(57)【要約】【課題】空気調和機の室外機の着霜を確実に検出できるようにする。【解決手段】空気調和機１の室外機２は、室外熱交換器１４から送風ファン２３を経て吹出口１３に至るまでの間に、ダクト３１が設けられている。ダクト３１は、室外熱交換器１４に向けて吸込口３１Ａが形成されており、吸込口３１Ａの近傍に熱源３２が配置されている。ダクト３１は、送風ファン２３に向けて吹出口３１Ｂが形成されており、吹出口３１Ｂの近傍に第二の温度センサ３３が配置されている。熱源３２で暖められた空気の温度を第二の温度センサ３３で計測し、室外熱交換器１４の前面側に配置された第一の温度センサ１５で計測する外気温との差をモニタすることで着霜を検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外機の熱交換器に供給される空気の温度を計測する第一の温度センサと、
前記室外機内に吸い込まれ、前記熱交換器を通った後に排出される空気の経路中に設けられ、前記熱交換器に向けて開口するダクトと、
前記ダクト内を流れる空気の上流側に配置され、熱量が略一定の熱源と、
前記ダクト内を流れる空気の下流側に配置され、前記ダクト内を流れる空気の温度を計測する第二の温度センサと、
を備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記熱源は、前記室外機に搭載された圧縮機から吐出される高温のガス冷媒を流す配管を用いて形成され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】
前記熱源は、前記室外機に搭載された圧縮機の吐出配管に設けられたオイルセパレータで分離したオイルを前記圧縮機の吸入配管に戻す配管を用いて形成され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４】
前記第一の温度センサで計測した空気の温度が略一定であるのに対し、前記第二の温度センサで計測する空気の温度の変化が低下傾向から上昇傾向に転じたら、除霜運転を実施するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項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、室外機の熱交換器における着霜を判定できる空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の室外機は、熱交換器の伝熱面が周囲空気の露点温度以下で、かつ０℃以下になると、空気中の水蒸気が凝結して伝熱面に霜層が形成される。着霜が進行して熱交換器が完全閉塞すると、熱交換器を通過する低温空気の風量がゼロになって能力低下が生じてしまう。そこで、従来の空気調和機では、定期的に除霜運転を行ったり、着霜を検出したときに除霜運転を行ったりして、熱交換器の能力低下を防止している。
【０００３】
ここで、着霜を検出する従来の技術としては、特許文献１に開示されている冷凍装置の着霜検出装置があげられる。着霜検出装置は、熱交換器に空気を送り込む送風機の吸い込み口と、熱交換器からの空気出口とのそれぞれに温度センサを設置し、両温度センサにおける温度差が規定値以下になったときに着霜したと判定する。なお、着霜がないときは、吸い込み口の空気温度と、熱交換器出口の空気温度の差が開いたままで時間経過に従って温度が下がる。これに対して、着霜時は、温度差が非常に少ない状態で時間経過に従って温度が下がる。これは、着霜した熱交換器を通過する低温空気の風量がゼロに近くなって、熱交換器が空気を冷やせなくなるからである。
【特許文献１】特開２００６−９０５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の着霜検出装置では、着霜を判定するための規定値を予め設定しておく必要があるが、規定値は運転状態に応じて変化するため、汎用性に欠けると共に、誤検知の原因になり易かった。
また、着霜がないときでも、熱交換量が少ない場合は、２つの温度センサ間の温度差が小さくなることがあるが、このような場合にも着霜と検知してしまうことがあった。さらに、着霜時に空気と霜が熱交換した場合は、比較的大きい温度が検出されるので、誤検知することがあった。
【０００５】
ここで、従来の着霜検出装置を空気調和機に適用し、暖房運転時に室外機の熱交換器の着霜検知を行う場合を想定する。この場合、吸い込み空気温度が略一定に安定しているときに着霜すると、着霜が進行するに従って冷媒温度が低下し、熱交換器を通過する空気温度が低下し、温度差が大きくなって着霜を検出できないことがある。
さらに、熱交換器出口側の温度センサの周囲には、圧縮機やファンモータなどの熱源が配設されていることが多く、温度センサはこれら熱源の影響を受け易いため、熱交換器出口の空気温度を安定して計測することが困難であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、空気調和機の室外機の着霜を確実に検出できるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、室外機の熱交換器に供給される空気の温度を計測する第一の温度センサと、前記室外機内に吸い込まれ、前記熱交換器を通った後に排出される空気の経路中に設けられ、前記熱交換器に向けて開口するダクトと、前記ダクト内を流れる空気の上流側に配置され、熱量が略一定の熱源と、前記ダクト内を流れる空気の下流側に配置され、前記ダクト内を流れる空気の温度を計測する第二の温度センサと、を備えることを特徴とする空気調和機とした。
この空気調和機は、熱交換器が着霜により閉塞したときは、第一の温度センサの温度は変化せずに、第二の温度センサの温度が熱源で暖められた空気によって上昇する。したがって、第一の温度センサと第二の温度センサの測定結果をモニタすることで着霜を判定できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、着霜時の風量低下による室外機内の温度変化を確実に検知できる。したがって、空気調和機の運転状態に関わらずに着霜を確実に検知できるようになる。着霜を確実に検知することで、過剰な着霜運転状態になることが防止され、快適性、信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の、各実施の形態において同じ構成要素には、同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、空気調和機１は、室外機２と、不図示の室内機とが配管接続されており、冷媒を循環させることで室内の冷房や暖房を行えるように構成されている。
室外機２は、ケース１１の側面に吸込口１２が形成されており、上面に吹出口１３が形成されている。ケース１１内で吸込口１２側には、室外熱交換器１４が配置されている。吸込口１２と室外熱交換器１４の間には、室外熱交換器１４に供給される空気の温度を計測する第一の温度センサ１５が設けられている。ケース１１内には、さらに圧縮機２１や、制御装置２２、不図示のアキュムレータなどが配設されており、ケース１１の上面の吹出口１３近傍には、送風ファン２３が取り付けられている。
【００１０】
ケース１１内には、吸込口１２から室外熱交換器１４を通り、送風ファン２３から吹出口１３に流れる空気の流路が形成されており、この経路中に温度検出用のダクト３１が配置されている。ダクト３１は、室外熱交換器１４の空気の出口側に所定距離だけ離れて配置されており、室外熱交換器１４に吸込口３１Ａを向けると共に、そこから略水平に延びた後、上方に向けて屈曲し、送風ファン２３に向けて吹出口３１Ｂを形成している。このダクト３１の吸込口３１Ａは、室外熱交換器１４において着霜が発生しやすい部分１４Ａに対向して配置されている。着霜が発生しやすい部分１４Ａとは、例えば、冷媒温度が流れる配管の温度が低い部分として、風量が少なくなる室外熱交換器１４の下部や、圧力損失による温度低下が起こりやすい室外熱交換器１４の出口などがあげられる。また、風量の多い部分は、通過する空気中の水分が多いため、着霜し易くなることがある。
【００１１】
ダクト３１内で吸込口３１Ａの近傍には、熱源３２が配置されている。熱源３２は、ヒータ等からなり、制御装置２２の制御によって略一定の熱量で空気を発熱する装置である。また、ダクト３１内で吹出口３１Ｂの近傍には、ダクト３１内を流れる空気の温度を計測する第二の温度センサ３３が配置されている。
【００１２】
制御装置２２は、空気調和機１における冷房運転及び暖房運転の制御を行うと共に、着霜時にはデフロスト運転を行うように構成されている。
【００１３】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
空気調和機１を運転させると、制御装置２２の制御に基づいて送風ファン２３が回転し、圧縮機２１が運転を開始する。圧縮機２１の吐出配管４１からは、高温高圧のガス冷媒が吐出され、室外熱交換器１４や室内の熱交換器で熱交換を行って、室内を暖房又は冷房する。熱交換後のガス冷媒は、吸入配管４２から圧縮機２１に吸入される。
送風ファン２３が回転すると、ケース１１の吸込口１２から空気が吸入され、室外熱交換器１４を通って冷媒と熱交換をする。熱交換後の空気は、吹出口１３からケース１１外に排出される。
【００１４】
ここで、暖房運転時には、室外熱交換器１４における熱交換によって空気から冷媒に熱が移動し、空気が冷却される。この際、室外熱交換器１４の伝熱面が周囲空気の露点温度以下で、かつ０℃以下になると、空気中の水蒸気が凝結して伝熱面に着霜することがある。
着霜時の温度変化について、図２を参照して説明する。着霜時には、室外熱交換器１４を通過して第二の温度センサ３３で計測される空気の温度、つまり室外機内温度Ｔａｏは、着霜によって熱交換効率が下がることから、温度が徐々に減少する。これに対して、第一の温度センサ１５で計測する外気Ｔａｉは、ほとんど変化しない。着霜が進行すると、室外熱交換器１４を通過する低温の空気の量が低下する。その結果、ダクト３１内を流れる空気において、熱源３２で加熱された空気の割合が相対的に増加し、第二の温度センサ３３で検出される混合空気の温度（つまり、室外機内温度Ｔａｏ）が上昇し始める。例えば、室外熱交換器１４が完全閉塞した段階を変極点として室外機内温度Ｔａｏが上昇に転じる。
制御装置２２は、第一の温度センサ１５で計測した外気温Ｔａｉが略一定であるのに対し、低下し続けていた室外機内温度Ｔａｏが上昇し始めたら、着霜したと判定する。これに対して、第一の温度センサ１５で計測する外気Ｔａｉが上昇しているときは、室外機内温度Ｔａｏが上昇しても着霜していないと判定する。制御装置２２は、着霜したと判定したら、除霜運転（デフロスト）を実施する。
【００１５】
ここで、制御装置２２において行われる着霜の判定から除霜処理までの詳細について図３のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１０１では、冷媒温度Ｔｒをモニタし、冷媒温度Ｔｒが０℃以下になるまで以降の処理を待機する。冷媒温度Ｔｒが０℃以下にならないと着霜が生じないからである。冷媒温度Ｔｒは、暖房運転時の蒸発温度に相当する。
冷媒温度Ｔｒが０℃以下になったら（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、第一の温度センサ１５で計測した外気温Ｔａｉ、すなわち室外熱交換器１４が吸い込んだ空気の温度から、第二の温度センサ３３で計測した室外機内温度Ｔａｏ、すなわち室外熱交換器１４を通過した空気の温度を引き、温度差ｄＴ（ｎ）を算出する（ステップＳ１０２）。なお、「ｎ」は、今回の算出結果であることを示す。
【００１６】
さらに、今回の温度差ｄＴ（ｎ）を算出した時点から所定時間だけ前に算出し、制御装置２２のメモリに予め格納しておいた温度差ｄＴ（ｎ−ｍ）を読み出す。「ｎ−ｍ」は今回「ｎ」から「ｍ」回前に算出したデータであることを示す。
温度差ｄＴ（ｎ）から温度差ｄＴ（ｎ−ｍ）を引き、その差がゼロ以上であれば（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、次のステップＳ１０４に進む。両者の差がゼロより小さいときは（ステップＳ１０３でＮｏ）、ステップＳ１０２に戻る。
ステップＳ１０４では、今回の外気温Ｔａｉ（ｎ）から前記と同じ所定時間前の外気温Ｔａｉ（ｎ−ｍ）の差と、ｄＴ（ｎ）からｄＴ（ｎ−ｍ）を引いた差との大小を比較する。ｄＴ（ｎ）からｄＴ（ｎ−ｍ）を引いた差が、外気温の差以上であれば（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、ステップＳ１０５に進み、それ以外はステップＳ１０２に戻る。
【００１７】
ステップＳ１０５では、検知回数Ｎを１つインクリメントする。検知回数Ｎが予め設定した基準検知回数Ｎｓに達するまで（ステップＳ１０６でＮｏ）、ステップＳ１０６をループする。基準検知回数Ｎｓに達したら（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、着霜と判定してデフロストを開始する（ステップＳ１０７）。デフロストは公知の方法で行なって、室外熱交換器１４の配管を流れる冷媒の温度Ｔｒが所定のデフロスト終了温度Ｔｒｓに達したら（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、デフロストを終了する（ステップＳ１０９）。
【００１８】
この実施の形態では、第一、第二の温度センサ１５，３３、ダクト３１、熱源３２及び制御装置２２で、着霜検出装置を構成し、着霜によって室外熱交換器１４を通過する風量が低下したときに第二の温度センサ３３の温度が低下傾向から上昇傾向に変化することで着霜判定するようにしたので、運転状態に依らずに確実に着霜を検知できる。
ダクト３１を着霜が発生しやすい部分１４Ａに配置することで、早期の着霜検知が可能になる。より効率的に除霜できるようになって、快適性が向上する。
【００１９】
ここで、ダクト３１は、屈曲した形状に限定されずにストレートや湾曲形状であっても良い。これらの場合、熱源で暖められて上昇気流を形成し易い空気の温度を精度良く計測できるように、第二の温度センサ３３を高い位置に配置することが好ましい。
また、ダクト及び熱源の配置の変形例を図４及び図５に示す。図４に示すように、ダクト５１は、室外熱交換器１４に臨む第一の吸込口５１Ａから略水平方向に延び、途中で上向きに分岐管を分岐させた後に、第二の吸込口５１Ｂを形成するような略Ｔ字形を有する。第二の温度センサ３３は、分岐管内で吹出口５１Ｃの近傍に配置されている。熱源３２は、２つの吸込口５１Ａ，５１Ｂからの空気が混合する合流点より第二の吸込口５１Ｂ側に配置されている。この場合、ケース１１内の空気が第二の吸込口５１Ｂから吸い込まれて熱源３２で暖められる。熱源３２に温められた空気は、室外熱交換器１４を通過して第一の吸込口５１Ａに吸入された空気と混合し、混合した空気の温度が第二の温度センサ３３で計測される。室外熱交換器１４が完全閉塞したときは、熱源３２を通過した高温空気の温度を確実に計測できるので、着霜検知の精度が向上する。
【００２０】
図５に示す変形例では、ダクト５１で第二の温度センサ３３の上方に小型の送風ファン５３が設けられている。送風ファン５３を使用することで、ダクト５１内を流れる風量を所定量に制御することができるので、温度変化を安定して計測でき、着霜検知の精度が向上する。
【００２１】
（第２の実施の形態）
この実施の形態は、熱源に系を循環する冷媒を利用することを特徴とする。
図６に示すように、空気調和機１の室外機２は、室外熱交換器１４から送風ファン２３を通り吹出口１３に至るまでの経路中に着霜検知装置のダクト３１が配置されている。ダクト３１内には、吸込口３１Ａ側に熱源として機能する熱交換部６１が配置されており、ダクト３１の吹出口３１Ｂ側に第二の温度センサ３３が配置されている。
【００２２】
熱交換部６１は、配管を巻き回したコイルからなる。熱交換部６１は、圧縮機２１の吐出配管４１から分岐する配管６２中に形成されている。この配管６２は、吸入配管４２に接続されている。熱交換部６１より吐出配管４１側には、開閉弁６３が設けられている。熱交換部６１より吸入配管４２側には、熱交換部６１を流れる冷媒の流量を調整する流量調整部６４が設けられている。流量調整部６４は、キャピラリチューブが用いられるが、それ以外の構成でも良い。熱交換部６１は、所定の伝熱面積を有するように形成されているが、配管６２をそのまま利用しても良い。
【００２３】
この実施の形態では、所定の時間間隔、例えば、５〜１０分おきに開閉弁６２を開き、冷媒の一部を熱交換部６１に流す。圧縮機２１は、吐出圧力が所定の圧力になるように高圧制御されており、吸入配管４２内を流れる低圧のガス冷媒の圧力は略一定である。したがって、配管６２には、略一定の圧力差が安定して発生し、熱交換部６１に流れる高温のガス冷媒の量は略一定になる。このため、熱交換部６１には、略一定の熱冷媒が流れることになり、放熱量が略一定の熱源として機能する。その結果、第１の実施の形態と同様に、図３に示すフローチャートに従って着霜検知が行える。
【００２４】
この実施の形態では、熱源としてヒータの代わりに冷媒が流れる熱交換部６１を用い、第一、第二の温度センサ１５，３３、ダクト３１、熱交換部６１及び制御装置２２で、着霜検出装置を構成したので、ヒータなどを別途設ける必要がなくなって、装置構成が簡略化できる。さらに、コスト削減も図れる。キャピラリチューブに例示される流量調整部６４を使用することで、熱交換部６１に流れる冷媒量が系を循環する冷媒量に比べて小さくなるので、暖房能力を低下させることはない。熱交換部６１の外形は、コイル形状に限定されない。
【００２５】
なお、図７に示す熱交換部６５のように、細径の配管を使用することで、ダクト３１内の熱交換部６５が流量調整部を兼用しても良い。装置構成をさらに簡略化できる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
この実施の形態は、熱源に圧縮機から吐出される冷媒から分離させたオイルを利用することを特徴とする。
図８に示すように、ダクト３１内で吸込口３１Ａ側には、熱源として機能する熱交換部７１が配置されている。
熱交換部７１は、圧縮機２１に接続された吐出配管４１中に設けられたオイルセパレータ７２から吸入配管４２にバイパスさせた配管７３中に設けられたコイルによって形成されている。この配管７３には、オイルセパレータ７２で冷媒から分離したオイルが流される。コイルは、流量調整部を兼ねているが、キャピラリチューブなどを別途設けても良い。
【００２７】
前記したように圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出圧力及び吐出量は制御されている。冷媒に混入して吐出されるオイルの量も略一定になるので、配管７３には、略一定のオイルが流れる。オイルは、高温のガス冷媒によって暖められているので、熱交換部７１は、放熱量が略一定の熱源として機能する。その結果、第１の実施の形態と同様に、図３に示すフローチャートに従って着霜検知が行える。
この実施の形態では、第一、第二の温度センサ１５，３３、ダクト３１、熱交換部７１及び制御装置２２で、着霜検出装置を構成したので、ヒータなどを別途設ける必要がなくなって、装置構成が簡略化できると共に、コストを削減できる。オイルを戻すバイパスラインを利用することができるので、新しいラインを設ける必要がなく、装置のコストを削減できる。
【００２８】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、第１の実施の形態と同様に、第２、第３の実施の形態のダクトの配置や形状を変更することができる。第２、第３の実施の形態にダクト５１を使用すると、より確実に着霜検知ができる。
ダクト５１と共に使用される送風ファン５３の配置は、吹出口５１Ｃの近傍に限定されない。複数の吸込口５１Ａ，５１Ｂは、反対向きに形成する場合に限定されない。第２の吸込口５１Ｂは、第１の吸込口５１Ａと異なる方向で、かつ室外機２内で室外熱交換器１４を通った空気の影響を受け難い向きであれば良い。
室外機２のレイアウトは、図示したものに限定されない。例えば、吹出口１３を側方に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気調和装置の概略構成を示す図である。
【図２】着霜時の温度変化の一例を示すグラフである。
【図３】着霜検知と除霜処理のフローチャートである。
【図４】ダクト及び熱源の配置の変形例を示す図である。
【図５】ダクト及び熱源の配置の変形例を示し、さらに送風ファンを設けた図である。
【図６】冷媒の一部を使って熱源とする構成を示す図である。
【図７】熱源となる部分が流量調整部を兼ねる構成を示す図である。
【図８】圧縮機から吐出されるオイルを使って熱源とする構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      空気調和機
２      室外機
１２      吸込口
１３      吹出口
１４      室外熱交換器
１５      第一の温度センサ
３１，５１      ダクト
３２      熱源
３３      第二の温度センサ
６１，７１      熱交換部
６２      配管
７２      オイルセパレータ
７３      配管
【図１】
2008157531.tif 000003
【図２】
2008157531.tif 000004
【図３】
2008157531.tif 000005
【図４】
2008157531.tif 000006
【図５】
2008157531.tif 000007
【図６】
2008157531.tif 000008
【図７】
2008157531.tif 000009
【図８】
2008157531.tif 000010