JP5634682B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式の空気調和機に関する。

一般に、ヒートポンプ式の空気調和機を暖房運転した際に外気の湿度が高いと室外熱交換器に霜が付着する場合がある。霜が付着すると外気から室外熱交換器で汲み上げる熱量が減少するために暖房能力が減少する。そこで、室外熱交換器に付着した霜の量が所定の量を超えた際に除霜運転を行う空気調和機が知られている。

従来、暖房運転中に除霜が必要になった際に、高温のガス冷媒（以下、ホットガスということがある）を圧縮機から霜が付着した室外熱交換器に流すように構成した空気調和機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで参照する図７は、従来の空気調和機の構成説明図である。図７に示すように、この空気調和機Ｂは、室外熱交換器５３を上下方向に複数備えており、ここでは室外熱交換器５３ａと室外熱交換器５３ｂとからなる２つの室外熱交換器５３を備えている。この空気調和機Ｂは、暖房運転時に室外熱交換器５３の上流側となる位置に減圧器５８（膨張弁）が室外熱交換器５３ごとに設けられ、暖房運転時に室外熱交換器５３の下流側となる位置に開閉弁５６が室外熱交換器５３ごとに設けられている。また、この空気調和機Ｂは、圧縮機５１の冷媒突出側の配管から分岐すると共に、室外熱交換器５３と前記開閉弁５６とを繋ぐ配管の途中に接続されるホットガスバイパス配管６７が設けられている。そして、ホットガスバイパス配管６７の途中には、除霜用の二方弁５４が室外熱交換器５３ごとに設けられている。ちなみに、これらの除霜用の二方弁５４は、暖房運転時には閉じられている。

このような空気調和機Ｂは、その暖房運転時に圧縮機５１から吐出したホットガスを室内熱交換器５９（凝縮器）に送り込むことで室内を暖房する。そして、室内熱交換器５９（凝縮器）から送り出された冷媒は、前記した各減圧器５８（膨張弁）で減圧された後に各室外熱交換器５３（蒸発器）に送り込まれることで蒸発して外気から熱を汲み上げる。その後、冷媒は開かれている前記各開閉弁５６を介して圧縮機５１に戻って再び圧縮される。
そして、この空気調和機Ｂは、このようなサイクルを繰り返して室内を暖房する際に、複数の室外熱交換器５３ａ，５３ｂのうち、一つの室外熱交換器５３ａに前記したようにホットガスを送り込んで室外熱交換器５３ａに付着した霜を融解した後、残りの室外熱交換器５３ｂについてもホットガスを送り込んで付着した霜を融解していくように構成されている。

更に詳しく説明すると、この空気調和機Ｂは、室外熱交換器５３ａの除霜を行う際に、この室外熱交換器５３ａの前記開閉弁５６を閉じると共に、二方弁５４を開く。その結果、減圧器５８（膨張弁）を介して室外熱交換器５３ａに送り込まれていた低圧の冷媒に替わって、圧縮機５１から吐出されるホットガスがホットガスバイパス配管６７を通じて室外熱交換器５３ａに流れ込むこととなる。そして、室外熱交換器５３ａに流れ込んだホットガスは、室外熱交換器５３ａに付着した霜を融解する。ちなみに、室外熱交換器５３ａから送り出された冷媒は、外気からの熱の汲み上げを継続している残りの室外熱交換器５３ｂの減圧器５８（膨張弁）の上流側で、室内熱交換器５９（凝縮器）から送り出された冷媒と合流する。

そして、室外熱交換器５３ａの除霜が終了すると、この室外熱交換器５３ａの前記開閉弁５６を開けると共に、二方弁５４を閉じることで、室外熱交換器５３ａでの熱の汲み上げが再開する。次いで、室外熱交換器５３ｂは、その開閉弁５６を閉じると共に、二方弁５４を開けることで除霜が行われることとなる。

したがって、この空気調和機Ｂでは、複数の室外熱交換器５３のうち、一つの室外熱交換器５３について除霜を行っている間に、残りの室外熱交換器５３で外気からの熱の汲み上げを行っているので、除霜を行いつつ暖房運転も継続可能となる。

特開平０９−３１８２０６号公報

しかしながら、従来の空気調和機（例えば、特許文献１参照）は、各室外熱交換器に対する冷媒の出入りがそれぞれ一箇所ずつであるために、例えば、除霜運転時にホットガスが室外熱交換器の上流側から下流側に流れる際に、下流側に位置する室外熱交換器部分ほど温度が低くなる。つまり、従来の空気調和機では、冷媒の流れ方向に沿った下流側になるほど除霜が十分に行われないために除霜時間が長くなるという課題があった。

そこで、本発明の課題は、暖房運転を継続しながら除霜を行う場合に、除霜時間の短縮化を達成することができる空気調和機を提供することにある。

前記課題を解決する本発明は、圧縮機、室内熱交換器、減圧器及び室外熱交換器がこの順番で環状に配置されるように冷媒配管で連結され、暖房運転時に、前記圧縮機の冷媒吐出配管から分岐するホットガスバイパス配管を介して前記室外熱交換器にホットガスを供給して前記室外熱交換器の除霜を行うヒートポンプ式の空気調和機において、前記室外熱交換器内には、複数の冷媒回路からなる冷媒回路群が前記室外熱交換器の上下方向に沿って複数配設されており、前記複数の冷媒回路は、前記冷媒回路群ごとに並列に配管で接続され、暖房運転時に前記室外熱交換器の除霜を行うときは、前記複数の冷媒回路群のうちの少なくとも一つの冷媒回路群はホットガスが供給されて除霜を行い、残りの前記冷媒回路群は前記減圧器を介して減圧された冷媒が供給されて暖房運転を継続し、上側に配置された前記冷媒回路群から下側に配置された前記冷媒回路群へと順番に前記除霜を行い、前記除霜の際は前記圧縮機の回転速度が通常の暖房運転時の回転速度よりも上昇し、前記減圧器の開度が通常の暖房運転時の開度よりも絞られるように制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記除霜の工程に先立って実行される、空気調和機のサイクル系内に予め熱を蓄える蓄熱運転の工程から当該除霜の工程への移行を、予め設定した前記蓄熱運転の最小時間を超えることを前提に前記圧縮機の冷媒吐出温度が予め設定した温度幅で下がった際に行うことを特徴とする。

本発明によれば、暖房運転を継続しながら除霜を行う場合に、除霜時間の短縮化を達成することができる空気調和機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機の構成説明図である。 図１の空気調和機で暖房運転を行っている際の冷媒の流れを説明する概念図である。 図１の空気調和機で室外熱交換器の上部の除霜を行っている際の冷媒の流れを説明する概念図である。 図１の空気調和機で室外熱交換器の下部の除霜を行っている際の冷媒の流れを説明する概念図である。 図１の空気調和機における制御部の動作を説明するタイムチャートである。 図１の空気調和機における制御部の動作を説明するフローチャートである。 従来の空気調和機の構成説明図である。

次に、本発明の実施形態の空気調和機について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る空気調和機は、後記するように、室外熱交換器内に複数の冷媒回路からなる冷媒回路群を複数備えており、その複数の冷媒回路は冷媒回路群ごとに並列に冷媒配管で接続されて、除霜時には冷媒回路群ごとにホットガスバイパス配管を介してホットガスが供給されることを主な特徴としている。

図１に示すように、空気調和機Ａは、圧縮機１、室内熱交換器９、減圧器８及び室外熱交換器３がこの順番で環状に繋がるように所定の配管で連結された回路を有するヒートポンプ式のものである。

圧縮機１は、環状の回路から冷媒吸入配管１３ｂを介して戻ってきた冷媒を圧縮すると共に、圧縮した高温のガス冷媒（以下、ホットガスということがある）を、冷媒吐出配管１３ａを介して環状の回路に送り出している。この圧縮機１は、その回転速度が後記する制御部１０の指令信号を受けて調節されるように構成されている。

そして、圧縮機１には、環状の回路に送り出すホットガスを更に昇温するためのヒータ１６が配置されている。ヒータ１６は、例えば、圧縮機１の外郭に電気ヒータを巻き付けて構成することができる。このヒータ１６は、後記する制御部１０からの指令信号でオンオフするように構成されている。

圧縮機１と室外熱交換器３及び室内熱交換器９との間には、四方弁２が設けられている。この四方弁２は、圧縮機１の冷媒吐出配管１３ａ及び冷媒吸入配管１３ｂのそれぞれを、室外熱交換器３の集合管３ａに接続された冷媒配管１２ａ、及び室内熱交換器９に接続された冷媒配管１２ｂのいずれかに切り替え可能に接続する流路切り替え弁である。ちなみに、空気調和機Ａの暖房運転時には、圧縮機１の冷媒吐出配管１３ａと冷媒配管１２ｂとが連通し、かつ圧縮機１の冷媒吸入配管１３ｂと冷媒配管１２ａとが連通するように四方弁２が冷媒の流路を設定する。また、空気調和機Ａの冷房運転時には、圧縮機１の冷媒吐出配管１３ａと冷媒配管１２ａとが連通し、かつ圧縮機１の冷媒吸入配管１３ｂと冷媒配管１２ｂとが連通するように四方弁２が冷媒の流路を設定する。

室内熱交換器９は、冷暖房を行う室内（屋内）等に配置されるものであって、空気調和機Ａの冷房運転時には蒸発器として機能し、空気調和機Ａの暖房運転時には、凝縮器として機能する。

減圧器８は、室内熱交換器９と室外熱交換器３との間に配置される冷媒配管１２ｃの途中に設けられており、膨張弁が使用されている。この減圧器８は、後記する制御部１０からの指令信号で開度（絞り開度）が調節されるようになっている。

次に、室外熱交換器３について説明する。
室外熱交換器３は、空気調和機Ａの冷房運転時には凝縮器として機能し、空気調和機Ａの暖房運転時には、蒸発器として機能する。この室外熱交換器３は、前記したように、複数の冷媒回路１５からなる冷媒回路群１４を複数備えている。更に具体的に説明すると、本実施形態での室外熱交換器３は、空気調和機Ａを水平面に配置した際の鉛直方向に、つまり図１に示す上下方向に分かれるように２つの冷媒回路群１４が設けられている。以下の説明においては、上下の冷媒回路群１４のそれぞれを上側冷媒回路群１４ａ及び下側冷媒回路群１４ｂということがある。

各冷媒回路群１４は、上下方向に沿って並ぶように配置される４つの互いに独立した冷媒回路１５で構成されている。つまり、本実施形態での各冷媒回路群１４を構成する冷媒回路１５は、上側冷媒回路群１４ａ及び下側冷媒回路群１４ｂ同士で互いに４つの均等な数となっている。

減圧器８から室外熱交換器３に向かって延びた冷媒配管１２ｃの先端は各冷媒回路群１４に向かって延びるように第１分岐配管７ａ，７ｂの二股に分岐している。
そして、第１分岐配管７ａ，７ｂのそれぞれには、後記する制御部１０からの指令信号で開閉する主回路開閉弁６ａ，６ｂが設けられている。
また、各第１分岐配管７ａ，７ｂの先端は、各冷媒回路群１４（上側冷媒回路群１４ａ及び下側冷媒回路群１４ｂ）に属する冷媒回路１５のそれぞれに向かって延びる第２分岐配管１８ａ，１８ｂの各四股に分岐している。
第２分岐配管１８ａ，１８ｂのそれぞれは各冷媒回路１５と接続されている。そして、各冷媒回路１５は、第２分岐配管１８ａ，１８ｂの反対側が第３分岐配管１９を介して前記した集合管３ａに接続されている。

本実施形態に係る空気調和機Ａは、圧縮機１の冷媒吐出配管１３ａから分岐するホットガスバイパス配管１７を更に備えている。そして、このホットガスバイパス配管１７の先端には、各第１分岐配管７ａ，７ｂの途中に合流するように接続されるバイパス分岐配管５ａ，５ｂが配置されている。ちなみに、バイパス分岐配管５ａ，５ｂは、第１分岐配管７ａ，７ｂの主回路開閉弁６ａ，６ｂから室外熱交換器３寄りの位置に接続されている。そして、このバイパス分岐配管５ａ，５ｂのそれぞれには、後記する制御部１０からの指令信号で開閉するバイパス配管開閉弁４ａ，４ｂが設けられている。

また、本実施形態に係る空気調和機Ａは、圧縮機１の冷媒吐出配管１３ａに設けられた冷媒温度センサ１１ａと、上側冷媒回路群１４ａに対応する第３分岐配管１９に設けられた冷媒温度センサ１１ｂと、下側冷媒回路群１４ｂに対応する第３分岐配管１９に設けられた冷媒温度センサ１１ｃと、暖房運転時に室外熱交換器３の冷媒の入口側となる位置に設けられた冷媒温度センサ１１ｄと、制御部１０とを更に備えている。
なお、本実施形態での冷媒温度センサ１１ｄは、上側冷媒回路群１４ａの第２分岐配管１８ａに設けられているが、下側冷媒回路群１４ｂの第２分岐配管１８ｂに設けられていてもよいし、第２分岐配管１８ａ，１８ｂの両方に設けられていてもよい。

この制御部１０は、冷媒温度センサ１１ａ〜１１ｄからの検出信号に基づいて後記する手順で圧縮機１の回転速度の調節、主回路開閉弁６ａ，６ｂ及びバイパス配管開閉弁４ａ，４ｂの開閉のタイミングの決定、並びに減圧器８（膨張弁）の開度（絞り開度）の調節を行うものである。ちなみに、制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路等を含んで構成されている。

次に、本実施形態に係る空気調和機Ａの暖房運転時における動作について説明する。
なお、本実施形態に係る空気調和機Ａは、前記したように、暖房運転及び冷房運転の両方を行うことができるが、ここでは室外熱交換器３の除霜を行う暖房運転についてのみ説明する。

通常の暖房運転を行う場合においては、空気調和機Ａは、図２に示すように、主回路開閉弁６ａ，６ｂを開け、バイパス配管開閉弁４ａ，４ｂを閉じる。
そして、空気調和機Ａは、圧縮機１が吐出するホットガスを、冷媒吐出配管１３ａから四方弁２及び冷媒配管１２ｂを介して室内熱交換器９（凝縮器）に送り込む。室内熱交換器９（凝縮器）に送り込まれたホットガスは、熱を室内に放出することで凝縮する。つまり室内熱交換器９が放出する熱で室内は暖房される。

次いで、室内熱交換器９から送り出された冷媒は、冷媒配管１２ｃに設けられた減圧器８（膨張弁）で減圧された後に、主回路開閉弁６ａ，６ｂ及び第１分岐配管７ａ，７ｂを介して各第２分岐配管１８ａ，１８ｂに流れ込む。

そして、第２分岐配管１８ａ，１８ｂを介して室外熱交換器３の各冷媒回路１５に流れ込んだ冷媒は、蒸発する際に室外熱交換器３を介して外気から熱を汲み上げる。その後、冷媒は、各冷媒回路１５から第３分岐配管１９、集合管３ａ及び冷媒配管１２ａを介して圧縮機１に戻って再び圧縮される。
その一方で、この空気調和機Ａは、このようなサイクルを繰り返して室内を暖房する際に、室外熱交換器３に霜が付着すると次の除霜を行う。

この空気調和機Ａは、室外熱交換器３に霜が付着して除霜を行う際に、上側冷媒回路群１４ａが配置された室外熱交換器３の上部の除霜を行った後に、下側冷媒回路群１４ｂが配置された室外熱交換器３の下部の除霜を行う。

まず、室外熱交換器３の上部の除霜を行う工程（上部除霜工程）について説明する。
この上部除霜工程では、空気調和機Ａは、図３に示すように、バイパス配管開閉弁４ａを開くと共に、主回路開閉弁６ａを閉じる。その結果、空気調和機Ａの上側冷媒回路群１４ａには、減圧器８で減圧された冷媒に代えて、圧縮機１から吐出されたホットガスがホットガスバイパス配管１７及びバイパス分岐配管５ａを介して供給される。つまり、ホットガスは、上側冷媒回路群１４ａの冷媒回路１５のそれぞれに並列に供給されて室外熱交換器３の上部の除霜を行う。

その一方で、下側冷媒回路群１４ｂには、前記した通常の暖房運転と同様に、バイパス配管開閉弁４ｂが閉じ、主回路開閉弁６ｂが開かれているので、減圧器８を介しての減圧された冷媒が下側冷媒回路群１４ｂの冷媒回路１５のそれぞれに並列に供給される。そして、冷媒は、各冷媒回路１５で蒸発して外気から熱を汲み上げた後に第３分岐配管１９、集合管３ａ及び冷媒配管１２ａを介して圧縮機１に戻って再び圧縮される。つまり、この上部除霜工程での空気調和機Ａは、室外熱交換器３の上部の除霜を行いながら、室外熱交換器３の下部で外気から熱を汲み上げることによって暖房運転を継続する。
ちなみに、上側冷媒回路群１４ａで除霜に供された冷媒（ホットガス）は、各冷媒回路１５を通過した後に、第３分岐配管１９を介して集合管３ａに入り、この集合管３ａで下側冷媒回路群１４ｂからの冷媒と一緒になって圧縮機１に戻ることとなる。

次に、室外熱交換器３の下部の除霜を行う工程（下部除霜工程）について説明する。
この下部除霜工程では、空気調和機Ａは、図４に示すように、バイパス配管開閉弁４ｂを開くと共に、主回路開閉弁６ｂを閉じる。その結果、空気調和機Ａの下側冷媒回路群１４ｂには、減圧器８で減圧された冷媒に代えて、圧縮機１から吐出されたホットガスがホットガスバイパス配管１７及びバイパス分岐配管５ｂを介して供給される。つまり、ホットガスは、下側冷媒回路群１４ｂの冷媒回路１５のそれぞれに並列に供給されて室外熱交換器３の下部の除霜を行う。

その一方で、空気調和機Ａは、前記した通常の暖房運転と同様に、バイパス配管開閉弁４ａを閉じ、主回路開閉弁６ａを開く。その結果、上側冷媒回路群１４ａには、ホットガスに代えて、減圧された冷媒が上側冷媒回路群１４ａの冷媒回路１５のそれぞれに並列に供給される。そして、冷媒は、各冷媒回路１５で蒸発して外気から熱を汲み上げた後に第３分岐配管１９、集合管３ａ及び冷媒配管１２ａを介して圧縮機１に戻って再び圧縮される。
つまり、この下部除霜工程での空気調和機Ａは、室外熱交換器３の下部の除霜を行いながら、室外熱交換器３の上部で外気から熱を汲み上げることによって暖房運転を継続する。
ちなみに、下側冷媒回路群１４ｂで除霜に供された冷媒（ホットガス）は、各冷媒回路１５を通過した後に、第３分岐配管１９を介して集合管３ａに入り、この集合管３ａで上側冷媒回路群１４ａからの冷媒と一緒になって圧縮機１に戻ることとなる。

次に、本実施形態に係る空気調和機Ａの動作を制御部１０との関係において更に詳しく説明する。
本実施形態に係る空気調和機Ａは、通常の暖房運転工程を実施することによって室外熱交換器３に霜が付着した際に、図５に示すように、通常の暖房運転工程に続いて、除霜前の蓄熱運転工程、室外熱交換器の上部除霜工程、室外熱交換器の下部除霜工程を実施した後に、再び、通常の暖房運転工程に戻る。
そして、この空気調和機Ａは、上部除霜工程及び下部除霜工程をこの順番に行うと共に、この両工程において、圧縮機１の回転速度を通常の暖房運転時よりも上昇させ、減圧器の開度を通常の暖房運転時よりも絞るように動作させる制御部１０を備えている。

通常の暖房運転工程においては、制御部１０は、圧縮機１のモータ（図示省略）に対して第１の回転速度Ｒ_１で回転するように指令信号を出力する。ちなみに、この第１の回転速度Ｒ_１は、所期の暖房性能を発揮するのに十分な量の冷媒を回路に供給することができる範囲で適宜決定される。
そして、制御部１０は、前記したように、バイパス配管開閉弁４ａ，４ｂを閉じ、かつ主回路開閉弁６ａ，６ｂを開くように、バイパス配管開閉弁４ａ，４ｂ及び主回路開閉弁６ａ，６ｂに指令信号を出力する。
また、制御部１０は、減圧器８（膨張弁）の開度（絞り開度）が第１の開度Ｐ_１となるように減圧器８に指令信号を出力する。ちなみに、この第１の開度Ｐ_１は、所期の暖房性能を発揮するのに必要な絞りの範囲で適宜決定される。

本実施形態に係る空気調和機Ａの制御部１０は、このような通常の暖房運転工程の実施中に、室外熱交換器３（図１参照）の冷媒入口温度に基づいた後記する手順で室外熱交換器３に霜が付着したと判断して空気調和機Ａを次の蓄熱運転工程に移行させる。

蓄熱運転工程は、室外熱交換器３の除霜に先立って、予め空気調和機Ａのサイクル系内に熱を蓄える工程である。図５に示すように、この蓄熱運転工程においては、制御部１０は、圧縮機１のモータ（図示省略）に対して第２の回転速度Ｒ_２で回転するように指令信号を出力する。ちなみに、この第２の回転速度Ｒ_２は、第１の回転速度Ｒ_１よりも速い回転速度となるように設定され、望ましくは後記する第３の回転速度Ｒ_３よりも遅い回転速度となるように設定される。ちなみに、この蓄熱運転工程では、冷媒が圧縮機１で、より圧縮されることで高圧になると共に、その温度（冷媒吐出温度）が上昇することとなる。

また、この蓄熱運転工程においては、制御部１０は、ヒータ１６（図１参照）をオンにするようにヒータ１６に指令信号を出力する。このヒータ１６によって、冷媒吐出温度は、より確実に上昇することとなる。
なお、バイパス配管開閉弁４ａ，４ｂ、主回路開閉弁６ａ，６ｂ、及び減圧器８（膨張弁）の動作条件は、前記した通常の暖房運転工程と同様に設定される。そして、制御部１０は、圧縮機１から吐出される冷媒の温度等に基づいた後記する手順で空気調和機Ａを次の室外熱交換器３の上部除霜工程に移行させる。

図５に示すように、この室外熱交換器３の上部除霜工程においては、制御部１０は、圧縮機１のモータ（図示省略）に対して第３の回転速度Ｒ_３で回転するように指令信号を出力する。ちなみに、この第３の回転速度Ｒ_３は、室外熱交換器３の下部のみでの熱の汲み上げによって、所期の暖房性能を発揮する程度に冷媒を回路に供給することができる範囲で適宜決定される。

そして、制御部１０は、前記したように、バイパス配管開閉弁４ａを開き、かつ主回路開閉弁６ａを閉じるように、バイパス配管開閉弁４ａ及び主回路開閉弁６ａに指令信号を出力する。

また、制御部１０は、減圧器８の開度が第２の開度Ｐ_２となるように減圧器８に指令信号を出力する。ちなみに、この第２の開度Ｐ_２は、所期の暖房性能を発揮するのに必要な絞りの程度となるように、前記した第１の開度Ｐ_１よりも更に絞り込まれた開度となるように設定される。
なお、バイパス配管開閉弁４ｂ、主回路開閉弁６ｂ、及びヒータ１６の動作条件は、前記した蓄熱運転工程と同様に設定される。

本実施形態に係る空気調和機Ａの制御部１０は、このような上部除霜工程の実施中に、上側冷媒回路群１４ａの冷媒回路の冷媒出口温度に基づいた後記する手順で室外熱交換器３の上部における除霜が完了したと判断して空気調和機Ａを次の室外熱交換器３の下部除霜工程に移行させる。

図５に示すように、この室外熱交換器３の下部除霜工程においては、制御部１０は、バイパス配管開閉弁４ａを閉じ、バイパス配管開閉弁４ｂを開き、主回路開閉弁６ａを開き、主回路開閉弁６ｂを閉じる。
なお、圧縮機１、減圧器８、及びヒータ１６の動作条件は、前記した室外熱交換器３の上部除霜工程と同様に設定される。

本実施形態に係る空気調和機Ａの制御部１０は、このような下部除霜工程の実施中に、下側冷媒回路群１４ｂの冷媒回路の冷媒出口温度に基づいた後記する手順で室外熱交換器３の下部における除霜が完了したと判断して空気調和機Ａを元の通常の暖房運転工程に移行させる。つまり、制御部１０は、圧縮機１のモータ（図示省略）に対して第１の回転速度Ｒ_１で回転するように指令信号を出力し、バイパス配管開閉弁４ａ，４ｂを閉じ、かつ主回路開閉弁６ａ，６ｂを開くように、バイパス配管開閉弁４ａ，４ｂ及び主回路開閉弁６ａ，６ｂに指令信号を出力し、減圧器８の開度が第１の開度Ｐ_１となるように減圧器８に指令信号を出力する。
ちなみに、制御部１０は、ヒータ１６に対しては、通常の暖房運転工程に移行した後、更に所定時間ｔ_ａを経過してからヒータ１６をオフにするように指令信号を出力する。
なお、この所定時間ｔ_ａは、特に制限はなく、例えば３０秒〜１２０秒程度に設定することができる。

次に、制御部１０の具体的な動作の手順について説明する。
通常の暖房運転工程を実施している空気調和機Ａの制御部１０は、図６に示すように、冷媒温度センサ１１ｄ（図１参照）からの検出信号に基づいて、室外熱交換器３（図１参照）の冷媒入口温度（Ｔ_１）の検出を開始し（ステップＳ１）、冷媒温度センサ１１ａ（図１参照）からの検出信号に基づいて、圧縮機１（図１参照）における冷媒吐出温度（Ｔ_２）の検出を開始し（ステップＳ２）、冷媒温度センサ１１ｂ（図１参照）からの検出信号に基づいて、室外熱交換器３の上側冷媒回路群１４ａ（図１参照）の下流側における冷媒上部出口温度（Ｔ_３）の検出を開始し（ステップＳ３）、冷媒温度センサ１１ｃ（図１参照）からの検出信号に基づいて、室外熱交換器３の下側冷媒回路群１４ｂ（図１参照）の下流側における冷媒下部出口温度（Ｔ_４）の検出を開始する（ステップＳ４）。

そして、制御部１０は、冷媒温度センサ１１ｄから得た冷媒入口温度（Ｔ_１）が「第１の閾値Ｔ_ａ」よりも低いか否かを判断する（ステップＳ５）。この「第１の閾値Ｔ_ａ」は、制御部１０が室外熱交換器３に霜が付着したか否かを推定する基準温度であって、例えば、シミュレーション試験によって、除霜が必要となるほど室外熱交換器３に霜が付着したときの冷媒温度センサ１１ｄでの検出温度に等しく設定することができる。具体的には、「第１の閾値Ｔ_ａ」は、室外熱交換器３に霜が付着していないときの冷媒温度センサ１１ｄによる冷媒入口温度よりも、１〜６℃程度低い温度に設定することができる。

そして、制御部１０は、冷媒入口温度（Ｔ_１）が予め設定した第１の閾値（Ｔ_ａ）よりも低いと判断した場合（ステップＳ５のＹｅｓ）には、室外熱交換器３に霜が付着していると推定して除霜前の蓄熱運転工程に移行する（ステップＳ６）。ちなみに、冷媒入口温度（Ｔ_１）が第１の閾値（Ｔ_ａ）よりも高いと判断した場合（ステップＳ５のＮｏ）には、このステップＳ５を繰り返す。

制御部１０は、蓄熱運転工程に移行すると、前記したように、圧縮機１の回転速度をＲ_１からＲ_２に上昇させる（図５参照）。その結果、冷媒吐出温度Ｔ_２は上昇していく。そして、制御部１０がヒータ１６（図１参照）をオンにすることによっても冷媒吐出温度Ｔ_２は、より確実に上昇していく。
また、制御部１０は、蓄熱運転工程に移行すると、蓄熱運転時間（ｔ_Ｗ）のカウントを開始する（ステップＳ７）。

次に、制御部１０は、蓄熱運転工程から室外熱交換器３の除霜工程に移行してよいか否かを次の条件に基づいて判断する（ステップＳ８）。具体的には、制御部１０は、（１）冷媒吐出温度Ｔ_２が「第２の閾値Ｔ_ｂ」よりも高いか、又は（２）蓄熱運転時間（ｔ_Ｗ）は、予め設定した蓄熱運転時間を少なくとも行う時間（運転最小時間（ｔ_ＭＩＮ））を経過していることを前提に、冷媒吐出温度Ｔ_２が「第３の閾値Ｔ_ｃ」よりも低いか、又は（３）蓄熱運転時間（ｔ_Ｗ）は、予め設定した蓄熱運転時間を行う最大限度の時間（運転最大時間（ｔ_ＭＡＸ））を経過しているかを判断する（ステップＳ８）。

ちなみに、「第２の閾値Ｔ_ｂ」は、制御部１０が空気調和機Ａの系内に熱が十分に蓄積されたか否かを推定する基準温度であって、具体的には、通常の暖房運転における圧縮機１の冷媒出口温度よりも、１〜１０℃程度高い温度に設定することができる。ちなみに、本実施形態における「第２の閾値Ｔ_ｂ」は、通常の暖房運転における圧縮機１の冷媒出口温度よりも５℃高い温度に設定されている。

また、「第３の閾値Ｔ_ｃ」は、この蓄熱運転工程では冷媒吐出温度Ｔ_２が上昇すると想定しているところ、これに反して冷媒吐出温度Ｔ_２が低下した場合の許容下限温度である。この「第３の閾値Ｔ_ｃ」は、通常の暖房運転における圧縮機１の冷媒出口温度よりも、１〜５℃程度低い温度に設定することができる。ちなみに、本実施形態における「第３の閾値Ｔ_ｃ」は、通常の暖房運転における圧縮機１の冷媒出口温度よりも２℃低い温度に設定されている。

前記運転最小時間（ｔ_ＭＩＮ）及び運転最大時間（ｔ_ＭＡＸ）は、空気調和機Ａの運転条件に応じて適宜に設定することができる。ちなみに、本実施形態での運転最小時間（ｔ_ＭＩＮ）は３０秒に設定され、運転最大時間（ｔ_ＭＡＸ）は２４０秒に設定されている。

そして、このようなステップＳ８における（１）から（３）の条件のいずれかを満足する場合（ステップＳ８のＹｅｓ）には、空気調和機Ａの系内に熱が十分に蓄積されたと推定して次の室外熱交換器３の上部除霜工程に移行する（ステップＳ９）。前記した条件をいずれも満足しない場合（ステップＳ８のＮｏ）には、このステップＳ８を繰り返す。
なお、前記（２）及び（３）の条件は、暖房の快適性をより良好に維持するために、蓄熱運転工程の実施よりも室外熱交換器３の除霜工程の実施を優先させるべく設定したものである。

制御部１０は、室外熱交換器３の上部除霜工程に移行すると（ステップＳ９）、冷媒温度センサ１１ｂから得た冷媒上部出口温度（Ｔ_３）が「第４の閾値Ｔ_ｄ」よりも高いか否かを判断する（ステップＳ１０）。この「第４の閾値Ｔ_ｄ」は、室外熱交換器３の上部に付着した霜が融解されたか否かを推定する基準温度であって、例えば、シミュレーション試験によって、室外熱交換器３の上部の霜が融解した後の冷媒温度センサ１１ｂでの検出温度に等しく設定することができる。具体的には、「第４の閾値Ｔ_ｄ」は、除霜前における冷媒温度センサ１１ｂによる冷媒上部出口温度よりも、２〜５℃程度高い温度に設定することができる。

そして、制御部１０は、冷媒上部出口温度（Ｔ_３）が予め設定した「第４の閾値Ｔ_ｄ」よりも高いと判断した場合（ステップＳ１０のＹｅｓ）には、室外熱交換器３の上部における霜が融解したと推定して次の室外熱交換器３の下部除霜工程に移行する（ステップＳ１１）。ちなみに、冷媒上部出口温度（Ｔ_３）が「第４の閾値Ｔ_ｄ」よりも低いと判断した場合（ステップＳ１０のＮｏ）には、上部除霜工程を継続しながらこのステップＳ５を繰り返す。

制御部１０は、室外熱交換器３の下部除霜工程に移行すると（ステップＳ１１）、冷媒温度センサ１１ｃから得た冷媒下部出口温度（Ｔ_４）が「第５の閾値Ｔ_ｅ」よりも高いか否かを判断する（ステップＳ１２）。この「第５の閾値Ｔ_ｅ」は、室外熱交換器３の下部に付着した霜が融解されたか否かを推定する基準温度であって、例えば、シミュレーション試験によって、室外熱交換器３の下部の霜が融解した後の冷媒温度センサ１１ｃでの検出温度に等しく設定することができる。具体的には、「第５の閾値Ｔ_ｅ」は、除霜前における冷媒温度センサ１１ｃによる冷媒上部出口温度よりも、２〜５℃程度高い温度に設定することができる。

そして、制御部１０は、冷媒上部出口温度（Ｔ_４）が予め設定した「第５の閾値Ｔ_ｅ」よりも高いと判断した場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）には、室外熱交換器３の下部における霜が融解したと推定して次の通常の暖房運転工程に移行する（ステップＳ１３）。ちなみに、冷媒上部出口温度（Ｔ_４）が「第５の閾値Ｔ_ｅ」よりも低いと判断した場合（ステップＳ１３のＮｏ）には、下部除霜工程を継続しながらこのステップＳ１２を繰り返す。
そして、ステップＳ１３の通常の暖房運転工程に移行することでこのルーチンは終了する。

次に、本実施形態に係る空気調和機Ａの作用効果について説明する。
空気調和機Ａは、従来の空気調和機（例えば、特許文献１参照）のように、室外熱交換器に対するホットガス（冷媒）の出入りがそれぞれ一箇所ずつであるものと異なって、室外熱交換器３内には、冷媒回路群１４を構成する冷媒回路１５のそれぞれが並列に接続されており、冷媒回路１５のそれぞれにはホットガス（冷媒）が並列に供給される。したがって、この空気調和機Ａによれば、従来の空気調和機とは異なって、ホットガス（冷媒）が供給される部分の熱交換率が向上するので効率よく除霜を行うことができ、除霜時間を短縮することができる。

また、この空気調和機Ａは、一つの室外熱交換器３内に、複数の冷媒回路群１４（上側冷媒回路群１４ａ及び下側冷媒回路群１４ｂ）が上下方向に並ぶように配置されているので、室外熱交換器３の上部に付着した霜が融けた融解水は、室外熱交換器３の下部に流下して下部に付着した霜を融かす。したがって、下側冷媒回路群１４ｂにホットガス（冷媒）を更に流通させることによって、更に効率よく除霜を行うことができ除霜時間を更に短縮することができる。

また、この空気調和機Ａは、室外熱交換器３の除霜を行う前に、空気調和機Ａの系内に熱を蓄える蓄熱運転工程を実施するので、室外熱交換器３の除霜工程（上部除霜工程及び下部除霜工程）における除霜時間を短縮することができる。

また、この空気調和機Ａは、蓄熱運転工程において、蓄熱状態の良否に応じて室外熱交換器３の除霜工程（上部除霜工程）に移行するタイミングを決定するので（図６のステップＳ８参照）、暖房の快適性をより良好に維持しながら、室外熱交換器３の除霜工程に移行することができる。

また、この空気調和機Ａは、蓄熱運転工程において、圧縮機１のモータの回転速度を高めて冷媒吐出温度（Ｔ_２）を上昇させることによって蓄熱を促がすことに加えて、ヒータ１６による加熱でアシストして冷媒吐出温度（Ｔ_２）を上昇させる。したがって、この空気調和機Ａによれば、暖房の快適性をより良好に維持しながら、効率よく除霜を行うことができ除霜時間を更に短縮することができる。

また、この空気調和機Ａは、室外熱交換器３の除霜工程（上部除霜工程及び下部除霜工程）において、減圧器８（膨張弁）の開度を第１の開度Ｐ_１から第２の開度Ｐ_２となるように絞るので、この空気調和機Ａによれば、暖房の快適性をより良好に維持しながら、効率よく除霜を行うことができる。

また、この空気調和機Ａは、通常の暖房運転工程に移行した後、更に所定時間ｔ_ａを経過するまではヒータ１６をオンにするので（図５参照）、除霜工程（下部除霜工程）の終了直後においても、暖房の快適性を、より良好に維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、室外熱交換器３の上部除霜工程から下部除霜工程に移行する際に、そして室外熱交換器３の下部除霜工程から通常の暖房運転工程に移行する際に、室外熱交換器３の冷媒出口温度が予め設定した温度よりも高くなったときに除霜されたと推定して次の工程に移行したが、本発明は予め設定した除霜時間で除霜を行った後に次の工程に移行するように構成した空気調和機Ａであってもよい。
そして、この除霜時間としては、例えば上部除霜工程の時間を３０秒〜１５０秒で設定し、下部除霜工程の時間を３０秒〜１２０秒に設定することができる。この際、下部除霜工程の時間よりも上部除霜工程の時間を長く設定することが望ましい。このように上部除霜工程の時間を長く設定することで、上部除霜工程での霜の融解水で、室外熱交換器３の下部の霜が効率的に融解することとなる。つまり、下部除霜工程の時間を短縮することができる。
また、本発明はこのような除霜時間を設定すると共に、前記実施形態と同様に室外熱交換器３の冷媒出口温度（Ｔ_３、Ｔ_４）を監視して、除霜時間を経過する前に冷媒出口温度（Ｔ_３、Ｔ_４）に基づいて除霜されたと推定した場合に、次の工程に移行するように構成した空気調和機Ａであってもよい。

前記実施形態では、ヒータ１６を通常の暖房運転工程でオフにし、除霜前の蓄熱運転工程、室外熱交換器３の上部除霜工程及び室外熱交換器３の下部除霜工程でオンにするように制御しているが（図５参照）、本発明は外気温センサ（図示省略）で検出した外気温が所定温度（例えば０℃）を下回るとオンとなるように設定することができる。
このような空気調和機Ａによれば、圧縮機１が、外気温が低下しても素早く高圧高温の冷媒（ホットガス）を吐出することができるので、暖房の快適性を、より良好に維持しながら、効率よく除霜を行うことができる。

そして、ヒータ１６は、その容量が制御部１０の指令に応じて可変となるように構成されていてもよい。具体的には、制御部１０が前記した外気温を参照してヒータ１６の容量を例えば５０Ｗ〜５００Ｗの範囲で可変に設定すれば、外気温が高い場合にヒータ１６の容量を下げることで、必要以上にヒータ１６で電力を消費することなく暖房効果及び除霜性能を向上することができる。
ちなみに、外気温に応じた通電容量比率の設定例としては、例えば、ヒータ１６の最大容量を５００Ｗとした場合に、外気温が−９℃未満のときに５００Ｗで１００％とし、−９℃以上−６℃未満のときに８０％以上１００％未満とし、−６℃以上−３℃未満のときに６５％以上８０％未満とし、−３℃以上０℃未満のときに５０％以上６５％未満とし、０℃以上のときに０％（０Ｗ）から５０％の間で設定することができる。

また、前記実施形態では、冷媒回路群１４を上下方向に並ぶように設定しているが、本発明は、例えば室外熱交換器３に送風する室外ファン（図示省略）を基準に、前後方向に冷媒回路群１４を複数配置した空気調和機Ａであってもよい。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ａ バイパス配管開閉弁
５ａ バイパス分岐配管
８ 減圧器
９ 室内熱交換器
１０ 制御部
１１ａ 冷媒温度センサ
１１ｂ 冷媒温度センサ
１１ｃ 冷媒温度センサ
１１ｄ 冷媒温度センサ
１３ａ 冷媒吐出配管
１３ｂ 冷媒吸入配管
１４ 冷媒回路群
１４ａ 上側冷媒回路群
１４ｂ 下側冷媒回路群
１５ 冷媒回路
１６ ヒータ
１７ ホットガスバイパス配管
Ａ 空気調和機

Claims (4)

1. 圧縮機、室内熱交換器、減圧器及び室外熱交換器がこの順番で環状に配置されるように冷媒配管で連結され、暖房運転時に、前記圧縮機の冷媒吐出配管から分岐するホットガスバイパス配管を介して前記室外熱交換器にホットガスを供給して前記室外熱交換器の除霜を行うヒートポンプ式の空気調和機において、
   前記室外熱交換器内には、複数の冷媒回路からなる冷媒回路群が前記室外熱交換器の上下方向に沿って複数配設されており、
   前記複数の冷媒回路は、前記冷媒回路群ごとに並列に配管で接続され、
   暖房運転時に前記室外熱交換器の除霜を行うときは、前記複数の冷媒回路群のうちの少なくとも一つの冷媒回路群はホットガスが供給されて除霜を行い、残りの前記冷媒回路群は前記減圧器を介して減圧された冷媒が供給されて暖房運転を継続し、
   上側に配置された前記冷媒回路群から下側に配置された前記冷媒回路群へと順番に前記除霜を行い、前記除霜の際は前記圧縮機の回転速度が通常の暖房運転時の回転速度よりも上昇し、前記減圧器の開度が通常の暖房運転時の開度よりも絞られるように制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記除霜の工程に先立って実行される、空気調和機のサイクル系内に予め熱を蓄える蓄熱運転の工程から当該除霜の工程への移行を、予め設定した前記蓄熱運転の最小時間を超えることを前提に前記圧縮機の冷媒吐出温度が予め設定した温度幅で下がった際に行うことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、
   前記圧縮機は、前記ホットガスを加熱するためのヒータを備え、
   前記制御部は、前記除霜の工程に先立って実行される、空気調和機のサイクル系内に予め熱を蓄える蓄熱運転の際に、前記ホットガスを更に昇温するヒータをオンにすることを特徴とする空気調和機。
3. 前記制御部は、上側に配置された前記冷媒回路群から下側に配置された前記冷媒回路群へと順番に前記除霜を行う際に、上側の前記冷媒回路群から下側の前記冷媒回路群への前記除霜の工程の移行を、上側の前記冷媒回路群の冷媒出口温度が予め設定した温度よりも高くなったときに除霜されたと推定して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記制御部は、上側に配置された前記冷媒回路群から下側に配置された前記冷媒回路群へと順番に前記除霜を行う際に、上側の前記冷媒回路群から下側の前記冷媒回路群への前記除霜の工程の移行を、予め設定された除霜時間に基づいて行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。

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