JP5359170B2

JP5359170B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP5359170B2
Application number: JP2008262534A
Authority: JP
Inventors: 芳寛西水流; 雅史坪内
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: JP2010091209A

Description

本発明はヒートポンプを利用して高温高湿な空間の空調を行う空調装置に関する。

従来のヒートポンプを利用した浴室などの換気空調装置としては、ヒートポンプを室外機と室内機に分離し、室外機に設けた熱交換器において外気から吸熱（または放熱）を行い、室内機に設けた熱交換器において浴室の空気に放熱（または吸熱）することで浴室を空調するものがある（例えば特許文献１参照）。

以下、その換気空調装置について図５を参照しながら説明する。

特許文献１に例示される換気空調装置は、浴室等の空調対象空間に設置された室内機１０１内に凝縮器１０２及び凝縮器１０２に空調対象空間の空気を供給する循環送風機１０３を備えると共に、屋外に設置された室外機１０４内に蒸発器１０５、蒸発器１０５に屋外の空気を供給する送風ファン１０６、冷媒を圧縮するための圧縮機１０７及び冷媒を減圧するための減圧機構としての膨張弁１０８を備え、圧縮機１０７、凝縮器１０２、膨張弁１０８、蒸発器１０５を順に接続するための冷媒回路１０９が設けられている。暖房運転時には圧縮機１０７により圧縮昇温された冷媒を凝縮器１０２に供給し循環送風機１０３により空調対象空間内の空気を凝縮器１０２に供給することで空調対象空気を昇温し、再び空調対象空間に吹出すことで空調対象室内を暖房する。この際、凝縮器１０２で冷却された冷媒は膨張弁１０８で減圧されることによりさらに温度を下げられて蒸発器１０５に送られる。蒸発器１０５では送風ファン１０６により供給された屋外の空気から吸熱を行い、冷媒の温度を上昇させ、冷媒は再び圧縮機１０７に戻ることで蒸発器１０５で吸収した屋外空気の熱を凝縮器１０２で放熱することで空調対象空間内に投入し暖房を実施している。
特開２００２−３４９９３０号公報

冷凍サイクルを浴室用の暖房乾燥機に利用する場合、エアコンなどの通常居室に冷凍サイクルを利用する場合と異なり、凝縮器及び蒸発器に吸い込まれる空気の温湿度が極端な高温や極端な高湿な状態となる場合がある。エアコンのような常温常湿に近い空気を利用して冷凍サイクルの運転を行う場合は圧縮機の吐出圧力の上限と吐出温度の上限はほぼ一致するように凝縮器や蒸発器等のサイズ、風量等を決定するが、常温常湿のみでなく、高温高湿な空気を吸い込んで冷凍サイクルを運転する場合は、条件により、吐出圧力と吐出温のどちらか一方のみが上限値に到達し、残る一方は許容範囲内で運転される場合がある。吐出温のみが上限値に到達する場合は温度センサー等で容易に検出することが可能だが、吐出圧力のみが上限値に到達する場合は吐出圧力を検知する必要があり、圧力センサーなどを設ける必要があるが、一般的に、圧力センサーは温度センサーに比べ高価で、センサー自体の寸法も大きく、浴室用暖房機のような小さな本体内に設置するのは非常に難しい。

本発明は上記のような課題を解決するものであり、比較的安価で小型な検出手段で容易に圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となり、推定した吐出圧力に基づき、冷凍サイクルにおける減圧量を制御することで冷暖房、乾燥能力を向上させることが可能となる空調装置を提供することを目的としている。

本発明の空調装置は上記目的を達成するために、圧縮機と、凝縮器と、減圧機構と、蒸発器と、凝縮器に空調対象空間の空気を送風する凝縮器用ファンと蒸発器に吸熱対象空気を送風するための蒸発器用ファンを用いた冷凍サイクルにより空調対象空間を空調する空調装置において、圧縮機への入力を検知し、検知した入力値を基に圧縮機の冷媒吐出圧力を推定し、推定した前記圧縮機の吐出圧力を基に減圧機構における減圧量を調整し、前記圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知手段をさらに設け、前記凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、減圧機構における減圧量が圧縮機の吐出圧力が上限圧以下の範囲で吐出温度がもっとも高くなるように調整するようにしたものである。

この手段により、圧縮機への入力は圧縮機からの吐出圧力に密接な関連があるため、圧縮機への入力値を元に圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となる。また、この手段により、推定した吐出圧力を基に減圧機構における減圧量を調整することで、より、効率のよい空調を行うことが可能となる。また、この手段により、暖房運転時の暖房能力を最大化し、空調対象室に対する暖房性能を向上させることができる。

また、本発明が講じた第２の解決手段は、圧縮機の電流値を検知することで吐出圧力の推定を行うようにしたものである。

この手段により、比較的容易な検知手段を用いて圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となる。

また、本発明が講じた第３の解決手段は、圧縮機の電流値と電圧値の組み合わせから吐出圧力の推定を行うようにしたものである。

また、本発明が講じた第５の解決手段は、推定したと出圧力が所定の値を超えた場合に減圧機構における減圧量を低減させるようにしたものである。

この手段により、吐出圧力が上限圧を超えるような場合でも、減圧機構における減圧量を調整することで所定の圧力範囲内で運転を行うことが可能となる。

また、本発明が講じた第６の解決手段は、圧縮機の吐出温度を検知するための吐出温度検知手段をさらに設け、減圧機構における減圧量が、圧縮機の吐出圧力または吐出温度のうち、上限圧力もしくは上限温度のいずれか近いほうの値を基に減圧量を調整するようにしたものである。

この手段により、吐出圧力が上限値に到達していない状態で吐出温度が上限を超えるような場合でも圧縮機を所定の仕様範囲内で運転することが可能となる。

また、本発明が講じた第６の解決手段は、蒸発器における冷媒温度を検知する蒸発器温度検知手段をさらに設け、凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、前記蒸発器温度検知手段で検知した蒸発器温度と、吐出温度と吐出圧力に基づいて減圧機構における減圧量を調整するようにしたものである。

この手段により、もっとも暖房能力を発揮する減圧量に減圧機構を調整することが可能となり、空調対象空間の空調を効率よく行うことができる。

また、本発明が講じた第７の解決手段は、凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、蒸発器温度が蒸発器表面に発生した結露水が氷結しない温度範囲内でもっとも低くなるように減圧機構における減圧量を調整するようにしたものである。

この手段により、蒸発器における吸熱量を増加させ、冷凍サイクルの効率を向上させることでランニングコストの低減を図り、効率のよい暖房運転を行うことができる。

また、本発明が講じた第８の解決手段は、減圧機構の減圧量の調整により減圧機構における減圧量が最小となったにもかかわらず、吐出圧力が上限値を超えた場合に圧縮機の運転を停止するようにしたものである。

この手段により、空調対象空間内の温度が上昇し、減圧量を低下させても圧縮機の吐出圧力が上昇してしまい、圧縮機の仕様範囲を超えてしまう場合、圧縮機の運転を停止し、吐出圧力が仕様範囲を超えた状態で運転を行うのを防止することができる。

本発明によれば、比較的容易な検出手段を用いて圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となり、それに伴い、常温常湿の空間だけでなく高温高湿など、一般居室とは違う環境で運転される場合においても圧縮機の運転状態を正確に把握することが可能となり、より効率のよい運転を実施することが可能となる。

また、推定した吐出圧力を基に減圧機構における減圧量を制御することでより高い冷暖房及び除湿能力を発揮することが可能な換気空調装置を提供することが可能となる。

本発明の請求項１記載の発明は、圧縮機と、凝縮器と、減圧機構と、蒸発器と、凝縮器に空調対象空間の空気を送風する凝縮器用ファンと蒸発器に吸熱対象空気を送風するための蒸発器用ファンを用いた冷凍サイクルにより空調対象空間を空調する空調装置において、圧縮機への入力を検知し、検知した入力値を基に圧縮機の冷媒吐出圧力を推定するようにしたものであり、この手段により、圧縮機への入力は圧縮機からの吐出圧力に密接な関連があるため、圧縮機への入力値を元に圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となる。また、推定した圧縮機の吐出圧力を基に減圧機構における減圧量を調整するようにしたものであり、推定した吐出圧力を基に減圧機構における減圧量を調整することで、より、効率のよい空調を行うことが可能となる。また、圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知手段をさらに設け、凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、減圧機構における減圧量が、圧縮機の吐出圧力が上限圧以下の範囲で吐出温度がもっとも高くなるように調整されるようにしたものであり、暖房運転時の暖房能力を最大化し、空調対象空間に対する暖房性能を向上させることができる。

また、圧縮機の電流値を検知することで吐出圧力の推定を行うようにしたものであり、比較的容易な検知手段を用いて圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となる。

また、圧縮機の電流値と電圧値の組み合わせから吐出圧力の推定を行うようにしたものであり、比較的容易な検知手段を用いて圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となる。

また、推定したと出圧力が所定の値を超えた場合に減圧機構における減圧量を低減させるようにしたものであり、吐出圧力が上限圧を超えるような場合でも、減圧機構における減圧量を調整することで所定の圧力範囲内で運転を行うことが可能となる。

また、圧縮機の吐出温度を検知するための吐出温度検知手段をさらに設け、減圧機構における減圧量が、圧縮機の吐出圧力または吐出温度のうち、上限圧力もしくは上限温度のいずれか近いほうの値を基に減圧量を調整するようにしたものであり、吐出圧力が上限値に到達していない状態で吐出温度が上限を超えるような場合でも圧縮機を所定の仕様範囲内で運転することが可能となる。

また、蒸発器における冷媒温度を検知する蒸発器温度検知手段をさらに設け、凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、前記蒸発器温度検知手段で検知した蒸発器温度と、吐出温度と吐出圧力に基づいて減圧機構における減圧量を調整するようにしたものであり、もっとも暖房能力を発揮する減圧量に減圧機構を調整することが可能となり、空調対象空間の空調を効率よく行うことができる。

また、凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、蒸発器温度が蒸発器表面に発生した結露水が氷結しない温度範囲内でもっとも低くなるように減圧機構における減圧量を調整するようにしたものであり、蒸発器における吸熱量を増加させ、冷凍サイクルの効率を向上させることでランニングコストの低減を図り、効率のよい暖房運転を行うことができる。

また、減圧機構の減圧量の調整により減圧機構における減圧量が最小となったにもかかわらず、吐出圧力が上限値を超えた場合に圧縮機の運転を停止するようにしたものであり、空調対象空間内の温度が上昇し、減圧量を低下させても圧縮機の吐出圧力が上昇してしまい、圧縮機の仕様範囲を超えてしまう場合、圧縮機の運転を停止し、吐出圧力が仕様範囲を超えた状態で運転を行うのを防止することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における空調装置の一例として、換気機能を備えた空調装置が浴室に設置されている居住空間の見取り図である。図１において、屋内の居住空間１は、室内空間としてのリビング２、第一室内空間としての浴室３、第二室内空間としての脱衣室４あるいはトイレ５などに区画されており、浴室３の天井裏には、換気機能を備えた空調装置の本体６が設置されている。この本体６には、本体６と屋外を連通する第一排気ダクト７、脱衣室４の天井に開口した排気口としての第一排気口８と本体６を連通する第二排気ダクト９及びトイレ５の天井に開口した第二排気口１０と本体６とを連通する第三排気ダクト１１が接続されている。

また、本体６内部には換気ファン１２が配設されており、屋外と本体６を連通する第一排気ダクト７は換気ファン１２の吹出し側に接続され、脱衣室４と本体６を連通する第二排気ダクト９及びトイレ５と本体６を連通する第三排気ダクト１１は換気ファン１２の吸込側に接続されている。したがって、換気ファン１２を運転すると、第一排気口８及び第二排気口１０から第二排気ダクト９及び第三排気ダクト１１を通じて脱衣室４及びトイレ５の空気が換気ファン１２に吸い込まれ、第一排気ダクト７を通じて屋外に排気される。

そして、換気ファン１２を連続運転すると屋内の居住空間１内が負圧になるため、室内空間としてのリビング２の屋外に面した壁に開口した給気口１３から新鮮な外気が給気されて居住空間１が換気されることになる。この換気運転は建物の機密性が高い場合は連続して行う必要があるため（２４時間換気）、換気ファン１２は所定の換気量、例えば一時間で居住空間１の約半分の容積に相当する換気量を確保するように連続運転を行う。

また、リビング２には部屋の温度をコントロールするための空調装置１４が設置されており、夏場は冷房運転、冬場は暖房運転を行って室温を適正に保持している。したがって前述したように年間を通じて連続した換気運転を行っていると、リビングにおいては夏場は空調装置１４による冷房、冬場は空調装置１４による暖房を実施することで所定の温度範囲、例えば２０℃から３０℃にコントロールされた空気が脱衣室４のドア１５およびトイレ５のドア１５のガラリやアンダーカット部分を通じて第一排気口８および第二排気口１０に吸い込まれ、換気機能を備えた空調装置の本体６を介して屋外に排出されることになる。

図２は、換気機能を備えた空調装置の風路構成の概略図で、図２（ａ）は、換気機能を備えた空調装置の本体６の内部を上から見た風路構成の概略図で、図２（ｂ）は、換気機能を備えた空調装置の本体６を浴室３に取付けた際の内部を側面から見た風路構成の概略図、図３は、換気機能を備えた空調装置の冷媒回路図であり、図１、図２に示すように浴室３の天井裏に換気機能を備えた空調装置の本体６が設置されており、本体６の底部に浴室３の天井面に対して吸込口１６および吹出口１７を開口するとともに吸込口１６に着脱自在に塵埃を捕捉するためのフィルター１８を配設している。

本体６内の第一風路１９には浴室３内の空気を吸い込むための吸込口１６、吸込口１６から吸い込んだ浴室３内の空気を昇温するための凝縮器２０、凝縮器２０で昇温された空気を浴室３に吹出すための吹出口１７、吸込口１６から浴室３内の空気を吸引し凝縮器２０を介して吹出口１７から再び浴室３内に循環送風するための循環ファン２１が設けられており、風の流れを矢印で示すように吸込口１６、凝縮器２０、循環ファン２１、吹出口１７の順に循環送風することで浴室３内を暖房することができる。

また、本体６内の第二風路２２には第一排気ダクト７が本体６に接続される部分に第一排気口８及び第二排気口１０から吸引された脱衣室４及びトイレ５内の空気を本体６内に通風するための第一換気口２３、第一換気口２３から吸い込んだ脱衣室４及びトイレ５内の空気から吸熱するための蒸発器２４、蒸発器２４で吸熱された空気を第三排気ダクト１１に吹出すための換気吹出口２５、第一換気口２３から脱衣室４及びトイレ５内の空気を吸引し蒸発器２４を介して換気吹出口２５から屋外に排気するための換気ファン１２が設けられており、風の流れを矢印で示すように第一換気口２３、蒸発器２４、換気ファン１２、換気吹出口２５の順に送風することで脱衣室４及びトイレ５内の空気から熱を吸熱した後、屋外に排気することで居住空間１内の換気を行うことができる。

また、本体６内部に、冷媒として例えば、ＨＣＦＣ系冷媒（分子中に塩素、水素、フッ素、炭素の各原子を含む）、ＨＦＣ系冷媒（分子中に水素、炭素、フッ素の各原子を含む）、炭化水素、二酸化炭素等の自然冷媒などの何れかを充填した冷媒回路２６を形設しており、この冷媒回路２６中に、冷媒を圧縮する圧縮機２７、供給空気と冷媒とを熱交換させる凝縮器２０、冷媒を膨張させることで減圧させる減圧機構としての膨張弁２８、供給空気と冷媒とを熱交換させる蒸発器２４を介設している。圧縮機２７の冷媒吐出口には冷媒の吐出温度を検知するための吐出温センサー２９が設けられており、吐出温センサー２９で検出された値は制御手段３０で各アクチュエーターの動作制御に利用される。圧縮機２７に供給される電力は制御手段３０に設けられた電流センサー３１にてその電流値を計測しながら供給される。

吸込口１６には浴室３からの吸気を閉止するための第一の閉止機構としての第一ダンパ３２が設けられており、第一ダンパ３２を閉止することで浴室３からの空気の吸引を停止することができる。また、第一換気口２３には脱衣室４及びトイレ５からの空気の吸引を閉止するための第三の閉止機構としての第二ダンパ３３が設けられており、第二ダンパ３３を閉止することで脱衣室４及びトイレ５からの空気の吸引を停止することができる。さらに、第二風路２２内の蒸発器２４より下流で換気ファン１２より上流の第一風路１９と隣接する部分には第二風路２２と第一風路１９を連通する除湿風路３４が設けられており、除湿風路３４内には第二風路２２と第一風路１９の連通を閉止するための除湿風路閉止手段としての除湿ダンパ３５が設けられている。

除湿風路３４は第一風路１９の吸込口１６より下流で凝縮器２０より上流の位置に連通されており、除湿ダンパ３５開放時には第二風路２２内の蒸発器２４を通過後の空気が除湿風路３４を介して第一風路１９内の凝縮器２０に通風されるようになっている。除湿ダンパ３５閉止時には第一風路１９及び第二風路２２は隔絶されており、それぞれの風路内を流通する空気は混合されること無く通風される。第二風路２２内の第一換気口２３より下流で蒸発器２４よりも上流の位置には浴室３内の空気を第二風路２２内に導入するための第二の吸込口としての第二吸込口３６が設けられており、第二吸込口３６には第二吸込口３６を閉止するための第二の閉止機構としての第三ダンパ３７が設けられている。前述した各ダンパを各運転モードに応じて適宜開閉することで各運転モードに最適な風路に切替を行うことが可能となる。

次に換気機能を備えた空調装置の運転動作について説明する。表１は各運転パターンにおける各構成要素の動作状態を示す一覧表である。以下、それぞれの運転モードについて詳細に説明する。

まず、暖房運転モードにおいては、第一ダンパ３２、第二ダンパ３３を開放し、第三ダンパ３７、除湿ダンパ３５を閉止した状態で運転を行う。この場合、吸込口１６から吸引された浴室３内の空気は凝縮器２０で昇温された後、循環ファン２１で浴室３に循環送風され浴室３内を暖房する。第一換気口２３から吸引された脱衣室４及びトイレ５内の空気は蒸発器２４で吸熱され温度を下げられた状態で換気ファン１２により屋外に排気される。蒸発器２４により脱衣室４及びトイレ５内の空気から吸熱された熱は凝縮器２０により浴室３内に供給されるため、居住空間１内で空調装置１４等により空調された熱を換気により屋外に無駄に排出することなく浴室３内に回収することで効率よく暖房を行うことが可能となる。

暖房運転時に圧縮機２７に供給される電力は電流センサー３１により供給される電流値を検出しながら圧縮機２７に供給されている。また、膨張弁２８における減圧量は制御手段３０にてその開度を制御されており、開度を調整することで減圧量を変更させて冷凍サイクルの運転状態を最適な値に保つように制御されている。

減圧量の制御は、吐出温センサー２９にて検出された吐出温、電流センサーにて検出された圧縮機供給電流、膨張弁２８の開度から求められる圧縮機２７の吐出圧力を基に行われる。通常、暖房運転時には、凝縮器２０における冷媒温度がもっとも高くなる状態で運転することによって凝縮器２０と熱交換を行う被暖房対象空気の温度を高くすることができるため、暖房能力が最も高くなる。一般的に、凝縮器２０における冷媒温度を高くするためには膨張弁２８における減圧量を大きくすることで冷媒の循環量を低減させ、吐出温度を上昇させる方法がとられる。ただし、膨張弁２８における減圧量を大きくすると圧縮機２７における冷媒の吸込温度も低下するため、ある特定の減圧量を境に逆に吐出温度が低下する状態となるため、吐出温センサー２９にて検出された吐出温が大きくなる範囲内で減圧量を増加させ、吐出温度が低下した際には減圧量を減少させるように膨張弁２８を動作させる。このように膨張弁２８を動作させる中で、吐出温度が圧縮機２７の使用範囲内で運転されているにもかかわらず、吐出圧力が使用上限圧を超えてしまう場合がある。例えば、浴室のように通常の居室等と違い、高温高湿な状態となる環境で使用する場合、凝縮器２０や蒸発器２４に供給される空気が高温高湿な状態となり、凝縮器２０と蒸発器２４における熱収支のバランスが変化し、吐出圧力の上昇が大きくなる状態が発生する。このような状態の場合、吐出温度が上限値に到達しない場合でも膨張弁２８の減圧量を低下させ、吐出圧力を低下させる必要がある。

吐出圧力の検出においては、図４（ａ）に示すように、圧縮機２７に供給される電力の電流値（Ｘ）と吐出圧力（Ｙ）の間に特定の状態で比例関係（Ｙ＝ＡＸ）が存在するため、この関係を用いて吐出圧力の推定を行う（下記関係式参照）。電流センサー３１により検出された圧縮機２７への供給電流を基に供給電流と吐出圧力の関係式より算出する。この関係式においては、事前に取得した試験結果等を基に係数を決定するが、電流値と吐出圧力の関係は吐出温度、膨張弁２８における減圧量、凝縮器２０に供給される空気の温度に影響を受ける。そこで、吐出圧力を推定するための関係式には前述の吐出温度、減圧量の関数である膨張弁開度、凝縮器２０に供給される空気の温度をパラメータとして含め、事前に行った試験により下記に示す関係式の定数を決定する。図４（ａ）に示すグラフは、吐出温度（例えば８０℃程度）、膨張弁の開度（例えば０−５４０の間で開閉可能な弁の開度を１００の開度にした状態）、吸込空気温度（例えば３５℃程度）を一定とした場合の圧縮機供給電流値と吐出圧力の関係を示すグラフであるが、この関係式は凝縮器２０や蒸発器２４のサイズやその他の構成の差異によって得られる定数（下記関係式におけるＡ〜Ｃの値）が変化する。このため、事前に実験的にこれらの定数の値を求め、関係式を求めておく必要がある。得られた関係式に運転中におけるそれぞれのパラメータの値を用いることで圧縮機の吐出圧力を推定することが可能となる。
関係式：Ｙ＝ａＸ
Ｙ：吐出圧力
Ｘ：圧縮機供給電流値
ａ：定数
ａ＝ＡＸ１＋ＢＸ２＋ＣＸ３
Ａ〜Ｃ：定数
Ｘ１：吐出温度
Ｘ２：膨張弁開度
Ｘ３：吸込空気温度
推定した吐出圧力が圧縮機２７の使用上限圧に近づいた場合、膨張弁２８における減圧量を低下させ、吐出圧力が使用上限圧を超えないように制御を行う。

ただし、凝縮器２０や蒸発器２４に供給する空調対象空気の風量が何らかの要因で変化した場合、変化した風量によっては前述の関係式を満たさない場合が発生する。図４（ｂ）は電流値（例えば８Ａ程度）、吐出温度（例えば８０℃程度）、膨張弁開度（例えば０−５４０の間で開閉可能な弁の開度を１００の開度にした状態）、空気温度（例えば３５℃程度）を一定とした場合の風量と吐出圧力の関係を示す図であるが、前述の電流値、吐出温度、膨張弁開度、空気温度の場合と異なり、風量の変化と吐出圧力の関係が図４（ｂ）に示すように単純な比例関係に無いことが原因であるが、これに対して、供給される風量を複数（例えば図４（ｂ）に示す０〜１ｍ³／ｍｉｎ、１〜３ｍ³／ｍｉｎ、３ｍ³／ｍｉｎ以上の３領域）の領域にわけ、それぞれの領域において前述の関係式を用いることでそれぞれの風量範囲においては関係式を満たすようになるため、風量ごとに関係式を切り替えて吐出圧力の推定を行う。ここで示した一例では実験で求めた風量と吐出圧力のグラフから、直線近似できる領域に分けることで３つの領域に分けて関係式を求めているが、実験で得られた結果によってはさらに多くの関係式を必要とする場合もある。

このように、圧縮機２７の吐出圧力を推定することで、凝縮器２０における冷媒温度を高めながら、高温高湿な空調対象空間への空調時においても吐出圧力が使用上限圧を超えることなく運転を行うことが可能となり、暖房能力を高めながら安全に運転を継続することができる。

前述の制御方法は吐出圧力が先に上限値に到達する場合を例に説明したが、実際には吐出温度のみが上限値に到達する場合もある。そこで、吐出温度、吐出圧力の上限値に近いいずれかの値を基に膨張弁２８における減圧量の制御を行うことが望ましい。しかしながら、吐出圧力と吐出温度は単位系が違うため使用範囲全体に対する上限値からの差の比を基に制御対象パラメータを設定する。例えば、圧縮機２７の仕様範囲に対して上限値から５％程度の範囲に入った場合（例えば、吐出圧力仕様範囲が０〜４ＭＰａに対し３．８ＭＰａ以上、吐出温度仕様範囲が０〜１００℃に対し９５℃以上）に制御対象パラメータとして制御対象を切り替えることが望ましい。吐出圧力、吐出温度の両者が共に上記の範囲に到達していない場合には吐出圧力もしくは吐出温度のいずれかをデフォルトパラメータとして固定して制御を行い、残ったパラメータについては監視のみを行う。このようにすることで吐出圧力、吐出温度のどちらが先に上限値に近づいた場合においても上限値を超えることなく運転を継続することが可能となる。

次に、浴室換気運転モードにおいては、第三ダンパ３７を開放し、第一ダンパ３２、第二ダンパ３３、除湿ダンパ３５を閉止した状態で運転を行う。この場合、換気ファン１２のみを運転し、循環ファン２１の運転は停止する。換気ファン１２により第二吸込口３６から吸い込まれた浴室３内の空気は換気ファン１２により換気吹出口２５より屋外に排気される。この際、圧縮機２７の運転は行われておらず、蒸発器２４における吸熱も行われないため、浴室３内の空気はそのまま屋外に排気されることになる。

次に、他室換気モードにおいては第二ダンパ３３を開放し、第一ダンパ３２、第三ダンパ３７、除湿ダンパ３５を閉止した状態で運転を行う。この場合、換気ファン１２のみを運転し、循環ファン２１の運転は停止する。換気ファン１２により第一換気口２３から吸引された脱衣室４及びトイレ５内の空気は換気ファン１２により換気吹出口２５より屋外に排気される。この際、圧縮機２７の運転は行われておらず、蒸発器２４における吸熱も行われないため、脱衣室４及びトイレ５内の空気はそのまま屋外に排気されることになる。

次に、乾燥運転モードについて解説する。乾燥運転モードでは除湿ダンパ３５及び第三ダンパ３７を開放し、第一ダンパ３２及び第二ダンパ３３を閉止した状態で運転を行う。この場合、循環ファン２１のみを運転し、換気ファン１２の運転は停止する。このような風路構成をとることで、循環ファン２１により第二吸込口３６から浴室３内の空気が蒸発器２４に供給された後、凝縮器２０を経て浴室３に供給される。蒸発器２４に供給された空調対象空気は蒸発器２４表面上で熱を奪われ温度が下がる際に内部に含まれる水分が蒸発器２４表面に結露し、絶対湿度が低下した状態で凝縮器２０へ供給される。絶対湿度が低下した空調対象空気は凝縮器２０において加熱され、温度が上昇することで本体６流入前よりも絶対湿度、相対湿度が共に低下した状態で再び空調対象空間である浴室３に戻される。このように湿度の低下した空気を供給することで被乾燥対象物の乾燥運転を実施する。

乾燥運転実施時においては、蒸発器２４の温度がもっとも低くなる状態が空調対象空気の絶対湿度低減という観点からは望ましい状態といえる。このため、乾燥運転時の運転動作としては蒸発器２４の温度がもっとも低くなるように膨張弁２８の減圧量を調整することが望ましい。そこで、蒸発器２４には蒸発器２４の温度を検知するための蒸発器温度センサー３８が設けられており、蒸発器温度センサー３８で得られた値を基に膨張弁２８の開度を決定する。この際、蒸発器２４表面には結露した水が多数存在するため、結露水が蒸発器表面に凍結しない範囲（例えば０℃以上）で膨張弁２８の開度を制御する。

この際、前述の暖房運転時と同様に、浴室３のような高温高湿の空間を空調対象空間とする場合には膨張弁２８における減圧量を増加させることで蒸発器２４の温度が目標温度まで低下する前に圧縮機２７の吐出圧力が使用上限圧力に到達する場合がある。よって、暖房時と同様に事前に得られた試験結果より冷房時の電流値、吐出温度、膨張弁開度及び吸い込み空気温度と吐出圧力の関係式を求め、検出した検出値から吐出圧力を推定し、吐出圧力が使用上限圧力に近づいた場合には膨張弁２８の開度を大きくし減圧量を低減することで吐出圧力が使用上限圧力を超えないように制御を行う。

このような制御を行うことで、乾燥運転時においても圧縮機２７の仕様範囲内でもっとも乾燥（除湿）能力が発揮できるように膨張弁２８における減圧量を制御することが可能となる。

次に冷房運転モードについて説明する。冷房運転モードでは、暖房運転モードにおけるダンパー位置にするのと共に、冷媒回路２６上に設けられた、冷媒の流通方向を逆転させる四方弁３９を切り替えることにより暖房時に凝縮器２０として使用していた熱交換器を蒸発器２４に、また、暖房時に蒸発器２４として使用していた熱交換器を凝縮器２０として使用することで空調対象空間の冷房を実施する。

冷房運転実施時においては、蒸発器２４の温度がもっとも低くなる状態が空調対象空気の温度低減という観点からは望ましい状態といえる。このため、冷房運転時の運転動作としては蒸発器２４の温度がもっとも低くなるように膨張弁２８の減圧量を調整することが望ましい。そこで、蒸発器２４には蒸発器２４の温度を検知するための蒸発器温度センサー３８が設けられており、蒸発器温度センサー３８で得られた値を基に膨張弁２８の開度を決定する。この際、蒸発器２４表面には結露した水が多数存在するため、結露水が蒸発器表面に凍結しない範囲（例えば０℃以上）で膨張弁２８の開度を制御する。

このような制御を行うことで、冷房運転時においても圧縮機２７の仕様範囲内でもっとも冷房能力が発揮できるように膨張弁２８における減圧量を制御することが可能となる。

これまで説明した圧縮機２７を駆動する各運転モードにおいては、前述のような膨張弁２８の制御を行うに当たって、空調対象空間である浴室３の温度によっては、膨張弁２８における減圧量を最小にしたにもかかわらず圧縮機２７の吐出圧力が上限値を超えてしまう場合がある。このような場合、推定した吐出圧力を基に圧縮機２７の運転を停止し、吐出圧力が上限値を超えないように制御を行う。圧縮機２７の運転停止後から所定の期間（例えば５分程度）経過した場合には自動的に圧縮機２７の運転を再開し、空調を再開する。

乾燥運転モードにおいては、前述の圧縮機２７の停止、運転を繰り返す状態は空調対象空間である浴室３内の温度が高いことが原因である場合が大半である。このような状態では蒸発器２４の温度は充分に除湿ができる温度まで低下させることができず、浴室３内の空気を除湿することができなくなる。そこで、乾燥運転モードにおいては圧縮機２７の停止運転を所定の回数（例えば３回程度）繰り返した場合、換気ファン１２の運転を開始し、浴室３から屋外への排気を実施する。排気に伴い、浴室３へは脱衣室４等から比較的低温（例えば２０℃程度）の空気が流入し、浴室３内の温度は徐々に低下する。そこで浴室３内の温度が充分に除湿ができる温度（例えば３０℃程度）まで低下した場合には換気ファン１２の運転を停止し、浴室３への絶対湿度の流入を停止する。このような運転を実施することで継続的に乾燥空気を被乾燥対象物に供給することが可能となり、被乾燥対象物の乾燥時間を短縮することができるようになる。

以上、説明した構成及び動作により、本実施の形態の換気機能を備えた空調装置は浴室のような高温高湿の空間で使用する場合においても圧縮機の吐出圧力を推定し、圧縮機の運転状態を使用上限圧以下の範囲でもっとも効率のよい状態で運転することが可能となる。

また、それぞれの運転モードにおいて冷凍サイクルの運転状態をもっとも能力（暖房能力、乾燥能力、冷房能力）が発揮できる状態に維持することが可能となる。

なお、以上説明した内容は、発明を実施するための一形態についてのみ説明したものであり、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、本実施の形態では暖房能力、乾燥能力、冷房能力を最大とするための膨張弁の制御について説明したが、吐出圧力の実使用上限圧を設定することによって、運転時の消費電力を従来の運転よりも抑えるいわゆる省電力運転を実施することも可能であり、圧縮機の吐出圧力を推定することにより、冷凍サイクルの運転状態を把握、制御するという観点においてはその作用効果に差異を生じない。望ましくは、能力を重視する運転状態と省電力を重視する運転状態を切り分け、使用者が望む状態に切り替えて使用できることが望ましい。

また、本実施の形態においては冷房運転を実施する際に、冷媒の流通経路を逆転させる四方弁を用いて冷房を行う方法を記載したが、空調対象空間に対し冷房送風できる構成であればよく、その作用効果に差異を生じない。例えば暖房時には凝縮器からの送風経路を空調対象空間に接続して暖房を実施すると共に蒸発器からの送風経路を屋外に接続することで冷熱の屋外排出を行うのに対し、冷房時には蒸発器からの送風経路を空調対象空間に接続するための切替風路を設けると共に凝縮器からの送風経路を屋外に接続する切替風路を設けることで冷媒の流通経路を切り替えることなく暖房運転と冷房運転を切り替えることが可能となるが、この際にも前述した吐出圧力の推定方法を用いることで冷凍サイクルの動作状態を把握し、適正な運転を実施することが可能となる。

浴室等の高温高湿空間に取り付けた空調装置において冷凍サイクルを用いた空調を行う際に、圧縮機の吐出圧力を推定することでより効率的にまた、より安全に空調対象空間の空調を行うことができ、浴室に限らず一般住居内の高温高湿な空間の空調や非居住空間における空調装置などとしても利用できる。

本発明の居住空間への設置例を示す概略図（ａ）は、本発明の実施の形態における換気機能を備えた空調装置の本体６の内部を上から見た風路構成の概略図、（ｂ）は、同換気機能を備えた空調装置の本体６を浴室３に取付けた際の内部を側面から見た風路構成の概略図同空調装置に用いられる冷媒回路の概略図同吐出圧力推定に用いられる関係式の概念図従来の空調装置における本体構成の概略図

符号の説明

１居住空間
２リビング
３浴室
４脱衣室
５トイレ
６本体
７第一排気ダクト
８第一排気口
９第二排気ダクト
１０第二排気口
１１第三排気ダクト
１２換気ファン
１３給気口
１４空調装置
１５ドア
１６吸込口
１７吹出口
１８フィルター
１９第一風路
２０凝縮器
２１循環ファン
２２第二風路
２３第一換気口
２４蒸発器
２５換気吹出口
２６冷媒回路
２７圧縮機
２８膨張弁
２９吐出温センサー
３０制御手段
３１電流センサー
３２第一ダンパ
３３第二ダンパ
３４除湿風路
３５除湿ダンパ
３６第二吸込口
３７第三ダンパ
３８蒸発器温度センサー
３９四方弁
１０１室内機
１０２凝縮器
１０３循環送風機
１０４室外機
１０５蒸発器
１０６送風ファン
１０７圧縮機
１０８膨張弁
１０９冷媒回路

Claims

圧縮機と、凝縮器と、減圧機構と、蒸発器と、凝縮器に空調対象空間の空気を送風する凝縮器用ファンと蒸発器に吸熱対象空気を送風するための蒸発器用ファンを用いた冷凍サイクルにより空調対象空間を空調する空調装置において、前記圧縮機への入力を検知し、検知した入力値を基に前記圧縮機の吐出圧力を推定し、
推定した前記圧縮機の吐出圧力を基に減圧機構における減圧量を調整し、
前記圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知手段をさらに設け、前記凝縮器を通風した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、減圧機構における減圧量が圧縮機の吐出圧力が上限圧以下の範囲で吐出温度がもっとも高くなるように調整することを特徴とする空調装置。
検知する圧縮機への入力値が電流値であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
検知する圧縮機への入力値が電流値と電圧値の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
推定した圧縮機の吐出圧力が所定の圧力を超えた場合に減圧機構における減圧量を低減することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空調装置。
圧縮機の吐出温度を検知するための吐出温度検知手段をさらに設け、減圧機構における減圧量が圧縮機の吐出圧力または吐出温度のうち、上限圧力もしくは上限温度のいずれか近いほうの値を基に減圧量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空調装置。
蒸発器における冷媒温度を検知する蒸発器温度検知手段をさらに設け、凝縮器を通過した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、前記蒸発器温度検知手段で検知した蒸発器温度と吐出温度と吐出圧力に基づいて減圧機構における減圧量を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空調装置。
凝縮器を通過した空気を空調対象空間に供給する暖房運転時に、蒸発器温度が蒸発器表面に発生した結露水が氷結しない温度範囲内でもっとも低くなるように減圧機構における減圧量を調整することを特徴とする請求項６に記載の空調装置。
減圧機構の減圧量の調整により減圧機構における減圧量が最小となったにもかかわらず、吐出圧力が上限値を超えた場合に圧縮機の運転を停止することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の空調装置。