JP6239389B2 - ダクト式空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施態様は、ダクト式空気調和装置に係り、特に複数の送風機を備えたダクト式空気調和装置に関する。
空調空気をダクトにより住宅の各部屋に導くダクト式空気調和装置が知られている。このダクト式空気調和装置の室内ユニットは、同一の筐体内に複数の室内熱交換器と、複数の室内送風機を収容しており、複数の室内送風機に対応して複数のダクトが設けられている。
特開平8−200782号公報
しかしながら、複数の室内送風機を同一筐体内に収容した場合、室内送風機どうしの回転数に大きな差が生じると、高い回転数で運転している室内送風機の負荷が増加し、その送風機のファンモータが過電流で異常停止することがあった。
本発明の実施形態は、上記のような課題に鑑みなされたもので、複数の室内送風機の回転数に大きな差が生じた場合の異常停止を抑制できるダクト式空気調和装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の実施形態のダクト式空気調和装置では、筐体内の同一空間に配置され、別々のダクトに接続される複数の室内送風機と、前記複数の室内送風機の回転数を制御し、互いに通信を行う複数の室内制御部と、を備え、前記室内制御部は、自らが制御する前記室内送風機の目標回転数が所定回転数よりも大きく、且つ、他方が制御する室内送風機の目標回転数が前記所定回転数以下の場合は、前記自らが制御する前記室内送風機の回転数上限値を前記他方が制御する室内送風機の目標回転数に応じて設定する。
本発明の実施形態にかかるダクト式空気調和装置の構成を示す概略図である。 同実施形態にかかるダクト式空気調和装置の室内ユニットの前面部を除去して示す正面図である。 同実施形態にかかるダクト式空気調和装置の室内ユニットの構成を示す縦断面図である。 同実施形態にかかるダクト式空気調和装置の室内ユニットの内部の一部を拡大して示す斜視図である。 同実施形態にかかるダクト式空気調和装置の制御部の構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかるダクト式空気調和装置の動作を示すフローチャートである。 同実施形態にかかるダクト式空気調和装置のファンモータの回転数と異常停止との関係を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を図面にもとづき説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかるダクト式空気調和装置の構成を示す概略図である。図2は、室内ユニットの構成を正面部を除去して示す正面図である。図3は、室内ユニットの構成を示す縦断面図である。図4は、室内ユニットの内部の一部を拡大して示す斜視図である。
本実施形態に係るダクト式空気調和装置1の室内ユニット2は、屋内の床面に設定され、住宅の各階にダクト4により空調空気を導く構成である。
室内ユニット2は、屋外に設置される室外ユニット3と冷媒配管Pにより接続される。
室内ユニット2は、幅広の直方体の筐体11を備える。筐体11内には、上方から室内送風機部5、室内熱交換器部6、ドレンパン18、電気部品箱7が配置される。
図3に示すように、筐体11の正面11aに室内空気の吸込み口12が設けられ、上面11eに空調空気の吹出し口13が設けられる。
図4に示すように、吹出し口13は筐体11の左右方向に2つ並んで設けられた円形の孔であり、以下、図1中右側を第1の吹出し口13A、左側を第2の吹出し口13Bとする。
吹出し口13の上面には、ダクト接続部14が取り付けられる。ダクト接続部14は、第1の吹出し口13Aに対応する第1のダクト接続部14Aと、第2の吹出し口13Bに対応する第2のダクト接続部14Bとで構成される。
図3に示すように、筐体11内には、室内熱交換器部6が吸込み口12に対向するように配置される。室内熱交換器部6は、2つの室内熱交換器6A、6Bにより構成され、これらは上下方向に並んで配置されるとともに、上端側が筐体正面11aに近づくように傾斜して配置される。以下、下方を第1の室内熱交換器6Aとし、上方を第2の室内熱交換器6Bとする。
各室内熱交換器6A、6Bは、それぞれ、複数のアルミフィンが所定の間隙を置いて並設され、このアルミフィンに複数の伝熱パイプが貫通されてなるフィンチューブ型の熱交換器である。
図2に示すように、筐体11内の室内熱交換器部6の上方には、室内送風機部5が配置される。室内送風機部5は、2つの室内送風機5A、5Bから構成され、左右に並んで配置される。以下、図2中の右側を第1の室内送風機5Aとし、左側を第2の室内送風機5Bとする。
第1の室内送風機5Aは、第1の室内ファンモータ51A、第1のファン52A、第1のファンケーシング53Aで構成される。同様に、第2の室内送風機5Bは、第2の室内ファンモータ51B、第2のファン52B、第2のファンケーシング53Bで構成される。
各室内ファンモータ51A、51Bは、DCブラシレスモータであり、後述する室内制御部71により個別に回転数制御が可能になっている。
各室内ファンモータ51A、51Bの回転軸に多翼型ファンからなるファン52A、52Bが取り付けられる。
各ファン52A、52Bは、各ファンケーシング53A、53Bに収容される。第1のファンケーシング53Aは、両側面に空気を吸込むための吸込み口54Aが設けられ、上方に吹出しノズル55Aが設けられる。同様に、第2のファンケーシング53Bは、両側面に空気を吸込むための吸込み口54Bが設けられ、上方に吹出しノズル55Bが設けられる。
各ファン52A、52Bの回転にともない空調空気は、各ファンケーシングの吸込み口54A、54Bから吸込まれ、各吹出しノズル55A、55Bから吹出される。
図4に示すように、各室内送風機5A、5Bは、筐体上面11aから下方に所定の間隔をあけて設けられる仕切り板15の下面に取り付けられる。
各室内送風機5A、5Bは、室内ファンモータ51A、51Bどうしが近接して配置されるとともに、仕切り板15と室内熱交換部6の間の同一空間Sに配置される。
また、仕切り板15には、各吹出しノズル55A、55Bとそれぞれ連通する矩形の連絡孔15A、15Bが設けられる。
仕切り板15の上部には、吹出しガイド16が配置される。吹出しガイド16は、発泡スチロール製で、筐体上面11e付近の断熱材として機能する。
吹出ガイド16には、仕切り板15の連絡孔15A、15Bと筐体上面11eの吹出し口13A、13Bとを連絡する2つの連絡通路16A、16Bが設けられる。
連絡通路16A、16Bは、その水平断面形状が下方から上方に進むにつれて矩形から円形に滑らかに変化して形成される。この連絡通路16A、16Bにより、室内送風機5A、5Bから吹出される空調空気が整流され、圧力損失の低減が図られる。
図1に示すように、室内送風機部5からダクト接続部14の間に空気流路17が形成される。空気流路17は、2つの独立した流路であり、第1の空気流路17Aと第2の空気流路17Bとで構成される。
第1の空気流路17Aは、ファンケーシング53Aの吸込口54A、吹出しノズル55A、仕切り板15の連絡孔15A、吹出しガイド16の連絡通路16A、筐体11の吹出し口13A、ダクト接続部14Aで形成される。
一方、第2の空気流路17Bは、ファンケーシング53Bの吸込口54B、吹出しノズル55B、仕切り板15の連絡孔15B、吹出しガイド16の連絡通路16B、筐体11の吹出し口13B、ダクト接続部14Bで形成される。
筐体11内から排出された空調空気は、ダクト4を介して住宅の各階に導かれる。図1に示すようにダクト4は、第1のダクト接続部14Aに接続される第1のダクト4Aと、第2のダクト接続部14Bに接続されるダクト4Bとで構成される。
第1のダクト4Aの他端は、住宅の1階の天井裏等に配置された第1の分岐チャンバー(図示しない)に接続される。第1の分岐チャンバーは、複数の分岐ダクト(図示しない)が接続され、複数の分岐ダクトの他端は、1階の各部屋に設けられた吹出しグリル(図示しない)に接続される。従って、第1のダクト4Aから導かれた空調空気は、第1の分岐チャンバー、分岐ダクト、吹出しグリルを介して1階の各部屋に送られる。
一方、第2のダクト4Bの他端は、住宅の2階の天井裏等に配置された第2の分岐チャンバー(図示しない)に接続される。第2の分岐チャンバーは、複数の分岐ダクト(図示しない)が接続され、複数の分岐ダクトの他端は、2階の各部屋に設けられた吹出しグリル(図示しない)に接続される。従って、第2のダクト4Bから導かれた空調空気は、第2の分岐チャンバー、分岐ダクト、吹出しグリルを介して2階の各部屋に送られる。
以上のように、本実施形態に係るダクト式空気調和装置1は、個別に回転数制御可能な第1の室内送風機5Aおよび第2の室内送風機5B、それぞれ独立した第1の空気流路17Aおよび第2の空気流路17B、各階に空調空気を導く第1のダクト4Aおよび第2のダクト4Bを備えることにより、住宅の1階と2階の風量を個別に調整可能になっている。
図1〜図3に示すように、筐体11内の室内熱交換器部6の下方には、室内熱交換器部6で発生するドレン水を受け止めるドレンパン18が設けられる。
ドレンパン18の最下部には排水口18a(図2中)が設けられ、この排水口18aにドレンパイプ19の一端が接続される。ドレンパイプ19の他端は、筐体11の背面11b下部に設けられた開口部から筐体11外に導出され、住宅の排水管に接続される。
図1に示すように、熱交換器部6の下方に位置する第1の室内熱交換器6Aは、冷媒配管Pを介して第1の室外ユニット3Aと接続される。上方に位置する第2の室内熱交換器6Bは、冷媒配管Pを介して第2の室外ユニット3Bと接続される。
各室外ユニット3A、3Bには、室外制御部31A、31Bの他に、いずれも図示しないインバータ駆動の圧縮機、室外熱交換器、室外送風機、四方弁、膨張弁等が収容される。
第1の室外ユニット3Aと第1の室内熱交換器6Aとで第1の冷凍サイクルR1が構成される。第2の室外ユニット3Bと第2の室内熱交換器6Bとで第2の冷凍サイクルが構成される。
冷房運転時は、各室内熱交換器6A、6Bが蒸発器として機能し、室内送風機5A、5Bの運転にともなって筐体11内に吸込まれた室内空気を冷却する。冷却された室内空気は冷気(空調空気)となって各ダクト4A、4Bを介して住宅の各階に送られる。
暖房運転時は、各室内熱交換器6A、6Bが凝縮器として機能し、室内送風機5A、5Bの運転にともなって筐体11内に吸込まれた室内空気を加熱する。加熱された室内空気は暖気(空調空気)となって各ダクト4A、4Bを介して住宅の各階に送られる。
次に、本実施形態にかかるダクト式空気調和装置の室内制御部71について説明する。
ドレンパン18の下方に配置される電気部品箱7には、室内制御部71が収容される。室内制御部71は、第1の冷凍サイクルR1の室内制御部71Aと、第2の冷凍サイクルR2の室内制御部71Bとで構成される。
図3は、当該ダクト式空気調和装置の室内制御部71の構成を示すブロック図である。各室内制御部71A、71Bは、それぞれ、CPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等を備える。
また、各室内制御部71A、71Bは、それぞれ、室内ファンモータ駆動用のインバータ回路72A、72B、室内ファンモータ51A、51Bの回転数を検出する回転数検出回路73A、73B等を備える。
各室内制御部71A、71Bは、電源線および通信線を介して各室外ユニット3A、3Bの室外制御部31A、31Bと接続される。
各室内制御部71A、71Bは、商用交流電源ACに接続された各室外制御部31A、31Bから電源線を介して交流電圧が供給される。
各インバータ回路72A、72Bは、交流電圧を整流し、それを各室内制御部71A、71Bからの指令に応じた周波数の電圧に変換し、DCブラシレスモータからなる室内ファンモータ51A、51Bに出力する。この出力が各ファンモータ51A、51Bの駆動電力となる。
各室内制御部71A、71Bは、各リモートコントローラ8A、8Bが通信線を介して接続される。
リモートコントローラ8Aは、例えば1階のリビングに取り付けられ、リモートコントローラ8Bは、2階の寝室に取り付けられる。各リモートコントローラ8A、8Bは、それぞれ、室内温度TAを検知する室内温度センサ温度センサ81A、81Bと設定温度等の操作ボタン82A、82B等が設けられる。
さらに、各室内制御部71A、71Bは、筐体11の吸込み口12から吸込まれる室内空気の温度を検知する吸込み温度センサ、吹出し口13から吹出される空調空気の温度を検知する吹出し温度センサおよび各室内熱交換器6A、6Bに取り付けられた熱交換器温度センサ61A、61Bが接続される。各熱交換器温度センサ61A、61Bは、それぞれ熱交換器温度TCを検知する。
そして、各室内制御部71A、71Bは、リモートコントローラ8A、8Bおよび室外制御部31A、31Bとのデータ送受信により、各室外制御部36A、36Bと共に、当該ダクト式空気調和装置の全体を制御する。
各室内制御部71A、71Bは相互にデータの送受信を行い、例えば、10秒間隔で室内熱交換器温度TC、設定温度Ts、室内ファンモータの目標回転数Nt等のデータをやりとりしている。
室内制御部71(第1の室内制御部71A、第2の室内制御部71B)は、主要な機能として次の(1)〜(3)の手段を有する。
(1)自らが制御する室内ファンモータの目標回転数が所定回数より上か否かを判定する第1の目標回転数判定手段。
(2)他方の室内ファンモータの目標回転数が所定回転数以下か否かを判定する第2の目標回転数判定手段。
(3)他方の室内ファンモータの目標回転数に応じて自らが制御する室内ファンモータの回転数上限値を設定する回転数上限設定手段。
次に、上記の構成によるダクト式空気調和装置の動作について説明する。
リモートコントローラ8A、8Bのいずれか一方によって運転開始が指示されると、室内制御部71A、71Bは、各リモートコントローラ8A、8Bに設けられた温度センサ81A、81Bによって検知される室内温度TAと、各室内熱交換器6A、6Bに設けられた熱交換器温度センサ61A、61Bによって検知される熱交換器温度TCと、各リモートコントローラ8A、8Bで設定された設定温度Tsを取得し、取得した情報をもとに各室内送風機5A、5Bの室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt1を設定する。
一方で、各室内制御部71A、71Bは、相互のデータ送受信時に、他方の室内制御部71A、71Bが設定した室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt2を取得する。
各室内制御部71A、71Bは、各回転数検出回路73A、73Bによって検出される回転数が目標回転数Nt1となるように各インバータ回路72A、72Bを介して各ファンモータ51A、51Bの回転数を制御する。
そして、各室内制御部71A、71Bは、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数を監視し、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bが過電流により異常停止しないように回転数上限値を設定する回転数上限値設定処理を実行する
図6は、回転数上限値設定処理において各室内制御部71A、71Bが実行する処理のフローチャートである。
この処理において先ず各室内制御部71A、71Bは、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt1が所定回転数Nl(例えば1000rpm)より上か否かを判定する(ステップS1)。
自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt1が所定回転数Nlを超えない場合(ステップS1のNo)は、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt1を回転数上限値Nmaxに設定(ステップS4)して、回転数上限設定処理を終了する。
ステップS1において、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt1が所定回転数Nlを超えた場合(Yes)は、他方が制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt2が所定回転数Nl以下か否かを判定する(ステップS2)。
ステップS2において、他方が制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt2が所定回転数Nl以下の場合(Yes)は、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの回転数上限値Nmaxを他方が制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt2に応じて設定して(ステップS3)、回転数上限値設定処理を終了する。
具体的には、ステップS3において、回転数上限値Nmax(rpm)を以下の式(I)で求める値に設定する。
Nmax=Nl+α×Nt2…式(I)
ここに、αは式(1)の比例関係を表す比例定数である。なお、本実施形態では、Nl=1000rpm、α=0.2とする。この所定回転数Nlおよび係数αは、室内ファンモータが過電流により異常停止しないと認められる程度の値を、実験的あるいは理論的に定めたものである。
一方、ステップS2において、他方が制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt2が所定回転数Nlより大きい場合(No)は、自らが制御する室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数Nt1を回転数上限値Nmaxに設定(ステップS4)して、回転数上限設定処理を終了する。
図7は、室内ファンモータの回転数とファンモータの異常停止との関係を示す図である。図7中、縦軸は高回転側の室内ファンモータの回転数(rpm)を示し、横軸は低回転側の室内ファンモータの回転数(rpm)示している。そして、破線で示す線は、高回転側の室内ファンモータが異常停止する境界線LBである。高回転側の室内ファンモータの回転数と低回転側の室内ファンモータの回転数が交わる点が、境界線LBより上側の領域は高回転側の室内ファンモータが過電流により異常停止する領域であり、境界線LBより下側の領域は異常停止しない領域である。また、実線で示す線LAは、上記式(I)により設定される回転数上限値Nmaxを表す線である。
例えば、冷房運転時、住宅の1階の室内温度TA、設定温度Tsと2階の室内温度TA、設定温度Tsがそれぞれ同じときは、1階と2階の冷房負荷は同じとなり、各室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数も同じになる。この場合、各室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数が共に1250rpmのような高回転であっても、両方の負荷は略等しく、過電流による異常停止は発生しない。
しかし、住宅の1階と2階の室内温度TA、設定温度Tsに大きな差が生じ、1階の冷房負荷が2階に比べて大きくなるような場合は、第1の室内ファンモータ51Aの目標回転数が1250rpm、第2の室内ファンモータ51Bの目標回転数が600rpmのように、室内ファンモータ51A、51Bの目標回転数に大きな差が生じることがある。
このように、高回転側の室内ファンモータの回転数が1000rpmを超えるような高回転で、かつ、室内ファンモータどうしの回転数の差が大きい場合、各室内送風機5A、5Bの吸込み口54A、54Bが同一空間Sに配置されていることから、高回転側の第1の室内送風機5Aに流れ込む空気が増大し、第1の室内ファンモータ51Aの負荷が増大する。
この場合、図7の境界線LBよりも上側の異常停止領域にある(図7中点a)ため、高回転側の室内ファンモータ51Aは過電流により異常停止することになる。
室内ファンモータが異常停止すると、空気調和装置全体の運転が停止してしまうため、快適性が損なわれる等の不具合が生じる。
そこで、本実施形態では、高回転側の室内ファンモータが異常停止しやすい状況において、低回転側の室内ファンモータの目標回転数に応じて高回転側の室内ファンモータの回転数上限値を設定する。つまり、高回転側である第1の室内ファンモータ51Aの回転数上限値Nmaxを上記式(I)から求められる回転数に設定する。低回転側の室内ファンモータ51Bの目標回転数が600rpmの場合、高回転側の室内ファンモータ51Aの回転数上限値Nmaxは1120rpmに設定される(図7中点b)。
これにより、高回転側である第1の室内ファンモータ51Aの回転数上限値Nmaxは、図7中、実線Aで示される値に設定されるため、境界線Bよりも下側の領域となり、高回転側の室内ファンモータ51Aの異常停止を抑制でき、快適性を損なうことなくダクト式空気調和装置1の安定した運転が可能となる。
また、本実施形態では、高回転側の室内ファンモータの回転数上限値Nmaxが、図7の実線Aで示すように、境界線Bよりも低く設定されている。
ここで、各室内制御部71A、71Bの通信間隔を10秒、室内ファンモータの回転数変化率を10rpm/秒とすると、次回データ取得までの間に、例えば、高回転側の室内ファンモータの目標回転数が1200rpmから1250rpmに変化し、低回転側の室内ファンモータの目標回転数が650rpmから600rpmに変化することがある(図7中点cから点aへの変化)。この室内ファンモータの回転数の変化は、図7で示す境界線LBよりも下側の領域から境界線LBよりも上側の領域への変化であり、高回転側の室内ファンモータを制御する室内制御部が回転数上限値Nmaxを上記式(I)から求められる値に設定する前に、高回転側の室内ファンモータが異常停止することになる。
そのため、高回転側の室内ファンモータの回転数上限値Nmaxは、図7の境界線LBよりも低く設定することが望ましい。回転数上限値Nmaxどの程度低くするかは、室内制御部71A、71B間の通信間隔や室内ファンモータ51A、51Bの回転数変化率(rpm/秒)に応じて設定すればよく、上記のように通信間隔10秒、回転数変化率10rpm/秒のときは、次回通信までの間に各室内ファンモータ51A、51Bの回転数が最大で100rpm変化する可能性があるため、図7の境界線LBに対して回転数上限値を100rpm低く設定するとよい。
以上、本実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…ダクト式空気調和装置、2…室内ユニット、3…室外ユニット、4…ダクト、11…筐体、5…室内送風機部、6…室内熱交換器部、7…電気部品箱、8…リモートコントローラ、51A…第1の室内ファンモータ、51B…第2の室内ファンモータ、71…室内制御部、71A…第1の室内制御部、71B…第2の室内制御部。

Claims (2)

  1. 室内ユニットの筐体内の同一空間に配置され、別々のダクトに接続される複数の室内送風機と、前記複数の室内送風機の回転数を制御し、互いに通信を行う複数の室内制御部と、を備え、
    前記室内制御部は、自らが制御する前記室内送風機の目標回転数が所定回転数よりも大きく、且つ、他方が制御する室内送風機の目標回転数が前記所定回転数以下の場合は、前記自らが制御する前記室内送風機の回転数上限値を前記他方が制御する室内送風機の目標回転数に応じて設定することを特徴とするダクト式空気調和装置。
  2. 前記筐体内には、2つの室内熱交換器と、2つの室内送風機が収容され、前記各室内熱交換器は、それぞれ室外ユニットと冷媒配管により接続されることにより、全体として2つの冷凍サイクルが構成されることを特徴とする請求項1に記載のダクト式空気調和装置。
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