冷凍装置におけるデフロスト方法及び冷凍装置
【課題】外気と熱交換する熱交換器を蒸発器としての使用する冷凍装置のデフロスト方法において、フロスト回数を低減することにより冷凍装置の運転効率を向上させること。
【解決手段】本発明に係る冷凍装置におけるデフロスト方法は、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用するとともに、この熱交換器の熱交換面に、特定のオルガノポリシロキサン１００重量部と、特定のポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜３１ａを形成し、外気の露点温度が０℃以下、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴３５として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴３５を流下させる工程を経た後にデフロスト運転を行う。これによりフロスト遅延効果を得て、フロスト回数を減らす。
【解決手段】本発明に係る冷凍装置におけるデフロスト方法は、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用するとともに、この熱交換器の熱交換面に、特定のオルガノポリシロキサン１００重量部と、特定のポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜３１ａを形成し、外気の露点温度が０℃以下、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴３５として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴３５を流下させる工程を経た後にデフロスト運転を行う。これによりフロスト遅延効果を得て、フロスト回数を減らす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置におけるデフロスト方法及び冷凍装置に関し、特に、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器とする冷凍装置におけるデフロスト運転に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ヒートポンプ式空気調和機における室外側熱交換器のように、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器とする冷凍装置の場合、外気が低くなって０℃以下の蒸発温度で運転される場合には、外気中の水分が熱交換器の熱交換面に氷結する、いわゆるフロスト現象が現れる。このようなフロスト現象が生じると、熱交換器における通風抵抗が増加して通風量が低下するとともに、熱交換器の熱交換面における空気側の熱伝達性能が低下し、熱交換の能力が大幅に低下する。このために、通常は氷結が熱交換面の全面に拡大した場合にデフロスト運転を行うようにされている。しかしながら、このようにデフロスト運転を行うと、その間の冷凍運転を正常に行うことができなくなるため、デフロストの回数を減ら努力や、デフロストの運転時間を短くする努力が行われている。
【０００３】
外気の露点温度が０℃以上であって、かつ、外気と熱交換する冷媒の蒸発温度及び熱交換面の温度が０℃以下の冷凍運転の場合、冷凍運転中に熱交換面に外気中の水分が結露して付着する。また、この付着した水分が、熱交換面で冷却されて霜となる。また、デフロスト完了時に熱交換面に残留する水滴は、冷凍運転の再開に伴い冷却されて再凍結される。したがって、デフロストの回数を減らすためには、このような冷凍運転時に熱交換面に付着して滞留する水滴の量と、デフロスト完了後に残留する水滴の量を減少させることが必要であり、できるだけ早く流下させることが有効である。
【０００４】
また、熱交換面上の霜の除去は、霜が融解されて水となって流されて除去されるものと、霜が部分的に融解した状態で熱交換面から霜が落下して除去されるものとがある。したがって、後者による霜の除去を増加させるとデフロスト時間を短縮することができる。
【０００５】
また、このようにフロスト回数の低減及びデフロスト時間の短縮のためには、熱交換面の表面に撥水性塗膜を形成することが有効であると考えられている。このような塗膜材料としては、疎水性粒子と樹脂バインダーとを含有する組成物からなるものが特許文献１、特許文献２、特許文献３などにより知られている。また、このような塗膜材料として、特定のオルガノポリシロキサンと、反応性官能基を含有する特定の構造を有するポリアルキル水素シロキサンとを特定の割合で含有する塗膜形成組成物からなるものが特許文献４、特許文献５などにより知られている。
【特許文献１】特開平３−２４４９９６号公報
【特許文献２】特開平４−４５１８１号公報
【特許文献３】特開平７−１１８５７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１１９６４２号公報
【特許文献５】特開２００２−３２３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の塗膜材料から成る撥水性塗膜は、冷凍運転時に熱交換面に付着して滞留する水滴の量と、デフロスト完了後に残留する水滴の量を減らすことにより、着霜量を減らすことに有効であると考えられていた。しかしながら、本発明者が外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用する場合における着霜過程を研究したところ、さらに改善しうる余地のあることが解明された。
【０００７】
本発明は、このような研究の成果に基づき成されたものであって、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用する冷凍装置のデフロスト方法において、フロスト回数を低減することにより冷凍装置の運転効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置におけるデフロスト方法は、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用するとともに、この熱交換器の熱交換面に、（Ａ）平均単位式（１）で表され、分子量が３００以上、１０，０００以下の範囲にあるオルガノポリシロキサン１００重量部と、（Ｂ）平均単位式（２）で表されるポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜が施され、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経た後に、デフロスト運転を開始することを特徴とする。
【０００９】
【化３】
（ｐは１≦ｐ＜３の範囲の数であり、ａは０又は正の数、ｂは正の数であって、０．５≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦１．０である。Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基、Ｒ３は炭素数１〜５のアルコキシ基又は水酸基から選ばれる置換基、但し、Ｒ３のうち７０モル％以上は炭素数１〜５のアルコキシ基である。）
【００１０】
【化４】
（ｍは０又は正の数、ｎは正の数であって、〔ｍ＋ｎ〕の値は５〜５００、〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値は０〜０．３である。Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は独立に炭素数１〜５のアルキル基又は水素原子、Ｒ７およびＲ８はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基である。但し、ｍ＞０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は０〜２個であり、ｍ＝０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は１又は２個である。）
本発明者は、熱交換器の熱交換面に上記撥水性塗膜を形成すると、外気の露点温度が０℃以下であっても、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においては、外気中の水分が過冷却水状態で熱交換器の熱交換面に付着することを確認した。また、本発明者は、熱交換器の熱交換面に付着した過冷却水状態の水滴は、上記撥水性塗膜が良好な滑水性能を示すことにより、水滴自身の成長による自重の増加により過冷却水状態の水滴のまま流下することを確認した。また、本発明者は、この過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経た後にデフロスト運転を行うことによりフロスト遅延効果を得ることができ、これによりフロスト回数を低減し、冷凍装置の冷凍能力を増大し得ることを確認した。なお、本明細書において特定の温度とは、外気中の水分が過冷却水状態で前記撥水性塗膜を形成した熱交換器の熱交換面に水滴となって付着し、付着した水滴がそれ自身の成長により自重で流下することが可能な下限の外気温度をいう。この特定の温度は、冷凍装置の仕様により異なるが、０℃より数℃低い温度となることが解明されている。
【００１１】
また、前記撥水性塗膜は、１．０〜１．５μｍとすることが好ましいことが実験的に確認された。撥水性塗膜の厚さは、撥水性塗膜による熱伝導性の低下を抑制しつつ撥水性性能及び滑水性能を確保するという観点から、熱交換面の地肌の表面粗さによる影響を打ち消して滑らかな表面を得ることのできる程度の膜厚が好ましく、具体的には１．０〜１．５μｍとすることが好ましいことが確認された。
【００１２】
また、前記冷凍装置をヒートポンプ式空気調和機としたデフロスト方法の場合には、外気の露点温度が０℃以下であっても外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においてデフロストによる能力低下が抑制されるので快適な暖房運転を行うことができる。
【００１３】
前記熱交換器は、アルミニウム製のプレートフィンが鉛直方向に配置され、銅管製の熱交換チューブが水平方向に配置されたクロスフィンコイル式熱交換器とするのが好ましい。このような熱交換器とすることにより過冷却水状態の水滴を円滑に流下させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る冷凍装置は、上記のデフロスト方法を実行することを特徴とする。したがって、本発明に係る冷凍装置は、外気の露点温度が０℃以下の場合であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においては、フロスト遅延効果により冷凍能力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る冷凍装置におけるデフロスト方法によれば、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態で熱交換器の熱交換面に結露させ、結露した過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経てデフロスト運転を行うことにより、フロスト回数を低減させて冷凍能力を増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和機について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図であり、図２は同空気調和機に用いられる室外側熱交換器の通風側から見た正面図である。図３は、同空気調和機における制御装置の機能ブロック図である。
【００１７】
本発明に係るヒートポンプ式空気調和機は、図１に示すような冷媒回路を備えて構成されている。圧縮機１の吐出口及び吸入口に対し四路切換弁２が接続され、この四路切換弁２の切換ポート間に室外側熱交換器３、膨張弁４、室内側熱交換器５が順次接続されて冷媒回路が構成されている。室外側熱交換器３は、室外ファン３ａを備え、室内側熱交換器５は、室内ファン５ａを備えている。また、この冷媒回路において、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲におけるデフロストを行うためのデフロスト回路として、圧縮機１の吐出管１ａと室外側熱交換器３の暖房運転時における入口側との間にホットガスバイパス回路１０が形成されている。また、このホットガスバイパス回路１０には、デフロスト時の冷媒流を制御するホットガスバイパスバルブ１１が設置されている。
【００１８】
室外側熱交換器３は、図２に示すように、いわゆるクロスフィンコイル式熱交換器であり、熱交換面を形成する多数のアルミニウム製のプレートフィン３１を一定の間隔をあけて空気流の流通方向に直交する方向に並べられている。また、これらプレートフィン３１に対して、内部を冷媒が流通する銅管製の熱交換チューブ３２が貫通するように取り付けられている。なお、プレートフィン３１は、フラットフィン、スリットフィン、ワッフルフィンなどの板状のフィン何れでもよい。そして、熱交換面を成すプレートフィン３１の表面には撥水性塗膜３１ａが形成されている。
【００１９】
撥水性塗膜３１ａは、特許文献４などにより公知のポリキシロキサン系の組成物からなる着霜抑制塗料を塗布、硬化させたものである。なお、撥水性を備えた着霜抑制塗料としてはいろいろなものが知られているが、本発明に使用できる撥水性塗膜３１ａ形成用の組成物は、特許文献４により公知のオルガノポリシロキサンとポリアルキル水素シロキサンとを含有したものである。
【００２０】
オルガノポリシロキサンは、加水分解縮合生成物であり、レジンないしはレジン状の構造をとるものであり、Ｒ１ＳｉＯ３／２単位及びＲ２Ｒ３ｐ ＳｉＯ（３−ｐ）／２単位を繰り返し単位とする前記平均単位式（１）によって示されるものである。平均単位式（１）において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基を示し、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、ブチル基などが挙げられ、特にメチル基が好ましい。また、平均単位式（１）におけるＲ３は、水酸基とアルコキシ基との合計に対するアルコキシ基の割合が７０〜１００モル％となる、水酸基又は炭素数１〜５のアルコキシ基を示す。ここで、水酸基とアルコキシ基との合計に対するアルコキシ基のモル数の割合が過小であると、得られる硬化塗膜の撥水性能の耐久性が低下するので好ましくない。なお、オルガノポリシロキサンは、置換基であるＲ１〜Ｒ３が上記以外の官能基を有する単位や、１官能基性単位〔Ｒａ３ＳｉＯ１／２〕、２官能基性単位〔Ｒｂ２ＳｉＯ２／２〕（Ｒａ及びＲｂは、有機基である）、４官能基性単位〔ＳｉＯ４／２〕などを、撥水性能を阻害しない範囲で含有していてもよい。
【００２１】
また、平均単位式（１）において、ｐは１≦ｐ＜３の範囲の数であり、ａは０又は正の数、ｂは正の数を示し、かつ０．５≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦１．０である。この値が過小であると、得られる硬化塗膜の撥水性が低下したものとなる。
【００２２】
オルガノポリシロキサンよりなる（Ａ）の重量平均分子量（Ｍｗ）は３００以上で１０，０００以下の範囲であり、特により望ましい塗膜強度と撥水性とを得るためには３００以上で５，０００以下の範囲であることが好ましい。ここで、重量平均分子量（Ｍｗ）が過小である場合には、得られる撥水性塗膜３１ａの強度が低下し、一方、重量平均分子量（Ｍｗ）が過大である場合には、上記の〔ｂ／（ａ＋ｂ）〕の条件を満たすオルガノポリシロキサンは、その合成が容易でないものとなる。
【００２３】
ポリアルキル水素シロキサンは、実質的に平均構造が、Ｒ７ＳｉＨＯ２／２単位及びＲ８２ＳｉＯ２／２単位を含有する前記平均単位式（２）によって示され、平均単位式（２）中のＲ４、Ｒ５及びＲ６は独立に炭素数１〜５のアルキル基又は水素原子を示し、Ｒ７とＲ８は、それぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基を示す。このポリアルキル水素シロキサンは、置換基であるＲ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８が上記以外の官能基を有する単位や、３官能基性単位〔ＲｃＳｉＯ３／２〕（Ｒｃは、有機基である。）などを、撥水性能を阻害しない範囲で含有していてもよい。ｍは０又は正の数、ｎは正の数を示し、〔ｍ＋ｎ〕の値が５〜５００であり、特に１０〜３５０であることが好ましく、かつ〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値が０〜０．３である。さらに、ｍが０を超える場合には、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子が０〜２個であり、ｍが０の場合には、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子が１又は２個であることが必要である。ここで、〔ｍ＋ｎ〕の値が過小であると、得られる硬化塗膜に良好な撥水効果が得られず、一方、〔ｍ＋ｎ〕の値が過大であると得られる硬化塗膜の塗膜強度が低下したものとなる傾向にある。また〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値が過大であると、残留する水素原子が多量になるために、得られる硬化塗膜の撥水性が低下したものとなる傾向にある。
【００２４】
また、オルガノポリシロキサンとポリアルキル水素シロキサンとの含有割合は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、ポリアルキル水素シロキサンが２〜２５重量部であり、特に５〜２０重量部であることが好ましい。ここで、ポリアルキル水素シロキサンの含有割合が過小になると、得られる硬化塗膜に良好な撥水効果が得られなくなり、一方、その含有割合が過大になると、得られる硬化塗膜の機械的な性状が低下する可能性がある。
【００２５】
また、この発明に用いられる撥水性塗膜３１ａ形成用の組成物は、必要に応じて硬化触媒と適宜の希釈溶剤を添加して、液状組成物を調製し、この液状組成物をプレートフィン３１上に適宜の手段により塗布又は含浸させて、それを加熱硬化させることにより、目的とする撥水性塗膜３１ａがプレートフィン３１の表面に形成される。また、この発明に用いられる撥水性塗膜３１ａ形成用の組成物は、加熱のみによって硬化させることも可能であるが、液状組成物に硬化触媒を添加して用いることもできる。
【００２６】
また、液状組成物を適用する手段としては、浸漬塗布、含浸法、ロールコーティング、フローコーティング、刷毛塗り法、スプレー法などを利用することができる。
次に、室外側熱交換器３のプレートフィン３１の熱交換面に形成する撥水性塗膜３１ａの厚さは、プレートフィン３１のアルミニウム製素地の表面粗さに左右されない滑らかな表面を得ることと、熱伝導性の低下を考慮して、１〜１．５μｍが最適であることが実験的に確認された。
【００２７】
また、室外側熱交換器３におけるプレートフィン３１の熱交換面に形成する撥水性塗膜３１ａ中には、撥水効果を妨げない程度に任意の添加物が含まれていてもよい。ここに添加物の具体例としては、顔料、染料、ＵＶインジケータ、防黴剤、防腐剤、老化防止剤、防食剤、防錆剤、帯電防止剤、難燃剤、防汚剤などを挙げることができる。
【００２８】
また、室外側熱交換器３の下方には、室外側熱交換器３から流下するドレンを受け、これを円滑に排出するために、一方向に傾斜させたドレンパン３３が配置されている。また、このドレンパン３３の上面にも、滴下したドレンの排出を良好にするために、前述の撥水性塗膜３１ａが施されている。
【００２９】
上記構成の空気調和機は、図３に示すような制御装置を備えている。圧縮機１は、圧縮機１を発停及び回転数制御する圧縮機駆動部２１により運転され、室内ファン５ａ及び室外ファン３ａは、室内ファン５ａ及び室外ファン３ａの発停及び回転数制御を行う室外ファン駆動部２２及び室内ファン駆動部２３により運転される。また、これら圧縮機１、室外ファン３ａ，及び室内ファン５ａの運転モードや、四路切換弁２、膨張弁４、及びホットガスバイパスバルブ１１の切換制御、開度制御又は開閉制御は、操作部２４からの操作指令及びフロスト検知部２５などからの検知信号が制御部２０に送信され、制御部２０がこれら指令及び信号に基づき制御している。フロスト検知部２５には、外気サーモ２６で検知された外気温度、室外側熱交換器３における空気出入口間の差圧を検知する差圧センサ２７により検知された室外側熱交換器３の通風抵抗値が送信される。
【００３０】
また、フロスト検知部２５にはメモリー２８が付設されている。このメモリー２８には、予め設定された外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、室外側熱交換器３のデフロスト開始時期を決定する第１通風抵抗値と、外気の乾球温度が特定の温度以下の範囲において、室外側熱交換器３のデフロスト開始時期を決定する第２通風抵抗値とが格納されている。そして、フロスト検知部２５は、外気温度が特定の温度を超える範囲においては、差圧センサ２７から送信される通風抵抗値が第１通風抵抗値まで上昇したときに高温用のデフロストロス開始信号を制御部２０に送信する。また、フロスト検知部２５は、外気温度が特定の温度以下の範囲においては、差圧センサ２７から送信される通風抵抗値が第２通風抵抗値まで上昇したときに低温用のデフロストロス開始信号を制御部に送信する。このように、本発明においては、外気温度が特定の温度を超えているか以下であるかにより、デフロスト開始時期の検知方法を変えるとともに、デフロスト運転方法を変えることができるように構成されている。
【００３１】
上記ヒートポンプ式空気調和機は、次のように運転される。
冷房運転時には、操作部からの冷房運転指令に基づき、四路切換弁２を図１に示す実線側に切り換え、圧縮機１、室外ファン３ａ及び室内ファン５ａが運転される。圧縮機１が駆動されることにより、圧縮機１から吐出された吐出ガスが四路切換弁２、室外側熱交換器３、膨張弁４、室内側熱交換器５、四路切換弁２の順に循環して圧縮機１に吸入される。このような冷媒の循環によって、室外側熱交換器３は凝縮器として動作し、室内側熱交換器５は蒸発器として動作する。凝縮器として動作する室外側熱交換器３では、高圧のガス冷媒が外気と熱交換を行って凝縮する。これによって高圧の冷媒から外気に対して熱が放出される。蒸発器として動作する室内側熱交換器５では、膨張弁４により減圧された低圧の液冷媒が室内空気と熱交換を行って蒸発する。これによって室内空気が低圧の冷媒によって吸熱されて冷却される。
【００３２】
一方、暖房運転時には、四路切換弁２を図１に示す破線側に切り換え、圧縮機１、室外ファン３ａ及び室内ファン５ａが運転される。圧縮機１が駆動されることにより、圧縮機１から吐出された吐出ガスが四路切換弁２、室内側熱交換器５、膨張弁４、室外側熱交換器３、四路切換弁２の順に循環して圧縮機１に吸入される。このような冷媒の循環によって、室内側熱交換器５が凝縮器として動作し、室外側熱交換器３が蒸発器として動作する。凝縮器として動作する室内側熱交換器５では、高圧のガス冷媒が室内空気と熱交換を行って凝縮する。これによって室内空気が高圧冷媒からの放熱によって加熱される。一方、蒸発器として動作する室外側熱交換器３では、膨張弁４で減圧された低圧の液冷媒が外気と熱交換を行って蒸発する。これによって外気の熱が低圧の冷媒によって吸熱される。
【００３３】
この暖房運転時において、外気温度が低くなるときには、室外側熱交換器３における冷媒の蒸発温度も外気より数℃から１０数℃低い温度となり、室外側熱交換器３で冷却された外気中の水分が熱交換面に霜となってプレートフィンに付着する。また、この霜の成長を放置すると、霜が室外側熱交換器３の熱交換面全体に広がり室外側熱交換器３の熱交換器能力が著しく低下する。そこで、一般に、ヒートポンプ式空気調和機においては、室外側熱交換器の熱交換面に霜が付着し、室外側熱交換器の熱交換能力が低下した場合にデフロスト運転が行われている。以下、この発明の特徴を成すデフロスト運転について説明する。
【００３４】
外気の露点温度が０℃以上であって、室外側熱交換器３の熱交換面が０℃以下となる程度に蒸発温度が低い場合は、外気中の水分が室外側熱交換器３の熱交換面に結露して付着し、暖房運転が長時間行われることにより結露水が霜になることがある。しかし、この場合は、室外側熱交換器３のプレートフィン３１に前述の撥水性塗膜３１ａが形成されているため、熱交換面に付着している結露水が少なくなり、着霜時間が遅延されデフロスト回数が減少される。この点については、適宜の撥水性塗膜３１ａが熱交換面に形成された従来のものも略同様である。また、この場合の室外側熱交換器３の着霜状況は、室外側熱交換器出入口間の通風抵抗値により検知され、正サイクルデフロスト等のデフロスト運転が行われている。
【００３５】
正サイクルデフロスト運転は、前述の暖房運転サイクルで冷媒を循環させながら、ホットガスバイパスバルブ１１を開放し、ホットガスバイパス回路１０を通じ室外側熱交換器３の入口側に圧縮機１の吐出ガスを減圧してバイパスするものである。このホットガスバイパスが行われることにより、室外側熱交換器３の温度が上昇されて霜が融解される。
【００３６】
次に、図４に、適宜の撥水性塗膜３１ａが熱交換器表面に施された従来のヒートポンプ式空気調和機において、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲における従来のデフロスト運転に至る工程を示す。この図に示すように、従来のヒートポンプ式空気調和機では、室外側熱交換器３に外気中の水分が霜３８となってプレートフィン３１の熱交換面に付着する工程（図４（ａ））、熱交換面に付着した霜３８が大きく成長する工程（図４（ｂ））、霜３８がさらに成長して熱交換面全体に広がりプレートフィン３１間を埋めるように成長する工程（図４（ｃ））を経て、デフロスト運転が開始されていた。このデフロスト運転は、一般的には逆サイクルデフロストが行われていた。
【００３７】
これに対し、本発明においては室外側熱交換器３に前述の特定の組成物からなる撥水性塗膜３１ａが形成されているため、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、図５に示すような工程を経てデフロスト運転が行われる。図５に示すように、本発明では、外気中の水分が過冷却水状態の水滴３５となってプレートフィン３１の熱交換面に付着する工程（図５（ａ））、過冷却水状態の水滴３５が大きく成長する工程（図５（ｂ））、過冷却水状態の水滴３５が自重により流下する工程（図５（ｃ））、水滴３５が氷結し霜３８となる工程（図５（ｄ））を経てデフロスト運転が行われる。なお、図５（ｄ）の状態でデフロスト運転が行われない場合は、図４（ｃ）のように、霜３８が熱交換面全体に広がる状態となるが、本発明ではその前にデフロスト運転を行っている。この場合のデフロスト運転は、従来のものと比較して、熱交換面に霜の付着している量が少ない状態でデフロスト運転が行われることから、冷凍装置の通常の運転に大きな影響を与えない正サイクルデフロスト運転が行われる。
【００３８】
また、本発明において、外気の露点温度が０℃以下であって、外気の乾球温度が特定の温度以下の範囲では、前述の従来のヒートポンプ式の場合と同様の工程を経てデフロスト運転が行われる。すなわち、外気中の水分が霜３８となってプレートフィン３１の熱交換面に付着する工程、運転時間の経過とともに熱交換面に付着していた霜３８が大きく成長する工程、霜３８がさらに成長して熱交換面全体に広がりプレートフィン３１間を埋めるように成長する工程を経て、デフロスト運転が開始される。また、この場合のデフロスト運転は、霜の融解に必要な熱量が大きくなるので逆サイクルデフロストが行われる。
【００３９】
フロスト検知部２５は、外気の露点温度が０℃以下であって、外気サーモ２６が検出する外気の乾球温度が特定の温度を超える場合は、室外側熱交換器３が図５（ｄ）の状態になるときの第１通風抵抗値を差圧センサ２７が検出することにより、高温用のデフロスト開始信号を送信するように構成されている。また、フロスト検知部２５は、外気サーモ２６が検出する外気の乾球温度が特定の温度以下の場合は、室外側熱交換器３が図５（ｃ）の状態になるときの第２通風抵抗値を差圧センサ２７が検出することにより、低温用のデフロスト開始信号を送信するように構成されている。
【００４０】
本実施の形態に係る冷凍装置におけるデフロスト方法によれば、以上のように構成されており、次のような効果を奏することができる。
（１）蒸発器として作用する室外側熱交換器３の熱交換面に、（Ａ）平均単位式（１）で表され、分子量が３００以上、１０，０００以下の範囲にあるオルガノポリシロキサン１００重量部と、（Ｂ）平均単位式（２）で表されるポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜３１ａがを形成されている。また、外気の露点温度が０℃以下であって、外気温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴３５として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴３５を流下させる工程を経た後に、デフロスト運転を開始している。これにより、フロスト遅延効果を得ることができ、その結果、フロスト回数を低減して、冷凍能力を増大することができる。
【００４１】
（２）また、撥水性塗膜３１ａの膜厚を１．０〜１．５μｍとすることにより、熱伝導性の低下を抑制しつつ、アルミニウム製のプレートフィンの表面粗さに影響されない滑らかな表面を得ることができ、特定の外気温度を超える範囲において過冷却水状態の水滴３５を円滑に流下させることができる。
【００４２】
（３）冷凍装置をヒートポンプ式空気調和機としたデフロスト方法の場合には、外気の露点温度が０℃以下であっても外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においてデフロストによる能力低下が抑制されるので快適な暖房運転を行うことができる。
【００４３】
（４）また、熱交換器を、アルミニウム製のプレートフィン３１が鉛直方向に配置され、銅管製の熱交換チューブ３２が水平方向に配置されたクロスフィンコイル式熱交換器とすることにより、特定の外気温度を超える範囲において、過冷却水状態の水滴３５を円滑に流下させることができ、フロスト回数を効率よく減少させることができる。
【００４４】
（５）また、本実施の形態に係る冷凍装置は、前述のデフロスト方法を実行することにより、外気の露点温度が０℃以下の場合であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を越える外気条件において、フロスト遅延効果により冷凍能力を向上させることができる。
【００４５】
（変形例）
上記実施の形態において以下のように変更することもできる。
・本実施の形態においては、室外側熱交換器３の着霜過程に対応して室外側熱交換器３の出口の冷媒温度が変化するとともに、その変化率が変化する。したがって、室外側熱交換器３の通風抵抗値の変化によりフロスト状態を検出する代わりに、室外側熱交換器３の出口冷媒温度の一定時間当たりの変化を検知するセンサを設け、このセンサにより検知される室外側熱交換器３の出口冷媒温度の一定時間当たりの変化量を測定することにより、デフロスト開始状態を検出するようにしてもよい。
【００４６】
・デフロスト運転として、外気の乾球温度が特定の温度を越える範囲においては正サイクルデフロスト運転が行われ、外気の乾球温度が特定の温度以下の範囲においては、逆サイクルデフロスト運転を行うように形成されているが、これらデフロスト運転は、他の公知のデフロスト運転に変更することは可能である。他の公知のデフロストロス運転としては、例えば、単純ホットガスバイパス、電気ヒータ方式などがある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図である。
【図２】同空気調和機に用いられる室外側熱交換器の通風側から見た正面図である。
【図３】同空気調和機における制御装置の機能ブロック図である。
【図４】外気の露点温度が０℃以下であって、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲における従来のデフロスト運転の工程説明図であり、（ａ）は霜が付着する工程図、（ｂ）は霜が成長する工程図、（ｃ）は霜がさらに成長して熱交換器全面を埋めるように成長する工程図である。
【図５】外気の露点温度が０℃以下であって、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲における本発明のデフロスト運転の工程説明図であり、（ａ）は熱交換面に過冷却水状態の水滴が付着する工程図、（ｂ）は過冷却水状態の水滴が成長する工程図、（ｃ）は過冷却水状態の水滴が流下する工程図、（ｄ）は水滴が過冷却水状態を解消し凍結し始める工程図である。
【符号の説明】
【００４８】
３…（室外側）熱交換器、３１…プレートフィン、３１ａ…撥水性塗膜、３２…熱交換チュ-ブ、３５…水滴。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置におけるデフロスト方法及び冷凍装置に関し、特に、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器とする冷凍装置におけるデフロスト運転に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ヒートポンプ式空気調和機における室外側熱交換器のように、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器とする冷凍装置の場合、外気が低くなって０℃以下の蒸発温度で運転される場合には、外気中の水分が熱交換器の熱交換面に氷結する、いわゆるフロスト現象が現れる。このようなフロスト現象が生じると、熱交換器における通風抵抗が増加して通風量が低下するとともに、熱交換器の熱交換面における空気側の熱伝達性能が低下し、熱交換の能力が大幅に低下する。このために、通常は氷結が熱交換面の全面に拡大した場合にデフロスト運転を行うようにされている。しかしながら、このようにデフロスト運転を行うと、その間の冷凍運転を正常に行うことができなくなるため、デフロストの回数を減ら努力や、デフロストの運転時間を短くする努力が行われている。
【０００３】
外気の露点温度が０℃以上であって、かつ、外気と熱交換する冷媒の蒸発温度及び熱交換面の温度が０℃以下の冷凍運転の場合、冷凍運転中に熱交換面に外気中の水分が結露して付着する。また、この付着した水分が、熱交換面で冷却されて霜となる。また、デフロスト完了時に熱交換面に残留する水滴は、冷凍運転の再開に伴い冷却されて再凍結される。したがって、デフロストの回数を減らすためには、このような冷凍運転時に熱交換面に付着して滞留する水滴の量と、デフロスト完了後に残留する水滴の量を減少させることが必要であり、できるだけ早く流下させることが有効である。
【０００４】
また、熱交換面上の霜の除去は、霜が融解されて水となって流されて除去されるものと、霜が部分的に融解した状態で熱交換面から霜が落下して除去されるものとがある。したがって、後者による霜の除去を増加させるとデフロスト時間を短縮することができる。
【０００５】
また、このようにフロスト回数の低減及びデフロスト時間の短縮のためには、熱交換面の表面に撥水性塗膜を形成することが有効であると考えられている。このような塗膜材料としては、疎水性粒子と樹脂バインダーとを含有する組成物からなるものが特許文献１、特許文献２、特許文献３などにより知られている。また、このような塗膜材料として、特定のオルガノポリシロキサンと、反応性官能基を含有する特定の構造を有するポリアルキル水素シロキサンとを特定の割合で含有する塗膜形成組成物からなるものが特許文献４、特許文献５などにより知られている。
【特許文献１】特開平３−２４４９９６号公報
【特許文献２】特開平４−４５１８１号公報
【特許文献３】特開平７−１１８５７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１１９６４２号公報
【特許文献５】特開２００２−３２３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の塗膜材料から成る撥水性塗膜は、冷凍運転時に熱交換面に付着して滞留する水滴の量と、デフロスト完了後に残留する水滴の量を減らすことにより、着霜量を減らすことに有効であると考えられていた。しかしながら、本発明者が外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用する場合における着霜過程を研究したところ、さらに改善しうる余地のあることが解明された。
【０００７】
本発明は、このような研究の成果に基づき成されたものであって、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用する冷凍装置のデフロスト方法において、フロスト回数を低減することにより冷凍装置の運転効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置におけるデフロスト方法は、外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用するとともに、この熱交換器の熱交換面に、（Ａ）平均単位式（１）で表され、分子量が３００以上、１０，０００以下の範囲にあるオルガノポリシロキサン１００重量部と、（Ｂ）平均単位式（２）で表されるポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜が施され、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経た後に、デフロスト運転を開始することを特徴とする。
【０００９】
【化３】
（ｐは１≦ｐ＜３の範囲の数であり、ａは０又は正の数、ｂは正の数であって、０．５≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦１．０である。Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基、Ｒ３は炭素数１〜５のアルコキシ基又は水酸基から選ばれる置換基、但し、Ｒ３のうち７０モル％以上は炭素数１〜５のアルコキシ基である。）
【００１０】
【化４】
（ｍは０又は正の数、ｎは正の数であって、〔ｍ＋ｎ〕の値は５〜５００、〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値は０〜０．３である。Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は独立に炭素数１〜５のアルキル基又は水素原子、Ｒ７およびＲ８はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基である。但し、ｍ＞０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は０〜２個であり、ｍ＝０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は１又は２個である。）
本発明者は、熱交換器の熱交換面に上記撥水性塗膜を形成すると、外気の露点温度が０℃以下であっても、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においては、外気中の水分が過冷却水状態で熱交換器の熱交換面に付着することを確認した。また、本発明者は、熱交換器の熱交換面に付着した過冷却水状態の水滴は、上記撥水性塗膜が良好な滑水性能を示すことにより、水滴自身の成長による自重の増加により過冷却水状態の水滴のまま流下することを確認した。また、本発明者は、この過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経た後にデフロスト運転を行うことによりフロスト遅延効果を得ることができ、これによりフロスト回数を低減し、冷凍装置の冷凍能力を増大し得ることを確認した。なお、本明細書において特定の温度とは、外気中の水分が過冷却水状態で前記撥水性塗膜を形成した熱交換器の熱交換面に水滴となって付着し、付着した水滴がそれ自身の成長により自重で流下することが可能な下限の外気温度をいう。この特定の温度は、冷凍装置の仕様により異なるが、０℃より数℃低い温度となることが解明されている。
【００１１】
また、前記撥水性塗膜は、１．０〜１．５μｍとすることが好ましいことが実験的に確認された。撥水性塗膜の厚さは、撥水性塗膜による熱伝導性の低下を抑制しつつ撥水性性能及び滑水性能を確保するという観点から、熱交換面の地肌の表面粗さによる影響を打ち消して滑らかな表面を得ることのできる程度の膜厚が好ましく、具体的には１．０〜１．５μｍとすることが好ましいことが確認された。
【００１２】
また、前記冷凍装置をヒートポンプ式空気調和機としたデフロスト方法の場合には、外気の露点温度が０℃以下であっても外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においてデフロストによる能力低下が抑制されるので快適な暖房運転を行うことができる。
【００１３】
前記熱交換器は、アルミニウム製のプレートフィンが鉛直方向に配置され、銅管製の熱交換チューブが水平方向に配置されたクロスフィンコイル式熱交換器とするのが好ましい。このような熱交換器とすることにより過冷却水状態の水滴を円滑に流下させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る冷凍装置は、上記のデフロスト方法を実行することを特徴とする。したがって、本発明に係る冷凍装置は、外気の露点温度が０℃以下の場合であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においては、フロスト遅延効果により冷凍能力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る冷凍装置におけるデフロスト方法によれば、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態で熱交換器の熱交換面に結露させ、結露した過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経てデフロスト運転を行うことにより、フロスト回数を低減させて冷凍能力を増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和機について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図であり、図２は同空気調和機に用いられる室外側熱交換器の通風側から見た正面図である。図３は、同空気調和機における制御装置の機能ブロック図である。
【００１７】
本発明に係るヒートポンプ式空気調和機は、図１に示すような冷媒回路を備えて構成されている。圧縮機１の吐出口及び吸入口に対し四路切換弁２が接続され、この四路切換弁２の切換ポート間に室外側熱交換器３、膨張弁４、室内側熱交換器５が順次接続されて冷媒回路が構成されている。室外側熱交換器３は、室外ファン３ａを備え、室内側熱交換器５は、室内ファン５ａを備えている。また、この冷媒回路において、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲におけるデフロストを行うためのデフロスト回路として、圧縮機１の吐出管１ａと室外側熱交換器３の暖房運転時における入口側との間にホットガスバイパス回路１０が形成されている。また、このホットガスバイパス回路１０には、デフロスト時の冷媒流を制御するホットガスバイパスバルブ１１が設置されている。
【００１８】
室外側熱交換器３は、図２に示すように、いわゆるクロスフィンコイル式熱交換器であり、熱交換面を形成する多数のアルミニウム製のプレートフィン３１を一定の間隔をあけて空気流の流通方向に直交する方向に並べられている。また、これらプレートフィン３１に対して、内部を冷媒が流通する銅管製の熱交換チューブ３２が貫通するように取り付けられている。なお、プレートフィン３１は、フラットフィン、スリットフィン、ワッフルフィンなどの板状のフィン何れでもよい。そして、熱交換面を成すプレートフィン３１の表面には撥水性塗膜３１ａが形成されている。
【００１９】
撥水性塗膜３１ａは、特許文献４などにより公知のポリキシロキサン系の組成物からなる着霜抑制塗料を塗布、硬化させたものである。なお、撥水性を備えた着霜抑制塗料としてはいろいろなものが知られているが、本発明に使用できる撥水性塗膜３１ａ形成用の組成物は、特許文献４により公知のオルガノポリシロキサンとポリアルキル水素シロキサンとを含有したものである。
【００２０】
オルガノポリシロキサンは、加水分解縮合生成物であり、レジンないしはレジン状の構造をとるものであり、Ｒ１ＳｉＯ３／２単位及びＲ２Ｒ３ｐ ＳｉＯ（３−ｐ）／２単位を繰り返し単位とする前記平均単位式（１）によって示されるものである。平均単位式（１）において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基を示し、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、ブチル基などが挙げられ、特にメチル基が好ましい。また、平均単位式（１）におけるＲ３は、水酸基とアルコキシ基との合計に対するアルコキシ基の割合が７０〜１００モル％となる、水酸基又は炭素数１〜５のアルコキシ基を示す。ここで、水酸基とアルコキシ基との合計に対するアルコキシ基のモル数の割合が過小であると、得られる硬化塗膜の撥水性能の耐久性が低下するので好ましくない。なお、オルガノポリシロキサンは、置換基であるＲ１〜Ｒ３が上記以外の官能基を有する単位や、１官能基性単位〔Ｒａ３ＳｉＯ１／２〕、２官能基性単位〔Ｒｂ２ＳｉＯ２／２〕（Ｒａ及びＲｂは、有機基である）、４官能基性単位〔ＳｉＯ４／２〕などを、撥水性能を阻害しない範囲で含有していてもよい。
【００２１】
また、平均単位式（１）において、ｐは１≦ｐ＜３の範囲の数であり、ａは０又は正の数、ｂは正の数を示し、かつ０．５≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦１．０である。この値が過小であると、得られる硬化塗膜の撥水性が低下したものとなる。
【００２２】
オルガノポリシロキサンよりなる（Ａ）の重量平均分子量（Ｍｗ）は３００以上で１０，０００以下の範囲であり、特により望ましい塗膜強度と撥水性とを得るためには３００以上で５，０００以下の範囲であることが好ましい。ここで、重量平均分子量（Ｍｗ）が過小である場合には、得られる撥水性塗膜３１ａの強度が低下し、一方、重量平均分子量（Ｍｗ）が過大である場合には、上記の〔ｂ／（ａ＋ｂ）〕の条件を満たすオルガノポリシロキサンは、その合成が容易でないものとなる。
【００２３】
ポリアルキル水素シロキサンは、実質的に平均構造が、Ｒ７ＳｉＨＯ２／２単位及びＲ８２ＳｉＯ２／２単位を含有する前記平均単位式（２）によって示され、平均単位式（２）中のＲ４、Ｒ５及びＲ６は独立に炭素数１〜５のアルキル基又は水素原子を示し、Ｒ７とＲ８は、それぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基を示す。このポリアルキル水素シロキサンは、置換基であるＲ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８が上記以外の官能基を有する単位や、３官能基性単位〔ＲｃＳｉＯ３／２〕（Ｒｃは、有機基である。）などを、撥水性能を阻害しない範囲で含有していてもよい。ｍは０又は正の数、ｎは正の数を示し、〔ｍ＋ｎ〕の値が５〜５００であり、特に１０〜３５０であることが好ましく、かつ〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値が０〜０．３である。さらに、ｍが０を超える場合には、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子が０〜２個であり、ｍが０の場合には、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子が１又は２個であることが必要である。ここで、〔ｍ＋ｎ〕の値が過小であると、得られる硬化塗膜に良好な撥水効果が得られず、一方、〔ｍ＋ｎ〕の値が過大であると得られる硬化塗膜の塗膜強度が低下したものとなる傾向にある。また〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値が過大であると、残留する水素原子が多量になるために、得られる硬化塗膜の撥水性が低下したものとなる傾向にある。
【００２４】
また、オルガノポリシロキサンとポリアルキル水素シロキサンとの含有割合は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して、ポリアルキル水素シロキサンが２〜２５重量部であり、特に５〜２０重量部であることが好ましい。ここで、ポリアルキル水素シロキサンの含有割合が過小になると、得られる硬化塗膜に良好な撥水効果が得られなくなり、一方、その含有割合が過大になると、得られる硬化塗膜の機械的な性状が低下する可能性がある。
【００２５】
また、この発明に用いられる撥水性塗膜３１ａ形成用の組成物は、必要に応じて硬化触媒と適宜の希釈溶剤を添加して、液状組成物を調製し、この液状組成物をプレートフィン３１上に適宜の手段により塗布又は含浸させて、それを加熱硬化させることにより、目的とする撥水性塗膜３１ａがプレートフィン３１の表面に形成される。また、この発明に用いられる撥水性塗膜３１ａ形成用の組成物は、加熱のみによって硬化させることも可能であるが、液状組成物に硬化触媒を添加して用いることもできる。
【００２６】
また、液状組成物を適用する手段としては、浸漬塗布、含浸法、ロールコーティング、フローコーティング、刷毛塗り法、スプレー法などを利用することができる。
次に、室外側熱交換器３のプレートフィン３１の熱交換面に形成する撥水性塗膜３１ａの厚さは、プレートフィン３１のアルミニウム製素地の表面粗さに左右されない滑らかな表面を得ることと、熱伝導性の低下を考慮して、１〜１．５μｍが最適であることが実験的に確認された。
【００２７】
また、室外側熱交換器３におけるプレートフィン３１の熱交換面に形成する撥水性塗膜３１ａ中には、撥水効果を妨げない程度に任意の添加物が含まれていてもよい。ここに添加物の具体例としては、顔料、染料、ＵＶインジケータ、防黴剤、防腐剤、老化防止剤、防食剤、防錆剤、帯電防止剤、難燃剤、防汚剤などを挙げることができる。
【００２８】
また、室外側熱交換器３の下方には、室外側熱交換器３から流下するドレンを受け、これを円滑に排出するために、一方向に傾斜させたドレンパン３３が配置されている。また、このドレンパン３３の上面にも、滴下したドレンの排出を良好にするために、前述の撥水性塗膜３１ａが施されている。
【００２９】
上記構成の空気調和機は、図３に示すような制御装置を備えている。圧縮機１は、圧縮機１を発停及び回転数制御する圧縮機駆動部２１により運転され、室内ファン５ａ及び室外ファン３ａは、室内ファン５ａ及び室外ファン３ａの発停及び回転数制御を行う室外ファン駆動部２２及び室内ファン駆動部２３により運転される。また、これら圧縮機１、室外ファン３ａ，及び室内ファン５ａの運転モードや、四路切換弁２、膨張弁４、及びホットガスバイパスバルブ１１の切換制御、開度制御又は開閉制御は、操作部２４からの操作指令及びフロスト検知部２５などからの検知信号が制御部２０に送信され、制御部２０がこれら指令及び信号に基づき制御している。フロスト検知部２５には、外気サーモ２６で検知された外気温度、室外側熱交換器３における空気出入口間の差圧を検知する差圧センサ２７により検知された室外側熱交換器３の通風抵抗値が送信される。
【００３０】
また、フロスト検知部２５にはメモリー２８が付設されている。このメモリー２８には、予め設定された外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、室外側熱交換器３のデフロスト開始時期を決定する第１通風抵抗値と、外気の乾球温度が特定の温度以下の範囲において、室外側熱交換器３のデフロスト開始時期を決定する第２通風抵抗値とが格納されている。そして、フロスト検知部２５は、外気温度が特定の温度を超える範囲においては、差圧センサ２７から送信される通風抵抗値が第１通風抵抗値まで上昇したときに高温用のデフロストロス開始信号を制御部２０に送信する。また、フロスト検知部２５は、外気温度が特定の温度以下の範囲においては、差圧センサ２７から送信される通風抵抗値が第２通風抵抗値まで上昇したときに低温用のデフロストロス開始信号を制御部に送信する。このように、本発明においては、外気温度が特定の温度を超えているか以下であるかにより、デフロスト開始時期の検知方法を変えるとともに、デフロスト運転方法を変えることができるように構成されている。
【００３１】
上記ヒートポンプ式空気調和機は、次のように運転される。
冷房運転時には、操作部からの冷房運転指令に基づき、四路切換弁２を図１に示す実線側に切り換え、圧縮機１、室外ファン３ａ及び室内ファン５ａが運転される。圧縮機１が駆動されることにより、圧縮機１から吐出された吐出ガスが四路切換弁２、室外側熱交換器３、膨張弁４、室内側熱交換器５、四路切換弁２の順に循環して圧縮機１に吸入される。このような冷媒の循環によって、室外側熱交換器３は凝縮器として動作し、室内側熱交換器５は蒸発器として動作する。凝縮器として動作する室外側熱交換器３では、高圧のガス冷媒が外気と熱交換を行って凝縮する。これによって高圧の冷媒から外気に対して熱が放出される。蒸発器として動作する室内側熱交換器５では、膨張弁４により減圧された低圧の液冷媒が室内空気と熱交換を行って蒸発する。これによって室内空気が低圧の冷媒によって吸熱されて冷却される。
【００３２】
一方、暖房運転時には、四路切換弁２を図１に示す破線側に切り換え、圧縮機１、室外ファン３ａ及び室内ファン５ａが運転される。圧縮機１が駆動されることにより、圧縮機１から吐出された吐出ガスが四路切換弁２、室内側熱交換器５、膨張弁４、室外側熱交換器３、四路切換弁２の順に循環して圧縮機１に吸入される。このような冷媒の循環によって、室内側熱交換器５が凝縮器として動作し、室外側熱交換器３が蒸発器として動作する。凝縮器として動作する室内側熱交換器５では、高圧のガス冷媒が室内空気と熱交換を行って凝縮する。これによって室内空気が高圧冷媒からの放熱によって加熱される。一方、蒸発器として動作する室外側熱交換器３では、膨張弁４で減圧された低圧の液冷媒が外気と熱交換を行って蒸発する。これによって外気の熱が低圧の冷媒によって吸熱される。
【００３３】
この暖房運転時において、外気温度が低くなるときには、室外側熱交換器３における冷媒の蒸発温度も外気より数℃から１０数℃低い温度となり、室外側熱交換器３で冷却された外気中の水分が熱交換面に霜となってプレートフィンに付着する。また、この霜の成長を放置すると、霜が室外側熱交換器３の熱交換面全体に広がり室外側熱交換器３の熱交換器能力が著しく低下する。そこで、一般に、ヒートポンプ式空気調和機においては、室外側熱交換器の熱交換面に霜が付着し、室外側熱交換器の熱交換能力が低下した場合にデフロスト運転が行われている。以下、この発明の特徴を成すデフロスト運転について説明する。
【００３４】
外気の露点温度が０℃以上であって、室外側熱交換器３の熱交換面が０℃以下となる程度に蒸発温度が低い場合は、外気中の水分が室外側熱交換器３の熱交換面に結露して付着し、暖房運転が長時間行われることにより結露水が霜になることがある。しかし、この場合は、室外側熱交換器３のプレートフィン３１に前述の撥水性塗膜３１ａが形成されているため、熱交換面に付着している結露水が少なくなり、着霜時間が遅延されデフロスト回数が減少される。この点については、適宜の撥水性塗膜３１ａが熱交換面に形成された従来のものも略同様である。また、この場合の室外側熱交換器３の着霜状況は、室外側熱交換器出入口間の通風抵抗値により検知され、正サイクルデフロスト等のデフロスト運転が行われている。
【００３５】
正サイクルデフロスト運転は、前述の暖房運転サイクルで冷媒を循環させながら、ホットガスバイパスバルブ１１を開放し、ホットガスバイパス回路１０を通じ室外側熱交換器３の入口側に圧縮機１の吐出ガスを減圧してバイパスするものである。このホットガスバイパスが行われることにより、室外側熱交換器３の温度が上昇されて霜が融解される。
【００３６】
次に、図４に、適宜の撥水性塗膜３１ａが熱交換器表面に施された従来のヒートポンプ式空気調和機において、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲における従来のデフロスト運転に至る工程を示す。この図に示すように、従来のヒートポンプ式空気調和機では、室外側熱交換器３に外気中の水分が霜３８となってプレートフィン３１の熱交換面に付着する工程（図４（ａ））、熱交換面に付着した霜３８が大きく成長する工程（図４（ｂ））、霜３８がさらに成長して熱交換面全体に広がりプレートフィン３１間を埋めるように成長する工程（図４（ｃ））を経て、デフロスト運転が開始されていた。このデフロスト運転は、一般的には逆サイクルデフロストが行われていた。
【００３７】
これに対し、本発明においては室外側熱交換器３に前述の特定の組成物からなる撥水性塗膜３１ａが形成されているため、外気の露点温度が０℃以下であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、図５に示すような工程を経てデフロスト運転が行われる。図５に示すように、本発明では、外気中の水分が過冷却水状態の水滴３５となってプレートフィン３１の熱交換面に付着する工程（図５（ａ））、過冷却水状態の水滴３５が大きく成長する工程（図５（ｂ））、過冷却水状態の水滴３５が自重により流下する工程（図５（ｃ））、水滴３５が氷結し霜３８となる工程（図５（ｄ））を経てデフロスト運転が行われる。なお、図５（ｄ）の状態でデフロスト運転が行われない場合は、図４（ｃ）のように、霜３８が熱交換面全体に広がる状態となるが、本発明ではその前にデフロスト運転を行っている。この場合のデフロスト運転は、従来のものと比較して、熱交換面に霜の付着している量が少ない状態でデフロスト運転が行われることから、冷凍装置の通常の運転に大きな影響を与えない正サイクルデフロスト運転が行われる。
【００３８】
また、本発明において、外気の露点温度が０℃以下であって、外気の乾球温度が特定の温度以下の範囲では、前述の従来のヒートポンプ式の場合と同様の工程を経てデフロスト運転が行われる。すなわち、外気中の水分が霜３８となってプレートフィン３１の熱交換面に付着する工程、運転時間の経過とともに熱交換面に付着していた霜３８が大きく成長する工程、霜３８がさらに成長して熱交換面全体に広がりプレートフィン３１間を埋めるように成長する工程を経て、デフロスト運転が開始される。また、この場合のデフロスト運転は、霜の融解に必要な熱量が大きくなるので逆サイクルデフロストが行われる。
【００３９】
フロスト検知部２５は、外気の露点温度が０℃以下であって、外気サーモ２６が検出する外気の乾球温度が特定の温度を超える場合は、室外側熱交換器３が図５（ｄ）の状態になるときの第１通風抵抗値を差圧センサ２７が検出することにより、高温用のデフロスト開始信号を送信するように構成されている。また、フロスト検知部２５は、外気サーモ２６が検出する外気の乾球温度が特定の温度以下の場合は、室外側熱交換器３が図５（ｃ）の状態になるときの第２通風抵抗値を差圧センサ２７が検出することにより、低温用のデフロスト開始信号を送信するように構成されている。
【００４０】
本実施の形態に係る冷凍装置におけるデフロスト方法によれば、以上のように構成されており、次のような効果を奏することができる。
（１）蒸発器として作用する室外側熱交換器３の熱交換面に、（Ａ）平均単位式（１）で表され、分子量が３００以上、１０，０００以下の範囲にあるオルガノポリシロキサン１００重量部と、（Ｂ）平均単位式（２）で表されるポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜３１ａがを形成されている。また、外気の露点温度が０℃以下であって、外気温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴３５として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴３５を流下させる工程を経た後に、デフロスト運転を開始している。これにより、フロスト遅延効果を得ることができ、その結果、フロスト回数を低減して、冷凍能力を増大することができる。
【００４１】
（２）また、撥水性塗膜３１ａの膜厚を１．０〜１．５μｍとすることにより、熱伝導性の低下を抑制しつつ、アルミニウム製のプレートフィンの表面粗さに影響されない滑らかな表面を得ることができ、特定の外気温度を超える範囲において過冷却水状態の水滴３５を円滑に流下させることができる。
【００４２】
（３）冷凍装置をヒートポンプ式空気調和機としたデフロスト方法の場合には、外気の露点温度が０℃以下であっても外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲においてデフロストによる能力低下が抑制されるので快適な暖房運転を行うことができる。
【００４３】
（４）また、熱交換器を、アルミニウム製のプレートフィン３１が鉛直方向に配置され、銅管製の熱交換チューブ３２が水平方向に配置されたクロスフィンコイル式熱交換器とすることにより、特定の外気温度を超える範囲において、過冷却水状態の水滴３５を円滑に流下させることができ、フロスト回数を効率よく減少させることができる。
【００４４】
（５）また、本実施の形態に係る冷凍装置は、前述のデフロスト方法を実行することにより、外気の露点温度が０℃以下の場合であって、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を越える外気条件において、フロスト遅延効果により冷凍能力を向上させることができる。
【００４５】
（変形例）
上記実施の形態において以下のように変更することもできる。
・本実施の形態においては、室外側熱交換器３の着霜過程に対応して室外側熱交換器３の出口の冷媒温度が変化するとともに、その変化率が変化する。したがって、室外側熱交換器３の通風抵抗値の変化によりフロスト状態を検出する代わりに、室外側熱交換器３の出口冷媒温度の一定時間当たりの変化を検知するセンサを設け、このセンサにより検知される室外側熱交換器３の出口冷媒温度の一定時間当たりの変化量を測定することにより、デフロスト開始状態を検出するようにしてもよい。
【００４６】
・デフロスト運転として、外気の乾球温度が特定の温度を越える範囲においては正サイクルデフロスト運転が行われ、外気の乾球温度が特定の温度以下の範囲においては、逆サイクルデフロスト運転を行うように形成されているが、これらデフロスト運転は、他の公知のデフロスト運転に変更することは可能である。他の公知のデフロストロス運転としては、例えば、単純ホットガスバイパス、電気ヒータ方式などがある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図である。
【図２】同空気調和機に用いられる室外側熱交換器の通風側から見た正面図である。
【図３】同空気調和機における制御装置の機能ブロック図である。
【図４】外気の露点温度が０℃以下であって、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲における従来のデフロスト運転の工程説明図であり、（ａ）は霜が付着する工程図、（ｂ）は霜が成長する工程図、（ｃ）は霜がさらに成長して熱交換器全面を埋めるように成長する工程図である。
【図５】外気の露点温度が０℃以下であって、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲における本発明のデフロスト運転の工程説明図であり、（ａ）は熱交換面に過冷却水状態の水滴が付着する工程図、（ｂ）は過冷却水状態の水滴が成長する工程図、（ｃ）は過冷却水状態の水滴が流下する工程図、（ｄ）は水滴が過冷却水状態を解消し凍結し始める工程図である。
【符号の説明】
【００４８】
３…（室外側）熱交換器、３１…プレートフィン、３１ａ…撥水性塗膜、３２…熱交換チュ-ブ、３５…水滴。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用するとともに、この熱交換器の熱交換面に、（Ａ）平均単位式（１）で表され、分子量が３００以上、１０，０００以下の範囲にあるオルガノポリシロキサン１００重量部と、（Ｂ）平均単位式（２）で表されるポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜が施され、
外気の露点温度が０℃以下、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経た後にデフロスト運転を開始する
ことを特徴とする冷凍装置におけるデフロスト方法。
【化１】
（ｐは１≦ｐ＜３の範囲の数であり、ａは０又は正の数、ｂは正の数であって、０．５≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦１．０である。Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基、Ｒ３は炭素数１〜５のアルコキシ基又は水酸基から選ばれる置換基、但し、Ｒ３のうち７０モル％以上は炭素数１〜５のアルコキシ基である。）
【化２】
（ｍは０又は正の数、ｎは正の数であって、〔ｍ＋ｎ〕の値は５〜５００、〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値は０〜０．３である。Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は独立に炭素数１〜５のアルキル基又は水素原子、Ｒ７及びＲ８はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基である。但し、ｍ＞０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は０〜２個であり、ｍ＝０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は１又は２個である。）
【請求項２】
前記撥水性塗膜を１．０〜１．５μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置におけるデフロスト方法。
【請求項３】
前記冷凍装置がヒートポンプ式空気調和機であることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置におけるデフロスト方法。
【請求項４】
前記熱交換器は、アルミニウム製のプレートフィンが鉛直方向に配置され、銅管製の熱交換チューブが水平方向に配置されたクロスフィンコイル式熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の冷凍装置におけるデフロスト方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の冷凍装置におけるデフロスト方法を実施することを特徴とする冷凍装置。
【請求項１】
外気と熱交換する熱交換器を蒸発器として使用するとともに、この熱交換器の熱交換面に、（Ａ）平均単位式（１）で表され、分子量が３００以上、１０，０００以下の範囲にあるオルガノポリシロキサン１００重量部と、（Ｂ）平均単位式（２）で表されるポリアルキル水素シロキサン２〜２５重量部と、を含有する組成物からなる撥水性塗膜が施され、
外気の露点温度が０℃以下、かつ、外気の乾球温度が特定の温度を超える範囲において、外気中の水分を過冷却水状態の水滴として熱交換面に結露させる工程及び熱交換面に結露して付着した過冷却水状態の水滴を流下させる工程を経た後にデフロスト運転を開始する
ことを特徴とする冷凍装置におけるデフロスト方法。
【化１】
（ｐは１≦ｐ＜３の範囲の数であり、ａは０又は正の数、ｂは正の数であって、０．５≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦１．０である。Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基、Ｒ３は炭素数１〜５のアルコキシ基又は水酸基から選ばれる置換基、但し、Ｒ３のうち７０モル％以上は炭素数１〜５のアルコキシ基である。）
【化２】
（ｍは０又は正の数、ｎは正の数であって、〔ｍ＋ｎ〕の値は５〜５００、〔ｍ／（ｍ＋ｎ）〕の値は０〜０．３である。Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は独立に炭素数１〜５のアルキル基又は水素原子、Ｒ７及びＲ８はそれぞれ独立に炭素数１〜５のアルキル基である。但し、ｍ＞０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は０〜２個であり、ｍ＝０のとき、末端シリル基のケイ素原子に結合する水素原子は１又は２個である。）
【請求項２】
前記撥水性塗膜を１．０〜１．５μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置におけるデフロスト方法。
【請求項３】
前記冷凍装置がヒートポンプ式空気調和機であることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置におけるデフロスト方法。
【請求項４】
前記熱交換器は、アルミニウム製のプレートフィンが鉛直方向に配置され、銅管製の熱交換チューブが水平方向に配置されたクロスフィンコイル式熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の冷凍装置におけるデフロスト方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の冷凍装置におけるデフロスト方法を実施することを特徴とする冷凍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−６０１６２（Ｐ２０１０−６０１６２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３９３４（Ｐ２００８−２２３９３４）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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