JP2015055443A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】予熱機能を備えた空気調和機において、暖房運転の立ち上がり性能の向上と省エネ性の向上を両立させることを目的とする。
【解決手段】１日のうちに設けられた予熱運転許可時間帯を複数の所定時間帯に分け、過去の所定期間における運転開始回数が所定の閾値を越えているかどうかに基づいて、将来の予熱運転許可時間帯において使用される時間帯を予測し、その使用予測がされた時間帯が複数ある場合には、予熱運転許可時間帯に予熱運転を行う上限回数を設けるとともに、それらの時間帯のうち最先の時間帯に合わせて予熱運転を開始する。
【選択図】図４

Description

本発明は、暖房立ち上がり性能を向上させた空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機には、暖房運転の開始前に、予め圧縮機等を暖めるなどし、暖房運転の立ち上がりを早める予熱機能を備えたものがある。予熱運転を開始する時刻を、過去の暖房運転の開始時刻から学習するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１においては、１日（２４時間）を複数の時間帯ゾーンに分け、各ゾーンに発生する運転開始回数を数え、その回数に重み付けをして予熱運転を行う時刻を推定している。

特開平５−１８５５号公報

しかしながら、前記従来の技術では、すべての過去の暖房運転の開始時刻の前に、予熱運転が行われるため、１日に予熱運転を行う回数が多くなり、長時間にわたって電力を通電する必要があった。このため、省エネ性が悪化するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、予熱機能を備えた空気調和機において、暖房運転の立ち上がり性能の向上と省エネ性の向上を両立させることを目的とする。

１日のうちに設けられた予熱運転許可時間帯を複数の所定時間帯に分け、過去の所定期間における前記所定時間帯ごとの運転開始回数を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された記憶情報において前記所定時間帯ごとの運転開始回数が所定の閾値を越えているかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて将来の予熱運転許可時間帯における使用予測をする使用予測手段と、前記使用予測手段の使用予測に基づいて予熱運転を行う制御手段と、を備え、前記将来の予熱運転許可時間帯において、前記使用予測手段により使用予測がされた時間帯が複数ある場合には、前記制御手段は、前記予熱運転許可時間帯に予熱運転を行う上限回数を設けるとともに、前記時間帯のうち最先の時間帯に合わせて予熱運転を開始することにより、暖房運転の立ち上がり性能の向上と省エネ性の向上を両立させることができる。

本発明の空気調和機は、暖房運転の立ち上がり性能の向上と省エネ性の向上を両立させることができる。

本実施の形態１における室内機の外観斜視図および要部構成図 本実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル構成概略図 本実施の形態１における制御系のシステムの構成を説明するブロック図 本実施の形態１における弱暖運転を行う時間を決定する制御フローチャート 本実施の形態１における弱暖運転を行う時間の決定例を説明する説明図

第１の発明の空気調和機は、１日のうちに設けられた予熱運転許可時間帯を複数の所定時間帯に分け、過去の所定期間における前記所定時間帯ごとの運転開始回数を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された記憶情報において前記所定時間帯ごとの運転開始回数が所定の閾値を越えているかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて将来の予熱運転許可時間帯における使用予測をする使用予測手段と、前記使用予測手段の使用予測に基づいて予熱運転を行う制御手段と、を備え、前記将来の予熱運転許可時間帯において、前記使用予測手段により使用予測がされた時間帯が複数ある場合には、前記制御手段は、前記予熱運転許可時間帯に予熱運転を行う上限回数を設けるとともに、前記時間帯のうち最先の時間帯に合わせて予熱運転を開始するものである。

これによれば、予熱運転許可時間帯に行う予熱運転に上限回数を設けることで、予熱運転が長時間にわたって継続することがなく、また、閾値を超える時間帯が多数ある場合には、その予測は誤差が多いと判断して予熱運転を行うことがない。このため、省エネ性が向上する。一方、過去の運転開始回数の頻度にかかわらず、最先の時間帯に合わせて予熱運転を開始することで、その後の時間帯に予熱運転が行われないまま、暖房運転が開始された場合でも、先の予熱運転で、ある程度は室内熱交換器や圧縮機等が暖められているため、暖房運転の立ち上がり性能を改善できる。

第２の発明の空気調和機は、特に第１の発明において前記最先の時間帯に合わせて開始した予熱運転中に、空気調和機の運転が開始された場合には、前記上限回数にかかわらず、前記予熱運転許可時間帯に予熱運転を行わないことにより、予熱運転が長期にわたって行われることがなく、省エネ性を向上させることができる。その後、暖房運転が停止され、再び暖房運転が行われた場合でも、前回の暖房運転で、ある程度は室内熱交換器や圧縮機等が暖められているため、予熱運転を行わなくても、暖房運転の立ち上がり性能を改善できる。

第３の発明の空気調和機は、特に第１の発明において前記最先の時間帯に合わせて開始した予熱運転の終了後、所定時間は、次の予熱運転を行わないことにより、予熱運転が連続して長期にわたり行われることがなく、省エネ性を向上させることができる。また予熱運転を行わない禁止区間中に暖房運転が行われた場合でも、先の予熱運転で、ある程度は室内熱交換器や圧縮機等が暖められているため、予熱運転を行わなくても暖房運転の立ち上がり性能を改善できる。

第４の発明の空気調和機は、特に第１の発明において前記最先の時間帯に合わせて開始した予熱運転は、次の予熱運転の開始の所定時間前に終了することにより、予熱運転が連続して長期にわたり行われることがなく、省エネ性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における室内機の外観斜視図および要部構成図、図２は空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。本実施の形態１では空気調和機は室内機１、室外機２を備えており、これらは接続配管３と通信線４によって接続されている。接続配管３は冷媒を、通信線４は制御によるデータをそれぞれ室内機１、室外機２に供給、輸送している。また、空気調和機は、ユーザが空気調和機を操作するためのリモコン５を備えている。

室内機１には、室内空気と冷媒とが熱交換を行う室内熱交換器１０４と、室内熱交換器
１０４での熱交換を促進し室内へ送風するための室内ファン１０５を備える。また、室内温度（室温）を検出する室内温度検出手段である温度センサ１０６を備える。

室外機２には、室外空気と冷媒とが熱交換を行う室外熱交換器１０７と、室外熱交換器１０７での熱交換を促進し送風する室外ファン１０８と、冷媒を圧縮し高温冷媒を吐出する圧縮機１６と、冷媒の流路の順逆を切り換える四方弁１１０と、冷媒を減圧する減圧装置１１１を備える。

そして、冷房運転時には、圧縮機１６、四方弁１１０、室外熱交換器１０７、減圧装置１１１、室内熱交換器１０４、四方弁１１０、圧縮機１６の順に冷媒が流れるように冷凍サイクルが構成され、暖房運転時には四方弁１１０を切り換えることによって冷媒の流路が逆となる。

また、室内機１の正面側には空調運転時に開き、空調運転停止時に閉まる正面パネル１２０と、室内へ送風を行う吹き出し口１２１と、吹き出し口１２１からの風の風向を上下に変更させる上下羽根１２２と、吹き出し口１２１からの風の風向を左右に変更させる左右羽根（図示せず）とを備える。

図３を用いて、本実施の形態における制御系のシステムの構成について説明する。室内機１は、室内機１内に設けられた室内ファン１０５等を制御するための室内制御部９を備えている。室内制御部９は、運転カウンタ１０（本発明における記憶手段）、時刻暗記部１１、室外機２と通信線４を介して接続される送受信装置１２を備えている。また、室内制御部９内には、運転カウンタ１０によって記憶された記憶情報において所定時間帯ごとの運転開始回数が所定の閾値を越えているかどうかを判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて将来の予熱運転許可時間帯における使用予測をする使用予測手段とが設けられている。

室外機２は、室外機２内に設けられた圧縮機１６や室外ファン１０８等を制御するための室外制御部１３を備えている。室外制御部１３は、室内機１と通信線４を介して接続される送受信装置１４、圧縮機１６の運転制御を行う圧縮機駆動回路１５を備えている。

リモコン５は、空気調和機の運転の開始や停止、設定の変更を入力する設定ボタン６、赤外線などにより室内機１へ操作信号を送信するための送信部７を備えている。

ユーザが、リモコン５に設けられた設定ボタン６を操作し、行いたい運転や設定を決定すると、リモコン５は、設定ボタン６からの入力情報を送信部７から室内機１に設けられた受信部８に送信する。受信部８が受信した情報は室内制御部９に送られ、室内制御部９はその情報に応じた処理を行う。

室内制御部９には、後述する弱暖房運転（本発明における予備運転）を行う必要があると想定される時間帯（本発明における予熱運転許可時間帯）が設定され、あらかじめ記憶されている。

運転カウンタ１０では、学習範囲内全ての予熱運転許可時間帯における暖房運転回数（総運転回数）と、学習範囲内でのある時間区間における暖房運転回数（区間運転回数）をそれぞれカウントすることができる。ここで、学習範囲は、過去の所定期間、具体的には、空気調和機が設置されてから現在の時刻までの範囲、もしくは、停電などの何らかの理由で運転カウンタ１０が記憶していた暖房運転回数をリセットされてから、現在の時刻までの範囲である。

本実施の形態では、予熱運転許可時間帯を時刻３：００〜１０：００の７時間としている。そして、その予熱運転許可時間帯を複数の所定時間帯に分けている。具体的には、予熱運転許可時間帯を、３０分ごとに区切り、１４区間の時間区間を設けている。なお、予熱運転許可時間帯の長さや、所定時間帯の長さや区間数は、これに限定されることなく、適宜、変更することができる。

時刻暗記部１１は、現在の時刻情報を覚えておくことができ、運転カウンタ１０による暖房運転回数のカウントに用いられる。本実施の形態では初期の時刻情報はリモコン５によってユーザが設定することにしているが、これに限定されることなく、たとえば無線ＬＡＮによる通信機能によって外部から情報を得ることで設定するものでも良い。

以上のように構成された空気調和機において、暖房運転の立ち上がり性能の向上と省エネ性の向上を両立させる制御について説明する。

暖房運転を行う際には、室内温度、室外温度は低い状態であることがほとんどであり、室内機１に設置されている室内熱交換器１０４や、室外機２に設置されている圧縮機１６は低温になっていることが多い。そのためユーザが暖房運転を行おうとしても、室内熱交換器１０４や圧縮機１６を暖めることに熱が奪われてしまい、室内機１から温風が吹き出されるまでに時間がかかり、快適性が損なわれる。

そこで、暖房運転が行われる前に、あらかじめ周波数を低くした暖房運転を行うことによって、室内熱交換器１０４、圧縮機１６を暖め、温風が吹き出されるまでの時間を短縮し、暖房運転の立ち上がり性能を向上させることができる。これによって、ユーザの快適性を高めることができる。

このような室内熱交換器１０４や圧縮機１６を暖めるための低い周波数での予熱運転は弱暖運転とも呼ばれる。しかし、弱暖運転を行うことは圧縮機１６を駆動させることになるので、無駄な電力を消費し、省エネ性が失われる。そこで暖房運転が行われるであろう時間を予想し、その時間に合わせて弱暖運転を行うことによって、省エネ性を失わず、快適性を高めることができるが、そのためには、弱暖運転を実施する最適な時間を決定する必要がある。

図４は、判定手段と使用予測手段とによって行われる、弱暖運転を行う時間を決定する制御フローチャートである。判定手段は、まずステップ３１において、複数の所定時間帯である１４区間の時間区間のうち、過去の学習範囲において暖房運転が開始された回数の高い高使用頻度区間の決定を行う。運転カウンタ１０により、１４区間それぞれでの区間運転回数を総運転回数で除した値を算出し、その値が閾値を超えている場合、ユーザが頻繁に暖房運転を開始する時間帯であると考え、高使用頻度区間とする。

ここで、閾値は頻繁に暖房運転を開始する頻度がどの程度であるかを考慮して設定を行うことが望ましい。例えば、本実施の形態では、閾値は０．２としている。この理由について、以下に説明する。

弱暖運転を行うことで、快適性を向上させたい時間帯としては、起床時にすぐに部屋を暖めたいという要望を考慮すると、早朝から午前中であると考えられる。なお、本実施の形態では、快適性を向上させたい時間帯は、時刻３：００〜１０：００であると想定して、予熱運転許可時間帯を時刻３：００〜１０：００の７時間と設定している。

そして、一般的なユーザは、１週間のうち平日と休日とで異なった生活サイクルを取っていることが多い。例えば、平日では、通学や通勤などのために、早く起床する一方、休
日では、比較的、遅く起床するという具合である。

このような平日と休日の生活サイクルの違いを考え、１週間を平日５日、休日２日とすると、１週間のうち２日以上の暖房運転を開始する程度の使用頻度を閾値として設定すると、休日の生活サイクルに合わせた弱暖運転が実施されない。また、逆に１週間のうち１日未満、暖房運転を開始する程度の使用頻度を閾値として設定すると、頻繁に運転を開始する時間であるとは言いがたく、多くの時間帯が高使用頻度区間となってしまい、省エネ性が悪化する恐れがある。このため、本実施の形態では、１週間のうち１日以上、２日未満の頻度で使用される時間帯が高使用頻度区間になるよう、閾値を１／７以上、２／７未満の数値である０．２と設定している。

なお、閾値の設定は、上述のように設定することが望ましいが、これに限定されることなく、運転回数がある区間だけ大きくなることを見込んで、０．３にしても良いし、逆に０．１にしても良い。また、本実施の形態では各区間運転回数を総運転回数で除した値を用いたが、これに限定されることなく、各区間の運転回数を用いても良い。

次に、使用予測手段は、ステップ３２においては、予熱運転許可時間帯に高使用頻度区間が存在するかを判断し、存在すればステップ３３に移行する。ステップ３３では高使用頻度区間から弱暖運転を実施する時間（弱暖運転時間）を決定する。

その方法はまず予熱運転許可時間帯において、最も時間の早い高使用頻度区間を基準区間１とし、その開始時間（例えば、区間６：００〜６：３０では６：００）を基準時間１として、その３０分前から９０分後までを弱暖運転時間１とする（例えば、６：００を基準時間１とすると５：３０〜７：３０）。なお、本実施の形態では前記のように弱暖運転時間１を決定しているがこれに限定されるものではない。

次に、ステップ３４において、判定禁止区間を決定する。判定禁止区間に入る高使用頻度区間は基準区間として判定されない。本実施の形態では基準区間１より３区間であるものとして判定禁止区間を設定する。例えば、基準区間１を６：００〜６：３０とすると６：３０〜７：００、７：００〜７：３０、７：３０〜８：００の３区間が判定禁止区間となる。なお、本実施の形態では前記のように判定禁止区間を決定するがこれに限定されるものではない。

このように、判定禁止区間を設けることで、最初の弱暖運転が行われた後、所定時間は、次の弱暖運転が行われないこととなる。これによれば、連続して弱暖運転を行うことを防止でき、省エネ性の向上させることができる。そして、弱暖運転が禁止された区間に暖房運転が開始されたとしても、一度は、弱暖運転を行っていることから、室内熱交換器１０４や圧縮機１６はある程度、暖まっているので、快適性は損なわれることはない。

次に、ステップ３５において、上限回数分の弱暖運転時間を決定したかを判定し、上限回数に達していれば、最終的な弱暖運転時間の決定を終了する。上限回数に達していなければ、ステップ３６において判定禁止区間の終了後に高頻度運転開始区間が存在するかを判定し、存在しなければ最終的な弱暖運転時間の決定を終了する。存在すればステップ３３、ステップ３４を同様に行い、次の基準区間である基準区間２を決定し、それに対応した弱暖運転時間である弱暖運転時間２を決定する。これを上限回数に達するか、判定禁止区間後に高頻度運転区間が無くなるまで繰り返す。

上限回数の設定を行うことによって、予熱運転許可時間帯中の大半で弱暖運転を行うことを防ぎ、省エネ性を向上させることができる。そして、上限回数を設定しても快適性は損なわれることがない。つまり、上述したように、ステップ３２において、弱暖運転時間
を決定する際には、最も時間の早い高使用頻度区間から、基準区間を設定していくため、上限回数に達した後であっても、弱暖運転を一度は行っていることとなる。このため、室内熱交換器１０４や圧縮機１６はある程度、暖まっているので、快適性は損なわれることはない。

なお、本実施の形態では、上限回数を２回に設定する。これは一般的な家庭では平日と休日とで生活サイクルが異なる（生活サイクルが２種類ある）ため、弱暖運転を行うべき時間も２回あることが望ましいと考えられるためである。

また、ステップ３２において高使用頻度区間が存在しない場合には、ステップ３７に移行する。ステップ３７において、総運転回数が１回以上であれば、ステップ３８において区間中の最も使用回数の多い区間を基準区間１とし、ステップ３３と同様にステップ３９を行い、弱暖運転時間１を決定し、最終的な弱暖運転時間とする。

なお、本実施の形態では前記のように弱暖運転時間を決定するがこれに限定されるものではなく、例えば弱暖運転を実施しなくても良いし、最も使用回数の多い区間と２番目に使用区間の多い区間をそれぞれ基準区間１、基準区間２として、最終的な弱暖運転時間を決定しても良い。

また、ステップ３８において、総運転回数が１回以上ではない、すなわち１回も運転されていない状態であるということは、初期設置状態もしくは学習記録をリセットされた状態であることが想定されるので、その場合には、ステップ３１０において基準区間１を６：００〜６：３０と設定する。これは最も一般的な運転開始時間を初期値として考えたものであるが、これに限定されるものではなく、違う区間を基準区間と決定しても良いし、複数の基準区間を決定しても、１つも基準区間を決定しなくても良い。

次にステップ３３、ステップ３９同様にステップ３１１を行い最終的な弱暖運転時間を決定する。

以上によって学習した運転回数から最終的な弱暖運転時間を決定する。

ただし、実際の運転において、複数の弱暖運転時間の設定が行われた際、いずれかの弱暖運転時間中にユーザによって暖房運転が開始された場合、その後の弱暖運転時間では弱暖運転は実施しない。

これは、１つ目の弱暖運転時間に暖房運転が開始された場合には、２つ目の弱暖運転時間には暖房運転は開始されない、または運転継続されている可能性が高いと判断されるためである。そして、もし２つ目の弱暖運転時間で暖房運転を実施された場合でも、少なくとも一度は暖房運転を行った後であるので、室内熱交換器１０４や圧縮機１６はある程度暖まっているので、快適性は損なわれないと考えられるためである。このように、一度、弱暖運転時間中に暖房運転が開始された場合には、その後は弱暖運転を実施しないほうが、省エネ性が高まり、ユーザにメリットが大きい。

図５を用いて、上述した弱暖運転を行う時間を決定方法の具体例を説明する。

図５は横軸に予熱運転許可時間帯（３：００〜１０：００）の区間を表し、早い時間から順番に番号をつけている。縦軸は各区間における区間運転回数を総運転回数で除した値であり、閾値を点線で示している。

まず、各区間における運転回数を総運転回数で除した値が閾値を超える区間を高頻度運
転区間となるので、図４から区間（４）（４：３０〜５：００）、（５）（５：００〜５：３０）、（７）（６：００〜６：３０）、（１１）（８：００〜８：３０）がそれにあたる。

次に、弱暖運転時間１を決定する。高頻度運転区間の中で最も時間が早いものは区間（４）であるので、基準区間１は区間（４）となり、基準時間１は４：３０となる。そして、弱暖運転時間１は４：３０を基準に４：００〜６：００となる。

また、判定禁止区間は区間（４）から３区間であるので、区間（５）〜（７）となり、高頻度運転区間である区間（５）〜（７）は基準区間に設定されることはない。

本実施の形態では弱暖運転を行う上限回数は２回であるため、判定禁止区間後の高頻度運転区間の存在を確認すると、区間（１１）が該当する。そのため区間（１１）が基準区間２となり、基準時間２は８：００となる。そして、弱暖運転時間２は７：３０〜９：３０となり、判定禁止区間には区間（１２）〜（１４）となる。

これにより、弱暖運転時間は設定された２回となるので、最終的な弱暖運転時間の決定を終了し、弱暖運転時間は４：００〜６：００、７：３０〜９：３０となる。

このように、４：００〜６：００と、７：３０〜９：３０の２回、弱暖運転を行うことで、例えば、平日には４：３０に起床し、休日には８：００に起床して、暖房運転を開始するユーザであっても、平日、休日ともに、あらかじめ室内熱交換器１０４や圧縮機１６が暖められているので、暖房運転開始時の立ち上がり性能を向上させることができ、快適性を向上させることができる。さらに、平日の４：３０頃に暖房運転が開始された場合には、７：３０〜９：３０の２回目の弱暖運転は行われないので、不必要に弱暖運転が行われることがなく、省エネ性が向上する。

なお、本実施の形態では、判定禁止区間を設けることで、最初の弱暖運転が行われた後、所定時間は、次の弱暖運転が行われないこととしたが、判定禁止区間を設けることなく次の弱暖運転時間を設定し、最初の弱暖運転時間と次の弱暖運転時間とが連続する場合には、最初の弱暖運転時間を短くするようにしても良い。これによれば、最初の弱暖運転は、次の弱暖運転の開始前に終了することとなるため、連続して弱暖運転を行うことを防止でき、省エネ性の向上させることができる。また、短時間であっても弱暖運転を一度は行っていることとなるため、室内熱交換器１０４や圧縮機１６はある程度、暖まっているので、快適性は損なわれることはない。

以上のように本発明は、最適な予熱運転時間を設定することで、暖房の立ち上がりを向上させることで快適性を向上させ、なおかつ省エネ性を高めることができるため、個人向けの能力の小さい空気調和機だけでなく、業務用の大型の空気調和機にも応用することができる。

１ 室内機
２ 室外機
３ 接続配管
４ 通信線
５ リモコン
６ 設定ボタン
７ 送信部
８ 受信部
９ 室内制御部
１０ 運転カウンタ
１１ 時刻暗記部
１２ 送受信装置
１３ 室外制御部
１４ 送受信装置
１５ 圧縮機駆動回路
１６ 圧縮機
１０４ 室内熱交換器
１０５ 室内ファン
１０６ 温度センサ
１０７ 室外熱交換器
１０８ 室外ファン
１１０ 四方弁
１１１ 減圧装置
１２０ 正面パネル
１２１ 吹き出し口
１２２ 上下羽根

Claims (4)

1. １日のうちに設けられた予熱運転許可時間帯を複数の所定時間帯に分け、過去の所定期間における前記所定時間帯ごとの運転開始回数を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された記憶情報において前記所定時間帯ごとの運転開始回数が所定の閾値を越えているかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて将来の予熱運転許可時間帯における使用予測をする使用予測手段と、前記使用予測手段の使用予測に基づいて予熱運転を行う制御手段と、を備え、前記将来の予熱運転許可時間帯において、前記使用予測手段により使用予測がされた時間帯が複数ある場合には、前記制御手段は、前記予熱運転許可時間帯に予熱運転を行う上限回数を設けるとともに、前記時間帯のうち最先の時間帯に合わせて予熱運転を開始することを特徴とする空気調和機。
2. 前記最先の時間帯に合わせて開始した予熱運転中に、空気調和機の運転が開始された場合には、前記上限回数にかかわらず、前記予熱運転許可時間帯に予熱運転を行わないことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記最先の時間帯に合わせて開始した予熱運転の終了後、所定時間は、次の予熱運転を行わないことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
4. 前記最先の時間帯に合わせて開始した予熱運転は、次の予熱運転の開始の所定時間前に終了することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。