(57)【要約】【課題】快適な露点温度を蒸発器の配管温度の目標値とすることで、湿度センサを用いることなく快適な湿度環境を有する空気調和装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、所望の室内空気温度設定を行う室内空気温度設定手段１５と、室温を検出する室内空気温度検出手段１３と、蒸発用熱交換器の配管温度を検出する配管温度検出手段５と、所望の水蒸気分圧を有する空気の露点温度を前記配管温度の目標値として設定する配管温度設定手段１５と、除湿停止信号を出力する除湿停止手段１５とを備え、さらに、性別と年齢等の個人属性を入力する属性入力手段３９，４１とを備える。これにより、湿度センサを搭載することなく、室内空気の水蒸気分圧を一定に保ち、快適な温湿度を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度可変の圧縮機と凝縮用熱交換器と膨張弁と室内に設置された蒸発用熱交換器を冷媒配管で結合し、前記冷媒配管内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、入力された所望の室内空気温度を室内空気温度設定値として出力する室内空気温度設定手段と、室内空気温度を検出する室内空気温度検出手段と、前記蒸発用熱交換器に含まれる配管の配管温度を検出する配管温度検出手段と
室内における所望の水蒸気分圧を有する空気の露点温度を、前記配管温度の目標値として設定し、出力する配管温度設定手段と、前記室内空気温度と前記室内空気温度設定値とを比較し、前記配管温度と前記目標値とを比較し、前記室内空気温度と前記室内空気温度設定値との差が所定の範囲内で、かつ、前記配管温度が前記目標値以下の場合に、除湿停止信号を出力する除湿停止手段と、を備えることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
配管温度設定手段は、性別と年齢のうち少なくともどちらかの属性を入力する属性入力手段を備え、配管温度設定手段の目標値を前記属性入力手段から入力された属性と対応付けして、前記属性により異なる目標値を出力することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
除湿停止手段は除湿停止発動を選択可能な構成としたことを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。
【請求項４】
属性入力手段が除湿停止発動を選択する手段となる請求項３記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルを用いて室内空気の除湿をおこなう空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮機、凝縮用熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、およびこれらを接続して冷媒が流れる配管を有する空気調和装置において、温度センサに加えて湿度センサを用い、室内空気温度と相対湿度を制御目標として、圧縮機回転数等の制御をする空気調和機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されている空気調和装置においては、温度センサと湿度センサからなる湿球温度検出手段と、室内空気の湿球温度を設定する湿球温度設定手段とを備え、前記湿球温度検出手段による湿球温度と前記湿球温度設定手段による湿球温度設定値の差を縮めるように、圧縮機の回転速度を制御する。さらに特許文献１の空気調和装置においては、温度設定手段と湿度設定手段が備えられ、温湿度設定値と室内温湿度との差が小さくなるように、送風機の回転数を制御することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６６６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の従来の空気調和装置では、湿度センサを必要とすることで、空気調和装置のコストを上げるという課題を有する他、所望の湿度を制御目標とする相対湿度制御を行う構成において、例えば、室内の相対湿度５０％ｒｈを目標値とし、室内空気の相対湿度５０％ｒｈが達成された時、もしもこの時、室内空気温度が異なれば、５０％ｒｈという同じ指標値にも関わらず、人体への熱的影響は等価にはならないという課題を有する。
【０００６】
温熱生理学的には、人体と空気の間で熱的平衡状態が成立し、体温調節に伴う生理的な負担が最も小さい状態が熱的中立状態と言われ、室内環境における快適性の一条件になっている。平均的な人体がこの熱的中立状態であるときの室内空気側の水蒸気分圧は約２０ｈＰａである。人体表面の境界層における平均気温と相対湿度をそれぞれ３３℃、１００％ｒｈとした場合、水蒸気分圧は約５０ｈＰａなので、熱平衡状態における人体境界層と空気側の水蒸気分圧差は約３０ｈＰａである。この水蒸気分圧差に依存して生じる、人体から空気側への水分の移動は、感覚的には感知されないことから不感蒸泄とよばれ、人体の放熱の潜熱分を担っている。
【０００７】
相対湿度制御では、同じ５０％ｒｈでも気温が２９℃の場合、２０ｈＰａ、気温が２７℃なら約１８ｈＰａであり、分圧差は気温２９℃の３０ｈＰａから２７℃の場合３２ｈＰａへ約７％拡大する。皮膚血管の拡張あるいは収縮で２９℃と２７℃の環境における顕熱差に対しては熱的平衡が保たれるが、不感蒸泄の熱的平衡は、２９℃なら適切な水蒸気分圧差である３０ｈＰａが保たれるが、室内空気温度２７℃では崩れることになる。特許文献１に記載の従来の空気調和装置のように一定の相対湿度を目標とする制御では、室内空気温度によって相対湿度の人体への影響が異なり、室内空気温度の設定値が比較的低い場合、不感蒸泄の平衡が崩れ、潜熱移動が増加して過度に体が冷却されるという課題がある
。
【０００８】
人体からの放熱を促進させる必要がある場合は相対湿度制御も問題はない。しかし、長時間空調環境に曝されたり、発汗が止まり熱的中立状態になった人体においては、不感蒸泄による潜熱移動も平衡に保たれなければならない。また、不感蒸泄は感覚的に感知されにくく、人間自身が生理的に制御することもできない。したがって、不感蒸泄による潜熱移動の平衡状態は空気調和に大きく依存するという特徴がある。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、湿度センサを搭載することなく、室内空気の水蒸気分圧を一定に保ち、不感蒸泄による潜熱移動も平衡に保たれるようにして快適な温湿度環境を実現する空気調和装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、回転速度可変の圧縮機と凝縮用熱交換器と膨張弁と室内に設置された蒸発用熱交換器を冷媒配管で結合し、前記冷媒配管内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、入力された所望の室内空気温度を室内空気温度設定値として出力する室内空気温度設定手段と、室内空気温度を検出する室内空気温度検出手段と、前記蒸発用熱交換器に含まれる配管の配管温度を検出する配管温度検出手段と、室内における所望の水蒸気分圧を有する空気の露点温度を前記配管温度の目標値として設定し出力する配管温度設定手段と、前記室内空気温度と前記室内空気温度設定値とを比較し、前記配管温度と前記目標値とを比較し、前記室内空気温度と前記室内空気温度設定値との差が所定の範囲内で、かつ、前記配管温度が前記目標値以下の場合に、除湿停止信号を出力する除湿停止手段と、を備えたものである。
【００１１】
これによって、室内空気温度が室内空気温度設定値に到達した場合、配管温度が所望の露点温度である配管温度の目標値を下回れば、配管温度を上げて除湿を停止させ、相対的に顕熱比の高い高顕熱比冷房を実施するとともに、室内の空気の露点温度が所望の露点温度を上回る場合は所望の露点温度に達するまで除湿をして、室内の空気の露点温度を一定の水準に保ち、室内の空気の露点温度を一定の水準に保つことが可能になる。室内の空気の露点温度が一定に保たれる場合、その空気における水蒸気分圧も一定となるので、ほぼ一定水準の体表面境界層との水蒸気分圧差が拡大することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の空気調和装置は、室内の空気の露点温度を一定の水準に保つことが可能になり、その結果室内空気における水蒸気分圧も一定となるので、ほぼ一定水準の体表面境界層との水蒸気分圧差が拡大することを防ぐこと、すなわち単位体積あたりの表面積の大きな手先、足先において過剰な冷却を防ぐことができ、湿度センサを搭載することなく、室内空気の水蒸気分圧を一定に保ち、快適な温湿度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成図
【図２】同実施の形態１に係る空気調和機の除湿停止手段のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、回転速度可変の圧縮機と凝縮用熱交換器と膨張弁と室内に設置された蒸発用熱交換器を冷媒配管で結合し、前記冷媒配管内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、入力された所望の室内空気温度を室内空気温度設定値として出力する室内空気温度設定手段と、室内空気温度を検出する室内空気温度検出手段と、前記蒸発用熱交換器に含まれる配管の配管温度を検出する配管温度検出手段と、室内における所望の水蒸気分圧を有する空気の露点温度を前記配管温度の目標値として設定し出力す
る配管温度設定手段と、前記室内空気温度と前記室内空気温度設定値とを比較し、前記配管温度と前記目標値とを比較し、前記室内空気温度と前記室内空気温度設定値との差が所定の範囲内で、かつ、前記配管温度が前記目標値以下の場合に、除湿停止信号を出力する除湿停止手段と、を備えた構成としてある。
【００１５】
この構成によれば、冷房運転の際、室内空気温度検出手段によって検出された室内空気温度と、室内空気温度設定値の比較を行い、室内空気温度が室内空気温度設定値に到達した場合、配管温度が所望の露点温度である配管温度の目標値を下回れば、配管温度を上げて除湿を停止させるための信号を出力することができる。これにより室内の空気の露点温度が所望の露点温度を下回る場合に、空気調和装置は除湿を停止し、相対的に顕熱比の高い高顕熱比冷房を実施することができる。また、室内の空気の露点温度が所望の露点温度を上回る場合は所望の露点温度に達するまで除湿をすることが可能となり、空気調和装置により室内の空気の露点温度を一定の水準に保つことが可能になる。室内の空気の露点温度が一定に保たれる場合、その空気における水蒸気分圧も一定となるので、ほぼ一定水準の体表面境界層との水蒸気分圧差が拡大することを防ぐことができる。特に、単位体積あたりの表面積の大きな手先、足先において過剰な冷却を防ぐことができ、湿度センサを搭載することなく、室内空気の水蒸気分圧を一定に保ち、快適な温湿度を実現できる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、配管温度設定手段は、性別と年齢のうち少なくともどちらかの属性を入力する属性入力手段を備え、配管温度設定手段の目標値を前記属性入力手段から入力された属性と対応付けして、前記属性により異なる目標値を出力する構成としたもので、適切な水蒸気分圧が、年齢や性別などの解りやすい言語やイメージで表されうる個人属性毎に選択でき、湿度に関する知識がなくても快適な湿度環境を実現できる。
【００１７】
第３の発明は、第１または第２の発明において、除湿停止手段はその発動を選択可能な構成としたものであり、除湿能力の高い通常の冷房運転から高顕熱比冷房への切り替えが可能となり、さらに、除湿停止手段の発動を、前記属性入力手段の入力をトリガーとすることが可能になる。
【００１８】
第４の発明は、第３の発明における属性入力手段が除湿停止発動を選択する手段となるものであり、構成の簡素化が可能となる。
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、本発明について図面を用いて説明するが、本発明はこれらに限定することを意図しない。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を図１に示す。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置は、冷房時の冷凍サイクル図となっており、大きくは室内機１と室外機３とそれらを接続する冷媒配管９と、コントローラ３１から構成される。室内機１は蒸発用熱交換器７と、室内送風機１１と室内マイコン１５と室内空気温度検出手段１３と配管温度センサ５とを備える。室外機３は圧縮機２３とインバータ２１と膨張弁１７と凝縮用熱交換器２７と室外マイコン１９と室外送風機２５とを備える。
【００２１】
コントローラ３１には、表示部３３と本発明に係る属性入力手段であるところの女性用属性入力手段３９および男性用属性入力手段４１を含む各種押しボタンが配置されている。表示部３３には、コントローラ３１を入力手段として設定された室内空気温度や、属性入力の結果を表示される。
【００２２】
室外機３の矢印は本発明の実施の形態にかかる空気調和装置による冷房運転時の冷媒の流れを示す。圧縮機２３の吐出口から吐出された冷媒は、凝縮用熱交換器２７に至る。凝縮用熱交換器２７において冷媒より低温の室外空気と熱交換して凝縮した冷媒は、膨張弁１７に至る。膨張弁１７において減圧し、温度低下した冷媒蒸発用熱交換器７に至り、冷媒より高温の室内空気と熱交換して蒸発した冷媒は冷媒配管９を経て圧縮機２３の吸入口に戻る。
【００２３】
室内機１に設けられた室内空気温度検出手段１３は、室内機１に取り込まれる吸込み空気の通過経路に設置され、吸込み空気の温度を室内空気温度として検出し、配管温度センサ５は本発明に係る配管温度検出手段として、蒸発用熱交換器７を貫く冷媒配管に設置され、冷媒配管の温度を配管温度として検出する。
【００２４】
また、室内マイコン１５には本発明に係る室内空気温度設定手段と配管温度設定手段と除湿停止手段が含まれる。室内空気温度設定手段にはコントローラ３１から入力された室内空気温度設定値として、２６℃が記憶され、配管温度設定手段には、所望の配管温度の目標値Ｔとして１７．６℃という値が記憶されている。また除湿停止手段には室内空気温度と室内空気温度設定値との許容差ΔＴとして０．５℃という値が記憶されている。
【００２５】
図２は本実施の形態１にかかる除湿停止手段における処理のフローチャートである。本実施の形態１にかかる空気調和装置における高顕熱比冷房の開始Ｓ０とともに、本発明に係る除湿停止手段は、室内空気温度設定手段から出力された室内空気温度設定値２６℃を入力し（Ｓ１）、配管温度設定手段から出力された１７．６℃を入力し（Ｓ２）、室内空気温度検出手段１３によって検出された室内空気温度と、配管温度センサ５で検出された蒸発用熱交換器７の室内配管温度とを入力し（Ｓ３）、室内空気温度と室内空気温度設定値、室内配管温度と配管温度の目標値との比較を行い、室内空気温度と室内空気温度設定値との差が許容差ΔＴの０．５℃以内で、かつ、室内配管温度が配管温度の目標値Ｔを下回る場合に除湿停止信号を出力する（Ｓ５）。
【００２６】
室内空気温度３０℃、相対湿度９０％ｒｈ（露点温度２８．２℃）から、本実施の形態にかかる空気調和装置による冷房運転を開始し、運転開始と共にＳ０が実行されＳ１からＳ４までの入力処理が実行される。このとき、室内空気温度設定値２６℃と室内空気温度３０℃との差は許容差０．５を上回るので、処理はＳ３にもどされ引き続き室内空気温度と室内配管温度の入力が実行される。この状態では室内配管温度は配管温度目標値Ｔの１７．６℃を下回っても許容され一定の潜熱比を有する冷房運転が実行され、室内空気からの除湿も進行する。
【００２７】
冷房運転の継続と共に室温も下がり２６．５℃以下となった場合、室内配管温度が１７．６℃を下回っていれば、Ｓ５が実行され除湿停止信号が除湿停止手段より室内マイコン１５と室外マイコン１９に対して出力される。これらマイコンにより除湿停止信号を受けた本実施の形態にかかる空気調和装置は、蒸発用熱交換器７の配管温度を１７．６℃に上げたのち固定され、かつ室内空気温度が２６℃±０．５℃に収まるように、室内送風機１１、膨張弁１７、室外送風機２５、圧縮機２３を制御する。この時、室内空気の露点温度が１７．６℃以上の場合は、引き続き本実施の形態にかかる空気調和装置では除湿が行われるが、１７．６℃を下回る場合は顕熱冷房となり除湿が停止される。つまり室内の空気の露点温度において、は約１７．６℃となり、空気温度２６℃で水蒸気分圧を２０．１ｈＰａに保つことができ、人体境界層との水蒸気分圧差を約３０ｈＰａの快適な水準に保つことができる。
【００２８】
（実施の形態２）
主要な構成と動作は実施の形態１と同様であるが、本実施の形態においては、配管温度
設定手段に１７．６℃、１５℃と複数の目標値Ｔが記憶されており、コントローラ３１の男性用属性入力手段４１からの入力に対しては、目標値１５℃を、女性用属性入力手段３９からの入力に対しては１７．６℃が対応付けされる。このことにより男性は男性用属性入力手段４１であるところのリモコンのボタンを押し下げることにより、蒸発用熱交換器の配管温度の目標値Ｔは１５℃に設定され、本実施の形態にかかる除湿停止手段によって、室内の空気の水蒸気分圧は最終的に１６．８ｈＰａとなり、女性用属性入力手段３９によって設定される露点温度１７．６℃の場合よりも人体との水蒸気分圧差が広がり、基礎代謝で女性を上回る男性向きの空気調和を実現することができる。
【００２９】
また、この本発明に係る属性入力手段は、男性と女性に対応させているが、層別化された年齢や、「しっとり」「うるおい」あるいは「からっと」「さわやか」といった言語で湿気を階層化した表現を対応させ、表記させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、室内の空気の水蒸気分圧を一定にして、ほぼ一定水準の体表面境界層との水蒸気分圧差が拡大することを防ぐこと、すなわち単位体積あたりの表面積の大きな手先、足先において過剰な冷却を防ぐことができ、湿度センサを搭載することなく、室内空気の水蒸気分圧を一定に保ち、快適な温湿度環境を実現できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  室内機
３  室外機
５  配管温度センサ（配管温度検出手段）
７  蒸発用熱交換器
９  冷媒配管
１１  室内送風機
１３  室内空気温度検出手段
１５  室内マイコン（室内空気温度設定手段、配管温度設定手段、除湿停止手段）
１７  膨張弁
１９  室外マイコン
２３  圧縮機
２５  室外送風機
２７  凝縮用熱交換器
３１  コントローラ
３９  女性用属性入力手段
４１  男性用属性入力手段
【図１】
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【図２】
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