JP6570748B2

JP6570748B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6570748B2
Application number: JP2018524687A
Authority: JP
Inventors: 大和江島; 亮大矢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JPWO2018003094A1; WO2018003094A1

Description

本発明は、デマンド制御を行う空気調和機に関するものである。

従来、空気調和機には、消費電力を抑制する目的でデマンド制御に対応したものがある。例えば、特許文献１の空気調和機は、製品の信頼性を保つ観点から、デマンド制御中に圧縮機においてオイル回収運転を実施する際、圧縮機の運転周波数を抑制せず所定時間オイル回収を行い、オイル回収運転の終了後、所定時間だけ圧縮機を停止することにより、全体の消費電力量を抑制している。また、特許文献２に記載のデマンド制御方法では、快適性維持の観点から、インバータ周波数を細分化し、段階的に周波数を減少させることで、デマンド制御中であっても利用者の快適性を維持しつつ、デマンド期間および圧縮機停止から起動復帰する時の負荷電力の急増を抑制している。

特開２０１２−１２２６３９号公報（第５―７頁、第１図）特開平１１−３２５５３９号公報（第４―５頁、第２−４図）

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和機の制御はオイル回収運転に特化しており、オイル回収後に強制的に圧縮機が停止されるため、室温がユーザの所望する温度から上昇若しくは下降してしまい、ユーザに不快感を与える可能性がある。また、特許文献２に記載のデマンド制御においては、吸い込み温度と設定温度の温度差に基づいて上述の周波数制御が実行されるため、ユーザの実際の利用環境は反映されない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、空気調和機のデマンド期間中において、ユーザの実利用環境を反映させつつ快適性を向上することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、膨張手段、および室内熱交換器が冷媒配管で順次接続された冷媒回路を有する空気調和機であって、デマンド期間における前記空気調和機の利用時間および停止時間を入力するための入力手段と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記入力手段により前記利用時間と前記停止時間が入力されたら、デマンド期間中に要求される消費電力と、入力された前記利用時間および前記停止時間とに基づいて、デマンド期間中の前記利用時間の間の前記圧縮機の周波数を算出し、前記利用時間の間は算出された周波数で前記圧縮機を運転し、デマンド期間中の前記停止時間の間は前記圧縮機を強制的に停止するものである。

本発明に係る空気調和機によると、デマンド期間中の空気調和機の利用時間および停止時間が入力されたら、デマンド期間中に要求される消費電力と、利用時間および停止時間とに基づいて圧縮機の周波数が算出され、利用期間中は算出された周波数で圧縮機が運転され、停止期間中は圧縮機が強制的に停止される。従って、デマンド要求に応えつつ、ユーザが求める快適性を確保することができ、快適性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態における空気調和機の冷媒回路の概略図である。本発明の実施の形態における機能ブロック図である。本発明の実施の形態における制御フローを示す図である。本発明の実施の形態における圧縮機の周波数の制御を示すグラフである。本発明の実施の形態における圧縮機の周波数の変化を示すグラフである。

以下に、本発明における空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態における空気調和機の冷媒回路の概略図である。空気調和機１００は、室外機１０１と室内機１０２とリモコン８とを備えている。室外機１０１と室内機１０２は冷媒配管で接続されている。室外機１０１において、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、中間電子膨張弁４と、圧力容器５とが冷媒配管で接続されている。室内機１０２において、電子膨張弁６と室内熱交換器７とが冷媒配管で接続されている。

圧縮機１は、例えば、インバータ駆動制御により容量制御が可能な圧縮機で構成され、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。四方弁２は、圧力容器５と室外熱交換器３とを接続し、圧縮機１と室内熱交換器７とを接続する流路と、圧力容器５と室内熱交換器７とを接続し、圧縮機１と室外熱交換器３とを接続する流路とを切り替えるための弁である。四方弁２が切り替わることで、冷媒の流れる方向が変化する。室外熱交換器３は、暖房運転モード時には蒸発器として機能し、冷房運転モード時には放熱器として機能し、室外機送風ファン９によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。圧力容器５は、室内機１０２と接続される冷媒配管を介して電子膨張弁６に接続されるとともに、室外機１０１内において冷媒配管を介して中間電子膨張弁４に接続されている。また、圧力容器５は、圧縮機１の吸入配管が圧力容器５内を通るよう接続されている。圧力容器５は、液冷媒を貯留することができ、暖房運転モード時と冷房運転モード時の違いによる余剰冷媒および過渡的な運転の変化における余剰冷媒を液状態で貯留する。また、圧縮機１の吸入配管を介してガス冷媒を圧縮機１の吸入側へ流通させる。

室内機１０２の室内熱交換器７は、暖房運転モード時には凝縮器、冷房運転モード時には蒸発器として機能し、室内機送風ファン１０で供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、空調対象空間に供給するための冷房用空気又は暖房用空気を発生させる。電子膨張弁６は開度が可変に制御可能であり、冷媒を減圧して膨張させるものである。

リモコン８は、ユーザが運転モードおよび設定温度等の各種情報を入力するためのものである。後述するデマンド期間中の利用時間および停止時間は、リモコン８により入力される。

図２は、本発明の実施の形態における機能ブロック図である。空気調和機１００のコントローラ１０３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサや、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ、計時手段としてのタイマー等を備えている（いずれも図示せず）。コントローラ１０３は、室外機１０１および室内機１０２を制御し、空気調和機１００を全体的に制御し、空調対象空間の空調を制御する。コントローラ１０３には、ユーザがリモコン８で入力した、運転モード、温度、吹出口から吹き出される空気の風速、および風向等の情報が送られる。コントローラ１０３は、入力された情報に基づいて圧縮機１、室外機送風ファン９、四方弁２、中間電子膨張弁４、電子膨張弁６、および室内機送風ファン１０を制御する。

図３は、本発明の実施の形態における制御フローを示す図である。図３に示される制御は、コントローラ１０３により実行される。ステップＳ１０において、不図示の外部電力供給先からデマンド信号を受信したかチェックされる。デマンド信号を受信したことが確認されたら、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、デマンド期間中における空気調和機１００の利用時間と停止時間の入力があったか否かチェックされる。デマンド期間中の利用時間と停止時間は、ユーザによりリモコン８により入力され、コントローラ１０３に送られてくる。利用時間と停止時間の入力があったことが確認されたら、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、入力された利用時間および停止時間に基づいて、デマンド期間中に空気調和機１００を運転する期間、すなわち利用期間が計算される。次いで、ステップＳ１３において、デマンド期間中における圧縮機１の最大運転周波数が算出される。圧縮機１の最大運転周波数は、デマンド期間中に要求される消費電力の総和を超えないよう、圧縮機１が運転されるＯＮ時間と停止されるＯＦＦ時間との比率に基づいて算出される。

図４は、本発明の実施の形態における圧縮機の周波数の制御を示すグラフである。ここで、図４を参照しながら、本実施の形態における最大運転周波数の算出について説明する。図４のグラフは、縦軸に圧縮機１の周波数（単位：Ｈｚ）をとり、横軸に時間（単位：分）をとっている。点線Ｌ４１は、通常のデマンド制御における運転周波数の態様を示している。通常のデマンド制御とは、ユーザにより空気調和機１００の利用時間および停止時間が入力されていない場合に実行されるデマンド制御である。点線Ｌ４１に示されるように、通常のデマンド制御においては、デマンド期間中、一定の電力を維持しつつ、消費電力の合計がデマンド期間中に消費することを許容されている電力量を超えない範囲で、最大となる周波数で圧縮機１は運転される。

一方、デマンド制御においてユーザにより空気調和機１００の利用時間および停止時間が入力された場合は、圧縮機１は利用時間が経過する利用期間の間は運転され、停止時間が経過する停止期間の間は強制的に停止される。そして、利用期間中の圧縮機１の周波数は、デマンド期間中に消費することを許容されている最大電力量を超えない範囲で、利用期間中に圧縮機１が最大の周波数で運転されるよう制御される。すなわち、利用時間と停止時間の比率に基づいて、利用期間中の圧縮機１の周波数は算出される。実線Ｌ４２は、利用時間が３０分、停止時間が２５分に設定された場合の圧縮機１の周波数の遷移を示している。この場合、デマンド期間の開始から３０分経過するまでが利用期間であり、３０分経過後、デマンド期間が終了するまでの２５分間が停止期間となる。一点鎖線Ｌ４３は、利用時間が４０分、停止時間が１５分に設定された場合の圧縮機１の周波数の遷移を示している。この場合、デマンド期間の開始から４０分経過するまでが利用期間であり、４０分経過後、デマンド期間が終了するまでの１５分間が停止期間である。

点線Ｌ４１に示される通常のデマンド制御のときの消費電力の総和、実線Ｌ４２に示される利用期間が３０分のときの消費電力の総和、および一点鎖線Ｌ４３に示される利用期間が４０分のときの消費電力の総和は略等しい。すなわち、いずれの場合も、デマンド期間中に消費することを許容されている電力量を超えない範囲で最大となるよう、圧縮機１の周波数は算出される。

ここで、再び図３を参照しながら、デマンド期間中における圧縮機１の周波数が算出された後の処理を説明する。ステップＳ１３において圧縮機１の周波数が算出されたら、図３のステップＳ１４へ進み、算出された周波数で圧縮機１の運転が実行される。また、ステップＳ１４では、不図示のタイマーがスタートされる。

次いで、ステップＳ１５において、タイマーがチェックされ、ステップＳ１２で計算された空気調和機１００の停止までの時間が経過したか否か、すなわち停止時間を検知したかチェックされる。停止時間が検知されていない場合は、空気調和機１００の運転を継続する必要があるため、ステップＳ１４の処理が繰り返される。停止時間が検知されたことが確認されたら、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、圧縮機１の運転が強制的に停止される。

その後、ステップＳ１７において、停止時間が経過し、かつ空気調和機１００をＯＮさせる入力があったか、チェックされる。停止時間経過後、ユーザによりリモコン８を介して空気調和機１００をＯＮする指示がなされ、リモコン８から空気調和機１００をＯＮする信号が送信されたことが確認されたら、ステップＳ１２へ戻り、上述の処理が繰り返される。

ステップＳ１７において、停止時間が未だ経過していない場合、あるいは停止時間が経過していても空気調和機１００をＯＮする信号が検知されない場合は、ステップＳ１６の処理が実行され、圧縮機１の運転の停止状態が維持される。

なお、ステップＳ１０でデマンド信号を受信していないことが確認された場合は、ステップＳ１８へ進み、圧縮機１はデマンド制御ではない通常制御により運転される。また、ステップＳ１１で利用時間と停止時間の入力がないことが確認された場合は、ステップＳ１９へ進み、上述の通常のデマンド制御で圧縮機１は運転される。

図５は、本発明の実施の形態における圧縮機の周波数の変化を示すグラフである。図５のグラフは、縦軸に圧縮機１の周波数（単位：Ｈｚ）をとり、横軸に時間（単位：分）をとっている。空気調和機１００がデマンドＯＦＦ時に起動されると、コントローラ１０３は、室内温度とリモコン８を介して設定された設定温度との温度差に基づいて、空気調和機１００を制御する。室内温度と設定温度との温度差が大きい場合、冷房運転の場合は冷房能力を上昇させるため、また暖房運転の場合は暖房能力を上昇させるため、コントローラ１０３は、圧縮機１の周波数が最大になるまで上昇させる。図５において０〜１９分までの期間がこの処理に相当する。

圧縮機１の周波数が最大になった時点でデマンド信号を受信したとき、ユーザにより利用時間および停止時間が入力されない場合には、通常のデマンド制御が実行される。通常のデマンド制御が実行された場合の圧縮機１の周波数の変化は点線Ｌ５１で示されている。上述のように、通常のデマンド制御では、一定の電力を維持しつつ、消費電力の合計がデマンド期間中に消費することを許容されている電力量を超えない範囲で最大となるよう圧縮機１の周波数は制御される。従って、圧縮機１の周波数はデマンド期間の開始の直後、図５中では２０分の時点で、最大周波数から強制的に通常デマンド周波数へ降下され、２０分〜５０分までのデマンド期間中はこの通常デマンド周波数が維持される。

圧縮機１の周波数が最大になった時点でデマンド信号を受信したとき、ユーザにより利用時間および停止時間が入力されている場合には、上述のように、利用時間と停止時間の比率に応じて利用期間中の圧縮機１の最大周波数が算出される。そして、実線Ｌ５２で示されるように、圧縮機１の周波数はデマンド期間の開始の直後、図５中では２０分の時点で、最大周波数から上述の通常デマンド周波数より高い利用期間中の最大周波数まで、強制的に降下され、２０分から４０分の利用期間中は算出された最大周波数が維持される。さらに、４０分から５０分の停止期間中には圧縮機１の周波数は強制的に０にされ、圧縮機１は強制的に停止される。

このように、ユーザが指定した利用期間中は、圧縮機１は通常デマンド周波数より高い周波数で運転される。すなわち、デマンド期間中においても、ユーザが所望する利用環境に応じて圧縮機１の運転が制御される。

以上のように、本実施の形態によれば、ユーザが設定したデマンド期間中の空気調和機１００の利用時間および停止時間に基づいて、デマンド期間中に要求される電力消費量を超えない範囲で利用期間中の圧縮機１の運転周波数が最大となるよう制御される。従って、デマンド期間中に、快適性に関するユーザの要望に沿いながら、デマンド要求に応じて電力の消費を節約することができる。

また、本実施の形態よれば、ユーザがデマンド期間中の空気調和機１００の利用時間および停止時間を設定しない場合は、デマンド期間中に要求される電力消費量を超えない範囲でデマンド期間中の圧縮機１の運転周波数が最大となるよう制御される。従って、ユーザが空気調和機１００の利用時間および停止時間を設定しなくても、快適性を損なうことなくデマンド要求に応じて電力の消費を節約することができる。

また、リモコン８によりデマンド期間中の利用時間および停止時間を入力することができるため、設定温度調整と同様の操作方法で利用時間および停止時間を設定することができる。

なお、本実施の形態では、デマンド信号を受信したら利用期間が進行し、利用時間が経過したら停止期間が進行する場合を例にとって説明しているが、これに限るものではない。利用期間の前後で停止期間が進行する場合、およびデマンド信号を受信したら停止期間が進行し、停止時間が経過したら利用期間が進行する場合についても、同様に圧縮機１の周波数は制御される。

１圧縮機、２四方弁、３室外熱交換器、４中間電子膨張弁、５圧力容器、６電子膨張弁、７室内熱交換器、８リモコン、９室外機送風ファン、１０室内機送風ファン、１００空気調和機、１０１室外機、１０２室内機、１０３コントローラ。

Claims

圧縮機、室外熱交換器、膨張手段、および室内熱交換器が冷媒配管で順次接続された冷媒回路を有する空気調和機であって、
デマンド期間における前記空気調和機の利用時間および停止時間を入力するための入力手段と、
制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記入力手段により前記利用時間と前記停止時間が入力されたら、デマンド期間中に要求される消費電力と、入力された前記利用時間および前記停止時間とに基づいて、
デマンド期間中の前記利用時間の間の前記圧縮機の周波数を算出し、前記利用時間の間は算出された周波数で前記圧縮機を運転し、デマンド期間中の前記停止時間の間は前記圧縮機を強制的に停止する空気調和機。
前記制御手段は、
前記利用時間の間の消費電力の総和がデマンド期間中に要求される消費電力を超えない範囲で前記利用時間の間の前記圧縮機の周波数が最大となるよう、前記利用時間と前記停止時間との比率に基づいて前記利用時間の間の前記圧縮機の周波数を算出する、請求項１に記載の空気調和機。
前記制御手段は、
デマンド期間において、前記入力手段により前記利用時間と前記停止時間が入力されない場合、デマンド期間中に要求される消費電力の総和を超えない範囲で、デマンド期間中の前記圧縮機の周波数が最大となるよう、デマンド期間中の前記圧縮機の周波数を算出し、デマンド期間中は、算出された周波数で前記圧縮機を運転する請求項１または２に記載の空気調和機。