WO2019176004A1

WO2019176004A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2019176004A1
Application number: PCT/JP2018/009937
Authority: WO
Inventors: 河内　智; 秀敏山川
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19
Also published as: JPWO2019176004A1; JP6786009B2

Abstract

空気調和機（１００）は、冷媒を圧縮してから吐出する圧縮機（１）と、圧縮機（１）を駆動電流により駆動するインバータ回路（２）と、駆動電流を検出する電流検出回路（４）と、電流検出回路（４）の検出結果に基づいてインバータ回路（２）を制御するマイクロコンピュータ（３）と、を備え、マイクロコンピュータ（３）は、圧縮機（１）の冷媒吸入時または冷媒圧縮時における駆動電流のピーク値の絶対値と圧縮機（１）の冷媒吐出時におけるピーク値の絶対値との差が第一の閾値を超えた場合は、圧縮機（１）に接続された接続配管に高圧圧力異常が発生したと判断する。

Description

空気調和機

　本発明は、圧縮機を備えて冷凍サイクルを行う空気調和機に関する。

　空気調和機の据付が行われる際には、室内機と、冷媒が封入された状態の室外機とが接続配管で接続された後に、室外機のストップバルブが閉じた状態で室内機の熱交換器および接続配管内の真空引きが行われる。そして、真空引きの完了後に、室外機のストップバルブを開けることにより、室外機内の冷媒が接続配管および室内機に放出される。ここで、室外機のストップバルブを開け忘れたまま、室外機の圧縮機を運転させた場合、接続配管内における冷媒の圧力が高くなり、接続配管が破裂する可能性がある。

　通常は、高圧保護スイッチを利用して接続配管を高圧異常による破壊から保護するが、室外機の構造制約上、高圧保護スイッチを適切な位置に取り付けることが難しい場合がある。そこで、高圧保護スイッチを利用できない場合にストップバルブの開け忘れを検出する方法として、電流検出回路により圧縮機の駆動電流を検出し、検出された電流値が設定値を超えている場合に、接続配管に高圧圧力異常が発生しているとして圧縮機を停止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２０３６２３号公報

　しかしながら、接続配管の圧力状態は、接続配管内への冷媒封入量および周囲温度にも影響されるため、接続配管の圧力異常を圧縮機の駆動電流に基づいて検出して、圧縮機を保護するのは困難なことが多い。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続配管の圧力異常を適切に検出することができる空気調和機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、冷媒を圧縮してから吐出する圧縮機と、圧縮機を駆動電流により駆動するインバータ回路と、駆動電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路の検出結果に基づいてインバータ回路を制御する制御部と、を備える。制御部は、圧縮機の冷媒吸入時または冷媒圧縮時における駆動電流のピーク値の絶対値と圧縮機の冷媒吐出時におけるピーク値の絶対値との差が第一の閾値を超えた場合は、圧縮機に接続された接続配管に高圧圧力異常が発生したと判断する。

　本発明にかかる空気調和機は、接続配管の圧力異常を適切に検出す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構成を示す図実施の形態１にかかる圧縮機の内部構成図実施の形態１にかかる圧縮機の駆動電流の時間変化を示した図実施の形態１にかかる空気調和機の圧縮機の制御にかかる構成を示すブロック図実施の形態１にかかる空気調和機の制御手順を説明するフローチャート実施の形態２にかかる空気調和機の制御手順を説明するフローチャート実施の形態１および２にかかるマイクロコンピュータの構成を示すブロック図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる空気調和機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の構成を示す図である。空気調和機１００は、室内機１０と、室外機８と、室内機１０と室外機８とを接続するためのガス側接続配管１１および液側接続配管１２とを備えている。室内機１０は、室内熱交換器９を備える。室外機８は、室外熱交換器５と、圧縮機１と、四方弁６とを備える。圧縮機１の駆動周波数はインバータ制御によって可変になっている。四方弁６は、圧縮機１の吸入および吐出の方向を切り替えることができる。さらに、室外機８は、ガス管ストップバルブ１３および液管ストップバルブ１４を備えている。ガス管ストップバルブ１３は、接続配管１５とガス側接続配管１１との接続部の傍の室外機８内に設けられている。液管ストップバルブ１４は、接続配管１６と液側接続配管１２との接続部の傍の室外機８内に設けられている。また、室外熱交換器５と液管ストップバルブ１４との間には、接続配管１６に接続された電子膨張弁７が取り付けられている。図１に示した構成により、空気調和機１００の冷凍サイクルが実現される。

　圧縮機１の駆動電流に対しては最大定格値が存在し、駆動電流が最大定格値を超えた場合、圧縮機１の能力に劣化が生ずる。そのため、圧縮機１の駆動電流は最大定格値を超えないように制御される必要がある。

　また、ガス管ストップバルブ１３を閉じたまま圧縮機１を動かして空気調和機１００の暖房運転を行うと、圧縮機１とガス管ストップバルブ１３との間の接続配管の閉じられた空間に、圧縮された冷媒が供給されることになる。その結果、圧縮機１が冷媒を吐出する瞬間の圧縮機１の圧力が著しく上昇するとともに圧縮機１の駆動電流もその圧力に比例して大きくなる。

　図２は、実施の形態１にかかる圧縮機１の内部構成図である。図２は、圧縮機１がシングルロータリー構成の場合を示している。圧縮機１のロータ１０１は図示せぬ軸により回転させられる構造になっており、電気的な周期の３周期の間に圧縮機１内の軸が一回転することで冷媒１１０の吸入、圧縮および吐出が行われる。

　図３は、実施の形態１にかかる圧縮機１の駆動電流の時間変化を示した図である。図３の上の波形の一部を拡大した図が図３の下に示されている。図３は、３極モータを用いた圧縮機１がシングルロータリー構成である場合において、ガス管ストップバルブ１３が開け忘れられた状態で空気調和機１００が暖房運転することにより、接続配管に圧力異常が発生したときの駆動電流の波形である。図３では、３相交流のＵ相、Ｖ相およびＷ相の駆動電流の波形がそれぞれ示してあるが、図３の下に示すように、圧縮機１は、各電流波形の３周期の間の一周期目に冷媒吸入、二周期目に冷媒圧縮、三周期目に冷媒吐出を行う。そして、圧縮機１の動作が冷媒圧縮から冷媒吐出に移行するときに、ガス管ストップバルブ１３が閉鎖されていることにより冷媒が吐出できないため、圧縮機１内のロータ１０１を回転させる軸の負荷が増加する。その結果、圧縮機１の駆動電流は急増加する。具体的には、圧縮機１の冷媒吸入時または冷媒圧縮時における駆動電流のピーク電流の絶対値をＩ１とし、冷媒吐出時における駆動電流のピーク電流の絶対値をＩ２とすると、駆動電流のピーク電流の絶対値はＩ２－Ｉ１＝ΔＩだけ増加することになる。

　圧縮機１が３極モータを用いたシングルロータリー構成ではない場合であっても、圧縮機１は冷媒吸入、冷媒圧縮および冷媒吐出の動作を一定周期で実施する必要がある。したがって、ガス管ストップバルブ１３が閉鎖された状態においては、圧縮機１が動作して冷媒吐出したタイミングで駆動電流のピーク値が増加し、ピーク値の増加現象は周期的に発生することになる。

　図４は、実施の形態１にかかる空気調和機１００の圧縮機１の制御にかかる構成を示すブロック図である。図４には、圧縮機１の制御にかかる構成以外の空気調和機１００の構成は省いて示してある。

　空気調和機１００は、圧縮機１に加えて、圧縮機１を駆動電流により駆動するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御するマイクロコンピュータ３と、上記駆動電流を検出する電流検出回路４と、マイクロコンピュータ３に接続された表示部３０と、を備えている。マイクロコンピュータ３は、電流検出回路４の検出結果に基づいてインバータ回路２を制御する制御部であるが、空気調和機１００全体の制御部を兼ねていてもよい。表示部３０は、マイクロコンピュータ３の判断の内容などを表示する。

　マイクロコンピュータ３は、定められた周期のタイミングで電流検出回路４の検出値をサンプリングする。上記周期は、実機検証で予め求めておいてマイクロコンピュータ３の記憶部に記憶させておく。これにより、圧縮機１の冷媒吸入時または冷媒圧縮時における駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ１と、圧縮機１の冷媒吐出時における駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ２とを取得する。マイクロコンピュータ３は、さらに、駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ２と、当該ピーク値の絶対値Ｉ２を検出する直前の駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ１とから両者の差を演算して駆動電流のピーク値の絶対値の増加量ΔＩを求める。マイクロコンピュータ３は、駆動電流のピーク値の絶対値の増加量ΔＩに対する許容閾値ΔＩrefを記憶部に保持している。第一の閾値である許容閾値ΔＩrefは、増加量ΔＩがそれ以下であれば接続配管の圧力が許容される値となる閾値として実機検証により予め求めておく。そして、演算によって求められたピーク値の絶対値の増加量ΔＩが許容閾値ΔＩrefを越えた場合に、マイクロコンピュータ３は、圧縮機１に接続された接続配管に高圧圧力異常が発生したと判断して、インバータ回路２を停止させて、圧縮機１および空気調和機１００の運転を停止する。

　さらに、マイクロコンピュータ３は、駆動電流の許容閾値Ｉrefを記憶部に保持している。第二の閾値である許容閾値Ｉrefは、圧縮機１のモータが過剰に回転してしまう場合などにおける駆動電流のデータとして予め実機検証で求めておく。マイクロコンピュータ３は、圧縮機１の駆動電流の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えた場合に、過電流から圧縮機１を保護するために、インバータ回路２を停止させて、空気調和機１００の運転を停止する。なお、許容閾値Ｉrefと比較する駆動電流の絶対値として、冷媒吸入時または冷媒圧縮時におけるピーク値の絶対値Ｉ１および冷媒吐出時におけるピーク値の絶対値Ｉ２を用いてもかまわない。

　図５は、実施の形態１にかかる空気調和機１００の制御手順を説明するフローチャートである。図５を用いてマイクロコンピュータ３による空気調和機１００の制御手順を説明する。

　室外機８が搭載する圧縮機１に冷媒吸入、冷媒圧縮および冷媒吐出させる駆動電流の圧縮機１の種類に依存した周期および位相は予め求められている。マイクロコンピュータ３は、上記周期および位相に基づいて、駆動電流がピーク値をとるタイミングで電流検出回路４の検出値をサンプリングする。これにより、マイクロコンピュータ３は、駆動電流のピーク値を取得する（ステップＳ１１）。駆動電流のピーク値の取得は、３相交流の選択した１つの相の駆動電流に対して行ってもよいし、複数の相の駆動電流に対して行ってもよい。これにより、マイクロコンピュータ３は、冷媒吸入時、冷媒圧縮時および冷媒吐出時における駆動電流のピーク値を取得することができる。

　次に、マイクロコンピュータ３は、ステップＳ１１で取得した駆動電流のピーク値の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えたか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定は、冷媒吸入時、冷媒圧縮時および冷媒吐出時のそれぞれにおける駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ１，Ｉ２に対して行う。駆動電流のピーク値の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えた場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３は過電流が発生したと判断して、インバータ回路２を停止させて圧縮機１および空気調和機１００の運転を停止する（ステップＳ１３）。これにより、過電流から圧縮機１を保護することができる。なお、ステップＳ１３において、マイクロコンピュータ３は、駆動電流に過電流が発生したことを表示部３０などに表示させてユーザーに通知する。

　駆動電流のピーク値の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、冷媒吐出時における駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ２と、当該ピーク値の絶対値Ｉ２を検出する直前の冷媒吸入時または冷媒圧縮時における駆動電流のピーク値の絶対値Ｉ１とから駆動電流のピーク値の絶対値の増加量ΔＩ（＝Ｉ２－Ｉ１）を演算によりマイクロコンピュータ３が求める（ステップＳ１４）。ステップＳ１４は、ステップＳ１１で冷媒吐出時における駆動電流のピーク値を取得したときにのみ実行するようにしてもよい。

　そして、マイクロコンピュータ３は、ピーク値の絶対値の増加量ΔＩが許容閾値ΔＩrefを越えたか否かを判定する（ステップＳ１５）。増加量ΔＩが許容閾値Ｉrefを超えない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３は空気調和機１００に運転を継続させる（ステップＳ１７）。増加量ΔＩが許容閾値Ｉrefを超えた場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３は接続配管に高圧圧力異常が発生したと判断して、インバータ回路２を停止させて圧縮機１および空気調和機１００の運転を停止する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１６において、マイクロコンピュータ３は、接続配管に高圧圧力異常が発生したことを表示部３０などに表示させてユーザーに通知する。

　なお、上記説明においては、ステップＳ１２において、許容閾値Ｉrefと比較する駆動電流としてピーク値の絶対値を用いて説明したが、先に述べたようにピーク値以外の駆動電流の絶対値と許容閾値Ｉrefとを比較するようにしてもよい。すなわち、駆動電流の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えた時点でステップＳ１３を実行するようにしてもかまわない。この場合、ステップＳ１１の後、ただちにステップＳ１４に進むようにすればよい。すなわち、駆動電流の絶対値と許容閾値Ｉrefとの比較結果とは独立して、ピーク値の絶対値の増加量ΔＩと許容閾値ΔＩrefとの比較を実行することができる。

　以上説明したように、実施の形態１にかかる空気調和機１００によれば、接続配管における高圧圧力異常の発生を、圧縮機１の冷媒吐出時における駆動電流のピーク値の絶対値の増加量から判断する。これにより、接続配管の圧力異常を適切に検出することが可能となる。

　また、圧縮機の駆動電流に対して設定値を設けて接続配管の高圧圧力異常を検出しようとすると、単に過電流の発生を検出するだけの場合に比べて、室外機運転時の圧縮機の駆動電流の最大値に対しより低い値に設定値を設ける必要があった。その結果、空気調和機を設置した後の通常運転時における圧縮機の運転可能な駆動電流の範囲を狭めるおそれがあった。しかし、実施の形態１にかかる空気調和機１００によれば、接続配管の高圧圧力異常の検出とは別に、圧縮機１の駆動電流における過電流の発生を駆動電流に基づいて判断することができる。すなわち、過電流の発生と高圧圧力異常とを別々に検出することが可能となる。したがって、過電流の判定のための許容閾値Ｉrefを不必要に低い値に設定する必要がなくなるので、圧縮機１が運転可能な駆動電流の範囲を狭めることなく、圧縮機１および冷媒を送る接続配管の保護が可能になる。

実施の形態２．
　本発明の実施の形態２にかかる空気調和機１００の構成は図１と同じであり、実施の形態２にかかる空気調和機１００の圧縮機１の制御にかかる構成は図２と同じである。ただし、マイクロコンピュータ３は、空気調和機１００の運転開始、すなわち圧縮機１の運転開始からの運転時間を測定できるものとする。これにより、実施の形態２にかかる空気調和機１００においては、以下に説明するように運転開始直後の異常停止の判別機能が追加されることになる。

　空気調和機１００の運転開始直後の異常には、冷媒を送る接続配管の高圧圧力異常と、圧縮機の内部異常とがある。接続配管の高圧圧力異常は、実施の形態２にかかる空気調和機１００においても、実施の形態１と同様にして検出する。

　空気調和機１００の運転開始直後、すなわち圧縮機１の運転開始直後に圧縮機１の内部構造に異常が発生する具体例は、圧縮機１の内部モータの軸が固定されて圧縮機１の内部が電気的に短絡してしまう場合である。内部構造の異常により圧縮機１の内部が短絡した場合、圧縮機１の駆動電流は瞬時に急増加し、その過電流によりインバータ回路２および圧縮機１が破壊されてしまう。

　接続配管の圧力異常の場合と同様に、圧縮機１の内部異常の場合も圧縮機１の駆動電流が急増加する。しかし、実施の形態１において説明したように、接続配管の圧力異常の場合は圧縮機１の冷媒吐出のタイミングで駆動電流が急増加するのに対し、圧縮機１の内部異常の場合は圧縮機１の内部が短絡しているため、圧縮機１の動作のタイミングに関わらずに駆動電流が急増加するという差異がある。

　図６は、実施の形態２にかかる空気調和機１００の制御手順を説明するフローチャートである。図６を用いてマイクロコンピュータ３による空気調和機１００の制御手順を説明する。

　図６のステップＳ１１からＳ１７の内容は、実施の形態１において説明した図５のステップＳ１１からＳ１７の内容と同じである。ただし、本実施の形態２においては、許容閾値Ｉrefと駆動電流の絶対値とを比較するのでステップＳ１２は省かれており、実施の形態１において説明したように、ステップＳ１１の後ただちにステップＳ１４に進むようになっている。以下、実施の形態１の図５と異なる点を説明する。

　まず、マイクロコンピュータ３は、電流検出回路４の検出値に基づいて、駆動電流の絶対値が第二の閾値である許容閾値Ｉrefを超えたか否かを判定する（ステップＳ２１）。駆動電流の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３の処理は、ステップＳ１１に進み、以下、実施の形態１と同様にステップＳ１４からＳ１７を実行して、接続配管の高圧圧力異常の発生の有無を判定する。

　駆動電流の絶対値が許容閾値Ｉrefを超えた場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３は、圧縮機１の運転開始からの運転時間が予め設定された時間閾値Ｔref以内であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。時間閾値Ｔrefは、マイクロコンピュータ３の記憶部に予め記憶されている。

　そして、圧縮機１の運転開始からの運転時間が予め設定された時間閾値Ｔref以内である場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３は圧縮機１に内部異常が発生したと判断して、インバータ回路２を停止させて圧縮機１および空気調和機１００の運転を停止する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２４において、マイクロコンピュータ３は、圧縮機１に内部異常が発生したことを表示部３０などに表示させてユーザーに通知する。

　圧縮機１の運転開始からの運転時間が予め設定された時間閾値Ｔref以内でない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３は過電流が発生したと判断して、インバータ回路２を停止させて圧縮機１および空気調和機１００の運転を停止する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１３において、マイクロコンピュータ３は、駆動電流に過電流が発生したことを表示部３０などに表示させてユーザーに通知する。

　以上説明したように、実施の形態２にかかる空気調和機１００によれば、過電流の発生と高圧圧力異常とを別々に検出して、接続配管の圧力異常を適切に検出できることに加えて、空気調和機１００の運転開始直後の圧縮機１の内部異常の発生を検出することができる。これにより、運転開始直後の異常が、圧縮機１の内部異常に起因するものか、接続配管に高圧圧力異常が発生したことに起因するものであるかを判別することが可能となる。

　図７は、実施の形態１および２にかかるマイクロコンピュータ３の構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータ３は、演算および制御を実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit）３１と、ＣＰＵ３１がワークエリアに用いるＲＡＭ（Random　Access　Memory）３２と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）３３と、外部と信号をやりとりするハードウェアであるＩ／Ｏ（Input／Output）３４と、クロックを生成する発振子を含む周辺装置３５と、を備える。マイクロコンピュータ３が図５および図６に示したフローチャートに従って実行する制御は、ＲＯＭ３３に記憶されるソフトウェアであるプログラムをＣＰＵ３１が実行することにより実現される。ＲＯＭ３３は、書き換え可能なフラッシュメモリといった不揮発性のメモリであってもよい。したがって、許容閾値Ｉref、ΔＩrefおよび時間閾値Ｔrefを記憶するマイクロコンピュータ３の記憶部は、ＲＯＭ３３などにより実現される。表示部３０は、Ｉ／Ｏ３４に接続されている。

　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　インバータ回路、３　マイクロコンピュータ、４　電流検出回路、５　室外熱交換器、６　四方弁、７　電子膨張弁、８　室外機、９　室内熱交換器、１０　室内機、１１　ガス側接続配管、１２　液側接続配管、１３　ガス管ストップバルブ、１４　液管ストップバルブ、１５，１６　接続配管、３０　表示部、３１　ＣＰＵ、３２　ＲＡＭ、３３　ＲＯＭ、３４　Ｉ／Ｏ、３５　周辺装置、１００　空気調和機、１０１　ロータ、１１０　冷媒。

Claims

　冷媒を圧縮してから吐出する圧縮機と、
　前記圧縮機を駆動電流により駆動するインバータ回路と、
　前記駆動電流を検出する電流検出回路と、
　前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記圧縮機の冷媒吸入時または冷媒圧縮時における前記駆動電流のピーク値の絶対値と前記圧縮機の冷媒吐出時における前記ピーク値の絶対値との差が第一の閾値を超えた場合は、前記圧縮機に接続された接続配管に高圧圧力異常が発生したと判断する空気調和機。
　前記制御部は、前記駆動電流の絶対値が第二の閾値を超えた場合は、過電流が発生したと判断する請求項１に記載の空気調和機。
　前記制御部は、前記駆動電流の絶対値が第二の閾値を超え、且つ前記圧縮機の運転開始からの運転時間が時間閾値以内である場合は、前記圧縮機に内部異常が発生したと判断する請求項１または２に記載の空気調和機。
　前記制御部は、高圧圧力異常が発生したと判断した場合、前記インバータ回路を停止させて前記圧縮機を停止させる請求項１から３のいずれか１つに記載の空気調和機。
　前記制御部は、高圧圧力異常が発生したことを表示部に表示させる請求項１から４のいずれか１つに記載の空気調和機。