JPH05180487A - 空気調和機の制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気調和機において、室外環境条件に応じて
室内温度及び室内湿度を最適な環境条件に制御する空気
調和システムを提供する。 【構成】 室外温度を検出する室外温度感知部Ａと；前
記室外温度感知部により感知された室外温度に応じて室
内温度及び湿度の設定値を推論する推論部Ｂと；前記推
論部により推論された室内温度と相対湿度の値を設定す
る設定部Ｃと；前記設定部により設定された室内温度及
び相対湿度と現在の室内温度及び湿度とを比較して、そ
の誤差値を算出し、その変化を時間帯別に誤差変化率を
算出する誤差検出部Ｄと；前記誤差検出部からの誤差デ
ータに基づいて室内温度及び相対湿度の優先制御順位を
決定すると共にファンモータの回転数を決定する制御部
Ｅと；前記制御部からの信号に応じてファンモータや圧
縮機を駆動させる駆動部Ｆと；現在の室内温度と湿度変
化を検出して前記誤差検出部にフィードバックさせるフ
ィードバック部Ｇとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機の最適制御
システムに関し、特に、室外条件、室内温度条件、室内
湿度条件などを総合判断して室内環境を人に最も快適な
状態で空気調和させるべくなす空気調和機の最適制御シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、空気調和機は、一定の環境（室
内）における人または室内に配置された物件に対して、
温度、湿度、空気の流通、空気の清浄等の条件が満足な
ものとなるよう空気を調和させる装置である。

【０００３】このように室内環境を快適なものとする空
気調和機において、特に、自動運転モードにて稼働させ
る際、室内の設定温度は２６℃〜２７℃に一定にセッテ
ィングされる。しかしながら、室内はいろいろな環境的
要素を有しており、特に、室内温度以外に室外温度およ
び室内湿度は、人体が感ずる程度に多くの影響を与え
る。すなわち、室内の温度が最適の状態を維持している
場合であっても、空気中の湿度が高ければ、かびやウイ
ルスの寄生の原因を提供するばかりでなく、体感温度は
はるかに高く感じられ、不快感をもたらすようになる。
反対に、室内の湿度が低いときは、最適な室内温度を維
持している場合であっても、乾燥することによって身体
のリズムに悪影響を及ぼすようになる。

【０００４】従って、人が日常生活を行うために、最も
適切な温度と湿度を維持しなければならないが、この点
に関し米国の空調学会の資料であるフェンジャーズ・コ
ンポート・チャート（Ｆａｎｇｅｒ’ｓ Ｃｏｍｐｏｒ
ｔ Ｃｈａｒｔ）にアシェアー・オブ・ファンダメンタ
ルズ・８５（Ａｓｈａｒｅ ｏｆ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔ
ａｌ’ｓ ８５）の多くの実験結果が示されている（図
１参照）。この資料によれば、特に、夏期の場合、乾球
温度２３℃〜２７．２℃において、相対湿度が約３０〜
６０％の時に最も快適に感ずることが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気調和機においては、室内空気中に分布している湿度
を考慮にいれておらず、また室外温度と室内温度との関
係において設定されるべき環境を一定の室内温度のみに
依存して制御するようになっているので、室内環境を最
適な状態に維持しているとは言えず、頻繁な圧縮機の駆
動によって多大な電力消費を誘発していた。

【０００６】最近になって、湿度を制御しながら室内環
境を改善させる空気調和機が開発されているが、これら
は単に湿度を制御するに過ぎないものであるため、室内
環境を最適な状態にしようとする所期の目的を実現する
ことができないのが実状であった。

【０００７】このような温度と湿度の両方の要素を加味
して制御する空気調和機として、例えば特開昭５６−３
７４４２号公報に開示されている。この従来例におい
て、室内の温度と上、下限設定温度とを比較検出すると
ともに室内の湿度と設定湿度とを比較検出し、室内が前
記下限設定温度より低く、設定湿度より高い場合には前
記比較検出信号に応じて湿度制御運転を行ない、室内が
前記上限設定温度より高い場合には前記比較検出信号に
応じて温度制御運転を行ない、通常は室内の温度および
湿度の和と設定された温度および湿度の和とを比較検出
して、この比較検出信号に応じて温度と湿度の和が一定
となるような温湿度制御運転を行なうようになってい
る。すなわち、低温高湿時には湿度コントロール、高温
時には温度コントロール、通常時には温度と湿度との和
を一定とするようなコントロールを行なう。

【０００８】しかしながら、このような空調装置におい
ては、室内環境における要素に対してのみ制御を行な
い、室外環境における条件を完全に無視している。

【０００９】よく知られているように、室外環境にいた
者が室内環境に適応するためにはある程度の時間が必要
である。従って、使用者が空気調和機に関連して冷房病
のコンプレックスを有するようになり、ひどくなると冷
房病にかかって苦しめられるようになって、空気調和機
に対する信頼感をなお一層弱化させるという問題点を有
していた。

【００１０】よって、本発明の目的は、室内の空気を調
和させる場合に、室外環境に関する条件に応じて室内温
度および室内湿度を室内の最適な環境条件に制御する空
気調和システムを提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、室外温度に対して検
出された室内相対湿度と室内温度の優先制御手順にした
がって空気調和機を制御することによって、負荷の不必
要な駆動に伴う電力消費を減らし、また冷房病に関する
コンプレックスを解消させる空気調和システムを提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に基づく空気調和機は、室外温度を検出して
その値をマイクロコンピュータに送出する室外温度感知
部と；マイクロコンピュータより室内温度および相対湿
度の情報を、それらの各センサを介して受信して、室外
温度に応じた室内温度および湿度設定値を推論する推論
部と；マイクロコンピュータにおいて、すでに設定され
たプログラミングデータに従って前記推論部からの室内
温度と相対湿度を設定する設定部と；マイクロコンピュ
ータにおいて、前記設定部により設定された室内温度と
相対湿度を室内温度および湿度センサからの現在のデー
タと比較して、その誤差値を算出し、その変化を時間帯
別に誤差変化率を算出する誤差検出部と；マイクロコン
ピュータにおいて、前記誤差検出部からの誤差と時間帯
別誤差変化率に基づいて、すでに設定されたプログラミ
ングデータに従って、室内温度および相対湿度の優先制
御順位を決定するとともにそれに該当する負荷、具体的
にはファンモータ等の回転数を決定する制御部と；前記
制御部からの信号に応じて、ファンモータ、圧縮機など
の負荷を駆動させる駆動部と；現在の室内温度と湿度変
化を検出して前記設定部と同じくなるように誤差検出部
にフィードバックさせるフィードバック部と；から構成
される。

【００１３】このように構成される本発明の空気調和シ
ステムの制御方法は、室外温度感知部を通じて入力され
る室外温度に対する最適な室内温度と相対湿度の設定値
を決定する第１推論段階と；前記第１推論段階において
設定された設定値と現在の室内条件値を計算して室内温
度と相対湿度に関する重要度を決定する第２推論段階
と；前記第２推論段階において重要度が決定された状態
で、室内温度および相対湿度の誤差および誤差変化率に
従ってファンモータの回転数を決定する第３推論段階
と；前記第３推論段階において制御された状態でファン
モータの回転数と圧縮機をオン・オフ制御する段階と；
ファンモータの回転数と圧縮機のオン・オフ制御を前記
設定値と同じくなるように継続して制御するため、現在
の室内温度および湿度を検出して室内温度および相対湿
度の誤差および誤差変化率に応じてファンモータの回転
数を再決定して、ファンモータの回転数と圧縮機のオン
・オフを制御する段階と；からなる。

【００１４】

【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の実施
例を詳細に説明する。

【００１５】図１は、フェンジャーズ・コンポート・チ
ャートであって、これは、本発明にしたがって空気調和
機をパージ制御するためにマイクロコンピュータに予め
プログラムされてパージルールとして利用される。

【００１６】図２は、本発明に適用される空気調和機の
最適制御システムのブロック図であって、室外機（図示
せず）のセンサによって室外温度を感知する室外温度感
知部Ａと；前記室外温度感知部Ａにおいて感知された室
外温度に応じて室内温度と室内相対湿度の設定値を推論
する室内温度および相対湿度推論部Ｂと；前記室内温度
および相対湿度推論部Ｂにより推論された室内温度およ
び相対湿度を設定する設定部Ｃと；前記室内温度および
相対湿度設定部Ｃにより設定された室内温度および相対
湿度と外部センサにより感知された現在の室内温度およ
び相対湿度との誤差を検出する誤差検出部Ｄと；前記誤
差検出部Ｄにより検出された誤差と時間帯別誤差変化率
を算出して、これをすでに設定されたパージルールに従
って室内温度と相対湿度の優先順位を決定すると共にフ
ァンモータと圧縮機等をオン・オフ制御する制御部Ｅ
と；前記制御部Ｅからの信号に基づいてファンモータお
よび圧縮機を駆動させる駆動部Ｆと；前記駆動部Ｆの駆
動に従って変化する現在の室内温度と湿度の変化をセン
サで検出して、前記設定部Ｃの設定値と同じくなるよう
に前記誤差検出部にフィードバックさせる室内温度およ
び湿度フィードバック部Ｇとから構成される。

【００１７】これは室外温度に応じて室内温度設定値と
室内湿度設定値を推論して、このような推論に基づき室
内機のファンモータの回転数と圧縮機のオン・オフ時間
を制御するものである。

【００１８】室外機の室外温度感知部Ａがセンサを通じ
て室外温度を感知し、このように感知された室外温度を
マイクロコンピュータに入力すると、マイクロコンピュ
ータの室内温度および相対湿度推論部Ｂにおいて、前記
室外温度感知部Ａから入力された室外温度に応じて室内
条件が最適に維持されるように、室外温度に対する最適
な室内温度と相対湿度の設定値を推論する。

【００１９】このように室内温度と相対湿度の設定値が
推論されると、室内温度および湿度フィードバック部Ｇ
を介して現在の室内温度と室内相対湿度をセンサにより
検出して誤差検出部Ｄに入力させる。

【００２０】誤差検出部Ｄにおいては、室内温度および
相対湿度の設定値と現在の室内温度および室内相対湿度
との間の誤差と時間帯別の誤差変化率を検出してこれら
を制御部Ｅに入力させる。そして、制御部Ｅにおいて
は、誤差検出部Ｄから入力された誤差変化率に応じて適
合するファンモータの回転数と圧縮機のオン・オフに関
する制御信号を出力して、ファンモータおよび圧縮機駆
動部Ｆを制御する。

【００２１】室内温度および湿度フィードバック部Ｇに
より現在の室内温度と湿度の変化を継続して検出し、誤
差検出部Ｄにフィードバックさせることにより、現在の
室内条件が前記推論設定値と一致するように継続して制
御するように構成されている。

【００２２】図３は、本発明に基づく空気調和機の最適
制御システムのフローチャートであって、室内温度が室
内設定温度以下であるかを判断して圧縮機をオンまたは
オフさせる段階１０と；前記圧縮機がオン状態にあると
き、室外温度感知部Ａを介して室外温度を感知して室内
温度と室内相対湿度の設定値を決定する第１推論段階１
１と；前記第１推論段階１１における設定値と感知され
た現在の室内条件値とを誤差検出部Ｄを介して、室内温
度と相対湿度に関する重要度を決定する第２推論段階１
２と；前記第２推論段階１２において重要度が決定され
た状態で、室内温度および相対湿度の誤差および誤差変
化率に応じて、制御部Ｅを介してファンモータの回転数
を決定する第３推論段階１３と；凍結を防止するため配
管温度が所定温度以下であるとき圧縮機をオフさせ、ま
た所定温度以上であるとき圧縮機をオンさせるように判
断する段階１４と；前記圧縮機のオフ状態において、潜
熱を最大限に利用するために、相対湿度の上昇率に伴う
ファンモータの回転数を決定する段階１５と；前記圧縮
機を保護するために、圧縮機のオフ状態が所定時間経過
したかを判断する圧縮機オフ時間判断段階１６と；前記
段階１６において圧縮機のオフ時間が所定時間経過した
ならば、前記段階１１と同様に室内温度と室内相対湿度
の設定値を決定する段階１７と；段階１７に続いて、室
内温度が設定温度より高いかを判断して、高ければ圧縮
機をオンさせ、一方低いときは圧縮機をオフさせる室内
温度判断段階１８とからなる。

【００２３】すなわち、空気調和機の電源を入れると、
空気調和機は圧縮機とファンモータを駆動して冷房運転
を遂行する。このように駆動している状態において、現
在の室内温度が室内設定温度以下であるかを判断し（段
階１０）、設定温度以下であるときは空気調和機をそれ
以上駆動させる必要がないため圧縮機をオフさせ、一方
設定温度以上であるときは室内温度が設定温度に到達す
るように圧縮機をオンさせる。

【００２４】引続き圧縮機がオン状態であるときは、空
気調和機は、室外温度感知部Ａを介して室外温度を検出
して、室内設定温度および室内設定相対湿度を決定する
（第１推論段階１１）。

【００２５】このように第１推論段階１１において決定
された室内設定値と室内温度および湿度フィードバック
部Ｇにおいて感知された現在の室内条件との誤差を誤差
検出部Ｄを通じて検出して相対湿度に対する室内温度を
推論する（第２推論段階１２）。これは、室内温度と室
内相対湿度の特性、すなわち、室内温度を素早く下げる
ためにはファンモータの回転数を高めなければならず、
一方、相対湿度を素早く下げるためにはファンモータの
回転数を下げなければならないことと関係する。もちろ
ん、前記のような点を考慮せずに、２つの値を制御して
も制御結果に関する限り特に問題はない。しかしなが
ら、電力消費の面からみると、２つの値を設定値まで素
早く到達せしめるのが重要であるから、２つの値の誤差
を通じて室内温度と相対湿度に関する重要度を決定する
必要が生じる。

【００２６】言い換えれば、室内温度の誤差が大きい場
合には室内温度条件について推論された結果をより重要
なものとして制御し、一方、室内温度の誤差が小さい場
合には相対湿度条件について推論された結果をより重要
なものとして制御する。このように制御することによっ
て、室内温度を設定値まで素早く到達させることができ
るのみならず、ある程度室内温度が到達すると相対湿度
の推論結果に大きな重要度を与えて、室内温度は徐々に
設定温度に到達するようになり、また相対湿度の誤差は
急激に減少するようになり、一層安定して短い時間内に
好ましい状態に到達するようになる。

【００２７】このように第２推論段階１２を経て重要度
が決定された状態において、図２の制御部Ｅは室内温度
および相対湿度の誤差および誤差変化率に応じてファン
モータの回転数を決定し（第３推論段階１３）、このよ
うに決定された状態で図２のファンモータおよび圧縮機
駆動部Ｆを制御する。また、前記制御部Ｅにおいては、
配管温度判断段階１４において配管温度を検出すること
となるが、このとき、配管温度が余りに低くなると蒸発
器に霜紋が発生して冷房能力が低下するとともに圧縮機
に過度の負荷がかかるようになるため、前記配管温度判
断段階１４において配管温度を検出して、配管温度が５
℃以下であれば圧縮機をオフさせ、一方、５℃以上であ
れば継続して圧縮機をオンさせる。

【００２８】一方、前記空気調和機をこれ以上駆動させ
る必要がなく、圧縮機をオフさせた状態で、相対湿度の
上昇率に伴うファンモータの回転数を決定する段階１５
において、圧縮機がオフされてもある程度の時間までは
蒸発器の温度は低いので、ファンモータの回転数が最高
速であるとき室内温度上昇率は最も低くなるため、圧縮
機が停止されている時間が長くなり、これによって電力
の消耗を減少させることができる。しかしながら、室内
から発生する湿気が多いときは、湿度上昇率が高くな
り、快適領域をすぐに逸脱してしまう。従って、室内温
度が多少早く上昇するとしても、ファンモータの回転数
を低くして全体的な均衡をとる必要が生じる。すなわ
ち、快適な環境であることを決定する要素として室内温
度以外に室内相対湿度も含まれるが、これら２つの要素
の上昇率について適切に均衡をとり、ファンモータの回
転数を決定するものである。

【００２９】このようにファンモータの回転数を決定し
た後、段階１６において、圧縮機のオフ時間が経過した
かを判断する。これは、圧縮機の停止時間が短いと冷媒
の流れが安定する前に圧縮機が動作することとなり、過
負荷を誘発せしめるからである。従って、段階１６にお
いて、圧縮機のオフ時間が例えば、３分間遅延されたか
を判断する。

【００３０】さらに、室外温度に対する室内設定温度と
室内設定湿度を決定する段階１７において、室外温度感
知部Ａにより室外温度を感知し、この室外温度に対する
推論段階（第１推論段階１１を参照）を経て、これに適
合する室内設定温度と室内設定相対湿度を再決定する。

【００３１】さらに、室内温度が設定温度より高いかを
判断して圧縮機をオン・オフさせる室内温度判断段階１
８において、前記段階１７で設定された設定温度および
設定相対湿度と現在の室内温度との誤差を計算する。こ
のとき、室内温度が設定温度より２℃以上高い場合には
圧縮機をオン状態にして設定温度に到達するように制御
を行ない、一方、室内温度と設定温度の差が２℃以下で
ある場合には圧縮機をオフ状態として快適な室内条件が
維持されるように制御を行なう。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、室外
温度条件に応じて室内設定温度および室内設定相対湿度
を決定し、このようにして決定された室内設定温度およ
び室内設定相対湿度と現在の室内温度および室内湿度と
の誤差を検出し、この誤差に基づいて室内温度と室内相
対湿度に関する重要度を決定し、室内温度や相対湿度の
誤差および誤差変化率に応じてファンモータの回転数と
圧縮機を制御駆動することによって、室内条件を最も快
適な状態に維持するものである。従って、空気調和機に
対する使用者の冷房病コンプレックスを解消せしめるこ
とができるとともに不必要な消費電力の浪費を減少させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考図表であるフェンジャーズ・コン
ポート・チャートを示す。

【図２】本発明に適用される空気調和機の最適制御装置
のブロック図である。

【図３】本発明に基づく空気調和機の最適制御システム
のフローチャートである。

【符号の説明】

Ａ 室外温度感知部 Ｂ 室内温度および相対湿度推論部 Ｃ 室内温度および相対湿度設定部 Ｄ 誤差検出部 Ｅ 制御部 Ｆ ファンモータおよび圧縮機駆動部 Ｇ 室内温度および相対湿度フィードバック部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロコンピュータを備えた空気調和
   機において、 室外温度を検出してその値をマイクロコンピュータに送
   出する室外温度感知部と；マイクロコンピュータにおい
   て、室内温度および相対湿度の情報を各センサを介して
   受信して室外温度に応じた室内温度および湿度の設定値
   を推論する推論部と；マイクロコンピュータにおいて、
   前記推論部により推論された室内温度と相対湿度をすで
   に設定されたプログラミングデータに従って設定する設
   定部と；マイクロコンピュータにおいて、前記設定部に
   より設定された室内温度と相対湿度を室内温度および湿
   度センサからの現在のデータと比較して、その誤差値を
   算出し、その変化を時間帯別に誤差変化率を算出する誤
   差検出部と；マイクロコンピュータにおいて、前記誤差
   検出部からのデータに基づいて、すでに設定されたプロ
   グラミングデータに従って、室内温度および相対湿度の
   優先制御順位を決定するとともにそれに該当する部位の
   駆動を制御する制御部と；前記制御部からの信号に応じ
   て負荷を駆動させる駆動部と；現在の室内温度と湿度の
   変化を検出して、そのデータを前記誤差検出部にフィー
   ドバックさせるフィードバック部と、から構成される空
   気調和機の制御システム。
2. 【請求項２】 室内設定温度および室外温度に応じて圧
   縮機とファンモータの回転数を制御して、室内温度を快
   適な状態に調整する空気調和機の制御システムにおい
   て、 室外温度を感知して室内温度と室内相対湿度の設定値を
   決定する第１推論段階と；前記第１推論段階における設
   定値と感知された現在の室内条件値とを計算して、室内
   温度と相対湿度に関する重要度を決定する第２推論段階
   と；前記第２推論段階において重要度が決定された状態
   で、室内温度および相対湿度の誤差および誤差発生率に
   応じてファンモータの回転数を決定する第３推論段階
   と；前記第３推論段階においてファンモータの回転数が
   決定された状態で、配管温度が所定温度以下であるとき
   圧縮機をオフさせ、また所定温度以上であるとき圧縮機
   をオンさせるように判断する段階と；前記圧縮機がオフ
   された状態において、相対湿度の上昇率に応じてファン
   モータの回転数を決定する段階と；前記圧縮機がオフさ
   れた状態において、圧縮機のオフ状態が所定時間経過し
   たかを判断する圧縮機オフ時間判断段階と；圧縮機のオ
   フ時間が所定時間経過したならば、前記第１推論段階と
   同様に室内温度と室内相対湿度の設定値を決定する段階
   と；室内温度が設定温度より高いかを判断して、高けれ
   ば圧縮機をオンさせ、一方低いときは圧縮機をオフさせ
   る室内温度判断段階と、からなる空気調和機の制御シス
   テム。