WO2019012628A1 - 空気調和機および空気調和機の制御方法 - Google Patents

空気調和機および空気調和機の制御方法 Download PDF

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preheating
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time
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浩平 葛西
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三菱電機株式会社
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    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
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    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F25B47/022—Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F25B47/025—Defrosting cycles hot gas defrosting by reversing the cycle

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner having a defrosting function and a control method of the air conditioner.
  • the heat exchanger functioning as an evaporator may be frosted.
  • frost is formed on the heat exchanger, the flow of air in the air path of the heat exchanger is impeded, so that the heat exchange performance of the heat exchanger may be lowered, and the heating capacity and the energy consumption efficiency may be lowered.
  • the room temperature may decrease during the defrosting operation, and a comfortable room temperature for the user may not be maintained.
  • Patent Document 1 discloses an air conditioner that performs a preheating operation for forcibly performing a heating operation regardless of the room temperature and raising the room temperature before starting the defrosting operation. By adopting such a configuration, it is possible to suppress a decrease in room temperature during the defrosting operation.
  • the preheating operation is started from the time when the condition for starting the defrosting operation is satisfied. For this reason, there is a problem that the preheating operation is performed in a state where the performance of the heat exchanger has already deteriorated, and the power consumption may increase, and the effect of suppressing the room temperature decrease during the defrosting operation may be low. .
  • This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the air conditioner which can suppress the increase in power consumption.
  • the air conditioner according to the present invention executes a preheating operation that forcibly performs the heating operation regardless of the heating operation, the defrosting operation, and the start condition of the heating operation.
  • An air conditioner capable of predicting a defrosting start time that satisfies the conditions for starting the defrosting operation, and causing the control unit to start the preheating operation before the predicted defrosting start time comes It is characterized by having.
  • the air conditioner according to the present invention has the effect of being able to suppress an increase in power consumption.
  • the figure which shows schematic structure of the air conditioner concerning Embodiment 1 of this invention A diagram showing an example of the configuration of a processing circuit for realizing the control unit of the air conditioner shown in FIG.
  • achieving the control part of the air conditioner shown in FIG. Flow chart showing operation of the air conditioner shown in FIG.
  • the figure which shows schematic structure of the air conditioner concerning Embodiment 2 of this invention. Flow chart showing the operation of the air conditioner shown in FIG. Explanatory drawing about the calculation method of the preheat operation time of the air conditioner shown in FIG.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an air conditioner 1A according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioner 1A controls the compressor 2, the first heat exchanger 3, the second heat exchanger 4, the four-way valve 5, the expansion valve 6, the blower fan 7, the fan motor 8, and And a part 9.
  • the air conditioner 1A can execute a heating operation for warming the air in the room and a cooling operation for cooling the air in the room.
  • the compressor 2 circulates the refrigerant in the refrigerant pipe.
  • the compressor 2 is incorporated in a refrigerant circulation circuit configured of refrigerant piping, compresses and discharges the refrigerant, and circulates between the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 4.
  • Each of the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 4 functions as a condenser or an evaporator.
  • the first heat exchanger 3 is a heat exchanger disposed indoors
  • the second heat exchanger 4 is a heat exchanger disposed outdoor.
  • the first heat exchanger 3 functions as an evaporator when the air conditioner 1A is performing a cooling operation, and functions as a condenser when the air conditioner 1A is performing a heating operation.
  • the second heat exchanger 4 functions as a condenser when the air conditioner 1A is performing the cooling operation, and functions as an evaporator when the air conditioner 1A is performing the heating operation.
  • the four-way valve 5 is incorporated in the refrigerant circulation circuit, and switches the direction in which the refrigerant flows in the refrigerant circulation circuit.
  • the four-way valve 5 switches the flow direction of the refrigerant in accordance with an instruction from the control unit 9.
  • the expansion valve 6 is a throttling device that is incorporated in the refrigerant circulation circuit, adjusts the flow rate of the refrigerant by setting the opening degree, and decompresses and expands the refrigerant.
  • the blower fan 7 rotates about an axis as the fan motor 8 rotates, and blows the second heat exchanger 4.
  • the fan motor 8 drives the blower fan 7 using a command voltage input from the control unit 9.
  • the command voltage is adjusted to keep the rotational speed of the blower fan 7 constant.
  • the second heat exchanger 4 is frosted, the axial torque of the blower fan 7 increases, so the command voltage increases. For this reason, the increase amount of the command voltage is a value corresponding to the frosted state.
  • Control unit 9 controls the operation of air conditioner 1A.
  • the control unit 9 can control the operation of the air conditioner 1A using the compressor 2, the four-way valve 5, the expansion valve 6, the fan motor 8, and the like.
  • the control unit 9 adjusts the value of the command voltage based on the number of rotations of the blower fan 7.
  • the control unit 9 determines a command voltage so as to achieve the set rotational speed, and inputs the command voltage to the fan motor 8.
  • the control unit 9 detects the actual number of rotations, adjusts the value of the command voltage based on the difference between the detected number of rotations and the set number of rotations, and inputs it to the fan motor 8. For example, when the detected rotational speed is smaller than the set rotational speed, the control unit 9 increases the value of the command voltage.
  • the control unit 9 can switch the operation mode of the air conditioner 1A by controlling the compressor 2, the four-way valve 5, the expansion valve 6, the fan motor 8 and the like using setting values corresponding to a plurality of operation modes. it can.
  • the air conditioner 1A can operate the compressor 2 to perform the heating operation, the cooling operation, the defrosting operation, and the preheating operation.
  • the control unit 9 detects the indoor temperature and controls the timing at which the heating operation is performed based on the difference between the detected indoor temperature and the set temperature.
  • the control unit 9 determines the start condition of the heating operation, and executes the heating operation when the start condition is satisfied, determines the stop condition of the heating operation, and stops the heating operation when the stop condition is satisfied. .
  • the control unit 9 executes the heating operation to make the room temperature approach the set temperature.
  • the control unit 9 stops the heating operation to bring the room temperature close to the set temperature.
  • the control unit 9 controls the timing at which the cooling operation is performed, based on the difference between the indoor temperature and the set temperature.
  • the defrosting operation is to warm the second heat exchanger 4 functioning as an evaporator so as to eliminate the frost generated in the second heat exchanger 4.
  • the control unit 9 starts the defrosting operation when the start condition of the defrosting operation is satisfied while the air conditioner 1A is operating in the heating mode.
  • the defrosting operation can be realized, for example, by switching the four-way valve 5 so that the refrigerant flows in a direction different from that in the heating operation.
  • the four-way valve 5 connects the path indicated by the dotted line to connect the discharge pipe of the compressor 2 and the second heat exchanger 4 so that the high temperature refrigerant can be used as the second heat exchanger 4 Can be supplied and this heat can be used to melt the frost of the second heat exchanger 4.
  • the defrosting operation and the heating operation since the path through which the refrigerant flows is changed, the defrosting operation and the heating operation can not be performed simultaneously.
  • the preheating operation is to forcibly execute the heating operation before starting the defrosting operation, regardless of the heating operation start condition.
  • the control unit 9 predicts the defrosting start time when the condition for starting the defrosting operation is satisfied, and starts the preheating operation before the predicted defrosting start time comes.
  • the set temperature in the preheating operation is higher than the set temperature in the normal heating operation to raise the room temperature in a short time.
  • the control unit 9 predicts the defrost start time based on the command voltage to the fan motor 8. More specifically, the control unit 9 predicts the defrosting start time point based on the increase amount of the command voltage.
  • the command voltage it is possible to suppress an increase in cost because it does not require additional components such as a current detection element and a voltage detection element. Further, if the amount of increase from the initial value of the command voltage is used, it is possible to suppress the influence of the initial value fluctuation of the motor torque due to the aged deterioration of the performance of the second heat exchanger 4 and frost formation.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a processing circuit for realizing the control unit 9 of the air conditioner 1A shown in FIG.
  • the processing circuit 100 shown in FIG. 2 is configured as a dedicated circuit.
  • the processing circuit 100 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an application specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), or a combination thereof.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a processing circuit for realizing the control unit 9 of the air conditioner 1A shown in FIG.
  • the processing circuit 101 includes a processor 102 and a memory 103. In other words, part or all of the functions of the control unit 9 can be realized using the processor 102 and the memory 103.
  • the processing circuit 101 includes the processor 102 and the memory 103
  • the processor 102 reads out and executes a computer program stored in the memory 103 to realize the function of the control unit 9.
  • the memory 103 is also used as a temporary memory in each process executed by the processor 102.
  • the processor 102 is a CPU (Central Processing Unit), and is also called a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor) or the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • processing unit a processing unit
  • arithmetic unit a microprocessor
  • microcomputer a microcomputer
  • DSP Digital Signal Processor
  • the memory 103 is, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), a flash memory, an EPROM (erasable programmable ROM), an EEPROM (electrically EPROM), or a magnetic disk. is there.
  • RAM random access memory
  • ROM read only memory
  • flash memory an EPROM (erasable programmable ROM), an EEPROM (electrically EPROM), or a magnetic disk.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the operation of the air conditioner 1A shown in FIG.
  • the control unit 9 incorporates a timer function, and counts an operation time after the heating operation is started (step S101). Control unit 9 determines whether the operating time has been 3 minutes or more (step S102). When the operating time is less than 3 minutes (step S102: No), the control unit 9 repeats the process of step S102. If the operating time is, for example, 3 minutes or more (step S102: Yes), the control unit 9 stores the command voltage of the fan motor 8 and sets it as an initial value of the command voltage (step S103).
  • the control unit 9 calculates the difference of the command voltage every predetermined time period, for example, every 30 seconds.
  • the difference between the command voltages is the absolute value of the difference between the previous value and the current value of the command voltage (step S104).
  • the control unit 9 performs disturbance correction.
  • Disturbance correction is processing for correcting the influence of wind outside the room, etc., and when the difference is outside a predetermined range, the value of the difference is set to zero.
  • the predetermined range is a range between the difference maximum value and the difference minimum value. If the difference calculated in step S104 is greater than or equal to the difference maximum value, and if the difference is less than the difference minimum value, the control unit 9 corrects the difference value to zero (step S105).
  • Control unit 9 updates the integrated value indicating the increase amount of the command voltage (step S106). Specifically, the control unit 9 adds the difference calculated in step S104 to the current integrated value to obtain a new integrated value.
  • Control unit 9 determines whether the updated integrated value is equal to or larger than a predetermined threshold (step S107). If the integrated value is equal to or greater than the threshold (step S107: Yes), the control unit 9 starts the preheating operation (step S108). If the integrated value is smaller than the threshold (step S107: No), the control unit 9 returns to the process of step S104.
  • Control unit 9 determines whether the elapsed time has exceeded the preheating operation time, which is a predetermined time length for performing the preheating operation (step S109). When the elapsed time does not exceed the preheating operation time (step S109: No), the control unit 9 repeats the process of step S109. When the elapsed time exceeds the preheating operation time (step S109: Yes), the control unit 9 starts the defrosting operation (step S110).
  • the control unit 9 of the air conditioner 1A performs the defrosting operation by using a predetermined threshold value for the integrated value indicating the increase amount of the command voltage. It is possible to start the preheating operation before the start of the defrosting operation that satisfies the condition to start.
  • the threshold value is determined in advance so that the integrated value exceeds the threshold value before the defrosting operation start time predicted based on the integrated value of the command voltage arrives.
  • the control unit 9 can start the preheating operation before the predicted defrost start time arrives. Therefore, the preheating operation can be started before the performance deterioration of the second heat exchanger 4 occurs, and it is possible to suppress the room temperature decrease during the defrosting operation while suppressing the increase of the power consumption. Become.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an air conditioner 1B according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the air conditioner 1B includes, in addition to the configuration of the air conditioner 1A, an outside air temperature sensor 11 that measures an outside air temperature which is an air temperature outside the air conditioner 1B.
  • the control unit 9 of the air conditioner 1B can acquire the outside air temperature from the outside air temperature sensor 11.
  • the control unit 9 predicts the defrosting start time that satisfies the start condition of the defrosting operation based on the integrated value of the command voltage.
  • the control unit 9 also calculates a preheating operation time which is a time length for executing the preheating operation. Specifically, the control unit 9 performs the preheating operation based on the predicted value of the heat loss that is lost during the defrosting operation and the preheating ability that is the heating capacity that the air conditioner 1B can use for the preheating operation. Calculate the time. Since the predicted value of the heat loss which is lost during the defrosting operation and the preheating capacity change depending on the outside air temperature, the control unit 9 calculates the preheating operation time based on the outside air temperature. The control unit 9 corrects the preheating operation time in consideration of the response delay up to the maximum heating capacity, the capacity decrease due to frost formation, and the like.
  • the correction value ⁇ used for correcting the preheating operation time can be a variable of a value based on the outside air temperature.
  • the control unit 9 starts the preheating operation when the predicted time length until the start of defrosting becomes shorter than the calculated preheating operation time.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the air conditioner 1B shown in FIG. Steps up to step S106 are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • control unit 9 determines whether the integrated value is equal to or greater than threshold value B (step S201). When the integrated value is less than the threshold B (step S201: No), the control unit 9 returns to the process of step S104. If the integrated value is equal to or greater than the threshold B (step S201: Yes), the control unit 9 calculates a defrost start predicted prediction time and a preheating operation time, which are predicted values of the time taken to reach the defrost start time. Then, it is determined whether the calculated defrosting start attainment prediction time is equal to or less than the preheating operation time (step S202).
  • step S202: Yes If the defrosting start attainment prediction time is equal to or less than the preheating operation time (step S202: Yes), the control unit 9 starts the preheating operation (step S108). If the defrosting start attainment prediction time is less than the preheating operation time (step S202: No), the control unit 9 determines whether the integrated value is equal to or more than the threshold A (step S203).
  • step S203: Yes If the integrated value is equal to or larger than the threshold A (step S203: Yes), the control unit 9 starts the defrosting operation (step S110). If the integrated value is less than the threshold A (step S203: No), the control unit 9 returns to the process of step S104.
  • the air conditioner 1B starts the preheating operation before the defrosting start time predicted based on the command voltage. Therefore, the preheating operation can be started before the performance of the second heat exchanger 4 is reduced. Therefore, it is possible to raise the room temperature before the defrosting operation while suppressing the increase in power consumption by performing the preheating operation in the state where the performance of the heat exchanger is lowered, and to suppress the room temperature decrease during the defrosting operation It is possible.
  • FIG. 7 is an explanatory view of a method of calculating the preheating operation time of the air conditioner 1B shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the outside air temperature (° C.), and the vertical axis indicates the heating load or the heating capacity (kW).
  • the heating capacity when performing the heating operation is approximately equal to the required heating capacity 34
  • the required heating capacity 34 is approximately equal to the building load 33.
  • the building load 33 indicates the ease of heating or cooling of the building, and if the air conditioner 1B functions as a heating device, the building load 33 indicates the ease of heating of the building.
  • the building load 33 decreases as the outside temperature rises, and the required heating capacity 34 also decreases as the outside temperature rises.
  • the preheating capacity 35 of the air conditioner 1B is a value obtained by subtracting the building load 33 from the maximum heating capacity 31.
  • the control unit 9 can calculate the preheating operation time based on the defrosting operation time, the building load 33 and the preheating capacity 35. Since the preheating capacity 35 is a value obtained by subtracting the building load 33 from the maximum heating capacity 31 as described above, the control unit 9 calculates the preheating operation time based on the defrosting operation time, the building load 33 and the maximum heating capacity 31 can do.
  • the preheating operation time is expressed by the following equation (1).
  • Preheating operation time defrosting operation time x building load ⁇ (maximum heating capacity-building load) ... (1)
  • the control unit 9 can correct the preheating operation time by using the correction value ⁇ that corrects the response delay from the current heating capacity to the maximum heating capacity and the influence of the decrease in the maximum heating capacity due to frost formation.
  • the correction value ⁇ is a variable based on the outside air temperature.
  • the control unit 9 determines If it is shorter than one threshold, the heating capacity can be suppressed to make the preheating operation time longer than the first threshold. For example, when the preheating operation time is shorter than 4 minutes, the control unit 9 sets the preheating operation time to 6 minutes and suppresses the heating capacity by the amount of extension of the preheating operation time. By thus suppressing the heating capacity, the coefficient of performance is improved.
  • the performance coefficient is a value representing the heating capacity per 1 kW of power consumption, and can be obtained by dividing the heating capacity by the power consumption.
  • the control unit 9 calculates the second preheating operation time that is calculated in advance. If it is longer than the threshold value, the heating operation can be continued until the defrosting start time comes, without performing the preheating operation.
  • FIG. 8 is a view showing an example of the transition of the heating capacity 41 of the air conditioner 1B shown in FIG. 5, the integrated value 42 of the command voltage, and the evaporator temperature 43. As shown in FIG.
  • the control unit 9 performs the heating operation based on the difference between the set temperature and the indoor temperature. While performing the heating operation based on the difference between the set temperature and the indoor temperature, the control unit 9 determines whether or not the integrated value 42 of the command voltage is equal to or more than the threshold value B. Since the integrated value 42 of the command voltage indicates the amount of increase from the initial value of the command voltage, the increase and decrease are repeated in the state where the second heat exchanger 4 is not frosted.
  • the evaporator temperature 43 which is the temperature of the second heat exchanger 4 functioning as an evaporator, is gradually decreasing.
  • the controller 9 starts the preheating operation.
  • the control unit 9 starts the defrosting operation terminates the preheating operation. If defrosting start predicted arrival time integrated value 42 at time t 1 with equal to or greater than the threshold value B of the command voltage is longer than the pre-heating operation time, the control unit 9, the defrosting start predicted arrival time is below the preheating operation time Wait for until start the preheating operation.
  • the configuration shown in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and one of the configurations is possible within the scope of the present invention. Parts can be omitted or changed.
  • the defrosting operation start time point is predicted based on the command voltage
  • the present invention is not limited to such an example.
  • the start point of the defrosting operation can also be predicted based on the difference between the outside air temperature and the evaporator temperature that is the temperature of the second heat exchanger 4 operating as the evaporator.
  • the defrosting start time can be predicted based on the change in the value of the difference between the outside air temperature and the evaporator temperature.
  • the prediction accuracy is higher when the command voltage is used than when the difference between the outside air temperature and the evaporator temperature is used.
  • SYMBOLS 1A, 1B Air conditioner, 2 compressor, 3 1st heat exchanger, 4 2nd heat exchanger, 5 four-way valve, 6 expansion valve, 7 ventilation fan, 8 fan motor, 9 control part, 11 outside temperature Sensor, 31 maximum heating capacity, 32 minimum heating capacity, 33 building load, 34 required heating capacity, 35 preheating capacity, 41 heating capacity, 42 integrated value of command voltage, 43 evaporator temperature, 100, 101 processing circuit, 102 processor, 103 memory.

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Abstract

暖房運転、除霜運転および暖房運転の開始条件に関わらず強制的に暖房運転を行う予熱運転を実行することが可能な空気調和機（１Ａ）であって、除霜運転を開始する条件を満たす除霜開始時点を予測し、予測された除霜開始時点が到来するよりも前に予熱運転を開始させる制御部（９）を備えることを特徴とする。

Description

空気調和機および空気調和機の制御方法
　本発明は、除霜機能を有する空気調和機および空気調和機の制御方法に関する。
　空気調和機を暖房モードで利用する場合、外気温などの条件によっては、蒸発器として機能する熱交換器に着霜することがある。熱交換器に着霜すると、熱交換器の風路内における空気の流れを妨げるため、熱交換器の熱交換性能が低下して、暖房能力およびエネルギー消費効率が低下してしまうことがある。このため、熱交換器に生じた霜を解消する除霜機能を備えた空気調和機がある。通常、除霜運転と暖房運転とは同時に行うことができないため、除霜運転を行っている間、室温が低下して使用者にとって快適な室温を保てないことがある。
　特許文献１には、除霜運転を開始する前に、室内温度に関わらず強制的に暖房運転を行って室温を上昇させる予熱運転を行う空気調和機が開示されている。このような構成をとることで、除霜運転中の室温低下を抑制することが可能である。
特開昭６０－８２７３５号公報
　しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によれば、除霜運転を開始する条件が成立した時点から予熱運転が開始される。このため、熱交換器の性能が既に低下した状態で予熱運転が行われることとなり、消費電力が増大したり、除霜運転中の室温低下を抑制する効果が低い場合があるという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力の増大を抑制することが可能な空気調和機を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空気調和機は、暖房運転、除霜運転および暖房運転の開始条件に関わらず強制的に暖房運転を行う予熱運転を実行することが可能な空気調和機であって、除霜運転を開始する条件を満たす除霜開始時点を予測し、予測された除霜開始時点が到来するよりも前に予熱運転を開始させる制御部を備えることを特徴とする。
　本発明に係る空気調和機は、消費電力の増大を抑制することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成を示す図 図１に示す空気調和機の制御部を実現するための処理回路の構成例を示す図 図１に示す空気調和機の制御部を実現するための処理回路の他の構成例を示す図 図１に示す空気調和機の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２にかかる空気調和機の概略構成を示す図 図５に示す空気調和機の動作を示すフローチャート 図５に示す空気調和機の予熱運転時間の算出方法についての説明図 図５に示す空気調和機の暖房能力、指令電圧の積算値および蒸発器温度の推移の一例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係る空気調和機および空気調和機の制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１Ａの概略構成を示す図である。空気調和機１Ａは、圧縮機２と、第１の熱交換器３と、第２の熱交換器４と、四方弁５と、膨張弁６と、送風ファン７と、ファンモータ８と、制御部９とを有する。空気調和機１Ａは、室内の空気を暖める暖房運転と室内の空気を冷却する冷房運転とを実行することが可能である。
　圧縮機２は、冷媒を冷媒配管の中で循環させる。圧縮機２は、冷媒配管から構成される冷媒循環回路に組み込まれており、冷媒を圧縮して吐出し、第１の熱交換器３と第２の熱交換器４との間を還流させる。
　第１の熱交換器３および第２の熱交換器４のそれぞれは、凝縮器または蒸発器として機能する。第１の熱交換器３は、室内に配置された熱交換器であり、第２の熱交換器４は、室外に配置された熱交換器である。第１の熱交換器３は、空気調和機１Ａが冷房運転を行っているときには蒸発器として機能し、空気調和機１Ａが暖房運転を行っているときには凝縮器として機能する。第２の熱交換器４は、空気調和機１Ａが冷房運転を行っているときには凝縮器として機能し、空気調和機１Ａが暖房運転を行っているときには蒸発器として機能する。
　四方弁５は、冷媒循環回路に組み込まれており、冷媒が冷媒循環回路の中で流れる方向を切り替える。四方弁５は、制御部９からの指示に従って、冷媒が流れる方向を切り替える。膨張弁６は、冷媒循環回路に組み込まれており、開度が設定されることで冷媒の流量を調整し、冷媒を減圧して膨張させる絞り装置である。
　送風ファン７は、ファンモータ８の回転に伴って軸を中心に回転し、第２の熱交換器４に送風する。ファンモータ８は、制御部９から入力される指令電圧を用いて送風ファン７を駆動する。指令電圧は、送風ファン７の回転数を一定に保つように調整されている。第２の熱交換器４が着霜すると、送風ファン７の軸トルクが増加するため、指令電圧は増加する。このため、指令電圧の増加量は、着霜状態に対応する値となる。
　制御部９は、空気調和機１Ａの動作を制御する。制御部９は、圧縮機２、四方弁５、膨張弁６、ファンモータ８などを用いて、空気調和機１Ａの動作を制御することができる。送風ファン７の回転を制御するために、制御部９は、指令電圧の値を送風ファン７の回転数に基づいて調整する。制御部９は、設定された回転数となるように指令電圧を決定してファンモータ８に入力する。そして制御部９は、実際の回転数を検知して、検知した回転数と設定された回転数との差分に基づいて、指令電圧の値を調整してファンモータ８に入力する。例えば、検知した回転数が設定された回転数よりも少ない場合、制御部９は、指令電圧の値を増加させる。
　制御部９は、複数の運転モードに対応する設定値を用いて圧縮機２、四方弁５、膨張弁６、ファンモータ８などを制御することによって、空気調和機１Ａの運転モードを切り替えることができる。空気調和機１Ａは、圧縮機２を動作させて、暖房運転、冷房運転、除霜運転および予熱運転を行うことができる。
　制御部９は、室内温度を検知して、検知した室内温度と設定温度との差異に基づいて、暖房運転を実行するタイミングを制御する。制御部９は、暖房運転の開始条件を判定して、開始条件を満たした場合、暖房運転を実行し、暖房運転の停止条件を判定して、停止条件を満たした場合、暖房運転を停止する。例えば、室内温度が設定温度よりも低い場合、制御部９は、暖房運転を実行して室内温度を設定温度に近づける。室内温度が設定温度よりも高い場合、制御部９は、暖房運転を停止して室内温度を設定温度に近づける。同様に、制御部９は、室内温度と設定温度との差異に基づいて、冷房運転を実行するタイミングを制御する。
　除霜運転は、蒸発器として機能する第２の熱交換器４を暖めて第２の熱交換器４に生じた霜を解消させることである。制御部９は、空気調和機１Ａが暖房モードで動作している間に除霜運転の開始条件が満たされた場合、除霜運転を開始する。除霜運転は、例えば、四方弁５を切り替えて冷媒を暖房運転時と異なる方向に流れるようにすることで実現することができる。除霜運転時には、四方弁５が点線で示される経路を接続して圧縮機２の吐出管と第２の熱交換器４とを接続することで、第２の熱交換器４に高温の冷媒が供給され、この熱を用いて第２の熱交換器４の霜を溶かすことができる。除霜運転時と暖房運転時とでは、冷媒が流れる経路を変更するため、除霜運転と暖房運転とを同時に行うことができない。
　予熱運転は、除霜運転を開始する前に、暖房運転の開始条件に関わらず、強制的に暖房運転を実行することである。制御部９は、除霜運転を開始する条件が満たされる除霜開始時点を予測して、予測された除霜開始時点が到来するよりも前に予熱運転を開始させる。予熱運転における設定温度は、通常の暖房運転における設定温度よりも高くして、短時間で室温を上昇させる。制御部９は、ファンモータ８への指令電圧に基づいて、除霜開始時点を予測する。より具体的には、制御部９は、指令電圧の増加量に基づいて、除霜開始時点を予測する。指令電圧を用いることで、電流検知素子、電圧検知素子などの追加の構成要素を必要としないため、コスト増加を抑制することが可能になる。また指令電圧の初期値からの増加量を用いると、第２の熱交換器４の性能の経年劣化、着霜などによるモータトルクの初期値変動の影響を抑制することができる。
　次に、本実施の形態１にかかる空気調和機１Ａの制御部９を実現するためのハードウェア構成について説明する。本実施の形態１にかかる空気調和機１Ａの制御部９は、処理回路により実現される。図２は、図１に示す空気調和機１Ａの制御部９を実現するための処理回路の構成例を示す図である。図２に示した処理回路１００は、専用の回路として構成されている。
　処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）またはこれらを組み合わせたものである。
　図３は、図１に示す空気調和機１Ａの制御部９を実現するための処理回路の構成例を示す図である。処理回路１０１は、プロセッサ１０２およびメモリ１０３を備える。言い換えると、制御部９の機能の一部または全部は、プロセッサ１０２およびメモリ１０３を用いて実現することができる。
　処理回路１０１がプロセッサ１０２およびメモリ１０３を備える場合、プロセッサ１０２がメモリ１０３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、制御部９の機能が実現される。また、メモリ１０３は、プロセッサ１０２が実行する各処理における一時メモリとしても用いられる。
　プロセッサ１０２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）であり、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などとも呼ばれる。
　メモリ１０３は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクなどである。
　図４は、図１に示す空気調和機１Ａの動作を示すフローチャートである。制御部９は、タイマ機能を内蔵しており、暖房運転を開始してからの運転時間をカウントする（ステップＳ１０１）。制御部９は、運転時間が３分以上になったか否かを判断する（ステップＳ１０２）。運転時間が３分未満の場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御部９は、ステップＳ１０２の処理を繰り返す。運転時間が例えば３分以上になった場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部９は、ファンモータ８の指令電圧を記憶して指令電圧の初期値とする（ステップＳ１０３）。
　制御部９は、予め定められた時間周期、例えば３０秒ごとに指令電圧の差分を算出する。指令電圧の差分は、指令電圧の前回値と今回値との差の絶対値である（ステップＳ１０４）。続いて制御部９は、外乱補正を行う。外乱補正は、室外の風などの影響を補正する処理であり、差分が予め定められた範囲外である場合に、差分の値をゼロとする。予め定められた範囲は、差分最大値と差分最小値との間の範囲である。制御部９は、ステップＳ１０４で算出した差分が差分最大値以上である場合、および差分が差分最小値未満である場合には、差分の値を補正してゼロにする（ステップＳ１０５）。
　制御部９は、指令電圧の増加量を示す積算値を更新する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御部９は、現在の積算値にステップＳ１０４で算出した差分を加えて、新たな積算値とする。
　制御部９は、更新した積算値が予め定められた閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。積算値が閾値以上である場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、制御部９は、予熱運転を開始する（ステップＳ１０８）。積算値が閾値よりも小さい場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、制御部９は、ステップＳ１０４の処理に戻る。
　制御部９は、経過時間が予め定められた予熱運転を実行する時間長である予熱運転時間を超えたか否かを判断する（ステップＳ１０９）。経過時間が予熱運転時間を超えていない場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、制御部９は、ステップＳ１０９の処理を繰り返す。経過時間が予熱運転時間を超えた場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、制御部９は、除霜運転を開始する（ステップＳ１１０）。
　以上説明したように、本発明の実施の形態１では、空気調和機１Ａの制御部９は、指令電圧の増加量を示す積算値に対して予め定められた閾値を用いることで、除霜運転を開始する条件を満たす除霜運転開始時点よりも前に予熱運転を開始させることができる。ここで、指令電圧の積算値に基づいて予測される除霜運転開始時点が到来するよりも前に積算値が閾値を超えるように、閾値は予め定められている。このような構成をとるため、制御部９は、予測された除霜開始時点が到来する前に予熱運転を開始させることができる。したがって、第２の熱交換器４の性能低下が生じるよりも前に予熱運転を開始させることができ、消費電力の増大を抑制しつつ、除霜運転中の室温低下を抑制することが可能になる。
実施の形態２．
　図５は、本発明の実施の形態２にかかる空気調和機１Ｂの概略構成を示す図である。空気調和機１Ｂは、空気調和機１Ａの構成に加えて、空気調和機１Ｂの外部の気温である外気温を測定する外気温センサ１１を有する。
　空気調和機１Ｂの制御部９は、外気温センサ１１から外気温を取得することができる。制御部９は、指令電圧の積算値に基づいて、除霜運転の開始条件を満たす除霜開始時点を予測する。
　また制御部９は、予熱運転を実行する時間長である予熱運転時間を算出する。具体的には制御部９は、除霜運転の間に失われる熱量の予測値と、空気調和機１Ｂが予熱運転のために用いることができる暖房能力である予熱能力とに基づいて、予熱運転時間を算出する。除霜運転の間に失われる熱量の予測値と、予熱能力とは、外気温によって変化するため、制御部９は、外気温に基づいて予熱運転時間を算出することになる。制御部９は、最大暖房能力までの応答遅れ、着霜に起因する能力低下などを考慮して、予熱運転時間を補正する。予熱運転時間の補正に用いられる補正値αは、外気温に基づいた値の変数とすることができる。制御部９は、予測した除霜開始時点までの時間長が算出した予熱運転時間よりも短くなったとき、予熱運転を開始する。このような構成をとるため、予熱運転を予熱運転時間の間実行した後、除霜開始時点から除霜運転を開始することが可能になる。
　図６は、図５に示す空気調和機１Ｂの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０６までは実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
　制御部９は、指令電圧の積算値を更新すると、積算値が閾値Ｂ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。積算値が閾値Ｂ未満である場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、制御部９は、ステップＳ１０４の処理に戻る。積算値が閾値Ｂ以上である場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、制御部９は、除霜開始時点まで到達するのにかかる時間の予測値である除霜開始到達予測時間と予熱運転時間とを算出して、算出した除霜開始到達予測時間が予熱運転時間以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。
　除霜開始到達予測時間が予熱運転時間以下である場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、制御部９は、予熱運転を開始する（ステップＳ１０８）。除霜開始到達予測時間が予熱運転時間未満である場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、制御部９は、積算値が閾値Ａ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。
　積算値が閾値Ａ以上である場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、制御部９は除霜運転を開始する（ステップＳ１１０）。積算値が閾値Ａ未満である場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、制御部９は、ステップＳ１０４の処理に戻る。
　以上の動作によって、空気調和機１Ｂは、指令電圧に基づいて予測された除霜開始時点よりも前に予熱運転を開始する。このため、第２の熱交換器４の性能が低下するよりも前に予熱運転を開始することができる。したがって、熱交換器の性能が低下した状態で予熱運転を行うことによる消費電力の増大を抑制しつつ、除霜運転前に室内温度を上げることができるため除霜運転中の室温低下を抑制することが可能である。
　図７は、図５に示す空気調和機１Ｂの予熱運転時間の算出方法についての説明図である。横軸は外気温（℃）を示しており、縦軸は暖房負荷または暖房能力（ｋＷ）を示している。通常、暖房運転を実行しているときの暖房能力は、必要暖房能力３４と概ね等しく、必要暖房能力３４は、建物負荷３３と概ね等しい。建物負荷３３は、建物の熱しやすさまたは冷めやすさを示し、空気調和機１Ｂが暖房装置として機能する場合、建物負荷３３は建物の熱しやすさを示す。建物負荷３３は、外気温が上昇するほど低下しており、必要暖房能力３４も外気温が上がるほど低下する。
　暖房能力の最大値である最大暖房能力３１および暖房能力の最小値である最小暖房能力３２は、共に外気温が上昇するほど上がる。空気調和機１Ｂの予熱能力３５は、最大暖房能力３１から建物負荷３３を減算した値となる。
　ここで、制御部９は、予熱運転時間を除霜運転時間、建物負荷３３および予熱能力３５に基づいて算出することができる。予熱能力３５は、上述の通り最大暖房能力３１から建物負荷３３を減算した値となるため、制御部９は、予熱運転時間を除霜運転時間、建物負荷３３および最大暖房能力３１に基づいて算出することができる。予熱運転時間は、以下の数式（１）で表される。
　予熱運転時間＝除霜運転時間×建物負荷÷（最大暖房能力－建物負荷）・・・（１）
　制御部９は、現在の暖房能力から最大暖房能力までの応答遅れおよび着霜に起因する最大暖房能力の低下の影響を補正する補正値αを用いて、予熱運転時間を補正することができる。補正値αは、外気温に基づいた変数である。
　また、制御部９は、建物負荷の値に対する予熱能力３５の割合が２５％以上である場合など、予熱能力３５の尤度が基準以上である場合、算出した予熱運転時間が予め定められた第１の閾値よりも短い場合には、暖房能力を抑制して予熱運転時間を第１の閾値よりも長くすることができる。例えば、制御部９は、予熱運転時間が４分よりも短くなる場合、予熱運転時間を６分とし、予熱運転時間を延ばした分だけ暖房能力を抑制する。このように暖房能力を抑制することで、成績係数が向上する。成績係数は、消費電力１ｋＷ当たりの暖房能力を表した値であり、暖房能力を消費電力で除算することで求められる。
　制御部９は、建物負荷の値に対する予熱能力３５の割合が２５％未満である場合など、予熱能力３５の尤度が基準未満である場合、算出した予熱運転時間が予め定められた第２の閾値よりも長い場合には予熱運転を行わずに、除霜開始時点が到来するまで暖房運転を継続することができる。このような構成をとることで、成績係数の低下を抑制し、蒸発器として機能する第２の熱交換器４の着霜が促進して氷結することを抑制することができる。
　図８は、図５に示す空気調和機１Ｂの暖房能力４１、指令電圧の積算値４２および蒸発器温度４３の推移の一例を示す図である。
　通常、制御部９は、設定温度と室内温度との差異に基づいて暖房運転を行っている。設定温度と室内温度との差異に基づいて暖房運転を行っている間、制御部９は、指令電圧の積算値４２が閾値Ｂ以上となるか否かを判断している。指令電圧の積算値４２は、指令電圧の初期値からの増加量を示すため、第２の熱交換器４が着霜していない状態では増減を繰り返している。蒸発器として機能する第２の熱交換器４の温度である蒸発器温度４３は、徐々に低下している。
　図８の例では、指令電圧の積算値４２が閾値Ｂ以上となった時点ｔ１において、指令電圧の積算値４２の傾きから求めた除霜開始到達予測時間が予熱運転時間以下であるため、制御部９は予熱運転を開始する。予熱運転時間が経過する時点ｔ２に到達すると、制御部９は予熱運転を終了して除霜運転を開始する。指令電圧の積算値４２が閾値Ｂ以上となった時点ｔ１において除霜開始到達予測時間が予熱運転時間よりも長い場合、制御部９は、除霜開始到達予測時間が予熱運転時間以下になるまで待機してから予熱運転を開始する。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　上記の実施の形態１および実施の形態２では、指令電圧に基づいて除霜運転開始時点を予測することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。除霜運転開始時点は、外気温と蒸発器として動作する第２の熱交換器４の温度である蒸発器温度との差分に基づいて、予測することもできる。着霜が進んで圧縮機２の周波数が上がると、蒸発器温度が低下して外気温との差分が広がる。このため、外気温と蒸発器温度との差分の値の変化に基づいて、除霜運転開始時点を予測することができる。ただし、外気温と蒸発器温度との差分を用いるよりも指令電圧を用いる方が予測精度は高い。
　１Ａ，１Ｂ　空気調和機、２　圧縮機、３　第１の熱交換器、４　第２の熱交換器、５　四方弁、６　膨張弁、７　送風ファン、８　ファンモータ、９　制御部、１１　外気温センサ、３１　最大暖房能力、３２　最小暖房能力、３３　建物負荷、３４　必要暖房能力、３５　予熱能力、４１　暖房能力、４２　指令電圧の積算値、４３　蒸発器温度、１００，１０１　処理回路、１０２　プロセッサ、１０３　メモリ。

Claims (9)

  1. 　暖房運転、除霜運転および前記暖房運転の開始条件に関わらず強制的に前記暖房運転を行う予熱運転を実行することが可能な空気調和機であって、
    　前記除霜運転を開始する条件を満たす除霜開始時点を予測し、予測された前記除霜開始時点が到来するよりも前に前記予熱運転を開始させる制御部、
    　を備えることを特徴とする空気調和機。
  2. 　前記空気調和機が前記暖房運転を行っているときに蒸発器として機能する熱交換器と、
    　前記熱交換器に送風する送風ファンを駆動するファンモータと、
    　をさらに備え、
    　前記制御部は、前記ファンモータに入力される電圧であって、前記送風ファンを一定回転数で駆動するように調整された指令電圧に基づいて、前記除霜開始時点を予測することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 　前記制御部は、前記指令電圧の増加量に基づいて、前記除霜開始時点を予測することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
  4. 　前記制御部は、前記予熱運転を実行する時間長である予熱運転時間を、前記除霜運転の間に失われる熱量の予測値と、前記空気調和機が前記予熱運転のために用いることができる暖房能力である予熱能力とに基づいて算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和機。
  5. 　前記制御部は、算出した前記予熱運転時間を外気温度に基づいて補正することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
  6. 　前記制御部は、予測した前記除霜開始時点までの時間長が算出した前記予熱運転時間よりも短くなったとき、前記予熱運転を開始することを特徴とする請求項４または５に記載の空気調和機。
  7. 　前記制御部は、算出した前記予熱運転時間が予め定められた第１の閾値よりも短い場合、暖房能力を抑制して前記予熱運転時間を前記第１の閾値よりも長くすることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の空気調和機。
  8. 　前記制御部は、算出した前記予熱運転時間が予め定められた第２の閾値よりも長い場合、予熱運転を行わずに、前記除霜開始時点が到来するまで暖房運転を継続することを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の空気調和機。
  9. 　暖房運転、除霜運転および前記暖房運転の開始条件に関わらず強制的に前記暖房運転を行う予熱運転を実行することが可能な空気調和機を制御する方法であって、
    　前記除霜運転を開始する条件を満たす除霜開始時点を予測するステップと、
    　予測された前記除霜開始時点が到来するよりも前に前記予熱運転を開始させるステップと、を含むことを特徴とする空気調和機の制御方法。
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