(57)【要約】【課題】多パス化された熱交換器を備えるヒートポンプ装置において、霜取を含めたトータル的なＣＯＰを改善できるデフロスト機構を提供する。【解決手段】各パス温度センサ７は、各冷媒経路である熱交換用配管４ａ〜４ｄのそれぞれの温度を非接触で検出する。制御装置１５０は、各パス温度センサ７によって検出された熱交換用配管４ａ〜４ｄの温度ごとに熱交換器１１０−１に付着すると推定される推定着霜量を算出する。制御装置１５０はいずれかの推定着霜量が所定の閾値を超える場合に、霜取運転を開始し、また霜取運転実施中において各パス温度センサ７によるすべての検出冷媒温度が所定の温度を上回る場合には、霜取運転を停止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷媒経路に分岐したそれぞれの冷媒を空気と熱交換させる熱交換器と、
各冷媒経路に分岐した各冷媒の温度を非接触で検出する非接触型温度検出部と、
前記非接触型温度検出部によって検出された各冷媒の温度に基づいて、霜取運転を制御する霜取運転制御部と
を備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記霜取運転制御部は、
前記非接触型温度検出部によって検出された各冷媒の温度に基づいて前記熱交換器に付着したと推定される着霜量を示す推定着霜量を算出し、算出した前記推定着霜量に応じて霜取運転を制御することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記霜取運転制御部は、
前記非接触型温度検出部によって検出された各冷媒の温度ごとに前記推定着霜量を算出し、いずれかの前記推定着霜量が所定の閾値を超える場合に、前記霜取運転を開始することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記霜取運転制御部は、
前記霜取運転を実行中の間に前記非接触型温度検出部によって検出された各冷媒の温度に応じて、実行中の前記霜取運転を停止することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
前記熱交換器を通過する空気の流れを作ることにより前記熱交換器での空気と冷媒との熱交換を促進させるファンを備え、
前記非接触型温度検出部は、
前記空気の流れる風路としての必要なスペースを確保する目印となる位置に設置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、
それぞれの前記冷媒経路の冷媒の流入側に配置され、制御指令を受けることで、流入する冷媒の圧力損失を調整する複数の圧力損失調整機構を備え、
前記霜取運転制御部は、
検出された各冷媒の温度ごとに前記推定着霜量を算出し、算出したそれぞれの前記推定着霜量に応じて、前記推定着霜量に対応する冷媒経路に配置された前記圧力損失調整機構に前記制御指令を送信して冷媒の圧力損失を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記霜取運転制御部は、
算出したそれぞれの前記推定着霜量のうち、最も少ない前記推定着霜量に対応する冷媒経路に配置された前記調整機構に制御指令を送信することを特徴とする請求項６記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
複数の冷媒経路に分岐したそれぞれの冷媒と空気とを熱交換させる熱交換器の各冷媒経路に分岐した各冷媒の温度を非接触で測定し、
測定された各冷媒の温度に基づいて、霜取運転を制御する
ことを特徴とする霜取運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸発器に付着した霜を除去するヒートポンプ装置及び霜取運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ装置で室外の熱を室内へ移動する際に、室外機の熱交換器は蒸発機として作用する。その際、室外機の熱交換器の表面は外気温度に比べ低温になっており、水蒸気飽和温度より低くなっていることが多い。そのため、室外機の熱交換器には水滴が付着し、また蒸発温度が氷点下になれば霜となって熱交換器に付着する。熱交換器に霜が付着すると、熱交換器の風路を遮り、熱交換能力が阻害される。
【０００３】
こうした熱交換器の霜対策として、広く一般的にリバースサイクルによる霜取が行われている。リバースサイクルでは、暖房運転とは逆の熱の移動により、室外機の熱交換器を高温にし、霜を融解して熱交換器の能力を回復させる。
【０００４】
通常、熱交換器に付着する霜の検出は、過去のデータ等をもとに予め時間設定したタイマーにより着霜があると判断する方法や、サーミスタにより測定した外気温度と冷媒温度との差が変化した場合に着霜があるとみなす方法が存在する（例えば特許文献１）。一方、フィンに付着した霜がリバースサイクルにて融解したことの判断は、サーミスタにより測定した温度が一定温度に達したときをもって行い、そのときに暖房運転に切り替わる。
【０００５】
また、光を利用するものとしては、発光素子から出た光や超音波を熱交換器に照射し、その反射光を利用して着霜を判断する方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開５−０７１８３３号公報（〔００２６〕〜〔００３７〕および図１〜図３）
【特許文献２】特開２００７−２７１１６８号公報（請求項６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術では以下の課題がある。
（１）タイマーによる霜取を実施する場合、過去の運転データにより推測する為、着霜の有無に関係なく、霜取を行うという課題がある。
（２）同様に、サーミスタによる霜取開始判定も、サーミスタ近傍の温度で判断する為、霜取するタイミングが最適となることは少ないという課題がある。
（３）光を使った着霜有無の判定は、ある程度正確な着霜判定が行えるが、縦に多パス化された空気熱交換用に最適な制御は行っていない。多パス化された空気熱交換では、各パスごとに冷媒流量が異なり、着霜分布が異なる。また、霜取終了のタイミングも各パスで異なる。
【０００８】
この発明は、多パス化された熱交換器を備えるヒートポンプ装置において、霜取を含めたトータル的なＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を改善することができるデフロスト機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のヒートポンプ装置は、
複数の冷媒経路に分岐したそれぞれの冷媒を空気と熱交換させる熱交換器と、
各冷媒経路に分岐した各冷媒の温度を非接触で検出する非接触型温度検出部と、
前記非接触型温度検出部によって検出された各冷媒の温度に基づいて、霜取運転を制御する霜取運転制御部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、縦型の多パス化された熱交換器において、熱交換器に付着した霜の状況を細かく測定できる。このため、最適なタイミングで霜取開始、終了が可能となる。また、この発明では熱交換器の温度を直接測定するよう構成したため、製造する場合にばらつきが最も発生しやすい各熱交換流量のパスバランスにとらわれることなく、最適なタイミングで霜取を開始できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１のヒートポンプ装置１００の構成図。
【図２】実施の形態１の熱交換器１１０−１の構成図。
【図３】実施の形態１の熱交換器１１０−１の斜視図。
【図４】実施の形態１の制御装置１５０の動作フロー。
【図５】実施の形態２の熱交換器１１０−２の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１〜図４を参照して実施の形態１のヒートポンプ装置１００を説明する。図１は、ヒートポンプ装置１００の構成を示す。ヒートポンプ装置１００は、通常運転時は蒸発器として機能する熱交換器１１０−１、圧縮機１２０、凝縮器１３０、膨張弁１４０、制御装置１５０、ファン５、循環切替弁１０１（例えば４方弁）、各パス温度センサ７（非接触型温度検出部）、外気温度センサ１６０を備える。制御装置１５０は、圧縮機１２０、循環切替弁１０１、各パス温度センサ７、外気温度センサ１６０と接続している。制御装置１５０は、各パス温度センサ７及び外気温度センサ１６０の検出した温度に基づき、圧縮機１２０、循環切替弁６等を制御して霜取運転を開始し、また実施中の霜取運転を停止する。ヒートポンプ装置１００は、通常運転の場合には圧縮機１２０から凝縮器１３０の冷媒方向１１に冷媒が流れ、凝縮器１３０は水回路２０１を流れる水に熱を与える。リバースサイクルの場合は凝縮器１３０には膨張弁１４０から冷媒方向１２の冷媒が流れ込み、凝縮器１３０は吸熱器となる。
【００１３】
図２は、室外機（ヒートポンプ装置１００）の備える熱交換器１１０−１のモデル図である。熱交換器１１０−１は、通常は吸熱器である蒸発器として機能し、また霜取運転として例えばリバースサイクルが実施されるときには放熱器として機能する。図２に示すように、熱交換器１１０−１は、流入側冷媒分岐配管１によって４本の毛細管９ａ〜９ｄを介して４つの経路に分岐した冷媒配管である熱交換用配管４ａ〜４ｄ（複数の冷媒経路）が放熱板（熱交換促進フィン２）と接触し、放熱（あるいは吸熱）を行ったあと、流出側冷媒合流配管３によって合流するタイプである。
【００１４】
図２に示すように、熱交換器１１０−１は、縦方向に分岐した熱交換用配管４ａ〜４ｄを流れる冷媒と空気との間で熱交換させる。ここで縦方向とは、熱交換用配管４ａから熱交換用配管４ｄに向かう方向である。使用状態では熱交換用配管４ａが床側（地面側）である。
【００１５】
図３は、各パス温度センサ７によって熱交換用配管４ａ〜４ｄのそれぞれの温度を検出する状況を示すシステム概略図である。図３は、熱交換器１１０−１に対して、その温度を測定する各パス温度センサ７が風路１０の上流側に温度センサ固定用部品６によって設置されている状態を示している。ファン５によって、空気は風路１０を示す矢印の方向に向かって流れるので、各パス温度センサ７は風路の上流側に位置することになる。
【００１６】
前述の図２において、熱交換器１１０−１に流入する冷媒では、各パス（熱交換用配管４ａ〜４ｄ）に流入する冷媒量の比率は、流入前にある毛細管９ａ〜９ｄによって調整されている。この毛細管９ａ〜９ｄにて圧力差をつけることで、各パスのヘッド差による分配悪化を防いでいる。しかし、この毛細管は製造上ばらつきが生じやすく、また流量変動により圧力差も変動する為、厳密な均等分配を行うことはできない。このため、熱交換の不均一が発生し、各パス毎の着霜量が異なる結果となる。
【００１７】
（霜取運転の開始）
図４は除霜運転を開始する場合の制御装置１５０の動作フローチャートである。図４を参照して説明する。
（１）Ｓ１１において、図３のように各パスである熱交換用配管４ａ〜４ｄのそれぞれの温度を検出する各パス温度センサ７を熱交換器１１１０−１に対して風上側に配置し、各パスの温度を測定する。ここで、各パスの温度を測定する各パス温度センサ７は、次のようなセンサである。すなわち熱交換時の各パスの温度が測定できるものであり、例えば、縦方向（熱交換用配管４ａ〜４ｄの縦の並びの方向）に複数のサーモパイル素子を備えた半導体素子である。
（２）Ｓ１２において、制御装置１５０は、各パス温度センサ７による検出結果（熱交換用配管４ａ〜４ｄの各パスの温度）を入力し、また、外気温度センサ１６０の検出した外気温度を入力する。なお、各パス温度センサ７による検出結果は具体的には熱交換用配管４ａ〜４ｄの各パスの温度に相当する４種類の熱交換器１１０−１の表面温度である。そして制御装置１５０は、外気温度と熱交換器１１０−１の４種類の表面温度を比較し、この比較結果に基づき、熱交換器１１０−１に付着したと想定されるパス毎の着霜量（推定着霜量）を算出する。
（３）Ｓ１３において、制御装置１５０は、算出の結果、少なくとも４つのパスのうち一つのパスについて、一定の着霜量（所定の閾値を超える着霜量）が検出された場合、霜取運転を実施する。霜取運転の方式は、リバースサイクルをはじめ、補助熱源の使用や、冷媒流量の制御等あるがどのような霜取運転の方式でもよい。例えばリバースサイクルの場合であれば、制御装置１５０は、循環切替弁１０１を切り替えてリバースサイクルの霜取運転を開始する。なお、これは一例であり、制御装置１５０は、霜取運転実行中に各パス温度センサ７によって検出された各冷媒の温度に応じて、実行中の霜取運転を停止する。
【００１８】
（霜取運転の停止）
制御装置１５０は、何らかの方式の霜取運転を実施中に、各パス温度センサ７による各パスのすべての検出温度が所定の温度（例えば氷点下（０°Ｃ））を上回った時点で、実施中の霜取運転を停止する。
【００１９】
以上のように、各パス温度センサ７によって各パスの温度を検出している為、背景技術で述べたタイマー方式や、サーミスタ方式に比べ、着霜検知の精度が向上する。よって、着霜による急激な性能低下性や無駄な霜取運転などの可能性が軽減され、効率のよい運転が可能となる。また、霜取運転の終了に際しても霜が確実に融解できた時点で終了することができ、また、無駄な霜取運転を抑えることができる。また、光を使った着霜検知手段に比べ、各パスの温度を測定する為、必要最小限の測定で着霜の有無を判断できる為、設備を単純化することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図３を再度参照して、実施の形態２を説明する。以上の実施の形態１では、非接触型の各パス温度センサ７を熱交換器１１０−１に対して風路１０の風上に設置するようにした。その設置の際、実施の形態２では、各パス温度センサ７を、室外機（熱交換器１１０−１）の最低保有背面スペースを確保するための目印となる目印位置に設置する。すなわち、各パス温度センサ７は、ファン５による空気の流れる風路として必要なスペースを確保する目印となる位置に設置される。
【００２１】
ヒートポンプ式室外機においては、外気と冷媒との間で熱交換することを前提とした場合、熱交換器１１０−１の前後（風路１０上における前後）は、空気の流れを阻害しないように空間を設ける必要がある。各パス温度センサ７は、空気の流れを阻害しないセンサ固定用部品６に取り付けられる。そして、熱交換器１１０−１に対する各パス温度センサ７の取り付け位置は、熱交換器１１０−１に空気が流入する側において、ファン５による風路となる少なくとも最低スペースを確保する位置に取り付けられる。すなわち、図３における各パス温度センサ７の取付位置は、寸法ａ，ｂ，ｃで規定される直方体のスペースには風路を遮らないように物を置かないようにするという目印になる。法ａ，ｂ，ｃで規定される直方体はファン５による空気の流れを阻害しなための熱交換器１１０−１の最低保有背面スペースである。
【００２２】
なお図３の固定構造では、各パス温度センサ７が、熱交換器１１０−１の空気流入側の面に対向する面において、熱交換器１１０−１の空気流入側の面の中央に相当する位置に配置してある。しかし、熱交換器１１０−１から風路１０の距離で最低限の距離があればよく、設置場所は問われない。
【００２３】
各パス温度センサ７を上記の位置に設けることによって、必要な室外機背面スペース（空気流入側スペース）を容易に判断することができる。よって、必要な室外機背面スペースを確実に確保することができるので、安定した能力を発揮することができる。
【００２４】
実施の形態３．
図５を参照して実施の形態３を説明する。実施の形態１では、各パスの冷媒分配が異なる場合が生じた。この実施の形態３では、図５に示すように、各パスの入口部分に圧力損失を調節する機能を持つ電子膨張弁などの圧力損失調節機構（冷媒流量調整機構）を設けることによって、冷媒分配量を調節する。図５の熱交換器は圧力損失調節機構として電子膨張弁（冷媒流量調整機構の一例）を有するので、実施の形態１，２と符号を変えて、「熱交換器１１０−２」として区別した。
【００２５】
通常、熱交換器における冷媒は、気体とガスが混ざり合った二相状態となっている為、温度は一定である。しかし、多パスにおいて冷媒の分配が均等でなく冷媒が少ない場合は、気化するまでの熱量が少なく、出口部分では気体のみの状態になっている。そのため、冷媒が少ないパスでは温度が上昇しやすく、容易に外気温度と同じ温度となる。この際、気体化した冷媒は熱交換をほとんどできない。そのため、熱交換がほとんどできないパスは、着霜量が低下する。また、霜取運転中も熱交換により霜が解けているパスまで冷媒が流れ、そのパスの温度が上昇することにより放熱ロスが発生する。
【００２６】
制御装置１５０は、各パスの着霜量を算出し、算出した各パスの着霜量（推定着霜量）に応じて、圧力損失調節機構に制御指令を送信することにより、冷媒の圧力損失を調整する。例えば、霜取運転を開始するに至らない着霜量の場合に、制御装置１５０は、次のように電子膨張弁を制御してもよい。すなわち制御装置１５０は、各パスに対する各パス温度センサ７による温度検出結果に基づき各パスの着霜量を算出した場合、着霜量が他のパスに比べ少ないパスを、気体のみとなっているパスとみなす。そして、制御装置１５０は、そのパスに対応する電子膨張弁の開度を増加して圧損を低減し（電子膨張弁の開度を増加）、冷媒をより多く流すようにして冷媒を二相状態に戻す。これにより、熱交換器１１０−２における熱交換量を増やすことができる。
【００２７】
その結果、熱交換の能力拡大することができ、また、圧縮機の吸入圧力が上昇することから入力を削減することができる。これらの操作を随時繰り返すことで、暖房運転中のＣＯＰを改善することができ、また、容量可変式圧縮機搭載の場合における低能力の場合でも、熱交換量を十分に得ることができる。また、霜取中は、霜が付着しているパスのみに冷媒を流すことで、放熱ロスを抑えることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  流入側冷媒分岐配管、２  熱交換促進フィン、３  流出側冷媒合流配管、４ａ〜４ｄ  熱交換用配管、５  ファン、６  センサ固定用部品、７  各パス温度センサ、８ａ〜８ｄ  電磁膨張弁、９ａ〜９ｄ  毛細管、１０  風路、１１，１２  冷媒方向、１００  ヒートポンプ装置、１０１  循環切替弁、１１０−１，１１０−２  熱交換器、１２０  圧縮機、１３０  凝縮器、１４０  膨張弁、１５０  制御装置、１６０  外気温度センサ、２０１  水回路。
【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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