JPWO2017175273A1 - 圧縮機の保護装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機の保護装置（５０）は、冷媒回路の高圧異常を検出する高圧スイッチ（５）と、高圧スイッチ（５）が高圧異常を検出しないときに電源信号を供給し、高圧スイッチ（５）が高圧異常を検出したときに電源信号の供給を遮断する補助スイッチ（７）と、異常状態と正常状態とを有し、電源信号が供給されている状態から供給されない状態に変化すると正常状態から異常状態に移行する保持回路（８）と、保持回路（８）が正常状態であるときに圧縮機の駆動を指示する圧縮機駆動信号を出力する制御部（２）と、制御部（２）が出力する圧縮機駆動信号を、電源信号が供給されている場合に中継し、電源信号が供給されない場合に中継しないバッファ（３）と、バッファ（３）により中継された圧縮機駆動信号に基づいて圧縮機を駆動するパワー素子モジュール（４）と、を備える。

Description

本発明は、冷媒の圧力が異常に高くなった場合に圧縮機を停止させるための圧縮機の保護装置に関する。

冷媒回路が異常高圧となった場合に圧縮機を停止させるための従来の保護装置は、冷媒回路に取り付けた高圧スイッチ（ＨＰＳ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ）の高圧異常検出信号をマイクロコンピュータに入力し、マイクロコンピュータが出力している圧縮機駆動信号を停止させている。

また、冷媒回路に取り付けた高圧スイッチの高圧異常検出信号により圧縮機に電源を供給する主電源リレーを遮断して停止させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２７７３４号公報

冷媒回路が高圧異常となった場合に圧縮機を停止させる従来の保護装置は、マイクロコンピュータが高圧異常となったことを検出して圧縮機駆動信号出力を停止させるため、マイクロコンピュータが誤動作を起こし、圧縮機駆動信号を停止できない場合は圧縮機が運転を継続してしまう問題点があった。

また、特許文献１のように高圧異常検出信号により圧縮機の電源をリレーで遮断するには、圧縮機に流れる大電流を遮断するために接点容量の大きなリレーを使用しなければならず、リレーの大型化、コストアップといった問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷媒回路の高圧異常が発生した場合に、確実に圧縮機を停止させることができる圧縮機の保護装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、冷媒回路の高圧異常を検出する高圧スイッチと、高圧スイッチが高圧異常を検出しないときに電源信号を供給し、高圧スイッチが高圧異常を検出したときに電源信号の供給を遮断する補助スイッチと、異常状態と正常状態とを有し、電源信号が供給されている状態から供給されない状態に変化すると正常状態から異常状態に移行する保持回路と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明は、保持回路が正常状態であるときに圧縮機の駆動を指示する圧縮機駆動信号を出力する制御部と、制御部が出力する圧縮機駆動信号を、電源信号が供給されている場合に中継し、電源信号が供給されない場合に中継しないバッファと、バッファにより中継された圧縮機駆動信号に基づいて圧縮機を駆動するパワー素子モジュールと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧縮機の保護装置は、冷媒回路の高圧異常が発生した場合に、確実に圧縮機を停止させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる空気調和機の外観図 実施の形態１にかかるヒートポンプ式給湯機の外観図 実施の形態１にかかる圧縮機および圧縮機制御回路の構成を示すブロック図 実施の形態１にかかる圧縮機の保護装置の回路構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる半導体スイッチの別の回路構成の例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る圧縮機の保護装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる空気調和機１００の外観図である。空気調和機１００は、室内機９と、室内機９に接続された室外機１０と、室内機９および室外機１０を操作するワイヤレスリモートコントローラ１１と、を備える。室外機１０は、後述する圧縮機１を実装している。

図２は、実施の形態１にかかるヒートポンプ式給湯機２００の外観図である。ヒートポンプ式給湯機２００は、タンクユニット１２と、タンクユニット１２に接続されたヒートポンプ式給湯ユニット１３と、台所用リモートコントローラ１４と、浴室用リモートコントローラ１５と、を備える。ヒートポンプ式給湯機２００の室外機であるヒートポンプ式給湯ユニット１３は、後述する圧縮機１を実装し、台所用リモートコントローラ１４および浴室用リモートコントローラ１５によって操作される。

図３は、実施の形態１にかかる圧縮機１および圧縮機制御回路の構成を示すブロック図である。室外機１０およびヒートポンプ式給湯ユニット１３は、図３に示した圧縮機１および圧縮機制御回路を実装している。圧縮機制御回路は、後述する圧縮機の保護装置５０を含んでいる。

図３の圧縮機制御回路には、整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサ１７と、商用電源１６から交流電圧が供給されると平滑コンデンサ１７へ流れこむ突入電流を抑えるための突入電流防止用抵抗１８と、平滑コンデンサ１７に十分電荷が溜まった後にマイクロコンピュータ２からの制御により接点をオンにして突入電流防止用抵抗１８を迂回する経路となる突入電流防止用リレー１９と、商用電源１６からの交流電圧を整流するダイオードブリッジ２０と、が設けられている。突入電流防止用リレー１９は、マイクロコンピュータ２から出力されるソフトスタート信号により制御される。商用電源１６、平滑コンデンサ１７、突入電流防止用抵抗１８、突入電流防止用リレー１９およびダイオードブリッジ２０により構成された直流電源に基づいて、パワー素子モジュール４が圧縮機１を駆動するための三相電源を生成する。

制御部であるマイクロコンピュータ２からは圧縮機１の駆動を指示する圧縮機駆動信号が出力され、圧縮機駆動信号を伝達するラインバッファＩＣ３を経由してパワー素子モジュール４に入力される。ラインバッファＩＣ３は、圧縮機駆動信号を中継するバッファである。この圧縮機駆動信号に基づいてパワー素子モジュール４は三相電源を出力して圧縮機１を駆動する。

平滑コンデンサ１７とパワー素子モジュール４との間の直流電源ライン上には圧縮機電流検出用抵抗２１があり、ここを流れる電流により圧縮機電流検出用抵抗２１の両端に電位差が発生するので、この電位差を電圧検出回路２２が検出し、電圧信号としてマイクロコンピュータ２に伝達する。マイクロコンピュータ２は、電圧検出回路２２から受け取った電圧信号を圧縮機電流情報に変換し、圧縮機電流情報に基づいて、圧縮機１の運転制御および保護制御を行っている。

また、マイクロコンピュータ２には表示部２３が接続されており、表示部２３は、運転状態および異常発生の有無を表示する。

さらに、マイクロコンピュータ２にはメモリ２４が接続されており、メモリ２４には運転制御、保護制御に必要な情報が保存されている。マイクロコンピュータ２は、メモリ２４から情報を読み取り、制御を行っている。また、マイクロコンピュータ２は、運転時に収集した情報および異常が発生したときの情報をメモリ２４に記録している。

図示しない冷媒配管といった冷媒回路の高圧となる箇所には高圧スイッチ５が取り付けられている。高圧スイッチ５は、冷媒配管内が一定圧力以上となった場合に冷媒配管が高圧異常となったこと検出する。補助スイッチである半導体スイッチ７は、ラインバッファＩＣ３とＤＣ５Ｖ電源６との間に設けられている。高圧スイッチ５は、冷媒配管内が高圧異常となったこと検出すると、半導体スイッチ７をオフにする。半導体スイッチ７がオフになると、保持回路８を介してマイクロコンピュータ２に高圧異常が発生したことが通知されるとともに、ラインバッファＩＣ３へのＤＣ５Ｖ電源６からの電源信号の供給が遮断されて電力供給が止まる。

図４は、実施の形態１にかかる圧縮機の保護装置５０の回路構成の一例を示す図である。圧縮機の保護装置５０は、図３に示した圧縮機制御回路に含まれており、マイクロコンピュータ２と、ラインバッファＩＣ３と、パワー素子モジュール４と、高圧スイッチ５と、ＤＣ５Ｖ電源６と、フォトカプラで構成された半導体スイッチ７と、保持回路８と、ＤＣ１２Ｖ電源２５と、を備える。

半導体スイッチ７を構成するフォトカプラの内部には、発光素子であるフォトダイオード３１と、受光素子であるフォトトランジスタ３２と、が収められている。半導体スイッチ７は、高圧スイッチ５が高圧異常を検出しない場合は、フォトトランジスタ３２がオン状態になってＤＣ５Ｖ電源６からラインバッファＩＣ３への電源信号を供給し、高圧スイッチ５が高圧異常を検出した場合は、フォトトランジスタ３２がオフ状態になってＤＣ５Ｖ電源６からラインバッファＩＣ３への電源信号の供給を遮断する。

保持回路８は、冷媒回路が高圧異常であることを示す異常状態と高圧異常でないことを示す正常状態とを有しており、いずれかの状態であることを示す信号を高圧情報としてマイクロコンピュータ２に出力する。保持回路８の具体例はフリップフロップ回路であり、セット端子８１およびリセット端子８２を備え、セット端子８１への入力により正常状態から異常状態へ変化させることが可能で、リセット端子８２への入力により異常状態から正常状態へ変化させることが可能である。フォトトランジスタ３２がオン状態のときは、ＤＣ５Ｖ電源６からの電源信号はセット端子８１へ供給される。保持回路８が正常状態であるときに、ＤＣ５Ｖ電源６からの電源信号が供給されている状態から供給されない状態に変化すると、保持回路８は正常状態から異常状態へと移行する。

マイクロコンピュータ２は、保持回路８の出力に基づいて、圧縮機駆動信号を出力するか否かを決定する。具体的には、保持回路８が正常状態であるときに、マイクロコンピュータ２は、圧縮機駆動信号を出力する。

ラインバッファＩＣ３は、電源端子であるＶｃｃ端子に電源信号が供給されている場合に圧縮機駆動信号を中継し、Ｖｃｃ端子に電源信号が供給されない場合は動作を停止して圧縮機駆動信号を中継しない。

以下、図４を用いて、圧縮機の保護装置５０の動作を詳細に説明する。

高圧スイッチ５は、通常の高圧異常ではない状態では接点が閉じている。高圧スイッチ５の接点が閉じている場合は、ＤＣ１２Ｖ電源２５から高圧スイッチ５を介してフォトダイオード３１に電流が流れる。フォトダイオード３１の発光によりフォトトランジスタ３２がオン状態となりＤＣ５Ｖ電源６から電源信号が供給されラインバッファＩＣ３のＶｃｃ端子にＤＣ５Ｖが供給される。また、同時に保持回路８のセット端子８１にもＤＣ５Ｖ電源６からＤＣ５Ｖ電圧が印加される。電源信号が供給されている保持回路８は正常状態になっており、正常状態を示すＨｉｇｈ（ＤＣ５Ｖ）の高圧情報をマイクロコンピュータ２に出力する。これによりマイクロコンピュータ２は冷媒の圧力が正常範囲内にあることを認識でき、圧縮機１を駆動させるための圧縮機駆動信号を出力できる。

圧縮機１が運転を行うと圧縮機１の吐出側冷媒の圧力は上昇する。冷媒配管の詰まりといった異常があり冷媒配管内の圧力が上昇して、高圧スイッチ５の設定値以上になった場合、異常を検出した高圧スイッチ５の接点はオフとなる。するとＤＣ１２Ｖ電源２５からフォトダイオード３１に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ３２はオフとなる。するとラインバッファＩＣ３のＶｃｃ端子にＤＣ５Ｖ電源６からＤＣ５Ｖの電源信号が供給されなくなり、ラインバッファＩＣ３は動作することができなくなる。その結果、ラインバッファＩＣ３は、マイクロコンピュータ２が出力した圧縮機駆動信号をパワー素子モジュール４に中継しなくなる。これにより、パワー素子モジュール４は圧縮機１を駆動する三相電圧の出力を停止する。また、フォトトランジスタ３２がオフとなるとＤＣ５Ｖ電源６からの電源供給が断たれるので、保持回路８のセット端子８１への入力もＤＣ５Ｖから０Ｖに変化する。これにより保持回路８は正常状態から異常状態へと変化して、保持回路８からマイクロコンピュータ２へ出力される高圧情報はＨｉｇｈ（ＤＣ５Ｖ）から異常状態を示すＬｏｗ（０Ｖ）に変化するのでマイクロコンピュータ２は、高圧異常が発生したことを認識することができ、圧縮機駆動信号の出力を停止する制御を実施することができる。

圧縮機１が停止すると冷媒配管内の圧力が低下するので、冷媒配管内の圧力が高圧スイッチ５の復帰圧力以下になった時、圧力スイッチ５の接点はオフからオンに切り替わる。これにより電源信号が供給されて保持回路８のセット端子８１へ入力される電圧も０ＶからＤＣ５Ｖになるが、保持回路８は先ほどの高圧異常の発生によりセット端子８１への入力が一旦０Ｖとなったことにより異常状態になった状態を維持して出力状態を保持するため、保持回路８の出力は異常状態を示すＬｏｗ（０Ｖ）のままとなる。したがって、マイクロコンピュータ２は、高圧異常が発生したときの状態を維持して、圧縮機駆動信号の出力を停止したままの状態となる。

圧縮機１を再度起動させるためには、高圧スイッチ５の接点がオンに復帰しており、かつマイクロコンピュータ２から保持回路８のリセット端子８２に対してＬｏｗ（０Ｖ）のパルス信号であるリセット信号が出力されなければならない。高圧スイッチ５の接点がオンの状態でマイクロコンピュータ２から異常状態にある保持回路８のリセット端子８２にリセット信号を出力することにより、保持回路８を異常状態から正常状態に移行させることができる。リセット信号を受信すると、保持回路８は正常状態に移行し、保持回路８からマイクロコンピュータ２への高圧情報はＬｏｗ（０Ｖ）から正常状態を示すＨｉｇｈ（ＤＣ５Ｖ）に復帰する。これにより、マイクロコンピュータ２は圧縮機駆動信号を出力することが可能となる。ここで、マイクロコンピュータ２がリセット信号を出力することができる条件は、圧縮機１が停止してからｎ分後（ｎは予め定めた数）と設定して冷媒配管内の圧力が十分低下した時としたり、ワイヤレスリモートコントローラ１１、台所用リモートコントローラ１４または浴室用リモートコントローラ１５から異常発生状態をリセットする操作を行った時とすることができる。

図５は、実施の形態１にかかる半導体スイッチ７の別の回路構成の例を示す図である。半導体スイッチ７は、図５に示すようにフォトカプラを使用しないでトランジスタを使用した回路とすることもできる。半導体スイッチ７は、電界効果トランジスタを使用することもできる。

以上説明したように、実施の形態１にかかる圧縮機の保護装置５０は、冷媒配管内が異常高圧となって高圧スイッチ５が作動したときには、半導体スイッチ７によりマイクロコンピュータ２からの圧縮機駆動信号がパワー素子モジュール４に行かないように保持回路８に指示を送ると同時に、ラインバッファＩＣ３の電源を遮断する。すなわち、冷媒回路の高圧異常が発生した場合に、誤動作を起こす可能性があるマイクロコンピュータ２を介さず、また圧縮機１への電源供給ラインを遮断することなく、安価な手段で確実に圧縮機１を停止させることができる。また、実施の形態１にかかる圧縮機の保護装置５０は、安価な半導体スイッチ７およびラインバッファＩＣ３を使用するので、小型化およびコストの抑制が図れるという効果を有する。

これにより、高圧スイッチ５が働いたことを示す高圧情報が何らかの理由によりマイクロコンピュータ２に到達できずにマイクロコンピュータ２が圧縮機駆動信号を出力し続けてしまう場合、もしくは高圧情報がマイクロコンピュータ２に到達してもマイクロコンピュータ２が誤動作を起こしていて圧縮機駆動信号を出力し続けてしまう場合であっても、圧縮機の保護装置５０は、圧縮機駆動信号をラインバッファＩＣ３の部分で確実に遮断して圧縮機１の運転継続を回避することができる。

また、ラインバッファＩＣにバッファ機能のオンまたはオフを選択するための選択端子が備えられていて、保持回路８からの高圧情報によりバッファ出力をオンまたはオフしている場合に、ラインバッファＩＣの故障または誤動作によりバッファ機能が常時オンとなってしまった場合であっても、圧縮機の保護装置５０は、圧縮機駆動信号をラインバッファＩＣ３の部分で確実に遮断することができる。

また、マイクロコンピュータ２が圧縮機駆動信号を出力し続けたとしても高圧スイッチ５の作動圧力に達すればラインバッファＩＣ３は動作を停止するので圧縮機１は停止し、復帰圧力以下となった時に起動させることができるので、停止および復帰を繰り返しても冷媒配管内が高圧による危険な状態になることはない。すなわち、圧縮機駆動信号で起動制御を行っていないので、高圧状態において圧縮機駆動信号が出力されたとしても圧縮機１は起動できないので高圧により冷媒配管内が危険な状態になることを確実に防ぐことが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 圧縮機、２ マイクロコンピュータ、３ ラインバッファＩＣ、４ パワー素子モジュール、５ 高圧スイッチ、６ ＤＣ５Ｖ電源、７ 半導体スイッチ、８ 保持回路、９ 室内機、１０ 室外機、１１ ワイヤレスリモートコントローラ、１２ タンクユニット、１３ ヒートポンプ式給湯ユニット、１４ 台所用リモートコントローラ、１５ 浴室用リモートコントローラ、１６ 商用電源、１７ 平滑コンデンサ、１８ 突入電流防止用抵抗、１９ 突入電流防止用リレー、２０ ダイオードブリッジ、２１ 圧縮機電流検出用抵抗、２２ 電圧検出回路、２３ 表示部、２４ メモリ、２５ ＤＣ１２Ｖ電源、３１ フォトダイオード、３２ フォトトランジスタ、５０ 圧縮機の保護装置、８１ セット端子、８２ リセット端子。

Claims (4)

1. 冷媒回路の高圧異常を検出する高圧スイッチと、
   前記高圧スイッチが高圧異常を検出しないときに電源信号を供給し、前記高圧スイッチが高圧異常を検出したときに電源信号の供給を遮断する補助スイッチと、
   異常状態と正常状態とを有し、前記電源信号が供給されている状態から供給されない状態に変化すると前記正常状態から前記異常状態に移行する保持回路と、
   前記保持回路が前記正常状態であるときに圧縮機の駆動を指示する圧縮機駆動信号を出力する制御部と、
   前記制御部が出力する前記圧縮機駆動信号を、前記電源信号が供給されている場合に中継し、前記電源信号が供給されない場合に中継しないバッファと、
   前記バッファにより中継された前記圧縮機駆動信号に基づいて前記圧縮機を駆動するパワー素子モジュールと、
   を備えることを特徴とする圧縮機の保護装置。
2. 前記制御部は、リセット信号により前記保持回路を前記異常状態から前記正常状態に移行させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の保護装置。
3. 前記補助スイッチは、半導体スイッチである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機の保護装置。
4. 前記半導体スイッチは、前記高圧スイッチに接続されたフォトダイオードおよび前記電源信号の供給および供給の遮断が可能なフォトトランジスタを備えたフォトカプラである
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機の保護装置。

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