JP2009036502A

JP2009036502A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2009036502A
Application number: JP2007295441A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kakuwa; 孝嘉久和; Tomiyuki Noma; 富之野間
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-02-19
Also published as: CN101344340B; CN101344340A

Abstract

【課題】暖房サイクル除霜能力の向上と、除霜終了判定精度の向上を図る。
【解決手段】圧縮機１、四方弁８、室内熱交換器３、減圧器４、室外熱交換器５を有し、室外熱交換器５と減圧器４の間と圧縮機１吐出管２の間を連結する第１のバイパス回路１８と、圧縮機１の吐出管２と圧縮機１の吸入部を連結する第２のバイパス回路１９を備え、第１と第２のバイパス回路１８，１９には開閉機構７を設けた冷凍サイクルにおいて、暖房除霜運転を、暖房サイクルの除霜運転を所定の条件まで行った後、四方弁８を暖房サイクルから冷房運転サイクルへ変更し、減圧器４は閉塞状態とすることで、冷風を室内へ送ることがないまま、室外熱交換器５の冷媒温度と圧力を上昇させ、霜を融かすことができる。また、減圧器４を所定開度に開放し、冷媒を僅かに室内熱交換器３へ循環させることによって除霜終了判定の精度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は暖房サイクルで除霜運転を可能とする除霜サイクルにおいて、除霜能力の向上と除霜終了判定制御の精度向上を可能とする空気調和機に関するものである。

従来、空気調和機の暖房運転を行う冷凍サイクルの場合、四方弁は圧縮機から吐出される高温高圧冷媒を室内熱交換器へと循環させ、冷媒は高圧の液冷媒へと凝縮される。この冷媒は室外膨張弁へ流れて低温低圧冷媒へと断熱膨張し、その後、室外熱交換器において室外空気から吸熱し、ガス状の低圧冷媒としてアキュームレーターを介して圧縮機へ戻る。このとき、室外気温が氷点下等で低い場合、室外熱交換器に空気中の水分が霜となって着霜する。着霜した熱交換器は熱交換能力が極度に低下し、暖房能力が十分に得られなくなるため、これを融かす必要がある。この時従来の空気調和機においては、暖房運転から四方弁を逆転させ冷房サイクルとし、室内ファンと室外ファンを停止させて室外熱交換器に高温高圧冷媒を循環させ、熱交換器に着いた霜や氷を融かす方法が一般的であった。

そこで四方弁を切り替える必要のない除霜方法として、暖房運転時に、暖房サイクルのままで吐出ガスをバイパスするなどして除霜運転を行う空気調和機があり、その場合は除霜運転が終了するまで暖房サイクルを維持している（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載された従来の空気調和機を示すものである。図３に示すように、圧縮機１と、吐出管２と、室内熱交換器３と、電動膨張弁４と、液管１５と、室外熱交換器５と、アキュームレーター６と、バイパス回路１６と、開閉弁１７から構成されている。上記構成において、暖房運転時に除霜運転を行うときには、四方弁８はそのまま暖房サイクルを維持させ、室外膨張弁４は全開、室外ファン１４は停止、室内ファン１３は弱風運転、バイパス回路１６の開放弁１７を開として吐出ガスをバイパス回路に流すようにしている。こうすることによって室内は暖房運転を継続可能となり、四方弁８を切り替えないのでオイル切れ等の不具合も避けることができる。
特開平２−１７３７０号公報

しかしながら、前記従来の除霜運転時に冷房サイクルに切り替える構成では、暖房運転を一旦停止するために室内温度が低下し、四方弁を逆転させるため冷媒音の発生や圧縮機１のオイル切れ、冷媒の液戻りなどの課題を有していた。

また、除霜運転時にも暖房サイクルとする構成では、室外熱交換器を循環する冷媒は圧力が低下した冷媒であり、室外熱交換器の温度が十分に上昇できないために霜の融け残りが発生したり、除霜終了判定が困難であるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、室外熱交換器への霜の融け残りを防止し、除霜終了判定の精度向上を可能とする空気調和機を提供することを目的とする。

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、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒配管で連結し、前記室外熱交換器と前記減圧器の間と前記圧縮機吐出管の間とを連結する第１のバイパス回路と、前記圧縮機吐出管と圧縮機吸入部を連結する第２のバイパス回路を備え、前記第１と第２のバイパス回路に開閉機構を
設けた冷凍サイクルにおいて、暖房除霜運転を、暖房サイクルの除霜運転を所定の条件まで行った後、前記四方弁が暖房サイクルとなっている状態から冷房サイクルへ変更し、前期バイパス回路上の前記開閉機構は開放のままとし、前記減圧器は閉弁もしくは略閉塞状態として行うようにしたものである。

これによって、室内熱交換器に冷媒を循環させず、四方弁が冷房サイクルの状態となっても冷風を室内へ送ることがないようにして、室外熱交換器の冷媒圧力を上昇させ、熱交換器温度を上昇させることで霜を融かすことができる。

また、本発明の空気調和機は、前述した後、前記減圧器を所定開度に開放し、冷媒を僅かに室内熱交換器へ循環させるものである。これによって冷媒が室外熱交換器から室内熱交換器へ循環するため、室外熱交換器温度を検出するために配置された配管温度センサーが室外熱交換器の正確な温度を検出することができるようになり、より精度の高い除霜終了判定が可能となる。

本発明の空気調和機は、暖房運転における除霜運転時に、室外熱交換器の霜の融け残りを防止したりや、除霜終了を正確に判定することができる。

第１の発明は暖房除霜運転を、暖房サイクルの除霜運転を所定の条件まで行った後、四方弁が暖房サイクルとなっている状態から冷房運転サイクルへ変更し、バイパス回路上の前記開閉機構は開放のままとし、減圧器は閉弁もしくは略閉塞状態として行うようにすることにより、室外熱交換器の冷媒圧力を上昇させ、熱交換器温度を上昇させることで霜を融かすことができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、暖房除霜運転を開始した後、所定の時間が経過した場合、又は室外熱交換器に取り付けられた配管温度センサーの検出温度があらかじめ定められた所定の温度以上となった場合に、減圧器を所定の開度にして冷媒を室内熱交換器へと循環させ、その後前記室外熱交換器の配管温度センサーの検出温度によって除霜終了を判定することにより、正確な除霜終了判定をすることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のバイパス回路の開閉機構を全閉可能な膨張弁とすることにより、冷凍サイクルの最適化を行うことができる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明のバイパス回路の開閉機構を電磁二方弁とすることにより、製造原価の低減を行うことができる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明の減圧器を全閉可能な膨張弁とすることにより、冷凍サイクルの最適化を行うことができる。

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、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の冷凍サイクル図を示すものである。図１において、冷凍サイクルは圧縮機１と室内熱交換器３と減圧器として全閉可能な膨張弁４と室外熱交換器５と四方弁８を冷媒配管で連結して構成されている。さらに、圧縮機１の吐出管２から、室外熱交換器５と膨張弁４の間の接続配管４ａにバイパス回路Ａを設け、その途中には電磁二方弁７とキャピラリーチューブ９Ａと逆止弁１０Ａを配置
する。また、電磁二方弁７とキャピラリーチューブ９Ａの間とアキュームレーター６の間にバイパス回路Ｂを設ける。バイパス回路Ｂにもキャピラリーチューブ９Ｂと逆止弁１０Ｂを配置する。

上記構成において、四方弁８を暖房サイクルのまま室外膨張弁４を所定の開度に開放すると、室内熱交換器３中の高温高圧冷媒は気液二相の弱高温状態（＋５℃〜１０℃程度）のまま着霜した室外熱交換器５へ流入する。この高温冷媒によって室外熱交換器５に付着した霜や氷が融かされる。ただしこの時、気液二相で流入した冷媒は、ガス成分が液化することで放熱するメカニズムのため、熱交換器を循環するにつれ液冷媒成分が増加し、圧縮機１へ戻るときには液成分が大部分を占めてしまう。このため圧縮機１の液戻り現象や、吐出温度の低下による吐出スーパーヒート（加熱度）不足などの信頼性を損なうという課題があった。また吐出温度が低下することによって、室外膨張弁４から室外熱交換器５へ循環する冷媒の乾き度も低下してしまい、室外熱交換器５の霜や氷を融かす除霜能力も低下してしまう。

そこで、圧縮機１の吐出ガスを室外膨張弁４と室外熱交換器５の間へバイパスさせることで、室外熱交換器５を循環させる冷媒の温度と圧力を上昇させ、除霜能力を向上させる。また同時に吐出ガスを、電磁二方弁７通過後に分岐させて圧縮機１吸入へも流入させる。こうすることによって、圧縮機吸入ガスの乾き度を維持し、前述した信頼性上の課題や吐出温度の低下を防ぐことができる。

このようなサイクルによる除霜では、大きく２つの課題がある。一つは室外熱交換器５の温度が十分に上昇しないため、除霜能力が十分足りない場合が発生すること。もう一つには、霜が融けた場合と融けていない場合の判別が難しい事である。

まず前述したような暖房サイクルで除霜運転を行いながら、あらかじめ定められた条件を満たした場合、本発明の実施例では、室外熱交換器５に取り付けられた配管温度センサーＢ１２の検出温度が、所定の温度（例えば８℃）を上回る状態が所定時間（例えば１分）連続した場合、又は最大時間（例えば１０分）を超えた場合に除霜終了を判定するが、最大時間を超えた場合には除霜が完全には終了していない場合を含んでいる。

そこで暖房サイクルの除霜運転終了後に、室外の四方弁８を逆転させ冷房サイクル除霜運転を行う。この時の冷凍サイクルを図１に示す。こうすることによって、圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器５を暖房サイクル除霜時とは逆方向へ循環するようになる。つまり暖房サイクル除霜時には出口になっていた最も除霜し難い部分へ、最も高温の冷媒が流入することになり、除霜能力の向上を図ることができる。またこの時、バイパス上の電磁二方弁７は開放のままのため、圧縮機１を停止しなくても、圧力差が十分に小さいため、四方弁８切換に伴う冷媒音は最小限に抑えることができる。また圧縮機１のオイルも不足するような状態にはならない。

さらにこの時、室外膨張弁４を全閉とする場合と僅かに開放する場合がある。全閉とするのは室内へ低温低圧冷媒が完全に流れないようにするためで、冷媒音を完全に遮蔽し、室内での冷風回避を図ることができるという利点があるが、室外熱交換器５へ冷媒が溜まりこむため長時間連続運転することはできない。またこのままでは冷媒が循環しないため、室外熱交換器５が完全に除霜できたかどうかを判定することも困難である。僅かに開放した場合には逆に、室内へ冷媒が循環するため冷媒音や冷風の課題があるが、ごく僅かであれば問題はない。しかし、この場合でも長時間の運転は困難である。

この後本発明の実施例では、除霜判定を行うために室外膨張弁４を一定開度開放する。こうすることによって、室外熱交換器５は高圧側になり、霜が完全に融けていれば１０℃
以上となり、融けていなければ０℃〜４℃程度のため、配管温度センサーのバラツキを考慮しても十分に除霜終了判定が可能となる。もし除霜が終了していないと判定した場合には、四方弁８を切換かつバイパス回路上の電磁二方弁７も閉塞へ戻し、冷房サイクル除霜を行う。この時使用する配管温度センサーは熱交換器出口になる配管温度センサーＡ１１である。また判定するためには僅かな時間（例えば３０秒）で判定可能なため、室内での不具合はない。

以上のように構成された冷凍サイクルを用いた実際の制御フローを示したものが図２である。図２において、暖房運転中に除霜判定が行われ除霜運転がスタート（Ｓ１）する。そして室外配管温度センサーＢ１２の検出温度が所定温度ｔ_１以上となるか或いは所定時間Ｔ１経過した場合（Ｓ２）に、四方弁８を冷房サイクルへ切換える（Ｓ３）。こうすることによって、室外熱交換器５を流れる冷媒の方向が逆転する。暖房サイクルの除霜運転では出口側となり霜の融け残りが発生しやすい出口側に高温の吐出冷媒が流入するので、効果的な除霜が可能となる。またこの時膨張弁４は完全閉塞とし（Ｓ４）、室内へは冷媒を流さない。その後室外配管温度センサーＡ１１の温度が所定の値ｔ_２以上となるか或いは所定時間Ｔ２経過した場合（Ｓ５）に、膨張弁を所定の開度（僅かに冷媒が流れる程度とし、例えば、本発明では８０パルス）にし（Ｓ６）、冷媒を僅かに室内側へ循環させる。こうすることによって室外熱交換器５の中を冷媒が循環し、配管温度センサーＡ１１の検出温度によって熱交換器が融けているかどうかを精度良く判定することができる（Ｓ７）。もし室外配管温度センサーＡ１１の検出温度が所定温度ｔ_３以上であった場合には、そのまま暖房運転へ復帰させる（Ｓ８）。そうでない場合には融け残りがあると判定し、四方弁８を冷房サイクルへと切換、バイパス回路の電磁二方弁７は閉塞とした除霜運転を行う（Ｓ９）。

以上のように、本実施の形態では、暖房サイクルでの除霜運転時に四方弁８を逆転させて冷房サイクルとすることによって、冷媒音や室内への冷風発生といった課題を発生させること無く、室外熱交換器５の除霜能力を向上させ、かつその除霜判定制御の精度向上を図ることができる。

また、本実施の形態のバイパス上の電磁二方弁７を全閉可能な膨張弁とすることにより、特に、キャピラリーチューブ９が不要となり、原価を削減することができるとともに、冷凍サイクルの最適化を行うことができる。また、バイパス回路の開閉機構を電磁二方弁とすることにより、製造原価の低減を行うことができる。また、減圧器を全閉可能な膨張弁とすることにより、冷凍サイクルの最適化を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる除霜運転制御は、冷凍サイクルの信頼性を損なうことなく除霜能力の向上と除霜判定精度の向上が可能となる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル図本発明の実施の形態１における制御フロー図従来の空気調和機の冷凍サイクル図

符号の説明

１圧縮機
２吐出管
３室内熱交換器
４膨張弁
４ａ接続配管
５室外熱交換器
６アキュームレーター
７電磁二方弁
８四方弁
９キャピラリーチューブ
１０逆支弁
１１室外配管温度センサーＡ
１２室外配管温度センサーＢ
１３室内ファン
１４室外ファン
１５液管
１６バイパス回路
１７開閉弁
１８第１のバイパス回路
１９第２のバイパス回路

Claims

圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒配管で連結し、前記室外熱交換器と前記減圧器の間と前記圧縮機吐出管の間とを連結する第１のバイパス回路と、前記圧縮機吐出管と圧縮機吸入部を連結する第２のバイパス回路を備え、前記第１と第２のバイパス回路には開閉機構を設けた冷凍サイクルにおいて、暖房除霜運転を、暖房サイクルの除霜運転を所定の条件まで行った後、前記四方弁は冷房運転サイクルとし、前記バイパス回路上の前記開閉機構は開放とし、前記減圧器は閉弁もしくは略閉塞状態として行うようにしたことを特徴とする空気調和機。
暖房除霜運転を開始した後、所定の時間が経過した場合、又は室外熱交換器に取り付けられた配管温度センサーの検出温度があらかじめ定められた所定の温度以上となった場合に、減圧器を所定の開度として冷媒を室内熱交換器へと循環させ、その後前記室外熱交換器の配管温度センサーの検出温度によって除霜終了を判定することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
第１と第２のバイパス回路の開閉機構に全閉可能な膨張弁を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
第１と第２のバイパス回路の開閉機構に電磁二方弁を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
減圧器に全閉可能な膨張弁を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。