JP3213381B2 - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

空気調和機の制御装置

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JP3213381B2 JP14432892A JP14432892A JP3213381B2 JP 3213381 B2 JP3213381 B2 JP 3213381B2 JP 14432892 A JP14432892 A JP 14432892A JP 14432892 A JP14432892 A JP 14432892A JP 3213381 B2 JP3213381 B2 JP 3213381B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エアコン、温風暖房
機、除湿機、加湿機等の空気調和機に利用され、温度、
湿度等の検出値と設定値とを比較し、その比較結果に基
づいて冷房、暖房、除湿等の空調出力を制御する空気調
和機の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、石油ファンヒータ等の温
風暖房機では、特公昭63−315857号公報に記載
されているように、室温と設定温度との温度差に応じて
バーナでの燃焼量と温風量を変化させ、室温を設定温度
の近くに維持する制御装置が設けられている。そして、
図21及び図22に示すように、室温が低いとき時は燃
焼量と温風量を大きくして大出力の暖房運転を行って室
温が急速に立ち上がるようにし、室温が設定温度近くに
なると、燃焼量と温風量を小さくして室温を設定温度近
傍に維持し、経済的で、快適な小出力の暖房運転を行う
ようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、室温が
設定温度近くに維持されている場合でも、使用者が室内
にずっと座っている場合には、使用者は段々暑さを感じ
るようになり、不快感が増してくることがあった。この
ため、室温の設定をこまめにしなければならず、この設
定が煩わしいものであるばかりでなく、設定をしないと
燃料が無駄に消費される心配があった。
【0004】この発明は上述した事実に鑑みてなされた
ものであり、使用者が室温等の設定をこまめに設定する
ことなく、快適で経済的な空調運転が行われるようにす
ることを目的とする。
【0005】
【0006】
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明では、温度、湿
度等の検出値と設定値とを比較し、その比較結果に基づ
いて冷房、暖房、除湿等の空調出力を制御するものにお
いて、検出値と設定値との比較結果に基づいて定められ
る空調出力を時間の経過とともに自動的に揺動させる手
段と、この手段の作動を指示する手段とを備え、空調出
力の揺動が選択されているときの空調出力の平均値が空
調出力の揺動が選択されていないときのそれに比べて小
さくなるようにした構成である。
【0009】
【作用】このように構成すると、空調負荷が安定してい
る場合でも、空調出力を時間の経過とともに揺動させる
ことができるため、空調出力が変わらない場合に比べ、
使用者が室内に長時間座っていても、暑さや寒さ等の不
快感を感じないようにでき、使用者が設定をこまめに変
えることなく、快適な空調運転を継続可能である。ま
た、空調出力の揺動により、室温等の平均値が設定値に
達しない場合でも、室温等の変化が適度な刺激になり、
快適性を維持できることが実験で確認されており、省エ
ネルギーにも貢献でき、経済的な空調運転が可能であ
る。
【0010】
【0011】また、空調出力の揺動が選択されていると
きの空調出力の平均値が空調出力の揺動が選択されてい
ないときのそれに比べて小さくなるようにしたので、使
用者が快適で、より経済的な空調運転を随時選択可能で
ある。
【0012】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
【0013】図2はこの発明を適用した温風暖房機1を
示すものであり、バーナ2を内蔵した温風暖房機1の背
面には温風ファン17が設けられ、前面には温風吐出口
4が設けられ、前面側の上面には操作パネル5が設けら
れている。
【0014】操作パネル5には図3に示すように、押圧
操作の繰返しにより入、切動作を交互に行う運転スイッ
チ6と、操作時にオンとなるタクト式の運転モード選択
スイッチ7と、シーソー式の温度設定スイッチ8と、表
示器9とを備えている。また、表示器9には暖房負荷の
大きさに見合った最大出力を部屋の広さ(畳数)に換算
してデジタル表示する最大出力表示部10と、設定温度
表示部11A及び室温表示部11Bよりなる温度表示部
11と、後述するゆらぎ運転モードの選択時に点灯する
ゆらぎ運転ランプLが設けられている。
【0015】図1は温風暖房機1の制御装置12の1例
を示すものであり、運転スイッチ6、運転モード選択ス
イッチ7、温度設定スイッチ8、及びサーミスタ等の室
温センサ13がA/D変換器及び不揮発性メモリ(EE
PROM)を内蔵したマイクロコンピュータ(以下、マ
イコンという)14の入力側に接続されている。また、
マイコン14の出力側には電気ヒータHT、点火プラグ
IG、燃料ポンプ15、バーナファン16、温風ファン
17、最大出力出力表示部10及び温度表示部11が接
続されている。18はバーナファン16の回転数検知器
であり、回転数検知器18の回転数信号はマイコン14
に入力されている。
【0016】マイコン14は、運転スイッチの投入中、
運転モード選択スイッチ7の指示を受けて、通常運転モ
ード、又はゆらぎ運転モードのいずれかのモードを選択
する(図4参照)。すなわち、運転モード選択スイッチ
7の押圧操作がないとき、通常運転モードが選択され、
運転モード選択スイッチ7を一回押すと、ゆらぎ運転モ
ードが選択され、運転モード選択スイッチ7をさらにも
う一回押すと、通常運転モードが選択され、以下、運転
モード選択スイッチ7を一回押す毎に、通常運転モード
とゆらぎ運転モードが交互に選択される。また、ゆらぎ
運転モードが選択されると、ゆらぎ運転ランプLが点灯
する。
【0017】運転スイッチ6が投入され、通常運転モー
ドが選択されているものとすると、、マイコン14は燃
焼プログラムに基づいて次のような燃焼制御を行う(図
5、図6及び図7参照)。
【0018】まず、電気ヒータHTに通電し、バーナ2
の気化器を予熱する。バーナ2の予熱が完了すると、点
火プラグIG及びバーナファン16を作動させ、バーナ
2のプリパージを行った後、燃料ポンプ15及び温風フ
ァン17を作動させ、燃焼を開始させるとともに、室内
空気を燃焼ガスで加熱し、温風として温風吐出口4から
室内へ吐出させる。
【0019】運転開始当初は室温が低いので、暖房出力
は機器の最大出力とする。そして、この出力が得られる
ように燃料ポンプ15を周波数制御するとともに、バー
ナファン16の回転数制御をする。また、この暖房出力
に見合った温風量が得られるように温風ファン17を位
相制御する。
【0020】マイコン14はこの強制的な強燃焼中にフ
ァジイ推論によって暖房負荷の大きさを算出する。ま
ず、室温センサ13が検出した暖房運転開始時の室温T
iを記憶する。また、予熱完了(着火)から一定時間
(例えば5分間)の室温変化幅ΔTを求め、これを記憶
する。
【0021】このようにして、初期室温Tiと室温変化
幅ΔTが求められると、マイコン14はこれらの値から
図8及び図9に示すメンバーシップ関数のそれぞれのグ
レードを求める。例えば、初期室温Tiが2.5℃の場
合、図8において、Zのグレードは0.5、NSのグレ
ードが0.5となり、他のグレードは全て0となる。ま
た、室温変化幅ΔTが4degであれば、図9におい
て、Zのグレードが1となり、他のグレードは全て0と
なる。
【0022】上述した初期室温Tiのメンバーシップ関
数のグレード値と室温変化幅ΔTのメンバーシップ関数
のグレード値はマイコン14に格納された3枚のルック
アップテーブル(図11ないし図13)に当てはめられ
る。また、各テーブルの上に書かれたZ,PM及びNM
は後述するように、室温センサ13の検出温度が安定し
たときのバーナファン16の回転数についてのメンバー
シップ関数(図10参照)のグレード値が代入される。
【0023】運転開始当初は室温が不安定であるため、
暫定的にZ=1,PM=0、及びNM=0として扱わ
れ、図11のルックアップテーブルのみが使用される。
この場合、初期室温TiについてはZ=0.5,NS=
0.5が成立し、室温変化幅ΔTについてはZ=1のみ
(他は0)が成立しているので、ファジイ推論の重み付
けルールに基づいて暖房負荷を算出すると、算出値は
8.75となる。
【0024】すなわち、運転開始から5分後の暖房負荷
は8.75畳の部屋の大きさに相当するものであると判
断され、図14に示すように、算出された暖房負荷に適
した暖房出力範囲が設定される。この時点ではそのまま
強制強運転が継続され、最大出力表示部10には、
「8」がデジタル表示され、最大出力が8畳相当の部屋
に適したものとなる暖房出力範囲が設定されていること
を表示する。図14及び図15は算出された暖房負荷と
暖房出力範囲、並びにデジタル表示の関係を示してい
る。
【0025】マイコン14には温度設定スイッチ8にて
調節された設定温度Tsが記憶されている。マイコン1
4はこの設定温度Tsより一定温度(例えば1℃〜2
℃)低い温度Tslを求め、この温度Tslと室温とを
比較する。そして、室温がTsl以上になると、機器の
最大出力での強制強運転を停止し、算出された暖房負荷
に適した暖房出力範囲での暖房出力制御を開始する。
【0026】このようにして、ファジイ推論によって算
出された暖房負荷に適した暖房出力範囲での暖房制御が
始まると、マイコン14は設定温度Tsと室温Tとの偏
差や現在の室温と前回の室温との温度差などに応じてフ
ァジイ推論やPID(比例・積分・微分)を行い、暖房
出力を暖房出力範囲内で制御して室温が設定温度Tsの
近くに維持されるようにする。
【0027】マイコン14は現在の室温と前回の室温の
温度差を繰返し検出し、温度差が連続してある範囲内の
値になると、室温が安定したと判定する。そして、この
ときのバーナファン16の回転数(暖房出力に相当す
る)から図10に示す、バーナファン回転数のメンバー
シップ関数のグレードを求める。そして、このグレード
値と先に求めたTi及びΔTのグレード値を図11ない
し図13のルックアップテーブルに当てはめ、再び重み
付けルールに基づいて暖房負荷を算出する。この結果得
られた算出値が先の暖房負荷の算出値よりも大きけれ
ば、暖房出力範囲は大きい方にシフトされ、逆に小さけ
れば、暖房出力範囲は小さい方にシフトされる。また、
負荷変動によって暖房出力範囲が大きく変わった場合に
はそれに合わせて最大出力表示部10のデジタル表示も
変わることになる。
【0028】次に、ゆらぎ運転モードが選択されている
場合について説明する。この場合、マイコン14は燃焼
プログラムに基づいて次のような燃焼制御を行う(図1
6及び図17参照)。すなわち、通常運転モードと同様
に、バーナ2の気化器の予熱、プリパージ、着火の順に
バーナ2での燃焼が開始され、温風ファン17の運転に
より温風暖房が開始する。また、マイコン14は、暖房
運転開始時の室温Tiを記憶するとともに、強制的な強
燃焼を行いながら着火から一定時間(例えば5分間)の
室温変化幅ΔTを求め、これを記憶する。そして、初期
室温Tiと室温変化幅ΔTが求められると、上述したフ
ァジイ推論によって暖房負荷の大きさを算出し、暖房出
力範囲を設定する。もちろん、暖房負荷の大きさが分か
るように、最大出力表示部10には、暖房出力範囲の最
大出力に対応して「10」、又は「8」、又は「6」の
畳数がデジタル表示される。
【0029】ゆらぎ運転モードでは、このようにして暖
房負荷が算出されると、すぐに、設定された暖房出力範
囲での最大出力での暖房運転に移行する。これは、ゆら
ぎ運転モードが極力燃費を節約する節約運転モードを兼
ねているためである。また、この最大出力での暖房運転
は、暖房負荷の算出後、暖房負荷の大きさに応じて決め
られる所定時間(この時間データはマイコン14に内蔵
されたEEPROMに記憶されている)継続される。こ
れは、暖房出力を暖房負荷に合わせた最大出力に抑えて
極力燃費を節約しつつ、室温をできるだけ早く設定温度
の近くに引き上げるためである。
【0030】このようにして、負荷に見合った暖房出力
範囲の最大出力の暖房運転を所定時間行ったのち、マイ
コン14は室温が設定温度Tsプラスマイナス一定温度
(Tsl〜Tsh)の範囲にあるかどうかを判別する。
そして、この範囲内にない場合には、設定温度Tsと室
温Tとの偏差や現在の室温と前回の室温との温度差など
に応じてファジイ推論やPID(比例・積分・微分)を
行い、暖房出力を暖房出力範囲内で制御して室温が設定
温度Tsの近くに維持されるようにする。そして、室温
がTsl〜Tshの範囲内に入った時点から、使用者に
よって任意に設定された設定温度TsをTsl〜Tsh
の範囲内で時間の経過とともに変化させ、暖房出力を揺
るがせる。
【0031】図18は、カオス理論によって求められ、
かつ、1/fゆらぎとなる設定温度の時系列データを示
すものであり、このデータもマイコン14のEEPRO
MまたはROM(図示せず)に記憶されている。もちろ
ん、このような時系列データを使用しないで、代わり
に、マイコン14にカオス式を記憶させ、このカオス式
に設定値等の所定の初期値を代入することにより、時間
の経過とともに、設定温度が1/fで揺らぐようにして
もよい。
【0032】発明者等の実験によれば、このようにして
設定温度を図19で示すように1/fで揺らがせ、暖房
出力(燃焼量及び温風量)を時間の経過とともに揺動さ
せると、室温が図17で示すように変化した。また、こ
の室温変化をフーリエ解析すると、室温は1/fのn乗
で揺らいでいることが分かった。また、設定温度を一定
として暖房運転を行った場合と、設定温度を1/fで揺
らがせて暖房運転を行った場合とで、被験者実験を行っ
た結果、図20で示すように、前者の場合には、時間の
経過とともに、快適感が低下するのに対し、後者の場合
には快適感の低下の度合いが少なく、室温のゆらぎが適
度な刺激となって、快適感を長時間維持できることが分
かった。さらにまた、図17に示すように、室温の平均
値が設定温度を下回っても、快適性を維持できるため、
その分、省エネルギーの暖房運転を行うことができる。
【0033】尚、上述した実施例では、ゆらぎ運転モー
ドにおいて、設定温度を自動的に揺らがせることによっ
て暖房出力を時間の経過とともに揺動させるようにした
が、室温と設定温度との偏差量を自動的に実際の値とは
異なる値に揺らがせることによって暖房出力を時間の経
過とともに揺動させるようにしてもよい。また、設定温
度のゆらぎや偏差量のゆらぎの平均値が実際の設定値や
実測値より小さくなるようにして、暖房運転の省エネル
ギー化を積極的に行うようにしても良い。
【0034】
【発明の効果】この発明は以上のように構成されている
ので、空調負荷が安定している場合でも、空調出力を時
間の経過とともに揺動させることができるため、空調出
力が変わらない場合に比べ、使用者が室内に長時間座っ
ていても、暑さや寒さ等の不快感を感じないようにで
き、使用者が設定をこまめに変えることなく、快適な空
調運転を継続できるものである。また、空調出力の揺動
により、室温等の平均値が設定値に到達しない場合で
も、快適性を維持できることが実験で確認されており、
省エネルギーにも貢献でき、経済的な空調運転が行える
ものである。
【0035】
【0036】また、空調出力の揺動が選択されていると
きの空調出力の平均値が空調出力の揺動が選択されてい
ないときのそれに比べて小さくなるようにしたので、使
用者が快適で、より経済的な空調運転を随時選択できる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す空気調和機(温風暖
房機)の制御装置のブロック図である。
【図2】空気調和機の1例を示す温風暖房機の斜視図で
ある。
【図3】温風暖房機の操作パネルの説明図である。
【図4】運転モード選択スイッチの操作と2つの制御モ
ードとの関係を示すフローチャートである。
【図5】マイクロコンピュータの通常運転モードにおけ
る動作説明用のフローチャートである。
【図6】通常運転モードにおける室温の変化特性を示す
説明図である。
【図7】同じく暖房出力の変化特性を示す説明図であ
る。
【図8】初期室温Tiのメンバーシップ関数の説明図で
ある。
【図9】室温変化幅ΔTのメンバーシップ関数の説明図
である。
【図10】バーナファン回転数(暖房出力に相当)のメ
ンバーシップ関数の説明図である。
【図11】暖房負荷を算出するための第1のルックアッ
プテーブルの説明図である。
【図12】同じく第2のルックアップテーブルの説明図
である。
【図13】同じく第3のルックアップテーブルの説明図
である。
【図14】算出された暖房負荷と暖房出力範囲との関係
を示す説明図である。
【図15】算出された暖房負荷と出力表示との関係を示
す説明図である。
【図16】マイクロコンピュータのゆらぎ運転モードに
おける動作説明用のフローチャートである。
【図17】ゆらぎ運転モードにおける室温、燃焼量、及
び温風量の変化特性を示す説明図である。
【図18】ゆらぎ運転モードにおける設定値の時系列デ
ータの一例を示す説明図である。
【図19】ゆらぎ運転モードにおける設定値のフーリエ
解析結果を示す説明図である。
【図20】ゆらぎ運転モードにおける快適感についての
被験者実験の結果を示す説明図である。
【図21】従来装置の温度差と燃焼量との関係を示す説
明図である。
【図22】従来装置の温度差と温風量との関係を示す説
明図である。
【符号の説明】 1 温風暖房機(空気調和機) 7 運転モード選択スイッチ(指示手段) 8 温度設定スイッチ 12 制御装置 13 室温センサ 14 空調出力揺動手段を兼ねるマイクロコンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 立 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 鍬田 海平 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 源野 広和 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−55452(JP,A) 特開 昭58−83146(JP,A) 特開 平3−164644(JP,A) 特開 平3−195856(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 11/02 F24F 11/02 102

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度、湿度等の検出値と設定値とを比較
    し、その比較結果に基づいて冷房、暖房、除湿等の空調
    出力を制御するものにおいて、検出値と設定値との比較
    結果に基づいて定められる空調出力を時間の経過ととも
    に自動的に揺動させる手段と、この手段の作動を指示す
    る手段とを備え、空調出力の揺動が選択されているとき
    の空調出力の平均値が空調出力の揺動が選択されていな
    いときのそれに比べて小さくなるようにしたことを特徴
    とする空気調和機の制御装置。
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