JP6819112B2

JP6819112B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP6819112B2
Application number: JP2016143690A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎真田; 賢一 ▲高▼野; 博俊竹内; 亮 ▲高▼岡
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: JP2018013301A

Description

本発明は、室外機に複数の室内機が冷媒配管で接続された空気調和装置に関する。

空気調和装置が暖房運転を行っているとき、蒸発器として機能する室外熱交換器に着霜する場合がある。室外熱交換器に着霜すると、室外熱交換器での通風が霜によって阻害されて室外熱交換器における熱交換効率が低下する恐れがある。そこで、室外熱交換器に着霜したときに暖房運転を中断し、室外熱交換器が凝縮器として機能するように冷媒回路を切り替えて圧縮機から吐出された高温の冷媒を室外熱交換器に流すことで、室外熱交換器に付着している霜を融かす除霜運転を行う空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記のような空気調和装置では、暖房運転中に室外熱交換器に着霜したか否かを、室外機に設けられた各種温度センサで検出した値や、暖房運転の継続時間を用いて判断している。例えば、暖房運転中に室外熱交換器から流出する冷媒温度である熱交出口温度が−１４℃より低い、外気温度と熱交出口温度の温度差が５℃より大きい、暖房運転の継続時間が３時間を超えている等という状態であれば、室外熱交換器での着霜量が暖房能力に支障をきたすレベルであると判断して除霜運転が実行される。

一方、暖房運転中の外気温度が低くかつ外気の湿度が高い場合は、室外熱交換器で急激に着霜が進む（短時間で多量の霜が室外熱交換器に付着する）ことがある。このような急激な着霜の進行は、上述した着霜発生の判断方法では検出できない。そこで、室外熱交換器の温度が急激に低下しているか否かを見て、室外熱交換器で急激に着霜が進行しているか否かを判断することが考えられる。例えば、室外熱交換器の出口温度を定期的（例えば、５分毎）に検出し、この室外熱交換器の出口温度が−６℃より低いときに、現在の室外熱交換器の出口温度を前回（５分前に）検出した室外熱交換器の出口温度から減じて求めた室外熱交換器の出口温度の低下率が２℃／５分より大きければ、室外熱交換器で急激に着霜が進行していると判断して、除霜運転が実行される。

１台の室外機に複数台の室内機が接続された空気調和装置では、暖房運転中に運転する室内機が増加する（それまで停止していた室内機が暖房運転を開始する）ことがある。運転する室内機が増加すれば、増加した室内機の台数に応じて圧縮機の回転数を上昇させるが、このときの回転数の上昇値は、運転する室内機が１台だけ増加した場合であっても通常の要求能力の変更時（例えば、室内機で設定温度が１℃上げられたとき）と比べて大きくなる。そして、圧縮機の回転数上昇値が大きいと圧縮機の吸入圧力が大きく低下し、これに応じて室外熱交換器の出口温度も大きく低下する。従って、暖房運転中に上述した室外熱交換器の出口温度の低下率を見て室外熱交換器で急激に着霜が進行しているか否かを判断しているときに室内機の運転台数が増加すれば、実際は室外熱交換器で急激に着霜が進行していないにも関わらず室外熱交換器の出口温度の低下率が大きくなるため、誤って急激に着霜が進行していると判断される恐れがあった。

これに対して、本出願人は、先に、暖房運転時の室外熱交換器における室外熱交換器の出口温度およびこの室外熱交換器の出口温度の低下率に加えて、暖房運転を行っている室内機台数が増加したか否かを考慮して着霜の有無を判断する空気調和装置を提案した（特願２０１５−０４２５３３号）。これによれば、運転台数が増加したことに起因する着霜の誤判定を防止できる。

特開２００９−２２８９２８号公報

しかし、室内機の運転台数の増加が繰り返されると室外熱交換器の入口付近だけ部分的に着霜が進行する恐れがある。すなわち、室内機の運転台数が増えた直後は停止していた室内機およびそれに接続されている配管に分布する冷媒は流れずその場に滞留しており、冷媒がすぐには循環しないため、圧縮機の回転数が上がってから停止していた室内機に滞留していた冷媒が圧縮機に吸入されるまでに時間差が生じる。その結果、圧縮機吸入側の圧力（低圧圧力）が一時的に急降下する。この時、蒸発温度も低下する。室外熱交換器温度と外気温度との温度差が大きくなるため、冷媒は室外熱交換器の流路の中間あたりから過熱され、室外熱交換器の入口から中間あたりまでが部分的に温度が低下する。これが繰り返されると、室外熱交換器の入口付近だけ部分的に着霜が進行してしまう。上記した従来の空気調和装置（特願２０１５−０４２５３３号）だと、室内機の運転台数が増加した場合には着霜と判定されない。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、室内機の運転台数が増加したことにより室外熱交換器で着霜が進行しているか否かを誤りなく判断できる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外熱交換器が蒸発器として機能するときに室外熱交換器から流出する冷媒の温度である熱交出口温度を検出する熱交出口温度検出手段と外気温度を検出する外気温度検出手段を有する室外機と、室内熱交換器を有する複数の室内機と、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と複数の室内熱交換器が冷媒配管で接続された冷媒回路と、圧縮機や四方弁を制御する制御手段とを有するものである。制御手段は、冷媒回路を暖房サイクルとして複数の室内機で暖房運転を行っているとき、熱交出口温度検出手段で検出した熱交出口温度と外気温度検出手段で検出した外気温度と暖房運転を行っている室内機の運転台数を定期的に取り込んで時系列で記憶する。そして、制御手段は、室外熱交換器に着霜する条件である第１着霜条件あるいは第２着霜条件のうちいずれか一方が成立すれば、四方弁を切り替えて冷媒回路を冷房サイクルとし室外熱交換器を除霜する除霜運転を実行する。ここで、第１着霜条件は、熱交出口温度が第１閾値温度より低いか否か、あるいは、暖房運転の継続時間が所定継続時間より長いか否か、あるいは、外気温度と熱交出口温度の温度差が所定温度差より大きいか否か、のうち少なくとも１つを含む。また、第２着霜条件は、室内機の運転台数が増加した回数が所定回数以上となったかである。

上記のように構成した本発明の空気調和装置は、暖房運転時の暖房運転を行っている室内機台数が増加した回数をもって着霜しているか否かを判断するので、室内機の運転台数が増加したことにより室外熱交換器で着霜が進行しているか否かを誤りなく判断できる。

本発明の実施形態である空気調和装置の説明図であり、（Ａ）が冷媒回路図、（Ｂ）が室外機制御手段のブロック図である。本発明の実施形態における、暖房運転時における室外機制御手段での処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機に３台の室内機が冷媒配管で並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転あるいは暖房運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態における空気調和装置１は、１台の室外機２と、室外機２に第１液管８ａ、第２液管８ｂ、第３液管８ｃ、およびガス管９で並列に接続された３台の室内機５ａ〜５ｃを備えている。

上記各構成要素は次のように接続されている。第１液管８ａの一端が室外機２の第１液側閉鎖弁２７ａに接続され、第１液管８ａの他端が室内機５ａの液管接続部５３ａに接続されている。第２液管８ｂの一端が室外機２の第２液側閉鎖弁２７ｂに接続され、第２液管８ｂの他端が室内機５ｂの液管接続部５３ｂに接続されている。第３液管８ｃの一端が室外機２の第３液側閉鎖弁２７ｃに接続され、第３液管８ｃの他端が室内機５ｃの液管接続部５３ｃに接続されている。ガス管９の一端は室外機２のガス側閉鎖弁２８に接続され、ガス管９の他端は分岐して室内機５ａ〜５ｃの各ガス管接続部５４ａ〜５４ｃにそれぞれ接続されている。このように、室外機２と室内機５ａ〜５ｃとが第１液管８ａ、第２液管８ｂ、第３液管８ｃ、およびガス管９で接続されて、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。

室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、第１膨張弁２４ａと、第２膨張弁２４ｂと、第３膨張弁２４ｃと、アキュムレータ２５と、室外ファン２６と、上述した第１液側閉鎖弁２７ａ、第２液側閉鎖弁２７ｂ、第３液側閉鎖弁２７ｃ、およびガス側閉鎖弁２８と、室外機制御手段２００を備えている。そして、室外ファン２６および室外機制御手段２００を除くこれら各装置が、以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路２０を構成している。

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出口と四方弁２２のポートａが吐出管４１で接続されており、また、圧縮機２１の冷媒吸入側とアキュムレータ２５の冷媒流出側が吸入管４２で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。上述したように、ポートａと圧縮機２１の冷媒吐出口が吐出管４１で接続されている。ポートｂと室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口が冷媒配管４３で接続されている。ポートｃとアキュムレータ２５の冷媒流入側が冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄとガス側閉鎖弁２８が室外機ガス管４５で接続されている。

室外熱交換器２３は、室外ファン２６の回転により図示しない吸込口から室外機２の内部に取り込まれた外気と冷媒を熱交換させるものである。上述したように、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と四方弁２２のポートｂが冷媒配管４３で接続されている。また、室外熱交換器２３の他方の冷媒出入口と第１液分管４４ａ〜第３液分管４４ｃの各々の一端が室外機液管４４で接続されている。室外熱交換器２３は、冷媒回路１０が冷房サイクルとなる場合は凝縮器として機能し、冷媒回路１０が暖房サイクルとなる場合は蒸発器として機能する。

第１膨張弁２４ａは第１液分管４４ａに設けられている。第１液分管４４ａの一端は室外機液管４４に接続され、他端は第１液側閉鎖弁２７ａに接続されている。第２膨張弁２４ｂは第２液分管４４ｂに設けられている。第２液分管４４ｂの一端は室外機液管４４に接続され、他端は第２液側閉鎖弁２７ｂに接続されている。第３膨張弁２４ｃは第３液分管４４ｃに設けられている。第３液分管４４ｃの一端は室外機液管４４に接続され、他端は第３液側閉鎖弁２７ｃに接続されている。

第１膨張弁２４ａ、第２膨張弁２４ｂ、および第３膨張弁２４ｃは、全て室外機制御手段２００によりその開度が制御される。第１膨張弁２４ａの開度を制御することによって、室内機５ａに流れる冷媒量が調整される。第２膨張弁２４ｂの開度を制御することによって、室内機５ｂに流れる冷媒量が調整される。第３膨張弁２４ｃの開度を制御することによって、室内機５ｃに流れる冷媒量が調整される。第１膨張弁２４ａ、第２膨張弁２４ｂ、および第３膨張弁２４ｃは、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに与えられるパルス数によって開度が調整される。

アキュムレータ２５は、上述したように、冷媒流入側と四方弁２２のポートｃが冷媒配管４６で接続され、冷媒流出側と圧縮機２１の冷媒吸入口が吸入管４２で接続されている。アキュムレータ２５は、流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを吸入管４２を介して圧縮機２１に吸入させる。

室外ファン２６は、室外熱交換器２３の近傍に配置される樹脂材で形成されたプロペラファンであり、図示しないファンモータによって室外ファン２６が回転することで、室外機２に設けられた図示しない吸込口から室外機２の内部に外気を取り込み、室外熱交換器２３を流れる冷媒と熱交換した外気を室外機２に設けられた図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管４１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する高圧センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２５の冷媒流入側近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する低圧センサ３２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。

冷媒配管４３における室外熱交換器２３の近傍には、室外熱交換器２３が蒸発器として機能する際に室外熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出する熱交出口温度検出手段である冷媒温度センサ３５が設けられている。室外機液管４４には、室外熱交換器２３が蒸発器として機能する際に室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ３６が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度検出手段である外気温度センサ３７が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２６の駆動状態、室内機５ａ〜５ｃから送信される室内機５ａ〜５ｃの運転情報（運転／停止情報や設定温度情報等を含む）等を記憶する。通信部２３０は、室内機５ａ〜５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。ＣＰＵ２１０は、センサ入力部２４０を介して各種センサでの検出値を定期的（例えば、５分毎）に取り込むとともに、室内機５ａ〜５ｃから送信される運転開始／停止信号や運転情報（設定温度や室内温度等）を含んだ運転情報信号が通信部２３０を介して入力される。ＣＰＵ２１０は、これら入力された各種情報に基づいて、第１膨張弁２４ａ〜第３膨張弁２４ｃの開度制御、圧縮機２１や室外ファン２６の駆動制御を行う。また、図示は省略するが、ＣＰＵ２１０は、タイマー計測機能を有している。

次に、３台の室内機５ａ〜５ｃについて説明する。３台の室内機５ａ〜５ｃは、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃと、液管接続部５３ａ〜５３ｃと、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃと、室内ファン５５ａ〜５５ｃを備えている。そして、室内ファン５５ａ〜５５ｃを除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路５０ａ〜５０ｃを構成している。

尚、室内機５ａ〜５ｃの構成は全て同じであるため、以下の説明では、室内機５ａの構成についてのみ説明を行い、その他の室内機５ｂ、５ｃについては説明を省略する。また、図１（Ａ）では、室内機５ａの構成に付与した番号の末尾をａからｂおよびｃにそれぞれ変更したものが、室外機５ａの構成と対応する室内機５ｂ、５ｃの構成となる。

室内熱交換器５１ａは、冷媒と、室内ファン５５ａの回転により室内機５ａに備えられた図示しない吸込口から室内機５ａの内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器５１ａの一方の冷媒出入口と液管接続部５３ａが室内機液管７１ａで接続されている。室内熱交換器５１ａの他方の冷媒出入口とガス管接続部５４ａが室内機ガス管７２ａで接続されている。尚、液管接続部５３ａやガス管接続部５４ａには、各冷媒配管が溶接やフレアナット等によって接続されている。
室内熱交換器５１ａは、室内機５ａが冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機５ａが暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。

室内ファン５５ａは、室内熱交換器５１ａの近傍に配置される樹脂材で形成されたクロスフローファンであり、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機５ａの内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１ａにおいて冷媒と熱交換した室内空気を室内機５ａに備えられた図示しない吹出口から室内へ供給する。

以上説明した構成の他に、室内機５ａには各種のセンサが設けられている。室内機液管７１ａには、室内熱交換器５１ａに流入あるいは室内熱交換器５１ａから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６１ａが設けられている。室内機ガス管７２ａには、室内熱交換器５１ａから流出あるいは室内熱交換器５１ａに流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ６２ａが設けられている。そして、室内機５ａの図示しない吸込口付近には、室内機５ａの内部に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ６３ａが備えられている。

次に、本実施形態の空気調和装置１が暖房運転を行うとき、および、暖房運転中に後述する第１着霜条件あるいは第２着霜条件あるいは第３着霜条件のうちいずれか一つが成立して除霜運転を行うときの各々について、冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作を図１（Ａ）を用いて説明する。以下の説明では、まず、暖房運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について説明し、次に第１着霜条件および第２着霜条件および第３着霜条件について詳細に説明した後、除霜運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について説明する。

尚、図１（Ａ）において、実線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示し、破線矢印は除霜運転時の冷媒の流れを示している。但し、圧縮機２１から四方弁２２のポートａまでの冷媒の流れと、四方弁２２のポートｃから圧縮機２１までの冷媒の流れは、暖房運転時と除霜運転時で同じであるため実線矢印のみで示している。また、四方弁２２については、暖房運転時の各ポート間の連通状態を実線で示し、除霜運転時の各ポート間の連通状態を破線で示している。

＜暖房運転＞
室内機５ａ〜５ｃが暖房運転を行う場合、つまり、冷媒回路１０が暖房サイクルとなる場合は、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するように、また、ポートｂとポートｃが連通するように切り換える。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが凝縮器として機能する。そして、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１および室外ファン２６を起動する。

圧縮機２１が起動すると、図１（Ａ）に示す実線矢印のように冷媒回路１０を冷媒が循環する。すなわち、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１から四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管４５を流れガス側閉鎖弁２８を介してガス管９に流入する。ガス管９に流入した冷媒は分流し、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃを介して室内機５ａ〜５ｃに流入する。室内機５ａ〜５ｃに流入した冷媒は、室内機ガス管７２ａ〜７２ｃを流れて室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入し、室内ファン５５ａ〜５５ｃの回転により室内機５ａ〜５ｃの内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが凝縮器として機能し、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃで冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機５ａ〜５ｃが設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから流出した冷媒は室内機液管７１ａ〜７１ｃを流れ、液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して第１液管８ａ〜第３液管８ｃに流入する。第１液管８ａ〜第３液管８ｃに流入した冷媒は、第１液側閉鎖弁２７ａ〜第３液側閉鎖弁２７ｃを介して室外機２に流入し、第１液分管４４ａ〜第３液分管４４ｃを流れる際に第１膨張弁２４ａ〜第３膨張弁２４ｃを通過して減圧される。

各膨張弁で減圧された冷媒は、第１液分管４４ａ〜第３液分管４４ｃから室外機液管４４に流入して合流した後、室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２６の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管４３に流出した冷媒は、四方弁２２を介して冷媒配管４６を流れてアキュムレータ２５に流入し、アキュムレータ２５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。アキュムレータ２５から流出したガス冷媒は、吸入管４２を流れて圧縮機２１に吸入され、再び圧縮される。

＜除霜運転＞
上記のように空気調和装置１が暖房運転を行っているときに、以下に説明する第１着霜条件あるいは第２着霜条件あるいは第３着霜条件のうちいずれか一方が成立していれば、ＣＰＵ２１０は暖房運転を中断して室外熱交換器２３を除霜する除霜運転を実行する。

ここで、第１着霜条件とは、室外熱交換器２３での着霜量が暖房能力に支障をきたすレベルとなっている恐れがあることを示す条件である。具体的には、暖房運転中に冷媒温度センサ３５で検出する温度であり蒸発器として機能している室外熱交換器２３の温度を示す熱交出口温度が予め定められた第１閾温度（例えば、−１４℃）より低いか否か、あるいは、外気温度センサ３７で検出した外気温度と熱交出口温度の温度差が予め定められた所定温度差（例えば、５℃）より大きいか否か、あるいは、暖房運転の継続時間が予め定められた所定継続維持間（例えば、３時間）より長いか否か、のうち少なくとも１つを含む。尚、ＣＰＵ２１０は、冷媒温度センサ３５で検出した熱交出口温度や外気温度センサ３７で検出した外気温度を定期的（例えば、５分毎）にセンサ入力部２４０を介して取り込み、取り込んだ熱交出口温度や外気温度を時系列で記憶部２２０に記憶している。

一方、第２着霜条件とは、第１着霜条件や後述する第３着霜条件には含まれないが、室外熱交換器２３で部分的に着霜が進行していることを示す条件である。具体的には、外気温度が所定温度（例えば、５℃）より低いか否か、および、空気調和装置１が暖房運転を開始してから、若しくは前回除霜運転が終了してから運転している室内機５ａ〜５ｃの台数が増加した回数が所定回数（例えば、３０回）以上となったかである。尚、ＣＰＵ２１０は、運転している室内機５ａ〜５ｃの台数が増加したら記憶部２２０に回数を記憶している。

一方、第３着霜条件とは、室外熱交換器２３での着霜量が暖房能力に支障をきたすレベルまで急速に到達する恐れがあることを示す条件である。具体的には、暖房運転中に熱交出口温度が第１閾温度よりも高い温度であり予め定められた第２閾温度（例えば、−６℃）よりも低いか否か、および、現在の熱交出口温度を前回（５分前）に検出した熱交出口温度から減じて求めた熱交出口温度の低下率が所定低下率（例えば、２℃／５分）より大きいか否か、および、連続する２つの熱交出口温度を記憶する間に運転している室内機５ａ〜５ｃの台数が増加したか否かを含む。尚、室内機５ａ〜５ｃの運転台数は、前述した記憶部２２０に記憶されている室内機５ａ〜５ｃから送信される室内機５ａ〜５ｃの運転情報に含まれる運転／停止情報を、ＣＰＵ２１０が参照して把握する。この運転／停止情報は、室内機５ａ〜５ｃが運転を開始あるいは停止する度に送信され、これを受信する度にＣＰＵ２１０は記憶部２２０に記憶している運転／停止情報を更新している。

暖房運転中の外気温度が低くかつ湿度が高い場合は、室外熱交換器２３で急激に着霜が進む（短時間で多量の霜が室外熱交換器２３に付着する）ことがある。このような場合、上述した第１着霜条件による判断では、室外熱交換器２３の温度が急激に低下しているか否かを判断できないため、室外熱交換器２３での急激な着霜の進行を検出できない。そこで、定期的に検出した熱交出口温度を用いて熱交出口温度の低下率を算出し、熱交出口温度が第２閾温度よりも低いか否かおよび熱交出口温度の低下率が所定低下率より大きいか否かを見て室外熱交換器２３の温度が急激に低下しているか否かを判断すれば、室外熱交換器２３で急激に着霜が進行しているか否かを判断することができる。

また、空気調和装置１の暖房運転中に室内機の運転台数が増加すれば、これに応じて圧縮機２１の回転数が上昇する。このときの圧縮機の回転数の上昇値は、運転する室内機が１台だけ増加した場合であっても通常の要求能力の変更時（例えば、室内機５ａ〜５ｃで設定温度が１℃上げられたとき）と比べて大きくなる。圧縮機２１の回転数の上昇値が大きいと圧縮機２１の吸入圧力が大きく低下し、これに応じて室外熱交換器２３における熱交出口温度も大きく低下する。従って、熱交出口温度の低下率を用いて急激な着霜の進行を検出するときに上述した室内機の運転台数が増加した場合は、本来であれば室外熱交換器２３の温度が急激に低下していないにも関わらず熱交出口温度の低下率が大きくなるため、誤って急激に室外熱交換器２３で着霜が進行していると判断する恐れがある。

そのため、上述した第３着霜条件として、熱交出口温度が第２閾温度よりも低いか否かおよび熱交出口温度の低下率が所定低下率より大きいか否かに加えて、連続する２つの熱交出口温度を記憶する間に運転している室内機５ａ〜５ｃの台数が増加したか否かも見ている。これにより、たとえ熱交出口温度が急激に低下していても、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加、例えば１台増加していれば、運転台数の増加によって圧縮機２１の回転数が上昇しこれに起因して熱交出口温度の低下率が所定低下率より大きくなっていても、誤って室外熱交換器２３で急激に着霜が進行していると判断して除霜運転を開始することを防いでいる。

ところで、室内機５ａ〜５ｃの運転台数の増加が繰り返された場合、室外熱交換器２３の入口付近だけ部分的に着霜が進行する恐れがある。すなわち、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増えた直後は停止していた室内機およびそれに接続されている配管に分布する冷媒は流れずその場に滞留しており、冷媒がすぐには循環しないため、圧縮機の回転数が上がってから停止していた室内機に滞留していた冷媒が圧縮機に吸入されるまでに時間差が生じる。その結果、圧縮機２１の吸入側の圧力（低圧圧力）が一時的に急降下する。この時、蒸発温度も低下する。室外熱交換器温度と外気温度との温度差が大きくなるため、冷媒は室外熱交換器２３の流路の中間あたりから過熱され、室外熱交換器２３の入口から中間あたりまでが部分的に温度が低下する。これが繰り返されると、室外熱交換器２３の入口付近だけ部分的に着霜が進行してしまう。このように着霜が進行する状況となっても、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加しているので上述の第３着霜条件では除霜運転を開始できない。

そこで本発明では、上述した第２着霜条件として、外気温度が所定温度より低いか否か、および、空気調和装置１が暖房運転を開始してから、若しくは前回除霜運転が終了してから運転している室内機５ａ〜５ｃの台数が増加した回数が所定回数以上となったかを見ている。これにより、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加した回数が所定回数、例えば３０回以上となったら、室内機５ａ〜５ｃの運転台数の増加が繰り返されて部分的に着霜が進行していると判断して除霜運転を開始することができる。所定回数は、予め実験等により着霜の進行が確認された回数が設定されるが、外気温度センサ３７の検出値および外気湿度センサ３８の検出値に応じて変動させてもよい。この場合、室外熱交換器２３に着霜し易い条件である高外気温・高外気湿度（絶対湿度が高くなる条件）では回数を少なく、低外気温・低外気湿度では回数を多く設定する。

第１着霜条件あるいは第２着霜条件あるいは第３着霜条件が成立すれば、ＣＰＵ２１０は暖房運転を中断して除霜運転を行う。ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１および室外ファン２６を停止し、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂが連通するように、また、ポートｃとポートｄが連通するように切り換える。これにより、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器５１ａ〜５１ｃが蒸発器として機能する。そして、ＣＰＵ２１０は、室外ファン２６は停止したままとして圧縮機２１を再起動する。

圧縮機２１が再起動すると、図１（Ａ）に示す破線矢印のように冷媒回路１０を冷媒が循環する。すなわち、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１から四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管４３を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外熱交換器２３に付着した霜を融解し、室外熱交換器２３から室外機液管４４に流出する。室外機液管４４に流入した冷媒は、第１液分管４４ａ〜第３液分管４４ｃに分流し全開とされている第１膨張弁２４ａ〜第３膨張弁２４ｃを通過し、第１液側閉鎖弁２７ａ〜第３液側閉鎖弁２７ｃを介して第１液管８ａ〜第３液管８ｃに流入する。

第１液管８ａ〜第３液管８ｃから液管接続部５３ａ〜５３ｃを介して室内機５ａ〜５ｃに流入した冷媒は、室内機液管７１ａ〜７１ｃを流れて室内熱交換器５１ａ〜５１ｃに流入し室内空気と熱交換を行って蒸発する。尚、除霜運転中は室内ファン５５ａ〜５５ｃは停止している。室内熱交換器５１ａ〜５１ｃから室内機ガス管７２ａ〜７２ｃに流出した冷媒は、ガス管接続部５４ａ〜５４ｃを介してガス管９に流入し、ガス管９を流れてガス側閉鎖弁２８を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管４５、四方弁２２、冷媒配管４６を流れてアキュムレータ２５に流入し、アキュムレータ２５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。アキュムレータ２５から流出したガス冷媒は、吸入管４２を流れて圧縮機２１に吸入され、再び圧縮される。

次に、図２に示すフローチャートを用いて、本発明の空気調和装置１が暖房運転を行うときに、ＣＰＵ２１０が実行する処理について説明する。図２に示すフローチャートでは、ＳＴは処理のステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図２では、本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、暖房運転時に使用者が指示した運転条件に応じた制御といった、空気調和装置１に関わる一般的な処理については説明を省略する。また、以下の説明では、外気温度センサ３７で検出する外気温度をＴｏ、冷媒温度センサ３５で検出する熱交出口温度をＴｅｏ、室内機５ａ〜５ｃのうち運転している室内機の台数である運転台数をＮｉとする。さらには、第１着霜条件として、冷媒温度センサ３５で検出した熱交出口温度が第１閾温度である−１４℃以下であるか否かを判断し、また、第３着霜条件の第２閾温度として−６℃、所定低下率として２℃／５分とする。

ＣＰＵ２１０は暖房運転を開始すると、タイマー計測を開始する（ＳＴ１）。次に、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１でタイマー計測を開始してから第１所定時間が経過したか否かを判断する（ＳＴ２）。ここで、第１所定時間とは、予め試験等を行って求められ記憶部２２０に記憶されているものであり、暖房運転を開始してから冷媒回路１０における冷媒の温度や圧力が安定するまでに必要な時間（例えば、１０分間）である。

第１所定時間が経過していなければ（ＳＴ２−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ２に処理を戻す。第１所定時間が経過していれば（ＳＴ２−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、タイマーをリセットし（ＳＴ３）、外気温度センサ３７で検出した外気温度Ｔｏと冷媒温度センサ３５で検出した熱交出口温度Ｔｅｏをセンサ入力部２４０を介して取り込むとともに、記憶部２２０から現在の室内機５ａ〜５ｃの運転台数Ｎｉを読み込む（ＳＴ４）。ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４の処理を行ったときに、取り込んだ外気温度Ｔｏと熱交出口温度Ｔｅｏ、および室内機５ａ〜５ｃの運転台数Ｎｉを併せて記憶部２２０に記憶する。

次に、ＣＰＵ２１０は、第１着霜条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ５）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４で取り込んで記憶部２２０に記憶している熱交出口温度Ｔｅｏを読み出し、熱交出口温度Ｔｅｏが−１４℃以下であるか否かを判断する。

第１着霜条件が成立していれば（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、つまり、熱交出口温度Ｔｅｏが外気温度Ｔｏより５℃以上低ければ、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１２に処理を進める。第１着霜条件が成立していなければ（ＳＴ５−Ｎｏ）、つまり、熱交出口温度Ｔｅｏが−１４℃以下でなければ、ＣＰＵ２１０は、タイマー計測を開始し（ＳＴ６）、ＳＴ６でタイマー計測を開始してから第２所定時間が経過したか否かを判断する（ＳＴ７）。ここで、第２所定時間とは、外気温度センサ３７で検出した外気温度Ｔｏや冷媒温度センサ３５で検出した熱交出口温度Ｔｅｏを取り込む間隔時間であり、ここでは５分間である。

第２所定時間が経過していなければ（ＳＴ７−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ７に処理を戻す。第２所定時間が経過していれば（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、タイマーをリセットし（ＳＴ８）、外気温度センサ３７で検出した外気温度Ｔｏと冷媒温度センサ３５で検出した熱交出口温度Ｔｅｏをセンサ入力部２４０を介して取り込むとともに、記憶部２２０から現在の室内機５ａ〜５ｃの運転台数Ｎｉを読み込む（ＳＴ９）。ここでも、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ外気温度Ｔｏと熱交出口温度Ｔｅｏ、および室内機５ａ〜５ｃの運転台数Ｎｉを併せて記憶部２２０に記憶する。

次に、ＣＰＵ２１０は、第３着霜条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ１０）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ４およびＳＴ９で記憶部２２０に記憶した熱交出口温度Ｔｅｏを読み出し、ＳＴ９で記憶した熱交出口温度Ｔｅｏが−６℃以下か否か、かつ、ＳＴ９で記憶した熱交出口温度ＴｅｏとＳＴ４で記憶した熱交出口温度Ｔｅｏを用いて算出した熱交出口温度の低下率が２℃／５分以上か否か、かつ、ＳＴ４およびＳＴ９で記憶部２２０に記憶した室内機５ａ〜５ｃの運転台数を比較して室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加したか否かを判断している。すなわち、連続する２つの熱交出口温度Ｔｅｏを記憶する間に室内機５ａ〜ｃの運転台数が増加したか否かを判断している。

第３着霜条件が成立していなければ（ＳＴ１０−Ｎｏ）、つまり、熱交出口温度Ｔｅｏが−６℃より高いあるいは熱交出口温度の低下率が２℃／５分未満あるいは室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加していれば、ＣＰＵ２１０は、第２着霜条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ１１）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１１において、ＳＴ９で記憶部２２０に記憶した外気温度Ｔｏが所定値が５℃より低いか否か、かつ、ＳＴ４およびＳＴ９で記憶部２２０に記憶した室内機５ａ〜５ｃの運転台数を比較して室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加した回数が３０回以上となったか否かを判断している。尚、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加した回数は、空気調和装置１が暖房運転を開始してから、若しくは前回除霜運転を終了したときを起点として積算され、記憶部２２０に記憶される。第２着霜条件が成立していなければ（ＳＴ１１−Ｎｏ）、つまり、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加した回数が３０回以上となっていなければ、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ５に処理を戻す。第３着霜条件が成立していれば（ＳＴ１０−Ｙｅｓ）、つまり、熱交出口温度Ｔｅｏが−６℃以下および熱交出口温度の低下率が２℃／５分以上および室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加していなければ、ＣＰＵ２１０は、除霜運転準備処理を実行する（ＳＴ１２）。同様に、第２着霜条件が成立していれば（ＳＴ１１−Ｙｅｓ）、つまり、室内機５ａ〜５ｃの運転台数が増加した回数が３０回以上であれば、室内機５ａ〜５ｃの運転台数の増加が繰り返されて部分的に着霜が進行していると判断し、ＣＰＵ２１０は、除霜運転準備処理を実行する（ＳＴ１２）。除霜運転準備処理とは、除霜運転を行うために冷媒回路１０を切り替えるときにＣＰＵ２１０が行う処理であり、前述したように、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１および室外ファン２６を停止し、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換える。そして、ＳＴ１２の処理を終えたＣＰＵ２１０は、圧縮機２１を再起動して除霜運転を開始する（ＳＴ１３）。

次に、ＣＰＵ２１０は、除霜運転終了条件が成立したか否かを判断する（ＳＴ１４）。除霜運転終了条件とは、例えば、除霜運転中に取り込んだ熱交出口温度Ｔｅｏが１０℃以上となった場合や、ＳＴ１２で除霜運転を開始してから１０分以上が経過した場合のように、室外熱交換器２３に付着していた霜が全て融解したと考えられる条件である。

除霜運転終了条件が成立していなければ（ＳＴ１４−Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ＳＴ１３に処理を戻して除霜運転を継続する。除霜運転終了条件が成立していれば（ＳＴ１４−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、暖房運転再開処理を実行する（ＳＴ１５）。暖房運転再開処理とは、除霜運転から暖房運転に復帰するために冷媒回路１０を切り替えるときにＣＰＵ２１０が行う処理であり、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１を停止した後、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り換える。そして、ＳＴ１４の処理を終えたＣＰＵ２１０は、圧縮機２１および室外ファン２６を再起動して暖房運転を再開し（ＳＴ１６）、ＳＴ１に処理を戻す。

１空気調和装置
２室外機
５ａ〜５ｃ室内機
２１圧縮機
２２四方弁
２３室外熱交換器
３５冷媒温度センサ
３７外気温度センサ
２００室外機制御部
２１０ＣＰＵ
２２０記憶部
２４０センサ入力部

Claims

圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、同室外熱交換器が蒸発器として機能するときに前記室外熱交換器から流出する冷媒の温度である熱交出口温度を検出する熱交出口温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段を有する室外機と、
室内熱交換器を有する複数の室内機と、
前記圧縮機と前記四方弁と前記室外熱交換器と複数の前記室内熱交換器が冷媒配管で接続された冷媒回路と、
前記圧縮機や前記四方弁を制御する制御手段と、
を有する空気調和装置であって、
前記制御手段は、前記冷媒回路を暖房サイクルとして複数の前記室内機で暖房運転を行っているとき、
前記熱交出口温度検出手段で検出した前記熱交出口温度と、前記外気温度検出手段で検出した前記外気温度と、暖房運転を行っている前記室内機の運転台数を定期的に取り込んで時系列で記憶し、
前記室外熱交換器に着霜が発生する条件である第１着霜条件あるいは第２着霜条件のうちいずれか一方が成立すれば、前記四方弁を切り替えて前記冷媒回路を冷房サイクルとし前記室外熱交換器を除霜する除霜運転を実行し、
前記第１着霜条件は、前記熱交出口温度が第１閾温度より低いか否か、あるいは、前記暖房運転の継続時間が所定継続時間より長いか否か、あるいは、前記外気温度と前記熱交出口温度の温度差が所定温度差より大きいか否か、のうち少なくとも１つを含み、
前記第２着霜条件は、前記外気温度が所定温度より低いか否か、および、暖房運転を開始してから、若しくは前回除霜運転が終了してから前記室内機の運転台数が増加した回数が所定回数以上となったかである
ことを特徴とする空気調和装置。
前記所定回数は、前記外気温度が高くなる程少ない値が設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記第１着霜条件および前記第２着霜条件に加えて、前記室外熱交換器に着霜が発生する条件である第３着霜条件のうちいずれか一方が成立すれば、前記四方弁を切り替えて前記冷媒回路を冷房サイクルとし前記室外熱交換器を除霜する除霜運転を実行し、
前記第３着霜条件は、時系列で記憶した前記熱交出口温度のうち最新の熱交出口温度が前記第１閾温度より高い第２閾温度より低いか否か、および、時系列で記憶した前記熱交出口温度のうち連続する２つの熱交出口温度を用いて算出した熱交出口温度の低下率が所定低下率より大きいか否か、および、前記連続する２つの熱交出口温度を記憶する間に前記室内機の運転台数が増加したか否かを含む、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。