WO2015162696A1

WO2015162696A1 - 空気調和機及びその除霜運転方法

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Publication number: WO2015162696A1
Application number: PCT/JP2014/061311
Authority: WO
Inventors: 和彦谷; 内藤　宏治; 辰弥持田; 浦田　和幹; 義幸秋山; 雅美稲葉
Original assignee: 日立アプライアンス株式会社
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2015-10-29
Also published as: EP3136009A4; US10473353B2; CN106461253A; CN106461253B; JPWO2015162696A1; US20170038125A1; EP3136009A1; JP6486335B2

Abstract

　空気調和機は、圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を接続して冷凍サイクルを構成している。また、圧縮機の吐出側と、熱源側熱交換器と膨張弁との間とを接続するホットガスバイパス回路と、このホットガスバイパス回路の流路を開閉する開閉弁と、前記熱源側熱交換器への着霜量に応じて、ホットガスバイパス除霜運転または逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御する制御装置を備えている。前記制御装置は、ホットガスバイパス除霜運転を実行する場合には、ホットガスバイパス回路の開閉弁を開き、圧縮機から吐出された冷媒の一部がホットガスバイパス回路を介して熱源側熱交換器に供給されるように制御し、逆サイクル除霜運転を実行する場合には、圧縮機から吐出された冷媒が四方弁を通過後、熱源側熱交換器に供給されるように四方弁を切換えるように制御する。

Description

空気調和機及びその除霜運転方法

　本発明は、除霜運転を行う空気調和機及びその除霜運転方法に関するものである。

　ヒ－トポンプ式空気調和装置を暖房運転した場合、室外熱交換器（熱源側熱交換器）の表面に霜がつくことがある。霜が室外熱交換器におけるフィン間の通風路を塞いでいくと、室外熱交換器の熱交換性能が落ち、十分な暖房能力が得られなくなる。このため、定期的に室外熱交換器の着霜状態を判定して霜を取り除く必要がある。

　霜を取り除く方法としては、四方弁を冷房運転側に切換えて霜を取り除く逆サイクル除霜運転と、圧縮機吐出側からバイパスすると共に開閉弁を有するホットガスバイパス回路を設け、この回路を室外熱交換器入口側に接続して、圧縮機吐出ガス冷媒の一部を室外熱交換器に流して霜を取り除くホットガスバイパス除霜運転が知られている。

　また、ホットガスバイパス除霜運転と逆サイクル除霜運転とを切換えて除霜運転するものとしては、例えば、特許文献１（特開２００８－９６０３３号公報）に記載のものがある。この特許文献１のものでは、室外機熱交換器の着霜を検出すると、四方弁を切り替えて逆サイクル除霜運転を行い、蓄熱量検出手段により検出される除霜熱源となる配管蓄熱量が設定値以下になったら前記四方弁を正サイクル側に切換えると共にホットガスバイパス開閉弁を開いてホットガスバイパス除霜運転を行う発明が記載されている。

　また、他の従来技術として、特許文献２（特開２０１１－１４４９６０号公報）に記載のものもある。この特許文献２のものでは、ホットガスバイパス方式の除霜運転とリバース（逆サイクル）方式の除霜運転の二つの除霜運転方式を有する空気調和機において、圧縮機回転数が所定の回転数以上の場合にはリバース方式による除霜を実施し、圧縮機回転数が所定の回転数未満の場合には前記圧縮機の回転数を増加させてホットガスバイパス方式により除霜運転を行う発明が記載されている。

特開２００８－９６０３３号公報特開２０１１－１４４９６０号公報

　ホットガスバイパス除霜運転では、圧縮機から吐出された冷媒をバイパスさせることにより、暖房運転と除霜運転を同時に行うことができ、また、前記四方弁を切換えて冷凍サイクルを逆サイクルに切換えないので、除霜後の室温の上昇を速くすることができる。

　しかし、ホットガスバイパス除霜運転では、バイパスさせた分のエネルギーは除霜のために利用されるため、暖房能力が低下する。また、着霜量が多い場合には逆サイクル除霜方式に比べ除霜運転が長くなってしまう。このため、着霜量が多い場合には逆サイクル除霜方式に比べ、空気調和機運転中のトータルとしての暖房能力が低下する課題がある。

　逆サイクル除霜運転では、冷媒の流れを冷房側に切換えて高温の冷媒を蒸発器として作用していた室外熱交換器に流すため、高い除霜能力が得られるから、着霜量が多い場合には、ホットガスバイパス除霜運転と比べ、逆サイクル除霜運転の方が短時間で除霜運転を完了させることができる。除霜運転を短時間で終了できれば、その分暖房運転時間を長くとることができるので、空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下を抑制できる。

　しかし、逆サイクル除霜運転をする場合、冷凍サイクルを正サイクルから逆サイクルに切換える必要があり、逆サイクルに切換えると暖房運転は中断され、室内熱交換器は除霜運転中、蒸発器として作用するため、温度が低下し、室温低下が大きくなる。また、室内熱交換器に接続される冷媒配管の温度も低下するため、除霜運転を終了して暖房運転に入っても、暖房運転の立ち上がりに要する時間が、ホットガスバイパス除霜運転の場合より多くの時間が掛かる。従って、着霜量が少ない場合には、逆サイクル除霜運転では、除霜運転時間と除霜後の室温上昇に要する時間との合計が、ホットガスバイパス除霜運転をした場合に比べ長くなるという課題がある。

　本発明の目的は、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間とを合わせた除霜のための時間を抑制し、それによって空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下を抑制することのできる空気調和機及びその除霜運転方法を得ることにある。

　上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を接続して冷凍サイクルを構成する空気調和機において、前記圧縮機の吐出側と、前記熱源側熱交換器と前記膨張弁との間とを接続するホットガスバイパス回路と、このホットガスバイパス回路の流路を開閉する開閉弁と、前記熱源側熱交換器への着霜量に応じて、ホットガスバイパス除霜運転または逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ホットガスバイパス除霜運転を実行する場合には、前記ホットガスバイパス回路の前記開閉弁を開き、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部が前記ホットガスバイパス回路を介して前記熱源側熱交換器に供給されるように制御し、逆サイクル除霜運転を実行する場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記四方弁を通過後前記熱源側熱交換器に供給されるように前記四方弁を切換えるように制御することを特徴とする。

　本発明の他の特徴は、熱源側熱交換器を備え、該熱源側熱交換器に着霜した霜の除霜運転が可能に構成されている空気調和機の除霜運転方法において、前記空気調和機はホットガスバイパス除霜運転と逆サイクル除霜運転の何れも実施可能に構成されており、前記熱源側熱交換器への着霜量を検出し、次に、この検出された熱源側熱交換器への着霜量に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転を実施することにある。

　本発明によれば、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間とを合わせた除霜のための時間を抑制し、それによって空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下を抑制することのできる空気調和機及びその除霜運転方法を得ることができる効果がある。

本発明の空気調和機の実施例１を示す冷凍サイクル構成図（冷媒回路図）である。実施例１における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。実施例２における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。実施例３における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。実施例４における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。外気温度に対する室外熱交換器温度の設定値の決め方を説明する線図である。着霜前後の室外送風機における電力比と、室外熱交換器温度に基づく除霜方式の選定について説明する図である。

　以下、本発明の空気調和機及びその除霜運転方法の具体的実施例を、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

　本発明の実施例１を図１及び図２により説明する。図１は本発明の空気調和機の実施例１を示す冷凍サイクル構成図（冷媒回路図）、図２は実施例１における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。　
　まず、図１を用いて、本実施例１の空気調和機の構成を説明する。

　空気調和機は、室外機（室外ユニット）１と、この室外機１に冷媒配管１１，１２（１１：ガス管、１２：液管）で接続された室内機（室内ユニット）２により構成されている。
前記室外機１は、スクロール圧縮機などで構成された圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器（熱源側熱交換器）５、絞り開度が可変の電子膨張弁などで構成された室外膨張弁６、前記ガス管１１側と接続される室外機側ガス阻止弁７、前記液管１２側と接続される室外機側液阻止弁８などで構成されている。前記室外熱交換器５にはガスヘッダ（ガス分岐管）５ａと液ヘッダ（液分岐管）５ｂが設けられている。

　９は、前記圧縮機３の吐出側と前記四方弁４との間の冷媒配管と、前記室外熱交換器５と前記室外膨張弁６との間の冷媒配管を接続するホットガスバイパス回路で、このホットガスバイパス回路９にはホットガスバイパス開閉弁（開閉弁）１０が設けられている。このホットガスバイパス開閉弁１０により、前記ホットガスバイパス回路９の流路を開閉することで、ホットガスバイパス除霜運転を実行できるように構成されている。

　１３は、前記室外熱交換器５に外気を、図の白抜き矢印で示すように、通風させて、外気と、室外熱交換器５内の伝熱管（冷媒配管）内を流れる冷媒とを熱交換させるための室外送風機である。１４は、前記室外熱交換器５近傍の空気（外気）吸込側に設けられ、外気温度（空気温度）を検出するための外気温サーミスタ、１５は、前記室外熱交換器５とその液ヘッダ５ｂとの間の冷媒配管の温度を検出する熱交換器温度サーミスタである。この熱交換器温度サーミスタ１５は室外熱交換器５の温度を検出するためのものであり、室外熱交換器５の温度を測定できる部分に設ければ良く、例えば室外熱交換器５の液相の多い部分（液ヘッダ５ｂ側）に設けることによりガスヘッダ５ａ側に設けた場合よりも安定して熱交換器温度を測定することができる。

　前記室内機２は、室内熱交換器（利用側熱交換器）１６、絞り開度が可変の電子膨張弁などで構成された室内膨張弁１７、前記ガス管１１側と接続される室内機側ガス阻止弁１８、前記液管１２側と接続される室内機側液阻止弁１９などで構成されている。前記室外熱交換器１６にもガスヘッダ（ガス分岐管）１６ａと液ヘッダ（液分岐管）１６ｂが設けられている。

　前記室外機１と前記室内機２とが前記冷媒配管１１，１２により接続されることにより、前記圧縮機３、四方弁４、前記室外熱交換器５、前記室外膨張弁６、前記室内膨張弁１７、前記室内熱交換器１６が順次冷媒配管によって接続されて冷凍サイクルを構成している。

　前記四方弁４は、冷媒の流れの方向を切換えるための弁である。この四方弁４は、暖房運転時には、前記圧縮機３の吐出側と前記室内熱交換器１６とを接続すると共に、この圧縮機３の吸入側と前記室外熱交換器５とを接続するように、冷媒回路を切換えるものである。

　また、前記四方弁４は、冷房運転時や逆サイクル除霜運転時には、前記圧縮機３の吐出側と前記室外熱交換器５とを接続すると共に、この圧縮機３の吸入側と前記室内熱交換器１６とを接続するように、冷媒流路を切換える。

　前記室外熱交換器５は、伝熱管とこの伝熱管に交差するように設けられた多数のフィンにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器などにより構成されている。この室外熱交換器５は、そのガス側が四方弁４に接続され、液側が室外膨張弁６に接続されている。室外熱交換器５は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

　前記室内熱交換器１６も、伝熱管と多数のフィンにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器などにより構成されている。この室内熱交換器１６は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して、室内の空気を冷却する。また、この室内熱交換器１６は、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して、室内の空気を加熱する。

　前記室外膨張弁６と前記室内膨張弁１７は、前記室外熱交換器５と前記室内熱交換器１６との間の冷媒配管に配置され、これらの絞り開度を調整することにより、冷媒回路に流れる冷媒流量の調整等を行う。

　また、この空気調和機では、前記室外熱交換器５に付着した霜を融解・除去するために、前述したホットガスバイパス除霜運転と逆サイクル除霜運転を行うことができるように構成されている。また、本実施例では、前記室外熱交換器５への着霜量を検出或いは推定して、着霜量が比較的少ない場合にはホットガスバイパス除霜運転を行い、着霜量が多い場合には逆サイクル除霜運転を実施するように、制御装置（図示せず）により制御される。

　例えば、室外熱交換器５における伝熱面積に対して着霜している面積（以下着霜面積という）の割合が２０～３０％未満であれば、着霜が少ないとして暖房運転を継続し、前記割合が２０～３０％以上であれば、除霜運転を実施する。この除霜運転を実施する場合、本実施例では、着霜量が比較的少ない（前記割合が２０～８０％程度のとき）場合にはホットガスバイパス除霜運転を実施し、着霜量が多い（前記割合が８０％以上）場合には逆サイクル除霜運転を実施するように構成されている。

　このように構成された空気調和機において、暖房運転時には、実線矢印で示すように冷媒は流れて循環する。即ち、暖房運転時においては、前記圧縮機７から吐出された高温高圧の冷媒は、暖房側に切換えられた前記四方弁４を経由し、前記室内熱交換器１６へ流入する。ここで室内機２が吸入する空気と伝熱管内を流れる冷媒とが熱交換することにより、冷媒は凝縮して液冷媒となる。この際、冷媒から放熱された熱を室内側の空気に与えることで暖房が行なわれる。前記室内熱交換器１６を出た液冷媒は、前記室内膨張弁１７と、前記室外膨張弁６を流れる際に膨張して、低温低圧の状態で前記室外熱交換器５へ流入する。室外熱交換器５は蒸発器として機能し、室外機１が吸入する室外空気（外気）と熱交換することにより、冷媒は蒸発してガス冷媒となる。その後、前記四方弁４を経由して、再び、前記圧縮機３に吸入される。

　また、ホットガスバイパス除霜運転時には、圧縮機３から吐出された高温の冷媒の一部が、二点鎖線の矢印で示すように前記ホットガスバイパス回路９に流れて、前記室外熱交換器５に高温のガス冷媒を流し、除霜する。

　逆サイクル除霜運転時及び冷房運転時には、点線の矢印で示すように冷媒は循環する。即ち、圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５に流れて凝縮し、逆サイクル除霜運転時には、前記凝縮時の凝縮熱により室外熱交換器５を加熱して除霜し、その後前記室内熱交換器１６側に流れて蒸発し、ガス冷媒となって再び前記圧縮機３に戻るように循環する。

　次に、本実施例の空気調和機において、暖房運転により室外熱交換器３に霜が付着し、この霜を除霜する除霜運転の制御動作について図１も参照しながら図２により説明する。
図２は、本実施例における除霜運転の制御動作を示すフローチャートで、このフローチャートに沿って以下説明する。

　まず、空気調和機がスタート（始動）され（ステップS０）、暖房運転が開始される（ステップS１）。その後、ステップＳ２では、暖房運転による室外熱交換器５への着霜量を、例えば室外熱交換器５の温度を検出するなどの手段により検出する。即ち、このステップＳ２においては、例えば、室外熱交換器５の温度と着霜量との相関を予め実験などにより求めておき、この相関に基づき、熱交換器温度サーミスタ１５で検出された温度から着霜量を推定するなどの手段により、着霜量検出が行われる。

　次に、ステップＳ３に移り、検出された着霜量が予め定めた設定値以下か否かを判断する。このステップＳ３において、検出された着霜量が前記設定値以下の場合（ＹＥＳの場合）は、着霜量が少ないと判断し、ステップＳ４に移ってホットガスバイパス方式での除霜運転、即ちホットガスバイパス除霜運転を行う。このホットガスバイパス除霜運転が終了すれば（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻り、暖房運転に復帰する。

　一方、前記ステップＳ３において、検出した着霜量が予め定めた前記設定値を越える場合（ＮＯの場合）には、着霜量が多いと判断し、ステップＳ６に移って逆サイクル方式での除霜運転、即ち逆サイクル除霜運転を行う。この逆サイクル除霜運転が終了すれば（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻り、暖房運転に復帰する。

　このように、本実施例では、除霜運転を開始する際に室外熱交換器５への着霜量を検出（推定）し、この着霜量に応じて、着霜量が少ない場合にはホットガスバイパス除霜運転を選択して実施し、着霜量が予め定めた設定値より多い場合には逆サイクル除霜運転を選択して実施するので、除霜運転による空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下を抑制することができる。

　即ち、本実施例では、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間とを合わせた除霜のための時間が少なくなるように、着霜量に応じて除霜方式を選択している。

　更に詳しく説明すると、逆サイクル除霜運転は、除霜運転時間は短くできるが、除霜運転後の暖房立ち上がりに要する時間が長くなるので、着霜量が多い場合に実施し、着霜量が少ない場合にはホットガスバイパス除霜運転を実施する。ホットガスバイパス除霜運転は、除霜運転時間は長くなるものの、除霜運転後の室温上昇を速くすることができ、暖房運転立ち上がりが速いので、着霜量が少ない場合には、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間を、逆サイクル除霜運転を選択した場合よりも少なくできる。

　なお、上記ステップＳ２では、暖房開始後から着霜量検出を継続し、検出された着霜量が基準値を超えたときか、或いは暖房運転時間が一定時間を経過したときにステップＳ３に進むようにすれば、除霜運転を頻繁に繰り返してしまうのを防止できる。また、上記ステップＳ２の着霜量検出を一定時間毎にするようにしても良い。更に、着霜量が少ない場合に除霜運転を実施するのを回避するため、上記ステップＳ３における設定値を２段階に設定して、着霜がない、或いは非常に少ない場合には除霜運転しないでステップＳ１に戻るようにし、除霜運転すべき着霜量の場合にのみステップＳ４またはＳ６を選択して除霜運転することもできる。

　着霜量を検出（推定）する手段については、上述した室外熱交換器５の温度を検出するなどの手段による他、室外熱交換器温度に密接に関係する圧縮機吸入圧力を検出することでも着霜量の推定は可能であり、また室外熱交換器（熱源側熱交換器）の送風機（室外送風機）１３で消費される電力の変化により着霜量を推定するようにしても良い。更には、直接着霜量を検出することも可能である。

　本発明の実施例２を図３により説明する。図３は実施例２における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。なお、空気調和機の構成については、図１と同様であり、図１も参照しながら実施例２を説明する。　
　図３において、ステップＳ０、Ｓ1、Ｓ４～Ｓ７については図２に示すものと同様であるので、それらの説明については省略する。

　本実施例２は、図２におけるステップＳ２及びＳ３を更に具体化した例を示すもので、図２のステップＳ２における着霜量の検出を、図３のステップＳ８では、室外熱交換器５への着霜前後における室外送風機１３の電力比を求め、この電力比を用いて行うようにしたものである。

　室外送風機１３の電力（消費電力）は、室外送風機１３のモータに流れる電流を検知することにより、次式から求めることができる。なお、電圧と力率は一定とする。　
　　　電力＝電圧×電流×力率
従って、室外熱交換器５に着霜する前の室外送風機１３の電力Ｐ１と、着霜後の室外送風機１３の電力Ｐ２を求めることにより、電力比「Ｐ２／Ｐ１」を求めることができる。

　また、電力比と着霜量との関係を予め実験等により求めておく。室外送風機１３の回転数が一定の場合、着霜前の電力は、室外熱交換器５の通風抵抗が小さいため、消費電力は小さいが、着霜してくると次第に通風抵抗が大きくなるため、消費電力は大きくなる。従って、室外熱交換器５の着霜前後の室外送風機１３の電力比を求めることにより、着霜量を推定することができる。

　次に、ステップＳ９では、上記ステップＳ８で求めた電力比に基づいて、室外送風機１３における前記電力比が予め定めた設定値Ｒ１以上か否かを判定する。この設定値Ｒ１は室外熱交換器５における伝熱面積に対して着霜している面積（着霜面積）の割合が、例えば２０～３０％程度となった場合に対応する電力比の値とする。

　ステップＳ９の判定で前記電力比が前記設定値Ｒ１を下回った場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１に戻り暖房運転を継続する。前記設定値Ｒ１以上である場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０に移行する。

　ステップＳ１０では、上記ステップＳ８で求めた電力比に基づいて、室外送風機１３における前記電力比が予め定めた設定値Ｒ２以上か否かを判定する。この設定値Ｒ２は室外熱交換器５における伝熱面積に対して着霜している面積（着霜面積）の割合が、例えば８０％程度となった場合に対応する電力比の値とする。従って、前記設定値Ｒ２は、前記設定値Ｒ１より大きな値となる。

　ステップＳ１０の判定で前記電力比が前記設定値Ｒ２以下の場合（ＹＥＳの場合）には、着霜量が比較的少ない（着霜面積の割合が２０～８０％程度）と判断し、ステップＳ４に移り、ホットガスバイパス除霜運転を実施する。

　ステップＳ１０の判定で前記電力比が前記設定値Ｒ２を上回る場合（ＮＯの場合）には、着霜量が多い（着霜面積の割合が８０％程度以上）と判断し、この場合にはステップＳ６に移り、逆サイクルサイクル除霜運転を実施する。

　ステップＳ４またはステップＳ６での除霜運転が終了（ステップＳ５またはＳ７）すれば、ステップＳ１の暖房運転に復帰する。

　このように、本実施例２によれば、室外熱交換器５の着霜前後の室外送風機の電力比により着霜量を推定し、着霜量が少ない場合にはホットガスバイパス除霜運転を選択して実施し、着霜量が予め定めた設定値より多い場合には逆サイクル除霜運転を選択して実施するので、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間とを合わせた除霜のための時間を少なくでき、空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下を抑制することができる。

　なお、本実施例２では、電力比を求めて着霜量を推定しているが、前記電力比の代わりに、電流比を使用しても同様に実施することは可能である。即ち、室外熱交換器５の着霜前後の室外送風機１３のモータに流れる電流値を検出し、着霜前後の電流値の比（電流比）を求めて、この電流比と着霜量との関係を予め実験等により求めておけば、着霜量を推定することが同様に可能である。

　本発明の実施例３を図４により説明する。図４は実施例３における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。なお、本実施例においても空気調和機の構成については、図１と同様であり、図１も参照しながら実施例３を説明する。　
　図４において、ステップＳ０、Ｓ1、Ｓ４～Ｓ７については、本実施例においても図２に示すものと同様であるので、それらの説明については省略する。

　本実施例３も、図２におけるステップＳ２及びＳ３を更に具体化した例を示すもので、図２のステップＳ２における着霜量の検出を、図４のステップＳ１１では、室外熱交換器５の温度を、前記熱交換器温度サーミスタ１５で検出し、この温度を用いて行うようにしたものである。

　即ち、室外熱交換器５に霜が付着すると熱交換効率が低下するため、圧縮機３の回転数が上昇する。この結果、室外熱交換器５における蒸発圧力が低下し、それに応じて室外熱交換器５の温度も低下する。従って、この室外熱交換器５の温度と着霜量との関係を予め実験等により求めておくことにより、室外熱交換器５の温度を検出することで、該室外熱交換器５への着霜量を推定することができる。

　次に、ステップＳ１２では、上記ステップＳ１１において、前記熱交換器温度サーミスタ１５で検出した室外熱交換器５の温度に基づいて、この室外熱交換器５の温度が予め定めた設定値Ｔ１以下か否かを判定する。この設定値Ｔ１は室外熱交換器５における伝熱面積に対して着霜している面積（着霜面積）の割合が、例えば２０～３０％程度となった場合に対応する温度の値とする。

　ステップＳ１２の判定で前記温度の値が前記設定値Ｔ１を上回る場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１に戻り暖房運転を継続する。前記設定値Ｔ１以下である場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１３に移行する。

　ステップＳ１３では、上記ステップＳ１１で検出された室外熱交換器５の温度に基づいて、この室外熱交換器５の温度が予め定めた設定値Ｔ２以上か否かを判定する。この設定値Ｔ２は室外熱交換器５における伝熱面積に対して着霜している面積（着霜面積）の割合が、例えば８０％程度となった場合に対応する温度の値とする。従って、前記設定値Ｔ２は、前記設定値Ｔ１より低い値となる。

　ステップＳ１３の判定で前記温度の値が前記設定値Ｔ２を上回る場合（ＹＥＳの場合）は、着霜量が比較的少ない（着霜面積の割合が２０～８０％程度）と判断し、ステップＳ４に移り、ホットガスバイパス除霜運転を実施する。

　ステップＳ１３の判定で前記温度の値が前記設定値Ｔ２を下回った場合（ＮＯの場合）には、着霜量が多い（着霜面積の割合が８０％程度以上）と判断し、この場合にはステップＳ６に移り、逆サイクルサイクル除霜運転を実施する。　
　ステップＳ４またはステップＳ６での除霜運転が終了（ステップＳ５またはＳ７）すれば、再びステップＳ１の暖房運転に復帰する。

　このように、本実施例３によれば、熱交換器温度サーミスタ１５で検出された室外熱交換器５の温度により着霜量を推定し、着霜量が少ない場合にはホットガスバイパス除霜運転を選択して実施し、着霜量が予め定めた設定値より多い場合には逆サイクル除霜運転を選択して実施するので、上述した実施例１や２と同様に、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間とを合わせた除霜のための時間を少なくでき、空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下を抑制することができる。

　なお、本実施例３では、室外熱交換器５の温度（蒸発温度）を求めて着霜量を推定しているが、前記室外熱交換器５の温度の代わりに、圧縮機吸込側、即ち前記室外膨張弁６から圧縮機３の吸込側までの低圧側の圧力（蒸発圧力）を検出するようにしても、同様に実施することは可能である。即ち、前記圧縮機３の前記吸入側に圧力センサを設けて低圧側圧力を検出し、この低圧が圧力と着霜量との関係を予め実験等により求めておけば、着霜量を推定することが同様に可能である。

　本発明の実施例４を図５～図７を用いて説明する。本実施例においても空気調和機の構成については、図１と同様であり、図１も参照しながら実施例４を説明する。　
　図５は実施例４における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。

　図５において、ステップＳ０、Ｓ1、Ｓ４～Ｓ７については、本実施例においても図２に示すものと同様であるので、それらの説明については省略する。　
　また、本実施例４において、図５に示すステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３は、図４に示す実施例３のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と同様であり、更に本実施例４におけるステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０は、図３に示す実施例２のステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０と同様である。

　本実施例４も、図２におけるステップＳ２及びＳ３を更に具体化した例を示すものである。即ち、図２のステップＳ２における着霜量の検出を、図５のステップＳ１１では、室外熱交換器５における室外熱交換器５の温度を、前記熱交換器温度サーミスタ１５で検出し、この温度を用いて行うようにし、更に図５のステップＳ８では、室外熱交換器５への着霜前後における室外送風機１３の電力比を求め、この電力比も用いて着霜量の検出を行うようにしているものである。このように本実施例４においては、ステップＳ２の着霜量検出を、室外熱交換器５の温度と、室外熱交換器５における着霜前後の室外送風機の電力比の両方を用いて行うようにしたものである。

　本実施例においては、まずステップＳ１１で上記実施例３と同様に、前記室外熱交換器５の温度を前記熱交換器温度サーミスタ１５で検出する。更に、ステップＳ８では、上記実施例２と同様に、室外熱交換器５への着霜前後の室外送風機１３の電力比を求める。

　次に、ステップＳ１２、Ｓ１３では、上記実施例３と同様の動作を行う。　
　即ち、ステップＳ１２では、上記ステップＳ１１において、前記熱交換器温度サーミスタ１５で検出した室外熱交換器５の温度に基づいて、この室外熱交換器５の温度が予め定めた設定値Ｔ１以下か否かを判定する。このステップＳ１２の判定で、前記温度の値が前記設定値Ｔ１を上回る場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１に戻り暖房運転を継続する。前記設定値Ｔ１以下である場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１３に移行する。

　ステップＳ１３では、上記ステップＳ１１で検出された室外熱交換器５の温度に基づいて、この室外熱交換器５の温度が予め定めた設定値Ｔ２以上か否かを判定する。このステップＳ１３の判定で、前記温度の値が前記設定値Ｔ２を下回った場合（ＮＯの場合）には、着霜量が多いと判断し、この場合にはステップＳ６に移り、逆サイクル除霜運転を実施する。

　本実施例では、前記ステップＳ１３の判定で、前記温度の値が前記設定値Ｔ２を上回る場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ９に移行するようにしている。　
　ステップＳ９では、上記ステップＳ８で求めた電力比に基づいて、室外送風機１３における前記電力比が予め定めた設定値Ｒ１以上か否かを判定する。このステップＳ９の判定で前記電力比が前記設定値Ｒ１を下回った場合（ＮＯの場合）は、本実施例では室外熱交換器５の温度が設定値Ｔ１～Ｔ２の間にある場合でも、除霜運転すべき着霜量には達していないと判定して、ステップＳ１に戻り暖房運転を継続する。

　ステップＳ９において、前記電力比が前記設定値Ｒ１以上である場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０に移行する。　
　ステップＳ１０では、上記ステップＳ８で求めた電力比に基づいて、室外送風機１３における前記電力比が予め定めた設定値Ｒ２以上か否かを判定する。このステップＳ９の判定で前記電力比が前記設定値Ｒ２以下の場合（ＹＥＳの場合）には、着霜量が比較的少ないと判断し、ステップＳ４に移り、ホットガスバイパス除霜運転を実施する。ステップＳ１０の判定で前記電力比が前記設定値Ｒ２を上回る場合（ＮＯの場合）には、着霜量が多いと判断し、この場合にはステップＳ６に移り、逆サイクル除霜運転を実施する。　
　ステップＳ４またはステップＳ６での除霜運転が終了（ステップＳ５またはＳ７）すれば、再びステップＳ１の暖房運転に復帰する。

　図６は、外気温度に対する室外熱交換器温度の前記設定値Ｔ１，Ｔ２の決め方を説明する線図である。図６において、横軸は外気温度であり、縦軸は室外熱交換器５の温度である。外気温度は図1に示す前記外気温サーミスタ１４により検出することができ、また室外熱交換器５の温度は前記熱交換器温度サーミスタ１５により検出することができる。

　ハッチングで示す範囲Ａの部分が外気温度に対する設定値Ｔ１，Ｔ２を決めるための範囲となる。例えば、外気温度が２℃の場合には、図６に示すように、２℃を示す破線と前記範囲Ａとが交差する部分の上限の温度を前記設定値Ｔ１として決定し、２℃を示す破線と前記範囲Ａとが交差する部分の下限の温度を前記設定値Ｔ２として決定する。

　そして、室外熱交換器５の温度が前記範囲Ａよりも高い場合には除霜運転をせずに暖房運転を継続し、前記室外熱交換器５の温度が前記範囲Ａよりも低い場合には逆サイクル除霜運転を実施する。前記室外熱交換器５の温度が前記範囲Ａ内、即ち設定値Ｔ１とＴ２の間にある場合には、上記ステップＳ９、Ｓ１０の判定結果にもよるが、ホットガスバイパス除霜運転をする可能性が高くなる。なお、上記実施例３の場合には、前記室外熱交換器５の温度が前記範囲Ａ内にあればホットガスバイパス除霜運転を実施することになる。

　この図６に示すように、着霜量を判定するための室外熱交換器温度の前記設定値Ｔ１，Ｔ２は外気温度に応じて変更され、外気温度が２℃よりも低い場合には前記設定値Ｔ１，Ｔ２もより低い値となり、外気温度が２℃よりも高い場合には前記設定値Ｔ１，Ｔ２もより高い値となる。この図６に基づいて、前記設定値Ｔ１及びＴ２を決定し、この設定値を用いて上記ステップＳ１２及びＳ１３の判定は実施される。

　図７は、着霜前後の室外送風機１３における電力比と、前記室外熱交換器５の温度に基づく除霜方式の選定について説明する図で、横軸は着霜前後の室外送風機１３における電力比、縦軸は前記熱交換器温度サーミスタ１５により検出される室外熱交換器５の温度である。図５に示す除霜運転の制御動作を示すフローチャートの動作が実行されると、前述した設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｒ１，Ｒ２に基づいて、この図７に示すように適切な除霜方式を選択し、除霜運転が実施されるか或いは除霜運転を実施しないで暖房運転が継続される。

　即ち、設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｒ１，Ｒ２で囲まれた領域Ｂに、上記電力比及び室外熱交換器温度があるときは、ホットガスバイパス除霜運転が実施される。また、設定値Ｔ１，Ｔ２の間で且つ設定値Ｒ２以上の場合（領域Ｃ）と、室外熱交換器温度が設定値Ｔ２以下の場合には逆サイクル除霜運転が実施される。更に、設定値Ｔ１，Ｔ２の間で且つ設定値Ｒ１以下の場合（領域Ｄ）と、室外熱交換器温度が設定値Ｔ１以上の場合には除霜運転をせずに暖房運転が継続される。

　このように、本実施例４によれば、熱交換器温度サーミスタ１５で検出された室外熱交換器５の温度と、室外熱交換器５の着霜前後の室外送風機の電力比により、着霜量を推定しているので、室外熱交換器５に確実に霜が着いていること及び着霜量をより正確に推定できる。従って、着霜量の誤検知を防止し、着霜量の非常に少ない場合の除霜運転を回避すると共に、より正確に推定した着霜量により、ホットガスバイパス除霜運転をするか逆サイクル除霜運転をするかを適確に選択することができる。よって、除霜運転と除霜運転後の暖房運転立ち上がりに要する時間とを合わせた除霜のための時間をより少なくすることが可能であり、空気調和機運転中におけるトータル暖房能力の低下をより抑制することができる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記図５のステップＳ１１とＳ８の実行順番を逆にしても或いは同時に実行しても良いし、またステップＳ１２、Ｓ１３とステップＳ９、Ｓ１０の実行順番を入れ替えて、ステップＳ９、Ｓ１０を実施後ステップＳ１２、Ｓ１３を実行するようにしても良い。

　また、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。更に、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、各機能を実現するプログラム、各設定値、各設定時間等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１：室外機、２：室内機、３：圧縮機、４：四方弁、５：室外熱交換器（熱源側熱交換器）、５ａ：ガスヘッダ、５ｂ：液ヘッダ、６：室外膨張弁（膨張弁）、７：室外機側ガス阻止弁、８：室外機側液阻止弁、９：ホットガスバイパス回路、１０：ホットガスバイパス開閉弁（開閉弁）、１１，１２：冷媒配管、１３：室外送風機、１４：外気温サーミスタ、１５：熱交換器温度サーミスタ、１６：室内熱交換器（利用側熱交換器）、１６ａ：ガスヘッダ、１６ｂ：液ヘッダ、１７：室内膨張弁（膨張弁）、１８：室内機側ガス阻止弁、１９：室内機側液阻止弁。

Claims

　圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を接続して冷凍サイクルを構成する空気調和機において、
　前記圧縮機の吐出側と、前記熱源側熱交換器と前記膨張弁との間とを接続するホットガスバイパス回路と、
　このホットガスバイパス回路の流路を開閉する開閉弁と、
　前記熱源側熱交換器への着霜量に応じて、ホットガスバイパス除霜運転または逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御する制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、前記ホットガスバイパス除霜運転を実行する場合には、前記ホットガスバイパス回路の前記開閉弁を開き、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部が前記ホットガスバイパス回路を介して前記熱源側熱交換器に供給されるように制御し、逆サイクル除霜運転を実行する場合には、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記四方弁を通過後前記熱源側熱交換器に供給されるように前記四方弁を切換えるように制御する
　ことを特徴とする空気調和機。
　請求項１に記載の空気調和機において、
　前記制御装置は、前記熱源側熱交換器への着霜量が予め定めた設定値以下の場合には前記ホットガスバイパス除霜運転を実行し、着霜量が予め定めた設定値を超える場合には前記逆サイクル除霜運転を実行することを特徴とする空気調和機。
　請求項２に記載の空気調和機において、
　前記熱源側熱交換器に外気を通風するための室外送風機を備え、該熱源側熱交換器への着霜前の前記室外送風機の電力と、該熱源側熱交換器への着霜後の前記室外送風機の電力との比である電力比に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御されることを特徴とする空気調和機。
　請求項２に記載の空気調和機において、
　前記熱源側熱交換器に外気を通風するための室外送風機を備え、該熱源側熱交換器への着霜前の前記室外送風機のモータに流れる電流と、該熱源側熱交換器への着霜後の前記室外送風機のモータに流れる電流との比である電流比に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御されることを特徴とする空気調和機。
　請求項２に記載の空気調和機において、
　前記熱源側熱交換器の温度を検出する熱交換器温度サーミスタを備え、この熱交換器温度サーミスタで検出される熱源側熱交換器の温度に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御されることを特徴とする空気調和機。
　請求項２に記載の空気調和機において、
　前記圧縮機吸込側の圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサで検出される圧縮機吸込側の圧力に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御されることを特徴とする空気調和機。
　請求項２記載の空気調和機において、
　前記熱源側熱交換器の温度を検出する熱交換器温度サーミスタと、前記熱源側熱交換器に外気を通風するための室外送風機とを備え、
　前記熱交換器温度サーミスタで検出される熱源側熱交換器の温度、及び前記熱源側熱交換器への着霜前の前記室外送風機の電力と該熱源側熱交換器への着霜後の前記室外送風機の電力との比である電力比に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転するように制御されることを特徴とする空気調和機。
　熱源側熱交換器を備え、該熱源側熱交換器に着霜した霜の除霜運転が可能に構成されている空気調和機の除霜運転方法において、
　前記空気調和機はホットガスバイパス除霜運転と逆サイクル除霜運転の何れも実施可能に構成されており、
　前記熱源側熱交換器への着霜量を検出し、
　次に、この検出された熱源側熱交換器への着霜量に応じて、前記ホットガスバイパス除霜運転または前記逆サイクル除霜運転の何れかを選択して除霜運転を実施する
　ことを特徴とする空気調和機の除霜運転方法。