JP7386094B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
<空気調和機の構成>
図1は、第1実施形態に係る空気調和機100の構成図である。
なお、図1の実線矢印は、暖房サイクルにおける冷媒の流れを示している。
一方、図1の破線矢印は、冷房サイクルにおける冷媒の流れを示している。
空気調和機100は、冷房運転や暖房運転等の空調を行う機器である。図1に示すように、空気調和機100は、圧縮機11と、室外熱交換器12(熱交換器)と、室外ファン13(ファン)と、膨張弁14と、を備えている。また、空気調和機100は、前記した構成の他に、室内熱交換器15と、室内ファン16と、四方弁17と、を備えている。
室外熱交換器12は、その伝熱管g(図4参照)を通流する冷媒と、室外ファン13から送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。
室内ファン16は、室内熱交換器15に室内空気を送り込むファンである。このような室内ファン16として、例えば、横流ファンが用いられる。室内ファン16は、駆動源である室内ファンモータ16a(図2参照)を備え、室内熱交換器15の付近に設置される。なお、室内ファンモータ16aとして、例えば、同期モータといった三相交流モータが用いられる。
図2に示す室内機Uiは、前記した室内ファンモータ16a(図1も参照)の他に、リモコン送受信部21と、室内温度センサ22と、左右風向板用モータ23と、上下風向板用モータ24と、表示ランプ25と、室内制御回路31と、を備えている。
室内温度センサ22は、室内温度(空調対象空間の温度)を検出するセンサであり、室内機Uiの所定箇所に設置されている。リモコン40からリモコン送受信部21を介して受信した信号や、室内温度センサ22の検出値等は、室内制御回路31に出力される。
左右風向板用モータ23は、左右風向板(図示せず)の左右方向の角度を調整するモータである。上下風向板用モータ24は、上下風向板r(図1参照)の上下方向の角度を調整するモータである。
表示ランプ25は、所定の表示を行うものであり、室内機Uiの所定箇所に設置されている。
記憶部31aには、所定のプログラムの他、リモコン送受信部21を介して受信したデータや、各センサの検出値等が記憶される。
室内制御部31bは、記憶部31aに記憶されたデータに基づいて、室内ファンモータ16a、左右風向板用モータ23、上下風向板用モータ24、表示ランプ25等を制御する。
室外温度センサ26は、室外温度を検出するセンサであり、室外機Uoの所定箇所に設置されている。
室外熱交換器温度センサ27は、室外熱交換器12(図1参照)の温度を検出するセンサであり、室外熱交換器12に設置されている。室外温度センサ26や室外熱交換器温度センサ27の検出値は、室外制御回路32に出力される。
図3は、室外機が備える室外制御回路32の構成図である。
図3に示すように、室外制御回路32は、ノイズフィルタ3aと、交直変換器3bと、スナバコンデンサ3c,3dと、ファン用インバータ回路3eと、圧縮機用インバータ回路3fと、を備えている。また、室外制御回路32は、前記した構成の他に、シャント抵抗3h,3iと、MCU3s(Micro Controller Unit)と、ドライバIC3t,3u(Integrated Circuit)と、を備えている。
交直変換器3bは、ノイズフィルタ3aを介して自身に印加される交流電圧を直流電圧に変換する回路である。図3に示すように、交直変換器3bは、整流回路31bと、平滑コンデンサ32bと、を備えている。
整流回路31bは、三対のダイオード(図示せず)がブリッジ形に接続されてなる周知のダイオードブリッジ回路である。平滑コンデンサ32bは、整流回路31bから印加される電圧(脈動する直流電圧)を平滑化する電解コンデンサである。
シャント抵抗3iは、圧縮機用インバータ回路3fに流れる電流を検出するものであり、配線nにおいて、スナバコンデンサ3dと圧縮機用インバータ回路3fとの間に設けられている。これらのシャント抵抗3h,3iに流れる電流の各検出値は、MCU3sに出力される。
ドライバIC3tは、MCU3sから入力される制御信号に基づいて、ファン用インバータ回路3eの各スイッチング素子Su,Sdのオン/オフを所定に切り替える。別のドライバIC3uは、MCU3sから入力される制御信号に基づいて、圧縮機用インバータ回路3fの各スイッチング素子Su,Sdのオン/オフを所定に切り替える。
図4は、室外機Uoの筐体50の前板、後板、及び天板を取り外した状態の斜視図である。
なお、図4では、膨張弁14(図1参照)や四方弁17(図1参照)の図示を省略している。図4の例では、平面視でL字状を呈する室外熱交換器12が、室外機Uoの筐体50の底板51に設置されている。室外熱交換器12は、所定間隔ごとに配置される複数のフィンfと、これらのフィンfを貫通する複数の伝熱管gと、を備えている。
支持部材70は、室外ファン13を支持するものであり、筐体50の底板51や固定板54に設置されている。このような支持部材70として、金属製のものが用いられてもよい。
図5に示すように、室外ファン13は、室外ファンモータ13aの他に、外形円筒状のハブ13bと、このハブ13bの外周面に設置されるプロペラ13cと、を備えている。ハブ13bの中心軸線X上に設けられた孔hには、室外ファンモータ13aの軸iが差し込まれて固定される。そして、室外ファンモータ13aの回転に伴って、ハブ13b及びプロペラ13cが一体で回転するようになっている。
フレーム71は、正面視で縦方向に細長い四角枠状を呈し、側面視で概ね上下方向に延びている。より詳しく説明すると、フレーム71は、側面視において、上下方向の中央部分(室外ファンモータ13aの設置箇所)が前方にせり出すように所定に湾曲している。
モータ締結部74は、室外ファンモータ13aが締結される板状の金属片であり、所定に折り曲げられて横架部72に固定されている。なお、他方のモータ締結部75についても同様である。
2つのガイド部78,78は、室外ファンモータ13aの配線(図示せず)の引き回し等に用いられるものであり、フレーム71の一方の脚71bから前方に延びている。
なお、図5に示す構成は一例であり、支持部材70等の構成は、これに限定されるものではない。
図6は、除霜運転及び共振運転の処理を含むフローチャートである(適宜、図1、図2を参照)。
なお、図6では省略しているが、ステップS101の「START」時には、暖房運転が行われているものとする。
ステップS101において制御部30は、除霜運転の開始条件が成立しているか否かを判定する。例えば、外気が低温多湿のときに暖房運転を行うと、室外熱交換器12(蒸発器)が着霜しやすく、着霜した霜の成長に伴って、室外熱交換器12の熱交換性能が徐々に低下する。そこで、室外熱交換器12の霜を溶かして、その熱交換性能を回復するために、制御部30が除霜運転(S102)を行うようにしている。
図7は、室外熱交換器12の模式図である。
なお、図7では、室外熱交換器12の構成を簡略化して図示している。また、図7では、除霜運転(冷房サイクル)における冷媒の流れを矢印で示している。
図7に示すように、室外熱交換器12は、所定間隔ごとに配置される複数のフィンfと、複数のフィンfを貫通する複数の伝熱管gと、を有している。そして、室外熱交換器12において、冷媒が所定に蛇行しながら通流するように、伝熱管gが接続されている。
仮に、フィンfの間の隙間に水が残った状態で放置されると、埃等の汚れが溜まったり、フィンfが腐食したりして、室外熱交換器12の熱交換効率の低下を招く。そこで、第1実施形態では、制御部30が共振運転(図6のS103)を行って、室外ファンモータ13aと室外熱交換器12とを間欠的に共振させ、フィンfの間の水分を振動で落下させるようにしている。
なお、図8では、室外ファン13の前側に設置されるファンガードの図示を省略している。図8に示すように、室外熱交換器12の上端・下端は、筐体50に固定されている。同様に、支持部材70の上端・下端も筐体50に固定されている。
なお、室外熱交換器12と支持部材70とが互いに接触していてもよいし、また、図8に示すように、室外熱交換器12と支持部材70とが接触していない構成であってもよい。室外熱交換器12と支持部材70とが接触していない構成でも、共振運転中(図6のS103)、室外ファンモータ13aの駆動に伴う振動が、支持部材70及び筐体50を順次に介して、室外熱交換器12に伝搬するからである。
なお、図9の横軸は、室外ファンモータ13aの振動数(1秒間当たりの振動の回数)であり、縦軸は、室外ファンモータ13aの振動の出力(振動の大きさ)である。
図9に示す「主波」とは、フーリエ変換に基づき、室外ファンモータ13aの振動波形を複数の正弦波に分解した場合の最も低い周波数成分の振動である。なお、「主波」の振動数を基本振動数f1という。
なお、図10の横軸は、室外ファンモータ13aの回転速度(単位時間当たりの回転数)であり、縦軸は、室外熱交換器12の振動の振幅である。例えば、室外ファンモータ13aの駆動に伴う「主波」の基本振動数f1(図9参照)が、室外熱交換器12の固有振動数(共振周波数)に等しくなるときの室外ファンモータ13aの回転速度をn1とする。この回転速度n1よりも大きい所定の回転速度が、共振運転(図6のS103)における上限値nHとして、予め設定されている。また、回転速度n1よりも小さい所定の回転速度が、共振運転における下限値nLとして、予め設定されている。
なお、図11の横軸は時刻である。また、図11の上図の縦軸は、室外ファンモータ13aの回転速度であり、図11の下図の縦軸は、室外熱交換器12の振動の振幅である。
例えば、室外熱交換器12の除霜運転(図6のS102)を行った後、制御部30は、図11の時刻t0~t7において、共振運転(図6のS103)を行う。具体的に説明すると、制御部30は、時刻t0から室外ファンモータ13aの駆動を開始し、室外ファンモータ13aの回転速度をゼロから上限値nHまで上昇させる。そして、制御部30は、上限値nHと下限値nLとの間で室外ファンモータ13aの回転速度を時間的に交互に増減させた後、室外ファンモータ13aを停止させる(図11の時刻t7)。
なお、正回転よりも逆回転の場合の方が室外ファン13の送風効率が低く、所定風量で送風する際の仕事量が小さいことが多い。つまり、正回転よりも逆回転の場合の方が、同一の入力電力でより高い回転速度まで室外ファン13を駆動することが可能になり、室外ファンモータ13aの回転速度の可動範囲を広くすることができる。その結果、室外熱交換器12の固有振動数に合わせて、室外ファンモータ13aの回転速度を調整しやすくなる。
その他、ユーザの快適性を考慮し、ユーザが就寝している夜間といった所定の時間帯には、共振運転を行わないようにしてもよい。
すなわち、共振運転において、室外ファンモータ13aの振動数(主波の振動数に等しい値)が変化する所定範囲には、室外熱交換器12の固有振動数の1/N(Nは、2以上6以下の自然数)の値が含まれることが好ましい。これによって、室外ファンモータ13aのN倍振動を用いて、室外熱交換器12を共振させることができる。また、室外ファンモータ13aの主波の振動では、室外熱交換器12の振動の振幅が大きすぎる場合でも、N倍振動を用いることで、室外熱交換器12を適度に振動させることができる。
第1実施形態によれば、除霜運転後(図6のS102)、制御部30が共振運転を行うことで(S103)、室外熱交換器12のフィンfの間の隙間に表面張力で残っていた水を適切に落下させることができる。したがって、室外熱交換器12の汚れや腐食を抑制し、ひいては、熱交換効率の低下を抑制できる。
その他、室外熱交換器12のフィンfの間の隙間に残っている水分の影響で、室外熱交換器12の固有振動数が若干変化することもある。しかしながら、図11に示すように、室外ファンモータ13aの回転速度を増減させと、室外熱交換器12の振動の振幅が山状に変化する(つまり、縦方向の直線状ではない)ため、前記した水分の影響を緩和できる。
第2実施形態(図12参照)では、共振運転中、制御部30が室外ファンモータ13aを駆動させ、支持部材70を間欠的に共振させる点が、第1実施形態とは異なっている。なお、それ以外の点については、第1実施形態と同様である。つまり、空気調和機100の構成(図1~図5、図7、図8)の他、制御部30が除霜運転後に共振運転を行う(図6参照)こと等は、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
なお、所定の回転速度n2で室外ファンモータ13aが駆動しているとき(図12の上図の縦軸を参照)、支持部材70が振幅y2で共振するものとする(図12の下図の縦軸を参照)。
第3実施形態(図13参照)では、制御部30が、室外熱交換器12の凍結及び解凍を順次に行った後に共振運転を行う点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他の点(空気調和機100の構成等:図1~図5、図7、図8参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図13は、室外熱交換器12の凍結や解凍の他、共振運転の処理を含むフローチャートである(適宜、図1、図2を参照)。なお、図13の「START」時には、空気調和機100の空調運転が停止しているものとする。
図13のステップS201において制御部30は、室外熱交換器12の凍結処理の開始条件が満たされているか否かを判定する。ここで、「凍結処理」とは、室外熱交換器12を蒸発器として機能させ、室外熱交換器12の表面に霜を付着させて凍結させる処理である。
第3実施形態によれば、制御部30が、室外熱交換器12の凍結及び解凍を順次に行う(図13のS201、S202)。これによって、室外熱交換器12を清潔な状態にすることができる。また、室外熱交換器12の解凍後に制御部30が共振運転を行う(S203)。これによって、室外熱交換器12の解凍(除霜運転)に伴う水がフィンfの間の隙間に残っていても、この水を落下させることができる。
第4実施形態(図14参照)は、除霜運転及び共振運転を順次に行った後、制御部30が、室外ファンモータ13aにブレーキをかける点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他の点(空気調和機100の構成等:図1~図5、図7、図8参照)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図14は、空気調和機の除霜運転及び共振運転の処理を含むフローチャートである(適宜、図2、図3を参照)。
なお、図14のステップS101~103の処理は、第1実施形態(図6参照)と同様であるから、説明を省略する。ステップS103の共振運転を行った後、ステップS104において制御部30は、ファン用インバータ回路3e(図3参照)によって、室外ファンモータ13aにブレーキをかける。
第4実施形態によれば、共振運転を行った後(図14のS103)、制御部30は、室外ファンモータ13aにブレーキをかける(S104)。これによって、室外熱交換器12のフィンfに残っている水がさらに落下しやすくなる。
以上、本発明に係る空気調和機100について各実施形態で説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、次に説明するように、支持部材70に振動子79(図15参照)が追加された構成であってもよい。
図15に示す支持部材70Aは、所定の振動数で共振する振動子79を有している。具体的には、支持部材70Aの横架部73とフレーム締結部77との間で、フレーム71の脚71a,71bに架けわたされるように振動子79が固定されている。このような構成において、支持部材70Aの固有振動数として、振動子79が共振する所定の振動数が用いられてもよい。そして、制御部13は、第2実施形態(図12参照)と同様の処理を行う。これによって、支持部材70Aの共振が生じやすくなり、ひいては、室外熱交換器12のフィンfに残っている水が共振運転で落下しやすくなる。
ちなみに、支持部材70Aの固有振動数の個数は一つとは限らない。例えば、振動子79の固有振動数の他にも、フレーム71の所定箇所の固有振動数等、大きさの異なる複数の固有振動数が存在することが多い。
なお、第2実施形態についても同様のことがいえる。すなわち、共振運転において、室外ファンモータ13aの振動数が変化する所定範囲には、支持部材70の固有振動数、及び/又は、この固有振動数の1/N(Nは、2以上6以下の自然数)の値が含まれるようにしてもよい。
また、例えば、第2実施形態と第4実施形態とを組み合わせ、室外ファンモータ13aの振動に支持部材70を共振させた後(第2実施形態)、制御部30が、室外ファンモータ13aにブレーキをかけるようにしてもよい(第4実施形態)。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
11 圧縮機
12 室外熱交換器(熱交換器)
13 室外ファン(ファン)
13a 室外ファンモータ(ファンモータ)
14 膨張弁
15 室内熱交換器(熱交換器)
16 室内ファン(ファン)
16a 室内ファンモータ(ファンモータ)
17 四方弁
25 表示ランプ
30 制御部
3e ファン用インバータ回路
31e,32e,33e スイッチングレグ
50 筐体
54 固定板
70,70A 支持部材
79 振動子
f フィン
fw 下端部(フィンの下端部)
g 伝熱管
gw 伝熱管(高さ位置の最も低い伝熱管)
Q 冷媒回路
Su スイッチング素子(上アームのスイッチング素子)
Sd スイッチング素子(下アームのスイッチング素子)
Ui 室内機
Uo 室外機
Claims (10)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を備え、
前記凝縮器及び前記蒸発器のうち、一方は室外熱交換器であり、他方は室内熱交換器であり、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器である熱交換器の付近に設置され、駆動源であるファンモータを有するファンと、
前記ファンを支持する支持部材と、
前記熱交換器及び前記支持部材が設置される筐体と、
少なくとも前記圧縮機、前記膨張弁、及び前記ファンモータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記熱交換器の除霜運転中又は除霜運転後、前記ファンモータの回転速度の増加及び減少を時間的に交互に繰り返す処理を行い、
前記処理において、前記ファンモータの振動数が変化する所定範囲には、前記熱交換器の固有振動数、及び/又は、当該固有振動数の1/N(Nは、2以上6以下の自然数)の値が含まれている空気調和機。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路を備え、
前記凝縮器及び前記蒸発器のうち、一方は室外熱交換器であり、他方は室内熱交換器であり、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器である熱交換器の付近に設置され、駆動源であるファンモータを有するファンと、
前記ファンを支持する支持部材と、
前記熱交換器及び前記支持部材が設置される筐体と、
少なくとも前記圧縮機、前記膨張弁、及び前記ファンモータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記熱交換器の除霜運転中又は除霜運転後、前記ファンモータの回転速度の増加及び減少を時間的に交互に繰り返す処理を行い、
前記処理において、前記ファンモータの振動数が変化する所定範囲には、前記支持部材の固有振動数、及び/又は、当該固有振動数の1/N(Nは、2以上6以下の自然数)の値が含まれている空気調和機。 - 前記熱交換器は、所定間隔ごとに配置される複数のフィンと、複数の前記フィンを貫通する複数の伝熱管と、を有し、
前記熱交換器の前記固有振動数として、複数の前記フィンの下端部の固有振動数が用いられ、
前記下端部は、複数の前記伝熱管のうち高さ位置の最も低い伝熱管の位置から前記フィンの下端までの部分であること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記支持部材は、所定の振動数で共振する振動子を有し、
前記支持部材の前記固有振動数として、前記振動子が共振する前記所定の振動数が用いられること
を特徴とする請求項2に記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記熱交換器の除霜運転後であって、前記圧縮機の停止中に前記処理を行うこと
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記処理中、通常の空調運転時における前記ファンの回転の向きである正回転とは逆向きに前記ファンを回転させるように、前記ファンモータを駆動させ、
前記ファンモータが正回転で駆動している場合よりも、前記ファンモータが逆回転で駆動している場合のほうが、前記ファンモータの回転速度の可動範囲が広いこと
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。 - 室内機に設置される表示ランプを備え、
前記制御部は、除霜運転中、前記表示ランプを所定に点灯又は点滅させ、除霜運転の終了後の前記処理中も前記表示ランプの前記点灯又は前記点滅を継続させること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。 - 前記ファンモータに所定の交流電圧を印加するファン用インバータ回路を備え、
前記制御部は、前記処理を行った後、前記ファン用インバータ回路によって、前記ファンモータにブレーキをかけること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。 - 前記ファンモータは、三相交流モータであり、
前記ファン用インバータ回路は、上アームのスイッチング素子と、下アームのスイッチング素子と、が接続されてなるスイッチングレグを有し、
3つの前記スイッチングレグが並列接続され、
前記制御部は、前記処理を行った後、前記ブレーキとして、前記下アームの3つの前記スイッチング素子をオン状態にすること
を特徴とする請求項8に記載の空気調和機。 - 前記ファンモータは、三相交流モータであり、
前記ファン用インバータ回路は、上アームのスイッチング素子と、下アームのスイッチング素子と、が接続されてなるスイッチングレグを有し、
3つの前記スイッチングレグが並列接続され、
前記制御部は、前記処理を行った後、前記ブレーキとして、3つの前記スイッチングレグのうち一つに直流電流を流すこと
を特徴とする請求項8に記載の空気調和機。
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