JP2000146344A

JP2000146344A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2000146344A
Application number: JP11250289A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Yoshida; 康孝吉田; Susumu Nakayama; 進中山; Koji Naito; 宏治内藤; Satoru Yoshida; 悟吉田; Hiroshi Takenaka; 寛竹中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2000-05-26
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: JP3704638B2

Abstract

(57)【要約】【課題】四方弁を２つ有する室外機を備えた空気調和
機で、暖房→除霜の切替え時、室外機の高圧側と低圧側
の短絡による四方弁の不動作を防止する。【解決手段】冷媒順路として、室外機５は、圧縮機６
吐出側で分岐して一方に四方弁10-1、室外熱交換器7-
1、室外膨張弁12-1が、他方に四方弁10-2、室外熱交換
器7-2、室外膨張弁12-2が順に接続し、各室外膨張弁か
ら液側配管18を経て室内機(図示なし)に至り、室内機か
らガス側管路17を経て室外機５に戻り分岐して一方に順
方向連通の逆止弁70を介して四方弁10-1が、他方に四方
弁10-2が接続して構成され、冷媒は除霜時に順路に従
い、暖房時に逆方向に流れる空気調和機において、暖房
→除霜の切替え時に圧縮機６吐出圧力と吸入圧力の差が
所定値以上で四方弁10-2を切り替え(図中(c)→(a))、室
外熱交換器7-2のガス側圧力の上昇後に四方弁10-1を切
り替える((a)→(b))よう制御して不動作(d)を回避す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１台の室外機と１
台以上の室内機とからなり、室外機は、四方弁、室外熱
交換器及び室外膨張弁からなるラインを２つ有する空気
調和機にかかり、特に冷房、暖房、除霜の運転モード切
り替えを支障なく、スムーズに行うのに好適な空気調和
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ冷凍サイクルの空気調和機
においては、暖房運転時に、室外空気温度が低下する
と、室外熱交換器における冷媒が蒸発しにくくなり、冷
媒の蒸発圧力、蒸発温度が低下する。そのため、熱交換
を行っている空気の凝縮温度も低下し、空気中の水分が
室外熱交換器表面に霜として付着するため、その着霜に
対して除霜する必要がある。四方弁が１つの冷凍サイク
ルにおいては、除霜方法としては、四方弁を切替えるこ
とによって冷媒を冷房運転と同じ順循環方向とし、室外
熱交換器に高圧高温の冷媒を流入させる逆サイクル除霜
があり、また、圧縮機吐出口付近から室外熱交換器にバ
イパスするバイパス回路を開閉させ、高温冷媒を流入さ
せるホットガス除霜等がある。

【０００３】逆サイクル除霜を実施する時、四方弁を切
り替えるが、その時に四方弁の不動作というものが懸念
される。従来の四方弁を１つだけ有する冷凍サイクルの
空気調和機は、逆サイクル除霜を行う際、四方弁の不動
作に関して、圧縮機冷媒吐出圧力（高圧側）、圧縮機冷
媒吸入圧力（低圧側）の差圧を考慮するだけでよかっ
た。これは、高圧側と低圧側の圧力差が四方弁を作動さ
せる駆動力であるので、圧力差が十分にとれている時
は、四方弁を作動させる信号を送っても、不動作なしに
四方弁が作動するからである。しかし、四方弁を１つだ
け有する冷凍サイクルの逆サイクル除霜は、不動作回避
のための差圧確保が、冷凍サイクルを構成する配管に衝
撃を与え、配管振動、それによる衝撃音の発生という障
害を招いていた。

【０００４】一方、四方弁を複数有する冷凍サイクルの
空気調和機は、冷房、暖房、除霜のモード切り替え時、
複数の四方弁が順次切り替えられるために、配管衝撃を
低減させることができる。ところが四方弁を複数有する
冷凍サイクルの空気調和機においては、高圧側と低圧側
の圧力差だけでは不十分なことが発生する。それは、図
８(ｄ)に示すＯＮ−ＯＮ組合せのように、空気調和機が
不動作モードとなることである。すなわち、圧縮機から
吐出された高圧の冷媒は、第２四方弁１０-２を通過し
た後に分流して、一方は室内機側に送られるが、他方は
逆止弁から第１四方弁１０-２を経て圧縮機６の吸入側
（低圧側）に流入することにより高圧側と低圧側が短絡
し、高圧側と低圧側との差圧がとれなくなり、二度と四
方弁を動かすことの出来ない不動作モードとなることが
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、四方弁、室
外熱交換器及び室外膨張弁からなるラインを２つ有する
室外機を備えた空気調和機において、上記の問題点であ
る不動作モードを回避でき、信頼性及び安定性のある空
気調和機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の空気調和機は、室内膨張弁、室内熱
交換器を有する室内機と、圧縮機、第１室外熱交換器、
第２室外熱交換器、第１四方弁及び第２四方弁を有する
室外機とを備えた空気調和機であって、圧縮機の吐出圧
力を検出する吐出圧力検知器及び吸入圧力を検出する吸
入圧力検知器と、空気調和機を暖房運転から除霜運転に
切換える際、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧力差が
所定値以上のときに、第２四方弁を切り替え、その後に
第１四方弁を切り替える四方弁制御装置とを備えたこと
を特徴とする。

【０００７】本発明の第２の空気調和機は、室内膨張
弁、室内熱交換器を有する室内機と、圧縮機、第１室外
熱交換器及び第２室外熱交換器を有する室外機とを備え
た空気調和機であって、第１室外熱交換器に接続された
第１四方弁及び第２室外熱交換器に接続された第２四方
弁と、第２四方弁を切替えた後、切替え後の第２室外熱
交換器のガス側圧力の上昇値が予め決められたしきい値
以上となることを確認して第１四方弁を切替えるように
制御する四方弁制御装置とを備えたことを特徴とする。

【０００８】本発明の第３の空気調和機は、室内膨張
弁、室内熱交換器を有する室内機と、圧縮機、第１室外
熱交換器及び第２室外熱交換器を有する室外機とを備え
た空気調和機であって、第１室外熱交換器に接続された
第１四方弁及び第２室外熱交換器に接続された第２四方
弁と、空気調和機を除霜運転から暖房運転に復帰する
際、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧力差が所定値以
上のときに第１四方弁を切り替え、その後第１室外熱交
換器のガス側圧力が予め決められたしきい値よりも低下
してから第２四方弁を切り替える四方弁制御装置とを備
えたことを特徴とする。

【０００９】本発明の第４の空気調和機は、圧縮機、複
数の室外熱交換器、複数の四方弁を有する室外機を備え
た空気調和機であって、複数の四方弁のうち少なくとも
２つを切替える際、一方の四方弁を切替え、その後室外
熱交換器のガス側圧力の変化により他方の四方弁の切替
えを制御することを特徴とする。

【００１０】本発明の第５の空気調和機は、室外機と室
内機が液側管路及びガス側管路で接続されてなり、冷媒
の順循環路として、室外機は、駆動周波数可変式圧縮機
の吐出側で分岐する配管の一方に第１四方弁、第１室外
熱交換器及び第１室外膨張弁が順に接続し、他方に第２
四方弁、第２室外熱交換器及び第２室外膨張弁が順に接
続し、各室外膨張弁の出側は合流して液側配管に接続す
るよう構成され、室内機は液配管側から順に室内膨張弁
及び室内熱交換器が接続するよう構成され、この室内熱
交換器に接続するガス側管路から室外機に戻り分岐する
配管の一方には順方向に連通する逆止弁を介して第１四
方弁が接続し、他方に第２四方弁が接続するように構成
され、冷媒は、冷房及び除霜運転時には順循環路にそっ
て、暖房時には順循環路とは逆方向に流れる空気調和機
であって、圧縮機吐出圧力の検知手段、圧縮機吸入圧力
の検知手段、及び第１、第２室外熱交換器それぞれのガ
ス側圧力を検知する各検知手段と、各圧力の検出値によ
り第１及び第２四方弁を操作する四方弁制御装置とを設
け、そしてこの四方弁制御装置は、暖房運転から除霜運
転に切り替える際、圧縮機吐出圧力と圧縮機吸入圧力と
の圧力差が所定値以上のときに、まず第２四方弁を切り
替え、第２室外熱交換器のガス側圧力が上昇した後に第
１四方弁を切り替えるよう制御することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により具体的に説明する。図２は、本発明の一実施の形
態の空気調和機の構成図である。この空気調和機は、室
外機５と、室外機５に接続し互いに並列に設置された複
数（Ｎ)台の室内機１３１、１３Ｎとからなる。室外機
５と各室内機１３１、１３Ｎはガス側管路１７及び液側
管路１８等により配管接続されて閉回路を形成し、その
閉回路の中に冷媒を封入している。なお、空気調和機は
１台の室外機と１台室内機との組合せから構成してもよ
い。

【００１２】室外機５は、１台あるいは複数台の駆動周
波数可変式圧縮機６と、圧縮機６吐出側に順に配管接続
される第１四方弁１０-１、第１室外熱交換器７-１及び
第１室外膨張弁１２-１と、同じく圧縮機６吐出側に順
に配管接続される第２四方弁１０-２、第２室外熱交換
器７-２及び第２室外膨張弁１２-２とを備えている。第
１四方弁１０-１、第１室外熱交換器７-１及び第１室外
膨張弁１２-１と、第２四方弁１０-１、第２室外熱交換
器７-２及び第２室外膨張弁１２-２は、互いに並列して
圧縮機６に接続している。第１室外熱交換器７-１及び
第２室外熱交換器７-２は、それぞれ室外ファン８を備
えている。また、室内機と室外機間にあるガス側管路１
７から室外機５内の第１四方弁１０-１に戻る管路には
逆止弁７０が設置されている。ガス側管路１７から第２
四方弁１０-２は直接に配管接続されている。室外機５
は、その他、圧縮機６の冷媒吸入側にアキュムレータ９
を備え、また第１、第２室外膨張弁１２-１、１２-２と
液側管路１８とを接続する配管に液タンク１１を備えて
いる。

【００１３】一方、室内機１３１は、室内膨張弁１６１
と室内熱交換器１４１を順次に配管接続して備え、また
室内機１３Ｎは室内膨張弁１６Ｎと室内熱交換器１４Ｎ
を順次に配管接続して備えている。また室内熱交換器１
４１は室内ファン１５１を備え、室内熱交換器１４Ｎは
室内ファン１５Ｎを備えている。室内熱交換器１４１、
１４Ｎは、それぞれ各室内ファン１５１、１５Ｎの送風
により室内空気と熱交換を行い、そして各室内膨張弁１
６１、１６Ｎは、それぞれの室内熱交換器１４１、１４
Ｎの冷媒の流量を調節する。

【００１４】室内機１３１、１３Ｎと室外機５は、分岐
管１９１を介してガス側管路１７により接続され、また
分岐管１９Ｎを介して液側管路１８により接続されて、
室外機５と各室内機１３１、１３Ｎ間に閉回路が形成さ
れている。その閉回路の中には冷媒が封入されている。

【００１５】さらに、室外機６は、室外空気温度を検知
する温度検知器２０、室外熱交換器液側温度を検知する
温度検知器２１、室外熱交換器ガス側温度を検知する温
度検知器２２、圧縮機６の冷媒吐出温度検知器２３、圧
縮機６の冷媒吸入圧力検知器２４、圧縮機６の吐出圧力
検知器２５、第１及び第２室外熱交換器７-１、７-２そ
れぞれのガス側圧力を検知する各圧力検知器２６、室外
機と室内機間のガス側管路１７の圧力を検知する圧力検
知器２７、圧縮機６の消費電力を検知する電力検知器２
８、各室外ファン８の消費電力を検知する各電力検知器
２９、圧縮機６の周波数を操作するインバータ圧縮機駆
動周波数操作器３０、各室外ファン８の送風能力を操作
する各送風能力操作器３１、第１及び第２室外膨張弁１
２-１、１２-２それぞれの開度を操作する各開度操作器
３２、第１及び第２四方弁１０-１、１０-２それぞれの
冷媒方向を切替える操作を行う各四方弁操作器３３を有
している。

【００１６】一方、各室内機１３１、１３Ｎは、利用部
の室内空気温度を検知する温度検知器３４１、３４Ｎ、
その利用部への吹き出し空気温度を検知する温度検知器
３５１、３５Ｎ、室内ファン１５１、１５Ｎの消費電力
を検知する電力検知器３８１、３８Ｎ、室内ファン１５
１、１５Ｎの送風能力を操作する送風能力操作器３９
１、３９Ｎ、室内膨張弁１６１、１６Ｎの冷媒循環量を
操作する室内膨張弁開度操作器４０１、４０Ｎ、予め与
えられた温湿度設定値を記憶、あるいは使用者が好みの
温湿度を設定するためのリモコン４１１、４１Ｎを有し
ている。

【００１７】さらに、必要に応じて除霜を開始すべきか
の判定を行う演算運転装置４２を有している。演算運転
装置４２は、これら検知信号を読み込み、周波数操作器
３０、室外ファンの各ファン能力操作器３１、各室外膨
張弁開度操作器３２、各四方弁操作器３３、室内ファン
送風能力操作器３９１、３９Ｎ、各室内膨張弁４０１、
４０Ｎの操作量を演算し、制御するよう配線されてい
る。

【００１８】上記空気調和機の冷房運転時には、圧縮機
６が起動、圧縮作用を行うことで、封入された冷媒が、
圧縮、過熱され、第１及び第２室外熱交換器７-１、７-
２の方向へ流れてゆく。そこで室外空気により、冷却、
液化され、室外空気には熱量を与える。さらに、膨張作
用を行う室外膨張弁１２-１、１２-２、室内膨張弁１６
１、１６Ｎを通過することにより、減圧されて、室内熱
交換器１４１、１４Ｎに流入する。そこで、室内空気に
より加熱、蒸発されて、室内空気からは、熱量を奪う。
蒸発した冷媒は、また圧縮機に流入し、圧縮され、以
下、上記動作を繰返す。一方、空気調和機の暖房運転時
には、圧縮機６で圧縮、過熱された冷媒は、室内熱交換
器１４１、１４Ｎの方向へ流れてゆく。そこで室内空気
により冷却、液化され、空気には熱量を与える。さら
に、膨張作用を行う室内膨張弁１６１、１６Ｎ、室外膨
張弁１２-１、１２-２を通過することにより、減圧され
て、室外熱交換器７-１、７-２に流入する。そこで、室
外空気により加熱、蒸発されて、空気からは、熱量を奪
う。蒸発した冷媒は、また圧縮機に流入し、圧縮され、
以下、上記動作を繰返す。これが一連の、空気調和機の
冷媒の挙動である。演算運転装置４２は、室内空気温
度、湿度を制御するとともに、熱負荷装置である空気調
和機の冷媒温度、圧力の制御、除霜開始の判定、除霜等
を行う。

【００１９】ただし上記空気調和機の室外機において
は、四方弁が２つ存在し、そのＯＮ−ＯＦＦ組合せによ
り冷媒経路が異なるので、図８の(ａ)〜(ｄ)に示す４種
類のモードが存在することになる。図８(ａ)に示すＯＦ
Ｆ−ＯＦＦモードにおいては、圧縮機６から出て第１四
方弁１０-１を通過した冷媒は逆止弁７０に阻まれて流
れないのに対して、第２四方弁１０-２を通過した冷媒
は、第２室外熱交換器７-２に流れ、冷凍サイクル全体
としては冷房運転を行う。室内機から室外機５に戻った
冷媒は第２四方弁１０-２を通過して圧縮機６に戻る。
このモードでは、２つのうち１つの室外交換器だけが機
能する。これを第１種の冷房運転と呼ぶ。図８(ｂ)に示
すＯＮ−ＯＦＦモードにおいては、圧縮機６から出て第
１四方弁１０-１を通過した冷媒は第１室外熱交換器７-
１に流れると共に、第２四方弁１０-２を通過した冷媒
は第２室外熱交換器７-２に流れて、冷房運転を行う。
室内機から室外機５に戻った冷媒は、第１及び第２四方
弁１０-１、１０-２を通過して圧縮機６に戻る。このモ
ードでは、２つの室外熱交換器が機能する。これを第２
種の冷房運転と呼ぶ。図８(ｃ)に示すＯＦＦ−ＯＮモー
ドにおいては、圧縮機６から出て第２四方弁１０-２を
通過した冷媒は、室内熱交換器１４１、１４Ｎに向か
い、暖房運転を行う。第１四方弁１０-１を通過した冷
媒は逆止弁７０に阻まれて流れない。一方、室内機から
室外機５に戻った冷媒は、第１室外膨張弁１２-１、第
１室外熱交換器７-１経て第１四方弁を通過して、それ
と並行に第２室外膨張弁１２-２、第２室外熱交換器７-
２を経て第２四方弁を通過して、圧縮機６に戻る。この
モードでは２つの室外熱交換器が機能する。暖房運転は
この１種類のみである。

【００２０】ところで、図８(ｄ)に示すＯＮ−ＯＮモー
ドにおいては、圧縮機６から出て第２四方弁１０-２を
通過した冷媒が、室内熱交換器１４１、１４Ｎに向か
い、暖房運転を行う。この暖房に用いられた冷媒は、室
内機から室外機５に戻り、室外機５内では第２室外膨張
弁１２-２を経て低圧となり、第２室外熱交換器７-２、
第２四方弁１０-２を通過して圧縮機６に戻る。一方、
圧縮機６から出て第２四方弁１０-２を通過した後に分
流し、逆止弁７０（順方向）から第１四方弁１０-１を
通過した冷媒は、圧縮機６に戻る。この分流した冷媒
は、圧縮機６に戻る途中で、もう一つの冷媒とぶつか
る、即ち、上記暖房に用いられた後室内機から室外機５
に戻り、室外機５内で第２室外膨張弁１２-２を経て低
圧となり、第２室外熱交換器７-２、第２四方弁１０-２
を通過して圧縮機６に戻る冷媒とぶつかり、そのまま低
圧側に短絡してしまう。そのために、圧縮機６が動いて
いるにもかかわらず、四方弁の入口側と出口側での圧力
差がなくなってしまい、それぞれの四方弁が動かなくな
る不動作モードに陥ってしまう。このような状態は空気
調和機の運転を不可能にしてしまうので、必ず避けなけ
ればならないことである。なお、圧縮機６から出て第１
四方弁１０-１を経て第１室外熱交換器７-１、第１室外
膨張弁１２-１を通過した冷媒は、もう一つの冷媒とぶ
つかる、即ち、上記暖房に用いられた後室内機から室外
機５に戻り第２室外熱膨張弁１２-２に流入しようとす
る冷媒とぶつかり、両者の圧力バランスにより、流れが
止まる。これは冷房、暖房のどの運転モードにもならな
い。

【００２１】従って、四方弁が不動作モードに陥らない
ような四方弁切替え法をとる。適用時は、２つの四方弁
が両方作動しなければならない暖房運転(図８(ｃ))から
除霜運転（図８(ｂ)）、および除霜運転から暖房運転へ
の各切替え時である。基本的には除霜開始（(ｃ)→
(ｂ)）時には、第２四方弁１０-２を先に作動させ、時
間差をおいて、第１四方弁１０-１を作動させ、除霜終
了時（(ｂ)→(ｃ)）には、第１四方弁１０-１を先に作
動させ、同じく時間差をおいて、第２四方弁１０-２を
作動させる。

【００２２】しかし、ここでどのくらいの時間差を設け
るかが問題となる。３秒、５秒といった固定的な時間差
であると簡単であるが、運転状況によっては、決められ
た時間差が最適であるとは限らない。

【００２３】図１は、四方弁が２つ存在する空気調和機
において、固定時間差３秒で、四方弁が作動したときの
第１室外熱交換器７-１ガス側圧力と、第２室外熱交換
器７-２ガス側圧力の差圧変化を示したものである。四
方弁のＯＮ−ＯＦＦを示す１、２は運転信号電圧であ
り、実際に弁本体のＯＮ−ＯＦＦを表すものではない。
第２四方弁１０-２の運転信号(２)がＯＦＦすると、約
１秒後（図中ａ点）に第２室外熱交換器７-２ガス側圧
力(４)が上昇しているので、第２四方弁１０-２の弁本
体がＯＦＦ（圧縮機６から第２室外熱交換器７-２へ開
路）していることが推測される。この時、第１室外熱交
換器７-１ガス側圧力（３）も上昇しているのは、第
１、第２室外膨張弁１２-１、１２-２を通じて冷媒が短
絡、第１室外熱交換器７-１に流入したためであり、第
１四方弁１０-１が切替わった訳ではない。その後、第
２四方弁１０-２の運転信号がＯＦＦしてから３秒後、
第１四方弁１０-１の運転信号（１）がＯＮし、その約
１５秒後（図中ｂ点）に第１室外熱交換器７-１ガス側
圧力（３）が上昇し、第１四方弁１０-１の弁本体がＯ
Ｎ（圧縮機６から第１室外熱交換器７-1へ開路）した事
が分かる。圧縮機駆動周波数は３２５Ｈｚ相当、運転室
内機容量は約２６馬力、空気温度条件は標準除霜条件で
ある。なお、第１及び第２四方弁１０-１、１０-２それ
ぞれのＯＮまたはＯＦＦ時における弁ポートの位置は、
図８に示すとおりである。すなわち、第１四方弁１０-
１が「ＯＮ」のとき、圧縮機６から出た冷媒は第１四方
弁１０-１を経て第１室外熱交換器７-１に流入する。一
方、第１四方弁１０-１が「ＯＦＦ」のとき、圧縮機６
から出た冷媒は第１四方弁１０-１より先に流れない。
第２四方弁１０-２が「ＯＮ」のとき、圧縮機６から出
た冷媒は第２四方弁１０-２を経て室内機に向かう。一
方、第２四方弁１０-２が「ＯＦＦ」のとき、圧縮機６
から出た冷媒は第２四方弁１０-２を経て第２室外熱交
換器７-２に流入する。

【００２４】ここで、圧縮機駆動周波数を小さくする
と、図３のようになる。ここでは、第２四方弁１０-２
の運転信号（４４）がＯＦＦしてから約１５秒（図中ａ
点）で第２室外熱交換器７-２ガス側圧力（４６）が上
昇することから、第２四方弁１０-２弁本体がＯＦＦ
（圧縮機６から第２室外熱交換器７-２へ開路）し、さ
らにその約５秒後（図中ｂ点）に第１室外熱交換器７-
１ガス側圧力（４５）が上昇していることから、第１四
方弁１０-１の弁本体がＯＮ（圧縮機６から第１室外熱
交換器７-1へ開路）されていることが分かる。圧縮機駆
動周波数は３２Ｈｚ、運転室内機容量は１馬力、空気温
度条件は標準除霜条件である。

【００２５】このように、圧縮機駆動周波数を変化させ
ると、信号がＯＮ、ＯＦＦしてからの弁本体の作動時間
が異なる。これは、差圧が変化するため、弁を作動させ
る駆動力が変化するからである。これらの時間差は、上
記のように圧縮機駆動周波数だけでなく、四方弁の摩擦
なども関係するので、四方弁の個体差、経年変化によっ
ても異なる。

【００２６】これから、次の事に注意する必要がある。
図１のように圧縮機駆動周波数が高いと、四方弁が早く
作動する。第２四方弁１０-２の運転信号がＯＦＦとな
ってから、第１四方弁１０-１の運転信号をＯＮとする
までの時間が遅すぎると、第２四方弁１０-２の弁本体
がＯＦＦしている時間が長くなり、差圧が適切でなくな
ってしまう。除霜開始の時など、差圧がなくなってか
ら、第１四方弁１０-１をＯＮにしようとすると、第１
四方弁１０-１の作動が確実に行われるか信頼性が低下
し、弁本体の中間停止が心配される。

【００２７】逆に、図３のように圧縮機駆動周波数が低
いと、四方弁が遅く作動する。第２四方弁１０-２の運
転信号がＯＦＦとなってから、第１四方弁１０-１の運
転信号をＯＮするまでの時間が早すぎると、第２四方弁
１０-２の弁本体がまだＯＦＦとなっていないのに、第
１四方弁１０-１にＯＮの運転信号を送るフライングを
することになるので、第２四方弁１０-２を先に作動さ
せるという当初の目的が達成されない。したがって、こ
のままでも不動作モードに陥ってしまうことがある。こ
のように、運転状況に応じて２つの四方弁作動時間差を
適宜変化させないと、２つの四方弁１０-２つを的確に
切替え出来なくなることに注意する必要がある。

【００２８】従ってここでは、運転状況に応じて四方弁
作動時間差を作動に適した値に設定する方法を説明す
る。第１四方弁１０-１又は第２四方弁１０-２が作動す
ると、圧縮機冷媒吸入圧力、第１室外熱交換器７-１ガ
ス側圧力、第２室外熱交換器７-２ガス側圧力が変化す
る。上記の通り、第１四方弁１０−１の弁本体が変化す
る時には、第１四方弁１０−１と直結した第１室外熱交
換器７-１ガス側圧力が、第２四方弁１０-２の弁本体が
変化する時には、第２四方弁１０-２と直結した第２室
外熱交換器７-２ガス側圧力が、圧縮機冷媒吸入圧力よ
り如実に変化するので、この圧力変化の変化量を検知し
てそれぞれの四方弁を作動させる。そのことから室外熱
交換器ガス側の圧力変化 δＰ＝切替信号後の圧力−切替信号前の圧力を考慮する。ただし一般の空気調和機運転に要するサン
プリング時間に比べて、圧力変動の動きは素早いので、
除霜開始、除霜終了時には、サンプリング時間を早目に
し、変動値に対応できるようにしておく。

【００２９】いま除霜開始条件を満足し、演算運転装置
４２が暖房運転から除霜運転に切り替えることを決定し
たとする（図８で（ｃ）→（ｂ））。

【００３０】演算運転装置４２が第２四方弁１０-２に
ＯＦＦ運転信号を発信したとする。すると、第２四方弁
１０-２の弁本体が作動した（図８（ａ）に示す状態）
後、第２室外熱交換器７-２ガス側圧力が上昇を始め
る。そのとき、その上昇した値（δＰ）が予め決められ
たしきい値（Ｐｔｈ） δＰ≧Ｐｔｈ ……（１）となった時、第２四方弁１０-２の弁本体が作動したと
みなし、すぐさま第１四方弁１０-１へＯＮの運転信号
を送信する。こうすることで、時間差を余分に与えすぎ
て差圧が適切でなくなることもなく、また、フライング
をすることもない。よって不動作モードをつくることな
く、二つの四方弁を確実作動させることが出来る。な
お、上記のように暖房運転から除霜運転に切り替える場
合は、２つの四方弁のポート位置は図８の(ｃ)→(ａ)→
(ｂ)で示される。逆に、除霜運転から暖房運転に復帰す
る場合は、２つの四方弁のポート位置は図８の(ｂ)→
(ａ)→(ｃ)となる。

【００３１】しかし、各室外熱交換器７-１、７-２のガ
ス側圧力検知器は、製品(空気調和機)によっては装備さ
れていないことが多く、余分に検知器を必要とする事で
上記方法を直接用いることは原価上昇を招き、必ずしも
メリットだけあるとは限らなくなる。そこで第１室外熱
交換器７-１ガス側圧力、第２室外熱交換器７-２ガス側
圧力の変化に対して、多くの製品に装備されている圧縮
機冷媒圧力検知器を用いて、圧縮機冷媒吸入圧力の変化
を代用する。図４は、除霜終了の時の、第１及び第２四
方弁のＯＮ−ＯＦＦ信号及び、圧縮機冷媒吐出圧力変
化、圧縮機冷媒吸入圧力変化を表す図である。吸入圧力
Ｐｓの曲線上、ａ点は第１四方弁１０-１本体がＯＦＦ
になって圧力上昇する時点を、ｂ点は第２四方弁本体が
ＯＮになって圧力上昇する時点を示す。この図のよう
に、圧縮機冷媒吸入圧力変化は、室外熱交換器ガス側圧
力変化のように明確ではないが、上記室外熱交換器ガス
側圧力の代わりに十分なりうる。

【００３２】以上の四方弁切替制御を行うことによっ
て、さらに次のような効果を得る。除霜を行う時、特
に、除霜運転から暖房運転に復帰する際に、配管中の冷
媒流れが急変するため、配管の湾曲部に流体力がかか
る。そのため、施工配管が激しく振動し、例えば家屋や
ビルの天井裏等を打ち付けて、階下、階上の人間に不要
な衝撃、衝撃音を受けさせることになる。

【００３３】この流体力による配管衝撃、衝撃音は、流
体の圧力の急変、速度変化、密度に依存する。流体力の
大きさは、図５に示すように、配管断面を検査面として
２つ取り、配管の曲がり角度を検査面１ではθ₁、検査
面２でθ₂、断面積をＡ₁、Ａ₂、流体の密度をρ、速度
をｕ₁、ｕ₂、圧力をｐ₁、ｐ₂、体積流量をＱとすると、

【００３４】

【数１】

【００３５】で表される。

【００３６】いま、配管曲がりを９０°、検査面を近く
において圧損、速度変化を無視できると考えｐ₁＝ｐ₂＝
ｐ、ｕ₁＝ｕ₂＝ｕ、Ａ₁＝Ａ₂＝ＡとするとＦ＝√２（ρＱｕ＋Ａｐ） ……（５） ∴Ｆ＝√２（Ｇｕ＋Ａｐ）となる。ここで、Ｇは質量流量である。Ｆは常時配管に
作用する力であるので、これは配管をたわませる作用を
する。ここで問題となっているのは配管振動である。こ
れは、流体力Ｆより、流体力の変動ΔＦがインパルスと
なって振動を引き起こすので、より支配的である。式
（５）より、変動ΔＦは、 ΔＦ＝√２（Ｇ・Δｕ＋Ａ・Δｐ） ………（６）となる。ここで論じている流体力の変動ΔＦとは、四方
弁を切り替えることによって引き起こされるある短い時
間での変化を指す。従って式（６）におけるΔｕ、Δｐ
も、四方弁が切り替えられた時のガス配管の速度変化、
圧力変化である。

【００３７】四方弁が１つの冷凍サイクルにおいては、
冷媒の圧力、速度変化が急変するのが弁本体が切替わる
瞬間だけであるが、四方弁が２つの冷凍サイクルにおい
ては、図１、３、及び４に示すように、圧力は、段階的
に２回に分けて切替わる。四方弁を２つ有する冷凍サイ
クルは、四方弁が１つの冷凍サイクルに比べて、四方弁
の容量がそれぞれ半分で済むので、半分の流量の冷媒が
圧力変動を起こし、四方弁の切替とともに弱い振動が２
回起こることとなる。配管振動は、使用者にとっては、
配管振動自体が問題ではなく、配管が天井裏を打ち付け
て発生させる２次的衝撃、衝撃音が問題となる。何故な
ら、使用者は振動音を聞かなければ、配管振動そのもの
には気付かないからである。

【００３８】よって弱い配管振動では、配管の振幅が小
さいので、天井裏を打ち付ける可能性が低く、強い配管
振動が１回発生するよりも、弱い配管振動が２回発生す
る方が、はるかに害が少ない。

【００３９】そして、配管振動は、四方弁の作動時間差
によっても異なる。図６、７は、同じ運転状況で、作動
時間差を固定時間差とし、１０秒の時と、３秒の時での
配管振動加速度を示すものである。図６に示す作動時間
差が１０秒の時は、第１四方弁１０-１の弁本体がＯＦ
Ｆした後、第１四方弁１０-１に接続する第１室外熱交
換器７-１ガス側圧力が低圧になるので急速に下降す
る。しかし、第２四方弁１０-２がまだ切り替わってお
らず、吐出冷媒は逆止弁７０のため第１四方弁１０-１
を流れることが出来ず、一挙に第２四方弁１０-２の方
へ流れる。それで図には表されていないが、第２四方弁
１０-２に接続する第２室外熱交換器７-２ガス側圧力
と、圧縮機冷媒吐出圧力Ｐｄは上昇し、ガス側管路１７
の圧力（図中５４）、圧縮機冷媒吸入圧力Ｐｓ（図中５
５）はまた元の値になるべく下降を続ける。こうして上
昇するＰｄと下降するＰｓの圧力差は大きくなり、この
後、第２四方弁１０-２を切替えた時（図中５２）に
は、上記式（６）で表したガス配管の圧力時間変化Δｐ
が大きくなるので、大きな振動が発生する。

【００４０】それに対し、図７に示す３秒時間差の方
は、第２四方弁１０-２に接続する第２室外熱交換器７-
２のガス側圧力Ｐｄが昇圧し、ガス側管路１７の圧力
（図中５９）、圧縮機冷媒吸入圧力Ｐｓ（図中６０）が
減圧する前に第２四方弁１０-２が切替わるので、大き
な振動が発生しない。

【００４１】このように、同じ運転条件によっても、配
管振動が変化するので、固定時間差では、すべてを対応
できない。上記説明では、作動時間差を短くすればよい
ことになるが、あまり短いと、先述したように、図３の
如く四方弁がすぐに作動しない場合には、不動作モード
に陥る危険性がある。従って、圧力差を検知し、先に作
動させる四方弁の弁本体の作動が確認され次第、すぐさ
ま次の四方弁への運転信号を送信するような対応をする
ことによって、不動作モードに陥ることなく、かつ、除
霜後の配管振動を最小限に抑えることが出来る。

【００４２】最後に図９にこの四方弁演算運転装置の動
作フローチャートを示す。まず、除霜開始においては、
図９(ａ)に示すように、暖房運転を行う(ステップ６
１)。除霜判定のアルゴリズムによるが、例えば室外熱
交換器蒸発温度の値がある値以下になると、除霜必要と
判定する(ステップ６２)。ここで第２四方弁１０-２を
作動させるが、それに先立って第２室外熱交換器７-２
ガス側圧力の値を測定し、記憶する(ステップ６３)。第
２四方弁１０-２に、ＯＦＦ信号を送信する(ステップ６
４)。次に、第２四方弁１０-２の弁本体が実際に作動し
たことを確認するため、第２室外熱交換器７-２ガス側
圧力の値を測定する(ステップ６５)。切替信号後の圧力
と、切替信号前の圧力差δＰ₂が予め決められた値であ
るＰth2に達成すると(ステップ６６)、今度は第１四方
弁１０-１にＯＮ信号を送信する(ステップ６７)。これ
で、暖房運転から除霜運転に切替わり、除霜終了条件を
満たすまで、除霜を行う(ステップ６８)。

【００４３】除霜終了時に関しても同様である。図９
(ｂ)に示すように、除霜運転(ステップ７１)から、除霜
終了条件を満足しているかを判定し(ステップ７２)、除
霜終了と見なした場合、第１四方弁１０-１を切替える
に先立って、第１室外熱交換器７-１ガス側圧力の値を
測定、記憶する(ステップ７３)。次に第１四方弁１０-
１にＯＦＦ信号を送信する(ステップ７４)。さらに第１
室外熱交換器７-１ガス側圧力の値を測定し(ステップ７
５)、切替信号前と切替信号前の圧力差δＰ₁がしきい値
Ｐth1になったところ(ステップ７６)で、第１四方弁１
０-１の弁本体が作動したとみなし、第２四方弁１０-２
にＯＮ信号を送信する(ステップ７７)。ここで、除霜終
了となり、暖房運転が再開される(ステップ７８)。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、四方弁を２つ有する室
外機を備え空気調和機は、四方弁制御装置として、暖房
運転から除霜運転に、あるいは、逆に除霜運転から暖房
運転にモードを切替える際、それぞれ、２つの四方弁を
室外機の高圧側と低圧側が短絡しない順序にしたがい一
つの四方弁を切り替え、確実に切り替わったことを室外
熱交換器のガス側圧力の変化で検知した後、他の四方弁
を切り替える制御装置を設けたものとしたので、四方弁
の不動作を防止して信頼性の高いモード切り替えを行う
ことができ、また２つの四方弁を段階的に切り替えるこ
とにより空気調和機の配管振動を減少させて、より快適
性が高く、安定性のある運転を行う事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる空気調和機で、圧縮機駆動周波
数の高い場合の除霜開始時の、第１、第２四方弁へのＯ
Ｎ−ＯＦＦ信号のタイミングと第１、第２室外熱交換器
ガス側の圧力変化を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態となる空気調和機の構成
図である。

【図３】本発明にかかる空気調和機で、圧縮機駆動周波
数の低い場合の除霜開始時の、第１、第２四方弁へのＯ
Ｎ−ＯＦＦ信号のタイミングと第１、第２室外熱交換器
ガス側の圧力変化を示す図である。

【図４】除霜終了時、第１四方弁、第２四方弁が切替わ
った際の圧縮機冷媒吐出圧力と冷媒吸入圧力の変化を表
す図である。

【図５】振動を検討する配管モデルを示す図である。

【図６】除霜終了時、第１四方弁と第２四方弁の作動時
間差が１０秒の時の、空気調和機の配管振動と圧縮機冷
媒吸入圧力、ガス側管路圧力の変化を表す図である。

【図７】除霜終了時、第１四方弁と、第２四方弁の作動
時間が差３秒の時の、空気調和機の配管振動と圧縮機冷
媒吸入圧力、ガス側管路圧力の変化を表す図である。

【図８】四方弁を２つ有する冷凍サイクルの運転モード
を表す図である。

【図９】四方弁演算運転装置による除霜開始及び除霜終
了時のフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

５室外機６圧縮機７-１第１室外熱交換器７-２第２室外熱交換器８室外ファン９アキュムレータ１０-１第１四方弁１０-２第２四方弁１１レシーバ１２-１第１室外膨張弁１２-２第２室外膨張弁１３１、１３Ｎ室内機１４１、１４Ｎ室内熱交換器１５１、１５Ｎ室内ファン１６１、１６Ｎ室内膨張弁１７ガス側管路１８液側管路１９１、１９Ｎ分岐管２０、２１、２２、２３温度検知器２４、２５、２７圧力検知器２８、２９電力検知器３０周波数操作器３１送風能力操作器３２弁開度操作器３３四方弁操作器３４１、３４Ｎ、３５１、３５Ｎ温度検知器３６１、３６Ｎ、３７１、３７Ｎ温度検知器３８１、３８Ｎ電力検知器３９１、３９Ｎ送風能力操作器４０１、４０Ｎ弁開度操作器４１１、４１Ｎリモコン４２演算運転装置７０逆止弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内藤宏治静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者吉田悟静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者竹中寛静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内膨張弁、室内熱交換器を有する室内
機と、圧縮機、第１室外熱交換器、第２室外熱交換器、
第１四方弁及び第２四方弁を有する室外機とを備えた空
気調和機であって、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検知器及び吸
入圧力を検出する吸入圧力検知器と、前記空気調和機を
暖房運転から除霜運転に切換える際、前記吐出圧力と前
記吸入圧力との圧力差が所定値以上のときに、前記第２
四方弁を切り替え、その後に前記第１四方弁を切り替え
る四方弁制御装置とを備えたことを特徴とする空気調和
機。
【請求項２】室内膨張弁、室内熱交換器を有する室内
機と、圧縮機、第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器
を有する室外機とを備えた空気調和機であって、前記第１室外熱交換器に接続された第１四方弁及び前記
第２室外熱交換器に接続された第２四方弁と、前記第２
四方弁を切替えた後、切替え後の前記第２室外熱交換器
のガス側圧力の上昇値が予め決められたしきい値以上と
なることを確認して前記第１四方弁を切替えるように制
御する四方弁制御装置とを備えたことを特徴とする空気
調和機。
【請求項３】室内膨張弁、室内熱交換器を有する室内
機と、圧縮機、第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器
を有する室外機とを備えた空気調和機であって、前記第１室外熱交換器に接続された第１四方弁及び前記
第２室外熱交換器に接続された第２四方弁と、前記空気
調和機を除霜運転から暖房運転に復帰する際、前記吐出
圧力と前記吸入圧力との圧力差が所定値以上のときに前
記第１四方弁を切り替え、その後前記第１室外熱交換器
のガス側圧力が予め決められたしきい値よりも低下して
から前記第２四方弁を切り替える四方弁制御装置とを備
えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項４】圧縮機、複数の室外熱交換器、複数の四
方弁を有する室外機を備えた空気調和機であって、前記複数の四方弁のうち少なくとも２つを切替える際、
一方の四方弁を切替え、その後前記室外熱交換器のガス
側圧力の変化により他方の四方弁の切替えを制御するこ
とを特徴とする空気調和機。
【請求項５】室外機と室内機が液側管路及びガス側管
路で接続されてなり、冷媒の順循環路として、前記室外
機は、駆動周波数可変式圧縮機の吐出側で分岐する配管
の一方に第１四方弁、第１室外熱交換器及び第１室外膨
張弁が順に接続し、他方に第２四方弁、第２室外熱交換
器及び第２室外膨張弁が順に接続し、各室外膨張弁の出
側は合流して前記液側配管に接続するよう構成され、前
記室内機は前記液配管側から順に室内膨張弁及び室内熱
交換器が接続するよう構成され、該室内熱交換器に接続
する前記ガス側管路から前記室外機に戻り分岐する配管
の一方には順方向に連通する逆止弁を介して第１四方弁
が接続し、他方に第２四方弁が接続するように構成さ
れ、冷媒は、冷房及び除霜運転時には順循環路にそっ
て、暖房時には順循環路とは逆方向に流れる空気調和機
であって、前記圧縮機吐出圧力の検知手段、該圧縮機吸入圧力の検
知手段、及び前記各室外熱交換器それぞれのガス側圧力
を検知する各検知手段と、前記各圧力の検出値により前
記第１及び第２四方弁を操作する四方弁制御装置とを設
け、該四方弁制御装置は、暖房運転から除霜運転に切り
替える際、前記圧縮機吐出圧力と前記圧縮機吸入圧力と
の圧力差が所定値以上のときに、まず前記第２四方弁を
切り替え、前記第２室外熱交換器のガス側圧力が上昇し
た後に前記第１四方弁を切り替えるよう制御することを
特徴とする空気調和機。