(57)【要約】【課題】電解コンデンサの寿命推定の精度が高く、且つ寿命推定に必要なデータ検出の時間帯を拡大した使い勝手の良い空調室外機の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置４は、空調室外機２を制御する制御装置であって、コンバータ８と、電流検出回路４４と、マイコン５とを備えている。コンバータ８は、交流電源７の出力を直流に変換する。電流検出回路４４は、コンバータ８内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する。マイコン５は、電流検出回路４４が検出する電流から、電解コンデンサ８３の漏れ電流を読取る。さらにマイコン５は、漏れ電流のデータを用いて電解コンデンサ８３の故障あるいは寿命を予知する。【選択図】図３
2007318872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調室外機（２）を制御する制御装置であって、
交流電源（７）の出力を直流に変換するコンバータ（８）と、
前記コンバータ（８）内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサ（８３）に流れる電流を検出する電流検出手段（４４）と、
前記電流検出手段（４４）が検出する電流から、前記電解コンデンサ（８３）の漏れ電流を読取るマイコン（５）と、
を備え、
前記マイコン（５）は、前記漏れ電流のデータを用いて前記電解コンデンサ（８３）の故障あるいは寿命を予知する、
制御装置（４）。
【請求項２】
前記マイコン（５）は、前記電解コンデンサ（８３）の故障或いは寿命を予知するときに、所定期間内に読取られた前記漏れ電流のデータを用いない、
請求項１に記載の制御装置（４）。
【請求項３】
前記所定期間は、前記電解コンデンサ（８３）のライフサイクルの初期を含む、
請求項２に記載の制御装置（４）。
【請求項４】
前記マイコン（５）は、前記漏れ電流のデータが上昇傾向に転じたときに、前記電解コンデンサ（８３）の寿命時期を予知する、
請求項１に記載の制御装置（４）。
【請求項５】
前記コンバータ（８）から電力を供給されるインバータ（９）をさらに備え、
前記マイコン（５）は、前記インバータ（９）が停止中に、前記漏れ電流を定期的に収集し蓄積する、
請求項１に記載の制御装置（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータによる回転数制御を行う容量可変の圧縮機を搭載した空調室外機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容量可変の圧縮機を搭載した空調室外機の制御装置では、交流電源とインバータとの間に、コンバータと呼ばれる回路が配置されている。このコンバータは、限流抵抗から成る限流回路と、ダイオードから成る整流回路と、リアクタンスと電解コンデンサから成る平滑回路とで構成されており、交流出力を直流に変換する機能を有している。コンバータ内に配置されている電解コンデンサは、インバータに安定した直流電圧を供給するための重要な部品であるが、他の部品と比べて低寿命である。このため、ユーザーに不便をかけさせないように、電解コンデンサの寿命を推定し適時に交換する必要がある。仮に、寿命に達した電解コンデンサを使用し続けると、内部圧力が上昇しやがて防爆弁が作動し発煙する可能性がある。
【０００３】
この防爆弁の作動を直前に検知することは困難であり、超大型の電解コンデンサでは、内部に圧力センサを設けて直接監視するものが実用化されているが、一般の電解コンデンサでは、採算性が悪く実用化は無理である。そこで、電解コンデンサの寿命推定の手段として、電解コンデンサの劣化と共に静電容量が低下することを利用し、静電容量が初期値からある一定値低下した時点で寿命と判定する方法（例えば、特許文献１参照）、或いは、電解コンデンサの劣化と共に放電時間が低下することを利用し、放電時間が基準時間以下となった時点で寿命と判定する方法（例えば、特許文献２参照）が採用されている。
【特許文献１】特開平８−０８００５５号公報
【特許文献２】特開平６−１６５５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の方法は、電解コンデンサの寿命推定の精度は高く有用であるが、電源オフによる電解コンデンサの放電を必要とするため、空調室外機の運転を妨げないように電解コンデンサの放電時期を考慮しなければならず、データ検出の時間帯が制限され使い勝手があまり良くない。
【０００５】
本発明の課題は、電解コンデンサの寿命推定の精度が高く、且つ寿命推定に必要なデータ検出の時間帯を拡大した使い勝手の良い空調室外機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る制御装置は、空調室外機を制御する制御装置であって、コンバータと、電流検出手段と、マイコンとを備えている。コンバータは、交流電源の出力を直流に変換する。電流検出手段は、コンバータ内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサに流れる電流を検出する。マイコンは、電流検出手段が検出する電流から、電解コンデンサの漏れ電流を読取る。さらにマイコンは、漏れ電流のデータを用いて電解コンデンサの故障あるいは寿命を予知する。
【０００７】
この制御装置では、電源オフによる電解コンデンサの放電が必要でない。このため、寿命推定に必要なデータ検出の時間帯が拡大し使い勝手が良い。また、電解コンデンサが故障、寿命に至る前に、点検者が電解コンデンサを交換することができる。このため、周辺部品への悪影響が回避され、制御装置の信頼性が向上する。
【０００８】
第２発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、マイコンが、電解コンデンサの故障或いは寿命を予知するときに、所定期間内に読取られた漏れ電流のデータを用いない。
【０００９】
この制御装置では、マイコンは、電解コンデンサが正常であるにもかかわらず漏れ電流が高い一時期のデータを除外する。このため、故障予知、寿命の予知の精度が高まる。
【００１０】
第３発明に係る制御装置は、第２発明に係る制御装置であって、所定期間が、電解コンデンサのライフサイクルの初期を含む。
【００１１】
電解コンデンサのライフサイクルの初期から一定期間は、漏れ電流が減少することが分かっている。したがって、この制御装置では、マイコンは、電解コンデンサが正常であるにもかかわらず漏れ電流が高い一時期のデータを除外する。このため、故障予知、寿命の予知の精度が高まる。
【００１２】
第４発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、漏れ電流のデータが上昇傾向に転じたときに、電解コンデンサの寿命時期が予知される。
【００１３】
この制御装置では、マイコンは、電解コンデンサの漏れ電流が急激な上昇に至る前に寿命時期を予知する。このため、予知遅れが回避され、点検者へ早めに電解コンデンサの交換準備を促すことができる。
【００１４】
第５発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、コンバータから電力が供給されるインバータをさらに備えている。マイコンは、インバータが停止中に、漏れ電流を定期的に収集し蓄積する。
【００１５】
インバータ動作中は、電解コンデンサ自身が温度上昇しているので漏れ電流が高めに検出されるが、インバータが停止中であれば、電解コンデンサの温度上昇の影響が排除される。また、インバータ動作中は、インバータとアース間の静電容量による漏れ電流、インバータと圧縮機モータとアース間の静電容量による漏れ電流が発生し、電解コンデンサの漏れ電流の検出が困難になるが、インバータが停止中であれば、電解コンデンサの寿命、故障以外の要因で発生する漏れ電流が除外される。このため、漏れ電流の検出精度が高まり、故障予知、寿命予知の精度も高まる。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明に係る制御装置では、電源オフによる電解コンデンサの放電が必要でないので、寿命推定に必要なデータ検出の時間帯が拡大し、使い勝手が良い。さらに電解コンデンサが故障、寿命に至る前に、点検者が電解コンデンサを交換することができるので、周辺部品への悪影響が回避され、制御装置の信頼性が向上する。
【００１７】
第２発明と第３発明に係る制御装置では、電解コンデンサが正常であるにもかかわらず、漏れ電流が高い一時期のデータが除外される。このため、故障予知、寿命の予知の精度が高まる。
【００１８】
第４発明に係る制御装置では、電解コンデンサの漏れ電流が急激な上昇に至る前に寿命時期が予知される。このため、予知遅れが回避され、点検者へ早めに電解コンデンサの交換準備を促すことができる。
【００１９】
第５発明に係る制御装置では、漏れ電流の検出精度が高まり、故障予知、寿命予知の精度も高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜空気調和装置の構成＞
図１は、空気調和装置の構成図である。空気調和装置１は、ビル用のマルチタイプの空気調和装置であって、１つ又は複数の空調室外機２に対して複数の空調室内機３が並列に接続され、冷媒が流通できるように、冷媒回路１０が形成されている。制御装置４は、空気調和装置１が効率よく運転されるように、空調室外機２内の圧縮機１１など各種構成機器を制御する。
【００２１】
圧縮機１１は、インバータによる回転数制御を行う容量可変のインバータ圧縮機と、オンオフ制御がなされる定容量の定容量圧縮機とが組み合わされて用いられるものが多いが、インバータ圧縮機だけであってもよい。
【００２２】
＜空調室外機の制御装置＞
図２は、本発明の実施形態に係る空調室外機の制御装置のブロック図である。制御装置４には、ＣＰＵ、メモリを有するマイコン５が搭載されている。なお、各部の詳細は後半で随時説明する。
【００２３】
図３は、同制御装置の電気回路図である。制御装置４では、交流電源７の出力を直流に変換するため、交流電源７のＲ相、Ｓ相、及びＴ相が、コンバータ８に接続されている。Ｒ相とＴ相には、第１リレー５２が直列に接続されている。また、第２リレー８４と限流抵抗８５から成る限流回路８ｃが、Ｔ相の第１リレー５２と並列に接続されている。
【００２４】
さらにコンバータ８は、６個のダイオード８１から成る整流回路８ａと、リアクタンス８２と電解コンデンサ８３から成る平滑回路８ｂとを有している。インバータ９は、コンバータ８から出力される直流を、任意の周波数の交流に変換し、圧縮機１１のモータに供給する。なお、インバータ９は、ドライブ回路４１によって駆動され、ドライブ回路４１はマイコン５によって制御されている。また、マイコン５は、電流検出回路４４と抵抗８７を介して電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する。なお、抵抗８７は、電解コンデンサ８３と直列に接続されている。
【００２５】
＜制御装置による運転動作＞
電源が投入されると、第２リレー８４がオン動作され、電解コンデンサ８３は限流抵抗８５によって徐々に充電される（これを限流動作と呼ぶ）。仮に、電解コンデンサ８３が空充電或いは充電不足の状態で第１リレー５２がオン動作されると、電解コンデンサ８３に突入電圧が印加され、電解コンデンサ８３が損傷する可能性がある。このため、第１リレー５２は、電解コンデンサ８３が適度に充電されてからオン動作される。充電時間は、空気調和装置１の機種によって異なるが、本実施形態では４秒間充電される。
【００２６】
限流動作が終了すると、第１リレー５２がオン動作され、圧縮機１１のモータが起動される。圧縮機１１は、起動指令を受けてから９０秒以内の起動期間を経て定常運転に入る。マイコン５は、電解コンデンサ８３の漏れ電流を、電流検出回路４４を介して監視している。
【００２７】
＜電流検出回路＞
図４は、電流検出回路の構成図である。抵抗８７に電流が流れると電圧が発生するので、この電圧から電解コンデンサ８３に流れる電流を検出することができる。まず、抵抗８７に発生した電圧は、フィルター回路８８に取り込まれ、ノイズ等の高周波成分が除去された低い周波数成分の電気信号が取り出される。この電気信号は、オペアンプ８９によってマイコン５が検出できる値にまで増幅される。そして、ピーク検出回路９０でピーク値が保持され、マイコン５に入力される。
【００２８】
なお、電解コンデンサ８３に電圧が印加された直後は、電解コンデンサ８３に充電電流が流れるため、漏れ電流だけを検出することはできないが、電圧が印加されてから所定時間が経過すると、充電電流は減少し漏れ電流へ収束する。したがって、通常の使用状態では、電源投入後の所定時間を除けば、漏れ電流の検出に悪影響はない。また、インバータ９動作中は、電解コンデンサ８３が温度上昇し漏れ電流が高くなっているので、インバータ９動作中に漏れ電流を検出することは好ましくない。さらに、インバータ９動作中は、インバータ９とアース間の静電容量による漏れ電流、インバータ９と圧縮機１１とアース間の静電容量による漏れ電流が発生し、電解コンデンサ８３の漏れ電流の検出が困難になるので、この点からも、インバータ９動作中に漏れ電流を測定することは好ましくない。したがって、本実施形態では、電解コンデンサ８３に電圧が印加されている状態で、且つインバータ９停止中に、漏れ電流の検出が実行される。
【００２９】
また、本実施形態では、電解コンデンサ８３が新しい状態のときから、所定期間ごとに漏れ電流を測定し、データを蓄積している。図５は、漏れ電流の時間的変化を表したグラフであり、電解コンデンサ８３の使用初期では、漏れ電流は時間の経過と共に減少し、安定期を迎える。そして、劣化が進行すると増加傾向を示すようになる。したがって、この増加傾向になった場合を寿命と判断するのが、品質的、経済的に最も合理的である。
【００３０】
＜漏れ電流検出ロジック＞
図６は、漏れ電流検出ロジックのフローチャートである。電源が投入されると、Ｓ１では、経過時間Ｈが計時され、Ｓ２では、経過時間ＨがＸ時間以上か否かが判定される。Ｓ１とＳ２の背景として、電解コンデンサ８３の漏れ電流は初期値から徐々に減少し、約８０００時間を越えるころには漏れ電流が増加し始めることが実験で確認されている。したがってＸは８０００時間から余裕を確保した５０００時間程度が妥当である。
【００３１】
Ｓ３では、インバータ９が停止したか否かが判定され、Ｓ４では、インバータ９停止後の経過時間ｔ１が計時される。そして、Ｓ５では、ｔ１が３０分以上か否かが判定される。Ｓ３、Ｓ４およびＳ５の背景として、インバータ９が運転中は、電解コンデンサ８３が温度上昇し漏れ電流が高くなっているので、インバータ９停止後少なくとも３０分間は、自然冷却のために放置される。なお、Ｓ３で、インバータ９が既に停止していた場合でも、停止直後の可能性もあるので、やはり３０分間の経過を待つ。
【００３２】
Ｓ６では、漏れ電流Ｉが測定され、Ｓ７では、漏れ電流Ｉと測定回数が記憶される。Ｓ８では、測定回数が１を超えたか否かが判定される。なお、最初の運転では、測定回数１が存在するので、そのときはＳ８でＮｏとなりＳ３へ戻る。Ｓ９では、測定された漏れ電流Ｉ（ｎ＋１）が、前回測定された漏れ電流Ｉ（ｎ）以下か否かが判定される。Ｓ９でＹｅｓならば、Ｓ３からＳ９までのフローが再度実行される。
【００３３】
一方、Ｓ９でＮｏならば、漏れ電流が増加に転じたことになり、Ｓ１０では、偶発的要因を排除するために、Ｉ（ｎ＋１）＞Ｉ（ｎ）となる回数Ｎを計数する。Ｓ１１でＮがＫ回に達したか否かが判定され、Ｙｅｓの場合は、漏れ電流が増加傾向に転じたと判断され、寿命と確定される。なお、Ｋは任意であるが、電解コンデンサ８３の漏れ電流Ｉが増加傾向に転じてから３、４日で寿命に達することが実験的に確認されているので、仮に１日１回、漏れ電流Ｉを検出するとすれば、Ｋ＝３が妥当である。
【００３４】
＜特徴＞
（１）
この制御装置４は、空調室外機２を制御する制御装置であって、コンバータ８と、電流検出回路４４と、マイコン５とを備えている。コンバータ８は、交流電源７の出力を直流に変換する。電流検出回路４４は、コンバータ８内に平滑回路用として接続されている電解コンデンサ８３に流れる電流を検出する。マイコン５は、電流検出回路４４が検出する電流から、電解コンデンサ８３の漏れ電流を読取る。さらにマイコン５は、漏れ電流のデータを用いて電解コンデンサ８３の故障あるいは寿命を予知する。この制御装置４では、電源オフによる電解コンデンサ８３の放電が必要でない。このため、寿命推定に必要なデータ検出の時間帯が拡大し、使い勝手が良い。また、電解コンデンサ８３が故障、寿命に至る前に、点検者が電解コンデンサ８３を交換することができる。このため、周辺部品への悪影響が回避され、制御装置４の信頼性が向上する。
【００３５】
（２）
この制御装置４では、マイコン５が、電解コンデンサ８３の故障或いは寿命を予知するときに、電解コンデンサ８３のライフサイクルの初期から所定期間内に読取られた漏れ電流のデータを用いない。電解コンデンサ８３のライフサイクルの初期から所定期間内は、漏れ電流が減少することが分かっている。したがって、この制御装置４では、電解コンデンサ８３が正常であるにもかかわらず漏れ電流が高い初期から所定期間内のデータを除外することができる。このため、故障予知、寿命の予知の精度が高まる。
【００３６】
（３）
この制御装置４では、マイコン５が、漏れ電流のデータが上昇傾向に転じたときに、電解コンデンサ８３の寿命時期を予知する。したがって、制御装置４は、電解コンデンサ８３の漏れ電流が急激な上昇に至る前に寿命時期を予知することができる。このため、予知遅れが回避され、点検者へ早めに電解コンデンサ８３の交換準備を促すことができる。
【００３７】
（４）
この制御装置４は、コンバータ８から電力を供給されるインバータ９をさらに備えている。マイコン５は、インバータ９停止中に、漏れ電流を定期的に収集し蓄積する。インバータ９動作中は、電解コンデンサ８３自身が温度上昇しているので漏れ電流が高めに検出されるが、インバータ９停止中であれば、電解コンデンサ８３の温度上昇の影響が排除される。また、インバータ９動作中は、インバータ９とアース間の静電容量による漏れ電流、インバータ９と圧縮機１１とアース間の静電容量による漏れ電流が発生し、電解コンデンサ８３の漏れ電流の検出が困難になる。したがって、インバータ９停止中であれば、電解コンデンサ８３の寿命、故障以外の要因で発生する漏れ電流を除外できる。このため、漏れ電流の検出精度が高まり、故障予知、寿命予知の精度も高まる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように本発明によれば、交流を直流に変換するコンバータ内の電解コンデンサの寿命を正確に推定できるので、空調室外機の制御装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】空気調和装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る空調室外機の制御装置のブロック図。
【図３】同制御装置の電気回路図。
【図４】電流検出回路の構成図。
【図５】漏れ電流の時間的変化を表したグラフ。
【図６】漏れ電流検出ロジックのフローチャート。
【符号の説明】
【００４０】
２  空調室外機
４  制御装置
５  マイコン
７  交流電源
８  コンバータ
９  インバータ
４４  電流検出回路（電流検出手段）
８３  電解コンデンサ
８７  抵抗
【図１】
2007318872.tif 000003
【図２】
2007318872.tif 000004
【図３】
2007318872.tif 000005
【図４】
2007318872.tif 000006
【図５】
2007318872.tif 000007
【図６】
2007318872.tif 000008