JPH0743006A - 空気調和機 - Google Patents
空気調和機Info
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- JPH0743006A JPH0743006A JP5185130A JP18513093A JPH0743006A JP H0743006 A JPH0743006 A JP H0743006A JP 5185130 A JP5185130 A JP 5185130A JP 18513093 A JP18513093 A JP 18513093A JP H0743006 A JPH0743006 A JP H0743006A
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Abstract
達成しうる空気調和機を提供すること。 【構成】 この発明の空気調和機は、周波数指令の変動
に基づき異なる周波数の繰り返しを判別する繰り返し判
別手段(26)と、繰り返し判別手段によって異なる周
波数の繰り返しが判別されたとき、周波数指令に対応し
て繰り返された2つの周波数間の中間周波数を選択し圧
縮機の駆動周波数として出力する周波数調整手段(2
5,27,28)とを備えている。
Description
には、室温と設定室温との差に応じて、予めステップ状
に定められた周波数の中から特定の周波数を指令する室
内機からの周波数指令に基づき、冷凍サイクル中の圧縮
機の運転周波数を制御する空気調和機に関するものであ
る。
数の交流を出力しうるインバータを備え、冷凍サイクル
の圧縮機を室温と設定室温との差すなわち温度偏差に応
じ、交流電動機を介して可変速駆動する空気調和機が多
用されている。この種の空気調和機におけるインバータ
の出力周波数すなわち圧縮機の運転周波数は、温度偏差
に応じて予め設定された何種類かの周波数の中から特定
の周波数を選択するように構成されている。したがっ
て、圧縮機の運転周波数が温度偏差に厳密に対応してい
ないというケースも生ずるが、その場合は、予め設定さ
れた2つの周波数指令値の間で交互に運転することによ
り、設定温度に対し実際室温の過不足を生じながら平均
値的に設定温度が達成されるような制御が行われること
になる。
定化および吹き出し温度の安定化という観点からすれ
ば、変動幅のかなり大きいものであり、安定性にいま一
つ問題があると言わざるを得ず、快適性向上の一つの妨
げとなっていた。冷凍サイクルの不安定性は付加的にコ
ストのかかるアキュムレータを必要とするなどの不都合
を生ずることになる。
であって、冷凍サイクルおよび吹き出し温度の安定化を
達成しうる空気調和機を提供することを目的とするもの
である。
に本発明の空気調和機は、周波数指令の変動に基づき異
なる周波数の繰り返しを判別する繰り返し判別手段と、
繰り返し判別手段によって異なる周波数の繰り返しが判
別されたとき、周波数指令に対応して繰り返された2つ
の周波数間の中間周波数を選択し圧縮機の運転周波数と
して出力する周波数調整手段とを具備したことを特徴と
するものである。
き異なる周波数の繰り返しを判別する繰り返し判別手段
と、繰り返し判別手段によって異なる周波数の繰り返し
が判別されたとき、周波数指令に対応して繰り返された
2つの周波数間を複数の単位分割周波数幅に分割し、周
波数指令の上下変化に対応して、繰り返された2つの周
波数間の中間周波数に向かって単位分割周波数幅ずつ収
束するような周波数を選択し圧縮機の運転周波数として
出力する周波数調整手段とを具備したことを特徴とする
ものである。
判別し、繰り返しが判別されたとき、周波数指令に対応
して繰り返された2つの周波数の中間周波数を選択して
圧縮機運転周波数を決定することにより、圧縮機運転周
波数の変動減少すなわち冷凍イクルの安定化を達成し、
さらには吹き出し温度の安定化を達成することができ
る。
の繰り返しを判別し、繰り返しが判別された時、周波数
指令に対応して繰り返された2つの周波数間を複数の単
位分割周波数幅に分割し、周波数指令の上下変化に対応
して、繰り返された2つの周波数間の中間周波数に向か
って単位分割周波数幅ずつ収束するような周波数を選択
し圧縮機の運転周波数として出力することにより、繰り
返された2つの周波数の差に応じて圧縮機運転周波数の
変動減少すなわち冷凍イクルの安定化をより効率的に達
成し、吹き出し温度の安定化をより効率的に達成するこ
とができる。
成について説明する。まず冷媒が循環する冷凍サイクル
であるが、これは圧縮機2、四方弁3、室内熱交換器
4、膨張弁5及び室外熱交換器6を含んで構成され、四
方弁3の切換状態に従い室内熱交換器4を蒸発器(冷却
器)として機能させることにより冷房機運転を、また室
内熱交換器4を凝縮器(放熱器)として機能させること
により暖房機運転を行うことができる。室内熱交換器4
には室内ファン7および室温センサ8が付設され、室外
熱交換器6には室外ファン9が付設されている。図示の
冷凍サイクルは圧縮機2の速度調整を介して能力を変化
させることができる。圧縮機2はインバータ12により
可変速制御される交流電動機13により可変速駆動され
る。インバータ12には交流電源10から整流器11を
介して直流が供給される。室内熱交換器4、室内ファン
7および室温センサ8は室内機に含まれており、その他
の機器は室外機に含まれている。
房運転される空気調和機にも適用可能なものであるが、
以下に暖房運転をする場合の例について説明する。
ており、室温センサ8によって検出される室温Ta を設
定室温Ts に近付けるために、両者の差(温度偏差)Δ
Tr(=Ta −Ts )に応じたSコード(周波数に対応
する指令)を演算し室外機へ向けて指令する。
(周波数指令)に基づいてインバータ12の本発明によ
る周波数制御(つまりは圧縮機2の速度制御)を行うた
めに、分割幅決定手段25、くり返し判別手段26、参
照テーブル27、運転周波数決定手段28及びドライバ
29を含んで構成されている。手段25〜29の各機能
の詳細については後述する。
的な制御フローを示すものである。室内機側では温度偏
差ΔTr=Ta −Ts に対しSコード指令手段20によ
り適当な制御演算処理、例えばPI制御演算などを施し
(ブロック30)、その演算結果ΔTの値に従い、図2
に示すように、例えば、温度偏差ΔTが0.5以上(Δ
T≧0.5)ならS2なるSコードを、0以上、0.5
未満(0≦ΔT<0.5)ならS3なるSコードを、以
下同様にして、ΔTが0.5変化する毎に、−0.5≦
ΔT<0ならS4を、−1.0≦ΔT<−0.5ならS
5を、−1.5≦ΔT<−1.0ならS6を、−2.0
≦ΔT<−1.5ならS7を、−2.5≦ΔT<−2.
0ならS8を、ΔT<−2.5ならS9を、という具合
に周波数指令に対応するSコードを出力する(ブロック
35)。図2において破線はΔTの推移の一例を示すも
のであり、同図にはそれに伴うSコードの変化の様子も
付加的に示されている。ブロック35の前にブロック3
0が存在するために、温度偏差ΔTr=Ta −Ts が直
接にSコードに対応するのではなく、例えばPI制御演
算が行われる場合を想定した場合、同一温度偏差範囲内
に所定時間以上長く滞留すると、1ランク上のSコード
(1ランク上の周波数指令に対応)を出力して実際室温
Ta をより迅速に設定室温Ts に近付けるように作用す
る。なお、Sコードの決定は、ファジー制御技術によっ
てもよい。
3に示すようにそれぞれの周波数指令に対応している。
すなわち、SコードS2は15Hzに、S3は25Hz
に、S4は35Hzに、S5は45Hzに、S6は55
Hzに、S7は65Hzに、S8は85Hzに、さらに
S9は105Hzにそれぞれ対応している。
周波数は図3に示すようにステップ状に設定されてお
り、従って、一般に望ましい周波数指令からは多少異な
る周波数に対応するSコードが出力される結果、通常、
温度偏差を過度に補償するような周波数に対応するSコ
ードと温度偏差に対して不足ぎみに補償するような周波
数に対応するSコードとの2つのSコードを交互に出力
するような制御態様となる。
室外機側での制御演算が行われる。まず、周波数(H
z)安定モードを判定し(ブロック40)、モードMD
を出力する(ブロック60)。Hz安定モード判定ブロ
ック40では、特定の2つのSコードの間での運転が交
互に繰り返されていることを確認することにより「安定
運転」と判断する。ブロック40及び60の処理は繰り
返し判別手段26により行われる。モードMD出力ブロ
ック60では、分割幅決定手段25がSコード指令手段
20の出力およびくり返し判別手段26の出力に基づき
モードMD信号を出力する。このモードMD信号、くり
返し判別手段26の出力、およびSコード指令手段20
の出力、並びに参照テーブル(Sコードと指令周波数と
の関係を示すテーブル)27の内容に基づき、運転周波
数決定手段28が運転周波数指令を算出し(ブロック8
0)、その運転周波数指令に従いドライバ29を介して
インバータ12の周波数制御(すなわち圧縮機2の周波
数制御)が行われる。
つの運転周波数Hz1 及びHz2 の間での運転を繰り返
すような制御態様(安定運転)の場合は、ΔHz=Hz
1 −Hz2 を適宜(例えばΔHz/8またはΔHz/4
ずつ)狭めていき、最終的には、ほぼ(Hz1 +H
z2 )/2の運転周波数になるように調整される(安定
化運転)。なお、運転周波数が交流電源の周波数(50
Hzまたは60Hz)またはその整数倍、または冷凍サ
イクルの共振周波数に一致すると、種々の不安定状態を
生ずるので、それらの運転周波数を例えば±2〜3Hz
回避した禁止周波数回避制御が実行される(ブロック9
0)。
細に説明するが、それに先立って、フローチャートの中
で用いられる符号についてまとめて説明しておく。nは
周波数指令の値が変わる度毎にカウントアップするカウ
ンタの内容、MDは既に述べたようにモードの内容を表
す0〜3のいずれかからなる数値である。Sn はカウン
ト内容nにおけるSコードである。Stiは過去のSコー
ドストック、HztblはSコードに基づき参照テーブル
(図2,3)を参照することによって得られる指令周波
数、F1 及びF2 は安定モード判定のためのフラグ(0
または1の値をとる)、Kc は安定モードMD=2のと
きのカウンタ内容、Nb は「割り付け」Hz間の設定分
割数である。ΔSはSコード変更前後のコード変更ステ
ップ数を示し、変更前のSコード番号をSF、変更後の
Sコード番号をSBとして、ΔS=SB−SF(正負符
号付き)で表すものとする。
モード判定の処理内容を、図5を参照して説明する。ま
ず、室内機からSコード(周波数指令に対応)を受信
し、それをSn+1 とする(ブロック41)。このSn+1
を1回前のSコードSn と比較する(ブロック42)。
ここでSn+1 =Sn なら、今回のSコードと前回のSコ
ードに変わりは無い(ΔS=0)として、安定モードM
DをMD=0として(ブロック43)このルーチンを終
了する。因に、MD=0というのは安定モードである。
Sn+1 ≠Sn なら、|ΔS|=1かをチェックする(ブ
ロック44)。すなわち、今回のSコードと前回のSコ
ードとの差が1ステップ相当か否かをチェックする。こ
こで|ΔS|≠1なら、今回のSコードと前回のSコー
ドとの差が2ステップ以上あって非安定であると判定
し、MD=3として(ブロック45)このルーチンを終
了する。|ΔS|=1なら、安定モード判定のために、
Sn-i+1 においてi=0,1,2,3と順次代入したも
のに相当する過去のSコードデータをそれぞれStiとす
る。すなわち具体的には、St0=Sn+1 ,St1=Sn ,
St2=Sn-1 ,St3=Sn-2 として記憶する(ブロック
46)。次に、St0=St2か(つまり、Sn+1 =Sn-1
か。今回と前々回のSコードが等しいか)をチェックす
る(ブロック47)。St0≠St2なら、フラグF1 を、
F1 =0とし(ブロック48)、St0=St2ならF1 =
1とし(ブロック49)、さらにSt1=St3か(つま
り、Sn =Sn-2 か。前回と前々々回のSコードが等し
いか)をチェックする(ブロック50)。St1≠St3な
らF2 =0とし(ブロック51)、St1=St3なら、F
2 =1として(ブロック52)、安定モードMDを、M
D=F1 ・F2 +1なる演算式によって決定して(ブロ
ック53)、一連のルーチンを終了する。ブロック53
においては、F1 =1かつF2 =1のとき、すなわち、
特定の2つの隣接するSコードに対応する2つの指令周
波数Hz1 とHz2 との間で繰り返し運転されていると
きはMD=2であって安定であり、それ以外のとき、す
なわち、いずれか一方は同一Sコードであるが他方のS
コードが異なるときは、MD=1であって非安定である
とする。
Dに従って行われる安定モードMD出力のルーチン(ブ
ロック60)、指令周波数算出のルーチン(ブロック8
0)及び禁止周波数回避制御のルーチン(ブロック9
0)の詳細について図6を参照して説明する。ブロック
40で判定された安定モードMD(0〜3のうちのいず
れか)を確認する。MD=0(つまり、ΔS=0)なら
(ブロック61)、そのままこのルーチンを終了する。
MD=1のときは(つまり、|ΔS|=1で非安定。ブ
ロック62)、HZn+1 =HZtbl (Sn+1 )及びKc =1
の処理をして(ブロック63)終了する。この演算式の
意味は、参照テーブル(図3)において今回のSコード
Sn+1 に対応する指令周波数をHZn+1 として設定し、カ
ウンタKc を1にするということである。MD=2のと
きは(すなわち、|ΔS|=1で安定。ブロック6
4)、|HZtbl (St1)−HZtbl (Sn+1 )|>15か
どうかをチェックする(ブロック65)。“YES”つ
まりSt1(=前回のSコードSn )に対応する指令周波
数とSn+1 (今回のSコード)に対応する指令周波数と
の差が15Hzを超えるときは、ΔHz(=Hz1 −H
z2 )との間の分割数Nb を、Nb =8とし(ブロック
66)、“NO”(すなわちΔHz≦15Hz)だった
らNb =4として(ブロック67)、指令周波数HZn+1
をHZn+1 =HZant に設定するとともに、カウンタの内容
をKc =Kc +1としてインクリメント処理を行う(ブ
ロック68)。ここで、HZant は安定化制御のための指
令周波数であって、次式に従って算出する。 HZant =HZtbl (Sn+1 )+a{HZtbl (St1)−HZtbl (Sn+1 )} =a・HZtbl (St1)+(1−a)HZtbl (Sn+1 ) …(1) a=(INT (( Kc −1) /2) +1) /Nb …(2) (2)式における演算子INT は演算結果の整数部をとる
ための演算子であり、(1)式における右辺第1項は前
回の指令周波数、右辺第2項は今回の指令周波数であ
る。この演算結果を用いて指令周波数に修正を加えるこ
とにより、分割数Nb の値に応じて2つのSコード間の
周波数幅ΔHzを順次狭めていくことができる。この
後、Kc ≦Nb かの判定を行い(ブロック69)、“N
O”(Kc >Nb )だったらKc =Nb の処理を行い
(ブロック70)、“YES”(Kc ≦Nb )だったら
そのままルーチン終了となる。MD=3なら(ブロック
71)、今回のSコードと前回のSコードとの差が2ス
テップ以上あって非安定であるということであり、HZ
n+1 =HZtbl (Sn+1 )及びKc =0の処理を行って
(ブロック72)、このルーチンを終了する。
ブロック72までで算出された周波数HZn+1 が運転禁
止周波数、すなわち交流電源の周波数(50Hzまたは
60Hz)またはその整数倍、または冷凍サイクルの共
振周波数域に含まれるものであるか否かを判別し(ブロ
ック91)、含まれるときは、それらの周波数での運転
を避けるべく、算出された周波数に対し例えば−3(H
z)または+3(Hz)の修正を加えて最終的な運転周
波数指令とする(ブロック92)。マイナス方向の修正
を加える場合は、禁止周波数を回避するとともに、付加
的に省エネルギー効果が得られ、またプラス方向の修正
を加える場合は、禁止周波数を回避するとともに、空気
調和機としての快適性を向上させることができる。この
ようにして決定された運転周波数指令に従いドライバ2
9を介してインバータ12、つまりは電動機13および
圧縮機2の運転が行われる。
具体例を示すものである。図7の例においては、C1 区
間のSコードSn-2 に対応する運転周波数がHZ1(たと
えば、Sn-2 =S8,HZ1 =85Hz)であり、次のC
2 区間のSコードSn-1 に対応する運転周波数がHZ
2 (たとえば、Sn-1 =S7,HZ2 =65Hz)である
としている。C1 区間からC2 区間に移行したとき、Δ
S=SB−SF=−1であって、図5のブロック41〜
53により、MD=1で非安定と判定される。この状態
で次のC3 区間のSコードSn に変化すると、ΔS=S
B−SF=1であって、MD=1であり、運転周波数と
して再びHZ1 が指令される。次にSコードSn+1 が指令
されると、ΔS=SB−SF=−1であって、この場合
はブロック47〜52での判定結果によりMD=2であ
り、ブロック65〜68での判定結果により(1),
(2)式による演算結果として、HZ2 +ΔHz/8なる
運転周波数が決定される。すなわち、ΔHZ=HZ1 −HZ2
=85−65=20であるから、ブロック65,66に
よりNb =8であり、また、 a=(INT (( Kc −1) /2) +1) /Nb =(INT (( 1−1) /2)+1)/8=1/8 HZant =HZtbl (Sn+1 )+a{HZtbl (St1)−HZ
tbl (Sn+1 )} =HZ2 +a(HZ1 −HZ2 ) =HZ2 +(1/8)ΔHZ =65+1×20/8=67.5(Hz) 図7のC4 区間には、HZant =HZ2 +(1/8)ΔHZを
設定した状態が示されている。
であって、上記と同様の計算結果としてC5 区間では、 HZant =HZ1 +a(HZ2 −HZ1 ) =HZ1 −(1/8)ΔHZ =85−1×20/8=82.5(Hz) なる運転周波数が設定される。
であって、上記と同様の計算結果としてC6 区間では、
Kc =3になることに伴い、a=2/8となり、 HZant =HZ2 +a(HZ1 −HZ2 ) =HZ2 +(2/8)ΔHZ =65+2×20/8=70(Hz) なる下方の指令周波数が設定される。
1 −(2/8)ΔHZ(=80Hz)に、下方の運転周波
数は、HZ2 +(3/8)ΔHZ(=72.5Hz)にとい
う具合に次第に周波数HZ1 とHZ2 の中間に周波数、すな
わち、HZant =HZ2 +(4/8)ΔHZ=HZ1 −(4/
8)ΔHZに向かって収束していく。なお、運転途中で空
調負荷と特定の運転周波数のもとでの空調能力とが一致
した場合は、その特定の運転周波数のもとで運転を継続
することになる。
を適用しない)場合の室温の変化状態(図8)と、本発
明を適用した場合の室温の変化状態(図9)とを、比較
対照できるようにして示したものである。いずれも室温
Ta が15℃付近にある状態の下で設定室温Ts を23
℃として暖房運転を行ったときの室温Ta と圧縮機2の
運転周波数(=電動機13の運転周波数)の時間的推移
を示したものである。従来装置による場合(図8)、室
温Ta 及び運転周波数が平均値的には所望の制御結果が
得られているにもかかわらず、それらの変動がかなり大
きいものであることが認められる。それに対して本発明
による場合(図9)、室温Ta 及び運転周波数が比較的
短時間で一定値に収束し、その収束後はそれらがほとん
ど変動せずほぼ一定値をとっていることが認められる。
数変動幅が狭まり、それに伴って、同一運転周波数のも
とでの運転時間を長くすることができる。したがって、
冷凍サイクルがより安定化し、吹き出し温度もより安定
化する。かくして、本発明によれば、快適性の向上や、
冷凍サイクルの安定化によるアキュムレータレス化、シ
ステムの信頼性向上、コスト低減、製造性向上などを付
加的に達成することができる。
凍サイクルの安定化を達成し、吹き出し温度を安定化さ
せうる空気調和機を提供することができる。
ーチャート。
ーチャート。
ローチャート。
すタイムチャート。
数の時間的推移の一具体例を示すタイムチャート。
周波数の時間的推移の一具体例を図8との比較において
示すタイムチャート。
Claims (5)
- 【請求項1】室温と設定室温との差に応じて、予めステ
ップ状に定められた周波数の中から特定の周波数を指令
する室内機からの周波数指令に基づき、冷凍サイクル中
の圧縮機の駆動周波数を制御する空気調和機において、 前記周波数指令の変動に基づき異なる周波数の繰り返し
を判別する繰り返し判別手段と、 前記繰り返し判別手段によって異なる周波数の繰り返し
が判別されたとき、前記周波数指令に対応して繰り返さ
れた2つの周波数間の中間周波数を選択し前記圧縮機の
駆動周波数として出力する周波数調整手段とを具備した
ことを特徴とする空気調和機。 - 【請求項2】請求項1記載の空気調和機において、前記
繰り返し判別手段は2つの周波数指令が交互に3回出力
された場合に繰り返しと判別するものであることを特徴
とする空気調和機。 - 【請求項3】室温と設定室温との差に応じて、予めステ
ップ状に定められた周波数の中から特定の周波数を指令
する室内機からの周波数指令に基づき、冷凍サイクル中
の圧縮機の運転周波数を制御する空気調和機において、 前記周波数指令の変動に基づき異なる周波数の繰り返し
を判別する繰り返し判別手段と、 前記繰り返し判別手段によって異なる周波数の繰り返し
が判別されたとき、前記周波数指令に対応して繰り返さ
れた2つの周波数間を複数の単位分割周波数幅に分割
し、周波数指令の上下変化に対応して、繰り返された2
つの周波数間の中間周波数に向かって前記単位分割周波
数幅ずつ収束するような周波数を選択し前記圧縮機の運
転周波数として出力する周波数調整手段とを具備したこ
とを特徴とする空気調和機。 - 【請求項4】請求項3記載の空気調和機において、前記
周波数調整手段は2つの周波数の間を単位分割周波数幅
に分割するときの分割数を、繰り返された2つの周波数
の差に従って決定するものであることを特徴とする空気
調和機。 - 【請求項5】請求項1ないし4のいずれかに記載の空気
調和機において、前記周波数調整手段によって選択され
た周波数が予め定められた禁止周波数に該当するとき、
その禁止周波数を避けた中間周波数を出力する第2の周
波数調整手段をさらに具備したことを特徴とする空気調
和機。
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