JP2013242097A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】送風ファンの駆動を継続したままコンプレッサを停止すると、ファンモータの回転数が一時的に急上昇し、騒音が発生するという問題があった。
【解決手段】蒸発器5に送風する送風ファン8と、交流電源16を直流に変換するコンバータ回路19と、コンバータ回路19の二次側にインバータ回路20を介して接続されコンプレッサ1を駆動するコンプレッサモータ12と、コンバータ回路19の二次側に接続され送風ファン8を駆動するファンモータ13と、コンプレッサモータ12を所望の回転数で駆動させるようインバータ回路20を制御すると共に、ファンモータ13が所望の回転数になるよう速度指令値を可変する制御手段23と、ファンモータ13の駆動を継続しながらコンプレッサモータ12の駆動を停止する場合に、コンプレッサモータ12の駆動停止のタイミングにほぼ同期して、ファンモータ13の速度指令値を補正する速度指令補正手段24とを備えた。
【選択図】図1

Description

コンバータ回路の二次側に、インバータ回路を介してコンプレッサを駆動するコンプレッサモータと、送風ファンを駆動するファンモータとが接続された冷凍サイクル装置に関するものである。
従来よりこの種の冷凍サイクル装置が用いられる空気調和機などでは、特許文献1のように、コンバータ回路の二次側に、インバータ回路を介して冷凍サイクル中のコンプレッサを駆動するコンプレッサモータと、蒸発器に送風する送風ファンを駆動するファンモータとが接続されたものがあった。
また、空気調和機では、蒸発器の除霜運転を行うために、コンプレッサを停止した後に送風ファンを遅延して停止し、その後、コンプレッサを起動して除霜運転を行うようにしたものがある。
特開2000−337686号公報
しかし、特許文献1のようにコンバータ回路の二次側に、インバータ回路を介してコンプレッサモータと、ファンモータとが接続されたものでは、送風ファンの駆動を継続したままコンプレッサを停止すると、二次側の電圧の急上昇に伴ってファンモータの回転数が一時的に急上昇し、騒音が発生するという問題があった。
上記課題を解決するため、本発明は、冷媒を高圧に圧縮するコンプレッサと、高圧冷媒が放熱する放熱器と、前記放熱器からの冷媒を減圧膨張する減圧手段と、低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、前記蒸発器に送風する送風ファンと、交流電源を直流に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の二次側にインバータ回路を介して接続され、前記コンプレッサを駆動するコンプレッサモータと、前記コンバータ回路の二次側に接続され、前記送風ファンを駆動するファンモータと、前記コンプレッサモータを所望の回転数で駆動させるよう前記インバータ回路を制御すると共に、前記ファンモータが所望の回転数になるよう前記ファンモータに指令する速度指令値を可変する制御手段と、前記ファンモータの駆動を継続しながら前記コンプレッサモータの駆動を停止する場合に、前記コンプレッサモータの駆動停止のタイミングにほぼ同期して、前記ファンモータの速度指令値を補正する速度指令補正手段とを備えたものとした。
また、請求項1記載のものに、前記コンバータ回路の二次側の電圧を検知する二次側電圧検出手段を設けたものにおいて、前記速度指令補正手段は、前記コンプレッサモータの駆動停止直前の前記二次側電圧検出手段で検知する二次側電圧と予め検出していた前記コンプレッサモータの駆動停止中の二次側電圧とによって算出される電圧変化幅に基づいて補正値を定めるようにした。
本発明によれば、コンプレッサ停止に伴う二次側電圧の急上昇に起因したファンモータの回転数の急上昇を抑制でき、騒音の発生を防止できる。
本発明の一実施形態の空気調和機の概略構成図 同一実施形態の除霜運転時の作動を示すフローチャート 同一実施形態の作動を示すタイムチャート
次に、本発明の冷凍サイクル装置を室内機と室外機とからなる空気調和機に適用した空気調和機を図面に基づいて説明する。
1は冷媒を高圧に圧縮して吐出するコンプレッサ、2はコンプレッサ1からの高温高圧冷媒の流れ方向を切り換えて暖房と冷房を切り換える四方弁、3は室内機に設けられ室内空気と熱交換するフィンチューブ式の室内側熱交換器、4は電子膨張弁等の高圧冷媒を減圧する減圧手段、5は室外空気と熱交換するフィンチューブ式の室外側熱交換器、6はコンプレッサ1、四方弁2、室内側熱交換器3、減圧手段4、室外側熱交換器5を環状に接続する冷媒配管で、これらによって冷凍サイクルが構成されている。
ここで、室内側熱交換器3は暖房時に高圧冷媒の熱を放熱する放熱器として作用し、冷房時に低圧冷媒を蒸発させる蒸発器として作用し、室外側熱交換器5は暖房時に定ある冷媒を蒸発させる蒸発器として作用し、冷房時に高圧冷媒の熱を放熱する放熱器として作用するものである。
7は室内機に設けられ室内側熱交換器3に室内空気を送風する室内送風ファン、8は室外熱交換器5に室外空気を送風する室外送風ファン、9はコンプレッサ1から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、10はコンプレッサ1に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ、11は室外熱交換器5の温度を検出する室外熱交温度センサである。
12はコンプレッサ1を駆動する三相DCブラシレスモータからなるコンプレッサモータ、13は室外送風ファン8を駆動するDCブラシレスモータからなるファンモータ、14はファンモータ13の回転数を検知するFM回転数検出手段である。
15はコンプレッサモータ12およびファンモータ13の駆動電源回路で、交流電源16からの交流を、ダイオードブリッジ17とコンデンサ18で構成されたコンバータ回路19で直流に変換し、インバータ回路20を介してコンプレッサモータ12を駆動すると共に、コンバータ回路19とインバータ回路20の間から分岐した分岐回路21を介してファンモータ13を駆動するものであり、22は駆動電源回路15の二次側の電圧を計測する二次側電圧検出手段である。
23は吐出温度センサ9、吸入温度センサ10、室外熱交温度センサ11、FM回転数検出手段14、二次側電圧検出手段22の検出値が入力され、四方弁2、減圧手段4の作動を制御すると共に、コンプレッサモータ12を所望の回転数で駆動させるようインバータ回路20を制御し、ファンモータ13が所望の回転数になるようFM回転数検出手段14で検出する回転数を参照してファンモータ13に指令する速度指令値を可変する制御手段で、予め空気調和機の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、計時機能を有しているものである。
ここで、ファンモータ13の速度指令値は、ファンモータ13にコンバータ回路19の二次側から印加される電圧に対するデューティ比であり、このデューティ比が可変されることで、ファンモータ13に印加される駆動電圧が可変して回転数を制御可能としているものである。
24は制御手段23の一機能として設けられ、ファンモータ13の駆動を継続しながらコンプレッサモータ12の駆動を停止する場合に、コンプレッサモータ12の駆動停止のタイミングにほぼ同期して、ファンモータ13の速度指令値を補正する速度指令補正手段で、この速度指令補正手段24は、コンプレッサモータ12が停止している際にコンバータ回路19で直流に変換された二次側電圧検出手段22で検出する電圧値V1を予め記憶する。
ここで、室内側熱交換器3、室内送風ファン7は室内機に設けられていると共に、その他の構成は室外機に設けられ、室内機と室外機とは冷媒配管6の一部を構成する連絡配管を介して冷媒が循環可能に接続されている。
次に、ファンモータ13の駆動を継続しながらコンプレッサモータ12の駆動を停止する事例としての暖房運転中に蒸発器として作用している室外側熱交換器5が着霜した際の作動について、図2のフローチャートに基づいて説明する。
制御手段23は、室外熱交温度センサ11や吸入温度センサ10の検出温度に基づき、室外側熱交換器5が着霜状態であることを検知すると(ステップS1でYes)、二次側電圧検出手段22でコンプレッサモータ12停止前時点の二次側電圧V2を検出し(ステップS2)、速度指令補正手段24でコンプレッサモータ12停止時のファンモータ13の速度指令値の補正値を算出する(ステップS3)。
ここで、速度指令補正手段24は、予め記憶していたコンプレッサモータ12が停止している際の二次側電圧値V1と、ステップS2で検出したコンプレッサモータ12停止前時点の二次側電圧V2とから、式1に基づいてファンモータ13の速度指令値の補正値αを算出する。
α=(V2−V1)×β・・・(式1)
ここで、βは電圧変化幅を速度指令値の補正値に変換する係数である。
そして、制御手段23はコンプレッサモータ12の駆動を停止し(ステップS4)、続いて駆動停止のタイミングとほぼ同期して、ファンモータ13への速度指令値にステップS3で算出した補正値αを加算して補正してファンモータ13へ指令する(ステップS5)。
このとき、図3のタイムチャートに示すように、コンプレッサモータ12を停止した瞬間に、二次側電圧が急上昇する。ここで、従来のように単にファンモータ13を回転数フィードバックで制御していると、ファンモータ13の駆動電圧が急上昇して、点線で示すように、ファンモータ13の回転数が急上昇し、その後、フィードバック制御によって目標回転数に収束するが、本発明のように、コンプレッサモータ12の駆動停止のタイミングとほぼ同期して、速度指令補正手段24がコンプレッサモータ12停止前時点の二次側電圧V2と予め記憶していたコンプレッサモータ12の停止時の二次側電圧V1の電圧変化幅に応じた補正値αで補正した速度指令値でファンモータ13を駆動することで、コンプレッサモータ12の停止とほぼ同期してファンモータ13の駆動電圧を適正な値に維持できるため、太線で示したように、回転数の変動が抑制できる。
ここで、上記「ほぼ同期したタイミング」とは、全く同一のタイミングのみならず、コンプレッサモータ12を停止する直前、直後でもよいもので、コンプレッサモータ12の停止に伴う二次側電圧の変動によるファンモータ13の回転数の変動が抑制できるタイミングであれば効果を奏するものである。
そして、制御手段23は、コンプレッサモータ12を停止してから一定時間経過したかを判断し、一定時間経過していると(ステップS6でYes)、四方弁2を冷房側に切り換えて(ステップS7)、コンプレッサモータ12を起動する(ステップS8)。すると、コンプレッサ1から吐出される高温冷媒は、着霜している室外側熱交換器5に流入して、高温冷媒の熱によって室外側熱交換器5のフィンに付いた霜を溶かす。
そして、室外熱交温度センサ11によって除霜が終了したことを検知すると(ステップS9)、コンプレッサモータ12を停止し(ステップS10)、四方弁2を暖房側に戻し(ステップS11)、コンプレッサモータ12を起動し(ステップS12)、ファンモータ13を起動して(ステップS13)、除霜運転を終了する。
ここでは、コンプレッサモータ12を確実に停止してから四方弁2を切り換えるので、コンプレッサ1の負荷急変動を防止して安定した制御を実現可能としている。
このように、コンバータ回路19の二次側に、インバータ回路20を介してコンプレッサモータ12と、ファンモータ13とが接続されたものでは、ファンモータ13の駆動を継続したままコンプレッサモータ12を停止した際の二次側の電圧の急変動があってもファンモータ13の回転数の急上昇を抑制でき、騒音の発生を防止できるものである。また、ファンモータ13専用のコンバータ回路が不要となるため、安価に構成できるという利点も有するものである。
特に、除霜運転時に本発明を適用した場合には、冬期に頻繁に発生する除霜運転の度にファンモータ13の回転数の急上昇に伴う騒音の発生を抑制でき、一層効果を発揮できるものである。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で改変可能なものであり、空気調和機のみに限られず、ヒートポンプ式温水暖房装置やヒートポンプ式給湯機にも適用可能なものであると共に、除霜運転時の動作のみに限られず、コンプレッサモータ12の緊急停止時の動作等の、送風ファンの駆動を継続したままコンプレッサを停止する場合であれば適用可能なものである。
1 コンプレッサ
3 室内側熱交換器(放熱器)
4 減圧手段
5 室外側熱交換器(蒸発器)
6 冷媒配管
8 室外送風ファン
12 コンプレッサモータ
13 ファンモータ
16 交流電源
19 コンバータ回路
20 インバータ回路
22 二次側電圧検出手段
23 制御手段
24 速度指令補正手段

Claims (2)

  1. 冷媒を高圧に圧縮するコンプレッサと、高圧冷媒が放熱する放熱器と、前記放熱器からの冷媒を減圧膨張する減圧手段と、低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルと、
    前記蒸発器に送風する送風ファンと、
    交流電源を直流に変換するコンバータ回路と、
    前記コンバータ回路の二次側にインバータ回路を介して接続され、前記コンプレッサを駆動するコンプレッサモータと、
    前記コンバータ回路の二次側に接続され、前記送風ファンを駆動するファンモータと、
    前記コンプレッサモータを所望の回転数で駆動させるよう前記インバータ回路を制御すると共に、前記ファンモータが所望の回転数になるよう前記ファンモータに指令する速度指令値を可変する制御手段と、
    前記ファンモータの駆動を継続しながら前記コンプレッサモータの駆動を停止する場合に、前記コンプレッサモータの駆動停止のタイミングにほぼ同期して、前記ファンモータの速度指令値を補正する速度指令補正手段と
    を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 請求項1記載のものに、前記コンバータ回路の二次側の電圧を検知する二次側電圧検出手段を設けたものにおいて、
    前記速度指令補正手段は、前記コンプレッサモータの駆動停止直前の前記二次側電圧検出手段で検知する二次側電圧と予め検出していた前記コンプレッサモータの駆動停止中の二次側電圧とによって算出される電圧変化幅に基づいて補正値を定めることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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