JP6492358B2 - 制御装置、空調装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の第9の態様は、熱交換器と、熱交換器と接続された圧縮機とを備える冷媒回路における圧縮機を加熱するクランクケースヒータの制御方法であって、前記圧縮機の温度と、前記熱交換器の温度と、外気温と、を取得し、前記圧縮機の停止中における前記外気温が、予め定めた高温度帯、中間温度帯、低温度帯のうちの前記中間温度帯に含まれる温度であって、該外気温が所定の時間上昇し続けると前記クランクケースヒータをオンにする制御方法である。
以下、本発明の一実施形態によるクランクケースヒータの制御装置を図1〜図8を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態における冷媒回路の一例を示す図である。
図1が示すとおり冷媒回路は、圧縮機1、室内熱交換器2、膨張弁3、室外熱交換器4、四方弁5、及びそれらを接続する配管6を備えて構成される。
圧縮機1は、冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を冷媒回路に供給する。室内熱交換器2は、冷媒と室内の空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器2は、冷房運転時には、蒸発器として用いられ室内から吸熱し、暖房運転時には、凝縮器として用いられ室内へ放熱する。室外熱交換器4は、冷媒と室外の空気との間で熱交換を行う。膨張弁3は、凝縮器で熱交換をすることで液化した高圧の冷媒を膨張させることで低圧化する。室外熱交換器4は、冷房運転時には、凝縮器として用いられ室外へ放熱し、暖房運転時には、蒸発器として用いられ室外から吸熱する。四方弁5は、暖房運転時と冷房運転時とで冷媒の流通する方向を切り替える。冷媒は、冷房運転時には、矢印7の方向に流通し、暖房運転時には、矢印8の方向に流通する。
また、圧縮機1には、圧縮機1を加熱するためのクランクケースヒータ9が設けられている。符号20は、クランクケースヒータ9のオン/オフを制御する制御装置である。クランクケースヒータ9は、圧縮機1に冷媒が溜まり込むことによって生じる液圧縮・油膜未形成による圧縮機1の故障を防ぐために設けられている。冷媒の圧縮機への溜まり込みは、通常、外気温が低下した場合に大きくなる。外気温が低下すると、それに伴い、圧縮機1や室外熱交換器4の温度も低下するが、室外熱交換器4の温度が先に低下し、最初は室外熱交換器4に冷媒が溜まり込む。しかし、外気温が上昇すると、圧縮機1の熱容量は大きく、圧縮機1の温度上昇が遅いため、冷媒は、室外熱交換器4から圧縮機1に移動し、圧縮機1に溜まり込むようになる。次に図8を用いて、圧縮機1の温度と室外熱交換器4の温度の変化について具体的に説明する。
図8の縦軸は、温度であり、横軸は時間である。図8は、夜中に低温となった圧縮機1や室外熱交換器4などの温度が、日が昇るのに伴って上昇する様子を示したものである。図8のグラフは、朝方から午前中の数時間における圧縮機1などの温度の挙動を示したものである。
符号81は、室外熱交換器4の近傍に設けられた温度サーミスタ14(14A、又は、14B)が測定した温度を示している。符号82は、温度サーミスタ13が測定した外気温の挙動を示している。符号83は、圧縮機1の吐出口に設けられた温度サーミスタ12が測定した温度である。符号84は、圧縮機1の油の温度の測定値を示している。符号85は、圧縮機1のドーム下に設けられた温度サーミスタ11が測定した温度である。
図8が示すように、外気温82の上昇に伴い、室外熱交換器4の温度81、圧縮機1の吐出口温度83、油の温度84、圧縮機1のドーム下温度85も上昇する。しかし、時間T1あたりから、温度81と温度84及びドーム下温度85との乖離が始まり、時間の経過と共にその差は大きくなる。また、時間T2あたりから、外気温82と吐出口温度83との乖離が始まり、時間の経過と共にその差は大きくなる。このように、外気温上昇時には、室外熱交換器4の温度は先に上昇し、圧縮機1の温度は、室外熱交換器4に比べ上昇が遅れる。このような状態になると、冷媒は、室外熱交換器4から圧縮機1へ移動し、圧縮機1への冷媒の溜まり込みが生じる。
図2は、本発明の一実施形態における制御装置の概略ブロック図である。
制御装置20は、クランクケースヒータ9の制御を行う例えばマイコンであって、図2が示すように、少なくとも温度取得部21、通電制御部22、記憶部23を備えている。
温度取得部21は、温度サーミスタ11や温度サーミスタ12から圧縮機1の温度を、温度サーミスタ13から室外の外気温を、温度サーミスタ14(14A、14B)から室外熱交換器4の温度を取得する。
通電制御部22は、クランクケースヒータ9のオン/オフ制御を行う。圧縮機1への冷媒の溜まり込みは、圧縮機1の故障の原因となる。その為、クランクケースヒータ9をオンにして、圧縮機1を加熱し冷媒の溜まり込みを防ぐ必要があるが、一方で、省エネ等の観点から待機電力の低減が求められている。通電制御部22は、温度取得部21が取得した各温度に基づいて、圧縮機1への冷媒の溜まり込みを防ぎつつ、なるべくオフの状態を長くできるようにクランクケースヒータ9のオン/オフ制御を行う。特に、本実施形態では、圧縮機1の停止中であって外気温が所定の範囲にある場合に、圧縮機1の温度と室外熱交換器4の温度の温度差、あるいは、外気温の上昇に基づいて、クランクケースヒータ9をオン/オフする制御を行う。
記憶部23は、温度取得部21が取得した各種温度や通電制御部22が、オン/オフ制御に用いる様々なパラメータ等を記憶している。
図3は、本発明の一実施形態におけるクランクケースヒータのオン/オフ制御に用いる外気温の温度帯を説明する図である。
制御装置20は、圧縮機1の停止時にクランクケースヒータ9のオン/オフの制御方法を外気温に基づいて切り替える。具体的には、温度の低い方から順にA、B、Cの3つの温度帯を設定する。「A温度帯」とは、3つの温度帯のうち、最も温度の低い温度帯(例えば、〜−1℃)である。「B温度帯」とは、3つの温度帯のうち、中間の温度帯(例えば、−1℃〜30℃)である。「C温度帯」とは、3つの温度帯のうち、最も温度の高い温度帯(例えば、30℃〜)である。図3が示すように、「A温度帯」と「B温度帯」、「B温度帯」と「C温度帯」の切り替え温度には2℃のヒステリシス幅が設けられている。外気温が−1℃より低い温度から上昇するときには、制御装置20は、外気温が−1℃になると外気温は「B温度帯」と判定し、逆に、「B温度帯」にあった外気温が低下する場合、外気温が−3℃になると「A温度帯」にあると判定する。同様に、「B温度帯」にあった外気温が上昇する場合、制御装置20は、30℃になると「C温度帯」にあると判定し、「C温度帯」にあった外気温が低下する場合、外気温が28℃になると「B温度帯」にあると判定する。このようにヒステリシス幅を設けることで、温度サーミスタ13の測定誤差や変動を吸収し、安定した制御を行うことができる。
なお、圧縮機1が停止していない場合であっても、デフロスト運転中であれば、クランクケースヒータ9をオンにするなど、制御装置20は、所定の条件に基づいてクランクケースヒータ9のオン/オフ制御を行うが、本実施形態とは関係しない為、説明を省略する。
図4を用いて制御装置20が圧縮機1の停止時にクランクケースヒータ9のオンオフを制御する処理の流れについて説明する。
前提として、温度取得部21は、温度サーミスタ11と温度サーミスタ12のうち少なくとも一つと、温度サーミスタ13と、温度サーミスタ14(14A、14B)から所定の時間間隔で測定温度を取得し、取得した各温度を記憶部23に記録するものとする。
まず、通電制御部22は、記憶部23から温度サーミスタ13が測定した外気温を読み出して、図3のヒステリシス図に基づいて外気温がA〜「C温度帯」の何れであるか判定する(ステップS11)。外気温が「A温度帯」にある場合、通電制御部22は、クランクケースヒータ9をオンにする(ステップS12)。外気温が十分に低い場合は、室外熱交換器4と圧縮機1の温度差によらず、冷媒の液圧縮が生じる可能性がある為、クランクケースヒータ9をオンにする。また、外気温が「C温度帯」にある場合、通電制御部22は、クランクケースヒータ9をオフにする(ステップS13)。外気温が十分に高い場合は、冷媒が液圧縮を起こすおそれがない為、クランクケースヒータ9をオフにする。また、外気温が「B温度帯」にある場合、通電制御部22は、所定時間(例えば10分弱程度)経過後、クランクケースヒータ9をオフにする(ステップS14)。ここで、待機電力を低減する為には、なるべくクランクケースヒータ9をオフにしておき、必要な場合だけオンにするように制御することが好ましい。通電制御部22は、後述する条件B1、条件B2が成立するか否かを判定(ステップS15)し、必要な場合だけクランクケースヒータ9をオンにする。条件B1、条件B2は、クランクケースヒータ9の起動が必要かどうかを判定する条件である。条件B1又は条件B2が成立する場合、通電制御部22は、クランクケースヒータ9をオンにする(ステップS17)。条件B1及び条件B2が共に不成立の場合、通電制御部22は、クランクケースヒータ9をオフにする(ステップS16)。次に外気温が「B温度帯」にあるか否かを判定し(ステップS18)。外気温が「B温度帯」である間(ステップS18;Yes)は、ステップS15〜ステップS17の処理を繰り返す。また、外気温が「B温度帯」ではない場合(ステップS18;No)ステップS11からの処理を繰り返す。
この制御により、圧縮機1の停止時に、外気温の条件などから必要なときのみクランクケースヒータ9をオンにすることができ、効率的に圧縮機1への冷媒の溜まり込みを防ぎつつ、待機電力を低減することができる。
図5は、本発明の一実施形態における条件B1の判定処理のフロー図である。
条件B1は、図4で説明したフロー図のステップS15における判定条件のうちの一つである。条件B1は、外気温の上昇に基づいてクランクケースヒータ9をオンにする制御を行うための条件である。
まず、通電制御部22は、カウンタNに0を代入して初期化する(ステップS21)。次に、通電制御部22は、10分間、温度サーミスタ13が測定した外気温を記憶部23から読出し外気温の推移を監視する(ステップS22)。次に通電制御部22は、10分間の間に外気温が上昇したかどうかを判定する(ステップS23)。例えば、10分間にサンプリングした外気温を、取得時間に応じて、前半と後半に分類し、前半に取得した外気温の平均値と後半に取得した外気温の平均値を比較して、後半の外気温の平均値が高ければ、外気温が上昇したと判定する。
図6は、本発明の一実施形態における条件B2の判定処理のフロー図である。
まず、通電制御部22は、記憶部23から温度サーミスタ14A、温度サーミスタ14Bが測定した室外熱交換器4の温度と圧縮機1のドーム下温度を読み出す。圧縮機1のドーム下に温度サーミスタ11が設けられていない冷媒回路においては、温度サーミスタ12が測定した圧縮機1の吐出口温度を読み出す。次に、通電制御部22は、温度サーミスタ14Aが測定した温度と温度サーミスタ14Bが測定した温度のうち低い温度を選択し、選択した温度からドーム下温度(又は吐出口温度)を減じた温度差ΔTを計算する。そして、通電制御部22は、計算した温度差ΔTが、後述する「オン領域」にあるか否かを判定する(ステップS31)。温度差が「オン領域」にある場合、通電制御部22は、条件B2が成立すると判定する(ステップS32)。温度差が、後述する「オフ領域」にある場合、通電制御部22は、条件B2は不成立と判定する(ステップS33)。
通電制御部22は、条件B2が成立したと判定すると、図4の処理フローに従って、クランクケースヒータ9をオンにする制御を行う。
なお、図6の処理フローは、圧縮機1の停止後、所定時間(例えば、10時間)が経過するまでの制御であって、通電制御部22は、温度差ΔTの大きさによらず、圧縮機1の停止からその所定時間が経過すると、クランクケースヒータ9をオンにする制御を行うよう制御してもよい。
図7は、温度サーミスタ14A、温度サーミスタ14Bが測定した室外熱交換器4の温度のうち低い方の温度から圧縮機1のドーム下温度(または、圧縮機1の吐出口温度)を減じた温度差ΔTに基づいて、温度差ΔTがクランクケースヒータ9をオンにする必要がある温度差かどうかの判定に用いるグラフを示している。図7において「オン領域」とは、クランクケースヒータ9をオンにする必要がある温度差の領域のことである。「オフ領域」とは、クランクケースヒータ9をオフにできる温度差の領域のことである。例えば、温度差ΔTが1.5℃であれば、ΔTは「オン領域」であり、温度差ΔTが0℃であれば、ΔTは「オフ領域」である。具体的には、室外熱交換器4の温度が圧縮機1のドーム下温度よりも1.5℃以上高くなると、通電制御部22は、クランクケースヒータ9をオンにし、室外熱交換器4の温度が圧縮機1のドーム下温度以下となると、通電制御部22は、クランクケースヒータ9をオフにする。このような制御とすることで、図8で例示したような外気温上昇時においても、室外熱交換器4の温度と圧縮機1のドーム下温度(または、吐出口温度)との乖離を検出し、圧縮機1への冷媒の移動が生じないように圧縮機1を温めることができる。
なお、外気温が「B温度帯」に含まれ、1回目に温度差ΔTを判定する場合、温度差ΔTがヒステリシス幅にあれば、温度差ΔTは「オン領域」にあると判定してもよい。
2・・・室内熱交換器
3・・・膨張弁
4・・・室外熱交換器
5・・・四方弁
6・・・配管
11、12、13、14・・・温度サーミスタ
20・・・制御装置
21・・・温度取得部
22・・・通電制御部
23・・・記憶部
Claims (9)
- 熱交換器と、熱交換器と接続された圧縮機とを備える冷媒回路における前記圧縮機の温度と、前記熱交換器の温度と、外気温と、を取得する温度取得部と、
前記圧縮機を加熱するクランクケースヒータのオン制御又はオフ制御を行う通電制御部と、
を備え、
前記通電制御部は、
前記圧縮機の停止中に、前記外気温が、予め定めた高温度帯、中間温度帯、低温度帯のうちの前記中間温度帯に含まれる温度であって、前記熱交換器の温度から前記圧縮機の温度を減じた温度差が第一閾値以上の場合に前記クランクケースヒータをオンにし、前記第一閾値より低い温度である第二閾値以下の場合に前記クランクケースヒータをオフにする、
制御装置。 - 熱交換器と、熱交換器と接続された圧縮機とを備える冷媒回路における前記圧縮機の温度と、前記熱交換器の温度と、外気温と、を取得する温度取得部と、
前記圧縮機を加熱するクランクケースヒータのオン制御又はオフ制御を行う通電制御部と、
を備え、
前記通電制御部は、前記圧縮機の停止中における前記外気温が、予め定めた高温度帯、中間温度帯、低温度帯のうちの前記中間温度帯に含まれる温度であって、該外気温が所定の時間上昇し続けると前記クランクケースヒータをオンにする
制御装置。 - 前記通電制御部は、前記取得した外気温が、前記低温度帯に含まれる温度である場合、前記クランクケースヒータをオンにし、前記高温度帯に含まれる温度である場合、前記クランクケースヒータをオフにする
請求項1から請求項2の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記第一閾値は、1.5℃である、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記第二閾値は、0℃である、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記圧縮機の温度は、前記圧縮機のドーム下の温度、又は、前記圧縮機の吐出口温度である
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の制御装置。 - 圧縮機と、前記圧縮機に設けられたクランクケースヒータと、前記圧縮機に接続された室外熱交換器と、を備える冷媒回路を有した空調装置において、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の制御装置、を備える空調装置。 - 熱交換器と、熱交換器と接続された圧縮機とを備える冷媒回路における圧縮機を加熱するクランクケースヒータの制御方法であって、
前記圧縮機の温度と、前記熱交換器の温度と、外気温と、を取得し、
前記圧縮機の停止中に、前記外気温が、予め定めた高温度帯、中間温度帯、低温度帯のうちの前記中間温度帯に含まれる温度であって、前記熱交換器の温度から前記圧縮機の温度を減じた温度差が第一閾値以上の場合に前記クランクケースヒータをオンにし、前記第一閾値より低い温度である第二閾値以下の場合に前記クランクケースヒータをオフにする、
制御方法。 - 熱交換器と、熱交換器と接続された圧縮機とを備える冷媒回路における圧縮機を加熱するクランクケースヒータの制御方法であって、
前記圧縮機の温度と、前記熱交換器の温度と、外気温と、を取得し、
前記圧縮機の停止中における前記外気温が、予め定めた高温度帯、中間温度帯、低温度帯のうちの前記中間温度帯に含まれる温度であって、該外気温が所定の時間上昇し続けると前記クランクケースヒータをオンにする、
制御方法。
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