(57)【要約】【課題】空気調和設備あるいは冷凍・冷蔵設備において制御対象となる環境温度を急激に変化させるような状況にあっても、設定温度にもとづく正確な調温制御が可能となるようにし、電力の削減を可能としつつ信頼性の高い電力制御装置を提供する。【解決手段】圧縮機を間欠的に作動することにより設定温度を維持するようにした空気調和設備あるいは冷凍・冷蔵設備などの電力制御装置であり、制御対象となる環境温度が設定温度により一意的に定まる上限設定温度を超えて任意に定めた温度に達したとき、前記圧縮機が作動を開始するようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機を間欠的に作動することにより設定温度を維持するようにした空気調和設備あるいは冷凍・冷蔵設備などの電力制御装置であり、
制御対象となる環境温度が設定温度により一意的に定まる上限設定温度を超えて任意に定めた温度に達したとき、前記圧縮機が作動を開始するようにしたことを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
制御対象となる環境温度が設定温度により一意的に定まる上限設定温度を超えた時点から任意に定めた温度に達する以前に、前記圧縮機の作動が強制的に開始されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機を間欠的に作動することにより設定温度を維持するようにした空気調和設備あるいは冷凍・冷蔵設備（以下、「空気調和設備など」という）において、消費電力を低減するための電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、建築物の室内の冷暖房を目的とする空気調和設備などは、熱交換機を備える室内機と冷媒の圧縮機（コンプレッサー）を備える室外機とが離間した状態で設置されており、室内または室内機に備えたサーモセンサーから出力される信号にもとづき、いわゆるオンオフ制御により室外機の圧縮機の作動・停止が繰り返され、室内が設定温度に保たれるようにしている。
【０００３】
図６は、このようなオンオフ制御において、サーモセンサーが検出する信号にもとづいて作動される圧縮機の動作態様の例を示すもので、代表的な例としてリモコンなどにより室内温度が２４．０℃に設定された状態を示す。このように、室内温度が２４．０℃に設定されると、予めプログラムされている下限設定温度ＴＨ１（２２．５℃）と上限設定温度ＴＨ２（２５．５℃）が制御システムに設定される。
【０００４】
このような設定にもとづいて空気調和設備などを運転した場合、サーモセンサーが検出する室内温度が２２．５℃から上昇して２５．５℃に達するまで圧縮機を停止し、室内温度が２５．５℃に達した時点から圧縮機が作動を開始して室内温度が２２．５℃に達した時点で圧縮機の作動を停止する。即ち、設定した２４．０℃は室内温度２２．５℃から２５．５℃の範囲を包括する近似的な設定値となる。
【０００５】
同図の例による場合は、ある時刻ｔ１でサーモセンサーが下限設定温度ＴＨ１（２２．５℃）を検知すると圧縮機が作動を停止し、この停止状態が維持される。そして、室内の温度が次第に上昇し、時刻ｔ２で上限設定温度ＴＨ２（２５．５℃）をサーモセンサーが検知すると、その信号で圧縮機が作動を開始する。これにより、室内機の熱交換機に冷媒が供給されて室内の温度が次第に降下し、サーモセンサーが再び下限設定温度ＴＨ１を検出した時刻ｔ３で圧縮機の作動が停止される。以後、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの周期と同様の周期が連続して繰り返され、室内が設定した温度に保たれることになる。
【０００６】
上記の制御態様において、圧縮機の停止期間が時刻ｔ１〜ｔ２（３分）であり、作動時間が時刻ｔ２〜ｔ３（６分）である場合、圧縮機の稼働率は、ＯＮ時間／ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間の計算式から求めることができ、６６．６６％となる。この結果から明らかなように、空気調和設備などの消費電力を低減するためには、圧縮機の作動時間を少なくすればよく、これを実現するため、作動時間を室温の状態に関係なく一定時間毎に停止したり、あるいは空気調和設備などの稼働を強制的に停止する方法が多く実施されている。また、このような方法で、空気調和設備などへの負担をかけることなく、設定温度が大きく変化しないようにして維持しつつ稼働率を下げる方法として、サーモセンサーが上限設定温度を検知したとき、圧縮機の作動を強制的に遅延する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
図７は、かかる方法を実現するために構成された電力制御装置において、サーモセンサーが検出する信号にもとづいて作動される圧縮機の動作態様を示すもので、前述と同様に室内温度が２４．０℃に設定された状態を示す。同図において、ある時刻ｔ１でサーモセンサーが下限設定温度ＴＨ１（２２．５℃）を検知すると圧縮機の作動が停止し、この停止状態が維持される。そして、室内の温度が次第に上昇し、時刻ｔ２で上限設定温度ＴＨ２（２５．５℃）をサーモセンサーが検知するとタイマーが作動する。
【０００８】
時刻ｔ２におけるタイマーの作動と同時に圧縮機の停止状態が遅延された時刻ｔ３まで継続され、この時刻ｔ３に達した時点で圧縮機が作動を開始する。そして、室内機の熱交換機に冷媒が供給されて室内の温度が次第に降下し、サーモセンサーが再び下限設定温度ＴＨ１を検出した時刻ｔ４で圧縮機の作動が停止される。以後、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの周期と同様の周期が連続して繰り返され、室内が設定した温度に保たれることになる。
【０００９】
前述の制御態様においては、圧縮機の停止期間である時刻ｔ１〜ｔ２が３分であり、時刻ｔ２〜ｔ３までの遅延時間が２分である場合、圧縮機が停止している時間の合計は５分となる。そして、圧縮機の作動期間である時刻ｔ３〜ｔ４が７分となった場合、圧縮機の稼働率は、ＯＮ時間／ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間の計算式から５８．３３％となる。したがって、圧縮機を遅延作動しない場合の稼働率６６．６６％から前記稼働率５８．３３％を減算すると、８．３３％が１周期において稼働率を低減した値となる。
【特許文献１】特開２００３−１３０４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、上記構成の電力制御装置では、省エネモードとして圧縮機を遅延作動するようにすると、定常的な環境条件における運転においては室内温度が上限設定温度ＴＨ２を僅かに超える温度レベルＴＨ３まで上昇するものの稼働率を低減して電力を効果的に削減することができる。ところが、非定常的な環境条件における運転、例えば、冷房運転により室内温度を調温している環境で人の入室数の増加、調理などによる火気の使用、窓やドアーの開閉、あるいは冷凍・冷蔵設備などにおいては多量の食品の収容を行った場合、安定した運転が不能となる。
【００１１】
これは、図８に示すように、制御対象となる環境温度が時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で急激に上昇し、さらに時刻ｔ２におけるタイマーの動作により圧縮機の作動が強制的に遅延されることにより、時刻ｔ３に至った時点で、定常的な運転において上昇した温度のレベルＴＨ３より遙かに高く上昇する。かかる状態において、時刻ｔ３から圧縮機が作動を開始して環境温度を降下しても、設定された下限設定温度ＴＨ１に達するまでに多くの時間が必要となり、１周期の時間帯に高い温度状態が占める割合が多くなる。
【００１２】
そして、環境温度を降下しても温度上昇の要因がそれに比例して温度を降下しない場合、つぎの周期である時刻ｔ４から時刻ｔ６の間に再び環境温度が急激に上昇し、温度レベルＴＨ３より高く上昇する。このような周期が繰り返され、数周期後の圧縮機を作動する時刻に漸く環境温度が温度レベルＴＨ３に達し正常運転となる。したがって、１周期の時間が大きく延び、定常的な運転における設定温度を超える高い温度状態の占める割合が多くなるので、これにより管理誤差が大きくなり、信頼性を低下するなどの問題が生じることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、請求項１記載の発明では、圧縮機を間欠的に作動することにより設定温度を維持するようにした空気調和設備あるいは冷凍・冷蔵設備などの電力制御装置であり、制御対象となる環境温度が設定温度により一意的に定まる上限設定温度を超えて任意に定めた温度に達したとき、前記圧縮機が作動を開始するようにする。
【００１４】
請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の発明において、制御対象となる環境温度が設定温度により一意的に定まる上限設定温度を超えた時点から任意に定めた温度に達する以前に、前記圧縮機の作動が強制的に開始されるようにする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御対象となる環境温度を急激に変化させるような状況にあっても設定温度にもとづく正確な調温制御が可能となるようにしたもので、電力の削減を可能としつつ信頼性の高い電力制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を実施した空気調和設備の基本構成を示す図であり、室内機に商用交流電源Ｅに接続された主電源スイッチ１を備えるとともに、室内の温度を検出して信号を送出するサーモセンサー２を備える。制御ユニット３は前記サーモセンサー２から信号を入力し、室内の温度を実時間で判断するマイクロコンピュータによる信号処理により生成された制御信号を室外機のリモートスイッチ４へ出力する。
【００１８】
前記リモートスイッチ４は制御ユニット３から出力された制御信号により駆動される励磁コイル４ａにより接点４ｂを開閉する。この接点４ｂが閉成されると、起動スイッチ５の励磁コイル５ａに商用交流電源Ｅが流れ、接点５ｂを開閉する。そして、この接点５ｂが閉成されたとき商用交流電源Ｅが圧縮機６に流れこれを作動する。
【００１９】
以上の構成における調温制御の態様を、本実施例においても室内温度が２４．０℃に設定された状態において以下に説明する。リモコン操作などにより室内温度が２４．０℃に設定されると、制御ユニット３に予めプログラムされている下限設定温度ＴＨ１（２２．５℃）と上限設定温度ＴＨ２（２５．５℃）、そして、そして前記上限設定温度ＴＨ２より高温であって温度値を任意に定めることのできる遅延設定温度ＴＨ３（２６．５℃）が制御ユニット３に設定される。
【００２０】
即ち、サーモセンサー２により生成された信号を監視している制御ユニット３のマイクロコンピュータは、室内温度が２２．５℃から上昇して２５．５℃に達するまで圧縮機６を停止し、さらに室内温度が２５．５℃に達した時点から２６．５℃に達するまで強制的に圧縮機６を停止するようにしている。
【００２１】
図２は、空気調和設備などの前記条件における制御態様を示すもので、ある時刻ｔ１で下限設定温度ＴＨ１（２２．５℃）を検出すると、制御ユニット３がリモートスイッチ４の接点４ｂを開成し、これに連動して起動スイッチ５の接点５ｂが開成する。これにより圧縮機６が作動を停止し、この停止状態が上限設定温度ＴＨ２（２５．５℃）に達した時刻ｔ２まで維持される。
【００２２】
そして、制御ユニット３はこの時点、即ち、上限設定温度ＴＨ２の検出時点から次第に室内の温度が上昇し、遅延設定温度ＴＨ３（２６．５℃）を検出する時刻ｔ３まで強制的に圧縮機６を停止する。以後、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの周期と同様の周期が連続して繰り返され、室内が設定した温度に保たれる。
【００２３】
そして、室内の温度が遅延設定温度ＴＨ３に達した時刻ｔ３から圧縮機６が作動を開始し、室内の温度が降下して再び下限設定温度ＴＨ１に達する時刻ｔ４までその作動が継続される。即ち、本発明によれば、室内温度を制御ユニット３において常に監視し、下限設定温度ＴＨ１、上限設定温度ＴＨ２、遅延設定温度ＴＨ３を検出して圧縮機６の作動または停止を行うようにしている。
【００２４】
なお、図１の制御態様において、圧縮機６の停止期間である時刻ｔ１〜ｔ３が３分であり、時刻ｔ２〜ｔ３が２分である場合、圧縮機６が停止している時間の合計は５分となる。そして、圧縮機６の作動期間である時刻ｔ３〜ｔ４が７分となった場合、圧縮機６の稼働率は、ＯＮ時間／ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間の計算式から５８．３３％となり、本発明においても消費電力を低減できることが明らかである。
【００２５】
上記の制御態様は、本発明の電力制御装置の定常的な環境条件における運転状態を示したものであるが、本発明では前述したような非定常的な環境条件、例えば、急激な温度上昇があった場合においても、この変化に柔軟に追従する制御態様が可能となる。
【００２６】
図３は、室内温度が急激に上昇した場合の制御態様であり、時刻ｔ１において圧縮機６が停止している状態において室内温度が急激に上昇して２分後の時刻ｔ２に上限設定温度ＴＨ２に達し、さらに１分後の時刻ｔ３で遅延設定温度ＴＨ３に達すると、制御ユニット３はこれを検出して圧縮機６の作動を開始する。
【００２７】
即ち、上限設定温度ＴＨ２を検出し、一意的な遅延操作による従来の方法によると、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の時間幅が図８に示すように大きいため、本来であれば図３の仮想線に示す状態に温度が上昇する。しかしながら、本発明によれば上限設定温度ＴＨ２を検出した後、遅延設定温度ＴＨ３を検出すると直ちに圧縮機６が作動するようにしてある。
【００２８】
したがって、時刻ｔ３から室内温度が降下し、時刻ｔ４において下限設定温度ＴＨ１を検出して圧縮機６が停止される。そして、つぎの調温制御の周期における時刻ｔ６において上限設定温度ＴＨ３を検出すると圧縮機６が起動して下限設定温度ＴＨ１を時刻ｔ７で検出して圧縮機６が停止される。さらにつぎの周期においても同様の調温制御が繰り返されるが、室内温度は各周期毎に次第に降下し、下限設定温度ＴＨ１から上限設定温度ＴＨ２へ達する時刻および上限設定温度ＴＨ３へ達する時刻は次第に長くなり、定常状態となって安定する。
【００２９】
以上の説明から明らかなように、室内温度などが急激に上昇した場合においても設定された遅延設定温度ＴＨ３を検出することにより調温制御が開始されるので、速やかに正常状態へ移行することができ、１周期の時間帯に高い温度状態が占める割合が低下し、設定温度を維持することができることから安定した調温制御が可能となる。
【００３０】
このように、本発明では電力削減を可能としつつ急激な温度上昇があった場合においても、これに追従するように的確な調温制御がなされるが、この上昇カーブが緩く、高い温度状態が占める割合が多くなる可能性がある場合、強制的に調温制御が開始されるようにした。
【００３１】
即ち、図４に示すように圧縮機６が停止した下限設定温度ＴＨ１から温度が上昇し、上限設定温度ＴＨ２を超えた後、温度上昇のカーブが緩やかになると遅延設定温度ＴＨ３までに達する時間が定常状態におけるより長くなり、高い温度状態が占める割合が多くなる。そこで、制御ユニット３が上限設定温度ＴＨ２を検出した時点から時間ｔｒが経過した時刻ｔ４に達した時点で圧縮機６を強制的に作動するようにした。
【００３２】
同図に示すように時刻ｔ２において制御ユニット３が上限設定温度ＴＨ２を検知すると、定常状態においては時刻ｔ３で遅延設定温度ＴＨ３を検知することになるが、何らかの要因により温度の上昇カーブが緩やかになり、遅延設定温度ＴＨ３に達しないとき、制御ユニット３は上限設定温度ＴＨ２を検出した時点から任意に設定された時間を経過した時刻ｔ４において強制的に調温制御を開始し、圧縮機６を作動する。
【００３３】
これにより、直ちに温度が降下して時刻ｔ５において下限設定温度ＴＨ１に達し、再度調温制御が繰り返されるが、以後の調温制御において定常的に温度が上昇した場合は、制御ユニット３は上限設定温度ＴＨ２を検出して圧縮機６の作動を開始する。即ち、制御ユニット３は上限設定温度ＴＨ２を検知した後、遅延設定温度ＴＨ３または時刻ｔ４のいずれか早く検知した時点で調温制御を開始するようにしているので、各周期における設定誤差を防ぐことができる。
【００３４】
つぎに、以上説明した本発明の電力制御装置における制御の流れを図５にもとづいて説明する。空気調和設備などの運転が開始されて初期状態から設定された温度に至り、安定に運転が継続されている状態において、まず、制御ユニット３は、制御対象となる環境温度Ｔと下限設定温度ＴＨ１とを比較し（ステップＳａ１）、環境温度Ｔが下限設定温度ＴＨ１と同等またはこれを超えたとき（Ｔ≧ＴＨ１）、圧縮機６の作動を停止する（ステップＳａ２）。
【００３５】
圧縮機６が停止すると、制御ユニット３は次第に上昇する環境温度Ｔと上限設定温度ＴＨ２とを実時間で比較する（ステップＳａ３）。そして、環境温度Ｔと上限設定温度ＴＨ２による比較条件Ｔ≦ＴＨ２が成立すると、制御ユニット３は環境温度Ｔと遅延設定温度ＴＨ３との実時間による比較を開始する（ステップＳａ４）。なお、制御ユニット３は環境温度Ｔと遅延設定温度ＴＨ３との比較Ｔ≧ＴＨ３を開始すると同時に時限要素を駆動し、時間ｔｒの経過を判断する（ステップＳａ５）。
【００３６】
上記処理に移行した後、ステップＳａ４における比較条件Ｔ≧ＴＨ３または時間ｔｒの経過のいずれか一方の条件の成立にもとづいて圧縮機６の作動を開始する（ステップＳａ６）。このようにして圧縮機６の作動が開始されると、再びステップＳａ１において環境温度Ｔと下限設定温度ＴＨ１が比較され、前述の処理ルーチンが繰り返される。
【００３７】
以上説明したように、定常状態において圧縮機６が作動されるタイミングを環境温度Ｔと遅延設定温度ＴＨ３の比較条件にもとづいて決定し、環境温度Ｔが定常状態から外れる状態に至ると時限要素により圧縮機６の強制的な作動が可能となるようにしているため、、設定温度を安定に保つことができる。これにより、本発明の装置を設置した設備では温度管理が正確となることから、例えば、空気調和設備に実施した場合、室内温度を安定に保つことができ、また、冷凍・冷蔵設備に実施した場合、生鮮食品の鮮度を安定に保つことができる。
【００３８】
本発明を実施する場合、設定温度に対する下限設定温度ＴＨ１、上限設定温度ＴＨ２、遅延設定温度ＴＨ３および時限要素により定められる時間ｔｒは、実験によるシュミレーションにより得られた結果にもとづいて制御ユニット３にプログラムされるのであるが、異なる環境に対応できるように可変して設定できるように構成することにより融通性の高い装置とすることができる。なお、上述した実施例を空気調和設備の冷房時の制御態様にもとづいて説明したが暖房時においても同様の制御態様で調温制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施した空気調和設備の基本構成を示す図である。
【図２】図１の空気調和設備の定常状態における制御態様を説明する図である。
【図３】図１の空気調和設備の非定常状態における制御態様を説明する図である。
【図４】図１の空気調和設備の非定常状態における制御態様を説明する図である。
【図５】図１の空気調和設備における制御の流れを説明する図である。
【図６】従来のオンオフ制御における制御態様を説明する図である。
【図７】従来の遅延制御における制御態様を説明する図である。
【図８】図７の制御態様における不具合の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・・・・主電源スイッチ
２・・・・・・サーモセンサー
３・・・・・・制御ユニット
４・・・・・・リモートスイッチ
５・・・・・・起動スイッチ
６・・・・・・圧縮機
Ｅ・・・・・・商用交流電源
Ｔ・・・・・・環境温度
ＴＨ１・・・・下限設定温度
ＴＨ２・・・・上限設定温度
ＴＨ３・・・・遅延設定温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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