JPH07151426A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 室外熱交換器の入口部のみが着霜した場合、
暖房能力を低下させないように除霜制御を短時間行い、
快適性を損なわない空気調和装置を提供する。 【構成】 暖房能力の低減に基づいて室外熱交換器が着
霜したと判定し、更に室外熱交換器の入口部のみが着霜
していることを検出した場合、除霜用二方弁７を開放し
て、圧縮機２からの高温高圧の冷媒を室外熱交換器５の
入口部に供給し、これにより室外熱交換器５の除霜を短
時間実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非共沸混合冷媒を使用
した空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の非共沸混合冷媒を使用した空気
調和装置としては、図７に示すような冷凍サイクルを有
するものがある。図７において、室外機１は、圧縮機
２、四方弁３、膨張弁４、室外熱交換器５、室外熱交換
器温度センサ６および除霜用二方弁７等の主要部品で構
成され、室内機１０は室内熱交換器１１、室内熱交換器
温度センサ１２等の主要部品で構成されている。

【０００３】このように構成される従来の空気調和装置
において、暖房運転では、圧縮機２で圧縮された高温高
圧の冷媒ガスは、四方弁３を通過した後、室内機１０に
導かれ、室内熱交換器１１を流れる間に図示省略の室内
送風機により室内空気と熱交換することで室内に熱を放
出して凝縮する。そして、液化した冷媒は室外機１に戻
り、膨張弁４で減圧された後、室外熱交換器５で図示省
略の室外送風機により室外空気と熱交換し、蒸発過程を
完了する。加熱された冷媒ガスは再び圧縮機２に入り、
高温高圧の冷媒ガスとなって吐出され、暖房時の１サイ
クルが終了する。低外気温時、室外熱交換器５が着霜し
た場合に、除霜用二方弁７は開放され、これにより圧縮
機２からの高温高圧の冷媒を除霜用二方弁７を介して室
外熱交換器５に供給し、室外熱交換器５の霜を取り除く
ものである。

【０００４】上述した空気調和装置においては、非共沸
混合冷媒を一定圧力で蒸発させていくと、単一冷媒と異
なり、蒸発に従って冷媒の組成が変化し、これに従い、
蒸発温度が上昇していく。そのため、蒸発器である室外
熱交換器５の内部の圧力が一定であっても、膨張弁４に
近い入口部５ａの温度が四方弁３に近い出口部５ｂの温
度よりも低くなる現象が発生する。この結果、暖房運転
時には、室外熱交換器５の入口部５ａから凍結していっ
て、霜が付着し、時間の経過とともに蒸発器として使用
できる熱交換器の有効面積が減少し、図８に示すように
能力の低下を引き起こすことになる。そして、付着した
霜を除去するために、除霜制御が行われるが、暖房運転
時に除霜制御に入ると、吹き出し温度、室内温度の低下
を引き起こす。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、非共
沸混合冷媒を使用した空気調和装置では、蒸発器である
室外熱交換器の入口部の温度が出口部の温度よりも低く
なって、霜が付着し、このために除霜制御をしばしば行
うことになるが、除霜制御を行うと、暖房能力が低下
し、ユーザに不快感を与えるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、室外熱交換器の入口部のみが
着霜した場合、暖房能力を低下させないように除霜制御
を短時間行い、快適性を損なわない空気調和装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空気調和装置は、圧縮機、四方弁、膨張弁
および室外熱交換器を有する室外機と室内熱交換器を有
する室内機とを具備し、冷媒として非共沸混合冷媒を使
用した空気調和装置であって、前記室外熱交換器の暖房
側入口から中間部までの間の所定の点の温度を検知する
温度検知手段と、該温度検知手段で検知した温度が第１
の所定の温度に低下した場合、室外熱交換器の除霜を開
始し、前記温度検知手段で検知した温度が第２の所定の
温度に上昇した場合、除霜を終了する除霜手段とを有す
ることを要旨とする。

【０００８】更に、本発明の空気調和装置は、圧縮機、
四方弁、膨張弁および室外熱交換器を有する室外機と室
内熱交換器を有する室内機とを具備し、冷媒として非共
沸混合冷媒を使用した空気調和装置であって、室外熱交
換器が着霜したか否かを識別するために暖房能力の低減
を判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づい
て室外熱交換器が着霜したと判定された場合、該室外熱
交換器の入口部のみ着霜し、出口部は着霜していないこ
とを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づ
いて室外熱交換器の入口部のみが着霜していることが検
出された場合、圧縮機からの高温高圧の冷媒を室外熱交
換器の入口部に供給し、室外熱交換器の除霜を短時間実
施する除霜手段とを有することを要旨とする。

【０００９】また、本発明の空気調和装置は、上記構成
において、前記判定手段が、室内熱交換器の温度または
室内熱交換器の吹き出し温度を検知する温度検知手段お
よび該温度検知手段で検知した温度に基づいて暖房能力
の低減を識別する暖房能力低減識別手段を有することを
要旨とする。

【００１０】更に、本発明の空気調和装置は、上記構成
において、前記検出手段が、室外熱交換器の入口部に設
けられ、該入口部の温度を検知する入口温度検知手段、
室外熱交換器の中間部から出口部にかけてのどこか一点
に設けられ、該中間部から出口部にかけてどこか一点の
温度を検知する出口温度検知手段、前記入口温度検知手
段および前記出口温度検知手段でそれぞれ検知した温度
に基づいて、室外熱交換器の入口部のみ着霜し、出口部
は着霜していないことを判定する入口部着霜判定手段を
有することを要旨とする。

【００１１】本発明の空気調和装置は、上記構成におい
て、前記除霜手段が、所定時間除霜を実施する手段、室
外熱交換器の入口部の凍結が融解するまで除霜を実施す
る手段、室内熱交換器の温度が所定温度以下に低下する
まで除霜を実施する手段、および室外熱交換器の吹き出
し温度が所定温度以下に低下するまで除霜を実施する手
段からなるグループのうちの少なくとも１つの手段を有
することを要旨とする。

【００１２】

【作用】本発明の空気調和装置では、室外熱交換器の暖
房側入口から中間部までの間の所定の点の温度を検知
し、この検知温度が第１の所定の温度に低下した場合、
室外熱交換器の除霜を開始し、前記検知温度が第２の所
定の温度に上昇した場合、除霜を終了する。

【００１３】更に、本発明の空気調和装置では、暖房能
力の低減に基づいて室外熱交換器が着霜したと判定し、
更に室外熱交換器の入口部のみが着霜していることを検
出した場合、室外熱交換器の除霜を短時間実施してい
る。

【００１４】また、本発明の空気調和装置では、暖房能
力の低減を室内熱交換器の温度または室内熱交換器の吹
き出し温度に基づいて識別している。

【００１５】更に、本発明の空気調和装置では、室外熱
交換器の入口部の温度および室外熱交換器の略中間部か
ら出口部までの間のどこか一点の温度に基づいて、室外
熱交換器の入口部のみ着霜し、出口部は着霜していない
ことを判定している。

【００１６】本発明の空気調和装置では、短時間の除霜
は、所定時間除霜を実施するか、室外熱交換器の入口部
の凍結が融解するまで除霜を実施するか、室内熱交換器
の温度が所定温度以下に低下するまで除霜を実施する
か、または室外熱交換器の吹き出し温度が所定温度以下
に低下するまで除霜を実施するかによって行っている。

【００１７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１８】図１は、本発明の一実施例に係わる空気調
和装置の冷凍サイクルの構成を示す図である。図１に示
す空気調和装置は、冷媒として非共沸混合冷媒を使用す
るものであるが、室内機１０および室外機２０で構成さ
れ、室内機１０は室内熱交換器１１、室内熱交換器１１
の温度を検知する室内熱交換器温度センサ１２等の主要
部品で構成され、室外機２０は圧縮機２、四方弁３、膨
張弁４、室外熱交換器５、該室外熱交換器５の暖房側入
口と中間部までの間の所定の点である中間点に設けら
れ、該中間点の温度を検知する温度センサ３１、圧縮機
２の出口と室外熱交換器５の入口との間に連結された除
霜用二方弁７等の主要部品で構成されている。

【００１９】このように構成される空気調和装置は、室
外熱交換器５の暖房側入口と中間部までの間の所定の点
である中間点に温度センサ３１を設け、これにより該中
間点の温度を検知し、この検知した中間点の温度に基づ
いて除霜の開始および終了を行うものである。

【００２０】すなわち、温度センサ３１で検知した前記
中間点の温度は、図２に示すように、暖房運転を行って
いる最初においては０℃を若干上回った温度にあるが、
上述したように非共沸混合冷媒を使用して暖房運転を行
っていると、室外熱交換器５の入口部の温度が出口部の
温度よりも低くなって、入口部の温度が図２に示すよう
に０℃以下に徐々に低下し、入口部から凍結し、入口部
に霜が付着するようになる。

【００２１】従って、前記温度センサ３１で室外熱交換
器５の入口部に近い前記中間点の温度を検知し、この検
知温度が図２のＸで示す０℃以下の第１の所定の温度に
なった場合、除霜制御を開始する。この除霜制御を開始
すると、室外熱交換器５の入口部に付着した霜が徐々に
融解し、これにより温度センサ３１で検知される室外熱
交換器５の中間点の温度は図２に示すように徐々に上昇
するので、この検知温度が０℃を越えて、図２のＹで示
す第２の所定の温度に達した場合に、除霜を終了するこ
とにより、室外熱交換器５の入口部の着霜を適確に除去
することができる。

【００２２】なお、室外熱交換器５の入口部の除霜は、
圧縮機２からの高温高圧の冷媒を除霜用二方弁７を介し
て室外熱交換器５の入口部に供給することにより行うこ
とができる。

【００２３】図３は、本発明の他の実施例に係わる空気
調和装置の冷凍サイクルの構成を示す図である。図３に
示す空気調和装置は、図１と同様に冷媒として非共沸混
合冷媒を使用するものであるが、室内機１０および室外
機１００で構成され、室内機１０は室内熱交換器１１、
室内熱交換器１１の温度を検知する室内熱交換器温度セ
ンサ１２、室内熱交換器１１の吹き出し温度を検知する
吹き出し温度センサ１３等の主要部品で構成され、室外
機１００は圧縮機２、四方弁３、膨張弁４、室外熱交換
器５、室外熱交換器５の入口側に設けられた第１の温度
センサ６１、室外熱交換器５の略中間部から出口部まで
の間に一点設けられた第２の温度センサ６２、室外熱交
換器５の内部に設けられた第３の温度センサ６３、圧縮
機２の出口と室外熱交換器５の入口との間に連結された
除霜用二方弁７等の主要部品で構成されている。

【００２４】このように構成される本実施例の空気調和
装置は、上述した図７に示す従来の空気調和装置におい
て第１，第２の温度センサ６１，６２、吹き出し温度セ
ンサ１３を設けた点が大きく異なるものである。除霜用
二方弁７は、従来技術において説明したように、非共沸
混合冷媒を使用して暖房運転を行い、これにより室外熱
交換器５の入口部が着霜した場合に、開放され、これに
より圧縮機２からの高温高圧の冷媒を該除霜用二方弁７
を介して室外熱交換器５の入口部に供給し、室外熱交換
器５の入口部の霜を取り除くものである。

【００２５】図４は、第１、第２および第３の温度セン
サ６１，６２，６３による着霜状態判定図を示すもので
あり、横軸に室外熱交換器５の入口側から出口側までの
位置を示し、これらの各位置における温度を縦軸に示し
ている。また、横軸には室外熱交換器５の入口側に位置
する第１の温度センサ６１の位置、室外熱交換器５の略
中間部から出口部までの間に位置する第２の温度センサ
６２、および室外熱交換器５の内部に位置する第３の温
度センサ６３の位置が示され、これらの位置で検知した
温度センサ６１，６２，６３による温度が示されてい
る。

【００２６】このように温度センサ６１，６２，６３
は、室外熱交換器５のそれぞれ入口部、中間部から出口
部にかけてのどこか一点、内部の各温度を検知するもの
であるが、特に第１および第２の温度センサ６１，６２
はこれらの検知温度から室外熱交換器５の着霜状態を判
定する着霜検出手段を構成しているものである。

【００２７】図４からわかるように、第１の温度センサ
６１で検知される室外熱交換器５の入口部の温度の方が
第２の温度センサ６２で検知される室外熱交換器５の中
間部から出口部にかけてのどこか一点の温度よりも低い
ことは従来の技術において説明したとおりである。図４
において、（１）で示す線は室外熱交換器が凍結してい
ない通常運転時の特性を示し、（２）で示す線は室外熱
交換器５の入口部のみが凍結して着霜している入口部分
凍結時の特性を示し、（３）で示す線は室外熱交換器５
が全面的に凍結して着霜している時の特性を示してい
る。

【００２８】温度センサ６１，６２で特に構成される着
霜検出手段は、第１の温度センサ６１で検知される室外
熱交換器５の入口部の温度をｔ₁ 、第２の温度センサ６
２で検知される室外熱交換器５の中間部から出口部にか
けてのどこか一点の温度をｔ₂ とすると、ｔ₁ ＞０かつ
ｔ₂ ＞０の場合、室外熱交換器５は着霜していないと判
断し、ｔ₁ ＜０かつｔ₂ ＞０の場合、室外熱交換器５の
入口部のみが着霜していると判断し、ｔ₁ ＜０かつｔ₂
＜０の場合、室外熱交換器５が全面的に着霜していると
判断している。

【００２９】次に、作用を説明する。

【００３０】まず、図４の特性（１）で示す通常暖房運
転時には、膨張弁４は冷凍サイクルの絞りに設定され、
除霜用二方弁７は閉成状態に設定される。このように設
定された状態において、圧縮機２で圧縮された高温高圧
の冷媒ガスは、四方弁３を通過した後、室内機１０に導
かれ、室内熱交換器１１を流れる間に図示省略の室内送
風機により室内空気と熱交換することで室内に熱を放出
して凝縮する。そして、液化した冷媒は室外機１００に
戻り、膨張弁４で減圧された後、室外熱交換器５を流れ
る間に図示省略の室外送風機により室外空気と熱交換
し、蒸発過程を完了する。加熱された冷媒ガスは再び圧
縮機２に入り、高温高圧の冷媒ガスとなって吐出され
る。

【００３１】次に、図４の特性（２）で示す入口部分除
霜時の作用について図５に示すフローチャートを参照し
て説明する。

【００３２】図５においては、まず、室外熱交換器５が
着霜したか否かを判定するために空気調和装置の暖房能
力が低下したか否かをチェック（ステップ１１０）。

【００３３】この暖房能力の低下の判定は、室内熱交換
器１１に取り付けられている室内熱交換器温度センサ１
２または吹き出し温度センサ１３を使用し、室内熱交換
器温度センサ１２で検知した室内熱交換器１１の温度ま
たは吹き出し温度センサ１３で検知した室内熱交換器１
１の吹き出し温度が低下したか否かによって行う。すな
わち、空気調和装置は一般に運転周波数、風量を変更せ
ず、また熱負荷が変化していない場合には、室内熱交換
器１１の温度または吹き出し温度は殆ど変化しないもの
であるが、これに対して室内熱交換器１１の温度または
吹き出し温度が変化した場合には、室外熱交換器５が着
霜したために、熱交換器として使用できる有効面積が減
少し、これにより能力の低減が開始したものと考えられ
る。

【００３４】このように室内熱交換器温度センサ１２ま
たは吹き出し温度センサ１３の検知温度の低下に基づい
て、暖房能力の低減を検出した場合には、蒸発器として
作用する室外熱交換器５の入口部が凍結しているか否か
をチェックする（ステップ１２０）。室外熱交換器５の
入口部が凍結しているか否かの判定は、図４に関連して
説明したように、室外熱交換器５の入口部に設けられて
いる第１の温度センサ６１によって検知される入口部の
温度が０℃以下であるか否かによって行われる。

【００３５】第１の温度センサ６１によって検知された
室外熱交換器５の入口部の温度が０℃以下で、室外熱交
換器５の入口部が凍結していることが検出された場合に
は、室外熱交換器５の出口部が凍結しているか否かのチ
ェックが第２の温度センサ６２によって検知される室外
熱交換器５の中間部から出口部にかけてのどこか一点の
温度に基づいて同様に行われる（ステップ１３０）。第
２の温度センサ６２で検知した中間部から出口部にかけ
てのどこか一点の温度が０℃以下でなく、凍結していな
い場合には、ステップ１４０に進み、短時間除霜制御を
行い（ステップ１４０）、除霜制御を短時間完了する
と、除霜制御から復帰し（ステップ１５０）、通常運転
に戻るようになっている（ステップ１７０）。

【００３６】この短時間除霜制御は、除霜用二方弁７を
開放することにより、圧縮機２からの高温高圧の冷媒を
除霜用二方弁７を介して室外熱交換器５の入口部に供給
し、これによりホットガス除霜を行い、室外熱交換器５
の入口部の霜を除去する。この除霜制御は、図６に示す
ように、ユーザに対して不快感を与えないように短時間
実施されるが、この短時間除霜制御は、除霜時間を例え
ば３０秒または６０秒等というような所定の短時間に予
め定めておき、この短い除霜時間の間のみ行う第１の方
法、室外熱交換器５の入口部の霜が融解したことを第１
の温度センサ６１によって検知するまで実施する第２の
方法、室外熱交換器５の第３の温度センサ６３で検知し
た温度ｔ₃ が０より高くなったことを検知するまで実施
する第３の方法、室内熱交換器１１の室内熱交換器温度
センサ１２によって検知される室内熱交換器１１の温度
が所定温度以下に低下した場合に除霜制御から復帰する
ことにより実施する第４の方法、室内熱交換器１１の吹
き出し温度センサ１３によって検知される室内熱交換器
１１の吹き出し温度が所定温度以下に低下した場合に除
霜制御から復帰することにより実施する第５の方法等が
ある。

【００３７】なお、上述した第４および第５の方法で
は、室内熱交換器１１の温度または吹き出し温度が低下
した場合は、ユーザの快適性を考慮し、ユーザに寒さを
感じさせないようにするために室内熱交換器温度または
吹き出し温度が所定温度以下になった場合に、除霜制御
から復帰するものである。

【００３８】一方、ステップ１３０のチェックの結果、
第２の温度センサ６２で検知した室外熱交換器５の中間
部から出口部にかけてのどこか一点の温度が０℃以下で
あって、室外熱交換器５の出口部も凍結していることが
検出された場合には、室外熱交換器５が全面的に凍結し
て着霜している状態であるので、ステップ１６０に進
み、通常の除霜制御を実施し、室外熱交換器５の全面除
霜を解除してから、通常運転に戻る（ステップ１７
０）。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
室外熱交換器の暖房側入口から中間部までの間の所定の
点の温度を温度検知手段で検知し、この検知温度が第１
の所定の温度に低下した場合、室外熱交換器の除霜を開
始し、前記検知温度が第２の所定の温度に上昇した場
合、除霜を終了するので、前記所定の点に設けられた１
個の温度検知手段により比較的簡単かつ容易に除霜を行
うことができ、経済化を図ることができるとともに、除
霜時間は比較的短時間であるので、ユーザに不快感を与
えることなく、除霜することができる。

【００４０】更に、本発明によれば、暖房能力の低減に
基づいて室外熱交換器が着霜したと判定し、更に室外熱
交換器の入口部のみが着霜していることを検出した場
合、室外熱交換器の除霜を短時間実施しているので、平
均的暖房能力の低減を防止し、ユーザに不快感を与える
ことなく、除霜することができる。

【００４１】また、本発明によれば、暖房能力の低減を
室内熱交換器の温度または室内熱交換器の吹き出し温度
に基づいて識別し、室外熱交換器の入口部のみ着霜し、
出口部は着霜していないことの判定を室外熱交換器の入
口部の温度および室外熱交換器の略中間部から出口部に
かけてのどこか一点の温度に基づいて行い、更に短時間
の除霜として、例えば３０または６０秒等の所定時間除
霜を実施したり、室外熱交換器の入口部の凍結が融解す
るまで除霜を実施したり、室内熱交換器の温度が所定温
度以下に低下するまで除霜を実施したり、または室外熱
交換器の吹き出し温度が所定温度以下に低下するまで除
霜を実施するかによって行い、快適性を損なわないよう
に制御している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる空気調和装置の冷凍
サイクルの構成を示す図である。

【図２】図１に示す実施例に使用されている温度センサ
によって検知された温度変化を示す図である。

【図３】本発明の一実施例に係わる空気調和装置の冷凍
サイクルの構成を示す図である。

【図４】図３に示す空気調和装置に使用されている温度
センサによる着霜状態判定図である。

【図５】図３に示す空気調和装置の作用を示すフローチ
ャートである。

【図６】図３に示す空気調和装置の暖房能力の時間に対
する変化を示す図である。

【図７】従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成を示
す図である。

【図８】従来の空気調和装置における時間に対する能力
の変化を示す図である。

【符号の説明】

２ 圧縮機 ３ 四方弁 ４ 膨張弁 ５ 室外熱交換器 ７ 除霜用二方弁 １０ 室内機 １１ 室内熱交換器 １２ 室内熱交換器温度センサ １３ 吹き出し温度センサ ３１，６１，６２，６３ 温度センサ １００ 室外機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、膨張弁および室外熱交
   換器を有する室外機と室内熱交換器を有する室内機とを
   具備し、冷媒として非共沸混合冷媒を使用した空気調和
   装置であって、前記室外熱交換器の暖房側入口から中間
   部までの間の所定の点の温度を検知する温度検知手段
   と、該温度検知手段で検知した温度が第１の所定の温度
   に低下した場合、室外熱交換器の除霜を開始し、前記温
   度検知手段で検知した温度が第２の所定の温度に上昇し
   た場合、除霜を終了する除霜手段とを有することを特徴
   とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 圧縮機、四方弁、膨張弁および室外熱交
   換器を有する室外機と室内熱交換器を有する室内機とを
   具備し、冷媒として非共沸混合冷媒を使用した空気調和
   装置であって、室外熱交換器が着霜したか否かを識別す
   るために暖房能力の低減を判定する判定手段と、該判定
   手段の判定結果に基づいて室外熱交換器が着霜したと判
   定された場合、該室外熱交換器の入口部のみ着霜し、出
   口部は着霜していないことを検出する検出手段と、該検
   出手段の検出結果に基づいて室外熱交換器の入口部のみ
   が着霜していることが検出された場合、圧縮機からの高
   温高圧の冷媒を室外熱交換器の入口部に供給し、室外熱
   交換器の除霜を短時間実施する除霜手段とを有すること
   を特徴とする空気調和装置。
3. 【請求項３】 前記判定手段は、室内熱交換器の温度ま
   たは室内熱交換器の吹き出し温度を検知する温度検知手
   段および該温度検知手段で検知した温度に基づいて暖房
   能力の低減を識別する暖房能力低減識別手段を有するこ
   とを特徴とする請求項２記載の空気調和装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、室外熱交換器の入口部
   に設けられ、該入口部の温度を検知する入口温度検知手
   段、室外熱交換器の略中間部から出口部までの間に一点
   設けられ、該中間部から出口部までの間の一点の温度を
   検知する出口温度検知手段、前記入口温度検知手段およ
   び前記出口温度検知手段でそれぞれ検知した温度に基づ
   いて、室外熱交換器の入口部のみ着霜し、出口部は着霜
   していないことを判定する入口部着霜判定手段を有する
   ことを特徴とする請求項２または３記載の空気調和装
   置。
5. 【請求項５】 前記除霜手段は、所定時間除霜を実施す
   る手段、室外熱交換器の入口部の凍結が融解するまで除
   霜を実施する手段、室内熱交換器の温度が所定温度以下
   に低下するまで除霜を実施する手段、および室外熱交換
   器の吹き出し温度が所定温度以下に低下するまで除霜を
   実施する手段からなるグループのうちの少なくとも１つ
   の手段を有することを特徴とする請求項２，３または４
   記載の空気調和装置。