JP3815463B2 - 分離型空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は分離型空気調和機に関するものであり、より詳しくは３本の内外接続電線を用いて構成された冷暖房兼用の空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機には、供給電源の周波数をコントロールして圧縮機の運転容量を可変とするインバータタイプのものと、商用電源など入力電源の周波数をそのまま導いて圧縮機を略一定速で動作させる一定速タイプとがある。一定側タイプはインバータタイプに比べて、複雑な制御部、高価な電気部品などを用いないため、コスト面でのメリットがある。

以下、従来の一定速タイプの分離型空気調和機について図４を参照しながら説明する。図４は従来の冷暖房運転可能な分離型空気調和機の電気的構成を示す回路図である。同図において、分離型空気調和機は室内機１と室外機２とそれらを互いに電気的に接続する内外接続電線３とで構成される。内外接続電線３は、主として圧縮機への動力電源を供給する第一、第二の電線３ｅ、３ｆと、室内側での暖房運転指示を受けて四方弁７に通電するための第３の線３ｇと、さらには室外機に設けた機械式検知手段１２で室外熱交換器（図示せず）への着霜状態を検知し室内機側でこれを検知するための第４の電線３ｈで構成されている。

１４は電流検知を行うカレントトランス（ＣＴ）であり、この回路での電流の流れの有無を検知して除霜運転状態を検知する。１３はＳＳＲ（ソリッドステートリレー）である。

次に、上記構成に基づく分離型空気調和機の動作について説明する。まず冷房運転時について図４（ａ）を用いて説明する。室内機１は商用電源４（一次電源）に接続され、主電源スイッチ８をＯＮにし、冷房暖房を切り替える運転モードスイッチ９をＯＦＦとすると、室内機の接続した商用電源４からの電気が一端側を電線３ｆを共用し、多端側を電線３ｈ、電線３ｅによりそれぞれファンモータ６、圧縮機５が運転されて冷房運転を行う。なお、四方弁７への通電がない場合には、冷凍サイクル（図示せず）は冷房回路になっている。

次に暖房運転時について図４（ｂ）を用いて説明する。主電源スイッチ８をＯＮにし、運転モードスイッチ９をＯＮとすると、室内機の接続した商用電源４からの電気が一端側を電線３ｆを共用し、多端側を電線３ｇ、電線３ｈ、電線３ｅによりそれぞれ四方弁７、ファンモータ６、圧縮機５に電力が供給されて暖房運転を行う。

ＣＴ１４は機械式検出手段１２の検出信号を入力する受信手段であって、通常暖房運転時には所定の電流値を検出している。

ここで室外熱交換器（図示せず）の温度が例えば−５℃などの所定値以下になった場合、機械式検出手段１２がそれを検知して回路を「閉」とし、ファンモータ用リレー１０に切り替わることにより室外ファンモータ６への供給電源が電線３ｈからの供給ではなく、電線３ｇからの供給となるがファンモータ６には通電されたままの状態になる。

しかしながら室外ファンモータ用リレー１０の回路に電流が流れなくなり、ＣＴ１４で検知される電流値が０に変化する。するとＣＴ１４に流れる電流値の変化により室内側電
子制御装置（図示せず）は機械式検出手段１２が動作したことを認識し、除霜制御を開始する。

以上のような装置構成にすると、室外機側に電子制御装置が不要となり、除霜制御の低コスト化と市場でのメンテナンス性の向上が図れ、しかも、室外熱交換器（図示せず）の着霜・除霜状態を室外熱交換器の温度を直接検出しているため、機種展開時に設定温度を選定する必要がなく、高汎用性を図っていた（特許文献１）。
特開平９−１１３０７５号公報

上記従来の内外分離型空気調和機では、上述のように室外機に圧縮機５、ファンモータ６、四方弁７という３つのデバイスを有するため、これら３つのデバイスはそれぞれの電気入力の一端を１本の電線をそれぞれで共有するとともに、多端に対して開閉手段または回路切替手段を介してそれらへの通電を制御するための３本の電線を必要とし、結果として内外接続電線３は４本線で構成されることが必要である。

このように内外接続電線が４本の電線で構成されていると、近年主流になっているインバータ機種に採用されている２本の動力線と１本の通信線の、合計３本線の内外接続電線を共用することができないという不具合があった。

また、上記従来の内外分離型空気調和機では、暖房運転時に除霜運転を行うために、室外熱交換機への着霜を検知するための高価な機械式検知手段１２が必要であった。

本発明は、上記の課題を解決するもので、内外接続電線の共用化を実現しつつ、除霜制御など空気調和機に必要な制御を実現することができる分離型空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明の分離型空気調和機は、次のような構成を有する。

まず本願発明の分離型空気調和機は、一次電源と接続される室内機と、少なくとも付帯する冷凍サイクルの冷媒流路を切り替える四方弁と、圧縮機と、熱交換器と、この熱交換器に付帯して設けられた送風ファンを回転させるファンモータとを有する室外機と、前記室内機と前記室外機とを電気的に内外接続電線を用いて接続して構成される。

内外接続電線は、室内機に設けられた第１の開閉手段を介して、一次電源の一極と圧縮機の一極とを接続する第１の接続線と、一次電源の他の一極と圧縮機の他の一極とを接続する第２の接続線と、室内機に設けられた第２の開閉手段を介して、一次電源の一極と室外機に設けられた回路切替手段の第１端子を接続する第３の接続線とで構成されている。

また、室外機には、回路切替手段の共用端子と連通して四方弁への通電を開閉する第３の開閉手段と、回路切替手段の共用端子と連通してファンモータへの通電を開閉する第４の開閉手段と、回路切替手段の第２端子と連通して圧縮機とへの通電を開閉する第５の開閉手段と、第２の開閉手段の開閉状態を検知する開閉検知手段と、熱交換器の温度を検知する温度検知手段と、開閉検知手段と温度検知手段の信号を受信するとともに、回路切替手段と第３の開閉手段と第４の開閉手段と第５の開閉手段の動作を制御する制御手段と、を具備している。

なお、制御手段と回路切替手段と第３の開閉手段と第４の開閉手段と第５の開閉手段と開閉検知手段は電子基板上に一体に配置構成されているとよい。少なくともこれら６つの要素は制御基板上に容易に構成することができるため、室外機の組立製造の際に組立が簡便になり、好適である。

本願発明によれば、内外接続電線の共用化を実現しつつ、除霜制御など空気調和機に必要な制御を実現することができる分離型空気調和機を実現することができる。

以下、本願発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、従来の例で説明した図４の構成と同等の要素については同じ図番を付してその詳細な説明は省略する。

まず、本実施の形態にかかる分離形空気調和機の構成について図１を用いて説明する。

室内機１は、図示しないが内部に熱交換器やそれに付帯する室内ファンを具備するとともに、商用電源や、自家発電源などの一次電源４と接続されている。また、一次電源４の一極（Ａ１極）と一端を電気的に接続されている主電源スイッチ８（第１の開閉手段）と、同じく一次電源４の一極（Ａ１極）と一端を電気的に接続されている冷暖房運転を切り替えるための運転モードスイッチ９（第２の開閉手段）を具備している。

一方、室外機は圧縮機５と、熱交換器２４と、熱交換器２４に付帯する送風ファン（図示せず）と、これを回転駆動するファンモータ６と、冷凍サイクルの冷媒循環方向を冷房と暖房とで切り替える四方弁７と制御基板２２とを具備している。

制御基板２２には圧縮機リレー１５、ファンモータリレー１７、四方弁リレー１８、切替リレー１６、サイリスタ２０、マイコン３０（制御手段）が搭載されている。なお、１９は室外機において制御基板２２の各部品、特にマイコン３０などの動作のために交流電流から５Ｖや１２Ｖなどの低圧直流電源を生成する電源コンバータである。また、マイコン３０には熱交換器２４の配管温度を検知する温度センサ２１（温度検知手段）の信号が入るように構成されている。

圧縮機リレー１５、ファンモータリレー１７、四方弁リレー１８はそれぞれ一端を圧縮機５、ファンモータ６、四方弁７に接続され、多端が圧縮機リレー１５は切替リレー１６の第２端子１６ｂに、またファンモータリレー１７、四方弁リレー１８は切替リレー１６の共用端子１６ｃに接続されている。

また、内外接続電線３は、第１の接続線３ａと、第２の接続線３ｂと、第３の接続線３ｃとで構成されている。

第１の接続線３ａは室内機に設けられた主電源スイッチ８を介して、一次電源４のＡ１極側と切替リレー１６の第２端子を接続している。

また、第２の接続線３ｂは一次電源４のＡ２極側と、圧縮機５、ファンモータ６、四方弁７の圧縮機リレー１５、ファンモータリレー１７、四方弁リレー１８が接続された反対側の端子に接続されるよう配設されている。なお、切替リレー１６の共用端子１６ｃは電源コンバータ１９を介してこの第２の接続線３ｂに電気的に接続されている。

そして、第３の接続線３ｃは室内機に設けられた運転モードスイッチ９を介して、一次
電源４のＡ１極側と切替リレー１６の第１端子１６ａを接続している。

また、圧縮機リレー１５、ファンモータリレー１７、四方弁リレー１８、切替リレー１６はマイコン３０の信号に基づいて切替、開閉が制御されるよう構成されている。

また、サイリスタ２０は一端を切替リレー１６の第１端子１６ａに、多端を第２の電線３ｂに接続されており、運転モードスイッチ９が閉状態で暖房運転が指示されている場合には、第３の接続線３ｃと第２の電線３ｂの間に印加電圧が生じる。これにより第３の接続線３ｃから第２の電線３ｂ側に流れる直流電流をマイコン３０にインプットされ、マイコン３０は室内機から別途に制御信号を入力されずとも冷房／暖房のいずれが選択されているかを検知し、四方弁７の制御を行うことができる。

次に本実施の形態における分離型空気調和機の動作について図１、２、３を用いて説明する。

まず最初に図１を用いて冷房運転時の動作について説明する。ユーザにより冷房運転が指示されると、主電源スイッチ８がＯＮ、運転モードスイッチ９がＯＦＦとなる。すると、マイコン３０はサイリスタ２０により第３の電線３への通電を検知しないため、四方弁リレー１８をＯＮ制御しない。

一方、切替リレー１６は通常共用端子１６ｃと第２の端子１６ｂとが連通している状態になっており、電源コンバータ１９に一次電源が印加されて、マイコンなどの動作電源を確保している。

マイコン３０には冷房運転時はファンモータリレー１７をＯＮするようにプログラムされていて、冷房運転開始時より、ファンモータリレー１７はＯＮされてファンモータが動作する。また、冷房運転時は圧縮機リレー１５もＯＮとするようプログラムされているので、圧縮機５も運転される。なお、室内機の動作についてはここでは省略する。

以上により、冷房運転が実施される。このとき、室外機周辺が高温状態であったり、室外機での放熱が阻害されるなどして、冷凍サイクルがいわゆる過負荷状態となったとすると、熱交換器２４に付帯した温度センサ２１が凝縮温度を検知してマイコンに伝送し、マイコン３０はあらかじめ設定された所定温度よりも高温であると検知して過負荷状態を判定し、圧縮機リレー１５をＯＦＦにし、圧縮機５を停止する保護制御を行うことが室外機単独でできる。このとき室内機では第１の電線３ａに流れる電流を検知するカレントトランス２３により圧縮機５が室外機の単独制御でＯＦＦされていることを電流量で検知することができ、そのまま待機状態としたり、室外機での異常を報知したりすることができる。

ここで、室内機側で、吸い込んだ室温が設定温度に達して、冷房運転を一次中断する、いわゆるサーモオフ制御を行う場合には、主電源リレー８をＯＦＦにして室外機への通電をＯＦＦにする。

次に、図２を用いて暖房運転時の動作について説明する。ユーザにより暖房運転が指示されると、主電源スイッチ８がＯＮ、運転モードスイッチ９もＯＮとなる。すると、マイコン３０はサイリスタ２０により第３の電線３への通電を検知し、四方弁リレー１８をＯＮ制御する。

マイコン３０には暖房運転時もファンモータリレー１７をＯＮするようにプログラムされていて、暖房運転開始時より、ファンモータリレー１７はＯＮされてファンモータが動
作する。また、暖房運転時は圧縮機リレー１５もＯＮとするようプログラムされているので、圧縮機５も運転される。これにより、暖房運転が開始される。

暖房運転時には、マイコン３０は切替リレー１６を共用端子１６ｃと第１端子１６ａが接続されるように制御する。このようにすることにより、運転モードリレー９がＯＮ状態である以上、電源コンバータ１９には常時通電されるため、マイコン３０は常時動作することができる。

次に低外気温時等に行う除霜運転の動作について説明する。暖房運転中にマイコン３０が温度センサ２１を通じて所定時間（例えば３０分）以上に渡って所定温度（例えば−２℃以下）が継続したことを検知した場合、熱交換器２４は着霜状態であると認識して、除霜運転を開始する。このとき、圧縮機リレー１５、ファンモータリレー１７を一旦ＯＦＦとして圧縮機５とファンモータ６を停止させる。

そして、四方弁リレー１８をＯＦＦとして冷凍サイクル回路を冷房状態に切り替え、圧縮機リレー１５を再度ＯＮにする。この状態を継続し、温度センサ２１の温度が所定温度（例えば７℃）を上回ったら除霜完了と判断して、再度圧縮機リレー１５を一旦ＯＦＦとして圧縮機５を停止させる。そして所定時間後（例えば３分後）に再度、四方弁リレー１８、圧縮機リレー１５、ファンモータリレー１７をＯＮとして四方弁７、圧縮機５、ファンモータ６をＯＮさせて暖房運転を再開する。

本願発明の実施の形態における分離形空気調和機の冷房運転時の状態を示す電装配線模式図 本願発明の実施の形態における分離形空気調和機の暖房運転時の状態を示す電装配線模式図 （ａ）従来の分離形空気調和機の冷房運転時の状態を示す電装配線模式図 （ｂ）従来の分離形空気調和機の暖房運転時の状態を示す電装配線模式図

符号の説明

１ 室内機
２ 室外機
３ 内外接続電線
３ａ 第１の電線
３ｂ 第２の電線
３ｃ 第３の電線
４ 一次電源
５ 圧縮機
６ ファンモータ
７ 四方弁
８ 主電源リレー（第１の開閉手段）
９ 運転モードリレー（第２の開閉手段）
１５ 圧縮機リレー（第３の開閉手段）
１６ 切替リレー（回路切替手段）
１７ ファンモータリレー（第４の開閉手段）
１８ 四方弁リレー（第５の開閉手段）
１９ 電源コンバータ
２０ サイリスタ
２１ 温度センサ
２２ 制御基板
２３ カレントトランス（ＣＴ）
２４ 熱交換器
３０ マイコン（制御手段）

Claims (3)

1. 一次電源と接続される室内機と、少なくとも付帯する冷凍サイクルの冷媒流路を切り替える四方弁と、圧縮機と、熱交換器と、この熱交換器に付帯して設けられた送風ファンを回転させるファンモータとを有する室外機と、前記室内機と前記室外機とを電気的に内外接続電線を用いて接続して構成される空気調和機であって、
   前記内外接続電線は、前記室内機に設けられた第１の開閉手段を介して、前記一次電源の一極と前記圧縮機の一極とを接続する第１の接続線と、前記一次電源の他の一極と前記圧縮機の他の一極とを接続する第２の接続線と、前記室内機に設けられた第２の開閉手段を介して、前記一次電源の一極と室外機に設けられた回路切替手段の第１端子を接続する第３の接続線とで構成され、
   前記室外機には、前記回路切替手段の共用端子と連通して前記四方弁への通電を開閉する第３の開閉手段と、前記回路切替手段の共用端子と連通して前記ファンモータへの通電を開閉する第４の開閉手段と、前記回路切替手段の第２端子と連通して前記圧縮機とへの通電を開閉する第５の開閉手段と、前記第２の開閉手段の開閉状態を検知する開閉検知手段と、前記熱交換器の温度を検知する温度検知手段と、前記開閉検知手段と前記温度検知手段の信号を受信するとともに、前記回路切替手段と前記第３の開閉手段と前記第４の開閉手段と前記第５の開閉手段の動作を制御する制御手段と、
   を具備したことを特徴とする分離型空気調和機。
2. 制御手段と回路切替手段と第３の開閉手段と第４の開閉手段と第５の開閉手段と開閉検知手段は電子基板上に一体に配置構成されたことを特徴とする請求項１の分離型空気調和機。
3. 暖房運転時には、制御手段は共用端子と第１端子とが連通するように前記回路切替手段を制御することを特徴とする請求項１記載の分離型空気調和機。

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