JP4899993B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に係り、更に詳しくは空気調和装置の除霜運転に関するものである。

空気調和装置では、寒冷地における冬季等の室外側熱交換器の着霜を効率良く除去すべく、室内側交換器で冷媒を蒸発させ室内の熱を奪い、室外側熱交換器で凝縮し、着霜を溶解し除去する除霜運転を行っている。

一方、冷媒回路に四路切換弁に替えて複数の開閉弁を用い、該開閉弁により冷媒の流れ方向を切り換えるようにした空気調和装置が開示されている。（下記特許文献１乃至３参照）

特開昭５８−１９３０５８号公報

特開２００４−３１６９６５号公報

特開２００５−１６８９０号公報

しかしながら、従来の空気調和装置では、現に利用者が存在し、暖房運転の必要のある室内から熱の回収がなされるため、室内温度が低下し、利用快適性が損なわれるという問題があった。

また、上記特許文献１乃至３に記載の空気調和装置は、四路切換弁に替えて複数の開閉弁を用いることで、運転開始時の立ち上がり時間を短縮できる等の効果を有するものである。しかし、これらはいずれも１台の室外機に対して１台の室内機が接続された空気調和装置に関する技術である。そして、室外側熱交換器の除霜を行う際にはやはり暖房運転の必要のある室内から熱の回収がなされていた。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の開閉弁を備えた空気調和装置において、室内温度を低下させることなく除霜運転の可能な空気調和装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機及び室外側熱交換器を備えた複数の室外機が、室内側熱交換器及び第１膨張手段を備えた一又は複数の室内機に並列に配管接続されてなる冷媒回路と、冷媒回路を流通する冷媒が室外側熱交換器で凝縮して室内側熱交換器で蒸発する第１動作と、冷媒が室内側熱交換器で凝縮して室外側熱交換器で蒸発する第２動作とを切り換えるための切換機構と、切換機構の切り換えを制御する制御手段とを備え、切換機構は、冷媒回路に接続された４つの開閉弁を備えるとともに、制御手段は、第１動作が行われるように第１及び第３開閉弁だけを開く第１状態と、第２動作が行われるように第２及び第４開閉弁だけを開く第２状態とに切り換わるよう制御する空気調和装置であって、各室外機は、冷媒回路の室外側熱交換器に接続された第５開閉弁と、第５開閉弁に並列に接続された第２膨張手段とを備え、複数の室外機のうち一の室外機を除霜運転する時、制御手段は、一の室外機の室外側熱交換器を凝縮器として作用させるよう一の室外機の切換機構を制御し、一の室外機の第５開閉弁を閉止するとともに一の室外機の第２膨張手段を所定の開度に調整する一方、他の室外機の室外側熱交換器を蒸発器として作用させるよう他の室外機の切換機構を制御し、他の室外機の第５開閉弁を開放するとともに他の室外機の第２膨張手段を閉じる制御を行う構成にしてある。

本発明にかかる空気調和装置は、４つの開閉弁からなる切換機構を有する空気調和装置において、各室外機に第５開閉弁及び第２膨張手段を備え、複数の室外機のうち一の室外機を除霜運転する時、制御手段は、一の室外機の室外側熱交換器を凝縮器として作用させるよう一の室外機の切換機構を制御し、一の室外機の第５開閉弁を閉止するとともに一の室外機の第２膨張手段を所定の開度に調整する一方、他の室外機の室外側熱交換器を蒸発器として作用させるよう他の室外機の切換機構を制御し、他の室外機の第５開閉弁を開放するとともに他の室外機の第２膨張手段を閉じる制御を行うので、この第５開閉弁及び切換機構の開閉と、第２膨張手段の開度を調整することによって、室内機の停止時や室内の暖房運転を継続しながら一つの室外側熱交換器の除霜を行うことが可能となる。よって、室内温度を維持でき、利用快適性が向上する。

実施の形態１．
図１，２，４は本発明の一実施形態に係る空気調和装置１ａの冷媒回路４ａ，４ｂを示す図であり、図１は冷房運転時、図２は暖房運転時、図４は除霜運転時の状態を示す。また、図３は除霜運転時の制御フロー図である。
各図において、この実施形態に係る空気調和装置１ａは、１台の室内機３に２台の室外機２ａ，２ｂが並列に接続されてなる構造を有する。そして、室内機３に室外機２ａが接続され形成された冷媒回路を４ａとし、同じ室内機３に室外機２ｂが接続され形成された冷媒回路を４ｂとする。

室外機２ａからの冷媒と室外機２ｂからの冷媒とは合流点Ｇ１，Ｇ２において合流する。

従って、冷媒回路４ａは、室外機２ａ内に備えた圧縮機１１、室外側熱交換器１３及び切換機構６ａと、室内機３内に備えた第１膨張手段１５ａ及び室内側熱交換器１４とが配管接続されてなる構造を有する。

切換機構６ａは、冷媒回路４ａを流通する冷媒の循環方向を切り換えるため備えており、この切り換えによって冷暖房運転及び除霜運転の切り換えが行われる。

切換機構６ａは室外機２ａ内に備えており、４つの開閉弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを順に閉ループ状に接続したブリッジ回路７ａにより構成される。このブリッジ回路７ａの第１開閉弁１６ａと第２開閉弁１６ｂとの間の冷媒配管は、吸入管１９ａにより圧縮機１１の吸入側に接続され、第３開閉弁１６ｃと第４開閉弁１６ｄとの間の冷媒配管は、吐出管１９ｂにより圧縮機１１の吐出側に接続されている。

また、第１開閉弁１６ａと第４開閉弁１６ｄとの間の冷媒配管は、第１接続配管１９ｃにより合流点Ｇ１に接続され、第２開閉弁１６ｂと第３開閉弁１６ｃとの間の冷媒配管は、室外配管１９ｇにより室外側熱交換器１３に接続されている。

よって、ブリッジ回路７ａにおいて、第１開閉弁１６ａを開閉すると第１接続配管１９ｃと吸入管１９ａとの間の冷媒の流れが断続され、第２開閉弁１６ｂを開閉すると吸入管１９ａと室外配管１９ｇとの間の冷媒の流れが断続される。また、第３開閉弁１６ｃを開閉すると吐出管１９ｂと室外配管１９ｇとの間の冷媒の流れが断続され、第４開閉弁１６ｄを開閉すると吐出管１９ｂと第１接続配管１９ｃとの間の冷媒の流れが断続される。

室外機２ａ内において、室外側熱交換器１３と合流点Ｇ２とは第２接続配管１９ｆにより接続され、この第２接続配管１９ｆに第２膨張手段１５ｂを備えている。また、第２膨張手段１５ｂに並列して第５開閉弁１６ｅが設けられている。

また、冷媒回路４ｂは、室外機２ｂ内に備えた圧縮機２１、室外側熱交換器２３及び切換機構６ｂと、室内機３内に備えた第１膨張手段１５ａ及び室内側熱交換器１４とが接続されてなる構造を有する。切換機構６ｂは、冷媒回路４ｂを流通する冷媒の循環方向を切り換え、冷暖房運転及び除霜運転を切り換えるため備えている。

同様に、室外機２ｂ内の切換機構６ｂは、４つの開閉弁２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを順に閉ループ状に接続したブリッジ回路７ｂにより構成され、第１開閉弁２６ａと第２開閉弁２６ｂとの間の冷媒配管は、吸入管２９ａにより圧縮機２１の吸入側に接続され、第３開閉弁２６ｃと第４開閉弁２６ｄとの間の冷媒配管は、吐出管２９ｂにより圧縮機２１の吐出側に接続されている。また、第１開閉弁２６ａと第４開閉弁２６ｄとの間の冷媒配管は第１接続配管２９ｃにより合流点Ｇ１に接続され、第２開閉弁２６ｂと第３開閉弁２６ｃとの間の冷媒配管は室外配管２９ｇにより室外側熱交換器２３に接続されている。

よって、ブリッジ回路７ｂにおいて、第１開閉弁２６ａを開閉すると第１接続配管２９ｃと吸入管２９ａとの間の冷媒の流れが、第２開閉弁２６ｂを開閉すると吸入管２９ａと室外配管２９ｇとの間の冷媒の流れが、第３開閉弁２６ｃを開閉すると吐出管２９ｂと室外配管２９ｇとの間の冷媒の流れが、第４開閉弁２６ｄを開閉すると吐出管２９ｂと第１接続配管２９ｃとの間の冷媒の流れがそれぞれ断続される。

同様に、室外機２ｂ内では、室外側熱交換器２３と合流点Ｇ２とが第２接続配管２９ｆにより接続され、この第２接続配管２９ｆに第２膨張手段２５ｂを備えている。また、第２膨張手段２５ｂに並列して第５開閉弁２６ｅが設けられている。

各室外機２ａ，２ｂの吐出管１９ｂ，２９ｂにはそれぞれ逆止弁１２，２２が設けられており、圧縮機１１，２１の吐出側に冷媒が逆流するのを防止している。

室内機３は、室内側熱交換器１４及び第１膨張手段１５ａを備えている。室内側熱交換器１４の一端側は第１室内配管１９ｄによって合流点Ｇ１に接続されており、他端側は第１膨張手段１５ａの一端に接続されている。第１膨張手段１５ａは第２室内配管１９ｅによって合流点Ｇ２に接続されている。

室外機２ａ，２ｂには、室外側熱交換器１３，２３の表面温度Ｔａ，Ｔｂを検出する室外側熱交換器温度検出手段Ｓａ，Ｓｂ、及び、外気温Ｔｏを検出する外気温検出手段Ｓｏが設けられ、そして室内機３内には、室内側熱交換器１４の表面温度Ｔｕを検出する室内側熱交換器温度検出手段Ｓｕ、及び、空調室内温度Ｔｉを検出する空調室内温度検出手段Ｓｉが設けられている。

制御手段５は、冷房運転制御手段５ａ、暖房運転制御手段５ｂ、第１制御手段５ｃ、冷媒量制御手段５ｆを備え、これらにより切換機構６ａ，６ｂ及び第５開閉弁１６ｅ，２６ｅの開閉を制御するとともに、第１膨張手段１５ａ、第２膨張手段１５ｂ，２５ｂの開度を制御する。

図１においては、制御手段５を構成する冷房運転制御手段５ａ、暖房運転制御手段５ｂ、第１制御手段５ｃ及び冷媒量制御手段５ｆを、一箇所にまとめて示したが、これに限定させず、各手段を室外機２ａ，２ｂ又は室内機３内のいずれに備えてもよく、各々異なる機内に設けてもよい。特に、冷媒量制御手段５ｆを室内機３内に備えた場合には、冷媒量制御手段５ｆの制御対象である第１膨張手段１５ａが同じ室内機３内に設けられているので、伝送線が短くてすむとともに容易に制御を行うことができる。

冷房運転制御手段５ａは、夏季等に冷房運転を行う場合に、冷媒回路４ａ，４ｂを流通する冷媒が室外側熱交換器１３，２３で凝縮して室内側熱交換器１４で蒸発する第１動作を行うよう第１及び第３開閉弁１６ａ，１６ｃ，２６ａ，２６ｃだけを開く第１状態に切り換える制御を行うものである。

例えば、室外機２ａのみを運転することで室内を冷房する場合には、図１に示すように、第１開閉弁１６ａ及び第３開閉弁１６ｃを開き、第２開閉弁１６ｂ及び第４開閉弁１６ｄを閉じる。また、第５開閉弁１６ｅは開き、第２膨張手段１５ｂを閉じ、圧縮機１１を運転する。この状態で、冷媒回路４ａは室外側熱交換器１３が凝縮器となって室内側熱交換器１４が蒸発器となる第１動作（冷房運転）を行う。

具体的には、図１において矢印で示すように圧縮機１１から吐出された冷媒は、逆止弁１２を経て吐出管１９ｂを通ってブリッジ回路７ａに流入する。更に、第３開閉弁１６ｃを経て室外配管１９ｇを通って室外側熱交換器１３へ流入する。冷媒は、この室外側熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮し、第５開閉弁１６ｅ、第２接続配管１９ｆ、合流点Ｇ２、第２室内配管１９ｅを通り、第１膨張手段１５ａを通過して減圧され、その後に室内側熱交換器１４へ送られる。

室内側熱交換器１４では冷媒が蒸発して室内を冷却する。更に、室内側熱交換器１４から第１室内配管１９ｄ、合流点Ｇ１、第１接続配管１９ｃを通ってブリッジ回路７ａに流入する。ブリッジ回路７ａで第１開閉弁１６ａを通り、吸入管１９ａから圧縮機１１へ吸入され、圧縮された後に圧縮機１１から吐出される。

上記第１動作による運転（冷房運転）は、寒冷地における冬季等の室外側熱交換器１３の着霜を除去する際にも利用可能である。その際、室内側交換器１４で冷媒を蒸発させ室内の熱を奪うので、この奪われた熱量だけ室内温度が低下することとなる。

暖房運転制御手段５ｂは、冬季等に暖房運転を行う場合に、冷媒回路４ａ，４ｂを流通する冷媒が室内側熱交換器１４で凝縮して室外側熱交換器１３，２３で蒸発する第２動作を行うよう第２及び第４開閉弁１６ｂ，１６ｄ，２６ｂ，２６ｄだけを開く第２状態に切り換える制御を行うものである。

例えば、室外機２ａのみを運転することで室内を暖房する場合には、図２に示すように、第２開閉弁１６ｂ及び第４開閉弁１６ｄを開き第１開閉弁１６ａ及び第３開閉弁１６ｃを閉じる。また、第５開閉弁１６ｅを開き、第２膨張手段１５ｂを閉じ、圧縮機１１を運転する。この状態で冷媒回路４ａは、室内側熱交換器１４が凝縮器となって室外側熱交換器１３が蒸発器となる第２動作（暖房運転）を行う。

具体的な冷媒の流れは、図２において矢印で示すように、圧縮機１１から吐出した冷媒は、逆止弁１２を経て吐出管１９ｂを通ってブリッジ回路７ａに流入する。更に、第４開閉弁１６ｄを経て第１接続配管１９ｃ、合流点Ｇ１、第１室内配管１９ｄを通って室内側熱交換器１４へ流入する。室内側熱交換器１４で冷媒が凝縮し室内が加熱される。

室内側熱交換器１４から流出した冷媒は、第１膨張手段１５ａを通過して減圧され、その後に第２室内配管１９ｅ、合流点Ｇ２、第２接続配管１９ｆ、第５開閉弁１６ｅを通り、室外側熱交換器１３に流入する。冷媒は、室外側熱交換器１３で室外空気と熱交換して蒸発した後、室外配管１９ｇを通ってブリッジ回路７ａへ流入する。ブリッジ回路７ａで第２開閉弁１６ｂを通り、吸入管１９ａから圧縮機１１へ吸入され、圧縮された後に圧縮機１１から吐出される。

上記冷房及び暖房運転は、室外機２ａのみを運転した場合について説明したが、これに限定されず、同様な動作により室外機２ｂのみを運転してもよく、室外機２ａ，２ｂの双方を運転してもよい。特に、真夏や真冬の外気温度と室内温度の差が非常に大きくなる時期などには、室外機２ａ，２ｂの双方を運転することで室内機３に流入する冷媒量を多くすることができ、これによって冷暖房能力が向上し、早急に室内空気を目標設定温度に到達させることができる。

制御手段５の第１制御手段５ｃは冬季等に除霜運転を行う場合に、冷媒回路４ａ，４ｂを流通する冷媒が一の室外側熱交換器１３または２３で凝縮して他の室外側熱交換器２３または１３で蒸発する第３動作（除霜運転）を行うよう切換機構６ａ，６ｂ及び第５開閉弁１６ｅ，２６ｅの開閉、第２膨張手段１５ｂ，２５ｂの開度の制御を行うものである。

例えば、室外側熱交換器１３の除霜を行うため、室外機２ｂを熱源とし、室外側熱交換器１３で凝縮し室外側熱交換器２３で蒸発する場合には、図３に示すように、処理Ｓ１で、室外機１ｂが暖房運転中かどうかを判断する。そして暖房運転中であれば処理Ｓ２に進む。処理Ｓ２では外気温度Ｔｏに基づいて予め定められた所定の基準室外側熱交換器温度Ｔｓ１と、室外側熱交換器温度検出手段Ｓａによって検出した室外側熱交換器温度Ｔａとを比較する。そして室外側熱交換器温度Ｔａの方が基準室外側熱交換器温度Ｔｓ１よりも低いときは、除霜運転の必要があるので処理Ｓ３に進む。

処理Ｓ３において、処理Ｓ２のＴｓ１＞Ｔａの条件を満たす状態で例えばｔ＝１０分間といった所定時間経過しているかどうかを判断する。Ｔｓ１＞Ｔａの状態で所定時間ｔを経過した場合には処理Ｓ４に進み、他の室外機２ｂがこの時点で運転しているか否かを判断する。室外機２ｂが運転していなければ、処理Ｓ５において、室外機２ｂの運転を開始し、室内を暖房する際の熱源を室外機２ａから室外機２ｂに移動し、室外機２ｂと室内機３との間に構成される冷媒回路４ｂによって室内を暖房する。その際、図４に示すように、切換機構６ｂの第２開閉弁２６ｂ及び第４開閉弁２６ｄを開き、第１開閉弁２６ａ及び第３開閉弁２６ｃを閉じるとともに第５開閉弁２６ｅを開き、第２膨張手段２５ｂを閉じ、圧縮機２１を運転する。

処理Ｓ４において他の室外機２ｂが既に運転中である場合には、そのまま室外機２ｂと室内機３との間に構成される冷媒回路４ｂにおいて暖房運転を継続する。

続いて、処理Ｓ６において、外気温度Ｔｏが例えば０℃といった霜が生じるとされる基準外気温度Ｔｆより高いかどうか判断する。外気温度Ｔｏが基準外気温度Ｔｆより高く処理Ｓ６の条件を満たさない場合には処理Ｓ８に進む。

このように外気温度Ｔｏが基準外気温度Ｔｆより高い場合には室外機２ａ内への低温冷媒の流入を停止するだけで室外側熱交換機１３の除霜が可能となる。よって、図５に示すように、室外機２ａ内のブリッジ回路７ａの第１乃至第４開閉弁１６ａ〜１６ｄ及び第５開閉弁１６ｅを閉じ、第２膨張手段１５ｂの開度を最小とし、且つ圧縮機１１を停止する。そして、室外側熱交換器１３に空気を送る送風機（図示しない）を停止又は通常と逆方向に回転する。

これにより、外気温度を利用して非常に容易に室外側熱交換器１３の除霜ができる。室外機２ａの機能を停止するので運転コストがかからず、上記のような単純な操作だけで除霜ができることとなる。

第２膨張手段１５ｂの開度を最小としたのは、室外側熱交換器１３に接続されている第２開閉弁１６ｂ、第３開閉弁１６ｃ及び第５開閉弁１６ｅの全てが閉じているため、室外側熱交換器１３内に存在する冷媒が外気温度により暖められ蒸発した場合に内圧が異常上昇するのを抑制するためである。これにより、室外側熱交換器１３内の冷媒を、第２膨張手段１５ｂを介して第２接続配管１９ｆへ逃がすことができ、室外側熱交換器１３内の冷媒圧力の異常上昇を抑制することができる。

また、送風機を逆回転した場合には、室外側熱交換器１３内に通常とは逆方向の気流が発生することによって室外側熱交換器１３に付着している水滴をより多く落下させることができる。更に、この通常とは逆方向の気流により、室外側熱交換器１３に付着している異物を取り除くことができ、室外側熱交換器１３表面を洗浄することが可能となる。

図３に示す処理Ｓ６において、外気温度Ｔｏが基準外気温度Ｔｆより低い場合には、室外機２ａ内への冷媒の流入を停止するだけでは室外側熱交換器１３の除霜を行うことができないので、処理Ｓ７に進み、除霜運転を開始する。

処理Ｓ７では、図４に示すように、室外機２ａ内のブリッジ回路７ａの第３開閉弁１６ｃ及び第4開閉弁１６ｄを開き、第1開閉弁１６ａ及び第２開閉弁１６ｂを閉じる。また、第５開閉弁１６ｅを閉じ、第２膨張手段１５ｂを所定の開度になるように制御する。

所定の開度とは、暖房運転中の室内機の第１膨張手段１５ａと同様に、室外側熱交換器１３で凝縮した液冷媒を低圧まで膨張減圧する際に、室外側熱交換器１３出口の液冷媒の過冷却度を調整するものであるが、室内機３の暖房能力を確保するために、室外側熱交換器１３への流入冷媒量を抑制する必要があるので、第２膨張手段１５ｂの過冷却度を大きくとり、室内側熱交換器１４の容量に対する第１膨張手段１５ａの開度よりもやや小さい開度にある。過冷却度は室外側熱交換器温度検出手段Ｓａによって検出される室外側熱交換器温度Ｔａから室外側熱交換器１３の流出側冷媒温度Ｔ１を引いた値となる。

具体的な冷媒の流れは、図４において矢印で示すように、室外機２ｂ内の圧縮機２１から吐出され、逆止弁２２を経て吐出管２９ｂを通ってブリッジ回路７ｂに流入する。そして、第４開閉弁２６ｄ、第１接続配管２９ｃを経て合流点Ｇ１に至る。ここで、一部の冷媒は第１室内配管１９ｄを通って室内機３内へ流入し室内の暖房に利用されるが、残りの冷媒は第１接続配管１９ｃから室外機２ａ内に流入する。そして、ブリッジ回路７ａに達し、第４開閉弁１６ｄ、第３開閉弁１６ｃを経て、室外配管１９ｇを通り、室外側熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮し、室外側熱交換器１３に付着した霜を溶解する。

その後、第２膨張手段１５ｂ、第２接続配管１９ｆを通り、合流点Ｇ２に至る。合流点Ｇ２において、室内機３からの冷媒と合流し、第２接続配管２９ｆから室外機２ｂ内に流入する。第５開閉弁２６ｅを通って、室外側熱交換器２３に流入し、室外側熱交換器２３で室外空気と熱交換して冷媒が蒸発した後、室外配管２９ｇを通ってブリッジ回路７ｂへ流入する。ブリッジ回路７ｂで第２開閉弁２６ｂを通り、吸入管２９ａから圧縮機２１へ吸入され、圧縮された後に圧縮機２１から吐出される。

このように、室外機２ａ内の室外側熱交換器１３が凝縮器として機能し、室外機２ｂ内の室外側熱交換器２３が蒸発器として機能することで、室外側熱交換器１３の除霜を行うよう制御する。その際、合流点Ｇ１において冷媒が室外機２ａ及び室内機３の双方に流入するように制御するので、室内機３内に流入した冷媒は室内側熱交換器１４で凝縮し、室内を暖房することができる。よって、室内の暖房を中止することなく室外側熱交換器１３の除霜を行うことが可能となり、従来のような除霜運転を行っている間の室内温度の低下がなく、快適性が損なわれない。

上記した冷媒の流れのうち、室外機２ａ内のブリッジ回路７ａに流入した冷媒は、第４開閉弁１６ｄ、第３開閉弁１６ｃを通って室外配管１９ｇに達するので、第１開閉弁１６ａ及び第２開閉弁１６ｂを通って室外配管１９ｇに達する場合よりも、停止している圧縮機１１への冷媒流入をより確実に阻止することができる。即ち、第１開閉弁１６ａと第２開閉弁１６ｂとの間の配管は、圧縮機１１への冷媒流入が可能な吸入管１９ａに接続されているのに対し、第４開閉弁１６ｄと第３開閉弁１６ｃとの間の配管は吐出管１９ｂに接続され、この吐出管１９ｂには逆止弁１２が設けられているので、圧縮機１１への冷媒流入をより確実に阻止することができる。

制御手段５の冷媒量制御手段５ｆは、この除霜運転中に室内側熱交換器１４内を流通する冷媒量を減少させ、室外側熱交換器１３内を流通する冷媒量を増加させるよう制御を行うものである。具体的には、室内側熱交換器１４に送風する送風機（図示しない）の風量を抑え、且つ、目標サブクール量を大きくすることで、第１膨張手段１５ａの開度を小さくすることにより室内側熱交換器１４内を流通する冷媒量を減少させ、室外側熱交換器１３内を流通する冷媒量を増加させる。

これにより、室外側熱交換器１３の除霜を短時間で終了することができ、暖房効率を向上させることができる。特に、室内温度Ｔｉが目標設定温度に近接している場合には、室外機２ｂの運転負荷が小さいので、室内機への冷媒流量は元々少なくても良く、このように冷媒量制御手段５ｆによって除霜の必要のある室外側熱交換器１３内を流通する冷媒量を増加させても室内環境に与える影響は少ない。

また、室内温度Ｔｉが目標設定温度に達している場合には、サーモOFF条件となり圧縮機を停止するので、その機会に除霜運転を行うようにしてもよい。このようにすることで、通常の除霜開始条件を満たさなくても室外側熱交換器１３の除霜を頻繁に行うので、室外側熱交換器１３に生じた多量の着霜を一度に除く場合に比較して、室内機３及び室外機２ａの双方に冷媒を送らなければならない時間を短縮することができる。

また、室内温度Ｔｉが目標設定温度に達している場合には、通常の除霜運転のように室外側熱交換器第１３で凝縮して、室内側熱交換器１４において蒸発する第１動作（冷房運転）により、室外側熱交換器１３の除霜を行うよう制御することも可能である。この場合、室内温度Ｔｉが目標設定温度に達しているので、室内の過剰な熱を利用し、除霜しても室内温度の低下は少ない。更に、室内温度Ｔｉが目標設定温度を満たさなくなり室外側熱交換器第１３で凝縮して室内側熱交換器１４において蒸発する第１動作から、室外側熱交換器第１３で凝縮して室外側熱交換器２３において蒸発する第３動作、又は、室内側熱交換器第１４で凝縮して室外側熱交換器１３において蒸発する第２動作に切り換える場合にも、室内温度Ｔｉと目標設定温度との差は小さいと考えられるので、暖房能力の立ち上がりの遅さを利用者にさほど意識させることなく、運転することができる。

更に、図３における処理Ｓ７に進んで除霜運転を行うよう制御しようとする直前に、空気調和装置１ａの運転を停止するようなことがあった場合には、直ちに空気調和装置１ａの運転を停止するのではなく、暫く、室外側熱交換器１３で凝縮して室外側熱交換器２３において蒸発する第３動作、または、室外側熱交換器１３で凝縮して、室内側熱交換器１４において蒸発する第１動作により室外側熱交換器１３の除霜を行った後に空気調和装置１ａの運転を停止するよう予め設定しておくことも可能である。これにより、その後の空気調和装置１ａの運転再開時には、室外側熱交換器１３は既に除霜されており、暖房の能力立ち上がり特性が向上する。

通常、空気調和装置１ａの運転を停止する際には室内には利用者がいなくなると考えられるので、上記のように処理Ｓ７に進む直前に空気調和装置１ａの運転を停止した場合に、室外側熱交換器１３で凝縮して、室内側熱交換器１４において蒸発する第１動作を行って室内の熱を回収しても何ら不都合は生じない。そして、利用者のいなくなった室内の熱を回収し室外側熱交換器１３の除霜に利用することで、エネルギーを有効に活用できることとなる。

図３における処理Ｓ７または処理Ｓ８から処理Ｓ９に進み、処理Ｓ９において室外側熱交換器温度Ｔａが基準室外側熱交換器温度Ｔｓ１より高い値に設定された第２の基準室外側熱交換器温度Ｔｓ２より高くなり、処理Ｓ９の条件を満たさなくなったとき、処理Ｓ１０へ進み、処理Ｓ１０において第１制御手段５ｃによる除霜運転を終了する。

除霜運転の終了時には室外側熱交換器１３へ空気を送る送風機（図示せず）を逆回転してもよい。これにより、上述した場合と同様に通常とは逆方向の気流が室外側熱交換器１３内に発生し、室外側熱交換器１３表面に付着した小さな水滴を落下させることが可能となり、付着異物をこの逆方向の気流により取り除くといったことが可能となり、室外側熱交換器１３の洗浄ができる。

除霜運転終了後、室外機２ａを第２動作により運転再開し、室外機２ｂを運転停止してもよく、そのまま室外機２ｂを運転継続し、室外機２ａを停止した状態としてもよい。室外機２ｂを運転継続し、室外機２ａを停止した状態とし、熱源を室外機２ａから室外機２ｂへ移動した場合には、圧縮機１１，２１の運転時間を平準化できるので、装置寿命を長くすることができる。

実施の形態２．
次に、他の実施形態として、第２制御手段５ｄによって制御を行う場合について説明する。上記実施形態１にかかる空気調和装置１ａの場合には、除霜を行っている室外側熱交換器１３と同一室外機２ａ内に備えた圧縮機１１は、運転継続することなく停止した状態で除霜運転を行った。これに対し、本実施形態２にかかる第２制御手段５ｄは、室外機２ａ内の圧縮機１１を運転しつつ室外側熱交換器１３の除霜を行うよう制御するものである。

本実施形態２にかかる空気調和装置１ｂは、上記実施形態１にかかる空気調和装置１ａと同一の冷媒回路４ａ，４ｂにより構成され、冷房運転制御手段５ａ及び暖房運転制御手段５ｂにより、上記した第１動作及び第２動作を行うよう制御する。

第２制御手段５ｄが例えば室外機２ａ内の室外側熱交換器１３の除霜を行う場合、上記実施形態１の図３に示すフロー図と同様のフロー図により制御される。そして、図３における処理Ｓ７において、以下のように切換機構６ａ及び第５開閉弁１６ｅを開閉し第２膨張手段１５ｂの開度を制御することで、室外側熱交換器１３の除霜を行う。

即ち、図６に示すように、ブリッジ回路７ａの第１開閉弁１６ａ及び第３開閉弁１６ｃを開き、第２開閉弁１６ｂ及び第４開閉弁１６ｄを閉じ、第５開閉弁１６ｅを閉じ、第２膨張手段１５ｂを上述した所定の開度になるよう制御する。その際、圧縮機１１は運転を継続したままとする。

この場合には冷媒は、室外機２ｂ内の圧縮機２１から吐出され、逆止弁２２を経て吐出管２９ｂを通ってブリッジ回路７ｂに流入する。更に、第４開閉弁２６ｄを経て第１接続配管２９ｃを通り、合流点Ｇ１に至る。ここで、一部の冷媒は第１室内配管１９ｄを通って室内機３内へ流入するが、残りの冷媒は第１接続配管１９ｃから室外機２ａ内に流入する。

そして、ブリッジ回路７ａに達し、第１開閉弁１６ａを経て、吸入管１９ａを通り、圧縮機１１で更に圧縮される。その後、圧縮機１１から吐出した冷媒は、逆止弁１２を経て吐出管１９ｂを通り、再度ブリッジ回路７ａに流入する。そして、第３開閉弁１６ｃを経て室外配管１９ｇを通り室外側熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮し、室外側熱交換器１３に付着した霜を熔解する。

その後、第２膨張手段１５ｂで膨張し、第２接続配管１９ｆを通り 合流点Ｇ２に至り、室内機３からの冷媒と合流して第２接続配管２９ｆから室外機２ｂ内に流入する。その後、第５開閉弁２６ｅを通り、室外側熱交換器２３に流入する。冷媒は、室外側熱交換器２３で室外空気と熱交換して蒸発した後、室外配管２９ｇを通ってブリッジ回路７ｂへ流入する。そして、第２開閉弁２６ｂを通り、吸入管２９ａから圧縮機２１へ吸入され、圧縮された後に圧縮機２１から吐出される。

これにより、室外機２ａ内の室外側熱交換器１３が凝縮器として機能し、室外機２ｂ内の室外側熱交換器２３が蒸発器として機能し、室外側熱交換器１３の除霜を行うことができる。従って、上記実施形態１と同様に室内の暖房を停止することなく室外側熱交換器１３の除霜を行うことができ、除霜運転を行っている間にも室内温度が低下せず、快適性が損なわれない。

更に、室外機２ａ内に備えている圧縮機１１が運転継続しており、室外機２ｂ内の圧縮機２１において一旦圧縮された冷媒を、補助的に更に圧縮することができる。よって、上記実施形態１の場合に比較して室外側熱交換器１３へ流入する冷媒の圧力及び温度は高くなり、効率よく早急に室外側熱交換器１３の除霜を行うことができる。

実施形態３．
更に他の実施形態として、第３制御手段５ｅによって制御を行う場合について説明する。上記実施形態１，２にかかる空気調和装置１ａ，１ｂは、室内の暖房運転を行いつつ、室外側熱交換器１３の除霜を行う制御を行ったが、本実施形態３にかかる空気調和装置１ｃは室内の暖房運転を行わない状態において、室外側熱交換器１３の除霜を行うよう制御するものである。

本実施形態３にかかる空気調和装置１ｃは、上記実施形態１，２にかかる空気調和装置１ａ，１ｂと同一の冷媒回路４ａ，４ｂにより構成され、冷房運転制御手段５ａ及び暖房運転制御手段５ｂにより冷房及び暖房の各運転制御が行われる。

次に、例えば、第３制御手段５ｅが室外側熱交換器１３の除霜を行うよう制御する場合について、図７に示すフロー図に基づき説明する。同図に示すように、第３制御手段５ｅは、まず、処理Ｓ１１で室外機２ａ，２ｂが熱源として運転しているかどうかを確認する。室外機２ａ，２ｂが熱源として運転を行っている場合には、第３制御手段５ｅによる制御を終了し、上記した実施形態１又は実施形態２の第１制御手段５ｃ又は第２制御手段５ｄによって室外側熱交換器１３の除霜を行う。

室外機２ａ，２ｂが熱源として運転していない場合には、処理Ｓ１２に進み、外気温度より低い第３の基準室外側熱交換器温度Ｔｓ３と、室外側熱交換器温度検出手段Ｓａによって検出した室外側熱交換器温度Ｔａとを比較する。そして室外側熱交換器温度Ｔａの方が第３の基準室外側熱交換器温度Ｔｓ３よりも高い場合には、除霜の必要はないので、第３制御手段５ｅによる制御を終了する。

室外側熱交換器温度Ｔａの方が基準室外側熱交換器温度Ｔｓ３よりも低い場合には、処理Ｓ１３に進み、外気温度Ｔｏが、霜が生じるとされる基準外気温度Ｔｆより高いかどうか判断する。外気温度Ｔｏが基準外気温度Ｔｆより高い場合には上記実施形態１，２と同様に、室外機２ａの運転を停止した状態で室外側熱交換器１３の除霜ができるので、そのまま室外機２ａが停止した状態を継続し、第３制御手段５ｅによる制御を終了する。

外気温度Ｔｏが基準外気温度Ｔｆより低い場合には、処理Ｓ１４に進み、以下のようにして、室外側熱交換器１３の除霜を行う。

即ち、図８に示すように、室外機２ａ内の第１開閉弁１６ａ及び第３開閉弁１６ｃを開き、第２開閉弁１６ｂ、第４開閉弁１６ｄ及び第５開閉弁１６ｅを閉じ、第２膨張手段１５ｂを所定の開度になるよう制御する。更に、室外機２ｂ内の第３開閉弁２６ｃ、第４開閉弁２６ｄ及び第５開閉弁２６ｅを開き、第１開閉弁２６ａ及び第２開閉弁２６ｂを閉じるとともに、第２膨張手段２５ｂを閉じる。この状態で、室外機２ａ内の圧縮機１１を運転するよう制御する。

この場合、冷媒は、室外機２ａ内の圧縮機１１から吐出され、逆止弁１２を経て吐出管１９ｂを通ってブリッジ回路７ａに流入する。更に、第３開閉弁１６ｃを経て室外配管１９ｇを通り室外側熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮し、室外側熱交換器１３に付着した霜を溶解する。

その後、第２膨張手段１５ｂ、第２接続配管１９ｆを通り、合流点Ｇ２に至り、第２接続配管２９ｆから室外機２ｂ内に流入する。そして、第５開閉弁２６ｅを通り、室外側熱交換器２３に流入する。冷媒は、室外側熱交換器２３で室外空気と熱交換して蒸発した後、室外配管２９ｇを通ってブリッジ回路７ｂへ流入し、第３開閉弁２６ｃ、第４開閉弁２６ｄを経て、第１接続配管２９ｃから合流点Ｇ１に達する。その後、第１接続配管１９ｃからブリッジ回路７ａに流入し、第１開閉弁１６ａを経て、吸入管１９ａを通り、圧縮機１１で圧縮された後、圧縮機１１から吐出する。

このように、室外側熱交換器１３が凝縮器として機能し、室外側熱交換器２３が蒸発器として機能することにより、室外側熱交換器１３の除霜を行うことができる。従って、暖房運転停止後の室外機２ａ，２ｂの間で、除霜運転を行うことが可能となる。

また、冷媒の流れのうち、室外機２ｂ内のブリッジ回路７ｂに流入した冷媒は、第３開閉弁２６ｃ、第４開閉弁２６ｄを通って室外配管２９ｃに達するので、第２開閉弁２６ｂ及び第１開閉弁２６ａを通って室外配管２９ｃに達する場合よりも、停止している圧縮機２１への冷媒流入をより確実に阻止することができる。即ち、第１開閉弁２６ａと第２開閉弁２６ｂとの間の配管は、圧縮機２１への冷媒流入が可能な吸入管２９ａに接続されているのに対し、第３開閉弁２６ｃと第４開閉弁２６ｄとの間の配管は吐出管２９ｂに接続され、この吐出管２９ｂには逆止弁２２が設けられているので、停止中の圧縮機２１への冷媒流入をより確実に阻止することができる。

図７における処理Ｓ１４から処理Ｓ１５に進み、処理Ｓ１５において室外側熱交換器温度Ｔａが第３の基準室外側熱交換器温度Ｔｓ３より高く設定された第４の基準室外側熱交換器温度Ｔｓ４より高くなり、処理Ｓ１５の条件を満たさなくなったとき、処理Ｓ１６へ進み、処理Ｓ１６において第３制御手段５ｅによる除霜運転を終了し、室外機２ａ，２ｂは本制御開始前と同じ状態となる。

尚、実施形態２、３においても、上記実施形態１と同様に、室内温度Ｔｉが目標設定温度に達している場合に、除霜運転を頻繁に行うようにしてもよく、冷媒量制御手段５ｆにより室内機３に流入する冷媒量を抑制してもよい。また、空気調和装置１ｂ，１ｃの運転が停止された場合に室内の熱を回収してもよく、所定の条件下で室外側熱交換器１３に送風する送風機を逆回転してもよく、更に、第１膨張手段１５ｂの開度を最小としてもよい。これらにより実施形態１と同様の効果が得られる。

また、上記の実施形態では、室外機２ａ，２ｂを２台としたが、本発明の空気調和装置はそれに限定されるものでなく、３台以上の室外機を並列に接続してもよい。また、室内機３を１台としたが、２台以上の室内機を並列に接続してもよく、そのような場合にも同様の動作により、除霜を行うことができる。その際、複数の室内機の中でも特に目標設定温度に最も近い室内機を強制的に目標設定温度に達したものとして運転することで、室内温度の低下を最小限に抑えるとともに、除霜運転の際の熱源を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷房運転時の冷媒回路図である。 前記空気調和装置の暖房運転時の冷媒回路図である。 前記空気調和装置の第１制御手段のフロー図である。 前記空気調和装置の除霜運転時の冷媒回路図である。 前記空気調和装置の除霜運転時の他の冷媒回路図である。 本発明の他の実施形態に係る空気調和装置の除霜運転時の冷媒回路図である。 本発明の更に他の実施形態に係る空気調和装置の第３制御手段のフロー図である。 前記空気調和装置の除霜運転時の冷媒回路図である。

１ａ，１ｂ，１ｃ 空気調和装置
２ａ，２ｂ 室外機
３ 室内機
４ａ，４ｂ 冷媒回路
５ 制御手段
５ｃ 第１制御手段
５ｄ 第２制御手段
５ｅ 第３制御手段
５ｆ 冷媒量制御手段
６ａ，６ｂ 切換機構
１１，２１ 圧縮機
１３，２３ 室外側熱交換器
１４ 室内側熱交換器
１５ａ 第１膨張手段
１５ｂ，２５ｂ 第２膨張手段
１６ａ，２６ａ 第１開閉弁
１６ｂ，２６ｂ 第２開閉弁
１６ｃ，２６ｃ 第３開閉弁
１６ｄ，２６ｄ 第４開閉弁
１６ｅ，２６ｅ 第５開閉弁
Ｔａ，Ｔｂ 室外側熱交換器温度
Ｔｏ 外気温
Ｔｓ１，Ｔｓ２，Ｔｓ３，Ｔｓ４ 基準室外側熱交換器温度

Claims (6)

1. 圧縮機及び室外側熱交換器を備えた複数の室外機が、室内側熱交換器及び第１膨張手段を備えた一又は複数の室内機に並列に配管接続されてなる冷媒回路と、前記冷媒回路を流通する冷媒が前記室外側熱交換器で凝縮して前記室内側熱交換器で蒸発する第１動作と、前記冷媒が前記室内側熱交換器で凝縮して前記室外側熱交換器で蒸発する第２動作とを切り換えるための切換機構と、前記切換機構の切り換えを制御する制御手段とを備え、前記切換機構は、前記冷媒回路に接続された４つの開閉弁を備えるとともに、前記制御手段は、前記第１動作が行われるように第１及び第３開閉弁だけを開く第１状態と、前記第２動作が行われるように第２及び第４開閉弁だけを開く第２状態とに切り換わるよう制御する空気調和装置であって、前記各室外機は、前記冷媒回路の前記室外側熱交換器に接続された第５開閉弁と、前記第５開閉弁に並列に接続された第２膨張手段とを備え、前記複数の室外機のうち一の室外機を除霜運転する時、前記制御手段は、前記一の室外機の前記室外側熱交換器を凝縮器として作用させるよう前記一の室外機の前記切換機構を制御し、前記一の室外機の前記第５開閉弁を閉止するとともに前記一の室外機の前記第２膨張手段を所定の開度に調整する一方、他の室外機の前記室外側熱交換器を蒸発器として作用させるよう前記他の室外機の前記切換機構を制御し、前記他の室外機の前記第５開閉弁を開放するとともに前記他の室外機の前記第２膨張手段を閉じる制御を行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 制御手段が、一の室外機の第３及び第４開閉弁、並びに他の室外機の第２、第４及び第５開閉弁だけを開放し、一の室外機の第２膨張手段の開度を調整し、他の室外機の第２膨張手段を閉じるとともに、他の室外機内の圧縮機を運転するよう制御することにより一の室外機の室外側熱交換器の除霜を行う第１制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 制御手段が、一の室外機の第１及び第３開閉弁、並びに、他の室外機の第２、第４及び第５開閉弁だけを開放し、一の室外機の第２膨張手段の開度を調整し、他の室外機の第２膨張手段を閉じるとともに、一の室外機内の圧縮機及び他の室外機内の圧縮機を運転するよう制御することにより、一の室外機の室外側熱交換器の除霜を行う第２制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
4. 制御手段が、一の室外機の第１開閉弁及び第３開閉弁、並びに他の室外機の第３開閉弁、第４開閉弁及び第５開閉弁だけを開放し、一の室外機内の第２膨張手段を開度を制御し、他の室外機の第２膨張手段を閉じるとともに、一の室外機の圧縮機を運転するよう制御することにより、一の室外機の室外側熱交換器の除霜を行う第３制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
5. 制御手段が、外気温度と、室外側熱交換器の表面温度である室外側熱交換器温度と、所定の基準室外側熱交換器温度とに基づいて制御される除霜運転時、前記外気温度が霜が生じるとされる基準外気温度より高い場合、一の室外機の圧縮機を停止させることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の空気調和装置。
6. 制御手段が、一の室外機が除霜運転を行っている時、室内側熱交換器内を流通する冷媒量を減少させることにより、並列に接続される前記一の室外機の室外側熱交換器内を流通する冷媒量を増加させるよう制御する冷媒量制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気調和装置。

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