JP2008008566A - ヒートポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧異常時は圧縮機を確実に停止させ、かつ異常動作時の原因を明確にし、異常内容を表示すること。
【解決手段】システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御部１６と、冷媒圧縮手段１８と、前記冷媒圧縮手段１８を駆動する圧縮機駆動手段１９と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチ２１と、ファンモータ２９と、ファンモータ駆動回路３０と、前記圧力スイッチ２１の信号を前記制御部１６に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記ファンモータ駆動回路３０の動作を停止できるように接続した圧力スイッチ信号回路２２を備え、前記圧力スイッチ２１の動作により前記ファンモータ駆動回路３０の動作により前記冷媒圧縮手段１８を停止させ、かつ前記制御部１６で圧力の高圧異常と判定することで、異常時の原因を明確にし、修理時間の短縮、部品交換を減らすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ式の制御装置に関するものである。

貯湯タンクと水熱交換器とを備え、貯湯タンク内の湯水と冷媒回路を流通する冷媒との間の熱交換を上記水熱交換器で行うよう構成したヒートポンプ式給湯装置が、従来から用いられている。このようなヒートポンプ式給湯装置では、冷媒回路中に設けられた空気熱交換器を蒸発器として機能させると共に、水熱交換器を凝縮器として機能させることにより給湯運転を行うことが可能である。このような構成のヒートポンプ給湯器では近年冷媒として二酸化酸素等の冷媒を使用することがあるが、このような冷媒の場合には空気調和機で用いられているＲ４１０Ａのような冷媒のように、冷媒の温度より圧力を推定することが非常に困難であるため、実際の冷媒の圧力をモニタする圧力スイッチや圧力センサを用いて冷媒の圧力をモニタして制御を行なっている。その制御により冷媒の圧力を設計圧力内で制御して圧縮機その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保する構成となっている。
特開２００１−２６３８０１号公報

しかしながら、図９に示す給湯装置の制御方法では次のような問題点がある。前記従来の給湯装置の構成では、圧力スイッチの信号により制御部で冷媒の圧力の状態をモニタし、冷媒の圧力が設計圧力以上の異常な圧力の状態になることを防止するように圧縮機の周波数を低下させる等して圧力の上昇を抑えているが、制御部が何等かの異常によりモニタできない状態に陥ってしまった場合に、圧力の上昇を抑えることができず、圧縮機等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を満足することができなくなる。それを防止するために圧力スイッチの信号により制御部を介さずに回路的に圧縮機の電源ラインを遮断して圧縮機の駆動を強制的にオフすることが考えられる。しかしその場合には圧縮機駆動中に強制的に電源を遮断することになるので圧力異常以外のエラーが発生してしまい、本来発生するべき圧力異常が発生しないために、給湯装置の異常の原因が判定できなくなるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、異常時の圧力の上昇を抑え、かつ異常発生の原因を正確に表示することにより、異常内容を的確に表示することができる給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、冷媒の圧力を検知してオン・オフ信号を出力する圧力スイッチを有し、圧力スイッチのオン・オフによって圧縮機の駆動を停止させる制御装置で、ある種の異常エラーが入力された場合には、圧力スイッチのオン・オフの状態を確認してから制御部が異常を確定する制御装置としたものである。

これによって圧縮機の圧力が異常に高圧になったときに即座に圧縮機の駆動を停止して圧縮機等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保できると共に、圧力スイッチの動作によって発生する他の異常を異常と判断せず、高圧保護の異常を確定することができる。これによって故障時の原因が明確になり、部品交換時のコスト、原因追求の時間を大幅に低減することができる。

本発明のヒートポンプ制御装置は、冷媒圧力の上昇に伴ない、圧力スイッチの信号によって圧縮機の駆動を即時停止することで、圧縮機等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保し、また即時停止することにより発生する高圧保護異常以外の異常を異常と判断しないので、異常の原因を明確にして部品交換時のコスト、原因追求の時間を大幅に低減することができる。

第１の発明は、電力を供給するＡＣ電源と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第１のスイッチ手段と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第２のスイッチ手段と、ＡＣ電源を整流するダイオードブリッジと、第１の電源回路と、第２の電源回路と、システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御部と、５Ｖレギュレータと、冷媒圧縮手段と、前記冷媒圧縮手段を駆動する圧縮機駆動手段と、電流制限素子と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、ファンモータと、ファンモータ駆動回路と、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記ファンモータ駆動回路の動作を停止できるように接続した圧力スイッチ信号回路を備え、前記圧力スイッチの動作により前記ファンモータ駆動回路異常が発生した場合には、所定の時間以内に前記演算制御手段が前記圧力スイッチの状態を確認し、前記圧力スイッチがオフ状態にあった場合には、前記ファンモータ駆動回路異常を異常と判断せずに、前記圧縮手段の圧力の高圧異常と判定することにより、システム異常に陥り、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換点数を減らすことができる。

第２の発明は、電力を供給するＡＣ電源と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第１のスイッチ手段と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第２のスイッチ手段と、ＡＣ電源を整流するダイオードブリッジと、第１の電源回路と、第２の電源回路と、システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御部と、５Ｖレギュレータと、冷媒圧縮手段と、前記冷媒圧縮手段を駆動する圧縮機駆動手段と、電流制限素子と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、通信回路と、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記通信回路の動作を停止できるように接続した圧力スイッチ信号回路を備え、前記圧力スイッチの動作により前記通信回路異常が発生した場合には、所定の時間以内に前記演算制御手段が前記圧力スイッチの状態を確認し、前記圧力スイッチがオフ状態にあった場合には、前記通信異常を異常と判断せずに、前記圧縮手段の圧力の高圧異常と判定することにより、システム異常に陥り、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換点数を減らすことができる。

第３の発明は、電力を供給するＡＣ電源と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第１のスイッチ手段と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第２のスイッチ手段と、ＡＣ電源を整流するダイオードブリッジと、第１の電源回路と、第２の電源回路と、システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御と、５Ｖレギュレータと、冷媒圧縮手段と、前記冷媒圧縮手段を駆動する圧縮機駆動手段と、電流制限素子と、第３のスイッチ手段と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記第３のスイッチ手段を遮断する圧力スイッチ信号回路を備え、前記圧力スイッチの動作により第３のスイッチ手段を遮断することで第２の電源回路の１５Ｖを遮断することにより、圧縮機駆動手段の動作を停止させることにより、システム異常に陥り、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため異常を誤認し、Ｐ板を交換するというロスをなくし、最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換を減らすことができる。

第４の発明は、特に、第１、第２、第３の発明を圧力スイッチの信号により第２の電源
回路の動作を停止させ、圧縮機駆動手段の動作を停止させる構成とすることにより、システム異常に陥り、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため異常を誤認し、Ｐ板を交換するというロスをなくし、最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換を減らすことができる。

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、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機のヒートポンプ制御装置の回路図を示すものであり、図２は、本発明の実施の形態１での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図である。ヒートポンプ式給湯機の貯湯タンク側については図面への記載を省略する。

図１において、ヒートポンプ制御装置は、ＡＣ電源１１と、ＡＣ電源に挿入された第１のスイッチ手段１２と、もう一方のＡＣ電源に挿入された第２のスイッチ手段１３と、第１のスイッチ手段１２と第２のスイッチ手段１３の前のＡＣ電源に接続されている整流用の第１のダイオードブリッジ２５と、平滑用のコンデンサ２７と、前記ダイオードブリッジ２５と前記コンデンサ２７により変換されたＤＣ電圧を各種の低電圧に変換する第１の電源回路１４と、前記第１のスイッチ手段１２と前記第２のスイッチ手段１３の後ろのＡＣ電源に接続されている整流用の第２のダイオードブリッジ２６と、平滑用のコンデンサ２８と、前記ダイオードブリッジ２６と前記コンデンサ２８により変換されたＤＣ電圧を各種の低電圧に変換する第２の電源回路１５と、電子制御装置を制御する制御部１６と、前記第１の電源回路１４により作られた電圧より前記制御部１６用の電圧に変換するレギュレータ２４と、ヒートポンプに搭載されている冷媒圧縮手段１８と、前記冷媒圧縮手段１８を駆動する圧縮機駆動手段１９と、前記第２のスイッチ手段１３と並列に接続されている電流制限素子２４と、冷媒の状態の圧力によってオン・オフすることを目的とした圧力スイッチ２１と冷媒圧縮制御等、ヒートポンプの各部を制御する演算制御手段１７と、前記演算制御手段１７を介さず冷媒圧縮手段を停止させる手段である圧力スイッチ信号回路２２と、ファンモータ２９と、ファンモータ駆動回路３０から構成されている。

図２は、圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目がＦＭ駆動回路へ入力される異常信号のタイミングで、上から３番目が高圧保護異常検知のタイミングである。

以上のように構成、制御されたヒートポンプ制御装置について、以下のその動作、作用を説明する。

まず、ヒートポンプ式給湯器が何らかの異常や、突発的な負荷の変動に伴なって、圧縮機の圧力が異常に上昇して設計圧力を超えてしまった場合、前記冷媒圧縮手段１８等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保する為にある圧力以下に冷媒の圧力を抑えなくてはならない。そこである一定の圧力に達するとオン・オフ動作を行なう前記圧力スイッチ２１を用いて現在の冷媒の圧力がある一定の圧力に達したかどうかを判断している。前記圧力スイッチ２１はオン・オフの信号を制御部１６に入力しているのと同時に、これ以上の圧力の上昇を抑えるために前記ファンモータ駆動回路３０へ異常信号を送信してファンモータ１９の動作を停止させるとともに、ファンモータ駆動回路３０を停止させることで、ファンモータ駆動手段内部の保護回路を利用して前記冷媒圧縮手段１８へ供給される電圧を遮断し、前記冷媒圧縮手段１８の駆動を停止させることができる。

図２のように、異常判定はファンモータ駆動回路異常が発生し、かつ、前記圧力スイッ
チ２１がオフ状態になっている場合には高圧保護異常と判断する。また、ファンモータ駆動回路異常が発生時、前記圧力スイッチ２１がオン状態の場合には力率ファンモータ回転数異常を表示する。これによりファンモータ駆動回路異常が発生したにもかかわらず、圧縮機の圧力が高圧になり、前記圧力スイッチ２１が動作した場合には前記圧力スイッチ２１が動作したことを表示する高圧保護異常を表示することが可能となる。

これにより高圧保護異常を確定することができ、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、高圧保護異常に的を絞った修理を行ない修理時間の削減を実現することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の回路図で、実施の形態１から、前記圧力スイッチ２１の動作時にその信号をタンクとヒートポンプ間の通信を行なう通信回路３１へ入力する回路としたものである。図４は本発明の実施の形態２での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目が通信異常認識のタイミングで、一番下が高圧保護異常検知のタイミングである。

以上のように構成されたヒートポンプの制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

前記圧力スイッチ２１がオフ状態になった場合に前記冷媒圧縮手段１８とその他の冷凍サイクル機構の信頼性確保のため、前記圧力スイッチ信号回路２２からの信号を前記通信回路３１へ入力する。これによりタンクとヒートポンプ間の通信異常が発生し、タンクからヒートポンプへの動作要求を認識することができないため冷媒圧縮手段１８は停止する。その際、通信回路３１より前記制御部１６へ通信異常の信号を送信する。そのため圧力ＳＷ動作時には最終的に通信異常をリモコン表示してしまうため、修理者は前記冷媒圧縮手段１８の交換等、本来の故障箇所以外の箇所を修理して部品のロスをき、また無駄な修理による時間のロスが発生してしまう。

そのため実施の形態１と同様に、図４のように通信異常が発生した場合には、前記制御部１６により異常判定は通信異常が発生し、かつ前記圧力スイッチ２１がオフ状態になっている場合には高圧保護異常と判断する。また、通信異常が発生し前記圧力スイッチ２１がオン状態の場合には通信異常を表示する。これにより通信異常が発生したにもかかわらず、圧縮機の圧力が高圧になり、圧力スイッチ２１が動作した場合には圧力スイッチ２１が動作したことを表示する高圧保護異常を表示することが可能となる。

これにより高圧保護異常を確定することができ、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、高圧保護異常に的を絞った修理を行ない修理時間の削減を実現することができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３の回路図で、実施の形態１から、第３のスイッチ手段３２を追加し、圧力スイッチ動作時には前記第３のスイッチ手段３２を遮断し第２の電源回路１５の１５Ｖを遮断することにより、圧縮機駆動手段１９の動作を停止させることにより、冷媒圧縮手段１８の駆動を停止する回路としたものである。

図６は、本発明の実施の形態３での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目が第３のスイッチ手段のオン信号のタイミングで、上から３番目が高圧保護異常検知のタイミ
ングである。

以上のように構成されたヒートポンプの制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

前記圧縮機駆動手段１９は前記第２の電源回路１５より供給される１５Ｖの電圧で動作している。前記圧力スイッチ２１がオフ状態になったとき、前記制御部１６へ前記圧力スイッチ２１の異常信号が入力される。それと同時前記圧力スイッチ信号回路２２により前記第３のスイッチ手段２９を遮断することで前記第２の電源回路１５より供給される１５Ｖの電圧を停止する。前記第２の回路１５は前記制御部１６が高圧保護異常を検知した数秒後に停止するため、前記制御部１６で高圧保護異常を確実に検知し、かつ前記圧縮機駆動手段１９の動作電圧である１５Ｖを遮断することにより前記圧縮機駆動手段１９が停止するため、確実に前記冷媒圧縮手段１９を停止することができ、また高圧保護異常を表示することが可能となる。

これにより高圧保護異常を確定することができ、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、高圧保護異常に的を絞った修理を行ない修理時間の削減を実現することができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４の回路図で、実施の形態３から、圧力スイッチ動作時には前記圧力スイッチ信号回路の信号を第２の電源回路１５へ入力することにより、第２の電源回路の動作を停止させ、圧縮機駆動手段１９へ電圧を供給されないようにし、冷媒圧縮手段１８の駆動を停止する回路としたものである。

図８は本発明の実施の形態４での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目が第３のスイッチ手段のオン信号のタイミングで、上から３番目が高圧保護異常検知のタイミングで、一番下が第２の電源回路出力の動作状態である。

以上のように構成されたヒートポンプの制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

実施の形態３に示した通り、前記圧縮機駆動手段１９は前記第２の電源回路１５より供給される１５Ｖの電圧で動作している。前記圧力スイッチ２１がオフ状態になったとき、前記制御部１６へ前記圧力スイッチ２１の異常信号が入力される。それと同時前記圧力スイッチ信号回路２２によりその信号を第２の電源回路１５へ入力し、その動作を停止させる。前記第２の回路１５は前記制御部１６が高圧保護異常を検知した数秒後に停止するため、前記制御部１６で高圧保護異常を確実に検知し、かつ前記第２の電源回路１５が停止することにより前記圧縮機駆動手段１９が停止するため、確実に前記冷媒圧縮手段１９を停止することができ、また高圧保護異常を表示することが可能となる。

これにより高圧保護異常を確定することができ、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、高圧保護異常に的を絞った修理を行ない修理時間の削減を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる制御装置は圧力センサを用いずに確実に高圧保護異常を認識できるので、冷媒の温度より圧力の推定が非常に困難な冷媒を用いた、空気調和機やヒートポンプの室外機制御に適応できる。

本発明の実施の形態１における給湯器のヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態１における圧力スイッチ動作時の高圧保護異常確定のタイミング図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態２における圧力スイッチ動作時の高圧保護異常確定のタイミング図 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態３における圧力スイッチ動作時の高圧保護異常確定のタイミング図 本発明の実施の形態４におけるヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態４における圧力スイッチ動作時の高圧保護異常確定のタイミング図 従来のヒートポンプ制御装置の回路図

符号の説明

１１ ＡＣ電源
１２ 第１のスイッチ手段
１３ 第２のスイッチ手段
１４ 第１の電源回路
１５ 第２の電源回路
１６ 制御部
１７ 演算制御手段
１８ 冷媒圧縮手段
１９ 圧縮機駆動手段
２０ 電流制限素子
２１ 圧力スイッチ
２２ 圧力スイッチ信号回路
２３ 力率改善回路
２４ ５Ｖレギュレータ
２５ ダイオードブリッジ１
２６ ダイオードブリッジ２
２７ コンデンサ１
２８ コンデンサ２
２９ ファンモータ
３０ ファンモータ駆動回路
３１ 通信回路
３２ 第３のスイッチ手段

Claims (4)

1. 電力を供給するＡＣ電源と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第１のスイッチ手段と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第２のスイッチ手段と、ＡＣ電源を整流するダイオードブリッジと、第１の電源回路と、第２の電源回路と、システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御部と、５Ｖレギュレータと、冷媒圧縮手段と、前記冷媒圧縮手段を駆動する圧縮機駆動手段と、電流制限素子と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、ファンモータと、ファンモータ駆動回路と、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記ファンモータ駆動回路の動作を停止できるように接続した圧力スイッチ信号回路を備え、前記圧力スイッチの動作により前記ファンモータ駆動回路異常が発生した場合には、所定の時間以内に前記演算制御手段が前記圧力スイッチの状態を確認し、前記圧力スイッチがオフ状態にあった場合には、前記ファンモータ駆動回路異常を異常と判断せずに、前記圧縮手段の圧力の高圧異常と判定することを特徴とするヒートポンプ制御装置。
2. 電力を供給するＡＣ電源と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第１のスイッチ手段と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第２のスイッチ手段と、ＡＣ電源を整流するダイオードブリッジと、第１の電源回路と、第２の電源回路と、システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御部と、５Ｖレギュレータと、冷媒圧縮手段と、前記冷媒圧縮手段を駆動する圧縮機駆動手段と、電流制限素子と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、通信回路と、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記通信回路の動作を停止できるように接続した圧力スイッチ信号回路を備え、前記圧力スイッチの動作により前記通信回路異常が発生した場合には、所定の時間以内に前記演算制御手段が前記圧力スイッチの状態を確認し、前記圧力スイッチがオフ状態にあった場合には、前記通信異常を異常と判断せずに、前記圧縮手段の圧力の高圧異常と判定することを特徴とするヒートポンプ制御装置。
3. 電力を供給するＡＣ電源と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第１のスイッチ手段と、前記ＡＣ電源をオン・オフする第２のスイッチ手段と、ＡＣ電源を整流するダイオードブリッジと、第１の電源回路と、第２の電源回路と、システム全体を制御する演算制御手段を備えた制御と、５Ｖレギュレータと、冷媒圧縮手段と、前記冷媒圧縮手段を駆動する圧縮機駆動手段と、電流制限素子と、第３のスイッチ手段と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記第３のスイッチ手段を遮断する圧力スイッチ信号回路を備え、前記圧力スイッチの動作により第３のスイッチ手段を遮断することで第２の電源回路を遮断することにより、圧縮機駆動手段の動作を停止させることを特徴とするヒートポンプ制御装置。
4. 前記圧力スイッチの信号により前記第２の電源回路の動作を停止させ、圧縮機駆動手段の動作を停止させること特徴とし請求項３記載のヒートポンプ制御装置。

Images