JP2007333370A - 空気調和機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流及び温度によって同時に制御される過負荷遮断機を採用しながらも、電流及び温度によって個別的に制御される過負荷遮断機を採用したときと同じ性能を発揮できるように、既存のセンサを用いた制御ロジックを付加することで、圧縮機の過負荷保護性能を低減させずに全体の製造原価を節減できる空気調和機及びその制御方法を提供する。
【解決手段】圧縮機１０の温度及び電流によって動作して前記圧縮機１０の電源供給を遮断する過電流遮断機４０と、前記圧縮機１０を運転又は停止するためにオン又はオフになるパワーリレー４２と、室内温度を検出する室内温度感知部６０と、室内熱交換器の配管温度を検出する室内熱交換器配管温度感知部６１と、前記検出された室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度変化によって前記パワーリレー４２の作動を制御する制御部３０と、を含んで空気調和機を構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、空気調和機に関するもので、詳しくは、圧縮機の過熱及び損傷を防止し、さらには全体の製造原価を節減できる空気調和機及びその制御方法に関するものである。

従来の空気調和機において、図１に示すように、運転コイルである主コイル１ｂ及び始動コイルである補助コイル１ａからなる圧縮機１と交流電源４との間には、バイメタル２ａからなる過負荷遮断機（Over Load Protector; OLP）２が接続される。一般に、この過負荷遮断機２は、圧縮機１の上部カバーに装着される。したがって、交流電源４が印加されると、過負荷遮断機２、圧縮機１及び運転コンデンサ５に電流が流れ、圧縮機１が正常運転状態になる。しかし、圧縮機１の運転中に過負荷状態になると、圧縮機１に過電流が流れたり、圧縮機１の表面温度が異常温度に上昇することになるが、このとき、過負荷遮断機２のバイメタル２ａの熱変形によって圧縮機１の電源供給が遮断され、圧縮機１の運転が停止する。

前記過負荷遮断機２は、圧縮機１の表面温度と、バイメタル２ａに流れる電流によって発生した熱とを合算した結果、規定された温度以上であると、バイメタル２ａが熱変形によって曲げられ圧縮機１への電源供給を遮断することで、圧縮機１の運転が停止する。そして、所定時間後にバイメタル２ａの温度が冷めると、バイメタル２ａが元の位置に戻り圧縮機１に電源を供給することで、圧縮機１の運転が再開する。

圧縮機１に冷媒が定量充填されるとバイメタル２ａが圧縮機１の過熱前に適時にオフになるので、前記過負荷遮断機２は圧縮機１の過度な温度上昇を防げる。しかし、圧縮機１の運転中に冷媒漏洩などによって異常運転状態になると圧縮機１の運転電流が急激に低下するので、電源遮断条件を満足するために圧縮機１の表面温度が既存より急激に上昇した状態でバイメタル２ａが熱変形によって曲げられ、圧縮機１の電源供給を遅れて遮断するようになる。したがって、過負荷遮断機２は、圧縮機１の表面温度が過度に上昇した状態で動作することになり、圧縮機１の焼損が発生する恐れがある。

上記の問題を克服するために、図２に示すように、特許文献１に開示された過負荷遮断機２’には、電流及び温度によって個別的に制御されるように、バイメタル２ａの他に圧縮機１の表面温度によって動作する温度スイッチ３が備わる。前記過負荷遮断機２’によると、圧縮機１の運転電流が過度に低下してバイメタル２ａが適時に熱変形されない場合にも、圧縮機１の表面温度が規定温度より高いと、温度スイッチ３がオンになって圧縮機１への電源供給を遮断することになり、圧縮機の過負荷保護性能を向上できる。このとき、抵抗２ｂはバイメタル２ａの発熱を助ける機能をする。

しかしながら、前記過負荷遮断機２’は、電流及び温度によって個別的に制御されるため全体の製造原価が上昇するという問題点があった。
特開平８−２１９５６５号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電流及び温度によって同時に制御される過負荷遮断機を採用しながらも、電流及び温度によって個別的に制御される過負荷遮断機を採用したときと同じ性能を発揮できるように、既存のセンサを用いた制御ロジックを付加することで、圧縮機の過負荷保護性能を低減させずに全体の製造原価を節減できる空気調和機及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る空気調和機は、圧縮機の温度及び電流によって動作して前記圧縮機への電源供給を遮断する過電流遮断機と、前記圧縮機を運転又は停止させるためにオン又はオフになるパワーリレーと、室内温度を検出する室内温度感知部と、室内熱交換器の配管温度を検出する室内熱交換器配管温度感知部と、前記検出された室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度変化によって前記パワーリレーの作動を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る空気調和機は、前記室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差が所定の温度範囲及び所定の時間の間に維持される場合、前記制御部が前記パワーリレーをオフにすることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機は、前記パワーリレーがオフにされた後所定の時間が経過してから、前記制御部が前記パワーリレーをオンにすることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機は、前記圧縮機における最初の起動時と該最初の起動時以後の起動時において前記所定の時間が異なるように設定されることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機は、前記所定の時間が前記圧縮機の最初起動時において該最初の起動時以後の起動時よりも長く設定されることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機は、前記室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差を算出する温度差算出部と、前記算出された温度差が所定の温度範囲に継続して維持される時間をカウントするための時間カウント部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和機の制御方法は、圧縮機の温度及び電流によって動作して前記圧縮機への電源供給を遮断する過電流遮断機と、前記圧縮機を運転又は停止させるためにオン又はオフになるパワーリレーと、を備えた空気調和機の制御方法において、室内温度を検出する段階と、室内熱交換器の配管温度を検出する段階と、前記検出された室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差に基づいて前記パワーリレーの作動を制御する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る空気調和機の制御方法は、前記温度差が所定の温度範囲内及び所定の時間の間に維持される場合、前記パワーリレーをオフにすることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機の制御方法は、前記パワーリレーがオフにされた後所定の時間が経過してから、前記パワーリレーをオンにすることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機の制御方法は、前記温度差が前記所定の温度範囲内で前記圧縮機の最初の起動時に所定の第１の時間の間維持される場合、前記パワーリレーをオフにし、前記圧縮機の前記最初の起動時以後の起動時に前記所定の第１の時間より短い所定の第２の時間の間維持される場合、前記パワーリレーをオフにすることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機の制御方法は、前記温度差が所定の温度範囲及び所定の時間の間に維持されない場合、前記パワーリレーをオンにすることを特徴とする。

本発明は、電流及び温度によって同時に制御される過負荷遮断機を採用し、室内熱交換器の配管温度と室内温度との間の温度差及びその維持時間に基づいて、冷媒漏洩時のように圧縮機に供給される電流値が相対的に低く過負荷遮断機がオフになる前に圧縮機の過度な温度上昇が予想される場合、圧縮機への電源供給を遮断して圧縮機の過度な温度上昇を防止できる。その結果、電流及び温度によって同時に制御される製造原価の低廉な過負荷遮断機を採用し、それにもかかわらず、電流及び温度によって個別的に制御される比較的高価な過負荷遮断機を採用したときと同じ性能を発揮でき、圧縮機の過負荷保護性能を低減させずに全体の製造原価を節減できるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図３に示すように、本発明に係る空気調和機は、室外機Ａ及び室内機Ｂを備えている。室外機Ａには、圧縮機１０、四方弁１１、室外熱交換器１２、電動膨脹弁１３及びアキュムレーター１５が備わる。四方弁１１は、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒を、冷房運転時には室外熱交換器１２に移送し、暖房運転時には室内熱交換器１４に移送するように切り替えられる。

圧縮機１０の吐出側は、四方弁１１を通して室外熱交換器１２の一側に接続される。また、室外熱交換器１２の他側は、冷媒管Ｗによって室内機Ｂの室内熱交換器１４に連結される。これら室外熱交換器１２と室内熱交換器１４との間の冷媒管Ｗには、電動膨脹弁１３が設けられる。

室内熱交換器１４の出口は、冷媒管Ｇによって四方弁１１及びアキュムレーター１５を通して圧縮機１０の吸入側に接続される。

室内機Ｂには、室内温度を検出するための室内温度センサ１６が設けられる。また、室内熱交換器１４の配管には、室内熱交換器配管を流れる冷媒の温度を検出するための室内熱交換器配管温度センサ１７が設けられる。

したがって、点線矢印のように、冷房運転時に圧縮機１０から吐出された冷媒は、四方弁１１、凝縮器として作動する室外熱交換器１２、電動膨脹弁１３、蒸発器として作動する室内熱交換器１４を経由し、四方弁１１を経て圧縮機１０の吸入側に循環されて室内を冷房する。一方、実線矢印のように、暖房運転時に圧縮機１０から吐出された冷媒は、四方弁１１、凝縮器として作動する室内熱交換器１４、電動膨脹弁１３、蒸発器として作動する室外熱交換器１２を経由し、四方弁１１を経て圧縮機１０の吸入側に循環されて室内を暖房する。説明されていない図３の参照符号１８は室外ファン、１９は室内ファンである。

上記のように構成された空気調和機は、図４に示すように、温度設定部２０と、室内温度感知部６０と、室内熱交換器配管温度感知部６１と、過負荷遮断機４０と、パワーリレーコイル３１と、パワーリレー４２と、温度差算出部５０と、時間カウント部５１と、表示部５２と、を備えている。

運転コイルである主コイル１０ｂ及び始動コイルである補助コイル１０ａからなる圧縮機１０の一側はパワーリレー４２を介して交流電源４１の一極側に接続され、圧縮機１０の他側は過負荷遮断機４０を介して交流電源４１の他極側に接続される。

パワーリレー４２はパワーリレーコイル３１によってオン又はオフになり、圧縮機１０に電源を供給するか、圧縮機１０への電源供給を遮断することで、圧縮機１０を運転又は停止させる。パワーリレーコイル３１は、制御部３０の作動によって電圧が供給されて励磁状態となるか、又は、電圧が遮断されて非励磁状態となる。そして、励磁状態である場合にはパワーリレー４２をオンにし、非励磁状態である場合にはパワーリレー４２をオフにする。過負荷遮断機４０は、１個のバイメタル４０ａからなり、圧縮機１０の上部カバーに装着される。過負荷遮断機４０は、平常時にはオン状態を維持するが、圧縮機１０の運転電流による発熱と圧縮機の表面温度とを合算した温度が規定温度より高くなると、バイメタル４０ａが熱変形によって曲げられオフとなる。説明されていない図４の参照符号４３は運転コンデンサである。

制御部３０の入力側には、使用者によって設定温度が入力される温度設定部２０と、室内温度を検出するための室内温度感知部６０と、室内熱交換器１４の配管温度を検出するための室内熱交換器配管温度感知部６１とが電気的に接続される。

制御部３０は、室内温度感知部６０から検出された室内温度が温度設定部２０によって設定された設定温度より高いと、パワーリレーコイル３１の励磁によってパワーリレー４２をオンにすることにより圧縮機１０に電源を供給して圧縮機１０を運転させる。また、室内温度が設定温度に到達すると、制御部３０は、パワーリレーコイル３１の非励磁によってパワーリレー４２をオフにすることにより圧縮機１０への電源供給を遮断して、圧縮機１０の運転を停止させる。

圧縮機１０の運転中に過負荷遮断機４０によって過電流が感知されると、過負荷遮断機４０がオフになって圧縮機１０の運転が停止される。そして、所定時間後に過負荷遮断機４０が再びオンになり、圧縮機１０の運転が再開する。

上述したように、前記過負荷遮断機４０は、圧縮機１０に冷媒が定量充填されると圧縮機１０の表面温度が過度に上昇する前にオフになるが、圧縮機１０の運転中に冷媒漏洩などによって異常運転状態になると圧縮機１０の運転電流が急激に低下するので、電源遮断条件を満足するために圧縮機１０の表面温度が既存より急激に上昇した状態となり、バイメタル４０ａが熱変形によって曲げられ圧縮機１０の電源供給を遅れて遮断するようになる。すなわち、前記過負荷遮断機４０は圧縮機１０の表面温度が過度に上昇した状態で動作することになり、圧縮機１０の焼損が発生する恐れがある。

上記の問題を解決するために、前記制御部３０には、室内温度感知部６０及び室内熱交換器配管温度感知部６１によって検出された室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差を算出する温度差算出部５０と、この温度差算出部５０によって算出された温度差が所定の温度範囲（例えば０℃〜１℃）で継続して維持されている時間をカウントするための時間カウント部５１とが電気的に接続される。前記制御部３０は、温度差算出部５０によって算出された温度差が所定の温度範囲で継続して維持されている時間を時間カウント部５１でカウントし、このカウントされた時間が所定の時間よりも長い場合、冷媒漏洩などによる異常運転状態であると判断し、圧縮機１０の過度な温度上昇を防止するためにパワーリレー４２を強制にオフにして、圧縮機１０への電源供給を遮断する。また、制御部３０は、その出力側に電気的に接続された表示部５２を通して、異常運転状態であることを使用者に警告する。

例えば、図５及び図６に基づいて制御部３０の作動を説明する。冷房運転又は暖房運転時に室内温度及び室内熱交換器の配管温度を用いて非正常運転状態である冷媒漏洩を感知する方案として、圧縮機１０の電源印加時点から室内温度と室内熱交換器配管温度との間の温度差が１℃以下の状態で所定の第１の時間（例えば３０分）（圧縮機の最初の起動時）、所定の第２の時間（例えば２０分）（前記最初の起動時以後の起動時）の間継続して維持される場合、パワーリレー４２をオフにして圧縮機１０の電源を遮断することにより圧縮機１０をオフにする。次いで、その時点から８０分経過すると、パワーリレー４２をオンにして圧縮機１０を再びオンにする。このとき、前記所定の時間は前記圧縮機の最初の起動時において該最初の起動時以後の起動時よりも長く設定される。

一方、過負荷遮断機４０の動作中に、室内温度と室内熱交換器の温度との間の温度差が１℃を超えた状態が所定の時間（例えば５分）以上継続して維持される場合、圧縮機の電源制御を解除して圧縮機１０を正常運転する。

図５に示すような冷房運転時において、１個のバイメタル４０ａのみを有する過負荷遮断機４０を適用した従来技術では、冷媒漏洩などによる異常運転時には圧縮機１０の運転電流が相対的に低いため、圧縮機１０の表面温度が圧縮機１０の許容限界温度である１６５℃を越えて略２００℃に過熱された後に過負荷遮断機４０がオフとされて、圧縮機１０の電源供給を遮断する。一方、本発明では、前記過負荷遮断機４０を採用しながらも、冷媒漏洩などによる異常運転状態を室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差及びその維持時間で感知し、圧縮機１０の許容限界温度である１６５℃より低い１５０℃でパワーリレー４２を強制的にオフとし圧縮機１０をオフにすることができるので、圧縮機１０の過度な温度上昇を未然に防止できる。上記の内容は、暖房運転時においても同様に適用される。

したがって、電流及び温度によって同時に制御される製造原価の低廉な過負荷遮断機４０を採用し、それにもかかわらず、電流及び温度によって個別的に制御される比較的高価な過負荷遮断機を採用したときと同じ性能を発揮できるので、圧縮機１０の過負荷保護性能を低減させずに全体の製造原価を節減できる。

図７Ａ及び図７Ｂに基づいて一層詳細に前記制御部３０の作動を説明すると、まず、制御部３０はパワーリレー４２をオンにして圧縮機１０をオンにする（Ｓ１００）。

次いで、制御部３０は、冷媒漏洩などによる異常運転状態、すなわち、圧縮機の表面温度の過熱状態においても過負荷遮断機４０がオフにならず、圧縮機１０に電源が継続して供給される場合を判断するために、室内温度感知部６０を通して室内温度Ｔ１を検出し （Ｓ１０１）、室内熱交換器配管温度感知部６１を通して室内熱交換器の配管温度Ｔ２を検出する（Ｓ１０２）。

次いで、検出された室内温度Ｔ１と室内熱交換器の配管温度Ｔ２との間の温度差（△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ２）を算出し（Ｓ１０３）、温度差が所定の温度範囲（例えば１℃以下）内にあるかどうかを判断し（Ｓ１０４）、温度差が１℃以下であると、その維持時間をカウントし、前記温度差が１℃以下の状態で所定の時間（例えば３０分）以上維持されるかどうかを判断する（Ｓ１０５）。

Ｓ１０４で判断した結果、前記温度差が１℃超過であるか、Ｓ１０５で判断した結果、前記温度差が１℃以下の状態で３０分以上維持されない場合には、冷媒漏洩などによる異常運転状態にはなっていないので、圧縮機１０を正常運転させる（Ｓ１１６）。

一方、Ｓ１０５で判断した結果、前記温度差が１℃以下の状態で３０分以上維持される場合、冷媒漏洩などによる異常運転状態にあると判断し、パワーリレー４２をオフにして圧縮機１０をオフにする（Ｓ１０６）。その結果、冷媒漏洩によって圧縮機１０の運転電流が低下して過負荷遮断機４０がオフにならない場合でも、圧縮機１０の許容限界温度である１６５℃より低い１５０℃でパワーリレー４２を強制的にオフにして圧縮機１０をオフにするので、圧縮機１０の過度な温度上昇を防止できる。

圧縮機１０をオフにした後、圧縮機１０がオフとされた時点から時間をカウントし、このカウントされた時間が所定の時間（例えば８０分）を経過したかどうかを判断し（Ｓ１０７）、その判断結果、８０分が経過した場合、パワーリレー４２をオンにして圧縮機１０を再びオンにする（Ｓ１０８）。

次いで、冷媒漏洩などによる異常運転状態にあるかどうかを再び判断するために、室内温度感知部６０を通して室内温度Ｔ１’を検出し（Ｓ１０９）、室内熱交換器配管温度感知部６１を通して室内熱交換器の配管温度Ｔ２’を検出する（Ｓ１１０）。

次いで、検出された室内温度Ｔ１’と室内熱交換器の配管温度Ｔ２’との間の温度差（△Ｔ’＝Ｔ１’−Ｔ２’）を算出し（Ｓ１１１）、温度差が所定の温度範囲（例えば１℃以下）内にあるかどうかを判断する（Ｓ１１２）。

次いで、Ｓ１１２で判断した結果、前記温度差△Ｔ’が１℃超過の状態である場合には、前記温度差△Ｔ’が１℃超過の状態で所定の時間（例えば５分）以上維持されるかどうかを判断する（Ｓ１１５）。Ｓ１１５で判断した結果、前記温度差△Ｔ’が１℃超過の状態で５分以上維持されていない場合、Ｓ１０９に戻る。一方、段階Ｓ１１５で判断した結果、前記温度差△Ｔ’が１℃超過の状態で５分以上維持されている場合には、冷媒漏洩による異常運転状態には至っていないので、圧縮機を正常運転させる（Ｓ１１６）。このとき、圧縮機を正常運転させるとともに、後述する異常運転を警告するメッセージが表示されていた場合にはこれを解除する。

一方、Ｓ１１２で判断した結果、前記温度差が１℃以下の状態である場合、前記温度差△Ｔ’が１℃以下の状態で継続して維持されている時間をカウントし、前記温度差が１℃以下の状態で所定の時間（例えば２０分（圧縮機の最初の起動時より短い時間））以上維持されているかどうかを判断する（Ｓ１１３）。Ｓ１１３で判断した結果、前記温度差が１℃以下の状態で２０分以上維持されている場合、表示部５２を通して異常運転を警告するためのメッセージを表示するとともに（Ｓ１１４）、Ｓ１０６に戻って以下に続く段階を行う。一方、Ｓ１１３で判断した結果、前記温度差が１℃以下の状態で２０分以上維持されていない場合、冷媒漏洩による異常運転状態には至っていないので、圧縮機１０を正常運転させる（Ｓ１１６）。

従来の空気調和機の制御回路図である。 従来の空気調和機の他の制御回路図である。 本発明に係る空気調和機の冷媒サイクル図である。 本発明の実施形態に係る空気調和機の制御ブロック図である。 本発明に係る空気調和機の冷媒運転時の作動を説明するためのタイミング図である。 本発明に係る空気調和機の暖房運転時の作動を説明するためのタイミング図である。 本発明の実施形態に係る空気調和機の制御方法を示した制御フローチャートである。 本発明の実施形態に係る空気調和機の制御方法を示した制御フローチャートである。

符号の説明

１０ 圧縮機
２０ 温度設定部
３０ 制御部
３１ パワーリレーコイル
４０ 過負荷遮断機
４０ａ バイメタル
４１ 交流電源
４２ パワーリレー
５０ 温度差算出部
５１ 時間カウント部
５２ 表示部
６０ 室内温度感知部
６１ 室内熱交換器配管温度感知部

Claims (11)

1. 圧縮機の温度及び電流によって動作して前記圧縮機への電源供給を遮断する過電流遮断機と、
   前記圧縮機を運転又は停止させるためにオン又はオフにされるパワーリレーと、
   室内温度を検出する室内温度感知部と、
   室内熱交換器の配管温度を検出する室内熱交換器配管温度感知部と、
   前記検出された室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度変化によって前記パワーリレーの作動を制御する制御部と、
   を含むことを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御部は、前記室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差が所定の温度範囲及び所定の時間の間に維持される場合には、前記パワーリレーをオフにすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御部は、前記パワーリレーがオフとされた後、所定の時間が経過してから前記パワーリレーをオンにすることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記所定の時間は、前記圧縮機の最初の起動時と該最初の起動時以後の起動時において異なるように設定されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
5. 前記所定の時間は、前記圧縮機の前記最初の起動時において前記最初の起動時以後の起動時よりも長く設定されることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
6. 前記室内温度と室内熱交換器の配管温度との間の温度差を算出する温度差算出部と、前記算出された温度差が所定の温度範囲で継続して維持される時間をカウントするための時間カウント部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
7. 圧縮機の温度及び電流によって動作して前記圧縮機への電源供給を遮断する過電流遮断機と、前記圧縮機を運転又は停止させるためにオン又はオフにされるパワーリレーと、を備えた空気調和機の制御方法において、
   室内温度を検出する段階と、
   室内熱交換器の配管温度を検出する段階と、
   前記検出された室内温度と室内熱交換器配管温度との間の温度差に基づいて前記パワーリレーの作動を制御する段階と、を含むことを特徴とする空気調和機の制御方法。
8. 前記温度差が所定の温度範囲内及び所定の時間の間に維持される場合には、前記パワーリレーをオフにすることを特徴とする請求項７に記載の空気調和機の制御方法。
9. 前記パワーリレーがオフとされた後所定の時間が経過してから、前記パワーリレーをオンにすることを特徴とする請求項８に記載の空気調和機の制御方法。
10. 前記温度差が、前記所定の温度範囲内で前記圧縮機の最初の起動時に所定の第１の時間の間維持される場合には前記パワーリレーをオフにし、前記圧縮機の前記最初の起動時以後の起動時に前記所定の第１の時間よりも短い所定の第２の時間の間維持される場合には前記パワーリレーをオフにすることを特徴とする請求項８に記載の空気調和機の制御方法。
11. 前記温度差が、所定の温度範囲及び所定の時間の間に維持されていない場合、前記パワーリレーをオンにすることを特徴とする請求項８に記載の空気調和機の制御方法。

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