JPH08105651A - ヒートポンプ系統における強制空気流熱交換機構 - Google Patents

ヒートポンプ系統における強制空気流熱交換機構

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JPH08105651A
JPH08105651A JP7171463A JP17146395A JPH08105651A JP H08105651 A JPH08105651 A JP H08105651A JP 7171463 A JP7171463 A JP 7171463A JP 17146395 A JP17146395 A JP 17146395A JP H08105651 A JPH08105651 A JP H08105651A
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Gerald L Greschl
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートポンプ系統の動作制御を、単純なセン
サ構造に依拠した制御機構によって達成する。 【構成】 冷媒流量制御器（膨張弁）２２の入口側に配
置した温度センサ４２によって、液体冷媒の温度を感知
する。感知された液体冷媒温度から屋外空気温度を決定
し、また一定時間々隔をおいた温度感知値の差から圧縮
機１２が稼働状態にあるかどうかを判定する。ルックア
ップ表を参照し屋内ファン３０の速度を制御し、強制空
気流による熱交換を最適制御する。ルックアップ表作成
のための多数のグラフを示してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はヒートポンプ・空気調
和系統（ＨＶＡＣシステム）、特に液体冷媒温度の測定
値に基づいて屋内ファン速度を可変に制御する、改良さ
れた強制空気流熱交換機構に、関するものである。
【０００２】
【発明の背景】ヒートポンプ・空気調和系統は近年、一
部は所望の高効率のため、そして居住者の快適さを改善
したために非常に洗練されたものになっている。ヒート
ポンプ及び空気調和機用の今日の制御機構の多くは広範
は温度、圧力及び湿度センサを用いた、マイクロプロセ
ッサ依拠のエレクロニックスを利用している。これらの
マイクロプロセッサ依拠の制御機構は、一方では多数の
多様なセンサ類を用いていることから融通性に富み、従
来の単純な制御機構よりもずっと良好に、効率及び居住
者の快適さに関し最適制御を得させる。しかしマイクロ
プロセッサ依拠の該制御機構は他方、極めて複雑なもの
になって来ている。
【０００３】例えば１９９４年４月１９日発行のバーヘ
ル（Ｂａｈｅｌ）等の米国特許Ｎｏ．５，３０３，５６
１「湿度に応動する可変速ファンを有するヒートポンプ
用制御機構（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｈａｖｉｎｇ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ
Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｅｅ
ｄ Ｆａｎ）」は、マイクロプロセッサ依拠の制御機構
を開示している。この米国特許は本願出願人に譲渡され
たものである。本特許は湿度の測定値に基づいて屋内フ
ァン速度を制御し、湿潤な状態では空気からの湿分の除
去を促すように空気流速を低下させる機構を、記載して
いる。
【０００４】他の例として１９９４年４月１９日発行の
バーヘル等の米国特許Ｎｏ．５，３０３，５６２「サイ
クル性能を改善するためのヒートポンプ・空気調和系統
用制御機構（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ／Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎ
ｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｃｙｃ
ｌｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」は、マイクロプロ
セッサ依拠の他の制御機構を開示している。この米国特
許も本願出願人に譲渡されたものである。本特許はオン
／オフ冷却サイクルの効率を最適化する機構を記載して
いる。屋内ファン速度は比例電気信号駆動の可変速モー
タにより、熱交換要素の温度に関連して空気流量を最適
化するように制御される。上述の制御機構は両者とも、
複数温度センサと湿度センサとを用いている。
【０００５】この発明はマイクロプロセッサ依拠の制御
技術、特に強制空気流に関する制御技術、の長所を維持
しつつ、従来技術とは異なり同長所を、単純なセンサ構
造によって達成することを狙いとする。
【０００６】
【発明の要約】後で詳述するようにこの発明は流量制御
器、例えば熱膨張弁、の入口側ないし上流側の凝縮器液
体冷媒の温度を測定する単一のセンサを用いて強制空気
流の制御を可能とするものである。既存の制御技術と対
比してこの発明はより単純であり製作、組込み及び保守
がより容易であり、したがってコストがより低いセンサ
構造を、利用するものである。
【０００７】この発明は加熱／冷却系中にファンを、空
気流を熱交換器と熱交換接触させるよう流動させるよう
に配置してある、改良された強制空気流熱交換機構に係
る。ファンは少なくとも２つの運転速度を有し、系の運
転モードに依存して複数の段階的な速度又は連続的に可
変の速度を与える。温度センサが加熱／冷却系に対し、
好ましくは流量制御器の入口側ないし上流側で液体冷媒
の温度を感知するように、接続される。流量制御器ない
し冷却流量調量手段は例えば、蒸発器コイルに対し冷媒
を給送する開口度可変の膨張弁又は制御オリフィスであ
ってよい。
【０００８】屋内ファンと温度センサとに対し制御回路
が、液体冷媒の温度を基準としてファンの速度を制御す
るように接続される。この制御回路は、最適のファン速
度を選択するように凝縮器液体冷媒温度をデータ処理す
るマイクロプロセッサを含むものであるのが好ましい。
マイクロプロセッサは従来一般の場合であると別々のセ
ンサから送られて来る多様な系機能に関する情報を、液
体冷媒の温度を利用して抽出することにより、最適のフ
ァン速度を選択する。例えばマイクロプロセッサは凝縮
器液体温度から、屋外空気温度を推理決定すること及び
冷媒圧縮機が稼働しているかどうかを推理決定すること
ができる。この情報は最適屋内ファン速度を選択するた
めに利用される。
【０００９】後述する実施例では液体冷媒温度を、冷媒
流量制御器（膨張弁）の入口側に配置した温度センサに
よって感知する。感知された液体冷媒温度から屋外空気
温度を決定し、また例えば一定時間々隔をおいた温度感
知値の差から圧縮機が稼働状態にあるかどうかを決定す
る圧縮機診断系によって同稼働状態の有無を判定する。
ルックアップ表を参照し屋内ファンの速度を制御し、強
制空気流による熱交換を最適制御する。
【００１０】この発明の他の特徴と長所は、添付図面を
参照して行う以下の説明から明瞭に理解される。
【００１１】
【実施例】図１には改良された強制空気流熱交換系を、
符号１０で全体を指して図示してある。本熱交換系１０
は圧縮機１２及び屋外熱交換器１４を有する型式のヒー
トポンプないし空気調和系統と関連して機能するもの
で、圧縮機１２と屋外熱交換器１４は、冷媒液体ライン
１６及び冷媒吸入ライン１８を介して屋内熱交換器２０
に接続されている。冷媒液体ライン１６は、熱膨張弁ま
たは他の適当な調量弁であってよい流量制御器２２によ
って制御される。屋外熱交換器１４は図示のように、屋
外ファン２６を含む屋外ユニット２４内に収容するのが
望ましい。類似して屋内熱交換器２０は、屋内ファン３
０を含む屋内ユニット２８内に設置されている。屋外フ
ァン２６及び屋内ファン３０は共に、可変速ファンであ
るのが望ましい。図示の好ましい実施例ではプログラム
可能な５段階の速度を有する屋内ファン３０を、電子制
御整流子モータ３２によって駆動することとしている。
【００１２】熱交換系１０はマイクロプロセッサ依拠の
コントローラ３４を含み、このコントローラ３４は圧縮
機及び接触器に対し、圧縮機１２を発停切替えするため
及び選択されたファン速度で屋外ファン２６をオン・オ
フ切替えするために２４ボルトの論理信号を供給する。
マイクロプロセッサ依拠の該コントローラ３４はまた、
モータ３２に接続された導線３６にモータ駆動信号を供
給する。マイクロプロセッサであるコントローラ３４は
さらに、ルームサーモスタットユニット３８から複数の
信号を受取る。該サーモスタットユニット３８はマイク
ロプロセッサに対し、使用者が加熱（暖房）モード、冷
却（冷房）モードまたはファン・オン・モードを選択し
ているかどうかを示す論理信号を供給する。これらの論
理信号は導線４０を介して供給される。
【００１３】冷媒液体ライン１６に温度センサ４２を、
加熱−冷却系統の運転モードに依存するところの流量制
御器２２の入口側ないし上流側に配置してある。この点
で液体冷媒は屋外熱交換器１４から、流量制御器２２を
通って屋内熱交換器２０中に流れる。冷媒は流量制御器
２２の入口付近の冷媒液体ライン１６中で、該冷媒が圧
縮機１２によって圧縮を受けたものであることからして
液相である。液体冷媒は流量制御器２２を通過すること
により霧化されて微小な液滴になる。この霧化は液体が
圧力下で流量制御器２２の制限オリフィス中を、冷媒閉
回路の低圧側へと強制通過せしめられることからして生
じる。霧化された液滴は次に屋内熱交換器２０中に流入
し、そこで冷却モード中に外気から熱を奪う。外気から
熱を奪うことで液滴は気相に転換する。冷媒は気相で吸
入ライン１８中を吸引されて高圧圧縮機中へと戻され、
圧縮機１２が冷媒を圧縮して液相へと戻す。温度センサ
４２は冷媒液体ライン１６と、好ましくは流量制御器２
２の入口付近で熱接触させたサーミスタであってよい。
このサーミスタは導線４４に対し信号を供給し、その信
号をマイクロプロセッサ３４が読取って液体冷媒温度を
測定する。
【００１４】この発明は様々なヒートポンプ及び空気調
和系統で実施可能である。いくつかの可能性を例示する
ため図２には、単一の両方向流量制御器を用いる型式の
ヒートポンプ系統を図示してある。図２において同流量
制御器は符号２２で指してある。液体冷媒温度を感知す
るための温度センサは、符号３８で指してある。冷却系
統の他の構成要素は、図１に示した類似の要素に対応す
る符号で指してある。流れ方向を制御するためには逆転
弁４６を用いている。図２において流れ方向を指す矢印
は、系が冷却モードにある場合の流れ方向を示してい
る。加熱モードに切替えるように逆転弁４６を作動させ
ると、熱交換器及び流量制御器を通して冷媒が反対方向
に流れる。しかし加熱モードにおいても圧縮機１２を通
しての冷媒流れは、冷却モードにおいての圧縮機を通し
ての冷媒流れと同一方向である。所望の場合には第２の
温度センサ４８を、流量制御器２２を隔て温度センサ３
８の反対側で設けることができる。この第２の温度セン
サもマイクロプロセッサ回路に接続され、系が加熱モー
ドで運転されている時に（つまり冷媒流れが図２に示し
たのとは逆向きである時に）液体冷媒温度を感知するた
めに用いられる。
【００１５】さらに可能性例示のために図３，４に、双
方向流れ制御ヒートポンプ系統を図示してある。図３は
冷却モードにある系統を示し、図４は加熱モードにある
系統を示している。図１，２に示したのと類似の要素は
同一の符号で指してある。図３，４のヒートポンプ系統
には２個の流量制御器、つまり流量制御器２２と流量制
御器５０を設けてある。これらの流量制御器はそれぞ
れ、逆止弁５２及び逆止弁５４によって保護されてい
る。これらの逆止弁は、冷媒流れがヒートポンプの２方
向のうちの一方向である場合に冷媒流れを、組合されて
いる流量制御器を迂回させるように働く。図３では流量
制御器５０が迂回され、図４では冷媒制御器２２が迂回
されている。これらの図において、液体冷媒温度を感知
するために単一の温度センサ３８が設けられている点に
留意すべきである。所望の場合には第２の温度センサ４
８も図示の配置で、２個の温度センサが常に調量装置
（流量制御器）の入口側に位置することとなるように、
設けることができる。ヒートポンプ系統の構成如何によ
り第２の温度センサ４８は、温度センサ３８が冷却モー
ドまたは加熱モードの何れかで液体冷媒温度を感知する
点に配置されている限り、必ずしも必要ではない。
【００１６】図５及び図６，７にはマイクロプロセッサ
による好ましい制御ルーチンを示してあり、該制御ルー
チンはステップ１００で開始する。このルーチンは先ず
ステップ１０２で変数を初期化し、次に系がどのモード
にあるかを決定するための一連のテストに入る。ステッ
プ１０４において、系が冷却モードにあるかどうかのテ
ストが実行される。冷却モードに無いとすると制御はス
テップ１０６を経過してステップ１０８（図６）に進行
し、そこで系が加熱モードにあるかを決定するために類
似のテストが実行される。加熱モードに無いとすると制
御はステップ１１０に進行し、そこで系がファン・オン
モードにあるかどうかが決定される。上述の３つのモー
ドは、ルームサーモスタットユニットで使用者が選択可
能である。したがってマイクロプロセッサ・ソフトウェ
アは単に、使用者がセット可能であるサーモスタットの
スイッチ類を読取るだけである。ファン・オンモードが
セットされていたとすると制御ルーチンはステップ１１
１で屋内ファンを最小空気循環流量度に設定し、図５の
位置２に戻る。ステップ１１０でファン・オンモードが
選択されていなかったことが確認されると制御は図５の
位置２に戻るのみで、ファン速度を変更することをしな
い。制御過程は冷却モードテスト１０４から加熱モード
テスト１０８へ、そしてファン・オンモードテスト１１
０へ、使用者による選択がなされるまで循環的に進む。
【００１７】冷却モードが選択されていたとすると、制
御はステップ１１２に進んで系に対するデマンドがある
かどうかが決定される。この決定はサーモスタットから
の信号に基づいて行れる。サーモスタットが冷却を要求
しているとすると、制御はステップ１２２へ分岐する。
これに対しサーモスタットが冷却を要求していないとす
ると制御はステップ１１３に分岐し、そこでさらに系が
オン状態にあるかどうかで制御が２通りに分岐する。系
がオン状態にあれば制御はステップ１１４へと分岐し、
系が６分間未満オン状態にあったかどうかが決定され
る。系が６分間オン状態になかったとするとステップ１
１５で系がオフされ、制御は単に分岐して戻りモードテ
ストのループに入る。
【００１８】ステップ１１４で系が６分間未満オン状態
にあったとすると制御はステップ１１６に分岐し、そこ
で１分間タイマーがセットされ、ステップ１１８でそれ
がテストされる。１分間の経過後にステップ１２０で系
オン時間変数「Ｔｉｍｅ」が１分間だけ増され、制御は
点２に戻る。
【００１９】ステップ１１２でサーモスタットが冷却を
要求しているとすると制御はステップ１２２に進行し、
そこで系が起動モードにあるかどうかが決定される。こ
れはフラグを設定し読取ることで行える。系が起動モー
ドにあればステップ１２４で、冷却モードでの低流量度
のために使用される値を記憶させてあるルックアップ表
により選択して低冷却空気流量度を屋内ファンに設定す
る。次に制御はステップ１２６に進行し、そこで図８に
示し後に説明するセンサ点検ルーチンを実行する。セン
サの完全性が証明された後、制御はステップ１２８に進
行して凝縮器液体温度が測定される。その後にステップ
１３０で３分間タイマーをセットし、ステップ１３２で
３分間が経過するのを確認する。同経路によりステップ
１３４で再び液体温度を測定し、値Ｔｎｅｗを記憶す
る。次にステップ１３６でデルタＴ（ΔＴ）を、差Ｔｎ
ｅｗ−Ｔｉｎｉｔｉａｌを求めることにより演算する。
ここにＴｉｎｉｔｉａｌはステップ１２８で測定され記
憶されていた、低温状態を表す値である。演算されたデ
ルタＴがステップ１３８で５°Ｆよりも大であると確認
されると、圧縮機が稼動していないと決定される（ステ
ップ１４０）。この場合にはステップ１４１で機能不良
ランプが点灯され、圧縮機の起動不全が生じたことが指
示されて、屋内空気流がステップ１４２で最大循環流量
度に設定される。これに対しデルタＴが５°Ｆよりも大
であるとすると圧縮機が稼働していると決定され（ステ
ップ１４８）、ステップ１４９で機能不良ランプが消灯
される。
【００２０】ステップ１２２で系が起動モードにないと
すると、より単純な手順で制御が進行する。ステップ１
４４でセンサ点検ルーチンが実行され、ステップ１４６
で凝縮器液体温度が測定される。次に圧縮機が稼働中で
あるとみなせることから制御は単にステップ１５０へと
進行し、適当なファン速度を設定するためにルックアッ
プ表が使用される。その後にステップ１５２で、ステッ
プ１５０で決定された空気流量関係に基づいて屋内空気
流量度を高冷却または低冷却に設定する。
【００２１】加熱モード中の制御は図６，７に示すよう
に冷却モード中の制御と本質的に等しく、ステップ１５
４で開始する。加熱モードでの１つの差異は、例えば電
気抵抗ヒータであってよい補助加熱器も制御しなければ
ならない点である。例えばステップ１６５、ステップ１
８３及びステップ１８９を参照されたい。ステップ１６
５で補助加熱器がオンしているとステップ１６６で屋内
ファンに高加熱空気流量度が設定され、逆にステップ１
６５で補助加熱器がオフしているとステップ１６７で屋
内ファンに低加熱空気流量度が設定される。またステッ
プ１８３で補助加熱器がオンしているとステップ１８５
で屋内ファンに高加熱空気流量度が設定され、逆にステ
ップ１８３で補助加熱器がオフしているとステップ１８
４で屋内ファンに最小空気循環流量度が設定される。さ
らにステップ１８９で補助加熱器がオンしているとステ
ップ１９０で屋内ファンに高加熱空気流量度が設定され
ステップ１５０′はスキップされる。ステップ１８９で
補助加熱器がオフしていると、ステップ１５０′に移
る。制御系はまた緊急状態で例えばパイプの凍結を防止
するため、ステップ１６２でテストされる緊急加熱モー
ドであってステップ１６３でファンが高加熱空気流量度
に設定されることとする緊急加熱モードを、付与するも
のとされている。図６，７に示した残りのステップは実
質的に冷却モードでの対応するステップと同一であり、
冷却モードのステップを指した符号にダッシュ（′）を
付した符号で指してある。したがってこれらのステップ
についての繰返えしての説明は行わない。
【００２２】図８にはステップ２０６で開始するセンサ
点検ルーチンを示してある。センサの温度読取り値が−
７７°Ｆ（−６１℃）よりも大であると（ステップ２０
８）、ステップ２１０でサーミスタが作動していると認
められ、ステップ２１２でセンサ機能不良ランプが消灯
される。この場合に屋内ファン速度はステップ２１４に
示すように、冷媒温度の測定値に基づいて制御してよ
い。
【００２３】一方、センサの温度読取り値が−７７°Ｆ
より大でないと、ステップ２１６でサーミスタが不良で
あると認定される。この場合には系が冷却モードである
かどうかに依存して屋内ファン速度が、高冷却空気流速
度または高加熱空気流速度に認定される。このことはス
テップ２１８、２２０及び２２２に示されている。サー
ミスタ不良の場合にはまた、ステップ２２４でセンサ機
能不良ランプが点灯される。
【００２４】図９、図１０、図１１，１２及び図１３，
１４は、好ましいルックアップ表の数値をどのようにし
て得るかについての情報を与えるものである。勿論、ヒ
ートポンプ系統の動作及び設計の選択に依存して図示し
たのとは異なった数値を選んでもよい。掲げた数値は好
ましい実施例についてのものである。
【００２５】図９には凝縮器液体冷媒温度と屋内空気流
量間の関係を示してある。凝縮器液体冷媒温度が屋外空
気温度の関数として取扱ってよい、直線的に増加する関
数である点に留意されるべきである。屋内空気流は約８
８°Ｆ（３１℃）の屋外空気温度に対応する液体温度
で、低速から高速に切替えられる。図示の空気流速は８
８°Ｆ以下の屋外空気温度に対しては最大値の７０％で
あり、８８°Ｆ以上の屋外空気温度に対しては１００％
（最大）である。切替え点は図示のように、９４°Ｆ
（３４℃）の液体冷媒温度で生じる。図９に掲げた値
は、冷却モードで動作しているヒートポンプ系統に対応
している。所望の場合には加熱モードで異なった速度を
プログラムしてよい。また所望の場合には切替え点を生
じさせるのに、異なった液体温度をプログラムしてもよ
い。
【００２６】図１０は２組のカーブを示しており、一組
のカーブは加熱モードについてのものであり他の組のカ
ーブは冷却モードについてのものである。各組のカーブ
においてカーブ３００は冷媒標準充填量の系を、カーブ
３０２は冷媒過小充填量（−３０％）の系を、カーブ３
０４は冷媒過大充填量（＋３０％）の系を、それぞれ示
している。本図は凝縮器液体冷媒温度に対する冷媒充填
量の影響を説明している。ファン速度切替え点の或る程
度の変動を受容できる系では、過小及び過大充填状態を
補償するために液体冷媒温度の測定値を修正することは
必要でない。しかし屋内空気流をより精密に制御するた
め系を、液体冷媒温度の測定値について適当な補正値を
加算或は減算して過小及び過大充填状態の補償を行うよ
うにプログラムできる。
【００２７】図１１及び図１２は屋内空気流量をそれぞ
れ、冷却モード及び加熱モードにおける液体冷媒温度の
関数として示している。図示のように両者の場合とも４
°Ｆの不感帯（ｄｅａｄ ｂａｎｄ）３０６を設けてあ
る。すなわち冷却モード（図１１）を例にとると、空気
流速は液体温度が９６°Ｆ（３６℃）の時に低速から高
速に切替えられる。また空気流速ないしファン速度は液
体温度が９２°Ｆ（３３℃）の時に高速から低速に切替
えられる。図１１と図１２を比較して留意すべき点は、
冷却モードでの切替え点が好ましくは９４°Ｆ（３４
℃）であるのに対し加熱モードでの切替え点が好ましく
は７７°Ｆ（２５℃）であることである。これらの切替
え点は勿論、好ましい実施例についてのものである。他
の実施例では別の切替え点を選択することができる。
【００２８】図１３及び図１４はそれぞれ加熱及び冷却
モード中の凝縮器液体温度の応答性を、系起動時の屋内
ファン制御方策と共に示している。屋内ファンは系起動
時から最初の３分間、（使用者の選択による）非指定の
低空気流量度で作動し得ることが、示されている。図１
３，１４はまた、凝縮器液体温度が定常状態の凝縮器液
体温度に達するのに約２分間を要することを、示してい
る。３分間の組込み期間は凝縮器液体温度がその定常状
態値に到達することを保証して、過渡状態に起因する不
当なファン速度転換を防止する。加熱サイクル中の低空
気流量度が与える別の利点は、それによって系起動時の
冷気通風（ｃｏｌｄ ｄｒａｆｔ）が減らされることで
ある。この初期々間の経過後に屋内空気流量は、図１
１，１２に示した凝縮器液体ライン温度関係に基づいた
値のものとなる。
【００２９】この発明の原理を具体化する方法をさらに
例示するため図１５，１６及び図１７，１８にはさら
に、好ましいルックアップ表を得るための関係を示して
ある。これらの図に示されているように屋内空気流量
は、凝縮器液体冷媒温度（図１５，１６）及び屋外空気
温度（図１７，１８）の予定した範囲にわたり連続的に
変動する（この場合には直線的に変動する）部分を、有
することができる。すなわち先ず冷却モードに係る図１
５において屋内空気流量は、約９２°Ｆ（３３℃）未満
の温度では定格容量の約７０％で不変に保たれている。
次に屋内空気流量は、凝縮器液体冷媒温度が約９８°Ｆ
（３７℃）に達するまで上昇している。凝縮器液体温度
が９８°Ｆよりも高いと屋内空気流量は、定格値の１０
０％に設定される。類似の空気流量カーブは加熱モード
にも適用できる。すなわち加熱モードに係る図１６に示
すように、凝縮器液体冷媒温度が約７４°Ｆ（２３℃）
よりも低い場合に屋内空気流量は定格容量の８５％に設
定されている。屋内空気流量は凝縮器液体冷媒温度が約
８３°Ｆ（２８℃）に達するまで、直線的に上昇するこ
ととしてある。８３°Ｆより高いと屋内空気流量は、定
格容量の１００％に設定されている。
【００３０】図１７，１８は、図１５，１６の実施例を
さらに図解したもので、屋内空気流量ないし流速が一定
速度から可変速度に切替えられる屋外空気温度点を示し
ている。具体的に説明すると冷却モード（図１７）では
屋内空気流が、約８５°Ｆから９２°Ｆ（２９℃から３
３℃）の間の屋外空気温度範囲では可変速モードで制御
される。加熱モード（図１８）では屋内空気流が、２１
°Ｆから４４°Ｆ（−１１℃から７℃）の間の屋外空気
温度では可変速モードで制御される。図１７，１８では
さらに屋外空気温度の関数としての凝縮器液体冷媒温度
を表す直線グラフを、冷媒標準充填量の系、過大充填量
の系及び過小充填量の系のそれぞれの場合について、重
ねて表示してある。
【００３１】図１５，１６及び図１７，１８に示した実
施例では屋内空気流量度が一定モードから可変モードに
切替えられる屈折点が、系の定格点に関係して決定され
ている。例えば図１５の屈折点は９２°Ｆの屋外空気温
度に対応する予定凝縮器液体冷媒温度９８°Ｆに設定さ
れている。この屈折点はセンサ精度、アナログ−デジタ
ル変換位置及び系配管上へのセンサ設置方法から生じる
誤差を考慮した温度測定公差が３°Ｆであることから、
選択したものである。この組込み測定公差によって屋内
ファンが、屋外空気温度９５°Ｆの系容量定格点におい
て定格空気流量度（１００％）で作動することが保証さ
れる。同様に凝縮器液体冷媒温度９１°Ｆ（屋外空気温
度８５°Ｆに対応）での予定屈折点によって、屋内ファ
ン速度の変更が８２°Ｆの系効率定格点よりも以前に生
じることが保証される。
【００３２】図１５，１６及び図１７，１８の実施例に
おいて可変速度範囲は比例領域、この場合には一次関数
（直線）、である。所望の場合には非直線関係を含む他
の可変速度関係を、組込むこともできる。また図示の実
施例は屋内空気流制御を２つの固定速度範囲と１つの可
変速度範囲とに分割して行うこととしたが、他の組合せ
によることも可能である。したがってルックアップ表を
例えば、完全に可変の速度範囲（固定速度部分なし。）
を達成するようにプログラムすることもできる。また異
なった勾配の複数可変速度範囲、或は複数の異別速度段
階のような他の組合せも、利用することができる。複数
の異別速度段階の「階段状（ｓｔａｉｒｓｔｅｐ）」関
数を、比例可変速度領域に近似した関係を得るために利
用できる。
【００３３】以上の説明から明らかなように本発明は、
単一の温度センサの測定値に基づいて強制空気流を最適
に設定可能である屋内ファン速度制御手段を、提供する
ものである。センサ測定値は多様な系状態（屋外空気温
度及び圧縮機稼動）の指標を与え、その指標は屋内ファ
ン速度を最適に制御するために利用される。
【００３４】この発明の好ましい実施例について説明し
て来たが、特許請求の範囲に記載した発明範囲を逸脱す
ることなしに実施例に変更及び修正を加えて本発明を実
施可能である点は、容易に理解される通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明を、単一の両方向流量制御器を有する
型式のヒートポンプ系統中に組込む方法を説明するブロ
ック図である。
【図３】この発明を、複数の流量制御器を用いるヒート
ポンプ系統中に組込む方法を示すブロック図で、ヒート
ポンプ系統は冷却モードで図示されている。
【図４】この発明を、複数の流量制御器を用いるヒート
ポンプ系統中に組込む方法を示すブロック図で、ヒート
ポンプ系統は加熱モードで図示されている。
【図５】この発明に従った好ましいマイクロプロセッサ
・プログラミングを示すフローチャートである。
【図６】図５に連続したフローチャートである。
【図７】図６に連続したフローチャートである。
【図８】図５−７のフローチャート中で用られるセンサ
点検ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】屋外空気温度と屋内空気流量間（実線）及び凝
縮器液体温度間（破線）の各関係を示すグラフである。
【図１０】屋外空気温度に対する凝縮器液体冷媒温度の
関係を加熱モード及び冷却モードの両者で示すグラフで
あって、冷媒の過小充填及び過大充填の影響を図示して
いる。
【図１１】凝縮器液体冷媒温度に対する屋内空気流量の
関係を、ヒートポンプ系統の冷却モードについて示すグ
ラフである。
【図１２】凝縮器液体冷媒温度に対する屋内空気流量の
関係を、ヒートポンプ系統の加熱モードについて示すグ
ラフである。
【図１３】時間と凝縮器液体温度間（実線）及び屋内空
気流量間（破線）の各関係を、ヒートポンプ系統の冷却
モードについて示すグラフである。
【図１４】時間と凝縮器液体温度間（実線）及び屋内空
気流量間（破線）の各関係を、ヒートポンプ系統の加熱
モードについて示すグラフである。
【図１５】凝縮器液体冷媒温度に対する屋内空気流量の
関係を、ヒートポンプ系統の冷却モードについて示すグ
ラフである。
【図１６】凝縮器液体冷媒温度に対する屋内空気流量の
関係を、ヒートポンプ系統の加熱モードについて示すグ
ラフである。
【図１７】屋外空気温度の関数としての屋内空気流量及
び凝縮器液体冷媒温度を、ヒートポンプ系統の冷却モー
ドについて示す一群のグラフである。
【図１８】屋外空気温度の関数としての屋内空気流量及
び凝縮器液体冷媒温度を、ヒートポンプ系統の加熱モー
ドについて示す一群のグラフである。
【符号の説明】
１２ 圧縮機 １４ 屋外熱交換器 １６ 冷媒液体ライン １８ 冷媒吸入ライン ２０ 屋内熱交換器 ２２ 流量制御器 ３０ 屋内ファン ３２ モータ ３４ コントローラ ３８ ルームサーモスタットユニット ４２ 温度センサ ４８ 温度センサ ４６ 逆転弁 ４８ 温度センサ ５０ 流量制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンク ユージェン ミレット アメリカ合衆国、45356オハイオ州、ピー カ、ノース ユニオン シェルバイ ロー ド 8655 (72)発明者 ミッキー フランシス ヒキィ アメリカ合衆国、45365オハイオ州、シド ニー、ワパコニータ ロード、ハージン 9249 (72)発明者 ハング マーン ファム アメリカ合衆国、45414オハイオ州、ディ トン、スティル ミード ドライブ 6671 (72)発明者 グレゴリー ポール ヘェルン アメリカ合衆国、45365オハイオ州、ピー カ、ノース ワシントン ロード 5495 (72)発明者 ジェラルド リー グレシュル アメリカ合衆国、45414オハイオ州、ディ トン、スティルミード ドライブ 6659 (72)発明者 ジョセフ バーナード ニーマン アメリカ合衆国、45414オハイオ州、トロ イ、カンタベリィ コート 2104

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体冷媒を膨張オリフィスを通して熱交
    換器中に給送するための圧縮機を有するヒートポンプ・
    空気調和系統において、 ヒートポンプ・空気調和系統内に配置されていて空気流
    を熱交換器と熱交換接触させるように流動させるファン
    であって、少なくとも２つの運転速度を有するファン、 液体冷媒の温度を感知するためにヒートポンプ・空気調
    和系統に対し接続してある温度センサ、及び上記したフ
    ァン及び温度センサに対し、液体冷媒の温度を基準とし
    てファンの速度を制御するように接続してある制御回
    路、を備えた強制空気流熱交換機構。
  2. 【請求項２】 前記ファンが、各別に選択可能である複
    数の段階的な運転速度を有する可変速ファンである請求
    項１の熱交換機構。
  3. 【請求項３】 前記ファンが、連続的に変更可能な運転
    速度を有する可変速ファンである請求項１の熱交換機
    構。
  4. 【請求項４】 前記ファンが、電子制御される可変速モ
    ータを含むものである請求項１の熱交換機構。
  5. 【請求項５】 前記圧縮機を前記膨張オリフィスに対し
    流体導管により接続してあり、前記温度センサを、該流
    体導管に対し熱的に接触させるか流体に対し直接に接触
    させてある請求項１の熱交換機構。
  6. 【請求項６】 前記温度センサを、前記膨張オリフィス
    に近接させて配置してある請求項５の熱交換機構。
  7. 【請求項７】 前記膨張オリフィスを形成する冷媒流量
    制御器であって凝縮器側と蒸発器側とを有する冷媒流量
    制御器を備えていて、前記温度センサを、該流量制御器
    の凝縮器側に接続してある請求項１の熱交換機構。
  8. 【請求項８】 前記制御回路が感知された液体冷媒温度
    を予定温度と比較して、その比較に基づいて前記ファン
    の速度を制御するものである請求項１の熱交換機構。
  9. 【請求項９】 前記制御回路が感知された液体冷媒温度
    を予定温度と比較して、冷却モードにおいて前記ファン
    を、 （ａ）感知された温度が予定温度より高いと第１の速度
    で運転し、 （ｂ）感知された温度が予定温度に等しいか予定温度よ
    り低いと第２の速度で運転するものである請求項１の熱
    交換機構。
  10. 【請求項１０】 前記制御回路が感知された液体冷媒温
    度を予定温度と比較して、加熱モードにおいて前記ファ
    ンを、 （ａ）感知された温度が予定温度より低いと第１の速度
    で運転し、 （ｂ）感知された温度が予定温度に等しいか予定温度よ
    り高いと第２の速度で運転するものである請求項１の熱
    交換機構。
  11. 【請求項１１】 前記制御回路が、感知された温度を予
    定温度と周期的に比較してその周期的な比較に基づいて
    前記ファンの速度を選択的に変更するためのプロセッサ
    手段を含む請求項１の熱交換機構。
  12. 【請求項１２】 前記制御回路が感知された液体冷媒温
    度を第１及び第２の予定温度と比較して、冷却モードに
    おいて前記ファンを、 （ａ）感知された温度が第１の予定温度より低いと第１
    の速度で運転し、 （ｂ）感知された温度が第１の予定温度より高く第２の
    予定温度より低いと比例的に可変の速度で運転し、 （ｃ）感知された温度が第２の予定温度より高いと第２
    の速度で運転するものである請求項１の熱交換機構。
  13. 【請求項１３】 前記制御回路が感知された液体冷媒の
    温度を第１及び第２の予定温度と比較して、加熱モード
    において前記ファンを、 （ａ）感知された温度が第１の予定温度より低いと第１
    の速度で運転し、 （ｂ）感知された温度が第１の予定温度より高く第２の
    予定温度より低いと比例的に可変の速度で運転し、 （ｃ）感知された温度が第２の予定温度より高いと第２
    の速度で運転するものである請求項１の熱交換機構。
  14. 【請求項１４】 前記制御回路が、感知された液体冷媒
    温度を読取って該温度に応じ前記ファンを、比例的に可
    変の速度で運転するものである請求項１の熱交換機構。
  15. 【請求項１５】 前記制御回路が、感知された液体冷媒
    温度を読取って前記ファンを、該温度を示すパラメータ
    の実質的に一次関数である速度で運転するものである請
    求項１の熱交換機構。
  16. 【請求項１６】 前記制御回路が、感知された液体冷媒
    温度を読取って前記ファンを選択的に、 （ａ）該温度を示すパラメータの実質的に一次関数であ
    る速度で運転するか、又は （ｂ）固定速度で運転するものである請求項１の熱交換
    機構。
  17. 【請求項１７】 液体冷媒を膨張オリフィスを通して熱
    交換器中に給送するための圧縮機を有するヒートポンプ
    ・空気調和系統において、強制空気流熱交換を最適制御
    する制御法であって、 制御された流量の強制空気流を、熱交換器に接触させる
    ように流動させ、 液体冷媒の温度を感知し、 液体冷媒の温度を基準として空気流の流速を制御する制
    御法。
  18. 【請求項１８】 空気流の流速制御を、ファンの速度を
    段階的に制御することによって行う請求項１７の制御
    法。
  19. 【請求項１９】 空気流の流速制御を、ファンの速度を
    連続的に可変の範囲にわたって制御することにより行う
    請求項１７の制御法。
  20. 【請求項２０】 液体冷媒温度の感知を、液体冷媒を含
    む流体導管に対し熱接触させた温度センサを用いて行う
    請求項１７の制御法。
  21. 【請求項２１】 液体冷媒温度の感知を、液体冷媒に対
    し熱接触させた温度センサを用いて行う請求項１７の制
    御法。
  22. 【請求項２２】 液体冷媒温度の感知を、前記膨張オリ
    フィスに近接した点で液体冷媒の温度を感知することに
    より行う請求項１７の制御法。
  23. 【請求項２３】 空気流の流速制御を、感知された液体
    冷媒温度を予定温度と比較してその比較に基づいて空気
    流の流速を制御することにより行う請求項１７の制御
    法。
  24. 【請求項２４】 空気流の流速制御を、感知された液体
    冷媒温度を予定温度と比較してその比較に基づき空気流
    の流速を、 （ａ）感知された温度が予定温度より高いと第１の予定
    流速を生じさせ、 （ｂ）感知された温度が予定温度より高くないと第２の
    予定流速を生じさせるように制御することによって行う
    請求項１７の制御法。
  25. 【請求項２５】 空気流の流速制御を、感知された液体
    冷媒温度を予定温度と比較してその比較に基づき空気流
    の流速を、 （ａ）感知された温度が予定温度より低いと第１の予定
    流速を生じさせ、 （ｂ）感知された温度が予定温度より低くないと第２の
    予定流速を生じさせるように制御することによって行う
    請求項１７の制御法。
  26. 【請求項２６】 空気流の流速制御を、感知された温度
    を予定温度と周期的に比較してその周期的な比較に基づ
    いて空気流の流速を選択的に変更することにより行う請
    求項１７の制御法。
  27. 【請求項２７】 液体冷媒を膨張オリフィスを通して熱
    交換器中に給送するための圧縮機を有するヒートポンプ
    系統において、 ヒートポンプ系統内に配置されていて空気流を熱交換器
    と熱交換接触させるように流動させるファンであって、
    少なくとも２つの運転速度を有するファン、 液体冷媒の温度を感知するためにヒートポンプ系統に対
    し接続してある温度センサ、 液体冷媒の温度に基づいて上記圧縮機が稼働しているか
    どうかの表示を与えるために上記温度センサに対し接続
    してある圧縮機診断系、及び上記ファンと上記温度セン
    サ及び圧縮機診断系とに対し、液体冷媒の温度と圧縮機
    が稼動しているかどうかの表示とに基づいてファンの速
    度を制御するように接続してある制御回路、を備えた強
    制空気流熱交換機構。
  28. 【請求項２８】 前記制御回路が、前記圧縮機診断系に
    より圧縮機が稼働していないと判定されると前記ファン
    を連続運転するものである請求項２７の熱交換機構。
  29. 【請求項２９】 前記圧縮機診断系が前記圧縮機が起動
    した第１の時点の液体冷媒温度を、該第１の時点より後
    の第２の時点の液体冷媒温度と比較することによって、
    前記圧縮機が稼働しているかどうかを判定するものであ
    る請求項２７の熱交換機構。
  30. 【請求項３０】 前記圧縮機診断系が、前記第１の時点
    の液体冷媒温度と前記第２の時点の液体冷媒温度との差
    が約５°Ｆよりも大でないと前記圧縮機が稼働していな
    いと判定するものである請求項２７の熱交換機構。
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