JP2011179768A - 空気調和機用圧縮機の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストな漏洩電流検出器であっても圧縮機内部の冷媒の状態を高精度に検出することができる空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を提供する。
【解決手段】圧縮機モーター４と圧縮機５との間に発生する浮遊容量１０から漏洩電流を検出する漏洩電流検出器９と、圧縮機５の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数によりインバーター３を制御し、前記漏洩電流を増加させるキャリア周波数制御部８と、漏洩電流検出器９により検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機モーター４の巻線に拘束通電して圧縮機５内を加熱する冷媒寝込み防止制御部７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の圧縮機に係わり、さらに詳しくは、運転停止中に圧縮機内の冷凍機油に冷媒が溶解する冷媒寝込みを防止する空気調和機用圧縮機の駆動制御装置に関するものである。

空気調和機においては、圧縮機の運転停止中に冷媒の温度差や圧力差によって圧縮機内に冷媒が溜まりこむ冷媒寝込み現象が発生することがある。冷媒寝込み現象が発生すると、圧縮機の起動負荷が大きくなったり、起動時には圧縮機内の冷凍機油と冷媒の混合液が短時間に大量に圧縮機外に吹き出されて、圧縮機内の冷凍機油が枯渇して軸破損などの不具合を発生する虞があった。
一般的に圧縮機への寝込み防止対策として、圧縮機の運転停止中は、ヒーターによって圧縮機内を加熱したり、インバーターによって圧縮機モーターの巻線に拘束通電（圧縮機モーターを駆動しない電圧）して、圧縮機内を加熱している。しかしながら、運転停止中に圧縮機内の加熱のために電力を常に消費し、待機電力が増大するという課題があった。
そこで、従来の圧縮機の加熱制御は、外気温度検出器によって外気温度を検出し、検出された外気温度が所定値以上となった場合に拘束通電またはヒーターによる加熱を停止して消費電力を低減している（例えば、特許文献１参照）。

また、他の圧縮機の加熱制御では、運転停止中に圧縮機を加熱する加熱手段と、外気温度を検出する外気温度検出器とを設け、外気温度が低下傾向にある間は熱容量が最も大きく圧縮機が最も高温となるため冷媒寝込みが発生しないと判定し、圧縮機の加熱を停止状態に保持することで停止中の消費電力を低減しているものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、上記２つの方式は外気温度やその他の部分の温度を検出することで、圧縮機内の冷媒状態を予測するものであるが、圧縮機に冷媒状態を検出するセンサーを設置することで直接的に冷媒状態を検出する方式がある。この方式は、圧縮機を加熱するヒーターと、冷媒と冷凍機油の電気抵抗を検知する絶縁抵抗センサーとを備え、そのセンサーによって検出された絶縁抵抗値が所定値以下となった場合にヒーターに通電し、冷凍機油を加熱することで冷媒の二相分離を防止する。また、絶縁抵抗値が所定値以上となった場合には、ヒーターへの通電を停止して消費電力の低減を図っている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−２９２０１４号公報（第４頁、図２） 特開２００７−６４４４７号公報（第１２頁、図１） 特開２０００−１４５６４０号公報（第３頁、図１）

特許文献１に記載された圧縮機の加熱制御は、外気温度によって圧縮機の加熱時間を短縮し、運転停止中の消費電力を低減しているが、外気温度から圧縮機内部の冷媒状態を予測するものであり、確実に冷媒状態を検出するものではない。運転停止中における冷媒回路内の冷媒は最も低温の部分に集まる特性があり、室内機と室外機の温度差が大きくなる外気温度が低いときに圧縮機へ冷媒が溜まり込むことが多い。しかしながら、室外機の冷媒回路内の温度差によって外気温度が高い場合でも室外機の冷媒回路内において、圧縮機の温度が最も低くなる状態がある。また、外気温度が低い場合でも室外機の冷媒回路内において、圧縮機よりも室外熱交換器のほうが低温になり、圧縮機へ冷媒が溜まり込まない場合がある。そのため、実際には圧縮機の加熱が必要ではない冷媒寝込みが発生していない時にも圧縮機内を加熱しているため無駄な電力を消費している。また、実際には圧縮機の加熱が必要である冷媒寝込みが発生している時に圧縮機の加熱を停止してしまうことによって圧縮機の軸破損などの不具合が発生する虞がある。

また、特許文献２における圧縮機の加熱制御では、外気温度を検出し外気温度が低下中にヒーターまたは拘束通電による圧縮機内の加熱を停止し、上昇中はヒーターまたは拘束通電によって圧縮機内を加熱するものである。冷媒は冷媒回路内の最も低温な部分で凝縮し、その部分へ溜まり込んでいく特性を利用して外気温度が上昇または下降しているかを検出して圧縮機の加熱が必要か否かを判定し、必要な時のみ圧縮機の加熱を行うことで消費電力を低減するものであるが、外気温度から冷媒の溜まり込むタイミングを予測するものであり、圧縮機の加熱が必要か否かを確実に検出できるものではない。しかしながら、冷媒回路における熱交換器や圧縮機の熱容量は機種毎にその値が異なることや、外気温度の上昇または下降の傾きによって圧縮機が最も低温となるタイミングに誤差が生じ、圧縮機に液冷媒が溜まり込む瞬間を検出することができない。そのため、圧縮機への冷媒寝込みを防止するためには、ある程度のマージンを設ける必要があり、圧縮機の加熱が不要な場合においても圧縮機の加熱を行い無駄な電力を消費することがある。

また、特許文献３に記載の冷凍装置では、圧縮機の給油管の下方に絶縁抵抗センサーを設置し、冷媒と冷凍機油の二相分離を絶縁抵抗によって検出するようにしている。絶縁抵抗が所定値以下になった時のみヒーターに通電を行い、冷凍機油を加熱することで停止中の消費電力を消費している。しかしながら、絶縁抵抗を精度良く検出するためには高コストな絶縁抵抗センサーが必要となるといった課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、圧縮機内部の冷媒状態を検出することができる検出器を使用して圧縮機の加熱が必要な時のみ拘束通電またはヒーターに通電して圧縮機の運転停止中の電力消費を必要最小限に抑えることができる空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を得るものである。

また、第２の目的は、低コストな漏洩電流検出器であっても圧縮機内部の冷媒の状態を高精度に検出することができる空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を得るものである。

本発明に係る空気調和機用圧縮機の駆動制御装置は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、直流電源回路により変換された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機内の圧縮機モータを駆動するインバーターと、圧縮機から大地に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、圧縮機の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数によりインバーターを制御し、前記漏洩電流を増加させるキャリア周波数制御部と、漏洩電流検出器により検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機内を加熱する冷媒寝込み防止制御部とを備えたものである。

本発明においては、圧縮機の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数によりインバーターを制御して圧縮機と大地との間の漏洩電流を増加させ、その漏洩電流を漏洩電流検出器で検出して所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときのみ圧縮機内を加熱するようにしている。これにより、低コストな漏洩電流検出器であっても精度良く漏洩電流を検出することができ、圧縮機５の運転停止中の消費電力を低減することができ、確実に冷媒の溜まりこみの発生を防止することが可能になる。

実施の形態に係る空気調和機用圧縮機の駆動制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の駆動制御装置における圧縮機モーターの運転停止時の動作を示すフローチャートである。

図１は本発明の実施の形態に係る空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を示す概略構成のブロック図である。
図１において、本実施の形態の駆動制御装置は、交流電源１の交流電圧を全波整流する整流器２と、整流器２の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ２ａと、平滑コンデンサ２ａにより平滑された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、圧縮機５内に設けられた圧縮機モーター４を駆動するインバーター３と、インバーター３を制御するインバーター制御装置６と、圧縮機モーター４と圧縮機５との間に生じる浮遊容量１０を介して圧縮機５から大地に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器９とを備えている。なお、本実施の形態においては、整流器２と平滑コンデンサ２ａとで直流電源回路が構成されている。

前述のインバーター制御装置６には、冷媒寝込み防止制御部７と、キャリア周波数制御部８とが設けられている。このキャリア周波数制御部８は、圧縮機５の運転停止中に所定間隔毎にかつ一定時間、所定のキャリア周波数によりインバーター３を制御し、圧縮機モーター４と圧縮機５との間の浮遊容量１０を上げて圧縮機５と大地との間の漏洩電流を増加させる。所定のキャリア周波数は、圧縮機モーター４を駆動することなく巻線に大きな電流が流れるようにするための周波数である。冷媒寝込み防止制御部７は、漏洩電流検出器９によって検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときには圧縮機５の内部に液冷媒が寝込んでいると判定し、漏洩電流が所定値以下のときには圧縮機５の内部に液冷媒が寝込んでいないと判定する。冷媒寝込み防止制御部７は、圧縮機５内に液冷媒が寝込んでいると判定した際、圧縮機モーター４の巻線に拘束通電されるようにインバーター３を制御し、その電流により巻線を発熱させて圧縮機５内を加熱し冷媒寝込みを防止する。

漏洩電流は、下記の式に示すように誘電率、キャリア周波数にそれぞれ比例する。
Ｉｒ∝ε・ｆ
Ｉｒ：漏洩電流［Ａ］
ε ：誘電率
ｆ ：キャリア周波数［Ｈｚ］

空気調和機における冷媒の誘電率εは、冷媒が気体の状態よりも液体の状態のほうが大きくなる特性を有している。また、漏洩電流Ｉｒは、電気用品安全法によって基準値以下にすることが定められており、そのため、微少な電流値となっている。そこで、本実施の形態では、その誘電率εの特性を利用し、キャリア周波数ｆを上げて漏洩電流Ｉｒを増加させるようにしている。そのキャリア周波数ｆを増加させることにより、高コストな漏洩電流検出器を用いることなく、低コストな漏洩電流検出器９で漏洩電流Ｉｒの変化を読み取ることができる。なお、これに代えて、冷媒が気体のときの値をモニタし、その所定倍を所定値としても良い。

次に、本実施の形態の動作を図２に基づいて説明する。
図２は図１の駆動制御装置における圧縮機モーターの運転停止時の動作を示すフローチャートである。
キャリア周波数制御部８は、インバーター制御装置６により圧縮機５の運転が停止されたことを検知すると（ステップ１）、所定のキャリア周波数となるようにキャリア周波数を上げてインバーター３を制御し（ステップ２）、圧縮機モーター４と圧縮機５との間の浮遊容量１０を増加させる。この時、漏洩電流検出器９は、その浮遊容量１０を介して圧縮機５から大地に流れる漏洩電流を検出し（ステップ３）、冷媒寝込み防止制御部７は、漏洩電流検出器９により検出された漏洩電流を読み込む。一方、キャリア周波数制御部８は、冷媒寝込み防止制御部７により漏洩電流が読み込まれたときに、キャリア周波数を下げて漏洩電流を減少させる（ステップ４）。

一方、冷媒寝込み防止制御部７は、漏洩電流検出器９から読み込んだ漏洩電流が所定値以下かどうかを判定する（ステップ５）。冷媒寝込み防止制御部７は、漏洩電流が所定値以下のときには圧縮機モーター４への拘束通電を行うことなく終了し（ステップ７）、その旨をキャリア周波数制御部８に通知して、下げたキャリア周波数の出力を停止させる。また、冷媒寝込み防止制御部７は、漏洩電流値が所定値より高いときには圧縮機５内に液冷媒が溜まり込んでいると判定して、圧縮機モーター４の巻線に拘束通電が行われるようにインバーター３を制御する（ステップ６）。この拘束通電により、圧縮機モーター４の巻線が発熱し、圧縮機５内が加熱される。前述した一連の動作は、所定間隔毎にかつ一定時間繰り返し行われ、圧縮機５の内部に液冷媒が溜まり込んだときのみ圧縮機５の加熱を行う。

以上のように本実施の形態においては、圧縮機５の運転停止中に所定間隔毎にかつ一定時間、所定のキャリア周波数によりインバーター３を制御し、圧縮機モーター４と圧縮機５との間の浮遊容量１０を上げて圧縮機５と大地との間の漏洩電流を増加させるようにしている。このため、低コストな漏洩電流検出器９でも精度良く漏洩電流を検出することができ、コスト削減を図ることが可能になる。また、その漏洩電流検出器９により検出された漏洩電流が所定値より大きいときのみ圧縮機モーター４の巻線に拘束通電を行って圧縮機５内を加熱するようにしている。これにより、圧縮機５の運転停止中の消費電力を低減することができ、確実に冷媒の溜まりこみの発生を防止することが可能になる。

なお、実施の形態では、漏洩電流検出器９により検出された漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機モーター４の巻線に拘束通電して圧縮機５内を加熱するようにしたが、加熱用ヒータを備えた圧縮機においては、圧縮機モーター４の巻線に拘束通電を行うことなく、加熱用ヒーターに通電して圧縮機５内を加熱する。

１ 交流電源、２ 整流器、２ａ 平滑コンデンサ、３ インバーター、４ 圧縮機モーター、５ 圧縮機、６ インバーター制御装置、７ 冷媒寝込み防止制御部、８ キャリア周波数制御部、９ 漏洩電流検出器、１０ 浮遊容量。

Claims (3)

1. 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、
   前記直流電源回路により変換された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機内の圧縮機モータを駆動するインバーターと、
   圧縮機から大地に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、
   圧縮機の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数により前記インバーターを制御し、前記漏洩電流を増加させるキャリア周波数制御部と、
   前記漏洩電流検出器により検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機内を加熱する冷媒寝込み防止制御部と
   を備えたことを特徴とする空気調和機用圧縮機の駆動制御装置。
2. 前記冷媒寝込み防止制御部は、前記漏洩電流検出器により検出された漏洩電流が所定値より大きいときに前記インバーターを制御して圧縮機モーターに拘束通電し、圧縮機内を加熱することを特徴とする請求項１記載の空気調和機用圧縮機の駆動制御装置。
3. 前記冷媒寝込み防止制御部は、前記漏洩電流検出器により検出された漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機に設けられた加熱用ヒータに通電し、圧縮機内を加熱することを特徴とする請求項１記載の空気調和機用圧縮機の駆動制御装置。

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