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技術 空気調和機

出願人 株式会社富士通ゼネラル
発明者 青木伸悟
出願日 2012年6月28日 (8年6ヶ月経過) 出願番号 2012-144861
公開日 2014年1月20日 (6年11ヶ月経過) 公開番号 2014-009825
状態 未査定
技術分野 気液分離装置、除霜装置、制御または安全装置 空調制御装置 空調制御装置1
主要キーワード メインブレーカー 回復措置 ヒューズ交換 回復通知 継続動作 欠相状態 冷暖房効果 定格能力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年1月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

三相交流電源で駆動する能力可変圧縮機一定速圧縮機を備えた空気調和機において、電源供給される三相のうち一相が欠相した場合にも、空調運転を停止せず冷暖房効果の低下を軽減させるようにする。

解決手段

一相欠相を検出した際に、第一の運転モードよりも能力可変圧縮機の能力上限値を大きくした第二の運転モードへと制御方法切り換えることにより、通常の制御方法で空調運転を継続するよりも、高い運転能力を発揮させる。

概要

背景

室内機室外機とを分離して配置する空気調和機には、複数の室内機と一台の室外機で構成されるマルチ型空気調和機がある。このようなマルチ型空気調和機には複数の室内機からの冷暖房要求に応じるため、一台の室外機に複数の圧縮機が搭載されている。

また、空気調和機の圧縮機は近年、消費電力低減高効率化のため従来の一定速型から能力可変型に置き換わっている状況であるが、複数の圧縮機が搭載される空気調和機においては、能力可変圧縮機とそれに比較し安価な一定速圧縮機とを組合せ、両圧縮機それぞれの特徴を生かした運転を行う製品がある。

このような、能力可変圧縮機と一定速圧縮機とを備えた空気調和機の室外機には、三相交流電源電源とするものが一般的であるが、三相電源のうち一相が欠相した場合には交流電源が入力される一定速圧縮機では、起動する時に起動電流が流れ続けることや、高負荷状態で動作を継続させることで保護回路の働きによって起動や動作状態が維持できなくなるのに対し、インバータによって交流電源を直流電源に変換し入力される能力可変圧縮機では、一相欠相状態の影響で運転能力が低下するものの起動や動作状態の維持が可能となるために、一相の欠相が発生した時に能力可変圧縮機のみ動作している状態では運転を継続し、運転要求などにより負荷の変動に応じて一定速圧縮機を起動させようと制御した時に一定速圧縮機が動作せずこの異常を検知して運転を停止する仕様となっているものがある(例えば、特許文献1参照)。

概要

三相交流電源で駆動する能力可変圧縮機と一定速圧縮機を備えた空気調和機において、電源供給される三相のうち一相が欠相した場合にも、空調運転を停止せず冷暖房効果の低下を軽減させるようにする。一相欠相を検出した際に、第一の運転モードよりも能力可変圧縮機の能力上限値を大きくした第二の運転モードへと制御方法切り換えることにより、通常の制御方法で空調運転を継続するよりも、高い運転能力を発揮させる。

目的

本発明は以上述べた問題点を解決し、空気調和機の運転開始時及び運転中に一相欠相を検出した際にはその状態を利用者通知し、利用者へ欠相状態の回復措置を促しつつ、利用者が望む場合には一相欠相時の室外機制御方法によって運転能力の低下を軽減した空調運転を行うことを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

三相交流電源電源とする空気調和機室外機であって、前記室外機は能力可変圧縮機と、一定速圧縮機と、三相交流電源の各相欠相を検出する欠相検出部と、これらを制御する室外機制御部とを備え、前記室外機制御部は、通常運転時に前記一定速圧縮機と、能力上限値を予め定めた前記能力可変圧縮機の一方または両方を運転する第一の運転モードと、前記能力上限値を前記第一の運転モードよりも大きくして前記能力可変圧縮機を単独で運転する第二の運転モードとを有し、前記室外機制御部は、前記欠相検出部で一相欠相を検出した場合に前記第一の運転モードから前記第二の運転モードへと切り換えることを特徴とする空気調和機。

請求項2

前記室外機制御部は、前記欠相検出部で一相欠相を検出した時に前記一定速圧縮機が停止した、又は停止している場合と、前記欠相検出部で一相欠相を検出している期間中に前記一定速圧縮機が停止した場合に、前記第一の運転モードから前記第二の運転モードへと切り換えることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。

技術分野

0001

本発明は、能力可変圧縮機一定速圧縮機とを備えた空気調和機に係わり、より詳細には三相交流電源運転を行う室外機における一相が欠相した場合の制御方法に関する。

背景技術

0002

室内機と室外機とを分離して配置する空気調和機には、複数の室内機と一台の室外機で構成されるマルチ型空気調和機がある。このようなマルチ型空気調和機には複数の室内機からの冷暖房要求に応じるため、一台の室外機に複数の圧縮機が搭載されている。

0003

また、空気調和機の圧縮機は近年、消費電力低減高効率化のため従来の一定速型から能力可変型に置き換わっている状況であるが、複数の圧縮機が搭載される空気調和機においては、能力可変圧縮機とそれに比較し安価な一定速圧縮機とを組合せ、両圧縮機それぞれの特徴を生かした運転を行う製品がある。

0004

このような、能力可変圧縮機と一定速圧縮機とを備えた空気調和機の室外機には、三相交流電源を電源とするものが一般的であるが、三相電源のうち一相が欠相した場合には交流電源が入力される一定速圧縮機では、起動する時に起動電流が流れ続けることや、高負荷状態で動作を継続させることで保護回路の働きによって起動や動作状態が維持できなくなるのに対し、インバータによって交流電源を直流電源に変換し入力される能力可変圧縮機では、一相欠相状態の影響で運転能力が低下するものの起動や動作状態の維持が可能となるために、一相の欠相が発生した時に能力可変圧縮機のみ動作している状態では運転を継続し、運転要求などにより負荷の変動に応じて一定速圧縮機を起動させようと制御した時に一定速圧縮機が動作せずこの異常を検知して運転を停止する仕様となっているものがある(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0005

特開2006−238577号公報(第3頁、図1

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、能力可変圧縮機と一定速圧縮機とを備えた空気調和機を設置する建物での電源供給は、図1に記すようにメインブレーカーから分岐したブレーカーを介して空気調和機の各装置のうち1台へと配線することが望まれるが、古い建物などでは図2に記すようにブレーカーに代わり安価なヒューズによって分配して異常電流遮断に対応する配電設備があり、既存の電気設備の配線事情からやむを得ず空気調和機の室外機と他の機器とを同一のヒューズ系統から配線する場合があり、他の機器で短絡が発生した際に三相のうち一相のみヒューズが溶断し、室外機への電源供給が一相欠相することがある。

0007

このように、図2のように配線された建物では、図1のように配線された建物と比較し一相欠相が生じる可能性が高く、また一相欠相状態の回復にはヒューズ交換などの対応も要することから、一相欠相が回復するまでの間は定格能力が出せない状態であっても空気調和機を運転させたいと考える利用者もおり、このような利用者に対しては特許文献1のように欠相を検出した時に装置の保護を目的として空気調和機の運転を停止する制御や、能力可変圧縮機のみが動作する範囲では運転を継続するが、一定速圧縮機を起動させようと制御された時に運転を停止させる制御では、運転が継続できないという問題があった。

0008

本発明は以上述べた問題点を解決し、空気調和機の運転開始時及び運転中に一相欠相を検出した際にはその状態を利用者へ通知し、利用者へ欠相状態の回復措置を促しつつ、利用者が望む場合には一相欠相時の室外機制御方法によって運転能力の低下を軽減した空調運転を行うことを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の発明は、三相交流電源を電源とする空気調和機の室外機であって、前記室外機は能力可変圧縮機と、一定速圧縮機と、三相交流電源の各相の欠相を検出する欠相検出部と、これらを制御する室外機制御部とを備え、前記室外機制御部は、通常運転時に前記一定速圧縮機と、能力上限値を予め定めた前記能力可変圧縮機の一方または両方を運転する第一の運転モードと、前記能力上限値を前記第一の運転モードよりも大きくして前記能力可変圧縮機を単独で運転する第二の運転モードとを有し、前記室外機制御部は、前記欠相検出部で一相欠相を検出した場合に前記第一の運転モードから前記第二の運転モードへと切り換えることを特徴とする。

0010

また、本発明の請求項2に記載の発明は、前記室外機制御部は、前記欠相検出部で一相欠相を検出した時に前記一定速圧縮機が停止した、又は停止している場合と、前記欠相検出部で一相欠相を検出している期間中に前記一定速圧縮機が停止した場合に、前記第一の運転モードから前記第二の運転モードへと切り換えることを特徴とする。

発明の効果

0011

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば一相欠相時にも動作可能である能力可変圧縮機の能力上限値を大きくし運転を継続することができるため、運転能力の低下を軽減することができる。

図面の簡単な説明

0012

一般的に行われる空気調和機の電源系統の配線図である。
古いビルなどで行われる空気調和機の電源系統の配線図である。
本発明による空気調和機の冷媒系統を説明する接続図である。
本発明による室外機の概略構成を示すブロック図である。
本発明による圧縮機の制御を説明する説明図である。
本発明による室外機制御部の処理を説明するフローチャートである。

実施例

0013

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお
、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

0014

図3は、本発明による空気調和機の冷媒系統を説明する接続図である。尚、本発明と直接関係ない構成と、同一の構成となる3台目以降の室内機については図示と説明を省略している。図3において、室外機1には液圧縮を防ぐために冷媒気液を分離するアキュームレータ14と、アキュームレータ14の出口側に2分割された配管に接続された能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12と、両圧縮機の出口側に接続され両圧縮機から吐出吸入される冷媒の循環方向を切り換える四方弁13と、四方弁13の両圧縮機側を入口側として接続された切換口冷房運転における出口側に接続された室外機熱交換器15と、室外機熱交換器15の出口側に接続された室外機電子膨張弁16とを備えている。また、四方弁13の室外機1からの出口側には冷媒配管5aが接続され、室外機電子膨張弁16の室外機1からの出口側には冷媒配管5bが接続されている。

0015

続いて、室内機2aは室内機熱交換器21aと室内機電子膨張弁22aとを備え、室内機熱交換器21aの入口側に室内機電子膨張弁22aの出口側が接続される。室内機2bは室内機熱交換器21bと室内機電子膨張弁22bとを備え、室内機熱交換器21bの入口側に室内機電子膨張弁22bの出口側が接続される。そして室内機2a、2bのそれぞれの室内機電子膨張弁22a、22bの各室内機への入口側には冷媒配管5bが接続され
、室内機熱交換器21a、21bの各室内機からの出口側には冷媒配管5aが接続されている。

0016

本発明による空気調和機はこのような冷媒系統によって、室外機1に備わる能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12とを、利用者からの運転要求と各圧縮機能力に応じて一方あるいは両方を動作させることにより各室内機の冷暖房を行う。

0017

図4は、本発明による室外機の概略構成を示すブロック図である。室外機1は、三相交流電源を入力する電源部32と、電源部32の各相のうちいずれかの欠相が発生した時に
、例えば三相交流電源のR相、S相、T相の各相のゼロクロス点を検出し、一相のゼロクロス点検出時から続く二相分の位相差時間内に、一相分のゼロクロス点のみ検出した場合に一相欠相状態と判定する欠相検出部33と、室内機2aと室内機2bもしくは同一冷媒系統に接続されるその他の室内機との通信を行う通信部31と、運転情報などを記憶する記憶部35と、能力可変圧縮機11を駆動する能力可変圧縮機駆動部36と、一定速圧縮機12を駆動するとともに動作状態を検知する一定速圧縮機駆動部37と、これらを制御する室内機制御部34を備えている。

0018

なお、電源部32の欠相を検出した欠相検出部33は、欠相状態に応じた信号を室内機制御部34へ通知する。また、記憶部35には一相欠相時の動作に係わる「停止」もしくは「運転」のいずれかの動作設定が記憶される。この動作設定は室内機2aのリモコンなどから利用者により予め設定されたものであり、通信部31を介して受信した室内機制御部34によって記憶される。

0019

図5は、本発明による圧縮機の制御を説明する説明図であり、能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12との制御を2つのグラフで示している。なお2つのグラフのうち第一の運転モードは通常運転時の制御であり、第二の運転モードは三相交流電源のうち一相が欠相した状態で空調運転を行う本発明に係わる圧縮機の制御を記している。

0020

まず、第一の運転モードのグラフから、通常運転時に縦軸の負荷の割合に応じて、能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12とをどのように制御するかを説明する。負荷は一般に利用者から運転要求された設定温度に対し室温や外気温との温度差が少ない場合に小さく
、同温度差が乖離する程大きくなる。例えば室温が30℃の部屋に設置された室内機に設定温度を22℃とした運転要求があった場合、運転要求直後は室温と設定温度との温度差が8℃あり空気調和機は圧縮機を高速で回転させようとするため圧縮機への負荷は高まる
。そしてこの状態でしばらく運転を継続すると室温は次第に低下し、室温と設定温度との温度差が小さくなると、空気調和機は圧縮機を低速で回転させようとするため圧縮機への負荷は低下するというように、運転要求と空調環境の状況に応じた負荷の変化が常に発生する。なお、負荷100%とは本実施例による空気調和機の最大定格能力を表し、能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12の能力が空気調和機の最大定格能力に対して50%ずつであることを表している。

0021

そして、この負荷の割合が一定速圧縮機12の定格能力よりも小さい負荷となる50%未満の低負荷の領域では、能力可変圧縮機11のみを動作させることで無駄な電力消費を抑え、一定速圧縮機12の定格能力50%よりも大きい負荷となる高負荷の領域では、能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12との両方を動作させることで能力可変圧縮機11の能力不足を補うと共に、無駄な電力消費も抑えることができるように制御される。また、一定速圧縮機12の定格能力と等しい負荷となる50%の1点においては、一定速圧縮機12のみを動作させる。

0022

しかしながら、このような第一の運転モードでは三相交流電源のうち一相が欠相した時
、あるいは一相が欠相した状態で運転を開始した時には、一定速圧縮機12はほとんどの場合で起動できなくなるために、室外機は低負荷時に動作させる能力可変圧縮機11で負荷が50%未満の運転能力しか出せなくなる。

0023

このように一相が欠相した状態では通常の圧縮機の制御を一定速圧縮機12が起動できない状態で継続するようにしたとしても、能力可変圧縮機11だけでは通常時の能力を発揮することができないため冷暖房能力が低下する。このため、能力可変圧縮機11の運転能力を一時的に高めることで、冷暖房能力の低下を軽減したものが次に説明する第二の運転モードである。

0024

第二の運転モードは、三相交流電源のうち一相が欠相した時に第一の運転モードから切り換える制御であり、一相の欠相が回復した時には第一の運転モードへと復帰するものであり、動作が可能な能力可変圧縮機11のみを運転し、能力可変圧縮機11の能力の上限値を通常時より上げて空気調和機の最大定格能力に対する能力の割合を50%から50%+α%とする。これによって冷暖房能力の低下を一相欠相への回復措置が開始されるまでの間軽減することが可能となる。

0025

次に、第一の運転モードのグラフに記した(a)〜(c)の圧縮機の負荷状況に応じた
、一相欠相時の第二の運転モードへの切り換えについて説明する。能力可変圧縮機11のみを動作させる(a)においては、一相欠相が検出された時にそのまま第二の運転モードへと切り換える。能力可変圧縮機11と一定速圧縮機12との両方を動作させる(b)においては、一相欠相が検出された時に一定速圧縮機12が動作中の場合には第一の運転モードを継続し、停止中の場合には第二の運転モードへと切り換える。また、一定速圧縮機12のみを動作させる(c)においても、(b)と同様である。なお、一定速圧縮機12が動作中もしくは停止中の状態を切り換えの条件としているのは、一定速圧縮機12は動作中に欠相状態となった時には負荷の減少や、高負荷状態での継続動作によってやがて停止することを考慮しているためである。

0026

すなわち一相欠相が検出された時に一定速圧縮機12が停止中の場合にのみ第二の運転モードへと切り換えることで、一定速圧縮機12が停止するまでの間はより高い運転能力を発揮することができる第一の運転モードを優先する。一定速圧縮機12が停止しそれ以降に第二の運転モードの方がより高い運転能力を発揮することができる条件では運転モードの切り換えが行われる。

0027

図6は、本発明による室外機制御部34の処理を説明するフローチャートである。なお
図6のフローチャートに記載のSTはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を、またYはYesをNはNoをそれぞれ表している。

0028

室外機制御部34は、欠相検出部33において検出される一相欠相の検出通知が有るか否かを確認する(ST1)。一相欠相の検出通知が無い場合(ST1−N)、各室内機2aなどから通信部31を介して運転停止の信号を受信しているか否かを確認する(ST2)。運転停止の信号を受信していない場合(ST2−N)、運転モードを第一の運転モードへと切り換える、または継続する(ST3)。次に、各室内機2aなどから通信部31を介して運転要求の信号を受信しているか否かを確認する(ST4)。運転要求の信号を受信している場合(ST4−Y)、運転要求の信号の内容に従い第一の運転モードを継続する(ST5)。一方、運転要求の信号を受信していない場合(ST4−N)、ST1へジャンプする。

0029

室外機制御部34は、ST1において欠相検出部33で検出される一相欠相の検出通知
が有る場合(ST1−Y)、通信部31を介して一相欠相の状態を各室内機2aなどへ通知する(ST6)。次に、記憶部35へ記憶された一相欠相時の動作設定が、“運転”もしくは“停止”のいずれかを確認する(ST7)。動作設定が“運転”の場合(ST7−運転)、一定速圧縮機駆動部37で一定速圧縮機12の停止を検知しているか否かを確認する(ST8)。一定速圧縮機12の停止を検知している場合(ST8−停止)、運転モードを第二の運転モードへと切り換える、または継続する(ST9)。なお、ST6において一相欠相の検出通知を受信した各室内機2aなどは、一相欠相の状態を図示しない表示部に表示して利用者へ報知する。

0030

室外機制御部34は、各室内機2aなどから通信部31を介して運転停止の信号を受信しているか否かを確認する(ST10)。運転停止の信号を受信していない場合(ST10−N)、各室内機2aなどから通信部31を介して運転要求の信号を受信しているか否かを確認する(ST11)。運転要求の信号を受信している場合(ST11−Y)、運転要求の信号の内容に応じて第二の運転モードを継続する(ST12)。欠相検出部33において検出される一相欠相の検出通知が有るか否かを確認する(ST13)。一相欠相の検出通知が無い場合(ST13−N)、通信部31を介して一相欠相状態からの回復を各室内機2aなどへ通知する(ST14)。そしてST3へジャンプする。なお、ST14において一相欠相からの回復通知を受信した各室内機2aなどは、図示しない表示部に表示させた一相欠相の状態表示消去する。

0031

一方、室外機制御部34は、ST7において動作設定が“停止”の場合(ST7−停止)、室外機1の運転を停止する(ST15)。そして制御を終了する。また、ST8において一定速圧縮機12の停止を検知していない場合(ST8−動作)、ST8へジャンプする。また、ST11において各室内機2aなどから運転要求の信号を受信していない場合(ST11−N)、ST13へジャンプする。また、ST13において欠相検出部33で検出される一相欠相の検出通知が有る場合(ST13−Y)、ST10へジャンプする。

0032

一方、室外機制御部34は、ST2において運転停止の信号を受信している場合(ST2−Y)、ST15へジャンプする。また、ST10において運転停止の信号を受信している場合(ST10−Y)、ST15へジャンプする。

0033

以上の実施例では欠相検出部33において電源部32の三相交流電源の各相の欠相を検出し、室内機制御部34へ検出した欠相状態を通知する方法を用いて説明したが、本発明の欠相検出方法はこれに限るものではなく、三相交流電源の各相のうち一相の欠相を検出する種々の検出方法に適用可能である。

0034

1室外機
2室内機(2a,2b)
5冷媒配管(5a,5b)
11能力可変圧縮機
12一定速圧縮機
13四方弁
14アキュームレータ
15室外熱交換器
16室外電子膨張弁
21室内熱交換機(21a,21b)
22室内電子膨張弁(22a,22b)
31通信部
32電源部
33欠相検出部
34 室内機制御部
35 記憶部
36 能力可変圧縮機駆動部
37 一定速圧縮機駆動部

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