内湿度に基づいて、前記複数に区分された湿度帯の内のいずれの湿度帯かを判定して湿度帯情報として前記室外制御部に送る室内制御部を有する室内機と、を備え、
   前記室外制御部が前記室内制御部から送られる前記湿度帯情報に応じて前記圧縮機の最大回転数の設定値を変化させ、
   前記室内制御部は、冷房運転開始から所定時間経過後、所定の時間が経過する毎に前記湿度帯の区分を細分化することで前記湿度帯の数を増加させることを特徴とする空気調和機。
2. 前記室外制御部は、前記所定時間が経過するまでは、前記圧縮機の最大回転数を、前記圧縮機で使用可能な最大値に設定することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記複数に分けられた湿度帯が、高湿度帯、中湿度帯、低湿度帯の３つであって、前記室外制御部は、前記圧縮機の最大回転数の設定値を、前記室内制御部から送られる湿度帯情報が低湿度帯のときには、前記最大値に設定し、中湿度帯のときには、前記最大値より小さい中間値に設定し、高湿度帯のときには、前記中間値より小さい最小値に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
4. 前記室外制御部は、前記圧縮機の運転回転数が前記最大回転数を超えないように前記圧縮機の運転回転数を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
5. 前記室内機が、前記室内制御部によって複数に分けられた回転速度の内のいずれかの回転速度に制御される室内送風機を備え、前記室外制御部は、この室内送風機の回転速度毎に、前記室内制御部から送られる前記湿度帯情報に応じた前記圧縮機最大回転数の設定値を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和機。

Images