JP2013024537A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房運転可能な空気調和機において、外気低温時、圧縮機から吐出される冷媒ガス圧力の異常低下を抑制し、かつ放熱フィンを設けたインバータ駆動部品を搭載した電気品箱の冷却を効率良く行うことのできる空気調和機を得る。
【解決手段】空気調和機は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、送風機２３、室外膨張弁４、室内機を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成している。前記空気調和機は２組の送風機２３を有し、外気低温時、送風機合計回転数が低下するに伴い、上下の送風器２３の回転数比を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００２−２５７３８２号公報（特許文献１）がある。この公報には、「室外機の送風機騒音を確実に低減することができる空気調和機を提供するために、上側の室外送風機５の回転数を少なくとも回転数の高い領域において下側の室外送風機６の回転数よりも低く設定する」ことが記載されている（要約参照）。

特開２００２−２５７３８２号公報

前記特許文献１には、空気調和機の室外機において、送風機騒音を低減するための送風機の回転数制御について記載されている。しかし、特許文献１の空気調和機では、室外機に設置される電気品箱について何ら記載がなく、この電気品箱の冷却については開示がない。特に圧縮機を駆動するモータをインバータにより可変速制御する場合には、インバータ駆動部品の発熱が大きいため、このインバータ駆動部品の冷却が空気調和機の信頼性に関わり非常に大事である。

本発明の目的は、２台の送風機が配置された室外機を備えた空気調和機において、低騒音を図りながら、電気品箱の冷却を可能とし、信頼性の高い空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、圧縮機、該圧縮機を駆動するインバータを有する電気品箱、上部に配置され該電気品箱を冷却する冷却フィン、冷却フィンに送風する第１送風機、第１送風機よりも下部に配置される第２送風機を備えた室外機と、室外機と冷媒配管を介して接続される室内機と、を備えた空気調和機において、第１送風機のみが運転することにより送風を開始することを特徴とする。

本発明によれば、低騒音を図りながら、電気品箱の冷却を可能とし、信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の空気調和機の冷凍サイクル構成図で、主に室外機側を示す図。 実施例１の空気調和機の室外機の外観図。 実施例１の空気調和機の室外ファン合計回転数。 実施例１の空気調和機の外気温度による室外ファン上下回転数比。 実施例１の空気調和機の外気温度による室外ファン上下回転数の変形例。 実施例２の空気調和機の冷凍サイクル構成図で、主に室外機側を示す図。 実施例２の空気調和機のサーミスタ温度による室外ファン上下回転数比。

以下、本発明の空気調和機の実施例を、図面を用いて説明する。

本実施例は２組の送風機を有し、インバータ駆動される圧縮機を搭載した空気調和機の室外機に係り、インバータ駆動部品が取り付けられた放熱フィンを冷却する室外機送風機制御に関するものである。

本実施例の空気調和機の冷房運転では、圧縮機から吐出される冷媒ガスの圧力を一定に保つように室外送風機の回転数を制御している。このため、外気温度が高いほど室外機送風機の回転数は高く、外気温度が低いほど室外機送風機の回転数は低くなる。一方、圧縮機を駆動するインバータ駆動部品を冷却する場合、インバータ駆動部品が取り付けられた放熱フィンへの送風量が多いほど冷却性能は向上するため、室外機送風機の回転数が低くなる外気低温時の冷却性能は低下する。

近年、サーバールーム等の機器冷却に空気調和機が使用され、外気低温時に冷房運転するケースが増加している。また、年間消費電力低減のため、空気調和機のほとんどがインバータ駆動の圧縮機を搭載しており、外気低温時のインバータ駆動部品冷却は、インバータ駆動部品の信頼性に係わり、重要となっている。

圧縮機を駆動するインバータ駆動部品を冷却する場合、インバータ駆動部品が取り付けられた放熱フィンへの送風量が多いほど冷却性能は向上するため、室外機送風機の回転数が低くなる外気低温時の冷却性能は低下する。

２組の送風機を有する空気調和機の室外機では、熱交換器全面が同一風速となるよう送風するため必要風量の半分ずつを１組の送風機でまかなうことが理想である。しかし、２組の送風機が同一回転数で運転した場合、うなり音が発生するため、それを防止するため２組の送風機に回転数差（回転数比）を持たせ運転することが一般的である。また、上下に配置された２組の送風機の場合、室外機が設置される環境を考慮して、ユーザーが聴感で騒音が小さく感じられるようユーザーの耳元に近くなる室外機上部に配置された送風機の回転数を低く、室外機下部に配置された送風機の回転数を高く設定する場合もある。なお、送風機は外気温度などによって予め決定された回転数ステップで運転される。

室外機は、送風機が配置される送風機室と、圧縮機、サイクル配管ならびにインバータ駆動部品を含む電気品箱が配置される機械室から構成されており、インバータ駆動部品が取り付けられる放熱フィンのみ機械室から送風機室に突出し、送風機から外気を供給して冷却される構造となっている。放熱フィンは機械室上部に配置されるため、放熱フィンの冷却は室外機上部に配置された送風機の影響が大きくなる。

放熱フィンの冷却を優先した場合、外気が低い場合も送風機の回転数を低下させなければ冷却性能は低下しないが、高圧圧力の異常低下で冷凍サイクル異常となる可能性が高くなる。外気が低い場合に、高低圧力差が所定圧力差に低下したと判断した場合に送風機の回転数を低下させることにより前記高低圧力差の低下を防止する技術や、さらに、インバータ駆動部品の保護の観点から、送風機の下限回転数を設けて、放熱フィンに供給する外気の必要最低量を確保する技術も考えられる。しかしながら、送風機の下限回転数において、さらに高圧圧力を確保しなければならない場合には、改善が必要である。
そこで以下においては、高圧圧力を一定に保ち、インバータ駆動部品の冷却効率を向上させることができる空気調和機の室外機の送風機制御を得ることができる空気調和機について説明する。

図１は実施例１の空気調和機を示す冷凍サイクル構成図で、空気調和機５０の主に室外機５１側を示している。図１において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外熱交換器、２３は送風機、４は室外膨張弁、１１はガス阻止弁、１２は液阻止弁、５３は室内機側と接続されるガス接続配管、５４は同じく液接続配管である。

冷房運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、矢印で示すように、四方弁２を通り、送風機２３にて室外熱交換器３を通過する室外空気と熱交換し凝縮され液冷媒となる。この液冷媒は室外膨張弁４を通過後、液阻止弁１２、液接続管５４を通って室内機に至る。この液冷媒は室内膨張弁で減圧され、室内熱交換器にて蒸発し低温低圧のガス冷媒となる。このガス冷媒はガス接続配管５３及びガス阻止弁１１を通って室外機に至り、再び四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。

通常、外気高温時の冷房運転では、送風機２３は最大ステップにて運転し、ガス冷媒の異常上昇を防止するのと同時にインバータ回路を含む電気品箱１６の冷却を行う。外気低温時の冷房運転では、送風機２３の回転数が高い場合、高圧圧力の低下を引き起こすため、送風機２３の回転数を低下させ、高圧圧力低下防止を図る。しかし、送風機２３の回転数を低下させる場合、電気品箱１６の冷却効率は低下する。

図２は、本発明の空気調和機の外観図である。室外機５１の上部に電気品箱１６を設置する。電気部品箱１６には放熱フィン１７が設けてあり、２組の送風機（第１送風機２３−１、第２送風機２３−２）によって供給される外気で冷却し、温度上昇を防止している。なお、放熱フィン１７には温度検出手段（サーミスタ）１８が設けられている。

図３から図５を用いて２組の送風機（第１送風機２３−１、第２送風機２３−２）の回転数制御を説明する。

図３は２組の送風機（第１送風機２３−１、第２送風機２３−２）の各回転数ステップにおける合計回転数を示す図である。第１送風機２３−１、第２送風機２３−２の回転数制御には、高圧圧力低下を防止するため外気温度によって予め決定されたステップで運転する制御や、高圧圧力または室外熱交換器の凝縮温度を検知して、予め決められた圧力値以上または温度値以上となると回転数ステップを上げる、予め決められた圧力値以下または温度値以下となると回転数ステップを下げて運転する制御がある。いずれにしても図３に示すように外気温度が高い場合には送風機の合計回転数が高いステップ、外気温度が低い場合には送風機の合計回転数が低いステップでの運転となる。

回転数が高いステップでは、騒音が大きくなる課題があり、また２組の送風機（第１送風機２３−１、第２送風機２３−２）を用いた場合、それぞれの回転数が近づく程、うなり音が大きくなる問題が発生する。回転数が低いステップでは、放熱フィン１７に供給される外気が少なくなり、インバータ駆動部品の温度上昇が問題となる。

図４は図３に示した各回転数ステップにおける２組の送風機（第１送風機２３−１、第２送風機２３−２）の合計回転数を１００とした場合のそれぞれの回転数比を示している。外気温度が高く送風機の回転数が高いステップではうなり音が発生しないようにある回転数差（回転数比）を設ける。外気温度が低くなるにつれて送風機のステップも低下するが、送風機の回転数が低くなれば、うなり音も小さくなるため、あるステップから、最小ステップで上部送風機の回転数比が１００、下部送風機の回転数が０となるような回転数比で各ステップの回転数比を決定する。これにより、回転数ステップが小さくなる程、放熱フィンに近い第１送風機２３−１の回転数の割合が大きくなるため、効率的にインバータ駆動部品を冷却することができる。また、各回転数ステップで必要な風量（合計回転数）も確保しているため、高圧圧力の異常低下も防止可能となる。

すなわち、本実施例の空気調和機は、圧縮機１、該圧縮機１を駆動するインバータを有する電気品箱１６、上部に配置され該電気品箱１６を冷却する冷却フィン１７、該冷却フィン１７に送風する第１送風機２３−１、該第１送風機２３−１よりも下部に配置される第２送風機２３−２を備えた室外機５１と、該室外機５１と冷媒配管（ガス接続配管５３、液接続配管５４）を介して接続される室内機と、を備えている。そして、第１送風機２３−１のみが運転することにより送風を開始するものである。

これにより、放熱フィン１７に供給される外気が少なくなった場合であっても必要な回転数を第１送風機２３−１で賄うことが可能となる。この第１送風機２３−１は上部に配置され、冷却フィン１７に対して送風できるため、インバータ駆動部品の温度上昇を低減することが可能となる。このように必要な風量は満たしながらもこのときの最小は最小であるため、騒音が問題になるレベルではない。

また、第１送風機２３−１のみが運転することにより送風を開始した後に、第２送風機２３−２が運転した場合に、第１送風機２３−１は、第２送風機２３−２よりも大きな回転数で運転することにより送風するものである。これにより、騒音が問題となるレベルになるまでは、上部に配置された第１送風機２３−１でより大きな送風を行うことができるため、電気品箱１６の冷却を効率良く行うことができる。また、上記したように騒音が問題となるものではない。

さらに、第２送風機２３−２の回転数が増加して設定回転数に達した場合に、第２送風機２３−２は、第１送風機２３−１より大きな回転数で運転することにより送風する。すなわち、合計風量が増加していって、所定の風量が必要となった場合に、第１送風機２３−１で多くの風量を賄うようにすると、このときの騒音が問題となる。そこで、上記したように第２送風機２３−２の風量を大きくすることで、必要な風量を満たしながら、かつ、騒音が問題となることがないようにするものである。

なお、図４に示すように、第２送風機２３−２の回転数が増加して設定回転数に達するまでは、第２送風機２３−２の回転数（ｒ２）に対する第１送風機２３−１の回転数（ｒ１）の回転数比（ｒ１／ｒ２）が徐々に小さくなる。そしてさらに、第２送風機２３−２の回転数が増加して設定回転数に達した後は、第２送風機２３−２の回転数（ｒ２）に対する第１送風機２３−１の回転数（ｒ１）の回転数比（ｒ１／ｒ２）は一定とする。このときの回転数比は図４に示すように１０％程度の大きさにすると良く厳密に一定とすることを求めるものではない。

たとえば、予め決定された各ステップにおける２組の送風機の合計回転数を１００とした場合、送風機の回転数が高い最大ステップでは第１送風機２３−１で４５、第２送風機２３−２で５５となる回転数比として、うなり音防止などを図る。外気温度の低下に伴い送風機回転数を低くするが、あるステップまでは最大ステップと同一回転数比を維持し、それ未満のステップにおいては、最小ステップにおいて上部送風機で１００、下部送風機で０となるように各ステップでの回転数比を決定する。これにより送風機の回転数が高い場合には、２組の送風機に回転数差を設けており、うなり音防止が図れる。送風機の回転数が低い場合にはうなり音も小さくなるため、２組の送風機の合計回転数に占める上部送風機の回転数の割合を大きくすることで、効率的にインバータ駆動部品を冷却することができる。また、各ステップで必要な風量（合計回転数）も確保しているため、高圧圧力の異常低下も防止可能となる。

すなわち、このような回転数比とすることにより、必要な合計風量は満たしながら、下部に配置されている第２送風機２３−２の風量を大きくしているため、騒音を低減することができる。そして第１送風機２３−１の風量を第２送風機よりも小さくしながらもある程度の大きさを保っていることから、電気品箱の冷却も十分に行うことを可能とするものである。

図５は上記した本実施例の送風機制御の内容とは異なるものであり、２組の送風機２３の回転数の図４からの変形例を示している。騒音が大きくなる回転数が高いステップにおいては図４と同様に、ユーザーの聴感で騒音が小さく感じられるよう下側送風機の回転数に対して上側送風機の回転数を低くしている。一方で、騒音が小さくなる回転数が低いステップでは、インバータ駆動部品の冷却が効率的に行えるよう下側送風機の回転数に対して上側送風機の回転数を高くする。

図６から図７を用いて実施例２を説明する。本実施例は、インバータ駆動部品を含む電気部品箱１６の温度を検知するために放熱フィン１７に温度検出手段（サーミスタ）１８を設けた構成とした場合を示す。本構成の場合、サーミスタ１８の温度がある温度以上となると、送風機の回転数ステップを上げて電気部品箱１６の温度上昇を防止する制御やインバータ駆動される圧縮機回転数を低下させて電気部品箱１６の温度上昇を防止する制御が用いられるが、送風機の回転数ステップを上げた場合には高圧圧力低下、圧縮機回転数を低下させた場合には冷房能力低下の課題がある。

図７はある回転数ステップにおけるサーミスタ１８の温度と２組の送風機の合計回転数を１００とした場合のそれぞれの回転数比を示している。予め設定された温度Ｔ２で放熱フィンに近い上側送風機の回転数比を１００、下側送風機が０となるように２つの送風機で送風を行う。Ｔ２よりも低い温度で予め設定された温度Ｔ１に向かうにつれて、図７に示すように回転数比を変化させる。逆にいえばサーミスタ温度が低い状態においては、下側送風機の回転数を上側送風機よりも大きくして運転し、Ｔ１を検知した場合に上下の送風機の回転数を逆転するように運転するものである。これにより、サーミスタ温度が高い程上側送風機の回転数の割合が大きくなるため、効率的にインバータ駆動部品を冷却することができる。また、必要な風量（合計回転数）は変化しないため、高圧圧力低下も防止可能となる。

すなわち、本実施例の空気調和機は、圧縮機１、該圧縮機１を駆動するインバータを有する電気品箱１６、上部に配置され該電気品箱１６を冷却する冷却フィン１７、該冷却フィンの温度を検出する温度検出手段（サーミスタ１８）、該冷却フィン１７に送風する第１送風機２３−１、第１送風機２３−１よりも下部に配置される第２送風機２３−２を備えた室外機５１と、該室外機５１と冷媒配管（ガス接続配管５３、液接続配管５４）を介して接続される室内機と、を備えている。そして、温度検出手段（サーミスタ１８）により検出される温度が増加して第１の設定温度Ｔ２に達した場合に、第１送風機２３−１のみが運転することにより送風を開始するものである。

また、第１送風機２３−１のみが運転することにより送風を開始した後に、第２送風機２３−２が運転した場合に、第１送風機２３−１は、第２送風機２３−２よりも大きな回転数で運転することにより送風する。さらに温度検出手段（サーミスタ１８）により検出される温度が第１の設定温度Ｔ２よりも高い第２の設定温度Ｔ１に達した場合に、前記第２送風機は、前記第１送風機より大きな回転数で運転することにより送風する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 室外膨張弁
１１ ガス阻止弁
１２ 液阻止弁
１６ 電気品箱
１７ 放熱フィン
１８ サーミスタ
２３ 送風機
５０ 空気調和機
５１ 室外機
５３ ガス接続配管
５４ 液接続配管

Claims (8)

1. 圧縮機、該圧縮機を駆動するインバータを有する電気品箱、上部に配置され該電気品箱を冷却する冷却フィン、該冷却フィンに送風する第１送風機、該第１送風機よりも下部に配置される第２送風機を備えた室外機と、
   該室外機と冷媒配管を介して接続される室内機と、を備え、
   前記第１送風機と前記第２送風機のうち前記第１送風機のみが運転することにより送風を開始することを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、
   前記第１送風機のみが運転することにより送風を開始した後に、前記第２送風機が運転した場合に、前記第１送風機は、前記第２送風機よりも大きな回転数で運転することにより送風することを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２に記載の空気調和機において、
   前記第２送風機の回転数が増加して設定回転数に達した場合に、前記第２送風機は、前記第１送風機より大きな回転数で運転することにより送風することを特徴とする空気調和機。
4. 請求項３に記載の空気調和機において、
   前記第２送風機の回転数が増加して前記設定回転数に達するまでは、前記第２送風機の回転数（ｒ２）に対する前記第１送風機の回転数（ｒ１）の回転数比（ｒ１／ｒ２）が徐々に小さくなることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項３に記載の空気調和機において、
   前記第２送風機の回転数が増加して前記設定回転数に達した後は、前記第２送風機の回転数（ｒ２）に対する前記第１送風機の回転数（ｒ１）の回転数比（ｒ１／ｒ２）は一定であることを特徴とする空気調和機。
6. 圧縮機、該圧縮機を駆動するインバータを有する電気品箱、上部に配置され該電気品箱を冷却する冷却フィン、該冷却フィンの温度を検出する温度検出手段、前記冷却フィンに送風する第１送風機、該第１送風機よりも下部に配置される第２送風機を備えた室外機と、
   該室外機と冷媒配管を介して接続される室内機と、を備えた空気調和機において、
   前記温度検出手段により検出される温度が増加して第１の設定温度に達した場合に、前記第１送風機と前記第２送風機のうち前記第１送風機のみが運転することにより送風を開始することを特徴とする空気調和機。
7. 請求項６に記載の空気調和機において、
   前記第１送風機のみが運転することにより送風を開始した後に、前記第２送風機が運転した場合に、前記第１送風機は、前記第２送風機よりも大きな回転数で運転することにより送風することを特徴とする空気調和機。
8. 請求項７に記載の空気調和機において、
   前記温度検出手段により検出される温度が前記第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に達した場合に、前記第２送風機は、前記第１送風機より大きな回転数で運転することにより送風することを特徴とする空気調和機。