JP2005133997A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気調和機の四方弁切り替え回路における消費電力の低減、切り替え回路の小型化、故障部分の判別を可能とする。
【解決手段】 冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、冷媒の循環方向を切り替える四方弁を有する冷凍サイクルを有し、商用電源をＡＣ−ＤＣコンバータを介して整流した圧縮機駆動用直流電源と、スイッチングにより圧縮機の直流ブラシレスモータに対し電力を供給する圧縮機駆動用インバータを備えた空気調和機において、四方弁コイル用の電源を専用の直流電源を用いず、四方弁冷凍サイクル切り替え部の移動時と保持時の電流を変化させ、四方弁動作に最低必要なエネルギーのみを送る。それに伴って通電過電流時の故障も検出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷房・暖房サイクル切り替え四方弁を有する空気調和機に関するものである。

四方弁の動作について説明する。

商用電源にＡＣ−ＤＣコンバータを通して圧縮機駆動用直流電源を発生する。この電源を用いてモータ駆動用インバータで任意の周波数に変換された３相交流電源を発生しモータを駆動させ、圧縮機を駆動させる。

ここで、ＡＣ−ＤＣコンバータは商用電源を直流に整流するダイオードブリッジと電圧の脈動を滑らかにする平滑コンデンサを有し、圧縮機駆動用直流電源を出力するものである。例えば図５の如く、コイルとトランジスタを有し、前記トランジスタをオンする事でコイルに短絡電流を流し、前記トランジスタをオフする事でコイルに蓄えられたエネルギーを出力し、アクティブフィルタ方式の力率改善回路のものがある。

空気調和機は、圧縮機から圧縮され、それにより熱を持った冷媒を、熱交換器１により放熱して液化し、熱交換器２により気化熱で周囲の熱を奪って蒸発し、圧縮機に戻る冷凍サイクルを繰り返す。

凝縮器及び蒸発器は共に熱交換器と総称され、空気調和機では上記熱交換器を少なくとも２つ有しており、冷媒の状態に対する作用の違いにより名称が区別される。

四方弁は、上記圧縮機から流れる冷媒の冷凍サイクルを切り替えるものであり、四方弁コイルと、四方弁コイルに電流を流す事により発生する磁場で駆動する四方弁冷凍サイクル切り替え部を有している。

また、冷媒の通り道は圧縮機の冷媒吐出口、吸入口と熱交換器１、２がそれぞれ四方弁に繋がっている。四方弁冷凍サイクル切り替え部を駆動させる事により上記圧縮機の冷媒吐出口から流れる冷媒の経路を熱交換器１または２に切り替える事ができ、上記圧縮機吸入口に戻る経路はその反対になる。

実際に冷凍サイクルの切り替える時は、運転時は吐出側と吸入側で圧力差が大きく、四方弁冷凍サイクル切り替え部を動かす事ができないので、一旦運転を停止して圧力差を小さくし、四方弁コイルに通電し四方弁冷凍サイクル切り替え部を動かす。その後、運転を再開し冷媒を流すが、吐出側と吸入側の圧力差が一定以上無いと四方弁コイルに通電を切った時に四方弁冷凍サイクル切り替え部が圧力変動により元に戻る可能性があるので圧力差ができるまで四方弁コイルに電流を流す様にしている。

これにより、熱交換器１、２がそれぞれ凝縮器または蒸発器として機能できる様になり、冷房運転及び暖房運転を行う事ができる。

従来、冷房・暖房サイクル切り替え式空気調和機の四方弁コイルに通電する方法としては、特開２００３−１０６６０４号公報に記載の公知例がある。

以下、公知例の説明である（図６、図７）。

図６に示すように、商用電源１１と、整流回路１２と平滑コンデンサ１３とで整流した第１の直流電源１４と、３相インバータ１５と、３相インバータ制御回路１６と、圧縮機１７と、第１の直流電源１４を四方弁コイル１８に供給する第１のスイッチ１９と第２の直流電源２０と、第２の直流電源２０を四方弁コイル１８に供給する第２のスイッチ２１と、逆電流防止用ダイオード２２と還流電流用のダイオード２３で構成している。２７は四方弁、２７ａは四方弁２７内の電磁弁であるプランジャーである。

商用電源１１を整流回路１２と平滑コンデンサ１３とで直流に整流し第１の直流電源１４を構成している。圧縮機の駆動に関しては第１の直流電源１４をモータ駆動用インバータ１５にて３相に変換し圧縮機１７を駆動している。

モータ駆動用インバータ１５はモータ駆動用インバータ制御回路１６で制御し、モータ駆動用インバータ１５と３相インバータ制御回路１６の基準電位を同一とする非絶縁構成としている。

次に四方弁２７の駆動に関して図７を用いて説明する。第１のスイッチ１９を所定時間駆動し四方弁コイル１８に高電圧である第１の直流電源１４を印加して四方弁２７内の電磁弁であるプランジャー２７ａを移動させている。次に、第１のスイッチ１９をオフさせて第２の直流電源２０を第２のスイッチ２１にて四方弁コイル１８に供給しプランジャー２７ａ位置を保持させている。

第２のスイッチ２１は第１のスイッチ１９がオフするタイミングでオンすればよいのであるが、公知例ではリレーの動作時間を考慮して第１のスイッチ１９のオフと第２のスイッチ２１のオンとの間に無通電区間が生じてプランジャー２７ａ位置が元に戻るのを防止する為、第２のスイッチ２１を前もって第１のスイッチ１９と同時にオンさせている。

特開２００３−１０６６０４号公報

特許文献１に記載の技術では四方弁コイルの仕様は前記第１の直流電源の電圧により流れる電流によって決まる。一方、プランジャー位置を保持する必要十分な電圧とは無関係に、制御電源に必要とされる電圧によって第２の直流電源の電圧は決まる。従って、第２の直流電源によって与えられる保持電流は必ずしも必要最小限という訳にはならず四方弁コイルでの損失が多くなる。

また、第１のスイッチ及び第２のスイッチが両方オンの状態があり、第１の直流電源の電位は第２の直流電源の電位と比べ遥かに高い為、電位の低い第２の直流電源に逆流しない様に高耐圧の逆電流防止用ダイオードが必要である。

そこで、逆電流防止用ダイオードに逆バイアスを加えると、その瞬間に逆方向電流が流れる、逆回復時間があるので、第１の直流電源から第２の直流電源に回り込む現象が起き、モータ駆動用インバータ制御回路にノイズを発生させる可能性がある。

なおかつ、第２の直流電源を四方弁コイルに供給しプランジャー位置を保持させている時に直列に逆電流防止用ダイオードに電流が流れる為、逆電流防止用ダイオードで電力が消費される。

また、過電流が流れた時には回路を保護するような回路がついておらず、かつトランジスタ破壊時には故障原因を容易に特定する事ができない。
また、電流が流れず四方弁不動作時の検出ができない。

前記課題を解決する為に、本発明は主として次のような構成を採用する。

冷媒を圧縮する圧縮機と凝縮器と蒸発器を冷媒の循環方向を切り替える四方弁を有する冷凍サイクルを有し、商用電源にＡＣ−ＤＣコンバータを介して整流した圧縮機駆動用直流電源を、スイッチングにより圧縮機の直流ブラシレスモータに電力を供給するモータ駆動用インバータを備えた空気調和機において、前述の圧縮機駆動用直流電源を四方弁駆動用電源として併用し、四方弁コイル通電回路にトランジスタを設け、四方弁コイルに通電する事により四方弁切り替えを可能とし、かつ前記四方弁コイルに流れる電流を任意の値に保つように、前記トランジスタをスイッチングさせ通電率を調整する事とした。

上記の回路において、四方弁コイル通電経路にリレーとトランジスタを直列に接続し、圧縮機駆動用直流電源電圧変動時にも四方弁の動作を可能とし、さらに前記四方弁コイル通電経路に過電流が流れたときに前記リレーと前記トランジスタを遮断し保護する事とした。

上記の回路において、前記圧縮機駆動用直流電源より低電圧の第２の直流電源と第２のスイッチを設け、四方弁コイルへの通電を切り替え、四方弁の消費電力を低減する回路を有する空気調和機において、四方弁コイルに対して並列にコンデンサを有し、四方弁に通電する電源を切り替える時にコンデンサに蓄えた電荷を四方弁コイルに流す事とした。

上記の回路において、四方弁コイルに通電する電流を検出する回路により、過電流検出時にリレーを遮断する事により四方弁コイルへの通電を停止させた事を、マイコンに記憶させ、故障検出表示手段に表示する事とした。

また、四方弁コイルに通電しなかったときの検出もする事とした。

本発明によれば、四方弁の切り替えを、ＰＷＭ制御と電流の大きさを、電流検出手段を用いて検出し、マイコンにフィードバックする事により圧縮機駆動用直流電源１つにて必要最小電流で動作させる事ができ、回路の消費電力低減、簡易化ができる。

また、圧縮機駆動用直流電源と空気調和機制御用電源とを用いる方式において、四方弁コイルに与える電源を変更する時に弁の逆戻りを防止する為に一時的に電力を供給するコンデンサを有し、逆電流防止用ダイオードを取り除く事で四方弁保持状態での消費電力を低減でき、空気調和機制御用電源へのノイズも起きない。

また、トランジスタ短絡破壊や誤動作により四方弁コイルに過電流が流れた時、あるいは電流が全く流れなかった時に、電流検出手段によりリレーをオフする事で周辺回路及びトランジスタの保護ができ、故障状態をマイコンに記憶させ、故障検出表示手段で表示する事で、容易に故障を判断できる。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明による空気調和機の実施例を示す回路である。

ＡＣ−ＤＣコンバータ２は商用電源１から交流を整流し、圧縮機駆動用直流電源１１を発生する。前記、圧縮機駆動用直流電源１１は電圧変化の無いものとする。前記、圧縮機駆動用直流電源１１を用いてモータ駆動用インバータ３で任意の周波数に変換された３相交流電源を用いてモータを駆動させ、圧縮機４を駆動させる。前記、圧縮機駆動用直流電源１１を用いて四方弁コイル６に通電させる為に、四方弁コイル通電経路にトランジスタ８を用いる。前記、トランジスタ８がオン、オフを繰り返して四方弁コイルにかかる平均電圧量を調節している。また、電流帰還ダイオード７は四方弁コイルに蓄えられたエネルギーを放出する為に加えられた電流帰還回路である。

この構成は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧が一定のものでのみ実現可能である。さらに、トランジスタ破壊時の保護手段が無いので、四方弁コイル通電経路に過電流が流れた時に、四方弁コイルへの通電を遮断できない。

そこで上記回路において、圧縮機駆動用直流電源１１の電圧が変化する力率改善ＡＣ−ＤＣコンバータを用いた時の実施例を図２に示す。

力率改善ＡＣ−ＤＣコンバータ１８は商用電源１から交流を整流し、圧縮機駆動用直流電源１１を発生する。力率改善ＡＣ−ＤＣコンバータ１８はＰＡＭ制御等のアクティブフィルタを含む出力電圧可変のものである。

この電源を用いてモータ駆動用ブラシレスモータ駆動用インバータ３で任意の周波数に変換された３相交流電源を用いてモータを駆動させ、圧縮機４を駆動させる。この圧縮機駆動用直流電源１１を用いて四方弁コイル６に通電させる為、第１のスイッチ５とトランジスタ８を用いてオン、オフを繰り返して四方弁コイルにかかる平均電圧量を調節している。四方弁電流検出手段１０は四方弁コイル６に流れる電流量を検出してマイコン９に情報を送り、マイコン９はその情報をフィードバック演算してトランジスタ８のオン時間とオフ時間の比率を調整し、指令する事により所定の電流量を流す事ができる。また、電流帰還ダイオード７は四方弁コイルに蓄えられたエネルギーを放出する為に加えられた電流帰還回路である。

また、トランジスタのみの構成においてもこの手段は実現可能であるが、トランジスタ破壊時の保護手段が無ければ過電流を検出しても四方弁コイルへの通電を遮断できない。

四方弁コイル６の動作シーケンスを説明する。四方弁コイル６の通電時にはまず第１のスイッチ５をオンした後、トランジスタ８をオンする。圧縮機駆動用直流電源１１は約１４０Ｖ以上の高電圧がかかっており、トランジスタ８がオンした後に第１のスイッチ５をオンすると、アーク放電によるスイッチ接点の溶着や劣化が起こる。それを防止する為、必ず第１のスイッチ５をオンした後、トランジスタ８をオンしている。

また、電流検出手段１０の電流情報をフィードバックし、トランジスタ８のオン、オフを室外マイコン９からのＰＷＭ信号により制御する事で四方弁コイル６に流れる電流量を調整し、第１の直流電源１１の電圧に関係なく、例えば四方弁冷凍サイクル切り替え部動作時は大電流で動かし、保持時には微小な電流で保持するような制御が可能になる。

また、圧縮機駆動用直流電源１１の電圧が一定のものであっても、一定電流を流す事ができ、トランジスタ破壊や誤動作による短絡電流が流れた時にもリレーにて回路切断できる事は言うまでも無い。
(実施の形態２)
図３に本発明による実施例２を示す回路を示す。

これは、四方弁駆動用の電源を２つ用いて駆動させる方式においての電源切り替え方法を述べたものである。

力率改善ＡＣ−ＤＣコンバータ１８は商用電源１から交流を整流し、圧縮機駆動用直流電源１１を発生する。この電源を用いてモータ駆動用インバータ３で任意の周波数に変換された３相交流電源を用いてモータを駆動させ、圧縮機４を駆動させる。圧縮機駆動用直流電源１１を四方弁コイル６に通電させる為に、第１のスイッチ５とトランジスタ８で１つのスイッチとし、空気調和機制御回路用の第２の直流電源１４も第２のスイッチ１５を用いて四方弁に接続している。電流帰還ダイオード７は四方弁コイル６に蓄えられたエネルギーを放出する為に加えられた電流帰還回路である。

この回路は弁の移動時と保持状態時に対してそれぞれ別の電源を用いて四方弁の消費電力を押さえるものであり、電源切り替え時に発生する四方弁コイルの無通電時間の補償電源としてコンデンサ１３を用いる。四方弁コイル電流検出手段１０にて四方弁に通電する電流量を検出し、マイコン９に電流情報をフィードバックし、トランジスタ８に流れる電流量を調節する事により四方弁コイル６に流れる電流量を調節する。

動作シーケンスを図４に示す。まず、商用電源１が投入され圧縮機駆動用直流電源１１、第２の直流電源１４の電圧が発生している状態から第１のスイッチ５をオンする。この状態ではトランジスタ８に電流を流させないことで、四方弁コイル６に電流は流れない様にする。この状態からトランジスタ８に電流を流し始め、四方弁コイルに電流を所定時間流す事で、四方弁切り替え部の位置を変化させる。四方弁切り替え部が十分に変位した後、トランジスタ８をオフする。

この時、四方弁コイル抵抗分１７による電圧降下×コンデンサ容量程の電荷がコンデンサ１３に蓄えられており、トランジスタ８をオフすると蓄えられた電荷が四方弁コイルに流れる。その電流の向きは四方弁を保持する方向であり、両方の電源が切れている時にも四方弁コイルに通電し続けることが出来る。その間に、第１のスイッチ５をオフし次に第２のスイッチ１５をオンする事で四方弁駆動コイルに通流する為の電源を切り替え、トランジスタ８に電流を流すことで四方弁冷凍サイクル切り替え部が圧力変動などで動かないように保持することができ、切り替えを確実に行う事ができる。

これにより、従来の問題点であった２電源方式における高耐圧の逆電流防止用ダイオードを取り除く事ができる。これにより、第２の直流電源から四方弁コイルに通電する時の逆電流防止用ダイオードによる損失を無くす事ができ、また逆電流防止用ダイオードに逆バイアスが掛かる時の逆回復時間における第１の直流電源から第２の直流電源に回り込みが無くなるため、モータ駆動用インバータ制御回路にノイズが流れるなどの悪影響を及ぼさない。

また、実施の形態１と同様に力率改善ＡＣ−ＤＣコンバータは出力電圧一定のものであっても、電流検出手段１０及びマイコン９のフィードバックにより電流量を直接調整するので確実に動作できる事は言うまでも無い。

さらに、電流検出手段１０により四方弁コイル６に通電する電流を監視し、過電流検出時に第１のスイッチ５を遮断する事により四方弁コイル６への通電を停止させマイコン９にその情報を記憶させ、故障検出表示手段１２で表示する事で、過電流が流れた事が容易に判別できる。

これにより、四方弁の故障検出情報をリモコンに転送し表示させる事や、インターネット等の通信手段を用いて遠隔地においても情報を得る事ができる。

本発明の請求項１の実施形態に関する四方弁動作回路の具体的構成を示す図である。 本発明の請求項２の実施形態に関する四方弁動作回路の具体的構成を示す図である。 本発明の請求項３における四方弁動作回路の具体的構成を示す図である。 本発明の請求項３における四方弁動作回路の動作波形図である。 ＡＣ−ＤＣコンバータの具体的構成を示す図である。 本発明の公知例における四方弁動作回路の具体的構成を示す図である。 本発明の公知例における四方弁動作回路の動作波形図である。

符号の説明

１…商用電源、２…ＡＣ−ＤＣコンバータ、３…モータ駆動用インバータ、４…圧縮機、５…第１のスイッチ、６…四方弁コイル、７…逆電流防止用ダイオード、８…トランジスタ、９…制御用マイコン、１０…四方弁コイル電流検出手段、１１…圧縮機駆動用直流電源、１２…故障検出表示手段、１３…四方弁コイル電流保持用コンデンサ、１４…第２の直流電源、１５…第２のスイッチ、１６…制御回路、１７…四方弁コイル抵抗分、１８…力率改善ＡＣ−ＤＣコンバータ。

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、冷媒の循環方向を切り替える四方弁を有する冷凍サイクルを有し、商用電源をＡＣ−ＤＣコンバータを介して整流した圧縮機駆動用直流電源と、スイッチングにより圧縮機の直流ブラシレスモータに対し電力を供給する圧縮機駆動用インバータを備えた空気調和機において、前述の圧縮機駆動用直流電源を、四方弁駆動用電源として併用し、四方弁コイル通電回路にトランジスタを設け、四方弁コイルに通電する事により四方弁切り替えを可能とし、かつ前記四方弁コイルに流れる電流を任意の値に保つように、前記トランジスタをスイッチングさせ通電率を調整する事を特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、四方弁コイル通電経路にリレーとトランジスタを直列に接続し、さらに四方弁コイルに通電する電流を検出する回路により、前記四方弁コイル通電経路に過電流が流れた時に前記リレーと前記トランジスタを遮断し保護する事を特徴とする空気調和機。
3. 請求項２において、過電流検出時あるいは電流が流れなかった時に、リレーを遮断する事により四方弁コイルへの通電を停止させた事を、マイコンに記憶させ、故障検出表示手段に表示する事を可能とした空気調和機。
4. 冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを、冷媒の循環方向を切り替える四方弁を有する冷凍サイクルを有し、商用電源をＡＣ−ＤＣコンバータを介して整流した圧縮機駆動用直流電源と、スイッチングにより圧縮機の直流ブラシレスモータに対し電力を供給する圧縮機駆動用インバータを備えた空気調和機において、圧縮機駆動用直流電源より低電圧の第２の直流電源と第２のスイッチを設け、四方弁コイルへの通電を切り替え、四方弁の消費電力を低減する回路を有し、四方弁コイルに対して並列にコンデンサを接続し、四方弁に通電する電源を切り替える時にコンデンサに蓄えた電荷を四方弁コイルに流す事を特徴とする空気調和機。
5. 請求項４において、圧縮機駆動用直流電源と第２の直流電源の四方弁コイル通電経路にリレーとトランジスタを直列に接続し、四方弁コイルに通電する電流を検出する回路により、前記四方弁コイル通電経路に過電流が流れた時に前記リレーと前記トランジスタを遮断し保護する事を特徴とする空気調和機。
6. 請求項５において、過電流検出時あるいは電流が流れなかった時に、リレーを遮断する事により四方弁コイルへの通電を停止させた事を、マイコンに記憶させ、故障検出表示手段に表示する事を可能とした空気調和機。
   

Images