JP2015113993A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】快適性および省エネを実現できる空気調和機を提供する。
【解決手段】運転周波数可変の圧縮機と、該圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを段階的に設定し室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を決定し該圧縮機を制御する室外制御部と、室温及び設定温度から圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを算出する室内制御部とを備え、室内制御部から送られた運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室外制御部は、指示された２段階の運転コードに対応する運転周波数から算出される中間の補正目標周波数で前記圧縮機を制御する。さらに前記高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数になるように圧縮機を制御する。これにより運転コードの段階指示のハンチングを抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、運転周波数可変の圧縮機を備え、室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を決定し圧縮機を制御する空気調和機に関するものである。

従来、特許文献１に示すように、室外機側に、運転周波数可変の圧縮機と、該圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを段階的に設定したテーブルを用い、室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を決定し該圧縮機を制御する室外制御部とを備え、室内機側に、室温及び設定温度から圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを算出する室内制御部を備え、室外機側で、室温及び設定温度から圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを算出し、室外制御部側で、室内制御部から送られてくる運転コードに対応した運転周波数で圧縮機を運転制御する空気調和機が存在する。

しかし、環境負荷とちょうど釣り合った回転数で空気調和機が動作すると、最も室内の温度ムラが少なくなり、省エネルギーにもなるが、室外制御部側で、圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを段階的に設定したテーブルを用いて圧縮機を制御すると、運転コードとこれに対応する運転周波数の設定次第では運転コード間の周波数データの差が大きくなり、運転コードによる段階指示がハンチングすることがある。

特許文献２には、周波数指令の変動に基づき異なる周波数の繰り返しを判別したとき、周波数指令に対応して繰り返された２つの周波数間の中間周波数を選択し、これを圧縮機の駆動周波数として出力するよう制御する空気調和機が開示されている。

特許３５９６７５０号公報 特開平７−４３００６号公報

特許文献２のように、周波数指令の変動に基づき異なる周波数の繰り返しがなされたとき、周波数指令に対応して繰り返された２つの周波数間の中間周波数で圧縮機を駆動制御すれば、段階指示のハンチングが少なくなるが、その中間周波数と周波数指令に対応する周波数との差は、それ以上縮小することはないので、依然としてハンチングが起こる可能性がある。

本発明は、室内制御部と室外制御部との間における従来の信号体系をそのままにして、ハンチングがしにくくなり、快適性および省エネをさらに実現できる空気調和機の提供を目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、運転周波数可変の圧縮機と、該圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを段階的に設定し室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を決定し該圧縮機を制御する室外制御部と、室温及び設定温度から圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを算出する室内制御部とを備え、室内制御部から送られた運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室外制御部は、指示された２段階の運転コードに対応する運転周波数から算出される中間の補正目標周波数で前記圧縮機を制御すると共に、さらに前記高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数になるように前記圧縮機を制御することを特徴とする。

上記構成によると、室内制御部では、室温及び設定温度から圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを算出する。室外制御部では、室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を決定し該圧縮機を制御する。室内制御部から送られた運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室外制御部は、指示された２段階の運転コードに対応する運転周波数の中間の補正目標周波数を算出し、この補正目標周波数で圧縮機を制御する。

さらに、運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数を算出し、この新たな補正目標周波数により圧縮機を制御する。

本発明によると、運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数を算出し、この新たな補正目標周波数により圧縮機を制御するので、特許文献２の技術に比べて、段階指示のハンチングがしにくくなり、快適性および省エネをさらに実現できることになる。

本発明の空気調和機の冷凍サイクルの摸式図である。 本発明の制御ブロック図である。 本発明の室内機側の運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を制御するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における運転停止中の保温運転モードでのフローチャートである。 同じく暖房運転中の保温運転モードでのフローチャートである。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、第1の実施形態を室内機と室外機とからなるセパレート型空気調和機にて説明する。図１は空気調和機の冷凍サイクルの摸式図である。図１において、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、前記冷媒と室外の空気と間で熱交換するための室外熱交換器２と、前記冷媒と室内の空気との間で熱交換するための室内熱交換器３と、前記室外熱交換器２と室内熱交換器３との間に介在され前記冷媒の流量を調整するための膨張弁４とから構成されている。圧縮機１、室外熱交換器２、膨張弁４および切換弁７は室外機に収容される。室内熱交換器３は室内機に収容される。

また、室内熱交換器３に対向して室内ファン５が設けられ、室外熱交換器２に対向して室外ファン６が設けられている。そして、冷凍サイクルの切換弁７の切換えにより、冷房運転サイクルでは、圧縮機１、切換弁７、室外熱交換器２、膨張弁４、室内熱交換器３、切換弁７、圧縮機１の順に冷媒が循環する。この場合、室外熱交換器２が、圧縮された高温の冷媒を凝縮して液化させるための凝縮器として機能し、室内熱交換器３が、液化された冷媒を蒸発させることで冷媒を低温の気体に変化させるための蒸発器として機能する。

暖房運転サイクルでは、圧縮機１、切換弁７、室内熱交換器３、膨張弁４、室外熱交換器２、切換弁７、圧縮機１の順に冷媒が循環する。この場合、室外熱交換器２が蒸発器、室内熱交換器３が凝縮器として機能する。

図１において、室外熱交換器２の温度を測定するための温度センサ１０と、圧縮機１の吐出温度を測定するための温度センサ１１と、室内熱交換器３の温度を測定するための温度センサ１２とを備えている。これらの温度センサ１０，１１，１２は、例えば、サーミスタから構成される。

また、図１において、室内ファン５の回転数を検出する回転数検出センサ１５と、室外ファン６の回転数を検出する回転数検出センサ１６とを備えている。これらの回転数検出センサ１５，１６は、例えば、ロータリエンコーダから構成される。

ファンの回転数をハード的に検出する回転数検出センサ１５，１６に代わり、空気調和機全体の制御を行なう制御部２０において、室内ファン５および室外ファン６を駆動制御する駆動部からの信号によりソフト的に回転数を検出する構成であってもよい。

図２は制御ブロック図である。図２に示すように、マイコンからなる制御部２０は、リモコン２１からのユーザの指示、室温を検出する室温センサ２２、外気温を検出する外気温センサ２３等の各種のセンサの検出信号に基づいて、冷凍サイクルを制御し、冷暖房運転を行う。

制御部２０は、室外制御部２５（室外機に収容されている）と室内制御部２６（室内機に収容されている）とを備え、両者は双方向の通信が可能とされる。室外制御部２５では圧縮機１の運転周波数に対応する運転コードを段階的に設定し室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機１の運転周波数を決定し該圧縮機１を制御する。室内制御部２６は、室温センサ２２から検出された室温と、ユーザがリモコン２１等から設定操作した設定温度とから圧縮機１の運転周波数に対応する運転コードを算出する。運転コードは複数段階に設定される。例えば、１０段階の運転コード（運転コード１（最小周波数）〜運転コード１０(最大周波数)）とこれに対応する運転周波数が室外制御部２５のテーブルに書き込まれる。そして、室内制御部２６から送れられてきた運転コードに基づいて、室外制御部２５では、対応する運転周波数により圧縮機１を制御する。

また、制御部２０では、室内制御部２６から送られた運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室外制御部２５は、指示された２段階の運転コードに対応する運転周波数から算出される中間の補正目標周波数で圧縮機１を制御する。それでも、さらに前記高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部２６から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数になるように圧縮機１を制御する。

そして、室外制御部２５は、さらに前記運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数を算出し、前記補正目標周波数を低い側の運転コードに対応する運転周波数に徐々に近付ける。

例えば、室内温度が設定温度に近づくにつれて、室内制御部２６は運転コードを徐々に下げていき、設定温度付近では、運転コード「２」、続いて「１」となる。運転コード「１」で能力が足りないと、室内温度が変化(冷房時は室温上昇、暖房時は室温が下降)する。そうすると、室内制御部２６は、室内温度を設定温度に近づけるため、運転コードを上げて「２」とする。このように、室内制御部２６からの運転コードの段階指示が「２」⇒「１」⇒「２」の順で変わったとする。このとき、室外制御部２５のテーブルによる運転周波数は、圧縮機回転数に換算すると、２０００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍの順で変わるものとする。この場合、「２」⇒「１」⇒「２」の最後の「２」の段階指示のときに、指示された２段階の運転コード「２」と「１」に対応する運転周波数から算出される中間の補正目標周波数で動作させる。圧縮機回転数に換算すると、（１０００ｒｐｍ+２０００ｒｐｍ）／２＝１５００ｒｐｍで動作させる。

それでも、さらに高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部２６から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数になるように圧縮機１を制御する。例えば、運転コードが「２」⇒「１」⇒「２」をさらに繰り返すとき、最後の運転コード「２」の指示のときに、圧縮機回転数に換算すると、（１０００ｒｐｍ+１５００ｒｐｍ）／２＝１２５０ｒｐｍで動作させる。

上記制御を繰り返すことで、圧縮機回転数は、１５００ｒｐｍ⇒１２５０ｒｐｍ⇒１１２５ｒｐｍ⇒１０６２．５ｒｐｍ・・・と徐々に１０００ｒｐｍに近付くことになる。これにより、運転コードの段階指示がハンチングするのを徐々に少なくすることができる。そうすると、快適性および省エネをさらに実現できることになる。

図３は本発明の室内機側の運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を制御するフローチャートである。まず、運転開始に伴い、ステップＳ１で圧縮機１の起動後一定時間（例えば３０分）経過したかを確認する。圧縮機１の起動直後は最大運転周波数で運転するので、起動後一定時間は本発明の運転制御を行わない。起動後一定時間経過して安定期に移る際に、運転コードの段階指示がハンチングするのを極力避ける制御を行う。

ステップＳ１で圧縮機１が起動後一定時間経過したならば、ステップＳ２で、室内制御部２６から指示コード（指示ＦＤ）があるか否かを確認する。室外制御部２５には、旧運転コード（旧ＦＤ）を記憶する第１のメモリ、現運転コード（現ＦＤ）を記憶する第２のメモリ、および新運転コード（新ＦＤ）を記憶する第３のメモリを用意し、指示コード（指示ＦＤ）が出力されていなければ（Ｓ２：Ｎ）、第１のメモリ、第２のメモリに夫々旧ＦＤとして「０」（旧ＦＤ＝０）、現ＦＤとして「０」（現ＦＤ＝０）とし、第３のメモリの新ＦＤに指示コード(指示ＦＤ)をそのまま入力し（Ｓ３）、圧縮機１の目標周波数を指示コード（指示ＦＤ）に対応する運転周波数として、圧縮機１を制御する（Ｓ４）。

ステップＳ２で、指示コード（指示ＦＤ）が新たに入力されたならば（Ｓ２：Ｙ）、第１のメモリ（旧ＦＤエリア）に現ＦＤを、第２のメモリ（現ＦＤエリア）に新ＦＤを、第３のメモリ（新ＦＤエリア）に指示ＦＤを夫々更新入力する（Ｓ５）。

そして、ステップＳ６で、旧ＦＤと新ＦＤの運転コードと、旧ＦＤと現ＦＤの運転コードとを対比し、旧ＦＤ＝新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤか否かを確認する。例えば、運転コードの段階指示が「２」⇒「１」⇒「２」の場合、「２」（旧ＦＤ）⇒「１」（現ＦＤ）⇒「２」（新ＦＤ）となるので、旧ＦＤ「２」＝新ＦＤ「２」で、かつ旧ＦＤ「２」＞現ＦＤ「１」となる（Ｓ６：Ｙ）。段階指示が上述のごとくハンチングした場合、ステップＳ７で、補正目標周波数＝０か否かを確認する。補正目標周波数＝０とは、例えば、「２」⇒「１」⇒「２」の繰り返しがはじめて行われた場合を示す。段階指示のハンチングがはじめて行われた場合（Ｓ７：Ｙ）、補正目標周波数＝（新ＦＤ周波数+現ＦＤ周波数）÷２、として補正目標周波数を算出する（Ｓ８）。例えば、圧縮機回転数に換算すると、（２０００ｒｐｍ+１０００ｒｐｍ）／２＝１５００ｒｐｍとなる。

そして、ステップ９で、旧ＦＤ＝新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤを確認した後（Ｓ９：Ｙ）、目標周波数を補正目標周波数に変更して圧縮機を制御する（Ｓ１０）。

また、ステップＳ７で、補正目標周波数＝０でなければ（Ｓ７：Ｎ）、これは段階指示の２回目以降のハンチングと判断し、補正目標周波数＝(旧目標周波数+現ＦＤ周波数)÷２、として補正目標周波数を算出する（Ｓ１２）。例えば、圧縮機回転数に換算すると、（１５００ｒｐｍ+１０００ｒｐｍ）／２＝１２５０ｒｐｍとなる。そして、ステップＳ９で、旧ＦＤ＝新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤを確認した後（Ｓ９：Ｙ）、目標周波数を補正目標周波数に変更して圧縮機を制御する（Ｓ１０）。

ステップＳ６で、旧ＦＤ＝新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤでない（Ｓ６：Ｎ）、例えば、運転コードが「２」⇒「３」⇒「２」、あるいは「２」⇒「１」⇒「１」が該当する。この場合、ステップＳ１３で、旧ＦＤ≠新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤか否かを確認する。

旧ＦＤ≠新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤの場合、例えば、「２」⇒「１」⇒「１」の場合、ハンチングはしていないので、補正目標周波数＝０として（Ｓ１４）、ステップＳ９で、旧ＦＤ＝新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤでなければ（Ｓ９：Ｎ）、目標周波数を指示ＦＤ周波数（例えばコード「１」に対応する周波数）で圧縮機１を制御する（Ｓ１１）。

旧ＦＤ≠新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤでなければ（Ｓ１３：Ｎ）、例えば、「２」⇒「３」⇒「２」の場合、ステップＳ９で、旧ＦＤ＝新ＦＤでかつ旧ＦＤ＞現ＦＤでなければ（Ｓ９：Ｎ）、目標周波数を指示ＦＤ周波数（例えばコード「２」に対応する周波数）で圧縮機１を制御する（Ｓ１１）。

このような制御において、ステップＳ１２において、補正目標周波数＝(旧目標周波数+現ＦＤ周波数)÷２、として補正目標周波数を算出するので、圧縮機回転数は、例えば、１５００ｒｐｍ⇒１２５０ｒｐｍ⇒１１２５ｒｐｍ⇒１０６２．５ｒｐｍ・・・と徐々に１０００ｒｐｍに収束することになる。したがって、運転コードの段階指示がハンチングするのを徐々に少なくすることができ、快適性および省エネをさらに実現できることになる。

図４および図５は本発明の第２の実施形態を示すフローチャートである。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、快適性と省エネ運転が実現できる上に、さらに、起床時のヒートショックを抑制して使用者の健康維持（例えば、風邪をひきにくくする）を図る運転制御を行うことができる。

従来のおやすみ運転では、通常の暖房運転範囲内（例えば、１８度〜３２度）で運転を行っていたが、冬季は布団をかけて就寝するため、室内温度は１８度よりも低い温度でも十分睡眠快適性を得ることができる。

そこで、本実施形態では、通常の暖房運転範囲内よりも低い温度（例えば、１４度〜１５度）を目標温度として、圧縮機１や室内ファン５あるいは室外ファン６の回転数を制御する。

すなわち、第２の実施形態では、暖房運転条件で通常の暖房運転モードよりも低い温度で室内の保温を行う保温モードを有し、制御部２０は、前記保温モードで、通常暖房で設定できる温度よりも低く、睡眠に適した温度帯域を目標として運転を行なう。保温モードは、リモコン２１の操作ボタンを押すことによって行うことができる。

制御部２０では、睡眠快適性が十分得られる、通常の暖房運転で設定できる温度よりも低い温度（例えば、１４度〜１５度）を目標温度として、圧縮機１の運転制御を行う。この際、圧縮機の運転制御は上記第１の実施形態と同様に、室内制御部からの運転コードの段階指示がハンチングするのを抑制する運転制御を行うことができる。

図４は第２の実施形態における運転停止中の保温運転モードでのフローチャートである。図４において、運転停止中は室内機プログラムから一定時間毎に図４に示す制御フローが実行される。すなわち、運転停止中に、ステップＳ２０にて、保温制御が有効か否かが判断される。保温制御は例えばリモコン２１の操作ボタンを押すことにより実行される。保温設定がされているならば（Ｓ２０：Ｙ）、暖房運転条件か否か判断され（Ｓ２１）、暖房運転条件ならば（Ｓ２１：Ｙ）、目標設定温度Ｔ度で、暖房運転を開始する（Ｓ２２）。暖房運転条件は、例えば、外気温が１８度以下かどうかで判定する。また、目標設定温度Ｔ度は、通常暖房運転時の最低設定温度Ｔｍｉｎよりも低い温度（例えば、Ｔｍｉｎ：１８度、Ｔ度：１５度）に設定される。

なお、保温モードに設定されていない場合（Ｓ２０：Ｎ）や、暖房運転条件でない場合（Ｓ２１：Ｎ）、運転停止を継続する。

図５は暖房運転中の保温運転モードでのフローチャートである。この制御フローでは、暖房運転中に保温モードに変更されたとき、目標温度を保温モードの目標設定温度に変更して保温モード運転を行っている。

図５において、暖房運転中に保温設定がされれば（Ｓ２５：Ｙ）、暖房運転条件か否かが判断され（Ｓ２６）、暖房運転条件ならば（Ｓ２６：Ｙ）、目標温度を保温モードの目標設定温度Ｔ度に変更して暖房運転を継続する（Ｓ２７）。

保温制御が有効でない場合（Ｓ２５：Ｎ）は暖房運転を継続し（Ｓ２９）、また暖房運転条件でない場合（Ｓ２６：Ｎ）は運転を停止する（Ｓ２８）。

このように、保温モードでは、通常暖房で設定できる温度よりも低く、睡眠に適した温度帯域を目標として運転を行なうので、その分、圧縮機、室内ファン、室外ファンにかかる負荷を軽減することができ、省エネかつ快適性を向上させることができる。

なお、前記保温モードでは、室内機側の室内ファンの回転数を通常暖房運転での最大回転数よりも低い回転数を最大に設定して制御することができる(第３の実施形態)。これにより、室内ファンの運転による騒音を軽減することができる。

また、前記保温モードでは、室外機側の室外ファンの回転数を通常暖房運転での最大回転数よりも低い回転数を最大に設定して制御することができる（第４の実施形態）。これにより、室外ファンの運転による騒音を軽減することができ、特に夜間の屋外での騒音の抑制に寄与する。

さらに、保温モードにおける目標設定温度は、睡眠快適性が十分得られる温度（例えば、１４度〜１５度）に設定したが、第５の実施形態として、外気温と室温とを検出し、これらの温度の中間温度を目標温度に設定することもできる。

さらにまた、保温モードの目標設定温度は、上記のように１４度〜１５度に限らず、それよりも低い温度に設定してもよいことは勿論である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

１ 圧縮機
２ 室外熱交換器
３ 室内熱交換器
４ 膨張弁
５ 室内ファン
６ 室外ファン
７ 切換弁
１０,１１,１２ 温度センサ
１５ 回転数検出センサ
１６ 回転数検出センサ
２０ 制御部
２１ リモコン
２２ 室温センサ
２３ 外気温センサ
２５ 室外制御部
２６ 室内制御部

Claims (7)

1. 運転周波数可変の圧縮機と、該圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを段階的に設定し室内機側から送られてくる運転コードに基づいて圧縮機の運転周波数を決定し該圧縮機を制御する室外制御部と、室温及び設定温度から圧縮機の運転周波数に対応する運転コードを算出する室内制御部とを備え、
   室内制御部から送られた運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室外制御部は、指示された２段階の運転コードに対応する運転周波数から算出される中間の補正目標周波数で前記圧縮機を制御すると共に、さらに前記高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数になるように前記圧縮機を制御することを特徴とする空気調和機。
2. 前記室外制御部は、さらに前記運転コードが高低２段階の運転コードを繰り返すとき、室内制御部から指示された低い側の運転コードに対応する運転周波数と旧補正目標周波数とのさらに中間の補正目標周波数を算出し、前記補正目標周波数を低い側の運転コードに対応する運転周波数に徐々に近付けることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 暖房運転条件で通常の暖房運転モードよりも低い温度で室内の保温を行う保温モードを有し、前記保温モードでは、通常暖房で設定できる温度よりも低く、睡眠に適した温度帯域を目標として運転を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記保温モードでは、室内機側の室内ファンの回転数を通常暖房運転での最大回転数よりも低い回転数を最大に設定して制御することを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記保温モードでは、室外機側の室外ファンの回転数を通常暖房運転での最大回転数よりも低い回転数を最大に設定して制御することを特徴とする請求項３または４に記載の空気調和機。
6. 暖房運転中に保温モードに変更されたとき、目標温度を保温モードの目標設定温度に変更して保温モード運転を行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の空気調和機。
7. 保温モードにおける目標設定温度を外気温と室温との中間温度に設定することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の空気調和機。
   

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