JP2013181693A

JP2013181693A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2013181693A
Application number: JP2012045364A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Izumi; 秀幸泉; Yoshihiro Ono; 善弘小野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】低コスト・省スペースを維持しつつ、ユニットに指定されているブレーカー容量上限まで運転させることが可能な空気調和機を得ること。
【解決手段】本発明にかかる空気調和機において、室内機は、室内ファンモータ１３および各アクチュエーターの動作状態と各動作状態における消費電流に関する情報とを記憶するメモリ１５と、室内ファンモータ１３および各アクチュエーターを制御するとともに、メモリ１５で記憶されている情報に基づいて室内機における消費電流を算出するマイコン１６と、消費電流を室外機へ通知する通信回路２２と、を備え、室外機は、外部のブレーカーを介して室外機に供給される消費電流を検出する電流検出回路３１と、検出された消費電流、通知された消費電流およびブレーカーの容量上限値に基づいて、圧縮機３５、室外ファンモータ３６および各アクチュエーターを制御するマイコン４１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

空気調和機の室内機と室外機の総電流はブレーカーの容量により規制される。例えば、特許文献１に記載の空気調和機は、電流検出回路を備え、ブレーカーの容量を超えないように運転電流を制御している。

一般的には、室内機の電流はセンシングしていないため、接続された室外機は規制値に対してどれだけ余裕があるかわらない。そのため、室外機は室内機が最大電流で運転していると想定して電流値に規制をかけている。

特開平７−１０３５５４号公報

室内機の電流センシングに電流検出回路を用いる場合、コスト高になるといった問題や、広い実装スペースが必要になる等の問題点があった。一方、一般的な構成、すなわち、室内機の電流をセンシングしない空気調和機の場合、電流センシングしていない室内機と接続された室外機は、総電流がブレーカー容量を超えるのを防止するために、室内機が最大電流で運転していると想定して電流値に規制をかける。そのため、実際には更に電流値を上げる余裕がある場合にも一定値で電流を抑えており、空気調和機の持つ能力を生かしきれていないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コスト・省スペースを維持しつつ、ユニットに指定されているブレーカー容量上限まで運転させることが可能な空気調和機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、単一または複数の室内機と室外機とで構成された空気調和機であって、前記室内機は、室内機を構成しているファンモータおよび各アクチュエーターの取り得る動作状態と各動作状態における消費電流に関する情報とを記憶する記憶手段と、前記ファンモータおよび各アクチュエーターを制御するとともに、前記記憶手段で記憶されている情報に基づいて室内機における消費電流を算出する室内機制御手段と、前記消費電流を前記室外機へ通知する通知手段と、を備え、前記室外機は、外部のブレーカーを介して室外機に供給される消費電流を検出する消費電流検出手段と、前記消費電流検出手段で検出された消費電流、前記通知手段により通知された消費電流および前記ブレーカーの容量上限値に基づいて、室外機を構成している圧縮機、ファンモータおよび各アクチュエーターを制御する室外機制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも運転効率を高めた空気調和機を、装置サイズが増大するのを防止しつつ低コストで実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の空気調和機の構成例を示す図である。図２は、実施の形態２の空気調和機の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる空気調和機の実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和機は室内機および室外機からなる構成の空気調和機であり、ブレーカーを介して交流電力の供給を受けて動作する。

図示したように、室内機は、整流平滑回路１１、ＤＣ／ＤＣ回路１２、室内ファンモータ１３、モータ駆動回路１４、メモリ１５、マイコン１６、駆動回路１７、表示部１８、ステッピングモータ１９、リレー２０、その他アクチュエーター２１および通信回路２２を備えている。また、室外機は、電流検出回路３１、整流平滑回路３２、ＰＡＭ回路３３、ＤＣ／ＤＣ回路３４、圧縮機３５、室外ファンモータ３６、ＰＡＭ駆動回路３７、圧縮機駆動回路３８、モータ駆動回路３９、メモリ４０、マイコン４１、駆動回路４２、ＬＥＶ（リニア電子膨張弁）４３、リレー４４、その他アクチュエーター４５、通信回路用電源４６および通信回路４７を備えている。

室内機において、ブレーカーを通して給電されたＡＣ電源は整流平滑回路１１において１次側高圧ＤＣ電源に変換される。これはファンモータ１３の駆動電源になると共にＤＣ／ＤＣ回路１２に供給され、ＤＣ／ＤＣ回路１２は１次側低圧ＤＣ電源および２次側低圧ＤＣ電源を生成する。１次側低圧ＤＣ電源はモータ駆動回路１４及び室内ファンモータ１３に給電され、２次側低圧ＤＣ電源は各種アクチュエーター、マイコン１６、メモリ１５等に給電される。また、マイコン１６は信号ラインを通してモータ駆動回路１４、駆動回路１７等に制御指令を出し、室内ファンモータ１３や各アクチュエーターを駆動させる。メモリ１５は、室内ファンモータ１３や各アクチュエーターの消費電流に関する情報として、消費電流・駆動電圧、１次−２次電源効率、力率などを記憶している。室内ファンモータ１３は回転数により消費電力が変わってくるため各回転数に対応する消費電力を記憶、あるいは回転数と消費電力の関係を数式化して記憶しておく。また、室内機の通信回路２２は室外機の通信回路４７と接続されており、通信が行われる。

室外機において、ブレーカーを通して給電されたＡＣ電源は電流検出回路３１を通過し、整流平滑回路３２に入り、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）回路３３で昇圧される。これは高圧ＤＣ電源として圧縮機３５および室外ファンモータ３６の駆動電源となると共にＤＣ／ＤＣ回路３４に供給され、ＤＣ／ＤＣ回路３４は低圧ＤＣ電源を生成する。低圧ＤＣ電源は各種アクチュエーター、マイコン４１、メモリ４０等に給電される。マイコン４１は信号ラインを通して各駆動回路（ＰＡＭ駆動回路３７、圧縮機駆動回路３８、モータ駆動回路３９など）に制御指令を出し、室外ファンモータ３７や各種アクチュエーターを駆動させる。マイコン４１は、また、電流検出回路３１からの情報を元に通信回路を除く室外機の全電流を把握する。なお、通信回路の電流は一般に微々たる物であるため無視しても問題ない。

詳細については後述するが、室内機においては、専用の電流検出回路を使用することなく、消費電流の推定値を算出し、算出した消費電流を室外機へ通知する。室外機は、電流検出回路３１で検出した電流（室外機における消費電流）と室内機から通知された消費電流の和がブレーカー容量を超えないように制御する。

次に、本実施の形態の空気調和機の動作、特に、室内機の消費電流を算出する動作について説明する。

室内機の各アクチュエーターは駆動回路によって駆動されるが、各駆動回路はマイコン１６によって制御される。すなわち、マイコン１６は、室内機の各アクチュエーターの駆動状態を把握している。上述したように、メモリ１５は、各アクチュエーターの消費電流・駆動電圧、１次−２次電源効率、力率などを記憶している。したがって、マイコン１６は、その時々において動作しているアクチュエーターの消費電流Ｉ_A1，Ｉ_A2，Ｉ_A3，…をメモリ１５から読み出し、駆動電圧Ｖ_A1，Ｖ_A2，Ｖ_A3，…と掛け合わせることでアクチュエーター駆動による消費電力Ｐ_A1，Ｐ_A2，Ｐ_A3，…を求めることができる。マイコン１６は、これらの消費電力Ｐ_A1，Ｐ_A2，Ｐ_A3，…と、マイコン１６やメモリ１５等の待機時にも動作している分の消費電力Ｐ_Mを足し合わせ２次側消費電力Ｐ₂を求める。この動作は式（１）で示される。
Ｐ₂＝Ｐ_M＋Ｖ_A1×Ｉ_A1＋Ｖ_A2×Ｉ_A2＋Ｖ_A3×Ｉ_A3＋・・・ …（１）

そして、式（２）に示したように、Ｐ₂を１次−２次電源効率ηで除することにより２次側負荷分の１次側電力値Ｐ₁₂を算出する。なお、電源効率ηは一般に低負荷以外ではあまり大きな変化がないため１つの定数として記憶しておいても大きな誤差とはならないが、電源効率ηには負荷特性があるため、負荷特性データとしてメモリ１５に保存しておくことで算出精度を高めることができる。
Ｐ₁₂＝Ｐ₂÷η …（２）

そして、式（３）に示したように、２次側負荷分の１次側電力値Ｐ₁₂と現在の回転数における室内ファンモータ１３の消費電力Ｐ_FANとの和により、１次側電力Ｐ₁を求める。なお、室内ファンモータ１３の消費電力Ｐ_FANは上述したようにメモリ１５で記憶されている。
Ｐ₁＝Ｐ₁₂＋Ｐ_FAN …（３）

式（４）に示したようにＰ₁をＡＣ電圧Ｖ_ACと力率ｃｏｓθで除することにより室内機の総消費電流Ｉ_ACを算出する。力率ｃｏｓθは負荷（１次側電力Ｐ₁）によって大きく変動するため、負荷毎にデータテーブルを持つ、あるいは数式化して算出するなどして精度を上げる。なお、ＡＣ電圧Ｖ_ACは検出していないので空気調和機の定格電圧を用いて算出する。マイコン１６は、算出結果（室内機の総消費電流Ｉ_AC）を通信回路２２経由で室外機へ送信する。
Ｉ_AC＝Ｐ₁÷（Ｖ_AC×ｃｏｓθ） …（４）

一方、室外機のマイコン４１は、電流検出回路から得られる（通信回路を除く）室外機の総消費電流Ｉ_ACOと通信回路４７を介して室内機のマイコン１６から取得した室内機の総消費電流Ｉ_ACを使用し、次式（５）に従って演算することで（通信回路を除く）空気調和機全体の総消費電流Ｉ_ALLを求める。なお、室外機の総消費電流Ｉ_ACOは電流検出回路３１から取得する、または電流検出回路３１から取得した情報に基づいて算出する。
Ｉ_ALL＝Ｉ_AC＋Ｉ_ACO …（５）

以上のようにして、本実施の形態の空気調和機では、空気調和機全体の総消費電流Ｉ_ALLを求めることができる。室外機のマイコン４１は、このＩ_ALLと各機器に指定されているブレーカー容量Ｉ_Bとを比較することで現在の運転状態におけるブレーカー容量に対する余裕度を確認し、余裕がある場合には更に圧縮機の電流や内外ファンモータの回転数を上げ、空気調和機の能力をあげることができる。そのため、より早く暖める・冷やす等の快適性を向上させることが可能となる。

上述した動作、すなわち、空気調和機全体の総消費電流Ｉ_ALLを算出する動作は、室外機における消費電流が所定の値に達した場合にのみ行うようにしてもよい。例えば、ブレーカー容量と室外機における消費電流の差が室内機における最大消費電流以下となった場合に、室外機のマイコン４１が室内機のマイコン１６に対して消費電流の算出を要求し、マイコン１６は、室内機における消費電流の推定値を算出してマイコン４１へ通知する。これにより、マイコン４１および１８の演算量が必要以上に増大するのを防止できる。

なお、空気調和機は一つの室外機に対して複数の室内機が接続されるマルチタイプのものであっても構わない。また、受電の室内受電・室外受電は問わない。

このように、本実施の形態の空気調和機は、室内機の各種アクチュエーターやファンモータなどについて、想定される各動作状態の消費電流、駆動電圧などをメモリで記憶しておき、各種アクチュエーターやファンモータなどの駆動回路を制御するマイコンは、記憶しておいた情報と駆動回路の状態（各種アクチュエーターやファンモータなど、室内機の各部の動作状態）とに基づいて室内機における消費電流を算出して室外機側のマイコンへ送信し、室外機側のマイコンは、室外機における消費電流に加え、室内機側から通知されてきた消費電流値を考慮して動作制御を行うこととした。これにより、電流検出用の回路を使用することなく室内機における消費電流を把握できる。その結果、ブレーカー容量上限まで運転させることが可能な、運転効率を高めた空気調和機を実現できる。電流検出用の回路が不要なため、装置規模の増大およびコストアップを招くことなく高性能な空気調和機を実現できる。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２の空気調和機の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の空気調和機は、実施の形態１の空気調和機に電圧検出回路４８を追加したものである。

近年、節電意識の高まりと共に「電気代の見える化」が省エネ促進効果ありということで電気代表示機能を備えた空気調和機が増えつつある。より正確な電気代算出のためにＡＣ電源電圧を検出するための回路（図２の電圧検出回路４８に相当）を備えた空気調和機が存在する。このような回路を備えた構成の場合、ＡＣ電源電圧を室外機で把握することができる。本実施の形態の空気調和機によれば、通信回路４７を通じて室内機にＡＣ電源電圧を通知し、室内機のマイコン１６はＡＣ電源電圧を考慮して消費電流を算出できるので、実施の形態１で示した式（４）の算出精度（室内機の総消費電流Ｉ_ACの算出精度）を高めることができる。更に力率に対してもＡＣ電圧の変化に対してデータテーブルをもたせるなどしてより適切な値を使用することで算出精度を高めることができる。

ところで、空気調和機は、長時間運転することによりフィルタにほこりなどがたまり目詰まりしてくる。この場合、吸い込み風量が低下するためファンモータの消費電流が低下するが、フィルタお掃除機能をもった空気調和機は性能低下が現れない程度でフィルタを自動でお掃除するため、電流算出の精度バラツキを小さくすることができる。

なお、フィルタお掃除機構を持たない空気調和機の場合は、ユーザーが掃除しないと目詰まりし続けるため、目詰まり量が大きくなり、ファンモータの消費電流低下が大きくなる可能性が高い。この場合、算出結果との差が大きくなるが、実態よりも大きい電流値に対して制御することになるため、ブレーカーが落ちるまで電流を上げてしまうという心配はない。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、効率的な運転を実現可能な空気調和機として有用である。

１１整流平滑回路（１次側高圧ＤＣ電源）
１２，３４ＤＣ／ＤＣ回路
１３室内ファンモータ
１４，３９モータ駆動回路
１５，４０メモリ
１６，４１マイコン
１７，４２駆動回路
１８表示部
１９ステッピングモータ
２０，４４リレー
２１，４５その他アクチュエーター
２２，４７通信回路
３１電流検出回路
３２整流平滑回路
３３ＰＡＭ回路（高圧ＤＣ電源）
３５圧縮機
３６室外ファンモータ
３７ＰＡＭ駆動回路
３８圧縮機駆動回路
４３ＬＥＶ
４６通信回路用電源
４８電圧検出回路

Claims

単一または複数の室内機と室外機とで構成された空気調和機であって、
前記室内機は、
室内機を構成しているファンモータおよび各アクチュエーターの取り得る動作状態と各動作状態における消費電流に関する情報とを記憶する記憶手段と、
前記ファンモータおよび各アクチュエーターを制御するとともに、前記記憶手段で記憶されている情報に基づいて室内機における消費電流を算出する室内機制御手段と、
前記消費電流を前記室外機へ通知する通知手段と、
を備え、
前記室外機は、
外部のブレーカーを介して室外機に供給される消費電流を検出する消費電流検出手段と、
前記消費電流検出手段で検出された消費電流、前記通知手段により通知された消費電流および前記ブレーカーの容量上限値に基づいて、室外機を構成している圧縮機、ファンモータおよび各アクチュエーターを制御する室外機制御手段と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
空気調和機に供給されているＡＣ電源電圧を検出する電圧検出手段、
をさらに備え、
前記室内機制御手段は、前記ＡＣ電源電圧および前記記憶手段で記憶されている情報に基づいて、室内機における消費電流を算出することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
室内機が備えているフィルタの目詰まりを検出して自動的に掃除を行うフィルタ掃除機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。