(57)【要約】【課題】暖房運転中の除霜工程の実施時期をできるだけ遅らせる。【解決手段】空気調和機１は、室外側熱交換器１４と、室内側熱交換器３２と、室外側熱交換器１４と室内側熱交換器３２の間に配置された膨張弁１５と、冷凍サイクル中に冷媒を循環させる圧縮機１２と、圧縮機１２による冷媒循環を、圧縮機１２から吐出された冷媒が先に室外側熱交換器１４に入る冷房時循環と、圧縮機１２から吐出された冷媒が先に室内側熱交換器３２に入る暖房時循環とに切り替える切替弁１３を備える。制御部４０は、暖房運転時、室外側熱交換器１４の除霜工程前の段階で、膨張弁１５の開度を小さくする第１予備除霜運転、または膨張弁１５の開度を大きくする第２予備除霜運転を実行可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外側熱交換器と、室内側熱交換器と、前記室外側熱交換器と前記室内側熱交換器の間に配置された膨張弁と、前記室外側熱交換器、前記室内側熱交換器、及び前記膨張弁を含む冷凍サイクル中に冷媒を循環させる圧縮機と、前記圧縮機による冷媒循環を、前記圧縮機から吐出された冷媒が先に前記室外側熱交換器に入る冷房時循環と、前記圧縮機から吐出された冷媒が先に前記室内側熱交換器に入る暖房時循環とに切り替える切替弁を備えた空気調和機において、
当該空気調和機の制御部は、暖房運転時、前記室外側熱交換器の除霜工程前の段階で、前記膨張弁の開度を小さくする第１予備除霜運転、または前記膨張弁の開度を大きくする第２予備除霜運転を実行可能であることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記第１予備除霜運転または前記第２予備除霜運転が所定回数実行された後、前記室外側熱交換器の除霜工程に入ることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
外気温が所定温度以上のときは前記第１予備除霜運転が実行され、外気温が所定温度未満のときは前記第２予備除霜運転が実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記除霜工程では、前記暖房時循環が前記冷房時循環に切り替えられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項５】
前記第１予備除霜運転と前記第２予備除霜運転は、前記室外側熱交換器に対する着霜判定を契機として実行されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項６】
前記着霜判定は、前記室外側熱交換器に付設した温度検出器の検出温度の変化、または前記室外側熱交換器に付設した室外側送風機の電流変化、または前記室外側熱交換器を通過する気流の風量を計測する風量計の計測結果、または前記第１予備除霜運転または前記第２予備除霜運転が実行されなかった時間の長さに基づきなされることを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ方式の空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
家屋用の空気調和機は、ヒートポンプ方式を採用し、また室外機と室内機に分かれるセパレート型としたものが主流となっている。このような空気調和機で暖房運転を行うと、室内側熱交換器が高温になる一方で室外側熱交換器は低温になる結果、室外側熱交換器に着霜が生じるという問題を避けることができない。そこで、暖房運転時の室外側熱交換器の着霜の問題を解決するため、様々な対策が講じられてきた。
【０００３】
特許文献１に記載された空気調和機では、室外熱交換器と減圧装置の接続部と、圧縮機の吐出部とを開閉弁を有する冷媒路で接続し、開閉弁は、暖房時の高圧側冷媒路の圧力または室内熱交換器の温度が所定値以上になると開く。開閉弁が開状態になった場合は、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒の一部が冷媒路で減圧されながら室外熱交換器に流入し、室内熱交換器で液化され減圧装置で減圧されて低温低圧となった冷媒に合流する。これにより、室外熱交換器の冷媒圧力及び温度は通常より高くなり、室外熱交換器表面への着霜の進行速度が低下する。
【０００４】
特許文献２に記載された除霜装置では、除霜時に減圧装置の弁開度を全開もしくはほぼ全開とし、凝縮器・蒸発器の強制通風を停止して、圧縮機を運転することにより除霜を行う。
【０００５】
同じセパレート型の空気調和機であっても、室内機を輻射パネルとして構成し、ファンを用いることなく、熱の輻射により室内の冷房または暖房を行うタイプのものも存在する。その例を特許文献３に見ることができる。
【０００６】
特許文献３に記載された空気調和機は建屋の天井に配設される輻射パネルを備える。輻射パネルの内部には冷媒配管が蛇行状に配置されている。冷房運転時には輻射パネルで吸熱がなされて輻射式冷房が行われる。暖房運転時には輻射パネルで放熱がなされて輻射式暖房が行われる。輻射式冷暖房は室内ファンによる空気の攪拌や騒音と無縁であり、静粛で快適な冷暖房を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２６０２６６号公報
【特許文献２】特開昭６０−５０３５２号公報
【特許文献３】特開平１０−２０５８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
暖房運転中の室外機の除霜工程は、不可避であるとは言え、暖房の一時中断により使用者に不便を強いる。本発明はこの点に鑑みなされたものであり、除霜工程の実施時期をできるだけ遅らせることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る空気調和機は、室外側熱交換器と、室内側熱交換器と、前記室外側熱交換器と前記室内側熱交換器の間に配置された膨張弁と、前記室外側熱交換器、前記室内側熱交換器、及び前記膨張弁を含む冷凍サイクル中に冷媒を循環させる圧縮機と、前記圧縮機による冷媒循環を、前記圧縮機から吐出された冷媒が先に前記室外側熱交換器に入る冷房時循環と、前記圧縮機から吐出された冷媒が先に前記室内側熱交換器に入る暖房時循環とに切り替える切替弁を備え、当該空気調和機の制御部は、暖房運転時、前記室外側熱交換器の除霜工程前の段階で、前記膨張弁の開度を小さくする第１予備除霜運転、または前記膨張弁の開度を大きくする第２予備除霜運転を実行可能であることを特徴としている。
【００１０】
上記構成の空気調和機において、前記第１予備除霜運転または前記第２予備除霜運転が所定回数実行された後、前記室外側熱交換器の除霜工程に入ることが好ましい。
【００１１】
上記構成の空気調和機において、外気温が所定温度以上のときは前記第１予備除霜運転が実行され、外気温が所定温度未満のときは前記第２予備除霜運転が実行されることが好ましい。
【００１２】
上記構成の空気調和機において、前記除霜工程では、前記暖房時循環が前記冷房時循環に切り替えられることが好ましい。
【００１３】
上記構成の空気調和機において、前記第１予備除霜運転と前記第２予備除霜運転は、前記室外側熱交換器に対する着霜判定を契機として実行されることが好ましい。
【００１４】
上記構成の空気調和機において、前記着霜判定は、前記室外側熱交換器に付設した温度検出器の検出温度の変化、または前記室外側熱交換器に付設した室外側送風機の電流変化、または前記室外側熱交換器を通過する気流の風量を計測する風量計の計測結果、または前記第１予備除霜運転または前記第２予備除霜運転が実行されなかった時間の長さに基づきなされることが好ましい。
【００１５】
上記構成の空気調和機において、前記第１予備除霜運転または前記第２予備除霜運転実行中は前記室外側送風機の回転数を上昇させることが好ましい。
【００１６】
上記構成の空気調和機において、前記第１予備除霜運転実行中は前記圧縮機の回転数を下げ、前記第２予備除霜運転実行中は前記圧縮機の回転数を上昇させることが好ましい。
【００１７】
上記構成の空気調和機において、前記予備除霜運転の実行時間は１回あたり１分以下であることが好ましい。
【００１８】
上記構成の空気調和機において、前記室外側熱交換器がパラレルフロー型熱交換器により構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、通常の除霜工程の前段階で予備除霜を行うことにより、通常の除霜が必要となる時期を遅らせることができるから、通常の除霜工程まで、暖房運転を長時間継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。
【図３】パラレルフロー型熱交換器の概略構成図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】第１実施形態の空気調和機の制御ブロック図である。
【図６】従来の除霜サイクルを説明するグラフである。
【図７】本発明の除霜サイクルを説明するグラフである。
【図８】予備除霜について説明するフローチャートである。
【図９】予備除霜を行わなかった場合と行った場合の暖房能力に関する実験結果の表である。
【図１０】図９の表の中で、平均暖房能力の部分のグラフである。
【図１１】図９の表の中で、暖房時間の部分のグラフである。
【図１２】膨張弁開度変更時間が平均暖房能力に及ぼす影響を調べた実験結果のグラフである。
【図１３】予備除霜の繰り返し回数が平均暖房能力に及ぼす影響を調べた実験結果のグラフである。
【図１４】室外側送風機の回転数が平均暖房能力に及ぼす影響を調べた実験結果のグラフである。
【図１５】予備除霜のもたらす効果が熱交換器の形式によって異なるかどうかを調べた実験結果の表である。
【図１６】図１５の表をグラフ化したものであるである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１から図１４に基づき本発明の実施形態に係る空気調和機１についての説明を行う。空気調和機１では、熱交換器としてサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器が用いられる。
【００２２】
サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の基本構造を図３に示す。図３では紙面上側が熱交換器の上側、紙面下側が熱交換器の下側となる。パラレルフロー型熱交換器５０は、２本の垂直方向ヘッダパイプ５１、５２と、その間に配置される複数の水平方向偏平チューブ５３を備える。ヘッダパイプ５１、５２は水平方向に間隔を置いて平行に配置され、偏平チューブ５３は垂直方向に所定ピッチで配置されている。実際に機器に搭載する段階では、熱交換器５０は設計の要請に従って様々な角度に据え付けられるから、本明細書における「垂直方向」「水平方向」は厳格に解釈されるべきものではない。単なる方向の目安として理解されるべきである。
【００２３】
偏平チューブ５３は金属を押出成型した細長い成型品であり、図４に示す通り、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５４が形成されている。偏平チューブ５３は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路５４の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路５４は断面形状及び断面面積の等しいものが図４の左右方向に複数個並び、そのため偏平チューブ５３の垂直断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路５４はヘッダパイプ５１、５２の内部に連通する。
【００２４】
偏平チューブ５３の偏平面にはフィン５５が取り付けられる。フィン５５として、ここではコルゲートフィンを用いているが、プレートフィンでも構わない。上下に並ぶフィン５５のうち、最上段のものと最下段のものの外側にはサイドプレート５６が配置される。
【００２５】
ヘッダパイプ５１、５２、偏平チューブ５３、フィン５５、及びサイドプレート５６はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ５３はヘッダパイプ５１、５２に対し、フィン５５は偏平チューブ５３に対し、サイドプレート５６はフィン５５に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。
【００２６】
ヘッダパイプ５１の内部は、１個の仕切部Ｐ１により２個の区画Ｓ１、Ｓ２に仕切られている。仕切部Ｐ１は複数の偏平チューブ５３を複数の偏平チューブグループに区分する。区画Ｓ１には合計２４本の偏平チューブ５３のうち１２本からなる偏平チューブグループが接続され、区画Ｓ２にも１２本の偏平チューブ５３からなる偏平チューブグループが接続される。なおここに示した偏平チューブ５３の数は一例であり、これに限定されるものではない。
【００２７】
ヘッダパイプ５２の内部は、２個の仕切部Ｐ２、Ｐ３により３個の区画Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５に仕切られている。仕切部Ｐ２、Ｐ３は複数の偏平チューブ５３を複数の偏平チューブグループに区分する。区画Ｓ３には合計２４本の偏平チューブ５３のうち４本からなる偏平チューブグループが接続され、区画Ｓ４には１５本の偏平チューブ５３からなる偏平チューブグループが接続され、区画Ｓ５には５本の偏平チューブ５３からなる偏平チューブグループが接続される。
【００２８】
上記した偏平チューブ５３の総数、各ヘッダパイプ内部の仕切部の数とそれによって仕切られる区画の数、及び仕切部によって区分される偏平チューブグループ毎の偏平チューブ５３の数は、いずれも単なる例示であり、発明を限定するものではない。
【００２９】
区画Ｓ３には冷媒出入パイプ５７が接続される。区画Ｓ５には冷媒出入パイプ５８が接続される。
【００３０】
熱交換器５０の機能は次の通りである。熱交換器５０が凝縮器として用いられるとき、冷媒は冷媒出入パイプ５７を通じて区画Ｓ３に供給される。区画Ｓ３に入った冷媒は区画Ｓ３と区画Ｓ１を連結する４本の偏平チューブ５３を通って区画Ｓ１に向かう。この４本の偏平チューブ５３で編成される偏平チューブグループが冷媒パスＡを構成する。冷媒パスＡはブロック矢印で象徴されている。それ以外の冷媒パスもブロック矢印で象徴させる。
【００３１】
区画Ｓ１に入った冷媒はそこで折り返し、区画Ｓ１と区画Ｓ４を連結する８本の偏平チューブ５３を通って区画Ｓ４に向かう。この８本の偏平チューブ５３で編成される偏平チューブグループが冷媒パスＢを構成する。
【００３２】
区画Ｓ４に入った冷媒はそこで折り返し、区画Ｓ４と区画Ｓ２を連結する７本の偏平チューブ５３を通って区画Ｓ２に向かう。この７本の偏平チューブ５３で編成される偏平チューブグループが冷媒パスＣを構成する。
【００３３】
区画Ｓ２に入った冷媒はそこで折り返し、区画Ｓ２と区画Ｓ５を連結する５本の偏平チューブ５３を通って区画Ｓ３に向かう。この５本の偏平チューブ５３で編成される偏平チューブグループが冷媒パスＤを構成する。区画Ｓ５に入った冷媒は冷媒出入パイプ５８より流出する。
【００３４】
熱交換器５０が蒸発器として用いられるときは、冷媒は冷媒出入パイプ５８を通じて区画Ｓ５に供給される。それ以後の冷媒の流れは、熱交換器５０が凝縮器として用いられるときの冷媒パスを逆に辿る。すなわち冷媒パスＤ→冷媒パスＣ→冷媒パスＢ→冷媒パスＡのルートで冷媒は区画Ｓ１に入り、冷媒出入パイプ５７より流出する。
【００３５】
上記熱交換器５０をヒートポンプサイクルの構成要素として用いたセパレート型空気調和機１の概略構成を図１に示す。空気調和機１は室外機１０と室内機３０により構成される。
【００３６】
室外機１０は、板金製部品と合成樹脂製部品により構成される筐体１１の内部に、圧縮機１２、切替弁１３、室外側熱交換器１４、膨張弁１５、室外側送風機１６などを収納している。切替弁１３は四方弁である。室外側熱交換器１４として熱交換器５０が用いられる。膨張弁１５には開度制御の可能なものが用いられる。室外側送風機はモータにプロペラファンを組み合わせたものである。
【００３７】
室外機１０は２本の冷媒配管１７、１８で室内機３０に接続される。冷媒配管１７は液体の冷媒を流すことを目的としており、冷媒配管１８に比較して細い管が用いられている。そのため冷媒配管１７は「液管」「細管」などと称されることがある。冷媒配管１８は気体の冷媒を流すことを目的としており、冷媒配管１７に比較して太い管が用いられている。そのため冷媒配管１８は「ガス管」「太管」などと称されることがある。冷媒には例えばＨＦＣ系のＲ４１０ＡやＲ３２等が用いられる。
【００３８】
室外機１０の内部の冷媒配管で、冷媒配管１７に接続される冷媒配管には二方弁１９が設けられ、冷媒配管１８に接続される冷媒配管には三方弁２０が設けられる。二方弁１９と三方弁２０は、室外機１０から冷媒配管１７、１８が取り外されるときに閉じられ、室外機１０から外部に冷媒が漏れることを防ぐ。室外機１０から、あるいは室内機３０を含めた冷凍サイクル全体から、冷媒を放出する必要があるときは、三方弁２０を通じて放出が行われる。
【００３９】
室内機３０は、合成樹脂製部品により構成される筐体３１の内部に、室内側熱交換器３２、室内側送風機３３などを収納している。室内側熱交換器３２は、３個の熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを、室内側送風機３３を覆う屋根のように組み合わせたものである。熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃのいずれかまたは全部を熱交換器５０で構成することができる。室内側送風機３３はモータにクロスフローファンを組み合わせたものである。
【００４０】
空気調和機１の運転制御を行う上で、各所の温度を知ることが不可欠である。この目的のため、室外機１０と室内機３０に温度検出器が配置される。室外機１０においては、室外側熱交換器１４に温度検出器２１が配置され、圧縮機１２の吐出部となる吐出管１２ａに温度検出器２２が配置され、圧縮機１２の吸入部となる吸入管１２ｂに温度検出器２３が配置され、膨張弁１５と二方弁１９の間の冷媒配管に温度検出器２４が配置され、筐体１１の内部の所定箇所に外気温測定用の温度検出器２５が配置される。室内機３０においては、室内側熱交換器３２に温度検出器３４が配置される。温度検出器２１、２２、２３、２４、２５、３４はいずれもサーミスタにより構成される。
【００４１】
空気調和機１の全体制御を司るのは図５に示す制御部４０である。制御部４０は
室内温度が使用者によって設定された目標値に達するように制御を行う。
【００４２】
制御部４０は圧縮機１２、切替弁１３、膨張弁１５、室外側送風機１６、及び室内側送風機３３に対し動作指令を発する。また制御部４０は温度検出器２１〜２５、及び温度検出器３４からそれぞれの検出温度の出力信号を受け取る。制御部４０は温度検出器２１〜２５及び温度検出器３４からの出力信号を参照しつつ、圧縮機１２、室外側送風機１６、及び室内側送風機３３に対し運転指令を発し、切替弁１３と膨張弁１５に対しては状態切り替えの指令を発する。
【００４３】
図１は空気調和機１が冷房運転あるいは除霜運転を行っている状態を示す。この時圧縮機１２は冷房時循環、すなわち圧縮機１２から吐出された冷媒が先に室外側熱交換器１４に入る循環様式で冷媒を循環させる。
【００４４】
圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は室外側熱交換器１４に入り、そこで室外空気との熱交換が行われる。冷媒は室外空気に対し放熱を行い、凝縮する。凝縮して液状となった冷媒は室外側熱交換器１４から膨張弁１５に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は室内側熱交換器３２に送られ、膨張して低温低圧となり、室内側熱交換器３２の表面温度を下げる。表面温度の下がった室内側熱交換器３２は室内空気から吸熱し、これにより室内は冷やされる。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機１２に戻る。室外側送風機１６によって生成された気流が室外側熱交換器１４からの放熱を促進し、室内側送風機３３によって生成された気流が室内側熱交換器３２の吸熱を促進する。
【００４５】
図２は空気調和機１が暖房運転を行っている状態を示す。この時は切替弁１３が切り替えられて冷房運転時と冷媒の流れが逆になる。圧縮機１２は暖房時循環、すなわち圧縮機１２から吐出された冷媒が先に室内側熱交換器３２に入る循環様式で冷媒を循環させる。
【００４６】
圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は室内側熱交換器３２に入り、そこで室内空気との熱交換が行われる。冷媒は室内空気に対し放熱を行い、室内は暖められる。放熱し、凝縮して液状となった冷媒は室内側熱交換器３２から膨張弁１５に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は室外側熱交換器１４に送られ、膨張して低温低圧となり、室外側熱交換器１４の表面温度を下げる。表面温度の下がった室外側熱交換器１４は室外空気から吸熱する。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機１２に戻る。室外側送風機３３によって生成された気流が室内側熱交換器３３からの放熱を促進し、室外側送風機１６によって生成された気流が室外側熱交換器１４による吸熱を促進する。
【００４７】
暖房運転時に室外側熱交換器１４が吸熱を行うと、屋外の空気に含まれる水分が霜となって室外側熱交換器１４に付着する。霜は室外側熱交換器１４を通る風量を低下させ、熱交換効率も低下させるので、除霜工程で取り除かねばならない。本発明は、除霜工程の前に予備除霜が行われることを特徴とする。以下、予備除霜とはどのようなものであるかを図６から図１４を参照しつつ説明する。
【００４８】
図６、７のグラフにおいて、縦軸は暖房能力、横軸は時間を示す。図６に示す従来の制御方式は、暖房運転開始後暖房能力は上昇し、ある時点までは高い暖房能力を保つが、ある時点で着霜により暖房能力が急激に低下するので、暖房運転を停止して除霜工程に入り、除霜工程を済ませた後に暖房運転を再開する、というものであった。除霜工程でリバース除霜（冷媒の流れを冷房運転時と同様にすることで、室外機を凝縮器側にする除霜）を行う場合、除霜にはある程度の時間の長さを必要とするため、その間使用者は室温が降下して行くのを我慢しなければならなかった。
【００４９】
図７に示すのが本発明による予備除霜方式の概念である。通常の本格的な除霜工程（本明細書では以後「通常除霜」と称する）の前に、予備除霜を繰り返すことにより、通常除霜に至るまでの暖房運転の期間をできるだけ延長しようというものである。
【００５０】
制御部４０による予備除霜運転の制御は図８のフローチャートのように遂行される。暖房運転開始後、ステップ＃１０１で制御部４０は、通常除霜条件が満たされているかどうかを判定する。判定がＮＯであればステップ１０２に進み、ＹＥＳであればステップ＃１０９に進む。
【００５１】
ステップ＃１０９に進んだ場合は通常除霜が行われる。ここでは暖房時循環が冷房時循環に切り替えられ、高温高圧の冷媒が室外側熱交換器１４に流入することで室外側熱交換器１４の除霜が行われる。所定時間経過後通常除霜は終了し、暖房運転に復帰する。フローはステップ＃１０１に戻る。
【００５２】
ステップ＃１０２で制御部４０は、予備除霜条件が満たされているかどうかを判定する。判定がＹＥＳであればステップ＃１０３に進み、ＮＯであればステップ＃１０１に戻る。
【００５３】
ステップ＃１０２で制御部４０は、室外側熱交換器１４への着霜が予備除霜の適格条件を満たすまでに進んだかどうかの判定（本明細書では以後「着霜判定」と称する）を行う。着霜判定は室外側熱交換器１４にうっすらと霜がついたと判定するものであり、以下に述べる様々な判定基準をもって行うことができる。
【００５４】
着霜判定の第１の判定基準は室外側熱交換器１４に付設した温度検出器２１の検出温度の変化である。温度検出器２１の検出温度が所定値以下となったとき、制御部４０は「着霜」と判定する。
【００５５】
着霜判定の第２の判定基準は室外側送風機１６の電流変化である。室外側熱交換器１４への着霜が進むと室外側熱交換器１４の通気抵抗が増し、室外側送風機１６に流れる電流が変化する。室外側送風機１６の電流が所定値以上変化したとき、制御部４０は「着霜」と判定する。
【００５６】
着霜判定の第３の判定基準は室外側熱交換器１４を通過する気流の風量である。この目的のため、室外側熱交換器１４を通過する気流中に風量計（図示せず）を配置する。室外側熱交換器１４への着霜が進むと室外側熱交換器１４の通気抵抗が増し、室外側熱交換器１４を通過する風量が低下する。風量が所定値以上低下したとき、制御部４０は「着霜」と判定する。
【００５７】
着霜判定の第４の判定基準は時間である。後述する第１予備除霜運転または第２予備除霜運転が、暖房運転開始以来所定時間実行されなかったとき、あるいは前回の第１予備除霜運転または第２予備除霜運転以来所定時間実行されなかったとき、制御部４０は「着霜」と判定する。
【００５８】
制御部４０が着霜判定を行ったらステップ＃１０３に進む。ステップ＃１０３で制御部
４０は、外気温判定を行う。すなわち外気温が所定温度（例えば＋２℃）に対して高いか、低いかを判定する。その後、ステップ＃１０４に進む。ここから予備除霜が開始される。
【００５９】
ステップ＃１０４では膨張弁１５の開度が変更される。ステップ＃１０３で測定した外気温が所定温度以上だった場合、膨張弁１５の開度を小さくする第１予備除霜運転が実行される。ステップ＃１０３で測定した外気温が所定温度未満であれば、膨張弁１５の開度を大きくする第２予備除霜運転が実行される。
【００６０】
第１予備除霜運転では、膨張弁１５の開度を小さくすることにより冷媒を流れにくくし、その状態で室外側熱交換器１４の中を所定温度以上の温度の気流が通過することにより、室外側熱交換器１４に付着した霜が融解する。この第１除霜運転は外気温が高い場合に好適する。
【００６１】
ステップ＃１０３で測定した外気温が所定温度未満だった場合、膨張弁１５の開度を大きくする第２予備除霜運転が実行される。膨張弁１５の開度が大きくなることにより、室内側熱交換器３２を通ってきた冷媒が大量に室外側熱交換器１４の中を流れ、その冷媒の持つ熱で室外側熱交換器１４に付着した霜が融解する。この第２除霜運転は外気温が低い場合に好適する。
【００６２】
第１予備除霜運転と第２予備除霜運転の効果を図９から図１１に基づき説明する。一例として、平均暖房能力が約２４００Ｗのセパレート型空気調和機を用い、室外乾球温度２℃、室外湿球温度１℃、室内乾球温度２０℃という条件の下に行った実験結果を図９に示す。
【００６３】
図９の表において、「通常除霜」は予備除霜運転を行わないで通常除霜のみ行う暖房運転モードである。「膨張弁全閉」とは第１予備除霜運転を伴う暖房運転モードであって、膨張弁の開度が「全閉」とされた暖房運転モードである。「膨張弁全開」とは第２予備除霜運転を伴う暖房運転モードであって、膨張弁の開度が「全開」とされた暖房運転モードである。「平均暖房能力」とは、暖房運転開始からその暖房運転の直後に実行される通常除霜の終了までの時間（１サイクル）における暖房能力を、前記１サイクルの時間で除した数値であり、単位はｋＷまたはＷである。「暖房時間」とは前記１サイクルの時間である。
【００６４】
上記「通常除霜」「膨張弁全閉」「膨張弁全開」の３通りの実験結果をまとめたものが図９の表である。ここでは時間を判定基準として「着霜」の判定を行った。「通常除霜」の実験では平均暖房能力は２３８４、暖房時間は３２分３５秒であった。「膨張弁全閉」の実験では第１予備除霜運転が計７回実行され、平均暖房能力は２４９７、暖房時間は５８分５０秒であった。「膨張弁全開」の実験では第２予備除霜運転が計４回実行され、平均暖房能力は２５２８、暖房時間は５５分５０秒であった。
【００６５】
図９の表の中で平均暖房能力のデータをグラフ化したものが図１０である。同じく図９の表の中で暖房時間のデータをグラフ化したものが図１１である。
【００６６】
図９〜図１１からは、第１予備除霜運転または第２予備除霜運転を所定回数実行した後に通常除霜を実行する設定とすることにより、平均暖房能力が向上するとともに、暖房時間も長くなることがわかる。
【００６７】
膨張弁１５の開度を小さくまたは大きくする膨張弁変更時間は長時間としないことが望ましい。図１２に示す通り、膨張弁開度を小さくする予備除霜運転は、膨張弁変更時間が５０秒程度までなら平均暖房能力向上の効果をもたらすが、それ以上の時間では平均暖房能力向上の効果は小さい。従って第１予備除霜運転の長さは５０秒程度までとする。また膨張弁開度を大きくする予備除霜運転は、膨張弁変更時間が３０秒程度までなら平均暖房能力向上の効果をもたらすが、それ以上の時間では平均暖房能力向上の効果はない。従って第２予備除霜運転の長さは３０秒程度までであるのがよい。着霜状態や熱交換器の種類によりばらつきがあることを考慮すると、第１予備除霜運転と第２予備除霜運転を含めての予備除霜運転の実行時間は、１回あたり１分以下であることが望ましい。
【００６８】
予備除霜運転の回数もむやみに多くしない。図１３（弁全閉）に示す通り、第１予備除霜運転の繰り返し回数が６回程度までは平均暖房能力が向上する。従って、これと余り変わらない回数を第１予備除霜運転の繰り返し回数として設定する。第２予備除霜運転の繰り返し回数も第１予備除霜運転の繰り返し回数と同様に設定する。
【００６９】
図８のフローチャートに戻って説明を続ける。ステップ＃１０４からステップ＃１０５に進む。ステップ＃１０５では室外側送風機１６の回転数を変更する。
【００７０】
図１４のグラフ（弁全開）に見られるように、一般的に室外側送風機１６の回転数が上昇すると平均暖房能力が向上する。そこでステップ＃１０５では室外側送風機１６の回転数を上昇させる。室外側送風機１６の回転数を上昇させるのは第１除霜運転または第２除霜運転の実行中のみとする。
【００７１】
ステップ＃１０５からステップ１０６に進む。ステップ＃１０６では圧縮機１２の回転数を変更する。第１予備除霜運転では、冷媒の流動を少なくするため、圧縮機１２の回転数を低下させる。第２予備除霜運転では、熱量を持った冷媒を大量に室外側熱交換器１４に流すため、圧縮機１２の回転数を上昇させる。圧縮機１２の回転数を変更するのは第１除霜運転または第２除霜運転の実行中のみとする。
【００７２】
ステップ＃１０７で制御部４０は、第１予備除霜運転の時間として設定された時間または第２予備除霜運転の時間として設定された時間が経過したか、どうかを調べる。第１予備除霜運転の時間として設定された時間または第２予備除霜運転の時間として設定された時間が経過したらステップ＃１０８に進む。
【００７３】
ステップ＃１０８で制御部４０は、室外側送風機１６と圧縮機１２の回転数を元に戻す。また膨張弁１５の開度を元の開度近傍に戻す。「元の開度近傍」と幅を持たせたのは、予備除霜前と予備除霜後では室外側熱交換器１４への霜の付き方が異なり、そのため膨張弁１５の最適開度が異なるからである。そこで、予備除霜後の最適開度となるように膨張弁１５の開度を戻す。ステップ＃１０８の後、ステップ＃１０１に戻る。
【００７４】
予備除霜により、室外側熱交換器１４を着霜の少ない熱交換効率の良い状態に長時間保つことができるから、省エネルギーの効果ももたらされる。
【００７５】
暖房運転時に予備除霜を行って室外側熱交換器に霜がつきにくくする制御、すなわち難着霜制御のもたらす効果が、熱交換器の形式によって異なるかどうかを調べた実験の結果を図１５の表と図１６のグラフに示す。表及びグラフにおいて、「Ｆ＆Ｔ」はフィンアンドチューブ型熱交換器であることを示し、「ＡＬ−ＰＦＣ」はオールアルミニウムのサイドフロー方式パラレルフロー型熱交換器であることを示す。
【００７６】
実験の結果、フィンアンドチューブ型熱交換器では難着霜制御を行っても平均暖房能力はあまり上昇しなかった。それに対しオールアルミニウムのサイドフロー方式パラレルフロー型熱交換器では、難着霜制御により平均暖房能力が６％向上した。ここから、熱交換効率の高いパラレルフロー型熱交換器が室外側熱交換器として用いられている場合に、本発明の効果が特に大きいことがわかる。これは、パラレルフロー型熱交換器はフィン効率が高いことによりフィンの表面温度が冷媒温度に近づき、より低温となる。その結果、室外雰囲気と室外側熱交換器の表面温度との温度差が大きくなり、室外側熱交換器に着霜が生じやすくなる。一方で、フィン効率が高いと霜を溶かす場合には逆に溶かしやすくなる。また、パラレルフロー型熱交換器はフィン間が狭いために霜により通風が妨げられやすく、難着霜制御による通風の妨げの抑制効果を他形式の熱交換器以上に享受できる、という理由による。
【００７７】
本発明が対象とする空気調和機は、熱交換器としてパラレルフロー型熱交換器やフィンアンドチューブ型熱交換器を使用するものに限定されない。輻射式空気調和機、すなわち室内機が送風機によらず自然対流で室内空気を循環させる形式の空気調和機の室外機の除霜にも適用可能である。
【００７８】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明はヒートポンプ方式の空気調和機に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１    空気調和機
１０  室外機
１１  筐体
１２  圧縮機
１３  切替弁
１４  室外側熱交換器
１５  膨張弁
１６  室外側送風機
１７、１８  冷媒配管
２１  温度検出器
３０  室内機
３１  筐体
３２  室内側熱交換器
３３  室内側送風機
４０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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