JP6869371B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発器の着霜を融解する霜取運転を行う空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機は、暖房運転時に蒸発器が着霜することにより、能力低下等の問題が発生する。そのため、空気調和機は、配管温度を用いて蒸発器への着霜の有無を判断し、着霜していると判断された場合に霜取運転を行い、霜を融解させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２３１１２号公報 国際公開第２０１０／１０６８２１号

ところで、一般的な空気調和機は、ユーザ等による運転の停止指示に基づいて運転を停止させる。したがって、蒸発器への着霜が検知されて霜取運転が行われる直前に運転の停止指示がなされると、霜取運転を行うことなく、蒸発器が着霜した状態で空気調和機の運転が停止される。

その後、暖房運転の開始指示を受けた場合、空気調和機は暖房運転を開始するが、このとき蒸発器に霜が残っていると、蒸発器を通過する空気の風量が通常時よりも低下し、蒸発器の配管温度が低下する。これにより、蒸発器の霜が成長して風量がさらに低下する。この場合、蒸発器の配管温度は、暖房運転が開始されてからすぐに着霜検知温度に到達し、空気調和機では霜取運転が行われる。すなわち、従来の空気調和機では、暖房運転の開始から霜取運転が開始されるまでの暖房運転継続時間が短くなる。

また、空気調和機では、風の影響等により運転停止中であっても蒸発器が着霜することがある。そのため、暖房運転の開始指示を受けた場合に、蒸発器が着霜していると、運転開始直後に着霜が検知されるため、暖房運転によって温風が吹き出されることなく霜取運転が開始される。

本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、暖房運転継続時間の減少を抑制することができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路を有し、暖房運転の際の前記蒸発器の着霜を取り除く霜取運転を行う空気調和機であって、前記蒸発器の状態をセンサ情報として検出する状態検出センサと、前記暖房運転および前記霜取運転の切り替えを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、運転停止から設定時間経過後に、前記状態検出センサにより検出された前記センサ情報に基づき前記蒸発器の着霜状態を判定し、判定結果に基づき前記霜取運転を行うものである。

本発明によれば、運転停止時または運転停止中に蒸発器の着霜状態を判定し、判定結果に応じて霜取運転を行うことにより、暖房運転継続時間の減少を抑制することができる。

実施の形態１に係る空気調和機の構成の一例を示す概略図である。 図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 実施の形態１に係る空気調和機における着霜判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 従来の運転制御による空気調和機の運転状態および蒸発器の配管温度の様子を示す概略図である。 実施の形態１による着霜判定処理を行う運転制御による空気調和機の運転状態および蒸発器の配管温度の様子を示す概略図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る空気調和機について説明する。本実施の形態１に係る空気調和機は、暖房運転と、暖房運転時に蒸発器に発生する霜を取り除くための霜取運転とを行う。

［空気調和機の構成］
図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１００の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、空気調和機１００は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４、凝縮器用ファン５、凝縮器用ファンモータ６、蒸発器用ファン７、蒸発器用ファンモータ８、状態検出センサ９および制御装置１０で構成されている。圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３および蒸発器４が冷媒配管で接続されることにより、冷媒回路が形成される。冷媒回路を循環する冷媒として、Ｒ２２等の単一冷媒、Ｒ４１０Ａ等の混合冷媒、またはＣＯ_２等の自然冷媒が用いられる。

圧縮機１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１の運転周波数は、制御装置１０によって制御される。なお、圧縮機１は、これに限られず、運転周波数が固定された一定速のものを用いてもよい。

凝縮器２は、凝縮器用ファン５によって供給される室内空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内空間に供給される暖房用空気を生成する。凝縮器２は、暖房運転の際に、冷媒の熱を室内空気に放熱して冷媒を凝縮させる。なお、凝縮器２における冷媒との熱交換対象は、室内空気などの気体に限られず、例えば水などの液体でもよい。

膨張弁３は、冷媒を膨張させる。膨張弁３は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。膨張弁３の開度は、制御装置１０によって制御される。なお、膨張弁３は、これに限られず、例えばキャピラリーチューブでもよい。蒸発器４は、蒸発器用ファン７によって供給される室外空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させる。

凝縮器用ファン５は、凝縮器用ファンモータ６によって駆動され、凝縮器２で冷媒と熱交換を行う室内空気を凝縮器２に送るために設けられている。凝縮器用ファン５として、例えばシロッコファンまたはプラグファン等が用いられるが、これに限られず、同様の効果を得ることができるものであれば、どのようなファンでもよい。また、凝縮器用ファン５は、凝縮器２における空気の上流側に配置される押し込み方式のものでもよいし、空気の下流側に配置される引っぱり方式のものでもよい。

凝縮器用ファンモータ６は、凝縮器用ファン５を駆動するためのものである。凝縮器用ファンモータ６は、例えばＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）ファンモータであり、制御装置１０によってモータの回転数が制御される。

蒸発器用ファン７は、蒸発器用ファンモータ８によって駆動され、蒸発器４で冷媒と熱交換を行う室外空気を蒸発器４に送るために設けられている。蒸発器用ファン７として、例えばシロッコファンまたはプラグファン等が用いられるが、これに限られず、同様の効果を得ることができるものであれば、どのようなファンでもよい。また、蒸発器用ファン７は、蒸発器４における空気の上流側に配置される押し込み方式のものでもよいし、空気の下流側に配置される引っぱり方式のものでもよい。

蒸発器用ファンモータ８は、蒸発器用ファン７を駆動するためのものである。蒸発器用ファンモータ８は、例えばＤＣファンモータであり、制御装置１０によってモータの回転数が制御される。

状態検出センサ９は、蒸発器４の状態を示す情報を検出し、蒸発器４が着霜しているか否かを判定するために用いられるセンサ情報を出力する。状態検出センサ９として、例えば、蒸発器４の配管温度を検出する温度センサ、蒸発器４の配管圧力を検出する圧力センサ、または、蒸発器４の配管の湿度を検出する湿度センサ等が用いられる。具体的には、状態検出センサ９として温度センサが用いられる場合、状態検出センサ９は、蒸発器４内の冷媒が流れる配管の配管温度を検出し、検出した配管温度をセンサ情報として出力する。なお、状態検出センサ９として用いられるセンサは、温度、圧力および湿度のいずれかを検出するものでもよいし、これらすべてを検出するものでもよい。

制御装置１０は、空気調和機１００の各部から受け取る各種情報に基づき、空気調和機１００全体の動作を制御する。具体的には、制御装置１０は、外部からの指示に基づく暖房運転の開始および停止、ならびに暖房運転と霜取運転との切り替え等を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置１０は、暖房運転の停止指示があった場合または暖房運転停止中に状態検出センサ９から取得したセンサ情報に基づき、蒸発器４の着霜状態を判定し、判定結果に応じた運転の制御を行う。

図２は、図１の制御装置１０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置１０は、センサ情報取得部１１、着霜判定部１２、運転制御部１３および記憶部１４を備えている。このような制御装置１０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

センサ情報取得部１１は、状態検出センサ９で検出されたセンサ情報を取得する。着霜判定部１２は、センサ情報取得部１１で取得したセンサ情報に基づき、蒸発器４が着霜しているか否かを判定する。具体的には、本実施の形態１では、センサ情報に対して判定閾値が予め設定されており、着霜判定部１２は、センサ情報の値と判定閾値が示す温度とを比較する。着霜判定部１２は、センサ情報の値が判定閾値以下である場合に、蒸発器４が着霜していると判定する。

運転制御部１３は、着霜判定部１２による判定結果に基づき、暖房運転および霜取運転等の空気調和機１００の運転を制御する。記憶部１４は、着霜判定部１２で用いられる判定閾値が予め記憶されている。

［着霜判定処理］
次に、空気調和機１００による着霜判定処理について説明する。図３は、本実施の形態１に係る空気調和機１００における着霜判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、センサ情報取得部１１は、暖房運転中に運転停止信号を受信する。ステップＳ２において、センサ情報取得部１１は、状態検出センサ９からセンサ情報を取得し、着霜判定部１２に供給する。

ステップＳ３において、着霜判定部１２は、受け取ったセンサ情報と、記憶部１４に記憶された判定閾値とに基づき、蒸発器４が着霜しているか否かを判定する。判定の結果、蒸発器４が着霜していると判断された場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、運転制御部１３は、ステップＳ４において霜取運転を行う。霜取運転は、例えば、蒸発器４の近傍に設けられた図示しないヒータ等を加熱して行われる。これにより、蒸発器４の着霜が融解する。そして、ステップＳ５において、運転制御部１３は、空気調和機１００の運転を停止する。

一方、蒸発器４が着霜していないと判断された場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、運転制御部１３は、ステップＳ５において、空気調和機１００の運転を停止する。

着霜判定処理を行う運転制御について、従来の制御と比較しながら説明する。図４は、従来の運転制御による空気調和機の運転状態および蒸発器の配管温度の様子を示す概略図である。図５は、本実施の形態１による着霜判定処理を行う運転制御による空気調和機１００の運転状態および蒸発器４の配管温度の様子を示す概略図である。なお、以下では、状態検出センサ９が温度センサであり、蒸発器４の配管温度に基づいて霜取運転を行う場合を例にとって説明する。

従来の空気調和機は、図４に示すように時刻ｔ１において運転停止信号を受信すると、直前に霜取運転を行う状態であっても運転を停止する。すなわち、時刻ｔ１においては、蒸発器４が着霜した状態で、空気調和機の運転が停止する。そのため、時刻ｔ２において空気調和装置が運転開始信号を受信するまで、蒸発器４は、配管温度が上昇するものの、霜が残っている状態となる。

時刻ｔ２において、従来の空気調和機により運転開始信号が受信されると、蒸発器４が着霜した状態で暖房運転が開始される。このとき、蒸発器４に霜が残っており、蒸発器４の配管温度が比較的低い状態で暖房運転が開始されるため、蒸発器４を通過する風量が通常時よりも低下し、蒸発器４の配管温度が低下する。

そして、時刻ｔ３において、配管温度が判定閾値である判定温度に到達し、予め設定された判定時間が経過すると、時刻ｔ４において霜取運転が行われる。この場合の暖房運転継続時間Ｔ１は、「ｔ４−ｔ２」となる。

一方、本実施の形態１に係る空気調和機１００は、図５に示すように時刻ｔ１０において運転停止信号を受信すると、蒸発器４の着霜状態を判定し、着霜していると判断して霜取運転を行う。そして、時刻ｔ１１において、空気調和機１００は、霜取運転を終了し、運転を停止する。

時刻ｔ２０において、空気調和機１００により運転開始信号が受信されると、暖房運転が開始される。このとき、蒸発器４の着霜がなく、蒸発器４の配管温度が十分に高い状態で暖房運転が開始され、蒸発器４の配管温度は徐々に低下する。

そして、時刻ｔ３０において、配管温度が判定温度に到達した後に判定時間が経過すると、時刻ｔ４０において霜取運転が行われる。この場合の暖房運転継続時間Ｔ２は、「ｔ４０−ｔ２０」となる。

ここで、従来の暖房運転継続時間Ｔ１と、本実施の形態１による暖房運転継続時間Ｔ２とを比較すると、暖房運転継続時間Ｔ２は、暖房運転継続時間Ｔ１よりも長い。これは、運転停止前に霜取運転が行われることにより、蒸発器４の配管温度が上昇し、着霜の判定温度よりも十分高くなっているためである。

このように、本実施の形態１において、空気調和機１００は、運転停止が指示された際に着霜判定処理を行い、蒸発器４のセンサ情報に基づいて霜取運転を行う。これにより、暖房運転を開始したときの蒸発器４の着霜が抑制され、暖房運転継続時間の減少を抑制することができる。

なお、上述した例では、空気調和機１００は、運転停止信号を受信したときに蒸発器４の着霜の有無を判定し、判定結果に応じて運転停止前に霜取運転を行っているが、これに限られず、例えば、運転停止中に着霜の有無を判定して霜取運転を行ってもよい。運転停止中には、風の影響等によって蒸発器４の霜が成長することがあるが、運転停止中における着霜の有無の判定結果に応じて霜取運転を行うことにより、次回の空気調和機１００の運転開始時の蒸発器４の着霜を抑制することができる。この場合、例えば、空気調和機１００は、運転停止信号を受信してから設定時間経過後に状態検出センサ９からセンサ情報を取得し、取得したセンサ情報に基づき霜取運転を行う。

以上のように、本実施の形態１に係る空気調和機１００において、制御装置１０は、運転停止中または運転停止中に、蒸発器４の状態を示すセンサ情報に基づき、蒸発器４の着霜状態を判定し、判定結果に基づいて霜取運転を行う。このとき、制御装置１０は、センサ情報が示す値が設定閾値以下である場合に、蒸発器４が着霜していると判定する。これにより、暖房運転を開始したときの蒸発器４の着霜が抑制されるため、暖房運転継続時間の減少を抑制することができる。

また、蒸発器４の状態を検出する状態検出センサ９として、温度センサ、圧力センサまたは湿度センサの少なくともいずれか１つが用いられる。これにより、容易に検出できるセンサ情報から蒸発器４の着霜状態を判定することができる。

以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、空気調和機１００は、暖房運転に加えて冷房運転を行うことができるものでもよい。この場合、霜取運転は、冷房運転と同様に冷媒を流すことによって行ってもよい。

また、空気調和機１００は、運転停止信号を受信した際に、着霜の有無によらず、霜取運転を行ってから空気調和機の運転を停止してもよい。これにより、霜をより確実に融解させることができる。

さらに、蒸発器４の状態を検出する際には、状態検出センサ９に代えて、外部に設けられたセンサ等が用いられてもよい。さらにまた、例えば、空気調和機１００は、過去の運転データを蓄積し、蓄積された運転データに基づいて霜取運転を行ってもよい。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨張弁、４ 蒸発器、５ 凝縮器用ファン、６ 凝縮器用ファンモータ、７ 蒸発器用ファン、８ 蒸発器用ファンモータ、９ 状態検出センサ、１０ 制御装置、１１ センサ情報取得部、１２ 着霜判定部、１３ 運転制御部、１４ 記憶部、１００ 空気調和機。

Claims (6)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路を有し、暖房運転の際の前記蒸発器の着霜を取り除く霜取運転を行う空気調和機であって、
   前記蒸発器の状態をセンサ情報として検出する状態検出センサと、
   前記暖房運転および前記霜取運転の切り替えを制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   運転停止から設定時間経過後に、前記状態検出センサにより検出された前記センサ情報に基づき前記蒸発器の着霜状態を判定し、判定結果に基づき前記霜取運転を行う
   空気調和機。
2. 前記制御装置は、
   前記センサ情報が示す値が設定閾値以下である場合に、前記蒸発器が着霜していると判定する
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記状態検出センサは、前記蒸発器の配管温度を検出する温度センサを含む
   請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記状態検出センサは、前記蒸発器の配管圧力を検出する圧力センサを含む
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 前記状態検出センサは、前記蒸発器の配管湿度を検出する湿度センサを含む
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和機。
6. 前記制御装置は、
   前記センサ情報を取得するセンサ情報取得部と、
   前記センサ情報取得部で取得された前記センサ情報に基づき前記蒸発器の着霜状態を判定する着霜判定部と、
   前記着霜判定部による判定結果に基づき、前記暖房運転および前記霜取運転の切り替えを行う運転制御部と
   を有する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和機。

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