JP5310696B2

JP5310696B2 - 空気調和機

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Publication number: JP5310696B2
Application number: JP2010232187A
Authority: JP
Inventors: 雅浩馬場; 憲昭山本; 寛幸大門; 廣和加守田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JP2012087945A

Description

本発明は、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱材の蓄熱で熱交換を行う蓄熱熱交換器とを備えた空気調和機に関する。

従来、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器に着霜した場合には、暖房サイクルから冷房サイクルに四方弁を切り替えて除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されることから暖房感が失われるという欠点がある。

そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、このような除霜方式を採用した冷凍サイクル装置の一例を示しており、室外機に設けられた圧縮機１００と四方弁１０２と室外熱交換器１０４とキャピラリチューブ１０６と、室内機に設けられた室内熱交換器１０８とを冷媒配管で接続するとともに、キャピラリチューブ１０６をバイパスする第１バイパス回路１１０と、圧縮機１００の吐出側から四方弁１０２を介して室内熱交換器１０８へ至る配管に一端を接続し他端をキャピラリチューブ１０６から室外熱交換器１０４へ至る配管に接続した第２バイパス回路１１２が設けられている。また、第１バイパス回路１１０には、二方弁１１４と逆止弁１１６と蓄熱熱交換器１１８が設けられ、第２バイパス回路１１２には、二方弁１２０と逆止弁１２２が設けられている。

さらに、圧縮機１００の周囲には蓄熱槽１２４が設けられており、蓄熱槽１２４の内部には、蓄熱熱交換器１１８と熱交換するための蓄熱材１２６が充填されている。

この冷凍サイクルにおいて、除霜運転時には、二つの二方弁１１４，１２０が開弁され、圧縮機１００から吐出された冷媒の一部は第２バイパス回路１１２へと流れ、残りの冷媒は四方弁１０２と室内熱交換器１０８へと流れる。また、室内熱交換器１０８を流れた冷媒は暖房に利用された後、わずかの冷媒がキャピラリチューブ１０６を通って室外熱交換器１０４へと流れる一方、残りの大部分の冷媒は第１バイパス回路１１０へ流入し、二方弁１１４を通って蓄熱熱交換器１１８へと流れて蓄熱材１２６より熱を奪い、逆止弁１１６を通った後、キャピラリチューブ１０６を通過した冷媒と合流して室外熱交換器１０４へと流れる。その後、室外熱交換器１０４の入口で第２バイパス回路１１２を流れてきた冷媒と合流し、冷媒が持つ熱を利用して除霜を行い、さらに四方弁１０２を通過した後、圧縮機１００に吸入される。

この冷凍サイクル装置においては、第２バイパス回路１１２を設けることで、除霜時に圧縮機１００から吐出されたホットガスを室外熱交換器１０４に導くとともに、室外熱交換器１０４に流入する冷媒の圧力を高く保つことができるので、除霜能力を高めることができ、極めて短時間に除霜を完了することができる。

特開平３−３１６６６号公報

しかしながら、従来のような蓄熱材を有する空気調和機においては、暖房運転・冷房運転の如何に関わらず、圧縮機の運転に伴い蓄熱材に熱が蓄積され、蓄熱材の温度が上昇してしまい、蓄熱材の温度が過度に上昇してしまうと、蓄熱材の劣化を促進してしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材の劣化を防止できる空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の空気調和機は、暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽と、前記室内熱交換器と前記膨張弁との間と前記四方弁と前記圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と前記圧縮機の吐出口と前記四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、前記蓄熱槽の温度を検出する蓄熱
槽温度検出手段を備えた空気調和機であって、前記蓄熱バイパス回路に前記蓄熱熱交換器と蓄熱二方弁とを配設し、前記除霜バイパス回路に除霜二方弁を配設し、前記蓄熱槽温度検出手段で検出する温度が所定の温度を検出すると、前記蓄熱二方弁を開き、所定時間経過後に、前記蓄熱二方弁を閉じる一連の動作を周期的に繰り返し行い、前記蓄熱二方弁の開閉動作の回数に最大回数を設け、開閉動作の回数は最大回数を超えないことにより、蓄熱材の過度の温度上昇を防ぎ、蓄熱材の全体沸騰を抑制することができ、引いては蓄熱材の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材の劣化を防止できる空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図同実施の形態１における空気調和機の構成図同実施の形態１における除霜・暖房運転の制御を示すフローチャート同実施の形態１における空気調和機の構成図同実施の形態１における蓄熱材の保護制御を示す概略図同実施の形態１における蓄熱材の保護制御時の蓄熱二方弁の開閉制御を示すタイミングチャート同実施の形態１における蓄熱材の温度と蓄熱槽の温度の比較図同実施の形態１における蓄熱材の温度と蓄熱槽の温度の比較図同実施の形態１における蓄熱材の温度と蓄熱槽の温度の比較図同実施の形態１における蓄熱材の温度と蓄熱槽の温度の比較図同実施の形態１における蓄熱材の温度変化図従来の冷凍サイクル装置の構成を示す模式図

第１の発明の空気調和機は、暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽と、前記室内熱交換器と前記膨張弁との間と前記四方弁と前記圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と前記圧縮機の吐出口と前記四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、前記蓄熱槽の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段を備えた空気調和機であって、前記蓄熱バイパス回路に前記蓄熱熱交換器と蓄熱二方弁とを配設し、前記除霜バイパス回路に除霜二方弁を配設し、前記蓄熱槽温度検出手段で検出する温度が所定の温度を検出すると、前記蓄熱二方弁を開き、所定時間経過後に、前記蓄熱二方弁を閉じる一連の動作を周期的に繰り返し行い、前記蓄熱二方弁の開閉動作の回数に最大回数を設け、開閉動作の回数は最大回数を超えないことにより、蓄熱材の過度の温度上昇を防ぎ、蓄熱材の全体沸騰を抑制することができ、引いては蓄熱材の劣化を抑制することができる。また蓄熱二方弁を開いてから蓄熱材の温度低下までの時間に遅れが発生するため、蓄熱材の温度低下を確認するまで蓄熱二方弁を開いたまま保持すると、空調能力を低下気味にさせてしまうので、蓄熱二方弁を開く時間を予め決めておき、開閉動作を繰り返すことで、空調能力の落ちをできるだけ抑制し、かつ、蓄熱材の過度の温度上昇を抑制することができる。

第２の発明の空気調和機は、特に第１の発明において、蓄熱二方弁の開く時間を、蓄熱二方弁の閉じる時間よりも短く設定したことにより、できるだけ空調環境を損なうことなく、蓄熱材の劣化を抑制することができる。

第３の発明の空気調和機は、特に第１または第２の発明において、蓄熱二方弁の開閉動
作の開閉周期において、暖房運転時の開閉周期を冷房運転時の開閉周期よりも短く設定したことにより、暖房運転時に室内熱交換器を通過した液相冷媒を流し、冷房時に室外熱交換器を通過した二相（気相と液相）冷媒を流すために、冷房運転時の方が冷媒が流れにくい状態になっているため、蓄熱二方弁の開閉周期を暖房運転と冷房運転とで異ならせることで、効率よく蓄熱材の劣化を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る冷凍サイクル装置である空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管で互いに接続された室外機２と室内機４とで構成されている。

図１に示されるように、室外機２の内部には、圧縮機６と四方弁８とストレーナ１０と膨張弁１２と室外熱交換器１４とが設けられ、室内機４の内部には、室内熱交換器１６が設けられ、これらは冷媒配管を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。

さらに詳述すると、圧縮機６と室内熱交換器１６は、四方弁８が設けられた冷媒配管１８を介して接続され、室内熱交換器１６と膨張弁１２は、ストレーナ１０が設けられた冷媒配管２０を介して接続されている。また、膨張弁１２と室外熱交換器１４は冷媒配管２２を介して接続され、室外熱交換器１４と圧縮機６は冷媒配管２４を介して接続されている。

冷媒配管２４の中間部には四方弁８が配置されており、圧縮機６の冷媒吸入側における冷媒配管２４には、液相冷媒と気相冷媒を分離するためのアキュームレータ２６が設けられている。また、圧縮機６と冷媒配管２２は、冷媒配管２８を介して接続されており、冷媒配管２８には除霜二方弁（例えば、電磁弁）３０が設けられている。

さらに、圧縮機６の周囲には蓄熱槽３２が設けられ、蓄熱槽３２の内部には、蓄熱熱交
換器３４が設けられるとともに、蓄熱熱交換器３４と熱交換するための蓄熱材（例えば、エチレングリコール水溶液）３６が充填されており、蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱材３６とで蓄熱装置を構成している。

また、冷媒配管２０と蓄熱熱交換器３４は冷媒配管３８を介して接続され、蓄熱熱交換器３４と冷媒配管２４は冷媒配管４０を介して接続されており、冷媒配管３８には蓄熱二方弁（例えば、電磁弁）４２が設けられている。

室内機４の内部には、室内熱交換器１６に加えて、室内送風ファン１６ａと上下羽根（図示せず）と左右羽根（図示せず）とが設けられており、室内熱交換器１６は、送風ファンにより室内機４の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器１６の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。上下羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。

また、室外熱交換器１４には、暖房運転時の冷媒入口温度及び冷媒出口温度をそれぞれ検出する室外熱交換器入口温度検出手段４４と室外熱交換器出口温度検出手段４６が設けられ、室内熱交換器１６には、室内熱交換器１６の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段４８が設けられている。さらに、蓄熱槽３２には、蓄熱槽３２の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段５０が設けられており、室外機２には、外気温度を検出する外気温度検出手段５２が設けられている。

なお、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２、除霜二方弁３０、蓄熱二方弁４２、室外熱交換器入口温度検出手段４４、室外熱交換器出口温度検出手段４６、室内熱交換器温度検出手段４８、蓄熱槽温度検出手段５０、外気温度検出手段５２等はコントローラ５４（例えば、マイコン）に電気的に接続され、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２の運転あるいは動作は、コントローラ５４からの制御信号に基づいて制御されるとともに、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２はコントローラ５４からの制御信号に基づいて開閉制御される。

上記構成の本発明に係る冷凍サイクル装置において、各部品の相互の接続関係と機能とを、暖房運転時の場合を例にとり冷媒の流れとともに説明する。

圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、冷媒配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６へと至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て冷媒配管２０を通り、膨張弁１２への異物侵入を防止するストレーナ１０を通って、膨張弁１２に至る。膨張弁１２で減圧した冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に至り、室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、冷媒配管２４と四方弁８とアキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口へと戻る。

また、冷媒配管１８の圧縮機６吐出口と四方弁８の間から分岐した冷媒配管２８は、除霜二方弁３０を介して冷媒配管２２の膨張弁１２と室外熱交換器１４の間に合流している。

さらに、内部に蓄熱材３６と蓄熱熱交換器３４を収納した蓄熱槽３２は、圧縮機６に接して取り囲むように配置され、圧縮機６で発生した熱を蓄熱材３６に蓄積し、冷媒配管２０から室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分岐した冷媒配管３８は、蓄熱二方弁４２を経て蓄熱熱交換器３４の入口へと至り、蓄熱熱交換器３４の出口から出た冷媒配管４０は、冷媒配管２４における四方弁８とアキュームレータ２６の間に合流する。

次に、図１に示される空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図２を参照しながら通常暖房時の動作を説明する。

通常暖房運転時、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２は閉弁しており、上述したように圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、冷媒配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６に至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て、冷媒配管２０を通り膨張弁１２に至り、膨張弁１２で減圧した冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に至る。室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、冷媒配管２４を通って四方弁８から圧縮機６の吸入口へと戻る。

また、圧縮機６で発生した熱は、圧縮機６の外壁から蓄熱槽３２の外壁を介して蓄熱槽３２の内部に収容された蓄熱材３６に蓄積される。

次に、図１に示される空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式的に示す図３を参照しながら除霜・暖房時の動作を説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に供する冷媒の流れを示している。

上述した通常暖房運転中に室外熱交換器１４に着霜し、着霜した霜が成長すると、室外熱交換器１４の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器１４内の蒸発温度が低下する。本発明に係る冷凍サイクル装置である空気調和機には、図１に示されるように、暖房運転時における室外熱交換器１４の冷媒入口温度を検出する室外熱交換器入口温度検出手段４４が設けられており、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを室外熱交換器入口温度検出手段４４で検出すると、コントローラ５４から通常暖房運転から除霜・暖房運転への指示が出力される。

通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２は開制御され、上述した通常暖房運転時の冷媒の流れに加え、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒の一部は冷媒配管２８と除霜二方弁３０を通り、冷媒配管２２を通る冷媒に合流して、室外熱交換器１４を加熱し、凝縮して液相化した後、冷媒配管２４を通って四方弁８とアキュームレータ２６を介して圧縮機６の吸入口へと戻る。

なお、膨張弁１２と室外熱交換器１４との間と、圧縮機６の吐出口と四方弁８との間を接続する冷媒配管２８は、室外熱交換器１４を加熱して除霜を行うための気相冷媒が通過することから、除霜バイパス回路ということもできる。

また、冷媒配管２０における室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分流した液相冷媒の一部は、冷媒配管３８と蓄熱二方弁４２を経て、蓄熱熱交換器３４で蓄熱材３６から吸熱し蒸発、気相化して、冷媒配管４０を通って冷媒配管２４を通る冷媒に合流し、アキュームレータ２６から圧縮機６の吸入口へと戻る。

なお、室内熱交換器１６と膨張弁１２との間と、四方弁８と圧縮機６の吸入口との間を接続する冷媒配管３８及び冷媒配管４０は、蓄熱熱交換器３４を通過して蓄熱材３６から吸熱することから、これら二つの冷媒配管３８、４０を蓄熱バイパス回路ということもできる。

アキュームレータ２６に戻る冷媒には、室外熱交換器１４から戻ってくる液相冷媒が含まれているが、これに蓄熱熱交換器３４から戻ってくる高温の気相冷媒を混合することで、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ２６を通過して液相冷媒が圧縮機６に戻ることがなくなり、圧縮機６の信頼性の向上を図ることができる。

除霜・暖房開始時に霜の付着により氷点下となった室外熱交換器１４の温度は、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒によって加熱されて、零度付近で霜が融解し、霜の融解が終わると、室外熱交換器１４の温度は再び上昇し始める。この室外熱交換器１４の温度上昇を室外熱交換器出口温度検出手段４６で検出すると、除霜が完了したと判断し、コントローラ５４から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。

次に、除霜・暖房運転時における蓄熱二方弁４２と除霜二方弁３０の動作について説明する。蓄熱材３６に蓄積される熱量は有限であることから、この制御は、蓄熱材３６に蓄積された熱量を有効利用するために、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行し、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２を開制御するに際し、除霜二方弁３０をまず開制御し、除霜二方弁３０の開制御から所定時間（例えば、１０〜２０秒）が経過した後、蓄熱二方弁４２を開制御するようにしている。

除霜・暖房運転は、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２の両方が開状態で初めて行われることになるが、蓄熱二方弁４２を除霜二方弁３０より先に開制御すると、蓄熱材３６に蓄積された熱量が無駄に使用されることになり、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２の両方を同時に開制御すると、室外熱交換器１４からの冷媒と室内熱交換器１６からの冷媒が同時に圧縮機６に吸入されることになり、圧力変動を惹起するおそれがあることから、除霜二方弁３０の開制御と蓄熱二方弁４２の開制御に適切な時間差を設定することで、圧力変動を極力抑えることができるとともに、圧縮機６への液冷媒の流入を阻止して圧縮機６の信頼性を向上させることができる。

このため、図１に示されるように、コントローラ５４には、時間をカウントするタイマー５６が設けられており、通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行した場合、除霜二方弁３０の開制御からの経過時間をタイマー５６でカウントし、タイマー５６がカウントした時間が上述した所定時間に達すると、蓄熱二方弁４２が開制御される。以下、この制御について、図３のフローチャートを参照しながら詳述する。

ステップＳ１においては、室内熱交換器温度検出手段４８で検出された温度が所定温度Ｔａ（例えば、４５℃）かどうかを判定し、検出温度が所定温度Ｔａに等しい場合には、ステップＳ５に移行する一方、等しくない場合には、ステップＳ２に移行し、検出温度が所定温度Ｔａを超えているかどうかを判定する。検出温度が所定温度Ｔａを超えている場合には、ステップＳ３において圧縮機６の運転周波数を減少させるのに対し、検出温度が所定温度Ｔａを下回っている場合には、ステップＳ４において圧縮機６の運転周波数を増加させる。ステップＳ３あるいはＳ４における圧縮機６の周波数制御が終了すると、ステップＳ１に戻る。なお、ここでは所定温度Ｔａを４５℃として説明しているが、これに限定されることはない。

すなわち、冷凍サイクル内の圧力変動は、室内熱交換器１６の温度が高く、高圧側と低圧側の圧力差が大きい場合に、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２の開制御を行うことでも発生し、圧力変動は騒音を発生するおそれがあることから、室内熱交換器温度検出手段４８で検出された温度が所定温度Ｔａを超えている場合に、室内熱交換器温度検出手段４８で検出された温度が所定温度Ｔａになるまで圧縮機６の運転周波数を落とし、高圧側の圧力を低減する制御を行っている。

また、室内熱交換器１６で熱交換を行った後の冷媒が持つ熱量も除霜運転時に有効利用するために、室内熱交換器温度検出手段４８が検出した温度が所定温度Ｔａ未満の場合には、検出温度が所定温度Ｔａになるまで圧縮機６の運転周波数を増加して、暖房運転後の除霜運転の効率化を図っている。

ステップＳ１において、室内熱交換器温度検出手段４８で検出された温度が所定温度Ｔａになると、蓄熱槽３２に蓄積した熱を有効利用しながら除霜運転を行うための通常蓄熱除霜運転を開始する。この除霜運転では、ステップＳ５において除霜二方弁３０を開制御して圧縮機６より吐出された冷媒を室外熱交換器１４に導き、ステップＳ６において、タイマー５６によりカウントされた除霜二方弁３０の開制御からの時間が上述した所定時間に達しているかどうかを判定し、所定時間に達していればステップＳ７において蓄熱二方弁４２を開制御して室内熱交換器１６を通過した冷媒を蓄熱熱交換器３４に導く一方、所定時間に達していなければステップＳ６に戻る。

ステップＳ７において蓄熱二方弁４２が開制御されると、ステップＳ８において、室外熱交換器出口温度検出手段４６で検出された温度と除霜運転終了の指標となる所定温度Ｔｂ（例えば、６℃）とが比較され、前者が後者未満であれば、残霜があるか、あるいは、残霜はないが基板（室外熱交換器１４の上部及び下部）はまだ凍結していると判定して、除霜運転を継続し、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９においては、タイマー５６によりカウントされた除霜二方弁３０の開制御からの時間が所定時間（例えば、７分）に達していなければ、ステップＳ８に戻る一方、室外熱交換器出口温度検出手段４６で検出された温度が所定温度Ｔｂ以上であれば、残霜はなく基板凍結も解消されていると判定して、ステップＳ１０において除霜二方弁３０及び蓄熱二方弁４２を同時に閉制御し、除霜運転を終了して通常暖房運転に戻る。

また、ステップＳ９においてタイマー５６でカウントした時間が所定時間に達していれば、室外熱交換器出口温度検出手段４６で検出された温度に関係なく、ステップＳ１０に移行し、除霜二方弁３０及び蓄熱二方弁４２を同時に閉制御し、除霜運転を終了して通常暖房運転に戻るとともに、タイマー５６のカウント時間をリセットする。

なお、ステップＳ９においてタイマー５６でカウントした時間が所定時間に達した場合、除霜運転を強制的に終了するようにしたのは、蓄熱槽３２の蓄熱量は有限で、前記所定時間で消費される程度の蓄熱量に設定されていることから、所定時間を超えて除霜運転を継続しても蓄熱量が既になく、除霜運転を行う意味がないからである。

また、本実施の形態では、除霜運転が開始されてから除霜運転が終了するまでの間、常時、室外熱交換器入口温度検出手段４４で検出された温度と外気温度とを比較しており、外気温度の方が室外熱交換器入口温度より高い場合には、室外機２に設けられ室外熱交換器１４に送風するための室外ファン（図示せず）の運転を継続している。このように制御することにより、外気温度が持つ熱量を有効的に活用して、室外熱交換器１４の除霜を促進させることができる。

但し、除霜運転中に、室外熱交換器入口温度が外気温度よりも高いと一旦判断された場合は、室外熱交換器入口温度が上昇するだけなので、除霜運転が終了するまで室外ファンを駆動させることはない。

次に、蓄熱材３６の保護制御について説明する。本実施の形態のように圧縮機の周囲に蓄熱材３６を内部に有した蓄熱槽３２を接して配置していると、圧縮機６の運転によっては圧縮機６自体の温度が過度に上昇してしまい、蓄熱材３６の温度もそれに伴って上昇し沸騰してしまい、蓄熱材３６が劣化してしまうという課題がある。

蓄熱材３６の温度が過度に上昇すると、蓄熱材３６自体の変質（例えば、酸化）や蓄熱材３６の水分沸騰を惹起し、蓄熱材３６が劣化するおそれがあることから、本発明におい
ては、蓄熱槽の温度に基づいて蓄熱材の保護制御をコントローラ５４が行うことにより、蓄熱材３６の劣化を防止している。なお、この蓄熱材の保護制御については、暖房運転時に限らず、冷房運転時にも行われる。

以下、蓄熱槽３２の温度に基づく保護制御について説明する。図４に示されるように、この制御においては、蓄熱槽３２の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段５０を設け、蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度が第１の所定温度を超えると、蓄熱二方弁４２の開制御を行い、暖房時には室内熱交換器１６を、冷房時には室外熱交換器１４を通過して温度が低下した冷媒を蓄熱熱交換器３４に導くことで、蓄熱材３６の温度を低下させている。なお、蓄熱槽温度検出手段５０とは温度を検知できるサーミスタ等が挙げられる。

さらに詳述すると、図５に示されるように、蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度が第１の所定温度（例えば、９３℃）を超えると、蓄熱二方弁４２を開制御する。これによって蓄熱熱交換器３４に冷媒を流れるので、蓄熱材３６の過度の温度上昇を防止することができ、特に、蓄熱槽温度検出手段５０は蓄熱槽３２の温度を検出しているので、蓄熱槽温度検出手段５０が異常な高温を検出するということは、蓄熱材３６全てが高温になっている状態であるので、蓄熱材３６全体の沸騰を防ぐことができる。

その後、さらに蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度が第１の所定温度より高い第２の所定温度（例えば、９５℃）を超えると、圧縮機６を停止させる。

また、蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度が第２の所定温度を超えた後、圧縮機６を停止することにより蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度が徐々に低下し、第２の所定温度より低い（例えば、１℃）第３の所定温度（例えば、９４℃）を下回ると、圧縮機６は再度運転を開始するが、蓄熱二方弁４２は依然として開弁しており、蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度がさらに低下して、第１の所定温度より低い（例えば、１℃）第４の所定温度（例えば、９２℃）を下回ると、蓄熱二方弁４２は閉制御される。

温度下降方向の第３の所定温度及び第４の所定温度は、温度上昇方向の第１の所定温度及び第２の所定温度よりそれぞれ低く設定したのは、蓄熱二方弁４２の開閉動作や圧縮機６のＯＮ／ＯＦＦの頻繁な繰り返し（ハンチング）を防止するためである。なお、本実施の形態では第１の所定温度から１℃低い値を第４の所定温度とし、第２の所定温度から１℃低い値を第４の所定温度としたが、１℃に限定されることはなく、ハンチングを防止できるような値であれば問題はない。

また、第１の所定温度とは、蓄熱材３６の沸点によって変わってくるものであるが、本実施の形態で用いられているエチレングリコール水溶液（水７５％・エチレングリコール２５％）の蓄熱材であれば沸点は大気圧が１０１３ｈＰａの下では大凡１０５℃程度である。そのため、沸点を超えない温度で第１の所定温度を設けている。

つまり、第１の所定温度＝蓄熱材３６の沸点−所定温度αを満たす式で定義されるが、このとき所定温度αは実験的に求められる全体沸騰を抑制できる数値であり、一義的に決定されない。しかしながら、所定温度αを５℃から２０℃程度の範囲にすれば蓄熱材３６にある程度の熱を蓄えつつ、蓄熱材３６の劣化も抑制することができる。特に、空気調和機を設置する場所の大気圧が低くなれば、蓄熱材３６の沸点も低くなってしまうため、ある程度余裕を見て決定するのが良い。

なお、上述した蓄熱二方弁４２の開制御に代えて、図６に示されるように、開弁状態と閉弁状態を周期的に繰り返す開閉制御を行うのが好ましく、この蓄熱二方弁４２の開閉制御の場合、暖房時には、例えば１０秒間の開弁と、例えば３０秒間の閉弁を最大１０回繰
り返し、冷房時には、例えば３０秒間の開弁と、例えば９０秒間の閉弁を最大１０回繰り返す。

このように蓄熱二方弁４２を開閉制御するのは、蓄熱二方弁４２を開制御しても、蓄熱材３６の温度が直ぐに低下するわけではなく、ある程度の時間遅れの後、蓄熱材３６の温度が徐々に低下するという追従性の問題を考慮したものである。

また、暖房時の蓄熱二方弁４２の開弁時間と閉弁時間を、冷房時の蓄熱二方弁４２の開弁時間と閉弁時間より短く設定したのは、暖房時は、室内熱交換器１６を通過した液相冷媒が蓄熱二方弁４２を通過するのに対し、冷房時は、室外熱交換器１４を通過した二相（気相と液相）冷媒が蓄熱二方弁４２を通過することになるが、液相冷媒は二相冷媒より密度が高く、冷媒量が多いからである。

さらに、蓄熱二方弁４２の開閉制御を最大１０回に制限したのは、蓄熱二方弁４２の耐久性を考慮してのことである。

以上のように、本実施の形態では、蓄熱槽３２の温度が過度に上昇した時に、蓄熱二方弁４２を開く制御を行うことによって、蓄熱材の劣化を抑制することができる。

なお、蓄熱槽３２の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段５０に代えて、蓄熱槽３２に収容された蓄熱材３６の温度を検出する蓄熱材温度検出手段を設け、蓄熱材温度検出手段で検出した温度に基づいて同様の制御を行うこともできるが、蓄熱材３６の中に蓄熱材温度検出手段を配置する構成の場合、腐食、防水性等の問題を考慮する必要がある。

また、蓄熱槽３２の内部に蓄熱材温度検出手段を配置した場合、生産時に蓄熱槽３２を傾けて圧縮機６へ装着したり、室外機２を設置する際に傾けて設置してしまうと、蓄熱槽３２の内部に設けた蓄熱材温度検出手段が蓄熱材から露出するおそれがあり、蓄熱材温度検出手段が露出してしまうと、蓄熱材３６の温度を正確に検出することができないという問題もある。

そのため、本実施の形態では蓄熱槽３２の温度を検出することによって、蓄熱材３６の温度を推定している。図４に示されるように、蓄熱槽温度検出手段５０を蓄熱槽３２の外側に取り付け、蓄熱槽温度検出手段５０で検出される温度を外気温度検出手段５２で検出された温度に基づいて補正し、蓄熱材３６の温度を推定している。このように構成することで、蓄熱材３６の温度を確実に得ることができるとともに、生産性の向上を図りつつ、品質不良の発生を防ぐことができる。

さらに詳述すると、図７から図１０は、外気温度に基づく蓄熱材３６の実際の温度（実線）と蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度（破線）とを示しており、前者と後者は一致しない場合が多いことが分かる。

そこで、これらの実験結果に基づいて、蓄熱槽温度検出手段５０で検出される温度Ｔｃを外気温度検出手段５２で検出された温度Ｔｏｕｔに基づいて次の式を用いて補正して、この補正値が蓄熱材３６の実際の温度を算出している。具体的には、補正温度＝Ｔｃ＋（Ｔｃ−Ｔｏｕｔ）×α（α＝０．１５）を用いて算出している。

この式を使って算出した補正温度が、図７から図１０のグラフに一点鎖線で示されており、一点鎖線で示された補正温度と実線で示される蓄熱材３６の実際の温度が略一致しているのが分かる。なお、αは上記値に限定されることはなく、実験等に応じてその冷凍サイクルや蓄熱槽温度検出手段の精度のバラツキを考慮した最適な値に変更できる。

また、通常、蓄熱槽３２には蓄熱材３６が十分充填されているが、蓄熱槽３２の割れや蓄熱材３６の蒸発により蓄熱材３６が減少すると、除霜運転時、蓄熱材３６の温度低下率（温度勾配）が緩慢になることから、蓄熱槽温度検出手段５０で検出される温度Ｔｃに基づいてエラー判定を行うようにしている。

図１１は、蓄熱槽３２内の蓄熱材３６の充填量が十分な場合と、不十分な場合の除霜運転後の蓄熱材３６の温度変化を示しており、特に充填量が１００％の場合（実線）と５０％の場合（破線）における蓄熱槽温度検出手段５０で検出される温度Ｔｃの変化を示している。

図１１のグラフから分かるように、除霜運転開始後、所定時間の温度低下率（温度勾配）は蓄熱材３６の充填量が多いほど大きく、本発明においては、蓄熱槽温度検出手段５０で検出された温度Ｔｃの所定時間の低下率が所定の低下率より小さい場合には、蓄熱槽３２に収容された蓄熱材３６が不足していると判定している。

具体的には、蓄熱二方弁４２の開弁から所定時間（例えば、３〜４分）の蓄熱槽３２の温度低下率を算出し、この温度低下率が所定値（例えば、２℃／分）未満の場合に警告を出すようにしており、警告は、室内機４や室内機４へ運転を指示するリモコン（図示せず）に設けたランプの点滅や文字情報、警告音等により、視覚的あるいは聴覚的に居住者に知らせることができる。

なお、蓄熱槽温度検出手段５０で検出される温度は、蓄熱材不足の判定手段として使用され、蓄熱材不足は、蓄熱槽３２内の蓄熱材３６のレベル低下となって現れるので、蓄熱槽温度検出手段５０は蓄熱槽３２の高さ方向の中心より上方に取り付けるのが好ましい。

以上のように、本発明は蓄熱槽３２の温度を検出することで蓄熱材３６の温度を推定し、蓄熱材３６の保護制御を行っているので、蓄熱材の劣化を抑制することができる。

本発明に係る空気調和機は、蓄熱装置内の有限の蓄熱量を用いて効率的な除霜運転を行うことができるので、冬季に着霜のおそれがある他の冷凍サイクル装置にも有効利用することができる。

２室外機
４室内機
６圧縮機
８四方弁
１０ストレーナ
１２膨張弁
１４室外熱交換器
１６室内熱交換器
２６アキュームレータ
３０除霜二方弁
３２蓄熱槽
３４蓄熱熱交換器
３６蓄熱材
４２蓄熱二方弁
４４室外熱交換器入口温度検出手段
４６室外熱交換器出口温度検出手段
４８室内熱交換器温度検出手段
５０蓄熱槽温度検出手段
５２外気温度検出手段
５４コントローラ、
５６タイマー

Claims

暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽と、前記室内熱交換器と前記膨張弁との間と前記四方弁と前記圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と前記圧縮機の吐出口と前記四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、前記蓄熱槽の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段を備えた空気調和機であって、前記蓄熱バイパス回路に前記蓄熱熱交換器と蓄熱二方弁とを配設し、前記除霜バイパス回路に除霜二方弁を配設し、前記蓄熱槽温度検出手段で検出する温度が所定の温度を検出すると、前記蓄熱二方弁を開き、所定時間経過後に、前記蓄熱二方弁を閉じる一連の動作を周期的に繰り返し行い、前記蓄熱二方弁の開閉動作の回数に最大回数を設け、開閉動作の回数は最大回数を超えないことを特徴とする空気調和機。
前記蓄熱二方弁の開く時間を、前記蓄熱二方弁の閉じる時間よりも短く設定したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記蓄熱二方弁の開閉動作の開閉周期において、暖房運転時の開閉周期を冷房運転時の開閉周期よりも短く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。