JPH0718938Y2 - 空調機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） 本考案は、冷凍サイクルに蓄熱槽を組み込んだ空調機に
係り、特に蓄熱槽に蓄熱するにおいて、最適に蓄熱でき
る空調機に関するものである。

（従来の技術） 蓄熱式の空調機は、インバータ装置で駆動される能力可
変圧縮機の吐出側に、その吐出冷媒と熱交換する蓄熱材
が封入された蓄熱槽が接続され、その蓄熱槽より室内熱
交換器，減圧装置，室外熱交換器を順に接続して冷凍サ
イクルを構成したものである。

この蓄熱式の空調機においては、空調運転を行わない時
に、蓄熱槽内の蓄熱材を圧縮機の吐出冷媒で加熱して蓄
熱するようにしている。

すなわち、室内熱交換器の室内ファンを停止した状態と
し、室外熱交換器の室外ファンを駆動し、圧縮機の高温
高圧冷媒を蓄熱槽内で凝縮させて蓄熱するようにしてい
る。

この蓄熱専用運転時は蓄熱層内の温度を検出し、蓄熱温
度が所定の温度に達したならば圧縮機を停止するように
している。

このように蓄熱槽に蓄熱したのちは、その蓄熱を暖房立
ち上り時の熱源に用いたり、或は除霜運転時の熱源に用
いたりしている。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、蓄熱槽内の蓄熱材として、パラフィンな
ど潜熱を利用する蓄熱材が使用されるため、蓄熱運転開
始時は、蓄熱材は固相状態であり、熱伝導率が低く、蓄
熱層内での温度勾配が大きく、その温度を検出してもセ
ンサの位置により検出温度がまちまちとなり、必ずしも
検出した温度が適正な蓄熱温度を検出しているとは言い
難い。

このため、実際の蓄熱層の温度はある程度上昇している
にもかかわらず検出温度が低いため、圧縮機の能力を高
い状態で運転させ続けると、その凝縮圧力が異常に上昇
し、圧縮機がブレークダウンして停止される問題があ
る。

通常圧縮機は、圧縮機保護のため、再起動には数分の時
間が必要となり、このため、蓄熱専用運転時に圧縮機が
思うように稼動せず極めて効率が悪い問題がある。

本考案は、上記事情を考慮してなされたもので、蓄熱槽
に蓄熱するにおいて、実際に蓄熱される蓄熱量に応じた
蓄熱が行える空調機を提供することを目的とする。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） 本考案は、上記の目的を達成するために、能力可変圧縮
機，四方弁，室内熱交換器，減圧装置，室外熱交換器を
順次接続して冷凍サイクルを形成し、該冷凍サイクルの
上記圧縮機と上記四方弁との間に、上記圧縮機からの吐
出冷媒が通る加熱熱交換器を接続すると共にその加熱熱
交換器を蓄熱槽内に収容した空調機において、蓄熱専用
運転時に凝縮器となる上記加熱熱交換器と室内熱交換器
の内、加熱熱交換器の冷媒出口側に冷媒温度センサを設
け、蓄熱専用運転時、圧縮機の最大運転周波数を通常暖
房時の最大運転周波数よりも低く設定して圧縮機を運転
すると共に室内ファンを停止し、上記冷媒温度センサで
検出する温度が一定値に達したとき、上記圧縮機からの
吐出冷媒が、加熱熱交換器に流れて凝縮した後、その凝
縮液が室内熱交換器をそのまま流れるように、上記能力
可変圧縮機の能力を低下させるようにしたものである。

（作用） 上記構成によれば、先ず蓄熱専用運転時には、凝縮器と
なり得る熱交換器が熱交換器と室内熱交換器の２つとな
るので、室内熱交換器で凝縮が起こらないように、すな
わち加熱熱交換器を出た冷媒がそのまま室内熱交換器に
流入するように圧縮機の最大運転周波数を通常暖房時の
最大運転周波数よりも低く設定し、また蓄熱槽内の温度
が上昇し、冷媒温度センサで検出する温度が一定値に達
した時は、圧縮機の能力を制御することで、加熱熱交換
器を出た冷媒がそのまま室内熱交換器に流入するよう
に、すなわち加熱熱交換器で凝縮が完了するように制御
することで、蓄熱専用運転時に室内熱交換器での熱交換
を起こさずに（室内の温度に影響を及ぼさないで）、圧
縮機のブレークダウンによる停止などがない最適な蓄熱
専用運転が行える。

（実施例） 以下本考案の空調機の好適実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図は本考案の空調機の冷凍サイクルを示し、図にお
いて、１は、インバータ装置２などで駆動される能力可
変圧縮機で、その吐出側に蓄熱槽３が接続される。

この蓄熱槽３より四方弁４の一方のポートを介し、室内
熱交換器5,第１二方弁6,膨張弁などの減圧装置7,室外熱
交換器8,四方弁４の他方のポートを介し、さらに逆止弁
９を介して圧縮機１の吸込側に接続され冷凍サイクルが
構成される。

蓄熱槽３は、圧縮機１からの高温高圧冷媒が流れる加熱
熱交換器10と、室内熱交換器５を通って凝縮された冷媒
が通る吸熱熱交換器11とを有すると共に槽３内にパラフ
ィンなど融点が40〜50℃前後の蓄熱材12が封入されて形
成される。

この蓄熱槽３内には蓄熱材12の温度を検出する蓄熱温度
センサ21が設けられる。この蓄熱槽３の冷媒出口側、す
なわち加熱熱交換器10の出口側には冷媒温度センサ22が
設けられる。

室内熱交換器５には横流ファンなどの室内ファン13が設
けられ、室外熱交換器８にはプロペラファンなどの室外
ファン14が設けられる。また室内熱交換器５には室内熱
交温度（凝縮温度）センサ23が設けられる。

室内熱交換器５と第１二方弁６間には室内熱交換器５か
らの凝縮冷媒を蓄熱槽３の吸熱熱交換器11へ流す蓄熱利
用ライン15が接続され、そのライン15に第２二方弁16が
接続される。また吸熱熱交換器11には蓄熱利用ライン15
からの冷媒を圧縮機１の吸込側に戻す戻しライン17が接
続されると共に第３二方弁18が接続される。

戻しライン17には、そのライン17を流れる冷媒を室外熱
交換器８に流す除霜ライン19が接続されると共にそのラ
イン19に第４二方弁20が接続される。

インバータ装置２は、空調負荷に応じて出力周波数が例
えば30〜120Hzの三相交流を圧縮機１に出力し、圧縮機
１を空調負荷に応じて圧縮能力となるよう制御するもの
で、通常暖房或は後述する暖房蓄熱運転時は、設定温度
と室温の差に応じて周波数運転域が30〜120Hzとなるよ
う、また蓄熱専用運転時は運転域が蓄熱温度センサ21か
ら検出した蓄熱温度は応じて30〜90Hzとなるよう圧縮機
１を駆動する。

また本実施例では圧縮機１をインバータ装置２で能力可
変に制御する例で説明したが、圧縮機１を直接商用電源
で駆動し、それを起動・停止するようにしてもよい。

冷媒温度センサ22（又は室内熱交温度センサ23）の検出
出力は制御装置（図示せず）に入力され、蓄熱専用運転
時、第２図に示すようにその検出出力がある一定値（例
えば56℃）に達したときインバータ装置２の出力周波数
値を下げるよう、またその温度が一定値より下がった温
度（例えば50℃）となった場合、出力周波数値を上げる
ようインバータ装置２を制御する。また商用電源で圧縮
機１を駆動する場合には制御装置は一定値に達したとき
圧縮機１を停止し、ある温度まで下がったならば起動す
るように制御する。

次に本実施例の作用を説明する。

先ず、通常暖房時，蓄熱暖房時及び蓄熱専用運転時は、
第１〜４二方弁6,16,18,20のうち、第１二方弁６が開と
される以外、第２〜４二方弁16,18,20は閉じられる。

通常暖房時は、圧縮機１からの高温高圧冷媒は蓄熱槽３
の加熱熱交換器10をそのまま通り、四方弁４の一方のポ
ートを介して室内熱交換器５に流れ、そこで、室内ファ
ン13で吸込み送風される室内空気との熱交換により凝縮
し、第１二方弁６を介し減圧装置７で減圧されたのち、
室外熱交換器８に流れ、そこで室外ファン14で送風され
た外気と熱交換して蒸発され四方弁４の他方のポート及
び逆止弁９を介して圧縮機１に戻る。

この暖房時には蓄熱槽３内の蓄熱材には蓄熱された状態
にあり、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒は、その
まま凝縮せずに室内熱交換器５側に流れる。

また暖房蓄熱運転の場合にも冷媒の流れは通常暖房時と
同じであるが、蓄熱槽３内の蓄熱材12が未だ充分に蓄熱
されていない状態にあり、圧縮機１からの高温高圧冷媒
の熱の一部で蓄熱材12を加熱したのち室内熱交換器５に
流れることとなる。

この通常暖房及び暖房蓄熱運転時のインバータ装置２の
出力周波数域は使用者が設定した設定温度と検出した室
温の差に応じ30〜120Hzの範囲で運転される。すなわ
ち、空調負荷が大きい時（設定温度に対して室温が低い
時）は最大周波数値である120Hzで運転され、その後空
調負荷が小さくなったならば順次段階的に30Hzまで落さ
れて運転される。

次に蓄熱専用運転の場合を説明する。

先ず蓄熱専用運転を行う際、蓄熱温度センサ21により蓄
熱材12の温度が所定の温度以下の時、圧縮機１が所定の
能力（例えば、通常暖房運転時の最大運転周波数120Hz
に対して蓄熱専用運転時の最大出力周波数を120Hzより
低い90Hzに設定する）で運転され、室内ファン13は停止
され、室外ファン14が駆動された状態にされ、第１〜４
二方弁6,16,18,20は通常暖房及び暖房蓄熱運転と同様に
開閉される。

この状態で圧縮機１からの高温高圧冷媒は蓄熱槽３の加
熱熱交換器10を流れ、そこで蓄熱材12と熱交換により凝
縮し、その凝縮液が、室内熱交換器５をそのまま流れ、
第１二方弁６を介して減圧装置７で減圧され、室外熱交
換器８で蒸発され、四方弁４及び逆止弁９を介して圧縮
機１に戻る。このように圧縮機１からの高温高圧冷媒が
蓄熱槽３内の蓄熱材12と熱交換することで蓄熱材12が加
熱され、蓄熱されることとなる。

蓄熱専用運転開始時においては、蓄熱材12は固相状態に
あり、その熱伝導率が低く、かつその蓄熱開始時の温度
と加熱熱交換器10の温度差が大きいため、蓄熱温度セン
サ21では、実際に蓄熱された温度を検出することは困難
である。従って冷媒温度センサ22（又は室内熱交温度セ
ンサ23）の検出温度により、凝縮温度を検出し、その凝
縮温度にて圧縮機１を制御する。

これを第２図，第３図により説明する。

蓄熱専用運転を行うと冷媒温度センサ22は蓄熱槽３を出
た冷媒の凝縮温度を検出する。この際、圧縮機１が、イ
ンバータ装置２で駆動される場合、通常空調運転の最大
周波数120Hzで駆動すると、圧縮機１のモータのブレー
クダウンや凝縮温度の急激な上昇により圧縮機１が停止
されやすいため、蓄熱専用運転時の最大周波数値を90Hz
として運転することで凝縮圧力が急激に上昇することは
なくなり、このため蓄熱槽３の加熱熱交換器10での放熱
量は固相状態の蓄熱材12を加熱するに最適な熱量とな
り、圧縮機１が停止されることがなくなる。また商用電
源で駆動される場合には、その圧縮能力はインバータ装
置２の最大周波数値の圧縮能力より十分低いため、その
まま起動しても支承がない。

蓄熱専用運転が行われると蓄熱槽３内の蓄熱材12が徐々
にその温度が上昇し、同時に冷媒温度センサ22で検出さ
れる凝縮温度も上昇してくる。第２図に示すように凝縮
温度が56℃となったとき、インバータ装置２の出力周波
数値を下げ、また凝縮温度が50℃まで降下したならば出
力周波数を上げる。また商用電源で駆動した場合にはON
・OFF制御を行う。

この周波数制御又はON・OFF制御を第３図によりさらに
詳しく説明する。

先ず蓄熱専用運転が開始されると冷媒温度センサ22は冷
媒の凝縮温度を検出24し、その検出温度Tcと設定した一
定の温度（56℃）とを比較25し、それが一定値以上とな
った場合には一定的に周波数値を下げる（例えば10Hz降
下）或はON・OFF制御であれば圧縮機１をOFF26とする。
この周波数降下又は圧縮機１がOFF26された後、タイマ
がセット27され、その後再度凝縮温度Tcと設定温度が比
較28され、凝縮温度Tcが依然として設定温度（56℃）以
上であれば周波数値をさらに下げるか或はOFF状態を保
つ。凝縮温度Tcが50℃以下となり、かつタイマが３分間
をカウントアップ29したならば周波数を再度上昇させる
か、圧縮機１をON30とし、以後、上述の制御を繰り返
す。

このように蓄熱槽３で凝縮された冷媒の凝縮温度を検出
し、その温度に応じて圧縮機を制御することで、圧縮機
のブレークダウンなどによる停止がなくなり、蓄熱運転
が最適に行える。

尚、暖房開始時の立ち上がり運転時は、第１二方弁６及
び第４二方弁20を閉じ、第２二方弁16及び第３二方弁18
を開とし、圧縮機１で未だ充分に高温高圧となっていな
い冷媒を蓄熱槽３の加熱熱交換器10を通し室内熱交換器
５に流し、そこで凝縮させたのち、蓄熱利用ライン15の
第２二方弁16を通し、吸熱熱交換器11を通して蓄熱材12
と熱交換させて蒸発させ、戻しライン17の第３二方弁18
を介して圧縮機１に戻すことで蓄熱槽３の蓄熱を循環冷
媒の加熱に用い、暖房立ち上り運転を良好にする。

また通常暖房時に室外熱交換器８が着霜し、除霜運転を
行う場合には第１二方弁６と第３二方弁18を閉じ、第２
二方弁16と第４二方弁20を開き、室内熱交換器５で凝縮
した冷媒を第２二方弁16を通し、蓄熱槽３を通したの
ち、除霜ライン19より第４二方弁20を介して室外熱交換
器８に流したのち圧縮機１に戻して室外熱交換器８の除
霜を行う。

冷房運転を行う場合には第１〜４二方弁6,16,18,20は暖
房運転と同様に開閉しておき、四方弁４を図示の点線で
示したポートを接続するよう切換え、圧縮機１の吐出冷
媒を暖房時と逆サイクルに室外熱交換器８側に流せばよ
い。

尚上述の実施例においては蓄熱槽２を室内熱交換器４と
直列に接続する例を示したが、蓄熱槽２は冷凍サイクル
内で蓄熱できる位置（圧縮機１の吐出側と減圧装置７
間）であればどこに接続してもよく、例えば蓄熱運転時
の吐出冷媒を室内熱交換器４を通さずに蓄熱槽２から直
接減圧装置に導くようになし、蓄熱利用時には蓄熱槽へ
吐出冷媒が流れず直接室内熱交換器４に流れ、その凝縮
冷媒を蓄熱槽へ流すよう蓄熱利用回路を構成するように
してもよい。

［考案の効果］ 以上説明してきたように本考案によれば次のごとき優れ
た効果を発揮する。

（１） 圧縮機の吐出側に吐出冷媒の熱を蓄熱する蓄熱
槽を設け、蓄熱専用運転時、冷媒の凝縮温度を検出し、
その温度で圧縮機を制御することで、蓄熱槽への入熱量
に応じて圧縮機を制御でき、最適な蓄熱が行える。

（２） ブレークダウンによる圧縮機の停止がなくなる
ため、圧縮機の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す冷凍サイクル図、第２
図は本考案において蓄熱温度に対する圧縮機の制御を説
明する図、第３図は本考案において蓄熱専用運転時の圧
縮機の制御を示すフローシート図である。 図中、１は能力可変圧縮機、３は蓄熱槽、５は室内熱交
換器、７は減圧装置、８は室外熱交換器、22は冷媒温度
センサ、23は室内熱交温度センサである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】能力可変圧縮機，四方弁，室内熱交換器，
   減圧装置，室外熱交換器を順次接続して冷凍サイクルを
   形成し、該冷凍サイクルの上記圧縮機と上記四方弁との
   間に、上記圧縮機からの吐出冷媒が通る加熱熱交換器を
   接続すると共にその加熱熱交換器を蓄熱槽内に収容した
   空調機において、蓄熱専用運転時に凝縮器となる上記加
   熱熱交換器と室内熱交換器の内、加熱熱交換器の冷媒出
   口側に冷媒温度センサを設け、蓄熱専用運転時、圧縮機
   の最大運転周波数を通常暖房時の最大運転周波数よりも
   低く設定して圧縮機を運転すると共に室内ファンを停止
   し、上記冷媒温度センサで検出する温度が一定値に達し
   たとき、上記圧縮機からの吐出冷媒が、加熱熱交換器に
   流れて凝縮した後、その凝縮液が室内熱交換器をそのま
   ま流れるように、上記能力可変圧縮機の能力を低下させ
   ることを特徴とする空調機。