JP6079707B2

JP6079707B2 - 空調機

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Publication number: JP6079707B2
Application number: JP2014132619A
Authority: JP
Inventors: 剛史山川; 元輝高木
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JP2016011768A

Description

本発明は、空調機に関する。

近年、建物の断熱性能が向上し、さらには補助機器を用いていることによって建物の暖房負荷（冷房負荷）は減少する傾向にある。暖房能力（冷房能力）は冬（夏）のピーク時に合わせて選定されているので、低負荷状態において、インバータ圧縮機を通常起動させると開始時の能力が大きいため、インバータ圧縮機が頻繁にＯｎ/Ｏｆｆを繰り返す（以下、発停運転という。）ことがある。

その場合、保安面、機器の耐久面から、一旦高圧冷媒と低圧冷媒を均圧する必要があり、冷媒間での熱移動が発生する。それゆえ、発停運転を繰り返した場合には、運転効率を低下させる。

これに対して、例えば、特許文献１（特開２００２−６１９２５号公報）では、室外サーモオフの状態になる回数等に基づいて、暖房運転における凝縮温度の目標値や冷房運転における蒸発温度の目標値に補正を施すことによって、空調能力をできるだけ空調負荷に合わせるようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載の空調能力の調節方法では、室外サーモオフの状態になる回数の増大をある程度は少なくすることができるものの限界がある。

本発明の課題は、空調対象空間が低負荷状態のときでもインバータ圧縮機の発停頻度の増大を抑え、運転効率の低下を抑制することができる空調機を提供することにある。

本発明の第１観点に係る空調機は、インバータ圧縮機、室内熱交換器、減圧機構、室外熱交換器の順に冷媒を循環させて暖房運転を行う空調機であって、インバータ圧縮機を制御する制御部を備えている。制御部は、暖房運転時のインバータ圧縮機の起動制御として、通常起動制御と、低負荷起動制御とを有している。通常起動制御は、所定運転周波数でインバータ圧縮機を起動する制御である。低負荷起動制御は、通常起動制御時の所定運転周波数よりも低い運転周波数でインバータ圧縮機を起動する制御である。さらに制御部は、空調対象空間が低負荷状態であることを判定するための低負荷条件が満たされたときに、通常起動制御に代えて低負荷起動制御を実行する。さらに、制御部がインバータ圧縮機の起動後、サーモオン制御とサーモオフ制御とを行っている。サーモオン制御は、空調対象空間の温度が設定温度を基準にした所定温度範囲内となるように暖房運転を継続する制御である。サーモオフ制御は、空調対象空間の温度が上記所定温度範囲を超えて高くなったときにインバータ圧縮機を停止する制御である。さらに、制御部は、インバータ圧縮機の起動制御から次の起動制御までを一サイクルとして、そのサイクル内で、サーモオン制御の時間が予め設定された第１閾値よりも短いこと、サーモオフ制御の時間が予め設定された第２閾値よりも長いこと、サーモオン制御時の空調対象空間の温度と設定温度との差が予め設定された第３閾値よりも小さいこと、という３条件それぞれが成立している否かの判定を行う。そして、上記低負荷条件は、上記３条件が成立するサイクルが少なくとも１回出現することである。

この空調機では、上記３条件全ての成立を低負荷状態の判定基準とすることで、判定精度を高めることができる。

本発明の第２観点に係る空調機は、第１観点に係る空調機であって、上記低負荷条件は、上記３条件が成立するサイクルが複数回連続して出現することである。

この空調機では、上記３条件が成立するサイクルが複数回連続して出現することを低負荷状態の判定基準とすることで、判定精度をより高めることができる。

本発明の第３観点に係る空調機は、第１観点又は第２観点に係る空調機であって、制御部が、低負荷起動制御を選択した後、空調対象空間の数が増加したとき又は暖房運転とは異なる運転に変更されたときは、起動制御を通常起動制御に切り換える。

この空調機では、空調対象空間の数が増加したとき、又は暖房運転とは異なる運転に変更されたときを通常起動制御への復帰のトリガーとすることで、負荷に応じた適正な起動制御を選択することができる。

本発明の第４観点に係る空調機は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る空調機であって、制御部が、空調対象空間の温度に応じて室内熱交換器の目標温度を決定し、室内熱交換器の温度が目標温度となるようにインバータ圧縮機の運転周波数を設定する。低負荷起動制御が選択された後の暖房運転における室内熱交換器の目標温度は、通常起動制御が選択されたときよりも低く設定される。

この空調機では、通常、吹出空気温度が低い場合は運転周波数を上げて吹出空気温度を上げる制御を行う。しかし、空調対象空間が低負荷状態のときに当該制御を行うと発停頻度の増大を招く。それゆえ、室内熱交換器の目標温度を下げることによって、運転周波数の上昇を緩和している。

本発明の第５観点に係る空調システムは、第１観点から第４観点のいずれか１つに係る空調機と、補助暖房とを備える空調システムである。

この空調システムでは、低負荷状態であっても、インバータ圧縮機が通常起動時よりも低い運転周波数で起動されるので、立ち上がり性能が抑制され、空調対象空間の温度が適正な勾配で上昇するので、インバータ圧縮機の発停頻度の増大を抑制することができる。

本発明の第１観点に係る空調機では、３つの低負荷状態の条件全ての成立を低負荷状態の判定基準とすることで、判定精度を高めることができる。

本発明の第２観点に係る空調機では、３つの低負荷状態の条件全てが成立するサイクルが複数回連続して出現することを低負荷状態の判定基準とすることで、判定精度をより高めることができる。

本発明の第３観点に係る空調機では、空調対象空間の数が増加したとき、又は暖房運転とは異なる運転に変更されたときを通常起動制御への復帰のトリガーとすることで、負荷に応じた適正な起動制御を選択することができる。

本発明の第４観点に係る空調機では、通常、吹出空気温度が低い場合は運転周波数を上げて吹出空気温度を上げる制御を行う。しかし、空調対象空間が低負荷状態のときに当該制御を行うと発停頻度の増大を招く。それゆえ、室内熱交換器の目標温度を下げることによって、運転周波数の上昇を緩和している。

本発明の第５観点に係る空調システムでは、低負荷状態であっても、インバータ圧縮機が通常起動時よりも低い運転周波数で起動されるので、立ち上がり性能が抑制され、空調対象空間の温度が適正な勾配で上昇するので、インバータ圧縮機の発停頻度の増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る空調機の斜視図。空調機の概略構成図。空調機の制御ブロック図。暖房運転において通常制御および発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン／オフの状態の経時変化を示す図。発停運転回避制御のフローチャート。第１変形例に係る発停運転回避制御のフローチャート。第２変形例に係る発停運転回避制御のフローチャート。室温変化サイクルと発停運転回避制御との関係を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）空調機１００の基本構成
図１は、本発明の一実施形態に係る空調機１００の斜視図である。また、図２は、その空調機１００の概略構成図である。図１及び図２において、空調機１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の空調に使用される装置である。

空調機１００は、主として、室外ユニット２と、複数台（本実施形態では、３台）の室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃとが接続されることによって構成されている。

（２）詳細構成
（２−１）室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ
室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃは、屋内に設置されている。室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃは、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部である室内側冷媒回路１０ａを構成している。

室内ユニット４ｂ及び室内ユニット４ｃは、室内ユニット４ａと同様の構成を有するため、ここでは、室内ユニット４ａの構成のみ説明し、室内ユニット４ｂ、４ｃの構成については、それぞれ、室内ユニット４ａの各部を示す添字ａの代わりに添字ｂ又は添字ｃを付して、各部の説明を省略する。

（２−１−１）室内膨張弁４１ａ，４１ｂ，４１ｃ
室内膨張弁４１ａは、室内熱交換器４２ａの液側に接続された電動膨張弁である。室内膨張弁４１ａは、室内側冷媒回路１０ａを流れる冷媒を減圧して冷媒の流量を調節する。

（２−１−２）室内熱交換器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ
室内熱交換器４２ａは、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器４２ａでは、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器４２ａは、暖房運転時には冷媒の凝縮器として、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

（２−１−３）室内ファン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ
室内ファン４３ａは、室内熱交換器４２ａに室内空気を送るため、室内熱交換器４２ａの近傍に配置されている。室内ファン４３ａは、室内ファンモータ４４ａによって駆動される。

（２−１−４）各種センサ
室内ユニット４ａには、各種のセンサが設けられている。液側温度センサ４５ａは、室内熱交換器４２ａの液側に設けられ、液状態又は気液二相状態の冷媒温度を検出する。

ガス側温度センサ４６ａは、室内熱交換器４２ａのガス側に設けられ、ガス状態の冷媒温度を検出する。

室内温度センサ４７ａは、室内ユニット４ａの室内空気の吸入口側に設けられ、室内ユニット４における室内温度を検出する。

（２−１−５）室内側制御部４８ａ，４８ｂ，４８ｃ
室内側制御部４８ａは、室内ユニット４ａを構成する各部の動作を制御する。室内側制御部４８ａは、ＣＰＵおよびメモリを有しており、室内ユニット４ａを個別に操作するためのリモートコントローラ４９ａとの間で制御信号等のやりとり、及び室外ユニット２との間で制御信号のやりとりを行う。リモートコントローラ４９ａは、ユーザーが空調運転に関する各種設定や運転／停止指令を行う。

（２−２）室外ユニット２
室外ユニット２は、屋外に設置される。室外ユニット２は、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃに接続され、冷媒回路１０の一部である室外側冷媒回路１０ｄを構成している。

（２−２−１）インバータ圧縮機２１
インバータ圧縮機２１は、図示しないインバータ装置を介して電力が供給されるようになっており、インバータ装置の出力周波数（すなわち、回転数）を変化させることによって、運転容量を可変することが可能になっている。

（２−２−２）四路切換弁２２
四路切換弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換える。四路切換弁２２は、冷房運転時に、インバータ圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するとともにインバータ圧縮機２１の吸入側とガス冷媒連絡管７とを接続する（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。

また、四路切換弁２２は、暖房運転時に、インバータ圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡管７とを接続するとともにインバータ圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続する（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。

（２−２−３）室外熱交換器２３
室外熱交換器２３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室外熱交換器２３では、冷媒と室外空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器２３は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

（２−２−４）室外ファン２８
室外ファン２８は、室外熱交換器２３に室外空気を送るため、室外熱交換器２３の近傍に設けられている。室外ファン２８は、室外ファンモータ２８ａによって回転駆動される。

（２−２−５）アキュムレータ２４
アキュムレータ２４は、四路切換弁２２とインバータ圧縮機２１の吸入側との間に接続された密閉容器である。

（２−２−６）室外膨張弁２５
室外膨張弁２５は、室外熱交換器２３の液側に接続された電動膨張弁である。室外膨張弁２５は、室外側冷媒回路１０ｄを流れる冷媒を減圧する。

（２−２−７）液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７
液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、室外膨張弁２５に接続されている。ガス側閉鎖弁２７は、四路切換弁２２に接続されている。

（２−２−８）各種センサ
室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。吸入圧力センサ２９は、インバータ圧縮機２１の吸入圧力Ｐｓを検出する。吐出圧力センサ３０は、インバータ圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄを検出する。

吸入温度センサ３１は、インバータ圧縮機２１の吸入温度を検出する。吐出温度センサ３２は、インバータ圧縮機２１の吐出温度を検出する。吸入温度センサ３１は、アキュムレータ２４の入口側に設けられている。液側温度センサ３３は、室外熱交換器２３の液側に設けられ、液状態又は気液二相状態の冷媒の温度を検出する。外気温度センサ３４は、室外ユニット２の室外空気の吸入口側に設けられ、室外ユニット２における外気温度を検出する。

（２−２−９）室外側制御部３５
室外側制御部３５は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する。室外側制御部３５は、ＣＰＵ、メモリ、及びインバータ圧縮機２１を制御するインバータ回路を有しており、室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃの室内側制御部４８ａ、４８ｂ、４８ｃとの間で制御信号等のやりとりを行うことができる。

（２−３）制御部５０
図３は、空調機１００の制御ブロック図である。先ず、図１に記載の制御部５０は、リモートコントローラ４９ａ、４９ｂ、４９ｃと、室内側制御部４８ａ、４８ｂ、４８ｃと、室外側制御部３５を含めた総称である。

図３において、制御部５０は、各種センサの検出信号を受ける。また、制御部５０は、これらの検出信号等に基づいて各種機器を制御し、空調運転（冷房運転及び暖房運転）を行う。

（３）空調機の基本動作
空調機１００の暖房運転及び冷房運転の基本動作について説明する。

（３−１）暖房運転
リモートコントローラ４９ａ、４９ｂ、４９ｃから暖房運転の指令がなされると、四路切換弁２２が暖房運転状態（図１の四路切換弁２２の破線で示された状態）に切り換えられ、インバータ圧縮機２１、室外ファン２８及び室内ファン４３ａ、４３ｂ、４３ｃが起動する。

冷媒回路１０内の低圧のガス冷媒は、インバータ圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡管７を経由して、室外ユニット２から室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃに送られる。

室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおいて、高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃに送られる。室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃにおいて、高圧のガス冷媒は、室内ファン４３ａ、４３ｂ、４３ｃから供給される室内空気と熱交換を行って冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となり、室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２において、冷媒は、液側閉鎖弁２６を経由して、室外膨張弁２５に送られ、室外膨張弁２５によって減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒となる。この低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３において、低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン２８から供給される室外空気と熱交換を行って加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を経由して、アキュムレータ２４に送られる。そして、アキュムレータ２４に送られた低圧のガス冷媒は、再び、インバータ圧縮機２１に吸入される。

（３−２）冷房運転
リモートコントローラ４９ａ、４９ｂ、４９ｃから冷房運転の指令がなされると、四路切換弁２２が冷房運転状態（図１の四路切換弁２２の実線で示された状態）に切り換えられて、インバータ圧縮機２１、室外ファン２８及び室内ファン４３ａ、４３ｂ、４３ｃが起動する。

冷媒回路１０内の低圧のガス冷媒は、インバータ圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を経由して室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２８から供給される室外空気と熱交換を行って冷却され凝縮し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室外膨張弁２５、液側閉鎖弁２６及び液冷媒連絡管６を経由して、室外ユニット２から室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃに送られる。

室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおいて、高圧の液冷媒は、室内膨張弁４１ａ、４１ｂ、４１ｃによって減圧され、低圧の気液二相状態の冷媒となる。この低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃに送られる。室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃにおいて、低圧の気液二相状態の冷媒は、室内ファン４３ａ、４３ｂ、４３ｃから供給される室内空気と熱交換を行って加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を経由して、室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、ガス側閉鎖弁２７及び四路切換弁２２を経由して、アキュムレータ２４に送られる。そして、アキュムレータ２４に送られた低圧のガス冷媒は、再び、インバータ圧縮機２１に吸入される。

（４）空調機による室内温度制御
室内温度制御は、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃの設定温度Ｔｒｓ（例えば２５℃）に対して許容範囲（例えば、±１℃）を設定し、室内サーモオフ、室内サーモオン、室外サーモオフ、及び、室外サーモオンを行う。

ここで、室内サーモオフとは、室内ユニットが設定温度の許容範囲内において空調運転を行っているとき、室内温度が設定温度の許容範囲になった場合に、室内ユニットが空調運転を休止することである。

また、室内サーモオンとは、室内サーモオフの状態の室内ユニットが、室内温度が設定温度の許容範囲から外れた場合に、対応する室内ユニットの空調運転を再開することである。

室外サーモオフとは、空調運転を行っているすべての室内ユニットが室内サーモオフの状態になった場合に、インバータ圧縮機２１を停止することである。

室外サーモオンとは、室外サーモオフの状態において少なくとも１つの室内ユニットが室内サーモオンの状態になった場合に、インバータ圧縮機２１を再起動することである。

なお、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける設定温度の許容範囲の上閾値Ｔｒｘは、各設定温度Ｔｒｓに上限幅ΔＴｘ（例えば１℃）を加算した値とする。また、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける設定温度の許容範囲の下閾値Ｔｒｎは、各設定温度Ｔｒｓから下限幅ΔＴｎ（例えば１℃）を差し引いた値とする。

（４−１）暖房運転時の場合
例えば、室内ユニット４ａが暖房運転を行っているとき、ある時点で室内温度Ｔｒが上閾値Ｔｒｘまで上昇した場合、制御部５０は、室内膨張弁４１ａを閉止して、室内熱交換器４２ａに冷媒が流れないようにする。これにより、室内ユニット４ａは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われない室内サーモオフの状態となる。

次に、室内ユニット４ａが室内サーモオフの状態とすると、室内温度Ｔｒが下閾値Ｔｒｎまで低下した場合、制御部５０は、室内膨張弁４１ａを開けて、室内熱交換器４２ａに冷媒が流れるようにする。これにより、室内ユニット４ａは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われる室内サーモオンの状態となる。

また、室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃが暖房運転を行っているとき、すべての室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃが室内サーモオフの状態になった場合、制御部５０は、インバータ圧縮機２１を停止して、冷媒回路１０内の冷媒の流れを止める。これにより、空調機１００は、暖房運転の運転指令はなされているものの、実質的には、暖房運転がすべて停止された室外サーモオフ状態となる。

次に、室外サーモオフの状態において、室内ユニット４ａが室内サーモオンの状態になった場合、制御部５０は、室内ユニット４ａの室内膨張弁４１ａを開け、かつ、インバータ圧縮機２１を起動して、冷媒回路１０内、及び、室内熱交換器４２ａに冷媒が流れるようにする。これにより、空調機１００は、室外サーモオンの状態となり、室内ユニット４ａは、室内サーモオンの状態となる。

（４−２）冷房運転時の場合
例えば、室内ユニット４ａが冷房運転を行っているとき、ある時点で室内温度Ｔｒが下閾値Ｔｒｎまで低下した場合、制御部５０は、室内膨張弁４１ａを閉止して、室内熱交換器４２ａに冷媒が流れないようにする。これにより、室内ユニット４ａは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われない室内サーモオフの状態となる。

次に、室内ユニット４ａが室内サーモオフの状態になると、室内温度Ｔｒが上閾値Ｔｒｘまで上昇した場合、制御部５０は、室内膨張弁４１ａを開けて、室内熱交換器４２ａに冷媒が流れるようにする。これにより、室内ユニット４ａは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われる室内サーモオンの状態となる。

また、室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃが冷房運転を行っているとき、すべての室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃが室内サーモオフの状態になった場合、制御部５０は、インバータ圧縮機２１を停止して、冷媒回路１０内の冷媒の流れを止める。これにより、空調機１００は、冷房運転の運転指令はなされているものの、実質的には、冷房運転がすべて停止された室外サーモオフ状態となる。

（５）発停運転を回避する制御
ここで説明の便宜上、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける室内温度ＴｒそれぞれをＴｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃとする。また、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける室内温度の設定温度ＴｒｓそれぞれをＴｒａｓ、Ｔｒｂｓ、Ｔｒｃｓとする。さらに、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける室内温度の設定温度Ｔｒｓの上閾値それぞれをＴｒａｘ、Ｔｒｂｘ、Ｔｒｃｘとし、下閾値それぞれをＴｒａｎ、Ｔｒｂｎ、Ｔｒｃｎとする。

上記（４）のような室内温度制御によって、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける室内温度Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃが、各室内ユニット４ａ、４ｂ、４ｃにおける室内温度の設定温度Ｔｒａｓ、Ｔｒｂｓ、Ｔｒｃｓになるように、空調負荷に応じて暖房能力または冷房能力が適切に制御される。

（５−１）低負荷時の問題点
しかし、一室運転の場合において、空調負荷が小さくなると、能力過多になりやすく、室外サーモオフになる回数が多くなる。特に暖房運転時、建物の断熱性能が高く補助暖房機器を用いていることによって暖房負荷が小さい場合には、室外サーモオフと室外サーモオフとが頻繁に繰り返され、いわゆる発停運転となり、実際の建物における性能が著しく低下させるおそれがある。以下、図面を用いて説明する。

図４は、暖房運転において通常制御および発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン／オフの状態の経時変化を示す図である。

図４において、前提条件として、部屋Ａに室内ユニット４ａ、部屋Ｂに室内ユニット４ｂ、部屋Ｃに室内ユニット４ｃが据え付けられている。部屋Ａ，Ｂ，Ｃの設定温度Ｔｒａｓ、Ｔｒｂｓ、Ｔｒｃｓは全て２４℃であり、許容範囲は±１℃である。したがって、上閾値Ｔｒａｘ、Ｔｒｂｘ、Ｔｒｃｘは２５℃、下閾値Ｔｒａｎ、Ｔｒｂｎ、Ｔｒｃｎは２３℃である。

図４の上段は、通常制御を行っているときの室内サーモオン／オフの状態の経時変化を示す図である。図示のとおり、ある時点から５分後に部屋Ａの室内ユニット４ａが室内サーモオン状態になっても、部屋Ｂ，Ｃの室内ユニット４ｂ，４ｃが室内サーモオフ状態であり、空調負荷も小さく、且つインバータ圧縮機２１の立ち上がり能力が高いため、その５分後（累計１０分後）には、室内ユニット４ａが再び室内サーモオフ状態になる。

このとき、部屋Ａ，Ｂ，Ｃの室内温度が全て設定温度の許容範囲内になり、室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ全てが室内サーモオフ状態となり、インバータ圧縮機２１は停止して室外サーモオフ状態となる。

その後、部屋Ｂの室内ユニット４ｂが室内サーモオン状態になるので、インバータ圧縮機２１は再起動し、室外サーモオン状態となる。このように、圧縮機の運転と停止とが短い時間間隔で発生するので、性能が著しく低下していると推測される。

（５−２）低負荷状態の推定方法
低負荷状態であると推定するための条件（以下、低負荷条件という。）として、室外サーモオフから室外サーモオンまでの運転状態から以下の条件が成立するか否かを判定する。具体的には、
（ａ）室外サーモオン制御の時間が短い、
（ｂ）室外サーモオフ制御の時間が長い、
（ｃ）室外サーモオン制御時の設定温度と室温との差が小さい、
という条件が挙げられる。

（ａ）が条件として挙げられる理由は、低負荷状態のとき、通常の立ち上がり能力が大きすぎて一気に室温が上昇して室外サーモオフに至るからである。

また、（ｂ）が条件として挙げられる理由は、低負荷状態のとき、室温が変化し難いためである。

さらに、（ｃ）が条件として挙げられる理由は、設定温度と室温との差は能力アップ域、無変化域、能力ダウン域とに区分けられ、通常は無変化域で安定させているため、元々の室温が能力ダウン域にある場合には、起動時能力では高すぎるからである。

本実施形態では、上記３条件の一つが成立すれば、低負荷状態であると判定する。

（５−３）発停運転回避制御の概要
そこで、空調機１００では、制御部５０が、発停運転を回避する制御（以下、発停運転回避制御という）を行い、性能低下を防止している。

図４の下段は、発停運転回避制御を行っているときの室内サーモオン／オフの状態の経時変化を示す図である。ここでは、部屋Ａが空調運転の主となり、部屋Ｂ，Ｃは従属する関係となる。

ある時点から５分後に部屋Ａの室内ユニット４ａが室内サーモオン状態になったとき、その直前までは、部屋Ａ，Ｂ，Ｃの室内温度が全て設定温度の許容範囲内にあったため、室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ全てが室内サーモオフ状態となり、インバータ圧縮機２１は停止して室外サーモオフ状態となっていたものとする。

本来ならインバータ圧縮機２１を通常起動制御で起動させるところである。しかし、通常起動運転では立ち上がり能力が高すぎるので短時間で一気に室温が上昇し直ぐに室内サーモオフ状態となり、再び部屋Ａ，Ｂ，Ｃの室内温度が全て設定温度の許容範囲内となり、室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ全てが室内サーモオフ状態となり、インバータ圧縮機２１が停止して室外サーモオフ状態となってしまう。

そこで、部屋Ａの室内ユニット４ａが室内サーモオン状態になる直前までの運転状態が低負荷状態であることを判定するための低負荷条件を満たしている場合には、通常起動制御に代えて低負荷起動制御を実行し、発停運転を回避する。

ここで、通常起動制御とは、所定運転周波数でインバータ圧縮機２１を起動する制御である。

また、低負荷起動制御とは、通常起動制御時の所定運転周波数よりも低い運転周波数でインバータ圧縮機２１を起動する制御である。

（５−４）発停運転回避制御の制御フロー
以下、図５の発停運転回避制御のフローチャートに沿って、空調機１００の発停運転回避制御時の動作を説明する。

まず、制御部５０は、ステップＳ１において、インバータ圧縮機２１の起動指令の有無を判定し、起動指令があるときはステップＳ２へ進み、起動指令がないときは、引き続きインバータ圧縮機２１の起動指令の有無を監視する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２において、起動指令を受ける直近の室外サーモオン制御の時間（以下、サーモオン時間ｔｏｎという。）が予め設定された第１閾値ｔ１よりも短いか否かを判定し、ｔｏｎ＜ｔ１と判定したときはステップＳ５１へ進んで低負荷時起動制御を実行し、ｔｏｎ＜ｔ１ではないと判定した場合はステップＳ３へ進む。

次に、制御部５０は、ステップＳ３において、起動指令を受ける直前の室外サーモオフ制御の時間（以下、サーモオフ時間ｔｏｆｆという。）が予め設定された第２閾値ｔ２よりも長いか否かを判定し、ｔｏｆｆ＞ｔ２と判定したときはステップＳ５１へ進んで低負荷時起動制御を実行し、ｔｏｆｆ＞ｔ２ではないと判定したときはステップＳ４へ進む。

次に、制御部５０は、ステップＳ４において、室外サーモオン制御時の設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｒとの差（Ｔｓ−Ｔｒ）が予め設定された第３閾値ΔＴ３よりも小さいか否かを判定し、Ｔｓ−Ｔｒ＜ΔＴ３と判定したときはステップＳ５１へ進んで低負荷時起動制御を実行し、Ｔｓ−Ｔｒ＜ΔＴ３ではないと判定したときはステップＳ５へ進む。

次に、制御部５０は、ステップＳ５において、通常起動制御を実行しステップＳ６に進む。

次に、制御部５０は、ステップＳ６において、起動制御解除指令の有無を判定し、起動制御解除指令があるときは制御を終了し、起動解除指令がないときは、引き続き、起動制御解除指令の有無を監視する。

なお、起動制御の解除は、起動制御解除指令が有ったときだけに限らず、室内サーモオン制御をすべき部屋数が増加したとき、又は暖房運転とは異なる運転に変更されたときを通常起動制御への復帰のトリガーとすることができる。

（６）特徴
（６−１）
以上のように、空調機１００では、低負荷状態であっても、インバータ圧縮機２１が通常起動時よりも低い運転周波数で起動されるので、立ち上がり性能が抑制され、空調対象空間の温度が適正な勾配で上昇するので、インバータ圧縮機２１の発停頻度の増大を抑制することができる。

（６−２）
空調機１００では、３つの低負荷状態の条件のいずれか１つが成立したときに低負荷起動制御を行うことによって、発停頻度の増大を抑制することができる。

（７）変形例
（７−１）第１変形例
上記実施形態では、低負荷条件が、サーモオン制御の時間ｔｏｎ＜第１閾値ｔ１、サーモオフ制御の時間ｔｏｆｆ＞第２閾値ｔ２、及び室外サーモオン制御時の設定温度と室温との差（Ｔｓ−Ｔｒ）＜第３閾値ΔＴ３、という３条件のうちの一つが成立することである。しかし、上記３条件が全て成立することを低負荷条件としてもよい。

以下、図６の第１変形例に係る空調機の発停運転回避制御のフローチャートに沿って、空調機１００の発停運転回避制御時の動作を説明する。

まず、制御部５０は、ステップＳ１１において、インバータ圧縮機２１の起動指令の有無を判定し、起動指令があるときはステップＳ１２へ進み、起動指令がないときは、引き続きインバータ圧縮機２１の起動指令の有無を監視する。

次に、制御部５０は、ステップＳ１２において、起動指令を受ける直近の室外サーモオン制御の時間（以下、サーモオン時間ｔｏｎという。）が予め設定された第１閾値ｔ１よりも短いか否かを判定し、ｔｏｎ＜ｔ１と判定したときはステップＳ１３へ進み、ｔｏｎ＜ｔ１ではないと判定した場合はステップＳ１５１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ１３において、起動指令を受ける直前の室外サーモオフ制御の時間（以下、サーモオフ時間ｔｏｆｆという。）が予め設定された第２閾値ｔ２よりも長いか否かを判定し、ｔｏｆｆ＞ｔ２と判定したときはステップＳ１４へ進み、ｔｏｆｆ＞ｔ２ではないと判定したときはステップＳ１５１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ１４において、室外サーモオン制御時の設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｒとの差（Ｔｓ−Ｔｒ）が予め設定された第３閾値ΔＴ３よりも小さいか否かを判定し、Ｔｓ−Ｔｒ＜ΔＴ３と判定したときはステップＳ１５へ進み、Ｔｓ−Ｔｒ＜ΔＴ３ではないと判定したときはステップＳ１５１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ１５において、低負荷起動制御を実行しステップＳ１６に進む。

次に、制御部５０は、ステップＳ１６において、起動制御解除指令の有無を判定し、起動制御解除指令があるときは制御を終了し、起動解除指令がないときは、引き続き、起動制御解除指令の有無を監視する。

上記の通り、第１変形例に係る空調機１００では、３つの低負荷状態の条件全ての成立を低負荷状態の判定基準とすることで、判定精度を高めることができる。

（７−２）第２変形例
上記実施形態では、低負荷条件が、サーモオン制御の時間ｔｏｎ＜第１閾値ｔ１、サーモオフ制御の時間ｔｏｆｆ＞第２閾値ｔ２、及び室外サーモオン制御時の設定温度と室温との差（Ｔｓ−Ｔｒ）＜第３閾値ΔＴ３、という３条件全てが一回成立することを低負荷条件としているが、２以上のＸ回成立することを条件としてもよい。

以下、図７の第２変形例に係る空調機の発停運転回避制御のフローチャートに沿って、空調機１００の発停運転回避制御時の動作を説明する。

まず、制御部５０は、ステップＳ２１において、インバータ圧縮機２１の起動指令の有無を判定し、起動指令があるときはステップＳ２２へ進み、起動指令がないときは、引き続き、インバータ圧縮機２１の起動指令の有無を監視する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２２において、前回の起動制御終了時に記憶した連続低負荷条件成立回数Ｎを読み込む。前回の起動制御が通常起動制御であった場合はＮ＝０として記憶されている。

次に、制御部５０は、ステップＳ２３において、起動指令を受ける直近の室外サーモオン制御の時間（以下、サーモオン時間ｔｏｎという。）が予め設定された第１閾値ｔ１よりも短いか否かを判定し、ｔｏｎ＜ｔ１と判定したときはステップＳ２４へ進み、ｔｏｎ＜ｔ１ではないと判定した場合はステップＳ２８１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２４において、起動指令を受ける直前の室外サーモオフ制御の時間（以下、サーモオフ時間ｔｏｆｆという。）が予め設定された第２閾値ｔ２よりも長いか否かを判定し、ｔｏｆｆ＞ｔ２と判定したときはステップＳ２５へ進み、ｔｏｆｆ＞ｔ２ではないと判定したときはステップＳ２８１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２５において、室外サーモオン制御時の設定温度Ｔｓと室内温度Ｔｒとの差（Ｔｓ−Ｔｒ）が予め設定された第３閾値ΔＴ３よりも小さいか否かを判定し、Ｔｓ−Ｔｒ＜ΔＴ３と判定したときはステップＳ２６へ進み、Ｔｓ−Ｔｒ＜ΔＴ３ではないと判定したときはステップＳ２８１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２６において前回記憶した連続低負荷条件成立回数Ｎに１を加える。これは、今回の低負荷条件の成立を含めた連続低負荷条件成立回数を求めるためである。

次に、制御部５０は、ステップＳ２７において、連続低負荷条件成立回数ＮがＸ回に達したか否かを判定し、Ｎ≧Ｘと判定したときはステップＳ２８へ進み、Ｎ≧Ｘではないと判定したときはステップＳ２８１へ進んで通常起動制御を実行する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２８において、低負荷起動制御を実行しステップＳ２９に進む。このとき制御部５０は、通常起動制御時の所定運転周波数よりも低い運転周波数でインバータ圧縮機を起動する。

次に、制御部５０は、ステップＳ２９において、起動制御解除指令の有無を判定し、起動制御解除指令があるときはステップＳ３０へ進み、起動解除指令がないときは、引き続き、起動制御解除指令の有無を監視する。

そして、制御部５０は、ステップＳ３０において、最新の連続低負荷条件成立回数Ｎを記憶して終了する。

一方、制御部５０がステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５及びステップＳ２７で低負荷条件を満たしていないと判定して、ステップＳ２８１へ進んで通常起動制御を実行した後は、ステップＳ２８２に進んで起動制御解除指令の有無を判定し、起動制御解除指令があるときはステップＳ２８３へ進み、起動解除指令がないときは、引き続き、起動制御解除指令の有無を監視する。

そして、制御部５０は、ステップＳ２８３において、最新の連続低負荷条件成立回数Ｎを０として記憶し終了する。

上記の通り、第２変形例に係る空調機１００では、３つの低負荷状態の条件全てが成立するサイクルが複数回連続して出現することを低負荷状態の判定基準とすることで、判定精度をより高めることができる。

（７−３）第３変形例
一般に、室外サーモオン制御では、吹出空気の温度が低い場合にはインバータ圧縮機２１の運転周波数を大きくして吹出温度を上げる制御を行っている。具体的には、室温に応じて室内熱交換器の目標温度を決定し、室内熱交換器の温度が目標温度となるようにインバータ圧縮機２１の運転周波数を設定している。しかし、室内が低負荷状態のときに上記のような制御を行うと発停頻度の増大を招来する。

そこで、第３変形例に係る空調機では、制御部５０は、低負荷起動制御が選択された後の暖房運転における室内熱交換器の目標温度を、通常起動制御が選択されたときよりも低く設定している。その結果、運転周波数の上昇を緩和することができる。

上記の通り、第３変形例に係る空調機１００では、低負荷状態のときに室内熱交換器の目標温度を下げることによって、運転周波数の上昇を緩和することができ、発停運転の増大を抑制することができる。

（８）その他
本実施形態、第１変形例及び第２変形例では、それぞれ図５、図６及び図７に記載のフローチャートを用いて発停運転回避制御の説明を行っているが、その中の［直近のサーモオン時間ｔｏｎ］、及び［直前のサーモオフ時間ｔｏｆｆ］という表現について、ここで補足しておく。

図８は、室温変化サイクルと発停運転回避制御との関係を示す図である。図８において、制御部５０（図３参照）は部屋が低負荷状態であるか否かの判定をする際の判定材料であるサーモオン時間をデータとして記憶している。その判定に用いるサーモオン時間のデータは、記憶されているデータのうち判定時から遡って最も近いデータを用いる。本願では、これを直近のサーモオン時間ｔｏｎと定義している。

また、同様に、制御部５０は部屋が低負荷状態であるか否かの判定をする際の判定材料であるサーモオフ時間もデータとして記憶している。その判定に用いるサーモオフ時間のデータは、記憶されているデータのうち判定時から遡って最も近いデータを用いる。本願では、これを直前のサーモオフ時間ｔｏｆｆと定義している。

本願発明は、空調機と補助暖房機器を備える空調システムにも有用である。

２１インバータ圧縮機
５０制御部
１００空調機

特開２００２−６１９２５号公報

Claims

インバータ圧縮機（２１）、室内熱交換器、減圧機構、室外熱交換器の順に冷媒を循環させて暖房運転を行う空調機であって、
前記インバータ圧縮機（２１）を制御する制御部（５０）を備え、
前記制御部（５０）は、暖房運転時の前記インバータ圧縮機（２１）の起動制御として、
所定運転周波数で前記インバータ圧縮機（２１）を起動する通常起動制御と、
前記通常起動制御時の前記所定運転周波数よりも低い運転周波数で前記インバータ圧縮機（２１）を起動する低負荷起動制御と、
を有し、
さらに前記制御部（５０）は、空調対象空間が低負荷状態であることを判定するための低負荷条件が満たされたときに、前記通常起動制御に代えて前記低負荷起動制御を実行し、
さらに前記制御部（５０）は、前記インバータ圧縮機（２１）の起動後、
前記空調対象空間の温度が設定温度を基準にした所定温度範囲内となるように暖房運転を継続するサーモオン制御と、
前記空調対象空間の温度が前記所定温度範囲を超えて高くなったときに前記インバータ圧縮機（２１）を停止するサーモオフ制御と、
を行っており、
前記制御部（５０）は、前記インバータ圧縮機（２１）の前記起動制御から次の前記起動制御までを一サイクルとして、前記サイクル内で、
前記サーモオン制御の時間が予め設定された第１閾値よりも短いこと、
前記サーモオフ制御の時間が予め設定された第２閾値よりも長いこと、
前記サーモオン制御時の前記空調対象空間の温度と前記設定温度との差が予め設定された第３閾値よりも小さいこと、
という３条件それぞれが成立している否かの判定を行い、
前記低負荷条件は、前記３条件が成立する前記サイクルが少なくとも１回出現することである、
空調機（１００）。
前記低負荷条件は、前記３条件が成立する前記サイクルが複数回連続して出現することである、
請求項１に記載の空調機（１００）。
前記制御部（５０）は、前記低負荷起動制御を選択した後、前記空調対象空間の数が増加したとき、又は暖房運転とは異なる運転に変更されたときは、前記起動制御を前記通常起動制御に切り換える、
請求項１又は請求項２に記載の空調機（１００）。
前記制御部（５０）は、前記空調対象空間の温度に応じて前記室内熱交換器の目標温度を決定し、前記室内熱交換器の温度が前記目標温度となるように前記インバータ圧縮機（２１）の運転周波数を設定し、
前記低負荷起動制御が選択された後の暖房運転における前記室内熱交換器の前記目標温度は、前記通常起動制御が選択されたときよりも低く設定される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空調機（１００）。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空調機（１００）と、
補助暖房機器と、
を備える空調システム。