JP6323431B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮機を用いて冷媒を循環させる空気調和機に関する。
従来から、冷媒回路の冷媒を圧縮機にて循環させて室内熱交換器で室内空気を暖める暖房運転が可能な空気調和機の中には、冷媒回路中の室外熱交換器に付着した霜を除去するための除霜運転が行われるものがある。例えば、特許文献1(特開2011-27286号公報)には、除霜運転時には、冷房運転と同じ冷凍サイクルを行って室外熱交換器に付着した霜を取る技術が開示されている。そして、特許文献1に記載されている空気調和機では、除霜運転が終了すると再び暖房運転に復帰して室内の暖房が行われる。
例えば、特許文献1に記載されている空気調和機では、除霜運転から暖房運転に復帰したときには圧縮機を最大回転数にして暖房を行い、素早く室内を暖めることが説明されている。ところが、空気調和機が暖房を行う対象である室内については、例えば断熱性及び熱容量が区々であることから、暖房運転に復帰するまでの温度の下降の状況及び暖房運転に復帰したときの温度の上昇の状況も区々になる。そのような室内に対して、除霜運転から復帰したときに、常に圧縮機を最大回転数にして暖房を行うと、たちまちサーモオフしてしまう状況が発生しており、室内温度の変動が大きくなる原因ともなっている。
本発明の課題は、空気調和機が行う暖房運転について、除霜運転から暖房運転に復帰したときの室内温度の変動を小さくすることである。
本発明の第1観点、第5観点または第6観点に係る空気調和機は、運転周波数を変更可能な圧縮機と、圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器と、圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器とを備え、室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、目標室内温度と復帰時の室内温度との差である第1温度差が第1閾値より大きいときよりも、第1温度差が第1閾値より小さいときに、小さくなる。
この空気調和機では、除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、目標室内温度と復帰時の室内温度との差である第1温度差が第1閾値より大きいときよりも、第1温度差が第1閾値より小さいときに、小さくなることから、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機の除霜後初期周波数が室内の暖房状況に照らして過度に大きくなるのを防ぐことができる。
また、本発明の第1観点に係る空気調和機は、復帰時の室内温度を取得するタイミングは、除霜運転から暖房運転に切り換わる期間において前記圧縮機の運転周波数が最も低下したタイミングである、ものである。
この空気調和機では、除霜運転から暖房運転に切り換わる期間において圧縮機の運転周波数が最も低下したタイミングで復帰時の室内温度を取得することから、除霜運転時に生じた室内温度の変化の把握が行い易くなる。
本発明の第2観点に係る空気調和機は、第1観点に係る空気調和機において、目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、室内温度を検出するための室内温度センサとをさらに備え、目標室内温度設定手段と室内温度センサとを用いて第1温度差を算出し、第1温度差が第1閾値より大きければ除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、第1温度差が第1閾値以下であれば除霜後初期周波数として第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成されている、ものである。
この空気調和機では、第1温度差が第1閾値より大きければ除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、第1温度差が第1閾値以下であれば除霜後初期周波数として第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成されていることから、第1運転周波数と第2運転周波数と第1閾値とを適切な値に設定しておくことで、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機の運転周波数を室内の暖房に必要な能力に応じて調節することができる。
本発明の第3観点に係る空気調和機は、第1観点又は第2観点に係る空気調和機において、暖房運転から除霜運転に切り換わるときの暖房運転時の圧縮機の運転周波数である除霜前運転周波数を、除霜後初期周波数の算定の要素に含めることができるように構成されている、ものである。
この空気調和機では、圧縮機の除霜前運転周波数を、除霜後初期周波数の算定の要素に含めることができるように構成されていることから、除霜運転に入る前の暖房運転時の圧縮機の運転周波数を考慮に入れて圧縮機の運転周波数が室内の暖房状況に照らして適切な運転周波数になるように除霜後初期周波数を設定できる。
本発明の第4観点に係る空気調和機は、第3観点に係る空気調和機において、除霜前運転周波数を記憶するための記憶部をさらに備え、記憶部から読み出した除霜前運転周波数を除霜後初期周波数に用いる、ものである。
この空気調和機では、記憶部から読み出した除霜前運転周波数を除霜後初期周波数に用いると、室内の暖房状況に照らして適切な運転周波数になるように除霜後初期周波数を簡単に設定できる。
また、本発明の第5観点に係る空気調和機は、除霜運転前暖房終了時又は除霜開始時における目標室内温度と室内温度との差である第2温度差を使って、第2温度差が第2閾値より大きければ、第1温度差と第1閾値との関係に拘わらず第2運転周波数よりも大きい第3運転周波数を除霜後初期周波数として用いる、ものである。
この空気調和機では、第2温度差が第2閾値より大きければ、第1温度差と第1閾値との関係に拘わらず第2運転周波数よりも大きい第3運転周波数を除霜後初期周波数として用いることで、除霜運転前に暖房運転が安定していない場合に必要以上に除霜運転から復帰したときの暖房運転時の圧縮機の運転周波数を下げるのを防ぐことができる。
また、本発明の第6観点に係る空気調和機は、第1運転周波数は、運転停止状態から暖房運転が開始されて徐々に高くなって最も高い状態で安定したときの始動時定常運転周波数である、ものである。
この空気調和機では、第1運転周波数が、運転停止状態から暖房運転が開始されて徐々に高くなって最も高い状態で安定したときの始動時定常運転周波数であることから、除霜運転から暖房運転に復帰したときに、室内温度の変動が大きくならない場合には室内温度を素早く目標室内温度に到達させることができる。
本発明の第1観点、第5観点または第6観点に係る空気調和機では、除霜運転から暖房運転に復帰したときの室内温度の変動を小さくすることができる。
また、本発明の第1観点に係る空気調和機では、室内の暖房に必要な能力に応じた圧縮機の運転周波数の調節を行い易くなる。
本発明の第2観点に係る空気調和機では、除霜後初期周波数が過度に大きくならないように設定することができる。
本発明の第3観点に係る空気調和機では、室内の暖房状況に対して過度に大きくならない除霜後初期周波数の適切な設定が簡単に行える。
本発明の第4観点に係る空気調和機では、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機の運転周波数が室内の暖房状況に照らして過度に大きくなるのを防ぐことができる。
本発明の第5観点に係る空気調和機では、除霜運転から復帰したときの暖房運転の能力が小さくなって室内温度の上昇が緩やかになり過ぎるのを防ぐことができる。
本発明の第6観点に係る空気調和機では、復帰時の立ち上げ性能を確保できる。
実施形態に係る空気調和機の外観を示す斜視図。 実施形態に係る空気調和機の構成の概要を示す回路図。 空気調和機の制御系統の概略構成を示すブロック図。 (a)圧縮機の運転周波数に関するタイミングチャート、(b)除霜要求フラグに関するタイミングチャート、(c)残留運転指令に関するタイミングチャート、(d)室内ファン上限制限に関するタイミングチャート、(e)四路切換弁の切換に関するタイミングチャート、(f)室外ファンのオン・オフに関するタイミングチャート、(g)膨張機構の開度に関するタイミングチャート。 除霜後初期周波数の設定と復帰時の暖房運転を説明するためのフローチャート。 暖房運転復帰時の室内温度の変化を説明するための概念図。
(1)空気調和機の構成の概要
本発明の一実施形態に係る空気調和機の構成の概要について図1及び図2を用いて説明する。図1に示されている空気調和機1は、室内の壁面WLなどに取り付けられる室内機3と、屋外に設置される室外機2とを備えている。なお、図1においては、室外機2が壁面WLを挟んで室内機3とは反対側の屋外にあることから、室外機2が破線で示されている。図2には、空気調和機1の回路構成が示されている。この空気調和機1は、冷媒回路10を備えており、冷媒回路10の中の冷媒を循環させることにより蒸気圧縮式冷凍サイクルを実行することができる。冷媒が循環する冷媒回路10を形成するために、連絡配管4によって、室内機3と室外機2が接続されている。また、図3に示されているように、空気調和機1は、内部の機器を制御するために制御部50を備えている。空気調和機1には、リモートコントローラ5が付属しており、このリモートコントローラ5は、例えば赤外線を用いて制御部50と通信する機能を持っている。従って、ユーザは、リモートコントローラ5を用いて空気調和機1に対して種々の設定を行うことができる。
(1−1)冷媒回路10
冷媒回路10は、圧縮機11と、四路切換弁12と、室外熱交換器13と、膨張機構14と、アキュムレータ15と、室内熱交換器16とを備えている。吸入口から冷媒を吸入して圧縮した冷媒を、圧縮機11は、吐出口から四路切換弁12の第1ポートに対して吐出する。四路切換弁12は、さらに、室外熱交換器13に接続された第2ポートと、アキュムレータ15に接続された第3ポートと、室内熱交換器16に接続された第4ポートとを有する。
四路切換弁12は、空気調和機1が暖房運転をするときに、破線で示されているように、第1ポートと第4ポートとの間で冷媒を流通させると同時に第2ポートと第3ポートの間で冷媒を流通させる。また、空気調和機1が冷房運転をするとき及び逆サイクルデフロスト運転をするとき、実線で示されているように、四路切換弁12は、第1ポートと第2ポートの間で冷媒を流通させると同時に第3ポートと第4ポートの間で冷媒を流通させる。
室外熱交換器13は、四路切換弁12の第2ポートとの間でガス冷媒を主に流通させるためのガス側出入口を有するとともに、膨張機構14との間で液冷媒を主に流通させるための液側出入口を有している。室外熱交換器13は、室外熱交換器13の液側出入口とガス側出入口との間に接続された伝熱管(図示せず)を流れる冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせる。
膨張機構14は、室外熱交換器13と室内熱交換器16との間に配置されている。膨張機構14は、室外熱交換器13と室内熱交換器16の間を流れる冷媒を膨張させて減圧する機能を有している。
室内熱交換器16は、膨張機構14との間で液冷媒を流通させるための液側出入口を有するとともに、四路切換弁12の第4ポートとの間でガス冷媒を流通させるためのガス側出入口を有している。室内熱交換器16は、室内熱交換器16の液側出入口とガス側出入口との間に接続された伝熱管(図示せず)を流れる冷媒と室内空気との間で熱交換を行わせる。
四路切換弁12の第3ポートと圧縮機11の吸入口との間には、アキュムレータ15が配置されている。アキュムレータ15では、四路切換弁12の第3ポートから圧縮機11に流れる冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、アキュムレータ15から圧縮機11の吸入口には主にガス冷媒が供給される。
室外機2は、伝熱管を流れる冷媒と室外空気との熱交換を促進するため、室外熱交換器13を通過する室外空気の気流を発生させる室外ファン21を備えている。この室外ファン21は、回転数を変更できる室外ファンモータ21aによって駆動される。また、室内機3は、伝熱管を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進するため、室内熱交換器16を通過する室内空気の気流を発生させる室内ファン31を備えている。この室内ファン31は、回転数を変更できる室内ファンモータ31aによって駆動される。
図1に示されているように、室内機3には、風向調整羽根36が設けられている。図1に示された室内機3は、風向調整羽根36によって吹出口が閉じられた状態にある。暖房運転時には、風向調整羽根36が風向調整羽根駆動モータ37(図3参照)によって駆動され、開いた吹出口から温風が吹出される。室内機3に吸入される室内空気は、室内機3の上方にある吸込口(図示せず)から吸込まれる。
(1−2)冷媒回路10の制御系統の構成概要
図3に示されているように、制御部50は、室外機2内に内蔵されている室外制御装置26と室内機3内に内蔵されている室内制御装置35とを有している。これら室外制御装置26と室内制御装置35とは、相互に信号線で接続され、互いに信号を送受信できるように構成されている。
室外機2の室外制御装置26は、圧縮機11、四路切換弁12、膨張機構14及び室外ファン21などを制御する。そのために、室外機2は、室外空気の温度を測定するための室外温度センサ22と、室外熱交換器13の特定の場所を流れる冷媒の温度を測定するための室外熱交換器温度センサ23と、暖房運転時に蒸発器として機能している室外熱交換器13のガス側出入口から流出する冷媒の温度を検出するための出口管温度センサ24と、圧縮機11に吸入されるガス冷媒の温度を検出するための吸入管温度センサ25とを備えている。そして、室外制御装置26は、室外温度センサ22及び室外熱交換器温度センサ23が測定した温度に関する信号を受信するために、室外温度センサ22及び室外熱交換器温度センサ23に接続されている。この室外制御装置26は、例えばCPU(図示せず)とメモリ26aを含んでおり、メモリ26aに記憶されているプログラムなどに従って室外機2の制御を行うことができる構成になっている。
室内機3の室内制御装置35は、室内ファン31などを制御する。そのために、室内機3は、室内空気の温度を測定するための室内温度センサ32と、室内熱交換器16の特定の場所を流れる冷媒の温度を測定するための室内熱交換器温度センサ33とを備えている。そして、室内制御装置35は、室内温度センサ32及び室内熱交換器温度センサ33が測定した温度に関する信号を受信するために、室内温度センサ32及び室内熱交換器温度センサ33に接続されている。この室内制御装置35は、例えばCPU(図示せず)とメモリ35aを含んでおり、メモリ35aに記憶されているプログラムなどに従って室外機2の制御を行うことができる構成になっている。
リモートコントローラ5は、図1に示されている液晶表示装置5aとボタン5bとを有している。リモートコントローラ5には、図3に示されているように、運転スイッチ51、運転切換スイッチ52、温度設定スイッチ53及び風量設定スイッチ54が設けられており、ボタン5bを使ってユーザがこれらのスイッチの操作をすることができる。
運転スイッチ51は、空気調和機1の運転と停止とを切り換えるためのスイッチであって、運転スイッチ51が操作される毎に運転と停止とが交互に切り換わる。運転切換スイッチ52は、例えば、冷房運転と暖房運転とを選択するときに用いられる。温度設定スイッチ53は、ユーザが望む室内温度を入力するために用いられるスイッチである。また、風量設定スイッチ54は、ユーザが望む風量を入力するために用いられるスイッチである。制御部50は、温度設定スイッチ53を用いて入力された設定温度Tsに基づいて、目標室内温度Ttを設定する。例えば、設定温度Tsに一定値α1を加えた(Ts+α1)を目標室内温度Ttとする。あるいは、設定温度Tsに所定の関数f1(x)に従って計算された値β1を加えた(Ts+β1)を目標室内温度Ttとしてもよい。目標室内温度Ttよりも室内温度Trが高くなれば、制御部50は空気調和機1をサーモオフさせる。なお、制御部50は、設定温度Tsから一定値α2を引いた値(Ts−α2)より室内温度Trが低くなれば、制御部50が空気調和機1をサーモオンさせる。あるいは、設定温度Tsから所定の関数f2(x)に従って計算された値β2を差し引いた値(Ts−β1)より室内温度Trが低くなれば、制御部50が空気調和機1をサーモオンさせるように設定されてもよい。
制御部50は、上述のような種々のセンサの測定値とリモートコントローラ5から入力される指令に基づき、空気調和機1を構成する種々の機器を制御する。また、制御部50は、リモートコントローラ5の液晶表示装置5aを用いて、入力された指令の状況及び制御の状況をユーザに報知する。
(2)暖房運転、冷房運転及び逆サイクルデフロスト運転の概要
(2−1)暖房運転
空気調和機1の暖房運転のときは、四路切換弁12は、図2に示された破線の状態に切り換わる。すなわち、圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁12を介して室内熱交換器16に流れ込む。このとき、室内熱交換器16は、凝縮器として機能する。そのため、室内熱交換器16の中を流れるに従って、冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を暖めて自身が冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室内熱交換器16で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構14によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構14を経て室外熱交換器13に流れ込んだ冷媒は、室外空気との熱交換によって暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室外熱交換器13は、蒸発器として機能している。そして、室外熱交換器13から四路切換弁12及びアキュムレータ15を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機11に吸入される。このような圧縮機11、室内熱交換器16、膨張機構14及び室外熱交換器13の順に冷媒を流して、このような蒸気圧縮式冷凍サイクルを繰り返すのが正サイクルである。
(2−2)冷房運転
空気調和機1の冷房運転のときは、四路切換弁12は、図2に示された実線の状態に切り換わる。すなわち、圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁12を介して室外熱交換器13に流れ込む。このとき、室外熱交換器13は、凝縮器として機能する。そのため、室外熱交換器13の中を流れるに従って、冷媒は、室外空気との熱交換によって冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室外熱交換器13で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構14によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構14を経て室内熱交換器16に流れ込んだ冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を冷やして自身が暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室内熱交換器16は、蒸発器として機能している。そして、室内熱交換器16から四路切換弁12及びアキュムレータ15を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機11に吸入される。
(2−3)逆サイクルデフロスト運転
逆サイクルデフロスト運転は、暖房運転が行われたことで室外熱交換器13に付着した霜を取るために行われる。従って、暖房運転の途中で逆サイクルデフロスト運転に切り換わり、逆サイクルデフロスト運転が終了すると再び暖房運転に復帰する。逆サイクルデフロスト運転では、冷房運転と同じように、四路切換弁12が、図2に示された実線の状態に切り換わる。そして、逆サイクルデフロスト運転でも、冷房運転と同様の蒸気圧縮式冷凍サイクルが繰り返される。つまり、暖房運転時の正サイクルとは逆に、逆サイクルデフロスト運転で行われるのは、圧縮機11、室外熱交換器13、膨張機構14及び室内熱交換器16の順に冷媒を流して蒸気圧縮式冷凍サイクルを繰り返す逆サイクルである。
逆サイクルデフロスト運転に入るときには、暖房制御が行われているときに、室外機2の室外制御装置26が除霜を行うことを決定する。室外機2で除霜を行うことを決定すると、図4(b)に示されている除霜要求フラグが「0」から「1」に変化し、室外機2の室外制御装置26から室内機3の室内制御装置35に除霜要求信号が送信される。
除霜要求信号を受けた室内機3において除霜運転の準備が完了すると、室内制御装置35は、除霜許可信号を室外制御装置26に送信する。室外制御装置26は、除霜許可信号を受信すると、除霜制御を開始し、除霜中であることを示す信号を室内制御装置35に送信する。
室外機2で、除霜が終了したと室外制御装置26が判断すると、図4(b)の除霜要求フラグが「1」から「0」に変化して、室外制御装置26から室内機3の室内制御装置35に通常の暖房運転に戻ることを通知する通常通知信号が送信される。通常通知信号を受信した室内機3は、暖房運転のための暖房制御に復帰する。
(3)逆サイクルデフロスト運転時の動作
(3−1)逆サイクルデフロスト運転の開始
逆サイクルデフロスト運転時の空気調和機1の動作について、図4(a)〜図4(g)に示されているタイミングチャートを用いて説明する。図4(b)に示されている除霜要求フラグのタイミングチャートを見ると、時刻t1において除霜要求フラグが「0」から「1」に変化しており、このタイミングで制御部50の室外制御装置26から室内制御装置35に除霜要求信号が送信される。また時刻t1には、図4(d)に示されているように、除霜要求信号を受信した室内機3では、室内ファン31の回転数の上限制限が、通常の暖房運転時の制限から除霜用の制限に切り換えられる。通常の暖房運転では、例えば、風量設定スイッチ54で入力可能な最大風量に対応して室内ファン31の回転数の上限制限が設けられている。それに対して、除霜用の制限が室内ファン31に課されているときには、風量設定スイッチ54で最大風量に設定されていても、制御部50は、室内ファン31の回転数を最大風量時の回転数よりも小さな回転数に制限する。このような除霜用の制限が室内ファン31の回転数に設けられることにより、除霜運転時に吹出される冷風によってユーザが感じる不快感が抑制される。
また、室外機2では、除霜運転に入る直前(時刻t1)の圧縮機11の運転周波数Fwが、除霜前運転周波数としてメモリ26aに記憶される。そして、室外機2では、室外制御装置26により、時刻t1から圧縮機11の運転周波数を徐々に下げる制御が開始される。
圧縮機11の運転周波数を示す図4(a)のタイミングチャートを見ると、時刻t2で圧縮機11が停止されたことが分かる。圧縮機11が停止されて圧縮機11の運転周波数が0になることにより、四路切換弁12の室内熱交換器16の側と室外熱交換器13の側の圧力が同程度になる均圧が行われる。
図4(e)に示されているように、均圧が行われて四路切換弁12の切り換えが可能になった後、時刻t3において、四路切換弁12が暖房側から冷房側に切り換えられる。つまり、四路切換弁12は、図2の破線の接続状態から実線の接続状態に切り換えられる。四路切換弁12が切り換わると、その後圧縮機11が駆動を始める(図4(a)の時刻t5)。
(3−2)逆サイクルデフロスト運転中の制御
逆サイクルデフロスト運転中は、圧縮機11の運転周波数(図4(a)参照)及び膨張機構14の開度(図4(b)参照)が、メモリ26aに記憶されているシーケンスに従って室外制御装置26により制御される。室外制御装置26は、除霜運転を終了するための除霜完了判定が行われる。除霜運転を終了するための除霜完了判定で、除霜運転を完了する判定が出ると、図4(c)に示されているように、時刻t6において残留運転指令が「0」から「1」に変化し、残留運転を行う指令が出される。残留運転指令が出されると、圧縮機11の運転周波数を徐々に下げていって残留運転周波数Fxまで下げ、この残留運転周波数Fxを所定時間保持する。この残留運転によって、四路切換弁12の第1ポートから第4ポートまでの圧力差を緩和する。残留運転が完了すると(時刻t7)、制御部50の室外制御装置26は、残留運転指令を「1」から「0」に変化させ、圧縮機11を停止させる。そして、圧縮機11が停止した状態で、図4(e)に示されているように、四路切換弁12を実線の接続から破線の接続、すなわち圧縮機11から吐出された冷媒を室内熱交換器16に送り、室外熱交換器13から流出した冷媒を圧縮機11に吸入する経路に切り換える(時刻t8)。また、このとき図4(f)に示されているように、室外ファン21の駆動を開始する。
そして、制御部50の室外制御装置26において時刻t8から少し遅れた時刻t9に、除霜要求フラグが「1」から「0」に変化し、室外制御装置26から室内制御装置35に通常通知信号が送信される。そして、室内制御装置35は、時刻t9から圧縮機11を始動するとともに、室内ファン31の回転数について上限の制限を除霜用の制限から通常の制限に変更する。
室内制御装置35は、圧縮機11が停止している期間の終わりに(時刻t9)、室内温度センサ32により検出された室内温度Tr1を受信する。そして、制御部50は、除霜運転から暖房運転に復帰するときに、圧縮機11を除霜後初期周波数Fsで駆動する。ここでは、制御部50は、除霜後初期周波数Fsとして、室外制御装置26のメモリ26aに記憶されている除霜運転に入る直前の暖房運転時の運転周波数Fwか、又は空気調和機1が停止した状態から、リモートコントローラ5の運転スイッチ51により暖房運転が開始されるときに用いられる始動時定常運転周波数Fmaxが選択される。そして、制御部50の制御により、時刻t9から暖房運転が開始され、除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fw又は始動時定常運転周波数Fmaxで圧縮機11が回転される。この時刻t9は、暖房運転再開時に含まれる。
(3−3)除霜後初期周波数Fsの設定
除霜後初期周波数Fsの設定とそれを用いた復帰時の暖房運転について図5を用いてさらに説明する。まず、制御部50では、除霜要求フラグが「0」から「1」になる時点、すなわち暖房運転から除霜運転に切り換わる時点を監視している(ステップS1)。そして、除霜要求フラグが「1」になった時点で室内温度センサ32により検出される室内温度Tr2を室内制御装置35がメモリ35aに記憶する。また除霜要求フラグが「1」になった時点で設定されている圧縮機11の運転周波数Fwを室外制御装置26のメモリ26aに記憶する(ステップS2)。
そして、除霜運転に入ってから、除霜要求フラグが「1」から「0」になる時点、すなわち除霜運転から暖房運転に復帰される時点を監視している(ステップS3)。そして、除霜要求フラグが「1」から「0」になった時点で室内温度センサ32から室内制御装置35が受信した室内温度Tr1が除霜後初期周波数Fsの設定に用いられる(ステップS4)。
制御部50は、リモートコントローラ5の温度設定スイッチ53により設定された設定温度をメモリ35aに記憶している。そして、制御部50は、この設定温度Tsと一定値α1との和(Ts+α1)を目標室内温度Ttとして算出する。制御部50は、この目標室内温度Ttを用いて、空気調和機1を制御している。例えば、目標室内温度Ttよりも室内温度センサ32で検出された室内温度Trが高ければ、制御部50が空気調和機1をサーモオフさせる。
制御部50は、除霜運転直前の暖房運転時の目標室内温度Tt2と室内温度Tr2との第2温度差ΔD2を計算する(ステップS5)。さらに、制御部50は、除霜運転から暖房運転に復帰する時点(時刻t9)の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1との第1温度差ΔD1を計算する(ステップS5)。そして、除霜直前暖房運転時の目標室内温度Tt2と室内温度Tr2との第2温度差ΔD2が第2閾値Th2以下で、且つ除霜運転から暖房運転への復帰時の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1との第1温度差ΔD1が第1閾値Th1以下であれば(ステップS6のYes)、制御部50は、除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを除霜後初期周波数Fsとして用いる(ステップS7)。しかし、除霜直前暖房運転時の目標室内温度Tt2と室内温度Tr2との第2温度差ΔD2が第2閾値Th2より大きいか、又は除霜運転から暖房運転への復帰時の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1との第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きければ(ステップS6のNo)、制御部50は、暖房運転開始時と同じ始動時定常運転周波数Fmaxを除霜後初期周波数Fsとして用いる(ステップS8)。例えば、第2閾値Th2を2℃、第1閾値Th1を3℃として除霜後初期周波数Fsを設定することができる。この第2閾値Th2は、例えば暖房運転で室内が十分に暖まっているなどして、室内温度の安定性が良好であるか否かを判定する指標として用いられている。また、第1閾値Th1は、例えば室内の保温が優れているなどして、除霜時の室内温度低下が抑制されているか否かを判断する指標として用いられている。
(4)変形例
(4−1)変形例A
上記実施形態では、復帰時の第1温度差ΔD1として、暖房運転再開時の時刻t9の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1とを用いているが、復帰時は、暖房運転再開時に限られるものではない。例えば、復帰の第1温度差D1を得るために、除霜運転終了時の例えば時刻t6又は時刻t7の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1とを用いてもよい。また、除霜運転から暖房運転に切り換わる四路切換弁12の切換時点(時刻t8)の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1とを用いて復帰時の第1温度差ΔD1を算出してもよい。
(4−2)変形例B
上記実施形態では、暖房運転再開時の目標室内温度Tt1として、時刻t9の目標室内温度Tt1を用いているが、必ずしも時刻t9に目標室内温度Tt1を読み出したり計算したりする必要はない。例えば、除霜前後で目標室内温度Ttが変更されることはないとみなして除霜前の目標室内温度Tt2をそのまま用いてもよい。その場合の第1温度差ΔD1は、ΔD1=Tt2−Tr1という式に従って算出される。
(4−3)変形例C
上記実施形態では、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときに除霜後初期周波数Fsとして始動時定常運転周波数Fmaxを用い、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fsとして除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fwを用いている。このことにより、目標室内温度Tt1と復帰時の室内温度Tr1との差である第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときに、除霜後初期周波数Fsが小さくなるように設定したが、このような設定のために用いることのできる運転周波数は、始動時定常運転周波数Fmaxと運転周波数Fwに限られるものではない。
(4−4)変形例D
上記実施形態では、室外熱交換器13の除霜を行うために、逆サイクルデフロスト運転を行う場合を説明した。しかし、除霜運転は、逆サイクルデフロスト運転に限られるものではない。除霜運転によって暖房運転が中断して室内温度Trが低下する場合には、本発明を適用することができる。
(4−5)変形例E
上記実施形態では、目標室内温度Tt,Tt1、Tt2として、設定温度Tsから算出された値を用いているが、目標室内温度はこれだけに限られるものではない。例えば、設定温度Tsを目標室内温度として用いてもよい。
(4−6)変形例F
上記実施形態では、第1温度差ΔD1と第1閾値Th1とを比較する場合及び第2温度差ΔD2と第2閾値Th2を比較する場合に、第1温度差ΔD1及び第2温度差ΔD2を算出して第1閾値Th1及び第2閾値Th2と比較する場合について説明したが、これらの比較の方法は上記実施形態の方法に限られない。例えば、ΔD1≦Th1を判断する場合には、Tt1−Tr≦Th1を判断すればよく、つまりはTr≧Tt1−Th1を判断してもよい。このTt−Th1をTαとおけば、Tr≧Tαを比較しても同じということである。
(4−7)変形例G
上記実施形態では、第2温度差ΔD2≦Th2且つ第1温度差ΔD1≦Th1の条件を満たすときに、除霜後初期周波数Fsとして、除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを用いる場合について説明した。しかし、除霜後初期周波数Fsとして必ずしも除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを用いなくてもよい。例えば、除霜前の暖房運転時の運転周波数Fwに所定の定数を掛けて求めた運転周波数Fw´であって、Fw´<Fmaxの条件を満たす運転周波数Fw´を除霜後初期周波数Fsとして用いてもよい。
また、第2温度差ΔD2≦Th2且つ第1温度差ΔD1≦Th1の条件を満たさないときに、除霜後初期周波数Fsとして、始動時定常運転周波数Fmaxを用いる場合について説明した。しかし、除霜後初期周波数Fsとして必ずしも始動時定常運転周波数Fmaxを用いなくてもよい。例えば、始動時定常運転周波数Fmaxに所定の定数を掛けて求めた運転周波数Fmax´を用いてもよい。Fw<Fmax´の条件を満たす運転周波数Fmax´を除霜後初期周波数Fsとして用いてもよい。さらには、Fw´<Fmax´であれば、Fw´とFmax´を用いてもよい。
また、上記実施形態では、除霜後初期周波数Fsを2つの候補の運転周波数Fw,Fmaxの中から選択したが、3つ以上の候補を準備しておいてその中から選択してもよい。その場合には、3つ以上の候補の中からの選択を行うために、閾値を第2閾値Th2と第1閾値Th1に加えて他の閾値を設定してもよい。
また、除霜後初期周波数Fsを求める関数を準備しておき、その関数の計算により除霜後初期周波数Fsの値を決定してもよい。その場合には、除霜後初期周波数Fsを求める関数のパラメータとして、復帰時の室内温度又は復帰時の室内温度に連動するパラメータを用いればよい。また、除霜後初期周波数Fsを求める関数のパラメータとして、除霜前の暖房運転時の運転周波数Fwを用いてもよい。
(4−8)変形例H
上記実施形態では、第2温度差ΔD2≦Th2且つ第1温度差ΔD1≦Th1の2条件を満たすときに、除霜後初期周波数Fsとして、除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを用いる場合を例に挙げて第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときの除霜後初期周波数Fsよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fsが小さくなる構成について説明した。しかし、前述の2条件のうちの一方を満たすときに、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときの除霜後初期周波数Fsよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fsが小さくなるように構成してもよい。
例えば、除霜後初期周波数Fsの決定を復帰時の第1温度差ΔD1だけで行うように構成することができる。つまり、図5のステップS6について、第2温度差ΔD2に拘わらず、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1以下であればステップS7に進み、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きければステップS8に進むように、構成を変更することもできる。
(5)特徴
(5−1)
以上説明したように、空気調和機1は、四路切換弁12によって冷媒回路10の冷媒の流れを変えることで、室内熱交換器16における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成されている。そして、空気調和機1の制御部50は、目標室内温度Tt1と復帰時の室内温度Tr1との差である第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときに、除霜後初期周波数Fsを小さくする。つまり、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときの除霜後初期周波数Fs(=始動時定常運転周波数Fmax)よりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fs(=除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fw)が小さくなっている。その結果、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機11の除霜後初期周波数Fsが室内の暖房状況に照らして過度に大きくなるのを防ぐことができる。
図6は、除霜運転から暖房運転に復帰するときの室内温度が、除霜後初期周波数によってどのように変化するかを説明するための概念図である。図6に示されている実線の室内温度の変化を呈する部屋は、部屋の断熱効果が比較的高く、且つ部屋の熱容量が比較的小さい場合である。この実線で示された室内温度Trの変化は、除霜後初期周波数Fsとして、始動時定常運転周波数Fmaxが用いられた場合に生じる。このような部屋においては、部屋から除霜運転時に失われる熱量が小さく除霜運転時にあまり温度が低下しないにもかかわらず、除霜運転から暖房運転に復帰したときに、始動時定常運転周波数Fmaxという高い運転周波数で圧縮機11を運転して多くの熱量を部屋に供給することになる。そうすると、図6に示されているように、室内温度Trが目標室内温度Ttを大きく超えて大きく変動することになる。それに対して、図6に示されている一点鎖線の室内温度の変化を呈する部屋は、部屋の断熱効果が比較的低く、且つ部屋の熱容量が比較的大きい場合である。この一点鎖線で示された室内温度Trの変化は、除霜後初期周波数Fsとして、除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fwが用いられた場合に生じる。このような部屋においては、部屋から除霜運転時に失われる熱量が大きく除霜運転時に温度が大きく低下するにもかかわらず、除霜運転から暖房運転に復帰したときに、運転周波数Fwという低い運転周波数で圧縮機11を運転することから部屋に供給される熱量が不足することになる。そうすると、図6に示されているように、室内温度Trがなかなか目標室内温度Ttに到達しなくなる。そこで、実線のような状況の場合に、除霜後初期周波数Fsとして、除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fwが用いてやることにより、図6に二点鎖線で示すように、室内温度Trの変化を小さくしながら室内温度Trを早く目標室内温度Tt付近で安定させてやることができるようになる。
(5−2)
上述の制御部50が、目標室内温度Ttを設定するための目標室内温度設定手段である。この空気調和機1では、復帰時の目標室内温度Tt1と復帰時に検出された室内温度Tr1との差である第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きければ除霜後初期周波数Fsとして始動時定常運転周波数Fmax(第1運転周波数の例)を用いている。また、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1以下であれば始動時定常運転周波数Fmaxよりも小さい運転周波数Fw(第2運転周波数の例)を除霜後初期周波数Fsとして用いている。また、第1閾値Th1として一定値例えば3℃を用いている。このように構成されていることから、始動時定常運転周波数Fmaxと運転周波数Fwと第1閾値Th1とが適切な値に設定され、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機11の除霜後初期周波数Fsを室内の暖房に必要な能力に応じて調節して、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機11の除霜後初期周波数Fsが室内の暖房状況に照らして過度に大きくなるのを防止することができている。
(5−3)
上述の空気調和機1では、圧縮機11の除霜前運転周波数である除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fwを、除霜後初期周波数Fsの算定の要素に含めることができるように構成されている。除霜後初期周波数Fsの算定の要素に運転周波数Fwを含める場合には、上記実施形態のように運転周波数Fwを除霜後初期周波数Fsとして直接用いる場合以外に、例えば除霜後初期周波数Fsを求める関数のパラメータに運転周波数Fwを用いる場合が含まれる。このように、除霜運転に入る前の暖房運転時の圧縮機11の運転周波数Fwを考慮に入れることにより、圧縮機11の運転周波数が室内の暖房状況に照らし適切な運転周波数になるように除霜後初期周波数Fsを設定できる。その結果、除霜後初期周波数Fsが過度に大きくならないように設定することができる。
(5−4)
上述の空気調和機1では、除霜前運転周波数を記憶するための記憶部であるメモリ26aから読み出した運転周波数Fwを除霜後初期周波数Fsに用いることができる。このようにメモリ26aに記憶された運転周波数Fwを用いることで、室内の暖房状況に照らし適切な運転周波数になるように除霜後初期周波数Fsを簡単に設定できる。除霜前の暖房運転で圧縮機11が運転周波数Fwで安定しているのであるから、除霜運転の間に失われる熱量が比較的少なければ、除霜後初期周波数Fsに適した運転周波数が運転周波数Fwに近い周波数である可能性が非常に高いので、除霜後初期周波数Fsの適切な設定が行えるのである。
(5−5)
上述の空気調和機1では、除霜運転直前の暖房運転時(時刻t2)の目標室内温度Tt2と室内温度Tr2を用いて除霜運転前暖房終了時の第2温度差ΔD2を算出する。そして、第2温度差ΔD2が第2閾値Th2より大きければ、第1温度差ΔD1と第1閾値Th1との関係に拘わらず始動時定常運転周波数Fmax(第3運転周波数の例)を除霜後初期周波数Fsとして用いている。また、第2閾値Th2として一定値例えば2℃を用いている。このように構成することで、除霜運転前に暖房運転が安定していない場合に必要以上に除霜運転から復帰したときの暖房運転時の圧縮機11の運転周波数を下げるのを防ぐことができている。その結果、除霜運転から復帰したときの暖房運転の能力が小さくなって室内温度Trの上昇が緩やかになり過ぎるのを防ぐことができる。
なお、除霜運転前暖房終了時の目標室内温度Tt2と室内温度Tr2として、時刻t1の値を用いてもよい。また、除霜運転前暖房終了時ではなく、除霜開始時である時刻t3
又は時刻t5のときの第2温度差ΔD2を用いてもよい。
また、上記実施形態では、第3運転周波数が第1運転周波数と同じ始動時定常運転周波数Fmaxを用いているが、第1運転周波数と第3運転周波数が異なっていてもよい。例えば、始動時定常運転周波数Fmaxから一定値を差し引いた値を第3運転周波数としてもよい。
(5−6)
上述の空気調和機1では、第1運転周波数が、運転停止状態から暖房運転が開始されて徐々に高くなって最も高い状態で安定したときの始動時定常運転周波数Fmaxである。このように構成されていることから、除霜運転から暖房運転に復帰したときに、室内温度Trの変動が大きくならない場合には室内温度Trを素早く目標室内温度Tt(又は設定温度Ts)に到達させることができ、復帰時の立ち上げ性能を確保できる。
(5−7)
上述の空気調和機1では、除霜運転から暖房運転に切り換わる期間において圧縮機の運転周波数が最も低下したタイミング(時刻t9)で復帰時の室内温度Tr1を取得することから、除霜運転時に生じた室内温度Trの変化の把握が行い易くなる。その結果、室内の暖房に必要な能力に応じた圧縮機11の運転周波数の調節を行い易くなる。
1 空気調和機
2 室外機
3 室内機
10 冷媒回路
11 圧縮機
12 四路切換弁
13 室外熱交換器
14 膨張機構
16 室内熱交換器
21 室外ファン
22 室外温度センサ
23 室外熱交換器温度センサ
24 室外制御装置
26a メモリ(記憶部の例)
31 室内ファン
32 室内温度センサ
33 室内熱交換器温度センサ
34 室内制御装置
50 制御部
特開2011−27286号公報

Claims (6)

  1. 運転周波数を変更可能な圧縮機(11)と、
    前記圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器(16)と、
    前記圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器(13)とを備え、
    前記室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と前記室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、
    除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、目標室内温度と復帰時の室内温度との差である第1温度差が第1閾値より大きいときよりも、前記第1温度差が前記第1閾値より小さいときに、小さくなり、
    復帰時の前記室内温度を取得するタイミングは、除霜運転から暖房運転に切り換わる期間において前記圧縮機の運転周波数が最も低下したタイミングである、空気調和機。
  2. 前記目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、前記室内温度を検出するための室内温度センサとをさらに備え、
    前記目標室内温度設定手段と前記室内温度センサとを用いて前記第1温度差を算出し、前記第1温度差が前記第1閾値より大きければ前記除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、前記第1温度差が前記第1閾値以下であれば前記除霜後初期周波数として前記第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成されている、
    請求項1に記載の空気調和機。
  3. 暖房運転から除霜運転に切り換わるときの暖房運転時の前記圧縮機の運転周波数である除霜前運転周波数を、前記除霜後初期周波数の算定の要素に含めることができるように構成されている、
    請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。
  4. 前記除霜前運転周波数を記憶するための記憶部(26a)をさらに備え、
    前記記憶部から読み出した前記除霜前運転周波数を前記除霜後初期周波数に用いる、
    請求項3に記載の空気調和機。
  5. 運転周波数を変更可能な圧縮機(11)と、
    前記圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器(16)と、
    前記圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器(13)と、
    目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、
    室内温度を検出するための室内温度センサと
    を備え、
    前記室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と前記室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、
    除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、前記目標室内温度と復帰時の前記室内温度との差である第1温度差を前記目標室内温度設定手段と前記室内温度センサとを用いて算出し、前記第1温度差が第1閾値より大きければ前記除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、前記第1温度差が前記第1閾値以下であれば前記除霜後初期周波数として前記第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成され、
    除霜運転前暖房終了時又は除霜開始時における前記目標室内温度と前記室内温度との差である第2温度差を使って、前記第2温度差が第2閾値より大きければ、前記第1温度差と前記第1閾値との関係に拘わらず前記第2運転周波数よりも大きい第3運転周波数を前記除霜後初期周波数として用いる、空気調和機。
  6. 運転周波数を変更可能な圧縮機(11)と、
    前記圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器(16)と、
    前記圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器(13)と、
    目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、
    室内温度を検出するための室内温度センサと
    を備え、
    前記室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と前記室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、
    除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、前記目標室内温度と復帰時の前記室内温度との差である第1温度差を前記目標室内温度設定手段と前記室内温度センサとを用いて算出し、前記第1温度差が第1閾値より大きければ前記除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、前記第1温度差が前記第1閾値以下であれば前記除霜後初期周波数として前記第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成され、
    前記第1運転周波数は、運転停止状態から暖房運転が開始されて徐々に高くなって最も高い状態で安定したときの始動時定常運転周波数である、空気調和機。
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