JPH024148A - 空気調和機 - 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） 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５３、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、図中実線矢印で示す
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５
９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５
９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−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ａ
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、上記薄光器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＠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。

（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
除霜運転への切換ねり時までに、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転が行われ
ることとなるので、室温の低下を従来よりも小さ（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ｌ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１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ｌ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へと回流させ二上記室内熱交換
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ｌ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ｌ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＋−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ｌ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
、設定周波数で上記インバータ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２
４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、室内側の負荷に応する圧縮能力での暖
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ｗｉｔ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ＴＩ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２
３での検出温度Ｔｈの読込みを行う。そしてステップＳ
３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
に応す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
荷に応す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２に付着し
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ｌ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ＴＨ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、快適な二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、Ｓ
４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０、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。 ｌ・・・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、２
３・・・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）、４
１・・・圧縮能力変更手段、４２・・・除霜運転切換手
段。 第１図 第３図 第４図 系蚤過時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。