JP7319115B2

JP7319115B2 - 空気調和機

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Publication number: JP7319115B2
Application number: JP2019127507A
Authority: JP
Inventors: 雅治渡辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: JP2021011995A; CN112212482A; CN112212482B

Description

本発明は、空気調和機に関する。

特許文献１には、空気調和機における圧縮機の起動を行うための圧縮機起動シーケンスが開示されている。特許文献１には、圧縮機の駆動モータの起動時における起動失敗が検出されると、起動電圧を所定電圧ずつ順次上昇させて再起動をかけることが開示されている。また、特許文献１の圧縮機起動シーケンスは、起動失敗が所定回数に達したときに、空気調和機を異常停止させるものとなっている。

特開平１０－２６７４３２号公報

空気調和機における圧縮機起動シーケンスは、通常、起動時の振動や騒音を抑えながら圧縮機を起動させるものとされている一方、外気温が高く圧縮機の負荷が大きくなるような状況でも確実な起動を行うことも要求される。

特許文献１における圧縮機起動シーケンスは、何らかの原因で起動失敗が生じた場合に、起動失敗後の再起動時にモータの起動電圧を上昇させることで起動の確実性を上げるものとなっているが、圧縮機の負荷が大きい場合の起動失敗を想定しているものではない。また、本願発明者の検討によれば、特許文献１のようにモータの起動電圧を上昇させる方法は、圧縮機の負荷が大きい場合において、起動の確実性を上げるための最適な方法と言えるものではない。このため、特許文献１における圧縮機起動シーケンスでは、圧縮機起動にとってより過酷となる状況では、圧縮機の起動が行えないこともあり得る。

例えば、外気温の高い状態で運転されていた空気調和機を一旦止めて再起動するような場合、すなわち、外気温と圧縮機温度とが共に高い状況では、圧縮機が異常な過負荷状態となり、空気調和機を再起動したときに保護動作が働いて圧縮機の起動が失敗しやすい。特許文献１の起動シーケンスでは、このような状況に対応できず、起動失敗を繰り返した後に空気調和機の運転が停止する恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外気温および圧縮機温度が共に高い状況でも圧縮機の確実な起動を行うことのできる空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、運転開始時に圧縮機が過負荷状態であるか否かを判定する判定部と、前記圧縮機の起動制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記判定部によって前記圧縮機が過負荷状態でないと判定された場合には、起動時における振動および騒音の抑制効果が高い第１の起動シーケンスにて前記圧縮機を起動させ、前記判定部によって前記圧縮機が過負荷状態であると判定された場合には、過負荷状態においても前記圧縮機の確実な起動が行える第２の起動シーケンスにて前記圧縮機を起動させることを特徴としている。

上記の構成によれば、圧縮機が過負荷状態であると判定された場合には、圧縮機の確実な起動が行える第２の起動シーケンスにて圧縮機を起動させることで、圧縮機の起動失敗を防止し、確実な起動を行うことができる。

また、上記空気調和機では、前記第１および第２の起動シーケンスは、前記圧縮機のモータ駆動電流を起動途中で強制的に上昇させる期間を含んで、圧縮機回転数を所望の回転数まで上昇させる起動シーケンスであり、前記第２の起動シーケンスでは、前記モータ駆動電流を上昇させるタイミングが、前記第１の起動シーケンスよりも後ろにずらされている構成とすることができる。

上記の構成によれば、第２の起動シーケンスでは、モータ駆動電流を上昇させるタイミングが第１の起動シーケンスよりも後ろにずらされることで、駆動モータのロータに十分な回転惰性が働いた状態で駆動モータのロータを加速することができる。これにより、外気温および圧縮機温度が共に高いような過負荷状態でも、圧縮機の起動失敗を防止し、確実な起動を行うことができる。

また、上記空気調和機では、前記第１および第２の起動シーケンスは、前記圧縮機回転数が所定の圧縮機回転数に到達したタイミングで前記モータ駆動電流を上昇させる起動シーケンスであり、前記第２の起動シーケンスでは、前記所定の圧縮機回転数が、前記第１の起動シーケンスよりも大きな圧縮機回転数とされている構成とすることができる。

また、上記空気調和機では、前記判定部は、外気温が第１温度閾値よりも高く、かつ圧縮機温度が第２温度閾値よりも高い場合に、前記圧縮機が過負荷状態であると判定する構成とすることができる。

本発明の空気調和機は、外気温および圧縮機温度が共に高いような過負荷状態においても、第２の起動シーケンスで圧縮機を起動することによって、圧縮機の確実な起動を行うことができるといった効果を奏する。

実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。実施の形態１に係る空気調和機の運転開始時における圧縮機起動シーケンスを示すフローチャートである。第１の起動シーケンスにおけるモータ駆動電流と圧縮機回転数との変化を示すタイミングチャートである。第２の起動シーケンスにおけるモータ駆動電流と圧縮機回転数との変化を示すタイミングチャートである。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１０の概略構成図であり、空気調和機１０において適用される冷凍サイクルを示している。

空気調和機１０は、室内ユニット（室内機）１００および室外ユニット（室外機）１１０により構成されている。空気調和機１０における冷凍サイクル（ヒートポンプ）の経路上には、室内ユニット１００側に室内熱交換器１０１が備えられており、室外ユニット１１０側に圧縮機１１１、室外熱交換器１１２、四方弁１１３および膨張弁１１４が備えられている。また、室内ユニット１００には、室内熱交換器１０１で熱交換された空気を室内に送り出すための室内ファン１０２が備えられており、室外ユニット１１０には、室外熱交換器１１２に空気を送るための室外ファン１１５が備えられている。

また、空気調和機１０は、外気温を検出する第１温度センサ１２１と、圧縮機温度を検出する第２温度センサ１２２とを備えている。第１温度センサ１２１は、室外熱交換器１１２の吸気温度を外気温として検出するものとする。尚、図１では詳細な図示を省略しているが、空気調和機１０には、第１温度センサ１２１および第２温度センサ１２２以外にも、必要に応じて冷凍サイクル内の各部の温度を検出する温度センサが適宜設けられている。

四方弁１１３は、空気調和機１０の冷房／暖房運転に応じて、冷媒の循環の向きを切り替えるものである（図１は冷房運転時の状態を示している）。冷房運転時には、圧縮機１１１、四方弁１１３、室外熱交換器１１２、膨張弁１１４、室内熱交換器１０１、四方弁１１３、圧縮機１１１の順で冷媒が循環する。すなわち、冷房運転時には、室外熱交換器１１２が凝縮器、室内熱交換器１０１が蒸発器として機能する。一方、暖房運転時には、圧縮機１１１、四方弁１１３、室内熱交換器１０１、膨張弁１１４、室外熱交換器１１２、四方弁１１３、圧縮機１１１の順で冷媒が循環する。すなわち、暖房運転時には、室内熱交換器１０１が凝縮器、室外熱交換器１１２が蒸発器として機能する。

図２は、本実施の形態１に係る空気調和機１０の運転開始時における圧縮機１１１の起動シーケンス（圧縮機起動シーケンス）を示すフローチャートである。以下の圧縮機起動シーケンスは、空気調和機１０に備えられる制御部（図示省略）が、圧縮機１１１の駆動モータ（図示省略）の駆動電流（モータ駆動電流）を制御することによって実施される。

空気調和機１０が運転を開始するとき、第１温度センサ１２１が外気温を検出し、第２温度センサ１２２が圧縮機温度を検出する。検出された外気温および圧縮機温度は、制御部において、それぞれ第１温度閾値Ｔ１（例えば５０℃）および第２温度閾値Ｔ２（例えば８０℃）と比較される（Ｓ１，Ｓ２）。

制御部（判定部）は、検出された外気温および圧縮機温度に基づいて、運転開始時に圧縮機１１１が過負荷状態であるか否かを判定する。外気温および圧縮機温度の少なくとも一方が閾値以下である場合、すなわち“外気温≦Ｔ１”または“圧縮機温度≦Ｔ２”の場合（Ｓ１またはＳ２がＮＯ）は過負荷状態ではないと判定されてＳ３に移行する。外気温および圧縮機温度が共に閾値より高い場合、すなわち“外気温＞Ｔ１”かつ“圧縮機温度＞Ｔ２”の場合（Ｓ１，Ｓ２が共にＹＥＳ）は過負荷状態であると判定されてＳ４に移行する。

Ｓ３では、第１の起動シーケンスにて圧縮機１１１の起動が開始される。第１の起動シーケンスは、圧縮機１１１が過負荷状態でない場合に適用される通常の起動シーケンスであり、起動時の振動および騒音の抑制効果が高い起動シーケンスとされている。図３は、第１の起動シーケンスにおけるモータ駆動電流と圧縮機回転数との変化を示すタイミングチャートである。

圧縮機１１１を起動させる場合、通常は、モータ駆動電流を途中で強制的に上昇させることで、圧縮機回転数を所望の回転数まで上昇させる。ここでは、圧縮機回転数を最終的にＮ３（例えば３５００ｒｐｍ）まで上昇させる圧縮機起動シーケンスを例示する。また、本実施の形態１では、モータ駆動電流を上昇させるタイミングは圧縮機回転数に基づいて制御されるものとする。このため、本実施の形態１に係る制御部は、圧縮機回転数を監視している。

第１の起動シーケンスでは、図３に示すように、起動開始時はモータ駆動電流をＩ１とし、圧縮機回転数がＮ１１（例えば１５００ｒｐｍ）に到達した時点（時刻ｔ１１）でモータ駆動電流をＩ２に強制的に上昇させる。さらに、圧縮機回転数がＮ１２（例えば２０００ｒｐｍ）に到達した時点（時刻ｔ１２）でモータ駆動電流の上昇を終了させる。そして、圧縮機回転数がＮ３に到達（時刻ｔ１３）し、モータ駆動電流がＩ３に安定すれば圧縮機１１１の起動が完了する（圧縮機起動シーケンスが終了する）。ここでは、モータ駆動電流Ｉ３が圧縮機回転数Ｎ３に対応するモータ駆動電流である。

起動開始から時刻ｔ１１までの間は、圧縮機回転数の増加に伴って仕事量が増えるため、電流も増加している。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間は、モータ駆動電流Ｉ３よりも電流値の大きいモータ駆動電流Ｉ２が強制的に印加され、電流値はほぼ一定となる。時刻ｔ１２においてモータ駆動電流の上昇期間が終了すると、モータ駆動電流はその時の圧縮機回転数に応じた電流に変化（低下）する。そして、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の間は、圧縮機回転数がＮ３に安定するまで圧縮機回転数の増加に伴って仕事量が増えるため、電流も増加している。

第１の起動シーケンスでは、モータ駆動電流を上昇させるタイミング（すなわち、圧縮機回転数Ｎ１１，Ｎ１２）は、起動時の振動や騒音を抑制できるように設定されている。

Ｓ４では、第２の起動シーケンスにて圧縮機１１１の起動が開始される。第２の起動シーケンスは、圧縮機１１１が過負荷状態であり、通常の起動シーケンスでは起動失敗が起こりやすいと判断される場合に適用される起動シーケンスである。すなわち、第２の起動シーケンスは、第１の起動シーケンスに比べると起動時の振動や騒音が大きくなるが、過負荷状態においても圧縮機１１１の確実な起動が行える。図４は、第２の起動シーケンスにおけるモータ駆動電流と圧縮機回転数との変化を示すタイミングチャートである。

第２の起動シーケンスでは、図４に示すように、起動開始時はモータ駆動電流をＩ１とし、圧縮機回転数がＮ２１（例えば２０００ｒｐｍ）に到達した時点（時刻ｔ２１）でモータ駆動電流をＩ２に強制的に上昇させる。さらに、圧縮機回転数がＮ２２（例えば２５００ｒｐｍ）に到達した時点（時刻ｔ２２）でモータ駆動電流の上昇を終了させる。そして、圧縮機回転数がＮ３に到達（時刻ｔ２３）し、モータ駆動電流がＩ３に安定すれば圧縮機１１１の起動が完了する（圧縮機起動シーケンスが終了する）。第２の起動シーケンスでは、モータ駆動電流の上昇期間の切替えタイミングとなる圧縮機回転数を、第１の起動シーケンスよりも大きな回転数としている。すなわち、Ｎ２１＞Ｎ１１かつＮ２２＞Ｎ１２となる。

圧縮機１１１の起動時には、モータ駆動電流を上昇させるタイミングで駆動モータのロータが加速するが、圧縮機１１１が過負荷状態のときには、この加速タイミングで起動失敗が生じやすい。第２の起動シーケンスでは、第１の起動シーケンスよりも圧縮機回転数を上げた状態でモータ駆動電流を上昇させるため、モータ駆動電流を上昇させるタイミングが第１の起動シーケンスよりも後ろにずらされたものとなる。このように、モータ駆動電流を上昇させるタイミングを後ろにずらすことで、駆動モータのロータに十分な回転惰性が働いた状態で駆動モータのロータが加速されることとなり、圧縮機１１１の起動失敗を防止することができる（確実な起動が行える）。

〔実施の形態２〕
上記実施の形態１では、第１の起動シーケンスおよび第２の起動シーケンスにおいて、モータ駆動電流を上昇させるタイミングを圧縮機回転数に基づいて制御している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ駆動電流を上昇させるタイミングを、起動開始からの経過時間に基づいて制御することも可能である。

例えば、図３に示すタイミングチャートにおいて、圧縮機回転数がＮ１１に到達すると予測される時間ｔ１１、および圧縮機回転数がＮ１２に到達すると予測される時間ｔ１２を予め設定しておき、制御部は時間ｔ１１およびｔ１２が経過した時点でモータ駆動電流を上昇させるようにしてもよい。

同様に、図４に示すタイミングチャートにおいて、圧縮機回転数がＮ２１に到達すると予測される時間ｔ２１、および圧縮機回転数がＮ２２に到達すると予測される時間ｔ２２を予め設定しておき、制御部は時間ｔ２１およびｔ２２が経過した時点でモータ駆動電流を上昇させるようにしてもよい。

本実施の形態２に係る圧縮機起動シーケンスでは、制御部は圧縮機回転数を監視する代わりに、タイマによる時間計測によって圧縮機起動シーケンスを実行することができる。

〔実施の形態３〕
上記実施の形態１では、第１の起動シーケンスおよび第２の起動シーケンスともに、起動途中で段階的に上昇させるモータ駆動電流（起動電流）の電流値（すなわちＩ１，Ｉ２）を同じとしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、起動電流を、第１の起動シーケンスおよび第２の起動シーケンスで異ならせるものとしてもよい（最終的に到達させるモータ駆動電流Ｉ３は同じである）。

具体的には、第２の起動シーケンスの起動電流Ｉ１’，Ｉ２’を、第１の起動シーケンスにおける起動電流Ｉ１，Ｉ２よりも大きな電流としてもよい（Ｉ１’＞Ｉ１かつＩ２’＞Ｉ２）。このように、第２の起動シーケンスにおける起動電流を第１の起動シーケンスにおける起動電流よりも大きくすることで、圧縮機１１１の起動失敗をより確実に防止することができる。

〔実施の形態４〕
上記実施の形態１では、第２の起動シーケンスを実施する過負荷状態を、外気温および圧縮機温度に基づいて判定している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の起動シーケンスを実施する過負荷状態を、他のパラメータに基づいて判定することも可能である。

例えば、第２の起動シーケンスを実施する過負荷状態を、外気温と、前回の運転停止からの経過時間とに基づいて判定することが考えられる。すなわち、圧縮機温度は、前回の運転停止から十分な時間が経過すれば、過負荷状態とならない程度にまで温度が下がると想定されるが、十分な時間が経過していなければ温度が高いままであると予測される。

このため、本実施の形態４に係る圧縮機起動シーケンスは、外気温が第１温度閾値Ｔ１（例えば５０℃）よりも高く、かつ前回の運転停止からの経過時間が予め定められた時間閾値（例えば１時間）よりも短い場合に圧縮機１１１が過負荷状態であると見なし、第２の起動シーケンスを実施するものであってよい。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０空気調和機
１００室内ユニット（室内機）
１０１室内熱交換器
１０２室内ファン
１１０室外ユニット（室外機）
１１１圧縮機
１１２室外熱交換器
１１３四方弁
１１４膨張弁
１１５室外ファン
１２１第１温度センサ
１２２第２温度センサ

Claims

運転開始時に圧縮機が過負荷状態であるか否かを判定する判定部と、
前記圧縮機の起動制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、
前記判定部によって前記圧縮機が過負荷状態でないと判定された場合には、第１の起動シーケンスにて前記圧縮機を起動させ、
前記判定部によって前記圧縮機が過負荷状態であると判定された場合には、第２の起動シーケンスにて前記圧縮機を起動させ、
前記第１および第２の起動シーケンスは、前記圧縮機のモータ駆動電流を起動途中で強制的に上昇させる期間を含んで、圧縮機回転数を所望の回転数まで上昇させる起動シーケンスであり、
前記第２の起動シーケンスでは、前記モータ駆動電流を上昇させるタイミングが、前記第１の起動シーケンスよりも後ろにずらされてい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であって、
前記第１および第２の起動シーケンスは、前記圧縮機回転数が所定の圧縮機回転数に到達したタイミングで前記モータ駆動電流を上昇させる起動シーケンスであり、
前記第２の起動シーケンスでは、前記所定の圧縮機回転数が、前記第１の起動シーケンスよりも大きな圧縮機回転数とされていることを特徴とする空気調和機。
請求項１または２に記載の空気調和機であって、
前記判定部は、外気温が第１温度閾値よりも高く、かつ圧縮機温度が第２温度閾値よりも高い場合に、前記圧縮機が過負荷状態であると判定することを特徴とする空気調和機。