JP2007010254A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 最適な条件で除霜を効率的に行なうことが可能な空気調和機を提供する。
【解決手段】 この空気調和機では、室外熱交換器５の除霜時に室内熱交換器２の温度低下に応じて、膨張弁３の開度を閉じる方向に制御するとともに、圧縮機６の駆動回転数を低下させる。したがって、タイマで計測した除霜時間の経過に応じて膨張弁３の開度や圧縮機６の駆動回転数を制御していた従来に比べ、環境条件などに応じた最適な条件で除霜を効率的に行なうことができる。
【選択図】 図５

Description

この発明は空気調和機に関し、特に、室外熱交換器に着霜した場合に除霜運転を行なう空気調和機に関する。

従来より、空気調和機では、室内熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室外熱交換器に与え、その室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室内熱交換器に与え、室内暖房を行なっている。また、室外熱交換器に着霜した場合は、室外熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室内熱交換器に与え、その室内熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室外熱交換器に与え、室外熱交換器を加熱して除霜している（たとえば特許文献１参照）。

また、従来の空気調和機では、除霜時に２相（液相と気相）の冷媒が流れることに起因して冷媒音が発生したり圧縮機が故障することを防止するため、タイマにより計測した除霜時間の経過に応じて膨張弁の開度や圧縮機の回転数を低下させていた。
特開２００３−１７２５６０号公報

しかし、除霜時に２相の冷媒が発生するタイミングは、温度、湿度、風速などの環境条件や着霜状態によって異なる。しかるに従来の空気調和機では、環境条件や着霜状態に関係なく、タイマにより計測した除霜時間の経過に応じて膨張弁の開度や圧縮機の駆動回転数を低下させていたので、環境条件などに応じた最適な条件で除霜を行なうことができなかった。たとえば、まだ膨張弁の開度や圧縮機の駆動回転数を低下させる必要がないのに低下させた結果、除霜時間が必要以上に長くなったり、所定時間内に除霜を完了することができない場合があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、環境条件や着霜状態に応じた最適な条件で除霜を効率的に行なうことが可能な空気調和機を提供することである。

この発明に係る空気調和機は、暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を膨張弁で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室内熱交換器に与え、室外熱交換器の除霜時は、室外熱交換器で凝縮した冷媒を膨張弁で減圧して室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室外熱交換器に与える空気調和機において、室内熱交換器の温度を検出する温度センサと、室外熱交換器の除霜時に、温度センサによって検出された室内熱交換器の温度低下に応答して膨張弁の開度を閉じる方向に制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

好ましくは、制御部は、予め定められた室内熱交換器の温度と膨張弁の開度との関係を示す数式または表に基づいて膨張弁の開度を閉じる方向に制御する。

また好ましくは、制御部は、さらに、温度センサによって検出された室内熱交換器の温度低下に応答して圧縮機の駆動回転数を低下させる。

また、この発明に係る他の空気調和機は、暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室内熱交換器に与え、室外熱交換器の除霜時は、室外熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して室外熱交換器に与える空気調和機において、室内熱交換器の温度を検出する温度センサと、室外熱交換器の除霜時に、温度センサによって検出された室内熱交換器の温度低下に応答して圧縮機の駆動回転数を低下させる制御部とを備えたことを特徴とする。

好ましくは、制御部は、予め定められた室内熱交換器の温度と圧縮機の駆動回転数との関係を示す数式または表に基づいて圧縮機の駆動回転数を低下させる。

この発明に係る空気調和機では、室外熱交換器の除霜時に室内熱交換器の温度低下に応答して、膨張弁の開度を閉じる方向に制御するか、圧縮機の駆動回転数を低下させるか、それらの両方を行なう。したがって、室内熱交換器の温度が低下して２相の冷媒が実際に発生するタイミングで膨張弁の開度や圧縮機の駆動回転数を低下させるので、環境条件や着霜状態に応じた最適な条件で除霜を効率的に行なうことができる。

図１は、この発明の一実施の形態による空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。図１において、この空気調和機は、室内送風機１、室内熱交換器２、膨張弁３、室外送風機４、室外熱交換器５、圧縮機６、および四方弁７を備える。

室内送風機１は、室内空気を室内熱交換器２に供給する。室内熱交換器２は、室内送風機１から供給された室内空気と冷媒の熱交換を行なう。膨張弁３は、冷媒の圧力を低減させる。室外送風機４は、室外空気を室外熱交換器５に供給する。室外熱交換器５は、室外送風機４から供給された室外空気と冷媒の熱交換を行なう。圧縮機６は、冷媒を圧縮する。四方弁７は、暖房時と除霜時で冷媒の流れる方向を切換える。

暖房時は、四方弁７は図中点線の経路で冷媒を流す。室外熱交換器５で蒸発した冷媒は、四方弁７を介して圧縮機６に与えられる。圧縮機６で圧縮された高温の冷媒は、室内熱交換器２で室内空気に熱を与えて凝縮（液化）する。これにより、室内空気が暖められる。室内熱交換器２で凝縮した冷媒は、膨張弁３で減圧されて室外熱交換器５に与えられ、室外熱交換器５を介して室外空気の熱を吸収し、蒸発（気化）する。

室外熱交換器５に霜が付着すると、室外熱交換器５の熱交換効率が低下する。そこで、室外熱交換器５の温度が所定値以下になった場合は、室外熱交換器５に着霜したと判断して除霜運転を行なう。

除霜時は、四方弁７は図中実線の経路で冷媒を流し、送風機１，４は駆動停止される。室内熱交換器２で蒸発した冷媒は、四方弁７を介して圧縮機６に与えられる。圧縮機６で圧縮された高温の冷媒は、室外熱交換器５に熱を与えて液化する。これにより、室外熱交換器５が暖められて、除霜される。室外熱交換器５で凝縮した冷媒は、膨張弁３で減圧されて室内熱交換器２に与えられ、室内熱交換器２を介して室内空気の熱を吸収し、蒸発（気化）する。ただし、除霜時間の経過に伴って室内熱交換器２の温度が低下すると、室内熱交換器２で冷媒が十分に気化せずに２相（液相、気相）の冷媒が発生するので、室内熱交換器２の温度低下に応じて膨張弁３の開度を閉じる方向に制御するとともに圧縮機６の回転数を低下させ、冷媒の循環量を低下させて２相の冷媒の発生量を低下させる。

図２は、この空気調和機の構成を示すブロック図である。図２において、この空気調和機は、図１で示したものに加え、操作部１０、温度センサ１１，１２、記憶部１３、および制御部１４を備える。操作部１０は、電源スイッチ、温度調節キー、風量調節キー、タイマなどを含む。温度センサ１１は、室内熱交換器２の温度を検出し、検出値を示す信号を制御部１４に与える。温度センサ１２は、室外熱交換器５の温度を検出し、検出値を示す信号を制御部１４に与える。

記憶部１３には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、除霜時における室内熱交換器２の温度（℃）と圧縮機６の回転数（ｒｐｍ）との関係を示す数式または表と、除霜時における室内熱交換器２の温度（℃）と膨張弁３の開度（ｓｔｅｐ）との関係を示す数式または表とが格納されている。図３（ａ）では、室内熱交換器２の温度（℃）の低下に応じて圧縮機６の回転数（ｒｐｍ）がステップ状に低下する状態が例示され、図３（ｂ）では、室内熱交換器２の温度（℃）の低下に応じて膨張弁３の開度（ｓｔｅｐ）が連続的に低下する状態が例示されている。

制御部１４は、ユーザから操作部１０を介して入力された指示、温度センサ１１，１２の検出結果、記憶部１３に格納された数式または表などに従って、送風機１，４の送風量の制御、膨張弁３の開度の制御、圧縮機６の駆動回転数の制御、四方弁７の切換えなどを行なう。

図４は、除霜運転時における制御部１４の動作を示すフローチャートである。制御部１４は、ステップＳ１において膨張弁３の開度Ａを初期値Ａ０にセットするとともに、圧縮機６の駆動を開始させ、圧縮機６の駆動回転数Ｂを初期値Ｂ０にセットする。ステップＳ２において温度センサ１１を介して室内熱交換器２の温度Ｔ１を検出し、ステップＳ３において記憶部１３の数式または表に基づいて室内熱交換器２の温度Ｔ１に応じた膨張弁開度Ａ（Ｔ１）および圧縮機回転数Ｂ（Ｔ１）を求める。

ステップＳ３において、膨張弁３の開度ＡをＡ（Ｔ１）に更新するとともに、圧縮機６の回転数ＢをＢ（Ｔ１）に更新する。このとき、室内熱交換器２の温度Ｔ１の低下に応じて膨張弁３の開度Ａが低下するとともに圧縮機６の回転数Ｂが低下し、冷媒の循環量が低下して２相の冷媒の発生量が低下し、冷媒音が軽減されるとともに冷媒液による圧縮機６の故障が防止される。

ステップＳ５において温度センサ１２を介して室外熱交換器５の温度Ｔ２を検出し、ステップＳ６において室外熱交換器５の温度Ｔ２が所定温度Ｔｅ（たとえば１０℃）よりも高いか否かを判別し、Ｔ２＞Ｔｅでない場合はステップＳ２に戻り、Ｔ２＞Ｔｅである場合は室外熱交換器４の霜が取れたと判断して除霜運転を終了する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、除霜運転時における圧縮機６の回転数、膨張弁３の開度、室内熱交換器２の温度、室外熱交換器５の温度の時間変化を例示するタイムチャートである。図５（ａ）〜（ｄ）において、除霜運転が開始されると、膨張弁３の開度が初期値（たとえば３００ｓｔｅｐ）にセットされるとともに、圧縮機６の回転数が初期値（たとえば４８００ｒｐｍ）にセットされる。これに応じて室内熱交換器２の温度が徐々に低下する一方、室外熱交換器５の温度は霜が融けている期間では略０℃のまま変化しない。室内熱交換器２の温度が低下すると、室内熱交換器２内で冷媒液が十分に蒸発せず、２相の冷媒が発生し、冷媒音が発生したり、圧縮機６が故障する要因となる。

そこで、室内熱交換器２の温度低下に応じて、圧縮機６の回転数をステップ状に低下させるとともに、膨張弁３の開度を連続的に低下させる。これにより、冷媒の循環量が低下して２相の冷媒の発生量が低下し、冷媒音が軽減されるとともに、圧縮機６の故障が防止される。室外熱交換器５の霜が取れると、室外熱交換器５の温度が上昇する。室外熱交換器５の温度が所定の温度（たとえば１０℃）よりも高くなると、除霜運転が終了する。

この実施の形態では、室外熱交換器５の除霜時に室内熱交換器２の温度低下に応じて、膨張弁３の開度を閉じる方向に制御するとともに、圧縮機６の駆動回転数を低下させる。したがって、タイマで計測した除霜時間の経過に応じて膨張弁３の開度や圧縮機６の回転数を低下させていた従来に比べ、環境条件や着霜状態に応じた最適な条件で除霜を効率的に行なうことができる。このため除霜時間の短縮化を図ることができ、ひいては暖房能力の向上を図ることができる。

なお、この実施の形態では、室内熱交換器２の温度低下に応じて膨張弁３の開度と圧縮機６の回転数の両方を低下させたが、いずれか一方のみを低下させてもよい。

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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ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。

この発明の一実施の形態による空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。 図１に示した空気調和機の構成を示すブロック図である。 図２に示した記憶部の記憶内容を例示する図である。 図２に示した制御部の除霜時の動作を示すフローチャートである。 除霜運転時における圧縮機６の回転数、膨張弁３の開度、室内熱交換器２の温度、室外熱交換器５の温度の時間変化を例示するタイムチャートである。

符号の説明

１ 室内送風機、２ 室内熱交換器、３ 膨張弁、４ 室外送風機、５ 室外熱交換器、６ 圧縮機、７ 四方弁、１０ 操作部、１１，１２ 温度センサ、１３ 記憶部、１４ 制御部。

Claims (5)

1. 暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を膨張弁で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して前記室内熱交換器に与え、前記室外熱交換器の除霜時は、前記室外熱交換器で凝縮した冷媒を前記膨張弁で減圧して前記室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を前記圧縮機で圧縮して前記室外熱交換器に与える空気調和機において、
   前記室内熱交換器の温度を検出する温度センサと、
   前記室外熱交換器の除霜時に、前記温度センサによって検出された前記室内熱交換器の温度低下に応答して前記膨張弁の開度を閉じる方向に制御する制御部とを備えたことを特徴とする、空気調和機。
2. 前記制御部は、予め定められた前記室内熱交換器の温度と前記膨張弁の開度との関係を示す数式または表に基づいて前記膨張弁の開度を閉じる方向に制御する、請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御部は、さらに、前記温度センサによって検出された前記室内熱交換器の温度低下に応答して前記圧縮機の駆動回転数を低下させる、請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 暖房時は、室内熱交換器で凝縮した冷媒を減圧装置で減圧して室外熱交換器に与え、該室外熱交換器で蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮して前記室内熱交換器に与え、前記室外熱交換器の除霜時は、前記室外熱交換器で凝縮した冷媒を前記減圧装置で減圧して前記室内熱交換器に与え、該室内熱交換器で蒸発した冷媒を前記圧縮機で圧縮して前記室外熱交換器に与える空気調和機において、
   前記室内熱交換器の温度を検出する温度センサと、
   前記室外熱交換器の除霜時に、前記温度センサによって検出された前記室内熱交換器の温度低下に応答して前記圧縮機の駆動回転数を低下させる制御部とを備えたことを特徴とする、空気調和機。
5. 前記制御部は、予め定められた前記室内熱交換器の温度と前記圧縮機の駆動回転数との関係を示す数式または表に基づいて前記圧縮機の駆動回転数を低下させる、請求項３または請求項４に記載の空気調和機。

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