JP4731370B2 - 空気調和装置、空気調和装置の制御方法および制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、空気調和装置の制御方法および制御プログラムに係り、特に圧縮機の運転周波数制御技術に関する。

従来より、運転周波数制御が可能な圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有した空気調和装置が知られている。
この種の空気調和装置では、圧縮機に負荷がかかりすぎないように、圧縮機の吐出側の温度を測定することにより圧縮機の運転周波数制御を行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７１１５０号

しかしながら、上記従来の技術においては、圧縮機の吐出側の温度を測定し、当該測定温度が所定の温度帯域に至った場合には、圧縮機の運転周波数の制限を行うようにしていたが、間に合わず、圧縮機の異常温度上昇により空気調和装置が異常停止してしまう可能性があった。
そこで、本発明の目的は、圧縮機の異常温度上昇、ひいては、空気調和装置の異常停止を確実に回避することが可能な空気調和装置、空気調和装置の制御方法および制御プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、運転周波数制御が可能な圧縮機および室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、を備えた空気調和装置において、前記圧縮機の負荷状態に対応する温度を検出可能な位置に設けられた温度センサと、所定のサンプリング時間毎に前記温度センサにより検出した温度を収集することにより、検出した温度の履歴である温度履歴を記憶し、当該温度履歴に基づいて、前記位置における所定時間後の温度を予測する温度予測部と、温度帯域を複数の副温度帯域に分割し、前記温度予測部により予測された前記所定時間後の温度が属する前記副温度帯域に応じて、高い温度に係る前記副温度帯域に属する場合の方が、低い温度に係る前記副温度帯域に属する場合と比較して、運転周波数が低くなるように、前記運転周波数の設定値を変更する運転周波数制御部と、を備え、前記温度予測部は、予測された前記所定時間後の温度が、いずれかの前記副温度帯域に至っていないが、当該副温度帯域にまもなく至る状況の場合は、サンプリング時間を短くすることを特徴としている。

上記構成によれば、温度予測部は、温度センサにより検出した温度の履歴である温度履歴に基づいて、温度センサの設けられた位置における所定時間後の温度を予測する。
これにより運転周波数制御部は、予測される温度が所定の温度帯域に至る場合に、圧縮機の運転周波数を当該予測される温度が所定の温度帯域に至らない場合よりも低く設定する。

この場合において、記温度予測部は、前記温度履歴に基づいて前記温度を予測するための回帰曲線を求め、当該回帰曲線に基づいて前記所定時間後の温度を予測するようにしてもよい。
また、前記温度帯域は、複数の副温度帯域に分割され、前記運転周波数制御部は、前記所定時間後の温度が属する各副温度帯域毎に運転周波数の設定値を変えるようにしてもよい。
さらに、前記温度予測部は、所定のサンプリング時間毎に前記温度を収集して更新しつつ記憶し、所定時間前からの前記温度履歴を記憶するようにしてもよい。
さらにまた、前記温度予測部は、前記予測される温度が属する温度帯域に応じて前記サンプリング時間を変更するようにしてもよい。
また、前記温度予測部は、前記温度履歴を記憶する所定時間を変更可能としてもよい。

また、運転周波数制御が可能な圧縮機および室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、前記圧縮機の負荷状態に対応する温度を検出可能な位置に設けられた温度センサと、を備えた空気調和装置の制御方法において、所定のサンプリング時間毎に前記温度センサにより検出した温度を収集することにより、検出した温度の履歴である温度履歴を記憶し、当該温度履歴に基づいて、前記位置における所定時間後の温度を予測すると共に、予測された前記所定時間後の温度が、温度帯域を複数に分割して形成された副温度帯域のうち、いずれかの前記副温度帯域に至っていないが、当該副温度帯域にまもなく至る状況の場合は、サンプリング時間を短くする温度予測過程と、前記温度予測部により予測された前記所定時間後の温度が属する前記副温度帯域に応じて、高い温度に係る前記副温度帯域に属する場合の方が、低い温度に係る前記副温度帯域に属する場合と比較して、運転周波数が低くなるように、前記運転周波数の設定値を変更する運転周波数制御過程と、を備えたことを特徴としている。

また、運転周波数制御が可能な圧縮機および室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、前記圧縮機の負荷状態に対応する温度を検出可能な位置に設けられた温度センサと、を備えた空気調和装置をコンピュータにより制御する制御プログラムにおいて、前記コンピュータを、所定のサンプリング時間毎に前記温度センサにより検出した温度を収集することにより、検出した温度の履歴である温度履歴を記憶し、当該温度履歴に基づいて、前記位置における所定時間後の温度を予測すると共に、予測された前記所定時間後の温度が、温度帯域を複数に分割して形成された副温度帯域のうち、いずれかの前記副温度帯域に至っていないが、当該副温度帯域にまもなく至る状況の場合は、サンプリング時間を短くする温度予測部と、前記温度予測部により予測された前記所定時間後の温度が属する前記副温度帯域に応じて、高い温度に係る前記副温度帯域に属する場合の方が、低い温度に係る前記副温度帯域に属する場合と比較して、運転周波数が低くなるように、前記運転周波数の設定値を変更する運転周波数制御部と、として機能させる、ことを特徴としている。

本発明によれば、圧縮機の異常温度上昇、ひいては、空気調和装置の異常停止を確実に回避することができ、空気調和装置を安定して運転することができる。

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ブラシレスＤＣモータにより駆動される圧縮機を備えた空気調和装置の構成を示す図である。
この空気調和装置１０は、図１に示すように、室外機１１、室内機１２及び制御装置１３を備え、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが連結配管２４、２５を介して連結され、これら室外機１１及び室内機１２が制御装置１３によって運転制御される。
室外機１１は、室外に設置され、室外冷媒配管１４に圧縮機１６が配設され、この圧縮機１６の吸込側には、アキュムレータ１７が接続され、圧縮機１６の吐出側には、四方弁１８と室外熱交換器１９とが順に接続されている。また、室外機１１には、室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が配設されている。

室内機１２は、室内に設置され、室内冷媒配管１５に室内熱交換器２１と電動膨張弁２２とが配設されると共に、室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２３が配設されている。
この空気調和装置１０は、室外機１１の四方弁１８が冷房側あるいは暖房側に切り換えられることにより、冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、四方弁１８が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器として機能して冷房運転状態となり、室内を冷房する。また、四方弁１８が暖房側に切り換えられたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、室内を暖房する。

圧縮機１６には、その吐出側に冷媒温度、ひいては、圧縮機１６の温度を検出する温度センサ３０が設けられるとともに、温度センサ３０の検出した温度に基づいて図示しないブラシレスＤＣモータが制御装置１３により運転周波数の制御を受けつつ駆動される。
図２は、実施形態の制御装置の概要構成ブロック図である。
制御装置１３は、マイクロコンピュータとして構成されており、制御装置全体を制御するＭＰＵ４１と、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ４２と、各種データを一時的に格納するＲＡＭ４３と、各種データを更新可能、かつ、不揮発的に記憶するＥＥＰＲＯＭ４４と、温度センサ３０を含む外部機器とのインタフェース動作を行うインタフェース部４５と、を備えて構成されている。

図３は、実施形態の処理フローチャートである。
まず、制御装置１３のMＰＵ４１は、ｎ分ごと（実施形態では、ｎ＝１）にインタフェース部４５を介して温度センサ３０により圧縮機１６の吐出側冷媒温度を検出し、温度データとしてＥＥＰＲＯＭ４４に記憶する（ステップＳ１１）。
次にＭＰＵ４１は、温度予測をするために必要な温度データが収集されたか、より具体的には、ｋ分前（ｋは自然数）までの温度データがすでにＥＥＰＲＯＭ４４に記憶されているか否かを判別する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の判別において、未だｋ分前の温度データが記憶されていない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、温度予測はデータ数が少なくて難しいので、待機状態となる。
ステップＳ１２の判別において、ｋ分前の温度データが記憶されている場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＭＰＵ４１は、ｋ分前までの温度データ（ｘｉ：本実施形態の場合、ｋ個の温度データ）に基づいて次式に基づいて回帰曲線としての回帰直線ｙを求める（ステップＳ１３）。

次にＭＰＵ４１は、求めた回帰直線ｙに基づいて現在時刻ｔからｋ分が経過した時刻の温度を算出（予測）する（ステップＳ１４）。
そして、ＭＰＵ４１は、圧縮機１６のブラシレスＤＣモータの運転周波数の制御をｋ分後の予測温度に基づいて行う（ステップＳ１５）。

図４は、温度予測と制御の関係の説明図である。
本実施形態においては、温度帯域を３つの副温度帯域に分け、異常状態の発生を防止すべく運転周波数の制御が必要なのは、温度が高い二つの副温度帯域となっている。
図４において、温度データに対応する温度が、例えば、図中、白丸で示すようになり、求められた回帰直線ｙ＝ｙ１の場合には、時刻（ｔ＋ｋ）の温度が第１の副温度帯域ＴＢ１に属しており、時刻（ｔ＋ｋ）の温度がこの副温度帯域ＴＢ１に属している場合には、能力的な要求から設定される運転周波数よりも運転周波数を下げる制御がなされ、圧縮機１６の温度上昇を抑制すべく、ＭＰＵ４１は、運転周波数を下げた運転を行うこととなる。

一方、温度データに対応する温度が、例えば、図中、黒丸で示すようになり、求められた回帰直線ｙ＝ｙ２の場合には、の場合には、時刻（ｔ＋ｋ）の温度が第２の副温度帯域ＴＢ２に属しており、時刻（ｔ＋ｋ）の温度がこの副温度帯域ＴＢ２に属している場合には、圧縮機１６の温度上昇を抑制すべく、ＭＰＵ４１は、圧縮機１６の運転を停止させるなど、より一層の制限をかけることとなる。

続いて、ＭＰＵ４１は、圧縮機の運転周波数の制御を行ってから、所定時間（実施形態では１分）が経過したか否かを判別する（ステップＳ）。
ステップＳ１６の判別において、未だ所定時間が経過していない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ＭＰＵ４１は、待機状態となる。
ステップＳ１６の判別において、所定時間が経過した場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ＭＰＵ４１は、もっとも古い温度データを廃棄し、現時刻の温度データを取得して更新することとなり（ステップＳ）、処理を再びステップＳ１２に移行して、以下、同様の処理を行う。

本実施形態によれば、あらかじめ所定時間が経過した場合の圧縮機の負荷を予測して、不必要に圧縮機に負荷がかからないように制御できるので、圧縮機の異常温度上昇、ひいては、空気調和装置の異常停止を確実に回避することができ、空気調和装置を安定して運転することができる。
以上の説明においては、回帰曲線として回帰直線（回帰一次曲線）の場合について説明したが回帰ｍ次曲線（ｍは２以上の整数）であっても適用が可能である。

以上の説明においては、温度データを取得するサンプリング時間としてｎ分の一定時間を採用していたが、未だ副温度帯域に至ってはいないが、まもなく至るような状況などのようにより正確な制御が要求される場合においては、サンプリング時間をより短く設定するように構成することも可能である。これにより、より一層確実に圧縮機の異常温度上昇、異常停止を回避することが可能となる。
また、回帰曲線を算出する際の温度データの個数についても、要求される精度に応じて変更することが可能である。

ブラシレスＤＣモータにより駆動される圧縮機を備えた空気調和装置の構成を示す図である。 実施形態の制御装置の概要構成ブロック図である。 実施形態の処理フローチャートである。 温度予測と制御の関係の説明図である。

符号の説明

１０ 空気調和装置
１１ 室外機
１２ 室内機
１３ 制御装置
１５ 室内冷媒配管
１６ 圧縮機
１７ アキュムレータ
１８ 四方弁
１９ 室外熱交換器
２０ 室外ファン
２１ 室内熱交換器
２２ 電動膨張弁
２３ 室内ファン

Claims (5)

1. 運転周波数制御が可能な圧縮機および室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、を備えた空気調和装置において、
   前記圧縮機の負荷状態に対応する温度を検出可能な位置に設けられた温度センサと、
   所定のサンプリング時間毎に前記温度センサにより検出した温度を収集することにより、検出した温度の履歴である温度履歴を記憶し、当該温度履歴に基づいて、前記位置における所定時間後の温度を予測する温度予測部と、
   温度帯域を複数の副温度帯域に分割し、前記温度予測部により予測された前記所定時間後の温度が属する前記副温度帯域に応じて、高い温度に係る前記副温度帯域に属する場合の方が、低い温度に係る前記副温度帯域に属する場合と比較して、運転周波数が低くなるように、前記運転周波数の設定値を変更する運転周波数制御部と、を備え、
   前記温度予測部は、
   予測された前記所定時間後の温度が、いずれかの前記副温度帯域に至っていないが、当該副温度帯域にまもなく至る状況の場合は、サンプリング時間を短くすることを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１記載の空気調和装置において、
   前記温度予測部は、前記温度履歴に基づいて前記温度を予測するための回帰曲線を求め、当該回帰曲線に基づいて前記所定時間後の温度を予測することを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１又は２記載の空気調和装置において、
   前記温度予測部は、前記温度履歴を記憶する時間の長さを変更可能としたことを特徴とする空気調和装置。
4. 運転周波数制御が可能な圧縮機および室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、前記圧縮機の負荷状態に対応する温度を検出可能な位置に設けられた温度センサと、を備えた空気調和装置の制御方法において、
   所定のサンプリング時間毎に前記温度センサにより検出した温度を収集することにより、検出した温度の履歴である温度履歴を記憶し、当該温度履歴に基づいて、前記位置における所定時間後の温度を予測すると共に、予測された前記所定時間後の温度が、温度帯域を複数に分割して形成された副温度帯域のうち、いずれかの前記副温度帯域に至っていないが、当該副温度帯域にまもなく至る状況の場合は、サンプリング時間を短くする温度予測過程と、
   前記温度予測部により予測された前記所定時間後の温度が属する前記副温度帯域に応じて、高い温度に係る前記副温度帯域に属する場合の方が、低い温度に係る前記副温度帯域に属する場合と比較して、運転周波数が低くなるように、前記運転周波数の設定値を変更する運転周波数制御過程と、を備えたことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
5. 運転周波数制御が可能な圧縮機および室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器を有する室内ユニットと、前記圧縮機の負荷状態に対応する温度を検出可能な位置に設けられた温度センサと、を備えた空気調和装置をコンピュータにより制御する制御プログラムにおいて、
   前記コンピュータを、
   所定のサンプリング時間毎に前記温度センサにより検出した温度を収集することにより、検出した温度の履歴である温度履歴を記憶し、当該温度履歴に基づいて、前記位置における所定時間後の温度を予測すると共に、予測された前記所定時間後の温度が、温度帯域を複数に分割して形成された副温度帯域のうち、いずれかの前記副温度帯域に至っていないが、当該副温度帯域にまもなく至る状況の場合は、サンプリング時間を短くする温度予測部と、
   前記温度予測部により予測された前記所定時間後の温度が属する前記副温度帯域に応じて、高い温度に係る前記副温度帯域に属する場合の方が、低い温度に係る前記副温度帯域に属する場合と比較して、運転周波数が低くなるように、前記運転周波数の設定値を変更する運転周波数制御部と、として機能させる、
   ことを特徴とする制御プログラム。

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