JP2012007743A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 予熱運転が必要な季節や時刻のみ室外機を起動して外気温を測定し、予熱運転を適切に行うことのできる空気調和機を提供することを目的とする。
【解決手段】 室内機１の室内機制御部７に、指定された月日及び時刻に起動信号を送出するカレンダ−クロック回路１１を設けるとともに、室内機マイコン９に、外気温検出時期を設定した起動時刻テーブル１０を設け、予熱運転は、カレンダ−クロック回路１１からの起動信号を受けた時のみ、室内機制御部７、室外機制御部８及び室内機マイコン９を起動させ、外気温センサ１４の検出値に基づいて行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、待機運転時に行われる圧縮機の予熱運転において、年間を通して予熱運転の為の外気温測定回数を低減させることにより、年間での積算待機電力の削減を行う構成に関するものである。

従来のインバータ方式空気調和機においては、外気温が低温の場合、暖房運転の立ち上がり特性の向上及び圧縮機の信頼性向上のため、待機運転時において、圧縮機のモータを構成する三相巻線の任意の二相巻線に通電を行い、所謂、欠相通電により、圧縮機を事前に暖めておく予熱運転が行われている。この制御では、圧縮機への通電パルスの周期及び電流値を選定することにより圧縮機を回転させることなく加熱することができるようになっている。

例えば、図６に示す空気調和機４０において、室内機４０ａ側は交流電源４１から電源の供給を受け各種の制御を行う室内制御装置４２と、室外機４０ｂへの通電の切換を行う通電切換手段４７とを設けており、室外機４０ｂ側は、室内制御装置４２と室内外通信線４４で接続される通電制御装置４３と、同通電制御装置４３により制御される圧縮機４５と、外気温検出手段４６とを設けている。

通電制御装置４３は、外気温検出手段４６の検出値及び、図示しない室外熱交換器の温度を検出し、圧縮機４５に適宜、最適な駆動信号を与えるようになっている。室内制御装置４２は、図示しないリモコンから運転選択情報を受け取り、室内機４０ａの各種の制御及び室内外通信線４４を介して室外機４０ｂの通電制御装置４３に制御信号の送受信を行ない室外機４０ｂを制御するとともに、通電切換手段４７を制御するようになっている。

待機運転時には、室外機４０ｂへの通電が停止されているが、室内制御装置４２は、内蔵する内部タイマーにより一定時間毎に、通電切換手段４７を短時間ＯＮにし、通電制御装置４３に通電する。通常、３０〜６０分に１度、数十秒から数分間通電を行う。この際、通電制御装置４３が外気温検出手段４６を介して、所定値以下の外気温を検出した場合は、通電制御装置４３は、圧縮機４６に対し欠相通電を行って圧縮機４５の予熱運転を行うようになっている（特許文献１）。

しかしながら、年間を通じて、一定時間毎に通電切換手段４７を短時間ＯＮにし、通電制御装置４３に通電することは、予熱運転をあまり必要としない季節にも定期的に室外機を起動することになる為、無駄な電力消費を生じることとなる。

また、特許文献２には、ビル内に設置された複数の空調設備において、起動時刻には、室内の目標温度に達するようウォーミングアップ制御を行う最適起動制御方式の空調設備が、スケジュールに従って室内機及び室外機を起動する技術が記載されている。

しかしながら、スケジュール制御はユーザが各機器の運転開始、停止等の運転指示を予め指定する機能である。この為、ユーザは運転指示に関する事項を指定することは容易にできるが、温度測定のタイミング等を機器の仕様に基づいて決定し、スケジュール制御により予熱運転の為の外気温測定を適切に行うことは煩わしい作業であった。

特開２０００−２０５６２７号（３頁、図１） 特開平３−１８０９１３号（２頁、図２）

本発明は、上記問題点に鑑み、予熱運転が必要な季節や時刻のみ室外機を起動して外気温を測定し、予熱運転を適切に行うことのできる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、室内機と、外気温検出手段と圧縮機を備えるとともに外気温検出時に電源が供給される室外機とを備え、待機運転時に前記外気温検出手段が検出した検出値を基にして前記圧縮機の予熱運転を行う空気調和機において、外気温検出を行う為に前記室外機を起動する起動時刻を年間の気温変動に対応して予め設定した起動時刻テーブルを設け、同起動時刻テーブルに基づいて前記室外機に電源を供給して前記外気温検出手段により外気温を検出してなる構成となっている。

また、前記起動時刻テーブルは、地域による気温の高低で区分された寒冷地レベルにより異なる起動時刻が設定されている構成となっている。

また、前記起動時刻テーブルには、前記外気温検出手段で測定された一週間の測定平均値と比較される基準外気温が予め設定され、前記測定平均値と前記基準外気温との差に応じて前記寒冷地レベルが変更されてなる構成となっている。

請求項１の発明によれば、外気温の測定は、予め記憶している日付や時刻にのみ行うので年間を通して無駄な予熱運転の為の温度測定、つまり室外機の起動回数を減少させ、待機電力を削減することができるようになっている。

請求項２の発明によれば、起動時刻テーブルには、室外機を起動して外気温を測定する起動時刻が、地域による気温の高低で区分された寒冷地レベルとして設定されており、ユーザは、煩わしい設定作業を行うことなく寒冷地レベルに対応して地域の季節に対応した予熱運転の開始を行うことができる。

請求項３の発明によれば、実際に測定した一定期間毎に算出した平均外気温に基づいて、寒冷地レベルを決定し、このレベルに対応した起動時刻テーブルを使用するため、地域に対応した室外機の起動を行うことができる。

本発明による空気調和機のブロック図である。 本発明による空気調和機に設けられた起動時刻テーブルの一例である。 本発明による空気調和機の予熱運転の為の室外機起動に関するタイミングチャートである。 本発明による室内機のメインルーチンのフローチャートである。 本発明によるスリープ状態からの復帰ルーチンのフローチャートである。 従来の空気調和機の制御ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

本発明による空気調和機は、室内機１と室外機２とから構成される所謂スプリット型の空気調和機であり、図示はしていないが、吸込口と吹出口とを備えた室内機１に、室内熱交換器と室内送風ファンとを収納し、室外機２に、圧縮機と、室外熱交換器と、室外送風ファンとを収納している。

室内機１と、室外機２とは冷媒が循環する冷媒配管により接続され、また、後述するように、電源線と、信号の授受を行う信号線とが接続されるようになっている。室外機２の圧縮機１６により圧縮された冷媒は、室外熱交換器及び室内熱交換器とを循環して、周囲を流れる空気と熱交換し、熱交換された空気は、室内送風ファンにより室内機１の吹出口から送出されることにより、室内の冷暖房を行うようになっている。

暖房運転を開始すると、室外機２の圧縮機１６は冷媒の圧縮を開始するが、低外気温時には、圧縮機１６から吐出されるガス冷媒の温度上昇に時間が掛かり、空調される室内の温度が設定値まで達するのに時間を要して、所望の急速暖房が行えないという不具合が発生する。また、氷点下以下の低外気温時には、圧縮機１６内に貯留された潤滑油が冷媒中に溶解し、圧縮機１６の起動時にフォーミング現象が発生して、摺動部に潤滑不良が起こる等の不具合が生じる。

本願の空気調和機では、暖房運転が行われる際、外気温が低い場合には事前に、圧縮機１６を暖めておくように予熱運転が行われるようになっている。予熱運転は、インバータ制御により駆動される圧縮機１６の三相モータの巻線の内、二相にのみ通電を行い予熱を行うようになっている。

本発明による空気調和機の制御ブロック図は、図１に示すように、室内機１側に、室内機電源部４と、待機用電源６と、室内機制御部７とを設けており、室外機２側に、室外機電源部５と、室外機制御部８とを設けている。これらは、プラグ３ａを図示しない室内コンセントに接続させた交流電源配線３から電源の供給を受けるようになっている。

室内機電源部４は、交流電源配線３からリレー２１を介して電源供給を受け、室外機電源部５は室内機１に設けられたリレー２２を介して交流電源配線３から電源供給を受けるようになっている。また、室内機１に設けられた待機用電源６は交流電源配線３から分岐した電源線１８により常時、電源供給を受けるようになっている。

室内機電源部４は、交流電源配線３から供給された交流電流を、例えば、ダイオードブリッジ回路等により全波整流して直流に変換するとともに、直流安定化電源回路により安定化させた直流を室内機制御部７に供給するようになっている。室外機電源部５も同様に、交流電源配線３から供給された交流電流を、ダイオードブリッジ回路等により全波整流して直流に変換するとともに、直流安定化電源回路により安定化させた直流を室外機制御部８に供給するようになっている。

待機用電源６は、空気調和機の運転停止時、所謂待機運転時に、交流電源配線３から供給された交流電流を、全波整流して直流に変換するとともに、直流安定化電源回路により、安定化した小電力の直流を室内機制御部７の後述する室内機マイコン９と、カレンダークロック回路１１に供給するようになっている

室内機制御部７には、起動時刻テーブル１０を内蔵した室内機マイコン９と、同室内機マイコン９に月日、時間等の情報を出力するカレンダークロック回路１１と、図示しないリモコンの信号を受信して室内機マイコン９に出力するリモコン受信部２６と、室内機マイコン９との間で制御信号を入出力し、室内機１に備えられた室内機ファンモータ１３を駆動するとともに、図示しない、配管用バルブあるいは風向板駆動モータ等を駆動する室内機駆動部１２が設けられている。

室内機マイコン９には、待機用電源６から運転停止時においても、小電力電源が電源線１９を介して供給されるようになっており、これにより室内機マイコン９は、待機時において大部分の機能を停止させたスリープ状態となる。スリープ状態時に、カレンダークロック回路１１から起動信号を受けると、室内機マイコン９は待機状態から通常の動作状態に移行する。そして室内機マイコン９は信号線２４を介してリレー２１に信号を送出し、リレー２１を閉じるようになっている。リレー２１が閉じられると、室内機電源部４を介して直流電源が室内機制御部７に供給され、これにより室内機制御部７全体が起動されるようになっている。また、室内機マイコン９は室内機制御部７が起動すると、信号線２５を介してリレー２２に信号を送出し、リレー２２を閉じて室外機電源部５に電源を供給させるようになっている。尚、室内機マイコン９は、スリープ状態時に、リモコン受信部２６からの信号を受け取ると、スリープ状態から通常の動作状態に移行し、リモコン信号の処理を行う。

カレンダークロック回路１１は、年月日、時刻が記憶、更新されるようになっており、室内機マイコン９から信号送出の指定時刻の指令を受けると、指定された月日の時刻に室内機マイコン９に対し、起動信号を送出するようになっている。また、カレンダークロック回路１１には、待機用電源６から運転停止時においても、小電力電源が電源線２０を介して供給されるようになっており、これによりカレンダークロック回路１１は年間を通じて稼働するようになっている。

室外機２においては、室外機電源部５は室外機制御部８に接続され、同室外機制御部８には圧縮機１６が接続されている。また、室外機制御部８には、外気温度の測定を行う外気温検出手段としての外気温センサ１４が信号線１４ａにより接続されるとともに、信号線１５ａを介して室外機ファンモータ１５が接続されている。また、室内機マイコン９と、室外機制御部８とは信号線２３により接続され、同信号線２３により室内機マイコン９と室外機制御部８との間で各種の信号が授受されるようになっている。

室内機マイコン９に内蔵された起動時刻テーブル１０は、例えば、図２に示すように、横軸に当該年の月及び週が設定され、縦軸には、後述する外気温センサ１４による外気温の測定時刻が寒冷地レベルに基づいて設定されている。尚、○印は、当該時刻が外気温測定のために室外機を起動させるタイミングであることを示す。

室内機マイコン９は起動時刻テーブル１０から、外気温センサ１４による外気温測定の次回測定月日及び時刻を読み出し、その月日及び時刻の情報をカレンダークロック回路１１に送出するとともに、指定された月日及び時刻に、カレンダークロック回路１１から室内機マイコン９に送出される起動信号によってスリープ状態から通常の動作状態に移行するようになっている。

起動時刻テーブル１０には、寒冷期の例えば１月、２月には他の季節に比較して、外気温の測定回数が多く設定されているが、夏期の７月、８月には測定は殆ど設定されておらず、また、春、秋の中間期の季節には、寒冷地レベル（地域）により、必要と想定される測定時刻が設定されるようになっている。また、室内機マイコン９は、空気調和機が設置される地域の気候に応じて、起動時刻テーブル１０の参照内容を自動的に変更するようにしている。

起動時刻テーブル１０には、各月、各週に対応して基準外気温が記憶されている。基準外気温は、最も気温が低下する早朝４時の外気温を基にして予め設定されており、例えば起動時刻テーブル１０で示す基準外気温の値は、寒冷地レベル３（東北）での一週間の平均温度を基にして設定されている。外気温センサ１４による一週間の測定平均値から基準外気温を差し引いた値の差が±５℃未満なら寒冷地レベルは変更されないが、＋５℃以上なら、より暖かい地方の寒冷地レベルへ変更され、−５℃以下の場合は、より寒い地方の寒冷地レベルに変更されるようになっている。これにより空気調和機が設置された実際の気候に応じて、予熱運転の有無を決定することができるようになっている。尚、例えば、一週間で５回以下しか外気温の測定が行われない場合には、寒冷地レベルの変更は行われない。また、起動時刻テーブル１０の寒冷地レベルのデータは空気調和機の使用温度範囲に合わせて設定しておく。

尚、本願においては、起動時刻テーブル１０が室内機マイコン９に内蔵される構成として説明しているが、これに限定されるものではなく、室内機制御部７内、室外機制御部８内、あるいは外部接続機器として設けてもよい。また、室内機マイコン９あるいは室外機制御部８にカレンダ−クロック回路１１を設けてもよい。また、起動時刻テーブル１０は予め、製品出荷時に書き込まれていてもよいが、ユーザの操作により、図示しないリモコン等からテーブルの内容を設定するようにしてもよい。

次に、各種の機器の動作タイミングについて図３のタイミングチャートを用いて説明する。通常運転では室内機電源部４と室外機電源部５が稼働しており、各電源部から空気調和機へ電源が供給されている。
（１）室内機マイコン９は、現在の時刻を参照して起動時刻テーブル１０から次に外気温を測定すべき起動時刻を抽出し、この時刻をカレンダークロック回路１１へ設定する。
（２）カレンダークロック回路１１は設定された時刻になると起動信号を室内機マイコン９へ出力する。
（３）この起動信号により室内機マイコン９に割り込みが発生し、（１）で説明したように次の起動時刻をカレンダークロック回路１１へ設定する。
（４）室内機マイコン９の割り込み処理内で、室外機２に対して外気温の測定を指示し、この外気温のデータを取り込む。取り込んだ外気温のデータが閾値、例えば−１０度よりも低いか確認する。この場合、閾値以上なので予熱運転を行わない。
（５）カレンダークロック回路１１は設定された時刻になると起動信号を室内機マイコン９へ出力する。なお、この場合は待機状態であり、起動信号が出力される前は室内機電源部４と室外機電源部５とが停止状態であるが、この起動信号により室内機マイコン９に割り込みが発生し、室内機マイコン９はスリープ状態から通常の動作状態に復帰する。
（６）室内機マイコン９は室内機電源部４を稼働させる。
（７）室内機マイコン９は室外機電源部５を稼働させる。
（８）（５）の起動信号により、（１）で説明したように次の起動時刻をカレンダークロック回路１１へ設定する。また、（４）で説明したように外気温のデータを取り込む。この場合、閾値以上なので予熱運転を行わない。
（９）カレンダークロック回路１１は設定された時刻になると起動信号を室内機マイコン９
へ出力する。（５）（６）（７）で説明した動作と同じになる。
（１０）この場合は取り込んだ外気温のデータが閾値よりも低いので、室内機マイコン９は
室外機２に対して予熱運転開始を指示し、予熱運転の終了を待って待機状態に移行する。

次に、フローチャートを用いて、室内機マイコン９の制御について説明する。図４のフローチャートのメインルーチンに示すように、室内機マイコン９は、リモコン受信部２６を介してリモコン信号を受信する（ＳＴＥＰ１）。リモコン信号が存在して、その信号が電源ＯＦＦであれば（ＳＴＥＰ２−Ｙ）、運転を停止する（ＳＴＥＰ４）。そして、スリープ状態に移行する（ＳＴＥＰ５）。リモコン信号が存在しない、または、リモコン信号が電源ＯＦＦ以外であれば（ＳＴＥＰ２−Ｎ）、通常運転に移行する（ＳＴＥＰ３）。そして（ＳＴＥＰ１）にジャンプする。

次に、室内機マイコン９の図４のスリープ状態からの復帰ルーチンについて説明する。タイミングチャートで説明したように、室内機マイコン９は、カレンダークロック回路１１からの起動信号によりスリープ状態から復帰して、割込処理を実行する。割込処理において、図５に示すように、室内機マイコン９は、リモコン信号を確認し（ＳＴＥＰ１０）、リモコン信号がある場合（ＳＴＥＰ１０−Ｙ）、メインルーチンへ復帰する。リモコン信号がない場合（ＳＴＥＰ１０−Ｎ）リレー２１をＯＮして室内機電源部４をＯＮとする（ＳＴＥＰ１１）。次に、リレー２２をＯＮして室外機電源部５をＯＮとする（ＳＴＥＰ１２）。

次に、室外機外気温測定指示を室外機制御部５へ出力する（ＳＴＥＰ１３）。室内機マイコン９は、室外機制御部８が検出した外気温のデータを受け取るとともに午前４時の外気温データを記憶し、記憶した過去一週間の午前４時における平均外気温と、基準温度との差に基づいて、起動時刻テーブル１０における寒冷地レベルの変更を行う（ＳＴＥＰ１４）。

次に、室内機マイコン９は、今回、測定した外気温の検出値と、予熱処理を行うか否かの閾値とを比較し、外気温検出値が閾値より大きい場合は（ＳＴＥＰ１５−Ｙ）、室外機電源部５をＯＦＦするとともに、室内機電源部４をＯＦＦする（ＳＴＥＰ１６）。次に、室内機マイコン９は次回起動時刻を、起動時刻テーブル１０から抽出し、カレンダ−クロック回路１１に再設定する（ＳＴＥＰ１９）。そして割込処理を停止する。

外気温が閾値より大きくない場合は（ＳＴＥＰ１５−Ｎ）、室外機制御部８に対して予熱処理の指示を行ない（ＳＴＥＰ１７）、圧縮機１６において欠相運転による圧縮機１６の運転が行われるようになっている。予熱運転完了の通知を室外機制御部８から受け取るまで（ＳＴＥＰ１８）、ループし完了の通知を受け取ると（ＳＴＥＰ１６）にジャンプする。

以上、説明したように、外気温測定は予め記憶している、もしくはユーザが設定した日付や時刻にのみ行うので年間を通して無駄な予熱運転の為の温度測定、つまり室外機の起動回数を減少させ、待機電力を削減することができるようになっている。また、起動時刻テーブル１０には、室外機２を起動して外気温を測定する起動時刻が、季節及び地域を考慮して設定されているので、空気調和機が設置されている地域の季節に対応した予熱運転の開始を行うことができる。また、実際に測定した一定期間毎に算出した平均外気温に基づいて、寒冷地レベルを決定し、このレベルに対応した起動時刻テーブル１０を使用するため、地域に対応した室外機の起動を行うことができる。

１ 室内機
２ 室外機
３ 交流電源配線
３ａ プラグ
４ 室内機電源部
５ 室外機電源部
６ 待機用電源
７ 室内機制御部
８ 室外機制御部
９ 室内機マイコン
１０ 起動時刻テーブル
１１ カレンダークロック回路
１２ 室内機駆動部
１３ 室内機ファンモータ
１４ 外気温センサ
１４ａ 信号線
１５ 室外機ファンモータ
１５ａ 信号線
１６ 圧縮機
１６ａ 信号線
１７ 電源線
１８ 電源線
１９ 電源線
２０ 電源線
２１ リレー
２２ リレー
２３ 信号線
２４ 信号線
２５ 信号線
２６ リモコン受信部

Claims (3)

1. 室内機と、外気温検出手段と圧縮機を備えるとともに外気温検出時に電源が供給される室外機とを備え、待機運転時に前記外気温検出手段が検出した検出値を基にして前記圧縮機の予熱運転を行う空気調和機において、
   外気温検出を行う為に前記室外機を起動する起動時刻を年間の気温変動に対応して予め設定した起動時刻テーブルを設け、同起動時刻テーブルに基づいて前記室外機に電源を供給して前記外気温検出手段により外気温を検出してなることを特徴とする空気調和機。
2. 前記起動時刻テーブルは、地域による気温の高低で区分された寒冷地レベルにより異なる起動時刻が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記起動時刻テーブルには、前記外気温検出手段で測定された一週間の測定平均値と比較される基準外気温が予め設定され、前記測定平均値と前記基準外気温との差に応じて前記寒冷地レベルが変更されてなることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

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