JP2015045487A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクル内に空気が混入し圧縮機内が高温高圧となった状態を判断して圧縮機の運転を停止すると共に、正常な状態では誤検知なく運転を続けることができる空気調和機を得ることを目的とする。【解決手段】圧縮機２と、室内熱交換器６と、冷媒減圧装置５と、室外熱交換器４と、室内空気温度を検出する室内温度センサ１１と、室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサ１０と、前記圧縮機２の入力電流値（Ｉ）を検出する圧縮機入力電流検出手段１６と、制御手段と、を備えた空気調和機１であって、前記制御手段は、前記室内空気温度と前記室内熱交換器６の温度との温度差が第１規定温度差（Ｔａ）以下であり、かつ、前記入力電流値（Ｉ）が第１規定電流値（Ｉ０）以上である時に、前記圧縮機２の運転を停止するものである。【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機の破損防止制御を有する空気調和機に関するものである。

空気調和機の冷凍サイクルにおいて、循環する冷媒回路の一部が閉塞している場合や、開閉弁を閉めて冷房運転を行い室外機に冷媒回収する場合の様に冷凍サイクルの冷媒回路の一部が閉止しているとき、冷媒回路の配管折損部や室内機と室外機とを接続する接続配管が取り外され空気が混入する状態の開閉弁などから冷媒回路内に大量の空気が混入し、圧縮機内で空気圧縮が起こり、圧縮機内が高温高圧になることで圧縮機が破損する可能性がある。
このような圧縮機の破損を回避するために、室内熱交換器の最高温度と最低温度との差を検出し、温度差が所定温度差以下となったときに圧縮機の運転を停止する空気調和機の圧縮機保護制御が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８−１３８８９３号公報

従来の空気調和機は、熱交換器の温度を監視することで、対象とする熱交換器に冷媒が流れていないことを判断することは可能である。しかし、冷凍サイクルの一部が閉塞して運転中に冷媒回路の配管折損部や室内機と室外機とを接続する接続配管が取り外され空気が混入する状態の開閉弁などから冷媒回路内に大量の空気が混入することで熱交換器の温度差がつかない状態、かつ、圧縮機内に大量に空気が混入し圧縮機内が高温高圧になり圧縮機が破損する可能性がある状態なのか、または単に冷凍サイクル内の冷媒量の不足や冷媒回収運転から熱交換器の温度差がつかない状態となっているのかを判別することができない。

また、空調負荷が低い場合または室内温度が安定しているときには、圧縮機の回転数が最小で運転され、室内熱交換器の最高温度と最低温度に差が出ないこともあり、製品に問題がなくても圧縮機の運転が停止して異常であると誤判定してしまう可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機内の異常状態を判断して圧縮機の運転を停止すると共に、正常な状態では誤検知なく運転を続けることができる空気調和機を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機と、室内熱交換器と、冷媒減圧装置と、室外熱交換器と、室内空気温度を検出する室内温度センサと、前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサと、前記圧縮機の入力電流値を検出する圧縮機入力電流検出手段と、制御手段と、を備えた空気調和機であって、前記制御手段は、前記室内空気温度と前記室内熱交換器の温度との温度差が第１規定温度差以下であり、かつ、前記入力電流値が第１規定電流値以上である時に、前記圧縮機の運転を停止するものである。

本発明に係る空気調和機によれば、制御手段が、室内空気温度と室内熱交換器の温度との温度差が第１規定温度差以下であり、かつ、入力電流値が第１規定電流値以上である時に、圧縮機の運転を停止するので、冷凍サイクル内に空気が混入して圧縮機内が高温高圧となった状態を異常状態と判断し、圧縮機の破損を防止するために運転の停止をすると共に、正常な状態では誤検知なく運転を続けることができる。

本実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクル図である。 本実施の形態１に係る空気調和機の制御系を表すブロック図である。 本実施の形態１に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。 本実施の形態２に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。 本実施の形態３に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。 本実施の形態４に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。 本実施の形態５に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。 本実施の形態６に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。 本実施の形態７に係る空気調和機の制御を表すフローチャート図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１の冷凍サイクル図である。
図２は、本実施の形態１に係る空気調和機１の制御系を表すブロック図である。
図３は、本実施の形態１に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。

空気調和機１は、図１に示すように、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、冷媒減圧装置５、室内熱交換器６を備え、これらを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成している。また、室外熱交換器４には室外送風機７を、室内熱交換器６には室内送風機８をそれぞれ設置している。
また、室外機１ａには、外気温度を検出する外気温度センサ１２と、室外熱交換器４の温度を検出する室外熱交換器温度センサ１３と、圧縮機２の入力電流値Ｉを検出する圧縮機入力電流検出手段１６と、が設置されている。
室内機１ｂには、室内熱交換器６の温度を検出する室内熱交換器温度センサ１０と、室内温度を検出する室内温度センサ１１と、が設置され、これらの温度情報を室外制御部９に送る室内制御部１４が設けられている。

次に、図２にて図１に示した空気調和機１の制御系の構成を説明する。
図２に示すように、空気調和機１は、室内制御部１４と室外制御部９とを有し、室内制御部１４と室外制御部９とは接続線１７にて接続されている。電源は、例えば室内制御部１４に交流電源として供給され、室内制御部１４を介して室外制御部９に供給されている。
また、室内制御部１４と室外制御部９とは接続線１７にて互いにデータ及び制御信号のやり取りを行う。

室内制御部１４には、室内温度センサ１１からの室内空気温度を表す信号、及び、室内熱交換器温度センサ１０からの室内熱交換器６の温度を表す信号が入力する。
そして、室内制御部１４は、室外制御部９にこれらの制御情報を出力すると共に、室内送風機８を制御し、表示部１５に運転状況や設定状況の表示を行う。

室外制御部９には、外気温度センサ１２からの室外空気温度を表す信号、及び、室外熱交換器温度センサ１３からの室外熱交換器４の温度を表す信号が入力する。また、圧縮機入力電流検出手段１６からの圧縮機２の入力電流値Ｉが入力している。
そして、室外制御部９は、自身が収集した制御信号と室内制御部１４からの制御信号とに従って圧縮機２、四方弁３、冷媒減圧装置５、室外送風機７を制御する。
なお、室外制御部９と室内制御部１４とは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ、不揮発性メモリ等で構成される様々な演算を行う制御基板を備えている。

次に、図３にて実施の形態１に係る空気調和機１の冷凍サイクル内に空気が混入した場合に、圧縮機２内の高温高圧な状態を判断して圧縮機２の停止を行うまでの制御を説明する。
はじめに、ステップＳ１−１にて運転開始から所定時間ｔ０を計時する。例えばｔ０は５分とする。

所定時間ｔ０が経過するとステップＳ１−２に移る。ステップＳ１−２では、室内温度センサ１１からの室内空気温度と室内熱交換器温度センサ１０からの室内熱交換器６の温度との温度差を室内制御部１４が演算し、その温度差ΔＴｉと規定温度差Ｔａ（例えば３度）を比較してΔＴｉ≦Ｔａの関係が成立した場合に、室内機１ｂの室内熱交換器６に何らかの原因により冷媒が正常に流れていないと判断する。
ステップＳ１−２においてΔＴｉ≦Ｔａの関係が成立した場合でも、例えば開閉弁を閉止した冷房運転による冷媒回収運転をしている場合もあるため、この時点では圧縮機２の停止は行わない。

次に、ステップＳ１−３にて室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差ΔＴｉがΔＴｉ≦Ｔａの状態で圧縮機２の入力電流値Ｉを測定する。そして入力電流値Ｉが規定電流値Ｉ０以上（Ｉ≧Ｉ０）となった際にステップＳ１−４にて圧縮機２を停止する。

圧縮機２の入力電流値Ｉを監視する理由は、例えば冷凍サイクル内の冷媒不足や冷媒回収運転の場合、圧縮機２が回転しても駆動負荷が小さく、入力電流値Ｉは通常運転時よりも低い。これに対して、通常運転時に冷凍サイクル内の冷媒流路の一部が閉塞している場合などに冷媒回路内に空気が混入すると、圧縮機２内で空気が圧縮され高温高圧となり駆動負荷が増加することで入力電流値Ｉが上昇する。よって、冷媒回路の閉塞による回路内への空気の混入を検出することが可能となり、確実な圧縮機２の保護制御が可能となるためである。

なお、空気調和機１の運転が一度停止され、再び運転が開始された場合は図３のフローチャートの先頭から再スタートする。また、図３のフローチャートでは、ステップＳ１−１からステップＳ１−３までが順番に判断されるようになっているが、この順序は問わず、ステップＳ１−１、Ｓ１−２、Ｓ１−３の条件がすべて同時に成立した際に冷凍サイクルの異常と判断して圧縮機２を停止する制御フローとしてもよい。

実施の形態２．
図４は、本実施の形態２に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。
本実施の形態２では、空気調和機１の圧縮機２が容量可変型である場合、すなわち回転数制御が可能である例を示す。
容量可変の圧縮機２の場合、回転数が上昇することによって圧縮機２の入力電流値Ｉが上昇するため、規定電流値Ｉ０の設定次第では圧縮機２内の高温高圧状態を的確に判断することができずに、冷媒回路内に空気が混入していない場合にも空気が混入していると誤判断してしまう可能性がある。

そこで実施の形態２では図４のフローチャートのように、運転開始からステップＳ２−１とステップＳ２−２までは実施の形態１と同様にフローが進むが、ステップＳ２−２において、ΔＴｉ≦Ｔａの関係が成立した場合にステップＳ２−３で圧縮機２の回転数を一旦固定する。
ここで、圧縮機２の固定回転数は、その時点で運転していた回転数で固定しても、別の所定回転数で固定してもよい。

ステップＳ２−３にて圧縮機２の回転数を固定した際に、その時点の入力電流値Ｉを固定時入力電流値Ｉａ０として室外制御部９内のメモリに記憶する。
その後、回転数を固定した状態で運転を継続し、ステップＳ２−４にて入力電流値Ｉが規定電流値Ｉ０以上（Ｉ≧Ｉ０）となり、さらに、ステップＳ２−５にて入力電流値Ｉからメモリに記憶した圧縮機固定時の固定時入力電流値Ｉａ０を減算した値が、電流値の差の規定電流値Ｉａ以上（［Ｉ−Ｉａ０］≧Ｉａ）となった場合にステップＳ２−６にて圧縮機２の運転を停止する。

このように容量可変の圧縮機２を採用した場合に、回転数を一旦固定してから圧縮機固定時の固定時入力電流値Ｉａ０を記憶し、入力電流値Ｉから圧縮機固定時の固定時入力電流値Ｉａ０を減算してその差から入力電流値Ｉの上昇分を判断するため、不適切な規定電流値Ｉ０の設定で圧縮機２の状態について誤判断の少ない保護制御を行うことができる。

なお、ステップＳ２−１及びＳ２−２が成立し圧縮機２の回転数を固定した後、ステップＳ２−２で温度差ΔＴｉ≦Ｔａの条件が成立しなくなった場合、室内熱交換器６に冷媒が流れており圧縮機２内が高温高圧な状態ではないと判断し、圧縮機２の回転数の固定を解除し、ステップＳ２−２へ戻る制御としてもよい。

実施の形態３．
図５は、本実施の形態３に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。
本実施の形態３は、実施の形態２に係る圧縮機２が可変容量型であって、空気調和機１の冷媒減圧装置５が電子膨張弁等であり、絞りの開度を可変に制御する例を示す。

実施の形態３では、図５のフローチャートのように、運転開始からステップＳ３−１とステップＳ３−２までは実施の形態１、２と同様にフローが進むが、ステップＳ３−２において、ΔＴｉ≦Ｔａの関係が成立した場合にステップＳ３−３で圧縮機２の回転数を固定するとともに冷媒減圧装置５の開度をそれまでの開度より大きくする。
ここで、開度の増加量は一定開度の増加であっても、最大開度に設定してもよい。
ステップＳ３−２において、ΔＴｉ≦Ｔａの関係が成立した場合に冷媒減圧装置５の開度が最大開度であった場合は最大開度を維持する。

次にステップＳ３−３にて圧縮機２の回転数を固定した際に、その時点の入力電流値Ｉを固定時入力電流値Ｉａ０として室外制御部９内のメモリに記憶する。
その後、回転数を固定した状態で運転を継続し、ステップＳ３−４にて入力電流値Ｉが規定電流値Ｉ０以上（Ｉ≧Ｉ０）となり、さらに、ステップＳ３−５にて入力電流値Ｉからメモリに記憶した圧縮機固定時の固定時入力電流値Ｉａ０を減算した値が、電流値の差の規定電流値Ｉａ以上（［Ｉ−Ｉａ０］≧Ｉａ）となった場合にステップＳ３−６にて圧縮機２の運転を停止する。

このように圧縮機２の回転数を固定するとともに冷媒減圧装置５の開度をそれまでの開度より大きくする制御を行うことで、冷凍サイクル内の冷媒不足や冷媒回収運転の場合など冷媒回路内に閉塞ではない場合に、圧縮機２への駆動負荷を減らし入力電流値Ｉを下げることができるため誤判断が少ない圧縮機２の保護制御を行うことができる。
なお、上記実施の形態３では、容量可変の圧縮機２を採用した例を示したが、実施の形態１に示した容量固定型の空気調和機１でも開度可変の冷媒減圧装置５の制御を採用することができる。

また、ステップＳ３−１及びＳ３−２が成立し圧縮機２の回転数を固定した後、ステップＳ３−２で温度差ΔＴｉ≦Ｔａの条件が成立しなくなった場合、室内熱交換器６に冷媒が流れており圧縮機２内が高温高圧な状態ではないと判断し、圧縮機２の回転数の固定を解除し、ステップＳ３−２へ戻る制御としてもよい。

実施の形態４．
図６は、本実施の形態４に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。
本実施の形態４は、実施の形態２に係る圧縮機２が可変容量型であって、冷凍サイクル内の冷媒不足や冷媒回収運転の場合など冷媒回路内に閉塞ではない場合に通常運転へ戻る場合の制御を示す。

実施の形態４では図６のフローチャートのように、運転開始からステップＳ４−３までは実施の形態２と同様にフローが進むが、ステップＳ４−４において、圧縮機２の回転数を固定後、規定時間ｔ１経過しても入力電流値Ｉが上昇せず入力電流値Ｉ＜Ｉ０、かつ、Ｉ−Ｉａ０＜ＩａでステップＳ４−５及びＳ４−６が成立しない場合、冷媒回路内に空気が混入していないと判断し、圧縮機２の回転数の固定を解除し、通常の運転へ戻る。
なお、ステップＳ４−５からステップＳ４−７に進んで圧縮機２を停止するまでのフローは実施の形態２と同様である。

このようにステップＳ４−３の圧縮機回転数の固定運転を時限付きで行い、冷凍サイクルの異常を判断するので、異常の無い場合には速やかに通常運転に復旧し、空気調和機１による快適性を損なわずに圧縮機２の保護制御を行うことができる。

実施の形態５．
図７は、本実施の形態５に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。
本実施の形態５は、実施の形態２に係る圧縮機２が可変容量型であって、室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差ΔＴｉについて、その検知精度を向上させるためのものである。

実施の形態５では図７のフローチャートのように、実施の形態２と同様にフローが進むが、ステップＳ５−２において、室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差ΔＴｉと規定温度差Ｔａを比較してΔＴｉ≦Ｔａの関係が成立した状態が規定時間ｔ２の間維持された場合に圧縮機２の回転数を固定する。
これは、空気調和機１の制御上の過渡期や、外乱等によって短い時間の間、室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差ΔＴｉが小さくなる場合があるが、このような誤検知を考慮し、規定時間ｔ２の間連続して温度差ΔＴｉが小さい状態が維持されることを確認し、圧縮機２の回転数を固定することで正確な温度差ΔＴｉに基づいて圧縮機２の保護制御を行うことができる。

実施の形態６．
図８は、本実施の形態６に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。
本実施の形態６は、実施の形態２に係る圧縮機２が可変容量型であって、室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差ΔＴｉによる状態検出に加え、室外熱交換器４の温度も検出して、検知精度を向上させるためのものである。

実施の形態６では図８のフローチャートのように、実施の形態２と同様にフローが進むが、ステップＳ６−３において、外気温度と室外熱交換器４との温度差ΔＴｏを算出し、ΔＴｏが規定温度差Ｔｂ以下の場合（ΔＴｏ≦Ｔｂ）に、圧縮機２の回転数を固定する。
これは、室内熱交換器６への冷媒循環を検出するステップＳ６−２に加えて室外熱交換器４への冷媒循環も検出対象とすることで、冷凍サイクルの閉塞の状態を判断し、誤判断が少ない圧縮機２の保護制御を行うことができる。

実施の形態７．
図９は、本実施の形態７に係る空気調和機１の制御を表すフローチャート図である。
本実施の形態７は、実施の形態２に係る圧縮機２が可変容量型であって、室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差ΔＴｉについて、その検知精度を向上させるためのものである。

実施の形態７に係る室内機１ｂは、室内熱交換器６の温度を測定している室内熱交換器温度センサ１０を複数個有している。ここで、例えば室内熱交換器温度センサ１０が２個の場合、室内空気温度と室内熱交換器６の温度との温度差は２箇所で測定され、ΔＴｉ１とΔＴｉ２で表される。また、室内熱交換器６の２つの室内熱交換器温度センサ１０同士の温度差をΔＴｉ３として表す。

そして、図９のフローチャートのように、実施の形態２と同様に制御フローが進むが、運転開始から所定時間ｔ０経過後に、ステップＳ７−２において、室内空気温度と室内熱交換器６との温度差ΔＴｉ１とΔＴｉ２が全て規定温度差Ｔａ以下（ΔＴｉ１≦Ｔａ、ΔＴｉ２≦Ｔａ）となり、かつ、複数の室内熱交換器温度センサ１０同士の温度差ΔＴｉ３が規定温度差Ｔｅ以下（ΔＴｉ３≦Ｔｅ）となるか判断し、条件を満たす場合は圧縮機２の回転数を固定する。

これは、空気調和機１の制御上の過渡期や、外乱等によって室内熱交換器６の温度分布が均一ではない場合にも室内熱交換器６の複数点の温度を測定することで、検出値の精度を向上させることができるためである。また、複数の室内熱交換器温度センサ１０の検出結果が互いにかけ離れていないことも確認することでセンサ異常を防止するものである。
このような判断手順をふむことで冷凍サイクルの閉塞の状態の判断精度を向上させ、誤判断が少ない圧縮機２の保護制御を行うことができる。

なお、上記実施の形態１〜７は、それぞれ単独の制御フローとして適用することも可能であるが、それらの制御フローを組み合わせることで、さらに誤判断が少ない圧縮機２の保護制御を行うことも可能である。

１ 空気調和機、１ａ 室外機、１ｂ 室内機、２ 圧縮機、３ 四方弁、４ 室外熱交換器、５ 冷媒減圧装置、６ 室内熱交換器、７ 室外送風機、８ 室内送風機、９ 室外制御部、１０ 室内熱交換器温度センサ、１１ 室内温度センサ、１２ 外気温度センサ、１３ 室外熱交換器温度センサ、１４ 室内制御部、１５ 表示部、１６ 圧縮機入力電流検出手段、１７ 接続線。

Claims (7)

1. 圧縮機と、室内熱交換器と、冷媒減圧装置と、室外熱交換器と、室内空気温度を検出する室内温度センサと、前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサと、前記圧縮機の入力電流値（Ｉ）を検出する圧縮機入力電流検出手段と、制御手段と、を備えた空気調和機であって、
   前記制御手段は、前記室内空気温度と前記室内熱交換器の温度との温度差（ΔＴｉ）が第１規定温度差（Ｔａ）以下であり、かつ、前記入力電流値（Ｉ）が第１規定電流値（Ｉ０）以上である時に、前記圧縮機の運転を停止することを特徴とする空気調和機。
2. 圧縮機と、室内熱交換器と、冷媒減圧装置と、室外熱交換器と、室内空気温度を検出する室内温度センサと、前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサと、前記圧縮機の入力電流値（Ｉ）を検出する圧縮機入力電流検出手段と、制御手段と、を備えた空気調和機であって、
   前記圧縮機は、運転回転数を変更可能な容量可変型であり、
   前記制御手段は、前記室内空気温度と前記室内熱交換器の温度との温度差（ΔＴｉ）が第１規定温度差（Ｔａ）以下となった際に前記圧縮機の回転数を固定するとともに、前記圧縮機の回転数を固定した時点の前記入力電流値（Ｉ）を固定時入力電流値（Ｉａ０）として記憶し、
   前記圧縮機の回転数の固定後、前記入力電流値（Ｉ）が第１規定電流値（Ｉ０）以上であり、かつ、前記入力電流値（Ｉ）から前記固定時入力電流値（Ｉａ０）を減算した値が第２規定電流値（Ｉａ）以上であるときに前記圧縮機の運転を停止することを特徴とする空気調和機。
3. 前記冷媒減圧装置は開度が可変の機構を備えており、
   前記制御手段は、前記圧縮機の回転数を固定した際に前記冷媒減圧装置の開度を増加させることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記制御手段は、前記圧縮機の回転数の固定後、第１規定時間（ｔ１）が経過しても前記入力電流値（Ｉ）が前記第１規定電流値（Ｉ０）未満であり、かつ、前記入力電流値（Ｉ）から前記固定時入力電流値（Ｉａ０）を減算した値が第２規定電流値（Ｉａ）未満であるときには前記圧縮機の回転数の固定を解除することを特徴とする請求項２または３に記載の空気調和機。
5. 前記制御手段は、前記室内空気温度と前記室内熱交換器の温度との温度差（ΔＴｉ）が第２規定時間（ｔ２）以上の間、前記第１規定温度差（Ｔａ）以下に維持されたときに圧縮機の回転数を固定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の空気調和機。
6. 外気温度を検出する外気温度センサと、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度センサとをさらに備え、
   前記制御手段は、前記室内空気温度と前記室内熱交換器の温度との温度差（ΔＴｉ）が前記第１規定温度差（Ｔａ）以下となり、かつ、前記外気温度と前記室外熱交換器の温度との温度差（ΔＴｏ）が第２規定温度差（Ｔｂ）以下となった際に前記圧縮機の回転数を固定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の空気調和機。
7. 前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度センサを複数備え、
   前記制御手段は、前記室内空気温度と前記複数の室内熱交換器温度センサの検出温度との温度差（ΔＴｉ）の全てが前記第１規定温度差（Ｔａ）以下となり、かつ、前記複数の室内熱交換器温度センサの検出温度の温度差が互いに第３規定温度差（Ｔｅ）以下となったときに前記圧縮機の回転数を固定することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の空気調和機。

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