JPH09280629A - 空気調和機の制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷媒の凝縮熱と蒸発熱を用いて除湿運転が可能
な空気調和機の除湿運転制御で、外気温度や負荷の変動
に対しても、室内の温度や湿度を素早く、なめらかに所
定の値に制御し在室者の快適性を向上させる。 【解決手段】現在の室内の温度と設定温度との差と、外
気温度による制御ルールで室外ファン回転数を求め、現
在の室温を所定時間遅延して記憶する室温記憶手段を設
け、現在室温と記憶手段に記憶している室温との差によ
る制御ルールで室外ファン回転数補正量を求め、室外フ
ァン回転数に加えて制御し、室内の温度と設定温度との
差と、室内の湿度と設定湿度との差による制御ルールで
圧縮機回転数を求め、現在の室内湿度を所定時間遅延し
て記憶する湿度記憶手段を設け、現在室内湿度と記憶手
段に記憶している湿度との差による制御ルールで圧縮機
回転数補正量を求め圧縮機回転数に加えて空気調和機を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷媒の凝縮熱と蒸発
熱を用いて除湿運転が可能な空気調和機の除湿運転時の
制御方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍サイクルで冷却・除湿及び加
熱を行う除湿運転のできる空気調和機の制御方法は、特
開平７−１３９８４７号公報に示す方法があった。すな
わち、室外ファン回転数は図２３のように室外温度の上
昇にあわせて段階的に室外ファンの回転数を上昇させ、
圧縮機回転数は図２４のように室内湿度の上昇に合わせ
て段階的に圧縮機回転数を上昇させ、また、図２５のよ
うに室内吹き出し温度と室内吸い込み温度の温度差に応
じて、室外ファンと圧縮機の回転数を段階的に変化させ
る方法をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような、従来除
湿運転制御方法だと圧縮機の回転数や室外ファンの回転
数が段階的に変わるので運転状態が急激に変わってしま
い、その時の空調状態及び負荷状態に合わないことがあ
った。たとえば室温が高いままで下がらないなどの問題
が発生する場合がある。本発明が上記不具合が発生しな
いような除湿運転制御方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】一般に実験や理論上次の
ことが言える。すなわち、室外温度が低くなると室外熱
交換器３で放熱される熱量が大となり、除湿運転時の加
熱量が減少し室内吹き出し温度が低下する。逆に室外温
度が高くなると室外熱交換器３で放熱される熱量が少な
くなり、除湿運転時の加熱量が多くなって室内吹き出し
温度は上昇する。

【０００５】また、室外熱交換器３の熱交換量を増加さ
せる、すなわち、室外ファン回転数を上昇させると除湿
運転時の加熱量が減少するので室内吹き出し温度が低下
する。室外熱交換器３の熱交換量を減少させる、すなわ
ち、室外ファン回転数を低下させると除湿運転時の加熱
量が増加するので室内吹き出し温度が上昇する。

【０００６】除湿量は圧縮機１の回転数を増加させ、冷
媒循環量を増やすことにより増加する。逆に圧縮機の回
転数を減少させると冷媒循環量が減少し除湿量は減少す
る。また、圧縮機１の回転数を上昇させると室内吹き出
し温度が低い時はより低くなり、室内吹き出し温度が高
いときはより高くなる。

【０００７】以上により、室外ファン回転数と圧縮機回
転数を制御することにより室内吹き出し温度と除湿量を
制御できることが判る。

【０００８】すなわち、現在の室内温度を検出する室内
温度検出手段と、現在の外気温度を検出する外気温度検
出手段と、現在の室内湿度を検出する室内湿度検出手段
を設け、現在の室内温度と室内設定温度との温度差と、
外気温度によって室外ファン回転数を導出する制御ルー
ルを設定し室外ファン回転数を求め、前記現在の室温を
所定時間遅延して記憶する室温記憶手段を設け、現在室
温と前記記憶手段に記憶している室温との差により室外
ファン回転数を導出する制御ルールを設定し室外ファン
回転数補正量を求め、前記室外ファン回転数に室外ファ
ン回転数補正量を加えて制御する室外ファン回転数と
し、室内温度と室内設定温度との温度差と、室内湿度と
室内設定湿度との湿度差によって圧縮機回転数を導出す
る制御ルールを設定し圧縮機回転数を求め、前記現在の
室内湿度を所定時間遅延して記憶する湿度記憶手段を設
け、現在室内湿度と前記記憶手段に記憶している湿度と
の差により圧縮機回転数補正量を導出する制御ルールを
設定し圧縮機回転数補正量を求め、前記圧縮機回転数と
圧縮機回転数補正量を加えて制御する圧縮機回転数とし
空気調和機を制御する。

【０００９】また、室内ファンの設定風速により、前記
現在の室内温度と室内設定温度との温度差と、外気温度
によって室外ファン回転数を導出する制御ルールをそれ
ぞれの設定風速に対応して設定した。

【００１０】また、室外ファンの設定風速により、室内
温度と室内設定温度との温度差と、室内湿度と室内設定
湿度との湿度差によって圧縮機回転数を導出する制御ル
ールをそれぞれの設定風速に対応して設定した。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面により
詳細に説明する。図１は本実施例である空気調和機の系
統図である。本実施例の空気調和機は次のように構成さ
れている。図１で、１は圧縮機、２は冷房や暖房等の運
転状態を切り換える際に切り換えられる四方弁、３は室
外熱交換器、４は冷房運転及び暖房運転時に冷媒が流れ
る主絞り装置、５は主絞り装置４と並列に設けられ除湿
運転時に冷媒を流すためのバイパス用電磁弁、８，９は
二分割された室内熱交換器、１８は室内熱交換器８と９
との間にこれらと直列に設けられた除湿運転時に冷媒の
流れる除湿用絞り装置、１０は室内熱交換器８，９との
間に除湿用絞り装置１８と並列に設けられ冷房及び暖房
運転時に冷媒を流すためのバイパス用電磁弁、１１は室
外ファン、１２は室外ファンモータ、１３は室内ファ
ン、１４は室内ファンモータ、６，７はそれぞれ室内，
室外の風向を示す矢印、１５は外気温度を検知する温度
センサ等の外気温検出手段、１６は室内湿度を検知する
湿度センサ等の湿度検出手段、１７は室内温度を検知す
る温度センサ等の室内温度検出手段を示している。ま
た、圧縮機１は、能力が変えられ、室外ファン１１及び
室内ファン１３は能力制御すなわち送風量制御が可能に
してある。特に最近は、圧縮機１やファンモータ１２，
１４には、回転数が連続して変えられる回転数制御方式
が用いられており、能力をきめ細かく制御することがで
きる。

【００１２】以上のようなサイクル構成で、冷房運転時
には、バイパス用電磁弁５を閉じバイパス用電磁弁１０
を開くことにより、室外熱交換器３を凝縮器、室内熱交
換器８及び９を蒸発器として室内の冷房を行う。暖房運
転時には、四方弁２を切り換えバイパス用電磁弁５を閉
じバイパス用電磁弁１０を開くことにより、室内熱交換
器８及び９を凝縮器、室外熱交換器３を蒸発器として室
内の暖房を行う。

【００１３】また、除湿運転時には、四方弁２を冷房運
転時と同様に切り換え、バイパス用電磁弁５を開きバイ
パス用電磁弁１０を閉じることにより冷媒を、圧縮機
１、四方弁２、室外熱交換器３、バイパス用電磁弁５、
室内熱交換器８、除湿用絞り装置１８、室内熱交換器
９、四方弁２、圧縮機１の順に循環させ、室外熱交換器
３を上流側の凝縮器、室内熱交換器８を下流側の凝縮
器、室内熱交換器９を蒸発器とするように設定する。そ
して、室内空気を室内ファン１３により矢印６で示すよ
うに流すと、空気は蒸発器として作用する室内熱交換器
９で冷却・除湿された後、下流側の凝縮器、すなわち加
熱器となる室内熱交換器８で再び加熱されて室内に吹き
出される。この場合、さらに圧縮機１の能力や室内ファ
ン１３および室外ファン１１の送風能力を制御すること
により、蒸発器９及び加熱器８の能力を調整することが
でき、最終的には除湿量や吹き出し空気温度を制御する
ことができる。

【００１４】次に本実施例の除湿運転制御方式について
図２から図２２で説明する。

【００１５】図２は本実施例の制御のブロック図であ
る。室内温度検出手段１８からの室内温度と室内湿度検
出手段１７からの室内湿度と外気温度検出手段１６から
の外気温度を入力とし制御手段４を通して圧縮機１と室
外ファン１１，１２を制御する。

【００１６】次に、制御動作について、図３を用いて説
明する。ステップ５０１，５０２，５０３で室内温度、
室内湿度、外気温度をそれぞれ検出手段から入力する。
ステップ５０４で（室内温度）−（設定温度）を計算し
（温度偏差）とし、その時の（温度偏差）として記憶装
置に記憶しておく。ステップ５０５で同様に（湿度偏
差）を計算し、その時の（湿度偏差）を記憶手段に記憶
しておく。次に、ステップ５０６で温度偏差と外気温度
によりファジイ演算を行い、室外ファン回転数を求め
る。ステップ５０７で温度偏差と温度偏差の前回との偏
差によりファジイ演算を行い、室外ファン回転数の補正
量を求める。ステップ５０８でステップ５０６で求めた
室外ファン回転数にステップ５０７で求めた補正量を加
えて室外ファン回転数を決定する。

【００１７】以下同様に、圧縮機回転数についても、ス
テップ５０９で温度偏差と湿度偏差によりファジイ演算
し、圧縮機回転数を求める。ステップ５１０で湿度偏差
と湿度偏差の前回との偏差によりファジイ演算し、圧縮
機回転数の補正量を求める。ステップ５１１でステップ
５１０で求めた圧縮機回転数にステップ５１１で求めた
補正量を加えて圧縮機回転数を決定する。

【００１８】ステップ５１２でフォローによって得られ
た室外ファン回転数と圧縮機回転数で空気調和機を制御
する。

【００１９】ここでステップ５０６，５０７，５０９，
５１０におけるファジイ演算について図４から図２２に
より詳細に説明する。図４は横方向に温度偏差、縦方向
に温度偏差に対して在室者が「寒い」「涼しい」「快
適」「暖かい」「暑い」と感じるグレードを示したファ
ジイ変数のメンバーシップ関数である。同様に図５は外
気温度に対する「寒い」「涼しい」「快適」「暖かい」
「暑い」と感じるグレードを示したファジイ変数のメン
バーシップ関数である。図６は湿度偏差に対する湿度感
のグレードを示したファジイ変数のメンバーシップ関数
である。図７は温度偏差の前回との偏差に対する大きさ
を示すファジイ変数のメンバーシップ関数である。図８
は湿度偏差の前回との偏差に対する大きさを示すファジ
イ変数のメンバーシップ関数である。図９は室外ファン
回転数に対して「低速」「やや低速」「中速」「やや高
速」「高速」の大きさのグレードを示したファジイ変数
のメンバーシップ関数である。図１０は室外ファン回転
数補正量に対する大きさを示すファジイ変数のメンバー
シップ関数である。図１１は圧縮機回転数に対して「低
速」「やや低速」「中速」「やや高速」「高速」の大き
さのグレードを示したファジイ変数のメンバーシップ関
数である。図１２は圧縮機回転補正量に対する大きさを
示すファジイ変数のメンバーシップ関数である。図４か
ら図１２のメンバーシップ関数は発明者が経験に基づい
て作成した。

【００２０】図１３は室外ファン回転数をファジイ演算
により求めるための制御ルールの説明図である。縦方向
には温度偏差のファジイ変数（「寒い」「涼しい」「快
適」「暖かい」「暑い」）をとり、横方向には外気温度
のファジイ変数（「寒い」「涼しい」「快適」「暖か
い」「暑い」）をとって２次元に配置することにより、
これら二つの条件の交わった位置に圧縮機回転数の大き
さを設定する。同様に図１４は室外ファン回転数補正量
の制御ルールであり、図１５は圧縮機回転数の制御ルー
ルであり、図１６は圧縮機回転数の補正量の制御ルール
である。これらの制御ルールも発明者の経験に基づいて
作成した。

【００２１】次に室外ファン回転数のファジイ演算の実
行手段について図１７のフローチャートと図１８を併用
して説明する。

【００２２】最初にステップ１０１で、温度偏差に対す
るファジイ変数のメンバーシップ関数（図４）を求め
る。たとえば温度偏差が＋１．２５℃であれば図１８
（ａ）(ｂ）に示すようにファジイ変数の「暖かい」と
「暑い」のメンバーシップ関数が選択され、それぞれの
グレードが０．７５と０．２５になる。次にステップ１
０２に進み、外気温度に対するファジイ変数のメンバー
シップ関数（図５）を求める。たとえば外気温度が２０
℃の場合、図１８（ｃ）に示すようにファジイ変数「快
適」のメンバーシップ関数が選択されそのグレード１と
なる。このようにして、室外ファン回転数を設定するた
めの制御ルールの前件部が導出される。

【００２３】次にステップ１０３に進み、ステップ１０
１及びステップ１０２で求められた前件部を図１３に示
す制御ルールにあてはめて後件部である室外ファン回転
数のファジイ変数を求め、そのメンバーシップ関数を導
出する。例えば、図１８では下記の２通りの前件部が成
立する。

【００２４】 もし「暖かく」て外気温度が「快適」ならば……（１） もし「暑く」て外気温度が「快適」ならば ……（２） 前件部を制御ルールにあてはめて後件部を求めると、そ
れぞれ図１８(ｄ)(ｅ）に示す通り「やや高速」と「高速」
というファジイ変数のメンバーシップ関数が導出され
る。

【００２５】次にステップ１０４に進み、ステップ１０
３で求められた室外ファン回転数のファジイ変数のメン
バーシップ関数から、そのグレードを算出しメンバーシ
ップ関数の修正を行う。すなわち、後件部である室外フ
ァン回転数メンバーシップ関数のグレードは、制御ルー
ルの前件部を構成する二つのファジイ変数のうち、グレ
ードの小さい方の値として成立する。例えば、図１８
（ａ）（ｃ）なる前件部では０．７５が「やや高速」に対
するグレードになり、図１８（ｂ）(ｃ）なる前件部で
は０．２５が「高速」に対するグレードとなる。このよう
にして修正された室外ファン回転数メンバーシップ関数
は図１８(ｄ）（ｅ）の斜線部である。

【００２６】次にステップ１０５に進み、ステップ１０
４で求められた室外ファン回転数の修正メンバーシップ
関数の論理和をとり合成メンバーシップ関数を求める。
例えば図１８（ｆ）の斜線部が合成メンバーシップ関数
を表す。

【００２７】最後にステップ１０６に進み、ステップ１
０５で求められた室外ファン回転数の合成メンバーシッ
プ関数から、重心の位置を算出して、室外ファン回転数
（単位：ｍｉｎ~¹)を導出する。本実施例では、４３０
ｍｉｎ~¹となる。

【００２８】室外ファン回転数の補正量のファジイ演算
についても同様に、温度偏差を＋１．２５℃、温度偏差
の前回との偏差を−０．４５℃とした場合の実施例を図
１９のフローチャートと図２０に表す。詳細は室外ファ
ン回転数のファジイ演算と同様であるので省略する。

【００２９】演算の結果、室外ファン回転数補正量は、
２０ｍｉｎ~¹となる。したがって、図３のステップ５０
８により、室外ファン回転数４３０ｍｉｎ~¹に室外ファ
ン回転数補正量２０ｍｉｎ~¹を加えて、４５０ｍｉｎ~¹
が室外ファン回転数の指令となる。

【００３０】圧縮機回転数及び圧縮機回転数補正量も同
様に図４，図６，図８，図１１，図１２，図１５，図１
６，図２１，図２２を用いて、ファジイ演算することに
より求めることができる。

【００３１】尚、室内ファン設定風速により、制御ルー
ル図１３，図１４，図１５，図１６を変更することによ
り制御性を向上させることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、冷媒の凝縮熱と蒸発熱
を用いて除湿運転が可能な空気調和機の除湿運転制御
で、現在の室温と前回の室温の温度差すなわち温度変化
量に応じて室外ファン回転数の補正量を加え、また、現
在の湿度と前回の湿度の湿度差すなわち湿度変化に応じ
て圧縮機回転数の補正量を加え制御するようにしたの
で、外気温度や負荷の変動に対して、室内の温度や湿度
を素早く、なめらかに所定の値に制御することができ
る。これにより、在室者の快適性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である空気調和機の系統図。

【図２】本発明の一実施例である空気調和機の制御ブロ
ック図。

【図３】本発明の一実施例である空気調和機の制御フロ
ーチャート。

【図４】温度偏差に対するファジイ変数のメンバーシッ
プ関数を示す特性図。

【図５】外気温度に対するファジイ変数のメンバーシッ
プ関数を示す特性図。

【図６】湿度偏差に対するファジイ変数のメンバーシッ
プ関数を示す特性図。

【図７】温度偏差の前回との偏差に対するファジイ変数
のメンバーシップ関数を示す特性図。

【図８】湿度偏差の前回との偏差に対するファジイ変数
のメンバーシップ関数を示す特性図。

【図９】室外ファン回転数に対するファジイ変数のメン
バーシップ関数を示す特性図。

【図１０】室外ファン回転数補正量に対するファジイ変
数のメンバーシップ関数を示す特性図。

【図１１】圧縮機回転数に対するファジイ変数のメンバ
ーシップ関数を示す特性図。

【図１２】圧縮機回転数補正量に対するファジイ変数の
メンバーシップ関数を示す特性図。

【図１３】室外ファン回転数制御ルールを示す説明図。

【図１４】室外ファン回転数補正量制御ルールを示す説
明図。

【図１５】圧縮機回転数制御ルールを示す説明図。

【図１６】圧縮機回転数補正量制御ルールを示す説明
図。

【図１７】室外ファン回転数を導出するファジイ演算の
フローチャート。

【図１８】室外ファン回転数の合成メンバーシップ関数
及び重心位置を導出する説明図。

【図１９】室外ファン回転数補正量を導出するファジイ
演算のフローチャート。

【図２０】室外ファン回転数補正量の合成メンバーシッ
プ関数及び重心位置を導出する説明図。

【図２１】圧縮機回転数を導出するファジイ演算のフロ
ーチャート。

【図２２】圧縮機回転数補正量を導出するファジイ演算
のフローチャート。

【図２３】従来の室外ファン回転数の制御方法の説明
図。

【図２４】従来の圧縮機回転数の制御方法の説明図。

【図２５】従来の室外ファン回転数と圧縮機回転数の制
御方法の説明図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…主絞
り装置、５…バイパス用電磁弁、８，９…室内熱交換
器、１０…バイパス用電磁弁、１１…室外ファン、１２
…室外ファンモータ、１３…室内ファン、１４…室内フ
ァンモータ、１５…外気温検出手段、１６…湿度検出手
段、１７…室内温度検出手段、１８…除湿用絞り装置、
１９…制御装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒の凝縮熱と蒸発熱を用いて除湿運転が
   可能な空気調和機の除湿運転時において、現在の室内温
   度を検出する室内温度検出手段と、現在の外気温度を検
   出する外気温度検出手段と、現在の室内湿度を検出する
   室内湿度検出手段を設け、現在の室内温度と室内設定温
   度との温度差と、外気温度によって室外ファン回転数を
   導出する制御ルールを設定し室外ファン回転数を求め、
   前記現在の室温を所定時間遅延して記憶する室温記憶手
   段を設け、現在室温と前記記憶手段に記憶している室温
   との差によって室外ファン回転数を導出する制御ルール
   を設定し室外ファン回転数補正量を求め、前記室外ファ
   ン回転数に室外ファン回転数補正量を加えて制御する室
   外ファン回転数とし、室内温度と室内設定温度との温度
   差と、室内湿度と室内設定湿度との湿度差によって圧縮
   機回転数を導出する制御ルールを設定し圧縮機回転数を
   求め、前記現在の室内湿度を所定時間遅延して記憶する
   湿度記憶手段を設け、現在室内湿度と前記記憶手段に記
   憶している湿度との差により決定される圧縮機回転数の
   補正量を導出する制御ルールを設定し圧縮機回転数補正
   量を求め、前記圧縮機回転数と圧縮機回転数補正量を加
   えて制御する圧縮機回転数としたことを特徴とする空気
   調和機の制御装置。
2. 【請求項２】室内ファンの設定風速により、前記現在の
   室内温度と室内設定温度との温度差と、外気温度によっ
   て室外ファン回転数を導出する制御ルールをそれぞれの
   設定風速に対応して設定した請求項１に記載の空気調和
   機の制御方法。
3. 【請求項３】室内ファンの設定風速により、室内温度と
   室内設定温度との温度差と、室内湿度と室内設定湿度と
   の湿度差によって圧縮機回転数を導出する制御ルールを
   それぞれの設定風速に対応して設定した請求項１に記載
   の空気調和機の制御方法。