JP2012078065A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】除霜不良を低減して使用性及び信頼性を向上できる空気調和機を提供する。
【解決手段】冷凍サイクルを運転する圧縮機２１と、室外に配される室外熱交換器２３と、室内に配される室内熱交換器１３と、室外の空気を室外熱交換器２３に供給する室外ファン２５と、室内の空気を室内熱交換器１３に供給する室内ファン１５とを備え、室内ファン１５及び室外ファン２５を駆動して室内熱交換器１３及び室外熱交換器２３に一方向に冷媒を流通させて暖房運転を行うとともに、室外熱交換器２３の着霜時に冷媒を暖房運転時と逆方向に流通させて室内ファン１５及び室外ファン２５を停止した除霜運転を行う空気調和機１において、除霜運転による除霜不良時に冷媒を暖房運転と同じ方向に流通させて室外ファン２５を駆動して室内ファン１５を停止した除霜準備運転を所定期間行った後に、除霜運転を再開した。
【選択図】図２

Description

本発明は、暖房運転を行うとともに除霜運転を行う空気調和機に関する。
従来の空気調和機は特許文献１に開示されている。この空気調和機は室内に配される室内機と室外に配される室外機とを備えている。室外機には圧縮機、室外熱交換器及び室外ファンが配され、室内機には室内熱交換器及び室内ファンが配される。圧縮機は冷媒を流通させて冷凍サイクルを運転する。
圧縮機の冷媒吐出側には四方弁を介して室内熱交換器及び室外熱交換器の一端がそれぞれ冷媒管により接続される。室内熱交換器及び室外熱交換器の他端は膨張弁を介して冷媒管により接続される。室外ファンは室外熱交換器に対向配置され、室外熱交換器と室外の空気との熱交換を促進する。室内ファンは室内の空気を室内機に取り込んで室内熱交換器と熱交換した空気を室内に送出する。
暖房運転時には四方弁の切り替えによって圧縮機から吐出された冷媒は室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を流通して圧縮機に戻る。これにより、室内熱交換器が冷凍サイクルの高温部となり、室外熱交換器が冷凍サイクルの低温部となる。室内の空気は室内熱交換器との熱交換により昇温して室内に送出され、室内の暖房が行われる。この時、室内熱交換器は室内の空気と熱交換して降温され、室外熱交換器は室外ファンの駆動によって室外の空気と熱交換して昇温される。
冷房運転時には四方弁の切り替えによって圧縮機から吐出された冷媒は暖房運転時と逆方向に流通する。即ち、冷媒は室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を流通して圧縮機に戻る。これにより、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部となり、室内熱交換器が冷凍サイクルの低温部となる。室内の空気は室内熱交換器との熱交換により降温して室内に送出され、室内の冷房が行われる。この時、室内熱交換器は室内の空気と熱交換して昇温され、室外熱交換器は室外ファンの駆動によって室外の空気と熱交換して降温される。
また、暖房運転時に室外熱交換器が着霜すると除霜運転が行われる。除霜運転時には室内ファン及び室外ファンが停止され、四方弁の切り替えによって冷媒が冷房運転時と同じ方向に流通する。これにより、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部となるため、室外熱交換器を除霜することができる。
特開２０１０−１８１０３６号公報（第４頁−第６頁、第１図）
しかしながら、上記従来の空気調和機によると、寒冷地等で室外機を設置した屋外が著しく低温になると、除霜運転時に圧縮機から吐出された高温の冷媒の熱が外気に奪われて室外熱交換器の昇温が抑制される。特に、屋外で強風が吹き荒れるような状況では室外ファンが強風により回転し、室外熱交換器の昇温が更に抑制される。
このため、除霜運転を所定時間行っても室外熱交換器が所望の温度まで上昇しないため、着霜が残留した除霜不良が発生する。これにより、短時間で除霜運転が繰り返し行われて除霜不良が繰り返されるため、室内が暖房されずに空気調和機の使用性が悪くなる問題があった。また、除霜不良によって室外熱交換器に残留した霜が成長して室外機が氷に覆われて故障し、空気調和機の信頼性が低下する問題もあった。
本発明は、除霜不良を低減して使用性及び信頼性を向上できる空気調和機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、冷凍サイクルを運転する圧縮機と、室外に配される室外熱交換器と、室内に配される室内熱交換器と、室外の空気を前記室外熱交換器に供給する室外ファンと、室内の空気を前記室内熱交換器に供給する室内ファンとを備え、前記室内ファン及び前記室外ファンを駆動して前記圧縮機により前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器に一方向に冷媒を流通させて暖房運転を行うとともに、前記室外熱交換器の着霜時に冷媒を前記暖房運転時と逆方向に流通させて前記室内ファン及び前記室外ファンを停止した除霜運転を行う空気調和機において、前記除霜運転による除霜不良時に冷媒を前記暖房運転と同じ方向に流通させて前記室内ファンを停止した除霜準備運転を所定期間行った後に、前記除霜運転を再開することを特徴としている。
この構成によると、暖房運転時には室内ファン及び室外ファンが駆動され、圧縮機から吐出される冷媒が室内熱交換器、室外熱交換器の順に流通して圧縮機に戻る。これにより、室内熱交換器が冷凍サイクルの高温部になるとともに室外熱交換器が冷凍サイクルの低温部になる。室内の空気は室内熱交換器との熱交換により昇温して室内に送出され、室内の暖房が行われる。
室外熱交換器が着霜すると除霜運転が行われる。除霜運転時には室内ファン及び室外ファンが停止され、圧縮機から吐出される冷媒が室外熱交換器、室内熱交換器の順に流通して圧縮機に戻る。これにより、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部になるとともに室内熱交換器が冷凍サイクルの低温部になり、室外熱交換器が昇温される。除霜運転を所定期間行って室外熱交換器が所望の温度に昇温されると除霜運転を終了し、暖房運転に切り換えられる。
除霜運転を所定期間行って室外熱交換器が十分昇温されずに除霜不良になると、除霜準備運転が行われる。除霜準備運転では室外ファンを駆動して室内ファンが停止され、圧縮機から吐出される冷媒が暖房運転時と同じように室内熱交換器、室外熱交換器の順に流通して圧縮機に戻る。これにより、冷凍サイクルを流通する冷媒の温度が上昇する。そして、除霜運転が再開され、除霜準備運転で昇温された冷媒が冷凍サイクルを流通して室外熱交換器が除霜される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記除霜準備運転の前に前記暖房運転を所定期間行うことを特徴としている。この構成によると、除霜運転で除霜不良になると、暖房運転が所定期間行われた後に除霜準備運転が行われる。これにより、室内の温度低下を抑制することができる。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記除霜準備運転を開始して所定時間が経過した場合、または前記除霜準備運転中に前記室内熱交換器の温度が所定温度よりも上昇した場合に前記除霜運転を再開したことを特徴としている。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記除霜運転を開始して所定時間が経過しても前記室外熱交換器の温度が所定温度よりも上昇しない場合、または前記除霜運転中に前記圧縮機の冷媒の吐出温度が所定温度よりも低下した場合に除霜不良と判断したことを特徴としている。
本発明によると、除霜不良時に冷媒を暖房運転と同じ方向に流通させて室外ファンを駆動して室内ファンを停止した除霜準備運転を所定期間行った後に、除霜運転を再開するので、除霜準備運転で昇温された冷媒を流通させて除霜運転が再開される。これにより、除霜運転の再開時の除霜不良が低減され、早期に暖房運転に移行して室内を暖房できるとともに室外機の故障を防止することができる。従って、空気調和機の使用性及び信頼性を向上することができる。
本発明の実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図 本発明の実施形態の空気調和機の暖房運転時の動作を示すフローチャート
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図である。空気調和機１は室内に配される室内機１０と室外に配される室外機２０とを有している。空気調和機１は冷媒管２内に冷媒を流通させて冷凍サイクルを運転する圧縮機２１が室外機２０内に配される。
室外機２０内には圧縮機２１に接続される四方弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内ファン２５が設けられる。室内機１０内には室内熱交換器１３、室内ファン１５が設けられる。圧縮機２１には四方弁２２を介して室外熱交換器２３及び室内熱交換器１３の一端が冷媒管２により接続される。室外熱交換器２３及び室内熱交換器１３の他端は膨張弁２４を介して冷媒管２により接続される。
室外ファン２５は室外熱交換器２３に対向配置される。室外ファン２５の駆動によって室外の空気が室外熱交換器２３に供給され、室外熱交換器２３と室外の空気との熱交換が促進される。室外熱交換器２３と熱交換した空気は室外ファン２５に面して室外機２０に開口する排気口（不図示）を介して外部に排気される。
室内ファン１５及び室内熱交換器１３は室内機１０に設けた送風通路（不図示）内に配される。室内ファン１５の駆動によって室内の空気が送風通路に流入して室内熱交換器１３に供給され、送風通路を流通する空気と室内熱交換器１３とが熱交換される。室外熱交換器２３と熱交換した空気は室内機１０に開口する吹出口（不図示）を介して室内に送出される。
室外熱交換器２３には室外熱交換器２３の温度を検知する室外熱交換器温度センサ２６が取り付けられる。また、圧縮機２１の吐出側の冷媒管２には冷媒の吐出温度を検知する吐出温度センサ２７が設けられる。室内熱交換器１３には室内熱交換器１３の温度を検知する室内熱交換器温度センサ１６が取り付けられる。
暖房運転時には室内ファン１５及び室外ファン２５が駆動され、四方弁２２が図中、実線で示すように切り替えられる。これにより、圧縮機２１の駆動によって矢印Ａに示す方向に冷媒が流通し、圧縮機２１により圧縮された高温高圧の冷媒は室内熱交換器１３で放熱しながら凝縮する。
高温の冷媒は膨張弁２４で膨張して低温低圧となり、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に流入する冷媒は吸熱しながら蒸発して低温のガス冷媒となり、圧縮機２１に送られる。これにより、冷媒が循環して冷凍サイクルが運転される。冷凍サイクルの高温部となる室内熱交換器１３と熱交換した空気が室内ファン１５により室内に送出され、室内の暖房が行われる。また、冷凍サイクルの低温部となる室外熱交換器２３と熱交換した空気が室内ファン２５により外部に排気される。
冷房運転時には室内ファン１５及び室外ファン２５が駆動され、四方弁４が図中、破線で示すように切り替えられる。これにより、圧縮機２１の駆動によって矢印Ａと逆方向に冷媒が流通し、室内熱交換器１３が冷凍サイクルの低温部となるとともに室外熱交換器２３が冷凍サイクルの高温部となる。室内熱交換器１３と熱交換した空気が室内ファン１５により室内に送出され、室内の冷房が行われる。また、冷凍サイクルの高温部となる室外熱交換器２３と熱交換した空気が室内ファン２５により外部に排気される。
図２は空気調和機１の暖房運転時の詳細な動作を示すフローチャートである。暖房運転の開始の指示があると、ステップ＃１１で室内ファン１５、室外ファン２５及び圧縮機２１を駆動して暖房運転が行われる。これにより、冷媒が矢印Ａ方向に流通する。ステップ＃１２では室外熱交換器温度センサ２６の検知によって室外熱交換器２３が着霜のために所定温度よりも低温になったか否かが判断される。
室外熱交換器２３が所定温度よりも低温になっていない場合はステップ＃１１に戻り、ステップ＃１１、＃１２が繰り返される。室外熱交換器２３が所定温度よりも低温になると、ステップ＃１３で除霜運転が行われる。
除霜運転は室内ファン１５及び室外ファン２５が停止され、四方弁２２が図１の破線に示すように切り換えられる。これにより、冷媒が矢印Ａ方向と逆方向に流通し、室外熱交換器２３が冷凍サイクルの高温部となって昇温される。この時、室外ファン２５の停止によって室外熱交換器２３と室外の空気との熱交換が抑制され、室外熱交換器２３を効率よく昇温することができる。また、室内ファン１５の停止によって低温の空気の室内への送出を防止することができる。
ステップ＃１４では室外熱交換器温度センサ２６の検知によって室外熱交換器２３が所定温度よりも昇温されたか否かが判断される。室外熱交換器２３が所定温度よりも昇温されていない場合はステップ＃１５に移行する。ステップ＃１５では除霜運転を開始して所定時間経過したか否かが判断される。除霜運転を開始して所定時間経過した場合は除霜不良と判断してステップ＃１７に移行する。除霜運転を開始して所定時間経過していない場合はステップ＃１６に移行する。
ステップ＃１６では吐出温度センサ２７の検知によって冷媒の吐出温度が所定温度（本実施形態では２０℃）よりも低下したか否かが判断される。冷媒の吐出温度が所定温度よりも低下した場合は除霜不良と判断してステップ＃１７に移行する。冷媒の吐出温度が所定温度よりも低下していない場合はステップ＃１４に戻り、ステップ＃１４〜＃１６が繰り返される。そして、ステップ＃１４で室外熱交換器２３が所定温度よりも昇温された場合は除霜が完了したと判断し、ステップ＃１１に戻ってステップ＃１１〜＃１４が繰り返される。
ステップ＃１５、＃１６で除霜不良と判断されると、ステップ＃１７で除霜運転を終了して暖房運転が行われる。ステップ＃１８ではステップ＃１７で開始した暖房運転が所定時間（本実施形態では６分）だけ行われるまで待機する。除霜不良時には室外熱交換器２３が室外の低温の空気によって昇温を抑制され、冷凍サイクルを流通する冷媒の温度が低下する。このため、暖房運転によって冷凍サイクルを流通する冷媒を昇温することができる。また、除霜運転後に暖房運転を所定時間行うことによって室内の温度低下を抑制することができる。
暖房運転が所定時間だけ行われるとステップ＃１９に移行し、除霜準備運転が行われる。除霜準備運転は暖房運転の状態から室内ファン１３が停止される。即ち、四方弁２２が図１の実線で示すように切り換えられ、圧縮機２１及び室外ファン２５を駆動して室内ファン１５が停止される。これにより、冷媒は暖房運転と同じ方向（矢印Ａ方向）に流通し、冷媒の昇温が継続して行われる。この時、室内ファン１３を停止することによって冷凍サイクルの高温部の室内熱交換器１３と室内の空気との熱交換を抑制し、冷媒を暖房運転時よりも昇温することができる。
ステップ＃２０では除霜準備運転を開始してから所定時間（本実施形態では３分）が経過したか否かが判断される。除霜準備運転を開始してから所定時間が経過していない場合はステップ＃２１に移行する。ステップ＃２１では室内熱交換器温度センサ１６の検知によって室内熱交換器１３が所定温度よりも昇温されたか（本実施形態では５６℃以上）否かが判断される。室内熱交換器１３が所定温度よりも昇温されていない場合はステップ＃２０、＃２１が繰り返し行われる。
ステップ＃２０の判断で除霜準備運転を開始してから所定時間が経過した場合、またはステップ＃２１の判断で室内熱交換器１３が所定温度よりも昇温された場合はステップ＃１３に戻り、除霜運転が再開される。これにより、ステップ＃１７の暖房運転及びステップ＃１９の除霜準備運転で昇温された冷媒が流通して再度除霜運転を行う。従って、再開された除霜運転によって室外熱交換器２３の着霜を確実に除去し、除霜不良を低減することができる。
尚、ステップ＃２１で除霜準備運転の終了を判別する室内熱交換器１３の温度を５６℃とすると、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた場合の圧力が３．５ＭＰａ−ａｂｓに相当する。このため、室内熱交換器１３の昇温を検知後に除霜運転に切り替わるまでのタイムラグや室内熱交換器温度センサ１６の検温誤差を考慮しても、仕様範囲内の安全な圧力になっている。
また、室内熱交換器１３が昇温されたことを判断する基準として圧縮機２１の吐出温度を利用することも考えられる。しかしながら、吐出温度から圧力を予測することは非常に困難であり、圧力が仕様範囲を超えることが考えられる。従って、本実施形態では室内熱交換器温度センサ１６の検知温度を用いている。
本実施形態によると、除霜不良時に冷媒を暖房運転と同じ方向（矢印Ａ方向）に流通させて室外ファン２５を駆動して室内ファン１５を停止した除霜準備運転を所定期間行った後に、除霜運転を再開するので、除霜準備運転で昇温された冷媒を流通させて除霜運転が再開される。これにより、除霜運転の再開時の除霜不良が低減され、早期に暖房運転に移行して室内を暖房できるとともに、霜の成長による室外機２０の故障を防止することができる。従って、空気調和機１の使用性及び信頼性を向上することができる。
また、除霜準備運転の前にステップ＃１７で暖房運転を所定期間行うので、室内の温度低下を抑制することができる。尚、ステップ＃１７、＃１８を省き、除霜不良時に除霜準備運転を直ちに行うようにしてもよい。これにより、冷媒の温度をより迅速に昇温させることができ、除霜運転を迅速に再開することができる。
また、除霜準備運転を開始して所定時間が経過した場合（ステップ＃２０）にステップ＃１３に移行するので、冷媒が十分昇温されるまで除霜準備運転を行って除霜運転を再開させることができる。
また、除霜準備運転中に室内熱交換器１３の温度が所定温度よりも上昇した場合（ステップ＃２１）にステップ＃１３に移行するので、迅速に除霜運転を再開させることができる。
また、除霜運転を開始して所定時間が経過しても室外熱交換器２３の温度が所定温度よりも上昇しない場合、または除霜運転中に圧縮機２１の冷媒の吐出温度が所定温度よりも低下した場合に除霜不良と判断したので、除霜不良を容易に判別して除霜運転を終了することができる。
本発明によると、暖房運転及び除霜運転を行う空気調和機に利用することができる。
１ 空気調和機
２ 冷媒管
１０ 室内機
１３ 室内熱交換器
１５ 室内ファン
１６ 室内熱交換器温度センサ
２０ 室外機
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２５ 室外ファン
２６ 室外熱交換器温度センサ
２７ 吐出温度センサ
室外機２０内には圧縮機２１に接続される四方弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室外ファン２５が設けられる。室内機１０内には室内熱交換器１３、室内ファン１５が設けられる。圧縮機２１には四方弁２２を介して室外熱交換器２３及び室内熱交換器１３の一端が冷媒管２により接続される。室外熱交換器２３及び室内熱交換器１３の他端は膨張弁２４を介して冷媒管２により接続される。
高温の冷媒は膨張弁２４で膨張して低温低圧となり、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に流入する冷媒は吸熱しながら蒸発して低温のガス冷媒となり、圧縮機２１に送られる。これにより、冷媒が循環して冷凍サイクルが運転される。冷凍サイクルの高温部となる室内熱交換器１３と熱交換した空気が室内ファン１５により室内に送出され、室内の暖房が行われる。また、冷凍サイクルの低温部となる室外熱交換器２３と熱交換した空気が室外ファン２５により外部に排気される。
冷房運転時には室内ファン１５及び室外ファン２５が駆動され、四方弁４が図中、破線で示すように切り替えられる。これにより、圧縮機２１の駆動によって矢印Ａと逆方向に冷媒が流通し、室内熱交換器１３が冷凍サイクルの低温部となるとともに室外熱交換器２３が冷凍サイクルの高温部となる。室外熱交換器１３と熱交換した空気が室内ファン１５により室内に送出され、室内の冷房が行われる。また、冷凍サイクルの高温部となる室外熱交換器２３と熱交換した空気が室外ファン２５により外部に排気される。
暖房運転が所定時間だけ行われるとステップ＃１９に移行し、除霜準備運転が行われる。除霜準備運転は暖房運転の状態から室内ファン１５が停止される。即ち、四方弁２２が図１の実線で示すように切り換えられ、圧縮機２１及び室外ファン２５を駆動して室内ファン１５が停止される。これにより、冷媒は暖房運転と同じ方向（矢印Ａ方向）に流通し、冷媒の昇温が継続して行われる。この時、室内ファン１５を停止することによって冷凍サイクルの高温部の室内熱交換器１３と室内の空気との熱交換を抑制し、冷媒を暖房運転時よりも昇温することができる。

Claims (4)

  1. 冷凍サイクルを運転する圧縮機と、室外に配される室外熱交換器と、室内に配される室内熱交換器と、室外の空気を前記室外熱交換器に供給する室外ファンと、室内の空気を前記室内熱交換器に供給する室内ファンとを備え、前記室内ファン及び前記室外ファンを駆動して前記圧縮機により前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器に一方向に冷媒を流通させて暖房運転を行うとともに、前記室外熱交換器の着霜時に冷媒を前記暖房運転時と逆方向に流通させて前記室内ファン及び前記室外ファンを停止した除霜運転を行う空気調和機において、前記除霜運転による除霜不良時に冷媒を前記暖房運転と同じ方向に流通させて前記室外ファンを駆動して前記室内ファンを停止した除霜準備運転を所定期間行った後に、前記除霜運転を再開することを特徴とする空気調和機。
  2. 前記除霜準備運転の前に前記暖房運転を所定期間行うことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 前記除霜準備運転を開始して所定時間が経過した場合、または前記除霜準備運転中に前記室内熱交換器の温度が所定温度よりも上昇した場合に前記除霜運転を再開したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
  4. 前記除霜運転を開始して所定時間が経過しても前記室外熱交換器の温度が所定温度よりも上昇しない場合、または前記除霜運転中に前記圧縮機の冷媒の吐出温度が所定温度よりも低下した場合に除霜不良と判断したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和機。
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