JP2013053782A

JP2013053782A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2013053782A
Application number: JP2011191241A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Ishige; 厚行石毛
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】除霜運転終了後の暖房運転の立ち上がり時間を短縮して、暖房効率を上げる。
【解決手段】室外熱交換器５の温度を検出する熱交換器温度検知部１０と、外気温を検知する外気温検知部１１とが設けられる。熱交換器温度検知部１０は、室外熱交換器５において、除霜運転のときの冷媒の流れ方向の上流側になる高温部１２に配される。冷暖房運転を行う制御装置８は、除霜運転を終了して暖房運転を行うときに、室外熱交換器５の温度が外気温より低くなるまでの時間だけ室外ファン７の駆動を停止し、室外熱交換器５の温度が外気温より低くなると、室外ファン７を駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、室外熱交換器に付着した霜を溶かすために除霜運転を行う空気調和機に関する。

冷凍サイクルが形成された空気調和機が暖房運転を行った場合、室外機にある室外熱交換器の温度が低下し、室外の湿度が高いと、室外熱交換器に霜が付く。室外熱交換器に着霜すると、室外熱交換器の通風路が狭まり、熱交換の効率が悪くなって、暖房能力の低下を招く。室外熱交換器の霜を溶かすために除霜運転が行われる。

除霜運転として、冷凍サイクルの冷媒の流れを暖房運転時とは逆方向にするリバース除霜方式が行われる。除霜運転が行われると、室外熱交換器に高温のガス冷媒が流れ、室外熱交換器に付着した霜を溶かす。除霜運転中は、除霜効率を上げるために室外ファンは停止されていることが多い。

ところで、この除霜運転では、室外熱交換器において、冷媒の流れ方向の上流側になる部分は、下流側になる部分よりも高温となる。上流側では、霜が早く溶け、下流側では、霜が溶けにくい。そのため、上流側では、除霜が終了していても、下流側では、除霜が終わっていないことが起こる。これにより、除霜時間が長くなり、この間、暖房運転が行われないので、暖房効率が悪くなる。

暖房効率の低下を防ぐために、除霜を暖房と同時に行う空気調和機が特許文献１に記載されている。室外熱交換器に、複数の弁を有する冷媒流路が設けられ、着霜箇所のある流路の弁が開かれ、除霜運転が行われる。他の流路を用いて、暖房運転が行われる。これによって、空気調和機の暖房効率を上げることができる。

特開２００９−２８１６９８号公報

上記の除霜運転では、複数の弁を開閉しなければならず、開閉のタイミングの制御が複雑となる。また、弁を追加することにより、部品数が増加して、コストアップになる。

そこで、本発明は、上記に鑑み、除霜運転時に室外熱交換器に蓄積された熱量を暖房運転時に利用することにより、部品を追加することなく、簡単に暖房効率を上げることができる空気調和機の提供を目的とする。

本発明は、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、室内熱交換器に送風する室内ファンと、室外熱交換器に送風する室外ファンと、冷凍サイクルおよび各ファンを制御して冷暖房運転を行う制御装置とを備えたものである。

制御装置は、冷媒の流れ方向を暖房運転時とは逆方向にして除霜運転を行い、除霜運転を終了して暖房運転を行うときに、所定時間だけ室外ファンの駆動を停止する。所定時間経過すると、制御装置は、室外ファンを駆動して、通常の暖房運転を行う。

除霜運転が終了したとき、室外熱交換器の一部は外気温よりも高温になっている。室外熱交換器に蓄積された熱量を利用するために、暖房運転が開始されたとき、室外ファンが停止される。室外空気と冷媒との熱交換が抑制される代わりに、室外熱交換器の保有する熱量による冷媒との熱交換が促進される。室外ファンを駆動した場合に比べて、高温の冷媒を圧縮機に供給できる。したがって、暖房運転の開始時に室外熱交換器に蓄えられた熱量を有効に利用することができ、暖房運転の立ち上がり時間を短縮できる。

上記の所定時間は、予め実験的に決められた時間でもよい。あるいは暖房運転開始後、室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまでの時間とし、この所定時間だけ室外ファンの駆動が停止され、室外熱交換器の温度が外気温より低くなると、室外ファンが駆動される。そのために、室外熱交換器の温度を検出する熱交換器温度検知部と、外気温を検知する外気温検知部とが設けられる。制御装置は、暖房運転開始後、室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまでの時間だけ室外ファンの駆動を停止し、室外熱交換器の温度が外気温より低くなると、室外ファンを駆動する。すなわち、所定時間は、暖房運転開始時から室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまでの時間とされる。

予め決められた所定時間の経過後、室外熱交換器の温度が外気温より高い場合がある。この場合、さらに室外ファンを停止するとよい。室外熱交換器の温度が外気温より低くなると、室外ファンを駆動して、通常の暖房運転が行われる。そのために、室外熱交換器の温度を検出する熱交換器温度検知部と、外気温を検知する外気温検知部とが設けられる。制御装置は、除霜運転を終了して暖房運転を行うときに、所定時間だけ室外ファンの駆動を停止した後、室外熱交換器の温度が外気温より高い場合、室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまで室外ファンの駆動を停止する。

暖房運転の開始後、所定時間経過したとき、制御装置は、室外熱交換器の温度と外気温を比較する。室外熱交換器の温度が外気温より低いとき、室外ファンの駆動が開始される。室外熱交換器の温度が外気温より高いとき、室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまで室外ファンの駆動は停止される。室外熱交換器の温度が外気温より高い場合、室外ファンの駆動停止をさらに続けることにより、室外熱交換器に蓄積された熱量をより有効に利用でき、室外ファンの駆動停止による消費電力の低減も図れる。

熱交換器温度検知部は、室外熱交換器において、除霜運転のときの冷媒の流れ方向の上流側になる高温部に配される。除霜運転時、室外熱交換器では、冷媒の流れ方向の上流側は下流側よりも高温になり、かつ霜を溶かすことができるように外気温よりも高温になる。この高温になる部分が高温部とされる。熱交換器温度検知部が高温部の温度を検出することにより、室外熱交換器に蓄えられた熱量の利用具合を正確に把握できる。これによって、通常の暖房運転への切替を適正なタイミングで行える。

室外機に、室外熱交換器および室外ファンが内装され、室外熱交換器よりも内側に室外ファンが配置され、熱交換器温度検知部は、室外熱交換器の室外ファン側に配置される。熱交換器温度検知部は、外気の影響を受けずに室外熱交換器の温度を検出できる。

本発明によると、除霜運転によって室外熱交換器に蓄積された熱量を暖房運転時に利用することにより、暖房運転の立ち上がりを早くでき、暖房効率を上げることができる。

本発明の空気調和機の全体構成図室外熱交換器における温度検知部の配置を示す図除霜運転終了後の暖房運転の再開処理のフローチャート他の実施形態の除霜運転終了後の暖房運転の再開処理のフローチャート他の実施形態の除霜運転終了後の暖房運転の再開処理のフローチャートマルチパスの室外熱交換器における温度検知部の配置を示す図クロスフィンチューブ式室外熱交換器における温度検知部の配置を示す図

本実施形態の空気調和機を図１に示す。空気調和機では、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁４および室外熱交換器５が配管によって接続され、冷凍サイクルが形成される。空気調和機は、室内機と室外機とを有し、室内機に、室内熱交換器３と、室内ファン６とが設けられる。室外機に、圧縮機１、四方弁２、膨張弁４、室外熱交換器５、室外ファン７が設けられる。

空気調和機は、冷凍サイクルおよび各ファン６，７を制御して、冷暖房運転を行う制御装置８を備えている。マイコンからなる制御装置８は、冷暖房運転を行うために、室温、外気温、冷媒温度などの温度情報に基づいて、冷凍サイクルおよび各ファン６，７を制御する。また、制御装置８は、暖房運転中に、室外熱交換器５への着霜が検知されたとき、除霜運転を行う。除霜運転は、リバース除霜方式によって行われる。

室外機に、室外熱交換器５の温度を検出する熱交換器温度検知部１０と、外気温を検知する外気温検知部１１とが設けられる。制御装置８は、室外熱交換器５の外面温度が設定温度に下がったとき、着霜が生じたと判断して、除霜運転を開始する。なお、各検知部１０、１１では、サーミスタなどの温度センサが用いられる。

ここで、除霜運転により暖房運転が停止するため、室温が低下して、暖房効率が悪くなる。除霜運転が終了して暖房運転が再開されるとき、暖房運転の立ち上がりを早くして、暖房効率が上がるようにするために、制御装置８は、室外ファン７を制御して、暖房運転を行う。

暖房運転時には、図１に矢印で示す方向に冷媒が流れる。除霜運転時には、冷媒の流れ方向は暖房運転時とは逆方向になる。そのため、図２に示すように、除湿運転時における冷媒の流れ方向の上流側になる室外熱交換器５の圧縮機側の部分は、冷媒の流れ方向の下流側になる室外熱交換器５の膨張弁側の部分よりも高温となる。室外熱交換器５の他の部分よりも高温になる圧縮機側の部分が高温部１２とされる。

熱交換器温度検知部１０は、室外熱交換器５の高温部１２に接触するように取り付けられる。室外機では、室外熱交換器５に対して内側に室外ファン７が配置される。熱交換器温度検知部１０は、室外熱交換器５の室外ファン７側に配置される。なお、外気温検知部１１は、室外熱交換器５の外側に配置される。

暖房運転時には、高温部１２は冷媒の流れ方向において下流側となる。この高温部１２に蓄積された熱量を暖房運転時に利用するために、制御装置８は、除霜運転終了後に暖房運転が開始されたときに、室外熱交換器５の温度が外気温よりも下がるまで、室外ファン７の駆動を制御する。

すなわち、制御装置８は、予め決められた所定時間だけ、室外ファン７の駆動を停止する、あるいは室外熱交換器５の温度と外気温を比較して、室外熱交換器５の温度が外気温以上のとき、室外ファン７の駆動を停止する。室外熱交換器５の温度が外気温未満のとき、制御装置８は、室外ファン７を駆動する。

図３に空気調和機の除湿運転終了後の暖房運転の再開処理時の動作を示す。空気調和機が暖房運転しているときに、室外熱交換器５に着霜が検知されると、制御装置８は、除霜運転を開始する。除霜運転中、室外ファン７は停止される。除霜運転が終了すると、制御装置８は、再開処理を開始して、室外ファン７に対する駆動制御を行う（Ｓ１）。制御装置８は、圧縮機１を起動し、室外ファン７を駆動せずに（Ｓ２）、暖房運転を開始する。

制御装置８は、暖房運転開始時から運転時間を計時する。制御装置８は、予め決められた所定時間が経過したかを確認する（Ｓ３）。所定時間が経過していないとき、制御装置８は、室外ファン７を停止したまま暖房運転を行う。なお、所定時間は、除霜運転が終了するのに要する平均的な時間に基づいて、予め設定された一定時間とされる。あるいは、除霜運転終了時の室外熱交換器の温度に応じて設定された時間とされるか、除霜運転終了時の外気温に応じて設定された時間とされる。

圧縮機１から出た冷媒は、室内熱交換器３を通り、液冷媒になって、室外熱交換器５に流れる。冷媒は、室外熱交換器５の高温部１２よりも温度が低い部分から入る。暖房運転の開始当初は、室外ファン７は駆動されていないので、冷媒は室外空気とあまり熱交換されない。

しかし、外気温よりも室外熱交換器５の温度が高いので、室外空気と熱交換する場合に比べて、室外熱交換器５の高温部１２に蓄積された熱量による液冷媒の蒸発が促進される。ガス冷媒の圧力が上がり、高圧のガス冷媒が圧縮機１に供給される。すなわち、冷媒循環量が増加する。圧縮機１は、供給されたガス冷媒を圧縮して、高温高圧のガス冷媒にする。高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３に入り、室内空気を温める。このように、暖房運転の開始時に冷媒の循環量が増加することにより、熱交換能力が向上して、暖房運転の立ち上がり時間を短縮することができる。

時間が経過するにつれて、室外熱交換器５の温度は下がっていく。暖房運転が開始してから所定時間経過すると、室外熱交換器５の温度は外気温未満になる。制御装置８は、室外ファン７を駆動する（Ｓ４）。すなわち、除霜運転終了後、暖房運転が開始されてから所定時間だけ室外ファン７の駆動が停止される。その後、制御装置８は、再開処理を終了し、通常の暖房運転を行う。

上記の所定時間の代わりに、室外熱交換器５の温度に基づいて、室外ファン７の駆動を制御してもよい。すなわち、図４に示すように、除霜運転終了後、暖房運転が開始される。室外ファン７は駆動されない。制御装置８は、検出された室外熱交換器５の高温部１２の温度と外気温を比較する（Ｓ５）。室外熱交換器５の温度が外気温以上のとき、室外ファン７は停止されたまま、暖房運転が行われる。

時間が経過するにつれて、室外熱交換器５の温度は下がっていく。室外熱交換器５の温度は外気温未満になると、制御装置８は、室外ファン７を駆動し（Ｓ４）、通常の暖房運転を行う。これにより、除霜運転によって室外熱交換器の一部が高温になることによって蓄積された熱量を余すことなく冷媒との熱交換に利用でき、暖房効率を上げることができる。

さらに除湿運転終了後の暖房運転における他の形態の再開処理時の動作を図５に示す。除霜運転が終了すると、制御装置８は、再開処理を開始して、室外ファン７に対する駆動制御を行う（Ｓ１）。制御装置８は、圧縮機１を起動し、室外ファン７を駆動せずに（Ｓ２）、暖房運転を開始する。

制御装置８は、暖房運転開始時から運転時間を計時し、予め決められた所定時間が経過したかを確認する（Ｓ３）。所定時間が経過したとき、制御装置８は、検出された室外熱交換器５の高温部１２の温度と外気温を比較する（Ｓ５）。室外熱交換器５の温度が外気温未満のとき、制御装置８は、室外ファン７を駆動し（Ｓ４）、通常の暖房運転を行う。

室外熱交換器５の温度が外気温以上のとき、制御装置８は、室外ファン７の駆動を継続する（Ｓ４）。室外熱交換器５の温度が外気温より低くなると、制御装置８は、室外ファン７を駆動し（Ｓ４）、通常の暖房運転を行う。これにより、室外ファン７の駆動をできるだけ長く停止したまま暖房運転を行うことができ、室外熱交換器の蓄積された熱量を有効に利用できるとともに、消費電力の低減も図れる。

除霜運転において、室外熱交換器５の一部が外気温よりも高温になる。暖房運転のときに、外気と熱交換する代わりに、室外熱交換器５に蓄積された熱量を利用することにより、効率よく暖房運転を立ち上げることができる。したがって、新たな部品を追加することなく、簡単な室外ファン７の制御により、圧縮機１に負荷をかけずに、暖房効率を上げることができる。そして、室外熱交換器５の高温部１２の温度を検出することにより、室外熱交換器５に蓄積された熱量の利用具合を正確に把握でき、室外ファン７を駆動して外気と熱交換を行う通常の暖房運転への切替タイミングを適切に判断できる。したがって、室外ファン７の停止時間を不要に長引かせることを防止でき、室外熱交換器５の熱量を効率よく利用でき、暖房効率を上げることができる。また、室外機の設置場所や熱交換器の大きさ、外気温等の外的要因によっては、室外ファン７の停止時間を所定時間のみとする場合、あるいは所定時間経過後の室外熱交換器５と外気温を比較して、室外ファン７の停止を継続する場合でも、除霜運転直後の暖房運転開始時から室外ファン７を駆動する場合に比べて、暖房効率を上げることができる。

他の形態の室外熱交換器５を図６に示す。図２の室外熱交換器５は１パスの熱交換器であるが、この室外熱交換器５はマルチパスの熱交換器である。室外熱交換器５において、除霜運転時に冷媒が流入する上流側の高温部１２が複数存在する。いずれかの１つの高温部１２に、熱交換器温度検知部１０が配置される。また、図７にクロスフィンチューブ式室外熱交換器５を示す。この室外熱交換器５においても、除霜運転時の冷媒の流れ方向上流側に高温部１２が存在する。この高温部１２に、熱交換器温度検知部１０が配置される。いずれの形態の室外熱交換器５であっても、除霜運転終了後の暖房運転開始時に、室外熱交換器５の温度と外気温とに基づいて室外ファン７の駆動制御を行うことにより、暖房運転の立ち上がり時間を短縮できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

１圧縮機
２四方弁
３室内熱交換器
４膨張弁
５室外熱交換器
６室内ファン
７室外ファン
８制御装置
１０熱交換器温度検知部
１１外気温検知部
１２高温部

Claims

圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、室内熱交換器に送風する室内ファンと、室外熱交換器に送風する室外ファンと、冷凍サイクルおよび各ファンを制御して冷暖房運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、冷媒の流れ方向を暖房運転時とは逆方向にして除霜運転を行い、除霜運転を終了して暖房運転を行うときに、所定時間だけ室外ファンの駆動を停止することを特徴とする空気調和機。
圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、室内熱交換器に送風する室内ファンと、室外熱交換器に送風する室外ファンと、室外熱交換器の温度を検出する熱交換器温度検知部と、外気温を検知する外気温検知部と、冷凍サイクルおよび各ファンを制御して冷暖房運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、冷媒の流れ方向を暖房運転時とは逆方向にして除霜運転を行い、除霜運転を終了して暖房運転を行うときに、室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまで室外ファンの駆動を停止し、室外熱交換器の温度が外気温より低くなると、室外ファンを駆動することを特徴とする空気調和機。
圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、室内熱交換器に送風する室内ファンと、室外熱交換器に送風する室外ファンと、室外熱交換器の温度を検出する熱交換器温度検知部と、外気温を検知する外気温検知部と、冷凍サイクルおよび各ファンを制御して冷暖房運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、冷媒の流れ方向を暖房運転時とは逆方向にして除霜運転を行い、除霜運転を終了して暖房運転を行うときに、所定時間だけ室外ファンの駆動を停止した後、室外熱交換器の温度が外気温より高い場合、室外熱交換器の温度が外気温より低くなるまで室外ファンの駆動を停止することを特徴とする空気調和機。
熱交換器温度検知部は、室外熱交換器において、除霜運転のときの冷媒の流れ方向の上流側になる高温部に配されたことを特徴とする請求項２または３記載の空気調和機。
室外機に、室外熱交換器および室外ファンが内装され、室外熱交換器よりも内側に室外ファンが配置され、熱交換器温度検知部は、室外熱交換器の室外ファン側に配置されたことを特徴とする請求項４記載の空気調和機。