(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転中に冷媒が吐出されるローディングタイムと冷媒が吐出されないアンローディングタイムとが反復され、前記ローディングタイムおよびアンローディングタイムがパルス幅変調方式で制御されて冷媒の吐出量が可変されうる圧縮機と、
該圧縮機と連結された室外熱交換器と、
該室外熱交換器の近傍に設けられた室外ファンと、
室外温度をセンシングするための室外温度センサと、
該室外温度センサでセンシングした室外温度と前記ローディングタイムにより推定される前記圧縮機の冷媒吐出量により予め定められた運転モードで前記室外ファンの運転を制御する制御部と、を備える空気調和機の室外ファン制御システム。
【請求項２】
前記運転モードは、前記室外温度が高いほど前記圧縮機の冷媒吐出量が多くなるほど前記室外ファンの回転速度を高める方向に設定され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ファン制御システム。
【請求項３】
前記室外ファンは１つのファンであり、運転モードは停止モード、低速モード、高速モードを備える請求項１に記載の空気調和機の室外ファン制御システム。
【請求項４】
前記室外ファンは、運転モードがそれぞれ停止モード、低速モード、高速モードである２つのファンを含み、前記２つのファンの運転モードの組み合わせは、停止-停止、停止-低速、停止-高速、低速-低速、低速-高速、高速-高速を含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ファン制御システム。
【請求項５】
前記圧縮機は、デューティ制御信号に応じてパルス幅変調方式で制御される圧縮機であり、前記圧縮機の冷媒吐出量はローディングタイムにより推定され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ファン制御システム。
【請求項６】
前記圧縮機と前記室外熱交換器は室外機を構成し、前記膨張バルブと前記室内熱交換器は室内機を構成し、前記室内機は多数台が並列に配され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ファン制御システム。
【請求項７】
パルス幅変調方式で制御される圧縮機を有する空気調和機の室外ファン制御方法において、
室外温度を検出する段階と、
前記圧縮機のローディングタイムを検出する段階と、
前記段階で検出された前記室外温度と前記圧縮機のローディングタイムに基づき予め定められた運転モードで前記室外ファンを運転させる段階と、を備える空気調和機の室外ファン制御方法。
【請求項８】
前記運転モードは、前記室外温度が高いほど前記ローディングタイムが長いほど前記室外ファンの回転速度を高める方向に設定されることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機の室外ファン制御方法。
【請求項９】
前記室外ファンの運転モードは、停止モード、低速モード、高速モードを備え、前記室外ファンの運転モードを停止モードで他のモードに転換する場合は、まず所定時間中高速モードで運転させた後該当モードに転換することを特徴とする請求項８に記載の空気調和機の室外ファン制御方法。
【請求項１０】
前記所定時間は２〜５秒であることを特徴とする請求項９に記載の空気調和機の室外ファン制御方法。
【請求項１１】
前記室外ファンは、運転モードがそれぞれ停止モード、低速モード、高速モードである２つのファンを備え、前記２つのファンの運転モードは前記２つのファンの停止-停止、停止-低速、停止-高速、低速-低速、低速-高速、高速-高速の６段階で行われることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機の室外ファン制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和機に係り、さらに詳しくはパルス幅変調方式の圧縮機を採用した空気調和機の室外ファン制御システム及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機において凝縮器、すなわち室外側熱交換器は室外機に設けられ周囲に熱を放出させることにより冷媒を凝縮させる役割を果たす。この際、室外側熱交換器における熱交換量は送風ファンの回転速度と室外温度により変るが、このような熱交換量の変化は室内機の冷房能力に直接に影響を与える。
【０００３】
特に、室外温度が低い場合は、冷媒と外気との温度差が大きいため、室外側熱交換器における熱交換量が増える。これにより、蒸発器、すなわち室内側熱交換器における冷媒の蒸発温度が低くなって、室内側熱交換器の表面が凍結する恐れがあり、その場合室内機の冷房能力が低下する。
【０００４】
一方、室外温度が高ければ冷媒と外気との温度差が小さいため、室外側熱交換器における熱交換量は減る。従って、室内側熱交換器で蒸発温度が上昇し、よって室内側熱交換器における冷媒の熱交換量が減って室内機の冷房能力が低下する。
【０００５】
従って、室外温度の高低にかかわらず室内機の冷房能力をさらに最上に維持させるためには、室外温度の変化により室外側熱交換器で熱交換量を適切に調節する必要がある。
【０００６】
このため、従来の空気調和機では、室外温度の高低により室外ファンの回転速度を高速と低速の２段に調節した。これは、通常室外ファンが１つの場合のみならず、複数のファンの場合も同じである。すなわち、室外温度が低い場合は室外側熱交換器における熱交換量を減らすために複数の室外ファンを同時に低速で運転し、室外温度が高い場合は、室外側熱交換器における熱交換量を増やすために複数の室外ファンを同時に高速で運転した。
【０００７】
しかし、前述したような従来の空気調和機の室外ファン制御方法によれば、室外温度のみを考慮して室外ファンを制御するため、インバータ圧縮機やＰＷＭ圧縮機のように経時的に冷媒圧縮及び吐出量が変化する場合は、室外側熱交換器における熱交換量を常に一定に調節できないという問題点があった。
【０００８】
特に、ＰＷＭ圧縮機の場合は、圧縮機の運転中も冷媒の吐出が周期的または間欠的になされる。即ち、圧縮機の運転中に冷媒の吐出があるローディング(loading)と冷媒の吐出のないアンローディング(unloading)が交代に起こるため、経時的に冷媒の圧縮量と吐出量は変り、よって室外側熱交換器を通して流れる冷媒量が変る。すなわち、ローディングタイムが相対的に短い場合は、室外側熱交換器に流れる冷媒量も相対的に少なくなるが、この際室外ファンの回転速度が一定な場合は、室外側熱交換器を流れる冷媒量に比べて相対的に過度な熱交換がなされる。
【０００９】
従って、冷媒の過冷によって室内機の冷房能力が低下する。一方、ローディングタイムが相対的に長い場合は、室外側熱交換器に流れる冷媒の量も相対的に多くなるが、この際も室外ファンの回転速度が一定だとすれば室外側熱交換器を流れる冷媒量に比べて相対的に足りない熱交換がなされる。従って、冷媒の凝縮圧力の上昇によって室内機の冷房能力が低下する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した背景下になされたもので、パルス幅変調方式で制御される圧縮機を採用した空気調和機において室外側熱交換器における熱交換量を適切に調節することにより、室内機の冷房能力を適切に発揮できる室外ファン制御システム及びその制御方法を提供することをその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の空気調和機室外ファン制御システムは、運転中に冷媒の吐出量が変化されうる圧縮機と、該圧縮機と連結された室外熱交換器と、該室外熱交換器の近傍に設けられた室外ファンと、室外温度をセンシングするための室外温度センサと、該室外温度センサでセンシングした室外温度と前記圧縮機の冷媒吐出量により予め定められた運転モードで前記室外ファンの運転を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の空気調和機の室外ファン制御方法は、パルス幅変調方式で制御される圧縮機を有する空気調和機の室外ファン制御方法において、室外温度を検出する段階と、前記圧縮機のローディングタイムを検出する段階と、前記段階で検出された前記室外温度と前記圧縮機のローディングタイムに基づき予め定められた運転モードで前記室外ファンを運転させる段階と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施例を詳述する。図１は本発明に係る空気調和機のサイクル構成図である。本発明の空気調和機１は、閉回路を構成するよう冷媒管により順次に連結された圧縮機２と、室外熱交換器３と、電動膨張バルブ４と、それから室内熱交換器５と、を備える。冷媒管のうち圧縮機２の吐出側と電動膨張バルブ４の流入側とを連結する冷媒管は、圧縮機２から吐出された高圧冷媒の流れを案内する高圧管６であり、電動膨張バルブ４の流出側と圧縮機２の吸引側とを連結する冷媒管は、電動膨張バルブ４で膨張された低圧冷媒の流れを案内する低圧管７である。室外熱交換器３は高圧管６の途中に設けられ、室内熱交換器５は低圧管７の途中に設けられる。圧縮機２が運転すれば冷媒は実線矢印方向に流れる。
【００１４】
一方、本発明の空気調和機１は、室外機８と室内機９を備える。室外機８は前述した圧縮機２と室外熱交換器３を備え、圧縮機２の上流の低圧管７に設けられたアキュムレーター１０と室外熱交換器３の下流の高圧管６に設けられたレシーバ１１を備える。アキュムレーター１０は室内熱交換器５で今だ蒸発できなかった液冷媒を集めて気化させ圧縮機２に流入させる役割を果たす。
【００１５】
即ち、室内熱交換器５で完全な蒸発がなされない場合、アキュムレーター１０に流れ込む冷媒は液体と気体状態の混合であるが、アキュムレーター１０は液状の冷媒を気化させ気体状態の冷媒(ガス冷媒)だけを圧縮機に吸引させる。このため、アキュムレーター１０の内部の冷媒管の入口端と冷媒管の出口端はアキュムレーター１０内の上部に置かれることが望ましい。
【００１６】
同様に、室外熱交換器３で完全な凝縮がなされない場合、レシーバ１１に流れ込む冷媒は液状と気相の混合である。レシーバ１１は、液状の冷媒と気体状態の冷媒とを分離して液状の冷媒だけを流出するよう構成されるが、このためレシーバ１１の内部の冷媒管の入口端と出口端はレシーバ１１の内部の下側まで延びる。
【００１７】
レシーバ１１内部の気体状態の冷媒をバイパッシングするためにレシーバ１１とアキュムレーター１０の上流の低圧管７を連結させるベントバイパス管１２が設けられる。ベントバイパス管１２の入口端は、レシーバ１１の上側に設けられ気相の冷媒だけを流入させ、途中にはベントバルブ１３が設けられレシーバ１１内部の気体状態の冷媒のバイパッシングを調節する。従って、レシーバ１１内部のガス冷媒はベントバルブ１３の作動により二点鎖線矢印方向に流れる。
【００１８】
レシーバ１１から張り出される高圧管は、アキュムレーター１０を通過するよう構成される。これは、この高圧管を通過する相対的に高温の冷媒を用いてアキュムレーター１０内の低温の液状の冷媒を気化させるためである。アキュムレーター１０における気化を効率よく行うため、アキュムレーター１０内部の低圧冷媒管はＵ字形に形成され、アキュムレーター１０を通過する高圧冷媒管はＵ字形低圧冷媒管の内部を通過するよう配される。
【００１９】
また、室外機８は、圧縮機２から室外熱交換器３に至る高圧管６とアキュムレーター１０とを連結するホットガスバイパス管１４とレシーバ１１の下流とアキュムレーター１０の上流とを連結するリキッドバイパス管１５を備える。ホットガスバイパス管１４の中途にはホットガスバルブ１６が設けられバイパスされるホットガスの流量を調節し、リキッドバイパス管１５の中途にはリキッドバルブ１７が設けられバイパスされる液冷媒の流量を調節する。従って、ホットガスバルブ１６が開放されれば、圧縮機２から出てきたホットガスの一部はホットガスバイパス管１４に沿って点線矢印方向に流れ、リキッドバルブ１７が開放されればレシーバ１１から出てきた液冷媒の一部はリキッドバイパス管１５に沿って一点鎖線矢印方向に流れる。
【００２０】
一方、室外機８は、室外熱交換器３の近傍に設けられた第１室外ファン３６と第２室外ファン３７を備える。第１室外ファン３６と第２室外ファン３７は、左右に並設され外気をして室外熱交換器３を通過させることにより室外熱交換器３で熱交換を可能にする。このような第１室外ファン３６と第２室外ファン３７は圧縮機２における冷媒吐出量及び外部条件により運転モードが決定される。これについては後述する。また、室外機８は室外温度を測定するための室外温度センサ３３を備える。
【００２１】
室内機９は多数台が並列に配され、各室内機９は電動膨張バルブ４と室内熱交換器５を備える。従って、一台の室外機８に多数台の室内機９が連結された形態を取る。そして各室内機９の容量と形態は異同に構わない。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂに示した通り、圧縮機としてはパルス幅変調方式で制御される能力可変型圧縮機２が使われる。圧縮機２は吸引口１８と吐出口１９が設けられたケーシング２０と、該ケーシング２０の内部に設けられたモータ２１と、該モータ２１の回転力を受けて回転する旋回スクロール２２と、旋回スクロール２２との間に圧縮室２３を形成する固定スクロール２４と、を備える。ケーシング２０には固定スクロール２４の上側と吸引口１８とを連結するバイパス管２５が設けられ、該バイパス管２５にはソレノイドバルブ形態のＰＷＭバルブ(Pulse Width Modulated Valve)２６が設けられる。
【００２３】
図２ＡはＰＷＭバルブ２６がオフされバイパス管２５を塞いでいる状態を示した図であって、この状態では圧縮機２は圧縮された冷媒を吐出する。このような状態をローディング(loading)とし、この際圧縮機２は１００％の容量で運転する。図２ｂはＰＷＭバルブ２６がオンされバイパス管２５を開けている状態を示した図であって、この際冷媒は圧縮機２から吐出されない。このような状態をアンローディング(unloading)とし、圧縮機２は０％の容量で運転する。ローディング状態やらアンローディング状態やら圧縮機２には電源が供給され、モータ２１は一定速度で回転する。圧縮機２に電源供給が遮断されれば、モータ２１は回転せず圧縮機２の運転は止まる。
【００２４】
図３に示した通り、圧縮機２は運転中に一定周期でローディングとアンローディングを繰り返す。そして各周期においてローディングタイムとアンローディングタイムは必要冷房能力により変り、ローディングタイムにおいて圧縮機２は冷媒を吐出するので室内熱交換器５の温度は下降し、アンローディングタイムで圧縮機２は冷媒を吐出しないため室内熱交換器５の温度は上昇する。
【００２５】
図３において斜線を引いた部分の面積は冷媒吐出量を示す。ローディングタイムとアンローディングタイムを制御する信号をデューティ制御信号とする。本発明の実施例において周期は、一定に、例えば２０秒に定めておき、室内機９の総必要冷房能力によりローディングタイムとアンローディングタイムを変化させ圧縮機２の能力を可変させる方式を取る。
【００２６】
図４は本発明に係る空気調和機制御システムのブロック図である。図４に示した通り、室外機８は圧縮機２及びＰＷＭバルブ２６と信号の伝達が可能なように連結された室外制御部２７を備える。室外制御部２７は室外通信回路部２８と連結されデータを送受信する。また室外温度センサ３３が室外制御部２７の入力ポートに連結され、第１室外ファン３６と第２室外ファン３７をそれぞれ駆動する第１室外ファン駆動部３４と第２室外ファン駆動部３５が室外制御部２７の出力ポートに連結される。室外制御部２７は、室外温度センサ３３から入力された室外温度データと圧縮機２のローディングタイムを確認して第１室外ファン駆動部３４と第２室外ファン駆動部３５を制御することにより、第１室外ファン３６と第２室外ファン３７を所定の運転モードで運転させる。
【００２７】
各室内機９は、室内制御部２９と室外機８とのデータ送受信が可能なように連結された室内通信回路部３２を備える。室外通信回路部２８と室内通信回路部３２は有線または無線でデータ送受信が可能なように設けられている。室内制御部２９の入力ポートには、温度検知部３０と温度設定部３１が連結され、出力ポートには電動膨張バルブ４が連結される。温度検知部３０は調和空間である室内の温度をセンシングする温度センサである。室内制御部２９は温度検知部３０及び温度設定部３１から信号を受けて室内温度と設定温度との差に基づき室内機９の必要冷房能力を算出する。このように算出された必要冷房能力により圧縮機２のローディングタイムが決定される。
【００２８】
第１室外ファン３６と第２室外ファン３７はそれぞれ停止モード、低速モード、高速モードの３種の運転モードを有する。そして、２つのファンの組み合わせによる運転モードは次の通りである。
【００２９】
【表１】
0003688268.tif 000002
【００３０】
すなわち、２つのファンの組み合わせによる運転モードは６種である。本実施例では２つのファンを使用したが、１つのファンのみでも運転でき、この場合運転モードは停止、低速、高速の３種である。
【００３１】
前記運転モードは室外温度と圧縮機２のローディングタイムにより予め定められる。表２は７．５馬力圧縮機２のデューティサイクル制御周期が２０秒の場合室外温度とローディングタイムによる運転モードを示す。
【００３２】
【表２】
0003688268.tif 000003
【００３３】
前記表２から分かるように、運転モードは室外温度が高いほど圧縮機２のローディングタイムが延びるほど(圧縮機ローディングタイムが延びるほど圧縮機の冷媒吐出量が多くなる)第１室外ファン３６と第２室外ファン３７の回転速度を高める方向に設定される。
【００３４】
図５を参照して室外ファン制御過程を説明する。まず、圧縮機２の運転が始まると室外制御部２７は、室外温度及び圧縮機のローディングタイムを受信する(Ｓ１０１)。室外温度は室外温度センサ３３により検出され、圧縮機２が運転される場合、室外制御部２７は圧縮機２のローディングタイムに対する情報を有している。次いで、室外温度と圧縮機のローディングタイムにより運転モードを選択する(Ｓ１０２)。運転モードの選択は表２のように予め定められたまま６種のモードのうち一つとして選択された。
【００３５】
次いで選択された運転モードを行う前に、第１室外ファン３６や第２室外ファン３７が停止状態に存するかを判断して(Ｓ１０３)、第１室外ファン３６や第２室外ファン３７が停止状態の場合は、その室外ファンを選択された運転モードを問わず高速で運転する(Ｓ１０４)。すなわち、第１室外ファン３６と第２室外ファン３７が全て停止状態ならばモード５で運転する。これは、室外ファン駆動モータの起動時のパワー補強のためであり、このような運転は２〜５秒(望ましくは３秒)間続ける。
【００３６】
段階１０３において、室外ファンが停止状態でないと判断されたり段階１０４で３秒が経過すれば、段階１０２で選択された運転モードで室外ファンを運転する(Ｓ１０５)。例えば室外温度が７℃以下の場合、圧縮機２のローディングタイムを問わず０モードが選択され、０モードでは第１室外ファン３６と第２室外ファン３７が全て停止される。この状態で室外温度が１５℃であり、圧縮機のローディングタイムが１２秒ならば、表２により運転モードは３モードが選択される。ただし、直ちに選択された３運転モードで室外ファンを運転することではなく、いったん５モードで第１室外ファン３６と第２室外ファン３７を高速で３秒間運転した後、選択された３モードで運転する。したがって、第１室外ファン３６と第２室外ファン３７は全て高速モードから低速モードに転換される。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明に係る空気調和機の室外ファン制御システム及びその制御方法によれば、パルス幅変調方式で制御される圧縮機のローディングタイムと室外温度を考慮して室外ファンを制御することにより室外熱交換器における熱交換量を適切に調節することができ、よって室内機の冷房能力を適切に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る空気調和機の室外ファン制御システムのサイクル構成図である。
【図２Ａ】  本発明の空気調和機に採用されたＰＷＭ圧縮機のローディング状態を示した図である。
【図２Ｂ】  アンローディング状態を示した図である。
【図３】  図２の圧縮機の運転中にローディング及びアンローディングと冷媒吐出量との関係を示した図である。
【図４】  本発明に係る空気調和機の室外ファン制御システムのブロック図である。
【図５】  本発明に係る空気調和機の室外ファン制御方法を示した流れ図である。
【符号の説明】
１  空気調和機
２  圧縮機
３  室外熱交換器
４  電動膨張バルブ
５  室内熱交換器
６  高圧管
７  低圧管
８  室外機
９  室内機
１０  アキュムレーター
１１  レシーバ
１２  ベントバイパス管
１３  ベントバルブ
１５  リキッドバイパス管
１６  ホットガスバルブ
１８  吸引口
１９  吐出口
２６  ＰＷＭバルブ
２７  室外制御部
２８  室外通信回路部
２９  室内制御部
３６  第１室外ファン
３７  第２室外ファン
３３  室外温度センサ
【図１】
0003688268.tif 000004
【図２ａ】
0003688268.tif 000005
【図２ｂ】
0003688268.tif 000006
【図３】
0003688268.tif 000007
【図４】
0003688268.tif 000008
【図５】
0003688268.tif 000009