JP2009243814A

JP2009243814A - 空調システム

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Publication number: JP2009243814A
Application number: JP2008092671A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Eguchi; 晃弘江口; Kazuhide Mizutani; 和秀水谷
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP5125695B2

Abstract

【課題】空調システムにおけるエネルギー効率を向上させる技術を提供する。
【解決手段】駆動制御部は空調システムがオンされると電流上限値テーブルを参照し、ロータリースイッチで設定されている「強」の能力レベルに対応する電流上限値Ｉ_３を導出し、圧縮機モータの駆動周波数を上昇させていく。これにより、圧縮機モータに供給される電流が増大していく。駆動制御部は、電流検出部の検出電流Ｉが前記上限値Ｉ_３を瞬間的に超えると圧縮機モータの駆動周波数を微小量低下させて該モータへの供給電流を低減させ、室外機への供給電流を前記上限値Ｉ_３以下にするという微調整を実施し、前記電流Ｉが上限値Ｉ_３を超えないように圧縮機モータの駆動周波数を制御する。駆動制御部は空調負荷の減少に伴って圧縮機モータの駆動周波数を低下させていき、室内空気の温度が目標温度を基準とする一定範囲内となると一定の駆動周波数ｆ_２で圧縮機モータを駆動する。
【選択図】図６

Description

本発明は、室内の空気の冷暖房をはじめとする空調動作を行う空調システムの技術分野に属するものである。

従来、室内の空気の冷暖房をはじめとする空調動作を行う空調システムは、冷媒を圧縮する圧縮機を備えるとともに、所謂室内機に搭載される室内熱交換器と、所謂室外機に搭載される室外熱交換器とを有して構成されており、前記室外熱交換器及び室内交換器を、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器又は凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させることで、冷房運転又は暖房運転を実施する。

ところで、近年、この種の空調システムでは、インバータ回路を用いて圧縮機の動作を制御する技術が一般化しつつあり、また、その制御方法として、次のような方法が広く採用されている。

すなわち、例えば室内温度と目標温度との温度差が所定範囲より大きい状態などのように空調負荷が大きいときには、前記圧縮機を比較的大きな一定の周波数で駆動する。また、前記温度差が前記所定範囲内になる、つまり空調負荷が小さくなると、図８に示すように、運転動作と休止動作とを繰り返す。具体的には、前記温度差が前記所定範囲内になると駆動信号を圧縮機に出力せずに休止し、該休止によって室内温度と目標温度との温度差が前記所定範囲を超えると再び前記周波数で圧縮機を駆動させて運転動作を行い、該運転動作によって再び前記温度差が前記所定範囲内になると再度休止するという動作が繰り返し行われる。なお、運転動作期間中の周波数を１つの周波数に固定するのではなく、図８の破線で示すように、周波数を段階的に低下させる場合もある。

一方、下記特許文献１には、「優先順位の低い稼働中の電気機器を電力消費量の総和が設定上限以下に低下するまで順番にオフし、これにより配線系統全体の電気機器の稼動停止を防止する（第１頁右欄第１４行目から第２ページ左欄第２行目）」と記載されている。

また、下記特許文献２には、「空気調和機の合計消費電力が合計目標電力以下となるように制御優先度に従って所定時間毎に空気調和機の発停あるいは能力制御を行う（［０００５］）」，「電力入力手段４により入力された複数台の空気調和機２毎の定格消費電力と圧縮機と送風機それぞれの運転時間に応じた消費電力の合計を消費電力演算手段７により演算し、目標電力入力手段５により入力された目標電力以下になるように優先度判定手段６で吸い込み温度の順に決定した制御優先度に応じて電力調整手段８により複数台の空気調和機２を所定時間毎に順次発停あるいは能力制御する（［００１５］）」と記載されている。
特許第２９８８９９８号公報特開２００６−７８０４５号公報

空調対象の空間が比較的大きい場合や室内温度と目標温度との温度差が比較的大きい場合など空調負荷が大きくなる状況が一時的に生じ得るような施設に空調システムを設置する場合、想定され得る最大の空調負荷を考慮して空調能力が大きな空調システムが選定されるのが一般的である。

ここで、運転と休止とを繰り返す前述の制御にあっては、休止状態から運転状態への切換時に大きな電力を要し、特に前述のような大きい空調能力を有する空調システムにおいて、運転と休止とを繰り返す制御を採用すると、休止から運転への切換時における電力消費量が極めて大きく、エネルギー効率の点から好ましいものではなかった。なお、この点を考慮した技術は前記特許文献１，２に開示されていない。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、空調システムにおけるエネルギー効率を向上させる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を駆動する第１のモータと、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮器及び蒸発器の動作により生成された空気を室内に送出する送風部と、前記送風部を駆動する第２のモータと、前記第１のモータ及び第２のモータの少なくとも一方に交流電力を出力するインバータ回路部と、空調対象空間の空調負荷が予め定められた負荷を基準とする一定範囲外にあるとき、予め定められた第１の周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第１の駆動モードと、前記空調負荷が前記一定範囲内のとき、前記第１の周波数より小さい一定の第２の周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第２の駆動モードとを有する駆動制御部とを備える空調システムである。

この発明によれば、前記第２の駆動モードにおいて前記インバータ回路部から出力される交流電力を、一定の第２の周波数を有する交流電力としたので、前記第２の駆動モードにおいて運転と休止とを繰り返す従来技術のように、大きな電力を要する、休止状態から運転状態への切換が行われない。

本発明では、運転と休止とを繰り返す従来技術における休止期間にも前記予め定められた周波数の交流電力を出力するが、この分の電力を差し引いても、従来技術のように大きな電力を要する休止から運転への切換えを行わないことで、前記従来技術に比してエネルギー効率を高めることができる。

なお、空調負荷とは、空調対象空間の空気を目標温度に設定するために当該空調システムにおいて要する熱量をいう。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空調システムにおいて、商用電源から前記第１又は第２のモータを含む当該空調システムの予め定められた各部に供給される電流の総和を繰り返し検出する電流検出部と、前記第１の駆動モード時に前記商用電源から前記各部に供給される電流の総和についての制限値を複数種類記憶する制限値記憶部とを備え、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から選択された制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更するものである。

請求項３に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を駆動する第１のモータと、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮器及び蒸発器の動作により生成された空気を室内に送出する送風部と、前記送風部を駆動する第２のモータと、前記第１のモータ及び第２のモータの少なくとも一方に交流電力を出力するインバータ回路部と、空調対象空間の空調負荷について予め定められた負荷に対する第１又は第２のモータの駆動力を得るための予め定められた周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第１の駆動モードと、前記駆動力より小さい駆動力を得るための周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第２の駆動モードとを有する駆動制御部と、商用電源から前記モータを含む当該空調システムの予め定められた各部に供給される電流の総和を繰り返し検出する電流検出部と、前記第１の駆動モード時に前記商用電源から前記各部に供給される電流の総和についての制限値を複数種類記憶する制限値記憶部とを備え、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から選択された制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する空調システムである。

前記電流の制限値の大小は、当該空調システムの空調能力の大小を決定する。よって、請求項２，３に記載の発明によれば、前記電流についての制限値を複数設け、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から選択された制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更するようにしたので、前記第１の駆動モードにおいて複数の空調能力を設けることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の空調システムにおいて、前記電流の制限値を前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から択一的に選択する入力を行うための電流制限値入力選択部を備え、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記電流制限値入力選択部により選択された制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記電流制限値入力選択部により、前記電流の制限値を前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から択一的に選択することができる。その結果、ユーザは、前記電流制限値入力選択部によって前記第１の駆動モードにおける当該空調システムの空調能力を選択することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の空調システムにおいて、環境を検出する環境検出部を備え、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から前記環境検出部により検出された環境に基づいて制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から環境に応じた制限値が自動的に選択される。これにより、自動的に環境に相応しい空調能力で空調システムを動作させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の空調システムにおいて、前記環境検出部は、外気の温度を検出するものであり、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から前記環境検出部により検出された温度に基づいて制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から外気温度に応じた制限値が自動的に選択される。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の空調システムにおいて、前記環境検出部は、室内の空気の温度を検出するものであり、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記環境検出部により検出された室内空気の温度と目標温度との差に基づいて制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、室内空気の温度と目標温度との差に応じた制限値が自動的に選択される。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の空調システムにおいて、前記第１の駆動モードは、前記空調負荷が前記一定範囲より大きいときに、前記予め定められた周波数より高い周波数の交流電力を出力する駆動モードであり、前記制限値記憶部は、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きい制限値を記憶するものである。

この発明によれば、第１の駆動モード時における空調能力として、前記第２の駆動モード時より大きな複数の空調能力が設けられ、これらの空調能力の中から手動又は自動で空調能力を設定する構成を実現することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項２又は３に記載の空調システムにおいて、前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、当該空調システムの状態に応じた制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更する。

この発明によれば、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から空調システムの状態に応じた制限値が自動的に選択される。これにより、自動的に空調システムの現在の状態に相応しい空調能力で空調システムを動作させることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の空調システムにおいて、前記状態は、当該空調システムの主電源がオンされてから予め定められた時間が経過するまでの起動状態であり、前記駆動制御部は、前記起動状態のときには、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記起動状態のとき、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値が自動的に選択される。これにより、空調システムの空調能力を第２の駆動モードより大きくすべき起動状態のときに、前記空調能力を第２の駆動モードより自動的に大きくする構成を実現することができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の空調システムにおいて、前記状態は、当該空調システムがデフロスト運転を実施している状態であり、前記駆動制御部は、前記デフロスト運転実施状態のときには、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記デフロスト運転実施状態のとき、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値が自動的に選択される。これにより、空調システムの空調能力を第２の駆動モードより大きくすべきデフロスト運転実施状態のときに、前記空調能力を第２の駆動モードより自動的に大きくする構成を実現することができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の空調システムにおいて、前記圧縮機から吐出される冷媒が通る吐出管の加熱度を検出する加熱度検出部を備え、前記状態は、前記加熱度検出部により検出される加熱度が予め定められた値より小さい状態であり、前記駆動制御部は、前記加熱度が予め定められた値より小さい状態のときには、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更するものである。

この発明によれば、前記加熱度が予め定められた値より小さい状態のとき、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値が自動的に選択される。これにより、空調システムの空調能力を第２の駆動モードより大きくすべき加熱度が予め定められた値より小さい状態のときに、前記空調能力を第２の駆動モードより自動的に大きくする構成を実現することができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の空調システムにおいて、前記インバータ回路部は、前記圧縮機を駆動する前記第１のモータに交流電力を出力するものである。

この発明によれば、前記圧縮機を駆動する前記第１のモータの動作を制御することで、第１の駆動モードにおける空調能力を複数設定することができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の空調システムにおいて、前記インバータ回路部は、前記送風部を駆動する前記第２のモータに交流電力を出力するものである。

この発明によれば、前記送風部を駆動する前記第２のモータの動作を制御することで、第１の駆動モードにおける空調能力を複数設定することができる。

本発明によれば、前記第２の駆動モードにおいて前記インバータ回路部から出力される交流電力を、一定の第２の周波数を有する交流電力としたので、運転と休止とを繰り返す従来技術に比してエネルギー効率を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る空調システムの実施形態について説明する。図１は、空調システムの第１の実施形態の構成を示す図である。

図１に示すように、空調システム１は、室内の天井面や壁面などに取り付けられる室内機２と、室外の適所に設置される室外機３とを備えて構成されており、室内機２と室外機３とは、配管部４により接続されている。室内機２、室外機３及び配管部４は、環状の冷媒回路を構成し、この冷媒回路に冷媒を循環させることにより室内の空気を冷房又は暖房する。

室内機２には、複数回折り返されてなる伝熱管及び該伝熱管が挿通される複数のフィンを備えて構成され、接触する空気との間で熱交換を行う室内熱交換器５と、室内の空気を室内機２の内部に導入する（吸い込む）とともに前記室内熱交換器５との間で熱交換を行った後の空気を室内に放出する室内ファン６（前記送風部の一例）と、前記室内ファン６を回転駆動する室内ファンモータ７とを有する。

室外機３は、冷媒を圧縮する圧縮機８と、前記圧縮機８の吐出側に接続される切換弁９と、前記圧縮機８の吸入側に接続されるアキュムレータ１０と、前記切換弁９に接続された室外熱交換器１１と、室外熱交換器１１に接続された電動弁１２と、室外熱交換器１１による熱交換後の空気を外部に排出するための室外ファン１３とを有する。

電動弁１２は、フィルタ１４及び液閉鎖弁１５を有する配管１７に接続されており、該配管１７を介して室内機２の室内熱交換器５の一端と接続されている。また、切換弁９は、ガス閉鎖弁２８を有する配管１８に接続されており、この配管１８を介して室内機２の室内熱交換器５の他端と接続されている。前記配管１７，１８は、冷媒が流れる配管であり、前記配管部４を構成する。室外ファン１３は、室外ファンモータ１９によって回転駆動される。

このような構成を有する空調システム１においては、冷房運転時、圧縮機８から吐出された冷媒が室外熱交換器１１に供給され、該室外熱交換器１１において前記冷媒の凝縮が行われた後、電動弁１２，フィルタ１４、液閉鎖弁１５及び配管１７を介して室内熱交換器５に供給され、該室内熱交換器５において冷媒の蒸発が行われる。この動作により、室内熱交換器５で冷気が生成され、前記室内ファン６によって冷気が室内に放出される。なお、この冷房運転時においては、室内熱交換器５は前記蒸発器として機能し、室外熱交換器１１は前記凝縮器として機能する。

一方、暖房運転時、圧縮機８から吐出された冷媒が配管１８を介して室内熱交換器５に供給され、該室内熱交換器５において前記冷媒の凝縮が行われた後、電動弁１２，フィルタ１４、液閉鎖弁１５及び配管１７を介して室外熱交換器１１に供給され、室外熱交換器１１において冷媒の蒸発が行われる。この動作により、室内熱交換器５で暖気が生成され、前記室内ファン６によって暖気が室内に放出される。なお、この暖房運転時においては、室内熱交換器５は前記凝縮器として機能し、室外熱交換器１１は前記蒸発器として機能する。

図２は、空調システム１の構成を示すブロック図である。なお、図１に示す構成と同一の構成については同一の番号を付し、その説明を省略する。

図２に示すように、空調システム１は、圧縮機８と、圧縮機駆動部２０と、室内ファン６と、室内ファン駆動部２１と、室外ファン１３と、室外ファン駆動部２２と、入力操作部２３と、制御部２４とを備えて構成されている。

圧縮機駆動部２０は、圧縮機８を駆動するモータ（前記第１のモータに相当）２５と、該圧縮機モータ２５を駆動させるための駆動信号を生成する圧縮機用モータ駆動回路部２６とを備えて構成されており、圧縮機用モータ駆動回路部２６は、詳細には図３に示すような構成を有する。

図３に示すように、圧縮機用モータ駆動回路部２６は、コンバータ回路２７と、インバータ回路２８（前記インバータ回路部の構成要素）とを備えている。コンバータ回路２７は、電力会社の商用電源である交流電源Ｅ１からの交流電圧を直流電圧に変換するものであり、整流回路２９、昇圧チョッパ３０、平滑回路３１及び抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を備えている。

整流回路２９は、例えばダイオードブリッジから構成され、交流電源Ｅ１から出力される交流電圧を全波整流する。昇圧チョッパ３０は、インバータ回路２８に出力する直流電圧を所定レベルに昇圧するものであり、コイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ２を備えている。昇圧チョッパ３０は、制御部２４から出力されるＰＷＭ信号を受けてスイッチング素子Ｑ１がオン・オフし、スイッチング素子Ｑ１がオンの間にコイルＬ１内に蓄積された電磁エネルギーを、スイッチング素子Ｑ１がオフの間に放出することで、インバータ回路２８に所定レベルの直流電圧を出力する。

スイッチング素子Ｑ１として、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタが採用され、コレクタがコイルＬ１とダイオードＤ１との接続点に接続され、ベースが制御部２４に接続され、エミッタがグラウンドに接続されている。ダイオードＤ１は、アノードがコイルＬ１に接続され、カソードが抵抗Ｒ１に接続されている。ダイオードＤ２は、アノードがスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続されている。平滑回路３１は、コンデンサＣ１を備えて構成され、昇圧チョッパ３０から出力された電圧を平滑化する。

抵抗Ｒ１は、一端がダイオードＤ１のカソードに接続され、他端が抵抗Ｒ２に接続されている。抵抗Ｒ２は、一端が抵抗Ｒ１に接続され、他端がグラウンドに接続されている。抵抗Ｒ３は、圧縮機モータ２５を駆動するための電流をモニタするために、平滑回路３１とインバータ回路２８との間であって接地側の線路上に接続されており、一端が制御部２４に接続されている。

インバータ回路２８は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３及びダイオードＤ３，Ｄ４等を備えて構成され、制御部２４の制御の下、コンバータ回路２７から出力された直流電圧を所定レベルの振幅及び周波数を有する交流電圧に変換して、圧縮機モータ２５を駆動させるものである。

スイッチング素子Ｑ２は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタから構成され、ベースが制御部２４に接続され、エミッタがスイッチング素子Ｑ３のコレクタに接続され、コレクタがコンデンサＣ１と接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタから構成され、ベースが制御部２４に接続され、エミッタがグラウンドに接続されている。ダイオードＤ３はアノードがスイッチング素子Ｑ２のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続されている。ダイオードＤ４は、アノードがスイッチング素子Ｑ３のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ３のコレクタに接続されている。圧縮機モータ２５は、例えばブラシレスモータから構成され、インバータ回路２８から出力される交流電圧によって動作し、圧縮機８を駆動する。前記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３には、圧縮機モータ２５の回転速度が所定速度となるように、制御部２４からＰＷＭ信号が出力される。

このような構成においては、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の駆動周波数を高くすることにより圧縮機モータ２５に供給される電流が増大し、圧縮機８による冷媒の圧縮動作が強大となる。

図２に戻り、室内ファン駆動部２１は、室内ファン６を駆動するモータ７（前記第２のモータに相当）と、該モータ７を駆動させるための駆動信号を生成する室内ファン用モータ駆動回路部３３とを備えて構成されている。室外ファン駆動部２２は、室外ファン１３を駆動するモータ１９と、該モータ１９を駆動させるための駆動信号を生成する室外ファン用モータ駆動回路部３５とを備えて構成されている。なお、前記室内ファン用モータ駆動回路部３３及び室外ファン用モータ駆動回路部３５の構成は、前記圧縮機用モータ駆動回路部２６と同様の構成を有するので、その説明を省略する。

入力操作部２３は、詳細には説明しないが、当該空調システム１の動作を制御する図略のリモコンに設置された各種ボタンやスイッチを含むものである。特に本実施形態の入力操作部２３には、後述するようにロータリースイッチ３６（前記電流制限値入力選択部の一例）が備えられている。

制御部２４は、図略のＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理部）に、そのＣＰＵの動作を規定するプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）やデータを一時的に保管する機能や作業領域としての機能を有するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成されており、当該空調システム１の全体制御を司る。

ところで、本実施形態の空調システム１においては、或る温度を目標温度として空調動作を行う場合に、各時点の空調負荷に応じて圧縮機８の動作を制御するが、エネルギー効率の向上を図るべく、更に次のような制御方法によって圧縮機８を駆動する点に特徴を有している。

すなわち、例えば室内空間が比較的大きい場合や室内の空気の温度と目標温度との温度差が比較的大きい場合など空調負荷が大きい場合には、比較的大きな駆動周波数で圧縮機８の圧縮機モータ２５を駆動する点は従来技術と略同様である一方、空調負荷が小さいとき（空調負荷が予め定められた負荷を基準とする一定範囲内にあるときに相当）には、空調負荷が大きい場合の駆動周波数より小さい駆動周波数で圧縮機モータ２５を駆動し、その駆動周波数は一定の駆動周波数である点が、運転と休止とを繰り返す従来技術と相違する。なお、空調負荷が大きい場合の駆動モードは、前記第１の駆動モードの一例であり、空調負荷が小さいときの駆動モードは、前記第２の駆動モードに相当する。

また、空調負荷が大きい場合の当該空調システム１の空調能力につき、可能な限り早く部屋の空気を冷やしたいとかそれほど早く冷やさなくてもよい等のようにユーザごとに要求する空調能力が異なったり、冷暖房対象の室内の広さに応じて異なったりする。そこで、本空調システム１においては、この点を考慮して、空調負荷が大きい場合の空調能力について複数の能力レベルが設定されており、この冷暖房の能力レベルを後述するロータリースイッチ３６を用いて手動で設定できるようにした点が従来技術と相違する。

さらにここで、本実施形態では、室外機３に供給される電流（室外機３内の各部に供給される電流の総和）の上限値が、空調負荷が大きい場合における当該空調システム１の最大能力を決定するパラメータであることに着目して、前記上限値を複数設定することで複数の能力レベルを設けるようにしている。

以上のような構成を実現するべく、図２に示すように、本空調システム１は、ロータリースイッチ３６を備え、また、制御部２４は、テーブル記憶部３７（前記制限値記憶部の一例）と、電流検出部３８と、駆動制御部３９とを機能的に有する。

図４は、ロータリースイッチ３６の外観を示す図である。ロータリースイッチ３６は、空調負荷が大きい場合の空調能力に係る能力レベルを手動で設定するためのものであり、図４に示す形態では、前記能力レベルが最大の「強」と、能力レベルが最小の「標準」と、それらの中間の能力レベルである「中」との３つの能力レベルが選択対象として構成されたスイッチとされている。なお、能力レベルの数は、３つに限られるものではない。

ロータリースイッチ３６は、本実施形態では、リモコンとは別体化されており、ケース４０と、該ケース４０の一側面に設置された回転ダイヤル４１とを備える。回転ダイヤル４１は、前記一側面の法線Ｏを回転中心として矢印Ｑの方向に回転可能に構成されている。前記ケース４０の一側面のうち、回転ダイヤル４１の先端が対向し得る所定範囲内には、「強」、「中」、「標準」の各能力レベルの名称が略等間隔で表記されている。

図示していないが、ケース４０の内部適所には、複数の固定接点と、前記回転ダイヤル４１の回転動作に連動する可動接点とを有する。前記各固定接点の設置位置は、前記各能力レベルの名称表記位置と対応付けられている一方、可動接点は、回転ダイヤル４１の前記先端と連動し、前記各能力レベルの名称表記位置と回転ダイヤル４１の先端とが対向するとき、可動接点と固定接点とが接触する。ロータリースイッチ３６は、可動接点と固定接点とが接触したときに、可動接点と接触した固定接点の種類に応じた出力信号を後述する制御部２４に出力する。

テーブル記憶部３７は、図５に示すように、ロータリースイッチ３６によって設定される、空調負荷が大きい場合の当該空調システム１の能力レベル「強」、「中」、「標準」と、室外機３に供給される電流についての上限値（以下、電流上限値という）との対応関係を示す電流上限値テーブルを記憶するものである。

なお、図５は、前記能力レベル「強」には電流上限値Ｉ_３が対応付けられ、前記能力レベル「中」には電流上限値Ｉ_２（＜Ｉ_３）対応付けられ、前記能力レベル「標準」には電流上限値Ｉ_１（＜Ｉ_２）が対応付けられた電流上限値テーブルを示している。また、空調負荷が小さい時にも別途電流制限値が設定されているが、前記各電流上限値Ｉ_１〜Ｉ_３は、室内の空気の温度が目標温度と略同等となっている時の電流制限値の１．２倍以上とするのが好ましい。

電流検出部３８は、室外機３に供給される電流を繰り返し（本実施形態では一定周期で）検出するものである。

駆動制御部３９は、圧縮機モータ２５に印加する出力信号の周波数（以下、駆動周波数という）を変更することにより、圧縮機モータ２５に供給される電流（圧縮機モータ２５の駆動）を制御するものであり、特に、本実施形態では、前述したように、空調負荷が小さい時に一定の駆動周波数で圧縮機モータ２５を駆動する点、及び、前記ロータリースイッチ３６によって設定された能力レベルに対応する電流上限値を超えないように圧縮機モータ２５の駆動周波数を制御する点に特徴を有する。

駆動制御部３９の動作を具体的に説明する。図６は、圧縮機モータ２５の駆動周波数の経時変化を示すグラフである。なお、当該空調システム１がオンになる前に、前記ロータリースイッチ３６によって例えば「強」の能力レベルが予め選択されているものとし、また、当該空調システム１の運転開始当初における空調負荷は大きいものとする。

この状態の下、時刻Ｔ１で当該空調システム１がオンされると、駆動制御部３９は、前記テーブル記憶部３７内の電流上限値テーブルを参照し、前記ロータリースイッチ３６により設定されている能力レベル（ここでは「強」の能力レベル）に対応する電流上限値Ｉ_３を導出する。そして、図６の矢印Ａで示すように、駆動制御部３９は、圧縮機モータ２５の駆動周波数を上昇させていく。これにより、圧縮機モータ２５に供給される電流、延いては室外機３に供給される電流が増大していく。

ここで、駆動制御部３９は、電流検出部３８により検出される電流が、前記「強」の能力レベルに対応する電流上限値Ｉ_３を超えないように圧縮機モータ２５の駆動周波数を制御する。すなわち、駆動制御部３９は、電流検出部３８により検出される電流Ｉが前記電流上限値Ｉ_３を瞬間的に超えると、圧縮機モータ２５の駆動周波数を微小量低下させることで、圧縮機モータ２５に供給される電流、延いては室外機３に供給される電流を低減させて前記電流上限値Ｉ_３以下にするという微調整を実施する。なお、このように圧縮機モータ２５の駆動周波数は微調整されるが、図６の矢印Ｂで示すように、略一定の駆動周波数ｆ_１で駆動される。

その後、次第に室内の空気の温度が目標温度に近づき空調負荷が小さくなっていくと、圧縮機８に要求される能力が小さくなるため、図６の矢印Ｃで示すように、駆動制御部３９は、空調負荷の減少に伴って圧縮機モータ２５の駆動周波数を、予め定められた駆動周波数ｆ_２まで低下させていく。

そして、空調負荷が最小となると、図６の矢印Ｄで示すように、駆動制御部３９は、一定の駆動周波数ｆ_２で圧縮機モータ２５を駆動する。

このように、本実施形態では、空調負荷が小さい場合には、一定の駆動周波数ｆ_２で圧縮機モータ２５を駆動するようにしたので、運転と休止とを繰り返す従来技術に比してエネルギー効率を高めることができる。すなわち、本実施形態では、運転と休止とを繰り返す従来技術における前記休止期間にも駆動周波数ｆ_２で圧縮機モータ２５を駆動するが、この駆動に要する電力を考慮しても、従来技術のように特に大きな電力を要する休止から運転への切換えを行わないことで、前記従来技術に比してエネルギー効率を高めることができる。

また、空調負荷が比較的大きい場合における室外機３への供給電流の上限値を複数設定し、ロータリースイッチ３６によって所望の電流上限値を手動で設定可能に構成したので、室内の空気を冷やしたり暖めたりする早さ（前記空気を所望の温度まで冷やしたり暖めたりするのに要する時間）をユーザが選択することができる。

なお、本件は、前記実施形態に代えて、又は前記実施形態に加えて次のような変形形態も採用可能である。

［１］当該空調システム１内に供給される電流の上限値を手動設定するための操作部として、前記第１の実施形態ではロータリースイッチ３６を設けたが、これに限らず、リモコンにボタンやスイッチの形態を成して設置するようにしてもよい。また、前記電流上限値を手動設定するための操作部を前記リモコンと別体化した場合に、外観上、該操作部が室内機２に配線で接続される構成でもよいし、室外機３に配線で接続される構成でもよい。更に、１つのロータリースイッチ３６で複数の室外機３についての電流制限値を一括して変更できるように構成してもよい。

［２］前記第１の実施形態では、空調負荷が大きい場合の空調能力について複数の能力レベルを設定したが、空調負荷が最小となったときの空調負荷に対応する空調能力よりも更に小さい空調能力について複数の能力レベルを設定してもよい。

［３］前記第１の実施形態では、当該空調システム１内に供給される電流の上限値をロータリースイッチ３６によってユーザが設定するように構成したが、この形態に限らず、空調システム１が、環境に基づいて前記電流上限値を自動的に設定するように構成してもよい。

図７は、空調システム１の環境に基づいて電流上限値を自動的に設定する構成を示す図である。図７に示す実施形態は、空調システム１の環境を検出する環境検出部４２が搭載されている点が前記第１の実施形態と相違し、それ以外の点については、前記第１の実施形態と略同様である。

環境検出部４２は、制御部２４と電気的に接続されており、検出した環境を示す環境情報を制御部２４に出力する。制御部２４は、この環境情報に基づき、電流の上限値を設定する。

環境検出部４２として、外気温を検出する外気温センサが想定される。この場合、例えば外気温が比較的高い場合に冷房運転を実施するときには、少なくとも運転当初は空調負荷が比較的大きくなることが予想される。したがって、駆動制御部３９は、冷房運転を実施する場合において環境検出部４２の検出温度が予め定められた閾値より高いときには、前記電流上限値が、空調負荷が小さい時より大きくなるように設定する。

また、外気温が比較的低い場合に暖房運転を実施するときにも、少なくとも運転当初は空調負荷が比較的大きくなることが予想される。したがって、駆動制御部３９は、暖房運転を実施する場合において環境検出部４２の検出温度が予め定められた閾値より低いときには、前記電流上限値が、空調負荷が小さい時より大きくなるように設定する。

前記環境検出部４２の他の例としては、室内機２が吸い込む空気（室内の空気の一例）の温度を検出する吸い込み空気温度センサが想定される。この場合、室内機２が吸い込む空気の温度と目標温度との温度差が比較的大きいときには、少なくとも運転当初は空調負荷が比較的大きくなることが予想される。したがって、駆動制御部３９は、環境検出部４２（吸い込み空気温度センサ）の検出温度と目標温度との温度差が予め定められた閾値より大きいときには、空調負荷が小さい時より大きくなるように設定する。

なお、図７では、環境検出部４２とロータリースイッチ３６との両方が空調システム１に搭載され、空調負荷が大きい時の能力レベルが手動でも自動でも設定可能とされた例を示しているが、本件は、環境検出部４２のみが空調システム１に搭載される形態も含まれる。

［４］前記変形形態［３］のように、空調システム１の環境に基づいて前記電流上限値を自動的に設定する構成の他、空調システム１の状態に基づいて前記電流上限値を自動的に設定する構成も想定される。

例えば、図３に示すように、空調システム１が、圧縮機８により圧縮された冷媒が通る吐出管４３の加熱度を検出する加熱度センサ４４を有しているとき、駆動制御部３９は、該加熱度センサ４４により検出された加熱度が予め定められた値より小さくなったときには、前記電流上限値が、空調負荷が小さい時より大きくなるように設定することが想定される。

また、これとは別に、デフロスト（室内機２の内部に付着した霜を除去する動作）の実行時に、前記電流上限値が、空調負荷が小さい時より大きくなるように設定するように構成してもよく、これにより、デフロストの実施時間を短縮化することができる。

また、小さい風量が設定されているときは、室内機２の出口の過熱度が、空調負荷が小さいときよりも低くなるように、前記電流上限値を空調負荷が小さい時より小さくなるように設定するとよい。

［５］前記第１の実施形態では、圧縮機８を駆動する圧縮機モータ２５の駆動周波数を、室外機３に供給される電流を制御する制御パラメータとし、該電流についての上限値を複数設定することによって、空調負荷が大きいときの当該空調システム１の空調能力を複数設けるようにしたが、空調システム１の空調能力は、圧縮機８の圧縮能力だけでなく、室内ファン６の送風能力によっても変化する。すなわち、空調負荷が大きいときにも小さいときにも同一温度の空気を室内に供給するものとした場合であっても、その空気の送風強度が大きいほど、該室内の空気の温度を早く目標温度に設定することができる。

このことから、室内ファン６を駆動するモータ７の駆動周波数を、室外機３に供給される電流を制御する制御パラメータとし、該電流についての上限値を複数設定することによって、空調負荷が大きいときの当該空調システム１の空調能力について複数の能力レベルを設け、前記第１の実施形態の制御方法（図６に示す制御方法）と同様の方法によって、室内ファン６を駆動するモータ７の駆動を制御するようにしてもよい。

なお、圧縮機８を駆動する圧縮機モータ２５の駆動周波数を制御することで、空調システム１の空調能力を制御する前記第１の実施形態と、室内ファン６を駆動するモータ７の駆動周波数を制御することで、空調システム１の空調能力を制御する本変形形態とを比較した場合、一方は他方に対して次のような利点がある。

すなわち、空調後の空気の吹出口近傍にユーザがいる場合、本変形形態のように空気の送風能力を高めると、比較的強い風が直接ユーザに当たる可能性が高くなり、快適性の低下が懸念される。これに対し、前記第１の実施形態では、送風能力は変わらないため、前述のような懸念が生じることがほとんどない。

一方、室内にいるユーザと室内機２とが比較的離間している場合、前記第１の実施形態のように圧縮機８の圧縮能力を高めたとしても、空調後の空気が、前記ユーザがいる場所まで行き渡りにくい。これに対し、前記本変形形態では、空気の送風能力を高めるため、室内機２から比較的離間しているユーザがいる場所まで空調後の空気が行き渡り易くなる。

以上の点を考慮すると、前記第１の実施形態は、空調システム１が比較的小さい空間の空気を空調対象とする場合に好適であり、逆に、本変形形態は、空調システム１が比較的大きい空間の空気を空調対象とする場合に好適である。

空調システムの第１の実施形態の構成を示す図である。空調システムの構成を示すブロック図である。圧縮機用モータ駆動回路部の回路構成を示す図である。ロータリースイッチの外観を示す図である。電流上限値テーブルを示す図である。モータの駆動周波数の経時変化を示すグラフである。空調システムの構成の変形形態を示すブロック図である。従来技術の説明図である。

符号の説明

１空調システム
２室内機
３室外機
６室内ファン
７室内ファンモータ
８圧縮機
１３室外ファン
１９室外ファンモータ
２０圧縮機駆動部
２１室内ファン駆動部
２２室外ファン駆動部
２３入力操作部
２４制御部
２５圧縮機モータ
２６圧縮機用モータ駆動回路部
２８インバータ回路
３３室内ファン用モータ駆動回路部
３５室外ファン用モータ駆動回路部
３６ロータリースイッチ
３７テーブル記憶部
３８電流検出部
３９駆動制御部
４２環境検出部
４４加熱度センサ

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する第１のモータと、
前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記凝縮器及び蒸発器の動作により生成された空気を室内に送出する送風部と、
前記送風部を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータ及び第２のモータの少なくとも一方に交流電力を出力するインバータ回路部と、
空調対象空間の空調負荷が予め定められた負荷を基準とする一定範囲外にあるとき、予め定められた第１の周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第１の駆動モードと、前記空調負荷が前記一定範囲内のとき、前記第１の周波数より小さい一定の第２の周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第２の駆動モードとを有する駆動制御部と
を備える空調システム。
商用電源から前記第１又は第２のモータを含む当該空調システムの予め定められた各部に供給される電流の総和を繰り返し検出する電流検出部と、
前記第１の駆動モード時に前記商用電源から前記各部に供給される電流の総和についての制限値を複数種類記憶する制限値記憶部とを備え、
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から選択された制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する請求項１に記載の空調システム。
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する第１のモータと、
前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記凝縮器及び蒸発器の動作により生成された空気を室内に送出する送風部と、
前記送風部を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータ及び第２のモータの少なくとも一方に交流電力を出力するインバータ回路部と、
空調対象空間の空調負荷について予め定められた負荷に対する第１又は第２のモータの駆動力を得るための予め定められた周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第１の駆動モードと、前記駆動力より小さい駆動力を得るための周波数を有する交流電力を前記インバータ回路部から出力させる第２の駆動モードとを有する駆動制御部と、
商用電源から前記モータを含む当該空調システムの予め定められた各部に供給される電流の総和を繰り返し検出する電流検出部と、
前記第１の駆動モード時に前記商用電源から前記各部に供給される電流の総和についての制限値を複数種類記憶する制限値記憶部とを備え、
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から選択された制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する空調システム。
前記電流の制限値を前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から択一的に選択する入力を行うための電流制限値入力選択部を備え、
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記電流検出部により検出された電流が、前記電流制限値入力選択部により選択された制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する請求項２又は３に記載の空調システム。
環境を検出する環境検出部を備え、
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から前記環境検出部により検出された環境に基づいて制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する請求項２に記載の空調システム。
前記環境検出部は、外気の温度を検出するものであり、
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から前記環境検出部により検出された温度に基づいて制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する請求項５に記載の空調システム。
前記環境検出部は、室内の空気の温度を検出するものであり、
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記環境検出部により検出された室内空気の温度と目標温度との差に基づいて制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように、前記交流電力の周波数を変更する請求項５に記載の空調システム。
前記第１の駆動モードは、前記空調負荷が前記一定範囲より大きいときに、前記予め定められた周波数より高い周波数の交流電力を出力する駆動モードであり、
前記制限値記憶部は、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きい制限値を記憶する請求項１ないし７のいずれかに記載の空調システム。
前記駆動制御部は、前記第１の駆動モードにおいて、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、当該空調システムの状態に応じた制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更する請求項２又は３に記載の空調システム。
前記状態は、当該空調システムの主電源がオンされてから予め定められた時間が経過するまでの起動状態であり、
前記駆動制御部は、前記起動状態のときには、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更する請求項９に記載の空調システム。
前記状態は、当該空調システムがデフロスト運転を実施している状態であり、
前記駆動制御部は、前記デフロスト運転実施状態のときには、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更する請求項９に記載の空調システム。
前記圧縮機から吐出される冷媒が通る吐出管の加熱度を検出する加熱度検出部を備え、
前記状態は、前記加熱度検出部により検出される加熱度が予め定められた値より小さい状態であり、
前記駆動制御部は、前記加熱度が予め定められた値より小さい状態のときには、前記制限値記憶部に記憶された複数の制限値の中から、前記第２の駆動モード時に設定される制限値より大きな制限値を選択し、前記電流検出部により検出された電流がその選択した制限値を超えないように前記交流電力の周波数を変更する請求項９に記載の空調システム。
前記インバータ回路部は、前記圧縮機を駆動する前記第１のモータに交流電力を出力するものである請求項１ないし１２のいずれかに記載の空調システム。
前記インバータ回路部は、前記送風部を駆動する前記第２のモータに交流電力を出力するものである請求項１ないし１２のいずれかに記載の空調システム。