JP2007285614A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転を継続しながら安定した室外機の外装の除霜運転を行うことができる空気調和装置を提供すること。
【解決手段】本発明の空気調和装置は、暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段を備え、暖房運転を継続しながら、室外熱交換器５の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定することで、空気調和装置の除霜運転時間を、暖房運転の時間に合わせて延長することができるので、確実に除霜運転を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、暖房運転を継続しながら室外熱交換器に付着した霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ式空気調和装置の除霜方式は、暖房運転を停止し、四方弁を切り換えることで冷房運転のサイクルで除霜運転を行う方式である。すなわち圧縮機から吐出した高温・高圧のガスを直接室外熱交換器に流すことで、室外熱交換機に付着した霜を融解することができる。そして、付着した霜が融解するとともに、除霜運転を終了させ、再度暖房運転に切り換えて、暖房運転を継続する。

しかしながら、このような方式で除霜運転を行うと、室内側の熱交換器が蒸発器となるため、室内温度が低下して、冷風感を感じるという課題があった。このような課題に対して、暖房運転を行いながら除霜運転を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。以下、図７を用いて、暖房運転を行いながら除霜運転を行うことができる空気調和装置について説明する。

図７は、従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。図７において、従来の空気調和装置は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１１０、減圧器１０５、室外熱交換器１０３を順次冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、圧縮機１０１の吐出側と四方弁１０２・室外熱交換器１０３間を結び二方弁１０９ａ、キャピラリチューブ１０９ｂを有する第１のバイパス回路と、圧縮機１０１の吸入側と室外熱交換器１０３・減圧器１０５間を結び二方弁１０８、冷媒加熱器１０４を有する第２のバイパス回路とを備えている。また圧縮機１０１の吸入側と四方弁１０２の間には二方弁１０６、室外熱交換器１０３と減圧器１０５の間には二方弁１０７を備えている。このように構成されている空気調和装置において、除霜運転を行う際には、冷媒加熱器１０４によって加熱された冷媒が、圧縮機１０１を通った後、室内熱交換器１１０を通る流れと、第１のバイパス回路を通って室外熱交換器１０３を通る流れに分岐され、分岐した冷媒の流れが、冷媒加熱器１０４の直前で合流し、再び冷媒が、冷媒加熱器１０４によって加熱され、圧縮機１０１に吸入される。
特開平１１−１８２９９４号公報

しかしながら、従来の構成では、除霜運転を行う際に、二方弁１０９ａを開放して、室外熱交換器１０３と、四方弁１０２との間に圧縮機１０１の吐出冷媒が流れることになるため、圧縮機１０１の吸入側に除霜するホットガス冷媒が流れないように二方弁１０６が必要となるが、冷房および暖房運転の圧損を低減するためには、口径の大きな二方弁１０６を採用しなければならず、非常に高価な構成となってしまうだけでなく、ヒートポンプ運転から二方弁１０８を開放させて冷媒加熱運転に切換、除霜運転を行う方式で室外熱交換器１０３の冷媒の流れが逆転するため、除霜運転を行う前に二方弁１０７を一度閉める運転をする必要があり、室外熱交換器１０３の入り口に二方弁１０７が必要となる。したがって、上述した従来の冷凍サイクルでは、二方弁が４つ必要となり、複雑かつ高価な構成の冷凍サイクルとなってしまう。

また、室外熱交換器における室外機の外装の霜の状態がひどい時には、除霜運転が終了しても、まだ室外熱交換器には雪や氷などの溶け残りがある状態で暖房運転が再開される
という課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、暖房運転を継続しながら安定した室外機の外装の除霜運転を行うことができる空気調和装置を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段を備え、暖房運転を継続しながら、室外熱交換器の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定することを特徴とするものである。

これによって、空気調和装置の除霜運転時間を、暖房運転の時間に合わせて延長することができるので、確実に除霜運転を行うことができる。

また、本発明の空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、第１の減圧手段、室外熱交換器を順次冷媒管で環状に接続する冷凍回路と、室内に調和空気を送風する室内送風機と、暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、前記室内熱交換器・前記第１の減圧手段間と前記四方弁・前記室外熱交換器間とを結び第２の減圧手段と第１の二方弁と冷媒加熱手段を有する第１バイパス回路と、前記圧縮機・前記室内熱交換器間と前記第１の減圧手段・前記室外熱交換器間とを結び第３の減圧手段と第２の二方弁を有する第２バイパス回路とを備え、暖房運転を継続しながら、前記室外熱交換器の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定することを特徴とするものである。

これによって、空気調和装置の除霜運転時間を、暖房運転の時間に合わせて延長することができるので、確実に室外機の外装の除霜運転を行うことができるとともに、二方弁を２つしか使用しない構成となるので、製品コストを抑えることができる。

暖房運転を継続しながら安定した室外機の外装の除霜運転を行うことができる空気調和装置を提供することができる。

第１の発明の空気調和装置は、暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段を備え、暖房運転を継続しながら、室外熱交換器の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定することにより、除霜運転を延長することができるので、室外機の外装に付着した霜を確実に除霜することができる。

第２の発明の空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、第１の減圧手段、室外熱交換器を順次冷媒管で環状に接続する冷凍回路と、室内に調和空気を送風する室内送風機と、暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、前記室内熱交換器・前記第１の減圧手段間と前記四方弁・前記室外熱交換器間とを結び第２の減圧手段と第１の二方弁と冷媒加熱手段を有する第１バイパス回路と、前記圧縮機・前記室内熱交換器間と前記第１の減圧手段・前記室外熱交換器間とを結び第３の減圧手段と第２の二方弁を有する第２バイパス回路とを備え、暖房運転を継続しながら、前記室外熱交換器の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定するこ
とにより、第１バイパス回路の第１の二方弁を開放して冷媒加熱手段で冷媒を加熱し、加熱した冷媒を圧縮機の吸入側に流してから一定時間後に、第２バイパス回路の第２の二方弁を開放して室外熱交換器に冷媒を通過させることで暖房運転を継続しながら除霜運転を行うことができるとともに、通常の除霜運転時間をさらに延長して除霜運転をすることができるので確実に除霜することができるとともに、二方弁を２つしか使用しない構成となるので、製品コストを抑えることができる。

また、暖房を継続しながら除霜運転を行うために、四方弁を切り換える必要がなく、四方弁を切り換える時の冷媒音は発生することがない。

また除霜時に四方弁を切り換えないため、圧力変動が小さく、圧縮機のオイル変動も小さいことから圧縮機の信頼性の高い運転ができる。

また、接続配管長が長くなる場合でも、除霜回路が室外にあるため、配管長による除霜運転での圧縮機オイルレベルが下がることがなく、圧縮機の信頼性の高い運転ができる。

また、全体冷媒の一部を除霜用に利用するため、第１バイパス回路の冷媒加熱手段に極端に多くの冷媒が流れないことからコンパクトな冷媒加熱手段で構成できる。

また、冷房運転を行った場合でも、冷媒加熱手段に高温高圧の冷媒ガスが滞留して、冷媒加熱手段に結露を発生させることもない。

第３の発明の空気調和装置は、特に第１または第２の発明において、延長除霜運転時間内においては室内に送風する室内送風機の回転数に制限値を設けて暖房運転を行うことにより、室内機での熱交換を押さえて、比較的温度の高い冷媒を除霜運転に使用することができるので、室外機の外装に雪や氷などが付着したり、覆われたりした状態を回避させ、機能性、安全性を向上させることができる。

第４の発明の空気調和装置は、特に第２の発明において、第２バイパス回路の前記圧縮機側端部・室内熱交換器間に第４の減圧手段とを備え、延長除霜運転時間において前記第４の減圧手段の絞り量を変更することにより、室内熱交換器を流れる冷媒量を抑制し、第２バイパス回路へ流れる冷媒量を増やすことができるので、確実に除霜運転を行うことができるので、室外機の外装に雪や氷などが付着したり、覆われたりした状態を回避させ、機能性、安全性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の構成図を示すものである。図１において、本発明の空気調和装置は、室内機１と室外機２から構成されており、室内機１は、冷媒と空気とを熱交換する室内熱交換器３および室内に調和空気を送風する室内送風機４を有し、室外機２は、冷媒と外気とを熱交換する室外機熱交換器５と、室外熱交換器５に送風する室外送風機６と、暖房運転と冷房運転で冷凍サイクルの回路を変更する四方弁７と、冷媒を圧縮する圧縮機８と、第１の減圧手段である減圧器９と、第２の減圧手段である冷媒加熱用の減圧器１０・第１の二方弁である二方弁１１・冷媒加熱手段である冷媒加熱ヒータ１２を備えた第１のバイパス回路と、第３の減圧手段である除霜用の減圧器１３・第２の二方弁である二方弁１４を備えた第２のバイパス回路と、第４の減圧手段である膨張弁１５を有している。減圧器９には電磁膨張弁を使用してもよい。また、減圧器１０、１３においても絞り量が変更できる減圧器を使用しても問題はない。また室内
機１および室外機２は、それぞれ室内制御部（図示せず）、室外制御部（図示せず）を有し、計測手段である運転時間回路（図示せず）を有している。通常、運転時間回路は、室内機１に配設されている。

図２は、本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の制御ブロック図である。図２において、本発明の空気調和装置の制御部は、室内制御部２１、室外制御部２２、運転時間回路２３より構成される。室内制御部２１は、室内送風機４を運転する室内送風機運転部２４と除霜運転開始の指令を受信する除霜開始運転部２５を有する。また、室外制御部２２は、除霜開始を判断する除霜開始判断部２６と、圧縮機８を制御する圧縮機運転部２７と、減圧器９を制御する減圧器開度可変部２８と、室外送風機６を制御する室外送風機運転部２９と、第１のバイパス回路の二方弁１１の開閉を行う第１バイパス回路の二方弁開閉部３０と、第２のバイパス回路の二方弁１４の開閉を行う第２バイパス回路の二方弁開閉部３１と、膨張弁１５を制御する膨張弁開度可変部３２と、冷媒加熱ヒータ１２を制御する冷媒加熱ヒータ運転停止部と、四方弁７を制御する四方弁切換え部３４とを有する。また運転時間回路２４では、暖房運転が開始されたと同時に経過時間をカウントし、除霜開始と判断された時には除霜開始運転部２５に経過時間を送信する。

図３は、本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の制御フローチャートであり、図４は、本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の制御の時間経過図である。図３、図４を用いて、本発明の空気調和装置の制御フローを説明する。

まず、暖房運転が開始されると同時に運転時間回路２３を動作させ、暖房運転が開始されてからの経過時間をカウントし始める。そして除霜開始判断部２６において除霜検知されると、運転時間回路２３より暖房運転が開始されてからの経過時間を受信し、経過時間が予め設定された値ａよりも短い場合には、通常の除霜運転を開始し、除霜運転終了後には運転時間回路２３の値をクリアさせる。

しかしながら、運転時間回路２３より受信した経過時間が予め設定された値ａよりも長い場合には、通常の除霜運転を開始し、さらに時間を延長して延長除霜運転を行う。暖房運転の時間が長ければ長いほど、延長する時間も長く設定する。延長除霜運転においては、室内送風機４の回転数に制限値を設け、制限値を超えないように室内送風機４を制御している。この場合の各機器の動きを図４に従って説明する。なお、本実施の形態において四方弁７は、暖房運転を継続するため切り換えることはない。

図４に示すように、ステップ１において、通常の暖房運転が行われている。

次に、ステップ２において、除霜運転開始を判断すると第１バイパス回路の二方弁１１（以下、冷媒加熱用二方弁１１）を開状態にし、第１バイパス回路に冷媒が流れる状態になり、同時に冷媒加熱ヒータ１２の運転がＯＮ状態になる。また減圧器９の開度を絞り、室内送風機の回転数を少し下げて暖房運転を継続する。

ステップ２より一定時間経つと、ステップ３に移行する。ステップ３において、第２バイパス回路の二方弁１４（以下、除霜用二方弁１４）を開状態にし、第２バイパス回路に冷媒が流れる状態になり、同時に圧縮機の回転数を上げ、除霜能力を高める。また室外送風機６は除霜運転中停止する。

ステップ３の通常除霜運転が終了すると、ステップ４に移行する。ステップ４において、延長除霜運転が開始され、室内送風機４の回転数が制限値まで低下して暖房運転を継続する。そして運転時間回路２３で計測された時間によって決定された時間だけ除霜運転を延長し終了するとステップ５に移行する。

ステップ５において、圧縮機８の回転数は元に戻り、冷媒加熱用二方弁１１および除霜用二方弁１４は閉状態となり、冷媒加熱ヒータ１２の運転はＯＦＦ状態となり、減圧器９の開度および室外送風機６、室内送風機４は元の暖房運転を行うように制御される。

なお、本実施の形態において圧縮機８の運転周波数を適宜変更して運転しているが、一定速の圧縮機で暖房運転を継続してもよい。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における空気調和装置の構成は、実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様の符号を付して、その説明を省略する。

図５は、本発明の第２の実施の形態における空気調和装置の制御フローチャートであり、図６は、本発明の第２の実施の形態における空気調和装置の制御の時間経過図である。図５、図６を用いて、本発明の空気調和装置の制御フローを説明する。

まず、暖房運転が開始されると同時に運転時間回路２３を動作させ、暖房運転が開始されてからの経過時間をカウントし始める。そして除霜開始判断部２６において除霜検知されると、運転時間回路２３より暖房運転が開始されてからの経過時間を受信し、経過時間が予め設定された値ａよりも短い場合には、通常の除霜運転を開始し、除霜運転終了後には運転時間回路２３の値をクリアさせる。

しかしながら、運転時間回路２３より受信した経過時間が予め設定された値ａよりも長い場合には、通常の除霜運転を開始し、さらに時間を延長して延長除霜運転を行う。延長除霜運転においては、膨張弁１５の開度を絞ることにより室内熱交換器３に流れる冷媒量を低減し、第２のバイパス回路に流れる冷媒量を増やすことで、除霜能力をあげることができる。この場合の各機器の動きを図６に従って説明する。なお、本実施の形態において四方弁７は、暖房運転を継続するため切り換えることはない。

図６に示すように、ステップ１において、通常の暖房運転が行われている。

次に、ステップ２において、除霜運転開始を判断すると第１バイパス回路の二方弁１１（以下、冷媒加熱用二方弁１１）を開状態にし、第１バイパス回路に冷媒が流れる状態になり、同時に冷媒加熱ヒータ１２の運転がＯＮ状態になる。また減圧器９の開度を絞り、室内送風機の回転数を少し下げて暖房運転を継続する。

ステップ２より一定時間経つと、ステップ３に移行する。ステップ３において、第２バイパス回路の二方弁１４（以下、除霜用二方弁１４）を開状態にし、第２バイパス回路に冷媒が流れる状態になり、同時に圧縮機の回転数を上げ、除霜能力を高める。また室外送風機６は除霜運転中停止する。

ステップ３の通常除霜運転が終了すると、ステップ４に移行する。ステップ４において、延長除霜運転が開始され、暖房運転は継続する。次に膨張弁１５の開度を除霜開始時点よりも絞り、室内熱交換器を流れる冷媒の量を低下させる。そして運転時間回路２３で計測された時間によって決定された時間だけ除霜運転を延長し終了するとステップ５に移行する。

ステップ５において、圧縮機８の回転数は元に戻り、冷媒加熱用二方弁１１および除霜用二方弁１４は閉状態となり、冷媒加熱ヒータ１２の運転はＯＦＦ状態となり、減圧器９の開度および室外送風機６、室内送風機４は元の暖房運転を行うように制御される。

なお、本実施の形態において圧縮機８の運転周波数を適宜変更して運転しているが、一定速の圧縮機で暖房運転を継続してもよい。

以上のように、本発明では通常の除霜運転時間をさらに延長して除霜運転することで、確実な除霜を行うことができる。また、実施の形態１、実施の形態２の他に、通常の除霜運転においては、第１バイパス回路、第２バイパス回路を用いて除霜運転を行い、延長除霜運転においては、四方弁を切り換えて冷房運転の回路にすることで除霜を行ってもよい。このような除霜運転を行う場合、圧縮機から吐出される高温ガスがそのまま室外熱交換器に流れることになるので、効率のよい除霜運転を行うことができる。

本発明に係る空気調和装置は、暖房運転を継続しながら除霜運転を行うことができ、さらに確実に除霜することができるので、特に、室外温度が非常に低温の寒冷地での空気調和装置に適用できる。

本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の構成図 同実施の形態における制御ブロック図 同実施の形態における制御フローチャート 同実施の形態における制御時間経過図 本発明の第２の実施の形態における制御フローチャート 同実施の形態における制御時間経過図 従来の空気調和装置の構成図

符号の説明

１ 室内機
２ 室外機
３ 室内熱交換器
４ 室内送風機
５ 室外熱交換器
６ 室外送風機
７ 四方弁
８ 圧縮機
９ 減圧器（第１の減圧手段）
１０ 減圧器（第２の減圧手段）
１１ 二方弁（第１の二方弁）
１２ 冷媒加熱ヒータ
１３ 減圧器（第３の減圧手段）
１４ 二方弁（第２の二方弁）
１５ 膨張弁（第４の減圧手段）
２１ 室内制御部
２２ 室外制御部
２３ 運転時間回路

Claims (4)

1. 暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段を備え、暖房運転を継続しながら、室外熱交換器の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定することを特徴とする空気調和装置。
2. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、第１の減圧手段、室外熱交換器を順次冷媒管で環状に接続する冷凍回路と、室内に調和空気を送風する室内送風機と、暖房運転が開始されてからの経過時間を計測する計測手段と、前記室内熱交換器・前記第１の減圧手段間と前記四方弁・前記室外熱交換器間とを結び第２の減圧手段と第１の二方弁と冷媒加熱手段を有する第１バイパス回路と、前記圧縮機・前記室内熱交換器間と前記第１の減圧手段・前記室外熱交換器間とを結び第３の減圧手段と第２の二方弁を有する第２バイパス回路とを備え、暖房運転を継続しながら、前記室外熱交換器の霜を取り除く除霜運転を行う空気調和装置において、前記計測手段で計測した経過時間によって、予め設定した初期除霜運転時間を延長して除霜運転を行う延長除霜運転時間を決定することを特徴とする空気調和装置。
3. 延長除霜運転時間内においては室内に送風する室内送風機の回転数に制限値を設けて暖房運転を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 第２バイパス回路の前記圧縮機側端部・室内熱交換器間に第４の減圧手段とを備え、延長除霜運転時間において前記第４の減圧手段の絞り量を変更することを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。

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