JP2004053207A - 空気調和機及び当該空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷房運転時における室内熱交換器フロスト防止運転モードの空調フィーリングを向上させた空気調和機及び当該空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法の提供を目的とする。
【解決手段】室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機を制御する制御部と、を備え、冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を有する空気調和機において、前記室内熱交換器は、当該熱交換器がフロストする条件を検出するフロスト条件検出手段を有するとともに、前記制御部は、前記「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の前記圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けた。
【選択図】 図２
【解決手段】室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機を制御する制御部と、を備え、冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を有する空気調和機において、前記室内熱交換器は、当該熱交換器がフロストする条件を検出するフロスト条件検出手段を有するとともに、前記制御部は、前記「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の前記圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けた。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷暖房運転により快適な室内環境を提供する空気調和機に係り、特に、冷房運転時の室内熱交換器フロスト防止運転モードにおける空調フィーリングの改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室内の冷暖房や除湿（以下、総称して「空調」と呼ぶ）を行う空気調和機は、室内ユニット及び室外ユニットの間を冷媒配管及び電気配線で接続して構成されている。このような空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構、室内熱交換器及び四方弁を主な構成要素として冷媒の循環回路を形成するヒートポンプを用いており、冷媒の循環方向を四方弁の操作によって切り換えることで所望の空調運転を行っている。
【０００３】
上述したヒートポンプを用いた空気調和機においては、室内熱交換器において冷媒が気液二相となって流れる領域（以下、「二相部」と呼ぶ）の適所に温度センサを設け、冷房運転時に蒸発器側（低圧側）となる室内熱交換器の温度を検出している。
そして、この検出温度が所定値以下の低温、すなわちフロストの発生が懸念されるような低温を継続して検出した場合には、圧縮機の運転を停止して冷媒の供給をひとまず休止する。圧縮機の運転を休止した後、上述した検出温度が所定値以上に上昇した時点で圧縮機の運転を再開する。このような休止、再開という断続運転を実施して、フロスト防止の運転制御を行っている。
【０００４】
図４は、上述した従来の圧縮機の断続運転によるフロスト防止制御の具体例を示す説明図である。図４に示したように、検出温度ＴがＴα（たとえば２．５℃）まで低下すると圧縮機の運転を停止し、検出温度ＴがＴβ（たとえば８℃）まで上昇すると圧縮機の運転を再開する、単純な断続運転制御を行っていた。
すなわち、圧縮機のフロスト防止制御は、通常運転から切換えるモードとして、温度下降状況下において温度Ｔαだけをモード移行条件に設定し、圧縮機の停止という単一の運転制御モードのみ（１段階）を有するものであった。そして、防止制御から通常運転への切り換えに際しても、温度上昇状況下において温度Ｔβだけをモード移行条件に設定し、運転停止を解除する制御を行っていた。なお、断続運転を行う検出温度Ｔには、圧縮機の断続運転が頻繁に繰り返されないようにするため、Ｔβ−Ｔα（たとえば５．５℃）のヒステリシスが設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した空気調和機においては、空調負荷に見合った能力を確保するため、特に大能力の装置において圧縮機の回転数が高く設定され、結果的に低圧が低くなる傾向にある。このため、室内温度が比較的低い低負荷冷房運転の場合には、室内熱交換器の温度が所定値以下の低温に低下するので圧縮機が停止されやすく、しかも、圧縮機を停止して冷媒の供給を休止した後には、冷房運転を必要とする室内環境にあるため比較的短時間で室内熱交換器の温度が上昇することになる。
従って、圧縮機の停止により冷風が吹き出されなかったり、あるいは、圧縮機の頻繁な断続運転が行われることになるので、冷風が吹き出されたり停止したりというように空調運転の状況が頻繁に変動し、良好な空調フィーリングを得られないという不都合が生じていた。
【０００６】
このため、室内熱交換器の冷房運転時にフロストが発生するのを防止するフロスト防止制御において、新しい室内熱交換器フロスト防止運転モードを採用して、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止時間を最小限とする、あるいは圧縮機の頻繁な断続運転を防止することを実現し、空調フィーリングの向上をはかることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、冷房運転時における室内熱交換器フロスト防止運転モードの空調フィーリングを向上させる空気調和機の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に記載の空気調和機は、室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機を制御する制御部と、を備え、冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を有する空気調和機において、
前記室内熱交換器は、当該熱交換器がフロストする条件を検出するフロスト条件検出手段を有するとともに、前記制御部は、前記「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の前記圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
このような空気調和機によれば、圧縮機をインバータ制御の電動圧縮機とし、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」では、電動圧縮機の運転が、室内熱交換器に設けたフロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたので、圧縮機の運転または停止による断続運転以外の圧縮機運転制御を行ってきめ細かいフロスト防止運転制御を実施することが可能になる。
【００１０】
請求項１に記載の空気調和機においては、前記フロスト条件検出手段として、前記室内熱交換器の二相部に設けた温度センサまたは圧力センサを用いることが好ましく、これにより、室内熱交換器がフロストに至る温度または圧力の状態を確実に検出することができる。
【００１１】
請求項１または２に記載の空気調和機においては、前記「圧縮機運転制御モード」が、少なくとも「圧縮機停止モード」及び「圧縮機回転数制限モード」の２段階を備えていることが好ましく、これにより、「圧縮機回転数制限モード」では圧縮機の回転数を冷房負荷の要求に優先させて制限することができるので、圧縮機を即座に停止しないフロスト防止運転が可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の空気調和機においては、前記「圧縮機運転制御モード」が、前記フロスト条件検出手段の検出値に制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させることが好ましく、これにより、より一層きめ細かい圧縮機の運転制御が可能になる。
【００１３】
請求項１から４のいずれかに記載の空気調和機は、前記「圧縮機運転制御モード」では、室内ファンの回転数を上げることが好ましく、これにより、室内熱交換器のフロスト防止運転時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項１から５のいずれかに記載の空気調和機は、前記「圧縮機運転制御モード」では、電子膨張弁の開度を上げてもよく、これによっても室内熱交換器のフロスト防止運転時間を短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる空気調和機の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
図１は、冷暖房の選択切換を含む空調運転が可能なヒートポンプ式の空気調和機ＡＣの基本的な構成を示す系統図である。図１に示したように、圧縮機１、室外熱交換器２、電子膨張弁（絞り機構）４、室内熱交換器５及び四方弁８が冷媒配管７で連結されて閉回路の冷媒回路を形成し、この冷媒回路を循環する冷媒と空気との熱交換によって、冷媒が気液の状態変化を繰り返すヒートポンプの冷凍サイクルが構成される。
なお、図１に示す冷媒の流れは、室内熱交換器５が蒸発器として機能する冷房運転時の状態である。暖房運転時には、四方弁８の操作により冷媒の流れ方向が逆転するので、室内熱交換器５は凝縮器として機能することとなる。
【００１６】
ここで、本発明にかかる空気調和機ＡＣは、室外機ユニット及び室内機ユニットの二つの大きな構成要素からなる。
室外機ユニットは、不図示の室外機用ケーシング内に、圧縮機１、室外熱交換器２、室外ファン３、電子膨張弁４及び四方弁８を備える構成を採用する。圧縮機１は、インバータ制御される電動モータ１ａを駆動源とする電動圧縮機であり、本実施形態では電動モータ１ａを内蔵した密閉型の圧縮機を採用する。室外熱交換器２は、室外気と冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器である。室外ファン３は、室外気を室外機用ケーシング内に導入して室外熱交換器２を通過させる機能を呈する。なお、室外ファン３には、プロペラファンを採用し、駆動源として電動モータ３ａを用いる。
【００１７】
他方の室内機ユニットは、不図示の室内機用ケーシング内に、室内熱交換器５、室内ファン６及び温度センサ９を備える構成を採用する。室内熱交換器５は、室内気と冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器である。室内ファン６は、室内機ユニットに設けられた不図示の吸込口から室内気を吸い込み、室内熱交換器５に室内気を提供し、かつ、熱交換を終えた室内気を、室内機ユニットに設けられた不図示の吹出口から吹き出すためのファンである。
この室内ファン６の作動により、吸込口から室内の空気（室内気）を吸い込んで室内熱交換器５を通過させ、室内気と冷媒との熱交換により空調した空調空気を吹出口から室内へ吹き出す構成を実現する。なお、室内ファン６には、通常電動モータ６ａで駆動されるクロスフローファンが使用されている。
温度センサ９は、室内熱交換器５の温度を検出するための温度センサであり、詳細は口述する。
【００１８】
また、制御部１０は、上述した圧縮機１、室外ファン３、電子膨張弁４、室内ファン６などを制御下におき、空気調和機ＡＣの各種運転制御を行う機能を呈する。制御部１０は各制御要素に適した各種の電気回路素子を具備するものであり、本実施形態においては、室外機ユニット及び室内機ユニットに適宜分散して設ける構成を採用する。なお、空気調和機ＡＣは、不図示のリモートコントローラを介して、所望の空調運転モードや空調設定温度等の制御指示情報を受け付け、受け付けた制御情報に基づき、制御部１０が運転制御を行うことができるように、受光部などを備えた既知の遠隔制御信号受信回路を備えている。
【００１９】
上述した構成の空気調和機ＡＣにおいては、図１に示した冷媒回路を、暖房運転時には冷媒が図中時計廻りに循環し、圧縮機１で高温高圧とされた気体冷媒を室内熱交換器５に送出し、この冷媒と室内気との間で熱交換を行うことにより冷媒は凝縮し、高温高圧の液冷媒化が実現される。
また、冷房運転時の冷媒は、冷媒回路を暖房運転時とは逆の半時計廻りに循環する。すなわち、圧縮機１で高温高圧の気体とされた冷媒が、冷媒配管７を通過して室外熱交換器２に送られ、室外気に熱を与えて凝縮液化し高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁４を通過して低温低圧の液冷媒となり、再び冷媒配管７を通り室内熱交換器５に送られる。低温低圧の液冷媒は、ここで室内気から熱を奪って当該室内気を冷却するとともに、冷媒自身は蒸発気化して低温低圧の気体冷媒となる。これが再び圧縮機１に送出され、上記過程を繰り返すことになる。
【００２０】
このような冷房運転時においては、前述したように、室内熱交換器５に所定時間以上の低温状態が継続すれば、すなわち、フロストの発生が懸念される温度よりも低い低温状態が所定時間（たとえば１０分程度）以上継続すれば、フロストの発生が問題となる。
そこで、本発明にかかる空気調和機は、以下に説明する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を設け、制御部１０の制御により、室内熱交換器５が所定の低温まで温度低下しないようにし、かつ、空調フィーリングの面でも良好な制御を行いつつ、フロストの発生を防止するものである。
【００２１】
このフロストの発生を防止すべく、室内熱交換器５がフロストすることが懸念される状況にあるか否か、換言すれば室内熱交換器フロスト防止運転モードを実施する必要があるか否かを判断するため、フロスト条件検出手段として、室内熱交換器５の適所に温度センサ９を設ける。
具体的には、この温度センサ９は、室内熱交換器５において冷媒が気液二相状態にある領域に設置されるが、詳細には、冷媒入口から液体で導入される室内熱交換器５に導入される冷媒が冷媒出口から気体となって流出する熱交換器内の冷媒経路のうち、概ね中間位置となる二相部に設置される。
【００２２】
温度センサ９で検出した検出値（検出温度Ｔ）は、制御部１０に入力される。制御部１０内には、たとえば図２に示すように、３つの温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が予め設定されており、制御部１０内に設けられた記憶手段の所定の領域にそれぞれ格納される。入力された検出値を受けつけた制御部１０は、記憶手段に格納された設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３と、温度センサ９から入力された検出温度Ｔとを比較する。なお、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の具体例を示すと、たとえばＴ１＝２．５℃、Ｔ２＝５℃、Ｔ３＝８℃となり、この場合、温度Ｔ１がフロストの発生が懸念される温度である。
【００２３】
ここで、空気調和機ＡＣは、制御部１０による検出温度Ｔと上述した３つの設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３との比較に基づき選択される「圧縮機運転制御モード」として、運転中の圧縮機を休止させる「圧縮機停止モード」に加えて、運転中の圧縮機の回転数を所定の回転数に抑える「圧縮機回転数制限モード」の２段階のモードが設定されている。
より詳細には、制御部１０が管理する「圧縮機運転制御モード」は、温度を制御モードの移行条件として、圧縮機の回転数を制御する処理を行うモードであり、所定の２つの異なる回転数に応じて制御処理を行う。
【００２４】
室内熱交換器５から検出される温度Ｔが下降していく場合、通常運転モードから最初に運転制御モードを切り換える移行条件（臨界条件）は、図２に示したように、検出温度Ｔが温度Ｔ２と一致することになる。この条件に合致した場合に採用される「圧縮機回転数制限モード」の運転制御では、制御部１０は、圧縮機１の回転数上限を制限して低速運転する制御を行う。この回転数の制御のため、制御部１０は、電動圧縮機の制御回路としてインバータ制御装置を採用する。なお、インバータ制御方式以外に、回転数制御として、極数の変更、滑りの変更などの方式を適宜選択して行ってもよい。
【００２５】
すなわち、制御部１０は、「通常運転」の状態から「圧縮機運転制御モード」に切り換える処理を行い、まず、「圧縮機回転数制限モード」に移行する。具体的には、制御部１０は、設定された回転数上限を最優先とし、たとえ、空調（冷房）負荷に応じて圧縮機１に求められる回転数が、この回転数上限よりも大きい場合であっても、回転数上限以上の高回転数運転を行わないように制御するものである。
【００２６】
また、「圧縮機回転数制限モード」に移行しても、検出温度Ｔが下降した場合には、設定温度Ｔ１が次の運転モードを変更する際の移行条件となる。この条件に合致した場合に採用される「圧縮機停止モード」における運転制御では、制御部１０は、従来と同様に圧縮機１の運転を完全に停止させる運転制御、言い換えれば回転数を０にする制御を行う。このような完全に圧縮機１の運転を停止させる「圧縮機停止モード」は、本発明における室内熱交換器フロスト防止運転モードではフロスト防止の最終的な段階として用いられる手段と位置づけられる。
なお、設置された環境では「室内熱交換器フロスト防止運転モード」が不要の状況で空気調和機ＡＣが運転される、あるいは後天的に温度上昇してフロストの発生が見込まれない状況で運転される場合などに備えて、圧縮機１を通常の空調運転制御に基づき、あるいは空調運転制御に戻して運転する「解除モード」があるのはもちろんである。
【００２７】
続いて、上述した制御部１０の管理下における、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」による圧縮機１の運転制御及び作用を具体的に説明する。
通常の冷房運転では、検出温度Ｔは温度Ｔ３より高いため、空調負荷側の運転制御により圧縮機１のＯＮ・ＯＦＦ及び回転数が定められる。しかし、検出温度Ｔが低下してＴ２（Ｔ３＞Ｔ２）より低くなると、制御部１０の制御下で空気調和機ＡＣは、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」に入る。具体的には、制御部１０は、第１段階の「圧縮機運転制御モード」である「圧縮機回転数制限モード」に従った圧縮機１の制御を行う。この場合の圧縮機回転数上限は、インバータ制御における最低回転数に設定されるのが一般的であるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
こうして、制御部１０が、圧縮機１の回転数上限を最低回転数に制限すると、室内熱交換器５を通過する冷媒循環量が減少することになるので、冷媒が奪う蒸発潜熱も減少して温度低下が抑制されるか、あるいは、温度低下が止まって温度上昇に転じることとなる。
このうち、温度低下が抑制された場合には、圧縮機１の容量（能力）が大きい場合などさらに温度低下してＴ１（Ｔ２＞Ｔ１）まで下がることがある。この場合、Ｔ１はフロストの発生が懸念される温度であり、従って、Ｔ１以下に温度低下するとフロストが極めて発生しやすくなるので、制御部１０の制御下で、空気調和機ＡＣは、圧縮機１の運転を完全に停止する「圧縮機停止モード」の運転制御モードに入る。こうして、制御部１０が圧縮機１の運転を停止すると、冷媒の循環も止まるため冷媒に奪われる蒸発潜熱がなくなり、時間の経過と共に室内熱交換器５の温度が上昇する。そして、検出温度ＴがＴ３まで上昇した時点で、制御部１０は、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を解除する。この解除の後、空調側の制御により圧縮機１の通常運転が開始される。
【００２９】
また、制御部１０は、圧縮機１の回転数を制限した運転で室内熱交換器５の温度が上昇に転じた場合にも、検出温度がＴ３になるまで「圧縮機回転数制限モード」の圧縮機運転制御を継続する。そして、制御部１０は、検出温度ＴがＴ３まで上昇した時点で「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を解除する。この解除を受けて、空調側の制御により圧縮機１は通常の運転が開始される。
【００３０】
以上説明したように、空気調和機ＡＣのフロスト防止制御を、上述した「室内熱交換器フロスト防止運転モード」とすれば、圧縮機１の運転・停止の断続運転を行っていた従来とは異なり、圧縮機１を最低回転数に制限した「圧縮機回転数制限モード」の圧縮機運転制御モードが設けられているので、圧縮機１を完全に停止したフロスト防止運転を行わなくてもフロスト防止が可能になり、圧縮機１の停止により低下する空調フィーリングを改善することができる。すなわち、圧縮機１を最低回転数で運転しながらフロスト発生に至る温度低下を防止するので、空調負荷を満足できないまでも冷房運転の冷風を吹き出すことができるようになり、全くあるいはほとんど冷風の吹き出しがない従来及び本発明における「圧縮機停止モード」の運転制御と比較して良好な空調フィーリングを得ることができる。
なお、本発明においては、上述した温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の設定温度幅を広げることにより、かなりの広範囲にわたって「圧縮機回転数制限モード」のフロスト防止運転を実施することができるので、実質的には圧縮機１の停止または断続運転による空調フィーリングの低下を大幅に改善することができる。
【００３１】
さて、上述した実施形態では「圧縮機運転制御モード」を２段階としたが、制御回転数の異なる３段階あるいはそれ以上の運転制御モードを設けて、より一層きめ細かい制御を実施してもよい。例えば、制御部１０における検出温度Ｔに対応する所定の温度をＴ１〜Ｔ４の４段階に設定しておき、上述した実施形態の運転制御モードに加えて、上限を最低回転数に制限する運転制御モードの前にもう一段階、圧縮機１の回転数制限値（上限）を最低回転数よりも少し高い値に設定した運転制御モードを設けることが好ましい。
また、上述した実施形態では、フロスト条件検出手段として温度センサ９を採用したが、冷媒における温度と圧力との相関関係を利用すれば、温度センサ９に代えて圧力センサを採用することも可能である。
【００３２】
さらに、上述した実施形態の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、圧縮機１のフロスト防止運転制御に加えて、室内ファン６や電子膨張弁４の制御を併用して温度上昇を促進してもよい。
一方の室内ファン６は、圧縮機１の回転数制限または運転停止の実施と共に、回転数を上げて室内熱交換器５を通過する室内気の風量を増し、実質的に室内気で室内熱交換器５を加熱するように制御するのが好ましい。
また、電子膨張弁４については、圧縮機１の回転数制限の実施と共に開度を上げ、室内熱交換器５を通過する冷媒の冷却能力を低下させるように制御するのが好ましい。
なお、上述した室内ファン６及び電子膨張弁４による室内熱交換器５の温度上昇促進は、併用することも可能である。
【００３３】
加えて、以上説明した構成の空気調和機を採用することにより、室内熱交換器のフロスト防止方法として、「室内熱交換器フロスト防止モード」では、前記圧縮機の運転が、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じて、異なる制御条件の運転制御モードが順次選択される空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法が実現できる。
詳細には、図１に示した、吸込口から室内気を吸い込みかつ吹出口から吹き出すためのファンと、前記室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、これらを含む各機器を収納するケーシングとを具備してなる室内ユニットと、室外熱交換器と、該室外熱交換器または前記室内熱交換器に高温高圧の気体冷媒を送出する圧縮機とを具備してなる室外機ユニットと、各種電気回路素子よりなる制御部とを備え、冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交フロスト防止運転モード」が設けられている空気調和機において、前記「室内熱交フロスト防止運転モード」では、前記電動圧縮機の運転が、前記室内熱交換器に設けたフロスト条件検出手段の検出値に応じて、予め定めた２段階以上の「圧縮機運転制御モード」から選択される空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法を提供でき、これにより、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止や断続運転による空調フィーリングの低下を改善できるといった顕著な効果が得られ、結果、フロスト防止運転時においても良好な空調フィーリングをユーザに提供できる。
【００３４】
以下、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」の他の実施形態を図３に基づき説明する。図３は、圧縮機運転制御の一例を示す制御マップ図である。本実施形態では、上述した実施形態における温度を運転モード切り換え条件とする制御手法に加え、運転時間を圧縮機の運転モード切り換え条件とするものである。このため、フロスト条件検出手段として機能する温度センサ９とともに、制御部１０が運転モードを切り換えるための条件を検出するための運転状況検出手段として、タイマーを用いる。ただし、専用のタイマーを設ける構成に限られるものではなく、通常運転における時間制御を行うためのタイマーを兼用しても良い。
【００３５】
この制御マップでは、圧縮機１のフロスト防止運転制御を行う条件として、温度センサ９のようなフロスト条件検出手段の検出値に、制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させている。具体的には、検出温度（Ｔ）を３パターン、圧縮機運転経過時間（ｔ）を２パターン設定し、それぞれのパターンに応じてマトリクス的にフロスト防止制御のための運転モードを４パターン設定している。
なお、本実施形態における圧縮機運転制御の理解容易のために図３に制御マップを示したが、この制御マップに対応した運転制御を、制御部１０の記憶手段の所定の領域に格納された処理プログラムなどに従って、制御部１０が行うことは言うまでもない。
【００３６】
図３の制御マップに示したように、本実施形態では、制御部１０は、記憶手段の所定の領域に、温度センサ９で検出した温度Ｔに対して、予め二つの設定温度Ｔａ，Ｔｂ（Ｔａ＜Ｔｂ）を記憶する。ここで、第１の設定温度Ｔａはフロストの発生が懸念される温度であり、概念としては先の実施形態で説明した設定温度Ｔ１と同義である。第２の設定温度Ｔｂは、温度が下降する状況にある場合に、最初にフロスト防止制御を開始する温度であり、概念としては先の実施形態で説明した設定温度Ｔ２と同義である。そして、制御部１０は、検出温度Ｔと設定温度Ｔａ，Ｔｂとを比較した結果により、マップの位置（縦軸側設定パターン）を選択する。
また、圧縮機１のフロスト防止運転制御を開始してから実際に経過した時間である圧縮機運転経過時間ｔに対して、比較対象となる運転経過時間の所定値ｔａを予め設定しておく。そして、制御部１０は、実際の圧縮機運転経過時間ｔと所定値ｔａとを比較した結果により、マップの位置（横軸側設定パターン）を選択する。
【００３７】
ここで、上述した縦軸側設定パターンと、横軸側設定パターンから、制御部１０が「圧縮機運転制御モード」として選択する運転モードとしては、先に述べた実施形態の「解除（圧縮機運転）」に相当する「制限なし」と、「圧縮機回転数制限モード」に相当する「上限回転数をＲｍａｘ ／２に設定」及び「上限回転数をＲｍａｘ ／４に設定」と、「圧縮機停止モード」とが予め設定されている。
そして、検出温度Ｔが設定温度Ｔｂより大きい（Ｔｂ＜Ｔ）場合には、室内熱交換器５の温度が高くフロスト発生の恐れがないため、「制限なし」を選択して空調側の運転制御に基づいた圧縮機１の回転数に制御される。
【００３８】
次に、フロスト発生が懸念される温度に比較的近い低温となる状況として、検出温度Ｔが、設定温度Ｔａより大きく、かつ、設定温度Ｔｂ以下（Ｔａ＜Ｔ≦Ｔｂ）となる場合には、制御部１０は、圧縮機１の運転制御モードを圧縮機運転経過時間ｔにより異ならせる制御処理を行う。
すなわち、制御部１０は、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａ以下（０＜ｔ≦ｔａ）の場合には「上限回転数をＲｍａｘ ／２に設定」を選択し、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａより大きい（ｔａ＜ｔ）場合には「上限回転数をＲｍａｘ ／４に設定」を選択する。回転数の制御は、先に述べた実施形態と同様に、周波数の制御などにより行う。なお、Ｒｍａｘ とは電動モータ１ａがインバータ制御される圧縮機１の最大回転数のことであり、冷媒循環量も最大となる。
【００３９】
このように圧縮機１の上限回転数は、フロスト防止運転の開始時間に応じて２段階に切り換えられ、圧縮機１のフロスト防止運転を開始しても室内熱交換器５の温度上昇が顕著に現れない場合、圧縮機１の回転数をより一層低下させて冷媒循環量を低減することができる。
【００４０】
詳細には、初期のフロスト防止運転においては、圧縮機１の回転数制限を最小限に抑えて良好な空調フィーリングを得ることができる。さらに、初期の制御処理として行われた所定値（時間）ｔａの運転では、設定温度Ｔｂまでの温度上昇が検出できないというフロスト防止にとって厳しい運転状況においては、圧縮機１の上限回転数をさらに低く設定して冷媒循環量を減少させる。
このような段階的適用が可能な制御とすることにより、フロスト防止運転時間の短縮及びフロスト発生の防止が可能になる。
なお、室内熱交換器５の温度が設定温度Ｔｂより高くなると、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」は解除（停止）され、空調負荷に応じた通常の空調運転による圧縮機１の回転数制御が行われる。
【００４１】
また、検出温度Ｔが設定温度Ｔａ以下（ｔ≦ｔａ）と低くフロスト発生が強く懸念される場合にも、圧縮機１の運転制御モードは圧縮機運転経過時間ｔにより異なっている。
すなわち、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａ以下（０＜ｔ≦ｔａ）の場合には「上限回転数をＲｍａｘ ／４に設定」を選択し、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａより大きい（ｔａ＜ｔ）の場合には「圧縮機停止モード」を選択する。
【００４２】
このようにすれば、圧縮機１の運転制御モードは、ｔａ以下の運転制御モードに移行した場合でも、フロスト防止運転の開始時間に応じて２段階に切り換えられ、圧縮機１のフロスト防止運転を開始しても室内熱交換器５の温度上昇が顕著に現れない場合、圧縮機１を完全に停止して冷媒の循環を止めることができる。
【００４３】
従って、このｔａ以下の運転制御モードに移行した初期のフロスト防止運転においては、温度条件のみによっていきなり運転を停止するという制御を行わないので、圧縮機１の回転数制限を最小限に抑えて良好な空調フィーリングを得ることができる。
ただし、所定値（時間）ｔａの運転では設定温度Ｔａまでの温度上昇が検出できないというフロスト防止にとって厳しい運転状況になった場合には、圧縮機１を完全に停止して冷媒の循環を止める。
【００４４】
このような段階的処理を行うことにより、必要最低限の回転数制御を行うことになるので、運転期間全体としてフロスト防止運転時間の短縮及びフロスト発生の防止が可能になる。
なお、室内熱交換器５の温度が設定温度Ｔｂより高くなると、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」は解除（停止）され、空調負荷に応じた通常の空調運転による圧縮機１の回転数制御が行われる。
また、解除までのシーケンスはこれに限られるものではなく、室内熱交換器５の温度が設定温度Ｔａより高くなった場合に、上述した設定温度Ｔａより大きく、かつ、設定温度Ｔｂ以下の運転制御モードを行うようにしてもよい。
【００４５】
ところで、上述した他の実施形態では２段階の設定温度Ｔａ，Ｔｂ及び１段階の所定値（時間）ｔａを設定した場合について説明したが、設定温度及び所定値（時間）の設定数をより増やせば、さらにきめ細かい運転制御が可能になる。
この場合、上限回転数の設定についてもより多段にするなど適宜変更が可能であり、また、上限回転数の設定値についても、図３に例示したＲｍａｘ ／２及びＲｍａｘ ／４に限定されることはなく、たとえばインバータ制御の最低回転数を採用するなど適宜変更が可能である。
【００４６】
そして、これまで説明した実施形態の変形例として、温度センサ９に代えて、圧力センサをフロスト条件検出手段として採用することが可能である。
さらに、圧縮機１のフロスト防止運転制御に加えて、室内ファン６や電子膨張弁４のいずれか一方の制御を併用して温度上昇を促進してもよく、あるいは、両方の制御を併用することも可能である。
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００４７】
【発明の効果】
上述した本発明の空気調和機によれば、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」として、室内熱交換器に設けたフロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたので、圧縮機の運転または停止による断続運転以外の圧縮機運転制御を行ってきめ細かいフロスト防止運転制御を実施することが可能になる。このため、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止や断続運転による空調フィーリングの低下を改善できるといった顕著な効果が得られ、フロスト防止運転時においても良好な空調フィーリングの空気調和機となる。
【００４８】
特に、「圧縮機運転制御モード」として、少なくとも「圧縮機停止モード」及び「圧縮機回転数制限モード」の２段階を設けてあるので、「圧縮機回転数制限モード」では圧縮機の回転数を冷房負荷の要求に優先させて制限することができ、圧縮機を停止しないフロスト防止運転を実現できる。
また、圧縮機運転制御モードにおいて、フロスト条件検出手段の検出値に制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させるようにすれば、より一層きめ細かい運転制御が可能になって空調フィーリングをより一層向上させることができる。
【００４９】
また、圧縮機運転制御モードにおいて、室内ファンの回転数を上げたり、あるいは、電子膨張弁の開度を上げるようにすれば、室内熱交換器のフロスト防止運転時間を短縮することができるようになり、空気調和機本来の空調運転時間が長くなって所望の空調を効率よく実施することができる。
加えて、本発明の室内熱交換器のフロスト防止方法によれば、「室内熱交換器フロスト防止モード」では、圧縮機の運転が、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じて、異なる制御条件の運転制御モードが順次選択されるので、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止や断続運転による空調フィーリングの低下を改善できるといった顕著な効果が得られ、結果、フロスト防止運転時においても良好な空調フィーリングをユーザに提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の冷媒回路について、構成例を示す系統図である。
【図２】図１に示した空気調和機の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」における「圧縮機運転制御モード」の一実施形態として、圧縮機運転制御例を示す図である。
【図３】図１に示した空気調和機の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」における「圧縮機運転制御モード」の他の実施形態として、圧縮機運転制御例を示す制御マップ図である。
【図４】空気調和機の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」における「圧縮機運転制御モード」の従来例として、圧縮機運転制御例を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
１ａ 電動モータ（インバータ制御）
２ 室外熱交換器
３ 室外ファン
４ 電子膨張弁（絞り機構）
５ 室内熱交換器
６ 室内ファン
７ 冷媒配管
８ 四方弁
９ 温度センサ（フロスト条件検出手段）
１０ 制御部
ＡＣ 空気調和機
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷暖房運転により快適な室内環境を提供する空気調和機に係り、特に、冷房運転時の室内熱交換器フロスト防止運転モードにおける空調フィーリングの改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室内の冷暖房や除湿（以下、総称して「空調」と呼ぶ）を行う空気調和機は、室内ユニット及び室外ユニットの間を冷媒配管及び電気配線で接続して構成されている。このような空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構、室内熱交換器及び四方弁を主な構成要素として冷媒の循環回路を形成するヒートポンプを用いており、冷媒の循環方向を四方弁の操作によって切り換えることで所望の空調運転を行っている。
【０００３】
上述したヒートポンプを用いた空気調和機においては、室内熱交換器において冷媒が気液二相となって流れる領域（以下、「二相部」と呼ぶ）の適所に温度センサを設け、冷房運転時に蒸発器側（低圧側）となる室内熱交換器の温度を検出している。
そして、この検出温度が所定値以下の低温、すなわちフロストの発生が懸念されるような低温を継続して検出した場合には、圧縮機の運転を停止して冷媒の供給をひとまず休止する。圧縮機の運転を休止した後、上述した検出温度が所定値以上に上昇した時点で圧縮機の運転を再開する。このような休止、再開という断続運転を実施して、フロスト防止の運転制御を行っている。
【０００４】
図４は、上述した従来の圧縮機の断続運転によるフロスト防止制御の具体例を示す説明図である。図４に示したように、検出温度ＴがＴα（たとえば２．５℃）まで低下すると圧縮機の運転を停止し、検出温度ＴがＴβ（たとえば８℃）まで上昇すると圧縮機の運転を再開する、単純な断続運転制御を行っていた。
すなわち、圧縮機のフロスト防止制御は、通常運転から切換えるモードとして、温度下降状況下において温度Ｔαだけをモード移行条件に設定し、圧縮機の停止という単一の運転制御モードのみ（１段階）を有するものであった。そして、防止制御から通常運転への切り換えに際しても、温度上昇状況下において温度Ｔβだけをモード移行条件に設定し、運転停止を解除する制御を行っていた。なお、断続運転を行う検出温度Ｔには、圧縮機の断続運転が頻繁に繰り返されないようにするため、Ｔβ−Ｔα（たとえば５．５℃）のヒステリシスが設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した空気調和機においては、空調負荷に見合った能力を確保するため、特に大能力の装置において圧縮機の回転数が高く設定され、結果的に低圧が低くなる傾向にある。このため、室内温度が比較的低い低負荷冷房運転の場合には、室内熱交換器の温度が所定値以下の低温に低下するので圧縮機が停止されやすく、しかも、圧縮機を停止して冷媒の供給を休止した後には、冷房運転を必要とする室内環境にあるため比較的短時間で室内熱交換器の温度が上昇することになる。
従って、圧縮機の停止により冷風が吹き出されなかったり、あるいは、圧縮機の頻繁な断続運転が行われることになるので、冷風が吹き出されたり停止したりというように空調運転の状況が頻繁に変動し、良好な空調フィーリングを得られないという不都合が生じていた。
【０００６】
このため、室内熱交換器の冷房運転時にフロストが発生するのを防止するフロスト防止制御において、新しい室内熱交換器フロスト防止運転モードを採用して、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止時間を最小限とする、あるいは圧縮機の頻繁な断続運転を防止することを実現し、空調フィーリングの向上をはかることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、冷房運転時における室内熱交換器フロスト防止運転モードの空調フィーリングを向上させる空気調和機の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に記載の空気調和機は、室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機を制御する制御部と、を備え、冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を有する空気調和機において、
前記室内熱交換器は、当該熱交換器がフロストする条件を検出するフロスト条件検出手段を有するとともに、前記制御部は、前記「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の前記圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
このような空気調和機によれば、圧縮機をインバータ制御の電動圧縮機とし、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」では、電動圧縮機の運転が、室内熱交換器に設けたフロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたので、圧縮機の運転または停止による断続運転以外の圧縮機運転制御を行ってきめ細かいフロスト防止運転制御を実施することが可能になる。
【００１０】
請求項１に記載の空気調和機においては、前記フロスト条件検出手段として、前記室内熱交換器の二相部に設けた温度センサまたは圧力センサを用いることが好ましく、これにより、室内熱交換器がフロストに至る温度または圧力の状態を確実に検出することができる。
【００１１】
請求項１または２に記載の空気調和機においては、前記「圧縮機運転制御モード」が、少なくとも「圧縮機停止モード」及び「圧縮機回転数制限モード」の２段階を備えていることが好ましく、これにより、「圧縮機回転数制限モード」では圧縮機の回転数を冷房負荷の要求に優先させて制限することができるので、圧縮機を即座に停止しないフロスト防止運転が可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の空気調和機においては、前記「圧縮機運転制御モード」が、前記フロスト条件検出手段の検出値に制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させることが好ましく、これにより、より一層きめ細かい圧縮機の運転制御が可能になる。
【００１３】
請求項１から４のいずれかに記載の空気調和機は、前記「圧縮機運転制御モード」では、室内ファンの回転数を上げることが好ましく、これにより、室内熱交換器のフロスト防止運転時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項１から５のいずれかに記載の空気調和機は、前記「圧縮機運転制御モード」では、電子膨張弁の開度を上げてもよく、これによっても室内熱交換器のフロスト防止運転時間を短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる空気調和機の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
図１は、冷暖房の選択切換を含む空調運転が可能なヒートポンプ式の空気調和機ＡＣの基本的な構成を示す系統図である。図１に示したように、圧縮機１、室外熱交換器２、電子膨張弁（絞り機構）４、室内熱交換器５及び四方弁８が冷媒配管７で連結されて閉回路の冷媒回路を形成し、この冷媒回路を循環する冷媒と空気との熱交換によって、冷媒が気液の状態変化を繰り返すヒートポンプの冷凍サイクルが構成される。
なお、図１に示す冷媒の流れは、室内熱交換器５が蒸発器として機能する冷房運転時の状態である。暖房運転時には、四方弁８の操作により冷媒の流れ方向が逆転するので、室内熱交換器５は凝縮器として機能することとなる。
【００１６】
ここで、本発明にかかる空気調和機ＡＣは、室外機ユニット及び室内機ユニットの二つの大きな構成要素からなる。
室外機ユニットは、不図示の室外機用ケーシング内に、圧縮機１、室外熱交換器２、室外ファン３、電子膨張弁４及び四方弁８を備える構成を採用する。圧縮機１は、インバータ制御される電動モータ１ａを駆動源とする電動圧縮機であり、本実施形態では電動モータ１ａを内蔵した密閉型の圧縮機を採用する。室外熱交換器２は、室外気と冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器である。室外ファン３は、室外気を室外機用ケーシング内に導入して室外熱交換器２を通過させる機能を呈する。なお、室外ファン３には、プロペラファンを採用し、駆動源として電動モータ３ａを用いる。
【００１７】
他方の室内機ユニットは、不図示の室内機用ケーシング内に、室内熱交換器５、室内ファン６及び温度センサ９を備える構成を採用する。室内熱交換器５は、室内気と冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器である。室内ファン６は、室内機ユニットに設けられた不図示の吸込口から室内気を吸い込み、室内熱交換器５に室内気を提供し、かつ、熱交換を終えた室内気を、室内機ユニットに設けられた不図示の吹出口から吹き出すためのファンである。
この室内ファン６の作動により、吸込口から室内の空気（室内気）を吸い込んで室内熱交換器５を通過させ、室内気と冷媒との熱交換により空調した空調空気を吹出口から室内へ吹き出す構成を実現する。なお、室内ファン６には、通常電動モータ６ａで駆動されるクロスフローファンが使用されている。
温度センサ９は、室内熱交換器５の温度を検出するための温度センサであり、詳細は口述する。
【００１８】
また、制御部１０は、上述した圧縮機１、室外ファン３、電子膨張弁４、室内ファン６などを制御下におき、空気調和機ＡＣの各種運転制御を行う機能を呈する。制御部１０は各制御要素に適した各種の電気回路素子を具備するものであり、本実施形態においては、室外機ユニット及び室内機ユニットに適宜分散して設ける構成を採用する。なお、空気調和機ＡＣは、不図示のリモートコントローラを介して、所望の空調運転モードや空調設定温度等の制御指示情報を受け付け、受け付けた制御情報に基づき、制御部１０が運転制御を行うことができるように、受光部などを備えた既知の遠隔制御信号受信回路を備えている。
【００１９】
上述した構成の空気調和機ＡＣにおいては、図１に示した冷媒回路を、暖房運転時には冷媒が図中時計廻りに循環し、圧縮機１で高温高圧とされた気体冷媒を室内熱交換器５に送出し、この冷媒と室内気との間で熱交換を行うことにより冷媒は凝縮し、高温高圧の液冷媒化が実現される。
また、冷房運転時の冷媒は、冷媒回路を暖房運転時とは逆の半時計廻りに循環する。すなわち、圧縮機１で高温高圧の気体とされた冷媒が、冷媒配管７を通過して室外熱交換器２に送られ、室外気に熱を与えて凝縮液化し高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁４を通過して低温低圧の液冷媒となり、再び冷媒配管７を通り室内熱交換器５に送られる。低温低圧の液冷媒は、ここで室内気から熱を奪って当該室内気を冷却するとともに、冷媒自身は蒸発気化して低温低圧の気体冷媒となる。これが再び圧縮機１に送出され、上記過程を繰り返すことになる。
【００２０】
このような冷房運転時においては、前述したように、室内熱交換器５に所定時間以上の低温状態が継続すれば、すなわち、フロストの発生が懸念される温度よりも低い低温状態が所定時間（たとえば１０分程度）以上継続すれば、フロストの発生が問題となる。
そこで、本発明にかかる空気調和機は、以下に説明する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を設け、制御部１０の制御により、室内熱交換器５が所定の低温まで温度低下しないようにし、かつ、空調フィーリングの面でも良好な制御を行いつつ、フロストの発生を防止するものである。
【００２１】
このフロストの発生を防止すべく、室内熱交換器５がフロストすることが懸念される状況にあるか否か、換言すれば室内熱交換器フロスト防止運転モードを実施する必要があるか否かを判断するため、フロスト条件検出手段として、室内熱交換器５の適所に温度センサ９を設ける。
具体的には、この温度センサ９は、室内熱交換器５において冷媒が気液二相状態にある領域に設置されるが、詳細には、冷媒入口から液体で導入される室内熱交換器５に導入される冷媒が冷媒出口から気体となって流出する熱交換器内の冷媒経路のうち、概ね中間位置となる二相部に設置される。
【００２２】
温度センサ９で検出した検出値（検出温度Ｔ）は、制御部１０に入力される。制御部１０内には、たとえば図２に示すように、３つの温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が予め設定されており、制御部１０内に設けられた記憶手段の所定の領域にそれぞれ格納される。入力された検出値を受けつけた制御部１０は、記憶手段に格納された設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３と、温度センサ９から入力された検出温度Ｔとを比較する。なお、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の具体例を示すと、たとえばＴ１＝２．５℃、Ｔ２＝５℃、Ｔ３＝８℃となり、この場合、温度Ｔ１がフロストの発生が懸念される温度である。
【００２３】
ここで、空気調和機ＡＣは、制御部１０による検出温度Ｔと上述した３つの設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３との比較に基づき選択される「圧縮機運転制御モード」として、運転中の圧縮機を休止させる「圧縮機停止モード」に加えて、運転中の圧縮機の回転数を所定の回転数に抑える「圧縮機回転数制限モード」の２段階のモードが設定されている。
より詳細には、制御部１０が管理する「圧縮機運転制御モード」は、温度を制御モードの移行条件として、圧縮機の回転数を制御する処理を行うモードであり、所定の２つの異なる回転数に応じて制御処理を行う。
【００２４】
室内熱交換器５から検出される温度Ｔが下降していく場合、通常運転モードから最初に運転制御モードを切り換える移行条件（臨界条件）は、図２に示したように、検出温度Ｔが温度Ｔ２と一致することになる。この条件に合致した場合に採用される「圧縮機回転数制限モード」の運転制御では、制御部１０は、圧縮機１の回転数上限を制限して低速運転する制御を行う。この回転数の制御のため、制御部１０は、電動圧縮機の制御回路としてインバータ制御装置を採用する。なお、インバータ制御方式以外に、回転数制御として、極数の変更、滑りの変更などの方式を適宜選択して行ってもよい。
【００２５】
すなわち、制御部１０は、「通常運転」の状態から「圧縮機運転制御モード」に切り換える処理を行い、まず、「圧縮機回転数制限モード」に移行する。具体的には、制御部１０は、設定された回転数上限を最優先とし、たとえ、空調（冷房）負荷に応じて圧縮機１に求められる回転数が、この回転数上限よりも大きい場合であっても、回転数上限以上の高回転数運転を行わないように制御するものである。
【００２６】
また、「圧縮機回転数制限モード」に移行しても、検出温度Ｔが下降した場合には、設定温度Ｔ１が次の運転モードを変更する際の移行条件となる。この条件に合致した場合に採用される「圧縮機停止モード」における運転制御では、制御部１０は、従来と同様に圧縮機１の運転を完全に停止させる運転制御、言い換えれば回転数を０にする制御を行う。このような完全に圧縮機１の運転を停止させる「圧縮機停止モード」は、本発明における室内熱交換器フロスト防止運転モードではフロスト防止の最終的な段階として用いられる手段と位置づけられる。
なお、設置された環境では「室内熱交換器フロスト防止運転モード」が不要の状況で空気調和機ＡＣが運転される、あるいは後天的に温度上昇してフロストの発生が見込まれない状況で運転される場合などに備えて、圧縮機１を通常の空調運転制御に基づき、あるいは空調運転制御に戻して運転する「解除モード」があるのはもちろんである。
【００２７】
続いて、上述した制御部１０の管理下における、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」による圧縮機１の運転制御及び作用を具体的に説明する。
通常の冷房運転では、検出温度Ｔは温度Ｔ３より高いため、空調負荷側の運転制御により圧縮機１のＯＮ・ＯＦＦ及び回転数が定められる。しかし、検出温度Ｔが低下してＴ２（Ｔ３＞Ｔ２）より低くなると、制御部１０の制御下で空気調和機ＡＣは、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」に入る。具体的には、制御部１０は、第１段階の「圧縮機運転制御モード」である「圧縮機回転数制限モード」に従った圧縮機１の制御を行う。この場合の圧縮機回転数上限は、インバータ制御における最低回転数に設定されるのが一般的であるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
こうして、制御部１０が、圧縮機１の回転数上限を最低回転数に制限すると、室内熱交換器５を通過する冷媒循環量が減少することになるので、冷媒が奪う蒸発潜熱も減少して温度低下が抑制されるか、あるいは、温度低下が止まって温度上昇に転じることとなる。
このうち、温度低下が抑制された場合には、圧縮機１の容量（能力）が大きい場合などさらに温度低下してＴ１（Ｔ２＞Ｔ１）まで下がることがある。この場合、Ｔ１はフロストの発生が懸念される温度であり、従って、Ｔ１以下に温度低下するとフロストが極めて発生しやすくなるので、制御部１０の制御下で、空気調和機ＡＣは、圧縮機１の運転を完全に停止する「圧縮機停止モード」の運転制御モードに入る。こうして、制御部１０が圧縮機１の運転を停止すると、冷媒の循環も止まるため冷媒に奪われる蒸発潜熱がなくなり、時間の経過と共に室内熱交換器５の温度が上昇する。そして、検出温度ＴがＴ３まで上昇した時点で、制御部１０は、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を解除する。この解除の後、空調側の制御により圧縮機１の通常運転が開始される。
【００２９】
また、制御部１０は、圧縮機１の回転数を制限した運転で室内熱交換器５の温度が上昇に転じた場合にも、検出温度がＴ３になるまで「圧縮機回転数制限モード」の圧縮機運転制御を継続する。そして、制御部１０は、検出温度ＴがＴ３まで上昇した時点で「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を解除する。この解除を受けて、空調側の制御により圧縮機１は通常の運転が開始される。
【００３０】
以上説明したように、空気調和機ＡＣのフロスト防止制御を、上述した「室内熱交換器フロスト防止運転モード」とすれば、圧縮機１の運転・停止の断続運転を行っていた従来とは異なり、圧縮機１を最低回転数に制限した「圧縮機回転数制限モード」の圧縮機運転制御モードが設けられているので、圧縮機１を完全に停止したフロスト防止運転を行わなくてもフロスト防止が可能になり、圧縮機１の停止により低下する空調フィーリングを改善することができる。すなわち、圧縮機１を最低回転数で運転しながらフロスト発生に至る温度低下を防止するので、空調負荷を満足できないまでも冷房運転の冷風を吹き出すことができるようになり、全くあるいはほとんど冷風の吹き出しがない従来及び本発明における「圧縮機停止モード」の運転制御と比較して良好な空調フィーリングを得ることができる。
なお、本発明においては、上述した温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の設定温度幅を広げることにより、かなりの広範囲にわたって「圧縮機回転数制限モード」のフロスト防止運転を実施することができるので、実質的には圧縮機１の停止または断続運転による空調フィーリングの低下を大幅に改善することができる。
【００３１】
さて、上述した実施形態では「圧縮機運転制御モード」を２段階としたが、制御回転数の異なる３段階あるいはそれ以上の運転制御モードを設けて、より一層きめ細かい制御を実施してもよい。例えば、制御部１０における検出温度Ｔに対応する所定の温度をＴ１〜Ｔ４の４段階に設定しておき、上述した実施形態の運転制御モードに加えて、上限を最低回転数に制限する運転制御モードの前にもう一段階、圧縮機１の回転数制限値（上限）を最低回転数よりも少し高い値に設定した運転制御モードを設けることが好ましい。
また、上述した実施形態では、フロスト条件検出手段として温度センサ９を採用したが、冷媒における温度と圧力との相関関係を利用すれば、温度センサ９に代えて圧力センサを採用することも可能である。
【００３２】
さらに、上述した実施形態の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、圧縮機１のフロスト防止運転制御に加えて、室内ファン６や電子膨張弁４の制御を併用して温度上昇を促進してもよい。
一方の室内ファン６は、圧縮機１の回転数制限または運転停止の実施と共に、回転数を上げて室内熱交換器５を通過する室内気の風量を増し、実質的に室内気で室内熱交換器５を加熱するように制御するのが好ましい。
また、電子膨張弁４については、圧縮機１の回転数制限の実施と共に開度を上げ、室内熱交換器５を通過する冷媒の冷却能力を低下させるように制御するのが好ましい。
なお、上述した室内ファン６及び電子膨張弁４による室内熱交換器５の温度上昇促進は、併用することも可能である。
【００３３】
加えて、以上説明した構成の空気調和機を採用することにより、室内熱交換器のフロスト防止方法として、「室内熱交換器フロスト防止モード」では、前記圧縮機の運転が、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じて、異なる制御条件の運転制御モードが順次選択される空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法が実現できる。
詳細には、図１に示した、吸込口から室内気を吸い込みかつ吹出口から吹き出すためのファンと、前記室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、これらを含む各機器を収納するケーシングとを具備してなる室内ユニットと、室外熱交換器と、該室外熱交換器または前記室内熱交換器に高温高圧の気体冷媒を送出する圧縮機とを具備してなる室外機ユニットと、各種電気回路素子よりなる制御部とを備え、冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交フロスト防止運転モード」が設けられている空気調和機において、前記「室内熱交フロスト防止運転モード」では、前記電動圧縮機の運転が、前記室内熱交換器に設けたフロスト条件検出手段の検出値に応じて、予め定めた２段階以上の「圧縮機運転制御モード」から選択される空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法を提供でき、これにより、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止や断続運転による空調フィーリングの低下を改善できるといった顕著な効果が得られ、結果、フロスト防止運転時においても良好な空調フィーリングをユーザに提供できる。
【００３４】
以下、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」の他の実施形態を図３に基づき説明する。図３は、圧縮機運転制御の一例を示す制御マップ図である。本実施形態では、上述した実施形態における温度を運転モード切り換え条件とする制御手法に加え、運転時間を圧縮機の運転モード切り換え条件とするものである。このため、フロスト条件検出手段として機能する温度センサ９とともに、制御部１０が運転モードを切り換えるための条件を検出するための運転状況検出手段として、タイマーを用いる。ただし、専用のタイマーを設ける構成に限られるものではなく、通常運転における時間制御を行うためのタイマーを兼用しても良い。
【００３５】
この制御マップでは、圧縮機１のフロスト防止運転制御を行う条件として、温度センサ９のようなフロスト条件検出手段の検出値に、制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させている。具体的には、検出温度（Ｔ）を３パターン、圧縮機運転経過時間（ｔ）を２パターン設定し、それぞれのパターンに応じてマトリクス的にフロスト防止制御のための運転モードを４パターン設定している。
なお、本実施形態における圧縮機運転制御の理解容易のために図３に制御マップを示したが、この制御マップに対応した運転制御を、制御部１０の記憶手段の所定の領域に格納された処理プログラムなどに従って、制御部１０が行うことは言うまでもない。
【００３６】
図３の制御マップに示したように、本実施形態では、制御部１０は、記憶手段の所定の領域に、温度センサ９で検出した温度Ｔに対して、予め二つの設定温度Ｔａ，Ｔｂ（Ｔａ＜Ｔｂ）を記憶する。ここで、第１の設定温度Ｔａはフロストの発生が懸念される温度であり、概念としては先の実施形態で説明した設定温度Ｔ１と同義である。第２の設定温度Ｔｂは、温度が下降する状況にある場合に、最初にフロスト防止制御を開始する温度であり、概念としては先の実施形態で説明した設定温度Ｔ２と同義である。そして、制御部１０は、検出温度Ｔと設定温度Ｔａ，Ｔｂとを比較した結果により、マップの位置（縦軸側設定パターン）を選択する。
また、圧縮機１のフロスト防止運転制御を開始してから実際に経過した時間である圧縮機運転経過時間ｔに対して、比較対象となる運転経過時間の所定値ｔａを予め設定しておく。そして、制御部１０は、実際の圧縮機運転経過時間ｔと所定値ｔａとを比較した結果により、マップの位置（横軸側設定パターン）を選択する。
【００３７】
ここで、上述した縦軸側設定パターンと、横軸側設定パターンから、制御部１０が「圧縮機運転制御モード」として選択する運転モードとしては、先に述べた実施形態の「解除（圧縮機運転）」に相当する「制限なし」と、「圧縮機回転数制限モード」に相当する「上限回転数をＲｍａｘ ／２に設定」及び「上限回転数をＲｍａｘ ／４に設定」と、「圧縮機停止モード」とが予め設定されている。
そして、検出温度Ｔが設定温度Ｔｂより大きい（Ｔｂ＜Ｔ）場合には、室内熱交換器５の温度が高くフロスト発生の恐れがないため、「制限なし」を選択して空調側の運転制御に基づいた圧縮機１の回転数に制御される。
【００３８】
次に、フロスト発生が懸念される温度に比較的近い低温となる状況として、検出温度Ｔが、設定温度Ｔａより大きく、かつ、設定温度Ｔｂ以下（Ｔａ＜Ｔ≦Ｔｂ）となる場合には、制御部１０は、圧縮機１の運転制御モードを圧縮機運転経過時間ｔにより異ならせる制御処理を行う。
すなわち、制御部１０は、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａ以下（０＜ｔ≦ｔａ）の場合には「上限回転数をＲｍａｘ ／２に設定」を選択し、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａより大きい（ｔａ＜ｔ）場合には「上限回転数をＲｍａｘ ／４に設定」を選択する。回転数の制御は、先に述べた実施形態と同様に、周波数の制御などにより行う。なお、Ｒｍａｘ とは電動モータ１ａがインバータ制御される圧縮機１の最大回転数のことであり、冷媒循環量も最大となる。
【００３９】
このように圧縮機１の上限回転数は、フロスト防止運転の開始時間に応じて２段階に切り換えられ、圧縮機１のフロスト防止運転を開始しても室内熱交換器５の温度上昇が顕著に現れない場合、圧縮機１の回転数をより一層低下させて冷媒循環量を低減することができる。
【００４０】
詳細には、初期のフロスト防止運転においては、圧縮機１の回転数制限を最小限に抑えて良好な空調フィーリングを得ることができる。さらに、初期の制御処理として行われた所定値（時間）ｔａの運転では、設定温度Ｔｂまでの温度上昇が検出できないというフロスト防止にとって厳しい運転状況においては、圧縮機１の上限回転数をさらに低く設定して冷媒循環量を減少させる。
このような段階的適用が可能な制御とすることにより、フロスト防止運転時間の短縮及びフロスト発生の防止が可能になる。
なお、室内熱交換器５の温度が設定温度Ｔｂより高くなると、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」は解除（停止）され、空調負荷に応じた通常の空調運転による圧縮機１の回転数制御が行われる。
【００４１】
また、検出温度Ｔが設定温度Ｔａ以下（ｔ≦ｔａ）と低くフロスト発生が強く懸念される場合にも、圧縮機１の運転制御モードは圧縮機運転経過時間ｔにより異なっている。
すなわち、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａ以下（０＜ｔ≦ｔａ）の場合には「上限回転数をＲｍａｘ ／４に設定」を選択し、圧縮機運転経過時間ｔが所定値ｔａより大きい（ｔａ＜ｔ）の場合には「圧縮機停止モード」を選択する。
【００４２】
このようにすれば、圧縮機１の運転制御モードは、ｔａ以下の運転制御モードに移行した場合でも、フロスト防止運転の開始時間に応じて２段階に切り換えられ、圧縮機１のフロスト防止運転を開始しても室内熱交換器５の温度上昇が顕著に現れない場合、圧縮機１を完全に停止して冷媒の循環を止めることができる。
【００４３】
従って、このｔａ以下の運転制御モードに移行した初期のフロスト防止運転においては、温度条件のみによっていきなり運転を停止するという制御を行わないので、圧縮機１の回転数制限を最小限に抑えて良好な空調フィーリングを得ることができる。
ただし、所定値（時間）ｔａの運転では設定温度Ｔａまでの温度上昇が検出できないというフロスト防止にとって厳しい運転状況になった場合には、圧縮機１を完全に停止して冷媒の循環を止める。
【００４４】
このような段階的処理を行うことにより、必要最低限の回転数制御を行うことになるので、運転期間全体としてフロスト防止運転時間の短縮及びフロスト発生の防止が可能になる。
なお、室内熱交換器５の温度が設定温度Ｔｂより高くなると、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」は解除（停止）され、空調負荷に応じた通常の空調運転による圧縮機１の回転数制御が行われる。
また、解除までのシーケンスはこれに限られるものではなく、室内熱交換器５の温度が設定温度Ｔａより高くなった場合に、上述した設定温度Ｔａより大きく、かつ、設定温度Ｔｂ以下の運転制御モードを行うようにしてもよい。
【００４５】
ところで、上述した他の実施形態では２段階の設定温度Ｔａ，Ｔｂ及び１段階の所定値（時間）ｔａを設定した場合について説明したが、設定温度及び所定値（時間）の設定数をより増やせば、さらにきめ細かい運転制御が可能になる。
この場合、上限回転数の設定についてもより多段にするなど適宜変更が可能であり、また、上限回転数の設定値についても、図３に例示したＲｍａｘ ／２及びＲｍａｘ ／４に限定されることはなく、たとえばインバータ制御の最低回転数を採用するなど適宜変更が可能である。
【００４６】
そして、これまで説明した実施形態の変形例として、温度センサ９に代えて、圧力センサをフロスト条件検出手段として採用することが可能である。
さらに、圧縮機１のフロスト防止運転制御に加えて、室内ファン６や電子膨張弁４のいずれか一方の制御を併用して温度上昇を促進してもよく、あるいは、両方の制御を併用することも可能である。
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００４７】
【発明の効果】
上述した本発明の空気調和機によれば、「室内熱交換器フロスト防止運転モード」として、室内熱交換器に設けたフロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたので、圧縮機の運転または停止による断続運転以外の圧縮機運転制御を行ってきめ細かいフロスト防止運転制御を実施することが可能になる。このため、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止や断続運転による空調フィーリングの低下を改善できるといった顕著な効果が得られ、フロスト防止運転時においても良好な空調フィーリングの空気調和機となる。
【００４８】
特に、「圧縮機運転制御モード」として、少なくとも「圧縮機停止モード」及び「圧縮機回転数制限モード」の２段階を設けてあるので、「圧縮機回転数制限モード」では圧縮機の回転数を冷房負荷の要求に優先させて制限することができ、圧縮機を停止しないフロスト防止運転を実現できる。
また、圧縮機運転制御モードにおいて、フロスト条件検出手段の検出値に制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させるようにすれば、より一層きめ細かい運転制御が可能になって空調フィーリングをより一層向上させることができる。
【００４９】
また、圧縮機運転制御モードにおいて、室内ファンの回転数を上げたり、あるいは、電子膨張弁の開度を上げるようにすれば、室内熱交換器のフロスト防止運転時間を短縮することができるようになり、空気調和機本来の空調運転時間が長くなって所望の空調を効率よく実施することができる。
加えて、本発明の室内熱交換器のフロスト防止方法によれば、「室内熱交換器フロスト防止モード」では、圧縮機の運転が、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じて、異なる制御条件の運転制御モードが順次選択されるので、フロスト防止を目的とする圧縮機の停止や断続運転による空調フィーリングの低下を改善できるといった顕著な効果が得られ、結果、フロスト防止運転時においても良好な空調フィーリングをユーザに提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の冷媒回路について、構成例を示す系統図である。
【図２】図１に示した空気調和機の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」における「圧縮機運転制御モード」の一実施形態として、圧縮機運転制御例を示す図である。
【図３】図１に示した空気調和機の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」における「圧縮機運転制御モード」の他の実施形態として、圧縮機運転制御例を示す制御マップ図である。
【図４】空気調和機の「室内熱交換器フロスト防止運転モード」における「圧縮機運転制御モード」の従来例として、圧縮機運転制御例を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
１ａ 電動モータ（インバータ制御）
２ 室外熱交換器
３ 室外ファン
４ 電子膨張弁（絞り機構）
５ 室内熱交換器
６ 室内ファン
７ 冷媒配管
８ 四方弁
９ 温度センサ（フロスト条件検出手段）
１０ 制御部
ＡＣ 空気調和機
Claims (9)
- 室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機を制御する制御部と、を備え、
冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を有する空気調和機において、
前記室内熱交換器は、当該熱交換器がフロストする条件を検出するフロスト条件検出手段を有するとともに、
前記制御部は、前記「室内熱交換器フロスト防止運転モード」において、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じた２段階以上の前記圧縮機の運転制御モードを選択可能に設けたことを特徴とする空気調和機。 - 前記フロスト条件検出手段は、前記室内熱交換器の二相部に設けた温度センサまたは圧力センサであることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
- 前記圧縮機の運転制御モードは、少なくとも「圧縮機停止モード」及び「圧縮機回転数制限モード」の２段階を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の空気調和機。
- 前記圧縮機の運転制御モードは、前記フロスト条件検出手段の検出値に制御開始後の圧縮機運転経過時間（ｔ）を相関させることを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
- 前記圧縮機の運転制御モードは、室内ファンの回転数を上げることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気調和機。
- 前記圧縮機の運転制御モードは、電子膨張弁の開度を上げることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の空気調和機。
- 室内気と室外機ユニットから供給された冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機を制御する制御部と、を備え、
冷房運転時に前記室内熱交換器のフロストを防止する「室内熱交換器フロスト防止運転モード」を有する空気調和機において、
前記「室内熱交換器フロスト防止モード」では、前記圧縮機の運転が、前記フロスト条件検出手段の検出値に応じて、異なる制御条件の運転制御モードが順次選択されることを特徴とする空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法。 - 前記フロスト条件検出手段は、前記室内熱交換器の二相部に設けた温度センサまたは圧力センサであり、
前記圧縮機の運転制御モードは、少なくとも「圧縮機停止モード」及び「圧縮機回転数制限モード」の２段階が選択されることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法。 - 前記圧縮機の運転制御モードは、制御開始後の圧縮機運転経過時間に応じて選択されることを特徴とする空気調和機の室内熱交換器フロスト防止方法。
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