JP6466682B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、暖房運転時に室外熱交換器に着霜が検知されると、除霜運転を行う空気調和機に関する。
室内機と室外機とを有する空気調和機では、暖房運転中に室外熱交換器に霜が着き、熱交換に悪影響を及ぼす。そこで、室外熱交換器の温度を検出することにより、室外熱交換器への着霜の検知が行われる。着霜が検知されると、除霜運転が行われる。
ところで、暖房運転が開始され、圧縮機が動作すると、冷媒が循環して、冷凍サイクルが形成される。圧縮機が駆動された当初は、圧縮機の引き込み圧力が大きいので、室外熱交換器が急激に冷やされる。そのため、室外熱交換器の温度に基づいて除霜運転を行うか否かが判断されると、圧縮機が動作するたびに、着霜していると誤検知され、除霜運転が行われてしまう。この不要な運転を回避するために、圧縮機の運転から所定時間の間、除霜運転を行わないようにするためのマスク時間が設定されることが特許文献1に記載されている。
特開平10−267475号公報
圧縮機が動作してからマスク時間の間は除霜運転が行われない。ところで、室温が設定温度に達すると、圧縮機を停止するサーモオフが行われ、しばらくして室温が下がると、圧縮機を動作させるサーモオンが行われる。短いサイクルでサーモオフとサーモオンが繰り返されると、マスク時間が設定されているため、除霜運転が行われない。そのため、室外熱交換器に霜が着いても、霜が取り除かれず、室外熱交換器が凍り付いてしまい、暖房運転ができなくなってしまう。
本発明は、上記に鑑み、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返されるとき、室外熱交換器の除霜を行えるようにした空気調和機の提供を目的とする。
本発明の空気調和機は、暖房運転時に、室外熱交換器への着霜を検知する着霜検知部と、着霜が検知されたとき、除霜運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、暖房運転の開始から所定のマスク時間だけ着霜の検知を無効とし、マスク時間の経過後、着霜の検知を有効とする。そして、制御装置は、暖房運転時に圧縮機を停止させるサーモオフと停止している圧縮機を動作させるサーモオンが繰り返し行われるとき、除霜運転を強制的に行う。
マスク時間が経過するまでにサーモオフとサーモオンが繰り返される場合、着霜の検知が無効とされるので、除霜運転は行われない。このような状況のときに、強制的に除霜運転が行われる。
制御装置は、サーモオンの動作時間がマスク時間以上に設定された規定時間以下のサーモオンが所定回数行われたとき、除霜運転を行う。すなわち、制御装置は、サーモオフを開始したときに、直前のサーモオンの動作時間が規定時間以下かをチェックし、規定時間以下のとき、カウントし、カウントが所定回数に達したとき、除霜運転を行う。サーモオンの動作時間に基づいて、短いサイクルでのサーモオフとサーモオンの繰り返しが判断される。
本発明によると、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返される状況になったときに、強制的に除霜運転を行うことにより、このような状況では室外熱交換器の除霜を行えないといった弊害をなくすことができる。
本発明の空気調和機の冷凍サイクルの概略構成図 空気調和機の制御ブロック図 第1実施形態の除霜運転を行うときのフローチャート 第2実施形態の除霜運転を行うときのフローチャート 第3実施形態の除霜運転を行うときのフローチャート 第4実施形態の除霜運転を行うときのフローチャート
(第1実施形態)
第1実施形態の空気調和機を図1に示す。ヒートポンプ式の空気調和機は、室外機1と室内機2とが配管および配線により接続されて構成される。室外機1は、圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器5、膨張弁6、室外ファン7を備える。室内機2は、室内熱交換器8、室内ファン9を備える。圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器5、膨張弁6、室内熱交換器8が配管により接続されて冷媒回路が形成される。室内機2の配管と室外機1の配管を接続するために、室外機に二方弁10および三方弁11が設けられる。膨張弁6と室内熱交換器8とを接続する配管に、二方弁10が介装され、四方弁4と室内熱交換器8とを接続する配管に、三方弁11が介装される。
圧縮機3が駆動されると、冷媒が冷媒回路を循環する。冷媒が冷媒回路を循環することにより、暖房あるいは冷房の冷凍サイクルが形成される。冷房サイクルでは、圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器5、膨張弁6、室内熱交換器8の順に冷媒が循環する。暖房サイクルでは、圧縮機3、四方弁4、室内熱交換器8、膨張弁6、室外熱交換器5の順に冷媒が循環する。
そして、図2に示すように、空気調和機は、冷凍サイクルを制御して、冷房、暖房、除湿などの空調運転を行う制御装置12を備えている。また、空気調和機は、室温検出器13、外気温検出器14、室外熱交換器5の温度を検出する室外熱交換器温度検出器15、室内熱交換器8の温度を検出する室内熱交換器温度検出器16を備えている。各温度検出器13〜16は、サーミスタなどの温度センサを用いる。
制御装置12は、指示された運転モードに応じて、各温度検出器13〜16によって検出された温度に基づいて圧縮機3の回転数(運転周波数)、膨張弁6の開度、室外ファン7の回転数、室内ファン9の回転数をそれぞれ制御する。なお、制御装置12は、室内機2に設けられた室内制御部と、室外機1に設けられた室外制御部とから構成される。室内制御部と室外制御部とは互いに通信可能に接続され、両者が連携して室内機2および室外機1の動作を制御する。室外制御部は、複数の温度検出器14、15から入力された検出信号をまとめて室内制御部に送信し、室内制御部が検出された温度情報を管理する。
ここで、暖房運転が行われているとき、室外熱交換器5の温度が外気温より低くなり、室外熱交換器5の表面に霜が着く。そこで、室外熱交換器5への着霜を検知するために、外気温検出器14と室外熱交換器温度検出器15とにより着霜検知部が構成される。着霜検知部は、空調運転中、着霜の検知動作を行う。外気温と室外熱交換器5の温度との差が所定温度以上になったとき、着霜検知部は、室外熱交換器5に霜が着いていることを検知する。
制御装置12は、この着霜検知部の出力に基づいて、除霜運転の適否を判断する。すなわち、制御装置12は、外気温と室外熱交換器5の温度との差が所定値以上のとき、除霜条件に合致していると判断し、外気温と室外熱交換器5の温度との差が所定値より小さいとき、除霜条件に合致していないと判断する。制御装置12は、検知結果が除霜条件に合致すると、除霜運転を行う。除霜運転として、リバース除霜が行われる。暖房運転中、圧縮機が停止され、冷房運転に切り替えられる。なお、着霜の検知は、室外熱交換器5の温度に基づいて行ってもよい。室外熱交換器5の温度が氷点下の規定温度以下になると、除霜条件が満たされたと判断される。
運転開始により圧縮機3が動作すると、動作開始当初は室外熱交換器5の温度が大きく低下する。そのため、室外熱交換器5には霜が着いていないにもかかわらず、検知結果は除霜条件に合致する。そこで、暖房運転の開始から所定時間だけ着霜の検知を無効にするマスク時間が設定される。制御装置12は、運転開始からマスク時間が経過するまでの間、除霜運転を行わない。マスク時間が経過すると、制御装置12は、着霜検知部の出力に基づいて、除霜運転の要否を判断する。
また、暖房運転中、室温が設定温度になると、圧縮機3を停止させるサーモオフが行われる。しばらくして、室温が下がると、圧縮機3を動作させるサーモオンが行われる。サーモオンしたときにも、制御装置12は、圧縮機3の動作開始からマスク時間の間、着霜の検知を無効にする。マスク時間が経過すると、制御装置12は、着霜の検知を有効にする。
ところで、マスク時間が経過しない間にサーモオンが繰り返し行われると、この間、たとえ室外熱交換器5に霜が着いていても、除霜運転が行われない。サーモオンが短いサイクルで続くと、室外熱交換器5に着いた霜が成長し、室外熱交換器5が凍り付いてしまう。そこで、制御装置12は、サーモオフとサーモオンが繰り返し行われるとき、除霜運転を強制的に行う。
制御装置12は、サーモオフを開始したときに、直前のサーモオンの動作時間が規定時間以下かをチェックする。規定時間は、マスク時間以上に設定される。例えば、マスク時間が7分のとき、規定時間は12分とされる。制御装置12は、規定時間以下のサーモオンが所定回数行われたとき、除霜運転を行う。
暖房運転が開始されると、図3に示すように、制御装置12は、室温がサーモオン条件に適合するかを確認する(S1)。サーモオン条件は、室温が設定温度より低い場合とされる。室温が設定温度よりも低く、サーモオン条件に適合するとき、暖房サイクルで圧縮機3が動作を開始する(S2)。なお、室温が設定温度以上のとき、圧縮機3は停止したままである。このとき、室内ファン9は駆動され、送風運転が行われる。
制御装置12は、サーモオンを行うと、室温がサーモオフ条件に適合するかを確認する(S3)。サーモオフ条件は、室温が設定温度以上の場合とされる。室温が設定温度より低く、サーモオフ条件に適合しないとき、制御装置12は、暖房運転開始からの運転時間をチェックする。制御装置12は、運転時間が規定時間(7分)を経過したかを確認する(S4)。この間、着霜検知は無効にされている。運転時間がマスク時間を経過したとき、制御装置12は、着霜検知を有効にして、検知を開始する(S5)。
暖房運転中、制御装置12は、着霜検知を有効にして、検知結果が除霜条件に合致するかを確認している(S6)。検知結果が除霜条件に合致すると、制御装置12は、通常の除霜運転を行う(S7)。また、後述するサーモオンの動作回数のカウントがリセットされる。
室温がサーモオフ条件に適合するとき、制御装置12は、圧縮機3を停止させる(S8)。そして、制御装置12は、サーモオンの動作時間をチェックする(S9)。動作時間が規定時間(12分)以下のとき、制御装置12は、サーモオンの動作回数のカウントを+1して、このカウントをメモリに記憶する(S10)。制御装置12は、動作回数のカウントが所定回数、例えば6回に達したかを確認する(S11)。
サーモオンの動作時間が規定時間より長いとき、あるいはカウントが所定回数より少ないとき、制御装置12は、サーモオフを継続しながら、室温がサーモオン条件に適合するかを確認する(S1)。
サーモオフにより、室温が低下していき、サーモオン条件が満たされると、制御装置12は、圧縮機3を動作させる(S2)。サーモオンにより、室温が上がっていく。室温が設定温度より高くなると、サーモオフ条件が満たされ(S3)、圧縮機3が停止する(S8)。制御装置12は、直前のサーモオンの動作時間をチェックする(S9)。動作時間が規定時間(12分)以下のとき、制御装置12は、サーモオンの動作回数のカウントを+1して(S10)、カウントが所定回数に達したかを確認する(S11)。
なお、サーモオンの動作時間は、規定時間以下であっても、マスク時間を越える場合がある。しかし、暖房運転の開始後にサーモオフとサーモオンが繰り返して行われたとき、制御装置12は、着霜検知を無効にする。したがって、サーモオンの動作時間がマスク時間を越えても、制御装置12は、除霜運転の要否を判断しない。ただし、サーモオンの動作時間が規定時間を越えたとき、制御装置12は、着霜検知を有効にして、除霜運転の要否を判断する。着霜検知部による検知結果が除霜条件に合致したとき、制御装置12は、通常の除霜運転を行う。このとき、カウントはリセットされる。除霜運転が不要なとき、サーモオンが続行され、制御装置12は、室温がサーモオフ条件に適合するか確認する。このとき、カウントはリセットされない。
カウントが所定回数に達したとき、制御装置12は、強制的に除霜運転を開始する(S12)。また、制御装置12は、サーモオンの動作回数のカウントをリセットして、0にする。この除霜運転では、「念入り除霜」が行われる。すなわち、圧縮機3の回転数を上げ、室内ファン9を停止した暖房サイクルが実行される。室内熱交換器8の温度が所定温度、例えば54℃になると、暖房サイクルから冷房サイクルに切り替えられる。これにより、室内熱交換器9に熱が貯められ、冷房サイクルに切り替え後、高温の冷媒が室外熱交換器5に流れるので、確実にすばやく除霜を行うことができる。除霜運転が終了すると、制御装置12は、暖房サイクルに切り替え、暖房運転を続行する。
このように、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返されるとき、強制的に除霜運転が行われるので、室外熱交換器5に霜が着いているにもかかわらず、除霜できないといった事態をなくすことができる。特に、外気温が低いときに、低負荷で暖房運転が行われる状況では、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返されることが多い。このような状況では、室外熱交換器5に霜が着いて、室外熱交換器5が凍り付くおそれがあるが、室外熱交換器5の除霜が確実に行われ、暖房運転を安定して続けることができる。
(第2実施形態)
外気温に応じてサーモオンのサイクルが異なる。外気温が低いほど、暖房運転の効率が上がらないので、室温が下がると、室温が設定温度になるのに時間がかかる。その結果、サーモオンの動作時間が長くなる。逆に、外気温がそれほど低くないとき、サーモオンの動作時間は短くなる。そこで、空気調和機は、外気温に応じた規定時間に基づいて、サーモオンの動作回数をカウントして、着霜運転の要否を判断する。なお、その他の構成は、第1実施形態と同じである。
制御装置12は、外気温に応じて規定時間を決める。外気温が高いとき、短い規定時間に設定され、外気温が低いとき、長い規定時間に設定される。例えば、外気温が−5℃以上のとき、7分に設定され、外気温が−5℃より低いとき、12分に設定される。
制御装置12は、暖房運転中、外気温検出器14の出力に基づいて外気温を監視している。図4に示すように、暖房運転が開始されてからサーモオフが行われる(S8)と、制御装置12は、外気温を確認して(S20)、外気温に応じた規定時間を設定する。外気温が−5℃以上のとき、制御装置12は、短い規定時間(7分)に基づいて、直前のサーモオンの動作時間をチェックする(S21)。外気温が−5℃より低いとき、制御装置12は、長い規定時間(12分)に基づいて、直前のサーモオンの動作時間をチェックする(S22)。動作時間が規定時間以下のとき、制御装置12は、サーモオンのカウントを+1して(S10)、カウントが所定回数に達したかを確認する(S11)。サーモオンの動作時間が規定時間より長いとき、制御装置12は、カウントアップせず、室温がサーモオン条件に適合するかを確認する(S1)。
外気温が低いとき、短い規定時間でサーモオンの動作回数をカウントしていると、サーモオンの動作時間が規定時間を越えると、カウントされなくなる。これにより、除霜運転の要否を判断するまでの時間が長くなり、この間に室外熱交換器5に着いた霜が成長して、霜を取り除けなくなってしまう。そこで、外気温が低いときには、規定時間を長い時間に変更することにより、外気温が低いときに動作時間が長くなっても、確実にカウントすることができ、除霜運転を行うまでの時間を短縮できる。したがって、霜が成長しないうちに室外熱交換器5の除霜を行える。
また、外気温が高いとき、通常サーモオンの動作時間は短い。サーモオンの動作時間が長引く場合、室外熱交換器5に着霜している可能性がある。この場合、動作時間が規定時間を越える。外気温に応じて規定時間が短い時間にされていると、サーモオンの動作時間が規定時間を越えるので、着霜検知が有効になる。着霜している場合、着霜が検知されるので、除霜を行うことができる。
(第3実施形態)
上記の実施形態では、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返されたとき、強制的に除霜運転が行われる。しかし、このような状況でも、室外熱交換器5に着霜がない場合がある。この場合、除霜運転は不要である。そこで、空気調和機は、強制的な除霜運転を行う前に、着霜検知を行う。すなわち、所定回数となるサーモオンにおいて、着霜検知が有効となるように暖房運転が行われる。なお、その他の構成は、第1または第2実施形態と同じである。
制御装置12は、所定回数(6回)となるサーモオンによる暖房運転を行うとき、規定時間を越える動作時間になるようにサーモオンを行う。図5に示すように、サーモオンの動作回数のカウントが5回になったとき(S30)、制御装置12は、サーモオフを継続しながら、室温がサーモオン条件に適合するかを確認する(S31)。
サーモオン条件が満たされると、制御装置12は、6回目のサーモオンを行う。暖房サイクルで圧縮機3が動作する(S32)。このとき、制御装置12は、強制的に規定時間より長い時間、例えば13分間暖房運転を行う。これにより、運転時間が規定時間を越えるので、制御装置12は、着霜検知を有効にして、除霜運転の要否を判断する(S33)。すなわち、制御装置12は、除霜運転の終了後、着霜検知部による検知結果が除霜条件に合致するかを確認する(S6)。検知結果が除霜条件に合致すると、制御装置12は、「念入り除霜」による除霜運転を行い、カウントをリセットする(S12)。検知結果が除霜条件に合致しないとき、制御装置12は、カウントをリセットして(S34)、サーモオフを継続しながら、室温がサーモオン条件に適合するかを確認する(S1)。
このように、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返されている間は、着霜の検知が行われないが、強制的に除霜運転の要否を判断することにより、必要ならば除霜運転が行われる。室外熱交換器5に霜が着いていないときには、除霜運転が行われず、不要な除霜運転が行われることを防止できる。
(第4実施形態)
上記の実施形態では、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返されているとき、着霜の検知が無効とされる。ここで、サーモオンにより暖房運転が行われているとき、室温が上がりにくいと、サーモオンの動作時間が長くなる。この場合、室外熱交換器5に霜が着いて、暖房運転の効率が悪くなっていることがある。そこで、空気調和機は、サーモオンの動作時間が長くなったとき、室外熱交換器5への着霜を検知して、除霜運転を行うようにする。なお、その他の構成は、第1〜第3実施形態と同じである。
制御装置12は、サーモオンの動作時間が規定時間を越えたとき、着霜検知を有効にして、除霜運転の要否を判断する。図6に示すように、サーモオフが行われたとき、制御装置12は、直前のサーモオンの動作時間をチェックする(S9)。動作時間が規定時間(12分)以下のとき、制御装置12は、サーモオンの動作回数のカウントを+1して(S10)、カウントが所定回数、例えば6回に達したかを確認する(S11)。
サーモオンの動作時間が規定時間より長いとき、制御装置12は、カウントをリセットして(S40)、着霜検知を有効にし、着霜検知を開始する(S41)。制御装置12は、検知結果が除霜条件に合致するかを確認する(S42)。検知結果が除霜条件に合致すると、制御装置12は、通常の除霜運転を行う(S43)。検知結果が除霜条件に合致しないとき、制御装置12は、室温がサーモオン条件に適合するか確認する(S1)。室温がサーモオン条件に適合すれば、制御装置12は、サーモオンを行い、暖房サイクルで圧縮機3を動作させる(S2)。
このように、サーモオンが長引いているとき、着霜検知が行われる。室外熱交換器5に着霜があれば、除霜運転が行われる。したがって、サーモオンとサーモオフが繰り返されていても、除霜が必要なときに、確実に室外熱交換器5の除霜を行うことができる。
以上の通り、本発明の空気調和機は、暖房運転時に、室外熱交換器5への着霜を検知する着霜検知部と、着霜が検知されたとき、除霜運転を行う制御装置12とを備え、制御装置12は、暖房運転の開始から所定のマスク時間だけ着霜の検知を無効とし、マスク時間の経過後、着霜の検知を有効とし、制御装置12は、暖房運転時に圧縮機を停止させるサーモオフと停止している圧縮機3を動作させるサーモオンが繰り返し行われるとき、除霜運転を強制的に行う。
サーモオンからサーモオフまで短いサイクルで行われたとき、マスク時間により着霜検知は行われない。しかし、サーモオフとサーモオンが短いサイクルで繰り返し行われるときに、強制的に除霜運転を行うことにより、この間に室外熱交換器に着いた霜が成長して、室外熱交換器5が凍り付くといった事態になることを防止できる。
制御装置12は、サーモオンの動作時間がマスク時間以上に設定された規定時間以下のサーモオンが所定回数行われたとき、除霜運転を行う。これにより、マスク時間より短い時間でサーモオンが繰り返されるときに、除霜を確実に行うことができる。
制御装置12は、サーモオフを開始したときに、直前のサーモオンの動作時間が規定時間以下かをチェックし、規定時間以下のとき、カウントし、カウントが所定回数に達したとき、除霜運転を行う。これにより、サーモオンの動作時間が規定時間より長い場合はカウントから除外される。この場合、通常の着霜検知および除霜運転が可能となり、除霜を行うことができる。
制御装置12は、外気温に応じて規定時間を決め、外気温が高いとき、規定時間が短くされ、外気温が低いとき、規定時間が長くされる。これにより、サーモオンの動作時間は外気温の影響を受けるので、外気温に応じて規定時間を決めることにより、短いサイクルのサーモオンを確実にカウントでき、できるだけ早く強制的な除霜運転を実行できる。
制御装置12は、規定時間より長いサーモオンが行われると、カウントをリセットする。これにより、着霜検知が有効になるので、必要に応じて除霜運転を行うことができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。暖房運転時にサーモオフとサーモオンが繰り返されるとき、強制的な除霜運転を行うか否かを決めてもよい。すなわち、制御装置12は、サーモオフとサーモオンが繰り返されているとき、着霜検知部の検知結果に基づいて、着霜の可能性を判断する。そして、制御装置12は、着霜の可能性に基づいて強制的な除霜運転の要否を決める。着霜の可能性がないとき、除霜運転の必要はないと判断される。この場合、サーモオンの動作時間がマスク時間を越えたときに着霜検知が行われる。また、着霜の可能性があるとき、除霜運転は必要であると判断され、上記の各実施形態に沿った運転が行われる。
1 室外機
2 室内機
3 圧縮機
4 四方弁
5 室外熱交換器
6 膨張弁
7 室外ファン
8 室内熱交換器
9 室内ファン
12 制御装置
13 室温検出器
14 外気温検出器
15 室外熱交換器温度検出器
16 室内熱交換器温度検出器

Claims (5)

  1. 暖房運転時に、室外熱交換器への着霜を検知する着霜検知部と、着霜が検知されたとき、除霜運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、暖房運転の開始から所定のマスク時間だけ着霜の検知を無効とし、マスク時間の経過後、着霜の検知を有効とするとともに、暖房運転時に圧縮機を停止させるサーモオフと停止している圧縮機を動作させるサーモオンを繰り返し行う空気調和機であって、制御装置は、サーモオフを開始したときに、直前のサーモオンの動作時間がマスク時間以上に設定された規定時間以下かをチェックし、規定時間以下のとき、カウントし、カウントが所定回数に達したとき、除霜運転を行うことを特徴とする空気調和機。
  2. 制御装置は、サーモオンの動作時間が規定時間を超えたとき、着霜の検知を有効にして、除霜運転の要否を判断することを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
  3. 暖房運転時に、室外熱交換器への着霜を検知する着霜検知部と、着霜が検知されたとき、除霜運転を行う制御装置とを備え、制御装置は、暖房運転の開始から所定のマスク時間だけ着霜の検知を無効とし、マスク時間の経過後、着霜の検知を有効とするとともに、暖房運転時に圧縮機を停止させるサーモオフと停止している圧縮機を動作させるサーモオンを繰り返し行う空気調和機であって、制御装置は、サーモオフを開始したときに、直前のサーモオンの動作時間がマスク時間以上に設定された規定時間以下かをチェックし、規定時間以下のとき、カウントし、カウントが所定回数となるサーモオンを行うとき、サーモオンの動作時間が規定時間を超えるようにサーモオンを行い、着霜の検知を有効にして、除霜運転の要否を判断することを特徴とする空気調和機。
  4. 制御装置は、外気温に応じて規定時間を決め、外気温が高いとき、規定時間が短くされ、外気温が低いとき、規定時間が長くされることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和機。
  5. 制御装置は、カウントが所定回数に達して除霜運転を行うとき、室内熱交換器に熱を貯めてから除霜運転を開始することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の空気調和機。
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