(57)【要約】【課題】停電後の給電復旧時に起動される圧縮機などでの冷媒寝込みの可能性に応じて、圧縮機を適切に起動制御することにより、圧縮機の信頼性確保と速やかな空調能力復旧を可能にする空気調和装置が求められている。【解決手段】この空気調和装置は、冷媒回路の圧縮機３に電力を供給する駆動用電源が停電し、その後に給電復旧があったとき空調運転を再開させる装置であって、停電から給電復旧までの停電時間を計時するタイマ２３と、タイマ２３を有する制御部１３に電力を供給する予備電源と、圧縮機３内の潤滑油に冷媒が溶け込むために要する所定時間とタイマ２３により計時された停電時間との比較結果に基づいて圧縮機３の起動制御を行なう圧縮機起動制御手段２６とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒回路の圧縮機に電力を供給する駆動用電源が停電し、その後に給電復旧があったとき圧縮機を起動して空調運転を再開させる圧縮機起動制御手段を有する空気調和装置において、
停電から給電復旧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および前記圧縮機起動制御手段に電力を供給する予備電源とを備えて成り、
前記圧縮機起動制御手段は、停止した圧縮機内の潤滑油に冷媒が溶け込むために要する所定時間と前記停電時間計時手段により計時された停電時間との比較結果に基づいて前記圧縮機の起動制御を行なうように構成されていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
冷媒回路の圧縮機に電力を供給する駆動用電源が停電し、その後に給電復旧があったとき圧縮機を起動して空調運転を再開させる圧縮機起動制御手段を有する空気調和装置において、
停止中の前記圧縮機の温度または前記圧縮機の周辺温度を検出する圧縮機温度検出手段と、
停電から給電復帰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および前記圧縮機起動制御手段に電力を供給する予備電源とを備えて成り、
前記圧縮機起動制御手段は、前記圧縮機温度検出手段により検出された圧縮機温度または圧縮機周辺温度と前記停電時間計時手段により計時された停電時間とに基づいて前記圧縮機の起動制御を行なうように構成されていることを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空調運転中に停電により圧縮機が停止した場合、給電復旧後に自動的に圧縮機を起動させる停電自動復旧機能を有する空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒回路に電力を供給する駆動用電源が停電し、その後に給電復旧があったとき圧縮機を起動して空調運転を再開させる空気調和装置が知られている。かかる空気調和装置において、運転していた圧縮機が停止すると、圧縮機のクランクケース内に収容されている潤滑油に冷媒の一部が溶け込む現象、いわゆる“寝込み”現象が生じる。
このような空気調和装置の起動方法としては、圧縮機の停止時に潤滑油中に寝込んでいる冷媒が起動時に発泡状態となるのを防ぐため、電源投入直後からの圧縮機起動を禁止し、少なくとも起動開始の５時間程前から電源を投入して、溶け込んでいる冷媒を潤滑油から放散させたのちに圧縮機の運転を開始させるようにしている。 従って、通常は夜間など空気調和機の運転を行なわない時にもクランクケースヒータに通電をし、圧縮機内の潤滑油を常に加熱して、冷媒が潤滑油中に寝込むことを防止していたのである。
【０００３】
しかしながら、このような操作は空気調和装置の管理者が行なうものであり、場合によつてはクランクケースヒータの通電を忘れることがあった。このように忘れた状態で、翌朝、空気調和装置を起動すると、オイルフォーミングにより潤滑油が吐出されて圧縮機内の潤滑油が不足することにより圧縮機が破損することがあつた。 特に、インバータ装置から印加される運転周波数により運転容量が調整される圧縮機を用いたものは、起動時の設定周波数が高くされるから、この時、冷媒が潤滑油中に寝込んでいると、運転容量が大きい分オイルフォーミングが激しくなり、機械的な負荷も高くなって、いっそう圧縮機が破損しやすくなる。
【０００４】
このような問題点に対して、下記の特許文献１に記載されているような空気調和装置が提供されている。この空気調和装置では、運転開始後、圧縮機の回転数を徐々に上げ、或る回転数で一定時間運転し、その後さらに回転数を上げるように段階的に制御して液バックを防止するようになっている。このように制御すれば、潤滑油中に冷媒が寝込んだ状態で圧縮機を起動させても中低速の回転で一定時間運転されるので、この間に潤滑油中の冷媒が放散するから、圧縮機の回転数が高くなった時のオイルフォーミングを防止できるとされている。
また、下記の特許文献２に記載された空気調和装置では、アキュームレータ内の冷媒量を検出するなど冷媒回路の状態を検出することにより、圧縮機への液バック量を確認しながら、圧縮機の運転周波数を段階的に上昇させるように制御して液バックおよびオイルフォーミングを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１５２１８７号公報
【特許文献２】特許第１９６１９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した特許文献１，２の空気調和装置では、運転開始時に圧縮機が常に或る回転数で一定時間運転されているが、このような運転は、圧縮機が停止しても圧縮機内やその近傍のアキュームレータ内に冷媒の寝込みが発生しないような“短時間の停止”には不要な運転である。また、冷媒回路内の状態を見ながら運転周波数の制限を回避するような機能を備えていたとしても、過渡的な状態の誤検出などにより不要な運転周波数制限が生じる可能性があり、直ちに最大容量で運転する事に対しては障害となるおそれがある。
一方で、電算室内で電算機などに直に空調空気を供給するような対物空調では、停電後給電復旧時の空調能力の早期回復が必要不可欠であるため、上記のような運転容量の回復を抑制する制御は室内の温度回復に対して弊害となる場合がある。
また、上記のような停電自動復旧制御を有する空気調和装置では、圧縮機の運転周波数を制約なく大きくする制御が行われる場合があるが、停電時間の長さによっては圧縮機でオイルフォーミングを生じる可能性があり、圧縮機の信頼性を低下させる要因となっている。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、停電後の運転自動復帰により圧縮機を起動させる場合に圧縮機などでの冷媒寝込みの可能性に応じて圧縮機を適切に起動制御することにより、圧縮機の信頼性確保と速やかな空調能力の復旧を可能にした空気調和装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る空気調和装置は、冷媒回路の圧縮機に電力を供給する駆動用電源が停電し、その後に給電復旧があったとき圧縮機を起動して空調運転を再開させる圧縮機起動制御手段を有する装置において、停電から給電復旧までの停電時間を計時する停電時間計時手段と、停電時間計時手段および圧縮機起動制御手段に電力を供給する予備電源とを備えて成り、圧縮機起動制御手段は、停止した圧縮機内の潤滑油に冷媒が溶け込むために要する所定時間と停電時間計時手段により計時された停電時間との比較結果に基づいて圧縮機の起動制御を行なうように構成されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の空気調和装置は、停電中であっても、予備電源からの給電により、停電時間を計時することができ、その停電時間と所定時間とを比較して、停止した圧縮機内の潤滑油に冷媒が溶け込んでいるか否かを判定し、その判定結果に応じて圧縮機の起動制御を適切に行なうことができる。すなわち、冷媒が溶け込んでいる場合は、例えば圧縮機の運転容量を起動初期に小さくしておき段階的に大きくしていくという制約的制御を行ない、冷媒が溶け込んでいない場合は、例えば前記のような圧縮機運転容量制約なしで、速やかに運転容量を大きくするという制御を行なうことができる。これにより、装置の信頼性確保および緊急な能力回復性確保を両立させ得るという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るスプリット型の空気調和装置を示す構成図である。
【図２】前記空気調和装置の制御部の制御構成を示すブロック図である。
【図３】前記空気調和装置の停電後給電復旧時における圧縮機制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２におけるスプリット型の空気調和装置の冷媒寝込み判定に用いる関係データを示すグラフである。
【図５】前記空気調和装置の停電後給電復旧時における圧縮機制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３におけるリモート型の空気調和装置の冷媒寝込み判定に用いる関係データを示すグラフである。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るスプリット型の空気調和装置を示す構成図、図２は前記空気調和装置の制御部の制御構成を示すブロック図である。
各図において、この実施形態１に係る空気調和装置は、空調空気を利用室内に吹き出す室内機１と、空調熱源機である室外機２とを備えたスプリット型の装置である。室外機２は、圧縮機３、熱源側熱交換器４、および室外送風機５を備えている。室内機１は、膨張弁６、利用側熱交換器７、および室内送風機８を備えている。前記の圧縮機３、四方切換弁（図示省略）、熱源側熱交換器４、膨張弁６、利用側熱交換器７、アキュームレータ１６などが冷媒配管９を介して順次環状に接続されることで、冷暖房など空気調和の運転を行なう冷媒回路１０が構成される。また、圧縮機３、室外送風機５、膨張弁６、室内送風機８などに駆動用の電力を供給する駆動用電源１１と、駆動用電源１１からの電力量を検出する電力検出器１２と、室内機１および室外機２の空調動作その他の制御を行なう制御部１３と、制御部１３に電力を供給して常時作動可能にする予備電源１４と、圧縮機３のケーシングの温度を検出する温度検出器１５とを備えている。前記の電力検出器１２は、駆動用電源１１の停電を検知する停電検知手段の機能と、駆動用電源１１の給電復旧を検知する電源復旧検知手段の機能も有している。
【００１２】
前記した制御部１３は、汎用のＣＰＵ２０を中枢とする演算装置として構成され、データバス２１を備えている。このデータバス２１には、ＣＰＵ２０、不揮発性メモリ２２、タイマ２３などがデータ入出力可能に接続されている。不揮発性メモリ２２には、所定時間Ｔ０に係るデータが室内機１のリモコンなどから予め設定入力されて記憶されている。この所定時間Ｔ０は、冷媒回路１０の圧縮機３のケーシング内の潤滑油中に冷媒が溶け込むために要する時間として「３０分間」の値が選定されている。但し、所定時間Ｔ０の値は３０分間に限るものでない。データバス２１の入力側には、駆動用電源１１から室内機１および室外機２に給電される電力量を検出する電力検出器１２と、温度検出器１５と、各種の温度検出器や圧力検出器といったセンサー類などが通信可能に接続されている。データバス２１の出力側には、室外送風機５、膨張弁６、室内送風機８などの駆動機器と、圧縮機３の運転容量を制御するために圧縮機３に運転周波数指令信号を出力するインバータ装置３Ａとが通信可能に接続されている。ＣＰＵ２０は、制御手段２４、運転再開手段２５、および圧縮機起動制御手段２６の各機能を有している。
【００１３】
前記したＣＰＵ２０の制御手段２４の機能は、室内機１内の空気温度や冷媒配管温度などからの情報に基づき室内機１の運転や停止を決定するとともに室内送風機１３、膨張弁１１に対し所定の制御を行ない、室外機２内の空気温度や冷媒配管温度などからの情報に基づき室外機２の運転や停止を決定するとともに圧縮機３、室外送風機５に対し所定の制御を行なう。
【００１４】
次に、動作について説明する。
図３はこの空気調和装置の停電後給電復旧時における圧縮機制御の手順を示すフローチャートである。
空調機運転中に、まず、電力検出器１２が駆動用電源１１の停電を検知して制御部１３にデータ送信すると（ステップＳ１）、タイマ２３（停電時間計時手段）は計時を開始する（ステップＳ２）。そのうち、駆動用電源１１が復旧して電力検出器１２が給電の復旧を検知すると（ステップＳ３）、タイマ２３は計時を終了し、それまでに計時した時間を停電時間Ｔのデータとして制御部１３に送信する（ステップＳ４）。そこで、制御部１３のＣＰＵ２０は、受信した停電時間Ｔが瞬時停電であるか否かを判定する（ステップＳ５）。かかる瞬時停電は概ね１秒未満の、瞬間的な停電または電圧降下のことを言う。この瞬時停電は白熱灯やアナログ機器ではそれほどの影響は無いが、蛍光灯やインバータ機器やパソコン、マイコン内蔵のデジタル機器などではそれまでの動作設定がすべて白紙になってしまうため、機械の動作が停止することが多い。このときの停電が瞬時停電の場合、圧縮機３のインバータ装置３Ａやその他のインバータ制御機器は一旦停止する。
【００１５】
そして、瞬時停電であるとＣＰＵ２０が判定した場合（Ｓ５のＹ）、ＣＰＵ２０の圧縮機起動制御手段２６は圧縮機３のケーシング内の潤滑油中に冷媒の寝込みが無いと判断し、運転周波数の制約なしに圧縮機３を起動させて速やかに増速させるようインバータ装置３Ａを制御し（ステップＳ６）、ＣＰＵ２０の運転再開手段２５が圧縮機３を起動して空調運転を再開させる（ステップＳ８）。一方、瞬時停電でなく通常の停電であった場合（Ｓ５のＮ）、室内機１および室外機２への給電は継続して遮断される。但し、タイマ２３を有する制御部１３には予備電源１４から常時給電がなされている。
そこで、ステップＳ７において、停電時間Ｔが所定時間Ｔ０（例えば３０分間）以上であると判定した場合（Ｓ７のＹ）、ＣＰＵ２０の圧縮機起動制御手段２６は、圧縮機３などで冷媒寝込みの可能性があると判断し、インバータ装置３Ａの運転周波数に対し上昇の制約を設けて通常態様の制御を行ない、運転再開手段２５が運転を再開させる（ステップＳ８）。検出した停電時間Ｔが例えば所定時間Ｔ０未満の場合（Ｓ７のＮ）、圧縮機起動制御手段２６は、冷媒寝込みが無いものと判断し、瞬時停電の場合（Ｓ５のＹ）と同様、制約なしで速やかに圧縮機３を増速させるようインバータ装置３Ａを制御する（ステップＳ６）。すなわち、ＣＰＵ２０の第１圧縮機起動制御手段２６が、所定時間Ｔ０と計時停電時間Ｔとの比較結果に基づいて圧縮機３の起動制御を行なうのである。
【００１６】
尚、制御部１３に電力を供給する予備電源１４は例えば電池などを使用できるが、少なくとも判定時間Ｔ（例えば３０分）程度を検出できる電池容量を有するものであれば良い。但し、仮に停電中に予備電源１４の電池容量が切れて、給電復旧時に停電時間Ｔの情報が得られなかった場合、ＣＰＵ２０は長時間の停電と判断した制御を行う選択をする。
【００１７】
ここで、冷媒寝込みに対する圧縮機起動時の運転周波数の制約について述べる。
まず、「通常制御（ステップＳ８）のときの想定ケース」としては、次の（１）〜（３）のケースが考えられる。
（１）電源投入後、初回の運転開始による圧縮機起動の場合である。これは、停止時間が不明で冷媒寝込みの有無がわからないためである。（２）従来の停電後給電復旧時の起動の場合である。この場合、その他のアクチュェータについては特別な制御を行わない。（３）ステップＳ７（Ｙ）のように長時間の停電後給電復旧時に起動する場合である。これら通常制御での動作としては、起動開始後に、圧縮機３に出力されるインバータ装置３Ａからの運転周波数を徐々大きくしていく。但し、圧縮機３の起動開始後５分間は運転周波数の上限値を３０Ｈｚに制限して運転する。５分間経過後は運転周波数を３０Ｈｚ以上に設定することを許可し、空調負荷に応じて運転周波数を大きくする。
【００１８】
一方、「圧縮機増速制約なし（ステップＳ６）のときの想定ケース」としては、次の（１）、（２）のケースが挙げられる。
（１）電源投入後、２回目以降の圧縮機起動の場合である。これは、電源投入中は圧縮機３が停止していてもそのクランクケースヒータに通電されており、圧縮機３内での冷媒寝込みのおそれがないためである。（２）ステップＳ５（Ｙ）やステップＳ７（Ｎ）のように短時間の停電後給電復旧時に起動する場合である。この場合、タイマ２３によって短時間の停電であると検知されたときに、圧縮機３内での冷媒寝込みなしと判断される。この圧縮機増速制約なしの場合の制御動作は、起動開始後に運転周波数の上限値の制約無く圧縮機３を増速させることである。  
【００１９】
以上のように、この実施形態１に係る空気調和装置は、予備電源１４、タイマ２３、および、制御部１３の圧縮機起動制御手段２６の機能を備えていることにより、停電中であっても、予備電源１４からの給電によりタイマ２３が停電時間Ｔを計時することができ、その停電時間Ｔと所定時間Ｔ０とを比較して、停止した圧縮機３内の潤滑油に冷媒が溶け込んでいるか否かを判定し、その判定結果に応じて圧縮機３の起動制御を適切に行なうことができる。従って、装置信頼性確保と緊急の空調能力回復性確保のいずれかを必要に応じて優先させることが可能となる。  
【００２０】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、単純に停電時間Ｔに基づいて冷媒寝込みの可能性を判断するようにしており、実施形態２に係る空気調和装置は、図１および図２に示した実施形態１の構成と多くの部分で共通するが、次の点で異なる。それは、制御部１３のＣＰＵ２０の圧縮機起動制御手段２６が実施形態１よりも複雑な機能を備えていること、図４に示すように室内外温度差（＝室内空気温度−室外空気温度）と停電時間Ｔとの関係を示す関係データ（実線Ｅで示す）を不揮発性メモリ２２が予め記憶していること、ならびに、室内機１に配備された温度検出器１７からの温度検出値および圧縮機３に配備された温度検出器１５からの温度検出値を起動制御に使用することである。前記の室内空気温度は温度検出器１７により検出され、前記の室外空気温度は温度検出器１５により検出された圧縮機３の温度が利用される。尚、運転していた圧縮機３が停止したとき、圧縮機３およびアキュームレータ１６周囲の温度が冷媒回路１０の他の部位の周囲より低いほど、圧縮機３内およびアキュームレータ１６内に冷媒が寝込みやすくなる。
【００２１】
次に、動作について説明する。
図５はこの発明の実施の形態２に係る空気調和装置の停電後給電復旧時における圧縮機制御の手順を示すフローチャートである。
まず、電力検出器１２が駆動用電源１１の停電を検知して、タイマ２３が計時を開始し、その後の給電復旧でタイマ２３が停電時間Ｔを制御部１３に送信し、制御部１３は受信した停電が瞬時停電であるか否かを判定し、瞬時停電である場合に増速制約なしで圧縮機３を起動制御するという一連の手順（ステップＳ１〜Ｓ６）は、実施形態１を示した図３のフローチャートで述べたものと同じである。
そこで、ステップＳ５において瞬時停電でないと判定した場合は（Ｓ５のＮ）、ステップＳ７Ａにおいて圧縮機３などでの冷媒寝込みの可能性について判定する。ステップＳ７Ａでは、温度検出器１５による検出温度と温度検出器１７による検出温度との温度差が求められ、この温度差と停電時間Ｔが不揮発性メモリ２２の関係データと照合される。そして、温度差および停電時間Ｔの位置が、関係データを表わす実線Ｅ上およびその上方領域にあると判定した場合（Ｓ７ＡのＹ）、ＣＰＵ２０の圧縮機起動制御手段２６は、圧縮機３などで冷媒寝込みの可能性があると判断し、インバータ装置３Ａの運転周波数に対し上昇の制約を設けて通常態様の制御を行ない、運転再開手段２５が運転を再開させる（ステップＳ８）。検出した温度差および停電時間Ｔの位置が関係データの実線Ｅの下方領域にあると判定した場合（Ｓ７ＡのＮ）、圧縮機起動制御手段２６は、冷媒寝込みが無いものと判断し、瞬時停電の場合（Ｓ５のＹ）と同様、制約なしで速やかに圧縮機３を増速させるようインバータ装置３Ａを制御する（ステップＳ６）。すなわち、圧縮機起動制御手段２６が、計時された停電時間Ｔと、検出された圧縮機３の温度とに基づいて圧縮機３の起動制御を行なうのである。
【００２２】
以上のように、この実施形態２に係るスプリット型の空気調和装置は、タイマ２３と、温度検出器１５と、温度検出器１７と、制御部１３の圧縮機起動制御手段２６の機能とを備えていることにより、圧縮機３の温度と冷媒回路１０における他の部位の温度との比較結果および停電時間Ｔを用いることで、冷媒寝込みの可能性をより正確に検出することが可能となり、状況に応じてより正確な制御を行うことができる。
【００２３】
実施の形態３．
以上の実施の形態１，２ではスプリット型の空気調和装置について説明したが、この実施形態３では、圧縮機３およびアキュームレータ１６が室内機１に搭載されたリモート型の空気調和装置について説明する。
この実施形態３の空気調和装置は、圧縮機３およびアキュームレータ１６が室外機２でなく室内機１に搭載されていること、図６に示したような室内外温度差（＝室外空気温度−室内空気温度）と停電時間Ｔとの関係を表わした関係データ（実線Ｆで示す）を不揮発性メモリ２２が予め記憶していること、ならびに、室外機２に配備された温度検出器１８（図１参照）からの温度検出値および室内機１の圧縮機３に配備された温度検出器１５からの温度検出値を起動制御に使用することが、実施形態２の構成と異なるところである。前記の室外空気温度は温度検出器１８により検出され、前記の室内空気温度は温度検出器１５により検出された圧縮機３の温度が利用される。つまり、圧縮機３やアキュームレータ１６が設置される場所を基準とするため、ここでは「室外空気温度−室内空気温度」の温度差を判定に用いている。この実施形態３における制御は実施形態２を示した図５のフローチャートに沿って行なわれるので、その説明は割愛するが、ステップＳ７Ａでは図６に示した関係データ（実線Ｆ）が使用される。
【００２４】
以上のように、この実施形態３に係るリモート型の空気調和装置は、タイマ２３と、温度検出器１５と、温度検出器１８と、制御部１３の圧縮機起動制御手段２６の機能とを備えていることにより、圧縮機３の温度と冷媒回路１０における他の部位の温度との比較結果および停電時間Ｔを用いることで、冷媒寝込みの可能性をより正確に検出することが可能となり、状況に応じてより正確な制御を行うことができる。
【００２５】
尚、実施形態２，３において圧縮機３内での冷媒寝込みを検出するために、圧縮機３の周辺で検出して適用される温度としては、前記した圧縮機３そのものの温度以外に、例えばアキュームレータ１６やこれらの近傍にある配管の温度であっても構わない。
【符号の説明】
【００２６】
１  室内機、２  室外機、３  圧縮機、１０  冷媒回路、１１  駆動用電源、１２  電力検出器、１３  制御部、１４  予備電源、１５  温度検出器、１６  アキュームレータ、１７  温度検出器、１８  温度検出器、２０  ＣＰＵ、２２  不揮発性メモリ、２３  タイマ、２５  運転再開手段、２６  圧縮機起動制御手段、Ｔ  停電時間、Ｔ０  所定時間。
【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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【図６】
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