(57)【要約】【課題】  配管の長短に関係なく、暖房運転開始時においても正確に着霜を判定して、不要な除霜運転をなくす。【解決手段】  暖房運転時における室外熱交換器５の入口側の室外熱交換器温度Ｔｃを検出する第１温度検出器９と、圧縮機吸入管温度Ｔｓを検出する第２温度検出器１０と、外気温Ｔｏを検出する外気温検出器１１とを設ける。制御装置６は、外気温Ｔｏと室外熱交換器温度Ｔｃとの差および外気温Ｔｏと圧縮機吸入管温度Ｔｓとの差がそれぞれ所定値より大のとき、着霜と判定して、除霜運転を行う。いずれか一方の差が所定値より小のとき、着霜していないと判定し、除霜運転を行わない。【選択図】  図１
2007155299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器が配管により連結され、暖房運転中に室外熱交換器への着霜を検出して、除霜運転を行う制御装置と、前記室外熱交換器の入口側の温度を検出する第１温度検出器と、前記室外熱交換器の出口側の温度を検出する第２温度検出器と、室外温度を検出する外気温検出器とが設けられ、前記制御装置は、前記３つの温度に基づいて着霜を判定することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
制御装置は、室外温度と室外熱交換器の入口側の温度との差および室外温度と室外熱交換器の出口側の温度との差がそれぞれ所定値より大のとき、着霜と判定することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
第１温度検出器は、暖房運転時における室外熱交換器の入口近傍に設けられ、第２温度検出器は、暖房運転時に前記室外熱交換器の出口につながる圧縮機の吸入管に設けられたことを特徴とする請求項１または２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、室外熱交換器の着霜を検出して、除霜運転を行う空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルが形成された空気調和機では、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器の温度が低下すると、室外熱交換器の表面に空気中の水分が付着して氷結してしまう状態、いわゆる着霜状態となる。室外熱交換器に多量に着霜すると、暖房能力の低下を招く。適当な着霜の量の時点で、着霜の判定を行い、除霜運転を行う必要がある。除霜運転では、冷凍サイクルの冷媒の流れを暖房運転時とは逆にして、室外熱交換器に高温高圧のガス冷媒を着霜した室外熱交換器に流しこみ、霜を溶かすものである。
【０００３】
着霜を検出するためには、室外熱交換器の温度を検出するとともに、室外温度を検出している。室外熱交換器の温度を検出する温度検出器は、暖房運転時における室外熱交換器の入口側に設けられる。室外熱交換器の温度が低下して、外気温との差が一定値以上になると、着霜と判定し、除霜運転が開始される。
【０００４】
ここで、急速暖房のように運転停止状態から圧縮機を一気に高回転で駆動する場合、冷凍サイクルにおける低圧側、すなわち室外熱交換器や圧縮機の吸入管の圧力は大きく低下する。このとき、室外熱交換器の入口側の温度は大きく低下する。外気温との差が一定値以上になると、制御装置は、着霜と判断し、除霜運転を開始する。そのため、室外熱交換器には着霜していないにもかかわらず、除霜運転が開始され、暖房運転が中断される。室内が暖かくなるまでの時間が長くなり、無駄にエネルギを消費してしまうことになる。
【０００５】
これに対し、特許文献１では、暖房運転開始後、除霜運転を行わない時間を設定し、この設定時間経過してから、着霜を検出すると、除霜運転を行う。これによって、暖房運転開始時に、上記のように誤って除霜運転してしまうことを防いでいる。
【特許文献１】特開平１０−１０３８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように設定時間待つことにより、室外熱交換器の入口側の温度は上昇するため、外気温との差が一定値より小さくなり、着霜の誤検知はなくなる。しかしながら、冷凍サイクルを構成する配管が長い場合、特に室内機から室外機までの配管が長い場合において、停止状態から圧縮機を起動したとき、または圧縮機が低回転から高回転運転になったとき、室外熱交換器の入口側の温度低下は大きくなる。そのため、設定時間経過後も、室外熱交換器の入口側の温度と外気温との差は一定値より大きい。制御装置は着霜と判定し、誤って除霜運転が開始される。あるいは、設定時間をさらに長くすると、長尺配管の場合における着霜の誤検知はなくなるが、正常な状態での着霜の検知が遅れてしまい、過剰の着霜状態になり、暖房能力の低下を招くことになる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、配管の長短に関係なく、暖房運転開始時または圧縮機が低回転から高回転運転にしたときにおいても、正確に着霜を判定することができる空気調和機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器が配管により連結され、暖房運転中に室外熱交換器への着霜を検出して、除霜運転を行う制御装置と、前記室外熱交換器の入口側の温度を検出する第１温度検出器と、前記室外熱交換器の出口側の温度を検出する第２温度検出器と、室外温度を検出する外気温検出器とが設けられ、前記制御装置は、前記３つの温度に基づいて着霜を判定するものである。
【０００９】
すなわち、制御装置は、室外温度と室外熱交換器の入口側の温度との差および室外温度と室外熱交換器の出口側の温度との差がそれぞれ所定値より大きいとき、着霜と判定して、除霜運転を行う。いずれかの差が所定値より小、あるいは両方の差がそれぞれ所定値より小のとき、着霜していないと判定して、除霜運転は行わない。
【００１０】
暖房運転時において、室外熱交換器に着霜していないとき、もしくは微少な着霜状態では、冷媒は室外空気と十分な熱交換を行っているため、室外熱交換器全体、すなわち入口から出口までの温度と室外温度との差は所定値よりも小さい。室外熱交換器での着霜が進行すると、室外熱交換器での熱交換が十分に行われなくなり、室外熱交換器全体、すなわち入口から出口までの温度は低下し、室外温度との差は所定値よりも大きくなる。したがって、制御装置は、着霜と判定し、除霜運転を行う。
【００１１】
また、運転停止状態から圧縮機を高周波数で駆動するような急速暖房を行ったとき、または圧縮機が低回転から高回転運転になったとき、室外熱交換器の入口側の温度は、大きく低下して、室外温度とのは所定値よりも大きくなる。しかし、室外熱交換器は着霜していないため、冷媒は室外空気と十分な熱交換を行っており、室外熱交換器の出口側の温度は低下せず、室外温度との差は所定値よりも大きくはならない。したがって、制御装置は、着霜していないと正しく判定し、除霜運転を行わない。
【００１２】
第１温度検出器は、暖房運転時における室外熱交換器の入口近傍に設けられ、第２温度検出器は、暖房運転時に前記室外熱交換器の出口につながる圧縮機の吸入管に設けられる。圧縮機の吸入管の温度は、室外熱交換器の出口側の温度に相当する。第２温度検出器は、過熱度検出用として既存のものであり、着霜の検出に利用している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、室外熱交換器への着霜を正確に判定できるので、着霜していないにもかかわらず除霜運転が行われるといったことを防ぐことができる。特に、運転停止状態から急速暖房を行う場合、圧縮機が低回転から高回転運転になる場合や室内外の配管が長い場合に、着霜していると誤判定しやすいが、これらの場合においても、誤ることなく着霜の有無を検出することができる。
【００１４】
このように正確な着霜の判定によって、暖房運転中の不要な除霜運転がなくなり、暖房能力の低下を招くことがなく、省エネ効果の高い空気調和機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態の空気調和機を図１に示す。空気調和機では、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁４および室外熱交換器５が配管によって接続され、冷凍サイクルが形成される。空気調和機は、制御装置６を備える。制御装置６は、暖房運転、冷房運転に応じて圧縮機１、室内ファン７、室外ファン８、膨張弁４および四方弁２を駆動制御する。暖房運転時には、図中矢印で示すように、冷媒が流れ、冷房運転時には、四方弁２が切り替えられ、逆方向に冷媒が流れる。
【００１６】
そして、室外熱交換器５の温度を検出する第１温度検出器９と、圧縮機１の吸入管の温度を検出する第２温度検出器１０と、室外温度を検出する外気温検出器１１とが設けられている。
【００１７】
第１温度検出器９は、暖房運転時における室外熱交換器５の入口側近傍に取り付けられ、暖房運転時に室外熱交換器５に流入する冷媒の温度を検出する。第２温度検出器１０は、圧縮機１の吸入管に取り付けられ、圧縮機１に流入する冷媒の温度を検出する。すなわち、室外熱交換器５の出口側の温度を検出することになる。外気温検出器１１は、室外温度を検出する。
【００１８】
制御装置６は、各温度検出器９、１０、１１により検出した温度に基づいて暖房運転および冷房運転の制御を行う。また、制御装置６は、各温度検出器９、１０、１１により検出した温度に基づいて室外熱交換器５の着霜を判断し、着霜と判定したときには除霜運転を行う。
【００１９】
着霜の判定としては、外気温Ｔｏと第１温度検出器９による室外熱交換器５の入口側の温度（室外熱交換器温度）Ｔｃとの差Ｔｄｃ（＝Ｔｏ−Ｔｃ）が所定値Ｔｍ１より大きいかを判定するとともに、外気温Ｔｏと第２温度検出器１０による圧縮機１の吸入管の温度（圧縮機吸入管温度）Ｔｓとの差Ｔｄｓ（＝Ｔｏ−Ｔｓ）が所定値Ｔｍ２より大きいかを判定する。それぞれの差Ｔｄｃ、Ｔｄｓが各所定値Ｔｍ１、Ｔｍ２より大となる状態が一定時間、例えば３〜５分続いたとき、着霜と判定する。いずれか一方の差が所定値Ｔｍ１、Ｔｍ２以下のとき、着霜していないと判定する。また、それぞれの差が各所定値Ｔｍ１、Ｔｍ２より大となる状態が一定時間継続しないときにも、着霜していないと判定する。
【００２０】
各所定値Ｔｍ１、Ｔｍ２は、圧縮機１の回転数に応じて設定される。図２に外気温度Ｔｏと除霜判定室外熱交換器温度Ｔｃの関係を示す。外気温Ｔｏが低いほど除霜判定室外熱交換器温度Ｔｃを低く、外気温Ｔｏが高いほど除霜判定室外熱交換器温度Ｔｃを高く設定する。同じ着霜量であっても、外気温Ｔｏが低いほど冷媒の蒸発温度が低くなる。そのため、低い室外熱交換器温度で判定して除霜運転を行うようにしないと、着霜量が少ないうちに除霜運転に入ってしまう。その結果、無駄な電力の消費となり、また快適な暖房運転を損なうことになる。逆に外気温Ｔｏが高いときには、冷媒の蒸発温度が高くなるため、高い室外熱交換器温度で判定して除霜を行わないと、着霜量が過剰になってしまう。その結果、除霜運転に時間がかかりすぎたり、快適な暖房運転が損なわれたりする。
【００２１】
また、圧縮機回転数が高いほど除霜判定室外熱交換器温度Ｔｃを低く、圧縮機回転数が低いほど除霜判定室外熱交換器温度Ｔｃを高く設定する。外気温Ｔｏが同じ場合には、同じ着霜量であっても圧縮機回転数が高いほど冷媒の蒸発温度が低くなる。そのため、低い室外熱交換器温度で判定して除霜運転を行うようにしないと、着霜量が少ないうちに除霜運転に入ってしまう。その結果、無駄な電力の消費となり、また快適な暖房運転を損なうことになる。逆に圧縮機回転数が低いときには、冷媒の蒸発温度が高くなるため、高い室外熱交換器温度で判定して除霜を行わないと、着霜量が過剰になってしまう．その結果、除霜運転に時間がかかりすぎたり、快適な暖房運転が損なわれたりする。
【００２２】
例えば図２において、圧縮機１の回転数がＮ３、外気温Ｔｏが２℃の場合、室外熱交換器５の温度Ｔｃが−８℃に下がれば、室外熱交換器５に適当な量の霜が付着したと判定され、除霜運転が行われることになる。よって、外気温Ｔｏと第１温度検出器９による室外熱交換器５の入口側の温度（室外熱交換器温度）Ｔｃとの差Ｔｄｃが、［２−（−８）］＝１０となれば、着霜と判定する。すなわち、所定値Ｔｍ１は１０とする。
【００２３】
図２において、除霜判定室外熱交換器温度Ｔｃを圧縮機１の吸入管の温度（圧縮機吸入管温度）Ｔｓに置き換えて、同様の関係から所定値Ｔｍ２を設定することができる。なお、所定値Ｔｍ１、Ｔｍ２は同じ値でなくてもよい。以下の説明では、同じ値として説明を行う。
【００２４】
運転停止状態から暖房運転を開始した場合の室外熱交換器５の入口側の温度（室外熱交換器温度）Ｔｃと圧縮機１の吸入管の温度（圧縮機吸入管温度）Ｔｓの時間的変化を図３に示す。運転開始時において、圧縮機１が高回転で駆動されて高回転になるほど、室外熱交換器５の入口側の温度（室外熱交換器温度）Ｔｃは大きく低下し、その時間も長くなる。また、配管が長い場合でも、室外熱交換器温度Ｔｃは大きく低下する。このとき、室外熱交換器５には着霜していないので、熱交換は正常に行われる。圧縮機１の吸入管では、冷媒は加熱状態のガスであるため、圧縮機吸入管温度Ｔｓは室外熱交換器温度Ｔｃに比べて高い。時間の経過とともに冷凍サイクルの状態が安定してくると、室外熱交換器温度Ｔｃは上昇していき、着霜の進行が無ければ蒸発温度で安定する。圧縮機吸入管温度Ｔｓも同じ蒸発温度に加熱度分高い温度で安定する。図３では約１℃程度の加熱度となる。
【００２５】
外気温Ｔｏと室外熱交換器温度Ｔｃとの差Ｔｄｃおよび外気温Ｔｏと圧縮機吸入管温度Ｔｓとの差Ｔｄｓの時間的変化を図４に示す。外気温Ｔｏと室外熱交換器温度Ｔｃとの差Ｔｄｃは、運転を開始して数分後には所定値Ｔｍ１（例として１０とする）を超える。一方、外気温Ｔｏと圧縮機吸入管温度Ｔｓとの差Ｔｄｓは、所定値Ｔｍ２（例として１０とする）を超えていない。したがって、外気温Ｔｏと室外熱交換器温度Ｔｃとの差Ｔｄｃが一定時間、所定値Ｔｍ１より大きくなっても、Ｔｄｓは所定値Ｔｍ２よりも大きくならないので、制御装置６は、着霜とは判定しない。そのため、除霜運転は行わない。
【００２６】
ここで、従来のように、外気温Ｔｏと室外熱交換器温度Ｔｃとの差Ｔｄｃだけで着霜を判定すると、この差が一定時間所定値Ｔｍ１を超えるので、着霜と判定される。その結果、実際には着霜していないにもかかわらず、除霜運転が行われてしまう。しかし、上記のように２つの温度差に基づいて着霜を判定すれば、着霜の誤判定はなくなり、不要な除霜運転は行われない。
【００２７】
暖房運転時の室外熱交換器５への着霜が進行していく場合の時間的変化を図５に示す。暖房運転が継続されると、室外熱交換器５に霜が着き始める。すると、室外熱交換器５の吸熱量が低下していき、室外熱交換器５において冷媒が十分に蒸発しきらずに、ガス液混合状態の冷媒となる。この状態の冷媒が圧縮機１の吸入管に流れ込む。したがって、図５に示すように、圧縮機吸入管温度Ｔｓおよび室外熱交換器温度Ｔｃは徐々に低下する。このとき、外気温Ｔｏと室外熱交換器温度Ｔｃとの差Ｔｄｃおよび外気温Ｔｏと圧縮機吸入管温度Ｔｓとの差Ｔｄｓは、図６に示すように、霜が着き始めるのに伴って大きくなる。それぞれの差が一定時間、所定値Ｔｍ１、Ｔｍ２より大きくなると、制御装置６は、着霜と判定し、除霜運転を開始する。
【００２８】
このように、室外熱交換器５の入口側および出口側の２つの温度と外気温Ｔｏに基づいて着霜を判定することにより、着霜を正確に判定することができる。着霜していないにもかかわらず、誤って除霜運転が行われることを防止できる。したがって、暖房運転を開始するとき、急速運転のように圧縮機１を高周波数で運転する場合や長尺配管の場合に、室外熱交換器５の入口側の温度が急激に低下しても、着霜とは判定せず、除霜運転を行わない。
【００２９】
また、圧縮機１の吸入管の温度を検出する第２温度検出器１０は、膨張弁４を有する冷凍サイクルにおいて、暖房運転および冷房運転での過熱度制御用のために従来から使用されている。この温度検出器１０を着霜検出用に利用するので、新たに温度検出器を設置する必要はない。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。室外熱交換器の出口側の温度として、圧縮機の吸入管の温度を検出する代わりに、暖房運転時における室外熱交換器の出口側と圧縮機の吸入管との間に第２温度検出器を設けてもよい。この第２温度検出器は、室外熱交換器の出口側と圧縮機とを接続する配管を流れる冷媒の温度を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の空気調和機の全体構成図
【図２】外気温度と除霜判定室外熱交換器温度の関係を示す図
【図３】暖房運転開始時の室外熱交換器温度および圧縮機吸入管温度の時間的変化を示す図
【図４】暖房運転開始時の外気温と室外熱交換器温度および圧縮機吸入管温度との差の時間的変化を示す図
【図５】暖房運転時の室外熱交換器への着霜が進行していく場合の室外熱交換器温度および圧縮機吸入管温度の時間的変化を示す図
【図６】暖房運転時の室外熱交換器への着霜が進行していく場合の外気温と室外熱交換器温度および圧縮機吸入管温度との差の時間的変化を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１    圧縮機
２    四方弁
３    室内熱交換器
４    膨張弁
５    室外熱交換器
６    制御装置
９    第１温度検出器
１０    第２温度検出器
１１    外気温検出器
【図１】
2007155299.tif 000003
【図２】
2007155299.tif 000004
【図３】
2007155299.tif 000005
【図４】
2007155299.tif 000006
【図５】
2007155299.tif 000007
【図６】
2007155299.tif 000008