(57)【要約】【課題】熱交換器の着霜状態を判定すること。【解決手段】室外機の制御装置は、室外ファンの静圧とファン風量との特性を示すPQ特性をファン回転数ごとに保持している（Ｓ１）。制御装置は、ファン回転数に応じたPQ特性と室外熱交換器の空気出口側の空気圧とからファン風量を推定する（Ｓ２）。制御装置は、推定したファン風量と空気圧とから抵抗係数を算出し（Ｓ３）、算出した抵抗係数と室外熱交換器に霜が付着していない場合の基準抵抗係数とを比較して室外熱交換器の着霜状態を推定する（Ｓ４）。制御装置は、着想していると判定した場合、室外熱交換器に付着した霜を除去するための除霜運転を実行する。【選択図】図３
2014095504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内機と室外機を配管を介して接続し、冷媒を循環させる空気調和機において、
前記室外機は、
冷媒と外気との間で熱交換するための室外熱交換器と、
該室外熱交換器に外気を供給するための室外ファンと、
前記室外熱交換器の空気出口側の空気圧を検出するための空気圧センサと、
制御装置と、
を備えており、
前記制御装置は、
前記室外ファンのファン風量を推定し、
推定した前記ファン風量と前記室外熱交換器の空気出口側の空気圧とから前記室外熱交換器の空気流路の抵抗係数を算出し、
算出した前記抵抗係数に基づき前記室外熱交換器の着霜状態を推定する、
空気調和機。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記室外ファンの静圧とファン風量との特性を示すPQ特性をファン回転数ごとに保持しており、
複数の前記PQ特性のうちファン回転数に応じたPQ特性と前記空気圧センサの検出する前記室外熱交換器の空気出口側の空気圧とからファン風量を推定し、
推定した前記ファン風量と前記室外熱交換器の空気出口側の空気圧とから前記抵抗係数を算出し、
算出した前記抵抗係数と、前記室外熱交換器に霜が付着していない場合の値として予め用意される基準抵抗係数とを比較して前記室外熱交換器の着霜状態を推定し、
着霜していると判定した場合は、前記室外熱交換器に付着した霜を除去するための除霜運転を実行する、
請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記制御装置は、
さらに、前記室外ファンのファン軸動力とファン風量との関係を示すLQ特性を保持しており、
前記ファン回転数に応じた前記PQ特性と前記空気圧センサの検出する前記室外熱交換器の空気出口側の空気圧とからファン風量を推定できない場合は、前記室外ファンの軸動力に基づいて前記LQ特性を用いることで、ファン風量を推定する、
請求項２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記空気圧センサは、前記制御装置を構成する制御基板に実装される静圧センサとして構成される、
請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばヒートポンプ式の空気調和機で冬季に暖房運転すると、室外機の熱交換器に徐々に霜が付く。着霜を放置すると暖房能力が低下するため、室外熱交換器の冷媒温度と室外熱交換器の出口側の空気圧とに基づいて着霜状態を推定し、除霜運転を制御するようにした技術は知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２１８５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的には、空気調和機の暖房運転時における除霜判断には、外気温度センサの値と熱交換器の冷媒温度センサの値を使うが、前記特許文献のように、熱交換器の出口側空気圧センサを使う方法も知られている。
【０００５】
室外ファンは一定の回転数で回し、圧縮機の周期を変えることで暖房時の容量を調整する場合は、熱交換器の出口側空気圧の変化から着霜を判定することも可能である。しかし、暖房負荷が比較的小さい場合は、圧縮機の周期を制御するのではなく、室外ファンの回転数を変化させることで容量調整を行うこともできる。
【０００６】
もしも、空調対象空間の温度が設定値よりも高くなったために室外ファンの回転数を低下させた場合、室外熱交換器を通過する空気の量（ファン風量）が減少するため、熱交換器を通過する空気の圧力損失が大きくならない。つまり、室外ファンの回転数を下げると、室外熱交換器を通過する空気量が少なくなって圧力損失が大きく変化しないため、室外熱交換器に着霜しているか否か判定することができない。
【０００７】
一方、室外ファンを一定回転数で作動させる場合であっても、圧力損失の変化から着霜の有無を常に判定できるとは限らない。例えば、ファンの静圧と風量の特性（以後ＰＱ特性と略す）において、静圧を上げることができない領域を使用する場合、または、サージング領域と呼ばれる風量と圧力の関係が不安定になる領域を使用する場合は、着霜の有無を判定できない。室外熱交換器を通過する空気の圧力損失の値が同一であっても、実際に流れる空気量は異なっている可能性があるため、室外熱交換器の着霜状態を一意に推定することができない。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、室外熱交換器に付着する霜の状態をより正確に推定できるようにした空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明に係る空気調和機は、室内機と室外機を配管を介して接続し、冷媒を循環させる空気調和機において、室外機は、冷媒と外気との間で熱交換するための室外熱交換器と、該室外熱交換器に外気を供給するための室外ファンと、室外熱交換器の空気出口側の空気圧を検出するための空気圧センサと、制御装置と、を備えており、制御装置は、室外ファンのファン風量を推定し、推定したファン風量と室外熱交換器の空気出口側の空気圧とから室外熱交換器の空気流路の抵抗係数を算出し、算出した抵抗係数に基づき室外熱交換器の着霜状態を推定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、推定したファン風量と室外熱交換器の空気出口側の空気圧とから室外熱交換器の空気流路の抵抗係数を算出し、その抵抗係数に基づいて室外熱交換器の着霜状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例の冷凍サイクル系統図を示す。
【図２】室外ファンの回転数別のＰＱ線図、着霜の有無による相違を示すＰＱ線図、及びファン動作点を示す説明図である。
【図３】着霜を推定する方法を示す説明図である。
【図４】第２実施例の説明に際し、室外ファン特性にて直線性が無い領域で室外ファンを運転する場合のＰＱ線図を示す。
【図５】室外ファン特性において、サージング発生領域を含むＰＱ線図を示す。
【図６】第２実施例に係り、着霜を推定する方法を示す説明図である。
【図７】第３実施例に係り、室外熱交換器、室外ファン、および圧力センサの配置の一例を示す室外機の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、室外ファンの回転数を可変に制御することができ、かつ、暖房運転中に除霜運転を行うことができる室外機において、着霜状態を推定する。本実施形態では、ファン風量を推定し、推定したファン風量と室外熱交換器の空気出口側の空気圧とから室外熱交換器の空気流の抵抗係数を算出し、算出した抵抗係数に基づき室外熱交換器の着霜状態を推定する。
【００１３】
一つの実施例では、室外機を制御する制御装置は、室外ファンの静圧とファン風量との特性を示すPQ特性をファン回転数ごとに保持しており、複数のPQ特性のうち現在のファン回転数に応じたPQ特性と室外熱交換器の空気出口側の空気圧とからファン風量を推定する。
【００１４】
他の一つの実施例では、制御装置は、室外ファンのファン軸動力とファン風量との関係を示すLQ特性を保持している。制御装置は、ファン回転数に応じたPQ特性と室外熱交換器の空気出口側の空気圧とからファン風量を推定できない場合、室外ファンの軸動力に基づいてLQ特性を用いることでファン風量を推定する。
【００１５】
室外ファンの軸動力は、例えば、室外ファンを回転するためのファンモータに供給される電流および電圧を計測し、それら電流および電圧から算出することができる。室外ファンの仕様は既知のため、ファン回転数からファンモータの電圧を推定可能である。あるいは、ファンの軸動力を直接的に測定するセンサを設けてもよい。
【００１６】
制御装置は、推定した着霜状態に基づいて除霜が必要があると判定した場合、除霜運転を実行する。除霜運転は、冷房運転時と同様に冷凍サイクルを駆動し、室外熱交換器を凝縮器として使用し、圧縮機から室外熱交換器に高圧高温の冷媒を供給する。積極的な熱交換は行わないため、室外機および室内機ともにファンは停止する。除霜運転を実行することで、室外熱交換器に付着した霜が溶けて、空気調和機の暖房能力が回復する。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図３を用いて第１実施例を説明する。空気調和機の構成を説明する前に、室外熱交換器１２を空気が通過するときの圧力損失について説明する。室外熱交換器の入口側空気圧は大気圧と同等である。したがって、大気圧と室外熱交換器の出口側空気圧との差は、室外熱交換器を通過する空気の圧力損失（空気側圧力損失と呼ぶ）となる。室外熱交換器の空気側圧力損失Ｐは、下記（１）式に示すように、空気流量（＝ファン風量）Ｑのｎ乗に抵抗係数Ｋを掛けたものである。
【００１８】
抵抗係数Ｋは、室外熱交換器のフィンピッチ、フィン形状、表面の目詰まり、着霜の有無などで変化するが、着霜に関して言えば、フィンへの着霜量が増えるほど空気が流れにくくなり、流路抵抗は増加するため抵抗係数Ｋの値は大きくなる。
【００１９】
Ｐ＝Ｋ×Ｑ＾ｎ・・・（１）式
Ｐ：空気側圧力損失［Ｐａ］＝ファン回転により発生する差圧
Ｑ：空気流量［ｍ３／ｓ］  ＝ファン風量
Ｋ：抵抗係数
ｎ：乗数（例えば２に近い値）
【００２０】
前記（１）式から、ファン風量Ｑが一定の場合、室外熱交換器の出口側空気圧を測定することにより、抵抗係数Ｋを逆算することが可能であることがわかる。例えば、霜が付着していないときの抵抗係数と比較することで、着霜を推定することができる。
【００２１】
しかし、従来技術では、室外ファン回転数が一定で回すことを前提としているため、暖房負荷が小さく室外ファン回転数を落として容量調整する場合は、風量が低下し熱交換器空気側圧力損失が大きくならないため、着霜を推定できなくなる。また、ファン回転数が一定でも、ファンの静圧・風量特性（以後ＰＱ特性と略す）により静圧が上げられない領域を使用する場合や、ファンのサージング領域を使用する場合は、同じ熱交換器空気側圧力損失で、異なるファン風量となる可能性があるため、熱交換器の着霜状態を一意に推定できなくなる。
【００２２】
そこで、本実施例の空気調和機は、暖房運転の着霜推定に室外熱交換器の出口側空気圧を使う場合において、室外ファン回転数を変化させた場合でも、室外熱交換器の着霜状態を適切に推定し、除霜運転の可否を判断する。
【００２３】
図１は、空気調和機１の冷凍サイクル系統図である。本実施例では、室外機１０と室内機２０が１対１で接続している例を示すが、これに代えて、複数の室内機２０と一つまたは複数の室外機１０とが接続している構成でもよい。
【００２４】
室外機１０は、圧縮機１１、室外熱交換器１２、四方弁１３、室外膨張弁１４、室外ファン１５、空気圧センサ１７、制御装置１００を備える。
【００２５】
圧縮機１１は、冷媒を圧縮して吐出する。冷房運転時の冷媒の流れに沿って説明すると、室外熱交換器１２の一方のポートは、流路切替弁である四方弁１３を介して圧縮機１１の吐出口に接続されている。室外熱交換器１２の他方のポートは、室外膨張弁１４および配管３０を介して室内機２０に接続され、さらに室内膨張弁２２を介して室内熱交換器２１の一方のポートに接続されている。室内熱交換器２１の他方のポートは、四方弁１３および図示せぬアキュムレータを介して、圧縮機１１に接続される。
【００２６】
室外ファン１５は、室外熱交換器１２の一側に離間して設けられている。室外ファン１５は、ファンモータ１６により所定の速度で回転する。室外ファン１５と室外熱交換器１２との間には、空気圧センサ１７が設けられている。空気圧センサ１７は、室外熱交換器１２を通過した空気の圧力（静圧）を測定し、測定した圧力を示すための電気信号を出力する。
【００２７】
制御装置１００は、室外熱交換器１２の動作を制御するための装置であり、例えば制御基板などのように構成される。制御装置１００は、マイクロコンピュータシステムを備えてもよい。
【００２８】
暖房運転時の冷媒流れ及び着霜現象を説明する。圧縮機１１で圧縮された高圧ガス冷媒は、四方弁１３および配管３１を経由して室内機２０へ送られる。高圧ガス冷媒は、室内熱交換器２１で室内空気と熱交換することで凝縮する。液冷媒は、室内膨張弁２２および配管３０を介して室外機１０に送られる。液冷媒は、室内膨張弁２２および室外膨張弁１４を通ることで減圧される。減圧された冷媒は、室外熱交換器１２で室外空気と熱交換することで低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は、四方弁１３を通ってアキュムレータ（不図示）に入り、アキュムレータを介して圧縮機１１に戻る。
【００２９】
ここで、室外熱交換器１２では、室外空気と冷媒が潜熱交換することにより、大気中の水蒸気が熱交換器１２のフィン表面で凝縮し液滴となる。さらに蒸発温度が０℃よりも低い場合は、液滴もフィン上で熱交換して凝固し、霜となる。室外熱交換器１２のフィンに付着した霜は、空気調和機の連続運転に伴って徐々に成長していく。フィンに付着する霜が増えると、やがてフィンの目詰まりを起こしてファン風量が低下したり、霜の断熱作用で熱伝達率低下など、熱交換器の伝熱を阻害するため、除霜する必要がある。
【００３０】
次に空気圧センサ１７について説明する。着霜現象が進むにつれて、熱交換器１２の空気側圧力損失は増加する。本実施例では、この圧力変化を測定して着霜を推定するために、室外熱交換器１２と室外ファン１５の間に空気圧センサ１７を設置する。空気圧センサ１７の測定値は制御装置１００にとりこまれる。制御装置１００は、後述する方法で着霜状態を推定し、除霜の要否を判断する。なお制御装置１００は、室外ファン１５の回転数も制御する。
【００３１】
除霜運転時の冷媒流れ及び除霜現象を説明する。除霜運転は、暖房運転の途中で必要に応じて実行される。除霜運転は、四方弁１３を破線側に切り替ることで実施される。除霜運転時の冷媒の流れは、冷房運転時の冷媒の流れと同じである。
【００３２】
圧縮機１１で圧縮された高圧ガス冷媒は、四方弁１３を介して室外熱交換器１２へ送られる。高圧ガス冷媒は、室外熱交換器１２内を流れる間に、付着した霜と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となる。なお、除霜運転中は、外気への放熱量を抑えるため室外ファン１５は停止している。
【００３３】
室外熱交換器１２を出た高圧の液冷媒は、室外膨張弁１４および配管３０を通って室内機２０へ送られる。高圧の液冷媒は、室内膨張弁２２で絞られた後で、室内熱交換器２１、配管３１、四方弁１３およびアキュムレータを通って圧縮機１１に送られる。なお、除霜運転時には、図示せぬ室内ファンも停止している。室内熱交換器２１での積極的な熱交換は行わないためである。従って、室内膨張弁２２を通過した液冷媒もその全てがガス化するわけではない。除霜運転を継続する場合、冷媒は、ガスと液の二相で圧縮機１１に戻ることもある。なお、アキュムレータは、圧縮機１１に戻ろうとする液冷媒の多くを蓄積するため、圧縮機１１が液冷媒を圧縮しようとして破損等するのを防止している。
【００３４】
除霜運転時には、室外熱交換器１２が凝縮器として働くため、室外熱交換器１２のフィンに付着した霜は溶けて水となり、重力で滴下する。これにより、室外熱交換器１２のフィンの目詰まりは解消され、室外熱交換器１２の伝熱性能は回復する。
【００３５】
図２を参照して、室外ファン１５の回転数を変えた場合、空気側圧力損失の変化だけではファン風量を一意に決定することができない様子を説明する。
【００３６】
図２（ａ）は、室外ファン１５の回転数別のファン特性を示したＰＱ線図である。横軸はファン風量を示し、縦軸は室外ファン１５の回転により発生する室外ファン前後での静圧差（以後静圧と略す）を示す。
【００３７】
具体的には、図１の構成において静圧とは、大気圧と空気圧センサ１７の測定値との差である。図２（ａ）では、３つの異なるファン回転数毎に特性線を示した。特性線Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の順番でファン回転数が大きい。
【００３８】
図２（ａ）から明らかなように、ファン回転数が大きくなるほどファン風量および静圧が増加する傾向にある。また、同一回転数の場合、ファン特性が直線性を有する領域では、静圧が増加するにつれてファン風量は低下する。直線性を有する領域とは、特性線の右側の領域にある斜線部分である。
【００３９】
図２（ｂ）は、室外熱交換器１２の空気側圧力損失を霜の付着の有無ごとに示したＰＱ線図である。縦軸は静圧、横軸はファン風量である。なお、静圧は、熱交換器空気側圧力損失と同じである。ファン風量は、熱交換器を通過する風量である。図２（ｂ）の左側の特性線ｄｐ１は、着霜時の特性を示す。右側の特性線ｄｐ２は、霜が付着していない場合の特性を示す。
【００４０】
特性線ｄｐ１，ｄｐ２から明らかなように、ファン風量（熱交換器通過風量）が増加すると、風量のｎ乗で静圧が増加する。また、霜が付着していない状態ｄｐ２から霜が付着した状態（着霜状態）に変化すると、同一ファン風量でも静圧が増加する。
【００４１】
図２（ａ）と図２（ｂ）の特性を組み合わせた特性図が図２（ｃ）である。ここで、室外ファンの特性Ｆ１，Ｆ３が熱交換器空気側圧力損失の特性線ｄｐ１，ｄｐ２と交わる点Ｘ１，Ｘ２，Ｘ２ａが実際の動作点に相当する。なお、図２（ｃ）では、理解の容易のために、３つのファン特性Ｆ１〜Ｆ３のうち２つのファン特性Ｆ１，Ｆ３に着目する。
【００４２】
ファン回転数が多いファン特性線Ｆ３上で、霜無し時の動作点Ｘ１と着霜時の動作点Ｘ２を比較すると、着霜によりファン風量はわずかに低下し、静圧は増加する傾向が見られる。この静圧の変化をとらえて、従来技術では熱交換器の着霜を推定していた。
【００４３】
しかし、ファン回転数が多い場合（Ｆ３）の霜無し時の動作点Ｘ１とファン回転数が少ない場合（Ｆ１）の着霜時の動作点Ｘ２ａを比較すると、風量は変化しているが、静圧はほとんど変化していないことが分かる。
【００４４】
つまり、暖房能力を調整するために室外ファン１５の回転数を調整する室外機１０の場合は、静圧を測定するだけでは着霜の有無を判定できない場合がある。一方、ファン風量を正しく推定できれば、静圧のほぼ等しい２動作点Ｘ１，Ｘ２ａの違いを見分けることができ、着霜しているか否かを判定することができる。
【００４５】
図３は、着霜の有無を判断する方法の例を示す。着霜のための判断要素（データ）を取得するための第１ステップＳ１では、測定した静圧Ｐとファン回転数Ｎを取得し、さらに、制御装置１００の保持するファン回転数毎のファン特性（ＰＱ線図）のうち、現在のファン回転数に対応するファン特性を一つ選択する。
【００４６】
ファン風量を推定する第２ステップＳ２では、現在のファン回転数に対応するファン特性と静圧Ｐとから、ファン風量Ｑを推定する。ファン回転数は実測値である必要はなく、制御装置１００からファンモータ１６に出力される回転数指令値を用いてもよい。ファン回転数は滑らかに変化させてもよいし、または、大中小のように複数の段階で切替可能としてもよい。
【００４７】
室外熱交換器１２の空気流路の抵抗係数を算出する第３ステップＳ３では、推定したファン風量Ｑと測定した静圧Ｐとから、ＰＱ線図上の熱交換器空気側圧力損失を実現するために要な抵抗係数Ｋを逆算する。抵抗係数Ｋを算出するために、上述の（１）式を変換した下記（２）式を用いてもよい。
【００４８】
Ｋ＝Ｐ／Ｑ＾ｎ  ・・・（２）
Ｋ：抵抗係数
Ｐ：静圧［Ｐａ］
Ｑ：ファン風量［ｍ３／ｓ］推定値
ｎ：乗数
【００４９】
着霜状態を判定する第４ステップＳ４では、第３ステップＳ３で算出した抵抗係数Ｋと、予め用意されている無霜時の基準抵抗係数ＫＴｈとを比較し、算出した抵抗係数Ｋが基準抵抗係数ＫＴｈよりも大きい場合、室外熱交換器１２に除霜が必要なほどの霜が付着していると判定する。そして、制御装置１００は、冷媒の流通方向を切り替えて除霜運転を実行し、室外熱交換器１２に付着した霜を取り除いて暖房能力を回復する。
【００５０】
上述のステップＳ１〜Ｓ４を所定の周期で繰り返し実行すると、室外熱交換器１２から霜が十分取り除かれた時点で、第４ステップＳ４により室外熱交換器１２に霜が付着していないと判定される。制御装置１００は除霜運転を終了し、暖房運転に戻す。
【００５１】
本実施例によれば、室外ファン１５の回転数が調整される室外機１０において、推定したファン風量Ｑと室外熱交換器１２の空気出口側の静圧Ｐとから室外熱交換器１２の空気流路の抵抗係数Ｋを算出し、算出した抵抗係数Ｋに基づいて着霜状態を推定できる。
【００５２】
従って、本実施例では、暖房運転中に室外熱交換器１２に霜が付着した場合でも、着霜状態を比較的正確に判定して適切なタイミングで除霜運転することができる。この結果、着霜しているにもかかわらず除霜運転が行われないという事態の発生を防止したり、無駄な除霜運転が実行されるのを防止することができる。従って、本実施例によれば、電気エネルギーを効率よく消費して室外機１０を制御することができるため、より一層省エネルギーな空気調和機を実現できる。
【実施例２】
【００５３】
図４〜図６を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は第１実施例の変形例に相当する。従って、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、ファン風量の変化と静圧変化との間に直線性が見られない領域で、室外ファン１５を使用する場合において、着霜状態を判定する方法を説明する。
【００５４】
まず最初に、図４を用いて、本実施例に特有の課題を説明する。図４（ａ）は、室外ファン１５の特定のファン回転数におけるファン特性を示すＰＱ線図である。ファン特性は、或る所定圧力ＰＴｈ以下の第１領域Ｉと所定圧力ＰＴｈを超えた第２領域ＩＩとの２つの領域を含む。
【００５５】
静圧が小さい第１領域Ｉでは、静圧が増加するにつれてファン風量が低下する傾向があり、直線性がある。しかし、そのようなファン風量に応じた静圧の増加も、ある領域ＩＩでは頭打ちとなり、ほぼファン風量のみが変化する。
【００５６】
静圧が変わらずファン風量だけが低下する場合とは、ファン効率が低下していることを意味し、運転状態として好ましくない。そこで、通常は直線性が確保される領域Ｉで運転できるように、システムの空気抵抗などを考慮して室外ファンを選定する。
【００５７】
しかし、図４（ｂ）の特性線ｄｐ３，ｄｐ４に示すように、室外熱交換器１２の空気側圧力損失が霜の有無で変化する場合がある。左側の特性線ｄｐ３は着霜時の特性を示し、右側の特性線ｄｐ４は霜が付いていない場合の特性を示す。
【００５８】
図４（ａ）のファン特性と図４（ｂ）の空気側圧力損失とを重ねると、図４（ｃ）に示すような動作点Ｘ３、Ｘ４が生じる可能性がある。着霜時の動作点Ｘ３と霜無し時の動作点Ｘ４を比較すると、ほぼ同一の静圧でありながらファン風量が異なっている。つまり、このような場合、静圧を測定するだけでは着霜の有無を判定できない。
【００５９】
図５を用いて、ファン特性のサージング領域を使用する場合の課題を説明する。図５（ａ）は、或る特定のファン回転数におけるファン特性を示すＰＱ線図である。特性線の途中には、ファン風量の変化と静圧の変化との間の直線性がなくなるサージング領域が存在する。サージング領域では、ファン風量が増加すると静圧が増加する場合がある。
【００６０】
図５（ｂ）は、室外熱交換器１２の空気側圧力損失を着霜時と霜無し時とで比較したＰＱ線図である。図５（ｂ）の左側に着霜時の特性線ｄｐ５を示し、右側に霜無し時の特性線ｄｐ６を示す。
【００６１】
図５（ａ）に示すサージング領域では、ファン動作点は不安定になりやすく、領域のどこで安定するかが確定しない。仮に特性線上のどこかで安定した場合でも、同じ静圧で複数の（例えば２つ又は３つ）の動作点が存在することとなる。
【００６２】
図５（ｂ）の特性線ｄｐ５、ｄｐ６のように、室外熱交換器１２の空気側圧力損失が霜の有無で変化する場合、図５（ｃ）に示すような動作点Ｘ５、Ｘ６が想定できる。着霜時の動作点Ｘ５と霜無し時の動作点Ｘ６を比較すると、同一静圧でありながらファン風量の値が２通りある。つまり、この場合、静圧を測定するだけでは、着霜の有無を判定することができない。
【００６３】
図６は、本実施例による着霜状態を判断する方法の例を示す。図３に示す方法と比較すると、本実施例では、判断要素を取得する第１ステップＳ１１において、室外ファン１５のファン軸動力を判断要素に追加している。図３に示す方法では、測定した静圧Ｐと、ファン回転数に応じたファン特性（ＰＱ線図）とに基づいて、ファン風量を推定した。しかし、図４および図５で述べたように、ファン特性に直線性がない領域（領域ＩＩ、サージング領域）では、ファン風量の推定値が複数現れる可能性がある。
【００６４】
このような場合でもファン流量を正確に推定すべく、本実施例では、図５（ｂ）に示すように、室外ファン１５のファン軸動力とファン風量の関係を示すファン軸動力特性（ＬＱ線図）を使用する。
【００６５】
ファン軸動力特性を判断要素に追加すると、同じ静圧でもファン軸動力が異なるため、ファン風量を一意に推定することができる。なお、ファン軸動力は、下記の（３）式で表される。ファン軸動力Ｌは、ファン回転により発生する差圧Ｐにファン風量  Ｑを掛け合わせた値であるため、同じ静圧でもファン風量に応じてファン軸動力が変化する。
【００６６】
Ｌ＝Ｐ×Ｑ／ηｆ・・・（３）
Ｌ：ファン軸動力［ｋＷ］
Ｐ：ファン回転により発生する差圧［Ｐａ］
Ｑ：ファン風量［ｍ３／ｓ］
ηｆ：ファン効率
【００６７】
なお、ファン軸動力は、例えばファンモータ１６に送られる電流値および電圧値を計測することで算出してもよい。制御装置１００からファンモータ１６に出力される回転数指令値とファンモータ１６の電圧値とが対応関係にある場合、ファンモータ１６の電圧値を実測せずに回転数指令値から求める構成でもよい。
【００６８】
ファン風量を推定する第２ステップＳ１２では、ファン特性が直線性を有する領域ではＰＱ線図を用いて静圧からファン風量を推定し、ファン特性が直線性を有さず静圧だけではファン風量を推定できない場合に、ＬＱ線図を用いてファン軸動力からファン風量を推定する。なお、ファン軸動力特性の精度が高い場合、ファン特性が直線性を有する領域においても、ファン軸動力とＬＱ線図からファン風量を推定してもよい。
【００６９】
抵抗係数を算出する第３ステップＳ１３では、推定したファン風量と測定した静圧とから、ＰＱ線図上における熱交換器の空気側圧力損失を実現するために必要な抵抗係数Ｋを逆算する。
【００７０】
着霜状態を判定する第４ステップＳ１４では、第３ステップＳ１３で算出した抵抗係数Ｋと、無霜時の基準抵抗係数ＫＴｈとを比較し、抵抗係数Ｋが基準抵抗係数ＫＴｈよりも大きい場合、室外熱交換器１２に除霜が必要なほどの霜が付着していると判定する。制御装置１００は除霜運転を実行し、室外熱交換器１２に付着した霜を取り除いて暖房能力を回復する。
【００７１】
上述のステップＳ１１〜Ｓ１４を所定の周期で繰り返し実行すると、室外熱交換器１２から霜が十分取り除かれた時点で、第４ステップＳ１４により室外熱交換器１２に霜が付着していないと判定される。制御装置１００は除霜運転を終了し、暖房運転に戻す。
【００７２】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、静圧だけではファン風量を推定できない場合であっても、ファン軸動力に基づいてファン風量を推定することができる。従って、より一層広い運転範囲で、室外熱交換器１２の着霜状態を判定することができる。
【実施例３】
【００７３】
図７を用いて第３実施例を説明する。本実施例では室外機１０の構成例を述べる。図７中の太い矢印線は空気の流れを示す。図７では、圧縮機１１、四方弁、配管などの構成要素は図示を省略する。
【００７４】
室外機１０の側面の一つには室外熱交換器１２が配置されており、室外機１０の天井には室外ファン１５が設けられている。制御基板として構成される制御装置１００は、室外熱交換器１２の出口側と室外ファン１５の入口側との間に位置する電気箱１０１内に設けられている。制御装置１００には、例えば小型半導体圧力センサとして構成された空気圧センサ１７が実装されている。
【００７５】
ここで、室外熱交換器１２を通過する空気流量と、室外機１０内を流れる空気流量と、室外ファン１５から外部に流出する空気流量とはほぼ同じである。また室外熱交換器１２から吸い込まれた空気は、熱交換器の空気側圧力損失分だけ減圧して室外機１０内に流入する。室外機１０内が大気圧より低くなるのは、室外ファン１５が回転して空気を排出しているためである。室外ファン１５は、室外機１０内の空気を排出するために回転し、空気を昇圧して大気圧に戻す。
【００７６】
室外機１０内の圧力について考察する。熱交換器１２の出口側圧力とファン１５の入口側圧力はほぼ同等であり、熱交換器１２の出口側と室外ファン１５との間に、空気圧センサ１７が設置される必要がある。
【００７７】
一つの方法としては、空気圧センサ１７を空気流路の中央に設置し、電気配線で制御装置１００と接続する。他の方法として、本実施例に示すように、電気箱１０１内の制御装置１００上に空気圧センサ１７を実装してもよい。電気箱１０１には適宜複数の空気流通用スリット（不図示）が設けられている。いわゆるオンボード型の空気圧センサ１７を用いることで、電気配線およびセンサ固定用の取付ステーなどを省略することができ、製造コストを低減できる。
【００７８】
このように構成される本実施例は第１実施例または第２実施例のいずれにも適用することができる。
【００７９】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【符号の説明】
【００８０】
１：空気調和機、１０：室外機、２０室内機、１１：圧縮機、１２：室外熱交換器、１３：四方弁、１５：室外ファン、１６：ファンモータ、１７：空気圧センサ、２１：室内熱交換器、１００：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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