JP7259209B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機を備え、設定温度と室温の温度差が縮小すると室内熱交換器および室外熱交換器を流れる冷媒の流量を減少させ、室内熱交換器を通過して室内機の吹出口から吹き出される空気の温度を調整することが可能な空気調和機に関する。

特許文献１は、室内の床全体から赤外線放射量を検出する多素子型赤外線センサを備える空気調和機を開示する。空気調和機の制御装置は、室内の床面を分割して設定された領域ごとに温度を検出する。制御装置は、全ての領域で赤外線放射量が設定された値に到達するように、室内機の吹出口から吹き出される冷気または暖気の風向を制御する。

特許第４３３３７０２号

特許文献１に記載のものでは、風向の制御にあたって空気調和機の利用者はリモコンのスイッチを操作して制御を開始する。利用者の意思に従って床面を分割して設定された領域ごとの温度差の解消が図られる。しかしながら、室温が設定温度に達しないうちに、特定の領域に向けて風向が制御されると、室内空間の温度調節よりも床面の温度調節が優先される。その結果室内空間で温度ムラが生じ、空間全体では快適な温度環境の確立は阻害されてしまう。

本発明は、室内全体で快適な温度環境を良好に確立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。

本発明の一形態は、風向板と圧縮機を備え、設定温度と室温の温度差が縮小すると室内熱交換器および室外熱交換器を流れる冷媒の流量を減少させ、室内熱交換器を通過して室内機の吹出口から吹き出される空気の温度を調整する空気調和機であって、室温と設定温度との乖離が解消されずに室温と設定温度との温度差が予め決められた温度の範囲内に収まって予め決められた時間が経過すると、室内を分割して設定された区画ごとに検出された温度と設定温度の温度差に基づき選択される特定の区画に向けて気流を案内する姿勢を確立するよう前記風向板を制御する制御装置を備える空気調和機に関する。

空気調和機では、冷房運転時または暖房運転時に室内機の吹出口から吹き出される空気の温度は圧縮機の動作に応じて調整される。設定温度と室温の温度差が縮小すると、圧縮機の動作は抑制され、室内熱交換器および室外熱交換器を流れる冷媒の流量は減少する。こうして室内では設定温度の温度環境が確立される。その一方で、室温と設定温度とが予め決められた温度差の範囲内に収まるものの、室温と設定温度との乖離が解消されず、予め決められた時間が経過すると、風向板は、区画ごとに検出された温度と設定温度の温度差に基づき選択される特定の区画に向けて気流を案内する姿勢を確立する。こうして設定温度に対して温度差を有する特定の区画に気流は誘導される。局所的な温度差は優先的に解消される。局所的な温度差が効果的に取り除かれることで、室温と設定温度との乖離は解消され、室内では設定温度の温度環境は良好に確立される。

以上のように開示の空気調和機によれば、局所的な温度差を取り除き、室内全体で快適な温度環境を良好に確立することができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の構成を概略的に示す概念図である。 一実施形態に係る室内機の外観を概略的に示す斜視図である。 空気調和機の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。 冷房運転字に赤外線センサで検出される床面および壁面の区画を概略的に示す模式図である。 制御回路の処理動作を概略的に示すフローチャートである。 暖房運転時に赤外線センサで検出される床面および壁面の区画を概略的に示す模式図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

（１）空気調和機の構成
図１は本発明の一実施形態に係る空気調和機１１の構成を概略的に示す。空気調和機１１は室内機１２および室外機１３を備える。室内機１２は例えば建物内の室内空間に設置される。その他、室内機１２は室内空間に相当する空間に設置されればよい。室内機１２には室内熱交換器１４が組み込まれる。室外機１３には圧縮機１５、室外熱交換器１６、膨張弁１７および四方弁１８が組み込まれる。室内熱交換器１４、圧縮機１５、室外熱交換器１６、膨張弁１７および四方弁１８は冷凍回路１９を形成する。

冷凍回路１９は第１循環経路２１を備える。第１循環経路２１は四方弁１８の第１口１８ａおよび第２口１８ｂを相互に結ぶ。第１循環経路２１は、圧縮機１５の吸入管１５ａに四方弁１８の第１口１８ａを接続する冷媒配管と、圧縮機１５の吐出管１５ｂに四方弁１８の第２口１８ｂを接続する冷媒配管とを有する。第１口１８ａからガス冷媒は圧縮機１５の吸入管１５ａに供給される。圧縮機１５は低圧のガス冷媒を所定の圧力まで圧縮する。圧縮機１５の吐出管１５ｂからガス冷媒は四方弁１８の第２口１８ｂに供給される。冷媒配管は例えば銅管であればよい。

冷凍回路１９は第２循環経路２２をさらに備える。第２循環経路２２は四方弁１８の第３口１８ｃおよび第４口１８ｄを相互に結ぶ。第２循環経路２２には、第３口１８ｃ側から順番に室外熱交換器１６、膨張弁１７および室内熱交換器１４が組み込まれる。室外熱交換器１６は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーを交換する。室内熱交換器１４は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーを交換する。第２循環経路２２は例えば銅管などで形成されればよい。

室外機１３には送風ファン２３が組み込まれる。送風ファン２３は室外熱交換器１６に通風する。送風ファン２３は例えば羽根車の回転に応じて気流を生成する。気流は室外熱交換器１６を通り抜ける。通り抜ける気流の流量は羽根車の回転数に応じて調整される。

室内機１２には送風ファン２４が組み込まれる。送風ファン２４は室内熱交換器１４に通風する。送風ファン２４は羽根車の回転に応じて気流を生成する。送風ファン２４の働きで室内機１２には室内空気が吸い込まれる。室内空気は室内熱交換器１４を通り抜け冷媒と熱交換する。熱交換で生成された冷気または暖気の気流は室内機１２から吹き出される。通り抜ける気流の流量は羽根車の回転数に応じて調整される。

冷凍回路１９で冷房運転が実施される場合には、四方弁１８は第２口１８ｂおよび第３口１８ｃを相互に接続し第１口１８ａおよび第４口１８ｄを相互に接続する。したがって、圧縮機１５の吐出管１５ｂから高温高圧の冷媒が室外熱交換器１６に供給される。冷媒は室外熱交換器１６、膨張弁１７および室内熱交換器１４を順番に流れる。室外熱交換器１６では冷媒から外気に放熱する。膨張弁１７で冷媒は低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室内熱交換器１４で周囲の空気から吸熱する。冷気が生成される。冷気は送風ファン２４の働きで室内空間に吹き出される。

冷凍回路１９で暖房運転が実施される場合には、四方弁１８は第２口１８ｂおよび第４口１８ｄを相互に接続し第１口１８ａおよび第３口１８ｃを相互に接続する。圧縮機１５から高温高圧の冷媒が室内熱交換器１４に供給される。冷媒は室内熱交換器１４、膨張弁１７および室外熱交換器１６を順番に流れる。室内熱交換器１４では冷媒から周囲の空気に放熱する。暖気が生成される。暖気は送風ファン２４の働きで室内空間に吹き出される。膨張弁１７で冷媒は低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室外熱交換器１６で周囲の空気から吸熱する。その後、冷媒は圧縮機１５に戻る。

（２）室内機の構成
図２は一実施形態に係る室内機１２の外観を概略的に示す。室内機１２の本体（筐体）２８ａの前面にはアウターパネル２８ｂが配置される。本体２８ａの下面には吹出口２９が形成される。吹出口２９は室内に向けて開口する。本体２８ａは例えば室内の壁面に固定される。室内熱交換器１４で冷気または暖気が生成され、冷気または暖気の気流は吹出口２９から吹き出す。

吹出口２９には前後１対の上下風向板３１ａ、３１ｂが配置される。上下風向板３１ａ、３１ｂはそれぞれ本体２８ａの長手方向と平行な回転軸線３２ａ、３２ｂ回りに回転することができる。回転に応じて上下風向板３１ａ、３１ｂは吹出口２９を開閉する。吹出口２９から吹き出される気流の方向は上下風向板３１ａ、３１ｂの角度に応じて変えられる。

吹出口２９には回転軸線３２ａ、３２ｂの軸方向に（本体２８ａの長手方向に）配列される複数枚の左右風向板３３が配置される。個々の左右風向板３３は、吹出口２９から吹き出される気流を左右に特定の方向に案内するように軸線回りで回転することができる。

空気調和機１１は、物体の輻射熱に応じて室内の温度分布を検出する赤外線センサ３４を備える。赤外線センサ３４は本体２８ａの正面下側に配置される。赤外線センサ３４は、床面および壁面の少なくとも一方を複数の区画に分割して検出を行い、温度分布を特定する温度分布信号を生成する。赤外線センサ３４は、室内で人の在不在を検出する人感センサとして機能するだけでなく、床面および壁面の温度（輻射温度）を検出する温度センサとして機能する。

図３に示されるように、空気調和機１１は例えば室内機１２に組み込まれる制御回路３５を備える。制御回路３５には、四方弁１８の駆動源（モータ）３６、圧縮機１５の駆動源（モータ）３７、膨張弁１７の駆動源（モータ）３８、送風ファン２３の駆動源（モータ）３９、送風ファン２４の駆動源（モータ）４１、上下風向板３１ａ、３１ｂの駆動源（モータ）４２および左右風向板３３の駆動源（モータ）４３が接続される。

制御回路３５は、冷房運転および暖房運転を切り替える際に四方弁１８の動作を制御する。四方弁１８の制御にあたって制御回路３５から四方弁１８のモータ３６に制御信号は供給される。四方弁１８は、制御信号に基づき、第２口１８ｂに第３口１８ｃおよび第１口１８ａに第４口１８ｄをそれぞれ接続する冷房運転時の姿勢と、第２口１８ｂに第４口１８ｄおよび第１口１８ａに第３口１８ｃをそれぞれ接続する暖房運転時の姿勢とで弁体を駆動する。

制御回路３５は、設定温度と室温の温度差に基づき圧縮機１５の動作を制御する。圧縮機１５の制御にあたって制御回路３５から圧縮機１５のモータ３７に制御信号は供給される。圧縮機１５は、制御信号に基づき、設定温度と室温の温度差が縮小するとモータ３７の回転数を減少させる。その結果、室内熱交換器１４および室外熱交換器１６を流れる冷媒の流量は減少する。室内熱交換器１４で交換される熱エネルギーは減少する。こうして室内機１２の吹出口２９から吹き出される空気の温度は調整される。いわゆるインバータ制御が実施される。

制御回路３５は圧縮機１５の動作あるいは室内熱交換器１４の温度に応じて膨張弁１７の動作を制御する。膨張弁１７の制御にあたって制御回路３５から膨張弁１７のモータ３８に制御信号は供給される。膨張弁１７は、制御信号に基づき、所定の開度とされる。

制御回路３５は圧縮機１５および膨張弁１７の動作に応じて室外機１３の送風ファン２３の動作を制御する。送風ファン２３の制御にあたって制御回路３５から送風ファン２３のモータ３９に制御信号は供給される。送風ファン２３は、制御信号に基づき、交換される熱エネルギー量に応じて羽根車の回転数を調整する。

制御回路３５は、指定される風量に応じて室内機１２の送風ファン２４の動作を制御する。送風ファン２４の制御にあたって制御回路３５から送風ファン２４のモータ４１に制御信号は供給される。送風ファン２４は、制御信号に基づき、指定された風量を確立する回転数で羽根車を駆動する。

制御回路３５は、指定される気流の向きに応じて上下風向板３１ａ、３１ｂの動作を制御する。上下風向板３１ａ、３１ｂの制御にあたって制御回路３５から上下風向板３１ａ、３１ｂのモータ４２に制御信号は供給される。上下風向板３１ａ、３１ｂは、制御信号に基づき、上下に特定の方向に気流を案内する姿勢を確立する。

制御回路３５は、指定される気流の向きに応じて左右風向板３３の動作を制御する。左右風向板３３の制御にあたって制御回路３５から左右風向板３３のモータ４３に制御信号は供給される。左右風向板３３は、制御信号に基づき、左右に特定の方向に気流を案内する姿勢を確立する。

制御回路３５には室温センサ４４が接続される。室温センサ４４は室内の室温を計測する。室温センサ４４は、計測した室温を特定する室温信号を生成し出力する。室温センサ４４は例えば電波で室内機１２に関連づけられるリモコン内に配置されればよい。

制御回路３５には赤外線センサ３４が接続される。制御回路３５には赤外線センサ３４から温度分布信号が供給される。制御回路３５は、図４に示されるように、例えば室内の床面および壁面を複数の区画４５に分割し、分割で設定される区画４５ごとに温度（放射温度）を検出する。

次に空気調和機１１の動作を説明する。図５に示されるように、冷房運転が実施されると、ステップＳ１で制御回路３５には決められた間隔で室温センサ４４の室温信号が入力される。制御回路３５はステップＳ２で室温と設定温度との温度差に応じて圧縮機１５の動作を制御する。例えば温度差が８度以上であると、制御回路３５は動作能力の１００％で圧縮機１５を作動させる。温度差が５度以下であると、制御回路３５は動作能力の６０％で圧縮機１５を作動させる。温度差が２度以下であると、制御回路３５は動作能力の３０％で圧縮機１５を作動させる。ステップＳ３で室温と設定温度の温度差が２度以下であるか否かが判定される。温度差が２度以下であると（Ｓ３－Ｙｅｓ）、制御回路３５は計時を開始する。温度差が２度以下でなければ（Ｓ３－Ｎｏ）、室温の調整を継続する。

制御回路３５は、ステップＳ４で、予め決められた時間が経過したか否かを判定する。この時間は、圧縮機の動作能力を３０％としていても室温が設定温度へ到達することができる長さであればよい。時間が経過していた場合（Ｓ４－Ｙｅｓ）、ステップＳ７へ移行する。この場合、何らかの熱源により室温が影響を受けていると考えられる。時間が経過していなければ（Ｓ４－Ｎｏ）、制御回路３５は、ステップＳ５で、室温が設定温度の±０．５度以内に収束したか否かを判定する。収束していれば（Ｓ５－Ｙｅｓ）、ステップＳ６で制御回路３５は設定温度に室温を維持するように動作能力を決定する。収束していなければ（Ｓ５－Ｎｏ）、ステップＳ３に戻り室温と設定温度の温度差が２度以下であるか否かが判定される。

こうして室内機１２の吹出口２９から吹き出される空気の温度は圧縮機１５の動作に応じて調整される。したがって、設定温度と室温の温度差が縮小すると、圧縮機１５の動作は抑制され、室内熱交換器１４および室外熱交換器１６を流れる冷媒の流量は減少する。このとき、上下風向板３１ａ、３１ｂおよび左右風向板３３は、制御回路３５から供給される制御信号に基づき、室内全体に向かって吹出口２９から空気を吹き出す姿勢に調整される。室内では設定温度の温度環境が確立される。

例えば図４に示されるように、窓４６から入射する直射日光に応じて床面で局所的に高い温度が確立される場合には、室内全体の室温に基づき圧縮機１５の動作が制御されても、予め決められた時間内に室温が設定温度に達しないことがある。制御回路３５は、設定温度との乖離（本実施例における０．５度）が解消されずに室温および設定温度が予め決められた温度差（本実施例における２度）の範囲内になってから予め決められた時間が経過した場合には、ステップＳ７で、温度分布信号に基づき区画４５ごとに温度を解析する。ここでは、室温と設定温度との温度差が２度以下に収まるものの、室温と設定温度との乖離が±０．５度に収束しないで予め決められた時間（例えば５分）が経過すると、制御回路３５は区画４５ごとに温度を解析する。

制御回路３５は、ステップＳ８で、個々の区画４５で予め決められた値以上の温度差が観察されるか否かを判定する。この温度差は、絶対値の大きい区画が熱源となり室温が影響を受けると考えられる温度差であればよい。温度差が観察されない場合（Ｓ８－Ｎｏ）、Ｓ１へと戻り、室温を設定温度に近づけるための運転を継続する。温度差が観察されると（Ｓ８－Ｙｅｓ）、制御回路３５はステップＳ９で温度差のある区画のうち絶対値の大きさに基づき選択される特定の区画４５ａに向けて気流を案内する姿勢に上下風向板３１ａ、３１ｂおよび左右風向板３３を制御する。こうして、設定温度との乖離が解消されずに室温および設定温度が予め決められた温度差の範囲内に収まって予め決められた時間が経過すると、上下風向板３１ａ、３１ｂおよび左右風向板３３は、室内を分割して設定された区画４５ごとに検出された温度と設定温度の温度差の絶対値の大きさに基づき選択される特定の区画４５ａに向けて気流を案内する姿勢を確立する。上下風向板３１ａ、３１ｂおよび左右風向板３３の姿勢を確立するにあたって、圧縮機１５および送風ファン２４の回転数を大きくしても良い。

室温と設定温度との乖離が解消されず、上述した予め決められた時間が経過すると、風向板３１ａ、３１ｂ、３３は、区画４５ごとに検出された温度と設定温度の温度差の絶対値の大きさに基づき選択される特定の区画４５ａに向けて気流を案内する姿勢を確立する。こうして設定温度に対して温度差を有する特定の区画４５ａに気流は誘導される。局所的な温度差は優先的に解消される。局所的な温度差が効果的に取り除かれることで、室温と設定温度との乖離の原因となる熱源は解消され、室内では設定温度の温度環境は良好に確立される。

空気調和機１１では、冷房運転時と同様に暖房運転時でも制御回路３５は圧縮機１５の動作に応じて空気の温度を調整する。前述と同様に、ステップＳ１～Ｓ６の処理動作に従い室内では設定温度の温度環境が確立される。したがって、設定温度と室温の温度差が縮小すると、圧縮機１５の動作は抑制され、室内熱交換器１４および室外熱交換器１６を流れる冷媒の流量は減少する。

例えば図６に示されるように、窓４６からの放熱に応じて壁面で局所的に低い温度が確立される場合には、室内全体の室温に基づき圧縮機１５の動作が制御されても、予め決められた時間内に室温が設定温度に達しないことがある。制御回路３５は、設定温度との乖離が解消されずに室温および設定温度が予め決められた温度差の範囲内に維持される場合には、前述と同様に、温度分布信号に基づき区画４５ごとに温度を解析する。個々の区画４５で予め決められた値以上の温度差が観察されると、制御回路３５は、温度差に基づき選択される特定の区画４５ａに向けて気流を案内する姿勢に上下風向板３１ａ、３１ｂおよび左右風向板３３を制御する。こうして、設定温度との乖離が解消されずに室温および設定温度が予め決められた温度差の範囲内に収まって予め決められた時間が経過すると、上下風向板３１ａ、３１ｂおよび左右風向板３３は、室内を分割して設定された区画４５ごとに検出された温度と設定温度の温度差に基づき選択される特定の区画４５ｂに向けて気流を案内する姿勢を確立する。

室温と設定温度との乖離が解消されず、予め決められた時間が経過すると、風向板３１ａ、３１ｂ、３３は、区画４５ごとに検出された温度と設定温度の温度差に基づき選択される特定の区画４５ｂに向けて気流を案内する姿勢を確立する。こうして設定温度に対して温度差を有する特定の区画４５ｂに気流は誘導される。局所的な温度差は優先的に解消される。局所的な温度差が効果的に取り除かれることで、室温と設定温度との乖離の原因となる熱源は解消され、室内では設定温度の温度環境は良好に確立される。

１１…空気調和機、１２…室内機、１４…室内熱交換器、１５…圧縮機、１６…室外熱交換器、２９…吹出口、３１ａ…風向板（上下風向板）、３１ｂ…風向板（上下風向板）、３３…風向板（左右風向板）、４５…区画、４５ａ…特定の区画。

Claims (1)

1. 風向板と圧縮機を備え、
   設定温度と室温の温度差が縮小すると室内熱交換器および室外熱交換器を流れる冷媒の流量を減少させ、室内熱交換器を通過して室内機の吹出口から吹き出される空気の温度を調整する空気調和機において、
   室温と設定温度との乖離が解消されずに室温と設定温度との温度差が予め決められた温度の範囲内に収まって予め決められた時間が経過すると、床面および壁面の少なくとも一方を床面および壁面ごとに複数に分割して設定された区画であって前記設定温度に対して予め決められた値以上の温度差を有する特定の区画に向けて局所的に気流を案内する姿勢を確立するよう前記風向板を制御する制御装置
   を備えることを特徴とする空気調和機。

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