(57)【要約】【課題】  霜のフィンや伝熱管への固着力を小さくすることにより、機械的除霜のみでも除霜が可能になるようにする。【解決手段】  圧縮機１、利用側熱交換器２、減圧機構３および熱源側熱交換器４を備え、前記熱源側熱交換器４を、所定の間隙を有して並設される多数のフィンと該フィンを貫通する伝熱管とによって構成した冷凍装置において、前記熱源側熱交換器４に付着した霜を外力を加えて機械的に除去する機械的除霜手段Ｘを付設するとともに、暖房運転時に前記熱源側熱交換器４における蒸発飽和温度が所定値以下となるように運転制御するように構成して、熱源側熱交換器４を構成するフィンおよび伝熱管の温度を低くすることができる（即ち、外気温度が低い場合とほぼ同じ条件となる）ようにしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１）、利用側熱交換器（２）、減圧機構（３）および熱源側熱交換器（４）を備え、前記熱源側熱交換器（４）を、所定の間隙を有して並設される多数のフィン（８），（８）・・と該フィン（８），（８）・・を貫通する伝熱管（９）とによって構成した冷凍装置であって、前記熱源側熱交換器（４）に付着した霜を外力を加えて機械的に除去する機械的除霜手段（Ｘ）を付設するとともに、暖房運転時に前記熱源側熱交換器（４）における蒸発飽和温度が所定値以下となるように運転制御するように構成したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記蒸発飽和温度を、−１０℃以下のある閾値以下になるように運転制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記機械的除霜手段（Ｘ）を、前記フィン（８），（８）・・の間に差し込まれて該フィン（８），（８）・・間の霜を強制的に掻き落とす回転ブラシ（１０）と、該回転ブラシ（１０）を前記フィン（８），（８）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（１１）とによって構成したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記機械的除霜手段（Ｘ）を、前記フィン（８），（８）・・の間に差し込まれて該フィン（８），（８）・・間の霜を強制的に掻き落とすブラシ（１２）と、該ブラシ（１２）を前記フィン（８），（８）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（１１）とによって構成したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記機械的除霜手段（Ｘ）を、前記フィン（８），（８）・・の間隙方向に向かって高圧空気（Ｚ）を吹き付ける空気噴射装置（１３）と、該空気噴射装置（１３）を前記フィン（８），（８）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（１１）とによって構成したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、冷凍装置に関し、さらに詳しくは熱源側熱交換器に付着する霜を除去する除霜手段を備えた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機等として利用される冷凍装置において、冬季に熱源側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を蒸発器として機能させる運転（例えば、暖房運転）を行うと、外気温度が低い環境にあると、熱源側熱交換器に霜が付着して、熱交換効率を大きく低下させてしまう場合がある。
【０００３】
上記熱源側熱交換器としては、所定の間隙を有して並設される多数のフィンと該フィンを貫通する伝熱管とによって構成したクロスフィンコイル型熱交換器が採用されているが、このような構成の熱源側熱交換器が蒸発器として運転された場合、外気温度が低いと、フィン表面に着霜が生じ、フィンと空気との伝熱性能を低下させるとともに、その成長に応じてしだいにフィンピッチが狭くなり、通風量を低減させる。通風量の低下は、さらに霜の成長を促進させることとなる。その結果、熱交換効率が低下し、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）の凝縮効率（例えば、暖房性能）を低下させることとなる。また、着霜を放置しておくと、熱交換量の減少に加えて、蒸発圧力の異常な低下や圧縮機への液戻りを引き起こすおそれがあり、冷凍装置の性能低下や故障の原因ともなる。
【０００４】
従来、上記熱源側熱交換器に付着した霜を除去する除霜手段としては、ブラシ等を使用して機械的に霜を除去する機械的除霜方式と圧縮機から吐出されるホットガスを熱源側熱交換器に供給して霜を融解除去する融解除霜方式とが従来からよく知られているが、これらの２方式を併用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０１５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されている技術の場合、先ずホットガス供給による融解除霜方式により、熱源側熱交換器に付着した霜を水膜もしくはシャーベット膜の状態に融解した後に、ブラシ等による機械的除霜を行うことにより、除霜時間の短縮を図るようにしている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術の場合、除霜時間の短縮は図れるが、除霜運転を行う際には、常にホットガスを供給する融解除霜方式を前提として使用しており、除霜運転時には利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）の熱交換効率を低下させることとなる。従って、利用側熱交換器における暖房機能の低下は避けられないという不具合が存する。
【０００８】
一方、ブラシ等を使用して機械的に霜を除去する機械的除霜方式を用いた場合、熱源側熱交換器を構成するフィンや伝熱管の温度によって着霜する氷の性状が異なるところから、機械的除霜方式にみでは除霜が困難なことがある。例えば、図４に示すように、外気温度に対応して着霜の状態が変わることから行われる。即ち、外気温度が０℃を超えている場合、図４（イ）に示すように、伝熱面表面に付着した大きな氷Ｋを土台として霜Ｑが成長し、着霜面Ｍへの固着力の強いものとなり、機械的除霜手段のみでは除霜が困難であるが、外気温度が０℃以下の場合、図４（ロ）に示すように、伝熱面表面に付着した小さな氷ｋを土台として霜Ｑが成長し、着霜面Ｍへの固着力が弱いものとなり、機械的除霜手段のみでも除霜が可能となる。
【０００９】
ところが、外気温度は条件として意図的に決定できないところから、暖房運転時における熱源側熱交換器の蒸発飽和温度を低く下げて運転することで、熱源側熱交換器を構成するフィンおよび伝熱管の温度を低く保つことにより、固着力の強い氷が生成することを防ぐことができることに着目して本願発明はなされたものである。
【００１０】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、霜のフィンや伝熱管への固着力を小さくすることにより、機械的除霜のみでも除霜が可能になるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、圧縮機１、利用側熱交換器２、減圧機構３および熱源側熱交換器４を備え、前記熱源側熱交換器４を、所定の間隙を有して並設される多数のフィン８，８・・と該フィン８，８・・を貫通する伝熱管９とによって構成した冷凍装置において、前記熱源側熱交換器４に付着した霜を外力を加えて機械的に除去する機械的除霜手段Ｘを付設するとともに、暖房運転時に前記熱源側熱交換器４における蒸発飽和温度が所定値以下となるように運転制御するように構成している。
【００１２】
上記のように構成したことにより、暖房運転時において熱源側熱交換器４における蒸発飽和温度が所定値以下となるように運転制御することよって熱源側熱交換器４を構成するフィン８および伝熱管９の温度を低くすることができる（即ち、外気温度が低い場合とほぼ同じ条件となる）。従って、機械的除霜手段Ｘのみでも除霜が可能となる。
【００１３】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた冷凍装置において、前記蒸発飽和温度を、−１０℃以下のある閾値以下になるように運転制御するように構成することもでき、そのように構成した場合、外気温度が０℃以下の場合とほぼ同じ条件となり、着霜の性状が機械的除霜手段Ｘのみでも除霜が可能な性状となる。
【００１４】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた冷凍装置において、前記機械的除霜手段Ｘを、前記フィン８，８・・の間に差し込まれて該フィン８，８・・間の霜を強制的に掻き落とす回転ブラシ１０と、該回転ブラシ１０を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成することもでき、そのように構成した場合、回転ブラシ１０をフィン８，８・・間に差し込んだ状態でフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜をより一層簡単且つ確実に行うことができる。
【００１５】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた冷凍装置において、前記機械的除霜手段Ｘを、前記フィン８，８・・の間に差し込まれて該フィン８，８・・間の霜を強制的に掻き落とすブラシ１２と、該ブラシ１２を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成することもでき、そのように構成した場合、ブラシ１２をフィン８，８・・間に差し込んだ状態でフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜を簡単且つ確実に行うことができる。
【００１６】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第５の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた冷凍装置において、前記機械的除霜手段Ｘを、前記フィン８，８・・の間隙方向に向かって高圧空気Ｚを吹き付ける空気噴射装置１３と、該空気噴射装置１３を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成することもでき、そのように構成した場合、空気噴射装置１３により高圧空気Ｚをフィン８，８・・の間隙方向に向かって吹き付けつつ、空気噴射装置１３をフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜をより簡単且つ確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明の第１の手段によれば、圧縮機１、利用側熱交換器２、減圧機構３および熱源側熱交換器４を備え、前記熱源側熱交換器４を、所定の間隙を有して並設される多数のフィン８，８・・と該フィン８，８・・を貫通する伝熱管９とによって構成した冷凍装置において、前記熱源側熱交換器４に付着した霜を外力を加えて機械的に除去する機械的除霜手段Ｘを付設するとともに、暖房運転時に前記熱源側熱交換器４における蒸発飽和温度が所定値以下となるように運転制御するように構成して、熱源側熱交換器４を構成するフィン８および伝熱管９の温度を低くすることができる（即ち、外気温度が低い場合とほぼ同じ条件となる）ようにしたので、機械的除霜手段Ｘのみでも除霜が可能となるという効果が得られる。
【００１８】
本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた冷凍装置において、前記蒸発飽和温度を、−１０℃以下のある閾値以下になるように運転制御するように構成することもでき、そのように構成した場合、外気温度が０℃以下の場合とほぼ同じ条件となり、着霜の性状が機械的除霜手段Ｘのみでも除霜が可能な性状となる。
【００１９】
本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた冷凍装置において、前記機械的除霜手段Ｘを、前記フィン８，８・・の間に差し込まれて該フィン８，８・・間の霜を強制的に掻き落とす回転ブラシ１０と、該回転ブラシ１０を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成することもでき、そのように構成した場合、回転ブラシ１０をフィン８，８・・間に差し込んだ状態でフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜をより一層簡単且つ確実に行うことができる。
【００２０】
本願発明の第４の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた冷凍装置において、前記機械的除霜手段Ｘを、前記フィン８，８・・の間に差し込まれて該フィン８，８・・間の霜を強制的に掻き落とすブラシ１２と、該ブラシ１２を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成することもでき、そのように構成した場合、ブラシ１２をフィン８，８・・間に差し込んだ状態でフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜を簡単且つ確実に行うことができる。
【００２１】
本願発明の第５の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた冷凍装置において、前記機械的除霜手段Ｘを、前記フィン８，８・・の間隙方向に向かって高圧空気Ｚを吹き付ける空気噴射装置１３と、該空気噴射装置１３を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成することもでき、そのように構成した場合、空気噴射装置１３により高圧空気Ｚをフィン８，８・・の間隙方向に向かって吹き付けつつ、空気噴射装置１３をフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜をより簡単且つ確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２３】
この冷凍装置は、空気調和機に適用されるものであり、図１に示すように、圧縮機１、四路切換弁６、暖房運転時に凝縮器として作用する利用側熱交換器２、減圧機構として作用する電子膨張弁３および暖房運転時に蒸発器として作用する熱源側熱交換器４を冷媒配管５を介して順次接続して構成されている。前記圧縮機１としては、インバータ制御により出力制御されるインバータ圧縮機が採用されている。前記熱源側熱交換器４に対向して送風ファン７が配置されている。この場合、前記圧縮機１、四路切換弁６、熱源側熱交換器４、電子膨張弁３は室外ユニットＡを構成しており、前記利用側熱交換器２は室内ユニットＢを構成している。図１において、符号１４は熱源側熱交換器４の温度（即ち、熱交温度）Ｔｅを検出する熱交温度センサー、１５は外気温度Ｔａを検出する外気温度センサー、Ｃは制御手段であり、該制御手段Ｃは、熱交温度センサー１４および外気温度センサー１５からの温度データ入力に基づいて、圧縮機１、電子膨張弁３、四路切換弁６、送風ファン７および後述する機械的除霜手段Ｘを制御することとなっている。
【００２４】
前記熱源側熱交換器４は、図２に示すように、所定の間隙を有して並設される多数のフィン８，８・・と該フィン８，８・・を貫通して蛇行状に連通する伝熱管９とによって構成されており、該伝熱管９の内部に冷媒が流通する流路が形成されることとなっている。
【００２５】
そして、前記冷凍装置においては、例えば冷房運転時には、圧縮機１から吐出される高圧のガス冷媒は、図１に実線矢印で示すように冷媒配管５内を流れることとなっており、熱源側熱交換器４において凝縮液化され、得られた液冷媒は、電子膨張弁３において減圧された後、利用側熱交換器２において蒸発気化してガス冷媒となって圧縮機１に吸入される。この時、蒸発器として作用する利用側熱交換器２において室内ファン（図示省略）から送風される室内空気を冷却して室内冷房が行われる。一方、暖房運転時には、四路切換弁６の切換作動により、圧縮機１から吐出される高圧のガス冷媒は、図１に点線矢印で示すように冷媒配管５内を流れることとなっており、利用側熱交換器２において凝縮液化され、得られた液冷媒は、電子膨張弁３において減圧された後、熱源側熱交換器４において蒸発気化してガス冷媒となって圧縮機１に吸入される。この時、蒸発器として作用する熱源側熱交換器４においては、送風ファン７から送風される空気（例えば、外気）との熱交換により熱源を蓄えることとなっている。
【００２６】
上記したような暖房運転時においては、運転環境条件によっては、熱源側熱交換器４を構成するフィン８および伝熱管９の表面である伝熱面に付着した露が凍結して霜に変わり、時間の経過とともに霜は成長して厚くなる。そして、霜の成長が進むと、霜は、伝熱面の表面を覆うばかりでなく、フィン８相互間に密に充填する状態となり、ついには熱交換空気の流通を完全に阻害することとなる。
【００２７】
そこで、熱源側熱交換器４に対する除霜運転が行われる。以下、図３に示す除霜運転フローチャートに基づいて説明する。
【００２８】
暖房運転がスタートすると、ステップＳ１において熱交温度センサー１４により検出された熱交温度Ｔｅと所定値（例えば、蒸発飽和温度が−１０℃以下のある閾値以下の温度となるような値）との比較がなされ、ここで、Ｔｅ≧所定値と判定された場合には、ステップＳ２に進み、室外ファンである送風ファン７の回転数が所定量低下せしめられた後、ステップＳ３に進む。なお、ステップＳ１において否定判定された場合には、直接ステップＳ３に進む。つまり、熱交温度Ｔｅが所定量以上となっている場合には、送風ファン７による熱源側熱交換器４への風量を低下させることで、蒸発飽和温度を−１０℃以下のある閾値以下の温度にまで低下させることとなっているのである。このようにした理由は、蒸発飽和温度が、−１０℃を超えている場合、図４（イ）に示すように、伝熱面表面に付着した大きな氷Ｋを土台として霜Ｑが成長し、着霜面Ｍへの固着力の強いものとなり、機械的除霜手段Ｘ（図１参照）のみでは除霜が困難であるが、蒸発飽和温度が、−１０℃以下の場合、図４（ロ）に示すように、伝熱面表面に付着した小さな氷ｋを土台として霜Ｑが成長し、着霜面Ｍへの固着力が弱いものとなり、機械的除霜手段Ｘ（図１参照）のみでも除霜が可能となるからである。
【００２９】
上記した暖房運転時に、ステップＳ３において除霜運転が必要であるか否かが判定される。この判定は、熱源側熱交換器４の周囲温度である外気温度と熱源側熱交換器４の温度（例えば、伝熱管９の温度）との組み合わせにより行われる。
【００３０】
ステップＳ３において除霜が必要と判定（即ち、肯定判定）されたら、ステップＳ４に進み、機械的除霜手段Ｘ（図１参照）による機械的除霜が実行される。例えば、図５（イ）に示すように、フィン８，８・・の間に差し込まれて該フィン８，８・・間の霜を強制的に掻き落とす回転ブラシ１０と、該回転ブラシ１０を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成された機械的除霜手段Ｘによりフィン８，８・・間および伝熱管９表面に着霜した霜Ｑが強制的に掻き落とされる。図５（ロ）には、この状態が拡大図示されている。このようにすると、回転ブラシ１０をフィン８，８・・間に差し込んだ状態でフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜をより一層簡単且つ確実に行うことができる。この機械的除霜手段Ｘによる除霜運転が所定時間経過したとステップＳ５において判定されると、ステップＳ６において機械的除霜手段Ｘによる機械的除霜運転が終了される。
【００３１】
ところで、上記機械的除霜手段Ｘとしては、図６に示すように、フィン８，８・・の間に差し込まれて該フィン８，８・・間の霜を強制的に掻き落とすブラシ１２と、該ブラシ１２を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成したもの、あるいは図７に示すように、フィン８，８・・の間隙方向に向かって高圧空気Ｚを吹き付ける空気噴射装置１３と、該空気噴射装置１３を前記フィン８，８・・の間隙に沿って移動させる駆動手段１１とによって構成したものを採用することもできる。前者の場合、ブラシ１２をフィン８，８・・間に差し込んだ状態でフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜を簡単且つ確実に行うことができるし、後者の場合、空気噴射装置１３により高圧空気Ｚをフィン８，８・・の間隙方向に向かって吹き付けつつ、空気噴射装置１３をフィン８，８・・の間隙に沿って移動させるだけで、熱源側熱交換器４に付着した霜を除去できることとなり、除霜をより簡単且つ確実に行うことができる。
【００３２】
なお、ステップＳ３において除霜の必要がないと判定（即ち、否定判定）された場合には、直接エンドに進み、除霜運転は行われないことは言うまでもない。
【００３３】
本実施の形態においては、除霜運転終了を除霜運転開始から所定時間が経過した後としているが、実際に熱源側熱交換器４への着霜がないことを確認して除霜運転終了とすることもできる。
【００３４】
上記したように、本実施の形態においては、暖房運転時に熱源側熱交換器４における蒸発飽和温度が所定値以下となるように運転制御するように構成して、熱源側熱交換器４を構成するフィン８および伝熱管９の温度を低くすることができる（即ち、外気温度が低い場合とほぼ同じ条件となる）ようにしたので、機械的除霜手段Ｘのみでも除霜が可能となる。
【００３５】
本願発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路構成図である。
【図２】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における熱源側熱交換器を示す正面図である。
【図３】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における除霜運転の内容を示すフローチャートである。
【図４】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における熱源側熱交換器への着霜状況を示し、（イ）は蒸発飽和温度が−１０℃を超えている時の着霜状況であり、（ロ）は蒸発飽和温度が−１０℃以下の時の着霜状況である。
【図５】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における機械的除霜手段の具体例の概略構成を示しており、（イ）は全体構成図であり、（ロ）は要部拡大図である。
【図６】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における機械的除霜手段の他の具体例を示す概略構成図である。
【図７】本願発明の実施の形態にかかる冷凍装置における機械的除霜手段のもう一つの他の具体例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１は圧縮機
２は利用側熱交換器（室内熱交換器）
３は減圧機構（電子膨張弁）
４は熱源側熱交換器（室外熱交換器）
８はフィン
９は伝熱管
１０は回転ブラシ
１１は駆動手段
１２はブラシ
１３は空気噴射装置
１４は熱交温度センサー
１５は外気温度センサー
Ｃは制御手段
Ｘは機械的除霜手段
Ｚは高圧空気
【図１】
2009243815.tif 000003
【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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