JP2504161B2 - 空気調和装置のデフロスト運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、室外ユニットと室内ユニットとを連絡配管
で接続してなる空気調和装置のデフロスト運転制御装置
に係り、特に圧縮機の信頼性向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、冷暖サイクル切換え可能な空気調和装置に
おいて、暖房運転時に室外熱交換器に着霜が生じた場
合、冷房サイクルに切換えて圧縮機を最大容量にし、ホ
ットガスを室外熱交換器に導入することにより、除霜を
行うようにしたデフロスト運転制御装置は一般的に公知
の技術である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、室外ユニットと室内ユニットとの間を連絡
配管で接続したいわゆるセパレート形空気調和装置にお
いて、特に連絡配管が長い場合、暖房運転中は吐出管と
なっていたガス側連絡配管には、過熱したホットガスが
満たされている。したがって、デフロスト運転によりサ
イクルが冷房側に切換えられると、その直後は過熱した
ホットガスを吸入して圧縮することになり、吐出管温度
が異常に上昇してしまう。したがって、焼付けを生じる
等圧縮機の信頼性を損ねる虞れがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、デフロスト運転開始直後における吐出管温度の
過上昇を有効に防止しうる手段を講ずることにより、圧
縮機の信頼性の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため第１の解決手段は、デフロス
ト運転開始直後に吐出管温度が高い場合には、圧縮機の
運転容量をデフロスト運転における高容量値よりも低下
させることにある。

具体的には、第１図に示すように（破線部分を含ま
ず）、容量が可変に調節される圧縮機（１）、サイクル
切換機構（２）及び室外熱交換器（３）を有する室外ユ
ニット（Ａ）と、室内熱交換器（８）を有する室内ユニ
ット（Ｂ）とを連絡配管（9a），（9b）で接続してなる
冷媒回路（10）を備えた空気調和装置を前提とする。

そして、空気調和装置のデフロスト運転制御装置とし
て、暖房運転時に、上記室外熱交換器（３）の着霜状態
を検出する着霜状態検出手段（Th1）と、該着霜状態検
出手段（Th1）の出力を受け、室外熱交換器（３）の着
霜時に上記サイクル切換機構（２）を冷房側に切換え、
かつ圧縮機（１）の運転容量を高容量値にしてデフロス
ト運転を行うよう制御するデフロスト制御手段（51）と
を設けるものとする。

さらに、上記圧縮機（１）の吐出管温度を検出する吐
出管温度検出手段（Th2）と、該吐出管温度検出手段（T
h2）の出力を受け、上記デフロスト制御手段（51）によ
るデフロスト運転の開始後、吐出管温度が所定の上限値
を越えたときには、吐出管温度が少なくとも上記上限値
よりも低くなるよう圧縮機（１）の運転容量を上記所定
の高容量値から強制的に低下させる容量低減手段（52）
とを設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、第１図に示すように（破線部分を
含む）、上記第１の解決手段に加えて、吐出管温度が上
限値を越えた後上限値よりも低い所定の下限値以下にな
ったときには、圧縮機（１）の運転容量を高容量値に復
帰させる復帰手段（53）を設けたものである。

第３の解決手段は、上記第１又は第２の解決手段にお
ける室内ユニット（Ｂ）を複数個配置し、各室内ユニッ
トを室外ユニット（Ａ）に対して並列に接続する構成と
したものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、暖房運
転時、着霜状態検出手段（Th1）により、室外熱交換器
（３）の着霜状態が検出されると、デフロスト制御手段
（51）により、サイクル切換機構（２）が冷房側に切換
えられ、圧縮機（１）の運転容量が高容量値に維持され
た状態でデフロスト運転が行われる。

その場合、吐出管温度が上限値よりも高いときには、
容量低減手段（52）により、吐出管温度が少なくとも上
限値以下になるように、インバータ（11）の出力周波数
が上記デフロスト運転における高容量値よりも低い値に
強制的に設定されるので、吐出圧力の上昇が抑制され、
それに伴い吐出管温度が低下する。したがって、吐出管
温度の過上昇による圧縮機（１）の信頼性の悪化を招く
ことなく、デフロスト運転が行われることになる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明の
作用に加えて、吐出管温度が上限値を越えた後上限値よ
りも低い下限値以下に低下したときには、復帰手段（5
3）により、圧縮機（１）の運転容量が初期の高容量値
に復帰するよう制御され、高い冷媒循環量でデフロスト
運転が行われるので、デフロスト運転の信頼性を維持し
ながら、デフロスト運転能力の低下が抑制されることに
なる。

請求項（３）の発明では、特に連絡配管（9a），（9
b）の長さが長くなるマルチ形空気調和装置において
も、上記請求項（１）又は（２）の発明の作用が行われ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に
基づき説明する。

第２図は本発明の実施例に係る空気調和装置の冷媒配
管系統を示し、一台の室外ユニット（Ａ）に液連絡配管
（9a）及びガス連絡配管（9b）を介して一台の室内ユニ
ット（Ｂ）が接続されたいわゆるペアタイプのセパレー
ト形空気調和装置である。上記室外ユニット（Ａ）に
は、インバータ（11）により運転周波数が可変に駆動さ
れる圧縮機（１）と、冷房運転時には図中実線のごとく
切換わり、暖房運転時には図中破線のごとく切換わるサ
イクル切換機構としての四路切換弁（２）と、冷房運転
時には凝縮器、暖房運転時には蒸発器として機能する室
外熱交換器（３）と、暖房運転時に減圧機構として機能
する室外電動膨張弁（４）と、液冷媒を貯溜するための
レシーバ（５）と、吸入ガス中の液冷媒を除去するため
のアキュムレータ（６）とが配置されている。また、室
内ユニット（Ｂ）には、冷房運転時に減圧機構として機
能する室内電動膨張弁（７）と、室内ファン（8a）を付
設し、冷房運転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器と
して機能する室内熱交換器（８）とが配置されている。

上記各機器（１）〜（８）は冷媒配管（９）により、
冷媒の流通可能に接続されていて、室外空気との熱交換
により付与された熱を室内空気に放出するいわゆるヒー
トポンプ作用を行う主冷媒回路（10）が構成されてい
る。

また、（12）は、上記主冷媒回路（10）の液管（9c）
から吸入管（9e）側に冷媒をバイパスするためのリキッ
ドインジェクション用のバイパス路であって、該バイパ
ス路（12）には、冷媒の流れを開閉制御する電磁開閉弁
（13）が介設されている。さらに、（Th1）は、室外熱
交換器（３）の液管側に配置され、暖房運転時に熱交温
度T₁を検出することにより、室外熱交換器（３）の着霜
状態を検出する着霜状態検出手段としてのデフロストセ
ンサ、（Th2）は吐出管（9d）に配置され、吐出管温度T
dを検出する吐出管温度検出手段としての吐出管センサ
である。

暖房運転時、四路切換弁（２）が図中破線側に切換わ
り、吐出ガスがガス連絡配管（9b）から室内ユニット
（Ｂ）に流れ、室内熱交換器（８）で凝縮され液化した
後、液連絡配管（9a）から室外ユニット（Ａ）に戻っ
て、室外熱交換器（３）で蒸発して圧縮機（１）に吸入
されるように循環する。

そのとき、室外空気との熱交換により室外熱交換器
（３）が冷却され、表面に着霜が生じると、それがデフ
ロストセンサ（Th1）により検出され、コントローラ
（図示せず）によりデフロスト運転が行われる。その内
容を第３図のフローチャートに基づき説明するに、ステ
ップS₁で、デフロスト条件つまり上記デフロストセンサ
（Th1）の温度が所定値以下になったか否かを判別し、
成立していない場合は、ステップS₂で通常の暖房運転を
行う。

一方、デフロスト条件が成立した場合には、ステップ
S₃に移行して、以下の運転条件でデフロスト運転を行
う。すなわち、インバータ（11）の出力周波数Ｆを所定
の第１設定値（本実施例では最大値）F₁（例えば120Hz
程度の値）に、室内ファン（8a）をOFFに、四路切換弁
（２）を冷房側に切換えて、ホットガスを室外熱交換器
（６）に循環させ、室外熱交換器（６）の除霜を行う。

次に、ステップS₄で、上記吐出管センサ（Th2）で検
出される吐出管温度Tdが所定の第１上限値α_１（例えば
100℃程度の値）よりも高いか否かを判別し、Td＞α_１
の場合には、吐出管温度Tdが過上昇しており圧縮機の焼
き付きを生じる虞れがあると判断して、ステップS₅でイ
ンバータ（11）の出力周波数Ｆを上記第１設定値F₁に対
して所定割合（例えば70％程度）に相当する第２設定値
F₂（例えば76Hz程度の値）に設定した後、ステップS₆で
吐出管温度Tdが上記上限値α_１から所定の値β_１（例え
ば20℃程度の値）を差し引いた第１下限値（α_１−
β_１）よりも低いか否かを判別する。そして、Td＜（α
_１−β_１）になるまでは、吐出管温度Tdが焼き付きの生
じない範囲まで十分低下していないと判断して、ステッ
プS₇で、デフロスト終了条件が成立するまで上記制御を
繰返す。

そして、ステップS₆の判別でTd＜α_１−β_１になる
と、吐出管温度Tdが十分低下したと判断し、ステップS₈
を経て上記ステップS₃に戻って、インバータ（11）の出
力周波数Ｆを上記第１設定値F₁に復帰させ、デフロスト
終了条件が成立するまで最大の運転容量でデフロスト運
転を行う。

一方、上記ステップS₄の判別でTd≦α_１の場合には、
吐出管温度Tdは適正であると判断して、ステップS₈の判
別でデフロスト終了条件が成立するまでデフロスト運転
を行う。

以上のように、ステップS₄,S₅の制御では、通常暖房
からデフロストへのサイクル切換え直後は、吐出管温度
Tdが上限値α_１よりも高いと、それまで吐出側にあった
吸入ライン中のホットガスが圧縮機に吸入されて焼き付
きを生ずるのを防止すべく容量を低減する。一方、ステ
ップS₆の制御では、この容量低減によって吐出管温度Td
が上限値よりも低い下限値（α_１−β_１）以下になれば
焼き付きを生じる虞れは解消したと判断して、本来のデ
フロスト運転の制御（ステップS₃）に戻すのである。

その際、ステップS₆で吐出管温度Tdを下限値（α_１−
β_１）と比較するのは、吐出管温度を強制的に低減する
制御の開始と終了時の吐出管温度Tdの値にディファレン
シャルを設けるためである。このディファレンシャルが
なければ、吐出管温度Tdがα_１近傍で上下した場合に圧
縮機の運転容量が頻繁に増減するという制御のハンチン
グが生じる虞れがある。基本的には、デフロスト運転中
は吐出管温度がα_１以下であれば、圧縮機の焼き付きを
生ずる虞れがない範囲である。

次に、デフロスト終了条件が成立すると、もとの暖房
サイクルに切換えたのちステップS₉に移行して、吐出管
温度Tdが所定の第２上限値α_２（本実施例では上記第１
上限値α_１と等しい値）よりも高いか否かを判別し、Td
＞α_２であれば、室外熱交換器（３）における冷媒の循
環量が不足していると判断して、ステップS₁₀でインバ
ータ（11）の出力周波数Ｆを第３設定値F₃（本実施例で
は上記第２設定値F₂と等しい値）又は通常制御における
インバータ（11）の制御周波数Ｆのうち低いほうの値に
設定し、さらに、ステップS₁₁で上記バイパス路（12）
の電磁開閉弁（13）を開いて吸入管（9d）に冷媒のイン
ジェクションを行って、冷媒の循環量を補充する。

そして、ステップS₁₂で、吐出管温度Tdが上記第２上
限値α_２から所定値β_２（本実施例では上記所定値β_１
と等しい値）を差し引いた第２下限値（α_２−β_２）よ
りも低いか否かを判別し、Td＜α_２−β_２になるまで
は、冷媒の循環量が十分回復していないと判断して、ス
テップS₁₃でデフロスト終了後３分間経過するまで上記
制御を繰返す。

そして、上記ステップS₁₂の判別でTd＜α_２−β_２に
なると、冷媒の循環量が十分回復したと判断して、ステ
ップS₁₅,S₉を経てステップS₁₄で、デフロスト終了後３
分間経過するまで、インバータ（11）の出力周波数Ｆの
通常制御（後述）を行うようにしている。

一方、上記ステップS₉の判別でTd≦α_２の場合には、
冷媒の循環量が十分確保できていると判断して、ステッ
プS₁₄でインバータ（11）の出力周波数Ｆの通常制御を
行う。すなわち、例えば高圧が一定となるようにインバ
ータ（11）の出力周波数ＦをPI制御するような制御であ
る。そして、ステップS₁₅の判別でデフロスト終了後３
分間が経過するまでは通常暖房運転を行って、上記ステ
ップS₁に戻る。

以上のように、ステップステップS₁₀,S₁₁の制御で
は、上述のステップS₄,S₅の制御と同様に、デフロスト
から通常暖房へのサイクル切換え直後は、吐出管温度Td
が上限値α_２よりも高いと、それまで吐出側にあった吸
入ライン中のホットガスが圧縮機に吸入されて焼き付き
を生じるのを防止すべく容量を低減する。一方、ステッ
プS₁₂の制御では、上述のステップS₆の制御と同様に、
この容量低減によって吐出管温度Tdが上限値よりも低い
下限値（α_２−β_２）以下になれば焼き付きを生じる虞
れは解消したと判断して、本来の制御に戻すようにして
いる。その場合、ステップS₁₂で吐出管温度Tdを（α_２
−β_２）と比較するのは、上述のステップS₆における制
御と同じ理由による。基本的には、通常暖房運転時に
は、吐出管温度がα_２以下であれば、圧縮機の焼き付き
を生ずる虞れがない範囲である。

すなわち、デフロストから通常暖房への切換えのため
のサイクル切換え直後に吐出管温度Tdが所定値α_２より
も高い場合には、それまで吐出側にあった吸入ライン中
のホットガスが圧縮機に吸入されて焼き付き等を生じる
のを防止すべく容量を低減する一方、この容量低減によ
って吐出管温度Tdが下限値（α_２−β_２）以下になれ
ば、焼き付きを生じる虞れは解消したと判断して、本来
の通常暖房運転の制御（ステップ₁₄又はステップS₂）に
戻す。

上記制御のフローにおいて、請求項（１）及び請求項
（２）の発明において、ステップS₃により、デフロスト
制御手段（51）が構成され、ステップS₄からステップS₅
に進む制御より、容量低減手段（52）が構成されてい
る。

また、請求項（２）の発明では、ステップS₆からステ
ップS₃に戻る制御により、復帰手段（53）が構成されて
いる。

したがって、上記実施例では、空気調和装置の暖房運
転時、デフロストセンサ（Th1）により、室外熱交換器
（３）の着霜状態が検出されると、デフロスト制御手段
（51）により、四路切換弁（２）の冷房サイクルに切換
えられ、インバータ（11）の出力周波数Ｆつまり圧縮機
（１）の運転容量が最大値F₁に維持された状態でデフロ
スト運転が行われる。

その場合、室外ユニット（Ａ）と室内ユニット（Ｂ）
との間のガス側連絡配管（9b）は、それまでの暖房運転
時には吐出ラインとなっており、過熱ガスが残存してい
るので、デフロスト運転に切換えられると、その過熱ガ
スが圧縮機（１）により圧縮されて室外熱交換器（３）
側に吐出される。例えば、第４図上図及び下図は、それ
ぞれ吐出管温度Tdと吸入ガスの過熱度Shの時間変化を示
し、ガス連絡配管（9b）の長さが短い場合（例えば30m
以下の場合）には、残存ガス冷媒量が少ないため、吸入
ガスの過熱度Shが高い時間も短くまたその最高到達値も
低い（下図実線m₂参照）。したがって、吐出管温度Tdは
それほど過上昇しない（上図実線m₁参照）。

しかし、ガス連絡配管（9b）の長さが長いと（特に30
mを越えるような場合）、残存ガス冷媒量が多くなるの
で、吸入ガスの過熱度Shが高い時間が長くその最高到達
温度も高く（下図破線l₂参照）なって、吐出管温度Tdが
過上昇する虞れがある（上図破線l₂参照）。

したがって、ガス連絡配管（9b）が長い場合には、通
常暖房運転からデフロスト運転に切換えられるときに、
圧縮機（１）の焼付きが生じる等信頼性が悪化する虞れ
があるが、請求項（１）の発明では、容量低減手段（5
2）により、吐出管温度Tdが第１上限値α_１よりも低く
なるようにインバータ（11）の出力周波数Ｆが第１設定
値（最大値）F₁よりも低い第２設定値F₂に強制的に設定
されるので、吐出圧力の上昇が抑制され、よって、吐出
管温度Tdの過上昇が有効に防止される。そのことによ
り、圧縮機（１）の信頼性の向上を有効に図ることがで
きるのである。

なお、上記のように、デフロスト運転時にインバータ
（11）の出力周波数Ｆを低下させても、吐出管温度Tdが
高い場合には十分な熱源があるので、デフロスト運転に
おける室外熱交換器（３）の除霜機能が損なわれること
はない。

また、請求項（２）の発明では上記請求項（１）の発
明に加えて、吐出管温度Tdが上限値α_１を越えた後下限
値（α_１−β_１）以下になったときには、復帰手段（5
3）により、インバータ（11）の周波数がもとの第１設
定値（高容量値）に復帰するように制御されるので、デ
フロスト運転における室外熱交換器（３）の除霜機能の
低下が抑制させることになる。

さらに、本発明は、上記実施例のような単一の室内ユ
ニット（Ｂ）を備えたものだけでなく、複数の室内ユニ
ットを室外ユニット（Ａ）に対して並列に接続したいわ
ゆるマルチ形空気調和装置にも適用することができるこ
とはいうまでもない。上記請求項（１）又は（２）の発
明をマルチ形空気調和装置に適用した請求項（３）の発
明の場合、特に連絡配管（9a），（9b）が長くなるの
で、吐出管温度Tdの過上昇が生じやすいが、そのような
ときにも、信頼性を維持しうるという著効を発揮するこ
とができる。

特に、圧縮機（１）として、２つの渦巻状部材の相対
回転により冷媒の吸入，吐出を行うようにしたいわゆる
スクロールタイプのものでは、冷媒の循環量が少ない場
合はスクロールのシール部分の冷却ができなくなるた
め、吐出管温度Tdの過上昇による焼付き等故障の虞れが
大きいが、本発明は、そのようなタイプのものについて
も、信頼性の悪化を有効に防止することができるという
著効を発揮するものである。

なお、圧縮機（１）の容量を制御するものは、上記実
施例におけるインバータ（11）に限定されるものではな
く、例えばアンローダ機構のようなのであってもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、
室外ユニットと室内ユニットとを連絡配管で接続したい
わゆるセパレート形の空気調和装置において、暖房運転
からデフロスト運転に切換える際、吐出管温度が所定の
上限値よりも高くなった場合には、吐出管温度が少なく
ともその上限値よりも低くなるよう圧縮機の容量を低減
するようにしたので、吐出管温度の過上昇を有効に防止
することができ、よって、圧縮機の信頼性の向上を図る
ことができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発
明に加えて、吐出管温度が上限値を越えた後上限値より
も低い下限値以下になったときには、圧縮機の運転容量
をもとに容量値に復帰させるようにしたので、圧縮機の
信頼性を高く維持しながら、デフロスト運転の除霜能力
の低下を抑制することができる。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）又は
（２）の発明をマルチ形空気調和装置に適用したので、
連絡配管が長く吐出管温度が過上昇しやすいマルチ形空
気調和装置においても、上記請求項（１）または請求項
（２）の発明の効果を有効に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
以下は本発明の実施例を示し、第２図は冷媒配管系統
図、第３図は制御内容を示すフローチャート図、第４図
は吐出管温度及び吸入管温度の時間変化を示す特性図で
ある。 １……圧縮機 ２……四路切換弁（サイクル切換機構） ３……室外熱交換器 ８……室内熱交換器 9a……液連絡配管 9b……ガス連絡配管 10……主冷媒回路 51……デフロスト制御手段 52……容量低減手段 53……復帰手段 Ａ……室外ユニット Ｂ……室内ユニット Th1……デフロストセンサ（着霜状態検出手段） Th2……吐出管センサ（吐出管温度検出手段）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容量が可変に調節される圧縮機（１）、サ
   イクル切換機構（２）及び室外熱交換器（３）を有する
   室外ユニット（Ａ）と、室内熱交換器（８）を有する室
   内ユニット（Ｂ）とを連絡配管（9a），（9b）で接続し
   てなる冷媒回路（10）を備えた空気調和装置において、 暖房運転時に、上記室外熱交換器（３）の着霜状態を検
   出する着霜状態検出手段（Th1）と、該着霜状態検出手
   段（Th1）の出力を受け、室外熱交換器（３）の着霜時
   に上記サイクル切換機構（２）を冷房側に切換え、かつ
   圧縮機（１）の運転容量を高容量値にしてデフロスト運
   転を行うよう制御するデフロスト制御手段（51）とを備
   えるとともに、 上記圧縮機（１）の吐出管温度を検出する吐出管温度検
   出手段（Th2）と、該吐出管温度検出手段（Th2）の出力
   を受け、上記デフロスト制御手段（51）によるデフロス
   ト運転の開始後、吐出管温度が所定の上限値を越えたと
   きには、吐出管温度が少なくとも上記上限値よりも低く
   なるよう圧縮機（１）の運転容量を上記所定の高容量値
   から強制的に低下させる容量低減手段（52）とを備えた
   ことを特徴とする空気調和装置のデフロスト運転制御装
   置。
2. 【請求項２】吐出管温度が上限値を越えた後上限値より
   も低い所定の下限値以下になったときには、圧縮機
   （１）の運転容量を高容量値に復帰させる復帰手段（5
   3）をさらに備えたことを特徴とする請求項（１）記載
   の空気調和装置のデフロスト運転制御装置。
3. 【請求項３】室内ユニット（Ｂ）は複数個配置され、各
   室内ユニットが室外ユニット（Ａ）に対して並列に接続
   されていることを特徴とする請求項（１）又は（２）記
   載の空気調和装置のデフロスト運転制御装置。