JP5817514B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、暖房運転時に天井付近に溜まった暖気を攪拌させるサーキュレーション運転に関する。

従来、空気調和機の室内機は天井付近に設置されており、暖房運転時は水平風向板を下方に向けて暖気を送風している。この暖気は床付近に到達すると床付近の温度を上昇させるが、付近のまだ冷たい空気との温度差による自然対流で上昇して天井付近に滞留する。

空気調和機の暖房運転により室内が暖められ、室内機の吸込口付近に設けられた室温検知手段により検知した室温が設定温度に到達した場合、室内機は圧縮機を停止させる。そして、室内機は圧縮機を停止させて送風のみ行うサーモオフ運転を開始する。この時、水平風向板を下方から水平方向に変更して天井付近に上昇して滞留している暖気を室内に循環させるサーキュレーション運転を行う室内機も存在する。

このように天井付近から吹出空気を吹き下ろす空気調和機において、暖房運転時にサーキュレーション運転を実行し、天井付近にまで上昇した暖気を室内に循環させて、室内の上下温度差を低減させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、暖房運転開始時に室温と設定温度が乖離している場合は、部屋全体が冷えきった状態であり、暖房を開始しても送風する暖気の温度と室温との温度差が大きいために天井に暖気が溜まり易い。一方、室内機はこの暖気を吸い込んで室温を検出しているため、送風されている周囲の空間や天井付近の温度は設定温度に近い値となるが、部屋の角や壁付近など、送風された空気が直接当たらない部分はほとんど温度が上昇しない。

前述したように室内機は天井付近に滞留している暖気を吸い込んで、この暖気と温度設定温度とを比較してほぼ等しい場合に圧縮機を停止させてサーモオフ運転を行い、この状態で前述したサーキュレーション運転を動作させると、暖気が部屋を循環して部屋の角や壁付近などを暖めて部屋全体を均一の温度にすることができる。この時循環させる暖気の温度は設定温度とほぼ等しいが、この暖気をサーキュレーション運転を実行させて部分的に冷えた室内に循環させると、室温が平均化されて設定温度よりも低下することで一時的に室温が低下し、ユーザーにとって不快な温度になる場合があった。

その後、平均化された室温を検出して室内機が再度、圧縮機を運転させて暖房運転を再開するが、一度停止した圧縮機の再運転には時間が必要であり、また、部屋全体を暖めるには圧縮機の運転後にさらに時間が必要となり、この間、ユーザーは不快な温度にさらされる問題があった。

特開２０００−１０４９７９号公報（第６頁、図３）

本発明は以上述べた問題点を解決し、サーキュレーション運転を行う室内機において、暖房運転を開始した後に室内機の室温検出結果に基づいてサーキュレーション運転を行っても、室温の低下を低減させる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機を備えた室外機と、吸込口と吹出口と同吹出口に上下風向板を備えて室内に設置された室内機とを備え、前記吹出口からの送風により前記室内の空気を循環させるサーキュレーション運転を行う空気調和機であって、
前記室内機は、室温を検出する室温検出部と、前記上下風向板を回動させる風向板モータと、前記送風を行う少なくとも高速と低速との複数の速度で回転する送風ファンモータと、ユーザーにより指示された設定温度を記憶する記憶部と、これらを制御すると共に、前記室温検出部を介して検出した室温と前記設定温度との温度差に基づいて前記室外機の圧縮機及び前記風向板モータと前記送風ファンモータとを制御する室内機制御部とを備え、
前記室内機制御部は、前記暖房運転中に検出した前記室温が前記設定温度になった時、前記圧縮機を運転したまま前記風向板を水平方向に回動させて前記送風ファンモータを低速回転で運転することで前記吹出口から送風される暖気を前記室内の上方に滞留させる暖気滞留運転を実行し、同暖気滞留運転を所定時間だけ実行した後、前記圧縮機を運転したまま前記送風ファンモータを高速回転にして前記サーキュレーション運転を実行することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の発明は、前記室内機制御部は、前記暖房運転中の前記温度差に対応して前記所定時間を設定することを特徴とする。

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、請求項１に係わる発明は、サーキュレーション運転を実行する前に、送風される暖気を室内の上方に滞留させる暖気滞留運転を予め実行するため、サーキュレーション運転を実行した後でも室内下方の温度低下を低減させることができる。
また、圧縮機を運転したままサーキュレーション運転を実行するため、均一になった室温が再度、暖房運転が必要となる温度であった場合、素早く圧縮機の回転を上げることができるため、室内を素早く暖めることができる。

請求項２に係わる発明は、暖房運転開始時の温度差に対応して所定時間を設定するため、温度差が大きい場合、例えば室内が冷えきった状態であるときに、暖気滞留運転を比較的長く運転することで暖気の滞留量を増加させ、サーキュレーション運転を実行した後でもユーザーが存在すると思われる室内下方の温度低下を低減させることができる。

本発明による室内機の実施例を示す斜視図である。 本発明による室内機の実施例を示すブロック図である。 本発明の原理を説明する説明図である。 暖房運転を管理するための管理テーブルの説明図である。 本発明による室内機の動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による室内機１の実施例を示す斜視図である。この室内機は横長の箱形状をしており、上部に吸込口２を、下部に吹出口３をそれぞれ備えており、吹出口３には板状の風向板が上下に回動自在に配置されており、吹出口３から送風される空気を上下に吹き分けるようになっている。また、右側の下方には図示しない赤外線リモコンからの信号を受信するリモコン受信部５が備えられている。なお、この室内機１は図示しない室外機と接続されている。

図２は本発明による室内機１と室外機５０とで構成される空気調和機の実施例を示すブロック図である。
室内機１は、図示しないリモコンから送信される赤外線信号を受信するリモコン受信部５と、吸込口２の近傍に備えられて室内の温度を検出する室温検出部２５と、送風ファンモータ２３と、風向板を設定された位置（角度）に回動させるステッピングモータ２４と、通信線１１を介して室外機５０と通信を行う通信部２９と、運転に必要な各種情報を記憶する記憶部２７と、これらを制御する室内機制御部２６とを備えている。

室内機制御部２６はリモコン受信部５を介してリモコンの指示信号を受信すると、この信号に従った運転を行う。例えばユーザーが暖房運転の開始をリモコンを介して指示すると、この指示による指示信号を受け付けた室内機制御部２６は、送風ファンモータ２３を回転させて吸込口２から室内の空気調和機を吸込み、室温検出部２５を介してこの吸い込んだ空気の温度（室温）を検出する。そして、予め記憶部２７に記憶されている運転条件のテーブルに従って暖房運転を開始する。この運転条件のテーブルには室外機５０の圧縮機５０ａの運転能力（回転速度）も含まれており、室内機制御部２６は、室外機５０に対して運転能力を指示すると、室外機５０はこれに従って圧縮機５０ａを制御する。なお、指示された運転モードや設定温度などは記憶部２７に記憶されている。

図４（１）が記憶部２７に記憶されている暖房運転開始時の運転条件テーブルである。この条件は設定温度から室温を減算した温度差によって４つの場合に別れている。そしてこの温度差毎に、圧縮機の運転、風量、風向板の位置が予め決定されて記憶されている。なお、運転名称の欄は実施例において暖房運転を区別する名称であり、実際に記憶されるものではない。また、風向板の位置において『上』とは風向板が一番上向きのことを示しており、風向板が水平方向の場合も含む。

図４（１）において例えば温度差が５℃以上なら、室内はユーザーにとって不快な温度であるため、圧縮機運転は『強』に、風量も『大』に、風向板は『下』にそれぞれ制御されて暖房運転が開始される。

もし、この温度差が０℃未満、つまり、設定温度よりも室温が高い場合は圧縮機の運転を停止させ、風量を『小』に、風向板を『下』の状態で送風運転、つまり、サーモオフ運転を行う。ここまでは従来の室内機で行われている制御である。

図４（２）は本発明によるサーキュレーションモードでの運転条件テーブルである。このテーブルは図４（１）で項１の場合、つまり、運転開始時の温度差が５℃以上の場合のみに適用される運転条件である。本実施例では、この図４（２）のテーブルに従って運転するモードをサーキュレーションモードと呼称する。このテーブルは４つの項で示す運転パターンで構成されている。各項は設定温度と室温との関係、圧縮機運転、風量、風向板の位置とが予め記憶部２７に記憶されている。なお、運転内容の欄は運転内容を説明するものであり、実際に記憶されるものではない。

図４（２）において、室内機制御部２６は設定温度が室温よりも大きい場合、このテーブルを参照して圧縮機の運転を『強』に、風量を『大』に、風向板を『下』にそれぞれ制御して暖房運転を開始する。

そして、図４（２）項２に示すように室内機制御部２６は、設定温度と室温とがほぼ等しくなったとき、例えば設定温度と比較して室温が±１℃以内になった時、圧縮機の運転を『弱』に、風量を『小』に、風向板を『上』に制御する。そして、図４（２）項３に示すように図４（２）項２と同じ運転条件で３分間（所定時間）だけ運転を継続する。ただし、設定温度と室温との関係は無視する。つまり、室温が設定温度よりも高くなっても無視して運転を行う。

前述したように運転開始時に温度差が大きい場合は、天井に滞留した空気を室温として検出していると考えられるため、所定時間だけ室温を無視して運転を継続する。この動作は天井付近に意図的に暖気を溜める動作であり、ここで暖気を溜めておくことで、後でサーキュレーション運転を実行しても室内下方の温度低下を低減させることができる。

そして図４（２）項４に示すように、所定時間が経過した後、風量を『小』から『大』にしてさらに３分間（一定時間）運転を継続する。これは従来のサーキュレーション運転とは異なる運転であり、従来のサーキュレーション運転では停止させている圧縮機を本発明では『弱』で継続運転している。以下、本実施例では特に断りがない限り、サーキュレーション運転とは圧縮機の運転を伴うものとする。

このサーキュレーション運転が一定時間行われると室内の温度がほぼ均一になる。従って図４（２）項４の運転の終わりに再度、室温を検出し、図４（１）の運転開始時の条件テーブルに従って運転を行う。
図４（２）項３で設定温度を無視して溜めておいた暖気を図４（２）項４のサーキュレーション運転によって室内に循環させたため、均一化された室温は設定温度に対して大きく低下することはなく、ユーザーにとって不快感を与える温度ではない。

また、例えば設定温度よりも１０℃以上も室温が低い場合は、意図的に暖気を溜める動作、つまり、図４（２）項３の暖気滞留運転の運転時間（所定時間）をさらに長くすることで暖気の滞留量を温度差に対応して増やすようにしてもよい。このようにすることで、室温が比較的低温の場合にサーキュレーション運転を実行した後でもユーザーの不快感を低減することができる。

図３は本発明の原理を説明する説明図であり、室内に設置された室内機１の送風と暖気の関係を示している。図３（Ａ）は暖房運転を開始し、設定温度＞室温の場合の室内の温度分布、図３（Ｂ）は設定温度＝室温の場合の室内の温度分布、図３（Ｃ）は設定温度＝室温となってから所定時間経過後の室内の温度分布、図３（Ｄ）は図３（Ｃ）の状態からさらに一定時間が経過後の室内の温度分布をそれぞれ示している。なお、図示しないがユーザーは床の中央付近にいるものとする。

図３（Ａ）において、ユーザーの指示により暖房運転を開始した室内機制御部２６は、図４（１）の暖房運転開始時の運転条件テーブルで説明したように、設定温度と室温との温度差が５℃以上のとき、図４（２）の暖房運転条件テーブルを用いた本発明によるサーキュレーションモードによる運転を開始する。ここでは例えば設定温度：２２℃、室温：１５℃の場合を説明する。この場合、設定温度と室温との温度差は７℃であり、図４（２）暖房運転条件テーブルで説明したように、室内機制御部２６はサーキュレーションモードによる運転を開始し、設定温度＞室温の場合、圧縮機を強、また、風量：大、風向板４を下向きで暖房運転する。このため、床の中央付近にいるユーザーはすぐに温まることができる。

図３（Ａ）の状態では吹き出された暖気が床まで到達し、この近辺の温度を部分的に暖めるが、これ以外の部分はまだ元の温度に近いため、この温度差により床まで到達した暖気は自然対流による上昇気流となって天井付近に到達して暖気溜まりとなる。

図３（Ｂ）において、設定温度＝室温を検出した室内機制御部２６は、図４（２）の暖房運転条件テーブルで説明したように、圧縮機を弱、また、風量：小、風向板４を上向きで所定時間（３分間）の暖気滞留運転を行う。この結果、図３（Ａ）において自然対流による上昇気流により天井付近に溜まった暖気に加え、所定時間の暖気滞留運転により追加された暖気が滞留する。実際には上昇気流により天井付近に溜まった暖気に加え、所定時間の暖気滞留運転により追加された暖気が混在して滞留する。図３（Ｂ）では本願の原理を説明するため、あえて別の暖気として図示している。

この状態では風向板４が上向きであり床付近へは暖気が届かないため、床付近の暖気は自然対流による上昇気流により、ゆっくりと天井付近に上昇する。このため周囲の冷気がゆっくりと床付近に流れ込んでくる。このため、ユーザー近辺の温度も徐々に低下してくる。

図４（２）で説明したように、設定温度＝室温となってから３分間はこのような状態が継続し、天井付近には大量の暖気が滞留することになる。３分が経過すると、室内機制御部２６は、図３（Ｃ）で示すように、風量：大、風向板４を上向きで弱暖房で運転する。このため、水平方向に送風された暖気が室内機１の反対側の壁に到達し、天井面と壁面に衝突した暖気は一部が天井方向に、その他の暖気が床方向に向きを変える。このため、天井付近の暖気が攪拌される。

図３（Ｄ）に示すように、攪拌された暖気は送風された暖気と合流し、合流して下方に循環された暖気は拡散すると共に、床面に衝突して室内機１の方へ流れる。このため部屋の下半分がほぼ均一に暖められ、その後、部屋を暖めて温度が低下した暖気は室内機１の下方から上方へゆっくりと自然対流で上昇し、室内機１の吸込口２に吸い込まれる。このように暖気が室内を循環する間に室温が均一になる。

なお、暖気溜まりを生成する時間や暖気の温度などは、部屋の広さや、設定温度と室温との差などにより予めテーブルとして記憶部２７に記憶しておくことで、サーキュレーション運転を実行した後の室内下方の温度低下を低減させることができる。

以上説明したように、サーキュレーション運転を実行する前に、送風される暖気を室内の上方に滞留させる暖気滞留運転を予め実行するため、サーキュレーション運転を実行した後でも室内下方の温度低下を低減させることができる。
また、圧縮機を運転したままサーキュレーション運転を実行するため、均一になった室温が再度、暖房運転が必要となる温度であった場合、素早く圧縮機の回転を上げることができるため、室内を素早く暖めることができる。

さらに、暖房運転開始時の温度差に対応して所定時間を設定するため、温度差が大きい場合、例えば室内が冷えきった状態であるときに、暖気滞留運転を比較的長く運転することで暖気の滞留量を増加させ、サーキュレーション運転を実行した後でもユーザーが存在すると思われる室内下方の温度低下を低減させることができる。

次に図５のフローチャートを用いて室内機制御部２６の動作を説明する。また、図５において、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を示す。また、図５中の『Ｙ』はＹｅｓを、『Ｎ』はＮｏをそれぞれ示している。

室内機制御部２６は図示しないリモコンから運転開始の指示が来たか確認する（ＳＴ０）。リモコンから運転開始の指示が来ない場合（ＳＴ０−Ｎ）、指示が来るまで待機するためＳＴ０へジャンプする。リモコンから運転開始の指示が来た場合（ＳＴ０−Ｙ）、この開始指示に含まれる運転モードや設定温度などの情報を記憶部２７に記憶し、そして運転モードを記憶部２７から読み出し、運転モードが暖房か確認する（ＳＴ１）。運転モードが暖房でない場合（ＳＴ１−Ｎ）、他の運転モード、例えば冷房運転や除湿運転など指示されている運転モードを実行する（ＳＴ１２）。そして、ＳＴ１へジャンプする。

一方、運転モードが暖房の場合（ＳＴ１−Ｙ）、運転開始のタイミング、つまり、リモコンによって暖房運転開始の指示があった直後か確認する（ＳＴ２）。運転開始のタイミングである場合（ＳＴ２−Ｙ）、次にリモコンを介して指示された設定温度を記憶部２７から読み出し、室温検出部２５を介して入力した室温値を設定温度値から減算し、この温度差が５℃以上か確認する（ＳＴ３）。設定温度と室温との温度差が５℃より小さい場合（ＳＴ３−Ｎ）、図４（１）で説明した通常の運転、つまり、設定温度と室温との温度差に対応して、暖房運転（中）、又は、暖房運転（弱）、又はサーモオフ運転のうち、いずれかの運転を実行する（ＳＴ１３）。そして、ＳＴ１へジャンプする。

設定温度と室温との温度差が５℃以上の場合（ＳＴ３−Ｙ）、本発明によるサーキュレーション運転を行うためのサーキュレーションモードのフラグをセットする（ＳＴ４）。次にサーキュレーションモードのフラグをチェックしサーキュレーションモード中か確認する（ＳＴ５）。サーキュレーションモード中でない場合（ＳＴ５−Ｎ）、ＳＴ３へジャンプする。なお、運転開始のタイミングでない場合（ＳＴ２−Ｎ）、ＳＴ５へジャンプする。

一方、サーキュレーションモード中の場合（ＳＴ５−Ｙ）、室温が設定温度よりも低いか確認する（ＳＴ６）。設定温度が室温よりも低い場合（ＳＴ６−Ｙ）、室内がまだ温まっていない状態なので暖房運転（強）を実行し（ＳＴ１４）、ＳＴ１へジャンプする。

設定温度よりも室温が高いか、もしくは等しい場合（ＳＴ６−Ｎ）、次に設定温度と室温とが等しいか確認する（ＳＴ７）。なお、等しいとは、例えば設定温度と比較して室温が±１℃以内の状態を示す。もしくは、設定温度よりも室温が越えたタイミングを示す。 設定温度と室温とが等しい場合（ＳＴ７−Ｙ）、暖気滞留運転を実行し（ＳＴ１５）、ＳＴ１へジャンプする。設定温度と室温と等しくない場合（ＳＴ７−Ｎ）、つまり、設定温度よりも室温が高い場合、暖気滞留運転開始から３分間経過経過したか確認する（ＳＴ８）。暖気滞留運転開始から３分間経過経過していない場合（ＳＴ８−Ｎ）、ＳＴ１へジャンプする。

暖気滞留運転開始から３分間経過した場合（ＳＴ８−Ｙ）、圧縮機を運転したままでサーキュレーション運転を実行する（ＳＴ９）。そして、サーキュレーション運転実行開始から３分間経過したか確認する（ＳＴ１０）。サーキュレーション運転の実行開始から３分間経過していない場合（ＳＴ１０−Ｎ）、ＳＴ１へジャンプする。サーキュレーション運転の実行開始から３分間経過した場合（ＳＴ１０−Ｙ）、サーキュレーションモードのフラグをリセットし（ＳＴ１１）、ＳＴ１へジャンプする。

本実施例では設定温度と室温との温度差が５℃以上の時に本発明によるサーキュレーションモードを開始するようにしているが、これに限るものでなく、この温度差の値は任意でよい。また、暖気滞留運転の開始を設定温度＝室温の時にしているが、これに限るものでなく、設定温度と室温とが所定の温度差のときでもよい。さらに、暖気滞留運転やサーキュレーション運転時間を３分間としているが、これに限るものでなく、部屋の広さや空気調和機の能力に対応した時間でもよい。

１ 室内機
２ 吸込口
３ 吹出口
４ 風向板
５ リモコン受信部
１１ 通信線
２３ 送風ファンモータ
２４ 風向板用ステッピングモータ
２５ 室温検出部
２６ 室内機制御部
２７ 記憶部
２９ 通信部
５０ 室外機

Claims (2)

1. 圧縮機を備えた室外機と、吸込口と吹出口と同吹出口に上下風向板を備えて室内に設置された室内機とを備え、前記吹出口からの送風により前記室内の空気を循環させるサーキュレーション運転を行う空気調和機であって、
   前記室内機は、室温を検出する室温検出部と、前記上下風向板を回動させる風向板モータと、前記送風を行う少なくとも高速と低速との複数の速度で回転する送風ファンモータと、ユーザーにより指示された設定温度を記憶する記憶部と、これらを制御すると共に、前記室温検出部を介して検出した室温と前記設定温度との温度差に基づいて前記室外機の圧縮機及び前記風向板モータと前記送風ファンモータとを制御する室内機制御部とを備え、
   前記室内機制御部は、前記暖房運転中に検出した前記室温が前記設定温度になった時、前記圧縮機を運転したまま前記風向板を水平方向に回動させて前記送風ファンモータを低速回転で運転することで前記吹出口から送風される暖気を前記室内の上方に滞留させる暖気滞留運転を実行し、同暖気滞留運転を所定時間だけ実行した後、前記圧縮機を運転したまま前記送風ファンモータを高速回転にして前記サーキュレーション運転を実行することを特徴とする空気調和機。
2. 前記室内機制御部は、前記暖房運転中の前記温度差に対応して前記所定時間を設定することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。

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