JP3951263B2

JP3951263B2 - 空気調和機用排水ポンプの制御方法及びその空気調和機

Info

Publication number: JP3951263B2
Application number: JP2001339694A
Authority: JP
Inventors: 昭則古郡; 道夫小俣; 崇中條
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003139344A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機のドレンパン（水受け皿）に溜まったドレン水を排水するためのドレンポンプ（排水ポンプ）の構造と、ドレンポンプの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機の冷房運転時には、室内側熱交換器の表面に多量の結露が発生し、それがドレン化して滴下するため、このドレンを機外に排出するために、一般に、室内側熱交換器の底部にドレンパン（水受け皿）が設けられている。そして、ドレンパンに溜まったドレン水を排水するためにドレンポンプ（排水ポンプ）が設けられ、このドレンポンプにより、ドレンを室外に排出するようにしている。
【０００３】
このようなドレンポンプとして、たとえば、特開平２００１−１２３９７７号公報に記載されたものがある。
これを図１２により簡単に説明すると、図１２において、符号０１はポンプ本体０２内に形成されたポンプ室を、符号０３は吸入口、０４は排出口、０５はモータを示している。符号０６はドレン水ガイド部を示しており、このドレン水ガイド部０６の内側に、シャフト０７が軸芯方向に向かって伸びるとともに内端部がシャフト０７から離れて位置する複数の羽根部材を有するインペラ０８が取り付けられ、シャフト０７の下方に、軸方向に沿って板状の補助羽根０９が取り付けられている。各羽根部材の下端部がド−ナツ状のドレンガイド板で連結され、補助羽根０９との間に中空部を有するドレンガイド面０１０が形成されていて、ポンプ本体で形成される自由表面が羽根部材によりかき乱されるのを抑制し、気泡の発生や騒音、振動を逓減できるようになっている。このようなポンプを備えた空気調和機用排水ポンプとして、図１１に示す装置が提案されている。なお、図１１に示すポンプは、後述の本発明の実施形態のものとその一部が類似する構成となっているので、図１１には図１乃至図９に示すものと同じ部材には同じ符号を付し、ここでは説明を省略した。
【０００４】
また、ドレンポンプの運転制御装置として、特開平６−２２１５９６号公報に記載されたようなものが知られている。
これを図１３により説明すると、符号００３はドレンパン００２内に溜まったドレン水００１を排出するためのドレンポンプを示しており、このドレンポンプ００３は上部位置検出用サーミスタ００８および下部位置検出用サーミスタ００９で検出されたドレン水水位信号により運転制御装置されるようになっている。図１３中の符号００４は吸い込み口、００５は排出口、００６は排水管、００７は排水口、０２０は上部位置検出用サーミスタ００８および下部位置検出用サーミスタ００９が内在する防波筒、０２１は制御器を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示すようなドレンポンプの運転制御装置は、ドレンパン内の水位の検出にサーミスタを用いているため、ドレンパン内の水面が振動すると水位検出が不正確になるという問題点がある。
【０００６】
このほか、ドレンパン内にフロートを設けてドレンパン内の水位が上がってきたら作動するフロート式スイッチや、上部から管のような物を配置してなる圧力センサ（スイッチ）等も知られている。しかし、どちらも取付け場所について回るのが、ゴミや埃等の問題である。すなわち、ドレンパンの底にゴミ（砂など）が沈殿すると水がなくても有るように作動したりすることがある。
【０００７】
また、上部から配置されるフロート式スイッチや圧力センサ（スイッチ）は、圧力を受けて動くフロートや圧力を導入する管部分等に浮遊ゴミが付着すると動かなかったり塞がってしまったりして、それらの検出信号ではなかなかうまく制御できないという問題点がある。
【０００８】
更に、排水ポンプが定格回転数（電圧）で通常モードの動作をしているとき、どんどん排水するが、ドレンパンのドレン水位が下がり、吐出圧力が下がってバランス状態になって排水の必要がない時でも、排水ポンプの回転数は一定であり、余分の消費電力を使用し、騒音や振動も発生したままである。
【０００９】
本発明は、排水ポンプにおいて、その制御のためにドレンポンプの排水水頭圧の検出に圧力センサを用いるとともに、圧力センサをポンプ本体あるいは吐出口もしくは排水配管中に設けることによって、ゴミの少ないドレン水の排水水頭圧の正確な測定を可能にする。また、圧力センサで検出された排水水頭圧及びポンプ駆動用直流モータの回転数を検出することによってドレンパンに溜るドレン水の排出の要否を判断し、排出の必要がないときは、ドレンポンプの回転数を低減するようにした空気調和機用排水ポンプの制御方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内部に羽根部材を回転可能に内蔵するポンプ部と前記羽根部材を駆動するとともにモータの回転数を検出する回転検出部を有する直流モータを備えた排水ポンプをドレンパンに配設し、前記ポンプ部から排出される排水水頭圧を検出する圧力検出部を備える空気調和機の排水ポンプの制御方法において、前記排水ポンプの運転開始時には定格回転数で運転し、前記運転開始時の排水水頭圧と回転数と所定時間経過後の排水水頭圧と回転数とをそれぞれ比較し、排水水頭圧には変化がなく回転数が増加した場合には前記ドレンパンに溜るドレンの水位低下と判断し、水位低下と判断した場合には前記直流モータの回転数を下げることを課題解決の手段としている。
請求項２の発明は、前記直流モータの回転数を下げる過程において、前記排水水頭圧が下がり始めたときの回転数である第２回転数で前記排水ポンプを運転し、前記第２回転数で運転中に回転数の減少及び排水水頭圧が増加した場合には前記ドレンパンの水位増加と判断し、水位増加と判断した場合には前記直流モータの回転数を前記定格回転数にすることを課題解決の手段としている。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気調和機用排水ポンプの制御方法により制御する空気調和機を構成することを課題解決の手段としている。
【００１１】
請求項１の発明によれば、圧力センサで検出された排水水頭圧及びポンプ駆動用直流モータの回転数を検出してその検出した回転数によってドレンパンに溜るドレン水の排出の要否を判断し、排出の必要がないときはドレンポンプの回転数を低減するようにしたので、空気調和機の余分な消費電力の使用がなくなり、騒音や振動も低減される。
【００１２】
請求項２の発明によれば、圧力センサで検出された排水水頭圧及びポンプ駆動用直流モータの回転数を検出してその検出した回転数によってドレンパンに溜るドレン水の排出の要否を判断し、排出の必要がないときはドレンポンプの回転数を低減状態で維持し、排出の必要が生じたときはドレンポンプの回転数を増加するようにしたので、空気調和機の余分な消費電力の使用がなくなり、騒音や振動も低減される。
【００１３】
請求項３の発明によれば、空気調和機として、余分な消費電力の使用がなくなり、騒音や振動も低減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面により説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るドレンポンプを示す断面図、図２は本発明の第２実施形態に係るドレンポンプを示す断面図、図３は本発明の第３実施形態に係るドレンポンプを示す断面図、図４は本発明の第４実施形態に係るドレンポンプを示す断面図、図５は本発明の第５実施形態に係るドレンポンプを示す断面図、図６は図５の一部を拡大して示す断面図、図７は図４のドレンポンプの排水時の状態を示す断面図、図８は図４のドレンポンプの排水が終了してバランスしている状態を示す断面図、図９は図４のドレンポンプの回転数を下げて待機モードに入った状態示す断面図、図１０はドレンポンプの制御方法を示すフローチャ−トである。
【００１５】
図１により第１実施形態について説明する。ポンプ本体１４は、取付け部１に取付け板１７を介して取付けられた直流モータ１３に直接取り付けられている。ドレンポンプの吸込み口１２はドレンパン２に開口しており、吐出口１１にＬ字型の排水配管５が接続されている。符号１５はポンプ蓋、１６は直流モータ１３に接続された電源線（信号線を含む）、２２はドレンパン２内のドレン、３０はドレンの安定水位（吸込み水位）を示している。
【００１６】
この第１実施形態のドレンポンプでは、ドレンポンプの排水水頭圧を検出する圧力センサ２０が、ポンプ本体１４に直接取り付けられている。符号１８は圧力センサ２０の電源線（信号線を含む）を示している。圧力センサ２０としては、例えば図１４に示すものが好適である。
【００１７】
即ち、圧力センサ２０は、流入口２０１と流出口２０２とダイヤフラム２０３とにより流路を形成する継手本体２０４と、継手本体２０４上にダイヤフラム２０３の周縁を挟持して固定する基板支持体２０５と、基板支持体２０５内に摺動自在に設けられたダイヤフラム２０３の上面に固定した受圧板２０６と、受圧板２０６の摺動面に設けられた永久磁石２０７と、永久磁石２０７の対抗位置に固定したホール素子２０８と、受圧板２０６をダイヤフラム２０３側に押圧する主バネ２０９とからなり、ダイヤフラム２０３に主バネ２０９に対抗するバネ力を付与しているホール素子を用いたものである。
【００１８】
図２により第２実施形態について説明する。
この第２実施形態のドレンポンプでは、ドレンポンプの吐出口１１に圧力センサ受圧口１９が分岐され、この圧力センサ受圧口１９に圧力センサ２０が取り付けられている。
【００１９】
図３に示す第３実施形態のドレンポンプでは、Ｌ字型の排水配管５の水平端部に圧力センサ２０が取り付けられている。
【００２０】
図４に示す第４実施形態のドレンポンプでは、Ｌ字型の排水配管５の立ち上がり部に、分岐管１９Ａを介して圧力センサ２０が取り付けられている。
【００２１】
図５に示す第５実施形態のドレンポンプでは、圧力センサ２０がモータ１３に内蔵されている。この例の場合、圧力センサ２０に排水水頭圧を伝達するために、ドレンポンプの吐出口１１と圧力センサ２０との間に吐出圧検知用チューブ５２が設けられている。図６において、符号１９ａはチュ−ブ５２と圧力センサ２０との接続部としての圧力センサ受圧口を、符号１９ｂはチューブ５２と吐出口１１との接続部としての吐出圧力専用口を示している。
【００２２】
前記の各実施形態のものでは、圧力センサ２０の取付け位置がゴミの少ないドレン水の排水水頭圧を正確に測定することが可能な位置となっている。圧力センサ２０で検出された排水水頭圧及び排水ポンプ駆動用直流モータの回転数を検出し、検出された回転数によって、ドレンパンに溜るドレン水の排出の要否を判断し、排出の必要がないときはドレンポンプの回転数を低減することによって余分な消費電力を使用することがなく、また騒音や振動も低減することができる。
【００２３】
図４に示したドレンポンプを例に作動を説明する。
図７は、ポンプが運転されて排水が行われている状態（通常モード）を示している。なお、寸法「Ａ」は、圧力センサ２０の取付け位置（ドレンパン２底面から圧力センサ２０の中心部までの垂直寸法）を示す。
【００２４】
図７に示す運転が継続すると、やがてドレンパン２内のドレン水位が低下し、排水が行われない状態となる。この状態を通常「バランス状態」という。図８はドレンポンプがバランス状態にあるときを示している。このとき、従来のものでは、モータは通常モードと同じ電圧で作動しているので、排水が終わり、バランス状態になり水位が下がって回転数が上昇するため、無駄なエネルギーが消費されている。ところがこの実施形態のものでは、バランス状態になると、モ−タ１３の回転数を下げる制御が行われる。その結果、ドレンポンプの吐出圧が低下し、待機揚程４４（＝Ａ＋Ｂ）は、図９に示すように、図８のバランス揚程４２よりも低くなる。図９に示す状態を「待機モード１」と呼ぶ。即ち、待機モード１は、使用揚程に適合する排水に必要なドレンポンプの回転数より下回る状態をいう。
【００２５】
待機モード１中、ドレンの水位が上がってくると、その変化に応じて吐出圧力が上昇する。その状態が圧力センサ２０で感知されると、モータ１３の回転数を定格回転数まで上昇させる制御が行われ、ドレンポンプは通常モードに戻る。上記の制御はマイコンにより行われる。マイコンによる制御については、次に詳述する。
【００２６】
次に、前記の制御を、図１０に示すフローチャートにより説明する。
ドレンポンプ駆動用モータ（直流モータ）１３に「ＯＮ」信号が付与される（ステップＳ１）。「ＯＮ」信号を受けてドレンポンプは、定格回転数で回転し、つまり通常モードで運転されて排水が行われる（ステップＳ２）。
【００２７】
この運転中、圧力センサ２０により、ドレンポンプの排水水頭圧（吐出圧）の検出と、ポンプ回転数が測定される（ステップＳ３）。この検出値と回転数の監視が一定時間（例えば１０〜２０分、それは短時間の状態チェックではあまり意味がないため）行われる（ステップＳ４）。
【００２８】
圧力センサ２０により検出された排水水頭圧（吐出圧）と、ポンプ回転数のデ−タがマイコンに取り込まれ、排水水頭圧（吐出圧）とポンプ回転数とを一定時間監視して、その傾向（ドレンが溜まる傾向か溜まらない（減少）か）の判断が行われる（ステップＳ５）。ドレンが溜まる傾向であると判断されると、ステップＳ４に戻り、溜まらないと判断されると、ステップＳ６に進む。なお、溜まらないと判断された時は、吐出圧が変化せず、また回転数が上がり安定状態となる。また、このデ−タがマイコンに記憶されているので、２回目以降はステップＳ５から後述のステップＳ９の待機モード１へジャンプする。
【００２９】
ドレンが溜まらない状態が続くと、吐出圧を監視しながら回転数（電圧）を下げる（ステップＳ６）。この制御により吐出圧が下がり始めたら回転数（電圧）をその条件に固定し（ステップＳ７）、この回転数の条件がマイコンに記憶される（ステップＳ８）。そしてその状態で回転数、吐出圧を監視する（ステップＳ９）。この状態が「待機モード１」に相当する。
この待機モード１中、ドレンの溜まり具合が常に検出されていて（ステップＳ１０）、溜まらない状態が検出されている間は、この状態、すなわち待機モード１が維持される。つまりステップＳ９とステップＳ１０とが繰返実行される。
【００３０】
ステップＳ１０において、ドレンパンの水位が上昇すると、回転数の減少、吐出圧の増加が検出され、ステップＳ２に戻り、ドレンポンプは、定格回転数に戻り通常モードで運転されて排水がおこなわれる。この状態を「待機モード２」という。そしてそれ以降は前述と同様のステップが順次実行される。
【００３１】
ＤＣモータの回転数の検出は、例えば「パルス出力付きＤＣモータ」を使用することにより行うことができ、またＤＣモータは、回転数Ｎは電圧Ｖに比例し、ＮはトルクＴに反比例する。さらにＶが一定のとき電流ＩはＴに比例する特性を有している（図１５乃至１７参照）ので、このような特性を利用して、前記のようなドレンポンプの制御を行うことができる。図１８、１９は排水ポンプ電源１００、空気調和機用マイコン１０１、圧力センサ２０および排水ポンプの配線図の１例を示している。
【００３２】
次に、実例を挙げる。表１は、７５ｃｍの揚程で設置した例であって、バランスした時点で、排水ポンプの回転数を通常モードから待機モードへ回転数を変えることによって、圧力による揚程が１３ｃｍＨ _２Ｏ下がっている。この状態でドレンパンに水が供給されると、それに応じて圧力により揚程（吐出圧）が増える。表１の例では、待機モード１から待機モード２に変わり圧力による揚程が７５ｃｍＨ _２Ｏに戻ろうとする。即ち、負荷が増え、回転数が下がり水位が上がったという電気信号がマイコン１０１に送られ、マイコン１０１が通常モードに切り替えるように処理し、排水ポンプが通常モードで動作する。
【００３３】
【表１】

【００３４】
以上詳述したように、本発明によれば、排水時の水頭圧（吐出圧）を測定することによって、使用揚程がドレンポンプを動作させた時に確認できる。その結果、エアコン自体がチェックできることになる。その条件としては、排水を開始した信号として圧力検知部の圧力上昇が合図となり、その後一定期間回転数の変化がない排水状態の吐出圧も使用揚程として読み取れるし、その後の排水が終了して圧力は変化がないが回転数が増えて負荷が減った状態（ドレンパンに水が減った状態）が、バランス状態となり、より正確な使用揚程が確認できる。
この揚程を確認することで、ユニット設置時の配管が仕様通りになされているかいないかを配管を見なくても確認できる。
また、設置上やむを得ず屋根裏の梁を何回か乗り越えるような状態（トラップ状態）があっても、規定の揚程範囲内であれば問題ないことが確認できる。
【００３５】
このように、吐出圧を測定することによって、ドレンポンプの設置された状態とそのデ−タに基づいた適切な回転数が与えられ、ドレン水を排水することができる。
【００３６】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、今まで排水側の配管途中に不具合が生じても、エアコンを止めるとか異常を表示する等の対応が取れなかったが、排水ポンプの吐出圧を監視することによって、設置後に起きた吐出圧異常が即ち配管の詰まりや配管の外れ等であるということが判断できる。つまり、配管詰りであれば吐出圧は使用揚程を遙かに上回る締切り揚程に達するし、途中の配管が外れておれば、ユニット設定時の使用揚程よりも低くなってしまうからである。
また、バランス時に回転数を下げていくと、吐出圧が下がり始めるポイントがあり、このポイント以下の回転数でドレンポンプを動かしている時にドレンポンプの水位が上昇すると、その変化に応じて吐出圧が上昇する。その状態を感知して、定格回転数まで回動数を上昇させて通常モードに戻すことにし、前記の吐出圧が下がり始めるポイントでの動きを「待機モード」とすれば、この２つのモードを繰り返すことによって、通常モードでは排水するがその必要のない時は待機モードで消費電力を抑制することができ、回転数を落としているので、さらに低騒音になり、振動も小さくすることができる。
【００３７】
また、排水ポンプの吐出圧と回転数を同時に監視することによって、排水ポンプの回転数が検出されているのに吐出圧が測定されない場合に羽根部材が損傷しているとか外れていると考えられる場合等の排水ポンプ自体の故障の検知ができる。更に、通常モードで確認した排水ポンプの回転数で回転しているのに、吐出圧がそれ以上（締切揚程相当）になっている場合に、ドレン配管が詰まりかけているとか破損している等の検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るドレンポンプを示す断面図である。
【図２】発明の第２実施形態に係るドレンポンプを示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るドレンポンプを示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るドレンポンプを示す断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るドレンポンプを示す断面図である。
【図６】図５の一部を拡大した断面図である。
【図７】図４のドレンポンプの排水時の状態を示す断面図である。
【図８】図４のドレンポンプの排水が終了してバランスしている状態を示す断面図である。
【図９】図４のドレンポンプの回転数を下げて待機モードに入った状態を示す断面図である。
【図１０】ドレンポンプの制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】従来のドレンポンプを示す断面図である。
【図１２】従来のドレンポンプを示す断面図である。
【図１３】従来のドレンポンプを示す断面図である。
【図１４】圧力センサの一実施例の断面図である。
【図１５】直流モータの回転数Ｎと電圧Ｖとの関係を示す特性図である。
【図１６】直流モータの回転数ＮとトルクＴとの関係を示す特性図である。
【図１７】直流モータの電流ＩとトルクＴとの関係を示す特性図である。
【図１８】本発明の配線図の１例である。
【図１９】本発明の配線図の他の例である。
【符号の説明】
１取付部
２ドレンパン
１３モータ
１４ポンプ本体
１６電源線（信号線を含む）
１８圧力センサ用電源線（信号線を含む）
２０圧力センサ
４０揚程
４２バランス揚程
４４待機揚程

Claims

内部に羽根部材を回転可能に内蔵するポンプ部と前記羽根部材を駆動するとともにモータの回転数を検出する回転検出部を有する直流モータを備えた排水ポンプをドレンパンに配設し、前記ポンプ部から排出される排水水頭圧を検出する圧力検出部を備える空気調和機の排水ポンプの制御方法において、前記排水ポンプの運転開始時には定格回転数で運転し、前記運転開始時の排水水頭圧と回転数と所定時間経過後の排水水頭圧と回転数とをそれぞれ比較し、排水水頭圧には変化がなく回転数が増加した場合には前記ドレンパンに溜るドレンの水位低下と判断し、水位低下と判断した場合には前記直流モータの回転数を下げることを特徴とする空気調和機の排水ポンプの制御方法。
前記直流モータの回転数を下げる過程において、前記排水水頭圧が下がり始めたときの回転数である第２回転数で前記排水ポンプを運転し、前記第２回転数で運転中に回転数の減少及び排水水頭圧が増加した場合には前記ドレンパンの水位増加と判断し、水位増加と判断した場合には前記直流モータの回転数を前記定格回転数にすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の排水ポンプの制御方法。
請求項１又は請求項２に記載の空気調和機用排水ポンプの制御方法により制御することを特徴とする空気調和機。