JP6956862B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機の室外機への通電を制御する空気調和機に関する。

従来、圧縮機、室外熱交換器、膨張部及び室内熱交換器が配管により順次接続された冷凍サイクルを有する空気調和機が知られている。特許文献１には、待機電力の削減を目的として、リモコンによって室内機の運転が停止されると、室外機に供給される電力をカットして、圧縮機又はファンモータ等の電動機への給電を遮断する空気調和機が開示されている。一方、特許文献２には、圧縮機を駆動する電動機の最低保証温度を下回るほどの極低外気温の環境下において電動機の誤作動及び破損等を抑制することを目的として、圧縮機が駆動しない程度に電動機の巻線に拘束通電を行うかヒータで加熱する空気調和機が開示されている。

特開２０１４−１５６９６３号公報 特開２０００−２９２０１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された空気調和機は、低外気温の環境下において圧縮機が停止中に冷媒が寝込んでいる場合、搭載されている電動機に給電することができない。また、室外機に電力が供給されないため、外気温を検出することもできず、低外気時のように給電が必要な状況か否かを判断することができない。更に、特許文献２に開示された空気調和機は、長時間使用しない場合にも電動機に通電するため、空気調和機が停止しているときの待機電力が増加してしまう。このため、待機電力を削減することと、拘束通電を行うこととを両立することが求められた場合に、対応することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、待機電力を削減することと、拘束通電を行うこととを両立する空気調和機を提供するものである。

本発明に係る空気調和機は、モータで駆動する圧縮機と、室内の温度検出対象の温度を検出する赤外線センサと、室外の温度を検出する外気温度センサと、室内に設けられ、赤外線センサに接続され、人の在室情報を検出する室内制御装置と、室外に設けられ、外気温度センサ及び圧縮機に接続された室外制御装置と、を備え、室内制御装置は、赤外線センサによって検出された温度情報から、人の在室情報を導き出し、人が在室している場合、室外制御装置に電源を供給し、人が不在の場合、室外制御装置への電源の供給を遮断するものであり、電源が供給された室外制御装置は、外気温度センサによって検出された外気温度情報を取得し、室外の温度が予め設定された外気温度閾値未満の場合、圧縮機に拘束通電を行う。

本発明によれば、切替手段が、対象温度情報に基づいて、待機電力低減手段と拘束通電手段とのいずれを実施するかを切り替える。これにより、対象温度情報に応じて、待機電力低減手段及び拘束通電手段のうち最適な手段を選択することができる。従って、待機電力を削減することと、拘束通電を行うこととを両立することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係る待機電力低減手段３３の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る拘束通電手段２３の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る切替手段３４の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る切替手段３４の待機電力低減手段３３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る切替手段３４の拘束通電手段２３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る切替手段３４の待機電力低減手段３３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明に係る空気調和機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内空間の空気を調整する装置であり、室外機１１と、室内機１２とを備えている。室外機１１には、圧縮機３、流路切替装置４、室外熱交換器５、膨張部６、外気温度センサ９及び室外制御装置２１が設けられている。室内機１２には、室内熱交換器７、赤外線センサ８、計時部１０、室外起動リレー１４及び室内制御装置３１が設けられている。

また、室内機１２には、リモコン１３が接続されている。リモコン１３は、空気調和装置のユーザが操作するものであり、例えばワイヤレスリモコンで、運転開始又は運転停止の指示が行われたり、入力された室内の設定温度等が設定されたりする。なお、本実施の形態１では、室外制御装置２１及び室内制御装置３１によって、制御部２０が構成されているが、制御部２０は、室外機１１のみに設けられてもよいし、室内機１２のみに設けられてもよいし、別ユニットとしてもよい。

圧縮機３、流路切替装置４、室外熱交換器５、膨張部６及び室内熱交換器７が配管により接続されて冷媒回路２が構成されている。圧縮機３は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧縮機３は、モータ３ａによって駆動されている。流路切替装置４は、冷媒回路２において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。室外熱交換器５は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換するものであり、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。

膨張部６は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁であり、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。室内熱交換器７は、室内空気と冷媒との間で熱交換するものであり、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。

外気温度センサ９は、室外の温度を検出する。赤外線センサ８は、室内の温度検出対象の温度を検出する。赤外線センサ８は、室内機１２の下面において、水平面に対し下方、例えば俯角約２４．５°の角度で取り付けられており、ステッピングモータ等によって左右方向に回転駆動して検出した熱画像データを取り込む。赤外線センサ８として、例えば縦方向に複数個の受光素子が配列されたものが使用されることによって、室内の検出対象エリア内の熱画像データを取得する。

計時部１０は、時間を計測する。室外起動リレー１４は、例えば３点スイッチからなり、電源線と信号線との接続をオン又はオフする。室外制御装置２１は、室外機１１に設けられた各装置の動作を制御するものであり、室内制御装置３１と接続されている。室内制御装置３１は、室内機１２に設けられた各装置の動作を制御するものであり、リモコン１３及び室外制御装置２１と接続されている。

室外制御装置２１は、外気温検出手段２２と拘束通電手段２３とを有している。外気温検出手段２２は、外気温度センサ９が取得した外気温度情報を取り込み、拘束通電手段２３に送信する。拘束通電手段２３は、外気温度センサ９によって検出された外気温度情報に基づいて、圧縮機３を駆動するモータ３ａに通電する。具体的には、拘束通電手段２３は、空気調和機１の運転が停止してから、所定の時間が経過した後、外気温度が予め設定された外気温度閾値未満の場合、圧縮機３が運転しない程度にモータ３ａの巻線に通電し、加熱する。これにより、外気温度が低くても、圧縮機３をスムーズに起動させることができる。

室内制御装置３１は、待機電力低減手段３３と、赤外線検出手段３２と、切替手段３４とを有している。待機電力低減手段３３は、リモコン１３によって運転停止が指示された場合に、室外機１１への電源１５の供給を遮断する。具体的には、待機電力低減手段３３は、空気調和機１の運転が停止してから、所定の時間が経過した場合、室外起動リレー１４をオフすることによって、室外機１１に供給される電力を遮断し、圧縮機３を有する室外機１１の待機電力を低減する。

赤外線検出手段３２は、赤外線センサ８が取得した熱画像データから、任意の温度範囲及び時間経過による温度遷移を導き出し、その結果に基づいて人体を検出する。これにより、室内に人が在室しているか不在であるかを検出する。室内の壁又は床の熱画像データを取得する場合、赤外線検出手段３２は、赤外線センサ８をステッピングモータ等により左右方向に回転駆動して、例えばステッピングモータの可動角度１．６°毎に各位置で赤外線センサ８を０．１秒〜０．２秒停止させる。

赤外線検出手段３２は、赤外線センサ８を停止させた後、０．１秒〜０．２秒よりも短い時間だけ待機し、赤外線センサ８の例えば８個の受光素子の検出結果である熱画像データを取り込む。赤外線検出手段３２は、赤外線センサ８の検出結果を取り込んだ後、再びステッピングモータを可動角度１．６°で駆動した後停止させる。そして、赤外線検出手段３２は、０．１秒〜０．２秒よりも短い時間だけ待機し、赤外線センサ８の例えば８個の受光素子の検出結果である熱画像データを取り込む。赤外線検出手段３２は、上記の動作を繰り返し行って、左右方向に９４箇所の赤外線センサ８の検出結果を取得し、検出結果に基づいて検出エリア内の熱画像データを演算する。これにより、熱画像データ内に人体の温度分布をした発熱体を発見した場合、人が在室していると判断することができる。

切替手段３４は、赤外線センサ８によって検出された対象温度情報に基づいて、待機電力低減手段３３と拘束通電手段２３とのいずれを実施するかを切り替える。空気調和機１の運転停止直後は、待機電力低減手段３３及び拘束通電手段２３は実施されていない。人が不在の場合、空気調和機１を再び運転開始する可能性が低く、タイマー等により運転開始された場合も、設定温度に達するまでに必要な時間に余裕がある。人の不在を検出した場合、切替手段３４が待機電力低減手段３３を選択して実施することにより、圧縮機３の起動性よりも、待機電力を低減することを重視して、省エネルギ性を優先することができる。

また、待機電力低減手段３３が実施されるまでの作動タイミングであるｍ分が、拘束通電手段２３が実施されるまでの作動タイミングであるｎ分よりも短い場合、拘束通電手段２３が実施されるよりも前に室外機１１への電力の供給が遮断される。このため、室外機１１に設けられた外気温度センサ９が停止して、外気温度を検出することができない。これにより、低外気温の環境下で拘束通電手段２３を実施することができず、圧縮機３の起動が遅延する。そこで、人の在室を検出した場合、切替手段３４が拘束通電手段２３を実施することにより、待機電力を低減することよりも、圧縮機３の起動性を重視して、快適性を優先することができる。

切替手段３４は、待機電力低減手段３３が実施されているときに、赤外線センサ８によって人の在室を検出した場合、待機電力低減手段３３を解除する。これにより、待機電力低減中に在室となった場合にも、圧縮機３をスムーズに起動させることができるため、快適性を損なわない。

また、切替手段３４は、拘束通電手段２３が実施されているときに、赤外線センサ８によって人の不在を検出した場合、拘束通電手段２３を解除する。これにより、圧縮機３の起動性よりも、待機電力を低減することを重視して余計な通電を抑制し、省エネルギ性を優先することができる。

更に、切替手段３４は、計時部１０によって計測された時間が時間閾値を超えた場合、待機電力低減手段３３と拘束通電手段２３とのいずれを実施するかを切り替える。具体的には、切替手段３４は、待機電力低減手段３３が実施されているとき、人の在室を検出して時間が時間閾値を超えた場合、待機電力低減手段３３を解除する。また、切替手段３４は、拘束通電手段２３が実施されているとき、人の不在を検出して時間が時間閾値を超えた場合、拘束通電手段２３を解除して待機電力低減手段３３を実施する。なお、切替手段３４は、時間によらず人体を検出した後、直ちに待機電力低減手段３３と拘束通電手段２３とのいずれを実施するかを切り替えてもよい。更に、切替手段３４は、待機電力低減手段３３を解除する際は、人体を検出した直後に実施し、拘束通電手段２３を解除する際は、人体を検出した後に時間が時間閾値を超えた場合に実施するように構成されてもよい。これにより、人の快適性をより優先した設定とすることができる。

（運転モード、冷房運転）
次に、空気調和装置の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転時の冷媒の流れを、図１の実線矢印で示す。冷房運転において、圧縮機３に吸入された冷媒は、圧縮機３によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機３から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置４を通過して、凝縮器として作用する室外熱交換器５に流入し、室外熱交換器５において、室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部６に流入し、膨張部６において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器７に流入し、室内熱交換器７において、室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置４を通過して、圧縮機３に吸入される。

（運転モード、暖房運転）
次に、暖房運転について説明する。暖房運転時の冷媒の流れを、図１の破線矢印で示す。暖房運転において、圧縮機３に吸入された冷媒は、圧縮機３によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機３から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置４を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器７に流入し、室内熱交換器７において、室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部６に流入し、膨張部６において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器５に流入し、室外熱交換器５において、室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置４を通過して、圧縮機３に吸入される。

図２は、本発明の実施の形態１に係る待機電力低減手段３３の動作を示すフローチャートである。次に、待機電力低減手段３３の動作について説明する。図２に示すように、運転停止時において、停止から時間閾値であるｍ分経過後（ステップＳ１）に、待機電力低減手段３３は、室外起動リレー１４をオフすることによって、電源線と信号線との間に供給される交流の電力を遮断する（ステップＳ２）。これにより、圧縮機３を有する室外機１１の待機電力を低減する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る拘束通電手段２３の動作を示すフローチャートである。次に、拘束通電手段２３の動作について説明する。図３に示すように、運転停止時において、停止から時間閾値であるｎ分経過後（ステップＳ１１）に、制御部２０は、外気温度センサ９によって検出された外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満であるかを判定する（ステップＳ１２）。外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満である場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、拘束通電手段２３は、圧縮機３が運転しない程度にモータ３ａの巻線に拘束通電を行う。これにより、圧縮機３を加熱して、冷媒の寝込み現象を回避して、圧縮機３のスムーズな起動性を確保する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る切替手段３４の動作を示すフローチャートである。次に、運転停止時の切替手段３４の動作について説明する。図４に示すように、運転停止直後は、待機電力低減手段３３及び拘束通電手段２３は実施されていない（ステップＳ２１）。ここで、制御部２０は、赤外線センサ８によって検出された対象温度情報に基づいて、人体の存在の有無を判定する（ステップＳ２２）。

人体が存在しない場合（ステップＳ２２のＮＯ）、運転停止からｍ分が経過すると（ステップＳ２３）、切替手段３４は、待機電力低減手段３３を実施する（ステップＳ２４）。人が不在の場合、空気調和機１を再び運転開始する可能性が低く、タイマー等により運転開始された場合も、設定温度に達するまでの時間に余裕がある。人の不在を検出した場合、切替手段３４が待機電力低減手段３３を選択して実施することにより、圧縮機３の起動性よりも、待機電力を低減することを重視して、省エネルギ性を優先することができる。

一方、人体が存在する場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）、運転停止からｎ分が経過すると（ステップＳ２５）、制御部２０は、外気温度センサ９によって検出された外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満であるかを判定する（ステップＳ２６）。外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満である場合（ステップＳ２６のＹＥＳ）、切替手段３４は、拘束通電手段２３を実施する（ステップＳ２７）。これにより、待機電力を低減することよりも、圧縮機３の起動性を重視して、快適性を優先することができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る切替手段３４の待機電力低減手段３３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。次に、待機電力低減手段３３が実施されているときの制御について説明する。図５に示すように、拘束通電手段２３が実施されておらず、待機電力低減手段３３が実施されている場合（ステップＳ３１）、制御部２０は、人体が存在するかを判定する（ステップＳ３２）。人体が存在する場合、人体が存在することを検出してからｎ分が経過すると（ステップＳ３３）、切替手段３４は待機電力低減手段３３を解除する（ステップＳ３４）。そして、制御部２０は、外気温度センサ９によって検出された外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満であるかを判定する（ステップＳ３５）。外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満である場合（ステップＳ３５のＹＥＳ）、切替手段３４は、拘束通電手段２３を実施する（ステップＳ３６）。これにより、人体を検出した場合、待機電力を低減することよりも、圧縮機３の起動性を重視して、ユーザの快適性を優先することができる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る切替手段３４の拘束通電手段２３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。次に、拘束通電手段２３が実施されているときの制御について説明する。図６に示すように、待機電力低減手段３３が実施されておらず、拘束通電手段２３が実施されている場合（ステップＳ４１）、制御部２０は、人体が存在するかを判定する（ステップＳ４２）。人体が存在しない場合、不在を検出してからｍ分が経過すると（ステップＳ４３）、切替手段３４は拘束通電手段２３を解除して待機電力低減手段３３を実施する（ステップＳ４４）。これにより、人体が存在しない場合、空気調和機１が早期に実施される蓋然性が低いため、圧縮機３を有する室外機１１の待機電力を低減する。

本実施の形態１によれば、切替手段３４が、対象温度情報に基づいて、待機電力低減手段３３と拘束通電手段２３とのいずれを実施するかを切り替える。これにより、対象温度情報に応じて、待機電力低減手段３３及び拘束通電手段２３のうち最適な手段を選択することができる。従って、待機電力を削減することと、拘束通電を行うこととを両立することができる。従って、人体の存在の有無に応じて待機電力を低減しつつ、あらゆる温度帯において、空気調和機１が本来備えている冷暖房能力を発揮することができる。これにより、低外気環境下での動作と省エネルギ性の改善との双方に優れた空気調和機１を実現することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る切替手段３４の待機電力低減手段３３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。本実施の形態２は、人体の検出ではなく、タイマー開始時刻に基づいて、切替手段３４が待機電力低減手段３３と拘束通電手段２３とのいずれを実施するかを切り替える点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

切替手段３４は、待機電力低減手段３３が実施されているときに、タイマー開始時刻に基づいて、待機電力低減手段３３を解除する。タイマーによって空気調和機１の運転が開始されるタイミングが予め設定されている場合、運転開始の所定時間前に、待機電力低減手段３３を解除して拘束通電手段２３を実施することによって、外気温によらず空気調和機１をスムーズに起動させることができる。

図７は、本発明の実施の形態２に係る切替手段３４の待機電力低減手段３３が実施されているときの動作を示すフローチャートである。図７に示すように、拘束通電手段２３が実施されておらず、待機電力低減手段３３が実施されている場合（ステップＳ５１）、制御部２０は、タイマー開始時刻の所定時間前になったかを判定する（ステップＳ５２）。タイマー開始時刻の所定時間前になった場合（ステップＳ５２のＹＥＳ）、切替手段３４は待機電力低減手段３３を解除する（ステップＳ５３）。

そして、制御部２０は、外気温度センサ９によって検出された外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満であるかを判定する（ステップＳ５４）。外気温度が外気温度閾値Ｔａｍｂ未満である場合（ステップＳ５４のＹＥＳ）、切替手段３４は、拘束通電手段２３を実施する（ステップＳ５５）。これにより、運転開始前に、待機電力を低減することよりも、圧縮機３の起動性を重視することによって、外気温によらずに、運転開始時に空気調和機１がスムーズに立ち上がる。

１ 空気調和機、２ 冷媒回路、３ 圧縮機、３ａ モータ、４ 流路切替装置、５ 室外熱交換器、６ 膨張部、７ 室内熱交換器、８ 赤外線センサ、９ 外気温度センサ、１０ 計時部、１１ 室外機、１２ 室内機、１３ リモコン、１４ 室外起動リレー、１５ 電源、２０ 制御部、２１ 室外制御装置、２２ 外気温検出手段、２３ 拘束通電手段、３１ 室内制御装置、３２ 赤外線検出手段、３３ 待機電力低減手段、３４ 切替手段。

Claims (3)

1. モータで駆動する圧縮機と、
   室内の温度検出対象の温度を検出する赤外線センサと、
   室外の温度を検出する外気温度センサと、
   室内に設けられ、前記赤外線センサに接続され、人の在室情報を検出する室内制御装置と、
   室外に設けられ、前記外気温度センサ及び前記圧縮機に接続された室外制御装置と、を備え、
   前記室内制御装置は、
   前記赤外線センサによって検出された温度情報から、人の在室情報を導き出し、
   人が在室している場合、前記室外制御装置に電源を供給し、人が不在の場合、前記室外制御装置への電源の供給を遮断するものであり、
   電源が供給された前記室外制御装置は、
   前記外気温度センサによって検出された外気温度情報を取得し、
   室外の温度が予め設定された外気温度閾値未満の場合、前記圧縮機に拘束通電を行う
   空気調和機。
2. 時間を計測する計時部を更に備え、
   前記室内制御装置は、
   前記計時部によって計測された人が不在である時間が時間閾値を超えた場合、前記室外制御装置への電源の供給を遮断する
   請求項１記載の空気調和機。
3. モータで駆動する圧縮機と、
   室外の温度を検出する外気温度センサと、
   室内に設けられた室内制御装置と、
   室外に設けられ、前記外気温度センサ及び前記圧縮機に接続された室外制御装置と、を備え、
   前記室内制御装置は、
   予め設定されたタイマー開始時刻に基づいて、前記室外制御装置に電源を供給するものであり、
   電源が供給された前記室外制御装置は、
   前記外気温度センサによって検出された外気温度情報を取得し、
   室外の温度が予め設定された外気温度閾値未満の場合、前記圧縮機に拘束通電を行う
   空気調和機。

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