JP7297473B2 - 制御装置、空気調和機、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
消費電力の低減のため、空調運転が待機状態となると、室内機と室外機の通信を遮断する空気調和機が存在する(例えば、特許文献1)。
以下、本発明の第一実施形態による低電力化について図1~図5を参照して説明する。
図1は、本発明の第一実施形態による空気調和機の通信回路の一例を示す概略図である。
空気調和機は、室内機100、室外機200を備える。室外機200の端子207は、室内機100の端子107、20ボルト電源の出力端子それぞれに接続される。室内機100の端子108は、室外機200の端子208に接続される。
制御装置10は、所定の時間をかけて8ブロック長の制御情報を送信する(ポーリング)。8ブロック長の制御情報の各ビットは、フォトカプラ102のON/OFF制御によって生成された「0」と「1」で構成されている。制御装置20は、この制御情報を受信すると、所定の時間T2だけ待機して、8ブロック長の制御情報を送信する(リターン)。この制御情報を受信した制御装置10は、時間T3の間に指令値の算出などを行って、前回、制御情報を送信し終えてから所定の時間T1後に8ブロック長の制御情報を送信する(ポーリング)。制御装置10と制御装置20は、毎秒この通信処理を繰り返す。次に室内機100と室外機200に設けられた冷媒回路およびセンサについて説明する。
図3に示すように空気調和機は、圧縮機1、室外熱交換器2、膨張弁3、室内熱交換器4、四方弁5、それらを接続する冷媒配管6などを含む冷媒回路を備える。
圧縮機1は、冷媒を圧縮し、圧縮後の高温、高圧の冷媒を吐出する。暖房運転では、圧縮機1が吐出した冷媒は、四方弁5を介して室内熱交換器4に供給され、室内の空気へ放熱し、凝縮する。室内熱交換器4で凝縮した液冷媒は、膨張弁3によって減圧され、低圧の冷媒となる。低圧の冷媒は、室外熱交換器2へ供給され、外気から吸熱して気化する。気化した冷媒は、四方弁5を通過して圧縮機1へ吸入される。圧縮機1は低圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を吐出する。
室内機100の制御装置10は、データ取得部11と、操作受付部12と、判定部13と、送信部14と、受信部15と、記憶部16と、通信遮断部17とを備える。
データ取得部11は、温度センサc11~c13、湿度センサc14、人感センサc15、日射センサc16が検出した値を取得する。
操作受付部12は、ユーザが、リモコン等で指示した運転モードや設定温度の設定を受け付ける。
判定部13は、空気調和機が安定運転状態かどうかを判定する。安定運転状態とは、例えば、ユーザが指示した設定温度に変化が無く、各センサc11~c13、c21~c23等が検出した値の変動が所定の範囲内で静定していることである。
送信部14は、データ取得部11が取得した各センサが検出した値や、操作受付部12が取得した設定温度、制御装置20から受信した各センサが検出した値等に基づいて、室外機200に対する運転指令値を算出する。また、送信部14は、フォトカプラ103のON/OFFを制御して、算出した運転指令値を含む制御情報を送信する。また、送信部14は、制御装置20へ制御情報を送信するインターバルを変更する。例えば、空気調和機の通常運転時には、送信部14は、毎秒1回の送信を行う。また、空気調和機が、安定運転状態のときには、送信部14は、例えば、1分に1回の割合で制御情報の送信を行う。また、その際、送信部14は、低電力通信を行うことを示すフラグ(以下、低電力フラグ)を含んだ制御情報を生成して、室外機200へ送信する。
受信部15は、フォトカプラ102を介して制御情報を受信する。受信部15は、受信した制御情報を分析し、温度センサc21~c24が検出した温度などを取り出し、判定部13へ出力する。
記憶部16は、データ取得部11が取得した値など種々のデータを記憶する。
通信遮断部17は、空気調和機の運転状態が安定運転状態となると、フォトカプラ103をOFFにして、通信回路300を遮断する。つまり、通信回路300に電流が流れない状態とする。また、通信遮断部17は、安定運転状態中も、所定の時間間隔でフォトカプラ103をONにして、通信可能なように通信回路300を接続する。
データ取得部21は、温度センサc21~c24が検出した値を取得する。
受信部22は、フォトカプラ203を介して制御情報を受信する。受信部22は、受信した制御情報を分析し、運転指令値を取り出す。また、受信部22は、受信した制御情報を分析し、制御情報に低電力フラグが含まれていれば、このフラグを送信部23へ出力する。
記憶部24は、データ取得部21が取得した値など種々のデータを記憶する。
制御装置10、20は上記した機能以外にも種々の機能を有するが、本実施形態に関係のない機能の説明は省略する。例えば、制御装置20は、制御装置10から受信した運転指令値に基づいて、圧縮機1を制御する。
前提として、制御装置10と制御装置20は、毎秒1回、制御情報の送受信を行っている。まず、室内機100の制御装置10が、センサの検出値を取得する(ステップS11)。具体的には、データ取得部11が、温度センサc11~c13、湿度センサc14、人感センサc15などが検出した値を取得し、これらを判定部13へ出力する。また、室外機200では、データ取得部21が、温度センサc21~c24の検出値を取得し、これらを送信部23へ出力する。送信部23は、これらの値を含んだ制御情報を生成し、室内機100へ送信する。室内機100では、受信部15が、制御情報を受信する。受信部15は、制御情報を分析して、各温度センサc21~c24が検出した温度を判定部13へ出力する。
また、従来、空気調和機が待機状態のときに室内機と室外機の通信を遮断して省電力化を図る技術は提供されているが、本実施形態の通信制御によれば、運転中の空気調和機において省電力化を図ることができる。
また、安定運転状態ではなくなったときの通信間隔を段階的に短くするようにしてもよい。例えば、設定温度と温度センサc13が検出した吸い込み温度(室温)との差が、0.5℃となると、まず、1分間隔の通信を30秒間隔にして、それに合わせて通信回路300を遮断するようにして、温度の変動をしばらく監視し、速やかに安定運転状態に戻るようであれば、再び1分間隔の通信に戻すといった制御を行ってもよい。
以下、本発明の第二実施形態による通信制御について図6~図8を参照して説明する。
第一実施形態では、安定運転状態となると通信頻度を低下させた。第二実施形態では、安定運転状態となると通信を一旦停止する。以下、本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態と同じ構成、機能には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
図6は、本発明の第二実施形態による空気調和機の通信回路の一例を示す概略図である。
第二実施形態に係る空気調和機では、制御装置10と制御装置20とを接続する通信線303が設けられている。また、第二実施形態に係る空気調和機は、図2で例示した各センサを備える。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、第2受信部18を備えている。また、制御装置10は、判定部13に代えて、判定部13´を備える。
判定部13´は、第一実施形態の機能に加え、室内機100が備える温度センサc11~c13の検出値に基づいて、室内機100が安定運転状態かどうかを判定する機能を備えている。
第2受信部18は、第2送信部25が送信した通信の再開を指示する再開信号を受信する。
判定部26は、室外機200が備える温度センサc21~c23が検出した温度に基づいて、室外機200が安定運転状態かどうかを判定する。
第2送信部25は、第2受信部18へ信号を送信する。第2送信部25と第2受信部18は、通信線303で接続されており、制御装置20から制御装置10へ再開信号を送信することができる。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。制御装置10は、各センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13´は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。送信部14は、制御装置10と制御装置20の間の通信の頻度を維持する。
再開信号を受信せず、且つ、安定運転状態が継続している場合(ステップS151;No)、ステップS141以降の処理を繰り返す。
なお、図6では通信線303で室内機100と室外機200を接続することとしたが、通信線303を設けず、第2送信部25と第2受信部18とが無線通信を行って、再開信号を送信してもよい。
以下、本発明の第三実施形態による通信制御について図9~図10を参照して説明する。
第一実施形態、第二実施形態では、安定運転状態でなくなると通信の頻度を元の状態へと戻し通信を行った。第三実施形態では、人感センサc15、日射センサ16cが検出するデータを利用して、安定運転を継続できなくなるタイミングを予測し、先行的に元の通信頻度に戻して通信を行う。以下、本発明の第三実施形態に係る構成のうち、本発明の第一、第二実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第三実施形態に係る構成は、第一実施形態、第二実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、予測部19を備えている。
予測部19は、人感センサc15、日射センサ16cの検出値のうちの少なくとも1つを用いて、近い未来に安定運転状態でなくなることを予測する。例えば、人感センサc15が人を検出しない状態から人を検出する状態に変化すると、予測部19は、近い未来に安定運転状態でなくなると予測する。また、予測部19は、例えば、日射センサ16cが検出する日射量の変化を熱量に換算し、換算した熱量が室内の温度に与える影響を、所定の予測式から算出し、その影響が閾値より大きい場合、安定運転状態でなくなると予測する。予測部19は、予測結果を送信部14、通信遮断部17へ出力する。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。送信部14は、制御装置10と制御装置20の間の通信の頻度を維持する。
以下、本発明の第四実施形態による低電力制御について図11~図12を参照して説明する。
第四実施形態では、通信頻度の低下による省電力化に加え、室内機100の制御装置10のプロセッサのクロック周波数を低下させて、さらなる低電力化を図る。以下、本発明の第四実施形態に係る構成のうち、本発明の第一~第三実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第四実施形態に係る構成は、第一~第三実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、クロック周波数制御部1Aを備えている。
クロック周波数制御部1Aは、制御装置10が備えるプロセッサ10aのクロック周波数を変更する。例えば、安定運転状態のときにはクロック周波数を低下させ、それ以外の運転状態では、所定のクロック周波数で動作させる。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。送信部14は、制御装置10と制御装置20の間の通信の頻度を維持する。
以下、本発明の第五実施形態による低電力制御について図13~図14を参照して説明する。
第五実施形態では、通信頻度の低下による省電力化に加え、温度センサc11~c13、c21~c24への給電を停止して、さらなる低電力化を図る。以下、本発明の第五実施形態に係る構成のうち、本発明の第一~第四実施形態と同じ構成、処理には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。また、第五実施形態に係る構成は、第一~第四実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第一実施形態と組み合わせた場合の構成例を示す。
制御装置10は、第一実施形態の構成に加え、センサ給電制御部1Bを備えている。
センサ給電制御部1Bは、制御装置10が備える温度センサc11~c13、湿度センサc14等への給電を制御する。例えば、空気調和機が安定運転状態のときには、センサ給電制御部1Bは、温度センサc11~c13への給電を所定の周期で断続的に行う。また、センサ給電制御部1Bは、それ以外の運転状態のときに温度センサc11~c13への給電を継続的に行う。
センサ給電制御部2Bは、制御装置20が備える温度センサc21~c24への給電を制御する。例えば、安定運転状態のときには、センサ給電制御部2Bは、温度センサc21~c24への給電を所定の周期で断続的に行う。また、センサ給電制御部2Bは、それ以外の運転状態のときに、温度センサc21~c23への給電を継続的に行う。
制御装置10と制御装置20は、毎秒1回の通信を行っている。また、温度センサc11~c13、温度センサc21~c23へは常時給電されている。制御装置10は、センサの検出値を取得する(ステップS11)。次に判定部13は、空気調和機の運転が安定運転状態か否かを判定する(ステップS12)。安定運転状態ではないと判定した場合(ステップS12;No)、ステップS11以降の処理を繰り返す。送信部14は、制御装置10と制御装置20の間の通信の頻度を維持する。また、センサ給電制御部1B、2Bは各センサへの給電を常時行う。
なお、給電を停止するセンサは、上記センサのうちの一部であってもよい。例えば、室外機200の温度センサc21~c24のみ給電を停止するようにしてもよい。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、入出力インタフェース904、通信インタフェース905を備える。コンピュータ900は、CPU901に代えて、MPU(Micro Processing Unit)などのプロセッサを備えていてもよい。
上述の制御装置10、制御装置20は、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置902に確保する。また、CPU901は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置903に確保する。
なお上記実施形態では、通信回路300の遮断時に室内機100のフォトカプラ103をOFFとすることとしたが、通信遮断部17と同様の機能を制御装置20に設け、フォトカプラ204をOFFとするようにしてもよい。なお、通信遮断部17、送信部14は、通信制御部の一例である。
2・・・室外熱交換器
3・・・膨張弁
4・・・室内熱交換器
5・・・四方弁
6・・・冷媒配管
10、20・・・制御装置
10a、20a・・・プロセッサ
11、21・・・データ取得部
12・・・操作受付部
13、13´・・・判定部
14、23・・・送信部
15、22・・・受信部
16、24・・・記憶部
17・・・通信遮断部
18・・・第2受信部
19・・・予測部
1A・・・クロック周波数制御部
1B、2B・・・センサ給電制御部
25・・・第2送信部
100・・・室内機
200・・・室外機
107、108、207、208・・・端子
102、103、203、204・・・フォトカプラ
101、104、106、201、202、206・・・抵抗
105、205・・・トランジスタ
300・・・通信回路
301、302・・・接続線
c11、c12、c13、c21、c22、c23、c24・・・温度センサ
c14・・・湿度センサ
c15・・・人感センサ
c16・・・日射センサ
900・・・コンピュータ
901・・・CPU、
902・・・主記憶装置、
903・・・補助記憶装置、
904・・・入出力インタフェース
905・・・通信インタフェース
Claims (9)
- 空気調和機の制御装置であって、
前記空気調和機の室内機の制御装置である第1制御装置と、前記空気調和機の室外機の制御装置である第2制御装置と、を含み、
前記第1制御装置は、
空気調和機が安定運転状態にあることを判定する判定部と、
前記室内機が安定運転状態にあるか否かを判定する第1判定部と、
前記室内機と前記室外機を接続する通信回路の遮断と接続を切り替えることにより、前記室内機と前記室外機の通信を制御する通信制御部と、
を備え、
前記第2制御装置は、
前記室外機が安定運転状態にあるか否かを判定する第2判定部と、
前記第2判定部が、前記室外機が安定運転状態にはないと判定すると、前記通信の再開を指示する再開信号を前記第1制御装置に送信する第2送信部と、
を備え、
前記判定部が、前記安定運転状態にあると判定すると、前記通信制御部は、前記通信回路を遮断して前記通信を停止し、
前記通信制御部が前記通信回路を遮断した後に、前記第1判定部が、前記室内機が安定運転状態にはないと判定すると、前記通信制御部は、前記通信回路を接続して、前記通信を再開し、
前記通信制御部が前記通信回路を遮断した後に、前記第2判定部が、前記室外機が安定運転状態にはないと判定すると、前記第2送信部は、前記再開信号を前記第1制御装置へ送信し、前記第1制御装置が前記再開信号を受信すると、前記通信制御部は、前記通信回路を接続して、前記通信を再開する、
制御装置。 - 前記第1制御装置と前記第2制御装置とは、前記通信回路とは異なる通信線で接続されていて、前記第2送信部は、前記通信線を通じて、前記再開信号を前記第1制御装置へ送信する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記第2送信部は、無線通信により前記再開信号を前記第1制御装置へ送信する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記判定部が、前記安定運転状態にあると判定すると、自装置が備えるプロセッサのクロック周波数を低下させるクロック周波数制御部、
をさらに備える請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記判定部が、前記安定運転状態にあると判定すると、前記室内機および前記室外機が備えるセンサのうちの少なくとも一部への給電を停止するセンサ給電制御部、
をさらに備える請求項1から請求項4何れか1項に記載の制御装置。 - 前記判定部が、前記安定運転状態であると判定した後に、人感センサまたは日射センサが検出した値に基づいて、前記安定運転状態の終了を予測する予測部、
をさらに備え、
前記予測部が、前記安定運転状態の終了を予測すると、前記通信回路を通信可能に接続し、前記室内機と前記室外機の間の通信を再開する、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の制御装置。 - 室内機と、室外機と、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の制御装置と、
を備える空気調和機。 - 空気調和機の制御方法であって、
空気調和機が安定運転状態にあることを判定するステップと、
前記判定するステップで前記安定運転状態にあると判定すると、室内機と室外機を接続する通信回路を遮断して前記室内機と前記室外機の通信を停止するステップと、
前記通信回路が遮断された後に、前記室内機が安定運転状態にはないと判定すると、前記室内機が、前記通信回路を接続して、前記通信を再開し、
前記通信回路が遮断された後に、前記室外機が安定運転状態にはないと判定すると、前記室外機から、前記通信の再開を指示する再開信号を前記室内機へ送信し、前記室内機は、前記再開信号を受信すると、前記通信回路を接続して、前記通信を再開するステップと、
を有する制御方法。 - コンピュータを、
空気調和機が安定運転状態にあることを判定する手段、
前記判定する手段が前記安定運転状態にあると判定すると、室内機と室外機を接続する通信回路を遮断して前記室内機と前記室外機の通信を停止する手段、
前記通信回路が遮断された後に、前記室内機が安定運転状態にはないと判定すると、前記通信回路を接続して、前記通信を再開する手段、
前記通信回路が遮断された後に、前記室外機が安定運転状態にはないと判定すると、前記室外機から、前記通信の再開を指示する再開信号を前記室内機へ送信する手段、
前記室内機が前記再開信号を受信すると、前記通信回路を接続して、前記通信を再開する手段、
として機能させるためのプログラム。
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