(57)【要約】【課題】室外熱交換器の着霜状態を適切に維持して、暖房性能に優れ、経済的な空気調和機を得ることを目的とする。【解決手段】インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御するものである。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、前記室外熱交換器の可変回転送風機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差になった時には、前記暖房時の運転を除霜運転にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記制御手段が、前記温度差が前記予め設定された除霜開始温度差を所定時間維持した時に、前記暖房時の運転を除霜運転にすることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記制御手段が、前記室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度以上になった時には、前記除霜運転を終了することを特徴とする請求項３又は４に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差以下の時には、前記暖房時の運転動作を暖房運転にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差になった時でも、前記室外熱交換器の温度が予め設定された着霜温度以上の時は、前記暖房時の運転動作を暖房運転にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
【請求項８】
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時の除霜運転において、制御手段が、前記室外熱交換器の温度を可変させる前記空気調和機機器の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差の変化率が予め設定された変化率以上になった時に、前記空気調和機の除霜運転を開始することを特徴とする空気調和機。
【請求項９】
前記制御手段が、前記室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度以上になった時には、前記除霜運転を終了することを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、暖房運転時に除霜運転を行う空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和機においては、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張機構（電子制御式膨張弁）４、室内熱交換器５を順次配管で接続して冷凍サイクルを構成し、室内を暖める時、圧縮機１からの冷媒を四方弁２により室内熱交換器５から膨張機構４、及び室外熱交換器３に順次流し、室内を暖める暖房運転を行う。
【０００３】
しかし、この暖房運転を継続して、外気温が低くなると、蒸発器として機能する室外熱交換器に霜が付き、外気が熱交換器のフィンの間を流れなくなり、蒸発温度が低下し、暖房能力が低下するため、この霜を解かす運転、即ち、除霜運転を行うものの、この除霜運転を余り速く行ったり、或いは余り遅く行ったりすると、無駄なエネルギーを消費したり、或いは液バック現象を誘発して種々の問題を引き起こすこととなる。
【０００４】
なお、このことを考慮した代表的な従来の空気調和機としては、特開昭６１−１５３３３２号公報のようなものがある。
しかし、このものは室外熱交換器の蒸発器に付着した霜を解かす時、その解かすタイミングを、外気温度を検出する外気温度センサー８、及び蒸発温度を検出する蒸発温度センサー９の検出結果、並びに圧縮機の回転数に応じて行う、即ち、圧縮機の所定回転数における外気温度と蒸発温度との温度差が所定温度差以上になった時、除霜運転を行い、霜を解かす。
【０００５】
しかし、このように圧縮機の回転数毎の外気温度における蒸発温度のみに応じて除霜運転を行うと、蒸発温度は、そもそも圧縮機の回転数だけでなく、室外ファンや室内ファンの回転数によっても変化するため、精度の良い除霜運転を行うことができない。
即ち、例えば、室外ファンの回転数が上昇したり、或いは室内ファンの回転数が低下して、蒸発温度が低下し、外気温度と蒸発温度との温度差が所定温度差以上になった時、霜が余り付着していない状態でも、室外熱交換器に着霜したと判断して除霜運転を行うため、無駄なエネルギーを消費することになる。
【０００６】
また逆に、多くの霜が付着し、室外熱交換器が目詰まりを引き起しているにも関わらず、室外ファンの回転数上昇、或いは室内ファンの回転数低下により、蒸発温度が上昇して、外気温度と蒸発温度との温度差が小さくなり、所定温度差以下の時は、除霜運転をする必要がないと判断して、目詰まり状態で運転するため、暖房能力の低下や液バックによる圧縮機の損傷等を引き起したりする。
【０００７】
また、このような制御においては、除霜をしなくても良い蒸発温度（例えば、−１℃以上）の状態でも、室外熱交換器３の周囲外気の温度が外気の流れによってショートサイク等を起し、外気温度と蒸発温度との温度差が所定の温度差以上になると、除霜運転を行うため、無駄なエネルギーを消費したりする。
【０００８】
なお、その他の従来例としては、インバータ装置を有しない特開昭６０−２３３４３５号公報のようなものもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来技術の空気調和機では、無駄なエネルギーを消費したり、暖房能力の低下や液バックによるトラブルを引き起こすという問題点があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、暖房運転時の除霜運転を適正に行い、暖房性能が優れ、経済的で信頼性の高い空気調和機を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の空気調和機においては、インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御するものである。
【００１２】
また、インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、前記室外熱交換器の可変回転送風機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御するものである。
【００１３】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差になった時には、前記暖房時の運転を除霜運転にするものである。
【００１４】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差を所定時間維持した時に、前記暖房時の運転を除霜運転にするものである。
【００１５】
また、前記制御手段が、前記室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度になった時には、前記除霜運転を終了するものである。
【００１６】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差以下の時には、前記暖房時の運転動作を暖房運転にするものである。
【００１７】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差になった時でも、前記室外熱交換器の温度が予め設定された着霜温度以上の時は、前記暖房時の運転動作を暖房運転にするものである。
【００１８】
また、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時の除霜運転において、制御手段が、前記室外熱交換器の温度を可変させる前記空気調和機機器の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差の変化率が予め設定された変化率以上になった時に、前記空気調和機の除霜運転を開始するものである。
【００１９】
また、前記制御手段が、前記室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度になった時には、前記除霜運転を終了するものである。
【００２０】
【発明の実態の形態】
実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態１ついて図１を用いながら説明する。
なお、この図は空気調和機の概略構成図であり、この図に示すように、インバータ圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張機構（電子制御式膨張弁）４、室内熱交換器５を順次配管で接続して冷凍サイクルを構成し、室内を暖める時、圧縮機から吐出された暖かい冷媒を四方弁２により室内熱交換器５から膨張機構４、及び室外熱交換器３に順次流し、室内を暖める暖房運転を行う。
【００２１】
しかし、この暖房運転を継続して、外気温が低く（例えば、３℃以下）になった時、蒸発器として機能する室外熱交換器３に霜が付き、外気が熱交換器フィンの間を流れなくなり、熱交換能力の低下により蒸発温度が低下し、暖房能力が低下するので、この霜を解かす運転、即ち、除霜運転を行うものの、この除霜運転を余り速く行うと、少ない着霜状態で除霜運転を行うため、無駄なエネルギーを消費する。また逆に、余り遅く行うと、液バック現象を誘発して種々の問題を引き起こすこととなる。
【００２２】
従って、この発明においては、図２に示すように暖房時の除霜運転を行う。
即ち、まず、暖房運転（ステップＳ−１）が開始されると、制御手段はインバータ圧縮機回転速度Ｎｃ、室内送風機回転速度Ｎｒ、及び室外送風機回転速度Ｎａ、並びに外気温度センサー８が検出する外気温度ｔａと、蒸発温度センサー９が検出する蒸発温度ｔｅの信号を受信（ステップＳ−２）し、この受信した蒸発温度センサー９の蒸発温度ｔｅが例えば、−１℃より高いか否か、即ち、室外熱交換器に霜が着霜する温度か否かを判断し、−１℃より高い場合には、室外熱交換器３に着霜していないと判断してステップＳ−１に戻り暖房運転を継続する。
【００２３】
しかし、蒸発温度ｔｅが−１℃より低い場合には、この蒸発温度ｔｅと、外気温度センサー８が検出する外気温度ｔａとの温度差Δｔ（＝ｔａ−ｔｅ）を算出し、この算出結果のΔｔと、この時の圧縮機回転速度Ｎｃ、室内送風機回転速度Ｎｒ、室外送風機回転速度Ｎａにおける予め設定された除霜開始温度差Δｔｄとを比較し、このステップＳ−４でΔｔ＞Δｔｄであれば、ステップＳ−５に進み、デフロスト運転を行う。
なお、ステップＳ−４でΔｔ≦Δｔｄの時はステップＳ−１に戻り、暖房運転を継続して、前述したと同じ動作を繰り返す。
【００２４】
また、前述のステップＳ−５のデフロスト（除霜）運転で、圧縮機から吐出された暖かい冷媒が四方弁２の切換えにより室外熱交換器３に流れ、除霜運転（冷房運転）が行われ、室外熱交換器３の温度ｔｅが予め設定された除霜終了温度ｔｆになった時、即ち、ｔｅ＞ｔｆとなった時、室外熱交換器３に付着した霜が融けて無くなったと判断（ステップＳ−６）してデフロスト運転を終了し、再びステップＳ−１に戻り、再び同じ動作を繰り返す。
しかし、ｔｅ≦ｔｆの時は、ステップＳ−５のデフロスト運転が継続され、その後再びステップＳ−６の判断がなされ、同じ動作を繰り返す。
【００２５】
また、前述のステップＳ−３で、蒸発温度センサー９の蒸発温度ｔｅが−１℃より高いか否か、即ち、室外熱交換器３に霜が着霜する温度か否かを判断するのは、外気温度が高く、霜が付かない−１℃以上の蒸発温度ｔｅを維持しているにも関わらず、例えば、室外熱交換器３の周囲外気の温度が外気の流れによってショートサイク等を起し、蒸発温度が低下して外気温度ｔａと蒸発温度ｔｅとの温度差Δｔが大きくなり、誤って除霜運転に移行したり、或いは暖かい空気が何らかの原因で室外熱交換器３へ瞬間的に流れ、温度差Δｔが大きくなり、誤って除霜運転に移行したりするのを防ぐためである。
【００２６】
また、このような誤った判断を誘起させる現象は室外熱交換器３の温度が−１℃以下の着霜時にも起こると考えられるので、このような現象を的確に捕らえ、精度良く除霜運転を行うためには、外気温度ｔａと蒸発温度ｔｅとの温度差ΔｔがΔｔｄ以下となっても、直ちに除霜運転に移行せずに、所定時間、例えば１分以上、その状態を継続した時に、除霜運転に移行するようにすると良い。
【００２７】
また、前述の除霜運転制御因子として、何故に、検出温度ｔｅと外気温度ｔａとの温度差Δｔを用いたかについて説明する。
まず、一般的に、室外熱交換器３に付着する霜の量は、室外熱交換器３の温度と、この室外熱交換器３を通過する外気の温・湿度によって決まる。
【００２８】
しかし、前述した室外熱交換器３の温度は、圧縮機の回転数、及び室内熱交換器５の室内送風機５ａの回転数が高ければ高いほど、或いは、室外熱交換器３の室外送風機３ａの回転数が低ければ低いほど、低い温度となり、外気温度との温度差が大きくなるため、着霜し易くなり、しかも、この着霜が多くなればなるほど熱交換能力が低下し、図３に示すように、蒸発温度が低下して、益々着霜し易くなり、相乗的に温度低下をきたすため、室外熱交換器３の温度ｔｅから着霜量を判断することは非常に有効である。
【００２９】
一方、この室外熱交換器３の温度は、前述したように、圧縮機の回転数や、室内熱交換器送風機５ａ又は室外熱交換器送風機３ａの回転数、或いはここを通過する外気温度によっても変化するものであるから、これらの因子、即ち、図４から６に示した全因子を考慮して判断することが必要となる。
言い換えれば、これら全ての因子を考慮した図７に基づいて着霜量を判断することになる。
なお、この図のファン速Ｈｉは送風機回転数の最大値を示し、ファン速Ｍｅは送風機回転数の中央値を示し、ファン速Ｌｏ送風機回転数の最小値を示す
【００３０】
また、これらの因子のうち、例えば、室外熱交換器３の送風機のファン速が可変しない時は、その因子によって室外熱交換器の蒸発温度は変化しないのであるから、その因子を判断対象因子から外すこととなるので、その時は、圧縮機の回転数と室内熱交換器の送風機の回転数における外気温度と室外熱交換器の温度との温度差Δｔが予め設定された除霜開始温度差Δｔｄになったか否か、即ち、ΔｔとΔｔｄとを比較して、Δｔ＞Δｔｄであれば、デフロスト運転を行い、Δｔ≦Δｔｄの時は、暖房運転を行うこととなる。
【００３１】
次に、前述した全ての蒸発温度因子を考慮して着霜状態を把握しても、どの着霜タイミングで除霜運転を行うかによって、暖房能力も、消費電力も相違するので、この点について図８、９を用いながら具体的に説明する。
【００３２】
まず、図９に示すように、着霜量の少ないレベル１で除霜運転を開始すると、除霜運転が頻繁に行われ、暖房運転時間に対する除霜運転時間の割合が大きくなり、暖房時間が短くなるため、暖房能力が低下すると共に、除霜運転毎に室外熱交換器３の温度を上げるためのエネルギーが必要となるため、無駄なエネルギーを消費することになる。
【００３３】
また一方、着霜量の多いレベル３で除霜運転を開始するようにすると、図９に示すように、１サイクル当たりの暖房運転時間は長くなるものの、着霜による暖房能力の低下が生じ、無駄なエネルギーを消費するだけでなく、この着霜によって室外熱交換器内の液冷媒が蒸発しないで圧縮機へ戻る、所謂液バックが発生し、この液バックによる各種トラブルが発生すると共に、着霜量が多いため、デフロスト運転時間、即ち冷房運転が長くなるため、室内の人が寒さを感じることとなる。
【００３４】
従って、室外熱交換器３が目詰まりを起す前、即ち、図８のレベル２の着霜量における蒸発温度で除霜運転を開始するように、言い換えれば、外気温度ｔａと検出温度ｔｅとの温度差Δｔが予め設定された除霜開始温度差Δｔｄになった時に、除霜運転を開始するようにすると、目詰まりによる暖房能力の低下を防止しながら効率良く運転するようになるため、暖房能力に優れ、エネルギーロスも少ない経済的な空気調和機を得ることができる。
【００３５】
また、以上の説明においては、外気温度ｔａと検出温度ｔｅとの温度差Δｔが予め設定された除霜開始温度差Δｔｄになった時に除霜運転を開始するようにしたが、蒸発器として機能する室外熱交換器３が目詰まりする前に暖房時の除霜運転を開始するその他のやり方について次に説明する。
【００３６】
まず、このやり方は、前述と同様に、前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差を検出し、この検出した温度差の変化率を演算し、この演算した変化率が予め設定された変化率以上か否かを判断し、以上の時は、暖房運転から除霜運転に切り換え、以下の時は暖房運転を継続するものである。
【００３７】
即ち、暖房運転が行われ、霜が室外熱交換器３に付着し、目詰まりすると、室外熱交換器３の熱交換能力の大幅に低下し、室外熱交換器３の蒸発温度が図３に示すように急激に低下する。その結果、暖房能力も図８に示すように急激に低下すると共に、室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差が大きく変化するので、この現象を利用して除霜可否を判断する。
言い換えれば、室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差の変化率が予め設定された変化率以上となった時には、暖房運転から除霜運転に切り換えて運転し、予め設定された変化率以下の時には、暖房運転を継続する。
【００３８】
また、この時も、蒸発温度は、前述したように、空気調和機の可変速機器である圧縮機１の回転数や、室内熱交換器５の送風機の回転数や、室外熱交換器３の送風機の回転数が変化すれば、変化するので、これら空調機器の回転数変化による蒸発温度の変化を考慮しながら判断することとなる。
【００３９】
なお、前述の除霜運転が行われ、室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度以上になった時には、除霜運転を終了して、暖房運転に移行する。
【００４０】
以上のように、室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差の変化率に基づいて、除霜運転のタイミングを判断するようにすると、更に的確に室外熱交換器に付着した着霜量を判断して除霜運転をするようになため、経済的な空気調和機が得られる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の空気調和機においては、インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御するので、室外熱交換器の着霜状態を適切に維持しながら暖房運転をするようになるため、暖房性能に優れ、経済的で、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００４２】
また、インバータ圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時において、制御手段が、前記インバーター圧縮機の回転速度、前記室外熱交換器の可変回転送風機の回転速度、及び前記室内熱交換器の可変回転送風機の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差に応じて前記暖房時の運転動作を制御するので、室外熱交換器の着霜状態を適切に維持しながら暖房運転をするようになるため、暖房性能に優れ、経済的で、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００４３】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差になった時には、前記暖房時の運転を除霜運転にするので、室外熱交換器に付着した霜を解かして、室外熱交換器の状態を適切にするため、暖房性能に優れた空気調和機が得られる。
【００４４】
また、前記制御手段が、前記温度差が前記予め設定された除霜開始温度差を所定時間維持した時に、前記暖房時の運転を除霜運転にするので、特に、外乱要因により温度差が一時的に除霜開始温度差となっても除霜運転を行わないため、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００４５】
また、前記制御手段が、前記室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度になった時には、前記除霜運転を終了するので、余分なエネルギーを消費することなく、室外熱交換器の状態を適切にするため、経済的な空気調和機が得られる。
【００４６】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差以下の時には、前記暖房時の運転動作を暖房運転にするので、室外熱交換器の状態を適切に維持しながら暖房運転をするため、暖房性能に優れた空気調和機が得られる。
【００４７】
また、前記制御手段が、前記温度差が予め設定された除霜開始温度差になった時でも、前記室外熱交換器の温度が予め設定された着霜温度以上の時は、前記暖房時の運転動作を暖房運転にするので、無駄なエネルギーを消費して無駄な除霜運転を行わないようになるため、経済的で、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００４８】
また、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構、室外熱交換器を順次配管で接続し、室内を冷・暖房する空気調和機の暖房時の除霜運転において、制御手段が、前記室外熱交換器の温度を可変させる前記空気調和機機器の回転速度における前記室外熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差の変化率が予め設定された変化率以上になった時に、前記空気調和機の除霜運転を開始するので、更に的確に室外熱交換器に付着した着霜量を判断して除霜運転をするようになため、経済的で、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００４９】
また、前記制御手段が、前記室外熱交換器の温度が予め設定された除霜終了温度になった時には、前記除霜運転を終了するので、余分なエネルギーを消費することなく、室外熱交換器の状態を適切にするため、経済的な空気調和機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における空気調和機の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における暖房運転時の制御フロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１における着霜量に対する蒸発温度ｔｅの変化図である。
【図４】この発明の実施の形態１における着霜量に対する蒸発温度と外気温度との温度差Δｔと圧縮機の回転速度との関係を示した関係図である。
【図５】この発明の実施の形態１における圧縮機の回転速度と室内送風機回転速度との関係に対する室外熱交換器の蒸発温度の変化図である。
【図６】この発明の実施の形態１における圧縮機の回転速度と室外送風機回転速度との関係に対する室外熱交換器の蒸発温度の変化図である。
【図７】この発明の実施の形態１における圧縮機の回転速度、室外送風機回転速度、及び室内送風機回転速度の関係に対する室外熱交換器の蒸発温度の変化図である。
【図８】この発明の実施の形態１における着霜レベルと暖房能力との関係を示した図である。
【図９】この発明の実施の形態１における着霜レベルと暖房能力との関係を示した関係図である。
【符号の説明】
１　圧縮機、　２　四方弁、　３　室外熱交換器、　４　膨張機構、　５　室内熱交換器、　６　室外送風機、　７　室内送風機、　８　外気温度センサー、
９　蒸発温度センサー、　１０　制御手段。
【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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