JP4735509B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に係わり、自動的に被調和室の熱貫流率を計算し、それをもって省エネ運転を行うか行わないか判断し、行うと判断された場合は省エネとなる運転を行うものである。

従来技術として、図４に示すように、リモコンなどの設定により、最大の電流値を制限することで省エネ運転を実現する空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−５４１３８号公報

しかしながら、このように上記従来の技術ではリモコンなどで一律的に省エネモードを選択した場合、被調和室が必要としている能力を問わず、最大能力を制限してしまうので、能力が足りず、必ずしもユーザにとって快適な状態ではない場合があった。また、その場合、省エネモードを解除するには、リモコンの操作を伴うのでユーザにとって煩雑な思いをさせることがあった。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、冷房運転あるいは暖房運転時、被調和室が安定状態となった場合、被調和室の熱貫流率を求め、熱貫流率が小さければ省エネ運転を実行するものである。

被調和室の熱貫流率を算出することで、被調和室が必要としている能力を判断することができ、つまり熱貫流率の値が所定の値より小さければ、被調和室から外環境に漏洩する熱量が少ないということであり、最大能力を制限する運転をしたとしても、ユーザが不快に思うことなく、省エネ運転を実行できる。

また、熱貫流率が所定の値より大きければ、外環境に漏洩する熱量が多いということになり、最大能力を制限しない方が、ユーザにとって快適であると判断されるので省エネ運転を実行しない。

本発明の空気調和機は、自動的に被調和室の熱貫流率を計算し、それをもって省エネ運転を行うか行わないか判断するのでユーザに煩雑な思いをさせることなく、省エネ運転を行うか行わないか適切な運転を選択することができる。

第１の発明は、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置を有する冷凍サイクル及び被調和室の室温と設定温度に基づいて室温が設定温度に至るように圧縮機の運転能力を自動調整する制御部を有する空気調和機において、冷房運転あるいは暖房運転時、被調和室の室温が略一定、かつ空気調和機から投入される熱量が略一定となる安定状態であった場合、空気調和機が被調和室に投入している熱量（Ｎ１）を算出し、また室温と外気温の温度差(ΔＴ１)を算出し、前記投入熱量（Ｎ１）を室温と外気温の差（ΔＴ１）で除算することで熱貫流率（Ｎ２）を算出し（Ｎ２＝Ｎ１/ΔＴ１）、熱貫流率（Ｎ２）の値が所定値よりも小さければ、空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正する。この結果、自動的に被調和室の熱貫流率を計算し、それをもって省エネ運転を行うか
行わないか判断するのでユーザに煩雑な思いをさせることなく、省エネ運転を行うか行わないか適切な運転を選択することができる。

第２の発明は、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置を有する冷凍サイクル及び被調和室の室温と設定温度に基づいて室温が設定温度に至るように圧縮機の運転能力を自動調整する制御部を有する空気調和機において、冷房運転あるいは暖房運転時、被調和室の室温が設定温度に到達し、室温を維持する能力が空気調和機の最小能力以下となり、圧縮機の駆動を断続的に行う運転となった場合、被調和室が安定状態であると判断し、空気調和機が所定時間（Ｔ１）中に被調和室に投入している平均投入熱量（Ｎ１ａ）を算出し、また所定時間（Ｔ１）中の室温と外気温の平均温度差(ΔＴ１ａ)を算出し、前記平均投入熱量（Ｎ１ａ）を室温と外気温の平均温度差（ΔＴ１ａ）で除算することで熱貫流率（Ｎ２）を算出し（Ｎ２＝Ｎ１ａ/ΔＴ１ａ）、熱貫流率（Ｎ２）の値が所定値よりも小さければ、空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正する。この結果、自動的に被調和室の熱貫流率を計算し、それをもって省エネ運転を行うか行わないか判断するのでユーザに煩雑な思いをさせることなく、省エネ運転を行うか行わないか適切な運転を選択することができる。

第３の発明は、被調和室が安定状態であると判断され、熱貫流率（Ｎ２）が算出された場合、予め定められている熱貫流率の初期値（Ｎ０）と比較を行い、今回熱貫流率（Ｎ２）が熱貫流率の初期値（Ｎ０）より大きければ所定の値をＮ０に加算し（Ｎ０＝Ｎ０＋Ｅ）、小さければ所定の値をＮ０に減算し（Ｎ０＝Ｎ０−Ｇ）、さらに所定時間経過後、被調和室が安定状態であると判断された場合、熱貫流率（Ｎ２）を算出し、Ｎ０の補正を行い、Ｎ０の補正計算を１回あるいは複数回繰り返した後、Ｎ０の値が所定値よりも小くなれば、空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正する。この結果、平均的な被調和室の熱貫流率を求めることが可能となる。一回の計算では外乱などの影響で適切な計算結果にならない場合が想定されるが、平均的な熱貫流率を求めることで、外乱などによって一回の計算で生じるバラツキを排除することができ、省エネ運転を行うか行わないか、より適切な判断を行うことができる。

第４の発明は、特に第３の発明の空気調和機において、最大能力を圧縮機の運転能力を負側へ補正するように制限するか、最大能力が出力される時間を短くする運転を行うか判断するのに計算される補正熱貫流率（Ｎ０）の計算を冷房運転時と暖房運転時で別々に行い、補正熱貫流率（Ｎ０）を冷房運転時、暖房運転時、別々に記憶する。暖房時では、空気調和機以外の補助暖房などを使う場合が想定され、同一の平均的な熱貫流率を求める場合、冷房時、暖房時双方で適切な熱貫流率にならない可能性があるが、別々の計算とすることで、冷房時、暖房時双方で適切な熱貫流率を算出することが可能となり、冷房時、暖房時それぞれにおいて、省エネ運転を行うか行わないか、より適切な判断を行うことができる。

第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明の空気調和機において、室温検出手段、室内熱交換器温度検出手段、室内クロスフローファン回転数検出手段、室外気温検出手段を有する空気調和機において、前記、投入熱量の計算方法において、風量（Ｆ）の計算を
Ｆ＝室内クロスフローファン回転数＊Ａ＋Ｂ （Ａ・Ｂは所定の定数）
投入熱量（Ｎ１）の計算を
Ｎ１＝（室内熱交換器温度−室温）＊Ｆ＊Ｃ （Ｃは所定の定数）・・・暖房時、
Ｎ１＝（室温−室内熱交換器温度）＊Ｆ＊Ｄ （Ｄは所定の定数）・・・冷房時、
と簡略的に計算することで、特別な情報・手段がなくても通常空気調和機が取得できる情報の範疇で熱貫流率が計算できるので、余分な機構・機能を必要とせず、簡略的な熱貫流率を算出し、ユーザに煩雑な思いをさせることなく、省エネ運転を行うか行わないか適切
な運転を選択することができる。

第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明の空気調和機において、最大能力を制限する手段として、圧縮機又は空気調和機に流れる電流値を通常電流制限値よりも、圧縮機の運転能力を負側へ補正するように電流を制限する。この結果、一般的に最大能力は電流値あるいは圧縮機の最大運転周波数によって制限されるものであるが、そのうちの電流値の最大値の閾値を変更するだけであるので簡単に省エネ制御を実施することができる。

第７の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明の空気調和機において、最大能力を制限する手段として、圧縮機の通常の最大周波数よりも、圧縮機の運転能力を負側へ補正するように最大周波数を制限する。この結果、一般的に最大能力は電流値あるいは圧縮機の最大運転周波数によって制限されるものであるが、そのうちの運転周波数の最大値の閾値を変更するだけであるので簡単に省エネ制御を実施することができる。

第８の発明は、特に第１〜７のいずれか１つの発明の空気調和機において、室温が所定温度に達するまでは、空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正しない。この結果、暖房や冷房運転の立ち上げ時に、まだ暖房であれば寒く、冷房であれば暑い環境においては、省エネ運転による最大能力の制限は行わないので、ユーザにとって不快な状況を極力回避できる。

第９の発明は、特に第１から第８のいずれか１つの発明の空気調和機において、暖房運転時、外気温が所定温度未満では、空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正しない。この結果、暖房運転時、外気温が低く被調和室への投入能力がより必要な環境においては通常時に対して最大能力を制限しないので、ユーザにとって不快な状況を極力回避できる。

第１０の発明は、特に第１から第８のいずれか１つの発明の空気調和機において、冷房運転時、外気温が所定温度以上では、空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正しない。この結果、冷房運転時、外気温が高く被調和室への投入能力がより必要な環境においては通常時に対して最大能力を制限しないので、ユーザにとって不快な状況を極力回避できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態における空気調和機の概略図を示すものである。

図１において、空気調和機１は、室外機２と、室内機３で構成されている。室外機３には圧縮機４、四方弁５、膨張弁６、室外熱交換器７、室外ファン８、吐出温センサ９、室外配管温センサ１０、外気温センサ１１が設けられている。室内機３には、室内熱交換器１２、室内ファン１３、室内配管温度センサ１７、吸込センサ１８が設けられており、室外機と室内機が冷凍サイクルを形成するように接続され、四方弁５を切り替えることによって冷房と暖房をおこなわれるようになっている。また、室外機２、室内機３にはそれぞれに室外制御部２０と室内制御部２１とが設けられており、両制御部２０、２１は接続線によって接続されている。室内制御部２１には、室内機３の外に設けられたリモコン２３
から送信される赤外線信号を受信する受信部２２を有しており、ユーザーがリモコン２３上で様々な操作をおこなうことが可能となっている。また、両制御部２０、２１はそれぞれ、数値計算を実行したり、数値計算した計算結果を記憶する手段を有する。

以上のように構成された空気調和機について、以下にその動作、作用を説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態における空気調和機の暖房運転時のフローチャートである。まず、図２において暖房運転が行われると、ＳＰ２１において省エネ制御実行許可中かどうかの判断が行われ、そうであればＳＰ２２に、そうでなければＳＰ２５に進む。ＳＰ２２において、外気温がＴｇ℃(例えば−３℃)以上かどうかの判断が行われ、そうであればＳＰ２３に、そでなければＳＰ２５に進む。ＳＰ２３において、吸込み温度がＴｓ℃(例えば１６℃)以上かどうかの判断が行われ、そうであればＳＰ２４、そうでなければＳＰ２５に進む。ＳＰ２４において、省エネ制御を実行する為、電流値の最大設定値を引き下げて(例えば通常時が２０Ａであれば１５Ａに変更)ＳＰ２６に進む。ＳＰ２５において、電流値の最大設定値を通常の設定値(例えば２０Ａ)にしＳＰ２６に進む。ＳＰ２６において、前回熱貫流率を計算して所定時間経過(例えば６時間)かどうかの判断が行われ、そうであればＳＰ２７に、そうでなければＳＰ２１に進む。ＳＰ２７において、被調和室は安定状態であるかどうかの判断が行われ、そうであればＳＰ２８に、そうでなければＳＰ２１に進む。ＳＰ２８において、Ｎ２(今回計算された熱貫流率)がＮ０(過去計算された熱貫流率の略平均値)より大きいかどうかの判断が行われ、そうであればＳＰ２Ａに進み、そうでなければＳＰ２Ｂに進む。ＳＰ２Ａにおいて、Ｎ０＝Ｎ０＋Ｅ(例えばＥ＝１)の計算が実行され、ＳＰ２Ｃに進む。ＳＰ２Ｂにおいて、Ｎ０＝Ｎ０−Ｇ(例えばＧ＝１)の計算が実行され、ＳＰ２Ｃに進む。ＳＰ２Ｃにおいて、Ｎ０の値が所定値よりも小さいかどうかの判断がおこわなれ、そうであればＳＰ２Ｄに進み、そうでなければＳＰ２Ｅに進む。ＳＰ２Ｄにおいて、省エネ制御実行の許可を与え、ＳＰ２１に進む。ＳＰ２Ｅにおいて、省エネ制御の実行を不許可とし、ＳＰ２１に進む。

ここで、以上のように図２の制御を実行した場合の効果を図３に示す。内・外気温２℃で暖房運転をスタートし、内気温が１６℃に達した段階で、電流値の最大設定値を２０Ａから１５Ａに変化させている。この様に制御することで、運転開始、２時間後の積算入力で１０〜１５％程度の省エネ効果がある。

冷房運転時の実施例は示さないが、暖房と同様に制御することで同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和器は、自動的に被調和室の熱貫流率を計算し、それをもって省エネ運転を行うか行わないか判断するのでユーザに煩雑な思いをさせることなく、省エネ運転を行うか行わないか適切な運転を選択することができるので、種々の空気調和機に適用できる。

本発明の実施の形態における空気調和機の概略図 本発明の実施の形態１におけるフローチャート 本発明の実施の形態１における省エネ制御の効果を示した図 従来の空気調和器における省エネ制御のフローチャート

符号の説明

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
４ 圧縮機
５ 四方弁
６ 膨張弁
７ 室外熱交換器
８ 室外ファン
９ 吐出温センサ
１０ 室外配管温センサ
１１ 外気温センサ
１２ 室内熱交換器
１３ 室内ファン
１７ 室内配管温度センサ
１８ 吸込センサ
２０ 室外制御部
２１ 室内制御部
２２ 受信部
２３ リモコン

Claims (10)

1. 圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置を有する冷凍サイクル及び被調和室の室温と設定温度に基づいて室温が設定温度に至るように圧縮機の運転能力を自動調整する制御部を有する空気調和機において、冷房運転あるいは暖房運転時、被調和室の室温が略一定、かつ空気調和機から投入される熱量が略一定となる安定状態であった場合、空気調和機が被調和室に投入している熱量（Ｎ１）を算出し、また室温と外気温の温度差（ΔＴ１）を算出し、前記投入熱量（Ｎ１）を室温と外気温の差（ΔＴ１）で除算することで熱貫流率（Ｎ２）を算出し（Ｎ２＝Ｎ１／ΔＴ１）、熱貫流率（Ｎ２）の値が所定値よりも小さければ、空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最大回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正することを特徴とした空気調和機。
2. 圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り装置を有する冷凍サイクル及び被調和室の室温と設定温度に基づいて室温が設定温度に至るように圧縮機の運転能力を自動調整する制御部を有する空気調和機において、冷房運転あるいは暖房運転時、被調和室の室温が設定温度に到達し、室温を維持する能力が空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最小回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最小能力以下となり、圧縮機の駆動を断続的に行う運転となった場合、被調和室が安定状態であると判断し、空気調和機が所定時間（Ｔ１）中に被調和室に投入している平均投入熱量（Ｎ１ａ）を算出し、また所定時間（Ｔ１）中の室温と外気温の平均温度差（ΔＴ１ａ）を算出し、前記平均投入熱量（Ｎ１ａ）を室温と外気温の平均温度差（ΔＴ１ａ）で除算することで熱貫流率（Ｎ２）を算出し（Ｎ２＝Ｎ１ａ／ΔＴ１ａ）、熱貫流率（Ｎ２）の値が所定値よりも小さければ、空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最大回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正することを特徴とした空気調和機。
3. 被調和室が安定状態であると判断され、熱貫流率（Ｎ２）が算出された場合、予め定められている熱貫流率の初期値（Ｎ０）と比較を行い、今回熱貫流率（Ｎ２）が熱貫流率の初期値（Ｎ０）より大きければ所定の値をＮ０に加算し（Ｎ０＝Ｎ０＋Ｅ）、小さければ所
   定の値をＮ０に減算し（Ｎ０＝Ｎ０−Ｇ）、さらに所定時間経過後、被調和室が安定状態であると判断された場合、熱貫流率（Ｎ２）を算出し、Ｎ０の補正を行い、Ｎ０の補正計算を１回あるいは複数回繰り返した後、Ｎ０の値が所定値よりも小くなれば、空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最大回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正することを特徴とした請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 最大能力を圧縮機の運転能力を負側へ補正するように制限するか、最大能力が出力される時間を短くする運転を行うか判断するのに計算される補正熱貫流率（Ｎ０）の計算を冷房運転時と暖房運転時で別々に行い、補正熱貫流率（Ｎ０）を冷房運転時、暖房運転時、別々に記憶することを特徴とした請求項３に記載の空気調和機。
5. 室温検出手段、室内熱交換器温度検出手段、室内クロスフローファン回転数検出手段、室外気温検出手段を有する空気調和機において、前記、投入熱量の計算方法において、風量（Ｆ）の計算を
   Ｆ＝室内クロスフローファン回転数＊Ａ＋Ｂ （Ａ・Ｂは所定の定数）
   投入熱量（Ｎ１）の計算を
   Ｎ１＝（室内熱交換器温度−室温）＊Ｆ＊Ｃ （Ｃは所定の定数）・・・暖房時、
   Ｎ１＝（室温−室内熱交換器温度）＊Ｆ＊Ｄ （Ｄは所定の定数）・・・冷房時、
   と簡略的に計算することを特徴とした請求項１〜４に記載の空気調和機。
6. 最大能力を制限する手段として、圧縮機又は空気調和機に流れる電流値を通常電流制限値よりも、圧縮機の運転能力を負側へ補正するように電流を制限することを特徴とした請求項１〜５に記載の空気調和機。
7. 最大能力を制限する手段として、圧縮機の通常の最大周波数よりも、圧縮機の運転能力を負側へ補正するように圧縮機の最大運転周波数を制限することを特徴とした請求項１〜５に記載の空気調和機。
8. 室温が所定温度に達するまでは、空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最大回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正しないことを特徴とした請求項１〜７に記載の空気調和機。
9. 暖房運転時、外気温が所定温度未満では、空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最大回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正しないことを特徴とした請求項１〜８に記載の空気調和機。
10. 冷房運転時、外気温が所定温度以上では、空気調和機の圧縮機ならびに送風機が設計の最大回転数となっているときに前記空気調和機が被調和室に投入する最大能力を減少方向に補正しないことを特徴とした請求項１〜８に記載の空気調和機。

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