JP2020143868A - 制御装置、空気調和機、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、空気調和機が待機状態のときに、室外機のマイコンをスリープモードやスタンバイモードにして消費電力を抑制する技術が開示されている。
以下、本発明の第一実施形態による低電力化について図1〜図5を参照して説明する。
図1は、本発明の第一実施形態による空気調和機の通信回路の一例を示す概略図である。
空気調和機は、室内機100、室外機200を備える。室外機200の端子207は、室内機100の端子107、20ボルト電源の出力端子それぞれに接続される。室内機100の端子108は、室外機200の端子208に接続される。
制御装置10は、所定の時間をかけて8ブロック長の制御情報を送信する(ポーリング)。8ブロック長の制御情報の各ビットは、フォトカプラ102のON/OFF制御によって生成された「0」と「1」で構成されている。制御装置20は、この制御情報を受信すると、所定の時間T2だけ待機して、8ブロック長の制御情報を送信する(リターン)。この制御情報を受信した制御装置10は、時間T3の間に指令値の算出などを行って、前回、制御情報を送信し終えてから所定の時間T1後に8ブロック長の制御情報を送信する(ポーリング)。制御装置10と制御装置20は、毎秒この通信処理を繰り返す。次に室内機100と室外機200に設けられた冷媒回路およびセンサについて説明する。
図3に示すように空気調和機は、圧縮機1、室外熱交換器2、膨張弁3、室内熱交換器4、四方弁5、それらを接続する冷媒配管6などを含む冷媒回路を備える。
圧縮機1は、冷媒を圧縮し、圧縮後の高温、高圧の冷媒を吐出する。暖房運転では、圧縮機1が吐出した冷媒は、四方弁5を介して室内熱交換器4に供給され、室内の空気へ放熱し、凝縮する。室内熱交換器4で凝縮した液冷媒は、膨張弁3によって減圧され、低圧の冷媒となる。低圧の冷媒は、室外熱交換器2へ供給され、外気から吸熱して気化する。気化した冷媒は、四方弁5を通過して圧縮機1へ吸入される。圧縮機1は低圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を吐出する。
室内機100の制御装置10は、データ取得部11と、操作受付部12と、判定部13と、送信部14と、受信部15と、記憶部16と、クロック周波数制御部17とを備える。
データ取得部11は、温度センサc11〜c13、湿度センサc14、人感センサc15、日射センサc16が検出した値を取得する。
操作受付部12は、ユーザが、リモコン等で指示した運転モードや設定温度の設定を受け付ける。
判定部13は、空気調和機が安定運転状態かどうかを判定する。安定運転状態とは、例えば、ユーザが指示した設定温度に変化が無く、各センサc11〜c13、c21〜c23が検出した値の変動が所定の範囲内で静定していることである。
送信部14は、データ取得部11が取得した各センサが検出した値や、操作受付部12が取得した設定温度、制御装置20から受信した各センサが検出した値等に基づいて、室外機200に対する運転指令値を算出する。また、送信部14は、フォトカプラ103のON/OFFを制御して、算出した運転指令値を含む制御情報を送信する。
受信部15は、フォトカプラ102を介して制御情報を受信する。受信部15は、受信した制御情報を分析し、温度センサc21〜S24が検出した温度などを取り出す。
記憶部16は、データ取得部11が取得した値など種々のデータを記憶する。
クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を変更する。例えば、安定運転状態のときには所定の値よりクロック周波数を低下させ、それ以外の運転状態では、クロック周波数を所定の設定値で動作させる。例えば、クロック周波数制御部17は、発振器の周波数に対する逓倍率を所定の値より小さくすることによりクロック周波数を低下させる。また、逓倍率を所定の値に戻すことにより、クロック周波数を通常運転時について定められた設定値に戻す。
データ取得部21は、温度センサc21〜c24が検出した値を取得する。
受信部22は、フォトカプラ203を介して制御情報を受信する。受信部22は、受信した制御情報を分析し、運転指令値を取り出す。
記憶部24は、データ取得部21が取得した値など種々のデータを記憶する。
制御装置10、20は上記した機能以外にも種々の機能を有するが、本実施形態に関係のない機能の説明は省略する。例えば、制御装置20は、制御装置10から受信した運転指令値に基づいて、圧縮機1を制御する。
前提として、制御装置10と制御装置20は、毎秒1回、制御情報の送受信を行っている。まず、室内機100の制御装置10が、センサの検出値を取得する(ステップS11)。具体的には、データ取得部11が、温度センサc11〜c13、湿度センサc14、人感センサc15などが検出した値を取得し、これらを判定部13へ出力する。また、室外機200では、データ取得部21が、温度センサc21〜c24の検出値を取得し、これらを送信部23へ出力する。送信部23は、これらの値を含んだ制御情報を生成し、室内機100へ送信する。室内機100では、受信部15が、制御情報を受信する。受信部15は、制御情報を分析して、各温度センサc21〜c24が検出した温度を判定部13へ出力する。
また、従来、空気調和機が待機状態のときに制御装置をスリープモードやスタンバイモードといった低消費電力モードに移行させる技術は提供されているが、本実施形態の制御装置10によれば、運転中の空気調和機において省電力化を図ることができる。
以下、本発明の第二実施形態による通信制御について図6〜図7を参照して説明する。
第一実施形態では、圧縮機1のインバータ制御を維持する必要があるため、制御装置20のプロセッサ20aのクロック周波数は低下させずに制御装置10のプロセッサ10aのクロック周波数のみを低下させた。
第二実施形態では、制御装置20にインバータ制御用のプロセッサ20bを設け、プロセッサ20bのクロック周波数は維持したまま、制御装置10のプロセッサ10a、制御装置20のプロセッサ20aのクロック周波数を低下させて省電力化を図る。
以下、本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
第二実施形態に係る空気調和機では、制御装置20がプロセッサ20a、20bを備える。プロセッサ20aは、通信処理や図示しないファンの回転数制御に割り当てられている。プロセッサ20bは、圧縮機1のインバータ制御に割り当てられている。
制御装置20は、第一実施形態の構成に加え、クロック周波数制御部25を備えている。また、制御装置10の構成は、第一実施形態と同様であるが、送信部14´は、判定部13が安定運転状態であると判定している間、制御情報に安定運転状態であることを示すフラグを含めて室外機200へ送信する。また、制御装置20の受信部22´は、このフラグを検出すると、クロック周波数制御部25へ出力する。
図5のフローチャートを参照して第二実施形態の低電力制御について説明する。ステップS13にて、クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を所定の値まで低下させる。クロック周波数制御部25は、制御信号にフラグが含まれていることに基づいて、プロセッサ20aのクロック周波数を所定の値まで低下させる(ステップS13)。低下後のプロセッサ10aとプロセッサ20aのクロック周波数は、同じ値でもよいし異なる値でもよい。
また、ステップS15の判定にて、安定運転状態が継続していると判定された場合(ステップS15;Yes)、クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を低下させたままとする。クロック周波数制御部25は、プロセッサ20aのクロック周波数を低下させたままとする。
また、ステップS16にて、クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を低下前の元の値に戻す。クロック周波数制御部25は、制御信号にフラグが含まれなくなったことに基づいて、プロセッサ20aのクロック周波数を低下前の元の値に戻す。
以下、本発明の第三実施形態による通信制御について図8〜図9を参照して説明する。
第一実施形態、第二実施形態では、安定運転状態でなくなるとクロック周波数を元の状態へと戻した。第三実施形態では、人感センサc15、日射センサ16cが検出するデータを利用して、安定運転を継続できなくなるタイミングを予測し、先行的に元のクロック周波数に戻す制御を行う。以下、本発明の第三実施形態に係る構成のうち、本発明の第一、第二実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第三実施形態に係る構成は、第一実施形態、第二実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、予測部18を備えている。
予測部18は、人感センサc15、日射センサ16cの検出値のうちの少なくとも1つを用いて、近い未来に安定運転状態でなくなることを予測する。例えば、人感センサc15が人を検出しない状態から人を検出する状態に変化すると、予測部18は、近い未来に安定運転状態でなくなると予測する。また、予測部18は、例えば、日射センサ16cが検出する日射量の変化を熱量に換算し、換算した熱量が室内の温度に与える影響を、所定の予測式から算出し、その影響が閾値より大きい場合、安定運転状態でなくなると予測する。予測部18は、予測結果をクロック周波数制御部17へ出力する。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を維持する。
以下、本発明の第四実施形態による低電力制御について図10〜図11を参照して説明する。
第四実施形態では、プロセッサのクロック周波数の低下による省電力化に加え、室内機100と室外機200との間の通信回路300を遮断して、さらなる低電力化を図る。以下、本発明の第四実施形態に係る構成のうち、本発明の第一〜第三実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第四実施形態に係る構成は、第一〜第三実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、通信遮断部19を備えている。また、制御装置10は、送信部14に代えて送信部14aを備えている。
通信遮断部19は、空気調和機の運転状態が安定運転状態となると、フォトカプラ103をOFFにして、通信回路300を遮断する。つまり、通信回路300に電流が流れない状態とする。また、通信遮断部19は、安定運転状態中も、室内機100と室外機200が通信を行うタイミングに合わせて、所定の時間間隔でフォトカプラ103をONにして、通信可能なように通信回路300を接続する。
送信部14aは、第一実施形態で説明した送信部14の機能に加え、制御装置20へ制御情報を送信するインターバルを変更する機能を備えている。例えば、空気調和機の通常運転時には、送信部14aは、毎秒1回の送信を行う。また、空気調和機が、安定運転状態のときには、送信部14aは、例えば、1分に1回の割合で制御情報の送信を行う。送信部14aは、通信頻度を低下させる場合、低電力通信を行うことを示すフラグ(以下、低電力フラグと記載する。)を含む制御情報を送信する。
受信部22aは、第一実施形態で説明した受信部22の機能に加え、室内機100から受信した制御情報に低電力フラグが含まれていれば、このフラグを送信部23aへ出力する機能を備える。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を維持する。また、通信遮断部19は、通信回路300の通電状態を維持する。つまり、フォトカプラ103をOFFとしない。また、送信部14は、制御装置10と制御装置20の間の通信の頻度を維持する。具体的には、送信部14は、低電力フラグを含まない所定の形式で制御情報を毎秒1回送信する。これを受けて制御装置20の送信部23は、室外機200の各センサc21〜c24の検出値を毎秒1回送信する。
以下、本発明の第五実施形態による低電力制御について図12〜図15を参照して説明する。
第五実施形態では、プロセッサのクロック周波数の低下による省電力化に加え、室内機100と室外機200との間の通信回路300を遮断してロー信号を送信する機会を増やし、さらなる低電力化を図る。以下、本発明の第五実施形態に係る構成のうち、本発明の第一〜第四実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第五実施形態に係る構成は、第四実施形態を除く、第一〜第三実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の判定部13、送信部14に代えて判定部13b、送信部14bを備えている。
判定部13bは、第一実施形態で説明した判定部13の機能に加え、室内機100が備える温度センサc11〜c13の検出値に基づいて、室内機100が安定運転状態かどうかを判定する機能を備えている。
送信部14bは、第一実施形態で説明した送信部14の機能に加え、判定部13bが、空気調和機又は室内機100が安定運転状態と判定すると、ロー信号を多く含む制御情報(以下、ロー制御情報と記載する。)を室外機200へ送信する。
判定部26は、室外機200が備える温度センサc21〜c23が検出した温度に基づいて、室外機200が安定運転状態かどうかを判定する。
送信部23bは、第一実施形態で説明した送信部23の機能に加え、判定部26が、室外機200が安定運転状態と判定すると、ロー信号を多く含むロー制御情報を室内機100へ送信する。
制御装置10と制御装置20は、図13に例示する構成を有する制御信号を互いに送受信する。上述の通り、通常、通信回路300は導通状態にある。従って、制御装置10や制御装置20が、制御信号を送信する場合、まずスタートビットとしてロー信号を送信する。例えば、制御装置10から制御装置20へ制御情報を送信する場合、送信部14bは、まずスタートビットとして、フォトカプラ103をOFFとする。次に送信部14bは、スタートビットの送信の後に8ビットのデータを送信する。8ビットのデータには、送信すべき情報(運転指令値やセンサの検出値)に応じて、ハイ信号とロー信号が混在する。続いて送信部14bは、チェックサム用のパリティビットと、ストップビットを送信する。ストップビットはハイ信号である。同様に送信部23bは、ロー信号(スタートビット)に続く、8ビットのデータ、パリティビット、ストップビットを送信する。送信部14bと送信部23bは、このような構成を有する信号を1ブロックとする8ブロックで構成された制御情報の送受信を、1秒に1回行う。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を維持する。送信部14bは、運転指令値を含む制御情報を送信する。送信部23bは、温度センサc21〜c23が検出した温度を含む制御情報を送信する。
一方、上記の何れかの条件を満たさなくなった場合(ステップS154;No)、クロック周波数制御部17は、制御装置10のプロセッサのクロック周波数を低下前の値に戻す。また、送信部14bは、ロー制御情報の送信を終了する。そして、送信部14bは、データ取得部11が取得した温度センサc11〜c13等による最新の検出値、室外機200から取得した最新の温度センサc21〜c23等による検出値、操作受付部12が取得した最新の運転モード(冷房、暖房)、最新の設定温度などに基づいて算出された運転指令値を含む制御情報を送信する(ステップS164)。
受信部22は、室内機100から送信された制御情報を受信する。受信部22は、受信した制御情報が、ロー制御情報か否かを判定する(ステップS21)。ロー制御情報を受信していない場合(ステップS21;No)、室内機100から送信される制御情報の受信を継続して行う。ロー制御情報を受信した場合(ステップS21;Yes)、受信部22は、その旨を送信部23b、判定部26へ通知する。すると、送信部23bは、ロー制御情報の送信を開始する(ステップS22)。また、判定部26は、室外機200の運転状態を監視する(ステップS23)。例えば、判定部26は、データ取得部21が取得した温度センサc21〜c23による検出値の変動が所定の範囲内(例えば、0.5℃)の場合、室外機200は安定運転状態であると判定し、温度の変動が所定の範囲を超える場合、室外機200は安定運転状態ではないと判定する。
一方、上記の何れかの条件を満たさなくなった場合(ステップS24;No)、送信部23bは、ロー制御情報の送信を終了する。そして、送信部23bは、データ取得部21が取得した温度センサc21〜c23による最新の検出値を含む制御情報を送信する(ステップS25)。
以下、本発明の第五実施形態による低電力制御について図16〜図17を参照して説明する。
第六実施形態では、通信頻度の低下による省電力化に加え、温度センサc11〜c13、c21〜c24への給電を停止して、さらなる低電力化を図る。以下、本発明の第五実施形態に係る構成のうち、本発明の第一〜第五実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第六実施形態に係る構成は、第一〜第五実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、センサ給電制御部1Aを備えている。制御装置10は、第一実施形態の送信部14に代えて送信部14cを備えている。
センサ給電制御部1Aは、制御装置10が備える温度センサc11〜c13、湿度センサc14等への給電を制御する。例えば、空気調和機が安定運転状態のときには、センサ給電制御部1Aは、温度センサc11〜c13への給電を所定の周期で断続的に行う。また、センサ給電制御部1Aは、それ以外の運転状態のときに温度センサc11〜c13への給電を継続的に行う。
送信部14cは、第一実施形態で説明した送信部14の機能に加え、判定部13が、空気調和機が安定運転状態と判定すると、安定運転状態であることを示すフラグ(以下、安定フラグと記載する。)を含む制御情報を送信する。
センサ給電制御部2Aは、制御装置20が備える温度センサc21〜c24への給電を制御する。例えば、安定運転状態のときには、センサ給電制御部2Aは、温度センサc21〜c24への給電を所定の周期で断続的に行う。また、センサ給電制御部2Aは、それ以外の運転状態のときに、温度センサc21〜c23への給電を継続的に行う。
受信部22cは、第一実施形態で説明した受信部22の機能に加え、受信した制御情報に安定フラグが含まれていた場合、その旨をセンサ給電制御部2Aへ出力する。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。また、温度センサc11〜c13、温度センサc21〜c23等へは常時給電されている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。クロック周波数制御部17は、プロセッサ10aのクロック周波数を維持する。また、センサ給電制御部1A、2Aは各センサへの給電を常時行う。
なお、給電を停止するセンサは、上記センサのうちの一部であってもよい。例えば、室外機200の温度センサc21〜c24のみ給電を停止するようにしてもよい。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、入出力インタフェース904、通信インタフェース905を備える。コンピュータ900は、CPU901に代えて、MPU(Micro Processing Unit)などのプロセッサを備えていてもよい。
上述の制御装置10、制御装置20は、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置902に確保する。また、CPU901は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置903に確保する。
なお、通信遮断部19、送信部14a、送信部14bは、通信制御部の一例である。
2・・・室外熱交換器
3・・・膨張弁
4・・・室内熱交換器
5・・・四方弁
6・・・冷媒配管
10、20・・・制御装置
11、21・・・データ取得部
12・・・操作受付部
13、13b、26・・・判定部
14、14a、14b、14c、23、23a、23b・・・送信部
15、22、22a、22c・・・受信部
16、24・・・記憶部
17、25・・・クロック周波数制御部
18・・・予測部
19・・・通信遮断部
1A、2A・・・センサ給電制御部
100・・・室内機
200・・・室外機
107、108、207、208・・・端子
102、103、203、204・・・フォトカプラ
101、104、106、201、202、206・・・抵抗
105、205・・・トランジスタ
300・・・通信回路
301、302・・・接続線
c11、c12、c13、c21、c22、c23、c24・・・温度センサ
c14・・・湿度センサ
c15・・・人感センサ
c16・・・日射センサ
900・・・コンピュータ
901・・・CPU、
902・・・主記憶装置、
903・・・補助記憶装置、
904・・・入出力インタフェース
905・・・通信インタフェース
Claims (10)
- 空気調和機の制御装置であって、
空気調和機が安定運転状態にあることを判定する判定部と、
前記判定部が、安定運転状態にあると判定すると、自装置が備えるプロセッサのクロック周波数を低下させるクロック周波数制御部と、
を備える制御装置。 - 前記判定部が、安定運転状態であると判定した後に、前記空気調和機が安定運転状態ではなくなったと判定すると、
前記クロック周波数制御部は、前記プロセッサのクロック周波数を、通常運転時について定められた所定のクロック周波数に戻す、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記クロック周波数制御部は、圧縮機の制御に割り当てられたプロセッサ以外のプロセッサのクロック周波数を低下させる、
請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記判定部が、安定運転状態にあると判定すると、室内機と室外機を接続する通信回路を遮断する通信制御部、
をさらに備える請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記判定部が、安定運転状態にあると判定すると、室内機と室外機との間の1回の通信に必要な電力を低下させる通信制御部、
をさらに備える請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記判定部が、安定運転状態にあると判定すると、前記空気調和機が備える複数のセンサのうちの少なくとも一部への給電を遮断するセンサ給電制御部、
をさらに備える請求項1から請求項5の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記判定部が、安定運転状態であると判定した後に、人感センサまたは日射センサが検出した値に基づいて、前記安定運転状態の終了を予測する予測部、
をさらに備え、
前記予測部が、前記安定運転状態の終了を予測すると、前記クロック周波数制御部は、前記プロセッサのクロック周波数を、通常運転時について定められた所定のクロック周波数に戻す、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の制御装置。 - 室内機と、室外機と、
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の制御装置と、
を備える空気調和機。 - 空気調和機の制御方法であって、
空気調和機が安定運転状態にあることを判定するステップと、
前記判定するステップで安定運転状態にあると判定すると、自装置が備えるプロセッサのクロック周波数を低下させるステップと、
を有する制御方法。 - コンピュータを、
空気調和機が安定運転状態にあることを判定する手段、
前記判定する手段が安定運転状態にあると判定すると、自装置が備えるプロセッサのクロック周波数を低下させる手段、
として機能させるためのプログラム。
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Cited By (4)
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