JP6103212B2

JP6103212B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6103212B2
Application number: JP2013071008A
Authority: JP
Inventors: 光将榎本
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014194312A

Description

本発明は、四方弁により冷房運転と暖房運転とが切替可能な冷凍サイクルを有する空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、除霜運転を終了して暖房運転を再開させる際の室外ファンの回転数を制御する技術に関するものである。

冷房／暖房兼用の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルを有し、冷房運転時には、冷媒が圧縮機→四方弁→室外熱交換器→膨張弁→室内熱交換器→四方弁→圧縮機へと流されて、室外熱交換器が凝縮器、室内熱交換器が蒸発器として作用する。

これに対して、暖房運転時には、冷媒が圧縮機→四方弁→室内熱交換器→膨張弁→室外熱交換器→四方弁→圧縮機へと流されて、室内熱交換器が凝縮器、室外熱交換器が蒸発器として作用する。この冷房／暖房の切り替えは、リモコン等からの指示に基づいて室外機側の制御部により行われる。

このように、暖房運転時には、室外熱交換器が蒸発器として作用することから、外気温が低い環境下で、暖房運転を続けると、室外熱交換器に付着した凝縮水が結氷して霜付き現象が発生する。そうすると、室外熱交換器の熱交換率が低下する。

そこで、暖房運転中、室外機側の制御部は、所定の除霜運転開始条件が成立したかどうかを判定し、除霜条件が成立が成立した場合には、除霜運転を行うようにしている。除霜運転開始条件には、外気温、室外熱交換器の室外熱交温度、暖房運転時間等が含まれる。

通常、除霜運転は、リバース除霜として、四方弁を冷房運転側に切り換えて行う。すなわち、除霜運転時は、冷房運転と同じく、冷媒が圧縮機からの高温・高圧の冷媒が、室外熱交換器に供給され、これによって室外熱交換器の温度（室外熱交温度）が上昇し、室外熱交換器に付着している霜が溶かされる。

この除霜運転中、室外機側の制御部は、例えば室外熱交温度Ｔｃと、除霜運転時間ＲＴとを監視し、室外熱交温度Ｔｃが所定の解除温度（一例として１５℃）にまで上昇した場合、もしくは室外熱交温度Ｔｃが解除温度にまで上昇せず、除霜運転時間ＲＴがタイムアップ時間（一例として１５分）になった場合に、除霜運転を終了し、暖房運転を再開させる。

除霜運転中は室内の暖房が途切れるため、除霜運転終了後の暖房運転においては、室外ファンの回転数を最大回転数として室外熱交換器の蒸発温度を高め、室外熱交換器の霜付きをできるだけ少なくして、次の除霜運転に入りづらくするようにしている。

しかしながら、室内機側から高い暖房能力が要求されていない場合には、室外ファンを最大回転数で運転する必要はなく、その分、電力が無駄に消費されることになる。

なお、特許文献１には、除霜運転時に室内温度が低下しないようにするため、過去に行われた除霜運転条件から、次の除霜開始時期を予測し、その予測時期より所定時間前に室温の設定温度を所定値だけ高くして暖房運転を行って、事前に暖房能力を上げることが提案されている。

しかしながら、この場合においても、事前に暖房能力を上げる際に、室外ファンの回転数を、それまでの暖房運転時の回転数よりも高い回転数としており、その分、余計に電力が消費されることになる。

特開平４−２５７６４６号公報

したがって、本発明の課題は、空気調和機が除霜運転に入りやすい状況かどうかを判定して、除霜運転終了後に行う暖房運転での室外ファンの回転数を設定することにより、室外ファンの無駄な消費電力を削減することにある。

上記した課題を解決するため、本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルと、上記四方弁により上記冷凍サイクルを暖房運転と冷房運転とに可逆的に切り替える制御部とを含み、上記制御部は、暖房運転中において、所定の除霜運転開始条件下で上記四方弁を暖房運転側から冷房運転側に切り替えて上記室外熱交換器に付着した霜を取り除く除霜運転を開始させ、上記除霜運転開始後において、所定の除霜運転解除条件下で除霜運転を終了させて、上記四方弁を冷房運転側から暖房運転側に切り換えて、暖房運転を再開させる制御を行う空気調和機において、
上記制御部は、除霜運転を終了させて暖房運転を再開させるにあたって、上記除霜運転に入る直前の前回暖房運転で実行された暖房運転時間Ａを記憶し、上記室外熱交換器が備えている室外ファンの回転数Ｂを、上記暖房運転時間Ａの長短に応じて設定し、上記暖房運転を再開させることを特徴としている。

本発明の好ましい態様によると、上記制御部は、上記暖房運転時間Ａが所定時間を超えたかどうかを判定するための基準時間Ｔｈを有し、上記暖房運転時間Ａが上記基準時間Ｔｈよりも短時間である場合には、上記室外ファンの回転数Ｂを、上記前回暖房運転時の回転数Ｂｆよりも大きくし、上記暖房運転時間Ａが上記基準時間Ｔｈよりも長時間である場合には、上記室外ファンの回転数Ｂを、上記前回暖房運転時の回転数Ｂｆと同回転数、もしくはそれよりも低い回転数とする。

本発明によれば、除霜運転を終了させて暖房運転を再開させるにあたって、室外ファンの回転数Ｂを、除霜運転に入る直前の前回暖房運転で行われた暖房運転時間Ａの長短に応じて設定することにより、上記従来技術のように、除霜運転終了後の暖房運転時において、室外ファンの回転数を一律に最大回転数とする場合に比べて、室外ファンの無駄な消費電力を削減することができる。

本発明の空気調和機が備える冷凍サイクルを示す模式図。除霜運転終了後の暖房運転時の室外ファンの回転数を設定する手順を示すフローチャート。

次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、この実施形態に係る空気調和機は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４、室内熱交換器１６およびアキュムレータ１７を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御する制御部２０とを備えている。

圧縮機１１は、ロータリー式、スクロール式、一定速型、インバータによる可変速型のいずれであってもよいが、圧縮機１１の冷媒吐出管１１ａには、吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ１１１が設けられている。

室外熱交換器１３は、室外ファン１３１を備えるとともに、室外熱交換器１３には、外気温度を検出する外気温センサ１３２と、室外熱交換器の温度（室外熱交温度）Ｔｃを検出する室外熱交温度センサ１３３とが設けられている。なお、この室外熱交温度センサ１３３は、室外熱交換器１３の着霜状態を検出するセンサも兼ねている。

この室外熱交温度センサ１３３は、室外熱交換器１３に通されているパス（冷媒配管）のうち、室外熱交換器１３の着霜状態を検出し得る位置に配置されているが、このほか、室外熱交換器１３には、熱交換の状態を検出するための図示しないセンサが設けられてよい。膨張弁１４には、例えばパルスモータにより弁開度が制御される電子膨張弁が用いられている。

室内熱交換器１６は、室内ファン１６１を備えている。また、室内熱交換器１６には、室温を検出する室温センサ１６２、室内熱交換器１６の温度を検出する室内熱交温度センサ１６３が設けられている。

アキュムレータ１７は気液分離器で、室外熱交換器１３もしくは室内熱交換器１６から低圧側の冷媒戻り配管１７１を介して圧縮機１１側に戻される冷媒内に含まれている液冷媒を分離する。液冷媒と分離された気相冷媒は、冷媒吸入管１１ｂを介して圧縮機１１に吸入される。

四方弁１２は、吐出冷媒が供給される第１ポート１２１と、室外熱交換器１３が接続される第２ポート１２２と、室内熱交換器１６が接続される第２ポート１２３と、アキュムレータ１７に至る冷媒戻り配管１７１が接続される第４ポート１２４の４つのポートを備えている。

冷房運転時には、四方弁１２が図示実線に示すように切り替えられ、第１ポート１２１と第２ポート１２２とが接続されるとともに、第３ポート１２３と第４ポート１２４とが接続される。

これにより、圧縮機１１からの吐出冷媒は、室外熱交換器１３→膨張弁１４→室内熱交換器１６→冷媒戻り配管１７１→アキュムレータ１７→圧縮機１１へと循環し、室外熱交換器１３が凝縮器、室内熱交換器１６が蒸発器として作用する。

暖房運転時には、四方弁１３０が図示鎖線に示すように切り替えられ、第１ポート１２１と第３ポート１２３とが接続されるとともに、第２ポート１２２と第４ポート１２４とが接続される。

これにより、圧縮機１１からの吐出冷媒は、室内熱交換器１６→膨張弁１４→室外熱交換器１３→冷媒戻り配管１７１→アキュムレータ１７→圧縮機１１へと循環し、室内熱交換器２１０が凝縮器、室外熱交換器１４０が蒸発器として作用する。

制御部２０には、好ましくはマイクロコンピュータが用いられる。制御部２０は、暖房運転や冷房運転、除霜運転等の運転時間を計時するタイマ２１０を備えている。

制御部２０には、吐出温度センサ１１１、外気温センサ１３２、室外熱交温度センサ１３３、室温センサ１６２等から信号が入力され、制御部２０は、これらの各信号に基づいて、除霜運転を含む冷凍サイクルの運転に必要な制御を行う。

次に、図２のフローチャートを参照して、この実施形態で行う除霜運転終了後の暖房運転時の室外ファン１３１の回転数（以下、「室外ファン回転数」と言う）を設定する手順について説明する。

まず、ステップＳＴ１０１で、暖房運転を行うにあたって、室外ファン回転数Ｂを初期値に設定する。なお、この実施形態において、室外ファン１３１の最大回転数（上限値）は１２００ｒｐｍ，最小回転数（下限値）は６００ｒｐｍで、回転数を変更する１ステップあたりの回転数は１００ｒｐｍである。また、このステップＳＴ１０１で設定する初期値は、そのときの外気温や圧縮機の回転数等に基づいて決められ、この例ではＢ＝７００ｒｐｍとしている。

上記のように、室外ファン回転数Ｂが初期値の７００ｒｐｍに設定されたのち、リモコン等からの暖房運転の指示を受けて、ステップＳＴ１０２で、暖房運転を開始するとともに、タイマ２１０をスタートさせて、暖房運転時間Ａの計時を開始する。

その後、制御部２０は、ステップＳＴ１０３で、除霜運転を開始するかどうかを判定する。この除霜開始判定には、例えば外気温Ｔｏ、室外熱交温度Ｔｃ、室内温度Ｔｉ等が用いられ、一例として、外気温Ｔｏ≦−５℃、かつ、室外熱交温度Ｔｃ≦−１５℃の場合、および／または、室内温度Ｔｉが所定時間経過も設定温度に達しない場合に、制御部２０は、除霜開始（Ｙｅｓ）と判定する。

そうすると、ステップＳＴ１０４で、タイマ２１０にて計時された暖房運転時間Ａを記憶し、ステップＳＴ１０５で、四方弁１２を暖房運転側から冷房運転側に切り替えて、除霜運転を開始する。この除霜運転時、室内機側では、室内温度が下がらないようにするため、室内ファン１６１を停止させている。

除霜運転が開始されると、制御部２０は、ステップＳＴ１０６で、除霜運転を終了するかどうかを判定する。この実施形態において、除霜終了判定には、室外熱交温度Ｔｃと、除霜運転時間ＲＴとが用いられ、室外熱交温度Ｔｃが所定の解除温度（一例として１５℃）にまで上昇した場合、もしくは室外熱交温度Ｔｃが解除温度にまで上昇せず、除霜運転時間ＲＴがタイムアップ時間（一例として１５分）になった場合に、制御部２０は、除霜終了（Ｙｅｓ）と判定する。

これにより、四方弁１２が冷房運転側から再度暖房運転側に切り替えられ、ステップＳＴ１０２に戻って暖房運転が再開されるが、先のステップＳＴ１０２で行われた暖房運転を「前回暖房運転」、除霜運転後に再開される暖房運転を「次回暖房運転」として、この実施形態では、次回暖房運転を行うにあたって、ステップＳＴ１０７〜ＳＴ１１０のいずれかのステップにより、前回の暖房運転時間Ａに基づいて、次回暖房運転での室外ファン回転数が決められる。

まず、制御部２０は、ステップＳＴ１０７で、Ａ＜６０分であるかどうか、すなわち、暖房運転開始から６０分を経たないで除霜運転が開始されたかどうかを判定し、その判定結果がＹｅｓである場合には、頻繁に除霜運転に入りやすい状況であると推測されることから、ステップＳＴ１０７ａで、次回暖房運転で除霜運転に入りづらくするように、室外ファン回転数Ｂを、Ｂ＝Ｂ＋３ステップの１０００ｒｐｍに上げて設定する。

ステップＳＴ１０７での判定結果がＮｏ（Ａ≧６０分）であれば、次のステップＳＴ１０８で、Ａ＜１２０分であるかどうかを判定し、その判定結果がＹｅｓであれば、ステップＳＴ１０８ａで、次回暖房運転での室外ファン回転数Ｂを、Ｂ＝Ｂ＋２ステップの９００ｒｐｍに設定する。

ステップＳＴ１０８での判定結果がＮｏ（Ａ≧１２０分）であれば、次のステップＳＴ１０９で、Ａ＜１８０分であるかどうかを判定し、その判定結果がＹｅｓであれば、ステップＳＴ１０９ａで、次回暖房運転での室外ファン回転数Ｂを、Ｂ＝Ｂ＋１ステップの８００ｒｐｍに設定する。

ステップＳＴ１０９での判定結果がＮｏ（Ａ≧１８０分）であれば、次のステップＳＴ１１０で、Ａ＜２４０分であるかどうかを判定し、その判定結果がＹｅｓであれば、室外ファン回転数Ｂを変更せず、初期の７００ｒｐｍのままとして、次回暖房運転に入る。

ステップＳＴ１１０での判定結果がＮｏ（Ａ≧２４０分）の場合には、ステップＳＴ１１０ａで、次回暖房運転での室外ファン回転数Ｂを、Ｂ＝Ｂ−１ステップの６００ｒｐｍに下げて設定する。なお、このように室外ファン回転数Ｂを下げる場合、最小回転数（下限値）を限度とする。

このように、本発明によれば、前回の暖房運転時間Ａ（暖房運転開始から除霜運転に入るまでの時間）に応じて、除霜運転終了後の次回暖房運転時の室外ファン回転数を設定する、すなわち、上記実施形態のように、Ａ＜６０分の場合には１０００ｒｐｍ，６０分≦Ａ＜１２０分の場合には９００ｒｐｍ，１２０分≦Ａ＜１８０分の場合には８００ｒｐｍ，１８０分≦Ａ＜２４０分の場合には初期の７００ｒｐｍを維持、Ａ≧２４０分の場合には６００ｒｐｍに下げる、ようにしたことにより、上記従来技術のように、除霜運転終了後の暖房運転時において、室外ファンの回転数を一律に最大回転数とする場合に比べて、室外ファンの無駄な消費電力を削減することができ、また、除霜運転に入る頻度を抑えることができる。

１１圧縮機
１２四方弁
１３室外熱交換器
１３１室外ファン
１３２外気温センサ
１３３室外熱交温度センサ
１４膨張弁
１６室内熱交換器
１６２室温センサ
１７アキュムレータ
２０制御部
２１０タイマ

Claims

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルと、上記四方弁により上記冷凍サイクルを暖房運転と冷房運転とに可逆的に切り替える制御部とを含み、
上記制御部は、暖房運転中において、所定の除霜運転開始条件下で上記四方弁を暖房運転側から冷房運転側に切り替えて上記室外熱交換器に付着した霜を取り除く除霜運転を開始させ、上記除霜運転開始後において、所定の除霜運転解除条件下で除霜運転を終了させて、上記四方弁を冷房運転側から暖房運転側に切り換えて、暖房運転を再開させる制御を行う空気調和機において、
上記制御部は、除霜運転を終了させて暖房運転を再開させるにあたって、上記除霜運転に入る直前の前回暖房運転で実行された暖房運転時間Ａを記憶し、上記室外熱交換器が備えている室外ファンの回転数Ｂを、上記暖房運転時間Ａの長短に応じて設定し、上記暖房運転を再開させることを特徴とする空気調和機。
上記制御部は、上記暖房運転時間Ａが所定時間を超えたかどうかを判定するための基準時間Ｔｈを有し、上記暖房運転時間Ａが上記基準時間Ｔｈよりも短時間である場合には、上記室外ファンの回転数Ｂを、上記前回暖房運転時の回転数Ｂｆよりも大きくし、上記暖房運転時間Ａが上記基準時間Ｔｈよりも長時間である場合には、上記室外ファンの回転数Ｂを、上記前回暖房運転時の回転数Ｂｆと同回転数、もしくはそれよりも低い回転数とすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。