JP7093236B2 - 空気調和機及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機及び制御方法に関する。

外気温が低い環境で空気調和機の暖房運転を行うと、室外熱交換器に霜が着くことがある。着霜による暖房能力の低下を防ぐため、室外機の霜を取り除くデフロスト運転が行われる。デフロスト運転には様々な方式が存在するが、例えば、暖房運転中に冷媒の流れを冷房運転と同様の流れに切り替えて室外熱交換器へ高温高圧の冷媒を送る逆デフロスト運転が提供されている（特許文献１）。また、暖房運転を継続しながら、圧縮機が吐出した高温高圧の冷媒の一部を分配して室外熱交換器へ送り除霜を行う正デフロスト運転が提供されている。除霜のために室外熱交換器に供給される冷媒の流れは、正デフロスト運転と逆デフロスト運転で逆方向である。

ところで、正デフロスト運転と逆デフロスト運転において、デフロスト運転の終了判定は、室外熱交換器の温度に基づいて判定することが一般的である。ここで、例えば、デフロスト運転時の冷媒の流れ方向に対して、室外熱交換器の上流側に設けた温度センサで室外熱交換器の温度を検出しようとすると、常に圧縮機から吐出された高温の冷媒の温度を計測することになり、除霜の進行に伴う室外熱交換器の温度変化を検出することができない。従って、一般に室外熱交換器に対して、冷媒の流れ方向の下流側に設けられた温度センサが計測する温度によって終了判定を行うことが多い。

特開２０１７－４０３９９号公報

上記の通り、正デフロスト運転と逆デフロスト運転では冷媒の流れは逆方向になるため、正デフロスト運転と逆デフロスト運転の双方の機能を備え、運転状態に応じて何れかを実行する空気調和機では、室外熱交換器に対して、正デフロスト運転用の温度センサと、逆デフロスト運転用の温度センサの両方を設ける必要がある。このような構成では、高コストとなり、制御も複雑化する傾向がある。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる空気調和機及び制御方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、空気調和機は、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器ユニットと、を含む冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器ユニットの液管側とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた二方弁と、前記室外熱交換器ユニットが備える冷媒が流れる管の入口と出口の間の所定の位置に設けられた着霜状況を検出する１つのセンサと、前記室外熱交換器ユニットの除霜のために前記四方弁と前記二方弁を制御することにより、前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器ユニット、前記膨張弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を流す逆サイクルデフロスト運転と、前記圧縮機、前記バイパス配管、前記室外熱交換器ユニット、前記四方弁の順に前記冷媒を流す正サイクルデフロスト運転と、を行う制御装置と、を備え、前記室外熱交換器ユニットは、直列に接続された主室外熱交換器と副室外熱交換器とを備え、前記センサが、前記主室外熱交換器と前記副室外熱交換器の間に設けられ、前記制御装置は、前記センサの計測値に基づいて、前記正サイクルデフロスト運転および前記逆サイクルデフロスト運転を制御する。

本発明の一態様によれば、前記空気調和機において、前記室外熱交換器ユニットのガス管側に配置された前記主室外熱交換器の伝熱面積が、前記室外熱交換器ユニットの液管側に配置された前記副室外熱交換器の伝熱面積よりも大きい。

本発明の一態様によれば、前記空気調和機において、前記主室外熱交換器の伝熱面積が、前記副室外熱交換器の伝熱面積の６倍から１０倍の間である。

本発明の一態様によれば、前記空気調和機において、前記制御装置は、前記センサの計測値に基づいて、前記逆サイクルデフロスト運転および前記正サイクルデフロスト運転の終了タイミングを決定する。

本発明の一態様によれば、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器ユニットと、を含む冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器ユニットの液管側とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた二方弁と、前記室外熱交換器ユニットが備える冷媒が流れる管の入口と出口の間の所定の位置に設けられた着霜状況を検出する１つのセンサと、前記室外熱交換器ユニットの除霜のために前記四方弁と前記二方弁を制御することにより、前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器ユニット、前記膨張弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を流す逆サイクルデフロスト運転と、前記圧縮機、前記バイパス配管、前記室外熱交換器ユニット、前記四方弁の順に前記冷媒を流す正サイクルデフロスト運転と、を行う制御装置と、を備え、前記室外熱交換器ユニットは、直列に接続された主室外熱交換器と副室外熱交換器とを備え、前記センサが、前記主室外熱交換器と前記副室外熱交換器の間に設けられる空気調和機において、前記制御装置が、前記センサの計測値に基づいて、前記逆サイクルデフロスト運転および前記正サイクルデフロスト運転の制御を行う制御方法である。

上記の空気調和機、室外熱交換器ユニット及び制御方法によれば、室外熱交換器に設けられた一つの着霜状況を検出するセンサに基づいて、室外熱交換器における冷媒の流れ方向が異なる正サイクルデフロスト運転と逆サイクルデフロスト運転の両方の制御が可能になる。

本発明の一実施形態における空気調和機の一例を示す第１の図である。 本発明の一実施形態における室外熱交換器ユニットの一例を示す図である。 本発明の一実施形態における空気調和機の一例を示す第２の図である。 本発明の一実施形態における空気調和機の制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態におけるデフロスト運転の制御方法の一例を示すフローチャートである。 従来の空気調和機を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による空気調和機でのデフロスト制御を、図１～図６を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における空気調和機の一例を示す第１の図である。
空気調和機１は、冷媒回路１０と制御装置２０１を有する。冷媒回路１０は、圧縮機２と、室内熱交換器３と、膨張弁４と、室外熱交換器ユニット５と、二方弁６と、四方弁７とを有する。圧縮機２、室内熱交換器３、膨張弁４、室外熱交換器ユニット５、二方弁６及び四方弁７は、冷媒を循環可能な冷媒配管２０に接続されている。
室外熱交換器ユニット５は、主室外熱交換器５Ａと副室外熱交換器５Ｂと温度センサ３５とを有している。室外熱交換器ユニット５については後述する。
冷媒回路１０は、暖房運転時、正サイクルデフロスト運転時、及び、逆サイクルデフロスト運転時に使用される主回路１００と、正サイクルデフロスト運転時にのみ使用されるバイパス配管２００と、を有する。

四方弁７は、各端子に接続された４つの管路を２つずつ二組のペアで接続することができ、またそのペアを切り替えることができる。具体的には、四方弁７は、第一の端子７Ａと第四の端子７Ｄとのペア、及び、第二の端子７Ｂと第三の端子７Ｃとのペアを接続することができる。また、四方弁７は、第一の端子７Ａと第三の端子７Ｃとのペア、及び、第二の端子７Ｂと第四の端子７Ｄとのペアを接続することができる。これにより、圧縮機２が吐出した冷媒の流れを切り替えることができる。例えば、四方弁７の第二の端子７Ｂと第三の端子７Ｃを接続した場合、圧縮機２が吐出した高温高圧の冷媒は、第二の端子７Ｂから室外熱交換器ユニット５へと向かう経路（冷房経路）を流通する。四方弁７の第一の端子７Ａと第三の端子７Ｃを接続した場合、圧縮機２が吐出した高温高圧の冷媒は、と、第一の端子７Ａから室内熱交換器３へと向かう経路（暖房経路）を流通する。

空気調和機１の冷媒回路１０には、上述のように、バイパス配管２００がさらに設けられている。バイパス配管２００は、主回路１００のうち圧縮機２の吐出側において、当該圧縮機２の吐出側と、室外熱交換器ユニット５の液管側（バイパス始点２０Ａから、主回路１００のうち膨張弁４と室外熱交換器ユニット５との間に設けられたバイパス終点２０Ｂまで）を接続する冷媒配管である。換言すれば、バイパス配管２００は、圧縮機２の吐出側と、暖房経路における室外熱交換器ユニット５の冷媒の入口側とを接続する冷媒配管である。このバイパス配管２００には、二方弁６が設けられており、二方弁６により当該バイパス配管２００の開閉を行うことができる。なお、通常の暖房運転時、冷房運転時、及び、逆サイクルデフロスト運転時においては、二方弁６は閉じられている。正サイクルデフロスト運転時には、二方弁６は開とされる。

暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。暖房運転時、四方弁７は暖房経路の接続関係とされている。冷媒は圧縮機２により圧縮されて高温高圧とされた後、四方弁７の第三の端子７Ｃから入り、第一の端子７Ａから室内熱交換器３へと向かう。室内熱交換器３内では、熱交換を行うことで冷媒は冷却されて凝縮し、代わりに室内熱交換器３外部の室内空気に熱を与える。室内空気はファン１３によって送風される。凝縮した冷媒は、膨張弁４へ流入し、低温かつ低圧となる。膨張弁４を出た冷媒は室外熱交換器ユニット５に流入し、室外空気により加熱され室外熱交換器ユニット５で蒸発し気化する。室外空気はファン１４によって送風される。気化した冷媒は四方弁７の第二の端子７Ｂ及び第四の端子７Ｄを通じて、圧縮機２に戻される。上記のサイクルを持続的に繰り返すことで空気調和機１は暖房運転を行う。

暖房運転時は上記のように、室外熱交換器ユニット５の外部の空気は冷媒に熱を奪われることでさらに低温となるため、室外熱交換器ユニット５の表面が氷点下温度域まで低下し、霜が発生、積層することがある。これにより、熱交換器の熱伝導が妨げられ、熱交換の効率が低下することがある。この霜を取り除くために、二種類の除霜運転（デフロスト運転）が知られている。即ち、正サイクルデフロスト運転及び逆サイクルデフロスト運転である。

（正サイクルデフロスト運転）
正サイクルデフロスト運転は、暖房運転時に二方弁６を開とし、圧縮機２からの吐出冷媒ガスの一部を室外熱交換器ユニット５へと送るバイパス配管２００を経由させて冷媒を循環させることで、室外熱交換器ユニット５の除霜を行う除霜運転である。
正サイクルデフロスト運転の冷媒の流れについて説明する。正サイクルデフロスト運転時は、四方弁７において暖房経路の接続関係が維持され、したがって、上述の暖房運転時の冷媒の循環が保たれる。これに加え、二方弁６が開放され、バイパス配管２００にも冷媒が流れることで、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒の一部が、室内熱交換器３を経由せずに室外熱交換器ユニット５に送られる。これにより、室外熱交換器ユニット５に熱が与えられ、除霜が行われる。
正サイクルデフロスト運転は、本来、室内熱交換器３に送るべき高温高圧の冷媒の一部を室外熱交換器ユニット５に送るため、暖房運転を継続できるものの、その暖房能力は、通常の暖房運転に比べて例えば３分の１程度に低下する。また、室外熱交換器ユニット５に送られる冷媒の量が全冷媒の一部であるため、後述する逆サイクルデフロスト運転に比べ、除霜能力は低いものとなる。

（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、四方弁７を冷房経路の接続関係へと切り替えて、冷媒を暖房運転とは逆の方向に循環させることで除霜を行う。圧縮機２が吐出した高温高圧の冷媒の全部が室外熱交換器ユニット５へ送られる。従って、逆サイクルデフロスト運転では正サイクルデフロスト運転に比べてより強力に霜を溶かすことができる。逆サイクルデフロスト運転では、ファン１３による室内熱交換器３への送風を行わない点を除いて、冷房運転と同様の運転を行う。
逆サイクルデフロスト運転の冷媒の流れについて説明する。冷媒は、圧縮機２により圧縮されて高温高圧とされた後、四方弁７の第三の端子７Ｃから入り、第二の端子７Ｂから室外熱交換器ユニット５へと向かう。室外熱交換器ユニット５内では、熱交換を行うことで冷媒は冷却されて凝縮し、代わりに熱を室外空気に与える。このため、凝縮した冷媒は、膨張弁４へ流入し、低温かつ低圧となる。膨張弁４を出た冷媒は室内熱交換器３に流入し、室内空気により加熱され室内熱交換器３内で蒸発し気化する。気化した冷媒は、四方弁７の第一の端子７Ａから入り第四の端子７Ｄから抜けて、圧縮機２に戻される。上記のサイクルは持続的に繰り返される。
上述の通り、冷房運転時の冷媒の流れは、逆サイクルデフロスト運転時の冷媒の流れと同様である。

また、空気調和機１が備える室外機（図示せず）には、外気温を計測する温度センサ２５がさらに設けられる。制御装置２０１は、四方弁７や二方弁６を切り替えることにより暖房運転、冷房運転、正サイクル及び逆サイクルのデフロスト運転を実行する。
制御装置２０１は、温度センサ２５が計測する外気温と、温度センサ３５が計測する室外熱交換器ユニット５の所定位置における冷媒の温度とに基づいて、正サイクル及び逆サイクルのデフロスト運転を制御する。図中に正サイクルデフロスト運転の冷媒の流れを破線矢印、逆サイクルデフロスト運転の冷媒の流れを実線矢印で示す。

ここで、正サイクル及び逆サイクルの両方のデフロスト運転が可能な従来の空気調和機１´を参照する。図６は従来の空気調和機を示す図である。上記の通り、正サイクル又は逆サイクルのデフロスト運転中は、暖房能力が低下する。従って、デフロスト運転を開始して除霜が達成できると、速やかに暖房運転に復帰することが望ましい。その為、従来から室外熱交換器ユニット５´のガス管側（四方弁７側）と液管側（バイパス終点２０Ｂ側）のそれぞれに温度センサ３６、３７を設け、正サイクルデフロスト運転の場合には、ガス管側に設けられた温度センサ３６が計測する冷媒の温度によって除霜の達成度を判定し、逆サイクルデフロスト運転の場合には、液管側に設けられた温度センサ３７が計測する冷媒の温度によって除霜の達成度を判定している。そして、それぞれのデフロスト運転用の温度センサによる計測値が所定温度以上となると霜が十分に溶けたと判定し、暖房運転へ復帰する。逆サイクルデフロスト運転時には、温度センサ３６が設けられた側には、圧縮機２が吐出した高温の冷媒が供給されるため、温度センサ３６が計測する温度によって逆サイクルデフロスト運転の終了判定を行うことはできない。同様の理由で、温度センサ３７が計測する温度によって正サイクルデフロスト運転の終了判定を行うことはできない。これに対し、図１に示す本実施形態に係る室外熱交換器ユニット５によれば、１つの温度センサ３５によって、正サイクルと逆サイクルの両方のデフロスト運転の終了を判定することができる。

図１に戻り、室外熱交換器ユニット５について説明する。室外熱交換器ユニット５は、主室外熱交換器５Ａと、副室外熱交換器５Ｂと、温度センサ３５と、を有している。主室外熱交換器５Ａと副室外熱交換器５Ｂとは直列に接続され、それらの間に温度センサ３５が設けられている。主室外熱交換器５Ａは室外熱交換器ユニット５のガス管側に配置され、副室外熱交換器５Ｂは室外熱交換器ユニット５の液管側に配置される。
室外熱交換器ユニット５を２つの熱交換器（主室外熱交換器５Ａ、副室外熱交換器５Ｂ）に分割し、その間に温度センサ３５を設けることで、1つの温度センサ３５の計測値に基づいて、正サイクルデフロスト運転と逆サイクルデフロスト運転の両方の終了判定を行うことができる。例えば、正サイクルデフロスト運転の場合、破線矢印が示すように副室外熱交換器５Ｂから主室外熱交換器５Ａへ冷媒が流れる。すると、温度センサ３５が計測する温度は、副室外熱交換器５Ｂを通過する間に、副室外熱交換器５Ｂに付着する霜を溶かした後の冷媒の温度である。温度センサ３５の温度を監視することにより、副室外熱交換器５Ｂの除霜の達成度を判定することができる。副室外熱交換器５Ｂにおける除霜の達成度と主室外熱交換器５Ａにおける除霜の達成度の関係が分かっていれば、温度センサ３５の温度に基づいて室外熱交換器ユニット５全体（主室外熱交換器５Ａおよび副室外熱交換器５Ｂ）での除霜の達成度を判定することができる。

同様に逆サイクルデフロスト運転の場合、実線矢印が示すように主室外熱交換器５Ａから副室外熱交換器５Ｂへ冷媒が流れる。すると、温度センサ３５が計測する温度は、主室外熱交換器５Ａに付着する霜を溶かした後の冷媒の温度である。温度センサ３５の温度を監視することにより主室外熱交換器５Ａの除霜の達成度を判定することができる。また、逆サイクルデフロスト運転時の主室外熱交換器５Ａと副室外熱交換器５Ｂの除霜の達成度の傾向が分かっていれば主室外熱交換器５Ａでの除霜の達成度に基づいて、室外熱交換器ユニット５全体の除霜の達成度を判定することができる。

図示するように主室外熱交換器５Ａは、副室外熱交換器５Ｂよりも面積が大きい。例えば、主室外熱交換器５Ａは、副室外熱交換器５Ｂの６～１０倍の伝熱面積を有している。この差は、正サイクルデフロスト運転と、逆サイクルデフロスト運転の除霜能力の差や、制御の対象となる主な室外熱交換器（主室外熱交換器５Ａ）を定め、その室外熱交換器の温度に基づいて制御を行うようにした方が、制御性が向上すること等などに起因する。本実施形態では、室外熱交換器ユニット５における、除霜能力の低い正サイクルデフロスト運転時の冷媒の入口側に近い位置の温度を計測するように２つの室外熱交換器に分割する。つまり、正サイクルデフロスト運転時の冷媒の入口側の熱交換器を面積の小さな副室外熱交換器５Ｂとし、出口側を面積の大きな主室外熱交換器５Ａとする。図２に室外熱交換器ユニット５の一例を示す。

図２は、本発明の一実施形態における室外熱交換器ユニットの一例を示す図である。
図２（ａ）に図１で例示した室外熱交換器ユニット５の模式図を示す。
主室外熱交換器５Ａには伝熱管１５Ａと複数のフィン１６Ａが設けられ、冷媒は伝熱管１５Ａを流れる。フィン１６Ａは、伝熱管１５Ａと交差する方向に設けられ、伝熱管１５Ａの伝熱面積を増加させる。同様に副室外熱交換器５Ｂには冷媒が流れる伝熱管１５Ｂと、複数のフィン１６Ｂが伝熱管１５Ｂと交差する方向に設けられる。図２（ａ）に例示するフィンチューブ式の熱交換器では、例えば、主室外熱交換器５Ａの場合、伝熱管１５Ａの表面積とフィン１６Ａの表面積の合計でおおよその伝熱面積を計算することができる。主室外熱交換器５Ａの伝熱面積は、副室外熱交換器５Ｂの伝熱面積の６～１０倍となるように構成されている。

このような分割比とすることで、圧縮機２が吐出した全ての冷媒が流れ込む逆サイクルデフロスト運転時でも、除霜により十分に低下した後の冷媒温度を検出できるので、デフロスト運転の終了判定が可能である。また、十分な伝熱面積を有する主室外熱交換器５Ａを対象として冷凍サイクルの運転（冷房運転、暖房運転）を行うことで、例えば図６に示す従来の冷媒回路に対して適用している制御と同様の制御で冷房運転等を行うことができる。

図１、図２（ａ）に伝熱面積の異なる２つの室外熱交換器によって、室外熱交換器ユニット５を構成する例を挙げた。その他にも図２（ｂ）に例示するように１つの室外熱交換器５Ｃの内部の適切な位置に温度センサを設けるようにしてもよい。室外熱交換器５Ｃには伝熱管１５Ｃと複数のフィン１６Ｃが設けられている。温度センサ３５は、例えば、正サイクルデフロスト運転時における冷媒の流れ方向に沿って、冷媒が通過した部分（図示する範囲αに含まれる部分）の伝熱管１５Ｃの表面積と、残りの部分の伝熱管１５Ｃの表面積との比が、１：６～１：１０となる位置に設ける。これにより、正サイクルデフロスト運転および逆サイクルデフロスト運転の終了を温度センサ３５の計測する温度に基づいて判定することができる。
なお、図２（ａ）、（ｂ）に例示する熱交換器は一例であって、熱交換器の種類はフィンチューブ式の熱交換器に限定されない。

図３は、本発明の一実施形態における空気調和機の一例を示す第２の図である。
図３に室外熱交換器ユニット５として、図２（ｂ）に例示した室外熱交換器５Ｃ及び温度センサ３５を適用した空気調和機１Ａの構成例を示す。暖房運転、冷房運転、正サイクル及び逆サイクルのデフロスト運転時における冷媒の流れや、制御装置２０１による二方弁６、四方弁７の制御については図１で説明した内容と同様である。

次に図４を用いて制御装置２０１の機能を説明する。
図４は、本発明の一実施形態における空気調和機の制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
制御装置２０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えたコンピュータである。制御装置２０１は、外気温度取得部４１、室外熱交温度取得部４２、運転実行部４３、タイマ４４を備えている。

外気温度取得部４１は、温度センサ２５を通じて、室外機の外気温（外気温ＴｈｏＡ）を取得する。
室外熱交温度取得部４２は、温度センサ３５を通じて、室外熱交換器ユニット５の温度（室外熱交温度ＴｈｏＲ）を取得する。

運転実行部４３は、冷房運転、暖房運転、正サイクル及び逆サイクルのデフロスト運転を実行する。運転実行部４３は、主に、二方弁６、四方弁７を制御することで冷房運転、暖房運転、デフロスト運転の切り替えを行う。例えば、運転実行部４３は、デフロスト運転の開始条件Ｍが成立すると、暖房運転から正サイクル又は逆サイクルのデフロスト運転へと運転モードを切り替える。また、例えば、運転実行部４３は、デフロスト運転の終了条件が成立すると、デフロスト運転から暖房運転へ運転モードを切り替える。運転実行部４３は、例えば、室外熱交温度ＴｈｏＲと外気温度ＴｈｏＡの温度差に応じて、正サイクルまたは逆サイクルを選択して、選択した方式のデフロスト運転を実行する。
タイマ４４は、時間を計測する。

次に本実施形態に係るデフロスト運転の制御例について説明する。
図５は、本発明の一実施形態におけるデフロスト運転の制御方法の一例を示すフローチャートである。
まず、ユーザーが暖房の使用を開始すると、制御装置２０１は、暖房運転を開始する（ステップＳ１１）。具体的には、運転実行部４３は、圧縮機２が吐出した冷媒が暖房経路（第一の端子７Ａから室内熱交換器３へと向かう経路）を循環するように四方弁７を制御し、かつ、二方弁６を閉塞する。運転実行部４３は、タイマ４４が計測する時間を監視しつつ以下の制御を行う。
次に運転実行部４３は、ステップＳ１１で暖房運転を開始してから正サイクルデフロスト運転を禁止する所定の禁止時間Ｔ１（例えば、３５分）が経過したか否か（暖房運転開始からの経過時間Ｔが禁止時間Ｔ１を上回ったか否か）を判定する（ステップＳ１２）。禁止時間Ｔ１が経過していない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、運転実行部４３は、暖房運転を継続する（ステップＳ１１）。

暖房運転を開始してから禁止時間Ｔ１が経過した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、運転実行部４３は、温度センサ２５が計測する外気温度ＴｈｏＡ及び温度センサ３５が計測する室外熱交温度ＴｈｏＲが、所定の正サイクルデフロスト開始条件Ｍ１を満たすか否かを判定する。正サイクルデフロスト開始条件Ｍ１とは、例えば、外気温度ＴｈｏＡと室外熱交温度ＴｈｏＲとの温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が正サイクルデフロスト閾値Ｔｈｏ１（例えば、２０℃）を超えることである。運転実行部４３は、外気温度ＴｈｏＡと室外熱交温度ＴｈｏＲとの温度差が閾値Ｔｈｏ１を超えたか否かを判定する（ステップＳ１３）。閾値Ｔｈｏ１を超えていない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、運転実行部４３は、暖房運転を継続する（ステップＳ１１）。

温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が閾値Ｔｈｏ１を超えた場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、運転実行部４３は、室外熱交換器ユニット５が着霜していると判断し、正サイクルデフロスト運転を実行する（ステップＳ１４）。ここで、逆サイクルではなく、正サイクルデフロスト運転を最初に行うのは、正サイクルデフロスト運転中は、暖房能力は低下するものの暖房運転の継続が可能であることによる。運転実行部４３は、四方弁７の接続状態を維持したまま（冷媒が暖房経路を循環することを維持したまま）、二方弁６を開放する。これにより、吐出冷媒ガスの一部がバイパス配管２００を流通して室外熱交換器ユニット５に送られて、除霜が行われる。

次に、運転実行部４３は、正サイクルデフロスト運転の実行により、室外熱交換器ユニット５の除霜が達成されたか否かを判定する。具体的には、運転実行部４３は、外気温度ＴｈｏＡと室外熱交温度ＴｈｏＲとの温度差が所定のデフロスト解除閾値ＴｈｏＣ１以下となったか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、デフロスト解除閾値ＴｈｏＣ１は、正サイクルデフロスト閾値Ｔｈｏ１よりも小さい値とされる。
温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が所定の解除閾値ＴｈｏＣ１以下となっていない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、運転実行部４３は、室外熱交換器ユニット５の除霜が達成されていないとの判断に基づき、ステップＳ１４に戻り、引き続き、正サイクルデフロスト運転を実行する。なお、本実施形態では、正サイクルデフロスト運転の制御を室外熱交換器のガス管側に設けた温度センサ（図６の温度センサ３６）ではなく、副室外熱交換器５Ｂの冷媒が流れる方向の下流側に設けられた温度センサ３５の計測する室外熱交温度ＴｈｏＲに基づいて行う。室外熱交温度ＴｈｏＲは、副室外熱交換器５Ｂの除霜だけを行った後の冷媒の温度である。その為、室外熱交温度ＴｈｏＲの値は、従来の制御（図６の空気調和機１´での正サイクルデフロスト運転）における室外熱交温度よりも高い温度となる。解除閾値ＴｈｏＣ１の値は、温度を計測する位置の変更に伴い調整された閾値である。

他方、温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が所定の解除閾値ＴｈｏＣ１以下となった場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、運転実行部４３は、室外熱交換器ユニット５の除霜が達成されたと判断し、正サイクルデフロスト運転を終了し、再度、暖房運転を開始する（ステップＳ１６）。

ただし、温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が解除閾値ＴｈｏＣ１以下となった場合であっても、室外熱交換器ユニット５が完全に除霜されているとは限らない。即ち、環境条件等によっては、室外熱交換器ユニット５に霜の溶け残りが存在していることも想定される。後述するステップＳ２０では、霜の溶け残りを判断し、正サイクルデフロスト運転による除霜が十分でないとことが想定される場合は、逆サイクルデフロスト運転を行う。

次に、運転実行部４３は、ステップＳ１６で暖房運転を実行しながら、暖房運転を開始してから逆サイクルデフロスト運転を禁止す所定の禁止時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１。例えば、４５分）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１７）。暖房運転を開始してから所定の禁止時間Ｔ２が経過していない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、運転実行部４３は、暖房運転を継続する（ステップＳ１６）。

暖房運転を開始してから所定の禁止時間Ｔ２を超えた場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、続いて、運転実行部４３は、正サイクルデフロスト運転（ステップＳ１４）の運転終了から所定の安定待機時間Ｔ３（例えば５分）を経過したか否かを判定する（ステップＳ１８）。

正サイクルデフロスト運転の終了から安定待機時間Ｔ３を経過していない場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、暖房運転が再開（ステップＳ１６）してからの経過時間が短く、室外熱交温度ＴｈｏＲ等が安定していないとの判断より、ステップＳ１６に戻り、引き続き、暖房運転を継続する（ステップＳ１６）。

他方、正サイクルデフロスト運転の運転終了から安定待機時間Ｔ３が経過した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、運転実行部４３は、正サイクルデフロスト運転の運転終了から正サイクルデフロスト運転の禁止時間Ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ１９）。禁止時間Ｔ１が経過した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、運転実行部４３は、以降において、正サイクルデフロスト開始条件Ｍ１を満たした場合には、直ちに、正サイクルデフロスト運転を実行することができる。したがって、運転実行部４３は、ステップＳ１３の判定に基づいて、正サイクルデフロスト運転、又は、暖房運転を実行する。

他方、正サイクルデフロスト運転の運転終了から禁止時間Ｔ１が経過していない場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、運転実行部４３は、禁止時間Ｔ１を経過するまでは再び正サイクルデフロスト運転を実行することはできない。

ここで、仮に、最初に実行した（ステップＳ１４で実行した）正サイクルデフロスト運転による除霜が十分でなかった（霜の溶け残しがあった）とすると、その時点から更に禁止時間Ｔ１を経過したときには霜が大幅に成長しており、再度実行する正サイクルデフロスト運転によって除霜が完了するまでに多大な時間がかかることが想定される。すると、正サイクルデフロスト運転期間（即ち、暖房能力が十分でない期間）が長く続くことになり、ユーザー快適性が損なわれる。

そこで、正サイクルデフロスト運転の運転終了から禁止時間Ｔ１を経過していない間、運転実行部４３は、ステップＳ１４で行った正サイクルデフロスト運転で除霜が十分に達成できたか否かを判断する。具体的には、運転実行部４３は、外気温度ＴｈｏＡ及び室外熱交温度ＴｈｏＲが、所定の逆サイクルデフロスト開始条件Ｍ２を満たすか否かを判定する。逆サイクルデフロスト開始条件Ｍ２とは、例えば、外気温度ＴｈｏＡと室外熱交温度ＴｈｏＲとの温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が逆サイクルデフロスト閾値Ｔｈｏ２（Ｔｈｏ１＜Ｔｈｏ２）を超えることである。運転実行部４３は、温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が閾値Ｔｈｏ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ２０）。閾値Ｔｈｏ２を超えていない場合（ステップＳ２０）、運転実行部４３は、正サイクルデフロスト運転による除霜が十分に行われていたとの判断に基づき、ステップＳ１６に戻って暖房運転を継続する。

他方、温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が閾値Ｔｈｏ２（Ｔｈｏ１＜Ｔｈｏ２）を超えていた場合、正サイクルデフロスト運転終了後、除霜が十分に行われてなかったために短時間のうちに霜が成長し、室外熱交温度ＴｈｏＲが急激に低下したと考えられる。そこで、運転実行部４３は、逆サイクルデフロスト運転を実行する（ステップＳ２１）。ここで、運転実行部４３は、四方弁７を冷房経路の接続関係へと切り替えて逆サイクルデフロスト運転を行う。

次に、運転実行部４３は、逆サイクルデフロスト運転モードの実行により、室外熱交換器ユニット５の除霜が達成されたか否かを判定する。具体的には、運転実行部４３は、外気温度ＴｈｏＡと室外熱交温度ＴｈｏＲの温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が所定の逆デフロスト解除閾値ＴｈｏＣ２（ＴｈｏＣ＞Ｔｈｏ２）以下となったか否かを判定する（ステップＳ２２）。温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が解除閾値ＴｈｏＣ２以下となっていない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、運転実行部４３は、逆サイクルデフロスト運転を継続する。

なお、本実施形態では、逆サイクルデフロスト運転の制御を室外熱交換器の液管側に設けた温度センサ（図６の温度センサ３７）ではなく、主室外熱交換器５Ａの冷媒の流れ方向の下流側に設けた温度センサ３５が計測する室外熱交温度ＴｈｏＲに基づいて行う。室外熱交温度ＴｈｏＲは、主室外熱交換器５Ａの除霜だけを行った後の冷媒の温度である。その為、室外熱交温度ＴｈｏＲの値は、従来の制御（図６の空気調和機１´での逆サイクルデフロスト運転）における室外熱交温度よりも高い温度となる。解除閾値ＴｈｏＣ２の値は、温度を計測する位置の変更に伴い調整された閾値である。

他方、温度差（ＴｈｏＡ－ＴｈｏＲ）が解除閾値ＴｈｏＣ２以下となった場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、運転実行部４３は、室外熱交換器ユニット５の除霜が達成されたとの判断に基づき、逆サイクルデフロスト運転を終了し、再度、暖房運転を開始する（ステップＳ２３）。逆サイクルデフロスト運転を終了すると、運転実行部４３は、再度、暖房運転を開始するタイミングで経過時間Ｔをリセットし（ステップＳ２４）、ステップＳ１２の処理に戻る。

以上に説明したとおり、空気調和機１、１Ａは、室外熱交換器ユニット５に設けられた１つの温度センサ３５が計測する温度ＴｈｏＲと外気温度ＴｈｏＡに基づいて、正サイクルデフロスト運転と逆サイクルデフロスト運転の両方を制御することができる。温度センサを共通化することにより、コストダウンや制御を簡略化することができる。また、温度センサ３５を設ける位置を、正サイクルデフロスト運転における冷媒の流れ方向に沿って、室外熱交換器ユニット５の入口側寄りの位置（主室外熱交換器５Ａの伝熱面積が副室外熱交換器５Ｂの伝熱面積の６～１０程度となる位置）における冷媒配管に設けることで、正サイクルデフロスト運転開始後の温度上昇が緩やかになり、正サイクルデフロスト運転の制御を行うことができるようになる。また、従来の空気調和機１´では、図６に例示した温度センサ３７が計測する温度に基づいて、冷房運転や逆サイクルデフロスト運転の制御を行っているが、温度センサ３５を、上記の位置に設けることで、本実施形態に係る空気調和機１，１Ａにおいても、温度センサ３５が計測する温度に基づいて、従来と同様に（温度センサの共通化による影響を受けずに）冷房運転及び逆サイクルデフロスト運転の制御を行うことができる。

また、運転実行部４３は、正サイクルデフロスト運転の禁止時間内において、逆サイクルデフロスト運転の開始条件Ｍ２を満たした場合に、より強力な逆サイクルデフロスト運転を実行する。これにより、初回の正サイクルデフロスト運転による除霜が不十分であったとしても、追加的に除霜を実行することで、短時間でデフロスト運転を完了することができる。以上より、室内温度を低下させず、ユーザー快適性の高い制御を行うことができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
なお、伝熱管１５Ａ～１５Ｃ、フィン１６Ａ～１６Ｃは室外熱交換器が備える伝熱機構の一例である。温度センサ３５は、着霜状況を検出するセンサの一例である。着霜状況を検出するセンサは、圧力センサであってもよい。

１、１Ａ、１´ 空気調和機
２ 圧縮機
３ 室内熱交換器
４ 膨張弁
５ 室外熱交換器ユニット
５Ａ 主室外熱交換器
５Ｂ 副室外熱交換器
５Ｃ 室外熱交換器
６ 二方弁
７ 四方弁
７Ａ 第一の端子
７Ｂ 第二の端子
７Ｃ 第三の端子
７Ｄ 第四の端子
１０ 冷媒回路
１３、１４ ファン
２０ 冷媒配管
２０Ａ バイパス始点
２０Ｂ バイパス終点
２００ バイパス配管
１００ 主回路
２０１ 制御装置
２５、３５ 温度センサ
４１ 外気温度取得部
４２ 室外熱交温度取得部
４３ 運転実行部
４４ タイマ

Claims (5)

1. 圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器ユニットと、を含む冷媒回路と、
   前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器ユニットの液管側とを接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられた二方弁と、
   前記室外熱交換器ユニットが備える冷媒が流れる管の入口と出口の間の所定の位置に設けられた着霜状況を検出する１つのセンサと、
   前記室外熱交換器ユニットの除霜のために、前記四方弁と前記二方弁を制御することにより、前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器ユニット、前記膨張弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を流す逆サイクルデフロスト運転と、前記圧縮機、前記バイパス配管、前記室外熱交換器ユニット、前記四方弁の順に前記冷媒を流す正サイクルデフロスト運転と、を行う制御装置と、を備え、
   前記室外熱交換器ユニットは、直列に接続された主室外熱交換器と副室外熱交換器とを備え、前記センサが、前記主室外熱交換器と前記副室外熱交換器の間に設けられ、
   前記制御装置は、前記センサの計測値に基づいて、前記正サイクルデフロスト運転および前記逆サイクルデフロスト運転を制御する、空気調和機。
2. 前記室外熱交換器ユニットのガス管側に配置された前記主室外熱交換器の伝熱面積が、前記室外熱交換器ユニットの液管側に配置された前記副室外熱交換器の伝熱面積よりも大きい
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記主室外熱交換器の伝熱面積が、前記副室外熱交換器の伝熱面積の６倍から１０倍の間である、
   請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記制御装置は、前記センサの計測値に基づいて、前記逆サイクルデフロスト運転および前記正サイクルデフロスト運転の終了タイミングを決定する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の空気調和機。
5. 圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器ユニットと、を含む冷媒回路と、前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器ユニットの液管側とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた二方弁と、前記室外熱交換器ユニットが備える冷媒が流れる管の入口と出口の間の所定の位置に設けられた着霜状況を検出する１つのセンサと、前記室外熱交換器ユニットの除霜のために前記四方弁と前記二方弁を制御することにより、前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器ユニット、前記膨張弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を流す逆サイクルデフロスト運転と、前記圧縮機、前記バイパス配管、前記室外熱交換器ユニット、前記四方弁の順に前記冷媒を流す正サイクルデフロスト運転と、を行う制御装置と、を備え、前記室外熱交換器ユニットは、直列に接続された主室外熱交換器と副室外熱交換器とを備え、前記センサが、前記主室外熱交換器と前記副室外熱交換器の間に設けられる空気調和機において、
   前記制御装置が、前記センサの計測値に基づいて、前記逆サイクルデフロスト運転および前記正サイクルデフロスト運転の制御を行う、制御方法。

Images