JP6578695B2

JP6578695B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP6578695B2
Application number: JP2015062287A
Authority: JP
Inventors: 光将榎本; 遠藤　浩彰; 浩彰遠藤; 純一津野; 智之舟木; 大貴 ▲高▼雄
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP2016180572A

Description

本発明は空気調和装置に係り、特に、室外機低騒音運転に関するものである。

空気調和装置の運転音の騒音対策として、運転能力を抑制した室外機低騒音運転を行うようにするものがある（例えば、特開２００５−１４７５０４号公報）。

室外機低騒音運転とは、室外機の主な騒音源である圧縮機や室外ファンの回転数を通常運転時よりも低い回転数に抑制した運転である。室外機低騒音運転を行うことで、室外機から発生する騒音を低減することができる。

しかしながら、室外機低騒音運転時は圧縮機や室外ファンの回転数が通常運転時よりも低い回転数となるように空気調和装置を運転させるため、室内機が発揮する能力が通常時よりも低下してしまうという問題があった。

特開２００５−１４７５０４号公報

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、室外機低騒音運転時に室内機の能力低下を軽減する空気調和装置を提供することを目的とするものである。

本発明の空気調和装置は、内部に圧縮機と室外ファンを有する室外機と、内部に室内ファンを有する室内機と、前記圧縮機と前記室外ファンと前記室内ファンを制御する制御手段からなる空気調和装置において、前記制御手段は、前記空気調和装置の運転モードを通常運転と室外機低騒音運転に切換可能であって、通常運転時、前記圧縮機の回転数Ｎが前記室内機の要求する要求圧縮機回転数Ｎｒとなるように制御され、室外機低騒音運転時、前記要求圧縮機回転数Ｎｒが予め定められた制限値Ｎｓを超えている場合は、前記圧縮機回転数Ｎが制限値Ｎｓとなるように制御するとともに、前記室内ファンの回転数Ａを増加させることを特徴としている。

また、好ましくは、前記室外機低騒音運転時、前記要求圧縮機回転数Ｎｒが前記制限値Ｎｓを超えている場合は、前記要求圧縮機回転数Ｎｒと前記制限値Ｎｓとの差ΔＮ（＝Ｎｒ−Ｎｓ）に応じて前記室内ファン回転数Ａの増加率Ａ０を変更する。

また、好ましくは、前記増加率Ａ０は、冷房運転と暖房運転とで異なる値が設定される。

また、好ましくは、前記増加率Ａ０は、前記差ΔＮが大きい程大きい値が設定される。

本発明によれば、室外機低騒音運転時に室内機の能力低下を軽減させることができる。

本実施形態の空気調和装置の冷凍サイクル全体を示す概略図である。本発明の空気調和装置の室温と圧縮機回転数の変化を示す図である。（Ａ）は、室外機低騒音モードに設定されていない場合を示している。（Ｂ）は、室外機低騒音モードに設定されている場合を示している。本発明の空気調和装置の制御方法を示すフローチャートである。本発明の空気調和装置の記憶部に記憶された室内ファン回転数増加量Ａ０のテーブルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、第１実施例における空気調和装置１は、屋外に設置される室外機２と、室外機２に液管４およびガス管５で接続された室内機３とを備えている。詳細には、液管４は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が室内機３の液管接続部３４に接続されている。また、ガス管５は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に、他端が室内機３のガス管接続部３５に接続されている。以上により、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２０と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２１と、室外ファン２４とを備えている。そして、室外ファン２４を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを構成している。

圧縮機２０は、図示しないインバータにより回転数が制御されるモータ２０１によって駆動されることで、運転能力を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２０の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａに吐出管６１で接続されており、また、圧縮機２０の冷媒吸入側は、アキュムレータ２１の冷媒流出側に吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２０の冷媒吐出側に吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２１の冷媒流入側と冷媒配管６５で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂに冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管６３で閉鎖弁２５に接続されている。

膨張弁２７は、室外機液管６３に設けられている。膨張弁２７は電子膨張弁である。膨張弁２７の開度制御の詳細な説明は、後述する。

室外ファン２４は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２４は、図示しないファンモータによって回転することで図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

アキュムレータ２１は、上述したように、冷媒流入側が四方弁２２のポートｃと冷媒配管６５で接続され、冷媒流出側が圧縮機２０の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。アキュムレータ２１は、冷媒配管６５からアキュムレータ２１内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離してガス冷媒のみを圧縮機２０に吸入させる。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。

室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３から流出、または、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度を検知するための室外熱交換器温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段１００が備えられている。室外機制御手段１００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段１００は、ＣＰＵ１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０と、検出値入力部１４０と、圧縮機制御部１５０とを備えている。

記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２０や室外ファン２４の制御状態等を記憶している。通信部１３０は、室内機３との通信を行うためのインターフェイスである。検出値入力部１４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ１１０に出力する。圧縮機制御部１５０は、圧縮機２０に対してユーザに要求された能力を発揮するために必要な回転数で運転するように制御を行う。

ＣＰＵ１１０は、前述した室外機２の各種センサでの検出結果を検出値入力部１４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ１１０は、室内機３から送信される制御信号を通信部１３０を介して取り込む。また、ＣＰＵ１１０は、取り込んだ制御信号に基づいて、圧縮機２０や室外ファン２４の駆動制御を行う。さらには、ＣＰＵ１１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行う。

次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、液管４の他端が接続された液管接続部３４と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３５と、室内ファン３３とを備えている。そして、室内ファン３３を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と後述する室内ファン３３により図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３４に室内機液管６８で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３５に室内機ガス管６９で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部３４やガス管接続部３５では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３３は、室内熱交換器３１の近傍に配置され、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内熱交換器３１には、室内熱交換器３１を通過する冷媒の温度を検出する室内熱交換器温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３には室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ７９が備えられている。室内温度センサ７９の取付位置は、室内機３内部に備える室内熱交換器３１や制御基板（室内機制御手段２００）等の発熱部品から離して配置することが好ましい。また、室内機３に取付ける替わりに図示しないリモコンに取付けてもよい。

また、室内機３には、室内機制御手段２００が備えられている。室内機制御手段２００は、室内機３の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室内機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、検出値入力部２４０と、室内ファン制御部２５０とを備えている。

記憶部２２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室内機３の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、室内ファン３３の制御状態等を記憶している。通信部２３０は、室外機２との通信を行うためのインターフェイスである。検出値入力部２４０は、室内機３の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。室内ファン制御部２５０は、室内ファン３３に対してユーザに要求された能力を発揮するために必要な回転数で運転するように制御を行う。

ＣＰＵ２１０は、前述した室内機３の各種センサでの検出結果を検出値入力部２４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、室外機２から送信される制御信号を通信部２３０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ制御信号に基づいて、室内ファン３３の駆動制御を行う。

次に、本実施形態における空気調和装置１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機３が暖房運転を行う場合について説明し、冷房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１（Ａ）における矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１（Ａ）に示すように、室内機３が暖房運転を行う場合、室外機制御手段１００は、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する。

圧縮機２０から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４を流れて閉鎖弁２６を介してガス管５に流入する。ガス管５を流れた冷媒はガス管接続部３５を介して室内機３の室内機ガス管６９に流入する。室内機ガス管６９を流れる冷媒は、室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３３の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行い加熱された室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。室内熱交換器３１から流出した冷媒は室内機液管６８を流れ、液管接続部３４を介して液管４に流入する。

液管４を流れて閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３に設けられた膨張弁２７に流入する。膨張弁２７を通過した冷媒は、減圧されて低圧の冷媒となる。膨張弁２７を通過した冷媒はその後、室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、順に冷媒配管６２、四方弁２２、冷媒配管６５、アキュムレータ２１、吸入管６６を流れ、圧縮機２０に吸入されて再び圧縮される。以上説明したように冷媒回路１０を冷媒が循環することで、空気調和装置１の暖房運転が行われる。

なお、室内機３が冷房運転を行う場合、室外機制御手段１００は、四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り換える。これにより、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器３１が蒸発器として機能する。

次に、空気調和装置１の従来の室外機低騒音運転時の制御方法について図２を用いて詳細に説明する。

空気調和装置１は、使用者のリモコン操作等によって室外機低騒音モードに設定されると、室外機の主な騒音源である圧縮機２０や室外ファン２４の回転数が所定の回転数以下となるように制御して、室外機２から発生する騒音を低減する。図２は、空気調和装置１の冷房運転時における圧縮機２０の回転数Ｎと空気調和装置１が設置されている室内空間の温度（室温と呼ぶ）Ｔの変化を示したグラフである。図２（Ａ）は室外機低騒音モードに設定されていない場合であり、図２（Ｂ）は室外機低騒音モードに設定されている場合の回転数Ｎと室温Ｔの変化を示している。

室外機低騒音モードに設定されていない場合、図１（Ａ）に示すように、室温Ｔが設定温度Ｔｓよりも高く、室温Ｔと設定温度Ｔｓの温度差が大きい時は室内機３から要求される圧縮機２０の回転数Ｎｒ（以下、室内機要求圧縮機回転数Ｎｒと呼ぶ）は高い（室内機要求圧縮機回転数Ｎｒは一点鎖線で示している）。圧縮機制御部１５０は、圧縮機２０の回転数Ｎを室内機要求圧縮機回転数Ｎｒと同じ回転数で駆動する（圧縮機回転数はハッチングで示している）。その後、室温Ｔが設定温度Ｔｓを下回り室温Ｔと設定温度Ｔｓの温度差が所定の温度差となったら圧縮機２０を停止する（これをサーモオフと呼ぶ）。圧縮機２０を停止してから時間が経過すると、室内空間の空調負荷によって室温Ｔは上昇していき設定温度Ｔｓを上回る。室温Ｔが設定温度Ｔｓを上回ったら、室内機３から要求される室内機要求圧縮機回転数Ｎｒが高くなり、それに応じて圧縮機回転数Ｎが上昇する。これを繰り返すことで、室内空間の室温Ｔは設定温度Ｔｓ付近で維持される。

一方、従来の室外機低騒音モードに設定されている場合、図２（Ｂ）に示すように、室温Ｔが設定温度Ｔｓよりも高く、温度差が大きい時は図２（Ａ）と同様に室内機要求圧縮機回転数Ｎｒは高い回転数となる。しかし、この室内機要求圧縮機回転数Ｎｒが制限値Ｎｓよりも高い場合、圧縮機制御部１５０は圧縮機２０の回転数をＮｒとすると室外機２から発生する騒音が大きくなると判定し、圧縮機回転数Ｎが制限値Ｎｓを超えない回転数となるように制御する。

このように、室外機低騒音モードに設定することで、室外機から発生する騒音を低減できるが、室温Ｔが設定温度Ｔｓよりも高く温度差が大きい場合などでは、圧縮機２０の回転数Ｎが室内機要求圧縮機回転数Ｎｒよりも低くなるため、室内機３が必要な能力を発揮できなかった。これにより、室温Ｔが設定温度Ｔｓに到達するまでの時間が長くなったり、設定温度Ｔｓに到達できなくなるという問題が生じるおそれがある。

したがって、空気調和装置１の室外機低騒音モードにおいて室内機３の能力低下を抑える必要がある。以下に本発明の特徴となる室外機低騒音モードにおける制御について詳細に説明する。

図３は、本発明による冷房運転時の空気調和装置１の室外機低騒音モードを示すフローチャートである。Ｓの後の数字はステップの番号を表す。

この制御は、空気調和装置１の運転中に使用者のリモコン操作等によって室外機低騒音モードが設定されることによって開始される。室外機低騒音モードが設定されたら、室外機制御手段１００のＣＰＵ１１０は通信部１３０を介して室内機制御手段２００から取り込んだ室内機要求圧縮機回転数Ｎｒが制限値Ｎｓを上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。室内機要求圧縮機回転数Ｎｒは、室内機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されており、検出値入力部２４０を介して読み込んだ室内温度センサ７９の検出値と、記憶部２２０から読み込んだ（若しくは、使用者のリモコン操作等によって設定された）設定温度Ｔｓの差に応じた値が室内機要求圧縮機回転数ＮｒとしてＣＰＵ２１０に出力される。室温Ｔが設定温度Ｔｓより高く、室温Ｔと設定温度Ｔｓの差が大きい時は室内機要求圧縮機回転数Ｎｒには大きい値が出力され、差が小さい時には小さい値が出力される。
制限値Ｎｓは、室外機制御手段１００の記憶部１２０に予め記憶されており、圧縮機２０が制限値Ｎｓを超える回転数で運転すると室外機２から発生する騒音が大きくなるとみなされる値である。

室内機要求回転数Ｎｒが制限値Ｎｓを上回っている場合（Ｓ１０１−ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は圧縮機制御部１５０を介し圧縮機２０に対して圧縮機回転数Ｎが制限値Ｎｓと同じ回転数となるように制御する（ステップＳ１０２）。これによって、室外機２から発生する騒音を低減することができる。

次に、ＣＰＵ１１０は室内機要求圧縮機回転数Ｎｒと制限値Ｎｓの差ΔＮ（＝Ｎｒ−Ｎｓ）を算出し（ステップＳ１０３）、ΔＮに基づいて室内ファン回転数増加率Ａ０を記憶部１２０から読み出す（ステップＳ１０４）。室内ファン回転数増加率Ａ０は、記憶部１２０に記憶され、図４のようにΔＮに応じた値が予め定められている。図４に示すとおり、ΔＮが大きい程Ａ０は大きい値がＣＰＵ１１０に出力される。また、室内ファン回転数増加率Ａ０は冷房運転時と暖房運転時とで異なる値を設定してもよい。これは、暖房運転時において単に室内ファン３３の風量を増加させると冷風感が増し、かえって快適性が損なわれる場合があるためである。したがって、暖房運転時の室内ファン回転数増加率Ａ０は冷房運転時に比べ低い値が設定されることが好ましい。

その後、ＣＰＵ１１０は通信部１３０を介して室内ファン回転数増加率Ａ０を室内機制御手段２００に出力する。室内機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、検出値入力部２４０から現在の室内ファン３３の回転数Ａｒを読込んで、現在の室内ファン回転数Ａｒに室内ファン回転数増加率Ａ０を乗じた値を現在の室内ファン回転数Ａｒに加算した回転数Ａ（＝Ａｒ＋Ａｒ＊Ａ０）で室内ファン３３が運転するように室内ファン制御部２５０を介して制御する（ステップＳ１０５）。これによって、室内機３が要求している圧縮機２０の回転数Ｎｒに対し圧縮機回転数Ｎが不足しており、室内機３が必要な能力を発揮できない状態であっても、室内ファン３３の回転数Ａを上昇させることで室内機３の能力低下を低減することができる。

その後、使用者のリモコン操作等によって室外機低騒音モードが解除されたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。解除されたら（Ｓ１０６−ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１０は圧縮機制御部１５０を介し圧縮機２０に対して圧縮機回転数Ｎが室内機要求圧縮機回転数Ｎｒと同じ回転数となるように制御し、通信部１３０を介し室内制御手段２００に対してステップＳ１０５で実行した室内ファン回転数Ａを増加前の回転数Ａｒに戻すように制御する（ステップＳ１０７）。その後、室外機低騒音モードを終了させ、通常の運転へ移行する。室外機低騒音モードが解除されていない場合（Ｓ１０６−ＮＯ）、ステップＳ１０１へ戻る。

なお、室内機要求回転数Ｎｒが制限値Ｎｓ以下の場合（Ｓ１０１−ＮＯ）、ＣＰＵ１１０は圧縮機制御部１５０を介し圧縮機２０に対して圧縮機回転数Ｎが室内機要求圧縮機回転数Ｎｒと同じ回転数となるように制御する（ステップＳ１０８）。この時、室内ファン３３の回転数Ａはユーザに要求された能力を発揮するために必要な回転数Ａｒで運転している。その後、前述のステップＳ１０６へ移行する。

以上のように、室内機要求圧縮機回転数Ｎｒが制限値Ｎｓを超えたら圧縮機回転数Ｎが制限値Ｎｓとなるように制御し、室内機要求圧縮機回転数Ｎｒと制限値Ｎ２の差が大きく、
室内機３が必要な能力を発揮できない状態であっても、室内ファン３３の回転数が上昇することで室内機３の能力低下を低減させることができる。

なお、本実施形態では、室外機低騒音モードによって圧縮機２０の回転数が制限される例を挙げたが、室外ファン２４の回転数が制限されるものや、圧縮機２０と室外ファン２４の両方の回転数を制限するものであってもよい。また、空気調和装置１の運転中に使用者のリモコン操作等によって室外機低騒音モードに設定されることによって開始される例を挙げたが、スケジュール等によって（例えば、夜間に）自動で室外機低騒音モードに設定されるものであってもよい。

１空気調和装置
２室外機
３室内機
２０圧縮機
３３室内ファン

Claims

内部に圧縮機と室外ファンを有する室外機と、内部に室内ファンを有する室内機と、前記圧縮機と前記室外ファンと前記室内ファンを制御する制御手段からなる空気調和装置において、
前記制御手段は、前記空気調和装置の運転モードを通常運転と室外機低騒音運転に切換可能であって、
通常運転時、前記圧縮機の回転数Ｎが前記室内機の要求する要求圧縮機回転数Ｎｒとなるように制御し、
室外機低騒音運転時、前記要求圧縮機回転数Ｎｒが予め定められた制限値Ｎｓを超えている場合は、前記圧縮機の回転数Ｎが制限値Ｎｓとなるように制御するとともに、前記室内ファンの回転数Ａを増加率Ａ０に応じて増加させるように制御するものであり、
前記増加率Ａ０は、
前記要求圧縮機回転数Ｎｒと前記制限値Ｎｓとの差ΔＮ（＝Ｎｒ−Ｎｓ）に応じて変更されることを特徴とする空気調和装置。
前記増加率Ａ０は、冷房運転と暖房運転とで異なる値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記増加率Ａ０は、前記差ΔＮが大きい程大きい値が設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。