JPH11118303A

JPH11118303A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH11118303A
Application number: JP9283399A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Yoshida; 康孝吉田; Hiroshi Yasuda; 弘安田; Susumu Nakayama; 進中山; Satoru Yoshida; 悟吉田; Kenichi Nakamura; 憲一中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: JP3463537B2

Abstract

(57)【要約】【課題】除霜を開始するための判定値を冷媒の種類に係
わらず安定とし、信頼性に優れ、環境保護としてオゾン
層の破壊の恐れがない空気調和機を得る。【解決手段】圧縮機４、四方弁８、室外熱交換器５及び
室外膨張弁２８を有した室外機３と、室内膨張弁１４及
び室内熱交換器１２を有した室内機１１とが配管で接続
された冷凍サイクルを備えた空気調和機において、熱交
換器温度を検知する検知手段１９と、冷凍サイクルに封
入されている冷媒の種類を設定する設定手段３８と、設
定手段３８によって設定された冷媒の種類に応じて室外
熱交換器温度の判定値を演算する手段３９と、判定値に
よって除霜を開始する手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機に関し、
特に地球環境保護としてオゾン層の破壊の恐れがなく、
暖房運転時に必要とする除霜を効率良く行うものに好適
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のヒートポンプ式冷凍サイクルの空
気調和機において、除霜の判定を行うのに暖房運転開始
後、所定時間経過する毎に室外ファンを低速運転とし、
それでも室外熱交換器温度が低下した時、除霜運転を開
始することが例えば、特開平９−１９６５２２号公報記
載のように知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】地球環境保護の観点か
ら、従来の冷媒であるＨＣＦＣ（Hydrochlorofluorocar
bon）系（例えばＲ２２）から、代替冷媒であるＨＦＣ
（Hydrofluorocarbon）系冷媒（例えばＲ４０７Ｃ）を
使用することが望ましい。しかし、上記従来技術では冷
媒の物性が異なるので、除霜を開始するための室外熱交
換器温度の判定値は冷媒の種類によっては不安定とな
り、信頼性に問題がある。

【０００４】本発明の目的は、上記課題を解決し、特に
地球環境保護としてオゾン層の破壊の恐れがなく信頼性
及び安定性の優れ、かつ簡素な構成による空気調和機を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨
張弁を有した室外機と、室内膨張弁及び室内熱交換器を
有した室内機とが配管で接続された冷凍サイクルを備え
た空気調和機において、熱交換器温度を検知する検知手
段と、冷凍サイクルに封入されている冷媒の種類を設定
する設定手段と、設定手段によって設定された冷媒の種
類に応じて室外熱交換器温度の判定値を演算する手段
と、判定値によって除霜を開始する手段とを備えたもの
である。

【０００６】除霜を開始する手段とは、例えば空気調和
機の暖房運転時に室外熱交換器に空気中の水分が霜とな
って付着する、すなわち着霜した場合に除霜に適した運
転を開始することを意味する。具体的には、暖房運転時
に四方弁を切換え、冷房運転と同じようにし、室外熱交
換器に高圧高温の冷媒を流入させること（逆サイクル除
霜）、圧縮機吐出口付近から室外熱交換器にバイパスす
る回路を開閉して室外熱交換器に高温冷媒を流入させる
（ホットガス除霜）手段によって達成することができ
る。これにより、冷媒の種類ごとに室外熱交換器温度の
判定値を変えて、除霜運転が開始されるので、信頼性及
び安定性を高め、省電力化することができる。

【０００７】また、本発明は上記のものにおいて、冷媒
の種類としてＨＦＣ系冷媒を設定する設定手段を備える
ことが望ましい。これにより、地球環境保護としてオゾ
ン層の破壊の恐れがなく信頼性及び安定性の優れたもの
とすることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１ないし図４を参照して説明する。図１は室外空気温度
に対して除霜を開始する室外熱交換器温度の関係を示す
グラフ、図２は、本発明による空気調和機の主要構成を
示すブロック図、図３は、冷媒の種類毎の室外空気温度
に対する熱交換器液側温度（冷媒蒸発温度）を示すグラ
フ、図４は本発明による除霜運転を開始するまでの方法
を示すフローチャートである。

【０００９】図２において、空気調和機は室外機３に１
台あるいは複数台の室内機１１１、１１Ｎが接続され、
室外機３と室内機１１１、１１Ｎとで閉回路となり、そ
の閉回路の中に冷媒が封入された冷凍サイクルを有して
いる。ヒートポンプ冷凍サイクルの空気調和機において
は、暖房運転時に、室外空気温度が低下すると、室外熱
交換器における冷媒が蒸発しにくくなり、冷媒の蒸発圧
力、蒸発温度が低下する。そのため、熱交換を行ってい
る空気の凝縮温度も低下し、空気中の水分が室外熱交換
器表面に霜として付着するため、その着霜に対して除霜
する必要がある。

【００１０】除霜の判定としては、例えば室外空気温度
がある値より低く、一定時間が経過して、さらにある一
定の温度に室外熱交換器液側温度が低下した場合、除霜
必要と判断するものがあり、これにより除霜は開始され
る。

【００１１】除霜方法は、四方弁を切り替えることによ
って冷媒を冷房運転と同じ順循環方向とし、室外熱交換
器に高圧高温の冷媒を流入させる逆サイクル除霜、圧縮
機吐出口付近から室外熱交換器にバイパスするバイパス
回路を開閉させ、高温冷媒を流入させるホットガス除霜
等が知られている。

【００１２】そして、室外機３は、１台あるいは複数台
の、駆動周波数可変の圧縮機４と室外熱交換器５及び室
外膨張弁１０を配管で接続するとともに室外熱交換器５
に送風する室外ファン６を備えている。また、室内機１
１１、１１Ｎは、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器
１２１、１２Ｎとその室内熱交換器１２１、１２Ｎの冷
媒の流量を調節する室内膨張弁１４１、１４Ｎを順次配
管接続すると共に室内熱交換器１２１、１２Ｎに送風す
る室内ファン１３１、１３Ｎを備えている。

【００１３】室外機３は、アキュムレータ７、四方弁８
及びレシーバ９を備えている。そして、室外機３及び室
内機１１１、１１Ｎの各ガス側及び液側を、各々ガス側
管路１５、液側管路１６及び分岐管１７１、１７Ｎで接
続して閉回路となし、その閉回路の中に冷媒が封入して
ある。

【００１４】また、室外空気温度を検知する室外空気温
度検知器１８、室外熱交換器液側温度を検知する室外熱
交換器液側温度検知器１９、室外熱交換器ガス側温度検
知器２０、冷媒吐出温度検知器２１、冷媒吸入圧力を検
知する冷媒吸入圧力検知器２２、冷媒吐出圧力を検知す
る冷媒吐出圧力検知器２３、圧縮機４の消費電力を検知
する圧縮機消費電力検知器２４、室外ファン６の消費電
力を検知する室外ファン消費電力検知器２５、圧縮機４
の周波数を操作するインバータ圧縮機駆動周波数操作器
２６、室外ファン６の送風能力を操作する室外ファン送
風能力操作器２７、室外膨張弁１０の開度を操作する室
外膨張弁開度操作器２８、四方弁７の冷媒方向を切り替
える操作を行う四方弁操作器２９、利用部の室内空気温
度を検知する室内空気温度検知器３０１、３０Ｎ、その
利用部への吹き出し空気温度を検知する吹き出し空気温
度検知器３１１、３１Ｎ、室内ファン１４１、１４Ｎの
電力を検知する室内ファン消費電力検知器３４１、３４
Ｎ、室内ファン１４１、１４Ｎの送風能力を操作する室
内ファン送風能力操作器３５１、３５Ｎ、室内膨張弁１
４１、１４Ｎの冷媒循環量を操作する室内膨張弁開度操
作器３６１、３６Ｎ、予め与えられた温湿度設定値を記
憶、あるいは使用者が好みの温湿度を設定するためのリ
モコン空気温湿度設定器３７１、３７Ｎなどが設けられ
ている。

【００１５】さらに、冷媒種類を入力して設定する設定
手段となる冷媒種類設定器３８、冷媒種類に応じて除霜
運転を開始する判断のための判定値を演算する演算装置
３９を有している。さらに、制御装置４０は、これら検
知信号を読み込み、操作器２６、２７、２８、２９、３
５１、３５Ｎ、３６１、３６Ｎの操作量を演算し、制御
するよう配線されている。

【００１６】上記空気調和機では、圧縮機４が起動、圧
縮作用を行うことで、封入された冷媒が、圧縮、過熱さ
れ、冷房時には室外熱交換器５、暖房時は室内熱交換器
１２１、１２Ｎの方向へ流れてゆく。そこで冷房時には
室外空気により、暖房時には室内空気により冷却、液化
され、空気には熱量を与える。さらに、膨張作用を行う
膨張弁１０、１４１、１４Ｎを通過することにより、減
圧、過冷却されて、冷房時には室内熱交換器、暖房時に
は室外熱交換器に流入する。そこで、冷房時には室内空
気により、暖房時には室外空気により加熱、蒸発され
て、空気からは、熱量を奪う。蒸発した冷媒は、また圧
縮機に流入し、圧縮され、以下、上記動作を繰返す。こ
れが一連の、空気調和機の冷媒の挙動である。

【００１７】演算制御装置は、室内空気温度、湿度を制
御するとともに、熱負荷装置である空気調和機の冷媒温
度、圧力の制御、除霜開始の判断、除霜等を行う。暖房
時においては、使用する空気条件が冷房時より一般的に
低く、蒸発作用を行う温度が０℃付近であることから、
熱交換して凝縮する空気の水分が凍結し、室外熱交換器
表面に着霜する。着霜した霜は、熱交換器の熱伝達率を
低下させ、冷媒蒸発温度を更に低下させるために、圧縮
機吸入圧力が低下し、暖房能力が小さくなる。従って、
着霜状態を放置しておくと、冷房サイクルが非常に好ま
しくない状態となる。そこで、除霜を行う。除霜を行う
に際しては、室外熱交換器に着霜していることを判断す
る事が必要となる。そして、この判定は、例えば室外空
気温度と経過時間、そして室外熱交換器液側温度などに
よって判断される。

【００１８】しかし、代替冷媒等、従来の冷媒と異なる
冷媒を用いる際には、従来の除霜判断をそのまま用いる
のは、冷媒の物性の違いからも、好ましくはない。そこ
で、従来のＨＣＦＣ系冷媒Ｒ２２と、ＨＦＣ系の代替冷
媒Ｒ４０７Ｃとを例に挙げてその違いを説明する。

【００１９】除霜の開始を判断するには、室外空気温
度、経過時間、室外熱交換器液側温度で判定することが
良いが、室外熱交換器（液側）温度で行うのが望まし
い。

【００２０】Ｒ２２のような単一冷媒は、乾き度が０以
上１以下の場合、室外熱交換器内の温度は一定であり、
熱交換器入口温度＝熱交換器出口温度である。しかし、
実際は圧力損失が存在するため、出口温度がやや低くな
る。そして、Ｒ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒はさら
に異なることとなる。

【００２１】Ｒ４０７Ｃは、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３
４ａの三種混合冷媒で、沸点の近いＲ３２、Ｒ１２５に
対してＲ１３４ａは沸点が高く、蒸発、凝縮において
は、温度勾配が発生する。つまり、蒸発過程では、熱交
換器入口温度＜熱交換器出口温度と差違が生じる。した
がって、除霜判断するときの熱交換器液側温度は、新た
に補正しなければならない。

【００２２】図３は、Ｒ２２と、Ｒ４０７Ｃの室外空気
温度に対する冷媒蒸発温度をシミュレートしたものであ
る。但し、これは熱交換器入口付近（液側）の温度であ
る。冷凍サイクルの条件としては、圧縮機駆動周波数、
吐出過熱度をＲ２２、Ｒ４０７Ｃ共に同じとした。

【００２３】図３により、冷媒の物性の違いにより、熱
交換器液側温度はＲ４０７Ｃの値４１がＲ２２の値４０
より２℃ほど低い温度となることが分かる。熱交換器の
液側とガス側の平均温度がこの際、ほぼ同じであること
から、熱交換器液側温度を検知して除霜開始判定を行う
際には、熱交換器液側温度の判定値をＲ２２のそれより
２℃下げればいいことになる。その後の除霜運転は、従
来より知られている逆サイクル除霜、ホットガスバイパ
ス除霜などによれば良い。

【００２４】熱交換器（液側）判定温度を設定した例が
図１であり、除霜開始の判断要素の一つである熱交換器
液側温度の判定値を、室外空気温度に対してプロットし
たものである。１はＲ２２の判定値であり、２はＲ４０
７Ｃの判定値である。１と２の温度差は、図３の物性値
の違いにより設定されたものである。また、ＨＦＣ系の
新冷媒のうち、どのような種類の冷媒が封入されてもい
いように、どの種類の冷媒が封入されているかを判断す
るのが良く、冷媒の違いによって物性が異なり、室外熱
交換器液側温度が異なる値となるので、除霜開始判定に
用いる室外熱交換器液側温度判定値をそれぞれ異なる値
に設定する必要がある。

【００２５】図２の、封入冷媒の種類を変更できる設定
器３８は、サービスマンが設定することを前提にしたデ
ィップスイッチやダイヤルスイッチ、あるいは使用者で
も変更可能であるリモコン等が良い。この冷媒種類設定
値、演算装置の演算により、除霜判定値を変更する。こ
れにより、製品毎に制御装置の内容を変更せずとも、一
つの製品で、様々な冷媒の物性に対応する除霜が可能と
なる。

【００２６】図４は、冷媒種類を判断して、判定値を変
更する手続きを表す。一般的に空気調和機を運転する前
に冷媒種類設定器３８によって、封入された冷媒の種類
を設定する（ステップ４３）。その後、空気調和機の運
転を行う（ステップ４４）。冷媒種類設定器３８から指
令された冷媒種類を演算装置３９が読み込む（ステップ
４５）。演算装置が設定された冷媒種類に応じた判定値
を演算、出力し（ステップ４６）、制御装置４０内の除
霜判定値を変更する（ステップ４７）。続いて冷凍サイ
クル運転制御を行う（ステップ４８）。その後、停止指
令があるかを常に監視する（ステップ４９）。停止指令
があった場合は、そのまま停止し（ステップ５１）、運
転継続の場合は冷媒種類の変更があったかを確認する
（ステップ５０）。もし変更があった場合は冷媒種類読
み込み４５まで戻り、そうでない場合は冷凍サイクル運
転をそのまま継続する。

【００２７】以上のように、室外熱交換器液側温度な
ど、除霜開始に必要な判定値を、新冷媒の物性に対応さ
せることにより、判定値をそれぞれ定めるだけで除霜を
最適に行うことが可能となる。また、封入されている冷
媒を判断することによって、適正な値に変更すれば、様
々な種類の冷媒に一種類の製品で対応できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、冷媒の種類ごとに室外
熱交換器温度の判定値を変えて、除霜運転が開始される
ので、信頼性及び安定性を高め、省電力化された空気調
和機を得ることができる。また、上記のものにおいて、
冷媒の種類としてＨＦＣ系冷媒を設定する設定手段を備
えることにより、地球環境保護としてオゾン層の破壊の
恐れがなく信頼性及び安定性の優れた空気調和機を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】室外空気温度に対して除霜を開始する室外熱交
換器温度の関係を示すグラフ。

【図２】一実施例による空気調和機の主要構成を示すブ
ロック図。

【図３】冷媒の種類毎の室外空気温度に対する熱交換器
液側温度（冷媒蒸発温度）を示すグラフ。

【図４】一実施例による除霜運転を開始するまでの方法
を示すフローチャート。

【符号の説明】

３…室外機、４…圧縮機、５…室外熱交換器、６…室外
ファン、７…アキュムレータ、８…四方弁、９…レシー
バ、１０…室外膨張弁、１１１、１１Ｎ…室内機、１２
１、１２Ｎ…室内熱交換器、１３１、１３Ｎ…室内ファ
ン、１４１、１４Ｎ…室内膨張弁、１５…ガス管、１６
…液管、１７１、１７Ｎ…分岐管、１８…室外空気温度
検知器、１９…室外熱交換器液側温度検知器、２０…室
外熱交換器ガス側温度検知器、２１…冷媒吐出温度検知
器、２２…冷媒吸入圧力検知器、２３…冷媒吐出圧力検
知器、２４…圧縮機消費電力検知器、２５…室外ファン
消費電力検知器、２６…インバータ圧縮機駆動周波数操
作器、２７…室外ファン送風能力操作器、２８…室外膨
張弁開度操作器、２９…四方弁操作器、３０１、３０Ｎ
…室内空気温度検知器、３１１、３１Ｎ…吹出し空気温
度検知器、３２１、３２Ｎ…室内熱交換器ガス側温度検
知器、３３１、３３Ｎ…室内熱交換器液側温度検知器、
３８…冷媒種類設定器、３９…演算装置、４０…制御装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田悟静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内 (72)発明者中村憲一静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外
膨張弁を有した室外機と、室内膨張弁及び室内熱交換器
を有した室内機とが配管で接続された冷凍サイクルを備
えた空気調和機において、熱交換器温度を検知する検知手段と、前記冷凍サイクルに封入されている冷媒の種類を設定す
る設定手段と、前記設定手段によって設定された冷媒の種類に応じて室
外熱交換器温度の判定値を演算する手段と、前記判定値によって除霜を開始する手段とを備えたこと
を特徴とする空気調和機。
【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、前記冷
媒の種類としてＨＦＣ系冷媒を設定する設定手段を備え
たことを特徴とする空気調和機。