JPWO2009093297A1 - ヒートポンプ装置及びこのヒートポンプ装置を搭載した空気調和機又は給湯器 - Google Patents

ヒートポンプ装置及びこのヒートポンプ装置を搭載した空気調和機又は給湯器 Download PDF

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Abstract

室内環境の変化や圧縮機周波数の変化の影響を受けることなく正確に蒸発器への着霜状況を検出することができるヒートポンプ装置及びこのヒートポンプ装置を搭載した空気調和機又は給湯器を得る。圧縮機３、室内熱交換器８（凝縮器）、膨張弁５及び室外熱交換器６（蒸発器）が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅを検出する蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０と、室外熱交換器６の蒸発器吸込空気温度Ｔａを検出する蒸発器吸込空気温度検出手段１１と、圧縮機３の圧縮機周波数ｆを検出する圧縮機周波数検出手段１２と、室外熱交換器６への着霜状況を検出する着霜状況検出手段１０３とを備え、着霜状況検出手段１０３は、蒸発器吸込空気温度Ｔａと蒸発温度Ｔｅとの差を圧縮機周波数ｆで除した演算値である特徴量Ｔ１に基づいて、室外熱交換器６への着霜による熱交換能力の低下を検出する。

Description

本発明は、ヒートポンプ装置及びこのヒートポンプ装置を搭載した空気調和機又は給湯器に関し、特に蒸発器への着霜による能力低下を正確に検知し、適切なタイミングで除霜運転を開始するヒートポンプ装置及びこのヒートポンプ装置を搭載した空気調和機又は給湯器に関するものである。
従来のヒートポンプ装置の一つである空気調和機としては、例えば「ステップＳ１６では、２０、２１、２２、２３ａ、２３ｂ、２４、２５ａ、２５ｂより構成される液インジェクション回路の使用の有無を判定し、この結果により除霜開始を判定する演算式を変化させる。ステップＳ１７は液インジェクション回路を使用している場合の除霜運転開始判定であり、外気温度Ｔｏより演算される除霜開始判定温度Ｃ１×Ｔｏ＋Ｄ１（例えば、３×Ｔｏ−１０）より蒸発温度Ｔｅが低下している場合は除霜運転を開始する。一方、ステップＳ１８は液インジェクション回路を使用していない場合の除霜運転開始判定であり、外気温度Ｔｏより演算される除霜開始判定温度Ｃ２×Ｔｏ＋Ｄ２（例えば、２．５×Ｔｏ−８）より蒸発温度Ｔｅが低下している場合は除霜運転を開始する。」（例えば特許文献１参照）というものが提案されている。
また、例えば「暖房運転時、演算回路２１は運転開始と同時に起動するタイマ回路２２の出力によって運転開始からの経過時間を監視する。そして、一定時間（たとえば１５分）が経過すると、そのときの蒸発器温度検知回路９からの信号によって室外熱交換器３の温度つまり蒸発器温度Ｔｅを検知し、それをＴｅ0 として温度記憶部２３に記憶する。この場合、一定時間Ｔ1 は蒸発器温度Ｔｅが安定するまでの時間である。さらに、演算回路２１は蒸発器温度Ｔｅを逐次検知し、次の演算を行う。Ｂ＝（Ｔｅ＋Ａ）／（Ｔｅ0 ＋Ａ）なお、Ａは特定の数値であり、例えば“２０”としている。すなわち、一定時間Ｔ1 後の蒸発器温度Ｔｅ0 に数値Ａを足したものと、逐次検知される蒸発器温度Ｔｅに数値Ａを足したものとの比率を演算するようにしている。そして、演算回路２１は演算して求めた値Ｂと設定値Ｃ（例えば０．５）とを比較し、ＢがＣよりも大きければそのまま暖房運転を継続し、かつ上記演算を繰返す（１秒間に数回の割合）。ただし、ＢがＣと同じまたはそれよりも小さければ着霜量が一定以上で除霜が必要と見なし、四方弁駆動回路２４に対して四方弁復帰指令を発する。」（例えば特許文献２参照）というものが提案されている。
特開２００１−９９５２９号公報（段落番号００３１、図４） 特開昭６２−１９６５６号公報（第３頁、第１図）
蒸発器への着霜状況を直接的に検出する検出手段は、例えば検出手段が積雪によって雪に覆われるなどして、蒸発器への着霜状況を検出できなくなる場合があるが、上記に示す従来の着霜検出手段（例えば特許文献１及び２参照）はいずれも、蒸発器の蒸発温度を用いて間接的に蒸発器への着霜状況を検出している。このため、直接的な着霜状況の検出手段に比べて、蒸発器への着霜状況を的確に検出することが可能である。また、例えば特許文献１の構成においては、蒸発器への着霜状況を検出するパラメータとして室外温度を用いているため、室外温度の変化に伴う蒸発器の蒸発温度の変化を蒸発器の着霜と誤判定することも防止できる。また、例えば特許文献２の構成においては、蒸発器への着霜状況を検出するパラメータとして室外温度を用いていないため、室外温度検出手段が例えば雪に覆われるなどして室外温度を検出できなくなる場合でも、蒸発器への着霜状況を的確に検出することができる。
しかしながら、上記に示す従来の着霜検出手段は、いずれも室外環境に起因して発生する蒸発器への着霜状況の誤検出については考慮されているものの、暖房運転中に起こる例えば室内環境の変化（例えば設定温度の変更等）や圧縮機周波数の変化に起因する蒸発器への着霜の誤検出については考慮されていないという問題点があった。すなわち、例えば室内環境の変化や圧縮機周波数の変化に起因して蒸発器の蒸発温度が低下した場合、この蒸発温度の低下を蒸発器への着霜と誤判定してしまうという問題点があった。
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、室内環境の変化や圧縮機周波数の変化の影響を受けることなく正確に蒸発器への着霜状況を検出することができるヒートポンプ装置及びこのヒートポンプ装置を搭載した空気調和機又は給湯器を得ることを目的とする。
本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、前記蒸発器の蒸発温度を検出する蒸発器冷媒飽和温度検出手段と、前記蒸発器の蒸発器吸込空気温度を検出する蒸発器吸込空気温度検出手段と、前記圧縮機の圧縮機周波数を検出する圧縮機周波数検出手段と、前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段とを備え、前記第１の着霜状況検出手段は、前記蒸発器吸込空気温度と前記蒸発温度との差を前記圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、該特徴量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するものである。
また、本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、前記蒸発器の蒸発圧力を検出する蒸発器冷媒圧力検出手段と、前記蒸発器の蒸発器吸込空気温度を検出する蒸発器吸込空気温度検出手段と、前記圧縮機の圧縮機周波数を検出する圧縮機周波数検出手段と、
前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段とを備え、前記第１の着霜状況検出手段は、前記蒸発器吸込空気温度と前記蒸発圧力から算出される蒸発温度との差を前記圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、該特徴量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するものである。
また、本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、前記蒸発器の蒸発温度を検出する蒸発器冷媒飽和温度検出手段と、前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段とを備え、前記第１の着霜状況検出手段は、前記蒸発温度を特徴量とし、該特徴量の時間変化量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するものである。
また、本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、前記蒸発器の蒸発圧力を検出する蒸発器冷媒圧力検出手段と、前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段とを備え、前記第１の着霜状況検出手段は、前記蒸発圧力を特徴量とし、該特徴量の時間変化量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するものである。
本発明においては、蒸発器吸込空気温度と蒸発温度との差を圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、この特徴量に基づいて、蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するので、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、蒸発器への着霜状況を正確に検出することができる。
また、本発明においては、蒸発器吸込空気温度と蒸発圧力から算出される蒸発温度との差を圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、この特徴量に基づいて、蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するので、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、蒸発器への着霜状況を正確に検出することができる。
また、本発明においては、蒸発器吸込空気温度と蒸発温度との差を圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、この特徴量の時間変化量に基づいて、蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するので、経年変化によって蒸発器冷媒飽和温度検出手段、蒸発器吸込空気温度検出手段、及び圧縮機周波数検出手段の検出値のズレが生じた場合でも、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、蒸発器への着霜状況を正確に検出することができる。
また、本発明においては、蒸発器吸込空気温度と蒸発圧力から算出される蒸発温度との差を圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、この特徴量の時間変化量に基づいて、蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するので、経年変化によって蒸発器冷媒圧力検出手段、蒸発器吸込空気温度検出手段、及び圧縮機周波数検出手段の検出値のズレが生じた場合でも、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、蒸発器への着霜状況を正確に検出することができる。
また、本発明においては、蒸発温度を特徴量とし、この特徴量の時間変化量に基づいて、蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するので、例えば雪に覆われるなどして蒸発器吸込空気温度を検出できなくなる環境（蒸発器吸込空気温度を誤検出してしまう環境）においても、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、蒸発器への着霜状況を正確に検出することができる。
また、本発明においては、蒸発圧力を特徴量とし、この特徴量の時間変化量に基づいて、蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出するので、例えば雪に覆われるなどして蒸発器吸込空気温度を検出できなくなる環境（蒸発器吸込空気温度を誤検出してしまう環境）においても、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、蒸発器への着霜状況を正確に検出することができる。
実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。 実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態１における特徴量Ｔ１と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。 実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態２における特徴量Ｔ２と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態３におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。 実施の形態３におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態３におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態３における特徴量Ｔ１の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態４におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。 実施の形態４におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態４におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態４における特徴量Ｔ２の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態５におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。 実施の形態５におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態５におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態５における特徴量Ｔ３の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態６におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。 実施の形態６におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態６におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態６における特徴量Ｔ４の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態７におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態７における空気調和機がプルダウン運転した場合の特徴量Ｔ１の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態７における次回霜取り不動作時間ｔｈ＿ｎｅｘｔ決定のフローチャートである。 実施の形態８におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。 実施の形態８におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。 実施の形態９における第２の着霜状況検出手段の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態９における発光部２１ａの出力電圧［Ｖ］と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態９における室外熱交換器６のフィン−電極間の静電容量［Ｆ］と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。 実施の形態９における室外熱交換器６表面の放射温度［℃］と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。
符号の説明
１ 室外機、２ 室内機、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 膨張弁、６ 室外熱交換器、６ａ フィン、７ 室外熱交換器用ファン、８ 室内熱交換器、９ 室内熱交換器用ファン、１０ 蒸発器冷媒飽和温度検出手段、１１ 蒸発器吸込空気温度検出手段、１２ 圧縮機周波数検出手段、１３ 蒸発器冷媒圧力検出手段、１４ 圧縮機運転時間計測手段、２１ 光学式着霜センサ、２１ａ 発光部、２１ｂ 受光部、２２ 光量判定制御部、１００ 制御部、１０１ タイマー、１０２ メモリ、１０３ 着霜状況検出手段、１０４ 除霜許可手段。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。空気調和機は室外機１及び室内機２で構成され、配管で接続されている。室外機１には、冷媒回路の構成部品として、周波数可変可能な圧縮機３、冷房と暖房で流路を切り替える四方弁４、膨張弁５、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器６、及び室外熱交換器用ファン７が設けられている。
この室外熱交換器６には、室外熱交換器６（蒸発器）の冷媒飽和温度（暖房運転時においては蒸発温度）を検出する蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０が設けられており、室外熱交換器６の近傍には、室外熱交換器に流入する空気温度（室外温度）を検出する蒸発器吸込空気温度検出手段１１が設けられている。また、圧縮機３には、圧縮機周波数ｆを検出する圧縮機周波数検出手段１２が設けられている。さらに、室外機１には制御部１００が設けられている。
なお、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０は、膨張弁５と室外熱交換器６との間に設けられていてもよい。また、制御部１００は室外機１に設けられているが、室内機２に設けられていてもよいし、外部に設けられていてもよい。
また、室内機２には、冷媒回路の構成部品として、暖房運転時に凝縮器となる室内熱交換器８、及び室内熱交換器用ファン９が設けられている。
図２は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２、及び本発明の第１の着霜状況検出手段に相当する着霜状況検出手段１０３等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、及び圧縮機周波数検出手段１２がそれぞれ検出した蒸発温度Ｔｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、蒸発温度Ｔｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆを用いて後述する特徴量Ｔ１を算出し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。これらタイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図１を用いて、本実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機における運転動作について説明する。
まず、暖房運転時の運転動作について説明する。暖房運転時には四方弁４の流路は図１の実線方向に設定されている。圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４を経由して室内機２内に設けられた室内熱交換器８へ流入する。その後、室内熱交換器８において室内空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒となる。このとき、室内熱交換器用ファン９により室内熱交換器８に送風された室内空気は、室内熱交換器８により加熱されることで暖房を行う。室内熱交換器８を出た高圧液冷媒は室外機１へ戻る。
室外機１に戻った高圧液冷媒は、膨張弁５で減圧され低圧二相状態となり、室外熱交換器６へ流入する。室外熱交換器６では、室外熱交換器用ファン７から送風される室外空気から吸熱し、蒸発して低圧ガス冷媒となる。その後、四方弁４を介して圧縮機３へ流入する。圧縮機３は、低圧ガス冷媒を高圧まで昇圧して吐出する。
続いて、除霜運転時の運転動作について説明する。除霜運転時には四方弁４の流路は図１の破線方向に設定されている。圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４を経由して室外熱交換器６へ流入する。その後、室外熱交換器６において凝縮液化し、高圧液冷媒となる。このとき、室外熱交換器６へ流入した高温高圧のガス冷媒の熱により、室外熱交換器６に付着した霜を溶かして取り除く。
なお、除霜運転は本実施形態１で示したものに限らない。例えば、圧縮機３から吐出された高温ガス冷媒が室外熱交換器６に流入するバイパス配管を設けることにより、四方弁４を切り替えることなく、または四方弁４を室外機１内に設けることなく除霜運転が可能となる。
図３は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−２において、着霜状況検出手段１０３は、蒸発器吸込空気温度検出手段１１で検出された蒸発器吸込空気温度Ｔａ、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０で検出された蒸発温度Ｔｅ、及び圧縮機周波数検出手段１２で検出された圧縮機周波数ｆから、次式で示される特徴量Ｔ１の演算を行う。
Ｔ１＝（Ｔａ−Ｔｅ）／ｆ ・・・（１）
なお、圧縮機周波数ｆは制御部１００から圧縮機３へ送られる指令値を用いてもよい。
その後、ステップＳ−３において、着霜状況検出手段１０３は、特徴量Ｔ１が予め設定した閾値Ｓ１を超えているか否かを判定する。特徴量Ｔ１が閾値Ｓ１を超えている場合は、ステップＳ−４へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ１が閾値Ｓ１を超えていない場合は、ステップＳ−２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
暖房運転中には、室外熱交換器６への着霜に起因する蒸発温度Ｔｅの低下以外の要因によっても、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅの低下が発生する場合がある。
例えば、ユーザーが室内の設定温度を上げた場合や室内温度と設定温度との温度差が大きくなった場合、制御部１００は、室内熱交換器８の凝縮温度を上昇させるために、圧縮機３の圧縮機周波数ｆを上げる。このとき、冷媒回路中の冷媒速度が上昇するため、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅは低下する。
上述したように、本実施の形態１では、式（１）で示す特徴量Ｔ１を用いて室外熱交換器６への着霜状況を検出する。このため、蒸発温度Ｔｅが低下した場合、つまり特徴量Ｔ１の分子である（Ｔａ−Ｔｅ）の値が上昇した場合、特徴量Ｔ１の分母である圧縮機周波数ｆも上昇する。したがって、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅが低下した場合には、特徴量Ｔ１の上昇（変動）を抑制することができる。
図４は、本発明の実施の形態１における特徴量Ｔ１と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図４では、縦軸を特徴量Ｔ１、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ１の時間的変化を示している。
暖房運転中に、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅが低下した場合には特徴量Ｔ１はあまり変化せず、時間の経過とともに室外熱交換器６への着霜が増加するにしたがって、徐々に特徴量Ｔ１が上昇している。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ１を用いているので、つまり、蒸発器吸込空気温度Ｔａと蒸発温度Ｔｅとの差（Ｔａ−Ｔｅ）を圧縮機周波数ｆで除しているので、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
実施の形態２．
実施の形態１では室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅを用いて室外熱交換器６への着霜状況を検出したが、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅと蒸発圧力は同様の変化を示すので、室外熱交換器６の蒸発圧力を用いても室外熱交換器６への着霜状況を検出することができる。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図５は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。本実施の形態２においては、実施の形態１の蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０に代わって、冷媒回路には室外熱交換器６の冷媒圧力（暖房運転時においては蒸発圧力）を検出する蒸発器冷媒圧力検出手段１３が設けられている。
図６は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒圧力検出手段１３、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、及び圧縮機周波数検出手段１２がそれぞれ検出した蒸発圧力Ｐｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、蒸発圧力Ｐｅから算出された蒸発温度Ｔｅｐ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆを用いて後述する特徴量Ｔ２を算出し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。これらタイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図７は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−１１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−１２において、着霜状況検出手段１０３は、蒸発器吸込空気温度検出手段１１で検出された蒸発器吸込空気温度Ｔａ、蒸発器冷媒圧力検出手段１３で検出された蒸発圧力Ｐｅより算出された蒸発温度Ｔｅｐ、及び圧縮機周波数検出手段１２で検出された圧縮機周波数ｆから、次式で示される特徴量Ｔ２の演算を行う。
Ｔ２＝（Ｔａ−Ｔｅｐ）／ｆ ・・・（２）
なお、圧縮機周波数ｆは制御部１００から圧縮機３へ送られる指令値を用いてもよい。
その後、ステップＳ−１３において、着霜状況検出手段１０３は、特徴量Ｔ２が予め設定した閾値Ｓ２を超えているか否かを判定する。特徴量Ｔ２が閾値Ｓ２を超えている場合は、ステップＳ−１４へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ２が閾値Ｓ２を超えていない場合は、ステップＳ−１２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
上述したように、本実施の形態２では、式（２）で示す特徴量Ｔ２を用いて室外熱交換器６への着霜状況を検出する。したがって、実施の形態１と同様に、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅｐ（蒸発圧力Ｐｅ）が低下した場合には、特徴量Ｔ２の上昇（変動）を抑制することができる。
図８は、本発明の実施の形態２における特徴量Ｔ２と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図８では、縦軸を特徴量Ｔ２、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ２の時間的変化を示している。
暖房運転中に、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅｐ（蒸発圧力Ｐｅ）が低下した場合には特徴量Ｔ２はあまり変化せず、時間の経過とともに室外熱交換器６への着霜が増加するにしたがって、徐々に特徴量Ｔ２が上昇している。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ２を用いているので、つまり、蒸発器吸込空気温度Ｔａと蒸発圧力Ｐｅより算出された蒸発温度Ｔｅｐとの差（Ｔａ−Ｔｅｐ）を圧縮機周波数ｆで除しているので、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
実施の形態３．
実施の形態１では、特徴量Ｔ１を用いて室外熱交換器６への着霜状況を検出したが、特徴量Ｔ１の時間変化量を用いることにより、室外熱交換器６への着霜状況をより正確に検知することができる。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については上述の実施の形態と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図９は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。本実施の形態３においては、実施の形態１の冷媒回路に加えて、圧縮機３の圧縮機運転時間ｔを計測する圧縮機運転時間計測手段１４が設けられている。
図１０は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、圧縮機周波数検出手段１２、及び圧縮機運転時間計測手段１４がそれぞれ検出した蒸発温度Ｔｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、圧縮機周波数ｆ、及び圧縮機運転時間ｔ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、蒸発温度Ｔｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆを用いて、圧縮機運転時間ｔでの特徴量Ｔ１を算出し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。これらタイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図１１は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−２１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−２２で圧縮機運転時間計測手段１４により圧縮機運転時間ｔが計測される。ステップＳ−２３において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける蒸発器吸込空気温度検出手段１１で検出された蒸発器吸込空気温度Ｔａ、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０で検出された蒸発温度Ｔｅ、及び圧縮機周波数検出手段１２で検出された圧縮機周波数ｆから、式（１）で示される特徴量Ｔ１の演算を行い、メモリ１０２に記憶する。その後、ステップＳ−２４では、予め設定した変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過したか否か判定する。変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過している場合はステップＳ−２５へ進み、経過していない場合はステップＳ−２２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−２５において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける特徴量Ｔ１（ｔ）から圧縮機運転時間（ｔ−Ｄ）における特徴量Ｔ１（ｔ−Ｄ）を引いた値、つまりＴ１（ｔ）−Ｔ１（ｔ−Ｄ）を特徴量Ｔ１の時間変化量として演算する。特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定し、ステップＳ−２６へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも小さい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していないと判定し、ステップＳ−２２へ戻って暖房運転を継続する。
なお、本実施の形態３では、圧縮機運転時間ｔを圧縮機運転時間計測手段１４により計測したが、タイマー１０１により計測してもよい。また、圧縮機周波数ｆを圧縮機周波数検出手段１２により検出したが、制御部１００から圧縮機３へ送られる指令値を用いてもよい。
図１２は、本発明の実施の形態３における特徴量Ｔ１の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図１２では、縦軸を特徴量Ｔ１の時間変化量、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ１の時間変化量の時間的変化を示している。
実施の形態１において説明したように、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅが低下しても特徴量Ｔ１はあまり変化しない。このため、特徴量Ｔ１の時間変化量も同様に、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅが低下した場合には特徴量Ｔ１の時間変化量はあまり変化せず、時間の経過とともに室外熱交換器６への着霜が増加するにしたがって、徐々に特徴量Ｔ１の時間変化量が上昇している。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、実施の形態１と同様に、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ１を用いているので、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
また、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ１の時間変化量を用いているので、経年変化によって蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、及び圧縮機周波数検出手段１２の検出値のズレが生じても、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
実施の形態４．
実施の形態３では特徴量Ｔ１の時間変化量を用いて室外熱交換器６への着霜状況を検出したが、特徴量Ｔ２の時間変化量を用いても室外熱交換器６への着霜状況を検出することができる。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については上述の実施の形態と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図１３は、本発明の実施の形態４におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。本実施の形態４においては、実施の形態２の冷媒回路に加えて、圧縮機３の圧縮機運転時間ｔを計測する圧縮機運転時間計測手段１４が設けられている。
図１４は、本発明の実施の形態４におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒圧力検出手段１３、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、圧縮機周波数検出手段１２、及び圧縮機運転時間計測手段１４がそれぞれ検出した蒸発圧力Ｐｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、圧縮機周波数ｆ、及び圧縮機運転時間ｔ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、蒸発圧力Ｐｅから算出された蒸発温度Ｔｅｐ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆを用いて、圧縮機運転時間ｔでの特徴量Ｔ２を算出し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。これらタイマー１０１、メモリ１０２、及び着霜状況検出手段１０３等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図１５は、本発明の実施の形態４におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−３１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−３２で圧縮機運転時間計測手段１４により圧縮機運転時間ｔが計測される。ステップＳ−３３において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける蒸発器吸込空気温度検出手段１１で検出された蒸発器吸込空気温度Ｔａ、蒸発器冷媒圧力検出手段１３で検出された蒸発圧力Ｐｅより算出された蒸発温度Ｔｅｐ、及び圧縮機周波数検出手段１２で検出された圧縮機周波数ｆから、式（２）で示される特徴量Ｔ２の演算を行い、メモリ１０２に記憶する。その後、ステップＳ−３４では、予め設定した変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過したか否か判定する。変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過している場合はステップＳ−３５へ進み、経過していない場合はステップＳ−３２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−３５において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける特徴量Ｔ２（ｔ）から圧縮機運転時間（ｔ−Ｄ）における特徴量Ｔ２（ｔ−Ｄ）を引いた値、つまりＴ２（ｔ）−Ｔ２（ｔ−Ｄ）を特徴量Ｔ２の時間変化量として演算する。特徴量Ｔ２の時間変化量が閾値Ｓ４よりも大きい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定し、ステップＳ−３６へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ２の時間変化量が閾値Ｓ４よりも小さい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していないと判定し、ステップＳ−３２へ戻って暖房運転を継続する。
なお、本実施の形態４では、圧縮機運転時間ｔを圧縮機運転時間計測手段１４により計測したが、タイマー１０１により計測してもよい。また、圧縮機周波数ｆを圧縮機周波数検出手段１２により検出したが、制御部１００から圧縮機３へ送られる指令値を用いてもよい。
図１６は、本発明の実施の形態４における特徴量Ｔ２の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図１６では、縦軸を特徴量Ｔ２の時間変化量、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ２の時間変化量の時間的変化を示している。
実施の形態２において説明したように、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅが低下しても特徴量Ｔ２はあまり変化しない。このため、特徴量Ｔ２の時間変化量も同様に、圧縮機周波数ｆの上昇によって蒸発温度Ｔｅが低下した場合には特徴量Ｔ２の時間変化量はあまり変化せず、時間の経過とともに室外熱交換器６への着霜が増加するにしたがって、徐々に特徴量Ｔ２の時間変化量が上昇している。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、実施の形態２と同様に、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ２を用いているので、室外環境に加えて圧縮機周波数の変化の影響も受けることなく、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
また、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ２の時間変化量を用いているので、実施の形態３と同様に、経年変化によって蒸発器冷媒圧力検出手段１３、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、及び圧縮機周波数検出手段１２の検出値のズレが生じても、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
実施の形態５．
蒸発器吸込空気温度検出手段１１が、例えば雪に覆われるなどして蒸発器吸込空気温度Ｔａを検出できなくなる環境（蒸発器吸込空気温度Ｔａを誤検出してしまう環境）においては、本実施の形態５に示す手段により、正確に室外熱交換器６への着霜状況を検出することができる。なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については上述の実施の形態と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図１７は、本発明の実施の形態５におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。本実施の形態５においては、実施の形態３の冷媒回路から、蒸発器吸込空気温度Ｔａを検出する蒸発器吸込空気温度検出手段１１、及び圧縮機周波数ｆを検出する圧縮機周波数検出手段１２が取り外されている。
図１８は、本発明の実施の形態５におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２及び着霜状況検出手段１０３等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０及び圧縮機運転時間計測手段１４がそれぞれ検出した蒸発温度Ｔｅ及び圧縮機運転時間ｔ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、後述する特徴量Ｔ３の時間変化量等を演算し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。これらタイマー１０１、メモリ１０２及び着霜状況検出手段１０３等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図１９は、本発明の実施の形態５におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−４１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−４２で圧縮機運転時間計測手段１４により圧縮機運転時間ｔが計測される。ステップＳ−４３において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０で検出された蒸発温度Ｔｅを特徴量Ｔ３＝Ｔｅとし、メモリ１０２に記憶する。その後、ステップＳ−４４では、予め設定した変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過したか否か判定する。変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過している場合はステップＳ−４５へ進み、経過していない場合はステップＳ−４２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−４５において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間（ｔ−Ｄ）における特徴量Ｔ３（ｔ−Ｄ）から圧縮機運転時間ｔにおける特徴量Ｔ３（ｔ）を引いた値、つまりＴ３（ｔ−Ｄ）−Ｔ３（ｔ）を特徴量Ｔ３の時間変化量として演算する。特徴量Ｔ３の時間変化量が閾値Ｓ５よりも大きい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定し、ステップＳ−４６へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ３の時間変化量が閾値Ｓ５よりも小さい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していないと判定し、ステップＳ−４２へ戻って暖房運転を継続する。
なお、本実施の形態５では、圧縮機運転時間ｔを圧縮機運転時間計測手段１４により計測したが、タイマー１０１により計測してもよい。
図２０は、本発明の実施の形態５における特徴量Ｔ３の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図２０では、縦軸を特徴量Ｔ３の時間変化量、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ３の時間変化量の時間的変化を示している。
時間の経過とともに室外熱交換器６への着霜が増加するにしたがって、徐々に特徴量Ｔ３の時間変化量が上昇している。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、室外熱交換器６への着霜状況の検出に用いられる特徴量Ｔ３の演算に蒸発器吸込空気温度Ｔａが含まれていないので、例えば雪に覆われるなどして蒸発器吸込空気温度Ｔａを検出できなくなる環境（蒸発器吸込空気温度Ｔａを誤検出してしまう環境）において、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
また、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ３の時間変化量を用いているので、経年変化によって蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０の検出値のズレが生じても、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
実施の形態６．
実施の形態５では室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅを用いて室外熱交換器６への着霜状況を検出したが、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅと蒸発圧力は同様の変化を示すので、室外熱交換器６の蒸発圧力を用いても室外熱交換器６への着霜状況を検出することができる。なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については上記の実施の形態と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図２１は、本発明の実施の形態６におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の冷媒回路の概略構成図である。本実施の形態６においては、実施の形態５の蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０に代わって、冷媒回路には室外熱交換器６の冷媒圧力（暖房運転時においては蒸発圧力）を検出する蒸発器冷媒圧力検出手段１３が設けられている。
図２２は、本発明の実施の形態６におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２及び着霜状況検出手段１０３等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒圧力検出手段１３及び圧縮機運転時間計測手段１４がそれぞれ検出した蒸発圧力Ｐｅ及び圧縮機運転時間ｔ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、後述する特徴量Ｔ４の時間変化量等を演算し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。これらタイマー１０１、メモリ１０２及び着霜状況検出手段１０３等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図２３は、本発明の実施の形態６におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−５１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−５２で圧縮機運転時間計測手段１４により圧縮機運転時間ｔが計測される。ステップＳ−５３において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける蒸発器冷媒圧力検出手段１３で検出された蒸発圧力Ｐｅを特徴量Ｔ４＝Ｐｅとし、メモリ１０２に記憶する。その後、ステップＳ−５４では、予め設定した変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過したか否か判定する。変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過している場合はステップＳ−５５へ進み、経過していない場合はステップＳ−５２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−５５において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間（ｔ−Ｄ）における特徴量Ｔ４（ｔ−Ｄ）から圧縮機運転時間ｔにおける特徴量Ｔ４（ｔ）を引いた値、つまりＴ４（ｔ−Ｄ）−Ｔ４（ｔ）を特徴量Ｔ４の時間変化量として演算する。特徴量Ｔ４の時間変化量が閾値Ｓ６よりも大きい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定し、ステップＳ−５６へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ４の時間変化量が閾値Ｓ６よりも小さい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していないと判定し、ステップＳ−５２へ戻って暖房運転を継続する。
なお、本実施の形態６では、圧縮機運転時間ｔを圧縮機運転時間計測手段１４により計測したが、タイマー１０１により計測してもよい。
図２４は、本発明の実施の形態６における特徴量Ｔ４の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図２４では、縦軸を特徴量Ｔ４の時間変化量、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ４の時間変化量の時間的変化を示している。
時間の経過とともに室外熱交換器６への着霜が増加するにしたがって、徐々に特徴量Ｔ４の時間変化量が上昇している。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、室外熱交換器６への着霜状況の検出に用いられる特徴量Ｔ４の演算に蒸発器吸込空気温度Ｔａが含まれていないので、例えば雪に覆われるなどして蒸発器吸込空気温度Ｔａを検出できなくなる環境（蒸発器吸込空気温度Ｔａを誤検出してしまう環境）において、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
また、室外熱交換器６への着霜状況の検出に特徴量Ｔ４の時間変化量を用いているので、経年変化によって蒸発器冷媒圧力検出手段１３の検出値のズレが生じても、室外熱交換器６への着霜状況を正確に検出することができる。
なお、実施形態３〜６においては特徴量Ｔ（１〜４）の時間変化量を、現在の特徴量Ｔ（ｔ）と変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）前の特徴量Ｔ（ｔ−Ｄ）との差とした。これは、長時間かけて着霜する場合の外気温変動などによる誤動作を防止することが出来るからであるが、正確に着霜状況を検出可能であればＤは特に限定されず、例えば４分または１０分等としてもよい。
また、特徴量Ｔの時間変化量をある基準時間（例えば圧縮機３の起動後２０分）前の特徴量Ｔ（ｔ−Ｄ）と現在の特徴量Ｔ（ｔ）との差としてもよい。このようにすることで、短時間で着霜する場合においても、無着霜時と着霜時の変化量の値の差を大きくすることができ、精度のいい判定が可能となる。基準時間を例えば２０分としたのは、冷凍サイクルが十分安定し着霜状況の検出が可能であることが確認されている時間だからであるが、冷凍サイクルが十分安定し着霜状況の検出が可能であれば、基準時間を例えば１０分または３０分としてもよい。
実施の形態７．
実施の形態１〜６においては、圧縮機３の起動（暖房運転の開始）直後より、室外熱交換器６への着霜状況の検出を開始していたが、圧縮機３の起動から一定時間経過後（ｔｈ）に室外熱交換器６への着霜状況の検出を開始することで、プルダウンに起因する冷凍サイクルの不安定状態での着霜状況判定を避けることができ、除霜運転誤作動を防止することができる。なお、実施の形態１〜６のいずれの構成においても実施可能であるが、本実施の形態７では、実施の形態３の構成を用いて以下説明する。また、特に記述しない項目については上記実施の形態と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図２５は、本発明の実施の形態７におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−２１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−２２で圧縮機運転時間計測手段１４により圧縮機運転時間ｔが計測される。ステップＳ−２２−１では、圧縮機運転時間ｔが予め設定された霜取り不動作時間ｔｈを経過しているか否かが判定され、経過している場合には、ステップＳ−２３に進み、不動作時間ｔｈを経過していない場合は、ステップＳ−２２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−２３において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける蒸発器吸込空気温度検出手段１１で検出された蒸発器吸込空気温度Ｔａ、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０で検出された蒸発温度Ｔｅ、及び圧縮機周波数検出手段１２で検出された圧縮機周波数ｆから、式（１）で示される特徴量Ｔ１の演算を行い、メモリ１０２に記憶する。その後、ステップＳ−２４では、予め設定した変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過したか否か判定する。変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過している場合はステップＳ−２５へ進み、経過していない場合はステップＳ−２３へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−２５において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける特徴量Ｔ１（ｔ）から圧縮機運転時間（ｔ−Ｄ）における特徴量Ｔ１（ｔ−Ｄ）を引いた値、つまりＴ１（ｔ）−Ｔ１（ｔ−Ｄ）を特徴量Ｔ１の時間変化量として演算する。特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定し、ステップＳ−２６へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも小さい場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していないと判定し、ステップＳ−２２へ戻って暖房運転を継続する。
図２６は、本発明の実施の形態７における空気調和機がプルダウン運転した場合の特徴量Ｔ１の時間変化量と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図２６では、縦軸を特徴量Ｔ１の時間変化量、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する特徴量Ｔ１の時間変化量の時間的変化を示している。例えば、暖房運転開始時、室内温度と設定温度がある一定の温度差以上の場合、つまり室内温度が設定温度よりもある一定温度以上低い場合、空気調和機は一時的に圧縮機３の周波数を上げて急激に室内を暖房するプルダウン運転を行う。このとき、蒸発温度Ｔｅが急速に低下（特徴量Ｔ１が急速に上昇）し、つまり、特徴量Ｔ１の時間変化量が急速に上昇し、図２６に示すように特徴量Ｔ１の時間変化量が一時的にオーバーシュートすることとなる。しかしながら、本実施の形態７では、霜取り不動作時間ｔｈ経過後から特徴量Ｔ１の時間変化量を検出するので、プルダウン運転時における特徴量Ｔ１の時間変化量の一時的なオーバーシュートによって室外熱交換器６への着霜状況を誤検出することを防止できる。
また、霜取り不動作時間ｔｈを予め設定された一定の時間とせず、次回の霜取り不動作時間ｔｈ＿ｎｅｘｔを暖房運転前の除霜運転時間（ｔ＿ｄｅｆ）に基づいて決定してもよい。
図２７は、次回霜取り不動作時間ｔｈ＿ｎｅｘｔ決定のフローチャートである。ステップＳ−６１にて除霜運転が開始されると、ステップＳ−６２では、除霜運転を終了するか否かが判定される。除霜運転を終了すると判定した場合には、ステップＳ−６３に進み、除霜運転を終了しないと判定した場合には、ステップＳ−６２に戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−６３にて除霜運転が終了されると、ステップＳ−６４ではタイマー１０１により、除霜運転時間ｔ＿ｄｅｆが計測される。ステップＳ−６５では、除霜運転時間ｔ＿ｄｅｆに基づいて次回霜取り不動作時間ｔｈ＿ｎｅｘｔを算出する。その後、ステップＳ−６６に進み暖房運転を開始する。
このように次回霜取り不動作時間ｔｈ＿ｎｅｘｔを算出することで、不必要な除霜運転を行わず、着霜状況の検出精度を向上できる。さらに、室外機１の設置環境に応じた霜取り不動作時間ｔｈを算出できるので、霜取り不動作時間ｔｈが長すぎることによる室外熱交換器６の熱交換能力の低下を防止することができる。
実施の形態８．
実施の形態１〜７では、特徴量Ｔ又は特徴量Ｔの時間変化量が、ある閾値Ｓを超えた場合に除霜運転を開始していたが、ある閾値Ｓを超えた状態が所定の時間（Ｘ分）連続した場合に除霜運転を開始するようにしてもよい。なお、実施の形態１〜７のいずれの構成においても実施可能であるが、本実施の形態８では、実施の形態３の構成を用いて以下説明する。また、特に記述しない項目については上述の実施の形態と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
図２８は、本発明の実施の形態８におけるヒートポンプ装置を用いた室外熱交換器６の着霜による能力低下を検出するための構成ブロック図である。制御部１００は、タイマー１０１、メモリ１０２、着霜状況検出手段１０３及び除霜許可手段１０４等を備えている。タイマー１０１は運転時間等を計測する。メモリ１０２は、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０、蒸発器吸込空気温度検出手段１１、圧縮機周波数検出手段１２、及び圧縮機運転時間計測手段１４がそれぞれ検出した蒸発温度Ｔｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、圧縮機周波数ｆ、及び圧縮機運転時間ｔ等を記憶する。着霜状況検出手段１０３は、蒸発温度Ｔｅ、蒸発器吸込空気温度Ｔａ、及び圧縮機周波数ｆを用いて、圧縮機運転時間ｔでの特徴量Ｔ１を算出し、室外熱交換器６への着霜状況を検出する。除霜許可手段１０４は、着霜状況検出手段の検出結果に基づいて除霜運転を許可する。これらタイマー１０１、メモリ１０２、着霜状況検出手段１０３及び除霜許可手段１０４等の情報を基に、制御部１００は圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器用ファン７及び室内熱交換器用ファン９の各駆動部へ制御信号を送る。
図２９は、本発明の実施の形態８におけるヒートポンプ装置を用いた空気調和機の除霜開始判定制御のフローチャートである。
ステップＳ−２１にて暖房運転が開始されると、ステップＳ−２２で圧縮機運転時間計測手段１４により圧縮機運転時間ｔが計測される。ステップＳ−２３において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける蒸発器吸込空気温度検出手段１１で検出された蒸発器吸込空気温度Ｔａ、蒸発器冷媒飽和温度検出手段１０で検出された蒸発温度Ｔｅ、及び圧縮機周波数検出手段１２で検出された圧縮機周波数ｆから、式（１）で示される特徴量Ｔ１の演算を行い、メモリ１０２に記憶する。その後、ステップＳ−２４では、予め設定した変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過したか否か判定する。変化量検出時間Ｄ分（例えば５分）が経過している場合はステップＳ−２５へ進み、経過していない場合はステップＳ−２２へ戻り引き続き前記工程を繰り返す。
ステップＳ−２５において、着霜状況検出手段１０３は、圧縮機運転時間ｔにおける特徴量Ｔ１（ｔ）から圧縮機運転時間（ｔ−Ｄ）における特徴量Ｔ１（ｔ−Ｄ）を引いた値、つまりＴ１（ｔ）−Ｔ１（ｔ−Ｄ）を特徴量Ｔ１の時間変化量として演算し、特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きいか否かを判定する。また、除霜許可手段１０４は、特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい状態が予め設定された着霜判定時間（Ｘ分）以上継続しているか否かを判定する。特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい状態が着霜判定時間（Ｘ分）以上継続している場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定し、ステップＳ−２６へ進み除霜運転を開始する。特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい状態が着霜判定時間（Ｘ分）以上継続していない場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していないと判定し、ステップＳ−２２へ戻って暖房運転を継続する。
なお、本実施の形態８では、圧縮機運転時間ｔを圧縮機運転時間計測手段１４により計測したが、タイマー１０１により計測してもよい。また、圧縮機周波数ｆを圧縮機周波数検出手段１２により検出したが、制御部１００から圧縮機３へ送られる指令値を用いてもよい。
例えば、室内機の送風モードを強モードにした場合や室内温度と設定温度が離れている場合、制御部１００は室内熱交換器用ファン９の周波数を上げる。室内熱交換器用ファン９の周波数の上昇により、室内熱交換器８と室内熱交換器用ファン９から室内熱交換器８へ送られた空気との熱交換が促進され、室内熱交換器８の凝縮温度が低下し、この凝縮温度の低下に伴って、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅも一時的に低下する。
また、ノイズ等によっても、室外熱交換器６の蒸発温度Ｔｅの検出値が一時的に低下する場合がある。
上述のように、本実施の形態８では、特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい状態が予め設定された着霜判定時間（Ｘ分）以上継続している場合には室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定する。このため、蒸発温度Ｔｅが一時的に低下しても、室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下したと誤判定することを防止できる。
このように構成されたヒートポンプ装置においては、特徴量Ｔ１の時間変化量が閾値Ｓ３よりも大きい状態が予め設定された着霜判定時間（Ｘ分）以上継続している場合に室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下していると判定するので、運転状態の変化やノイズ等で蒸発温度Ｔｅが一時的に低下しても、室外熱交換器６への着霜により暖房能力が低下したと誤判定することなく、正確に着霜状況を検出することができる。
実施の形態９．
実施の形態１〜８では、室外熱交換器６への着霜状況を蒸発温度等に基づいて間接的に検出していたが、室外熱交換器６への着霜状況を直接的に検出する第２の着霜状況検出手段と併用することにより、室外熱交換器６への着霜状況をより正確に検知することができる。
図３０は、本発明の実施の形態９における第２の着霜状況検出手段の一例を示す概略構成図である。
光学式着霜センサ２１は、例えばＬＥＤなどの光センサの発光部２１ａと受光部２１ｂとから構成されている。発光部２１ａは例えば室外熱交換器６のフィン６ａに向かって発光し、フィン６ａで反射した光を受光部２１ｂが受光する。本実施の形態９においては、光量判定制御部２２によって、受光部２１ｂの受光量が一定となるように、発光部２１ａからの発光量、つまり発光部２１ａの出力電圧が制御されている。
図３１は、発光部２１ａの出力電圧［Ｖ］と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図３１では、縦軸を発光部２１ａの出力電圧［Ｖ］、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する発光部２１ａの出力電圧［Ｖ］の時間的変化を示している。
圧縮機３が運転を開始すると、室外熱交換器６のフィン６ａに着霜し始める。発光部２１ａがフィン６ａに向かって発する光は霜によって拡散し、受光部２１ｂの受光量は減少する。このため、受光部２１ｂの受光量が一定となるように発光部２１ａの出力電圧が増加する。この発光部２１ａの出力電圧の増加によって、室外熱交換器６への着霜状況を直接的に検出することができる。なお、発光部２１ａの出力電圧を一定として、受光部２１ｂの受光量の減少によって室外熱交換器６への着霜状況を検出してもよい。
また、室外熱交換器６に付着する霜と接触する位置に電極を設置して、第２の着霜状況検出手段としてもよい。
図３２は、本発明の実施の形態９における室外熱交換器６のフィン−電極間の静電容量［Ｆ］と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。図３２では、縦軸を静電容量［Ｆ］、横軸を圧縮機３の運転時間として、圧縮機３の運転時間に対する静電容量［Ｆ］の時間的変化を示している。本実施形態９においては、電極のもう一方の電極を室外熱交換器６のフィンとし、両電極間の静電容量を測定している。
図３２に示すように、圧縮機３が運転を開始すると、室外熱交換器６のフィンに着霜し始める。室外熱交換器６のフィンに付着する霜の厚さが増加するにしたがって、室外熱交換器６のフィン−電極間の静電容量［Ｆ］は減少する。この静電容量［Ｆ］の減少によって、室外熱交換器６への着霜状況を直接的に検出することができる。
また、室外熱交換器６表面の放射温度（霜層表面温度）を測定する放射温度検出手段を設置して、第２の着霜状況検出手段としてもよい。
図３３は、本発明の実施の形態９における室外熱交換器６表面の放射温度（霜層表面温度）［℃］と圧縮機３の運転時間との関係を示す特性図である。なお、この図３３には、合わせて室外熱交換器６の蒸発温度も示す。
図３３に示すように、圧縮機３が運転を開始すると、室外熱交換器６のフィンに着霜し始める。放射温度（霜層表面温度）の測定範囲中における着霜範囲が増加するにしたがって、放射温度は（霜層表面温度）増加する。この放射温度（霜層表面温度）の増加によって、室外熱交換器６への着霜状況を直接的に検出することができる。
なお、実施の形態１〜９においては、本発明のヒートポンプ装置を用いた空気調和機について示したが、本発明のヒートポンプ装置を給湯器に用いることも、もちろん可能である。
また、圧力や温度の検出手段には、各種のセンサが利用できる。
また、各実施の形態の制御部１００は、各着霜状況検出手段１０３がプログラムされたＣＰＵやマイコン等から構成できる。

Claims (16)

  1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、
    前記蒸発器の蒸発温度を検出する蒸発器冷媒飽和温度検出手段と、
    前記蒸発器の蒸発器吸込空気温度を検出する蒸発器吸込空気温度検出手段と、
    前記圧縮機の圧縮機周波数を検出する圧縮機周波数検出手段と、
    前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段と、
    を備え、
    前記第１の着霜状況検出手段は、
    前記蒸発器吸込空気温度と前記蒸発温度との差を前記圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、
    該特徴量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とするヒートポンプ装置。
  2. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、
    前記蒸発器の蒸発圧力を検出する蒸発器冷媒圧力検出手段と、
    前記蒸発器の蒸発器吸込空気温度を検出する蒸発器吸込空気温度検出手段と、
    前記圧縮機の圧縮機周波数を検出する圧縮機周波数検出手段と、
    前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段と、
    を備え、
    前記第１の着霜状況検出手段は、
    前記蒸発器吸込空気温度と前記蒸発圧力から算出される蒸発温度との差を前記圧縮機周波数で除した演算値を特徴量とし、
    該特徴量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とするヒートポンプ装置。
  3. 前記特徴量の時間変化量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ装置。
  4. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、
    前記蒸発器の蒸発温度を検出する蒸発器冷媒飽和温度検出手段と、
    前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段と、
    を備え、
    前記第１の着霜状況検出手段は、
    前記蒸発温度を特徴量とし、
    該特徴量の時間変化量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とするヒートポンプ装置。
  5. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順次接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置において、
    前記蒸発器の蒸発圧力を検出する蒸発器冷媒圧力検出手段と、
    前記蒸発器への着霜状況を検出する第１の着霜状況検出手段と、
    を備え、
    前記第１の着霜状況検出手段は、
    前記蒸発圧力を特徴量とし、
    該特徴量の時間変化量に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とするヒートポンプ装置。
  6. 前記時間変化量は、所定時間経過前後における前記特徴量の差であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の空気調和機。
  7. 前記時間変化量は、運転開始後一定時間を経過したときに検出された前記特徴量と、前記第１の着霜状況検出手段が前記蒸発器への着霜状況を判断するときに検出される前記特徴量との差であることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の空気調和機。
  8. 前記第１の着霜状況検出手段は、
    前記圧縮機の運転時間が所定の時間を経過した後に、
    前記蒸発器への着霜状況を検出することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
  9. 除霜運転が開始されて終了した後の運転において、
    前記所定の時間は、該除霜運転時間に基づいて決定され、
    前記所定の時間経過後に、再び前記蒸発器への着霜状況を検出することを特徴とする請求項８に記載のヒートポンプ装置。
  10. 前記第１の着霜状況検出手段の検出結果に基づいて、除霜運転を許可する除霜許可手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
  11. 前記除霜許可手段は、前記特徴量が所定の閾値を超えた状態が着霜判定時間以上継続した場合に、除霜を許可することを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプ装置。
  12. 前記蒸発器に向けて発光する発光部及び前記蒸発器で反射した光を受光する受光部によって前記蒸発器への着霜状況を検出する第２の着霜状況検出手段をさらに備え、
    前記第１の着霜状況検出手段及び前記第２の着霜状況検出手段の少なくともいずれか一方の出力に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
  13. 前記蒸発器に着霜した霜が所定の厚さになった場合に接触する位置に電極を設置し、前記電極により静電容量の変化を測定することによって霜の厚さを検出する第２の着霜状況検出手段を備え、
    前記第１の着霜状況検出手段及び前記第２の着霜状況検出手段の少なくともいずれか一方の出力に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
  14. 前記蒸発器の放射温度を測定する放射温度検出手段と、
    前記放射温度によって前記蒸発器への着霜状況を検出する第２の着霜状況検出手段とを備え、
    前記第１の着霜状況検出手段及び前記第２の着霜状況検出手段の少なくともいずれか一方の出力に基づいて、前記蒸発器への着霜による熱交換能力の低下を検出することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
  15. 請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のヒートポンプ装置を搭載したことを特徴とする空気調和機。
  16. 請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のヒートポンプ装置を搭載したことを特徴とする給湯器。
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