JP6956903B2 - 空気調和装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、室外機を備える空気調和装置およびその制御方法に関する。

従来から空気調和装置では、室外機に設けられた圧縮機が負荷過大によるロック状態で電源を投入し起動させると、入力電流値が増大し、過電流検出器が作動して電源を遮断する。この場合、過電流検出器が正常な状態に復帰するまでは、圧縮機が作動せず、その間、空気調和装置における冷房または暖房が停止するため、室内の快適性を損なう事例が多発していた。

そのため、起動時における圧縮機の入力電流値が予め設定された上限値を超える場合に、入力電流値を低く抑えることで圧縮機の保護装置等の動作を避け、一定時間経過後に圧縮機の安定運転を取り戻し、冷房または暖房能力の低下を防止するものが知られている。このような空気調和装置では、室内の快適性を維持することができる。

例えば、特許文献１に開示されている空気調和装置では、圧縮機の起動時における入力電流値の予め設定された上限値として、過電流検出器の動作値を設定し、起動時の過電流検出器の作動による圧縮機の停止を避けている。

特開平０４−３５０４４２号公報

しかしながら、かかる従来の空気調和装置では、圧縮機がロック状態になった場合、過電流検出器が動作せず、圧縮機の巻線が絶縁破壊を起こしてしまう虞があった。また、圧縮機のシェルに過熱保護装置であるサーマルプロテクタを取り付けた場合でも、設定した入力電流値によっては、巻線の温度上昇にシェルの表面温度が追従できずに、サーマルプロテクタが動作する前に巻線が絶縁破壊を起こしてしまう虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、圧縮機の巻線が絶縁破壊温度に達する前にサーマルプロテクタを作動させて室外機を停止させることで、巻線の絶縁破壊を未然に防止できる空気調和装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機を有する室外機を備えた空気調和装置であって、前記圧縮機のシェルに設けられ、当該シェルの表面温度を検知する過熱保護装置と、前記圧縮機のロック状態を検知するロック検知部と、前記圧縮機に対する入力電流値を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ロック検知部により前記圧縮機のロック状態が検知されると、前記圧縮機に対して入力される電流値を、予め設定した前記過熱保護装置が作動可能な電流値まで低下させるものである。

また、本発明に係る空気調和装置の制御方法は、圧縮機を有する室外機を備えた空気調和装置の制御方法であって、前記圧縮機のロック状態を検知するロック検知工程と、前記圧縮機に対する入力電流値を制御する制御工程と、を含み、前記制御工程では、前記ロック検知工程において前記圧縮機のロック状態が検知されると、前記圧縮機に対して入力される電流値を、予め設定した前記圧縮機のシェルにおける表面温度を検知する過熱保護装置が作動可能な電流値まで低下させるものである。

本発明に係る空気調和装置およびその制御方法によれば、圧縮機の巻線温度の上昇が抑えられ、巻線が絶縁破壊温度に達する前に過熱保護装置を作動させて室外機を停止させることができ、巻線の絶縁破壊を未然に防止できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路を示す模式図である。 図１の空気調和装置における室外機の構成を示す正面図である。 図１の空気調和装置における室外機の構成を示す斜視図である。 図１の空気調和装置における入力電流処理手順を示すフローチャートである。 図１の空気調和装置における制御部の動作特性を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。すなわち、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能である。また、そのような変更を伴う空気調和装置も本発明の技術思想に含まれる。さらに、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

実施の形態１．
＜空気調和装置１の構成＞
図１を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１の冷媒回路５を示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る空気調和装置１は、冷媒を介して外気と室内の空気との間で熱を移動させることにより、冷房または暖房して室内の空気調和を行うものであり、室内機２と室外機３とを有している。

空気調和装置１においては、室内機２と室外機３とが冷媒配管４、４ａ、４ｂを介して配管接続され、冷媒が循環する冷媒回路５を構成している。冷媒回路５には、圧縮機１０、流路切替装置１１、室外熱交換器１２、膨張弁１３および室内熱交換器１４が設けられ、これらが冷媒配管４、４ａ、４ｂを介して接続されている。

室外機３は、圧縮機１０、流路切替装置１１、室外熱交換器１２および膨張弁１３を有している。圧縮機１０は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機１０は、インバータ装置を備えていてもよい。インバータ装置を備えた場合、制御部６によって運転周波数を変化させて、圧縮機１０の容量を変更することができる。なお、圧縮機１０の容量とは、単位時間当たりに送り出す冷媒の量である。また、圧縮機１０は後述するシェル１０１に取り付けられた過熱保護装置としてのサーマルプロテクタ７（図３も参照）を有している。さらに、室外機３は、圧縮機１０に備えられたモーターの脱調を検出することによって当該圧縮機１０のロック状態を検知するロック検知部８を備えている。本実施の形態１の場合、圧縮機１０は、制御部６によって当該圧縮機１０に対する入力電流値を制御される。そして、制御部６は、ロック検知部８により当該圧縮機１０のロック状態が検知されると、圧縮機１０に対して入力される電流値を、予め設定したサーマルプロテクタ７が作動可能な電流値まで低下させるようになっている。このとき、サーマルプロテクタ７が作動可能な電流値は、圧縮機１０の巻線温度の上昇に、シェル１０１の表面温度が追従可能な電流値を求める実験を事前に行って、予め設定しておく。

流路切替装置１１は、例えば四方弁であり、冷媒流路の方向の切り換えが行われる装置である。空気調和装置１は、制御部６からの指示に基づいて、流路切替装置１１を用いて冷媒の流れを切り換えることで、暖房運転または冷房運転を実現することができる。室外熱交換器１２は、冷媒と室外空気との熱交換を行う。また、室外熱交換器１２には、冷媒と室外空気との間の熱交換の効率を高めるために、室外送風機１５が設けられている。室外送風機１５には、インバータ装置が取り付けられていてもよい。この場合、インバータ装置は、室外送風機１５の駆動源であるファンモーター１６の運転周波数を変化させてファンの回転速度を変更する。なお、室外送風機１５は、同様の効果が得られるものであればこれに限らず、例えば、ファンの種類はシロッコファンでもよいし、プラグファンでもよい。また、室外送風機１５は押し込み方式でもよいし、引っぱり方式でもよい。

ここで、室外熱交換器１２は、暖房運転時において蒸発器として機能し、冷媒配管４ｂ側から流入した低圧の冷媒と、室外空気と、の間で熱交換を行って冷媒を蒸発させて気化させ、冷媒配管４ａ側に流出させる。また、室外熱交換器１２は、冷房運転時において凝縮器として機能し、冷媒配管４ａ側から流路切替装置１１を介して流入した圧縮機１０にて圧縮済の冷媒と、室外空気と、の間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させ、冷媒配管４ｂ側に流出させる。なお、ここでは室外空気を外部流体として用いる場合を例に説明したが、外部流体は室外空気を含む気体に限らず、水を含む液体であってもよい。

膨張弁１３は、冷媒の流量を制御する絞り装置であり、膨張弁１３の開度を変化させることで冷媒配管４を流れる冷媒の流量を調節することにより、冷媒の圧力を調整する。膨張弁１３は、冷房運転時において、高圧の液状態の冷媒を低圧の気液二相状態の冷媒へと膨張させ減圧させる。なお、膨張弁１３としてはこれに限らず、同様の効果が得られるものであれば、電子膨張弁またはキャピラリーチューブ等でもよい。例えば、膨張弁１３が、電子式膨張弁で構成された場合は、制御部６の指示に基づいて開度調整が行われる。

室内機２は、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器１４と、室内熱交換器１４が熱交換を行う空気の流れを調整する室内送風機１７と、を有する。

室内熱交換器１４は、暖房運転時において凝縮器の働きをし、冷媒配管４ａ側から流入した冷媒と、室内空気と、の間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させ、冷媒配管４ｂ側に流出させる。また、室内熱交換器１４は、冷房運転時において蒸発器として機能し、冷媒配管４ｂ側から流入した膨張弁１３によって低圧状態にされた冷媒と、室内空気と、の間で熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、冷媒配管４ａ側に流出させる。なお、ここでは室内空気を外部流体として用いる場合を例に説明したが、外部流体は室内空気を含む気体に限らず、水を含む液体であってもよい。

室内送風機１７の運転速度は、ユーザーの設定により決定される。室内送風機１７には、インバータ装置を取り付け、ファンモーター１８の運転周波数を変化させてファンの回転速度を変更することが好ましい。なお、室内送風機１７は、同様の効果が得られるものであればこれに限らず、例えば、ファンの種類はシロッコファンでもよいし、プラグファンでもよい。また、室内送風機１７は押し込み方式でもよいし、引っぱり方式でもよい。

＜空気調和装置１の冷房および暖房運転の動作例＞
次に、空気調和装置１の動作例として冷房運転の動作を説明する。圧縮機１０によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１１を経由して、室外熱交換器１２に流入する。室外熱交換器１２に流入したガス冷媒は、室外送風機１５により送風される外気との熱交換により凝縮し、低温の冷媒となって、室外熱交換器１２から流出する。室外熱交換器１２から流出した冷媒は、膨張弁１３によって膨張および減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室内機２の室内熱交換器１４に流入し、室内送風機１７により送風される室内空気との熱交換により蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器１４から流出する。このとき、冷媒に吸熱されて冷却された室内空気は、空調空気（吹出風）となって、室内機２から空調対象空間である室内に吹き出される。室内熱交換器１４から流出したガス冷媒は、流路切替装置１１を経由して圧縮機１０に吸入され、再び圧縮される。空気調和装置１の冷房運転は、以上の動作が繰り返される（図１中、実線の矢印で示す）。

次に、空気調和装置１の動作例として暖房運転の動作を説明する。圧縮機１０によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１１を経由して、室内機２の室内熱交換器１４に流入する。室内熱交換器１４に流入したガス冷媒は、室内送風機１７により送風される室内空気との熱交換により凝縮し、低温の冷媒となって、室内熱交換器１４から流出する。このとき、ガス冷媒から熱を受け取り暖められた室内空気は、空調空気（吹出風）となって、室内機２から室内に吹き出される。室内熱交換器１４から流出した冷媒は、膨張弁１３によって膨張および減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室外機３の室外熱交換器１２に流入し、室外送風機１５により送風される外気との熱交換により蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室外熱交換器１２から流出する。室外熱交換器１２から流出したガス冷媒は、流路切替装置１１を経由して圧縮機１０に吸入され、再び圧縮される。空気調和装置１の暖房運転は、以上の動作が繰り返される（図１中、破線の矢印で示す）。

＜室外機３の構成＞
ここで、図２および図３を参照しながら、本実施の形態１に係る空気調和装置１の室外機３について説明する。図２は、図１の空気調和装置１における室外機３の構成を示す正面図である。図３は、図１の空気調和装置１における室外機３の構成を示す斜視図である。

図２および図３に示すように、室外機３は、外郭を覆う筐体パネル３０が直方体形状で形成されている。筐体パネル３０の内部は、仕切板３１によって風路室３２と機械室３３とに区画されている。風路室３２における筐体パネル３０の前面側には、室外送風機１５が設置されている。また、風路室３２における室外送風機１５の背面側には、筐体パネル３０の風路室３２における背面側から側面側にかけてＬ字状に搭載される室外熱交換器１２が設置されている。

筐体パネル３０は、前面上部外郭パネル３０ａ、前面下部外郭パネル３０ｂおよび不図示の背面上部外郭パネルから成り立っており、仕切板３１と共に機械室３３の側面四面を囲っている。
なお、前述した機械室３３の筐体パネル３０の構成は一例であり、筐体パネル３０の部品点数または継ぎ目の位置等は限定しない。例えば、前面上部外郭パネル３０ａと前面下部外郭パネル３０ｂとを一体化した前面外郭パネルを用いた室外機３であってもよい。

室外送風機１５は、回転中心となるボス１５ａの外周に複数の翼１５ｂが設けられ、ファンモーター１６により回転駆動される。また、筐体パネル３０における室外送風機１５の前面側に位置する前面上部外郭パネル３０ａには、筐体パネル３０の内部の空気を当該筐体パネル３０の外部へと排出するためのスリット状の吹出口３０ｃが設けられている。室外熱交換器１２は、詳細な図示を省略するが冷媒を流通させる伝熱管と、伝熱管を流れる冷媒と外気との間の伝熱面積を大きくするためのフィンとを備えた構造を有している。

機械室３３には、室外熱交換器１２と冷媒配管４を介して接続され、当該室外熱交換器１２へと冷媒を供給する圧縮機１０が設置されている。本実施の形態１の場合、圧縮機１０のシェル１０１には、サーマルプロテクタ７が取り付けられている。サーマルプロテクタ７は、シェル１０１の表面温度を検知する過熱保護装置として機能する。また、機械室３３には、室外機３の運転有無を検知する電流センサーをはじめ、パワーモジュールおよびインバータ基板等の電気部品が設置されている。

＜入力電流処理手順＞
ここで、図４および図５を参照しながら、空気調和装置１における入力電流処理手順を説明する。図４は、図１の空気調和装置１における入力電流処理手順を示すフローチャートである。図５は、図１の空気調和装置１における制御部６の動作特性を示す説明図である。なお、図５において、上段のグラフの縦軸は温度Ｔ、下段のグラフの縦軸は電流Ｉ、そして、横軸は上下段ともに時間ｔを示している。

図４および図５に示すように、制御部６は、空気調和装置１の室外機３が運転を開始すると、まず、ステップＳ１において、ロック検知部８により圧縮機１０に備えられたモーターの脱調を検出することによって当該圧縮機１０のロック状態を検知する。ここで、制御部６は、ロック検知部８により圧縮機１０のロック状態が検知されない場合（Ｓ１＝Ｎ）、ステップＳ２に移行して通常運転となり、この入力電流処理手順を終了する。また、制御部６は、ロック検知部８により圧縮機１０のロック状態が検知されると（Ｓ１＝Ｙ）、ステップＳ３に移行し、入力電流を予め設定した制御値Ｉ０（設定値）まで抑えて室外機３の運転を継続させる。

具体的に、制御部６はステップＳ３において、圧縮機１０に対して入力される電流値を、予め設定した制御値Ｉ０まで低下させる。ここで、制御値Ｉ０は、圧縮機１０に備えられたモーターの巻線温度Ｌ１の上昇に、シェル１０１の表面温度Ｌ２が追従可能な電流値を求める実験を事前に行って、予め設定しておく。このように、制御値Ｉ０が圧縮機１０の巻線温度Ｌ１の上昇に、シェル１０１の表面温度Ｌ２が追従可能な電流値で設定されているので、圧縮機１０に備えられたモーターの巻線が絶縁破壊を起こす前にサーマルプロテクタ７を作動させることができる。

次に、制御部６は、ステップＳ４に移行し、サーマルプロテクタ７が作動すると、この入力電流処理手順を終了する。

ここで、制御値Ｉ０を設定するための実験について、制御部６の動作特性を示す図５を参照しながら説明する。
図５に示すように、ロック検知部８による圧縮機１０のロック状態検出時点ｔ１にて、入力電流が通常の保護電流値Ｉ１よりも高い電流値Ｉ２であり、圧縮機１０のロック状態が検知されると、制御部６が入力電流を予め設定した制御値Ｉ０まで抑える。この状態で室外機３の運転が継続され、圧縮機１０の巻線温度Ｌ１が上昇すると、これに追従してシェル１０１の表面温度Ｌ２も上昇する。そして、圧縮機１０のシェル１０１の表面温度Ｌ２が、通常運転の温度Ｔ０を超えてサーマルプロテクタ７の作動温度Ｔ１に達すると（時点ｔ２）、サーマルプロテクタ７が作動し、室外機３の運転を停止させる。ここで、制御値Ｉ０は、予め前述のように設定されているので、圧縮機１０の巻線温度Ｌ１をシェル１０１の表面温度Ｌ２に追従させ、絶縁破壊温度Ｔ２を超えないよう制御できる。

＜実施の形態１における効果＞
以上、説明したように、本実施の形態１の空気調和装置１は、圧縮機１０に対する入力電流値を制御する制御部６が、ロック検知部８により圧縮機１０のロック状態が検知されると、圧縮機１０に対して入力される電流値を、予め設定した制御値まで抑える。この制御値は、圧縮機１０の巻線温度の上昇にシェル１０１の表面温度が追従可能な電流値、すなわち、サーマルプロテクタ７が作動可能な電流値で設定されている。したがって、本実施の形態１の空気調和装置１によれば、圧縮機１０の巻線温度の上昇が抑えられ、巻線が絶縁破壊温度に達する前にサーマルプロテクタ７を作動させて室外機３を安全に停止させることができ、巻線の絶縁破壊を未然に防止できる。

１ 空気調和装置、２ 室内機、３ 室外機、４、４ａ、４ｂ 冷媒配管、５ 冷媒回路、６ 制御部、７ サーマルプロテクタ、８ ロック検知部、１０ 圧縮機、１１ 流路切替装置、１２ 室外熱交換器、１３ 膨張弁、１４ 室内熱交換器、１５ 室外送風機、１５ａ ボス、１５ｂ 翼、１６ ファンモーター、１７ 室内送風機、１８ ファンモーター、３０ 筐体パネル、３０ａ 前面上部外郭パネル、３０ｂ 前面下部外郭パネル、３０ｃ 吹出口、３１ 仕切板、３２ 風路室、３３ 機械室、１０１ シェル。

Claims (8)

1. 圧縮機を有する室外機を備えた空気調和装置であって、
   前記圧縮機のシェルに設けられ、当該シェルの表面温度を検知する過熱保護装置と、
   前記圧縮機のロック状態を検知するロック検知部と、
   前記圧縮機に対する入力電流値を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ロック検知部により前記圧縮機のロック状態が検知されると、前記圧縮機に対して入力される電流値を、予め設定した前記過熱保護装置が作動可能な電流値まで低下させる空気調和装置。
2. 前記ロック検知部は、
   前記圧縮機に備えられたモーターの脱調を検出することにより、前記ロック状態を検知する請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記予め設定した電流値は、
   前記圧縮機に備えられたモーターの巻線温度の上昇に、前記シェルの表面温度が追従可能な電流値からなる請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記圧縮機に備えられたモーターの巻線温度の上昇に、前記シェルの表面温度が追従可能な電流値は、
   前記シェルの表面温度が前記過熱保護装置の作動温度に達した際に、前記圧縮機に備えられたモーターの巻線温度が絶縁破壊温度未満となる電流値からなる請求項３に記載の空気調和装置。
5. 圧縮機を有する室外機を備えた空気調和装置の制御方法であって、
   前記圧縮機のロック状態を検知するロック検知工程と、
   前記圧縮機に対する入力電流値を制御する制御工程と、を含み、
   前記制御工程では、
   前記ロック検知工程において前記圧縮機のロック状態が検知されると、前記圧縮機に対して入力される電流値を、予め設定した前記圧縮機のシェルにおける表面温度を検知する過熱保護装置が作動可能な電流値まで低下させる空気調和装置の制御方法。
6. 前記ロック検知工程では、
   前記圧縮機に備えられたモーターの脱調を検出することにより、前記ロック状態を検知する請求項５に記載の空気調和装置の制御方法。
7. 前記制御工程における前記過熱保護装置が作動可能な電流値は、
   前記圧縮機に備えられたモーターの巻線温度の上昇に、前記シェルの表面温度が追従可能な電流値からなる請求項５または６に記載の空気調和装置の制御方法。
8. 前記圧縮機に備えられたモーターの巻線温度の上昇に、前記シェルの表面温度が追従可能な電流値は、
   前記シェルの表面温度が前記過熱保護装置の作動温度に達した際に、前記圧縮機に備えられたモーターの巻線温度が絶縁破壊温度未満となる電流値からなる請求項７に記載の空気調和装置の制御方法。

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