JP5847034B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、空気調和機に関する。
従来の空気調和機において、例えば冷房運転の際、室内空気の実測温度が設定温度よりも高い場合には圧縮機を運転して室温調整を行うサーモオン運転と、実測温度が設定温度よりも低い場合には圧縮機を停止するサーモオフ運転とが実行され、サーモオフ運転時においても冷涼感の向上を目的として、室内機の送風機を運転し続けていた。このため、消費電力が大きくなることから、消費電力の低減と快適性とを兼ね備えた空気調和装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−7779号公報(第9−10頁、図3)
特許文献1に開示された空気調和機は、室内温度を検知する温度センサーと、室内湿度を検知する湿度センサーとを有し、冷房運転において、実測温度が設定温度よりも低い場合には圧縮機を停止するサーモオフ運転時に、湿度センサーにより検知された室内湿度が設定湿度よりも低い場合に、室内送風機を停止させる制御または室内送風機の回転数を小さくする制御を実行し、一方、湿度センサーにより検知された室内湿度が設定湿度よりも高い場合には、室内送風機の運転を継続する制御を実行するものである。
すなわち、従来の空気調和装置は、実測温度と設定温度との比較によってサーモオフ運転およびサーモオン運転を繰り返すため、サーモオフ運転の時間を長くして圧縮機の消費電力を低減したいという要請があった。また、人体に冷却風が当たっているときには、人体の体感温度が下がるため、サーモオン運転を再開した直後に、冷房が過剰であると感じることがあった。
また、実測湿度と設定湿度との比較によって室内送風機の運転を制御するものであるため、室内に人(ユーザー)が不在の場合であっても、送風する(室内送風機の運転を継続する)ことになり、室内送風機の消費電力が無駄になるという問題があった。
この発明は、上記のような要請に応えると共に、上記のような問題を解決するためになされたものであって、快適な冷房環境を実現すると共に、圧縮機および室内送風機の消費電力の無駄を解消することができる空気調和機を提供することを目的とする。
本発明に係る空気調和機は、冷凍サイクルの一部を実行する圧縮機、室外熱交換器および膨張弁を収納する室外機と、前記冷凍サイクルの一部を実行する室内熱交換器を収納する室内機と、該室内機に収納され、該室内機が設置されている室内の空気である室内空気を吸引して前記室内熱交換器に供給すると共に、前記室内熱交換器を通過した前記室内空気を前記室内に吹き出す室内送風機と、前記室内空気の温度を検知する室内空気温度検知手段と、前記室内における人体の有無を検知する人体有無検知手段と、室内空気の温度を設定する室内空気温度設定手段と、前記室内空気温度検知手段が検知した室内空気の温度である検知温度、前記人体有無検知手段が検知した人体情報、および前記室内空気温度設定手段において設定された室内空気の温度である設定温度に基づいて、前記冷凍サイクルおよび前記室内送風機を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記室内熱交換器が蒸発器として機能する際、前記検知温度が前記設定温度よりも低いとき前記冷凍サイクルを停止すると共に、前記人体情報が人体無しであるときは、前記室内送風機を停止し、一方、前記人体情報が人体在りであるときは、前記室内送風機を運転し、前記制御手段は、前記検知温度が前記設定温度よりも低いため前記冷凍サイクルが停止され、前記人体情報が人体在りであるため前記室内送風機が運転されている時、前記検知温度を所定の温度補正量だけ低めに補正し、該補正した検知温度である補正検知温度が前記設定温度よりも高くなったとき、前記冷凍サイクルの運転を再開することを特徴とする。
この発明の空気調和機は、検知温度が設定温度よりも低いとき冷凍サイクルを停止すると共に(サーモオフ運転時に同じ)、室内における人体の有無を検知して、人体が無いときには室内送風機を停止するから、室内送風機の消費電力の無駄を解消することができる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和機の全体の構成を示す構成図。 図1に示す空気調和機の一部(室内機)を示す斜視図。 図1に示す空気調和機の一部(室内機)を示す断面図。 図1に示す空気調和機の制御を説明するフローチャート。 図1に示す空気調和機の作用を説明するための温度チャート。 図1に示す空気調和機の作用を説明するための温度チャート。
[実施の形態1]
図1〜図6は本発明の実施の形態1に係る空気調和機を説明するものであって、図1は全体の構成を示す構成図、図2は一部(室内機)を示す斜視図、図3は一部(室内機)を示す断面図、図4は制御を説明するフローチャート、図5および図6は作用を説明するための温度の経時変化を示す温度チャートである。なお各図は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。
(空気調和機)
図1において、空気調和機100は、室外機Xと、室内機Yと、リモコン(室内空気温度設定手段に相当する)Zと、液延長配管Aと、ガス延長配管Bと、制御手段Cとを有している。
室内機Yは、建物内の閉空間(以下「室内R」と称す)に設置されている。
このとき、室外機Xは、冷凍サイクルの一部を実行する圧縮機、室外熱交換器および膨張弁(何れも図示しない)を収納し、室内機Yは、前記冷凍サイクルの一部を実行する室内熱交換器を収納している。そして、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器は冷媒を循環することができるように冷媒配管(液延長配管A、ガス延長配管Bおよび図示しない配管)によって連通されている。
(室内機)
図2において、室内機Yは、下面が開口した略直方体の箱体(断面正方形の底付き筒体)のキャビネット1と、キャビネット1の開口部(下面)を覆う矩形状の化粧パネル2とを有し、化粧パネル2には、中央部に吸込口3bと、側縁に沿って合計4個所に吹出口3aが形成され、角部にセンサー部5が設けられている。そして、吹出口3aには上下方向の吹出方向を制御可能な風向フラップ4が設置されている。
図3において、キャビネット1の天面1aの中心にはファンモータ6が回転軸6aを下方に向けて設置され、回転軸6aにはターボファン(室内送風機に同じ)7が取り付けられている。
そして、ターボファン7を囲むように室内熱交換器8が配置され、室内熱交換器8の外側には風路を構成し、熱交換された空気と機外とを断熱するインナーカバー9が、室内熱交換器8を囲むように、キャビネット1の天面1aおよび側面1bの内側に配置されている。
また、室内熱交換器8の下部には、熱交換の際に発生する凝縮水を受けると共に、風路を構成するドレインパン10が配置され、ドレインパン10の下部には化粧パネル2が設けられている。
すなわち、化粧パネル2において、ターボファン7のターボファン吸込口7aに連通する吸込口3b(開口部)には、機器内部に塵埃等が侵入するのを防止するエアフィルタ11が配置され、エアフィルタ11は、目隠しとして機能するグリル構造によって支持されている。
また、化粧パネル2に形成された吹出口3aは、インナーカバー9およびドレインパン10により構成される風路に連通している。
さらに、エアフィルタ11とターボファン7との間には吸込んだ空気をターボファン7にスムーズに導入するためのベルマウス12が配置されている。吸込口3bの近傍には吸込み温度センサー(室内空気温度検知手段に同じ)13が設けられている。
また、センサー部(正確には、後記する「輻射センサー」)5は、モータ(図示しない)により鉛直方向の軸を中心に360度回転可能になっている。
(センサー部)
センサー部5は、図示しないセンサー用モータと、センサー用モータの回転軸に接続されて回転されるセンサーケースと、センサーケース内に収納された輻射センサー(人体有無検知手段に同じ)とを有し、輻射センサーの検知部は略円錐型凸部5aに形成された検知穴5bを通して外部に露出するよう構成される。
輻射センサー(人体有無検知手段)は複数の検知部(図示しない)から構成され、該検知部は前記略円錐型凸部5aの球状の面の法線に対して平行に配列される。前記輻射センサーは、例えば多眼あるいは複数個の赤外線センサーであり、赤外線センサーは複数のエリアに分割されている。
(リモコン)
リモコンZ(室内空気温度設定手段に相当する)は、通信手段(有線または無線)によって、室内機Yに向けて、冷凍サイクルの起動/停止を指令したり、冷房/暖房/乾燥等の空調モードを設定したり、吹出空気温度を設定したり、吹出空気の方向および風速等の空調条件を設定したりする信号を、送るものである。
(制御手段)
制御手段Cは、リモコンZからの信号に基づいて、冷凍サイクル(圧縮機)の実行を制御したり、ターボファン7の運転を制御したりするものである。なお、図1には、制御手段Cが室外機Xに搭載されているが、本発明はこれに限定するものではなく、室内機Yに搭載してもよく、あるいは、室外機Xと室内機Yとを分けて搭載してもよい。
(動作)
次に空気調和機100の動作について図4を用いて説明する。
図4において、リモコンZによって、冷房運転の開始が指令される(S1)。
そうすると、予め設定されていた吹出空気温度(以下「設定温度Ts」と称す)や、吹出空気の方向および風速等の空調条件に基づいて、あるいは、リモコンZの操作によってユーザーが設定した新たな設定温度Ts等の空調条件に基づいて、冷房運転(圧縮機の運転およびターボファン7の回転)が開始され、冷房運転が継続される(S2)。
さらに、冷房運転の継続中は、所定の時間間隔毎に、吸い込まれた室内空気の温度(以下「検知温度Tm」と称す)を吸込み温度センサー13によって検知し、検知温度Tmと設定温度Tsとを比較する(正確には、下記のように制御温度Tcとを比較する、S3)。
そして、検知温度Tmが設定温度Tsを超える高い温度である場合は、冷却不足であるから、冷房運転を継続する(「サーモオン」に同じ、S2に戻る)。
このとき、冷房運転は、制御を安定化(ハンチング防止)するため、設定温度Tsよりもさらにバイアス温度(例えば、1℃)ΔTsだけ低い温度である制御温度Tc(Tc=Ts−ΔTs)を採用している。すなわち、検知温度Tmが制御温度Tc以下の低い温度に達するまで(Tm>Tc=Ts−ΔTs)、圧縮機を運転するものであって、インバータ制御によって、制御温度Tcと検知温度Tmとが近い程、圧縮機の運転周波数を小さくし、制御温度Tcと検知温度Tmとの差が大きい程、圧縮機の運転周波数を大きくする。
一方、検知温度Tmが制御温度Tc以下の低い温度である場合(Tm≦Tc=Ts−ΔTs)は、冷却が十分であるから、圧縮機を停止する(「サーモオフ」に同じ、S4)。
さらに、センサー部5に設置された輻射センサー(人体有無検知手段)が室内Rに人体がいることを検知したか否か判断する(S5)。
そして、室内Rに人体が無い場合(ユーザーが不在の場合)は、ターボファン7(ファンモータ6)の回転を停止する(S6)。
一方、室内Rに人体が有る場合(ユーザーが居る場合)は、ターボファン7(ファンモータ6)の回転を継続すると共に、検知温度Tmの値を所定の温度補正量ΔTmだけ低温に補正する(S7)。すなわち、補正後の検知温度を「補正検知温度Ta」と称すと、「Ta=Tm−ΔTm」となる。
さらに、所定時間毎に、検知温度Tmを吸込み温度センサー13によって検知して、補正検知温度Taを求め、補正検知温度Taと設定温度Tsとを比較する(S8)。このとき、サーモオフの判断にバイアス温度ΔTsを採用しているから、サーモオンの判断においては設定温度Tsをそのまま使用している(バイアス温度分の変更をしていない)。
そして、補正検知温度Taが設定温度Ts以下の温度である間は(Ta=Tm−ΔTm≦Ts)、室内Rに人が居る限り、ターボファン7(ファンモータ6)の回転を継続する(S5に戻る)。
すなわち、サーモオフ(圧縮機が停止している)であるため、実際は、検知温度Tmが制御温度Tcよりも高くなっていても、人体に冷却風が当たっているときには、人体の体感温度が下がるため、送風によって、ユーザーの快適性が担保されている。また、以下に説明するように、補正検知温度Taと設定温度Tsとを比較してターボファン7(ファンモータ6)の回転を継続、すなわち、サーモオフの継続(サーモオンの再開に同じ)を判断しているから、検知温度Tmと設定温度Tsとを比較する場合に比べて、ターボファン7(ファンモータ6)の回転時間、すなわち、サーモオフの継続時間を長くすることが可能になっている。
一方、ステップ8(S8)において補正検知温度Taが設定温度Tsを超えた高い温度である間は(Ta>Ts)、送風によってユーザーの快適性が担保されないため、リモコンにて冷房運転OFFの指令が発せられない限り(S9)、サーモオンを再開する。このとき、補正検知温度Taによる制御を中止して、実際に吸込み温度センサー13が検知した検知温度Tmをそのまま用いて、これと制御温度Tcとを比較するようにして(S10)、ターボファン7(ファンモータ6)の回転を継続したまま、圧縮機の運転を再開する(S2に戻る)。
なお、前記ステップ9(S9)あるいは前記ステップ1〜ステップ10(S1〜S10)の間に、リモコンZから冷房運転を停止(OFF)する旨の指令が発せられた場合には、冷房運転を停止する(圧縮機の運転およびターボファン7の回転を停止する)。
以上のように、サーモオフの間であっても、室内Rに人が居ない場合は、ターボファン7(ファンモータ6)の回転を停止して、無駄な電力消費を抑えている。また、補正検知温度Taを採用することによって、サーモオフの時間を延長し、圧縮機による電力消費を抑えている。
なお、以上は、室内の人体有無の判断と、補正検知温度Taの採用との両方を実行しているが、何れか一方を実行するようにしてもよい。
(検知温度を補正することによる効果)
図5は、検知温度を補正することによる効果を模式的に説明するものであって、縦軸は温度、横軸は時間である。なお、図中の各温度は一例であって、本発明はかかる温度に限定されるものではない。
図5において、実線で示す曲線は、実際に吸込み温度センサー13が検知した検知温度Tmの推移である。すなわち、冷房運転が開始されると(状態「イ」)、室内空気は徐々に冷却され、検知温度Tmは低下する。そして、検知温度Tmが設定温度Ts(26℃、状態「ロ」)以下になっても、検知温度Tmが制御温度Tc(25℃、状態「ハ」)になるまでは冷房運転が継続される(ヒートオンに同じ)。
そして、検知温度Tmが制御温度Tc(25℃、状態「ハ」)になったところで、圧縮機の運転が停止される(ヒートオフになる)。そうすると、室内空気の冷却が停止するから、検知温度Tmは徐々に上昇し、やがて、設定温度Tsに到達し(状態「ニ」)、さらに、設定温度Tsよりも高い温度になる(状態「チ」)。
ところで、本発明の空気調和機100は、前記動作を実行している。すなわち、検知温度Tmが制御温度Tc(25℃、状態「ハ」)になったところで、圧縮機の運転が停止される(ヒートオフになる)と共に、検知温度Tmが補正され、検知温度Tmは温度補正量ΔTm(例えば、1℃)だけ低温に補正された補正検知温度Taに読み替えられる(仮想状態「ヘ」)。
そうすると、補正検知温度Taは破線で示すように、実際の検知温度Tmよりも温度補正量ΔTmだけ低温側に偏位した仮想曲線を呈しながら、徐々に上昇し、やがて、設定温度Tsに到達する(仮想状態「ト」)から、この時点で、圧縮機の運転が再開される(ヒートオンになる)。
すなわち、温度補正量ΔTmを採用することによって、実際の検知温度Tmが設定温度Tsに到達した状態「ニ」ではなく、実際の検知温度Tmが温度補正量ΔTmだけ高くなっている状態「チ」において、圧縮機の運転が再開されるから、温度補正量ΔTmを採用しないで、実際の検知温度Tmが設定温度Tsに到達した状態「ニ」になった時点で、圧縮機の運転が再開される場合に比較して、状態「ニ」から仮想状態「ト」になるまでの時間Tだけ、圧縮機の運転停止時間(サーモオフの時間)が延長されている。
したがって、かかる延長された時間Tに相当する圧縮機の電力消費が削減されている。
なお、状態「チ」において、圧縮機の運転が再開されるから、実際の検知温度Tmは、圧縮機の運転が再開直後は、僅かに熱慣性によって上昇して状態「ホ」まで上昇するものの、その後は、徐々に低下する。
(温度補正量)
温度補正量ΔTmは、体感温度を参考にして決定されるものである。
すなわち、人体が感じる体感温度Tf(℃)は、室内に風流れが有る場合は、実際の室内空気の温度(検知温度Tm(℃)に同じ)に一致するものではなく、人体に到達する風流れの風速V(m/s)の平方根に修正係数α(例えば、2あるいは4)を乗じた値だけ低温に偏位する(Tf=Tm−α・√V)。
したがって、人体に到達する風速V(m/s)が大きい場合には、検知温度Tmが設定温度Tsまたは制御温度Tcよりも高くても、体感温度Tfは、設定温度Tsまたは制御温度Tcよりも低い温度になる。すなわち、人体には風を当てて体感温度を下げる制御を行なっているため、快適な体感温度Tfを確保することができ、快適性を維持することが可能になっている。
すなわち、温度補正量ΔTmは、人体に到達する風速V(m/s、以下「到達風速」と称す)が大きい場合には、大きな値をとって、圧縮機の運転停止時間(サーモオフの時間)をより延長し、反対に、人体に到達する風速V(m/s)が小さい場合には、小さく値をとって、快適性を担保するようにすることが望ましい。
そうすると、室内Rに居る人体と室内機Yとの距離を測定することができない場合には、温度補正量ΔTmを一定値(例えば、1℃)にしたり、ターボファン7の回転速度に略比例した値(例えば、0〜2℃の範囲で変動する値)にしたりしてもよい。
さらに、センサー部5(輻射センサー)に、室内Rに居る人体と室内機Yとの距離を測定することができる機能を付加して、両者の距離を知ることができる場合には、両者の距離が近くなる程、且つ、ターボファン7の回転速度が大きくなる(吹出空気の速度が速くなる(強風になる))程、到達風速Vは速くなるため、温度補正量ΔTmの値を大きくしてもよい。なお、室内Rに複数の人体があるときは、最も遠くに居る人の快適性を重視して、最も遠くにある人体との距離を用いるのが好ましい。かかる例を、表1に示す。
Figure 0005847034
表1において、ターボファン7の回転数が大きい場合(「強風」に同じ)、室内機Yから2m、4mおよび6mの位置における到達風速V(m/s)は、1.00(m/s)、0.56(m/s)および0.25(m/s)となる。そして、修正係数αを「2」とすると、室内機Yから2m、4mおよび6mの位置における温度補正量ΔTmは、2.0℃、1.5℃および1.0℃に丸めることができる。このとき、修正係数を「2」としたのは、「4」とすると、補正が掛かり過ぎるためである。
同様に、ターボファン7の回転数が中程度の場合(「中風」に同じ)、室内機Yから2m、4mおよび6mの位置における温度補正量ΔTmは、1.50℃、1.0℃および0.50℃に丸めることができる。さらに、ターボファン7の回転数が小さい場合(「弱風」に同じ)、室内機Yから2m、4mおよび6mの位置における温度補正量ΔTmは、1.0℃、0.5℃および0.0℃に丸めることができる。
(設定温度を補正することによる効果)
図6は、図5に説明した検知温度を補正することによる効果に代えて、設定温度を補正することによる効果を模式的に説明するものであって、縦軸は温度、横軸は時間である。なお、図5と同じ状態あるいは相当する状態については同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図6において、検知温度Tmが制御温度Tc(25℃、状態「ハ」)になったところで、圧縮機の運転が停止される(ヒートオフになる)。そうすると、室内空気の冷却が停止するから、検知温度Tmは徐々に上昇する。
このとき、設定温度Tsが補正され、設定温度Tsは温度補正量ΔTs(例えば、1℃)だけ高温に補正された設定温度Tsに読み替えられる(仮想状態「リ」)。
そうすると、補正された設定温度Tsは二点鎖線で示すように、当初の設定温度Tsよりも温度補正量ΔTsだけ高温側に偏位した直線になる。そうすると、実際の検知温度Tmは、当初の設定温度Ts(状態「ニ」)を超えて、補正された設定温度Tsに到達する(仮想状態「チ」)から、この時点で、圧縮機の運転が再開される(ヒートオンになる)。
したがって、検知温度Tmを補正した場合(図5参照)と同様に、実際の検知温度Tmが当初の設定温度Tsに到達した状態「ニ」ではなく、実際の検知温度Tmが温度補正量ΔTsだけ高くなっている状態「チ」において、圧縮機の運転が再開されるから、状態「ニ」から仮想状態「チ」になるまでの時間Tだけ、圧縮機の運転停止時間(サーモオフの時間)が延長されている。
したがって、かかる延長された時間Tに相当する圧縮機の電力消費が削減されている。
なお、状態「チ」において、圧縮機の運転が再開された際、設定温度の補正を中止して、設定温度を当初の設定温度に戻す。
1 キャビネット、1a 天面、1b 側面、2 化粧パネル、3a 吹出口、3b 吸込口、4 風向フラップ、5 センサー部、5a 略円錐型凸部、5b 検知穴、6 ファンモータ、6a 回転軸、7 ターボファン、7a ターボファン吸込口、8 室内熱交換器、9 インナーカバー、10 ドレインパン、11 エアフィルタ、12 ベルマウス、13 吸込み温度センサー、100 空気調和機、A 液延長配管、B ガス延長配管、C 制御手段、R 室内、X 室外機、Y 室内機、Z リモコン、Ta 補正検知温度、Tc 制御温度、Tf 体感温度、Tm 検知温度、Ts 設定温度、ΔTm 温度補正量、ΔTs バイアス温度、ΔTs 温度補正量、α 修正係数。

Claims (4)

  1. 冷凍サイクルの一部を実行する圧縮機、室外熱交換器および膨張弁を収納する室外機と、
    前記冷凍サイクルの一部を実行する室内熱交換器を収納する室内機と、
    該室内機に収納され、該室内機が設置されている室内の空気である室内空気を吸引して前記室内熱交換器に供給すると共に、前記室内熱交換器を通過した前記室内空気を前記室内に吹き出す室内送風機と、
    前記室内空気の温度を検知する室内空気温度検知手段と、
    前記室内における人体の有無を検知する人体有無検知手段と、
    室内空気の温度を設定する室内空気温度設定手段と、
    前記室内空気温度検知手段が検知した室内空気の温度である検知温度、前記人体有無検知手段が検知した人体情報、および前記室内空気温度設定手段において設定された室内空気の温度である設定温度に基づいて、前記冷凍サイクルおよび前記室内送風機を制御する制御手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記室内熱交換器が蒸発器として機能する際、前記検知温度が前記設定温度よりも低いとき前記冷凍サイクルを停止すると共に、前記人体情報が人体無しであるときは、前記室内送風機を停止し、一方、前記人体情報が人体在りであるときは、前記室内送風機を運転し、
    前記制御手段は、前記検知温度が前記設定温度よりも低いため前記冷凍サイクルが停止され、前記人体情報が人体在りであるため前記室内送風機が運転されている時、前記検知温度を所定の温度補正量だけ低めに補正し、該補正した検知温度である補正検知温度が前記設定温度よりも高くなったとき、前記冷凍サイクルの運転を再開することを特徴とする空気調和機。
  2. 前記制御手段は、前記温度補正量を、前記室内送風機が吹き出す室内空気の吹出速度が速い程、大きくすることを特徴とする請求項記載の空気調和機。
  3. 前記人体有無検知手段が、前記室内における人体と前記室内機との距離を検知することができるものであって、
    前記制御手段は、前記温度補正量を、前記人体有無検知手段が検知した前記室内における人体と前記室内機との距離が大きくなる程、小さくすることを特徴とする請求項または記載の空気調和機。
  4. 前記室内機に、前記室内送風機が吹き出す室内空気の方向を変更することができる風向フラップが設置され、
    前記制御手段は、前記室内送風機が運転されている時、前記風向フラップを上下方向または左右方向の一方または両方に向かってスイングすることを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の空気調和機。
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