特許 7356832 空気調和システム及び異常検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-27

(45)【発行日】2023-10-05

(54)【発明の名称】空気調和システム及び異常検出システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/38 20180101AFI20230928BHJP

   F04D 27/00 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

F24F11/38

F04D27/00 H

F04D27/00 M

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019132663

(22)【出願日】2019-07-18

(65)【公開番号】P2021018009

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】316011466

【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000660

【氏名又は名称】Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｐａｒｔｎｅｒｓ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】森 隼人

(72)【発明者】

【氏名】井上 貴至

【審査官】奈須 リサ

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１６９２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－０５７２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０９８７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－０８１６５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００３－１６１２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９７６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８０９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００９７９７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２１１１４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ １／００－１３／３２

Ｆ０４Ｄ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、
前記回転体が停止しているときの前記梁材の前記応力に基づいて、前記回転体の異常を検出する制御部と
を有する空気調和システム。

【請求項2】

送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、
前記回転体が回転しているときの前記梁材の前記応力が、予め定められた基準範囲内の値でない場合に、前記回転体に異常が生じていると判定する制御部と
を有し、
前記基準範囲は、前記回転体の回転速度に応じて定まる範囲である空気調和システム。

【請求項3】

前記応力検出部は、前記応力に応じた前記梁材の変位を検出する請求項１又は２に記載の空気調和システム。

【請求項4】

前記梁材に配置された磁性部材をさらに有し、
前記応力検出部は、前記磁性部材の磁気により、前記梁材の変位を検出する磁場センサである請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気調和システム。

【請求項5】

前記磁性部材は、前記梁材の端部に配置される請求項４に記載の空気調和システム。

【請求項6】

前記応力検出部は、前記梁材に配置されたひずみゲージである請求項１又は２に記載の空気調和システム。

【請求項7】

前記ひずみゲージは、前記梁材の端部に配置される請求項６に記載の空気調和システム。

【請求項8】

前記応力検出部は、前記回転体の軸方向の前記応力を検出する請求項１乃至７の何れか１項に記載の空気調和システム。

【請求項9】

前記応力検出部は、前記回転体の軸に垂直な方向の前記応力を検出する請求項１乃至８の何れか１項に記載の空気調和システム。

【請求項10】

空気調和装置の送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、
前記回転体が停止しているときの前記梁材の前記応力に基づいて、前記回転体の異常を検出する制御部と
を有する異常検出システム。

【請求項11】

送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、
前記回転体が回転しているときの前記梁材の前記応力が、予め定められた基準範囲内の値でない場合に、前記回転体に異常が生じていると判定する制御部と
を有し、
前記基準範囲は、前記回転体の回転速度に応じて定まる範囲である異常検出システム。

【請求項12】

前記制御部が前記異常を検出した場合に、異常が検出された旨の通知情報を出力する出力部をさらに有する請求項１０又は１１に記載の異常検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和システム及び異常検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

空気調和装置の室外機においては、冬季に氷柱が落下したり、夏季に台風などにより異物が吹き飛ばされたりといったことにより、ファンに損傷が発生することがある。ファンの損傷により、回転体の重心位置が崩れた状態となると、室外機に大きな振動が発生し、最悪の場合、熱交換器や配管の破損に至る場合もある。このような状態になると、空気調和装置の継続運転が不可能となり、復旧にも多大な時間と費用を要することになる。特許文献１には、送風機の振動を加速度センサによって検出することで、送風機の異常を診断する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２１１１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、加速度センサでは、比較的高周波な信号まで検出されるため、振動を検出しようとした場合には、フィルタ処理が必要になる。

【0005】

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、従来に比べて簡単な処理で送風機の異常を検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、空気調和システムであって、送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、前記回転体が停止しているときの前記梁材の前記応力に基づいて、前記回転体の異常を検出する制御部とを有する。
また、本発明の他の形態は、空気調和システムであって、送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、前記回転体が回転しているときの前記梁材の前記応力が、予め定められた基準範囲内の値でない場合に、前記回転体に異常が生じていると判定する制御部とを有し、前記基準範囲は、前記回転体の回転速度に応じて定まる範囲である。

【0007】

本発明の他の形態は、異常検出システムであって、空気調和装置の送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、前記回転体が停止しているときの前記梁材の前記応力に基づいて、前記回転体の異常を検出する制御部とを有する。
また、本発明の他の形態は、異常検出システムであって、送風機の回転体が設置された梁材の応力を検出する応力検出部と、前記回転体が回転しているときの前記梁材の前記応力が、予め定められた基準範囲内の値でない場合に、前記回転体に異常が生じていると判定する制御部とを有し、前記基準範囲は、前記回転体の回転速度に応じて定まる範囲である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、従来に比べて簡単な処理で送風機の回転体の異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】室外機の概略断面図である。

【図2】送風機の概略図である。

【図3】制御品箱の主要構成を示す図である。

【図4】異常検出処理を示すフローチャートである。

【図5】第２基準範囲の説明図である。

【図6】第２の実施形態に係る異常検出装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、空気調和システムの室外機の概略断面図である。図２は、送風機１３０をファン１３１の軸方向と垂直な方向から見た概略図である。本実施形態の空気調和システム１は、室外機１０と、不図示の室内機とが冷媒配管により接続されて冷凍サイクルを構成し、空気調和を行う。図１に示すように、本実施形態の室外機１０は、上吹き出しタイプで、屋外の基礎２０に設置されている。室外機１０の筐体１１０には、空冷式の熱交換器１２０と、この熱交換器１２０に通風するための送風機１３０が備えられている。送風機１３０は、ファン（プロペラファン）１３１、シュラウド１３２、モータ（ファンモータ）１３３及び梁材１３４を主に有している。シュラウド１３２は、ファン１３１の外周に設けられ、ベルマウスやダクトとして機能する。モータ１３３は、ファン１３１を駆動する。梁材１３４は、モータ１３３を支持する。

【0011】

図１及び図２に示すように、梁材１３４の端部１３４ａには、磁性部材２０１が設けられている。磁性部材２０１は、磁性体材料で形成された部材である。また、磁性部材２０１の垂直方向下側には、磁性部材２０１の磁場を検出する磁場センサ２０２が設けられている。磁場センサ２０２は、磁性部材２０１と物理的に接触しない位置に配置されている。ファン１３１に雪や氷が付着した場合や、ファン１３１が回転した場合には、これらの応力により、梁材１３４が垂直下方向に撓む。このため、磁性部材２０１と磁場センサ２０２の間の距離が変化する。磁場センサ２０２は、このような磁性部材２０１の変位を検出する。

【0012】

本実施形態に係る磁場センサ２０２は、ホール素子で形成されており、梁材１３４が撓むことに伴い磁性部材２０１との距離が変化することに応じた電圧を検出する。磁場センサ２０２は、電圧から梁材１３４の撓み、すなわち梁材１３４に加わる応力を求めることができる。すなわち、磁場センサ２０２は、応力検出部として機能する。

【0013】

また、図１に示すように、筐体１１０の内部には、圧縮機１４０、アキュムレータ１５０、制御品箱１６０等が設けられている。制御品箱１６０には、外気温度センサや、空気調和システム１を構成している冷凍サイクルの圧力センサなどの各種センサからの情報が入力され、圧縮機１４０や膨張弁（図示せず）などの冷凍サイクル部品を制御する制御部、送風機１３０を制御するためのインバータ装置などが収納されている。

【0014】

図３は、制御品箱１６０の主要構成を示す図である。制御品箱１６０には、制御部１６１と、記憶部１６２と、通信部１６３と、が設けられている。制御部１６１は、各種制御を行う。記憶部１６２は、各種プログラムや各種情報を記憶している。制御部１６１は、記憶部１６２に記憶されているプログラムを実行することにより、各種処理を行う。通信部１６３は有線又は無線により外部機器と通信を行う。制御部１６１は、圧縮機１４０、熱交換器１２０、膨張弁などを有する冷凍サイクル１７０の制御等を行う。制御部１６１はさらに、ファン１３１の異常を検出する。具体的には、制御部１６１は、磁場センサ２０２による磁場の検出結果を取得し、検出結果に基づいて、ファン１３１の異常を検出する。制御部１６１は、異常を検出すると、異常が検出された旨の通知情報をリモコン１８０に設けられた表示部１８１に表示するよう制御する。

【0015】

図４は、制御部１６１による、異常検出処理を示すフローチャートである。異常検出処理は、ファン１３１の異常を検出する処理である。ファン１３１の異常としては、ファン１３１の定常運転を妨げる任意の事象が含まれ、例えば、氷柱の落下によるファン１３１の欠損等が挙げられる。

【0016】

ステップＳ１００において、制御部１６１は、ファン１３１が回転しているか否かを判定する。制御部１６１は、ファン１３１が回転していない場合には（ステップＳ１００でＮＯ）、処理をステップＳ１０２へ進める。制御部１６１は、ファン１３１が回転している場合には（ステップＳ１００でＹＥＳ）、処理をステップＳ１０４へ進める。ステップＳ１０２において、制御部１６１は、磁場センサ２０２により検出された電圧に応じた応力が第１基準範囲内の値であるか否かを判定する。ここで、第1基準範囲は、ファン１３１が回転しておらず、ファン１３１に異常が生じていない場合に、梁材１３４に掛かる応力を基準として定められた値であり、記憶部１６２等に予め設定されているものとする。制御部１６１は、応力が第１基準範囲外の値である場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、処理をＳ１０６へ進める。制御部１６１は、応力が第１基準範囲内の値である場合には（ステップＳ１０２でＮＯ）、処理をステップＳ１００へ進める。なお、制御部１６１は、応力と閾値の比較に変えて、応力に対応した電圧と対応する閾値の比較を行うこととしてもよい。

【0017】

ステップＳ１０６において、制御部１６１は、異常時処理を行い、その後、異常検出処理を終了する。ここで、異常時処理とは、空調運転を停止し、表示部１８１に異常が検出された旨の通知情報の表示を行う処理である。なお、異常時処理は、ファン１３１が回転中である場合に、ファン１３１の回転を停止する処理を含めばよい。また、制御部１６１は、通知情報を表示部１８１に表示するのに変えて、または表示部１８１に表示するのに加えて、通知情報を他の装置等に送信してもよい。例えば、制御部１６１は、空気調和システム１を管理する集中管理装置と接続されている場合には、集中管理装置に通知情報を送信してもよい。

【0018】

ファン１３１が回転していない状態では、ファン１３１等の重さに応じた一定の応力が梁材１３４に掛かっている。ただし、ファン１３１に雪や氷が付着すると、ファン１３１の重さが大きくなるため応力は通常時よりも重くなる。一方で、台風等でファン１３１が欠損した場合には、ファン１３１の重さが軽くなるため応力は通常時よりも軽くなる。そこで、このように、制御部１６１は、第１基準範囲と応力との比較を行うことで、ファン１３１の異常を検出する。

【0019】

ステップＳ１０４において、制御部１６１は、磁場センサ２０２により検出された電圧に応じた応力が第２基準範囲内の値であるか否かを判定する。図５は、第２基準範囲の説明図である。図５に示すグラフの横軸は回転速度、縦軸は、応力を示している。ファン１３１の回転速度が大きくなるほど、梁材１３４の応力が大きくなる。これに対応し、図５に示すように、第２基準範囲は、回転速度が大きくなるにつれて、より高い値にシフトする。なお、本実施形態においては、第２基準範囲の幅は、回転速度によらず一定としたが、第２基準範囲の幅についても、回転速度に応じて異ならせてもよい。

【0020】

本実施形態においては、ステップＳ１０４において、制御部１６１は、ファン１３１の回転速度を特定し、ファン１３１の回転数に応じて第２基準範囲を特定する。そして、制御部１６１は、回転速度に応じて定まる第２基準範囲と磁場センサ２０２により得られた応力とを比較する。制御部１６１は、応力が第２基準範囲外の値である場合には（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、処理をステップＳ１０８へ進める。制御部１６１は、応力が第２基準範囲内の値である場合には（ステップＳ１０４でＮＯ）、処理をステップＳ１００へ進める。ファン１３１の回転中は、ファン１３１に異常が生じている場合には、重心がずれることにより、大きな応力が掛かるなど、正常な状態とは異なる応力が検出される。そこで、このように、制御部１６１は、第２基準範囲と応力との比較を行うことで、ファン１３１の異常を検出する。

【0021】

また、本実施形態の制御部１６１は、空気調和システム１の室外機１０の設置直後に、ファン１３１が回転していない状態で検出された応力に基づいて第１基準範囲を自動的に設定する。さらに、制御部１６１は、予め設定された初期運転を行い、この初期運転の際に、回転速度に応じたファン１３１の応力を検出する。そして、制御部１６１は、検出された応力に基づいて回転速度に応じた第２基準範囲を定め、これを記憶部１６２に格納するものとする。このように、制御部１６１は、初期設置時に、第１基準範囲及び第２基準範囲を自動的に設定することができる。

【0022】

以上のように、本実施形態の空気調和システム１の室外機１０は、磁性部材２０１と、磁場センサ２０２と、の簡単な構成により、ファン１３１が設置された梁材１３４の応力を検出することで、ファン１３１の異常を検出することができる。

【0023】

加速度センサを用いてファンの振動からファンの異常を検出する従来技術があるが、磁性部材２０１及び磁場センサ２０２は、加速度センサに比べて安価なので、本実施形態によれば、加速度センサを用いた構成に比べてコストを低く抑えることができる。さらに、加速度センサを用いた場合には、ファン１３１が回転していない場合には、ファン１３１の異常を検出することができない。これに対し、本実施形態の空気調和システム１においては、例えばファン１３１の停止中に氷が付着した場合には、通常時に比べて大きい応力が梁材１３４に掛かることになるため、磁場センサ２０２の検出結果から異常を検出することができる。また、台風等によりファン１３１の一部が欠損した場合には、ファン停止中に梁材１３４に掛かる応力が通常時に比べて小さくなる。このため、ファン１３１の欠損についても、磁場センサ２０２の検出結果から異常として検出することができる。さらに、回転時には、ファン１３１の異常に起因した重心のずれ等に応じた、正常時と異なる応力を検出することにより、ファン１３１の異常を検出することができる。

【0024】

第１の実施形態の第１の変形例について説明する。磁性部材２０１は、梁材１３４に設置されればよく、その位置は、端部１３４ａに限定されるものではない。他の例としては、梁材１３４の中央に配置されてもよい。この場合には、端部１３４ａに設置された場合に比べて、応力の検出レンジが広くなる。

【0025】

第２の変形例としては、磁性部材２０１は、梁材１３４に配置されていればよく、このための構成は実施形態に限定されるものではない。他の例としては、梁材１３４の組み立て工程に用いられるねじやワッシャに磁性体材料を用いることとしてもよい。すなわち、磁性体材料で形成されたねじやワッシャを梁材１３４に固定することで磁性部材２０１として用いてもよい。また、他の例としては、梁材１３４に磁性材料を塗布してもよい。

【0026】

第３の変形例としては、ファン１３１の軸方向の応力だけでなく、ファン１３１の軸に垂直な方向の応力を検出するための磁場センサをさらに設けてもよい。制御部１６１は、軸方向及び軸に垂直な方向の２方向の応力に応じて、ファン１３１の異常を検知してもよい。また、制御部１６１は、ファン１３１の軸に垂直な方向の応力のみに応じて、ファン１３１の異常を検知してもよい。

【0027】

第４の変形例としては、室外機１０は、応力検出部として、磁性部材２０１と磁場センサ２０２に替えて、ひずみゲージを備えてもよい。ひずみゲージは、梁材１３４に設けられる。ひずみゲージは、梁材１３４の端部１３４ａに配置されるのが好ましい。この場合、制御部１６１は、ひずみゲージにより検出されたひずみを取得し、ひずみに応じた応力を用いて、異常検出処理を行えばよい。

【0028】

第５の変形例としては、図４を参照しつつ説明した異常検出処理の主体は、室外機１０の制御部１６１に限定されるものではない。他の例としては、不図示の室内機の制御部が異常検出処理を実行してもよい。また、複数の室外機や複数の空気調和装置を管理する集中管理装置により室外機１０が管理されている場合には、集中管理装置が異常検出処理を実行する空気調和システムとして構成されてもよい。

【0029】

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る異常検出システム３０を示す図である。ここでは、異常検出システム３０について、第１の実施形態に係る空気調和システム１と異なる点を主に説明する。異常検出システム３０は、図４を参照しつつ説明した異常検出処理を実行する制御装置３００と、磁性部材３１１と、磁場センサ３１２とを備えている。異常検出システム３０は、既存の、例えばすでに所定の空間に設置された空気調和装置４におけるファンの異常を検出する。図６に示す空気調和装置４は、回転体４１０としてのファンを備えた室外機と、制御品箱４６０と、冷凍サイクル４７０と、リモコン４８０と、不図示の室内機と、を備えている。

【0030】

管理者等が磁性部材３１１を既存の空気調和装置４の回転体４１０（例えば、室外機のファン）を支持する梁材４１１に設置し、さらに、対応する位置に磁場センサ３１２を設置する。制御装置３００は、図２を参照しつつ説明した制御品箱１６０と同様に、制御部３０１と、記憶部３０２と、通信部３０３とを備えている。通信部３０３は、空気調和装置４の制御品箱４６０と通信可能に接続される。制御部３０１は、磁場センサ３１２により検出された電圧に応じた応力に基づいて、回転体４１０の異常を検出する。通信部３０３は、異常が検出された場合に、異常が検出された旨の通知情報を空気調和装置４、すなわち制御品箱４６０に送信する。ここで、通信部３０３は、通知情報の出力部の一例である。制御品箱４６０の不図示の制御部は、異常検出システム３０から通知情報を受信すると、通知情報をリモコン４８０の表示部４８１に表示する。このように、異常検出システム３０を、既存の空気調和装置４に設置することにより、既存の空気調和装置４についても、異常検出を行うことができる。

【0031】

なお、通知情報の出力先は、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、異常検出システム３０は、空気調和装置４の表示部４８１と別に表示部を備え、制御部３０１は、表示部に通知情報を表示してもよい。また、異常検出システム３０は、スピーカを備え、制御部３０１は、スピーカに通知情報に対応した警報音を出力させてもよい。また、他の例としては、異常検出システム３０は、集中管理装置に通知情報を送信してもよい。

【0032】

なお、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、例えばある実施形態の変形例を他の実施形態に適用するなど、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0033】

１、４ 空気調和システム
３ 異常検出システム
１０ 室外機
１３１ ファン
１３１ａ 端部
１３３ モータ
１３４ 梁材
２０１ 磁性部材
２０２ 磁場センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】