JP2004036993A

JP2004036993A - 冷媒圧縮機の制御装置及び制御方法

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Publication number: JP2004036993A
Application number: JP2002194511A
Authority: JP
Inventors: Takao Noguchi; 野口　孝男; Nobuo Endo; 遠藤　宣夫
Original assignee: Kokan Kikai Kogyo KK
Current assignee: Kokan Kikai Kogyo KK
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】冷凍機や空調機などにおける冷媒圧縮機の目標温度調節制御における省電力化を実現し、且つ異常な温度変化を引き起こす外乱が生じた場合であっても、ある一定の温度範囲を維持することができる、冷媒圧縮機の制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】空調対象の温度を実測し、冷媒圧縮機を予め設定した目標温度となるように制御する目標温度調節制御手段を備えた冷媒圧縮機の制御装置において、空調対象の上下限温度を予め設定する上下限温度設定手段と、上下限温度と空調対象実測温度とを比較判定する第１の実測温度比較判定手段と、実測温度比較判定結果に基づき、圧縮機のオン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとを切り替える圧縮機の運転制御モード切替手段と、目標温度調節制御モードによる運転制御中に、予め設定した判定時間間隔で上下限温度と空調対象実測温度とを比較判定する第２の実測温度比較判定手段とを備える。
【選択図】　　　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機や空調機などに内蔵される冷媒圧縮機（コンプレッサー）の制御装置及び制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍機や空調機には、冷媒圧縮機が内蔵されている。そして、冷凍機での冷却運転や空調機での冷房運転及び暖房運転などでは、空調対象が予め設定した目標温度となるように、この冷媒圧縮機の駆動や停止を制御している。ここで、空調対象とは、冷凍庫や冷蔵庫、あるいはホール，オフィス，一般家庭の室内など、冷凍，冷蔵，冷房，暖房のいずれかを必要とする空間のことであり、目標温度の高低や空間の大きさなどは問わない。
【０００３】
このような、予め設定した目標温度となるように圧縮機を制御する方法（以下、目標温度調節制御と呼ぶ）は、最も一般的な圧縮機の制御方法であり、現在広く用いられている。しかし、これらの圧縮機は電力使用量が大きいため、省電力化が求められており、これまでに様々な省電力化の検討が行われてきた。
【０００４】
このような省電力化の方法の一つに、オン／オフ制御と呼ばれる方法がある。オン／オフ制御とは、空調対象の目標温度や実際の温度にかかわらず、圧縮機の駆動／停止を周期的に繰り返す断続運転（間欠運転）を行うものである。すなわち、圧縮機を所定時間Ｔ１の間駆動したら、所定時間Ｔ２の間停止し、再び駆動する、というサイクルを周期的に繰り返す。例えば、駆動時間Ｔ１を１０分、停止時間Ｔ２を５分とすれば、圧縮機は１／３の時間は停止していることとなる。したがって、オン／オフ制御によれば、空調対象の温度（室温など）にかかわらず、圧縮機の駆動を一定時間強制的に停止するため、圧縮機の駆動時間を短縮することとなり、省電力化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このオン／オフ制御には、以下のような問題がある。
【０００６】
例えば、室内の空調機による冷房運転を例にとると、オン／オフ制御では、室温にかかわらず圧縮機を一定時間停止するため、圧縮機の停止中に、室温が目標温度よりも上昇する場合がある。そして、その後の圧縮機の駆動時間内に温度が目標温度まで下がれば問題はないが、目標温度まで到達しない場合には、再び圧縮機が停止して室温はさらに高くなる。このように、一般にオン／オフ制御では目標温度よりもやや高目の温度となるが、場合によっては室温が異常に上昇してしまうこともあり得る。
【０００７】
このような異常な温度上昇は、冷房対象の熱負荷と比較して、圧縮機の停止時間が長すぎることに起因して発生する。通常は、このような問題が生じないように、オン／オフ時間の比（デューティー比）が設定されている。しかし、外気温度の異常上昇や、室内の人や物の出入量や在庫量が異常に多い場合、室内の発熱体が異常に発熱した場合など、想定していない異常な事態（外乱）が生じると、このような問題が生じる場合がある。そして、その結果として、冷凍，冷蔵，冷房対象の物品に対して品質的，性能的なダメージを与えたり、室内の人に不快感を与えていた。
【０００８】
本発明の目的は、冷凍機や空調機などにおける冷媒圧縮機の目標温度調節制御における省電力化を実現しつつ、且つ上記のような異常な温度変化を引き起こす外乱が生じた場合であっても、ある一定の温度範囲を維持することができる、冷媒圧縮機の制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明者等は、冷媒圧縮機の目標温度調節制御に前述のオン／オフ制御を適用することにより、省電力化を実現しつつ、且つ前述のような温度異常を生じさせないための検討を行った結果、以下のような結論に至った。ここでは、室内の冷房運転の場合を例として説明する。
【００１０】
まず、目標温度調節制御と並列して、オン／オフ制御を組み込む。そして、目標温度とは別に、室温の上限温度を予め設定し、実測した室温がこの上限温度の範囲内であればオン／オフ制御を行い、上限温度を超えた場合にのみ目標温度調節制御を行う。さらに、一定時間経過後、再び実測した室温と上限温度とを比較し、目標温度調節による制御を継続するか、オン／オフ制御へ戻るかを判断する。こうすることにより、室温が継続的に上限温度を超えるような異常な状態を回避しつつ、オン／オフ制御による省電力効果を享受することができる。
【００１１】
また、前記の目標温度調節による制御中に実測温度と上限温度とを比較判定する時間間隔（判定周期）には、適正範囲が存在する。すなわち、この判定時間間隔が長すぎると、目標温度調節による制御時間が長すぎて、省電力効果が減少してしまう。一方、この判定周期が短すぎると、オン／オフ制御へ戻っても、すぐに上限温度を超えて再び目標温度調節による制御になるなど、目標温度調節による制御とオン／オフ制御との間で制御システムが振動動作を起こし、制御が安定しない。また、この判定時間間隔の適正値は、その時の外気温度や室内の熱応答性に配慮する必要があり、季節や時間帯等を考慮することが望ましい。
【００１２】
さらに、前述の上限温度の設定値に関しても、季節や時間帯等を考慮した方が望ましく、また空調対象の許容温度（温度調整を必要とする対象物の品質，性能が保持される温度）に対して多少の余裕を持って決定することが望ましい。
【００１３】
本発明の冷媒圧縮機の制御装置及び制御方法は、以上のような検討結果に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。
【００１４】
（１）空調対象の温度を実測し、冷媒圧縮機の駆動／停止を予め設定した目標温度となるように制御する目標温度調節制御手段を備えた冷媒圧縮機の制御装置において、前記空調対象の上限温度及び／又は下限温度を予め設定する上下限温度設定手段と、前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定する第１の実測温度比較判定手段と、前記実測温度比較判定結果に基づき、前記温度実測値が、前記上限温度及び／又は下限温度の範囲内にある場合には前記圧縮機の駆動／停止を周期的に繰り返すオン／オフ制御モードとし、前記上限温度又は下限温度を超えている場合には前記目標温度調節制御モードとする、前記圧縮機の運転制御モード切替手段と、前記目標温度調節制御モードによる前記圧縮機の運転制御中に、予め設定した判定時間間隔で、前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定する第２の実測温度比較判定手段とを備えたことを特徴とする冷媒圧縮機の制御装置。
【００１５】
（２）第２の実測温度比較判定手段が比較判定を行う判定時間間隔を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた比較判定時間テーブルとして備えたことを特徴とする、上記（１）に記載の冷媒圧縮機の制御装置。
【００１６】
（３）比較判定時間テーブルの値が１２０秒以上の値であることを特徴とする、上記（２）に記載の冷媒圧縮機の制御装置。
【００１７】
（４）上下限温度設定手段が、上限温度及び／又は下限温度設定値を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた上下限温度テーブルとして備えたことを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の冷媒圧縮機の制御装置。
【００１８】
（５）上下限温度テーブルの値が、空調対象の許容温度に対して、上限温度設定値は前記許容温度の上限値−１℃以下、下限温度設定値は前記許容温度の下限値＋１℃以上の値であることを特徴とする、上記（４）に記載の冷媒圧縮機の制御装置。
【００１９】
（６）複数台の圧縮機を備えた場合に、第１及び／又は第２の実測温度比較判定結果に基づいて、前記圧縮機のオン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとの運転制御モード切替を行う前記圧縮機の台数を決定する、運転台数制御手段を備えたことを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の冷媒圧縮機の制御装置。
【００２０】
（７）空調対象の温度を実測し、冷媒圧縮機の駆動／停止を予め設定した目標温度となるように制御する目標温度調節機能を備えた冷媒圧縮機の制御方法において、前記空調対象の上限温度及び／又は下限温度を予め設定し、前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定し、前記温度実測値が前記上限温度及び／又は下限温度の範囲内にある場合には、圧縮機の駆動／停止を周期的に繰り返すオン／オフ制御モードとし、前記上限温度又は下限温度を超えている場合には、前記目標温度調節制御モードとするとともに、前記目標温度調節制御モードによる前記圧縮機の運転制御中にあっては、予め設定した判定時間間隔で、前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定し、前記温度実測値が前記上限温度又は下限温度を超えている場合には引き続き目標温度調節制御モードを継続し、前記上限温度及び／又は下限温度の範囲内の場合にはオン／オフ制御モードへ切り替えることを特徴とする冷媒圧縮機の制御方法。
【００２１】
（８）目標温度調節制御モードによる運転制御中に実測温度比較判定を行う判定時間間隔を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた比較判定時間テーブルにより決定することを特徴とする、上記（７）に記載の冷媒圧縮機の制御方法。
【００２２】
（９）上限温度及び／又は下限温度設定値を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた上下限温度テーブルにより決定することを特徴とする、上記（７）又は（８）に記載の冷媒圧縮機の制御方法。
【００２３】
（１０）複数台の圧縮機を備えた場合に、実測温度比較判定結果に基づき、前記圧縮機のオン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとの運転制御モード切替を行う前記圧縮機の台数を制御すること特徴とする、上記（７）乃至（９）のいずれかに記載の冷媒圧縮機の制御方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空調システムの一例を示す構成図である。
【００２６】
本図において、空調対象４とは、冷凍庫，冷蔵庫，オフィス等の室内など、冷凍，冷房，暖房のいずれかを必要とする空間である。そして、空調対象４の室内には、空調機２が設けられている。また、各空調機２に近接して、空調対象４の室内の温度を実測する温度センサー３が設けられている。そして、これらの各温度センサー３からの温度実測値を受け取り、空調機２へ運転指令を出す制御部１を備えている。
【００２７】
空調機２は、その内部に冷媒圧縮機、熱交換器、送風機等を備え、制御部１からの指令により、冷気や暖気を空調対象４内へ送風するものである。なお、図２は本発明の第１の実施形態に係る空調システムの他の一例を示す構成図であるが、本図に示すように、空調機２は、室内機２ａと室外機２ｂとに分かれていてもよい。この場合、室内機２ａ側に熱交換器、送風機等が、また室外機２ｂ側に熱交換器、冷媒圧縮機等が備えられる。また、空調機２を空調対象４の外部に設け、冷気や暖気を配管を通じて空調対象４内へ送風してもよい。
【００２８】
温度センサー３は、空調対象４内の温度を実測するものである。図１では、空調機２に近接して設けているが、空調機２へ内蔵してもよいし、空調機２の設置位置とは別の、室温を代表する適切な位置に設けてもよい。また、空調対象４内の複数箇所に設置してもよい。複数箇所に設置した場合、複数の温度実測値は、平均化処理されたり、最大値や最小値が用いられたりする。
【００２９】
制御部１は、温度センサー３から送られる空調対象４内の温度情報により、空調機２の運転（冷媒圧縮機の駆動／停止）を制御するものである。制御部１に備える特徴的な主な機能を実現する手段として、
▲１▼空調対象４の上限温度及び／又は下限温度を予め設定する上下限温度設定手段
▲２▼前記上下限温度と温度センサー３により実測された温度実測値とを比較判定する第１の実測温度比較判定手段
▲３▼前記実測温度比較判定結果に基づき、冷媒圧縮機の運転を、オン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとの間で切り替える冷媒圧縮機の運転制御モード切替手段
▲４▼前記目標温度調節制御モードによる圧縮機の運転制御中に、予め設定した判定時間間隔で、前記上下限温度と温度センサー３により実測された温度実測値とを比較判定する第２の実測温度比較判定手段
を備えている。
【００３０】
なお、▲１▼において、上下限温度設定手段は、上限温度と下限温度の両方を設定しても、片方のみを設定してもよい。以下の説明では、「上下限温度」を、「上限温度及び／又は下限温度」の意味で用いる。
【００３１】
また、上記▲４▼において用いる予め設定する判定時間間隔として、季節，月，曜日，時間帯等の一部又は全部、あるいは更なる条件を加えたもの毎に定めた、比較判定時間テーブルを設けることが望ましい。さらに、上記▲２▼において用いる予め設定する上下限温度設定値として、季節，月，曜日，時間帯等の一部又は全部、あるいは更なる条件を加えたもの毎に定めた、上下限温度設定テーブルを設けることが望ましい。その理由は、その時の外気温や空調対象４内の熱応答性によって、これらの適正値が異なるためである。例えば、外気温を考慮して季節毎や月毎にテーブルを設けたり、営業日や営業時間帯、人や物の出入りの激しい時間帯等を考慮して、曜日毎や時間帯毎にテーブルを設けることができる。以上のようにして定めるテーブルを設けることにより、温度異常の発生を防止し、且つ無駄な運転を抑制して省電力化を図ることができる。
【００３２】
表１に、上下限温度設定テーブルの一例として、月毎及び時間帯毎に設けたテーブルの一例を示す。これは、あるオフィスビルの空調に用いる上下限温度設定テーブルのうち、ある月の時間帯別上限温度テーブルの例である。このように、月毎に時間帯別の設定値を定めたテーブルを用意しておくことができる。
【００３３】
【表１】

【００３４】
ここで、比較判定時間テーブルの値は、１２０秒以上の値とすることが好ましい。前述したように、判定時間間隔は、その時々で好ましい値が異なるものである。しかし、いずれの場合であっても、１２０秒よりも短い間隔で比較判定を行うと、前記したような、オン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとの間で制御システムが振動動作を起こす危険性が高い。その結果、制御が安定しないばかりか、頻繁な起動／停止の繰り返しにより冷媒圧縮機に過大な負荷をかけることとなり、冷媒圧縮機やその電動機が壊れる場合もある。また、圧縮機の停止直後は冷媒が液状のまま熱交換器から戻るため、停止直後に圧縮機を再起動すると、液状冷媒が圧縮機に流入していわゆる液圧縮を起こし、圧縮機のシリンダ等を壊す恐れがある。したがって、このような液状冷媒をガス化させるための時間を確保する上からも、比較判定時間テーブルの値は、最低でも１２０秒以上の値とすることが好ましい。
【００３５】
一方、この判定時間間隔が長すぎる場合には、目標温度調節モードによる運転時間が長すぎて、省電力効果が減少してしまう。本発明者等の検討によれば、３〜２０分の範囲が、制御システムや空調対象温度が安定し、且つ省電力化を図ることができる、特に好ましい範囲である。
【００３６】
また、上下限温度テーブルの値は、空調対象の許容温度を考慮して、１℃以上の余裕を持って設定されることが好ましい。ここで、空調対象の許容温度とは、空調対象の室内に置かれる物品の品質や性能が保持される温度や、室内の人が許容できる温度などである。そして、冷媒圧縮機の運転を変更してからそれに伴う温度変化が生じるまでの時間遅れの影響や、空調対象内の温度ムラの影響を吸収するためには、１℃以上の余裕が必要である。つまり、上下限温度テーブルの値は、空調対象の許容温度に対して、上限温度設定値は許容温度の上限値−１℃以下、下限温度設定値は前記許容温度の下限値＋１℃以上とすることが好ましい。
【００３７】
次に、以上のように構成された本実施形態における空調システムの動作について説明する。
【００３８】
図１及び図２において、空調対象４内の温度は、温度センサー３により実測され、その温度実測値が制御部１へ送られる。制御部１では、送られた温度実測値に基づき、後述する空調機２の適切な運転を判断し、空調機２（図２の場合には室外機２ｂ）に対して、冷媒圧縮機の駆動／停止を指令する。そして、空調機２（図２の場合には室内機２ａ）により、空調対象４内へ適切な冷気又は暖気の送風がなされ、空調対象４内は適正温度に維持される。
【００３９】
ここで、本発明では、予め設定した目標温度となるように制御する目標温度調節制御と、空調対象４の温度にかかわらず圧縮機の駆動／停止を周期的に繰り返すオン／オフ制御とを併用して、冷媒圧縮機の運転制御が行われる。そして、その動作は、以下の通りである。
【００４０】
図３は、制御部１における実測温度判定手順の一例を示すブロック図であり、（ａ）は第１の実測温度比較判定手段を用いる手順、（ｂ）は第２の実測温度比較判定手段を用いる手順である。
【００４１】
まず、本図（ａ）に示す第１の実測温度比較判定手段を用いる手順において、温度センサー３により実測された温度実測値は、常時又は短時間周期で、実測温度判定部１１ａへ送られる。実測温度判定部１１ａでは、記憶部１４ａに保存された上下限温度テーブル１５よりその時の条件に合ったテーブルが選択され、上下限温度が設定される。そして、この上下限温度と前記温度実測値とが比較判定されて、その判定結果が圧縮機運転指令部１２ａへ送られる。圧縮機運転指令部１２ａでは、前記判定結果により、圧縮機の制御を、温度実測値が上下限温度の範囲内であればオン／オフ制御とし、上下限温度を超えている場合には目標温度調節制御へ切り替えるように、冷媒圧縮機の運転指令を出す。そして、これらの運転指令は冷媒圧縮機へ送られ、この運転指令に従って冷媒圧縮機が駆動／停止する。
【００４２】
次に、上記の第１の実測温度比較判定手段を用いた結果、冷媒圧縮機が目標温度調節制御モードによる運転となった場合には、図３（ｂ）に示す第２の実測温度判定手段を用いる手順へ進む。本図において、比較判定時間判定部１３では、記憶部１４ｂに保存された比較判定時間テーブル１６よりその時の条件に合ったテーブルが選択され、実測温度比較判定を行う判定時間間隔が設定される。そして、設定された判定時間間隔経過後、比較判定時間判定部１３へ送られた温度センサー３により実測された温度実測値が、実測温度判定部１１ｂへ送られる。実測温度判定部１１ｂでは、記憶部１４ａに保存された上下限温度テーブル１５よりその時の条件に合ったテーブルが選択され、上下限温度が設定される。そして、この上下限温度と前記温度実測値とが比較判定されて、その判定結果が圧縮機運転指令部１２ｂへ送られる。圧縮機運転指令部１２ｂでは、前記判定結果により、温度実測値が上下限温度の範囲内であればオン／オフ制御モードへ切り替え、以降は図３（ａ）の第１の実測温度判定手段を用いる手順に従う。一方、引き続き上下限温度を超えている場合には、前記の目標温度調節制御モードを継続し、再び図３（ｂ）の第２の実測温度判定手段を用いる手順に従って、所定の判定時間間隔経過後に再判定を行う。
【００４３】
以上の繰り返しにより、制御部１からの指令によって、空調機の冷媒圧縮機が制御され続ける。
【００４４】
上述したように、本実施形態の冷媒圧縮機の制御装置によれば、冷媒圧縮機の運転をオン／オフ制御により行う断続運転手段を備えているため、省電力化を図ることができる。また、第１の実測温度比較判定手段を用い、空調対象の温度が上下限値を超えないように監視し、超えた場合には直ちに目標温度調節制御モードへ切り替えることにより、温度異常の発生を防止することができる。また、第２の実測温度比較判定手段を用い、目標温度調節制御モードへ切り替え後、適切な時間経過後にオン／オフ制御への切り替えの可否を判断することにより、省電力化を図るとともに、安定した制御を実現することができる。
【００４５】
また、本実施形態の冷媒圧縮機の制御方法によれば、冷媒圧縮機の運転を通常はオン／オフ制御により制御しているため、省電力化を図ることができる。また、空調対象の温度が上下限値を超えないように監視し、超えた場合には直ちに目標温度調節制御モードへ切り替えるため、温度異常の発生を防止することができる。さらに、温度調節制御モードへ切り替え後、適切な時間経過後にオン／オフ制御へ切り替えるため、省電力化を図るとともに、安定した制御を実現することができる。
【００４６】
なお、以上の説明では、空調対象４内に、空調機２を１台設置した場合について述べてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、空調対象４内に、複数の空調機２を設置してもよい。また、空調機が室内機２ａと室外機２ｂである場合には、１台の室外機２ｂに複数の室内機２ａを連結してもよい。さらに、複数の空調機２が個別に温度センサー３を備えている場合等には、各空調機２毎に個別に本実施形態の制御を行ってもよいし、複数の温度センサーからの温度実測値の最大／最小値や平均値等により、複数の空調機２を同時に制御してもよい。例えば、図４に第１の実施形態に係る複数の空調機を備えた空調システムの一例を示す構成図を示すが、このような構成であっても、前記した本発明の効果を得ることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る空調システムの一例を示す構成図である。図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４８】
本実施形態では、空調対象４の室内に複数の空調機２が設けられている。また、空調対象４の室内の代表温度を実測することができる位置に、温度センサー３が設けられている。なお、温度センサー３を室内の複数箇所に設け、各温度センサー３により実測された温度の平均値を求める等の処理を行ってもよい。
【００４９】
制御部２０は、第１の実施形態における制御部１とほぼ同じものであるが、以下の点が異なっている。すなわち、制御部２０に備える、制御部１とは異なる特徴的な主な機能を実現する手段として、
▲１▼空調対象４の上限温度及び／又は下限温度を、複数の段階（例えば、一次上限値，二次上限値等）に予め設定する上下限温度設定手段
▲２▼前記複数段階の上下限温度と温度センサー３により実測された温度実測値とを比較判定する第１の実測温度比較判定手段
▲３▼前記実測温度比較判定結果に基づき、冷媒圧縮機の運転を、オン／オフ制御モードと目標温度調節モードとの間で切り替える冷媒圧縮機の台数を決定する運転台数制御手段
▲４▼前記目標温度調節制御モードによる圧縮機の運転制御中に、予め設定した判定時間間隔で、前記複数段階の上下限温度と温度センサー３により実測された温度実測値とを比較判定する第２の実測温度比較判定手段
を備えている。
【００５０】
ここで、上記▲１▼において用いる予め設定する複数の段階の上下限温度設定値は、目標温度との温度差の程度、あるいは空調対象の許容温度との温度差の程度等により、予め設定する上下限温度を複数の段階に設定するものである。すなわち、第１の実施形態のように、温度実測値が上下限温度に達したら複数の空調機を一斉に目標温度調節制御モードへ切り替えるのではなく、実測温度に応じて段階的に前記運転の切り替えを行うためのものである。例えば、複数設置した空調機の半数の運転を切り替える一次上下限温度と、全部の運転を切り替える二次上下限温度を設定する。なお、これら複数段階に定める上下限温度設定値についても、季節，月，曜日，時間帯等の一部又は全部、あるいは更なる条件を加えたもの毎に定めた、上下限温度設定テーブルとして設けることが望ましい。このようにして定める複数段階のテーブルを設けることにより、第１の実施形態と比較して、温度異常の発生を未然に防止し、より狭い範囲に温度調節をすることができる。また、無駄な運転をより抑制して、省電力化を図ることができる。
【００５１】
次に、以上のように構成された本実施形態における空調システムの動作について説明する。
【００５２】
図５において、空調対象４内の温度は、温度センサー３により実測され、その温度実測値が制御部２０へ送られる。制御部２０では、送られた温度実測値に基づき、空調機２の適切な運転を判断し、複数の空調機２に対して、冷媒圧縮機の駆動／停止を個別あるいはいくつかのグループに分けて指令する。そして、空調機２により、空調対象４内へ適切な冷気又は暖気の送風がなされ、空調対象４内は適正温度に維持される。
【００５３】
図６は、制御部２０における実測温度判定手順の一例を示すブロック図であり、（ａ）は第１の実測温度比較判定手段を用いる手順、（ｂ）は第２の実測温度比較判定手段を用いる手順である。図３と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５４】
まず、本図（ａ）に示す第１の実測温度比較判定手段を用いる手順において、温度センサー３により実測された温度実測値は、常時又は短時間周期で、実測温度判定部２１ａへ送られる。実測温度判定部２１ａでは、記憶部２４ａに保存された複数段階の上下限温度テーブル２５ａ，２５ｂより、その時の条件に合ったテーブルが選択され、複数段階の上下限温度が設定される。そして、この上下限温度と前記温度実測値とが比較判定されて、その判定結果が運転台数決定部２７へ送られる。運転台数決定部２７では、記憶部２４ｃに保存された運転台数テーブル２８より、その時の条件に合ったテーブルが選択され、圧縮機の運転を目標温度調節制御モードへ切り替える台数が決定される。そして、その結果が圧縮機運転指令部２２ａへ送られる。圧縮機運転指令部２２ａでは、前記結果により、決定された台数の冷媒圧縮機を目標温度調節制御モードへ切り替え、残りの台数はそのままオン／オフ制御を継続するように、冷媒圧縮機の運転指令を出す。そして、これらの運転指令は各冷媒圧縮機へ送られ、この運転指令に従って各冷媒圧縮機が駆動／停止する。
【００５５】
次に、上記の第１の実測温度比較判定手段を用いた結果、冷媒圧縮機が目標温度調節制御モードによる運転となった場合には、図６（ｂ）に示す第２の実測温度判定手段を用いる手順へ進む。本図の説明は、上記図６（ａ）の説明と図３（ｂ）の説明から明らかであるので省略する。
【００５６】
なお、第１の実測温度比較判定手段を用いた結果、オン／オフ制御モードを継続する圧縮機と、目標温度調節制御モードへ切り替える圧縮機とが混在する場合がある。そのような場合には、すべての圧縮機に対して第２の実測温度比較判定手段を用いる手順を適用してもよいし、目標温度調節制御モードでの運転となった圧縮機のみ第２の実測温度比較判定手段を用いる手順を適用してもよい。
【００５７】
以上の繰り返しにより、制御部２０からの指令によって、空調機の冷媒圧縮機が制御され続ける。
【００５８】
上述したように、本実施形態の冷媒圧縮機の制御装置によれば、空調対象の温度の上下限値を複数段階に設けて監視し、その温度に応じて目標温度調節制御モードへ切り替える圧縮機の台数を制御する手段を備えているため、第１の実施形態による効果に加えて、温度異常の発生を未然に防止し、より省電力化を図ることができる。
【００５９】
また、本実施形態の冷媒圧縮機の制御方法によれば、空調対象の温度を複数段階に設けた上下限値と比較し、適切な台数の圧縮機を目標温度調節制御モードへ切り替えるため、第１の実施形態による効果に加えて、温度異常の発生を未然に防止し、より省電力化を図ることができる。
【００６０】
なお、以上の第１及び第２の実施形態で用いる冷媒圧縮機に、短時間での再起動を制限する保護回路を有する場合がある。これは、前記したように、頻繁な起動／停止により過大な負荷がかかることを防止したり、停止直後の再起動により液圧縮が起こることを防止するための機能である。このような保護回路を有する場合、本発明による運転指令と矛盾することがあり得る。例えば、冷房運転において、オン／オフ制御による運転停止直後に空調対象が上限温度を超えて、目標温度調節制御により圧縮機に運転指令が出される場合などである。そのような場合には、冷媒圧縮機の保護回路を優先させ、前記保護回路が働かなくなった後に、本発明による運転指令に従って圧縮機の制御を行えばよい。
【００６１】
次に、さらに具体的な冷媒圧縮機の制御例として、図４に示す第１の実施形態に係る空調システムにより、室内の冷房運転を行う場合の一例を示す。
【００６２】
図７は、冷房運転時の空調対象の温度推移図の一例であり、（ａ）はオン／オフ制御のみの場合、（ｂ）は第１の実施形態に係る制御を行う場合である。なお、この空調対象内の熱負荷は、９時以降に増加を続け、１２時以降には低下に転じている。
【００６３】
図７（ａ）に示すオン／オフ制御の場合では、オン／オフのデューティー比は２０分運転／１０分停止とした。そして、この周期でオン／オフを繰り返す。
【００６４】
図７（ｂ）に示す第１の実施形態に係る制御の場合では、このときの上下限温度テーブルから得られる上限温度は２８℃とし、比較判定時間テーブルから得られる比較判定時間は１０分とした。また、オン／オフ制御時におけるデューティー比は２０分運転／１０分停止とした。そして、空調対象温度が上限温度２８℃以下であればオン／オフ制御モードとし、これを越えると１０分間は目標温度調節制御モードとして圧縮機の運転を行う。１０分後に上限温度以下となっていればオン／オフ制御モードへ戻る。その際に、オンとオフのどちらとなるかは、元のオン／オフ制御のサイクル（本図（ｂ）の点線）に従う。
【００６５】
図７に示すように、単純なオン／オフ制御（本図（ａ））では、熱負荷が増加すると、２８℃を超える時間が長く、３０℃近くまで達する場合もある。これに対し、第１の実施形態による制御では、熱負荷が増加した場合でも、上限温度２８℃を超えると目標温度調節制御モードとなるため、急激に空調対象温度は低下し、２８℃を超える時間はごく短時間である。また、一定時間経過後は再びオン／オフ制御へ戻るため、熱負荷が高い状態にあっても圧縮機が停止している時間があるので、省電力化も図ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷凍機や空調機などにおける冷媒圧縮機を目標温度調節制御する際に、オン／オフ制御を併用することにより省電力化を実現でき、且つ異常な温度変化を引き起こす外乱が生じた場合であっても一定の温度範囲を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空調システムの一例を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る空調システムの他の一例を示す構成図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る圧縮機の制御部における実測温度判定手順の一例を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る複数の空調機を備えた空調システムの一例を示す構成図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る空調システムの一例を示す構成図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る圧縮機の制御部における実測温度判定手順の一例を示すブロック図。
【図７】冷房運転時の空調対象の温度推移図の一例であり、（ａ）はオン／オフ制御のみの場合、（ｂ）は第１の実施形態に係る制御を行う場合。
【符号の説明】
１　　制御部
２　　空調機
２ａ　空調機の室内機
２ｂ　空調機の室外機
３　　温度センサー
４　　空調対象
１１　　実測温度判定部
１２　　圧縮機運転指令部
１３　　比較判定時間判定部
１４　　記憶部
１５　　上下限値テーブル
１６　　比較判定時間テーブル
２０　　制御部
２１　　実測温度判定部
２２　　圧縮機運転指令部
２４　　記憶部
２５　　上下限値テーブル
２７　　運転台数決定部
２８　　運転台数テーブル

Claims

空調対象の温度を実測し、冷媒圧縮機の駆動／停止を予め設定した目標温度となるように制御する目標温度調節制御手段を備えた冷媒圧縮機の制御装置において、
前記空調対象の上限温度及び／又は下限温度を予め設定する上下限温度設定手段と、
前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定する第１の実測温度比較判定手段と、
前記実測温度比較判定結果に基づき、前記温度実測値が、前記上限温度及び／又は下限温度の範囲内にある場合には前記圧縮機の駆動／停止を周期的に繰り返すオン／オフ制御モードとし、前記上限温度又は下限温度を超えている場合には前記目標温度調節制御モードとする、前記圧縮機の運転制御モード切替手段と、
前記目標温度調節制御モードによる前記圧縮機の運転制御中に、予め設定した判定時間間隔で、前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定する第２の実測温度比較判定手段と
を備えたことを特徴とする冷媒圧縮機の制御装置。
第２の実測温度比較判定手段が比較判定を行う判定時間間隔を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた比較判定時間テーブルとして備えたことを特徴とする、請求項１に記載の冷媒圧縮機の制御装置。
比較判定時間テーブルの値が１２０秒以上の値であることを特徴とする、請求項２に記載の冷媒圧縮機の制御装置。
上下限温度設定手段が、上限温度及び／又は下限温度設定値を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた上下限温度テーブルとして備えたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷媒圧縮機の制御装置。
上下限温度テーブルの値が、空調対象の許容温度に対して、上限温度設定値は前記許容温度の上限値−１℃以下、下限温度設定値は前記許容温度の下限値＋１℃以上の値であることを特徴とする、請求項４に記載の冷媒圧縮機の制御装置。
複数台の圧縮機を備えた場合に、第１及び／又は第２の実測温度比較判定結果に基づいて、前記圧縮機のオン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとの運転制御モード切替を行う前記圧縮機の台数を決定する、運転台数制御手段を備えたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷媒圧縮機の制御装置。
空調対象の温度を実測し、冷媒圧縮機の駆動／停止を予め設定した目標温度となるように制御する目標温度調節機能を備えた冷媒圧縮機の制御方法において、
前記空調対象の上限温度及び／又は下限温度を予め設定し、
前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定し、前記温度実測値が前記上限温度及び／又は下限温度の範囲内にある場合には、圧縮機の駆動／停止を周期的に繰り返すオン／オフ制御モードとし、前記上限温度又は下限温度を超えている場合には、前記目標温度調節制御モードとするとともに、
前記目標温度調節制御モードによる前記圧縮機の運転制御中にあっては、予め設定した判定時間間隔で、前記上限温度及び／又は下限温度と前記空調対象の温度実測値とを比較判定し、
前記温度実測値が前記上限温度又は下限温度を超えている場合には引き続き目標温度調節制御モードを継続し、前記上限温度及び／又は下限温度の範囲内の場合にはオン／オフ制御モードへ切り替える
ことを特徴とする冷媒圧縮機の制御方法。
目標温度調節制御モードによる運転制御中に実測温度比較判定を行う判定時間間隔を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた比較判定時間テーブルにより決定することを特徴とする、請求項７に記載の冷媒圧縮機の制御方法。
上限温度及び／又は下限温度設定値を、季節，月，曜日，時間帯のうちのいずれか１以上毎に定めた上下限温度テーブルにより決定することを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の冷媒圧縮機の制御方法。
複数台の圧縮機を備えた場合に、実測温度比較判定結果に基づき、前記圧縮機のオン／オフ制御モードと目標温度調節制御モードとの運転制御モード切替を行う前記圧縮機の台数を制御すること特徴とする、請求項７乃至９のいずれかに記載の冷媒圧縮機の制御方法。