JP7138803B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機の指令周波数を制御する制御装置を備えた冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置は、空調負荷に応じて圧縮機の指令周波数を制御する。しかし、圧縮機の指令周波数が電源周波数の整数倍に近い値となったとき、あるいは圧縮機の指令周波数が冷媒回路の配管内のガス及び液体の共振周波数と一致したときに、共振による異常振動が発生し、冷凍サイクル装置が不安定な状態となる場合がある。冷凍サイクル装置において、共振による異常振動の発生を抑制するために、圧縮機の指令周波数を、予め設定した運転禁止周波数の範囲外とするように制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１において、圧縮機の要求周波数が運転禁止周波数に該当した場合、運転禁止周波数の範囲の上限よりやや高い周波数と下限よりやや低い周波数で、２つの指令周波数それぞれに対応する所定の時間だけ、交互に圧縮機を運転するよう制御がなされる。

特開平７－３１１９３号公報

特許文献１では、要求周波数が運転禁止周波数に該当した場合、運転禁止周波数の範囲の上限よりやや高い周波数で圧縮機が運転される第１の運転時間と、その範囲の下限よりやや低い周波数で圧縮機が運転される第２の運転時間とを、それぞれ一義的に決めている。したがって、特許文献１では、決められた第１の運転時間及び第２の運転時間が経過するまで、要求周波数の変動に対処することができない。要求周波数は、設定温度と室内温度との差によって決まるため、要求周波数の変動に応じた圧縮機の運転ができない期間、室内温度が設定温度とならず、快適性が損なわれる。一方、要求周波数の変動に対処できない期間を短縮するために２つの指令周波数での運転の周期を短くしようとすると、圧縮機の指令周波数が、運転禁止周波数の範囲を跨いで設定された２つの指令周波数間で頻繁に切り替わり、異常振動の発生が抑制できない。

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、要求周波数が禁止周波数領域に該当しているときでも、共振による異常振動の発生を抑制しつつ快適性を向上させた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を、冷媒配管を介して接続して成る冷媒回路と、前記圧縮機の要求周波数を取得し、取得した前記要求周波数に応じて前記圧縮機の指令周波数を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記要求周波数が、予め設定された禁止周波数領域に該当するか否かを判定し、前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当すると判定された場合に、前記禁止周波数領域の下限値より小さい第１周波数及び前記禁止周波数領域の上限値より大きい第２周波数のうち一方を前記指令周波数とし、予め設定された制御周期を開始させ、前記制御周期の間、取得した前記要求周波数に基づいて、前記制御周期内における前記第１周波数を前記指令周波数とする第１時間と前記第２周波数を前記指令周波数とする第２時間とを繰り返し算出し、前記制御周期が開始してから、前記第１周波数及び前記第２周波数のうち前記一方と対応する前記第１時間又は前記第２時間が経過したときに、前記指令周波数を前記一方から他方に切り替える。

本発明の冷凍サイクル装置の制御装置によれば、制御周期の間、取得した要求周波数に基づいて制御周期内における第１時間と第２時間とが繰り返し算出され、算出された第１時間及び第２時間に基づいて指令周波数が切り替えられる。これにより、要求周波数が禁止周波数領域に該当しているときでも、要求周波数の変動に対処できるため、制御周期を短縮する必要がなく、禁止周波数領域の上下に設定された２つの周波数間で指令周波数を切り替える頻度が少なくてすむ。したがって、要求周波数が禁止周波数領域に該当しているときでも、共振による異常振動の発生を抑制しつつ快適性を向上させることができる。

実施の形態に係る空気調和機を示す冷媒回路図である。 図１の制御装置の機能を示すブロック図である。 要求周波数が低下して禁止周波数領域内に至った場合における圧縮機の動作を説明する図である。 要求周波数が上昇して禁止周波数領域内に至った場合における圧縮機の動作を説明する図である。 連続する制御周期で先行する周波数が交互に入れ替わる場合の圧縮機の動作を説明する図である。 図１の制御装置が行う制御の一例を示すフローチャートである。 図６のフローチャートから分岐したフローチャートである。 図１の制御装置に記憶された最小維持時間を説明する説明図である。 図１の制御装置に記憶された最大維持時間を説明する説明図である。

実施の形態．
図１は、実施の形態に係る空気調和機１００を示す冷媒回路図である。図１において、実線矢印は暖房運転時において冷媒が流れる方向を示し、破線矢印は冷房運転時において冷媒が流れる方向を示している。

図１に示されるように、空気調和機１００は、冷媒回路１０１と、制御装置２０とを備えている。冷媒回路１０１は、圧縮機１と、流路切替装置５と、室外熱交換器３と、減圧装置４と、室内熱交換器２とを冷媒配管９により接続して構成されている。圧縮機１は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機１は、図示しないインバータにより周波数が可変となっている。流路切替装置５は、例えば四方弁から成り、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の循環方向を切り替える。室外熱交換器３は、複数のフィンと複数の伝熱管から成り、冷房運転時に凝縮器として動作し、暖房運転時に蒸発器として動作する。減圧装置４は、例えば膨張弁から成り、高圧の液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする。室内熱交換器２は、複数のフィンと複数の伝熱管から成り、冷房運転時に蒸発器として動作し、暖房運転時に凝縮器として動作する。

つまり、冷房運転時における冷媒回路１０１は、圧縮機１と、凝縮器として動作する室外熱交換器３と、減圧装置４と、蒸発器として動作する室内熱交換器２とが冷媒配管９で環状に接続されて構成される。また、暖房運転時における冷媒回路１０１は、圧縮機１と、凝縮器として動作する室内熱交換器２と、減圧装置４と、蒸発器として動作する室外熱交換器３とが冷媒配管９で環状に接続されて構成される。

冷媒は、使用温度範囲及び使用圧力範囲内で気液二相化が可能なものであればどのような冷媒でもよく、例えばＨＦＣ系冷媒、ＨＣＦＣ系冷媒又は自然冷媒が使用される。

空気調和機１００は、室外熱交換器３に併設された室外送風機７と、室内熱交換器２に併設された室内送風機６を備える。室外送風機７は、例えばプロペラファンであり、室外熱交換器３に室外空気を供給する。室内送風機６は、例えばクロスフローファンであり、室内熱交換器２に室内空気を供給する。

空気調和機１００の各構成機器のうち圧縮機１、室外熱交換器３、減圧装置４、流路切替装置５及び室外送風機７は、室外ユニット１１に収納されている。空気調和機１００の各構成機器のうち室内熱交換器２及び室内送風機６は、室内ユニット１０に収納されている。室内ユニット１０は、空調対象空間である室内に設置される。

また空気調和機１００は、室内ユニット１０に設けられ、室内空気の温度を検出する温度検出器８と、利用者の操作により設定温度Ｔｓｅｔを入力するリモコン１２とを備える。温度検出器８は、例えば温度センサで構成される。

温度検出器８、圧縮機１、減圧装置４、流路切替装置５、室内送風機６及び室外送風機７は、制御装置２０に配線等を介して電気的に接続されている。リモコン１２は、制御装置２０と通信可能となっている。つまり、制御装置２０は、温度検出器８の検出値及びリモコン１２の設定値を受信する。また制御装置２０は、圧縮機１、減圧装置４、流路切替装置５、室内送風機６及び室外送風機７をそれぞれ制御できる構成となっている。制御装置２０は、室外ユニット１１及び室内ユニット１０の外に配置されている。なお、制御装置２０は、室外ユニット１１に収納されてもよいし、室内ユニット１０に収納されてもよい。あるいは複数の制御ユニットで制御装置２０が構成され、各制御ユニットが、室外ユニット１１と室内ユニット１０に分けて収納されてもよい。

次に、冷房運転時と暖房運転時の空気調和機１００の動作について説明する。

冷房運転時、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が吐出し、流路切替装置５を介して室外熱交換器３に流入する。冷房運転時において凝縮器として作用する室外熱交換器３では、室外送風機７の駆動により室外ユニット１１に取り込まれた室外空気が室外熱交換器３のフィンと伝熱管の周囲を通過しながら冷媒と熱交換し、室外ユニット１１の外へ吹き出される。このとき冷媒は室外空気に凝縮潜熱を放出しながら冷却されて高圧の液状態になる。室外熱交換器３から流出した液状態の冷媒は、減圧装置４を通過して減圧され低圧の気液二相状態となり、室内熱交換器２に流入する。冷房運転時において蒸発器として作用する室内熱交換器２では、室内送風機６により室内ユニット１０に取り込まれた室内空気が室内熱交換器２のフィンと伝熱管の周囲を通過しながら冷媒と熱交換し、室内空間へ吹き出されることにより室内空気が冷やされる。一方、室内熱交換器２に流入した気液二相状態の冷媒は、室内空気から蒸発潜熱を吸熱することで蒸発する。空気調和機１００が冷房運転を実施している間、上述した冷凍サイクルが繰り返される。

暖房運転時、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が吐出し、流路切替装置５を介して室内熱交換器２に流入する。暖房運転時において凝縮器として作用する室内熱交換器２では、室内送風機６の駆動により室内ユニット１０に取り込まれた室内空気が室内熱交換器２のフィンと伝熱管の周囲を通過しながら冷媒と熱交換し、室内空間に吹き出される。これにより、冷媒は室内空気に凝縮潜熱を放出しながら冷却されて高圧の液状態になる。室内熱交換器２から流出した液状態の冷媒は、減圧装置４を通過して減圧され低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器３に流入する。暖房運転時において蒸発器として作用する室外熱交換器３では、室外送風機７の駆動により室外ユニット１１に取り込まれた室外空気が室外熱交換器３のフィンと伝熱管の周囲を通過しながら冷媒と熱交換し、室外ユニット１１の外へ吹き出される。一方、気液二相状態の冷媒は、蒸発潜熱を室外空気から吸熱することで蒸発する。空気調和機１００が暖房運転を実施している間、上述した冷凍サイクルが繰り返される。

図２は、図１の制御装置の機能を示すブロック図である。制御装置２０は、専用のハードウェア、又はメモリ（図示せず）に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又はプロセッサともいう）で構成される。

制御装置２０は、リモコン１２を介して入力された設定温度Ｔｓｅｔと、温度検出器８によって検出された室内温度Ｔａに基づいて指令周波数ｆｚを決定し、決定した指令周波数ｆｚを圧縮機１に出力する。また、制御装置２０は、冷凍サイクル装置の運転状況に応じて減圧装置４に指令開度を算出して出力する。また、制御装置２０は、冷凍サイクルの運転状況に応じて室内送風機６の回転数、室外送風機７の回転数、及び流路切替装置５の切り替えを制御する。

図３は、要求周波数が低下して禁止周波数領域内に至った場合における圧縮機の動作を説明する図である。制御装置２０は、空調負荷に応じて空調能力を調整するために、室内温度Ｔａが設定温度Ｔｓｅｔとなるように要求周波数ｆｃを算出し、算出した要求周波数ｆｃに応じて圧縮機１の周波数を制御する。図３において、縦軸は圧縮機１の周波数を表し、横軸は、制御周期Ｔｃが開始してから終了するまでの経過時間ｔを表している。

制御装置２０は、圧縮機１の要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しないときには、要求周波数ｆｃを指令周波数ｆｚとして圧縮機１を運転する。一方、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するときには、制御装置２０は、禁止周波数領域Ｒｆｐの外に設定された第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２を指令周波数ｆｚとして圧縮機１を運転する。

ここで、禁止周波数領域Ｒｆｐとは、空気調和機１００において共振による配管振動及び振動音を生じ易い圧縮機周波数であり、予め制御装置２０に記憶されている。以下、禁止周波数領域Ｒｆｐが、空気調和機１００において振動を生じ易い周波数域５９ヘルツ～６１ヘルツを含む場合を例に説明する。なお、禁止周波数領域Ｒｆｐは、複数設けてもよく、空気調和機１００の構成に応じて配管振動あるいは振動音を生じ易い周波数域に設定されるとよい。

以下、第１周波数ｆ１が、禁止周波数領域Ｒｆｐの下限値Ｌ１である５９ヘルツよりも僅かに低い５８ヘルツであり、第２周波数ｆ２が、禁止周波数領域Ｒｆｐの上限値Ｌ２である６１ヘルツよりも僅かに高い６２ヘルツであるものとして説明する。なお、第１周波数ｆ１は、禁止周波数領域Ｒｆｐの下限値Ｌ１よりも小さい周波数であればよく、第２周波数ｆ２は、禁止周波数領域Ｒｆｐの上限値Ｌ２よりも大きい周波数であればよい。第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２それぞれの禁止周波数領域Ｒｆｐからの乖離が小さいほど、指令周波数ｆｚを切り替える際の圧縮機周波数の変化量が小さくて済む。以下、禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合とは、要求周波数ｆｃが第１周波数ｆ１より大きく且つ第２周波数ｆ２より小さい場合をいう。

図２に基づき、制御装置２０の各機能について説明する。制御装置２０は、記憶部２１、計時部２２、冷媒回路１０１の各機器を制御する運転制御部２３、及び運転制御部２３が圧縮機１の指令周波数ｆｚを制御するために必要なパラメータを決める複数の機能部を有する。複数の機能部とは、周波数演算部２４、禁止周波数判定部２５、先行周波数決定部２６及び時間演算部２７である。

記憶部２１は、メモリ等で構成されており、記憶部２１には各種設定値が記憶されている。具体的には、記憶部２１には、各機器の制御値、設定温度Ｔｓｅｔ、制御周期Ｔｃ、禁止周波数領域Ｒｆｐに対して設定された第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２等が、予め記憶されている。記憶部２１に記憶されている各種設定値は、運転制御部２３、周波数演算部２４、禁止周波数判定部２５、先行周波数決定部２６及び時間演算部２７により参照される。

ここで、制御周期Ｔｃとは、図３に示されるように、第１周波数ｆ１で圧縮機１を運転する第１時間Ｔ１と第２周波数ｆ２で圧縮機１を運転する第２時間Ｔ２の合計時間である。制御周期Ｔｃは、予め設定された時間であり、例えば５分とされている。制御周期Ｔｃ内において第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２とを切り替える回数は１回以下となっている。なお、制御周期Ｔｃの長さは、特にこれに限定されない。

計時部２２は、タイマ等から成り、時間を計測するものである。運転制御部２３は各種制御を行うタイミングを、計時部２２で計測された時間を参照して決定する。

周波数演算部２４は、運転制御部２３の指令により、設定温度Ｔｓｅｔと、温度検出器８から入力される室内温度Ｔａに基づいて要求周波数ｆｃを算出し、禁止周波数判定部２５に出力する。なお、周波数演算部２４は、制御装置２０と通信可能な外部の装置に設けられていてもよく、この場合、制御装置２０の禁止周波数判定部２５が、運転制御部２３の指令に応じて外部の装置から要求周波数ｆｃを取得するように構成されているとよい。要求周波数ｆｃは、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓｅｔとの差すなわち空調負荷が大きいときほど大きく、空調負荷が小さいほど小さくなる。周波数演算部２４は、算出された要求周波数ｆｃを禁止周波数判定部２５に出力する。

禁止周波数判定部２５は、周波数演算部２４から要求周波数ｆｃが入力されると、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するか否かを判定し、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しない場合には、運転制御部２３に要求周波数ｆｃを出力する。一方、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合、禁止周波数判定部２５は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する旨の判定結果及び要求周波数ｆｃを、先行周波数決定部２６に出力する。なお、制御周期Ｔｃが開始している場合において、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合には、判定結果及び要求周波数ｆｃは、先行周波数決定部２６ではなく運転制御部２３に出力される。

先行周波数決定部２６は、禁止周波数判定部２５から、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する旨の判定結果が入力されると、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２のうち制御周期Ｔｃにおいて先行して圧縮機１に指示する周波数を決定する。

具体的には、先行周波数決定部２６は、まず、記憶部２１を参照して、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１未満であったか、第２周波数ｆ２より大きかったか、第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２であったかを判定する。先行周波数決定部２６は、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１未満であったと判定された場合に、運転制御部２３に第１周波数ｆ１を出力する。先行周波数決定部２６は、前回の指令周波数ｐｆｚが第２周波数ｆ２より大きかったと判定された場合に、運転制御部２３に第２周波数ｆ２を出力する。

先行周波数決定部２６は、禁止周波数判定部２５により前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２であったと判定された場合に、運転制御部２３に前回の指令周波数ｐｆｚを出力する。ここで、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２であった場合とは、例えば、前回の制御周期において要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当し、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２であった場合である。つまり、連続する第１の制御周期と第２の制御周期において、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当すると連続して判定された場合、第１の制御周期の終了時の指令周波数ｐｆｚを、第２の制御周期の開始時の指令周波数ｆｚとする。このように、制御周期Ｔｃの境界において、第２の制御周期が開始する際に指令周波数ｆｚが切り替えられるのを回避し、共振による異常振動などの発生を抑制できる。

なお、先行周波数決定部２６は、連続する複数の制御周期Ｔｃにおいて、各制御周期Ｔｃにおける開始時の指令周波数ｆｚを交互に入れ替えるように構成されていてもよい。また、先行周波数決定部２６は省略可能である。この場合、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２のうち先行して指令周波数ｆｚとする周波数が、予め設定されているとよい。

時間演算部２７は、運転制御部２３の指令により、禁止周波数判定部２５から入力された要求周波数ｆｃに基づいて、制御周期Ｔｃにおいて圧縮機１を第２周波数ｆ２で運転させる第２時間Ｔ２を算出する。具体的には、時間演算部２７は、式（１）より、制御周期Ｔｃ内における圧縮機１の指令周波数ｆｚの平均値を、入力された要求周波数ｆｃとする第２時間Ｔ２を算出する。一方、第１時間Ｔ１は、予め設定された制御周期Ｔｃから、式（１）により算出された第２時間Ｔ２を減算して算出される。

［数１］
Ｔ２＝Ｔｃ×（ｆｃ－ｆ１）／（ｆ２－ｆ１）・・・式（１）

時間演算部２７は、第２時間Ｔ２を求める際、記憶部２１に記憶された制御周期Ｔｃ、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２を参照する。

時間演算部２７は、算出した第２時間Ｔ２を、運転制御部２３に出力する。このように、制御周期Ｔｃごとに、取得した要求周波数ｆｃに基づいて第２時間Ｔ２が算出され、制御周期Ｔｃにおける第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２が決まる。

運転制御部２３は、周波数演算部２４、禁止周波数判定部２５、先行周波数決定部２６、及び時間演算部２７それぞれに、予め設定されたタイミングで指令を出力する。また運転制御部２３は、周波数演算部２４、禁止周波数判定部２５、先行周波数決定部２６及び時間演算部２７からの入力に基づき、圧縮機１へ出力する指令周波数ｆｚを決定する。

具体的には、運転制御部２３は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しない場合において禁止周波数判定部２５から入力される要求周波数ｆｃを、指令周波数ｆｚとして圧縮機１へ出力する。また運転制御部２３は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合において禁止周波数判定部２５又は先行周波数決定部２６から入力される第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２を、指令周波数ｆｚとして圧縮機１へ出力する。運転制御部２３は、先行周波数決定部２６から入力された第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２を指令周波数ｆｚとして圧縮機１へ出力したとき、タイマを起動する。タイマにより、制御周期Ｔｃ開始からの経過時間ｔが計測される。

運転制御部２３は、制御周期Ｔｃ内において先行する指令周波数ｆｚに応じて、制御周期Ｔｃ内に指令周波数ｆｚを切り替えるタイミングを制御する。具体的には、タイマの起動により制御周期Ｔｃのカウントが開始してから、先行して設定されている指令周波数ｆｚと対応する第１時間Ｔ１又は第２時間Ｔ２が経過したときに、指令周波数ｆｚを切り替える。つまり、制御周期Ｔｃ内において第１周波数ｆ１が先行して指令周波数ｆｚとされている場合には、運転制御部２３は、制御周期Ｔｃが開始してから、算出された第１時間Ｔ１が経過したとき、指令周波数ｆｚを第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に切り替える。一方、制御周期Ｔｃ内において第２周波数ｆ２が先行して指令周波数ｆｚとされている場合には、運転制御部２３は、制御周期Ｔｃが開始してから、算出された第２時間Ｔ２が経過したときに、指令周波数ｆｚを第２周波数ｆ２から第１周波数ｆ１に切り替える。運転制御部２３は、タイマを開始した後に制御周期Ｔｃが経過すると、タイマを停止させリセットし、再び、各機能部への指令の出力を行う。

運転制御部２３は、制御周期Ｔｃの間、設定時間が経過するたびに周波数演算部２４に要求周波数ｆｃを算出させる。運転制御部２３は、禁止周波数判定部２５により要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当すると判定されたときには、タイマを継続し、時間演算部２７に第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２を算出する指令を出力する。運転制御部２３は、制御周期Ｔｃの間、時間演算部２７から繰り返し入力される第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２に基づき、制御周期Ｔｃ内において指令周波数ｆｚを切り替えるタイミングを制御する。すなわち、制御周期Ｔｃの間、第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２は設定時間ごとに更新され、更新された第１時間Ｔ１又は第２時間Ｔ２で、指令周波数ｆｚが切り替わる。

図３には、制御周期Ｔｃ内において第２周波数ｆ２を先行して指令周波数ｆｚとする場合の、制御周期Ｔｃ中の要求周波数ｆｃの変化及び指令周波数ｆｚの変化が示されている。図４は、要求周波数が上昇して禁止周波数領域内に至った場合における圧縮機の動作を説明する図である。図４には、制御周期Ｔｃ内において第１周波数ｆ１を先行して指令周波数ｆｚとする場合の、制御周期Ｔｃ中の要求周波数ｆｃの変化及び指令周波数ｆｚの変化が示されている。

図３に示されるように、要求周波数ｆｃが第２周波数ｆ２よりも大きい値から禁止周波数領域Ｒｆｐに至った場合には、第２周波数ｆ２が、制御周期Ｔｃの開始時の指令周波数ｆｚとされる。一方、図４に示されるように、要求周波数ｆｃが第１周波数ｆ１よりも小さい値から禁止周波数領域Ｒｆｐに至った場合には、第１周波数ｆ１が、制御周期Ｔｃの開始時の指令周波数ｆｚとされる。このような構成により、要求周波数ｆｃが、禁止周波数領域Ｒｆｐ外から禁止周波数領域Ｒｆｐ内に変化した際の、指令周波数ｆｚの変化量が小さくて済み、省エネルギー性が良くなる。

図５は、連続する制御周期で先行する周波数が交互に入れ替わる場合の圧縮機の動作を説明する図である。図５には、要求周波数ｆｃが連続して禁止周波数領域Ｒｆｐに該当していると判定された場合の、連続する第１の制御周期及び第２の制御周期における指令周波数ｆｚの変化の一例が示されている。なお、第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２は、制御周期Ｔｃごとに異なり、また、同一の制御周期Ｔｃにおいても繰り返し算出され更新される。

各制御周期Ｔｃで先行する周波数を固定値とした場合には、連続した２つの制御周期Ｔｃにおいて指令周波数ｆｚが切り替わる回数は合計３回となる。一方、図５の周波数制御では、第１の制御周期では開始時の指令周波数ｆｚが第２周波数ｆ２とされ、第２の制御周期では開始時の指令周波数ｆｚが第１周波数ｆ１とされ、２つの制御周期Ｔｃにおいて指令周波数ｆｚが切り替わる回数の合計は２回となる。このような構成により、圧縮機１の周波数が一時的に禁止周波数領域Ｒｆｐとなる頻度を減らすことができるため、異常振動の発生が抑制されるとともに省エネルギー性が向上する。

図６は、図１の制御装置が行う制御の一例を示すフローチャートである。図７は、図６のフローチャートから分岐したフローチャートである。図６及び図７に基づき、制御装置２０が圧縮機１に対して行う周波数制御について説明する。

図６及び図７に示される周波数制御は、圧縮機１の運転中、制御装置２０により繰り返し行われる。まず、制御装置２０は、リモコン１２から入力された設定温度Ｔｓｅｔと温度検出器８により検出された室内温度Ｔａに応じて要求周波数ｆｃを算出する（ステップＳ２０）。

次に、制御装置２０は、算出された要求周波数ｆｃが予め設定された禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するか否かを判定する（ステップＳ２１）。制御装置２０は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しない場合（ステップＳ２１；ＮＯ）、要求周波数ｆｃを指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ２２）。制御装置２０は、ステップＳ２２の後、再びステップＳ２０に戻り、要求周波数ｆｃの算出の処理を行う。

一方、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合には（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、制御装置２０は、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１未満であったか否かを判定する（ステップＳ２３）。制御装置２０は、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１未満であった場合に（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、第１周波数ｆ１を指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ２４）。その後、制御装置２０は、タイマを起動し（ステップＳ２５）、第２周波数ｆ２で圧縮機１が駆動される第２時間Ｔ２を算出する（ステップＳ２６）。

一方、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１未満でなかった場合（ステップＳ２３；ＮＯ）、制御装置２０は、更に、前回の指令周波数ｐｆｚが第２周波数ｆ２より大きかったか否かを判定する（図７のステップＳ３５）。制御装置２０は、前回の指令周波数ｐｆｚが第２周波数ｆ２より大きかった場合に（ステップＳ３５；ＹＥＳ）、第２周波数ｆ２を指令周波数ｐｆｚとして出力する（ステップＳ３６）。その後、制御装置２０は、タイマを起動し（ステップＳ３７）、第２時間Ｔ２を算出する（ステップＳ４０）。制御装置２０は、ステップＳ３５において前回の指令周波数ｐｆｚが第２周波数ｆ２より大きくなかった場合（ステップＳ３５；ＮＯ）、前回の指令周波数ｐｆｚを指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ３８）。すなわち、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２と設定されていた場合に、前回の指令周波数ｐｆｚが、今回の制御周期Ｔｃの開始時の指令周波数ｆｚとされる。

ステップＳ３８の後、制御装置２０は、前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１だったのか、第２周波数ｆ２だったのかを判定する（ステップＳ３９）。制御装置２０は、ステップＳ３９において前回の指令周波数ｐｆｚが第１周波数ｆ１だった場合（ステップＳ３９；ｆ１）、図６のステップＳ２５へ移行してタイマを起動し、第２時間Ｔ２を算出する（ステップＳ２６）。一方、ステップＳ３９において、前回の指令周波数ｐｆｚが第２周波数ｆ２だった場合（ステップＳ３９；ｆ２）、制御装置２０は、ステップＳ３７へ移行してタイマを起動し、第２時間Ｔ２を算出する（ステップＳ４０）。

制御装置２０は、ステップＳ２６において、制御周期Ｔｃにおける第２時間Ｔ２を算出した後、タイマの値Ｔｍが、制御周期Ｔｃから第２時間Ｔ２を減算した値、つまり、第１時間Ｔ１を超えているかどうかを判定する（ステップＳ２７）。制御装置２０は、タイマの値が第１時間Ｔ１を超えている場合に、第２周波数ｆ２を指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ２８）。一方、タイマの値が第１時間Ｔ１を超えていない場合には（ステップＳ２７；ＮＯ）、制御装置２０は、そのまま第１周波数ｆ１を指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ２９）。

制御装置２０は、ステップＳ２８とステップＳ２９において指令周波数ｆｚを決定後、再度、リモコン１２から入力された設定温度Ｔｓｅｔと温度検出器８により検出された室内温度Ｔａに応じて要求周波数ｆｃを算出する（ステップＳ３０）。指令周波数ｆｚを、禁止周波数領域Ｒｆｐより高い周波数である第２周波数ｆ２と禁止周波数領域Ｒｆｐより低い周波数である第１周波数ｆ１とに固定している間に要求周波数ｆｃは変化する。このため、制御周期Ｔｃの間にも、要求周波数ｆｃを繰り返し算出することで空調負荷の変動に対処することが可能になる。

次に、制御装置２０は、算出した要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するか否かを再度判定する（ステップＳ３１）。制御装置２０は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しない場合には（ステップＳ３１；ＮＯ）、要求周波数ｆｃを指令周波数ｆｚとして出力し（ステップＳ５１）、その後、タイマを停止して値をリセットし（ステップＳ５２）、本制御を終了する。

一方、ステップＳ３１において要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合には、制御装置２０は、タイマを継続し（ステップＳ３２）、タイマの値Ｔｍが制御周期Ｔｃ以上になったかどうか判定する（ステップＳ３３）。制御装置２０は、ステップＳ３３において、タイマの値Ｔｍが制御周期Ｔｃ以上になった場合（ステップＳ３３；ＹＥＳ）、タイマを停止して値をリセットし（ステップＳ３４）、本制御を終了する。一方、ステップＳ３３において、タイマの値Ｔｍが制御周期Ｔｃ以上でない、すなわちタイマの値Ｔｍが制御周期Ｔｃ未満である場合、ステップＳ２６へ戻り、再び第２時間Ｔ２の算出を行う。

制御装置２０は、タイマを起動した後にステップＳ４０で第２時間Ｔ２を算出した後、タイマの値Ｔｍが第２時間Ｔ２を超えているか否かを判定する（ステップＳ４１）。制御装置２０は、タイマの値Ｔｍが第２時間Ｔ２を超えている場合（ステップＳ４１；ＹＥＳ）、第１周波数ｆ１を指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ４２）。一方、タイマの値Ｔｍが第２時間Ｔ２を超えていない場合、すなわちタイマの値が第２時間Ｔ２以下の場合（ステップＳ４１；ＮＯ）、制御装置２０は、第２周波数ｆ２を指令周波数ｆｚとして出力する（ステップＳ４３）。制御装置２０は、ステップＳ４２とステップＳ４３で指令周波数ｆｚを決定した後、再度、リモコン１２から入力された設定温度Ｔｓｅｔと温度検出器８により検出された室内温度Ｔａに応じて要求周波数ｆｃを算出する（ステップＳ４４）。

次に、制御装置２０は、ステップＳ４４において算出した要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するか否かを再度判定する（ステップＳ４５）。制御装置２０は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しない場合には（ステップＳ４５；ＮＯ）、要求周波数ｆｃを指令周波数ｆｚとして出力し（ステップＳ４９）、その後、タイマを停止して値をリセットし（ステップＳ５０）し、本制御を終了する。

一方、ステップＳ４６において、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当する場合には（ステップＳ４５；ＹＥＳ）、制御装置２０は、タイマを継続し（ステップＳ４６）、タイマの値Ｔｍが制御周期Ｔｃ以上になったか否かを判定する（ステップＳ４７）。制御装置２０は、タイマの値が制御周期Ｔｃ以上である場合、タイマを停止して値をリセットし（ステップＳ４８）、本制御を終了する。一方、タイマの値Ｔｍが制御周期Ｔｃ以上でない場合、すなわちタイマの値が制御周期未満である場合には、ステップＳ４０へ戻り、第２時間Ｔ２の算出を繰り返す。

なお、第１時間Ｔ１又は第２時間Ｔ２に閾値等を設けることで、圧縮機１の指令周波数ｆｚが短時間に切り替わるのを抑制するように構成してもよい。以下、第２時間Ｔ２に対して最小維持時間Ｔｔｍｉｎ及び最大維持時間Ｔｔｍａｘを設定する場合を例に説明する。最小維持時間Ｔｔｍｉｎ及び最大維持時間Ｔｔｍａｘは、記憶部２１に記憶されている。

図８は、図１の制御装置に記憶された最小維持時間を説明する説明図である。図９は、図１の制御装置に記憶された最大維持時間を説明する説明図である。

運転制御部２３は、時間演算部２７から入力された第２時間Ｔ２が最小維持時間Ｔｔｍｉｎ以下であるか判定し、第２時間Ｔ２が最小維持時間Ｔｔｍｉｎ以下である場合に（図８参照）、第２時間Ｔ２を０に補正し、第１時間Ｔ１を制御周期Ｔｃに補正する。また運転制御部２３は、時間演算部２７から入力された第２時間Ｔ２が、最大維持時間Ｔｔｍａｘ以上であるか判定し、第２時間Ｔ２が最大維持時間Ｔｔｍａｘ以上である場合に（図９参照）、第２時間Ｔ２を制御周期Ｔｃに補正し、第１時間Ｔ１を０に補正する。一方、第２時間Ｔ２が最小維持時間Ｔｔｍｉｎよりも大きく、かつ、最大維持時間Ｔｔｍａｘ未満である場合には、第２時間Ｔ２及び第１時間Ｔ１の補正は行われない。運転制御部２３は、補正された第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２に基づき、指令周波数ｆｚの切り替えを制御する。

ここで、制御周期Ｔｃは予め設定された時間であるため、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２の一方に対して最小維持時間Ｔｔｍｉｎと最大維持時間Ｔｔｍａｘを設けることで、他方に対しても最小維持時間と最大維持時間が設けられたのと同様の効果が得られる。

なお、記憶部２１には最小維持時間Ｔｔｍｉｎだけが記憶され、最大維持時間Ｔｔｍａｘは式（２）により算出する構成であってもよい。

［数２］
Ｔｔｍａｘ＝Ｔｃ－Ｔｔｍｉｎ・・・（２）

以上のように、実施の形態の空気調和機１００によれば、制御周期Ｔｃの間、取得した要求周波数ｆｃに基づいて制御周期Ｔｃ内における第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２とが繰り返し算出される。そして、算出された第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２に基づいて指令周波数ｆｚが切り替えられる。これにより、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐ内である場合でも、制御周期Ｔｃ内の要求周波数ｆｃの変動に適した周波数で圧縮機１を運転でき、また、制御周期Ｔｃを短縮する必要がないので指令周波数ｆｚを切り替える頻度が少なくて済む。したがって、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当しているときでも、共振による異常振動の発生を抑制しつつ快適性を向上させることができる。

また、制御周期Ｔｃ内において第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２とを切り替える回数は１回以下であり、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２の合計時間は制御周期Ｔｃと等しい。これにより、作業者は、設定する制御周期Ｔｃの長短により、圧縮機１の指令周波数ｆｚが禁止周波数領域Ｒｆｐを跨いで上下する頻度を規制することができる。また、制御において、制御周期Ｔｃの開始を基準に、制御周期Ｔｃ内における指令周波数ｆｚの切り替えのタイミングと、その制御周期Ｔｃの終了とを制御でき、制御が容易となる。

また、空気調和機１００は、取得した要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するか否かを繰り返し判定し、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに連続して該当する場合に、前回の指令周波数ｐｆｚを、次の制御周期Ｔｃの開始時の指令周波数ｆｚとする。これにより、制御周期Ｔｃの開始時における指令周波数ｆｚの切り替えが不要となり、圧縮機１が一時的に禁止周波数領域Ｒｆｐ内の周波数で運転される頻度を低減できる。結果、共振に起因した異常振動の発生を更に抑制することができ、指令周波数ｆｚの切り替えによる電力の消耗も削減できる。

また、空気調和機１００は、取得した要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに該当するか否かを繰り返し判定し、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐに連続して該当する場合に、各制御周期Ｔｃにおける開始時の指令周波数ｆｚを交互に入れ替える。これにより、制御周期Ｔｃの開始時における指令周波数ｆｚの切り替えが不要となり、圧縮機１の周波数が、指令周波数ｆｚが第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２で切り替わる際に一時的に禁止周波数領域Ｒｆｐ内となる頻度を低減できる。結果、共振に起因した異常振動の発生を更に抑制することができ、指令周波数ｆｚの切り替えによる電力の消耗も削減できる。

また、空気調和機１００は、予め設定された最小維持時間Ｔｔｍｉｎ及び最大維持時間Ｔｔｍａｘにより、算出された第１時間Ｔ１及び第２時間Ｔ２を補正する。これにより、空調能力にほとんど寄与しない短時間での指令周波数ｆｚの切り替えが回避でき、圧縮機１の周波数が一時的に禁止周波数領域Ｒｆｐとなることに起因した異常振動の発生を更に抑制することができる。また、指令周波数ｆｚの切り替えによる電力の消耗も削減できるので、省エネルギー性が向上する。

また、空気調和機１００は、要求周波数ｆｃが禁止周波数領域Ｒｆｐ外から禁止周波数領域Ｒｆｐ内に変化した場合に、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２のうち前回の指令周波数ｐｆｚと近い周波数が、指令周波数ｆｚとして出力される。これにより、制御周期Ｔｃが開始する際の指令周波数ｆｚの変化量を最小にでき、省エネルギー性が向上する。

なお、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、実施の形態において冷凍サイクル装置の例として空気調和機１００について説明したが、冷凍サイクル装置はこれに限定するものではなく、例えば冷凍装置又は冷蔵装置といった装置に適用してもよい。冷凍サイクル装置が冷凍装置又は冷蔵装置である場合、流路切替装置５は省略してもよい。また、制御周期Ｔｃが５分と設定されている場合について説明したが、制御周期Ｔｃは、作業者等が予め決められた範囲で任意に変更可能である。

また、実施の形態では、第２時間Ｔ２を式（１）で算出し、第１時間Ｔ１が、制御周期Ｔｃから第２時間Ｔ２を減算した時間であるものとして説明したが、第１時間Ｔ１を下記の式から算出するようにしてもよい。この場合、第２時間Ｔ２は、制御周期Ｔｃから第１時間Ｔ１を減算した時間となる。

［数３］
Ｔ１＝Ｔｃ×（ｆ２－ｆｃ）／（ｆ２－ｆ１）・・・（３）

１ 圧縮機、２ 室内熱交換器、３ 室外熱交換器、４ 減圧装置、５ 流路切替装置、６ 室内送風機、７ 室外送風機、８ 温度検出器、９ 冷媒配管、１０ 室内ユニット、１１ 室外ユニット、１２ リモコン、２０ 制御装置、２１ 記憶部、２２ 計時部、２３ 運転制御部、２４ 周波数演算部、２５ 禁止周波数判定部、２６ 先行周波数決定部、２７ 時間演算部、５９ 周波数域、１００ 空気調和機、１０１ 冷媒回路、Ｌ１ 下限値、Ｌ２ 上限値、Ｒｆｐ 禁止周波数領域、Ｔ１ 第１時間、Ｔ２ 第２時間、Ｔａ 室内温度、Ｔｃ 制御周期、Ｔｓｅｔ 設定温度、Ｔｔｍａｘ 最大維持時間、Ｔｔｍｉｎ 最小維持時間、ｆ１ 第１周波数、ｆ２ 第２周波数、ｆｃ 要求周波数、ｆｚ 指令周波数、ｐｆｚ 指令周波数、ｔ 経過時間。

Claims (8)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を、冷媒配管を介して接続して成る冷媒回路と、
   前記圧縮機の要求周波数を取得し、取得した前記要求周波数に応じて前記圧縮機の指令周波数を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記要求周波数が、予め設定された禁止周波数領域に該当するか否かを判定し、
   前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当すると判定された場合に、前記禁止周波数領域の下限値より小さい第１周波数及び前記禁止周波数領域の上限値より大きい第２周波数のうち一方を前記指令周波数とし、予め設定された制御周期を開始させ、
   前記制御周期の間、取得した前記要求周波数に基づいて、前記制御周期内における前記第１周波数を前記指令周波数とする第１時間と前記第２周波数を前記指令周波数とする第２時間とを繰り返し算出し、
   前記制御周期が開始してから、前記第１周波数及び前記第２周波数のうち前記一方と対応する前記第１時間又は前記第２時間が経過したときに、前記指令周波数を前記一方から他方に切り替える
   冷凍サイクル装置。
2. 前記制御周期内において前記第１周波数と前記第２周波数とを切り替える回数は１回以下であり、
   前記第１時間と前記第２時間の合計時間は前記制御周期と等しい
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、
   取得した前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当するか否かを繰り返し判定するものであり、
   前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当すると連続して判定された場合に、連続する第１の制御周期と第２の制御周期において、前記第１周波数及び前記第２周波数のうち、前記第１の制御周期の終了時の前記指令周波数を、前記第２の制御周期の開始時の前記指令周波数とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、
   取得した前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当するか否かを繰り返し判定するものであり、
   前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当すると連続して判定された場合に、連続する複数の前記制御周期において、各前記制御周期の開始時の前記指令周波数を交互に入れ替える請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、
   算出された前記第２時間が予め設定された最小維持時間以下である場合に、前記制御周期における前記第２時間を０に補正し、
   算出された前記第２時間が予め設定された最大維持時間以上である場合に、前記制御周期における前記第２時間を前記制御周期の時間に補正する請求項１～４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、
   算出された前記第１時間が予め設定された最小維持時間以下である場合に、前記制御周期における前記第１時間を０に補正し、
   算出された前記第１時間が予め設定された最大維持時間以上である場合に、前記制御周期における前記第１時間を前記制御周期の時間に補正する請求項１～４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、
   取得した前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当するか否かを繰り返し判定するものであり、
   前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当しないと判定された場合には、前記圧縮機を前記要求周波数で運転させ、
   前記要求周波数が前記禁止周波数領域に該当すると判定された場合には、前回の前記指令周波数が前記第１周波数未満であった場合に、前記第１周波数を前記制御周期の開始時の前記指令周波数とし、前回の前記指令周波数が前記第２周波数より大きかった場合に、前記第２周波数を前記制御周期の開始時の前記指令周波数とする請求項１～６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 空調対象空間の室内温度を検出する温度検出器を備え、
   前記制御装置は、前記温度検出器により検出された前記室内温度と設定温度との差に基づき算出された前記要求周波数を取得する請求項１～７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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