JPH0375417A - ヒートポンプ暖房装置 - Google Patents

ヒートポンプ暖房装置

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JPH0375417A
JPH0375417A JP2109530A JP10953090A JPH0375417A JP H0375417 A JPH0375417 A JP H0375417A JP 2109530 A JP2109530 A JP 2109530A JP 10953090 A JP10953090 A JP 10953090A JP H0375417 A JPH0375417 A JP H0375417A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、空気調和装置、より詳細には、ヒートポンプ
暖房装置に関する。
(従来の技術) 能力可変のヒートポンプ暖房装置においては、例えばリ
モートコントローラによって室温に関する設定温度が設
定されると、室内温度と設定温度との間の偏差に応じて
圧縮機の回転速度すなわち暖房能力が制御される。その
場合、圧縮機は、温度偏差の大きい、いわゆる暖房負荷
の大きいときは、より高い回転速度で駆動され、温度偏
差の小さい、いわゆる暖房負荷の小さいときは、より低
い回転速度で駆動される。
(発明が解決しようとする課題) 室内温度が設定温度よりもかなり低い状況の下で暖房装
置の運転を開始した場合、室内温度が設定温度に向かっ
て次第に上昇して行き、両者の差が次第に小さくなるに
つれて、圧縮機の回転速度も次第に低下する。圧縮機の
回転速度が低下すると、暖房装置から室内に吹き出され
る空気の温度も低下する。そのため、暖房運転中、室内
温度が設定温度に近付いてくると、室内の人間にとって
肌寒く感じ、それにより不快感を持つことがあった。
したがって本発明の目的は、室内温度と設定温度との間
の偏差が小さい場合でも、吹き出し温度の低下によって
室内の人間に不快感を与えることの無いヒートポンプ暖
房装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) この目的を達成するために本発明は、圧縮機、凝縮器お
よび蒸発器を含んで構成された冷凍サイクルと、凝縮器
により熱交換された空気を室内に吹き出す室内ファンと
、圧縮機を可変速駆動する第1の駆動手段と、室内ファ
ンを可変速駆動する第2の駆動手段と、室内温度を検出
する第Iの検出手段と、室内ファンから吹き出される空
気の温度を検出する第2の検出手段と、室内温度を設定
する第1の設定手段と、室内ファンから吹き出される空
気の温度を設定する第2の設定手段と、第1の検出手段
によって検出された室内温度が第1の設定手段によって
設定された温度以下であるときに、第2の検出手段によ
って検出された温度と第2の設定手段によって設定され
た温度との間の偏差が減少するように圧縮機の速度を第
1の駆動手段を介して制御する第1の制御手段と、第1
の検出手段によって検出された室内温度と第1の設定手
段によって設定された温度の間の偏差に応じて室内ファ
ンの速度を第2の駆動手段を介して制御する第2の制御
手段とを備えたヒートポンプ暖房装置を提案するもので
ある。
(作 用) 上記構成のヒートポンプ暖房装置においては、第1の検
出手段によって検出された室内温度が第1の設定手段に
よって設定された温度以下であるとき、第2の検出手段
によって検出された温度と第2の設定手段によって設定
された温度との間の偏差が減少するように圧縮機の速度
を第1の制御手段を介して制御すると共に、上記偏差に
応じて室内ファンの速度を、大なる偏差のときは高速に
、また小なる偏差のときは低速に第2の制御手段を介し
て制御する。したがって、室温がその設定温度に近づい
てきて、圧縮機速度が低下しても、すなわち暖房能力が
低下しても、室内ファンの速度もまた低下するので、吹
出し温度の低下によって室内の人間に肌寒さや不快感を
与えることがない。
(実施例) 第工図は本発明の一実施例に従うヒートポンプ暖房装置
を示すブロック図である。この実施例に従う暖房装置は
、圧縮機(CP)3、凝縮器4、膨張弁5、および蒸発
器6を含んで構成された冷凍サイクル2を備えている。
凝縮器4によって暖められた空気は室内ファン7によっ
て室内に吹き出される。ファン7はファンモータ8によ
って駆動される。圧縮機3は圧縮機モータ9によって駆
動される。凝縮器4からファン7を介して室内に吹き出
される空気の温度すなわち吹き出し温度Tbがファン7
の吹出し側に設けられた温度センサ10によって検出さ
れる。吹出し温度を検出するために、凝縮器4に取付け
られた凝縮器温度センサの出力を用いることもできる。
その場合、凝縮器温度センサの出力を、ファン7の吹出
し風量に応じて修正することによって、吹出し温度が求
められる。ファンモータ8は制御装置20によりファン
モータ駆動回路11を介して制御され、圧縮機モータ9
は制御装置20によりインバータ12を介して制御され
る。
制御装置20には温度センサ10によって検出された吹
出し温度Tbのほかに、室温センサ13によって検出さ
れた室温Ta、および室温設定器14によって設定され
た設定温度Tsが人力される。ファン7は、設定温度T
sと室温Taとの間の偏差すなわち温度偏差ΔTB  
(−Ts−Ta)に応じた風量となるように室内ファン
速度制御器21によりファンモータ駆動回路11および
ファンモータ8を介して速度制御される。駆動回路11
は、例えばサイリスタを用いて構成される。
他方、室温Taおよび設定温度Tsは温度比較器22に
より比較され、Ta≦Tsという関係にあるときインバ
ータONの信号を出す。このインバータONの信号を受
けてインバータ制御器23は、吹出し温度設定器24に
よって設定された設定温度Tcと、温度センサ10によ
って検出された吹出し温度Tbとの間の偏差ΔTcに応
じた速度で圧縮機モータ9が回転するようにインバータ
12の出力周波数および電圧を制御する。インバータ制
御器23には、後述のごとく時間に従った制御を行うた
めにタイマ25が附属している。なお、制御装置20内
の各構成部分は、マイクロコンピュータのソフトウェア
によって実現される。
速度制御器21によるファン7の風量の設定は、第2図
の制御態様に従って行われる。すなわち、温度偏差ΔT
a−Ts−”raに応じて5つの風量ゾーンFl、F2
.F3.FCF5に区分され、ゾーンF1では最高風f
f1UH,ゾーンF2では高風量H1ゾーンF3では並
(中)風量M1ゾーンF4では低風ff1L、さらにゾ
ーンF5では最低風ff1ULがそれぞれ設定される。
なお、第2図にはハンチング動作の防止のためのヒステ
リシス制御技術に従う風量設定方式が示されており、矢
印Pで示されているように、温度偏差ΔTaが減少過程
にあるときと増加過程にあるときとで、ゾーンの境界値
がわずかにずれている。この場合、偏差ΔTaが減少過
程にあるときのゾーン境界値の方が増加過程にあるとき
のそれよりも相対的に小さい。
インバータ制御器23による圧縮機3の速度設定すなわ
ち能力設定は第3図の態様に従って行われる。m3図に
おいては、吹出し温度Tbに応じて、通常1111時の
吹出し、温度の上限設定値Tcu及び下限設定値Tcd
、並びにシフトダウン制御時の上限設定値Tcu’及び
下限設定値Tcd’が設定され、それぞれの設定値によ
り圧縮機3の設定速度が、通常$lll1時は高速ゾー
ンC11(速度H)、中速ゾーンCl2(速度M)及び
低速ゾーンC13(速度L)に区分され、同様にシフト
ダウン制御時は、それぞれ低速側にシフトされた高速ゾ
ーンC21(速度H′)、中速ゾーンC22(速度M’
 )及び低速ゾーンC23(速度L’ )に区分されて
いる。この場合も、吹出し温度Tbの設定値Tcに関し
てヒステリシス特性を与えるべく、温度低下過程にある
ときと、上昇過程にあるときとで各設定値がわずかに異
なっている。
次に、上記構成を有する暖房装置の制御動作につき、第
4A図及び第4B図のフローチャートを参照しながら説
明する。
暖房装置の電源が投入されると、制御装置20は制御動
作を開始し、まず、圧縮機3の、運転時間経過と速度制
御態様との関係を表わすフラグFをクリア(ステップ5
10)し、センサ13によって検出された室温Taと室
温設定器14によって設定された設定温度Tsとを読み
込んで(ステップ511)、温度TaとTsの比較を行
う(ステップ512)。ここで、Ta≦Tsではない、
すなわちTa >Tsであると判断されたときは、室温
Taが設定温度Tsを超えているから、室内に高温の空
気を吹出す必要がない。よって、圧縮機3つまりは冷凍
サイクル2を運転する必要はなく、圧縮機OFF指令信
号を出力し、室内ファン7を最低風jlULに設定して
運転する(ステップ513)。
一方、ステップS12において、Ta≦Tsであると判
断されたときは、ファン7が、ΔTa−Ts−Taに基
づき、第2図の風量区分に従って設定された吹き出し風
量に従って運転される(ステップ514)。ファン7は
、ファンモータ駆動回路11およびファンモータ8を介
して設定風量が達成されるような速度で駆動される。こ
の後、圧縮機3が運転中であるかどうかがチエツクされ
(ステップ515)、運転中でないと判断されたときは
、予め定められた起動速度で運転され(ステップ516
)、ステップS11へ戻る。圧縮機3はインバータ制御
器23によりインバータ12および圧縮機モータ9を介
して運転される。ステップS15で圧縮機運転中と判断
されたときは、圧縮機3の起動過程内にあるかどうかを
確認するために、圧縮機起動からの経過時間が1分以内
かどうかがチエツクされる(ステップ517)。その結
果、1分以内であると判断されたときは、圧縮機3の速
度を高速Hに設定(ステップ518)し、ステップS1
1へ戻る。ステップS17において1分経過したと判断
されたときは圧縮機起動過程を終えたものとしてステッ
プ819(第4B図)へ移行する。
ステップS19において吹出し温度Tbを読込み、それ
が第3図の3つのゾーンC1l、C12゜C13のうち
のいずれに属するかを判断する(ステップ520)。こ
こで判断されたゾーンに従ってステップS31またはス
テップS41またはステップS51へ進む。
ステップS31においては、フラグFに関し、F−aか
どうかを判断する。F−aでないときは、F−aの処理
(ステップ532)を行い、タイマ24をスタート(ス
テップ533)させてステップS11へ戻る。ステップ
S31においてF−aであると判断されたらタイマ24
のスタートから5分経過したかどうかをチエツク(ステ
ップ534)する。5分経過しない限りステップS11
へ戻る。ステップS34において5分経過と判断された
ら、タイマ24をリセット(ステップ535)し、圧縮
機3の速度が′L′でない限り、速度を1ステップダウ
ン(ステップ536)させてタイマ24をスタート(ス
テップ537)させてから、ステップSllへ戻る。
ステップS41においては、フラグFに関し、F−bの
処理(ステップ54L)を行い、タイマ24をリセット
(ステップ542)してステップ811へ戻る。
ステップS51においては、フラグFに関し、Fmcか
どうかを判断する。F−cでないときは、F−cの処理
(ステップ552)を行い、タイマ24をスタート(ス
テップ553)させてステップS11へ戻る。ステップ
S51においてF−cであると判断されたらタイマ24
のスタートから5分経過したかどうかをチエツク(ステ
ップ554)する。5分経過しない限りステップSll
へ戻る。ステップS54において5分経過と判断された
ら、タイマ24をリセット(ステップ555)し、圧縮
機3の速度が“H“でない限り、それを1ステップアツ
プ(ステップ556)させ、タイマ24をスタート(ス
テップ557)させてから、ステップS11へ戻る。
第5図は、第1図ないし第4図を用いて説明した本発明
の一実施例に従う制御態様と従来技術に従う制御態様と
を図示したタイミングチャートである。曲1j151は
本発明に従う制御を行ったときの吹出し温度Tbを示す
ものであり、曲!52は室温Taを示し、また線53は
圧縮機3の速度を示している。
第5図は室温Taが設定値Tsを大幅に下まわる状態で
暖房運転を開始する場合の挙動を例示したものである。
暖房運転がスタートすると、当初は温度偏差ΔTaが大
きいので、室内ファン7は第2図に従い最高風jilU
Hで運転され(ステップ514)、それと同時に圧縮機
3が起動される(ステップ516)。以後、1分経過ま
では、圧縮機3は最高速度Hで運転される。圧縮機起動
から1分経過すると、Ta>Ts(すなわち、ΔTa 
−Ts −Ta <O)とならない限り圧縮機3は運転
され続け、その運転の速度はステップS20での判断結
果に従う。当初は凝縮器温度Tbが低いので、第3図の
ゾーンC13に属し、ステップ851以下のステップを
通る。しかし、圧縮機3はすでに最高速度Hで運転され
ているので、速度のステップアップを行うことはない。
時刻tlで吹出し温度Tbが設定値Tcuを超えてゾー
ンC1lに入るとステップS32及び333においてタ
イマ25がスタートされ、5分経過した時刻t2でコン
プレッサ3の速度が1ステップダウンされ(ステップ5
36)、その結果、圧縮機3は中速Mで運転され、改め
てタイマ25がスタートする(ステップ537)。圧縮
機3が中速Mにステップダウンされることにより吹出し
温度Tbはわずかに低下し始め、時刻t2から5分後の
時点ではゾーンC12に属しているので、タイマ25が
リセットされるのみで、圧縮機3は中速Mで運転され続
ける。吹出し温度Tbがさらに低下して時刻t3で設定
値Tcdを下まわると、タイマ25がスタートされ(ス
テップ553)、5分経過後の時刻t4でタイマ25が
リセットされると共に圧縮機速度が1ステップアツプさ
れ(ステップ556)、圧縮機3は高速Hで運転される
。これにより、吹出し温度Tbは再び上昇し始める。
時刻t5で吹出し温度Tbが設定値rcuを超えてゾー
ンC1lに入ると、5分後の時点t、で圧縮機3の速度
が中速Mにステップダウンされる(ステップ536)。
時刻10から更に5分経過した時刻t7で吹出し温度T
bがなおゾーンC11内にあれば、圧縮機速度はさらに
低速りにステップダウンされる。これにより吹出し温度
Tbが徐々に低下し、時刻t8で設定値Tcdを下まわ
り、ゾーンC13に入ると、5分経過した時刻t9で圧
縮機速度は中速Mにステップアップされる。時刻tlo
で吹出し温度Tbが設定値Tcuを超えると、5分経過
後の時刻tl、で圧縮機速度は低速りにステップダウン
される。以上の圧縮機3による吹出し温度Tbの制御に
より、室温Ta  (曲線52)は設定値Tsに向かっ
て徐々に上昇して行き、Ta >Tsとなると圧縮機3
はOFFされる(ステップ513)。Ta≦Tsとなれ
ば、圧縮機運転が再開される。
以上の制御過程の間、室内ファン7は室温に関する温度
偏差ΔTa −Ts−Taに応じ、第2図のゾーン区分
に従って、ΔTaが大きいときは相対的に高風量で、Δ
Taが小さいときは相対的に低風量で運転される。
第5図には破線54,55.56により従来の制御装置
によって暖房制御を行った場合の吹出し温度Tb’ (
曲線54)、室温Ta’ (曲線55)、及び圧縮機の
運転速度(線56)の時間的推移が示されている。この
場合、圧縮機3の運転速度(線56)は温度偏差ΔTa
 −Ts−Taに依存しており、圧縮機3は、偏差ΔT
aの値に応じて最初は高速Hで、その後わずかな間は中
速Mで、ΔTaが小さくなれば低速りで運転される。圧
縮機速度がステップダウンされることにより、吹出し温
度Tb’ (曲線54)は低下する。この間、室内ファ
ンは等風量で運転される。以上により、室温Ta’(曲
線55)は、わずかに緩やかに上昇することになる。
曲線51で示す吹出し温度Tbと曲線54で示す吹出し
温度Tb’とを比較すれば、本発明に従う場合、温度偏
差ΔTa −Ts −Taが小さくなり、したがって暖
房負荷が小さくなった場合でも、圧縮機3の速度を比較
的高めに設定されるので室内ファン7からの吹出し温度
Tbが比較的高く、しかも室内ファン7からの風量が減
少されるので、室内の人間に肌寒さによる不快感を与え
ることがない。
なお、暖房運転による室内温度Taの上昇に伴い、温度
偏差ΔTa =Ts−Taが所定値よりも小さくなった
時点で、吹出し温度Tbについての設定値Tcu’ 、
 Tcdをそれぞれわずかにシフトダウンさせて新たな
設定値Tau’ 、 Tcd’を設定することにより、
暖房効果をあまり損うことなく暖房装置の消費エネルギ
ーを節約することができる。
第6図は、そのような運転を行ったときの制御態様を示
すものである。第6図には、室温設定値Tsに関して、
上昇過程にあるときの設定値Tslと低下過程にあると
きの設定値Ta2が図示されている。両段定値の差ΔT
s mTsl−Ts2はヒステリシス特性を与えるため
のヒステリシス幅である。
第6図の場合、温度偏差ΔTaが所定値以下になるまで
は、吹出し温度に関して設定値TCuTcdに基づいて
圧縮機速度の制御が第5図の場合と同様の原理で行われ
る。温度偏差ΔTaが所定値よりも小さくなった時点t
20で吹出し温度に関し設定値Tcu’ 、 Tcdか
ら新たな設定値TcuTcd’にシフトダウンさせる。
以下の制御は第4A図および第4B図に示すフローチャ
ートに従って行われる。吹出し温度設定値のシフトダウ
ンを行った時点t2oで吹出し温度Tbは設定値Teu
を超えているので、その5分後の時刻t2、に圧縮機速
度が低速りにステップダウンされる。Tb≦Tcd″と
なることにより、その5分後の時刻t22に圧縮機速度
を中速度Mにステップアップする。
その後、Tb>Tcu’となることにより、その5分後
の時刻t23に圧縮機速度を再び低速度りにステップダ
ウンする。時刻t24においてTa >Ts(すなわち
、ΔTa −Ts −Ta <0)になると、圧縮機3
は運転OFFとされる。これにより吹出し温度Tbは設
定値Tcd’に以下に急激に低下し、また室温Taは徐
々に低下する。時刻T25でTa≦Ts2になると、圧
縮機3が再起動され、高速Hで運転される。吹出し温度
Tbが上昇して行き、TbmTcu’になると、それか
ら5分経過した時点t2Bで低速りにステップダウンす
る。
以上のように制御することにより、第5図の圧縮機速度
との比較から分かるように、室温Taをあまり低下させ
ることなく、平均的により低い速度で運転され、それに
より消費エネルギーを節約することができる。
上述した実施例に従う制御態様のほかに、以下に記載す
るような制御態様も考えられる。即ち9、室内ファン7
から室内に吹き出される吹出し風量が凝縮器温度により
一義的に決定される場合には、室温Taの上昇に伴なっ
て室温”raが設定温度Tsに接近すると、圧縮機モー
タ9の回転速度が低下し、これにより凝縮器温度が低下
するので、これによって室内ファン7からの吹出し風の
風量も低下することとなって室内の温度分布にバラツキ
が生じ得る。
そこで、このような不具合を解消するために、例えば、
室内ファン7からの吹出し風の温度Tbが45℃に設定
されている場合には、温度Tbが45℃未満までの領域
では圧縮機モータ9の回転速度を上昇させて吹出し風の
温度Tbが45℃に到達するようにし、最終的には、所
定の吹出し風量(例えばLタップ)で吹出し風温底Tb
が45℃になるように圧縮機モータ9の回転速度を上昇
させる制御を行う。このような態様で制御を行った場合
と従来例とを比較すれば、第1表に示すような暖房感評
価例が得られる。
第1表:暖房感評価例 上述した制御態様以外にも、暖房装置が高温の吹出し風
を室内に吹き出す運転を実施しているときには、室温T
aを設定温度Tsよりも1℃〜5℃シフトアップする方
法や、比較器22から圧縮機モータ9の運転を停止する
ための信号が出力されたときにも圧縮機モータ9を運転
停止とすることなく、最低の周波数で運転継続とする方
法も考えられる。
上記2つの方法を採用することによって、ユーザーの暖
房感を更に向上させることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、暖房運転中、コ
ンプレッサは室内ファンからの吹き出し温度とその設定
値との間の偏差に応じて制御され、室内ファンは室内温
度とその設定値との間の偏差に応じて制御されるので、
室内温度がその設定温度に近付いたときでも比較的暖か
い空気が吹き出され、したがって室内の人間に肌寒さを
与えたり不快感を与えたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるヒートポンプ暖房装置の一実施例
を示すブロック図、第2図は第1図の暖房装置における
室内ファンの制御態様を説明するための線図、第3図は
第1図の暖房装置における圧縮機の制御態様を説明する
ための線図、第4図は第1図の暖房装置の制御動作を説
明するためのフローチャート、第5図は本発明の暖房装
置による一制御態様と従来装置による制御態様とを比較
対照して示すタイムチャート、第6図は本発明の暖房装
置による他の制御態様を示すタイムチャートである。 2・・・冷凍サイクル、3・・・圧縮機、4・・・凝縮
器、5・・・膨張弁、6・・・蒸発器、7・・・室内フ
ァン、8・・・ファンモータ、9・・・圧縮機モータ、
10・・・温度センサ、11・・・ファンモータ駆動回
路、12・・・インバータ、13・・・室温センサ、1
4・・・室温設定器、20・・・制御装置、21・・・
室内ファン速度制御器、22・・・比較器、23・・・
インバータ制御器、24・・・吹出し温度設定器、25
・・・タイマ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、圧縮機、凝縮器、および蒸発器を含んで構成された
    冷凍サイクルと、 前記凝縮器により熱交換された空気を室内に吹き出す室
    内ファンと、 前記圧縮機を駆動する第1の駆動手段と、 前記室内ファンを駆動する第2の駆動手段と、室内温度
    を検出する第1の検出手段と、 前記室内ファンから吹き出される空気の温度を検出する
    第2の検出手段と、 室内温度を設定する第1の設定手段と、 前記室内ファンから吹き出される空気の温度を設定する
    第2の設定手段と、 前記第1の検出手段によって検出された室内温度が前記
    第1の設定手段によって設定された温度以下であるとき
    に、前記第2の検出手段によって検出された温度と前記
    第2の設定手段によって設定された温度との間の偏差が
    所定の範囲内の値をとるように圧縮機の速度を、前記第
    1の駆動手段を介して制御する第1の制御手段と、 前記第1の検出手段によって検出された室内温度と前記
    第1の設定手段によって設定された温度との間の偏差に
    応じた速度領域内の速度値をとるように前記室内ファン
    の速度を、前記第2の駆動手段を介して制御する第2の
    制御手段と を備えたヒートポンプ暖房装置。 2、前記第2の制御手段は、前記第1の検出手段によっ
    て検出された室温と前記第1の設定手段によって設定さ
    れた温度との間の偏差に応じて、予め定められた複数ス
    テップのうちのいずれかを室内ファンの設定速度として
    設定することを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ
    暖房装置。 3、前記第1の制御手段は前記圧縮機に対して複数ステ
    ップの速度を設定することができ、前記圧縮機の運転に
    もかかわらず前記第2の検出手段によって検出された吹
    出し温度が前記第2の設定手段によって設定された温度
    から遠ざかるとき、前記ステップの範囲内で、前記吹出
    し温度が前記設定温度に近付くように前記圧縮機の設定
    速度を所定時間ごとに1ステップずつアップまたはダウ
    ンすることを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ暖
    房装置。
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