WO2015128899A1

WO2015128899A1 - 空気調和装置

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Publication number: WO2015128899A1
Application number: PCT/JP2014/001088
Authority: WO
Inventors: 裕右小山
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03
Also published as: GB201608846D0; GB2537525A; JP6042024B2; GB2537525B; JPWO2015128899A1

Abstract

　室内での負荷特性の演算結果に基づき、室内の負荷特性に合わせた圧縮機の運転制御が可能となり、短時間で温度環境を回復する空気調和装置を得る。　本発明の空気調和装置は、　室内温度が予め定められた第１の設定温度に到達するまで、圧縮機を第１の運転モードで運転制御する運転制御手段と、　第１の設定温度に到達するまでの到達時間を計測する運転時間計測手段と、　第１の運転モードにより計測された到達時間に基づいて、第１の運転モードよりも低能力である第２の運転モードで運転した場合に、室内温度が第２の設定温度に到達するまでに必要な運転期間を計算する演算手段と、を備え、　演算手段により求めた運転期間、圧縮機を運転制御手段を使用して、第２の運転モードにより、運転期間運転制御することを特徴とする空気調和装置。

Description

空気調和装置

　本発明は、例えば電算室などのように、停電時に無停電装置により電力が供給される機器を収納する部屋などの空気調和装置に関し、特に停電復帰後を含む起動時に、室内温度を所定の温度環境に移行させる際に、室内の負荷に応じて適正な運転を行うための運転制御に関する。

　以下説明の都合上、空気調和の対象となる部屋の電算室を一例にとって述べる。
　一般に、電算室では空気調和装置が停止している間も、その電算室に収納されているＩＴ装置は運転し続ける。電力供給の継続に伴いその室温は上昇を続けるため、特に停電復帰後などの運転制御については、起動時に早急なる空気調和の実施が必要となる。従来の空気調和装置では、起動後に室内温度を設定温度に徐々に近づけていく通常制御と、圧縮機および送風機を最大出力で増速運転させて早急に設定温度に近づける増速制御とが存在するが、近年では、停電復帰時を含む起動時に増速制御を選択するよう設定されている場合が多い。

　例えば、特許文献１に示される構成として、従来の空気調和装置においては、
　運転容量可変の圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、および室内熱交換器を環状に連結して成る冷媒回路と、前記冷媒回路に供給される電源の給停電を検知する給停電検知手段とを有する空気調和装置において、
　前記給停電検知手段により検知された停電開始から給電再開までの停電時間を計時する停電時間計時手段と、
　前記停電時間計時手段により計時された停電時間が、予め設定されている所定停電時間を上回ったとき、通常運転時のために予め設定されている前記圧縮機の運転指令値に係る通常最大値を当該通常最大値よりも大きな最大値に設定変更し、前記圧縮機に給電再開後の最大値を変更して運転をさせる運転制御手段と、を備え、
　停電発生後の給電再開時に、停電前の空調状態にまで迅速に回復させることのできる空気調和装置があった。（特許文献１参照）

特開平２０１１－１６３７０１号公報（００１１段落、第２図）

　上記特許文献１を含め、従来のこの種の空気調和装置における起動制御では、停電復帰時などの起動時については、通常制御の場合はハンチングしにくいが設定温度に至るまでに長い時間を要し、他方、増速制御の場合は負荷の度合いの大小に限らず能力のたち上がりが同じであるために、負荷に適した能力制御を行うことが困難であった。このため、場合によっては能力過剰となり、室内温度の不適正な低下、その低下に起因する不適正な上昇が生じ、ひいてはその繰り返しによる急激な変化であるハンチング動作などの現象を引き起こしてしまい、室内温度が所望の設定温度に至るまでに非常に長い時間を必要とし、短時間で所望の設定温度にまで到達させることが困難である。

　本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、停電復帰後を含む起動時に室内温度の制御におけるハンチングの発生を抑制しながら、迅速かつ、円滑に所望の設定温度に到達することのできる空気調和装置の提供を目的とする。

　本発明の空気調和装置は、
　制御装置により圧縮機の運転を制御することにより、冷房運転を行なう空気調和装置であって、
　上記制御装置は、
　室内温度が予め定められた第１の設定温度に到達するまで、前記圧縮機を第１の運転モードで運転制御する運転制御手段と、
　上記第１の設定温度に到達するまでの到達時間を計測する運転時間計測手段と、
　前記第１の運転モードにより計測された前記到達時間に基づいて、前記第１の運転モードよりも低能力である第２の運転モードで運転した場合に、室内温度が第２の設定温度に到達するまでに必要な運転期間を計算する演算手段と、
を備え、
　前記演算手段により求めた前記運転期間、前記圧縮機を前記運転制御手段を使用して、前記第２の運転モードにより、前記運転期間運転制御することを特徴とする空気調和装置である。

　発明に係る空気調和装置は、起動時の室内温度、設定温度、起動後の高速運転などによる演算結果に基づき、停電復帰後時を含む起動後の運転制御を可能とし、短時間で円滑に所望の設定温度に移行させることができる。

本発明の実施の形態１を示す空気調和装置１００の冷媒回路の全体を示す図である。実施の形態１に係る空気調和装置１００の室内機制御手段１５の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外機制御手段２７の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る空気調和装置１００の主要な運転制御に関するタイムチャート図である。実施の形態１に係る空気調和装置１００の停電復帰時の制御動作フロー図である。実施の形態２に係る空気調和装置１００の通常起動時の制御動作フロー図である。

実施の形態１．
　実施の形態１は、停電復帰時に室内温度を所定の温度環境に設定する際に、異なる複数の運転モードを使い分けることによって、短時間かつ円滑に冷房運転が行えるよう運転制御する構成としており、以下その空気調和装置１００とそれに収納される室内機１及び室外機２について、図１に基づいて説明する。

　具体的詳細な構成を説明するに先立ち、まず、空気調和装置１００とそれを構成する主要回路の概要につき述べる。

　空気調和装置１００は、室内を冷却する室内機１と、この室内機１で吸収した室内の熱を室外へ放出する室外機２と、この室内機１に電力を供給する電源２９と、室内機１と室外機２との間を結線して室内機１から室外機２に電力を給電する渡り配線３０と、室内機１と室外機２との間で運転状態に関する各種情報を共有する通信手段３２と、から主に構成されている。
　なお、室内機１は、後述する室内機制御手段１５を、室外機２は、後述する室外機制御手段２７を備えている。

　室内機１，及び室外機２には、その内部に少なくとも1つの容量可変な圧縮機３と、熱源側熱交換器４と、膨張弁５と、利用側熱交換器６とが順次環状に配置され、配管接続されてなる冷媒回路が形成されている。これらの複数の機器を冷媒が循環して流れる第１図に示されている冷凍サイクルが形成されているため、室内が冷却される。

　また、電源２９と室内機１との間は、電力供給線で結ばれている。この室内機１へは、この電力供給線を介して電力が給電可能となっている。この電源２９は、この電源２９がオンされると、室内機１にまで電力供給線である渡り配線３０を介して室外機２にまで電力が供給される。
　なお、この電源２９は、後述する前記冷媒回路へ供給される電源の給電状態を検出する給停電検出手段１７により、室内機１，及び室外機２への給電状態が検出される。ここで、この給停電検出手段１７は、給電していない状態を停電（特に給電状態が０である）と判断する。

　また、室内機１と室外機２との間は、信号線などの通信手段３２で結ばれている。室内機１と室外機２との間では、この通信手段３２を介して室内機１，及び室外機２の運転状態に関する各種情報が双方向に送受信可能となっている。いま仮に、室内機１，及び室外機２の運転状態が変更されると、通信手段３２を介して室内機１と室外機２との間でこの各種情報を共有させることができる。

　室内機１内では、冷媒配管内を循環する冷媒を圧縮する圧縮機３と、冷媒を膨張させる膨張弁５と、吸熱して室内を冷却する利用側熱交換器６とが配置されており、これらの複数の機器が冷媒配管により接続されている。
　また、利用側熱交換器６の冷媒配管の流入側での冷媒の温度を測定するために、膨張弁５と利用側熱交換器６との間には利用側熱交換器前液管温度検出用手段７が設けられ、利用側熱交換器６の冷媒配管の流出側での冷媒の温度を測定するために、利用側熱交換器６の冷媒配管の流出側には利用側熱交換器出口ガス管温度検出手段８が設けられている。

　さらに、利用側熱交換器６において熱交換された空気を室内に吹き出すための室内側送風機９が室内機１内に収容されている。また、室内機１内の室内空気の吸込口近傍には室内吸込空気温度検出手段１０が設けられており、吹出口近傍には、室内吹出空気温度検出手段１１が設けられている。

　また、圧縮機３の冷媒吸入側には低圧圧力検出手段１２が設けられ、圧縮機３の吐出側には高圧圧力検出手段１３および圧縮機吐出ガス管温度検出手段１４が各々設けられている。
　室外機２内では、熱源側熱交換器４が冷媒配管により上記室内機１内の圧縮機３と接続されている。

　熱源側熱交換器４に空気を送り込むための室外側送風機２５が収容されており、室外機２の室外空気の吸込口近傍には吸込空気の温度を測定するために室外吸込空気温度検出手段２６が設けられている。
　上記で説明した室内機１内に収容された利用側熱交換器前液管温度検出用手段７、利用側熱交換器出口ガス管温度検出手段８、室内吸込空気温度検出手段１０、吹出空気温度検出手段１１、低圧圧力検出手段１２、高圧圧力検出手段１３、吐出ガス管温度検出手段１４と、室外機２内に収容された室外吸込空気温度検出手段２６とを適宜運転状態を検出する検出手段１６と総称しておく。これらの検出手段１６は、上記複数の機器の運転状態に関する各種情報をサンプリングして一定時間ごとに検出している。

　ここで、室内を冷却する原理（すなわち冷凍サイクル）について、図１を参照して簡単に説明する。電算室内の冷却は、室内機１と室外機２の冷媒配管内を冷媒が循環することで行われる。
　まず、室内機１内の圧縮機３の圧縮動作により圧縮された冷媒が冷媒配管を通り、室外機２内の熱源側熱交換器４に流れ込む。この冷媒は、室外側送風機２５での送風により熱源側熱交換器４を流れる冷媒と外気とが熱交換し、冷媒が放熱する。
　その後、この冷媒は冷媒配管を通って膨張弁５に至り、室内機１内の膨張弁５により減圧膨張された後、利用側熱交換器６に流入する。同様に、室内側送風機９の送風により利用側熱交換器６を流れる冷媒と室内空気とが熱交換し、冷媒が吸熱する。この冷凍サイクルにより、電算室内を冷却する。

　この実施の形態１の重要な特徴は、上記複数の機器（特に圧縮機３）の運転制御動作及び演算を司る機能に関し、この請求項における制御装置は、後述する室内機制御手段１５内の構成部品に対応する。

　また、室内機１，及び室外機２を内包する空気調和装置１００へは、まず、電力が電源２９から室内機１に給電されており、圧縮機３、膨張弁５、利用側熱交換器前液管温度検出用手段７、利用側熱交換器出口ガス管温度検出手段８、室内側送風機９、室内吸込空気温度検出手段１０、室内吹出空気温度検出手段１１、低圧圧力検出手段１２、高圧圧力検出手段１３、圧縮機吐出ガス管温度検出手段１４、ここでは図示しない後述する室内機制御手段１５へそれぞれ電力が供給されている。
　室外機２へは、室内機１から渡り配線３０を介して電力が給電されており、室外機２内の室外側送風機２５、室外吸込空気温度検出手段２６、ここでは図示しない後述する室外機制御手段２７へそれぞれ電力が供給されている。また、室内機制御手段１５と室外機制御手段２７とは通信手段３２を介して、運転状態に関する各種情報を共有している。

　続いて、室内機１が備える室内機制御手段１５内の具体的構成について、ブロック図である図２を参照して説明する。特に、第２図及び後述の第３図で示すが、室内機１との対応関係を強調する場合には、番号に添字Ａを適宜付す。この場合、図中で同一の番号は、同一又は相当の機能を有することを示す。

　この室内機制御手段１５は、室内機１内の複数の機器を運転制御する演算装置であり、その内部に少なくともＣＰＵ３３Ａと、不揮発メモリ３４Ａとを備えている。

　上記ＣＰＵ３３Ａは、例えば、マイコンなどで実現され、室内吸込空気温度検出手段１０において検出した停電復帰後の運転再開時の室内吸込空気温度と予め定められた第１の設定温度の温度差をもとに後述する第１の運転モードに続く第２の運転モードで使用する第２の周波数を算出する負荷演算手段１９、または不揮発メモリ３４Ａから停電直前の運転状態に関する各種情報の読み出すことにより圧縮機３、膨張弁５、室内側送風機９の運転制御を決定する制御決定手段２０、この制御決定に基づき上記圧縮機３、膨張弁５、室内側送風機９の運転を制御する機器制御手段１８を内部に有する。

　詳細には、この機器制御手段１８は、それぞれ、圧縮機３の運転を制御する圧縮機容量制御手段２１、膨張弁５の運転を制御する膨張弁開度制御手段２２、室内側送風機９の運転を制御する室内送風機制御手段２３から成る。

　ここで、上記不揮発メモリ３４Ａは、上記圧縮機３、膨張弁５、室内側送風機９の作動から得られた室内機１の運転状態を記憶する運転状態記憶手段２４として機能している。

　また、ＣＰＵ３３Ａは、室内機１内複数の機器の運転状態を検出する検出手段１６と、給電状態を検出する給停電検出手段１７と、圧縮機３の運転時間を計測する運転時間計測手段３１とに外部で接続されている。このＣＰＵ３３Ａは、上記検出手段１６を通じて、圧縮機３、室内側送風機９、膨張弁５の運転状態に関する各種情報を読み込む。

　続いて室外機２が備える室外機制御手段２７内の具体的構成について、ブロック図である図３を参照して説明する。なお、図３において室外機２との関係を強調する場合には、番号の添字にＢを適宜付す。

　この室外機制御手段２７は、室外機２内の複数の機器を運転制御する演算装置であり、その内部に少なくともＣＰＵ３３Ｂを備えている。

　ＣＰＵ３３Ｂは、例えば、マイコンなどで実現され、室外側送風機２５の運転を制御する機器制御手段１８を内部に有する。
　この機器制御手段１８は、室内機１側での制御手段と同様に、室外側送風機２５の運転を制御する室外送風機制御手段２８から成る。

　また、ＣＰＵ３３Ｂは、室外機２内複数の機器の運転状態を検出する検出手段１６、給電状態を検出する給停電検出手段１７と接続されており、室外吸込空気温度検出手段２６から機器の運転状態に関する各種情報を読み込む。この読み込まれた情報は、通信手段３２を通じて不揮発メモリ３４Ａに供給される。

　その後、室外送風機制御手段２８は、室内機１内の記憶手段２４から成る不揮発メモリ３４Ａの各機能に基づいて、室外側送風機２５に対して運転制御を行う。

　なお、上記室外機制御手段２７内には、室内機１が備える室内機制御手段１５内で説明した、負荷演算手段１９、制御決定手段２０、および運転状態記憶手段２４で構成される不揮発メモリ３４Ａは備えておらず、室外側送風機２５に対する運転制御については、室内機制御手段１５により決定される。
　このため、室外機２の運転状態は運転状態記憶手段２４である不揮発メモリ３４Ａ内に記憶されており、必要時には通信手段３２を通してそれらの情報がやり取りされる。

　続いて、室内機制御手段１５、室外機制御手段２７の一連の動作について、図２、図３を参照して説明する。

　まず、室内機制御手段１５には、各種情報が室内機１の運転中、一定時間ごとに入力される。
それら各種情報とは、圧縮機３が出力した圧縮機容量、膨張弁５が出力した膨張弁容量、室内側送風機９が出力した室内送風容量が出力した膨張弁開度、利用側熱交換器前液管温度検出用手段７において検出した冷媒温度、利用側熱交換器出口ガス管温度検出手段８において検出した冷媒温度、室内吸込空気温度検出手段１０において検出した室内吸込空気温度、室内吹出空気温度検出手段１１において検出した室内吹出空気温度、及び、低圧圧力検出手段１２において検出した冷媒圧力、高圧圧力検出手段１３において検出した冷媒圧力、圧縮機吐出ガス管温度検出手段１４において検出した冷媒温度といった室内機１内に備えた複数の機器の運転状態に関するものである。

　圧縮機容量制御手段２１、膨張弁開度制御手段２２、室内送風機制御手段２３は、これらの運転状態に関する各種情報を基に、圧縮機３、膨張弁５、室内側送風機９に対し制御を行う。また、これらの運転状態に関する各種情報は運転状態記憶手段２４である不揮発メモリ３４Ａ内に記憶させておく。
　このため、この不揮発メモリ３４Ａ内には停電直前の運転状態に関する各種情報が保存されており、停電発生して復帰する場合にも読み出せる。

　同様に、室外機制御手段２７には、各種情報が室外機２の運転中、一定時間ごとに入力される。
それら各種情報とは、室外側送風機２５が出力した室外送風容量、室外吸込空気温度検出手段２６において検出した室外吸込空気運温度といった室外機２内に備えた機器の運転状態に関する各種情報に関するものである。

　室外送風機制御手段２８は、これらの運転状態に関する各種情報を基に、室外側送風機２５に対し制御を行う。また、これらの運転状態に関する各種情報は通信手段３２を介して室内機制御手段１５に送信されており、室内機制御手段１５内の運転状態記憶手段２４である不揮発メモリ３４Ａ内に記憶されている。

　いま仮に、停電等の発生により冷媒回路へ供給される電源２９が停止した場合には、給停電検出手段１７は電源２９の給電が停止したことを検出し、その後、復電した際に自動的に室内機１，及び室外機２の運転を再開するよう制御命令が出される。
　この実施の形態１では、運転再開時に室内吸込空気温度検出手段１０において検出した室内吸込空気温度と、予め定められた第１の設定温度の温度差をもとに第１の運転モードに続く第２の運転モードでの第２の周波数を算出する負荷演算手段１９による運転、または不揮発メモリ３４Ａからの読み出しによる運転制御を制御決定手段２０を使用して決定する。

　次に、具体的説明に先立ち、制御決定手段２０を使用して複数の機器（特に圧縮機３）の運転制御を選択する制御について述べる。

　ところで、説明を開始するに当たり、先に説明した圧縮機３はインバータ制御されており、この動作周波数を高低に変化させることによりインバータの出力を変更し、高速運転と通常運転との間を連続的に選択されていることを先に述べておく。後述するが、高速運転においては第１の周波数を使用し、通常運転においては第１の周波数よりも低い第２の周波数を使用して圧縮機３をインバータ制御する。ここで、例えば、高速運転においては第１の周波数として最大周波数Ｆｍａｘを使用して全速運転させてもよいし、第１の周波数として最大周波数Ｆｍａｘよりも少し小さな値の周波数を選択して高速運転させてもよい。
　以下、この明細書中で周波数という表現は特別の事情が無い限り、インバータ制御に関する出力周波数のことを意味する。

　停電後に給停電検出手段１７により給電が回復したことを検知して空気調和装置を起動した際に、室内温度から予め定められた第１の設定温度を減算した値が所定温度と同等以上（「室内温度－第１の設定温度≧所定温度」）の場合、上記制御決定手段２０を使用して以下（１）～（４）で示される制御手順を実行する。

（１）起動後、この室内温度から第１の設定温度を減算した温度差の値が所定温度と等しくなる（「室内温度－第１の設定温度＝所定温度」）まで圧縮機３を最大周波数Ｆｍａｘ（第１の周波数を使用して第１の運転モードで全速運転させる（第１の期間＝第１の運転モード期間）。その際、運転時間計測手段３１を使用して全速運転を継続した到達時間を計測しておく。
（２）この全速運転による能力、上記到達時間から、上記第１の周波数未満の周波数（第２の周波数）を使用した運転にて「室内温度＝第２の設定温度」に到達するまでに、最適な運転期間を負荷計算手段１９を使用して演算する。（第２の期間＝演算期間）
（３）機器制御手段１８は、圧縮機３に対し前記演算により得られた上記運転期間、第２の運転モードで運転制御を実施する。（第３の期間＝第２の運転モード期間）
（４）そして、前記の運転期間が経過後、空気調和装置１００とそれを構成する主要回路の制御値を運転状態記憶手段２４内に記憶された停電直前の運転状態に戻す。

　ここで、第１の運転モードに関連した上記所定温度の決め方については、この室内温度と第１の設定温度との差分である所定温度の値を大きくとることで、圧縮機３の運転で許容される最大周波数Ｆｍａｘ（第１の周波数）で運転した後に、第２の周波数で運転する圧縮機３の周波数の閾値も大きくしてよい。

　例えば、所定温度の差分を２℃と決めた場合には、上記第２の周波数を最大周波数Ｆｍａｘ＊１/２と定めて運転する。他方、所定温度の差分を４℃と決めた場合には、上記第２の周波数を最大周波数Ｆｍａｘ＊３/４と定めて運転する。このように所定温度の決め方に差をつけることで冷却スピードに起因するハンチングをコントロールし、第２の設定温度への到達時間の短縮を可能とする。

　また、「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」の場合は、制御決定手段２０を使用して運転状態記憶手段２４内に記憶された運転状態で運転する制御手段を圧縮機３の運転を制御する圧縮機容量制御手段２１、膨張弁５の運転を制御する膨張弁開度制御手段２２、室内側送風機９の運転を制御する室内送風機制御手段２３から選択する。

　次に、停電発生から復電に至るまでの主要動作について、タイムチャートである図４（ａ）及び図４（ｂ）に基づいて説明する。

　まず、タイムチャートについて説明すると、図４（ａ）は、室内の温度変化の様子を示す。図４（ａ）では、縦軸に設定温度からの温度差を示し、（）内の温度数値は、室温を示しており、横軸に時間が示されている。

　同様に、図４（ｂ）では、圧縮機３へ供給されるインバータの出力周波数の変化の様子を示す。図４（ｂ）では、縦軸に周波数［Ｈｚ］、横軸に時間が示されている。

　上記、図４（ａ）及び図４（ｂ）は図中の同時刻ｔ１からｔ５の各時刻が両図においてそれぞれ１対１に対応しており、図４（ａ）室内の温度変化と、図４（ｂ）圧縮機周波数の変化とがそれぞれ時間的に対応している。

　この復電後のタイムチャートは、「停電前運転期間」、「停電期間」、「全速運転期間（第１の期間）」、「第２の運転モード期間（第３の期間）」、「通常運転期間」の５つの時間区分された期間からなる。なお、第２の期間は、第１の期間の最後に潜在的に含まれることになる。

　「停電前運転期間」は、停電発生する前の状態であり、室内機１，及び室外機２内の複数の機器が通常運転しており、期間～ｔ１以前に相当する。
　「停電期間」は、室内機１，及び室外機２内の複数の機器が停電中に運転停止しており、期間ｔ１～ｔ２に相当する。
　「全速運転期間（第１の期間）」は、室内機１，及び室外機２内の複数の機器が復電後に全速運転を実施しており、期間ｔ２～ｔ３に相当する。
　「第２の運転モード期間（第３の期間）」は、室内機１，及び室外機２内の複数の機器が第１の周波数よりも低い第２の周波数で運転されており、期間ｔ３～ｔ４に相当する。ここでは、複数の機器は前記負荷演算手段１９により得られた上記運転期間、運転制御を実施している。
　「通常運転期間」は、室内機１，及び室外機２内の複数の機器が上記運転期間経過した後、複数の機器での運転を運転状態記憶手段２４に記憶された停電直前の運転状態に戻されて通常運転しており、期間ｔ４～以降に相当する。

　次に、以下具体的に主要動作について説明していく。タイムチャートである図４（ａ）及び図４（ｂ）の時間軸に沿って、順次詳細に説明する。

　最初に、空気調和装置１００では通常運転が実施されており、停電が発生する時刻ｔ１に至るまでは、「停電前運転」が実施されている。このとき、室内温度は、設定温度（２０℃）となっている。（図４（ａ）期間～ｔ１以前）
このとき、時刻ｔ１に至るまでは、圧縮機３は最大周波数Ｆｍａｘ＊１/２未満の所定の周波数で動作を継続している。（図４（ｂ）期間～ｔ１以前）

　いま、時刻ｔ１で、停電が発生した場合には電源２９から室内機１，及び室外機２内の複数の機器への電力の供給が停止するために室内を冷却する機能が失われてしまい、この停電の発生に伴って室内温度が上昇を開始する。（図４（ａ）期間ｔ１～ｔ２）
　このとき、期間ｔ１～ｔ２で圧縮機３は停止しており、圧縮機３に供給されるインバータ出力の周波数は常に０Ｈｚである。（図４（ｂ）期間ｔ１～ｔ２）

　時刻ｔ２において、給停電検出手段１７が停電の発生を検知すると、室内機制御手段１５内機器制御手段１８が、第１の周波数を使用して、圧縮機３に供給される第１の周波数のインバータ出力に基づき圧縮機３の全速運転が開始されるため、冷却能力の回復に伴って期間ｔ２～ｔ３で室内温度が所定温度（ここでは２２℃）に向かって低下する。（図４（ａ）期間ｔ２～ｔ３）
　この全速運転の期間では、期間ｔ２～ｔ３で圧縮機３は全速運転しており、インバータ出力の周波数が０Ｈｚから最大周波数Ｆｍａｘ（第１の周波数）に向けて、きわめて短時間にステップ上に急激に上昇していく。その結果、全速運転にまで到達した以降では、時刻ｔ３に至るまで周波数は最大周波数Ｆｍａｘで一定の値に保たれている。（図４（ｂ）期間ｔ２～ｔ３）
　さらに、これは補足的な情報であるが、時刻ｔ２において、給停電検出手段１７が停電の発生を検知した時点で、室内温度２６℃、第１の設定温度２２℃、全速運転時の能力１０ｋＷ、所定温度２℃である。

　第１の設定温度に関連した時刻ｔ３に到達するまでの時間を測定する。
次に、（２）に示されるように前記負荷演算手段１９により算出された運転期間（ｔ４－ｔ３）に基づいて、第２の周波数を使用して圧縮機３の第２の運転モードが開始される。この第２の運転モードでの運転に伴って期間ｔ３～ｔ４まで室内温度が設定温度に向けて緩やかに低下していく。（図４（ａ）期間ｔ３～ｔ４）
　このとき、期間ｔ３～ｔ４で圧縮機３は第２の運転モードが実施されており、第１の周波数が低下して第２の周波数にまで到達した後には、周波数は最大周波数Ｆｍａｘ＊１/２（第２の周波数）で一定となっている。（図４（ｂ）期間ｔ３～ｔ４）
　ここで、第２の運転モードでは、第１の運転モードと比べて傾斜がなだらかになるよう、圧縮機３が運転制御されている。

　最後に、時刻がｔ４で、停電直前の通常運転が再開される。上記不揮発メモリ３４Ａに記憶された停電直前の運転状態に関する各種情報に戻され、通常運転が再開される。この通常運転に伴って期間ｔ４～での通常運転の再開は室内温度を設定温度一定に保っている。（図４（ａ）期間ｔ４～以降）
　このとき、期間ｔ４～で圧縮機３は通常運転に関する運転のパラメータに戻されており、周波数は最大周波数Ｆｍａｘ＊１/２（第２の周波数）未満の所定の周波数一定に保たれて通常運転で運転するように制御されている。（図４（ｂ）期間ｔ４～以降）

　このことから、室内機制御手段１５は、第１の運転モードに基づき前記負荷演算手段１９を使用して室内での負荷特性を導出し、この導出された負荷特性に基づいて、第２の運転モードで必要な運転期間を算出する機能を有していることが理解できる。

　なお、ここでは図４で説明したように、導出された負荷特性に基づいて、第２の運転モードで必要な運転期間を比例配分することにより算出できると仮定されており、上記運転期間を算出する方法は、以下のような比例配分の計算式で与えられる。
「[（復電後室内温度－設定温度＋２℃）／（全速運転時の能力]：[設定温度＋２℃となるまでの到達時間]＝[（設定温度＋２℃－設定温度）／圧縮機３の周波数最大×１/２の周波数における能力）]：運転時間」、この計算式に具体例の値を代入することにより、運転時間＝６分と算出される。
　なお、上記制御手順において、負荷計算に必要な温度検出期間と第１の運転モードで運転制御する第１の期間とを完全に一致させる必要は無く、一部が重複していればよい。すなわち、前記第１の運転モードで運転制御する第１の期間中に、第２の運転モードで必要となる上記到達時間の計測が行われていればよい。

　なお、上記において圧縮機３を最大周波数で全速運転する場合には、圧縮機３へかかる負荷を十分考慮して、例えば圧縮機３を運転させる時間は長くても２０分までと予め上限値を規定しておくべきである。

　同様に、室外側送風機２５の運転制御に関しては、運転状態記憶手段２４より停電発生直前の回転速度を上記不揮発メモリ３４Ａから読み出し、目標となる回転速度に設定し空気調和装置１００を起動する。
　その際、通常起動時には、回転速度を段階的に目標値に到達させるのに対し、全速運転ではより早く回転速度を目標値に到達させるよう室外送風機制御手段２８において制御する。即ち、復電に伴い冷媒が通常の始動時よりも早く多量に流れた場合には、これに応じて回転速度を早急に目標値に到達させて、適正な送風量になるよう制御する。

　再び室内機１に戻るが、室内側送風機９の運転制御に関しても、室外側送風機２５と同様、運転状態記憶手段２４より読み出した目標となる停電直前の回転速度（すなわちインバータ周波数）に設定し、利用側熱交換器６に流れる冷媒量の増加に伴って、増速制御では通常の始動時より早急に回転速度を目標値に到達するよう室内送風機制御手段２３にて制御する。

　続いて、停電復帰動作を含む一連の制御動作フローを図５に沿って説明する。
　室内機１が起動を開始し（ステップＳ１）、記憶手段２４として機能している不揮発メモリ３４が冷媒回路を構成する複数の機器の通常状態での運転状態を記憶する（ステップＳ２）。

　次に、給停電検出手段１７によって停電が発生したかどうかを判定し（ステップＳ３）、停電が発生していない場合はＮＯへ進んでＳ２に戻り、停電が発生した場合はＹＥＳへ進み、復電後、停電復帰して起動する（ステップＳ４）。

　室内吸込空気温度検出手段１０により室内温度を読み取り（ステップＳ５）、この室内温度を第１の設定温度と比較し、制御対象となる機器である圧縮機３、膨張弁５、室内側送風機９のうちから選定して機器を選択する。制御決定手段２０にて制御を選択する（ステップＳ６）。

ここでは、そのうち、圧縮機３の制御を選択することになったときについて、説明する。
　上記Ｓ６で、室内温度から第１の設定温度を減算した値が所定温度と同等以上（「室内温度－第１の設定温度≧所定温度」）の場合は、ＹＥＳへ進み圧縮機３を最大周波数Ｆｍａｘ（第１の周波数）で増速制御運転し（ステップＳ７Ａ）、室内温度から第１の設定温度を減算した値が所定温度未満（「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」）の場合は、ＮＯへ進み運転状態記憶手段２４による停電前運転状態を読み出し(ステップＳ１２)、圧縮機３を機器制御手段１８により停電前状態で運転させる（ステップＳ１３）。

　以降、空気調和装置は、室内温度から第１の設定温度を減算した値が所定温度未満（「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」）となるまで運転を継続する（ステップＳ８）。

　その後、負荷計算手段１９を使用して圧縮機３の周波数最大未満の周波数（第２の周波数）で運転を行う時間（すなわち上記運転期間）を計算し（ステップＳ９）、前記周波数最大未満の周波数（第２の周波数）で運転する（ステップＳ１０）。

　そして、運転時間が運転時間計算以上（運転時間≧運転時間計算）となった後（ステップＳ１１）にＹＥＳへ進み、運転状態記憶手段２４から停電直前の運転状態を読み出す（ステップＳ１２）。その後、機器制御手段１８により停電直前の運転状態に戻し（ステップＳ１３）、ＲＥＴＵＲＮでＳ３に戻り、停電復帰サイクルの１サイクルが終了する（ステップＳ１４）。

　また、上記Ｓ６において「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」の場合は、ＮＯへ進み、上記Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４を経て終了する。これは、室内温度があまり上昇していないために上記Ｓ１２、Ｓ１３においては全速運転が実施されておらず、比較的短い期間の停電が発生した場合に対応している。

　以上の一連の制御動作により、従来の電算室用空気調和装置と比較し、給停電検出手段１７による給電検知後の起動時の負荷に応じた圧縮機容量での制御が実現できる。このため、能力過剰による室内温度の低下、ハンチングなどの現象を回避でき、かつ、所定の温度環境に迅速に回復させることができる。

　尚、本実施形態では、室内機１内に１台の圧縮機３を設けているが、１つの冷媒回路に複数の圧縮機３を設けても構わない。また、本実施形態では、圧縮機３と膨張弁５を室内機１内に設けてあるが、室外機２内に設けるようにしても構わない。すなわち、１つの冷媒回路に少なくとも１台の容量可変な圧縮機３が設けられていれば十分であり、数や設定位置は問わない。

　また、本起動は、実施の形態１で説明した停電発生からの自動復帰時に限らず、通常起動時に於いても適用が可能であり、その場合、「室内温度－第１の設定温度＝所定温度」となるまでは同様の増速制御を行い、それ以降は通常制御へ移行させる。これについては、実施の形態２で説明する。

実施の形態２．
　実施の形態２の具体的説明に先立ち、概要について述べる。

　本願発明は、本起動は、停電からの自動復帰時に限らず通常起動時に於いても有効である。実施の形態２では、空気調和装置の起動を開始すると、室内での負荷特性の演算結果に基づいて即時に室内温度を所定の温度環境にまで回復させることができる。

　他方、実施の形態１では、停電の発生を検出して復帰室内温度を所定の温度環境に回復させる制御が実行されており、これは前述したように停電復帰時に実施される。

　図６は、本発明の実施の形態２に係る通常起動時の制御動作フローを示した図であり、これに伴い制御フローが一部変更されている。なお、基本動作は、実施の形態１と同一であるため、異なる箇所を主体に説明する。具体的には、図６中のＳ１～Ｓ８が、図５中のＳ４～Ｓ１１と同一の制御動作フローである。図６中のＳ９～Ｓ１０が、図５中のＳ１２～Ｓ１４の制御動作フローと異なる。

　通常起動時の制御動作フローを図６に沿って説明する。
　室内機１が起動を開始し（ステップＳ１）、室内吸込空気温度検出手段１０により室内温度を読み取る（ステップＳ２）。この室内温度を第１の設定温度と比較し、制御決定手段２０にて制御を選択する（ステップＳ３）。

　上記Ｓ３で、室内温度から第１の設定温度を減算した値が所定温度と同等以上（「室内温度－第１の設定温度≧所定温度」）の場合は、ＹＥＳへ進み圧縮機３を最大周波数Ｆｍａｘ（第１の周波数）で増速制御運転し（ステップＳ４）、室内温度から第１の設定温度を減算した値が所定温度未満（「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」）の場合は、ＮＯへ進み圧縮機３を通常起動へ進み通常制御で運転する（ステップＳ９）。

　以降、空気調和装置は、室内温度から第１の設定温度を減算した値が所定温度未満（「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」）となるまで運転を継続する（ステップＳ５）。

　その後、負荷計算手段１９を使用して圧縮機３の周波数最大未満の周波数（第２の周波数）で運転を行う時間を計算し（ステップＳ６）、前記周波数最大未満の周波数（第２の周波数）で運転する（ステップＳ７）。

　そして、Ｓ８で運転時間が運転時間計算以上（運転時間≧運転時間計算）となった後（ステップＳ８）にＹＥＳへ進み、通常起動へ進み通常制御で運転し（ステップＳ９）、ＲＥＴＵＲＮで終了する（ステップＳ１０）。

　また、上記Ｓ３において「室内温度－第１の設定温度＜所定温度」の場合は、ＮＯへ進み、上記Ｓ９、Ｓ１０を経て運転継続する。その後、先に図５中で説明したＳ３にシフトし、停電復帰サイクルの１サイクルが終了する（ステップＳ１０）。

　実施の形態２では、通常起動時においても、起動時の室内負荷に合わせた運転制御を可能とし、能力過剰による室内温度の不適切な低下・ハンチング現象を抑制することにより短時間で設定温度に到達させることができる。

　実施の形態１では、停電回復に伴う起動の復帰動作を述べ、実施の形態２では、通常起動動作について述べている。以上のように、この発明では、所定の停電からの復帰動作であるか通常起動であるかを問わず、冷却運動の起動時における室内の温度から所望の設定温度に到達させるにあたり、第１の運転モードでの運転と、この運転結果を踏まえた第２の運転モードでの運転とを組み合わせることにより、迅速かつ円滑な温度制御を実現できる。

　この発明の主旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１，２に開示された技術を適宜組み合わせても良いことは言うまでもない。

１　室内機、２　室外機、３　圧縮機、４　熱源側熱交換器、５　膨張弁、６　利用側熱交換器、７　利用側熱交換器前液管温度検出用手段、８　利用側熱交換器出口ガス管温度検出手段、９　室内側送風機、１０　室内吸込空気温度検出手段、１１　室内吹出空気温度検出手段、１２　低圧圧力検出手段、１３　高圧圧力検出手段、１４　圧縮機吐出ガス管温度検出手段、１５　室内機制御手段、１６　検出手段、１７　給停電検出手段、１８　機器制御手段、１９　負荷計算手段、２０　制御決定手段、２１　圧縮機容量制御手段、２２　膨張弁開度制御手段、２３　室内送風機制御手段、２４　運転状態記憶手段、２５　室外側送風機、２６　室外吸込空気温度検出手段、２７　室外機制御手段、２８　室外送風機制御手段、２９　電源、３０　渡り配線、３１　運転時間計測手段、３２　通信手段、３３　ＣＰＵ、３４　不揮発メモリ、１００　空気調和装置

Claims

　制御装置により圧縮機の運転を制御することにより、冷房運転を行なう空気調和装置であって、
　上記制御装置は、
　室内温度が予め定められた第１の設定温度に到達するまで、前記圧縮機を第１の運転モードで運転制御する運転制御手段と、
　上記第１の設定温度に到達するまでの到達時間を計測する運転時間計測手段と、
　前記第１の運転モードにより計測された前記到達時間に基づいて、前記第１の運転モードよりも低能力である第２の運転モードで運転した場合に、室内温度が第２の設定温度に到達するまでに必要な運転期間を計算する演算手段と、
を備え、
　前記演算手段により求めた前記運転期間、前記圧縮機を前記運転制御手段を使用して、前記第２の運転モードにより、前記運転期間運転制御することを特徴とする空気調和装置。
　上記制御装置は、前記圧縮機をインバータ制御しており、
　前記第１の運転モードでは、第１の周波数で前記圧縮機を運転し、前記第２の運転モードでは、第２の周波数で前記圧縮機を運転することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
　上記制御装置は、
　前記圧縮機の運転状態を記憶する記憶手段をさらに、備え、
　前記第２の運転モード期間が終了すると、前記圧縮機を前記記憶手段内に記憶された停電直前の運転状態に戻すことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の空気調和装置。
　前記圧縮機への電力の給電状態を検出する検出手段を備え、
この検出手段による検出結果に基づき、上記制御装置による制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
　上記制御装置による制御期間は、
　前記圧縮機が前記第１の運転モードを実行すると同時に、室内温度が上記第１の設定温度に到達するまでの間、前記運転時間計測手段を使用して、この室内温度の前記到達時間を計測する第１の期間と、
　前記到達時間に基づき、前記演算手段を使用して、上記第２の運転期間に必要な運転期間を計算する第２の期間と、
　前記第２の運転モードで、前記運転制御手段が前記圧縮機を前記運転期間制御する第３の期間と、
を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和装置。
　前記第３の期間は、前記第１の期間よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の空気調和装置。
　制御装置により圧縮機の運転を制御することにより、冷房運転を行なう空気調和装置であって、
　上記制御装置は、
　室内温度が予め定められた第１の設定温度に到達するまで、前記圧縮機を第１の運転モードで運転制御する運転制御手段と、
　上記第１の設定温度に到達するまでの前記第１の運転モードでの到達時間に基づき、負荷特性を算出する負荷特性算出手段と、
　前記負荷特性算出手段により算出された前記負荷特性に基づいて、前記第１の運転モードよりも低能力である第２の運転モードで運転した場合に、室内温度が第２の設定温度に到達するまでに必要な運転期間を計算する演算手段と、
を備え、
　前記演算手段により求めた前記運転期間、前記圧縮機を前記運転制御手段を使用して、前記第２の運転モードにより、前記運転期間運転制御することを特徴とする空気調和装置。