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

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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