JP2013200085A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】特に多室型空気調和機（マルチエアコン）において、圧縮機の急激な回転数の上昇に伴って発生するプルダウン現象による無駄な空除霜を回避する。
【解決手段】暖房運転時に蒸発器として作用する室外熱交換器の冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１および中間部分の冷媒温度Ｔ２と、除霜運転を開始するための閾値Ｔｒｅｆとを比較し、冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１のみが閾値Ｔｒｅｆを下回った状態では除霜運転を行わず、冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１と中間部分の冷媒温度Ｔ２がともに閾値Ｔｒｅｆを下回ったときに除霜運転を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、暖房運転時において蒸発器として作用する室外熱交換器を除霜する際の制御技術に関するものである。

多くの空気調和機は、基本的な構成として、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器を冷媒配管を介して循環的に接続してなる冷凍サイクルを備え、四方弁を切り換えることにより、冷房運転と暖房運転のいずれかが選択される。

すなわち、冷房運転時には、圧縮機の吐出側→四方弁→室外熱交換器→膨張弁→室内熱交換器→四方弁→圧縮機の吸入側へと冷媒が流され、室外熱交換器が凝縮器、室内熱交換器が蒸発器として作用する。

これに対して、暖房運転時には、圧縮機の吐出側→四方弁→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→四方弁→圧縮機の吸入側へと冷媒が流され、室内熱交換器が凝縮器、室外熱交換器が蒸発器として作用する。

このように、暖房運転時において、室外熱交換器が蒸発器として作用することから、特に外気温が低い場合に室外熱交換器に霜が付着する。霜が付着すると、熱交換率が悪くなり暖房能力が低下するため、霜を溶かす除霜運転が行われる。

通常、除霜運転は、四方弁を一時的に冷房運転側に切り換えて、圧縮機から吐出される高温のガス冷媒を室外熱交換器側に流すことにより行われるが、室外熱交換器に設けた電気ヒータに通電して除霜を行うこともある。

除霜運転に入るタイミングとして、従来では、例えば特許文献１に記載されているように、室外熱交換器（蒸発器）における冷媒入口側の冷媒温度が所定値以下になった時点で、除霜運転を行うようにしている。

特開平８−７５３２６号公報（段落０００４〜０００５）

しかしながら、室外機に対して複数台の室内機が接続されている多室型空気調和機（マルチエアコン）において、例えば１台の室内機のみが運転されている状況下で、他の数台の室内機がほぼ同時に起動されたような場合には、圧縮機の回転数が急激に上昇し、これにより室外熱交換器（蒸発器）における冷媒入口側の冷媒温度が一時的に低下する（以下、この現象を「プルダウン現象」という）。

このプルダウン現象が生じると、室外熱交換器に実際に霜が付着していないにもかかわらず無駄な除霜運転（いわゆる「空除霜」）を行ってしまう、という問題がある。

したがって、本発明の課題は、特に多室型空気調和機（マルチエアコン）において、圧縮機の急激な回転数の上昇に伴って発生するプルダウン現象による無駄な除霜運転（空除霜）を回避することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機、四方弁および室外送風機を有する室外熱交換器を含む室外機と、冷媒配管を介して上記室外機に接続される室内熱交換器を含む複数台の室内機と、上記室外熱交換器を蒸発器とし上記室内熱交換器を凝縮器とする暖房運転時における上記室外熱交換器の除霜運転を制御する制御手段とを備える空気調和機において、上記室外熱交換器内には、暖房運転時における冷媒入口側の冷媒温度を検出する第１温度センサと、冷媒入口側と冷媒出口側との間の室外熱交換器中間部分の冷媒温度を検出する第２温度センサとを備えているとともに、上記制御手段には、除霜運転を開始するための所定の温度の閾値Ｔｒｅｆが設定されており、上記制御手段は、上記第１センサにより検出された冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１および上記第２センサにより検出された上記室外熱交換器中間部分の冷媒温度Ｔ２と上記閾値Ｔｒｅｆとを比較し、上記冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１のみが上記閾値Ｔｒｅｆを下回った状態では除霜運転を行わず、上記冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１と上記室外熱交換器中間部分の冷媒温度Ｔ２がともに上記閾値Ｔｒｅｆを下回ったときに除霜運転を開始することを特徴としている。

本発明において、上記冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１に代えて、上記圧縮機の冷媒吸入側配管に設けられている低圧センサにて検出された圧力から算出される低圧飽和温度Ｔ３が採用されてもよい。

また、上記第２温度センサは、好ましくは上記室外熱交換器の冷媒入口側と冷媒出口側との間で、上記室外送風機からの風を受ける部分に配置される。

本発明によれば、冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１のみが除霜運転を開始するための閾値Ｔｒｅｆを下回った状態ではプルダウン現象によるとして除霜運転を行わず、冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１と室外熱交換器中間部分の冷媒温度Ｔ２がともに閾値Ｔｒｅｆを下回ったときに除霜運転を開始するようにしたことにより、無駄な除霜運転（空除霜）が回避され、着霜時にのみ除霜運転を行うことができる。

本発明による空気調和機の一実施形態に係る冷凍サイクル図。 上記実施形態での除霜運転の制御フローチャート。 プルダウン現象時における温度変化例を示すグラフ。

次に、図１ないし図３により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１を参照して、この実施形態に係る空気調和機は、室外機１０と、冷媒配管を介して室外機１０に接続される室内機２０とを備えるが、室内機２０を複数台、この実施形態では室内機２１０，２２０，２３０の３台とする多室型空気調和機（マルチエアコン）である。

なお、各室内機２１０，２２０，２３０は、それぞれ室内熱交換器２０１と室内送風機２０２とを備え、冷媒配管を介して室外機１０に対して並列に接続されるが、それらの室内機能力は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

室外機１０は、基本的な構成として、圧縮機１１０，四方弁１２０，室外熱交換器１３０，膨張弁１４０，アキュムレータ１５０および制御手段１６０を備える。

この実施形態において、圧縮機１１０は、ロータリー型圧縮機，スクロール型圧縮機のいずれであってもよい。また、冷媒は単一冷媒または複数の異なる沸点の冷媒を混合してなる非共沸混合冷媒のいずれが用いられてもよい。

圧縮機１１０の冷媒吐出側配管１０ａと冷媒吸入側配管１０ｂとの間には、冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器（オイルセパレータ）１１２と、電磁弁からなる流量調整弁１１３とを直列に含む油戻し配管１１１が接続されている。

冷媒吐出側配管１０ａには、圧縮機１１０から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ１１５と、冷媒吐出側配管１０ａ内の圧力を検出する高圧センサ１１７とが設けられている。

また、冷媒吸入側配管１０ｂには、吸入冷媒の温度を検出する吸入冷媒温度センサ１１６が配置されているとともに、冷媒吸入側配管１０ｂの前段に接続されているアキュムレータ１５０の吸入側には、その配管内の冷媒圧力を検出する低圧センサ１１８が設けられている。

四方弁１２０は、圧縮機１１０から吐出された高温のガス冷媒を室内機２０もしくは室外熱交換器１３０のいずれか一方に切り替える切替弁で、圧縮機１１０にて生成された高温のガス冷媒を、冷房運転時には、室外熱交換器１３０側に供給し、室外熱交換器１３０を凝縮器、室内熱交換器２０１を蒸発器として作用させる。また、暖房運転時には、室内機２０側に供給し、室内熱交換器２０１を凝縮器、室外熱交換器１３０を蒸発器として作用させる。

室外熱交換器１３０は室外送風機１３１を備え、四方弁１２０と室内機２０との間の配管経路内に設けられる。室外熱交換器１３０内を通る冷媒配管には、暖房運転時には実線の矢印Ａ方向（図１において右から左側）に冷媒が流れ、冷房運転時には鎖線の矢印Ｂ方向（図１において左から右側）に冷媒が流れるため、暖房運転時と冷房運転時とでは、冷媒入口側と冷媒出口側とが入れ替わるが、以下の説明において、暖房運転時を基準として、室外熱交換器１３０を通る冷媒配管の図１において右側端を冷媒入口ＩＮとし、左側端を冷媒出口ＯＵＴとする。

室外熱交換器１３０（暖房運転時における蒸発器）は、除霜運転の制御用として、少なくとも第１および第２の２つの温度センサ１３２，１３３を備える。第１温度センサ１３２は、室外熱交換器１３０内の冷媒配管に流れる冷媒のうち、冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１を検出する。

これに対して、第２温度センサ１３３は、室外熱交換器１３０の冷媒入口ＩＮと冷媒出口ＯＵＴとの間の中間部分における冷媒温度Ｔ２温度を検出する。なお、第２温度センサ１３３は、室外熱交換器１３０の中間部分のうち、室外送風機１３１からの風を受ける部分に配置されることが好ましい。

膨張弁１４０には、好ましくはステッピングモータにより弁開度が制御される電子膨張弁が採用される。また、制御手段１６０には、好ましくは中央演算処理ユニットとＲＯＭおびＲＡＭ等のメモリを含むマイクロコンピュータが採用されてよい。制御手段１６０には、除霜運転を開始するための所定の温度の閾値Ｔｒｅｆが設定される。

制御手段１６０は、第１温度センサ１３２および第２温度センサ１３３から、室外熱交換器１３０の冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１と中間部分の冷媒温度Ｔ２とを得て、これら冷媒温度Ｔ１，Ｔ２と閾値Ｔｒｅｆとを比較して、プルダウン現象による空除霜を回避し、室外熱交換器１３０に着霜が生じていると判断されたときにのみ除霜運転開始信号を出力する。

３台ある室内機２１０，２２０，２３０のうち、例えば室内機２１０のみが運転されている状態において、他の２機（２２０，２３０）がほぼ同時に起動されたとすると、先にも説明したように、室外機１０の圧縮機１１０の回転数が急激に上昇し、これにより、図３に示すように、室外熱交換器（暖房運転時の蒸発器）１３０における冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１が急激に低下し、閾値Ｔｒｅｆ（この例では−６℃）を下回る。

このとき、室外熱交換器１３０に霜が付いていない場合には、冷媒入口ＩＮ側と冷媒出口ＯＵＴ側との間の中間部分は、室外送風機１３１の風に晒され外気と熱交換していることから、中間部分の冷媒温度Ｔ２はあまり下がらない。

図３に例示するグラフにおいて、例えば外気温が７℃であるとすると、中間部分の冷媒温度Ｔ２は、５℃程度を示している。なお、室外熱交換器１３０に霜が付いている場合には、外気との熱交換がほとんど行われないため、中間部分の冷媒温度Ｔ２も低下する。

そこで、制御手段１６０は、図２に例示するフローチャートに沿って除霜運転に入るかどうかを判断する。

まず、初期のステップＳＴ１として、室外熱交換器１３０の冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１と中間部分の冷媒温度Ｔ２とを監視する。そして、所定の時間間隔でステップＳＴ２を実行し、冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１と閾値Ｔｒｅｆとを比較する。

その結果、Ｔ１≧Ｔｒｅｆ（もしくはＴ１＞Ｔｒｅｆ）であれば除霜運転不要としてステップＳＴ１に戻り、再度、室外熱交換器１３０の冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１と中間部分の冷媒温度Ｔ２を監視する（除霜運転の待機状態）。

これに対して、ステップＳＴ２で、Ｔ１＜Ｔｒｅｆ（もしくはＴ１≦Ｔｒｅｆ）の場合には、次段のステップＳＴ３で、今度は室外熱交換器１３０の中間部分の冷媒温度Ｔ２と閾値Ｔｒｅｆとを比較する。

その結果、Ｔ２≧Ｔｒｅｆ（もしくはＴ２＞Ｔｒｅｆ）であれば、冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１の低下がプルダウン現象によるものと判断し、除霜運転不要としてステップＳＴ１に戻る。

これに対して、ステップＳＴ３で、Ｔ２＜Ｔｒｅｆ（もしくはＴ２≦Ｔｒｅｆ）の場合には、室外熱交換器１３０に着霜していると判断し、ステップＳＴ４に移行して除霜運転を開始する。

なお、圧縮機１１０の回転数が急激に上昇したとき、冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１と同様に、低圧飽和温度Ｔ３も低下するため、上記ステップＳＴ２での判定にあたって、冷媒入口ＩＮ側の冷媒温度Ｔ１に代えて、低圧飽和温度Ｔ３（圧縮機１１０の冷媒吸入側配管１０ｂに設けられている低圧センサ１１８にて検出された圧力から算出される温度）を採用してもよい。

また、除霜運転は、四方弁１２０を一時的に冷房運転側に切り換えて、圧縮機１１０から吐出される高温のガス冷媒を室外熱交換器１３０側に流すことにより行われるが、室外熱交換器１３０に電気ヒータを設け、その電気ヒータに通電するようにしてもよい。

１０ 室外機
１１０ 圧縮機
１１７ 高圧センサ
１１８ 低圧センサ
１２０ 四方弁
１３０ 室外熱交換器
１３１ 室外送風機
１３２ 第１温度センサ（冷媒入口側の冷媒温度検出用）
１３３ 第２温度センサ（中間部分の冷媒温度検出用）
１４０ 膨張弁
１５０ アキュムレータ
１６０ 制御手段
２０（２１０，２２０，２３０） 室内機
２０１ 室内熱交換器
２０２ 室内送風機

Claims (3)

1. 圧縮機、四方弁および室外送風機を有する室外熱交換器を含む室外機と、冷媒配管を介して上記室外機に接続される室内熱交換器を含む複数台の室内機と、上記室外熱交換器を蒸発器とし上記室内熱交換器を凝縮器とする暖房運転時における上記室外熱交換器の除霜運転を制御する制御手段とを備える空気調和機において、
   上記室外熱交換器内には、暖房運転時における冷媒入口側の冷媒温度を検出する第１温度センサと、冷媒入口側と冷媒出口側との間の室外熱交換器中間部分の冷媒温度を検出する第２温度センサとを備えているとともに、上記制御手段には、除霜運転を開始するための所定の温度の閾値Ｔｒｅｆが設定されており、
   上記制御手段は、上記第１センサにより検出された冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１および上記第２センサにより検出された上記室外熱交換器中間部分の冷媒温度Ｔ２と上記閾値Ｔｒｅｆとを比較し、上記冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１のみが上記閾値Ｔｒｅｆを下回った状態では除霜運転を行わず、上記冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１と上記室外熱交換器中間部分の冷媒温度Ｔ２がともに上記閾値Ｔｒｅｆを下回ったときに除霜運転を開始することを特徴とする空気調和機。
2. 上記制御手段は、上記冷媒入口側の冷媒温度Ｔ１に代えて、上記圧縮機の冷媒吸入側配管に設けられている低圧センサにて検出された圧力から算出される低圧飽和温度Ｔ３を採用することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 上記第２温度センサは、上記室外熱交換器の冷媒入口側と冷媒出口側との間で、上記室外送風機からの風を受ける部分に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。

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