JPWO2018134888A1 - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

空気調和機は、圧縮機により冷媒を循環される冷媒回路中に配設された室内熱交換器と、冷房運転にて前記室内熱交換器で生成されたドレン水を溜めるドレンパンと、ドレンパンからドレン水を排水するドレンポンプと、ドレンパンに設けられドレン水の貯留水位を検知する水位検知手段と、ドレンポンプの運転を制御する制御手段、とを備え、制御手段は、冷房運転中のサーモオフ時または圧縮機の運転停止時にドレンポンプを停止する第１モードと、第１モードよりも優先してドレンポンプの運転を行う第２モードを有したものである。

Description

この発明は、空気調和機に関し、特に空気調和機に使用されるドレンポンプの制御に関する。

空気調和機では、冷房運転中に室内熱交換器からドレン水（凝縮水）が発生し、自然排水又はドレンポンプにより機外へ排出する。ドレンポンプ装置を搭載した空気調和機室内機は、その据え付け場所を空調空間の中央付近または壁面より離れた場所に選定されてもドレン水を排出できるというメリットがある。その一方で、ドレンポンプを駆動させるため、消費電力が増し省エネ性能が悪化するというデメリットがある。

それを改善する従来の技術としては室内送風機の回転数が所定回転数を上回る運転時にはドレンポンプを高出力で運転させ、室内送風機の回転数が所定回転数を下回るときにはドレンポンプを低出力で運転させることで、必要なドレンポンプの排出能力は維持したまま消費電力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。）。

特開２００４−０９３００３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された空気調和機では、室内機の送風機回転数によって冷房能力を推定し、能力が低い際にはドレンポンプを低出力にしたり、冷房サーモオフ時にポンプを停止させているが、室内送風機の回転数だけでドレン水の発生量を推定しポンプの出力を可変させたり、サーモオフ中にポンプを単純に停止するだけでは、ドレン水の排出不足につながり、最悪の場合ではドレン水が貯留許容量を越えてオーバーフローし、室内側に滴下してしまうという問題があった。
また、ドレンポンプの出力を下げた場合や停止させた場合は、ドレン水が排出側から逆流するため、これによる異音などが発生するという問題もあった。

この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、冷房運転時において、ドレン水の排出不足やオーバーフローを発生させずに、ドレンポンプの消費電力を削減できる空気調和機を提供することを目的とする。

この発明に係る空気調和機は、圧縮機により冷媒を循環される冷媒回路中に配設された室内熱交換器と、冷房運転にて室内熱交換器で生成されたドレン水を溜めるドレンパンと、ドレンパンからドレン水を排水するドレンポンプと、ドレンパンに設けられドレン水の貯留水位を検知する水位検知手段と、ドレンポンプの運転を制御する制御手段、とを備え、制御手段は、冷房運転中のサーモオフ時または圧縮機の運転停止時にドレンポンプを停止する第１モードと、第１モードよりも優先してドレンポンプの運転を行う第２モードを有したものである。

この発明の空気調和機は、ドレン水をオーバーフローさせることなく、高い信頼性を維持しつつ、消費電力を低減させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の制御特性を示す特性図である。

実施の形態１．
図１〜図４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は冷媒回路の構成を模式的に示す冷媒回路構成図、図２はその室内機を示す断面図（中央部より方側半分）、図３は空気調和機を説明する制御フローを示すフローチャート、図４はこの制御フローによる制御動作特性を示す特性図である。

図１において、空気調和機１００は互いに冷媒配管によって接続された室外機１０１と室内機１０２から構成されている。
室外機１０１には、冷媒を圧縮する運転周波数（圧縮機運転周波数）を変更可能な圧縮機１と、冷媒の流れ方向を変更するための四方弁２と、室外空気との間で熱交換する室外熱交換器３と、室外熱交換器３に向けて室外空気を供給する室外送風機４と、冷媒を膨張する膨張弁とが設けられている。一方、室内機１０２には、室内空気との間で熱交換する室内熱交換器６と、室内熱交換器６に向けて室内空気を供給する室内送風機７とが設けられている。冷媒は、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆなどのＨＦＯ単体冷媒、又はＨＦＯ冷媒とＲ３２などのＨＦＣ冷媒との混合冷媒である。

空気調和機１００の運転において、室内を冷房する場合には、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁５、室内熱交換器６の順に流れ、再度四方弁２を経由して圧縮機１に戻る冷媒回路が形成され、冷凍サイクルが実行される。また、室内を暖房する場合には、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、室内熱交換器６、膨張弁５、室外熱交換器３の順に流れ、再度四方弁２を経由して圧縮機１に戻る冷媒回路が形成され、冷凍サイクルが実行される。

図２は、空気調和機としての天井埋込型空気調和機の室内機を示している。この空気調和機室内機は略直方体形状の箱形のケーシングを有した室内機本体と化粧パネル１４とを備え、この化粧パネル１４の中央にはエアフィルタ１６が取り付けられる吸込グリル１５が開口し、化粧パネル１４の吸込グリル１５の周囲には吹出口がある。そして、建屋からの４本のボルトが空気調和機本体に向けて垂直下方に設定され、これら４本のボルトは空気調和機本体の吊り金具に夫々止められている。

空気調和機室内機１０１内には、送風機モータ８、室内送風機（ターボファン）７、ベルマウス９、ドレンポンプ１２、室内熱交換器６、ドレンパン１１が収容されている。この送風機モータ８は室内機のケーシングの天板に支持されており、その回転駆動軸の下端に室内送風機７が固定されている。また、ベルマウス９は、室内送風機７の下側に配置され、上端及び下端にそれぞれ円形の開口を有し、化粧パネル１４に向かうにつれて開口面積が拡大した筒形状に形成されている。また、室内熱交換器６は室内送風機７の周囲を囲むように、多角形（例えば、略四角形状）に曲げられて配置されている。この室内熱交換器６は上方に起立するようにドレンパン１１の上面に設置され、室内送風機７から側方へ吹き出された空気がこの室内熱交換器６を通過する。そして、この室内熱交換器６にて生成された凝縮水（ドレン水）がドレンパン１１で受けられて、ドレン水はドレンパン１１の最も深くなったドレン溜まりへ収集される。そして、このドレン溜まりにはドレンポンプ１２の吸込口が臨み、ドレンポンプ１１を通じてドレン溜まりに集められたドレン水が室内機本体の外側に排出される。

ドレンパン１１にはドレンポンプ１２と共に、ドレンパンに捕集されるドレン水のドレン量（水位）を検知するための水位検知センサ１３が設置されている。この水位検知センサ１３は、ドレン水位異常を示す所定量以上の水位高さになるとフロートスイッチが作動（オン状態）し、オン状態となったことを示す信号を室内制御装置に送信する。そして、その信号を受信した室内制御装置のマイコンが水位異常として判断することになる。

この空気調和機は、室内機の吸込口に設置した吸込空気温度センサによって検出される吸込空気温度と利用者がリモコンで設定する空調設定温度との情報から冷房運転や暖房運転おける圧縮機駆動制御を実行する。その際、室内制御装置は、冷房運転の場合、圧縮機の運転周波数や室内送風機の回転数など運転状況に応じて予め設定されたドレンポンプの出力でドレンポンプを制御する。

空気調和機の冷房運転時に、吸込空気温度が空調設定温度よりも低下してサーモオフ状態となり、圧縮機が停止して冷媒循環が止まった場合には、室内熱交換器の表面から生成されるドレン水の発生量は大幅に減少するので、発生したドレン水を排出するためのドレンポンプを、その後も連続して運転させる必要はなく、停止させることができる。これにより、ドレンポンプ駆動にかかる消費電力の低減が図れることになる。つまり、通常の冷房運転では、室内制御装置はサーモオフ時または圧縮機の運転停止時に前記ドレンポンプの運転を停止させる第１モードによる運転制御を行う。

しかし、それまでのドレンポンプ運転によるドレン水の排出状況によっては、ドレンポンプのオーバーフローを避けるために、ドレン水の水位検知センサによる水位検知レベルが高い水位となった場合、室内制御装置は、上述の第１モードの運転制御よりも優先して、ドレンポンプを停止させずに運転駆動を継続させる第２モードの運転制御を行う。また、空気調和機への元電源投入時から一度でも、高い水位を水位検知センサで検出していた履歴がある場合は、ドレンパンの汚損やドレンポンプ自体の駆動不良の懸念があることから、室内制御装置は冷房運転でのサーモオフ時または圧縮機の運転停止時に、上述の第１モードの運転制御よりも優先して、ドレンポンプを停止させずに運転駆動を継続させる第２モードの運転制御を行う。これにより、ドレン水をオーバーフローさせることなく、消費電力を低減させる効果を有す。

図３は上記空気調和機の冷房運転におけるサーモオフ時または圧縮機運転停止時のドレンポンプ運転に係る制御動作を説明する制御フローチャートである。以下、図３によりドレンポンプの駆動制御の動作を説明する。

まず、空気調和機がステップＳ１で冷房運転を開始すると、ドレンポンプは予め設定された所定回転数で運転を行う。その後、ステップＳ２で吸込空気温度が空調設定温度よりも低下してサーモオフ状態となるか、又は利用者によるリモコン操作による運転停止指令を受けて圧縮機の運転停止となったかの判断を行う。ここで、圧縮機停止でない場合はステップＳ６に進み、ドレンポンプの運転を継続して行う。一方、サーモオフ／圧縮機停止であるとの判断（ＹＥＳ）の場合は次のステップＳ３に進み、ドレン水の水位は規定値以下か、又は過去に水位が規定値以上になっていないかの判断を行う。そして、ＹＥＳの場合はステップＳ４に進み、ドレンポンプの運転を停止させる第１モードによる運転制御を行うい、ＮＯの場合はステップＳ５に進み、ドレンポンプを停止させずに運転駆動を継続させる第２モードの運転制御を行う。

このように、室内制御装置がサーモオフ／圧縮機停止であると判断した際に、ドレン水の水位が規定値以下か、又は過去にその水位が規定値以上になったことがないかの判断により、ドレンポンプの運転を停止させる第１モードによる運転制御か、または、ドレンポンプを停止させずに運転駆動を継続させる第２モードの運転制御かを選択してそれに応じた制御を行うことで、ドレン水をオーバーフローさせることなく適切にドレン水を外に排出することができ、さらにポンプ駆動に必要な消費電力を低減させる効果を有する。

また、室内制御装置は、室内熱交換器を流れる冷媒の温度を検出するために熱交換器の冷媒配管に設けられた熱交換器温度センサを用いて、運転中及び圧縮機停止後の循環冷媒の温度状態を検出する。そして、この熱交換器温度センサで検出した熱交換器温度と、吸込空気温度センサで検出した吸込空気温度とを比較し、熱交換器温度が吸込空気温度よりも所定温度より低い場合は圧縮機が停止してもドレンポンプの運転を継続して行う。これにより圧縮機が停止して冷媒循環が止まった後でも、室内熱交換器自体が低い温度を維持している間に、空調室内の空気が室内熱交換器に接して凝縮水を生成し、そこで発生したドレン水をドレンポンプの運転により適正に室内機本体の外側に排出することができる。

また、さらに空気調和機は、室内機の吸込口に室内空間から吸い込む空調空気の湿度を検出する室内吸込湿度センサを室内吸込温度センサと共に備えている。室内制御装置は、この室内吸込湿度センサにより検出した室内吸込湿度が所定の閾値より高い高湿度条件の場合には、サーモオフ条件を満たして圧縮機運転を停止しても、ドレンポンプの運転を継続して行う第２モードによる運転制御を行う。これにより、通常の空気条件で空調運転する際に生成するドレン水より多くのドレン水量がドレンパンに捕集されても、そこからオーバーフローすることなく室内機本体の外側に排出することができる。

次に、室内機本体からドレン水を排出した後のドレンポンプの停止時における制御について説明する。
一般的には、ドレンポンプの駆動運転を停止すると、ドレンポンプ排出口に接続されて、上方に向けて立ち上げられた排水管の途中にポンプの排出力により持ち上げられたドレン水が、下方のドレンパンに向かって逆流することになる。その際に発生するドレン水がポンプの回転羽根に衝突する音やドレンパン内壁面などに衝突する音が室内機から異音として室内空調空間へ放出され、利用者へは不快な音として聞こえることになる。

加えて、冷房運転時に吸込空気温度が設定温度よりも低下してサーモオフ状態となって圧縮機の運転を停止した場合は、室内送風機の回転数が下がることにより室内機からの騒音はサーモオン状態の空調運転よりも小さくなることが多い。ゆえに、冷房運転中にサーモオフ又は圧縮機停止した際にドレンポンプを停止すると、ドレン水の逆流による異音がより目立って聞こえてしまうことになる。

そこで、ドレンポンプ運転を停止する場合の停止制御において、ドレンポンプの回転数を段階的に下げて停止する、又は連続的であるが緩やかに回転数を低下させて停止まで制御することで、ドレンポンプで排出用の立ち上げ配管に持ち上げていたドレン水の逆流の勢いを抑制し、異常音の発生を低減させることができる。

図４に示すのは、冷房運転中のサーモオフ又は圧縮機停止時のドレンポンプ駆動の制御特性図であり、縦軸にドレンポンプ回転数［ｒｐｍ］、横軸に時間［ｔ］をとっている。（ａ）は「サーモオフ／圧縮機停止」時を示す点線の時間を過ぎても、ドレンポンプ駆動運転を継続させる場合を示し、（ｂ）はその「サーモオフ／圧縮機停止」時点でドレンポンプ運転を停止させる場合を示すものである。これに対し、（ｃ）では「サーモオフ／圧縮機停止」時点から段階的にドレンポンプの回転数を下げて停止まで時間を掛けた運転制御を示す。サーモオン状態で圧縮機運転中は、ドレンポンプの回転数Ｎ４で運転してドレン水を室内機から排出しており、サーモオフ／圧縮機停止となった時点で、ドレンポンプを回転数Ｎ２まで１段階下げて所定時間その状態で運転し、その後ドレンポンプの回転数をゼロの停止までさらに下げる運転制御である。なお、このドレンポンプの回転数を下げる段階は2段階以上でも良く、室内熱交換器から発生するドレン水の量やドレンポンプの排出能力に応じて設定することができる。

またさらには、（ｄ）では「サーモオフ／圧縮機停止」時点から連続的にかつ緩やかにドレンポンプの回転数を下げて停止まで時間を掛けた運転制御を行う動作を示している。サーモオン状態の圧縮機運転中にはドレンポンプを回転数Ｎ４で運転し、サーモオフ／圧縮機停止となった時点でその回転数をＮ４から停止のゼロまで連続して低下させる運転制御である。サーモオフ／圧縮機停止時からドレンポンプ回転数ゼロの停止までの制動時間は、室内熱交換器から発生するドレン水の量やドレンポンプの排出能力に応じて設定することができる。

このように、サーモオフ／圧縮機停止時に直ぐにドレンポンプを停止するのではなく、ドレンポンプ回転数の運転制御を段階的又は連続した緩やかに回転数を低下させることにより、ドレン水の逆流の勢いを抑えることができ、室内機側からの異常音発生を低減させる効果がある。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 室外送風機
５ 膨張弁
６ 室内熱交換器
７ 室内送風機
８ 送風機モータ
９ ベルマウス
１１ ドレンパン
１２ ドレンポンプ
１３ 水位検知センサ
１４ 化粧パネル
１５ 吸込グリル
１６ エアフィルタ
１００ 空気調和機
１０１ 室外機
１０２ 室内機

Claims (7)

1. 圧縮機により冷媒が循環される冷媒回路中に配設された室内熱交換器と、冷房運転にて前記室内熱交換器で生成されたドレン水を溜めるドレンパンと、前記ドレンパンからドレン水を排水するドレンポンプと、前記ドレンパンに設けられドレン水の貯留水位を検知する水位検知手段と、前記ドレンポンプの運転を制御する制御手段、とを備え、前記制御手段は、冷房運転中のサーモオフ時または前記圧縮機の運転停止時に前記ドレンポンプを停止する第１モードと、前記第１モードよりも優先して前記ドレンポンプの運転を行う第２モードを有したことを特徴とする空気調和機。
2. 前記第２モードは、前記水位検知手段によりドレン水位が所定水位以上と検出された場合または過去に高水位を検出した履歴がある場合に、前記ドレンポンプの運転を行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記室内熱交換器の冷媒温度を検出する熱交換器温度センサと、空調空気の温度を検出する室内吸込温度センサとを備え、前記第２モードは、前記熱交換器温度センサで検出した熱交換器温度が前記室内吸込温度センサで検出した室内温度よりも所定温度低い場合に、前記ドレンポンプの運転を行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 空調空気の湿度を検出する室内吸込湿度センサを備え、前記第２モードは、前記室内吸込湿度センサで検出した室内吸込湿度が所定の閾値より高い場合に、前記ドレンポンプの運転を行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
5. 前記第２モードによる前記ドレンポンプの運転を行う場合、冷房運転中のサーモオフまたは前記圧縮機の停止から所定時間経過後に前記ドレンポンプを停止させることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の空気調和機。
6. 前記ドレンポンプを停止させる場合、ドレンポンプの回転数を段階的に下げながら停止させることを特徴とする請求項５記載の空気調和機。
7. 前記ドレンポンプを停止させる場合、ドレンポンプの回転数を連続的に下げながら停止させることを特徴とする請求項５記載の空気調和機。

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