JP2008232500A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境下で運転する場合の蒸発側熱交換器の着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】通常運転と除霜運転とを四方弁により切り換え可能な冷凍サイクル装置において、室外又は室内送風機のモータのトルクが、所定トルク値に一定になるように制御する定トルク制御モード、又は、室外又は室内送風機のモータの電流が、所定電流値に一定になるように制御する定電流制御モードを設け、除霜運転が必要となる低温環境下で通常運転を行う際には、通常運転時に冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側の送風機である蒸発器側送風機を定トルク制御モード又は定電流制御モードで動作させる。
【選択図】図１０

Description

この発明は、通常運転と除霜運転とを切り換え可能な冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置として、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、室内熱交換器を順次配管で接続して冷凍サイクルを構成し、四方弁の切り替えによって、暖房時には室外熱交換器を蒸発器、室内熱交換機を凝縮器として動作させ、冷房時には室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器として動作させるようにした冷凍空調装置がある。

この種の冷凍空調装置を低温・高湿の条件下で暖房運転すると、蒸発側熱交換器（室外熱交換器）に霜が付着する。このまま運転を続けると霜が成長して蒸発側熱交換器の風路を妨害し冷凍空調能力が低下する。一般にはこの空調能力低下を回復するため、霜を解かす運転、即ち除霜運転を定期的に行っている。除霜運転中のエネルギーは主に霜を融解することに費やされるため、頻繁に除霜運転を行うと運転能力の低下をもたらすことになる。一方、除霜運転を行うタイミングが遅いと、蒸発温度が低下することによる液バック現象や蒸発側熱交換器の風路が塞がることによる送風機の過電流停止などの不具合が発生する恐れがある。

そこで、従来、蒸発側熱交換器の温度とその周囲の外気温度との温度差が予め設定された除霜開始温度差になると、除霜を開始させて適切なタイミングで除霜運転を実施することにより、蒸発側熱交換器の着霜状態を適切に維持するようにした技術があった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１６７９６号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、単に、除霜運転の開始タイミングのみに着目した制御を行っており、蒸発側熱交換器の着霜状態に応じた送風機制御が不十分で、着霜防止効果の向上に更なる改善の余地があった。なお、上記では、冷凍サイクル装置が冷凍空調装置の場合に、暖房運転時に蒸発器として動作する室外送風機側の除霜について説明したが、上記冷凍サイクル装置が冷蔵・冷凍装置である場合にも同様に着霜の問題があり、除霜を行う必要があった。冷蔵・冷凍装置の場合には、前記冷凍空調装置とは逆に、室内送風機側に着霜が発生する。

この発明はこのような点を鑑みなされたもので、低温環境下で運転する場合の蒸発側熱交換器の着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、室内熱交換器を冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、室外熱交換器の熱交換を促進する室外送風機と、室内熱交換器の熱交換を促進する室内送風機と、冷凍サイクル、室外送風機及び室内送風機を制御する制御部とを有し、四方弁の切り換えにより通常運転と除霜運転とを切り換え可能な冷凍サイクル装置において、制御部が、室外又は室内送風機のモータのトルクが、所定トルク値に一定になるように制御する定トルク制御モード、又は、室外又は室内送風機のモータの電流が、所定電流値に一定になるように制御する定電流制御モードを有し、所定の低温環境下で通常運転を行う際には、通常運転時に冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側の送風機である蒸発器側送風機を、定トルク制御モード又は定電流制御モードで動作させるものである。

この発明によれば、送風機モータを一定のトルク又は電流となるように制御する定トルク制御モード又は定電流制御モードを設け、着霜が発生する低温環境下で通常運転を行う際には、蒸発器側送風機を定トルク制御モード又は定電流制御モードで駆動するようにしたので、負荷条件（着霜状態）に応じた最大許容回転数で蒸発器側送風機を駆動することができる。このため、通常運転の能力を向上させることができると共に霜の付着進行を抑制することができる。その結果、着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成を示すものである。なお、以下では、冷凍サイクル装置が冷凍空調装置である場合を例に説明する。
図において、冷凍空調装置は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張機構４、室内熱交換器５が冷媒配管１１により接続された冷凍サイクルを備え、暖房運転時には、圧縮機１からの冷媒が四方弁２により室内熱交換器５から膨張機構４、室外熱交換器３に流され、除霜運転時には、四方弁２の切り換えにより暖房運転時とは逆方向に冷媒が流されるようになっている。なお、図１に示す四方弁２は、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器５とを接続する様な状態となっており暖房運転に相当する状態となっている。

また、冷凍空調装置には更に、室外熱交換器３および室内熱交換器５のそれぞれに風を送って熱交換を促進するための室外送風機６および室内送風機７と、室外送風機６および室内送風機７のそれぞれを駆動する室外送風機駆動手段８および室内送風機駆動手段９と、室外送風機駆動手段８および室内送風機駆動手段９との間で運転指令信号およびモニタ信号を授受しつつ冷凍空調装置全体の統括制御を行う制御部１０とを備えている。

室外送風機６は、室外送風機羽根６１とこの室外送風機羽根６１を回転駆動する室外送風機モータ６２とを備えており、室外送風機モータ６２は室外送風機駆動手段８を介して制御部１０に接続されており、制御部１０からの制御信号に基づき室外送風機駆動手段８によって回転駆動される。また、室内送風機７も同様に、室内送風機羽根７１とこの室内送風機羽根７１を駆動する室内送風機モータ７２とを備え、室内送風機モータ７２は室内送風機駆動手段９を介して制御部に接続されており、制御部１０からの制御信号に基づき室内送風機駆動手段９により回転駆動される。

ここで、この発明は、室外熱交換器３又は室内熱交換器５のうち、冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側に霜が付くことによる運転能力低下を防止するものであり、上記構成の冷凍空調装置では、暖房運転時、特に低外気条件（例えば、５℃以下の低温環境）での暖房運転時（以下では、通常の暖房運転と区別するため、低外気条件での暖房運転を低温暖房運転という）に室外熱交換器３側に着霜が生じる。

以下、まず、低温暖房運転時の基本動作について図２から図６を用いて説明する。

図２は低温暖房運転時の基本動作を示す図である。
低温暖房運転では、蒸発器として動作する室外熱交換器３の表面温度が０度を下回ると、室外熱交換器３の表面に空気中の水分が霜となって付着する。そして、霜が室外熱交換器３の風路を妨げるまで成長すると、外気と冷媒との熱交換を十分に行えず、図２に示すように暖房能力が急激に低下していく。この能力低下を回復するために除霜運転が行われる。除霜運転は、上述したように例えば図１の四方弁２を逆方向、すなわち圧縮機１の吐出管と室外熱交換器３を接続する様に切り替えて運転するなどして行われる。これにより、室外熱交換器３側に高温・高圧の冷媒が供給され、この熱により霜を溶かすことができる。霜が除かれた後は再度四方弁２を切り替えて暖房運転を再開する。なお、除霜運転時は暖房が停止することとなるため、除霜運転時間および頻度はできるだけ少ない方が良い。

なお、熱交換性能は蒸発器側送風機（室外送風機６）の風量により変化することが知られている。図３は、室外送風機６の回転数の差による暖房能力の差及び着霜による能力低下タイミングの差を示す図である。図３の点線は、室外送風機６の回転数が高い場合を示し、実線は室外送風機６の回転数が低い場合を示している。図３より、風量大すなわち室外送風機６の回転数が高い場合は、室外熱交換器３の伝熱が促進されて高い暖房能力を得ることができ、また、着霜の抑止効果が高くて着霜による能力低下の発生タイミングを遅らせることができることがわかる。

次に、着霜発生タイミングの遅延による効果について図４を用いて説明する。図４は、低温暖房運転中の暖房／除霜運転の運転サイクルを示す図である。図中の上の棒グラフは室外送風機６の回転数が高い場合、下の棒グラフは室外送風機６の回転数が低い場合を示している。先の図３に示したように室外送風機６の回転数が高い場合は、暖房開始から着霜までの時間が長くなるため、図４に示したように所定時間中における除霜時間比率が低回転時よりも小さくなる。結果、暖房能力が向上し温度ムラの少ない暖房運転が行える。従って室外送風機６の回転数はできる限り高回転を維持できる方が好ましい。

次に、室外送風機６として、室外送風機６の羽根形状をプロペラ型としたプロペラファンを用いた場合の、着霜防止に効果的な室外送風機６の運転制御方法について説明する。

図５はプロペラファンにおける一般的な回転数−負荷トルク特性を示す図、図６はプロペラファンを用いた場合の一般的な着霜面積−負荷トルク特性を示す図である。
図５に示すように、プロペラファンは回転数および圧損に応じてトルクが増大する。従って、圧損が大きくなると同一トルク条件では回転数が低下することとなる。そして、着霜が進むと風路の圧損は増加するため、着霜面積とモータの負荷トルクとの関係は図６の如く右肩あがりの特性となる。

ここで、モータの最大定格トルクをτｍとし、着霜面積１００％時にトルクτｍを発生する回転数をω１、着霜面積０％時にトルクτｍを発生する回転数をω２とする。そして、着霜面積比率が０％から１００％に至るまで、モータの回転数をω１に一定になるように制御した場合と、ω２に一定になるように制御した場合とでは、着霜面積とモータの負荷トルクとの関係は、図６の如くω２に一定にした場合のグラフの方が、ω１のグラフよりも上に描かれる。

ここで注目すべきは、着霜面積が１００％に満たない条件では、モータの負荷トルクは図６の如く最大定格トルクτｍに達していない。このため、回転数を上昇する余地がある。言い換えれば、出力トルクをτｍ一定としてプロペラファン（室外送風機６）を運転すれば、暖房運転開始直後（着霜面積０％）の回転数をω２まで増大することが可能となる。そして、時間経過に伴い着霜が進行した場合は、その負荷に応じて回転数がω１に向かって自然と低下することになる。このため、出力トルクτｍを保ったまま運転しても、モータの最大定格トルクを越えない運転が実現できる。

以上の内容を整理すると、着霜防止向上を図るには、室外送風機６の回転数をできる限り高く維持できることが好ましく、これを実現するためには、上述したように室外送風機モータ６２の出力トルクを最大定格トルクτｍに一定となるように制御すればよい。このような定トルク制御を行うことにより、室外送風機６を、その時点での負荷に見合った最大回転数で駆動することができ、高い着霜防止効果を得ることが可能となる。

なお、送風機の羽根の形状を、シロッコ、ラインフロー、ターボ型とした場合の着霜と負荷トルクの関係について説明する。これらのファンの場合の一般的な回転数−負荷トルク特性を図７、着霜面積−負荷トルク特性を図８に示す。回転数とトルクの関係は正の相関となるが、圧損とトルクの関係はプロペラ型の場合と逆転し、高圧損時に低負荷トルクとなる特性となる。このため着霜面積と負荷トルクの関係は図８の様に右肩下がりとなる。従って、このような羽根形状の送風機を用いる場合は、モータの最大定格トルク同一条件では暖房運転開始直後（着霜面積０％）の回転数ω１よりも着霜した場合の回転数を高くすることが可能である。すなわち、出力トルクをτｍ一定に制御すれば着霜による風量低下を緩和することが可能となり着霜の進行を遅らせることができる。

なお、室外送風機６の風量制御は室外送風機駆動手段８にて行われるが、その制御方式としては速度制御が一般に用いられている。本例の室外送風機６でも、通常の暖房運転の際には速度制御が用いられており、低温暖房運転の際に、上記で説明した定トルク制御を用いるようにしている。このように速度制御と定トルク制御とを併用することで、より高機能な室外送風機６が実現されている。以下、室外送風機駆動手段８の具体的な実現構成の一例について次の図９を用いて説明する。

図９は図１の室外送風機駆動手段８の構成図である。なお、図９の構成は、制御方式として位置センサレスベクトル制御を用いた場合の構成例を示している。
室外送風機駆動手段８は、室外送風機駆動制御部８１と、室外送風機インバータ８２と、電流検出手段８３とを備えている。室外送風機駆動制御部８１は制御部１０から与えられる制御モード指令及び速度指令から指令を受けてＰＷＭ制御信号を作成し、室外送風機インバータ８２のトランジスタを駆動して室外送風機モータ６２及び室外送風機モータ６２の軸に固定されている室外送風機羽根６１を回転させる。また、室外送風機駆動制御部８１は、室外送風機モータ６２の回転速度情報を制御部１０に返送する。

次に室外送風機駆動制御部８１の内部構成について説明する。室外送風機駆動制御部８１は、室外送風機モータ６２のモータ電流情報をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ８１１と、電流を静止座標から回転座標に座標変換する座標変換器８１２と、回転子位置および速度を推定する位置・速度推定器８１３と、速度を一定に制御する速度制御器８１４と、出力トルクを一定に制御する定トルク制御器８１５と、外部からの制御モード指令に基づき定トルク制御と速度制御のいずれかを選択する制御モード切替手段８１６と、電流が電流指令が近づくよう電圧指令Vd*,Vq* を演算するｄ軸電流制御器８１７およびｑ軸電流制御器８１８と、電圧指令Vd*,Vq*を静止座標での電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に変換する座標変換器８１９と、電圧指令Vu*,Vv*,Vw* を室外送風機インバータ駆動用のＰＷＭ制御信号に変換するＰＷＭ制御手段８２０と、で構成される。

次に室外送風機駆動制御部８１の概略動作について説明する。まずＡ／Ｄコンバータ８１１および座標変換器８１２から得られる電流情報Id,Iqと、現在の出力電圧指令Vd,Vqとから位置θおよび速度ωを推定する。ここで、速度制御器８１４は、外部（制御部１０）から与えられる速度指令ω^*と現在の速度ωとに基づき、現在の速度ωが速度指令ω^* に近づくように出力Iq* を求め、制御モード切替手段８１６に出力している。また、定トルク制御器８１５は予め定められたIq* （ここでは便宜上、室外送風機モータ６２の最大定格トルク時のｑ軸電流指令値Iq_maxとする）を制御モード切替手段８１６に出力している。そして、制御モード指令が速度制御モードの場合、制御モード切替手段８１６は速度制御器８１４側に切り換えられ、速度制御器８１４の出力がｑ軸電流制御器８１８に入力される。一方、制御モード指令が定トルク制御モードの場合、制御モード切替手段８１６は定トルク制御器８１５側に切り換えられ、定トルク制御器８１５の出力がｑ軸電流制御器８１８に入力される。

室外送風機駆動制御部８１は、さらに室外送風機モータ６２および運転条件に応じた所定の励磁電流指令Id* （ここでは便宜上ゼロ固定とする）を得、ｄ軸電流制御器８１７及びｑ軸電流制御器８１８にて電流Id,Iq がそれぞれ指令値Id*,Iq*に近づくように電圧指令Vd*,Vq*を制御する。次に座標変換器８１９は電圧指令Vd*,Vq*を静止座標系の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に変換し、ＰＷＭ制御手段８２０にて室外送風機インバータ８２の各トランジスタの制御信号に変換する。室外送風機インバータ８２は前記各トランジスタの制御信号に応じた交流電圧を室外送風機モータ６２に印加し室外送風機モータ６２を回転制御する。

速度制御モードで運転している場合、速度制御器８１４はω＝ω^* が定常状態（τ→∞での安定状態）であるため、室外送風機モータ６２は所定速度ωになるように制御される。一方、定トルク制御モードで運転している場合はId=0、Iq=Iq_max が定常状態であるため、定電流、定トルクとなるように制御される。

次に上記で説明した室外送風機駆動手段８と制御部１０とによる低温暖房運転時の室外送風機６の着霜検出シーケンスについて図１０を用いて説明する。図１０は室外送風機羽根形状がプロペラ型である場合の低温暖房運転時の室外送風機６の制御フローチャートである。なお、低温暖房運転は、暖房運転の開始指示が入力された際に、外気温度センサ３ａで検出した外気温度が所定温度（例えば、５℃）以下の低外気条件に相当している場合に行われるもので、低外気条件に相当していなければ、通常の暖房運転（すなわち速度制御モード）を行う。なお、所定温度を５℃としているが、これは実験的に得られた着霜温度である。

低温暖房運転では、上述したように、室外送風機６を定トルク制御モードで動作させる。具体的には室外送風機モータ６２の最大定格トルクに一定になるようにｑ軸電流指令を最大定格値Iq_maxとして定トルク制御を行う（ステップ１）。なお、低温暖房運転の開始タイミングは、上記の低温時の暖房運転の開始指示の他、除霜運転の終了も含まれる。

これにより室外送風機モータ６２の回転数は、運転可能な最大回転数まで速やかに上昇する。制御部１０は定トルク運転開始直後より速度（以下、回転数）ωを監視し、回転数フィルタ値ωfil を求める。回転数フィルタ値ωfil は例えば回転数ωを入力とする一次遅れ関数等で求める。一次遅れ関数をマイコン等で実現する場合の例を次の式（１）に示す。

ωfil ← ωfil + K・{ω(t) - ωfil} ・・・ （１）
ただしKはフィルタ係数（0<K<1）

制御部１０は運転開始と共に加速が終了したかを判断する（ステップ３）。これは例えば回転数ωと回転数フィルタ値ωfil が一致した事等により判断する。以上のステップ１〜ステップ４で着霜検出準備処理が終了する。

そして、ステップ３で加速終了と判断された場合、着霜検出処理に入り、まず、現在の回転数フィルタ値ωfil を着霜検出用初期回転数ωnom に設定する（ステップ４）。

なおここで室外送風機駆動手段８は定トルク制御モードで制御しているが、同モードでは速度制御が働かず、室外送風機モータ６２の速度及び回転数は負荷の増減に応じて変化する。室外送風機羽根６１の形状がプロペラ型である場合、運転中に室外熱交換器３に着霜すると、圧損が増加して室外送風機モータ６２の負荷トルクが増加し回転数が徐々に低下していく。

着霜検出処理では、引き続き回転数フィルタ値ωfil を計算し（ステップ５）、回転数フィルタ値の初期値ωnom からの低下を監視する（ステップ６）。所定差分Δω１以上低下すると、着霜と判断して暖房運転を休止し、除霜運転に移行する。なお、ここでは、除霜運転の開始タイミングを、回転数ωではなく回転数フィルタ値ωfil を用いて決定するようにしているが、これは、室外送風機モータ６２の回転数は、室外送風機６の設置環境の風量等によってふらつきがあることを考慮したものであり、回転数データのふらつきに問題なければ、回転数ωに基づいて行うようにしても良い。また、除霜運転の開始条件を、ここでは回転数フィルタ値の変化量が所定差分Δω１以上低下したときとしているが、回転数フィルタ値が所定回転数以下に下がったときとしてもよい。

なお一般的には暖房開始から着霜までの時間間隔は数分から数時間のオーダであるので、上記において回転数フィルタ値を得るためのフィルタの時定数は、概ね上記の時間よりも短くなる様設定すれば、着霜してから除霜運転開始までの時間を短縮することができる。また、上記フィルタの時定数を暖房運転開始から加速までの加速時間よりも概ね長くなる様に設定すれば、加速完了を着霜と誤判定することなく、良好な着霜検出が可能となる。

このように実施の形態１によれば、低温暖房運転時に、着霜が生じる室外熱交換器３側の室外送風機６を定トルク制御モードで運転するようにしたので、負荷条件（着霜状態）に応じた最大許容回転数で室外送風機６を運転することができる。このため、暖房能力を向上させることができると共に霜の付着進行を抑制することができる。その結果、着霜を起因とした運転効率の低下を防止して、経済的で信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。

また、室外送風機モータ６２の回転数の時間変化量を見て霜付きの状況を判別し、除霜運転の開始、あるいは終了を判断するようにしたので、実際の動作環境（風量や湿度など）に見合った正確な判断が可能となり、除霜運転の開始タイミングを的確に判断することができる。このため、送風機平均回転数上昇による暖房能力の向上が可能となり、また、除霜頻度低減による温度ムラの抑制が可能となる。

また、この実施の形態１では、室外送風機駆動手段８の制御方式をベクトル制御（位置センサレスベクトル制御）としたので、速度制御モードと定トルク制御モードとの切り替えを簡単な構成で実現できる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、除霜運転時の室外送風機６の制御について説明する。図１１は羽根がプロペラ型の場合の除霜運転時の室外送風機６の制御フローチャートである。なお、図１１において、上記で説明した図１０のフローチャートと同一の動作であるステップについては同一番号を付し説明を省略する。

図１１におけるステップ１〜３は除霜検出準備処理であり、最大トルクで加速し加速終了時の回転数をωnomに格納し、除霜検出処理に移行する。除霜検出処理では、回転数フィルタ値ωfilを計算してその時間変化を確認し、所定回転数差分Δω２以上上昇したら（ステップ１６）、霜が取れたものと判断して再度低温暖房運転に移行する。

この実施の形態２によれば、除霜運転時に室外送風機６を定トルクモードで運転するため、負荷条件（着霜状態）に応じた最大許容速度で運転することができ、除霜運転時間を短縮することができる。また、室外送風機６の室外送風機モータ６２の回転数の上昇を見て着霜を判断するようにしたので、除霜運転の終了タイミングを的確に判断することができ、温度ムラの増大や平均暖房能力の低下を防ぐことが可能となる。

なお、この実施の形態２では、除霜運転時に定トルク制御モードを用いるようにしているが、速度制御モードを用いても良い。

また、上記実施の形態１及び２では、定トルク制御モードを、低温暖房運転時のみに行う例を挙げたが、この定トルク制御モードは、出力最大で送風機を制御したい場合に有効な制御法であるため、暖房の起動時にも使用しても良く、この場合、室内温度の制御性を更に向上できるなどの効果がある。

また、上記実施の形態１及び２では、モータのトルクを最大定格トルクに一定に保つ定トルク制御の例を示したが、トルクに比例して変化する電流を最大定格電流に一定に保つ定電流制御としても良い。

また、上記実施の形態１及び２では、除霜運転の開始あるいは終了の条件判断として、室外送風機６の回転数の時間的な変化を用いて判断するようにしたが、回転数に比例して変化する他の動作物理量（電流・電圧（電圧指令で指令された電圧を含む））に基づいて判断するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態３は、定トルク制御モードの更なる利用法として、風路中（定トルク制御モードで動作中の送風機の風路）の目詰まり検出を行う場合について説明する。図１２は送風機羽根形状がプロペラ型の場合の目詰まり検出の制御フローチャートである。定トルク制御モードでは、風路内に風路抵抗となる物体が存在する場合、送風機に負荷がかかり回転数が低下する。この特性を利用して目詰まり検出を行うものである。よって、ここでの目詰まりには、風路内に存在する熱交換器に付着した霜や、その他、熱交換器の外側に設置された集塵フィルターに付着したゴミなども含まれる。なお図１２においてωshはモータの定格最大トルクで定トルク制御を行った場合の目詰まり判定しきい回転数である。加速直後において回転数フィルタ値ωfilとωsh を比較し（ステップ２０）、ωfil＞ωshであったならば目詰まり無しと判断し（ステップ２１）、ωfil＜ωshであったならば目詰まりと判断する（ステップ２２）。

このように、定トルク制御モードを目詰まり判定に利用することも可能である。

上記各実施の形態では送風機羽根形状がプロペラ型の場合における暖房運転および除霜運転に関する実施例について説明したが、例えば室外機羽根形状がラインフロー・シロッコ・ターボ型などでも同様の効果を得ることが可能である。これらの羽根の場合は圧損の上昇に伴い負荷トルクが低下するため、上記実施の形態と逆、すなわち低温暖房運転を図１１、除霜運転を図１０の如く制御すれば良い。

また、上記各実施の形態では冷凍サイクル装置として、冷凍空調装置の例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、冷凍機又は冷蔵庫としても良い。この場合、四方弁２を図１で示した状態とは逆側に切り替え、室内熱交換器５を蒸発器として動作させる構成となり、室内送風機７に対し上記の制御方法を採用することになる。これにより、上記と同様の作用効果を奏することができる。

また、上記のように冷凍サイクル装置を冷凍機又は冷蔵庫とした場合には、室内送風機７の室内機羽根形状をラインフロー・シロッコ・ターボ型の何れかとしてもよく、この場合も上記と同様の効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置としての冷凍空調装置の構成図である。 低温暖房運転時の基本動作を示す図である。 室外送風機６の回転数の差による暖房能力の差及び着霜による能力低下タイミングの差を示す図である。 低温暖房運転中の暖房／除霜運転の運転サイクルを示す図である。 プロペラファンにおける回転数とトルクの関係を示す図である。 プロペラファンを用いた場合の一般的な着霜面積−負荷トルク特性を示す図である。 シロッコ、ラインフロー、ターボ型ファンにおける回転数−負荷トルク特性を示す図である。 シロッコ、ラインフロー、ターボ型ファンにおける着霜面積−負荷トルク特性を示す図である。 実施の形態１の室外送風機駆動手段８の構成図である。 送風機羽根形状がプロペラ型である場合の低温暖房運転時の室外送風機の制御フローチャートである。 羽根がプロペラ型の場合の除霜運転に関するフローチャートである。 送風機羽根形状がプロペラ型である場合の目詰まり検出の制御フローチャートである。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、３ａ 外気温度センサ、４ 膨張機構、５ 室内熱交換器、６ 室外送風機、７ 室内送風機、８ 室外送風機駆動手段、９ 室内送風機駆動手段、１０ 制御部、１１ 冷媒配管、６１ 室外送風機羽根、６２ 室外送風機モータ、７１ 室内送風機羽根、７２ 室内送風機モータ。

Claims (25)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、室内熱交換器を冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、前記室外熱交換器の熱交換を促進する室外送風機と、前記室内熱交換器の熱交換を促進する室内送風機と、前記冷凍サイクル、前記室外送風機及び前記室内送風機を制御する制御部とを有し、前記四方弁の切り換えにより通常運転と除霜運転とを切り換え可能な冷凍サイクル装置において、
   前記制御部は、前記室外又は室内送風機のモータのトルクが、所定トルク値に一定になるように制御する定トルク制御モード、又は、前記室外又は室内送風機のモータの電流が、所定電流値に一定になるように制御する定電流制御モードを有し、所定の低温環境下で前記通常運転を行う際には、前記室外又は室内送風機のうち、通常運転時に前記冷凍サイクルの蒸発器として動作する熱交換器側の送風機である蒸発器側送風機を、前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記所定トルク値は、前記蒸発器側送風機のモータの最大定格トルクであり、前記所定電流値は、蒸発器側送風機のモータの最大定格電流であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記通常運転は暖房運転であり、外気温が所定温度値以下での低温暖房運転時において、前記室外送風機を前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記所定温度値は５℃であることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御部は、前記除霜運転の開始あるいは終了を、前記室外送風機の動作物理量の時間的な変化を用いて判断することを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記室外送風機の羽根形状はプロペラ型であり、前記室外送風機の動作物理量が所定値以下となったことを除霜運転の開始条件とすることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記室外送風機の羽根形状はプロペラ型であり、前記室外送風機の動作物理量の減少量が所定量以上となったことを除霜運転の開始条件とすることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記室外送風機の羽根形状はプロペラ型であり、除霜運転中の前記室外送風機の動作物理量が所定値以上となったことを除霜運転の終了条件とすることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記室外送風機の羽根形状はプロペラ型であり、除霜運転中の前記室外送風機の動作物理量の増加量が所定量以上となったことを除霜運転の終了条件とすることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記動作物理量は、前記室外送風機の回転数、電流、電圧の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項５乃至請求項９の何れかに記載の冷凍サイクル装置。
11. 除霜運転時に、前記室外送風機を前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記低温暖房運転以外の通常暖房運転の開始時において前記室外送風機を定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記低温暖房運転以外の通常暖房運転は速度を一定にした速度制御モードで駆動されており、前記室外送風機の制御方式を、ベクトル制御方式としたことを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作中の前記室外送風機の動作物理量に基づいて、前記室外送風機の風が通過する風路中の目詰まり状態の検出を行うことを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記通常運転は、冷蔵・冷凍運転であり、室内気温が所定温度値以下の低温の冷蔵・冷凍運転時において、前記室内送風機を前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記制御部は、前記除霜運転の開始あるいは終了を、前記室内送風機の動作物理量の時間的な変化を用いて判断することを特徴とする請求項１５記載の冷凍サイクル装置。
17. 室内送風機の羽根形状はラインフロー、シロッコ及びターボ型の何れかであり、低温冷蔵・冷凍運転中の前記室内送風機の動作物理量が所定値以上となったことを除霜運転の開始条件とすることを特徴とする請求項１６記載の冷凍サイクル装置。
18. 室内送風機の羽根形状はラインフロー、シロッコ及びターボ型の何れかであり、低温冷蔵・冷凍運転中の前記室内送風機の動作物理量の増加量が所定量以上となったことを除霜運転の開始条件とすることを特徴とする請求項１６記載の冷凍サイクル装置。
19. 室内送風機の羽根形状はラインフロー、シロッコ及びターボ型の何れかであり、除霜運転中の前記室内送風機の動作物理量が所定値以下となったことを除霜運転の終了条件とすることを特徴とする請求項１６記載の冷凍サイクル装置。
20. 室内送風機の羽根形状はラインフロー、シロッコ及びターボ型の何れかであり、除霜運転中の前記室内送風機の動作物理量の減少量が所定量以上となったことを除霜運転の終了条件とすることを特徴とする請求項１６記載の冷凍サイクル装置。
21. 前記動作物理量は、前記室内送風機の回転数、電流、電圧の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１６乃至請求項２０の何れかに記載の冷凍サイクル装置。
22. 除霜運転時に、前記室内送風機を前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする請求項１５記載の冷凍サイクル装置。
23. 前記低温冷蔵・冷凍運転以外の通常冷蔵・冷凍運転の開始時において前記室内送風機を前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作させることを特徴とする請求項１５記載の冷凍サイクル装置。
24. 前記低温冷蔵・冷凍運転以外の通常冷蔵・冷凍運転は速度を一定にした速度制御モードで駆動されており、前記室内送風機の制御方式を、ベクトル制御方式としたことを特徴とする請求項１５記載の冷凍サイクル装置。
25. 前記定トルク制御モード又は前記定電流制御モードで動作中の前記室内送風機の動作物理量に基づいて前記室内送風機の風が通過する風路中の目詰まり状態を検出することを特徴とする請求項１５記載の冷凍サイクル装置。

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