JP4389916B2 - 空調機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、容量が可変のインバータ圧縮機と、定容量圧縮機とを備えた空調機の制御装置に関する。

インバータ圧縮機と定容量圧縮機を備えた空調機において、制御部は、先にインバータ圧縮機を起動させ、負荷増大に応じて運転周波数を上昇させる。そして、インバータ圧縮機の運転周波数が限界に達した後、定容量圧縮機を起動させている。このとき、インバータ圧縮機への過負荷が生じないように、定容量圧縮機の起動前にはインバータ圧縮機の運転周波数を最低周波数まで下げ、放熱器へのファン風量を増加させている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７４８３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された空調機では、インバータの温度上昇、供給電圧の低下などインバータ圧縮機にとって過酷な運転状態にある場合、運転周波数を上げることができなくなり、最適な容量制御が行われない可能性がある。

本発明の課題は、インバータ圧縮機の実運転状態に合わせた最適容量制御を実現する空調機の制御装置を提供することにある。

第１発明に係る制御装置は、容量が可変のインバータ圧縮機と、容量が可変ではない非インバータ圧縮機とを搭載した空調機の制御装置であって、電流検出手段とマイコンとを備えている。電流検出手段は、インバータ圧縮機のインバータに流れるインバータ電流を検出する。マイコンは、インバータ電流を監視する。そして、マイコンは、インバータ圧縮機の運転周波数の上げ代がまだ残っている状態であってもインバータ電流が所定値を超えている場合には、インバータ圧縮機の運転周波数を下げて非インバータ圧縮機を起動する。

この制御装置では、空調機が必要とする冷媒循環量に対して、インバータ圧縮機が対応できない場合に、非インバータ圧縮機が起動し適切な冷媒循環量が確保される。このように、非インバータ圧縮機がインバータ圧縮機に替わって必要な冷媒循環量を供給するので、冷媒循環量不足が未然に防止され、且つインバータ圧縮機への負担が軽減されて異常停止の発生が抑制される。

第２発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、第１の比較手段と、第２の比較手段とをさらに備えている。第１の比較手段は、電流検出手段で検出された電流が、所定値を超えているか否かを判別する。第２の比較手段は、電流検出手段で検出された電流が、予め設定されている許容値上限を超えているか否かを判別する。そして、所定値は、第２の比較手段における許容値上限を超えない値である。

この制御装置では、インバータ電流が許容値上限に至る前に、インバータ圧縮機の負荷が軽減される。このように、インバータ圧縮機の不必要な停止が防止されるので、運転が安定し無駄なエネルギー消費が抑制される。

第３発明に係る制御装置は、第２発明に係る制御装置であって、第１の比較手段が、第１の比較回路であり、第２の比較手段が、第２の比較回路であり、第１の比較回路と第２の比較回路とが同一の回路内に形成されている。

この制御装置では、第１の比較回路と第２の比較回路とが、電源線などの部品を共有することができ、部品の兼用によりコストが低減される。

第４発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、電流検出手段が抵抗器である。

この制御装置では、インバータ電流が抵抗器で直接検出されるので、電流検出の機構が簡素となり低コストである。

第５発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、マイコンが、インバータ圧縮機の運転周波数を上げる際に、運転周波数を上げた後のインバータ電流を予測し、予測値が所定値を超えている場合には、インバータ圧縮機の運転周波数を下げて非インバータ圧縮機を起動する。

この制御装置では、空調機が必要とする冷媒循環量に対して、インバータ圧縮機で対応できるか否かが予測される。このため、非インバータ圧縮機が適時に起動し適切な冷媒循環量が確保され、冷媒循環量不足が未然に防止される。

第６発明に係る制御装置は、第２発明に係る制御装置であって、第１の比較手段と第２の比較手段とが、マイコン内に設けられている。

この制御装置では、インバータ電流が許容値上限に至る前に、インバータ圧縮機の負荷が軽減される。このように、インバータ圧縮機の不必要な停止が防止されるので、運転が安定し無駄なエネルギー消費が抑制される。また、比較回路が不要となり回路が簡素化され、製造コストが低減される。

第１発明に係る制御装置では、空調機が必要とする冷媒循環量に対して、インバータ圧縮機が対応できない場合には、非インバータ圧縮機が起動し適切な冷媒循環量が確保されるので、冷媒循環量不足が未然に防止され、且つインバータ圧縮機への負担が軽減されて異常停止の発生が抑制される。

第２発明に係る制御装置では、インバータ電流が許容値上限に至る前に、インバータ圧縮機の負荷が軽減され、インバータ圧縮機の不必要な停止が防止されるので、運転が安定し無駄なエネルギー消費が抑制される。

第３発明に係る制御装置では、第１の比較回路と第２の比較回路とが、電源線などの部品を共有することができ、部品の兼用によりコストが低減される。

第４発明に係る制御装置では、インバータ電流が抵抗器で直接検出されるので、電流検出の機構が簡素となり低コストである。

第５発明に係る制御装置では、空調機が必要とする冷媒循環量に対して、インバータ圧縮機で対応できるか否かが予測される。このため、非インバータ圧縮機が適時に起動し適切な冷媒循環量が確保され、冷媒循環量不足が未然に防止される。

第６発明に係る制御装置では、インバータ電流が許容値上限に至る前に、インバータ圧縮機の負荷が軽減され、インバータ圧縮機の不必要な停止が防止されるので、運転が安定し無駄なエネルギー消費が抑制される。また、比較回路が不要となり回路が簡素化され、製造コストが低減される。

〔第１実施形態〕
＜空調機の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置を備えた空調機の構成図である。空調機１は、ビル用のマルチタイプの空気調和装置であって、１つ又は複数の空調室外機２に対して複数の空調室内機３が並列に接続され、冷媒が流通できるように、冷媒回路１０が形成されている。制御装置４は、空調機１が効率よく運転されるように、空調室外機２内の圧縮機など各種構成機器を制御する。

空調機１は、インバータによる回転数制御を行う容量可変のインバータ圧縮機１１と、オンオフ制御がなされる定容量の圧縮機１１１（以下、定容量圧縮機１１１）とを搭載している。

＜制御装置＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る制御装置の電気回路図である。制御装置４には、ＣＰＵ及びメモリを内蔵するマイコン５が搭載されている。制御装置４では、交流電源７の出力を直流に変換するため、交流電源７のＲ相、Ｓ相、及びＴ相が、コンバータ８に接続されている。インバータ９は、コンバータ８から出力される直流を、任意の周波数の交流に変換し、インバータ圧縮機１１のモータに供給する。インバータ９は、ドライブ回路４２によって駆動され、ドライブ回路４２はマイコン５によって制御されている。なお、インバータ９は稼動時に発熱するので、冷却用のヒートシンク（図示せず）が貼り付けられている。

また、マイコン５は、インバータ保護回路４１と抵抗器９１を介してインバータ９に流れる電流を監視する。なお、抵抗器９１は、インバータ９と直列に接続されている。

（インバータ保護回路）
図３は、本発明の第１実施形態に係る制御装置のインバータ保護回路の電気回路図である。抵抗器９１は、インバータ９に流れる電流を検出するためのシャント抵抗として、インバータ９と直列に接続されている。抵抗器９１に電流が流れると抵抗器９１の両端に電圧が発生するので、インバータ保護回路４１は、その電圧からインバータ９に流れる電流を検出することができる。まず、抵抗器９１に発生した電圧は、フィルター回路９２に取り込まれ、ノイズ等の高周波成分が除去された低い周波数成分の電気信号が取り出される。この電気信号の電圧と予め設定されている電圧Ｖとの比較が、第２の比較回路９４によって行われる。なお、第２の比較回路９４はオペアンプで構成されている。

電気信号の電圧が電圧Ｖ未満のときは、第２の比較回路９４からマイコン５へＬｏ信号が送られる。逆に、電気信号の電圧が電圧Ｖ以上のときは、第２の比較回路９４からマイコン５へＨｉ信号が送られる。マイコン５は、第２の比較回路９４からＨｉ信号を受信した場合に、インバータ９への電源供給を停止する。電圧Ｖは、インバータ９を過電流から保護するために設定されている電流許容値の電圧換算値である。

＜定容量圧縮機の立ち上げ判断＞
インバータ圧縮機１１は、１５段階の運転周波数によって駆動され、上位の段階になるほど運転周波数は増えるので吐出容量も増大する。したがって、冷媒循環量を増加させたいときに運転周波数を上げる余裕があるならば、通常は運転周波数を上昇させればよい。

しかし、インバータ９の温度上昇に対して冷却が追い付かない場合や、インバータ９への供給電源が降下した場合に、運転周波数を上げるとインバータ９に過電流が流れ、インバータ保護回路４１の働きで異常停止する。したがって、そのような場合は、インバータ圧縮機１１の運転周波数を最下位の段階まで下げ、定容量圧縮機１１１を立ち上げる必要がある。

定容量圧縮機１１１を立ち上げる時期は、抵抗器９１で検出するインバータ電流によって判断する。但し、インバータ保護回路４１では、インバータ電流が電流上限値（電圧換算値がＶ）を越えるとインバータ９を停止させるので、インバータ９が停止する前に定容量圧縮機１１１を立ち上げる判断をしなければならない。したがって、閾値はＶから定数αを差し引いた値「Ｖ−α」としている。

インバータ保護回路４１のフィルター回路９２から出力された電気信号は、第１の比較回路９３と第２の比較回路９４の双方へ入力される。第１の比較回路９３では、電気信号の電圧が電圧「Ｖ−α」未満のときは第１の比較回路９３からマイコン５へＬｏ信号が送られる。逆に、電気信号の電圧が電圧「Ｖ−α」以上のときは、第１の比較回路９３からマイコン５へＨｉ信号が送られる。以下、図面を用いて説明する。

図４は、本発明の第１実施形態に係る制御装置の定容量圧縮機立ち上げ判断のフローチャートである。ステップＳ１では、マイコン５が抵抗器９１、およびインバータ保護回路４１によってインバータ電流（Ｖｆ）を検出する。ステップＳ２では、ステップＳ１で検出した検出値ＶｆがＶ−αを下回っているか否かを判定する。即ち、第１の比較回路９３からマイコン５へＬｏ信号が入力されていればＶｆ＜Ｖ−αであり、Ｙｅｓの判定となる。逆に第１の比較回路９３からマイコン５へＨｉ信号が入力されていればＶｆ≧Ｖ−αであり、Ｎｏの判定となる。ステップＳ２でＹｅｓと判定した場合は、ステップＳ３へ進み、インバータ圧縮機１１の運転を継続する。一方、ステップＳ２でＮｏと判定した場合は、ステップＳ４へ進み、インバータ圧縮機１１の運転周波数を最低周波数まで下げ、ステップＳ５で定容量圧縮機１１１を起動する。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
制御装置４は、容量が可変のインバータ圧縮機１１と、容量が可変ではない定容量圧縮機１１１とを搭載した空調機１の制御装置であって、電流検出手段である抵抗器９１と、マイコン５とを備えている。抵抗器９１は、インバータ圧縮機１１のインバータ９と直列に接続されており、その両端に発生した電圧は第１の比較回路９３に取り込まれる。マイコン５は、第１の比較回路９３から出力される電気信号を監視している。マイコン５は、インバータ圧縮機１１の運転周波数の上げ代がまだ残っている状態であっても、インバータ電流が所定値を超えて第１の比較回路９３からＨｉ信号が出力された場合は、インバータ圧縮機１１の運転周波数を最低周波数まで下げ、定容量圧縮機１１１を起動する。

この制御装置４では、空調機１が必要とする冷媒循環量に対して、インバータ圧縮機１１の運転周波数を上げることができない場合に、定容量圧縮機１１１が起動し適切な冷媒循環量が確保される。このように、定容量圧縮機１１１がインバータ圧縮機１１に替わって必要な冷媒循環量を供給するので、冷媒循環量不足が未然に防止され、且つインバータ圧縮機１１への負担が解消されて異常停止の発生が抑制される。

（２）
制御装置４では、第１の比較回路９３における判別の閾値（所定値）は、インバータ電流の許容値上限Ｖを超えない値「Ｖ−α」である。第２の比較回路９４における判別の閾値はインバータ電流の許容値上限Ｖである。制御装置４では、インバータ電流が許容値上限Ｖに至る前に、インバータ圧縮機１１の負荷が軽減されるので、インバータ圧縮機１１の不必要な停止が防止され、運転が安定し無駄なエネルギー消費が抑制される。

なお、第１の比較回路９３と第２の比較回路９４がインバータ保護回路４１内に形成されて、フィルター回路９２、電源線を共有している。このため、コストが低減される。

また、上述したように、インバータ９に流れる電流が抵抗器９１で直接検出されるので、電流検出の機構が簡素となり低コストである。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係る制御装置のインバータ保護回路の電気回路図であり、図６は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の定容量圧縮機立ち上げ判断のフローチャートである。

第２実施形態のインバータ保護回路１４１は、第１実施形態のインバータ保護回路４１から第１の比較回路９３をなくしたものであり、フィルター回路９２から出力される電気信号を直接マイコン５へ入力している。その他の部品は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。以下、図６のフローチャートを参照しながら動作を説明する。

マイコン５は、ステップＳ１１でインバータ電流を検出する。ステップＳ１２では、インバータ圧縮機１１の運転周波数を上昇させるか否かを判定する。ステップＳ１２でＹｅｓと判定した場合は、ステップＳ１３へ進み、運転周波数上昇後のインバータ電流値Ｖｅ（電圧換算値）を計算する。なお、ステップＳ１２でＮｏと判定した場合は、ステップＳ１１へ戻る。

ステップＳ１４では、ステップＳ１３での計算したインバータ電流値ＶｅがＶ−αを下回っているか否かを判定する。ステップＳ１４でＹｅｓと判定した場合は、ステップＳ１５へ進み、インバータ圧縮機１１の運転周波数を上昇させる。一方、ステップＳ１４でＮｏと判定した場合は、ステップＳ１６へ進み、インバータ圧縮機１１の運転周波数を最低周波数まで下げ、ステップＳ１７で定容量圧縮機１１１を起動する。

＜第２実施形態の特徴＞
制御装置４では、マイコン５が、インバータ圧縮機１１の運転周波数を上げる際に、運転周波数を上げた後のインバータ電流を予測し、予測値Ｖｅが所定値を超えている場合には、インバータ圧縮機１１の運転周波数を下げて定容量圧縮機１１１を起動する。

制御装置４では、空調機１が必要とする冷媒循環量に対して、インバータ圧縮機１１で対応できるか否かが予測される。このため、定容量圧縮機１１１が適時に起動し適切な冷媒循環量が確保され、冷媒循環量不足が未然に防止される。

〔他の実施形態〕
以上、本発明について説明したが、具体的な構成は、上記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、第１実施形態では、インバータ保護回路４１に設けられた比較回路を介して、インバータ電流が、所定値あるいは許容値を超えているか否かを判別しているが、比較回路を介さずにマイコン５で直接に判別してもよい。即ち、マイコン５が、インバータ保護回路４１のフィルター回路９２を介して抵抗器９１両端の電圧を常時監視し、その電圧値が、所定値あるいは許容値を超えているか否かの判別を制御上で実施すればよい。これによって、インバータ電流が許容値上限に至る前に、インバータ圧縮機の負荷が軽減される。

このため、インバータ圧縮機の不必要な停止が防止され、運転が安定し無駄なエネルギー消費が抑制される。また、回路構成が簡素化され製造コストも低減される。

以上のように、本発明の制御装置は、インバータ圧縮機の運転周波数を上昇させることができない状態のときに、定容量圧縮機を起動させて必要な冷媒循環量を確保するので、空調機など冷凍装置の制御装置に有用である。

本発明の第１実施形態に係る制御装置を備えた空調機の構成図。 同制御装置の電気回路図。 同制御装置のインバータ保護回路の構成図。 同制御装置の定容量圧縮機立ち上げ判断のフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のインバータ保護回路の構成図。 同制御装置の定容量圧縮機立ち上げ判断のフローチャート。

符号の説明

１ 空調機
４ 制御装置
５ マイコン
９ インバータ
１１ インバータ圧縮機
４１ 回路（インバータ保護回路）
９１ 抵抗器（電流検出手段）
９３ 第１の比較回路
９４ 第２の比較回路
１１１ 定容量圧縮機（非インバータ圧縮機）

Claims (6)

1. 容量が可変のインバータ圧縮機（１１）と、容量が可変ではない非インバータ圧縮機（１１１）とを搭載した空調機の制御装置であって、
   前記インバータ圧縮機（１１）のインバータ（９）に流れるインバータ電流を検出する電流検出手段（９１）と、
   前記インバータ電流を監視するマイコン（５）と、
   を備え、
   前記マイコン（５）は、前記インバータ圧縮機（１１）の運転周波数の上げ代がまだ残っている状態であっても前記インバータ電流が所定値を超えている場合には、前記インバータ圧縮機（１１）の運転周波数を下げて前記非インバータ圧縮機（１１１）を起動する、
   制御装置（４）。
2. 前記電流検出手段（９１）で検出されたインバータ電流が、前記所定値を超えているか否かを判別する第１の比較手段と、
   前記電流検出手段（９１）で検出されたインバータ電流が、予め設定されている許容値上限を超えているか否かを判別する第２の比較手段と、
   をさらに備え、
   前記所定値は、前記第２の比較手段における前記許容値上限を超えない値である、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
3. 前記第１の比較手段は、第１の比較回路（９３）であり、
   前記第２の比較手段は、第２の比較回路（９４）であり、
   前記第１の比較回路（９３）と前記第２の比較回路（９４）とが同一の回路（４１）内に形成されている、
   請求項２に記載の制御装置（４）。
4. 前記電流検出手段（９１）が抵抗器である、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
5. 前記マイコン（５）は、前記インバータ圧縮機（１１）の運転周波数を上げる際に、前記運転周波数を上げた後のインバータ電流を予測し、前記予測値が前記所定値を超えている場合には、前記インバータ圧縮機（１１）の運転周波数を下げて前記非インバータ圧縮機（１１１）を起動する、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
6. 前記第１の比較手段と前記第２の比較手段とが、マイコン（５）内に設けられている、
   請求項２に記載の制御装置（４）。