JP2010243007A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検知装置が故障したときでも、修理等によって電流検知装置の機能が回復するまでの間、運転を継続できる空気調和装置を提供する。
【解決手段】制御装置９は、平常時には、電流検出装置７の出力信号に基づいて、インバータ装置５から出力される交流電流の周波数と電圧を変更する。変更された交流電流は送風機用電動機４に入力され、送風機２から設定された風量の風が放出される。一方、制御装置９は、電流検出装置７が異常であると判断した場合には、風速検出装置８の出力信号に基づく風量制御に切り替えることにより、空気調和装置１の運転を継続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、送風機用電動機の電流から機外静圧および風量を推定して電動機の回転数を制御する空気調和装置に関する。

インバータ装置を採用した従来の空気調和装置として、送風機駆動用の電動機の電流を検出する手段を備えた装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような空気調和装置では、電流検出装置で検出した電流値に基づいて機外静圧および風量を推定し、設定された風量と機外静圧に合うように、電動機の回転数制御を行っている。

具体的に説明すると、あらかじめ機外静圧と送風機用電動機の電流との関係を示す特性データ、および風量と静圧の関係を示す特性データを制御装置（マイクロコンピュータ）のメモリに入力しておく。そして、送風機の機外静圧が送風用ダクトの種類、あるいはフィルターの目詰まり等により変化し、風量が静圧曲線上を変化した場合に、メモリに記憶されたデータに基づいて、必要風量の確保のため送風機用電動機の回転数を制御している。

特開平５−１１８６２９号公報

上述した従来の空気調和装置において、電流検出装置が故障した場合、適正風量に制御できなくなり、また電流検出装置が異常となることで、空気調和装置が停止することがあった。このような場合、家庭用の空気調和装置では業者に修理を依頼し、少しの間空気調和装置を使用しないことで対応している。

しかし、電算機室のように設置された機器から常時放熱が行われる場所では、電流検出装置の異常で空気調和装置が停止した場合、サーバ等に重大なダメージを与える恐れがある。このような事態の発生を防止するため、電流検出装置に異常が発生した場合でも、運転を継続できる空気調和装置が要望されている。

この発明は、このような要望に応えるもので、電流検知装置が故障したときでも、修理等により電流検知装置の機能が回復するまでの間、運転を継続できる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる空気調和装置は、送風用のファンを備えた送風機と、送風機を回転駆動する電動機と、電動機の駆動周波数を変更するインバータ装置と、電源からインバータ装置に印加される電流の値を検出する第１の検出装置と、送風機の風量に対応して増加もしくは減少する物理量を検出する第２の検出装置と、第１の検出装置もしくは第２の検出装置の出力信号に基づいてインバータ装置動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、平常時は第１の検出装置の出力信号に基づいてインバータ装置の動作を制御し、第１の検出装置の出力信号が途絶えたときは、第２の検出装置の出力信号に基づいてインバータ装置の動作を制御することを特徴とする。

この発明の空気調和装置によれば、電流検出装置が故障した場合、送風機の風速や電動機の回転数等の他の物理量に基づく制御に切り替えられるため、電流検出装置の機能が回復するまでの間も、運転を継続することができる。

この発明の実施の形態にかかる空気調和装置の構成を示す図である。 周波数毎の風量と機外静圧との関係を示す特性図である。 周波数毎の風量と電流との関係を示す特性図である。 図１の空気調和装置の動作を説明するフローチャートである。 周波数毎の風量および風速と機外静圧との関係を示す特性図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態にかかる空気調和装置の構成を示す。空気調和装置１は、送風機２、送風機用の電動機４、インバータ装置５、電流検出装置７、風速検出装置８および制御装置９を含む。

送風機２は、電動機４によって回転されるファン（図示せず）を内蔵し、かつ送風口には送風用ダクト３が取り付けられている。電源７から供給される交流の電流は、インバータ装置５の入力段に設けられた整流回路（図示せず）で直流電流に変換された後、インバータ装置５によって電動機４駆動用の交流電流に変換される。インバータ装置５から出力される交流電流の周波数は、制御装置９の制御信号によって変更できる。

電流検出装置７は、電源６からインバータ装置５に入力される一次側の電流値を検出する。また風速検出装置８は、送風機２の吹き出しの風速を検出する。制御装置９は、電流検出装置７の出力信号もしくは風速検出装置８の出力信号に基づいて、インバータ装置５から出力される交流電流の周波数と電圧を変更する。変更された交流電流は送風機用電動機４に入力され、送風機２のファン（図示せず）を回転駆動する。結果、制御装置９で設定された風量の風が送風用ダクトから放出される。

次に、図４のフローチャートを参照して、空気調和装置１の動作について説明する。最初に、電流検出装置７が正常に機能しているときの動作を説明する。制御装置９に内蔵されたメモリ１０には、あらかじめ、図２に示すような、各周波数毎の風量と機外静圧との関係を示す特性データと、図３に示すような、各周波数毎の風量と電流との関係を示す特性データが記憶されている。

電流検出装置7からは、電動機４の駆動用信号が常時出力される。ステップＳ１において、制御装置９は、電流検出装置７の出力値を読み取り、引き続きステップＳ２において、その電流値が適正運転範囲に含まれるか否かを判断する。電流値が適正運転範囲内にある場合は、制御装置９は、電流検出装置７が正常に機能していると判断し、ステップＳ１の処理にもどると共に、正常時の制御を行う。

具体的には、制御装置９は、電流検出装置7から出力された電流値とメモリ１０に記憶されたデータを照合して、その時の風量を推定し、送風機２の風量が設定値になるようにインバータ装置５の出力周波数と電圧を決定する。

例えば定格風量が３００m３/minとすると、図３において電流値は５０Ｈｚで２０Ａ程度になる。このとき図２より機外静圧は１４０Pa程度になる。現地施工状況により機外静圧が１００Pa程度しかない場合は、電流が２１Ａ程度流れることになり、風量も３１０m３/minとなり、定格風量よりも風量が大きくなってしまう。このようなときはインバータ装置５の制御によって電動機４の運転周波数を落とし、３００m３/minになるように調整することで、風量を適正な値に戻すことができる。

また、逆にフィルターの目詰まりや現地施工状況により機外静圧が大きく風量が落ちた場合には、運転周波数をあげることで風量を適正な値に戻すことができる。制御装置９は、ステップＳ４の処理が終了した後、ステップＳ１の処理に戻る。

次に、電流検出装置７が正常に機能していないときの動作を説明する。本実施の形態では、電流検出装置７の出力が故障等によって途絶えたときは、送風機２の風速に基づく制御に切り替えることによって、運転を継続している。

空気調和装置の制御に使用できる物理量として、上述したインバータ装置５の一次側電流以外に、インバータ装置５の二次側の電流値、インバータ装置５の電圧値、送風機用電動機４の回転数、および送風機２の風速が挙げられる。これらの物理量は、いずれも送風機２の風量が変化したときに、それに応じて増加もしくは減少する性質を備えている。本実施の形態では、これらのうち送風機２の風速を、風速検出装置８で検出することによって風量制御を行っている。

引き続き、図４のフローチャートを参照して、電流検出装置７が正常に機能していないときに、風速検出装置８の出力に基づく制御に切り替える際の動作を説明する。なお、制御装置９のメモリ１０には、図５に示す送風機２の吹き出しの風速と風量と周波数の関係を示すデータがあらかじめ記憶されている。なお、風量＝風速×風路面積の関係であり、風路面積は一定であるため、風量は風速と同等として置き換えることが可能である。

ステップ２において、電流値が適正運転範囲内にない場合は、制御装置９はステップＳ３の処理に移り、電流検出装置７が故障していないか否か判断する。

ステップＳ３において、電流検出装置７が故障していると判断された場合、例えば、制御装置９からインバータ装置５に制御信号を送っている状態で、電流検出装置７の出力値が０Aとなった場合にはステップＳ５の処理に移り、制御装置９は、風速検出装置８の出力値を読み取ると共に、電流検出装置７に異常が発生したことを、音声または表示でユーザに知らせる。

一方、ステップＳ３において、電流検出装置７が故障していないと判断された場合、ステップＳ４の処理に移り、制御装置９は、電流値が適正運転範囲内に入るようにインバータ装置５の運転周波数を変更し、その後ステップＳ１の処理に戻る。

次に、ステップＳ６において、制御装置９は、風速検出装置８で読み取った風速の値が適正運転範囲に含まれるか否かを判断し、適正運転範囲に含まれる場合には、ステップ１の処理に戻り、そうでない場合にはステップＳ７の処理に移る。なお、フローチャートには示されていないが、読み取った風速が０ｍ/ｓであれば、制御装置９は、送風機２が異常とみなして運転を停止する。

ステップＳ７において、制御装置９は、風速の値が適正運転範囲内に入るようにインバータ装置５の運転周波数を変更し、その後ステップＳ１の処理に戻る。

上述したように制御装置９は、電流検出装置７が異常であると判断した場合、風速検出装置８の出力信号に基づく風量制御に切り替えることにより、空気調和装置１の運転を継続させることができる。すなわち、制御装置９は、電流制御の場合と同様に、風速の検出値をメモリ１０に記載された風速と風量の特性データと照合することによってその時の風量を推定し、送風機２の風量が適正範囲内に含まれるようにインバータ装置５の出力周波数を決定する。

従来の空気調和装置では、電流検出装置７が故障した場合、風量を制御できなくなるか、もしくは空気調和装置が停止していた。風速検出装置８を持つことで、空気調和装置を停止させることなく、風量を適正範囲に制御でき、運転を継続できる。またこのとき、電流検出装置７の異常を外部に発報することで、運転を継続したままで修理の準備ができる。

なお、上述した実施の形態では、風速検出装置８の出力信号を用いて風量制御を行ったが、上述したように、インバータ装置５の二次側の電流値、インバータ装置５の電圧値もしくは送風機用電動機４の回転数を用いても、送風機２の風速と同様に、電流検出装置７が故障したときの継続運転が可能である。この場合には、あらかじめメモリに、これらの物理量と風量との関係を示す特性データを記憶しておく必要がある。

この発明にかかる空気調和装置は、サーバが設置された電算機室など、設置された機器から常時放熱されるような場所で使用でき、その利用範囲は広い。

１ 空気調和装置
２ 送風機
３ 送風用ダクト
４ 送風機用電動機
５ インバータ装置
６ 電源
７ 電流検出装置
８ 風速検出装置
９ 制御装置
１０ メモリ

Claims (5)

1. 送風用のファンを備えた送風機と、
   前記送風機を回転駆動する電動機と、
   前記電動機の駆動周波数を変更するインバータ装置と、
   電源から前記インバータ装置に印加される電流の値を検出する第１の検出装置と、
   前記送風機の風量に対応して増加もしくは減少する物理量を検出する第２の検出装置と、
   前記第１の検出装置もしくは前記第２の検出装置の出力信号に基づいて前記インバータ装置動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、平常時は前記第１の検出装置の出力信号に基づいて前記インバータ装置の動作を制御し、前記第１の検出装置の出力信号が途絶えたときは、前記第２の検出装置の出力信号に基づいて前記インバータ装置の動作を制御することを特徴とする空気調和装置。
2. 前記第２の検出装置で検出する物理量は、前記送風機の風速であることを特徴とする、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記第１の検出装置の出力信号が途絶えたとき、前記第２の検出装置の出力信号に基づいて前記送風機から送風が行われているか否かを判断し、
   前記送風機から送風が行われていると判断した場合は、前記第２の検出装置の出力信号に基づく制御に切り替えることを特徴とする、請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置による制御の際に用いられるデータを記憶したメモリをさらに備え、
   前記メモリには、少なくとも前記送風機から送風される風速と風量の関係を示すデータが記憶されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、前記第１の検出装置の出力信号が途絶えたとき、音声または表示により、異常が発生したことをユーザに知らせることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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