JP5929862B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、特に、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に使用される吐出−吸入バイパス回路を有する空気調和装置に関する。

従来より、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）に示すように、圧縮機と室内熱交換器と絞り装置（主弁）と室外熱交換器とを有する空気調和装置がある。この空気調和装置は、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転が可能であり、また、暖房運転時に圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能にする吐出−吸入バイパス回路を有している。そして、この空気調和装置では、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に、吐出−吸入バイパス回路の弁（過熱弁）を開けて吐出−吸入バイパス回路を通じて圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスさせるようにしている。

上記従来の空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に、主弁を全開近くまで開いた状態にしている。このため、冷凍サイクルの高圧が十分に上昇しにくくなり、圧縮機への投入動力が減少してしまい、その結果、除霜に使用できる熱量が減少して、圧縮機への液バックの増加、さらなる冷凍サイクルの高圧の低下、圧縮機への投入動力の減少という悪循環に陥りやすくなる。そして、このような悪循環によって、正サイクル除霜運転を継続できなくなるおそれがある。

本発明の課題は、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に使用される吐出−吸入バイパス回路を有する空気調和装置において、冷凍サイクルの高圧を高く維持して、圧縮機への投入動力を大きくし、除霜熱量を確保できるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、主冷媒回路と、吐出−吸入バイパス回路とを有している。主冷媒回路は、圧縮機と室内熱交換器と主弁と室外熱交換器とを有しており、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路は、過熱弁を有しており、暖房運転時に圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように主冷媒回路に接続されている。そして、ここでは、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に、過熱弁を開けて吐出−吸入バイパス回路を通じて圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に室外熱交換器を通じずに冷媒をバイパスさせるとともに、主冷媒回路における冷凍サイクルの高圧が目標高圧になるように主弁の開度を調節する除霜時主弁高圧制御を行う。

ここでは、上記のように、正サイクル除霜運転時に、冷凍サイクルの高圧が目標高圧になるように主弁の開度を調節（除霜時主弁高圧制御）するようにしている。このため、正サイクル除霜運転時に、冷凍サイクルの高圧を所望の目標高圧付近に維持することができる。これにより、ここでは、圧縮機の投入動力が増加し、その結果、除霜に使用できる熱量を確保することができ、そして、正サイクル除霜運転を継続することができるようになる。

しかも、ここでは、目標高圧を暖房運転時における高圧の上限値付近の値に設定する。

ここでは、上記のように、目標高圧を暖房運転時における高圧の上限値付近の値に設定しているため、正サイクル除霜運転時における冷凍サイクルの高圧を十分に高く維持することができる。これにより、ここでは、正サイクル除霜運転時に、除霜に使用できる熱量を大きく増加させることができる。

第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、高圧を室内熱交換器に設けられた室内熱交温度センサによって検出される冷媒の温度から得る。

ここでは、上記のように、室内熱交温度センサによって冷凍サイクルの高圧を得るようにしているため、冷凍サイクルの高圧を得るための圧力センサを設けずに済ませることができる。

第３の観点にかかる空気調和装置は、第１又は第２の観点にかかる空気調和装置において、暖房運転時に、圧縮機の吐出側の冷媒の温度に基づいて主弁の開度を調節する暖房時主弁吐出温度制御を行う。

ここでは、上記のように、主弁の開度を、暖房運転時には圧縮機の吐出側の冷媒の温度に基づいて制御（暖房時主弁吐出温度制御）し、正サイクル除霜運転時には冷凍サイクルの高圧が目標高圧になるように制御（除霜時主弁高圧制御）するようにしている。これにより、ここでは、運転内容に応じて最適な主弁の開度制御に切り換えることができる。

第４の観点にかかる空気調和装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる空気調和装置において、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の吐出側の冷媒の過熱度が目標吐出過熱度になるように過熱弁の開度を調節する除霜時吐出温度制御を行う。

ここでは、上記のように、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の吐出側の冷媒の過熱度が目標吐出過熱度になるように過熱弁の開度を調節（除霜時吐出温度制御）するようにしている。このため、正サイクル除霜運転時に、圧縮機への過度の液バック、及び、圧縮機に吸入される冷媒が過度の過熱状態になることで圧縮機の焼き付けや破損等が発生することの両方を抑制することができる。これにより、ここでは、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の信頼性を確保することができる。

第５の観点にかかる空気調和装置は、第１〜第４の観点のいずれかにかかる空気調和装置において、室外熱交換器に空気を供給する室外ファンをさらに有しており、正サイクル除霜運転時に、室外熱交換器に設けられた室外熱交温度センサによって検出される冷媒の温度が外気温度付近の値であるファン発停温度まで上昇していない場合には室外ファンを運転し、ファン発停温度まで上昇した場合には室外ファンを停止させる除霜時室外ファン制御を行う。

ここでは、上記のように、正サイクル除霜運転時に、室外ファンを常に停止させるのではなく、室外熱交換器における冷媒の温度が外気温度付近（ここでは、ファン発停温度）まで上昇するまでは、室外ファンを運転し、その後、室外ファンを停止する制御（除霜時室外ファン制御）を行うようにしている。このため、室外ファンを運転している際には、圧縮機への投入動力による熱量及び空気との熱交換による熱量を使用して、室外熱交換器の除霜を行うことができる。これにより、正サイクル除霜運転の除霜時間を短縮することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の投入動力を増加させ、その結果、除霜に使用できる熱量を確保することができ、そして、正サイクル除霜運転を継続することができる。しかも、正サイクル除霜運転時に、除霜に使用できる熱量を大きく増加させることができる。

第２の観点にかかる空気調和装置では、冷凍サイクルの高圧を得るための圧力センサを設けずに済ませることができる。

第３の観点にかかる空気調和装置では、運転内容に応じて最適な主弁の開度制御に切り換えることができる。

第４の観点にかかる空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の信頼性を確保することができる。

第５の観点にかかる空気調和装置では、正サイクル除霜運転の除霜時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 冷房運転時の動作（冷媒の流れ）を示す図である。 暖房運転時の動作（冷媒の流れ）を示す図である。 正サイクル除霜運転時の動作（冷媒の流れ）を示す図である。 正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転時における過熱弁、主弁、圧縮機、室外ファン及び室内ファンの動作を示すタイムチャートである。 本発明の変形例１〜４にかかる空気調和装置の概略構成図（正サイクル除霜運転時の冷媒の流れも図示）である。 本発明の変形例１における正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転時における過熱弁、主弁、圧縮機、室外ファン及び室内ファンの動作を示すタイムチャートである。 本発明の変形例２における正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転時における過熱弁、主弁、圧縮機、室外ファン及び室内ファンの動作を示すタイムチャートである。 本発明の変形例３における正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転時における過熱弁、主弁、圧縮機、室外ファン及び室内ファンの動作を示すタイムチャートである。 本発明の変形例４における正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転時における過熱弁、主弁、圧縮機、室外ファン及び室内ファンの動作を示すタイムチャートである。

以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。

空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット４とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続されている。すなわち、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４とが冷媒連絡管５、６を介して接続されることによって構成されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット４は、主として、室内熱交換器４１を有している。

室内熱交換器４１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管６に接続されている。

室内ユニット４は、室内ユニット４内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン４２を有している。すなわち、室内ユニット４は、室内熱交換器４１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器４１に供給するファンとして、室内ファン４２を有している。ここでは、室内ファン４２として、回転数制御が可能な室内ファン用モータ４２ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。

室内ユニット４には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器４１には、室内熱交換器４１における冷媒の温度Ｔｘｉを検出する室内熱交温度センサ５５が設けられている。室内ユニット４には、室内ユニット４内に吸入される室内空気の温度Ｔｒａを検出する室内温度センサ５６が設けられている。

室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４３を有している。そして、室内側制御部４３は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線７を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、主弁２４と、吐出−吸入バイパス回路２６とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータにより周波数制御が可能な圧縮機用モータ２１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機２１は、吸入側に付属のアキュムレータ２１ｂを介して吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、冷房運転時には、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。また、四路切換弁２２は、暖房運転時には、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において放熱した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、暖房運転時には、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。ここで、第１ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２と室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２とガス冷媒連絡管６側とを接続する冷媒管である。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が液冷媒管３５に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒管３３に接続されている。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管５側とを接続する冷媒管である。

主弁２４は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。また、主弁２４は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。主弁２４は、液冷媒管３５に設けられている。ここでは、主弁２４として、開度制御が可能な電動膨張弁が使用されている。

吐出−吸入バイパス回路２６は、暖房運転時に圧縮機２１の吐出側から圧縮機２１の吸入側に冷媒をバイパスすることを可能にする冷媒管である。ここでは、吐出−吸入バイパス回路２６は、吐出管３２から分岐され、吸入管３１に合流するように設けられている。吐出−吸入バイパス回路２６は、過熱弁２７を有している。ここでは、過熱弁２７として、開閉制御が可能な電磁弁が使用されている。

室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン２５を有している。すなわち、室外ユニット２は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器２３に供給するファンとして、室外ファン２５を有している。ここでは、室外ファン２５として、回転数制御が可能な室外ファン用モータ２５ａによって駆動されるプロペラファン等が使用されている。

室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３における冷媒の温度Ｔｘｏを検出する室外熱交温度センサ５３が設けられている。室外ユニット２には、室外ユニット２内に吸入される室外空気の温度Ｔｏａを検出する外気温度センサ５４が設けられている。吐出管３２又は圧縮機２１には、圧縮機２１から吐出される冷凍サイクルの高圧の冷媒の温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ５２が設けられている。

室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部２８を有している。そして、室外側制御部２８は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４との間で伝送線７を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡管５、６とが接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。ここで、冷媒回路１０は、主として圧縮機２１と室内熱交換器４１と主弁２４と室外熱交換器２３とを有する主冷媒回路１１（冷媒回路１０のうち吐出−吸入バイパス回路２６を除く部分）に、過熱弁２７を有する吐出−吸入バイパス回路２６が接続されることによって構成されている。そして、冷媒回路１０の主冷媒回路１１は、後述のように、四路切換弁２２を暖房サイクル状態に切り換えることで、圧縮機２１、室内熱交換器４１、主弁２４、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能になっている。

＜制御部＞
空気調和装置１は、室内側制御部４３と室外側制御部２８とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット４の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４３と室外側制御部２８との間を接続する伝送線７とによって、暖房運転等を含む空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

制御部８は、図２に示すように、各種センサ５２〜５６等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、２５ａ、２７、４２ａ等を制御することができるように接続されている。

（２）空気調和装置の動作
次に、空気調和装置１の動作について、図３〜図６を用いて説明する。空気調和装置１は、冷房運転（図３参照）及び暖房運転（図４参照）を行うことが可能である。また、暖房運転時においては、室外熱交換器２３に付着した霜を融解させるための正サイクル除霜運転（図５及び図６参照）を行うことも可能である。

＜冷房運転＞
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図３の実線で示される状態）に切り換えられる。また、吐出−吸入バイパス回路２６の過熱弁２７は閉止されている。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器２３において放熱した高圧の液冷媒は、主弁２４に送られる。

主弁２４に送られた高圧の液冷媒は、主弁２４によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。主弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

室内熱交換器４１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管６及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

このように、冷媒回路１０（ここでは、主冷媒回路１１）において、圧縮機２１、室外熱交換器２３、主弁２４、室内熱交換器４１の順に冷媒を循環させる冷房運転が行われる。

＜暖房運転＞
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図４の破線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

室内熱交換器４１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管５を通じて、主弁２４に送られる。

主弁２４に送られた高圧の液冷媒は、主弁２４によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。主弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２５によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

このように、冷媒回路１０（ここでは、主冷媒回路１１）において、圧縮機２１、室内熱交換器４１、主弁２４、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる暖房運転が行われる。

＜正サイクル除霜運転＞
−基本動作−
上記の暖房運転時において、室外熱交換器２３における冷媒の温度Ｔｘｏが所定温度よりも低くなること等によって室外熱交換器２３における着霜が検知された場合には、室外熱交換器２３に付着した霜を融解させる正サイクル除霜運転を行い、室外熱交換器２３に付着した霜が融解した後に、暖房運転に復帰するようになっている。ここで、室外熱交換器２３に付着した霜が融解したかどうかの検知は、室外熱交換器２３における冷媒の温度Ｔｘｏが所定温度よりも高くなること等によって行われる。

ここで、正サイクル除霜運転とは、暖房運転時と同様に、すなわち、四路切換弁２２が図５の破線で示される暖房サイクル状態で、冷媒回路１０の主冷媒回路１１において、圧縮機２１、室内熱交換器４１、主弁２４、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させつつ室外熱交換器２３を除霜する運転である。

但し、正サイクル除霜運転では、暖房運転時とは異なり、吐出−吸入バイパス回路２６の過熱弁２７を開けることで、吐出−吸入バイパス回路２６を通じて圧縮機２１の吐出側から圧縮機２１の吸入側に冷媒をバイパスさせる動作が行われる。

具体的には、冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒の一部は、吐出−吸入バイパス回路２６を通じて圧縮機２１の吸入側にバイパスされ、残りのガス冷媒は、四路切換弁２２及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱する。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで、除霜中においても、室内の暖房が継続して行われる。

室内熱交換器４１で放熱した高圧の冷媒は、液冷媒連絡管５及び主弁２４を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた冷媒は、室外熱交換器２３において、室外熱交換器２３に付着した霜と熱交換を行って放熱して、液冷媒の多い気液二相状態になる。これにより、室外熱交換器２３に付着した霜が融解して、室外熱交換器２３の除霜が行われる。

室外熱交換器２３で放熱した液冷媒の気液二相状態の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、吸入管３１に送られ、吐出−吸入バイパス回路２６を通じて圧縮機２１の吸入側にバイパスされたガス冷媒と合流することで、液冷媒の少ない気液二相状態又はガス状態になって、再び、圧縮機２１に吸入される。

このように、冷媒回路１０において、圧縮機２１、室内熱交換器４１、主弁２４、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させるとともに、過熱弁２７を開けて吐出−吸入バイパス回路２６を通じて圧縮機２１の吐出側から圧縮機２１の吸入側に冷媒をバイパスさせる正サイクル除霜運転が行われる。

−制御−
正サイクル除霜運転時において、従来と同様に、主弁２４を全開近くまで開いた状態にすると、冷凍サイクルの高圧が十分に上昇しにくくなり、圧縮機２１への投入動力が減少してしまい、その結果、除霜に使用できる熱量が減少して、圧縮機２１への液バックの増加、さらなる冷凍サイクルの高圧の低下、圧縮機２１への投入動力の減少という悪循環に陥りやすくなる。そして、このような悪循環によって、正サイクル除霜運転を継続できなくなるおそれがある。

そこで、ここでは、主冷媒回路１１における冷凍サイクルの高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓになるように主弁２４の開度を調節する除霜時主弁高圧制御を行うようにしている。以下、正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転を含めた各種機器の制御について、図６に示される正サイクル除霜運転及びその前後の暖房運転時のタイムチャートを使用して説明する。

まず、正サイクル除霜運転を開始する前の暖房運転時においては、上記のように、過熱弁２７が全閉になっており、そして、主弁２４、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン４２が、例えば、室内温度センサ５６によって検出される室内空気の温度Ｔｒａが目標室内温度になるように制御されている。ここでは、暖房運転時における主弁２４の制御として、圧縮機２１の吐出側の冷媒の温度Ｔｄに基づいて主弁２４の開度を調節する暖房時主弁吐出温度制御が行われている。具体的には、圧縮機２１の吐出側の冷媒の温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓになるように主弁２４の開度を調節する制御が行われている。すなわち、冷媒の温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも低い場合には、主弁２４の開度を小さくする制御を行い、冷媒の温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｓよりも高い場合には、主弁２４の開度を大きくする制御を行うようになっている。

次に、室外熱交換器２３における着霜が検知されると、正サイクル除霜運転を開始する。正サイクル除霜運転時においては、上記のように、過熱弁２７を全開にすることで、吐出−吸入バイパス回路２６を通じて圧縮機２１の吐出側から圧縮機２１の吸入側に冷媒をバイパスさせる動作が行われる。また、正サイクル除霜運転時における主弁２４の制御として、暖房時主弁吐出温度制御に代えて、上記の除霜時主弁高圧制御が行われる。具体的には、室内熱交温度センサ５５によって検出される冷媒の温度Ｔｘｉが冷凍サイクルの高圧Ｐｈにおける冷媒の飽和温度に相当することから、冷媒の温度Ｔｘｉを冷凍サイクルの高圧Ｐｈとして使用し、この高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓになるように主弁２４の開度を調節する制御が行われる。すなわち、高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓよりも低い場合には、主弁２４の開度を小さくする制御を行い、高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓよりも高い場合には、主弁２４の開度を大きくする制御を行う。ここでは、目標高圧Ｐｈが、暖房運転時における高圧Ｐｈの上限値Ｐｈｘ付近の値に設定されている。この高圧Ｐｈの上限値Ｐｈｘは、冷媒回路１０を構成する機器の設計圧力等を考慮して規定されている値であり、この値よりも少し低い圧力値を目標高圧Ｐｈとしている。また、圧縮機２１は、正サイクル除霜運転用の周波数である除霜周波数で運転が行われる。ここで、除霜周波数は、最高周波数付近の高周波数に設定される。また、室外ファン２５は、停止される。さらに、室内ファン４２は、正サイクル除霜運転用の回転数である除霜回転数で運転が行われる。ここで、除霜回転数は、最低回転数又は最低回転数付近の低回転数に設定される。

そして、室外熱交換器２３に付着した霜が融解したことが検知されると、正サイクル除霜運転を終了して、暖房運転に復帰する。具体的には、過熱弁２６を全閉にし、主弁２４の制御を除霜時主弁高圧制御から暖房時主弁吐出温度制御に戻し、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン４２の制御を暖房運転時の制御内容に戻す。

このように、冷媒回路１０（ここでは、主冷媒回路１１）において、正サイクル除霜運転時に、主冷媒回路１１における冷凍サイクルの高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓになるように主弁２４の開度を調節する除霜時主弁高圧制御が行われる。

−特徴−
上記の正サイクル除霜運転には、以下のような特徴がある。

ここでは、上記のように、正サイクル除霜運転時に、冷凍サイクルの高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓになるように主弁２４の開度を調節（除霜時主弁高圧制御）するようにしている。このため、正サイクル除霜運転時に、冷凍サイクルの高圧Ｐｈを所望の目標高圧Ｐｈｓ付近に維持することができる。これにより、ここでは、圧縮機２１の投入動力が増加し、その結果、除霜に使用できる熱量を確保することができ、そして、正サイクル除霜運転を継続することができる。

また、ここでは、上記のように、目標高圧Ｐｈを暖房運転時における高圧Ｐｈの上限値Ｐｈｘ付近の値に設定しているため、正サイクル除霜運転時における冷凍サイクルの高圧Ｐｈを十分に高く維持することができる。これにより、ここでは、正サイクル除霜運転時に、除霜に使用できる熱量を大きく増加させることができる。

また、ここでは、上記のように、室内熱交温度センサ５５によって冷凍サイクルの高圧Ｐｈを得るようにしているため、冷凍サイクルの高圧Ｐｈを得るための圧力センサを設けずに済ませることができる。

また、ここでは、上記のように、主弁２４の開度を、暖房運転時には圧縮機２１の吐出側の冷媒の温度Ｔｄに基づいて制御（暖房時主弁吐出温度制御）し、正サイクル除霜運転時には冷凍サイクルの高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｓになるように制御（除霜時主弁高圧制御）するようにしている。これにより、ここでは、運転内容に応じて最適な主弁２４の開度制御に切り換えることができる。

（３）変形例１
上記の実施形態では、吐出−吸入バイパス回路２６の過熱弁２７として電磁弁等の開閉制御が可能な弁を使用しているが、これに代えて、図７に示すように、電動膨張弁等の開度制御が可能な弁を使用するようにしてもよい。この場合においても、上記の実施形態と同様の正サイクル除霜運転を行うことができる。

また、ここでは、過熱弁２７として開度制御が可能な弁を使用することを利用して、正サイクル除霜運転時に、主弁２４による除霜時主弁高圧制御とともに、圧縮機２１の吐出側の冷媒の過熱度ＴｄＳＨが目標吐出過熱度ＴｄＳＨｓになるように過熱弁２７の開度を調節する除霜時吐出温度制御を行うようにしてもよい。具体的には、圧縮機２１の吐出側の冷媒の温度を圧縮機２１の吐出側に設けられた吐出温度センサ５２によって検出される冷媒の温度Ｔｄから得て、圧縮機２１の吐出側の冷媒の飽和温度を室内熱交換器４１に設けられた室内熱交温度センサ５５によって検出される冷媒の温度Ｔｘｉから得て、圧縮機２１の吐出側の冷媒の過熱度ＴｄＳＨを、２つの冷媒の温度Ｔｄ、Ｔｘｉから得る。ここでは、冷媒の温度Ｔｄから冷媒の温度Ｔｘｉを差し引くことによって過熱度ＴｄＳＨを得る。そして、この過熱度ＴｄＳＨが目標吐出過熱度ＴｄＳＨｓになるように過熱弁２７の開度を調節する制御が行われる。すなわち、過熱度ＴｄＳＨが目標吐出過熱度ＴｄＳＨｓよりも低い場合には、過熱弁２７の開度を大きくする制御を行い、過熱度ＴｄＳＨが目標吐出過熱度ＴｄＳＨｓよりも高い場合には、過熱弁２７の開度を小さくする制御を行う。ここでは、目標吐出過熱度ＴｄＳＨｓが、圧縮機２１の信頼性を考慮して、５ｄｅｇ．〜１５ｄｅｇ．程度の値に設定される。尚、正サイクル除霜運転時の他の機器（主弁２４、圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン４２）の制御は、上記の実施形態と同様である。

このように、本変形例では、上記のように、正サイクル除霜運転時に、圧縮機２１の吐出側の冷媒の過熱度ＴｄＳＨが目標吐出過熱度ＴｄＳＨｓになるように過熱弁２７の開度を調節（除霜時吐出温度制御）するようにしている。このため、正サイクル除霜運転時に、圧縮機２１への過度の液バック、及び、圧縮機２１に吸入される冷媒が過度の過熱状態になることで圧縮機２１の焼き付けや破損等が発生することの両方を抑制することができる。これにより、ここでは、正サイクル除霜運転時に、圧縮機２１の信頼性を確保することができる。

（４）変形例２
上記の実施形態及び変形例１では、正サイクル除霜運転中、室外ファン２５を常に停止させるようにしているが、正サイクル除霜運転中の運転状況に応じて室外ファン２５を運転するようにしてもよい。

例えば、図９に示すように、正サイクル除霜運転時に、室外熱交換器２３に設けられた室外熱交温度センサ５３によって検出される冷媒の温度Ｔｘｏが外気温度付近の値であるファン発停温度Ｔｆｓまで上昇していない場合には室外ファン２５を運転し、ファン発停温度Ｔｆｓまで上昇した場合には室外ファン２５を停止させる除霜時室外ファン制御を行うようにしてもよい。ここでは、ファン発停温度Ｔｆｓが外気温度センサ５４によって検出される室外空気の温度Ｔｏａ±２ｄｅｇ．程度の値に設定される。尚、正サイクル除霜運転時の他の機器（過熱弁２７、主弁２４、圧縮機２１及び室内ファン４２）の制御は、上記の実施形態又は変形例１と同様である。また、図９においては、変形例１における正サイクル除霜運転（図８参照）に除霜時室外ファン制御を適用した内容を図示しているが、上記の実施形態における正サイクル除霜運転（図６参照）に除霜時室外ファン制御を適用してもよい。

このように、本変形例では、上記のように、正サイクル除霜運転時に、室外ファン２５を常に停止させるのではなく、室外熱交換器２３における冷媒の温度Ｔｘｏが外気温度Ｔｏａ付近（ここでは、ファン発停温度Ｔｆｓ）まで上昇するまでは、室外ファン２５を運転し、その後、室外ファン２５を停止する制御（除霜時室外ファン制御）を行うようにしている。このため、室外ファン２５を運転している際には、圧縮機２１への投入動力による熱量及び空気との熱交換による熱量を使用して、室外熱交換器２３の除霜を行うことができる。これにより、正サイクル除霜運転の除霜時間を短縮することができる。

（５）変形例３
上記の変形例１、２では、正サイクル除霜運転の開始時や正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、主弁２４及び過熱弁２７の制御の切り換えが行われるが、このとき、冷媒回路１０において、過渡的な圧力変動が極力発生しないようにすることが好ましい。

そこで、ここでは、図１０に示すように、正サイクル除霜運転の開始時や正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、主弁２４及び過熱弁２７の開度を徐々に変化させる除霜開始時弁開度徐変制御や暖房復帰時弁開度徐変制御を行うようにしてもよい。具体的には、正サイクル除霜運転の開始時に、全閉されている過熱弁２７を除霜時吐出温度制御に切り換えるに際して、１０秒〜数十秒かけて数段階かけて過熱弁２７の開度を除霜時吐出温度制御の初期の目標開度まで徐々に変化させるとともに、暖房時主弁吐出温度制御を行っている主弁２４を除霜時主弁高圧制御に切り換えるに際して、１０秒〜数十秒かけて数段階かけて主弁２４の開度を除霜時主弁高圧制御の初期の目標開度まで徐々に変化させる除霜開始時弁開度徐変制御を行う。また、正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、除霜時吐出温度制御を行っている過熱弁２７を全閉に切り換えるに際して、１０秒〜数十秒かけて数段階かけて過熱弁２７の開度を目標開度としての全閉まで徐々に変化させるとともに、除霜時主弁高圧制御を行っている主弁２４を暖房時主弁吐出温度制御に切り換えるに際して、１０秒〜数十秒かけて数段階かけて主弁２４の開度を暖房時主弁吐出温度制御の初期の目標開度まで徐々に変化させる暖房復帰時弁開度徐変制御を行う。尚、正サイクル除霜運転時の他の機器（圧縮機２１、室外ファン２５及び室内ファン４２）の制御は、変形例１、２と同様である。また、図１０においては、変形例２における正サイクル除霜運転（図９参照）に除霜開始時弁開度徐変制御及び暖房復帰時弁開度徐変制御を適用した内容を図示しているが、除霜開始時弁開度徐変制御だけを適用してもよい。また、変形例１における正サイクル除霜運転（図８参照）に除霜開始時弁開度徐変制御や暖房復帰時弁開度徐変制御を適用してもよい。

このように、本変形例では、上記のように、正サイクル除霜運転の開始時や正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、主弁２４及び過熱弁２７の開度を目標開度まで徐々に変化（除霜開始時弁開度徐変制御や暖房復帰時弁開度徐変制御）させるようにしている。このため、正サイクル除霜運転の開始時や正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時の過渡的な圧力変動を抑えることができる。これにより、ここでは、圧縮機２１の信頼性を確保することができる。

（６）変形例４
上記の変形例３では、正サイクル除霜運転の開始時や正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、主弁２４及び過熱弁２７の制御の切り換えとともに、室内ファン４２の運転も切り換えられる。

そこで、ここでは、図１１に示すように、正サイクル除霜運転の開始時に、室内ファン４２の回転数を徐々に変化させる除霜開始時ファン徐変制御を行うようにし、正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、室内ファン４２の回転数を急激に変化させる暖房復帰時ファン急変制御を行うようにしてもよい。具体的には、正サイクル除霜運転の開始時には、主弁２４及び過熱弁２７と同様に、１０秒〜数十秒かけて数段階かけて室内ファン４２の回転数を暖房運転時の設定回転数から除霜回転数まで徐々に変化させる除霜開始時ファン徐変制御を行い、正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時には、正サイクル除霜運転の開始時とは異なり、室内ファン４２の回転数を除霜回転数から暖房運転時の設定回転数まで急激に変化させる暖房復帰時ファン急変制御を行うようにしてもよい。尚、正サイクル除霜運転時の他の機器（過熱弁２７、主弁２４、圧縮機２１及び室外ファン２５）の制御は、変形例３と同様である。

このように、本変形例では、上記のように、正サイクル除霜運転の開始時に、室内ファン４２の回転数を徐々に変化（除霜開始時ファン徐変制御）させるようにし、正サイクル除霜運転から暖房運転への復帰時に、室内ファンの回転数を急激に変化（暖房復帰時ファン急変制御）させるようにしている。このため、正サイクル除霜運転の開始時の過渡的な圧力変動をさらに抑えるとともに、室内ファン４２の運転については、暖房運転への復帰を速やかに行い、室内の快適性の向上を優先することができる。

本発明は、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に使用される吐出−吸入バイパス回路を有する空気調和装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置
１１ 主冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
２４ 主弁
２５ 室外ファン
２６ 吐出−吸入バイパス回路
２７ 過熱弁
４１ 室内熱交換器
５３ 室外熱交温度センサ
５５ 室内熱交温度センサ

特開昭６１−２６２５６０号公報

Claims (5)

1. 圧縮機（２１）と室内熱交換器（４１）と主弁（２４）と室外熱交換器（２３）とを有しており、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能な主冷媒回路（１１）と、
   過熱弁（２７）を有しており、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出側から前記圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように前記主冷媒回路に接続されている吐出−吸入バイパス回路（２６）と、
   を備えており、
   前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ前記室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に、前記過熱弁を開けて前記吐出−吸入バイパス回路を通じて前記圧縮機の吐出側から前記圧縮機の吸入側に前記室外熱交換器を通じずに冷媒をバイパスさせるとともに、前記主冷媒回路における冷凍サイクルの高圧が前記暖房運転時における前記高圧の上限値付近の値に設定された目標高圧になるように前記主弁の開度を調節する除霜時主弁高圧制御を行う、
   空気調和装置（１）。
2. 前記高圧を前記室内熱交換器（４１）に設けられた室内熱交温度センサ（５５）によって検出される冷媒の温度から得る、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記暖房運転時に、前記圧縮機（２１）の吐出側の冷媒の温度に基づいて前記主弁（２４）の開度を調節する暖房時主弁吐出温度制御を行う、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置（１）。
4. 前記正サイクル除霜運転時に、前記圧縮機（２１）の吐出側の冷媒の過熱度が目標吐出過熱度になるように前記過熱弁（２７）の開度を調節する除霜時吐出温度制御を行う、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
5. 前記室外熱交換器（２３）に空気を供給する室外ファン（２５）をさらに備えており、
   前記正サイクル除霜運転時に、前記室外熱交換器に設けられた室外熱交温度センサ（５３）によって検出される冷媒の温度が外気温度付近の値であるファン発停温度まで上昇していない場合には前記室外ファンを運転し、前記ファン発停温度まで上昇した場合には前記室外ファンを停止させる除霜時室外ファン制御を行う、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。

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