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【発明の名称】 空気調和機の制御装置
【発明者】 【氏名】鳶 幸生

【氏名】宮内 拓

【氏名】猿橋 浩一

【要約】 【課題】冬季の環境条件の悪化により冷房試運転ができないときに回避を行う制御装置を提供する。

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項1】 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、四方切換弁を用いて冷凍サイクルを構成し、四方切換弁により利用側熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転又は利用側熱交換器を凝縮器として作用させる暖房運転を可能に構成した空気調和機の制御装置において、冷房運転での試運転が選択された際に環境条件から冷房運転が可能か否かを判断し、冷房運転が不可能な際に暖房運転による試運転を行わせる制御装置を備えたことを特徴とする空気調和機の制御装置。
【請求項2】 環境条件は冷房運転時に蒸発器として作用する利用側熱交換器の温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機の制御装置。
【請求項3】 環境条件は外気温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機の制御装置。
【請求項4】 環境条件は室温が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機の制御装置。
【請求項5】 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、四方切換弁を用いて冷凍サイクルを構成し、四方切換弁により利用側熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転又は利用側熱交換器を凝縮器として作用させる暖房運転を可能に構成すると共に、温水供給源と温水熱交換器との間で温水が循環する温水回路とを備え、被調和室の空気が循環する単一のユニット内に風上から順に前記利用側熱交換器及び前記温水熱交換器を配置してなる空気調和機の制御装置において、温水回路を介して供給される温水を用いて暖房運転の試運転を行った後、前記利用側熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転の試運転を行わせる際に、環境条件から冷房運転が可能か否かを判断し、冷房運転が不可能な際に暖房運転による試運転を行わせる制御装置を備えたことを特徴とする空気調和機の制御装置。
【請求項6】 環境条件は冷房運転時に蒸発器として作用する利用側熱交換器の温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項5に記載の空気調和機の制御装置。
【請求項7】 環境条件は冷房運転時に外気温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項5に記載の空気調和機の制御装置。
【請求項8】 環境条件は室温が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項5に記載の空気調和機の制御装置。
【請求項9】 環境条件は冷房運転時に蒸発器として作用する利用側熱交換器の風下側に配置される温水熱交換器の温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とする請求項5に記載の空気調和機の制御装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の利用分野】本発明は圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、四方切換弁を冷媒配管で環状に接続して冷房運転/暖房運転を可能にした冷凍サイクル及び温水供給源と温水熱交換器とを温水配管で環状に接続した温水回路を備える空気調和機の試運転制御に関するものであり、特に冬季の試運転制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の空気調和機では、温水回路の試運転は温水供給源を運転させ利用側に設けられる温水熱交換器の温度上昇から温水回路の動作を確認し、冷凍サイクルの試運転も同様に暖房運転/冷房運転を行った際の利用側熱交換器の温度変化から冷凍サイクルの動作を確認するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された空気調和機では、特に冬季に冷房運転の試運転を行う際には、蒸発器として作用する利用側熱交換器の温度が所定値以下の際には、試運転を中止しエラー表示を行い、利用側熱交換器の凍結を防止するものであり、試運転が終了しないものであった。
【0004】冷凍サイクルの試運転としては、冷房運転/暖房運転のいずれかが正常に動作すれば良く、冷房運転が不可能なような環境条件下で冷房運転の試運転が要求された際にも問題が生じない制御装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、四方切換弁を用いて冷凍サイクルを構成し、四方切換弁により利用側熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転又は利用側熱交換器を凝縮器として作用させる暖房運転を可能に構成した空気調和機の制御装置において、冷房運転での試運転が選択された際に環境条件から冷房運転が可能か否かを判断し、冷房運転が不可能な際に暖房運転による試運転を行わせる制御装置を備えたものである。
【0006】さらに、環境条件は冷房運転時に蒸発器として作用する利用側熱交換器の温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断するものである。
【0007】さらに、環境条件は冷房運転時に外気温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断するものである。
【0008】さらに、環境条件は冷房運転時に室温が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断するものである。
【0009】また、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器、四方切換弁を用いて冷凍サイクルを構成し、四方切換弁により利用側熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転又は利用側熱交換器を凝縮器として作用させる暖房運転を可能に構成すると共に、温水供給源と温水熱交換器との間で温水が循環する温水回路とを備え、被調和室の空気が循環する単一のユニット内に風上から順に前記利用側熱交換器及び前記温水熱交換器を配置してなる空気調和機の制御装置において、温水回路を介して供給される温水を用いて暖房運転の試運転を行った後、前記利用側熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転の試運転を行わせる際に、環境条件から冷房運転が可能か否かを判断し、冷房運転が不可能な際に暖房運転による試運転を行わせる制御装置を備えるものである。
【0010】さらに、環境条件は冷房運転時に蒸発器として作用する利用側熱交換器の温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断するものである。
【0011】さらに、環境条件は冷房運転時に外気温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断することを特徴とするものである。
【0012】さらに、環境条件は冷房運転時に室温が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断するものである。
【0013】さらに、環境条件は冷房運転時に蒸発器として作用する利用側熱交換器の風上側に配置される温水熱交換器の温度が所定値以下の際に冷房運転の不可能を判断するものである。
【0014】
【発明の実施形態】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明の温水回路及び冷凍サイクルを示す概略図である。この図において、5a、5bは被調和室に設けられた室内ユニットであり、8は屋外に設けられた室外ユニットであり、3は温水を供給するボイラー等からなる熱源側ユニットであり、信号に応答して温水暖房用に温水を循環させる機能を備える汎用のものを用いることができる。
【0015】尚、熱源側ユニット3と室内ユニット5aとは相互に信号の授受ができるように信号線で接続されている。
【0016】熱源側ユニット3からの出湯は温水管12と戻り管11とで温水の循環回路が構成され、温水管12と戻り管11との間には流量可変弁14aと温水熱交換器(放熱器)13aとが室内ユニット5aの中で直列に接続され、流量可変弁14bと温水熱交換器13bとが室内ユニット5bの中で直列に接続されている。
【0017】これら流量可変弁14a、14bの開度を調節することによって温水熱交換器13a、13bに流れる温水の流量を調節することができる。すなわち暖房(加熱)能力を負荷に基づいて能力制御することができるものである。
【0018】尚、温水熱交換器13a、13bで加熱された調和空気は送風機(図示せず)で実線矢印に示すように被調和室に供給されるものである。
【0019】室外ユニット8には圧縮機17(第1の設定値とこの設定値より小さい第2の設定値との間で任意に運転能力を設定することができる運転能力可変型の圧縮機)、四方切換弁18、室外熱交換器19、電動膨張弁20、ストレーナー21、アキュムレーター23が搭載され、室内ユニット5aには室内熱交換器22が温水熱交換器13bの風上になるように配置されている。
【0020】これらの機器は圧縮機17から吐出される冷媒が循環する冷凍サイクルを構成するように冷媒配管で環状に接続されている。四方切換弁18を切り換えることにより室内熱交換器22を蒸発器(冷房運転時)として作用させ、または凝縮器(暖房運転時)として作用させるものである。
【0021】従って、室内ユニット5aで冷房運転を行うときは流量可変弁14aを閉じ、圧縮機17を運転し四方切換弁18を図1の実線に示す状態にすることによって、室内熱交換器22で冷媒が蒸発して被調和室の冷房運転が可能になる。
【0022】暖房運転時は流量可変弁14aを開いて温水熱交換器13aに温水を供給することによって暖房運転が行われる。このとき、圧縮機17を運転し、四方切換弁18を図1に示す点線の状態に切り換えれば、室内熱交換器22で冷媒が凝縮し暖房能力の増加が行えるものである。
【0023】尚、冷媒熱交換器22を蒸発器として作用させ、同時に温水熱交換器13aに温水を供給することによって被調和室の除湿運転が可能になる。すなわち蒸発器で冷却されかつ水分が凝縮して除去された空気を温水熱交換器13aで再加熱する事によって除湿された空気が得られるものである。
【0024】このとき流量可変弁16の開度を調節して温水の流量を調節すれば再加熱時の加熱量を調整でき、除湿運転時に被調和室に吹き出される調和空気の温度を調節することができるものである。
【0025】図2は室内ユニット5aの制御回路を示すブロック図である。この図において、25はプラグであり、屋内配線に接続され商用の交流電力(例えば100V)の供給を受けるものである。この交流電力はスイッチ26を介して制御回路内に供給されると共に、パワーリレー27の常開接片27aと端子28を介して室外ユニット8へ電力が供給されるものである。常開接片27aは空気調和機の運転中に閉じて室外ユニットの運転を可能にするもである。
【0026】29は送風用のDCファンであり、温水熱交換器15a、室内熱交換器22へ室内(被調和室)の空気を循環させるものである。このDCファン29は、モーター電源30から出力される直流の定電圧を駆動回路31で回転子の回転角度に応じてスイッチングして所定の固定子巻き線に通電させ回転子の連続回転を得るブラシレスモーターである。
【0027】駆動回路31でのスイッチングをマイコン32(制御部)が制御し、またモーター電源30から出力される定電圧の電圧を変えることによってDCファン29の回転数を変えることができる。この電圧はマイコン32で制御するようにしても良い。
【0028】33は制御回路電源であり、DCファン29以外の駆動素子(マイコン、リレー及び各種センサなど)へ電力を供給するものであり、モーター電源30にヒューズ34と共に直列に接続されている。
【0029】35、36はそれぞれシリアル電源、シリアル回路であり、端子28の■端子、信号線(■端子を電源と共通線としている)を介して室外ユニット8のマイコンと信号の送受を可能にするものであって、シリアル電源35で生成された定電圧にシリアル回路36でマイコン32からの信号を重畳させて■端子から出力し、また受信した信号をマイコン32に出力するものである。送受信する信号方式としては汎用のPCM方式などが可能であるが、これに限るものではない。
【0030】37は熱源側ユニット(給湯器)3と信号線7を介して信号の送受を行うインターフェース回路であり、マイコン32と熱源側ユニット3との間での信号の送受を可能にしている。
【0031】40は記憶部であり、マイコンの初期定数を格納し、マイコン32のイニシル時にこれらの定数が読み込まれるものである。
【0032】42はスピーカーであり信号の受信音や警報音などを必要に応じて出力するものであり、マイコン32からの出力によって制御されている。
【0033】44、45はフラップモータ、流量可変弁16の駆動用ステップモータであり、マイコン32からの信号で駆動回路43を介して制御される。フラップモータ(ステップモータ)44を駆動させることによって室内ユニット5から被調和室へ吐出される調和空気の角度を変えることができるものである。また、ステップモータ45を駆動させることによって流量可変弁16の開度が変わり温水の流量を変えることができるものである。
【0034】46は表示部であり、マイコン32からの信号で点灯が制御されるLEDやリモートコントローラからのワイヤレス信号(赤外線信号)を受信する受信用ICを含む受信回路であり、リモートコントローラからの信号を復調後マイコン32に出力するものである。
【0035】47は室温センサであり、室内ユニット5aの空気の吸い込み側に設けられ室内の空気の温度を検出するものであり、このセンサの出力はマイコン32がA/D変換した後取り込み温度制御に用いられる。
【0036】尚、室温はセンサをリモートコントローラに設け、このセンサで検出した温度を表示部46の受信回路で受信して運転制御に用いるようにしてもよい。
【0037】48は室内熱交換器22に取り付けられる冷媒熱交換器温度センサであり、室内熱交換器22の温度を検出し、マイコン32はこの温度に基づいて、過負荷状態や温度異常に対する制御を行うものである。
【0038】49は温水熱交換器温度センサであり、温水熱交換器15の温度を検出し、マイコン32はこの温度に基づいて、過負荷状態や温度異常(凍結)に対する制御を行うものである。
【0039】50は吐出温度センサであり、空気調和機から被調和室へ吐出される調和空気の温度を検出し温度異常に対する制御を行うものである。
【0040】51はスイッチ基板であり、試運転/通常運転/停止等の運転時のモードを切り換えるスイッチであり、近くには異常発生時の原因を特定するための表示LEDが複数設けられている。
【0041】このように構成された室内ユニット5aは、リモートコントローラ(図示せず)の操作に基づく信号を受信して空調運転が行われると共に、最適な空調運転が行えるように圧縮機の運転能力を第1の設定値と第2の設定値との間で自動的に制御するものである。このような運転能力の制御はマイコン32内にプログラムで構成された運転能力制御部によって行われる。
【0042】また流量可変弁14aの開度も暖房運転/除湿運転などの時に室内の負荷に応じて最適な空調運転が行えるように制御するものである。同時に熱源ユニット3を制御する信号(給湯の開始、出湯温度の変更など)をインターフェース回路37を介して送信するものである。
【0043】図3は室外ユニットに搭載される制御回路の概略を示すブロック図であり、端子板61の端子番号を同じくして図2に示す端子板28に接続されるものである。
【0044】この図において、62は電源回路であり、端子板61の1番端子、2番端子を介して得られる室内ユニットからの100Vの交流電力を倍電圧整流し平滑するものである。この電源回路62から出力される直流電力は、スイッチング素子を3相ブリッジ状に結線したインバータ回路63へ出力されて、3相交流(圧縮機17が誘導電動機を用いている場合)または、回転子の回転位置に対応する固定子巻線を通電できる波形(圧縮機17が直流ブラシレスモータを用いている場合)に変換された後圧縮機17へ供給される。
【0045】64はマイコンであり、端子板61の3番端子及びシリアル回路65を介して室内ユニットのマイコン32から制御信号を受信し主に圧縮機17の回転数、四方切換弁18の切換やファンモータ66の運転などの制御を行うものである。
【0046】67は外気温度を検出する外気温度センサであり、このセンサの検出した外気温度をマイコン64が制御に用いると共に室内ユニット5aへ信号線を介して送信されるものである。
【0047】従って室外ユニット8は室内ユニット5aから送られて来る運転能力を示す信号に対応する運転能力で第1の設定値と第2の設定値(<第1の設定値)との間で圧縮機17の運転を行うものであり、室外ユニット8において異常が起きたときは室内ユニット5aが自動的に保護動作を行うものである。
【0048】図4は温水供給源3が行う自動試運転の動作を示したフローチャートである。このフローチャートは温水供給源3の全体の動作を制御するメインプログラムの一部を示すサブルーチンであり「R」を介してメインプログラムへ戻るものである。
【0049】このフローチャートにおいて、ステップS1で「温水暖房による試運転信号」を室内ユニット5aへ出力する。室内ユニット5aは図5に示すフローチャートに基づいて試運転を行いその結果(正常出力/異常出力)を温水供給源3へ戻すものである。
【0050】ステップS2では温水の供給を開始して温水による暖房運転を可能にし、ステップS3で室内ユニット5aから得られる試運転の結果に基づき、「異常出力」(No)が判断された際はステップS4、ステップS5へ進み温水供給を停止した後、「温水暖房の異常」(試運転異常)の表示を行いメインプログラムへ戻る。
【0051】ステップS3で「正常出力」(Yes)が判断された際は、ステップS6、ステップS7へ進み温水供給を停止した後、「ヒーポン暖房による試運転信号」(冷凍サイクルによる暖房運転)を室内ユニット5aへ出力する。
【0052】ステップS8で室内ユニット5aから得られる試運転の結果に基づき、「異常出力」(No)が判断された際はステップS9へ進み温水供給を停止した後、「ヒーポン暖房の異常」(試運転異常)の表示を行いメインプログラムへ戻る。
【0053】ステップS8で「正常出力」(Yes)が判断された際は、ステップS10、へ進み「冷房による試運転信号」(冷凍サイクルによる冷房運転)を室内ユニット5aへ出力する。
【0054】ステップS11で室内ユニット5aから得られる試運転の結果に基づき、「異常出力」(No)が判断された際はステップS12へ進み温水供給を停止した後、「冷房暖房の異常」(試運転異常)の表示を行いメインプログラムへ戻る。
【0055】ステップS11で「正常出力」(Yes)が判断された際は、ステップS13へ進み「試運転終了」の表示を行った後メインプログラムへ戻る。
【0056】図5は室内ユニット5aの試運転動作を示すフローチャートであり、室内ユニット5aの動作を制御するメインプログラムの一部を成すサブルーチンであり、「R」を介してメインプログラムへ戻るものである。
【0057】ステップS21、ステップS22、ステップS23で温水供給源3から送信された試運転信号が「温水暖房による試運転」か、「ヒーポン暖房による試運転」か、「冷房による試運転」かの判断を行い、ステップS21で「温水暖房による試運転」が判断されたときは、ステップS24で流量可変弁14aの開度を全開に対する所定の開度に開き温水熱交換器13aへの温水循環を可能にする。このとき、室内ユニット5aから吐出される調和空気の方向を予め定められた方向に固定し、送風量は最大に設定する。
【0058】次いで、ステップS25で温水熱交換器13aの温度がT0以上になったか否かの判断を行い、温水熱交換器13aの温度がT0以上になった際にはステップS26で試運転の終了(正常終了)を表す信号を温水供給源3へ送信するものである。
【0059】このステップS25の条件をステップS27で設定する時間の間に満たさないときはステップS28へ進み試運転不良(異常表示)を表す信号を温水供給源3へ送信するものである。
【0060】これら一連の試運転判断において、流量可変弁14aの開度、温度T0の値、ステップS27で計時される時間の関係は、正常であればこの時間の間に温水熱交換器13aの温度が充分にT0以上になるように流量可変弁14aの開度が設定されるものであり、温水供給源3から供給される温水の温度、温水熱交換器13aの容量等に基づいて設定されるものである。
【0061】ステップS22で「ヒーポン暖房による試運転」が判断されたときは、ステップS29で四方切換弁を18を暖房運転の側へ切換える。このとき、室内ユニット5aから吐出される調和空気の方向を予め定められた方向に固定し、送風量は最大に設定し、圧縮機17の運転能力は定格能力とする。
【0062】次いで、ステップS30で温水熱交換器温度−室温がT1以上になったか否か(温水熱交換器が冷媒熱交換器で所定値以上に加熱されたか否か)の判断を行い、この温度差がT1以上になった際にはステップS31で試運転の終了(正常終了)を表す信号を温水供給源3へ送信するものである。
【0063】このステップS30の条件をステップS32で設定する時間の間に満たさないときはステップS33へ進み試運転不良(異常表示)を表す信号を温水供給源3へ送信するものである。
【0064】これら一連の試運転判断において、圧縮機17の運転能力、温度T1の値、ステップS32で計時される時間の関係は、正常であればこの時間の間に温水熱交換器22の温度が充分に上昇するように圧縮機17の運転能力(定格能力に限らず任意に設定することができる)、冷媒熱交換器22の容量等に基づいて設定されるものである。
【0065】ステップS23で「冷房による試運転」が判断されたときは、まずステップS34で温水熱交換器13aの温度がT2以上か否かの判断を行い、この条件を満たさないときはステップS29へ進み「ヒーポン運転による試運転」を行う。
【0066】尚、ステップS34の判断には温水熱交換器13aの温度の換わりに外気温度センサ67の検出する外気温度を用いても良い(温水熱交換器の温度と外気温度のいずれか一方の条件を満たす際でも良い)。
【0067】また、室温や冷媒熱交換器22の温度を用いることも可能である。温度T2の値は温水熱交換器13a、室温、冷媒熱交換器22では6〜7度、外気温では4〜5度程度の、冷媒熱交換器22(又は温水熱交換器)の凍結が起きない値、及び冷凍サイクルが低負荷に至らない値に設定される。
【0068】次いで、ステップS35で四方切換弁18を冷房運転の側へ切換える。このとき、室内ユニット5aから吐出される調和空気の方向を予め定められた方向に固定し、送風量は最大に設定し、圧縮機17の運転能力は定格能力とする。
【0069】次いで、ステップS36で温水熱交換器温度−室温がT3以下になったか否か(温水熱交換器が冷媒熱交換器で所定値以下に冷却されたか否か)の判断を行い、この温度差がT3以下になった際にはステップS37で試運転の終了(正常終了)を表す信号を温水供給源3へ送信するものである。
【0070】このステップS36の条件をステップS38で設定する時間の間に満たさないときはステップS39へ進み試運転不良(異常表示)を表す信号を温水供給源3へ送信するものである。
【0071】これら一連の試運転判断において、圧縮機17の運転能力、温度T3の値、ステップS38で計時される時間の関係は、正常であればこの時間の間に温水熱交換器22が充分に冷やされるように圧縮機17の運転能力(定格能力に限らず任意に設定することができる)、冷媒熱交換器22の容量等に基づいて設定されるものである。
【0072】このように構成された制御装置では、冷房による試運転を行う際に、冬季など冷房の試運転が困難なときには、自動的にヒートポンプ暖房による冷凍サイクルでの試運転が冷房の試運転に換わって行わる。このとき、試運転を要求した側に対しては冷房の試運転の正常終了を表す信号が送信される。
【0073】冷房運転の試運転は冷凍サイクルが正常に動作すれば良いものであり、同様にヒーポン暖房の試運転が正常に終了すれば冷凍サイクルも正常に動作していることになるので冷房の試運転が行えないような環境条件下ではヒーポン暖房の試運転に変えても実質的に冷房試運転が終了したのと同等の効果が得られるものである。
【0074】
【発明の効果】以上のように本発明の空気調和機の制御装置では、冷房による試運転を行う際に、冷房運転が行えないような環境条件下では冷房による試運転に変えてヒーポン暖房による試運転を行うことによって実質的に冷房試運転を終了させることができ、試運転の実行不可による試運転異常を回避できるものである。
【0075】
【出願人】 【識別番号】000001889
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【出願日】 平成11年9月27日(1999.9.27)
【代理人】 【識別番号】100111383
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
【公開番号】 特開2001−91012(P2001−91012A)
【公開日】 平成13年4月6日(2001.4.6)
【出願番号】 特願平11−272433