WO2013164936A1 - 空調システム及び除霜運転方法 - Google Patents

Description

空調システム及び除霜運転方法

　本発明は、空気調和機による空調システムに関し、特に、室外機の熱交換器への着霜を取り除くための除霜運転に関する。

　空気調和機により暖房運転を行うとき、寒冷地では、室外機の熱交換器に着霜し、その着霜量が多くなる場合がある。着霜は熱交換を妨げるため、除霜（デフロスト）運転を行う必要がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０－９６４７４号公報

　しかしながら、上記のような従来の空気調和機では、外気温が非常に低い場合、除霜運転をしてもなかなか霜が取り除けないことがある。除霜運転中は、暖房ができない状態となるため、できるだけ早く除霜を完了することが望まれる。

　かかる課題に鑑み、本発明は、除霜に要する時間を短縮することができる空調システム及び除霜運転方法を提供することを目的とする。

　（１）本発明の空調システムは、複数の室内機と、前記複数の室内機と冷媒系統を共有する室外機と、外気温度を検知する第１の温度センサと、前記室外機の熱交換器の温度を検知する第２の温度センサと、前記室内機の各々の送風可能領域に人がいるか否かを検知する人検知センサと、全ての前記室内機のファンを停止させた状態で除霜運転を行う第１除霜運転モード、並びに、前記第１及び第２の温度センサがそれぞれ検知した温度に基づいて、前記熱交換器への着霜量が閾値を超えていると推定したときは、前記送風可能領域に前記人検知センサが人を検知しない室内機を優先的に選択し、当該室内機のファンを強制運転しながら除霜運転を行う第２除霜運転モードを、選択的に実行可能な制御部とを備えたものである。

　上記のように構成された空調システムでは、熱交換器への着霜量が閾値を超えていると推定したときは、少なくとも１つの室内機のファンを強制運転しながら除霜運転を行う。ファンを運転することにより室内の空気と冷媒との熱交換が促進され、除霜が、より迅速に行われる。また、ファンを運転することにより室内には冷風が吹き出されることになるが、送風可能領域に人がいない場合には、不快感（寒く感じること）を与える心配も無い。

　（２）また、上記（１）の空調システムにおいて、制御部は、第２除霜運転モードの実行を開始してから一定時間経過後に第２の温度センサが検知した温度に基づいて、強制運転の増強を要するか否かの判断を行い、増強を要する場合にのみ、ファンの回転数及びファンを運転する室内機の数の少なくとも一方を増大させるようにしてもよい。
　例えば、第２除霜運転モードの実行を開始してから一定時間経過後にも、熱交換器の温度が所定値より高くならない場合、すなわち、着霜量が多いため除霜の進行具合が遅い場合は、ファンの回転数及びファンを運転する室内機の数の少なくとも一方を増大させることで、室内の空気と冷媒との熱交換がさらに促進され、着霜量が多い場合の除霜を、迅速に行うことができる。

　（３）また、上記（１）又は（２）の空調システムにおいて、第２除霜運転モードを利用可能とする設定スイッチが、室外機に設けられていてもよい。
　この場合、設定スイッチの操作によって容易に、第２除霜運転モードを利用可能とすることができる。また、ユーザが第２除霜運転モードを希望しない場合には、容易に解除することもできる。

　（４）また、上記（１）の空調システムにおいて、室内機、室外機並びに第１及び第２の温度センサは、第１系統及び第２系統の少なくとも２系統が存在し、かつ、１つの部屋に２系統の室内機が混在して設けられているとき、制御部は、第１系統で第２除霜運転モードを実行するときは、第２系統を暖房運転として部屋の室内機のファンを運転するようにしてもよい。
　この場合、室内に人がいる場合に、第１系統の室内機からは冷風が吹き出されても、第２系統の室内機からは温風を吹き出させることができるので、部屋全体としては、冷風の吹き出しによる不快感を中和（あるいは緩和）することができる。

　（５）一方、本発明は、複数の室内機、及び、当該複数の室内機と冷媒系統を共有する室外機を含む空調システムにおける除霜運転方法であって、（ａ）外気温度及び前記室外機の熱交換器の温度をそれぞれ温度センサによって検知し、（ｂ）前記室内機の各々の送風可能領域に人がいるか否かを人検知センサによって検知し、（ｃ）全ての前記室内機のファンを停止させた状態で除霜運転を行う第１除霜運転モード、並びに、前記第１及び第２の温度センサがそれぞれ検知した温度に基づいて、前記熱交換器への着霜量が閾値を超えていると推定したときは、前記送風可能領域に前記人検知センサが人を検知しない室内機を優先的に選択し、当該室内機のファンを強制運転しながら除霜運転を行う第２除霜運転モードを、制御部によって選択的に実行する、ことを特徴とする。

　上記のような除霜運転方法では、熱交換器への着霜量が閾値を超えていると推定したときは、少なくとも１つの室内機のファンを強制運転しながら除霜運転を行う。ファンを運転することにより室内の空気と冷媒との熱交換が促進され、除霜が、より迅速に行われる。また、ファンを運転することにより室内には冷風が吹き出されることになるが、送風可能領域に人がいない場合には、不快感（寒く感じること）を与える心配も無い。

　本発明の空調システム又は除霜運転方法によれば、除霜に要する時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態に係る空調システムの構成図である。 室外機の概略構成を示す図である。 室外機の制御部によって行われる本実施形態の除霜運転方法の手順を示すフローチャートである。 図１と同様の構成図に加えて、ある室内機の領域に人がいる場合に、１台の室内機のファンを運転する様子を表す図である。 図１と同様の構成図に加えて、ある室内機の領域に人がいる場合に、２台の室内機のそれぞれのファンを運転する様子を表す図である。 本発明の第２実施形態に係る空調システムの構成図である。

　《第１実施形態》
　図１は、本発明の第１実施形態に係る空調システムの構成図である。図において、この空調システム１００は、１台の室外機１と、複数（３台）の室内機２，３，４とが、冷媒配管５を介して接続され、冷媒系統を共有している。また、通信線６によって、室外機１と、室内機２，３，４とが、相互に接続されている。室内機２，３，４には、それぞれ、操作用のリモコン操作器２ｒ，３ｒ，４ｒが接続されている。室内機２，３，４は、それぞれ、ファン２ｆ，３ｆ，４ｆを内蔵している。
　なお、室内機の台数は一例に過ぎない。また、室外機１は１台としているが、必要により、室外機が複数設けられる場合もある。また、電力線の図示は省略している。

　室内機２，３，４にはそれぞれ、人検知センサ２ｓ，３ｓ，４ｓが設けられている。人検知センサ２ｓ，３ｓ，４ｓは、例えば焦電型の赤外線センサであり、室内機２，３，４の送風可能領域Ａ２，Ａ３，Ａ４にいる人が発する赤外線を検知し、人の存否を捉えることができる。なお、図は簡略化して単純な円形（円錐）状領域を示している。
　実際にはさらに、室内機の送風可能領域の拡がりに合わせて、１台の室内機につき複数個の人検知センサを設けることにより、センサごとに検知対象領域をずらして、全センサで広い範囲を検知できるよう構成してもよい。

　また、人検知センサ２ｓ，３ｓ，４ｓは、必ずしも室内機２，３，４の付属物としてそれらの筐体に設けなければならない訳ではなく、例えば、部屋の天井に配置して、その出力を室内機２，３，４又は室外機１に送るようにしてもよい。また、室内機２，３，４ごとに部屋として仕切られている場合は、送風可能領域に限らず、部屋の中に人がいるか否か、を検知するようにしてもよい。

　図２は、室外機１の概略構成を示す図である。室外機１は、筐体１１内に、圧縮機１２、四路切換弁１３、アキュムレータ１４、熱交換器１５、膨張弁１６、ファン１７、温度センサ１８，１９、制御部２０を備えている。温度センサ１９は、例えばサーミスタであり、熱交換器１５の端部における冷媒管Ｐ１に当接して取り付けられている。温度センサ１９は、熱交換器１５における低温側となる端部の温度Ｔｂ（以下、単に熱交換器１５の温度という。）を検知する。熱交換器１５に着霜することなく、室外機１が運転されているときは、温度センサ１９の検知する温度は、ほぼ一定である。一方、温度センサ１８は、例えばサーミスタであり、ファン１７の運転により吸い込まれる外気温度を検知している。

　温度センサ１８，１９は、それぞれケーブル１８ａ，１９ａを介して制御部２０に接続されている。制御部２０にはＣＰＵその他の中央制御機能が搭載され、これにより、室外機１の各アクチュエータ（圧縮機１２，四路切換弁１３，膨張弁１６、ファン１７等）及び室内機２～４の制御が行われる。
　また、制御部２０には、設定スイッチ２０ｓが設けられている。この設定スイッチ２０ｓを操作することにより、後述の、第１除霜運転モードのみを使用する場合と、第１及び第２除霜運転モードを選択的に使用する場合とを、例えばユーザの要望に応じて使い分けることができる。

　図２において、冷房運転時は、四路切換弁１３が図示の実線の状態となり、圧縮機１２から吐出された高圧のガス冷媒は、熱交換器１５で外気と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁１６で減圧された後、室内機２～４（図１）に送られる。室内機２～４において室内空気と熱交換して蒸発した後のガス冷媒は、室外機１に戻り、四路切換弁１３及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機１２に送り込まれる。このようなサイクルを繰り返すことにより、冷房運転が行われる。

　暖房運転時は、四路切換弁１３が図示の点線の状態となり、圧縮機１２から吐出された高圧のガス冷媒は、室内機２，３，４（図１）に送られ、室内空気と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。液冷媒は、室外機１に戻り、膨張弁１６で減圧された後に、熱交換器１５で外気と熱交換して蒸発する。蒸発後のガス冷媒は四路切換弁１３及びアキュムレータ１４を通って、圧縮機１２に送り込まれる。このようなサイクルを繰り返すことにより、暖房運転が行われる。

　外気温が低い状態で、暖房運転を行っているときに、室外機１の熱交換器１５に着霜する場合がある。着霜は、そのまま放置して成長してしまうと暖房効率が低下するので、一時的に暖房運転を停止して、除霜運転を行う。除霜運転時の冷媒の流れは冷房運転時と同じである。このとき、従来は、室内機２～４のファンを停止させ、冷風が室内に放出されないようにしていた。

　上記の除霜運転は、例えば、室外機１における熱交換器１５の温度Ｔｂに基づいて行うことができる。通常の暖房運転において、着霜が無ければ、熱交換器１５の温度Ｔｂは、概ね一定値Ｔｏに維持されている。しかし、暖房運転の継続により、熱交換器１５への着霜が次第に増加してくると、熱交換器１５の温度Ｔｂは次第に低下していく。そこで、温度センサ１９が検知する温度Ｔｂが、上記Ｔｏからの温度低下幅ΔＴを超えてさらに低くなるとき、すなわち、Ｔｂ＜（Ｔｏ－ΔＴ）である場合、熱交換器１５への着霜量が基準着霜量以上になったと判断する。この基準着霜量とは、除霜を行わないと熱交換器１５の効率が低下し、暖房運転に支障が出る「手前」の着霜量である。

　なお、除霜運転の終了は、例えば、熱交換器１５の温度Ｔｂが、Ｔｏまで上昇すれば終了とすることができる。
　また、上記のような除霜運転の開始・終了以外の、開始・終了の契機としては、例えば、所定の外気温の条件下で、暖房運転を連続して一定時間行った場合は着霜状態にあると推定して自動的に除霜運転を行うようにしてもよい。また、一定時間除霜運転したら除霜できていると推定して自動的に除霜運転を終えるようにしてもよい。

　本実施形態の空調システム１００では、上記のような通常の除霜運転とは別に、さらに進化した除霜運転を実行する。以下、この除霜運転方法について詳細に説明する。

　図３は、室外機１の制御部２０によって行われる本実施形態の除霜運転方法の手順を示すフローチャートである。なお、除霜運転そのものの開始・終了の指令は、上述の要領で行われるので、このフローチャートでは、簡略化している。すなわち、このフローチャートは、主として、２つのモードを使い分ける除霜運転について示している。

　除霜運転が開始されると、制御部２０は、全ての室内機２～４のファンを停止させる（ステップＳ１）。これは、通常の除霜運転であり、第１除霜運転モードと称する。
　次に、制御部２０は、熱交換器１５の温度Ｔｂが１０度未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、温度Ｔｂが１０度以上であれば、着霜量は比較的少ないと推定できる。従って、制御部２０は、除霜運転終了となるまで、第１除霜運転モードを継続する（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ８の繰り返し）。ステップＳ８において除霜運転終了の指令があれば、除霜運転終了となる。

　一方、熱交換器１５の温度Ｔｂが１０℃未満であるときは、制御部２０は、温度センサ１９が検知する外気の温度Ｔａが０℃未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、０℃以上であれば、着霜量は比較的少ないと推定できる。従って、制御部２０は、除霜運転終了となるまで、第１除霜運転モードを継続する（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ８の繰り返し）。ステップＳ８において除霜運転終了の指令があれば、除霜運転終了となる。

　一方、ステップＳ３において、外気の温度Ｔａが０℃未満である場合、すなわち、Ｔｂ＜１０℃、及び、Ｔａ＜０℃の２条件がＡＮＤの論理で成立するとき、制御部２０は、着霜量が閾値を超えていると推定し、第２除霜運転モードを実行する（ステップＳ４）。なお、この着霜量の閾値とは、前述の基準着霜量よりも大きい値である。
　この第２除霜運転モードでは、室内機２～４のいずれか１以上のファンを強制運転する。ファンを運転することにより、室内の空気と冷媒との熱交換が促進され、除霜が、より迅速に行われる。ファンを運転する室内機の台数は、多いほど、除霜を迅速化することができる。また、ファンを運転する室内機の台数が同じであれば、送風量が多いほど、除霜を迅速化することができる。

　但し、除霜運転は、冷房運転と冷媒サイクルが同じであるため、ファンを運転すると、室内には冷たい風が吹き出される。この場合、冷風の当たる場所に人がいれば、寒く、不快に感じることになる。

　図４は、図１と同様の図であるが、室内機４の領域Ａ４に人がいる場合を表す図である。この場合、人の存在は、人検知センサ４ｓによって検知される。検知信号は、室外機１の制御部２０に送信される。一方、室内機２，３の領域Ａ２，Ａ３には人がいないとすると、人検知センサ２ｓ，３ｓからは検知信号が送信されない。そこで、制御部２０は、送風可能領域に人を検知しない室内機２，３のファン２ｆ，３ｆを優先的に選択して運転する。

　図４は、例えば、室内機２のファン２ｆを運転する様子を示している。ファン２ｆの運転により領域Ａ２には冷風が吹き出るが、人がいないので、不快感を与えることは無い。
　図５は、室内機２及び３それぞれのファン２ｆ，３ｆを運転する様子を示している。ファン２ｆ，３ｆの運転により領域Ａ２，Ａ３には冷風が吹き出るが、人がいないので、不快感を与えることは無い。

　図３に戻り、制御部２０は、第２除霜運転モードを実行しつつ、熱交換器１５の温度が１１℃より高くなるのを、ファンの強制運転開始後一定時間の間、待つ（ステップＳ５，Ｓ６からＳ４へ戻る繰り返し。）。この１１℃とは、第２除霜運転モードの除霜運転によって、着霜量が閾値未満となり、もはや第１除霜運転モードで足りると判断される温度である。ステップＳ２における１０℃と１℃の差を設けるのは、運転モード動作のハンチングを避け、また、第１除霜運転モードに戻すにあたって確実に着霜量が減っている状態とするためである。

　一定時間経過する前に、熱交換器１５の温度が１１℃より高くなれば、ステップＳ８を経てステップＳ１に戻り、以後、制御部２０は、除霜運転終了となるまで、第１除霜運転モードを継続する（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ８の繰り返し）。ステップＳ８において除霜運転終了の指令があれば、除霜運転終了となる。

　また、熱交換器１５の温度が１１℃より高い状態にならないまま、ステップＳ６において、強制運転開始後一定時間を経過した場合は、制御部２０は、強制運転を増強する（ステップＳ７）。これは、前述の、ファンを運転する室内機の台数を多くすること、及び／又は、送風量すなわちファンの回転数を、より多くすることである。これにより、除霜を迅速化することができる。

　なお、上記の空調システム／除霜運転方法によれば、送風可能領域に人がいる室内機のファンは、優先的な運転の対象ではなく、なるべく運転しないことになる。しかしながら、運転してはいけないという訳ではない。もしユーザ側に、除霜の迅速化のためには冷風が出ても構わない、という要望があれば、人の存否に関わらず、全ての室内機のファンを運転することにより、除霜をさらに迅速化することも可能である。

　一方、第２除霜運転モードを利用可能とする設定スイッチ２０ｓ（図２）が、室外機１に設けられていることにより、据付時あるいは保守時の設定スイッチ２０ｓの操作によって容易に、第２除霜運転モードを利用可能とすることができる。また、ユーザが第２除霜運転モードを希望しない場合には、容易に解除することもできる。

　なお、上記実施形態における第２除霜運転モードを実行する条件（図３のステップＳ２，Ｓ３）及び終了する条件（ステップＳ５）の具体的な数値は一例であり、使用環境に応じて、若干の変更をすることができる。

　《第２実施形態》
　図６は、本発明の第２実施形態に係る空調システムの構成図である。図において、この空調システム２００は、冷媒系統が２系統に分かれている。２系統をＸ系統及びＹ系統とすると、Ｘ系統は、１台の室外機１ｘと、複数（３台）の室内機２ｘ，３ｘ，４ｘとが、冷媒配管５ｘを介して接続され、冷媒系統を共有している。また、通信線６ｘによって、室外機１ｘと、室内機２ｘ，３ｘ，４ｘとが、相互に接続されている。

　また、Ｙ系統は、１台の室外機１ｙと、複数（３台）の室内機２ｙ，３ｙ，４ｙとが、冷媒配管５ｙを介して接続され、冷媒系統を共有している。また、通信線６ｙによって、室外機１ｙと、室内機２ｙ，３ｙ，４ｙとが、相互に接続されている。
　なお、各系統の室内機の台数は一例に過ぎない。また、室外機１ｘ，１ｙはそれぞれ１台としているが、必要により、室外機が複数設けられる場合もある。

　空調の対象となる空間は、例えばビルの１フロアのような広い一つの部屋３０で、仕切りの壁は無い。また、例えば、左側の室外機１ｘは屋根Ｒの下に設置され、日当たりが悪い。従って、例えば０℃未満の低い気温であれば、天気は良くても着霜し易く、また、着霜量が多くなり易い。一方、右側の室外機１ｙは、昼間は日の当たる場所に設置され、着霜しにくいか又は、着霜してもその量は比較的少ない。
　なお、その他の詳細な構成は第１実施形態と同様である。

　上記のような第２実施形態の空調システム２００では、室外機１ｘに着霜して除霜運転が必要な状態となるが、室外機１ｙは除霜運転が必要でない、という状態が頻繁に起こり得る。このような場合に、例えば、Ｘ系統は除霜運転を行い、Ｙ系統は暖房運転を行うことができる。

　除霜運転方法については、第１実施形態と同様に、図３のフローチャートに示す要領で行うことができる。人がいない空間に優先的に冷風を送り出す点は同様であるが、１つのフロアである以上、対流によって冷気が流れてくる可能性もある。しかし、Ｘ系統の室内機（例えば２ｘ，４ｘ）からは冷風が吹き出されても、Ｙ系統の室内機（２ｙ，３ｙ，４ｙ）からは温風を吹き出させることができるので、部屋全体としては、冷風の吹き出しによる不快感を中和（あるいは緩和）することができる。室内機３ｘのファンは、送風可能領域に人がいるので運転しない。

　なお、図６の構成は２系統であるが、３系統以上を混在させることも可能である。この場合は、１系統のみ必要に応じて第２除霜運転モードを実行し、他の２系統以上が暖房運転を行えば、部屋全体としては、冷風の吹き出しによる不快感を、さらに緩和することができる。

１：室外機、２（２ｘ、２ｙ），３（３ｘ、３ｙ），４（４ｘ，４ｙ）：室内機、２ｆ，３ｆ，４ｆ：ファン、２ｓ，３ｓ，４ｓ：人検知センサ、１５：熱交換器、１８，１９：温度センサ、２０：制御部、２０ｓ：設定スイッチ、１００，２００：空調システム

Claims (5)

1. 　複数の室内機（２，３，４）と、
   　前記複数の室内機（２，３，４）と冷媒系統を共有する室外機（１）と、
   　外気温度を検知する第１の温度センサ（１８）と、
   　前記室外機（１）の熱交換器（１５）の温度を検知する第２の温度センサ（１９）と、
   　前記室内機（２，３，４）の各々の送風可能領域に人がいるか否かを検知する人検知センサ（２ｓ，３ｓ，４ｓ）と、
   　全ての前記室内機のファン（２ｆ，３ｆ，４ｆ）を停止させた状態で除霜運転を行う第１除霜運転モード、並びに、前記第１及び第２の温度センサ（１８，１９）がそれぞれ検知した温度に基づいて、前記熱交換器（１５）への着霜量が閾値を超えていると推定したときは、前記送風可能領域に前記人検知センサ（２ｓ，３ｓ，４ｓ）が人を検知しない室内機を優先的に選択し、当該室内機のファンを強制運転しながら除霜運転を行う第２除霜運転モードを、選択的に実行可能な制御部（２０）と
   　を備えていることを特徴とする空調システム。
2. 　前記制御部（２０）は、前記第２除霜運転モードの実行を開始してから一定時間経過後に前記第２の温度センサ（１９）が検知した温度に基づいて、前記強制運転の増強を要するか否かの判断を行い、増強を要する場合にのみ、前記ファンの回転数及びファンを運転する室内機の数の少なくとも一方を増大させる請求項１記載の空調システム。
3. 　前記第２除霜運転モードを利用可能とする設定スイッチ（２０ｓ）が、前記室外機（１）に設けられている請求項１又は２に記載の空調システム。
4. 　前記室内機（２，３，４）、前記室外機（１）並びに前記第１及び第２の温度センサ（１８，１９）は、第１系統及び第２系統の少なくとも２系統が存在し、かつ、１つの部屋に２系統の室内機（２ｘ，２ｙ，３ｘ，３ｙ，４ｘ，４ｙ）が混在して設けられているとき、
   　前記制御部（２０）は、前記第１系統で前記第２除霜運転モードを実行するときは、前記第２系統を暖房運転として前記部屋の室内機のファンを運転する請求項１記載の空調システム。
5. 　複数の室内機（２，３，４）、及び、当該複数の室内機と冷媒系統を共有する室外機（１）を含む空調システム（１００）における除霜運転方法であって、
   　外気温度及び前記室外機の熱交換器（１５）の温度をそれぞれ温度センサ（１８，１９）によって検知し、
   　前記室内機（２，３，４）の各々の送風可能領域に人がいるか否かを人検知センサ（２ｓ，３ｓ，４ｓ）によって検知し、
   　全ての前記室内機（２，３，４）のファン（２ｆ，３ｆ，４ｆ）を停止させた状態で除霜運転を行う第１除霜運転モード、並びに、前記第１及び第２の温度センサ（１８，１９）がそれぞれ検知した温度に基づいて、前記熱交換器（１５）への着霜量が閾値を超えていると推定したときは、前記送風可能領域に前記人検知センサ（２ｓ，３ｓ，４ｓ）が人を検知しない室内機を優先的に選択し、当該室内機のファンを強制運転しながら除霜運転を行う第２除霜運転モードを、制御部（２０）によって選択的に実行する
   　ことを特徴とする除霜運転方法。

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