JP2539571B2 - 屋外ファン制御装置及びこれを用いた屋外ファン制御方法 - Google Patents
屋外ファン制御装置及びこれを用いた屋外ファン制御方法Info
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気調和システム及び
ヒートポンプシステムに関し、特に、システム全体の効
率及び信頼性を高めるように屋外空気量を最適化する方
法及び装置に関する。
ヒートポンプシステムに関し、特に、システム全体の効
率及び信頼性を高めるように屋外空気量を最適化する方
法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】空気調和システム及びヒートポンプシス
テムを設計する際、一般には屋外ファンモータを使用し
て一段階のみかまたは二段階の速度で動作させるように
している。設計方法自体が特定の動作状態で最適化され
た性能及び効率につながるのである。別の動作状態にお
ける性能は効果的とはいえないが、これはシステム設計
の経済性ということに鑑みて一般には認められている。
テムを設計する際、一般には屋外ファンモータを使用し
て一段階のみかまたは二段階の速度で動作させるように
している。設計方法自体が特定の動作状態で最適化され
た性能及び効率につながるのである。別の動作状態にお
ける性能は効果的とはいえないが、これはシステム設計
の経済性ということに鑑みて一般には認められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような周知の設計
方法は最初にかかる費用の面では経済的であるが、製品
寿命の間にかかるシステムの動作費用を含む全体として
の費用は、その動作特性によって実際には割高となると
いう問題がある。詳細に言えば、屋外ファンモータの速
度とこれに対応する電力消費量は比較的高いレベルに設
定されており、外気温が最高温度となった時のシステム
の容量及び効率についての必要条件を満たすようにして
ある。システムには単速モータが用いられており、空気
量を多くしなくてもシステムでの必要条件を満たすこと
ができるような場合でも、動作値域全体について最初に
設定されている電力を消費して動作する。特に、外気温
が穏やかである場合には、加熱と冷却のいずれにして
も、コイルに要求される仕事を実行するために必要とさ
れる空気量は気温が最高である時よりも少ない。風が強
い日には、この風のためにコイルを通って流れ込む空気
の量が増加し、ファンはその時に必要とされる仕事量よ
りも多くの仕事をしている場合がある。一方、コイルに
埃がたまっていたり、空気の吸入口や吐出口に障害物が
あるなどコイルの効率を悪くするような状態となれば、
システムが最適となる点は通常の最適化された動作状態
での点とは全く異なってしまう。
方法は最初にかかる費用の面では経済的であるが、製品
寿命の間にかかるシステムの動作費用を含む全体として
の費用は、その動作特性によって実際には割高となると
いう問題がある。詳細に言えば、屋外ファンモータの速
度とこれに対応する電力消費量は比較的高いレベルに設
定されており、外気温が最高温度となった時のシステム
の容量及び効率についての必要条件を満たすようにして
ある。システムには単速モータが用いられており、空気
量を多くしなくてもシステムでの必要条件を満たすこと
ができるような場合でも、動作値域全体について最初に
設定されている電力を消費して動作する。特に、外気温
が穏やかである場合には、加熱と冷却のいずれにして
も、コイルに要求される仕事を実行するために必要とさ
れる空気量は気温が最高である時よりも少ない。風が強
い日には、この風のためにコイルを通って流れ込む空気
の量が増加し、ファンはその時に必要とされる仕事量よ
りも多くの仕事をしている場合がある。一方、コイルに
埃がたまっていたり、空気の吸入口や吐出口に障害物が
あるなどコイルの効率を悪くするような状態となれば、
システムが最適となる点は通常の最適化された動作状態
での点とは全く異なってしまう。
【0004】ある一定温度以下になると、空気調和シス
テムまたはヒートポンプシステムを高信頼度で空気調和
機として使用することができなくなるということは従来
から知られている。主にこのような場合には、華氏0度
(摂氏−18度)以下の外気温の時に空気調和を必要と
しても良いように冷却室またはコンピュータ室を含んで
いる。気温がこのように低くなってくるとコンデンサ内
の冷媒の凝縮温度も低下し、これに応じて冷凍システム
の高圧側での上部圧力が低下する。このような問題につ
いては、本願譲受人に譲渡された1965年7月27日
登録の米国特許第3,196,629号に記載されてい
るように、関連したファン速度の低下によって示され
る。この方法は主に低温の時にファン速度を落とす機能
を果たすが、これは外気温度状態(例えば華氏55度
(摂氏約12.7度)以下)が低い場合にのみ動作する
ものであり、システムの効率はあまりよくならない。し
かしながら、効率に関する上述した問題についてみる場
合には、このようなシステムを使用する必要性というこ
とにも留意すべきである。
テムまたはヒートポンプシステムを高信頼度で空気調和
機として使用することができなくなるということは従来
から知られている。主にこのような場合には、華氏0度
(摂氏−18度)以下の外気温の時に空気調和を必要と
しても良いように冷却室またはコンピュータ室を含んで
いる。気温がこのように低くなってくるとコンデンサ内
の冷媒の凝縮温度も低下し、これに応じて冷凍システム
の高圧側での上部圧力が低下する。このような問題につ
いては、本願譲受人に譲渡された1965年7月27日
登録の米国特許第3,196,629号に記載されてい
るように、関連したファン速度の低下によって示され
る。この方法は主に低温の時にファン速度を落とす機能
を果たすが、これは外気温度状態(例えば華氏55度
(摂氏約12.7度)以下)が低い場合にのみ動作する
ものであり、システムの効率はあまりよくならない。し
かしながら、効率に関する上述した問題についてみる場
合には、このようなシステムを使用する必要性というこ
とにも留意すべきである。
【0005】したがって本発明の目的は、効率面で改良
された空気調和機を提供することにある。
された空気調和機を提供することにある。
【0006】この目的は、特許請求の範囲の序文と特徴
部分に記載の方法及び装置によって達成される。
部分に記載の方法及び装置によって達成される。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、コンプレッサ速度及び液冷媒温度の関数として屋外
ファンの速度を制御し、ヒートポンプの動作値域全体に
ついて屋外コイルに流れ込む空気の量を最適化する。こ
のようにして、屋外ファンモータの速度を制限し、どん
な動作状態であっても空気調和機またはヒートポンプに
要求される仕事を実行するために必要な空気量のみを供
給する。このようにすることで、ファンモータの電力消
費量も制限され、システム全体の効率が増す。
ば、コンプレッサ速度及び液冷媒温度の関数として屋外
ファンの速度を制御し、ヒートポンプの動作値域全体に
ついて屋外コイルに流れ込む空気の量を最適化する。こ
のようにして、屋外ファンモータの速度を制限し、どん
な動作状態であっても空気調和機またはヒートポンプに
要求される仕事を実行するために必要な空気量のみを供
給する。このようにすることで、ファンモータの電力消
費量も制限され、システム全体の効率が増す。
【0008】本発明の他の態様によれば、マイクロプロ
セッサ制御を行ってコンプレッサ速度及び液冷媒温度を
モニタリングし、再計算及びファン速度の調節を連続し
て実行し、システムによって通常の加熱/冷却モードを
実行している間の最適な動作を維持する。
セッサ制御を行ってコンプレッサ速度及び液冷媒温度を
モニタリングし、再計算及びファン速度の調節を連続し
て実行し、システムによって通常の加熱/冷却モードを
実行している間の最適な動作を維持する。
【0009】本発明の他の態様によれば、外気温度が低
い場合に、マイクロプロセッサ制御を行ってファンを減
速させるかまたは実際にファンを停止させ、信頼度の高
い動作を行うために必要な上部圧力を維持する。
い場合に、マイクロプロセッサ制御を行ってファンを減
速させるかまたは実際にファンを停止させ、信頼度の高
い動作を行うために必要な上部圧力を維持する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について図面
を参照して説明するが、これらは本発明の真の趣旨及び
範囲を逸脱することなく様々な修正を施したり異なる構
成とすることも可能である。
を参照して説明するが、これらは本発明の真の趣旨及び
範囲を逸脱することなく様々な修正を施したり異なる構
成とすることも可能である。
【0011】図1を参照すると、本発明が用いられてい
るヒートポンプシステム11が示されている。このヒー
トポンプシステムは、屋外/屋内コイル及び冷媒膨張装
置(図示せず)とともに従来の装置において見られるよ
うな冷凍回路を形成する屋外コイル12とコンプレッサ
13とを有している。
るヒートポンプシステム11が示されている。このヒー
トポンプシステムは、屋外/屋内コイル及び冷媒膨張装
置(図示せず)とともに従来の装置において見られるよ
うな冷凍回路を形成する屋外コイル12とコンプレッサ
13とを有している。
【0012】周知の方法と同様に、四方形弁14を用い
て冷媒を屋内または屋外のコイルにそれぞれ送ることに
よって、加熱モードまたは冷却モードのいずれにおいて
もヒートポンプを動作させることができる。さらに、こ
の弁を用いることでシステムを除湿モードで動作させ、
暖かい吐出ガスを屋外コイルに送ることもできる。
て冷媒を屋内または屋外のコイルにそれぞれ送ることに
よって、加熱モードまたは冷却モードのいずれにおいて
もヒートポンプを動作させることができる。さらに、こ
の弁を用いることでシステムを除湿モードで動作させ、
暖かい吐出ガスを屋外コイルに送ることもできる。
【0013】冷凍回路の一部を形成しているものとし
て、液分配器16及び蒸気ヘッダ17がある。加熱モー
ドで動作する場合には、液冷媒が膨張装置を通過した
後、液分配器16によって液冷媒を屋外コイル12の個
々の回路に分配する。さらに、屋外コイル12を通過し
た冷媒がすべて集まる共通の点が蒸気ヘッダ17であ
り、冷媒はここから逆洗弁14へ送られる。冷却または
除湿モードで動作する時には、屋外コイル12を通過し
た冷媒がすべて集まる共通の点は液分配器16であり、
冷媒はここから屋内コイル(図示せず)へ送られる。さ
らに蒸気ヘッダ17によって暖かい吐出ガスを分配して
屋外コイル12の個々の回路へ送る。さらに、冷凍回路
の一部として、アキュムレータ18が備えられている。
アキュムレータは起動時にコンプレッサ13で液体が停
留しないようにするためのものである。
て、液分配器16及び蒸気ヘッダ17がある。加熱モー
ドで動作する場合には、液冷媒が膨張装置を通過した
後、液分配器16によって液冷媒を屋外コイル12の個
々の回路に分配する。さらに、屋外コイル12を通過し
た冷媒がすべて集まる共通の点が蒸気ヘッダ17であ
り、冷媒はここから逆洗弁14へ送られる。冷却または
除湿モードで動作する時には、屋外コイル12を通過し
た冷媒がすべて集まる共通の点は液分配器16であり、
冷媒はここから屋内コイル(図示せず)へ送られる。さ
らに蒸気ヘッダ17によって暖かい吐出ガスを分配して
屋外コイル12の個々の回路へ送る。さらに、冷凍回路
の一部として、アキュムレータ18が備えられている。
アキュムレータは起動時にコンプレッサ13で液体が停
留しないようにするためのものである。
【0014】まず空気を放射状に中心に向かって屋外コ
イル12を通過させ、さらにこの空気を上方向に吐出す
ことによってヒートポンプに空気を通過させる構成要素
についてみると、ルーバ形の上部カバー19が備えられ
ている。このカバーから、屋外ファンプロペラ22に駆
動的に連結された屋外ファンモータ21が吊り下げられ
ている。冷却及び加熱の両モードで動作する際、図1に
おいて矢印で示すように、モータ21によってファンプ
ロペラを駆動して外気を放射状に中心に向かって屋外コ
イル12に送ってさらに上方向に吐出す。
イル12を通過させ、さらにこの空気を上方向に吐出す
ことによってヒートポンプに空気を通過させる構成要素
についてみると、ルーバ形の上部カバー19が備えられ
ている。このカバーから、屋外ファンプロペラ22に駆
動的に連結された屋外ファンモータ21が吊り下げられ
ている。冷却及び加熱の両モードで動作する際、図1に
おいて矢印で示すように、モータ21によってファンプ
ロペラを駆動して外気を放射状に中心に向かって屋外コ
イル12に送ってさらに上方向に吐出す。
【0015】屋外コイル12がエバポレータとして機能
する加熱モードと、屋外コイル12がコンデンサとして
機能する冷却モードのうちのどちらのモードで動作して
いる時にも、モータ21の速度を選択的に変えることが
好ましい。インバータの動作すなわちゼネラル エレク
トリック カンパニー(General Electr
ic Company)から一般に販売されている電気
的整流モータ(ECM)などの適当に制御されたDCモ
ータを用いることによって制御されるACモータなどを
使用した何らかの可変方法を用いて達成することができ
る。一実施例として、モータ21にはDC永久磁石型の
ものを使用し、さらに後部カバーに集められた集中制御
部23を備えていることが好ましい。制御パッケージ内
には小ダイオードブリッジ、キャパシタ及び電源切り替
え装置が備えられており、これらの組み合わせで交流
(AC)を直流(DC)に変換する。このように、様々
な方法でDC電源を投入したり切ったりして、検出した
パラメータの機能及び以下に述べる機能としてモータ速
度を制御する。一方、電気的導体によってモータ21へ
の入力にディスクリート制御回路を用いてもよい。
する加熱モードと、屋外コイル12がコンデンサとして
機能する冷却モードのうちのどちらのモードで動作して
いる時にも、モータ21の速度を選択的に変えることが
好ましい。インバータの動作すなわちゼネラル エレク
トリック カンパニー(General Electr
ic Company)から一般に販売されている電気
的整流モータ(ECM)などの適当に制御されたDCモ
ータを用いることによって制御されるACモータなどを
使用した何らかの可変方法を用いて達成することができ
る。一実施例として、モータ21にはDC永久磁石型の
ものを使用し、さらに後部カバーに集められた集中制御
部23を備えていることが好ましい。制御パッケージ内
には小ダイオードブリッジ、キャパシタ及び電源切り替
え装置が備えられており、これらの組み合わせで交流
(AC)を直流(DC)に変換する。このように、様々
な方法でDC電源を投入したり切ったりして、検出した
パラメータの機能及び以下に述べる機能としてモータ速
度を制御する。一方、電気的導体によってモータ21へ
の入力にディスクリート制御回路を用いてもよい。
【0016】図2を参照すると、屋外ユニットが概略的
に示されている。図において、屋外ユニットは、システ
ム内で検出した状態に応じてファンモータ21及びコン
プレッサ13の速度を選択的に制御するために用いられ
ている制御回路を有している。屋内ユニットについては
図示しないが、屋外ユニットは、液冷媒ライン24と気
冷媒ライン26と電気的制御バス27とによって、流体
的及び電気的に屋内ユニットと接続されていると考える
ことができる。液体供給弁28及び蒸気供給弁29は、
屋内ユニットとの間で相互に冷媒の流れをつくるために
備えられている。膨張弁31は、選択的に調節すること
でオリフィスの大きさを変えて液冷媒の膨張量を変える
ことができ、液冷媒ライン24に備えられている。
に示されている。図において、屋外ユニットは、システ
ム内で検出した状態に応じてファンモータ21及びコン
プレッサ13の速度を選択的に制御するために用いられ
ている制御回路を有している。屋内ユニットについては
図示しないが、屋外ユニットは、液冷媒ライン24と気
冷媒ライン26と電気的制御バス27とによって、流体
的及び電気的に屋内ユニットと接続されていると考える
ことができる。液体供給弁28及び蒸気供給弁29は、
屋内ユニットとの間で相互に冷媒の流れをつくるために
備えられている。膨張弁31は、選択的に調節すること
でオリフィスの大きさを変えて液冷媒の膨張量を変える
ことができ、液冷媒ライン24に備えられている。
【0017】制御ボックスは破線で囲み、符号32で示
す。制御ボックス32は、ECMコンプレッサ駆動パケ
ージ33と、マイクロプロセッサに基づく制御モジュー
ル34と、主トランスフォーマ36とを有している。制
御ボックス32に入力される電流は、高圧電源37から
高圧電流で供給され、導線38及び39によってECM
コンプレッサ駆動パケージ33に接続される。さらに、
導線41及び42によってファンモータ21に接続さ
れ、導線43及び44によってトランスフォーマ36に
接続される。さらに、高圧電流は、クランクヒータの端
子に直接接続された導線46によってクランクケースヒ
ータに供給され、マイクロプロセッサに基づく制御モジ
ュール34に接続された導線47や、マイクロプロセッ
サに基づく制御モジュール34をクランスケースヒータ
の他方の端子と接続する導線48にも供給される。コン
プレッサ電流は、導線49,51及び52を介してEC
Mコンプレッサ駆動パケージ33から供給される。
す。制御ボックス32は、ECMコンプレッサ駆動パケ
ージ33と、マイクロプロセッサに基づく制御モジュー
ル34と、主トランスフォーマ36とを有している。制
御ボックス32に入力される電流は、高圧電源37から
高圧電流で供給され、導線38及び39によってECM
コンプレッサ駆動パケージ33に接続される。さらに、
導線41及び42によってファンモータ21に接続さ
れ、導線43及び44によってトランスフォーマ36に
接続される。さらに、高圧電流は、クランクヒータの端
子に直接接続された導線46によってクランクケースヒ
ータに供給され、マイクロプロセッサに基づく制御モジ
ュール34に接続された導線47や、マイクロプロセッ
サに基づく制御モジュール34をクランスケースヒータ
の他方の端子と接続する導線48にも供給される。コン
プレッサ電流は、導線49,51及び52を介してEC
Mコンプレッサ駆動パケージ33から供給される。
【0018】ECMコンプレッサ駆動パケージ33は高
圧の単相AC電源を高圧のDC電源に変換する機能を有
する。すなわち、3つの別個のDC出力ラインのオン−
オフを切り替え、各々が互いに約120度ずつ位相がず
れた状態とし、「3相」オン−オフ信号をコンプレッサ
13に供給する。これらのラインがオン−オフに切り替
えられる速度によって出力の周波数が決まり、さらにコ
ンプレッサ13の速度が決まる。コンプレッサは、効率
を高めるために永久磁石ロータを有している。
圧の単相AC電源を高圧のDC電源に変換する機能を有
する。すなわち、3つの別個のDC出力ラインのオン−
オフを切り替え、各々が互いに約120度ずつ位相がず
れた状態とし、「3相」オン−オフ信号をコンプレッサ
13に供給する。これらのラインがオン−オフに切り替
えられる速度によって出力の周波数が決まり、さらにコ
ンプレッサ13の速度が決まる。コンプレッサは、効率
を高めるために永久磁石ロータを有している。
【0019】ECMコンプレッサ駆動パケージ33の切
り替え速度及びコンプレッサ13の速度は、マイクロプ
ロセッサに基づく制御モジュール34から線53に供給
される「速度要求」によって決定される。さらに、低圧
のRPMフィードバック信号がECMコンプレッサ駆動
パケージ33から送出され、線54を介してマイクロプ
ロセッサに基づく制御モジュール34に供給される。制
御モジュール34は信号を読んでコンプレッサが所望の
速度で動作しているか否かを判定し、さらに所望の速度
を得るために信号を調節してECMに送る。
り替え速度及びコンプレッサ13の速度は、マイクロプ
ロセッサに基づく制御モジュール34から線53に供給
される「速度要求」によって決定される。さらに、低圧
のRPMフィードバック信号がECMコンプレッサ駆動
パケージ33から送出され、線54を介してマイクロプ
ロセッサに基づく制御モジュール34に供給される。制
御モジュール34は信号を読んでコンプレッサが所望の
速度で動作しているか否かを判定し、さらに所望の速度
を得るために信号を調節してECMに送る。
【0020】同様に、マイクロプロセッサに基づく制御
モジュール34は、線56から供給されるものと同じ型
のPWM(パルス幅変調)信号を用いてファンモータ2
1の速度を制御する。しかしながら、ファンモータ自体
が内部でモータ速度の制御を行っているため、この場合
はフィードバック信号は必要ない。モータはPWM信号
を速度要求と解釈し、自己調整を行ってその速度とす
る。
モジュール34は、線56から供給されるものと同じ型
のPWM(パルス幅変調)信号を用いてファンモータ2
1の速度を制御する。しかしながら、ファンモータ自体
が内部でモータ速度の制御を行っているため、この場合
はフィードバック信号は必要ない。モータはPWM信号
を速度要求と解釈し、自己調整を行ってその速度とす
る。
【0021】ファンモータ21及びコンプレッサ用の駆
動モータの速度を制御することに加え、制御モジュール
34は逆洗弁14及び膨張弁31を制御する機能を有す
る。逆洗弁14の場合、制御モジュール34はこの弁を
加熱モードか冷却/除湿モードかのどちらかにする。一
方膨張弁31は、オリフィス開口の大きさの値域につい
て調節され、コンプレッサ13の速度に応じて流量が調
節される。
動モータの速度を制御することに加え、制御モジュール
34は逆洗弁14及び膨張弁31を制御する機能を有す
る。逆洗弁14の場合、制御モジュール34はこの弁を
加熱モードか冷却/除湿モードかのどちらかにする。一
方膨張弁31は、オリフィス開口の大きさの値域につい
て調節され、コンプレッサ13の速度に応じて流量が調
節される。
【0022】制御モジュール34への入力についてみる
と、4つのサーミスタ57,58,59及び61が備え
られている。これらは、それぞれ屋外コイル温度(TO
C)、屋外気温(TOA)、吸入圧力(TS)及び吐出
し温度(TD)をモニタリングするためのものである。
屋外コイル温度(TOC)を示す信号は線62へ、屋外
気温(TOA)を示す信号は線63へ、吸入圧力(T
S)を示す信号は線64へ、さらに吐出し温度(TD)
を示す信号は線66へ送られる。
と、4つのサーミスタ57,58,59及び61が備え
られている。これらは、それぞれ屋外コイル温度(TO
C)、屋外気温(TOA)、吸入圧力(TS)及び吐出
し温度(TD)をモニタリングするためのものである。
屋外コイル温度(TOC)を示す信号は線62へ、屋外
気温(TOA)を示す信号は線63へ、吸入圧力(T
S)を示す信号は線64へ、さらに吐出し温度(TD)
を示す信号は線66へ送られる。
【0023】図3を参照すると、屋外コイル12の一部
が詳細に示されている。図において、周知の構成要素で
あるプレートフィン67と、管68と、返しベンド69
とが含まれている。本発明によるファン速度制御装置を
用いるために、コイル12における冷媒温度をモニタリ
ングすることが好ましい。これは屋外コイル自体の温度
を検出することによって行うことができる。このような
目的のため、標準的な屋外コイル12を図3に示すよう
に修正する。
が詳細に示されている。図において、周知の構成要素で
あるプレートフィン67と、管68と、返しベンド69
とが含まれている。本発明によるファン速度制御装置を
用いるために、コイル12における冷媒温度をモニタリ
ングすることが好ましい。これは屋外コイル自体の温度
を検出することによって行うことができる。このような
目的のため、標準的な屋外コイル12を図3に示すよう
に修正する。
【0024】屋外コイル12のいくつかの点において、
さらに好ましくは屋外コイルの底部にある回路の中間に
おいて、標準的な返しベンド69を延在した返しベンド
71に変えてコイルの温度を検出できるようにする。こ
のような目的のため、延在した返しベンド71の外面を
直接サーミスタ57に接触させ、このサーミスタを銅の
スリーブ72によって保持する。スリーブ72は、延在
した返しベンド71にろう付けしておくことが好まし
い。さらに、銅スリーブとサーミスタとを組み合わせた
ものを絶縁体73で覆い、必要とされる熱的な絶縁を与
えてサーミスタ57が所望の温度応答性を有するように
する。サーミスタ線62は、サーミスタ57における抵
抗の変化を示す電気信号を、上述したように制御モジュ
ール34に送るためのものである。
さらに好ましくは屋外コイルの底部にある回路の中間に
おいて、標準的な返しベンド69を延在した返しベンド
71に変えてコイルの温度を検出できるようにする。こ
のような目的のため、延在した返しベンド71の外面を
直接サーミスタ57に接触させ、このサーミスタを銅の
スリーブ72によって保持する。スリーブ72は、延在
した返しベンド71にろう付けしておくことが好まし
い。さらに、銅スリーブとサーミスタとを組み合わせた
ものを絶縁体73で覆い、必要とされる熱的な絶縁を与
えてサーミスタ57が所望の温度応答性を有するように
する。サーミスタ線62は、サーミスタ57における抵
抗の変化を示す電気信号を、上述したように制御モジュ
ール34に送るためのものである。
【0025】線62に送られる屋外コイル温度TOC
と、線54のコンプレッサ速度、及び線67に送られる
個々の動作モード(すなわち冷却または加熱)に応答
し、制御モジュール34は以下の数式3に示すアルゴリ
ズムに基づいて屋外ファン速度を算出する。
と、線54のコンプレッサ速度、及び線67に送られる
個々の動作モード(すなわち冷却または加熱)に応答
し、制御モジュール34は以下の数式3に示すアルゴリ
ズムに基づいて屋外ファン速度を算出する。
【0026】
【数3】 ファン速度%=a+b(CS)+c(TOC)
【0027】ここで、ファン速度%は、モータを動かす
ために必要な最大屋外ファン速度RPMの百分率であ
る。
ために必要な最大屋外ファン速度RPMの百分率であ
る。
【0028】CSは、総スピード範囲に対して標準化さ
れたコンプレッサの速度である。
れたコンプレッサの速度である。
【0029】TOCは、屋外コイルの動作温度(冷却時
にはコンデンサの飽和温度と等しく、加熱時にはエバポ
レータの飽和温度と等しい)である。
にはコンデンサの飽和温度と等しく、加熱時にはエバポ
レータの飽和温度と等しい)である。
【0030】係数a、b及びcは以下の表1に示す通り
である。
である。
【0031】
【表1】
【0032】どんな動作状態においてもシステム性能を
最適なものとする外気の流れを得られるような状態で行
った実験上の試験に基づいて決定された係数a、b及び
cは、システムに依存するものである。したがって、こ
のような特定のシステム設計の各々について決定する必
要がある。
最適なものとする外気の流れを得られるような状態で行
った実験上の試験に基づいて決定された係数a、b及び
cは、システムに依存するものである。したがって、こ
のような特定のシステム設計の各々について決定する必
要がある。
【0033】加熱または冷却モードでシステムが通常の
動作を行っている間、制御モジュール34は上述したア
ルゴリズムを使用して上述した入力を常にモニタリング
し、再計算を行ってファン速度を調節し、最適な性能を
維持している。さらに、華氏0度(摂氏−18度)付近
の低温では、制御モジュール34は屋外ファンを循環さ
せる(または完全に停止させる)ように動作し、信頼性
が高い動作を行うために必要な上部圧力を維持する。
動作を行っている間、制御モジュール34は上述したア
ルゴリズムを使用して上述した入力を常にモニタリング
し、再計算を行ってファン速度を調節し、最適な性能を
維持している。さらに、華氏0度(摂氏−18度)付近
の低温では、制御モジュール34は屋外ファンを循環さ
せる(または完全に停止させる)ように動作し、信頼性
が高い動作を行うために必要な上部圧力を維持する。
【0034】図4及び図5を参照すると、屋外ファン速
度は、相対的なコンプレッサ速度(CMPSPD)及び
屋外コイル温度の関数として示されている。このとき、
冷却モード(図4)か加熱モード(図5)のいずれかの
モードで上述したアルゴリズムを使用している。図4に
おいて、コンプレッサ速度(CMPSPD)に関係な
く、外気温度が低い状態や風が強い状態などが原因で屋
外コイル温度が低下すると、屋外ファン速度も実質的に
落ちていることが分かる。すなわち、相対的なコンプレ
ッサ速度(CMPSPD)が0.5であれば、屋外コイ
ル温度が華氏100度(摂氏約37.8度)であるとき
にファンは容量速度の82%程度で動作している。一
方、屋外コイル温度が華氏70度(摂氏約21度)であ
れば、容量速度の約11%で動作するのである。
度は、相対的なコンプレッサ速度(CMPSPD)及び
屋外コイル温度の関数として示されている。このとき、
冷却モード(図4)か加熱モード(図5)のいずれかの
モードで上述したアルゴリズムを使用している。図4に
おいて、コンプレッサ速度(CMPSPD)に関係な
く、外気温度が低い状態や風が強い状態などが原因で屋
外コイル温度が低下すると、屋外ファン速度も実質的に
落ちていることが分かる。すなわち、相対的なコンプレ
ッサ速度(CMPSPD)が0.5であれば、屋外コイ
ル温度が華氏100度(摂氏約37.8度)であるとき
にファンは容量速度の82%程度で動作している。一
方、屋外コイル温度が華氏70度(摂氏約21度)であ
れば、容量速度の約11%で動作するのである。
【0035】同様に、図5に示すような加熱モードで動
作する場合には、屋外コイル温度が上昇すると、必要と
される屋外ファンの動作速度は実質的に低下する。例え
ば、相対的なコンプレッサ速度(CMPSPD)が0.
25のとき、屋外コイル温度が華氏0度(摂氏−18
度)であれば屋外ファンは容量速度の約80%で動作す
る。一方、屋外コイル温度が華氏80度(摂氏約26.
6度)であれば、ファンは容量速度の25%程度で動作
する。
作する場合には、屋外コイル温度が上昇すると、必要と
される屋外ファンの動作速度は実質的に低下する。例え
ば、相対的なコンプレッサ速度(CMPSPD)が0.
25のとき、屋外コイル温度が華氏0度(摂氏−18
度)であれば屋外ファンは容量速度の約80%で動作す
る。一方、屋外コイル温度が華氏80度(摂氏約26.
6度)であれば、ファンは容量速度の25%程度で動作
する。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンプレッサ速度及び液冷媒温度の関数として屋外ファン
の速度を制御し、ヒートポンプの動作値域全体について
屋外コイルに流れ込む空気の量を最適化することができ
る。したがって、屋外ファンモータの速度を制限し、ど
んな動作状態であっても空気調和機またはヒートポンプ
に要求される仕事を実行するために必要な空気量のみを
供給することができるという効果を奏する。
ンプレッサ速度及び液冷媒温度の関数として屋外ファン
の速度を制御し、ヒートポンプの動作値域全体について
屋外コイルに流れ込む空気の量を最適化することができ
る。したがって、屋外ファンモータの速度を制限し、ど
んな動作状態であっても空気調和機またはヒートポンプ
に要求される仕事を実行するために必要な空気量のみを
供給することができるという効果を奏する。
【0037】また、本発明は、外気温度が低い場合にマ
イクロプロセッサ制御を行ってファンを減速させるかま
たは実際にファンを停止させ、信頼度の高い動作を行う
ために必要な上部圧力を維持することができるという効
果を奏する。
イクロプロセッサ制御を行ってファンを減速させるかま
たは実際にファンを停止させ、信頼度の高い動作を行う
ために必要な上部圧力を維持することができるという効
果を奏する。
【図1】本発明が用いられているヒートポンプを示す図
である。
である。
【図2】本発明によるヒートポンプ制御システムを示す
概略図である。
概略図である。
【図3】屋外コイル部の一部とこれに備えられたサーミ
スタを示す図である。
スタを示す図である。
【図4】本発明による冷却モードにおいて動作している
間の液冷媒の温度変化に応じて制御された屋外ファン速
度を示すグラフである。
間の液冷媒の温度変化に応じて制御された屋外ファン速
度を示すグラフである。
【図5】本発明による加熱モードにおいて動作している
間の液冷媒の温度変化に応じて制御された屋外ファン速
度を示すグラフである。
間の液冷媒の温度変化に応じて制御された屋外ファン速
度を示すグラフである。
11…ヒートポンプシステム 12…屋外コイル 13…コンプレッサ 14…四方形弁(逆洗弁) 16…液分配器 17…蒸気ヘッダ 18…アキュムレータ 19…上部カバー 21…屋外ファンモータ 22…屋外ファンプロペラ 24…液冷媒ライン 26…気冷媒ライン 32…制御ボックス 34…制御モジュール
フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ ピー.ソウドウ アメリカ合衆国,インディアナ,インデ ィアナポリス,パッディントン レイン ダブリュ.7743 (72)発明者 ピーター ジー.ピーアレット アメリカ合衆国,ニューヨーク,フェイ エットヴィル,キャッシン ドライブ 106 (56)参考文献 特開 平2−75859(JP,A) 実開 昭64−25658(JP,U)
Claims (7)
- 【請求項1】 変速コンプレッサと、屋外コイルと、変
速モータを備えたファンとを有するヒートポンプシステ
ムの屋外ファン制御装置であって、 動作速度の値域について前記コンプレッサの速度を検出
する速度検出手段と、屋外コイルにおける冷媒温度を検
出する温度検出手段と、 前記コンプレッサの速度と前記冷媒温度の両方に応答し
て、前記動作速度の値域全体について前記ファンの動作
効率が最適なものとなるように前記ファンを制御する制
御手段と、を有することを特徴とするヒートポンプシス
テムの屋外ファン制御装置。 - 【請求項2】 前記温度検出手段が、前記屋外コイル内
の管の表面に取り付けられたサーミスタを有することを
特徴とする請求項1記載のヒートポンプシステムの屋外
ファン制御装置。 - 【請求項3】 前記制御手段が、前記検出された冷媒温
度に一定の乗数値をかけることを特徴とする請求項1記
載のヒートポンプの屋外ファン制御装置。 - 【請求項4】 前記制御手段が、前記コンプレッサ速度
に一定の乗数値をかけることを特徴とする請求項1記載
のヒートポンプシステムの屋外ファン制御装置。 - 【請求項5】 前記制御手段が、以下の数1に示すアル
ゴリズムに基づいて前記ファンの速度を制御する、 【数1】 ファン速度%=a+b(CS)+c(TOC) 〔数1において、ファン速度%は、ファンモータを動か
すために必要な最大屋外ファン速度RPMの百分率、C
Sは、総スピード範囲に対して標準化された前記コンプ
レッサの速度、TOCは、前記屋外コイルの動作温度
(冷却時にはコンデンサの飽和温度と等しく、加熱時に
はエバポレータの飽和温度と等しい)、a、b及びcは
定数である〕ことを特徴とする請求項1記載のヒートポ
ンプシステムの屋外ファン制御装置。 - 【請求項6】 変速コンプレッサと、屋外コイルと、変
速可変モータを備えたファンとを有するヒートポンプシ
ステムの屋外ファン速度を制御する方法であって、 動作速度の値域について前記コンプレッサの速度を検出
するステップと、 屋外コイルにおける冷媒温度を検出するステップと、 前記コンプレッサの速度と前記冷媒温度の両方に応答し
て、前記動作速度の値域全体について前記ファンの動作
効率が最適なものとなるように前記ファンを制御するス
テップと、を有することを特徴とするヒートポンプシス
テムの屋外ファン制御方法。 - 【請求項7】 前記ファンを制御するステップが、以下
の数2に示すアルゴリズムに基づいて実行する、 【数2】 ファン速度%=a+b(CS)+c(TOC) 〔数2において、ファン速度%は、モータを動かすため
に必要な最大屋外ファン速度RPMの百分率、CSは、
総スピード範囲に対して標準化された前記コンプレッサ
の速度、TOCは、前記屋外コイルの動作温度(冷却時
にはコンデンサの飽和温度と等しく、加熱時にはエバポ
レータの飽和温度と等しい)、a、b及びcは定数であ
る〕ことを特徴とする請求項6記載のヒートポンプシス
テムの屋外ファン制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US709,514 | 1991-06-03 | ||
US07/709,514 US5144812A (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Outdoor fan control for variable speed heat pump |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05196310A JPH05196310A (ja) | 1993-08-06 |
JP2539571B2 true JP2539571B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=24850183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4141867A Expired - Fee Related JP2539571B2 (ja) | 1991-06-03 | 1992-06-03 | 屋外ファン制御装置及びこれを用いた屋外ファン制御方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5144812A (ja) |
JP (1) | JP2539571B2 (ja) |
KR (1) | KR950007023B1 (ja) |
BR (1) | BR9202114A (ja) |
IT (1) | IT1260521B (ja) |
MX (1) | MX9202613A (ja) |
TW (1) | TW235336B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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