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特開2019-215128空気調和機、室外熱交換器ユニット及び制御方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-215128(P2019-215128A)
(43)【公開日】2019年12月19日
(54)【発明の名称】空気調和機、室外熱交換器ユニット及び制御方法
(51)【国際特許分類】
   F25B 47/02 20060101AFI20191122BHJP
   F24F 11/41 20180101ALI20191122BHJP
   F24F 11/42 20180101ALI20191122BHJP
   F25B 5/04 20060101ALI20191122BHJP
   F24F 11/89 20180101ALI20191122BHJP
【FI】
   F25B47/02 560
   F24F11/41 114
   F24F11/41 250
   F24F11/42
   F24F11/41 100
   F25B47/02 550Z
   F25B47/02 530Z
   F25B5/04 Z
   F24F11/89
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-112839(P2018-112839)
(22)【出願日】2018年6月13日
(71)【出願人】
【識別番号】516299338
【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100210572
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 太一
(72)【発明者】
【氏名】東浦 国広
(72)【発明者】
【氏名】神原 裕志
(72)【発明者】
【氏名】岡村 和美
【テーマコード(参考)】
3L260
【Fターム(参考)】
3L260BA03
3L260BA36
3L260CB08
3L260DA09
3L260HA02
(57)【要約】      (修正有)
【課題】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を行う空気調和機の室外熱交換器において、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制御に用いるセンサを共通化する空気調和機、室外熱交換器ユニット及び制御方法を提供する。
【解決手段】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を行う空気調和機1において、室外熱交換器ユニット5が備える冷媒が流れる伝熱管の入口と出口の間の所定の位置に着霜状況を検出するセンサ35を1つ設け、制御装置201は、このセンサ35の計測値に基づいて、正サイクルデフロスト運転および逆サイクルデフロスト運転を制御する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項2】
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た、
請求項1に記載の空気調和機。
【請求項3】
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2に記載の空気調和機。
【請求項4】
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2または請求項3に記載の空気調和機。
【請求項5】
前記室外熱交換器ユニットが一つの室外熱交換器で構成され、前記室外熱交換器が備える伝熱管に設けられる前記センサのセンサ位置が、前記逆サイクルデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さが前記正サイクルデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さよりも長くなる位置である、
請求項1に記載の空気調和機。
【請求項6】
前記逆サイクルデフロスト運転において前記冷媒が流れる部分の前記伝熱管の伝熱面積が、前記正サイクルデフロスト運転において前記冷媒が流れる部分の前記伝熱管の伝熱面積の6倍から10倍の間である、
請求項5に記載の空気調和機。
【請求項7】
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6の何れか1項に記載の空気調和機。
【請求項8】
冷媒の流れ方向が異なるデフロスト運転を行う冷媒回路に用いる室外熱交換器ユニットであって、直列に接続された主室外熱交換器と副室外熱交換器と着霜状況を検出するセンサを備え、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た、室外熱交換器ユニット。
【請求項9】
冷媒の流れ方向が異なるデフロスト運転を行う冷媒回路に用いる室外熱交換器ユニットであって、一つの室外熱交換器と着霜状況を検出するセンサを備え、前記室外熱交換器が備える伝熱管に前記センサが設けられ、前記センサが設けられるセンサ位置が、前記デフロスト運転のうちの一方のデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さが、他方のデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さよりも長くなる位置である、室外熱交換器ユニット。
【請求項10】
圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、請求項8または請求項9に記載の室外熱交換器ユニットと、を備える空気調和機。
【請求項11】
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、を備える空気調和機において、
前記制御装置が、前記室外熱交換器ユニットが備える冷媒が流れる伝熱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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気調和機、室外熱交換器ユニット及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2017−40399号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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、室外熱交換器ユニット及び制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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が一つの室外熱交換器で構成され、前記室外熱交換器が備える伝熱管に設けられる前記センサのセンサ位置が、前記逆サイクルデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さが、前記正サイクルデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さよりも長くなる位置である。
【0012】
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が一つの室外熱交換器を備える場合に、前記逆サイクルデフロスト運転において前記冷媒が流れる部分の前記伝熱管の伝熱面積が、前記正サイクルデフロスト運転において前記冷媒が流れる部分の前記伝熱管の伝熱面積の6倍から10倍の間である。
【0013】
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。
【0014】
本発明の一態様によれば、室外熱交換器ユニットは、冷媒の流れ方向が異なるデフロスト運転を行う冷媒回路に用いる室外熱交換器ユニットであって、直列に接続された主室外熱交換器と副室外熱交換器と着霜状況を検出するセンサを備え、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。
【0015】
本発明の一態様によれば、室外熱交換器ユニットは、冷媒の流れ方向が異なるデフロスト運転を行う冷媒回路に用いる室外熱交換器ユニットであって、一つの室外熱交換器と着霜状況を検出するセンサを備え、前記室外熱交換器が備える伝熱管に前記センサが設けられ、前記センサが設けられるセンサ位置が、前記デフロスト運転のうちの一方のデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さが他方のデフロスト運転において前記冷媒が前記センサ位置まで流れる間に通過する前記伝熱管の長さよりも長くなる位置である。
【0016】
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、上記の室外熱交換器ユニットとを備える。
【0017】
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、を備える空気調和機において、前記制御装置が、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。
【発明の効果】
【0018】
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。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】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。
図2】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3】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4】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。
図5】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。
図6】従来の空気調和機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
<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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
(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。
【0026】
(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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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)。
【0040】
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)。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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)。
【0044】
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。
【0045】
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)。
【0046】
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)。
【0047】
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)。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【符号の説明】
【0059】
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
図1
図2
図3
図4
図5
図6