JP2007325448A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサの発煙を防止する空調室外機の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置４は、コンバータ８と、電流検出手段４４と、開閉器５２，８４と、マイコン５とを備えている。電流検出手段４４は、コンバータ８内の電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する。マイコン５は、電流検出手段４４によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、開閉器５２，８４を動作させて交流電源７と電解コンデンサ８３との電気的接続を断つ。
【選択図】図３

Description

本発明は、インバータによる回転数制御を行う容量可変の圧縮機を搭載した空調室外機の制御装置に関する。

従来、容量可変の圧縮機を搭載した空調室外機の制御装置では、交流電源とインバータとの間に、コンバータと呼ばれる回路が配置されている。このコンバータは、限流抵抗から成る限流回路と、ダイオードから成る整流回路と、電解コンデンサから成る平滑回路とで構成されており、交流出力を直流に変換する機能を有している。

コンバータ内に配置されている電解コンデンサは、インバータに安定した直流電圧を供給するための重要な部品であるが、他の部品と比べて低寿命である。そして、寿命末期の電解コンデンサに過電流が流れ続けると、電解液の温度上昇によって内部圧力が上昇し、やがて防爆弁が作動し発煙する。この発煙は危険ではないが周辺部品を汚すため、発煙に至る前に電解コンデンサを交換することが望ましい。

この防爆弁の作動を直前に検知することは困難であり、超大型の電解コンデンサでは、内部に圧力センサを設けて直接監視するものや、封止部分に接点機構を設けて変形時に接点を開放するものが実用化されているが、一般の電解コンデンサでは、採算性が悪く実用化は無理である。合理的な手段としては、電解コンデンサに流れる過電流を検出し保護する方法（例えば、特許文献１参照）がある。
特開平１１−３３２２８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、電解コンデンサのリップル電流成分の持続時間を積算しなければならないので複雑である。また、特許文献１に記載の方法は、電解コンデンサへ流れる過電流を検出し警報信号を出すだけであり、最悪の場合、警報が無視され発煙に至る可能性がある。

本発明の課題は、電解コンデンサの発煙を防止することができる空調室外機の制御装置を提供することにある。

第１発明に係る制御装置は、空調室外機を制御する制御装置であって、コンバータと、電流検出手段と、開閉器と、マイコンとを備えている。コンバータは、交流電源の出力を直流に変換する。電流検出手段は、コンバータ内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサに流れる電流を検出する。開閉器は、交流電源と電解コンデンサとを電気的に接続する。マイコンは、電流検出手段が検出する電流を監視する。そして、マイコンは、電流検出手段によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、開閉器を動作させて交流電源と電解コンデンサとの電気的接続を断つ。

この制御装置では、電解コンデンサへ過電流が流れたときに、マイコンが電解コンデンサへの電力供給を停止する。このため、過電流による電解コンデンサの温度上昇が防止され、発煙が回避される。

第２発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、インバータをさらに備えている。インバータは、コンバータから電力を供給される。電流検出手段は、第１電流検出回路と第２電流検出回路とを有している。第１電流検出回路は電解コンデンサに流れる電流を検出し、第２電流検出回路はインバータに流れる電流を検出する。

この制御装置では、電流検出手段が、検出対象の異なる２つの電流検出回路を有しているので、互いに部品の兼用化が図られ、コストが低減される。

第３発明に係る制御装置は、第２発明に係る制御装置であって、第１素子をさらに備えている。第１素子は、電解コンデンサに直列に接続されて電気信号を発生する。第１電流検出回路は、第１素子で発生する電気信号を検出する。

この制御装置では、電解コンデンサに流れる電流が直接検出されるので、電流検出の機構が簡素となり、コストが低減される。

第４発明に係る制御装置は、第３発明に係る制御装置であって、第１素子が抵抗器を含んでいる。

この制御装置では、電解コンデンサに流れる電流が、抵抗器という安価な素子で直接検出されるので、電流検出の機構が簡素となる上に材料費も低減される。

第５発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、開閉器が、電源用リレーと充電用リレーとを含んでいる。電源用リレーは、予め交流電源と直列に接続されているリレーである。充電用リレーは、電源用リレーの動作前に電解コンデンサへ充電するためのリレーである。

この制御装置では、既存のリレーが開閉器として使用されるので、部品の兼用化が図られ、コストが低減される。

第６発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、電流検出手段によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、マイコンが、開閉器を動作させて交流電源と電解コンデンサとの電気的接続を断ち、電解コンデンサの交換を示唆する報知を行う。

この制御装置では、電解コンデンサの交換が促されることによって運転停止要因が明確になる。このため、電解コンデンサの交換遅れが防止され、電解コンデンサの発煙が回避される。

第７発明に係る制御装置は、空調室外機を制御する制御装置であって、コンバータと、第１素子と、第１電流検出回路と、マイコンとを備えている。コンバータは、交流電源の出力を直流に変換する。第１素子は、コンバータ内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサと直列に接続されて電気信号を発生する。第１電流検出回路は、第１素子で発生する電気信号から電流を検出する。マイコンは、第１電流検出回路が検出する電流を監視する。そして、マイコンは、第１電流検出回路によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、電解コンデンサの交換を示唆する報知を行う。

この制御装置では、点検者が、電解コンデンサに過電流が流れたこと認知し、電解コンデンサの交換を行う。このため、過電流による電解コンデンサの温度上昇が防止され、発煙が回避される。

第１発明に係る制御装置では、電解コンデンサへ過電流が流れたときに、マイコンが電解コンデンサへの電力供給を停止する。このため、過電流による電解コンデンサの温度上昇が防止され、発煙が回避される。

第２発明に係る制御装置では、電流検出手段が、検出対象の異なる２つの電流検出回路を有しているので、互いに部品の兼用化が図られ、コストが低減される。

第３発明に係る制御装置では、電解コンデンサに流れる電流が直接検出されるので、検出の機構が簡素となり、コストが低減される。

第４発明に係る制御装置では、電解コンデンサに流れる電流が、抵抗器という安価な素子によって直接検出されるので、電流検出の機構が簡素となる上に材料費も低減される。

第５発明に係る制御装置では、既存のリレーが開閉器として使用されるので、部品の兼用化が図られ、コストが低減される。

第６発明に係る制御装置では、電解コンデンサの交換が促されることによって運転停止要因が明確になる。このため、電解コンデンサの交換遅れが防止され、電解コンデンサの発煙が回避される。

第７発明に係る制御装置では、点検者が、電解コンデンサに過電流が流れたこと認知し、電解コンデンサの交換を行う。このため、過電流による電解コンデンサの温度上昇が防止され、発煙が回避される。

＜空気調和装置の構成＞
図１は、空気調和装置の構成図である。空気調和装置１は、ビル用のマルチタイプの空気調和装置であって、１つ又は複数の空調室外機２に対して複数の空調室内機３が並列に接続され、冷媒が流通できるように、冷媒回路１０が形成されている。制御装置４は、空気調和装置１が効率よく運転されるように、空調室外機２内の圧縮機１１など各種構成機器を制御する。

圧縮機１１は、インバータによる回転数制御を行う容量可変のインバータ圧縮機と、オンオフ制御がなされる定容量の定容量圧縮機とが組み合わされて用いられるものが多いが、インバータ圧縮機だけであってもよい。

＜空調室外機の制御装置＞
図２は、本発明の実施形態に係る空調室外機の制御装置のブロック図である。制御装置４には、ＣＰＵ、メモリを有するマイコン５が搭載されている。なお、各部の詳細は後半で随時説明する。

図３は、同制御装置の電気回路図である。制御装置４では、交流電源７の出力を直流に変換するため、交流電源７のＲ相、Ｓ相、及びＴ相が、コンバータ８に接続されている。Ｒ相とＴ相には、開閉器としての第１リレー（電源用リレー）５２が直列に接続されている。また、開閉器としての第２リレー（充電用リレー）８４と限流抵抗８５とから成る限流回路８ｃが、Ｔ相の第１リレー５２と並列に接続されている。

さらにコンバータ８は、６個のダイオード８１から成る整流回路８ａと、リアクタンス８２及び電解コンデンサ８３から成る平滑回路８ｂとを有している。インバータ９は、コンバータ８から出力される直流を、任意の周波数の交流に変換し、圧縮機１１のモータに供給する。なお、インバータ９は、ドライブ回路４１によって駆動され、ドライブ回路４１はマイコン５によって制御されている。

また、マイコン５は、電流検出手段４４の第１電流検出回路４５と抵抗８７を介して電解コンデンサ８３に流れる電流を監視する。なお、抵抗（第１素子）８７は、電解コンデンサ８３と直列に接続されている。

さらに、マイコン５は、電流検出手段４４の第２電流検出回路４６と抵抗９１を介してインバータ９に流れる電流を監視する。なお、抵抗（第２素子）９１は、インバータ９と直列に接続されている。

＜制御装置による運転動作＞
電源が投入されると、第２リレー８４がオン動作され、電解コンデンサ８３は限流抵抗８５によって徐々に充電される（これを限流動作と呼ぶ）。仮に、電解コンデンサ８３が空充電或いは充電不足の状態で第１リレー５２がオン動作されると、電解コンデンサ８３に突入電圧が印加され、電解コンデンサ８３が損傷する可能性がある。このため、第１リレー５２は、電解コンデンサ８３が適度に充電されてからオン動作される。充電時間は、空気調和装置１の機種によって異なるが、本実施形態では４秒間充電される。

限流動作が終了すると、第１リレー５２がオン動作され、圧縮機１１のモータが起動される。圧縮機１１は、起動指令を受けてから９０秒以内の起動期間を経て定常運転に入る。

＜電流検出回路＞
図４は、第１電流検出回路と第２電流検出回路の構成図である。本実施形態では、第１電流検出回路４５と第２電流検出回路４６とは、同一基板上に形成されている。

（第１電流検出回路）
抵抗８７は、電解コンデンサ８３に流れる電流を検出するためのシャント抵抗として、電解コンデンサ８３と直列に接続されている。抵抗８７に電流が流れると抵抗８７の両端に電圧が発生するので、第１電流検出回路４５は、その電圧から電解コンデンサ８３に流れる電流を検出することができる。まず、抵抗８７に発生した電圧は、フィルター回路８８に取り込まれ、ノイズ等の高周波成分が除去された低い周波数成分の電気信号が取り出される。この電気信号の電圧と予め設定されている電圧Ｖ１との比較が、比較回路８９によって行われる。なお、比較回路８９はオペアンプで構成されている。

電気信号の電圧が電圧Ｖ１未満のときは、比較回路８９からマイコン５へＬｏ信号が送られる。逆に、電気信号の電圧が電圧Ｖ１以上のときは、比較回路８９からマイコン５へＨｉ信号が送られる。電圧Ｖ１は、電解コンデンサ８３を過電流から保護するために設定されている電流値上限の電圧換算値である。

（第２電流検出回路）
抵抗９１は、インバータ９に流れる電流を検出するためのシャント抵抗として、インバータ９と直列に接続されている。抵抗９１に電流が流れると抵抗９１の両端に電圧が発生するので、第２電流検出回路４６は、その電圧からインバータ９に流れる電流を検出することができる。まず、抵抗９１に発生した電圧は、フィルター回路９２に取り込まれ、ノイズ等の高周波成分が除去された低い周波数成分の電気信号が取り出される。この電気信号の電圧と予め設定されている電圧Ｖ２との比較が、比較回路９３によって行われる。なお、比較回路９３はオペアンプで構成されている。

電気信号の電圧が電圧Ｖ２未満のときは、比較回路９３からマイコン５へＬｏ信号が送られる。逆に、電気信号の電圧が電圧Ｖ２以上のときは、比較回路９３からマイコン５へＨｉ信号が送られる。電圧Ｖ２は、インバータ９を過電流から保護するために設定されている電流値上限の電圧換算値である。

なお、比較回路８９，９３に供給される正電源Ｖｃｃ、負電源Ｖｅｅ及び電源線は共用である。

＜電解コンデンサに対する過電流保護ロジック＞
図５は、電解コンデンサに対する過電流保護ロジックのフローチャートである。Ｓ１では、第１電流検出回路４５の比較回路８９から出力される信号が監視されている。Ｓ２では、比較回路８９から出力される信号がＨｉか否かが判定される。Ｓ２でＮｏならば監視が継続され、ＹｅｓならばＳ３で、第１リレー５２がオン動作しているか否かが判定される。Ｓ３でＹｅｓならば、Ｓ４で第１リレー５２がオフ動作し電解コンデンサ８３への給電が停止される。そして、Ｓ５では、電解コンデンサ８３の交換を示唆するメッセージが、リモコン（図示せず）の表示部（図示せず）に表示され、同時に警報ブザーが鳴る。

また、Ｓ３でＮｏならば、Ｓ６で第２リレー８４がオン動作しているか否かが判定される。Ｓ６でＹｅｓならば、Ｓ７で第２リレー８４がオフ動作し電解コンデンサ８３への充電が停止される。そして、Ｓ５では、電解コンデンサ８３の交換を示唆するメッセージが、リモコン（図示せず）の表示部（図示せず）に表示され、同時に警報ブザーが鳴る。

なお、Ｓ３とＳ６の論理背景として、空調室外機２の主電源がオフしているとき、停電しているとき、及び電解コンデンサ８３へ充電しているとき以外は、必ず第１リレー５２がオン動作し電解コンデンサ８３へ電力が供給されている。一方、電解コンデンサ８３へ充電しているときは、第１リレー５２がオフ動作し、第２リレー８４がオン動作している。したがって、第１リレー５２、第２リレー８４が共にオフ状態のときに、電解コンデンサ８３に過電流が流れることは有り得ず、第１電流検出回路４５の比較回路８９からＨｉ信号が出力されることはない。

＜特徴＞
（１）
この制御装置４は、空調室外機２を制御する制御装置であって、コンバータ８と、第１電流検出回路４５と、第１リレー５２と、第２リレー８４と、マイコン５とを備えている。コンバータ８は、交流電源７の出力を直流に変換する。第１電流検出回路４５は、コンバータ８内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する。第１リレー５２及び第２リレー８４は、交流電源７と電解コンデンサ８３とを電気的に接続する。マイコン５は、第１電流検出回路４５が検出する電流を監視する。そして、マイコン５は、第１電流検出回路４５によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、第１リレー５２或いは第２リレー８４を動作させて交流電源７と電解コンデンサ８３との電気的接続を断つ。このため、過電流による電解コンデンサ８３の温度上昇が防止され発煙が回避される。

また、第１リレー５２は、予め交流電源７と直列に接続されている電源用リレーであり、第２リレー８４は、第１リレー５２の動作前に電解コンデンサ８３へ充電するための充電用リレーであるので、既存部品との兼用化が図られ、コストが低減される。

（２）
この制御装置４では、電流検出手段４４は、電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する第１電流検出回路４５と、インバータ９に流れる電流を検出する第２電流検出回路４６とを有している。このため、２つの電流検出回路との間で互いに部品の兼用化が図られ、コストが低減される。また、第１電流検出回路４５は、抵抗８７で発生する電気信号を検出することによって電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する。なお、抵抗８７は、電解コンデンサ８３に直列に接続されている。このため、電流検出の機構が簡素となり、低コストである。

（３）
この制御装置４では、第１電流検出回路４５によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、マイコン５が、第１リレー５２或いは第２リレー８４を動作させて交流電源７と電解コンデンサ８３との電気的接続を断ち、電解コンデンサ８３の交換を示唆する報知を行う。このため、電解コンデンサ８３の交換が促されることによって運転停止要因が明確になり、電解コンデンサ８３の交換遅れが防止され、電解コンデンサ８３の発煙が回避される。

＜他の実施形態＞
以上、本発明について説明したが、具体的な構成は、上記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上記実施形態では、電解コンデンサ８３に過電流が流れたとき、マイコン５が、電解コンデンサ８３への給電を停止するが、給電を停止せずに電解コンデンサ８３の交換を示唆するメッセージをリモコンの表示部に表示し、同時に警報ブザーを鳴らしてもよい。

また、上記実施形態では、電流を検出するために抵抗８７をシャント抵抗として使用したが、抵抗を廃止し変流器で電流を検出してもよい。

また、上記実施形態では、既存の第１リレー５２及び第２リレー８４を、交流電源７と電解コンデンサ８３との電気的接続を行う開閉器として使用しているが、別の開閉器を電解コンデンサ８３と直列に接続してもよい。

以上のように本発明によれば、交流を直流に変換するコンバータ内の電解コンデンサに対して、過電流保護機能が働き電解コンデンサの発煙が防止されるので、空調室外機の制御装置に有用である。

空気調和装置の構成図。 本発明の実施形態に係る空調室外機の制御装置のブロック図。 同制御装置の電気回路図。 第１電流検出回路と第２電流検出回路の構成図。 電解コンデンサに対する過電流保護ロジックのフローチャート。

符号の説明

２ 空調室外機
４ 制御装置
５ マイコン
７ 交流電源
８ コンバータ
９ インバータ
４４ 電流検出手段
４５ 第１電流検出回路
４６ 第２電流検出回路
５２ 第１リレー（開閉器、電源用リレー）
８３ 電解コンデンサ
８４ 第２リレー（開閉器、充電用リレー）
８７ 抵抗（第１素子）

Claims (7)

1. 空調室外機（２）を制御する制御装置であって、
   交流電源（７）の出力を直流に変換するコンバータ（８）と、
   前記コンバータ（８）内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサ（８３）に流れる電流を検出する電流検出手段（４４）と、
   前記交流電源（７）と前記電解コンデンサ（８３）とを電気的に接続する開閉器（５２，８４）と、
   前記電流検出手段（４４）が検出する電流を監視するマイコン（５）と、
   を備え、
   前記マイコン（５）は、前記電流検出手段（４４）によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、前記開閉器（５２，８４）を動作させて前記交流電源（７）と前記電解コンデンサ（８３）との電気的接続を断つ、
   制御装置（４）。
2. 前記コンバータ（８）から電力を供給されるインバータ（９）をさらに備え、
   前記電流検出手段（４４）は、前記電解コンデンサ（８３）に流れる電流を検出する第１電流検出回路（４５）と、インバータ（９）に流れる電流を検出する第２電流検出回路（４６）とを有する、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
3. 前記電解コンデンサ（８３）に直列に接続されて電気信号を発生する第１素子（８７）
   をさらに備え、
   前記第１電流検出回路（４５）は、前記第１素子（８７）で発生する電気信号を検出する、
   請求項２に記載の制御装置（４）。
4. 前記第１素子（８７）が抵抗器を含んでいる、
   請求項３に記載の制御装置（４）。
5. 前記開閉器（５２，８４）は、予め前記交流電源（７）と直列に接続されている電源用リレーと、前記電源用リレーの動作前に前記電解コンデンサ（８３）へ充電するための充電用リレーとを含んでいる、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
6. 前記マイコン（５）は、前記電流検出手段（４４）によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、前記開閉器（５２，８４）を動作させて前記交流電源（７）と前記電解コンデンサ（８３）との電気的接続を断ち、前記電解コンデンサ（８３）の交換を示唆する報知を行う、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
7. 空調室外機（２）を制御する制御装置であって、
   交流電源（７）の出力を直流に変換するコンバータ（８）と、
   前記コンバータ（８）内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサ（８３）と直列に接続されて電気信号を発生する第１素子（８７）と、
   前記第１素子（８７）で発生する電気信号から電流値を検出する第１電流検出回路（４５）と、
   前記第１電流検出回路（４５）が検出する電流を監視するマイコン（５）と、
   を備え、
   前記マイコン（５）は、前記第１電流検出回路（４５）によって検出される電流が予め設定されている設定電流値を超えたときに、前記電解コンデンサ（８３）の交換を示唆する報知を行う、
   制御装置（４）。

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