JPH076668B2 - 蓄熱式空気調和機のファン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、蓄熱器に蓄積した熱でデフロストを行う蓄
熱式空気調和機によるデフロストの際に、室内ユニット
のファンの回転数を制御する蓄熱式空気調和機のファン
制御装置に関する。

＜従来の技術＞ 従来、蓄熱式空気調和機におけるデフロスト時のファン
制御装置として、例えば第４図に示すようなものがある
（特開平01−111149号公報）。第４図において、圧縮機
1,四方弁2,室外熱交換器3,開閉自在の絞り手段4,室内熱
交換器５およびアキュムレータ６を順次接続して冷媒回
路を形成している。また、圧縮機１の外周部には、円筒
状の蓄熱熱交換器７を設けている。そして、圧縮機１の
運転時に圧縮機１から放出される熱を蓄熱熱交換器７を
介して蓄熱材８に蓄えるようにしている。

上記蓄熱式空気調和機における暖房時において、室外熱
交換器３が着霜すると、次のようにしてデフロスト動作
を実行する。すなわち、絞り手段４を閉鎖すると共に電
磁開閉弁10を開放することによって、冷媒の流れは圧縮
機1,四方弁2,室内熱交換器5,電磁開閉弁10,蓄熱熱交換
器７と圧縮機１との間に設けられた冷媒通路11,室外熱
交換器３および四方弁２を介して圧縮機１に戻るように
変化する。その際に、冷媒は冷媒通路11を通過する際に
蓄熱材８に蓄えられた熱を蓄熱熱交換器７を介して受け
取り、室外熱交換器３を通過する際に放出してデフロス
トを実行するのである。

上述のようにしてデフロスト動作が実行されている場合
に、デフロスト動作が開始されて所定時間経過しても温
度センサ12によって検出される室内ユニットにおける吹
出温度が所定温度より低い場合には、マイクロコンピュ
ータ９はまだデフロストは終了していないと判定する。
そして、室内ユニットのファン13の回転数を低下させて
優先的にデフロスト動作を実行するのである。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上述のように、従来のファン制御装置においては、室内
ユニットにおける吹出温度の絶対値に基づいて室内ユニ
ットのファン13の回転数を低下するようにしている。そ
のために、上記吹出温度が所定温度まで低下したときに
は既に蓄熱材８に蓄積された熱を使い果たしてしまって
いる場合がある。そのような場合には、ファン13の回転
数を低下させても間に合わず、室外熱交換器３に付着し
た霜が溶け残るという問題がある。

そこで、この発明の目的は、凝縮温度の変化に関連し
て、蓄熱量を予測して室内ユニットのファンの回転数を
制御することによって、暖房能力およびデフロストの両
方を考慮した最適なデフロスト動作を実施できる蓄熱式
空気調和機のファン制御装置を提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するため、この発明は、第１図に例示す
るように、蓄熱器に蓄積された熱を室外熱交換器25に供
給してデフロストを実行する際に、上記蓄熱器に蓄積さ
れている熱量の減少を検知して室内ユニットファン39の
回転数を制御する蓄熱式空気調和機のファン制御装置に
おいて、室内熱交換器23の凝縮温度またはそれに関連し
た温度を検出する温度センサ27と、上記温度センサ27に
よって検出された凝縮温度またはそれに関連した温度の
勾配を算出する温度勾配算出手段と、上記温度勾配算出
手段によって算出された凝縮温度またはそれに関連した
温度の勾配が所定時間マイナスであるか否かを判定する
温度勾配判定手段と、凝縮温度またはそれに関連した温
度の勾配が上記所定時間マイナスであると上記温度勾配
判定手段によって判定された場合に、上記室内ユニット
ファン39の回転数を減少するファン制御手段を備えたこ
とを特徴としている。

＜作用＞ デフロスト動作時において、室内熱交換器23の凝縮温度
またはそれに関連した温度が温度センサ27によって検出
されると、この温度センサ27によって検出された凝縮温
度またはそれに関連した温度の勾配が温度勾配算出手段
によって算出される。そして、上記温度勾配算出手段に
よって算出された凝縮温度またはそれに関連した温度の
勾配が所定時間マイナスであると温度勾配判定手段によ
って判定された場合に、ファン制御手段によって、室内
ユニットファン39の回転数が減少される。

すなわち、上記凝縮温度が所定値まで低下してからでは
なく、凝縮温度が低下し始めたときに上記室内ユニット
ファン39の回転数が減少されるのである。

＜実施例＞ この発明は、デフロストの際に、蓄熱器に蓄熱された熱
が不足してくると室内熱交換器における凝縮温度の勾配
がマイナスになることに着目し、凝縮温度勾配が所定時
間マイナスになった場合に室内ユニットファンの回転数
を低下させるものである。

以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明に係る冷媒回路図であり、上述の従来
例における冷媒回路図とほぼ同じである。第１図におい
て、圧縮機21,四方弁22,室内熱交換器23,絞り手段であ
る開閉自在の電動弁24,室外熱交換器25およびアキュム
レータ26を順次環状に配管接続して、メインの冷媒回路
を形成する。

上記圧縮機21の外周部には略円筒状の蓄熱熱交換器30を
設ける。この蓄熱熱交換器30は、一端を圧縮機21に接触
させて放射状に延びる複数のフィン31と、このフィン31
を貫通して螺旋状に圧縮機21の周囲を巡る冷媒通路29と
から概略構成される。このように、圧縮機21の周囲に設
けられた蓄熱熱交換器30の周囲を更に円筒状の蓄熱ケー
ス35で覆い、圧縮機21および蓄熱熱交換器30を密封す
る。そして、蓄熱ケース35内にはポリエチレングリコー
ルまたはパラフィン等からなる蓄熱材32を充填する。し
たがって、圧縮機21の運転時に圧縮機21から放出される
熱を蓄熱熱交換器30を介して蓄熱材32に蓄えることがで
きる。一方、放熱時には、冷媒通路29内を流れる冷媒と
蓄熱した蓄熱材32との熱交換が冷媒の圧縮と独立して蓄
熱熱交換器30によって行われ、加熱された高温ガス冷媒
が得られる。その際に、蓄熱材32から放出される単位時
間当たりの熱量は蓄熱材32の温度と冷媒の温度の差によ
って決まるため、蓄熱材32に蓄えた熱を効率良く冷媒に
よって取出すことができる。

上記蓄熱熱交換器30に設けられた冷媒通路29の例えば下
端には室内熱交換器23と電動弁24の間を、電磁開閉弁34
を介設した冷媒配管36で接続する。一方、冷媒通路29の
例えば上端には、室外熱交換器25と電動弁24の間を、矢
印方向にのみ冷媒流れを許容する逆止弁37を有する冷媒
配管38で接続する。

上記室内熱交換器23の近傍には、暖房時の凝縮温度を検
出する温度センサ27を設置する一方、室外熱交換器25の
近傍には着霜を検知するために暖房時の蒸発温度を検出
する温度センサ28を設置する。さらに、圧縮機21の吐出
管には吐出管温度を検出するための温度センサ33を設置
する。そして、各温度センサ27,28,33の検出温度に基づ
くマイクロコンピュータ41の指令により、後の詳述する
ようなデフロスト動作や室内ユニットファン39の回転数
制御を行うのである。

上記冷媒回路は、暖房運転時には四方弁22を実線表示に
切換えて、圧縮機21から吐出された高温ガス冷媒を四方
弁22を介して室内熱交換器23に供給し、室内熱交換器23
において高温高圧冷媒が凝縮する際の凝縮熱によって室
内を暖房する。そして、室内熱交換器23によって凝縮さ
れた液冷媒は、開いた電動弁24によって減圧されて室外
熱交換器25に供給される。室外熱交換器25に供給された
冷媒は蒸発されて四方弁22およびアキュムレータ26を循
環して圧縮機21に戻る。

このような暖房運転時において、温度センサ28からの温
度信号に基づいて、マイクロコンピュータ41が室外熱交
換器25が着霜したことを検知すると、マイクロコンピュ
ータ41は以下のようなデフロスト動作を開始する。

以下、上記マイクロコンピュータ41によって実行される
デフロスト動作を、第２図のデフロスト動作フローチャ
ートと上記第１図とに従って説明する。

ステップS1で、温度センサ28の検出温度が室外熱交換器
25が着霜したことを表わす設定温度に達すると、デフロ
スト信号が“オン”に設定される。そして、このデフロ
スト信号に基づいて電動弁24が閉鎖されると同時に電磁
開閉弁34が開放されて、デフロスト動作が開始される。

すなわち、室内熱交換器23で凝縮した後の液冷媒は、電
動弁24が閉鎖されているので電磁開閉材34を通り、冷媒
配管36によって蓄熱熱交換器30に設けられた冷媒通路29
の一端に供給される。この冷媒は冷媒通路29内を冷媒通
路29の他端に向って流れる際に上述のように蓄熱熱交換
器30によって蓄熱材32と熱交換され、加熱されて蒸発す
る。蒸発して得られた高温ガス冷媒は、冷媒配管38を介
して逆止弁37を通り室外熱交換器25に供給される。そし
て、供給された高温ガス冷媒は室外熱交換器25内で凝縮
する。その際に、凝縮熱を放出して室外熱交換器25に付
着した霜を除去するのである。こうして、一部が液化し
た冷媒は四方弁22およびアキュムレータ26を介して圧縮
機21の吸入側に戻される。

このように、蓄熱材32と冷媒との熱交換を、圧縮機21に
よる冷媒の圧縮と独立して行うので、圧縮機21から吐出
される高温ガス冷媒で室内暖房を行う一方、蓄熱熱交換
器30で蓄熱材32と熱交換を行った高温ガス冷媒でデフロ
ストを行うことができる。したがって、暖房しながら、
しかも暖房能力を低下させることなくデフロスト動作を
行うことができるのである。

ステップS2で、上記温度センサ33によって検出された吐
出管温度（すなわち、吐出冷媒温度）に基づいて、ファ
ン制御信号がファンモータ40に出力される。そして、吐
出管温度が所定温度以上の場合には室内ユニットファン
39のファンタップが高速回転用の“H"タップに設定され
る一方、上記所定温度より低い場合には低速回転用の
“L"タップに設定される。

こうして、吐出冷媒温度が低い場合には蓄熱材32に蓄積
された熱量は少ないので、室内暖房を犠牲にしてデフロ
ストに多くの熱が回るようにするのである。

ステップS3で、温度センサ27からの温度信号に基づいて
室内熱交換器23における凝縮温度Tcが検出される。

ステップS4で、上記ステップS3で検出された凝縮温度Tc
の値が、デフロスト終了を表す所定温度“T"以上になっ
たか否かが判別される。その結果、所定温度“T"以上で
あれば室外熱交換器25に付着した霜が完全に熔解したと
してステップS13に進む。一方、所定温度“T"より低け
ればステップS5に進む。

ステップS5で、温度センサ27からの温度信号に基づいて
室内熱交換器23における凝縮温度Tcが検出される。

ステップS6で、上記ステップS3において検出された凝縮
温度Tcと上記ステップS5において検出された凝縮温度Tc
とに基づいて、凝縮温度Tcの変動の勾配が算出される。

ステップS7で、上記ステップS6において算出された凝縮
温度Tcの勾配はマイナスであるか否かが判別される。そ
の結果マイナスであればステップS8に進み、そうでなけ
ればステップS2に戻って、再度室内ユニットファン39の
ファンタップ設定とデフロスト終了の判定と凝縮温度勾
配の算出が実施される。

ステップS8で、凝縮温度勾配がマイナスになってから時
間tsが経過したか否かが判別される。その結果時間tsが
経過していなければステップS7に戻り、そうでなければ
蓄熱材32に蓄積された熱量が減少し始めていると判断さ
れてステップS9に進む。

ステップS9で、ファン制御信号がファンモータ40に出力
され、室内ユニットファン39の回転数が最低速または停
止のファンタップに設定される。

すなわち、蓄熱材32に蓄積された熱量が減少し始めたと
きに、室内ユニットファン39の回転数を低下させるかま
たは停止させることによって室内暖房能力を低下させ、
デフロストに必要な熱量を確保するのである。

ステップS10で、温度センサ27からの温度信号に基づい
て室内熱交換器23における凝縮温度Tcが検出される。

ステップS11で、上記ステップS10で検出された凝縮温度
Tcの値が、デフロスト終了を表す所定温度“T"以上にな
ったか否かが判別される。その結果所定温度“T"以上で
あれば室外熱交換器25に付着した霜が完全に熔解したと
してステップS13に進む。一方、所定温度“T"より低け
ればステップS12に進む。

ステップS12で、デフロスト動作に入ってから時間tdが
経過したか否かが判別される。その結果時間tdが経過し
ていればステップS13に進み、そうでなければステップS
10に戻る。

ステップS13で、デフロスト信号が“オフ”に設定され
てデフロスト動作が終了され、通常運転が開始される。

第３図は第２図のフローチャートに従ってデフロスト動
作を実行した場合におけるタームチャートを示す。第３
図（ａ）は室内熱交換器23における凝縮温度Tcを示し、
第３図（ｂ）は室内ユニットファン39のファンタップの
内容を示し、第３図（ｃ）は上記デフロスト信号の内容
を示す。

時点Ａにおいて、室外熱交換器25における蒸発温度が着
霜を表す温度に達し、デフロスト信号が“オン”となり
デフロスト動作が開始される。その際に、上述のように
吐出管温度に基づいて室内ユニットファン39のファンタ
ップが“H"から“L"に切り替えられる。こうしてデフロ
スト動作が開始されると、着霜によって一旦低下した凝
縮温度Tcがやや上昇する。そして、その後霜が完全に熔
解するまでほぼ同じ温度となる。したがって、凝縮温度
勾配がマイナスにはならず、室内ユニットファン39のフ
ァンタップは“L"のままである。

この状態において、室外熱交換器25に付着した霜が完全
に熔解すると室外熱交換器25における蒸発温度が上昇
し、それに連れて点線（イ）で示すように凝縮温度Tcが
上昇してファンタップは“L"に保持される。そして、時
点Ｄ′において蒸発温度がデフロスト終了を表す温度
“T"に至るとデフロスト信号が“オフ”となりデフロス
ト動作が終了する。そして、ファンタップが“H"に戻さ
れる。

一方、着霜量が多い場合には霜がなかなか完全に熔解し
ないので、凝縮温度Tcが実線で示すようにほぼ同じ温度
を保持する。そうして、時点Ｂにおいて蓄熱材32に蓄え
られた熱が無くなり始めると霜の熔解が停止して圧縮機
21へ戻る冷媒の温度が低下する。そうすると、それに連
れて吐出冷媒温度も低下して凝縮温度勾配がマイナスに
なる。そして、この凝縮温度勾配がマイナスの状態が時
間tsだけ継続すると、時点Ｃにおいて、室内ユニットフ
ァン39のファンタップが“オフ”に設定される。こうし
て、室内暖房能力を低下させてデフロストに必要な熱量
を確保するのである。その結果、再度霜の熔解が開始さ
れて凝縮温度Tcが上昇し始める。

こうして、予め設定されたデフロスト時間tdが経過する
と、デフロスト信号が“オフ”となって強制的にデフロ
スト動作が終了される。そして、ファンタップが“H"に
戻される。

上述のように、本実施例においては、温度センサ27から
の温度信号に基づく凝縮温度勾配が所定時間tsだけマイ
ナスになった時点で、蓄熱材32に蓄積された熱が無くな
り始めたと判定する。そして、室内ユニットファン39の
回転数を最低速または停止のファンタップに設定するよ
うにしている。したがって、蓄熱材32に蓄積された熱が
デフロストに寄与できなくなるまで減少する以前に室内
ユニットファン39の回転数を制御でき、蓄熱材32に蓄積
された残り少ない熱をデフロストのみに有効に使用して
完全にデフロストを行うことができるのである。

上記実施例においては、温度センサ27を室内熱交換器23
近傍に設置して凝縮温度を検出するようにしているが、
室内ユニットファン39の下流側に設置して、凝縮温度に
関連した温度を検出するようにしてもよい。

上記実施例においては、蓄熱熱交換器30および蓄熱材32
とから成る蓄熱器を圧縮機21の周囲に設けている。しか
しながら、この発明はこれに限定されるものではなく、
圧縮機21とは別に設けて他の手段によって蓄熱してもよ
い。

本発明におけるデフロスト動作のアルゴリズムは、上記
実施例に限定されるものではない。

＜発明の効果＞ 以上より明らかなように、この発明の蓄熱式空気調和機
のファン制御装置は、温度センサによって検出された室
内熱交換器における凝縮温度またはそれに関連した温度
の勾配を温度勾配算出手段によって算出し、この算出さ
れた凝縮温度またはそれに関連した温度の勾配が所定時
間マイナスであると温度勾配判定手段によって判定され
た場合に、ファン制御手段によって室内ユニットファン
の回転数を低下するようにしたので、凝縮温度が低下し
始めたときに室内ユニットファンの回転数を低下させる
ことができる。

したがって、この発明によれば、蓄熱量に応じて、適確
に室内ユニットのファンの回転数を制御して、暖房能力
を可能な範囲で保持しつつデフロストを完了する最適な
デフロスト動作を実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の蓄熱式空気調和機のファン制御装置
に係る冷媒回路の一実施例を示す図、第２図はデフロス
ト動作のフローチャート、第３図は第２図のフローチャ
ートに基づくデフロスト動作におけるタイムチャート、
第４図は従来の蓄熱式空気調和機のファン制御装置に係
る冷媒回路図である。 21…圧縮機、23…室内熱交換器、24…電動弁、25…室外
熱交換器、27,228…温度センサ、29…冷媒通路、30…蓄
熱熱交換器、32…蓄熱材、34…電磁開閉弁、39…室内ユ
ニットファン、41…マイクロコンピュータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄熱器に蓄積された熱を室外熱交換器（2
   5）に供給してデフロストを実行する際に、上記蓄熱器
   に蓄熱されている熱量の減少を検知して室内ユニットフ
   ァン（39）の回転数を制御する蓄熱式空気調和機のファ
   ン制御装置において、 室内熱交換器（23）の凝縮温度またはそれに関連した温
   度を検出する温度センサ（27）と、 上記温度センサ（27）によって検出された凝縮温度また
   はそれに関連した温度の勾配を算出する温度勾配算出手
   段と、 上記温度勾配算出手段によって算出された凝縮温度また
   はそれに関連した温度の勾配が所定時間マイナスである
   か否かを判定する温度勾配判定手段と、 凝縮温度またはそれに関連した温度の勾配が上記所定時
   間マイナスであると上記温度勾配判定手段によって判定
   された場合に、上記室内ユニットファン（39）の回転数
   を減少するファン制御手段を備えたことを特徴とする蓄
   熱式空気調和機のファン制御装置。