JPH09324968A - 空気調和装置の室外機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィンへの着霜をより正確に判定することで
不必要な除霜運転の実行を回避し、以て良好な暖房特性
を実現する。 【解決手段】 クロスフローファン６の回転数をファン
回転数検出手段１３により検出してこれを監視し、該フ
ァン回転数の変化状態が定常状態から逸脱した時、これ
をもって熱交換器５のフィン５ａへの着霜と判定し、除
霜制御手段１１から除霜運転信号を出力して除霜運転を
実行させるように構成する。かかる構成により、フィン
への着霜が実際の着霜発生に起因する現象から判定され
ることとなり、例えば従来のようにフィン温度から間接
的に着霜判定を行うようにした場合の如く外気温等の外
乱要因によって着霜の判定精度が左右されるということ
がなく、フィンへの着霜の発生がより正確に且つ精度良
く判定でき、不必要な除霜運転の実行が未然に回避さ
れ、それだけ暖房運転特性が良好に維持される

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、空気調和装置の
室外機、特に送風手段としてクロスフローファンを採用
した室外機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和装置の室外機において
は、送風手段としてプロペラファンを使用するのが通例
であったが、かかるプロペラファンを使用した場合には
装置が大型化するという欠点があり、このためプロペラ
ファンに代わる送風手段として装置の小型化が容易なク
ロスフローファンを採用することが試みられている。

【０００３】一方、空気調和装置を暖房運転する場合に
おいては、室外機は蒸発器として機能することから熱交
換器のフィン温度が低下し、フィン表面に着霜を生じ、
この着霜の成長とともに次第に熱交換器の通風抵抗が増
加し、結果的に熱交換効率が低下することになる。この
ため、着霜が生じた場合には、空気調和装置の運転を一
時的に暖房運転から除霜運転に切り換えて上記室外機を
凝縮器として機能させることでフィン表面の着霜を融解
除去し、通風抵抗の低減により室外機における熱交換効
率の回復を図るようにしている。

【０００４】この場合における着霜発生の判定方法とし
ては、送風手段としてプロペラファンとクロスフローフ
ァンのいずれを採用した室外機においても同様である
が、該室外機における熱交換器のフィン温度を計測し、
例えば結露温度以下の状態が所定時間以上継続した場合
にこれをもって「着霜発生」と判定し、直ちに空気調和
装置の運転を「暖房運転」から「除霜運転」に切り換え
るようにするのが従来一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
熱交換器のフィン温度から着霜判定を行う方法は、実際
に着霜が生じたことに起因して生じる現象に基づいて着
霜判定を行うものでなく、フィン温度から着霜の発生を
推定することで着霜判定を行うものであることから、外
気温度の影響を受け易く、特に外気温度の低い厳寒期に
おいてはその影響が看過し難いものとなる。このため、
着霜判定を正確に行うことが難しく、場合によっては、
実際に着霜が生じていないにも拘わらず「着霜発生」と
誤判定して除霜運転が実行されるということも起こり得
る。かかる誤判定に基づく除霜運転の実行により暖房運
転が不必要に中断されることで、暖房特性が悪化するこ
とが考えられる。

【０００６】そこで本願発明は、フィンへの着霜をより
正確に判定することで不必要な除霜運転の実行を回避
し、以て良好な暖房特性を実現し得るようにした空気調
和装置の室外機を提供せんとしてなされたものである。

【０００７】

【発明の技術的背景】本願発明者らは、フィンへの着霜
をより正確に判定するためにはフィンへの着霜に起因し
て発生する現象（換言すれば、着霜が生じていない場合
には発生し得ない現象）に基づいて着霜判定を行うのが
最良と考え、かかる判定方法の具体的手段を見出すに際
して、フィンへの着霜により熱交換器における通風抵抗
が変化するという「着霜に伴う現実的な現象」を踏まえ
た上で、室外機におけるファンの機外静圧の変化（即
ち、フィンへの着霜に伴う熱交換器の通風抵抗の変化）
に対するファン回転数の変化に着目した。そして、この
機外静圧とファン回転数との相関関係を、プロペラファ
ンとクロスフローファンのそれぞれについて試験し、そ
の結果を図４に示した。この図４を考察すると、次の通
りである。

【０００８】先ず、クロスフローファンを採用した室外
機においては、同図に折線Ｌ₁で示すように、機外静圧
の上昇（即ち、フィンへの着霜量の増加に伴う熱交換器
の通風抵抗の増加）に伴ってファン回転数は略比例的に
上昇し、これがある回転数Ｎ₁に達すると上昇傾向に変
化が生じて不安定となりその後、点ａで示す時点におい
てサージングが発生しファン回転数は上下方向に大きく
振れる状態となる。即ち、このクロスフローファンを採
用した室外機においては、熱交換器のフィンへの着霜量
が所定以上に達し除霜運転が必要と思われる状態に立ち
至る場合、それに先立って、それまでの「定常的なファ
ン回転数の変化状態」が崩れて不安定となり、さらにサ
ージングが発生するということが理解される。

【０００９】一方、プロペラファンを採用した室外機に
おいては、同図に折線Ｌ₂で示すよに、ファン回転数は
機外静圧の上昇に拘わらず点ｂで示すサージング発生時
点までほとんど変化せず、またサージング発生後におい
てもその変化状態はサージング発生前とさほど大きくは
変わらない。従って、このプロペラファンを採用した室
外機においては、ファン回転数の変化状態を監視してこ
れに基づいて着霜の発生を判定することは困難と思われ
る。

【００１０】かかる試験結果の考察から、本願発明者ら
は、送風手段としてクロスフローファンを採用した構成
の室外機を前提とし、かかる室外機においてフィンへの
着霜判定を、ファン回転数の変化状態から正確に判定す
る技術を想到するに至ったものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の如き技術背景に立
脚して、本願発明ではかかる課題を解決するための具体
的手段として次のような構成を採用している。

【００１２】本願の第１の発明では、ケーシング２内に
熱交換器５とクロスフローファン６とを収容して構成さ
れる空気調和装置の室外機において、上記クロスフロー
ファン６の回転数を検出するファン回転数検出手段１３
と、該ファン回転数検出手段１３により検出されるファ
ン回転数の変化状態を監視し該ファン回転数の変化状態
が定常状態から逸脱した時にこれをもって上記熱交換器
５のフィン５ａへの着霜を判定して除霜運転信号を出力
する除霜制御手段１１とを備えたことを特徴としてい
る。

【００１３】本願の第２の発明では、上記第１の発明に
かかる空気調和装置の室外機において、上記除霜制御手
段１１を、ファン回転数が予め設定した設定回転数を越
えた時に定常状態の逸脱と判断し除霜運転信号を出力す
る如く構成したことを特徴としている。

【００１４】本願の第３の発明では、上記第１の発明に
かかる空気調和装置の室外機において、上記除霜制御手
段１１を、ファン回転数の変動幅が予め設定した設定変
動幅を越えた時に定常状態の逸脱と判断し除霜運転信号
を出力する如く構成したことを特徴としている。

【００１５】本願の第４の発明では、上記第２又は第３
の発明にかかる空気調和装置の室外機において、上記熱
交換器５のフィン５ａの温度を検出するフィン温度検出
手段１２を備え、フィン温度が設定フィン温度以上に達
したときに除霜運転を停止させる如く構成したことを特
徴としている。

【００１６】

【発明の効果】本願発明ではかかる構成とすることによ
り次のような効果が得られる。

【００１７】本願の第１の発明では、クロスフローフ
ァン６の回転数をファン回転数検出手段１３により検出
してこれを監視し、該ファン回転数の変化状態が定常状
態から逸脱した時（即ち、フィンへの着霜が実際に発生
し除霜運転の実行が必要になる状態に立ち至る直前の状
態時）、これをもって熱交換器５のフィン５ａへの着霜
と判定し、除霜制御手段１１から除霜運転信号を出力し
て除霜運転を実行させるように構成しているので、フィ
ンへの着霜が実際の着霜発生に起因する現象から判定さ
れることとなり、例えば従来のようにフィン温度から間
接的に着霜判定を行うようにした場合の如く外気温等の
外乱要因によって着霜の判定精度が左右されるというこ
とがなく、フィンへの着霜の発生がより正確に且つ精度
良く判定でき、不必要な除霜運転の実行が未然に回避さ
れ、それだけ暖房運転特性が良好に維持されるものであ
る。

【００１８】本願の第２の発明では、除霜制御手段１
１において、ファン回転数が予め設定した設定回転数を
越えた時に「ファン回転数の定常状態からの逸脱」であ
るとして「着霜発生」と判定するようにしているので、
上記に記載の効果を、「ファン回転数の監視」という
簡単な構成で実現でき、フィンへの着霜判定の正確さと
装置の低コスト化との両立が可能となるものである。

【００１９】本願の第３の発明では、除霜制御手段１
１において、ファン回転数の変動幅が予め設定した設定
変動幅を越えた時に「ファン回転数の定常状態からの逸
脱」であるとして「着霜発生」と判定するようにしてい
るので、上記に記載の如き着霜判定の正確さを実現で
きるのは勿論のこと、着霜によりファンにサージングが
発生し直ちに除霜運転をすべきと判断される状態に立ち
至った時に「着霜判定」をして除霜運転を実行させるも
のであることから、除霜運転間隔を可及的に延ばすこと
ができ、それだけ暖房運転時における暖房特性を良好な
らしめることが可能となるものである。

【００２０】本願の第４の発明では、フィン温度検出
手段１２により熱交換器５のフィン５ａの温度を検出
し、そのフィン温度が設定フィン温度以上に達した時に
着霜の融解と判断して除霜運転を停止させるようにして
いるので、除霜完了時点において的確に除霜運転が停止
され、不必要に除霜運転が長引くということがなく、除
霜運転時間の適正化により暖房特性のより一層の向上が
期待できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１には、本願発明の実施形態に
かかるセパレート型空気調和機の室外機１の具体的構造
及びその制御系統を示している。上記室外機１は、縦型
室外機であって、縦長形態をもつケーシング２の側面に
縦長の吸込口３と吹出口４とをそれぞれ形成している。
そして、このケーシング２内に、クロスフィンタイプの
フィン５ａを備えた熱交換器５を上記吸込口３に対向さ
せ且つ上下方向に立設させた状態で配置するとともに、
該熱交換器５の近傍位置にはファンモータ８により回転
駆動されるクロスフローファン６がその軸方向を上下方
向に向けた状態で配置されている。また、このクロスフ
ローファン６の外側には、スクロール７が配置され、該
スクロール７の吹出部７ａは上記吹出口４に対応せしめ
られている。さらに、上記スクロール７の後方側には、
冷媒の循環方向制御用の四路弁１０が配置されるととも
に、該四路弁１０の下方位置にはコンプレッサ９が配置
されている。

【００２２】一方、この室外機１には、コントロールユ
ニット１１（特許請求の範囲中の「除霜制御手段」に該
当する）が備えられている。そして、このコントロール
ユニット１１には、回転数センサ１３（特許請求の範囲
中の「ファン回転数検出手段」に該当する）により検出
される上記ファンモータ８の回転数に対応した回転数信
号と、温度センサ１２（特許請求の範囲中の「フィン温
度検出手段」に該当する）により検出される上記熱交換
器５のフィン５ａの温度に対応した温度信号と、暖房運
転を開始させる暖房運転スイッチ１４からの暖房運転開
始信号と暖房運転を停止させる暖房停止スイッチ１５か
らの暖房運転停止信号とが、それぞれ入力される。そし
て、これら各入力信号に基づき、上記コントロールユニ
ット１１からは上記四路弁１０とコンプレッサ９に対し
てそれぞれ制御信号が出力され、該四路弁１０とコンプ
レッサ９はこの制御信号を受けてその作動が制御される
ようになっている。そして、特にこの実施形態の室外機
１においては、暖房運転時における除霜運転の制御に特
徴を有するものであって、ここではこの暖房運転時にお
ける除霜運転制御を、以下に述べる二つの好適な制御例
についてそれぞれ説明する。

【００２３】第１の制御例 第１の制御例は、図２のフローチャートに示すものであ
って、暖房運転中における除霜運転の開始判定（即ち、
フィン５ａへの着霜判定）を上記クロスフローファン６
の回転数のみによって行うものである。以下、この除霜
運転の開始判定を含めた暖房運転制御について上記フロ
ーチャートを参照して説明する。

【００２４】先ず、制御開始後、ステップＳ１において
暖房運転スイッチ１４がＯＮ設定されたかどうかを判定
する。ここで、まだＯＮ設定されていない場合にはＯＮ
設定されるまで待機するが、ＯＮ設定されるとこれを受
けて暖房運転を開始する。即ち、ステップＳ２において
四路弁１０を暖房運転側に切り換えるとともに、コンプ
レッサ９及びクロスフローファン６をそれぞれ起動させ
る。かかる作動により暖房運転が実行される。

【００２５】暖房運転の開始後、ステップＳ４におい
て、現在のファン回転数（Ｎ）を読み込み、この読み込
まれたファン回転数（Ｎ）から上記熱交換器５のフィン
５ａへの着霜の有無、実質的には除霜運転の必要性の判
定を行う。

【００２６】即ち、現在のファン回転数（Ｎ）と予め設
定した設定回転数（Ｎ₁）とを比較する。この設定回転
数（Ｎ₁）は、除霜運転の開始判定の基準となる回転数
であって、ここでは図４におけるハンチング発生直前の
最大回転数（Ｎ₁）と対応させている。従って、ステッ
プＳ５において、「Ｎ＜Ｎ₁」である場合とは、いまだ
着霜していないか、着霜していたとしても除霜運転を必
要とする程度までに着霜量が達しておらず除霜運転の必
要はないと判断される場合である。これに対して、「Ｎ
＞Ｎ₁」である場合とは、フィン５ａへの着霜量が所定
以上に達し除霜運転が必要と判断される場合である。

【００２７】従って、ステップＳ５で「Ｎ＜Ｎ₁」と判
定された場合には、そのままステップＳステップＳ１４
に移行し、該ステップＳ１４において暖房停止スイッチ
１５がＯＮ設定されるまで、ファン回転数（Ｎ）の読み
込みと設定回転数（Ｎ₁）との比較とを行いつつ、暖房
運転を継続し、暖房運転スイッチ１４がＯＮ設定された
時点でコンプレッサ９とクロスフローファン６の作動を
停止させて（ステップＳ１５）暖房運転を終了する。

【００２８】これに対して、ステップＳ５で、「Ｎ＞Ｎ
₁」と判定された場合には、暖房運転を一時停止して除
霜運転を実行する。即ち、先ずステップＳ６においてコ
ンプレッサ９とクロスフローファン６を停止させるとと
もに、ステップＳ７において四路弁１０を除霜運転位置
（即ち、冷房運転位置）に切り換え、しかる後、ステッ
プＳ８において再度コンプレッサ９を作動させて除霜運
転を実行する。除霜運転の実行後は、ステップＳ９にお
いてフィン温度（ｔ）を読み込むとともに、ステップＳ
１０においてはこの読み込んだフィン温度（ｔ）と予め
設定した設定温度（ｔ₁）とを比較する。ここで、この
設定温度（ｔ₁）は、フィン５ａに付着した霜の融解が
終了したと判断できる温度である。

【００２９】従って、ステップＳ１０において、「ｔ＜
ｔ₁」である場合には、フィン温度（ｔ）の読み込みを
行いつつ除霜運転を継続する。そして、除霜運転の継続
により「ｔ＞ｔ₁」となった場合には、既に着霜の融解
が完了した状態であるから、除霜運転を中止して再度暖
房運転に移行する。即ち、ステップＳ１１においてコン
プレッサ９を停止させるとともに、ステップＳ１２にお
いて四路弁１０を暖房運転側に切り換え、しかる後、ス
テップＳ１３においてコンプレッサ９とクロスフローフ
ァン６を再起動させて暖房運転を実行する。そして、こ
の暖房運転は、暖房停止スイッチ１５がＯＮ作動される
まで継続されるが、その暖房運転中においても継続的に
ファン回転数の読み込みと設定回転数Ｎ₁との比較とは
行われているので、この間に「Ｎ＞Ｎ₁」の条件が成立
した場合にはその都度、除霜運転が実行されるものであ
る。

【００３０】第２の制御例 第２の制御例は、図３のフローチャートに示すものであ
って、暖房運転中における除霜運転の開始判定を 図４
に示す如く上記クロスフローファン６にサージングが発
生しファン回転数が大きく振動するに至った場合におけ
るファン回転数の「ふれ幅」の大きさ（即ち、サージン
グの進行程度）に応じて行うようにしたものである。以
下、この制御を図３に示すフローチャートに基づいて説
明する。

【００３１】先ず、制御開始後、ステップＳ１において
暖房運転スイッチ１４がＯＮ設定されたかどうかを判定
する。ここで、まだＯＮ設定されていない場合にはＯＮ
設定されるまで待機するが、ＯＮ設定されるとこれを受
けて暖房運転を開始する。即ち、ステップＳ２において
四路弁１０を暖房運転側に切り換えるとともに、コンプ
レッサ９及びクロスフローファン６をそれぞれ起動させ
る。かかる作動により暖房運転が実行される。

【００３２】暖房運転の開始後、ステップＳ４において
現在のファン回転数（Ｎ）を読み込むとともに、ステッ
プＳ５において所定時間の間におけるファン回転数の平
均値（Ｎａ）を算出する。さらに、ステップＳ６におい
ては上記平均値（Ｎａ）とファン回転数（Ｎ）の偏差、
即ち、ファン回転数（Ｎ）の「ふれ幅（Ｎｄ）」を求め
るとともに、ステップＳ７においてはこの「ふれ幅（Ｎ
ｄ）」と予め設定した設定値（敷居値：Ｎｄ₁）とを比
較する。

【００３３】このステップＳ７において「Ｎｄ＜Ｎ
ｄ₁」と判定された場合は、まだ着霜量は除霜を必要と
する程度までには至っておらずそのまま暖房運転を継続
し得る状態と判断される場合であるから、この場合に
は、そのままステップＳ１６に移行し、該ステップＳ１
６において暖房停止スイッチ１５がＯＮ設定されるま
で、ファン回転数（Ｎ）の読み込みからファン回転数の
「ふれ幅」の検討等の各制御を行いつつ、暖房運転を継
続し、暖房停止スイッチ１５がＯＮ設定された時点でコ
ンプレッサ９とクロスフローファン６の作動を停止させ
て（ステップＳ１７）暖房運転を終了する。

【００３４】これに対して、ステップＳ７で「Ｎｄ＞Ｎ
ｄ₁」と判定された場合であるが、この場合は、フィン
への着霜量が許容限界に近くなり除霜運転が必要と判断
される状態であるから、この場合にはその時点で暖房運
転を一時停止して除霜運転を実行する。即ち、先ずステ
ップＳ８においてコンプレッサ９とクロスフローファン
６を停止させるとともに、ステップＳ９において四路弁
１０を除霜運転位置（即ち、冷房運転位置）に切り換
え、しかる後、ステップＳ１０において再度コンプレッ
サ９を作動させて除霜運転を実行する。除霜運転の実行
後は、ステップＳ１１においてフィン温度（ｔ）を読み
込むとともに、ステップＳ１１においてはこの読み込ん
だフィン温度（ｔ）と予め設定した設定温度（ｔ₁）と
を比較する。ここで、この設定温度（ｔ₁）は、フィン
５ａに付着した霜の融解が終了したと判断できる温度で
ある。

【００３５】従って、ステップＳ１２において、「ｔ＜
ｔ₁」である場合には、フィン温度（ｔ）の読み込みを
行いつつ除霜運転を継続する。そして、除霜運転の継続
により「ｔ＞ｔ₁」となった場合には、既に着霜の融解
が完了した状態であるから、除霜運転を中止して再度暖
房運転に移行する。即ち、ステップＳ１３においてコン
プレッサ９を停止させるとともに、ステップＳ１４にお
いて四路弁１０を暖房運転側に切り換え、しかる後、ス
テップＳ１５においてコンプレッサ９とクロスフローフ
ァン６を再起動させて暖房運転を実行する。そして、こ
の暖房運転は、暖房停止スイッチ１５がＯＮ作動される
まで継続されるが、その暖房運転中においても継続的に
ファン回転数（Ｎ）の読み込みと、「ふれ幅（Ｎｄ）」
と設定回転数（Ｎ₁）との比較は継続的に行われている
ので、この間に「Ｎ＞Ｎ₁」の条件が成立した場合には
その都度、除霜運転が実行されるものである。

【００３６】以上のように、この実施形態の空気調和機
における室外機１においては、送風手段として採用され
たクロスフローファン６に特有の現象、即ち、熱交換器
５のフィン５ａに着霜しこれが進行するに従ってファン
回転数が定常状態から逸脱して、例えばファン回転数が
過度に上昇し、あるいはサージングによりファン回転数
の振れが発生するという現象を利用してフィン５ａへの
着霜判定及び除霜運転の必要性の判定を行うようにして
いるので、例えば従来のように単にフィン温度から間接
的に着霜判定を行うようにした場合の如く外気温等の外
乱要因によって着霜の判定精度が左右されるということ
がなく、フィンへの着霜の発生がより正確に且つ精度良
く判定でき、不必要な除霜運転の実行が未然に回避さ
れ、それだけ暖房運転特性が良好に維持されるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態にかかる室外機の全体構成
図である。

【図２】図１に示した室外機の第１の制御例を示すフロ
ーチャートである。

【図３】図１に示した室外機の第２の制御例を示すフロ
ーチャートである。

【図４】ファンの「回転数−機外静圧」特性図である。

【符号の説明】

１は室外機、２はケーシング、３は吸込口、４は吹出
口、５は熱交換器、６はクロスフローファン、７はスク
ロール、８はファンモータ、９はコンプレッサ、１０は
四路弁、１１はコントロールユニット、１２は温度セン
サ、１３は回転数センサ、１４は暖房運転スイッチ、１
５は暖房停止スイッチである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング（２）内に熱交換器（５）と
   クロスフローファン（６）とを収容して構成される空気
   調和装置の室外機であって、 上記クロスフローファン（６）の回転数を検出するファ
   ン回転数検出手段（１３）と、 該ファン回転数検出手段（１３）により検出されるファ
   ン回転数の変化状態を監視し該ファン回転数の変化状態
   が定常状態から逸脱した時にこれをもって上記熱交換器
   （５）のフィン（５ａ）への着霜と判定して除霜運転信
   号を出力する除霜制御手段（１１）とを備えたことを特
   徴とする空気調和装置の室外機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記除霜制御手段（１１）は、ファン回転数が予め設定
   した設定回転数を越えた時に定常状態の逸脱と判断し除
   霜運転信号を出力するものであることを特徴とする空気
   調和装置の室外機。
3. 【請求項３】 請求項１において、 上記除霜制御手段（１１）は、ファン回転数の変動幅が
   予め設定した設定変動幅を越えた時に定常状態の逸脱と
   判断し除霜運転信号を出力するものであることを特徴と
   する空気調和装置の室外機。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において、 上記熱交換器（５）のフィン（５ａ）の温度を検出する
   フィン温度検出手段（１２）を備え、フィン温度が設定
   フィン温度以上に達したときに除霜運転を停止させる如
   く構成したことを特徴とする空気調和装置の室外機。