(57)【要約】【課題】暖房性能に優れ、適切なディアイス運転を行う空気調和機を提供する。【解決手段】室内機（図示せず）と室外機（図示せず）からなり、外気温を検出する外気温検出手段（図示せず）と、室外熱交換器（図示せず）の温度を検出する室外熱交換器温度検出手段（図示せず）を備え、外気温Ｘと、室外熱交換器の温度Ｙと、圧縮機（図示せず）の運転周波数に応じた室外熱交換器の圧力損失係数Ｄから計算される第一の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ＋Ｄ）と第二の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｃ＋Ｄ）を設け（ａは正の定数、ｂ＞ｃ）、室外熱交換器の温度が第一の条件式の下領域にあり、かつ所定のディアイス開始条件を満足した時にディアイスを開始するもので、室外熱交換器の圧力損失による着霜量増加を防止し、また、室外熱交換器の温度が第二の条件式の下領域に入った時には、無条件でディアイスを開始するもので、着霜の進行が続くことを確実に防ぐことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内機と、圧縮機並びに室外熱交換器を内蔵した室外機からなり、外気温を検出する外気温検出手段と、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度検出手段を備えた空気調和機において、外気温Ｘと、前記室外熱交換器の温度Ｙと、前記圧縮機の運転周波数に応じた前記室外熱交換器の圧力損失係数Ｄから計算される第一の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ＋Ｄ）と第二の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｃ＋Ｄ）を設け（ただし、ａは正の定数でありｂ＞ｃである）、前記室外熱交換器の温度が前記第一の条件式の下領域にあり、かつ所定のディアイス開始条件を満足した時に、あるいは前記室外熱交換器の温度が前記第二の条件式の下領域に入った時に、ディアイスを開始するようにした空気調和機。
【請求項２】
所定のディアイス開始条件として、室外熱交換器の温度の下降時において、前記室外熱交換器の温度の変化率が所定の値以上になった場合に、ディアイスを開始するようにした請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
所定のディアイス開始条件として、室外熱交換器の温度が第一の条件式の下領域に入り、所定時間経過した場合に、ディアイスを開始するようにした請求項１又は２に記載の空気調和機。
【請求項４】
室外熱交換器の温度が第１の所定値を上回れば、ディアイスを行わないようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。
【請求項５】
室外熱交換器の温度が第２の所定値を下回れば、ディアイスを行うようにした請求項１〜４のいずれか１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、空気調和機に関するもので、特に、暖房運転において、ディアイス制御を行う空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、室内機と室外機からなるセパレートタイプの空気調和機での暖房運転の際は、室内熱交換器は高温に、室外熱交換器は低温となる。その為、外気温がある程度低い時（例えば、２度〜５度以下）は、室外熱交換器の温度は０度以下となり、ある程度水分が介在する場合は、霜となり室外熱交換器に付着する。そして、その後も暖房運転を継続すると、その霜が徐々に成長する為、やがては、室外熱交換器での熱交換能力を阻害し、暖房能力を徐々に落としてしまうという課題が生じる。
【０００３】
それを防止する為に、ある程度霜が成長したと推定できる場合は、空気調和機の電子制御装置にて判定を行い、霜を融かすための運転（以降、ディアイス運転と呼ぶ）を実施する。この運転は通常の暖房運転と異なり、四方弁を切り替えて冷房運転とし、室外の熱交換器にホットガスを送り、付着した霜を溶かす。この際、室外は高温を維持する為に、また室内はユーザーに冷風感を感じさせない為に、どちらもファンを止めて運転するのが一般的である。つまり、基本的に暖房能力はゼロで運転されていることとなる。
【０００４】
この為、ディアイス運転は、ユーザーにとって空気調和機の不満点の一つとなっており、ディアイス運転を効率良く行うということが重要な課題となっている。つまり着霜現象が生じる全ての外気温度条件下において、除霜運転開始時に室外熱交換器に付着している着霜量を一定に制御することが重要であり、この課題を解決するために、図７に示すように外気温度Ｘと室外熱交換器の温度Ｙから計算される、一次式からなる第一の条件式と第二の条件式を設け、前記第一の条件式の下領域に室外熱交換器温度があった場合、所定のディアイス開始条件を満足すればディアイスを開始する、あるいは前記室外熱交換器温度が前記第二の条件式の下領域にあった場合、ディアイスを開始するようにしていた（例えば、未公開自社出願の特願２００４−３３３０１０参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような上記従来の技術では、外気温度と室外熱交換器の温度から計算される一次式からなる第一の条件式と第二の条件式をパラメータとして、ディアイスを行うか行わないかの判断を行っており、圧縮機運転周波数の影響、特に着霜量に最も影響する室外熱交換器の圧力損失が考慮されていない。通常、運転周波数が高い状態で運転されている場合、熱交換器の入り口と出口の圧力損失が大きく、出口側の着霜量は入り口側より増加する。しかしながら、室外熱交換器温度を検出する部分が熱交換器の中央である場合（冷媒の飽和圧力を精度よく検出するためには、冷媒が２相状態の中央で検出する）、出口部の着霜量は、検出した室外熱交換器の温度から想定される量より多くなる。この結果、着霜が進行した状態でも制御条件が成立せず、結果的に着霜の進行を抑制できないといった課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、暖房運転時のディアイス制御を適切に行うことで、暖房性能に優れ、ディアイスによる快適性の悪化を極力防ぐことができる空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、室内機と、圧縮機並びに室外熱交換器を内蔵した室外機からなり、外気温を検出する外気温検出手段と、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度検出手段を備えた空気調和機において、外気温Ｘと、前記室外熱交換器の温度Ｙと、前記圧縮機の運転周波数に応じた前記室外熱交換器の圧力損失係数Ｄから計算される第一の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ＋Ｄ）と第二の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｃ＋Ｄ）を設け（ただし、ａは正の定数でありｂ＞ｃである）、前記室外熱交換器の温度が前記第一の条件式の下領域にあり、かつ所定のディアイス開始条件を満足した時に、あるいは前記室外熱交換器の温度が前記第二の条件式の下領域に入った時に、ディアイスを開始するようにしたもので、前記第一の条件式の下領域に室外熱交換器の温度があり、かつ所定のディアイス開始条件を満足すればディアイスを開始することにより、圧縮機の運転周波数が高い場合、実際の配管温度から判定されるディアイスの開始条件よりも早くディアイスを開始し室外熱交換器の圧力損失により着霜量が増加することに対応できる。また、室外熱交換器の温度が第二の条件式の下領域にあった場合、ディアイスを開始することにより、第一の条件式の下領域において、他に着霜をしているかどうかの基準を加えることができ、ディアイス制御の精度を高めることができる。また、第二の条件式の下領域において、無条件にディアイスを行うが、これによって第一の条件式の下領域において、他に設ける着霜をしているかどうかの判断基準が不適切な設定、あるいは外環境等の影響によって着霜しているという判断ができなかった場合においても、着霜が進行した状態が続くことを確実に防ぐことができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の空気調和機は、暖房運転時のディアイス制御を適切に行うことで、暖房性能に優れ、ディアイスによる快適性の悪化を極力防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、室内機と、圧縮機並びに室外熱交換器を内蔵した室外機からなり、外気温を検出する外気温検出手段と、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度検出手段を備えた空気調和機において、外気温Ｘと、前記室外熱交換器の温度Ｙと、前記圧縮機の運転周波数に応じた前記室外熱交換器の圧力損失係数Ｄから計算される第一の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ＋Ｄ）と第二の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｃ＋Ｄ）を設け（ただし、ａは正の定数でありｂ＞ｃである）、前記室外熱交換器の温度が前記第一の条件式の下領域にあり、かつ所定のディアイス開始条件を満足した時に、あるいは前記室外熱交換器の温度が前記第二の条件式の下領域に入った時に、ディアイスを開始するようにしたもので、前記第一の条件式の下領域に室外熱交換器の温度があり、かつ所定のディアイス開始条件を満足すればディアイスを開始することにより、圧縮機の運転周波数が高い場合、実際の配管温度から判定されるディアイスの開始条件よりも早くディアイスを開始し室外熱交換器の圧力損失により着霜量が増加することに対応できる。また、室外熱交換器の温度が第二の条件式の下領域にあった場合、ディアイスを開始することにより、第一の条件式の下領域において、他に着霜をしているかどうかの基準を加えることができ、ディアイス制御の精度を高めることができる。また、第二の条件式の下領域において、無条件にディアイスを行うが、これによって第一の条件式の下領域において、他に設ける着霜をしているかどうかの判断基準が不適切な設定、あるいは外環境等の影響によって着霜しているという判断ができなかった場合においても、着霜が進行した状態が続くことを確実に防ぐことができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明の所定のディアイス開始条件として、室外熱交換器の温度の下降時において、前記室外熱交換器の温度の変化率が所定の値以上になった場合に、ディアイスを開始するようにしたもので、室外熱交換器が目詰まりしたかどうか判断することができるので、より適切に着霜状態を把握し、適切なディアイス制御を行うことが
できる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の所定のディアイス開始条件として、室外熱交換器の温度が第一の条件式の下領域に入り、所定時間経過した場合に、ディアイスを開始するようにしたもので、室外湿度が低く、室外熱交換器が目詰まりしたかどうかの判断を室外熱交換器の温度の変化率によって判断できない場合においても、ある程度着霜が進行している状態である第一の条件式の下領域において、一定時間が経過した後ディアイス制御を行うので、着霜が進行した状態が続くことを確実に防ぐことができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の室外熱交換器の温度が第１の所定値を上回れば、ディアイスを行わないようにしたもので、外気温度が高く、着霜のない状態においてはディアイスを行わないので、不適切なディアイスを防ぐことができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の室外熱交換器の温度が第２の所定値を下回れば、ディアイスを行うようにしたもので、外気温検出手段が着霜や降雪などによって、霜または雪に覆われ、適切に外気温度を検出できなくなった場合でも、外気温度を無視し、室外熱交換器の温度が第２の所定温度以下になったら、ディアイスを行うので、着霜の進行が続くことを確実に防ぐことができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における空気調和機について、図１〜６を用いて説明する。図１は、本実施の形態における空気調和機の構成図である。
【００１６】
同図において、本実施の形態における空気調和機は、室内に設置される室内機５１と、冷媒管５２を介して室内機５１に接続される室外機５３からなるセパレートタイプで、室内機５１は、室内熱交換器６５を内蔵し、室外機５３は、室外熱交換器６１と、圧縮機６２と、膨張弁６３と、四方弁６６と、室外熱交換器６１で熱交換させるために室外熱交換器６１に風を送る室外送風機６４を内蔵している。
【００１７】
なお、室外熱交換器６１と、圧縮機６２と、膨張弁６３と、室内熱交換器６５と、四方弁６６は、図１に示すように一系統にて繋がっている。
【００１８】
暖房運転時に、長時間運転されると徐々に室外熱交換器６１の温度が下がり、条件により霜が発生・成長する。この時、圧縮機６２の運転周波数が高い場合、室外熱交換器６１の入り口、出口間での冷媒の圧力損失が大きく、出口部の冷媒温度が大きく低下し霜の成長が他の部分より早くなる。そして、霜が徐々に成長するに従い、その部分での通風抵抗が大きくなり、熱交換量が少なくなって暖房能力が低下する。本実施の形態における空気調和機では、ある程度霜が成長したとおもわれる状態を、室外熱交換器６１の温度を検知する室外熱交換器温度検出手段６７と、外気温度を検出する外気温検出手段６８からの出力に応じて、電子制御装置６９で推定・判断して、除霜運転を行う。
【００１９】
以上のように構成された空気調和機について、以下その動作、作用を説明する。
【００２０】
図２は、本実施の形態における空気調和機でのディアイス判定の概念図を示すものである。
【００２１】
図２において、領域Ａは全くディアイスを行わない領域、領域Ｂは条件によってディアイスを行う領域、領域Ｃは無条件にディアイスを行う領域である。ここで、領域Ａと領域Ｂとの境界を決定する第一の条件式と、領域Ｂと領域Ｃとの境界を決定する第二の条件式の定め方について説明を加えておく。実験によって、それぞれの外気温度における暖房能力の最大値からの能力の落ち（例えば最大能力の９０％）について、その状況（最大能力の９０％）における室外熱交換器温度及び外気温度について、略線形的な相関があることが判明した（図３参照）。
【００２２】
よってこの関係を利用すれば、暖房能力について最大値から一定の能力落ちの時にディアイスに入れることが可能となる。しかしながら、周波数、室内気温、室内熱交換器６５に風を送る室内送風機（図示せず）の回転速度、室外送風機６４の回転速度、外湿度などの影響により、室外熱交換器６１の温度及び外気温度についての略線形的な関係が変動することもわかっており、単純にこの関係を利用するだけでは、必ずしも適切なタイミングでディアイスに入れることができない。
【００２３】
そこで、緩和措置として、狙いの最大能力からの落ちにおける、室外熱交換器６１の温度と外気温度から上下に余裕度を持たせることとし、具体的には、狙いの最大能力からの落ちにおける、室外熱交換器６１の温度Ｙと外気温度Ｘの略線形的な関係を一次式に変換し、その一次式に平行に上方向にもっていったのが第一の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ＋Ｄ）であり、下方向にもっていったのが第二の条件式（Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｃ＋Ｄ）とした。なお、ａは正の定数であり、ｂ＞ｃである。
【００２４】
この室外熱交換器６１の温度Ｙと外気温度Ｘの略線形的な関係を表した一次式には、室外機熱交換器６１の温度Ｙに、圧縮機６２の運転周波数によって生じる室外熱交換器６１の圧力損失を考慮した係数Ｄ（運転周波数が高くなるにつれ大きくなる）を含ませている。こうすることで、領域Ｂにおいて、他のディアイス判定条件を設けることができ、ディアイス制御の精度を上げることができる。
【００２５】
なお、狙いの最大能力からの落ちの決定方法についてであるが、最大能力からの落ちがほとんどない時にディアイスを入れるようにすると、着霜量の少ない状況でディアイス運転が頻繁に行われ、暖房運転時間に対するディアイス運転時間の割合が大きくなり、暖房時間が短くなるため、累積暖房能力が低下すると共に、ディアイス運転毎に室外熱交換器６１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。一方、最大能力からの落ちが大きい時にディアイスを入れるようにすると、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、着霜量が多いため、ディアイス運転時間が長くなり、快適性を損ねる。
【００２６】
よって、バランスを考慮し狙いの最大能力からの落ちを決定する必要がある。本実施の形態においては、最大能力の９０％前後でディアイスに入れるようにしており、これは室外熱交換器６１が目詰まりするポイントとほぼ一致する。また、周波数、室内気温、室内送風機の回転速度、室外送風機６４の回転速度などの影響を一次式に盛り込んでおいても当然構わない。さらに、今回は、室外熱交換器６１の温度と圧力損失により生じる室外熱交換器６１の入り口、出口の温度差と外気温度の略線形的な関係を１次式として置き換えたが、２次式で置き換えても、あるいはその他の多項式で置き換えても構わない。
【００２７】
また図２において、室外熱交換器６１の温度が第１の所定温度Ｔａ以上であればディアイスを行なわないが、こうすることで外気温度が高く、着霜のない状態においてはディアイスを行わないので、不適切なディアイスを防ぐことができる。さらに室外熱交換器６１
の温度が第２の所定温度Ｔｂ以下であればディアイスを行うが、こうすることで外気温検出手段６８が着霜や降雪などによって、霜または雪に覆われ、適切に外気温度を検出できなくなった場合においても、外気温度を無視し、室外熱交換器６１の温度が所定の温度以下になったら、ディアイスを行うので、着霜が進行した状態が続くことを防ぐことができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【００２８】
図４は、本実施の形態における空気調和機の運転制御のフローチャートである。
【００２９】
図４において、暖房運転が行われると、ステップ（以下「ＳＰ」という）２１において領域Ａ（図２参照）にいるかどうかの判断が行われ、そうであれば、暖房運転を継続し、そうでなければＳＰ２２に進む。ＳＰ２２において、領域Ｂ（図２参照）にいるかどうかの判定が行われ、そうであればＳＰ２３に進み、そうでなければ、領域Ｃ（図２参照）にいるのでディアイスを行う。ＳＰ２３において、室外熱交換器６１の温度の変化率の絶対値が所定の値△Ｔａ以上かつ変化率がマイナス（｜ΔＴ｜＞△Ｔａかつ△Ｔ＜０）かどうかの判定が行われ、そうであればディアイスを行い、そうでなければＳＰ２４に進む。
【００３０】
ここで、ＳＰ２３の条件によって、ディアイスを判定できる根拠を述べておく。実験によって図５に示すような結果を得た。図５は、縦軸に暖房能力と室外熱交換器６１の温度、横軸に運転時間をプロットしたものであり、あるポイントから暖房能力及び室外熱交換器６１の温度が急激に落ち込んでいることが分かる。このポイントにおいて、室外熱交換器６１が目詰まりをし始めており、この室外熱交換器６１の温度の急激な落ちを用いることにより、精度よくディアイスを行うことができる。
【００３１】
ただし、この室外熱交換器６１の温度の急激な落ち込みについては、領域Ａでこの条件を用いた場合、何らかの外乱によって室外熱交換器６１の温度が急激に落ち込んだ場合、全く着霜していないか、またはほとんど着霜していない状況においてもディアイスに入ってしまうので、室外熱交換器６１の温度の変化率のみをディアイスの判定条件にすることは好ましくなく、室外熱交換器６１の温度も考慮し（本実施の形態では領域Ｂにいる場合）ディアスに入れる必要がある。
【００３２】
ＳＰ２４において、一旦領域Ｂに入ってから所定時間経過（例えば２０分）したかどうかの判定が行われ、そうであればディアイスを行い、そうでなければＳＰ２２に戻る。ＳＰ２４の条件によって、ディアイスに入れる根拠についてであるが、図６に外湿度が低湿度（例えば７０％以下）における、暖房能力及び室外熱交換器６１の温度の時間変化を示す。図６から分かるように、低湿度条件下においては急激な室外熱交換器６１の温度の減少を見て取ることができず、室外熱交換器６１の温度の変化率をディアイス判定条件にすることができない。しかしながら、低湿度下においても、領域Ｂであればある程度は着霜している状況であり、この状態が長い時間続くことは累積暖房能力の低下につながり、好ましくない。そこで、Ｂ領域に入り、ある程度の所定時間（例えば２０分）が経過（この時間は累積暖房能力が最大となるように決めればよい）した場合はディアイスに入れることとした。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、図２における領域Ｂに室外熱交換器６１の温度があった場合、所定のディアイス開始条件を満足すればディアイスを開始する、あるいは、前記室外熱交換器６１の温度が図２における領域Ｃにあった場合、ディアイスを開始することにより、領域Ｂにおいて他に着霜をしているかどうかの基準を加えることができ、ディアイス制御の精度を高めることができる。
【００３４】
また、領域Ｃにおいて、無条件にディアイスを行うが、これによって領域Ｂ以下において、他に設ける着霜をしているかどうかの判断基準が不適切な設定、あるいは外環境等の
影響によって着霜しているという判断ができなかった場合においても、着霜が進行した状態が続くことを防ぐことができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【００３５】
また、本実施の形態においては、前記所定のディアイス開始条件として、前記室外熱交換器６１の温度の変化率が前記室外熱交換器６１の温度下降時において、所定の変化率以上になった時に、ディアイスを開始することにより、室外熱交換器６１が目詰まりしたかどうか判断することができ、より適切に着霜状態を把握することができ、適切なディアイス制御を行うことができる。
【００３６】
さらに本実施の形態においては、前記所定のディアイス開始条件として、前記室外熱交換器６１の温度が領域Ｂを下回ってから所定時間経過した場合、ディアイスを開始することにより、室外湿度が低く、室外熱交換器６１が目詰まりしたかどうかの判断を室外熱交換器６１の温度の変化率によって判断できない場合においても、ある程度着霜が進行している状態である領域Ｂにおいて、所定時間が経過したときにディアイス制御を行うので、着霜の進行が続くことを防ぐことができ、適宜ディアイス制御を行うことができる。
【００３７】
加えて、本実施の形態においては、室外熱交換器６１の温度が第１の所定値Ｔａを上回っていればディアイスを行わないことにより、外気温度が高く、着霜のない状態においてはディアイスを行わないので、不適切なディアイスを防ぐことができる。
【００３８】
さらに加えて、本実施の形態においては、室外熱交換器６１の温度が第２の所定値Ｔｂ以下の時は、ディアイスを行うので、外気温検出手段６８が着霜や降雪などによって、霜または雪に覆われ、適切に外気温度を取得できなくなった場合においても、外気温度を無視し、室外熱交換器６１の温度が第２の所定値以下になったら、ディアイスを行うので、着霜の進行が続くことを確実に防ぐことができ、適宜ディアイス制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる空気調和機は、暖房運転時のディアイス制御を適切に行うことで、暖房性能に優れ、ディアイスによる快適性の悪化を極力防ぐことができるもので、種々の空気調和機に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図
【図２】同空気調和機のディアイス判定の概念図
【図３】同空気調和機の外気温における暖房能力について最大能力の９０％の時の室外熱交換器の温度と外気温度の関係を示した関係図
【図４】同空気調和機の運転制御のフローチャート
【図５】同空気調和機の暖房能力と室外熱交換器の温度と運転時間との関係を示した関係図
【図６】同空気調和機の低湿度時における暖房能力と室外熱交換器の温度と運転時間の関係を示した関係図
【図７】従来の空気調和器におけるディアイス判定の概念図
【符号の説明】
【００４１】
６１  室外熱交換器
６２  圧縮機
６３  膨張弁
６４  室外送風機
６５  室内熱交換器
６６  四方弁
６７  室外熱交換器温度検出手段
６８  外気温検出手段
６９  電子制御装置
【図１】
2007139350.tif 000003
【図２】
2007139350.tif 000004
【図３】
2007139350.tif 000005
【図４】
2007139350.tif 000006
【図５】
2007139350.tif 000007
【図６】
2007139350.tif 000008
【図７】
2007139350.tif 000009