JPWO2020235071A1 - 冷凍サイクル装置、冷凍サイクル制御システム、および冷凍サイクル制御方法 - Google Patents

冷凍サイクル装置、冷凍サイクル制御システム、および冷凍サイクル制御方法 Download PDF

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Abstract

冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮機で圧縮し循環させ、熱交換器により低温熱源から吸熱するとともに高温熱源に排熱する冷凍サイクルを有する冷凍サイクル機器と、冷凍サイクル機器の運転を制御する制御装置(120)とを備えた。取得部(121)は、屋内に設置された冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転操作要求(63)を取得する。運転制御部(122)は、屋外から送信された運転操作要求(63)を取得すると、運転操作要求(63)が屋内から送信された場合の冷凍サイクル機器の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器を目標状態に制御する。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置、冷凍サイクル制御システム、および冷凍サイクル制御方法に関する。
近年の生活において、核家族化および共働き家庭が増加しており、住宅においては日中、空気調和機を消して外出することが多い。そのため家族が帰宅した際には、夏場では蒸し暑い部屋となり、冬場では冷えた部屋となり、不快な住宅に帰宅することになる。このため、帰宅前に外出先から空気調和機を運転したいという要望が高まっている。さらに、在宅介護を受けている者、あるいは、ペットといった電気機器の管理をすることが不可能な者の健康管理のために、外出先から空気調和機を運転したい場合がある。また、別荘のように通常は空家となっている住宅の腐敗防止のために、外出先から空気調和機を運転したい場合もある。
特許文献1には、Wi−Fi(登録商標)無線を用いて携帯電話、スマートフォン、あるいはタブレット型コンピュータといった情報端末機器により、外出先から空気調和機を操作する技術が開示されている。
特開2015−010769号公報
冷凍サイクルを用いた空気調和機は、火を用いないために、燃焼暖房機といった他の空気調和機に比べて高い安全性を保有している。しかし、電源配線の接触不良といった施工不良、様々な理由による電源線不良、あるいは機器の老朽化といった要因により、冷凍サイクルを用いた空気調和機であっても、事故は発生している。
冷凍サイクルを用いた空気調和機は、家庭内で使用されている電力の中で大きな比率で電力が使用されることが知られている。特に、インバータ駆動の冷凍サイクルを用いた空気調和機の運転開始時は、部屋を暖めたり冷やしたりするのに必要の能力、すなわち空気調和負荷が大きい。このため、冷房能力あるいは暖房能力は高能力で運転することになり、使用される電力は大きくなる。このように、冷凍サイクルを用いた空気調和機の運転開始時は、電線系統で何らかの不具合が発生すると事故が発生する可能性が高くなる。
特許文献1に開示されているように、外出先から空気調和機を操作する場合には、空気調和機を管理する人がいない可能性が高く、運転開始時に事故が発生する虞が高まるという課題がある。
本発明は、外出先から空気調和機といった冷凍サイクル機器を操作する場合でも、運転開始時の事故の発生を抑えることを目的とする。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮機で圧縮し循環させ、熱交換器により低温熱源から吸熱するとともに高温熱源に排熱する冷凍サイクルを有する冷凍サイクル機器と、前記冷凍サイクル機器の運転を制御する制御装置とを備えた冷凍サイクル装置において、
前記制御装置は、
屋内に設置された前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転操作要求を取得する取得部と、
屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記運転操作要求が屋内から送信された場合の前記冷凍サイクル機器の運転能力よりも低い運転能力で、前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転制御部とを備えた。
本発明に係る冷凍サイクル装置では、屋外から冷凍サイクル機器を操作する場合には、低い運転能力で冷凍サイクル機器を目標状態に制御するので、運転操作時の事故の発生を抑えることができる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置を含む全体構成図。 冷凍サイクル機器が空気調和機の場合の冷房運転時の冷媒回路。 冷凍サイクル機器が空気調和機の場合の暖房運転時の冷媒回路。 実施の形態1に係る制御装置の構成図。 実施の形態1に係る制御装置の動作を示すフロー図。 実施の形態1の変形例に係る制御装置の構成図。 実施の形態2に係る冷凍サイクル制御システムの構成図。 実施の形態2に係る制御装置の構成図。 実施の形態2に係るライフスタイルログの一例を示す図。 実施の形態2に係る制御装置の動作を示すフロー図。
以下、本実施の形態について、図を用いて説明する。各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。なお、本実施の形態は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。具体的には、以下に説明する実施の形態のうち、2つ以上の実施の形態が組み合わせられて実施されても構わない。あるいは、以下に説明する実施の形態のうち、1つの実施の形態または2つ以上の実施の形態の組み合わせが部分的に実施されても構わない。
実施の形態1.
本実施の形態について、図1から図6を用いて説明する。
***構成の説明***
図1は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100を含む全体構成図である。
冷凍サイクル装置100は、屋内90に設置されている。屋内90とは、冷凍サイクル機器110が設置されている住宅、ビル、あるいは工場といった建物内である。
冷凍サイクル装置100は、冷凍サイクル機器110と制御装置120とを備える。
冷凍サイクル機器110は、冷媒を圧縮機で圧縮し循環させ、熱交換器により低温熱源から吸熱するとともに高温熱源に排熱する冷凍サイクルを有する機器である。具体的には、冷凍サイクル機器110には、空気調和機、床暖房、あるいは給湯器といった機器が含まれる。
制御装置120は、冷凍サイクル機器110の運転を制御する。冷凍サイクル機器110が複数台の場合には、制御装置120は、複数の冷凍サイクル機器110の運転を制御する。
なお、図1では、冷凍サイクル機器は、複数の冷凍サイクル機器110から構成されているが、冷凍サイクル機器は、1つであっても本実施の形態は適用可能である。
制御装置120は、具体的には、マイクロコンピュータである。制御装置120は、第1の操作機器40から送信される運転操作要求63により冷凍サイクル機器110を制御する。また、制御装置120は、第2の操作機器50から送信される運転操作要求63により冷凍サイクル機器110を制御する。
運転操作要求63は、屋内90に設置された冷凍サイクル機器110を目標状態に制御することを要求する指令である。目標状態とは、ユーザ80が所望する冷凍サイクル機器110の状態である。具体的には、空気調和機であれば、温度、風量、風向、および空気調和種別といった状態である。床暖房であれば、温度、暖房領域、および暖房種別といった状態である。給湯器であれば、温度、および湯量といった状態である。
第1の操作機器40は、赤外線通信あるいはBluetooth(登録商標)といった短距離無線通信13を用いて、運転操作要求63を制御装置120に送信する。第1の操作機器40は、具体的には、リモートコントローラである。あるいは、第1の操作機器40は、制御装置120に設けられたスイッチといった操作機器でもよい。
第1の操作機器40は、屋内90のユーザ80により使用される。すなわち、第1の操作機器40からの運転操作要求63は、屋内90から送信される。
第2の操作機器50は、Wi−Fi(登録商標)といった無線LAN12を用いて、制御装置120と通信する。第2の操作機器50は、具体的には、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、あるいは、タブレット型コンピュータである。第2の操作機器50は、第1の操作機器40より高機能な通信端末である。第2の操作機器50は、無線LAN12を用いて、運転操作要求63を制御装置120に送信する。
第2の操作機器50は、屋内90および屋外91においてユーザ80により使用される。すなわち、第2の操作機器50からの運転操作要求63は、屋内90から送信される場合と屋外91から送信される場合とがある。運転操作要求63が屋外91の第2の操作機器50から送信される場合、第2の操作機器50は、インターネットといったネットワーク11を介して、屋内90の無線LAN12と接続する。つまり、屋外91の第2の操作機器50は、ネットワーク11と無線LAN12とを介して、運転操作要求63を制御装置120に送信する。
図2および図3を用いて、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100の構成を説明する。
図2は、冷凍サイクル機器110が空気調和機の場合の冷房運転時の冷媒回路31を示している。図3は、冷凍サイクル機器110が空気調和機の場合の暖房運転時の冷媒回路31を示している。
冷凍サイクル機器110は、冷媒が循環する冷媒回路31を備える。冷凍サイクル機器110は、圧縮機32と、四方弁33と、室外熱交換器である第1熱交換器34と、膨張弁である膨張機構35と、室内熱交換器である第2熱交換器36とをさらに備える。圧縮機32、四方弁33、第1熱交換器34、膨張機構35および第2熱交換器36は、冷媒回路31に接続されている。
圧縮機32は、冷媒を圧縮する。四方弁33は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を切り替える。第1熱交換器34は、冷房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機32により圧縮された冷媒を放熱させる。すなわち、第1熱交換器34は、圧縮機32により圧縮された冷媒を用いて熱交換を行う。第1熱交換器34は、暖房運転時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張機構35で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張機構35は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。第2熱交換器36は、暖房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機32により圧縮された冷媒を放熱させる。すなわち、第2熱交換器36は、圧縮機32により圧縮された冷媒を用いて熱交換を行う。第2熱交換器36は、冷房運転時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張機構35で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。
ここで、冷凍サイクル機器110に用いられる冷媒は、微燃性冷媒または可燃性冷媒である。空気調和機で主流に使用されている冷媒はR410Aが多く、不燃性の冷媒である。しかし、低GWP(Global Warming Potential)化を目的に、微燃性冷媒であるR32、HFO1234zeといったHFO系冷媒を用いることが好ましい。あるいは、低GWP化を目的に、R290冷媒といった可燃性冷媒を用いてもよい。
また、圧縮機32はインバータ駆動による可変速形である。
圧縮機のモータは、具体的には直流ブラシレスモータ(DCモータ)を用いており、インバータ駆動装置にて駆動する。熱交換器はファンとファンモータを有し、少なくとも1箇所はDCモータを用いている。
冷凍サイクル装置100は、冷凍サイクル機器110の冷凍サイクルを制御する制御装置120をさらに備える。
図2および図3では、制御装置120と圧縮機32との接続しか示していないが、制御装置120は、圧縮機32だけでなく、冷媒回路31に接続された圧縮機32以外の構成要素に接続されてもよい。制御装置120は、制御装置120に接続されている各構成要素の状態を監視したり、制御したりする。
図4は、本実施の形態に係る制御装置120の構成を示す図である。
制御装置120は、コンピュータである。制御装置120は、プロセッサ910を備えるとともに、メモリ921、および、通信装置950といった他のハードウェアを備える。プロセッサ910は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。また、図示はないが、制御装置120は、他のハードウェアとして、入力インタフェース、出力インタフェース、および補助記憶装置を備えていてもよい。
制御装置120は、機能要素として、取得部121と運転制御部122を備える。また、メモリ921には、制限台数123が記憶されている。
取得部121と運転制御部122の機能は、ソフトウェアにより実現される。
プロセッサ910は、冷凍サイクル制御プログラムを実行する装置である。冷凍サイクル制御プログラムは、取得部121と運転制御部122の機能を実現するプログラムである。
プロセッサ910は、演算処理を行うIC(Integrated Circuit)である。プロセッサ910の具体例は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)である。
メモリ921は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ921の具体例は、SRAM(Static Random Access Memory)、あるいはDRAM(Dynamic Random Access Memory)である。
補助記憶装置は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置の具体例は、HDDである。また、補助記憶装置は、SD(登録商標)メモリカード、CF、NANDフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、DVDといった記憶媒体であってもよい。なお、HDDは、Hard Disk Driveの略語である。SD(登録商標)は、Secure Digitalの略語である。CFは、CompactFlash(登録商標)の略語である。DVDは、Digital Versatile Diskの略語である。
入力インタフェースは、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェースは、具体的には、USB(Universal Serial Bus)端子である。なお、入力インタフェースは、LAN(Local Area Network)と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェースは、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェースは、具体的には、USB端子またはHDMI(登録商標)(High Definition Multimedia Interface)端子である。ディスプレイは、具体的には、LCD(Liquid Crystal Display)である。
通信装置は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置は、LAN、インターネット、あるいは電話回線といった通信網に接続している。通信装置は、具体的には、通信チップまたはNIC(Network Interface Card)である。
冷凍サイクル制御プログラムは、制御装置120において実行される。冷凍サイクル制御プログラムは、プロセッサ910に読み込まれ、プロセッサ910によって実行される。メモリ921には、冷凍サイクル制御プログラムだけでなく、OS(Operating System)も記憶されている。プロセッサ910は、OSを実行しながら、冷凍サイクル制御プログラムを実行する。冷凍サイクル制御プログラムおよびOSは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されている冷凍サイクル制御プログラムおよびOSは、メモリ921にロードされ、プロセッサ910によって実行される。なお、冷凍サイクル制御プログラムの一部または全部がOSに組み込まれていてもよい。
制御装置120は、プロセッサ910を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、冷凍サイクル制御プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ910と同じように、冷凍サイクル制御プログラムを実行する装置である。
冷凍サイクル制御プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ921、補助記憶装置、または、プロセッサ910内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
制御装置120の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、制御装置120の各部の「部」を読み替えた「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」、「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」、または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。
冷凍サイクル制御プログラムは、上記の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、冷凍サイクル制御方法は、制御装置120が冷凍サイクル制御プログラムを実行することにより行われる方法である。
冷凍サイクル制御プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、冷凍サイクル制御プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
***動作の説明***
図5は、本実施の形態に係る制御装置120の動作を示すフロー図である。
<取得処理:ステップS101>
ステップS101において、取得部121は、屋内90に設置された冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する運転操作要求63を取得する。冷凍サイクル機器110が複数台の場合には、取得部121は、複数の冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する運転操作要求63を取得する。冷凍サイクル機器110が複数台の場合の運転操作要求63は、複数の冷凍サイクル機器110の各々に対して個別に目標状態を指定してもよいし、複数の冷凍サイクル機器110全体に対して1つの目標状態を指定してもよい。
<運転制御処理:ステップS102,ステップS103,ステップS104>
運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、運転操作要求63が屋内90から送信された場合の冷凍サイクル機器110の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する。
具体的には、以下の通りである。
ステップS102において、運転制御部122は、運転操作要求63の送信元が屋内90か、あるいは、屋外91かを判定する。具体的には、運転制御部122は、赤外線通信あるいはBluetooth(登録商標)といった短距離無線通信13を介して運転操作要求63を受信した場合に、運転操作要求63の送信元が屋内90と判定する。また、運転制御部122は、Wi−Fi(登録商標)といった無線LAN12を介して運転操作要求63を受信した場合には、運転操作要求63が外部のネットワーク11を介しているか否かを判定する。運転制御部122は、運転操作要求63に含まれる宛先のMAC(Media Access Control)アドレスおよびIP(Internet Protocol address)アドレス、ならびに、送信元のMACアドレスおよびIPアドレスといった情報を用いて、運転操作要求63が外部のネットワーク11を介しているか否かを判定する。
運転制御部122は、運転操作要求63がネットワーク11を介していない場合には、運転操作要求63の送信元が屋内90と判定する。運転制御部122は、運転操作要求63がネットワーク11を介している場合には、運転操作要求63の送信元が屋外91と判定する。
運転操作要求63の送信元が屋内90の場合はステップS103に進む。運転操作要求63の送信元が屋外91の場合はステップS104に進む。なお、上記の運転操作要求63の送信元の判定方法は一例であり、その他の方法で運転操作要求63の送信元が屋内90か屋外91を判定してもよい。
ステップS103において、運転制御部122は、運転操作要求63に基づいて、冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する。具体的には、運転制御部122は、冷凍サイクル機器110が速やかに目標状態となるように運転制御指示64を生成し、冷凍サイクル機器110に送信する。
ステップS104において、運転制御部122は、運転操作要求63が屋内90から送信された場合の冷凍サイクル機器110の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する。運転制御部122は、運転操作要求63が屋内90から送信された場合の冷凍サイクル機器110の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器110が目標状態となるように運転制御指示64を生成し、冷凍サイクル機器110に送信する。
具体的には、以下のように、運転制御部122は、運転操作要求63が屋内90から送信された場合よりも、冷凍サイクル機器110の運転能力を低く制御する。
運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、運転操作要求63が屋内から送信された場合よりも目標状態に到達するまでの時間が長くなるように冷凍サイクルの運転能力を低く制御する。屋外91から冷凍サイクル装置100へ運転操作要求63を与えた際、運転制御部122は、運転操作が同じ設定温度であっても屋内90で冷凍サイクル装置100運転操作要求を与えた場合に比べて、装置の運転能力を低下した運転を行う。このように、運転制御部122は、設定温度に到達するまでの時間が長くなるように運転する。
また、運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、冷凍サイクルの最大消費電力を定格消費電力以下に抑えることにより、冷凍サイクルの運転能力を低く制御してもよい。
また、制御装置120は、冷凍サイクル機器110が設置された住宅で使用可能な電力の情報を使用可能電力情報として取得可能とする。また、制御装置120は、住宅で使用する電気機器であって冷凍サイクル機器110を含む電気機器の電力の情報を電気機器電力情報として取得可能とする。運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、使用可能電力情報と電気機器電力情報とに基づいて、電気機器の電力の総電力が住宅で利用可能な電力を超えるか否かを判定する。そして、運転制御部122は、電気機器の電力の総電力が住宅で利用可能な電力を超えない場合に冷凍サイクル機器の運転操作を開始するとしてもよい。
また、冷凍サイクル機器110が複数台であれば、以下のように、運転制御部122は、運転操作要求63が屋内90から送信された場合よりも冷凍サイクル機器110の運転能力を低く制御する。
運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、単独の冷凍サイクル機器を運転する場合よりも複数の冷凍サイクル機器110の各々の運転能力を低く制御する。
また、運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、複数の冷凍サイクル機器110の少なくとも一部の運転開始時点をずらしてもよい。つまり、運転制御部122は、屋外91から複数の冷凍サイクル機器110の運転を開始する操作を行った場合に、複数台の冷凍サイクル機器110を同時に運転開始せずに、運転開始時間を遅らす動作を行う。
制御装置120は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得した場合に、同時に運転操作を開始する冷凍サイクル機器110の台数を制限台数123として記憶するメモリ921を備える。運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、複数の冷凍サイクル機器110のうち制限台数123の冷凍サイクル機器110の運転操作を開始する。このように、屋外91から複数の冷凍サイクル機器110を操作する場合に、予め操作できる冷凍サイクル機器110の台数に制限を与えてもよい。
次に、屋外91から操作する際に、最大能力を低下する場合の必要な能力の下限値について、空気調和機を例として説明する。
インバータ駆動の空気調和機の特徴として、運転する能力を低下させると、エネルギー消費効率COP(Coefficient Of Performance)は一般に向上する。しかし、能力を下げすぎると逆にCOPは悪化する。このため、おおよそ定格能力の1/2能力に相当する中間能力付近のCOPが最も高くなる。このため、省エネルギー性を重視する場合は、運転開始時に空気調和機の最大能力を中間能力付近になるように運転すると最も省エネルギー性の高い運転が可能になる。
次に、運転開始時の能力を定格能力の1/2程度まで低下した場合に、空気調和能力に問題が生じないか考察する。
近年は住宅の省エネルギー化により気密性が高まってきている。具体的には、1980年代の省エネルギー基準では、東京地区の住宅の熱損失係数Q値は5.2W/m・Kに対し、1999年の新省エネルギー基準値における熱損失係数Q値は、2.7W/m・Kである。このように、住宅全体の熱損失係数は半分程度であり、近年ではさらに省エネルギー化が進んでいる。なお、熱損失係数Q値は、住宅の床面積1m当たり、温度を1度変化するに必要な熱量の意味である。
住宅のストックを考えて平均的な住宅を考えるために、1980年代の住宅の熱損失係数から、住宅の空気調和負荷を算出する。具体的には、木造の家屋8畳(床面積13m)の部屋を、外気温度0度で室内20度まで室温を上昇するには、1350Wの熱量を加えれば良くなる。それに対し木造家屋8畳の部屋を空気調和する場合の機器選定は、定格暖房能力約3600Wと2倍以上の能力を発揮する機器選定を行っている。
これは、住宅の熱損失係数は、家屋全体の熱損失であるために、ここから得られた空気調和の能力は、実際に空気調和機を運転した場合に必要な能力とは異なることを意味している。その大きな要因は、具体的には、冬場では冷えた壁面を暖めるための熱量、あるいは、夏場では温まった壁面を冷却するために必要な熱量が大きく加わるからである。このような熱量を住宅の蓄熱負荷と呼ぶ。その他に、隣接する部屋への熱損失および換気のための熱量、また夏場では屋内の湿度を取るための潜熱の熱量がある。このため一般に空気調和を開始する際には在室者がいるため、素早く設定温度に近づけるために住宅の蓄熱負荷といった空気調和負荷が存在しても問題が生じないように、空気調和能力は充分に余裕をもった高い能力で運転する必要がある。
しかし、屋外から空気調和機を操作する場合は、空気調和機の運転を開始してから素早く設定温度に到達する必要性がないので、住宅の蓄熱負荷の影響は緩和され、住宅の熱損失係数から得られた空気調和の能力に近づく。このため定格能力の1/2程度まで最大能力を低下しても、多くの場合は設定温度に近づく。もちろん外気温度といった環境要因あるいは設定温度条件によっては、設定温度に到達しない場合は存在するが、帰宅した際の不快感を低減する目的には満足することが可能である。
次に定格能力の1/2程度まで低下させるための、簡単な制御方法の例について説明する。
一般の空気調和機は、運転時の空気調和能力を機器自体が検出していない場合が多い。よって、空気調和能力で制御が難しくなるために、駆動する圧縮の回転数、消費電力、あるいは運転電流を検出して制御すると制御が容易になる。
つまり、簡易的に制御する場合は、定格消費電力の1/2程度の消費電力を目安に、屋外から空気調和機に運転操作をした際に最低の能力を確保するように制御すると簡単に制御できる。あるいは、運転電流で制御する場合は定格消費電力を発揮するときの運転電流の1/2の電流を目安に、屋外から空気調和機に運転操作をした際に最低の能力を確保するように制御すると簡単に制御できる。あるいは、定格能力を運転している時の圧縮機の回転数の1/2程度を目安に、屋外から空気調和機に運転操作をした際に最低の能力を確保するように制御すると簡単に制御できる。
以上より、屋外から空気調和機の運転を操作し、能力を低下して運転する場合は、最大能力をおおよそ定格能力から定格能力の1/2程度になるように制御するとよい。つまり簡単に制御を行う場合は、空気調和機の最大消費電力を、おおよそ定格消費電力から定格消費電力の1/2の間を上限になるように制御するとよい。または、圧縮機の回転数で制御する場合は、おおよそ空気調和機の回転数を定格能力における圧縮機の回転数から、定格能力における圧縮機の回転数の1/2を上限に制御するとよい。
***他の構成***
<変形例1>
本実施の形態では、取得部121と運転制御部122の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、取得部121と運転制御部122の機能がハードウェアで実現されてもよい。
図6は、本実施の形態の変形例に係る制御装置120の構成図である。
制御装置120は、電子回路909、メモリ921、および通信装置950を備える。
電子回路909は、取得部121と運転制御部122の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路909は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックIC、GA、ASIC、または、FPGAである。GAは、Gate Arrayの略語である。ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略語である。FPGAは、Field−Programmable Gate Arrayの略語である。
取得部121と運転制御部122の機能は、1つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
別の変形例として、取得部121と運転制御部122の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。
また、別の変形例として、取得部121と運転制御部122の一部あるいはすべての機能が、ファームウェアで実現されていてもよい。
プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、制御装置120において、取得部121と運転制御部122の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
***実施の形態の効果の説明***
ここで、空気調和機を冷凍サイクル機器の例として、屋外から空気調和機を操作する場合、一般に利用される屋内で空気調和機を操作する際と異なる点について述べる。
屋内で空気調和機の操作を行う際は、通常は、在室者がいるなかで空気調和する使い方を行う場合が多い。このため、使用者は機器の運転動作を行う際に、周囲に機器の運転に支障となるものが置いてないか、不安全なものが機器の周辺に置いてないか確認した上で運転を行うのが通常である。さらに、もし電線系統あるいは機器で異常が生じた場合は、火災が生じる前の臭いあるいは煙で使用者は異常に気づき、機器を停止するといった異常時の安全処置を実施する。仮に火災となっても拡大災害にならないように消化処置を実施する。このため、大きな事故になりにくく、死亡事故といった大きな災害にはなりにくかった。
一方で屋外から空気調和機の運転操作を行う場合は、屋内は在宅者が不在であったり、寝たきりで介護が必要な老人であったりと、機器の運転前の安全確認あるいは異常の際には異常時の回避処置が行えず、大きな事故につながるリスクが高まる。
さらに、屋内で空気調和機の操作を行う際は、通常は在室者がいる部屋のみを空気調和する使い方を行う場合が一般的である。しかし、屋外から空気調和機を操作する場合は、帰宅後に居住する可能性のある全ての部屋を空気調和するケースがある。このようなケースは、複数の部屋の空気調和機を同時に起動するので、屋内で空気調和機を操作する通常の生活で空気調和する場合に比べて、極めて大きな電力を使用することになる。このために事故が発生するリスクがさらに高まることになる。
また、空気調和機の異常時の問題点だけでなく、通常生活では電力会社との契約電力内の電力使用量であっても、屋外から操作する場合は、同時に複数の空気調和機といった機器を操作することで、契約電力以上の電力になり場合がある。これにより、家庭内の電流ブレーカが遮断し、家庭内の全ての電気が利用できなくなり、もちろん以降のWi−Fi(登録商標)操作も出来なくなる問題が発生するリスクがある。特に介護老人で電気を用いた医療機器を使用している際は、人命に関わる大きな事故を招くリスクがある。
次に近年の空気調和機におけるリスクについて説明する。
冷凍サイクルを用いた空気調和機に使用している冷媒は、R22あるいはR410Aといった不燃性のフロン冷媒を使用するのが主流であった。しかし近年は地球温暖化の抑制あるいは省エネルギー化推進により、R32フロン冷媒といった可燃性をもった冷媒が主流に使われるようになった。
さらに今後はR32冷媒よりさらに地球温暖化抑制に効果が高いとされるHFO1234zeといった可燃性をもつHFO系冷媒、あるいは強い可燃性であるR290といった自然冷媒の利用といった、より可燃性をもつ冷媒の使用が実用化になりつつある。つまり、これらの可燃性をもった冷媒を用いている場合は、事故が発生した際には、より大きな事故につながりやすい。
このため、今後はさらに事故につながるリスクを低減することが不可欠となる。そのため、屋外からの空気調和機の運転操作の利用は、事故につながるようなリスクをさらに低減していくことの重要性が高まっている。
以上は冷凍サイクルを用いた空気調和機を例に説明を行ったが、冷凍サイクルを用いた床暖房あるいは給湯機であっても、カルノーサイクルを用いる機器であって、空気調和機と原理は同じであり、また空気調和機と同ように大電力を必要とした機器であり同様の課題があると言える。
以下では、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置では、屋外から冷凍サイクル機器を操作する場合に、低い運転能力で冷凍サイクル機器を目標状態に制御するので、運転操作時の事故の発生を抑えることができる。
以下において、冷凍サイクルを用いた機器において、空気調和機を例に実施の形態の効果の説明を行う。
インバータ駆動を行う冷凍サイクルを用いた空気調和機の場合、空気調和機が発揮できる冷房あるいは暖房の能力上限値は、空気調和機の適用畳数、すなわち適用床面積を定める時に用いる定格能力よりも、大きいのが一般的である。なお、空気調和機が発揮できる冷房あるいは暖房の能力上限値を最大能力と称す。また、この時の消費電力を最大消費電力と称す。
この最大能力は、空気調和機を起動する際に、すばやく部屋を設定温度に近づけるために設けられたもので、インバータ駆動の大きな特徴といえる。ただし、通常の定格能力を発揮するときの消費電力よりも、最大能力を発揮する場合は、消費電力は大きくなる。
この素早く部屋を設定温度に近づけることは、帰宅時に空気調和機を運転するような通常の使われ方においては、非常に快適性が高くなる。しかし、外部から空気調和機を運転する際には、素早く設定温度に近づける必要性がない。
さらに、空気調和機のエネルギー効率は、一般に空気調和能力(W)とその時の消費電力(W)の比から算出するエネルギー消費効率COP(Coefficient of performance)で示される。このCOPは値が大きいほど効率のよい運転になる。
現在一般に市販されている空気調和機を一例に示す。具体的には、定格能力2.8KWの家庭用壁掛け空気調和機を例に示すと、定格能力を発揮しているときの暖房のCOPは4.0であるのに対し、最大能力を発揮しているときの暖房COPは3.2となる機器がある。このように、インバータ駆動の空気調和機は、一般に最大能力で運転している時のCOPは、定格能力で運転している時のCOPより悪化する。つまり、外出先から操作する場合は、もともと在室していないので素早く部屋を設定温度に近づける必要が無い。このため、むしろ運転能力を下げて運転する方が、エネルギー効率が高く、省エネルギーな運転が可能となる。
以上の特徴を生かし、外出先といった屋外からWi−Fi(登録商標)無線を用いて運転操作が可能な空気調和機は、屋外から冷凍サイクル装置へ運転指令を与える場合は、空気調和機は最大限の能力を発揮して素早く設定温度に近づける必要がない。よって、運転操作が同じ設定温度であっても、屋内で冷凍サイクル装置の運転指令を与えた場合に比べて、装置の運転能力を低下した運転を行うことで、使用する消費電力が低下し事故が発生するリスクが低減できる。さらに、エネルギー消費効率の高い運転を行うことが可能になるので省エネルギーにも貢献する。
同様に、屋外から複数の冷凍サイクル機器の運転を開始する操作を行った場合は、多くの電力が急激に使用されることにより、家庭内の契約電力をオーバし、配電盤のブレーカが停止するリスクが高まる。また使用する消費電力が急激に増加することで、家庭内の電源線の発熱量が増加し、事故が発生するリスクが増加する。
このようなリスクを低減するために、複数の冷凍サイクル機器を同時に運転する際は、単独で冷凍サイクル装置に運転指令を与えた場合に比べて、装置の能力を低下した運転を自動的に行う。これにより、使用する消費電力を抑制し、配電盤のブレーカが停止すること、あるいは、事故のリスクを低下することが可能となる。また、エネルギー消費効率の高い運転が可能になり、省エネルギーにも貢献する。
次に、屋外から複数の冷凍サイクル機器の運転を開始する操作を行った場合に、リスクを低減する別の方式について説明する。
屋外から複数の冷凍サイクル機器を運転操作する場合に、冷凍サイクル機器を稼動開始する順番を、利用者が予め設定しておく。これにより屋外から複数の冷凍サイクル機器の運転開始操作を行った場合は、運転を開始する順番に従い個々の冷凍サイクル機器を、ある一定時間間隔をあけて、複数の冷凍サイクル機器を随時運転開始する。冷凍サイクル機器が空気調和機であれば、複数の空気調和機が同時に駆動することがなくなるので、運転開始時に発生する大きな消費電力の抑制が可能になる。このため、事故の発生、あるいは、配電盤のブレーカ停止といった発生のリスクが抑制できる。
次に、屋外から冷凍サイクル機器を操作した場合に、機器の能力を低下する際の目安について記載する。一般に空気調和機の場合、定格能力に応じて、設置可能な住宅床面積を設定する。
具体的には、家庭用の空気調和機の場合、JISC9612によると、木造、南向き、および平屋の暖房時に必要な定格能力は、275W/mである。8畳の部屋では床面積が約13mであるから、3575W(約3600W)の定格暖房能力の空気調和機を選定することになる。このように機器を設定した場合には、外気温度が0度でも、大体室内を20度まで暖めることが可能になる。
インバータ駆動の空気調和機の場合、この定格能力を超えた能力の最大能力を発揮できるが、これは部屋を素早く設定温度に到達するために必要な能力となる。つまり最大能力が高いほど、部屋を素早く設定温度に到達することになる。しかし屋外から空気調和機を操作する場合には、素早く設定温度に到達する必要性がないために、空気調和機を運転した際に、最大能力を定格能力以下に低下するとよい。このようにすることで、空気調和機の運転開始時の消費電力が、定格消費電力付近まで低下することが可能になり、事故のリスク、あるいは、配電盤のブレーカ停止するリスクが低減できる。さらに、空気調和機のエネルギー効率が高まり、省エネルギー性も向上する。
実施の形態2.
本実施の形態では、主に、実施の形態1と異なる点について説明する。なお、実施の形態1と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
***構成の説明***
図7は、本実施の形態に係る冷凍サイクル制御システム500の構成を示す図である。
図7の冷凍サイクル制御システム500は、図1の構成に加え、ネットワーク11を介して冷凍サイクル装置100と通信するファイルサーバ20を備える。
冷凍サイクル制御システム500は、ファイルサーバ20と、冷凍サイクル機器110と制御装置120とを備えた冷凍サイクル装置100とを有する。
ファイルサーバ20は、ネットワーク11を介して制御装置120と通信可能である。ファイルサーバ20は、具体的には、クラウドシステムに備えられているクラウドサーバである。
ファイルサーバ20には、冷凍サイクル機器110のユーザ80のライフスタイルを表すライフスタイルログ21が記憶されている。
図8は、本実施の形態に係る制御装置120の構成を示す図である。
本実施の形態では、運転制御部122は、通信装置950を介してライフスタイルログ21を取得する。
取得部121は、屋内90に設置された冷凍サイクル機器110を目標状態に制御することを要求する運転操作要求63を取得する。
運転制御部122は、屋外91から送信された運転操作要求63を取得すると、ライフスタイルログ21に基づいて、運転操作要求63が屋内90から送信された場合の冷凍サイクル機器110の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する。
図9は、本実施の形態に係るライフスタイルログ21の一例を示す図である。
ライフスタイルログ21は、ユーザ80のライフスタイルを表す。ライフスタイルログ21には、ユーザ80のライフスタイルを表すライフスタイル521が設定されている。また、ユーザが生活している範囲を表す生活範囲522といった情報が設定されていてもよい。
ライフスタイルログ21には、ユーザ80のライフスタイルを特定するための情報が設定される。本実施の形態では、一例として、季節、天気、日にち属性、生活シーンといった情報が設定されている。その他にも、ライフスタイルを特定するための様々な情報が設定されることが望ましい。具体的には、ユーザ80の性別、年齢、家族構成、職務形態、行動パターン、好み、あるいは家屋の情報といった情報が含まれていることが望ましい。また、人体の血圧、心拍、および呼吸といったバイタルデータが含まれることが望ましい。これらのライフスタイル521から、ライフスタイルそのものがユーザの属性として認識される。具体例として、ユーザ80が30代男性と30代女性との2人世帯であれば、その世帯が子供を持たない共働き世帯であるかどうかまで認識されることが望ましい。何時に起床し、外出し、帰宅し、入浴し、就寝するかといった行動パターンも属性として認識されることが望ましい。暑がり、あるいは、寒がりといった好みも属性として認識されてもよい。また、冷凍サイクル機器110が配置されている家屋の情報が認識されてもよい。
***動作の説明***
図10は、本実施の形態に係る制御装置120の動作を示すフロー図である。
ステップS101およびステップS102は、実施の形態1と同様である。
ステップS103aおよびステップS104aにおいて、運転制御部122は、実施の形態1と同様の機能に加えて、ライフスタイルログ21に基づいて、冷凍サイクル機器110の運転制御を行う。
ステップS103aにおいて、運転制御部122は、ライフスタイルログ21と運転操作要求63とに基づいて、冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する。具体的には、運転制御部122は、冷凍サイクル機器110が速やかに目標状態となるように、かつ、ライフスタイルログ21を加味して運転制御指示64を生成し、冷凍サイクル機器110に送信する。
ステップS104aにおいて、運転制御部122は、ライフスタイルログ21と運転操作要求63とに基づいて、運転操作要求63が屋内90から送信された場合の冷凍サイクル機器110の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器110を目標状態に制御する。運転制御部122は、運転操作要求63が屋内90から送信された場合の冷凍サイクル機器110の運転能力よりも低い運転能力で、冷凍サイクル機器110が目標状態となるように、かつ、ライフスタイルログ21を加味して運転制御指示64を生成し、冷凍サイクル機器110に送信する。
すなわち、運転制御部122は、実施の形態1と同様の機能に加えて、ユーザ80のライフスタイルに応じて、冷凍サイクル機器110の目標状態をユーザ80の好みに合わせて調整する。具体的には、ユーザ80が外出先から冷凍サイクル機器110の運転操作を行う際、特に目標状態を指定しなくても、運転制御部122は、ライフスタイルログ21に基づいて適切な目標状態を設定してもよい。
***本実施の形態の効果の説明***
本実施の形態にかかる冷凍サイクル制御システムによれば、屋外から冷凍サイクル機器を操作する場合に、運転操作時の事故の発生を抑え、省エネルギーを実現するとともに、よりユーザにジャストフィットした運転制御を実現することができる。
以上の実施の形態1から2では、制御装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、制御装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。制御装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、制御装置は、1つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態1から2のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、1つの部分を実施しても構わない。その他、これら実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態1から2では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
11 ネットワーク、12 無線LAN、13 短距離無線通信、20 ファイルサーバ、21 ライフスタイルログ、31 冷媒回路、32 圧縮機、33 四方弁、34 第1熱交換器、35 膨張機構、36 第2熱交換器、40 第1の操作機器、50 第2の操作機器、63 運転操作要求、64 運転制御指示、80 ユーザ、90 屋内、91 屋外、100 冷凍サイクル装置、110 冷凍サイクル機器、120 制御装置、121 取得部、122 運転制御部、123 制限台数、500 冷凍サイクル制御システム、521 ライフスタイル、522 生活範囲、909 電子回路、910 プロセッサ、921 メモリ、950 通信装置。

Claims (11)

  1. 冷媒を圧縮機で圧縮し循環させ、熱交換器により低温熱源から吸熱するとともに高温熱源に排熱する冷凍サイクルを有する冷凍サイクル機器と、前記冷凍サイクル機器の運転を制御する制御装置とを備えた冷凍サイクル装置において、
    前記制御装置は、
    屋内に設置された前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転操作要求を取得する取得部と、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記運転操作要求が屋内から送信された場合の前記冷凍サイクル機器の運転能力よりも低い運転能力で、前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転制御部と
    を備えた冷凍サイクル装置。
  2. 前記冷凍サイクル機器は、複数の冷凍サイクル機器であり、
    前記制御装置は、前記複数の冷凍サイクル機器の運転を制御し、
    前記取得部は、前記複数の冷凍サイクル機器を目標状態に制御する前記運転操作要求を取得する請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記運転制御部は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、単独の冷凍サイクル機器を運転する場合よりも前記複数の冷凍サイクル機器の各々の運転能力を低く制御する請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記運転制御部は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記複数の冷凍サイクル機器の少なくとも一部の運転開始時点をずらす請求項2または請求項3に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記制御装置は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得した場合に、同時に運転操作を開始する前記冷凍サイクル機器の台数を制限台数として記憶するメモリを備え、
    前記運転制御部は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記複数の冷凍サイクル機器のうち前記制限台数の冷凍サイクル機器の運転操作を開始する請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記運転制御部は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記運転操作要求が屋内から送信された場合よりも前記目標状態に到達するまでの時間が長くなるように前記冷凍サイクルの運転能力を低く制御する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記運転制御部は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記冷凍サイクルの最大消費電力を定格消費電力以下に抑えることにより、前記冷凍サイクルの運転能力を低く制御する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記運転制御部は、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記冷凍サイクル機器が設置された住宅で使用可能な電力の情報と、前記住宅で使用する電気機器であって前記冷凍サイクル機器を含む電気機器の電力の情報とに基づいて、前記電気機器の電力の総電力が前記住宅で利用可能な電力を超えるか否かを判定し、超えない場合に前記冷凍サイクル機器の運転操作を開始する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記冷凍サイクル機器に用いた冷媒は、微燃性冷媒または可燃性冷媒である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  10. ファイルサーバと、冷媒を圧縮機で圧縮し循環させ、熱交換器により低温熱源から吸熱するとともに高温熱源に排熱する冷凍サイクルを有する冷凍サイクル機器と前記冷凍サイクル機器の運転を制御する制御装置とを備えた冷凍サイクル装置とを有する冷凍サイクル制御システムにおいて、
    前記ファイルサーバは、
    前記冷凍サイクル機器のユーザのライフスタイルを表すライフスタイルログを備え、
    前記制御装置は、
    屋内に設置された前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転操作要求を取得する取得部と、
    屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記ライフスタイルログに基づいて、前記運転操作要求が屋内から送信された場合の前記冷凍サイクル機器の運転能力よりも低い運転能力で、前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転制御部と
    を備えた冷凍サイクル制御システム。
  11. 冷媒を圧縮機で圧縮し循環させ、熱交換器により低温熱源から吸熱するとともに高温熱源に排熱する冷凍サイクルを有する冷凍サイクル機器と、前記冷凍サイクル機器の運転を制御する制御装置とを備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル制御方法において、
    前記制御装置の取得部が、屋内に設置された前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する運転操作要求を取得し、
    前記制御装置の運転制御部が、屋外から送信された前記運転操作要求を取得すると、前記運転操作要求が屋内から送信された場合の前記冷凍サイクル機器の運転能力よりも低い運転能力で、前記冷凍サイクル機器を目標状態に制御する冷凍サイクル制御方法。
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