(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び商用電源を電力源としている前記機器の駆動・制御回路を収納した電気箱等を有する室外機と、利用側熱交換器及び膨張弁を有する室内機と、を配管接続して冷凍サイクルを構成し、前記熱源側熱交換器には複数の送風機を設けてなる空気調和装置において、
前記複数の送風機のうち、少なくとも一台の送風機モータには、回転数可変モータを、他の送風機モータには、回転子の鉄心に、かご形導体及び同期モータとして機能させるための永久磁石を設け、始動時は誘導モータとして働き、同期速度付近になった時同期モータとして働くマグネットシンクロナスモータを用いると共に、前記駆動・制御回路中に、前記商用電源の周波数検知手段及び前記回転数可変モータの回転数調整手段を設け、前記回転数可変モータと前記マグネットシンクロナスモータとを併用運転する場合に、検知された商用電源周波数の相違に応じて、所要の風量が確保できるように、前記回転数可変モータの回転数を調整するようにしたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
少なくとも前記回転数可変モータは、空気調和装置の前記冷媒圧縮機の稼働中は常時運転するものであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記回転数可変モータは、ブラシレス直流モータであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記回転数可変モータにより駆動される送風機は、前記電気箱に収納された前記駆動・制御回路を冷却する放熱フィン側に配設されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを用いる空気調和装置に係り、特に空気調和装置室外機における送風機の消費電力を低減し、これによって冷凍サイクルの効率を向上するのに好適な空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレス直流モータのモータ効率は、従来用いられてきた誘導モータに比べ低速から高速までの全モータ回転数領域に亘って全体的に高く、特にモータ回転数の小さい低速領域では両者の差は大きい。また、ブラシレス直流モータのモータ回転数に対するモータ消費電力は誘導モータに比べて低く、かつその減少率は、誘導モータに比べて大きい。
【０００３】
例えば、空気調和装置室外機の送風機にブラシレス直流モータを用いて低速運転する場合には、室外送風機モータの回転数を下げることによって、大幅に室外送風機モータの消費電力を低減することができる。したがって、室外送風機モータの回転数が制御できる場合には、室外送風機モータの消費電力を抑えることができ、高効率な空気調和装置が得られることになる。
【０００４】
そこで、空気調和装置の消費電力低減を図る従来技術として、例えば特開平１１−３１１４３６号公報に記載されているように、空気調和装置における送風機モータにブラシレス直流モータを使用しているものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において、空気調和装置における送風機が複数台ある場合、すべてをブラシレス直流モータにすると、ブラシレス直流モータの駆動回路が送風機の台数分だけ必要になり、コストアップにつながる。また、１台だけブラシレス直流モータを使用して他のモータは誘導モータを使用し、誘導モータ側の送風機をオンオフし、ブラシレス直流モータ側の送風機は可変にし両者で所要の風量を得る方法もあるが、これは誘導モータの効率が低いため消費電力が増大するという問題点の解決にはつながらない。
【０００６】
そこで、始動時に誘導モータとして働き、モータ回転数が同期速度付近になった時に同期モータとして働く、消費電力が少なく、高効率で商用電源駆動が可能なマグネットシンクロナスモータ（以下、ＭＳモータと略記する）を誘導モータの替りに用いるという方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、ＭＳモータを使用した場合、ＭＳモータの回転数は、地域による商用電源周波数５０Ｈｚと６０Ｈｚの違いにより同期運転時の回転数が変化し、室外機側の送風機の風量が変わり所要の風量が得られないという問題点が生じる。
【０００８】
さらに、空気調和装置の室外機には電気箱に収納された駆動・制御回路を冷却するための放熱フィンが取り付けられているが、室外機側の送風機が停止すると該駆動・制御回路を冷却できなくなるという問題点もあった。
【０００９】
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、複数の送風機を駆動するモータを効率の良いモータで構成し、消費電力を低減すると共に、商用電源周波数の違いによるモータの回転数変化を補償することができ、また、電気箱に収納された駆動・制御回路を冷却するための放熱フィンに常に風を送り冷却することのできる空気調和装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明による空気調和装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載されたところを特徴とするものであるが、独立発明としての請求項１に係る空気調和装置は、冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び商用電源を電力源としている前記機器の駆動・制御回路を収納した電気箱等を有する室外機と、利用側熱交換器及び膨張弁を有する室内機と、を配管接続して冷凍サイクルを構成し、前記熱源側熱交換器には複数の送風機を設けてなる空気調和装置において、前記複数の送風機のうち、少なくとも一台の送風機モータには、回転数可変モータを、他の送風機モータには、回転子の鉄心に、かご形導体及び同期モータとして機能させるための永久磁石を設け、始動時は誘導モータとして働き、同期速度付近になった時同期モータとして働くＭＳモータを用いると共に、前記駆動・制御回路中に、前記商用電源の周波数検知手段及び前記回転数可変モータの回転数調整手段を設け、前記回転数可変モータと前記ＭＳモータとを併用運転する場合に、検知された商用電源周波数の相違に応じて、所要の風量が確保できるように、前記回転数可変モータの回転数を調整するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
上記目的を達成するため本発明は、複数の送風機のうち１  台が回転数可変モータ駆動で、他の送風機がＭＳモータ駆動の送風機で構成する。ＭＳモータは商用電源で駆動できるので、複数の送風機を回転数可変モータだけで構成したときより回転数可変モータの駆動回路分だけコスト低減が図れる。また、ＭＳモータは定格時同期モータとして働くことから消費電力を低減できる。
【００１２】
さらに、商用電源周波数を検知する手段を設け、回転数可変モータの回転数を商用電源周波数別に調整する手段を設けた。
【００１３】
また、回転数可変モータをブラシレス直流モータにすることでさらに消費電力を低減できる。
【００１４】
なお、回転数可変モータ駆動の送風機を空気調和装置の室外機の電気箱に収納された駆動・制御回路を冷却する放熱フィン側に取り付けることにより、風量調整のためにＭＳモータが停止した場合でも、回転数可変モータは圧縮機稼働中は常時運転しているので放熱フィンに風を送り前記駆動・制御回路を冷却することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気調和装置に係わる実施例を図１ないし図６を参照して説明する。
【００１６】
図１に、室外機１と室内機２０とが液管１７とガス管１８とで結合された冷凍サイクルを用いた空気調和装置の実施例を示す。
【００１７】
室外機１は、アキュムレータ１４、圧縮機９、四方弁１１、熱源側熱交換器としての室外熱交換器５、膨張弁１２、２つの室外送風機２ａ，２ｂを有し、室外送風機２ａ，２ｂは、それぞれ回転数可変モータ４ａ及びＭＳモータ４ｂで駆動される。ＭＳモータ４ｂは、回転子内に永久磁石を備えると共に、該回転子外周部近傍に複数のスロットを設け、該複数のスロット内に導電性材料を埋設してかご型巻線を形成し、始動時は誘導モータとして働き、モータ回転数が同期速度付近になった時同期モータとして働くモータである。
【００１８】
電気箱１０には、室外送風機２ａを駆動するための回転数可変モータ４ａの商用電源の周波数の違いを調整する回転数調整手段を含む駆動回路１０ａ、周波数検知手段としての周波数検知回路１０ｂ、圧縮機９、四方弁１１及び膨張弁１２の制御回路などが納められている。
【００１９】
室内機２０は、膨張弁２１、利用側熱交換器としての室内熱交換器２５、室内送風機２２及び室内送風機モータ２４を備えている。
【００２０】
つぎに、各部の動作について説明する。
【００２１】
冷房運転する場合、冷媒は、図１の実線矢印の向きに流れる。圧縮機９から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁１１を通って室外熱交換器５へ流れ、それぞれ回転数可変モータ４ａ及びＭＳモータ４ｂで駆動される室外送風機２ａ，２  ｂによって室外空気と熱交換され凝縮し液冷媒となる。液冷媒は、開度を大きくした膨張弁１２を通って液管１７内を流れ、室内機２０へ送られる。
【００２２】
室内機２０では、液冷媒は、開度を絞った膨張弁２１で減圧され、室内熱交換器２５に入り、室内送風機モータ２４で駆動される室内送風機２２によって室内空気と熱交換される。このとき、室内空気は、冷却され、冷媒は、蒸発し低圧ガス冷媒となってガス管１８内を通って、室外機１へ戻る。室外機１へ戻った低圧ガス冷媒は、四方弁１１及びアキュムレータ１４を通って圧縮機９に吸入される。
【００２３】
冷房運転で、外気温度が低くなると冷媒の凝縮温度が下がり、室内負荷が変わらなければ冷媒の蒸発温度も下がり、圧縮機の吸入圧力が低下し、それに伴って吐出圧力が低下する。この際、圧縮機の吐出圧力が許容圧力以下にならないように回転数可変モータの回転数を下げて室外風量を低下させ、圧縮機の吐出圧力が上昇するように制御する。さらに外気が低下したときはＭＳモータをオフしてさらに風量を下げて吐出圧力が上昇するように制御する。
【００２４】
暖房運転する場合、冷媒は、破線矢印の向きに流れ、圧縮機９から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁１１を通ってガス管１８内を流れ、室内機２０へ入る。室内機２０では、室内熱交換器２５で、室内送風機モータ２４で駆動される室内送風機２２によって室内空気と熱交換され、室内空気は、暖められ、冷媒は、凝縮して液冷媒となる。液冷媒は、開度を大きくした膨張弁２１を通って、液管１７内を流れ室外機１へ送られる。
【００２５】
室外機１では、液冷媒は、開度を絞った膨張弁１２で減圧され、室外熱交換器５へ入り、それぞれ回転数可変モータ４ａ及びＭＳモータ４ｂで駆動される室外送風機２ａ，２  ｂによって、室外空気と熱交換され、冷媒は、蒸発して低圧ガス冷媒となって、四方弁１１及びアキュムレータ１４  を通って圧縮機９に吸入される。
【００２６】
暖房運転で、外気温度が高くなると圧縮機の吸入圧力が上昇し、それに伴って吐出圧力が上昇する。この際、圧縮機の吐出圧力が許容圧力以上とならないように回転数可変モータの回転数を下げて室外風量を低下させ、圧縮機の吸入圧力を低下させて、吐出圧力が許容圧力以下になるように制御する。さらに外気が上昇したときはＭＳモータをオフしてさらに風量を下げて吐出圧力が低下するように制御する。
【００２７】
なお、従来技術に少なくとも１  台だけ回転数可変モータ４ａを使用してその他のモータは誘導モータを使用し、誘導モータに駆動される側の送風機をオンオフし、回転数可変モータ４ａ側の送風機は可変にし、両者で所要の風量を得る方法があるが、これは誘導モータの効率が低いため消費電力が増大する。そこで、オンオフ制御を行う誘導モータの替りにＭＳモータにすることで消費電力を低減する。
【００２８】
図２及び図３は、当該空気調和装置に対して与えられている外的所与の条件を横軸にとり、当該空気調和装置の室外機送風機用回転数可変モータ４ａ及びＭＳモータ４ｂの一台もしくは二台運転時における上記所与の条件に対応して必要とされる風量を縦軸にとったグラフである。
【００２９】
図２に示すように、風量の少なくても良い時には、回転数可変モータ４ａだけを働かせ、所要の風量をモータの回転数を制御することで得る。しかし、より風量を多く必要とする時に、回転数可変モータ４ａだけでは風量が不足する場合には、ＭＳモータ４ｂを起動し、その最高回転数で定速回転し、回転数可変モータ４ａと共に両者で所要の風量を得る。
【００３０】
しかし、商用電源周波数が６０Ｈｚの地域を対象とした空気調和装置のＭＳモータ４ｂは、６０Ｈｚの地域では１００％の最高回転数で働くが、本空気調和装置を商用電源周波数が５０Ｈｚの地域で使用すると、８３％の最高回転数にしかならず、風量もその分少なくなる。図２の右のグラフに示されるように、ＭＳモータ４ｂを起動した時点で回転数可変モータ４ａは、一旦最低の回転数で運転するので両者を合わせた風量は、回転数可変モータ４ａだけがＭＳモータ４ｂの１００％の最高回転数に相当する風量の回転数で回転していた時よりも１７％低下してしまう。その後、ＭＳモータ４ｂを使用している時は常に風量の低下を生じることになる。
【００３１】
そこで、上記の不具合を解決するため、商用電源の周波数を６０Ｈｚか５０Ｈｚか検知する周波数検知回路１０ｂを用い、検知した周波数をもとに駆動回路１０ａに含まれる回転数調整手段により、５０ＨｚでＭＳモータ４ｂを駆動している時は、上記のような風量の低下が起きないように調整する。
【００３２】
調整方法は、二つの実施例が考えられる。第一実施例による調整方法では、６０Ｈｚに相当する回転数による風量が要求されてＭＳモータ４ｂの運転を開始する場合、商用電源周波数が６０Ｈｚの地域は、図３の左のグラフのようにＭＳモータ４ｂが６０Ｈｚの最高回転数で運転され１００％の風量を満足させることができる。
【００３３】
一方、商用電源周波数が５０Ｈｚの地域では、図３の右のグラフのように６０Ｈｚに相当する回転数による風量が要求された時にＭＳモータ４ｂが５０Ｈｚの最高回転数で運転され、要求された風量の８３％の風量しか得られない。この不足分の１７％の風量は、別途補償する必要があり、この１７％の風量の補償は、回転数可変モータ４ａの運転に負うことになる。
【００３４】
第二実施例による調整方法では、商用電源周波数が６０Ｈｚの地域では、上記と同様ＭＳモータ４ｂが６０Ｈｚの最高回転数で運転され１００％の風量を満足させることができる。
【００３５】
一方、商用電源周波数が５０Ｈｚの地域では、５０Ｈｚに相当する回転数による風量が要求された時にＭＳモータ４ｂの運転を開始させ、ＭＳモータ４ｂが５０Ｈｚの最高回転数で運転され８３％の風量を満足させることができる。その後さらに風量が要求されれば、回転数可変モータ４ａで対応すればよい。
【００３６】
図４は室外機１の側面方向の断面を示したもので、回転数可変モータ４ａ及びＭＳモータ４ｂは、モータクランプ６で支持されている。室外送風機２ａ，２ｂの吹き出し側には、吹き出し網３ａ，３ｂが設けられていて、室外送風機２ａ，２ｂの保護カバーの役目も果たしている。一方、室外送風機２ａ，２ｂの吸い込み側には、室外熱交換器５が配設されている。
【００３７】
図５は、室外機１の水平方向の断面図である。圧縮機９がある機械室と室外送風機２ａ，２ｂ側とは仕切り板８で仕切られており、室外熱交換器５に多量の風が流れるようになっている。また、仕切り板８には、電気箱１０内の冷却を行なう放熱フィン７が取り付けられている。
【００３８】
図６は、正面から見たときの断面図である。回転数可変モータ４ａで駆動される室外送風機２ａは、放熱フィン７に近い方に設置されて、電気箱１０に収納された駆動・制御回路は常に室外送風機２ａで冷却されるようになっている。
【００３９】
なお、回転数可変モータとしては、消費電力の少ないブラシレス直流モータが適している。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、熱源側熱交換器に設けられた複数の送風機モータを少なくとも一台のブラシレス直流モータ及びＭＳモータにすることによって送風機モータの消費電力の低減ができ、風量の任意の設定ができる。また、複数の送風機モータをＭＳモータとブラシレス直流モータとを組み合わせた場合、ブラシレス直流モータ駆動送風機を電気箱の放熱フィン側に設置することによって、電気箱に収納された駆動・制御回路の冷却が常に行え、駆動・制御回路の信頼性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和装置の冷凍サイクル系統図である。
【図２】本発明の室外送風機のモータによる調整前の風量制御方法の概念図である。
【図３】本発明の室外送風機のモータによる調整後の風量制御方法の概念図である。
【図４】本発明の室外機の側方断面図である。
【図５】本発明の室外機の水平断面図である。
【図６】本発明の室外機の正面断面図である。
【符号の説明】
１…室外機
２ａ，２ｂ…室外送風機
３ａ，３ｂ…吹き出し網
４ａ…回転数可変モータ
４ｂ…ＭＳモータ
５…室外熱交換器
６…モータクランプ
７…放熱フィン
８…仕切り板
９…圧縮機
１０…電気箱
１０ａ…駆動回路
１０ｂ…周波数検知回路
１１…四方弁
１２，２１…膨張弁
１４…アキュムレータ
１７…液管
１８…ガス管
２０…室内機
２２…室内送風機
２４…室内送風機モータ
２５…室内熱交換器
【図１】
0003601596.tif 000002
【図２】
0003601596.tif 000003
【図３】
0003601596.tif 000004
【図４】
0003601596.tif 000005
【図５】
0003601596.tif 000006
【図６】
0003601596.tif 000007