JP6710338B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
ここで、結線切換部が故障した場合、結線異常状態となり、システムの動作不具合又は二次故障といった拡大被害が発生するおそれがある。
空気調和機100は、室外に設置される室外機110と、室内に設置される室内機150と、リモコン160とを備える。
室外機110は、電動機111と、室外空調部114と、駆動装置120とを備える。
圧縮機114aは、電動機111から駆動力を得て、冷凍サイクルで用いられる冷媒の圧縮を行う。
室外熱交換器114bは、冷媒の熱交換を行う。
室外ファン114cは、室外熱交換器114bに送風する室外機110用のファンである。
駆動装置120は、電源121と、リアクトル122と、コンバータ123と、インバータ126と、結線切換部128と、電流検出回路134と、室外制御装置135と、室外通信装置136とを備える。
コンバータ123は、電源121からリアクトル122を介して交流電圧を受けて、交流電圧に対して整流及び平滑化等を行うことで、直流電圧を生成する。
コンバータ123は、交流電圧を整流するブリッジダイオード124A〜124Dと、出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ125とを備える。
インバータ126は、第1のU相スイッチング素子126Ua、第2のU相スイッチング素子126Ub、第1のV相スイッチング素子126Va、第2のV相スイッチング素子126Vb、第1のW相スイッチング素子126Wa及び第2のW相スイッチング素子126Wbが、U相、V相及びW相の3相ブリッジ接続されている。
なお、第1のU相スイッチング素子126Uaには、第1のU相ダイオード127Uaが並列に接続され、第2のU相スイッチング素子126Ubには、第2のU相ダイオード127Ubが並列に接続されている。
なお、第1のV相スイッチング素子126Vaには、第1のV相ダイオード127Vaが並列に接続され、第2のV相スイッチング素子126Vbには、第2のV相ダイオード127Vbが並列に接続されている。
なお、第1のW相スイッチング素子126Waには、第1のW相ダイオード127Waが並列に接続され、第2のW相スイッチング素子126Wbには、第2のW相ダイオード127Wbが並列に接続されている。
また、それぞれのスイッチング素子126Ua〜126Wbのオン及びオフは、室外制御装置135からの駆動信号DSにより制御される。
結線切換部128は、U相スイッチ129Uと、V相スイッチ129Vと、W相スイッチ129Wとを備える。
V相スイッチ129Vは、V相コイル112Vの接続先を切り換える切換部である。
W相スイッチ129Wは、W相コイル112Wの接続先を切り換える切換部である。
U相コイル112Uの一端112Uaは、U相電力線113Uに接続されており、U相コイル112Uの他端112Ubは、U相スイッチ129Uの共通接点130Uに接続されている。
そして、U相スイッチ129Uの第1の切換接点131Uは、V相スイッチ129Vの第1の切換接点131V及びW相スイッチ129Wの第1の切換接点131Wに接続されている。
また、U相スイッチ129Uの第2の切換接点132Uは、V相電力線113Vに接続されている。
そして、U相スイッチ129Uは、共通接点130Uとの接続を、第1の切換接点131U及び第2の切換接点132Uの間で切り換えることができる。
そして、V相スイッチ129Vの第1の切換接点131Vは、U相スイッチ129Uの第1の切換接点131U及びW相スイッチ129Wの第1の切換接点131Wに接続されている。
また、V相スイッチ129Vの第2の切換接点132Vは、W相電力線113Wに接続されている。
そして、V相スイッチ129Vは、共通接点130Vとの接続を、第1の切換接点131V及び第2の切換接点132Vの間で切り換えることができる。
そして、W相スイッチ129Wの第1の切換接点131Wは、U相スイッチ129Uの第1の切換接点131U及びV相スイッチ129Vの第1の切換接点131Vに接続されている。
また、W相スイッチ129Wの第2の切換接点132Wは、U相電力線113Uに接続されている。
そして、W相スイッチ129Wは、共通接点130Wとの接続を、第1の切換接点131W及び第2の切換接点132Wの間で切り換えることができる。
一方、U相スイッチ129Uにおいて共通接点130U及び第2の切換接点132Uを接続し、V相スイッチ129Vにおいて共通接点130V及び第2の切換接点132Vを接続し、及び、W相スイッチ129Wにおいて共通接点130W及び第2の切換接点132Wを接続することで、電動機111を、U相コイル112Uの一端112Ua及びW相コイル112Wの他端112WbがU相電力線113Uに接続され、V相コイル112Vの一端112Va及びU相コイル112Uの他端112UbがV相電力線113Vに接続され、W相コイル112Wの一端112Wa及びV相コイル112Vの他端112VbがW相電力線113Wに接続されたΔ結線状態にすることができる。
このような場合、第1の線に一端(112Ua、112Va、112Wa)が接続されているコイル(112U、112V、112W)が第1のコイルとなり、第2の線に一端(112Ua、112Va、112Wa)が接続されているコイル(112U、112V、112W)が第2のコイルとなり、第3の線に一端(112Ua、112Va、112Wa)が接続されているコイル(112U、112V、112W)が第3のコイルとなる。
また、第1のコイルの他端(112Ub、112Vb、112Wb)の接続先を切り換えるスイッチ(129U、129V、129W)が第1の切換部となり、第2のコイルの他端(112Ub、112Vb、112Wb)の接続先を切り換えるスイッチ(129U、129V、129W)が第2の切換部となり、第3のコイルの他端(112Ub、112Vb、112Wb)の接続先を切り換えるスイッチ(129U、129V、129W)が第3の切換部となる。
例えば、室外制御装置135は、結線切換部128による結線状態の切換回数が回数閾値を超えた場合には、結線切換部128に結線状態の切り換えを停止させる。
また、室外制御装置135は、結線切換部128の切換回数が回数閾値を超過した場合には、室外通信装置136を介して、室内機150に切換回数が回数閾値を超過していることを通知する。
室外機110と室内機150とが3線で接続され、通信線を有しない場合には、室外通信装置136は、電力線を用いて、通信を行う。一方、室外機110と室内機150とが4線で接続され、通信線を有する場合には、室外通信装置136は、その通信線を用いて、通信を行う。なお、室外機110と室内機150とを、無線又は専用の有線等を用いて接続することもでき、室外通信装置136は、このような接続を用いて、通信を行ってもよい。
室内機150は、室内空調部151と、第1の室内通信装置152と、第2の室内通信装置153と、表示装置154と、室内制御装置155とを備える。
室内熱交換器151aは、冷媒の熱交換を行う。
室内ファン151bは、室内熱交換器151aに送風を行う、室内機150用のファンである。
温度センサ151cは、温度を検出する。温度センサ151cは、室内機150の何れかの箇所に設けられており、温度センサ151cが検出した温度は、室内機150が設置されたの周囲の環境(室内)の温度(室温)として扱われる。
第2の室内通信装置153は、リモコン160又はユーザ端末としてのスマートフォン161との間で通信を行う第2の室内通信部である。
表示装置154は、室内制御装置155から指示された内容の表示を行う表示部である。
ここで、室内制御装置155は、第1の室内通信装置152が、室外機110からの通知信号を受信した場合には、結線切換部128の切換回数が回数閾値を超過したことをユーザに通知する。例えば、室内制御装置155は、表示装置154への表示、リモコン160での表示及びスマートフォン161での表示の少なくとも何れか一つを行うことで、ユーザへの通知を行う。
また、室内制御装置155は、第2の室内通信装置153に、結線切換部128の切換回数が回数閾値を超過したことを示す特定の信号をリモコン160へ送信させることで、リモコン160に、結線切換部128の切換回数が回数閾値を超過したことを示す表示を行わせることができる。このような場合、第2の室内通信装置153は、例えば、赤外線を用いた通信インターフェースにより構成することができる。
さらに、室内制御装置155は、第2の室内通信装置153に、結線切換部128の切換回数が回数閾値を超過したことを示す通知データをスマートフォン161へ送信させることで、スマートフォン161に、結線切換部128の切換回数が回数閾値を超過したことを示す表示を行わせることができる。このような場合、第2の室内通信装置153は、無線LAN(Local Area Network)の通信インターフェースにより構成することができる。
まず、室内制御装置155は、圧縮機114aの起動が必要か否かを判断する(S10)。そして、圧縮機114aの起動が必要な場合には、処理はステップS11に進む。なお、圧縮機114aの起動が必要と判断した場合には、室内制御装置155は、圧縮機114aの起動が必要であることを、第1の室内通信装置152を介して、室外機110に通知する。
なお、ユーザが室内温度以下の設定温度で暖房運転指示をした場合等のように、圧縮機114aの運転が不要な負荷条件での空調運転開始指示があった場合には、圧縮機114aの起動が必要ないと判断される。
また、室内制御装置155は、空調運転開始指示で示された設定温度と、室内温度との差の絶対値が予め定められた閾値を超えた場合に、圧縮機114aの起動が必要と判断する。
LC=(中間条件における入力電力+定格条件における入力電力)÷2
(1)
そして、室外制御装置135は、結線切換部128に指示することで、結線状態を切り換えさせる(S15)。そして、処理はステップS16に進む。
ステップS16では、室外制御装置135は、圧縮機114aの起動シーケンスに進む。
なお、回数閾値は、結線切換部128に用いられている部品の動作保証回数からマージンを持たせて設定されていればよい。また、回数閾値は、空気調和機100の設置環境の周囲の温度(平均値等)により、変更されてもよい。さらに、回数閾値は、経年劣化による動作保証回数への影響を時間的な係数として変更されることで、より信頼性の高いシステムを構築することができる。例えば、回数閾値は、空気調和機100の使用年数が多くなるほど、少なくなるようにしてもよい。
例えば、室内制御装置155から室外制御装置135に空調運転開始指示の内容及び温度センサ151cで検出された室温を室外制御装置135に通知することで、室外制御装置135がステップS10からS16までの処理を行ってもよい。
また、リモコン160又はスマートフォン161等を介して、ユーザが固定する結線状態を選定してもよい。
図7は、実施の形態に係る空気調和機100の動作の第1の変形例を示すフローチャートである。
図7に示されている処理の内、図6に示されている処理と同様の処理については、図6と同じ符号が付されている。
一方、ステップS20では、室内制御装置155は、第1の室内通信装置152を介して、切換回数iが回数閾値を超えていることを示す通知を受けると、電動機111の結線状態を、Y結線とすべきか、Δ結線とすべきかを、第2の判断方法で判断する。そして、処理はステップS13に進む。
例えば、室外制御装置135から室内制御装置155に、現在の結線状態を通知している場合、又は、空気調和機100の動作を停止した際に、結線状態がY結線に戻る場合等、室内制御装置155が現在の結線状態を認識できる場合には、以下のような判断方法を採用することができる。
ここで、第1の温度閾値は、例えば、圧縮機114aの入力電力が、中間条件と定格条件との間の予め定められた負荷条件となる場合における室温と設定温度との差の絶対値である。そして、予め定められた負荷条件LCは、例えば、上記(1)式で算出される。
一方、第2の温度閾値は、圧縮機114aの入力電力が定格条件となる場合における室温と設定温度との差の絶対値である。
このような場合、定格条件に近い負荷条件でのシステム効率が低下してしまう懸念はあるものの、過負荷条件のような高負荷運転時は、Δ結線にて駆動されるため、高出力での運転範囲は維持可能である。
例えば、第3の温度閾値は、圧縮機114aの入力電力が中間条件となる場合における室温と設定温度との差の絶対値である。
このような場合、中間条件に近い負荷条件でのシステム効率が低下してしまう懸念はあるものの、空気調和機100の負荷条件として年間効率(APF)に最も影響が大きい中間条件での運転範囲での効率を維持することが可能である。
例えば、空気調和機100の動作を停止した際に、結線状態がY結線に戻る場合には、第2の判断方法で第2の温度閾値を用いることで、切り替えが起こりにくくなる。一方、空気調和機100の動作を停止した際に、結線状態がΔ結線に戻る場合には、第2の判断方法で第3の温度閾値を用いることで、切り替えが起こりにくくなる。
図8に示されている処理の内、図6に示されている処理と同様の処理については、図6と同じ符号が付されている。
なお、スキップ回数jについては、「1」以上の任意の整数であればよい。
なお、圧縮機114aが停止する条件としては、運転モード(暖房、冷房、除湿又は送風等)の切り換え及び温調OFF(設定温度に室内温度が到達)等があるが、両方、もしくは何れかの場合のみ考慮したとしても問題ない。
このような場合、図10に示すように、切換回数が回数閾値以下である場合において、結線状態の判断が行われる回数よりも、切換回数が回数閾値を超えた場合において、結線状態の判断が行われる回数を減らすことで、切換回数の増加による切換保証回数の超過を抑制し、システムの長寿命化、信頼性の向上が可能である。図10の例では、切換回数が回数閾値以下である場合には、時間t10、時間t12、時間t13及び時間t14で、結線状態の判断が行われているが、切換回数が回数閾値を超えている場合には、時間t10、時間t12及び時間t13で、結線状態の判断が行われている。
このような場合、例えば、切換回数が回数閾値以下であるときには、第1の期間毎に、結線状態を切り換えるか否かが判断され、切換回数が回数閾値を超えたときには、第1の期間よりも長い第2の期間毎に、結線状態を切り換えるか否かが判断されることで、結線状態の切り換えを判断する頻度を、切換回数が回数閾値以下の場合よりも低くすることができる。
例えば、回数閾値を複数設定し、結線の切り換えの判断方法が複数回変更されてもよい。具体的には、切換回数が第1の回数閾値を超えた場合には、結線の切り換えの判断方法は、第1の判断方法から第2の判断方法に変更され、切換回数が第1の回数閾値よりも多い第2の回数閾値を超えた場合には、結線の切り換えの判断方法は、第2の判断方法から第3の判断方法に変更されてもよい。ここでは、第2の判断方法は、第1の判断方法よりも結線の切り換えが起こりにくい判断方法であり、第3の判断方法は、第2の判断方法よりも結線の切り換えが起こりにくい判断方法である。
例えば、切換回数が第1の回数閾値を超えた場合には、結線の切り換えの判断方法が、第1の判断方法から第2の判断方法に変更され、切換回数が第1の回数閾値よりも多い第2の回数閾値を超えた場合には、結線の切り換えが停止されてもよい。ここでは、第2の判断方法は、第1の判断方法よりも結線の切り換えが起こりにくい判断方法である。
例えば、結線切換部128の動作を停止させる場合であれば、室外制御装置135は、結線切換部128の動作が停止していることをLED(図示せず)で表示、又は、リモコン160に表示させてもよい。
また、切り換えの判断方法を変更する場合、切り換えが起こりにくくなっていること、又は、切換回数が保証回数を超過していることを、室外制御装置135は、LED(図示せず)で表示、又は、リモコン160に表示させてもよい。
これにより、ユーザは、運転状態を把握した上で、必要に応じて機器の更新を適切に行うことが可能である。また、製品の保証期間であった場合、結線切換部128の部品交換により適切な期間の使用が可能となる可能性があるため、運転を継続しつつサポートによる修理を待つことも可能である。なお通知(LED及びリモコン表示)は、ユーザにより非表示と出来るようにしてもよい。
Claims (10)
- 冷凍サイクルを用いた空気調和機であって、
前記冷凍サイクルで用いられる冷媒を圧縮する圧縮機と、
直流電圧を生成するコンバータと、
前記直流電圧から三相交流電圧を生成するインバータと、
前記三相交流電圧が印加される複数のコイルを用いて、前記圧縮機を駆動するための駆動力を発生する電動機と、
前記複数のコイルの結線状態を切り換える結線切換部と、
前記結線切換部を制御する結線制御部と、を備え、
前記結線制御部は、前記結線状態の切換回数が回数閾値を超えた場合に、前記結線状態の切り換えを制限すること
を特徴とする空気調和機。 - 前記結線制御部は、前記切換回数が前記回数閾値を超えた場合に、前記結線状態の切り換えを停止すること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記結線制御部は、前記切換回数が前記回数閾値を超えた場合に、前記結線状態の切り換え頻度を、前記切換回数が前記回数閾値以下の場合よりも低くすること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記切換回数が前記回数閾値を超えた場合に、前記結線状態の切り換えを判断するための判断方法が、前記切換回数が前記回数閾値以下のときの第1の判断方法から、前記第1の判断方法よりも前記結線状態の切り換えが起こりにくい第2の判断方法に変更されること
を特徴とする請求項3に記載の空気調和機。 - 前記第1の判断方法及び前記第2の判断方法では、前記空気調和機の負荷と、中間条件及び定格条件の間の予め定められた負荷とを比較することで、前記結線状態を切り換えるか否かが判断されること
を特徴とする請求項4に記載の空気調和機。 - 前記切換回数が前記回数閾値を超えた場合に、前記結線状態の切り換えを判断する頻度が、前記切換回数が前記回数閾値以下の場合よりも低くされること
を特徴とする請求項3に記載の空気調和機。 - 前記切換回数が前記回数閾値以下である場合には、前記圧縮機が起動される毎に、前記結線状態の切り換えが判断され、
前記切換回数が前記回数閾値を超えた場合には、前記圧縮機が複数回起動される毎に、前記結線状態の切り換えが判断されること
を特徴とする請求項6に記載の空気調和機。 - 前記切換回数が前記回数閾値以下である場合には、第1の期間毎に前記結線状態の切り換えが判断され、
前記切換回数が前記回数閾値を超えた場合には、前記第1の期間よりも長い第2の期間毎に前記結線状態の切り換えが判断されること
を特徴とする請求項6に記載の空気調和機。 - 前記インバータ及び前記電動機は、第1の線、第2の線及び第3の線で接続されており、
前記複数のコイルは、前記第1の線に一端が接続された第1のコイル、前記第2の線に一端が接続された第2のコイル及び前記第3の線に一端が接続された第3のコイルであり、
前記結線切換部は、
前記第1のコイルの他端の接続先を切り換える第1の切換部と、
前記第2のコイルの他端の接続先を切り換える第2の切換部と、
前記第3のコイルの他端の接続先を切り換える第3の切換部と、を備え、
前記第1の切換部、前記第2の切換部及び前記第3の切換部は、半導体スイッチであること
を特徴とする請求項1から8の何れか一項に記載の空気調和機。 - 前記半導体スイッチは、WBG半導体を用いたスイッチング素子であること
を特徴とする請求項9に記載の空気調和機。
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