JP2016118311A - 冷凍装置の室外ユニット - Google Patents

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雅人 平木
Masahito Hiraki
雅人 平木
藤本 大介
Daisuke Fujimoto
大介 藤本
陽介 駒井
Yosuke Komai
陽介 駒井
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ダイキン工業株式会社
Daikin Ind Ltd
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Abstract

【課題】本発明の課題は、室外熱交換器への着霜の有無を検知して不要な除霜運転を防止することができる、冷凍装置の室外ユニットを提供することにある。【解決手段】室外ユニット30では、室外熱交換器33への着霜が始まると空気の室外熱交換器を通過する際の通風抵抗が増加するので、第1空気流路FA1の空気流量が減少し、その減少分だけ第2空気流路FA2の空気流量が増加する。その結果、加湿ロータ63を通過する空気流量が増加するので、加湿ロータ63に吸着される水分量が増加し、その分だけ加湿ロータ63から放出される水分量も増加する。そのため、湿度センサ55が置かれた雰囲気に含まれる水分が増加する。したがって、湿度センサ55の検出値の増大によって室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。【選択図】図2

Description

本発明は、冷凍装置の室外ユニットに関し、特に加湿機能を有する冷凍装置の室外ユニットに関する。
冷凍装置の室外ユニットでは、一般に室外熱交換器への着霜を検知するセンサは搭載されておらず、例えば特許文献1(特開2013−130341号公報)に開示されているように、暖房運転が所定時間継続され、外気温が所定温度を下回ったときに室外熱交換器への着霜が生じていると推定され、除霜運転が開始される。
そのため、実際に着霜していない状態でも暖房運転を止めて除霜運転をするので、除霜運転中は使用者に暖房を提供できなくなる。
本発明の課題は、室外熱交換器への着霜が生じているときに起こる特有の事象から室外熱交換器への着霜の有無を検知して不要な除霜運転を防止することができる、冷凍装置の室外ユニットを提供することにある。
本発明の第1観点に係る冷凍装置の室外ユニットは、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する冷凍装置の室外ユニットであって、制御部と、外郭を形成する本体ケーシングと、本体ケーシングに収納される室外熱交換器と、室外ファンとを備えている。室外ファンは、本体ケーシングに収納され、室外熱交換器を通過する空気流を生成する。本体ケーシングには、第1空気流路と第2空気流路とが形成されている。第1空気流路では、空気が室外熱交換器を通過して室外ファンの吸込側に向かう。第2空気流路では、空気が室外熱交換器を通らずに室外ファンの吸込側に向かう。また、第2空気流路の内又は外に、第2空気流路を流れる空気の流量の増加を直接的又は間接的に検出する検出手段が配備されている。制御部は、第2空気流路を流れる空気の流量の増加量に基づいて、室外熱交換器への着霜の有無を判定する。
この冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると空気の室外熱交換器を通過する際の通風抵抗が増加するので、第1空気流路の空気流量が減少する。本体ケーシング内に取り込むべき空気量に変化がないと想定すると、第1空気流路の空気流量の減少分だけ、第2空気流路の空気流量が増加する。したがって、第2空気流路の空気流量の増加量から室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置の室外ユニットは、第1観点に係る冷凍装置の室外ユニットであって、加湿ユニットをさらに備えている。加湿ユニットは、空気中の水分を吸着した後、加熱されることで吸着した水分を放出する吸着部材を有している。第2空気流路は、空気を吸着部材に導く流路である。
この冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると、吸着部材を通過する空気流量が増加するので、その増加量から室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置の室外ユニットは、第2観点に係る冷凍装置の室外ユニットであって、湿度センサをさらに有している。湿度センサは、加湿ユニットが吸着部材から放出された水分を含む加湿空気の湿度を検出する。
この冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると、吸着部材を通過する空気流量が増加するので、吸着部材に吸着される水分量が増加し、その分だけ吸着部材から放出される水分量も増加する。そのため、湿度センサが置かれた雰囲気に含まれる水分が増加する。したがって、湿度センサの検出値の増大によって室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置の室外ユニットは、第2観点に係る冷凍装置の室外ユニットであって、加湿ユニットが、吸着部材を加熱するヒータと、温度センサとをさらに有している。温度センサは、ヒータによって加熱されて吸着部材から放出された水分を含む加湿空気の温度を検出する。
この冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると、吸着部材を通過する空気流量が増加するので、その分だけ吸着部材に吸着される水分量も増加する。水分を吸着した吸着部材はヒータによって加熱されることによってその水分を放出する。ヒータの熱量は、水分の潜熱分と水分を含んだ空気の顕熱上昇分に費やされる。吸着部材に吸着された水分量が多いほどヒータの熱量が水分の潜熱に費やされ、水分を含んだ空気の顕熱上昇に費やされる熱量が減る。そのため、温度センサの検出値は、水分吸着量が増加する前と比べて低くなる。
したがって、温度センサの検出値の低下によって室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置の室外ユニットは、第1観点に係る冷凍装置の室外ユニットであって、電装品ユニットをさらに備えている。電装品ユニットは、室外ファンを含む機器を制御する電装品を収容する。第2空気流路は、空気を電装品に導く進入路と、電装品を通過した空気を室外ファンの吸込側に向かわせる退出路とを含み、退出路に空気の温度を検出する温度センサが設けられている。
この冷凍装置の室外ユニットでは、本体ケーシング内に流入する空気の一部は室外熱交換器を通過せずに電装品ユニット内を通り、発熱する電装品と熱交換して温度上昇する。
室外熱交換器への着霜が始まると、電装品ユニット内を通る空気流量が増加するので、発熱する電装品と熱交換しても、その温度上昇幅は空気流量が増加する前と比べて小さい。つまり、温度センサの検出値は、室外熱交換器への着霜が始まる前と比べて低くなる。
したがって、温度センサの検出値の低下によって室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第1観点に係る冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると空気の室外熱交換器を通過する際の通風抵抗が増加するので、第1空気流路の空気流量が減少する。本体ケーシング内に取り込むべき空気量に変化がないと想定すると、第1空気流路の空気流量の減少分だけ、第2空気流路の空気流量が増加する。したがって、第2空気流路の空気流量の増加量から室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると、吸着部材を通過する空気流量が増加するので、その増加量から室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると、吸着部材を通過する空気流量が増加するので、吸着部材に吸着される水分量が増加し、その分だけ吸着部材から放出される水分量も増加する。そのため、湿度センサが置かれた雰囲気に含まれる水分が増加する。したがって、湿度センサの検出値の増大によって室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置の室外ユニットでは、室外熱交換器への着霜が始まると、吸着部材を通過する空気流量が増加するので、その分だけ吸着部材に吸着される水分量も増加する。水分を吸着した吸着部材はヒータによって加熱されることによって水分を放出する。ヒータの熱量は、水分の潜熱分と水分を含んだ空気の顕熱上昇分に費やされる。吸着部材に吸着された水分量が多いほどヒータの熱量が水分の潜熱に費やされ、水分を含んだ空気の顕熱上昇に費やされる熱量が減る。そのため、温度センサの検出値は、水分吸着量が増加する前と比べて低くなる。
したがって、温度センサの検出値の低下によって室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置の室外ユニットでは、本体ケーシング内に流入する空気の一部は室外熱交換器を通過せずに電装品ユニット内を通り、発熱する電装品と熱交換して温度上昇する。
室外熱交換器への着霜が始まると、電装品ユニット内を通る空気流量が増加するので、発熱する電装品と熱交換しても、その温度上昇幅は空気流量が増加する前と比べて小さい。つまり、温度センサの検出値は、室外熱交換器への着霜が始まる前と比べて低くなる。
したがって、温度センサの検出値の低下によって室外熱交換器への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
本発明の第1実施形態に係る室外機を備えた冷凍装置の構成図。 天板が取り外された状態の室外ユニットの平面図。 前板から防護グリルが取り外された状態の室外ユニットの正面図。 加湿ロータ及び加湿ロータを通過する空気の流れを示す斜視図。 ヒータを取り外した状態の加湿ユニットの斜視図。 室外熱交換器への着霜の開始前後における「室外熱交換器への着霜量」、「第1空気流路の空気流量」、「第2空気流路の空気流量」、「湿度センサの検出値」の変化を表したグラフ。 制御部による室外熱交換器への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャート。 変形例に関し、室外熱交換器への着霜の開始前後における「室外熱交換器への着霜量」、「第1空気流路の空気流量」、「第2空気流路の空気流量」、「湿度センサの検出値」の変化を表したグラフ。 変形例における制御部による室外熱交換器への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャート。 第2実施形態に関し、室外熱交換器への着霜の開始前後のおける「室外熱交換器への着霜量」、「第1空気流路の空気流量」、「第2空気流路の空気流量」、「温度センサの検出値」の変化を表したグラフ 第2実施形態における制御部による室外熱交換器への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャート。 、第2実施形態の変形例に関し、室外熱交換器への着霜の開始前後における「室外熱交換器への着霜量」、「第1空気流路の空気流量」、「第2空気流路の空気流量」、「温度センサの検出値」の変化を表したグラフ。 第2実施形態の変形例における制御部による室外熱交換器への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャート。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
<第1実施形態>
(1)空調機10の構成の概要
図1は、本発明の一実施形態に係る室外ユニット30を備えた冷凍装置の構成図である。図1において、冷凍装置は、室内ユニット20と、室外ユニット30と、それらを接続する冷媒連絡配管14,16を備えた空調機10である。空調機10は、冷房運転、暖房運転、除湿運転、加湿運転、及び給気運転などの複数の運転モードを持っており、これらの運転モードを適宜組み合わせることもできる。
室内ユニット20には室内熱交換器21が設けられ、室外ユニット30には圧縮機31、四路切換弁32、室外熱交換器33、電動膨張弁34、アキュムレータ36、液側閉鎖弁37及びガス側閉鎖弁38が設けられている。
また、加湿運転、及び給気運転では、室内に外気を供給するため、給気ホース18を通して室内ユニット20と室外ユニット30との間で空気の移動がある。特に、加湿運転では、水分を多く含んだ湿度の高い空気を室外ユニット30から室内ユニット20に供給するため室外ユニット30において外気から水分を取り込む。
本実施形態では、加湿ユニット60が室外ユニット30内に設けられており、加湿ユニット60が外気から水分を取り込む機能を有している。
(2)室内ユニット20の構成
室内ユニット20には、図1に示すようにモータで駆動される室内ファン22が室内熱交換器21の下流側に設けられている。室内ファン22は、クロスフローファンである。室内ファン22が駆動されると、室内ユニット20上部の吸込口23から吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器21を通過して室内ユニット20下部の吹出口24から吹き出される。
また、室内ユニット20には、給気ホース18の給気口25が、室内熱交換器21の上流側空間に設けられている。給気ホース18は加湿ユニット60に接続されており、加湿ユニット60から送られてくる湿度の高い空気が給気口25から室内熱交換器21の上流側空間に供給される。このような湿度の高い空気が給気口25から供給されている状態で室内ファン22を駆動することにより、室内ユニット20の吹出口24から吹き出される調和空気の湿度を高くすることができる。
(3)室外ユニット30の構成
(3−1)全体構成
図2は、天板48が取り外された状態の室外ユニット30の平面図である。また、図3は、図2の室外ユニット30から防護用グリル56が取り外された状態の当該室外ユニット30の正面図である。
図1〜図3において、室外ユニット30は、ケーシング40、室外熱交換器33、室外ファン39、加湿ユニット60を備えている。室外ファン39が駆動されると、外気が室外熱交換器33の後面側から吸い込まれ、室外熱交換器33を通過し、吹出口46a(図3参照)から吹き出される。通常、吹出口46aの前面は防護用グリル56(図2参照)で覆われており、外部からプロペラ39bに触れられないようになっている。
加湿ユニット60の少なくとも一部は室外ユニット30の送風機室41に配置され、他は機械室42に配置される。
(3−2)詳細構成
(3−2−1)ケーシング40
ケーシング40は、左側板45、前板46、右側板47、天板48(図3参照)、底板49(図3参照)、及び背面部44からなる筐体であり、内部を仕切部材43によって送風機室41と機械室42とに分けられている。送風機室41には、室外熱交換器33及び室外ファン39が配置されている。機械室42には、圧縮機31及び加湿ユニット60の一部が配置されている。
仕切部材43は、天板48側から底板49側に向って右側板47と略並行に延びている。また、仕切部材43は、前板46内面側から室外熱交換器33の右端向かって円弧状に延びている。その結果、仕切部材43は送風機室41から機械室42に風が回り込まないように遮蔽する機能を有している。
また、図3に示すように、前板46には、円形の吹出口46aが形成されている。吹出口46aには、その周縁に沿うようにリング状のベルマウス52が取り付けられている。
(3−2−2)圧縮機31
図1に示すように、圧縮機31は、機械室42側に位置しており、底板49に固定されている。運転時、圧縮機31は高温になるので、機械室42は送風機室41に比較して温度が高くなっている。
(3−2−3)電装品ユニット50
図3に示すように、電装品ユニット50は送風機室41に位置しており、圧縮機31および室外ファン39などを駆動するための電子部品を集約した制御基板を搭載している。
(3−2−4)室外熱交換器33
図2に示すように、室外熱交換器33は、ケーシング40の背面部44と左側板45とに対峙できるように、L字状に成形されている。また、室外熱交換器33の高さは、天板48と底板49との距離にほぼ等しい寸法を有している。
(3−2−5)室外ファン39
室外ファン39は、ファンモータ39aによって駆動されるプロペラ39bを有しており、室外熱交換器33の下流側に設けられている。プロペラ39bの一部は、このベルマウス52で囲まれた空間内に入るように配置されている。
(3−2−6)防護用グリル56
図2に示すように、防護用グリル56は、ケーシング40の前板46に取り付けられ、吹出口46aを覆っている。防護用グリル56には、外気を吹き出すため、複数の開口部が形成されている。
(3−2−7)仕切部材43
仕切部材43は、ケーシング40内を送風機室41と機械室42とを仕切る。本実施形態では、加湿ユニット60が機械室42の上部に配置されるので、加湿ユニット60が仕切部材43上部の一部分を兼ねている。
(3−2−8)加湿ユニット60
図2に示しように、加湿ユニット60は、前板46と背面部44との間で、送風機室41と機械室42とに跨るように配置されている。加湿ユニット60は、加湿ロータ63、吸着用ダクト68、ヒータ71、加湿用ダクト73、ファン75(図1参照)、及び加湿用第2ダクト180を有している。
(4)加湿ユニット60の詳細構成
(4−1)加湿ロータ63
図3に示すように、加湿ロータ63は、円板状で、前板46の吸込開口46bと対向するように配置されており、モータ駆動によって回転することができる。吸込開口46bは中心角が約240°の扇形を成しており、扇の中心軸と加湿ロータ63の回転中心軸は同軸上に位置している。加湿ロータ63の全周囲は、壁によって包囲されている。
加湿ロータ63は吸込開口46bと対向する中心角240°分の扇形領域で水分を吸着するので、この領域を水分吸着領域63aという。また、加湿ロータ63は、水分吸着領域63aに隣接し吸込開口46bと対向しない中心角120°分の扇形領域で水分を放出するので、この領域を水分放出領域63bという。つまり、加湿ロータ63は、回転角度によって水分吸着領域63aであった部分が水分放出領域63bとなり、水分放出領域63bであった部分が水分吸着領域63aとなる。
図4は、加湿ロータ及び加湿ロータを通過する空気の流れを示す斜視図である。図4において、加湿ロータ63は、周囲にギア63tが設けられている。また、図3に示すように、ギア63tはピニオンギア64aと噛み合っており、ピニオンギア64aがロータ駆動用モータ64の動力によって回転することによって、ギア64tと共に加湿ロータ63全体が回転する。
また、水分吸着領域63a及び水分放出領域63bは、ゼオライト等の焼成によって形成されたハニカム構造である。ゼオライト等の吸着剤は、常温で空気から水分を吸着し、ヒータなどで加熱された空気に曝されて温度上昇したときに水分を放出する。
したがって、加湿ユニット60では、加湿ロータ63の水分放出領域63bと前板46との間に、水分放出領域63bと対向するようにヒータ71が配置されている。
(4−2)吸着用ダクト68
図5は、ヒータ71を取り外した状態の加湿ユニット60の斜視図である。図5において、加湿ユニット60は、水分吸着領域63aに外気を導くための吸着用ダクト68が設けられている。吸着用ダクト68は、前板46の吸込開口64bに向かって開口する空気流入口681を形成している。空気流入口681の形状は、吸込開口46bと同じく中心角が約240°の扇形を成している。
水分を含む空気は、空気流入口681から吸い込まれた後、吸着用ダクト68内を流れて加湿ロータ63の水分吸着領域63aに到達し、そこを透過する際に水分が吸着され、空気流出口683(図3参照)から排出される。空気流出口683は、室外ファン39が回転するときに負圧になる空間(つまり、ベルマウス52の上流側端部)に隣接しており、空気流出口683側の気圧が空気流入口681側より低くなる作用によって、空気が空気流入口681から吸い込まれる。なお、水分吸着領域63aが水分放出領域63bよりもベルマウス52側に配置されている。
図3に示すように、吸込開口46bは、前板46の吹出口46aの右斜め上側に設けられており、吹出口46aと同様に前板46の前方に向かって開口している。室外ファン39によって前方へ押し出された空気は、ベルマウス52に沿って進み、吹出口46aから勢いよく吹き出されるので、吹出口46aから吹き出された空気が吸込開口46bから吸い込まれることはない。
上記のような構成を採る目的は、より水分を含んだ空気を取り込むためである。通常、加湿運転は、暖房運転時に行われるので、室外熱交換器33を通過した空気は低温低湿になっている。このため、低温空気が吸い込まれた場合、加湿ロータ63が吸着することができる水分量が低下する。しかしながら、吸込開口64b及び空気流入口681が室外熱交換器33を通過した空気を吸い込まない構成にしておけば、より水分を含んだ外気を取り込むことができるので、加湿ロータ63が吸着する水分量が低下することを防止することができる。
(4−3)ヒータ71
ヒータ71は、加湿ロータ63の水分放出領域63bから水分を放出させるために、水分放出領域63bに送られる空気を加熱する。加熱された空気は、水分放出領域63bを透過するときに加湿ロータ63から水分を放出させて、高湿の空気となって加湿用ダクト73に入る。
(4−4)加湿用ダクト73
図1及び図5に示すように、加湿用ダクト73は、空気をヒータ71経由で水分放出領域63bまで導き、さらに加湿ロータ63を透過した空気をファン75まで導く。加湿用ダクト73に導かれる空気の流れは、ファン75によって発生する。
加湿用ダクト73に導かれる空気は、ヒータ71に加熱されて高温空気になり、さらに、加湿ロータ63を透過する際に水分放出領域63bから水分を放出させ高温高湿空気となってファン75に向う。
(4−5)ファン75
ファン75は、図1に示すように、加湿空気を所定の方向へ送り出す羽根車75aと、その羽根車75aを駆動するファンモータ75bとを有している。ファン75は、羽根車75aの回転軸が水平方向となる姿勢で配置され、羽根車75aの回転軸にファンモータ75bの回転軸が直結されている。また、ファン75は機械室42に配置されている。
また、羽根車75aはファンケーシング81に囲まれており、このファンケーシング81と加湿用第2ダクト180の入口とが繋がっている。ファンモータ75bは、外側をモータカバー82で覆われている。
(4−6)加湿用第2ダクト180
加湿用第2ダクト180は、ファン75から押し出される高温高湿空気を給気ホース18(図1参照)の接続口まで導くダクトである。加湿用第2ダクト180のほぼ全体が機械室42に位置しているが、給気ホース18との接続口を含む所定部分だけは、右側板47を挟んで機械室42の反対側に位置する(図2参照)。
図5に示すように、加湿用第2ダクト180は、水平ダクト部181と鉛直ダクト部182とを有している。水平ダクト部181は高温高湿空気を水平に導くダクトであり、鉛直ダクト部182は水平ダクト部181に流入した高温高湿空気を下方に導くダクトである。水平ダクト部181は、機械室42から右側板47の後方端に向って延びている。
なお、鉛直ダクト部182は、水平ダクト部181との接続口から鉛直下方に延び、終端が、給気ホース18と接続される。
(5)空調機10の動作
(5−1)冷房運転
冷房運転時、四路切換弁32は、圧縮機31の吐出側と室外熱交換器33のガス側とを接続し、且つ圧縮機31の吸入側と室内熱交換器21のガス側とを接続する(図1の実線で示される状態)。
また、液側閉鎖弁37及びガス側閉鎖弁38は開状態である。電動膨張弁34の開度は、室内熱交換器21の冷媒出口における冷媒の過熱度SHが過熱度目標値で一定になるように調節される。
この冷媒回路の状態で、圧縮機31、室外ファン39および室内ファン22を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機31に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、四路切換弁32を経由して室外熱交換器33に送られて、室外ファン39によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、この高圧の液冷媒は、電動膨張弁34で減圧された後、液側閉鎖弁37および液冷媒連絡配管14を経由して、室内ユニット20に送られる。
この室内ユニット20に送られた低圧の冷媒は、気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器15に入り、室内熱交換器15において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管16を経由して室外ユニット30に送られ、ガス側閉鎖弁38及び四路切換弁32を経由して、アキュムレータ36に流入する。そして、アキュムレータ36に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機31に吸入される。
このように、空調機10では、室外熱交換器33を冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器21を冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を行うことができる。
(5−2)暖房運転
暖房運転時、四路切換弁32は、圧縮機31の吐出側と室内熱交換器21のガス側とを接続し、且つ圧縮機31の吸入側と室外熱交換器33のガス側とを接続する(図1の破線で示される状態)。
また、電動膨張弁34の開度は、室外熱交換器33に流入する冷媒を室外熱交換器33において蒸発させることが可能な圧力まで減圧するように調節される。液側閉鎖弁37及びガス側閉鎖弁38は開状態である。
この冷媒回路の状態で、圧縮機31、室外ファン39および室内ファン22を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機31に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁32、ガス側閉鎖弁38およびガス冷媒連絡配管16を経由して、室内ユニット20に送られる。
室内ユニット20に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器21において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となり、液冷媒連絡配管14を経由して室外ユニット30に送られる。
液冷媒は、液側閉鎖弁37を通過して、電動膨張弁34に入る。液冷媒は、電動膨張弁34で減圧された後に、室外熱交換器33に流入する。室外熱交換器33に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン39によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁32を経由してアキュムレータ36に流入する。アキュムレータ36に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機31に吸入される。
(5−3)加湿運転
空調機10では、加湿運転は暖房運転と組み合わせて行われる。図2、図3及び図5に示すように、吸着用ダクト68の空気流入口681(図5参照)は前板46の吸込開口64b(図3参照)に向かって開口し、空気流出口683(図2参照)は室外ファン39が回転するときに負圧となるベルマウス52の上流側端部に隣接している。室外ファン39が稼動すると、空気流出口683側の気圧が空気流入口681側より低くなり、その作用によって「室外熱交換器33を通っていない、水分を含んだ外気」が空気流入口681から吸い込まれる。
加湿ロータ63は、空気流入口681と空気流出口683との間で且つ空気流出口683近傍に位置し、加湿運転時にはロータ駆動用モータ64の動力によって所定の回転速度で回転している。加湿ロータ63の回転によって、水分吸着領域63aで加湿ロータ63に吸着された水分は加湿ロータ63の回転に伴って水分放出領域63bに運ばれ、ヒータ71に対向する位置に来る。
また、ファン75も駆動しているので、外気がヒータ71周囲に回り込み、加熱される。加熱された空気は、加湿ロータ63の水分放出領域63bを通るので、その加熱された空気に曝された部分から水分が放出される。そして、水分を含んだ空気(以下、加湿空気という。)はファン75に吸い込まれ、加湿用第2ダクト180を介して給気ホース18へと吹き出される。加湿された空気は、給気ホース18を経て室内ユニット20へと導かれる。
(6)室外熱交換器33への着霜有無の判定制御
図2に示すように、室外ファン39が稼動すると、空気が室外ユニット30の吸込口から室外熱交換器33を通過して室外ファン39の吸込側に向かう第1空気流路AF1が形成される。また、空気が吸込開口46bから加湿ロータ63を通過して室外ファン39の吸込側に向かう第2空気流路AF2も形成される。
図6は、室外熱交換器33への着霜の開始前後における「室外熱交換器33への着霜量V」、「第1空気流路FA1の空気流量Q1」、「第2空気流路FA2の空気流量Q2」、「湿度センサ55の検出値H」の変化を表したグラフであり、横軸は暖房運転開始後の経過時間tを示し、縦軸は下から順に、室外熱交換器33への着霜量V、第1空気流路FA1の空気流量Q1、第2空気流路FA2の空気流量Q2、湿度センサ55の検出値Hを示す。
図6において、暖房運転が開始されて一定時間が経過するころには、室外熱交換器33の着霜が始まり、着霜量Vが増加し始める。
着霜量Vが増加し始ねると、空気の室外熱交換器33を通過する際の通風抵抗が増加するので、第1空気流路AF1の空気流量Q1が減少する。ケーシング40内に取り込むべき空気量に変化がないので、第1空気流路AF1の空気流量Q1の減少分だけ、第2空気流路AF2の空気流量Q2が増加する。
第2空気流路AF2の空気流量Q2の増加量に伴って、加湿ロータ63の水分吸着領域63aに吸着される水分量も増加する。その結果、水分放出領域63bで放出される水分量が増加し、加湿用第2ダクト180に流れる加湿空気の湿度が上昇する。
図2に示すように、加湿用第2ダクト180のうち加湿空気が水平ダクト部181から鉛直ダクト部182に入った直後のポイントに、湿度センサ55が配置されているので、この湿度センサ55の検出値Hが上昇し始める。したがって、湿度センサ55の検出値Hが上昇し始めれば、室外熱交換器33への着霜が開始したと推定することができる。
図7は、制御部51による室外熱交換器33への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャートである。図7において、制御部51は、ステップS1からステップS6までの処理を順に実行する。なお、制御部51は、電装品ユニット50に内蔵されているものとする。
先ず制御部51は、ステップS1において暖房運転指令の有無を判定する。例えば、ユーザーがリモコン(図示せず)の運転スイッチをオンしたとき、リモコンから運転開始信号が制御部51に送られ、運転開始信号を受信した制御部51は暖房運転指令が有ったと判定する。制御部51は、暖房運転指令が有ったと判定したときステップS2へ進み、暖房運転指令がないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS2において内蔵タイマーを稼動させ、暖房運転開始時点を起点として経過時間tの計時を開始し、ステップS3へ進む。
次に制御部51は、ステップS3において湿度センサ55の検出値Hが第1閾値H1以上であるか否かを判定する。制御部51が、H≧H1であると判定したときはステップS4へ進み、H≧H1ではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS4において先のステップS3で「湿度センサ55の検出値Hが第1閾値H1以上であると判定した時点までの経過時間t1」が所定時間ta以上であるか否かを判定する。制御部51は、t1≧taであると判定したときはステップS5へ進み、t1≧taではないと判定したときはステップS3に戻る。
このステップS4では、検出値Hの過渡的変化も考えられるので、検出の信頼性を高めるため「暖房運転開始時点から湿度センサ55が第1閾値H1を検出するまでの経過時間t1」が、「室外熱交換器33への着霜が開始されるであろうと予測される時間ta」を超えている場合に、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定することとした。
次に制御部51は、ステップS5において湿度センサ55の検出値Hが最終閾値HS以上であるか否かを判定する。制御部51が、H≧HSであると判定したときはステップS6へ進み、H≧HSではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、除霜運転を開始し、室外熱交換器33への着霜有無の判定制御を終了する。
以上のように、本実施形態に係る空調機10の室外ユニット30では、加湿ユニット60に設けられた湿度センサ55の検出値から室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
(7)第1実施形態の変形例
上記実施形態では、検出値Hの過渡的変化による誤判定を防止するため、「暖房運転開始時点から湿度センサ55が第1閾値H1を検出するまでの経過時間t1」が、「室外熱交換器33への着霜が開始されるであろうと予測されるい時間ta」を超えている場合には、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定しているが、それに限定されるものではない。
図8は、変形例に関し、室外熱交換器33への着霜の開始前後における「室外熱交換器33への着霜量V」、「第1空気流路FA1の空気流量Q1」、「第2空気流路FA2の空気流量Q2」、「湿度センサ55の検出値H」の変化を表したグラフであり、横軸tは暖房運転開始後の経過時間を示し、縦軸は下から順に、室外熱交換器33への着霜量V、第1空気流路FA1の空気流量Q1、第2空気流路FA2の空気流量Q2、湿度センサ55の検出値Hを示す。
図8において、湿度センサ55が第1閾値H1を検出した時点までの経過時間t1としたとき、そこからさらに時間Δt後の経過時間(t1+Δt)における湿度センサ55の検出値H2が第1閾値H1以上であれば、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定することができる。
図9は、変形例における制御部51による室外熱交換器33への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャートである。図9において、ステップS11で制御部51は暖房運転指令の有無を判定する。制御部51は、暖房運転指令が有ったと判定したときステップS12へ進み、暖房運転指令がないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS12において内蔵タイマーを稼動させ、暖房運転開始時点を起点として経過時間tの計時を開始し、ステップS13へ進む。
次に制御部51は、ステップS13において湿度センサ55の検出値Hが第1閾値H1以上であるか否かを判定する。制御部51が、H≧H1であると判定したときはステップS14へ進み、H≧H1ではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS14において先のステップS13で「湿度センサ55の検出値Hが第1閾値H1以上であると判定した時点までの経過時間」をt1として記憶する。
次に制御部51は、ステップS15において、経過時間tが「t1+Δt」を経過したか否かを判定する。制御部51が、t≧t1+Δtであると判定したときはステップS16へ進み、t≧t1+Δtではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS16において、経過時間t1+Δt後の湿度センサ55の検出値H2が第1閾値H1以上であるか否かを判定する。制御部51が、H2≧H1であると判定したときはステップS17へ進み、H2≧H1ではないと判定したときはステップS13へ戻る。
このステップS16では、検出値Hの過渡的変化も考えられるので、検出の信頼性を高めるため「暖房運転開始時点から湿度センサ55が第1閾値H1を検出したときの経過時間t1」からさらにΔt後の検出値H2が第1閾値H1以上であれる場合には、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定することとした。
次に制御部51は、ステップS17において湿度センサ55の検出値Hが最終閾値HS以上であるか否かを判定する。制御部51が、H≧HSであると判定したときはステップS18へ進み、H≧HSではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS18において除霜運転を開始し、室外熱交換器33への着霜有無の判定制御を終了する。
以上のように、本実施形態に係る空調機10の室外ユニット30では、加湿ユニット60に設けられた湿度センサ55の検出値Hから室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
(8)第1実施形態の特徴
室外ユニット30では、室外熱交換器33への着霜が始まると空気の室外熱交換器33を通過する際の通風抵抗が増加するので、第1空気流路FA1の空気流量が減少し、その減少分だけ第2空気流路FA2の空気流量が増加する。
その結果、加湿ロータ63を通過する空気流量が増加するので、加湿ロータ63に吸着される水分量が増加し、その分だけ加湿ロータ63から放出される水分量も増加する。そのため、湿度センサ55が置かれた雰囲気に含まれる水分が増加する。したがって、湿度センサ55の検出値Hの増大によって室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
<第2実施形態>
第1実施形態では、図2に示す加湿用第2ダクト180のうち加湿空気が水平ダクト部181から鉛直ダクト部182に入った直後のポイントに湿度センサ55を配置して、この湿度センサ55の検出値Hの増加量に基づいて、室外熱交換器33への着霜の有無判定、及び除霜運転の開始タイミングを判定した。
しかし、必ずしも湿度センサ55を用いる必要はなく、湿度センサ55に替えて温度センサを用いてもよい。
第2実施形態では、湿度センサ55に替えて温度センサ57が配置され(図3参照)、温度センサ57の検出値Tに基づいて室外熱交換器33への着霜有無の判定制御を行う以外は、第1実施形態と全く同じである。
ここでは、温度センサ57の検出値Tに基づいて室外熱交換器33への着霜有無の判定制御についてのみ説明する。
(1)室外熱交換器33への着霜有無の判定制御
図10は、第2実施形態に関し、室外熱交換器33への着霜の開始前後のおける「室外熱交換器33への着霜量V」、「第1空気流路FA1の空気流量Q1」、「第2空気流路FA2の空気流量Q2」、「温度センサ57の検出値T」の変化を表したグラフであり、横軸は暖房運転開始後の経過時間tを示し、縦軸は下から順に、室外熱交換器33への着霜量V、第1空気流路FA1の空気流量Q1、第2空気流路FA2の空気流量Q2、温度センサ57の検出値Tを示す。
図10において、暖房運転が開始されて一定時間が経過するころには、室外熱交換器33の着霜が始まり、着霜量Vが増加し始める。
着霜量Vが増加し始めると、空気の室外熱交換器33を通過する際の通風抵抗が増加するので、第1空気流路AF1の空気流量Q1が減少する。ケーシング40内に取り込むべき空気量に変化がないので、第1空気流路AF1の空気流量Q1の減少分だけ、第2空気流路AF2の空気流量Q2が増加する。
第2空気流路AF2の空気流量Q2の増加量に伴って、加湿ロータ63の水分吸着領域63aに吸着される水分量も増加する。その結果、水分放出領域63bで放出される水分量が増加する。
図2に示すように、加湿用第2ダクト180のうち加湿空気が水平ダクト部181から鉛直ダクト部182に入った直後のポイントに、温度センサ57が配置されており、この温度センサ57の検出値Tが降下し始める。
ヒータ71の熱量は、水分の潜熱分と水分を含んだ空気の顕熱上昇分に費やされる。加湿ロータ63に吸着された水分量が多いほどヒータ71の熱量が水分の潜熱に費やされ、水分を含んだ空気の顕熱上昇に費やされる熱量が減る。そのため、温度センサ57の検出値Tは、水分吸着量が増加する前と比べて低くなる。
したがって、温度センサ57の検出値Tが降下し始めれば、室外熱交換器33への着霜が開始したと判定することができる。
図11は、第2実施形態に関し、制御部51による室外熱交換器33への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャートである。図11において、ステップS21で制御部51は暖房運転指令の有無を判定する。制御部51は、暖房運転指令が有ったと判定したときステップS22へ進み、暖房運転指令がないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS22において内蔵タイマーを稼動させ、暖房運転開始時点を起点として経過時間tを計時の開始し、ステップS23へ進む。
次に制御部51は、ステップS23において温度センサ57の検出値Tが第1閾値T1以下であるか否かを判定する。制御部51が、T≦T1であると判定したときはステップS24へ進み、T≦T1ではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS24において先のステップS23で「温度センサ57の検出値Tが第1閾値T1以下であると判定した時点までの経過時間t1」が所定時間ta以上であるか否かを判定する。制御部51は、t1≧taであると判定したときはステップS25へ進み、t1≧taではないと判定したときはステップS23に戻る。
このステップS24では、検出値Tの過渡的変化も考えられるので、検出の信頼性を高めるため「暖房運転開始時点から温度センサ57が第1閾値T1を検出するまでの経過時間t1」が、「室外熱交換器33への着霜が開始されるであろうと予測される時間ta」を超えている場合に、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定することとした。
次に制御部51は、ステップS25において温度センサ57の検出値Tが最終閾値TS以下であるか否かを判定する。制御部51が、T≦TSであると判定したときはステップS26へ進み、T≦TSではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS26において除霜運転を開始し、室外熱交換器33への着霜有無の判定制御を終了する。
以上のように、第2実施形態に係る空調機10の室外ユニット30では、加湿ユニット60に設けられた温度センサ57の検出値から室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
(2)第2実施形態の変形例
上記第2実施形態では、検出値Tの過渡的変化による誤判定を防止するため、「暖房運転開始時点から温度センサ57が第1閾値T1を検出するまでの経過時間t1」が、「室外熱交換器33への着霜が開始されるであろうと予測される時間ta」を超えている場合には、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定しているが、それに限定されるものではない。
図12は、第2実施形態の変形例に関し、室外熱交換器33への着霜の開始前後における「室外熱交換器33への着霜量V」、「第1空気流路FA1の空気流量Q1」、「第2空気流路FA2の空気流量Q2」、「温度センサ57の検出値T」の変化を表したグラフであり、横軸は暖房運転開始後の経過時間tを示し、縦軸は下から順に、室外熱交換器33への着霜量V、第1空気流路FA1の空気流量Q1、第2空気流路FA2の空気流量Q2、温度センサ57の検出値Tを示す。
図12において、温度センサ57が第1閾値T1を検出した時点までの経過時間t1としたとき、そこからさらに時間Δt後の経過時間(t1+Δt)における温度センサ57の検出値T2が第1閾値T1以下であれば、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定することができる。
図13は、第2実施形態の変形例における制御部51による室外熱交換器33への着霜有無の判定制御の流れを示すフローチャートである。図13において、ステップS31で制御部51は暖房運転指令の有無を判定する。制御部51は、暖房運転指令が有ったと判定したときステップS32へ進み、暖房運転指令がないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS32において内蔵タイマーを稼動させ、暖房運転開始時点を起点として経過時間tの計時を開始し、ステップS33へ進む。
次に制御部51は、ステップS33において温度センサ57の検出値Tが第1閾値T1以下であるか否かを判定する。制御部51が、T≦T1であると判定したときはステップS34へ進み、T≦T1ではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS34において先のステップS33で「温度センサ57の検出値Tが第1閾値T1以下であると判定した時点までの経過時間」をt1として記憶する。
次に制御部51は、ステップS35において、経過時間tが「t1+Δt」を経過したか否かを判定する。制御部51が、t≧t1+Δtであると判定したときはステップS36へ進み、t≧t1+Δtではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS36において、経過時間t1+Δt後の温度センサ57の検出値T2が第1閾値T1以下であるか否かを判定する。制御部51が、T2≦T1であると判定したときはステップS37へ進み、T2≦T1ではないと判定したときはステップS33へ戻る。
このステップS36では、検出値Tの過渡的変化も考えられるので、検出の信頼性を高めるため暖房運転開始時点から温度センサ57が第1閾値T1を検出したときの経過時間t1からさらにΔt後の検出値T2が第1閾値T1以下であれる場合には、室外熱交換器33への着霜が開始していると判定することとした。
次に制御部51は、ステップS37において温度センサ57の検出値Tが最終閾値TS以上であるか否かを判定する。制御部51が、T≦TSであると判定したときはステップS38へ進み、T≦TSではないと判定したときは引き続き判定を継続する。
次に制御部51は、ステップS38において除霜運転を開始し、室外熱交換器33への着霜有無の判定制御を終了する。
以上のように、本実施形態に係る空調機10の室外ユニット30では、加湿ユニット60に設けられた温度センサ57の検出値Tから室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、不要な除霜運転を防止することができる。
(3)第2実施形態の特徴
室外ユニット30では、室外熱交換器33への着霜が始まると、加湿ロータ63を通過する空気流量が増加するので、その分だけ加湿ロータ63に吸着される水分量も増加する。水分を吸着した加湿ロータ63はヒータ71によって加熱されることによって水分を放出する。ヒータ71の熱量は吸着した水分の潜熱分と水分を含んだ空気の顕熱上昇分に費やされる。加湿ロータ63に吸着された水分量が多いほどヒータ71の熱量が水分の潜熱に費やされ、水分を含んだ空気の顕熱上昇に費やされる熱量が減る。そのため、温度センサ57の検出値Tは、水分吸着量が増加する前と比べて低くなる。
したがって、温度センサ57の検出値Tの低下によって室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
<その他の実施形態>
第1実施形態及び第2実施形態ともに、加湿ユニット60の加湿ロータ63を通過する空気流量の増加量に基づいて室外熱交換器33への着霜の有無を判定しているが、他の空間を通過する空気流量の増加量に基づいて室外熱交換器33への着霜の有無を判定することができる。
例えば、第1実施形態では電装品ユニット50は送風機室41に配置されているが、この電装品ユニット50を機械室42に配置することもできる。
この場合、室外ユニット30では、ケーシング40内に流入する空気の一部は室外熱交換器33を通過せずに電装品ユニット50内を通り、発熱する電装品と熱交換して温度上昇する。
室外熱交換器33への着霜が始まると、電装品ユニット50内を通る空気流量が増加するので、発熱する電装品と熱交換しても、その空気の温度上昇幅は空気流量が増加する前と比べて小さい。つまり、その空気流路に温度センサを配置すれば、その検出値は室外熱交換器33への着霜が始まる前と比べて低くなる。
したがって、温度センサの検出値の低下によって室外熱交換器33への着霜の有無を検出することができ、その結果、不要な除霜運転を防止することができる。
以上のように、本願発明によれば、加湿ユニットを備えた空調機の室外ユニットに限らず、仕切部材によって空間を2分割されたケーシング内にそれら2つの空間を跨ぐように他のユニットが配置される機器にも有用である。
10 空調機
30 室外ユニット
33 室外熱交換器
39 室外ファン
40 ケーシング(本体ケーシング)
51 制御部
55 湿度センサ(検出手段)
57 温度センサ(検出手段)
60 加湿ユニット
63 加湿ロータ(吸着部材)
71 ヒータ
特開2013−130341号公報

Claims (5)

  1. 蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する冷凍装置の室外ユニットであって、
    制御部(51)と、
    外郭を形成する本体ケーシング(40)と、
    前記本体ケーシング(40)に収納される室外熱交換器(33)と、
    前記本体ケーシング(40)に収納され、前記室外熱交換器(33)を通過する空気流を生成する室外ファン(39)と、
    を備え、
    前記本体ケーシング(40)には、
    空気が前記室外熱交換器(33)を通過して前記室外ファン(39)の吸込側に向かう第1空気流路と、
    空気が前記室外熱交換器(33)を通らずに前記室外ファン(39)の吸込側に向かう第2空気流路と、
    が形成されており、
    前記第2空気流路の内又は外に、前記第2空気流路を流れる空気の流量の増加を直接的又は間接的に検出する検出手段(55)が配備され、
    前記制御部(51)は、前記第2空気流路を流れる空気の流量の増加量に基づいて、前記室外熱交換器(33)への着霜の有無を判定する、
    冷凍装置の室外ユニット。
  2. 空気中の水分を吸着した後、加熱されることで吸着した前記水分を放出する吸着部材(63)を有する加湿ユニット(60)をさらに備え、
    前記第2空気流路が、空気を前記吸着部材(63)に導く流路である、
    請求項1に記載の冷凍装置の室外ユニット。
  3. 前記加湿ユニット(60)は、前記吸着部材(63)から放出された前記水分を含む加湿空気の湿度を検出する湿度センサ(55)をさらに有する、
    請求項2に記載の冷凍装置の室外ユニット。
  4. 前記加湿ユニット(60)は、前記吸着部材(63)を加熱するヒータ(71)と、
    前記ヒータ(71)によって加熱されて前記吸着部材(63)から放出された前記水分を含む加湿空気の温度を検出する温度センサ(57)をさらに有する、
    請求項2に記載の冷凍装置の室外ユニット。
  5. 前記室外ファン(39)を含む機器を制御する電装品を収容する電装品ユニット(50)をさらに備え、
    前記第2空気流路は、空気を前記電装品に導く進入路と、前記電装品を通過した前記空気を前記室外ファン(39)の吸込側に向かわせる退出路とを含み、
    前記退出路に、前記空気の温度を検出する温度センサが設けられている、
    請求項1に記載の冷凍装置のユニット。
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