JP2013195033A - 空気調和システムおよび空気調和システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の運転停止時における運転開始に備えて電気ヒータを制御することにより、ヒータ電力を抑制して、待機電力を低減させる。
【解決手段】電気ヒータを有する圧縮機、四方弁、室外熱交換器および電気ヒータへの通電を制御する制御部を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットとを液冷媒配管及びガス冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成した空気調和機と、空気調和機の動作を制御する空調管理装置からなる空気調和システムにおいて、空調管理装置は、空気調和機の運転開始時刻と運転停止時刻が設定され、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が所定時間になったか否かを判定し、所定時間になったとき制御部にヒータの通電指令を出力し、制御部は通電指令に基いて前記ヒータに通電を開始して所定時間継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、室外ユニットと室内ユニットからなる空気調和機において、冷媒ガスを圧縮する圧縮機の信頼性確保の為に設置されている電気ヒータを有する空気調和システムおよび空気調和システムの制御方法に関する。

空気調和機の冷房運転サイクルでは、室外ユニットに設置される圧縮機で圧縮されたガス冷媒は供給先を切り替える四方弁により外部熱源と冷媒を熱交換させる室外熱交換器に送られ、ガス冷媒を凝縮させ液冷媒とし室外熱交換器に接続される室外膨張弁を通過した後、室外液阻止弁に至る。液冷媒は室外ユニットと室内ユニットを接続する液配管により室内ユニットに送られ、室内ユニットの減圧装置により減圧され低圧の二相冷媒となり減圧装置に接続される冷媒と空気を熱交換する室内熱交換器により蒸発され低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は室内ユニットと室外ユニットを接続するガス配管により室外ユニットへ送られ室外ガス阻止弁より流入し供給先を切り替える前四方弁を介し前圧縮機に戻る冷凍サイクルとなっている。

暖房運転サイクルでは、室外ユニットに設置される圧縮機で圧縮されたガス冷媒は供給先を切り替える四方弁により室外ガス阻止弁に送られ、室外ユニットと室内ユニットを接続するガス配管により室内ユニットに送られる。ガス冷媒は空気と冷媒を熱交換させる室内熱交換器に送られ、ガス冷媒を凝縮させ液冷媒とし室内ユニットの減圧装置を通過した後室内ユニットと室外ユニットを接続する液配管により室外ユニットへ送られ室外ガス阻止弁より流入し室外ユニットの減圧装置により減圧され低圧の二相冷媒となり減圧装置に接続される外部熱源と空気を熱交換する室外熱交換器により蒸発され低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は供給先を切り替える前四方弁を介し前圧縮機に戻る冷凍サイクルとなっている。

上記の冷凍サイクル内には冷媒の他、圧縮機の潤滑材として冷凍機油が封入されている。一般に外気温度が低い状態で圧縮機を停止させた状態では、圧縮機の温度が低下し、圧縮機内部の冷凍機油に冷媒が溶解し、冷凍機油の粘度低下を引き起こす。このような状態で圧縮機を始動させると、冷凍機油が冷媒と共に吐出されて不足することと粘度低下により、圧縮機の潤滑性が低下して圧縮機が焼き付けを起こし、圧縮機に損傷を与えてしまう場合がある。

これを防止する為に、従来より圧縮機外郭に電気ヒータ（クランクケースヒータ）を設け、圧縮機の停止時に電気ヒータに通電させることで圧縮機を加熱し運転時の圧縮機の信頼性を確保している。

この圧縮機用電気ヒータの制御方法において、特許文献１では外気温度を検知することにより外気温度が所定の温度よりも下回った場合、あるいは所定温度よりも低い夜間にのみ電気ヒータに通電することで消費電力を低減し電気ヒータ及び電気部品の寿命を延ばすことを目的とした制御方法が開示されている。

特許文献２においては、空気調和機内に設置された各温度検知装置により圧縮機の外郭温度が下回った場合にのみ電気ヒータに通電をすることで圧縮機の信頼性を確保する制御方法が開示されている。

特許文献３においては、外気温度と圧縮機が停止してからの経過時間に応じて電気ヒータに通電をすることで消費電力を低減し電気ヒータ及び電気部品の寿命を延ばすことを目的とした制御方法が開示されている。

特開平１０−３０５６３号公報 特開２００８−１７００５２号公報 特開２００８−２８６４１９号公報

従来の技術では、温度センサを有する空気調和機において、外気温度または圧縮機外郭等の温度が所定の温度条件を充たした際に、電気ヒータへの通電を制御することで電気ヒータの消費電力を低減させ、電気ヒータを含む電気部品の寿命を延ばす制御を実施している。しかしながら、温度検知により電気ヒータの通電を制御する場合は、温度検知などの制御因子が多く制御が複雑化する問題があり、また頻繁な通電切り替えを実施することにより効率が悪くなる恐れがある。さらに実際には、温度に基いて電気ヒータの通電を制御するので、圧縮機内の冷凍機油に冷媒が溶解していない場合でも電気ヒータに通電している場合が考えられる。

夜間などの時間帯または圧縮機が停止してからの経過時間により電気ヒータへの通電を制御する場合では、夜間や休日等の空気調和機を運転することがない場合においても、条件によって電気ヒータへの通電を実施することになり、無駄な待機電力を消費している。

本発明は上記従来技術の問題点にかんがみ、空気調和機の運転停止時において、運転開始に備えて電気ヒータを制御することにより、ヒータ通電時間を短縮して、待機電力を低減させることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、電気ヒータを有する圧縮機、四方弁、室外熱交換器および電気ヒータへの通電を制御する制御部を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットとを液冷媒配管及びガス冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成した空気調和機と、前記空気調和機の動作を制御する空調管理装置からなる空気調和システムにおいて、
前記空調管理装置は、空気調和機の運転開始時刻と運転停止時刻が設定され、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が所定時間になったか否かを判定し、所定時間になったとき前記制御部にヒータの通電指令を出力し、前記制御部は通電指令に基いて前記ヒータに通電を開始して所定時間継続することを特徴とする。

また、上記に記載の空気調和システムにおいて、前記空調管理装置は、前記制御部にヒータの通電指令の出力後に、前記空気調和機の次回運転開始時間に到達したときヒータの通電停止指令を出力し、前記制御部は通電停止指令に基づいて前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする。

また、上記に記載の空気調和システムにおいて、前記空調管理装置は、前記空気調和機の運転停止後に運転停止が前記空調管理装置に設定された運転停止時刻に基く停止か否かを判定し、運転停止時刻に基く停止の場合に、次回運転開始までの残り時間が所定時間になったか否かを判定することを特徴とする。

また、上記に記載の空気調和システムにおいて、前記空調管理装置は、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が計測され、所定時間になったとき、前記圧縮機の温度に基いてヒータへの通電要否を判定し、通電要の場合に前記制御部にヒータの通電指令を出力することを特徴とする。

近年、空気調和機を運転する際に使用する空調管理装置（リモートコントローラーや、集中制御などと呼ばれる空調管理システム、ビル空調管理システム）においては、スケジュールタイマー機能を備えており、空気調和機の運転時間及び運転日時をスケジュール機能によって制御することが可能となっている。これにより、小規模店舗からビル全体またはビル内のテナントごとに空気調和機の運転を管理することで、空調運転による消費電力低減に貢献している。このスケジュールタイマーと連動した電気ヒータの通電制御を実施することで、不必要な電気ヒータへの通電を廃止し、待機電力の低減を可能とする。

本発明によれば、空気調和機の運転停止時において、圧縮機の運転開始に備えた電気ヒータ制御により、電気ヒータに使用する時間を短縮することで待機電力を大幅に低減させることが可能となる。

本発明実施例の空気調和システムの冷凍サイクル構成図である。 同じく空気調和システムの動作タイミングの説明図である。 同じく空気調和システムの制御フローチャートである。

図１に空気調和システムの冷凍サイクルを示す。１は室外ユニット、２は室内ユニットで、両ユニットをガス冷媒配管１７及び液冷媒配管１８で接続して空気調和機を構成する。３は空調管理装置（リモコン、空調管理システム）で、空気調和機の運転開始時刻と運転停止時刻や温度等が設定され、この設定に基いて空気調和機に動作指令を与えることで、空気調和機を制御する。

４は室外ユニット１内の圧縮機、５は圧縮機４の外郭に巻きつけられた電気ヒータ、６は空気調和機からの指令に基いて、電気ヒータ５への通電を制御する制御部、７は外郭上部に設けられた温度センサであり、圧縮機４の温度を検出して制御部６に入力する。８は室外熱交換器、９は室外送風機、１０は四方弁、１１は室外ユニットの減圧装置、１２は受液器、１５は室外ガス阻止弁、１６は室外液阻止弁である。１７はガス冷媒配管、１８は液冷媒配管、２１は室内熱交換器、２２は室内送風機、２３は室内ユニットの減圧装置である。

空気調和機の冷房運転サイクルでは、室外ユニット１に設置される圧縮機４で圧縮されたガス冷媒は、供給先を切り替える四方弁１０により外部熱源と冷媒を熱交換させる室外熱交換器８に送られてガス冷媒を凝縮され、液冷媒とし室外ユニットの減圧装置１１を通過した後、室外熱交換器８に接続される余剰冷媒を液冷媒で溜める受液器１２より室外液阻止弁１６に至る。

液冷媒は、室外ユニット１と室内ユニット２を接続する液配管１７により室内ユニット２に送られ、室内ユニット２の減圧装置２３により減圧されて低圧の二相冷媒となり、減圧装置２３に接続される冷媒と空気を熱交換する室内熱交換器２１により蒸発され、低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は、室内ユニット２と室外ユニット１を接続するガス配管１７により室外ユニット１へ送られ、室外ガス阻止弁１５より流入し、供給先を切り替える前記四方弁１０を介し前記圧縮機４に戻る冷凍サイクルとなっている。

前記圧縮機４には電気ヒータ５を外郭に巻きつけ、運転停止時に所定タイミングで電気ヒータ５に通電させることで圧縮機４を加熱し圧縮機の信頼性を確保している。

暖房運転サイクルでは、室外ユニット１に設置される圧縮機４で圧縮されたガス冷媒は、供給先を切り替える四方弁１０により室外ガス阻止弁１５に送られ、室外ユニット１と室内ユニット２を接続するガス配管１７により室内ユニット２に送られる。

ガス冷媒は、空気と冷媒を熱交換させる室内熱交換器２１に送られ、ここで凝縮されて液冷媒として室内ユニット２の減圧装置２３を通過した後、室内ユニット２と室外ユニット１を接続する液配管１８により室外ユニット１へ送られ、室外液阻止弁１６より流入し室外液阻止弁１６に接続される余剰冷媒を液冷媒で溜める受液器１２より室外ユニットの減圧装置１１により減圧され、低圧の二相冷媒となり減圧装置１１に接続される外部熱源と空気を熱交換する室外熱交換器８により蒸発され低圧ガス冷媒となる。

低圧ガス冷媒は、供給先を切り替える前記四方弁１０を介し、前記圧縮機４に戻る冷凍サイクルとなっている。冷房運転サイクルと同様に、前記圧縮機４には電気ヒータ５を外郭に巻きつけ、運転停止時に所定タイミングで電気ヒータ５に通電させることで、圧縮機４を加熱し圧縮機の信頼性を確保している。

空気調和機の運転又は停止などは、リモートコントローラーや、集中制御などと呼ばれる空調管理システム、ビル空調管理システム（以下総称して空調管理装置とする）によって管理され、特に近年ではビル全体又はビル内のテナントごとに運転状態や温度管理を実施することが可能となっている。

また、前記空調管理装置において、空調運転開始時刻、空調運転終了時刻（空調運転停止時刻）、空調運転日等をあらかじめ登録（設定）できるスケジュールタイマー機能を備えている場合が多く、小規模店舗やオフィスビル全体またはビルのテナントごとに運転時間や休日の設定をすることで、無駄な空気調和機の運転を抑制している。

本実施例では、前記のようなスケジュールタイマー機能を有する空調管理装置に接続された空気調和システムに適用される。

図３に本動作における制御フローチャートを示す。電気ヒータ５を備えた圧縮機を搭載し、電気ヒータへの通電を制御する制御部６を設けた室外ユニット１と配管１７、１８で接続された室内ユニット２とで形成された空気調和機を、運転開始時刻と運転終了時刻が設定された前記空調管理装置３で制御する制御フローについて説明する。

ステップ１００で制御がスタートし、ステップ１０１でシステムが停止（圧縮機停止）したとする。

次のステップ１０２で、上記圧縮機停止が前記空調管理装置３に予め設定された運転停止指令による空調運転停止（タイマー停止）か、その他の要因による停止かを判定する。その他の要因による停止（Ｎｏ）とは、空調される室内の温度が設定温度に達した場合等の、室内の温度を設定温度に従って制御する通常の運転である場合や、リモコンスイッチ等による通常の運転停止であるため、ステップ１０５に移る。

ステップ１０２で、タイマー停止（Ｙｅｓ）であった場合、次のステップ１０４に移り、計測されている残り時間（Ｔ）が所定時間（ｔ）以下になったか否かが判定される。

所定時間（ｔ）は、圧縮機の次回運転開始時刻での温度が、圧縮機の潤滑性が低下しない温度にするのに必要なヒータの加熱時間である。したがって、所定時間（ｔ）は、圧縮機の現在温度と、ヒータの加熱容量によって決定され、予め空調管理装置３に設定される。また、所定時間（ｔ）は安全をみて長めに設定される。

ステップ１０４でＮｏの場合は、この判定を繰返す。次回運転開始時刻までの残り時間（Ｔ）の経過に伴って、ステップ１０４でＹｅｓ、すなわち残り時間（Ｔ）が所定時間（ｔ）と同一かまたは小さくなった場合は、次のステップ１０５で電気ヒータへの通電要否判定を行う。

通電要否判定とは、温度センサ７による圧縮機４の温度が、潤滑性を阻害しない温度であるか否かの判定である。圧縮機４の温度が潤滑性を阻害しない高い温度の場合（Ｎｏ）は、電気ヒータの通電指令を行うことなくステップ１０６に移る。この制御により、電気ヒータへの無駄な通電を抑えることができ、待機電力の低減に役立つ。

ステップ１０５で圧縮機４の温度が低い場合（Ｙｅｓ）は、ステップ１０６に移り、空調管理装置３から制御部６にヒータの通電指令を出力する。これに伴って、制御部６は、電気ヒータ５への通電を開始して圧縮機４を加熱する。

この後、ステップ１０７で次回運転開始時間に到達したか否かが判定される。時間経過に伴って、次回運転開始時間に到達する（Ｙｅｓ）と、次のステップ１０８で圧縮機の運転が開始される。

同時に、ステップ１０９で空調管理装置３から制御部６にヒータの通電停止指令を出力し、制御部６は通電されていた電気ヒータ５への通電を停止する。次回運転開始時間に到達することは、所定時間（ｔ）が終了することでもあり、ステップ１０７では、所定時間（ｔ）の終了（経過）を判定しても良い。なお、ステップ１０５でＮｏの場合、電気ヒータは通電されないので、ステップ１０８では圧縮機の運転のみが開始される。

ステップ１０７で次回運転開始時間に到達しない場合（Ｎｏ）は、戻って、次回運転開始時間に到達するまで、上記判定が繰り返される。

上記ステップ１０８で圧縮機が運転開始されたとき電気ヒータは通電が停止されるが、それまでの電気ヒータへの所定時間（ｔ）の通電により、圧縮機４の温度は潤滑性を阻害しない高い温度に達している。従って、圧縮機４は潤滑性を阻害することなく、運転を開始することができる。

上記フローでの電気ヒータへの通電時間は、ステップ１０６〜ステップ１０９であり、圧縮機４の温度をみながら潤滑性を阻害する恐れのある低温時にのみ電気ヒータへの通電を行うので、通電時間を必要最低限に抑えることができる。

電気ヒータの通電と圧縮機運転の動作タイミングを図２に示す。圧縮機は、空調管理装置３のスケジュール運転により運転が停止され、運転停止期間を経て次回運転が開始される。電気ヒータは、圧縮機の運転停止後、残り時間（Ｔ）が所定時間（ｔ）に達すると通電が開始され、所定時間（ｔ）経過後に通電が停止される。このように電気ヒータは所定時間（ｔ）のみ通電され、通電時間が少なくて済む。

以上説明したように、電気ヒータへの少ない通電時間で、圧縮機停止時に圧縮機の温度を潤滑性を阻害しない温度に高め、空気調和システムの待機電力を大幅に低減することが可能となる。

１…室外ユニット、２…室内ユニット、３…空調管理装置、４…圧縮機、５…電気ヒータ、６…制御部、８…室外熱交換器、１０…四方弁、１７…ガス冷媒配管、１８…液冷媒配管、２１…室内熱交換器、Ｔ…次回運転開始までの残り時間、ｔ…所定時間。

Claims (8)

1. 電気ヒータを有する圧縮機、四方弁、室外熱交換器および電気ヒータへの通電を制御する制御部を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットとを液冷媒配管及びガス冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成した空気調和機と、前記空気調和機の動作を制御する空調管理装置からなる空気調和システムにおいて、
   前記空調管理装置は、空気調和機の運転開始時刻と運転停止時刻が設定され、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が所定時間になったか否かを判定し、所定時間になったとき前記制御部にヒータの通電指令を出力し、前記制御部は通電指令に基いて前記ヒータに通電を開始して所定時間継続することを特徴とする空気調和システム。
2. 請求項１に記載の空気調和システムにおいて、
   前記空調管理装置は、前記制御部にヒータの通電指令の出力後に、前記空気調和機の次回運転開始時間に到達したときヒータの通電停止指令を出力し、前記制御部は通電停止指令に基いて前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする空気調和システム。
3. 請求項１または２に記載の空気調和システムにおいて、
   前記空調管理装置は、前記空気調和機の運転停止後に運転停止が前記空調管理装置に設定された運転停止時刻に基く停止か否かを判定し、運転停止時刻に基く停止の場合に、次回運転開始までの残り時間が計測され、この残り時間が所定時間になったか否かを判定することを特徴とする空気調和システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和システムにおいて、
   前記空調管理装置は、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が所定時間になったとき、前記圧縮機の温度に基いてヒータへの通電要否を判定し、通電要の場合に前記制御部にヒータの通電指令を出力することを特徴とする空気調和システム。
5. 電気ヒータを有する圧縮機、四方弁、室外熱交換器および電気ヒータへの通電を制御する制御部を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットとを液冷媒配管及びガス冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成した空気調和機の動作を、空調管理装置で制御する空気調和システムの制御方法において、
   前記空調管理装置は、空気調和機の運転開始時刻と運転停止時刻が設定され、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が所定時間になったか否かを判定し、所定時間になったとき前記制御部にヒータの通電指令を出力し、前記制御部は通電指令に基いて前記ヒータに通電を開始して所定時間継続することを特徴とする空気調和システムの制御方法。
6. 請求項５に記載の空気調和システムの制御方法において、
   前記空調管理装置は、前記制御部にヒータの通電指令の出力後に、前記空気調和機の次回運転開始時間に到達したときヒータの通電停止指令を出力し、前記制御部は通電停止指令に基づいて前記ヒータへの通電を停止することを特徴とする空気調和システムの制御方法。
7. 請求項５または６に記載の空気調和システムの制御方法において、
   前記空調管理装置は、前記空気調和機の運転停止後に運転停止が前記空調管理装置に設定された運転停止時刻に基く停止か否かを判定し、運転停止時刻に基く停止の場合に、次回運転開始までの残り時間が計測され、この残り時間が所定時間になったか否かを判定することを特徴とする空気調和システムの制御方法。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載の空気調和システムの制御方法において、
   前記空調管理装置は、空気調和機の運転停止後の次回運転開始までの残り時間が所定時間になったとき、前記圧縮機の温度に基いてヒータへの通電要否を判定し、通電要の場合に前記制御部にヒータの通電指令を出力することを特徴とする空気調和システムの制御方法。

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