WO2015037251A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

 【課題】室内膨張弁の容量に応じた除霜運転制御を行うことによって、圧縮機の破損や暖房運転復帰の遅れを防ぐ空気調和装置を提供する。 【解決手段】室外機制御部200は、各室内膨張弁52a~52cの容量を示す流量係数Cvの総和である流量係数総和Cvaに応じて起動時回転数Crを定めた除霜運転条件テーブル300aを有する。室外機制御部200は、設置情報入力部250で入力された各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvを加算して流量係数総和Cvaを求め、除霜運転条件テーブル300aを参照して起動時回転数Crを決定する。そして、室外機制御部200は、除霜運転を開始するとき、決定した起動時回転数Crで圧縮機21を起動し、除霜運転開始から所定時間(1分間)は、この起動時回転数Crに維持して圧縮機21を駆動する。 

Description

空気調和装置
 本発明は、少なくとも1台の室外機と少なくとも1台の室内機とが複数の冷媒配管で相互に接続された空気調和装置に関する。
 従来、少なくとも1台の室外機と少なくとも1台の室内機とが複数の冷媒配管で相互に接続された空気調和装置が提案されている。この空気調和装置が暖房運転を行っているときに、室外熱交換器の温度が0℃以下になると室外熱交換器に着霜する虞がある。室外熱交換器に着霜すると、室外熱交換器への通風が霜によって阻害され、室外熱交換器における熱交換効率が低下する虞がある。従って、室外熱交換器で着霜が発生すれば、室外熱交換器から霜を取り除くために除霜運転を行う必要がある。
 例えば、特許文献1に記載の空気調和装置は、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外ファンとを備えた1台の室外機と、室内熱交換器と流量調整弁である室内膨張弁と室内ファンとを備えた2台の室内機とがガス冷媒配管および液冷媒配管で接続されたものである。この空気調和装置で、暖房運転を行っているときに除霜運転を行う場合は、室外ファンおよび室内ファンの回転を停止するとともに、一旦圧縮機を停止して、室外熱交換器が蒸発器として機能している状態から凝縮器として機能する状態となるように四方弁を切り換え、再び圧縮機を起動する。室外熱交換器を凝縮器として機能させることによって、圧縮機から吐出された高温の冷媒が室外熱交換器に流入し、室外熱交換器に付着している霜を融解する。これにより、室外熱交換器の除霜が行える。
特開2009-228928号公報
 除霜運転を行うときは、圧縮機の回転数をできる限り高くすることが好ましい。圧縮機の回転数を高くして除霜運転を行うと、圧縮機から吐出されて室外熱交換器に流入する高温の冷媒量が多くなり、除霜運転の時間が短くなって早期に暖房運転に復帰させることができるからである。このため、除霜運転開始時は、一般的に、圧縮機を所定の高回転数(例えば、90rps。以降、起動時回転数と記載)で起動させる。
 上述したように、除霜運転開始時に圧縮機の起動時回転数を高くした場合に、以下に説明するプルダウン(圧縮機の起動時に吸入圧力が急激に低下する現象のこと)や室内機の定格能力に起因する冷媒循環量の低下が発生すれば、圧縮機の吸入圧力が大きく低下して圧縮機の性能下限値を下回る虞がある。
 まず、除霜運転開始時に発生するプルダウンについて説明する。除霜運転を行うときは、前述したように、一旦圧縮機を停止し、四方弁を切り換えた後に圧縮機を再起動する。四方弁を切り換えると、暖房運転時に圧縮機の吐出側に接続されていた室内膨張弁の室内熱交換器側の一方のポートが圧縮機の吸入側に接続されることとなり、室内膨張弁の他方のポートとの圧力差が小さくなる。
 室内膨張弁の両ポート間の圧力差は、圧縮機の起動から時間が経過するにつれて大きくなり、圧力差が所定値以上とならなければ、室内機からガス冷媒配管に冷媒が流入しない
。従って、圧縮機の起動時には、ガス冷媒配管内の圧縮機の吸入側に近い箇所に滞留している冷媒が吸入されたのち、ガス冷媒配管に滞留する冷媒量が一時的に少なくなって圧縮機の吸入圧力が急激に低下する所謂プルダウンが発生する。尚、圧縮機の起動時回転数が高いほど、プルダウンによる吸入圧力の低下度合は大きくなる。
 次に、室内機の定格能力に起因する冷媒循環量の低下について説明する。除霜運転時は、室外熱交換器を凝縮器として機能させることで、圧縮機から吐出された高温の冷媒を室外熱交換器に流入させて発生した霜を融解するが、室外熱交換器での着霜量は、室外熱交換器の大きさに応じた着霜量となり、室外熱交換器が大きいほど着霜量も多くなる。従って、室外熱交換器が大きい場合は、室外熱交換器が小さい場合と比べて、より多くの高温冷媒を室外熱交換器に流す必要がある。
 一方、除霜運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器は、室内機の定格能力に応じた大きさとされており、室内熱交換器の大きさに応じた容量の室内膨張弁が設けられている。ここで、室内膨張弁の容量とは、室内膨張弁を全開としたとき、単位時間あたりに室内膨張弁を通過する冷媒量のことであり、室内熱交換器が小さいほど容量の小さい室内膨張弁が用いられる。従って、室内熱交換器が小さい場合は、室内熱交換器が大きい場合と比べて容量の小さい室内膨張弁が用いられるので、室内膨張弁を通過できる冷媒量、つまり、室内機からガス冷媒配管に流出する冷媒量が少なくなる。つまりは、室外熱交換器や液冷媒配管に冷媒が滞留して空気調和装置での冷媒循環量が少なくなり、冷媒循環量が少なくなるほど吸入圧力の低下度合は大きくなる。
 以上説明したように、除霜運転開始時に、室内膨張弁の容量が小さいことにより冷媒循環量が低下することで吸入圧力が低下する状態で、除霜運転を開始するために圧縮機の起動時回転数を高く(例えば、90rps)して圧縮機を起動すれば、圧縮機起動時に発生するプルダウンにより吸入圧力がさらに低下して性能下限値を下回る虞がある。そして、吸入圧力が性能下限値を下回ると、圧縮機が破損する虞があり、また、圧縮機21が破損しないように圧縮機21を停止する低圧保護制御が実行されて除霜運転時間が長くなって暖房運転への復帰が遅れるという問題があった。
 本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、室内膨張弁の容量つまりは室内機の定格能力に応じた除霜運転制御を行うことによって圧縮機の破損や暖房運転復帰の遅れを防ぐ空気調和装置を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と流路切換手段と室外熱交換器と、室外機制御手段とを有する少なくとも1台の室外機と、室内熱交換器と流量調整弁とを有する少なくとも1台の室内機と、室外機と室内機とを接続する少なくとも1本の液管および少なくとも1本のガス管とを有するものである。そして、室外機制御手段は、除霜運転を開始してからの所定時間、圧縮機を所定値である起動時回転数で駆動し、この起動時回転数は、流量調整弁の容量の総和に応じて複数の値が定められているものである。
 また、除霜運転開始時の圧縮機の起動時回転数は、流量調整弁の容量の総和と、液管およびガス管の長さである冷媒配管長とに応じて複数の値が定められているものである。
 上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、除霜運転を開始してから所定時間、圧縮機を、流量調整弁の容量の総和に応じた起動時回転数で、あるいは、流量調整弁の容量の総和と冷媒配管長とに応じた起動時回転数で駆動する。これにより、流量調整弁
の容量の総和が小さいことにより除霜運転開始時の冷媒循環量が減少するような場合であっても、吸入圧力が大きく低下して圧縮機の性能下限圧力を下回ることを防ぐことができる。従って、圧縮機の破損を防ぐことができる。また、吸入圧力が圧縮機の性能下限吸入圧力を下回って低圧保護制御が実行されることを防ぐことができるので、低圧保護制御により除霜運転が中断されて除霜運転時間が長くなり、暖房運転への復帰が遅れるということがない。
本発明の実施形態における、空気調和装置の説明図であり、(A)は冷媒回路図、(B)は室外機制御手段および室内機制御手段のブロック図である。 本発明の実施形態における、除霜運転条件テーブルある。 本発明の実施形態における、除霜運転時の処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2の実施形態における、除霜運転条件テーブルある。
 以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、1台の室外機に3台の室内機が並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転あるいは暖房運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
 図1(A)に示すように、本実施例における空気調和装置1は、屋外に設置される1台の室外機2と、室外機2に液管8およびガス管9で並列に接続された3台の室内機5a~5cとを備えている。詳細には、液管8は、一端が室外機2の閉鎖弁25に、他端が分岐して室内機5a~5cの各液管接続部53a~53cに、それぞれ接続されている。また、ガス管9は、一端が室外機2の閉鎖弁26に、他端が分岐して室内機5a~5cの各ガス管接続部54a~54cに、それぞれ接続されている。以上により、空気調和装置1の冷媒回路100が構成されている。
 まずは、室外機2について説明する。室外機2は、圧縮機21と、流路切換手段である四方弁22と、室外熱交換器23と、室外膨張弁24と、液管8の一端が接続された閉鎖弁25と、ガス管9の一端が接続された閉鎖弁26と、室外ファン27とを備えている。そして、室外ファン27を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路100の一部をなす室外機冷媒回路20を構成している。
 圧縮機21は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機21の冷媒吐出側は、後述する四方弁22のポートaに吐出管41で接続されており、また、圧縮機21の冷媒吸入側は、後述する四方弁22のポートcに吸入管42で接続されている。
 四方弁22は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、a、b、c、dの4つのポートを備えている。ポートaは、上述したように圧縮機21の冷媒吐出側に吐出管41で接続されている。ポートbは、室外熱交換器23の一方の冷媒出入口と冷媒配管43で接続されている。ポートcは、上述したように圧縮機21の冷媒吸入側と吸入管42で接続されている。そして、ポートdは、閉鎖弁26と室外機ガス管45で接続されている。
 室外熱交換器23は、冷媒と、後述する室外ファン27の回転により室外機2内部に取
り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器23の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁22のポートbに冷媒配管43で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管44で閉鎖弁25に接続されている。
 室外膨張弁24は、室外機液管44に設けられている。室外膨張弁24は電子膨張弁であり、その開度が調整されることで、室外熱交換器23に流入する冷媒量、あるいは、室外熱交換器23から流出する冷媒量を調整する。
 室外ファン27は樹脂材で形成されており、室外熱交換器23の近傍に配置されている。室外ファン27は、図示しないファンモータによって回転することで図示しない吸込口から室外機2内部へ外気を取り込み、室外熱交換器23において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機2外部へ放出する。
 以上説明した構成の他に、室外機2には各種のセンサが設けられている。図1(A)に示すように、吐出管41には、圧縮機21から吐出される冷媒の圧力を検出する高圧センサ31と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ33が設けられている。吸入管42には、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力を検出する低圧センサ32と、圧縮機21に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ34とが設けられている。
 室外熱交換器23には、暖房運転時の着霜、または、除霜運転時の霜の融解を検知するための熱交温度センサ35が設けられている。そして、室外機2の図示しない吸込口付近には、室外機2内に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ36が備えられている。
 また、室外機2には、室外機制御手段200が備えられている。室外機制御手段200は、室外機2の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図2(B)に示すように、室外機制御手段200は、CPU210と、記憶部220と、通信部230と、センサ入力部240とを備えている。
 記憶部220は、ROMやRAMで構成されており、室外機2の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機21や室外ファン27の制御状態、後述する除霜運転条件テーブル、等を記憶している。通信部230は、室内機5a~5cとの通信を行うためのインターフェイスである。センサ入力部240は、室外機2の各種センサでの検出結果を取り込んでCPU210に出力する。
 CPU210は、前述した室外機2の各センサでの検出結果をセンサ入力部240を介して取り込む。また、CPU210は、室内機5a~5cから送信される制御信号を通信部230を介して取り込む。CPU210は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機21や室外ファン27の駆動制御を行う。また、CPU210は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁22の切り換え制御を行う。さらには、CPU210は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、室外膨張弁24の開度制御を行う。
 また、室外機2には、設置情報入力部250が備えられている。設置情報入力部250は、例えば、図示しない室外機2の筐体側面に配置されており、外部から操作可能とされている。設置情報入力部250は、図示は省略するが、設定ボタンと決定ボタンと表示部とからなる。設定ボタンは、例えばテンキーで構成され、後述する冷媒配管長(液管8やガス管9の長さ)に関する情報や、各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvを入力するためのものである。決定ボタンは、設定ボタンにより入力した情報を確定するためのものである。表示部は、入力した各種情報や現在の室外機2の運転情報等を表示するもので
ある。尚、設置情報入力部250は上記に限るものではなく、例えば、設定ボタンがディップスイッチやダイヤルスイッチ等であってもよい。
 次に、3台の室内機5a~5cについて説明する。3台の室内機5a~5cは、室内熱交換器51a~51cと、流量調整弁である室内膨張弁52a~52cと、分岐した液管8の他端が接続された液管接続部53a~53cと、分岐したガス管9の他端が接続されたガス管接続部54a~54cと、室内ファン55a~55cとを備えている。そして、室内ファン55a~55cを除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路100の一部をなす室内機冷媒回路50a~50cを構成している。
 尚、室内機5a~5cの構成は全て同じであるため、以下の説明では、室内機5aの構成についてのみ説明を行い、その他の室内機5b、5cについては説明を省略する。また、図1では、室内機5aの構成装置に付与した番号の末尾をaからbおよびcにそれぞれ変更したものが、室外機5aの構成装置と対応する室内機5b、5cの構成装置となる。
 室内熱交換器51aは、冷媒と後述する室内ファン55aにより図示しない吸込口から室内機5a内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部53aに室内機液管71aで接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部54aに室内機ガス管72aで接続されている。室内熱交換器51aは、室内機5aが冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機5aが暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。室内熱交換器51aは、室内機5aの定格能力に応じた大きさとされている。
 尚、液管接続部53aやガス管接続部54aは、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。
 室内膨張弁52aは、室内機液管71aに設けられている。室内膨張弁52aは、室内熱交換器51aの大きさに応じた容量を有する電子膨張弁であり、その開度を調整することによって室内熱交換器51aに流れる冷媒量を調整することができる。室内膨張弁52aは、室内熱交換器51aが蒸発器として機能する場合は、その開度が要求される冷房能力に応じて調整され、室内熱交換器51aが凝縮器として機能する場合は、その開度が要求される暖房能力に応じて調整される。尚、室内膨張弁52aの容量とは、室内膨張弁52aを全開としたとき、単位時間あたりに室内膨張弁52aを通過する冷媒量のことである。
 室内ファン55aは樹脂材で形成されており、室内熱交換器51aの近傍に配置されている。室内ファン55aは、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機5a内に室内空気を取り込み、室内熱交換器51aにおいて冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ供給する。
 以上説明した構成の他に、室内機5aには各種のセンサが設けられている。室内機液管71aにおける室内熱交換器51aと室内膨張弁52aとの間には、室内熱交換器51aに流入あるいは室内熱交換器51aから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ61aが設けられている。室内機ガス管72aには、室内熱交換器51aから流出あるいは室内熱交換器51aに流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ62aが設けられている。そして、室内機5aの図示しない吸込口付近には、室内機5a内に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ63aが備えられている。
 また、室内機5aには、室内機制御手段500aが備えられている。室内機制御手段500aは、室内機5aの図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図1(B)に示すように、CPU510aと、記憶部520aと、通信部530aと、センサ入力部540aとを備えている。
 記憶部520aは、ROMやRAMで構成されており、室内機5aの制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、使用者による空調運転に関する設定情報等を記憶する。通信部530aは、室外機2および他の室内機5b、5cとの通信を行うためのインターフェイスである。センサ入力部540aは、室内機5aの各種センサでの検出結果を取り込んでCPU510aに出力する。
 CPU510aは、前述した室内機5aの各センサでの検出結果をセンサ入力部540aを介して取り込む。また、CPU510aは、使用者が図示しないリモコンを操作して設定した運転情報やタイマー運転設定等を含んだ信号を図示しないリモコン受光部を介して取り込む。CPU510aは、取り込んだ検出結果やリモコンから送信された信号に基づいて、室内膨張弁52aの開度制御や、室内ファン55aの駆動制御を行う。また、CPU510aは、運転開始/停止信号や運転情報(設定温度や室内温度等)を含んだ制御信号を、通信部530aを介して室外機2に送信する。
 次に、本実施形態における空気調和装置1の空調運転時の冷媒回路100における冷媒の流れや各部の動作について、図1(A)を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機5a~5cが冷房運転を行う場合について説明し、暖房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図1(A)における矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示している。
 図1(A)に示すように、室内機5a~5cが冷房運転を行う場合、室外機制御手段200は、四方弁22を実線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートbとが連通するよう、また、ポートcとポートdとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器23が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器51a~51cが蒸発器として機能する。
 圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、吐出管41を流れて四方弁22に流入し、四方弁22から冷媒配管43を流れて室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23に流入した冷媒は、室外ファン27の回転により室外機2内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。室外熱交換器23から流出した冷媒は室外機液管44を流れ、全開とされている室外膨張弁24および閉鎖弁25を介して液管8に流入する。
 液管8を流れて分流し各室内機5a~5cに流入した冷媒は、室内機液管71a~71cを流れ、室内膨張弁52a~52cを通過するときに減圧されて低圧の冷媒となる。室内機液管71a~71cから室内熱交換器51a~51cに流入した冷媒は、室内ファン55a~55cの回転により室内機5a~5c内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器51a~51cが蒸発器として機能し、室内熱交換器51a~51cで冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機5a~5cが設置された室内の冷房が行われる。
 室内熱交換器51a~51cから流出した冷媒は室内機ガス管72a~72cを流れガス管9に流入する。ガス管9を流れ閉鎖弁26を介して室外機2に流入した冷媒は、室外機ガス管45、四方弁22、吸入管42を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
 以上説明したように冷媒回路100を冷媒が循環することで、空気調和装置1の冷房運転が行われる。
 尚、室内機5a~5cが暖房運転を行う場合、室外機制御手段200は、四方弁22が破線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートdとが連通するよう、また、
ポートbとポートcとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器23が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器51a~51cが凝縮器として機能する。
 室内機5a~5cが暖房運転を行っているときに、以下に記載する除霜運転開始条件が成立した場合は、蒸発器として機能している室外熱交換器23において着霜が発生している虞がある。除霜運転開始条件は、例えば、暖房運転時間(空気調和装置1を暖房運転で起動した時点、あるいは、除霜運転から暖房運転に復帰した時点から暖房運転を継続している時間)が30分経過したのち、熱交温度センサ35で検出した冷媒温度が外気温度センサ36で検出した外気温度よりも5℃以上低い状態が、10分以上継続した場合や、前回の除霜運転が終了してから所定時間(例:180分)が経過した場合、等であり、室外熱交換器23での着霜量が暖房能力に支障をきたすレベルであることを示している。
 除霜運転開始条件が成立した場合は、室外機制御手段200は、圧縮機21を停止して暖房運転を停止し、冷媒回路100を前述した冷房運転時の状態に切り換え、圧縮機21を所定の回転数で再起動して除霜運転を開始する。尚、除霜運転を行うときは、室外ファン27および室内ファン55a~55cは停止しているが、これ以外の冷媒回路100の動作については冷房運転を行っているときと同じであるため、詳細な説明は省略する。
 空気調和装置1が除霜運転を行っているときに、以下に記載する除霜運転終了条件が成立した場合は、室外熱交換器23で発生した霜が融解したと考えられる。除霜運転終了条件が成立した場合は、室外機制御手段200は、圧縮機21を停止して除霜運転を停止し、冷媒回路100を暖房運転時の状態に切り換えた後、圧縮機21を室内機5a~5cで必要とされる暖房能力に応じた回転数で起動して暖房運転を再開する。除霜運転終了条件は、例えば、熱交温度センサ35で検出した室外熱交換器23から流出する冷媒の温度が10℃以上となったか否かや、除霜運転を開始してから所定時間(例:10分)が経過したか否か、等であり、室外熱交換器23で発生した霜が融解したと考えられる条件である。
 次に、図1乃至図3を用いて、本実施形態の空気調和装置1において、本発明に関わる冷媒回路の動作やその作用、および、効果について説明する。
 室外機2の室外機制御部200に備えられている記憶部220には、図2に示す除霜運転条件テーブル300aが、予め記憶されている。この除霜運転条件テーブル300aは、空気調和装置1が除霜運転を開始するときの圧縮機21の起動時回転数Cr(単位:rps)、および、除霜運転間隔Tm(単位:min)を、各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvの総和である流量係数総和Cvaに応じて定めたものである。
 ここで、室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvとは、室内膨張弁52a~52cの容量を表すものであり、室内膨張弁52a~52cの構造・寸法の違いや、室内膨張弁52a~52cの両ポート間の圧力差、冷媒回路100を流れる冷媒の温度・粘度・比重等、といった物性の違いに関わらず各室内膨張弁52a~52cの容量を表せるものである。流量係数Cvは、冷媒の比重と、室内膨張弁52a~52cを単位時間に流れる冷媒流量と、室内膨張弁52a~52cの両ポートの圧力とを用いて定められる。
 具体的には、図2に示すように、流量係数総和Cvaが所定の閾値A(例えば、0.4)未満である場合は、起動時回転数Crが60rps、除霜運転間隔Tmが90minとされている。また、能力比Pが閾値A以上である場合は、起動時回転数Crが90rps、除霜運転間隔Tmが180minとされている。尚、図2における閾値A、起動時回転数Cr、および、除霜運転間隔Tmは、予め試験等によって定められた数値であり、空気調和装置1に個有の数値である。
 まず、流量係数総和Cvaに応じて、起動時回転数Crを異ならせている理由を説明する。
 前述したように、空気調和装置1が除霜運転を行うときは、冷媒回路100を暖房運転の状態から除霜(冷房)運転の状態に切り換える必要があり、切り換えの際は、一旦圧縮機21を停止し、四方弁22を切り換えた後に圧縮機21を再起動する。四方弁22を切り換えると、暖房運転時に圧縮機21の吐出側に接続されていた室内膨張弁52a~52cの室内熱交換器51a~51c側のポートが、圧縮機21の吸入側に接続されることとなり、室内膨張弁52a~52cの液管接続部53a~53c側との圧力差が小さくなる。
 上述した圧力差は、圧縮機21の起動から時間が経過するにつれて大きくなり、圧力差が所定値以上とならなければ、室内機5a~5cからガス管9に冷媒が流入しない。従って、圧縮機21の起動時には、ガス管9内の圧縮機21の吸入側に近い箇所に滞留している冷媒が圧縮機21に吸入されたのち、ガス管9に滞留する冷媒量が一時的に少なくなって圧縮機21の吸入圧力が急激に低下する所謂プルダウンが発生する。
 除霜運転時は、室外熱交換器23を凝縮器として機能させることで、圧縮機21から吐出された高温の冷媒を室外熱交換器23に流入させて着霜した霜を融解するが、室外熱交換器23での着霜量は、室外熱交換器23の大きさに応じた着霜量となり、室外熱交換器23が大きいほど着霜量も多くなる。従って、室外熱交換器23が大きい場合は、室外熱交換器23が小さい場合と比べて、より多くの高温冷媒を室外熱交換器23に流す必要がある。
 一方、除霜運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器51a~51cには、上述したように、室内熱交換器51a~51cの大きさに応じた容量(流量係数Cv)の室内膨張弁52a~52cが設けられており、室内熱交換器51a~51cが小さいほど流量係数Cvの小さい室内膨張弁52a~52cが用いられる。従って、室内熱交換器51a~51cが小さい場合は、室内熱交換器51a~51cが大きい場合と比べて、流量係数Cvの小さい室内膨張弁52a~52cが用いられるので、室内膨張弁52a~52cを通過できる冷媒量、つまり、室内機5a~5cからガス管9に流出する冷媒量が少なくなる。
 以上のことから、除霜運転開始時の冷媒回路100の冷媒循環量は、室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvの総和である流量係数総和Cvaに左右され、流量係数総和Cvaが小さいほど、室外熱交換器23に流入する冷媒量に対し室内熱交換器51a~51cから流出する冷媒量が少なくなり、室外熱交換器23や液管8に冷媒が滞留して設置条件の冷媒循環量が少なくなる。そして、設置条件の冷媒循環量が少なくなるほど、吸入圧力の低下度合は大きくなる。
 流量係数総和Cvaに起因して吸入圧力が大きく低下する状態で、除霜運転を開始するために圧縮機21の起動時回転数Crを高く(90rps)して圧縮機21を起動すれば、前述したプルダウンにより吸入圧力がさらに低下して性能下限値を下回る虞がある。吸入圧力が性能下限値を下回ると、圧縮機21が破損する虞があり、あるいは、圧縮機21が破損しないように圧縮機21を停止する低圧保護制御が実行されて除霜運転時間が長くなる虞がある。
 そこで、本発明では、図2に示す除霜運転条件テーブル300aのように、流量係数総和Cvaを用い、流量係数総和Cvaが閾値A未満である場合は、圧縮機21の起動時回転数Crを60rpsとし、吸入圧力が低下して性能下限値を下回ることを防ぎつつ除霜
運転を行う。そして、流量係数総和Cvaが閾値A以上である場合は、吸入圧力の低下度合が小さく吸入圧力が性能下限値を下回る可能性が小さいので、圧縮機21の起動時回転数Crを90rpsとし、できる限り早く除霜運転が終了するよう制御する。
 次に、流量係数総和Cvaに応じて、除霜運転間隔Tmを異ならせている理由を説明する。ここで、除霜運転間隔Tmとは、暖房運転中に除霜運転開始条件が成立しない状態が継続している間隔時間であり、暖房運転に復帰した時点から除霜運転間隔Tmが経過した時点で強制的に除霜運転を実行するために定められているものである。
 前述したように、除霜運転開始条件が成立している場合は、暖房能力に支障をきたす程度の室外熱交換器23での着霜量となっている。一方、除霜運転開始条件が成立していない場合であっても、除霜運転開始条件が成立している場合と比べてその量は少ないものの、室外熱交換器23で着霜が発生し室外熱交換器23における熱交換効率を低下させている虞があり、少量の着霜であっても室外熱交換器23から取り除かれることが好ましい。従って、上記除霜運転間隔Tmを定め、除霜運転開始条件が成立していない場合であっても、前回の除霜運転終了時点から除霜運転間隔Tmが経過した時点で除霜運転を行い、室外熱交換器23で発生した霜を融解する。
 ところで、除霜運転時における、単位時間当たりに室外熱交換器23に着霜した霜を融かす能力(以降、除霜能力と記載)は、圧縮機21の回転数が高いほど、室外熱交換器23に流入する高温高圧の冷媒量が多くなるので、高くなる。前述したように、本発明では、流量係数総和Cvaが閾値A未満である場合は、起動時回転数Crを60rpsとして除霜運転を開始するが、この場合、起動時回転数Crを90rpsとして除霜運転を開始する場合に比べて除霜能力は低くなり、これに応じて除霜運転時間も長くなる。従って、室外熱交換器23での着霜量が同じであるとき、起動時回転数Crを90rpsとする場合と比べて、起動時回転数Crを60rpsとして除霜運転を開始する場合の方が、除霜運転時間が長くなる。
 以上のことを考慮すれば、流量係数総和Cvaが閾値A未満である場合、つまり、起動時回転数Crを60rpsとして除霜運転を開始する場合は、除霜運転時間をできる限り短くするために、室外熱交換器23での着霜量が多くならないうちに除霜運転を行うことが望ましい。
 そこで、本発明では、図2に示す除霜運転条件テーブル300aのように、流量係数総和Cvaが閾値A未満である場合は、除霜運転間隔Tmを90minとし、室外熱交換器23での着霜量が多くならないうちに除霜運転を行う。これにより、除霜運転間隔Tmを180minとする場合と比べて、除霜運転に切り換わる頻度は増えるものの、着霜量が多くならないうちに除霜運転を開始することによって、できる限り除霜運転が早く終了させることで、暖房運転時の使用者の快適性を損なわないようにしている。
 次に、図1乃至図3を用いて、本実施形態の空気調和装置1で除霜運転を行う際の制御について説明する。図3は、空気調和装置1が除霜運転を行う場合の、室外機制御部200のCPU210が行う処理の流れを示すものである。図3において、STはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図3では本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、使用者の指示した設定温度や風量等の運転条件に対応した冷媒回路の制御、といった、空気調和装置に関わる一般的な処理については説明を省略している。
 空気調和装置1は、設置時における初期設定で、設定情報入力部250から入力された各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvを記憶部220に記憶する。このとき、CP
U210は、記憶した各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvを加算して流量係数総和Cvaを算出しする。そして、CPU210は、記憶部220に記憶されている除霜運転条件テーブル300aを参照し、算出した流量係数総和Cvaに対応する起動時回転数Crと除霜運転間隔Tmとを抽出して記憶部220に記憶する。
 空気調和装置1が暖房運転を行っているとき、CPU210は、除霜運転開始条件が成立したか否かを判断する(ST1)。前述したように、除霜運転開始条件は、例えば、暖房運転時間が30分経過した後、熱交温度センサ35で検出した冷媒温度が、外気温度センサ36で検出した外気温度より5℃以上低い状態が10分以上継続した場合であり、CPU210は、熱交温度センサ35で検出した冷媒温度や外気温度センサ36で検出した外気温度を取り込んで、上記条件が成立したか否かを判断する。
 ST1において、除霜運転開始条件が成立していなければ(ST1-No)、CPU210は、記憶部220に記憶している除霜運転間隔Tmを読み出し、暖房運転の継続時間Tsが除霜運転間隔Tm未満であるか否かを判断する(ST12)。暖房運転の継続時間Tsが除霜運転間隔Tm未満でなければ(ST12-No)、CPU210は、ST3に処理を進める。暖房運転の継続時間Tsが除霜運転間隔Tm未満であれば(ST12-Yes)、CPU210は、暖房運転を継続し(ST13)、ST1に処理を戻す。
 ST1において、除霜運転開始条件が成立していれば(ST1-Yes)、CPU210は、暖房運転の継続時間Tsが暖房マスク時間Th以上であるか否かを判断する(ST2)。ここで、暖房マスク時間Thとは、除霜運転から暖房運転に復帰した後に、再び除霜運転開始条件が成立しても除霜運転に切り換えずに暖房運転を継続する時間であり、暖房運転中に頻繁に除霜運転に切り換わることによって、使用者の快適性が損なわれないようにするために設けられるものである。この暖房マスク時間は、例えば40分間と設定される。
 ST2において、暖房運転の継続時間Tsが暖房マスク時間Th以上でなければ(ST2-No)、CPU210は、処理をST13に進めて暖房運転を継続し、ST1に処理を戻す。暖房運転の継続時間Tsが暖房マスク時間Th以上であれば(ST2-Yes)、CPU210は、ST3に処理を進める。
 ST3において、CPU210は、除霜運転準備処理を実行する。除霜運転準備処理では、CPU210は、圧縮機21および室外ファン27を停止し、四方弁22においてポートaとbとが連通するよう、また、ポートcとdとが連通するよう切り換える。これにより、冷媒回路100が、室外熱交換器23が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器51a~51cが蒸発器として機能する状態、つまり、図1(A)に示す冷房運転を行う際の状態となる。尚、除霜運転時は、室内機5a~5cのCPU510a~510cは、室内ファン55a~55cを停止する。
 次に、CPU210は、タイマー計測を開始し(ST4)、圧縮機21を記憶部220に記憶している起動時回転数Crで起動する(ST5)。圧縮機21を起動することにより、空気調和装置1で除霜運転が開始される。尚、図示は省略するが、CPU210はタイマー計測手段を備えている。
 次に、CPU210は、ST5でタイマー計測を開始してから、つまり、圧縮機21を起動してから1分が経過したか否かを判断する(ST6)。1分が経過していなければ(ST6-No)、CPU210は、ST6に処理を戻し、1分が経過していれば(ST6-Yes)、CPU210は、タイマーをリセットする(ST7)。
 上述したST4~ST7までの処理は、圧縮機21を起動してから1分間は、圧縮機21の回転数を起動時回転数Crに維持して圧縮機21を駆動するために行われる。前述したように、起動時回転数Crは、流量係数総和Cvaに応じて定められたものであり、除霜運転開始時に起動時回転数Crで圧縮機21を起動すれば、プルダウンに起因する吸入圧力の低下が抑制できる。このプルダウンは、室内膨張弁52a~52cの両ポート間の圧力差が所定値以上となり室内機5a~5cからガス管9に冷媒が流入することで解消されるが、室内膨張弁52a~52cの両ポート間の圧力差が所定値以上となるためには、圧縮機21が起動してから所定時間が必要である。従って、この所定時間の間は、圧縮機21の回転数を変化させず、起動時回転数Crに維持することが望ましい。尚、上記所定時間は、実験等により予め定められるものである。
 ST7でタイマーをリセットしたCPU210は、圧縮機21の回転数を所定回転数(例えば、90rps)とする(ST8)。この所定回転数は、予め試験等によって求められて、記憶部220に記憶されているものである。
 次に、CPU210は、除霜運転終了条件が成立しているか否かを判断する(ST9)。前述したように、除霜運転終了条件は、例えば、熱交温度センサ35で検出した室外熱交換器23から流出する冷媒の温度が10℃以上となったか否かである。CPU210は、熱交温度センサ35で検出した冷媒温度を常時取り込んで記憶部220に記憶している。CPU210は、記憶した冷媒温度を参照し、これが10℃以上となったか否か、つまり、除霜運転終了条件が成立したか否かを判断する。尚、除霜運転終了条件は、予め試験等によって定められたものであり、室外熱交換器23で発生した霜が融解したと考えられる条件である。
 ST9において、除霜運転終了条件が成立していなければ(ST9-No)、CPU210は、ST8に処理を戻し除霜運転を継続する。除霜運転終了条件が成立していれば(ST9-Yes)、CPU210は、暖房運転の再開処理を実行する(ST10)。運転再開処理では、CPU210は、圧縮機21を停止し、四方弁22においてポートaとdとが連通するよう、また、ポートbとcとが連通するよう切り換える。これにより、冷媒回路100が、室外熱交換器23が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器51a~51cが凝縮器として機能する状態となる。
 そして、CPU210は、暖房運転を再開し(ST11)、ST1に処理を戻す。暖房運転では、CPU210は、室内機5a~5cから要求される暖房能力に応じて、圧縮機21や室外ファン27の回転数や室外膨張弁24の開度を制御する。
 次に、本発明の空気調和装置の第2の実施形態について、図4を用いて説明する。尚、本実施形態では、空気調和装置の構成や運転動作、および、流量係数総和Cvaに応じて除霜運転における圧縮機の起動時回転数や除霜運転間隔を異ならせることについては、第1の実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。第1の実施形態と異なるのは、除霜運転条件テーブルにおいて、流量係数総和Cvaに加えて、室外機と室内機とを接続する冷媒配管の長さも考慮して圧縮機の起動時回転数や除霜運転間隔を定めていることである。
 図4に示す除霜運転条件テーブル300bは、図2に示す除霜運転条件テーブル300aと同様、室外機制御部200の記憶部220に予め記憶されている。除霜運転条件テーブル300cは、空気調和装置1が除霜運転を開始するときの圧縮機21の起動時回転数Cr、および、除霜運転間隔Tmを、流量係数総和Cvaと冷媒配管長Lrとに応じて定めたものである。
 ここで、冷媒配管長Lrとは、液管8およびガス管9の長さ(単位:m)を指し、本実施形態では、冷媒配管長Lrの最大値を50mとして説明する。この冷媒配管長Lrは、空気調和装置1が設置される建物の大きさや、室外機2の設置場所から室内機5a~5cが設置される部屋までの距離に応じて決定される。尚、冷媒配管長Lrは、実施例1で説明した各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvと同様に、空気調和装置1の設置時における初期設定で、設定情報入力部250から入力される。
 図4に示すように、除霜運転条件テーブル300bでは、流量係数総和Cvaが所定の閾値A(例えば、0.4)未満である場合と閾値A以上である場合(これについては、除霜運転条件テーブル300aと同じ)の各々について、冷媒配管長Lrが所定の閾配管長B(例えば、40m)未満である場合と閾配管長B以上である場合とに応じて、起動時回転数Crと除霜運転間隔Tmとが定められている。
 具体的には、流量係数総和Cvaが閾値A未満である場合に、冷媒配管長Lrが閾配管長B以上である場合は、起動時回転数Crが50rps、除霜運転間隔Tmが70minとされており、冷媒配管長Lrが閾配管長C未満である場合は、起動時回転数Crが60rps、除霜運転間隔Tmが90minとされている。また、流量係数総和Cvaが閾値A以上である場合に、冷媒配管長Lrが閾配管長B以上である場合は、起動時回転数Crが80rps、除霜運転間隔Tmが120minとされており、冷媒配管長Lrが閾配管長C未満である場合は、起動時回転数Crが90rps、除霜運転間隔Tmが180minとされている。尚、図4における閾値A、閾配管長B、起動時回転数Cr、および、除霜運転間隔Tmは、予め試験等によって定められた数値であり、空気調和装置1に個有の数値である。
 次に、除霜運転条件テーブル300bにおいて、流量係数総和Cvaと冷媒配管長Lrとに応じて圧縮機21の起動時回転数Crや除霜運転間隔Tmを定めている理由について説明する。第1の実施形態で説明したように、除霜運転開始時は、室内膨張弁52a~52cにおける液管接続部53a~53c側(高圧側)と、室内熱交換器51a~51c側(低圧側)との圧力差はほとんどないために室内機5a~5cからガス管9に冷媒が流入せず、ガス管9に滞留する冷媒量が一時的に少なくなって圧縮機21の吸入圧力が急激に低下するプルダウンが発生する。
 プルダウンが発生したときの吸入圧力の低下度合は、冷媒配管長Lrが長いほど大きくなる。これは、液管8が長いほど液管8での圧力損失によって室内膨張弁52a~52cの接続部53a~53c側の圧力が上がりづらいことに起因して、室内膨張弁52a~52cで圧力差がつかず、室内機5a~5cからガス管9に流入する冷媒が圧縮機21に吸入されるまでの時間が長くなるためである。
 従って、流量係数総和Cvaが小さいとき、冷媒配管長Lrが短い場合と比べて、冷媒配管長Lrが長い場合の方が吸入圧力が性能下限値を下回る可能性が高くなる。同様に、流量係数総和Cvaが大きい場合であっても、冷媒配管長Lrが短い場合と比べて、冷媒配管長Lrが長い場合の方が吸入圧力が性能下限値を下回る可能性が高くなる。
 本実施形態では、以上説明した問題点を考慮し、流量係数総和Cvaと冷媒配管長Lrに応じて圧縮機21の起動時回転数Crを定めている除霜運転条件テーブル300bを有し、この除霜運転条件テーブル300bに基づいて圧縮機21の起動時回転数Crを決定している。流量係数総和Cvaと冷媒配管長Lrとに応じて起動時回転数Crを細かく設定することで、より的確に除霜運転時の低圧低下を防ぎつつ不必要に圧縮機21の起動時回転数Crを低くして除霜運転の効率が低下することを防ぐことができる。
 尚、除霜運転間隔Tmについては、第1の実施形態と同様に、圧縮機21の起動時回転数Crに応じて定められているものであり、圧縮機21の起動時回転数Crに応じて異ならせていることによる効果についても第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
 以上説明したように、本発明の空気調和装置は、除霜運転を開始してから所定時間、圧縮機を、流量係数に応じた起動時回転数で、あるいは、流量係数と冷媒配管長とに応じた起動時回転数で駆動する。これにより、流量調整弁の容量の総和が小さいことにより除霜運転開始時の冷媒循環量が減少するような場合であっても、吸入圧力が大きく低下して圧縮機の性能下限圧力を下回ることを防ぐことができる。従って、圧縮機の破損を防ぐことができる。また、吸入圧力が圧縮機の性能下限吸入圧力を下回って低圧保護制御が実行されることを防ぐことができるので、低圧保護制御により除霜運転が中断されて除霜運転時間が長くなり、暖房運転への復帰が遅れるということがない。
 以上説明した実施形態では、各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvは、空気調和装置の設置時に作業者が設置情報入力部250を操作して手動で入力する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvは、室内機制御部500a~500cの記憶部520a~520cに記憶されている室内機5a~5cに関する機種情報に含まれ、室外機2のCPU210がこの機種情報を室内機5a~5cから取り込むことで、各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvを取得するようにしてもよい。ここで、機種情報とは、各室内膨張弁52a~52cの流量係数Cvに加えて、室内機5a~5cの定格能力、型名、識別番号等といった、室内機5a~5cの基本的な情報で構成されるものである。
 また、室内膨張弁52a~52cの容量を表すものとして流量係数Cvを用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、室内膨張弁52a~52cの両ポートの圧力差や室内膨張弁52a~52cを流れる流体の状態を、流量係数Cvを求めるときの値と異ならせたKv値やAv値を使用してもよく、室内膨張弁52a~52cの有効断面積を使用してもよい。
 また、冷媒配管長Lrについても、作業者が設定情報入力部250を操作して入力するのではなく、以下に説明するように室外機2のCPU210が算出するようにしてもよい。室外機制御部200の記憶部220に、室外熱交換器23が凝縮器として機能しているときの冷媒出口における過冷却度や低圧センサ34で検出した吸入圧力を用いて求める低圧飽和温度、等といった運転状態量と冷媒配管長Lrとの関係式(例えば、過冷却度に応じて冷媒配管長Lrを定めたテーブル)を記憶しており、CPU210は、空気調和装置1を冷房運転しているときの運転状態量を取得し、上記関係式を用いて冷媒配管長Lrを求める。
 1 空気調和装置
 2 室外機
 5a~5c 室内機
 8 液管
 9 ガス管
 21 圧縮機
 23 室外熱交換器
 32 吸入圧力センサ
 35 熱交温度センサ
 36 外気温度センサ
 51a~51c 室内熱交換器
 52a~52c 室内膨張弁
 100 冷媒回路
 200 室外機制御部
 210 CPU
 220 記憶部
 240 センサ入力部
 250 設置情報入力部
 300a、b 除霜運転条件テーブル
 Cv 室内膨張弁の流量係数の総和
 Lr 冷媒配管長
 Cr 起動時回転数
 Tm 除霜運転間隔

Claims (4)

  1.  圧縮機と、流路切換手段と、室外熱交換器と、室外機制御手段とを有する少なくとも1台の室外機と、
     室内熱交換器と、流量調整弁とを有する少なくとも1台の室内機と、
     前記室外機と前記室内機とを接続する少なくとも1本の液管および少なくとも1本のガス管と、
     を有する空気調和装置であって、
     前記室外機制御手段は、除霜運転を開始してからの所定時間、前記圧縮機を所定値である起動時回転数で駆動し、
     前記起動時回転数は、前記流量調整弁の容量の総和に応じて複数の値が定められていること、
     を特徴とする空気調和装置。
  2.  前記起動時回転数は、前記流量調整弁の容量の総和が所定の閾値未満である場合、前記流量調整弁の容量の総和が所定の閾値以上である場合に比べて低く定められている、
     請求項1に記載の空気調和装置。
  3.  圧縮機と、流路切換手段と、室外熱交換器と、室外機制御手段とを有する少なくとも1台の室外機と、
     室内熱交換器と、流量調整弁とを有する少なくとも1台の室内機と、
     前記室外機と前記室内機とを接続する少なくとも1本の液管および少なくとも1本のガス管と、
     を有する空気調和装置であって、
     前記室外機制御手段は、除霜運転を開始してからの所定時間、前記圧縮機を所定値である起動時回転数で駆動し、
     前記起動時回転数は、前記流量調整弁の容量の総和と、前記液管および前記ガス管の長さである冷媒配管長とに応じて複数の値が定められていること、
     を特徴とする空気調和装置。
  4.  前記起動時回転数は、前記冷媒配管長が前記所定の閾配管長以上である場合、前記冷媒配管長が所定の閾配管長未満である場合に比べて低く定められている、
     請求項3に記載の空気調和装置。
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