JPH0755234A

JPH0755234A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH0755234A
Application number: JP5202350A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kitagawa; 晃一北川; Hiroko Maeda; ひろ子前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】冷暖房時に輻射式および対流式運転モードを
最適に選択して、快適性を向上しながら経済的な空調運
転を行い得る空気調和装置を提供する。【構成】輻射式熱交換器６と対流式熱交換器３を設
け、輻射式熱交換器６および対流式熱交換器３の一方ま
たは両方に対して選択的に冷媒を流して冷暖房を行い、
輻射式熱交換器６および対流式熱交換器３の運転能力を
輻射温度、室内空気温度および外気温度に基づいて制御
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輻射および対流により
室内の冷暖房を行う空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】室内を冷暖房する空調機として、熱交換
器で暖めたり冷やした空気を送風する対流方式のものが
通常よく使用されている。しかしながら、暖房時には送
風された空気の温度が皮膚表面の温度よりも低いために
肌寒く感じたり、気流を煩わしく感じたりして不快であ
るといわれることが多く、送風を人に当てないようにす
るなどの工夫がなされている。また、冷房時においても
気流があたることにより最初は気持ちいいが徐々に冷え
すぎになり冷房病となることもあり、気流を使用しない
空調方式である輻射式が注目を集めている。

【０００３】輻射暖房は電気カーペット等による床暖房
について数多くの研究開発がなされているが、その立ち
上げスピードが問題となることが多く、対流方式との併
用機器が開発されている。また、冷房時においては、輻
射パネル表面の結露現象が問題となるために、特開平２
−１４６４５２号のように対流方式と併用して、輻射パ
ネルの表面温度を結露温度以上に保ち冷房運転すること
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、輻射
と対流を組み合わせて冷暖房を行う空気調和装置では、
その運転制御が問題となり、経済性および快適性からみ
た最適な制御方式が開発の課題となっている。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、冷暖房時に輻射式および対流
式運転モードを最適に選択して、快適性を向上しながら
経済的な空調運転を行い得る空気調和装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空気調和装置は、主に輻射によって熱交換
を行う輻射式熱交換器と、主に対流によって熱交換を行
う対流式熱交換器と、冷暖房を行うべく前記輻射式熱交
換器および対流式熱交換器の一方または両方に対して選
択的に冷媒を流すように冷媒制御する制御手段と、前記
輻射式熱交換器および対流式熱交換器の運転能力を輻射
温度、室内空気温度および外気温度に基づいて制御する
運転能力制御手段とを有することを要旨とする。

【０００７】また、本発明の空気調和装置は、初期運転
時には対流式熱交換器に優先的に冷媒を流し、通常時に
は輻射式熱交換器に優先的に冷媒を流すように制御する
手段を有することを要旨とする。

【０００８】更に、本発明の空気調和装置は、暖房運転
において、室内温度または室内温度と輻射温度から換算
される体感温度が所定温度以下に低下したとき、輻射式
熱交換器を用いて暖房運転を行うように制御する手段を
有することを要旨とする。

【０００９】本発明の空気調和装置は、消費電力量が所
定の設定値を超えないように制限を設けた運転モードに
おいて、設定温度を維持できないとき、暖房運転時には
輻射式熱交換器を優先的に運転し、冷房運転時には対流
式熱交換器を優先的に運転するように制御する手段を有
することを要旨とする。

【００１０】また、本発明の空気調和装置は、冷房運転
時において、初期立ち上がり時に対流式熱交換器を用い
て除湿運転を行い、室内温度が低下した後、輻射式熱交
換器を用いて優先的に運転するように制御する手段を有
することを要旨とする。

【００１１】

【作用】本発明の空気調和装置では、輻射式熱交換器と
対流式熱交換器を設け、輻射式熱交換器および対流式熱
交換器の一方または両方に対して選択的に冷媒を流して
冷暖房を行い、輻射式熱交換器および対流式熱交換器の
運転能力を輻射温度、室内空気温度および外気温度に基
づいて制御している。

【００１２】また、本発明の空気調和装置では、初期運
転時には対流式熱交換器に優先的に冷媒を流し、通常時
には輻射式熱交換器に優先的に冷媒を流す。

【００１３】更に、本発明の空気調和装置では、暖房運
転において、室内温度または室内温度と輻射温度から換
算される体感温度が所定温度以下に低下したとき、輻射
式熱交換器を用いて暖房運転を行う。

【００１４】本発明の空気調和装置は、消費電力量が所
定の設定値を超えないように制限を設けた運転モードに
おいて、設定温度を維持できないとき、暖房運転時には
輻射式熱交換器を優先的に運転し、冷房運転時には対流
式熱交換器を優先的に運転する。

【００１５】また、本発明の空気調和装置では、冷房運
転時において、初期立ち上がり時に対流式熱交換器を用
いて除湿運転を行い、室内温度が低下した後、輻射式熱
交換器を用いて優先的に運転する。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の一実施例に係わる空気調
和装置の冷凍サイクルを示す図である。同図において、
１はコンプレッサ、２は四方弁、３は対流によって熱交
換を行う室内用の対流式熱交換器、３Ａは室内送風機、
４は前記対流式熱交換器３に直列に接続された第１の膨
張弁、５は室外熱交換器、５Ａは室外送風機、６は輻射
によって熱交換を行う輻射式熱交換器、７は電磁弁、８
は輻射式熱交換器６に直列に接続された第２の膨張弁で
ある。なお、図１において、点線は冷房を示し、実線は
暖房を示す。

【００１８】図１に冷凍サイクルを示す空気調和装置
は、対流と輻射により室内を冷暖房するものであり、対
流によって熱交換を行う対流式熱交換器３と輻射によっ
て熱交換を行う輻射式熱交換器６とを有する。

【００１９】図２は、図１に示す冷凍サイクルを有する
空気調和装置の室内機を構成する対流式熱交換器３の対
流ユニット１１および輻射式熱交換器６の輻射パネル１
２を天井に取り付け、室外熱交換器５を室外に設置した
様子を示している。前記輻射パネル１２および対流ユニ
ット１１の両側の天井の一方寄りには吸込口１３が設け
られ、他方寄りには吹出口１４が設けられている。

【００２０】一般に、人間の体感温度は、次式に示すよ
うに平均輻射温度と室内空気温度との平均値で大体近似
できることが知られており、本空気調和装置ではこの作
用温度を体感温度として使用している。

【００２１】

【数１】体感温度（作用温度）＝（平均輻射温度＋室内
空気温度）／２すなわち、室内温度が２３℃であっても、周りの壁が冷
たく平均輻射温度が２０℃の場合には体感的には２１．
５℃程度で少し寒く感じるのに対して、平均輻射温度も
２３℃の場合には、体感温度は２３℃となり、暑くも寒
くもなく快適と感じる。

【００２２】従って、本発明の空気調和装置では、主に
輻射によって熱交換を行う輻射式熱交換器６と主に対流
によって熱交換を行う対流式熱交換器３に対して選択的
に冷媒を流して冷暖房を行い、これにより快適な空調を
実現するものである。輻射式運転は、対流式運転に比較
して、前述したように気流による弊害がない上に、騒音
がなく、熱源温度と空気温度の差を小さくして冷凍サイ
クルを運転することが可能であるので、本発明の空気調
和装置では輻射式運転を優先的に行うことを原則とする
も、輻射式では熱交換を行う輻射パネルの大きさに制限
があることもあり、またその交換熱量を大きくしたり、
急速にその交換量を変更することは困難であるので、こ
れらを補うために対流式運転を行うものである。

【００２３】以上のことを念頭において、上述した本実
施例の空気調和装置は、図３に示すように室内の空調負
荷に応じて輻射と対流の運転モードを選択するようにな
っている。すなわち、図１に示す冷凍サイクルに設けた
第１の膨張弁４、第２の膨張弁８、電磁弁７の開度、室
内送風機３Ａの送風量を空調負荷に応じて制御し、これ
により輻射式および対流式の運転モードを適宜切り替え
るように制御している。具体的には、図３に示すよう
に、例えば暖房で空調負荷が大の場合には、第１の膨張
弁４は通常制御（温度膨張弁と同等）を行い、第２の膨
張弁８は第１の膨張弁４よりも絞り度を同等以上に制御
し、電磁弁７は開放し、室内送風機３Ａは送風量を大に
し、これにより輻射式熱交換器６を小能力で運転し、対
流式熱交換器３を大能力で運転するように制御してい
る。また、冷房で空調能力が大の場合には、第１の膨張
弁４は開放し、第２の膨張弁８は閉鎖し、電磁弁７は開
放し、室内送風機３Ａは送風量を大にし、これにより輻
射式熱交換器６を作動させず、対流式熱交換器３のみ大
能力で運転するように制御している。

【００２４】また、空調能力の判定は、室内温度、輻射
温度、外気温度およびこれらの時間変化に基づいて図４
に示すように行っている。たとえば、図４（ａ）に示す
ように、外気温度、室内空気温度、室内空気温度の３０
分の時間変化、輻射温度、輻射温度の３０分の時間変化
のそれぞれに対する温度区分または温度変化区分に対応
して、各パラメータ毎に空調負荷判定量として０，１，
２を与え、各パラメータである外気温度、室内空気温
度、室内空気温度の３０分の時間変化、輻射温度、輻射
温度の３０分の時間変化に対する各空調負荷判定量を加
算し、この加算した空調負荷判定量の値に基づいて、図
４（ｂ）に示すように空調負荷の大、中、小を決定して
いる。

【００２５】図３，４に示すように、空調負荷に応じて
対流式熱交換器３および輻射式熱交換器６を選択的に制
御し、これらより快適性を向上しながら経済的な冷暖房
空調運転を行うことができるが、冷房運転においては、
輻射式熱交換器６の表面への結露を防止するために、検
出した室内温度および湿度から結露温度を算出し、この
温度より高い温度で運転する。また、室内の除湿を兼ね
て、輻射運転中においては、最低の風量で結露温度以下
の蒸発温度で対流式熱交換器３を用いて冷房運転を行
う。

【００２６】特に、冷房運転時に室内湿度が高くなった
場合には、風量を増やして一時的な運転を行っている。
図５はこの処理を示すフローチャートである。図５にお
いて、室内相対湿度が７５％よりも大きくなると（ステ
ップ５１０）、室内送風機３Ａの風量を増大するととも
に、第１の膨張弁４の絞り量を増大し（ステップ５２
０）、室内相対湿度が５５％以下に低下するまで、ステ
ップ５２０の処理を継続し（ステップ５３０）、室内相
対湿度が５５％以下に低下すると、通常制御モードに戻
るように制御している（ステップ５４０）。

【００２７】図６は、本発明の第２の実施例に係わる空
気調和装置の作用を示すフローチャートである。

【００２８】この実施例は、輻射式熱交換器６のみを使
用した輻射式の空調方式が対流式熱交換器３を用いた対
流式に比べると、その空調能力が小さいため、室内温度
と輻射温度から算出される体感温度が所定温度に達する
まで、空調運転の初期立ち上がり時において対流式熱交
換器３を用いた運転を優先的に行い、その後は上述した
ように選択的に運転して、より早く快適となる空調を実
現するものである。

【００２９】図６（ａ）においては、暖房運転を開始す
ると（ステップ６１０）、対流式熱交換器３による対流
運転を優先的に行い（ステップ６２０）、室内温度と閉
期間輻射温度から算出される体感温度が所定温度以上に
なると（ステップ６３０）、通常運転を行い、輻射式熱
交換器６による輻射運転を優先的に行う（ステップ６４
０）。

【００３０】また、図６（ｂ）においては、冷房運転を
開始すると（ステップ６５０）、対流式熱交換器３によ
る対流運転を優先的に行い（ステップ６６０）、室内温
度と閉期間輻射温度から算出される体感温度が所定温度
以下になると（ステップ６７０）、通常運転を行い、輻
射式熱交換器６による輻射運転を優先的に行う（ステッ
プ６８０）。

【００３１】図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ暖房時お
よび冷房時における上述した第２の実施例の処理を時間
と温度との関係として示したグラフである。同図におい
ては、実線、点線および一点鎖線でそれぞれ室内空気温
度、輻射温度および体感温度が示され、体感温度が規定
値に達すると、通常運転モードになることが示されてい
る。

【００３２】図８は、本発明の第３の実施例に係わる空
気調和装置の作用を示すフローチャートである。

【００３３】この実施例は、昼間に暖房運転を行った
後、夜間に空調機の運転を休止する場合等では、徐々に
室内温度、壁温度が低下するが、その結果、翌朝室内を
暖めるために大きな暖房能力を必要とすることになり、
このようなことを防止するために、対流式で空調を行う
と、室内機の室内送風機３Ａから発生する騒音や室内空
気が乾燥する等の問題を生じるので、室内空気温度、輻
射温度から算出される体感温度が所定温度以下、例えば
１２℃以下になると、輻射式熱交換器６を用いた輻射式
の運転を行うものである。なお、この運転能力として
は、室内温度がたとえ所定値以下に低下しても、経済性
を考慮して、最もＣＯＰの高くなるコンプレッサの周波
数に固定した一定能力で運転するモードと、快適性を優
先して体感温度を所定値に保つように運転するモードと
を設け、そのいずれを選択するかを使用者が行えるよう
にすることができる。

【００３４】図８において、暖房運転を停止すると（ス
テップ８２０）、室内温度と平均輻射温度から算出され
る体感温度が所定温度以下に低下したか否かをチェック
し（ステップ８３０）、所定温度以下に低下すると、輻
射式熱交換器６による輻射暖房運転を優先的に行う（ス
テップ８４０）。

【００３５】図９は、本発明の第４の実施例に係わる空
気調和装置の作用を示すフローチャートである。

【００３６】この実施例は、例えば夏期等のピークシフ
ト時間や住宅内での電気使用量が多く、空調機が使用で
きる電気量を制限するような運転モードを設定できるよ
うにした場合において空調能力が不足して設定温度を維
持できないときに、暖房運転時には輻射式熱交換器６を
使用した運転を優先的に行い、冷房運転時には対流式熱
交換器３を使用した運転を優先的に行うものである。こ
の結果、暖房運転時に運転能力が低い場合に問題となる
吹き出し温度が低いために肌寒く感じることを防止する
ことができる。また、冷房時には対流の効果で暑く感じ
ることを防止し、少しでも不快感を減らした空調を行う
ことが可能となる。

【００３７】図９（ａ）において、消費電力量が設定値
以下に制限されている状態において、通常暖房運転を行
っていて（ステップ９１０）、室内温度が設定温度以下
に低下した場合には（ステップ９２０）、輻射式熱交換
器６による輻射暖房運転を優先的に行う（ステップ９３
０）。

【００３８】また、図９（ｂ）において、消費電力量が
設定値以下に制限されている状態において、通常冷房運
転を行っていて（ステップ９５０）、室内温度が設定温
度以上に上昇した場合には（ステップ９６０）、対流式
熱交換器３による対流冷房運転を優先的に行う（ステッ
プ９７０）。

【００３９】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。

【００４０】この実施例は、上述したように冷房運転時
において輻射パネルへの結露が大きな問題となるが、本
実施例では対流式熱交換器３を用いた除湿運転を行い、
室内の湿気を減らした後に、輻射式熱交換器６を用いた
冷房運転に切り替えることにより輻射パネルに結露する
可能性のある水分量を低減しようとするものである。こ
の結果、輻射運転中に結露を防止するために運転してい
る対流式熱交換器３における除水量を低減でき、冷媒の
蒸発温度を高めて運転することが可能となり、冷凍サイ
クルのＣＯＰのよい運転を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
輻射式熱交換器と対流式熱交換器を設け、輻射式熱交換
器および対流式熱交換器の一方または両方に対して選択
的に冷媒を流して冷暖房を行い、輻射式熱交換器および
対流式熱交換器の運転能力を輻射温度、室内空気温度お
よび外気温度に基づいて制御しているので、輻射式およ
び対流式の運転モードを最適に選択して快適性を向上し
ながら経済的な空調運転を行うことができるとともに、
また輻射空調の欠点であった立ち上がりの遅さや冷房運
転時の輻射パネルへの結露等も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる空気調和装置の冷凍
サイクルを示す図である。

【図２】図１に示す冷凍サイクルを有する空気調和装置
の室内機を構成する対流式熱交換器の対流ユニットおよ
び輻射式熱交換器の輻射パネルを天井に取り付け、室外
熱交換器を室外に設置した図である。

【図３】図１，２に示す空気調和装置の制御モードを示
す図である。

【図４】図１，２に示す空気調和装置の空調負荷を判定
する説明図である。

【図５】図１，２に示す空気調和装置の冷房運転時の除
湿制御の処理を示すフローチャートである。

【図６】本発明の第２の実施例に係わる空気調和装置の
作用を示すフローチャートである。

【図７】図６の実施例における暖房時および冷房時にお
ける処理を時間と温度との関係として示したグラフであ
る。

【図８】本発明の第３の実施例に係わる空気調和装置の
作用を示すフローチャートである。

【図９】本発明の第４の実施例に係わる空気調和装置の
作用を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１コンプレッサ２四方弁３対流式熱交換器３Ａ室内送風機４第１の膨張弁５室外熱交換器５Ａ室外送風機６輻射式熱交換器７電磁弁８第２の膨張弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主に輻射によって熱交換を行う輻射式熱
交換器と、主に対流によって熱交換を行う対流式熱交換
器と、冷暖房を行うべく前記輻射式熱交換器および対流
式熱交換器の一方または両方に対して選択的に冷媒を流
すように冷媒制御する制御手段と、前記輻射式熱交換器
および対流式熱交換器の運転能力を輻射温度、室内空気
温度および外気温度に基づいて制御する運転能力制御手
段とを有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】初期運転時には対流式熱交換器に優先的
に冷媒を流し、通常時には輻射式熱交換器に優先的に冷
媒を流すように制御する手段を有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】暖房運転において、室内温度または室内
温度と輻射温度から換算される体感温度が所定温度以下
に低下したとき、輻射式熱交換器を用いて暖房運転を行
うように制御する手段を有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４】消費電力量が所定の設定値を超えないよ
うに制限を設けた運転モードにおいて、設定温度を維持
できないとき、暖房運転時には輻射式熱交換器を優先的
に運転し、冷房運転時には対流式熱交換器を優先的に運
転するように制御する手段を有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５】冷房運転時において、初期立ち上がり時
に対流式熱交換器を用いて除湿運転を行い、室内温度が
低下した後、輻射式熱交換器を用いて優先的に運転する
ように制御する手段を有することを特徴とする請求項１
記載の空気調和装置。