JP2013170806A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機において室外機の設置環境が悪いと、圧縮機モータを停止しても冷凍サイクルの圧力差が残ったままになるため、圧縮機モータを再起動する際の起動負荷が大きくなり、モータ巻き線に流れる電流が増加して過電流停止に至る。
【解決手段】圧縮機と、室外熱交換器と、室外熱交換器に外気を送る室外ファンと、室外制御装置と、を有する室外機と、室内機と、を備え、室外制御装置は、圧縮機を駆動する圧縮機モータに流れる電流値が設定した閾値を超えた場合に圧縮機モータを停止させる過電流保護手段、を有し、過電流保護手段によって圧縮機モータが停止した場合、室外ファンを設定時間駆動した後に圧縮機モータを駆動する空気調和機。
【選択図】 図４

Description

本発明は、空気調和機の室外機に備わる圧縮機の起動性向上に関する。

空気調和機は、運転停止後に圧縮機の吐出と吸込みの圧力差を低減させるための一定のサイクルバランス期間を設け、再起動する際の起動負荷を軽減する制御を行う。しかし、空気調和機の室外機が周辺空気の循環しにくい設置環境にあると、冷房運転では運転中の室外機周辺は高温状態となり、運転を停止しても高温状態が続く。このような場合、サイクルバランス期間を設けても冷凍サイクルの圧力差が残ったままになり、圧縮機モータを再起動する際の起動負荷が大きいためモータ巻き線に流れる電流が増加して過電流停止に至る。

このような空気調和機における圧縮機モータの再起動性を向上させる技術として例えば特許文献１が知られている。

特許文献１には、圧縮機モータの運転が停止する毎に室外機に備わるファンを一定期間継続させ、室外熱交換器に通風する技術を開示している。これによると、凝縮器内の冷媒を冷やして、高圧側圧力を速やかに低下させることで、圧縮機の運転停止後再起動可能になるまでの時間を短縮することができる。

特開２０００−２５７９６３号公報

圧縮機モータの再起動時に過電流停止するようなケースは極僅かである。対して、特許文献１は、圧縮機モータが停止する毎に常に室外ファンを一定期間駆動することから、騒音や消費電力の増加につながる。

そこで、本発明は圧縮機モータの再起動性を向上させつつ、騒音や消費電力の増加を抑制することを目的とする。

上記目的は、圧縮機と、室外熱交換器と、室外熱交換器に外気を送る室外ファンと、室外制御装置と、を有する室外機と、室内機と、を備え、室外制御装置は、圧縮機を駆動する圧縮機モータに流れる電流値が設定した閾値を超えた場合に圧縮機モータを停止させる過電流保護手段、を有し、過電流保護手段によって圧縮機モータが停止した場合、室外ファンを設定時間駆動した後に圧縮機モータを駆動することにより達成できる。

本発明によれば、本発明は圧縮機モータの再起動性を向上させつつ、騒音や消費電力の増加を抑制することができる。また、サイクルバランス期間を設けずに起動できた場合、残存している差圧を利用できるため、圧縮機の吐出と吸込みの圧力差をつけるための運転時間を短縮することができる。

空気調和機の冷凍サイクル構成図。 空気調和機の制御ブロック図。 従来装置のタイミングチャート。 本発明の特徴を説明するタイミングチャート。 室外機冷却制御手段のフローチャート。 室外ファン制御手段のフローチャート。

以下、本発明の実施形態について説明する。

以下、本発明の実施例１の空気調和機を図１、図２を用いて説明する。

図１は空気調和機の冷凍サイクル構成図である。室内機Ａと室外機Ｃは、冷凍サイクルにおいて、ガス側配管１０に設けられたガス側配管接続バルブ３と、液側配管１１に設けられた液側配管接続バルブ６とを介して接続されている。室内機Ａには室内熱交換器４、室内ファン５の他、室温センサ等が設けられている。室内ファン５は、室内熱交換器４に室内空気を通風して熱交換し、室内空気を冷却または加熱し、冷房または暖房する。

一方、室外機Ｃには圧縮機モータ１、四方弁２、室外熱交換器８、電動膨張弁７、外気温度センサ５１、および室外熱交換器温度センサ５２等が設けられている。四方弁２は、圧縮機モータ１から吐出した冷媒ガスを室外熱交換器８に導くか、室内機Ａに導くかの切換えを行うものであり、冷房運転か暖房運転かを切換えるものである。図１の四方弁２の状態は冷房サイクルにした状態であり、冷媒は冷凍サイクル中を実線矢印のように循環する。電動膨張弁７は、液側配管１１に設けられている。

また、室外機Ｃには、室外ファン９が室外空気を室外熱交換器８に通風するように配置されている。そして、冷凍サイクルの主要な冷媒温度を検知するために、圧縮機モータ１近傍の吐出配管には冷媒吐出温度センサ５３が配置されている。

図２は空気調和機の制御ブロック図を示す。室外機Ｃ、室内機Ａにはそれぞれ室外制御装置２１、室内制御装置３１が設けられている。室内制御装置３１は、制御信号の送受信を行うためのデータ伝送線６１により室外制御装置２１と接続されている。

室内制御装置３１は、リモコン４１から信号を受信して、これに基づいて所定の制御を行う。

一方、室外制御装置２１は、圧縮機モータ１から吐出した冷媒の温度を検知するための冷媒吐出温度センサ５３、外気温度を検知するための外気温度センサ５１、室外熱交換器８の温度を検知するための室外熱交換器温度センサ５２等、各種センサからの信号を受信する。また、圧縮機モータ１、電動膨張弁７、室外ファン９等のアクチュエータに接続され、これら温度情報及び室内制御装置３１からデータを入手して制御信号をこれらに送信する。

圧縮機モータ制御手段２２は、圧縮機モータ１に通電すべき印加電圧を演算により算出し、この演算結果に基づきインバータ回路を介して圧縮機モータ１へ通電する。室外ファン制御手段２４は、室外ファン９に通電すべき印加電圧を演算により算出し、この演算結果に基づきインバータ回路を介して室外ファン９へ通電する。

圧縮機モータ１の巻き線に所定値以上の電流が流れると圧縮機モータ１が減磁する。そのため、過電流保護手段２３は圧縮機モータ１の巻き線に流れる電流値を検出して、設定する閾値以上の場合は圧縮機モータ１の運転を停止する。なお、減磁する電流値は圧縮機モータ１の温度に応じて決まるため、温度に応じて閾値を変更してもよい。

室外機冷却制御手段２５は過電流保護手段２３により停止した場合、室外ファン９の駆動を継続させるかを判断して室外ファン制御手段２４に指令を与える。

このように構成した空気調和機で、室内機を冷房運転した場合の動作の概要について説明する。

リモコン４１から冷房運転開始信号を受信すると、室内制御装置３１は、受信した設定風速に従って室内ファン５を制御すると共に、冷房運転開始指令を室外制御装置２１に送信する。

室外制御装置２１は、室内制御装置３１から指令信号を受信すると、四方弁２を冷房サイクルに設定し、室外ファン９を所定の回転数で駆動し、電動膨張弁７を所定の運転用開度に絞り込む。更に、室内機Ａから受信した圧縮機モータ１の回転数指令値に基づいて圧縮機モータ１を回転させる。過電流保護手段２３は、圧縮機モータ１が回転を始めると巻き線に流れる電流を検出して設定する閾値との比較を常時実行する。

次に、図２と図３を用いて空調制御を停止する動作について説明する。

図２において、リモコン４１から運転停止信号を受信すると、室内制御装置３１は、室内ファン５を停止すると共に、運転停止指令を室外制御装置２１に送信する。

室外制御装置２１は、室内制御装置３１から運転停止指令を受信すると、圧縮機モータ１の駆動を停止させると共に、室外ファン９を停止させる。更に一定時間経過後に電動膨張弁７を所定の開度にしてサイクルバランスを行う。

図３は従来装置の空調制御のオンオフと、圧縮機モータ１の駆動状態と、圧縮機の吐出と吸込みの差圧と、室外ファン９の駆動状態とをタイミングチャートで示している。

タイミングＴ１で空調制御がオンからオフになると圧縮機モータ１と室外ファン９を停止する。圧縮機の吐出と吸込みの差圧は、室外機周辺の空気が循環しやすい環境にあると、所定のサイクルバランス時間中に減圧できるため、再度タイミングＴ２で空調制御がオンとなった場合でも圧縮機モータ１は問題なく再起動することができる。

図２と図４のタイミングチャートを用いて本発明の特徴について説明する。図４は、室外機が周辺空気の循環しにくい設置環境であるため、圧縮機モータ１を再起動した際に過電流停止した場合のタイミングチャートである。

室外機周辺の空気が循環しにくい設置環境にあると、空調制御中の室外機周辺は高温となり、空調停止後も高温が続くため、室外熱交換器８内の冷媒の状態は高温高圧で維持される。このため、タイミングＴ３で空調制御をオフしてもサイクルバランス期間中に圧縮機の吐出と吸込みの差圧が低下しにくい。このような状況においてタイミングＴ４で圧縮機モータ１を再起動すると、起動負荷が大きく巻き線に流れる電流が増加するためタイミングＴ５で過電流停止に至る。

また、Ｔ３からＴ４までのサイクルバランス期間が短い場合も、圧縮機の吐出と吸込みの差圧が十分低下しておらず、起動負荷が大きく巻き線に流れる電流が増加するためタイミングＴ５で過電流停止に至る。

圧縮機の吐出と吸込みの差圧が低下していない状態で再起動を行うと、吐出と吸込みの差圧による負荷が圧縮機に加わるため、圧縮機の回転数を増加させるのに必要となる負荷が増大し、過電流停止に至る。

過電流停止に至った場合、過電流停止情報は室内機Ａへ送信され、空調制御がオフされサイクルバランス期間が設けられる。室外機冷却制御手段２５は過電流保護手段２３より過電流停止の情報を受け取ると、室外機冷却タイマを設定する。室外ファン制御手段２４は、室外機冷却タイマの値が０秒になるまで室外ファン９を室外機強制冷却用の回転数で駆動して室外熱交換器８に通風する。これにより、Ｔ５からＴ６間のサイクルバランス期間で室外熱交換器８にある冷媒温度と圧力が低下して吐出と吸込みの圧力差を低下することができる。タイミングＴ６でサイクルバランス期間が終了すると空調制御がオンとなり、圧力差が低いため圧縮機モータ１を確実に起動することができる。

なお、Ｔ３からＴ４までのサイクルバランス期間が極端に短く、圧縮機の吐出と吸込みの差圧が低下していない場合、過電流停止に至ることが予測される。この場合に、タイミングＴ４で圧縮機モータ１を再起動する前に、Ｔ５からＴ６までのサイクルバランス期間を設けてもよい。圧縮機モータ１を再起動して過電流停止するまでの時間がないため、正常に起動するまでの時間を短くすることができる。

また、Ｔ５からＴ６までのサイクルバランス期間は一定時間としているが、Ｔ３からＴ４までのサイクルバランス期間、外気温度、又は、外気温度と室内温度との差に応じて変えてもよい。サイクルバランス期間を短縮でき、正常に起動するまでの時間を短くすることができる。

次に制御プログラムのフローチャートについて説明する。図５に室外機冷却制御手段２５のフローチャートを示す。まず室外機冷却制御手段２５のステップＰ５１は圧縮機モータ１が過電流保護による停止かを判定する。過電流保護による停止でない場合はステップＰ５３へ進み、室外機冷却タイマに０秒を設定する。過電流保護の場合はステップＰ５２へ進み、室外機冷却タイマに室外熱交換器８を冷却するのに必要な室外ファン駆動時間を設定する。ステップＰ５４は、室外機冷却タイマが０秒の場合は終了し、０秒以外の場合はステップＰ５５へ進み、室外機冷却タイマの残時間を更新する。

図６に室外ファン制御手段２４のフローチャートを示す。室外ファン制御手段２４は、ステップＰ６１にて室外機冷却制御手段２５で更新する室外機冷却タイマの値が０秒か否かを判定して、０秒の場合はステップＰ６２に進み室外ファン指令回転数に通常指令回転数を設定する。なお、通常指令回転数は室内制御装置３１より送信される指令回転数を基に室外制御装置２１で編集する値であり、空調制御オフ時は０回転となる。ステップＰ６１で室外機冷却タイマの値が０秒以外の場合は、ステップＰ６３へ進み室外ファン指令回転数に室外機冷却回転数をセットする。ステップＰ６４は室外ファン指令回転数が０回転か否かを判定して０回転の場合はステップＰ６５に進み室外ファン９を停止する。０回転以外の場合はステップＰ６６に進み室外ファン９の駆動を継続する。

以上により、過電流停止した場合にはＰ６３にて室外ファン指令回転数に０回転以外である室外機冷却回転数が設定されるため、Ｐ６４の判定にてＰ６６へ進み室外ファンの駆動が継続される。

なお、ここまでリモコン４１で空調制御がオンオフされた場合における圧縮機モータ１の再起動について説明したが、リモコン４１の設定温度と室内温度の関係により圧縮機モータ１が停止し、再起動する場合の過電流停止についても同様である。

なお、フェライト永久磁石を適用した圧縮機モータ１では低外気温度時などに起動する場合では、圧縮機の吐出と吸込みの差圧がなくても、モータ巻き線に流れる電流が閾値を超える場合もある。１度目に閾値を超えたときは圧縮機モータ１の運転を停止してサイクルバランス期間を設け、２度目に閾値を超えたときはサイクルバランス期間を設けることなく、圧縮機モータ１の回転数を低下、又は、加速度レートを抑える運転を行ってもよい。

以上、本発明の空気調和機は、圧縮機と、室外熱交換器と、室外熱交換器に外気を送る室外ファンと、室外制御装置と、を有する室外機と、室内機と、を備え、室外制御装置は、圧縮機を駆動する圧縮機モータに流れる電流値が設定した閾値を超えた場合に圧縮機モータを停止させる過電流保護手段、を有し、過電流保護手段によって圧縮機モータが停止した場合、室外ファンを設定時間駆動した後に圧縮機モータを駆動する。

また、本発明の空気調和機は、運転停止指令、又は、サーモオフによって圧縮機モータが停止した場合、室外ファンを駆動する設定時間を設けずに圧縮機モータを駆動する。

また、本発明の空気調和機は、圧縮機モータの永久磁石はフェライト磁石である。

また、本発明の空気調和機は、圧縮機の温度に応じて閾値を変更する。

本発明によれば、室外ファンによる冷却制御により圧縮機モータの再起動性を向上することができると共に、冷却制御の実行条件を過電流停止した場合に限定することで、室外ファンの駆動による騒音及び消費電力の増加を抑えることができる。また、室外機の設置環境による影響が無い場合は、差圧が原因で過電流保護により停止することは無いため、従来と同じ動作を行うことができ、前回までの差圧を有効に使用して空調制御を再開することができる。

１ 圧縮機モータ
２ 四方弁
３ ガス側配管接続バルブ
４ 室内熱交換器
５ 室内ファン
６ 液側配管接続バルブ
７ 電動膨張弁
８ 室外熱交換器
９ 室外ファン
１０ ガス側配管
１１ 液側配管
２１ 室外制御装置
２２ 圧縮機モータ制御手段
２３ 過電流保護手段
２４ 室外ファン制御手段
２５ 室外機冷却制御手段
３１ 室内制御装置
４１ リモコン
５１ 外気温度センサ
５２ 室外熱交換器温度センサ
５３ 冷媒吐出温度センサ
６１ データ伝送線
Ａ 室内機
Ｃ 室外機

Claims (4)

1. 圧縮機と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に外気を送る室外ファンと、室外制御装置と、を有する室外機と、室内機と、を備え、
   前記室外制御装置は、前記圧縮機を駆動する圧縮機モータに流れる電流値が設定した閾値を超えた場合に前記圧縮機モータを停止させる過電流保護手段、を有し、
   前記過電流保護手段によって前記圧縮機モータが停止した場合、前記室外ファンを設定時間駆動した後に前記圧縮機モータを駆動する空気調和機。
2. 運転停止指令、又は、サーモオフによって前記圧縮機モータが停止した場合、前記室外ファンを駆動する設定時間を設けずに前記圧縮機モータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記圧縮機モータの永久磁石はフェライト磁石であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記圧縮機の温度に応じて前記閾値を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和機。