(57)【要約】【課題】非絶縁電源で構成された制御回路を備えた空気調和機の熱交換器などの温度を金属製のケースの接触式温度センサによって検知する場合、屋内配線系統に漏電遮断器が設置されていないなど漏電が検知できない状態で万が一センサの絶縁が劣化しても、空気調和機内部の回路により電力を抑制することを可能とする。【解決手段】ＡＣ電圧に対して非絶縁の制御電源１４と熱交換器または圧縮機の吐出部の近傍に備えられ金属製のケースを有する温度センサ１２であって、温度センサの一方の端子は第一の抵抗２９を介して制御電源と接続され、もう一方の端子は第２の抵抗３０を介してグランドと接続され、温度センサのいずれか一方の端子は第３の抵抗３１を介してマイクロコンピュータ１１に接続され、Ａ／Ｄ変換して温度を検知する温度検出装置において、温度センサのそれぞれの端子からグランドを見たインピーダンスを電源電圧の２乗を８０で除した値以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電圧に対して非絶縁の制御電源と熱交換器または圧縮機の吐出部の近傍に備えられ金属製のケースを有する温度センサと前記温度センサのサーミスタの一方の端子は第一の抵抗を介して前記制御電源と接続され、前記サーミスタのもう一方の端子は第２の抵抗を介してグランドと接続され、前記サーミスタのいずれか一方の端子は第３の抵抗を介してマイクロコンピュータに接続され、前記サーミスタのそれぞれの端子からグランドを見たインピーダンスを電源電圧の２乗を８０で除した値以上とすることを特徴とする空気調和機の温度検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非絶縁電源を用いた空気調和機の温度検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から空気調和機の送風ファンや圧縮機のインバータ駆動にはＡＣ電圧を整流したＤＣ高電圧を用いているが、駆動回路とマイクロコンピュータからなる制御回路とのインターフェースに絶縁部品（例えばフォトカプラなど）を必要としていた。特に、室外機の圧縮機駆動用インバータにはＡＣ電圧を整流したＤＣ高電圧を高速スイッチングする必要があり、インバータとこれを制御するマイクロコンピュータとの絶縁が不要なシステム、すなわちマイクロコンピュータをＡＣ電圧に対して非絶縁とすることが一般的となっている。
【０００３】
近年では、上記絶縁部品の削減によるコスト削減効果を期待して、室内機あるいは室外機の制御回路の電源をＡＣ電圧に対して非絶縁で構成した（以下、非絶縁電源と称す）空気調和機が製品化されている。
【０００４】
一方で非絶縁電源では製品安全上、より一層の配慮設計が求められる。以下に熱交換器温度センサを例に図示しながら説明する。
【０００５】
図５は空気調和機の制御電源および温度検知装置のブロック図を示している。単相３線式の屋内配線ではホットラインＬ１、Ｌ２およびコールドラインが漏電遮断機１を経て配線用遮断器２に接続される。また、Ｎはアース１３に接続され、漏電遮断器１内部の零相変流器（図示せず）により漏電を検出する機能を有している。ＡＣ１００Ｖ電源の空気調和機の室内機はＬ１、Ｎがコンセントプラグ３から給電され、整流ダイオード４と平滑コンデンサ５によりＤＣ高電圧に変換され、さらにトランス６とスイッチング素子７およびトランス６の２次側に接続された２次側整流ダイオード８および２次側平滑コンデンサ９からなるＤＣ／ＤＣコンバータでＤＣ低電圧に変換し、レギュレータ１０で安定化させた後、マイクロコンピュータ１１および温度センサ１２に制御電源１４を供する構成となっている。
【０００６】
上記の非絶縁電源により生成した制御電源１４を温度センサ１２内部のサーミスタ（後述）と分圧抵抗１８とで分圧し、得られた信号をマイクロコンピュータ１１に入力し、ＡＤ変換処理して温度を検知している。
【０００７】
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ熱交換器の正面図と側面図である。温度センサ１２は熱交換器１９のＵ字管２０に溶接された金属製パイプ２１に密接して挿入され、熱交換器１９は製品の安全のためアース１３に接続されている。
【０００８】
図７は温度センサ１２の内部構造図である。温度センサ１２の外郭は金属製ケース２２からなり、金属ケース２２内部はリード線２６とサーミスタ２３が半田付けされコーティング材２５が塗布され、さらに充填樹脂材２４で封止した構造となっており、銅ケース２２とサーミスタ２３の絶縁はコーティング材２５および充填樹脂材２４で確保されている。通常、空気調和機の熱交換器温度センサではＤＣ５００Ｖメガーで１００Ｍオーム以上の絶縁抵抗および１５００Ｖ／１分の絶縁耐圧を有する構造となっている。
【０００９】
一方、非絶縁電源ではホットラインＬ１またはコールドラインＮが整流ダイオード４を介してグランド１５と直結することとなる。図８にアース１３に対するグランド１５の電
圧ＶＧＥの波形を示す。電源１００Ｖの場合にＶＧＥの実効電圧は√３／２×１００Ｖ≒８６．６[Ｖｒｍｓ]となり、温度センサ１２のサーミスタ２３と銅ケース２２間の絶縁抵抗に印加される。図５において、サーミスタ２３の一方の端子Ｘともう一方の端子Ｙと、銅ケース２２間に対する絶縁抵抗をそれぞれ第１の絶縁抵抗１６、第２の絶縁抵抗１７で示している。
【００１０】
図９はアース１３に対するグランド１５の電圧ＶＧＥを電圧源２２で表し、電圧源２２から第１の絶縁抵抗１６、第２の絶縁抵抗１７を流れる電流を第１の電流経路２７、第２の電流経路２８として示したものである。温度センサ１２の第１の絶縁抵抗１６、第２の絶縁抵抗１７が経年変化などにより上述したような通常値よりも大幅に低下した場合、制御電源１４、サーミスタ２３、アース１３のルートで電圧源２２による比較的大きな電流が漏電することとなる。特に漏電遮断器１が設置されていない場合には最悪発火に至るような大きな電力（ＩＥＣの小電力機器の規定など一般に１５Ｗ以上とされる）が供給され得る。
【００１１】
なお、絶縁電源においてはトランスの２次側の電位とＡＣ電圧とは電流ループが形成されないため電力は取り出せない。
【００１２】
センサの絶縁性能を向上させるためには、絶縁物の厚みを大きくすることが考えられるが、熱伝導性が損なわれるため応答性能・温度精度が悪化する。そこで人や機器の温度を非接触で検出する輻射センサを用い、熱交換器の温度を検出するものも考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−５８１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１記載のセンサは非接触のため、接触型センサと比較して絶縁劣化の心配が少ないが、輻射エネルギーを微弱な電気信号に変換するための増幅回路やセンサの周辺温度を取得し補正する必要があるなど、この種のセンサが搭載されていない機種においては構成が複雑となり、かえってコスト高となる。
【００１５】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、非絶縁電源で構成された制御回路を備えた空気調和機の熱交換器や圧縮機などの温度を金属製のケースからなる接触式の温度センサによって検知する場合において、屋内配線系統に漏電遮断器が設置されていない場合など漏電が検知できない状態であって、万が一センサの絶縁が劣化しても電力を抑制することが可能となる空気調和機の温度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、ＡＣ電圧に対して非絶縁の制御電源と熱交換器または圧縮機の吐出部の近傍に備えられ金属製のケースを有する温度センサと前記温度センサのサーミスタの一方の端子は第一の抵抗を介して前記制御電源と接続され、前記サーミスタのもう一方の端子は第２の抵抗を介してグランドと接続され、前記サーミスタのいずれか一方の端子は第３の抵抗を介してマイクロコンピュータに接続され、前記マイクロコンピュータでＡ／Ｄ変換して温度を検知する温度検知装置において、前記サーミスタのそれぞれの端子からグランドを見たインピーダンスを電源電圧の２乗を８０で除した値以上とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＡＣ電圧と非絶縁の制御電源と熱交換器または圧縮機の吐出部の近傍に備えられ金属製のケースを有する温度センサと前記温度センサのサーミスタの一方の端子は第一の抵抗を介して前記制御電源と接続され、前記サーミスタのもう一方の端子は第２の抵抗を介してグランドと接続され、前記サーミスタのいずれか一方の端子は第３の抵抗を介してマイクロコンピュータに接続され、前記マイクロコンピュータでＡ／Ｄ変換して温度を検知する温度検知装置において、前記サーミスタのそれぞれの端子からグランドを見たインピーダンスを電源電圧の２乗を８０で除した値以上とするようにしたので、屋内配線系統に漏電遮断器が設置されていない場合など、漏電が検知できない状態であって、万が一センサの絶縁が劣化しても装置内部の回路により電力を抑制し、発煙・発火などを防止し、安全性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態の空気調和機の制御電源および温度検知装置のブロック図
【図２】本実施の形態の電圧源２２による電流経路を示した図
【図３】第１の電流経路２７上のインピーダンスを示した図
【図４】第２の絶縁抵抗２８上のインピーダンスを示した図
【図５】従来の空気調和機の制御電源および温度検知装置のブロック図
【図６】熱交換器の正面図と側面図
【図７】温度センサの内部構造図
【図８】アース１３に対するグランド１５の電圧波形図
【図９】従来の電圧源２２による電流経路を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の空気調和機の制御電源および温度検知装置のブロック図を示している。図１において図５と同一の符号は説明を省略する。温度センサ１２の一方の端子Ｙは第１の抵抗２９を介して制御電源１４と接続され、温度センサ１２のもう一方の端子Ｘは分圧抵抗１８と第３の抵抗３１が接続されている。さらに、分圧抵抗１８の端子Ｘと別の端子は第２の抵抗３０を介してグランド１５と接続され、第３の抵抗３１の端子Ｘと別の端子はマイクロコンピュータ１１に接続され、マイクロコンピュータ１１でＡ／Ｄ変換して温度を検知する構成となっている。
【００２０】
図２はアース１３に対するグランド１５の電圧ＶＧＥを電圧源２２で表し、電圧源２２から第１の絶縁抵抗１６、第２の絶縁抵抗１７を流れる電流を第１の電流経路２７、第２の電流経路２８として示したものである。電圧源２２は前述したように図７に示すような波形となり、機器に入力する電源電圧をＶ［Ｖｒｍｓ］とすると、電圧源２２の実効電圧ＶＧＥは次式（１）で表すことができる。
［Ｖｒｍｓ］                              （１）
ここで、温度センサ１２の第１の絶縁抵抗１６および第２の絶縁抵抗１７は絶縁物の劣化度合いに依存するため不定値である。第１の絶縁抵抗１６および第２の絶縁抵抗１７での消費電力を１５Ｗ未満（ＩＥＣなどの小電力機器の規定など、一般に１５Ｗで線引きされる）とするために、第１の抵抗２９、第２の抵抗３０、第３の抵抗３１により電力を制限するものである。以下に第１の抵抗２９の抵抗値をＲａ、第２の抵抗３０の抵抗値をＲｂ、第３の抵抗３１の抵抗値をＲｃとし、それぞれの設定値について以下に詳述する。
【００２１】
＜第１の絶縁抵抗１６から取り出し得る電力を１５Ｗ未満とするための条件＞
図３は電圧源２２から第１の絶縁抵抗１６を通る経路上のインピーダンスを示したものである。なお、第１の絶縁抵抗１６から取り出し得る電力が最大となるケースを考慮し、
第２の絶縁抵抗を開放、サーミスタ２３の抵抗値、制御電源１４とグランド１５間およびマイクロコンピュータ１１の第３の抵抗３１が接続された端子とグランド１５間のインピーダンスを０とする。図３において端子Ｘからグランド１５を見たインピーダンスＺｘは次式（２）で表すことができる。
【００２２】
（２）
また、第１の絶縁抵抗１６の抵抗値をＲｘとし、Ｒｘでの消費電力Ｐｘは
（３）
で表すことができ、さらに式（３）をＲｘについて解くと
（４）
となる。Ｒｘは実部のみであり、判別式
（５）
より、
（６）
を満たすとき絶縁抵抗Ｒｘから電力Ｐｘを取り出すことができる。すなわち１５Ｗ以上取り出さないための条件は
（７）
となる。さらに式（１）と式（７）より
（８）
が得られる。
【００２３】
＜第２の絶縁抵抗１７から取り出しうる電力を１５Ｗ未満とするための条件＞
図４は電圧源２２から第２の絶縁抵抗１７を通る経路上のインピーダンスを示したものである。第１の絶縁抵抗１６の場合と同様に考えると、図４よりサーミスタ２３の端子Ｙからグランド１５を見たインピーダンスをＺｙは次式（９）で表せる。
【００２４】
（９）
式（２）と式（９）より
（１０）
であるので、次式（１１）が得られる。
【００２５】
（１１）
式（８）、式（１０）、式（１１）よりサーミスタ２３の端子■または端子Ｙからグラン
ド１５を見たインピーダンスを、電源電圧Ｖの２乗を８０で除した値以上とすることで、第１の絶縁抵抗１６および第２の絶縁抵抗１７がそれぞれいかなる値となっても該抵抗から１５Ｗ以上取り出せないので、屋内配線系統に漏電遮断器１が設置されていない場合など、漏電が検知できない状態であって、万が一センサの絶縁が劣化しても機器内部の回路により電力を抑制し、安全性を向上することが可能となる。
【００２６】
なお、第１の絶縁抵抗１６から取り出せる電力が最大となる条件は、Ｒｘ＝Ｚｘかつ第２の絶縁抵抗１７が開放の場合、同様に第２の絶縁抵抗１７から取り出せる電力が最大となる条件は、Ｒｙ＝Ｚｙかつ第１の絶縁抵抗１６が開放の場合である。
【００２７】
また、本実施の形態の図１から図４では分圧抵抗１８をグランド１５側に接続された構成で説明したが、制御電源１４側に接続しても良い。また、第２の抵抗３０あるいは第１の抵抗２９と共用しても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１  漏電遮断器
２  配線用遮断器
３  コンセントプラグ
４  整流ダイオード
５  平滑コンデンサ
６  トランス
７  スイッチング素子
８  ２次側整流ダイオード
９  ２次側平滑コンデンサ
１０  レギュレータ
１１  マイクロコンピュータ
１２  温度センサ
１３  アース
１４  制御電源
１５  グランド
１６  第１の絶縁抵抗
１７  第２の絶縁抵抗
１８  分圧抵抗
１９  熱交換器
２０  Ｕ字管
２１  金属製パイプ
２２  金属製ケース
２３  サーミスタ
２４  樹脂充填材
２５  コーティング材
２６  リード線
２７  第１の電流経路
２８  第２の電流経路
２９  第１の抵抗
３０  第２の抵抗
３１  第３の抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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