JP6157374B2

JP6157374B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP6157374B2
Application number: JP2014020708A
Authority: JP
Inventors: 寧牧野; 圭一朗志津
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: JP2015148372A; CN204513701U

Description

本発明は、室外機および室内機を備えて構成された空気調和装置に関する。

従来、交流電源の給電を受けて室外機と室内機とを運転する空気調和装置においては、室外機側に交流電源が給電されるものがあり、その中には単一の室外機に複数の室内機を接続するものがある。また、室外機、室内機ともに運転を行わない運転待機期間において、室外機への給電を制限するものが提案されている。

待機時において室外機への給電を停止する空気調和装置の一例として、特許文献１に記載された空気調和機が存在する。特許文献１に記載された空気調和機は、室内機の運転を開始すると、交流電源が室外機電源回路に給電する経路に接点があるリレーのコイルに、室内機から電力を供給してコイルに通電し接点を接続させて室外機電源回路への給電を行う。これによって室外機制御部および圧縮機駆動部へ電源を供給し、室外機の運転を開始する。

また、特許文献２に記載された空気調和機において、室外機は、圧縮機への電力供給経路上に設置されたスイッチと、スイッチを制御する室外機制御部と、室外機制御部に供給する電力を生成する室外電力供給部と、を備え、運転待機時には圧縮機および室外電力供給部への給電を停止し、通常運転に復帰する際は、まず、室外電力供給部への給電を開始し、次に、室外電力供給部が室外機制御部へ供給する電力の生成を開始し、さらに、室外機制御部が上記スイッチを制御して圧縮機への電力供給を開始させる。この空気調和機は、室内機を介して室外電力供給部へ電力を供給する第１経路と室外機を介さずに室外電力供給部へ電力を供給する第２経路とを有し、通常運転へ復帰する際には第１経路を介して室外電力供給部へ電力を供給し、その後、第２経路を介した電力供給に切り替える。

特許第４８３３１６８号公報特開２０１３−１５２０５４号公報

室外機１台に対して複数の室内機が接続されるマルチ接続の空気調和装置に対して上記特許文献１に記載された技術を適用する場合、室外機へ給電するリレー等のスイッチを接続する室内機と１対１となるように用意する必要があるため、部品点数が増加し、回路規模や製造コストが増大する問題点があった。

上記特許文献２に記載された空気調和機は、室外電力供給部への電力供給経路をリレーにより切り替える構成となっている。また、室内機を介して室外電力供給部へ交流電源を給電するため、リレーの一端にはダイオードが接続され、接続したダイオードの作用により交流電源が整流されて直流電圧となり、室外電力供給部に印加される。ここで、交流電源が負のとき、例えば、交流電源が２６４ＶＡＣのときは、交流電圧のピーク電圧は−３７３Ｖになるため、リレー接点切り替え時、室外電力供給部に充電された電圧が＋３７３Ｖになり、リレーの両端には７４０Ｖ以上の電圧がかかることになる。その結果、リレーの接点に高電圧が印加されてリレー開閉動作を行うことになり、リレーの部品寿命が劣化し、室外機が起動出来ない等の故障につながる、という問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模や製造コストが増大するのを回避しつつ省電力化が可能な空気調和装置を得ることを目的とする。また、装置の長寿命化を実現可能な空気調和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、室外機および室内機を備えた空気調和装置であって、前記室外機は、交流電源から供給される交流電圧を変換し、圧縮機を駆動する圧縮機駆動部へ供給する直流電圧を生成する第１の交流直流変換部と、前記第１の交流直流変換部への電力供給路を開閉する電力供給路開閉部と、前記交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第２の交流直流変換部と、前記室内機との通信で使用する通信線を介して前記室内機から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第３の交流直流変換部と、前記第２の交流直流変換部または前記第３の交流直流変換部から出力された直流電圧を選択する経路選択部と、前記電力供給路開閉部および前記経路選択部を制御する制御部と、前記経路選択部を介して供給された直流電圧に基づいて、前記制御部への供給電力を生成する制御電源生成部と、前記第３の交流直流変換部から前記制御電源生成部への電力供給路に配置された逆電圧防止ダイオードと、を備え、圧縮機を駆動させる必要がない場合、前記電力供給路開閉部は、前記第１の交流直流変換部への電力供給路を開放し、前記経路選択部は、前記制御電源生成部へ前記第３の交流直流変換部から出力される直流電圧が供給される経路を選択する、ことを特徴とする。

本発明によれば、室外機の待機電力と無効電力の削減が可能となり、省電力化を実現できるという効果を奏する。また、必要以上に回路規模が増大するのを防止できるとともに、部品コストや製造コストが増加するのを防止できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の空気調和装置の構成例を示す図である。図２は、実施の形態２の空気調和装置の構成例を示す図である。図３は、実施の形態３の空気調和装置の構成例を示す図である。図４は、室内機、通信電源生成部、通信回路の内部構成例を示す図である。図５は、室外機における通信可否判定動作の一例を示す図である。図６は、実施の形態３の第１の室外機制御部の動作例を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる空気調和装置の実施の形態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、本発明にかかる空気調和装置の実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和装置は、室外機２と、室内機３Ａおよび３Ｂとを備え、室外機２には、端子ＬおよびＮを介して交流電源１が接続されている。室内機３Ａは端子Ｓ１Ａ、Ｓ２ＡおよびＳ３Ａを介して室外機２に接続され、室内機３Ｂは端子Ｓ１Ｂ、Ｓ２ＢおよびＳ３Ｂを介して室外機２に接続されている。また、端子Ｌと端子Ｓ１Ａおよび端子Ｓ１Ｂとが接続され、端子Ｎと端子Ｓ２Ａおよび端子Ｓ２Ｂとが接続されており、室内機３Ａおよび３Ｂは、室外機２を経由して交流電源１から電力供給を受けている。

室外機２は、第１のノイズ低減部１１および第２のノイズ低減部１２の２つのノイズ低減部と、第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の２つの交流電源リレーと、第１の突入電流抑制抵抗２１Ｂと、昇圧動作可能なチョッパ回路を備えた第１の交流直流変換部２３（例えばインターリーブ等のコンバータ）と、第１の直流電圧平滑部２４と、第１の直流電圧平滑部２４の電力により圧縮機（図示せず）を駆動する圧縮機駆動部２５と、第２の交流直流変換部３１と、第２の直流電圧平滑部３２と、第２の直流電圧平滑部３２の直流電圧により電力を生成する制御電源生成部３３と、後述する第２の室外機制御部５２に対する電力供給の開始と停止を制御する電源制御リレー３４と、第１の直流電圧平滑部２４と第２の直流電圧平滑部３２を接続するダイオード整流部４１と、制御電源生成部３３から電力供給を受けて室外機２の運転制御を行う第１の室外機制御部５１および第２の室外機制御部５２の２つの制御部と、空気調和装置を運転するために室内機３Ａおよび３Ｂとの間で通信を行う回路に対して供給する電力を生成する通信電源生成部６１と、室外機２と室内機３Ａおよび３Ｂとの間で通信を行う通信回路６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａおよび６３Ｂと、ダイオード６２Ｃおよび６３Ｃと、を備える。

なお、第１のノイズ低減部１１は誘導性リアクタンスを有し、例えばインダクタンス成分を持つソレノイド状のコイルで構成される。第２のノイズ低減部１２は容量性リアクタンスを有し、例えばキャパシタンス成分を持つコンデンサで構成される。第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の２つの交流電源リレーは、第２の室外機制御部５２によってその接点が制御される。第２の室外機制御部５２への給電がなく第２の室外機制御部５２が動作しない間は、第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の接点はともに開放状態になるものとする。また、第２の交流直流変換部３１はダイオードブリッジの整流回路で構成されているものとする。また、ダイオード整流部４１は、第１の直流電圧平滑部２４の直流電圧が第２の直流電圧平滑部３２の直流電圧よりも低い場合に、第２の直流電圧平滑部３２から第１の直流電圧平滑部２４への給電を阻止する構成とする。通信回路６２Ａおよび６３Ａは通信信号の送信回路、通信回路６２Ｂおよび６３Ｂは通信信号の受信回路であり、これらの通信回路は通信電源生成部６１で生成された直流電力の供給を受けて動作する。

室外機２は、さらに、室外機２が電源遮断の状態、すなわち、第１の交流直流変換部２３および第２の交流直流変換部３１に対する交流電源１からの電力供給が遮断されている状態において、室内機３Ａ，３Ｂと室外機２の運転情報等を送受信する通信線１００（通信線１００Ａ，１００Ｂ）経由で室内機３Ａ，３Ｂ側から給電された交流電源を整流するダイオード整流部１３Ｃ（第３の交流直流変換部に相当）と、室内機３Ａ，３Ｂ側からダイオード整流部１３Ｃに流れる突入電流を抑制する第２の突入電流抑制抵抗１３Ａと、第２の突入電流抑制抵抗１３Ａと第２の直流電圧平滑部３２の接続経路を開閉する第１の室外給電切替リレー１３Ｂと、第１の室外給電切替リレー１３Ｂと第２の直流電圧平滑部３２の間に配置され、第１の室外給電切替リレー１３Ｂ側に電流が流れるのを防止する逆電圧防止ダイオード１３Ｅと、交流電源１から第２の交流直流変換部３１への電力供給路を開閉する第２の室外給電切替リレー１３Ｄと、を備える。

なお、第１の室外給電切替リレー１３Ｂおよび第２の室外給電切替リレー１３Ｄの２つのリレーは、第１の室外機制御部５１によってその接点が制御される。第１の室外給電切替リレー１３Ｂは交流電源リレーであり、第２の室外給電切替リレー１３Ｄは直流電源リレーである。運転待機期間など、圧縮機を駆動させる必要が無い状態においては、第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点は閉じた状態、第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点は開放状態になるものとする。

図１では、室外機２に対して室内機が２台接続された場合の構成例を示したが、室内機の接続台数は３台以上であっても構わない。室内機の接続台数が３台以上の場合はその台数と同数の回路（通信回路）を備え、各通信回路と室内機の間の通信線それぞれから交流電源を供給可能なように、ダイオード整流部１３Ｃなどを構成する。

次に、本実施の形態の空気調和装置の動作について説明する。

本実施の形態の空気調和装置は、室内機３Ａおよび３Ｂの双方が運転を行わず、圧縮機駆動部２５が圧縮機を駆動させる必要がない状態においては、室外機２の各部に対する電力供給を遮断して待機電力を削減する。なお、圧縮機駆動部２５への給電を必要としないのは、室内機３Ａおよび３Ｂが運転しない場合に限らず、運転中であっても室内機３Ａおよび３Ｂの運転モードや周辺環境によって圧縮機の運転を必要としない場合があり得る。本実施の形態の空気調和装置は、そのような場合であっても、運転待機期間の電力消費量を低減可能であるのは言うまでもない。

交流電源１から室外機２への電力供給を開始して室外機２を起動させる場合には、室外機２が備えている各スイッチ（リレー）の接点を制御する制御部（第１の室外機制御部５１および第２の室外機制御部５２）に対して、室内機３Ａまたは３Ｂ側より電力を供給し、動作を開始した制御部は、交流電源１から室外機２の各部に電力が直接供給され、かつ室内機３Ａおよび３Ｂ側からの電力供給を遮断する（室内機側からの電力供給路を開放する）よう、各リレーの接点を制御する。なお、第１の交流電源リレー２１と第２の交流電源リレー２２が電力供給路開閉部を形成し、第１の室外給電切替リレー１３Ｂと第２の室外給電切替リレー１３Ｄが経路選択部を形成する。

室外機２を起動させる動作では、まず、室内機３Ａ，３Ｂ内に設けられている室外機２への給電切替手段（例えば、リレー、図１では記載を省略している）により、室内機３Ａ，３Ｂ内の接続を切り替え、交流電源１から供給されている交流電力を通信線１００（１００Ａ，１００Ｂ）に給電する。なお、室内機３Ａおよび３Ｂのいずれか一方の給電切替手段により接続を切り替え、室内機３Ａまたは３Ｂ（接続を切り替えた側）が通信線１００に交流電力を給電する。通信線１００に給電された交流電力は、室外機２のダイオード整流部１３Ｃにより、直流に変換される。ダイオード整流部１３Ｃにおける整流作用によって生成された直流電圧は、第２の突入電流抑制抵抗１３Ａ、第１の室外給電切替リレー１３Ｂおよび逆電圧防止ダイオード１３Ｅを経由して第２の直流電圧平滑部３２に印加され、第２の直流電圧平滑部３２が充電される。このとき、第２の突入電流抑制抵抗１３Ａの作用により、突入電流を抑制する。また、通信線１００に交流電力が給電される際には室外機２の通信回路６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａおよび６３Ｂが動作していないため、通信線１００上に設けられているダイオード６２Ｃおよび６３Ｃの作用により、通信回路６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａおよび６３Ｂに交流電源１が給電されることはない。

ダイオード整流部１３Ｃで生成された直流電圧によって第２の直流電圧平滑部３２が充電されると、制御電源生成部３３に電圧が給電され、制御電源生成部３３が動作を開始する。その結果、制御電源生成部３３から第１の室外機制御部５１に対して必要な電源が供給され、第１の室外機制御部５１が動作する。なお、この時点では電源制御リレー３４の接点が開放された状態であり、第２の室外機制御部５２は動作を開始しない。第１の室外機制御部５１は、動作を開始すると、まず、リレー接点が開放状態であった第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を閉じる制御を行う。この結果、交流電源１から第２の交流直流変換部３１への電力供給が、第１のノイズ低減部１１および第２の室外給電切替リレー１３Ｄを経由して開始される。ここで、第２の交流直流変換部３１はダイオードブリッジの整流回路構成にしているため、交流電源１側から印加される電圧が第２の直流電圧平滑部３２より低い場合は、逆電圧防止ダイオードとして動作する。よって、交流電源１への電圧逆流を防止することが出来る。

第１の室外機制御部５１は、第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を閉じる制御を行うと、次に、第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点を開放する制御を行う。このとき、ダイオード整流部１３Ｃのカソード側は、整流された直流電圧となる。この整流された直流電圧は、逆電圧防止ダイオード１３Ｅの順方向電圧Ｖｆ分だけ降下した直流電圧となり、この直流電圧が第２の直流電圧平滑部３２の電圧となる。また、逆電圧防止ダイオード１３Ｅは、第２の直流電圧平滑部３２の電圧がダイオード整流部１３Ｃに整流された直流電圧よりも高い場合、電圧逆流を防止する。そのため、第１の室外給電切替リレー１３Ｂのリレー接点間は、常に電位差が接点の内部抵抗値のみとなるので、１Ｖ未満となり、第１の室外給電切替リレー１３Ｂのリレー接点間に高電圧が印加されることがない。

第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点が開放されると、通信線１００を経由した室内機３Ａ，３Ｂからの給電が遮断される。第２の交流直流変換部３１と第２の直流電圧平滑部３２は、第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点が閉じた状態であり、制御電源生成部３３に必要な電力は、第２の室外給電切替リレー１３Ｄ経由で給電可能となるので室外機２が起動不良等になる問題はない。

一方、室内機３Ａ，３Ｂは、図示を省略している給電切替手段を操作して通信線１００への交流電力の給電を開始した後、一定時間が経過すると、給電切替手段を再度操作し、通信線１００への交流電力の給電を開始する前の状態に戻す。これにより、通信線１００への給電が停止し、室外機２の通信回路との間で運転情報等を送受信可能な状態となる。上記の一定時間（通信線１００へ交流電力を給電する期間）は、第１の室外機制御部５１が動作を開始し、第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を閉じる制御が完了するまでの所要時間を考慮して決定する。具体的には、第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を閉じる制御が完了となるまでの所要時間よりも長くなるよう、一定時間の長さを決定する。

第１の室外給電切替リレー１３Ｂおよび第２の室外給電切替リレー１３Ｄのリレー接点の制御が終了すると、第１の室外機制御部５１は、次に、電源制御リレー３４のリレー接点を閉じる制御を行い、第２の室外機制御部５２への給電を開始させる。その結果、第２の室外機制御部５２が動作を開始する。なお、電源制御リレー３４の接点は、室外機２が起動する前（室外機２の各部に対する電力供給が遮断された状態）から閉じた状態としておいても構わない。電源制御リレー３４は必須ではなく、削除しても構わない。

その後、第１の室外機制御部５１および第２の室外機制御部５２は、各通信線（通信線１００Ａ，１００Ｂ）や各通信回路（通信回路６２Ａ，６２Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ）を介して、室内機３Ａ，３Ｂとの間で各種情報（動作状態、設定情報等）を送受信する。第１の室外機制御部５１は、動作情報、設定情報等の情報を受信すると第２の室外機制御部５２に転送する。第２の室外機制御部５２は、第１の室外機制御部５１から受け取った情報をもとに、圧縮機を駆動させる必要があるかどうか判断し、駆動させる必要がある場合には、第１の交流電源リレー２１のリレー接点を閉じる制御を行う。

第２の室外機制御部５２の制御によって第１の交流電源リレー２１のリレー接点が閉じると、交流電源１からの交流電力が第１のノイズ低減部１１、第１の交流電源リレー２１および第１の突入電流制限抵抗２１Ｂを介して第１の交流直流変換部２３に給電される。第１の交流直流変換部２３は、給電された交流電力を変換して直流電力を生成し、第１の直流電圧平滑部２４に給電する。このとき、第１の突入電流制限抵抗２１Ｂの作用により、突入電流が抑制される。第１の直流電圧平滑部２４は、圧縮機駆動部２５の動作に必要な電圧を給電するため、第２の直流電圧平滑部３２より１０倍以上大きな平滑コンデンサとする。

第１の交流直流変換部２３が直流電力を生成する動作を開始することにより圧縮機駆動部２５に対して電力が供給されて圧縮機駆動部２５が動作を開始し、圧縮機が駆動する。圧縮機が駆動すると、空気調和装置の通常運転が開始となる。

第２の室外機制御部５２は、第１の交流電源リレー２１の接点を閉じた後、第１の直流電圧平滑部２４の電圧を監視し（図１では監視する手段の記載を省略している）、例えば、一定時間が経過し、電圧がある一定以上の値となったことを検出するか、電圧上昇および下降（すなわち電圧変動）がある一定電圧以内になったことを検出すると、第２の交流電源リレー２２の接点を閉じ、さらに、第１の交流電源リレー２１の接点を開放する。これにより、第１の突入電流制限抵抗２１Ｂには電流が流れなくなり、余分な電力消費を抑えることができる。

第１の室外機制御部５１は、圧縮機が駆動した後も室内機３Ａ，３Ｂとの間で運転情報等の情報を送受信し、受信した情報を必要に応じて第２の室外機制御部５２へ転送する。

また、第２の室外機制御部５２は、第１の室外機制御部５１を介して室内機３Ａ，３Ｂから受信した情報に従い、圧縮機駆動部２５を動作させて圧縮機を運転する。すなわち、昇圧動作可能な昇圧チョッパ回路を備えた第１の交流直流変換部２３を制御し、第１の直流電圧平滑部２４に給電する所望の電圧を生成させる。

なお、昇圧チョッパ回路の半導体素子は、Ｓｉまたは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体で形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、装置の小型化も可能となる。また耐熱性も高いため、例えばヒートシンクの放熱フィンの小型化も可能となり、装置の一層の小型化が可能になる。更に電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、電力変換効率の高効率化や省電力化が可能になる。なお、スイッチング素子やダイオード素子の全てがワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、一部の素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよく、その場合でも機器の小型化や高効率化などの効果が得られる。

第１の直流電圧平滑部２４と第２の直流電圧平滑部３２はダイオード整流部４１を介して接続されており、第１の直流電圧平滑部２４は、第１の交流直流変換部２３の作用により第２の直流電圧平滑部３２よりも高い電圧となる。ダイオード整流部４１を第１の直流電圧平滑部２４から第２の直流電圧平滑部３２への一方向に配置することで、第２の直流電圧平滑部３２の電圧は、第１の直流電圧平滑部２４から充電電流が流れることにより、第１の直流電圧平滑部２４の電圧よりもダイオード整流部４１の順方向電圧Ｖｆ分だけ降下した直流電圧となる。

制御電源生成部３３は、第１の直流電圧平滑部２４経由の充電電流により充電された第２の直流電圧平滑部３２で動作する。第１の直流電圧平滑部３２を構成する平滑コンデンサは、第２の直流電圧平滑部３２を構成する平滑コンデンサよりも１０倍以上大きなコンデンサとしているため、第２の直流電圧平滑部３２の電圧は、常に、第１の直流電圧平滑部２４により電圧を一定に保つことができる。そのため、第２の直流電圧平滑部３２を構成する平滑コンデンサは、室外機２の起動時のみできる最低容量に設定することができ、小型化および低コスト化を実現できる。

さらに、室外機２は、圧縮機駆動部２５の動作を必要とせず、室外機２に給電を維持した状態で、待機電力および無効電力を抑制したい場合（例えば、圧縮機の保護の観点からの冷媒寝込みを防止するための制御を有効にしたい場合）、第２の室外機制御部５２が、第２の交流電源リレー２２の接点を開放する。

第２の交流電源リレー２２のリレー接点を開放状態とすると、第１の交流直流変換部２３に交流電力が給電されなくなるため、第１の直流電圧平滑部２４に直流電圧は発生せず、第１の直流電圧平滑部２４の直流電圧は、第２の直流電圧平滑部３２の直流電圧よりも低くなる。しかし、ダイオード整流部４１によって、第２の直流電圧平滑部３２から第１の直流電圧平滑部２４へ給電することを阻止するので、第１の直流電圧平滑部２４で電力を消費しない状態とすることができる。第１の室外機制御部５１および第２の室外機制御部５２は、四方弁、電子膨張弁、圧縮機動作等のアクチュエータ動作を停止するので、制御電源生成部３３で消費される電力は、低消費電力となり、待機電力の削減が可能となる。さらに、待機電力を削減した場合は、電源制御リレー３４の接点を開放状態にする制御を第１の室外機制御部５１が行うことにより、第２の室外機制御部５２に電源が供給されなくなり、制御電源生成部３３の消費電力が減少し、さらなる待機電力削減化も可能となる。

第２の交流電源リレー２２のリレー接点を開放した場合、第１のノイズ低減部１１への通電は維持されるが、第２のノイズ低減部１２には通電されなくなる。そのため、第２のノイズ低減部１２に無効電力は発生せず、その無効電力を供給する電流も流れない。よって、無効電力も削減できる。

また、第２の交流直流変換部３１への電源供給経路は第１のノイズ低減部１１と第２の交流電源リレー２２の接点の間から分岐しているので、第２の直流電圧平滑部３２への給電と第１の室外機制御部５１の動作は維持される。このとき、第１のノイズ低減部１１の作用により、制御電源生成部３３で発生するノイズが交流電源１へ流出するのを抑制できる。

なお、室内機３Ａおよび３Ｂの双方が運転を行わず、圧縮機駆動部２５が圧縮機を駆動させる必要がない状態となり、室外機２への電力供給を遮断する状態へと移行する場合、まず、第２の室外機制御部５２が、第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の双方の接点が開放状態となるように制御を行い、第１の交流直流変換部３１への電力供給を遮断する。次に、第１の室外機制御部５１が、電源制御リレー３４の接点を開放して第２の室外機制御部５２への電力供給を遮断する。なお、電源制御リレー３４の接点開放により、第２の室外機制御部５２に電源供給されないため、前記第２の室外機制御部５２により第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の双方の接点は、開放状態になることにより、第２の室外機制御部５２の制御に関わらず、第１の室外機制御部５１が電源制御リレー３４を開放のみしても良い。次に、第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を開放する。こうすることにより、室外機２には、交流電力が供給されなくなり、制御電源生成部３３は、第１の直流電圧平滑部２４と第２の直流電圧平滑部３４にて充電された電圧にて、動作を行い、前記第１の直流電圧平滑部２４と前記第２の直流電圧平滑部３４の電圧が前記制御電源生成部３３の動作限界電圧を下回ったとき、前記制御電源生成部３３は、第１の室外機制御部５１に給電する電源生成が出来なくなり、前記第１の室外機制御部５１は動作停止（リセット）する。前記第１の室外機制御部５１が動作停止（リセット）することにより、第１の室外機制御部５１により第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点が開放していたものが、前記第１の室外機制御部５１により制御出来なくなるので、前記第１の室外機給電リレー１３Ｂの接点は、閉じた状態となり、室内機３Ａ，３Ｂ側から室外機２を起動させることが可能となる。室外機２を起動させる場合には、室内機３Ａまたは３Ｂが、通信線１００Ａまたは１００Ｂへの給電を開始すればよい。通信線１００Ａまたは１００Ｂへの給電を開始すると、上述した手順で室外機２が起動する。

以上のように、本実施の形態の空気調和装置において、室外機２は、第１の交流電源リレー２１、第２の交流電源リレー２２、第１の室外給電切替リレー１３Ｂおよび第２の室外給電切替リレー１３Ｄを備え、室外機２の運転が必要ない状態においては、第１の交流電源リレー２１、第２の交流電源リレー２２および第２の室外給電切替リレー１３Ｄの各接点を開放するとともに第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点を閉じるようにして、第１の交流直流変換部２３および第２の交流直流変換部３１への交流電力供給を遮断し、制御電源生成部３３に対して室内機３Ａおよび３Ｂから電力を供給できるように構成されている。これにより、待機電力と無効電力の削減が可能となり、省電力化を実現できる。また、室外機２に接続される室内機が増えても、各室内機と通信を行うための通信回路とダイオード整流部１３Ｃとを接続された室内機分だけ増やせばよいので、部品増加を最小限に抑えることができ、基板実装面積を削減できるとともに、部品コストや製造コストが増加するのを防止できる。

また、室外機２の制御電源生成部３３の給電経路を、室内機３Ａ，３Ｂ側から給電される直流電圧を制御する第１の室外給電切替リレー１３Ｂと、第１のノイズ低減部１１に接続し、第１のノイズ低減部１１から給電される交流電圧を制御する第２の室外給電切替リレー１３Ｄの２つにわけ、室内機３Ａ，３Ｂからの第１の室外給電切替リレー１３Ｂと制御電源生成部３３に必要な電圧を平滑する第２の直流電圧平滑部３２の間に、逆電圧防止ダイオード１３Ｅを挿入した構成にしたことにより、室外機２が起動する際のリレー接点開閉時に高電圧が印加されることが防止でき、装置の長寿命化に繋がり品質を向上させることができる。

さらに、第２の直流電圧平滑部３２から第１の直流電圧平滑部２４への電源供給を防止するダイオード整流部４１を備えたので、室外機２が起動した後の運転待機期間に第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の接点を開放したとき、第１の直流電圧平滑部２４において電力を消費することがない。また、第１のノイズ低減部１１と第２のノイズ低減部１２に分けたことにより、室外機２が起動した後の運転待機期間における待機電力および無効電力の消費量を削減できる。

実施の形態２．
本実施の形態においては、実施の形態１の空気調和装置と比較してさらなる省電力化を実現する空気調和装置について説明する。実施の形態１の空気調和装置において、室外機２の通信電源生成部６１は、常に交流電源１が給電された状態になっているため、室外機２の電源遮断状態のときも通信電源生成部６１が電力を消費することになる。これに対して、本実施の形態の空気調和装置は、室外機２が電源遮断状態の場合に通信電源生成部６１への給電を停止して消費電力をさらに削減する。

図２は、実施の形態２の空気調和装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の空気調和装置は、実施の形態１の空気調和装置（図１参照）に対して通信電源供給リレー８１を追加したものである。通信電源供給リレー８１以外の部分については実施の形態１の空気調和装置と同様であるため、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。

通信電源供給リレー８１は、第１の室外機制御部５１によって制御される。室外機２が電源遮断状態のときは、通信電源供給リレー８１のリレー接点が開放状態になるものとする。本実施の形態の空気調和装置は、室外機２が電源遮断状態の場合は通信電源生成部６１に交流電源１が給電されなくなり、通信電源生成部６１で消費される電力が抑制される。よって、室外機２が電源遮断状態のときの待機電力を上述した実施の形態１よりも削減できる。

次に、動作について説明する。実施の形態１の空気調和装置と異なる部分についてのみ説明を行う。

室外機２が起動する場合、上述した実施の形態１と同様に、室内機３Ａまたは３Ｂから電力供給を受けて電力第１の室外機制御部５１が動作を開始し、動作を開始した第１の室外機制御部５１は、リレー接点が開放状態であった第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を閉じる制御と、通信電源供給リレー８１のリレー接点を閉じる制御を行い、交流電源１からの交流電力を通信電源生成部６１に給電する。なお、第１の室外機制御部５１の第２の室外給電切替リレー１３Ｄと通信電源供給リレー８１のリレー接点制御は、どちらが先でも良いし、同時に制御しても良い。以降の室外機２の通常動作へ遷移動作は、実施の形態１と同様である。

室外機２が通常動作から電源遮断状態へ移行する場合、第１の交流電源リレー２１および第２の交流電源リレー２２の双方の接点が開放状態となるように第２の室外機制御部５２が制御した後、電源制御リレー３４の接点が開放状態となるように第１の室外機制御部５１が制御を行い、第１の室外機制御部５１は、さらに、通信電源供給リレー８１の接点が開放状態、第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点が閉じた状態となるように制御を行い、最後に第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点が開放状態となるように制御を行う。

このように、本実施の形態の空気調和装置は、通信電源供給リレー８１をさらに備えた構成としたので、室外機２が電源遮断状態のときに通信電源生成部６１で消費される電力が抑制され、待機電力の消費量をさらに低減することができる。

実施の形態３．
図３は、実施の形態３の空気調和装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の空気調和装置は、実施の形態２の空気調和装置（図２参照）に対して、入力電源検出部７１を追加したものである。

入力電源検出部７１は、通信電源生成部６１に給電される交流電力の電圧を計測し、計測結果を第１の室外機制御部５１へ通知する。入力電源検出部７１は、例えば、交流電源１から印加される電圧が正の半波サイクルとなるタイミングを計測する構成とする。

実施の形態１で説明したように、電源遮断状態の室外機２を起動させる場合、室内機３Ａが通信線１００Ａに対して交流電力を一定時間給電する、または、室内機３Ｂが通信線１００Ｂに対して交流電力を一定時間給電する。このとき、室外機２側では、通信線１００Ａまたは１００Ｂへの給電が何時終了となるか分からないため、室内機３Ａ，３Ｂとの通信を開始するタイミングの判断が難しい。これに対して、本実施の形態の空気調和装置は、電源遮断状態から起動した後、適切なタイミングで室内機３Ａ，３Ｂとの通信を開始することが可能である。

本実施の形態の空気調和装置の動作について説明する。実施の形態１，２の空気調和装置と異なる部分についてのみ説明を行う。実施の形態１で説明した手順で室外機２が電源遮断状態から起動し、第１の室外機制御部５１が第２の室外給電切替リレー１３Ｄの接点を閉じる制御、第１の室外給電切替リレー１３Ｂの接点を開放する制御、および、通信電源供給リレー８１の接点を閉じる制御を完了したものとして説明を行う。

電源遮断状態から起動した室外機２において、入力電源検出部７１は、通信電源生成部６１に印加されている交流電圧の正の半波サイクルを計測し、計測結果を第１の室外機制御部５１へ出力する。これにより、第１の室外機制御部５１は、通信電源生成部６１に印加されている交流電圧が正の半波サイクルか否かを把握できる。

図４に示した構成の通信電源生成部６１は、交流電源１が給電されると、室内機と室外機の通信に必要な直流電力を生成する。このとき、内部のツェナーダイオードで規定の電圧となるようにする。ツェナーダイオードの規定電圧は、通信電源生成部６１に印加される交流電圧を直流変換した電圧よりも１０分の１倍以下の設定電圧とする（例えば、交流電源１から印加される電圧２００Ｖのときは、２８Ｖ以下の電圧設定値とする）。

なお、図４は、室内機３Ａおよび３Ｂ、通信電源生成部６１、通信回路６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａおよび６３Ｂの内部構成例を示す図である。室内機３Ａは、通信線１００Ａへの交流電力給電状態を切り替える給電切替リレー３００Ａを備え、室内機３Ｂは、通信線１００Ｂへの交流電力給電状態を切り替える給電切替リレー３００Ｂを備えている。給電切替リレー３００Ａおよび３００Ｂは、実施の形態１で説明した給電切り替え手段に相当する。よって、電源遮断状態の室外機２を起動させる場合、室内機３Ａが給電切替リレー３００Ａの接点を一定期間にわたって閉じた状態とするか、室内機３Ｂが給電切替リレー３００Ｂの接点を一定期間にわたって閉じた状態とすればよい。なお、室内機３Ａ、室内機３Ｂの給電切替リレー３００Ａ、３００Ｂは、各々の室内機３Ａ、３Ｂで制御するため非同期の制御となる。

第１の室外機制御部５１は、通信電源生成部６１に印加されている交流電圧が正の半波サイクルのとき、Ｈｉとなる電圧を各室内機３Ａ，３Ｂへ同時に送信する（交流電源１が５０Ｈｚのときは、１ｍｓ〜５ｍｓのパルスを送信）。

ここで、通信電源生成部６１に印加されている交流電圧が正の半波サイクルのときにＨｉとなる電圧を第１の室外機制御部５１が室内機３Ａおよび３Ｂに送信したとき（Ｈｉとなる電圧を通信回路６２Ａおよび６３Ａに出力したとき）、例えば、室内機３Ａ内で通信線１００Ａに交流電力を給電する設定（内部接続）とされていると、通信線１００Ａ上のダイオード６２Ｃのアノード側の電圧は、通信電源生成部６１が生成した直流電力になるので、ダイオード６２Ｃのカソード側の電圧よりも低くなる。しかし、ダイオード６２Ｃを備えているため、通信回路６２Ａおよび６２Ｂ側に電流が逆流するのを抑制できる。室内機３Ａ側の動作について説明したが、室内機３Ｂ側の動作も同様である。

上記のようにして第１の室外機制御部５１がＨｉとなる電圧を各室内機３Ａ，３Ｂに送信し、これに対してＬｏとなる電圧を通信回路６２Ｂ，６３Ｂ経由で受信した場合、第１の室外機制御部５１は、室内機３Ａ，３Ｂとの通信が成立（通信が可能な状態）と判断する（図５参照）。すなわち、Ｌｏとなる電圧を通信回路６２Ｂ経由で受信した場合は室内機３Ａとの通信が成立、Ｌｏとなる電圧を通信回路６３Ｂ経由で受信した場合は室内機３Ｂとの通信が成立と判断する。これにより、室外機２の通常動作が開始となり、以降、第１の室外機制御部５１は、通信成立した室内機３Ａ，３Ｂと運転情報／設定情報等の送受信を行う。

一方、第１の室外機制御部５１がＨｉとなる電圧を各室内機３Ａ，３Ｂに送信し、これに対してＬｏとなる電圧を通信回路６２Ｂ，６３Ｂ経由で受信できない場合、該当の室内機との通信が不成立（室外機２との通信が不可能な状態にある）と判断する（図５参照）。この場合、第１の室外機制御部５１は、予め設定されているリトライ回数となるまで、再送（交流電圧が正の半波サイクルのときにＨｉを送信する処理）を繰り返す。リトライ回数に達しても該当の室内機との通信が成立しない場合、該当の室内機で異常が発生したと判断し、所定の異常処理（例えば、異常検知をユーザに通知する処理）を行う。

なお、図５は、室外機２における通信可否判定動作（室内機３Ａ，３Ｂとの通信が可能か否かを判定する動作）の一例を示す図である。室内機３Ａの通信線１００Ａに交流電力が印加され、次に３Ｂ側の通信線１００Ｂに交流電力が印加されている場合（図５の給電切替リレー３００Ａ、３００ＢがＯＮの状態に相当）、第１の室外機制御部５１の制御により送信回路である通信回路６２Ａ、送信回路６３ＡをＨｉとしても（Ｈｉとなる電圧を送信しても）、受信回路である通信回路６２Ｂ、送信回路６３ＢはＨｉの状態のまま変化しない。この場合、通信不成立となる。室内機３Ａまたは３Ｂ側から通信線１００Ａまたは１００Ｂに対して交流電力が印加されていない場合（図５の給電切替リレー３００Ａ、３００ＢがＯＦＦの状態に相当）は通信が成立する。

図６は、本実施の形態の第１の室外機制御部５１の動作、具体的には、室内機３Ａおよび３Ｂとの通信が可能かどうかを第１の室外機制御部５１が判別する動作の一例を示すフローチャートである。

第１の室外機制御部５１は、通信電源供給リレー８１をＯＮにする（接点を閉じる）制御を行い（ステップＳ１１）、次に、入力電源検出部７１における検出結果に基づき、通信電源生成部６１に印加されている交流電圧が正の半波サイクルとなったか否かを確認する（ステップＳ１２）。正の半波サイクルでなければ所定のタイミングで再度確認を行い（ステップＳ１２：Ｎｏ）、正の半波サイクルであれば（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、正の半波サイクル内で通信線１００に対して“Ｈｉ”を出力する（ステップＳ１３）。このとき、“Ｈｉ”出力に対して“Ｌｏ”が入力されたか否かを確認し（ステップＳ１４）、“Ｌｏ”が入力された場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、通信成立と判断し、通常動作を開始する（ステップＳ１５，Ｓ１６）。これに対して、“Ｌｏ”が入力されない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、リトライ回数ｎをカウントアップした上でｎがリトライ回数の上限値ｋを超えたか否かを確認する（ステップＳ１７，Ｓ１８）、ｎ≦ｋの場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻って処理を継続する。ｎ＞ｋの場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、異常発生と判断し処理を終了する（ステップＳ１９）。

このように、本実施の形態の空気調和装置は、入力電源検出部７１をさらに備え、第１の室外機制御部５１は、入力電源検出部７１での検出結果に基づき、通信電源生成部６１に印加されている交流電圧の正の半波サイクルを検知し、正の半波サイクルにおいて、送信用の通信回路６２Ａ，６３Ａを介してＨｉを送信し、室内機３Ａ，３Ｂとの通信が可能か否かを判別することとした。これにより、室外機２は、接続された室内機の給電切替リレー３００Ａ、３００Ｂが非同期処理でも通信が成立するか否かの確認動作（通信電源生成部６１に印加されている交流電圧の正の半波サイクルにおいてＨｉを送信し、Ｌｏを受信するかどうかの確認動作）を同時に実施することができ、正常な室内機とは確実に通信成立させる手段を備えることができるので、室内機との通信を成立させる時間の短縮および通信回路の部品故障等を防ぐことができ、さらに、異常の室内機を確実に除去できるので、高品質な空気調和装置を実現できる。

なお、実施の形態２の空気調和装置に対して入力電源検出部７１を追加し、室内機３Ａ，３Ｂとの通信が成立するか否かを判別する構成例について説明したが、実施の形態１の空気調和装置に対して入力電源検出部７１を追加し、室内機３Ａ，３Ｂとの通信が成立するかどうかを判別するように構成しても構わない。

以上のように、本発明にかかる空気調和装置は、１台の室外機に対して複数台の室内機を接続可能な構成の空気調和装置として有用である。

１交流電源、２室外機、３Ａ，３Ｂ室内機、１１第１のノイズ低減部、１２第２のノイズ低減部、１３Ａ第２の突入電流抑制抵抗、１３Ｂ第１の室外給電切替リレー、１３Ｃダイオード整流部、１３Ｄ第２の室外給電切替リレー、１３Ｅ逆電圧防止ダイオード、２１第１の交流電源リレー、２１Ｂ第１の突入電流抑制抵抗、２２第２の交流電源リレー、２３第１の交流直流変換部、２４第１の直流電圧平滑部、２５圧縮機駆動部、３１第２の交流直流変換部、３２第２の直流電圧平滑部、３３制御電源生成部、３４電源制御リレー、４１ダイオード整流部、５１第１の室外機制御部、５２第２の室外機制御部、６１通信電源生成部、６２Ａ，６２Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ通信回路、６２Ｃ，６３Ｃダイオード、７１入力電源検出部、８１通信電源供給リレー、１００Ａ，１００Ｂ通信線、３００Ａ，３００Ｂ給電切替リレー、Ｌ，Ｎ，Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂ，Ｓ３Ｂ端子。

Claims

室外機および室内機を備えた空気調和装置であって、
前記室外機は、
交流電源から供給される交流電圧を変換し、圧縮機を駆動する圧縮機駆動部へ供給する直流電圧を生成する第１の交流直流変換部と、
前記第１の交流直流変換部への電力供給路を開閉する電力供給路開閉部と、
前記交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第２の交流直流変換部と、
前記室内機との通信で使用する通信線を介して前記室内機から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第３の交流直流変換部と、
前記第２の交流直流変換部または前記第３の交流直流変換部から出力された直流電圧を選択する経路選択部と、
前記電力供給路開閉部および前記経路選択部を制御する制御部と、
前記経路選択部を介して供給された直流電圧に基づいて、前記制御部への供給電力を生成する制御電源生成部と、
前記第３の交流直流変換部から前記制御電源生成部への電力供給路に配置された逆電圧防止ダイオードと、
を備え、
圧縮機を駆動させる必要がない場合、前記電力供給路開閉部は、前記第１の交流直流変換部への電力供給路を開放し、前記経路選択部は、前記制御電源生成部へ前記第３の交流直流変換部から出力される直流電圧が供給される経路を選択する、
ことを特徴とする空気調和装置。
前記室内機は、圧縮機を駆動させる必要がない状態から圧縮機を駆動させる必要がある状態に遷移した場合、前記第３の交流直流変換部への電力供給を開始することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記制御電源生成部が電力生成動作を開始すると、前記制御部は、前記第２の交流直流変換部から出力された直流電圧を選択するよう前記経路選択部を制御するとともに、前記第１の交流直流変換部への電力供給路を閉じるよう前記電力供給路開閉部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
前記電力供給路開閉部は、第１の交流電源リレーおよびこれに直列に接続された突入電流抑制抵抗を含んだ第１の回路と、第２の交流電源リレーを含み、前記第１の経路と並行に接続された第２の回路と、を備え、
圧縮機を駆動する場合、
前記制御部は、まず、前記第１の交流電源リレーの接点が閉じた状態、かつ前記第２の交流電源リレーの接点が開放状態となるよう制御し、その後、一定時間が経過した時点で、前記第１の交流電源リレーの接点が開放状態、かつ前記第２の交流電源リレーの接点が閉じた状態となるよう制御することを特徴とする請求項１、２または３に記載の空気調和装置。
圧縮機の駆動中に前記第１の交流直流変換部から出力される直流電圧を前記制御電源生成部へ供給するための直流電圧供給経路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の空気調和装置。
前記直流電圧供給経路は、前記第１の交流直流変換部から直流電圧が出力されない場合に前記第２の交流直流変換部側から前記圧縮機駆動部側に電流が流れるのを阻止するダイオード整流部、を備えることを特徴とする請求項５に記載の空気調和装置。
前記制御部は、
前記経路選択部を制御する第１の室外機制御部と、
前記電力供給路開閉部を制御する第２の室外機制御部と、
を備え、
前記制御電源生成部と前記第２の室外機制御部の間には、圧縮機を駆動させる必要がない場合に電力供給路を開放する電源制御リレーが設けられている、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の空気調和装置。
前記経路選択部が、前記制御電源生成部へ前記第３の交流直流変換部から出力される直流電圧が供給される経路を選択している場合、
交流電力を直流電力に変換して前記室内機との通信回路へ供給する電力を生成する通信電源生成部、に対する給電を停止する、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の空気調和装置。
前記通信電源生成部に給電される交流電圧の極性を判定する入力電源検出部、
を備え、
前記制御部は、前記通信電源生成部に給電される交流電圧が正極性の期間において、前記通信線に対する前記室内機側からの給電が行われているか否かを判定し、給電が行われていない場合には前記室内機との通信を開始することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の空気調和装置。
前記第１の交流直流変換部は、ワイドバンドギャップ半導体素子によって形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の空気調和装置。