JP5856531B2 - 空気調和室内機 - Google Patents

Description

本発明は、複数の吹出口を有する空気調和室内機に関する。

空気調和システムには室内機に複数の吹出口があるものがある。例えば、個人宅やオフィスビルなどの天井に埋め込まれ、複数の吹出口から異なる方向に冷風や温風を送る埋め込み型の室内機が利用されている。この種の空気調和室内機には様々な工夫がなされている（特許文献１、２参照）。

特許文献１には、温度分布に応じた適切な気流制御を可能にすることにより、空調対象空間の快適性向上を図るための技術が開示されている。

また特許文献２には、風向を制御することで温度ムラを改善し、省エネ性を向上させるための技術が開示されている。

特開２００５−１６８８５号公報 特開２０１０−８００４号公報

上述したような、複数の吹出口を有する空気調和室内機によって温度分布に応じて気流を制御する技術や風向を制御して温度ムラを改善する技術は、いずれも室内全体を、設定した温度に均一化するため、あるいはその均一化を迅速に行うためのものである。複数の吹出口から吹き出される空気の温度は同じであり、気流や風向を制御できるに止まっている。そして、空気調和室内機の構成としては、同じ熱交換器で温度が調整された空気を分流し、複数の吹出口から吹き出す構成である。

しかしながら、空気調和の目的は本来的には人間が快適に感じるように温度等を調整することである。そして、同じ室内にいる各人が快適と感じる室温が同じとは限らない。各人の快適性を向上するには、室内全体の温度を均一化するのではなく、更に積極的な場所毎の制御を行うことが好ましい場合がある。

また、同じ室内でも窓際、壁際、内側など場所によって自然光による熱や輻射熱に違いがある場合がある。そのような場合、室内全体の温度を均一化するのではなく、更に積極的に場所毎の制御を行うことが好ましい場合がある。

本発明の目的は、複数の吹出口を有する空気調和室内機において室内の場所毎の制御性を向上させる技術を提供することである。

本発明の一態様による空気調和室内機は、複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器に対応し、前記対応する熱交換器で温度調整された空気を吹き出す複数の吹出口と、前記複数の熱交換器の温度調整能力を個別に制御する制御部と、を有している。

本発明によれば、複数の吹出口を有する空気調和室内機において室内の場所毎の制御性を向上させることができる。

本発明の実施形態による空調システムのブロック図である。 本実施形態による室内機の平面図である。 実施例１による空気調和システムのサイクル系統図である。 実施例１における室内機のサイクル系統図である。 比較例における室内機における吹出口と熱交換器の位置関係を示す図である。 実施例１による室内機の平面図である。 実施例２おける室内機のサイクル系統図である。 実施例３において天井に設置された室内機を側方から見た断面図である。 実施例４による空気調和システムのサイクル系統図である。 実施例５による空気調和システムのサイクル系統図である。 実施例６において天井に設置された室内機の平面図である。

まず、本発明の基本的な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態による空調システムのブロック図である。図２は、本実施形態による室内機の平面図である。

図１を参照すると、空調システムは、室内機２０と室外機１とを有している。

室内機２０は、制御部５０と、複数の室内熱交換器２５と、複数の制御弁２１と、室内ファン２２と、室内ファンモータ２４とを有している。本実施形態による室内機２０は空調が行われる室内の天井に設置されるタイプであり、図２には、天井に取り付けた状態を下から見た室内機２０が示されている。図２を参照すると、室内機２０は化粧板２８と共に天井に取り付けられている。そして、その室内機２０は複数の室内熱交換器２５に対応した複数の吹出口３０を有している。吹出口３０は、室内熱交換器２５と同数あり、一対一で対応し、対応する室内熱交換器２５で温度調整された空気を室内に吹き出す。複数の吹出口３０は、図２に示すように、それぞれが互いに異なる方向に空気を吹き出すように配置されている。

室内熱交換器２５は室外機１の熱交換器（不図示）との間で冷媒を受け渡し、その冷媒と室内ファン２２によって送風された空気との熱交換を行わせる。

制御弁２１は、室内熱交換器２５に一対一で対応して設けられ、制御部５０からの制御に従って、各室内熱交換器２５の冷媒流量を個別に調整する。制御弁２１は開度の設定により、各室内熱交換器２５の冷媒流量を連続的な値に調整することができる。各室内熱交換器２５の冷媒流量を連続的に制御することにより、高い精度で各方向の温度調整能力を設定することができる。ここでいう温度調整能力は、室内の空気の温度を所望の温度に近づける能力であり、冷房であれば空気の温度を下げる能力であり、暖房であれば温度を上げる能力である。例えば、室内熱交換器２５の冷媒流量を増加させれば、その室内熱交換器２５の温度調整能力が上昇する。

室内ファン２２は、室内ファンモータ２４によって駆動され、複数の室内熱交換器２５に空気を送る。

制御部５０は、複数の制御弁２１の個々の開度を設定して各室内熱交換器２５の冷媒流量を調整することにより、複数の室内熱交換器２５のそれぞれの温度調整能力を個別に制御する。各室内熱交換器２５の冷媒流量を個々に制御することにより、各方向への温度調整能力を適切に制御することができる。

したがって、本実施形態によれば、複数の吹出口３０を有する空気調和システムの室内機２０において、各室内熱交換器２５の温度調整能力を個別に制御できるので、室内における空気調和の場所毎の制御性を向上させることができる。

また、本実施形態による室内熱交換器２５にはアルミ製の扁平管が用いられている。アルミ製の扁平管は、一般的なフィン＆チューブ式の熱交換器と比べると、加工性は悪いが熱交換の能力が比較的高い。そのアルミ製の扁平管によって、方向の異なる個々の熱交換器を構成することにより、曲げ加工のような複雑な加工を要することなく、比較的単純な加工でアルミ製扁平管の利点である高い温度調整能力を得ることができる。

以下、より具体的な各種実施例について説明する。

図３は、実施例１による空気調和システムのサイクル系統図である。冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示している。

図３には、室外機１と室内機２０とが、液管１７およびガス管１８によって、結合された空気調和システムが示されている。室外機１はアキュムレータ１４、圧縮機９、四方弁１１、室外熱交換器５、制御弁１２、室外ファン２、および室外ファンモータ４を備えている。

室内機２０は制御弁２１、室内熱交換器２５、室内ファン２２、及び室内ファンモータ２４を備えている。

各部の動作について冷房運転する場合を例に説明する。上述のように冷房運転時には冷媒は図３の実線矢印の向きに流れる。

圧縮機９から吐出された高圧ガス冷媒は四方弁１１を通って室外熱交換器５へ流れ、室外ファンモータ４で駆動される室外ファン２によって室外空気と熱交換され、凝縮し、液冷媒となる。液冷媒は、開度が大きくされた制御弁１２を介して液管１７を流れ、室内機２０へ送られる。

室内機２０では、液冷媒は、制御部５０によって適切な開度に制御された制御弁２１で減圧され、室内熱交換器２５に入り、室内ファンモータ２４で駆動される室内ファン２２によって室内空気と熱交換される。このとき、室内空気は冷却され、冷媒は蒸発して低圧ガス冷媒となり、ガス管１８を通って室外機１へ戻る。

室外機１へ戻った低圧ガス冷媒は四方弁１１およびアキュムレータ１４を通って圧縮機９へ吸入される。

図４は、実施例１における室内機のサイクル系統図である。図４を参照すると、実施例１においては、室内熱交換器２５と、冷媒流量を調整できる制御弁２１がそれぞれ、４方向吹出しの吹出口３０と同数の４個ある。室内熱交換器２５は扁平管アルミ熱交換器である。４組の室内熱交換器２５と制御弁２１が直列に接続され、その四組が互いに並列に接続され、冷媒配管に共通接続されている。

このような構成にすることで各室内熱交換器２５毎に冷媒流量を調整し、熱交換量を調整することができるので、各吹出口３０から吹出される冷風の温度を個別に制御することが可能となっている。その結果、各吹出口３０から吹出される冷風の方向に居る人の希望に応じてその方向の温度を調整することが可能となるため、全ての方向の人の快適性を同時に向上させることが可能となっている。

図５は、比較例における室内機における吹出口と熱交換器の位置関係を示す図である。図６は、実施例１による室内機の平面図である。

比較例では、図５に示すように、複数の吹出口３０Ｂから吹き出す空気を効率良く温度調整するために、室内熱交換器２５Ｂを曲げ加工によって各吹出口３０Ｂに沿うように略四角形に形成している。そのため、複数の吹出口を有する室内機では比較的加工が容易なフィン＆チューブ熱交換器が広く用いられていた。

しかし、本実施例では、図５に示すように、各吹出口３０に一対一で室内熱交換器２５が設けられるので、従来のような曲げ加工が不要である。そのため、曲げ加工が容易で無いが熱交換能力が高い扁平管アルミ熱交換器を用いるのが好適である。

図６を参照すると、曲げ加工の無いアルミ製の扁平管に冷媒を流す室内熱交換器２５が設けられている。扁平管アルミ熱交換器は、フィン＆チューブ熱交換器に比べ、熱交換能力の面では高性能ではある。各吹出口３０毎に室内熱交換器２５を設ける構成では曲げ加工が不要となるので、加工性あまり良くないアルミ製の扁平管状の室内熱交換器でも適用することが可能である。そこで、本実施例では、複数の吹出口３０と複数の室内熱交換器２５とを有する室内機２０では、室内熱交換器２５としてアルミ製の扁平管状の熱交換器を適用し、軽量、小型化、高性能化を図っている。

また、図５に示した比較例の室内機では、上述のように、室内熱交換器２５Ｂを通過してから各吹出口３０Ｂに至る空気流路は、吹出口３０毎に仕切られていない。１つの室内熱交換器で温度調整した空気なので仕切る必要が無いのと、室内熱交換器２５Ｂが略四角形に一周繋がっているため、仕切るのが困難であるというのが原因である。

しかし、本実施例の室内機２０は各吹出口３０からの空気の温度を個別に調整するものなので、図６に示すように、各室内熱交換器２５から各吹出口３０までの空気流路を仕切り部材２６によって互いに分離している。その結果、隣り合う室内熱交換器２５で熱交換された空気が混ざり合わないようにすることができるため、各吹出口３０毎の温度調整の精度が向上し、各方向の個々の快適性を同時に向上させることができる。

実施例１は、各室内熱交換器２５を流れる冷媒を制御弁２１で個々に連続的な値として調整するものであったが、本発明がこれに限定されることは無い。実施例２では、複数の室内熱交換器２５への冷媒の流れを個々に開閉の二値的に制御するための開閉弁と、複数の室内熱交換器２５に共通で合計の冷媒の流量を連続的な値として制御するための制御弁とを用いている。

実施例２は、実施例１と室内機２０のサイクル系統が異なり、それ以外の部分は共通である。図７は、実施例２おける室内機のサイクル系統図である。図７を参照すると、実施例２においては、４組の室内熱交換器２５と開閉弁２３が直列に接続され、その４組が互いに並列に冷媒配管に共通接続されている。そして、その冷媒配管が一本になっている部分に共通の制御弁２１が設けられている。

開閉弁２３は、制御部５０から全開あるいは全閉という二値的な制御が可能な弁であり、例えば電磁弁である。一方、制御弁２１は、開度を連続的な値に調整することが可能な弁である。

このような構成にすることで、冷風の所望の温度への調整は制御弁２１で冷媒流量を調整することにより実現し、送り出す空気の温度を下げたい方向については、開閉弁２３の開閉によって決定することができる。例えば、人が存在しないなどで温度を調整した空気を送る必要の無い方向については、開閉弁２３を閉じることにより室内熱交換器２５に冷媒が流れない状態にすることで、室内から吸込んだ空気を熱交換せずに吹出すだけの送風の状態にすることが可能となる。その結果、空気調和システム全体として冷媒の循環量を減少させることにより、圧縮機９の仕事量（回転数）を減少させ、省エネルギー化を図ることができる。

実施例３では、吹出口に風向の変更および開閉が可能なルーバを設け、人が存在しないなどで、温度調整した空気を送り必要が無い方向には送風を行わないということを可能にしている。

図８は、実施例３において天井に設置された室内機を側方から見た断面図である。実施例３は、吹出口３０にルーバ３１を設け、制御部５０からルーバ３１の開閉および角度を制御可能にした点で実施例１と異なり、それ以外の点では実施例１あるいは実施例２と同様である。

図８を見て分かるように、複数の吹出口３０にそれぞれ風向の変更が可能なルーバ３１が設けられている。このルーバ３１は各々個別に風向を制御でき、吹出口３０を閉じることも可能である。それにより、人が存在しないなどで温度を下げる必要の無い方向については、送風しないようにできる。

これにより、ルーバ３１によって送風の方向を制御することが可能となると共に、送風が不要な吹出口からの送風を停止することも可能になる。例えば４方向の吹出口３０のうち一方向のルーバ３１を閉じれば、室内機２０全体としては３／４の風量を発生させることにより、他の３方向への風量を維持できる。つまり、室内機として必要とされる風量を低減することができるため、室内ファンモータ２４の回転数を下げ、省エネネルギー化を図ることができる。

実施例４では、室内の温度分布に基づいて、複数の室内熱交換器の温度調整能力を個別に制御するものである。

図９は、実施例４による空気調和システムのサイクル系統図である。実施例４の空気調和システムは、図３に示したシステムに加えて、室内の温度分布を検知する温度検知器５１を有している。そして、制御部５０は、温度検知器５１で検知された温度分布に基づいて、複数の室内熱交換器２５の温度調整能力、具体的には各室内熱交換器２５の冷媒の流量を個別に制御する。

これにより、室内の温度分布に基づいて各方向の温度を高い精度で好ましい温度に調整することができる。その結果、通常はリモコンなどで人手でその都度、風向を設定する必要があるが、温度検知器５１を設けることで、その必要が無くなる。例えば、室内の温度分布が好ましい状態になっていなければ、好ましい温度分布になるように自動的に各方向の温度調整能力を制御することができ、効率的に省エネルギー化が図れる。

実施例５では、各々の方向における対象物の有無に基づいて、複数の室内熱交換器の温度調整能力を個別に制御するものである。

図１０は、実施例５による空気調和システムのサイクル系統図である。実施例５の空気調和システムは、図３に示したシステムに加えて、各々の方向における対象物の有無を検知する対象物検知器５２を更に有している。対象物検出器５２は、例えば、赤外線、超音波、可視光線、またはそれらの全部あるいは一部の組み合わせにより実現される人感センサである。そして、制御部５０は、対象物検知器５２の検知結果に基づいて、複数の室内熱交換器２５の温度調整能力を個別に制御する。

これにより、人間等の対象物の有無に基づいて各方向の空調を調整することにより、快適性をより向上させることができる。通常はリモコンなどで人手でその都度、風向を設定する必要があるが、対象物検知器５２を設けることで、その必要が無くなる。例えば、室内から誰かが離席したとき、何もリモコン操作等をしなくても、自動的に各方向の温度調整能力を制御することができ、効率的に省エネルギー化が図れる。

実施例６は、複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する空気流路同士を一つの部材で分離するものである。

図１１は、実施例６において天井に設置された室内機の平面図である。実施例６は、空気流路間に一つの板状壁６０を有し、その板状壁６０によって、複数の室内熱交換器２５のそれぞれに対応する空気流路同士を分離し、それら空気流路の空気が互いに混合するのを防止している。各熱交換器２５の両端に仕切り部材２６を設けた実施例１と異なり、それ以外の点では実施例１〜５と同様である。

互いに分離された空気流路は、複数の室内熱交換器２５のそれぞれを通った空気をその室内熱交換器２５に対応する吹出口３０に個々に導く。各室内熱交換器２５の空気流路を分離することにより、各方向の温度調整能力を高い精度で調整することができるようになる。また、板状壁６０で空気流路の分離を実現しているので、単純な構成で空気流路を分離することができる。

上述の各実施例では冷房運転時を例に機能や動作の説明を行ったが、暖房運転時の機能や動作もこれと同様であり、また冷房運転時と同様の効果が得られる。

また、上述した本発明の実施形態および実施例は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態あるいは実施例のみに限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１…室外機、１１…四方弁、１２…制御弁、１４…アキュムレータ、１７…液管、１８…ガス管、２…室外ファン、２０…室内機、２１…制御弁、２２…室内ファン、２３…開閉弁、２４…室内ファンモータ、２５…室内熱交換器、２６…仕切り部材、２８…化粧板、３０…吹出口、３１…ルーバ、４…室外ファンモータ、５…室外熱交換器、５０…制御部、６０…板状壁、９…圧縮機

Claims (8)

1. 複数の熱交換器と、
   前記複数の熱交換器に対応し、前記対応する熱交換器で温度調整された空気を吹き出す複数の吹出口と、
   前記複数の熱交換器に１対１で対応し、前記各熱交換器への冷媒の流れを個々に開閉制御可能な複数の開閉弁と、
   前記複数の熱交換器に共通の冷媒流路に設けられ、前記複数の熱交換器の合計の冷媒流量を連続的な値として制御可能な共通制御弁と、
   前記複数の開閉弁の各々の開閉により前記熱交換器毎に冷媒の流量を個別に制御し、前記複数の熱交換器の温度調整能力を個別に制御する制御部と、
   を有する空気調和室内機。
2. 前記熱交換器にはアルミ製の扁平管が用いられている、請求項１に記載の空気調和室内機。
3. 前記複数の熱交換器に１対１で対応し、各熱交換器への冷媒の流量を連続的に制御可能な複数の個別制御弁を更に有し、
   前記制御部は、前記複数の個別制御弁の各々の冷媒の流量を個別に制御する、
   請求項１または２に記載の空気調和室内機。
4. 前記複数の熱交換器のそれぞれを通った空気を該熱交換器に対応する吹出口に導く複数に分離された空気流路を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気調和室内機。
5. 前記複数の熱交換器のそれぞれに対応する空気流路同士を分離し、前記空気流路の空気が互いに混合するのを防止するための仕切り部材を各流路間に一つで構成する、請求項４に記載の空気調和室内機。
6. 前記複数の吹出口の個々に開閉および角度を制御することができるルーバを更に有し、
   前記制御部は、前記ルーバの開閉および角度を制御する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の空気調和室内機。
7. 前記複数の吹出口が空気を吹き出す室内の温度分布を検知する温度検知器を更に有し、
   前記制御部は、前記温度検知器で検知された温度分布に基づいて、前記複数の熱交換器の温度調整能力を個別に制御する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の空気調和室内機。
8. 前記複数の吹出口が空気を吹き出す各々の方向における対象物の有無を検知する対象物検知器を更に有し、
   前記制御部は、前記対象物検知器の検知結果に基づいて、前記複数の熱交換器の温度調整能力を個別に制御する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の空気調和室内機。
   

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