JPH05322265A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つの冷凍サイクルの除霜を互いに妨げるこ
となく行なうことができ、また無駄な除霜を防いで省エ
ネルギ効果の向上が図れ、しかも除霜時間の延長や除霜
残りを解消して暖房効率の向上が図れる空気調和機を提
供する。 【構成】 第１冷凍サイクルおよび第２冷凍サイクルで
の同時暖房運転に際し、一方のたとえば第１冷凍サイク
ルが除霜運転に入ったとする。この場合、他方の第２冷
凍サイクルの圧縮機２１の吐出冷媒温度が60℃以上で十
分な除霜能力が発揮されるであろう条件が満足され、し
かも圧縮機２１の運転オン継続時間が12分以上で室外熱
交換器２３が着霜しているであろう条件が満足される場
合のみ、第２冷凍サイクルが同時に除霜運転に入る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数の冷凍サイクル
を有する空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】２つの冷凍サイクルを備え、これら冷凍
サイクルの室外熱交換器を互いに熱交換関係に一体化さ
せた空気調和機がある。

【０００３】この空気調和機では、一方の冷凍サイクル
が冷房運転、他方の冷凍サイクルが暖房運転のとき、冷
房側の室外熱交換器で放出される熱をそのまま暖房側の
室外熱交換器から暖房熱として有効に取り込むことがで
き、省エネルギ効果が得られるという利点がある。

【０００４】ところで、暖房運転が可能な冷凍サイクル
では、蒸発器として機能する室外熱交換器の表面に徐々
に霜が付着し、そのままでは室外熱交換器の熱交換面積
が減少し、暖房能力の低下を招いてしまう。このため、
暖房運転時は、必要に応じて室外熱交換器に対する除霜
運転を実行する必要がある。

【０００５】除霜運転としては、冷媒の流れを反対に切
換えて除霜サイクル（冷房サイクル）を形成し、圧縮機
から吐出される高温冷媒を室外熱交換器に供給するいわ
ゆる逆サイクル除霜がある。また、圧縮機から吐出され
る高温冷媒をバイパスによって直接的に室外熱交換器に
供給するいわゆるホットガスバイパス除霜がある。

【０００６】一方、上記のように２つの冷凍サイクルを
備えた空気調和機では、各冷凍サイクルにおける除霜運
転の実行の判断がそれぞれの冷凍サイクルで独立してい
る。このため、一方の冷凍サイクルは除霜運転に入り、
他方の冷凍サイクルは暖房運転を続ける場合がある。た
だし、この場合、他方の冷凍サイクルの室外熱交換器は
蒸発器として機能しているため、一方の冷凍サイクルの
除霜が妨げられるという問題がある。

【０００７】そこで、一方の冷凍サイクルが除霜運転に
入ったとき、同時に他方の冷凍サイクルも除霜運転に入
るものがある。また、一方の冷凍サイクルが除霜運転に
入ったとき、他方の冷凍サイクルの運転をオフするもの
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】他方の冷凍サイクルも
同時に除霜運転に入るものでは、その他方側冷凍サイク
ルの室外熱交換器がまだ着霜していないのに除霜がなさ
れたり、あるいは他方側冷凍サイクルの圧縮機の吐出冷
媒温度があまり高くなくて十分な除霜能力が得られない
まま除霜がなされることがある。これは、無駄な除霜で
あり、省エネルギ効果が損なわれてしまう。

【０００９】他方の冷凍サイクルの運転をオフするもの
では、その他方側冷凍サイクルの室外熱交換器が着霜し
ている場合、その着霜分だけ一方側冷凍サイクルの除霜
時間が長引くことがある。仮に除霜時間が制限されてい
れば、除霜残りを生じてしまう。このような除霜時間の
延長や除霜残りは、暖房効率の悪化につながる。

【００１０】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、２つの冷凍サイクルの除霜を
互いに妨げることなく行なうことができ、また無駄な除
霜を防いで省エネルギ効果の向上を図ることができ、し
かも除霜時間の延長や除霜残りを解消して暖房効率の向
上が図れる空気調和機を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の空気調和機
は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交
換器を接続したヒートポンプ式の第１冷凍サイクルと、
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、第１冷凍サイ
クルの室外熱交換器と熱交換関係にある室外熱交換器を
接続したヒートポンプ式の第２冷凍サイクルと、これら
冷凍サイクルの暖房運転時にそれぞれの冷凍サイクルで
室外熱交換器に対する除霜運転を実行する手段と、各冷
凍サイクルの同時暖房運転に際し、一方の冷凍サイクル
が除霜運転に入ると、他方の冷凍サイクルを該冷凍サイ
クルの圧縮機の吐出冷媒温度と運転オン継続時間に応じ
て除霜運転または運転オフさせる手段とを備える。

【００１２】

【作用】第１冷凍サイクルおよび第２冷凍サイクルで共
に暖房運転が実行されているとき、一方の冷凍サイクル
が除霜運転に入ると、他方の冷凍サイクルが、該冷凍サ
イクルの圧縮機の吐出冷媒温度と運転オン継続時間に応
じて除霜運転または運転オフされる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。

【００１４】図１に示すように、能力可変圧縮機１１の
吐出口に四方弁１２を介して室外熱交換器１３が接続さ
れる。この室外熱交換器１３に減圧手段として働く複数
のパルスモータバルブ（以下、ＰＭＶと略称する）３
１，４１をそれぞれ介して複数の室内熱交換器３２，４
２が接続される。室内熱交換器３２，４２はそれぞれＰ
ＭＶ３３，４３を介し、さらに上記四方弁１２およびア
キュームレータ１４を介して圧縮機１１の吸込口に接続
される。こうして、ヒートポンプ式の第１冷凍サイクル
が構成される。

【００１５】すなわち、冷房運転時は、図示実線矢印の
方向に冷媒が流れて冷房サイクルが形成され、室外熱交
換器１３が凝縮器、室内熱交換器３２，４２が蒸発器と
して機能する。暖房運転時は、図示破線矢印の方向に冷
媒が流れて暖房サイクルが形成され、室内熱交換器３
２，４２が凝縮器、室外熱交換器１３が蒸発器として機
能する。

【００１６】この第１冷凍サイクルにおいて、圧縮機１
１の吐出口につなる配管に冷媒温度センサ１５が取付け
られる。室外熱交換器１３に、熱交換器温度センサ１６
が取付けられる。

【００１７】また、能力可変圧縮機２１の吐出口に四方
弁２２を介して室外熱交換器２３が接続される。この室
外熱交換器２３に減圧手段として働く複数のパルスモー
タバルブ（以下、ＰＭＶと略称する）５１，６１をそれ
ぞれ介して複数の室内熱交換器５２，６２が接続され
る。室内熱交換器５２，６２はそれぞれＰＭＶ５３，６
３を介し、さらに上記四方弁２２およびアキュームレー
タ２４を介して圧縮機２１の吸込口に接続される。こう
して、ヒートポンプ式の第２冷凍サイクルが構成され
る。

【００１８】すなわち、冷房運転時は、図示実線矢印の
方向に冷媒が流れて冷房サイクルが形成され、室外熱交
換器２３が凝縮器、室内熱交換器５２，６２が蒸発器と
して機能する。暖房運転時は、図示破線矢印の方向に冷
媒が流れて暖房サイクルが形成され、室内熱交換器５
２，６２が凝縮器、室外熱交換器２３が蒸発器として機
能する。

【００１９】この第２冷凍サイクルにおいて、圧縮機２
１の吐出口につなる配管に冷媒温度センサ２５が取付け
られる。室外熱交換器２３に、熱交換器温度センサ２６
が取付けられる。

【００２０】室外熱交換器１３，２３は、図２に示すよ
うに熱交換パイプが入り組んで互いに熱交換可能な構成
となっている。この室外熱交換器１３，２３の近傍に室
外ファン１７，２７が設けられる。室内熱交換器３２，
４２，５２，６２は、１台ずつ異なる部屋に据え付けら
れる。制御回路を図３に示す。７０は商用交流電源で、
その電源７０にインバータ回路７１，７２および制御部
８０が接続される。

【００２１】インバータ回路７１，７２は、電源電圧を
整流し、その整流電圧を制御部８０の指令に応じた周波
数およびレベルの電圧に変換し、出力する。このインバ
ータ回路７１，７２の出力端に、圧縮機１１，２１の駆
動モータ（以下、圧縮機モータと称する）１１Ｍ，２１
Ｍが接続される。制御部８０は、マイクロコンピュータ
およびその周辺回路からなり、空気調和機の全般にわた
る制御を行なうものである。

【００２２】この制御部８０に、室外ファンモータ１７
Ｍ，２７Ｍ、四方弁１２，２２、冷媒温度センサ１５，
２５、熱交換器温度センサ１６，２６、室内ファンモー
タ３４，４４，５４，６４、室内温度センサ３５，４
５，５５，６５、操作器８１、ＰＭＶ３１，４１，５
１，６１，３３，４３，５３，６３が接続される。室内
ファンモータ３４，４４，５４，６４は、室内熱交換器
３２，４２，５２，６２に室内空気を循環させる室内フ
ァンの駆動モータである。室内温度センサ３５，４５，
５５，６５は、室内熱交換器３２，４２，５２，６２が
据え付けられる部屋の温度をそれぞれ検知する。操作器
８１は、運転モードの設定、運転の開始／停止の指示、
設定温度の入力などに用いる。そして、制御部８０は、
次の機能手段を備える。 （１）操作器８１の操作に応じて圧縮機１１，２１の両
方または片方を運転し、各冷凍サイクルの両方または片
方で冷房運転を実行する手段。

【００２３】（２）操作器８１の操作に応じて圧縮機１
１，２１の両方または片方を運転し、かつ四方弁１２，
２２を適宜に切換え、各冷凍サイクルの両方または片方
で暖房運転を実行する手段。

【００２４】（３）室内熱交換器３２，４２が据え付け
られた部屋の空調負荷に応じて、圧縮機１１の運転周波
数Ｆ₁ （＝インバータ回路７１の出力周波数）を制御す
る手段。

【００２５】（４）室内熱交換器５２，６２が据え付け
られた部屋の空調負荷に応じて、圧縮機２１の運転周波
数Ｆ₂ （＝インバータ回路７２の出力周波数）を制御す
る手段。

【００２６】（５）第１冷凍サイクルでの暖房運転時、
定期的に熱交換器温度センサ１６の検知温度を監視し、
検知温度が零℃またはそれ以下の場合に、一定時間が経
過するまで、または検知温度が零℃より高い値となるま
で、四方弁１２を復帰させて除霜サイクル（冷房サイク
ル）を形成し、室外熱交換器１３に対する除霜運転を実
行する手段。

【００２７】（６）第２冷凍サイクルでの暖房運転時、
定期的に熱交換器温度センサ２６の検知温度を監視し、
検知温度が零℃またはそれ以下の場合に、一定時間が経
過するまで、または検知温度が零℃より高い値となるま
で、四方弁２２を復帰させて除霜サイクル（冷房サイク
ル）を形成し、室外熱交換器２３に対する除霜運転を実
行する手段。

【００２８】（７）各冷凍サイクルの同時暖房運転に際
し、一方の冷凍サイクルが除霜運転に入ると、他方の冷
凍サイクルを該冷凍サイクルの圧縮機の吐出冷媒温度と
運転オン継続時間に応じて除霜運転または運転オフさせ
る手段。つぎに、上記の構成の作用を説明する。

【００２９】操作器８１で全ての部屋の冷房モードおよ
び所望の室内温度を設定し、かつ運転開始を指示する。
この場合、インバータ回路７１，７２が動作して圧縮機
１１，２１が起動し、第１冷凍サイクルおよび第２冷凍
サイクルで冷房運転が実行される。全ての部屋の暖房モ
ードを設定した場合は、四方弁１２，２２が切換わり、
第１および第２冷凍サイクルで暖房運転が実行される。

【００３０】室内熱交換器３２，４２が据え付けられて
いる部屋の冷房モードを設定するとともに、室内熱交換
器５２，６２が据え付けられている部屋の暖房モードを
設定した場合は、第１冷凍サイクルで冷房運転、第２冷
凍サイクルで暖房運転が実行される。反対に、第１冷凍
サイクルで暖房運転、第２冷凍サイクルで冷房運転を実
行することももちろん可能である。

【００３１】運転中は、室内熱交換器３２，４２，５
２，６２が据え付けられている部屋の温度が室内温度セ
ンサ３５，４５，５５，６５で検知され、それぞれの検
知温度と操作器８１での設定室内温度との差が各部屋の
空調負荷として検出される。

【００３２】検出される空調負荷に応じて各ＰＭＶの開
度が制御され、室内熱交換器３２，４２，５２，６２へ
の冷媒流量が調節される。同時に、検出される空調負荷
に応じて圧縮機１１，２１の運転周波数Ｆ₁ ，Ｆ₂ が制
御され、空調負荷に対応する最適な能力が発揮される。

【００３３】このように、２つの冷凍サイクルをそれぞ
れ単独に運転し得る構成であるから、１室運転のように
負荷が小さい場合でもその小負荷に対応する最適な能力
を確保することができ、たとえば圧縮機の運転がオン，
オフを頻繁に繰り返すような不具合を回避することがで
き、運転効率の向上が図れる。

【００３４】しかも、第１冷凍サイクルおよび第２冷凍
サイクルの一方が冷房運転で他方が暖房運転の場合、室
外熱交換器１３，２３が互いに熱交換関係にあるので、
冷房側の凝縮熱がそのまま暖房側の蒸発熱として有効に
利用される。したがって、冷房効率の向上および暖房効
率の向上が図れる。

【００３５】一方、第１冷凍サイクルで暖房運転が実行
されているとき、蒸発器として機能する室外熱交換器１
３の温度が熱交換器温度センサ１６によって検知されて
おり、その検知温度が定期的に監視される。以下、除霜
運転制御について図４を参照しながら説明する。

【００３６】検知温度が零℃またはそれ以下の場合、除
霜開始条件が成立して第１冷凍サイクルが除霜準備に入
る。この除霜準備は、圧縮機１１の運転周波数Ｆ₁ を所
定値まで高め、圧縮機１１の吐出冷媒温度を上げて十分
な除霜能力を確保するためのものである。

【００３７】除霜準備に入ってから所定時間が経過する
と、圧縮機１１の運転周波数Ｆ₁ が除霜用の所定値まで
下げられ、そこで除霜準備が終了する。引き続き、四方
弁１２が復帰されて暖房サイクルが除霜サイクル（冷房
サイクル）に切換わり、圧縮機１１から吐出される高温
冷媒が室外熱交換器１３に流入する。この冷媒の熱によ
り、室外熱交換器１３の表面に付着している霜が解け、
除霜がなされる。

【００３８】除霜運転の開始から一定時間が経過したと
き、または熱交換器温度センサ１６の検知温度が零℃よ
り高い値まで上昇したとき、除霜終了条件が成立する。
このとき、圧縮機１１の運転周波数Ｆ₁ が基準値に移行
され、そこで四方弁１２が切換えられ、除霜から暖房へ
復帰する。なお、第２冷凍サイクルでの除霜運転も同様
に行なわれる。

【００３９】ところで、第１冷凍サイクルおよび第２冷
凍サイクルの両方で共に暖房運転が実行されていると
き、一方の冷凍サイクル、たとえば第１冷凍サイクルが
除霜運転に入ったとする。

【００４０】この場合、第２冷凍サイクルにおける圧縮
機２１の吐出冷媒温度、つまり冷媒温度センサ２５の検
知温度が確認される。同時に、圧縮機２１の運転オン継
続時間が確認される。

【００４１】圧縮機２１の吐出冷媒温度が設定値（たと
えば60℃）以上で十分な除霜能力が発揮されるであろう
条件が満足され、しかも圧縮機２１の運転オン継続時間
が設定値（たとえば12分）以上で、室外熱交換器１３が
着霜しているであろう条件が満足されれば、図４に実線
で示すように、第２冷凍サイクルで同時に除霜運転が実
行される。

【００４２】こうして、両冷凍サイクルで同時に除霜運
転に入ることにより、それぞれの冷凍サイクルの除霜熱
が他の冷凍サイクルの蒸発熱として奪われることなく有
効に使用される。したがって、除霜時間の延長や除霜残
りを生じることがなく、確実でしかも短時間の除霜が可
能となり、暖房効率の向上が図れる。また、除霜水が凍
結することなくスムーズに排出される。

【００４３】ただし、圧縮機２１の吐出冷媒温度が設定
値以下のときは、十分な除霜能力が発揮できないとの判
断の下に、図４に破線で示すように、第１冷凍サイクル
の除霜運転中だけ第２冷凍サイクルの運転がオフされ
る。つまり、無駄な除霜運転が防止され、省エネルギ効
果の向上が図れる。

【００４４】また、圧縮機２１の運転オン継続時間が設
定値以下のときは、室外熱交換器１３の着霜していない
であろうとの判断の下に、または室外熱交換器１３の着
霜量が少ないとの判断の下に、上記同様に第１冷凍サイ
クルの除霜運転中だけ第２冷凍サイクルの運転がオフさ
れる。よって、無駄な除霜運転が防止され、省エネルギ
効果の向上が図れる。

【００４５】なお、両冷凍サイクルが除霜運転中、第２
冷凍サイクルに関して運転オフ指令が入ると、図５に実
線で示すように、直ちに圧縮機２２の運転がオフされ
る。その後、第２冷凍サイクルに関して運転オン指令が
入っても、圧縮機２２はすぐには起動されない。図５に
破線で示すように、第１冷凍サイクルの除霜運転が終了
したとき、それに同期して圧縮機２２が起動され、暖房
運転が再開される。上記実施例では、各冷凍サイクルご
とに室内熱交換器が２台ある場合を例に説明したが、室
内熱交換器の数に限定はなく、適宜に設定可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、第
１冷凍サイクルおよび第２冷凍サイクルが共に暖房運転
のとき、一方の冷凍サイクルが除霜運転に入ると、他方
の冷凍サイクルを該冷凍サイクルの圧縮機の吐出冷媒温
度と運転オン継続時間に応じて除霜運転または運転オフ
させる構成としたので、２つの冷凍サイクルの除霜を互
いに妨げることなく行なうことができ、また無駄な除霜
を防いで省エネルギ効果の向上を図ることができ、しか
も除霜時間の延長や除霜残りを解消して暖房効率の向上
が図れる空気調和機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の冷凍サイクルの構成図。

【図２】同実施例における各冷凍サイクルの室外熱交換
器の構成を概略的に示す図。

【図３】同実施例の制御回路の構成図。

【図４】同実施例の除霜運転制御を説明するための図。

【図５】同実施例の除霜運転中の運転サイクル増減を説
明するための図。

【符号の説明】

１１，２１…能力可変圧縮機、１２，２２…四方弁、１
３，２３…室外熱交換器、３２，４２，５２，６２…室
内熱交換器、１５，２５…冷媒温度センサ、１６，２６
…熱交換器温度センサ、８０…制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧
   器、室外熱交換器を接続したヒートポンプ式の第１冷凍
   サイクルと、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、
   前記第１冷凍サイクルの室外熱交換器と熱交換関係にあ
   る室外熱交換器を接続したヒートポンプ式の第２冷凍サ
   イクルと、これら冷凍サイクルの暖房運転時にそれぞれ
   の冷凍サイクルで室外熱交換器に対する除霜運転を実行
   する手段と、前記各冷凍サイクルの同時暖房運転に際
   し、一方の冷凍サイクルが除霜運転に入ると、他方の冷
   凍サイクルを該冷凍サイクルの圧縮機の吐出冷媒温度と
   運転オン継続時間に応じて除霜運転または運転オフさせ
   る手段とを備えたことを特徴とする空気調和機。