JP2007225130A - ヒートポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常動作時の原因を明確にし、異常内容を表示する。
【解決手段】ＡＣラインの片側にＡＣラインをオン・オフする第1のスイッチ手段１３と、第1のスイッチ手段１３と並列に接続した電流制限素子２３と冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチ４１と、圧力スイッチ４１の信号を制御部２０に入力すると共に制御部２０を経由しない回路で第1のスイッチ手段１３を遮断できるように接続した第1のスイッチ手段１３を有する制御装置として、圧力スイッチ４１の動作により発生したＤＣピーク異常を異常と判断せず、圧縮機の高圧異常と判断することで、異常時の原因を明確にし、修理時間の短縮、部品交換を減らすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ式の制御装置に関するものである。

貯湯タンクと水熱交換器とを備え、貯湯タンク内の湯水と冷媒回路を流通する冷媒との間の熱交換を上記水熱交換器で行うよう構成したヒートポンプ式給湯装置が、従来から用いられている。このようなヒートポンプ式給湯装置では、冷媒回路中に設けられた空気熱交換器を蒸発器として機能させると共に、水熱交換器を凝縮器として機能させることにより給湯運転を行うことが可能である。

このような構成のヒートポンプ給湯器では近年冷媒として二酸化酸素等の冷媒を使用することがあるが、このような冷媒の場合には空気調和機で用いられているＲ４１０Ａのような冷媒のように、冷媒の温度より圧力を推定することが非常に困難であるため、実際の冷媒の圧力をモニタする圧力スイッチや圧力センサを用いて冷媒の圧力をモニタして制御を行なっている。その制御により冷媒の圧力を設計圧力内で制御して圧縮機その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保する構成となっている。
特開２００１−２６３８０１号公報

しかしながら、図９に示す給湯装置の制御方法では次のような問題点がある。前記従来の給湯装置の構成では、圧力スイッチの信号により制御部で冷媒の圧力の状態をモニタし、冷媒の圧力が設計圧力以上の異常な圧力の状態になることを防止するように圧縮機の周波数を低下させる等して圧力の上昇を抑えているが、制御部が何等かの異常によりモニタできない状態に陥ってしまった場合に、圧力の上昇を抑えることができず、圧縮機等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を満足することができなくなる。

それを防止するために圧力スイッチの信号により制御部を介さずに回路的に圧縮機の電源ラインを遮断して圧縮機の駆動を強制的にオフすることが考えられる。しかしその場合には圧縮機駆動中に強制的に電源を遮断することになるので圧力異常以外のエラーが発生してしまい、本来発生するべき圧力異常が発生しないために、給湯装置の異常の原因が判定できなくなるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、異常時の圧力の上昇を抑えつつ、異常発生の原因を正確に解析することにより、異常内容を的確に表示することができる給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、冷媒の圧力を検知してオン・オフ信号を出力する圧力スイッチを有し、圧力スイッチのオン・オフによって圧縮機の電源ラインを強制的に遮断する制御装置で、ある種の異常エラーが入力された場合には、圧力スイッチのオン・オフの状態を確認してから制御部が異常を確定する制御装置としたものである。

これによって圧縮機の圧力が異常に高圧になったときに即座に圧縮機の運転を遮断して圧縮機等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保できると共に、圧力スイッチの動作によって発生する他の異常を異常と判断せず、高圧保護の異常を確定することができる。これによって故障時の原因が明確になり、部品交換時のコスト、原因追求の時間を大幅に低
減することができる。

本発明のヒートポンプの制御装置は、冷媒圧力の上昇に伴ない、圧力スイッチの信号によって圧縮機の電源を即時遮断することで、圧縮機等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保し、また即時遮断することにより発生する高圧保護異常以外の異常を異常と判断しないので、異常の原因を明確にして部品交換時のコスト、原因追求の時間を大幅に低減することができる。

第1の発明は、ＡＣラインの片側にＡＣラインをオン・オフするスイッチ手段と、スイッチ手段と並列に接続した電流制限素子と冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、圧力スイッチの信号をマイクロコンピュータに入力すると共にマイクロコンピュータを経由しない回路でスイッチ手段を遮断できるように接続したスイッチ手段を有する制御装置として、圧力スイッチの動作により発生した直流電流過電流異常を異常と判断せず、圧縮機の圧力の高圧異常と判断する。これによりシステム異常に陥り修理が必要な場合に、異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換点数を減らすことができる。

第２の発明は、特に第1の発明において、圧力スイッチの動作によってインバータ部に供給されている直流電圧を遮断することで、圧縮機の圧力が高圧となったときに速やかに圧縮機を停止させ、また第１の発明同様に圧力スイッチの動作により発生した直流電流過電流異常を異常と判断せず、圧縮機の圧力の高圧異常と判断する。これによりシステム異常に陥り、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換点数を減らすことができる。

第３の発明は、特に第1の発明において、圧力スイッチ信号回路によりインバータ部のDC電流過電流保護を検知する入力へ異常信号を入力し、マイクロコンピュータを介さず圧縮機を停止することによりシステム異常に陥り、修理が必要な場合に異常箇所が明確にわかるため異常を誤認し、Ｐ板を交換するというロスをなくし、最小限の部品交換ですみ、修理時間の短縮、部品交換を減らすことができる。

第４の発明は、特に第1の発明において、圧力スイッチの動作時にマイクロコンピュータへリセット信号を入力することによりマイクロコンピュータをリセットさせることで圧縮機の駆動信号を停止し、圧縮機の駆動を停止する。これにより、圧力スイッチが動作した場合には、他の異常を表示することなく安全に圧縮機の動作を停止することを可能とし、修理時間を短縮でき、部品交換を最小限にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本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におけるヒートポンプ式給湯機のヒートポンプ制御装置の回路図を示すものであり、図２は、本発明の実施の形態１での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図である。ヒートポンプ式給湯機の貯湯タンク側については図面への記載を省略する。

図1において、ＡＣ電源１１と、ＡＣラインに挿入された第１のスイッチ手段１２と、もう一方のＡＣラインに挿入された第２のスイッチ手段１３と、第１のスイッチ手段１２と第２のスイッチ手段１３の前のＡＣラインに接続されている整流用のダイオードブリッ
ジ１４と、平滑用の電解コンデンサ１５と、ダイオードブリッジ１４と電解コンデンサ１５により変換されたＤＣ電圧を各種の低電圧に変換する第１の電源回路１６と、第１のスイッチ手段１２と第２のスイッチ手段１３の後ろのＡＣラインに接続されている整流用のダイオードブリッジ１７と、平滑用の電解コンデンサ１８と、ダイオードブリッジ１７と電解コンデンサ１８により変換されたＤＣ電圧を各種の低電圧に変換する第２の電源回路１９と、電子制御装置を制御する制御部２０と、第１の電源回路１６により作られた電圧より制御部２０用の電圧に変換するレギュレータ２１と、ヒートポンプに搭載されている圧縮機２２と、圧縮機２２を駆動するインバータ部２３と、第２のスイッチ手段１３と並列に接続されている電流制限素子２４（以下ＰＴＣサーミスタ）、冷媒の状態の圧力によってオン・オフすることを目的とした圧力スイッチ４１と圧縮機等、ヒートポンプの各部を制御するマイクロコンピュータ２０ａとマイクロコンピュータ２０ａを介さず圧縮機を停止させる手段である圧力スイッチ信号回路４２から構成されている。

図２において、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目がＲＹ−ＰＷＲ２の動作したタイミングで、上から３番目が直流電流過電流異常認識のタイミングで、一番下が高圧保護異常検知のタイミングである。

以上のように構成、制御されたヒートポンプの制御装置について、以下のその動作、作用を説明する。

まず、ヒートポンプ式給湯器が何らかの異常や、突発的な負荷の変動に伴なって、圧縮機の圧力が異常に上昇して設計圧力を超えてしまった場合、圧縮機２２等その他の冷凍サイクル機構の信頼性を確保する為にある圧力以下に冷媒の圧力を抑えなくてはならない。

そこである一定の圧力に達するとオン・オフ動作を行なう圧力スイッチ４１を用いて現在の冷媒の圧力がある一定の圧力に達したかどうかを判断している。圧力スイッチ４１はオン・オフの信号を制御部２０に入力しているのと同時に、これ以上の圧力の上昇を抑えるために第２のスイッチ手段１３をオン・オフしてＡＣ電圧の供給を遮断することによって圧縮機２２の駆動を停止している。

ところで、このように制御部２０からの信号を停止することによって圧縮機２２を停止しないで、ＡＣ電圧の供給を停止することによって圧縮機２２を停止する場合には、圧縮機２２が停止する際に不安定な動きをして停止することがある。その際にインバータ部２３に規定以上の電流が流れ、過電流の異常信号（直流電流過電流異常）を出力することがある。

そこで図２のように直流電流過電流異常が発生した場合には制御部２０より出力する駆動信号は停止するが、異常判定は直流電流過電流異常が発生し、かつ、圧力スイッチ４１がオフ状態になっている場合には、高圧保護異常と判断する。また、直流電流過電流異常が発生し圧力スイッチ４１がオン状態の場合には直流電流過電流異常を表示する。これにより直流電流過電流異常が発生したにもかかわらず、圧縮機の圧力が高圧になり、圧力スイッチ４１が動作した場合には圧力スイッチ４１が動作したことを表わす高圧保護異常を表示することが可能となる。

これにより高圧保護異常を確定することができ、直流電流過電流異常発生に伴なうプリント基板交換などの無駄な交換をすることを防止し、また高圧保護異常に的を絞った修理を行ない修理時間の削減を実現することができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の回路図で、図１の回路図から圧力スイッチ動作時にイン
バータ部へ供給する直流電圧を遮断する回路としたものである。図４は本発明、実施の形態２での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目がインバータ部２３へ供給されている直流電圧の降下するタイミングで、上から３番目が直流電流過電流異常認識のタイミングで、一番下が高圧保護異常検知のタイミングである。以上のように構成されたヒートポンプの制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

圧力スイッチ４１がオフ状態になった場合に圧縮機２２その他の冷凍サイクル機構の信頼性確保のため、圧力スイッチ信号回路４２により、圧縮機２２を駆動するインバータ部２３へ供給されている直流電圧を遮断する。この直流電圧を遮断することによりインバータ部の動作が停止するため圧縮機２２は停止する。その際、インバータ部内部に直流電圧低下検出回路を内蔵しており、直流電圧が低下したときには直流電流過電流異常時と同様の信号を送信してしまう。そのため圧力ＳＷ動作時には最終的に直流電流過電流異常をリモコン表示してしまうため、修理者は圧縮機２２の交換等、本来の故障箇所以外の箇所を修理して部品のロスを招いたり、無駄な修理による時間のロスが発生してしまう。

そのため実施の形態１同様に、図２のように直流電流過電流異常が発生した場合には、制御部２０より出力する駆動信号は停止するが、異常判定は直流電流過電流異常が発生し、かつ、圧力スイッチ４１がオフ状態になっている場合には、高圧保護異常と判断する。また、直流電流過電流異常が発生し圧力スイッチ４１がオン状態の場合には直流電流過電流異常を表示する。これにより直流電流過電流異常が発生したにもかかわらず、圧縮機の圧力が高圧になり、圧力スイッチ４１が動作した場合には圧力スイッチ４１が動作したことを表わす高圧保護異常を表示することが可能となる。

これにより高圧保護異常を確定することができ、直流電流過電流異常発生に伴なうプリント基板交換などの無駄な交換をすることを防止し、また高圧保護異常に的を絞った修理を行ない修理時間の削減を実現することができる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態3の回路図で、図１の回路図から圧力スイッチ動作時にインバータ部へ異常信号を送信し、インバータ部を停止させることにより圧縮機の駆動を停止する回路としたものである。図６は本発明、第３の実施の形態での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目がインバータ部２３の直流電流過電流検知入力への入力信号のタイミングで、上から３番目が直流電流過電流異常認識のタイミングで、一番下が高圧保護異常検知のタイミングである。

以上のように構成されたヒートポンプの制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

圧力スイッチ４１がオフ状態になった場合に圧縮機２２その他の冷凍サイクル機構の信頼性確保のため圧縮機２２を停止させるために、圧力スイッチ信号回路４２によりインバータ部２３のDC電流過電流保護を検知する入力へ異常信号を入力する。異常信号を入力することによりマイクロコンピュータ２０ａを介さず圧縮機を停止することができる。その際、DC電流過電流保護を検知する入力へ信号を入力しているため、圧力スイッチ４１がオフしたときには、直流電流過電流異常時と同様の信号を送信してしまう。そのため圧力ＳＷ動作時には最終的に直流電流過電流異常をリモコン表示してしまうため、修理者は圧縮機２２の交換等、本来の故障箇所以外の箇所を修理して部品のロスを招いたり、無駄な修理による時間のロスが発生してしまう。

そのため実施の形態１同様に、図２のように直流電流過電流異常が発生した場合には、制御部２０より出力する駆動信号は停止するが、異常判定は直流電流過電流異常が発生し、かつ、圧力スイッチ４１がオフ状態になっている場合には、高圧保護異常と判断する。また、直流電流過電流異常が発生し圧力スイッチ４１がオン状態の場合には、直流電流過電流異常を表示する。これにより直流電流過電流異常が発生したにもかかわらず、圧縮機の圧力が高圧になり、圧力スイッチ４１が動作した場合には圧力スイッチ４１が動作したことを表わす高圧保護異常を表示することが可能となる。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４の回路図で、図１の回路図から圧力スイッチ動作時にマイクロコンピュータ２０ａへリセット信号を送信する回路としたものであり、図８は本発明、第４の実施の形態での圧力スイッチ動作時の異常判定のタイミングを示すタイミング図であり、１番上が圧力スイッチの動作したタイミングで、上から２番目がマイクロコンピュータ２０ａのリセット入力のタイミングで、上から３番目が圧縮機駆動信号のタイミングである。

以上のように構成されたヒートポンプの制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

圧力スイッチ４１がオフ状態になった場合に圧縮機２２その他の冷凍サイクル機構の信頼性確保のため圧縮機２２を停止させるために、圧力スイッチ信号回路４２によりマイクロコンピュータ２０ａへリセット信号を送信し、マイクロコンピュータ２０ａをリセットさせることで圧縮機への駆動信号を停止し、圧縮機の駆動を停止する。このため、圧力スイッチ４１が動作した場合には、他の異常を表示することなく安全に圧縮機の動作を停止することを可能とし、修理時間を短縮でき、部品交換を最小限にすることができる。

以上のように、本発明にかかる制御装置は圧力センサを用いずに確実に高圧保護異常を認識できるので、冷媒の温度より圧力の推定が非常に困難な冷媒を用いた、空気調和機やヒートポンプ式給湯機の室外機制御に適応できる。

本発明の実施の形態１における給湯器のヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態１における圧力スイッチ動作時のパワーリレーの動作と制御部が認識する直流電流過電流異常と高圧保護異常確定のタイミング図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態３における圧力スイッチ動作時のインバータ部へ供給されている直流電圧と高圧保護異常確定のタイミング図 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態３における圧力スイッチ動作時のパワーリレーの動作と制御部が認識する本格ＰＦＣ異常と高圧保護異常確定のタイミング図 本発明の実施の形態４におけるヒートポンプ制御装置の回路図 本発明の実施の形態４における圧力スイッチ動作時のパワーリレーの動作と制御部が認識する総合電流異常と高圧保護異常確定のタイミング図 従来の形態の異常検知のタイミング図

符号の説明

１１ ＡＣ電源
１２ 第１のスイッチ手段
１３ 第２のスイッチ手段
１６ 第１の電源回路
１９ 第２の電源回路
２０、３３ 制御部
２１ ５Vレギュレータ
２２ 圧縮手段
２４ 電流制限素子
２０ａ マイクロコンピュータ
４１ 圧力スイッチ
４２ 圧力スイッチ信号回路
５１、５２ 直流電流センサ
６１ 本格ＰＦＣモジュール
７１ 総合電流モニタの電流センサ
８１ 第３のスイッチ手段

Claims (4)

1. 冷媒圧縮手段と、冷媒の圧力の状態によりオン・オフを行なう圧力スイッチと、前記冷媒圧縮手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段に電力を供給するＡＣラインと、前記駆動手段を制御する演算制御手段と、前記圧力スイッチの信号を前記演算制御手段に入力すると共に前記演算制御手段を経由しない回路で前記スイッチ手段を遮断できるように接続したスイッチ遮断手段を備え、前記圧力スイッチの動作により前記駆動手段にＤＣピーク異常が発生した場合には、所定の時間以内に前記演算制御手段が前記圧力スイッチの状態を確認し、前記圧力スイッチがオフ状態にあった場合には、前記ＤＣピーク異常を異常と判断せずに、前記冷媒圧縮手段の圧力の高圧異常と判定することを特徴とするヒートポンプ制御装置。
2. 前記圧力スイッチの信号により前記駆動手段に直流電力を供給するＤＣ電源供給ラインをスイッチ手段により遮断し、前記駆動手段の異常保護停止動作によって前記冷媒圧縮手段の運転を停止することを特徴とした請求項１記載のヒートポンプ制御装置。
3. 前記圧力スイッチの信号を前記駆動手段の異常入力へ入力し、圧力スイッチがオフ状態にあった場合には駆動手段へ異常信号を送信し、前記駆動手段の保護手段によって前記冷媒圧縮手段の運転を停止することを特徴とした請求項１記載のヒートポンプ制御装置。
4. 前記圧力スイッチがオフ状態にあった場合には前記演算制御手段の動作をリセットすることで、前記冷媒圧縮手段の運転を停止することを特徴とした請求項１記載のヒートポンプ制御装置。

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