JP2007024389A - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停電により発生する可能性のある圧縮機の逆転運転に対し、極短時間（数十ｍｓ以下の停電）の停電の場合においても確実に逆転運転を防止し、圧縮機の破損を防ぐ。
【解決手段】圧縮機の電流を検出する電流検出装置が所定値以上の電流を検出した場合、圧縮機への通電をＯＮ／ＯＦＦする電磁開閉器をＯＦＦする制御装置で、制御装置が電磁開閉器へＯＮ信号を出力した時、および４方弁へＯＮ／ＯＦＦ信号を出力した時から所定時間は電流検出装置からの出力を検出しないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機の制御装置において、圧縮機の破損を防止する技術に関するものである。

空気調和機において単相電源で駆動する単相誘導電動機を内蔵した圧縮機を用いたものは，電源電圧を主巻線に、コンデンサを直列に挿入して位相を進ませた電圧を補助巻線にそれぞれ印加することで、回転磁界を形成するが、その回転磁界は、三相交流電源による三相誘導電動機よりも不完全であり、発生する回転力も不均一である。そのため、供給電源が停電発生時に圧縮機が冷媒の圧縮過程にあった場合は、圧縮された冷媒からの反力が圧縮機を逆転させはじめ、短時間の停電後供給電源が復帰した場合、圧縮機の単相誘導電動機は回転磁界が不完全で、正規の方向への回転力が弱いため、圧縮機は逆転した状態で運転を続け、圧縮機のコイル温度が異常に上昇し、破損するということがあった。

従来、停電時における圧縮機の逆転現象を防止する空気調和機の制御装置としては供給電源の電源状態を監視し、供給電源遮断時に制御装置へリセット信号を出力する電源監視装置を備え、制御装置はリセット信号の入力により圧縮機を停止させ逆転運転を防止するのもがあった。（例えば、特許文献１参照）
図４は、特許文献１に記載された従来の空気調和機の制御装置のブロック図である。本制御装置は、圧縮機１を制御する制御装置４、電源部５、電源変換装置６及び電源監視装置８で構成されている。

電源変換装置６は、電源部５の電源を直流に変換し、電圧を安定化処理して、制御装置４へ電源を供給するもので、変圧器６１、整流・平滑回路６２および定電圧回路６３で構成されている。

電源監視装置８は、電源部５の電源状態を監視し、電源部５の停電発生時に制御装置４へリセット信号βを出力するものであり、パルス生成回路８１およびパルス監視回路８２で構成されている。

パルス生成回路８１は、電源部５の電源周波数に同期したパルスを発生させる回路であり、例えば、フォトカプラを使用して、電源部５の電源周波数の１／２の周期のパルスを発生させる。停電時には、電源部５の電源が遮断されて、パルス生成回路８１からのパルスの信号が途絶える。

パルス監視回路８２は、パルス生成回路８１から発生するパルスを監視することによって、電源部５の電源状態を監視し、停電が発生してパルス生成回路８１からパルスが発生しなくなった場合に制御装置４へリセット信号βを出力する。

短時間（数十ｍｓ〜数百ｍｓ）および長時間(数百ｍｓ以上)の停電において、圧縮機１は、停電発生と同時に電源部５からの電源の供給が遮断され、冷媒圧縮過程で停電が発生した場合には、圧縮された冷媒から正規回転方向とは逆方向の反力を受けて逆転する。また、この長時間の停電中には、電源監視装置８のパルス監視回路８２が、制御装置４へリセット信号βを出力して、制御装置４がリセットされており、このリセットにより、制御装置４から圧縮機１へ出力される運転信号αが消滅し圧縮機１の逆転は継続せず停止する。さらに、電源監視装置８からのリセット信号β出力の後も停電が継続する場合、電源変換装置６の定電圧回路６３から制御装置４へ供給される電源が遮断され空気調和機が停止
する。

つまり、電源変換装置６の定電圧回路６３から電源が供給され続けている場合、制御装置４を強制的にリセットして圧縮機１を停止させるので逆転現象を防止できる。
特開平１１−２１０６３８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、極短時間（数十ｍｓ以下の停電）の停電の場合、圧縮機１は、停電発生と同時に電源部５からの電源の供給が遮断され、冷媒圧縮過程で停電が発生した場合には、圧縮された冷媒から正規回転方向とは逆方向の反力を受ける。逆転を開始する前で、慣性力によって正規方向に回転している場合は逆転することはないが、タイミングと冷凍サイクルによっては極短時間でも逆転を開始することが確認されている。一方、電源監視装置Ｅのパルス生成回路Ｉは電源周波数の１／２以下の時間には反応しないため、パルス監視回路８から制御装置４へリセット信号βが出力されず、制御装置４は圧縮機１を停止させない。従って、この状態で電源部５の電源が復帰した時には、圧縮機１は、逆転運転を継続する可能性があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、極短時間（数十ｍｓ以下の停電）の停電の場合においても、圧縮機の逆転運転を確実に防止し、圧縮機の破損を防ぐことを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機の制御装置は、圧縮機への通電をＯＮ／ＯＦＦする電磁開閉器と、冷房暖房を切り替える４方弁と、電磁開閉器および４方弁を制御する制御装置と、圧縮機の電流を検出する電流検出装置を有し、前記制御装置が電流検出装置からの出力が所定値以上になったことを検出した場合、前記電磁開閉器をＯＦＦさせる空気調和機の制御装置において、前記制御装置が電磁開閉器へＯＮ信号を出力した時、および４方弁へＯＮ／ＯＦＦ信号を出力した時から所定時間は電流検出装置からの出力を検出しないようにしたものである。

これによる作用は以下の通りである。

供給電源が停電した場合、圧縮機は、停電発生と同時に電源の供給が遮断され、冷媒圧縮過程で停電が発生した場合には、圧縮された冷媒から正規回転方向とは逆方向の反力を受けて逆転するが、停電復帰時に流れる圧縮機の起動電流を電流検出装置により検出、所定値以上の電流を検出した場合、電磁開閉器をＯＦＦすることにより圧縮機への通電を遮断することで逆転を防止できる。

また、圧縮機の起動時、暖房運転時の除霜制御による４方弁の切り替え時にも圧縮機には起動電流が流れるが、制御装置が起動および切り替え信号を出力後所定時間は電流検出装置からの出力を検出しないようにすることで停電復帰時の起動電流と区別でき誤動作を防止できる。

また、本発明の空気調和機の制御装置は、電磁開閉器を一旦ＯＦＦさせた後、所定時間ＯＮさせないようにしたものである。

これにより、停電により圧縮機への通電を遮断した後、停電復帰した場合、圧縮機内の圧力がバランスするまで圧縮機の再起動をしないよう制御することにより、再起動時は安定して起動できる。

本発明の空気調和機の制御装置は、供給電源が停電した場合、極短時間（数十ｍｓ以下の停電）の停電の場合においても、圧縮機の逆転運転を確実に防止し、圧縮機の破損を防ぐことができる。

第１の発明は、圧縮機への通電をＯＮ／ＯＦＦする電磁開閉器と、冷房暖房を切り替える４方弁と、電磁開閉器および４方弁を制御する制御装置と、圧縮機の電流を検出する電流検出装置を有し、前記制御装置が電流検出装置からの出力が所定値以上になったことを検出した場合、前記電磁開閉器をＯＦＦさせる空気調和機の制御装置において、前記制御装置が電磁開閉器へＯＮ信号を出力した時、および４方弁へＯＮ／ＯＦＦ信号を出力した時から所定時間は電流検出装置からの出力を検出しないようにしたことにより、供給電源の停電復帰時に圧縮機に流れる起動電流を電流検出装置により検出、所定値以上の電流を検出した場合、前記電磁開閉器をＯＦＦすることにより圧縮機への通電を遮断することで逆転を防止できる。

また、圧縮機の起動時、暖房運転時の除霜制御による４方弁の切り替え時にも圧縮機には起動電流が流れるが、制御装置が起動および切り替え信号を出力後所定時間は電流検出装置からの出力を検出しないようにすることで停電復帰時の起動電流と区別でき誤動作を防止できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の電磁開閉器の制御を一旦ＯＦＦさせた後、所定時間ＯＮさせないようにしたことにより、停電により圧縮機への通電を遮断した後、停電復帰した場合、圧縮機内の圧力がバランスするまで圧縮機の再起動をしないよう制御することにより、再起動時は安定して起動できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の制御装置のブロック図である。本制御装置は、圧縮機1への通電をＯＮ／ＯＦＦする電磁開閉器２、電磁開閉器２と４方弁３を制御する制御装置４、電源部５、電源変換装置６、および電流検出装置７で構成されている。

電源変換装置６は、電源部５の電源を直流に変換し、電圧を安定化処理して、制御装置４へ電源を供給するもので、変圧器６１、整流・平滑回路６２および定電圧回路６３で構成されている。変圧器６１は、電源部５の交流電源を、例えば２４Ｖの低電圧電源に変換する。また、整流・平滑回路６２は、変圧器６１からの低電圧交流電源をブリッジダイオード等で全波整流した後、電解コンデンサで平滑して、１２Ｖの直流電源とする。また、定電圧回路６３は、整流・平滑回路６２からの直流電源を電源レギュレータ等によって安定化した後、例えば５Ｖの低電圧直流電源とする。電源変換装置６は平滑用電解コンデンサにより停電が発生した場合でも数百ｍｓの時間であれば制御装置４へ電源を供給することができる。

電流検出装置７は、圧縮機１へ流れる電流を検出し、所定値以上を検出した場合、過電流信号を制御装置４へ出力するものであり、電流検出器７１、整流・平滑回路７２、電流比較回路７３で構成されている。

電流検出器７１は、例えばカレントトランスで、その交流出力は整流・平滑回路７２で直流電圧に変換されるとともに、例えばコンパレータ回路である電流比較回路７３により過電流に相当する所定の電圧値と比較され、過電流と判定された場合過電流信号を出力する。

制御装置４はマイクロコンピュータを備えており、前述のごとく電磁開閉器２と４方弁３を制御するだけではなく空気調和機全体を制御するものである。また、前記電流検出装置７の電流比較回路７３の機能は制御装置４のマイクロコンピュータで制御しても構わない。電流検出装置７から過電流信号を受けた場合、制御装置４は電磁開閉器２をＯＦＦ制御し、圧縮機１への通電を遮断する。

以上のように構成された空気調和機の制御装置について、以下その動作を説明する。停電が発生した場合、圧縮機１は、停電発生と同時に電源部５からの電源の供給が遮断され、冷媒圧縮過程で停電が発生した場合には、圧縮された冷媒から正規回転方向とは逆方向の反力を受けて逆転する。停電の時間が、電源変換装置６が制御装置４へ電源を供給可能な時間より長くなった場合は、制御装置４が電源遮断によりリセットするため、圧縮機１が逆転していても制御装置４のリセットにより停止する。

停電の時間が、電源変換装置６が制御装置４へ電源を供給可能な時間より短い場合は、停電復帰時に制御装置４は動作状態である。停電復帰時の圧縮機の状態は停電のタイミング、停電時間により異なり、圧縮された冷媒からの正規回転方向とは逆方向の反力を受けて逆転、慣性力で正転、停止のいずれかの状態になるが、いずれの場合も停電復帰時に、圧縮機１を再起動させるため圧縮機のモータロック電流に相当する起動電流が流れる。この起動電流は通常の運転電流の数倍の値となるため、適当な過電流値を設定することにより過電流の有無を判定することができる。また、圧縮機は電源を遮断されると、通常、数ｍｓで停止するため、停電の時間が極短時間であったとしても起動電流は流れるため、極短時の停電に対しても検出可能である。

図２は、停電時のタイムチャートで、圧縮機への電流波形、その電流に応じた整流・平滑回路７２の出力波形、および電流比較回路７３からの出力波形を示している。ｔ０からｔ１の期間内は通常に運転しており、運転電流に比例した出力が整流・平滑回路７２より出力されている。過電流設定値をＩ１に設定した場合、電流比較回路７３からの出力はＬ（正常出力）である。ｔ１のタイミングで停電が発生しｔ２で復帰した場合、復帰時のｔ２のタイミングで起動電流が流れ、圧縮機の状態により数ｍｓから数秒の間継続する。その結果、整流・平滑回路７２の出力は過電流設定値Ｉ１以上となり、電流比較回路７３からの出力はHとなり、ｔ３のタイミングで制御装置４は電磁開閉器２をＯＦＦ制御し、圧縮機１への通電を遮断する。制御装置４が過電流信号を検出してから電磁開閉器２をＯＦＦするまでの期間（ほぼｔ２からｔ３の時間）は外来ノイズ等で誤動作しない範囲で短時間に設定すれば良い。

制御装置４は電磁開閉器２を一旦ＯＦＦさせた場合、内部タイマーにより所定時間ＯＮしないように制御される。ＯＮを禁止する時間は圧縮機内の圧力がバランスするのに十分な時間を選定することで、圧縮機の再起動時は安定して起動できる。

ここで、圧縮機が起動、または再起動される場合の動作を説明する。図３は通常起動時のタイムチャートで、制御装置４からの信号により電磁開閉器２がＯＮした場合の波形を示している。ｔ４で電磁開閉器２がＯＮすると圧縮機へは起動電流が流れ、整流・平滑回路７２の出力は過電流設定値Ｉ１以上となり、電流比較回路７３からの出力はHとなる。圧縮機内の圧力がバランスしている状態では起動電流が流れる時間は数秒以下であり、電流比較回路７３からの出力がHとなる期間はほぼｔ４からｔ５の期間である。電流比較回
路７３から過電流信号が制御装置４へ出力されるが、制御装置４は電磁開閉器２へのＯＮ信号出力から所定時間（図３でのＴ）は電流信号を検出しないよう制御されるため、Ｔ＞（ｔ５−ｔ４）であれば、通常の起動時に電磁開閉器２をＯＦＦし圧縮機への通電を遮断することはなく、誤動作を起こすことはない。

また、暖房運転時に除霜制御により４方弁が切り替えられた場合も、冷凍サイクルの負荷が急変するため圧縮機への電流には起動電流に相当する電流が流れる。この場合、４方弁３への切替え信号は制御装置４から出力される。この場合も、制御装置４から４方弁３への切替え信号出力から所定時間電流信号を検出しないよう制御されるため、電流検出装置７から過電流信号が出力されても、電磁開閉器２をＯＦＦし圧縮機への通電を遮断することはなく、誤動作を起こすことはない。

以上のように、本発明にかかる本発明の空気調和機の制御装置は、供給電源が停電した場合、極短時間（数十ｍｓ以下の停電）の停電の場合においても、圧縮機の逆転運転を確実に防止し、圧縮機の破損を防ぐことができので、冷蔵庫やショーケース等の圧縮機を用いる冷蔵・冷凍機器の用途にも適用することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の制御装置のブロック図 本発明の実施の形態１における停電時のタイムチャート 本発明の実施の形態１における通常起動時のタイムチャート 従来の空気調和機の制御装置のブロック図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 電磁開閉器
３ ４方弁
４ 制御装置
５ 電源部
６ 電源変換装置
７ 電流検出装置

Claims (3)

1. 圧縮機への通電をＯＮ／ＯＦＦする電磁開閉器と、冷房暖房を切り替える４方弁と、電磁開閉器および４方弁を制御する制御装置と、圧縮機の電流を検出する電流検出装置を有し、前記制御装置が電流検出装置からの出力が所定値以上になったことを検出した場合、前記電磁開閉器をＯＦＦさせる空気調和機の制御装置において、前記制御装置が電磁開閉器へＯＮ信号を出力した時、および４方弁へＯＮ／ＯＦＦ信号を出力した時から所定時間は電流検出装置からの出力を検出しないことを特徴とした空気調和機の制御装置。
2. 前記制御装置は電磁開閉器を一旦ＯＦＦさせた後、所定時間ＯＮさせないようにした請求項１に記載の空気調和機の制御装置。
3. 前記制御装置は電源投入直後の所定時間は電磁開閉器をＯＮさせないようにした請求項１に記載の空気調和機の制御装置。

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