JP6052494B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に水を散布する散水手段を備えた空気調和装置に関するものである。

従来、空気調和機の室外ユニットに設けられた熱交換器に水を散布する散水装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この散水装置は、冷房運転時において凝縮器として用いられる熱交換器に、水を散布することによって冷媒の凝縮圧力を低下させて冷房運転の能力を向上させるものである。

熱交換器は、フィン・チューブ型熱交換器とした場合、高熱伝導率を有する材料として、放熱フィンに純アルミ又はアルミ合金を、チューブに銅パイプを用いるのが一般的である。このような熱交換器に対して、濡れ性を向上させるために、放熱フィンの表面に親水性の加工を施すことが行われている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、親水性加工を施してあるフィンであっても、長期間使用すると、徐々に表面の加工が剥がれることでその機能が十分に発揮されず、撥水性を示すようになる。これによって、凝縮水がフィンの間でブリッジし通風抵抗となり、さらに低温暖房時に凝縮水が結氷し易くなることで熱交換効率が低下し、暖房能力が低下する。

上記の問題を解決するため、室外熱交換器の親水性を向上させる親水剤を添加した水を散水することで、長期間使用した後でも室外熱交換器の親水性を維持する空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかし、特許文献３の空気調和装置の散水手段は、室外熱交換器の撥水性の程度を検知して動作している訳ではないので、親水性が十分であるか否かに関わらず、運転中常に動作している。そのため、親水処理が不要な場合でも親水剤を散布しており、動作するたびに無駄なコストが掛かるという問題が生じていた。

特開２０００−２０５６６５号公報 特開平８−１５９５９８号公報 特開２００６−１０５５４１号公報

そこで、本発明の目的は、上記した問題を解決することであり、室外熱交換器の撥水性の程度を推定して親水処理を行う空気調和装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１の空気調和装置は、圧縮機と、四方弁と、表面に親水加工が施された室外熱交換器と、膨張手段と、室内熱交換器とを順次冷媒配管により接続した冷媒回路を備え、前記室外熱交換器に送風する室外ファンと、前記室外熱交換器に水を散布する散水手段と、前記室外ファンにより発生した空気流が前記室外熱交換器を通過するときの風速を測定する風速検出手段と、前記散水手段の水に添加する親水剤を貯留する親水剤タンクと、これらを制御する制御手段とを備えた空気調和装置において、前記制御手段は前記圧縮機の運転停止後、前記散水手段により前記室外熱交換器に水を散布した状態で前記室外ファンを運転させた時の前記風速検出手段の検出値である第一風速値と、その後、前記室外熱交換器を凝縮器として運転させた後の状態で前記室外ファンを運転させた時の前記風速検出手段の検出値である第二風速値とを前記風速検出手段によって検出する撥水検知運転を行い、前記第一風速値から前記第二風速値への増加量が所定値以上であるか否かを判定する撥水判定を行い、前記制御手段は、前記撥水判定により増加量が所定値以上と判定された場合、前記親水剤タンクから親水剤を前記室外熱交換器に散布する親水処理を行うことを特徴とする。

また、請求項２に記載の空気調和装置は、請求項１の構成を備えたものにおいて、前記制御手段は、前記第一風速値と前記第二風速値とを比較する際に、前記第二風速値を所定の割合だけ減らした値を第二風速値とすることを特徴とする。

また、請求項３に記載の空気調和装置は、請求項１から２のうちいずれか一つの構成を備えたものにおいて、前記制御手段は、前記撥水検知運転の直前の運転が暖房運転であった場合、除霜運転をした後に前記撥水検知運転を行うことを特徴とする。

また、請求項４に記載の空気調和装置は、請求項１から３のうちいずれか一つの構成を備えたものにおいて、前記空気調和装置は、外気温度を検出する外気温度検出手段を備えており、前記制御手段は、外気温度検出手段が検出した外気温度が所定の温度以下の場合は前記撥水検知運転を行わないことを特徴とする。

上記のように構成した本発明の空気調和装置では、前記空気調和装置の運転停止後、室外ファンにより発生した空気流が室外熱交換器を通過するときの風速から前記室外熱交換器が撥水性の程度を推定する撥水検知運転を定期的に行い、前記室外熱交換器が撥水性を示したときに親水処理を行うようにしているので無駄なコストの削減を実現できる。

本発明に係る空気調和装置の全体構成を示す概略図。 本発明に係る空気調和装置の撥水検知運転の準備動作を示すフローチャート。 本発明に係る空気調和装置の撥水検知運転の動作を示すフローチャート。 本発明に係る空気調和装置の室外機を示す断面概略図。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の実施形態による一例としての空気調和装置の全体構成を示す概略図である。本実施例の空気調和装置１は、圧縮機１０と、四方弁２０と、室内熱交換器３０と、膨張手段４０と、室外熱交換器５０とが冷媒配管により順次接続された冷媒回路を備えている。また、室外熱交換器５０の近傍に室外ファン６０と、風速検出手段７０と、外気温度検出手段８０と、散水手段９０と、親水剤タンク１００と、制御手段１４０とが設けられている。

圧縮機１０は、制御部１４０によりインバータ制御された図示しない電動機によって回転駆動されている。

四方弁２０は、制御部１４０により制御され、冷媒回路を循環する冷媒の流路を切り替え、それによって空気調和装置１の暖房・冷房運転の切り替えを行っている。

次に、本実施例の冷凍サイクルにおいて、冷媒を循環させて冷房・暖房運転を行う場合の、冷媒の流れや各部の動作について図１を用いて説明する。

図１において、暖房運転時、圧縮機１０で圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方弁２０を介して室内熱交換器３０に流入し、室内熱交換器３０内で室内空気と熱交換することによって凝縮する。その後、高圧の液冷媒となって膨張手段４０へと流入する。高圧の液冷媒が膨張手段４０を通過すると、減圧され膨張し、低温低圧の気液混合冷媒となって室外熱交換器５０に流入する。低温低圧の気液混合冷媒は室外熱交換器５０に流入すると、室外熱交換器５０内で外気と熱交換することによって蒸発し低圧のガス冷媒となる。その後、四方弁２０を介して圧縮機１０へと吸入される。

また、図１において、冷房運転時、圧縮機１０で圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方弁２０を介して室外熱交換器５０に流入し、室外熱交換器５０内で外気と熱交換することによって凝縮する。その後、高圧の液冷媒となって膨張手段４０へと流入する。高圧の液冷媒が膨張手段４０を通過すると、減圧され膨張し、低温低圧の気液混合冷媒となって室内熱交換器３０に流入する。低温低圧の気液混合冷媒は室内熱交換器３０に流入すると、室内熱交換器３０内で室内空気と熱交換することによって蒸発し低圧のガス冷媒となる。その後、四方弁２０を介して圧縮機１０へと吸入される。

次に、室外熱交換器５０と室外ファン６０および風速検出手段７０との関係を図１および図４を用いて説明する。図４は、本実施例の空気調和装置１における、室外機２の側方から見た断面図である。室外機２の筐体内には室外熱交換器５０と、室外ファン６０と、風速検出手段７０と、外気温度検出手段８０とが設けられている。また、室外機２の筐体外で室外熱交換器５０の側方に散水手段９０が設けられている。

室外熱交換器５０は、図示しない複数枚積層して鉛直方向に立設された板状のフィンと、内部に冷媒を流すとともに複数のフィンの法線方向に貫通配置された複数のパイプとを備えている。室外熱交換器５０のパイプに冷媒を流すことで、冷媒の熱がパイプからフィンに伝熱し、フィンと外気とが熱交換を行う。また、室外熱交換器５０は製造時に親水加工を施してある。これは、アルミフィンの表面に界面活性剤を含んだ塗料を塗り、ヒータで加熱して乾燥させるというものである。

室外ファン６０は室外熱交換器５０の近傍に配置され、制御部１４０により制御されたファンモータ６１によって回転駆動されている。室外ファン６０は室外熱交換器５０で冷媒と外気とを効率よく熱交換させるため、室外熱交換器５０に外気を導入させるように空気流を発生させる。

風速検出手段７０は室外機熱交換器５０と室外ファン６０との間に配置された風速センサであって、室外ファンにより発生させた空気流が室外熱交換器５０を通過する際の風速を検出し、制御手段１４０に出力する。なお、配置場所はこの限りではなく、室外熱交換器５０のフィン表面に凝縮水が留まり通風抵抗となったときに風速に変動がみられる位置であればよいので、例えば、室外ファンの風下側であってもよい。

外気温度検出手段８０は室外熱交換器５０の風上側に配置されたサーミスタであって、外気温度を検出し、制御手段１４０に出力する。

散水手段９０は、室外熱交換器５０の近傍に配置され、室外熱交換器５０に散水を行う。本実施例の散水手段９０は、図に示すようなシャワーヘッド型である。このとき、散水に用いる水は水配管１１０を介して水道から供給している。散水手段９０へ水配管１１０を介して水道から供給された水は、散水手段９０で水道圧により霧状に噴射されるので室外熱交換器５０の広範囲に散水を行うことができる。散水手段９０の作動および停止は水配管１１０に設けられた第一開閉弁１３１の開閉動作によって行われる。なお、第一開閉弁１３１の開閉動作は制御手段１４０によって制御される。このとき、散水された水は室外熱交換器５０のフィン表面に付着し、重力によって下方向に流れていくため、図４に示すとおり、室外熱交換器５０の上部近傍に散水手段９０を配置するのが好適である。

なお、本実施例の散水手段９０はシャワーヘッド型であるが、室外熱交換器５０の広範囲に水を噴射できる形状であればよく、例えば、室外熱交換器５０の上方に併設し水配管１１０に接続された円柱状の管を備え、該円柱状の管に室外熱交換器５０に対向する向きに穴を等間隔に複数あけたものであってもよい。この場合、水配管１１０を介して水道から供給された水は、円柱状の管に流入し、水道圧によって管にあけられた複数の穴から室外熱交換器５０に向けて吐出される。

親水剤タンク１００は親水剤供給管１２０を介して水配管１１０に接続され、散水手段９０で散水に用いる水に添加する親水剤を貯留する。また、親水剤供給管１２０には第二開閉弁１３２が設けられ、後述する所定の条件を満たした場合に第二開閉弁１３２の開閉動作を行い散水に用いる水に親水剤を添加する。なお、第二開閉弁１３２の開閉動作は制御手段１４０によって制御される。

なお、親水剤としては、界面活性剤と、ポリアクリル酸を含むものが好ましい。界面活性剤としては、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル及びショ糖脂肪酸エステルなどのエステル型界面活性剤、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどが好ましい。

親水剤は、親水剤タンク１００から親水剤供給管１２０を介して水配管１１０に供給され、水配管１１０内で水に添加され、親水剤が添加された水は散水手段９０によって室外熱交換器５０に散布される（親水処理）。室外熱交換器５０は、経年使用によって製造時に施された親水加工の成分である界面活性剤が凝縮水とともに徐々に流れ出してしまうことにより室外熱交換器５０の親水性が次第に低下する。しかし、このように、親水剤が添加された水を室外熱交換器５０に散布することにより、室外熱交換器５０の親水性を向上させることができるので、室外熱交換器５０に施してある親水加工が経年使用により流出していても、凝縮水がフィン表面に留まり、凝縮水がフィンの間でブリッジして通風抵抗となることを防ぎ、熱交換効率を低下させない。

一方、上述した親水処理は、親水性が低下したときに動作させることが望ましく、親水処理が不要なとき（十分に親水性が保たれている状態）に室外熱交換器５０に親水剤が添加された水を散水することは無意味な運転である。このことから、定期的に室外熱交換器５０の撥水性を検知することが重要である。よって、以下に、本発明の室外熱交換器５０の撥水性を検知する撥水検知運転の動作について図２を用いて説明する。

図２は、本実施例の撥水検知運転に基づいた空気調和装置の準備動作のフローチャートである。空気調和装置１の起動後、撥水検知運転は空気調和装置１の運転停止後に行うため、ＳＴ１で運転が停止されたか判定する。

その後、ＳＴ２で外気温度センサ８０により検出した外気温が２℃以上であるか判定し、２℃未満であれば撥水検知運転を行わない。これは、２℃に満たない低外気温時に撥水検知運転による散水を行うと、室外熱交換器５０に結氷が生じる恐れがあるためである。

ＳＴ２で外気温が２℃以上であると判定された場合、ＳＴ３へ進み暖房運転積算時間が３０時間を経過したか、もしくは、冷房運転積算時間が１５０時間を経過したかを判定する。これは、運転終了時に毎回撥水検知運転をする必要はないので、所定時間経過したら一度撥水検知運転を行うようにするためであり、３０時間、１５０時間という時間はその一例である。なお、暖房運転と冷房運転とでそれぞれ異なる時間を設定し、暖房運転積算時間に比べ冷房運転積算時間を長く設定している。これは、冷房運転時には室外熱交換器５０に凝縮水が発生しないためである。要するに、空気調和装置１の冷房運転中は、仮に室外熱交換器５０の親水加工が流出してしまい、表面が撥水性を示していても運転上問題はないため、こまめに親水処理を行う必要がない。ただし、暖房シーズン前にあらかじめ親水処理をした方がいい場合が考えられるため、暖房運転よりも冷房運転の方が長い間隔で撥水検知運転を行うようにしている。

その後、ＳＴ４に進み直前の運転が暖房運転であったかどうかを判定する。直前の運転が暖房運転であった場合、室外熱交換器５０は蒸発器として機能していたこととなる。したがって、室外熱交換器５０は冷えており、フィン表面に霜が付着しているか、もしくは、この後行う散水で室外熱交換器５０に結氷が生じる恐れがあるため、ＳＴ５で冷房（いわゆるリバース除霜）運転を行い、室外熱交換器５０を凝縮器として機能させて室外熱交換器５０を温める。その後、ＳＴ６で冷房運転を開始してから１０分経過したかを判定し、ＳＴ７で冷房運転を終了し、ＳＴ８で撥水検知運転を行う。また、ＳＴ５〜７において、冷房運転によって除霜を行っていたが、除霜方法はこの限りでなく、例えば、室外熱交換器５０の近傍にヒータを設置して、ヒータによる除霜を行ってもよい。また、ＳＴ４で直前運転が冷房と判定した場合、そのままＳＴ８へ進む。

次に、ＳＴ８の撥水検知運転の制御を以下に説明する。撥水検知運転に基づいた空気調和装置の動作のフローチャートが図３である。

まず、ＳＴ９で所定時間だけ第一開閉弁１３１を開にし、その後閉にするよう制御する。これにより、室外熱交換器５０に散水を行い、室外熱交換器５０を濡れた状態にする。また、このときに、散水によってフィンに付着した汚れを落としている。その後、ＳＴ１０で室外ファン６０を一定の回転数（例えば、９００ｒｐｍ）で運転させ、ＳＴ１１で風速検出手段７０により第一風速値を検出し、ＳＴ１２で室外ファンを停止する。

次に、ＳＴ１３で冷房運転を開始しＳＴ１４で冷房運転を開始してから１０分経過したかを判定し、ＳＴ１５で冷房運転を終了する。これは、ＳＴ９で濡れた状態となった室外熱交換器５０を乾燥させるためである。ＳＴ１６で室外ファン６０をＳＴ１０の時と同様の回転数（例えば、９００ｒｐｍ）で運転させ、ＳＴ１７で風速検出手段７０により第二風速値を検出し、ＳＴ１８で室外ファンを停止する。

その後、ＳＴ１９で第一風速値と第二風速値とを比較し、第一風速値が第二風速値の９５％の値よりも低い値であった場合に室外熱交換器５０が撥水性を示していると判定する。これは、濡れた状態の第一風速値から乾燥した状態の第二風速値である程度の増加がみられた場合、濡れた状態のときに水滴がフィン表面に多く留まっていたと推定できるためである。このとき、気圧の変化やフィン表面に付着したゴミ等により生じる誤差を考慮するため第一風速値を比較するのは第二風速値の９５％の値とした。ＳＴ１９で撥水性を示していると判定された場合、ＳＴ２０で第一開閉弁１３１と第二開閉弁１３２とを所定時間だけ開にし、その後閉にするよう制御し、室外熱交換器５０に親水剤が添加された水を散水する（親水処理）。散水が完了したら、ＳＴ２１で冷房運転を１０分間行い、親水処理を乾燥させる。その後、ＳＴ２２で運転積算時間をリセットして終了する。また、ＳＴ１９で撥水性を示していると判定されなかった場合は親水処理を行わずにＳＴ２２へ進む。

なお、上記した制御のうち、ＳＴ６、ＳＴ１４、ＳＴ２１において冷房運転を１０分間行うようにしている。これは、空気調和装置１が冷房運転を行い、室外熱交換器５０が凝縮器として機能し、放熱することでフィン表面に留まっている水滴を蒸発させるために必要な時間であって、１０分という時間はその一例である。

以上の動作により、空気調和装置の運転停止後、室外熱交換器５０の撥水性の程度を検知する撥水検知運転を定期的に行い、親水処理を行うようにしているので、不要な親水処理運転を行うことなく無駄なコストの削減を実現できる。

本発明の撥水検知運転は、原則として、室外熱交換器５０が蒸発器として使われフィン表面に凝縮水が発生する時期、つまり暖房シーズンに行うものである。しかし、暖房運転の後でなくても、これから暖房運転を使い始めるという時期に、使用時に備えてあらかじめ撥水検知運転を行いたいという場合も考えられる。よって、使用者の操作によっても当該運転を行えるようにしてもよい。

１ 空気調和装置
２ 室外機
１０ 圧縮機
２０ 四方弁
３０ 室内熱交換器
４０ 膨張手段
５０ 室外熱交換器
６０ 室外ファン
６１ ファンモータ
７０ 風速検出手段
８０ 外気温度検知手段
９０ 散水手段
１００ 親水剤タンク
１１０ 水配管
１２０ 親水剤供給管
１３１ 第一開閉弁
１３２ 第二開閉弁
１４０ 制御手段

Claims (4)

1. 圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張手段と、室内熱交換器とを順次冷媒配管により接続した冷媒回路を備え、前記室外熱交換器に送風する室外ファンと、前記室外熱交換器に水を散布する散水手段と、前記室外ファンにより発生した空気流が前記室外熱交換器を通過するときの風速を測定する風速検出手段と、前記散水手段の水に添加する親水剤を貯留する親水剤タンクと、これらを制御する制御手段とを備えた空気調和装置において、
   前記制御手段は前記圧縮機の運転停止後、
   前記散水手段により前記室外熱交換器に水を散布した直後の状態で前記室外ファンを運転させた時の前記室外熱交換器付近の風速である第一風速値と、
   その後、前記室外熱交換器を凝縮器として運転させた直後の状態で前記室外ファンを運転させた時の前記室外熱交換器付近の風速である第二風速値とを前記風速検出手段によって検出する撥水検知運転を行い、
   前記第一風速値から前記第二風速値への増加量が所定値以上であるか否かを判定する撥水判定を行い、
   前記制御手段は、前記撥水判定により増加量が所定値以上と判定された場合、前記親水剤タンクから親水剤を前記室外熱交換器に散布する親水処理を行うことを特徴とした空気調和装置。
2. 前記制御手段は、前記第一風速値と前記第二風速値とを比較する際に、前記第二風速値を所定の割合だけ減らした値を第二風速値とすることを特徴とした請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御手段は、前記撥水検知運転の直前の運転が暖房運転であった場合、除霜運転をした後に前記撥水検知運転を行うことを特徴とした請求項１から２のいずれか一つに記載の空気調和装置。
4. 前記空気調和装置は、外気温度を検出する外気温度検出手段を備えており、前記制御手段は、外気温度が所定の温度以下の場合は前記撥水検知運転を行わないことを特徴とした請求項１から２のいずれか一つに記載の空気調和装置。
   

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