JP7097989B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
本発明は、空気調和装置に関する。
従来、除霜運転中に暖房能力が低下しないようにするため、除霜運転前に蓄熱槽に熱を蓄積し、除霜運転中に蓄熱槽に蓄積された熱を使用する装置が知られている。
たとえば、特開平8-28932号公報(特許文献1)に開示された蓄熱式空気調和機は、冬季の夜間運転において、圧縮機、第1四方弁、室外熱交換器、第2膨張弁、蓄熱槽内の1次側熱交換部とが連通した1次側の冷媒回路において、第2膨張弁の制御により、蓄熱槽内の1次側熱交換部を介して蓄熱材である水を温水にする蓄熱運転を行なう。
上記の蓄熱式空気調和機は、低外気温時の暖房運転において、1次側の冷媒回路において蓄熱槽内の1次側熱交換部を蒸発器とし、室外熱交換器を凝縮器として冷凍サイクルを構成するとともに、2次側の熱媒体回路では、バイパス弁を開、蓄熱槽用流量弁を全閉として、蓄熱槽の2次側熱交換器と冷媒対冷媒熱交換器の2次側熱交換器を直列として暖房運転を継続する。
特許文献1に開示された蓄熱式空気調和機は、除霜運転時にも暖房を維持するための熱源として蓄熱槽を備える必要がある。しかしながら、蓄熱槽を設置できないような環境では、除霜運転前に熱を蓄積することができない。たとえば、蓄熱槽を設けずに配管および熱交換器内にある温水を熱源と考えることもできるが、温水の量が少ないので、除霜時間の間暖房を維持させることができない。
それゆえに、本発明の目的は、蓄熱槽を設けることなく、除霜運転中においても暖房を維持することができる空気調和装置を提供することである。
本開示に係る空気調和装置は、冷媒回路と、熱媒体回路と、制御装置とを備える。冷媒回路は、圧縮機、第1熱交換器、膨張弁、第2熱交換器が第1の配管で接続され冷媒が流れるように構成されるとともに、圧縮機から吐出された冷媒を第2熱交換器に導入する除霜運転を行なうことが可能に構成される。熱媒体回路は、ポンプ、第1熱交換器、第3熱交換器が第2の配管で接続され熱媒体が流れる。制御装置は、圧縮機およびポンプを制御するように構成される。制御装置は、除霜運転中の第3熱交換器の暖房能力を熱媒体回路中の熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力に設定した状態で暖房を維持しつつ、除霜運転を行なうように構成される。熱媒体の蓄熱量がしきい値よりも少ない場合には、制御装置は、暖房運転から除霜運転に移行するときに、第3熱交換器の暖房能力を低下させるように構成される。
本発明によれば、熱媒体回路中の熱媒体の蓄熱量に基づいて暖房能力が設定され、設定された暖房能力で除霜運転中の暖房が維持される。したがって、除霜運転中に熱媒体が冷え切ってしまうことによる冷風の吹き出しが防止される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、本実施の形態に係る空気調和装置1000の構成を示す図である。図1を参照して、空気調和装置1000は、室外ユニットと、室内ユニットとを備える。
室外ユニットは、冷媒回路100と、室外熱交換器5に風を送る送風機6とを備える。
室内ユニットは、並列接続された室内熱交換器11a,11bと、流量調整弁14a,14bと、ポンプ12と、カスケード熱交換器3が第2の配管23で接続された熱媒体回路200と、室内熱交換器11a,11bそれぞれに風を送る送風機13a,13bと、温度センサ32,33,34とを備える。
室内ユニットは、並列接続された室内熱交換器11a,11bと、流量調整弁14a,14bと、ポンプ12と、カスケード熱交換器3が第2の配管23で接続された熱媒体回路200と、室内熱交換器11a,11bそれぞれに風を送る送風機13a,13bと、温度センサ32,33,34とを備える。
以下では、室内熱交換器11a,11bを総称して、室内熱交換器11と呼び、送風機13a,13bを総称して、送風機13と呼び、流量調整弁14a,14bを総称して流量調整弁14と呼ぶ場合がある。また、室内ユニットは、室内熱交換器11a,11bをそれぞれ含む2つのユニットに分割配置されていても良い。また、カスケード熱交換器3およびポンプ12は、室内ユニットと分離された中継器に配置されていても良い。なお、制御装置31は室外ユニット、室内ユニットのいずれに備えられていても良く、室外ユニットおよび室内ユニット以外の場所に備えられていても良い。
1次側の冷媒回路100は、第1の配管21で接続された圧縮機1と、切替弁2と、カスケード熱交換器3と、膨張弁4と、室外熱交換器5とを有する。冷媒回路100は、さらにバイパス配管22を有する。バイパス配管22は、第1の配管21における膨張弁4と室外熱交換器5との間の分岐箇所と切替弁2とを接続する。冷媒回路100には、冷媒が流れる。なお、本明細書では、「冷媒」は、冷凍サイクル装置で用いられ、ガス状態で圧縮機によって圧縮され、凝縮器でガス状態から液状態に凝縮され、蒸発器で液状態からガス状態に蒸発する、たとえばフルオロカーボンなどの冷媒を指す。
空気調和装置1000は、暖房運転と、除霜運転と、暖房運転の後かつ除霜運転の前のプレヒート運転とを切り替えて実行する。プレヒート運転とは除霜運転の前に行なわれる運転である。除霜運転で使用する熱は、プレヒート運転において蓄熱される。
2次側の熱媒体回路200は、第2の配管23で接続されたポンプ12と、カスケード熱交換器3と、室内熱交換器11とを有する。熱媒体回路200には、熱媒体が流れる。本明細書では、「熱媒体」は、2次側の熱媒体回路200を主として液状態で循環する媒体であって、たとえば、不凍液(ブライン)、水、または不凍液と水との混合液である。
圧縮機1は、低圧冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として吐出する。圧縮機1は、たとえばインバータ圧縮機である。
切替弁2は、冷媒の流路を切り替える。切替弁2は、暖房運転時およびプレヒート運転時には、圧縮機1の吐出側をカスケード熱交換器3の入口側に接続することによって、圧縮機1から吐出された冷媒をカスケード熱交換器3に流す第1流路を形成する。切替弁2は、除霜運転時には、圧縮機1の吐出側をバイパス配管22を経由して、室外熱交換器5の入口に接続することによって、圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器5に流す第2流路を形成する。切替弁2は、制御装置31からの指示信号に従って、流路を切り替える。
カスケード熱交換器3は、圧縮機1で圧縮された冷媒と、ポンプ12から吐出された熱媒体とを熱交換させる。カスケード熱交換器3は、たとえばプレート式熱交換器である。
膨張弁4は、カスケード熱交換器3から吐出された冷媒を減圧して膨張させる。
室外熱交換器5は、暖房運転時およびプレヒート運転時には膨張弁4で減圧された冷媒を、室外の空気と熱交換させる。送風機6からの空気によって室外熱交換器5における熱交換が促進される。送風機6は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。室外熱交換器5は、除霜運転時には、圧縮機1から吐出されて直接送られてくる高温高圧のガス冷媒を、室外の空気およびフィン等に付着した霜と熱交換させ、霜を融解させる。
室外熱交換器5は、暖房運転時およびプレヒート運転時には膨張弁4で減圧された冷媒を、室外の空気と熱交換させる。送風機6からの空気によって室外熱交換器5における熱交換が促進される。送風機6は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。室外熱交換器5は、除霜運転時には、圧縮機1から吐出されて直接送られてくる高温高圧のガス冷媒を、室外の空気およびフィン等に付着した霜と熱交換させ、霜を融解させる。
ポンプ12は、室内熱交換器11から吐出された熱媒体をカスケード熱交換器3に供給する。
室内熱交換器11は、熱媒体を室内の空気と熱交換させる。送風機13からの空気によって室内熱交換器11における熱交換が促進される。送風機13は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。
図2は、空気調和装置1000における冷媒および熱媒体の流れを表わす図である。
冷媒回路において、冷媒が流れる流路は、暖房運転時およびプレヒート運転時と、除霜運転時とで異なる。
冷媒回路において、冷媒が流れる流路は、暖房運転時およびプレヒート運転時と、除霜運転時とで異なる。
暖房運転時およびプレヒート運転時には、圧縮機1で圧縮された冷媒は、切替弁2を通ってから、カスケード熱交換器3、膨張弁4、室外熱交換器5を通り、圧縮機1へ戻る。除霜運転時には、圧縮機1で圧縮された冷媒は、切替弁2を通ってから、バイパス配管22を経由して、室外熱交換器5を通り、圧縮機1へ戻る。
熱媒体回路において、ポンプ12から吐出された熱媒体は、カスケード熱交換器3へ送られて、その後、室内熱交換器11を通って、ポンプ12に戻る。
温度センサ32は、室内熱交換器11の熱媒体入口付近に配置される。温度センサ32は、室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBを検出する。
温度センサ33は、カスケード熱交換器3の熱媒体出口付近に配置される。温度センサ33は、カスケード熱交換器3の2次側の出口の熱媒体の温度TAを検出する。
温度センサ34は、室内熱交換器11の熱媒体出口付近に配置される。温度センサ34は、室内熱交換器11の出口の熱媒体の温度TCを検出する。
制御装置31は、温度センサ32から出力される温度TB、温度センサ33から出力される温度TA、温度センサ34から出力される温度TCを取得する。制御装置31は、圧縮機1、切替弁2、膨張弁4、送風機6、ポンプ12、送風機13、および流量調整弁14を制御する。
制御装置31は、暖房運転時の圧縮機1の周波数およびポンプ12の回転速度に比べて、プレヒート運転時の圧縮機1の周波数を増加させ、熱媒体の温度を上昇させるとともに、ポンプ12の回転速度を低下させることによって、暖房能力が過剰になることを防ぐように構成される。制御装置31は、プレヒート運転時に、圧縮機1の周波数を暖房運転時の圧縮機1の周波数に比べて増加させた後、室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBの増加に応じて、ポンプ12の回転速度を低下させるように構成されてもよい。
制御装置31は、プレヒート運転時に、室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBが目標温度(閾値温度)に達すると、冷媒回路100を除霜運転に切り替えるように構成される。
制御装置31は、除霜運転時に、除霜運転開始から一定時間Tdfが経過し除霜が完了したときに、冷媒回路100を暖房運転に切り替えるよう構成される。
制御装置31は、カスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11の入口との間に存在する熱媒体の量と、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量とに基づいて、熱媒体の目標温度TMを設定するように構成される。往路であるカスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11の入口との間に存在する熱媒体の量がわかれば、復路の熱媒体の量も同じであると考えることができる。プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量は、室外熱交換器5に着霜する予想最大量の霜を溶かすのに要する熱量以上の熱量とすることができる。
図1、図2に示した空気調和装置1000は、蓄熱タンクをなくすため水回路内の水温を上げて除霜に必要な熱量を確保するプレヒート運転を除霜運転の前に実行することによって、除霜運転中の室温低下を防止する。このとき単純に水温を上げると室内側の暖房能力が過剰になり、除霜前に室温が目標値よりも上昇してしまう場合がある。これを防ぐためにプレヒート運転中および除霜運転中の水搬送ポンプの周波数を低下させ、暖房能力一定に保ちつつ暖房を維持する。
しかしながら、熱媒体の回路は、設置個所によって配管長が異なるので、熱媒体回路内に封入された熱媒体の量も変化する。また、機器に起因する制約(または熱媒体物性に起因する制約)により熱媒体温度にも上限がある。たとえば、機器の耐熱温度が機器に起因する制約の例であり、熱媒体に水を使用した場合には、水の沸点100℃が制約となる熱媒体物性の例である。水回路が短いと、蓄熱量が不足し、蓄熱不足で除霜運転すると途中で暖房能力が不足して暖房中の室内機の吹き出し温度が急激に低下し、使用者に不快感を与えるという問題が考えられる。
図3は、除霜終了前に暖房が維持できなくなった状態を示す概念図である。図4は、熱媒体の量と最大蓄熱量との関係を示す概念図である。図5は、本実施の形態の空気調和装置において、除霜運転時に暖房を維持させた状態を示す概念図である。なお、図3、図5において、縦軸は室内機の暖房能力を示し、横軸は除霜開始からの経過時間を示す。また、図4において、横軸は2次側の熱媒体回路200を循環する熱媒体の封入量(水量:Kg)を示し、縦軸は熱媒体回路200中の熱媒体に蓄積されている蓄熱量(KJ)を示す。
図3においては、除霜時間Tdが経過する前に熱媒体の蓄熱量Q(KJ)を暖房に使い切ってしまい、除霜運転途中で暖房が維持できなくなったことが示される。図4に示すように熱媒体回路200の配管長さが短く水量が少ない場合に、除霜中の暖房に必要な熱量Qsよりも最大蓄熱量Qsmaxが下回り、このような蓄熱不足が生じる。そこで、本実施の形態では、図5に示すように、蓄熱量不足の場合、除霜開始時に予め除霜運転中の暖房能力を通常時の暖房運転時の能力と比べて抑制し、抑制した能力で除霜終了まで暖房運転を維持する。これにより、蓄熱不足による室内機吹出温度の急低下が防止され、使用者に不快感を与えないようにすることができる。
このような暖房能力の調整を行なうために、空気調和装置は以下のように構成される。すなわち、空気調和装置1000は、冷媒回路100と、熱媒体回路200と、制御装置31とを備える。冷媒回路100は、冷媒が流れる第1の配管21で、圧縮機1、切替弁2、カスケード熱交換器3、膨張弁4、室外熱交換器5が接続され、圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器5に導入する除霜運転を行なうことが可能に構成される。熱媒体回路200は、熱媒体が流れる第2の配管23で、ポンプ12、カスケード熱交換器3、室内熱交換器11が接続される。カスケード熱交換器3は「第1熱交換器」に相当し、室外熱交換器5は「第2熱交換器」に相当し、室内熱交換器11は、「第3熱交換器」に相当する。制御装置31は、圧縮機1およびポンプ12を制御するように構成される。
制御装置31は、除霜運転中の室内熱交換器11の暖房能力を熱媒体回路200中の熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力に設定した状態で暖房を維持しつつ、除霜運転を行なうように構成される。熱媒体の蓄熱量がしきい値である最大蓄熱量Qsmaxよりも少ない場合には、制御装置31は、暖房運転から除霜運転に移行するときに、室内熱交換器11の暖房能力を低下させるように構成される。
好ましくは、熱媒体回路200には、室内熱交換器11に流れる熱媒体の流量を調整する流量調整弁14が設けられる。制御装置31は、除霜運転の開始に応じて、室内熱交換器11の暖房能力が熱媒体回路200中の熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力になるように流量調整弁14の開度を変更する。なお、除霜運転中に熱媒体の温度が低下していくことに応じて流量調整弁14の開度を調整し、室内熱交換器11の暖房能力を一定に保つようにしても良い。
熱媒体回路200中の熱媒体の量は、配管23の長さによって変化する。熱媒体回路200の配管長さは施工場所ごとに異なるので、このような制御を行なうためには、制御装置31は、熱媒体回路200を循環する熱媒体の量を予め把握しておく必要がある。施工完了時に、作業者またはユーザーが熱媒体の量または配管長を制御装置31に登録しても良いが、ここでは、制御装置31が自動的に熱媒体の量を検出する方法について説明する。
図6は、暖房運転時初期のカスケード熱交換器3の2次側の出口の熱媒体の温度TA、および室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBの時間変化の概略を表わす図である。
暖房運転時初期において、温度TAおよび温度TBは、時間とともに増加する。温度TAが、温度T0に達した時刻をt1とし、温度TBが、温度T0に達した時刻をt2とする。t2とt1の差Δtは、カスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11との間に存在する熱媒体の量MWを反映する。すなわち、Δtと、ポンプ12の熱媒体流量とを乗算することによって、カスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11との間に存在する熱媒体の量MWを求めることができる。カスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11との間に存在する熱媒体の量MWを求めるのは、水回路は、往路と復路で通常同じ経路を通り、往路の熱媒体の量が分かれば復路の熱媒体の量も同程度であると考えてよいからである。
制御装置31は、試運転時において、圧縮機1の周波数を暖房運転時よりも増加させるとともに、ポンプ12の流量を一定に維持させるように構成される。制御装置31は、カスケード熱交換器3の2次側の出口の熱媒体の温度TAが予め定められた温度T0に達した時刻t1と、室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度が予め定められた温度T0に達した時刻t2との差と、ポンプ12の流量Gwとを乗ずることによって、カスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11の入口との間に存在する熱媒体の量を算出するように構成される。
図7は、空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。図7を参照して、リモコン400は、入力装置401と、プロセッサ402と、送信装置403とを含む。入力装置401は、ユーザーが室内機のON/OFFを切り替える押しボタン、設定温度を入力するボタン等を含む。送信装置403は、制御装置31と通信を行なうためのものである。プロセッサ402は、入力装置401から与えられた入力信号に従って、送信装置403を制御する。
制御装置31は、受信装置301と、プロセッサ302と、メモリ303とを含む。
メモリ303は、たとえば、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータ等が記憶される。
メモリ303は、たとえば、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータ等が記憶される。
プロセッサ302は、空気調和装置1000の全体の動作を制御する。なお、図1に示した制御装置31は、プロセッサ302がメモリ303に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ303に記憶されている各種のデータが参照される。
上記の構成において、メモリ103は、熱媒体回路200中の熱媒体の量に関する情報を記憶する。プロセッサ102は、メモリが記憶している情報に基づいて除霜運転中の流量調整弁14の開度を決定する。
受信装置301は、リモコン400との通信を行なうためのものである。室内機が複数の室内ユニットに分かれている場合には、受信装置301は複数の室内ユニットの各々に設けられても良い。
なお、制御装置31が複数の制御部に分割されていても良い。この場合には、複数の制御部の各々にプロセッサが含まれる。このような場合には、複数のプロセッサが連携して空気調和装置1000の全体制御を行なう。
以下に、制御装置31が試運転を実行して、熱媒体の量MWを自動検出する制御について説明する。
図8は、カスケード熱交換器3の出口と、室内熱交換器11との間に存在する熱媒体の量MWを特定する手順を表わすフローチャートである。図8に示すように、制御装置31は、熱媒体の温度変化に基づいて熱媒体回路200中の熱媒体の量を予め算出するように構成される。この熱媒体の量の算出は、除霜運転に先立って行なわれていれば良く、たとえば、空気調和装置の設置工事完了時に試運転した際に行なうことが好ましい。
ステップS1において、制御装置31は、空気調和装置1000を試運転モードに設定する。続いて、ステップS2において、制御装置31は、圧縮機1の吐出口とカスケード熱交換器3の1次側冷媒入口とが連通するように切替弁2の流路を設定する。制御装置31は、圧縮機1の周波数をf2に設定する。制御装置31は、ポンプ12の回転速度をR1に設定する。
ステップS3において、制御装置31は、温度センサ33によって検出されるカスケード熱交換器3の2次側の出口の熱媒体の温度TAが予め定められた温度T0に達するまで待つ。制御装置31は、温度センサ33によって検出されるカスケード熱交換器3の2次側の出口の熱媒体の温度TAが予め定められた温度T0に達した場合(S3でYES)には、処理をステップS4に進める。
ステップS4において、制御装置31は、温度TAが温度T0に達した時刻t1を記録する。
ステップS5において、温度センサ32によって検出される室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBが予め定められた温度T0に達した場合には、処理がステップS6に進む。
ステップS6において、制御装置31は、温度TBが温度T0に達した時刻t2を記録する。
ステップS7において、制御装置31は、次式(1)に従って、熱媒体の量MWを算出する。ただし、Gwは、ポンプ12の回転速度R1に対応する熱媒体流量である。
MW=Gw×(t2-t1)…(1)
図9は、本実施の形態において暖房運転時に制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。
図9は、本実施の形態において暖房運転時に制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。
ステップS101において、暖房運転の指示が入力されると、制御装置31は、処理をステップS102に進める。
ステップS102において、制御装置31は、空気調和装置1000を暖房運転モードに設定する。
ステップS103において、制御装置31は、圧縮機1の吐出口とカスケード熱交換器3の1次側冷媒入口とが連通するように切替弁2の流路を設定する。制御装置31は、圧縮機1の周波数をf1に設定する。制御装置31は、ポンプ12の回転速度をR1に設定する。周波数f1および回転速度R1は、暖房運転時の運転効率が最適となるように設計された値が用いられる。
ステップS104において、暖房運転の開始後、制御装置31は、一定時間が経過するのを待つ。一定時間が経過すると(S104でYES)、制御装置31はステップS105に処理を進める。ステップS105では、除霜処理が実行され、その後再びS103以降の処理が実行され暖房と除霜が繰返される。
図10は、ステップS105で実行される除霜処理の詳細を説明するための示すフローチャートである。
まずステップS111において、制御装置31は、現在の暖房設定における通常暖房能力を算出する。通常暖房能力は、室内熱交換器11における熱交換量であり、次式(2)で示される。
qs=Gw×Cp×(TB-TC) … (2)
ここで、qsは室内熱交換器11の通常暖房能力、Gwはポンプ12の熱媒体流量、Cpは熱媒体の定圧比熱、TBは室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度、TCは室内熱交換器11の出口の熱媒体の温度を表わす。この通常暖房能力は、リモコン等の設定温度と室温によって定まる値でもある。
ここで、qsは室内熱交換器11の通常暖房能力、Gwはポンプ12の熱媒体流量、Cpは熱媒体の定圧比熱、TBは室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度、TCは室内熱交換器11の出口の熱媒体の温度を表わす。この通常暖房能力は、リモコン等の設定温度と室温によって定まる値でもある。
続いて、ステップS112において、制御装置31は、除霜時間Tdの間、上記の通常暖房能力を維持するのに必要な熱量Qsを算出する。熱量Qsは、次式(3)で示される。
Qs=qs×Td … (3)
ここで、Qsは必要な熱量、qsは通常暖房能力、Tdは除霜時間を表わす。
ここで、Qsは必要な熱量、qsは通常暖房能力、Tdは除霜時間を表わす。
次に、ステップS113において、制御装置31は、蓄熱量不足の判定を行なう。ここでは、Qs>Qsmaxであれば蓄熱量不足と判定される。ここで、Qsは、式(3)で求めた必要な熱量であり、Qsmaxは、図4で示した最大蓄熱量である。
最大蓄熱量Qsmaxは、図8のフローチャートで示される試運転時に予め算出された水量Mwを用いて、以下の式(4)で算出される。
Qsmax=Mw×Cp×(TBmax-TB) … (4)
なお、図4の横軸を合計水量ではなくて往路の水量とし、予め最大蓄熱量Qsmaxがどのようになるかマップを持っていて、マップを参照して最大蓄熱量Qsmaxを求めても良い。
Qsmax=Mw×Cp×(TBmax-TB) … (4)
なお、図4の横軸を合計水量ではなくて往路の水量とし、予め最大蓄熱量Qsmaxがどのようになるかマップを持っていて、マップを参照して最大蓄熱量Qsmaxを求めても良い。
ここで、Cpは、定圧比熱(2次側サイクルの流体物性値)、TBmaxは、室内機最大入口温度を示し、TBは、温度センサ32で測定した室内機入口温度を表わす。
蓄熱量が不足すると判断された場合(S113でYES)、目標蓄熱量および除霜中の蓄熱による暖房能力の抑制値を算出する必要がある。したがって、制御装置31は、ステップS116において目標蓄熱量Qmを最大蓄熱量Qsmaxに設定する。
続いて、制御装置31は、ステップS117において、除霜中の抑制した目標暖房能力qsmを次式(5)によって算出する。
qsm=Qsmax/Td … (5)
蓄熱量が不足しないと判断された場合(S113でNO)、目標蓄熱量および除霜中の蓄熱による暖房能力は、現在の暖房能力を維持するように設定される。したがって、制御装置31は、ステップS114において目標蓄熱量Qmを標準値に定める。制御装置31は、除霜に必要な熱量Qx以上の熱量をプレヒート運転時に熱媒体に蓄積する目標蓄熱量Qmとして設定する。目標蓄熱量Qmは、具体的には熱媒体の目標温度TMで定まる。したがって、制御装置31は、目標温度TMを算出する。
qsm=Qsmax/Td … (5)
蓄熱量が不足しないと判断された場合(S113でNO)、目標蓄熱量および除霜中の蓄熱による暖房能力は、現在の暖房能力を維持するように設定される。したがって、制御装置31は、ステップS114において目標蓄熱量Qmを標準値に定める。制御装置31は、除霜に必要な熱量Qx以上の熱量をプレヒート運転時に熱媒体に蓄積する目標蓄熱量Qmとして設定する。目標蓄熱量Qmは、具体的には熱媒体の目標温度TMで定まる。したがって、制御装置31は、目標温度TMを算出する。
制御装置31は、カスケード熱交換器3の2次側の出口と、室内熱交換器11の入口との間に存在する熱媒体の量をMW、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量をQy(=Qm)、室内熱交換器11の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度TB、熱媒体の定圧比熱をCpとしたときに、次式(6)で目標温度TMを算出するように構成される。
TM={Qy/(MW×Cp)}+TB…(6)
そして、制御装置31は、ステップS115において目標暖房能力qsmを標準値に設定する。目標暖房能力qsmは、室内温度と外気温度の差に比例する関係式などで決まる。
そして、制御装置31は、ステップS115において目標暖房能力qsmを標準値に設定する。目標暖房能力qsmは、室内温度と外気温度の差に比例する関係式などで決まる。
そして、制御装置31は、ステップS118においてプレヒート運転によって蓄熱を実行し、ステップS119において除霜運転を実行するとともに蓄熱によって暖房を継続する。
このように、蓄熱量が不足するときには、予め抑制した暖房能力で除霜運転時の暖房を開始するため、本実施の形態の空調装置によれば、蓄熱不足による室内機吹出温度の急低下が防止され、使用者に不快感を与えない。
図11は、図10のステップS118のプレヒート運転による蓄熱処理を説明するためのフローチャートである。図11に示すように、制御装置31は、暖房運転から除霜運転に移行する前に実行するプレヒート運転において、圧縮機1の周波数を暖房運転時から増加させるとともに、ポンプ12の回転速度を低下させるように構成される。
このフローチャートの処理を実行中は、制御装置31は、空気調和装置1000をプレヒート運転モードに設定する。まずステップS121において、制御装置31は、圧縮機1の周波数をf2に増加させる。ただし、f2は、図9のステップS103で設定された周波数f1よりも高い周波数である。これにより、カスケード熱交換器3の2次側の水温を上昇させる。カスケード熱交換器の二次側で温度上昇した水が搬送されて室内熱交換器11の入口に到達すると、温度TBが上昇する。
ステップS122において、温度センサ32によって検出される室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBが上昇するまで待ち、温度TBが上昇した場合に(S122でYES)、制御装置31は、ステップS123の処理を行なう。
ステップS123において、制御装置31は、ポンプ12の回転速度を一定量だけ減少させる。
ステップS124において、温度センサ32によって検出される室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBが予め定められた目標温度TM以上であるか否かが判断される。室内熱交換器11の入口の熱媒体の温度TBが予め定められた目標温度TM未満の場合には(S124でNO)、処理がステップS122に戻る。温度TBが目標温度TM以上となった場合には(S124でYES)、図10のフローチャートに戻り、引き続きステップS119の処理が行なわれる。
ステップS122~S124の処理によって、室内機暖房能力が水温上昇前と同一になるようポンプ12の回転速度が調整される。
ポンプ12の回転速度を低下させると水流量が低下し、カスケード熱交換器3の出口の熱媒体の温度TAが上昇し、熱媒体の移動に伴い追って温度TBも上昇する。以後、温度TBが目標温度TMに到達するまでステップS122からS124の処理が繰返される。
以上説明したプレヒート運転によって、暖房能力を一定にしながら熱媒体の温度を目標温度TMとすることができる。
図12は、図10のステップS119の除霜運転時の暖房を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理を実行中は、制御装置31は、空気調和装置1000を除霜運転モードに設定する。
ステップS131において、制御装置31は、切替弁2の流路をバイパス配管22と圧縮機1の吐出側とが連通するように設定する。制御装置31は、当初はプレヒート運転終了時から圧縮機1の周波数およびポンプ12の回転速度を変化させずに、維持させる。
ステップS132において、制御装置31は、既出の式(2)で現在の暖房能力qsを算出し、暖房能力qsが目標暖房能力qsmに比べて低いか否かを判断する。
qs<qsmである場合(S132でYES)、制御装置31は、室内機の流量調整弁14a,14bの開度を増加させ、暖房能力を増加させる。一方、qs≧qsmである場合(S132でNO)、制御装置31は、室内機の流量調整弁14a,14bの開度を減少させ、暖房能力を低下させる。
そして、ステップS135において、制御装置31は、除霜開始から除霜時間Tdが経過するまでステップS132に処理を戻し、暖房能力の調整を継続する。
ステップS135において、除霜開始から除霜時間Tdが経過した場合、制御装置31は、ステップS136に処理を進め、圧縮機1の吐出側がカスケード熱交換器3の一次側入り口に連通するように切替弁2の流路を設定し、除霜運転を終了する。
図13は、除霜運転中の流量調整弁による水量の調整についてまとめた図である。除霜運転中において、現在室内熱交換器が発揮している暖房能力qsが目標暖房能力qsmよりも低い場合、制御装置31は、流量調整弁14a,14bの開度を増加させ、循環させる水量を増加させる。
一方、水量が増加した結果、qs>qsmとなると、制御装置31は、流量調整弁14a,14bの開度を減少させ、循環させる水量を減少させる。
このように流量調整弁を制御することによって、図5に示したような抑制された暖房能力で除霜運転中の暖房が実行される。
なお、本実施の形態では、除霜運転中の暖房能力の調整を流量調整弁で行なうこととしたが、他の方法で暖房能力の調整を行なっても良い。たとえば、ポンプ12の送水量を変化させても良いし、送風機13a,13bの風量を変化させても良い。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 圧縮機、2 切替弁、3 カスケード熱交換器、4 膨張弁、5 室外熱交換器、6,13,13a,13b 送風機、11,11a,11b 室内熱交換器、12 ポンプ、14,14a,14b 流量調整弁、21 第1の配管、22 バイパス配管、23 第2の配管、31 制御装置、32,33,34 温度センサ、100 冷媒回路、102,302,402 プロセッサ、103,303 メモリ、200 熱媒体回路、301 受信装置、400 リモコン、401 入力装置、403 送信装置、1000 空気調和装置。
Claims (5)
- 冷媒が流れる第1の配管で、圧縮機、第1熱交換器、膨張弁、第2熱交換器が接続され、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記第2熱交換器に導入する除霜運転を行なうことが可能に構成された冷媒回路と、
熱媒体が流れる第2の配管で、ポンプ、前記第1熱交換器、第3熱交換器が接続された熱媒体回路と、
前記圧縮機および前記ポンプを制御するように構成される制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記除霜運転中の前記第3熱交換器の暖房能力を前記熱媒体回路中の前記熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力に設定した状態で暖房を維持しつつ、前記除霜運転を行なうように構成され、
前記熱媒体の蓄熱量がしきい値よりも少ない場合には、前記制御装置は、暖房運転から前記除霜運転に移行するときに、前記第3熱交換器の暖房能力を低下させるように構成される、空気調和装置。 - 前記熱媒体回路には、前記第3熱交換器に流れる前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁が設けられ、
前記制御装置は、前記除霜運転の開始に応じて、前記第3熱交換器の暖房能力が前記熱媒体回路中の前記熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力になるように前記流量調整弁の開度を変更する、請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記熱媒体回路中の前記熱媒体の量に関する情報を記憶するメモリと、
前記情報に基づいて前記除霜運転中の前記流量調整弁の開度を決定するプロセッサとを含む、請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記熱媒体の温度変化に基づいて前記熱媒体回路中の前記熱媒体の量を予め算出するように構成される、請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記暖房運転から前記除霜運転に移行する前に実行するプレヒート運転において、前記圧縮機の周波数を前記暖房運転時から増加させるとともに、前記ポンプの回転速度を低下させるように構成される、請求項1~4のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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