JP7444189B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本開示の技術は、空気調和機に関する。

従来、空気調和機では、検出した室内温度と目標室内温度（設定温度）との温度差に応じた回転数（周波数）で圧縮機を動作させることで空調能力を調整し、室内温度が設定温度に近づくように制御している。具体的には、室内温度が設定温度に近づいた場合、圧縮機の回転数を低下させることで空調能力を低減させ、室内温度が設定温度近傍から外れないように制御している。

特開２００２－１１５９２３号公報

しかしながら、上記の従来技術では、室内温度が設定温度に近づいて設定温度近傍から外れないように制御している際に、空調負荷が圧縮機が最低回転数で動作しているときの空調能力を下回る場合、圧縮機が停止するサーモオフが頻発して快適性が損なわれるという問題がある。

例えば、空調負荷が圧縮機の回転数を最も低くして運転している状態の空調能力を下回る場合は、それ以上空調能力を低減させることができないことから、圧縮機を停止することとなる。そして、空調運転の停止により室内温度が変化して設定温度から外れたところで、空調運転を再起動する。このような断続運転が繰り返される場合、設定温度に対する室内温度の変動が大きくなり、快適性が損なわれる。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、快適性の低下を抑制する空気調和機を提供することを目的とする。

本開示の一態様による空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内の空気と冷媒を熱交換する室内機と、室外の空気と冷媒を熱交換する室外機と、冷媒と熱交換する蓄熱部と、室内の温度である室内温度を検出する室温センサと、室内温度と設定温度の差に基づいて圧縮機を駆動し、且つ、設定温度の差が所定値を下回ったときにときに蓄熱部での熱交換を行わせる制御部と、を有する。

快適性の低下を抑制することができる。

図１Ａは、実施形態にかかる空気調和機の一例を示す回路図である。 図１Ｂは、実施形態にかかる空気調和機の一例を示す回路図である。 図２は、実施形態にかかる空気調和機の一例を示すブロック図である。 図３は、実施形態にかかる空気調和機の動作例を示すフローチャートである。 図４は、蓄熱材の温度と蓄熱量との関係を説明する説明図である。 図５は、実施形態にかかる空気調和機の運転例を説明する説明図である。 図６は、蓄熱を利用した能力の引き下げを説明する説明図である。 図７は、従来の空気調和機の運転例を説明する説明図である。 図８は、変形例にかかる空気調和機の一例を示す回路図である。

以下、図面を参照して、実施形態にかかる空気調和機を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明する空気調和機は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。また、以下の各実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。

図１Ａは、実施形態にかかる空気調和機の一例を示す回路図である。図１Ａに示すように、空気調和機１は、室外機２と室内機３とを備えている。室外機２は、屋外に設置されている。室内機３は、空気調和機１により冷暖房される室内に設置されている。空気調和機１は、冷媒回路５と水回路６とをさらに備えている。

冷媒回路５は、冷媒が循環する流路が形成されている。冷媒回路５の冷媒は、例えばＲ２９０（プロパン）である。なお、冷媒回路５の冷媒については、Ｒ２９０に限定するものではなく、例えばＲ３２やR１２３４ｙｆなどであってもよい。

水回路６は、他の冷媒として熱媒体（以下の説明では水）が循環する流路が形成されている。なお、水回路６を循環する熱媒体は不凍液等でも良い。

冷媒回路５は、室外機２の内部に配置されている。冷媒回路５は、圧縮機１１と四方弁１２と室外熱交換器１４と膨張弁１５と中間熱交換器１６とを備えている。

圧縮機１１は、吸入管１７と吐出管１８とを備えている。圧縮機１１は、吸入管１７を介して供給される低圧気相冷媒を圧縮し、低圧気相冷媒が圧縮されることにより生成された高圧気相冷媒を吐出管１８を介して吐出する。

四方弁１２は、圧縮機１１の吸入管１７、吐出管１８、中間熱交換器１６とに接続される液管および室外熱交換器１４に接続される液管の４つの液管が接続され、冷媒回路５における冷媒の流れる方向を暖房運転時または冷房運転時で切り替えるための弁である。図示例のように、暖房運転時には、四方弁１２は、吐出管１８からの冷媒を中間熱交換器１６と接続する液管に流し、室外熱交換器１４と接続する液管からの冷媒を吸入管１７に流すように切り替える。冷房運転時には、四方弁１２は、吐出管１８からの冷媒を室外熱交換器１４に接続される液管に流し、中間熱交換器１６と接続される液管からの冷媒を吸入管１７に流すように切り替える。以後の説明では、四方弁１２が暖房運転時の状態／冷房運転時の状態に切り替えられた状態を、それぞれ暖房モード／冷房モードとよぶ。

室外熱交換器１４は、膨張弁１５に接続されている。中間熱交換器１６は、膨張弁１５に接続されている。

水回路６は、ポンプ２１ａ、２１ｂと、室内熱交換器２２とを備えている。ポンプ２１ａ、２１ｂは、室外機２の内部に配置されている。ポンプ２１ａは、後述する蓄熱回路３１において中間熱交換器１６に接続されている。ポンプ２１ｂは、蓄熱回路３１と室内熱交換器２２の間に接続されている。ポンプ２１ａは、中間熱交換器１６から供給される水を蓄熱回路３１および水回路６において循環させるポンプである。ポンプ２１ｂは、蓄熱回路３１から供給される水を室内熱交換器２２に循環させるポンプである。室内熱交換器２２は、室内機３の内部に配置されている。室内熱交換器２２は、蓄熱部３５および中間熱交換器１６に接続されている。

空気調和機１の水回路６は、蓄熱回路３１をさらに備えている。蓄熱回路３１は、室外機２の内部に配置されている。蓄熱回路３１には、蓄熱用流路３２が形成されている。水回路６のうちの中間熱交換器１６から室内熱交換器２２の間の第１流路３３は、蓄熱用流路３２を介して室内熱交換器２２と中間熱交換器１６との間の第２流路３４に接続されている。

ポンプ２１ａと室内熱交換器２２との間の第１流路３３は、蓄熱用流路３２を介して、室内熱交換器２２と中間熱交換器１６との間の第２流路３４に接続されている。蓄熱回路３１は、蓄熱部３５と電磁弁３６ａを備えている。第２流路３４は、電磁弁３６ｂを備えている。

蓄熱部３５は、内部に蓄熱材が充填されている。蓄熱部３５は、蓄熱用流路３２を流れる水の温度が蓄熱部３５の温度よりも高い場合、水からの熱を蓄える。また、蓄熱部３５は、蓄熱用流路３２を流れる水の温度が蓄熱部３５の温度よりも低い場合、蓄えた熱を水へ放出する。

電磁弁３６ａは、蓄熱用流路３２を介して第１流路３３と第２流路３４とが接続されるように開いたり、第１流路３３と第２流路３４とが接続されないように蓄熱用流路３２を閉じたりする。電磁弁３６ｂは、第２流路３４を介して室内熱交換器２２および蓄熱部３５と、中間熱交換器１６とが接続されるように開いたり、室内熱交換器２２および蓄熱部３５と、中間熱交換器１６とが接続されないように閉じたりする。

このように、水回路６において、室内熱交換器２２と蓄熱部３５とは並列に接続されている。そして、水回路６では、ポンプ２１ａ、２１ｂの動作と、電磁弁３６ａ、３６ｂの開／閉とによって、回路内の水の流路を制御することができる。

例えば、水回路６では、ポンプ２１ａ、２１ｂを動作させ、電磁弁３６ａを閉じ、電磁弁３６ｂを開くことで、中間熱交換器１６と室内熱交換器２２との間で水を循環させることができる。また、水回路６では、ポンプ２１ａ、２１ｂを動作させ、電磁弁３６ａ、３６ｂを開くことで、中間熱交換器１６からの水を室内熱交換器２２と蓄熱部３５に循環させることができる。水回路６では、ポンプ２１ａを動作させ、ポンプ２１ｂを停止させ、電磁弁３６ａ、３６ｂを開くことで、中間熱交換器１６と蓄熱部３５との間で水を循環させることができる。また、水回路６では、ポンプ２１ａを停止させ、ポンプ２１ｂを動作させ、電磁弁３６ａを開き、電磁弁３６ｂを閉じることで、蓄熱部３５と室内熱交換器２２との間で水を循環させることができる。

なお、水回路６については、室内熱交換器２２と蓄熱部３５とを直列に接続する構成であってもよい。図１Ｂは、実施形態にかかる空気調和機の一例を示す回路図であり、より具体的には、室内熱交換器２２と蓄熱部３５とを直列に接続する水回路６ａの一例である。

図１Ｂに示すように、水回路６ａは、ポンプ２１ｃと、室内熱交換器２２とを備えている。ポンプ２１ｃは、室外機２ａの内部に配置されている。ポンプ２１ｃは、中間熱交換器１６と室内熱交換器２２との間に接続されている。ポンプ２１ｃは、中間熱交換器１６から供給される水を室内熱交換器２２に循環させるポンプである。室内熱交換器２２は、第２流路３４ａおよび蓄熱回路３１ａを介して中間熱交換器１６に接続されている。

第２流路３４ａは、電磁弁３６ｃを備えている。蓄熱回路３１ａは、室外機２ａの内部に配置されている。蓄熱回路３１ａには、蓄熱用流路３２ａが形成されている。蓄熱用流路３２ａは、電磁弁３６ｄと蓄熱部３５を備えている。

このように室内熱交換器２２と蓄熱部３５を直列に接続する水回路６ａでは、電磁弁３６ｃ、３６ｄの開／閉によって、回路内の水の流路を制御することができる。例えば、水回路６ａでは、電磁弁３６ｃを開き、電磁弁３６ｄを閉じることで、中間熱交換器１６と室内熱交換器２２との間で水を循環させることができる。また、水回路６ａでは、電磁弁３６ｃを閉じ、電磁弁３６ｄを開くことで、中間熱交換器１６からの水を室内熱交換器２２、蓄熱部３５の順に循環させることができる。

なお、以後の説明において、ポンプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを区別しない場合はポンプ２１と称するものとする。同様に、電磁弁３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを区別しない場合は電磁弁３６と称するものとする。

図２は、実施形態にかかる空気調和機１の一例を示すブロック図である。図２に示すように、空気調和機１は、圧縮機１１、四方弁１２、電磁弁３６、室外ファン４１、室内ファン４２、室温センサ３７、ポンプ２１および蓄熱部センサ３８と電気的に接続され、各部の制御を行う制御装置４３を備えている。

室外ファン４１は、室外機２の内部に配置されている。室外ファン４１は、制御装置４３に制御され、室外熱交換器１４に外気が熱的に接触するように、外気を送風する。室内ファン４２は、室内機３の内部に配置されている。室内ファン４２は、制御装置４３に制御され、室内熱交換器２２に室内の空気が熱的に接触するように、かつ、室内熱交換器２２に熱的に接触した室内の空気が室内機３から室内に吹き出るように、室内の空気を送風する。

室温センサ３７は、室内の温度である室内温度を検出する温度センサである。蓄熱部センサ３８は、蓄熱部３５が蓄えた蓄熱量の検出にかかる各種センサである。例えば、蓄熱部センサ３８は、蓄熱部３５の温度を検出する温度センサ、蓄熱回路３１を流れる水の温度と流量を検出する温度センサおよび流量検出センサなどである。

制御装置４３は、制御部の一例としてのコンピュータであり、記憶装置４４とＣＰＵ４５とを備えている。記憶装置４４は、制御装置４３にインストールされるコンピュータプログラムを記憶し、ＣＰＵ４５により利用される情報を記憶する。ＣＰＵ４５は、制御装置４３にインストールされるコンピュータプログラムを実行することにより、情報処理を行い、空気調和機１の動作を制御する。

制御装置４３は、操作部（図示しない）による設定内容（暖房運転または冷房運転とその設定温度）と、室温センサ３７、蓄熱部センサ３８の検出結果を受け付けて圧縮機１１、四方弁１２、電磁弁３６、室外ファン４１、室内ファン４２およびポンプ２１を制御する。記憶装置４４には、圧縮機１１を駆動する際の最低圧縮機回転数が記憶されている。この最低圧縮機回転数は、圧縮機１１に固有の値であり、空気調和機１の仕様として予め決められた最も低い回転数、例えば圧縮機１１の仕様として許容される最低回転数などである。圧縮機１１は、最低圧縮機回転数より小さい圧縮機回転数では低圧気相冷媒を適切に圧縮することができず、最低圧縮機回転数以上の圧縮機回転数で低圧気相冷媒を適切に圧縮することができる。

空気調和機１が制御装置４３の制御のもとで実行する動作は、冷房運転と暖房運転とを含んでいる。

［冷房運転］
冷房運転は、たとえば、空気調和機１がユーザにより操作されたときに実行される。制御装置４３は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、四方弁１２を制御し、四方弁１２を冷房モードに切り替える。制御装置４３は、ユーザにより設定された設定温度と、室内の室温との温度差に基づいて圧縮機１１の回転数を算出し、圧縮機１１を制御することにより、吸入管１７を介して供給された低圧気相冷媒をその算出された回転数で圧縮する。低圧気相冷媒は、圧縮機１１により圧縮されることにより、高圧気相冷媒に状態変化する。圧縮機１１は、高圧気相冷媒を吐出管１８に吐出する。四方弁１２は、冷房モードに切り替えられていることにより、吐出管１８に吐出された高圧気相冷媒を室外熱交換器１４に供給する。

制御装置４３は、室外ファン４１を制御し、外気が室外熱交換器１４と熱的に接触するように、外気を送風する。室外熱交換器１４は、四方弁１２から供給された高圧気相冷媒と外気とを熱交換し、高圧気相冷媒を冷却し、外気を加熱する。高圧気相冷媒は、冷却されることにより、過冷却状態の高圧液相冷媒に状態変化する。すなわち、室外熱交換器１４は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、凝縮器として機能する。室外熱交換器１４は、さらに、高圧液相冷媒を膨張弁１５に供給する。

膨張弁１５は、室外熱交換器１４から中間熱交換器１６に流れる冷媒の流量を調節し、室外熱交換器１４から供給された高圧液相冷媒を膨張させる。高圧液相冷媒は、膨張することにより、湿り度が高い状態の低圧気液二相冷媒に状態変化する。膨張弁１５は、さらに、低圧気液二相冷媒を中間熱交換器１６に供給する。

中間熱交換器１６は、膨張弁１５から供給された低圧気液二相冷媒と、水回路６を循環する水とを熱交換し、水を冷却し、低圧気液二相冷媒を加熱する。低圧気液二相冷媒は、中間熱交換器１６により加熱されることにより、低圧気相冷媒に状態変化する。すなわち、中間熱交換器１６は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、蒸発器として機能する。中間熱交換器１６は、さらに、低圧気相冷媒を四方弁１２に供給する。四方弁１２は、冷房モードに切り替えられていることにより、中間熱交換器１６から供給された低圧気相冷媒を、吸入管１７を介して圧縮機１１に供給する。

制御装置４３は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、電磁弁３６を制御し、水が蓄熱用流路３２を流れないようにする。ポンプ２１は、中間熱交換器１６により冷却された水を室内熱交換器２２に供給し、水を水回路６に循環させる。室内熱交換器２２は、ポンプ２１から供給された水と、室内機３が設置された室内の空気とを熱交換することにより、水を加熱し、室内の空気を冷却する。加熱された水は、水回路６を循環することにより、中間熱交換器１６に供給される。制御装置４３は、室内ファン４２を制御し、室内の空気が室内熱交換器２２に熱的に接触するように、かつ、室内熱交換器２２により冷却された空気が室内に吹き出すように、室内の空気を送風する。すなわち、室内機３は、室内熱交換器２２が室内の空気を冷却することにより、室内を冷房する。

［暖房運転］
暖房運転は、たとえば、空気調和機１がユーザにより操作されたときに実行される。制御装置４３は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、四方弁１２を制御し、四方弁１２を暖房モードに切り替える。制御装置４３は、ユーザにより設定された設定温度と、室内の室温との温度差に基づいて回転数を算出し、圧縮機１１を制御することにより、吸入管１７を介して供給された低圧気相冷媒をその算出された回転数で圧縮する。低圧気相冷媒は、圧縮機１１により圧縮されることにより、高圧気相冷媒に状態変化する。圧縮機１１は、高圧気相冷媒を吐出管１８に吐出する。四方弁１２は、暖房モードに切り替えられていることにより、吐出管１８に吐出された高圧気相冷媒を中間熱交換器１６に供給する。

中間熱交換器１６は、四方弁１２から供給された高圧気相冷媒と、水回路６を循環する水とを熱交換し、水を加熱し、高圧気相冷媒を冷却する。高圧気相冷媒は、中間熱交換器１６により冷却されることにより、過冷却状態の高圧液相冷媒に状態変化する。すなわち、中間熱交換器１６は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、凝縮器として機能する。中間熱交換器１６は、さらに、高圧液相冷媒を膨張弁１５に供給する。

膨張弁１５は、中間熱交換器１６から室外熱交換器１４に流れる冷媒の流量を調節し、室外熱交換器１４から供給された高圧液相冷媒を膨張させる。高圧液相冷媒は、膨張することにより、湿り度が高い状態の低圧気液二相冷媒に状態変化する。膨張弁１５は、さらに、低圧気液二相冷媒を室外熱交換器１４に供給する。

制御装置４３は、室外ファン４１を制御し、外気が室外熱交換器１４に熱的に接触するように、外気を送風する。室外熱交換器１４は、膨張弁１５から供給された低圧気液二相冷媒と外気とを熱交換し、低圧気液二相冷媒を加熱し、外気を冷却する。低圧気液二相冷媒は、加熱されることにより、湿り度が低い状態の低圧気相冷媒に状態変化する。すなわち、室外熱交換器１４は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、凝縮器として機能する。室外熱交換器１４は、さらに、低圧気相冷媒を四方弁１２に供給する。四方弁１２は、暖房モードに切り替えられていることにより、室外熱交換器１４から供給された低圧気相冷媒を吸入管１７に供給し、吸入管１７を介して低圧気相冷媒を圧縮機１１に供給する。

ポンプ２１は、中間熱交換器１６により加熱された水を室内熱交換器２２に供給し、水を水回路６に循環させる。室内熱交換器２２は、ポンプ２１から供給された水と、室内機３が設置された室内の空気とを熱交換することにより、水を冷却し、室内の空気を加熱する。加熱された水は、水回路６を循環することにより、中間熱交換器１６に供給される。制御装置４３は、室内ファン４２を制御し、室内の空気が室内熱交換器２２に熱的に接触するように、かつ、室外機２により加熱された空気が室内に吹き出すように、室内の空気を送風する。すなわち、室内機３は、室内熱交換器２２が室内の空気を加熱することにより、室内を暖房する。

制御装置４３は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、設定温度と、室内の室温との温度差に基づいて、暖房専用運転、暖房兼蓄熱運転、蓄熱暖房運転との切り替えを行う。

ここで、暖房専用運転とは、例えば、ポンプ２１ａ、２１ｂを動作させ、電磁弁３６ａを遮断、電磁弁３６ｂを開放することで、中間熱交換器１６により加熱された水を室内熱交換器２２のみに循環させる運転モードである。この運転モードでは、室外機２側の冷媒回路５より中間熱交換器１６を介して伝達された出力（熱量）は、そのまま室内熱交換器２２より室内に出力されることとなる。

また、暖房兼蓄熱運転とは、例えば、ポンプ２１ａ、２１ｂを動作させ、電磁弁３６ａ、３６ｂを開くことで、中間熱交換器１６からの水を室内熱交換器２２と蓄熱部３５に循環させる運転モードである。この運転モードでは、室外機２側の冷媒回路５より中間熱交換器１６を介して伝達された出力（熱量）は、室内熱交換器２２と、蓄熱部３５とに出力されることとなる。

また、蓄熱暖房運転とは、例えば、ポンプ２１ａを停止させ、ポンプ２１ｂを動作させ、電磁弁３６ａを開き、電磁弁３６ｂを閉じることで、蓄熱部３５と室内熱交換器２２との間で水を循環させる運転モードである。また、この運転モードでは、圧縮機１１の駆動を停止させ、冷媒回路５における冷凍サイクルを停止する。よって、この運転モードでは、冷媒回路５における冷凍サイクルが停止されたままで、蓄熱部３５が蓄えた熱が室内熱交換器２２より出力されることとなる。

ここで、制御装置４３が制御する暖房専用運転、暖房兼蓄熱運転および蓄熱暖房運転の切り替え動作について詳細に説明する。図３は、実施形態にかかる空気調和機１の動作例を示すフローチャートである。

図３に示すように、室内温度と設定温度の差に基づいて圧縮機１１を駆動する暖房運転が開始されると、制御装置４３は、その温度差に基づいて空気調和機１の暖房能力が空調負荷を上回っているか否かを判定する（Ｓ１）。暖房能力とは、室内熱交換器２２での冷媒と空気との熱交換量に言い換えることができる。なお、暖房運転開始時の運転モードは、暖房専用運転とする。

例えば、制御装置４３は、圧縮機１１を駆動した暖房運転を予め定めた所定時間だけ継続したとき、室内温度と設定温度との温度差が所定値（例えば温度差１度）を下回る場合、暖房能力が空調負荷を上回っているものと判定する。また、制御装置４３は、室内温度と設定温度との温度差の時間変化をもとに、単位時間あたりに縮まる温度差の変化量が所定値を上回る場合、暖房能力が空調負荷を上回っているものと判定してもよい。

空気調和機１の暖房能力が空調負荷を上回っていない場合（Ｓ１：Ｎｏ）、制御装置４３は、Ｓ１の処理を戻し、そのまま暖房専用運転を継続する。

空気調和機１の暖房能力が空調負荷を上回っている場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御装置４３は、空気調和機１における暖房能力を落とすため、圧縮機１１の回転数を予め定めた所定の値だけ低下させる（Ｓ２）。

ついで、制御装置４３は、圧縮機１１の回転数が記憶装置４４に記憶された最低圧縮機回転数と一致するか否かを判定する（Ｓ３）。圧縮機１１の回転数が最低圧縮機回転数と一致しない場合（Ｓ３：Ｎｏ）、すなわち圧縮機１１の回転数が最低圧縮機回転数より大きい場合、制御装置４３は、Ｓ１へ処理を戻す。したがって、圧縮機１１の回転数が最低圧縮機回転数より大きい場合、制御装置４３は、暖房専用運転を継続する。

圧縮機１１の回転数が最低圧縮機回転数と一致する場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御装置４３は、運転モードを暖房兼蓄熱運転に切り替える（Ｓ４）。このように、圧縮機１１を最低圧縮機回転数で駆動して暖房能力を最も低くしているにもかかわらず、空気調和機１の暖房能力が空調負荷を上回っている場合、制御装置４３は、暖房兼蓄熱運転に切り替える。これにより、室外機２側の冷媒回路５より中間熱交換器１６を介して伝達された出力（熱量）は、室内熱交換器２２と、蓄熱部３５とに出力されることとなる。このため、空気調和機１では、室外機２側からの出力の一部で蓄熱部３５での蓄熱を行うことができるとともに、室内熱交換器２２による暖房能力を更に低く抑えることができる。これにより、暖房能力と室内温度の上昇による運転停止が生じないようにすることができる。したがって、空気調和機１では、断続運転が繰り返されて室内温度の変動が大きくなるような、快適性が低下する事態を抑止できる。

次いで、制御装置４３は、蓄熱部センサ３８による検出結果に基づいて、蓄熱部３５が蓄えた熱量（蓄熱量）が蓄熱部３５の蓄熱限界量以上となっているか否かを判定する（Ｓ５）。

蓄熱部センサ３８による検出結果に基づいて制御装置４３が行う、蓄熱量が蓄熱限界量以上であるか否かの判定方法については、次のようなものがある。

まず、蓄熱部３５の蓄熱材温度は室内凝縮温度を上回ることがないため、蓄熱部３５における蓄熱材温度と室内側凝縮温度の温度差が閾値以下である場合に蓄熱量が蓄熱限界量以上であるとする判定方法がある。この判定方法における温度差の閾値は、例えば１℃などとしてもよい。

また、蓄熱部３５で熱交換しなくなれば蓄熱部３５における蓄熱が終了していると判断できることから、蓄熱部３５の入口と、蓄熱部３５の出口とにおける水の温度差が閾値以下である場合に蓄熱量が蓄熱限界量以上であるとする判定方法がある。この判定方法における温度差の閾値は、例えば１℃などとしてもよい。

また、蓄熱部３５の蓄熱材の設計許容温度まで上昇した場合には蓄熱が終了していると判断できることから、蓄熱部３５の蓄熱材温度が閾値以上である場合に蓄熱量が蓄熱限界量以上であるとする判定方法がある。

図４は、蓄熱材の温度と蓄熱量との関係を説明する説明図である。図４に示すように、蓄熱材には、蓄熱する際に相変化を伴うものと、相変化を伴わないものがある。Ｇ１は相変化を伴わない顕熱によって蓄熱する蓄熱材であり、Ｇ２は相変化を伴う潜熱によって蓄熱する蓄熱材である。グラフＧ１、Ｇ２ともに、グラフの傾きは物性（比熱）により定まるが、グラフＧ２では相変化において、温度と蓄熱量が比例しない場合がある。しかしながら、相変化を伴う潜熱蓄熱材であっても、ある程度は温度で蓄熱量がわかる。したがって、蓄熱材の設計許容温度とする閾値（例えば５５℃）まで蓄熱部３５の蓄熱材温度が上昇した場合には蓄熱量が蓄熱限界量以上であると判定してもよい。

また、制御装置４３は、蓄熱量を計算し、その計算した蓄熱量が閾値以上である場合に蓄熱量が蓄熱限界量以上であると判定してもよい。例えば、制御装置４３は、蓄熱部３５の入口と、蓄熱部３５の出口とにおける水の温度差と、その水の流量（ポンプ回転数など）から蓄熱熱交換量［Ｗ］を算出する。ついで、制御装置４３は、蓄熱熱交換量［Ｗ］と蓄熱時間［ｓ］から蓄熱量［ｋＪ］を算出する。ついで、制御装置４３は、算出した蓄熱量［ｋＪ］が閾値（例えば１０００［ｋＪ］）以上である場合に、蓄熱量が蓄熱限界量以上であると判定する。

蓄熱量が蓄熱限界量以上でない場合（Ｓ５：Ｎｏ）、制御装置４３は、Ｓ５へ処理を戻し、暖房兼蓄熱運転を継続する。

蓄熱量が蓄熱限界量以上である場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、制御装置４３は、運転モードを蓄熱暖房運転に切り替える（Ｓ６）。これにより、空気調和機１では、冷媒回路５における冷凍サイクルが停止されたままで、蓄熱部３５が蓄積した熱が室内熱交換器２２より出力されることとなる。

ついで、制御装置４３は、蓄熱部センサ３８による検出結果に基づいて、蓄熱部３５が蓄えた熱量（蓄熱量）が所定蓄熱量以下となっているか否かを判定する（Ｓ７）。

蓄熱部センサ３８による検出結果に基づいて制御装置４３が行う、蓄熱量が所定蓄熱量以下であるか否かの判定方法については、次のようなものがある。

まず、蓄熱部３５の蓄熱量が減ることで、その蓄熱材温度が閾値以下となった場合に、蓄熱量が所定蓄熱量以下であるとする判定方法がある。この判定方法における閾値は、蓄熱部３５の蓄熱材に応じて、例えば３５℃などとしてもよい。

また、蓄熱部３５の蓄熱材から得られる熱が減ることで、蓄熱部３５の出口からの水の温度が閾値以下となった場合に、蓄熱量が所定蓄熱量以下であるとする判定方法がある。この判定方法における閾値は、蓄熱部３５の蓄熱材に応じて、例えば３５℃などとしてもよい。

また、室内側で熱交換しても不快となるため、室内熱交換器２２の入口における水の温度が閾値以下となった場合に、蓄熱量が所定蓄熱量以下であるとする判定方法がある。この判定方法における閾値は、室温等に応じて、例えば３５℃などとしてもよい。

また、室内側で熱交換できていない場合（能力が確保できていない）を想定し、室内熱交換器２２の入口と、室内熱交換器２２の出口とにおける水の温度差が閾値以下となった場合に、蓄熱量が所定蓄熱量以下であるとする判定方法がある。この判定方法における閾値は、例えば５℃などとしてもよい。

また、制御装置４３は、現在の蓄熱部３５の蓄熱量を計算し、その計算した蓄熱量が閾値以下であるか否かを判定してもよい。具体的には、制御装置４３は、蓄熱運転前の蓄熱量から蓄熱暖房中に蓄熱材から持ち出された熱量を減じることで、現在の蓄熱部３５の蓄熱量を計算する。ついで、制御装置４３は、計算した蓄熱量が閾値（例えば０［ｋＪ］）以下であるか否かを判定する。

蓄熱部３５が蓄積した熱量（蓄熱量）が所定蓄熱量以下となっていない場合（Ｓ７：Ｎｏ）、制御装置４３は、Ｓ７へ処理を戻し、蓄熱暖房運転を継続する。

蓄熱部３５が蓄積した熱量（蓄熱量）が所定蓄熱量以下となっている場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、制御装置４３は、蓄熱暖房運転を終了する。なお、この蓄熱暖房運転終了後において、暖房運転を継続する場合には、制御装置４３は、Ｓ１に処理を戻すこととなる。

図５は、実施形態にかかる空気調和機の運転例を説明する説明図である。図５において、上から１段目のグラフは、縦軸を温度［℃］、横軸を空気調和機１の運転時間［ｈ］とし、室温と設定温度との関係を示している。また、上から２段目のグラフは、縦軸を圧縮機１１の回転数［ｒｐｍ］、横軸を空気調和機１の運転時間［ｈ］とし、圧縮機１１の時間変化を示している。また、上から３段目のグラフは、縦軸を蓄熱部３５の蓄熱量［Ｊ］、横軸を空気調和機１の運転時間［ｈ］とし、蓄熱部３５の時間変化を示している。また、上から４段目のグラフは、縦軸を空気調和機１の暖房能力［Ｗ］、横軸を空気調和機１の運転時間［ｈ］とし、暖房能力の時間変化を示している。

図５に示すように、暖房運転開始時（ｔ０）より室温が設定温度に到達（所定値まで近づく）し、かつ、圧縮機１１が最低回転数となる時刻（ｔ１）までの間は、圧縮機１１の回転数を調節しながら暖房専用運転が行われる。

ついで、圧縮機１１が最低回転数となった時刻（ｔ１）より、蓄熱部３５が蓄熱完了（蓄熱量が蓄熱限界量となる）する時刻（ｔ２）までの間は、暖房兼蓄熱運転が行われる。この暖房兼蓄熱運転時（ｔ１～ｔ２）においては、余剰能力を蓄熱部３５への蓄熱に回すことで空気調和機１の暖房能力が引き下げられることとなる。すなわち、暖房兼蓄熱運転時（ｔ１～ｔ２）には、蓄熱を利用した暖房能力の引き下げを行うことができる。これにより、暖房能力と室内温度の上昇による運転停止が生じないようにすることができる。したがって、空気調和機１では、断続運転が繰り返されて室内温度の変動が大きくなるような、快適性が低下する事態を抑止できる。

図６は、蓄熱を利用した能力の引き下げを説明する説明図である。図６に示すように、暖房兼蓄熱運転時（ｔ１～ｔ２）では、室外機２の出力（熱量）の一部は、蓄熱部３５における蓄熱に利用される。このため、室内熱交換器２２からの出力（暖房能力）は、引き下げられることとなる。

ついで、蓄熱部３５が蓄熱完了（蓄熱量が蓄熱限界量となる）する時刻（ｔ２）から、その蓄熱量が所定値（例えば０［Ｊ］）以下となる時刻（ｔ３）までの間は、蓄熱暖房運転が行われる。これにより、空気調和機１では、圧縮機１１を駆動することなく、蓄熱部３５の蓄熱を利用した暖房運転を継続することができる。そして、制御装置４３は、蓄熱部３５の蓄熱量が所定値となった時刻（ｔ３）以後は、圧縮機１１を再起動させることで、暖房専用運転または暖房兼蓄熱運転を行う。

図７は、従来の空気調和機の運転例を説明する説明図である。図７において、上から１段目のグラフは、縦軸を温度［℃］、横軸を従来の空気調和機の運転時間［ｈ］とし、室温と設定温度との関係を示している。また、上から２段目のグラフは、縦軸を従来の空気調和機における圧縮機の回転数［ｒｐｍ］、横軸を従来の空気調和機の運転時間［ｈ］とし、圧縮機の時間変化を示している。また、上から３段目のグラフは、縦軸を従来の空気調和機の暖房能力［Ｗ］、横軸を従来の空気調和機の運転時間［ｈ］とし、暖房能力の時間変化を示している。

図７に示すように、従来の空気調和機では、暖房運転開始時（ｔ１０）より室温が設定温度に到達（所定値まで近づく）し、かつ、圧縮機が最低回転数となる時刻（ｔ１１）までの間は、圧縮機の回転数を調整した暖房運転が行われる。ついで、従来の空気調和機では、圧縮機を最低回転数とした暖房運転を継続し、室温が設定温度範囲の上限に達した時刻（ｔ１２）で、圧縮機の駆動を停止させることとなる。この圧縮機の駆動停止により、従来の空気調和機における暖房能力は０となり、室温が低下する。そして、室温が設定温度範囲の下限に達した時刻（ｔ１３）で、従来の空気調和機は、圧縮機を再起動させる。これにより、室温は再度上昇に転ずることとなる。

図６と、図７における室温と設定温度との関係を示しているグラフ（上から１段目）を比較しても明らかなように、実施形態にかかる空気調和機１では、従来の空気調和機と比べて設定温度に対する室内温度の変動がより小さくなっている。このように、実施形態にかかる空気調和機１では、快適性の低下を抑制することができる。

図８は、変形例にかかる空気調和機の一例を示す回路図である。変形例にかかる空気調和機１は、既述の空気調和機１の水回路６が省略され、冷媒回路５が他の冷媒回路６１に置換されている。冷媒回路６１は、既述の実施形態の空気調和機１の冷媒回路５の中間熱交換器１６が室内熱交換器６２に置換され、他の部分は、既述の冷媒回路５と同じである。室内熱交換器６２は、室内機３の内部に配置されている。室内ファン４２は、室内熱交換器６２に室内の空気が熱的に接触するように、かつ、室内熱交換器６２に熱的に接触した室内の空気が室内機３から室内に吹き出るように、室内の空気を送風する。

変形例の空気調和機は、蓄熱回路６３をさらに備えている。室内機３は、室外機２の内部に配置されている。蓄熱回路６３には、蓄熱用流路６４が形成されている。冷媒回路６１のうちの膨張弁１５と室内熱交換器６２との間の第１流路６５は、蓄熱用流路６４を介して、室内熱交換器６２と四方弁１２との間の第２流路６６に接続されている。蓄熱回路６３は、蓄熱部６７と電磁弁６８とを備えている。蓄熱部６７は、内部に蓄熱材が充填されている。蓄熱部６７は、蓄熱用流路６４を流れる冷媒に熱的に接触する。電磁弁６８は、第１流路６５と第２流路６６とが接続されるように開いたり、第１流路６５と第２流路６６とが接続されないように閉じたりする。

制御装置４３は、上述した実施形態の空気調和機１と同様に、圧縮機１１と四方弁１２と室外ファン４１と室内ファン４２とを制御し、また、上述した実施形態の空気調和機１の電磁弁３６と同様に、電磁弁６８を制御する。例えば、制御装置４３は、冷媒の流路が暖房専用運転、暖房兼蓄熱運転に対応したものとなるように、電磁弁６８の開／閉を制御する。この変形例のように、１つの冷媒回路６１に、蓄熱回路６３を備える構成であってもよい。

以上、空気調和機の実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

以上のように、空気調和機１は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、室内の空気と冷媒を熱交換する室内機３と、室外の空気と冷媒を熱交換する室外機２と、冷媒と熱交換する蓄熱部３５と、室内の温度である室内温度を検出する室温センサ３７と、室内温度と設定温度の差に基づいて圧縮機１１を駆動し、且つ、その差が所定値を下回ったときに蓄熱部３５での熱交換を行わせる制御装置４３とを有する。

これにより、空気調和機１では、室内温度と設定温度の差が所定値を下回ったときには蓄熱部３５での熱交換が行われるようにして、余剰な暖房能力を蓄熱部３５での蓄熱に回すことで、室内温度の上昇による運転停止が生じないようにすることができる。したがって、空気調和機１では、断続運転が繰り返されて室内温度の変動が大きくなるような、快適性が低下する事態を抑止できる。

また、空気調和機１は、第１の冷媒を循環させる冷媒回路５と、第２の冷媒を循環させる水回路６と、第１の冷媒と、第２の冷媒とを熱交換する中間熱交換器１６と、を有する。空気調和機１において、圧縮機１１と、室外機２とは、冷媒回路５に含まれる。また、室内機３と、蓄熱部３５とは、水回路６に含まれる。

このように、空気調和機１は、室内機３に用いる冷媒と、室外機２に用いる冷媒とを独立して循環させる構成であってもよい。このような構成を用いることで、例えば、室外機２に用いる冷媒が室内機３側に漏れるような事態を抑制することができる。

また、空気調和機１は、蓄熱部３５が蓄積した蓄熱量を検出する検出部を更に有し、制御装置４３は、蓄熱部３５での熱交換を行わせているときに、検出した蓄熱量が所定値となった場合、圧縮機１１の駆動を停止し、且つ、室内機３に流入する冷媒を蓄熱部３５で熱交換させる。これにより、空気調和機１では、余剰な暖房能力で蓄熱部３５に蓄積した熱を用いた効率のよい暖房運転を実現できる。

また、空気調和機１において、室内機３と、蓄熱部３５とは、水回路６ａにおいて直列に接続される。このような直列な構成とすることで、例えば、並列の場合と比較して、冷媒を循環させるためのポンプ２１の個数などを削減し、より低コストに運用することができる。

また、空気調和機１において、第１の冷媒は、Ｒ３２またはＲ２９０（プロパン）である。空気調和機１では、Ｒ３２またはＲ２９０（プロパン）を冷媒とする構成において、室内機３側に水回路を採用することでそのＲ２９０が室内機３側に漏れるような事態を抑制することができる。また、空気調和機１において、第２の冷媒は水または不凍液である。

また、空気調和機１は、圧縮機１１を最低回転数で運転し、且つ、室内温度と設定温度の差が所定値を下回ったときに蓄熱部３５での熱交換を行わせる。これにより、空気調和機１では、圧縮機１１を最低回転数で運転した状態における余剰能力を蓄熱部３５での熱交換に利用して、暖房能力のさらなる引き下げを行うことができる。

１…空気調和機
２、２ａ…室外機
３…室内機
５…冷媒回路
６、６ａ…水回路
１１…圧縮機
１２…四方弁
１４…室外熱交換器
１５…膨張弁
１６…中間熱交換器
１７…吸入管
１８…吐出管
２１、２１ａ～２１ｃ…ポンプ
２２、６２…室内熱交換器
３１、３１ａ、６３…蓄熱回路
３２、３２ａ、６４…蓄熱用流路
３３、３３ａ、６５…第１流路
３４、３４ａ、６６…第２流路
３５、６７…蓄熱部
３６、３６ａ～３６ｄ、６８…電磁弁
３７…室温センサ
３８…蓄熱部センサ
４１…室外ファン
４２…室内ファン
４３…制御装置
４４…記憶装置
４５…ＣＰＵ
６１…冷媒回路
Ｇ１、Ｇ２…グラフ
ｔ０～ｔ３、ｔ１０～ｔ１３…時刻

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   室内の空気と前記冷媒を熱交換する室内機と、
   室外の空気と前記冷媒を熱交換する室外機と、
   前記冷媒と熱交換する蓄熱部と、
   前記室内の温度である室内温度を検出する室温センサと、
   前記蓄熱部の温度を検出する蓄熱センサと、
   前記室内温度と設定温度の差に基づいて前記圧縮機を駆動し、且つ、前記差が所定値を下回ったときに前記蓄熱部での熱交換を行わせる制御部と、
   前記蓄熱センサの検出結果に基づいて算出した前記蓄熱部が蓄積した蓄熱量が当該蓄熱部の蓄熱限界量以上であるか否かを判定する判定部と、を有し、
   前記制御部は、前記蓄熱部での熱交換を行わせているときに、前記蓄熱部が蓄積した蓄熱量が前記蓄熱限界量以上である場合、前記圧縮機の駆動を停止し、且つ、前記室内機に流入する冷媒を前記蓄熱部で熱交換させる、
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 第１の冷媒を循環させる第１の冷媒回路と、
   第２の冷媒を循環させる第２の冷媒回路と、
   前記第１の冷媒と、前記第２の冷媒とを熱交換する熱交換器と、を有し、
   前記圧縮機と、前記室外機とは、前記第１の冷媒回路に含まれ、
   前記室内機と、前記蓄熱部とは、前記第２の冷媒回路に含まれる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記室内機と、前記蓄熱部とは、前記第２の冷媒回路において直列に接続される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記第１の冷媒は、Ｒ２９０（プロパン）である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
5. 前記制御部は、前記圧縮機を最低回転数で運転し、且つ、前記差が所定値を下回ったときに前記蓄熱部での熱交換を行わせる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空気調和機。

Images