JP5533926B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、除湿運転を行うことができる空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機には、主熱交換器の背面側に補助熱交換器を配置して、補助熱交換器だけで冷媒を蒸発させて局所的に除湿を行うことで、低負荷時（圧縮機の回転数が低いとき）、例えば、室温と設定温度との差が十分に小さく必要な冷却能力が小さいときでも除湿ができるようにした空気調和機がある。

特開平９−１４７２７

しかし、この空気調和機において、室内温度が高いときに、最初から補助熱交換器だけを冷やす方式を取ると、冷却能力が不足し、部屋の温度をすぐに下げられない。

したがって、除湿運転を行った場合に、ＣＯＰが悪化するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、除湿運転のためのＣＯＰ悪化の影響を最小限とできる空気調和機を提供することである。

第１の発明にかかる空気調和機は、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを接続した冷媒回路を備え、前記室内熱交換器の全体を蒸発域とする冷房運転と、室内熱交換器の一部分を蒸発域とする除湿運転を行う空気調和機であって、除湿運転時において、前記室内熱交換器の最風上側の液入口近くの一部分が蒸発域となるとともに、前記室内熱交換器の最風上側の前記蒸発域の下流側が過熱域となるように前記圧縮機及び前記膨張弁が制御され、除湿運転を選択して運転が開始されるときに負荷が大きい場合は、冷房運転を開始した後で、負荷の減少に応じて除湿運転に切り換わることを特徴とする。

この空気調和機では、除湿運転を選択して運転が開始されるときに負荷が大きい場合、冷房運転でも熱交換器の温度が低いため、十分な除湿が可能であるので、冷房運転を開始することで、効率良く、除湿と冷房を同時に行うことが可能である。そして、室内の温度が低下して、負荷が小さくなってくると、冷房運転では、蒸発温度が高くなって除湿できなくなるため、その時点で除湿運転に切り換える。これにより、除湿運転のためのＣＯＰ悪化の影響を最小限とできる。

第２の発明にかかる空気調和機では、第１の発明にかかる空気調和機において、室内温度と設定温度との差に基づいて負荷を検知することを特徴とする。

この空気調和機では、室内温度と設定温度との差に基づいて負荷を検知できる。

第３の発明にかかる空気調和機では、第１または第２の発明にかかる空気調和機において、前記圧縮機の周波数に基づいて負荷を検知することを特徴とする。

この空気調和機では、圧縮機の周波数に基づいて負荷を検知できる。

第４の発明にかかる空気調和機は、第１−第３のいずれかの発明にかかる空気調和機において、冷房運転を開始した後において、蒸発温度が所定温度より低い場合は除湿運転に切り換わらないことを特徴とする。

この空気調和機では、負荷が所定値以下まで小さくなったときに、蒸発温度が所定値より低いので、冷房運転から除湿運転に切り換えなくても除湿できる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、負荷が大きい場合、冷房運転でも熱交換器の温度が低いため、十分な除湿が可能である。よって、冷房運転を開始することで、効率良く、除湿と冷房を同時に行うことが可能である。そして、室内の温度が低下して、負荷が小さくなってくると、冷房運転では、蒸発温度が高くなって除湿できなくなるため、その時点で除湿運転に切り換える。これにより、除湿運転のためのＣＯＰ悪化の影響を最小限とできる。

第２の発明では、室内温度と設定温度との差に基づいて負荷を検知できる。

第３の発明では、圧縮機の周波数に基づいて負荷を検知できる。

第４の発明では、負荷が所定値以下まで小さくなったときに、蒸発温度が所定値より低いので、冷房運転から除湿運転に切り換えなくても除湿できる。

本発明の実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る空気調和機の室内機の概略断面図である。 室内熱交換器の構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係る空気調和機の制御部を説明する図である。 膨張弁において開度を変化したときの流量変化の一例を示している。 本発明の実施形態に係る空気調和機の動作を説明する図である。

以下、本発明に係る空気調和機１の実施の形態について説明する。

＜空気調和機１の全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の空気調和機１は、室内に設置される室内機２と、室外に設置される室外機３とを備えている。そして、空気調和機１は、圧縮機１０と、四方弁１１、室外熱交換器１２と、膨張弁１３と、室内熱交換器１４とを接続した冷媒回路を備えている。冷媒回路において、圧縮機１０の吐出口に四方弁１１を介して室外熱交換器１２が接続され、その室外熱交換器１２に膨張弁１３が接続される。そして、膨張弁１３に室内熱交換器１４の一端が接続され、その室内熱交換器１４の他端に四方弁１１を介して圧縮機１０の吸込口が接続される。室内熱交換器１４は、補助熱交換器２０と、主熱交換器２１とを有している。

空気調和機１は、冷房運転モード、所定の除湿運転モードおよび暖房運転モードにおける運転が可能であって、リモコンによって、いずれかの運転を選択して運転開始操作を行ったり、運転切換操作や運転停止操作を行うことができる。また、リモコンでは、室内温度の設定温度を設定したり、室内ファンの回転数を変化させることによって室内機２の風量を変更できる。

冷房運転モードおよび所定の除湿運転モードでは、図示実線矢印で示すように、圧縮機１０から吐出された冷媒が四方弁１１から室外熱交換器１２、膨張弁１３、補助熱交換器２０、主熱交換器２１へと順に流れ、主熱交換器２１を経た冷媒が四方弁１１を通って圧縮機１０に戻る冷房サイクルまたは除湿サイクルが形成される。すなわち、室外熱交換器１２が凝縮器、室内熱交換器１４（補助熱交換器２０および主熱交換器２１）が蒸発器として機能する。

一方、暖房運転モードでは、四方弁１１が切換わることにより、図示破線矢印で示すように、圧縮機１０から吐出される冷媒が四方弁１１から主熱交換器２１、補助熱交換器２０、膨張弁１３、室外熱交換器１２へと順に流れ、室外熱交換器１２を経た冷媒が四方弁１１を通って圧縮機１０に戻る暖房サイクルが形成される。すなわち、室内熱交換器１４（補助熱交換器２０および主熱交換器２１）が凝縮器、室外熱交換器１２が蒸発器として機能する。

室内機２は、上面に室内空気の吸込口２ａを有し、前面下部に空調用空気の吹出口２ｂとを有している。室内機２内には、吸込口２ａから吹出口２ｂに向かって空気流路が形成され、この空気流路には、室内熱交換器１４と、横流型の室内ファン１６が配置される。したがって、室内ファン１６が回転すると、室内空気が吸込口２ａから室内ユニット１内に吸込まれる。室内機２の前側において、吸込口２ａからの吸込み空気は、補助熱交換器２０と主熱交換器２１を通って室内ファン１６側に流れる。一方、室内機２の背面側において、吸込口２ａからの吸込み空気は、主熱交換器２１を通って室内ファン１６側に流れる。

室内熱交換器１４は、上述したように、補助熱交換器２０と、冷房運転モードおよび所定の除湿運転モードで運転されているときに、補助熱交換器２０の下流側に配置された主熱交換器２１を有している。主熱交換器２１は、室内機２の前面側に配置された前面熱交換器２１ａと、室内機２の背面側に配置された背面熱交換器２１ｂとを有しており、この熱交換器２１ａ、２１ｂが、室内ファン１６を囲むように逆Ｖ字状に配置される。そして、補助熱交換器２０が前面熱交換器２１ａの前方に配置される。補助熱交換器２０および主熱交換器２１（前面熱交換器２１ａ、背面熱交換器２１ｂ）は、それぞれ、熱交換パイプおよび多数枚のフィンを備えている。

冷房運転モードおよび所定の除湿運転モードでは、図３に示すように、補助熱交換器２０の下方の端部近くに配置された液入口１７ａから液冷媒が供給され、その供給された液冷媒は、補助熱交換器２０の上端に近付くように流れる。そして、補助熱交換器２０の上端近くに配置された出口１７ｂから流れ出て分岐部１８ａに流れる。分岐部１８ａにおいて分岐された冷媒が、それぞれ、主熱交換器２１の３つの入口１７ｃから、前面熱交換器２１ａの下方部分と上方部分と背面熱交換器２１ｂに供給され、その後、出口１７ｄから流れ出て合流部１８ｂで合流する。また、暖房運転モードでは、冷媒が上記と反対方向に流れる。

そして、空気調和機１では、所定の除湿運転モードでの運転が行われているとき、補助熱交換器２０の液入口１７ａから供給された液冷媒は、補助熱交換器２０の途中で全て蒸発する。したがって、補助熱交換器２０の液入口１７ａ近くの一部の範囲だけが、液冷媒が蒸発する蒸発域である。よって、所定の除湿運転モードで運転されているとき、室内熱交換器１４において、補助熱交換器２０の上流側の一部だけが蒸発域であって、補助熱交換器２０の蒸発域の下流側の範囲と主熱交換器２１とは、いずれも過熱域である。

そして、補助熱交換器２０の上端近くの過熱域を流れた冷媒が、補助熱交換器２０の下方部分の風下側に配置された前面熱交換器２１ａの下方部分を流れる。したがって、吸込口２ａからの吸込空気において、補助熱交換器２０の蒸発域で冷却された空気は、前面熱交換器２１ａで加熱された後で、吹出口２ｂから吹き出される。一方、吸込口２ａからの吸込空気において、補助熱交換器２０の過熱域と前面熱交換器２１ａを流れた空気と、背面熱交換器２１ｂを流れた空気とは、室内温度と略同一の温度で、吹出口２ｂから吹き出される。

空気調和機１では、図１に示すように、室外機３に、冷媒回路において膨張弁１３の下流側において蒸発温度を検知する蒸発温度センサ３０が取り付けられる。そして、室内機２に、室内温度（室内機２の吸込口２ａからの吸込空気の温度）を検知する室内温度センサ３１と、補助熱交換器２０において液冷媒の蒸発が終了したことを検知する室内熱交温度センサ３２が取付けられる。

室内熱交温度センサ３２は、図３に示すように、補助熱交換器２０の上端近くの風下側に配置される。そして、補助熱交換器２０の上端近くの過熱域では、吸込口２ａからの吸込空気がほとんど冷却されない。したがって、室内熱交温度センサ３２で検知される温度が、室内温度センサ３１で検知される室内温度と略同一である場合には、補助熱交換器２０の途中で蒸発が終了して、補助熱交換器２０の上端近くの範囲が過熱域であることを検知できる。また、室内熱交温度センサ３２は、室内熱交換器１４の中間部の伝熱管に配置される。したがって、室内熱交換器１４の中間部近くにおいて、冷暖房運転での凝縮温度または蒸発温度を検知できる。

図４に示すように、空気調和機１の制御部には、圧縮機１０と、四方弁１１、膨張弁１３と、室内ファン１６を駆動するモータ１６ａと、蒸発温度センサ３０と、室内温度センサ３１と、室内熱交温度センサ３２とが接続される。したがって、制御部は、リモコンからの指令（運転開始操作や室内温度の設定温度等）や、蒸発温度センサ３０で検知される蒸発温度、室内温度センサ３１で検知される室内温度（吸込空気の温度）、室内熱交温度センサ３２で検知される熱交中間温度に基づいて空気調和機１の運転を制御する。

そして、空気調和機１では、所定の除湿運転モードにおいて、補助熱交換器２０が、液冷媒が蒸発する蒸発域と蒸発域の下流側の過熱域を有するが、この蒸発域の範囲が、負荷に応じて変化するように、圧縮機１０及び膨張弁１３が制御される。ここで、負荷に応じて変化するとは、蒸発域に供給される熱量に応じて変化することであって、熱量は例えば室内温度（吸込空気の温度）と室内風量によって決まる。また、負荷は、必要除湿能力（必要冷房能力）に対応しており、例えば室内温度と設定温度との差に基づいて検知できる。

圧縮機１０は、室内温度と設定温度との差に基づいて制御される。室内温度と設定温度との差が大きい場合に負荷が大きいことから圧縮機１０の周波数が増加され、室内温度と設定温度との差が小さい場合に負荷が小さいことから、圧縮機１０の周波数が減少するように制御される。

膨張弁１３は、蒸発温度センサ３０で検知される蒸発温度に基づいて制御される。上述したように、圧縮機１０の周波数が制御された状態において、蒸発温度が目標蒸発温度（１２℃）近くの所定範囲（１０℃−１４℃）内の温度になるように、膨張弁１３が制御される。この蒸発温度の所定範囲は、圧縮機１０の周波数によらず一定に制御されるのが好ましい。ただし、周波数によって、わずかに変化するようにしても実質的に一定であれば問題ない。

このように、所定の除湿運転モードにおいて、負荷に応じて圧縮機１０及び膨張弁１３を制御することによって、補助熱交換器２０の蒸発域の範囲を変化して、蒸発温度が所定範囲内の温度になるようにできる。

空気調和機１では、補助熱交換器２０及び前面熱交換器２１ａが、１２段の伝熱管をそれぞれ有している。そして、所定の除湿運転モードにおいて補助熱交換器２０の蒸発域となる段数が、前面熱交換器２１ａの段数の半分以上である場合、補助熱交換器の蒸発域の範囲を十分に広くできるので負荷の変動に十分に対応できる。特に負荷が大きい場合に効果がある。

図５は、膨張弁１３において開度を変化したときの流量変化を示している。膨張弁１３は、入力される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化する。そして、開度が減少するにつれて、膨張弁１３を流れる冷媒の流量が減少する。膨張弁１３では、開度ｔ０のときに全閉状態であって、開度ｔ０からｔ１の間では、開度が増加するにつれて流量が第１の傾きにしたがって増加し、開度ｔ１からｔ２の間では、開度が増加するにつれて流量が第２の傾きにしたがって増加する。ここで、第１の傾きは、第２の傾きより大きい。

補助熱交換器２０の蒸発域の範囲が変化するように行われる制御について、一例を説明する。例えば、所定の除湿運転モードにおいて、補助熱交換器２０の蒸発域の範囲が所定面積であるときに負荷が大きくなった場合、圧縮機１０の周波数が増加されると共に、膨張弁１３の開度が大きく変更される。したがって、補助熱交換器２０の蒸発域の範囲が所定面積より大きくなって、室内機２に吸い込まれた風量が一定であっても、実際に蒸発域を通過する風量が増加する。

一方、所定の除湿運転モードにおいて、補助熱交換器２０の蒸発域の範囲が所定面積であるときに負荷が小さくなった場合、圧縮機１０の周波数が減少されると共に、膨張弁１３の開度が小さく変更される。したがって、補助熱交換器２０の蒸発域の範囲が所定面積より小さくなって、室内機２に吸い込まれた風量が一定であっても、実際に蒸発域を通過する風量が減少する。

空気調和機１のリモコンにおいて、除湿運転を選択して運転が開始される操作（除湿運転開始操作）が行われた場合の動作を説明する。空気調和機１では、除湿運転開始操作が行われたときに負荷が大きい場合は、除湿運転を開始しないで冷房運転を開始した後で、負荷の減少に応じて除湿運転に切り換わる。

そして、空気調和機１では、負荷が、室内温度と設定温度との差に対応して変化する圧縮機の周波数に基づいて検知される。したがって、空気調和機１では、圧縮機の周波数が所定周波数より小さい場合に、負荷が小さく、冷房運転では蒸発温度が高くなって除湿できない状態であることを検知する。また、空気調和機１では、蒸発温度（蒸発温度センサ３０で検知される蒸発温度または室内熱交温度センサ３２で検知される熱交中間温度）を検知して、その蒸発温度が所定温度より低い場合、冷房運転でも十分な除湿ができることから、除湿運転に切り換わらない。したがって、空気調和機１では、圧縮機周波数が所定周波数より小さく、蒸発温度が所定温度より高い場合に、除湿運転が開始される。

まず、リモコンにおいて除湿運転開始操作が行われると（ステップＳ１）、圧縮機周波数が所定周波数より小さく、蒸発温度が所定温度より高いか否かを判断する（ステップＳ２）。所定周波数は、除湿運転モードにおける上限周波数である。所定温度とは、冷房運転における除湿限界温度である。そして、圧縮機周波数が所定周波数以上、または、蒸発温度が所定温度以下と判断した場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、冷房運転を開始する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ２の判断が繰り返される。一方、ステップＳ２において、圧縮機周波数が所定周波数より小さく、蒸発温度が所定温度より高いと判断した場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、除湿運転を開始する（ステップＳ４）。

＜本実施形態の空気調和機の特徴＞
本実施形態の空気調和機１では、除湿運転開始操作が行われたときに負荷が大きい場合、冷房運転でも熱交換器の温度が低いため、十分な除湿が可能であるので、冷房運転を開始することで、効率良く、除湿と冷房を同時に行うことが可能である。そして、室内の温度が低下して、負荷が小さくなってくると、冷房運転では、蒸発温度が高くなって除湿できなくなるため、その時点で除湿運転に切り換える。これにより、除湿のためのＣＯＰ悪化の影響を最小限とすることが可能となる。

また、本実施形態の空気調和機１では、除湿運転開始操作によって冷房運転を開始した後において、蒸発温度が所定温度より低い場合は除湿運転に切り換わらない。この場合、蒸発温度が所定値より低いので、冷房運転から除湿運転に切り換えなくても除湿できる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

上述の実施形態において、補助熱交換器と主熱交換器とが一体に構成されてもよい。したがって、この場合、室内熱交換器が一体に構成され、室内熱交換器の最風上側に、補助熱交換器に対応した部分が設けられ、その風下側に、主熱交換器に対応した部分が設けられる。

また、上述の実施形態では、冷房運転モード、所定の除湿運転モードおよび暖房運転モードでの運転を行う空気調和機について説明したが、所定の除湿運転モードの他の方法で除湿運転を行う除湿運転モードでの運転を行う空気調和機であってもよい。

本発明を利用すれば、除湿運転のためのＣＯＰ悪化の影響を最小限とできる。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
１０ 圧縮機
１２ 室外熱交換器
１３ 膨張弁
１４ 室内熱交換器
１６ 室内ファン
２０ 補助熱交換器
２１ 主熱交換器

Claims (4)

1. 圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを接続した冷媒回路を備え、前記室内熱交換器の全体を蒸発域とする冷房運転と、室内熱交換器の一部分を蒸発域とする除湿運転を行う空気調和機であって、
   除湿運転時において、前記室内熱交換器の最風上側の液入口近くの一部分が蒸発域となるとともに、前記室内熱交換器の最風上側の前記蒸発域の下流側が過熱域となるように前記圧縮機及び前記膨張弁が制御され、
   除湿運転を選択して運転が開始されるときに負荷が大きい場合は、冷房運転を開始した後で、負荷の減少に応じて除湿運転に切り換わることを特徴とする空気調和機。
2. 室内温度と設定温度との差に基づいて負荷を検知することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記圧縮機の周波数に基づいて負荷を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 冷房運転を開始した後において、蒸発温度が所定温度より低い場合は除湿運転に切り換わらない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。
   

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