JP2014020568A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、除霜・暖房運転中においても、暖房能力の変動を抑制し、空気調和機利用者の不快感を低減することを課題とする。
【解決手段】本発明の空気調和機は、並列に接続され大きさの異なる複数の室外熱交換器を有する冷凍サイクルと、ホットガスバイパス回路と、を備える空気調和機であって、冷凍サイクルにおいて、冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる暖房運転モードと、バイパス回路において、冷媒を、圧縮機、所定の室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる除霜運転、及び、冷凍サイクルにおいて、冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、所定の前記室外機以外の室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる暖房運転と、を行う除霜・暖房モード、を有し、除霜・暖房運転モードにおいて、小さい室外熱交換器から順に除霜運転を実施する。
【選択図】図９

Description

本発明は室外熱交換器の除霜と室内の暖房とを同時に行う空気調和機に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１は、「室外熱交換器を複数に分けて並列に接続し、並列接続された各室外熱交換器の冷媒回路に対応して暖房運転入口側に主回路開閉弁を設け、圧縮機の吐出側と各室外熱交換器の冷媒回路の暖房運転入口側と連結するホットガスバイパス回路を設け、ホットガスバイパス回路に各室外熱交換器の冷媒回路に対応してバイパス開閉弁を設け、開閉弁と冷凍サイクルの各構成要素を制御する制御装置を設けた空気調和機であって、制御装置は、暖房運転中に室外熱交換器の除霜を開始する場合、主回路開閉弁およびバイパス開閉弁の一部を開閉制御し、複数の室外熱交換器の内の一部を除霜しつつ他の室外熱交換器で暖房する除霜・暖房運転を行い、除霜・暖房運転を複数の室外熱交換器の全てについて繰り返した後に、暖房運転に復帰するように制御する」ことを開示する（請求項１参照）。

特開２００９−２８１６９８号公報

ここで、複数の熱交換器のうち除霜されていない熱交換器は、着霜した霜により熱交換能力が低下するため、暖房能力も低下する。一方、複数の熱交換器のうち除霜された熱交換器は、着霜した霜が除かれて熱交換能力が向上するため、暖房能力も向上する。

特許文献１の空気調和機では、除霜・暖房運転される並列に接続された複数の室外熱交換器は等しい大きさで構成される。このような特許文献１の空気調和機で除霜・暖房運転する場合、最初の熱交換器を除霜運転している間は他の着霜している熱交換器で暖房するために、暖房能力が低下する。一方、次の熱交換器を除霜運転している間は他の熱交換器で暖房することになるが、最初の熱交換器は除霜されているため、最初の熱交換器を除霜運転しているときよりも熱交換能力が向上し、暖房能力が向上する。さらに、最後の熱交換器を除霜運転している間も他の熱交換器で暖房することになるが、他の熱交換器は全て除霜されているため、熱交換能力がさらに向上し、最初の熱交換器を除霜運転しているときよりも暖房能力が大きく向上する。

つまり、特許文献１の空気調和機で除霜・暖房運転する場合、除霜・暖房運転中の暖房能力が大きく変動し、特に、最初の熱交換器を除霜している間は暖房能力が低くなり空気調和機利用者の不快感が増大する。

本発明は、除霜・暖房運転中においても、暖房能力の変動を抑制し、空気調和機利用者の不快感を低減することを課題とする。

本発明の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、並列に接続され大きさの異なる複数の室外熱交換器を順次冷媒配管で連結した冷凍サイクルと、冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側と四方弁との間で分岐して、減圧装置と複数の室外熱交換器それぞれの暖房運転時入口側との間に接続されたホットガスバイパス回路と、を備える空気調和機であって、冷凍サイクルにおいて、冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる暖房運転モードと、バイパス回路において、冷媒を、圧縮機、所定の室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる除霜運転、及び、冷凍サイクルにおいて、冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、所定の前記室外機以外の室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる暖房運転、を行う除霜・暖房モードと、を有し、除霜・暖房運転モードにおいて、小さい室外熱交換器から順に除霜運転を実施する。

本発明によれば、並列に接続され大きさの異なる複数の室外熱交換器を備え、除霜・暖房運転モードにおいて小さい室外熱交換器から順に除霜運転を実施することにより、室外熱交換器を順に除霜運転する間、暖房運転する室外熱交換器（除霜運転する室外熱交換器以外の室外熱交換器）の大きさを徐々に減少させるが熱交換能力は徐々に増加する。従って、除霜・暖房運転中においても、暖房能力の変動を抑制することができ、特に、暖房能力が大きく低下する最初の熱交換器を除霜している間も暖房能力を維持することができるので、空気調和機利用者の不快感を低減するができる。

空気調和機の構成図 冷凍サイクルの構成図 冷房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図 暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図 第１熱交換器を除霜する冷媒の流れを示す冷凍サイクル図 第２熱交換器を除霜する冷媒の流れを示す冷凍サイクル図 第３熱交換器を除霜する冷媒の流れを示す冷凍サイクル図 第４熱交換器を除霜する冷媒の流れを示す冷凍サイクル図 室外熱交換器の分割比率を変えた冷凍サイクルの構成を示す図

以下、実施例について図を用いて説明する。

（実施例１）まず、空気調和機の全体構成を、図１を用いて説明する。図１は空気調和機の構成図である。

空気調和機１は、冷凍サイクルと、送風装置と、これらを制御する制御系とを備える。なお、空気調和機１は、室内機２と室外機６とを冷媒配管８、電気配線、信号配線などを介して接続されたセパレート形空気調和機である。

冷凍サイクルは、圧縮機７５、四方弁７２、室外熱交換器７３、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄ、減圧装置７４、室内熱交換器３３、バイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５c、７１５ｄを備え、これらを冷媒配管を介して接続することにより構成される。冷媒配管は、吸込配管７１０、吐出配管７１１、利用側ガス管７１２、液管７１３、熱源側ガス管７１４、ホットガスバイパス管７１５、主回路・バイパス共用管７１６ａ、７１６ｂ、７１６cおよび７１６ｄなどで構成される。

室内熱交換器３３は室内機２に収納され、圧縮機７５、四方弁７２、室外熱交換器７３、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄ、減圧装置７４、バイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５c、７１５ｄは、室外機６に収納される。

四方弁７２は冷媒流路切換弁の一例である。四方弁７２は、冷房サイクルと暖房サイクルとを切換えるものである。ここで、冷房サイクルは、圧縮機７５から吐出配管７１１を介して吐出された冷媒を室外熱交換器７３へ導き、室内熱交換器３３からの冷媒を圧縮機７５に戻すサイクルである。暖房サイクルは、圧縮機７５から吐出された冷媒を室内熱交換器３３へ導き、室外熱交換器７３からの冷媒を吸込配管７１０及びアキュムレータ７６を介して圧縮機７５に戻すサイクルである。

従って、室外熱交換器７３は、冷房サイクルの冷房運転時に高圧側熱交換器（凝縮器）を構成し、暖房サイクルの暖房運転時に低圧側熱交換器（蒸発器）を構成する。また、室内熱交換器３３は、暖房サイクルの暖房運転時に高圧側熱交換器（凝縮器）を構成し、冷房サイクルの冷房運転時に低圧側熱交換器（蒸発器）を構成する。

室外熱交換器７３は、冷媒配管と熱交換フィンとで構成され、冷媒配管で形成される冷媒回路を複数に分割して並列に接続される。この冷媒回路は複数に区分して構成される。室外熱交換器７３は、第１熱交換器７３１、第２熱交換器７３２、第３熱交換器７３３及び第４熱交換器７３４とから構成される。前記複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の構成は、各々が分離した構造（第１〜４熱交換器が独立した構造）でも一体構造でもよい。

室外熱交換器７３１、７３２、７３３、７３４の各々は、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄを介して、減圧装置７４に接続される。また、熱交換器７３１、７３２、７３３、７３４と主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄとの間から分岐し、バイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５cおよび７１５ｄを介して圧縮機７５の吐出管７１１にホットガスバイパス管７１５で接続されるホットガスバイパス回路が設けられる。

減圧装置７４は、室外熱交換器７３と室内熱交換器３３との間に設けられ、冷房サイクルの冷房時に室外熱交換器７３からの冷媒を減圧し、暖房サイクルの暖房運転時に室内熱交換器３３からの冷媒を減圧する。なお、本実施例では減圧装置７４は絞り開度が制御可能な膨張弁、例えば電動式などで構成される。

主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄとバイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５c、７１５ｄは電磁式開閉弁で構成され、冷媒の主回路及びホットガスバイパス回路を開閉する。

空気調和機１における送風装置は、室外機６に収納された室外送風装置６３と、室内機２に収納された室内送風装置３１とから構成される。室外送風装置は、室外熱交換器７３に室外空気を流通させる室外ファン６３１と、室外ファン６３１を駆動する室外送風モーター６３３とを備える。室内送風装置は、室内熱交換器３３に室内の空気を流通させる室内ファン３１１と、室内ファン３１１を駆動する室内送風モーター３１３とを備える。本実施例では、室外ファン６３１として軸流ファンを使用し、室内ファン３１１として横流ファンを用いる。

空気調和機１における制御系は、冷媒温検知センサー８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄ、８１２と制御装置１０とを備えて構成される。冷媒温検知センサー８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄ、８１２は、暖房時の室外熱交換器７３の熱交換器７３１、７３２、７３３、７３４の出口温度を検出する冷媒温検知センサー８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄと、逆サイクル除霜時の室外熱交換器７３の出口温度を検出する冷媒温検知センサー８１２とから構成される。

制御装置１０は、冷媒温検知センサー８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄ、８１２の検出結果や使用者の運転指令に基づいて、圧縮機７５、四方弁７２、室外送風モーター６３３、室内送風モーター３１３、減圧装置７４、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３ｃ、７１３ｄとバイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５c、７１５ｄなどを制御する。なお、本実施例では、制御装置１０は、演算する機能を有する制御装置と、各機器を制御する機能を有する制御装置とを一つで示すが、これらを分けて構成しても良く、又は各機器を制御する機能を有する制御装置がさらに分けて構成しても良い。

次に、空気調和機１の運転動作を図３〜図８を参照しながら説明する。

まず、冷房サイクルにおける冷房運転について図３を用いて説明する。図３において空気調和機１の冷房運転をする際には、四方弁７２を図３のように切換え、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄを開、バイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５c、７１５ｄを閉にして冷房運転サイクルを形成すると共に、圧縮機７５、室外送風モーター６３３及び室内送風モーター３１３を運転する。

圧縮機７５に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機７５で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって、図３の実線矢印の方向に流れ、四方弁７２を通って凝縮器となる室外熱交換器７３の熱交換器７３１、７３２、７３３、７３４に入り、室外空気との熱交換で冷却されて凝縮し、液または気液混合の冷媒となる。

次いで、冷媒は、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄを介して、減圧装置７４に入り、減圧により膨張し、低圧の気液混合の冷媒となる。この気液混合冷媒は、図３で低圧冷媒の流れを示す破線の矢印の方向に流れ、室外機６を出て室内機２に入り、蒸発器となる室内熱交換器３３に入り、室内空気と熱交換して室内を冷房し、自身は加熱され、ガス冷媒となって圧縮機７５に戻る。

次に、暖房サイクルにおける暖房運転について図４を用いて説明する。図４において暖房運転する際には、四方弁７２を図４のように切換え、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄを開、バイパス開閉弁７１５ａ、７１５ｂ、７１５c、７１５ｄを閉にして暖房運転サイクルを形成すると共に、圧縮機７５、室外送風モーター６３３及び室内送風モーター３１３を運転する。

圧縮機７５に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機７５で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって、図４の実線矢印の方向に流れ、四方弁７２を通って凝縮器となる室内熱交換器３３に入り、室内空気と熱交換で冷却されて凝縮し、液または気液混合の冷媒となる。

凝縮して液または気液混合の状態となった冷媒は、室内機２を出て室外機６を介して減圧装置７４に流入し、減圧により膨張し、低圧の気液混合の冷媒となる。この気液混合冷媒は、図４で低圧冷媒の流れを示す破線の矢印の方向に流れ、主回路開閉弁７１３ａ、７１３ｂ、７１３c、７１３ｄを介して、蒸発器となる室外熱交換器７３の熱交換器７３１、７３２、７３３、７３４に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機７５に戻る。

上述した暖房サイクルにおける暖房運転動作を繰り返すことにより、暖房運転が継続される。

このような暖房運転時には、室外熱交換器７３は室外空気から熱を奪うため低温になり、０℃以下となって伝熱面に着霜することがある。外気の温度が低く、湿度が高い時にこの現象は顕著になり、室外空気の流通面に付着した霜により、室外空気の流通が妨げられて室外ファン６３１の風量が減少する。室外ファン６３１の風量が減少すると室外熱交換器７３の温度が更に低下し、益々霜が着きやすくなる。このようにして、室外熱交換器７３の着霜量は増え続け、空気調和機１が室外空気から汲み上げる熱量が減少し、暖房能力も減少して、室内を十分に暖房できなくなり、暖房の機能が喪失してしまうので、除霜運転が必要になる。

次に、暖房サイクルにおける除霜・暖房運転について図５〜８を用いて説明する。図５は第１熱交換器を、図６は第２熱交換器を、図７は第３熱交換器を、図８は第４熱交換器をそれぞれ除霜する時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。

前述のように、暖房運転をしていると、温度が低く湿度が高い日には、室外熱交換器７３に霜が付き、暖房能力が低下する。冷媒温検知センサー８１２が所定の温度を下回り、かつ、暖房サイクルでの暖房運転を所定の時間以上行う場合に、着霜の量が所定の量に達したとみなし、暖房サイクルのまま除霜運転を行う。この除霜運転は、四方弁７２を図５のように暖房運転時と同じにして、第１主回路開閉弁７１３ａを閉、第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄを開、第１バイパス開閉弁７１５ａを開、第２バイパス開閉弁７１５ｂ・第３バイパス開閉弁７１５ｃ・第４バイパス開閉弁７１５ｄを閉にして、室外熱交換器７３の内の第１熱交換器７３１を凝縮器として機能させると共に第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４を蒸発器として機能させ、除霜と暖房とを同時に行う除霜・暖房運転サイクルを形成する。この時、室外送風モーター６３３を低速運転または停止し、室内送風モーター３１３は、吹出し温度が所定温度以上を保持できるように運転を制御する。

ここで、圧縮機７５に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機７５で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって、吐出管７１１に吐出され、途中で分岐して、一方の冷媒は四方弁７２に入り、他方の冷媒はホットガスバイパス管７１５に入る。

四方弁７２に入った一方の冷媒は、図５の実線矢印の方向に流れ、室内熱交換器３３に入り、室内空気と熱交換し凝縮され、液または気液混合の冷媒となる。この際に室内の暖房が行われる。液または気液混合の冷媒となった冷媒は、室内機２を出て室外機６を介して減圧装置７４に流入し、減圧により膨張し、低圧の気液混合の冷媒となる。この気液混合冷媒は、図５で低圧冷媒の流れを示す破線の矢印の方向に流れ、第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄを介して、蒸発器となる室外熱交換器７３の第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機７５に戻る。

他方、ホットガスバイパス管７１５に入った冷媒は、図５の実線矢印の方向に流れ、第１バイパス開閉弁７１５ａを介して室外熱交換器７３の第１熱交換器７３１に入る。第１熱交換器７３１に入った冷媒は、高温高圧であるので第１熱交換器７３１に付着した霜を融解して下方に流下させる。流下した融解水は、蒸発器として作用する下側に位置する第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４に流れ込み、最初は第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４の着霜を融かしながら流下し、流下するに従って低温になり、外気温が低い場合などは終りには再氷結する。

この時、融解水は第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４に熱を与えながら流下し、その熱は第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４内部の冷媒の気化を促進する。つまり、上側にある第１熱交換器７３１で着霜の融解に使われた熱の一部が下側にある第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４の着霜を一部融解し、更に内部の冷媒の気化に寄与して回収され、除霜の熱量が有効に使われる。

第１熱交換器７３１の霜を除霜した冷媒は第１熱交換器７３１を出たところで第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４で気化した冷媒と合流し圧縮機７５に戻る。第１熱交換器７３１の除霜運転を所定時間または第１熱交換器７３１の出口の冷媒温検知センサー８１１ａが所定温度まで上昇すると、第２熱交換器７３２を除霜する。

第２熱交換器７３２の除霜に切換えるには、第１主回路開閉弁７１３ａ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄを開、第２主回路開閉弁７１３ｂを閉、第１バイパス開閉弁７１５ａ・第３バイパス開閉弁７１５ｃ・第４バイパス開閉弁７１５ｄを閉、第２バイパス開閉弁７１５ｂを開にして、室外熱交換器７３の内の第２熱交換器７３２を凝縮器として機能させると共に、第１熱交換器７３１・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４を蒸発器として機能させ、除霜と暖房とを同時に行う除霜・暖房運転サイクルを形成する。この時、室外送風モーター６３３を低速運転または停止し、室内送風モーター３１３は、吹出し温度が所定温度以上を保持できるように運転を制御する。

ここで、四方弁７２から室内熱交換器３３に流れ、減圧装置７４で減圧されるまでの冷媒の流れは、第１熱交換器７３１を除霜するときと同じである。減圧装置７４で減圧された冷媒は、図６の破線の矢印の方向に流れ、第１主回路開閉弁７１３ａ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄを介して、蒸発器となる室外熱交換器７３の第１熱交換器７３１・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機７５に戻るガス冷媒となって圧縮機７５に戻る。

ホットガスバイパス管７１５に入った冷媒は、図６の実線矢印の方向に流れ、第２バイパス開閉弁７１５ｂを介して室外熱交換器７３の第２熱交換器７３２に入る。第２熱交換器７３２に入った冷媒は、高温高圧であるので、第２熱交換器７３２に付着した霜を融解して下方に流下させる。流下した融解水は、除霜水の排出口から室外機６の外に排出される。第２熱交換器７３２の霜を除霜した冷媒は、第２熱交換器７３２を出たところで第１熱交換器７３１・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４で気化した冷媒と合流し圧縮機７５に戻る。第２熱交換器７３２の除霜運転が所定時間経過すると、または第２熱交換器７３２の出口の冷媒温検知センサー８１１ｂが所定温度まで上昇すると、第３熱交換器７３３を除霜する。

第３熱交換器７３３の除霜に切換えるには、第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第４主回路開閉弁７１３ｄを開、第３主回路開閉弁７１３ｃを閉、第１バイパス開閉弁７１５ａ・第２バイパス開閉弁７１５ｂ・第４バイパス開閉弁７１５ｄを閉、第３バイパス開閉弁７１５ｃを開にして、室外熱交換器７３の内の第３熱交換器７３３を凝縮器として機能させると共に、第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第４熱交換器７３４を蒸発器として機能させ、除霜と暖房とを同時に行う除霜・暖房運転サイクルを形成する。この時、室外送風モーター６３３を低速運転または停止し、室内送風モーター３１３は、吹出し温度が所定温度以上を保持できるように運転を制御する。

ここで、四方弁７２から室内熱交換器３３に流れ、減圧装置７４で減圧されるまでの冷媒の流れは、第１熱交換器７３１を除霜する時と同じである。減圧装置７４で減圧された冷媒は、図７の破線の矢印の方向に流れ、第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第４主回路開閉弁７１３ｄを介して、蒸発器となる室外熱交換器７３の第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第４熱交換器７３４に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機７５に戻るガス冷媒となって圧縮機７５に戻る。

ホットガスバイパス管７１５に入った冷媒は、図７の実線矢印の方向に流れ、第３バイパス開閉弁７１５ｃを介して室外熱交換器７３の第３熱交換器７３３に入る。第３熱交換器７３３に入った冷媒は、高温高圧であるので、第３熱交換器７３３に付着した霜を融解して下方に流下させる。流下した融解水は、除霜水の排出口から室外機６の外に排出される。第３熱交換器７３３の霜を除霜した冷媒は、第３熱交換器７３３を出たところで第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第４熱交換器７３４で気化した冷媒と合流し圧縮機７５に戻る。第３熱交換器７３３の除霜運転が所定時間経過すると、または第３熱交換器７３３の出口の冷媒温検知センサー８１１ｃが所定温度まで上昇すると、第４熱交換器７３４を除霜する。

第４熱交換器７３４の除霜に切換えるには、第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃを開、第４主回路開閉弁７１３ｄを閉、第１バイパス開閉弁７１５ａ・第２バイパス開閉弁７１５ｂ・第３バイパス開閉弁７１５ｃを閉、第４バイパス開閉弁７１５ｄを開にして、室外熱交換器７３の内の第４熱交換器７３４を凝縮器として機能させると共に、第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３を蒸発器として機能させ、除霜と暖房とを同時に行う除霜・暖房運転サイクルを形成する。この時、室外送風モーター６３３を低速運転または停止し、室内送風モーター３１３は、吹出し温度が所定温度以上を保持できるように運転を制御する。

ここで、四方弁７２から室内熱交換器３３に流れ、減圧装置７４で減圧されるまでの冷媒の流れは、第１熱交換器７３１を除霜する時と同じである。減圧装置７４で減圧された冷媒は、図８の破線の矢印の方向に流れ、第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃを介して、蒸発器となる室外熱交換器７３の第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機７５に戻るガス冷媒となって圧縮機７５に戻る。

ホットガスバイパス管７１５に入った冷媒は、図８の実線矢印の方向に流れ、第４バイパス開閉弁７１５ｄを介して室外熱交換器７３の第４熱交換器７３４に入る。第４熱交換器７３４に入った冷媒は、高温高圧であるので、第４熱交換器７３４に付着した霜を融解して下方に流下させる。流下した融解水は、除霜水の排出口から室外機６の外に排出される。第４熱交換器７３４の霜を除霜した冷媒は、第４熱交換器７３４を出たところで第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３で気化した冷媒と合流し圧縮機７５に戻る。第４熱交換器７３４の除霜運転が所定時間経過すると、または第４熱交換器７３４の出口の冷媒温検知センサー８１１ｄが所定温度まで上昇すると、第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄを開、第１バイパス開閉弁７１５ａ・第２バイパス開閉弁７１５ｂ・第３バイパス開閉弁７１５ｃ・第４バイパス開閉弁７１５ｄを閉にして、除霜・暖房運転を終了し、直ちに図４の暖房運転に復帰する。

ここで、室外熱交換器７３の下部は上部から流れてきた除霜時の融解水が通過するため、融解水による除霜が行われる。そこで、室外熱交換器７３の除霜を行う時に、第１熱交換器７３１・第２熱交換器７３２・第３熱交換器７３３・第４熱交換器７３４の順に上側から除霜を行う。これにより、室外熱交換器７３に着霜し、着霜量が除霜を必要とする所定量に達したときに、上側にある熱交換器から順に部分除霜・暖房運転を行う。上側にある冷媒回路にホットガスを流すので、室外熱交換器７３の上側の冷媒回路の空気側伝熱面に付着した霜が融解し、下方に流れる。

この融解水の温度が高い場合は、融解水は下側にある熱交換器の空気側伝熱面の霜に触れ、これを融解水自身の顕熱で溶かしながら更に流れ下る。このとき、下側にある熱交換器で霜が融解した部分は、熱伝達の妨害をしていた霜が除かれるので、外気から、冷媒への熱移動がスムーズに行われ、熱交換能力が回復し、室内の暖房能力の低下を抑制する。流れ下る融解水の温度が融解点まで下がると、融解水はそれ以上霜を融解することなく流下し、流下しながら下側にある熱交換器内を流れる下側の冷媒回路の冷媒で冷却されて凝固する。

このとき、融解水の凝固熱は下側の冷媒回路の冷媒を温めるので、上側にある熱交換器で霜の融解に使用された熱量が回収される。上側にある熱交換器の除霜のための除霜・暖房運転が終了すると、順に下側にある熱交換器の除霜を行うための除霜・暖房運転が開始される。除霜を行う冷媒回路に圧縮機７５からのホットガスを流すので、該当する冷媒回路の空気側伝熱面に付着した霜が融解し、下方に流れ下る。

このとき、除霜が終了した直後の熱交換器は、熱伝達の妨害をしていた霜が除かれているので、外気から冷媒への熱移動がスムーズに行われ、熱交換能力が回復し、室内の暖房能力の低下を抑制する。このように、除霜・暖房運転時でも暖房能力の大幅な低下を抑制しつつ、暖房を継続することができる。

また、除霜・暖房運転時には、除霜した熱交換器より下側にある熱交換器の着霜量が一時的に増加することがある。しかし、引き続いて下側にある熱交換器の除霜のための除霜・暖房運転が行われるので、下側にある熱交換器も除霜される。したがって下側にある熱交換器の霜が上側の熱交換器の除霜の影響で増え続けることはない。

このようにして除霜・暖房運転の合計所要時間を逆サイクル除霜運転した場合に比べて短縮することができる。また、この時、圧縮機７５の吐出温度の低下が抑制されるので、暖房能力の低下も抑制することができる。このため、室内を暖房しながら除霜をすることが可能で、且つ、除霜・暖房運転の所要時間を短縮できる。

本実施例の本発明の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、並列に接続され大きさの異なる複数の室外熱交換器を順次冷媒配管で連結した冷凍サイクルと、冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側と四方弁との間で分岐して、減圧装置と複数の室外熱交換器それぞれの暖房運転時入口側との間に接続されたホットガスバイパス回路と、を備える空気調和機であって、冷凍サイクルにおいて、冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる暖房運転モードと、バイパス回路において、冷媒を、圧縮機、所定の室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる除霜運転、及び、冷凍サイクルにおいて、冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、所定の前記室外機以外の室外熱交換器、圧縮機の順に循環させる暖房運転、を行う除霜・暖房モードと、を有し、除霜・暖房運転モードにおいて、小さい室外熱交換器から順に除霜運転を実施する。 従来技術のように、除霜・暖房運転される並列に接続された複数の室外熱交換器を等しい大きさで構成すると、室外熱交換器を順に除霜運転する間、暖房運転する室外熱交換器（除霜運転する室外熱交換器以外の室外熱交換器）の大きさは同一であるが、熱交換能力が上昇するため、最初の熱交換器を除霜している間は、最後の熱交換器を除霜している間よりも暖房能力が大幅に減少してしまう。本発明では、暖房運転する室外熱交換器（除霜運転する室外熱交換器以外の室外熱交換器）の大きさとそれらの室外熱交換器の熱交換能力を考慮して暖房能力の変動を抑制する。つまり、並列に接続され大きさの異なる複数の室外熱交換器を備え、除霜・暖房運転モードにおいて小さい室外熱交換器から順に除霜運転を実施することにより、室外熱交換器を順に除霜運転する間、暖房運転する室外熱交換器の大きさを徐々に減少させるが熱交換能力は徐々に増加する。従って、除霜・暖房運転中においても、暖房能力の変動を抑制することができ、特に、暖房能力が大きく低下する最初の熱交換器を除霜している間も暖房能力を維持することができるので、空気調和機利用者の不快感を低減するができる。尚、以下の本実施例においては、小さい室外熱交換器から順に上方に配置しているが、必ずしもこのような構成としなくても、上記効果を奏することができる。また、以下の本実施例においては、室外熱交換器を３つの熱交換器で構成しているが、必ずしも３つに限定されず、２つの熱交換器や４つ以上の熱交換器でもよい。

次に、空気調和機の暖房サイクルにおける複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の比率の違いによる除霜・暖房運転についての詳細を説明する。

前記の通り、室外熱交換器７３を除霜する際には複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の熱交換器７３を上から順に第１熱交換器７３１、第２熱交換器７３２、第３熱交換器７３３、第４熱交換器７３４と行う。最上部に位置する第１熱交換器７３１の除霜は高温高圧の冷媒のみで行われ、第１熱交換器７３１の融解水の流下により第２熱交換器に着霜した霜がある程度溶かされる第２熱交換器７３２に比べ除霜時間は当然長くなる。第３熱交換器７３３についても、第１熱交換器７３１および第２熱交換器７３２の融解水、第４熱交換器７３４についても同様に第１熱交換器７３１、第２熱交換器７３２および第３熱交換器７３３の融解水により、霜がある程度溶かされるため、除霜を行っている熱交換器の下側に位置する熱交換器の除霜時間は短くなる傾向にある。よって、室外熱交換器７３は等しい大きさであるため、融解水による除霜が行われない第１熱交換器７３１の除霜効率は他と比べ良好とは言えない。また、着霜量が増えた状態でさらに室外熱交換器７３の１／４にあたる第１熱交換器７３１の除霜運転を行うことは除霜・暖房運転時の暖房能力を低下させる。

そこで室外熱交換器７３の第１熱交換器７３１、第２熱交換器７３２、第３熱交換器７３３、第４熱交換器７３４を等分割から、複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の比率を変え、高温高圧の冷媒のみで除霜を行う第１熱交換器７３１の比率を下げ、融解水を除霜として利用できる第１熱交換器７３１より下部にある熱交換器の比率を上げることで除霜効率を上げ、除霜・暖房運転時の暖房能力の低下を抑制する除霜・暖房運転について図９を用いて説明する。

図９の室外熱交換器７３は、冷媒配管と熱交換フィンとで構成され、その冷媒配管で形成される冷媒回路を複数に分割して並列に接続される。この冷媒回路は複数に区分して構成される。室外熱交換器７３は、第１熱交換器７３５、第２熱交換器７３６、第３熱交換器７３７および第４熱交換器７３８から構成される。複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の比率は第１熱交換器７３５を１とした場合に第２熱交換器７３６を２、第３熱交換器７３７を２、第４熱交換器７３８が３とする。複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の構成は、各々が分離した構造（第１〜４熱交換器が独立した構造）でも一体構造でもよい。除霜・暖房運転の運転動作は、前記で述べた複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器と同じである。

ここで高温高圧の冷媒のみで行う第１熱交換器７３５は、第１熱交換器７３５の下側の第２熱交換器７３６、第３熱交換器７３７および第４熱交換器７３８より小さいことで、冷媒配管を短くし冷媒の温度低下抑え、さらに除霜する面積を減らすことで除霜時間を短縮する。よって冷媒の温度も高い温度を保てることから、融解水の温度も高い温度を確保でき、除霜する面積を小さくしたことで融解水が少量になっても、少量の融解水で下側にある第２熱交換器７３６の融解水による除霜を行うことも十分に可能である。また、室外熱交換器７３も着霜量が増え暖房能力が落ちた状態で除霜する第１熱交換器７３５を小さくすることで、暖房運転の熱交換器の面積を確保でき、また圧縮機７５に戻る冷媒の温度低下も最低限ですむことから除霜・暖房運転時切替え時の能力低下を最低限に抑えることができる。また、着霜量が増え暖房能力が落ちた状態で除霜する第１熱交換器７３５の除霜時間を最短時間で行うことができる。よって暖房運転から除霜・暖房運転への切替え時の能力低下による室内機の吹出し温度の低下を抑えることができる。

第２熱交換器７３６についても大きさを例えば第１熱交換器７３５の２倍程度とする。第１熱交換器７３５の温度の高い融解水にて熱交換フィン表面に付着した霜はある程度融解されているため、第２熱交換器７３６を第１熱交換器７３５より大きくしても除霜時間は第１熱交換器７３５と同等の時間で終了することができる。また、除霜・暖房運転時の能力も第１熱交換器７３５の除霜は終了していることから、暖房運転の熱交換器の面積が第１熱交換器７３５を除霜しているときより小さくなっても、能力低下を抑えることができる。よって除霜・暖房運転の能力低下による室内機の吹出し温度の低下を抑えることができる。

第３熱交換器７３７の除霜についても大きさを例えば第１熱交換器７３５の２倍程度としも、第１熱交換器７３５、第２熱交換器７３６の融解水にて熱交換フィン表面に付着した霜はある程度融解されているため、第３熱交換器７３７を第１熱交換器７３５より大きくしても除霜時間は第１熱交換器７３５と同等の時間で終了することができる。また、除霜・暖房運転時の能力も第１熱交換器７３５、第２熱交換器７３６の除霜は終了していることから、暖房運転の熱交換器の面積が第１熱交換器７３５を除霜しているときより小さくなっても、能力低下を抑えることができる。よって除霜・暖房運転の能力低下による室内機の吹出し温度の低下を抑えることができる。

第４熱交換器７３８の除霜についても大きさを例えば第１熱交換器７３５の３倍程度としも、第１熱交換器７３５、第２熱交換器７３６、第３熱交換器７３７の融解水にて熱交換フィン表面に付着した霜はある程度融解されているため、第４熱交換器７３８を第１熱交換器７３５より大きくしても除霜時間は第１熱交換器７３５と同等の時間で終了することができる。また、除霜・暖房運転時の能力も第１熱交換器７３５、第２熱交換器７３６、第３熱交換器７３７の除霜は終了していることから、暖房運転の熱交換器の面積が第１熱交換器７３５を除霜しているときより小さくなっても、能力低下を抑えることができる。よって除霜・暖房運転の能力低下による室内機の吹出し温度の低下を抑えることができる。

上記の通り、高温高圧の冷媒のみで除霜を行う第１熱交換器を小さくし、融解水により熱交換フィン表面に付着した霜をある程度除霜ができる熱交換器を大きくするなど複数に区分された冷媒回路の室外熱交換器の比率を変え、除霜効率を上げることで除霜・暖房運転時の能力の低下を抑制できる。よって室内機の吹出し温度の低下を抑え快適性を確保することができる。

（実施例２）本実施例では、除霜・暖房運転時、暖房運転時に第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄに流れる冷媒量を、暖房運転を行っているときに蒸発器となる各室外熱交換器のサイクル温度が適正な温度になるように冷媒温検知センサー８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄの温度より調整する。各室外熱交換器の大きさの違いから、冷媒流量が同流量では冷媒過多または冷媒不足になる熱交換器が存在してしまうため、各室外熱交換器の大きさに対応した冷媒が適正に流れるように冷媒温検知センサー８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄの温度より、第１主回路開閉弁７１３ａ・第２主回路開閉弁７１３ｂ・第３主回路開閉弁７１３ｃ・第４主回路開閉弁７１３ｄにて冷媒流量を調整することで蒸発器としての各室外熱交換器の効率が上がり、除霜・暖房運転時、暖房運転時の暖房性能が向上する。

以上説明したように、実施例２記載の空気調和機によれば、除霜・暖房運転時、暖房運転時の蒸発器としての各室外熱交換器の効率を上げ暖房性能を向上させることができる。

（実施例３）本実施例では、除霜・暖房運転時は暖房運転時よりも室外ファン６３１の回転数を低下させ、更に外気温が所定値より低い場合は除霜・暖房運転時に室外送風機の運転の運転を停止する。除霜・暖房運転時に室外ファン６３１の回転数を低下させることにより、除霜・暖房運転時に融解水や冷媒配管、熱交換フィンから室外ファン６３１による強制対流で外気に奪い去られる熱量が減少し、霜の融解が効率よく行われる。また、外気の温度が更に低くなり外気への放熱量が増加した場合は室外ファン６３１の運転を停止する。室外ファン６３１による強制対流で外気に奪い去られる熱量の大部分が霜の融解に有効に使用され室外熱交換器の除霜が効率よく進む。

以上説明したように、実施例２記載の空気調和機によれば、除霜・暖房運転時間を短縮でき、また、低外気温時でも除霜・暖房運転で残霜を生じることなく、空気調和機の快適性を向上させることができる。

（実施例４）本実施例では、暖房運転時に外気温の低下に伴い、圧縮機７５の吐出温度を減圧装置、圧縮機回転数を高温になるよう制御する。これにより圧縮機７５の蓄熱量が増加すると共に、除霜・暖房運転時には高温の冷媒による除霜が行われ、除霜・暖房運転時間が短縮されることで、暖房運転に復帰した時の圧縮機７５の吐出温度の回復が早くなり、暖房能力の低下する時間が短くなる。

以上説明したように、実施例３記載の空気調和機によれば、除霜・暖房運転時間を短縮でき、暖房能力が低下をおさえることで空気調和機の快適性を向上させることができる。

（実施例５）本実施例では、除霜・暖房運転を最長の除霜・暖房運転時間に達するまで行っても、室外機６の温度が所定値に達しない場合に、四方弁７２を切り換えて逆サイクル除霜運転を行う。これにより除霜・暖房運転で融解しきれなかった室外熱交換器７３の冷媒回路出口付近(冷房時の室外熱交換器入口)の残霜も、逆サイクル除霜運転を行うことにより、圧縮機７５からの高温高圧冷媒で融解させることができる。

以上説明したように、実施例４記載の空気調和機の室外機によれば、除霜・暖房運転で融解しきれなかった室外熱交換器７３の冷媒回路出口付近の残霜を融解することができ、残霜による暖房能力の低下を防ぎ、空気調和機の快適性を向上させることができる。

１…空気調和機、２…室内機、５…リモコン、６…室外機、８…接続配管、１０…制御装置、３３…室内熱交換器、７２…四方弁、７３…室外熱交換器、７４…減圧装置、７５…圧縮機、７６…アキュムレータ、３１１…室内ファン、３１３…室内送風モーター、６３１…室外ファン、６３３…室外送風モーター、７１０…吸込配管、７１１…吐出配管、７１２…利用側ガス管、７１３…液管、７１３ａ…第１主回路開閉弁、７１３ｂ…第２主回路開閉弁、７１３ａ…第３主回路開閉弁、７１３ｄ…第４主回路開閉弁、７１４…熱源側ガス管、７１５…ホットガスバイパス管、７１５ａ…第1バイパス開閉弁、７１５ｂ…第２バイパス開閉弁、７１５ｃ…第３バイパス開閉弁、７１５ｄ…第４バイパス開閉弁、７１６ａ…第１主回路・バイパス共用管、７１６ｂ…第２主回路・バイパス共用管、７１６ｃ…第３主回路・バイパス共用管、７１６ｄ…第４主回路・バイパス共用管、７３１…第１熱交換器、７３２…第２熱交換器、７３３…第３熱交換器、７３４…第４熱交換器、７３５…第１熱交換器、７３６…第２熱交換器、７３７…第３熱交換器、７３８…第４熱交換器、８１１ａ…第１熱交換器冷媒温検知センサー、８１１ｂ…第2熱交換器冷媒温検知センサー、８１１ｃ…第3熱交換器冷媒温検知センサー、８１１ｄ…第4熱交換器冷媒温検知センサー、８１２…冷媒温検知センサー

Claims (5)

1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、並列に接続され大きさの異なる複数の室外熱交換器を順次冷媒配管で連結した冷凍サイクルと、
   前記冷凍サイクルにおける前記圧縮機の吐出側と前記四方弁との間で分岐して、前記減圧装置と前記複数の室外熱交換器それぞれの暖房運転時入口側との間に接続されたホットガスバイパス回路と、
   を備える空気調和機であって、
   前記冷凍サイクルにおいて、冷媒を、前記圧縮機、前記四方弁、前記室内熱交換器、前記減圧装置、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房運転モードと、
   前記バイパス回路において、冷媒を、前記圧縮機、所定の前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる除霜運転、及び、前記冷凍サイクルにおいて、冷媒を、前記圧縮機、前記四方弁、前記室内熱交換器、前記減圧装置、所定の前記室外機以外の前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる暖房運転、を行う除霜・暖房モードと、
   を有し、
   前記除霜・暖房運転モードにおいて、小さい前記室外熱交換器から順に前記除霜運転を実施する空気調和機。
2. 請求項１において、
   複数の前記室外熱交換器は小さい前記室外熱交換器から順に上方から配置される空気調和機。
3. 請求項１又は２において、
   前記暖房運転モードを実施後、
   前記除霜・暖房モードにおいて、小さい前記室外熱交換器から順に全ての前記室外熱交換器について前記除霜運転を実施し、
   その後、前記暖房運転モードに復帰する空気調和機。
4. 請求項１又は２において、
   前記暖房運転モードを実施後、
   前記除霜・暖房モードにおいて、小さい前記室外熱交換器から順に全ての前記室外熱交換器について前記除霜運転を実施し、
   その後、前記室外熱交換器の冷媒温度が所定値以下の場合、前記除霜・暖房モードを停止し、且つ、前記冷凍サイクルにおいて、冷媒を、前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記減圧装置、前記室内熱交換器、前記圧縮機の順に循環させる冷房運転モードを実施し、
   その後、前記暖房運転モードに復帰する空気調和機。
5. 請求項１乃至３の何れかにおいて、
   前記室外熱交換器に送風する室外送風ファンを備え、
   前記暖房モードでの前記室外送風ファンの回転数よりも前記除霜・暖房モードでの前記室外送風ファンの回転数を小さくする空気調和機。