JP2008128515A - 空気調和装置 - Google Patents

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Masaya Ota
雅也 太田
Koji Maekawa
宏司 前川
Hiroyuki Daimon
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Abstract

【課題】圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる空気調和装置を提供する。
【解決手段】除霜準備区間のシーケンス2から除霜区間のシーケンス3へ移行する場合のシーケンス移行条件は、マイコン50にてシーケンス時間経過判定手段51と指示周波数到達確認手段52から除霜区間への移行判定部55で判断され、条件を満たした場合に除霜区間のシーケンス3へ移行するよう制御し、除霜準備区間中に所定のシーケンス時間経過または、圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達した場合に除霜区間へ移行するシーケンス移行条件を設ける。
【選択図】図2

Description

本発明は、ヒートポンプ運転による暖房運転時において、暖房を継続しながら室外熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転を行うことができる空気調和装置に関するものである。
従来、ヒートポンプ式空気調和器の除霜方式は、一般的に四方弁を切り換え冷凍サイクルの冷媒を逆方向に流す除霜方式をとっている。即ち、除霜運転は冷房時と同じ冷媒の流動方向とし、室外熱交換器に高温高圧の冷媒を流して、熱交換器に付着した霜を融解するものである。
この除霜方式では、除霜時は室内側の熱交換器が蒸発器となるため、室内の部屋の温度が低下して冷風感を感じるという基本的課題があった。この基本的課題への対策として、暖房継続しながら除霜運転する発明が考えられてきた。
図5は従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。
同図に示すように、圧縮機1、四方弁2、室内熱交換器3、減圧器4、室外熱交換器5を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内機18と室外機19にそれぞれ送風機16,17を具備させ、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器3と前記減圧器4の間と前記四方弁2と前記室外熱交換器5の間を連結する第1のバイパス回路6を設け、前記第1のバイパス回路6に二方弁8及び冷媒加熱器10を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁2と前記室内熱交換器3の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第2のバイパス回路13を設け、前記第2のバイパス回路に二方弁15を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第1のバイパス回路の二方弁を開放して、冷媒加熱器で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第1のバイパス回路運転と、前記第2のバイパス回路の二方弁を開放して前記室外熱交換器に冷媒を通過させる第2のバイパス運転を特徴としており、この構成を成すことで、暖房運転を行いながら除霜運転を実施するという発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
図6は従来の空気調和装置の除霜運転時のタイムチャートである。
図6において、除霜開始判断が動作するとヒートポンプによる暖房運転から除霜準備区間のシーケンス1の冷媒加熱運転による暖房運転に移行し、前記圧縮機の周波数を所定の指示周波数に設定し、前記減圧器の開度を設定し、前記冷媒加熱器を加熱して冷媒加熱運転を行う。
所定時間経過後、シーケンス2へ移行し前記減圧器の開度の設定と前記第1のバイパス回路の冷媒加熱用二方弁を開方向に制御する。
更に所定時間t2経過後、除霜区間のシーケンス3へ移行し、前記圧縮機の周波数を除霜周波数に設定、前記第2のバイパス回路の除霜用二方弁を開方向に制御し、前記減圧器の開度を閉弁または除霜開始より絞り方向に設定し、部屋の快適性を考慮された除霜区間時間終了まで除霜運転を行う。このとき、前記四方弁は暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切り換えしない。また前記室外送風機は除霜中停止する。
除霜終了後、シーケンス4へ移行し、前記第1のバイパス回路の冷媒加熱用二方弁を開放運転した状態で第2のバイパス回路の除霜用二方弁を閉方向に制御して、前記室外送風機を運転することで、前記室外熱交換器に除霜中に蓄熱した熱を放熱して、霜および氷を溶解する。
所定時間経過後シーケンス5へ移行し、通常のヒートポンプ暖房運転に復帰し、前記冷媒加熱器がOFFされ、前記第1のバイパス回路の冷媒加熱用二方弁も閉方向に制御される。前記減圧器は通常運転開度に設定され、所定時間経過後、除霜運転制御は終了となる。
特開2006−132797号公報
しかしながら、前記従来の冷凍サイクルの制御方式では、次のような課題が発生する。
この冷凍サイクルの制御は、たとえば室内空調が高過負荷時に除霜開始判断が動作した場合、圧縮機が低周波数で除霜準備区間に移行し、シーケンス1経過後シーケンス2では冷媒加熱用二方弁が開方向に制御されるため高圧が下がり、低速であった圧縮機周波数が上昇していくものの、前記シーケンスの所定時間t2の時間設定が短い場合には、除霜区間に移行するタイミングで圧縮機周波数が除霜周波数まで到達しなくなり、その結果冷媒の循環量が少なくなり、圧縮機への冷媒の戻り量が減少する。更に第2のバイパス回路の除霜用二方弁が開方向に制御されることで圧縮機から冷媒の吐出量が増加し、圧縮機のオイル面が低下してしまう状態となり、圧縮機摺動部への負荷を増大させてしまうという課題を有していた。また、除霜区間に移行したときに圧縮機周波数を除霜周波数まで到達させるまでの時間、循環量が少なくなるので、室外熱交換器に除霜周波数で高温高圧の冷媒を流して熱交換器に付着した霜を融解する除霜運転において、溶け残りを発生させないように除霜区間時間が延びて快適性が低下してしまうという課題を有していた。
その対策として、シーケンス2から3へ移行する所定時間t2を充分に長く設定することで高負荷時での不具合に対応できるが、その反面、室内空調が高負荷で無い場合に無駄に除霜準備区間を設けるようになってしまうため、除霜運転に入る時間が先延ばしとなり、その結果ユーザへの住環境特性に悪影響を起こしてしまうという課題が発生する。
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたもので、圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる空気調和装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内機と室外機にそれぞれ送風機を具備させ、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外熱交換器の間を連結する第1のバイパス回路を設け、前記第1のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁と前記室内熱交換器の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第2のバイパス回路を設け、前記第2のバイパス回路に二方弁を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第1のバイパス回路の二方弁を開放して、前記第2のバイパス回路の二方弁を開放して暖房および除霜運転を行う空気調和装置において、除霜準備区間中に所定のシーケンス時間経過または、圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達
した場合に除霜区間へ移行するシーケンス移行条件を設けたことを特徴とするものである。
上記手段を用いることにより、圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる空気調和装置を提供することができる。
さらに、本発明の空気調和装置は、所定のシーケンス時間経過または圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達し、且つ所定の指示周波数を所定の設定時間維持してから除霜区間へ移行し、その所定の設定時間も、室内気温度検出手段からの出力によって時間変更することを特徴とするものである。
上記手段を用いることにより、安定した冷凍サイクル状態から除霜運転に移行できるため、より圧縮機の信頼性面を向上させることができる。
本発明の空気調和装置は、圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施することができる。
第1の発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内機と室外機にそれぞれ送風機を具備させ、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外熱交換器の間を連結する第1のバイパス回路を設け、前記第1のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁と前記室内熱交換器の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第2のバイパス回路を設け、前記第2のバイパス回路に二方弁を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第1のバイパス回路の二方弁を開放して、前記第2のバイパス回路の二方弁を開放して暖房および除霜運転を行う空気調和装置において、除霜準備区間中に所定のシーケンス時間経過または、圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達した場合に除霜区間へ移行するシーケンス移行条件を設けたことを特徴とするもので、この制御をなすことにより、室内空調が高負荷時に除霜開始判断が動作し、圧縮機が低周波数で除霜準備区間に移行した場合でも、冷媒加熱用二方弁が開方向に制御され高圧が下がり、周波数が上昇して圧縮機周波数が所定の指示周波数まで到達してから除霜区間へ移行するので冷媒の循環量は多くなり、圧縮機への冷媒の戻り量も増加する。更に第2のバイパス回路の除霜用二方弁が開方向に制御されて圧縮機から冷媒の吐出量が増加しても、圧縮機のオイル面を十分に確保することができ、圧縮機摺動部への負荷を少なくできる。
また、除霜区間に移行したときに冷媒の循環量が確保されており、室外熱交換器に除霜周波数で高温高圧の冷媒を流して熱交換器に付着した霜を融解する除霜運転において、溶け残りは発生しないので、部屋の快適性を考慮された最適な除霜区間時間で除霜運転ができる。また、部屋の快適性を考慮された最適な除霜区間時間で除霜運転ができるので、快適性が低下してしまうことはない。
以上のように、圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる。
第2の発明は、前記除霜運転において、シーケンス移行条件が、所定のシーケンス時間
経過または圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達し、且つ所定の指示周波数を所定の設定時間維持した場合に除霜区間へ移行することを特徴とするもので、この制御をなすことにより、室内空調が高過負荷時に除霜開始判断が動作し、圧縮機が過負荷保護周波数(低回転数)で除霜準備区間に移行した場合でも、冷媒加熱用二方弁が開方向に制御され高圧が下がり、過負荷保護が解除されて周波数が上昇して圧縮機周波数が所定の指示周波数まで到達し、所定の設定時間維持することで冷媒循環の安定がなされてから除霜区間へ移行するので、更に圧縮機摺動部への負荷を少なくできる。
以上のように、更なる圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる。
第3の発明は、前記除霜運転において、所定の設定時間は、室内気温度検出手段からの出力によって時間変更することを特徴とするもので、この制御をなすことにより、圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達し、且つ所定の指示周波数を所定の設定時間維持して冷媒循環の安定がなされてから除霜区間へ移行させる場合において、所定の設定時間を、室内気温度検出手段で負荷を判断し最適な所定の設定時間を出力することができる。
たとえば、室内空調が低負荷時に除霜開始判断が動作し、圧縮機が低負荷周波数(中回転数)で除霜準備区間に移行した場合、圧縮機周波数が所定の指示周波数まで到達した後、室内気温度検出手段で低負荷と判断し、高過負荷時に比べ短時間で冷媒循環が安定するので所定の設定時間を短くすることができる。
以上のように、室内気温度の負荷に応じて所定の指示周波数を最適な所定の設定時間維持することによる更なる圧縮機の信頼性面を向上させつつ、快適性の低下や溶け残りの問題も発生しない安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる。
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。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における空気調和装置の構成を示す制御ブロック図、図2は同フローチャート、そして図3は同タイムチャートを示す。
本発明の実施の形態1における空気調和装置の基本構成であるヒートポンプ式冷凍サイクルは、背景技術で説明した図5の構成と基本的構成は同じである。
具体的には、室内熱交換器3と減圧器4の間と圧縮機1の吸い込み側を連結する第1のバイパス回路6を設け、第1のバイパス回路6に二方弁7、冷媒加熱器9を設け、さらに冷凍サイクルに連結された四方弁2と室内熱交換器3の間と減圧器4と室外熱交換器5の間を連結する第2のバイパス回路13を設け、第2のバイパス回路13に二方弁14を設け、室外熱交換器5の除霜を行う際、第1のバイパス回路6の二方弁7を開放して、第2のバイパス回路13の二方弁14を開放して暖房および除霜運転を行う空気調和装置である。
以下、本発明の実施の形態1における特徴部分である制御について、図5の基本構成を基にした空気調和装置を基に説明する。
図1において、除霜準備区間のシーケンス2から除霜区間のシーケンス3へ移行する場合のシーケンス移行条件は、マイコン50にてシーケンス時間経過判定手段51と指示周波数到達確認手段52から除霜区間への移行判定部55で判断され、条件を満たした場合
に除霜区間のシーケンス3へ移行するよう制御する。
図2に示すように、除霜準備区間のシーケンス2に移行後(S201)、シーケンス時間経過判定(S202)により所定のシーケンス時間t2秒が経過したならば、すぐ除霜区間のシーケンス3に移行する(S209)。t2秒が経過していなければ、次の指示周波数到達確認(S203)により現在の圧縮機周波数が指示周波数に到達したかを判断する。指示周波数に到達していなければ、シーケンス時間経過判定(S202)に戻る。指示周波数に到達したのであれば、除霜区間のシーケンス3に移行(S209)する。
図3に示すように、除霜開始判断が動作するとヒートポンプによる暖房運転から除霜準備区間のシーケンス1の冷媒加熱運転による暖房運転に移行し、圧縮機1の周波数を所定の指示周波数に設定し、減圧器4の開度を設定し、冷媒加熱器9を加熱して冷媒加熱運転を行う。このとき内ファンは暖房を継続するので、停止することはない。
所定時間経過後、シーケンス2へ移行し減圧器4の開度の設定と前記第1のバイパス回路6の冷媒加熱用二方弁7を開方向に制御する。このとき、室内空調が高過負荷時に除霜開始判断が動作した場合のように、冷媒加熱用二方弁7が開方向に制御され高圧が下がり、圧縮機1の周波数が上昇するが指示周波数に到達していなければ、シーケンス移行条件により所定のシーケンスt2秒経過または、指示周波数に到達するまでシーケンス2を継続し、指示周波数に到達後シーケンス3に移行するように制御する。このとき所定のシーケンスt2秒は、従来例の所定のシーケンスt2秒より周波数の上昇速度を考慮した十分な時間に設定する。
除霜区間のシーケンス3へ移行後は、従来と同一の動作をさせる。
(実施の形態2)
図1より、除霜準備区間のシーケンス2から除霜区間のシーケンス3へ移行する場合のシーケンス移行条件は、マイコン50にてシーケンス時間経過判定手段51と指示周波数到達確認手段52と設定時間経過判定手段54から除霜区間への移行判定部55で判断され、条件を満たした場合に除霜区間のシーケンス3へ移行するよう制御する。
次に図2より、除霜準備区間のシーケンス2に移行(S201)後、シーケンス時間経過判定(S202)により所定のシーケンス時間t2秒が経過したならば、すぐ除霜区間のシーケンス3に移行(S209)する。t2秒が経過していなければ、次の指示周波数到達確認(S203)により現在の圧縮機周波数が指示周波数に到達したかを判断する。指示周波数に到達していなければ、シーケンス時間経過判定(S202)に戻る。指示周波数に到達したのであれば、指示周波数を維持する設定時間をTa秒とする(S205)。次に設定時間経過判定(S207)により、設定時間がTa秒であれば指示周波数が設定時間Ta秒経過したかを判断する。設定時間が経過されたならば、除霜区間のシーケンス3に移行(S209)する。
次に図4より、除霜開始判断が動作するとヒートポンプによる暖房運転から除霜準備区間のシーケンス1の冷媒加熱運転による暖房運転に移行し、圧縮機1の周波数を所定の指示周波数に設定し、減圧器4の開度を設定し、冷媒加熱器9を加熱して冷媒加熱運転を行う。このとき内ファンは暖房を継続するので、停止することはない。
所定時間経過後、シーケンス2へ移行し減圧器4の開度の設定と前記第1のバイパス回路6の冷媒加熱用二方弁7を開方向に制御する。このとき、室内空調が高過負荷時に除霜開始判断が動作した場合のように、冷媒加熱用二方弁7が開方向に制御され高圧が下がり、圧縮機1の周波数が上昇するが指示周波数に到達していなければ、シーケンス移行条件
により所定のシーケンスt2秒経過または、指示周波数に到達してからシーケンス移行判定が開始され、所定の設定時間維持後に除霜準備区間を終了してシーケンス3に移行するように制御する。このとき所定のシーケンスt2秒は、従来例の所定のシーケンスt2秒より周波数の上昇速度、所定の設定時間を考慮した十分な時間に設定する。
除霜区間のシーケンス3へ移行後、従来と同一の動作をさせる。
(実施の形態3)
図1より、除霜準備区間のシーケンス2から除霜区間のシーケンス3へ移行する場合のシーケンス移行条件は、マイコン50にてシーケンス時間経過判定手段51と指示周波数到達確認手段52と室内温度検出手段53と設定時間経過判定手段54から除霜区間への移行判定部55で判断され、条件を満たした場合に除霜区間のシーケンス3へ移行するよう制御する。
次に図2より、除霜準備区間のシーケンス2に移行(S201)後、シーケンス時間経過判定(S202)により所定のシーケンス時間t2秒が経過したならば、すぐ除霜区間のシーケンス3に移行(S209)する。t2秒が経過していなければ、次の指示周波数到達確認(S203)により現在の圧縮機周波数が指示周波数に到達したかを判断する。指示周波数に到達していなければ、シーケンス時間経過判定(S202)に戻る。指示周波数に到達したのであれば、次の室内温度検出(S204)により室内気温度の負荷を判断する。たとえば室内気温が25℃より高ければ高過負荷と判断し、指示周波数を維持する設定時間をTa秒とする(S205)。室内気温が25℃より低ければ低負荷と判断し、指示周波数を維持する設定時間をTb秒とする(S206)。このとき、高過負荷時のほうが低い周波数から指示周波数に到達させるので、冷媒循環が安定するのに時間がかかる為、Ta秒>Tb秒とする。次に設定時間経過判定(S207、S208)により、設定時間がTa秒であれば指示周波数が設定時間Ta秒経過されたかを判断する。また設定時間がTb秒であれば指示周波数が設定時間Tb秒維持されたかを判断する。設定時間が経過されたならば、除霜区間のシーケンス3に移行(S209)する。
次に図4より、除霜開始判断が動作するとヒートポンプによる暖房運転から除霜準備区間のシーケンス1の冷媒加熱運転による暖房運転に移行し、圧縮機1の周波数を所定の指示周波数に設定し、減圧器4の開度を設定し、冷媒加熱器9を加熱して冷媒加熱運転を行う。このとき内ファンは暖房を継続するので、停止することはない。
所定時間経過後、シーケンス2へ移行し減圧器4の開度の設定と前記第1のバイパス回路6の冷媒加熱用二方弁7を開方向に制御する。このとき、室内空調が低負荷時に除霜開始判断が動作した場合のように、圧縮機1の周波数が指示周波数に到達していなければ、シーケンス移行条件により所定のシーケンスt2秒経過または、指示周波数に到達してからシーケンス移行判定が開始され、所定の設定時間を室内気温度検出手段で負荷を判断し、最適な所定の設定時間を決定する。たとえば、高過負荷時には所定の設定時間は長く、低負荷時には所定の設定時間は短くする。最適な所定の設定時間維持後に除霜準備区間を終了してシーケンス3に移行するように制御する。このとき所定のシーケンスt2秒は、従来例の所定のシーケンスt2秒より周波数の上昇速度、所定の設定時間を考慮した十分な時間に設定する。
除霜区間のシーケンス3へ移行後、従来と同一の動作をさせる。
以上のように本発明の空気調和装置は、圧縮機の信頼性面を向上させつつ、安定した除霜運転を実施することができるので、ヒートポンプ式空気調和器の除霜運転でもこの制御
方式は適用できる。
本発明の実施の形態1における空気調和装置の構成を示す制御ブロック図 同フローチャート 同タイムチャート 本発明の実施の形態2における空気調和装置の構成を示すタイムチャート 従来の空気調和装置の構成を示すブロック図 従来の空気調和装置における除霜運転制御のタイムチャート
符号の説明
1 圧縮機
2 四方弁
3 室内熱交換器
4 減圧器
5 室外熱交換器
6 第1のバイパス回路
7 冷媒加熱用二方弁
8 冷媒加熱用減圧器
9 冷媒加熱器
10 加熱器ヒータ
11 冷媒通過管部
12 蓄熱部
13 第2のバイパス回路
14 除霜用二方弁
15 除霜用減圧器
16 室内送風機
17 室外送風機
18 室内機
19 室外機
50 マイコン
51 シーケンス時間経過判定手段
52 指示周波数到達確認手段
53 室内温度検出手段
54 設定時間維持判定手段
55 除霜区間への移行判定部

Claims (3)

  1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルと、室内機と室外機にそれぞれ送風機を具備させ、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外熱交換器の間を連結する第1のバイパス回路を設け、前記第1のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁と前記室内熱交換器の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第2のバイパス回路を設け、前記第2のバイパス回路に二方弁を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第1のバイパス回路の二方弁を開放して、前記第2のバイパス回路の二方弁を開放して暖房および除霜運転を行う空気調和装置において、除霜準備区間中に所定のシーケンス時間経過または、圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達した場合に除霜区間へ移行するシーケンス移行条件を設けたことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記シーケンス移行条件が、所定のシーケンス時間経過または圧縮機周波数が所定の指示周波数に到達し、且つ所定の指示周波数を所定の設定時間維持してから除霜区間へ移行することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記所定の設定時間は、室内気温度検出手段からの出力によって時間変更することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気調和装置。
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