JP2015127621A - 空気調和機及び空気調和機の制御方法 - Google Patents

空気調和機及び空気調和機の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】空気調和機の小型化が阻害されず、コストの増加及び消費電力の増加が抑制された空気調和機を得ること。
【解決手段】交流を直流に変換する電子基板７上のコンバータ回路２と、前記コンバータ回路２で変換された直流を交流に変換して圧縮機５を駆動するモータ４を運転する前記電子基板７上のインバータ回路３と、インバータ回路３を駆動する電子基板７上のインバータ制御回路６と、インバータ制御回路６に入力される外気温度を検出する温度検出器８と、を備え、インバータ制御回路６は拘束通電制御部９を含み、拘束通電制御部９は、温度検出器８が検出した外気温度に応じてモータ４に交流拘束通電または直流拘束通電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機及び空気調和機の制御方法に関する。
空気調和機の室外機に搭載される電子基板にはその動作を保証する最低保証温度が定められており、最低保証温度以下では電子基板上の電子部品が誤作動し、破損するおそれがある。これに対する対策としては最低保証温度の低い電子部品を使用することが考えられる。しかしながら、最低保証温度の低い電子部品を用いると、小型化が阻害され、またはコストが増加する。電子部品にヒータを取付けることも考えられるが、ヒータにより小型化が阻害され、コストが増加し、消費電力が増加する。
また、低温環境下の空気調和機の室外機では、圧縮機の停止中に、圧縮機に冷媒が集まって冷媒の「寝込み」が発生することがある。この冷媒の「寝込み」が発生すると、圧縮機の起動時の負荷が大きくなり、圧縮機の破損、起動電流の増加による電子部品の破壊、または、システム異常により起動できない等の問題が発生することがある。これに対する対策としては圧縮機にヒータを設置して適宜加熱を行うこと、または、圧縮機の電動モータが回転しない条件での電動モータの拘束通電により圧縮機の予備加熱を行うことが考えられる。
拘束通電は、直流拘束通電及び交流拘束通電に大別される。直流拘束通電では、圧縮機電動モータの巻線の抵抗成分の損失により発熱させる（例えば、特許文献１）。交流拘束通電では、圧縮機電動モータの巻線のリアクタンス成分の損失により発熱させる（例えば、特許文献２）。
特開平８−２２６７１４号公報 特開平１１−１５９４６７号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、直流拘束通電では、圧縮機電動モータの巻線の抵抗成分を用いるため、充分な発熱量を得るためには大きな電流を要し、損失が大きく電力効率が悪い。一方で、交流拘束通電では、圧縮機電動モータの巻線のリアクタンス成分を用いるため、高周波の交流電流を通電すると、小さな電流で圧縮機を保温する熱量を得ることができるが、温度の上昇の度合いが直流には劣るため、非常に温度の低い環境下では圧縮機の保温に十分な熱量を供給するために時間がかかってしまう。そのため、拘束通電を用いても消費電力が増大してしまい、または、目的とする温度に達するまでに時間を要してしまう、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、冷媒の寝込みが生じ、さらには電子部品の最低保証温度を下回るような低温環境下に設置される場合であっても、空気調和機を大型化させず、コスト及び消費電力が抑制された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、交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備え、前記インバータ制御回路は拘束通電制御部を含み、前記拘束通電制御部は、前記温度検出器が検出した前記外気温度に応じて前記モータに交流拘束通電または直流拘束通電することで加熱を行うことを特徴とする。
本発明によれば、空気調和機を大型化させず、コスト及び消費電力が抑制された空気調和機を得ることができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態にかかる空気調和機の室外機の構成を示す図である。 図２は、実施の形態にかかる空気調和機の圧縮機停止中における拘束通電制御部の動作を示すフローチャート図である。 図３は、実施の形態にかかる空気調和機の圧縮機停止中における拘束通電制御部の動作を示すフローチャート図である。
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．
図１は、本発明にかかる空気調和機の室外機の実施の形態の構成を示す図である。図１には、交流電源１に接続された、モータ４、圧縮機５、電子基板７及び温度検出器８を含む室外機１０が示されている。室外機１０と室内機（図示しない）は、冷媒配管により接続されている。
交流電源１としては、単相交流電源を用いてもよいし、三相交流電源を用いてもよいが、ここでは三相交流電源を例示している。モータ４は、圧縮機５を駆動するモータである。圧縮機５は、モータ４により駆動される冷凍サイクル中の圧縮機であり、冷凍サイクル中の冷媒により熱の輸送を行う。例えば、モータ４の回転運動を往復運動に変換して圧縮機５内の冷媒を圧縮すればよい。電子基板７は、コンバータ回路２と、インバータ回路３と、インバータ制御回路６と、を備える電子基板である。コンバータ回路２は、例えば、ダイオード素子がブリッジ接続して構成されている整流回路により構成すればよく、交流電源１からの交流を直流に変換する。インバータ回路３は、例えば、複数のスイッチング素子及びダイオード素子により構成すればよく、コンバータ回路２にて変換された直流を所定の周波数の交流に変換する。交流の周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上とする。インバータ制御回路６は、インバータ回路３を駆動する。温度検出器８は、外気温度を検出し、検出された外気温度は圧縮機５の駆動制御に用いられる。
インバータ制御回路６は、拘束通電制御部９を有する。拘束通電制御部９には温度検出器８が検出した外気温度が入力され、モータ４の巻線に対する拘束通電の制御を行う。なお、拘束通電は、モータ４及び圧縮機５を動作させずに行う通電である。
図２は、圧縮機停止中における拘束通電制御部９の動作を示すフローチャート図である。まず、処理を開始し（ステップＳ１１）、外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下である場合（ステップＳ１２でＹｅｓと判定した場合）には、外気温度Ｔａが第２の設定温度Ｔｓｅｔ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下であり、且つ第２の設定温度Ｔｓｅｔ２以下である場合（ステップＳ１２でＹｅｓ、ステップＳ１３でＹｅｓと判定した場合）には、直流拘束通電により圧縮機５及び電子基板７の双方を加熱する（ステップＳ１４）。外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下であり、且つ第２の設定温度Ｔｓｅｔ２より大きい場合（ステップＳ１２でＹｅｓ、ステップＳ１３でＮｏと判定した場合）には、交流拘束通電により圧縮機５を加熱する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１４，Ｓ１５の加熱は所定の時間で行えばよい。次に、加熱処理後、圧縮機５が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。なお、外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１より大きい場合（ステップＳ１２でＮｏと判定した場合）にも、圧縮機５が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。圧縮機５が停止中である場合（ステップＳ１６でＹｅｓと判定した場合）には、ステップＳ１２に戻り、外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下であるか否かを判定する。圧縮機５が停止中でない場合（ステップＳ１６でＮｏと判定した場合）には、処理を終了する（ステップＳ１７）。
第１の設定温度Ｔｓｅｔ１は、冷媒の「寝込み」が発生する上限温度とする（例えば、Ｔｓｅｔ１＝２５℃以上）。外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下であると冷媒の「寝込み」が発生してしまい、圧縮機の起動時の負荷が大きくなり、圧縮機の破損、起動電流の増加による電子部品の破壊、または、システム異常により起動できない等の問題が発生することがある。これに対しては圧縮機にヒータを取付けることが考えられるが、ヒータにより空気調和機が大型化し、コストが増加し、消費電力が増加する。
そこで、外気温度Ｔａが第１の設定温度Ｔｓｅｔ１以下である場合には交流拘束通電を行えばよい。交流拘束通電は、インバータ回路３を駆動し、モータ４の巻線に高周波の交流電流を通電させることで行う。交流拘束通電により、冷媒寝込み現象を回避することができる。
第２の設定温度Ｔｓｅｔ２は第１の設定温度Ｔｓｅｔ１よりも低く、電子基板７の最低保証温度とする（例えば、Ｔｓｅｔ２＝−２５℃以下）。外気温度Ｔａが第２の設定温度Ｔｓｅｔ２以下であると電子基板７上の電子部品が誤作動し、破損するおそれがある。これに対しては最低保証温度の低い電子部品を使用することが考えられるが、最低保証温度の低い電子部品を用いると、小型化が阻害されることがあり、コストが増加することが多い。または、電子部品にヒータを取付けることも考えられるが、ヒータにより空気調和機が大型化し、コストが増加し、消費電力が増加する。
そこで、外気温度Ｔａが第２の設定温度Ｔｓｅｔ２以下である場合には直流拘束通電を行えばよい。直流拘束通電は、インバータ回路３を駆動し、モータ４の巻線に直流電流を通電させることで行う。直流拘束通電により、冷媒寝込み現象の回避のみならず電子基板７の電子部品の自己発熱で電子基板７の周囲温度の予熱も行うことが可能である。
このように、交流拘束通電と直流拘束通電を使い分けることで、空気調和機の動作を外気温度に適したものとすることができる。すなわち、消費電力を抑制しつつ、冷媒の寝込みを抑制し、電子基板上の電子部品が誤作動して破損することを防止することができる。
なお、本発明の空気調和機の制御方法は、上記説明した形態に限定されない。例えば、外気温度Ｔａと、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１，第２の設定温度Ｔｓｅｔ２との判定を一度に行ってもよい。なお、第２の設定温度Ｔｓｅｔ２＜第１の設定温度Ｔｓｅｔ１である。
図３は、圧縮機停止中における拘束通電制御部９の動作を示すフローチャート図である。まず、処理を開始し（ステップＳ２１）、外気温度Ｔａと、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１，第２の設定温度Ｔｓｅｔ２と、を比較する（ステップＳ２２）。ここで、第２の設定温度Ｔｓｅｔ２＜第１の設定温度Ｔｓｅｔ１であるため、外気温度Ｔａの温度範囲は３つの領域に分けられる。すなわち、Ｔａ≦Ｔｓｅｔ２である場合（外気温度Ｔａが極低温である場合）、Ｔｓｅｔ２＜Ｔａ≦Ｔｓｅｔ１である場合（外気温度Ｔａが低温である場合）、Ｔｓｅｔ１＜Ｔａである場合（外気温度Ｔａが低温でない場合）である。Ｔａ≦Ｔｓｅｔ２である場合（外気温度Ｔａが極低温である場合）には、ステップＳ１４と同様に、直流拘束通電により圧縮機５及び電子基板７の双方を加熱する（ステップＳ２３）。Ｔｓｅｔ２＜Ｔａ≦Ｔｓｅｔ１である場合（外気温度Ｔａが低温である場合）には、ステップＳ１５と同様に、交流拘束通電により圧縮機５を加熱する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２３，Ｓ２４の加熱は所定の時間で行えばよい。加熱後またはＴｓｅｔ１＜Ｔａである場合（外気温度Ｔａが低温でない場合）には、ステップＳ１６と同様に、圧縮機５が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。圧縮機５が停止中である場合（ステップＳ２５でＹｅｓと判定した場合）には、ステップＳ２２に戻り、外気温度Ｔａと、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１，第２の設定温度Ｔｓｅｔ２と、を比較する（ステップＳ２２）。圧縮機５が停止中でない場合（ステップＳ２５でＮｏと判定した場合）には、処理を終了する（ステップＳ２６）。
このように、外気温度Ｔａと、第１の設定温度Ｔｓｅｔ１，第２の設定温度Ｔｓｅｔ２との比較を一度に行うことも可能である。
以上説明したように、本発明は、交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備え、前記インバータ制御回路は拘束通電制御部を含み、前記拘束通電制御部は、前記温度検出器が検出した前記外気温度に応じて前記モータに交流拘束通電または直流拘束通電することで加熱を行うことを特徴とする空気調和機である。
この空気調和機では、具体的には、前記外気温度は、第１の設定温度とこの第１の設定温度より低い第２の設定温度とにより３つの温度範囲に分けられ、前記外気温度が第２の設定温度以下である場合には直流拘束通電により加熱を行い、前記外気温度が第２の設定温度より大きく第１の設定温度以下である場合には交流拘束通電により加熱を行うとよい。このような構成とすることで、空気調和機が大型化せず、コスト及び消費電力が抑制される。
または、本発明は、交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備える空気調和機の制御方法であって、前記インバータ制御回路に含まれる拘束通電制御部は、前記外気温度が第１の設定温度以下であるか否かを判定し、前記外気温度が前記第１の設定温度より大きい場合には、前記外気温度が前記第１の設定温度以下となるまで判定を繰り返し、前記外気温度が前記第１の設定温度以下である場合には、前記外気温度が第２の設定温度以下であるか否かを判定し、前記外気温度が前記第１の設定温度以下であり、且つ前記第２の設定温度以下である場合には、直流拘束通電により前記圧縮機及び前記電子基板の双方を加熱し、前記外気温度が前記第１の設定温度以下であり、且つ前記第２の設定温度より大きい場合には、交流拘束通電により前記圧縮機を加熱することを特徴とする空気調和機の制御方法である。
または、本発明は、交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備える空気調和機の制御方法であって、前記インバータ制御回路に含まれる拘束通電制御部は、前記外気温度と、第１の設定温度と、この第１の設定温度より低い第２の設定温度と、を比較し、前記外気温度が前記第２の設定温度以下である場合には、直流拘束通電により前記圧縮機及び前記電子基板の双方を加熱し、前記外気温度が前記第２の設定温度より大きく前記第１の設定温度以下である場合には、交流拘束通電により前記圧縮機を加熱することを特徴とする空気調和機の制御方法である。このように、前記外気温度と、前記第１の設定温度及び前記第２の設定温度との比較を一度に行ってもよい。
前記空気調和機または空気調和機の制御方法においては、前記第１の設定温度は冷媒寝込みが発生する上限温度とすればよい。そうすると、冷媒の寝込みを防止することができる。
前記空気調和機または空気調和機の制御方法においては、前記第２の設定温度は前記電子基板の最低保証温度とすればよい。そうすると、電子基板上の電子部品が誤作動して破損することを防止することができる。
以上のように、本発明にかかる空気調和機は、寒冷地等の低温環境下に設置される場合に有用である。
１ 交流電源、２ コンバータ回路、３ インバータ回路、４ モータ、５ 圧縮機、６ インバータ制御回路、７ 電子基板、８ 温度検出器、９ 拘束通電制御部、１０ 室外機、Ｓ１１〜Ｓ１７Ｔ，Ｓ２１〜Ｓ２６ ステップ。

Claims (8)

  1. 交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、
    前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、
    前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、
    前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備え、
    前記インバータ制御回路は拘束通電制御部を含み、
    前記拘束通電制御部は、前記温度検出器が検出した前記外気温度に応じて前記モータに交流拘束通電または直流拘束通電することを特徴とする空気調和機。
  2. 前記外気温度は、第１の設定温度と、この第１の設定温度より低い第２の設定温度と、により３つの温度範囲に分けられ、
    前記外気温度が前記第２の設定温度以下である場合には前記直流拘束通電により加熱を行い、
    前記外気温度が前記第２の設定温度より大きく前記第１の設定温度以下である場合には前記交流拘束通電により加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 前記第１の設定温度は、冷媒寝込みが発生する上限温度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
  4. 前記第２の設定温度が前記電子基板の最低保証温度であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。
  5. 交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備える空気調和機の制御方法であって、
    前記インバータ制御回路に含まれる拘束通電制御部は、
    前記外気温度が第１の設定温度以下であるか否かを判定し、
    前記外気温度が前記第１の設定温度より大きい場合には、前記外気温度が前記第１の設定温度以下となるまで判定を繰り返し、
    前記外気温度が前記第１の設定温度以下である場合には、前記外気温度が第２の設定温度以下であるか否かを判定し、
    前記外気温度が前記第１の設定温度以下であり、且つ前記第２の設定温度以下である場合には、直流拘束通電により前記圧縮機及び前記電子基板の双方を加熱し、
    前記外気温度が前記第１の設定温度以下であり、且つ前記第２の設定温度より大きい場合には、交流拘束通電により前記圧縮機を加熱することを特徴とする空気調和機の制御方法。
  6. 交流を直流に変換する電子基板上のコンバータ回路と、前記コンバータ回路で変換された直流を交流に変換して圧縮機を駆動するモータを運転する前記電子基板上のインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する電子基板上のインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路に入力される外気温度を検出する温度検出器と、を備える空気調和機の制御方法であって、
    前記インバータ制御回路に含まれる拘束通電制御部は、
    前記外気温度と、第１の設定温度と、この第１の設定温度より低い第２の設定温度と、を比較し、
    前記外気温度が前記第２の設定温度以下である場合には、直流拘束通電により前記圧縮機及び前記電子基板の双方を加熱し、
    前記外気温度が前記第２の設定温度より大きく前記第１の設定温度以下である場合には、交流拘束通電により前記圧縮機を加熱することを特徴とする空気調和機の制御方法。
  7. 前記第１の設定温度は、冷媒寝込みが発生する上限温度であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の空気調和機の制御方法。
  8. 前記第２の設定温度が前記電子基板の最低保証温度であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の空気調和機の制御方法。
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