(57)【要約】【課題】着霜による空気調和機の能力の低下を抑制する。【解決手段】冷媒が通流する室外熱交換器５と、送風羽根１９及びモータ２１で形成される送風ファン７と、モータ２１の回転数Ｎを設定回転数Ｎｏに制御する制御装置２３と、モータ２１の電流値Ｉを検出する電流検出器２９とを備え、電流検出器２９が検出した電流値Ｉが増加するとき、この電流値Ｉの増加の程度に合わせて設定回転数Ｎｏを増加させることにより、室外熱交換器５に通風する風量を増加させて熱交換を促進させて交換熱量を増加できるので、伝熱面が霜に覆われることで低下する交換熱量を補い、空気調和機５の能力の低下を抑制することができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が通流する室外熱交換器と、送風羽根及びモータで形成され前記室外熱交換器に通風させる送風ファンと、前記モータの電流値を検出する電流検出器と、前記モータの回転数を検出する回転数検出器と、該回転数検出器の出力に基づいて前記モータの回転数を設定回転数に制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電流検出器が検出した電流値が増加するとき、前記電流値の増加の程度に合わせて前記設定回転数を増加させる空気調和機の室外機。
【請求項２】
冷媒が通流する室外熱交換器と、送風羽根及びモータで形成され前記室外熱交換器に通風させる送風ファンと、前記モータの電流値を検出する電流検出器と、前記モータの回転数を検出する回転数検出器と、該回転数検出器の出力に基づいて前記モータの回転数を設定回転数に制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電流値と比較する除霜判定値と、該除霜判定値より低い範囲に多段に設定される複数の回転数変更判定値とを有し、
前記電流値が前記各回転数変更判定値を超えるごとに前記設定回転数を増加させ、前記電流値が前記除霜判定値以上のとき除霜運転を開始する指令を出力する空気調和機の室外機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記室外熱交換器が正常な状態であるときの前記モータの各回転数に対応する電流値を理想値として記憶しておき、
運転開始時に、設定回転数に制御される前記モータから検出する電流値と当該設定回転数に対応する理想値との差に応じて、前記各回転数変更判定値及び前記除霜運転判定値を補正することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の室外機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の室外機と、室内熱交換器が格納される室内機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を減圧する膨張弁とを備え、前記室外熱交換器、前記圧縮機、前記室内熱交換器及び前記膨張弁が順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有する空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機及びその室外機に係り、特に、室外熱交換器に通風する送風ファンを制御する制御装置を備えた空気調和機及びその室外機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機は、室外熱交換器が格納される室外機と、室内熱交換器が格納される室内機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧する膨張弁とを備え、室外熱交換器、圧縮機、室内熱交換器及び膨張弁が順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有して構成されている。このような室外機には、周囲の雰囲気を室外熱交換器に通風させる送風ファンが設けられ、この送風ファンは、送風羽根と送風羽根を回転駆動させるモータで形成されている。
【０００３】
このような空気調和機で暖房運転を行うと、室外熱交換器の伝熱面に霜が付着することがある。この霜は、熱交換を妨げて運転効率の低下の原因となるので、通常の空気調和機では、霜の付着を感知したら冷凍サイクルを循環する冷媒を逆流させ、室外熱交換器で冷媒を凝縮させることにより発生する熱で霜を溶かす、いわゆる除霜運転を行うようになっている。
【０００４】
具体的に、従来では、着霜により室外熱交換器の風路が狭められて通風抵抗が増し、これによりモータの負荷が上がることに着目し、モータの負荷に相関する電圧値を検出し、この電圧値が設定電圧値になったら除霜運転を開始するというものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、着霜により風路の大半が塞がるとサージングが発生してモータの回転数が不安定に増減することに着目し、このモータの回転数が不安定な状態になったら着霜したとみなし、除霜運転を行うというものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２２４６５５４２号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平９−３２４９６８号公報（第２−４頁、第２−４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、除霜運転の最中は暖房運転を行うことができないので、除霜運転を行う間隔をなるべく長くすることが好ましい。したがって、従来では、霜が付着したら直ちに除霜運転を開始するのではなく、霜の付着量が許容できる範囲を超える程度になってから除霜運転する方法が採用されている。しかし、この方法では、除霜運転を開始するまでに多少の着霜があり、この着霜により熱交換が妨げられて空気調和機の能力が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、着霜による空気調和機の能力の低下を抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷媒が通流する室外熱交換器と、送風羽根及びモータで形成され室外熱交換器に通風させる送風ファンと、モータの回転数を設定回転数に制御する制御装置と、モータの電流値を検出する電流検出器とを備えた空気調和機の室外機において、電流検出器が検出した電流値が増加するとき、この電流値の増加の程度に合わせて設定回転数を増加させることにより上記課題を解決する。
【０００９】
このように室外熱交換器の着霜に応じて送風ファンの回転数を増加させ、室外熱交換器に通風する風量を増加させることで交換熱量を増加することができる。これにより、着霜により低下する分の交換熱量を補うことができ、空気調和機の能力の低下を抑制することができる。また、着霜に相関する電流値の増加の程度に応じて送風ファンの回転数を増加させるので必要以上に騒音が大きくなることもない。したがって、例えば、暖房運転中、常時、送風ファンの回転数を高く運転して着霜自体を抑制するような制御に比べて快適な運転環境を提供できる。
【００１０】
ここで、設定回転数の増加量は、判定値を電流値の増加を検出する度に一定量、例えば微小量だけ増加させるように制御できるが、これに代えて、電流値の増加量に比例させて設定回転数の増加量を変化させるようにもできる。また、制御装置がモータの回転数を設定回転数に制御するとしたが、これは、例えば、ＤＣモータの回転数Ｎを検出し、設定回転数Ｎｏと比較してＮ＞Ｎｏのときモータに供給する電流を減少させ、Ｎ＜Ｎｏのときモータに供給する電流を増加させることにより実現できる。この場合において、モータのハンチングを防止するために、例えば、ＰＩＤ制御や設定回転数Ｎｏに不感帯を持たせるなどの設計が施されていることは言うまでもない。
【００１１】
また、制御装置は、電流値と比較する除霜判定値と、その除霜判定値より低い範囲に多段に設定される複数の回転数変更判定値とを有し、検出した電流値が各回転数変更判定値を超えるごとに設定回転数を増加させ、電流値が除霜判定値以上のとき除霜運転を開始する指令を出力する制御を行うことができる。
【００１２】
このように回転数変更判定値を段階的に上げるようにしたので、送風ファンの騒音が必要以上に大きくなることを防止することができる。また、除霜運転の開始直前のみに送風ファンの回転数を増加させるので、送風ファンによる騒音が大きくなる時間を短くできる。さらに、着霜が比較的多くなる除霜運転の開始直前に、特に、空気調和機の能力の低下を抑制できるので好ましい。
【００１３】
ここで、各回転数変更判定値、及び除霜判定値は、例えば、事前の試験またはシミュレーションで予め求めた室外熱交換器の着霜状態とモータの運転電流との関係により適宜設定することができる。具体的に、最下段の回転数変更判定値は、室外熱交換器に霜が付き始める値に、また、除霜判定値は、室外熱交換器が許容できる限界量の霜が付着する値に設定することができる。また、設定回転数の増加量は、電流値が回転数変更判定値を超えるたびに一定量、例えば、微小量増加させるようにする。なお、増加させた設定回転数は、除霜運転終了後に初期値に戻すようにすることができる。
【００１４】
ところで、室外熱交換器の通風抵抗により着霜状態を把握する方法では、例えば、風路にゴミなどが堆積して通風抵抗が増した場合でも、着霜したと判断してしまう問題がある。そこで、本発明では、制御装置は、室外熱交換器が正常な状態であるときの各回転数に対応するモータの電流値をそれぞれ理想値として記憶しておき、運転開始時に、設定回転数で駆動されるモータの電流値と、この設定回転数に対応する理想値との差に応じて回転数変更判定値及び除霜判定値を補正することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、例えば出荷時などのゴミなどが付着していない目詰まりのない状態と、着霜はしていないがゴミなどが付着している実際の状態とを比較して、ゴミなどによる通風抵抗の増加分、つまり、電流値の増加分を求め、この増加分を回転数変更判定値及び除霜判定値から減算する補正を行う。これにより、ゴミなどの付着による通風抵抗の影響を除外できるので、正確に着霜状態を把握することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる空気調和機の室外機の第１の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなる空気調和機の全体構成図である。図２は、本発明を適用してなる空気調和機の室外機の第１の実施形態の概略構成図である。図３は、本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の制御を示したフローチャートである。
【００１７】
本実施形態の空気調和機は、図１に示すように、室外機１と室内機３とを備えて構成されている。室外機１は、冷媒が通流する室外熱交換器５と、室外熱交換器５に周囲の空気を通風させる軸流式の送風ファン７と、冷媒を圧縮する圧縮機９とを備え、室内機３は、室内熱交換器１１と冷媒を減圧する減圧弁１３を備えて構成されている。室外熱交換器５、圧縮機９、室内熱交換器１１及び膨張弁１３は、冷媒が封入される循環管路１５により順次環状に連結され冷凍サイクルを形成している。圧縮機９は、四方弁１７を介して循環管路１５に連結され、例えば、暖房運転時、圧縮機９により室外熱交換器５内の冷媒が吸引され、冷房運転時、圧縮機９により圧縮された冷媒が室外熱交換器５に導かれるように切り替えられる。送風ファン７は、送風羽根１９と送風羽根１９を回転駆動させるＤＣモータ２１とで形成されている。ＤＣモータ２１は、制御装置２３により回転数が制御されるようになっている。制御装置２３は、図２に示すように、ＤＣモータ２１に供給する電流を調整する電源部２５と、ＤＣモータ２１の回転数Ｎを検出する回転数検出器２７と、ＤＣモータ２１の電流値Ｉを検出する電流検出器２９とを備えて構成されている。また、制御装置２３には、データベース３１が格納され、データベース３１には、判定値Ｉ１、Ｉ２と、設定回転数Ｎｏに対応する理想値Ｉｏとがそれぞれ記憶されている。
【００１８】
このような空気調和機の暖房運転時の制御動作について図３を参照して説明する。まず、図３に示すように、暖房運転が開始されると、制御装置２３は、設定回転数Ｎｏを取り込む（ステップＳ１）。ここで、制御装置２３は、回転数検出器２７からＤＣモータ２１の回転数Ｎを取り込み、設定されている設定回転数Ｎｏと比較し、Ｎ＞Ｎｏのとき電源部２５からＤＣモータ２１に供給する電流を減少させ、Ｎ＜Ｎｏのとき電源部２５からモータに供給する電流を増加させる制御を行い、ＤＣモータ２１の回転数Ｎは、設定回転数Ｎｏに調整される。
【００１９】
次に、制御装置２３は、データベース３１から判定値Ｉ１、Ｉ２を取り込む（ステップＳ２）とともに、電流検出器２９からＤＣモータ２１の電流値Ｉを取り込む（ステップＳ３）。そして、電流値Ｉと、判定値Ｉ１、Ｉ２とを比較する（ステップＳ４、Ｓ５）。この比較の結果、Ｉ≦Ｉ１のときはステップＳ３に戻り、Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２のときはステップＳ６に進む。また、Ｉ＞Ｉ２のときは除霜運転を開始する指令を空気調和機の制御装置に出力する（ステップＳ７）。ステップＳ６において、設定回転数Ｎｏにｎを加算して新たな設定回転数Ｎｏ（＝Ｎｏ＋ｎ）に設定する（ステップＳ６）。そして、判定値Ｉ１にｉを加算して判定値Ｉ１（＝Ｉ１＋ｉ）に更新し（ステップＳ８）、言い替えれば、電流値Ｉの比較対象を次段の判定値Ｉ１に変更して、ステップＳ３に戻る。
【００２０】
このような制御を行うことにより、室外熱交換器５の着霜に応じて送風ファン７の回転数を増加させることで、室外熱交換器５に通風する風量を増加させて交換熱量を増加できるから、着霜により低下する交換熱量を補うことができ、空気調和機の能力の低下を抑制することができる。また、図５に示すように、判定値Ｉ１をｉづつ段階的に上げるようにしたので、送風ファン７の騒音が必要以上に大きくなることを防止することができる。また、除霜運転の開始直前のみに送風ファン７の回転数を増加させるので、送風ファンによる騒音が大きくなる時間を短くできる。さらに、着霜が比較的多くなる除霜運転の開始直前に、特に、空気調和機の能力の低下を抑制できる。なお、図５は、縦軸にＤＣモータ電流値Ｉ及びＤＣモータ回転数Ｎを、横軸に運転モード（時間）を表し、着霜による電流値Ｉ及び回転数Ｎの変化の一例を示したグラフである。
【００２１】
このように本実施形態によれば、除霜開始直前のみに送風機の回転数を増加させることができ、能力低下を防止するとともに、室外機の騒音の増加も少ない時間に抑制することができる。
【００２２】
また、本実施形態では、ステップＳ６において、設定回転数Ｎｏに一定の回転数ｎを加算させることにより、送風ファン７の回転数Ｎを増加させているが、これに代えて、Ｎｏに係数αを乗算させるようにしてもよい。また、ステップＳ８において、判定値Ｉ１にｉを加算させて送風ファン７の回転数Ｎを増加させる閾値を上昇させているが、判定値Ｉ１に係数αを乗算させるようにしてもよい。また、送風ファン７のモータをＤＣモータとしたが、これに限らず、回転数が一定に制御されて、負荷に応じて電流値が変化するものであれば本発明を適用することができる。
（第２の実施形態）
図４に本発明に係る空気調和機の第２実施形態のフローチャートを示す。本実施形態の制御動作について第１の実施形態と異なる点は、ゴミなどが付着していない目詰まりのない状態と、着霜はしていないがゴミなどが付着している実際の状態とを比較して、ゴミによる通風抵抗の増加分を求め、この増加分を回転数変更判定値及び除霜判定値から減算して補正することにある。したがって、第１の実施形態と同一のものについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００２３】
本実施形態の空気調和機は、室外熱交換器５が正常な状態であるときの各回転数Ｎｏに対応するモータの電流値Ｉｏをそれぞれ理想値としてデータベース３１に記憶しておき、運転開始時に、設定回転数Ｎｏで駆動されるＤＣモータ２１の電流値Ｉｓと、この設定回転数Ｎｏに対応する理想値Ｉｏとの差に応じて判定値Ｉ１、Ｉ２を補正するようになっている。
【００２４】
このように構成される空気調和機の制御動作は、図４に示すように、まず、冷凍サイクルを運転させない状態で送風ファン７のみを運転させる、いわゆる送風運転が開始され、電流検出器２９からＤＣモータ２１の電流値Ｉｓを取り込み（ステップＳ１１）、設定回転数Ｎｏを取り込む（ステップＳ１２）。ここで、制御装置２３は、回転数検出器２７からＤＣモータ２１の回転数Ｎを取り込み、設定されている設定回転数Ｎｏと比較し、Ｎ＞Ｎｏのとき電源部２５からＤＣモータ２１に供給する電流を減少させ、Ｎ＜Ｎｏのとき電源部２５からモータに供給する電流を増加させる制御を行い、ＤＣモータ２１の回転数Ｎは、設定回転数Ｎｏに調整される。
【００２５】
次に、制御装置２３は、データベース３１から設定回転数Ｎｏに対応する理想値Ｉｏを取り込み（ステップＳ１３）、ＩｓからＩｏを減算して補正値ΔＩを求める（ステップＳ１４）。そして、データベース３１から、判定値Ｉ１、Ｉ２を取り込む（ステップＳ１５）とともに、電流検出器２９からＤＣモータ２１の電流値Ｉを取り込む（ステップＳ１６）。この電流値Ｉと、補正値を減算した判定値Ｉ１−ΔＩ、Ｉ２−ΔＩとを比較し（ステップＳ１７、Ｓ１８）、比較の結果、Ｉ≦Ｉ１−ΔＩのときはステップＳ１６に戻り、Ｉ１−ΔＩ＜Ｉ＜Ｉ２−ΔＩのときはステップＳ１９に進む。また、Ｉ＞Ｉ２−ΔＩのときは除霜運転を開始する指令を空気調和機の制御装置に出力する（ステップＳ２０）。ステップＳ１９において、設定回転数Ｎｏにｎを加算して新たな設定回転数Ｎｏ（＝Ｎｏ＋ｎ）に設定（ステップＳ１９）するとともに、判定値Ｉ１にｉを加算して新たな判定値Ｉ１（＝Ｉ１＋ｉ）に設定し（ステップＳ２１）、ステップＳ１６に戻る。
【００２６】
このように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、ゴミの付着による通風抵抗の影響を除外できるので、正確に着霜状態を把握することができる。言い換えれば、塵埃等による目詰まり状態を把握して、正確に着霜状態を予測することができるのである。
【００２７】
また、本実施形態では、ステップＳ１９において、設定回転数Ｎｏに一定の回転数ｎを加算させることにより、送風ファン７の回転数Ｎを増加させているが、これに代えて、Ｎｏに係数αを乗算させるようにしてもよい。また、ステップＳ２１において、判定値Ｉ１にｉを加算させて送風ファン７の回転数Ｎを増加させる閾値を上昇させているが、判定値Ｉ１に係数αを乗算させるようにしてもよい。また、送風ファン７のモータをＤＣモータとしたが、これに限らず、回転数が一定に制御されて、負荷に応じて電流値が変化するものであれば本発明を適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、着霜による空気調和機の能力の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる空気調和機の全体構成図である。
【図２】本発明を適用してなる空気調和機の室外機の第１の実施形態の概略構成図である。
【図３】本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の制御を示したフローチャートである。
【図４】本発明を適用してなる空気調和機の第２の実施形態の制御を示したフローチャートである。
【図５】縦軸にＤＣモータ電流値Ｉ及びＤＣモータ回転数Ｎを、横軸に運転モードを表し、着霜による電流値Ｉ及び回転数Ｎの変化の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
５  室外熱交換器
７  送風ファン
１９  送風羽根
２１  モータ
２３  制御装置
２５  電源部
２７  回転数検出器
２９  電流検出器
【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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