JP4078447B2 - 空気調和機及び空気調和機の室外機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機及びその室外機に係り、特に、室外熱交換器に通風する送風ファンを制御する制御装置を備えた空気調和機及びその室外機に関する。
【0002】
【従来の技術】
空気調和機は、室外熱交換器が格納される室外機と、室内熱交換器が格納される室内機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧する膨張弁とを備え、室外熱交換器、圧縮機、室内熱交換器及び膨張弁が順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有して構成されている。このような室外機には、周囲の雰囲気を室外熱交換器に通風させる送風ファンが設けられ、この送風ファンは、送風羽根と送風羽根を回転駆動させるモータで形成されている。
【0003】
このような空気調和機で暖房運転を行うと、室外熱交換器の伝熱面に霜が付着することがある。この霜は、熱交換を妨げて運転効率の低下の原因となるので、通常の空気調和機では、霜の付着を感知したら冷凍サイクルを循環する冷媒を逆流させ、室外熱交換器で冷媒を凝縮させることにより発生する熱で霜を溶かす、いわゆる除霜運転を行うようになっている。
【0004】
具体的に、従来では、着霜により室外熱交換器の風路が狭められて通風抵抗が増し、これによりモータの負荷が上がることに着目し、モータの負荷に相関する電圧値を検出し、この電圧値が設定電圧値になったら除霜運転を開始するというものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、着霜により風路の大半が塞がるとサージングが発生してモータの回転数が不安定に増減することに着目し、このモータの回転数が不安定な状態になったら着霜したとみなし、除霜運転を行うというものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−22465542号公報(第2−4頁、第1図)
【特許文献2】
特開平9−324968号公報(第2−4頁、第2−4図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、除霜運転の最中は暖房運転を行うことができないので、除霜運転を行う間隔をなるべく長くすることが好ましい。したがって、従来では、霜が付着したら直ちに除霜運転を開始するのではなく、霜の付着量が許容できる範囲を超える程度になってから除霜運転する方法が採用されている。しかし、この方法では、除霜運転を開始するまでに多少の着霜があり、この着霜により熱交換が妨げられて空気調和機の能力が低下するという問題がある。
【0007】
本発明の課題は、着霜による空気調和機の能力の低下を抑制することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷媒が通流する室外熱交換器と、送風羽根及びモータで形成され室外熱交換器に通風させる送風ファンと、モータの回転数を設定回転数に制御する制御装置と、モータの電流値を検出する電流検出器とを備えた空気調和機の室外機において、制御装置は、電流値と比較する除霜判定値と、除霜判定値より低い範囲に多段に設定される複数の回転数変更判定値とを有し、電流値が各回転数変更判定値を超えるごとに設定回転数を増加させ、電流値が除霜判定値以上のとき除霜運転を開始することにより上記課題を解決する。
【0009】
このように室外熱交換器の着霜に応じて送風ファンの回転数を増加させ、室外熱交換器に通風する風量を増加させることで交換熱量を増加することができる。これにより、着霜により低下する分の交換熱量を補うことができ、空気調和機の能力の低下を抑制することができる。また、回転数変更判定値を段階的に上げるようにしたので、送風ファンの騒音が必要以上に大きくなることを防止することができる。さらに、除霜運転の開始直前のみに送風ファンの回転数を増加させるので、送風ファンによる騒音が大きくなる時間を短くできる。また、着霜が比較的多くなる除霜運転の開始直前に、特に、空気調和機の能力の低下を抑制できる。したがって、例えば、暖房運転中、常時、送風ファンの回転数を高く運転して着霜自体を抑制するような制御に比べて快適な運転環境を提供できる。
【0010】
ここで、設定回転数の増加量は、判定値を電流値の増加を検出する度に一定量、例えば微小量だけ増加させるように制御できるが、これに代えて、電流値の増加量に比例させて設定回転数の増加量を変化させるようにもできる。また、制御装置がモータの回転数を設定回転数に制御するとしたが、これは、例えば、DCモータの回転数Nを検出し、設定回転数Noと比較してN>Noのときモータに供給する電流を減少させ、N<Noのときモータに供給する電流を増加させることにより実現できる。この場合において、モータのハンチングを防止するために、例えば、PID制御や設定回転数Noに不感帯を持たせるなどの設計が施されていることは言うまでもない。
【0013】
また、各回転数変更判定値、及び除霜判定値は、例えば、事前の試験またはシミュレーションで予め求めた室外熱交換器の着霜状態とモータの運転電流との関係により適宜設定することができる。具体的に、最下段の回転数変更判定値は、室外熱交換器に霜が付き始める値に、また、除霜判定値は、室外熱交換器が許容できる限界量の霜が付着する値に設定することができる。また、設定回転数の増加量は、電流値が回転数変更判定値を超えるたびに一定量、例えば、微小量増加させるようにする。なお、増加させた設定回転数は、除霜運転終了後に初期値に戻すようにすることができる。
【0014】
ところで、室外熱交換器の通風抵抗により着霜状態を把握する方法では、例えば、風路にゴミなどが堆積して通風抵抗が増した場合でも、着霜したと判断してしまう問題がある。そこで、本発明では、制御装置は、室外熱交換器が正常な状態であるときの各回転数に対応するモータの電流値をそれぞれ理想値として記憶しておき、運転開始時に、設定回転数で駆動されるモータの電流値と、この設定回転数に対応する理想値との差に応じて回転数変更判定値及び除霜判定値を補正することを特徴とする。
【0015】
すなわち、例えば出荷時などのゴミなどが付着していない目詰まりのない状態と、着霜はしていないがゴミなどが付着している実際の状態とを比較して、ゴミなどによる通風抵抗の増加分、つまり、電流値の増加分を求め、この増加分を回転数変更判定値及び除霜判定値から減算する補正を行う。これにより、ゴミなどの付着による通風抵抗の影響を除外できるので、正確に着霜状態を把握することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明を適用してなる空気調和機の室外機の第1の実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。図1は、本発明を適用してなる空気調和機の全体構成図である。図2は、本発明を適用してなる空気調和機の室外機の第1の実施形態の概略構成図である。図3は、本発明を適用してなる空気調和機の第1の実施形態の制御を示したフローチャートである。
【0017】
本実施形態の空気調和機は、図1に示すように、室外機1と室内機3とを備えて構成されている。室外機1は、冷媒が通流する室外熱交換器5と、室外熱交換器5に周囲の空気を通風させる軸流式の送風ファン7と、冷媒を圧縮する圧縮機9とを備え、室内機3は、室内熱交換器11と冷媒を減圧する減圧弁13を備えて構成されている。室外熱交換器5、圧縮機9、室内熱交換器11及び膨張弁13は、冷媒が封入される循環管路15により順次環状に連結され冷凍サイクルを形成している。圧縮機9は、四方弁17を介して循環管路15に連結され、例えば、暖房運転時、圧縮機9により室外熱交換器5内の冷媒が吸引され、冷房運転時、圧縮機9により圧縮された冷媒が室外熱交換器5に導かれるように切り替えられる。送風ファン7は、送風羽根19と送風羽根19を回転駆動させるDCモータ21とで形成されている。DCモータ21は、制御装置23により回転数が制御されるようになっている。制御装置23は、図2に示すように、DCモータ21に供給する電流を調整する電源部25と、DCモータ21の回転数Nを検出する回転数検出器27と、DCモータ21の電流値Iを検出する電流検出器29とを備えて構成されている。また、制御装置23には、データベース31が格納され、データベース31には、判定値I1、I2と、設定回転数Noに対応する理想値Ioとがそれぞれ記憶されている。
【0018】
このような空気調和機の暖房運転時の制御動作について図3を参照して説明する。まず、図3に示すように、暖房運転が開始されると、制御装置23は、設定回転数Noを取り込む(ステップS1)。ここで、制御装置23は、回転数検出器27からDCモータ21の回転数Nを取り込み、設定されている設定回転数Noと比較し、N>Noのとき電源部25からDCモータ21に供給する電流を減少させ、N<Noのとき電源部25からモータに供給する電流を増加させる制御を行い、DCモータ21の回転数Nは、設定回転数Noに調整される。
【0019】
次に、制御装置23は、データベース31から判定値I1、I2を取り込む(ステップS2)とともに、電流検出器29からDCモータ21の電流値Iを取り込む(ステップS3)。そして、電流値Iと、判定値I1、I2とを比較する(ステップS4、S5)。この比較の結果、I≦I1のときはステップS3に戻り、I1<I<I2のときはステップS6に進む。また、I>I2のときは除霜運転を開始する指令を空気調和機の制御装置に出力する(ステップS7)。ステップS6において、設定回転数Noにnを加算して新たな設定回転数No(=No+n)に設定する(ステップS6)。そして、判定値I1にiを加算して判定値I1(=I1+i)に更新し(ステップS8)、言い替えれば、電流値Iの比較対象を次段の判定値I1に変更して、ステップS3に戻る。
【0020】
このような制御を行うことにより、室外熱交換器5の着霜に応じて送風ファン7の回転数を増加させることで、室外熱交換器5に通風する風量を増加させて交換熱量を増加できるから、着霜により低下する交換熱量を補うことができ、空気調和機の能力の低下を抑制することができる。また、図5に示すように、判定値I1をiづつ段階的に上げるようにしたので、送風ファン7の騒音が必要以上に大きくなることを防止することができる。また、除霜運転の開始直前のみに送風ファン7の回転数を増加させるので、送風ファンによる騒音が大きくなる時間を短くできる。さらに、着霜が比較的多くなる除霜運転の開始直前に、特に、空気調和機の能力の低下を抑制できる。なお、図5は、縦軸にDCモータ電流値I及びDCモータ回転数Nを、横軸に運転モード(時間)を表し、着霜による電流値I及び回転数Nの変化の一例を示したグラフである。
【0021】
このように本実施形態によれば、除霜開始直前のみに送風機の回転数を増加させることができ、能力低下を防止するとともに、室外機の騒音の増加も少ない時間に抑制することができる。
【0022】
また、本実施形態では、ステップS6において、設定回転数Noに一定の回転数nを加算させることにより、送風ファン7の回転数Nを増加させているが、これに代えて、Noに係数αを乗算させるようにしてもよい。また、ステップS8において、判定値I1にiを加算させて送風ファン7の回転数Nを増加させる閾値を上昇させているが、判定値I1に係数αを乗算させるようにしてもよい。また、送風ファン7のモータをDCモータとしたが、これに限らず、回転数が一定に制御されて、負荷に応じて電流値が変化するものであれば本発明を適用することができる。
(第2の実施形態)
図4に本発明に係る空気調和機の第2実施形態のフローチャートを示す。本実施形態の制御動作について第1の実施形態と異なる点は、ゴミなどが付着していない目詰まりのない状態と、着霜はしていないがゴミなどが付着している実際の状態とを比較して、ゴミによる通風抵抗の増加分を求め、この増加分を回転数変更判定値及び除霜判定値から減算して補正することにある。したがって、第1の実施形態と同一のものについては同じ符号を付して説明を省略する。
【0023】
本実施形態の空気調和機は、室外熱交換器5が正常な状態であるときの各回転数Noに対応するモータの電流値Ioをそれぞれ理想値としてデータベース31に記憶しておき、運転開始時に、設定回転数Noで駆動されるDCモータ21の電流値Isと、この設定回転数Noに対応する理想値Ioとの差に応じて判定値I1、I2を補正するようになっている。
【0024】
このように構成される空気調和機の制御動作は、図4に示すように、まず、冷凍サイクルを運転させない状態で送風ファン7のみを運転させる、いわゆる送風運転が開始され、電流検出器29からDCモータ21の電流値Isを取り込み(ステップS11)、設定回転数Noを取り込む(ステップS12)。ここで、制御装置23は、回転数検出器27からDCモータ21の回転数Nを取り込み、設定されている設定回転数Noと比較し、N>Noのとき電源部25からDCモータ21に供給する電流を減少させ、N<Noのとき電源部25からモータに供給する電流を増加させる制御を行い、DCモータ21の回転数Nは、設定回転数Noに調整される。
【0025】
次に、制御装置23は、データベース31から設定回転数Noに対応する理想値Ioを取り込み(ステップS13)、IsからIoを減算して補正値ΔIを求める(ステップS14)。そして、データベース31から、判定値I1、I2を取り込む(ステップS15)とともに、電流検出器29からDCモータ21の電流値Iを取り込む(ステップS16)。この電流値Iと、補正値を減算した判定値I1−ΔI、I2−ΔIとを比較し(ステップS17、S18)、比較の結果、I≦I1−ΔIのときはステップS16に戻り、I1−ΔI<I<I2−ΔIのときはステップS19に進む。また、I>I2−ΔIのときは除霜運転を開始する指令を空気調和機の制御装置に出力する(ステップS20)。ステップS19において、設定回転数Noにnを加算して新たな設定回転数No(=No+n)に設定(ステップS19)するとともに、判定値I1にiを加算して新たな判定値I1(=I1+i)に設定し(ステップS21)、ステップS16に戻る。
【0026】
このように本実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、ゴミの付着による通風抵抗の影響を除外できるので、正確に着霜状態を把握することができる。言い換えれば、塵埃等による目詰まり状態を把握して、正確に着霜状態を予測することができるのである。
【0027】
また、本実施形態では、ステップS19において、設定回転数Noに一定の回転数nを加算させることにより、送風ファン7の回転数Nを増加させているが、これに代えて、Noに係数αを乗算させるようにしてもよい。また、ステップS21において、判定値I1にiを加算させて送風ファン7の回転数Nを増加させる閾値を上昇させているが、判定値I1に係数αを乗算させるようにしてもよい。また、送風ファン7のモータをDCモータとしたが、これに限らず、回転数が一定に制御されて、負荷に応じて電流値が変化するものであれば本発明を適用することができる。
【0028】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、着霜による空気調和機の能力の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用してなる空気調和機の全体構成図である。
【図2】本発明を適用してなる空気調和機の室外機の第1の実施形態の概略構成図である。
【図3】本発明を適用してなる空気調和機の第1の実施形態の制御を示したフローチャートである。
【図4】本発明を適用してなる空気調和機の第2の実施形態の制御を示したフローチャートである。
【図5】縦軸にDCモータ電流値I及びDCモータ回転数Nを、横軸に運転モードを表し、着霜による電流値I及び回転数Nの変化の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
5 室外熱交換器
7 送風ファン
19 送風羽根
21 モータ
23 制御装置
25 電源部
27 回転数検出器
29 電流検出器
Claims (3)
- 冷媒が通流する室外熱交換器と、送風羽根及びモータで形成され前記室外熱交換器に通風させる送風ファンと、前記モータの電流値を検出する電流検出器と、前記モータの回転数を検出する回転数検出器と、該回転数検出器の出力に基づいて前記モータの回転数を設定回転数に制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電流値と比較する除霜判定値と、該除霜判定値より低い範囲に多段に設定される複数の回転数変更判定値とを有し、
前記電流値が前記各回転数変更判定値を超えるごとに前記設定回転数を増加させ、前記電流値が前記除霜判定値以上のとき除霜運転を開始する指令を出力する空気調和機の室外機。 - 前記制御装置は、前記室外熱交換器が正常な状態であるときの前記モータの各回転数に対応する電流値を理想値として記憶しておき、
運転開始時に、設定回転数に制御される前記モータから検出する電流値と当該設定回転数に対応する理想値との差に応じて、前記各回転数変更判定値及び前記除霜運転判定値を補正することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機の室外機。 - 請求項1又は2に記載の室外機と、室内熱交換器が格納される室内機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を減圧する膨張弁とを備え、前記室外熱交換器、前記圧縮機、前記室内熱交換器及び前記膨張弁が順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有する空気調和機。
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