JP6146606B2

JP6146606B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6146606B2
Application number: JP2013064094A
Authority: JP
Inventors: 高野　賢一; 賢一高野
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014190561A

Description

本発明は、圧縮機の吐出圧力が異常に高くなった際に当該圧縮機の保護を行うようにした空気調和機に関する。

図３に一般的なヒートポンプ型の空気調和機の構成を示す。この空気調和機は、圧縮機１、暖房と冷房で冷媒循環方向を切り替える四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁４、室外熱交換器５、および冷媒配管６により、冷凍サイクルが構成されている。図３は四方弁２が暖房運転用に切り替えられている。

この空気調和機では、圧縮機１から吐き出された冷媒が冷媒配管６を循環する際に、例えば、ユーザが室内機のファン回転数を低下させると室内熱交換器３における熱交換量が低下して室内温度と設定温度との差が大きくなり、これにより圧縮機１の回転数が一時的に増大し、その吐出圧力が高くなることがある。また、図示しないが、１台の圧縮機に対して複数の室内機が設置されていて、その内の何台かの運転を停止させたときにも熱交換量が低下して同様に、圧縮機１の回転数が一時的に増大し、その吐出圧力が高くなることがある。そこで、従来では、その圧縮機１の吐出圧力を圧力センサ２１で検出し、その検出圧力が所定値を超えたとき、制御回路１０Ａによって、圧縮機１の回転数を低下させる保護運転に移行させ、その圧縮機１を保護することが行われている（特許文献１）。なお、９は圧縮機１に流れる電流を監視する電流センサである。

しかし、吐出圧力を検出する圧力センサ２１は高価なため、低コストタイプの空気調和機では、図４に示すように、暖房運転では室内熱交換器２の凝縮温度を温度センサ７で検出し、冷房運転では室外熱交換器５の凝縮温度を温度センサ８で検出して、その検出温度を制御回路１０Ｂにおいて圧縮機１の吐出圧力に換算し、吐出圧力が上がりすぎないように圧縮機１の回転数を低下させることが行われている。

図５に暖房運転の例について制御内容を示す。ここでは、温度センサ７で検出された室内熱交換器３の凝縮温度がＴＥ２（＞ＴＥ１）を超えたとき（ゾーンＣに入ったとき）、圧縮機１の回転数を現在よりもＮ１だけ低下させ、この状態でタイマ１１によって予め設定した時間Ｔ１だけ様子を見る。時間Ｔ１が経過したときに、凝縮温度がＴＥ２未満に低下していれば、保護動作を解除する。

しかし、時間Ｔ１の経過時に凝縮温度がＴＥ３（＞ＴＥ２）を超えていたとき（ゾーンＤに入ったとき）は、圧縮機１の回転数をさらにＮ２（≒５×Ｎ１）だけ低下させて、この状態で再度時間Ｔ１だけ様子をみる。時間Ｔ１が経過したときに、凝縮温度がＴＥ３未満に低下していれば、前記したゾーンＣに復帰する。

しかし、時間Ｔ１の経過時に凝縮温度がＴＥ４（＞ＴＥ３）を超えていたとき（ゾーンＥに入ったとき）は、圧縮機の回転を停止させる。これにより、凝縮温度がＴＥ４未満に低下すれば、前記したゾーンＤに復帰する。このときのゾーンＤでの圧縮機１の回転数は、前回の回転数（ゾーンＣからゾーンＤに移行したときにゾーンＣでの回転数からＮ２だけ低下した回転数）となる。

さらに、時間Ｔ１の経過時に凝縮温度がＴＥ３未満に低下してゾーンＣに復帰していれば、さらに時間Ｔ１だけ様子をみる。このときのゾーンＣでの圧縮機１の回転数は、前回の回転数（ゾーンＢからゾーンＣに移行したときにゾーンＢでの回転数からＮ１だけ低下した回転数）となる。その後、温度がＴＥ２未満にまで低下した時点で、保護動作を解除する。

以上のような制御によって、凝縮温度の検出値の高低に応じて圧縮機１の回転数を制御することにより、圧縮機１の吐出圧力が異常に高くなることが防止され、その保護が行われる。

特開２００３−１３９４１８号公報

ところが、上記のように凝縮温度を検出して圧縮機の回転数を保護制御する手法では、その温度が周囲の影響を受けたり、冷媒配管内の温度と温度センサで検出された検出温度とにズレが生じたりして、正確な凝縮温度を検出することができない場合が生じる。また、圧縮機の吐出圧力が急激に上昇したときに温度変化はそれに追従することができず、その吐出圧力が限界値を超えて圧縮機に悪影響を与えてしまうおそれがある。

そこで、信頼性に影響を与えないよう、必要以上に圧縮機の回転数を低下させたり、あるいは停止させたりすることで、過剰にあるいは余裕を持った保護動作を行わせて、信頼性を確保していたが、その反面で快適性が損なわれていた。

本発明の目的は、圧縮機の電流変化を検出して保護を行うようにして、凝縮温度検出によるような圧縮機保護制御の遅れを防止した空気調和機を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の空気調和機は、圧縮機、暖房と冷房で冷媒循環方向を切り替える四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、および冷媒配管を少なくとも含むよう冷凍サイクルが構成される空気調和機において、前記室内熱交換器の凝縮温度を検出する第１の温度センサと、前記室外熱交換器の凝縮温度を検出する第２の温度センサと、前記圧縮機に流れる電流を検出する電流センサと、前記第１又は第２の温度センサで検出された凝縮温度が所定の温度以上になると前記圧縮機の回転数を低下させ、該低下した後の一定回転数での運転時に前記電流センサで検出された前記圧縮機の電流が増大するとき前記圧縮機の回転数をさらに低下させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の空気調和機において、前記凝縮温度が前記所定の温度以上になると計時を開始するタイマを備え、前記制御手段は、該タイマがタイムアップした時点の前記凝縮温度に応じて、前記圧縮機の回転を所定の回転数だけ低下させ、且つ、前記タイマがタイムアップする以前に、前記圧縮機が一定回転数で運転されているときに前記電流センサで検出された前記圧縮機の電流が増大する現象が発生すると、前記圧縮機の回転数を低下させることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機が一定回転数で運転され且つ圧縮機の電流が増大するときに圧縮機の回転数を低下させるようにしたので、圧縮機の吐出圧力の増大を迅速に検出し、それに基づいて適正な圧縮機保護制御を実現することができる。

本発明の実施例の圧縮機保護用の制御回路を備えた空気調和機の構成図である。同実施例の圧縮機保護の制御のタイミングチャートである。従来の圧縮機保護用の制御回路を備えた空気調和機の構成図である。別の従来の圧縮機保護用の制御回路を備えた空気調和機の構成図である。図４の制御回路による制御の説明図である。

図１に本発明の１つの実施例の空気調和機を示す。圧縮機１、暖房と冷房で冷媒循環方向を切り替える四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁４、室外熱交換器５、および冷媒配管６により、冷凍サイクルが構成されている。図１では四方弁２が暖房運転用に切り替えられている。そして、室内熱交換器３に暖房運転時の冷媒の凝縮温度を検出するための温度センサ７が配置され、室外熱交換器４に冷房運転時の冷媒の凝縮温度を検出するための温度センサ８が配置されている。さらに、圧縮機１の電流を検出する電流センサ９が圧縮機１に取り付けられている。１０は制御回路、１１はタイマである。

本実施例では、暖房運転時には、室内熱交換器４の凝縮温度を温度センサ７により検出する。また、本来は電流監視用として装備されている電流センサ９を利用して圧縮機１に流れる電流を監視する。そして、これらの検出信号を制御回路１０に取り込んで、その制御回路１０によって圧縮機１の回転数制御を行い、圧縮機保護を行う。通常、圧縮機１の回転数が変わらず、吐出圧力も変わらなければ、圧縮機１の電流値は変化しない。しかし、圧縮機１の回転数が一定で吐出圧力が上昇したときは、電流値が上昇している。

そこで、本発明では、この特性を利用して、圧縮機１の回転数が一定であるにも拘わらず圧縮機１の電流値が上昇したときは、圧縮機１の吐出圧力が上昇していると推定する。このときの電流値の変化は、周囲温度の影響を受けず、吐出圧力に対する追従性が高い。つまり、電流値の変化は、温度センサ７または８が追従できないような早い圧力変化にも対応している。

図２に暖房運転時の圧縮機の回転制御のタイムチャートを示す。この制御は制御回路１０において全て行われる。時刻ｔ１において、例えば、前記したように、ユーザが室内機のファン回転数を低下させると室内熱交換器３における熱交換量が低下して室内温度と設定温度との差が大きくなり、これにより圧縮機１の回転数が増大し、その電流も増大する。このときは、電流変化量が大きくなる。

そして、時刻ｔ１から若干経過した時刻ｔ２になると、反応が遅い温度センサ７で検出される凝縮温度の上昇の傾きが急激となる。

その後、時刻ｔ３において、凝縮温度が図５で説明した温度ＴＥ２以上になると、図５のゾーンＣに突入する。これにより、制御回路１０から、圧縮機１の回転数をＮ１だけ低下させる保護指示が出力され、同時にタイマ１１が計時動作を開始する。この後、圧縮機１はＮ１だけ低下した一定回転数を保持する。

この後、回転数は変化しないにも拘わらず、電流が増加傾向を示すとき（期間Ｔａ）は、圧縮機１の吐出圧力が増大していると制御回路１０が推定する。そして、この推定に基づいて、時刻ｔ４において再度保護指示が出力され、圧縮機１の回転数がさらにＮ１だけ低下する。

時刻ｔ５になると、タイマ１１が所定（圧縮機の回転数が下がることに伴って、凝縮器の温度が変化するまでの時間、例えば１２０秒）時間Ｔ１の計時を完了する、つまりタイムアップするので、そのときの凝縮温度がゾーンＣ内でＴＥ２以上であれば、吐出圧力が上昇していると判断して、圧縮機１の回転数を再度Ｎ１だけ低下させる。

このように、本実施例では、圧縮機１の一定回転数の運転中における電流増大を監視することにより、圧縮機１の吐出圧力増大を早期に推定し、タイマ１１がタイムアップする以前に、圧縮機１の回転数を現在より低下させるので、保護が完全となる。本実施例による圧縮機１の一定回転数の運転中における電流増大に基づき行う回転数低下制御は、タイマがタイムアップする以前において、２回以上行われることもある。このとき低下させる回転数は、Ｎ１に限られるものではない。

図２では、図５で説明した動作に対応する部分を、波線で示した。従来例ではタイマ１がタイムアップするまでに圧縮機１の回転数をＮ１ほど低下させるのは、１回だけであるので、十分な吐出圧力の低下を実現できない場合があった。これに対し、本実施例によれば、圧縮機１の回転数が変化せず且つ圧縮機１の電流が増大していれば、タイマ１１がタイムアップしなくても、圧縮機１の回転数を再度低下させるので、圧縮機１の吐出圧力が異常に上昇することを効果的に回避できる。

なお、以上は図５におけるゾーンＣの温度範囲における制御について説明したが、他のゾーンにおいても、圧縮機１の回転数が変化せず且つ圧縮機１の電流が増大しているときに、迅速に圧縮機１の吐出圧力の増大を推定して、圧縮機１の回転数を低下させることにより、その圧縮機１の保護を実現することができる。

また、以上は暖房運転の場合についてであるが、冷房運転のときは、室外機熱交換器５の凝縮温度を温度センサ８で検出することで、同様に実施することができる。

１：圧縮機、２：四方弁、３：室内機熱交換器、４：減圧器、５：室外機熱交換器、６：冷媒配管、７，８：温度センサ、９：電流センサ、１０，１０Ａ，１０Ｂ：制御回路、１１：タイマ、２１：圧力センサ

Claims

圧縮機、暖房と冷房で冷媒循環方向を切り替える四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、および冷媒配管を少なくとも含むよう冷凍サイクルが構成される空気調和機において、
前記室内熱交換器の凝縮温度を検出する第１の温度センサと、
前記室外熱交換器の凝縮温度を検出する第２の温度センサと、
前記圧縮機に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第１又は第２の温度センサで検出された凝縮温度が所定の温度以上になると前記圧縮機の回転数を低下させ、該低下した後の一定回転数での運転時に前記電流センサで検出された前記圧縮機の電流が増大するとき前記圧縮機の回転数をさらに低下させる制御手段と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機において、
前記凝縮温度が前記所定の温度以上になると計時を開始するタイマを備え、
前記制御手段は、該タイマがタイムアップした時点の前記凝縮温度に応じて、前記圧縮機の回転を所定の回転数だけ低下させ、
且つ、前記タイマがタイムアップする以前に、前記圧縮機が一定回転数で運転されているときに前記電流センサで検出された前記圧縮機の電流が増大する現象が発生すると、前記圧縮機の回転数を低下させることを特徴とする空気調和機。