JP4522202B2

JP4522202B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4522202B2
Application number: JP2004262672A
Authority: JP
Inventors: 健二吉田; 雅史梶川; 史朗坂東
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP2006078089A

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に圧縮機の制御技術に関する。

従来より、圧縮機、利用側熱交換器としての室外熱交換器及びこの室外機に外気を送風する室外ファンを備えた室外機と、この室外機と冷媒配管を介して接続された室内機とを具備した空気調和装置が知られている。
特開平５−１４９６３１号公報

上記従来の空気調和装置においては、圧縮機の制御を行うに際し、圧縮機の動作状態が予め定められた使用条件を外れないように制御するため、低圧スイッチやサーミスタを用いて制御を行っているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような空気調和装置の中には、圧縮機の吐出温度の異常上昇により、圧縮機故障を防止するサーミスタと、設定温度以上になると冷媒回路を閉状態として圧縮機を強制停止するサーモスタットと、低圧圧力が設定圧力以下となった場合に圧縮機の吐出温度が異常上昇するのを防止する低圧スイッチと、を併設したものも提案されている。

しかしながら、以上のように複数のセンサ（サーミスタ、サーモスタット、低圧スイッチ）を併設すると、回路構成および制御が複雑になるとともに、装置コストもかかってしまうという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、回路構成および制御を簡略化し、装置コストの低減も図りつつ、確実に圧縮機を保護することが可能な空気調和装置を提供することにある。

上述課題を解決するため、圧縮機と、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を結ぶ冷媒配管中に設けられ、前記熱源側熱交換器に流れ込む冷媒量を制御する膨張弁と、を備えた空気調和装置において、前記圧縮機は、圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するモータと、前記圧縮機本体および前記モータを収納するケーシングとを備え、前記ケーシングの上部に設けられ当該ケーシングの温度を検知する温度センサと、外気温度を検出する外気温センサと、検知した前記ケーシングの温度に基づいて、前記圧縮機の駆動制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、外気温度とケーシングの温度との差に基づいて圧縮機が起動直後であるか否かを判別し、起動直後でない場合には検知したケーシングの温度を制御用温度ＴTH1とすると共に、起動直後である場合には検知したケーシングの温度を補正して制御用温度ＴTH1を設定し、前記制御用温度ＴTH1と、圧縮機の駆動馬力アップの領域を定める温度Ｔ1、温度Ｔ1より高い駆動馬力維持の領域を定める温度Ｔ2、或いは、温度Ｔ2より高い駆動馬力ダウンの領域を定める温度Ｔ3とを比較し、比較結果に応じて圧縮機の駆動馬力アップ、駆動馬力維持、或いは駆動馬力ダウンを行うことを特徴ととしている。

上記構成によれば、温度センサは、ケーシングの温度を検知し、外気温センサは、外気温度を検出する。
これにより制御部は、制御部は、外気温度とケーシングの温度に基づき圧縮機が起動直後であるか否かを判別し、起動直後でない場合には検知したケーシングの温度を制御用温度ＴTH1とすると共に、起動直後である場合には検知したケーシングの温度を補正して制御用温度ＴTH1を設定し、前記制御用温度ＴTH1と、圧縮機の駆動馬力アップの領域を定める温度Ｔ1、駆動馬力維持の領域を定める温度Ｔ2、或いは駆動馬力ダウンの領域を定める温度Ｔ3とを比較し、比較結果に応じて圧縮機の駆動馬力アップ、駆動馬力維持、或いは駆動馬力ダウンを行う。

この場合において、前記制御部は、前記制御用温度ＴTH1が前記温度Ｔ3を超過した場合に、前記圧縮機を強制停止するとともに、前記強制停止後、前記ケーシングの温度が前記温度Ｔ2未満に至った場合に、前記圧縮機を再起動するようにしてもよい。

本発明によれば、少ない温度センサで確実に圧縮機の駆動制御を行うことができる。

次に図面を参照して本発明の好適な実施の携帯について説明する。
図１は、実施形態の空気調和装置の冷媒回路構成を示す図である。
空気調和装置１００は、室外機１と、室内機２とを、ユニット間配管９，１０からなる冷媒配管で接続して構成され、当該空気調和装置を遠隔制御するための操作部（リモートコントローラ）２０を備えている。

室外機１は、室外に設置され、冷媒を圧縮する圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）７と、圧縮機７と吐出管７Ａを介して接続され冷媒の循環方向を反転させる四方弁８と、冷媒と外気との熱交換を行わせる熱源側熱交換器として機能する室外熱交換器１１と、その開度に応じて冷媒の減圧を行う室外膨張弁１３と、圧縮機７と吸込管７Ｂを介して接続され圧縮機７に吸込まれる冷媒の気液分離を行うアキュムレータ５と、が冷媒配管で接続されて収納されている。また、室外機１は、空気調和装置１００全体を制御する制御装置２００を備えている。さらに室外熱交換器１１には、室外ファン３３が隣接して配置され、この室外ファン３３の送風空気が室外熱交換器１１に供給される。

室外熱交換器１１の近傍には、外気温度を検出するための外気温度センサ３４が設けられている。
室内機２は、被調和室内に設置され、利用側熱交換器として機能し、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器２１と、冷房運転時に室内機２へ流入する冷媒の冷媒量を制御する室内膨張弁２３とが、各々冷媒配管で接続されて収納されている。さらに室内熱交換器２１には、これらの室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２２が隣接して配置されている。

図２は、制御装置の機能構成を示すブロック図である。
制御装置２００は、制御用プログラム、制御用データ等を記憶するＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）４０と、このＥＥＰＲＯＭ４０内の制御用プログラム等に基づいて空気調和装置１全体を制御するＣＰＵ４１と、各種データを一時的に格納するＲＡＭ４２と、操作部２０との通信を行う送受信部４３と、圧縮機駆動モジュール１０３や空気調和装置１の各部と信号を送受するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）４４とを備えている。

制御装置２００は、このＩ／Ｆ４４を介して、外気温度センサ３４、室内温度センサ５０と接続され、各箇所の温度データを取得可能に構成されている。
そして、制御装置１００は、操作部２０が操作されると、四方弁８、圧縮機７、室外膨張弁１３、室内膨張弁２３、室外ファン３３、室内ファン２２をそれぞれ制御する。

具体的には、制御装置２００は、自動運転モードの場合には、運転開始時、外気温度センサ３４と室内温度センサ５０の計測温度の差に基づいて四方弁８を切り替えることにより、空気調和装置１を冷房運転又は暖房運転に設定する。また手動運転モードの場合には、指示された運転モードで動作を行うこととなる。
ここで、冷房運転に設定した場合には、制御装置２００は、四方弁８を冷房側に切り替え、図１に示すように、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１１が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器として機能して冷房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を冷房することとなる。

これに対し、暖房運転に設定した場合には、制御装置は、四方弁８を暖房側に切り替え、冷媒が波線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１１が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を暖房することとなる。

このとき、制御装置２００は、室外熱交換器１１および室内熱交換器２１のそれぞれに設けられた図示しない温度センサを用いて過熱度制御を行い、室外膨張弁１３及び室内膨張弁２３の開度を制御する。また、制御装置２００は、操作部２０の設定等に基づき室内ファン２２の回転数を可変制御する。
これらと並行して、制御装置２００は、操作部２０で設定された設定温度と、室内温度センサ５０により取得した室内温度との差等に基づいて、圧縮機７の駆動馬力（運転周波数）を可変制御することとなる。

ところで、本実施形態においては、圧縮機の駆動馬力（運転周波数）の制御においては、圧縮機７に設けた一つのサーミスタにより得られた温度に基づいて制御を行っている。

まず、圧縮機７の構成について説明する。
図３は、圧縮機の構成説明図である。
圧縮機７は、冷媒を圧縮するための圧縮機本体７Ｃと、圧縮機本体７Ｃを駆動するモータ７Ｄと、圧縮機本体７Ｃおよびモータ７Ｄを収納するケーシング７Ｅとを備えている。
ケーシング７Ｅの上面には、電源ボックス７Ｆが設けられており、この電源ボックス７Ｆを介してモータ７Ｄに電源が供給されている。
電源ボックス７Ｆ内には、ケーシング７Ｅの温度を測定するための温度センサとしてのサーミスタ７Ｇがケーシング７Ｅの上面に密着するように配置されている。

図４は、圧縮機の外観斜視図である。図５は、電源ボックス部分の拡大斜視図である。
圧縮機７の上面に設けられた電源ボックス７Ｆからは、図４および図５に示すように、サーミスタ７Ｇの出力信号を伝送するためのセンサ出力線７Ｈと、外部よりモータ７Ｄに電源を供給するための電源線７Ｉが引き出されている。
電源ボックス７Ｆは、上部ケーシング７Ｊと、下部ケーシング７Ｋとを備えており、上部ケーシング７Ｊと、下部ケーシング７Ｋとは、固定金具７Ｌにより容易に分離しないようにされている。
電源ボックス７Ｆの側面には、パッキング部７Ｍが設けられ、このパッキング部７Ｍからセンサ出力線７Ｈと、電源線７Ｉと、が外部に引き出されている。

図６は、固定金具および上部ケーシングを取り除いた場合の電源ボックスの斜視図である。
電源ボックス７Ｆ内には、サーミスタ７Ｇが固定金具７Ｎによりケーシング７Ｅの上部表面に密着するように押圧されて取り付けられている。

次に実施形態の圧縮機の制御について説明する。
図７は、実施形態の処理フローチャートである。図８は、動作状態の説明図である。
まず、制御装置２００のＣＰＵ４１は、インターフェース４４および外気温センサ３４を介して外気温度ＴＡを検出する（ステップＳ１）。
続いてＣＰＵ４１は、インターフェース４４およびサーミスタ７Ｇを介して、ケーシング７Ｅの表面温度であるサーミスタ温度ＴTHを検出する（ステップＳ２）。

ＣＰＵ４１は、外気温度ＴＡとサーミスタ温度ＴTHとの差が所定温度範囲内であるか否か、すなわち、圧縮機７が起動直後であるか否かを判別する（ステップＳ３）。
ステップＳ３の判別において、外気温度ＴＡとサーミスタ温度ＴTHとの温度差が所定温度範囲内である場合には（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、サーミスタ７Ｇで検出したサーミスタ温度ＴTHを補正する期間（起動開始から所定時間βが経過するまでの期間）を特定するためのタイマが起動しているか否かを判別する（ステップＳ５）。

ステップＳ５の判別において、タイマが既に起動している場合には（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、処理をステップＳ７に移行する。
ステップＳ５の判別において、タイマが起動中ではない場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、ＣＰＵ４１は、外気温度ＴＡとサーミスタ温度ＴTHとの温度差に基づいて起動時のサーミスタ温度ＴTHを補正するための補正温度αを設定し、制御用温度ＴTH1を次式のように設定し、補正を行う期間を定めるタイマをスタートさせ、処理をステップＳに移行する（ステップＳ６）。
ＴTH1＝ＴTH＋α

この補正温度αは、ケーシング７Ｅの熱容量を考慮して定められるものであり、起動時のケーシング７Ｅの表面温度とケーシング７Ｅを介して検出される実際の冷媒温度とのずれを補正するものである。
ステップＳ３の判別において、外気温度ＴＡとサーミスタ温度ＴTHとの温度差が所定温度範囲外である場合には（ステップＳ３；Ｎｏ）、ＣＰＵ４１は、制御用温度ＴTH1を次式のように設定し（ステップＳ４）、処理をステップＳ７に移行する。
ＴTH1＝ＴTH

ＣＰＵ４１は、制御用温度ＴTH1と、図８に示す圧縮機７の駆動馬力アップの領域を定める温度Ｔ1 とを比較し、
ＴTH1＜Ｔ1
であるか否かを判別する（ステップＳ７）。

ステップＳ７の判別において、例えば、図８中、時刻ｔ1に至るまでの状態のように、
ＴTH1＜Ｔ1
であると判別された場合には（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、圧縮機７の駆動馬力が要求される能力に対して低い状態であるので、駆動馬力アップ処理、すなわち、圧縮機７の回転数を上げる処理を行なう（ステップＳ１０）。

次にＣＰＵ４１は、タイマの計測時間が所定時間βを経過している（タイマが動作していない場合を含む）か否かを判別する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６の判別において、タイマの計測時間が所定時間βを経過している場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４１は、制御用温度ＴTH1を次式のように設定し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１に再び移行する。
ＴTH1＝ＴTH

ステップＳ１６の判別において、タイマの計測時間が所定時間βを経過していない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理をステップＳ１に再び移行する。
ステップＳ７の判別において、
ＴTH1≧Ｔ1
であると判別された場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、ＣＰＵ４１は、制御用温度ＴTH1と、図８に示す圧縮機７の駆動馬力維持の領域を定める温度Ｔ2 とを比較し、
ＴTH1＜Ｔ2
であるか否かを判別する（ステップＳ８）。

ステップＳ８の判別において、例えば、図８中、時刻ｔ1〜時刻ｔ2 の状態のように、
ＴTH1＜Ｔ2
であると判別された場合には（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、さらにＣＰＵ４１は、室外機が強制停止中であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１の判別において、室外機が強制停止中ではない場合には（ステップＳ１１；Ｎｏ）、圧縮機７の駆動馬力が要求される能力に対してほぼ等しい状態であるので、駆動馬力維持処理、すなわち、圧縮機７の回転数を維持する処理を行い、タイマの計測時間が所定時間βを経過している（タイマが動作していない場合を含む）か否かを判別する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６の判別において、タイマの計測時間が所定時間βを経過している場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４１は、制御用温度ＴTH1を次式のように設定し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１に再び移行する。
ＴTH1＝ＴTH
ステップＳ１６の判別において、タイマの計測時間が所定時間βを経過していない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理をステップＳ１に再び移行する。

ステップＳ１１の判別において、室外機が強制停止中である場合には（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、例えば、図８の時刻ｔ4に示す、圧縮機７の強制停止に伴う温度低下の状態であるので、圧縮機７の再起動処理を行う（ステップＳ１３）。
続いてＣＰＵ４１は、タイマの計測時間が所定時間βを経過している（タイマが動作していない場合を含む）か否かを判別する（ステップＳ１６）。

ステップＳ８の判別において、例えば、図８中、時刻ｔ2 以降の状態のように、
ＴTH1≧Ｔ2
であると判別された場合には（ステップＳ８；Ｎｏ）、さらにＣＰＵ４１は、制御用温度ＴTH1と、図８に示す圧縮機７の駆動馬力ダウンの領域を定める温度Ｔ3 とを比較し、
ＴTH1＜Ｔ3
であるか否かを判別する（ステップＳ９）。

ステップＳ９の判別において、例えば、図８中、時刻ｔ2 〜時刻ｔ3 の状態のように、
ＴTH1＜Ｔ3
であると判別された場合には（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、圧縮機７の駆動馬力が要求される能力に対して高い状態であるので、駆動馬力ダウン処理、すなわち、圧縮機７の回転数を下げる処理を行なう（ステップＳ１０）。

ステップＳ１６の判別において、タイマの計測時間が所定時間βを経過していない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理をステップＳ１に再び移行する。
ステップＳ９の判別において、例えば、図８中、時刻ｔ3 以降の状態のように、
ＴTH1≧Ｔ3
であると判別された場合には（ステップＳ９；Ｎｏ）、圧縮機７の駆動馬力が要求される能力に対して非常に高すぎる状態であるので、圧縮機７を強制停止するための室外機停止処理がなされる（ステップＳ１５）。

ステップＳ１６の判別において、タイマの計測時間が所定時間βを経過していない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理をステップＳ１に再び移行する。
以上の説明のように、本実施形態によれば、一つのサーミスタ７Ｇを設けるだけで、吐出冷媒の異常温度上昇時の圧縮機の強制停止制御および低圧側圧力異常低下制御を確実に行って圧縮機を保護することができ、回路構成および制御を簡略化し、装置コストの低減を図ることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態で示して各設定値や配管構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
上記実施形態では、サーミスタを圧縮機７のケーシング７Ｅの上面側に設けていたが、
モータ７Ｄよりも上部側であればいずれに配置するように構成することも可能である。

上記実施形態では、温度センサとしてのサーミスタは一つしか設けられていなかったが、温度センサを少なくとも二つ設け、複数の温度センサにより検出したケーシングの温度が所定温度範囲内にある場合に、当該複数の温度センサにより検知したケーシングの温度に基づいて圧縮機の駆動制御を行うように構成することも可能である。これにより、より信頼性が向上する。

上記実施形態では、温度センサとしてサーミスタを用いていたが、他の温度センサであっても同様に適用することが可能である。
上記実施形態では、１台の室外機と１台の室内機を備える空気調和装置に本発明を適用する場合を例示したが、それぞれ任意台数の室外機と室内機を備える空気調和装置についても広く適用が可能である。

実施形態の空気調和装置の回路構成を示す図である。制御装置の機能構成を示す図である。圧縮機の構成説明図である。圧縮機の外観斜視図である。電源ボックス部分の拡大斜視図である。固定金具および上部ケーシングを取り除いた場合の電源ボックスの斜視図である。実施形態の処理フローチャートである。動作状態の説明図である。

符号の説明

１００空気調和装置
１室外機
２室内機
５アキュムレータ
７圧縮機
７Ａ電源ボックス
７Ｃ圧縮機本体
７Ｄモータ
７Ｅケーシング
７Ｇサーミスタ（温度センサ）
１１室外熱交換器
１３室外膨張弁
２０操作部
２１室内熱交換器
２２室内ファン
２３室内膨張弁
３３室外ファン
３４外気温度センサ
５０室内温度センサ
２００制御装置（制御部）

Claims

圧縮機と、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を結ぶ冷媒配管中に設けられ、前記熱源側熱交換器に流れ込む冷媒量を制御する膨張弁と、を備えた空気調和装置において、
前記圧縮機は、圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するモータと、前記圧縮機本体および前記モータを収納するケーシングとを備え、
前記ケーシングの上部に設けられ当該ケーシングの温度を検知する温度センサと、外気温度を検出する外気温センサと、検知した前記ケーシングの温度に基づいて、前記圧縮機の駆動制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、外気温度とケーシングの温度との差に基づいて圧縮機が起動直後であるか否かを判別し、起動直後でない場合には検知したケーシングの温度を制御用温度ＴTH1とすると共に、起動直後である場合には検知したケーシングの温度を補正して制御用温度ＴTH1を設定し、前記制御用温度ＴTH1と、圧縮機の駆動馬力アップの領域を定める温度Ｔ1、温度Ｔ1より高い駆動馬力維持の領域を定める温度Ｔ2、或いは、温度Ｔ2より高い駆動馬力ダウンの領域を定める温度Ｔ3とを比較し、比較結果に応じて圧縮機の駆動馬力アップ、駆動馬力維持、或いは駆動馬力ダウンを行うことを特徴とする空気調和装置。
請求項１記載の空気調和装置において、
前記制御部は、前記制御用温度ＴTH1が前記温度Ｔ3を超過した場合に、前記圧縮機を強制停止するとともに、
前記強制停止後、前記ケーシングの温度が前記温度Ｔ2未満に至った場合に、前記圧縮機を再起動することを特徴とする空気調和装置。