(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外ユニット本体の上面に略横一列に設置された３台以上の電動ファンと、前記室外ユニット本体の側面を形成する熱交換器とを有する空気調和機の室外ユニットにおいて、
中央の前記電動ファンを可変速型とし、両端側の前記電動ファンを定速型とすると共に、
前記電動ファンの風量を要求馬力に応じて段階的に制御する電動ファン駆動制御手段を備え、
前記電動ファン駆動制御手段は、
前記要求馬力が所定値に達するまでは、中央の前記電動ファンの回転数を段階的に制御して前記風量を段階的に可変し、前記要求馬力が前記所定値をこえた場合には、両端側の前記電動ファンを駆動しつつ、中央の前記電動ファンの回転数を段階的に制御して前記風量を段階的に可変する
ことを特徴とする空気調和機の室外ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電動ファンを有する空気調和機の室外ユニットに係り、詳しくは電動ファンの適切な駆動や装置コストの低減等を実現する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大店舗や体育館等の冷房や暖房に供される空気調和機としては、装置構成および温湿度制御の簡素化や製作コストの低減等を図るべく、大容量の室外ユニットに多数の室内ユニットを接続した大空間型が多く用いられている。この種の空気調和機では、一台の室外ユニットに比較的大型の低圧容器圧縮機（スクロール型圧縮機やレシプロ圧縮機等）が複数台内蔵されており、それら圧縮機の運転台数や電動ファンの風量等を制御することにより、各室内ユニットに適量の液冷媒あるいはガス冷媒を供給する。また、室外ユニットは、十分な熱交換器面積を確保するべく本体側面の大部分が熱交換器により形成され、熱交換器自体も分割型が用いられることが多い。
【０００３】
一般に、大空間型空気調和機では、室外ユニット側の熱交換器容量が大きくなるため、最大出力時にも十分な風量を確保するべく、室外ユニット本体に複数台の電動ファンが設置される。そして、横長の室外ユニット本体に複数台の電動ファンが設置される場合、これら電動ファンは室外ユニット本体の上面に横一列に設置されることが多い。これら電動ファンは、圧縮機の稼働状態や熱交換器温度等に応じて、コントローラにより駆動制御されるが、その制御方法は二通りあった。すなわち、電動ファンが定速型（三相交流電源型）である場合には、例えば圧縮機の運転台数等に対応させて、電動ファンの駆動台数を切り換える。また、電動ファンが可変速型（単相交流電源型）である場合には、例えば熱交換器温度等が目標値となるように、電動ファンの運転台数と回転数とを適宜切り換える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述した大空間型空気調和機では、室外ユニット本体に３台の電動ファンが横一列に配置されている場合、これら電動ファンは負荷の変動に応じて順次駆動される。例えば、各電動ファンがそれぞれ１０馬力の負荷に応じた風量を有する定速型であれば、１０馬力の負荷に対しては中央の電動ファンが駆動され、２０馬力の負荷に対しては左側の電動ファンが追加駆動され、３０馬力の負荷に対しては全ての電動ファンが駆動される。
【０００５】
ことろが、電動ファンがこのような順序で駆動された場合、２０馬力時には室外ユニット内の空気の流れが左側に偏り、右側の熱交換器を通過する風量が少なくなる。これにより、各熱交換器間で冷媒の蒸発速度（あるいは、凝縮速度）が不均一となり、電動膨張弁の開閉制御が煩雑になると共に、熱交換効率の低下がもたらされていた。また、中央の電動ファンは、空気調和機の運転時に常時駆動されるため、左右の電動ファンに較べて損耗しやすく、メンテナンスコスト等が上昇する問題があった。
【０００６】
一方、このように３台の定速型電動ファンを用いた場合、送風量を３段階にしか切り換えられないため、負荷に応じた適切な風量制御が困難になり、電力ロスやハンチングが発生しやすくなる。この種の不具合は可変速型電動ファンを採用することにより解消できるが、この場合、駆動用制御部品等を含めると、単相モータが高価でかつ部品点数も多いため、装置コストやランニングコストの上昇を余儀なくされる。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みなされたものであり、電動ファンの適切な駆動や装置コスト等の低減を実現した空気調和機の室外ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明では、室外ユニット本体の上面に略横一列に設置された３台以上の電動ファンと、前記室外ユニット本体の側面を形成する熱交換器とを有する空気調和機の室外ユニットにおいて、中央の前記電動ファンを可変速型とし、両端側の前記電動ファンを定速型とすると共に、前記電動ファンの風量を要求馬力に応じて段階的に制御する電動ファン駆動制御手段を備え、前記電動ファン駆動制御手段は、前記要求馬力が所定値に達するまでは、中央の前記電動ファンの回転数を段階的に制御して前記風量を段階的に可変し、前記要求馬力が前記所定値をこえた場合には、両端側の前記電動ファンを駆動しつつ、中央の前記電動ファンの回転数を段階的に制御して前記風量を段階的に可変することを特徴とする空気調和機の室外ユニット。
【０００９】
この発明によれば、例えば、３台の電動ファンが設置されている場合、１台のみ駆動する際には中央の電動ファンを駆動し、２台駆動する際には左右の電動ファンを駆動する。これにより、室外ユニット内での空気の流れの偏りが少なくなると共に、特定の電動ファンが早期に損耗することも防止される。
【００１１】
また、この発明によれば、各電動ファンの運転・停止と中央の電動ファンの回転数制御とを行うことで、装置コストやランニングコストを抑えながら、多段階の風量制御が実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、１台の室外ユニット１と多数台の室内ユニット２とからなる空気調和機の概略構成図であり、同図中には実線で冷媒回路を示し、一点鎖線で電気回路を示してある。
【００１４】
室外ユニット１側には、第１〜第３圧縮機３〜５、電磁式の四方弁６、流量調整器７と液ライン弁８とが付設された第１〜第３室外熱交換器９〜１１、第１〜第３電動ファン１２〜１４、アキュムレータ１５等が設置されている。また、室内ユニット２側には、電動膨張弁３１、室内熱交換器３２、電動ファン３３等が設置されている。そして、室外ユニットと室内ユニットとを構成する機器は、ガス冷媒あるいは液冷媒の流通に供される冷媒配管４１〜６５により接続されている。図中、６６は第１〜第３圧縮機３〜５のケーシングを相互に連通する均油管であり、６７，６８は室外ユニット１側の冷媒配管５３，５８と室内ユニット２側の冷媒配管５４，５７との接続に供されるサービスバルブである。
【００１５】
本実施形態の場合、第１〜第３圧縮機３〜５は、いずれも容量が１０馬力のスクロール型圧縮機であり、それぞれにオイルセパレータ２１が付設されている。また、第１〜第３電動ファン１２〜１４のうち、左右の第１，第３電動ファン１２，１４は三相モータを備えた定速型であるが、中央の第２電動ファンは単相モータを備えた可変速型（３段階切換型）である。図１中、２２は四方弁６と室外熱交換器７〜９との間に介装された手動式の冷媒遮断弁であり、２３は各圧縮機３〜５への液冷媒の逆流を防止する逆止弁である。また、２４，２５は圧縮機冷却用の第１，第２リキッド弁である。そして、２６はアキュムレータ１５の下流に配設された低圧スイッチであり、２７は各圧縮機３〜５の下流に配設された高圧スイッチである。
【００１６】
室外ユニット１内には、ＣＰＵを始め、入出力インタフェースやＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成された室外側コントロールユニット（以下、室外側ＥＣＵと記す）７１が設置されている。室外側ＥＣＵ７１は、内蔵した制御プログラムや低圧スイッチ２６や高圧スイッチ２７を始めとする各種センサ等からの入力情報に基づき、各圧縮機３〜５や四方弁９、各電動ファン１２〜１４等を駆動制御する。
【００１７】
一方、室内ユニット２内には、ＣＰＵを始め、入出力インタフェースやＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成された室内側コントロールユニット（以下、室内側ＥＣＵと記す）７２が設置されている。室内側ＥＣＵ７２は、内蔵した制御プログラムや図示しないリモートコントローラおよび各種センサ等からの入力信号に基づき、電動膨張弁３１や電動ファン３３の駆動制御を行うと共に、室外側ＥＣＵ７１との間で相互に信号の授受を行う。
【００１８】
次に、冷房運転時における冷媒の流れを説明する。
【００１９】
アキュムレータ１５から冷媒配管６０〜６３を経由して第１〜第３圧縮機３〜５に吸引されたガス冷媒は、断熱圧縮されることにより高温の高圧ガス冷媒となって吐出される。吐出された高圧ガス冷媒は、冷媒配管４１〜４４を経由して、四方弁９により進路を制御された後、冷媒配管４６〜４９を経由して第１〜第３室外熱交換器９〜１１に流入する。高温高圧のガス冷媒は、これら室外熱交換器９〜１１内を通過する間に外気により冷却され、凝縮することによって液冷媒となった後、冷媒配管５０〜５５を経由して各室内ユニット２の電動膨張弁３１に流入する。
【００２０】
この際、室外側ＥＣＵ７１は、要求馬力等に応じて、第１〜第３圧縮機３〜５および第１〜第３電動ファン１２〜１４を適宜駆動制御する。また、第１〜第３圧縮機３〜５のいずれかがオーバヒートした際には、第１，第２リキッド弁２４，２５を適宜開放し、冷媒配管６４，６５を介して第１〜第３圧縮機３〜５に冷却用液冷媒を供給する。尚、空調運転を行わない場合、室外側ＥＣＵ７１は、液ライン弁８を閉鎖することにより、各圧縮機３〜５や各室外熱交換器９〜１１内での冷媒の寝込み（凝縮）を防止する。
【００２１】
液冷媒は、電動膨張弁３１で流量を制御された後、室内熱交換器３２に流入し、室内熱交換器３２内を通過する間に気化してガス冷媒となり、気化潜熱により電動ファン３３が送風した室内空気を冷却する。この際、室内側ＥＣＵ７２は、設定温度と室温との偏差に基づき電動ファン３３の回転数を制御すると共に、室内熱交換器２３の入口側冷媒温度と出口側冷媒温度との偏差が所定値（例えば、０〜１℃）となるように電動膨張弁３１の開弁量（弁体駆動用ステップモータのステップ数）を制御する。
【００２２】
室内熱交換器３２で気化したガス冷媒は、冷媒配管５６〜５８、四方弁６、冷媒配管５９を経由してアキュムレータ１５に流入し、冷媒配管６０〜６３から再び第１〜第３圧縮機３〜５に吸引される。
【００２３】
一方、暖房運転時には、四方弁６が破線で示すように切り換えられ、破線の矢印で示すように、冷媒の流れも冷房運転時とは逆になる。すなわち、第１〜第３圧縮機３〜５から吐出された高温の高圧ガス冷媒は、室内熱交換器３２に導入された後、室内熱交換器３２内を通過する間に凝縮して液冷媒となり、凝縮潜熱により電動ファン３３が送風した室内空気を加熱する。次に、液冷媒は、第１〜第３室外熱交換器９〜１１に流入し、その内部を通過する間に外気により加熱され、気化することによってガス冷媒となった後、アキュムレータ１５から第１〜第３圧縮機３〜５に再び吸入される。
【００２４】
次に、室外ユニット１の構造について説明する。
【００２５】
図２は室外ユニット１の平面図であり、図３は同正面図である。これらの図に示したように、室外ユニット１は、その外観形状が横長の直方体となっており、基板８１と天板８２との間には室外熱交換器９〜１１（図３には第１，第２室外熱交換器９，１１のみを示す）と脱着自在な化粧パネル（外板）８３とが配設されている。図中、８４は熱交換器９〜１１を保護する吸込グリルである。また、天板８１には円形の吹出口８５が３箇所等間隔に形成されており、これら吹出口８５には同心円形状の吹出グリル８６が装着されている。そして、外気は、図２に示したように化粧パネル８３を除く外周全面から室外ユニット１内に流入した後、図３に示したように各吹出口８５から排出される。図中、８７は室外ユニット１の四隅に配置された端部支持ピラーである。
【００２６】
図４は天板８２を外した状態の室外ユニット１の平面図であり、図５は化粧パネル８３を外すと共に第１，第２室外熱交換器９，１１の前面部分を切り欠いた状態の室外ユニット１の正面図である。これらの図に示したように、第１〜第３圧縮機３〜５は基板８１の中央部分に載置され、第１〜第３電動ファン１２〜１４は各吹出口８５の下方に配設されている。また、室外ユニット１には、その前面中央部に室外側ＥＣＵ７１等を収納した電装ボックス９１が配設されており、化粧パネル８３を外すことにより各種スイッチ類等にアクセスできる。図中、９２，９３は化粧パネル８３および電装ボックス９１の支持に供される左右一対の前部支持ピラー（外板）であり、基板８１と天板８２とに接合されている。
【００２７】
以下、電動ファン１２〜１４の駆動制御の形態を説明する。
【００２８】
前述したように、本実施形態では、第１，第３電動ファン１２，１４が定速型であり、第２電動ファン１３が可変速型であるが、各電動ファン１２〜１４の最大風量はいずれも熱交換量に換算して１０馬力相当に設定されている。また、第２電動ファンは、Ｌ段（低速），Ｍ段（中速），Ｈ段（高速）の３段階に切り換えることが可能であり、Ｌ段に切り換えた場合にはＨ段の１／３の風量が得られ、Ｍ段に切り換えた場合にはＨ段の２／３の風量が得られる。
【００２９】
さて、室外側ＥＣＵ７１は、図示しない温度センサにより検出した外気温および第１〜第３室外熱交換器９〜１１の温度に基づき、図６に示したように、７段階の風量モードで第１〜第３電動ファン１２〜１４の駆動制御を行う。
【００３０】
すなわち、風量モードが１〜３の場合、室外側ＥＣＵ７１、第２電動ファン１３のみをＬ段〜Ｈ段に切り換えて駆動し、これにより、図７に示したように、室外熱交換器９〜１１を通過した外気は中央の吹出口８５から排出される。また、風量モードが４の場合、室外側ＥＣＵ７１は、第１，第３電動ファン１２，１４を駆動し、これにより、図８に示したように、室外熱交換器９〜１１を通過した外気は左右の吹出口８５から排出される。また、風量モードが５〜７の場合、室外側ＥＣＵ７１は、第１，第３電動ファン１２，１４を駆動したまま、第２電動ファン１３をＬ段〜Ｈ段に切り換えて駆動し、これにより、図９に示したように、室外熱交換器９〜１１を通過した外気は全ての吹出口８５から排出される。
【００３１】
次に、冷房運転時における第１〜第３電動ファン１２〜１４の風量モードの切換制御について説明する。
【００３２】
空気調和機運転開始後に所定時間が経過するまでの間、室外側ＥＣＵ７１は、外気温と圧縮機運転台数とに基づき、図１０の風量モード決定テーブルから風量モードを決定した後、第１〜第３電動ファン１２〜１４を適宜駆動する。そして、空気調和機運転開始後に所定時間が経過すると、室外側ＥＣＵ７１は、各室外熱交換器９〜１１の凝縮温度に応じて風量モードを１段階ずつ上下させる。すなわち、室外側ＥＣＵ７１は、各室外熱交換器９〜１１の凝縮温度をそれぞれ検出した後、その最低値が所定温度（例えば、１５℃）以下であれば、風量モードを１段階下げて風量を減少させ、最高値が所定温度（例えば、５６℃）以上であれば、風量モードを１段階下げて風量を増大させる。これにより、各室外熱交換器９〜１１における凝縮温度が適正な範囲に保持され、室外熱交換器９〜１１の利用効率が向上する。
【００３３】
このように、本実施形態では、各電動ファン１２〜１４を室外ユニット１に対して左右対称となるように駆動するため、室外ユニット１内での空気の流れが偏らなくなり、熱交換効率の低下が防止できた。また、各電動ファン１２〜１４が略均等に駆動されるため、特定のものが損耗することによるメンテナンスコスト等の上昇が避けられた。更に、高価な可変速型電動ファン１３の使用を１台のみとしながら、多段階（本実施形態では、７段階）の風量制御が行えることになり、製造コストと制御性とを両立させることができた。
【００３４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれに限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明を３台の電動ファンを有する室外ユニットに適用したものであるが、４台以上の電動ファンを有するものに適用してもよい。また、上記実施形態では、中央の電動ファンを可変速型としたが、左右の電動ファンを可変速型としてもよい。また、電動ファンの配置についていえば、上記実施形態のように横一列とせず、中央のものを前方あるいは後方に所定量オフセットさせるようにしてもよい。その他、空気調和機の冷媒回路や電気回路等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、室外ユニット本体の上面に略横一列に設置された３台以上の電動ファンと、室外ユニット本体の側面を形成する熱交換器とを有する空気調和機の室外ユニットにおいて、中央の前記電動ファンを可変速型とし、両端側の前記電動ファンを定速型とすると共に、前記電動ファンの風量を要求馬力に応じて段階的に制御する電動ファン駆動制御手段を備え、前記電動ファン駆動制御手段は、前記要求馬力が所定値に達するまでは、中央の前記電動ファンの回転数を段階的に制御して前記風量を段階的に可変し、前記要求馬力が前記所定値をこえた場合には、両端側の前記電動ファンを駆動しつつ、中央の前記電動ファンの回転数を段階的に制御して前記風量を段階的に可変するようにしたため、室外ユニット内での空気の流れが偏らなくなり、熱交換効率の低下が防止できると共に、各電動ファンが略均等に駆動されるようになり、特定のものが損耗することがなくなる。
【００３６】
また、本発明によれば、高価な可変速型電動ファンの使用台数を抑えながら、多段階の風量制御が行えるようになり、製造コストと制御性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の概略構成図である。
【図２】室外ユニットの一実施形態を示す平面図である。
【図３】室外ユニットの一実施形態を示す正面図である。
【図４】天板８２を外した状態の室外ユニットの平面図である。
【図５】化粧パネルを外した状態の室外ユニットの正面図である。
【図６】電動ファンの作動状態と風量等との関係を示す図である。
【図７】第２電動ファンの駆動時における空気の流れを示す説明図である。
【図８】第１，第３電動ファンの駆動時における空気の流れを示す説明図である。
【図９】全電動ファンの駆動時における空気の流れを示す説明図である。
【図１０】風量モード設定テーブルである。
【符号の説明】
１  室外ユニット
３〜５  第１〜第３圧縮機
９〜１１  第１〜第３室外熱交換器
１２〜１４  第１〜第３電動ファン
８５  吹出口
７１  室外側ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003594438.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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