JP2011202883A

JP2011202883A - 冷凍サイクル装置の熱源機

Info

Publication number: JP2011202883A
Application number: JP2010070486A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagai; 宏幸永井; Hiromasa Yamane; 宏昌山根
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-10-13

Abstract

【課題】室外ファンモータの過熱を防止しつつも極力該モータの回転数を低下させず、空調能力を良好に保つことが可能な冷凍サイクル装置の熱源機を提供すること。
【解決手段】室外ファンを回転させるファンモータの電流値が予め定められた基準電流値を超え、かつ室外熱交換器の温度が予め定められた基準温度を超える場合に前記ファンモータの回転数を減少させる。前記基準電流値および前記基準温度は、前記ファンモータの電流値が当該基準電流値を超え、かつ前記室外熱交換器の温度が当該基準温度を超える場合を除いて前記ファンモータが正常に動作する範囲内の値に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、室外熱交換器に送風する室外ファンの回転数を可変制御可能な冷凍サイクル装置の熱源機に関する。

冷凍サイクル装置の熱源機、例えば、空気調和機の室外機は、冷房運転時には凝縮器として、また暖房運転時には蒸発器として機能する室外熱交換器と、この室外熱交換器に送風する室外ファンとを備えている。前記室外ファンは、排気性能を維持するために機外静圧によらず一定の回転数にて回転するよう制御されることが一般的である。

室外熱交換器には、使用環境によって排気ダクトや防雪フードが取り付けられることがある。このように排気ダクト等が取り付けられると、室外機の機外静圧が増加する。すなわち室外ファンを一定の回転数にて回転させるために室外ファン用のモータに供給される電流値が、機外静圧による室外ファンへの負荷に応じて増加する。

室外ファンモータを駆動する電流値が増加し過ぎると該モータ内部の温度が上昇し、コイルの絶縁不良や軸受け部のグリースの劣化などが発生して故障に至る虞がある。このような事態に対処するために、室外ファンモータに供給される電流値を監視し、該電流値が所定値を超えたときに過電流を検出して室外ファンモータの停止または回転数を低下させる制御を採用した空気調和機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００１−２４８８８４号公報

前記したように室外ファンモータへの過電流を検出して回転数を制御すると、室外ファンモータの雰囲気温度が低く、周囲の空気等に熱を奪われてモータ内部の温度が過熱していない状態にあってもモータを停止または回転数を低下させてしまうことがある。このような場合には、空気調和機の空調能力を不必要に低下させることになってしまう。

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、室外ファンモータの過熱を防止しつつも極力該モータの回転数を低下させず、能力を良好に保つことが可能な冷凍サイクル装置の熱源機を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の冷凍サイクル装置の熱源機は、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させるファンモータと、前記室外熱交換器の温度を検出する温度検出手段と、前記ファンモータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出される電流値が予め定められた基準電流値を超え、かつ前記温度検出手段によって検出される温度が予め定められた基準温度を超える場合、前記ファンモータの回転数を減少させる回転数制御手段と、を備えている。

上記のような手段を講じた本発明によれば、室外ファンモータの過熱を防止しつつも極力該モータの回転数を低下させず、能力を良好に保つことが可能な冷凍サイクル装置の熱源機を提供することができる。

一実施形態における空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図。同空気調和機の制御回路を示すブロック図。同空気調和機の動作を説明するためのフローチャート。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における冷凍サイクル装置（空気調和機）の冷凍サイクルを示すブロック図である。図示したように、本実施系形態に係る空気調和機は、熱源機（以下、室外機と称する）Ｘと、室内機Ｙとで構成されている。前記室外機Ｘは、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４、室外ファン５、温度センサ６、および冷媒配管等によって構成されている。前記室内機Ｙは、室内熱交換器２１、室内膨張弁２２、室内ファン２３、および冷媒配管等で構成されている。室外機Ｘの筐体に設けられた排気口７には、排気される空気を所定の排気位置に誘導する排気ダクト１００が取り付けられている。

圧縮機１から吐出される冷媒は、四方弁２を介して室外熱交換器３に供給され、室外熱交換器３を経た冷媒は、室外膨張弁４および室内膨張弁２２を介して室内熱交換器２１に流れる。室内熱交換器２１を経た冷媒は、四方弁２を介して圧縮機１に吸込まれる。室外膨張弁４および室内膨張弁２２は、例えば供給される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ（ＰＭＶ）である。

図１中の実線矢印で示す冷媒の流れは冷房運転時のもので、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器２１が蒸発器として機能する。暖房運転時は、四方弁２が切換わることにより、冷媒が破線矢印の方向に流れ、室内熱交換器２１が凝縮器、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。

室外ファン５は、室外熱交換器３の近傍に設けられており、室外機Ｘの筐体に設けられた空気の取込み口から排気口７に向けた気流を発生させることで、前記取込み口から取込まれる空気を室外熱交換器３に送風する。温度センサ６は、室外熱交換器３の近傍に設けれ、室外熱交換器３の温度を検知する（温度検出手段）。

室内ファン２３は、室内熱交換器２１の近傍に設けられており、室内機Ｙの筐体に設けられた空気の取込み口から室内への排気口に向けた気流を発生させることで、前記取込み口から取込まれる空気を室内熱交換器２１に送風する。

制御回路について説明する。
図２は、当該空気調和機の制御回路を示すブロック図である。室外機Ｘは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成された室外制御部１０を備えている。この室外制御部１０に対して、四方弁２、室外膨張弁４、温度センサ６、インバータ回路１１、ファンモータ駆動部１２、および室内機Ｙが備える室内制御部３０が接続されている。室外機Ｘの各部は、商用交流電源等の電源２００から電力供給を受けて動作する。

インバータ回路１１は、電源２００の電圧を整流し、それを室外制御部１０からの指令に応じた周波数の電圧に変換し、圧縮機１の圧縮機モータ１Ｍに出力する。この出力が圧縮機モータ１Ｍの駆動電力となる。

ファンモータ駆動部１２は、電源２００の電圧を整流し、それを室外制御部１０からの指令に応じた周波数の電圧に変換し、室外ファン５の室外ファンモータ５Ｍに出力する。この出力が室外ファンモータ５Ｍの駆動電力となる。ファンモータ駆動部１２には、回転数検出部１３と、電流検出部１４とが接続されている。

回転数検出部１３は、例えばホール効果素子を組み込んだＩＣ（ホールＩＣ）を用いて室外ファンモータ５Ｍの回転数を検出し、ファンモータ駆動部１２に通知する。

電流検出部１４は、室外ファンモータ５Ｍに流れる電流値を検出し、ファンモータ駆動部１２に通知する（電流検出手段）。

室内制御部３０は、リモートコントローラなどの操作部を介して入力される運転条件に従って自機が備える各部を動作させるとともに、該運転条件に応じた空調負荷などの情報を室外制御部１０に通知する。室外制御部１０は、室内制御部３０から通知された空調負荷などの情報に基づいて各部の動作条件を決定する。室外制御部１０によって決定された動作条件に基づいて圧縮機モータ１Ｍ、四方弁２、室外膨張弁４、および室外ファンモータ５Ｍなどが駆動される。

室外ファンモータ５Ｍの内部温度がある一定の温度（以下、過熱温度と称す）に達すると、室外ファンモータ５Ｍのコイルの絶縁不良や軸受けのグリース不良などの障害が生じ易くなる。室外ファンモータ５Ｍの内部温度は、該モータ５Ｍの電流値や雰囲気温度によって変化する。すなわち室外ファンモータ５Ｍに流れる電流値が増大すると、該モータ５Ｍの内部温度が上昇する。ただし、室外ファンモータ５Ｍの雰囲気温度が低い場合には周囲から熱を奪われるので、内部温度の上昇幅が縮小する。前記雰囲気温度は、外気温や室外熱交換器３の温度によって左右される。

これらを考慮し、室外制御部１０およびファンモータ駆動部１２は、電流検出部１４によって検出される電流値Ｉfm、温度センサ６によって検出される温度Ｔc、予め定められた基準電流値Ｉxおよび基準温度Ｔxを用いて、内部温度が前記過熱温度を超えないように室外ファンモータ５Ｍの回転数を制御する（回転数制御手段）。

前記基準電流値Ｉxおよび基準温度Ｔxは、電流値Ｉfmが当該基準電流値Ｉxを超え、かつ温度Ｔcが当該基準温度Ｔxを超える場合を除いて、室外ファンモータ５Ｍの内部温度が前記過熱温度に達することなく、該モータ５Ｍが正常に動作する範囲内の値に設定されている。基準電流値Ｉxおよび基準温度Ｔxの具体的な値は、室外ファンモータ５Ｍの仕様や室外熱交換器３と室外ファンモータ５Ｍとの位置関係などを考慮して、実験的あるいは理論的に定められる。

次に、上記のような構成の空気調和機の動作について説明する。
オペレータが室内機Ｙの操作部を操作するなどして運転条件を設定するとともに運転開始を指示すると、室内制御部３０から室外制御部１０に空調負荷などの情報が通知され、室外制御部１０によって各部が駆動される。このとき室外制御部１０およびファンモータ駆動部１２は、図３に示したフローチャートに沿って動作し、室外ファンモータ５Ｍを駆動する。

この処理において、先ず室外制御部１０が室外ファンモータ５Ｍの目標回転数Ｒを、予め設定された標準回転数Ｒsに設定する（ステップＳ１）。その後、ファンモータ駆動部１２が、回転数が目標回転数Ｒとなるように室外ファンモータ５Ｍを駆動する（ステップＳ２）。具体的には、回転数検出部１３によって検出される回転数が目標回転数Ｒとなるように、室外ファンモータ５Ｍに供給する電流を調整する。通常、室外機Ｘの機外静圧は、排気ダクト１００の形状等によって変化する。また、室外機Ｘの機外静圧に応じて室外ファン５への負荷が変化する。すなわち、ステップＳ２の処理を経た後に室外ファンモータ５Ｍに供給される電流値は、排気ダクト１００の形状等に依存して変化することになる。

ステップＳ２の処理の後、ファンモータ駆動部１２は、室外制御部１０から室外ファンモータ５Ｍの駆動停止が指示されているか否かを判定する（ステップＳ３）。オペレータが室内機Ｙの操作部を介して当該空気調和機の運転停止を指示した場合などには、室外制御部１０からファンモータ駆動部１２に対して室外ファンモータ５Ｍの駆動停止が指示される。このように駆動停止が指示されている場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、ファンモータ駆動部１２は、室外ファンモータ５Ｍへの電流の供給を停止して、該モータ５Ｍを停止させる。

一方、室外ファンモータ５Ｍの駆動停止が指示されていない場合（ステップＳ３のＮｏ）、室外制御部１０がファンモータ駆動部１２を介して電流検出部１４によって検出される電流値Ｉfmを取得し（ステップＳ４）、取得した電流値Ｉfmが基準電流値Ｉxを超過しているか否かを判定する（ステップＳ５）。

電流値Ｉfmが基準電流値Ｉx未満である場合には（ステップＳ５のＮｏ）、室外ファンモータ５Ｍの内部温度が前記過熱温度に達することはない。この場合、ステップＳ２の処理に戻ってファンモータ駆動部１２が目標回転数Ｒでの室外ファンモータ５Ｍの駆動を継続する。

一方、電流値Ｉfmが基準電流値Ｉx以上である場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、室外ファンモータ５Ｍの内部温度が前記過熱温度に達し得る。この場合、室外制御部１０は、温度センサ６が検出する室外熱交換器の温度Ｔcを取得する（ステップＳ６）。さらに室外制御部１０は、温度センサ６から取得した温度Ｔcが基準温度Ｔxを超過しているか否かを判定する（ステップＳ７）。

温度Ｔcが基準温度Ｔx未満である場合（ステップＳ７のＮｏ）、室外ファンモータ５Ｍの雰囲気温度が十分低いので、内部温度が前記過熱温度に達することはない。この場合、ステップＳ２の処理に戻ってファンモータ駆動部１２が目標回転数Ｒでの室外ファンモータ５Ｍの駆動を継続する。

一方、温度Ｔcが基準温度Ｔx以上である場合（ステップＳ７のＹｅｓ）、室外ファンモータ５Ｍの雰囲気温度が高いので、やがて内部温度が前記過熱温度に達することになる。この場合、室外制御部１０は、現在の目標回転数Ｒから所定の回転数ｎ（ｎ＜０）を減じた値を新たな目標回転数Ｒとして設定する（ステップＳ８）。回転数ｎは、室外ファンモータ５Ｍの目標回転数Ｒを多段階に制御するために予め定められたものである。

ステップＳ８の処理にて目標回転数Ｒの値が変更された後、ステップＳ２の処理に戻ってファンモータ駆動部１２が、回転数が変更後の目標回転数Ｒとなるように室外ファンモータ５Ｍを駆動する。

なお、ステップＳ８の処理を経て室外ファンモータ５Ｍの目標回転数Ｒが変更されると室外制御部１０は、圧縮機モータ１Ｍの回転数を下げるなどして変更後の目標回転数Ｒに見合った冷媒流量などを実現する。

以上説明したように、本実施形態における空気調和機は、室外ファンモータ５Ｍの電流値Ｉfmが基準電流値Ｉxを超える場合であっても、室外熱交換器３の温度Ｔcが基準温度Ｔxより低い場合には、室外ファンモータ５Ｍの回転数を減少または停止させない。このように室外ファンモータ５Ｍを制御すれば、室外ファンモータ５Ｍの過熱を防止しつつも不必要に室外ファン５の回転数を低下させないので、空気調和機の空調能力を良好に保つことができる。

また、室外熱交換器３の温度は、冷媒の流量等を調整するために用いられる既存の温度センサ６によって検出される値を用いればよいので、空気調和機の製造コストを増大させることもない。

なお、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、前記実施形態では、１つの室外機Ｘと、１つの室内機Ｙとを備える空気調和機を例示したが、複数の室外機Ｘや複数の室内機Ｙを備えるマルチタイプの空気調和機に本発明を適用してもよい。

また、前記実施形態では、排気ダクト１００を取り付けた室外機Ｘを例示したが、排気ダクト１００が取り付けられていない場合、あるいは防雪フード等の他の外付け部品が取り付けられている場合であっても前記実施形態と同様の効果を奏する。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、前記実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。また、前記実施形態に示された構成要素に周知技術等や慣用技術を組み合わせてもよい。

Ｘ…室外機（熱源機）、Ｙ…室内機、Ｉfm…電流値、Ｔc…温度、Ｉx…基準電流値、Ｔx…基準温度、３…室外熱交換器、５…室外ファン、５Ｍ…室外ファンモータ、６…温度センサ、７…排気口、１０…室外制御部、１２…ファンモータ駆動部、１３…回転数検出部、１４…電流検出部、１００…排気ダクト

Claims

室外熱交換器と、
前記室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させるファンモータと、
前記室外熱交換器の温度を検出する温度検出手段と、
前記ファンモータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出される電流値が予め定められた基準電流値を超え、かつ前記温度検出手段によって検出される温度が予め定められた基準温度を超える場合、前記ファンモータの回転数を減少させる回転数制御手段と、
を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置の熱源機。
前記基準電流値および前記基準温度は、前記電流検出手段によって検出される電流値が当該基準電流値を超え、かつ前記温度検出手段によって検出される温度が当該基準温度を超える場合を除いて前記ファンモータが正常に動作する範囲内の値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置の熱源機。