JPH08271067A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 室内ユニットＡにおける圧縮機騒音の問題を
解消した空気調和機を提供する。 【構成】 室内ユニットＡに、室内熱交換器９および室
内送風機１２と共に圧縮機１および四方弁２を設けてい
る。室外ユニットＢに、室外熱交換器５および室外送風
機１１と共にキャピラリチューブ６を設けている。室内
送風機１２の回転数が高いほど、圧縮機１の回転数の上
限に対応する許容最高運転周波数Ｆmax を高くする。あ
るいは、室内送風機１２の回転数が低い側で圧縮機１の
回転数の下限に対応する許容最低チョッピング周波数Ｆ
ｘmin を高く設定し、その設定値Ｆｘmin を室内送風機
１２の回転数が高くなるほど下げていく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、室内ユニット内に室
内熱交換器および室内送風機と共に圧縮機および四方弁
を有し、室外ユニット内に室外熱交換器および室外送風
機と共に膨脹機構を有する空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱
交換器、膨脹機構、室内熱交換器を順次接続して冷凍サ
イクルを構成し、圧縮機の吐出冷媒を四方弁から室外熱
交換器、膨脹機構、室内熱交換器に通して循環させるこ
とにより冷房運転を実行し、圧縮機の吐出冷媒を四方弁
から室内熱交換器、膨脹機構、室外熱交換器に通して循
環させることにより暖房運転を実行する。

【０００３】従来、冷凍サイクル機器のうち、圧縮機お
よび四方弁は室外熱交換器、膨脹機構、および室外送風
機と共に室外ユニットに設けられ、室内ユニットには室
内熱交換器および室内送風機のみ設けられるのが普通で
あった。

【０００４】最近になり、室内ユニットを大きくするこ
となく、圧縮機および四方弁を室外ユニットでなく室内
ユニットに設けるようにした空気調和機が開発され、実
用化されつつある。この場合、室外ユニットから圧縮機
および圧縮機駆動回路がなくなるので室外ユニットの小
形化が図れるとともに、室内ユニットから圧縮機駆動回
路への渡り線（信号線）数を削減できるという利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】圧縮機の運転音は小さ
くなってはきているものの、それが室内ユニットに設け
られると、騒音の心配がある。この発明は上記の事情を
考慮したもので、その目的とするところは、室内ユニッ
トにおける圧縮機騒音の問題を解消した空気調和機を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明の空気調和機
は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨脹機構、室内熱
交換器を順次接続した冷凍サイクルを備え、室内ユニッ
ト内に上記室内熱交換器および室内送風機と共に上記圧
縮機および四方弁を有し、室外ユニット内に上記室外熱
交換器および室外送風機と共に上記膨脹機構を有するも
のであって、上記室内送風機の回転数に応じて上記圧縮
機の運転状態を制御する制御手段を備えている。

【０００７】第２の発明の空気調和機は、第１の発明の
制御手段が、室内送風機の回転数に応じて圧縮機の回転
数の上限を設定するもので、室内送風機の回転数が高い
ほど圧縮機の回転数の上限を高くする。

【０００８】第３の発明の空気調和機は、第１の発明の
制御手段が、室内送風機の回転数に応じて圧縮機へのチ
ョッピング周波数の下限を設定するもので、室内送風機
の回転数が低い側で圧縮機へのチョッピング周波数の下
限を高く設定し、その設定下限を室内送風機の回転数が
高くなるほど下げていく。

【０００９】第４の発明の空気調和機は、第１の発明の
制御手段が、運転停止時に室内送風機の回転数を徐々に
低下させる手段を有し、その回転数低下に伴い圧縮機の
回転数を徐々に低下させる。

【００１０】

【作用】第１の発明の空気調和機では、室内送風機の回
転数に応じて圧縮機の運転状態を制御する。第２の発明
の空気調和機では、室内送風機の回転数に応じて圧縮機
の回転数の上限を設定する。具体的には、室内送風機の
回転数が高いほど圧縮機の回転数の上限を高くする。

【００１１】第３の発明の空気調和機では、室内送風機
の回転数に応じて圧縮機へのチョッピング周波数の下限
を設定する。具体的には、室内送風機の回転数が低い側
で圧縮機へのチョッピング周波数の下限を高く設定し、
その設定下限を室内送風機の回転数が高くなるほど下げ
ていく。第４の発明の空気調和機では、運転停止時に室
内送風機の回転数を徐々に低下させ、その回転数低下に
伴い圧縮機の回転数を徐々に低下させる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の第１実施例について図面を
参照して説明する。図２に示すように、能力可変圧縮機
１の吐出口に、四方弁２、室内側パックドバルブ３、お
よび室外側パックドバルブ４を介して室外熱交換器５の
一端が配管接続される。室外熱交換器５の他端に、膨脹
機構たとえばキャピラリチューブ６、室外側パックドバ
ルブ７、および室内側パックドバルブ８を介して室内熱
交換器９の一端が配管接続される。そして、室内熱交換
器９の他端が、上記四方弁２を介して圧縮機１の吸込口
に配管接続される。こうして、ヒートポンプ式冷凍サイ
クルが構成される。

【００１３】冷房運転時は、圧縮機１から吐出される冷
媒が四方弁２から室外熱交換器５、キャピラリチューブ
６、室内熱交換器９へと流れ、その室内熱交換器９を経
た冷媒が四方弁２を通って圧縮機１に吸込まれる。暖房
運転時は、四方弁２が切換えられることにより、圧縮機
１から吐出される冷媒が四方弁２から室内熱交換器９、
キャピラリチューブ６、室外熱交換器５へと流れ、その
室外熱交換器５を経た冷媒が四方弁２を通って圧縮機１
に吸込まれる。

【００１４】室外熱交換器５の近傍に室外送風機１１が
設けられる。この室外送風機１１は、室外空気を室外熱
交換器５に通して循環させる。室内熱交換器９の近傍に
室内送風機１２が設けられる。この室内送風機１２は、
室内空気を室内熱交換器９に通して循環させる。

【００１５】Ａは室内に設置される室内ユニットであ
り、ここに上記圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器９、
および室内送風機１２が設けられる。Ｂは室外に設置さ
れる室外ユニットであり、ここに上記室外熱交換器５、
キャピラリチューブ６、および室外送風機１１が設けら
れる。

【００１６】制御回路を図１に示す。商用交流電源２０
に、室内ユニットＡの制御部３０、ファンタップ切換回
路４０、インバータ回路５０が接続される。さらに、電
源２０に電源ラインACL が接続される。この電源ライン
ACL は室内ユニットＡから室外ユニットＢへ延設され
る。

【００１７】ファンタップ切換回路４０は、室内送風機
１２のモータ１２Ｍの各速度切換タップ（強風タップ、
弱風タップ、微風タップ）に対する通電切換を行なう。
インバータ回路５０は、電源電圧を整流回路５１で整流
し、その整流出力をスイッチング回路５２でチョッピン
グして所定周波数およびレベルの交流電圧に変換し、出
力する。この出力は所定周波数で切換わる三つの相電圧
からなり、これら相電圧が圧縮機モータ１Ｍの各相巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗに順次に印加される。

【００１８】圧縮機モータ１Ｍは、永久磁石が装着され
たロータと、三つの相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが装着されたステ
ータとからなるブラシレスＤＣモータであり、相巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗに順次に電圧が印加されることによりロータ
が回転する。相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対する電圧印加の切換
のことを転流と称しており、この転流が繰り返されるこ
とにより、圧縮機モータ１Ｍの回転が継続する。

【００１９】このインバータ回路５０および圧縮機モー
タ１Ｍに対し、駆動回路５３が接続される。駆動回路５
３は、スイッチング回路５２の各スイッチング素子のオ
ン期間を制御部３０からの回転数指令に応じて調節（Ｐ
ＷＭ変調）することにより、各相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対す
る印加電圧のレベルを制御し、これにより圧縮機モータ
１Ｍの回転数（速度）を制御する。

【００２０】また、駆動回路５３は、圧縮機モータ１Ｍ
の各相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗのうち、非通電状態の相巻線に誘
起する電圧を取り込み、その取り込んだ電圧から圧縮機
モータ１Ｍのロータの回転位置を検出し、その検出位置
に応じてスイッチング回路５２の各スイッチング素子の
オン・オフタイミングつまりチョッピング周波数を制御
する。このチョッピング周波数の制御により、圧縮機モ
ータ１Ｍの回転数に応じた最適なタイミングで各相巻線
に対する通電が行なわれる。

【００２１】制御部３０は、当該空気調和機の全般にわ
たる制御を行なう。この制御部３０に、上記ファンタッ
プ切換回路４０および駆動回路５３が接続されるととも
に、室内温度センサ３１、リレー３２、および受光部３
３が接続される。

【００２２】室内温度センサ３１は、室内温度Ｔａを検
知する。リレー３２は、室外ユニットＢにおける室外送
風機１１の運転をコントロールするためのもので、常開
接点３２ａ，３２ａを有している。この常開接点３２
ａ，３２ａが、室内ユニットＡから室外ユニットＢにか
けて延びる電源ラインACL に挿接される。受光部３３
は、リモートコントロール式の操作器（以下、リモコン
と略称する）３４から発せられる赤外線光を受光する。

【００２３】そして、制御部３０は、主要な機能手段と
して次の［１］を有する。 ［１］室内送風機１２の回転数に応じて圧縮機１の回転
数の上限を設定する制御手段。具体的には、室内送風機
１２の回転数が高いほど、圧縮機１の回転数の上限を高
くする。

【００２４】一方、室外ユニットＢでは、室内ユニット
Ａから延設される電源ラインACL に、室外送風機１１の
モータ１１Ｍが接続される。つぎに、上記の構成の作用
を図３ないし図７を参照して説明する。

【００２５】リモコン３４で冷房モードおよび所望の室
内温度Ｔｓが設定され、かつ運転開始操作がなされたと
する。この場合、室内温度センサ３１の検知温度（室内
温度）Ｔａがリモコン３４の操作に基づく設定温度Ｔｓ
より高ければ、インバータ回路５０が駆動されて圧縮機
１の運転が開始され、その圧縮機１から吐出される冷媒
が四方弁２、室外熱交換器５、キャピラリチューブ６、
および室内熱交換器９へと流れ、その室内熱交換器９を
経た冷媒が圧縮機１に吸込まれる。

【００２６】さらに、ファンタップ切換回路４０によっ
て送風用モータ１２Ｍの任意の速度切換タップに対する
通電がなされ、室内送風機１２の運転が開始される。こ
の場合、リモコン３４で風量“強”が設定されていれ
ば、強風用の速度切換タップへの通電がなされて送風用
モータ１２Ｍが高回転数で動作し、室内送風機１２が強
風運転となる。リモコン３４で風量“弱”が設定されて
いれば、弱風用の速度切換タップへの通電がなされて送
風用モータ１２Ｍが中程度の回転数で動作し、室内送風
機１２が弱風運転となる。リモコン３４で風量“微”が
設定されていれば、微風用の速度切換タップへの通電が
なされて送風用モータ１２Ｍが低回転数で動作し、室内
送風機１２が微風運転となる。

【００２７】また、リレー３２が付勢されて接点３２
ａ，３２ａが閉成し、これにより室外ユニットＢの送風
用モータ１１Ｍに対する通電がなされ、室外送風機１１
の運転が開始される。

【００２８】こうして、室外熱交換器５が凝縮器、室内
熱交換器９が蒸発器として機能するとともに、それぞれ
の熱交換器に対し室外送風機１１および室内送風機１２
の送風がなされることにより、冷房運転が開始される。

【００２９】この冷房運転時、室内温度センサ３１の検
知温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差ΔＴが求められ、その
温度差ΔＴに応じて圧縮機１の回転数である運転周波数
Ｆが制御される。こうして、空調負荷に対応する冷房能
力が発揮される。

【００３０】次に、リモコン３４で暖房モードおよび所
望の室内温度Ｔｓが設定され、かつ運転開始操作がなさ
れたとする。この場合、室内温度センサ３１の検知温度
（室内温度）Ｔａがリモコン３４の操作に基づく設定温
度Ｔｓより低ければ、四方弁２が切換えられた状態でイ
ンバータ回路５０が駆動されて圧縮機１の運転が開始さ
れ、その圧縮機１から吐出される冷媒が四方弁２、室内
熱交換器９、キャピラリチューブ６、および室外熱交換
器５へと流れ、その室外熱交換器５を経た冷媒が圧縮機
１に吸込まれる。

【００３１】さらに、ファンタップ切換回路４０によっ
て送風用モータ１２Ｍの任意の速度切換タップに対する
通電がなされ、室内送風機１２の運転が開始される。ま
た、リレー３２が付勢されて接点３２ａ，３２ａが閉成
し、これにより室外ユニットＢの送風用モータ１１Ｍに
対する通電がなされ、室外送風機１１の運転が開始され
る。

【００３２】こうして、室内熱交換器９が凝縮器、室外
熱交換器５が蒸発器として機能するとともに、それぞれ
の熱交換器に対し室外送風機１１および室内送風機１２
の送風がなされることにより、暖房運転が開始される。

【００３３】この暖房運転時、室内温度センサ３１の検
知温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差ΔＴが求められ、その
温度差ΔＴに応じて圧縮機１の運転周波数Ｆが制御され
る。こうして、空調負荷に対応する暖房能力が発揮され
る。

【００３４】ところで、運転中は、室内ユニットＡにお
いて、室内送風機１２の送風音（運転音を含む）が発生
するとともに、圧縮機１の運転音が発生する。これらの
音が室内の居住空間でどのような騒音レベルにあるかを
示したのが図３である。

【００３５】まず、室内送風機１２の単独による騒音
は、一点鎖線で示すように、微風、弱風、強風の順で次
第に大きくなる。これに対し、圧縮機１の単独による騒
音は、実線で示すように、圧縮機１の回転数つまり運転
周波数Ｆが高いほど増大していく。

【００３６】両者の合成音は、破線で示すように、運転
周波数Ｆが高いところでは圧縮機１の騒音ばかりが目立
ってしまう。強風時は、むしろ室内送風機１２の騒音が
支配的となり、圧縮機１の騒音が目立たなくなる。

【００３７】この合成音の特徴を考慮して次の制御が実
行される。図４のフローチャートに示すように、室内送
風機１２の回転数が高いほど、圧縮機１の回転数の上限
に対応する許容最高運転周波数Ｆmax が高く設定され
る。

【００３８】たとえば、室内送風機１２の微風運転時
は、送風音が小さくて圧縮機騒音の方が目立ってしまう
ことに対処し、圧縮機１の回転数の上限に対応する許容
最高運転周波数Ｆmax が低い側のＦ₁ に制限される。こ
の場合の騒音レベル変化を図５に示している。

【００３９】室内送風機１２の弱風運転時は、やはり送
風音が小さくて圧縮機騒音の方が目立ってしまうことに
対処し、許容最高運転周波数Ｆmax が中程度のＦ₂ （＞
Ｆ₁）に制限される。この場合の騒音レベル変化を図６
に示している。

【００４０】室内送風機１２の強風運転時は、比較的聴
感の良い室内送風機１２の騒音が支配的となり、比較的
聴感の良くない圧縮機１の騒音は目立たなくなることに
着目し、許容最高運転周波数Ｆmax が高めのＦ₃ （＞Ｆ
₂ ）に設定される。つまり、送風音が大きければ、圧縮
機１の騒音も大きくてよい。この場合の騒音レベル変化
を図７に示している。

【００４１】このように、室内送風機１２の回転数が高
いほど許容最高運転周波数Ｆmax を高く設定することに
より、室内ユニットＡにおける圧縮機１の騒音の問題が
解消され、室内の人に不快感を与えない。

【００４２】その後、リモコン３４で運転停止が指示さ
れたとき、あるいは室内温度センサ３１の検知温度Ｔａ
が設定温度Ｔｓに達したとき、インバータ回路５０の駆
動が停止されて圧縮機１の運転が停止となる。

【００４３】この運転停止時、室内送風機１２の回転数
が徐々に低下される。たとえば、強風運転の状態にあれ
ば、弱風運転、微風運転、運転停止へと徐々に風量低減
される。そして、この風量低減に伴い、圧縮機１の運転
周波数Ｆが徐々に低下されていく。

【００４４】すなわち、運転停止時は、圧縮機１の運転
周波数Ｆを徐々に低下することで冷凍サイクルの高圧側
と低圧側の圧力バランスを徐々に進めるようにしてお
り、そのときに、室内送風機１２が瞬時に停止したなら
ば圧縮機１の騒音が目立ってしまうので、圧縮機１の運
転周波数Ｆの低下に応じて室内送風機１２の回転数を徐
々に低下させて、圧縮機１の騒音を目立たなくさせる。

【００４５】なお、室内ユニットＡで生じる騒音には、
インバータ回路５０の出力周波数であるチョッピング周
波数の高調波成分によって圧縮機１のケーシングが共振
することにより生じる騒音がある。この騒音対策として
次の第２実施例がある。

【００４６】第２実施例では、制御部３０の機能手段と
して、第１実施例の［１］に代えて次の［２］が備えら
れる。 ［２］室内送風機１２の回転数に応じて圧縮機１へのチ
ョッピング周波数の下限を設定する制御手段。具体的に
は、室内送風機１２の回転数が低い側で圧縮機１へのチ
ョッピング周波数の下限を高く設定し、その設定下限を
室内送風機１２の回転数が高くなるほど下げていく。

【００４７】他の構成については第１実施例と同じであ
る。チョッピング周波数の高調波成分によって生じる圧
縮機１の共振騒音に対処し、図８のフローチャートに示
す制御が実行される。

【００４８】まず、室内送風機１２の微風運転時のよう
に、送風音が小さくて圧縮機１の共振騒音の方が目立っ
てしまう状況では、圧縮機１へのチョッピング周波数の
下限に対応する許容最低チョッピング周波数Ｆｘmin が
高めのＦｃに設定される。

【００４９】チョッピング周波数の高調波成分によって
生じる圧縮機１の共振騒音は、チョッピング周波数が高
いほど人間の耳に聞こえない。 16KHz以上では、ほとん
どの人が聞こえない。この点に着目し、許容最低チョッ
ピング周波数Ｆｘmin を高めのＦｃに設定し、圧縮機１
の共振騒音が人間の耳に聞こえないようにするのであ
る。

【００５０】ただし、室内送風機１２の弱風運転時のよ
うに、送風音が増して、圧縮機１の共振騒音があまり目
立たなくなる状況では、チョッピング周波数Ｆｘがなる
べく低い方が圧縮機１の運転効率がよくしかもリーク電
流が少なくなることを考慮し、許容最低チョッピング周
波数Ｆｘmin が上記Ｆｃよりも低い側のＦｂに設定され
る。

【００５１】室内送風機１２の強風運転時は、さらに送
風音が増して、圧縮機１の共振騒音があまり目立たなく
なること、また上記した運転効率およびリーク電流の観
点から、許容最低チョッピング周波数Ｆｘmin が上記Ｆ
ｂよりも低い側のＦａに設定される。

【００５２】このように、室内送風機１２の回転数が低
い側で許容最低チョッピング周波数Ｆｘmin を高く設定
し、その設定値Ｆｘmin を室内送風機１２の回転数が高
くなるほど下げていくことにより、圧縮機１の共振騒音
の問題が解消されつつ、圧縮機１の運転効率の向上およ
びリーク電流の減少が図れる。

【００５３】なお、第１実施例による許容最高運転周波
数Ｆmax の可変設定と第２実施例による許容最低チョッ
ピング周波数Ｆｘmin の可変設定とを組み合わせた制御
を第３実施例として図９のフローチャートに示してい
る。

【００５４】この場合、圧縮機１の運転音そのものによ
る騒音の問題が解消されるとともに、圧縮機１の共振騒
音の問題も解消される。なお、上記実施例では、室内送
風機１２の回転数をタップ切換によって段階的に変化さ
せる場合について説明したが、たとえば通電位相制御に
より室内送風機１２の回転数を連続的に変化させる場合
についても同様に実施可能である。その他、この発明は
上記実施例に限定されるものではなく、要旨を変えない
範囲で種々変形実施可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、室
内送風機の回転数に応じて圧縮機の運転状態を制御する
構成としたので、室内ユニットにおける圧縮機騒音の問
題を解消した空気調和機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各実施例の制御回路の構成を示すブロック図。

【図２】各実施例の冷凍サイクルの構成を示す図。

【図３】各実施例の室内ユニットにおける騒音レベルを
示す図。

【図４】第１実施例の作用を説明するためのフローチャ
ート。

【図５】第１実施例の微風時の騒音レベルを示す図。

【図６】第１実施例の弱風時の騒音レベルを示す図。

【図７】第１実施例の強風時の騒音レベルを示す図。

【図８】第２実施例の作用を説明するためのフローチャ
ート。

【図９】第３実施例の作用を説明するためのフローチャ
ート。

【符号の説明】

１…能力可変圧縮機、２…四方弁、５…室外熱交換器、
６…キャピラリチューブ（膨脹機構）、９…室内熱交換
器、１１…室外送風機、１２…室内送風機、３０…制御
部、３１…室内温度センサ、３２…リレー、４０…ファ
ンタップ切換回路、５０…インバータ回路、５１…整流
回路、５２…スイッチング回路、５３…駆動回路、Ａ…
室内ユニット、Ｂ…室外ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 公司 静岡県富士市蓼原336番地 株式会社東芝 富士工場内 (72)発明者 芦川 秀法 静岡県富士市蓼原336番地 東芝エー・ブ イ・イー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨脹機
   構、室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備え、
   室内ユニット内に前記室内熱交換器および室内送風機と
   共に前記圧縮機および四方弁を有し、室外ユニット内に
   前記室外熱交換器および室外送風機と共に前記膨脹機構
   を有する空気調和機において、前記室内送風機の回転数
   に応じて前記圧縮機の運転状態を制御する制御手段を備
   えたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の空気調和機において、
   制御手段は、室内送風機の回転数に応じて圧縮機の回転
   数の上限を設定するもので、室内送風機の回転数が高い
   ほど圧縮機の回転数の上限を高くすることを特徴とする
   空気調和機。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の空気調和機において、
   制御手段は、室内送風機の回転数に応じて圧縮機へのチ
   ョッピング周波数の下限を設定するもので、室内送風機
   の回転数が低い側で圧縮機へのチョッピング周波数の下
   限を高く設定し、その設定下限を室内送風機の回転数が
   高くなるほど下げていくことを特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の空気調和機において、
   制御手段は、運転停止時に室内送風機の回転数を徐々に
   低下させる手段を有し、その回転数低下に伴い圧縮機の
   回転数を徐々に低下させることを特徴とする空気調和
   機。