WO2018033955A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置は、圧縮機と、外気温度を検知する外気温度検知器とを有する室外機と、外気温度に応じて拘束通電する室外制御装置と、前記室外制御装置に給電ＯＮ信号を送信する室内制御装置と、を備え、前記圧縮機の運転停止時において、前記室外制御装置は、一定時間毎に前記外気温度検知器が検知した外気温度を記憶する記憶部を有し、前記室内制御装置から給電ＯＮ信号を受信したら、前記室外機への給電をＯＮし、現在の外気温度と記憶部に記憶された外気温度とに応じて前記圧縮機の加熱が必要か否かを判定する加熱要否判定を行い、前記圧縮機の加熱が必要であると判定した場合、拘束通電を行い、前記圧縮機の加熱が必要でないと判定した場合、前記室外機への給電を停止するものである。

Description

空気調和装置

　本発明は、圧縮機の運転停止時の消費電力を低減することができる空気調和装置に関するものである。

　従来、空気調和装置の室外機に備えられた圧縮機は、外気温度が氷点下など低温時には、圧縮機内部に滞留する冷媒が凝縮して液化し、圧縮機の潤滑油中に液化した冷媒が多量に溶け込む、いわゆる冷媒寝込みが発生するという問題がある。

　また、空気調和装置で暖房運転を開始すると、圧縮機は直ちに起動して冷媒の圧縮を開始するが、起動時点では圧縮機の温度が外気温度に近い温度となっており、圧縮機の温度が十分に上昇するまでは圧縮機から吐出される冷媒の温度が上昇しない。冷媒の温度上昇に時間がかかると、室内熱交換器の温度上昇も時間がかかるため、室内温度が所定の温度まで上昇するのに時間がかかり、急速暖房が行えないという問題がある。

　上記の問題を解決する方法、つまり、急速暖房を実現し、また、低外気温時の圧縮機内部での冷媒寝込みを抑制する方法として、圧縮機にヒータを設け、圧縮機の運転停止中は常にヒータに通電を行なって圧縮機を加熱することが考えられる。しかし、この方法のように、圧縮機の運転停止中は常にヒータに通電を行なって圧縮機を加熱すると、ヒータでの消費電力が増大し、圧縮機の運転停止時の消費電力、いわゆる待機電力が増大するという問題がある。

　そこで、圧縮機内部での冷媒寝込みを防止しつつ、制御装置での消費電力を低減することで、待機電力を低減することができる空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１では、検出モード時に、圧縮機の温度を取り込み、取り込んだ圧縮機の温度を用いて圧縮機が停止している時の圧縮機の温度の変化率を算出し、その算出結果に応じて検出モードより消費電力の少ないスリープモードで動作させる期間を異ならせる。そして、検出モード時に取り込んだ圧縮機の温度に応じて、加熱手段への通電を行う。したがって、加熱手段による圧縮機の加熱を適切に行うことで圧縮機内部での冷媒寝込みを抑制しつつ、制御装置における消費電力を低減することができる。

特開２０１３－２０４９７９号公報

　特許文献１では、圧縮機が停止している時の圧縮機の温度の変化率に応じて、検出モードより消費電力の少ないスリープモードの時間を長くし、消費電力を低減している。しかし、スリープモードでも室外機には給電しており、その分電力を消費してしまっているという課題があった。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、省エネ性能を向上させた空気調和装置を提供することを目的としている。

　本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、外気温度を検知する外気温度検知器とを有する室外機と、外気温度に応じて拘束通電する室外制御装置と、前記室外制御装置に給電ＯＮ信号を送信する室内制御装置と、を備え、前記圧縮機の運転停止時において、前記室外制御装置は、一定時間毎に前記外気温度検知器が検知した外気温度を記憶する記憶部を有し、前記室内制御装置から給電ＯＮ信号を受信したら、前記室外機への給電をＯＮし、現在の外気温度と記憶部に記憶された外気温度とに応じて前記圧縮機の加熱が必要か否かを判定する加熱要否判定を行い、前記圧縮機の加熱が必要であると判定した場合、拘束通電を行い、前記圧縮機の加熱が必要でないと判定した場合、前記室外機への給電を停止するものである。

　本発明に係る空気調和装置によれば、室外制御装置は、室外機が給電ＯＦＦ時に、室内制御装置から給電ＯＮ信号を受信した場合、室外機への給電をＯＮし、圧縮機の加熱の要否を判断し、圧縮機の加熱が必要でないと判定した場合、室外機への給電をＯＦＦする。そのため、室内制御装置から給電ＯＮ信号を受信するまで室外機への給電をＯＦＦにすることができ、省エネ性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の圧縮機の運転停止時の拘束通電および室外機給電のタイミングを示す第一の図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の圧縮機の運転停止時の拘束通電および室外機給電のタイミングを示す第二の図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の圧縮機の運転停止時の室外制御装置側の圧縮機加熱制御の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の圧縮機の運転停止時の室内制御装置側の圧縮機加熱制御の処理の流れを示すフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の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。

　実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の冷媒回路図である。
　図１に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、室内機１と室外機２とを備えている。
　室内機１は、室内熱交換器５を備えており、室外機２から供給される温熱または冷熱によって、室内などの空調対象空間を冷房または暖房する機能を有している。
　室内熱交換器５は、冷房運転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器または放熱器として機能し、冷媒と空気との間で熱交換を行なうものである。

　室外機２は、圧縮機３と、流路切替弁４と、絞り装置６と、室外熱交換器７と、外気温度検知器８とを備えており、室内機１に温熱または冷熱を供給する機能を有している。
　圧縮機３は、吸入した冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。流路切替弁４は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替えるものである。なお、流路切替弁４は、四方弁である場合について例示しているが、二方弁または三方弁などを組み合わせることによって構成されてもよい。

　絞り装置６は、減圧弁または膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。室外熱交換器７は、冷房運転時には凝縮器または放熱器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能し、送風機（図示せず）から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。外気温度検知器８は、例えばサーミスタ、赤外線温度センサなどであり、外気温度を検知するものである。

　また、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、圧縮機３、流路切替弁４、室内熱交換器５、絞り装置６、および、室外熱交換器７、が順次配管で接続されて、冷媒が循環する冷媒回路を有している。空気調和装置１００は、この冷媒回路に冷媒を循環させることによって、冷房運転または暖房運転することができるようになっている。

　また、室内機１は、室内制御装置１０を備えており、室外機２は、室外制御装置２０を備えている。
　室内制御装置１０および室外制御装置２０は、例えば、専用のハードウェア、またはメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）で構成される。

　図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の機能ブロック図である。
　図２に示すように、室内制御装置１０は、室外制御装置２０と通信を行う室内通信部１１と、時間を計測する室内計測部１２とを備えている。

　室外制御装置２０は、室内制御装置１０と通信を行う室外通信部２１と、室外機２への給電をＯＮまたはＯＦＦする電源管理部２２と、外気温度検知器８が検知した外気温度の信号を取得する測定部２３と、を備えている。また、測定部２３が取得した外気温度を記憶する記憶部２４と、測定部２３が取得した現在の外気温度と、記憶部２４に記憶されている過去の外気温度とから、予測される一定時間経過後の外気温度（以下、予測外気温度と称する）を演算する演算部２５と、を備えている。さらに、演算部２５が演算した予測外気温度が、測定部２３が取得した現在の外気温度よりも大きいか否かを判定する判定部２６と、判定部２６が、予測外気温度が現在の外気温度よりも大きいと判定した場合、拘束通電を行う駆動部２７と、時間を計測する室外計測部２８と、を備えている。なお、拘束通電とは、圧縮機３に通電して電気的に圧縮機３を加熱することである。

　室外制御装置２０は、室外機２の他の構成とは別電源系統を有しており、室外機２の給電をＯＦＦしても室内制御装置１０と通信を行うことができるようになっている。
　なお、本実施の形態では、室外制御装置２０を室外機２が備えている構成としたが、それに限定されず、室外制御装置２０を室外機２と別体の構成としてもよい。

　次に、本実施の形態に係る空気調和装置１００の動作について、図１を用いて説明する。
　冷房運転時は、流路切替弁４が冷房運転側に、つまり図１の実線のように圧縮機３の吐出側と室外熱交換器７とが接続されるように切り替えられる。
　圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替弁４を通り、室外熱交換器７において送風機（図示せず）によって送風される室外空気と熱交換されて凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、絞り装置６によって低圧まで減圧された後、室内熱交換器５において室内空気と熱交換されて蒸発ガス化する。そして、ガス状態となった冷媒は、流路切替弁４を通って圧縮機３に吸入される。

　暖房運転時は、流路切替弁４が暖房運転側に、つまり図１の破線のように圧縮機３の吸入側と室外熱交換器７とが接続されるように切り替えられる。
　圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替弁４を通り、室内熱交換器５において室内空気と熱交換されて凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、絞り装置６によって低圧まで減圧される。減圧された冷媒は、室外熱交換器７において送風機（図示せず）によって送風される室外空気と熱交換されて蒸発ガス化する。そして、ガス状態となった冷媒は、流路切替弁４を通って圧縮機３に吸入される。

　図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の圧縮機３の運転停止時の拘束通電および室外機給電のタイミングを示す第一の図であり、図４は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の圧縮機３の運転停止時の拘束通電および室外機給電のタイミングを示す第二の図である。

　本実施の形態に係る空気調和装置１００は、圧縮機３の運転停止時において圧縮機３内部での冷媒寝込みを抑制するため、外気温度に応じて拘束通電を行う。具体的には、外気温度が上昇傾向にあり、外気温度の上昇が予測される場合は拘束通電を行い、それ以外の場合は拘束通電を行わない。

　本実施の形態に係る空気調和装置１００は、以下に説明する加熱要否判定により拘束通電を行うか否かを判定する。
　図３に示すように、空気調和装置１００は、一定時間（本実施の形態ではＮ分とする）毎に外気温度を取得し、その都度記憶部２４に記憶する。そして、現在の外気温度と過去の外気温度、例えばＮ分前および２Ｎ分前の外気温度とから、近似式によりＮ分後の外気温度を予測外気温度として算出する。そして、その算出した予測外気温度が現在の外気温度よりも大きければ外気温度が上昇傾向にあると予測し、拘束通電をＯＮする。一方、算出した予測外気温度が現在の外気温度よりも大きくなければ外気温度が上昇傾向にないと予測し、拘束通電を行わない。

　また、図４に示すように、空気調和装置１００は、拘束通電を行わないとした場合、室外機２の給電をＯＦＦする。その後、室内機１は、室外機２が給電をＯＦＦしてからの時間を計測し、加熱要否判定を行うタイミング毎、つまりＮ分毎に室外機２へ給電ＯＮ信号を送信し、室外機２の給電をＯＮする。そして、室外機２の給電がＯＮされる毎に、室外機２は、加熱要否判定を行う。つまり、室外機２は、Ｎ分毎に加熱要否判定を繰り返し行う。

　このように、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、拘束通電を行わない期間は室外機２の給電をＯＦＦすることができるため、省エネ性能を向上させることができる。

　図５は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の圧縮機３の運転停止時の室外制御装置２０側の圧縮機加熱制御の処理の流れを示すフローチャートであり、図６は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の圧縮機３の運転停止時の室内制御装置１０側の圧縮機加熱制御の処理の流れを示すフローチャートである。

　次に、本実施の形態に係る空気調和装置１００の圧縮機３の運転停止時の圧縮機加熱制御の処理について、図５および図６を用いて説明する。
　図５に示すように、室外制御装置２０の測定部２３は、外気温度検知器８が検知した外気温度の信号を取得する（ステップＳ１０１）。なお、測定部２３が取得した外気温度は、記憶部２４に記憶される。また、測定部２３が外気温度の信号を取得する処理は一定時間毎に行われ、取得した外気温度は、その都度記憶部２４に記憶される。

　ステップＳ１０１の後、演算部２５は、測定部２３が取得した現在の外気温度と、記憶部２４に記憶されている過去の外気温度とから、近似式により一定時間後の外気温度を予測外気温度として算出する（ステップＳ１０２）。
　ステップＳ１０２の後、判定部２６は、演算部２５が算出した予測外気温度が現在の外気温度よりも大きいか否かを判定する加熱要否判定を行う（ステップＳ１０３）。

　判定部２６が、予測外気温度が現在の外気温度よりも大きいと判定した場合、つまり外気温度が上昇傾向にあると予測した場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、室外計測部２８は、時間の計測を開始し（ステップＳ１０８）、駆動部２７は、拘束通電をＯＮする（ステップＳ１０９）。

　ステップＳ１０９の後、室外計測部２８の計測時間が一定時間経過した場合、つまり拘束通電ＯＮ時間が一定時間経過した場合（ステップＳ１１０のＹｅｓ）、ステップＳ１０１へ戻り、測定部２３は、再び外気温度検知器８が検知した外気温度の信号を取得する（ステップＳ１０１）。

　一方、判定部２６が、予測外気温度が現在の外気温度よりも大きくないと判定した場合、つまり、外気温度が上昇傾向にないと予測した場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、室外通信部２１は、室内制御装置１０の室内通信部１１に給電ＯＦＦ信号を送信し（ステップＳ１０４）、電源管理部２２は、室外機２への給電をＯＦＦする（ステップＳ１０５）。このとき、駆動部２７は、拘束通電をＯＮしていたらＯＦＦする。

　図６に示すように、室内通信部１１は、室外通信部２１から給電ＯＦＦ信号を受信した場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ）、室内計測部１２は、時間の計測を開始する（ステップＳ２０２）。
　ステップＳ２０２の後、室内計測部１２の計測時間が一定時間経過した場合、つまり室外機２への給電がＯＦＦされてから一定時間経過した場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）、室内通信部１１は、室外制御装置２０の室外通信部２１に給電ＯＮ信号を送信し（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０１へ戻る。

　図５に示すように、ステップＳ１０５の後、室外通信部２１は、室内通信部１１から給電ＯＮ信号を受信した場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、電源管理部２２は、室外機２への給電をＯＮし（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１へ戻り、測定部２３は、再び外気温度検知器８が検知した外気温度の信号を取得する（ステップＳ１０１）。

　以上、本実施の形態に係る空気調和装置１００によれば、圧縮機３の運転停止時において、室外制御装置２０は、現在の外気温度を取得し、現在の外気温度と記憶部２４に記憶されている過去の外気温度とから、未来の外気温度である予測外気温度を算出する。そして、予測外気温度が現在の外気温度よりも大きい、つまり外気温度が上昇傾向にあると予測した場合、室外制御装置２０は、時間の計測を開始し、拘束通電をＯＮする。一方、予測外気温度が現在の外気温度よりも大きくない、つまり外気温度が上昇傾向にないと予測した場合、室外制御装置２０は、室内制御装置１０へ給電ＯＦＦ信号を送信して、室外機２への給電をＯＦＦする。室内制御装置１０は、室外制御装置２０から給電ＯＦＦ信号を受信した場合は時間の計測を開始し、計測時間が一定時間経過した場合は室外制御装置２０へ給電ＯＮ信号を送信する。室外制御装置２０は、室外制御装置２０から給電ＯＮ信号を受信した場合は室外機２への給電をＯＮして、再び現在の外気温度を取得する。

　このように、室外制御装置２０は、圧縮機３の加熱を行わない期間は、室外機２への給電をＯＦＦし、室外機２が給電ＯＦＦ時に、室内制御装置１０から給電ＯＮ信号を受信した場合は室外機２への給電をＯＮし、圧縮機３の加熱の要否を判断し、圧縮機３の加熱が必要でないと判定した場合、室外機２への給電をＯＦＦする。そのため、室内制御装置１０から給電ＯＮ信号を受信するまで室外機への給電をＯＦＦにすることができ、省エネ性能を向上させることができる。

　１　室内機、２　室外機、３　圧縮機、４　流路切替弁、５　室内熱交換器、６　絞り装置、７　室外熱交換器、８　外気温度検知器、１０　室内制御装置、１１　室内通信部、１２　室内計測部、２０　室外制御装置、２１　室外通信部、２２　電源管理部、２３　測定部、２４　記憶部、２５　演算部、２６　判定部、２７　駆動部、２８　室外計測部、１００　空気調和装置。

Claims (4)

1. 　圧縮機と、外気温度を検知する外気温度検知器とを有する室外機と、
   　外気温度に応じて拘束通電する室外制御装置と、
   　前記室外制御装置に給電ＯＮ信号を送信する室内制御装置と、を備え、
   　前記圧縮機の運転停止時において、
   　前記室外制御装置は、
   　一定時間毎に前記外気温度検知器が検知した外気温度を記憶する記憶部を有し、
   　前記室内制御装置から給電ＯＮ信号を受信したら、前記室外機への給電をＯＮし、現在の外気温度と記憶部に記憶された外気温度とに応じて前記圧縮機の加熱が必要か否かを判定する加熱要否判定を行い、
   　前記圧縮機の加熱が必要であると判定した場合、拘束通電を行い、前記圧縮機の加熱が必要でないと判定した場合、前記室外機への給電を停止するものである
   　空気調和装置。
2. 　前記室内制御装置は、
   　前記室外制御装置が前記室外機への給電をＯＦＦ時に送信する給電ＯＦＦ信号を受信したら時間の計測を開始し、計測時間が一定時間経過した後に前記室外制御装置に給電ＯＮ信号を送信するものである
   　請求項１に記載の空気調和装置。
3. 　前記室外制御装置は、
   　前記室内制御装置から給電ＯＮ信号を受信する通信部と、
   　前記通信部が給電ＯＮ信号を受信したら前記室外機への給電をＯＮする電源管理部と、
   　前記外気温度検知器が検知した外気温度の信号を取得する測定部と、
   　前記測定部が取得した外気温度を記憶する前記記憶部と、
   　前記測定部が取得した外気温度と前記記憶部に記憶されている過去の外気温度とから一定時間経過後の予測外気温度を演算する演算部と、
   　前記予測外気温度が、前記測定部が取得した外気温度よりも大きいか否かを判定する前記加熱要否判定を行う判定部と、
   　前記判定部が、前記予測外気温度が前記測定部が取得した外気温度よりも大きいと判定した場合、拘束通電をＯＮする駆動部と、を備え、
   　前記電源管理部は、前記判定部が、前記予測外気温度が前記測定部が取得した外気温度以下であると判定した場合、前記室外機への給電をＯＦＦするものである
   　請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 　前記室外制御装置は、
   　拘束通電をＯＮ時に時間の計測を開始し、計測時間が一定時間経過した後に前記加熱要否判定を行うものである
   　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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