(57)【要約】【課題】圧縮機を無駄に温めることなく、冷媒の寝込み現象の発生を抑制すること。【解決手段】室外機は、冷媒と外気の間で熱交換するための熱交換器と、冷媒を圧縮するための圧縮機と、該圧縮機を加熱するための加熱器と、外気温度を検出するための外気温度検出器と、制御装置とを備える。制御装置は、圧縮機の運転が停止した場合に、外気温度検出器で検出した外気温度に基づいて、加熱器を用いた加熱制御を多段階で切り換えるようになっている。外気温度Ｔａが第１外気温度αより大きい場合はヒータ制御Ａを実行する。外気温度Ｔａが第２外気温度β以上であり第１外気温度α以下の場合、ヒータ制御Ｂを実行する。外気温度Ｔａがβ未満の場合、ヒータ制御Ｃを実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内機と室外機を配管を介して接続し、冷媒を循環させる空気調和機において、
前記室外機は、
冷媒と外気の間で熱交換するための熱交換器と、前記冷媒を圧縮するための圧縮機と、該圧縮機を加熱するための加熱器と、外気温度を検出するための外気温度検出器と、制御装置とを備えており、
前記制御装置は、前記圧縮機の運転が停止した場合に、前記外気温度検出器で検出した外気温度に基づいて、前記加熱器を用いた加熱制御を多段階で切り換えることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記加熱制御として、それぞれ異なる目標温度に設定される複数の所定の加熱制御を有しており、
前記複数の所定の加熱制御の中には、前記加熱器の発熱量を調整可能な制御が少なくとも一つ含まれている、
請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記複数の所定の加熱制御の中には、前記加熱器に連続的に通電して加熱する連続通電動作と、前記加熱器に通電する電流値を制御周期毎に所定時間だけオンする時間比例式動作とが含まれている、
請求項２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記複数の所定の加熱制御として、第１制御、第２制御および第３制御が予め用意されており、
前記制御装置は、
前記外気温度検出器で検出した外気温度が予め設定される所定の第１外気温度よりも高い場合に、前記第１制御を実行し、
前記外気温度検出器で検出した外気温度が前記第１外気温度以下であって、かつ、予め設定される所定の第２外気温度（第２外気温度＜第１外気温度）以上である場合に、前記第２制御を実行し、
前記外気温度検出器で検出した外気温度が前記第２外気温度未満である場合に、前記第３制御を実行する、
請求項３に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記第２制御は前記時間比例動作を実行し、前記第１制御および前記第３制御は前記連続通電動作を実行する、
請求項４に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の運転停止後に、冷媒が温度の低下した圧縮機のケーシング内に集まって凝縮し、ケーシング内の冷凍機油に溶け込んでしまう現象（いわゆる冷媒の寝込み現象）が知られている。冷媒の寝込み現象が発生すると、圧縮機の再起動時に冷凍機油の圧力が上昇するため、冷凍機油に溶け込んでいた冷媒が蒸発して、激しい発泡現象（フォーミング）が生じる。冷凍機油内に発泡現象が生じると、泡の量に応じて冷凍機油の粘度が低下するため、圧縮機各部に潤滑不足などが生じ、圧縮機が損傷する可能性がある。
【０００３】
そこで、一つの従来技術（特許文献１）では、圧縮機停止中に、外気温度が、圧縮機に冷媒が寝込む可能性がある第１の設定温度以下であり、かつ、放熱器温度検出器により検出される放熱器温度が、インバータが駆動していないと想定できる第２の設定温度以下である場合に、圧縮機駆動用モータの巻線に拘束通電を行う。これにより、この従来技術では、圧縮機の温度を冷媒の寝込み現象が生じない程度に維持している。
【０００４】
他の従来技術（特許文献２）では、圧縮機を停止し室外機制御部がスリープ状態である時に、空気調和機が急速暖房運転モードに設定されている場合は、圧縮機の温度が第１の圧縮機温度以下となると、室外機制御部のスリープ状態が解除されて圧縮機予熱モードで制御を行う。これにより、他の従来技術では、待機電力を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９２０１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３７１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、ヒータに常時通電するため、必要以上に圧縮機を加熱してしまう可能性があり、消費電力が大きくなる。また、圧縮機の熱容量は種々相違するため、圧縮機の熱容量に適したヒータを用いないと、圧縮機を適切に加熱することができず、電力を無駄に消費する。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、圧縮機の運転停止後に、圧縮機の温度を適切に制御できるようにした空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明に係る空気調和機は、室内機と室外機を配管を介して接続し、冷媒を循環させる空気調和機において、室外機は、冷媒と外気の間で熱交換するための熱交換器と、冷媒を圧縮するための圧縮機と、該圧縮機を加熱するための加熱器と、外気温度を検出するための外気温度検出器と、制御装置とを備えており、制御装置は、圧縮機の運転が停止した場合に、外気温度検出器で検出した外気温度に基づいて、加熱器を用いた加熱制御を多段階で切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外気温度に基づいて、加熱器を用いた加熱制御を多段階で切り換えることができるため、無駄な加熱が行われるのを抑制して、電力消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】空気調和機の構成図である。
【図２】圧縮機のクランクケースを加熱する制御を示すフローチャートである。
【図３】ヒータのオンオフ判定を実施するための状態遷移図である。
【図４】外気温度と圧縮機温度の関係を示すグラフである。
【図５】ヒータを時間比例式動作でオンオフさせることで圧縮機の温度を維持する様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、以下に詳述するように、圧縮機を無駄に加熱しないようにヒータを制御する。
【００１２】
ここで、本発明の発明者等は、圧縮機を長時間停止させた状態から圧縮機を起動させた場合、圧縮機下スーパーヒート（冷凍機油温度と飽和蒸気温度の温度差）を１０ｄｅｇ以上確保していれば、冷媒の寝込み現象が生じないことを、種々の外気温度条件の下で実験し、確認した。
【００１３】
従って、本実施形態では、後述のように、外気温度によってヒータ制御を切りわけ、かつ、クランクケースを加熱するためのヒータをオンオフ制御する。これにより、本実施形態では、より少ない消費電力で、冷媒の寝込み現象の発生を効果的に抑制できる。
【００１４】
また、本実施形態では、空気調和機において使用されている外気温度を検出するためのサーミスタと圧縮機の温度を検出するためのサーミスタとを使用することで、ヒータに通電する時間（オン時間）を削減することができる。ヒータの通電時間をオンオフする比率を圧縮機の熱容量などに応じて適宜設定することで、種々の熱容量の圧縮機に対応することができる。
【００１５】
なお、ヒータの通電時間を時間比例式動作で制御する方法に代えて、複数の独立した電熱線からヒータを構成し、所定数の電熱線のみ通電する方法を用いても良い。通電する電熱線の数を増減することでヒータの発熱量を調節することができる。さらに、複数の電熱線のうち使用する電熱線の本数を調整する構成と、使用する電熱線への通電時間を時間比例式動作で調整する構成とを組み合わせてもよい。
【実施例１】
【００１６】
図１〜図５を用いて第１実施例を説明する。
図１は、本実施例による空気調和機の冷凍サイクルの構成例である。空気調和機は、室外機１と室内機２を備え、室外機１と室内機２は現地冷媒配管３，４を介して接続されている。
【００１７】
室外機１は、制御装置１０と、圧縮機１１と、室外機熱交換器１２と、室外機膨張弁１３と、四方弁１４と、アキュムレータ１５と、他のアキュムレータ１６と、圧縮機温度センサ１７と、外気温度センサ１８と、クランクケースヒータ１９とを備える。室内機２は、室内機熱交換器２１と、室内機膨張弁２２を備える。
【００１８】
制御装置１０は、例えばマイクロプロセッサおよびメモリなどを備えたコンピュータ装置として構成されており、予め記憶したコンピュータプログラムに従って室外機１の動作を制御する。後述するヒータ制御も制御装置１０が実行する。
【００１９】
圧縮機１１は、冷媒を圧縮して配管に吐出する。室外機熱交換器１２は、冷媒と外気の間で熱交換させる。四方弁１４を切り替えることで、冷媒の流れが変化し、冷房運転と暖房運転が切り替わる。冷房運転時には、室外機熱交換器１２は凝縮器となり、室内機熱交換器２１は蒸発器となる。暖房運転時には、室外機熱交換器１２は蒸発器となり、室内機熱交換器２１は凝縮器となる。アキュムレータ１５，１６は、気液混合状態の冷媒から液状の冷媒を貯留し、ガス状の冷媒を圧縮機１１に送り出す。
【００２０】
圧縮機温度センサ１７は、圧縮機１１の温度を検出するためのセンサであり、例えばサーミスタなどの温度検出素子を含んで構成される。圧縮機温度センサ１７は、圧縮機１１の上部（例えば頂部）に取り付けられており、圧縮機１１の温度を示す電気信号を制御装置１０に出力する。
【００２１】
外気温度センサ１８は、外気温度を検出するためのセンサであり、「外気温度検出器」の一例である。外気温度センサ１８は、例えばサーミスタなどの温度検出素子を含んで構成され、外気温度を示す電気信号を制御装置１０に出力する。
【００２２】
圧縮機１１は、図示せぬ圧縮機本体と、圧縮機本体を収容する密閉容器としてのクランクケース１１Ａを備える。冷凍機油が不足して潤滑不足にならないよう、クランクケース１１Ａの下側には、冷凍機油を常に溜めておく。圧縮機本体はポンプ機能を備えており、クランクケース１１Ａに溜まった冷凍機油を吸引して所定の各部に供給する。所定の各部を潤滑した冷凍機油は、再びクランクケース１１Ａの下側に溜まる。このように空気調和機の運転時（圧縮機１１の運転時）には、冷凍機油は圧縮機１１内を循環している。
【００２３】
空気調和機が運転停止した場合（圧縮機１１の運転が停止した場合）、冷凍機油は圧縮機１１の下側に溜まっている。圧縮機１１の運転停止に伴う温度低下および圧力低下により、冷媒が圧縮機１１に集まってくると、クランクケース１１Ａの下側に貯留された冷凍機油に冷媒が溶け込むという、冷媒の寝込み現象が生じるおそれがある。そこで、圧縮機１１の下側には、冷凍機油を温めて冷媒が溶け込まないようにするためのクランクケースヒータ（以下、ヒータ）１９が設けられている。
【００２４】
ヒータ１９は「加熱器」の一例であり、例えばニクロム線などの電熱線を１本または複数本含んで構成される。ヒータ１９は、制御装置１０によって通電を制御される。通常の場合、冷房時期および暖房時期では空気調和機の元電源は常に入っている。従来技術では、空気調和機の元電源が入っている間中、ヒータ１９に通電して圧縮機１１を加熱するため、運転停止後でも電力を消費しており、エネルギを無駄にしている。このエネルギの無駄をできるだけ省くべく、本実施例では後述のように、ヒータ１９の制御を外気温度に応じて多段階で切り替える。
【００２５】
図２は、圧縮機１１の運転停止後に、ヒータ１９を用いた加熱制御を外気温度に基づいて切り替えるための処理を示すフローチャートである。本処理は制御装置１０により実行される。本実施例では、３つの異なる制御Ａ〜Ｃを切り替える場合を説明するが、これに限らず、４つ以上の異なる制御を切り替える構成でもよい。
【００２６】
制御装置１０は、圧縮機１１の動作が停止したことを検出すると、外気温度センサ１８からの信号に基づいて外気温度Ｔａを検出する（Ｓ１）。制御装置１０は、外気温度Ｔａが予め設定されている所定の第１外気温度αよりも大きいか判定する（Ｓ２）。
【００２７】
外気温度Ｔａが第１外気温度αよりも大きいと判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御装置１０は、後述する「第１制御」としてのヒータ制御Ａを実行する（Ｓ３）。
【００２８】
外気温度Ｔａが第１外気温度α以下であると判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御装置１０は、外気温度Ｔａが第１外気温度α以下であって、かつ、予め設定される所定の第２外気温度β（β＜α）以上であるか判定する（Ｓ４）。外気温度Ｔａが第１外気温度α以下であり、かつ、第２外気温度β以上であると判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御装置１０は、後述する「第２制御」としてのヒータ制御Ｂを実行する。
【００２９】
外気温度Ｔａが第２外気温度β未満であると判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）、制御装置１０は、後述する「第３制御」としてのヒータ制御Ｃを実行する。
【００３０】
圧縮機１１が停止した状態では、定期的に周期的に図２に示す処理を繰り返すことにより、最適なヒータ制御を選択して移行することができる。
【００３１】
第１外気温度αおよび第２外気温度βは、圧縮機１１の熱容量毎に異なるが、一例として、第１外気温度αは１０℃程度に、第２外気温度βは０℃程度に、設定してもよい。また、圧縮機１１の熱容量が同じ場合であっても、例えば空気調和機の使用環境などに応じて、第１外気温度αおよび第２外気温度βの値を適宜変更可能な構成としてもよい。
【００３２】
図３は、各ヒータ制御の状態遷移図である。図３の状態遷移図を用いてヒータ制御Ａ、Ｂ、Ｃを説明する。
【００３３】
図３（ａ）に示すヒータ制御Ａは、上述の通り、外気温度Ｔａが第１外気温度αを超える場合に選択される。制御装置１０は、圧縮機温度センサ１７の検出する圧縮機温度Ｔｄが所定の下限温度（Ｔａ＋Ｔ１）以下まで低下すると、ヒータ１９に通電してヒータ１９を発熱させる。本実施例では、ヒータ１９に通電することをヒータオンと、ヒータ１９への通電を停止することをヒータオフと呼ぶ。ここで、温度Ｔ１は、例えば２５℃程度に設定してもよい。
【００３４】
そして、制御装置１０は、圧縮機温度Ｔｄが所定の上限温度（Ｔａ＋Ｔ２）まで上昇した場合、ヒータ１９をオフさせる。ここで、温度Ｔ２は、例えば３０℃程度に設定してもよい。ヒータ１９に通電するときの温度（ヒータオン温度（＝Ｔａ＋Ｔ１））とヒータ１９への通電を停止するときの温度（ヒータオフ温度（Ｔａ＋Ｔ２））とを違えるのは、ヒータオンとヒータオフとが頻繁に切り替わる現象（チャタリング現象）の発生を抑制するためである。チャタリング現象が生じると、通電を制御するスイッチング素子などの寿命が短くなるおそれがあるためである。ヒステリシスの大きさは適宜変更可能である。
【００３５】
図３（ｂ）に示すヒータ制御Ｂは、外気温度Ｔａが第１外気温度α以下であって、かつ、第２外気温度β（β＜α）以上である場合に選択される。制御装置１０は、圧縮機温度センサ１７の検出する圧縮機温度Ｔｄが所定の下限温度（Ｔａ＋Ｔ２）以下まで低下すると、ヒータ１９に通電する。そして、制御装置１０は、圧縮機温度Ｔｄが所定の上限温度（Ｔａ＋Ｔ３）まで上昇した場合、ヒータ１９への通電を停止する。ここで、温度Ｔ３は、例えば３５℃程度に設定してもよい（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）。
【００３６】
即ち外気温度Ｔａがβ℃以上α℃以下の場合は、ヒータ制御Ａの条件成立時よりも温度が低いため、冷媒が冷凍機油に寝込み易くなる。従って、ヒータ１９をオンさせるための外気温度条件をヒータ制御Ａの場合よりも厳しくする必要がある。そこで、上述のように、圧縮機温度Ｔｄが外気温度（Ｔａ＋Ｔ３）以下まで低下した場合に、ヒータ１９をオンさせ、Ｔａ＋３５℃までＴｄが上昇したらヒータ１９をオフさせる。
【００３７】
ここで、ヒータ制御Ｂにおいては、ヒータ１９のオン時間（通電時間）をできるだけ短くするために、ヒータ１９に通電する電流値を制御周期毎に所定時間だけオンする時間比例式動作を実行する。つまり、制御装置１０は、所定の制御周期ごとに、圧縮機温度Ｔｄの目標温度と現在温度との偏差に応じた比率で通電時間を間欠させる。例えば、制御周期を１０秒とした場合、６秒だけ通電し、残りの４秒は通電しない。このようにヒータ１９を時間比例式動作で間欠運転すれば、圧縮機起動時の圧縮機下スーパーヒートを１０ｄｅｇ程度確保することができる。
【００３８】
間欠運転時のオンオフ時間の最適値は、圧縮機１１の熱容量によって異なる。従って、例えば、制御装置１０のメモリ１０１に複数種類のオンオフ時間を定数Ｃとして予め記憶しておき、圧縮機１１の機種に応じて使用する構成としてもよい。
【００３９】
図３（ｃ）に示すヒータ制御Ｃは、上述の通り、外気温度Ｔａが第２外気温度β未満の場合に選択される。外気温度Ｔａがβよりも低い場合は、常時ヒータ１９をオンさせて圧縮機１１を温めていないと、圧縮機下スーパーヒートが低下してしまう。そこで、制御装置１０は、圧縮機温度Ｔｄが下限温度Ｔ４（例えば７５℃程度）以下まで低下した場合にヒータ１９をオンさせ、圧縮機温度Ｔｄが上限温度Ｔ５（例えば８０℃程度）まで上昇した場合にヒータ１９をオフする。
【００４０】
図４は、本実施例によって削減可能な消費電力量を模式的に示すグラフである。従来技術では、外気温度に関わらず、圧縮機サ−ミスタ温度がＴ５以下の場合は常にヒータ１９をオンにした。
【００４１】
これに対し、本実施例では、ヒータ制御Ｃでは従来と同様にヒータ１９をオンさせるが、ヒータ制御Ｂでは、ヒータ１９を間欠的にオンオフさせる。さらにヒータ制御Ａでは、その目標設定温度をより低い値にしている。従って、本実施例では、図４中の斜線で示す部分でヒータ１９をオフにできるため、その分だけ電力消費を少なくできる。
【００４２】
図５は、ヒータ制御Ｂでのヒータ１９のオンオフ間欠運転を説明する図である。各グラフの横軸は時間を示す。縦軸は、図５の上側から順番に、圧縮機下スーパーヒート、ヒータのオンオフ状態、圧縮機温度Ｔｄを示す。
【００４３】
図５の下側に示すグラフによれば、外気温度Ｔａが第２外気温度β以上第１外気温度α以下のときに圧縮機１１が停止すると、圧縮機温度Ｔｄは停止時のＸ１℃から徐々に低下し、外気温度Ｔａ＋３０℃まで低下するとヒータオン条件が成立する。
【００４４】
図５中のＴＯＮはヒータオン時間を、ＴＯＦＦはヒータオフ時間を示す。ヒータオン条件が成立してからヒータオフ条件が成立するまで、制御装置１０は、ヒータ１９のオンオフを繰り返す。ＴＯＮ、ＴＯＦＦは、圧縮機１１の熱容量などに応じて任意に変更される数値である。なお、ヒータ１９のオンオフ時間を短くし過ぎるとリレーの接点寿命を超えてしまう可能性があるため、圧縮機温度Ｔｄが一定に保たれる間隔に設定することが必要である。
【００４５】
このように構成される本実施例によれば、圧縮機温度Ｔｄは外気温度Ｔａ＋３０℃程度で安定する。従って、圧縮機１１を過剰に加熱せずにすみ、かつ圧縮機下スーパーヒートを１０ｄｅｇ以上確保できる。この結果、冷凍機油に冷媒が溶け込んでしまう寝込み現象の発生を抑制することができる。
【００４６】
本実施例では、圧縮機１１の熱容量に応じて、ヒータ制御の目標設定温度や間欠動作のオンオフ時間を適宜変更できるため、複数機種の圧縮機に対応できる。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：室外機、２：室内機、１０：制御装置、１１：圧縮機、１２：室外機熱交換器、１７：圧縮機温度センサ、１８：外気温度センサ、１９：クランクケースヒータ、２１：室内機熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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