JP2005344997A - 空気調和機などの運転監視装置および電力消費量積算システム - Google Patents

空気調和機などの運転監視装置および電力消費量積算システム Download PDF

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Abstract

【課題】信号ケーブルの増設などを必要とすることなく、簡易な構成で空気調和機などの運転状態を判断し、正確な積算データが得られるようにし、高い精度の電力管理が可能となるようにする。
【解決手段】室内機側に運転操作手段1ならびに温度検出手段2を備えた空気調和機などにおいて、該空気調和機などの室外機側に設置された圧縮機5を前記温度検出手段2で定まる周期で作動し、且つ、前記圧縮機5の作動を強制的に遅延するすることにより消費電力の低減が可能となるようにし、予め設定した単位時間毎に前記圧縮機5の運転状況を監視することにより、当該空気調和機などの稼動状態の判断が可能となるようにする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、消費電力を低減するための電力節減システムを付設した空気調和機や冷凍・冷蔵機(以下、「空気調和機など」という)の運転監視装置およびこの運転監視装置により得られた計時データに基づき、消費された電力量を算出するようにした電力消費量積算システムに関する。
一般に室内の冷暖房を目的とする空気調和機などは、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基づき、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。
図4は、サーモセンサーからの出力信号による圧縮機のオンオフ制御の動作態様の例を示すもので、上限設定温度の25.5℃をサーモセンサーが検出したとき圧縮機が作動し、下限設定温度の22.5℃をサーモセンサーが検出したとき圧縮機の作動が停止する状態を示す。
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22.5℃を検知している場合、圧縮機は作動を停止しており、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25.5℃をサーモセンサーが検知すると、その出力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22.5℃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C1が周期C2・C3・・・へ連続して繰り返され、室内が設定温度に保たれることになる。なお、前記周期は、室外の温度の変動などによりサーモスタットの動作タイミングが変動し、各周期の幅は変動するものであるが、理解を容易とするため、周期の幅を同一としてある。
前述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、作動期間が時刻t2〜t3(6分)である場合、圧縮機の稼働率(U1)は、ON時間/ON時間+OFF時間の計算式から求めることができ、U1=6/6+3の演算から稼働率は66.66%となる。この結果から明らかなように、空気調和機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小さくすればよく、これを実現とするため、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、あるいは空気調和機の稼働中に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、空気調和機などへの負担をかけることなく、設定温度を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おり、図5にその基本構成の一例を示す。
同図は、室外機の圧縮機を作動するための電源回路の主要部を示すもので、室内機側に商用交流電源Eに接続された主電源スイッチ1を備えるとともに、室内の温度が設定値に達すると作動するサーモセンサー2を備える。このサーモセンサー2には応動スイッチ2bを備え、前記サーモセンサー2がオンとなったとき、その信号を室外機側のリモートスイッチ3へ送出し、このリモートスイッチ3の遅延装置3bを作動する。
リモートスイッチ3の遅延装置3bが作動されると、任意に設定した時間を経過した後、リモートスイッチ3の接点3aが閉成され、前記サーモセンサー2の接点2aが既に閉成されていることから、商用交流電源Eが圧縮機5の起動スイッチ4の励磁コイル4bに流れ、その励磁力により前記起動スイッチ4の接点4aが閉成される。したがって、圧縮機5は、遅延装置3bに設定された遅延時間の経過後、作動を開始することになる。
図6は、図5の構成の空気調和機などを稼働した場合における圧縮機5のオンオフ制御の基本的な動作態様を示す図であり、同図において、ある時刻t1でサーモセンサー2が下限設定温度22.5℃を検知している場合、圧縮機は作動を停止しており、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25.5℃に達すると、サーモセンサー2の接点2aが閉成され、その信号で室外機のリモートスイッチ3の遅延装置3bが起動される。
遅延装置3bが起動されてから設定された遅延時間t3に達すると、遅延装置3の接点3bが閉成され、圧縮機5はこの時点から作動を開始する。なお、このようにして圧縮機5の作動が遅延されることから、室内の温度は上限設定温度より僅かに上昇するが、時刻t3で圧縮機5が作動を開始するので室内の温度は次第に下降し始め、室内温度を大きく変動することがない。そして、室内の温度が下限設定温度22.5℃に達した時刻t4でサーモセンサー2の接点2aが開成され、起動スイッチ4の励磁コイル4bへの通電が遮断されるので圧縮機5の作動が停止する。なお、このとき、サーモセンサー2の応動スイッチ2bからの信号でリモートスイッチ3の遅延装置3bの自己保持状態が解除され、接点3aが開成される。このようにして、時刻t1から時刻t4までの周期C1が周期C2・・・へ連続して繰り返され、室内が設定温度に維持されることになる。
前述の制御態様においては、圧縮機5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3分である場合、圧縮機5が停止している時間の合計は6分となる。そして、圧縮機5の作動期間である時刻t3〜t4が7分であるとすると、この場合の圧縮機5の稼働率(U2)は、U2=7/7+6で演算され、稼働率は53.85%となる。したがって、圧縮機5を遅延作動しない場合の稼働率(U1)から前記稼働率(U2)を減算すると、12.81%が1回の調温制御サイクルにおいて稼働率を低減した値となる(例えば、特許文献1)。
また、図4に示す調温制御サイクルが一定と仮定して12時間稼動した場合は、調温制御サイクルが80回となるため、圧縮機5の作動時間の合計は480分となる。一方、図6に示す調温制御サイクルも一定と仮定して12時間稼動した場合は、調温制御サイクルが約55回となるため、圧縮機5の作動時間の合計は385分になる。したがって、図6に示すサイクルによる場合は、圧縮機5を95分(19.78%)作動する電力が節減されることになる。
特開2003−130418号公報
ところで、節電効果の大きい施設、例えば、大型店舗などでは空気調和機や冷蔵・冷凍機などに消費する電力はきわめて大きなものであり、前述したような方法による節電対策が多く実施されているが、節電状態を常に把握し、管理していることが重要である。このため、前述した電力節減システムにおいては、遅延時間と圧縮機の作動時間を室外機側に設けたモニターで表示し、日単位の積算値を一定期間(例えば、一週間単位)で累積した値から節電率を算出できるようにしている。
この日単位の積算値は、空気調和機などが24時間内において実際に稼働した時間帯を対象としなければならない。図7は、前述の電力節減システムを採用した空気調和機などが24時間で稼働する状態の一例を模式的に示したものであるが、空気調和機などの稼働時間が12時間であり、停止時間が12時間の例を示すもので、圧縮機の作動状態を時系列に示したものである。
同図において、時刻T0(例えば、午前9時)は、図5において主電源スイッチ1が投入され空気調和機などの運転が開始された状態であり、室内の温度が設定温度に達するまで連続して運転される。そして、設定温度に達した時刻T1以降は、前述したようにサーモセンサー2の働きにより圧縮機5の作動−停止が繰り返され、室内が設定温度に保たれる。このようにして、空気調和機などの運転が継続され、時刻T12(例えば、午後9時)に運転を停止すべく主電源スイッチ1が遮断されると、再び主電源スイッチ1が投入される12時間後の時刻T0まで圧縮機5の作動は全く停止する。
上記説明において、外気などの温度の変動を無視し、図6に示す調温制御サイクル、即ち、13分の調温制御サイクルに変動がないものとした前提による単純計算によれば、12時間で約55周期を繰り返すことになる。この55周期を圧縮機5の稼働率の計算式、ON時間/ON時間+OFF時間に適用すると、385/385+330=53.85%となる。
ところが、通常、電力積算システムは、連続する時系列上の数値を累積することと、特定の時刻に関わりなく空気調和機などが運転または停止されても、これに対応できるようにしなければならないので、常時、入力準備状態としておくため、その電源を遮断することができない。このような状況において、図7に示す24時間の周期が繰り返されると、時刻T12〜T0までの空気調和機などが運転されていない時間帯(停止モード)にも拘わらず、圧縮機5が運転時間帯(運転モード)で停止しているものと見なしてしまうことになる。そして、電力積算システムは、このように圧縮機5が停止している時間を計算式上のOFF時間として加算してしまうことになり、前記稼働率の実際の演算が、385/385+330+720=26.82%となるため、27.03%もの大きな誤差を生じてしまうことから、積算データが実質的に無意味なものとなり、高い精度の電力管理を望むことができなくなる。
また、前述した節電システムにおいて電力管理を行う場合、通常、室外機側に積算データを直接確認できるようにモニターを備えるようにしている。このモニターに表示する積算データは、圧縮機が作動した時間、圧縮機が停止した時間および圧縮機の作動を強制的に遅延させた時間であるが、これらの表示データにも自ずから誤差が生じてしまうことになる。
このような問題を解決するための簡易な方法として、空気調和機などの電源の入−切と同時に、積算データを記憶させつつ電力積算システムの電源または信号ラインを入−切する方法を考えることができるが、その都度、人為的作業を伴うこととなるため合理性を欠くものとなる。また、空気調和機などの主電源の入−切を検知するスイッチを備え、このスイッチ信号で電力積算システムへの積算データの入力を制御するようにしてもよいが、室内機から室外機への信号ケーブルの増設、そして、信号を授受するための装置の改良に多くの費用を要することになる。
本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされたもので、信号ケーブルの増設などを必要とすることなく、簡易な構成で空気調和機などの運転状態を判断し、正確な積算データが得られるようにしたものであり、これにより高い精度の電力管理が可能となるようにしたものである。
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、室内機側に運転操作手段ならびに温度検出手段を備えた空気調和機などにおいて、該空気調和機などの室外機側に設置された圧縮機を前記温度検出手段で定まる周期で作動し、且つ、前記圧縮機の作動を強制的に遅延することにより消費電力の低減が可能となるようにし、予め設定した単位時間毎に前記圧縮機の運転状況を監視することにより、当該空気調和機などの稼動状態の判断が可能となるような運転監視装置とする。
請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の空気調和機などの運転監視装置において、予め設定した単位時間内において圧縮機の作動が検知されたとき空気調和機などの運転モードと判断する一方、単位時間内において圧縮機の作動が検知されなかったときを空気調和機などの停止モードとする。
請求項3記載の発明では、室内機側に運転操作手段ならびに温度検出手段を備えた空気調和機などにおいて、室外機側に設置された圧縮機の作動時間および停止時間に基づいて空気調和機などの稼働率を算出するにあたり、空気調和機などが停止モードであると判断された時間帯の前記圧縮機の停止時間の計時データを除外して消費電力の稼働率を算出する空気調和機などの電力消費量積算システムとする。
請求項4記載の発明では、上記請求項3記載の空気調和機などの電力消費量積算システムにおいて、停止モードの時間帯に強制遅延時間を含むようにする。
請求項5記載の発明では、上記請求項3記載の空気調和機などの電力消費量積算システムにおいて、実時間で検出した室温データが演算処理に反映するようにする。
本発明の請求項1乃至請求項2記載の発明によれば、空気調和機などの室内機と室外機との間に信号ケーブルの増設を要することなく室外機の圧縮機の作動状態を監視して空気調和機などの運転状態を判断することが可能となる。これにより、既設の空気調和機などのシステムへの付設が容易となり、汎用性の高い空気調和機などの運転監視装置とすることができる。
また、本発明の請求項3乃至請求項5記載の発明によれば、空気調和機などが停止モードであると判断された時間帯の圧縮機の停止時間の計時データを除外して稼働率を算出するようにしたので、消費電力、節減電力を正確に算出することのできる電力消費量積算システムとすることができる。
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。なお、従来の構成と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
図1は、本発明を実施した空気調和機などの運転監視装置の基本構成を示す図であり、室内機側に商用交流電源Eに接続された主電源スイッチ1を備えるとともに、室内の温度が設定値に達すると作動するサーモセンサー2を備える。このサーモセンサー2には応動スイッチ2bを備え、前記サーモセンサー2がオンとなったとき、信号を室外機側のリモートスイッチ3へ送出し、このリモートスイッチ3の遅延装置3bを作動する。
リモートスイッチ3の遅延装置3bが作動されると、任意に設定した時間を経過した後、リモートスイッチ3の接点3aが閉成され、前記サーモセンサー2の接点2aが既に閉成されていることから、商用交流電源Eが圧縮機5の起動スイッチ4の励磁コイル4bに流れ、その励磁力により前記起動スイッチ4の接点4aが閉成される。したがって、圧縮機5は、遅延装置3bに設定された遅延時間の経過後、作動を開始することになる。
符号6は運転監視装置であり、その具体的構成を図2に示す。同図に示すように運転監視装置6は、起動スイッチ4の励磁コイル4bへの通電状態を検出するための検知器7からの信号、リモートスイッチ3の遅延装置3bからの信号、サーモセンサー2のオンオフに対応して動作する応動スイッチ2bからの信号を入力するようにしたもので、前記検知器7からの信号がデータ生成部8およびデータ制御部11へ入力する。応動スイッチ2bからの信号は、データ制御部11へ入力するとともに遅延装置3bへ入力して遅延作動を開始させるとともに、作動後の自己保持状態を解除する。そして、この遅延装置3bからの遅延時間を示す信号がデータ制御部11へ入力する。
前記検知器7から出力される信号は、起動スイッチ4の励磁コイル4bへの通電状態、即ち、圧縮機5が作動している期間の計時データであり、図6における時刻t3〜t4(B1)に相当する。また、応動スイッチ2bから出力される信号は、サーモセンサー2に応動する期間の計時データであり、時刻t1〜t2(A1)に相当する。そして、遅延装置3bから出力される信号は、その遅延時間の計時データであり、時刻t2〜t3(A2)に相当する。
データ生成部8は、タイマー9から計時信号を同時に入力するようにしており、前記検知器7からの入力信号を単位時間毎に時分割して出力するようにしてある。判定部10では、単位時間、例えば、30分内における信号の発生の有無を判定し、信号が発生している場合は、空気調和機などが運転モードであると判定し、データ制御部11におけるデータ処理作業を継続を支持する信号をデータ制御部11へ送出する。一方、30分内に信号の発生がない場合は、空気調和機などの運転が停止モードであると判定し、データ制御部11におけるデータ処理作業の中断を指示する信号を送出する。
このようにして計時データA1・A2・B1を入力したデータ制御部11は、判定部10から入力した制御信号にもとづき、運転モードにおける前記計時データA1・A2・B1を演算処理部12へ出力する。そして、この演算処理部12では、遅延装置3bが遅延作動した期間の計時データA2の積算値、圧縮機5が作動した期間の計時データB1の積算値、稼働率の演算結果を表示制御部13へ出力する。なお、前記稼働率(U2)は、前述した演算式、即ち、ON時間/ON時間+OFF時間、により求めることができることから、前記計時データA1・A2・B1により、U2=B1/B1+A1+A2、と演算処理することにより求められる。
このようにして演算処理部12へ入力した計時データA2の積算値、即ち、遅延装置3bによる遅延時間の積算値は表示部14で表示され、圧縮機7が作動した期間の積算値は表示部15で表示され、稼働率は表示部16で表示されることになる。
図3は、上記処理の流れをフローチャートにより示したもので、ステップST1において圧縮機5の単位時間内における作動状態が判断され、圧縮機5が作動しなかった場合は待機ルーチンに入る。一方、圧縮機5が単位時間内で作動した場合は、ステップST2において計時データA1・A2・B1の取り込みがなされる。そして、ステップST3において積算された遅延装置3bの遅延時間はステップST4において表示され、ステップST5において積算された圧縮機5の作動時間はステップST6において表示され、ステップST7において演算された稼働率はステップST8において表示される。
以上の処理の流れから明らかなように、各々の計時データは圧縮機7の作動状態を判断して取り込むようにしていることから、空気調和機などを稼動していない時間帯の計時データは入力することがないので、正確な数値を表示器に表示することができる。
なお、サーモセンサー2に実時間で室内の温度を検出する機能を備え、これによる室温データを応動スイッチ2bの信号ケーブルを介して運転監視装置6の演算処理部12へ出力することにより、この演算処理部12で行われる演算処理に前記室温データを反映させることができ、より正確な演算処理が可能となる。
本発明を実施した空気調和機など構成を示す図である。 本発明の運転監視装置の構成を示す図である。 本発明の処理の流れを示すフローチャートである。 従来の調温制御サイクルの例を示す図である。 本発明の実施の対象となる空気調和機などの構成を示す図である。 図5の調温制御サイクルの例を示す図である。 空気調和機などの稼動パターンを説明するための図である。
符号の説明
1・・・・・・主電源スイッチ
2・・・・・・サーモセンサー
2b・・・・・応動スイッチ
3・・・・・・リモートスイッチ
3b・・・・・遅延装置
4・・・・・・起動スイッチ
5・・・・・・圧縮機
6・・・・・・運転監視装置
7・・・・・・検知器
8・・・・・・データ生成部
9・・・・・・タイマー
10・・・・・判定部
11・・・・・データ制御部
12・・・・・演算処理部
13・・・・・表示制御部
14・・・・・表示部(遅延時間)
15・・・・・表示部(圧縮機作動時間)
16・・・・・表示部(稼働率)
E・・・・・・商用交流電源

Claims (5)

  1. 室内機側に運転操作手段ならびに温度検出手段を備えた空気調和機などにおいて、
    該空気調和機などの室外機側に設置された圧縮機を前記温度検出手段で定まる周期で作動し、且つ、前記圧縮機の作動を強制的に遅延することにより消費電力の低減が可能となるようにし、
    予め設定した単位時間毎に前記圧縮機の運転状況を監視することにより、当該空気調和機などの稼働状態の判断が可能となるようにしたことを特徴とする空気調和機などの運転監視装置。
  2. 予め設定した単位時間内において圧縮機の作動が検知されたときを空気調和機などの運転モードと判断する一方、単位時間内において圧縮機の作動が検知されなかったときを空気調和機などの停止モードと判断するようにしたことを特徴とする請求項1記載の空気調和機などの運転監視装置。
  3. 室内機側に運転操作手段ならびに温度検出手段を備えた空気調和機などにおいて、
    室外機側に設置された圧縮機の作動時間および停止時間に基づいて空気調和機などの稼働率を算出するにあたり、
    空気調和機などが停止モードであると判断された時間帯の前記圧縮機の停止時間の計時データを除外して消費電力の稼働率を算出するようにしたことを特徴とする空気調和機などの電力消費量積算システム。
  4. 停止モードの時間帯に強制遅延時間を含むようにしたことを特徴とする請求項3記載の空気調和機などの電力消費量積算システム。
  5. 実時間で検出した室温データが演算処理に反映するようにしたことを特徴とする請求項3記載の空気調和機などの電力消費量積算システム。
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