JP2007248002A

JP2007248002A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2007248002A
Application number: JP2006074148A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamatani; 貴宏山谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】チャタリングを生じた場合に電磁接触器の異常を検知して電磁接触器を保護することのできる空気調和装置を得ること。
【解決手段】この空気調和装置は、空気を加熱する電気ヒータ１と、ヒータ１への通電をＯＮ・ＯＦＦする電磁接触器２と、ＯＮ・ＯＦＦに係る制御信号を出力して電磁接触器をＯＮ・ＯＦＦさせる制御器３とを含む電気ヒータ回路４を有する空気調和装置において、電磁接触器２のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する制御器３の頻度検知手段と、頻度検知手段により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度に基づいて電磁接触器２への通電を休止させる通電休止時間を制御する制御器３の通電休止時間制御手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は例えばＣｄレス接点を用いた電磁接触器を有する空気調和装置に関する。

被空調空間の温度と湿度の双方を所定に制御する空気調和装置においては、湿度の制御に際して室内空気を冷却し過ぎることがある。かかる場合、空気温度調整のために補助加熱用の電気ヒータが配備されている。この補助加熱用の電気ヒータのＯＮ/ＯＦＦ制御に用いられる電磁接触器は、接点温度が過昇すると接点が溶着し開路できなくなって電磁接触器が異常高温になったり、ヒータの故障を招く恐れがある。そのため、電磁接触器の異常温度上昇防止は安全上重要である。一般的に、接点の温度上昇防止は電流定格に対しディレーティングをとることで実現されている。一方で、圧縮機やファンモータといった誘導負荷の場合、サーマルリレーを組み合わせた電磁開閉器として過電流を防止するようになっている。更に、圧縮機を負荷とする電磁接触器については冷媒の吐出温度を温度センサで検知し温度上昇度合いに応じて接点溶着であると判定する制御や、空気調和装置の冷媒回路を流れる冷媒の圧力から接点溶着判定をする技術も知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開平８−２４７５８９号公報

前記した従来の空気調和装置（特許文献１）によれば、圧縮機を負荷とする場合の接点溶着の異常判定が可能であるが、接点溶着が起こった後の運転停止が目的であり、接点温度上昇の過渡状態における安全を確保するものではない。

また、電源電圧降下やヒータＯＮ/ＯＦＦ制御信号の異常などが原因で短時間かつ連続的に接点が開閉するチャタリングを生じた場合、電磁接触器の接点過熱を保護できないという問題もある。

他方で、近年環境保護の観点からＣｄを使用しない、いわゆるＣｄレス接点を持つ電磁接触器やリレーの製品化が進んでいる。しかしながら、Ａｇ−Ｓｎ系合金等のＣｄレス接点は、Ａｇ−ＣｄＯ合金接点と比較してアークの消孤性能が低いため、同負荷電流時の接点温度が上昇する傾向にある。そこで従来、接点の温度上昇防止は電流定格に対しディレーティングをとることで実現されており、Ｃｄレス接点を用いた場合に電磁接触器のさらなる電気容量アップ、外形寸法アップ、コストアップが懸念される。

この発明は上述のような問題を解決するためになされたもので、短時間かつ連続的に接点が開閉するチャタリングを生じた場合に、電磁接触器の異常を検知して電磁接触器を保護し、接点溶着や接点過熱を避けることのできる空気調和装置を得ることを目的とする。

前記の目的を達成するために、この発明に係る空気調和装置は、空気を加熱する電気ヒータと、前記ヒータへの通電をＯＮ・ＯＦＦする電磁接触器と、ＯＮ・ＯＦＦに係る制御信号を出力して前記電磁接触器をＯＮ・ＯＦＦさせる制御器とを含む電気ヒータ回路を有する空気調和装置において、前記電磁接触器のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する頻度検知手段と、前記頻度検知手段により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度に基づいて前記電磁接触器への通電を休止させる通電休止時間を制御する通電休止時間制御手段とを備えたものである。

この発明によれば、頻度検知手段による電磁接触器のＯＮ・ＯＦＦ頻度の検知や接点温度検知手段による電磁接触器の接点温度の検知によって、短時間かつ連続的に電磁接触器の接点がＯＮ・ＯＦＦして連続アークを生じるいわゆるチャタリング現象などの異常を検知することができる。そして、かかる電磁接触器の異常を検知したときに、通電休止時間制御手段が電磁接触器の通電休止時間を強制的に設定し電磁接触器への通電を休止させる。従って、通電休止時間中に接点の連続アークを抑制することができ、接点の過熱を防止できる。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１を示す空気調和装置の電気ヒータ回路の概略回路図である。
この実施形態の空気調和装置は、室内へ吹き出す空気を補助的に加熱するための図１のような電気ヒータ回路４を室内機（図示省略）に備えている。この電気ヒータ回路４は、室内へ吹き出される空気を加熱する電気ヒータ１と、３相の商用電源５からヒータ１への通電をＯＮ・ＯＦＦする電磁接触器２と、ＯＮ・ＯＦＦに係る制御信号を出力して電磁接触器２をＯＮ・ＯＦＦさせる制御器３とから構成されている。商用電源５と電磁接触器２との間には一次側の電圧を検知する一次電圧検知手段７が配備されている。電磁接触器２の２次側には接点電流を検知する接点電流検知手段８が配備されている。電磁接触器２の接点支持部２ｄ（図２参照）には、接点２ｂまたはその近傍の温度を検知する接点温度検知手段９が配備されている。スイッチ６は励磁コイル２ｅへの商用電源５の通電をＯＮ・ＯＦＦする。

電磁接触器２は、図２に示すように、Ａｇ−Ｓｎ系合金で構成された接点２ａ，２ｂと、フェノール樹脂またはポリアミド等の樹脂で構成されて接点２ａ，２ｂを固定支持する接点支持部２ｃ，２ｄと、励磁コイル２ｅとを備えている。上記の接点２ｂは固定配置の接点支持部２ｄに固設されている。可動側である接点支持部２ｃの一端側には接点２ａが固設されており、他端側には鉄心２ｆが固設されている。コイル支持部２ｇにおける鉄心２ｆと対面する位置には、励磁コイル２ｅが設置されている。コイル支持部２ｇと接点支持部２ｃの間には、接点支持部２ｃをコイル支持部２ｇから離す方向（矢印Ｒ方向）に常時バネ付勢をするバネ２ｈが設けられている。
制御器３の制御動作によりスイッチ６が閉路にされて電磁接触器２の励磁コイル２ｅが励磁されると、励磁コイル２ｅの磁力により鉄心２ｆが引き付けられて接点支持部２ｃが反矢印Ｒ方向に移動し、接点２ａ，２ｂが接触して閉路（ＯＮ）されるようになっている。閉路（ＯＮ）および開路（ＯＦＦ）の際には、接点２ａ，２ｂに高温のアークが瞬間的に発生する。

制御器３は、図３に示すように、例えばＣＰＵ１０を中心として構成されるマイコンで実現される。制御器３は、ＣＰＵ１０の他に、ＣＰＵ１０により演算されたデータや外部から入力されたデータを格納するメモリ１１と、基準時刻を刻むクロック１２と、制御器３外の機器とデータ信号のやりとりを行なうＩＯポート１３を備えている。前記したＩＯポート１３の入力側は一次電圧検知手段７、接点電流検知手段８、接点温度検知手段９などと通信接続され、出力側はスイッチ６を駆動するドライバ（図示省略）と通信接続されている。ＣＰＵ１０は、計時手段１４、頻度検知手段１５、通電休止時間制御手段１６、および制御手段１７の各機能を有している。計時手段１４はＯＮ・ＯＦＦ頻度検知の際に用いる単位時間を、クロック１２からの基準時刻を基に計時する機能を備えている。頻度検知手段１５は電磁接触器２のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する機能を備えている。通電休止時間制御手段１６は頻度検知手段１５により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度に基づいて電磁接触器２への通電を休止させる通電休止時間を制御する機能を備えている。制御手段１７は通電休止時間制御手段１６により制御された通電休止時間だけ電磁接触器２への通電を停止させる機能を備えている。

この実施形態１に係る空気調和装置においては、一次電圧の異常降下等により電磁接触器２の接点２ａ，２ｂが短時間かつ連続的にＯＮ・ＯＦＦして連続アークを生じる、いわゆるチャタリング現象を生じた場合、連続開閉アークにより短時間で接点２ａ，２ｂおよび接点支持部２ｃ，２ｄが過熱を生じる。一方で、頻度検知手段１５は、電磁接触器２の各部位のセンサで検知されたチャタリングや熱破壊に関係する物理量データ（電気量、温度など）に基づいて電磁接触器２のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する。すると、通電休止時間制御手段１６は、頻度検知手段１５により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度が、メモリ１１に予め格納されていて電磁接触器２のチャタリングなどの異常を示す「所定頻度」を超えたときに電磁接触器２が異常であると判定し、予め実験などにより求められてメモリ１１に格納されている「検知ＯＮ・ＯＦＦ頻度と休止時間との関係を示すデータテーブル」を参照し、前記検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度が所定頻度を超えた度合いに応じて電磁接触器２の励磁コイル２ｅへの通電を休止させる休止時間を演算制御する。そして、制御手段１７は、通電休止時間制御手段１６の演算制御により求められた休止時間ぶんスイッチ６用のドライバへ休止指令信号を出力してスイッチ６を開路させる。

このように、制御器３のＣＰＵ１０が異常判定をした場合、ＣＰＵ１０の制御手段１７はスイッチ６を一定時間開路にして励磁コイル２ｅへの励磁を休止するため、接点２ａ，２ｂおよび接点支持部２ｃ，２ｄはアーク熱を放熱して冷却される。この場合、異常過熱時に接点支持部２ｃ，２ｄからの過熱を防止するためには、接点支持部２ｃ，２ｄを構成する樹脂の耐熱温度よりも連続アークによる接点到達温度を低くさせる必要がある。そのため、チャタリングの開始から接点支持部２ｃ，２ｄが樹脂の耐熱温度に達するまでの時間（連続アーク許容時間）内となるように通電休止制御を行うのである。
すなわち、この空気調和装置によれば、制御器３の頻度検知手段１５による電磁接触器２のＯＮ・ＯＦＦ頻度の検知によって、電磁接触器２の接点２ａ，２ｂに生じるチャタリング現象などの異常を検知することができる。そして、かかる電磁接触器２の異常を検知したときに、通電休止時間制御手段１６が電磁接触器２の通電休止時間を強制的に設定し、制御手段１７が電磁接触器２への通電を前記通電休止時間ぶん休止させる。従って、電磁接触器２を大型化させなくても、通電休止時間中に接点２ａ，２ｂの連続アークを抑制でき、接点２ａ，２ｂの過熱を防止することができる。

実施の形態２．
次に、この発明に係る実施の形態２を示す空気調和装置の電気ヒータ回路を説明する。この実施の形態２の電気ヒータ回路は、実施の形態１で示した電気ヒータ回路の頻度検知手段１５に用いる検知物理量データとして、商用電源５から電磁接触器２への一次側に配備された一次電圧検知手段７により検知された一次電圧を用いること以外、図１〜図３に示した構成と同じ構成である。
制御器３の計時手段１４はクロック１２より発せられた基準時刻信号を用いて所定の単位計測時間を計測する。計時手段１４により計測される単位時間（例えば、数秒間）中に、頻度検知手段１５は、一次電圧検知手段７により検知された一次電圧の矩形波形の凸部（または凹部）を計数し、この計数値に基づいて電磁接触器２のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する。そして、通電休止時間制御手段１６は、頻度検知手段１５により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度が所定頻度（実施形態1参照）を超えたときに電磁接触器２が異常であると判定し、メモリ１１の「検知ＯＮ・ＯＦＦ頻度と休止時間との関係を示すデータテーブル」（実施形態1参照）を参照して、前記検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度が所定頻度を超えた度合いに応じて電磁接触器２の励磁コイル２ｅへの通電を休止させる休止時間を演算制御する。制御手段１７は、通電休止時間制御手段１６の演算制御により求められた休止時間ぶんスイッチ６用のドライバへ休止指令信号を出力してスイッチ６を開路させる。

このように、電圧の異常降下等により接点２ａ，２ｂのチャタリングが発生して接点２ａ，２ｂおよび樹脂製の接点支持部２ｃ，２ｄが異常過熱し、一次電圧検知手段７により検知された電磁接触器２の一次電圧が低くなって、制御器３が異常判定をした場合、電磁接触器２の励磁コイル２ｅへの励磁を休止することで、接点２ａ，２ｂを強制的に開路するのである。これにより、接点２ａ，２ｂの連続アークを抑止して、接点２ａ，２ｂの過熱を防止することができる。

実施の形態３．
次に、この発明に係る実施の形態３を示す空気調和装置の電気ヒータ回路を説明する。この実施の形態３の電気ヒータ回路は、実施の形態１で示した電気ヒータ回路の頻度検知手段１５に用いる検知物理量データとして、電磁接触器２の接点支持部２ｄに配備された接点温度検知手段９により検知される接点２ｂ近傍の温度を用いること以外、図１〜図３に示した構成と同じである。
制御器３の通電休止時間制御手段１６は、接点温度検知手段９により検知された接点２ｂ近傍の温度が、メモリ１１に予め格納されていて電磁接触器２の異常につながる所定温度（例えば接点支持部２ｃ，２ｄを構成する樹脂が過熱する手前の温度）を超えたときに電磁接触器２が異常であると判定し、予め実験などにより求められてメモリ１１に格納されている「検知接点温度と休止時間との関係を示すデータテーブル」を参照し、前記検知された接点温度が所定温度を超えた温度差に応じて電磁接触器２の励磁コイル２ｅへの通電を休止させる休止時間を演算制御する。制御手段１７は、通電休止時間制御手段１６の制御により求められた休止時間ぶんスイッチ６用のドライバへ休止指令信号を出力してスイッチ６を開路にさせる。

このように、電圧の異常降下等により接点２ａ，２ｂのチャタリングが発生して接点２ａ，２ｂおよび接点支持部２ｃ，２ｄが過熱し、接点温度検知手段９により検知された接点支持部２ｄの温度が高くなり、制御器３が接点２ａ，２ｂの異常判定をした場合、励磁コイル２ｅへの励磁を休止することで、接点２ａ，２ｂを強制的に開路し通電を休止させて過熱を防止するのである。

実施の形態４．
次に、この発明に係る実施の形態４を示す空気調和装置の電気ヒータ回路を説明する。この実施の形態４の電気ヒータ回路は、実施の形態１で示した電気ヒータ回路の頻度検知手段１５に用いる検知物理量データとして、電磁接触器２に配備された接点電流検知手段８により検知された接点電流を用いること以外、図１〜図３に示した構成と同じである。
制御器３の度検知手段１５は、接点電流検知手段８により検知された接点電流の矩形波形の凸部（または凹部）を単位時間中計数し、この計数値に基づいて電磁接触器２のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する。そして、通電休止時間制御手段１６は、頻度検知手段１５により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度が所定頻度（実施形態１参照）を超えたときに電磁接触器２が異常であると判定し、「検知ＯＮ・ＯＦＦ頻度と休止時間との関係を示すデータテーブル」（実施形態１参照）を参照し、前記検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度が所定頻度を超えた度合いに応じて電磁接触器２の励磁コイル２ｅへの通電を休止させる休止時間を演算制御する。制御手段１７は、通電休止時間制御手段１６の制御により求められた休止時間ぶんスイッチ６用のドライバへ休止指令信号を出力してスイッチ６を開路させる。

このように、電圧の異常降下等により接点２ａ，２ｂのチャタリングが発生して接点２ａ，２ｂおよび接点支持部２ｃ，２ｄが異常過熱し、接点電流検知手段８により検知された接点２ａ，２ｂの電流が高くなり、制御器３が接点２ａ，２ｂの異常判定をした場合、励磁コイル２ｅへの励磁を休止することで、接点２ａ，２ｂを強制的に開路し通電を休止させて過熱を防止する。

続いて、Ａｇ−Ｓｎ−Ｉｎ合金製の接点と、フェノール樹脂で形成された接点支持部を有する電磁接触器を用いた電気ヒータ回路の実施例を説明する。
この実施例に係る電気ヒータ回路の場合、０．１秒ＯＮ/ＯＦＦ頻度のチャタリングによる連続アークにより、１０分でフェノール樹脂製の接点支持部がフェノール樹脂の耐熱温度に達する。そのため、接点および接点支持部を冷却するために、例えば８分ＯＮ／２分ＯＦＦといった通電と休止の制御を行うのである。

このように、通電休止時間制御手段として経時的に電流値をセンサでサンプリングし、開閉頻度が０．１秒以内であった場合、異常判定として、２分間の連続ＯＦＦとなるよう強制休止信号を電磁接触器の励磁コイルに送る。この強制休止制御により接点および接点近傍がフェノールの耐熱温度に達することなく、電磁接触器の故障を保護し、異常発生時においても電磁接触器の発煙・発火を防止することができる。

この発明に係る実施の形態１，２，３，４を示す空気調和装置の電気ヒータ回路の概略回路図である。この発明に係る実施の形態１，２，３，４を示す電磁接触器の概略構成図である。この発明に係る実施の形態１，２，３，４を示す制御器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１電気ヒータ、２電磁接触器、２ａ接点、２ｂ接点、２ｅ励磁コイル、３制御器、４電気ヒータ回路、６スイッチ、７一次電圧検知手段、８接点電流検知手段、９接点温度検知手段、１０ＣＰＵ、１５頻度検知手段、１６通電休止時間制御手段。

Claims

空気を加熱する電気ヒータと、前記ヒータへの通電をＯＮ・ＯＦＦする電磁接触器と、ＯＮ・ＯＦＦに係る制御信号を出力して前記電磁接触器をＯＮ・ＯＦＦさせる制御器とを含む電気ヒータ回路を有する空気調和装置において、前記電磁接触器のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知する頻度検知手段と、前記頻度検知手段により検知されたＯＮ・ＯＦＦ頻度に基づいて前記電磁接触器への通電を休止させる通電休止時間を制御する通電休止時間制御手段とを備えていることを特徴とする空気調和装置。
電磁接触器の一次電圧を検知する一次電圧検知手段を備えるとともに、頻度検知手段は前記一次電圧検知手段により検知された電磁接触器の一次電圧から前記電磁接触器のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
電磁接触器の接点電流を検知する接点電流検知手段を備えるとともに、頻度検知手段は前記接点電流検知手段により検知された電磁接触器の接点電流から前記電磁接触器のＯＮ・ＯＦＦ頻度を検知することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
空気を加熱する電気ヒータと、前記ヒータへの通電をＯＮ・ＯＦＦする電磁接触器と、ＯＮ・ＯＦＦに係る制御信号を出力して前記電磁接触器をＯＮ・ＯＦＦさせる制御器とを含む電気ヒータ回路を有する空気調和装置において、前記電磁接触器の接点温度を検知する接点温度検知手段と、前記接点温度検知手段により検知された電磁接触器の接点温度に基づいて前記電磁接触器への通電を休止させる通電休止時間を制御する通電休止時間制御手段とを備えていることを特徴とする空気調和装置。