JPH0730940B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、除霜運転時の補助熱源等として利用される
蓄熱槽を有する空気調和機に関するものである。

（従来の技術） 上記のような空気調和機の従来例としては、例えば特公
昭62−20460号公報記載の装置を挙げることができる。
その装置における冷媒回路図を第５図に示しており、同
図のように、圧縮機51に、四路切換弁52、第１ガス管5
3、室内熱交換器54、液管55、室外熱交換器56、第２ガ
ス管57が順次接続されて冷媒循環回路が構成されてお
り、さらに、上記液管55にはこれに介設されている減圧
機構58を側路する第１バイパス配管59が、また上記第２
ガス管57にはこれに介設されている電磁弁60を側路する
第２バイパス配管61がそれぞれ接続されている。そして
これらの各バイパス配管59、61内をそれぞれ流通する冷
媒は、蓄熱槽62内に満たされた例えば水等の蓄熱剤との
熱交換を行うようになされている。

上記装置においては、暖房運転を、図中実腺矢印で示す
ように、圧縮機51からの吐出冷媒を室内熱交換器54から
上記減圧機構58を通して室外熱交換器56へと循環させる
ことによって行う。また暖房蓄熱運転を、上記減圧機構
58の前位に介設されている電磁弁63を閉弁し、上記第１
バイパス配管59へと冷媒をバイパスさせることによって
行う。このとき図中破線矢印で示すように、上記第１バ
イパス配管59における上記蓄熱槽62の後位側に介設され
ている減圧機構64によって循環冷媒の減圧を行い、室内
熱交換器54と蓄熱槽62とで冷媒を凝縮させて、暖房余剰
熱量を上記蓄熱槽62に蓄熱する。

一方、室外熱交換器56の除霜運転を、上記の暖房サイク
ルにおいて、図中一点鎖線矢印で示しているように、減
圧機構58に並列接続されている電磁弁65を開弁し、さら
に第２ガス管57の電磁弁60を閉弁して上記第２バイパス
配管61へと冷媒をバイパスさせることによって行う。こ
のときこの第２バイパス配管61に介設している減圧機構
66にて循環冷媒の減圧が行われ、したがって室内熱交換
器54と室外熱交換器56とで冷媒の凝縮を生じ、上記蓄熱
槽62で蒸発するサイクルとなる。この結果、上記蓄熱槽
62を補助熱源とした暖房と除霜との同時運転が行われ
る。

そして上記装置においては、蓄熱槽62内に暖房と除霜と
の同時運転を行い得る熱量が確保されているときの基準
温度を予め設定し、検出温度が上記基準温度以下である
場合には、室内側の送風ファンを一定の回転数まで低下
させて暖房能力を下げ、除霜に必要な熱量を確保するよ
うになされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記においては、例えば外気温度が低く、より
大きな暖房能力で暖房運転を行う必要がある場合程、暖
房余剰熱量が少なくなるために蓄熱槽62に充分な熱量を
確保できなくなり、この結果、暖房能力を低下させた除
霜運転が頻繁に行われることとなって、必ずしも充分に
満足し得る快適性が得られないという問題がある。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、除霜運転時に必要な蓄熱量を確保し得、暖房能力の
低下を極力抑えて空調快適性を向上し得る空気調和機を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明の空気調和機は、圧縮能力可変な圧縮機
１に蒸発器２と凝縮器３とを接続して冷媒循環回路を構
成する一方、上記圧縮機１のケーシングからの外方への
放散熱を蓄熱する蓄熱槽13を設け、上記蒸発器２の除霜
運転時の循環冷媒に上記蓄熱槽13での蓄熱熱量を付与す
べく構成して成る空気調和機であって、第１図に示すよ
うに、さらに上記蒸発器２への着霜量を検出する着霜量
検出手段24と、上記蓄熱槽13での蓄熱状態量を検出する
蓄熱状態検出手段23と、検出着霜量が第１基準量に達し
た時の検出蓄熱状態量が設定量以下であるときに上記圧
縮機１の圧縮能力を上昇させて運転する圧縮野力変更手
段41と、検出着霜量が上記第１基準量よりも大きな第２
基準量に達した時に除霜運転に切換える除霜運転切換手
段42とを設けている。

（作用） 上記の空気調和機においては、蓄熱槽13には、運転時に
高温温度状態となる圧縮機１のケーシングからの放散熱
が蓄熱される。そして蒸発器２に付着した霜が、除霜運
転への切換えを必要とする以前の第１基準量に達した時
に、上記蓄熱槽13での蓄熱状態量に応じて上記圧縮機１
の圧縮能力を上昇させる制御が行われる。すなわち除霜
運転への切換わり時までに、そのままの運転状態では必
要な蓄熱量に達しないことが判別されると、圧縮機１の
圧縮能力を上昇させることにより、発熱量を増加させ、
蓄熱速度を上昇させて必要な蓄熱量が確保されるように
制御される。したがって暖房能力を低下させずとも必要
な蓄熱量が確保されている状態で除霜運動が行われるこ
ととなるので、室温の低下を従来よりも小さく抑えるこ
とが可能となり、空調快適性が向上する。

（実施例） 次にこの発明の空気調和機の具体的な実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

第２図には、圧縮能力可変な圧縮機１と、暖房運転時に
は蒸発器、冷房運転時には凝縮器として作用する室外熱
交換器２とを有する室外ユニットＸに、暖房運転時には
凝縮器、冷房運転時には蒸発器として作用する室内熱交
換器３を有する室内ユニットＡを接続して構成したセパ
レート形空気調和機における冷媒回路図を、制御ブロッ
ク図を付記して示している。

上記圧縮機１の吐出配管４と、アキュームレータ５の介
設された吸込配管６とは、それぞれ四路切換弁７に接続
され、そしてこの四路切換弁７に、順次、第１ガス管
８、上記室内熱交換器３、第１液管９、電動膨張弁10、
第２液管11、室外熱交換器２、第２ガス管12が接続され
て冷媒循環回路が構成されている。一方、上記圧縮機１
のケーシング外周には蓄熱槽13が巻装され、この蓄熱槽
13はバイパス往管14によって上記第１液管９に、またバ
イパス復管15によって上記第２液管11にそれぞれ接続さ
れている。上記蓄熱槽13は、例えば水或いは塩化カルシ
ウム六水塩等から成る蓄熱剤を満たした環状の容器を圧
縮機１に嵌着し、さらに外周に断熱シートと防音シート
とを巻装して構成しており、運転中に高温温度状態とな
る上記圧縮機１からの周囲への放散熱を上記蓄熱剤中に
蓄熱するようになされている。そして上記バイパス往管
14からバイパス復管15へと上記蓄熱槽13内を通して冷媒
が循環する際には、上記の蓄熱熱量を循環冷媒に付与す
るようになされている。なお上記バイパス往管14には電
磁弁16が介設されている。また上記室外熱交換器２には
プロペラファン形式の室外ファン21が、室内熱交換器３
にはクロスフローファン形式の室内ファン22がそれぞれ
付設されている。さらに上記蓄熱槽13には、蓄熱状態検
出手段として、上記蓄熱槽13の温度を検出するためのサ
ーミスタ等より成る蓄熱槽温度センサ23が、また室外熱
交換器２には、着霜量検出手段として、この熱交換器２
の温度を検出する室外熱交換器温度センサ24がそれぞれ
取着されている。

上記装置における暖房運転は、四路切換弁７を図中実線
で示す切換位置に位置させ、電磁弁16を閉にして、圧縮
機１からの吐出ガス冷媒を室内熱交換器３から電動膨張
弁10を通して室外熱交換器２へと回流させることによっ
て行う。このとき上記室内熱交換器３が凝縮器として、
また室外熱交換器２が蒸発器としてそれぞれ作用し、凝
縮熱によって室内の暖房が行われる。一方、冷房運転
は、上記から四路切換弁７を図中破線で示す切換位置に
切換え、圧縮機１からの吐出ガス冷媒を室外熱交換器２
から室内熱交換器３へと回流させ、上記室内熱交換器３
を蒸発器として、また室外熱交換器２を凝縮器としてそ
れぞれ作用させることによって行う。

そして暖房運転継続中に室外熱交換器２に付着成長した
霜を除くための除霜運転は、上記暖房運転時の冷媒サイ
クルにおいて、さらにバイパス往管14の電磁弁16を開弁
すると共に、室外ファン21を停止することによって行
う。このとき圧縮機１からの吐出ガス冷媒は、室内熱交
換器３において凝縮し、したがってその際に放出する凝
縮熱で室内の暖房が継続される。次いで第１液管９から
バイパス往管14を通して蓄熱槽13内を循環し、このとき
蓄熱槽13に蓄熱されていた熱量が循環冷媒に付与されて
冷媒中の保有熱量の増加を生じ、気相の割合が増加した
気液混合相となってバイパス復管15、第２液管11から室
外熱交換器２に流入する。このときの流入冷媒温度は、
霜の付着している室外熱交換器２よりも充分に高く、し
たがって温度差に基づく顕熱、さらに気相成分の凝縮に
伴う潜熱が上記室外熱交換器２に付与されて除霜が進行
する。その後、室外熱交換器２からアキュームレータ５
を介して圧縮機１に返流される。アキュームレータ５で
気相から分離される液冷媒は、適量ずつ圧縮機１に吸入
され、内部で蒸発して上記サイクルで循環する。このよ
うに、圧縮機１での圧縮仕事に加えて上記蓄熱槽13での
蓄熱量を熱源とするサイクルによって、循環冷媒中の保
有熱量が増加し、この結果、上記のように室内側の暖房
と除霜とを同時に行い得るものとなっている。

次に第２図に併せて示した制御ブロック図に基づいて、
便宜上、暖房時の運転制御について説明する。

図のように、室外ユニットＸには室外制御装置31が、ま
た室内ユニットＡには室内制御装置32がそれぞれ設けら
れており、利用者により運転スイッチがON操作された時
に室内制御装置32で発せられる運転開始信号に応じて、
上記室外制御装置31によって、上記四路切換弁７の切換
え、圧縮機１の起動、電動膨張弁10の開度制御、室外フ
ァン21の作動が行われる。また上記室外制御装置31から
室内制御装置32に室内ファン作動信号が出力され、これ
により上記室内ファン22の作動が行われて、暖房運転が
開始される。そして上記圧縮機１の回転速度、すなわち
圧縮能力を制御するために、上記室外制御装置31内に
は、インバータ33が設けられており、さらに、後述する
各種入力信号に応じて上記圧縮機１の駆動周波数を適宜
設定するための演算回路34、設定周波数で周波数インバ
ータ33を作動するための駆動回路35が設けられている。
なお図中、36は電源回路、37は商用電源を直流に変換す
るためのコンバータである。

上記演算回路34には、室内制御装置32から設定室温と検
出室温との温度差信号が入力されている。さらに、前記
蓄熱槽温度センサ23と室外熱交換器温度センサ24との各
検出温度信号も入力されており、これらの各入力信号に
基づいて圧縮機１の駆動周波数を発生するようになされ
ており、まず定常暖房運転時には、上記室内制御装置32
からの温度差信号に基づいて、例えばその変化に対する
PID制御によって室内側の負荷変化に応じた周波数を逐
次発生し、これを上記駆動回路35に出力することによ
り、室内側の負荷に応ずる圧縮能力での暖房運転が継続
される。したがって暖房運転の継続と共に室温が上昇し
設定室温との温度差が小さくなるにつれて圧縮機１の駆
動周波数を漸減していく制御状態となる。

上記の暖房運転の継続中には、前記したように、高温温
度状態となって運転される上記圧縮機１からの放熱熱量
を吸収して、蓄熱槽13内で徐々に蓄熱量が増加してい
き、その蓄熱量に応じて温度の上昇を生じることとな
る。

また上記暖房運転の継続中には、上記演算回路34におい
て、前記室外熱交換器温度センサ24での検出温度の監視
制御もなされており、着霜量の増加と共に温度低下を生
じる上記室外熱交換器２の検出温度が、着霜を生じた初
期の温度状態、すなわち第１基準温度に低下したことが
判別されると、上記演算回路34では、除霜開始前処理を
行うようになされており、以下、この処理について第３
図の制御フローチャートに基づいて説明する。

同図において、ステップS1は上記した室外熱交換器２の
検出温度Tbの監視ステップであって、このTbが上記の第
１基準温度T1まで低下したことが判別されると、次にス
テップS2において、前記蓄熱槽温度センサ23での検出温
度Thの読込みを行う。そしてステップS3で上記Thを、除
霜運転時に必要な蓄熱量に対応する基準蓄熱槽温度TRと
比較し、ThがTRよりも低い場合には、ステップS4におい
て、圧縮機１の駆動周波数として、予め設定している高
い周波数fhを出力し、圧縮機１における圧縮仕事量が大
きくなるように上記fhに応ずる回転数まで上昇させる。
次いでステップS5で、室外熱交換器２に付着した霜が成
長して除霜を必要とする状態となったことを判別する第
２基準温度T2に、室外熱交換器温度Tbが低下したことが
判別されるまで上記の運転状態を維持し、TbがT2に達し
たときに、ステップS6に移行して前記した除霜運転を開
始する。なおステップS3においてThがTR以上のときに
は、上記の周波数上昇制御は行わず、それまでの室内側
の負荷に応ずる制御が継続される。

そして上記の除霜運転によって室外熱交換器2I付着した
霜が除かれ、前記室外熱交換器温度センサ24での検出温
度が除霜完了判別温度まで上昇した時に、上記の除霜運
転を終了し、暖房運転を再開する。

上記の制御の結果、例えば第４図の蓄熱槽温度変化の模
式図に示すように、着霜開始時（図中、Ａ）において蓄
熱槽温度が基準蓄熱槽温度TRに達していない場合に、圧
縮機１の駆動周波数の上昇変更がなされ、これにより圧
縮機１における発熱量、すなわち蓄熱槽13での時間当り
の蓄熱量が多くなり、蓄熱槽温度の上昇速度が速くな
る。この結果、除霜運転開始時には、上記蓄熱槽温度が
基準温度TRに達し、したがって除霜運転中に必要な蓄熱
量が確保される。このため、図中破線で示した従来例の
ように、蓄熱量不足のまま除霜運転が行われて大幅な暖
房能力の低下を生じていた場合に比べて、上記では暖房
能力の低下を殆ど生じない除霜運転が行われることとな
り、快適な空調状態を維持できる。また上記において
は、圧縮機１からの排熱を蓄熱する構成であると共に、
除霜運転開始前の着霜状態を確認して圧縮能力の上昇制
御が行われるため、例えば外気温度に基づく制御の場合
に外気温が低くても湿度が低いときの無着霜条件下にお
いて生ずる誤動作等が防止され、不要な変更を生じない
ので、経済性の高い装置ともなっている。

なお上記実施例においては、第３図のステップS3、S4で
圧縮能力変更手段41を、またステップS5で除霜運転切換
手段42を構成しているが、同様の機能を有するその他の
構成とすることができる。また上記においては圧縮能力
の変更後、除霜運転開始までその運転状態を維持する例
を挙げて説明したが、例えばタイマを設けて所定時間継
続する構成や、蓄熱槽温度が基準温度まで上昇したこと
を判別して上記の変更運転を終了させる構成とすること
等も可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の空気調和機においては、運転時
に高温温度状態となる圧縮機のケーシングからの放散熱
を蓄熱する蓄熱槽に、除霜運転への切換わり時にそのま
まの運転状態では必要な蓄熱量に達しないことが判別さ
れると、事前に圧縮機の圧縮能力を上昇させて発熱量を
増加させ、蓄熱速度を上昇させる制御が行われるので、
暖房能力を低下させずとも必要な蓄熱量が確保されてい
る状態で除霜運転が行われることとなり、この結果、室
温の低下を従来よりも小さく抑えることが可能となって
空調快適性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図はこの発明
を適用して構成した空気調和機の制御ブロック図を付記
して示した冷媒回路図、第３図は上記空気調和機におけ
る除霜運転開始時の制御フローチャート図、第４図は上
記空気調和機における蓄熱槽温度、暖房能力、圧縮機の
回転数の変化の一例を示す模式図、第５図は従来装置の
冷媒回路図である。 １……圧縮機、２……室外熱交換器（蒸発器）、３……
室内熱交換器（凝縮器）、13……蓄熱槽、23……蓄熱槽
温度センサ（蓄熱状態検出手段）、24……室外熱交換器
温度センサ（着霜量検出手段）、41……圧縮能力変更手
段、42……除霜運転切換手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮能力可変な圧縮機（１）に蒸発器
   （２）と凝縮器（３）とを接続して冷媒循環回路を構成
   する一方、上記圧縮機（１）のケーシングからの外方へ
   の放散熱を蓄熱する蓄熱槽（13）を設け、上記蒸発器
   （２）の除霜運転時の循環冷媒に上記蓄熱槽（13）での
   蓄熱熱量を付与すべく構成して成る空気調和機であっ
   て、さらに上記蒸発器（２）への着霜量を検出する着霜
   量検出手段（24）と、上記蓄熱槽（13）での蓄熱状態量
   を検出する蓄熱状態検出手段（23）と、検出着霜量が第
   １基準量に達した時の検出蓄熱状態量が設定量以下であ
   るときに上記圧縮機（１）の圧縮能力を上昇させて運転
   する圧縮能力変更手段（41）と、検出着霜量が上記第１
   基準量よりも大きな第２基準量に達した時に除霜運転に
   切換える除霜運転切換手段（42）とを設けていることを
   特徴とする空気調和機。