JP4553886B2

JP4553886B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4553886B2
Application number: JP2006316777A
Authority: JP
Inventors: 大輔杉山; 雅一近藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: JP2008128609A

Description

本発明は、圧縮機、四方切替弁、室外熱交換器、冷媒減圧装置、及び室内熱交換器を冷媒配管で閉ループに結合した冷媒回路を有するヒートポンプ式の空気調和機、特に暖房運転時の霜取り開始動作判定を的確に行うことのできる空気調和機に関する。

圧縮機、四方切替弁、室外熱交換器、冷媒減圧装置、及び室内熱交換器を冷媒配管で閉ループに結合した冷媒回路を有するヒートポンプ式の空気調和機において、外気温度が低い状態で暖房運転を行い、室外熱交換器の空気との伝熱面が０℃以下になると、室外熱交換器の伝熱面に着霜が発生する。着霜が進行すると、室外熱交換器のフィンの間が霜で塞がれ、室外熱交換器の通風量が減少し、室内暖房能力が低下し、快適性が悪化する。さらに着霜が進行すると、室外熱交換器のパイプを破損する恐れもある。そのため、従来より室外熱交換器の着霜を検出して、霜取り運転を行うようにしたものが種々提案されている。

例えば、外気温度と室外熱交換器の温度を検出して、外気温度と室外熱交換器温度との温度差がある一定しきい値以上になったとき、霜取り動作を開始させ、また外気温度によって前記霜取り動作開始の判定基準となるしきい値を変更するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、室外熱交換器の入口と出口の温度を検出して、室外熱交換器の入口と出口の温度差がある一定しきい値以上になったとき、霜とり動作を開始させるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５８−１５０７３６号公報（第１頁右欄〜第２頁左上欄）特開平２−１３６６３７号公報（図１、図２）

しかしながら、前述のように外気温度と室外熱交換器温度との温度差や、室外熱交換器の入口と出口の温度差から着霜を判定して、霜取り動作を開始させるようにしたものにあっては、いずれの方式も霜取り開始動作の判定を行うために、温度センサを２箇所に設置して温度情報を取得する必要があり、コストを下げることができないという難点があった。

また、室外熱交換器に十分着霜していないにも係らず、霜取り動作を開始してしまい、霜取り動作中に室内温度が下がってしまうことによる快適性の悪化、さらには霜取り動作中の室温低下を設定室温に戻すために、圧縮機回転数を上げなくてはならないため、省エネ性の悪化を招いていた。

本発明の技術的課題は、室外熱交換器の温度を判断する単一のセンサのみで最適な霜取り開始タイミングを判断することができ、無駄な霜取り動作を回避することができるようにすることにある。

本発明に係る空気調和機は、少なくとも、圧縮機、四方切替弁、室外熱交換器、冷媒減圧装置、及び室内熱交換器を冷媒配管で閉ループに結合した冷媒回路と、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度センサと、暖房運転時、前記室外熱交換器温度センサにより検出された前記暖房運転の初期の室外熱交換器温度を記憶し、この初期の室外熱交換器温度と現在の室外熱交換器温度との差を求め、この温度差がある一定のしきい値を超えた場合、四方切替弁を切替させて霜取り動作を開始させるとともに、前記霜取り動作開始の判定基準となる前記しきい値を、前記初期の室外熱交換器温度に応じて変更する除霜制御装置と、を備え、前記除霜制御装置は、前記初期の室外熱交換器温度から外気温度を判断し、この室外熱交換器の初期温度から判断される外気温度を所定の外気温度と比較することによって外気温度の高低を判断し、外気温度が低い場合には、前記しきい値を大きくするように変更するものである。

本発明の空気調和機によれば、除霜制御装置が、暖房運転時、室外熱交換器温度センサにより検出された前記暖房運転の初期の室外熱交換器温度を記憶し、この初期の室外熱交換器温度と現在の室外熱交換器温度との差を求め、この温度差がある一定のしきい値を超えた場合、四方切替弁を切替させて霜取り動作を開始させるとともに、前記霜取り動作開始の判定基準となる前記しきい値を、前記初期の室外熱交換器温度に応じて変更する。つまり、前記除霜制御装置は、前記初期の室外熱交換器温度から外気温度を判断し、この室外熱交換器の初期温度から判断される外気温度を所定の外気温度と比較することによって外気温度の高低を判断し、外気温度が低い場合には、前記しきい値を大きくするように変更するので、室外熱交換器の温度を判断する単一の室外熱交換器温度センサのみで外気の状態も判断して、外気温度が高い場合に比べて大気中に存在する水分量が少なくなっている外気温度が低い場合においても最適な霜取り開始タイミングを判断することができ、無駄な霜取り動作を回避することができる。このため、廉価で、最適な霜取り開始タイミングを判断することができ、かつ暖房快適性が向上し、省エネ効果も得ることができる。

実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機を示す構成図、図２はその室外熱交換器の初期温度（外気の状態）による着霜ポイントの変化を示すグラフ、図３はその運転開始から霜取り動作開始までの動作を示すフローチャートである。

本実施の形態の空気調和機は、図１のように圧縮機１、四方切替弁２、室外熱交換器３、冷媒減圧装置４、及び室内熱交換器５を冷媒配管で閉ループに結合して冷媒回路を形成するとともに、室外熱交換器３に室外送風機６を、また室内熱交換器５には室内送風機７を備え付けて、これらによって冷凍サイクルが構成されている。また、室外熱交換器３の温度を検出する室外熱交換器温度センサ８が設けられ、これが除霜制御装置９Ａに信号線により接続されている。

これを更に詳述すると、四方切替弁２は、冷房運転、暖房運転の切替えを行う機能を有し、実線矢印方向に切替えることによって暖房サイクルを形成し、破線矢印方向に切替えることによって冷房サイクルを形成する。

除霜制御装置９Ａは、暖房運転時、室外熱交換器温度センサ８により検出された初期の室外熱交換器温度Ｔofをメモリに記憶し、この記憶した初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器温度Ｔonとの差分を求め、この温度の差分がある一定のしきい値ΔＴo1（又は初期温度に応じて変更したしきい値ΔＴo2）を超えた場合、四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させる機能と、初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気の状態（以下、これを外気温度という）によって、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値を変更する機能を備えている。

すなわち、除霜制御装置９Ａは、暖房運開始後の冷媒回路が安定した状態で室外熱交換器３の温度を室外熱交換器温度センサ８で検出しメモリに記憶する。これが初期室外熱交換器温度 Tofとなる（図２）。室外熱交換器３に着霜が始まると室外熱交換器３のフィンの間が霜でふさがれ、室外熱交換器３を通過する風量が低下する。そのため室外熱交換器３の蒸発能力が低下し、室外熱交換器の温度Ｔonが低下する。

そのため、初期室外熱交換器温度 Tofと現在の室外熱交換器３の温度Ｔonの差によって着霜の状態を判断することが可能となる。温度差がある一定値（図２中のΔTo1又はΔTo2）を越えた場合、着霜が進行したと判断し霜取り動作を開始する。

また、初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気温度が低い場合は、初期室外熱交換器温度Ｔofが低くなり、逆に、初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気温度が高い場合には、初期室外熱交換器温度Ｔofは高くなるため、初期室外熱交換器温度Ｔofから外気の状態（外気温度）を判断することができる。つまり、図２のように初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気温度が低い場合には、外気温度が高い場合に比べて、大気中に存在する水分量は少なくなっていく。そのため、外気温度が低い場合には、初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器３の温度Ｔonとの温度差のしきい値を大きくすることで最適なタイミングで霜取り動作を開始することが可能となる。

次に、本実施の形態の空気調和機の動作について図３に基づき図１及び図２を参照しながら説明する。暖房運転開始後（ステップＳ１）、初期の室外熱交換器３の温度Ｔofを室外熱交換器温度センサ８で計測し、記憶させておく（ステップＳ２）。この初期室外熱交換器温度Ｔofの計測は、１ポイントでの計測でも良いし、一定時間の平均でも良い。その後は一定間隔ごとに、室外熱交換器３の温度（現在の室外熱交換器温度Ｔon）を室外熱交換器温度センサ８で計測を行う（ステップＳ３）。次いで、初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気温度が高い（外気温度帯１）か低い（外気温度帯２）かを、初期室外熱交換器温度Ｔofと所定の外気温度Ａとを比較することによって判断し（ステップＳ４）、外気温度が高い（外気温度帯１）と判定されれば、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値をΔＴo1に設定し、初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器温度Ｔonとの差分を求め、この温度の差分がしきい値ΔＴo1を超えたか否かを判断し（ステップＳ５）、温度の差分がしきい値ΔＴo1を超えていなければ、ステップＳ３に戻り、温度の差分がしきい値ΔＴo1を超えていれば、四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させる（ステップＳ６）。

また、ステップＳ４にて外気温度が低い（外気温度帯２）と判定されれば、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値をΔＴo2に変更し、初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器温度Ｔonとの差分を求め、この温度の差分が前記変更したしきい値ΔＴo2を超えたか否かを判断し（ステップＳ７）、温度の差分がしきい値ΔＴo2を超えていなければ、ステップＳ３に戻り、温度の差分がしきい値ΔＴo2を超えていれば、四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させる（ステップＳ８）。

このように、本実施の形態の空気調和機においては、除霜制御装置９Ａが、暖房運転時、室外熱交換器温度センサ８により検出された初期の室外熱交換器温度を記憶し、この初期の室外熱交換器温度と現在の室外熱交換器温度との差分を求め、この温度の差分がある一定のしきい値を超えた場合、四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させるようにしているので、室外熱交換器３の温度を判断する単一の室外熱交換器温度センサ８のみで最適な霜取り開始タイミングを判断することができ、無駄な霜取り動作を回避することができる。このため、廉価で、最適な霜取り開始タイミングを判断することができ、かつ暖房快適性が向上し、省エネ効果も得ることができる。

また、除霜制御装置９Ａが、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値を、室外熱交換器３の初期温度に応じて変更するようにしているので、無駄な霜取り動作を回避することができるため、暖房快適性が向上し、省エネ効果も得ることができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る空気調和機を示す構成図、図５はその暖房運転時の室外熱交換器と室内熱交換器の温度の変化を並べて示すグラフ、図６はその運転開始から霜取り動作開始までの動作を示すフローチャートであり、図４中、前述の実施の形態１の図１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施の形態の空気調和機は、室外熱交換器３の温度を検出する室外熱交換器温度センサ８の他に新たに室内熱交換器５の温度を検出する室内熱交換器温度センサ１０を設け、室外熱交換器温度センサ８と室内熱交換器温度センサ１０を共に除霜制御装置９Ｂに信号線により接続し、除霜制御装置９Ｂが、前述の実施の形態１で説明した霜取り開始判定機能に加え、室内熱交換器温度センサ１０の検出値がある一定値以上の場合には、着霜による室外熱交換器３の蒸発能力低下は少ないと判断して霜取り動作を開始させない機能を有している点が前述の実施の形態１のものと異なっており、それ以外の構成は実施の形態１のものと同一である。

すなわち、除霜制御装置９Ｂは、暖房運転時、室外熱交換器温により検出された初期の室外熱交換器温度Ｔofをメモリに記憶し、この記憶した初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器温度Ｔonとの差分を求め、この温度の差分がある一定のしきい値ΔＴo1（又は初期温度に応じて変更したしきい値ΔＴo2）を超えた場合、四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させる機能と、初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気の状態（以下、これを外気温度という）によって、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値を変更する機能と、室内熱交換器温度センサ１０の検出値がある一定値Ｔx以上の場合には、霜取り動作を開始させない機能を備えている。

次に、本実施の形態の空気調和機の動作について図６に基づき図４、図５、及び前述の図２を参照しながら説明する。暖房運転開始後（ステップＳ１１）、初期の室外熱交換器３の温度Ｔofを室外熱交換器温度センサ８で計測し、記憶させておく（ステップＳ１２）。この初期室外熱交換器温度Ｔofの計測は、１ポイントでの計測でも良いし、一定時間の平均でも良い。その後は一定間隔ごとに、室内熱交換器温度センサ１０で室内熱交換器５の温度Ｔinの計測を行うとともに（ステップＳ１３）、室外熱交換器温度センサ８で室外熱交換器３の温度（現在の室外熱交換器温度Ｔon）の計測を行う（ステップＳ１４）。次いで、初期室外熱交換器温度Ｔofから判断される外気温度が高い（外気温度帯１）か低い（外気温度帯２）かを、初期室外熱交換器温度Ｔofと所定の外気温度Ａとを比較することによって判断し（ステップＳ１５）、外気温度が高い（外気温度帯１）と判定されれば、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値をΔＴo1（図２）に設定し、初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器温度Ｔonとの差分を求め、この温度の差分がしきい値ΔＴo1を超えたか否かを判断し（ステップＳ１６）、温度の差分がしきい値ΔＴo1を超えていなければ、ステップＳ１３に戻り、温度の差分がしきい値ΔＴo1を超えていれば、図６の条件１が成立する。条件１が成立すれば、計測した室内熱交換器５の温度がある一定値Ｔx以下となったか否かを判断し（ステップＳ１７）、室内熱交換器５の温度がある一定値Ｔx以下となっていなければ、ステップＳ１３に戻り、室内熱交換器５の温度がある一定値Ｔx以下となれば、図６の条件２が成立する。そして条件１と条件２が両方成立した時点で四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させる（ステップＳ１８）。

また、ステップＳ１５にて外気温度が低い（外気温度帯２）と判定されれば、霜取り動作開始の判定基準となるしきい値をΔＴo2に変更し、初期室外熱交換器温度Ｔofと現在の室外熱交換器温度Ｔonとの差分を求め、この温度の差分が前記変更したしきい値ΔＴo2を超えたか否かを判断し（ステップＳ１９）、温度の差分がしきい値ΔＴo2を超えていなければ、ステップＳ１３に戻り、温度の差分がしきい値ΔＴo2を超えていれば、図６の条件１が成立する。条件１が成立すれば、計測した室内熱交換器５の温度がある一定値Ｔx以下となったか否かを判断し（ステップＳ２０）、室内熱交換器５の温度がある一定値Ｔx以下となっていなければ、ステップＳ１３に戻り、室内熱交換器５の温度がある一定値Ｔx以下となれば、図６の条件２が成立する。そして条件１と条件２が両方成立した時点で四方切替弁２を切替させて霜取り動作を開始させる（ステップＳ２１）。

このように、本実施の形態の空気調和機においては、室内熱交換器温度センサ１０の検出値がある一定値以上の場合には、着霜による室外熱交換器３の蒸発能力低下は少ないと判断して霜取り動作を開始させないようにしているので、暖房快適性がさらに向上し、省エネ効果も得ることができる。

なお、前述の各実施形態では外気温度帯を２つに分けたものを例に挙げて説明したが、さらに細かく分類することによって、霜取り動作開始のタイミングを最適にすることも可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機を示す構成図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外熱交換器の初期温度（外気の状態）による着霜ポイントの変化を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の運転開始から霜取り動作開始までの動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る空気調和機を示す構成図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の暖房運転時の室外熱交換器と室内熱交換器の温度の変化を並べて示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の運転開始から霜取り動作開始までの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１圧縮機、２四方切替弁、３室外熱交換器、４冷媒減圧装置、５室内熱交換器、６室外送風機、７室内送風機、８室外熱交換器温度センサ、９Ａ，９Ｂ除霜制御装置、１０室内熱交換器温度センサ。

Claims

少なくとも、圧縮機、四方切替弁、室外熱交換器、冷媒減圧装置、及び室内熱交換器を冷媒配管で閉ループに結合した冷媒回路と、
前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度センサと、
暖房運転時、前記室外熱交換器温度センサにより検出された前記暖房運転の初期の室外熱交換器温度を記憶し、この初期の室外熱交換器温度と現在の室外熱交換器温度との差を求め、この温度差がある一定のしきい値を超えた場合、前記四方切替弁を切替させて霜取り動作を開始させるとともに、前記霜取り動作開始の判定基準となる前記しきい値を、前記初期の室外熱交換器温度に応じて変更する除霜制御装置と、を備え、
前記除霜制御装置は、前記初期の室外熱交換器温度から外気温度を判断し、この室外熱交換器の初期温度から判断される外気温度を所定の外気温度と比較することによって外気温度の高低を判断し、外気温度が低い場合には、前記しきい値を大きくするように変更することを特徴とする空気調和機。
前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサを設け、
前記除霜制御装置が、前記室内熱交換器温度センサの検出値がある一定値以上の場合には、前記霜取り動作を開始させないことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。