WO2019215878A1

WO2019215878A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2019215878A1
Application number: PCT/JP2018/018146
Authority: WO
Inventors: 一成馬場
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2019-11-14
Also published as: US20200408459A1; EP3792563A4; EP3792563B1; EP3792563A1; JPWO2019215878A1; CN112074692B; JP6949208B2; CN112074692A

Abstract

この発明の空気調和機は、熱を搬送する媒体と空気との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器に空気を送るファンと、ファンを駆動させるファンモータの回転数に応じた指令電圧に基づいて、異物による目詰まりが熱交換器に発生しているかどうかを判定する制御装置とを備えるものである。

Description

空気調和機

　この発明は、空気調和機に関するものである。特に、室外ユニットが有する熱交換器の目詰まり予測に係るものである。

　ヒートポンプ冷凍サイクル装置による室外ユニットにおいて、暖房運転の際には、熱交換器に霜が付き、着霜により熱交換器を通過する空気の風路が狭くなって能力が低下することがある。以下、霜が付着することで、熱交換器の風路が狭くなって詰まることを着霜という。着霜による能力低下を防ぐため、熱交換器に付いた霜を取り除く除霜運転を行う必要がある。従来、除霜運転を行うかどうかの判定には、室外熱交換器に取り付けられた温度センサが検出する温度を利用するものがあった。しかし、温度のみに基づく判定では、着霜していない状態でも除霜運転を行うものとして判定することがあった。除霜運転が多いと、冷凍サイクル装置における運転効率が低下する。そこで、室外熱交換器に空気を送る室外ファンにおけるファンモータの回転速度となる回転数を制御する指令電圧に基づいて、着霜しているかどうかを判定する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。一般に、室外熱交換器への着霜量が増加すると、ファン回転のための負荷が増加して、指令電圧が大きくなるという関係がある。このような関係に基づき、特許文献１の技術は、指令電圧が、除霜判定のために設定された除霜判定用しきい値を上回った場合に、着霜量が一定値以上になったものと推定して、除霜運転を行うようにしたものである。

国際公開第２０１６／０８４１３９号

　このように、特許文献１に記載された技術は、室外ユニットのファンモータの回転数を制御する指令電圧から着霜を判定するものである。しかしながら、室外ユニットにおけるファンモータの回転数を制御する指令電圧は、室外熱交換器に埃などの異物による目詰まりが生じることでも上昇する。

　室外熱交換器において、埃などの異物による目詰まりが生じた状態で着霜すると、除霜判定用しきい値に到達する時間が短くなる。除霜運転を行っても、異物は、室外熱交換器から除去されないので、目詰まりは解消されず、目詰まりの状態で再度着霜することになる。このため、異物による目詰まりがあると、除霜運転の間隔が短くなり、除霜運転の回数が増加するので、冷凍サイクル装置の運転効率が低下してしまう。このため、異物による目詰まりに早期の対応ができることが望ましい。

　以上のような課題を解決するため、この発明は、熱交換器に対する異物による目詰まりに対し、早期に対応することができる空気調和機を得ることを目的とする。

　上記目的を達成するために、この発明に係る空気調和機は、熱を搬送する媒体と空気との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器に空気を送るファンと、ファンを駆動させるファンモータの回転数に応じた指令電圧に基づいて、異物による目詰まりが熱交換器に発生しているかどうかを判定する制御装置とを備えるものである。

　この発明によれば、空気調機の運転を開始してから設定時間の間に、指令電圧が目詰まり判定しきい値以上になったと判定することで、異物による目詰まりを判定するようにしたので、熱交換器の異物による目詰まりに対して、早期に対応することができる。

この発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る室外制御装置１０の構成例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る判定部１０Ｂが行う目詰まり判定について説明する図である。この発明の実施の形態１に係る室外制御装置１０が行う目詰まり判定における処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態２に係る空気調和機のファンモータ２Ａの指令電圧の時間変化の例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る室外制御装置１０が行う目詰まり判定における処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態３に係る空気調和機のファンモータ２Ａの指令電圧の時間変化の例を示す図である。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の空気調和機は、室外ユニット１００と室内ユニット２００とを、ガス冷媒配管３００および液冷媒配管４００により配管接続することで構成される冷媒回路を有する冷凍サイクル装置である。実施の形態１の空気調和機は、１台の室外ユニット１００と１台の室内ユニット２００が接続されているものとする。実施の形態１の空気調和機は、空調対象空間である部屋内を冷却する冷房運転と部屋内を加熱する暖房運転とを切り替えて行うことができる。

　実施の形態１の室内ユニット２００は、室内熱交換器５および室内ファン７を有している。室内熱交換器５は、空調対象空間である室内の空気と冷媒との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時および除霜運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内ファン７は、部屋の空気を、室内熱交換器５に通過させ、室内熱交換器５を通過させた空気を、部屋内に供給する。

　また、室内ユニット２００は、制御系の機器として、室内制御装置１１およびリモートコントローラ１２（以下、リモコン１２という）を有している。室内制御装置１１は、室内ユニット２００の室内ファン７などの機器を制御する。ここで、実施の形態１においては、室内制御装置１１は、室外制御装置１０とリモコン１２との通信の中継を行う。リモコン１２は、入力装置（図示せず）を有し、ユーザーにより入力された指示、設定などを含む信号を、室内制御装置１１に送る。また、表示装置１２Ａを有し、室外制御装置１０から送られた信号に基づく表示などを行う。実施の形態１では、室内制御装置１１とリモコン１２とを別構成にしているが、リモコン１２が室内制御装置１１の機器制御の機能を有し、一体化させるようにしてもよい。

　一方、室外ユニット１００は、圧縮機３、四方弁４、電子膨張弁６、室外熱交換器１および室外ファン２を有している。圧縮機３は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。特に限定するものではないが、実施の形態１の圧縮機３は、たとえば、インバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機３の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができる。四方弁４は、たとえば、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。また、絞り装置などの電子膨張弁６は、後述する室外制御装置１０の指示に基づいて開度調整を行い、冷媒を減圧して膨張させる。室外熱交換器１は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時および除霜運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。室外ファン２は、部屋外の空気を室外熱交換器１に通過させて、室外熱交換器１における熱交換を促す。室外ファン２は、後述する室外制御装置１０から送られる指令電圧に基づく回転数でファンモータ２Ａが駆動し、風量を調整する。室外制御装置１０は、室外ユニット１００内の機器を制御する。室外制御装置１０については、後述する。

　ここで、空気調和機の動作について説明する。まず、空気調和機における暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機３から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁４を介して室内熱交換器５に流入する。室内熱交換器５において、冷媒は、室内ファン７によって供給される室内空気との熱交換によって凝縮することで、高圧の液状態の冷媒となり、室内熱交換器５から流出する。室内熱交換器５から流出した高圧の液状態の冷媒は、電子膨張弁６に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。電子膨張弁６から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は室外熱交換器１に流入し、室外ファン２によって供給される外気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、室外熱交換器１から流出する。室外熱交換器１から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁４を介して圧縮機３に吸入される。

　次に、空気調和機における冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機３から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁４を介して、室外熱交換器１に流入し、室外ファン２によって供給される外気との熱交換によって凝縮することで、高圧の液状態の冷媒となり、室外熱交換器１から流出する。室外熱交換器１から流出した高圧の液状態の冷媒は、電子膨張弁６に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。電子膨張弁６から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器５に流入し、室内ファン７によって供給される室内空気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、室内熱交換器５から流出する。室内熱交換器５から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁４を介して圧縮機３に吸入される。

　図２は、この発明の実施の形態１に係る室外制御装置１０の構成例を示す図である。前述したように、実施の形態１における室外ユニット１００は、制御系の機器として、室外制御装置１０を有している。実施の形態１の室外制御装置１０は、図２に示すように、機器制御部１０Ａ、判定部１０Ｂ、演算部１０Ｃ、通信部１０Ｄおよび記憶部１０Ｅを有している。機器制御部１０Ａは、圧縮機３、電子膨張弁６、室外ファン２などの空気調和機の機器を制御する処理を行う。特に室外ユニット１００が有する機器の制御処理を行う。機器の制御は、リモコン１２からの設定温度などの指示に基づいて行われる。判定部１０Ｂは、判定処理を行う。実施の形態１においては、後述するように、空気調和機の運転開始時に、目詰まりに関する判定処理を行う。演算部１０Ｃは、判定部１０Ｂが行う判定などに必要となる演算処理を行う。通信部１０Ｄは、室内制御装置１１との間で行われる信号通信に関する処理を行う。実施の形態１では、特に、目詰まり判定結果をリモコン１２に表示させる信号を送る。記憶部１０Ｅは、室外制御装置１０の各部が処理を行うために必要となる各種データを、一時的または長期的に記憶する。また、演算部１０Ｃが演算などの処理を行って得られたデータなどについても記憶する。

　ここで、室外制御装置１０は、マイクロコンピュータを有している。マイクロコンピュータは、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの制御演算処理装置を有している。制御演算処理装置が、機器制御部１０Ａ、判定部１０Ｂおよび演算部１０Ｃの機能を実現する。また、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）を有している。これらの記憶装置が、記憶部１０Ｅの機能を実現する。たとえば、記憶装置は、制御演算処理装置が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて処理を実行して、演算、判定などの各部の処理を実現している。ただし、これに限定するものではなく、各部をそれぞれ専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。

　実施の形態１の室外制御装置１０の機器制御部１０Ａは、上述した暖房運転において、室外ユニット１００の室外ファン２におけるファンモータ２Ａの現在の回転数に応じて、指令電圧を変更する処理を行う。具体的には、機器制御部１０Ａは、ファンモータ２Ａの現在の回転数が、室外熱交換器１における蒸発温度などに基づいて設定された目標回転数となるように、指令電圧を変更し、ファンモータ２Ａの回転数を制御する。ここで、指令電圧が大きいほどファンモータ２Ａの回転数が大きくなる。

　図３は、この発明の実施の形態１に係る判定部１０Ｂが行う目詰まり判定について説明する図である。図３に示すように、室外ユニット１００の室外熱交換器１に、異物による目詰まりが発生すると、ファンモータ２Ａにかかる負荷が大きくなる。このため、ファンモータ２Ａに対する指令電圧が、正常時における負荷の場合と比較して大きくなる。ここで、前述したように、着霜が生じた場合にも、ファンモータ２Ａにかかる負荷が大きくなる。しかし、運転開始直後に、着霜による負荷が生じることは考えにくい。このため、空気調和機の運転を開始してから、あらかじめ定められた設定時間ｔの間、ファンモータ２Ａの指令電圧が、設定されたしきい値を超える場合は、埃などの異物による目詰まりが発生していると判定することができる。

　図４は、この発明の実施の形態１に係る室外制御装置１０が行う目詰まり判定における処理の流れを説明する図である。次に、図４を参照しつつ、室外制御装置１０の異物詰まりに関する判定処理について説明する。

　機器制御部１０Ａは、ファンモータ２Ａの目標回転数を決定する（ステップＳ１１）。次に、機器制御部１０Ａは、ファンモータ２Ａの現実の回転数が目標回転数となるように、指令電圧を設定し、ファンモータ２Ａを回転させ、制御を行う（ステップＳ１２）。

　判定部１０Ｂは、機器制御部１０Ａが設定した指令電圧が、目詰まり判定しきい値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１３）。判定部１０Ｂは、指令電圧が目詰まり判定しきい値以上でないと判定すると、目詰まりは生じていないとして処理を終了する。

　一方、判定部１０Ｂは、指令電圧が目詰まり判定しきい値以上であると判定すると、目詰まり判定しきい値以上の状態が設定時間ｔ継続しているかどうかを判定する（ステップＳ１４）。判定部１０Ｂは、設定時間ｔ継続していないと判定すると、ステップＳ１３に戻り、判定を行う。

　判定部１０Ｂは、目詰まり判定しきい値以上の状態が設定時間ｔ継続していると判定すると、通信部１０Ｄに、リモコン１２に対して異物による目詰まりが生じている旨の信号を送信させる（ステップＳ１５）。リモコン１２は、送られた信号に基づいて、異物詰まりが生じていることを示す文字、記号、図形などを、リモコン１２の表示装置１２Ａに表示し、教示する。

　以上のように、実施の形態１の室外ユニット１００においては、空気調機の運転を開始してから設定時間ｔの間に、指令電圧が目詰まり判定しきい値以上になったと判定すると、異物による目詰まりであると判定するようにした。このため、室外熱交換器１の異物による目詰まりに対して早期に対応することができる。そして、リモコン１２の表示装置１２Ａに異物詰まりが生じている旨を表示するようにしたことで、より速やかに目詰まりを報知することができる。ここで、判定部１０Ｂは、設定時間ｔ経過後にも、指令電圧に基づいて判定する処理を継続し、着霜に関する判定処理を行うようにしてもよい。

実施の形態２．
　上述した実施の形態１においては、空気調和機の運転開始時における異物の詰まり判定を行うようにした。実施の形態２の空気調和機は、空気調和機の運転実行中において、目詰まりを判定する処理を行うものである。

　図５は、この発明の実施の形態２に係る空気調和機のファンモータ２Ａの指令電圧の時間変化の例を示す図である。図５は、室外ユニット１００の室外熱交換器１が異物によって目詰まりが発生した状態で、空気調和機の運転した場合について示している。このとき、機器制御部１０Ａからファンモータ２Ａにおける指令電圧の上昇率αは、着霜によるファンモータ２Ａへの指令電圧の上昇率βと比較して大きくなる傾向にある。

　そこで、実施の形態２の空気調和機においては、運転実行中におけるファンモータ２Ａへの指令電圧の上昇率αに基づいて、異物による目詰まりが発生しているかどうかを判定する。

　図６は、この発明の実施の形態２に係る室外制御装置１０が行う目詰まり判定における処理の流れを説明する図である。次に、図６を参照しつつ、室外制御装置１０の異物詰まりに関する判定処理について説明する。

　判定部１０Ｂは、空気調和機の運転実行中において、指令電圧が上昇しているかどうかを判定する（ステップＳ２１）。指令電圧が上昇していないと判定すると、ステップＳ２１の判定を継続する。判定部１０Ｂは、指令電圧が上昇していると判定すると、上昇が停止したかどうかを判定する（ステップＳ２２）。判定部１０Ｂは、指令電圧の上昇が停止するまで判定を続ける。

　判定部１０Ｂが指令電圧の上昇が停止したものと判定すると、演算部１０Ｃは、上昇期間における指令電圧の上昇率α１を算出する（ステップＳ２３）。そして、判定部１０Ｂは、演算部１０Ｃが算出した上昇率α１が、あらかじめ設定された上昇率判定しきい値Ａ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ２４）。判定部１０Ｂは上昇率α１が上昇率判定しきい値Ａ以上でないと判定すると、ステップＳ２１に戻る。

　一方、判定部１０Ｂは、上昇率α１が上昇率判定しきい値Ａ以上であると判定すると、上昇が停止した後の、指令電圧の上昇状態が、あらかじめ設定された設定持続時間Ｔ以上続いているかどうかを判定する（ステップＳ２５）。判定部１０Ｂは、指令電圧の上昇状態が設定持続時間Ｔ以上続いていると判定すると、通信部１０Ｄに、リモコン１２に対して異物詰まりが生じている旨の信号を送信させる（ステップＳ２６）。リモコン１２は、送られた信号に基づいて、リモコン１２の表示装置１２Ａに表示し、異物詰まりを教示する。判定部１０Ｂが指令電圧の上昇状態が設定持続時間Ｔ以上続いていないと判定すると、ステップＳ２１に戻る。

　以上のように、実施の形態２の空気調和機によれば、運転実行中に、室外制御装置１０が、指令電圧の上昇率αと上昇後における指令電圧の設定持続時間Ｔに基づいて、異物による目詰まりを判定する。そして、リモコン１２の表示装置１２Ａに異物による目詰まりが生じている旨を表示するようにした。このため、空気調和機の運転実行中にも異物による目詰まりを判定することができ、室外熱交換器１の目詰まりに対して早期に対応することができる。

実施の形態３．
　実施の形態１においては、空気調和機の運転開始時における判定を行った。また、実施の形態２では、空気調和機の運転実行中における指令電圧の上昇率に基づいて判定を行った。実施の形態３は、空気調和機の運転実行中における指令電圧による異物の目詰まりを判定するための判定しきい値を設定するものである。

　図７は、この発明の実施の形態３に係る空気調和機のファンモータ２Ａの指令電圧の時間変化の例を示す図である。図７に示すように、実施の形態３においては、正常時の運転時間ｔ１に対し、許容される運転時間の低下比率Ｋ倍した時間を、目詰まりをしているときの運転時間Ｋ×ｔ２とする。前述したように、目詰まりが生じている場合には、正常の運転時間よりも除霜運転が行われるまでの間隔が短くなる。許容される運転時間の低下比率Ｋとは、目詰まりが生じて運転時間が短くなっても許容できる範囲を示す。そして、正常時の運転時間と目詰まりが発生しているときの運転時間との差に、ファンモータ２Ａに対する着霜による指令電圧の最大上昇率βｍａｘをかけた値を、異物による目詰まりしきい値Ｖｏとして設定する。以上の内容を数式で表すと、（１）式のようになる。低下比率Ｋが少ないと、目詰まり判定までの時間が長くなるが、より正確な判定を行うことができる。

［数１］
　目詰まりしきい値Ｖｏ＝（着霜による指令電圧の最大上昇率βｍａｘ）×
　　　　　　　　　（正常時と目詰まり時の運転時間差（１－Ｋ）×ｔ２）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）

　室外制御装置１０の判定部１０Ｂは、目詰まりしきい値Ｖｏに基づいて、空気調和機の運転実行中におけるファンモータ２Ａの指令電圧との比較により、異物による目詰まりが発生しているかどうかを判定する。

　以上のように、実施の形態３の空気調和機では、運転実行中において、室外ファン２のファンモータ２Ａに送る指令電圧に基づいて、室外制御装置１０の判定部１０Ｂが、異物による目詰まりの判定をより正確に行うことができる。また、低下比率Ｋにより、しきい値の条件を厳しくすることで、目詰まりを予測することもできる。

実施の形態４．
　上述した実施の形態１～実施の形態３では、室外ユニット１００における室外熱交換器１の異物による目詰まりについて判定を行ったが、これに限定するものではない。室内ユニット２００側における室内熱交換器５についても、室内ファン７の風量などに基づいて、異物による目詰まりの判定を行うことができる。

　また、実施の形態１～実施の形態３では、空気調和機が、冷媒を循環させる冷媒回路を有するものとして説明したが、これに限定するものではない。たとえば、熱を搬送することができる冷媒以外の媒体と空気とを熱交換する熱交換器における、異物による目詰まりについて、上述した判定を適用することができる。

　１　室外熱交換器、２　室外ファン、２Ａ　ファンモータ、３　圧縮機、４　四方弁、５　室内熱交換器、６　電子膨張弁、７　室内ファン、１０　室外制御装置、１０Ａ　機器制御部、１０Ｂ　判定部、１０Ｃ　演算部、１０Ｄ　通信部、１０Ｅ　記憶部、１１　室内制御装置、１２　リモコン、１２Ａ　表示装置、１００　室外ユニット、２００　室内ユニット、３００　ガス冷媒配管、４００　液冷媒配管。

Claims

　熱を搬送する媒体と空気との熱交換を行う熱交換器と、
　該熱交換器に前記空気を送るファンと、
　該ファンを駆動させるファンモータの回転数に応じた指令電圧に基づいて、異物による目詰まりが前記熱交換器に発生しているかどうかを判定する制御装置と
を備える空気調和機。
　前記制御装置は、運転を開始してから設定時間の間に、前記ファンモータに送られる指令電圧が、設定された目詰まり判定しきい値以上となったものと判定すると、前記異物による目詰まり発生とする請求項１に記載の空気調和機。
　前記制御装置は、運転実行中における前記指令電圧の上昇率が、設定された上昇率判定しきい値以上であり、上昇後の前記指令電圧が設定持続時間続いたものと判定すると、前記異物による目詰まり発生とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
　前記制御装置は、運転実行中における前記指令電圧と、着霜に係る前記指令電圧の上昇率に基づいて設定された目詰まりしきい値との比較に基づいて、前記異物による目詰まりの判定を行う請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
　信号に基づいて表示を行う表示装置を備え、
　前記制御装置は、前記異物による目詰まりが発生していると判定すると、前記信号を前記表示装置に送り、前記異物による目詰まりが発生したことを表示させる請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機。
　前記制御装置は、前記指令電圧に基づいて、さらに着霜を判定する請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の空気調和機。