JP2007255759A

JP2007255759A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2007255759A
Application number: JP2006078505A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kawai; 和彦河合
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP4726664B2

Abstract

【課題】停電発生後給電再開時に迅速に停電前の空調状態に回復できる空気調和装置の提供を目的とする。
【解決手段】少なくとも１つの容量可変な圧縮機２１と、熱源側熱交換器２２と、膨張弁１１と、利用側熱交換器１２とが順次環状に配管接続されてなる冷媒回路１０を備えた空気調和装置において、前記冷媒回路１０が保有する少なくとも圧縮機２１及び膨張弁１１を含む所定機器の運転状態を検出する運転状態検出手段５と、前記運転状態検出手段５により検出された運転状態を記憶する運転状態記憶手段６と、前記冷媒回路１０へ供給される電源７の給電及び停電を検出する給停電検出手段８と、前記給停電検出手段８によって停電発生及びその後の給電再開が検出された際に、前記運転状態記憶手段５に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して前記所定機器を制御する所定機器制御手段９を備えた構成にしてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和装置に関するものである。

従来、瞬時停電後の給電再開時、空気調和装置の運転状態の経過に関する情報は初期状態に戻って、所定機器を負荷の小さい状態から徐々に大きくするよう制御して運転している。また、下記特許文献１には蓄熱ユニットを備え、この蓄熱ユニットによって蓄熱利用運転を行う空気調和装置について、夜間の蓄熱運転中に停電が発生した場合でも、給電の再開された時間帯に応じて、蓄熱運転を再開するのか、或いは、冷房又は暖房運転を開始するのか選択可能な技術に関し記載されている。

特開２００２−６１９１７号公報

上記従来の空気調和装置においては、数ミリ秒といった瞬間的な停電の際においても、同様な制御がなされ、所定機器を負荷の小さい状態から徐々に大きくするように運転しているため、瞬時停電の発生後、空気調和装置の運転能力が一旦低下して空調空間の温度が変動し、停電前の空調状態に至るまでに長い時間を要するといった問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、停電発生後給電再開時に迅速に停電前の空調状態に回復できる空気調和装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、少なくとも１つの容量可変な圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側熱交換器とが順次環状に配管接続されてなる冷媒回路を備えた空気調和装置において、前記冷媒回路が保有する少なくとも圧縮機及び膨張弁を含む所定機器の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段により検出された運転状態を記憶する運転状態記憶手段と、前記冷媒回路へ供給される電源の給電及び停電を検出する給停電検出手段と、前記給停電検出手段によって停電発生及びその後の給電再開が検出された際に、前記運転状態記憶手段に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して前記所定機器を制御する所定機器制御手段を備えた構成にしてある。

本発明にかかる空気調和装置は、運転状態記憶手段に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して所定機器の運転状態を制御する所定機器制御手段を備えたので、停電発生後給電再開当初から所定機器の運転負荷が大きい状態で運転するよう制御することができる。よって、従来の空気調和装置のように、瞬時停電の発生後であって運転状態が大きく変わっていない場合でも、給電再開時に、運転状態の経過に関する情報が初期状態に戻って、所定機器を負荷の小さい状態から徐々に大きくなるよう運転するために空調空間の温度が設定温度に至るまでに長い時間を要するといったことがなく、停電前の空調温度に回復するための時間を短縮することができる。

実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１に係る構成図を示すものである。図１において、この実施形態に係る空気調和装置は、室内機１と室外機２を備え、これらの内部に容量可変な圧縮機２１と、熱源側熱交換器２２と、膨張弁１１と、利用側熱交換器１２とが順次環状に配管接続されてなる冷媒回路１０を備えている。

即ち、室内機１内には、膨張弁１１と利用側熱交換器１２とが冷媒配管２３により接続され収容されている。また、膨張弁１１と利用側熱交換器１２との間には第１冷媒温度検出手段１６が設けられ、利用側熱交換器１２の冷房時冷媒流出側配管には第２冷媒温度検出手段１７が設けられている。更に、利用側熱交換器１２において熱交換された空気を室内に吹出すための室内送風機１３が室内機１に収容されるとともに、室内機１の室内空気の吸い込み口近傍には室内吸込み温度検出手段１８が設けられ、吹出し口近傍には室内吹出し温度検出手段１９が設けられている。

また、室内機１は室内機制御手段１４を備えており、室内機制御手段１４は汎用のＣＰＵ、データバス、入出力ポート、不揮発メモリ、タイマーなどを備えた演算装置で構成されている。この室内機制御手段１４は、図２に示すように、運転状態検出手段５、給停電検出手段８からデータを読み込み、所定機器制御手段９、停電時間推測手段４、制御決定手段３２、室内送風制御手段３４、膨張弁開度制御手段３６、運転状態記憶手段６の各機能を有し、室内送風手段１３，膨張弁１１に対し所定の制御を行う。

室外機２内には、容量可変な圧縮機２１、熱源側熱交換器２２が冷媒配管２３により接続され収容されている。圧縮機２１は室内機１内の利用側熱交換器１２と、冷媒配管２３によって接続され、熱源側熱交換器２２は室内機１内の膨張弁１１と冷媒配管２３によって接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸込側に第１冷媒圧力検出手段３０が設けられ、吐出側に第２冷媒圧力検出手段３１が各々設けられている。圧縮機２１と熱源側熱交換器２２との間には第３冷媒温度検出手段２６が設けられ、熱源側熱交換器２２の冷房時冷媒流出側配管には第４冷媒温度検出手段２７が設けられている。また、熱源側熱交換器２２に空気を送り込むための室外送風機２４が収容され、室外機２の室外空気の吸い込み口近傍には室外吸込み温度検出手段２８が、室外吹出し口近傍には吹出し温度検出手段２９がそれぞれ設けられている。

また、室外機２は室外機制御手段２５を備えており、室外機制御手段２５は室内機制御手段１４と同様に汎用のＣＰＵ、データバス、入出力ポート、不揮発メモリ、タイマーなどを備えた演算装置で構成されている。この室外機制御手段２５には図３に示すように、上記室内機制御手段１４と同様に運転状態検出手段５、給停電検出手段８からデータを読み込み、所定機器制御手段９、停電時間推測手段４、制御決定手段３２、運転状態記憶手段６を有し、更に、室外機２のみの制御手段として圧縮機容量制御手段３３、室外送風制御手段３５を有しており、圧縮機２１、室外送風手段２４に対し所定の制御を行う。なお、室内機制御手段１４にあった室内送風制御手段３４、膨張弁開度制御手段３６はこの室外機制御手段２５には備えていない。

空気調和装置へは電源７より給電がなされ、圧縮機２１、膨張弁１１、室内送風機１３、室外送風機２４、第１冷媒温度検出手段１６、第２冷媒温度検出手段１７、第３冷媒温度検出手段２６、第４冷媒温度検出手段２７、室内吸込み温度検出手段１８、室内吹出し温度検出手段１９、室外吸込み温度検出手段２８、室外吹出し温度検出手段２９、第１冷媒圧力検出手段３０、第２冷媒圧力検出手段３１、室内機制御手段１４、室外機制御手段２５等へそれぞれ電力が供給されている。

次に動作について説明する。室内機制御手段１４は、運転状態検出手段５により検出した膨張弁１１の開度、第１冷媒温度検出手段１６において検出した冷媒温度、第２冷媒温度検出手段１７において検出した冷媒温度、室内機１への吸込み温度検出手段１８で検出した室内吸込み空気温度、室内吹出し温度検出手段１９で検出した室内吹出し空気温度等といった、室内機１内の所定機器の運転状態に関するデータを所定時間毎に検出し、運転状態記憶手段６である不揮発メモリに記憶する。尚、この不揮発メモリは停電発生の際にも運転状態に関するデータが保存されている。

また、室外機制御手段２５は、運転状態検出手段５において圧縮機２１の運転容量、第１冷媒圧力検出手段３０において検出した冷媒圧力、第２冷媒圧力検出手段３１において検出した冷媒圧力、第３冷媒温度検出手段２６において検出した冷媒温度、第４冷媒温度検出手段２７において検出した冷媒温度、室外吸込み温度検出手段２８において検出した室外吸込み空気温度、室外吹出し温度検出手段２９において検出した室外吹出し温度等といった、室外機運転状態に関するデータを検出し、運転状態記憶手段６である不揮発メモリに記憶する。また、室内機制御手段１４と室外機制御手段２５とは通信手段１５を介して接続され、各種情報データをやりとりして共有する。

冷媒回路１０へ供給される電源７が停止した場合には、給停電検出手段８により電源の停止を検出し、その後、復電した際には自動的に運転を再開するよう制御命令が出されるか又は手動により運転を再開する。そして、停電時間推測手段４において停電時間を演算、推測する。停電時間の推測は以下のようにして行われる。即ち、圧縮機２１の吐出圧力は停電により徐々に低下する。この場合には停電時間と吐出圧力の低下割合との関係式を予め不揮発メモリに格納しておき、この関係式に停電前後の吐出圧力の差を代入して停電時間を算出する。

同様に、停電によって冷媒の流れが止まり、利用側熱交換器１２の冷媒流入側の温度が周囲の温度に近づいていくので、停電時間と利用側熱交換器１２の冷媒流入側温度の変化量との関係式を予め不揮発メモリに格納しておき、この関係式に停電前後の利用側熱交換器１２の冷媒流入側温度の差を代入して停電時間を推測する。また、室内機１から室内に吹き出される吹出し空気の温度に関しても、停電によって冷房時は上昇し、暖房時は低下するため、停電時間と室内吹出し温度の変化量との関係式を予め不揮発メモリに格納しておき、この関係式に停電前後の室内機１の吹出し温度の差を代入して停電時間を算出でき、停電時間を推測することができる。

更に、所定機器制御手段９は、運転状態記憶手段５に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して所定機器を制御する。具体的には、停電前の圧縮機２１の容量を制御目標値に設定して圧縮機容量制御手段３３において圧縮機容量を制御することなどが挙げられる。即ち、圧縮機２１の運転容量を制御する圧縮機電動機の運転周波数について、停電直前の運転周波数を運転状態記憶手段６より読み出して目標周波数として設定し、空気調和装置を起動する。その際、停電ではない通常起動時において周波数を段階的に上昇させる割合に比較して、例えば２倍といったより早い割合で周波数を上昇させるよう制御する。

これにより、短時間のうちに停電前の圧縮機周波数に到達することが可能となることから、停電により圧縮機２１の運転容量が低下したために圧縮される冷媒量が減少し、空調能力が低下して電算機などの発熱機器の温度が上昇したり、空調空間の温度が外気温度に近づいたりといったことが生じる前に、早期に停電前の空調温度に回復させることができる。

同様に、所定機器制御手段９が、停電前の膨張弁１１の開度を制御目標値に設定して膨張弁１１の開度を制御することも可能である。膨張弁１１の開度に関しても、停電直前の膨張弁開度を制御目標値に設定して、停電ではない通常起動時に膨張弁開度を段階的に大きくする割合に比較して、より早い割合で開度を大きくするよう膨張弁開度制御手段３６において制御する。これにより、短時間のうちに停電前の膨張弁開度に到達させることができることから、停電により膨張弁開度を小さくしたために冷媒流量が減少するといった事態を抑制し、早期に停電前の空調温度に回復させることができる。また、前述した圧縮機２１の運転容量の制御とこの膨張弁開度の制御とを組み合わせることにより、停電後給電再開時の圧縮機周波数の上昇割合に応じて冷媒流量が通常起動時より早く増加するとともに、この冷媒流量の増加に合せて膨張弁開度についてもより早い段階で開度を大きくすることで、相乗効果により、より短時間のうちに停電前の空調温度に到達することが発揮できる。

また、室外送風機２４に関しては、停電直前の回転速度を運転状態記憶手段６より読み出して目標回転速度として設定し、空気調和装置を起動する。その際、停電ではない通常起動時において回転速度を段階的に上昇させる割合より早い段階で回転速度を上昇させるよう室外送風機制御手段３５において制御する。これによって、室外送風機２４は熱源側熱交換器２２の冷媒流出側温度を一定に保つよう制御される。即ち、停電により圧縮機２１及び膨張弁１１の冷媒流量が一旦低下した時は熱源側熱交換器２２で熱交換される冷媒量が減少するので、室外送風機２４の回転速度を遅くして熱源側熱交換器２２に送られる空気量を抑えるように動作するが、冷媒流量が通常の始動時よりも早く多量に流れた場合にはこれに応じて回転速度を上げ、送風量を増やすよう制御する。

室内送風機１３に関しても、室外送風機２４と同様に、停電前の回転速度を目標値として設定し、利用側熱交換器１２に流れる冷媒量の増加に伴って、通常の始動時より早い段階で回転速度を上げるよう室内送風制御手段３４にて制御を行う。

制御フローを図４に示す。まず、室内機制御手段１４及び室外機制御手段２５にそれぞれ設けられた運転状態検出手段５において所定機器の運転状態を検出運転状態記憶手段６に記憶する（Ｓ１）。次に、給停電検出手段８によって停電が発生したかどうかを判定し（Ｓ２）、停電発生の場合は、上述のように圧縮機２１や利用側熱交換器１２といった所定機器の停電前後の変化量、即ち、圧縮機２１の吐出圧力の変化割合や利用側熱交換器１２の冷媒流入側温度の差等より停電時間ｔを推測する（Ｓ３）。

次に、制御決定手段３において停電時間推測手段４により推測された停電時間ｔが制御決定手段３に予め入力しておいた、例えば５分といった判断値ｔａより長い否かを判断する（Ｓ４）。停電時間ｔが判断値ｔａ以上である場合には所定機器制御手段９による給電再開後の所定機器制御を行わず、通常始動時の運転を行う。これは、停電時間ｔが判断値ｔａ以上である場合にも運転状態記憶手段６に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定した急速な復旧運転を行うとすると、圧縮機２１がこのような運転に耐えられず故障の危険性が生じるからである。よって、ｔ≧ｔａを満たさなかった場合に限り、所定機器制御手段９による給電再開後の所定機器制御を行うこととする。

Ｓ４でｔ≧ｔａを満たさない場合には、所定機器制御手段９において運転状態記憶手段６に記憶されている停電前の運転状態を読み出し（Ｓ５）、これを、制御目標値に設定して（Ｓ６）、空気調和装置を始動し（Ｓ７）、所定機器を制御する。

以上より、本実施形態にかかる空気調和装置は、運転状態検出手段５により検出され、運転状態記憶手段６に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して所定機器を制御する所定機器制御手段９を備えたので、停電発生後給電再開当初から所定機器の運転負荷が大きい状態で運転するよう制御することができる。よって、従来の空気調和装置のように、瞬間的な停電の発生後であって運転状態が大きく変わらない場合でも、給電再開時に、運転状態の経過に関する情報が初期状態に戻って、所定機器を負荷の小さい状態から徐々に大きくなるよう運転するために空調空間の温度が設定温度に至るまでに長い時間を要するといったことがなく、停電前の空調温度に回復するための時間を短縮することができる。

また、特に発熱機器が設置される室内においては、停電によって冷却等の空調がなされない場合には、発熱機器の温度が上昇し、発熱機器の故障等に至ることがあり得るが、本実施形態では迅速な対応が可能である。

尚、本実施形態では、１つの冷媒回路１０に１台の圧縮機を設けていたが、１つの冷媒回路に、少なくとも１台の容量可変な圧縮機を含む複数の圧縮機を設けても構わない。また、給停電検出手段８は室内機制御手段１４及び室外機制御手段２５の双方に備えたが、室内機制御手段１４又は室外機制御手段２５のいずれかのみであっても構わない。

実施の形態２.
図５に示すように、本実施形態の空気調和装置は１台の室内機１と２台の室外機２ａ，２ｂとを備え、室内機１及び室外機２ａ，２ｂの内部に収容された２つの冷媒回路１０ａ，１０ｂの膨張弁１１ａ，１１ｂと、利用側熱交換器１２ａ，１２ｂとがともに室内機１内に配備され、容量可変な圧縮機２１ａと熱源側熱交換器２２ａとが室外機２ａ内に、容量可変な圧縮機２１ｂと熱源側熱交換器２２ｂとが室外機２ｂ内に各々備えられている。また、室内機１、室外機２ａ，２ｂにはそれぞれ実施形態１に示したものと同じ各種機能を有する室内機制御手段１４及び室外機制御手段２５ａ，２５ｂを各々備えている。

以上のような２つの冷媒回路１０ａ，１０ｂを有する空気調和装置においては、停電発生後、給電再開した場合に、双方の冷媒回路１０ａ，１０ｂがほぼ同じタイミングで各々独立して起動する。従って、一つの冷媒回路内に２つの圧縮機が並列して設けられている場合等と比較してより短時間で停電前の空調状態に戻すことが可能になり、広い空調空間で適応することも可能となる。また、室外機２ａ，２ｂに異なる電源７ａ，７ｂ（図示しない）を別々に給電する場合には、一方の室内機２ａが給電再開していなくても、他方の室内機２ｂが給電再開していれば、復電した側の冷媒回路１０ｂの運転により多少とも早期に停電前の空調温度に到達できるよう制御することができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の構成図である。前記空気調和装置の室内機制御手段の構成を示すブロック図である。前記空気調和装置の室外機制御手段の構成を示すブロック図である。前記空気調和装置のフローチャートである。本発明の他の実施形態にかかる空気調和装置の構成図である。

符号の説明

３制御決定手段、４停電時間推測手段、５運転状態検出手段、６運転状態記憶手段、７電源、８給停電検出手段、９所定機器制御手段、１０，１０ａ，１０ｂ冷媒回路、１１，１１ａ，１１ｂ膨張弁、１２，１２ａ，１２ｂ利用側熱交換器、２１，２１ａ，２１ｂ圧縮機、２２，２２ａ，２２ｂ熱源側熱交換器。
以上

Claims

少なくとも１つの容量可変な圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側熱交換器とが順次環状に配管接続されてなる冷媒回路を備えた空気調和装置において、前記冷媒回路が保有する少なくとも圧縮機及び膨張弁を含む所定機器の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段により検出された運転状態を記憶する運転状態記憶手段と、前記冷媒回路へ供給される電源の給電及び停電を検出する給停電検出手段と、前記給停電検出手段によって停電発生及びその後の給電再開が検出された際に、前記運転状態記憶手段に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して前記所定機器を制御する所定機器制御手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。
少なくとも１つの容量可変な圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側熱交換器とが順次環状に配管接続されてなる冷媒回路を複数備え、前記各々の冷媒回路が保有する少なくとも圧縮機及び膨張弁を含む所定機器の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段により検出された運転状態を記憶する運転状態記憶手段と、前記各々の冷媒回路へ供給される電源の給電及び停電を検出する給停電検出手段と、前記給停電検出手段によって停電発生及びその後の給電再開が検出された際に、前記運転状態記憶手段に記憶されている停電前の運転状態を制御目標値に設定して前記所定機器を制御する所定機器制御手段を各々の冷媒回路毎に備えたことを特徴とする空気調和装置。
運転状態記憶手段に記憶された停電前後の運転状態に基づいて停電時間を推測する停電時間推測手段と、前記停電時間推測手段により推測された停電時間に応じて所定機器制御手段による給電再開後の所定機器制御を行うか否かを決定する制御決定手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。
所定機器制御手段が、停電前の圧縮機容量を制御目標値に設定して圧縮機容量を制御するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
所定機器制御手段が、停電前の膨張弁の開度を制御目標値に設定して膨張弁の開度を制御するものであることを特徴とする請求項１又は請求項３のいずれか一項記載の空気調和装置。