JPS63306376A - ヒ−トポンプ式空気調和機の除霜制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空気を熱源とするヒートポンプ式空気調和機
に関するもので、詳しくは低外気温時に室外熱交換器に
付着した霜を、蓄熱槽の熱源を利用して暖房を継続しな
がら霜を融解する除霜制御装置に関するものである。

従来の技術 空気熱源ヒートポンプ式空気調和機の除霜方式は、除霜
運転時における一快適性向上の追求によって、四方弁を
切換えて行なう逆サイクル除霜方式から、近年では四方
弁をそのままの状態に保持して行なう暖房継続除霜方式
に移行しつつある。しかしながらこの暖房継続除霜方式
においても、除霜運転時における暖房能力は、約２００
〜３００ｋｃａｌ／ｈ　程度とわずかであるため、さら
に高能力化が必要となってきており、その一手段として
蓄熱槽を利用する方法がある（特開昭６１−１３５６７
号公、報）。

以下図面を参照しながら上述した従来のヒートポンプ式
空気調和機について説明する。

第４図は従来のヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図
である。

同図において１は圧縮機、２は蓄熱槽、３は蓄熱用熱交
換器、４は放熱用熱交換器、５は四方弁、６は室内熱交
換器、７は膨張弁、８はバイパス、９は室外熱交換器、
１０はバルブ、１１はサクションカップ、１２はキャピ
ラリで、蓄熱用熱交換器３は高圧側に、また放熱用熱交
換器４は低圧側に設けられている。

暖房運転時にはバイパス８は閉じ、バルブ１゜は開いた
状態で、圧に’ｉＡ５１から吐出された高温冷媒は蓄熱
用熱交換器３を通して蓄熱槽２に蓄熱し、四方弁５〜室
内熱交換器６〜膨張弁７〜室外熱交換器９〜四方弁５〜
サクシヨン力ツプ１１〜バルブ１０〜圧縮機１の順に流
れ、室内を暖房する。

一方、除ｍＭ転時にはバイパス８は開き、バルブ１０は
閉じた状ａで、圧縮機１から吐出された冷媒は蓄熱用熱
交換器３〜四方弁５〜室円熱交換器６〜バイパス８〜室
外熱交換器９〜四方弁５〜サクションカップ１１〜キャ
ピラリ１２〜放熱用熱交換器４〜圧縮機１の順に流れ、
冷媒は室内熱交換器６及び室外熱交換器９で凝縮するの
で、暖房運転を続けながらも除霜を行なうことができる
。

この時の熱源としては圧縮機１の電気入力以外に、蓄熱
槽２に蓄わえられた熱を、室外熱交換器９の出口側、す
なわち圧縮機１の吸入側に位置する放熱用熱交換器４で
そのほとんどを回収している。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では以下のような問題点があった
。すなわち、暖房運転が行なわれる時必らず蓄熱も行な
われるので、たとえば外気温度が比較的高く着霜が生じ
ないような外気条件の時蓄熱の必要がないにもかかわら
ず蓄熱槽２に蓄熱される。このように暖房運転中に不要
な蓄熱を行なうということは、ヒートポンプ式空気調和
機がこの蓄熱に見合う消費電力を余分に消費することに
なり、また蓄熱槽からの周囲への放熱損失も避けられず
、結果として、蓄熱槽を備えていることが逆に省エネル
ギーに反することになっていた。

本発明は上記問題点に鑑み、着霜現象が生じる外気条件
の時のみそれを予測して蓄熱槽へ蓄熱をし、前記以外の
時には、ムダな蓄熱はせず、如何なる外気条件でも効率
の良い暖房あるいは除霜運転を行なえるヒートポンプ式
空気調和機の除霜制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式空
気調和機は、ヒートポンプ式冷媒回路に、蓄熱材を内部
に封入し、蓄熱量検出手段を備えた蓄熱槽と、前記蓄熱
槽への蓄熱を制御する蓄熱副筒手段とを設けるとともに
、さらに着霜予測手段を備え、前記着霜予測手段Ｇこよ
り着霜が予測される場合にのみ暖房運転時に前記蓄熱槽
への蓄熱をし、除霜時に暖房を継続しながら前記蓄熱を
熱源の一部に利用するようにしたものである。

作　　用 本発明は上記した構成によって、室外熱交換器への着霜
が予想される場合にのみ暖房運転中に蓄熱槽に蓄熱を行
ない、逆に、着霜が予想されない場合には蓄熱を行なわ
ないようにし、除霜時には蓄熱槽の蓄熱を熱源の一部に
利用して暖房も継続するようにしたので、暖房シーズン
の前後期のような外気温の比較的高い時期には着霜がな
く、したがって除霜の必要もなくなるので、不要な蓄熱
を行なわなくて済み、暖房シーズンを通して効率の良い
暖房、あるいは蓄熱槽をうまく利用した暖房を継続しな
がらの除霜を行なえる。

実施例 以下本発明の一実施例であるヒートポンプ式空気調和機
の除霜制御装置について図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すヒートポンプ式空気調
和札の冷凍サイクル図である。同図にて２０はヒートポ
ンプ式冷媒回路、２１は圧縮機、２２は四方弁、２３は
室内熱交換器、２４は減圧装置として電磁力で弁一度を
制御できる膨張弁、２５は室外熱交換器、２６は蓄熱用
熱交換器、２７は放熱用熱交換器、２８は蓄熱材として
酢酸ナトリウム３水塩（ＣＨ３ＣＯＯＮａ−３８２０）
、２９は蓄熱槽、３０，３１．３２は二方弁、３３は室
内ファン、３４は室外ファン、３５は蓄熱量検出手段と
しての温度センサー、ａ６は着霜予測手段としての温度
センサー、３７は除霜制御装置である。

圧縮機２１、四方弁２２、室内熱交換器２３、膨張弁２
４、室外熱交換器２５は環状に冷媒配管で連結し、圧縮
機２１の吐出側の途中に二方弁３１を設け、これと並列
に蓄熱用熱交換器２６と二方弁３２とを直列に設け、さ
らに膨張弁２４と並列になるように放熱用熱交換器２７
と二方弁３０とを直列に設け、これら蓄熱用熱交換器２
６と放熱用熱交換器２７とを蓄熱槽２９の内部に収納し
、この蓄熱槽２９の内部に酢酸ナトリウム３水塩２８を
封入して、ヒートポンプ式冷媒回路２０を構成するとと
もに、蓄熱槽２９内に蓄熱量検出手段として酢酸ナトリ
ウム３水塩２８の温度を検出する温度センサー３５と、
着霜予測手段として外気温度を検出する温度センサー３
６を設け、室内熱交換器２３には室内ファン３３を、ま
た室外熱交換器２５には室外ファン３４を設け、さらに
温度センサー３５と温度センサーａ６からの信号を入力
とし、四方弁２２、膨張弁２４、二方弁３０．３１．３
２、室内ファン３３、室外ファン３４等を制御する除霜
制御装置３７を備えて構成したものである。

第２図は第１図に示す除霜制御装置３７の運転制御装置
３７の運転制御フローを示した図である。

第３囚は着霜現象が生じる外気温湿度範囲の計算値と実
験値を示した丙である。室外熱交換器２５に着霜現象が
生じる条件は、伝熱面温度をｔｆＥ　’外気の露点温度
を１．　　とすれば、′ｔｆＥ＜０１ｔｔＥ＜　ｔ（１
である。第３図において、ハツチングで示す領域内が室
内温度ｔ、。１＝１５および２１°Ｃでの計算で求めた
着霜現象が生じる範囲である。

○、△、Ｘ印は、ｔ、。１＝２１℃における実験値であ
り、それぞれ「着霜し霜層に成長する」、「着霜するが
ｍ層しない」、「着霜しない」を意味している。これか
ら着霜が生じてくる外気温はほぼ７°Ｃ以下である。

第２図において、暖房運転時には、温度センサー３６で
外気温”３６が検出される。ここで外気温設定温度Ｔ、
を、着霜が生じてくる温度である７°Ｃに設定しておけ
ば、Ｔ３６≦Ｔ０の時に室外熱交換器への着霜が予測さ
れるので蓄熱槽に蓄熱する・暖房運転で蓄熱時には、除
霜制御装置３７により四方弁２２はこれへの通電による
暖房サイクルの状態を保持し、膨張弁２４は所定の開度
状態で、二方弁３０，３１は閉じ、二方弁３２は開とな
り、室内ファン３３及び室外ファン３４は送風状態にあ
る。これにより圧縮機２１から吐出された高温冷媒は四
方弁２２、二方弁３２を通って蓄熱用熱交換器２６で蓄
熱槽２９、すなわち酢酸す）　ＩＪウム３水塩２８に蓄
熱した後、室内熱交換器２３、膨張弁２４、室外熱交換
器２５、四方弁２２を通って圧縮機２１に戻り、外気吸
熱による暖房と蓄熱を行なう。また、酢酸ナトリウム３
水塩２８は融点５８℃、融解潜熱６０　ｋｅｅｌ／ｋｇ
を持つ潜熱蓄熱材なので、蓄熱槽２９、すなわち酢酸ナ
トリウム３水塩２８の設定温度Ｔ２　を融点より上の６
５°Ｃとしておけば、温度センサー３５による検出温度
”３５、すなわち酢酸ナトリウム３水塩２８の温度が設
定温度丁２以上の時には、所定量の蓄熱がなされている
と判断し、二方弁３１を開き、ニガ弁３ｔを閉じて蓄熱
を行なわず、冷媒は圧縮機２１、四方弁２２、二方弁３
１、室内熱交換器２３、膨張弁２４、室外熱交換器２６
、四方弁２２の順に通って圧縮機２１に戻り、暖房のみ
を行なう。

低外気温下で以上のような暖房運転を続けると室外熱交
換器２６に着霜が生してくる。図示しない着霜検出手段
により室外熱交換器２５への着霜を検知すれば、除霜運
転を開始する。除霜運転時には、四方弁２２は暖房運転
の状態を保持し、膨張弁２４は全閉、二方弁３０は開と
し、室外ファン３４は送風を停止する。これにより圧縮
機２１から吐出された冷媒は、四方弁２２を通って室内
熱交換器２３、放熱用熱交換器２７、二方弁３０、室外
熱交換器２５、四方弁２２を通って圧縮機２１に戻り、
室内を暖房しながら除霜を行なう。

このようにして暖房を継続しながら除霜運転を行ない、
図示しない除霜終了検出手段により除霜終了を検知すれ
ば暖房運転に復帰する。また、外気温”３６が設定温度
Ｔ、より高い時には着霜がなく、しだゐ；つで蓄熱を行
なわず、暖房のみを行なう。

なお、冷房運転時には、四方弁２２への通電をやめて逆
転させ、二方弁３０，３２を閉じ、三方弁３１を開くと
従来と同様の冷房が可能である。

以上のように本実施例によれば、着霜現象が生じる外気
条件の時のみそれを予測して蓄熱槽へ蓄熱をし、前記以
外の時にはムダな蓄熱はせず、如他なる外気条件でも効
率の良い暖房あるいは除霜運転を行なうことができる。

なお、上記実施例では、着霜予測を外気温で行なったが
、室外熱交換器の伝熱面温度や、外気相対湿度も含めて
着霜を予測するようにすれば、なお一層、正確な予測が
でき、暖房運転効率をざらに高めることができる。

また上記実施例では蓄熱材として酢酸ナトリウム３水塩
の潜熱蓄熱材を用いて説明したが、その他の潜熱蓄熱材
、又は水やエチレングリコールのような一熱蓄熱材を用
いても同様の効果が得られる。

また上記実施例では減圧装置として電磁力で弁開度を制
御できる膨張弁を用いて説明したが、これに代わってキ
ャピラリ、又はキャピラリと開閉弁との組み合せ等でも
同様の効果が得られる。

さらに上記実施例では蓄熱用熱交換器に吐出冷媒を流し
て蓄熱槽に蓄熱する構成で、二方弁３１．３２を適宜量
及び閉に切換えて蓄熱するようにしたが、これら三方弁
の代わりに三方弁を用いて、この三方弁により流路を適
宜切換えて蓄熱してもよい。

さらになお、圧縮機を周波数可変などによる大巾な容量
制御可能な圧縮機とし、除霜運転時に圧縮機を高容量運
転とすることで、暖房能力や除霜時間をより一層改善で
き、実用上からも大きな効果となる。

発明の詳細 な説明してきたように本発明のヒートポンプ式空気調和
機の除霜制御装置は、ヒートポンプ式冷媒回路に、蓄熱
材を内部に封入し、蓄熱量検出手段を備えた蓄熱槽と、
前記蓄熱槽への蓄熱を制卸する蓄熱制御手段とを設ける
とともに、さらに着霜予測手段を備え、前記着霜予測手
段（こより着霜が予測される場合にのみ暖房運転時に前
記蓄熱槽への蓄熱をし、除霜時と暖房を継続しながら前
記蓄熱を熱源の一部に利用するようにしたので、暖房シ
ーズンの前後期のような外気温の比較的高い時期には着
霜がなく、したがって除霜の必要もなくなるので、不要
な蓄熱を行なわなくて済み、暖房シーズンを通して効率
の良い暖房、あるいは蓄熱槽をうまく利用した暖房を継
続しながらの除霜を行なえるなど優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わすヒートポンプ式空気
調和機の冷凍サイクル図、第２図は第１図に示す除霜制
御装置３６の運転制御フローを示す図、第３図は着霜現
象が生じる外気温湿度範囲を示す図、第４図は従来のヒ
ートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図である。 ２０・・・・・・ヒートポンプ式冷媒回路、２８・・・
・・・酢酸ナトリウム３水塩（蓄熱材）、２９・・・・
・・蓄熱槽、３１．３２・・・・・・二方弁（蓄熱制御
手段）、３３・・・・・・室内ファン、３５・・・・・
・温度センサー（蓄熱量検出手段）、３６・・・・・・
温度センサー（着霜予測手彫、３７・・・・・・除霜制
御装置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　　　ｒｔ−ＰＭ！利釦表置 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒートポンプ式冷媒回路に、蓄熱材を内部に封入
   し、蓄熱量検出手段を備えた蓄熱槽と、前記蓄熱槽への
   蓄熱を制御する蓄熱制御手段とを設けるとともに、さら
   に着霜予測手段を備え、前記着霜予測手段により着霜が
   予測される場合にのみ暖房運転時に前記蓄熱槽への蓄熱
   をし、除霜時に暖房を継続しながら前記蓄熱を熱源の一
   部に利用するヒートポンプ式空気調和機の除霜制御装置
   。
2. （２）着霜予測手段を、外気温度を検出する温度センサ
   ーとした特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ式空
   気調和機の除霜制御装置。
3. （３）蓄熱量検出手段を温度センサーとした特許請求の
   範囲第１項記載のヒートポンプ式空気調和機の除霜制御
   装置。