JP2008232500A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、通常運転と除霜運転とを切り換え可能な冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus capable of switching between normal operation and defrosting operation.
従来の冷凍サイクル装置として、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、室内熱交換器を順次配管で接続して冷凍サイクルを構成し、四方弁の切り替えによって、暖房時には室外熱交換器を蒸発器、室内熱交換機を凝縮器として動作させ、冷房時には室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器として動作させるようにした冷凍空調装置がある。 As a conventional refrigeration cycle device, a compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, an expansion mechanism, and an indoor heat exchanger are connected in sequence to form a refrigeration cycle. By switching the four-way valve, an outdoor heat exchanger is used during heating. There is a refrigeration air conditioner that operates as an evaporator and an indoor heat exchanger as a condenser, and operates as an outdoor heat exchanger as a condenser and an indoor heat exchanger as an evaporator during cooling.
この種の冷凍空調装置を低温・高湿の条件下で暖房運転すると、蒸発側熱交換器(室外熱交換器)に霜が付着する。このまま運転を続けると霜が成長して蒸発側熱交換器の風路を妨害し冷凍空調能力が低下する。一般にはこの空調能力低下を回復するため、霜を解かす運転、即ち除霜運転を定期的に行っている。除霜運転中のエネルギーは主に霜を融解することに費やされるため、頻繁に除霜運転を行うと運転能力の低下をもたらすことになる。一方、除霜運転を行うタイミングが遅いと、蒸発温度が低下することによる液バック現象や蒸発側熱交換器の風路が塞がることによる送風機の過電流停止などの不具合が発生する恐れがある。 When this type of refrigeration air conditioner is heated under low temperature and high humidity conditions, frost adheres to the evaporation side heat exchanger (outdoor heat exchanger). If the operation is continued as it is, frost grows, obstructs the air passage of the evaporation side heat exchanger, and the refrigeration and air conditioning capacity is reduced. In general, in order to recover this decrease in air conditioning capacity, an operation for defrosting, that is, a defrosting operation is periodically performed. Since the energy during the defrosting operation is mainly consumed for melting the frost, frequent defrosting operation results in a decrease in operating capacity. On the other hand, if the timing of performing the defrosting operation is late, there is a possibility that problems such as a liquid back phenomenon due to a decrease in the evaporation temperature and an overcurrent stop of the blower due to the air path of the evaporation side heat exchanger being blocked may occur.
そこで、従来、蒸発側熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差が予め設定された除霜開始温度差になると、除霜を開始させて適切なタイミングで除霜運転を実施することにより、蒸発側熱交換器の着霜状態を適切に維持するようにした技術があった(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1の技術では、単に、除霜運転の開始タイミングのみに着目した制御を行っており、蒸発側熱交換器の着霜状態に応じた送風機制御が不十分で、着霜防止効果の向上に更なる改善の余地があった。なお、上記では、冷凍サイクル装置が冷凍空調装置の場合に、暖房運転時に蒸発器として動作する室外送風機側の除霜について説明したが、上記冷凍サイクル装置が冷蔵・冷凍装置である場合にも同様に着霜の問題があり、除霜を行う必要があった。冷蔵・冷凍装置の場合には、前記冷凍空調装置とは逆に、室内送風機側に着霜が発生する。
However, in the technique of the above-mentioned
この発明はこのような点を鑑みなされたもので、低温環境下で運転する場合の蒸発側熱交換器の着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and prevents a reduction in operation efficiency due to frost formation on the evaporation side heat exchanger when operating in a low temperature environment, and is economical and highly reliable. An object is to obtain a refrigeration cycle apparatus.
この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、室内熱交換器を冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、室外熱交換器の熱交換を促進する室外送風機と、室内熱交換器の熱交換を促進する室内送風機と、冷凍サイクル、室外送風機及び室内送風機を制御する制御部とを有し、四方弁の切り換えにより通常運転と除霜運転とを切り換え可能な冷凍サイクル装置において、制御部が、室外又は室内送風機のモータのトルクが、所定トルク値に一定になるように制御する定トルク制御モード、又は、室外又は室内送風機のモータの電流が、所定電流値に一定になるように制御する定電流制御モードを有し、所定の低温環境下で通常運転を行う際には、通常運転時に冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側の送風機である蒸発器側送風機を、定トルク制御モード又は定電流制御モードで動作させるものである。 A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a refrigeration cycle in which a compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, an expansion mechanism, and an indoor heat exchanger are connected by a refrigerant pipe, and an outdoor fan that promotes heat exchange of the outdoor heat exchanger; Refrigeration having an indoor blower that promotes heat exchange of the indoor heat exchanger and a control unit that controls the refrigeration cycle, outdoor blower, and indoor blower, and switching between normal operation and defrosting operation by switching the four-way valve In the cycle device, the control unit controls the constant torque control mode so that the torque of the motor of the outdoor or indoor fan becomes constant at a predetermined torque value, or the current of the motor of the outdoor or indoor fan becomes a predetermined current value. It has a constant current control mode that controls it to be constant, and when performing normal operation in a predetermined low-temperature environment, the heat exchanger side that operates as the evaporator of the refrigeration cycle during normal operation The evaporator blower is machine is intended to operate at a constant torque control mode or the constant current control mode.
この発明によれば、送風機モータを一定のトルク又は電流となるように制御する定トルク制御モード又は定電流制御モードを設け、着霜が発生する低温環境下で通常運転を行う際には、蒸発器側送風機を定トルク制御モード又は定電流制御モードで駆動するようにしたので、負荷条件(着霜状態)に応じた最大許容回転数で蒸発器側送風機を駆動することができる。このため、通常運転の能力を向上させることができると共に霜の付着進行を抑制することができる。その結果、着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。 According to the present invention, a constant torque control mode or a constant current control mode for controlling the blower motor to have a constant torque or current is provided, and when performing normal operation in a low temperature environment where frost formation occurs, evaporation is performed. Since the evaporator-side fan is driven in the constant torque control mode or the constant current control mode, the evaporator-side fan can be driven at the maximum permissible rotational speed corresponding to the load condition (frosting state). For this reason, the capability of normal operation can be improved and the progress of frost adhesion can be suppressed. As a result, it is possible to prevent a reduction in operating efficiency due to frost formation, and to obtain an economical and highly reliable refrigeration cycle apparatus.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成を示すものである。なお、以下では、冷凍サイクル装置が冷凍空調装置である場合を例に説明する。
図において、冷凍空調装置は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張機構4、室内熱交換器5が冷媒配管11により接続された冷凍サイクルを備え、暖房運転時には、圧縮機1からの冷媒が四方弁2により室内熱交換器5から膨張機構4、室外熱交換器3に流され、除霜運転時には、四方弁2の切り換えにより暖房運転時とは逆方向に冷媒が流されるようになっている。なお、図1に示す四方弁2は、圧縮機1の吐出側と室内熱交換器5とを接続する様な状態となっており暖房運転に相当する状態となっている。
FIG. 1 shows a configuration of a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a case where the refrigeration cycle apparatus is a refrigeration air conditioner will be described as an example.
In the figure, the refrigeration air conditioner includes a refrigeration cycle in which a
また、冷凍空調装置には更に、室外熱交換器3および室内熱交換器5のそれぞれに風を送って熱交換を促進するための室外送風機6および室内送風機7と、室外送風機6および室内送風機7のそれぞれを駆動する室外送風機駆動手段8および室内送風機駆動手段9と、室外送風機駆動手段8および室内送風機駆動手段9との間で運転指令信号およびモニタ信号を授受しつつ冷凍空調装置全体の統括制御を行う制御部10とを備えている。
Further, the refrigerating and air-conditioning apparatus further includes an
室外送風機6は、室外送風機羽根61とこの室外送風機羽根61を回転駆動する室外送風機モータ62とを備えており、室外送風機モータ62は室外送風機駆動手段8を介して制御部10に接続されており、制御部10からの制御信号に基づき室外送風機駆動手段8によって回転駆動される。また、室内送風機7も同様に、室内送風機羽根71とこの室内送風機羽根71を駆動する室内送風機モータ72とを備え、室内送風機モータ72は室内送風機駆動手段9を介して制御部に接続されており、制御部10からの制御信号に基づき室内送風機駆動手段9により回転駆動される。
The
ここで、この発明は、室外熱交換器3又は室内熱交換器5のうち、冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側に霜が付くことによる運転能力低下を防止するものであり、上記構成の冷凍空調装置では、暖房運転時、特に低外気条件(例えば、5℃以下の低温環境)での暖房運転時(以下では、通常の暖房運転と区別するため、低外気条件での暖房運転を低温暖房運転という)に室外熱交換器3側に着霜が生じる。
Here, the present invention prevents a reduction in operating capacity due to frost on the side of the heat exchanger operating as the evaporator of the refrigeration cycle in the
以下、まず、低温暖房運転時の基本動作について図2から図6を用いて説明する。 Hereinafter, first, the basic operation during the low-temperature heating operation will be described with reference to FIGS.
図2は低温暖房運転時の基本動作を示す図である。
低温暖房運転では、蒸発器として動作する室外熱交換器3の表面温度が0度を下回ると、室外熱交換器3の表面に空気中の水分が霜となって付着する。そして、霜が室外熱交換器3の風路を妨げるまで成長すると、外気と冷媒との熱交換を十分に行えず、図2に示すように暖房能力が急激に低下していく。この能力低下を回復するために除霜運転が行われる。除霜運転は、上述したように例えば図1の四方弁2を逆方向、すなわち圧縮機1の吐出管と室外熱交換器3を接続する様に切り替えて運転するなどして行われる。これにより、室外熱交換器3側に高温・高圧の冷媒が供給され、この熱により霜を溶かすことができる。霜が除かれた後は再度四方弁2を切り替えて暖房運転を再開する。なお、除霜運転時は暖房が停止することとなるため、除霜運転時間および頻度はできるだけ少ない方が良い。
FIG. 2 is a diagram showing a basic operation during a low-temperature heating operation.
In the low-temperature heating operation, when the surface temperature of the
なお、熱交換性能は蒸発器側送風機(室外送風機6)の風量により変化することが知られている。図3は、室外送風機6の回転数の差による暖房能力の差及び着霜による能力低下タイミングの差を示す図である。図3の点線は、室外送風機6の回転数が高い場合を示し、実線は室外送風機6の回転数が低い場合を示している。図3より、風量大すなわち室外送風機6の回転数が高い場合は、室外熱交換器3の伝熱が促進されて高い暖房能力を得ることができ、また、着霜の抑止効果が高くて着霜による能力低下の発生タイミングを遅らせることができることがわかる。
It is known that the heat exchange performance varies depending on the air volume of the evaporator-side fan (outdoor fan 6). FIG. 3 is a diagram illustrating a difference in heating capacity due to a difference in the rotational speed of the
次に、着霜発生タイミングの遅延による効果について図4を用いて説明する。図4は、低温暖房運転中の暖房/除霜運転の運転サイクルを示す図である。図中の上の棒グラフは室外送風機6の回転数が高い場合、下の棒グラフは室外送風機6の回転数が低い場合を示している。先の図3に示したように室外送風機6の回転数が高い場合は、暖房開始から着霜までの時間が長くなるため、図4に示したように所定時間中における除霜時間比率が低回転時よりも小さくなる。結果、暖房能力が向上し温度ムラの少ない暖房運転が行える。従って室外送風機6の回転数はできる限り高回転を維持できる方が好ましい。
Next, the effect by the delay of frost formation timing is demonstrated using FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an operation cycle of heating / defrosting operation during low-temperature heating operation. The upper bar graph in the figure shows the case where the rotational speed of the
次に、室外送風機6として、室外送風機6の羽根形状をプロペラ型としたプロペラファンを用いた場合の、着霜防止に効果的な室外送風機6の運転制御方法について説明する。
Next, a description will be given of an operation control method for the
図5はプロペラファンにおける一般的な回転数−負荷トルク特性を示す図、図6はプロペラファンを用いた場合の一般的な着霜面積−負荷トルク特性を示す図である。
図5に示すように、プロペラファンは回転数および圧損に応じてトルクが増大する。従って、圧損が大きくなると同一トルク条件では回転数が低下することとなる。そして、着霜が進むと風路の圧損は増加するため、着霜面積とモータの負荷トルクとの関係は図6の如く右肩あがりの特性となる。
FIG. 5 is a diagram showing a general rotational speed-load torque characteristic in a propeller fan, and FIG. 6 is a diagram showing a general frost formation area-load torque characteristic when a propeller fan is used.
As shown in FIG. 5, the torque of the propeller fan increases according to the rotational speed and pressure loss. Therefore, when the pressure loss increases, the rotational speed decreases under the same torque condition. As the frosting progresses, the pressure loss of the air passage increases, so the relationship between the frosting area and the load torque of the motor has a characteristic of rising right shoulder as shown in FIG.
ここで、モータの最大定格トルクをτmとし、着霜面積100%時にトルクτmを発生する回転数をω1、着霜面積0%時にトルクτmを発生する回転数をω2とする。そして、着霜面積比率が0%から100%に至るまで、モータの回転数をω1に一定になるように制御した場合と、ω2に一定になるように制御した場合とでは、着霜面積とモータの負荷トルクとの関係は、図6の如くω2に一定にした場合のグラフの方が、ω1のグラフよりも上に描かれる。 Here, it is assumed that the maximum rated torque of the motor is τm, the rotational speed that generates the torque τm when the frost area is 100%, ω1, and the rotational speed that generates the torque τm when the frost area is 0%, ω2. Then, when the motor speed is controlled to be constant at ω1 until the frosting area ratio is from 0% to 100%, and when the motor speed is controlled to be constant at ω2, As for the relationship with the motor load torque, the graph in the case of constant ω2 as shown in FIG. 6 is drawn above the graph of ω1.
ここで注目すべきは、着霜面積が100%に満たない条件では、モータの負荷トルクは図6の如く最大定格トルクτmに達していない。このため、回転数を上昇する余地がある。言い換えれば、出力トルクをτm一定としてプロペラファン(室外送風機6)を運転すれば、暖房運転開始直後(着霜面積0%)の回転数をω2まで増大することが可能となる。そして、時間経過に伴い着霜が進行した場合は、その負荷に応じて回転数がω1に向かって自然と低下することになる。このため、出力トルクτmを保ったまま運転しても、モータの最大定格トルクを越えない運転が実現できる。
It should be noted that under the condition that the frost formation area is less than 100%, the load torque of the motor does not reach the maximum rated torque τm as shown in FIG. For this reason, there is room for increasing the rotational speed. In other words, if the propeller fan (outdoor fan 6) is operated with the output torque kept constant at τm, the rotational speed immediately after the start of the heating operation (
以上の内容を整理すると、着霜防止向上を図るには、室外送風機6の回転数をできる限り高く維持できることが好ましく、これを実現するためには、上述したように室外送風機モータ62の出力トルクを最大定格トルクτmに一定となるように制御すればよい。このような定トルク制御を行うことにより、室外送風機6を、その時点での負荷に見合った最大回転数で駆動することができ、高い着霜防止効果を得ることが可能となる。
In order to improve the prevention of frost formation by arranging the above contents, it is preferable that the rotational speed of the
なお、送風機の羽根の形状を、シロッコ、ラインフロー、ターボ型とした場合の着霜と負荷トルクの関係について説明する。これらのファンの場合の一般的な回転数−負荷トルク特性を図7、着霜面積−負荷トルク特性を図8に示す。回転数とトルクの関係は正の相関となるが、圧損とトルクの関係はプロペラ型の場合と逆転し、高圧損時に低負荷トルクとなる特性となる。このため着霜面積と負荷トルクの関係は図8の様に右肩下がりとなる。従って、このような羽根形状の送風機を用いる場合は、モータの最大定格トルク同一条件では暖房運転開始直後(着霜面積0%)の回転数ω1よりも着霜した場合の回転数を高くすることが可能である。すなわち、出力トルクをτm一定に制御すれば着霜による風量低下を緩和することが可能となり着霜の進行を遅らせることができる。
The relationship between frost formation and load torque when the blade shape of the blower is sirocco, line flow, or turbo type will be described. FIG. 7 shows a general rotational speed-load torque characteristic in the case of these fans, and FIG. 8 shows a frost formation area-load torque characteristic. The relationship between the rotational speed and the torque has a positive correlation, but the relationship between the pressure loss and the torque is reversed from that in the case of the propeller type, and has a characteristic of low load torque at the time of high pressure loss. For this reason, the relationship between the frost formation area and the load torque is lowered to the right as shown in FIG. Therefore, when such a fan-shaped blower is used, the rotational speed when frosting is made higher than the rotational speed ω1 immediately after the start of heating operation (
なお、室外送風機6の風量制御は室外送風機駆動手段8にて行われるが、その制御方式としては速度制御が一般に用いられている。本例の室外送風機6でも、通常の暖房運転の際には速度制御が用いられており、低温暖房運転の際に、上記で説明した定トルク制御を用いるようにしている。このように速度制御と定トルク制御とを併用することで、より高機能な室外送風機6が実現されている。以下、室外送風機駆動手段8の具体的な実現構成の一例について次の図9を用いて説明する。
In addition, although the air volume control of the
図9は図1の室外送風機駆動手段8の構成図である。なお、図9の構成は、制御方式として位置センサレスベクトル制御を用いた場合の構成例を示している。
室外送風機駆動手段8は、室外送風機駆動制御部81と、室外送風機インバータ82と、電流検出手段83とを備えている。室外送風機駆動制御部81は制御部10から与えられる制御モード指令及び速度指令から指令を受けてPWM制御信号を作成し、室外送風機インバータ82のトランジスタを駆動して室外送風機モータ62及び室外送風機モータ62の軸に固定されている室外送風機羽根61を回転させる。また、室外送風機駆動制御部81は、室外送風機モータ62の回転速度情報を制御部10に返送する。
FIG. 9 is a block diagram of the outdoor fan driving means 8 of FIG. The configuration in FIG. 9 shows a configuration example when position sensorless vector control is used as the control method.
The outdoor fan drive unit 8 includes an outdoor fan
次に室外送風機駆動制御部81の内部構成について説明する。室外送風機駆動制御部81は、室外送風機モータ62のモータ電流情報をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ811と、電流を静止座標から回転座標に座標変換する座標変換器812と、回転子位置および速度を推定する位置・速度推定器813と、速度を一定に制御する速度制御器814と、出力トルクを一定に制御する定トルク制御器815と、外部からの制御モード指令に基づき定トルク制御と速度制御のいずれかを選択する制御モード切替手段816と、電流が電流指令が近づくよう電圧指令Vd*,Vq* を演算するd軸電流制御器817およびq軸電流制御器818と、電圧指令Vd*,Vq*を静止座標での電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に変換する座標変換器819と、電圧指令Vu*,Vv*,Vw* を室外送風機インバータ駆動用のPWM制御信号に変換するPWM制御手段820と、で構成される。
Next, the internal configuration of the outdoor fan
次に室外送風機駆動制御部81の概略動作について説明する。まずA/Dコンバータ811および座標変換器812から得られる電流情報Id,Iqと、現在の出力電圧指令Vd,Vqとから位置θおよび速度ωを推定する。ここで、速度制御器814は、外部(制御部10)から与えられる速度指令ω*と現在の速度ωとに基づき、現在の速度ωが速度指令ω* に近づくように出力Iq* を求め、制御モード切替手段816に出力している。また、定トルク制御器815は予め定められたIq* (ここでは便宜上、室外送風機モータ62の最大定格トルク時のq軸電流指令値Iq_maxとする)を制御モード切替手段816に出力している。そして、制御モード指令が速度制御モードの場合、制御モード切替手段816は速度制御器814側に切り換えられ、速度制御器814の出力がq軸電流制御器818に入力される。一方、制御モード指令が定トルク制御モードの場合、制御モード切替手段816は定トルク制御器815側に切り換えられ、定トルク制御器815の出力がq軸電流制御器818に入力される。
Next, a schematic operation of the outdoor fan
室外送風機駆動制御部81は、さらに室外送風機モータ62および運転条件に応じた所定の励磁電流指令Id* (ここでは便宜上ゼロ固定とする)を得、d軸電流制御器817及びq軸電流制御器818にて電流Id,Iq がそれぞれ指令値Id*,Iq*に近づくように電圧指令Vd*,Vq*を制御する。次に座標変換器819は電圧指令Vd*,Vq*を静止座標系の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に変換し、PWM制御手段820にて室外送風機インバータ82の各トランジスタの制御信号に変換する。室外送風機インバータ82は前記各トランジスタの制御信号に応じた交流電圧を室外送風機モータ62に印加し室外送風機モータ62を回転制御する。
The outdoor fan
速度制御モードで運転している場合、速度制御器814はω=ω* が定常状態(τ→∞での安定状態)であるため、室外送風機モータ62は所定速度ωになるように制御される。一方、定トルク制御モードで運転している場合はId=0、Iq=Iq_max が定常状態であるため、定電流、定トルクとなるように制御される。
When operating in the speed control mode, the
次に上記で説明した室外送風機駆動手段8と制御部10とによる低温暖房運転時の室外送風機6の着霜検出シーケンスについて図10を用いて説明する。図10は室外送風機羽根形状がプロペラ型である場合の低温暖房運転時の室外送風機6の制御フローチャートである。なお、低温暖房運転は、暖房運転の開始指示が入力された際に、外気温度センサ3aで検出した外気温度が所定温度(例えば、5℃)以下の低外気条件に相当している場合に行われるもので、低外気条件に相当していなければ、通常の暖房運転(すなわち速度制御モード)を行う。なお、所定温度を5℃としているが、これは実験的に得られた着霜温度である。
Next, the frost formation detection sequence of the
低温暖房運転では、上述したように、室外送風機6を定トルク制御モードで動作させる。具体的には室外送風機モータ62の最大定格トルクに一定になるようにq軸電流指令を最大定格値Iq_maxとして定トルク制御を行う(ステップ1)。なお、低温暖房運転の開始タイミングは、上記の低温時の暖房運転の開始指示の他、除霜運転の終了も含まれる。
In the low temperature heating operation, as described above, the
これにより室外送風機モータ62の回転数は、運転可能な最大回転数まで速やかに上昇する。制御部10は定トルク運転開始直後より速度(以下、回転数)ωを監視し、回転数フィルタ値ωfil を求める。回転数フィルタ値ωfil は例えば回転数ωを入力とする一次遅れ関数等で求める。一次遅れ関数をマイコン等で実現する場合の例を次の式(1)に示す。
Thereby, the rotation speed of the
ωfil ← ωfil + K・{ω(t) - ωfil} ・・・ (1)
ただしKはフィルタ係数(0<K<1)
ωfil ← ωfil + K ・ {ω (t)-ωfil} (1)
Where K is the filter coefficient (0 <K <1)
制御部10は運転開始と共に加速が終了したかを判断する(ステップ3)。これは例えば回転数ωと回転数フィルタ値ωfil が一致した事等により判断する。以上のステップ1〜ステップ4で着霜検出準備処理が終了する。
The
そして、ステップ3で加速終了と判断された場合、着霜検出処理に入り、まず、現在の回転数フィルタ値ωfil を着霜検出用初期回転数ωnom に設定する(ステップ4)。
If it is determined in
なおここで室外送風機駆動手段8は定トルク制御モードで制御しているが、同モードでは速度制御が働かず、室外送風機モータ62の速度及び回転数は負荷の増減に応じて変化する。室外送風機羽根61の形状がプロペラ型である場合、運転中に室外熱交換器3に着霜すると、圧損が増加して室外送風機モータ62の負荷トルクが増加し回転数が徐々に低下していく。
Here, the outdoor fan driving means 8 is controlled in the constant torque control mode. However, in this mode, the speed control does not work, and the speed and the rotational speed of the
着霜検出処理では、引き続き回転数フィルタ値ωfil を計算し(ステップ5)、回転数フィルタ値の初期値ωnom からの低下を監視する(ステップ6)。所定差分Δω1以上低下すると、着霜と判断して暖房運転を休止し、除霜運転に移行する。なお、ここでは、除霜運転の開始タイミングを、回転数ωではなく回転数フィルタ値ωfil を用いて決定するようにしているが、これは、室外送風機モータ62の回転数は、室外送風機6の設置環境の風量等によってふらつきがあることを考慮したものであり、回転数データのふらつきに問題なければ、回転数ωに基づいて行うようにしても良い。また、除霜運転の開始条件を、ここでは回転数フィルタ値の変化量が所定差分Δω1以上低下したときとしているが、回転数フィルタ値が所定回転数以下に下がったときとしてもよい。
In the frosting detection process, the rotational speed filter value ωfil is continuously calculated (step 5), and the decrease of the rotational speed filter value from the initial value ωnom is monitored (step 6). When the difference is decreased by a predetermined difference Δω1 or more, it is determined that frost is formed, the heating operation is stopped, and the defrosting operation is started. Here, the start timing of the defrosting operation is determined using the rotation speed filter value ωfil instead of the rotation speed ω, but this is because the rotation speed of the
なお一般的には暖房開始から着霜までの時間間隔は数分から数時間のオーダであるので、上記において回転数フィルタ値を得るためのフィルタの時定数は、概ね上記の時間よりも短くなる様設定すれば、着霜してから除霜運転開始までの時間を短縮することができる。また、上記フィルタの時定数を暖房運転開始から加速までの加速時間よりも概ね長くなる様に設定すれば、加速完了を着霜と誤判定することなく、良好な着霜検出が可能となる。 In general, since the time interval from the start of heating to frost formation is on the order of several minutes to several hours, the time constant of the filter for obtaining the rotation speed filter value in the above is generally shorter than the above time. If set, the time from frost formation to the start of the defrosting operation can be shortened. Further, if the time constant of the filter is set to be substantially longer than the acceleration time from the start of heating operation to acceleration, good frost detection can be performed without erroneously determining completion of acceleration as frost formation.
このように実施の形態1によれば、低温暖房運転時に、着霜が生じる室外熱交換器3側の室外送風機6を定トルク制御モードで運転するようにしたので、負荷条件(着霜状態)に応じた最大許容回転数で室外送風機6を運転することができる。このため、暖房能力を向上させることができると共に霜の付着進行を抑制することができる。その結果、着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, during the low-temperature heating operation, the
また、室外送風機モータ62の回転数の時間変化量を見て霜付きの状況を判別し、除霜運転の開始、あるいは終了を判断するようにしたので、実際の動作環境(風量や湿度など)に見合った正確な判断が可能となり、除霜運転の開始タイミングを的確に判断することができる。このため、送風機平均回転数上昇による暖房能力の向上が可能となり、また、除霜頻度低減による温度ムラの抑制が可能となる。
In addition, since the frosted state is determined by looking at the amount of time change in the rotational speed of the
また、この実施の形態1では、室外送風機駆動手段8の制御方式をベクトル制御(位置センサレスベクトル制御)としたので、速度制御モードと定トルク制御モードとの切り替えを簡単な構成で実現できる。
In
実施の形態2.
この実施の形態2では、除霜運転時の室外送風機6の制御について説明する。図11は羽根がプロペラ型の場合の除霜運転時の室外送風機6の制御フローチャートである。なお、図11において、上記で説明した図10のフローチャートと同一の動作であるステップについては同一番号を付し説明を省略する。
In this
図11におけるステップ1〜3は除霜検出準備処理であり、最大トルクで加速し加速終了時の回転数をωnomに格納し、除霜検出処理に移行する。除霜検出処理では、回転数フィルタ値ωfilを計算してその時間変化を確認し、所定回転数差分Δω2以上上昇したら(ステップ16)、霜が取れたものと判断して再度低温暖房運転に移行する。
この実施の形態2によれば、除霜運転時に室外送風機6を定トルクモードで運転するため、負荷条件(着霜状態)に応じた最大許容速度で運転することができ、除霜運転時間を短縮することができる。また、室外送風機6の室外送風機モータ62の回転数の上昇を見て着霜を判断するようにしたので、除霜運転の終了タイミングを的確に判断することができ、温度ムラの増大や平均暖房能力の低下を防ぐことが可能となる。
According to the second embodiment, since the
なお、この実施の形態2では、除霜運転時に定トルク制御モードを用いるようにしているが、速度制御モードを用いても良い。 In the second embodiment, the constant torque control mode is used during the defrosting operation, but the speed control mode may be used.
また、上記実施の形態1及び2では、定トルク制御モードを、低温暖房運転時のみに行う例を挙げたが、この定トルク制御モードは、出力最大で送風機を制御したい場合に有効な制御法であるため、暖房の起動時にも使用しても良く、この場合、室内温度の制御性を更に向上できるなどの効果がある。 In the first and second embodiments, the constant torque control mode is performed only during the low-temperature heating operation. However, this constant torque control mode is an effective control method for controlling the blower with the maximum output. Therefore, it may be used even when heating is started. In this case, there is an effect that the controllability of the room temperature can be further improved.
また、上記実施の形態1及び2では、モータのトルクを最大定格トルクに一定に保つ定トルク制御の例を示したが、トルクに比例して変化する電流を最大定格電流に一定に保つ定電流制御としても良い。 In the first and second embodiments, an example of constant torque control that keeps the motor torque constant at the maximum rated torque has been shown. However, a constant current that keeps the current that changes in proportion to the torque constant at the maximum rated current is shown. It is good also as control.
また、上記実施の形態1及び2では、除霜運転の開始あるいは終了の条件判断として、室外送風機6の回転数の時間的な変化を用いて判断するようにしたが、回転数に比例して変化する他の動作物理量(電流・電圧(電圧指令で指令された電圧を含む))に基づいて判断するようにしてもよい。
In
実施の形態3.
実施の形態3は、定トルク制御モードの更なる利用法として、風路中(定トルク制御モードで動作中の送風機の風路)の目詰まり検出を行う場合について説明する。図12は送風機羽根形状がプロペラ型の場合の目詰まり検出の制御フローチャートである。定トルク制御モードでは、風路内に風路抵抗となる物体が存在する場合、送風機に負荷がかかり回転数が低下する。この特性を利用して目詰まり検出を行うものである。よって、ここでの目詰まりには、風路内に存在する熱交換器に付着した霜や、その他、熱交換器の外側に設置された集塵フィルターに付着したゴミなども含まれる。なお図12においてωshはモータの定格最大トルクで定トルク制御を行った場合の目詰まり判定しきい回転数である。加速直後において回転数フィルタ値ωfilとωsh を比較し(ステップ20)、ωfil>ωshであったならば目詰まり無しと判断し(ステップ21)、ωfil<ωshであったならば目詰まりと判断する(ステップ22)。
In the third embodiment, as a further usage of the constant torque control mode, a case where clogging is detected in the air passage (the air passage of the blower operating in the constant torque control mode) will be described. FIG. 12 is a control flowchart for detecting clogging when the fan blade shape is a propeller type. In the constant torque control mode, when there is an object that becomes air path resistance in the air path, a load is applied to the blower and the rotational speed is reduced. This characteristic is used to detect clogging. Therefore, the clogging here includes frost adhering to the heat exchanger existing in the air passage, and dust adhering to the dust collecting filter installed outside the heat exchanger. In FIG. 12, ωsh is the threshold value for determining the clogging when constant torque control is performed with the rated maximum torque of the motor. Immediately after acceleration, the rotational speed filter values ωfil and ωsh are compared (step 20). If ωfil> ωsh, it is determined that there is no clogging (step 21), and if ωfil <ωsh, it is determined that clogging occurs. (Step 22).
このように、定トルク制御モードを目詰まり判定に利用することも可能である。 Thus, the constant torque control mode can be used for clogging determination.
上記各実施の形態では送風機羽根形状がプロペラ型の場合における暖房運転および除霜運転に関する実施例について説明したが、例えば室外機羽根形状がラインフロー・シロッコ・ターボ型などでも同様の効果を得ることが可能である。これらの羽根の場合は圧損の上昇に伴い負荷トルクが低下するため、上記実施の形態と逆、すなわち低温暖房運転を図11、除霜運転を図10の如く制御すれば良い。 In each of the above-described embodiments, examples relating to the heating operation and the defrosting operation in the case where the fan blade shape is a propeller type have been described. For example, the same effect can be obtained even if the outdoor unit blade shape is a line flow, sirocco, turbo type, or the like. Is possible. In the case of these blades, the load torque decreases with an increase in pressure loss. Therefore, the reverse of the above embodiment, that is, the low temperature heating operation may be controlled as shown in FIG. 11 and the defrosting operation as shown in FIG.
また、上記各実施の形態では冷凍サイクル装置として、冷凍空調装置の例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、冷凍機又は冷蔵庫としても良い。この場合、四方弁2を図1で示した状態とは逆側に切り替え、室内熱交換器5を蒸発器として動作させる構成となり、室内送風機7に対し上記の制御方法を採用することになる。これにより、上記と同様の作用効果を奏することができる。
In each of the above embodiments, an example of a refrigeration air-conditioning apparatus has been described as a refrigeration cycle apparatus. However, the present invention is not limited to this and may be a refrigerator or a refrigerator. In this case, the four-
また、上記のように冷凍サイクル装置を冷凍機又は冷蔵庫とした場合には、室内送風機7の室内機羽根形状をラインフロー・シロッコ・ターボ型の何れかとしてもよく、この場合も上記と同様の効果を得ることができる。
When the refrigeration cycle apparatus is a refrigerator or a refrigerator as described above, the indoor unit blade shape of the
1 圧縮機、2 四方弁、3 室外熱交換器、3a 外気温度センサ、4 膨張機構、5 室内熱交換器、6 室外送風機、7 室内送風機、8 室外送風機駆動手段、9 室内送風機駆動手段、10 制御部、11 冷媒配管、61 室外送風機羽根、62 室外送風機モータ、71 室内送風機羽根、72 室内送風機モータ。
DESCRIPTION OF
Claims (25)
前記制御部は、前記室外又は室内送風機のモータのトルクが、所定トルク値に一定になるように制御する定トルク制御モード、又は、前記室外又は室内送風機のモータの電流が、所定電流値に一定になるように制御する定電流制御モードを有し、所定の低温環境下で前記通常運転を行う際には、前記室外又は室内送風機のうち、通常運転時に前記冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側の送風機である蒸発器側送風機を、前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle in which a compressor, a four-way valve, an outdoor heat exchanger, an expansion mechanism, and an indoor heat exchanger are connected by a refrigerant pipe, an outdoor fan that promotes heat exchange of the outdoor heat exchanger, and heat of the indoor heat exchanger In a refrigeration cycle apparatus having an indoor blower that promotes replacement, a control unit that controls the refrigeration cycle, the outdoor blower, and the indoor blower, and capable of switching between a normal operation and a defrosting operation by switching the four-way valve ,
The control unit is a constant torque control mode for controlling the motor torque of the outdoor or indoor fan to be constant at a predetermined torque value, or the current of the motor of the outdoor or indoor fan is constant at a predetermined current value. When the normal operation is performed in a predetermined low-temperature environment, heat that operates as an evaporator of the refrigeration cycle during normal operation of the outdoor or indoor fan is provided. An refrigeration cycle apparatus, wherein an evaporator-side fan, which is an exchanger-side fan, is operated in the constant torque control mode or the constant current control mode.
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