JPS62190346A - 空気調和装置 - Google Patents

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） 本発明は空気調和負荷に応じて圧縮機の回転速度を変え
る空気調和装置＝零章太オに関する。

（従来の技術） 室内空気を必要な状態に保つため、空気調和によって単
位時間に与えるべき熱量を暖房負荷、取去るべき熱量を
冷房負荷と言い、加湿または減湿に必要な調湿量を含め
て空気調和負荷という−この空気調和負荷は室温と温度
設定値との差を測定することによって概略を知ることが
できる一一方、空気調和装置の冷暖房能力は圧縮機の回
転速度を制御することによって広範囲に変化させること
ができる。

したがって、空気調和負荷に応じて圧縮機の回転速度を
変えるならば運転効率を著しく高めるとともに省エネル
ギーの面でも大きく貢献し得る。

ところで、空気調和負荷に応じて圧縮機の回転速度を変
える従来の制御システムとしては、特開昭５４−１４６
４４８号公報に示されるように、周波数変換器等を利用
した制御方式がある。

このような従来の空気調和装置を第９図、第１０図を参
照して説明する。室温検出器４ｏで検出された室温と温
度設定器４１で設定された設定値の差の値が温度検出器
４２内でアナログ的に求められ、この差の値に応じて一
対一対応で圧縮機回転数が決定され、周波数制御器４３
に出方周波数が指令される。そして周波数制御器４３は
温度差検出器４２から指令された周波数出力を圧縮機モ
ータ４４に供給する。この際、室温と設定値との差と周
波数制御器４３の出力周波数の関係は、第１０図に示す
ように温度差が所定値に到るまでは比例して増加し、所
定値以上では最大周波数となるようになっている。

しかしながら、このような空気調和装置においては、細
かい室温変動が発生した場合、これにつれて室温と設定
温度の差が変動し、追従して周波数制御器４３の出方周
波数が変動するため、圧縮機及びそのモータの耐久性、
寿命に悪影響を与えるという問題があった、 この問題に対し、第１１図に示すように温度差を所定幅
を有して分割し、分割されたそれぞれの部分（ゾーン）
に対して周波数を決めておく方式している場合は出力周
波数、圧縮機回転数は一定でほとんど変化がなく、検出
室温変動による細かな周波数、回転数変化が防止できる
。

しかし、室温と設定温度の差がこの分割点（温度）近傍
で変動した場合には、第１０図に示す制御よりもよシ大
きな周波数変動が発生するという問題があった。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、室温センサと、温度設定器と、室温と設定値
の温度差を求める温度差検出手段と、あらかじめ室温と
設定値の温度差の変動範囲を室温が上り勾配の場合と下
シ勾配の場合とでヒステリシスを有した複数のゾーンに
分けて記憶し、温度差検出手段により求められた室温と
設定値との温度差が複数のゾーンのいずれに属すぬかを
判断し、この属するゾーンに対応した圧縮機の回転数指
令信号を出力する制御手段とを設け、この制御手段の出
力する回転数指令信号を前記周波数変換装置に供給して
周波数変換装置の出力を制御し、圧縮機の回転数を制御
する空気調和装置である。

（作用） 温度差検出手段により室温と設定値の差が求められ、こ
の差の値があらかじめ室温と設定値の温度差の変動範囲
を室温が上り勾配の場合と下り勾配の場合でヒステリシ
スを有して記憶された複数のゾーンのいずれに属するか
が判断され、この属するゾーンに対応した圧縮機の回転
数指令信号を制御手段が出力する。

この回転数指令信号を受けた周波数変換装置は、圧縮機
に回転数指令に応じた周波数出力を供給し、圧縮機を可
変速駆動する。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図は本発明を実施する空気調和装置の構成例を示す
ブロック図で、電源１の交流電圧が整流口Ｗ８２によっ
て直流電圧に換えられて周波数変換装置３に加えられる
。この周波数変換器Ｗ３はディジタル制御信号によって
出力周波数を約２５〜８０　Ｈｚの範囲で連続的に変え
得るもので、これによって圧縮＠４の回転速度は１４０
０〜４５００ｒｐｍの範囲で変化する。

一方、周波数変換装置３に加えられるディジタル制御信
号、すなわち、周波数設定信号は制御装置５の出力であ
り、この制御装置５は表示操作部６の操作信号、温度セ
ンサ８および９の温度データ等をマイクロプロセッサの
入力として４き、予め設定されたプログラムに従って論
理演算処理して、四方弁、ファンモータ等の負荷７を作
動せしめるとともに周波数変換装置３に周波数設定信号
を与え、同時に、圧縮機４の運転状態を表示操作部６の
表示器（ＬＥＤ　）に表示させる。

第２図は表示操作部６のパネルの正面図で、１１は圧縮
機４の回転数を能力レベルとして表示するパーディスプ
レー（ＬＥＤ）、１２は室温を設定する温度設定器、１
３は室内ファンの強度を切換える切換スイッチ、１４，
１５．１６は空気調和装置を冷房または暖房の何れかに
選択したりあるいは、これを停止させる運転停止スイッ
チ、１７．１８は運転状態を表示する表示器（ＬＥＤ）
をそれぞれ示す、しかして、表示操作部６からは温度設
定器１２の温度設定信号、切換スイッチ１３のファン強
度指定信号、運転停止スイッチ１４．１５．１６の運転
指令信号が出力され、これらの信号が全て制御装置５に
加えられる。同時に、制御装置５はバーディスプレー１
１および表示器１７．１８を点灯する信号を表示操作部
６に与える。

次に、温度センサ８は室温を検出するもので、温度セン
サ９は冷媒の凝縮温度もしくは蒸発温度を検比し、冷凍
サイクル系統の圧力が許容値を越えることがないように
最高周波数を制限するものである。

ここで、制御装置５はマイクロコンピュータ（以下マイ
コンと言う）が主体となり、その制御仕様モマイコンプ
ログラムに対応させであるので、複雑な制御が可能であ
る。したがって、センサ８によって検出される室温と、
温度設定器１２の温度設定値との差に応じた周波数設定
信号を容易に出力することができ、これにより、空気調
和負荷に応じた圧縮機の回転速度制御が可能となる。

以下、室温および温度設定値の差と、回転数指令信号で
ある周波数設定信号との対応例を示すとともにその運転
状態を第３図乃至第６図をも参照して説明する。

先ず室温および温度設定値の差の変動範囲を第３図の如
く、室温（若しくは温度設定値との差）が下がり勾配の
場合と上が９勾配の場合とでそれぞれ別にＡ−Ｆの６つ
のゾーンに分ける。すなわち、室温が、下がり勾配の領
域Ｘにおいて、温度設定値よりも１°Ｃ以上高い範囲を
Ａゾーン、０．５〜１．０°Ｃ高い範囲をＢゾーン、０
〜０．５°Ｃ高い範囲をＣゾーン、温度設定値よυも０
〜０．５°Ｃ低い範囲をＤゾーン、０．５〜１．０°Ｃ
低い範囲をＥゾーン、１．０　’Ｃ以上低い範囲をＦゾ
ーンとする。また、室温が、上が９勾配の領域Ｙにおい
て、温度設定値よりも１．５°Ｃ以上高い範囲をＡゾー
ン、１．０〜１．５℃高い範囲をＢゾーン、０．５〜１
．０°Ｃ高い範囲をＣゾーン、０〜０．５°Ｃ高い範囲
をＤゾーン、温度設定値よりもＯ〜０．５°Ｃ低い範囲
をＥゾーン、０．５°Ｃ以上低い範囲をＦゾーンとする
。なお、本発明ではＤゾーンのことを特に制御目標ゾー
ンと呼んでいる。

これらの温度範囲と周波数設定信号とを表の如く対応さ
せる。すなわち１．Ａ　、　Ｂ　、・・・Ｅ、Ｆのそれ
ぞれのゾーンに対して７５Ｈｚ、６５Ｈｚ１・・・３５
Ｈｚ、停止という具合に対応させる、これは、室温およ
び温度設定値の差がＡゾーンにあれば、制御装置５が周
波数変換装置３に対して７５　ＨＺの周波数設定信号を
与えることを意味し、壕だ、室温および温度設定値の差
がＦゾーンにあれば、周波数変換装置５に対して圧縮機
の停止指令を与えることを意味する、 斯かる対応関係に基いて空気調和装置を冷房運転した場
合の温度設定値との差で表わした室温の変化状態ならび
に周波数の変化状態をそれぞれ第４図（ａ）および（ｂ
）に示す。

同図において、室温および温度設定値の差が１．０°Ｃ
以上のＡゾーンにあれば７５　Ｈｚの周波数設定信号が
与えられるため室温は急速に降下し、その差が１．０°
Ｃ以下のＢゾーンに移行すれば６５Ｈｚの周波数設定信
号が周波数変換装置に加えられ、以下順次その差がＤゾ
ーンになった時点で４５Ｈｚの周波数設定信号が加えら
れる。なお室温が上記の如く下がり勾配にあって、しか
も、温度設定値よｐもＯ〜０．５°Ｃ低い状態に保持さ
れる限り４５　Ｈｚの周波数設定信号を出力し続けるこ
とになる。その後、室温が上昇して温度設定値よりも０
〜０．５°Ｃ高い状態に移行した場合でも、この範囲は
室温の上が９勾配におけるＤゾーンに属するので、同様
に４５　Ｈｚの周波数設定信号を出力し続ける。すなわ
ち、室温が下が９勾配のゾーン設定と、室温が上がシ勾
配のゾーン設定との間に０．５°Ｃの差があるため、こ
れがヒステリシスとして作用するので、室温が目標値に
到達した後は周波数設定値が頻繁に変化することがなく
、円滑な運転が行なわれる。

ところで、第４図に示した室温および周波数設定値の変
化状態図は空気調和負荷が中程度で室温もＩＩＩＭに降
下する例を示したけれども、空気調和負荷が比較的大き
い場合には、室温が設定温度に到達しないにも拘わらず
同一周波数で長時間運転しなければならない事態も予測
される。このような不具合を解決するために、ここでは
同一周波数での運転が５分間継続すると、恰かも室温お
よび温度設定値の差がよシ開いたものとして５　Ｈｚだ
け異った周波数設定信号を出力するように講じである。

ただし、Ａ、Ｂ、Ｃゾーンは５　Ｈｚ増加させ、Ｄ、Ｆ
ゾーンは変化させず、Ｅゾーンにおいては逆に５　Ｈｚ
減少させる。このように温度の要素だけでなく時間の要
素をも増大れた運転状態を第５図に示す。

同図において、時刻Ｔ、までは温度差がＡゾーンにおる
ので周波数７５　Ｈｚで運転され、この時刻Ｔ１で温度
差がＢゾーンに移行すると周波数６５　ＨＺで運転され
る。しかしながら６５　Ｈｚの運転が５分間継続した時
刻Ｔ、よりその周波数を５Ｈ２だけ増やした７　０　Ｈ
ｚで運転する。その結果、室温の降下速度が早ま夛、温
度差がＣゾーンに移行する時刻Ｔ、よ９周波数６０Ｈｚ
で運転する。以下同様に６０Ｈｚの運転が５分間継続し
た時刻Ｔ４よＦ）　６５　Ｈｚで運転し、温度差がＤゾ
ーンに移行する時刻Ｔ、よ、９５５Ｈｚで運転する、か
くして、空気調和負荷が大きい場合でも迅速に設定温度
まで降下させることができる。

次に第６図は空気調和負荷が軽く、冷房運転した場合の
運転状態を示すもので、（ａ）は室温の変化状態図、（
ｂ）は周波数の変化状態図である６同図において、室温
が設定温度よりも低いＤゾーンにあり、設定周波数４５
　Ｈｚで運転されておっても１時刻Ｔ４において室温が
それ以下のＥゾーンまで降下し３５　Ｈｚの運転が５分
間継続した場合には、室温および温度設定値の差がより
開いたものとして時刻Ｔ、よｐ　３０　Ｈｚで運転する
。

しかし、３０　ＨＺで運転してもなおＥゾーンにて保持
される時間が５分を越えれば、これよりもさらに低い２
５　Ｈｚで運転する。この結果、室温が上昇し室温およ
び温度設定値の差が、室温上り勾配のＤゾーンに移行す
る時刻Ｔ、より３５　ＨＺで運転する。

このようにして負荷が軽い場合でも順次運転周波数を５
　Ｈｚづつ降下させるので、過冷却という事態をも未然
に防ぐことができる。

第７図は主に室温と温度設定値との差に応じて圧縮機の
回転速度を変える制御および同一ゾーン内での運転時間
が所定値を越えたとき回転速度を変える制御にそれぞれ
対応する制御装置５の具体的な処理手順を示すフローチ
ャートである。

この第７図において、装置に電源が投入され運転が開始
されると、温度センサ８による測定室温の取シ込みおよ
び温度設定器１２の設定温度検知が行なわれ、次いで、
測定温度Ｔａと設定温度ＴＳとの差を求める演算が行な
われる（ステップ１０１〜ステツプ１０４）。

次に、表による温度差Ｔに対応するゾーンｎを計算し、
このゾーンｎから出力周波数ｆが決定され周波数変換装
置３がこの周波数ｆをＷ８力するように制御される（ス
テップ１０５〜１０７）。

このように周波数制御された交流が圧縮機４に供給され
ると、同一周波数での運転時間が所定値を超えたときに
Ｗ１カ周波数を変えるための時間補正タイマＴＭをスタ
ートさせる（ステップ１０８）。

次に、温度センサ８による測定室温の新たな取り込みお
よび新たな設定温度検知と、その偵差分＋１’ｔ　ｌ＝
　Ｔ’ａ　ｌ　　’ｒｓ　ｌを求める演算とが行なわれ
、さらに、偏差分子１が１周期前の偏差分子と比較され
て、拡大か縮少かの判定が行なわれる（ステップ１０９
〜ステツプ１１２）。

ｎ＋が、逆に偏差分が縮少しておれば室温の下り勾配に
おける新たなゾーンｎ１がそれぞれ決定され、このとき
の偏差分子Ｉが１周期後の同様な判定に対する基準値と
して記憶される一方、ステップ１０５で計算したゾーン
ｎと比較して変化があったか否かの判定が行なわれる（
ステップ１１３〜ステンプ１１５およびステップ１１６
）。

ここで、ゾーンに変化がなければ上記時間補正タイマＴ
Ｍがタイムアツプしたか否かの判定がなされ、タイムア
ツプしていなければ再びステップ１０９に戻るが、時間
補正タイマＴＭがタイムアラツブしたときには、所属ゾ
ーンの判定が行なわれる（ステップ１１７．ステップ１
１８）。

この所属ゾーンの判定の結果、Ｄゾーン、およびＦゾー
ンの何れかに属しているとき再びステップ１０９に戻り
、Ｅゾーンに屈している場合には出力周波数ｆを現在値
ｆ１よシも５　Ｈｚだけ下げ、Ａ−Ｃの何れかのゾーン
に属しておれば出力周波数ｆを現在値ｆ′よシも５　Ｈ
ｚだけ上げる（ステップ１１９．ステップ１２０）。

一方、上記ステップ１１５での判定でゾーンの変化があ
ったときには、それがＦゾーンであるか否かの判定が行
なわれ、Ｆゾーンでないときはゾーンに対応した出力周
波数ｆ１を決定すると共に、この時点のゾーンｎ１が１
周期後の同様な判定に対する基準値として記憶され、Ｆ
ゾーンにあったときには圧縮機の停止指令が出力される
（ステップ１２１〜ステツプ１２４）。

次に、ステップ１１９，１２０，１２３の何れかで計算
された周波数ｆ′にて圧縮機が運転され、この周波数ｆ
１はゾーン判定等のために記憶され、さらに、時間補正
タイマＴＭを再スタートしてステップ１０９に戻る（ス
テップ１２５〜ステツプ１２９）。

かくして、圧縮機は室温と温度設定値との差に応じた回
転速度で運転されると共に、同一ゾーン内での運転時間
が所定値を超えるとき回転速度を変えた運転が行なわれ
る。

次に、第８図は制御装置５の機能ブロック図で、室温セ
ンサ８および温度設定器１２の信号を取シ込んで、室温
および温度設定値の差を検出する温度差検出手段２１と
、あらかじめ、室温と設定値の温度差の変動範囲を室温
が上り勾配の場合と下り勾配の場合とで一部が１なるよ
うにずらして複数のゾーンに分けて記憶し、前記温度差
検出手段により求められた室温と設定値の温度差が前記
ゾーンのいずれに属するかを判断し、属するゾーンに対
応した圧縮機の回転数指令信号を出力する制御手段３０
とからなる。

この制御手段３０は、温度差検出手段２１で検出された
温度差を記憶する温度差記憶手段２２と、温度差検出手
段２１の出力と温度差記憶手段２２のデータすなわち前
回の温度差検出値とに基いて室温の上ｐ勾配、下シ勾配
別に、すなわち、温度差の上昇、下降側−にゾーンを演
算するゾーン演算手段２３と、この演算されたゾーンを
記憶するゾーン記憶手段２４と、ゾーン演算手段２３の
出力およびゾーン記憶手段２４のデータに基いてゾーン
に対応した出力周波数ｆを演算すると共にその補正をも
併せて行なう出力周波数計算手段２５と、この出力周波
数計算手段２５が時間補正を行うべく同一ゾーンでの運
転時間が所定値を超えたことを検出する時間補正タイマ
２６と、出力周波数計算手段２５が出力周波数の演算に
必要となる、実際の出力周波数を記憶する出力周波数記
憶手段２７と、出力周波数計算手段２５の信号を受けて
周波数変換装置３に適合した指令を出力する出力周波数
指令手段２８とを備えたものである。

ところで、制御装置５にマイコンを用いることは、プロ
グラムに応じて多数の機能を持たせ得るが、付随的には
、配管の共振周波数を避けた制御を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、室温と設定値の温度差の変分け、実際
の室温と設足値との温度差がいずれのゾーンに属するか
に応じて周波数変換器の出力を部ｊ御するため、周波数
変換器の出力、圧縮機の回転数が頻繁に変化することが
なくなり、円滑な運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の全体的な構成説明する
ために温度差とゾーンとの対応関係を示したし１、第４
図乃至第６図は同装置の作用をト・明するためのタイム
チャート、第７図１は同装置′の具体的な処理手）ｌｌ
＋を示すフローチャート、第８図に゛同装置の詳細な構
成ケ示す機能ブロック図ｉｉニーー第９図は従来の突気
調和装置のブロック図、第１０図は同装置の制御におけ
る温度差と出力周波数の関係を示すグラフ、穿、１１図
は他の従来の空気訓和装りの制御における温度差と出力
周波数の関係を示すグラフである。 ３・・・ＭＩ波波及変換装置４・・・圧縮機、５・・・
制御装置、６・・・表示操作部、７・・・四方弁、ファ
ンモータ等の負荷、８，９・・・温度センサ、１２・・
・温度設定器、２１・・・温度差検出手段、３０・・・
制御手段。 出願人　代理人　　則　近　憲　体 向　　　　　　　　　湯　　山　　幸　　夫第１図 第２図 Ｍ　Ｘ　−＋−Ｙ→−− 第　３　圓 第４図 第　５　図 第　９　口 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　圧縮機の回転数を変化させる周波数変換装置を備えた
   空気調和機において、 室温を検出する室温センサと、 室温の設定値を設定する温度設定器と、 前記室温センサと前記温度設定器を入力とし、室温と設
   定値の温度差を求める湿度差検出手段と、あらかじめ、
   室温と設定値の温度差の変動範囲を室温が上り勾配の場
   合と下り勾配の場合とでヒステリシスを有した複数のゾ
   ーンに分けて記憶し、前記温度差検出手段により求めら
   れた室温と設定値の温度差が前記ゾーンのいずれに属す
   るかを判断し、属するゾーンに対応した圧縮機の回転数
   指令信号を出力する制御手段とを設け、前記制御手段の
   出力する回転数指令信号を前記周波数変換装置に供給し
   てこの周波数変換装置の出力を制御し、前記圧縮機の回
   転数を可変することを特徴とする空気調和装置。