JP2008101819A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機において、デフロスト運転の効率を向上しつつ、暖房能力を向上すること。
【解決手段】空気調和機は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張機構４及び室外熱交換器５を環状に結合した冷凍サイクルと、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器５の暖房運転時の入口側とを結合したバイパス回路と、室外熱交換器温度センサー９（１０）と、暖房運転時に圧縮機１より吐出されるガス冷媒をバイパス回路を経て室外熱交換器５に送る正サイクルデフロスト運転を実行する制御装置１２とを備える。制御装置１２は、デフロスト禁止時間の経過後に正サイクルデフロスト運転を開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行すると共に、正サイクルデフロスト運転の終了後に室外熱交換器温度センサー９（１０）にて検出した温度に基づいてデフロスト禁止時間を変更して次回の正サイクルデフロスト運転をこの変更したデフロスト禁止時間の経過後に開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に係り、特に暖房運転時に圧縮機より吐出されるガス冷媒をバイパス回路を経て室外熱交換器に送って正サイクルデフロスト運転を行う空気調和機に好適なものである。

従来の空気調和機としては、特開平６−２０１２３３号公報（特許文献１）及び特開２００２−１０７０１４号公報（特許文献２）に示されたものがある。

特許文献１の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構及び室内熱交換器をこの順に接続してなる冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出冷媒ガスを開閉弁を経て前記室外熱交換器の暖房運転時の冷媒入口側に導くバイパス回路を有する。そして、この空気調和機では、デフロスト運転の初期、前記開閉弁を開いて前記吐出冷媒ガスの一部を前記バイパス回路を経て前記室外熱交換器に導入すると同時に吐出冷媒ガスの残部を前記圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器の順に循環させることによって正サイクルデフロストを行い、次いで、前記開閉弁を閉じると同時に前記四方弁を切換えて前記吐出冷媒ガスを圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構及び室内熱交換器の順に循環させることによって逆サイクルデフロスト運転を行い、室外熱交換器の温度を検出してデフロストを終了する。

一方、特許文献２の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器を冷媒配管により連結した冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時の入口側とに接続され、開閉弁を有するバイパス回路と、暖房運転時に前記開閉弁を開放して前記圧縮機の吐出冷媒の一部を前記バイパス回路を経て前記室外熱交換器の暖房運転時の入口側に導く正サイクルデフロスト運転、若しくは、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の循環方向を暖房運転時と逆にして、前記圧縮機の吐出冷媒を前記室外熱交換器に導く逆サイクルデフロスト運転、のいずれかのデフロスト運転を選択し実行する制御装置とを備える。そして、この空気調和機における前記制御装置は、正サイクルデフロスト運転を行った後、次回のデフロスト運転を行うときに、過去の運転実績に基づいて正サイクルデフロスト運転又は逆サイクルデフロスト運転を選択実行する。

特開平６−２０１２３３号公報 特開２００２−１０７０１４号公報

上述した特許文献１及び２では、制御装置により室外熱交換器の温度が設定値を超えた場合に正サイクルデフロスト運転を終了するように制御するので、着霜量によっては正サイクルデフロスト運転が極めて長時間行われ、室内の快適性が損なわれるおそれがあった。

即ち、室外熱交換器への着霜量は暖房運転時の室外の条件によって大きく異なるものである。空気調和機における正サイクルデフロスト運転では、デフロスト開始時における圧縮機の蓄熱量が主なデフロスト熱量であり、着霜量が多い場合には圧縮機の蓄熱量がほとんどなくなって正サイクルデフロスト運転が継続されることがある。その場合には、デフロストのために圧縮機から供給できる熱源が圧縮機の入力(電力)のみになるので、除霜時間が特に長引くこととなる。そして、正サイクルデフロスト運転が長引くと、圧縮機内に液冷媒が溜まり、最終的に液冷媒と圧縮機内の潤滑油が吐出されるという液吐出現象が発生し、圧縮機が故障する危険性を含んでいる。

そこで、正サイクルデフロスト運転を所定時間で終了するように制御することが考えられる。しかし、この所定時間が短すぎると、着霜量が多い場合に効率のよい正サイクルデフロスト運転の利用が制限され、逆にこの所定時間が長すぎると、着霜量が少ない場合に正サイクルデフロスト運転のデフロストロスが増大する、という課題が発生する。

本発明の目的は、デフロスト運転の効率を向上しつつ、暖房能力を向上することができる空気調和機を得ることにある。

前述の目的を達成するために、本発明では、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器を冷媒配管にて環状に結合してなる冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時の入口側とに開閉弁を介して結合してなるバイパス回路と、前記室外熱交換器の温度を検知する室外熱交換器温度センサーと、暖房運転時に前記開閉弁を開いて前記圧縮機より吐出されるガス冷媒を前記バイパス回路を経て前記室外熱交換器に送る正サイクルデフロスト運転を実行するように制御する制御装置と、を備えた空気調和機において、前記制御装置は、デフロスト禁止時間の経過後に前記正サイクルデフロスト運転を開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行すると共に、前記正サイクルデフロスト運転の終了後に前記室外熱交換器温度センサーにて検出した温度に基づいて前記デフロスト禁止時間を変更して次回の正サイクルデフロスト運転をこの変更したデフロスト禁止時間の経過後に開始するように制御する構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記制御装置は、デフロスト禁止時間が経過し且つ前記室外熱交換器の温度が所定温度以下になった場合に前記正サイクルデフロストを開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行するように制御すること。
（２）室外熱交換器温度センサーは暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側となる温度を検知する第１温度センサーと前記室外熱交換器の出口側となる温度を検知する第２温度センサーとを備え、前記制御装置は、前記デフロスト禁止時間が経過し且つ前記第１温度センサーで検知した温度がデフロスト開始条件温度以下になった場合に前記正サイクルデフロスト運転を開始するように制御すること。
（３）室外熱交換器温度センサーは暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側となる温度を検知する第１温度センサー及び前記室外熱交換器の出口側となる温度を検知する第２温度センサーを備え、前記制御装置は、前記正サイクルデフロスト運転を実行後に前記第２温度センサーにて検出した温度がデフロスト禁止時間延長条件温度以上であった場合に、前記デフロスト禁止時間を長く設定してこのデフロスト禁止時間の経過後に次回の正サイクルデフロスト運転を実行するように制御すること。
（４）前記制御装置は、前記正サイクルデフロスト運転の実行後に前記室外熱交換器温度センサーにて検出した温度が複数回連続して逆サイクルデフロスト運転開始条件温度以下となった場合に、前記開閉弁を閉じると共に前記四方弁を切換えて前記圧縮機より吐出されるガス冷媒を前記四方弁、前記室外熱交換器、前記膨張機構及び前記室内熱交換器の順に循環させる逆サイクルデフロスト運転を実行するように制御すること。
（５）室外熱交換器温度センサーは暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側の温度を検知する第１温度センサー及び前記室外熱交換器の出口側の温度を検知する出口側温度センサーを備え、前記制御装置は、前記正サイクルデフロスト運転の実行後に第２温度センサーにて検出した温度が複数回連続して前記逆サイクルデフロスト運転開始条件温度以下となった場合に、前記逆サイクルデフロスト運転を実行するように制御すること。
（６）前記制御装置は、前記デフロスト禁止時間が経過し且つ前記第１温度センサーで検知した温度が前記デフロスト開始条件温度以下になった場合に前記逆サイクルデフロスト運転を開始し、この逆サイクルデフロスト運転を前記第１温度センサーで検知した温度が逆サイクルデフロスト運転終了条件温度以上となるまで実行するように制御すること。

係る本発明の空気調和機によれば、デフロスト運転の効率を向上しつつ、暖房能力を向上することができる。

以下、本発明の一実施形態の空気調和機について図１及び図２を用いて説明する。

本実施形態の空気調和機の全体構成を図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態の空気調和機の冷媒サイクル及び制御系の構成図である。

空気調和機の冷媒回路は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張機構４及び室外熱交換器５を冷媒配管にて環状に結合してなる冷凍サイクルと、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器９の暖房運転時の入口側とに開閉弁６を介して結合してなるバイパス回路とを備えている。室内熱交換器３は、クロスフィンパイプ型熱交換器で構成され、室内ファン７により室内空気が送風される。室外熱交換器５は、クロスフィンパイプ型熱交換器で構成され、室外ファン８により外気が送風される。

空気調和機の制御系は、室外熱交換器５の温度を検知する室外熱交換器温度センサー９、１０と、外気温度を検知する外気温度センサー１１と、デフロスト運転を制御する制御装置１２とを備えている。室外熱交換器温度センサー９、１０は、暖房運転時に、室外熱交換器５の入口側となる温度を検知する室外熱交換器入口側温度センサー（第１温度センサー）９と、室外熱交換器５の出口側となる温度を検知する室外熱交換器出口側温度センサー（第２温度センサー）１０とを備えている。

制御装置１２は、リモコンからの指令や温度センサー９〜１１の検出温度などに基づいて、圧縮機１、四方弁２、膨張機構４、開閉弁６、室内ファン７、室外ファン８などを制御し、冷房運転、暖房運転、デフロスト運転などの制御を実行する。

次に、本実施形態のデフロスト制御について、図２を参照しながら説明する。図２は図１の空気調和機のデフロスト制御のフローチャートである。このフローチャートは、制御装置１２のメモリに記憶された動作プログラムを示すものである。

四方弁２が図１の実線に示す位置に切換えられて暖房運転が行われると、外気温条件下のデフロスト禁止時間の経過と室外熱交換器入口側温度センサー９の検出温度Ｔｈ１がデフロスト開始条件温度Ｔｓ１以下であるかを判断する（ステップＳＰ１）。ここで、そうでないと判断すれば、ステップＳＰ１の判断処理を繰り返して暖房運転を継続する。

ステップＳＰ１において、そうであると判断すれば、ステップＳＰ２に進み、正サイクルデフロスト運転の開始指令が制御装置１２から出力される。これにより、開閉弁６が開き、圧縮機１より吐出された高温高圧のガス冷媒の一部がバイパス回路を経て室外熱交換器５へ送られ、正サイクルデフロストが開始され、ステップＳＰ３に進む。

ステップＳＰ３において、正サイクルデフロスト運転を所定時間実行したかを判断し、所定時間実行するまでこの判断処理を繰り返す。正サイクルデフロスト運転を所定時間実行したと判断した場合には、ステップＳＰ４に進み、正サイクルデフロスト運転の終了指令が制御装置１２から出力される。これにより、開閉弁６が閉められ、正サイクルデフロスト運転が終了され、ステップＳＰ５に進む。このように、正サイクルデフロスト運転を所定時間で終了することにより、着霜量が多い場合でも正サイクルデフロスト運転が長時間行われることなく、圧縮機１の信頼性低下を防止できる。

ステップＳＰ５において、室外熱交換器出口側温度センサー１０にて室外熱交換器５の出口側温度Ｔｈ２を検出し、その出口側温度Ｔｈ２がデフロスト禁止時間変更条件温度Ｔｓ２以上であるか判断する。ここで、そうであると判断した場合には、着霜量が少ない場合の正サイクルデフロスト運転であるので、デフロスト禁止時間を１段階延長する変更をし（ステップＳＰ６）、ステップＳＰ１に戻る。以下、ステップＳＰ１からステップＳＰ４の処理、即ち、暖房運転から正サイクルデフロスト運転を再度行う。この場合の暖房運転は、デフロスト禁止時間が１段階延長されているので、前回よりも着霜量が多くなるように長く運転されることとなり、暖房能力を高めることができると共に、正サイクルデフロスト運転を効率よく行うことができる。

ステップＳＰ５において、そうでないと判断した場合には、ステップＳＰ６に進み、正サイクルデフロスト運転の実行後に室外熱交換器出口側温度センサー１０にて検出した温度Ｔｈ２が複数回連続して逆サイクルデフロスト運転開始条件温度Ｔｓ３以下であるかを判断する（ステップＳＰ７）。ここで、そうでないと判断した場合には、ステップＳＰ１に戻る。以下、ステップＳＰ１からステップＳＰ４の処理、即ち、暖房運転から正サイクルデフロスト運転をさらに行う。

ステップＳＰ７において、そうであると判断した場合には、ステップＳＰ８に進み、外気温条件下のデフロスト禁止時間の経過と室外熱交換器入口側温度センサー９の検出温度Ｔｈ１がデフロスト開始条件温度（所定温度）Ｔｓ１以下であるかを判断する（ステップＳＰ８）。ここで、そうでないと判断すれば、ステップＳＰ８の判断処理を繰り返えし、暖房運転を行う。

ステップＳＰ８において、そうであると判断した場合には、ステップＳＰ９に進み、逆サイクルデフロスト運転の開始指令が制御装置１２から出される。これにより、四方弁２が図１の２点鎖線のように切換えられ、圧縮機１より吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁２、室外熱交換器５、膨張機構４及び室内熱交換器３の順に循環する逆サイクルデフロスト運転を開始し、ステップＳＰ１０に進む。

ステップＳＰ１０において、室外熱交換器入口側温度センサー９の検出温度Ｔｈ１がデフロスト終了条件温度Ｔｓ４以上であるかを判断する（ステップＳＰ１０）。ここで、そうでないと判断すれば、ステップＳＰ１０の判断処理を繰り返して逆サイクルデフロスト運転を継続する。

ステップＳＰ１０において、そうであると判断すれば、ステップＳＰ１１に進み、逆サイクルデフロスト運転の終了指令が制御装置１２から出力される。これにより、四方弁２が図１の実線のように切換えられ、暖房運転が行われてステップＳＰ１に戻る。

本実施形態によれば、デフロスト禁止時間の経過後に正サイクルデフロスト運転を開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行すると共に、正サイクルデフロスト運転の終了後に室外熱交換器温度センサー１０にて検出した温度に基づいてデフロスト禁止時間を変更して次回の正サイクルデフロスト運転をこの変更したデフロスト禁止時間の経過後に開始するように制御するので、正サイクルデフロストを実行する所要時間でデフロストできる着霜量により近くなるように暖房運転することができる。これによって、デフロスト効率を向上しつつ、暖房能力を向上できる。

また、デフロスト禁止時間が経過し且つ室外熱交換器５の温度が所定温度以下になった場合に正サイクルデフロストを開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行するように制御するので、より適切な正サイクルデフロスト運転の開始を行うことができる。

また、暖房運転時に室外熱交換器の入口側となる温度を検知する室外熱交換器入口側温度センサー９と室外熱交換器の出口側となる温度を検知する室外熱交換器出口側温度センサー１０とを備え、デフロスト禁止時間が経過し且つ室外熱交換器入口側温度センサー９で検知した温度がデフロスト開始条件温度以下になった場合に正サイクルデフロスト運転を開始するように制御するので、より適切な正サイクルデフロスト運転の開始を行うことができる。

また、正サイクルデフロスト運転を実行後に室外熱交換器出口側温度センサー１０にて検出した温度がデフロスト禁止時間延長条件温度以上であった場合に、デフロスト禁止時間を長く設定してこのデフロスト禁止時間の経過後に次回の正サイクルデフロスト運転を実行するように制御するので、より適切な正サイクルデフロスト運転の開始を行うことができると共に、正サイクルデフロストを実行する所要時間でデフロストできる着霜量により近くなるように暖房運転することができる。

また、正サイクルデフロスト運転の実行後に室外熱交換器温度センサー１０にて検出した温度が複数回連続して逆サイクルデフロスト運転開始条件温度以下となった場合に、開閉弁６を閉じると共に四方弁２を切換えて逆サイクルデフロスト運転を実行するように制御するので、正サイクルデフロスト運転による効率的なデフロストを優先して実現しつつ、逆サイクルデフロスト運転により着霜の確実な除去を可能とすることができる。

また、正サイクルデフロスト運転の実行後に室外熱交換器出口側温度センサー１０にて検出した温度が複数回連続して逆サイクルデフロスト運転開始条件温度以下となった場合に、逆サイクルデフロスト運転を実行するように制御するので、より適切な逆サイクルデフロスト運転を実行できる。

また、デフロスト禁止時間が経過し且つ室外熱交換器入口側温度センサー９で検知した温度がデフロスト開始条件温度以下になった場合に逆サイクルデフロスト運転を開始し、この逆サイクルデフロスト運転を室外熱交換器入口側温度センサー９で検知した温度が逆サイクルデフロスト運転終了条件温度以上となるまで実行するように制御するので、逆サイクルデフロスト運転の開始より適切に行うことができると共に、着霜を完全に除去することができる。

本発明の一実施形態の空気調和機の冷媒サイクル及び制御系の構成図である。 図１の空気調和機のデフロスト制御のフローチャートである。

符号の説明

１…圧縮機、２…四方弁、３…室内熱交換器、４…膨張機構、５…室外熱交換器、６…開閉弁、７…室内ファン、８…室外ファン、９…室外熱交換器入口側温度センサー（第１温度センサー）、１０…室外熱交換器出口側温度センサー（第２温度センサー）、１１…外気温度センサー、１２…制御装置、Ｔｈ１…室外熱交換器入口側温度センサーの検出温度、Ｔｈ２…室外熱交換器出口側温度センサーの検出温度、Ｔｓ１…デフロスト開始条件温度、Ｔｓ２…デフロスト禁止時間変更条件温度、Ｔｓ３…逆サイクルデフロスト運転開始条件温度、Ｔｓ４…逆サイクルデフロスト運転終了条件温度。

Claims (7)

1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構及び室外熱交換器を冷媒配管にて環状に結合してなる冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時の入口側とに開閉弁を介して結合してなるバイパス回路と、
   前記室外熱交換器の温度を検知する室外熱交換器温度センサーと、
   暖房運転時に前記開閉弁を開いて前記圧縮機より吐出されるガス冷媒を前記バイパス回路を経て前記室外熱交換器に送る正サイクルデフロスト運転を実行するように制御する制御装置と、を備えた空気調和機において、
   前記制御装置は、デフロスト禁止時間の経過後に前記正サイクルデフロスト運転を開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行すると共に、前記正サイクルデフロスト運転の終了後に前記室外熱交換器温度センサーにて検出した温度に基づいて前記デフロスト禁止時間を変更して次回の正サイクルデフロスト運転をこの変更したデフロスト禁止時間の経過後に開始するように制御する
   ことを特徴とした空気調和機。
2. 請求項１において、前記制御装置は、デフロスト禁止時間が経過し且つ前記室外熱交換器の温度が所定温度以下になった場合に前記正サイクルデフロストを開始してこの正サイクルデフロストを所定時間実行するように制御することを特徴とした空気調和機。
3. 請求項２において、室外熱交換器温度センサーは暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側となる温度を検知する第１温度センサーと前記室外熱交換器の出口側となる温度を検知する第２温度センサーとを備え、前記制御装置は、前記デフロスト禁止時間が経過し且つ前記第１温度センサーで検知した温度がデフロスト開始条件温度以下になった場合に前記正サイクルデフロスト運転を開始するように制御することを特徴とした空気調和機。
4. 請求項１から３の何れかにおいて、室外熱交換器温度センサーは暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側となる温度を検知する第１温度センサー及び前記室外熱交換器の出口側となる温度を検知する第２温度センサーを備え、前記制御装置は、前記正サイクルデフロスト運転を実行後に前記第２温度センサーにて検出した温度がデフロスト禁止時間延長条件温度以上であった場合に、前記デフロスト禁止時間を長く設定してこのデフロスト禁止時間の経過後に次回の正サイクルデフロスト運転を実行するように制御することを特徴とした空気調和機。
5. 請求項１または４において、前記制御装置は、前記正サイクルデフロスト運転の実行後に前記室外熱交換器温度センサーにて検出した温度が複数回連続して逆サイクルデフロスト運転開始条件温度以下となった場合に、前記開閉弁を閉じると共に前記四方弁を切換えて前記圧縮機より吐出されるガス冷媒を前記四方弁、前記室外熱交換器、前記膨張機構及び前記室内熱交換器の順に循環させる逆サイクルデフロスト運転を実行するように制御することを特徴とした空気調和機。
6. 請求項５において、室外熱交換器温度センサーは暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側の温度を検知する第１温度センサー及び前記室外熱交換器の出口側の温度を検知する出口側温度センサーを備え、前記制御装置は、前記正サイクルデフロスト運転の実行後に第２温度センサーにて検出した温度が複数回連続して前記逆サイクルデフロスト運転開始条件温度以下となった場合に、前記逆サイクルデフロスト運転を実行するように制御することを特徴とした空気調和機。
7. 請求項６において、前記制御装置は、前記デフロスト禁止時間が経過し且つ前記第１温度センサーで検知した温度が前記デフロスト開始条件温度以下になった場合に前記逆サイクルデフロスト運転を開始し、この逆サイクルデフロスト運転を前記第１温度センサーで検知した温度が逆サイクルデフロスト運転終了条件温度以上となるまで実行するように制御することを特徴とした空気調和機。

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