JPH0820094B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、室内の空気の温度や湿度等を調整するため
の空気調和機に関するものである。

＜従来技術＞ 従来、室内の空気の温度や湿度等を調整するための空
気調和機に補助暖房手段として使われているヒータは、
ニクロムヒータやシーズヒータと呼ばれるもので、通電
初期は突入電流が流れるが、その後は定電流特性を示
す。このヒータは、室内機側に配され、“ヒータ入”の
暖房運転時には連続通電、或はバイメタルサーモ等によ
る断続通電制御されている。

一方、空気調和機は、使用する電源コンセントの電流
容量（家庭用コンセントは通常15A）の制約から、室外
機（特に圧縮機）のピーク電流制御が必要であるが、前
記“ヒータ入”の暖房運転時には、室内送風機の風量等
に拘らず、無条件に室内機側で消費するヒータ電流分を
差し引いたピーク電流制御のしきい値を適用する方式が
採られていた。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、近年のセラミツク加工技術の進歩によ
り、その内部抵抗が正温度特性を示す、即ち自己電流制
限機能を持つセラミツクヒータ（以下、PTCヒータとい
う。）が出現普及し、空気調和機の補助暖房ヒータ用と
しても使用されるようになつてきた。これは、PTCヒー
タが自己電流制限機能を持つので、連続通電しても過熱
による断線故障を起こさず、バイメタル等の制御部品が
不要となる利点があるからである。

一方、電源コンセントの電流容量の制約の中で、圧縮
機の能力を最大限に発揮して（即ちできるだけ圧縮機に
電流を流して）、急速暖房や高温吹き出し暖房を行える
空気調和機が依然として求められている。

今、PTCヒータの温度特性を考慮すると、これはその
内部抵抗が正温度特性を示すから、ヒータ電流と温度の
関係が第５図に示すような負特性になる。また、PTCヒ
ータの温度は室内送風機からの熱交換風量（すなわち室
内送風機の回転数）により変化する特性を有する。すな
わち、室内送風機の回転数が高い程ヒータ温度は低く、
ヒータ電流は大きい（第6,7図のＨ）。逆に、室内送風
機の回転数が低い程ヒータ温度は高く、ヒータ電流は小
さい（第6,7図のＬ）。

このようにPTCヒータのヒータ電流は室内送風機の風
量によつて変化する。そのため、PTCヒータを補助暖房
用ヒータとして空気調和機に使用した場合、室外機のピ
ーク電流制御のしきい値を、従来の如く、ヒータの定格
電力からあらかじめ算出したヒータ電流を無条件に差し
引いて決めると、室内送風機の風量によってヒータ電流
が下がったときにその分の電流を有効に利用していない
ことになり、電源コンセント電流容量を有効に使つて最
大限に圧縮機の能力を発揮させることはできなかつた。

本発明は、上記に鑑み、PTCヒータ等の自己電流制御
機能を有するヒータを補助暖房手段として使用した場合
に、電源コンセントの電流容量の制約の中で、圧縮機の
能力を最大限に発揮させることができる空気調和機の提
供を目的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明請求項１による課題解決手段は、第１図〜第４
図の如く、室内機１側に、風量切替可能な室内送風機３
と、該室内送風機３の回転数が高い程ヒータ温度が低く
てヒータ電流が大きく、室内送風機３の回転数が低い程
ヒータ温度が高くてヒータ電流が小さいといつた自己電
流制限機能を有するヒータ２と、前記ヒータ２および室
内送風機３の運転モードを選択する操作部４と、該操作
部４からの出力信号によりヒータ２および室外機６を駆
動制御する室内側制御部５とを備え、室外機６側に前記
室内側制御部５からの出力信号に応じて室外機６のピー
ク電流制御しきい値を変化させる室外側制御部８を備え
た空気調和機において、前記室内側制御部５に、操作部
４からのヒータ２の駆動信号と室内送風機３の回転数増
加信号に基づいて、室外機６側へしきい値を減少させる
信号を出力するしきい値減少手段９と、ヒータ２の駆動
信号と室内送風機３の回転数減少信号に基づいて室外機
６側へしきい値を増大させる信号を出力するしきい値増
大手段10とが設けられたものである。

請求項２では、室内側制御部５に、操作部４からのヒ
ータ２の駆動信号と室内送風機３の風量制御信号に基づ
いて、室内送風機３の回転数増加信号の出力前に室外機
６側へしきい値を減少させる信号を出力するしきい値減
少手段９と、室内送風機３の回転数減少信号の出力後に
室外機６側へしきい値を増大させる信号を出力するしき
い値増大手段10とが設けられたものである。

＜作 用＞ 上記請求項１による課題解決手段において、室内側制
御部５は操作部４の設定内容と室温検出器14の出力とか
ら、冷房運転，除湿運転，“ヒータ入”暖房運転，“ヒ
ータ切”暖房運転のいずれかの運転モードと室内送風機
の風量を選択して、室内送風機３、ヒータ２、室外側制
御部８を作動させる。

ここで、電源コンセントの電流容量をId,室内機の全
電流をIi,室外機の全電流をIoとすると、Id≧Ii＋Ioで
なければならない。さらに、 Ii＝Ifi＋Ih＋Isi Io＝Ic＋Ifo＋Iso （但し、Ifi:室内送風機電流、Ih:ヒータ電流、Isi:室
内側制御部電流、Ic:圧縮機電流、Ifo:室外送風機電
流、Iso:室外側制御部電流） とすると、 Id≧Ih＋Ifi＋Isi＋Ic＋Ifo＋Iso となる。通常、IsiとIsoは低消費電流であり、IfiとIfo
はその選択風量に応じた安定な電流値を示す。これに対
して、ヒータ電流Ihは第７図に記したように室内送風量
が多い程大きい値を示す。つまり、室内送風機３の回転
数が高い時（Ifiが大きい時）はヒータ２の温度が低く
てヒータ電流Ihが大きいので、しきい値減少手段９によ
り、圧縮機７の電流Icが低い目に制限されて、室外機６
のしきい値Nhは低い目に設定される。

逆に室内送風機３の回転数が低い時（Ifiが小さい
時）はヒータ２の温度が高くてヒータ電流Ihが小さいの
で、しきい値増大手段10により、室外機６のしきい値Nl
は高い目に設定され、圧縮機７の電流Icは高い目まで許
容される。

したがつて、自己電流制限機能を持つヒータ２を補助
暖房ヒータとして使用し、電源コンセントの電流容量の
制約の中で圧縮機７の能力を最大限発揮させることがで
きる。

請求項２によると、操作部４から室内送風機３を
“弱”風量に切り替える設定が、室内側制御部５に入力
されたとする。室内側制御部５は、しきい値増大手段10
により室内送風機３を“弱”風量に切り替え（第４図の
t1）、ヒータ２の温度が上昇してヒータ電流が低下して
安定する（第４図のt2）。室内側制御部５はt1からt2の
期間にシリアル信号を室外側制御部８に送つて、室外機
６のしきい値をNhからNlに切り替えさせる。

次に、操作部４から室内送風機３を“強”風量に切り
替える設定が室内側制御部５に入力されたとする（第４
図のt3）。室内側制御部５が、すぐに室内送風機３を
“強”風量に切り替えてしまうと、ヒータ２の温度が低
下してヒータ電流が増加し、Id＜Ii＋Ioとなつて、空気
調和機に過電流が流れてしまう。それを防ぐために、室
内側制御部５は、しきい値減少手段９により操作部４か
ら“強”風量に切り替える要求を受けた時には、まずシ
リアル信号を室外側制御部８を送つて、t3からt4の期間
に室外機６のしきい値をNlからNhに切り替えさせる。そ
れから、室内側制御部５は、室内送風機３を“強”風量
に切り替える（第４図のt4）。すると、ヒータ２の温度
が低下して、ヒータ電流が増大して安定する（第４図の
t5）が、先にしきい値がNhに切り替わつて、室外電流が
抑制されているから、Id≧Ii＋Ioを満足するように抑制
され、空気調和機の総電流が電源コンセントの電流容量
を越えることはない。

したがつて、自己電流制限機能を持つヒータを補助暖
房ヒータとして使用し、電源コンセントの電流容量の制
約の中で圧縮機の電流を最大限許容しながらも、室内送
風機の風量切り替え時に過電流保護ヒユーズが作動する
ことを未然に防ぐことができ、より急速な案棒運転やよ
り高温吹き出し運転が可能な空気調和機を実現すること
ができる。

＜実 施 例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の実施例を示す空気調和機の機能ブロツク
図、第２図は同じく制御ブロツク図、第３図は同じく制
御回路図、第４図はヒータ電流と電流検知部のしきい値
の切り替えのタイミングとの関係を示す図である。

本発明の空気調和機は、図示の如く、室内機１側に、
自己電流制限機能を有するPTCヒータ２と、風量切替可
能な強弱２速の風量切り替えタツプを持つ室内送風機３
と、前記ヒータ２および室内送風機３の運転モードを選
択する操作部４と、該操作部４からの出力信号によりヒ
ータ２および室外機６を駆動制御する室内側制御部５と
を備え、室外機６側に、冷媒液体を圧縮する３相電動圧
縮機７と、前記室内側制御部５からの出力信号に応じて
室外機６のピーク電流制御しきい値を変化させる室外側
制御部８とを備え、前記室内側制御部５に、操作部４か
らのヒータ２の駆動信号と室内送風機３の風量制御信号
に基づいて、室内送風機３の回転数増加信号の出力前に
室外機６側へしきい値を減少させる信号を出力するしき
い値減少手段９と、室内送風機３の回転数減少信号の出
力後に室外機側６へしきい値を増大させる信号を出力す
るしきい値増大手段10とが設けられたものである。

そして、第2,3図の如く、商用電源11に接続された室
内機１の電源ラインには、過電流保護ヒユーズ12を介し
て直流低圧電源回路13と室内送風機３とヒータ２が接続
されている。

前記室内側制御部５は、ワンチツプマイクロコンピユ
ータ（以下、マイコンと言う）より成り、入力端子P1は
前記操作部４に、P2は室温検出器14に接続されており、
出力端子Q1,Q2は風量制御部15を介して室内送風機３
に、出力端子Q3はヒータ駆動部16を介してPTCヒータ２
に接続され、出力端子S1,S2は室外側制御部８に接続さ
れている。

前記風量制御部15は、送風機用リレードライバ17と強
風用リレー18および強風用リレー19とからなり、Q1出力
側に強風用リレー18が、Q2出力側に弱風用リレー19がそ
れぞれ接続されている。また、前記ヒータ駆動部16は、
ヒータ用リレードライバ20とヒータ用リレー21とからな
る。

室内側制御部５では、直流低圧電源回路13から電源供
給を受けて操作部４からの設定入力信号、室温検出器14
からの室温信号を各々P1,P2入力端子から入力し、あら
かじめプログラムされたROM,データRAM（共に図示せ
ず）を用いた論理演算結果に従つて、冷房運転，除湿運
転，“ヒータ入”暖房運転，“ヒータ切”暖房運転のい
ずれかのモードを選択して、それに応じた出力信号を出
力端子Q1,Q2から送風機用リレードライバ17へ、Q3から
ヒータ用リレードライバ20へ、S1,S2から室外側制御部
８へ送る。

Q1出力が“H"になると、強風用リレー18が閉成して室
内送風機３の“強”タツプ巻き線に通電されて“強”回
転する。Q2出力が“H"になると、弱風用リレー19が閉成
して“弱”タツプ巻き線に通電されて“弱”回転する。
Q3出力が“H"になると、ヒータ用リレー21が閉成してPT
Cヒータ２に通電される。

前記室外機６は、前記室外側制御部８と、圧縮機７
と、室外送風機22と、室外電流検知回路23とを備え、室
内機１と室外機６とは、２本の電源線と２本のシリアル
信号線とで接続されている。

前記室外側制御部８は、マイコンより成り、入力端子
S11,S12は室内側制御部５の出力端子S1,S2に接続されて
おり、S1,S2出力からのシリアル信号が入力される。ま
た、入力端子P11は、前記室外電流検知回路23に接続さ
れており、該検知回路23はカレントトランス24と電流検
知部25とから構成される。

室外側制御部８の出力端子Q11は、リレードライバ26,
リレー27を介して室外送風機22に接続され、出力端子Q1
2〜Q17は、駆動回路28を介して圧縮機７に接続されてい
る。

該駆動回路28は、インバータ駆動部29と、６個のパワ
ートランジスタより成る３相インバータ電源回路30から
構成される。

そして、室内側制御部５からのシリアル信号と電流検
知部25からの入力に応じて、あらかじめプログラムされ
たROMとデータRAM（共に図示せず）を用いた論理演算結
果に従つて、リレードライバ26およびインバータ駆動部
29に出力端子Q11およびQ12〜Q17から信号を送る。

室外側の電源ラインには、カレントトランス24と直流
低圧電源回路31と室外送風機22と整流回路32とが接続さ
れている。室外側制御部８は、直流低圧電源回路31から
電源供給され、室外機用のAC電流をカレントトランス24
が電圧信号に変換し、電流検知部25で所定のしきい値と
比較した結果を室外側制御部８のP11入力端子へ入力す
る。

また、Q11出力が“H"になると、リレー27が閉成して
室外送風機22に通電される。そして、室外側制御部８の
Q12〜Q17出力によりインバータ駆動部29が出力する６本
のドライブ信号に応じて、３相インバータ電源回路30は
３相電動圧縮機７をPWM制御している。出力端子Q12〜Q1
7からの出力パルスのデユーテイと周波数とにより、３
相電動圧縮機７に印加されるインバータ波形の周波数
“f"と電圧“V"とが決まる。V/fの２乗が３相電動圧縮
機７のトルクに比例するから、V/fの比が一定になるよ
うに制御している。

運転中に３相電動圧縮機７の電流Icは種々の要因で変
動する。暖房運転時及び冷房運転時に室外機の外気温度
が非常に高い場合は、３相電動圧縮機７の吐出圧力が上
昇して過負荷状態となり、３相電動圧縮機７のAC電流が
増大する。

また、暖房運転時に外気温度が非常に低い場合は、起
動時にサクションから冷媒液体状態でシリンダーに入り
シリンダーとロータがロツクしてしまう、いわゆる“液
かみ”状態となり、３相電動圧縮機７のAC電流が増大す
る。この“液かみ”状態は、圧縮機の温度が上昇して冷
媒が循環し始めると解消される。また、電源電圧が低下
すると、３相電動圧縮機７は、それまでと同じ速度で回
転し続けようとする慣性により、AC電流が増大する。そ
のAC電流変動をカレントトランス24を介して電流検知部
25が検知し、ピーク電流が所定のしきい値を越えた場合
はインバータ波形の周波数と電圧を抑制する信号を室外
側制御部８にフイードバツクしている。

上記構成において、室内側制御部５は操作部４の設定
内容と室温検出器14の出力とから、冷房運転，除湿運
転，“ヒータ入”暖房運転，“ヒータ切”暖房運転のい
ずれかの運転モードと室内送風機の風量を選択して、風
量制御部15,ヒータ駆動部16,室内側制御部８へ信号を送
る。その信号に従つて、風量制御部15は室内送風機３
を、ヒータ駆動部16はPTCヒータ２を作動させる。そし
て、室外側制御部８は駆動回路28を通じて圧縮機７を作
動させ、同時に室外送風機22を作動させる。

ここで、電源コンセントの電流容量をId,室内機の全
電流をIi,室外機の全電流をIoとすると、Id≧Ii＋Ioで
なければならない。さらに、 Ii＝Ifi＋Ih＋Isi Io＝Ic＋Ifo＋Iso （但し、Ifi:室内送風機電流、Ih:ヒータ電流、Isi:室
内側制御部電流、Ic:圧縮機電流、Ifo:室外送風機電
流、Iso:室外側制御部電流） とすると、 Id≧Ih＋Ifi＋Isi＋Ic＋Ifo＋Iso となる。通常、IsiとIsoは低消費電流であり、IfiとIfo
はその選択風量に応じた安定な電流値を示す。それに対
して、Ihは第７図に記したように室内送風量が多い程大
きい値を示す。つまり、室内送風機３の回転数が高い時
（Ifiが大きい時）はPTCヒータ２の温度が低くてIhが大
きいので、圧縮機７の電流Icが低い目に制限されて、室
外電流検知回路23のしきい値も低い目に設定される。逆
に室内送風機３の回転数が低い時（Ifiが小さい時）はP
TCヒータ２の温度が高くてIhが小さいので、圧縮機７の
電流Icは高い目まで許容され、室外電流検知回路23のし
きい値は高い目に設定される。室内送風機３が“強”風
量の時の室外電流検知回路23のしきい値をNh、“弱”風
量の時のしきい値をNlとすると、前述の内容から、Nh＜
Nlであることがわかる。

今、“ヒータ入”暖房運転，室内送風機“強",室温20
度という設定がされているとする。室内側制御部５のQ1
出力とQ3出力とが“H"で強風用リレー18とヒータ用リレ
ー21が閉成し、室内送風機３は“強”回転し、PTCヒー
タ２は通電されている。室内送風機３が“強”回転であ
るから、前述のようにPTCヒータ２の温度は低くてヒー
タ電流は第７図のＨのように大きい目である。したがつ
て、電流検知部25は低い目のしきい値Nhを選択してい
る。即ち、しきい値Nh以下の制御条件に従つて、室温20
度にすべく３相電動圧縮機７を作動させている。室温情
報は室温検出器14から室内側制御部５に入力され、シリ
アル信号として室外側制御部８に伝えられて、室温が設
定に満たない場合はインバータ波形の周波数と電圧とを
増大させ、設定に達していれば減少させるように制御さ
れる。

ここで、操作部４から室内送風機３を“弱”風量に切
り替える設定が、室内側制御部５に入力されたとする。
すると室内側制御部５は、しきい値増大手段10によりま
ずQ1出力を“L"にQ2出力を“H"にして、室内送風機３を
“弱”風量に切り替える（第４図のt1）。するとPTCヒ
ータ２の温度が上昇してヒータ電流が低下して安定する
（第４図のt2）。室内側制御部５はt1からt2の期間にシ
リアル信号を室外側制御部８に送って、電流検知部25の
しきい値をNhからNlに切り替えさせる。

次に、操作部４から室内送風機３を“強”風量に切り
替える設定が室内側制御部５に入力されたとする（第４
図のt3）。その場合の電流検知部25のしきい値はNlであ
る。この時、操作部４からの“強”風量への切り替え要
求を受けて、室内側制御部５が、すぐに風量制御部15を
通じて室内送風機３を“強”風量に切り替えてしまう
と、PTCヒータ２の温度が低下してヒータ電流が増加
し、Id＜Ii＋Ioとなつて、空気調和機の過電流保護ヒユ
ーズ12が溶断してしまう。

それを防ぐために、室内側制御部５は操作部４から
“強”風量に切り替える要求を受けた時には、しきい値
減少手段９によりまずシリアル信号を室外側制御部８に
送つて、t3からt4の期間に電流検知部25のしきい値をNl
からNhに切り替えさせる。しきい値がそれまでよりも低
いNhに切り替わつたわけだから、もし、その時の３相電
動圧縮機７のAC電流Icが大きくて、検知出力がしきい値
Nhを越えていれば、電流検知部25は抑制信号を室外側制
御部８に出力し、結果、インバータ波形の周波数と電圧
は減少して、３相電動圧縮機７のAC電流Icは減少する。

それから、室内側制御部５はQ2出力を“L"に、Q1出力
を“H"にして、室内送風機３を“強”風量に切り替える
（第４図のt4）。すると、PTCヒータ２の温度が低下し
て、ヒータ電流が増大して安定する（第４図のt5）が、
先にしきい値がNhに切り替わつて、室外電流が抑制され
ているから、Id≧Ii＋Ioを満足するように抑制され、空
気調和機の総電流が電源コンセントの電流容量を越える
ことはない。

したがつて、自己電流制限機能を持つPTCヒータを補
助暖房ヒータとして使用し、電源コンセントの電流容量
の制約の中で圧縮機の電流を最大限許容しながらも、室
内送風機の風量切り替え時に過電流保護ヒユーズが作動
することを未然に防ぐことができ、より急速な暖房運転
やより高温吹き出し運転が可能な空気調和機を実現する
ことができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正および変
更を加え得ることは勿論である。

＜発明の効果＞ 以上の説明から明らか通り、本発明請求項１による
と、室内機側に、室内送風機の回転数が高い程ヒータ温
度が低くてヒータ電流が大きく、室内送風機の回転数が
低い程ヒータ温度が高くてヒータ電流が小さいといった
自己電流制限機能を有するヒータおよび室内送風機の運
転モードを選択する操作部と、該操作部からの出力信号
によりヒータおよび室外機を駆動制御する室内側制御部
とを備え、室外機側に前記室内側制御部からの出力信号
に応じて室外機のピーク電流制御しきい値を変化させる
室外側制御部を備え、前記室内側制御部に、操作部から
のヒータの駆動信号と市室送風機の回転数増加信号に基
づいて室外機側へしきい値を減少させる信号を出力する
しきい値減少手段と、ヒータ駆動信号と室内送風機の回
転数減少信号に基づいて室外機側へしきい値を増大させ
る信号を出力するしきい値増大手段とが設けられている
ので、室内送風機の回転数の変化に応じてヒータに流れ
る電流の変化に対応させて電源コンセントの電流容量の
制約の中で圧縮機の能力を最大限に発揮させることがで
き、しかも補助ヒータとして上記のような特性を有した
ヒータを用いることによる送風量に関係なく吹き出し温
度を高くできるといつた利点を有効に活用することがで
きる。

請求項２によると、室内送風機の回転数増加信号の出
力前に室外機側へしきい値を減少させる信号を出力し、
室内送風機の回転数減少信号の出力後に室外機側へしき
い値を増大させる信号を出力するため、圧縮機の電流を
最大限許容しながらも、室内送風機の風量切り替え時に
過電流保護ヒユーズが作動することを未然に防ぐことが
でき、より急速な暖房運転やより高温吹き出し運転を可
能にすることができるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す空気調和機の機能ブロツ
ク図、第２図は同じく制御ブロツク図、第３図は同じく
制御回路図、第４図はヒータ電流と電流検知部のしきい
値の切り替えのタイミングとの関係を示す図、第５図は
PTCヒータの電流−温度特性図、第６図はPTCヒータの温
度−時間特性図、第７図はPTCヒータの電流−時間特性
図である。 1:室内機、2:ヒータ、3:室内送風機、4:操作部、5:室内
側制御部、6:室外機、8:室外側制御部、9:しきい値減少
手段、10:しきい値増大手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室内機側に、風量切替可能な室内送風機
   と、該室内送風機の回転数が高い程ヒータ温度が低くて
   ヒータ電流が大きく、室内送風機の回転数が低い程ヒー
   タ温度が高くてヒータ電流が小さいといった自己電流制
   限機能を有するヒータと、前記ヒータおよび室内送風機
   の運転モードを選択する操作部と、該操作部からの出力
   信号によりヒータおよび室外機を駆動制御する室内側制
   御部とを備え、室外機側に、前記室内側制御部からの出
   力信号に応じて室外機のピーク電流制御しきい値を変化
   させる室外側制御部を備えた空気調和機において、前記
   室内側制御部に、操作部からのヒータの駆動信号と室内
   送風機の回転数増加信号に基づいて、室外機側へしきい
   値を減少させる信号を出力するしきい値減少手段と、ヒ
   ータの駆動信号と室内送風機の回転数減少信号に基づい
   て室外機側へしきい値を増大させる信号を出力するしき
   い値増大手段とが設けられたことを特徴とする空気調和
   機。
2. 【請求項２】請求項１記載の室内側制御部に、操作部か
   らのヒータの駆動信号と室内送風機の風量制御信号に基
   づいて、室内送風機の回転数増加信号の出力前に室外機
   側へしきい値を減少させる信号を出力するしきい値減少
   手段と、室内送風機の回転数減少信号の出力後に室外機
   側へしきい値を増大させる信号を出力するしきい値増大
   手段とが設けられたことを特徴とする空気調和機。