JP6188599B2

JP6188599B2 - 室外機及び空気調和機

Info

Publication number: JP6188599B2
Application number: JP2014018343A
Authority: JP
Inventors: 征克福田; 雅史冨田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-02-03
Also published as: JP2015145748A

Description

この発明は、圧縮機を有する室外機及び空気調和機に関するものである。

例えば空気調和装置を構成する室外機の圧縮機においては、圧縮機の摺動部における摩耗等を防ぐため、潤滑油（冷凍機油）を内部に溜めている。ここで、空気調和機の運転停止時において、室外空気温度によっては、冷媒回路における冷媒が、圧縮機内において凝縮して溜まることがある（冷媒寝込み）。凝縮した液状の冷媒が圧縮機内に溜まることで、圧縮機内の潤滑油の濃度が低下し、潤滑油の粘度が低下する現象が存在する。潤滑油の粘度が低下した状態で空気調和機の運転を開始し、圧縮機を駆動させると、粘度の低い潤滑油が駆動部に供給されることで、潤滑不良が発生し、圧縮機の摺動部に磨耗が生じてしまう不具合が生じる。

このような不具合を回避するため、従来、運転停止中の圧縮機に冷媒が凝縮した場合、又は圧縮機に冷媒が凝縮すると予想される場合には、圧縮機に通電等することで加熱を行い、冷媒の凝縮を防止する方法が模索されている。

例えば、空気調和機が停止中の状態において、外気温度変化率Ｔａｈがゼロを超えた場合、第１加熱動作を行い、外気温度変化率Ｔａｈに基づき、圧縮機加熱部の加熱能力を、加熱能力上限Ｐｍａｘ以下の範囲で設定し、外気温度変化率Ｔａｈと加熱能力とに基づき、第１加熱動作によっても蒸発されずに圧縮機内に凝縮した冷媒量である残留冷媒液量Ｍｓを求め、圧縮機１が停止中の状態であって、外気温度変化率Ｔａｈがゼロ以下、かつ、残留冷媒液量ＭＳがゼロを超えた場合、第２加熱動作を開始し、残留冷媒量Ｍｓに基づき圧縮機加熱部を制御し、圧縮機内に凝縮した冷媒を蒸発させる空気調和機が示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１２２６８９号公報

特許文献１に示された空調制御装置は、冷媒温度を代表する外気温度を考慮して、常時冷媒温度を監視し続けるために、空調制御装置が停止している間も基板（空調制御装置）へ通電を行う必要がある。このため、運転停止中でも電力消費が多くなっていた。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、室外機の温度監視を工夫して制御装置の電力消費を減らすことができる室外機等を得ることを目的とするものである。

この発明にかかる室外機は、圧縮機を有する室外機において、室外空気温度を検出する室外温度検出手段と、圧縮機を加熱する加熱手段と、設定時間外であって、かつ圧縮機が停止しているときは、時間を管理する機能を除くすべての機能を停止状態とする制御装置とを備え、制御装置は、設定時間内であって、かつ圧縮機が停止しているときに、所定の間隔で起動し、室外空気温度に基づいて、加熱手段の加熱量を決定する処理を行うものである。

この発明によれば、制御装置が、設定時間外であって、かつ圧縮機が停止しているときには、時間を管理する機能を除くすべての機能を停止状態として処理を行わないようにしたので、運転停止時等の電力削減をはかり、圧縮機への冷媒の溜まり込みを防ぎつつ、消費電力を削減することができる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和機１の全体構成を表す図である。この発明の実施の形態１に係る空気調和機の制御系統の接続関係を示す図である。室外空気温度の変化の一例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る加熱処理装置１０Ａの処理を説明するための図である。

以下、発明の実施の形態に係る空気調和装置について図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る空気調和機１の全体構成を表す図である。本実施の形態の空気調和機１は、取り除くべき熱負荷が存在する部屋に設置された室内機２を有している。また、室内機２と配管で接続し、取り除かれた熱負荷を排出する室外に設置された室外機３とを有している。後述するように、室外機３の圧縮機５、四方弁６、室外熱交換器７及び電子膨張弁９と室内機２の室内熱交換器１３とを配管接続して、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。

室外機３は、圧縮機５、四方弁６、室外熱交換器７、室外ファン８、電子膨張弁９、空調制御装置１０、室外空気温度センサ１１及び圧縮機通電加熱器１２を有している。圧縮機５は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、特に限定するものではないが、圧縮機５は例えばインバータ回路等により、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機５の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができるようにしてもよい。四方弁６は、例えば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。室外熱交換器７は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。室外ファン８は、室外熱交換器７に室外の空気を送り込み、冷媒との熱交換を促す。絞り装置（流量制御手段）等の電子膨張弁９は冷媒を減圧して膨張させる。特に電子膨張弁９は、空調制御装置１０の指示に基づいて任意の開度に調整を行うことができる弁である。

空調制御装置１０は、例えばＣＰＵ、記憶装置等を搭載する基板を有し、空気調和機１を構成する機器の制御を行う。特に本実施の形態では、圧縮機５停止時（空気調和機１の運転停止時）における圧縮機５への加熱制御（通電制御）を行う。空調制御装置１０における処理等については後述する。

室外空気温度検出手段となる室外空気温度センサ１１は、室外空気温度（外気温度）を検出し、空調制御装置１０に信号として送る。加熱手段となる圧縮機通電加熱器１２は、空調制御装置１０からの指示に基づいて圧縮機５を加熱する。ここで、本実施の形態では、圧縮機通電加熱器１２は通電により圧縮機５を加熱し、圧縮機５内に冷媒が寝込むことを防ぐ。ここで、圧縮機５の加熱方法等については特に限定するものではない。通電方法についても限定するものではない。例えばモータを駆動することなくモータ巻線に通電して発熱させて加熱する拘束通電等を行うことができる。また、本実施の形態の圧縮機通電加熱器１２における通電による加熱量は一定であり、通電時間により加熱量を制御するものとする。

また、室内機２は、室内熱交換器１３、室内ファン１４及び室内温度センサ１５を有している。室内熱交換器１３は、例えば空調対象となる室内の空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内ファン１４は空調対象となる空気を送り込み、冷媒との熱交換を促す。室内温度検出手段となる室内温度センサ１５は室内温度を検出し、空調制御装置１０に信号として送る。

また、本実施の形態の空気調和機１は、例えば室内に設置され、利用者が室内の設定温度等を入力等するリモートコントローラ１６（以下、リモコン１６という）を有している。

図２はこの発明の実施の形態１に係る空気調和機の制御系統の接続関係を示す図である。図２に示すように、室外空気温度センサ１１が検出した室外空気温度に係る信号、室内温度センサ１５が検出した室内温度に係る信号及びリモコン１６に入力された室内目標温度の信号が空調制御装置１０に送られる。空調制御装置１０がこれらの信号に含まれるデータを処理し、圧縮機５、電子膨張弁９の開度、四方弁６の向き、圧縮機５の回転数、室外ファン８の回転数及び室内ファン１４の回転数を決定し、各機器を制御する。

本実施の形態における空調制御装置１０は、前述したように、運転停止時における圧縮機５への加熱制御（通電制御）処理を行う。そこで、本実施の形態の空調制御装置１０は、圧縮機５の加熱制御処理を行う加熱処理装置１０Ａを有している。また、例えば時刻が設定されており、現在時刻を認識でき、時間を管理する機能を備える時間管理装置１０Ｂを有している。さらに、加熱処理装置１０Ａが処理を行うために必要なデータを一時的及び長期的に記憶する記憶装置１０Ｃを有している。空調制御装置１０は、他の処理機能も有しているが、ここでは省略する。

図３は室外空気温度の変化の一例を示す図である。季節、地域、設置環境等により、多少違いはあるものの、一般的には、図３に示すように、０時から６時までの間及び１６時から２４時までの間の時間帯は室外空気温度が下がり続け、６時から１６時までの間の時間帯は室外空気温度が上がり続ける傾向にある。

ここで、圧縮機５のシェル温度は圧縮機５の熱容量が大きいことにより、空気調和機１の他の部分に比べて、常に遅れて室外空気温度に追従することとなる（室外空気温度は圧縮機５のシェル温度に先行する）。このため、室外空気温度が上がり続ける時間帯は、圧縮機５のシェル温度は室外空気温度に比べて相対的に低くなることになる。また、室外空気温度が下がり続ける時間は、圧縮機５のシェル温度は室外空気温度に比べて相対的に高くなることになる。

圧縮機５に冷媒が溜まりこむためには、圧縮機５内においてガス冷媒が凝縮する必要がある。圧縮機５内への冷媒の溜まり込みは、圧縮機シェルの温度が圧縮機５（冷媒回路）内の冷媒温度よりも低い場合において、圧縮機シェルと冷媒との温度差によって起こる。そして、運転停止中の冷媒回路内の冷媒の温度は、室外空気温度と近似する。室外空気温度が下がり続ける時間帯は、圧縮機５のシェル温度の方が、室外空気温度に比べて相対的に高くなるため、圧縮機５内にて冷媒の凝縮は起こらないと考えられる。

そこで、実施の形態１においては、室外空気温度が下がり続ける時間帯及び室外空気温度が上がり続ける時間帯に基づく時間を空調制御装置１０が認識する時間として定めておく。そして、室外空気温度が下がり続ける時間帯において、圧縮機５が停止（空気調和機１、室外機３が運転を停止）していれば、空調制御装置１０は、時間管理装置１０Ｂが行う時間管理以外の機能を停止する。したがって、圧縮機５が停止していても、空調制御装置１０は、圧縮機５における冷媒寝込みに係る処理を行わない。このため、空調制御装置１０を起動して処理を行う回数を減らすことができ、空気調和機１が運転を停止している間の電力消費を低減することができる。一方で、室外空気温度が上がり続ける時間帯において、圧縮機５が停止（空気調和機１が運転を停止）している場合には、空調制御装置１０の時間管理装置１０Ｂは、サンプリング間隔ｎ毎に、加熱処理装置１０Ａに通電して起動させる。このとき、室外空気温度が上がり続けると空調制御装置１０が認識する時間を、例えば設定時間として定めておく。加熱処理装置１０Ａは起動すると、圧縮機加熱制御処理を行う。空気調和機１が運転していれば、冷媒回路における冷媒温度、圧力等は管理されているため、圧縮機５の加熱に係る処理は行わない。

ここで、本実施の形態では、前述したように、０時から６時までの間及び１６時から２４時までの間は室外空気温度が下がり続ける時間帯とし、６時から１６時までの間は室外空気温度が上がり続ける時間帯とする。ただし、後述するように、加熱処理装置１０Ａが処理を行うために、少なくとも過去分（直近２回分）の室外空気温度のデータが必要となる。そこで、このデータを得るため、本実施の形態では、加熱処理装置１０Ａが処理を行う設定時間を５時から１６時までとする。

また、サンプリング間隔ｎについては特に限定するものではなく、任意の時間を設定することができる。間隔が広くなると、判断精度が多少落ちるが、加熱処理装置１０Ａ（空調制御装置１０）の処理動作回数が減るため、電力削減効果が大きくなる。例えば、従来は、室外空気温度を３０秒間隔でサンプリング（し、６０分前、３０分前、現在の室外空気温度に基づいて、３０分後の室外空気温度を予測し、通電を行うように）していた。本実施の形態では、サンプリング間隔を３０分とする。

図４はこの発明の実施の形態１に係る加熱処理装置１０Ａの処理を説明するための図である。加熱処理装置１０Ａは、室外空気温度に基づいて、所定時間後までに加熱する加熱量を決定する。ここで、所定時間とは、本実施の形態では、次の室外空気温度を検出する（サンプリングする）時間となる３０分であるものとする。

前述したように、加熱処理装置１０Ａは３０分（ｎ）間隔で起動し、室外空気温度センサ１１の検出に係る室外空気温度（現在の室外空気温度）を得る。そして、６０分（２ｎ）前及び３０分（ｎ）前の室外空気温度とともに、３０分（次のｎ）後の室外空気温度を予測し、予測した室外空気温度と現在の室外空気温度との差分ΔＴを算出する。そして、差分ΔＴに応じて加熱量を決定する。

例えば、ΔＴが正（予測した室外空気温度の方が高い）とすると、差分ΔＴに応じて加熱量を決定する。ここで、本実施の形態では、圧縮機通電加熱器１２が圧縮機５に通電する量（加熱量）は一定である。このため、通電時間で圧縮機５への加熱量を管理する。差分ΔＴが大きくなると、室外空気温度と圧縮機５のシェル温度との温度差が大きく、圧縮機５に凝縮して溜まる冷媒量が多くなるため、通電時間を多くする。逆に差分ΔＴが小さくなると通電時間を少なくする。また、差分ΔＴが０又は負（予測した室外空気温度の方が低い）とすると圧縮機通電加熱器１２に通電させない。本実施の形態では、例えば、差分ΔＴと通電時間とをそれぞれ５段階に分けた組み合わせのデータを記憶装置１０Ｃに記憶する。そして、加熱処理装置１０Ａは、記憶装置１０Ｃに記憶されたデータに基づいて、得られた差分ΔＴに対して通電時間を決定する。

以上のように、実施の形態１の室外機３によれば、設定時間外であって、室外機３（空気調和機１）が運転を停止（圧縮機５が停止）しているときには、加熱処理装置１０Ａを起動せずにすむので、室外機３の停止時において空調制御装置１０等の消費電力を削減することができる。また、設定時間内であって、運転を停止しているときに、空調制御装置１０において、時間管理装置１０Ｂは、サンプリング間隔ｎ毎に加熱処理装置１０Ａを起動させ、室外空気温度センサ１１が検出した室外空気温度に基づいて、圧縮機通電加熱器１２が圧縮機５を加熱する加熱量を決定するようにしたので、室外空気温度（冷媒温度）と圧縮機５のシェル温度との温度差に基づく、圧縮機５への冷媒の溜まり込みを防ぐことができる。このため、圧縮機５及び装置の信頼性を確保することができる。

また、サンプリング間隔ｎ毎に加熱処理装置１０Ａを起動させ、６０分（２ｎ）前、３０分（ｎ）前及び現在の室外空気温度に基づいて、３０分（次のｎ）後の室外空気温度を予測し、予測した室外空気温度と現在の室外空気温度との差分ΔＴに基づいて、加熱量を決定するようにしたので、室外空気温度（冷媒温度）の増加状態に合わせて効率よく加熱して冷媒の溜まり込みを防ぐことができる。このとき、加熱量を通電時間とすることで、電力制御ではなく、時間制御により加熱制御を行うことができる。

実施の形態２．
前述した実施の形態１においては、利用者がリモコン１６を介して時間管理装置１０Ｂに時刻を設定するものとして説明したが、これに限定するものではない。例えば、空調制御装置１０が、無線通信等の通信機能等を有している場合には、外部から送られる時刻に係る信号を受信して、自動的に時刻設定を行うようにしてもよい。

また、実施の形態１では、時間管理装置１０Ｂについて時刻だけを設定するようにしたが、例えば日付設定も行えるようにしてもよい。日付設定も行うことができれば、日付（又は日付に基づいて得られる季節）に基づいて、圧縮機５の加熱に係る処理の開始時刻及び終了時刻を変更することができ、室外空気温度は上がり続ける傾向にある時間に基づく処理を、より正確に行うことができる。

さらに、実施の形態１では、設定時間を５時から１６時までとしたが、これに限定するものではなく、任意に設定することができる。また、例えば空気調和機１設置時等において、室外空気温度センサ１１が検出した数日の室外空気温度に基づいて、空調制御装置１０が室外空気温度が上がり続ける時間帯を判断して設定時間を決める等してもよい。また、時間と室外空気温度との関係のデータを記憶装置１０Ｃに記憶する等して、時間だけでなく、室外空気温度に基づいて、圧縮機５の加熱に係る処理の開始、終了等を判断するようにしてもよい。

また、実施の形態１の処理を空調制御装置１０が行うものとしたが、特に限定するものではない。例えばリモコン１６が制御装置となり、処理を行うようにしてもよい。

上述した実施の形態では、空気調和機について説明したが、例えば、冷凍装置等、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

１空気調和機、２室内機、３室外機、５圧縮機、６四方弁、７室外熱交換器、８室外ファン、９電子膨張弁、１０空調制御装置、１０Ａ加熱処理装置、１０Ｂ時間管理装置、１０Ｃ記憶装置、１１室外空気温度センサ、１２圧縮機通電加熱器、１３室内熱交換器、１４室内ファン、１５室内温度センサ、１６リモートコントローラ。

Claims

圧縮機を有する室外機において、
室外空気温度を検出する室外温度検出手段と、
前記圧縮機を加熱する加熱手段と、
設定時間外であって、かつ前記圧縮機が停止しているときは、時間を管理する機能を除くすべての機能を停止状態とする制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記設定時間内であって、かつ前記圧縮機が停止しているときに、所定の間隔で起動し、前記室外空気温度に基づいて、前記加熱手段の加熱量を決定する処理を行うことを特徴とする室外機。
前記制御装置は、時刻が設定されることで、前記設定時間に係る処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の室外機。
前記制御装置は、前記設定時間内であって、かつ前記圧縮機が停止しているときに前記所定の間隔ｎで起動して前記室外空気温度をサンプリングし、少なくとも２ｎ前の前記室外空気温度及びｎ前の前記室外空気温度とともに、予測したｎ後の前記室外空気温度に基づいて、次の起動までの間に前記加熱手段が加熱する加熱量を決定することを特徴とする請求項２に記載の室外機。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の室外機と、
少なくとも負荷熱交換器を有する室内機と
を配管接続して冷媒回路を構成することを特徴とする空気調和機。