WO2021157002A1 - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

空気調和機の室外機は、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、モータの駆動によって回転し、室外熱交換器に空気を送る複数の室外送風機と、モータの駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、室外送風機の運転を１基停止させる際に、１基の室外送風機の運転停止後において、運転している室外送風機のそれぞれの回転数が、１基の室外送風機の運転停止前において、運転している室外送風機のそれぞれの回転数より大きくなるようにモータを制御する。

Description

空気調和機の室外機

　本開示は、複数の室外送風機を備える空気調和機の室外機に関する。

　従来、大型の室外熱交換器及び複数の室外送風機を備え、熱交換能力を向上させた室外機が知られている。このような室外機は、低外気及び低負荷時に冷房運転を行う場合において、それぞれの室外送風機を駆動させるモータの回転数を減少させ、熱交換能力を低下させる。室外機は、これにより、圧縮機の高圧側の圧力を上昇させ、高低圧力差を確保している。また、室外機は、モータが最低回転数に達した際において、更に圧縮機の高圧側の圧力を上昇させる場合、一部の室外送風機の運転を停止させることで、室外熱交換器全体としての熱交換能力を低下させ、圧縮機の高圧側の圧力を上昇させようとする。

　特許文献１には、それぞれの室外送風機を通過する風量の合計をあらかじめ段階的に定められた仮定風量に制御する室外機であって、一部の室外送風機を停止させる際に、運転を継続させる室外送風機を通過する風量を仮定風量よりも大きく設定する室外機が開示されている。特許文献１は、これにより、停止している室外送風機に対して空気が逆流するような場合であっても、室外熱交換器を通過する風量を確保し、室外熱交換器の熱交換能力が過度に低下することを抑制しようとするものである。

特開２０１３－７６５４４号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された室外機は、運転を継続させている室外送風機を通過する風量が、仮定風量に対して、逆流する空気の風量の分だけ大きくなるように設定しているに過ぎない。概して、室外熱交換器において、停止している室外送風機に対向する部分は、空気が通過しないため、殆ど熱交換が行われなくなる。即ち、室外送風機の一部を停止する際には、室外熱交換器を通過する風量の低下に加え、伝熱面積の減少によって、室外熱交換器の熱交換能力が低下する。

　特許文献１は、運転を継続させている室外送風機を通過する風量が、仮定風量に対して、逆流する空気の風量の分だけ大きくなるように設定している。このため、特許文献１の室外機は、室外送風機の一部が停止した際に、室外熱交換器の熱交換能力が急激に低下する虞がある。したがって、特許文献１の室外機は、安定した冷凍サイクルを維持することができない。

　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安定した冷凍サイクルを維持する空気調和機の室外機を提供するものである。

　本開示に係る空気調和機の室外機は、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、モータの駆動によって回転し、室外熱交換器に空気を送る複数の室外送風機と、モータの駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、室外送風機の運転を１基停止させる際に、１基の室外送風機の運転停止後において、運転している室外送風機のそれぞれの回転数が、１基の室外送風機の運転停止前において、運転している室外送風機のそれぞれの回転数より大きくなるようにモータを制御する。

　本開示によれば、制御部は、室外送風機の運転を１基停止させる際に、１基の室外送風機の運転停止後において、運転している室外送風機のそれぞれの回転数が、１基の室外送風機の運転停止前において、運転している室外送風機のそれぞれの回転数より大きくなるようにモータを制御する。このため、室外送風機が１基停止する際において、室外熱交換器の熱交換能力は、緩やかに低下する。したがって、室外機は、安定した冷凍サイクルを維持することができる。

実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。 実施の形態１に係る室外機２を示す斜視図である。 実施の形態１に係る制御部５を示す機能ブロック図である。 実施の形態１に係る室外送風機２５の運転レベル及び回転数を示す表である。 実施の形態１に係る制御部５の動作を示すフローチャートである。

　実施の形態１．
　以下、実施の形態１に係る室外機２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。図１に示すように、空気調和機１は、室外機２、室内機３、冷媒配管４及び制御部５を有している。図１では、２台の室内機３を例示しているが、室内機３の台数は、１台でもよいし３台以上でもよい。

　（室外機２）
　図２は、実施の形態１に係る室外機２を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、室外機２は、圧縮機２１、流路切替装置２２、室外熱交換器２３、モータ２４、室外送風機２５、外気温度センサ２６及び圧力センサ２７を有している。室外機２は、縦長且つ、空気を吹き出す吹出口２８が側面に形成されたサイドフロー型である。

　（圧縮機２１）
　圧縮機２１は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧縮機２１は、例えば、インバータ（図示せず）により周波数が制御されるモータ（図示せず）によって駆動されるインバータ圧縮機である。また、圧縮機２１は、配線７０を介して、後述する制御部５の有する室外制御部５１に接続されている。

　（流路切替装置２２）
　流路切替装置２２は、冷媒の流通方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。冷房運転時において、流路切替装置２２は、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３とを接続すると共に、圧縮機２１の吸入側と室内熱交換器３２とを接続する。また、暖房運転時において、流路切替装置２２は、圧縮機２１の吐出側と室内熱交換器３２とを接続すると共に、圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３とを接続する。なお、流路切替装置２２は、四方弁ではなく、複数の二方弁又は三方弁等を組み合わせることで、四方弁と同様の機能を持たせたものであってもよい。

　（室外熱交換器２３）
　室外熱交換器２３は、内部を流れる冷媒と、室外の空気との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器である。室外熱交換器２３は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外熱交換器２３は、例えば、幅が８００ｍｍ～１２００ｍｍであり、高さが１１００ｍｍ～１８００ｍｍである。凝縮器として作用する場合の室外熱交換器２３の熱交換量Ｑ［ｋＷ］は、空気の質量流量をＧａ［ｋｇ／ｓ］とし、空気の定圧比熱をＣｐ［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］とし、温度効率をε［－］とし、凝縮温と吸込温との差をΔＴ［Ｋ］とした際に、Ｑ＝Ｇａ×Ｃｐ×εΔＴで表される。

　（モータ２４）
　室外機２は、複数のモータ２４を有している。それぞれのモータ２４は、軸部（図示せず）が回転し、軸部の回転力を室外送風機２５に伝達するものである。モータ２４は、配線７０を介して室外制御部５１に接続され、軸部の回転数が室外制御部５１から送信される。即ち、モータ２４の駆動は、室外制御部５１によって制御される。

　（室外送風機２５）
　室外機２は、複数の室外送風機２５を有している。室外送風機２５は、それぞれのモータ２４に接続され、モータ２４の駆動によって回転することで、室外熱交換器２３に室外の空気を送る機器である。室外送風機２５の外径は、例えば、φ４８０ｍｍ～φ６００ｍｍである。全ての室外送風機２５が運転することで、室外熱交換器２３は、全体に空気が送られる。即ち、一部の室外送風機２５が運転を停止している場合、室外熱交換器２３において、停止している室外送風機２５に対向する部分には、空気が殆ど通過しない。この際、室外熱交換器２３の伝熱面積は、実質的に減少している。なお、実施の形態１では室外熱交換器２３が２つ設けられている場合について例示しているが、室外熱交換器２３は、３つ以上設けられていてもよい。

　（外気温度センサ２６、圧力センサ２７）
　外気温度センサ２６は、室外機２が設置された室外の空間における気温を検知する機器である。外気温度センサ２６は、配線７０を介して室外制御部５１に接続されている。圧力センサ２７は、圧縮機２１から吐出された冷媒の圧力を検知する機器である。圧力センサ２７は、配線７０を介して室外制御部５１に接続されている。

　（室内機３）
　２台の室内機３は、夫々、膨張部３１、室内熱交換器３２及び室内送風機３３を有している。

　（膨張部３１）
　膨張部３１は、冷媒を膨張及び減圧するものである。膨張部３１は、配線７０を介して、後述する、制御部５の有する室内制御部５２に接続されている。膨張部３１は、例えば、電子膨張弁であり、室内制御部５２によって開度が制御される。

　（室内熱交換器３２）
　室内熱交換器３２は、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行うものである。室内熱交換器３２は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。

（室内送風機３３）
　室内送風機３３は、室内熱交換器３２に室内空気を送る機器であり、例えば、クロスフローファンである。室内送風機３３は、配線７０を介して室内制御部５２に接続され、室内制御部５２によって回転数が制御される。

　（冷媒配管４）
　冷媒配管４は、圧縮機２１、流路切替装置２２、室外熱交換器２３、膨張部３１及び室内熱交換器３２を接続すると共に、内部に冷媒が流れることで冷媒回路６を構成するものである。冷媒配管４は、液側延長配管４１及びガス側延長配管４２からなる。液側延長配管４１は、液配管バルブ４３を介して、室外機２と、それぞれの室内機３とを接続し、液状の冷媒が流れる配管である。液配管バルブ４３は、室外機２に設けられたバルブであり、冷媒の流通を調整する。ガス側延長配管４２は、ガス配管バルブ４４を介して、室外機２と、それぞれの室内機３とを接続し、ガス状の冷媒が流れる配管である。ガス配管バルブ４４は、室外機２に設けられたバルブであり、冷媒の流通を調整する。

　次に、空気調和機１の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷媒は、圧縮機２１に吸入され、圧縮機２１によって圧縮されて高温且つ高圧のガスの状態で吐出する。吐出した冷媒は、流路切替装置２２を通過して、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、熱媒体である室外の空気と熱交換されて凝縮される。凝縮された冷媒は、各室内機３の膨張部３１に流入し、膨張部３１によって膨張及び減圧される。減圧された冷媒は、室内熱交換器３２に流入する。室内熱交換器３２に流入した冷媒は、室内の空気と熱交換されて蒸発される。その際、室内空気が冷却されて室内が冷房される。その後、蒸発された冷媒は、流路切替装置２２を通過して、圧縮機２１に吸入される。

　次に、暖房運転について説明する。冷媒は、圧縮機２１に吸入され、圧縮機２１によって圧縮されて高温且つ高圧のガスの状態で吐出する。吐出した冷媒は、流路切替装置２２を通過して、各室内機３の室内熱交換器３２に流入する。室内熱交換器３２に流入した冷媒は、室内の空気と熱交換されて凝縮される。その際、室内空気が加熱されて室内が暖房される。凝縮された冷媒は、膨張部３１に流入し、膨張部３１によって膨張及び減圧される。減圧された冷媒は、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、熱媒体である室外の空気と熱交換されて蒸発される。その後、蒸発された冷媒は、流路切替装置２２を通過して、圧縮機２１に吸入される。

　（制御部５）
　制御部５は、空気調和機１が有する各機器の動作を制御するものである。制御部５は、室外制御部５１及び室内制御部５２からなる。室外制御部５１は、室外機２に格納され、室外制御部５１に接続された各機器の動作を制御する。室内制御部５２は、室内機３に格納され、室内制御部５２に接続された各機器の動作を制御する。室外制御部５１と室内制御部５２とは、配線７０を介して接続されている。なお、制御部５は、室外制御部５１又は室内制御部５２のどちらか一方を有しておらず、他方によって空気調和機１全体の機器を制御するようにしてもよい。また、制御部５は、室外機２及び室内機３と異なる他の筐体等に格納されていてもよい。

　制御部５は、専用のハードウェア又は記憶部（図示せず）に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又はプロセッサともいう）で構成される。制御部５が専用のハードウェアである場合、制御部５は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。制御部５が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。

　制御部５がＣＰＵの場合、制御部５が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、記憶部に格納される。ＣＰＵは、記憶部に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。ここで、記憶部は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。なお、制御部５の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

　図３は、実施の形態１に係る制御部５を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御部５は、気温検知手段６１、圧力検知手段６２、判定手段６３及び動作手段６４を有している。気温検知手段６１、圧力検知手段６２、判定手段６３及び動作手段６４は、アルゴリズムからなる。

　（気温検知手段６１、圧力検知手段６２）
　気温検知手段６１は、外気温度センサ２６を用いて、気温を検知する。圧力検知手段６２は、圧力センサ２７を用いて、冷媒の圧力を検知する。

　（判定手段６３）
　判定手段６３は、冷房運転時において、予め定められた所定時間毎に、圧力検知手段６２が検知した冷媒の圧力が目標範囲Ｐｄｍ±α内の値であるかを判定する。目標範囲Ｐｄｍ±αは、冷媒の圧力を制御するにあたっての目標値である目標圧力値ｐｄｍに対して安定値αを加算及び減算した値である。安定値αは、冷媒の圧力が目標圧力値ｐｄｍ付近で概ね安定していると判断される上限及び下限の範囲を示す値である。

　（動作手段６４）
　図４は、実施の形態１に係る室外送風機２５の運転レベル及び回転数を示す表である。動作手段６４は、図４の左列に示される運転レベルを設定することで、設定された運転レベルに対応する右列のとおりに、運転する室外送風機２５の数及び回転数を制御する。下段の運転レベルは、上段の運転レベルより示される数が大きく、室外熱交換器２３の熱交換能力が大きい。このため、以下の説明において、運転レベルは、室外熱交換器２３の熱交換能力が大きくなるにつれ、高位の運転レベルであると表現される。即ち、最下段に示された運転レベルＮは、室外熱交換器２３の熱交換能力が最大である運転レベルである。

　運転レベルａは、運転している室外送風機２５の数がｎ－１台である場合において、運転している室外送風機２５のそれぞれの回転数が最大である運転レベルを示している。ｎは、室外機２の有する全ての室外送風機２５の数以下の任意の値である。運転レベルｂは、運転している室外送風機２５の数がｎ台である場合において、運転している室外送風機２５のそれぞれの回転数が最小である運転レベルを示している。運転レベルｂの回転数は、室外機２に適用が可能な最低の回転数であり、モータ２４の仕様及び騒音の測定結果等を基に算出される。運転レベルａにおける運転している室外送風機２５の回転数は、運転レベルｂにおける運転している室外送風機２５の回転数より大きい。概して、室外送風機２５のそれぞれの回転数が大きいほど、室外送風機２５のそれぞれを通過する風量も多くなる。このため、運転レベルａにおいて、運転している室外送風機２５のそれぞれを通過する風量は、運転レベルｂにおいて、運転している室外送風機２５のそれぞれを通過する風量より多い。

　運転レベルａの熱交換能力Ｑａは、定数をＥ、風量をＸａ及び、伝熱面積をＹａとした際に、Ｑａ＝Ｅ×Ｘａ×Ｙａで表される。また、運転レベルｂの熱交換能力Ｑｂは、定数をＥ、風量をＸｂ及び、伝熱面積をＹｂとした際に、Ｑｂ＝Ｅ×Ｘｂ×Ｙｂで表される。ここで、運転レベルａの伝熱面積Ｙａを１とした場合に、運転レベルｂにおいて運転している室外送風機２５の数が１台少ないことから、運転レベルｂの伝熱面積Ｙｂは、（Ｎ－１）／Ｎで表される。即ち、運転レベルｂの熱交換能力Ｑｂは、Ｑｂ＝Ｅ×Ｘｂ×（Ｎ－１）／Ｎで表される。更に、上述のように、運転レベルａにおいて、運転している室外送風機２５のそれぞれを通過する風量は、運転レベルｂにおいて、運転している室外送風機２５のそれぞれを通過する風量より多いため、熱交換能力Ｑａと熱交換能力Ｑｂとは、近似する。

　動作手段６４は、運転レベルを、気温検知手段６１が検知した気温及び室外機２の有する全ての室外送風機２５の数等に基づいて予め定められた初期運転レベルに設定する。判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ＋αより大きいと判定された場合、動作手段６４は、運転レベルを高位の運転レベルに遷移させる。この際、室外送風機２５の運転を１基停止させる際に、室外送風機２５の運転停止後におけるそれぞれの室外送風機２５の回転数が、室外送風機２５の運転停止前におけるそれぞれの室外送風機２５の回転数より大きくなる。即ち、室外熱交換器２３の熱交換能力は、向上する。

　また、判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ－αより低いと判定された場合、動作手段６４は、運転レベルを低位の運転レベルに遷移させる。この際、室外送風機２５の運転を１基開始させる際に、室外送風機２５の運転開始後におけるそれぞれの室外送風機２５の回転数が、室外送風機２５の運転開始前におけるそれぞれの室外送風機２５の回転数より小さくなる。即ち、室外熱交換器２３の熱交換能力は、低下する。更に、判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ±α内の値であると判定された場合、動作手段６４は、現在の運転レベルを維持する。

　図５は、実施の形態１に係る制御部５の動作を示すフローチャートである。図５を用いて、冷房運転時において、制御部５が室外送風機２５を制御する手順について説明する。先ず、空気調和機１が冷房運転を開始すると、気温検知手段６１は、外気の温度を検知する（ステップＳ１）。次に、動作手段６４は、初期運転レベルを設定する（ステップＳ２）。ここで、制御部５は、所定時間が経過しているかを判定する（ステップＳ３）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ３のＮＯ）、所定時間が経過しているかを繰り返し判定する（ステップＳ３）。所定時間が経過している場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、圧力検知手段６２は、冷媒の圧力を検知する（ステップＳ４）。

　判定手段６３は、検知された圧力ＰｄがＰｄｍ＋α以下であるかを判定する（ステップＳ５）。判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ＋αより大きいと判定された場合（ステップＳ５のＮＯ）、動作手段６４は、運転レベルを高位の運転レベルに遷移させる（ステップＳ６）。判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ＋α以下であると判定された場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、判定手段６３は、検知された圧力ＰｄがＰｄｍ－α以上であるかを判定する（ステップＳ７）。判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ－αより低いと判定された場合（ステップＳ７のＮＯ）、動作手段６４は、運転レベルを低位の運転レベルに遷移させる（ステップＳ８）。判定手段６３によって圧力ＰｄがＰｄｍ－α以上であると判定された場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、動作手段６４は、現在の運転レベルを維持する。

　最後に、制御部５は、空気調和機１の運転を停止するかを判定する（ステップＳ９）。空気調和機１の運転を停止しない場合（ステップＳ９のＮＯ）、所定時間が経過しているかを判定する（ステップＳ３）。空気調和機１の運転を停止する場合（ステップＳ９のＹＥＳ）、動作手段６４は、室外送風機２５及び各機器の駆動を停止させる。

　本実施の形態１によれば、制御部５は、室外送風機の運転を１基停止させる際に、１基の室外送風機２５の運転停止後において、運転している室外送風機２５のそれぞれの回転数が、１基の室外送風機２５の運転停止前において、運転している室外送風機２５のそれぞれの回転数より大きくなるようにモータ２４を制御する。このため、室外送風機２５が１基停止する際において、室外熱交換器２３の熱交換能力は、緩やかに低下する。したがって、室外機２は、安定した冷凍サイクルを維持することができる。

　また、室外機２は、低外気及び低負荷時の冷房運転において、熱交換能力を低下させるために縮小された室外熱交換器２３が用いられるようにする必要がない。更に、室外機２は、室外送風機２５の数が減らされるように設計されない。このように、室外機２には、低外気時及び低負荷時の冷房運転以外の通常時の運転を基準にした室外熱交換器２３及び室外送風機２５が設けられる。したがって、室外機２は、低外気時及び低負荷時に適合するように、最大の冷房能力及び暖房能力を低下させる必要がない。

　また、本実施の形態１によれば、制御部５は、室外送風機の運転を１基開始させる際に、１基の室外送風機２５の運転開始後において、運転している室外送風機２５のそれぞれの回転数が、１基の室外送風機２５の運転開始前において、運転している室外送風機２５のそれぞれの回転数より小さくなるようにモータ２４を制御する。このため、室外送風機２５が１基運転を開始する際において、室外熱交換器２３の熱交換能力は、緩やかに上昇する。したがって、室外機２は、安定した冷凍サイクルを維持することができる。

　１　空気調和機、２　室外機、３　室内機、４　冷媒配管、５　制御部、６　冷媒回路、２１　圧縮機、２２　流路切替装置、２３　室外熱交換器、２４　モータ、２５　室外送風機、２６　外気温度センサ、２７　圧力センサ、３１　膨張部、３２　室内熱交換器、３３　室内送風機、４１　液側延長配管、４２　ガス側延長配管、４３　液配管バルブ、４４　ガス配管バルブ、５１　室外制御部、５２　室内制御部、６１　気温検知手段、６２　圧力検知手段、６３　判定手段、６４　動作手段、７０　配線。

Claims (2)

1. 　内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、
   　モータの駆動によって回転し、前記室外熱交換器に空気を送る複数の室外送風機と、
   　前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
   　前記制御部は、
   　前記室外送風機の運転を１基停止させる際に、
   　前記１基の前記室外送風機の運転停止後において、運転している前記室外送風機のそれぞれの回転数が、前記１基の前記室外送風機の運転停止前において、運転している前記室外送風機のそれぞれの回転数より大きくなるように前記モータを制御する
   　空気調和機の室外機。
2. 　前記制御部は、
   　前記室外送風機の運転を１基開始させる際に、
   　前記１基の前記室外送風機の運転開始後において、運転している前記室外送風機のそれぞれの回転数が、前記１基の前記室外送風機の運転開始前において、運転している前記室外送風機のそれぞれの回転数より小さくなるように前記モータを制御する
   　請求項１に記載の空気調和機の室外機。

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