JP2016070517A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】内部清掃運転時における圧縮機の負荷を低減しつつ、乾燥運転を行い、信頼性の高い空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機の運転を制御する制御部は、冷房運転後に室内機の室内熱交換器、室内ファン、またはドレン受け周囲の水分を蒸発させる内部清掃運転を実行する。その際、室外ファンのファン回転数を変動させ、冷媒の蒸発圧力を抑えて圧縮機にかかる負荷を低減させる。この内部清掃運転時には、基本的に暖房運転を行うので、室外熱交換器４が蒸発器として機能する。室外熱交換器４での冷媒の蒸発圧力は室外ファン５のファン回転数が高ければ高いほど蒸発圧力が高くなる。従って、冷媒の蒸発圧力が高くなると、圧縮機２の負荷も大きくなるので、室外ファン５を間欠運転したりして室外ファン５のファン回転数を抑え、圧縮機２にかかる負荷を低減させる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、室外機を備えた空気調和機に関するものである。

空気調和機には、冷房運転後に室内機の熱交換器やドレン受け周囲の水分を蒸発させ、カビや細菌の発生を抑制する内部清浄運転モードを備えた機種が多く出回っている。内部清浄運転は基本的には冷凍サイクルを冷房運転とは逆サイクルにする暖房運転を行なうことで、室内熱交換器を凝縮器として機能させ、ドレン受け周囲の水分を蒸発させることになる。

特許文献１には、冷房運転を行い室内温度が目標温度を下回り、圧縮機が停止した際に、室内ファンのファン回転数が所定値以下のときには、室内ファンのファン回転数の増大による騒音の大きさが、室内機に冷媒を流れている状態における該冷媒の流れに起因して室内機で発生する騒音の大きさの範囲内となるように、室内ファンのファン回転数を増大させ、室内ファンに付着した結露を乾燥させることが記載されている。

特許文献２には、冷房運転の停止指示があると、その停止指示のあった室内機内に溜まっているドレン水が蒸発してドレンパンから無くなるまでに要する所要時間を決定し、停止指示により冷房運転停止後、所要時間内において室内機内部で結露が発生し易い状態にある場合に、室内機の室内送風機を運転させるドレンパン乾燥運転を開始することが記載されている。

特許文献３には、室内機の内部を乾燥させるための乾燥運転制御は、送風機を稼動させる第１送風状態、送風機の稼動を停止させる第１停止状態、室内熱交換器を放熱器として機能させる暖房状態の順に状態を切り換え、室内機内部におけるカビや細菌の繁殖を抑制することが記載されている。

特許文献４には、特定時間帯以外の時間帯でカビ結露予防指令を受けたとき、特定時間帯に突入するまでカビ結露予防運転を待機し、特定時間帯に突入したときに、カビ結露予防運転を実行することが記載されている。

特許文献５には、室内熱交換器を冷却器とした運転を停止または他の運転に移行する際には、圧縮機を低速とする減水運転を所定時間行なってから停止または他の運転に移行することが記載されている。

特開２０１２−１８４８８６号公報 特開２０１２−１７２８５４号公報 特開２００９−２８７８５３号公報 特開２００８−２６１６０２号公報 特開２００６−１７０５０３号公報

しかしながら、先行文献に示す従来型の内部清浄運転では、夏場に暖房運転を行うため、圧力が上昇し、圧縮機や空気調和機の部品の負荷が上昇し、信頼性の低下、故障の原因にもなった。さらに、圧縮機の負荷が高くなると、圧縮機を停止させていた。そのため、十分に湿気を取ることができなかった。

本発明は、上記に鑑み、内部清掃運転時における圧縮機の負荷を低減しつつ、乾燥運転を行い、信頼性の高い空気調和機の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明においては、空気調和機の運転を制御する制御部を備え、該制御部は、冷房運転後に室内機の室内熱交換器、室内ファン、またはドレン受け周囲の水分を蒸発させる内部清掃運転を実行する空気調和機において、前記制御部は、内部清掃運転モードにおいて室外機の室外ファンのファン回転数を変動させる制御を行うことを特徴とする。 ファン回転数の変動は、ファン回転数の低下、増大、停止のいずれの概念も含むものである。

本発明によると、内部清掃運転時に、室外熱交換器での冷媒の蒸発圧力は室外ファンのファン回転数に左右され、ファン回転数が高いほど冷媒の蒸発圧力が高くなるので、室外ファンを停止させたり、あるいは室外ファンのファン回転数を低下させるなどして、室外ファンの回転数を変動させることで、冷媒の蒸発圧力を抑えて圧縮機の負荷を低減することができる。

本発明の実施形態である空気調和機の室外機の内部を示す斜視図である。 図１の室外ファンおよびモータを分解した状態を示す分解斜視図である。 モータを支持する支持フレームの正面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 空気調和機の冷凍サイクル図である。 空気調和機の制御ブロック図である。 第1の実施形態である内部清掃運転モードを示す制御フローチャートである。 第２の実施形態である内部清掃運転モードを示す制御フローチャートである。 第３の実施形態である内部清掃運転モードを示す制御フローチャートである。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４に空気調和機の室外機を示す。図に示すように、室外機１は、筐体（図示略）内に圧縮機２、切換弁である四方弁３、室外熱交換器４と、室外ファン５が内装されている。圧縮機２および四方弁３は、図１の右側機械室に配置され、室外熱交換器４および室外ファン５は、同図左側熱交換室に配置される。通常、機械室と熱交換室とは仕切壁により区画されている。また、図示しないが、筐体の上部には、基板などの電装部品を収納する収納部が設けられている。

熱交換室において、室外熱交換器４は、平面視で横Ｌ字形に配置され、筐体の底板６上で背面側に立設されている。室外ファン５は、図２に示すように、回転羽根５ａとファンモータ５ｂとから構成される。ファンモータ５ｂは、室外熱交換器４の前面側で、底板６に立設された支持フレーム７に取付けられる。支持フレーム７は、底板６にネジで固定される。支持フレーム７の上端は前方に折り曲げられて筐体の天板（図示略）に取付けられ、底板６と天板とにより強固に固定される。

支持フレーム７は、図３に示すように、室外ファン５のモータ５ｂを支持する横桟７ａおよび縦桟７ｂが格子状に配列され、横桟７ａと縦桟７ｂとで囲まれた空間は、通風口９として機能する。支持フレーム７の縦方向で中間位置には、モータ５ｂをネジなどで取り付けるためのモータ取付台１０が設けられている。モータ取付台１０は、横桟７ａおよび縦桟７ｂから前方へ一段高く突出するように設けられている。モータ取付台１０は、中央が開口１１され、四隅にネジ固定用の台座１２が形成されている。開口１１は、口壁は背面側に折り返されて構造上補強されている。

横桟７ａおよび縦桟７ｂは、背面側を開放し折り曲げ部がほぼ直角に折り曲げられた断面略Ｃ字形に形成される。横桟７ａおよび縦桟７ｂの前側の平面部には、通風抵抗を低減させるための通風用開口１３，１４が複数個連続的に形成されている。

横桟７ａと縦桟７ｂとでは、縦桟７ｂの方が幅広に形成され、それに従って、縦桟７ｂの通風用開口１４の方が横桟７ａの通風用開口１３よりも大きく形成される。いずれの通風用開口１３，１４も三角形状（図３においては、直角二等辺三角形）に形成され、かつ骨組みがトラス状に配列されている。したがって、横桟７ａおよび縦桟７ｂのほぼ全域に亘って三角形状の通風用開口１３１，４が複数形成されているため、通風抵抗を大幅に低減することができる。しかも支持フレーム７は矩形の枠に筋交いが入ったトラス形状の骨組み構造となり、強度的にも強い構造となっている。

さらに、通風用開口１３，１４の口壁は、通風方向で上流側から下流側に向かって立ち上がる補強リブ１５が形成され、さらに強固な構造となっている。

このような断面略Ｃ字形の支持フレーム７の構造であるため、室外ファン５の駆動により、室外熱交換器４側から前面側に向かう風の流れ（図４の矢印方向）により、横桟７ａおよび縦桟７ｂの断面Ｃ字形の内面を通る風は、通風用開口１３，１４によりほとんど遮られることなく、支持フレーム７の横桟７ａおよび縦桟７ｂを通過することになり、送風性能を向上させることができる。

図５は空気調和機の冷凍サイクル図である。図において、冷凍サイクルは、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、絞り装置２０、室内熱交換器８が順次接続されて冷媒を循環させる循環サイクルを構成している。室外熱交換器４に対向して室外ファン５が設けられ、室内熱交換器８にはクロスフローファンなどの室内ファン２１が設けられている。また、室外熱交換器４の近傍には外気温を検出する外気温検出センサ２２が設けられ、室内熱交換器８側には、室内の温度を検出する室温検出センサ２３が設けられている。室内熱交換器８および室内ファン２１は筐体内に収容されて室内ユニットを構成している。さらに、室外熱交換器４には室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度検出センサ２４が設けられ、室内熱交換器８には、室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度検出センサ２５が設けられている。さらに、圧縮機２には冷媒の吐出温度を検出する圧縮機の吐出温度検出センサ２６が設けられている。

図６は空気調和機の制御ブロック図である。制御部３０は一般的なマイクロコンピュータから構成される。制御部３０の入力側には、外気温検出センサ２２、室温検出センサ２３、室外熱交換器温度検出センサ２４、室内熱交換器温度検出センサ２５、および圧縮機の吐出温度を検出する圧縮機吐出温度検出センサ２６が接続される。制御部３０の出力側には、圧縮機２、四方弁である切換弁３、室外ファン５、室内ファン２１が接続される。そして、制御部３０には、時間を計測するタイマー３２が接続されている。

制御部３０では、冷凍サイクル内の冷媒を図中の冷房方向に循環させることにより、室内熱交換器８を蒸発器として機能させ、室内を冷房する冷房運転モードと、冷媒を図中の暖房方向に循環させることにより、室内熱交換器を凝縮器として機能させ、室内を暖房する暖房運転モード、その他、各種モードを実行できるようになっている。

特に、制御部３０は、室内熱交換器８およびドレン受け（図示略）周囲の水分を蒸発させる内部清掃運転モードを実行可能とされる。この内部清掃運転モードは、基本的に暖房運転サイクルにより冷媒を循環させ、室内熱交換器８およびドレン受け（図示略）周囲の水分を蒸発させる。内部清掃運転時に圧縮機２は暖房運転時の通常の制御が行われる。

図７は第１の実施形態である内部清掃運転モードを示す制御フローチャートである。図に示すように、内部清掃運転をスタートさせたとき、圧縮機２を駆動させながら室外ファン５を間欠運転させる（Ｓ１）。間欠運転は室外ファン５のファン回転数を変動させる。具体的には、室外ファン５を停止させる、あるいは室外ファン５のファン回転数を低下させるなどする。そして、運転開始から所定時間ｔｆが経過したならば（Ｓ２：Ｙ）、内部清掃運転を終了する。

このように、内部清掃運転時に、室外熱交換器４が蒸発器として機能し、室外熱交換器４では冷媒が蒸発していく。室外熱交換器４での冷媒の蒸発圧力は室外ファン５のファン回転数が高ければ高いほど蒸発圧力が高くなる。冷媒の蒸発圧力が高くなると、圧縮機２の負荷も大きくなるので、室外ファン５を間欠運転したりして、室外ファン５のファン回転数を抑え、これにより冷媒の蒸発圧力を抑えて圧縮機２にかかる負荷を低減させる。

図８は第２の実施形態である内部清掃運転モードを示す制御フローチャートである。図に示すように、内部清浄運転は、基本的に圧縮機２を駆動しつつ、諸条件によって室外ファン５を間欠運転する。具体的には、内部清浄運転をスタートすると、まず、室外熱交換器４の温度Ｔｅが第２の所定温度Ｔｈｂ（Ｔｈａ＞Ｔｈｂ）よりも低いか否かを判定し（Ｓ３）、室外熱交換器４の温度Ｔｅが所定温度Ｔｈｂよりも低い場合（Ｓ３：Ｙ）、冷媒圧力が低くなっているので、圧縮機２にかかる負荷も低いと判断して室外ファン５をＯＮする（Ｓ４）。これを室外熱交換器４の温度Ｔｅが所定温度Ｔｈｂに達するまで繰り返す。

制御部３０は、室外熱交換器４の温度Ｔｅが第１の所定温度Ｔｈａ（Ｔｈａ＞Ｔｈｂ）以上か否かを判定し（Ｓ５）、室外熱交換器４の温度Ｔｅが第１の所定温度Ｔｈａよりも高い場合（Ｓ５：Ｙ）、室外熱交換器４にかかる冷媒の圧力が高く圧縮機２に過剰な負荷がかかるおそれがあるため、室外ファン５のファン回転数を減少させ（Ｓ６）、圧縮機２にかかる負荷を低減させる。室外熱交換器４の温度Ｔｅが第１の所定温度Ｔｈａよりも低い場合、圧縮機２にかかる負荷が許容範囲内であるので、室外ファン５の運転を継続する（Ｓ４）。

このような室外ファン５のファン回転数を減少させる内部清掃運転を第１の所定時間ｔ０を継続するまで繰り返し（Ｓ７：Ｎ）、第１の所定時間ｔ０を経過したならば（Ｓ７：Ｙ）、圧縮機２の運転を継続しながら室外ファン５を停止し（Ｓ８）、室外熱交換器４の温度が上昇するのを抑える。

そして、圧縮機２の運転を継続しながら室外熱交換器４の温度Ｔｅが第２の所定温度Ｔｈｂよりも低くなるまで待機し（Ｓ３）、室外熱交換器４の温度Ｔｅが第２の所定温度Ｔｈｂよりも低下した場合（Ｓ３：Ｙ）、室外ファン５を再起動し、内部清掃運転を繰り返す。内部清掃運転は冷房運転の停止から第２の所定時間ｔｆを経過するまで継続され（Ｓ９：Ｎ）、第２の所定時間ｔｆを経過したとき（Ｓ９：Ｙ）、内部清掃運転を終了する。

なお、内部清掃運転中の室外ファン５のファン回転数は、直前の冷房運転時の室外ファン５のファン回転数よりも小さくする。これにより、冷媒の蒸発圧力を抑え、圧縮機２の負荷を低減することができる。

なお、このような圧縮機２にかかる負荷を低減する対策は、冷房運転後、室内ユニットの室内熱交換器８や室内ファン、ドレン受け周囲の水分を蒸発させる内部清掃運転のみならず、夏場など高温の際に行う暖房運転時にも適用することができる。具体的には、室外熱交換器温度Ｔｅあるいは周囲温度（外気温）を検出し、検出温度が第１の所定温度Ｔｈａ以上になった場合に室外ファン５のファン回転数を低下させ、あるいは停止させる。また、第２の所定温度Ｔｈｂよりも低くなれば、室外ファン５のファン回転数を上昇させる制御を行い、圧縮機２にかかる負荷を低減することができる。

図９は第３の実施形態である内部清掃運転モードを示す制御フローチャートである。この実施形態では、冷房運転終了後、内部清掃運転に切り換えるとき、内部清掃運転に入る準備動作を行うようにしている。すなわち、図９に示すように、冷房運転中に冷房運転の停止操作が行われたとき（Ｓ１０）、圧縮機２および室内ファン２１および室外ファン５を停止し（Ｓ１１）、その後、内部清掃運転（Ｓ１３）に入る前に、室外ファン５の運転を開始する（Ｓ１２）。

これは、冷房運転終了後、圧縮機２を停止させ、室外ファン５も停止すると、冷房運転時に凝縮器として機能していた室外熱交換器４は、圧縮機２の停止直後はまだ高温状態にあるので、そのまま内部清掃運転を開始すると、圧縮機２にかかる負荷が大きくなる。そこで、まず、室外ファン５を回転させて室外熱交換器４に送風することにより室外熱交換器４を放熱させた後、内部清掃運転を実行するようにする。

以上の実施形態から明らかな通り、本発明では、室内熱交換器およびドレン受け周囲の水分を蒸発させる内部清掃運転を実行可能な制御部を備えた空気調和機において、内部清掃運転時に室外機の室外ファンのファン回転数を変動させることを特徴とする。

上記構成によると、内部清掃運転時に室外機の室外ファンのファン回転数を変動させるので、室外熱交換器の蒸発圧力の上昇を抑え、圧縮機（エアコン部品）の負荷を低減することができる。また、圧縮機の負荷が減るため、内部清浄運転の持続的運転が可能となり、湿気を十分に取れる。

また、制御部は、内部清掃運転時に室外ファンを一時停止あるいは低下させる間欠運転を実行することができる。室外ファンの回転数の変動は、室外ファンの一時停止あるいは低下させることで実行することができる。したがって、内部清掃運転中、室外熱交換器の蒸発圧力の上昇を抑え、圧縮機（エアコン部品）の負荷を低減することができる。

また、制御部は、内部清掃運転時に、室外熱交換器温度または周囲温度を検出し、検出された温度が第１の所定温度以上になったときに室外ファンの回転数を低下または停止し、第２の所定温度よりも低くなったときに室外ファンのファン回転数を上昇させる制御を行うことができる。これにより、必要な時のみ圧縮機の負荷を減らすことで、内部清浄運転の運転時間を延ばし、湿気を十分にとれる。

また、制御部は、冷房運転から内部清掃運転への切換え時に、内部清掃運転時の室外ファンのファン回転数を、直前の冷房運転時の室外ファンのファン回転数よりも小さくする制御を行うことができる。冷房運転時の室外ファンの回転数よりも、内部清掃運転時の室外ファンの回転数を小さくすることで、運転騒音の低減を図ることができる。

さらに、制御部は、冷房運転から内部清掃運転への切換え時に、室外ファンを回転させて室外熱交換器から熱を放熱させた後、内部清掃運転を開始する制御を行うことができる。冷房運転時に室外熱交換器が暖められた分を放熱することができ、その結果、蒸発圧力の上昇を防ぎ、内部清浄運転の運転時間を延長することができる。

なお、本発明は、内部清掃運転モードでの室外ファンの制御のみならず、暖房運転時における室外ファンの制御にも適用することができる。すなわち、暖房運転を制御する制御部を備えた空気調和機において、制御部は、暖房運転時に外気温が所定温度以上になったときに、室外機の室外ファンのファン回転数を変動させる。ファン回転数の変動は、室外ファンを一時停止あるいは低下させる間欠運転により実行される。この暖房運転モードにおいては、制御部は、冷房運転から暖房運転への切換え時に、暖房運転時の室外ファンのファン回転数を、直前の冷房運転時の室外ファンのファン回転数よりも小さくし、運転騒音を低減することができる。

さらに、制御部は、冷房運転から暖房運転への切換え時に、室外ファンを回転させて室外熱交換器から熱を放熱させた後、暖房運転を開始し、冷房運転時に室外熱交換器が暖められた分を放熱させ、その結果、室外熱交換器の蒸発圧力の上昇を抑え、暖房運転時間を延長することができる。

また、室外機の背面側に設置された室外熱交換器に対し、室外ファンのモータを支持する、横桟および縦桟が格子状に配列されてなる支持フレームを備え、該支持フレームの横桟および縦桟に通風用開口を複数個設けることで、支持フレームの平面部における通風抵抗を低減させることができる。

また、前記開口の周囲に、通風方向で上流側から下流側に向かって立ち上がる補強リブが形成される。さらに、前記複数の開口は三角形状で、かつ骨組みはトラス状に配列される。その結果、通風抵抗を低減させつつ支持フレームの強度を保つことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加えることができるのは勿論である。

１ 室外機
２ 圧縮機
３ 四方弁（切換弁）
４ 室外熱交換器
５ 室外ファン
５ａ 回転羽根
５ｂ ファンモータ
６ 底板
７ 支持フレーム
８ 室内熱交換器
９ 通風口
１０ モータ取付台
１１ 開口
１２ 台座
１３，１４ 通風用開口
１５ 補強リブ
２０ 絞り装置
２１ 室内ファン
２２ 外気温検出センサ
２３ 室温検出センサ
２４ 室外熱交換器温度検出センサ
２５ 室内熱交換器温度検出センサ
２６ 圧縮機吐出温度検出センサ
３０ 制御部
３２ タイマー

Claims (5)

1. 室内熱交換器およびドレン受け周囲の水分を蒸発させる内部清掃運転を実行可能な制御部を備えた空気調和機において、内部清掃運転時に室外機の室外ファンのファン回転数を変動させることを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御部は、内部清掃運転時に室外ファンを一時停止あるいは低下させる間欠運転を実行する、請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御部は、内部清掃運転時に、室外熱交換器温度または周囲温度を検出し、検出された温度が第１の所定温度以上になったときに室外ファンの回転数を低下または停止し、第２の所定温度よりも低くなったときに室外ファンのファン回転数を上昇させる制御を行う、請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 室外機の背面側に設置された室外熱交換器に対し、室外ファンのモータを支持する、横桟および縦桟が格子状に配列されてなる支持フレームを備え、該支持フレームの横桟および縦桟に支持フレームの平面部における通風抵抗を低減させるための通風用開口が複数個設けられたことを特徴とする空気調和機。
5. 前記開口の周囲に、通風方向で上流側から下流側に向かって立ち上がる補強リブが形成された、請求項４に記載の空気調和機。
   
   
   

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