JP5249293B2

JP5249293B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP5249293B2
Application number: JP2010202486A
Authority: JP
Inventors: 孝杉尾; 正敏高橋; 茂之井上; 憲昭山本; 大輔川添
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: WO2012032682A1; EP2615389A1; EP2615389B1; JP2012057878A; BR112013005119B1; CN103097825B; KR20130137136A; EP2615389A4; CN103097825A

Description

本発明は、室内熱交換器、室外熱交換器、四方弁、および圧縮機を備え、室外熱交換器に付着した霜を融解することができる空気調和機に関する。

従来より、室外熱交換器に着霜した場合、暖房サイクルによって除霜を行う空気調和機が知られている（例えば特許文献１参照）。暖房サイクルによって除霜を実行する場合、圧縮機によって圧縮加熱された冷媒は分流され、一方が室内熱交換器を介して室外熱交換器に送られ、他方が室内熱交換器を介さずに直接室外熱交換器に送られる。これにより、室外熱交換器に付着する霜が融解される。

上述のような暖房サイクルによる除霜を実行する場合、当然ながら空気調和機の暖房能力は低下することになる。これに対して次の対処が考えられる。

例えば、暖房能力を一時的に停止し、例えば室内熱交換器まわりの空気を室内に送風する室内ファンを停止して該室内熱交換器から室内に供給される熱量を減らし、室外熱交換器に供給する熱量を大きくすることで、除霜を最短時間で終了させることが考えられる。これにより、除霜を実行する前の暖房能力に素早く復帰させることができる。

特開２００９−１４５０３２号公報

しかしながら、実際には、室外熱交換器の除霜に必要な時間は室外の温度や圧縮機の出力など種々の条件によって異なるため、上述のように除霜が最短時間で終了したことをユーザは実感し難い。言い換えると、除霜の最短終了時間が異なるため、ユーザは除霜が最短時間で実行されたことがわからない。さらに、除霜が最短時間で終了したことによってユーザが満足感を得ることはあまりなく、それよりは、室内ファンが停止したことによって暖房が停止したと不快に感じることがある。

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あり、室外熱交換器の除霜を、室内のユーザに不快感を与えることなく実行することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明は、
室外熱交換器、室内熱交換器、四方弁、および圧縮機を備え、圧縮機に暖められた冷媒によって室外熱交換器に付着する霜を溶解して除霜する空気調和機において、
室内熱交換器が暖めた空気を室内に送風する室内ファンと、
除霜が必要と判断された場合に、室内ファンを制御することによって室内に送風しつつ、暖房サイクルを実行できるように四方弁を制御することによって除霜を実行する除霜手段とを有し、除霜手段が、霜を融解するために必要な熱量と、圧縮機の出力と、除霜時間とに基づいて暖房に振分け可能な熱量を算出し、算出した熱量に基づいて室内ファンの回転数を制御する。

本発明によれば、室外熱交換器の除霜の実行中、室内ファンが室内に送風する。これにより、室内ファンが停止したことによって暖房が停止したとユーザに不快に感じさせることなく、室外熱交換器の除霜を実行することができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の構成を示す図図１の空気調和機の除霜運転時の動作及び冷媒の流れを示す模式図除霜運転時の制御の流れを示すフローチャート図

第１の発明は、室外熱交換器、室内熱交換器、四方弁、および圧縮機を備え、圧縮機に暖められた冷媒によって室外熱交換器に付着する霜を溶解して除霜する空気調和機において、室内熱交換器が暖めた空気を室内に送風する室内ファンと、除霜が必要と判断された場合に、室内ファンを制御することによって室内に送風しつつ、暖房サイクルを実行できるように四方弁を制御することによって除霜を実行する除霜手段とを有する。

この構成により、室外熱交換器の除霜の実行中、室内ファンが室内に送風する。これにより、室内ファンが停止したことによって暖房が停止したとユーザに不快に感じさせることなく、室外熱交換器の除霜を実行することができる。

また、除霜手段が、霜を融解するために必要な熱量と、圧縮機の出力と、除霜時間とに基づいて暖房に振分け可能な熱量を算出し、算出した熱量に基づいて室内ファンの回転数を制御するので、除霜を優先して室内ファンの回転数を制御することができる。

第２の発明は、室内ファンによって送風された空気を方向付けするルーバーを空気調和機がさらに有し、除霜が必要と判断された場合に、ルーバーが室内ファンから送風された空気を室内の上方に向かって方向付けする。これにより、ユーザに温度が低い空気が直接送風されることがなく、ユーザが不快に感じることが抑制される。

第３の発明は、人が存在する室内位置を検出する人位置検出手段を空気調和機がさらに有し、除霜が必要と判断された場合に、ルーバーが室内ファンから送風された空気を、人位置検出手段が検出する人が存在する室内位置以外に方向付けする。これにより、ユーザに温度が低い空気が直接送風されることがなく、ユーザが不快に感じることが抑制される。

第４の発明は、室外の温度を検出する室外温度検出手段を空気調和機がさらに有し、除霜手段が、室外温度検出手段が検出する室外温度に基づいて室内ファンの回転数を制御する。これにより、室外温度が低い場合、すなわち除霜に必要な熱量が多い場合、より多くの熱量が室外熱交換器に供給される。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管で互いに接続された室外機２と室内機４とで構成されている。

図１に示されるように、室外機２の内部には、圧縮機６と四方弁８とストレーナ１０と膨張弁１２と室外熱交換器１４とが設けられ、室内機４の内部には、室内熱交換器１６が設けられ、これらは冷媒配管を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。

さらに詳述すると、圧縮機６と室内熱交換器１６は、四方弁８が設けられた冷媒配管１８を介して接続され、室内熱交換器１６と膨張弁１２は、ストレーナ１０が設けられた冷媒配管２０を介して接続されている。また、膨張弁１２と室外熱交換器１４は冷媒配管２２を介して接続され、室外熱交換器１４と圧縮機６は冷媒配管２４を介して接続されている。

冷媒配管２４の中間部には四方弁８が配置されており、圧縮機６の冷媒吸入側における冷媒配管２４には、液相冷媒と気相冷媒を分離するためのアキュームレータ２６が設けられている。また、圧縮機６と冷媒配管２２は、冷媒配管２８を介して接続されており、冷媒配管２８には電磁弁３０が設けられている。さらに、圧縮機６から出力されて電磁弁３０を通過した冷媒の一部を、四方弁８とアキュームレータ２６との間の冷媒配管２４に送るための冷媒配管３２が設けられている。

室内機４の内部には、室内熱交換器１６に加えて、送風ファン３４とルーバー３６とが設けられている。室内熱交換器１６は、送風ファン３４により室内機４の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器１６の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、送風ファン３４は、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。ルーバー３６はまた、上下羽根と左右羽根とを備え、上下羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。

さらに加えて、本実施の形態に係る空気調和機の室外機２には、室外熱交換器１４内の温度を検出する室外熱交換器温度センサ３８が設けられている。室外熱交換器１４内の温度は、室外熱交換器１４の着霜量に対応するため、室外熱交換器温度センサ３８が検出した温度に基づいて、室外熱交換器１４に付着する霜（着霜量）を検出することができる。室外熱交換器温度センサ３８は、検出した温度に対応する信号を、空気調和機の制御装置に出力する。

また、室内機４には、室内における人の位置（ユーザ）を検出する人感センサ４０が設けられている。人感センサ４０は、室内における人の位置を検出するセンサであって、例えば、赤外線センサ、超音波センサ、照度センサなどである。人感センサ４０は、室内における人の位置を検出すると、検出位置に対応する信号を空気調和機の制御装置（図示せず）に出力する。具体的には、人感センサ４０は、室内機４に対して人が存在する方向を検出する。

空気調和機の制御装置は、上述した室外熱交換器温度センサ３８および人感センサ４０から出力された信号を受け取り、その受け取った信号に基づいて、圧縮機６、四方弁８、膨張弁１２、電磁弁３０、送風ファン３４、ルーバー３６などを制御し、種々の運転を実行するように構成されている。

次に、本発明に係る除霜運転について説明する。

除霜運転は室外熱交換器１４に付着する霜を融解するための運転であって、本発明に係る空気調和機の制御装置は、暖房サイクルによってこの除霜運転を実行する。言い換えると、制御装置が除霜手段として機能する。

また、本明細書で言う「暖房サイクル」は、圧縮機６から四方弁８を介して室内熱交換器１６に冷媒が移動する、すなわち暖房するときのサイクルである。

まず、除霜運転について図２を参照しながら説明する。図中、実線矢印は暖房に関する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に関する冷媒の流れを示している。なお、合わせて、空気調和機の各構成要素の機能についても説明する。

室外熱交換器１４に着霜し、着霜した霜が成長すると（所定の着霜量になると）、室外熱交換器１４の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器１４内の蒸発が所定の温度（除霜が必要な温度、以下「除霜必要温度」と称する）まで低下する。この除霜必要温度を室外熱交換器温度センサ３８が検出すると除霜運転が開始される。

除霜運転が開始されると、空気調和機の制御装置により、電磁弁３０が開制御されるとともに、四方弁８が暖房サイクル側に制御される。これにより、圧縮機６の吐出口から出力された気相冷媒の一部が冷媒配管１８に流れ、残りが冷媒配管２８に流れる。

なお、参考のために、除霜を行わない暖房サイクルの場合、すなわち通常の暖房運転の場合は、電磁弁３０は閉制御される。

圧縮機６から冷媒配管１８に入る気相冷媒は、図２に示すように四方弁８を通過して室内熱交換器１６に到達し、そこで室内空気と室内熱交換器１６を介して熱交換する。熱交換によって熱を奪われて凝縮した液相の冷媒は、冷媒配管２０に入り、膨張弁１２への異物進入を防止するストレーナ１０を通って、膨張弁１２に至る。膨張弁１２によって減圧された冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に入る。

これに対して、圧縮機６の吐出口から出力されて冷媒配管２８に入る気相冷媒は、冷媒配管２８と電磁弁３０を通り、一部が室外熱交換器１４に向かい、残りが冷媒配管３２に入る。室外熱交換器１４に向かった冷媒は、冷媒配管２２を流れる冷媒と合流して室外熱交換器１４に入り、外気と熱交換する。室外熱交換器１４で外気と熱交換した液相化した冷媒は、冷媒配管２４と四方弁８とアキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口に入る。

一方、冷媒配管３２に入った冷媒は、冷媒配管２４を流れる冷媒と合流し、アキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口に入る。

なお、アキュームレータ２６に入る直前において、室外熱交換器１４からの液相冷媒と冷媒配管３２からの高温の気相冷媒とが合流することにより、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ２６を通過して液相冷媒が圧縮機６に戻ることがなくなり、圧縮機６の信頼性の向上を図ることができる。

このような除霜運転により、暖房能力を確保しつつ、当該運転開始時に霜の付着により氷点下であった室外熱交換器１４の温度は、霜が融解することによって上昇する。なお、除霜運転は、室外熱交換器温度センサ３８が、除霜必要温度より高くて霜が存在し得ない温度を検出すると終了する。

このような除霜運転を実行するとき、空気調和機の制御装置は、室内ファン３４と、ルーバー３６とを制御するように構成されている。

具体的には、空気調和機の制御装置は、図３に示すフローチャートに従い、除霜運転を実行する。

まず、ステップＳ１０において、制御装置は、室外熱交換器１４の除霜が必要か否かを判定する。具体的には、上述したように、室外熱交換器温度センサ３８が検出した温度が除霜必要温度より低い場合、除霜が必要であると判定する。除霜が必要である場合は、ステップＳ２０に進む。そうでない場合は、リターンに進み、スタートに戻る。

次に、ステップＳ２０において、制御装置は、圧縮機６が発生する熱量（圧縮発熱量）Ｑｃを算出する。

例えば、除霜運転の継続時間が９分であって、除霜運転開始時の圧縮機６の消費電力が１３００Ｗである場合、圧縮機発生熱量Ｑｃは、１３００Ｗ×９分×６０／１０００＝７０２ｋＪである。

なお、除霜運転の継続時間は、室外熱交換器内の温度、ユーザが設定した圧縮機の出力（例えば、ユーザが設定する風量に対応する出力）、外気温度（この場合、外気温度センサが設けられる）、除霜運転開始時の室内熱交換器の温度（すなわち、除霜運転開始時おいて室内交換器が持つ熱量）など、種々の条件によって決定され、これが可能に制御装置は構成されている。

圧縮機発生熱量Ｑｃの算出が終了すると、ステップＳ３０において、制御装置は、除霜に必要な熱量（除霜必要熱量）Ｑｍを算出する。

例えば、室外熱交換器１４の大きさや構造に基づいて、除霜が必要となるときに着霜量
が実験的または理論的に予め求められている。例えば、除霜が必要となるときの着霜量を９００ｇとする。

９００ｇの霜が融解するために必要な熱量Ｑｍ１は、９００ｇ×０．３３３５ｋＪ／ｇ＝３００．１５ｋＪである。

９００ｇの霜が融解開始の０℃まで昇温するために必要な熱量Ｑｍ２は、除霜運転開始時における霜平均温度が−３℃である場合、９００ｇ×０．００２０８５ｋＪ／ｇＫ×（０−（−３））Ｋ＝５．６３ｋＪである。なお、霜平均温度は、予め室外熱交換器１４内の温度との対応関係を求めていれば、室外熱交換器温度センサ３８が検出した温度から求めることができる。

これに対し、室外熱交換器１４内の温度が、霜が存在し得ない温度、例えば８度まで昇温するために必要な熱量Ｑｍ３は、例えば、除霜運転開始時の温度が−６℃であって、熱容量が４．１８３ｋＪ／Ｋとした場合、４．１８３ｋＪ／Ｋ×（８−（−６））Ｋ＝５８．５６ｋＪである。

したがって、除霜必要熱量Ｑｍは、Ｑｍ１、Ｑｍ２、Ｑｍ３の和から与えられ、上述の例の場合、３００．１５ｋＪ＋５８．５６ｋＪ＝３６４．３４ｋＪである。

続いて、Ｓ４０において、制御装置は、暖房に振分け可能な熱量（暖房振分け可能熱量）Ｑｈを算出する。具体的には、暖房振分け可能熱量Ｑｈは、ステップＳ２０で算出した圧縮機発熱量ＱｃからステップＳ３０で算出した除霜必要熱量Ｑｍを減算した値である。上述の例の場合、暖房振分け可能熱量Ｑｈは、７０２ｋＪ−３６４．３４ｋＪ＝３３７．６６ｋＪである。

Ｓ５０において、制御装置は、Ｓ４０で算出した暖房振分け可能熱量Ｑｈに基づいて、室内ファン３４の回転数Ｎを決定する。

具体的には、制御装置は、除霜運転時において、暖房振分け可能熱量Ｑｈが小さくなっても、室内ファン３４が、所定の最低回転数以上で回転するように制御する。すなわち、室内ファン３４を完全には止めない（回転数Ｎをゼロにしない）。

これに関して説明すると、室内のユーザは、現実には、室内機４から室内に供給される現実の熱量（温風）を直接浴びて暖房感を得るだけでなく、室内機４からの温風を直接浴びなくても、送風音（風きり音）や室内ファン３４の回転音によっても暖房感を得ることがある。したがって、室内ファン３４の回転数Ｎがゼロになると、暖房が停止したと不快に感じることがありえる。

このユーザの暖房感を考慮し、制御装置は、除霜運転時において、暖房振分け可能熱量Ｑｈが小さくなっても、室内ファン３４が、所定の最低回転数、すなわちユーザが暖房感を得ることができる回転数で回転するように制御する。なお、暖房振分け可能熱量Ｑｈが大きいほど、制御装置は、例えば、設定の回転数（例えば、ユーザが指定する風量に対応する回転数）を超えない高い回転数で室内ファン３４を制御する。このような制御を可能とするために、暖房振分け可能熱量Ｑｈと室内ファン３４の回転数Ｎとの関係は、予め実験的にまたは統計的に求められている。

ステップＳ６０において、制御装置は、人感センサ４０からの信号に基づいて、室内におけるユーザの位置を特定する。

ステップＳ７０において、制御装置は、ステップＳ６０で特定したユーザの位置を外した方向に送風するようにルーバー３６を制御する。すなわち、室内機４は、ユーザを避けて室内に送風する。

これは、除霜運転時は、通常の暖房運転時に比べて温度が低い空気が室内機４から送風されるため、その温度が低い空気を直接浴びたユーザが暖房感を失い、そのユーザが不快に感じる可能性があるためである。

本実施の形態によれば、室外熱交換器１４の除霜の実行中、室内ファン３４が室内に送風する。これにより、室内ファン３４が停止したことによって暖房が停止したとユーザに不快に感じさせることなく、室外熱交換器１４の除霜を実行することができる。

また、室外熱交換器１４に付着した霜を融解するために必要な熱量と、圧縮機６の出力と、除霜時間とに基づいて暖房に振分け可能な熱量を算出し、算出した熱量に基づいて室内ファン３４の回転数を制御するため、除霜を優先して室内ファン３４の回転数を制御することができる。

さらに、ルーバー３６と人感センサ４０とにより、除霜運転時において、ユーザを避けて室内ファン３４が空気を送風することができる。これにより、温度が低い空気を直接浴びることによってユーザが暖房感を失って不快に感じることが抑制される。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。

例えば、上述の実施形態は、室内における人（ユーザ）の位置を検出する人感センサ４０を有する空気調和機であるが、人感センサを有していない空気調和機の場合、ルーバーが室内ファンから送風された空気を室内の上方（例えば天井）に向かって方向付けする。これにより、除霜運転時において、ユーザに温度が低い空気が直接送風されることがなく、人感センサを有する場合と同様、ユーザが不快に感じることが抑制される。

また、例えば、室外の温度を検出する室外温度センサを設け、この室外温度センサが検出する室外温度に基づいて室内ファンの温度を制御してもよい。

室外温度が低い場合、室外温度が高い場合に比べて、除霜に必要な熱量が多くなる。したがって、室外温度が低い場合、室外温度が高い場合に比べて室内ファンの回転数を低くなるように制御することにより、より多くの熱量が室外熱交換器に供給されるようにするのが好ましい。

本発明は、上述の実施の形態のような室外機と室内機とから構成される空気調和機に限らず、室外機と室内機とが一体型空気調和機にも適用可能である。

２室外機、４室内機、６圧縮機、８四方弁、１０ストレーナ、
１２膨張弁、１４室外熱交換器、１６室内熱交換器、１８冷媒配管、
２０冷媒配管、２２冷媒配管、２４冷媒配管、２６アキュームレータ、
２８冷媒配管、３０電磁弁、３２冷媒配管、３４室内ファン、
３６ルーバー、３８着霜量検出手段（室外熱交換器温度センサ）、４０人位置検出手段（人感センサ）。

Claims

室外熱交換器、室内熱交換器、四方弁、および圧縮機を備え、圧縮機に暖められた冷媒によって室外熱交換器に付着する霜を溶解して除霜する空気調和機において、
室内熱交換器が暖めた空気を室内に送風する室内ファンと、
除霜が必要と判断された場合に、室内ファンを制御することによって室内に送風しつつ、暖房サイクルを実行できるように四方弁を制御することによって除霜を実行する除霜手段とを有し、除霜手段が、霜を融解するために必要な熱量と、圧縮機の出力と、除霜時間とに基づいて暖房に振分け可能な熱量を算出し、算出した熱量に基づいて室内ファンの回転数を制御する空気調和機。
室内ファンによって送風された空気を方向付けするルーバーをさらに有し、
除霜が必要と判断された場合に、ルーバーが室内ファンから送風された空気を室内の上方に向かって方向付けする請求項１に記載の空気調和機。
人が存在する室内位置を検出する人位置検出手段をさらに有し、
除霜が必要と判断された場合に、ルーバーが室内ファンから送風された空気を、人位置検出手段が検出する人が存在する室内位置以外に方向付けする請求項２に記載の空気調和機。
室外の温度を検出する室外温度検出手段をさらに有し、
除霜手段が、室外温度検出手段が検出する室外温度に基づいて室内ファンの回転数を制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の空気調和機。