JP5381252B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は室内側ユニットと室外側ユニットとからなり、室内側ユニットの駆動電力を室外側ユニットおよびユニット間のわたり線を介して供給するように構成した空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機としては、室内側ユニットと室外側ユニットとから構成される分離型の空気調和機があり、商用の交流電力が室内側ユニットからユニット間の交流電力線を介して室外ユニットへ供給された後、室外側ユニットで直流電力に返還した後再び室内側ユニットへ供給するものがあった。

この直流電力は空気調和機が空調運転の状態にある際は高い電圧の直流電力（主電源回路の出力）であり、空調運転を行っていない状態（停止状態もしくは待機状態）では低い電圧の直流電力（補助電源回路の出力）であった。

高い電圧の直流電力は室内側ユニットに搭載されている送風ファン用の電動機を駆動するに必要であり、低い電圧の直流電力は空調運転を行っていない状態では電動機を駆動する必要が無くマイコン等の制御回路を駆動するに必要なものである。補助電源回路が作動しているときは主電源回路（ＩＮＶのドライブ回路、室外のファンモータ用の電源を供給する）は停止しており、室外側ユニットでの待機電力を補助電源回路による程度までに低減しているものであった。

主電源回路の駆動開始は、室外側ユニットから室内側ユニットに直流電力を供給する直流電力ラインに重畳されてくる空調運転の開始の信号を室外側ユニットの制御回路（マイコン等）が受信して行うものであった。（例えば、特許文献１参照。）
また、他の従来の空気調和機では、室内側ユニットと室外側ユニットとから構成される分離型の空気調和機があり、室内側ユニットと室外側ユニットとは２本の商用交流が流れる電力線とこれら電力線のいずれか一本を共用する信号線との合計３本のラインで接続されており、商用交流は室外側ユニット内で電力線に直接供給され、室内側ユニットへは室外ユニット、電力線を順に介して供給される。

空調運転の停止の状態では、室外側ユニットの電源回路への交流電力の供給はリレー接片を開いて遮断されている。室内側ユニットへは交流電力を供給したままであった。

空調運転を開始する場合は、室内側ユニットから信号線に通常の信号の授受に用いる電圧より高い電圧を印加する。室外側ユニットはこの高い電圧を起動電力として室外側ユニットのリレーを励磁しリレー接片を閉じて電源回路を作動させて室外側ユニットを動作状態に変えるものであった。（例えば、特許文献２参照。）

特許第３７３０８０８号 特許第３０１９８４４号

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、室内側ユニットのマイコンと室外側ユニットのマイコンとを運転／停止等の信号の授受が常に行える状態に維持する必要がある。すなわち少なくとも室外側ユニットのマイコンは常に動作状態に維持しておく必要があり、この分の待機電力が常に必要であった。また、信号の授受に信号線、直流電力ラインを必要とするため、交流電力のラインと合わせて少なくとも４本のラインが必要であり、誤配線、設置工事のわずらわしさが生じていた。

また、特許文献２に記載の空気調和機では、信号線に通常の信号の授受に用いる電圧より高い電圧を印加するために特別な電源回路が必要であり、同時に室内側ユニットおよび室外側ユニットの通信回路をこの高い電圧に対する仕様に変更する必要ある。もしくは、この高い電圧をあまり高くしなかった場合でもリレーを励磁するに充分な電流を供給する必要がありリレーの励磁コイルの低インピーダンスと通信回路の高インピーダンスとの違いから電源回路の動作開始後にはこのリレーを切り離すような構成も必要になる。

本発明は、室内側ユニットの起動（空調運転の開始）には室内側ユニットに搭載されている送風ファン用の電動機の運転開始が連動する点に着目し、この電動機の運転による電流の消費を判断することにより室外側ユニットで室内側ユニットの空調運転の開始を判断できるようにしたものである。より具体的には、室内側ユニットと室外側ユニットとを２本の交流電力線と１本の信号線（交流電力線のいずれかを共用する）とで接続し、室内側ユニットへの交流電力の供給を室外側ユニットを介して行う事により、室外側ユニットの制御回路が停止していても、室内側ユニットで電動機が運転すると少なくともその分の電流が交流電力線上で増加する。すなわち交流電力線の室外側ユニットから室内側ユニットへ流れる電流が増加する。この電流の増加をCTを用いて検出し、このCTの検出する電流値が予め定めた値を超えるとリレーを通電して室外側ユニットの制御回路を起動させるものである。従って、室外側ユニットは少なくともこのリレーを励磁するためのスイッチング回路と電流を検出するためのＣＴとを備えればよいものである。

上記課題を解決するために、本発明は少なくとも電動要素で駆動される冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを有し、この冷凍サイクルの構成要素を室内側ユニットと室外側ユニットと分けて搭載すると共に、前記室内側ユニットには前記利用側熱交換器の送風ファンを駆動する電動機を設け、当該電動機を駆動するための電力を前記室外側ユニットを介して供給するように成した空気調和機において、
前記室内ユニットと前記室外ユニットとを交流電流が流れる第１の電源ライン、第２の電源ラインとこれら電源ラインのいずれか一方を共用線として信号を伝送する信号線との３本でつなぎ、第１の電源ラインと第２の電源ラインに商用の交流電力を前記室外側ユニット内で接続し、前記室外ユニットには、この商用の交流電力から第１の電源ライン若しくは第２の電源ラインのいずれかに流れる交流電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の検出する電流値が予め定めた基準値を上回った際に回路の連通動作を成すスイッチと、このスイッチを介して前記商用の交流電力が供給され前記電動要素の駆動を制御する室外側制御回路とを備え、前記室内ユニットには、前記第１の電源ライン及び第２の電源ラインを介して得られる前記商用の交流電力の前記電動機への供給を制御する室内側制御回路とを備え、この室内側制御回路は空調運転の開始に応答して前記電動機の駆動を開始させると共に当該電動機の駆動後に前記室外側ユニットの前記室外側制御回路と信号線を介して信号の授受を行うことを特徴とする空気調和機。

このように構成することによって、室内側ユニットで消費される電流の変化を室外側ユニットで検出して室外側ユニットの室外側制御回路の運転を開始することができるものである。

請求項２の発明においては、 請求項１に記載の空気調和機に加え、前記スイッチの連通動作を成す際の前記予め定めた基準値は少なくとも前記電動機で消費される電流を含むようにしたものである。

このように構成することによって、少なくとも電動機が駆動することによって室外側ユニットの室外側制御回路を駆動させることができるものである。

請求項３の発明においては、 請求項２に記載の空気調和機に加え、前記スイッチが回路の連通動作を成した後にこの回路をバイパスするバイパス回路を構成するリレーの常開接片を備え、当該常開接片は室外側制御回路で前記リレーを励磁して閉じられるようにしたものである。

このように構成することによって、室外側制御回路が運転を開始すると電源供給の自己保持回路が形成されるものである。

請求項４の発明においては、 請求項１乃至請求項３に記載の空気調和機に加え、運転開始時は室内ユニットに搭載された電動機の運転を開始するようにしたものである。

このように構成することによって、室内側ユニットの運転開始に連動して電動機の運転も開始されるものである。

請求項５の発明においては、請求項４に記載の空気調和機に加え、前記室外側制御回路は前記商用の交流電力が供給されて動作を開始するマイコンを有し、当該マイコンが予め定められた動作を開始した後室内側ユニットの室内側制御回路へ前記信号線を介して空調運転の開始を判断する信号を取得し、当該空調運転の開始が判断できなかった際に前記スイッチの回路を開くようにしたものである。

このように構成することによって、室外側ユニットの室外側制御回路が運転を開始した後、室内側ユニットの室内側制御回路と信号の授受を行い空調運転の開始を判断することによって誤動作を抑制できるものである。

請求項６の発明においては、 請求項４に記載の空気調和機に加え、前記リレーの常開接片が閉じた後に前記電流検出器への前記交流電流の流れを阻止する切換回路を設けるようにしたものである。

このように構成することによって、空気調和機の空調運転の開始後は電流検出器へ電流が流れることを遮断するようにしたものである。

本発明の空気調和機は、室内側ユニットと室内側ユニットを３本のライン（２本の電源ラインと１本の信号線）で接続しているものにおいて、電源ラインに流れる電流を検知して室外側ユニットの室外側制御回路の作動を開始させるので特別な信号のやり取りを行うことなく、既存の３本のラインを利用して室外側制御回路の動作を室内側ユニットの空調運転の開始に連動させることができるものであり、室内側ユニットが空調運転を行っていない際の室外側ユニットにおける待機電力の低減を行えるものである。

本発明の実施形態にかかる空気調和機の概略電気回路図である。

以下、本発明の実施の形態としての空気調和機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は室内側ユニット1と室外側ユニット2とから構成される空気調和機の概略電気回路図である。室外側ユニット１と室外側ユニット2とは交流電力が流れる電力ライン３、４と信号線５との３本のラインによって接続されている。またこの空気調和機は電動要素６で駆動される冷媒圧縮機、熱源側熱交換器（図示せず）、減圧装置（図示せず）、利用側熱交換器（図示せず）の構成要素を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを有し、室内側ユニット１には利用側熱交換器を搭載し、室外側ユニットには冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置を搭載している。尚、室内側ユニット１と室外側ユニット２とに分割搭載された冷凍サイクルの構成要素は、両ユニット間を冷媒配管で接続されている。室外側ユニット２には四方切換弁７が搭載されており、冷媒圧縮機から吐出される冷媒の流れを熱源側熱交換器、減圧装置、使用側熱交換器の順、若しくは利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器の順に選択的に切り替えることができるように冷媒配管されている。

８は室外側ユニット２の熱源側熱交換器に送風を行う送風ファンを駆動する電動機であり、冷媒圧縮機を駆動する電動要素６、四方切換弁７と共に室外側ユニット２の電源回路９に接続されその通電が制御されるものである。

この電源回路９は電源ライン３、４につながる室外側ユニット２内の電源母線１０、１１につながっており、室内側ユニット２の運転を制御するマイコン１２（室外側制御回路に相当）、信号線５を介して室内側ユニット１と信号の授受を行う室外側の通信回路１３などにもその作動電力を供給するものである。

四方切換弁７は電源回路９から所定の直流電流が供給されることにより冷媒の流れを切り替えるものであり、この直流電流の供給はマイコン１２からの信号によって電源回路９が制御するものである。 電動機８は低速用と高速用の２つの速調タップを有する誘導電動機であり、電源回路９はマイコン１２からの信号に応じてこの交流電流をいずれの速調タップへ供給するかを切り替えるものであり、電動機８は停止、低速、高速の３速に切り替えられるものである。電動要素６は電動機８と同様に誘導電動機であれば、電源回路９がマイコン１２からの信号に応じて交流電流の供給／遮断を切り替えることによって冷媒圧縮機の運転をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。電動要素6に供給する交流電力の周波数および電圧をインバーター技術を用いて変えることによって冷媒圧縮機の能力を可変することができる。また、電動要素６に直流ブラシレスモータを用いた際にはその回転子の回転位置に合わせてそれぞれの固定子巻線の通電タイミングと印加電圧を変えることによって同様に冷媒圧縮機の能力を変えることがきる。冷媒圧縮機の運転能力は空調負荷に基づいて変えられるものである。

電源回路９から電源ライン３へ至る電源母線１０には電源回路９から順に電流制限用のＰＴＣ素子14、常開接片１５（スイッチに相当するリレー接片）、ＣＴ（電流検出器）１７切り替え接片（切り替えスイッチに相当するリレー接片）１８が接続されている。１６は常開接片（スイッチに相当するリレー接片）でありＰＴＣ素子１４と常開接片１５との直列回路に並列に接続されている。切り替え接片１８は常開のＡ接点側と常閉のＢ接点側との２接点間切り替えるものであり、ＣＴ１７は切り替え接片１８が常閉のＢ設定側にある際に電源母線１０に流れる交流電流を検出するものである。常開接片１６の開閉、切り換え接片１８の切り替えはマイコン１２から制御されるものである。従って、常開接片１６、切り替え接片１８はマイコン１２が作動していないときは図示の状態である。

１９は商用の交流電源につながる電源プラグであり、この電源プラグを介して得られる交流電流は室外側ユニット２内の電源母線１０、１１に供給される、電源母線１０には常開接片１５と切り替え接片１８との間で接続されている。

２０は補助電源回路であり、電源母線10、１１に電源プラグ１９からの交流電流が直接得られる位置に接続されている。この補助電源回路２０は比較器２１とこの比較器の一方の入力へ基準電圧を供給する基準電流設定器２２に駆動電力を供給するものである。常開接片１５は比較器２１の出力によって切り替えられるものである。比較器２１の他方の入力にはＣＴ１７の出力を整流ダイオード２３、抵抗２４、コンデンサ２５から成る整流・平滑回路でＣＴ１７の検出した電流値に相当する電圧に変換した後印加される。なお、整流には全波整流を用いて出力を大きくしても良い。従って、ＣＴ１７の検出する電流に相当する電圧が基準電流設定器で設定した設定電流に相当する電圧を越えた際に比較器21の出力が反転する。この出力の反転に応じて常開接片１５が閉じて電源母線１０から電源回路９へ交流電流の供給を可能にするものである。尚図示の比較器２１ではその出力電圧が０電圧となることによってリレーのコイルを励磁し常開接片１５を閉じるように成しているが、比較器２１の出力電圧が高電圧（５〜１５Ｖ程度）となってリレーのコイルを励磁するように構成してもよいものである。

このように構成された室外側ユニット２では、図示の停止の状態では、電源回路９へ交流電流が供給されておらずマイコン１２は停止状態であり、電動要素６、電動機８、四方切換弁７にも通電されていない。補助電源回路２０は交流電流が供給され作動しているので、比較器２１は作動しており、ＣＴ１７が検出する電流が基準電流設定器２２で設定される値を超えると比較器２１の出力が反転し常開接片１５を閉じる。

常開接片１５が閉じると電源プラグ19からの交流電流が電源回路９へ供給され、この電源回路９からマイコン１２へ作動電力が供給される。マイコン１２のイニシャライズが終了し予め定められた動作を開始する。マイコン１２は常開接片１６を閉じ、常開接片１５の開閉に関係なく電源回路９への交流電流の供給を確保し、マイコン１２の動作が継続される。

尚、常開接片１６はリレー（図示せず）のコイルを励磁することによって閉じる接片であり、マイコン１２の信号に応答してリレーのドライブ回路を介して通電されるものである。同様に切り替え接片１８もマイコン１２の信号に応答して接片をＡ接点側とＢ接点側とを切り替えるものである。この切り替え接片１８は常開接片１６が閉じるのと同じくしてＢ接点側からＡ接点側へ切り替わるものであり、ＣＴ１７の検出する電流値にかかわらず比較機２１の出力が反転せず常開接片１５は開いたままになる。

従って、マイコン１２により常開接片１６が開くまでマイコン１２の動作が継続される。常開接片１６を閉じ、切り替え接片１８を切り替えた後、通信回路１３、信号線５を介して室内側ユニット１へ空調運転の状態にあるか否か、すなわち室内側ユニット１が利用者の直接の操作もしくはタイマー運転により自動的に空調運転が開始されたか否かの情報を要求する信号を出力する。マイコン１２は室内ユニット１から信号線５を介して送信される信号にこの空調運転の状態にあることを示す信号が含まれている際には常開接片１６を閉じた状態に維持し、切り替え接片１８をＡ接点側へ切り替えた状態に維持してその動作を維持する。室外側ユニット１からの送信される信号に空調運転の状態にあることを示す信号が含まれていない場合は、先の比較器２１の出力反転が誤動作によるものと判断し常開接片１６を開き、切り替え接片１８をB接点側へ戻し室内側ユニット２は停止状態に戻る。

室内側ユニット１には、室内側ユニット１の運転を制御するマイコン２６（室内側制御回路に相当）、信号線５につながり室外側ユニット２と信号の授受を行う室内側の通信回路２７、室内側の電源回路２８、この電源回路２８から電力の供給が制御され、利用側熱交換器へ送風を行う送風ファンを駆動する電動機２９、リモコン３１からのそのキー操作に応答して送信される信号（たとえば赤外線信号）を受信し復調した後マイコン２６へ出力する受信回路３０等を有している。

リモコン３１の操作、もしくは室内側ユニット１に設けられたスイッチの直接操作、もしくはタイマー運転による運転開始時刻に至った際にマイコン２６は電源回路８を介して電動機２９の運転を開始させる。電動機２９には室外側ユニット２に搭載の電動要素、電動機と同様に誘導電動機、ブラシレスモータなどを用いることができ、回転数の制御を行うことができる。電動機２９の回転数は室温（被制御温度）と設定温度（目標温度）とに基づいて自動的に制御される。もしくは利用者の所望の回転数に制御される。電動機２９の最低回転数は誘導電動機、ブラシレスモータのいずれにおいてもその構造・特性上設定されており、電動機２９の運転はその最低回転数以上で運転される。従って電動機２９が運転している以上、最低回転数に要する電流以上の電量が消費されることになる。電動機２９で消費される電流は電源回路２８、電源ライン３，４、室外側ユニット２、CT２７、電源プラグ１９を介して供給される。

室内側ユニット１で空調運転が開始され、電動機２９の運転が開始されると室外側ユニット２のＣＴ１７で電動機２９の駆動電流が検出され、室外側ユニット２の比較器２１の出力が反転し常開接片１５が閉じてマイコン１２が動作を開始するものである。尚空調運転の停止時には室内側ユニット１から室外側ユニット２のマイコン１２へ停止信号が送信されマイコン１２が常開接片１６を開いて運転を停止するものである。

１ 室内側ユニット
２ 室外側ユニット
３、４ 電源ライン
５ 信号線
６ 電動要素
９ 電源回路
１２ マイコン
１５ 常開接片
１７ ＣＴ
１８ 切り替え接片
２６ マイコン
２９ 電動機

Claims (6)

1. 少なくとも電動要素で駆動される冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを有し、この冷凍サイクルの構成要素を室内側ユニットと室外側ユニットと分けて搭載すると共に、前記室内側ユニットには前記利用側熱交換器の送風ファンを駆動する電動機を設け、当該電動機を駆動するための電力を前記室外側ユニットを介して供給するように成した空気調和機において、
   前記室内ユニットと前記室外ユニットとを交流電流が流れる第１の電源ライン、第２の電源ラインとこれら電源ラインのいずれか一方を共用線として信号を伝送する信号線との３本でつなぎ、第１の電源ラインと第２の電源ラインに商用の交流電力を前記室外側ユニット内で接続し、前記室外ユニットには、この商用の交流電力から第１の電源ライン若しくは第２の電源ラインのいずれかに流れる交流電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の検出する電流値が予め定めた基準値を上回った際に回路の連通動作を成すスイッチと、このスイッチを介して前記商用の交流電力が供給され前記電動要素の駆動を制御する室外側制御回路とを備え、前記室内ユニットには、前記第１の電源ライン及び第２の電源ラインを介して得られる前記商用の交流電力の前記電動機への供給を制御する室内側制御回路とを備え、この室内側制御回路は空調運転の開始に応答して前記電動機の駆動を開始させると共に当該電動機の駆動後に前記室外側ユニットの前記室外側制御回路と信号線を介して信号の授受を行うことを特徴とする空気調和機。
2. 前記スイッチの連通動作を成す際の前記予め定めた基準値は少なくとも前記電動機で消費される電流を含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記スイッチが回路の連通動作を成した後にこの回路をバイパスするバイパス回路を構成するリレーの常開接片を備え、当該常開接片は室外側制御回路で前記リレーを励磁して閉じられることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 運転開始時は室内ユニットに搭載された電動機の運転を開始することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記室外側制御回路は前記商用の交流電力が供給されて動作を開始するマイコンを有し、
   当該マイコンが予め定められた動作を開始した後室内側ユニットの室内側制御回路へ前記信号線を介して空調運転の開始を判断する信号を取得し、当該空調運転の開始が判断できなかった際に前記スイッチの回路を開くことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
6. 前記リレーの常開接片が閉じた後に前記電流検出器への前記交流電流の流れを阻止する切換回路を設けたことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。

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