JPH08327193A

JPH08327193A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH08327193A
Application number: JP7134182A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Ogoshi; 靖二大越; Akihiko Sugiyama; 明彦杉山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】除霜負荷に応じてメカトロ除霜運転とリバース
除霜運転とを選択して実行することにより、除霜運転時
間を短縮して快適性を向上する。【構成】冷凍サイクルの暖房運転時に室外熱交換器８に
生ずる着霜を除霜するために必要な負荷を検知するため
の外気温センサー１０および蒸発温度センサー１１と、
検知手段であるこれらセンサー１０，１１により検知し
た外気温と冷媒蒸発温度とに基づいて検出した除霜負荷
に応じて、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環方向が暖
房運転時と同じであって膨脹弁６を開くと共に、室内，
室外ファン４，８の運転を停止せしめるメカトロ除霜運
転と、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環方向が暖房運
転時と逆であって室内，外ファン４，８の運転を停止せ
しめるリバース除霜運転と、のいずれかを選択し実行せ
しめる室外制御器１２と、を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートポンプ式空気調和
機に係り、特に、除霜運転方法を改良した空気調和機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の空気調和機の除霜方式と
してはリバース除霜方式や、メカトロ除霜方式等があ
る。リバース除霜方式は、図６のシーケンス図に示すよ
うに暖房運転時にオンの四方弁をＯＦＦに逆転して、冷
媒の循環方向を暖房時と逆転させ、流量調節弁（メカト
ロ弁）である膨張弁の開度が所定開度で一定に保持され
るように制御し、室内外ファンの運転を停止させる運転
方法である。

【０００３】つまり、コンプレッサから吐出された高温
高圧のガス状冷媒を室外熱交換器内に導入し、ここで放
熱して液化させ、その放熱により、室外熱交換器の外面
の着霜を加熱融霜して除霜することができる。また、室
外熱交換器で液化した液冷媒は膨張弁を経て室内熱交換
器内へ流入し、ここで蒸発して気化し、ガス冷媒となっ
て再びコンプレッサに戻される。したがって、液冷媒と
してコンプレッサに戻る液バック量が少ない。

【０００４】しかし、このようなリバース除霜方式で
は、室内熱交換器内に流入した液化冷媒が蒸発して吸熱
するので、室内熱交換器を冷却してしまう。このため
に、リバース除霜運転終了後、室内熱交換器を加温して
暖房運転が立上るまでには、なお数分がかかる。つま
り、暖房運転の立上りが遅いという特徴がある。また、
リバース除霜時の室外熱交換器の冷媒温度は霜の溶融に
よって、ガスライン側（除霜流入側）から液ライン側
（除霜流出側）へ徐々に低下するので、着霜量が多い場
合には液ライン側の端部に着霜が残る場合がある。

【０００５】さらに、リバース除霜運転開始とほぼ同時
に四方弁がＯＦＦになるので、室内熱交換器内に溜って
いる高温高圧の冷媒の熱が冷媒配管やサクションカップ
で放熱してしまい、除霜に利用されないという特徴があ
る。

【０００６】一方、メカトロ除霜方式では、暖房運転時
の四方弁をＯＦＦせずにＯＮ状態を継続しながら膨脹弁
を開く一方、単に室内，外ファンの運転を停止させるも
のであり、コンプレッサの蓄熱とその入力（電力）とに
より室外熱交換器の着霜を加熱融霜して除霜するもので
ある。

【０００７】したがって、コンプレッサから吐出された
高温高圧の冷媒が四方弁，室内熱交換器，膨脹弁を順次
経て室外熱交換器へ流入し、この室外熱交換器で冷媒の
一部が放熱して着霜を融霜することにより除霜し、反
面、その除霜により液化した液冷媒は再びコンプレッサ
に戻され、ここで吸熱し、再び圧縮されて吐出される。
したがって、コンプレッサはその内部に吸い込まれた液
冷媒により冷却され、温度が徐々に低下する。

【０００８】しかし、このようなメカトロ除霜方式で
は、コンプレッサの蓄熱量とその入力（電力）の熱量に
より室外熱交換器の着霜を加熱融霜して除霜する方式で
あるので、その除霜中、コンプレッサの蓄熱量が殆どな
くなってコンプレッサが冷えると、コンプレッサ内に液
冷媒が溜まり、最終的には液冷媒と圧縮機内の潤滑油が
吐出されるという液吐出現象が発生し、コンプレッサが
故障する場合がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そして、従来の空気調
和機は、除霜負荷（着霜量）のいかんに拘らず、リバー
ス除霜方式またはメカトロ除霜方式の一方により運転し
ているので、例えば着霜量が少なく、除霜負荷が比較的
軽いときにもリバース除霜運転を行なうので、暖房運転
の立上りが遅いという課題がある。

【００１０】また、除霜負荷が重いときにもメカトロ除
霜運転を行なうので、コンプレッサの液吐出によりコン
プレッサの故障を招く場合があるという課題がある。

【００１１】そこで本発明の目的は、除霜負荷に応じて
メカトロ除霜運転とリバース除霜運転とを選択して実行
することにより、除霜運転時間を短縮して快適性を向上
することができる空気調和機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
少なくとも圧縮機，四方弁，室内ファンを具備した室内
熱交換器，膨張弁，室外ファンを具備した室外熱交換器
を冷媒配管により順次接続して冷媒を循環せしめる冷暖
房自在の冷凍サイクルを有する空気調和機において、上
記冷凍サイクルの暖房運転時に上記室外熱交換器に生ず
る着霜を除霜するために必要な負荷を検知する除霜負荷
検知手段と、この除霜負荷検知手段により検知した除霜
負荷に応じて、上記冷凍サイクルを循環する冷媒の循環
方向が暖房運転時と同じであって上記膨脹弁を開くと共
に、上記室内，室外ファンの運転を停止せしめるメカト
ロ除霜運転と、上記冷凍サイクルを循環する冷媒の循環
方向が暖房運転時と逆であって上記室内，外ファンの運
転を停止せしめるリバース除霜運転と、のいずれかを選
択し実行せしめる制御手段と、を有する。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の空
気調和機において、制御手段は、除霜負荷が軽いと判断
したときには、メカトロ除霜運転を行ない、重いと判断
したときには、リバース除霜運転を行なう構成である。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項２記載の空
気調和機において、制御手段は、リバース除霜運転を行
なう際、室内ファンを停止させてから四方弁を反転させ
る構成である。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項３記載の空
気調和機において、制御手段は、室内ファンの運転停止
時に膨張弁を、全開にする一方、四方弁の反転後に所定
開度に絞る構成である。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の空気調和機において、除霜負荷検知
手段は、外気温を検出する外気温センサー、室外熱交換
器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサ
ー、空調空間の湿度を検出する湿度センサー，室外ファ
ンの回転数を検出する室外ファン回転数検出手段，圧縮
機の運転周波数を検出する運転周波数検出手段のうちの
少なくともいずれかである。

【００１７】

【作用】請求項１〜４の発明においては、除霜負荷検知
手段により検知された除霜負荷が軽いときには制御手段
によりメカトロ除霜運転が選択され、かつ実行されるの
で、室内熱交換器の温度が高い状態のままで除霜運転を
行なうことができる。また、除霜負荷が軽いので、除霜
運転時間を短縮することができる。このために、除霜運
転終了後の暖房運転の立上げを早めることができるの
で、快適性と暖房効率の向上とを共に図ることができ
る。

【００１８】一方、除霜負荷が重いときには制御手段に
よりリバース除霜運転が選択され、かつ実行されるの
で、圧縮機に戻される冷媒の液バック量を低減すること
ができる。このために、液バックによる圧縮機の故障を
未然に防止することができるので、信頼性を向上させる
ことができる。

【００１９】請求項３の発明においては、リバース除霜
運転を行なう際、直ちに四方弁を反転（ＯＦＦ）させず
に、室内ファンを停止させてから四方弁を反転（ＯＦ
Ｆ）させるので、室内熱交換器内に溜っている高温高圧
の冷媒を除霜運転開始直後に、ＯＮ中の四方弁を通して
室外熱交換器内に導入して除霜に有効に利用でき、その
分、除霜時間を短縮することができる。

【００２０】請求項４の発明は、リバース除霜運転の開
始により室内ファンの運転が停止した時に、膨張弁を全
開するので、暖房運転時に室内熱交換器内に溜っている
高温高圧の冷媒の一部を、全開中の膨張弁を通して室外
熱交換器内へ、そのリバース除霜運転時冷媒出口側から
導入することができる。このために、この冷媒出口側端
部の残霜を高温高圧のガス状冷媒により加熱して除霜す
ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図５に基づい
て説明する。図１〜図５中、同一または相当部分には同
一符号を付している。

【００２２】図１は本発明に係る空気調和機の一実施例
の冷凍サイクル図であり、この図において、空気調和機
１は、図示しないインバータにより回転数制御自在に駆
動される圧縮機２，四方弁３，室内ファン４を有する室
内熱交換器５，流量制御弁（メカトロ弁）である膨張弁
６，室外ファン７を有する室外熱交換器８を冷媒配管９
により、この順に順次、かつ環状に接続して冷媒を可逆
的に循環させる冷凍サイクルを構成している。この冷凍
サイクルは、室内，外ファン４，７の運転時に、四方弁
３の切換操作により、冷媒を、図中実線矢印方向に循環
させることにより暖房運転され、図中破線矢印方向に循
環させることにより冷房運転される。また、少なくとも
室内ファン４の運転停止時に、冷媒を、図中実線矢印方
向に循環させることによりメカトロ除霜運転され、また
図中破線矢印方向に循環させることによりリバース除霜
運転される。

【００２３】そして、室外熱交換器８には除霜負荷検知
手段として外気温Ｔｏを検知する外気温センサー１０
と、室外熱交換器８内で蒸発する冷媒の蒸発温度ＴＥを
検知する蒸発温度センサー１１とを設けており、これら
両センサー１０，１１を信号線により制御手段である室
外制御器１２に電気的に接続している。

【００２４】室外制御器１２は例えばマイクロプロセッ
サー等からなり、暖房運転時に、図２で示す制御プログ
ラムに従って、外気温センサー１０から読み込んだ外気
温Ｔｏと、蒸発温度センサー１１から読み込んだ冷媒蒸
発温度ＴＥとに基づいて室外熱交換器８の除霜の必要性
の有無および除霜負荷を検知し、その除霜負荷に基づい
てリバース除霜運転とメカトロ除霜運転の一方を選択し
て実行するものである。

【００２５】次に、室外制御器１２の除霜運転について
の制御プログラムを図２のフローチャートに基づいて説
明する。なお、図２中、Ｓ１〜Ｓ７はフローチャートの
各ステップを示す。

【００２６】まず、Ｓ１で室外制御器１２は、空気調和
機１の暖房運転を開始させると、Ｓ２で蒸発温度センサ
ー１１から読み出した室外熱交換器８内で蒸発した冷媒
の蒸発温度ＴＥが例えば−２℃よりも低い（ＴＥ＜−
２）状態を３０分間継続しているか否か繰り返し判断
し、Ｙｅｓの場合は、除霜の必要性があると判断すると
共に、Ｓ３で外気温センサー１０から読み込んだ外気温
Ｔｏが例えば２℃以下（Ｔｏ≦２）であるか否か判断
し、Ｙｅｓの場合は室外熱交換器８の除霜負荷が重いと
判断してＳ４のリバース除霜運転を選択して実行し、Ｎ
ｏの場合は除霜負荷が軽いと判断してＳ５でメカトロ除
霜運転を選択実行する。

【００２７】リバース除霜運転は図３で示すシーケンス
に従って運転されるものであり、暖房運転中、除霜運転
の開始時に四方弁３をＯＮからＯＦＦに反転させて、そ
の冷媒の循環方向を図１中破線矢印方向に逆転させる。
また、圧縮機２の運転周波数を例えば６２Ｈｚに低減
し、室内ファン４の運転を停止させる。但し、室外ファ
ン７については除霜運転開始から所定時間、例えば２０
秒後に運転を停止させ、膨張弁（メカトロ弁）６の開度
は暖房運転時のスーパーヒート一定制御の開度とほぼ同
じ開度で一定に保持される。

【００２８】これにより、圧縮機２からの高温高圧のガ
ス状冷媒は、暖房運転時とは反転した四方弁３により案
内されて、まず室外熱交換器８内に流入し、ここで放熱
する一方で液化する。このために、その放熱により室外
熱交換器８を加熱し、その外面の着霜を加熱溶融して除
霜することができる。なお、除霜開始から約２０秒間は
室外ファン７の運転が継続されるので、室外熱交換器８
での熱交換量は大きい。

【００２９】そして、室外熱交換器８で液化した液冷媒
は所定開度の膨張弁６を通って、室内ファン４の運転が
停止されている室内熱交換器５内へ流入し、ここで自然
対流により吸熱して蒸発してから四方弁３により案内さ
れて再び圧縮機２内へ吸込口から戻される。したがっ
て、液冷媒が圧縮機２へ戻される液バック量を減少させ
ることができる。これの繰返しにより室外熱交換器８が
加熱され、その着霜が除霜されるので、次のＳ６で、蒸
発温度ＴＥが５℃よりも高い（ＴＥ＞５）か否か繰り返
し判断し、ＴＥ＞５が成立したときには除霜が完了した
ものと判断して、再びＳ１へ戻って、暖房運転を開始
し、以下のステップを再び繰り返す。

【００３０】一方、Ｓ５のメカトロ除霜は、図４のシー
ケンスに示すようにその除霜運転を開始しても、四方弁
３をオンからオフに反転させずに引き続きオン状態を保
持する一方、膨張弁６の開度を全開またはそれに近い開
度に制御する点でリバース除霜運転とは相違する。

【００３１】したがって、冷房の循環方向は図１中実線
矢印方向に示すように暖房運転時と同じである。このた
めに、圧縮機２からの高温高圧のガス状冷媒がオン中の
四方弁３に案内されて、室内熱交換器５，膨張弁６を順
次経て、室外熱交換器８内に流入する。この時、室内フ
ァン４の運転は停止しているので室内熱交換器５では冷
媒の放熱・液化は殆ど行なわれず、室外熱交換器８にお
いて冷媒は放熱して液化し、その放熱により室外熱交換
器８を加熱して、その除霜を加熱溶融し除霜する。室外
熱交換器８で液化した液冷媒は再び圧縮機２内へ、その
吸込口から吸い込まれ、ここで冷媒は圧縮機２の保有熱
を吸熱し、かつ圧縮されて再び四方弁３へ吐出される。
以下、これの繰返しにより室外熱交換器８の着霜が除霜
される。次に、Ｓ７で冷媒蒸発温度ＴＥが、例えば５℃
を超えたか（ＴＥ＞５）否か繰り返し判断し、Ｙｅｓの
場合は再びＳ１へ戻って暖房運転を開始させる。

【００３２】したがって本実施例によれば、室外熱交換
器８の除霜負荷が重い場合にはリバース除霜運転により
圧縮機２からの吐出冷媒を直接室外熱交換器８に導くの
で確実に着霜を除霜するので、液バックを低減すること
ができる。このために、液バックによる圧縮機２の故障
の発生を有効に防止することができるので、信頼性を向
上させることができる。

【００３３】また、除霜負荷が軽い場合はメカトロ除霜
運転により除霜するが、除霜負荷が軽いので、その除霜
運転時間を短縮することができると共に、圧縮機２から
の吐出冷媒をはじめに室内熱交換器５に導くので室内熱
交換器５の温度を高いままに維持でき、除霜終了後の暖
房運転立上り時の温風吹出の立上げを早めることがで
き、快適性を高めることができる。

【００３４】図５は上記室外制御器１２によりリバース
除霜運転を行なう場合の他のシーケンスを示しており、
これは除霜開始時に運転が停止される室内ファン４の当
該停止時から例えば約３０秒の所定時間経過内は四方弁
３を直ちにオフせずに、オンのまま保持し、その所定時
間経過後にオフにして反転させる点と、その室内ファン
４の運転停止時から例えば約３０秒の所定時間だけ膨張
弁６の開度を全開とし、その後、所定開度に絞る点に特
徴がある。

【００３５】つまり、リバース除霜運転開始とほぼ同時
に四方弁３をオフにして反転させると、室内熱交換器５
内に溜っている高温高圧の冷媒熱が冷媒配管９やサクシ
ョンカップ２ａで放熱してしまい、除霜に利用すること
ができない。そこで、本実施例ではリバース除霜運転の
開始とほぼ同時に四方弁３をオフにせず、例えば３０秒
間引き続きオン状態に保持するので、その間、室内熱交
換器５内に溜っている高温高圧のガス状冷媒をオン状態
の四方弁３と全開中の膨張弁６を通して室外熱交換器８
内に導入して除霜に利用するこどがてきる。したがっ
て、その分、除霜運転時間を短縮することができるの
で、快適性を向上させることができる。

【００３６】また、本実施例では室内ファン４の運転停
止時から例えば約３０秒間だけ膨張弁６の開度を全開に
しているので、この全開中の膨張弁６を通して、室内熱
交換器５内に溜っている高温高圧のガス状冷媒の一部
を、室外熱交換器８内へ、その液ライン側（リバース除
霜時の冷媒出口側）から導入することができる。このた
めに、リバース除霜時に冷媒温度が低下し、図１に１３
で示すような液ライン側端部外面での残霜をリバース除
霜開始前に加熱し除霜することができるので、リバース
除霜終了後に残霜１３を生じることがなくなる。

【００３７】なお、上記各実施例では除霜負荷検知手段
として、外気温センサー１０と蒸気温度センセンサー１
１とを組み合せて使用する場合について説明したが、本
発明はこれらセンサー１０，１１のほかに、湿度センサ
ー，室外ファン７の回転数を検出する室外ファン回転数
検知手段，圧縮機２の運転周波数を検出する運転周波数
検知手段のいずれか、またはこれらの適宜組合せでもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１〜４の発明
においては、除霜負荷検知手段により検知された除霜負
荷が軽いときには制御手段によりメカトロ除霜運転が選
択され、かつ実行されるので、室内熱交換器の温度が高
い状態のままで除霜運転を行なうことができる。また、
除霜負荷が軽いので、除霜運転時間を短縮することがで
きる。このために、除霜運転終了後の暖房運転の立上げ
を早めることができるので、快適性と暖房効率の向上と
を共に図ることができる。

【００３９】一方、除霜負荷が重いときには制御手段に
よりリバース除霜運転が選択され、かつ実行されるの
で、確実に除霜が行なえると共に、圧縮機に戻される冷
媒の液バック量を低減することができる。このために、
液バックによる圧縮機の故障を未然に防止することがで
きるので、信頼性を向上させることができる。

【００４０】請求項３の発明においては、リバース除霜
運転を行なう際、直ちに四方弁を反転（ＯＦＦ）させず
に、室内ファンを停止させてから四方弁を反転（ＯＦ
Ｆ）させるので、室内熱交換器内に溜っている高温高圧
の冷媒を除霜運転開始直後に、ＯＮ中の四方弁を通して
室外熱交換器内に導入して除霜に有効に利用でき、その
分、除霜時間を短縮することができる。

【００４１】請求項４の発明は、リバース除霜運転の開
始により室内ファンの運転が停止した時に、膨張弁を全
開するので、暖房運転時に室内熱交換器内に溜っている
高温高圧の冷媒の一部を、全開中の膨張弁を通して室外
熱交換器内へ、そのリバース除霜運転時冷媒出口側から
導入することができる。このために、この冷媒出口側端
部の残霜を高温高圧のガス状冷媒により加熱して除霜す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気調和機の一実施例の冷凍サイ
クル図。

【図２】図１で示す室外制御器の制御プログラムのフロ
ーチャート。

【図３】図１で示す実施例によるリバース除霜運転のシ
ーケンス図。

【図４】図１で示す実施例によるメカトロ除霜運転のシ
ーケンス図。

【図５】図４で示す実施例による他のメカトロ除霜運転
のシーケンス図。

【図６】従来のリバース除霜運転のシーケンス図。

【符号の説明】

１空気調和機２圧縮機２ａサクションカップ３四方弁４室内ファン５室内熱交換器６膨張弁（流量制御弁）７室外ファン８室外熱交換器９冷媒配管１０外気温センサー１１蒸発温度センサー１２室外制御器（制御手段）１３残霜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２４Ｆ 11/02 １０１Ｆ２４Ｆ 11/02 １０１Ｑ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも圧縮機，四方弁，室内ファン
を具備した室内熱交換器，膨張弁，室外ファンを具備し
た室外熱交換器を冷媒配管により順次接続して冷媒を循
環せしめる冷暖房自在の冷凍サイクルを有する空気調和
機において、上記冷凍サイクルの暖房運転時に上記室外
熱交換器に生ずる着霜を除霜するために必要な負荷を検
知する除霜負荷検知手段と、この除霜負荷検知手段により検知した除霜負荷に応じ
て、上記冷凍サイクルを循環する冷媒の循環方向が暖房
運転時と同じであって上記膨脹弁を開くと共に、上記室
内，室外ファンの運転を停止せしめるメカトロ除霜運転
と、上記冷凍サイクルを循環する冷媒の循環方向が暖房
運転時と逆であって上記室内，外ファンの運転を停止せ
しめるリバース除霜運転と、のいずれかを選択し実行せ
しめる制御手段と、を有することを特徴とする空気調和
機。
【請求項２】請求項１記載の空気調和機において、制
御手段は、除霜負荷が軽いと判断したときには、メカト
ロ除霜運転を行ない、重いと判断したときには、リバー
ス除霜運転を行なう構成であることを特徴とする空気調
和機。
【請求項３】請求項２記載の空気調和機において、制
御手段は、リバース除霜運転を行なう際、室内ファンを
停止させてから四方弁を反転させる構成であることを特
徴とする空気調和機。
【請求項４】請求項３記載の空気調和機において、制
御手段は、室内ファンの運転停止時に膨張弁を、全開に
する一方、四方弁の反転後に所定開度に絞る構成である
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の空
気調和機において、除霜負荷検知手段は、外気温を検出
する外気温センサー、室外熱交換器における冷媒の蒸発
温度を検出する蒸発温度センサー、空調空間の湿度を検
出する湿度センサー，室外ファンの回転数を検出する室
外ファン回転数検出手段，圧縮機の運転周波数を検出す
る運転周波数検出手段のうちの少なくともいずれかであ
ることを特徴とする空気調和機。