JP5221596B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、ＰＴＣヒータを備えた空気調和機に関する。
従来の空気調和機は特許文献１に開示されている。この空気調和機は室内に配される室内部が前部に配され、室外に配される室外部が後部に配された一体型に構成される。室外部には冷凍サイクルを運転する圧縮機と、圧縮機に接続される室外熱交換器とが配される。室内部は吸込口及び吹出口が開口し、内部には送風機、室内熱交換器及びＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータが配される。室内熱交換器は冷媒管を介して圧縮機に接続される。送風機は吸込口から吸気して室内熱交換器及びＰＴＣヒータと熱交換した空気を吹出口から送出する。
冷房運転を開始すると圧縮機の駆動によって冷凍サイクルが運転され、室内熱交換器が冷凍サイクルの低温側の蒸発器となり、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温側の凝縮器となる。室内の空気は送風機の駆動により吸込口から室内部に流入し、室内熱交換器と熱交換して降温された空気が吹出口から室内に送出される。これにより、室内の冷房が行われる。
暖房運転を開始すると圧縮機の駆動によって冷凍サイクルが運転され、室内熱交換器が冷凍サイクルの高温側の凝縮器となり、室外熱交換器が冷凍サイクルの低温側の蒸発器となる。室内の空気は送風機の駆動により吸込口から室内部に流入し、室内熱交換器と熱交換して昇温される。また、ＰＴＣヒータの駆動によって室内部に流入した空気が更に昇温される。昇温された空気は吹出口から室内に送出され、室内の暖房が行われる。
ＰＴＣヒータはＰＴＣ特性を有する発熱素子を電極で挟んで形成され、電極間に電圧を印加して駆動される。発熱素子は温度上昇に対して抵抗値が低下または略一定の安定領域と、立上り温度を超えると急激に抵抗値が増加する立上がり領域とを有する特性になっている。
ＰＴＣヒータは立上がり領域で駆動され、温度上昇すると発熱素子の抵抗値が急激に増加して電流値及び発熱量が減少し、温度降下すると発熱素子の抵抗値が急激に減少して電流値及び発熱量が増加する。これにより、ＰＴＣヒータの発熱量が安定して所定の温度の温風を容易に発生させることができるとともに、ＰＴＣヒータの過加熱を防止することができる。
特開平８−１５２１７９号公報（第３頁−第５頁、第２図）
しかしながら、上記従来の空気調和機によると、室内温度が設定温度よりも上昇するとＰＴＣヒータによる加熱能力が下げられ、設定温度よりも降下するとＰＴＣヒータによる加熱能力が上げられる。この時、ＰＴＣヒータの加熱能力を電圧により可変すると、電圧を下げた際に降温によって発熱素子の抵抗値が急激に減少してＰＴＣヒータに過電流が流れ、電源容量を超える問題があった。
一方で、ＰＴＣヒータの加熱能力を送風機の風量により可変すると、室内温度が上昇すると送風機の回転数が下げられ、降下すると送風機の回転数が上げられる。この時、ＰＴＣヒータが一定量の発熱を継続するため空気調和機の近傍が高温となり、室内温度が不均一になる問題がある。
このため、暖房運転時に圧縮機を停止し、ＰＴＣヒータの平均的な加熱能力を高く維持してＰＴＣヒータのみによる加熱を行うと、過電流や室内温度の不均一が生じる。従って、ＰＴＣヒータの平均的な加熱能力を小さくし、圧縮機を駆動してＰＴＣヒータを補助的に用いることが一般的である。これにより、ＰＴＣヒータの能力を十分発揮することができず、外気温が低い場合等に暖房能力が低くなる場合がある。
本発明は、室内温度を均一化してＰＴＣヒータの過電流を防止することのできる空気調和機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、温度上昇に対して抵抗値が低下または略一定の安定領域と立上り温度を超えると急激に抵抗値が増加する立上がり領域とを有する特性のＰＴＣヒータと、前記ＰＴＣヒータをＤＵＴＹ制御するヒータ制御部と、室内温度を検知する温度検知部と、前記ＰＴＣヒータと熱交換する気流を発生する送風機とを備え、前記ＰＴＣヒータにより昇温された空気を室内に送出して暖房運転を行う空気調和機において、室内温度が設定温度よりも低温領域を含む低温温度帯の時にＤＵＴＹ比を１００％にして前記ＰＴＣヒータを前記立上がり領域で駆動するとともに、室内温度が設定温度に対して高温な高温温度帯の時に前記ＰＴＣヒータを停止し、前記低温温度帯と前記高温温度帯との間の中間温度帯の時に所定のＤＵＴＹ比にして前記ＰＴＣヒータを前記安定領域で駆動したことを特徴としている。
この構成によると、暖房運転が開始されるとＰＴＣヒータ及び送風機が駆動される。送風機により発生する気流はＰＴＣヒータと熱交換し、ＰＴＣヒータにより昇温された空気が室内に送出される。ＰＴＣヒータはヒータ制御部によってＤＵＴＹ制御され、温度検知部により検知された室内温度が設定温度よりも低温領域を含む低温温度帯の時にＤＵＴＹ比が１００％で駆動される。この時、ＰＴＣヒータは温度変化に対して抵抗値が急激に変化する立上がり領域の温度に維持される。これにより、ＰＴＣヒータの発熱量が安定して過加熱が防止される。
室内温度が上昇して中間温度帯になるとＰＴＣヒータは所定のＤＵＴＹ比で駆動される。この時、ＰＴＣヒータは温度上昇に対して抵抗値が低下または略一定の安定領域の温度に維持され、ＰＴＣヒータの発熱量が低下する。安定領域の温度までＤＵＴＹ比が下げられるため、ＰＴＣヒータの抵抗値が小さくなるが電流は減少し、過電流が防止される。室内温度が更に上昇して高温温度帯になるとＰＴＣヒータが停止され、ＰＴＣヒータが降温する。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記中間温度帯を更に複数の補助温度帯に区分し、高温側の前記補助温度帯の時に低温側の前記補助温度帯の時よりも前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比を小さくすることが好ましい。この構成によると、室内温度が中間温度帯の低温側の補助温度帯になるとＰＴＣヒータは所定のＤＵＴＹ比で駆動される。室内温度が上昇して中間温度帯の高温側の補助温度帯になるとＰＴＣヒータは低温側の補助温度帯よりも所定量下げたＤＵＴＹ比で駆動される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記送風機の回転数を高温側の前記補助温度帯の時に低温側の前記補助温度帯の時よりも小さくすることが好ましい。この構成によると、高温側の補助温度帯でＤＵＴＹ比の減少によってＰＴＣヒータが降温されると、送風機の回転数が低下して冷風の送出が防止される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記送風機の回転数を前記高温温度帯の時に前記低温温度帯の時よりも小さくすることが好ましい。この構成によると、高温温度帯でＰＣＴヒータが停止により降温されると、送風機の回転数が低下して冷風の送出が防止される。尚、高温温度帯で送風機を停止してもよい。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記ＰＴＣヒータの電流値を検知する電流検知部を備え、室内温度が前記低温温度帯になった初期にＤＵＴＹ比を前記中間温度帯のＤＵＴＹ比よりも大きくし、前記電流検知部により検知した電流値が所定値よりも小さいときにＤＵＴＹ比を所定量だけ増加させる処理をＤＵＴＹ比が１００％になるまで繰り返すことが好ましい。
この構成によると、室内温度が低温温度帯になると、ヒータ制御部によって例えばＤＵＴＹ比が５０％の電圧がＰＴＣヒータに印加される。電流検知部はＰＴＣヒータの電流値を所定周期で検知し、ＰＴＣヒータの電流値が所定値よりも小さいとＤＵＴＹ比を例えば１０％分増加する。この処理を繰り返してＤＵＴＹ比が徐々に増加し、ＤＵＴＹ比が１００％でＰＴＣヒータが駆動される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、室内温度が前記低温温度帯に移行した初期に前記送風機を第１の回転数で駆動するとともに、前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比が１００％になるまでの間に前記送風機の回転数を第１の回転数から徐々に低下させ、前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比が１００％になった際に前記送風機を第１の回転数よりも大きな第２の回転数で駆動することが好ましい。
この構成によると、室内温度が低温温度帯になると、送風機が第１の回転数で回転し、徐々に回転数が低下して低速で回転する。そして、ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比が１００％になると送風機が高速の第２の回転数で回転する。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記電流検知部により検知した電流値が所定値よりも大きいときに前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比を所定量だけ減少させることが好ましい。この構成によると、電流検知部により検知した電流値が所定値よりも大きくなると、ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比が例えば１０％分減少する。これにより、ＰＴＣヒータの過電流が防止される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、冷凍サイクルを運転する圧縮機と、冷凍サイクルの高温部に配されて前記送風機で発生した気流と熱交換を行う熱交換器とを備えるとともに、前記圧縮機の駆動による暖房運転と前記ＰＴＣヒータの駆動による暖房運転とを切り換えることができ、前記圧縮機の駆動による暖房運転を行った際に室内温度が所定温度よりも低いときに前記ＰＴＣヒータの駆動による暖房運転に切り換えることが好ましい。
この構成によると、圧縮機及び送風機を駆動して暖房運転が行われ、圧縮機の駆動により冷凍サイクルが運転される。送風機により発生する気流は熱交換器と熱交換し、熱交換器により昇温された空気が室内に送出される。圧縮機の駆動による暖房運転を行って所定の時期に温度検知部により室内温度が検知される。室内温度が所定温度よりも低いと圧縮機を停止してＰＴＣヒータが駆動され、ＰＴＣヒータと熱交換した空気が室内に送出される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、暖房運転を開始する際に前記ＰＴＣヒータの駆動による暖房運転を行い、室内温度が所定温度よりも高温になると前記圧縮機の駆動による暖房運転に切り換えることが好ましい。この構成によると、空気調和機による暖房運転が開始されると、ＰＴＣヒータを駆動してＰＴＣヒータと熱交換した空気が室内に送出される。室内温度が所定温度よりも高温になると、ＰＴＣヒータを停止して圧縮機が駆動され、熱交換器と熱交換した空気が室内に送出される。そして、室内温度が所定温度よりも低くなると圧縮機を停止してＰＴＣヒータが駆動される。
本発明によると、低温温度帯でＤＵＴＹ比を１００％にしてＰＴＣヒータを立上がり領域で駆動するとともに、高温温度帯でＰＴＣヒータを停止し、中間温度帯で所定のＤＵＴＹ比にしてＰＴＣヒータを安定領域で駆動したので、低温温度帯でのＰＴＣヒータの発熱量を安定させて過加熱を防止できるとともに、中間温度帯での過電流を防止することができる。また、ＰＴＣヒータが高温に維持されないため空気調和機の近傍の昇温を防止し、室内温度を均一化することができる。
本発明の第１実施形態の空気調和機を示す斜視図 本発明の第１実施形態の空気調和機を示す側面断面図 本発明の第１実施形態の空気調和機の構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態の空気調和機のＰＴＣヒータの抵抗値の温度特性を示す図 本発明の第１実施形態の空気調和機の暖房運転の動作を示すフローチャート 本発明の第２実施形態の空気調和機の暖房運転の動作を示すフローチャート 本発明の第３実施形態の空気調和機の暖房運転の動作を示すフローチャート 本発明の第３実施形態の空気調和機のＤＵＴＹ可変処理の動作を示すフローチャート 本発明の第３実施形態の空気調和機のＤＵＴＹ可変処理のタイムチャート 本発明の第４実施形態の空気調和機の暖房運転の動作を示すフローチャート
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、図２は第１実施形態の空気調和機の斜視図及び側面断面図を示している。尚、図１は外装カバー３０（図２参照）を取り外した状態を示している。空気調和機１は室内に配される室内部２と、室内部２に隣接して室外に配される室外部４とを有した一体型に構成される。
室内部２の正面には吸込口２１が設けられ、室外部４の正面には室外熱交換器４２が設けられる。以下の説明において、吸込口２１側を前側、室外熱交換器４２側を後側（背面側）と称する。また、吸込口２１に正面対峙した際の右側及び左側を空気調和機１の右側、左側と称する。
室内部２と室外部４とは底板３上に設置され、仕切壁５で前後に分離される。室内部２は底板３、仕切壁５及び外装カバー３０によって外側を囲まれた筐体２０を形成する。室外部４も同様に底板３、仕切壁５及び外装カバー（不図示）によって外側を囲まれた筐体４０を形成する。
室外部４には冷凍サイクルを運転する圧縮機４１が右側の端部に配される。室外部４の背面には冷媒管４７を介して圧縮機４１に接続される室外熱交換器４２が配される。プロペラファンから成る室外ファン４３は室外熱交換器４２に対峙して左右方向の中央部に配され、室外熱交換器４２を冷却する。室外ファン４３及び室外熱交換器４２はハウジング４４内に配され、ハウジング４４によって室外ファン４３から気流を室外熱交換器４２に導くダクトが形成される。ハウジング４４はブラケット４５を介して仕切壁５に支持される。
室内部２を覆う外装カバー３０の前面には吸込口２１が開口し、吸込口２１の上方には吹出口２２が開口する。室内部２内には吸込口２１と吹出口２２とを連結する送風ダクト２４によって送風通路２３が形成される。送風ダクト２４は外装カバー３０を取り外した際に着脱自在のダクト部材２９を上部に有し、送風通路２３の吹出口２２近傍の下壁はダクト部材２９により形成されている。
送風通路２３内にはクロスフローファンから成る室内ファン２５（送風機）が設けられる。送風通路２３内の吹出口２２の近傍には風向を可変するルーバ２６が設けられる。室内ファン２５と吸込口２１との間には冷媒管４７を介して圧縮機４１に接続される室内熱交換器２７が配される。
室内ファン２５と室内熱交換器２７との間には複数のＰＴＣヒータ５５（図３参照）を有する加熱部２８が配される。室内ファン２５によって吸込口２１からＰＴＣヒータ５５及び室内熱交換器２７と熱交換する気流が送風通路２３内に形成される。室内熱交換器２７及び加熱部２８の上方はダクト部材２９により覆われる。ダクト部材２９を取り外して加熱部２８を着脱自在になっている。
図３は空気調和機１の構成を示すブロック図である。空気調和機１は各部を制御する制御部５０を有している。制御部５０には圧縮機４１、室内ファン２５（送風機）、室外ファン４３、操作部５１、記憶部５２ 電流検知部５３、ヒータ制御部５４及び温度検知部５６が接続される。ヒータ制御部５４には加熱部２８のＰＴＣヒータ５５が接続される。
操作部５１は筐体２０の表面に設けられた操作ボタンやリモートコントローラから成り、空気調和機１の運転指示や設定入力を行う。記憶部５２はＲＯＭ及びＲＡＭから成り、空気調和機１の動作プログラムや設定条件等を記憶するとともに、制御部５０の演算の一時記憶を行う。尚、記憶部５２を制御部５０の外部に接続しているが、制御部５０の内部に記憶部５２を設けてもよい。
電流検知部５３はＰＴＣヒータ５５に流れる電流値を検知する。ヒータ制御部５４はＰＴＣヒータ５５の駆動を制御する。温度検知部５６は室内温度を検知する。ヒータ制御部５４はトライアック回路やリレー回路から成り、ＰＴＣヒータ５５をＤＵＴＹ制御する。ヒータ制御部５４をトライアック回路により形成するとリレー回路よりもスイッチングの入切音を低減することができるのでより望ましい。
ＰＴＣヒータ５５はＰＴＣ特性を有する発熱素子を電極で挟んで形成され、ヒータ制御部５４により電極間に駆動電圧が印加されて発熱する。図４はＰＴＣヒータ５５の抵抗値の温度特性を示している。縦軸は抵抗値を示し、横軸は温度を示している。ＰＴＣヒータ５５は温度上昇に対して抵抗値が低下または略一定の安定領域Ｓ１と、立上り温度Ｔ１を超えると急激に抵抗値が増加する立上がり領域Ｓ２とを有する特性になっている。
上記構成の空気調和機１において、冷房運転を開始すると圧縮機４１の駆動によって冷凍サイクルが運転される。これにより、室内熱交換器２７が冷凍サイクルの低温側の蒸発器となり、室外熱交換器４２が冷凍サイクルの高温側の凝縮器となる。室外熱交換器４２は室外ファン４３により冷却されて放熱する。室内ファン２５の駆動によって室内の空気が吸込口２１から送風通路２３内に流入し、室内熱交換器２７と熱交換して降温された空気が吹出口２２から室内に送出される。これにより、室内の冷房が行われる。
また、空気調和機１は圧縮機４１の駆動による暖房運転と、ＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転とを切り換えて行うことができる。圧縮機４１が駆動されると冷凍サイクルが運転される。これにより、室内熱交換器２７が冷凍サイクルの高温側の凝縮器となり、室外熱交換器４２が冷凍サイクルの低温側の蒸発器となる。室外熱交換器４２は室外ファン４３により外気と熱交換して吸熱する。室内ファン２５の駆動によって室内の空気が吸込口２１から送風通路２３内に流入し、室内熱交換器２７と熱交換して昇温される。室内熱交換器２７により昇温された空気は吹出口２２から室内に送出される。
また、ＰＴＣヒータ５５が駆動されると、送風通路２３内の空気がＰＴＣヒータ５５により昇温される。ＰＴＣヒータ５５により昇温された空気は吹出口２２から室内に送出される。
圧縮機４１の駆動による暖房運転はＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転よりも消費電力を小さくできるが、外気温が低いときに室外熱交換器４２による吸熱が不十分となるため暖房能力が低下する。このため、外気温が高いときに圧縮機４１の駆動による暖房運転が行われ、外気温が低いときにＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転が行われる。
図５はＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転の動作を示すフローチャートである。ＰＴＣヒータ５５及び室内ファン２５は室内温度を区分した低温温度帯、中間温度帯及び高温温度帯で異なる制御が行われる。低温温度帯は室内温度の設定温度よりも低温の領域を含む所定の温度範囲から成っている。高温温度帯は室内温度の設定温度に対して高温な所定の温度範囲から成っている。中間温度帯は低温温度帯と高温温度帯との間の温度範囲から成っている。
例えば、低温温度帯と中間温度帯との境界温度は室内温度の設定温度に設定され、中間温度帯と高温温度帯との境界温度は室内温度の設定温度よりも２℃高温に設定される。これにより、低温温度帯は設定温度以下の温度範囲、中間温度帯は設定温度から設定温度＋２℃までの温度範囲、高温温度帯は設定温度＋２℃以上の温度範囲となる。低温温度帯と中間温度帯との境界温度を室内温度の設定温度よりも高温に設定してもよい。尚、昇温時の境界温度に対して降温時の境界温度を所定温度（例えば１℃）下げてもよい。これにより、境界温度近傍のＰＴＣヒータ５５の動作を安定させることができる。
ステップ＃２１では温度検知部５６により室内温度が検知される。ステップ＃２２では室内温度が低温温度帯であるか否かが判断される。室内温度が低温温度帯の場合はステップ＃２３でＰＴＣヒータ５５がＤＵＴＹ比を１００％に設定して駆動される。ステップ＃３６では室内ファン２５が強風（例えば、１１４０ＲＰＭ）で駆動され、ステップ＃２１に戻る。
この時、ＰＴＣヒータ５５は立上がり領域Ｓ２（図４参照）の温度に維持される。これにより、ＰＴＣヒータ５５が温度上昇すると発熱素子の抵抗値が急激に増加して電流値及び発熱量が減少し、温度降下すると発熱素子の抵抗値が急激に減少して電流値及び発熱量が増加する。従って、ＰＴＣヒータ５５の発熱量が安定して所定の温度の温風を容易に発生させることができるとともに、ＰＴＣヒータ５５の過加熱を防止することができる。
ステップ＃２２の判断で室内温度が低温温度帯でない場合はステップ＃３１に移行する。ステップ＃３１では室内温度が中間温度帯であるか否かが判断される。室内温度が中間温度帯の場合はステップ＃３５でＰＴＣヒータ５５がＤＵＴＹ比を４０％に設定して駆動される。ステップ＃３６では室内ファン２５が強風で駆動され、ステップ＃２１に戻る。
この時、ＰＴＣヒータ５５は安定領域Ｓ１（図４参照）の温度に維持され、ＰＴＣヒータ５５の発熱量が低下する。安定領域Ｓ１の温度までＤＵＴＹ比が下げられるため、ＰＴＣヒータ５５の抵抗値が小さくなるが電流は減少し、過電流が防止される。
ステップ＃３１の判断で室内温度が中間温度帯でない場合は高温温度帯であるため、ステップ＃４１に移行する。ステップ＃４１でＰＴＣヒータ５５が停止される（ＤＵＴＹ比０％）。ステップ＃４２では室内ファン２５が微風（例えば、３００ＲＰＭ）で駆動され、ステップ＃２１に戻る。これにより、ＰＴＣヒータ５５の降温による冷風の送出が防止される。
尚、ステップ＃４２で室内ファン２５を停止してもよい。この時、ＰＴＣヒータ５５が停止して所定時間（例えば３０秒）が経過した後に室内ファン２５を停止すると、室内部２内に熱が籠もらないためより望ましい。
本実施形態によると、低温温度帯でＤＵＴＹ比を１００％にしてＰＴＣヒータ５５を立上がり領域Ｓ２で駆動するとともに、高温温度帯でＰＴＣヒータ５５を停止し、中間温度帯で所定のＤＵＴＹ比にしてＰＴＣヒータ５５を安定領域Ｓ１で駆動したので、低温温度帯でのＰＴＣヒータ５５の発熱量を安定させて過加熱を防止できるとともに、中間温度帯での過電流を防止することができる。また、ＰＴＣヒータ５５が高温に維持されないため空気調和機１の室内部２の近傍の昇温を防止し、室内温度を均一化することができる。
これにより、圧縮機４１を停止してＰＴＣヒータ５５のみを駆動して暖房運転を行うことができる。従って、ＰＴＣヒータ５５の能力を十分発揮し、外気温が低い場合等に暖房能力の低下を防止することができる。
また、室内ファン２５（送風機）の回転数を高温温度帯の時に低温温度帯の時よりも小さくしたので、ＰＣＴヒータ５５の停止による冷風の送出を防止することができ、使用者の不快感を防止することができる。
次に、図６は第２実施形態の空気調和機１のＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転の動作を示すフローチャートである。本実施形態の空気調和機１は前述の図１〜図５に示す第１実施形態と同様に構成され、室内温度が中間温度帯の時の制御が異なる。本実施形態は室内温度を区分した中間温度帯が更に２つの補助温度帯に区分され、ＰＴＣヒータ５５及び室内ファン２５に対して異なる制御が行われる。同図において、ステップ＃２１〜＃２３、＃４１は前述の図５と同一であるので説明を省略する。
ステップ＃３１の判断で室内温度が中間温度帯の場合はステップ＃３２に移行する。ステップ＃３２では室内温度が低温側の補助温度帯であるか否かが判断される。室内温度が低温側の補助温度帯の場合はステップ＃３５でＰＴＣヒータ５５がＤＵＴＹ比を４０％に設定して駆動される。ステップ＃３６では室内ファン２５が強風で駆動され、ステップ＃２１に戻る。
ステップ＃３２の判断で室内温度が低温側の補助温度帯でない場合は高温側の補助温度帯であり、ステップ＃３７に移行する。ステップ＃３７ではＰＴＣヒータ５５がＤＵＴＹ比を３０％に設定して駆動される。ステップ＃４２では室内ファン２５が微風で駆動され、ステップ＃２１に戻る。
本実施形態によると、中間温度帯を更に複数の補助温度帯に区分し、高温側の補助温度帯の時にＤＵＴＹ比を低温側の補助温度帯よりも更に低い３０％にしてＰＴＣヒータ５５を駆動している。これにより、室内温度に応じてよりきめ細かく室内に与える熱量を調整することができ、室内温度をより安定して維持することができる。
また、室内ファン２５（送風機）の回転数を高温側の補助温度帯の時に低温側の補助温度帯の時よりも小さくしたので、ＰＣＴヒータ５５の降温による冷風の送出を防止することができ、使用者の不快感を防止することができる。尚、ＤＵＴＹ比を３０％にしても更に室内温度が上昇する場合はステップ＃４１でＰＴＣヒータ５５が停止される。この時、室内ファン２５を停止してもよい。
本実施形態において、中間温度帯を２つの補助温度帯に区分しているが、３つ以上の補助温度帯に区分してＰＴＣヒータ５５を異なるＤＵＴＹ比で駆動してもよい。
次に、図７は第３実施形態の空気調和機１のＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転の動作を示すフローチャートである。本実施形態の空気調和機１は前述の図６に示す第２実施形態と同様に動作し、室内温度が低温温度帯の時の制御が異なる。同図において、ステップ＃２１〜＃２２、＃３１〜＃４２は図６と同一であるので説明を省略する。
ステップ＃２２の判断で室内温度が低温温度帯の時はステップ＃２５に移行し、図８に示すＤＵＴＹ可変処理が行われる。また、図９（ａ）、図９（ｂ）はＤＵＴＹ可変処理時のタイムチャートである。図９（ａ）はＰＴＣヒータ５５の駆動電圧のＤＵＴＹ比（単位：％）を示している。図９（ｂ）は電流検知部５３により検知される電流値（図中、Ｉで示す）及びＰＴＣヒータ５５の温度（図中、Ｔで示す）を示している。
ＤＵＴＹ可変処理の初期にステップ＃５１で室内ファン２５が第１の回転数（例えば、６００ＲＰＭ）の弱風で駆動される。ステップ＃５２ではＰＴＣヒータ５５が中間温度帯のＤＵＴＹ比よりも大きいＤＵＴＹ比５０％で駆動開始される（時間ｔ０）。これにより、ＰＴＣヒータ５５の温度が上昇するとともに、発熱素子が立上がり温度Ｔ１（図４参照）に到達するまでＰＴＣヒータ５５に流れる電流が増加する。
ヒータ制御部５４は所定時間（本実施形態では１秒）の周期で電流検知部５３の検知結果を取得し、ステップ＃５３では該所定時間が経過するまで待機する。所定時間が経過するとステップ＃５４で電流検知部５３で検知された電流値が取得される。ステップ＃５５では電流検知部５３から取得した電流値が所定の電流値Ｉ１よりも大きいか否かが判断される。電流値Ｉ１は電源容量に基づいて設定され、電流値Ｉ１を超えるとＰＴＣヒータ５５に流れる電流が大きく、電源容量を超える可能性がある過電流状態となる。
尚、ステップ＃５３の電流検知部５３の検知結果を取得する周期となる所定時間が短すぎると、制御に負荷がかかる。一方で該所定時間が長すぎると待機中にＰＴＣヒータ５５に流れる電流が大きくなりすぎる可能性や小さくなりすぎる可能性がある。従って、本実施形態では該所定時間を１秒にしているが、空気調和機１の構成に応じて実験的に適切な時間を決定することが好ましい。
電流検知部５３から取得した電流値が電流値Ｉ１よりも大きい場合はステップ＃５６でＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比を１０％分（１００％に対する１０％を表わしている）だけ下げられる。これにより、過電流状態から脱することができ、ステップ＃５３に戻る。
電流検知部５３から取得した電流値が電流値Ｉ１よりも大きくない場合はステップ＃５７で所定の電流値Ｉ２よりも小さいか否かが判断される。電流値Ｉ２は電流値Ｉ１よりも低く設定される。電流検知部５３から取得した電流値が電流値Ｉ２よりも小さい場合はステップ＃５８に移行する。
ＰＴＣヒータ５５の温度が上昇して発熱素子が立上がり温度Ｔ１を超えると発熱素子の抵抗値が増加し、ＰＴＣヒータ５５の電流値が極大値Ｐ（図９（ｂ）参照）をとる。このため、電流検知部５３から取得した電流値が前回取得された電流値に対して低下すると、極大値Ｐが発生したと判断してステップ＃５９に移行する。電流検知部５３から取得した電流値が前回取得された電流値に対して低下していない場合はステップ＃５３に戻る。
ステップ＃５９ではＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比を１０％分（１００％に対する１０％を表わしている）だけ増加させる。ＤＵＴＹ比の増加によってＰＴＣヒータ５５の電流値が再度上昇する。尚、ＤＵＴＹ比の増加量は１０％以外でもよい。
ステップ＃６０ではＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比が１００％に到達したか否かが判断される。ＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比が１００％に到達していない場合はステップ＃５３に戻り、ステップ＃５３〜＃６０が繰り返し行われる。そして、上記と同様に、ＰＴＣヒータ５５の温度が上昇すると抵抗値が増加してＰＴＣヒータ５５の電流値が極大値Ｐを取る。これにより、ＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比がステップ＃５９で１０％分ずつ増加し、電流値が徐々に増加する。
ＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比が１００％に到達すると図７のフローチャートに戻る。図７のステップ＃３６では室内ファン２５が第１の回転数よりも大きな第２の回転数（例えば、１１４０ＲＰＭ）の強風で駆動される。この時、ＰＴＣヒータ５５の冷却量が増加してＰＴＣヒータ５５の温度Ｔが若干低下する。
ステップ＃５７の判断で電流検知部５３から取得した電流値が電流値Ｉ２よりも小さくない場合はステップ＃５３に戻る。即ち、極大値Ｐの発生に拘わらず、ＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比が維持される。これにより、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２との間ではＤＵＴＹ比の増減が行われず、過電流状態になることを未然に防ぐことができる。
本実施形態によると、低温温度帯に移行した初期に中間温度帯のＤＵＴＹ比よりも大きいＤＵＴＹ比で駆動し、ＰＴＣヒータ５５の電流値が所定の電流値Ｉ２よりも低いときにＤＵＴＹ比を所定量だけ増加してＤＵＴＹ比が１００％になるまで繰り返すので、ＰＴＣヒータ５５の始動時等のＰＴＣヒータ５５が低温の時であっても徐々に電流を上昇させて過電流を防止し、電流値が電源容量を超えることを防止することができる。
また、ＰＴＣヒータ５５の電流値が極大値Ｐとなった際にＤＵＴＹ比を増加させるので、ＤＵＴＹ比を増加させるタイミングが速くならず、ＰＴＣヒータ５５の始動時等の過電流を確実に防止することができる。
また、ＤＵＴＹ可変処理の初期に室内ファン２５が第１の回転数（例えば、６００ＲＰＭ）で駆動され、ＰＴＣヒータ５５のＤＵＴＹ比が１００％になると第１の回転数よりも大きな第２の回転数（例えば、１１４０ＲＰＭ）で駆動される。初期の室内ファン２５の風量を減らすことによってＰＴＣヒータ５５と空気との熱交換が促進される。従って、ＰＴＣヒータ５５の昇温を速くすることができる。
また、電流検知部５３から取得した電流値が電流値Ｉ１よりも大きい場合にステップ＃５７でＤＵＴＹ比を減少させるので、ＰＴＣヒータ５５の過電流状態を脱して電流値が電源容量を超えることをより確実に防止することができる。
次に、図１０は第４実施形態の空気調和機１の暖房運転の動作を示すフローチャートである。本実施形態の空気調和機１は圧縮機４１の駆動による暖房運転と、ＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転とが切り換えられるようになっている。ＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転は前述の図７〜図９に示す第３実施形態と同様に動作し、ステップ＃２１〜＃４２は図７と同一であるので説明を省略する。
暖房運転が開始されるとステップ＃１１で室内ファン２５が強風で駆動される。ステップ＃１２では温度検知部５６により室内温度が検知される。ステップ＃１３では室内温度が高温温度帯であるか否かが判断される。室内温度が高温温度帯でない場合はステップ＃１４でＰＴＣヒータ５５がＤＵＴＹ比を１００％に設定して駆動される。これにより、ＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転が行われる。そして、ステップ＃１１に戻り、ステップ＃１１〜＃１４が繰り返される。
室内温度が高温温度帯になるとステップ＃１５に移行し、ＰＴＣヒータ５５が停止される。ステップ＃１６では圧縮機４１が駆動される。これにより、圧縮機４１の駆動による暖房運転が行われる。ステップ＃１７では温度検知部５６により室内温度が検知される。ステップ＃１８では室内温度が低温温度帯であるか否かが判断される。
室内温度が低温温度帯でない場合はステップ＃１７、＃１８が繰り返し行われる。圧縮機４１は室内温度に応じて能力を可変して室内温度を設定温度近傍に維持するように駆動される。この時、室内温度が設定温度近傍で推移するため、低温温度帯に頻繁に移行しないように低温温度帯と中間温度帯との境界温度は室内温度の設定温度よりも所定温度（例えば１℃）下げて設定される。
室内温度が低温温度帯になると、ステップ＃１９で圧縮機４１が停止される。そして、ステップ＃２１〜＃４２によってＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転に切り換えられる。また、ＰＴＣヒータ５５の駆動時に室内温度が高温温度帯になると、ステップ＃３１の判断によってステップ＃１５に移行する。これにより、ＰＴＣヒータ５５が停止され、圧縮機４１の駆動による暖房運転に切り換えられる。
本実施形態によると、圧縮機４１の駆動による暖房運転を行った際に室内温度が所定温度よりも低いときにＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転に切り換えるので、設定温度近傍で圧縮機４１の駆動による暖房運転を行って消費電力を小さくすることができる。また、圧縮機４１の駆動によって室内温度を設定温度近傍に維持できなくなるとＰＴＣヒータ５５が駆動され、設定温度に維持することができる。
また、暖房運転を開始する際にＰＴＣヒータ５５の駆動による暖房運転を行い、室内温度が所定温度よりも高温になると圧縮機４１の駆動による暖房運転に切り換えるので、空気調和機１の始動時の低温時にＰＴＣヒータ５５を駆動して迅速に室内を昇温することができる。
本発明によると、ＰＴＣヒータを有する空気調和機に利用することができる。
１ 空気調和機
２ 室内部
３ 底板
４ 室外部
５ 仕切壁
２０ 筐体
２１ 吸込口
２２ 吹出口
２３ 送風通路
２４ 送風ダクト
２５ 室内ファン
２６ ルーバー
２７ 室内熱交換器
２８ 加熱部
３０ 外装カバー
４１ 圧縮機
４２ 室外熱交換器
４３ 室外ファン
４７ 冷媒管
５０ 制御部
５１ 操作部
５２ 記憶部
５３ 電流検知部
５４ ヒータ制御部
５５ ＰＴＣヒータ
５６ 温度検知部

Claims (8)

  1. 温度上昇に対して抵抗値が低下または略一定の安定領域と立上り温度を超えると急激に抵抗値が増加する立上がり領域とを有する特性のＰＴＣヒータと、前記ＰＴＣヒータをＤＵＴＹ制御するヒータ制御部と、室内温度を検知する温度検知部と、前記ＰＴＣヒータと熱交換する気流を発生する送風機と、前記ＰＴＣヒータの電流値を検知する電流検知部とを備え、前記ＰＴＣヒータにより昇温された空気を室内に送出して暖房運転を行う空気調和機において、室内温度が設定温度よりも低温領域を含む低温温度帯の時にＤＵＴＹ比を１００％にして前記ＰＴＣヒータを前記立上がり領域で駆動するとともに、室内温度が設定温度に対して高温な高温温度帯の時に前記ＰＴＣヒータを停止し、前記低温温度帯と前記高温温度帯との間の中間温度帯の時に所定のＤＵＴＹ比にして前記ＰＴＣヒータを前記安定領域で駆動し、
    室内温度が前記低温温度帯に移行した初期にＤＵＴＹ比を前記中間温度帯のＤＵＴＹ比よりも大きくし、前記電流検知部から所定周期で取得した電流値が前回取得された電流値に対して低下して電流値の極大値が発生したと判断した際にＤＵＴＹ比を所定量だけ増加させる処理をＤＵＴＹ比が１００％になるまで繰り返すことを特徴とする空気調和機。
  2. 前記中間温度帯を更に複数の補助温度帯に区分し、高温側の前記補助温度帯の時に低温側の前記補助温度帯の時よりも前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 前記送風機の回転数を高温側の前記補助温度帯の時に低温側の前記補助温度帯の時よりも小さくしたことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
  4. 前記送風機の回転数を前記高温温度帯の時に前記低温温度帯の時よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和機。
  5. 室内温度が前記低温温度帯に移行した初期に前記送風機を第１の回転数で駆動するとともに、前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比が１００％になるまでの間に前記送風機の回転数を第１の回転数から徐々に低下させ、前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比が１００％になった際に前記送風機を第１の回転数よりも大きな第２の回転数で駆動することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の空気調和機。
  6. 前記電流検知部により検知した電流値が所定値よりも大きいときに前記ＰＴＣヒータのＤＵＴＹ比を所定量だけ減少させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気調和機。
  7. 冷凍サイクルを運転する圧縮機と、冷凍サイクルの高温部に配されて前記送風機で発生した気流と熱交換を行う熱交換器とを備えるとともに、前記圧縮機の駆動による暖房運転と前記ＰＴＣヒータの駆動による暖房運転とを切り換えることができ、前記圧縮機の駆動による暖房運転を行った際に室内温度が所定温度よりも低いときに前記ＰＴＣヒータの駆動による暖房運転に切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気調和機。
  8. 暖房運転を開始する際に前記ＰＴＣヒータの駆動による暖房運転を行い、室内温度が所定温度よりも高温になると前記圧縮機の駆動による暖房運転に切り換えることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。
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