JP2015105785A - 省エネ制御装置、それを備えた空気調和システム、及び省エネ制御方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】時々刻々と変化する空気調和装置の運転状態に応じて所望の割合で消費電力を低減すること。【解決手段】インバータ圧縮機５を備える空気調和装置の室外機７に入力される入力電流を計測する電流センサ３と、室外機７の消費電力を低減させる低減指令及び消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、計測された入力電流から所定の電流量を低減させるようにインバータ圧縮機５を制御する期間を第１期間とし、入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、第１期間及び第２期間の消費電力の合計が、消費電力を低減しない場合より低減量だけ低減するための所定の電流量を決定し、決定した所定の電流量で入力電流が低減される第１期間と第２期間とを交互に繰り返すようインバータ圧縮機５を制御するコントローラ４とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、省エネ制御装置、それを備えた空気調和システム、及び省エネ制御方法並びにプログラムに関するものである。

近年の省エネルギの要求の高まりに伴い、空気調和機においても省エネルギの運転が要求されている。
例えば、下記特許文献１では、定格の消費電力に対して、消費電力を抑える割合とするカット割合から設定消費電力を求め、圧縮機の電流値の総和が設定消費電力から算出される電流値の上限値を超えないように圧縮機の電流値を制御する構成が記載されている。
また、下記特許文献２では、室内温度の如何に拘わらず、所定の停止時間だけ空気調和動作を停止させて間欠運転する構成が記載されている。

特開２００６−１２５６６１号公報 特開平９−２９２１４９号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法は、定格消費電力を基準として制御しており、時々刻々と変化する運転状態に応じて所望の割合で消費電力を低減することができないという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、時々刻々と変化する空気調和装置の運転状態に応じて所望の割合で消費電力を低減できる省エネ制御装置、それを備えた空気調和システム、及び省エネ制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、圧縮機を備える空気調和装置の室外機に入力される入力電流を計測する電流計測手段と、前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、計測された前記入力電流から所定の電流量を低減させるように前記圧縮機を制御する期間を第１期間とし、前記入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、前記第１期間及び前記第２期間の前記消費電力の合計が、前記消費電力を低減しない場合より前記低減量だけ低減するための前記所定の電流量を決定し、決定した前記所定の電流量で前記入力電流が低減される前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返すよう前記圧縮機を制御する制御手段とを具備する省エネ制御装置を提供する。

本発明によれば、空気調和装置の室外機に入力される入力電流が計測されており、室外機の消費電力を低減させる低減指令及び消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、室外機に備えられる圧縮機は、第１期間において入力電流から所定の電流量を低減させることで得られる消費電力と、第２期間において入力電流の電流制御が解除されることで得られる消費電力との合計が、低減指令によって指定された低減量だけ、低減前の消費電力より低減されるように制御され、第１期間と第２期間とを交互に繰り返すように制御される。
このように、第１期間と第２期間を繰り返し、電流制御された第１期間の後に電流制御を解除する第２期間を設けるので、電流制御しない場合の入力電流値を基準として次の第１期間の電流制御を行うことができ、時々刻々と変化する室外機の運転状態に対して、指示された低減量で確実に消費電力の低減ができる。また、計測された入力電流の情報は、室外機が取得する情報であるため、消費電力の低減にあたり追加するハードウェアは不要となり、ソフトウェアの変更で対応できる。

本発明は、上記省エネ制御装置と、空気調和装置の室外機と、前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を前記制御手段に出力する外部指令装置とを具備する空気調和システムを提供する。

本発明は、圧縮機を備える空気調和装置の室外機に入力される入力電流を計測する第１ステップと、前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、計測された前記入力電流から所定の電流量を低減させるように前記圧縮機を制御する期間を第１期間とし、前記入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、前記第１期間及び前記第２期間の前記消費電力の合計が、前記消費電力を低減しない場合より前記低減量だけ低減するための前記所定の電流量を決定し、決定した前記所定の電流量で前記入力電流が低減される前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返すよう前記圧縮機を制御する第２ステップとを有する省エネ制御方法を提供する。

本発明は、圧縮機を備える空気調和装置の室外機に入力される入力電流を電流計測手段によって計測させる第１処理と、前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、計測された前記入力電流から所定の電流量を低減させるように前記圧縮機を制御する期間を第１期間とし、前記入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、前記第１期間及び前記第２期間の前記消費電力の合計が、前記消費電力を低減しない場合より前記低減量だけ低減するための前記所定の電流量を決定し、決定した前記所定の電流量で前記入力電流が低減される前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返すよう前記圧縮機を制御する第２処理とをコンピュータに実行させるための省エネ制御プログラムを提供する。

本発明は、時々刻々と変化する空気調和装置の運転状態に応じて所望の割合で消費電力を低減できるという効果を奏する。

本発明に係る空気調和システムの概略構成図である。 入力電流の制御によって得られる時間傾向の一例を示した図である。 入力電流の制御によって得られる消費電力の時間傾向の一例を示した図である。 本発明に係る空気調和システムの開始状態から停止状態の遷移を示したステートマシン図である。

以下に、本発明に係る省エネ制御装置、それを備えた空気調和システム、及び省エネ制御方法並びにプログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示される空気調和システム１は、省エネ制御装置１０と、外部指令装置６と、空気調和装置の室外機７とを備え、電源２と接続されている。
省エネ制御装置１０は、電流センサ（電流検出手段）３と、コントローラ（制御手段）４とを備えている。
電流センサ３は、電源２から、インバータ圧縮機（圧縮機）５を備える空気調和装置の室外機７に入力される入力電流を計測する。電流センサ３は、計測した入力電流値の情報をコントローラ４に出力する。
外部指令装置６は、室外機７の消費電力を低減させる低減指令（省エネ制御指令）及び消費電力を低減させる低減量の情報をコントローラ４に出力する。外部指令装置６には図示しない入力装置等が備えられており、入力装置から低減指令や低減量が入力できるようになっている。
インバータ圧縮機５は、インバータ制御により多段階に容量が可変される容量制御型の圧縮機であり、回転数を操作量として制御される。

コントローラ４は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。具体的には、コントローラ４は、入力電流の情報を取得し、取得した入力電流に基づいてインバータ圧縮機５を制御する。

より具体的には、コントローラ４は、室外機７の消費電力を低減させる低減指令及び消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、計測された入力電流から所定の電流量を低減させるようにインバータ圧縮機５を制御する期間を第１期間（電流制限状態）とし、入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間（電流非制限状態）とし、第１期間及び第２期間の消費電力の合計が、消費電力を低減しない場合より低減指令とともに通知された低減量だけ低減するための所定の電流量を決定し、決定した所定の電流量で入力電流が低減される第１期間と第２期間とを交互に繰り返すようインバータ圧縮機５を制御する。

また、第２期間は、室外機７の現在の運転状態を把握するために設けられる期間であり、第２期間があることによって、室外機７の運転継続によるなりゆきの入力電流に対して低減指令で指示される消費電力の低減量を確実に低減できる。なお、本実施形態における第１期間及び第２期間は、例えば、５分程度の期間とするが、第１期間及び第２期間は室外機７のインバータ圧縮機５の回転数制御レートに応じて設定されるものである。

図２は、横軸に時間、縦軸に電流センサ３で計測される入力電流値〔Ａ〕が示されている。実線は、本実施形態にかかる空気調和システム１による制御後の入力電流の時間傾向の一例を示しており、点線は制御をかけなかった場合の入力電流の時間傾向である。図２のＴ１は入力電流の電流制限（低減制御）される第１期間を示し、Ｔ２は入力電流の電流制限（低減制御）が解除される第２期間を示している。

本実施形態においては、計測された入力電流値から所定の電流量を低減させて運転する第１期間Ｔ１と、所定の電流量を低減させた状態から電流制限を解除して運転する第２期間Ｔ２とが、等しい時間間隔である場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。

時刻ｔ０にて、空気調和装置の室外機７が運転中であり、時刻ｔ１にて消費電力の低減指令とともに消費電力の低減量（例えば、１０％）とする情報がコントローラ４に入力されると、コントローラ４において、入力電流は、２倍の低減量（例えば、２×１０％＝２０％）で電流制限をかけることとして決定される。ここで、入力電流の低減量を２倍としているのは、入力電流の電流制限する第１期間Ｔ１と電流制限を解除する第２期間Ｔ２とが等しい時間間隔であることを根拠としている。
コントローラ４は、計測された入力電流値から入力電流が所定の電流量（例えば、２０％）低減するように、インバータ圧縮機５の回転数を制御する。

入力電流の電流制限が開始されてから第１期間Ｔ１経過後の時刻ｔ２において、電流制限が解除され、インバータ圧縮機５が制御されると、入力電流値は徐々に回復する。電流制限が解除されてから第２期間Ｔ２経過後の時刻ｔ３において、室外機７の現在の運転状態（入力電流）が計測されるので、時刻ｔ３のタイミングで電流センサ３によって計測される入力電流に基づいて、次の第１期間（つまり、時刻ｔ３から時刻ｔ４）における入力電流の低減する所定の電流量（電流制限値）が設定できる。

ここで、消費電力は、消費電力＝電流×電圧×力率として表すことができるため、電圧と力率が一定であることとして、このように第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に設けるようにコントローラ４がインバータ圧縮機５に対して回転数指示することにより、図３に示されるような消費電力の傾向が得られる。
図３の横軸には時間、縦軸には消費電力〔Ｗ〕が示されており、実線は、本実施形態にかかる空気調和システム１による制御後の消費電力の時間傾向の一例を示しており、点線は制御をかけなかった場合の消費電力の時間傾向であり、一点鎖線は、低減指令によって指示された低減量（例えば、１０％）で低減された消費電力を示しており、斜線領域は、低減された１０％分の消費電力量を示している。

図３に示されるように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の第２期間Ｔ２において斜線領域の低減されていない消費電力量は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の第１期間Ｔ１の斜線領域の低減された消費電力量に相当しており、時刻ｔ１から時刻ｔ２の第１期間Ｔ１の一点鎖線から実線部分の低減された消費電力量（低減指令による低減量１０％より多く低減している消費電力量）は、時刻ｔ２から時刻ｔ３の第２期間Ｔ２の一点鎖線から実線部分の低減されていない消費電力量に相当している。本実施形態においては、低減指令によって指示された低減量（例えば、１０％）の２倍の低減量（例えば、２０％）の電流量を低減させることによって、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２の合計期間における消費電力量の合計が、低減指令によって指示された低減量だけ低減された。

このように、電流制限を解除する第２期間Ｔ２の期間においては、室外機７に入力される現在の運転状態である入力電流を検出し、第２期間Ｔ２で計測された入力電流に基づいて次の第１期間Ｔ１の電流制限がなされるので、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とを交互に設けることによって、時々刻々と変化する空気調和装置の運転状態に追従して、消費電力を確実に低減指示された低減量だけ低減できる。

以下に本実施形態に係る空気調和システム１のコントローラ４の作用を図１から図４を用いて説明する。
空気調和装置の室外機７が運転中であり、かつ、外部指令装置６から消費電力の省エネ制御開始指令（低減指令）及び低減量の情報がコントローラ４に入力されると、省エネ制御運転が開始される。省エネ制御運転が開始されたタイミングにおいて電流センサ３によって検出された室外機７の入力電流を基準として、入力電流値から所定の電流量の低減が開始され、電流制限状態に移行する。このとき、低減される所定の電流量は、室外機７の機種等に基づいて決定される第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２に応じて設定される。

コントローラ４によって、室外機７の入力電流が、低減前の入力電流値より所定の電流量低減されるようにインバータ圧縮機５の回転数が制御される。第１期間Ｔ１を計測（管理）するＴ１タイマのカウントが終了（第１期間Ｔ１が満了）すると、電流非制限状態に移行する。電流非制限状態では、入力電流の電流制限が解除され、第２期間Ｔ２を計測（管理）するＴ２タイマのカウントが終了（第２期間Ｔ２が満了）すると、電流制限状態に移行する。

省エネ制御解除指令（低減指令を解除する解除指令）が取得されるまで、或いは、室外機７の運転停止指示が取得されるまで、電流制限状態と電流非制限状態とが繰り返される。外部指令装置６から省エネ制御解除指令を取得した場合、或いは室外機７の運転停止時を取得した場合には、省エネ制御運転状態が終了され、本処理を終了する。

以上説明してきたように、本実施形態に係る省エネ制御装置１０、それを備えた空気調和システム１及び省エネ制御方法並びにプログラムによれば、空気調和装置の室外機７に入力される入力電流が計測されており、室外機７の消費電力を低減させる低減指令及び低減量の情報を取得した場合に、室外機７に備えられるインバータ圧縮機５は、第１期間Ｔ１において計測された入力電流から所定の電流量を低減させることで得られる消費電力と、第２期間Ｔ２において入力電流の電流制御が解除されることで得られる消費電力との合計が、低減指令によって指定された低減量だけ、低減前の消費電力より低減されるように制御される。

このように、計測された入力電流に基づいて、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２を繰り返すようにインバータ圧縮機５が制御され、時々刻々と変化する室外機７の運転状態に応じた所定の低減電流量を第２期間Ｔ２が満了になるタイミングで設定されるので、消費電力を指示された低減量だけ確実に低減できる。また、計測された入力電流の情報は、室外機が取得する情報であるため、消費電力の低減にあたり追加するハードウェアは不要となり、ソフトウェアの変更で対応できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ 空気調和システム
２ 電源
３ 電流センサ（電流検出手段）
４ コントローラ（制御手段）
５ インバータ圧縮機（圧縮機）
６ 外部指令装置
７ 空気調和装置の室外機
１０ 省エネ制御装置

Claims (4)

1. 圧縮機を備える空気調和装置の室外機に入力される入力電流を計測する電流計測手段と、
   前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、
   計測された前記入力電流から所定の電流量を低減させるように前記圧縮機を制御する期間を第１期間とし、前記入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、前記第１期間及び前記第２期間の前記消費電力の合計が、前記消費電力を低減しない場合より前記低減量だけ低減するための前記所定の電流量を決定し、決定した前記所定の電流量で前記入力電流が低減される前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返すよう前記圧縮機を制御する制御手段と
   を具備する省エネ制御装置。
2. 請求項１に記載の省エネ制御装置と、
   空気調和装置の室外機と、
   前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を前記制御手段に出力する外部指令装置と
   を具備する空気調和システム。
3. 圧縮機を備える空気調和装置の室外機に入力される入力電流を計測する第１ステップと、
   前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、
   計測された前記入力電流から所定の電流量を低減させるように前記圧縮機を制御する期間を第１期間とし、前記入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、前記第１期間及び前記第２期間の前記消費電力の合計が、前記消費電力を低減しない場合より前記低減量だけ低減するための前記所定の電流量を決定し、決定した前記所定の電流量で前記入力電流が低減される前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返すよう前記圧縮機を制御する第２ステップと
   を有する省エネ制御方法。
4. 圧縮機を備える空気調和装置の室外機に入力される入力電流を電流計測手段によって計測させる第１処理と、
   前記室外機の消費電力を低減させる低減指令及び前記消費電力を低減させる低減量の情報を取得した場合に、
   計測された前記入力電流から所定の電流量を低減させるように前記圧縮機を制御する期間を第１期間とし、前記入力電流の低減制御を解除する期間を第２期間とし、前記第１期間及び前記第２期間の前記消費電力の合計が、前記消費電力を低減しない場合より前記低減量だけ低減するための前記所定の電流量を決定し、決定した前記所定の電流量で前記入力電流が低減される前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返すよう前記圧縮機を制御する第２処理と
   をコンピュータに実行させるための省エネ制御プログラム。
   

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