JP2006162214A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の室外ファンに比較的安価な誘導モータを使用して、ブラシレスＤＣモータを用いた場合に匹敵する高効率、かつ安定した運転が可能な空気調和機を提供する。
【解決手段】回転数可変である圧縮機、室外熱交換器、誘導モータにより駆動される室外ファンと、外気温度を検出する外気温センサと、圧縮機の回転数と外気温度とを入力として室外ファンの想定回転数を算出する室外ファン想定回転数算出手段と、あらかじめ階段状に設定された室外ファンのＯＮ／ＯＦＦ時間関係図と、室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数からＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して前記室外ファンを制御する室外ファン制御手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の運転制御に関わり、特に室外ファンの制御に関するものである。

従来、この種の空気調和機では、回転数可変である圧縮機、及び回転数可変である室外ファンの制御方法を改善することにより、省エネルギー性や快適性を向上させる種々の提案されている。従来の空気調和機の制御手法としては、室外ファンを駆動する電動機として、回転数が可変であり、かつ回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータを電動機として使用し、圧縮機の回転数及び外気温センサにより検出された外気温度に応じて室外ファンの回転数を制御する制御手段を備えることで、空気調和機の負荷が小さいすなわち冷媒圧縮機の回転数が低い時に、空気調和機の消費電力の少ない高効率な運転をするようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の空気調和機を示すものである。

図５に示すように、回転数が可変の圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、室内熱交換器５を環状に連結して冷凍サイクルが構成される。

室外ファン１１は回転数可変であり室外熱交換器３の能力を調整する。外気温センサ１３は室外機周辺の外気温度を検出する。室内ファン１２は、空気調和機の使用者により設定された風量を出すべく運転される。

空気調和機の運転時には、室内の空調負荷によって決まった冷媒循環量で運転すべくインバータ２１の運転周波数が決定され圧縮機１を駆動するとともに、外気温センサ１３により検出された外気温度に応じて室外ファン１１の回転数を制御する。ここで、室外ファン１１を駆動する室外ファンモータには、回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータが採用されており、モータ回転数の低下に伴うモータ効率の低下は誘導モータに比べて低く、室外ファン制御に伴う効率の悪化を低く抑えることができるように構成されている。
特開２００２−２２８２３４号公報

しかしながら、前記従来の構成は、比較的高価な回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータを電動機として使用することを前提としており、空気調和機の運転効率向上には有効であるものの、空気調和機自体のコストが高くなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、比較的安価な誘導モータを使用して、回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータを用いた場合に匹敵する高効率、かつ安定した運転が可能な空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、少なくとも回転数可変である圧縮機、室外熱交換器、誘導モータにより駆動される室外ファンを有する室外ユニットと、外気温度を検出する外気温センサと、前記圧縮機の回転数と前記外気温センサの検出した外気温度とを入力として前記室外ファンの想定回転数を算出する室外ファン想定回転数算出手段と、あらかじめ階段状に設定された室外ファンのＯＮ／ＯＦＦ時間関係図と、
前記室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数から前記ＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して前記室外ファンを制御する室外ファン制御手段を備えた構成としたものである。

これによって、比較的安価な誘導モータを使用して、回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータを用いた場合に匹敵する高効率、かつ安定した運転が可能な空気調和機を提供することが可能となる。

また、本発明の空気調和機は、室外ファン制御手段を定格運転状態における室外ファンの回転数に対する室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数の比によって前記ＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して室外ファンを制御するようにしたものである。

これによって、同形態で異容量の複数の空気調和機に対して、同じ制御を適用できるため、開発工数を削減できるようになる。

また、本発明の空気調和機は、室外熱交換器における冷媒の圧力飽和温度を検知する冷媒飽和温度センサとを備え、室外ファン想定回転数算出手段の演算結果に対して冷媒圧力による補正を加える冷媒圧力補正手段を備えたものである。

これによって、圧縮機の回転数と外気温度とを入力として室外ファンの想定回転数を算出した場合における外気温センサの検知誤差の補完ができるようになる。

また、本発明の空気調和機は、冷媒飽和温度センサにより検知された冷媒飽和温度と外気温センサにより検出された外気温度との差温、および圧縮機の回転数を入力として室外ファンの想定回転数を算出するようにした室外ファン想定回転数算出手段を備えたものである。

これによって、冷凍サイクルの凝縮能力、もしくは蒸発能力を高精度に推定して室外ファンの想定回転数を決定できるようになり、より高効率で安定した運転を可能にできるようになる。

本発明の空気調和機は、比較的安価な誘導モータを使用して、回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータを用いた場合に匹敵する高効率、かつ安定した運転が可能な空気調和機を提供することができる。

第１の発明は、少なくとも回転数可変である圧縮機、室外熱交換器、誘導モータにより駆動される室外ファンを有する室外ユニットと、外気温度を検出する外気温センサと、前記圧縮機の回転数と前記外気温センサの検出した外気温度とを入力として前記室外ファンの想定回転数を算出する室外ファン想定回転数算出手段と、あらかじめ階段状に設定された室外ファンのＯＮ／ＯＦＦ時間関係図と、前記室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数から前記ＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して前記室外ファンを制御する室外ファン制御手段を備えているので、比較的安価な誘導モータを使用して、回転子に永久磁石を用いたブラシレスＤＣモータを用いた場合に匹敵する高効率、かつ安定した運転が可能な空気調和機を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の室外ファン制御手段を、定格運転状態における室外ファンの回転数に対する室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数の比によってＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して室外ファンを制御するようにしたことにより
、同形態で異容量の複数の空気調和機に対して、同じ制御を適用できるため、開発工数を削減できるようになる。

第３の発明は、特に、第１の発明の構成に加え、室外熱交換器における冷媒の圧力飽和温度を検知する冷媒飽和温度センサとを備え、室外ファン想定回転数算出手段の演算結果に対して冷媒圧力による補正を加える冷媒圧力補正手段を備えたことにより、圧縮機の回転数と外気温度とを入力として室外ファンの想定回転数を算出した場合における外気温センサの検知誤差の補完ができるようになる。

第４の発明は、特に、第３の発明の室外ファン想定回転数算出手段を、冷媒飽和温度センサにより検知された冷媒飽和温度と外気温センサにより検出された外気温度との差温、および圧縮機の回転数を入力として室外ファンの想定回転数を算出するようにしたことにより、冷凍サイクルの凝縮能力、もしくは蒸発能力を高精度に推定して室外ファンの想定回転数を決定できるようになり、より高効率で安定した運転を可能にできるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の制御ブロック図を示すものである。

図１において、回転数が可変の圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、室内熱交換器５を環状に連結して冷凍サイクルが構成される。

室外ファン１１は単一速度の誘導モータのＯＮ／ＯＦＦ組み合わせにより擬似的に回転数可変とし風量を変化させることで室外熱交換器３の能力を調整する。

外気温センサ１３は室外機周辺の外気温度を検出する。

室内ファン１２は、空気調和機の使用者により設定された風量にて運転される。

圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、室外ファン１１は同一筐体内に納められ室外ユニット６を形成し、室内熱交換器５、室内ファン１２は同一筐体内に納められ室内ユニット７を形成する。

以上のように構成された空気調和機について、以下その作用を説明する。

例えば、冷房運転時には、インバータ２１は室内の冷房負荷に応じた運転周波数Ｆで圧縮機１を駆動するとともに、運転周波数Ｆを室外ファン想定回転数算出手段２２へ送信する。

外気温センサ１３は外気温度Ｔｏを検出し、室外ファン想定回転数算出手段２２へ送信する。

室外ファン想定回転数算出手段２２では、例えばＲｅｖ＝ａ×Ｆ＋ｂ×Ｔｏ＋ｃなる関数により、想定回転数Ｒｅｖを算出し、ＯＮ／ＯＦＦ時間テーブル２３へ送信する。

ＯＮ／ＯＦＦ時間テーブル２３は、図２のＯＮ／ＯＦＦ時間関係図に示すようにランク１０（ファン連続運転状態）からランク０（ファン停止状態）まで１０段階のランクにＯ
Ｎ時間とＯＦＦ時間を設定したものである。

図２中のＯＮ時間ＯＦＦ時間は、ランク１０に近いほどＯＮ時間が長くＯＦＦ時間が短い、ランク０に近いほどＯＮ時間が短くＯＦＦ時間が長いように設定しておく。

各ランクは、図３に示すように想定回転数Ｒｅｖの範囲に対応して割り付けられており、想定回転数Ｒｅｖの変化によりランクが移動するものである。

このＯＮ時間ＯＦＦ時間が室外ファン制御手段２４に送信され、室外ファン１１の回転数が決定される。

図４は、例としてＯＮ／ＯＦＦ時間テーブル２３によるランクが、ランク８からランク５に変化した場合の室外ファン１１の平均回転数の経時変化を示したものであり、平均回転数の変化を示している。

各ランクのＯＮ時間ＯＦＦ時間の設定を変更することで、平均回転数は任意の回転数に調整可能であり、ＯＮ／ＯＦＦ時間テーブル２３のランク数も任意に設定可能である。

以上のように、本実施の形態においては、比較的安価な誘導モータを使用して、線形的に室外ファンの制御が可能となり、高効率で安定した運転が可能な空気調和機を提供することが可能となる。

また、本実施の形態において、ＯＮ／ＯＦＦ時間関係図のランク決定において、定格回転数に対する想定回転数の比を用いることで、同形態で異容量の複数の空気調和機に対して、同じ制御を適用できるため、開発工数を削減できるようにすることができる。

また、本実施の形態において、室外熱交換器における冷媒の圧力飽和温度を検知する冷媒飽和温度センサ１４を加え、室外ファン想定回転数算出手段の演算結果に対して冷媒圧力による補正を加える冷媒圧力補正手段を加えることで、圧縮機の回転数と外気温度とを入力として室外ファンの想定回転数を算出した場合における外気温センサの検知誤差の補完ができるようにすることができる。

また、本実施の形態において、室外ファン想定回転数算出手段を、冷媒飽和温度センサにより検知された冷媒飽和温度と外気温センサにより検出された外気温度との差温、および圧縮機の回転数を入力として室外ファンの想定回転数を算出するようにすることで、冷凍サイクルの凝縮能力、もしくは蒸発能力を高精度に推定して室外ファンの想定回転数を決定できるようになり、より高効率で安定した運転を可能にできるようにすることができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、比較的安価な誘導モータを使用してファンを駆動し、冷凍サイクルが低負荷運転を行う場合において、高効率で安定した運転を行うことが可能となるので、クーリングタワー等の水冷式冷凍機器やチラー等にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の制御ブロック図 本発明の実施の形態１における空気調和機のＯＮ／ＯＦＦ時間関係図 本発明の実施の形態１における空気調和機の想定回転数−ランク割付グラフ 本発明の実施の形態１における空気調和機の回転数変化を示すタイムチャート 従来の空気調和機の制御ブロック図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 膨張弁
５ 室内熱交換器
６ 室外ユニット
７ 室内ユニット
１１ 室外ファン
１２ 室内ファン
１３ 外気温センサ
１４ 冷媒飽和温度センサ
２１ インバータ
２２ 室外ファン想定回転数算出手段
２３ ＯＮ／ＯＦＦ時間テーブル
２４ 室外ファン制御手段

Claims (4)

1. 少なくとも回転数可変である圧縮機、室外熱交換器、誘導モータにより駆動される室外ファンを有する室外ユニットと、外気温度を検出する外気温センサと、前記圧縮機の回転数と前記外気温センサの検出した外気温度とを入力として前記室外ファンの想定回転数を算出する室外ファン想定回転数算出手段と、あらかじめ階段状に設定された室外ファンのＯＮ／ＯＦＦ時間関係図と、前記室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数から前記ＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して前記室外ファンを制御する室外ファン制御手段を備えた空気調和機。
2. 室外ファン制御手段は、定格運転状態における室外ファンの回転数に対する室外ファン想定回転数算出手段により算出された想定回転数の比によって前記ＯＮ／ＯＦＦ時間関係図を参照して室外ファンを制御するようにした、請求項１に記載の空気調和機。
3. 請求項１に記載の構成に加え、室外熱交換器における冷媒の圧力飽和温度を検知する冷媒飽和温度センサとを備え、室外ファン想定回転数算出手段の演算結果に対して冷媒圧力による補正を加える冷媒圧力補正手段を備えた、請求項１に記載の空気調和機。
4. 室外ファン想定回転数算出手段は、冷媒飽和温度センサにより検知された冷媒飽和温度と外気温センサにより検出された外気温度との差温、および圧縮機の回転数を入力として室外ファンの想定回転数を算出するようにした、請求項３に記載の空気調和機。

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