JP5012777B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は空気調和機に関し、特に冷房運転ないしは除湿運転時における湿度制御に関する。

従来、この種の空気調和機は、冷房運転時には室温を検出して冷凍サイクルの能力を制御し、室温を設定された温度に保つように制御するが、部屋の湿度は成り行きとなるのが一般的であった。もともと、冷房または除湿運転では、部屋の相対湿度を下げて蒸し暑さを解消するのが本来の目的であるが、昨今の気密性が高い住居においては、室外から侵入する湿った空気の量が少ない状態で冷房または除湿運転を継続すると、相対湿度が下がり過ぎて乾燥感を訴える人も現れており、部屋の湿度が下がりすぎないように維持する冷房運転も要望されている。

近年、冷房または除湿運転中の湿度をコントロールする方法として、室内機に備えられた蒸発器を２つに分割し、片方を再熱器として作用するように冷凍サイクルを構成して、一旦冷却除湿された空気を暖めて送り出す再熱除湿（ドライ）方式と呼ばれる除湿方式を採用している空気調和機も多く採用されるようになっている。しかし、前記のような湿度をコントロールするための構成は、蒸発器を分割して冷媒制御弁を介在させる等、構成が複雑であり、さらに湿度を検知するための湿度センサを加えると、高コストとなるため、湿度センサを用いずに湿度コントロールを行なえるような工夫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来の空気調和機の冷凍サイクルブロック図、図５は従来の空気調和機の制御ブロック図である。図４において、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、電動膨張弁６、閉鎖弁７、第１室内熱交換器９、再熱除湿用キャピラリ１１、二方弁１２、第２室内熱交換器１０、閉鎖弁８が室外機側配管１５、室内機側配管１６、連絡配管１７を介して環状に接続されて冷凍サイクルを構成し、室外ファン４が室外ファンモータ５によって駆動されて室外熱交換器３を凝縮器あるいは蒸発器として作用させ、室内ファン１３が室内ファンモータ１４によって駆動されて室内に風を冷風ないしは温風を送り出す。また、室内吸込み温度センサ２２、室内熱交換器温度センサ２３は図５に示す室内制御部に接続され、室外吸込み温度センサ３２、室外熱交換器温度センサ３３は図５に示す室外制御部に各々接続されて、空気調和機を制御するように構成されている。

図４において、実線矢印は冷房時および再熱除湿運転時における冷媒の流れる方向を表し、破線矢印は暖房運転時における冷媒流れる方向を表している。通常の冷房運転時には、四方弁２は実線で示す切換位置に切り換えられ、電動膨張弁６は絞られるとともに二方弁１２は全開にされて、室外熱交換器３が凝縮器として機能し、第１，第２室内熱交換器９，１０が蒸発器として機能する。また、再熱除湿運転時には、電動膨張弁６は全開にされるととともに二方弁１２は閉じられて、室外熱交換器３と第１室内熱交換器９が凝縮器として機能し、第２室内熱交換器１０が蒸発器として機能する。一方、暖房運転時には、四方弁２が点線で示す切換位置に切り換えられ、二方弁１２が全開にされ電動膨張弁６が絞られて、第１，第２室内熱交換器９，１０が凝縮器として機能し、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。

この空気調和機は冷房時および再熱除湿運転時において、室内吸込み温度センサ２２により検知された室温より目標蒸発温度を算出し、室内熱交換器温度センサ２３によって検知される蒸発温度が前記目標蒸発温度近傍の所定範囲内に納まるように圧縮機運転を制御
することで、湿度センサを用いずに部屋の湿度を制御できるように構成している。
特許第３８１６７８２号公報

しかしながら、前記従来の構成は、室内吸込み温度センサにより検知された室温により算出された目標蒸発温度近傍に圧縮機運転を制御するため、それまで実行されていたリモコン設定温度と室内吸込み温度の差による圧縮機運転制御が中断されるため、部屋の温度が制御されない成り行きの状態となる、すなわち部屋の温度、湿度ともに制御できる構成でないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、部屋の温度制御を継続しながら、部屋の実際の湿度を検出することなく、除湿量の少ない冷房運転を低コストで実現できる空気調和機を提供することを目的とする。

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、圧縮機と凝縮器と蒸発器と、室内温度検出手段と、蒸発器温度検出手段と、前記室内温度検出手段により検出された室内温度における相対湿度が所定値である場合の露点温度を算出する露点温度算出手段と、前記室内温度検出手段によって検出された室内温度とリモコン設定温度との差により前記圧縮機の運転周波数を制御する室温制御モードと、前記圧縮機の運転周波数を前記室温制御モードよりも低い所定値に設定した湿度維持制御モードとを備え、所定時間毎に前記露点温度算出手段により算出された露点温度と前記蒸発器温度検出手段により検出された蒸発器温度とを比較した結果に従って、前記室温制御モードと前記湿度維持制御モードとを切り替えながら運転を行なうようにしたものである。

これによって、一般的な空気調和機に従来備えられている室内温度検出手段、および蒸発器温度検出手段を用いて、センサ等を追加したり蒸発器や室内送風機の設計を見直したりすることなく、低コストで除湿量の少ない冷房運転を実現できる空気調和機を提供することができる。

また、本発明の空気調和機は、湿度維持制御モードを室温制御モードにおける部屋の温度とリモコン設定温度との差を所定値シフトさせることでも成立するようにしたものである。これによって、制御ソフトウェアも大きな変更することなく、従来から継続する信頼性を維持したままでの開発が可能となる。

本発明の空気調和機は、一般的な空気調和機に従来備えられている室内温度検出手段、および蒸発器温度検出手段を用いて、センサ等を追加したり、蒸発器や室内送風機の設計を見直したりすることなく低コストで、かつ制御ソフトウェア変更に伴う信頼性の低下を最小限に抑えながら、除湿量の少ない冷房運転を実現できる空気調和機を提供することができる。

第１の発明は、圧縮機と凝縮器と蒸発器と、室内温度検出手段と、蒸発器温度検出手段と、前記室内温度検出手段により検出された室内温度における相対湿度が所定値である場合の露点温度を算出する露点温度算出手段と、前記室内温度検出手段によって検出された室内温度とリモコン設定温度との差により前記圧縮機の運転周波数を制御する室温制御モードと、前記圧縮機の運転周波数を前記室温制御モードよりも低い所定値に設定した湿度維持制御モードとを備え、所定時間毎に前記露点温度算出手段により算出された露点温度
と前記蒸発器温度検出手段により検出された蒸発器温度とを比較した結果に従って、前記室温制御モードと前記湿度維持制御モードとを切り替えながら運転を行なうようにすることにより、一般的な空気調和機に従来備えられている室内温度検出手段、および蒸発器温度検出手段を用いて、センサ等を追加したり蒸発器や室内送風機の設計を見直したりすることなく、低コストで除湿量の少ない冷房運転を実現できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の湿度維持制御モードを、室温制御モードにおける部屋の温度とリモコン設定温度の差を所定値シフトさせるようにすることにより、制御ソフトウェアの変更も最小限に抑え、それに伴う信頼性の低下を最小限に抑えながら、除湿量の少ない冷房運転を実現することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の湿度維持制御モードにおいては、サーモオフによる圧縮機停止を禁止することにより、部屋の温度とリモコン設定温度の差を極端に大きくシフトさせることで、湿度維持制御モード中に圧縮機を停止させることなく下限の能力に張り付かせるように運転することが可能となり、冷凍サイクルとして可能な限り蒸発温度の高い、除湿しにくい運転を継続的に行なうことができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の湿度維持制御モードにおけるサーモオフ判定を、室温制御モードにおける部屋の温度とリモコン設定温度との差を所定値シフトする前の値により行なうようにすることにより、第３の発明と同様に湿度維持制御モード中に圧縮機を停止させることなく下限の能力に張り付かせるように運転しながら、通常と同様のサーモオフ判定を行なうことができ、室温制御の精度の悪化を防止することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の湿度維持制御モードにおける室内送風機の風量を強制的に変化させるようにすることにより、湿度維持制御モードにおける蒸発温度を上昇させ、顕熱比の高い運転を行なうことが可能となり、さらに除湿しにくい運転を継続的に行なうことができる。

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）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の冷凍サイクルブロック図を示すものである。

図１において、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、電動膨張弁６、閉鎖弁７、室内熱交換器９、閉鎖弁８が室外機側配管１５、室内機側配管１６、連絡配管１７を介して環状に接続されて冷凍サイクルを構成し、室外ファン４が室外ファンモータ５によって駆動されて室外熱交換器３を凝縮器あるいは蒸発器として作用させ、室内ファン１３が室内ファンモータ１４によって駆動されて室内に風を冷風ないしは温風を送り出す。また、室内温度検出手段である室内吸込み温度センサ２２、室内熱交換器温度センサ２３は室内制御部（図示せず）に接続され、室外吸込み温度センサ３２、室外熱交換器温度センサ３３は室外制御部（図示せず）に各々接続されて、空気調和機を制御するように構成されている。

図中、実線矢印は冷房時および除湿運転時における冷媒の流れる方向を表し、破線矢印は暖房運転時における冷媒流れる方向を表している。通常の冷房時および除湿運転時には、四方弁２は実線で示す切換位置に切り換えられ、電動膨張弁６が絞られて、室外熱交換器３が凝縮器として機能し、室内熱交換器９が蒸発器として機能する。一方、暖房運転時には、四方弁２が点線で示す切換位置に切り換えられ、電動膨張弁６が絞られて、室内熱
交換器９が凝縮器として機能し、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。

以上のように構成された空気調和機について、以下冷房時および除湿運転時における動作、作用を図２のフローチャート、および図３のタイミングチャートを用いて詳細を説明する。すなわち、室内熱交換器９が蒸発器として機能し、室内熱交換器温度センサ２３は蒸発器温度検出手段となる。

図２において、まず、ステップＳ１では、室内吸込み温度センサ２２によって吸込み空気温度つまり室温ａの検出が行われると共に、室内熱交換器温度センサ２３によって室内熱交換器９の温度つまり蒸発器温度Ｔｅが検出される。次に、ステップＳ２においては、通常の冷房時および除湿運転と同様に、リモコン設定温度とステップＳ１において検出された室温ａの差温により圧縮機運転を決定する室温制御モードにて運転を行いながら、ステップＳ３にて所定時間が経過するまでカウントしている。そして、所定時間が経過した時点でステップＳ４に進み、露点温度算出手段により露点温度ＤＰａが室温ａの関数ｆ（ａ）として算出される。

関数ｆ（ａ）は、相対湿度を一定とした場合に近似的に１次関数として、ＤＰａ＝ｋ１×ａ＋ｋ２のように表すことができる。ここで、ｋ１およびｋ２は、例えば相対湿度を６０％とした場合には、ｋ１＝０．９４、ｋ２＝−６．８とし、ステップＳ１で検出された室温ａの値を代入することで、近似的に露点温度ＤＰａが求められる。

次に、ステップＳ５においては、ステップＳ１で検出された蒸発器温度Ｔｅと露点温度ＤＰａとが比較され、比較の結果、Ｔｅ≧ＤＰａである場合には何もせずにステップＳ１に戻る。比較結果が、Ｔｅ＜ＤＰａであった場合は、ステップＳ６の湿度維持制御モードに進み、ステップＳ７にて所定の時間が経過するまでの間、湿度維持制御モードを継続した後、ステップＳ１に戻るという制御フローを繰り返す。

ここで、湿度維持制御モードは、圧縮機の運転周波数を制御域の下限近傍に固定するものとすると、上記の制御フローによる制御を行なったとき、本実施の形態における空気調和機は図３のタイミングチャートに示すような動作をする。すなわち、図中の判定と記したタイミングにおいて、図２のフローチャートで示したステップＳ５の判定を行なうことで、室温制御モードと湿度維持制御モードとを所定時間毎に切り替え、それに伴って圧縮機運転周波数が上下するように運転する。

室温制御モードにおいては、室温ａがリモコン設定温度に到達すべく圧縮機を高運転周波数で運転するので、蒸発器温度Ｔｅが露点温度ＤＰａよりも低い運転状態となり、除湿して部屋の相対湿度が低下する傾向となる。また、湿度維持制御モードにおいては、圧縮機運転周波数を強制的に制御域の下限近傍の低周波数に固定するので、蒸発器温度Ｔｅが露点温度ＤＰａよりも高い運転状態となり、除湿しない代わりに冷房能力が低下して室温がやや上昇傾向となる。このとき、蒸発器（室内熱交換器９）のフィン表面には室温制御モード中に凝縮した水滴が付着しており、蒸発器を通過する空気の流れにより自然蒸発するので、相対湿度は維持ないし上昇傾向となる。

以上を繰り返しながら、室温制御モードにおいてリモコン設定温度と室温ａとの差が十分小さくなり、圧縮機運転周波数が低下してくると、室温制御モードでも蒸発器温度Ｔｅが露点温度ＤＰａよりも高い状態となるので、図２のフローチャートで示したステップＳ５の判定により湿度維持制御モードには入らなくなり、以降は室温が上昇ないしはリモコン設定温度が変更されて圧縮機運転周波数を上昇させる運転状態にならない限り、室温制御モードを継続する。

以上のように、室温制御モードにより室温をリモコン設定温度近傍に維持しながら、湿度維持制御モードにより極力除湿しない運転を行なうといった動作を所定時間毎に切り替えることで、相対湿度を低下させない冷房運転を行なうことができる。

また、本実施の形態において、湿度維持制御モードにおける圧縮機運転周波数は、制御域の下限近傍に固定するものとしたが、室温制御モードにおけるリモコン設定温度と室温との差温を、実際よりも小さくなる方向、すなわち冷房負荷が小さくなる方向へシフトすることで、通常の室温制御モードにおける圧縮機運転周波数よりも低く、蒸発器温度Ｔｅが露点温度ＤＰａよりも高い運転状態にできるので、湿度維持制御モードを、室温制御モードにおける室温とリモコン設定温度の差を所定値シフトさせるようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る空気調和機は、室温制御モードにより室温をリモコン設定温度近傍に維持しながら、湿度維持制御モードにより極力除湿しない運転を行なうといった動作を所定時間毎に切り替えることで、相対湿度を低下させない冷房運転を行なうことができるので、除湿器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクルブロック図 本発明の実施の形態１における空気調和機のフローチャート 本発明の実施の形態１における空気調和機のタイミングチャート 従来の空気調和機の冷凍サイクルブロック図 従来の空気調和機の制御ブロック図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 室外ファン
５ ファンモータ
６ 電動膨張弁
７、８ 閉鎖弁
９ 室内熱交換器
１３ 室内ファン
１４ ファンモータ
１５ 室外機側配管
１６ 室内機側配管
１７ 連絡配管
２２ 室内吸込み温度センサ
２３ 室内熱交換器温度センサ
３２ 室外吸込み温度センサ
３３ 室外熱交換器温度センサ

Claims (2)

1. 圧縮機と凝縮器と蒸発器とを備えた空気調和機において、室内温度検出手段と、蒸発器温度検出手段と、前記室内温度検出手段により検出された室内温度における相対湿度が所定値である場合の露点温度を算出する露点温度算出手段と、前記室内温度検出手段によって検出された室内温度とリモコン設定温度との差により前記圧縮機の運転周波数を制御する室温制御モードと、前記圧縮機の運転周波数を前記室温制御モードよりも低い所定値に設定した湿度維持制御モードとを備え、所定時間毎に前記露点温度算出手段により算出された露点温度と前記蒸発器温度検出手段により検出された蒸発器温度とを比較した結果に従って、前記室温制御モードと前記湿度維持制御モードとを切り替えながら運転を行ない、湿度維持制御モードは、室温制御モードにおける部屋の温度とリモコン設定温度の差を所定値シフトさせるようにし、湿度維持制御モードにおいてはサーモオフによる圧縮機停止を禁止し、尚且つ湿度維持制御モードにおけるサーモオフ判定は、室温制御モードにおける部屋の温度とリモコン設定温度との差を所定値シフトさせる前の値により行なうことを特徴とする空気調和機。
2. 湿度維持制御モードは、室内送風機の風量を強制的に変化させるようにした請求項１に記載の空気調和機。