JPH10148378A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖房モード運転時の室外ファンの風量を適切
に制御することによって、省エネルギー運転を行い、着
霜防止を図り得る空気調和機を提供する。 【解決手段】 圧縮機２、室内熱交換器６、減圧手段８
及び室外熱交換器１０を順につなぎ、暖房モードでの運
転を可能にした空気調和機において、室外熱交換器１０
に設けられる室外ファン１８と、室外熱交換器１０の温
度を検出する第１の温度センサ２２と、外気の温度を検
出する第２の温度センサ２４と、室外熱交換器１０の温
度と外気の温度との差が予め設定された値を越えた時、
室外熱交換器１０が着霜手前の温度に収束するように、
室外ファン１８の送風量を制御する制御手段３０とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暖房モードでの運
転時に発生しやすい室外熱交換器の着霜を防止する空気
調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ形空気調和機は、圧縮機、
室内熱交換器、減圧手段及び室外熱交換器を順につない
だ冷凍サイクルを備えている。この冷凍サイクルを暖房
モードで運転すると、室内熱交換器は凝縮器として、室
外熱交換器は蒸発器としてそれぞれ機能する。この場合
には、室内熱交換器の熱交換能力を高めるために室内フ
ァンが設けられ、室外熱交換器の熱交換能力を高めるた
めに室外ファンが設けられている。このうち、室内ファ
ンは、空調負荷等に応じて適度な風量が得られるように
速度制御されるのが一般的である。

【０００３】一方、暖房運転モードで蒸発器として機能
する室外熱交換器においても、外気温等によって風量の
変更制御が行われるが、冷媒循環量、外気温度及び送風
量の関係が適切な領域を外れると、冷媒の蒸発温度が降
下して、室外熱交換器自体が０℃以下になる。このと
き、外気の湿度にも左右されるが、室外熱交換器に着霜
して暖房能力が著しく低下することがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この着霜を防止する目
的で、従来、外気温に応じて室外ファンの送風量（回転
数）を２〜３段階に切換えていたが、その切換えは大雑
把で、しかも着霜によって熱交換能力が低下した場合で
も送風量の調整は行われていない。このため、着霜の起
こり難い環境下で必要以上の風量を供給したり、着霜を
防止すべきときに風量が不足したりすることがあった。
このように、着霜の起こり難い環境下で必要以上の風量
を供給した場合にはエネルギーを浪費し、着霜によって
頻繁に除霜運転を行った場合には使用者の快適性を損な
うという問題があった。

【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、暖房モード運転時の室外ファンの風量を適
切に制御することによって、省エネルギー運転を行い、
かつ、着霜防止を図り得る空気調和機を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の空気調
和機は、暖房モードで運転することが可能なものを対象
として、室外熱交換器に設けられる室外ファンと、室外
熱交換器の温度を検出する第１の温度センサと、外気の
温度を検出する第２の温度センサと、室外熱交換器の温
度と外気の温度との差が予め設定された値を越えた時、
室外熱交換器が着霜手前の設定温度に収束するように、
室外ファンの送風量を制御する制御手段とを備えたもの
で、これによって、着霜の起こり難い環境下で過剰に送
風したり、着霜しやすい条件下で送風量が不足したりす
ることがなくなって、省エネルギー運転と併せて着霜防
止運転が可能となる。

【０００７】請求項２に記載の空気調和機は、暖房モー
ドで運転することが可能なものを対象として、室外熱交
換器に設けられる室外ファンと、圧縮機の冷媒吸込み温
度を検出する第１の温度センサと、外気の温度を検出す
る第２の温度センサと、室外熱交換器の温度と外気の温
度との差が予め設定された値を越えた時、室外熱交換器
が着霜手前の設定温度に収束するように、室外ファンの
送風量を制御する制御手段とを備えたもので、これによ
って、着霜の起こり難い環境下で過剰に送風したり、着
霜しやすい条件下で送風量が不足したりすることがなく
なって、省エネルギー運転と併せて着霜防止運転が可能
となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。

【０００９】図１は本発明の一実施形態の概略構成図で
ある。同図において、圧縮機２は四方弁４、室内熱交換
器６、膨脹弁８及び室外熱交換器１０によって冷凍サイ
クルを形成し、暖房運転時には、四方弁４が実線で示す
経路を形成し、圧縮機２から吐出された冷媒は矢印ｘに
示す方向に循環される。このとき、室内熱交換器６は凝
縮器として、室外熱交換器１０は蒸発器としてそれぞれ
機能し、反対に、冷房運転時には、四方弁４が破線で示
す経路を形成し、圧縮機２から吐出された冷媒は矢印ｙ
に示す方向に循環される。このとき、室外熱交換器１０
は凝縮器として、室内熱交換器６は蒸発器としてそれぞ
れ機能する。

【００１０】ここで、圧縮機２は圧縮機モータ１２によ
って駆動され、室内熱交換器６の熱交換能力を高めるた
めに、室内ファンモータ１６によって駆動される室内フ
ァン１４が設けられ、室外熱交換器１０の熱交換能力を
高めるために、室外ファンモータ２０によって駆動され
る室外ファン１８が設けられている。膨脹弁８は凝縮器
から出た高温高圧の液冷媒を減圧して蒸発器に供給し、
適切な蒸発温度と冷媒の流量を得るための制御弁であ
る。

【００１１】室外熱交換器１０に対する着霜は、この冷
凍サイクル系統を暖房モードで運転したときに発生する
ので、以下、暖房運転時の制御について説明する。

【００１２】この場合、室外熱交換器１０の冷媒蒸発温
度を検出するために、室外熱交換器１０自体に温度セン
サ２２が設けられ、その出力が室外熱交換器温度Ｔe と
して制御手段３０に加えられる。外気温を検出するため
に温度センサ２４が設けられ、その出力が外気温Ｔo と
して制御手段３０に加えられる。一方、圧縮機モータ１
２を能力制御するためにインバータ２６が設けられる。
インバータ２６は図示を省略した商用電源から交流電力
を得て、これを直流に変換し、さらに、この直流を制御
手段３０の指令に応じた周波数の交流に変換して圧縮機
モータ１２に加えるものである。

【００１３】制御手段３０は空気調和に必要な演算処理
を実行するＭＰＵ（マイクロコンピュータ）及びドライ
バ等を内蔵し、インバータ２６に対する周波数指令の他
に、図示を省略した室温センサの検出値等をも参照し
て、膨脹弁８の開度、室内ファン１４を駆動する室内フ
ァンモータ１６の回転数、室外ファン１８を駆動する室
外ファンモータ２０の回転数等を制御する機能を備えて
いる。

【００１４】このうち、膨脹弁８の開度制御、室内ファ
ンモータ１６の回転数制御、インバータ２６に対する指
令周波数の決定については各種提案されているのでそれ
らの説明を省略し、本発明に関係する室外ファンモータ
２０の風量制御について、図２及び図３を参照して、以
下に説明する。

【００１５】制御手段３０は、温度センサ２２によって
検出された室外熱交換器温度Ｔe と温度センサ２４によ
って検出された外気温Ｔo とに基づいて、室外ファンモ
ータ２０の回転数を制御することにより、室外熱交換器
１０の温度を着霜が発生する直前の値に保持しようとす
るもので、そのために、制御手段３０を構成するＭＰＵ
は図２及び図３に示す処理を実行する。

【００１６】すなわち、ステップ101 にて、運転モード
が暖房か否かを判定し、暖房であればステップ102 以下
の処理を実行するが、暖房以外、つまり、冷房、除湿、
送風等であれば詳細を省略したステップ108 の運転モー
ドに対応した処理を実行する。いま、ステップ101 にて
暖房モードと判定された場合には、各温度のサンプリン
グを実行する。すなわち、ステップ102 にて外気温Ｔo
を読込み、続いてステップ103 で室外熱交換器温度Ｔe
を読込む。次に、ステップ104 にて、次式の演算を実行
して温度偏差ΔＴを求める ΔＴ＝Ｔo −Ｔe …（１） 次に、ステップ105 で、この温度偏差ΔＴが予め定めた
しきい値ΔＴref より大きいか否かを判定し、ΔＴ＞Δ
Ｔref であればステップ106 以下の処理を実行し、ΔＴ
≦ΔＴref であればステップ102 〜105 の処理を繰返
す。次に、ステップ106 では室外熱交換器１０をその温
度に保持すれば着霜しないと考えられる基準温度Ｔeref
を１℃に決定し、続いて、ステップ107 の室外ファンモ
ータ制御を実行する。

【００１７】図３はステップ107 の室外ファンモータ制
御の詳細な処理手順を示すフローチャートである。最初
のステップ111 にて、室外熱交換器の目標温度の設定値
Ｔerefに対する室外熱交換器温度Ｔe の偏差Ｅを次式に
よって演算する。

【００１８】 Ｅ＝Ｔeref−Ｔe …（２） 次に、ステップ112 では前回の設定値に対する温度偏差
Ｅ１を記憶し、ステップ113 にて、次式の演算を実行す
る。

【００１９】 δＸ＝α・Ｅ−β・Ｅ１ …（３） ただし、 δＸ：室外ファンモータの操作量の偏差量 α，β：室外ファンの回転数と風量の特性を加味して定
めた定数 である。

【００２０】次に、ステップ114 では、前回の室外ファ
ンモータに対する操作量をＸn-1 として、今回の室外フ
ァンモータ操作量Ｘn を次式によって修正する。

【００２１】 Ｘn ＝Ｘn-1 ＋δＸ …（４） 最後に、ステップ115 にて、室外ファンモータの操作出
力をＸn とする処理を実行して、これ以降ステップ111
の処理を実行する。

【００２２】図２及び図３に示す処理を実行することに
よって、室外熱交換器の温度Ｔe が１℃を越えていた場
合には温度偏差Ｅは負の値を示して操作量Ｘn は前回よ
りも小さく修正され、反対に、室外熱交換器の温度Ｔe
が１℃以下（氷点下では負の値）の場合には、温度偏差
Ｅは正の値を示して操作量Ｘn は前回よりも僅か、もし
くは、大きく修正される。

【００２３】この結果、室外熱交換器１０の温度を、着
霜を生じることのない１℃の近傍に収束させるように、
室外熱交換器１０の回転数が制御される。

【００２４】本実施形態によれば、着霜の起こり難い環
境下で過剰に送風したり、着霜しやすい条件下で送風量
が不足したりすることがなく、省エネルギー運転と併せ
て着霜防止運転が可能となる。

【００２５】なお、上記実施形態によれば、室外熱交換
器の温度Ｔe と外気温Ｔo とに基づいて室外ファン１８
の操作量を変更するか否かを決定し、操作量を変更する
場合には、室外熱交換器の温度Ｔe に基づいて室外ファ
ン１８に対する操作量Ｘn を決定したが、室外熱交換器
の温度Ｔe を検出する代わりに、図１中に破線で示した
ように、圧縮機２の吸込み冷媒温度Ｔs を検出し、この
検出温度Ｔs を室外熱交換器の温度Ｔe に換算しても、
上述したと同様な効果が得られる。

【００２６】また、着霜を生じないようにする室外熱交
換器温度の基準値を１℃に設定したが、これに近似した
値を適宜選定して使用してもよい。

【００２７】また、暖房と冷房とに運転モードを切換え
ることが可能な冷凍サイクルを有する空気調和機を対象
としたが本発明はこれに適用を限定されるものではな
く、暖房運転のみを行う空気調和機にも適用可能であ
る。

【００２８】ところで、冷媒の温度と圧力とは相互に換
算可能であるので、冷媒の温度を検出する代わりに圧力
を検出することも一つの方法ではあるが、圧力センサは
温度センサと比較してコストが高く、本実施形態のよう
に温度センサを採用することが実際的で、かつ、有利で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように本発
明によれば、着霜の起こり難い環境下で省エネルギー運
転を行い、風量不足によって着霜しやすい時に着霜を防
止することができると共に、頻繁な除霜運転によって快
適性を損なうという事態をも防止する空気調和機が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の概略構成図である。

【図２】図１に示した実施形態の制御手段を構成するＭ
ＰＵ（マイクロコンピュータ）の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図３】図２に示したチャートの詳細な処理手順を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

２ 圧縮機 ６ 室内熱交換器 １０ 室外熱交換器 １８ 室外ファン ２０ 室外ファンモータ ２２，２４，２８ 温度センサ ２６ インバータ ３０ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庁 昌之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室内熱交換器、減圧手段及び室
   外熱交換器を順につなぎ、暖房モードでの運転を可能に
   した空気調和機において、 前記室外熱交換器に設けられる室外ファンと、 前記室外熱交換器の温度を検出する第１の温度センサ
   と、 外気の温度を検出する第２の温度センサと、 前記室外熱交換器の温度と外気の温度との差が予め設定
   された値を越えた時、前記室外熱交換器が着霜手前の温
   度に収束するように、前記室外ファンの送風量を制御す
   る制御手段と、 を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、室内熱交換器、減圧手段及び室
   外熱交換器を順につなぎ、暖房モードでの運転を可能に
   した空気調和機において、 前記室外熱交換器に設けられる室外ファンと、 前記圧縮機の冷媒吸込み温度を検出する第１の温度セン
   サと、 外気の温度を検出する第２の温度センサと、 前記圧縮機の冷媒吸込み温度と外気の温度との差が予め
   設定された値を越える時、前記室外熱交換器が着霜手前
   の温度に収束するように、前記室外ファンの送風量を制
   御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする空気調和機。