JP2003185219A - 空気調和機 - Google Patents
空気調和機Info
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Abstract
き、しかも消費電力の少ない運転が可能な空気調和機を
提供する。 【解決手段】 圧縮機1と、室外側熱交換器2と、室外
ファン7と、室外電動膨張弁3と、少なくとも2個以上
に分割された室内側熱交換器4、6と、この分割された
室内側熱交換器4、6間に介設される室内電動膨張弁5
とを備えた空気調和機である。目標空調負荷点に近づけ
る目標空調運転が可能である。目標空調運転の定常運転
状態においては消費電力量が略最小となる運転を可能と
している。
Description
するものである。
とが可能なものが、例えば特開昭55−121352号
公報に提案されている。すなわち、この空気調和機にお
いては、図9に示すように、室内側熱交換器を、第1室
内側熱交換器51と第2室内側熱交換器52とに分割
し、室外側熱交換器53と第1室内側熱交換器51との
間に室外流量調節弁54を介設すると共に、第1室内側
熱交換器51と第2室内側熱交換器52との間に室内流
量調節弁55を介設している。また、図9において56
は圧縮機を示している。そして、流量調節弁54、55
の開度を調節して冷媒量を制御することにより、冷房運
転から除湿運転までの運転状態を任意に実現できるよう
に構成される。
節弁54と室内流量調節弁55との間の第1室内側熱交
換器51をこの2つの流量調節弁54、55の冷媒流量
調節により蒸発器から再加熱器まで変化させることにな
る。しかしながら、冷凍サイクルの安定動作のためには
この2つの流量調節弁54、55のうち一つは吸入過熱
度の調節のための操作を行う必要がある。この場合、第
1室内側熱交換器51の状態を決定しているのは、残り
の流量調節弁55、54となる。例えば、室内流量調節
弁55で吸入過熱度を調節し、室外流量調節弁54で第
1室内側熱交換器51の状態を変化させる場合の室外流
量調節弁54と能力との関係を図10に示す。この図1
0からわかるように、室外流量調節弁54が全開のと
き、第1室内側熱交換器51と室外側熱交換器53との
圧力差はきわめて小さくなるので、第1室内側熱交換器
51は凝縮器として働き再加熱能力最大となり、冷凍サ
イクル全体の顕熱能力が最小となる。
場合は、第1室内側熱交換器51の状態は単調に変化
し、最終的に蒸発器である第2室内側熱交換器52と第
1室内側熱交換器51との圧力は等しくなり、冷却能力
最大となる顕熱能力は最大となる。一方、潜熱能力は、
図11に示すように、室外流量調節弁54の開度により
流量が変化し、開度大(流量大)の時は大きく、開度小
(流量小)の時は小さくなる。このことは、冷房から除
湿の運転状態を連続的に実現はしているものの、流量調
整弁の変化に応じて顕熱能力と潜熱能力は従属的に変化
していることから、目標とする顕熱能力・潜熱能力を満
足する流量調整弁の開度は一意に決定され、このときの
消費電力も決まってしまう。このため、能力バランスし
たとしても消費電力量の点からは効率の悪い動作をして
いたという問題があった。
めになされたものであって、その目的は、冷房負荷全域
で、温度・湿度を独立に調節でき、しかも消費電力の少
ない運転が可能な空気調和機を提供することにある。
和機は、圧縮機1と、室外側熱交換器2と、室外ファン
7と、室外電動膨張弁3と、少なくとも2個以上に分割
された室内側熱交換器4、6と、この分割された室内側
熱交換器4、6間に介設される室内電動膨張弁5とを備
えた空気調和機であって、目標空調負荷点に近づける目
標空調運転が可能であると共に、この目標空調運転の定
常運転状態においては消費電力量が略最小となる運転を
可能とすることを特徴としている。
負荷点に近づける目標空調運転が可能であるので、室内
を所望の温度及び所望の湿度に近づけることができる。
また、この目標空調運転の定常運転状態においては、消
費電力量が略最小となるので、省エネを達成できる。
が顕熱負荷及び潜熱負荷にて規定され、上記圧縮機1の
周波数、上記室内電動膨張弁5の開度、及び上記室外フ
ァン7の回転数を制御して、上記消費電力量が略最小と
なる目標空調運転を行うことを特徴としている。
の周波数、室内電動膨張弁5の開度、及び室外ファン7
の回転数を制御して、消費電力量が略最小とするもので
あり、この消費電力量の略最小化を確実に達成できる。
に接近させるための周波数操作量、開度操作量、及び回
転数操作量を求め、これらの操作量と、予め求めていた
単位周波数当りの消費電力、単位開度当りの消費電力、
及び単位回転数当りの消費電力とで、全体の消費電力変
化量を求め、この消費電力変化量及び上記周波数操作量
が正であるときに、開度操作量及びファン回転数操作量
を、周波数操作量よりも相対的に増加させることを特徴
としている。
変化量を求め、この消費電力変化量が負であれば、現在
の消費電力量から減少することになるので、各操作量を
このままの状態とすることによって、省エネを達成でき
る。また、消費電力変化量が正、つまり増加していて
も、周波数操作量が負であれば、この圧縮機の消費電力
が減少することになる。この場合、消費電力変化量の増
加は、消費電力上昇の少ない室内電動膨張弁5及び室外
ファン7の操作によるものであり、このままの状態とす
るほうが、全体として省エネとなる。そして、消費電力
変化量及び上記周波数操作量が正であれば、消費電力の
上昇が大きい圧縮機1の周波数操作量が増加して消費電
力量が増加するので、消費電力上昇の少ない室内電動膨
張弁5及び室外ファン7の操作量を、圧縮機1の周波数
操作量よりも相対的に増加させ、これによって、全体の
消費電力量の増加を少なく抑えることができる。
外側熱交換器2と、室外ファン7と、室外電動膨張弁3
と、少なくとも2個以上に分割された室内側熱交換器
4、6と、この分割された室内側熱交換器4、6間に介
設される室内電動膨張弁5とを備えた空気調和機であっ
て、顕熱負荷及び潜熱負荷にて規定される目標空調負荷
点に近づけた後に、この目標空調負荷点に近づけたま
ま、消費電力量が略最小となる運転へ移行させることを
特徴としている。
及び潜熱負荷にて規定される目標空調負荷点に近づける
ことができるので、室内を所望の温度及び所望の湿度に
近づけることができる。また、目標空調負荷点に近づけ
たまま、消費電力量が略最小となる運転へ移行させるの
で、省エネを達成できる。
に近づけた後に、上記圧縮機1の周波数を低下させると
共に、この圧縮機1の周波数の低下に応じて、上記室内
電動膨張弁5の開度及び室外ファン7の回転数を調整し
て、消費電力量の略最小化を図ることを特徴としてい
る。
の上昇が大きい圧縮機1の周波数を下げるものであるの
で、全体の消費電力量の増加を少なく抑えることができ
る。
の周波数の低下を所定時間毎に行うことを特徴としてい
る。
1の周波数の低下を所定時間毎に行うものであるので、
確実に省エネ領域に移行させることができる。
実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明す
る。図1は空気調和機の簡略構成図である。この空気調
和機は、圧縮機1と、室外熱交換器2と、室外膨張弁
(室外電動膨張弁)3と、第1室内熱交換器4と、室内
膨張弁(室内電動膨張弁)5と、第2室内熱交換器6と
が順次接続されてなる。すなわち、この場合、室内熱交
換器を2個に分割している。また、室外熱交換器2側に
室外ファン7が付設され、室内熱交換器側に室内ファン
8が付設されている。
を調節することによって、この冷媒回路内を循環する冷
媒流量を制御して、冷房運転及び除湿運転を行うことが
できる。すなわち、室内膨張弁5を全開状態として、室
外膨張弁3の開度を制御することによって、室外熱交換
器2を凝縮器として機能させ、第1・第2室内熱交換器
4、6を蒸発器として機能させて、冷房運転を行う。し
かも室外膨張弁3の開度を制御して、この冷房運転の冷
房能力を変動させることができる。
内膨張弁5の開度を制御することによって、第1室内熱
交換器4を再加熱器として機能させると共に、第2室内
熱交換器6を蒸発器として機能させて、除湿運転を行う
ことができる。さらに、室外膨張弁3をある程度絞った
後、室内膨張弁5の開度を調整することによって、第1
室内側熱交換器4を、蒸発器としても再加熱器としても
機能させずに、第2室内側熱交換器6を蒸発器として機
能させて、冷房能力の小さい運転を行わせることができ
る。なお、以下の説明は、室外膨張弁3で圧縮機1の吸
入過熱度を調節し、室内膨張弁5で第1室内熱交換器4
の状態を制御する場合についてのものである。
7の回転数、室内膨張弁5の開度、室外膨張弁3の開度
の各アクチュエータのいずれを操作しても潜熱能力(除
湿能力)および顕熱能力(冷房能力)は変化するが、操
作するアクチュエータによりその変化の割合が異なるこ
とが明らかである。しかも、操作するアクチュエータに
より、顕熱能力・潜熱能力変化量は同じであっても消費
電力量が異なることも明らかである。
回転数、室内膨張弁5の開度によって実現される能力域
を顕熱能力・潜熱能力軸上に表したものである。圧縮機
1の周波数を固定したときには室内膨張弁5の開度及び
室外ファン7の回転数によって実現できる制御領域が決
まり、圧縮機1の周波数をZ1、・・・、Znと変化さ
せたときには、制御領域もΣ1、・・・、Σnと変化す
る。この時、空調負荷として点p(☆)の能力点を目標
としたとき点pは複数の制御領域に含まれることから、
点pを実現する圧縮機1の周波数、室外ファン7の回転
数、室内膨張弁5の開度の組み合わせは複数あり、その
数は点pを含む制御領域の数に等しい。従って、制御領
域つまり圧縮機周波数の制御単位が細かいほど組み合わ
せは多くなることになる。
の圧縮機1の周波数と消費電力量との関係を示したもの
であり、消費電力量の変化は、おおむね圧縮機1の周波
数の増減と同一傾向を示している。また、図5は室内外
環境と圧縮機1の周波数とを固定して、室外ファン7の
回転数と消費電力との関係を示したものであり、図6は
図5と同様に室内外環境に加え圧縮機1の周波数も固定
して室内膨張弁5の開度と消費電力の関係を示したもの
である。そして、図7は、特定の消費電力について、室
内膨張弁5の開度と室外ファン7の回転数との関係を示
したものである。
てもアクチュエータである圧縮機1、室外ファン7、室
内膨張弁5の組み合わせにより消費電力量が異なるが、
一定の傾向をもって変化することから、この傾向に従っ
て複数の組み合わせがあるアクチュエータの操作量を決
定することが可能である。言い換えれば、空調負荷点p
は制御領域Σ1、・・・、Σnのいずれかで決定される
アクチュエータ制御量でも実現できる。ところが、従来
のこの種の空気調和機の制御は、この制御領域Σ1、・
・・、Σnのいずれかの点pに収束させようとしている
が、最終的に、どの制御領域に収束するかは全く考慮し
ていなかった。すなわち、制御領域Σ1で実現する空調
負荷点pの消費電力量Wa、制御領域Σ2で実現する空
調負荷点pの消費電力量Wb、制御領域Σnで実現する
空調負荷点pの消費電力量Wnは同じにならない。
pでの室内膨張弁5の開度、室外ファン7の回転数は一
意に決定され、図8からわかるように、制御領域の基準
である圧縮機1の周波数で能力バランスさせればよいこ
とになる。そこで、この空気調和機においては、目標空
調負荷点に接近させるための周波数操作量、開度操作
量、及び回転数操作量を求め、これらの操作量と、予め
求めていた単位周波数での消費電力、単位開度での消費
電力、及び単位回転数での消費電力とで、全体の消費電
力変化量を求め、この消費電力変化量に基づいて、周波
数操作量、開度操作量、及び回転数操作量を調整するも
のである。
ローチャート図に従って説明する。この場合、周波数1
Hz、開度1°、ファン回転数1rpmに対する消費電
力量の変化、つまり単位周波数での消費電力量wcと、
単位開度での消費電力量wvと、単位回転数での消費電
力量wfとを求め、テーブル等にこれらのデータを持た
せておく。そして、ステップS1に示すように、目標能
力バランスのための周波数操作量ΔC、室内膨張5の開
度操作量ΔV、室外ファン回転数操作量ΔFを求める。
次に、ステップS2へ移行して、上記テーブルから各消
費電力量wc、wv、wfを読み出して、この各消費電
力量wc、wv、wfと上記ステップS1で求めた各操
作量ΔC、ΔV、ΔFとで、目標能力バランスのため
(目標空調負荷点に接近させるため)の消費電力変化量
ΔWを算出する。この消費電力変化量ΔWは次の(1)
式から求めることができる。 ΔW=wc・ΔC+wv・ΔV+wf・ΔF ・・・(1)
≧0(ΔWが正)かつΔC≧0(ΔCが正)であるかを
判断する。そして、ΔW≧0かつΔC≧0であれば、ス
テップS4へ移行し、ΔW≧0かつΔC≧0でなけれ
ば、ステップS5へ移行する。これは、ΔW<0(ΔW
が負)であれば、消費電力が減少する方向に働くので、
このままの状態での運転を継続させるのが省エネにつな
がるからである。また、ΔW≧0であっても、ΔC<0
(ΔCが負)であれば、消費電力としては能力合わせの
ため上昇するが、主に消費電力上昇の少ないアクチュエ
ータ、つまり圧縮機1以外の室内膨張弁5と室外ファン
7によって操作されていることになり、このような場合
であっても、このままの状態での運転を継続させるのが
省エネにつながるからである。
消費電力が上昇し、しかも費電力上昇の大きいアクチュ
エータ、つまり圧縮機1が主に操作されることになる。
このため、能力合わせのために算出した制御量(操作
量)のうち、消費電力の上昇の少ないアクチュエータ、
つまり室内膨張弁5と室外ファン7の操作量を相対的に
増加させるものである。
をCn、現在の開度をVn、現在のファン回転数をFn
としたときに、目標周波数Cを次の(2)式から求め、
目標弁開度Vを次の(3)式から求め、目標ファン回転
数Fを次の(4)式から求める。ここで、αは係数であ
り、α>1である。このαは目標能力への収束速度との
兼ね合いで決定する。 C=Cn+ΔC/α ・・・(2) V=Vn+ΔV×α ・・・(3) F=Fn+ΔF×α ・・・(4)
の運転を継続させるものであるので、現在の周波数をC
n、現在の開度をVn、現在のファン回転数をFnとし
たときに、目標周波数Cを次の(5)式から求め、目標
弁開度Vを次の(6)式から求め、目標ファン回転数F
を次の(7)式から求める。 C=Cn+ΔC ・・・(5) V=Vn+ΔV ・・・(6) F=Fn+ΔF ・・・(7)
所定湿度)に近づける際に、その消費電力量を略最小と
することができ、しかも、目標負荷点近傍に達した後に
おいても消費電力が少ない運転を行うことができる。こ
のため、省エネ運転が可能となって、地球環境にやさし
い空気調和装置となり、また、ランニングコストの低減
が可能であるので、ユーザーにとっては電力料金の減少
につながって好ましいものとなる。
荷点に近づける際にも省エネ運転を行うものであるが、
通常の運転(例えば、過熱度制御)を行って、この目標
負荷点に近づけた後、省エネ運転となるように制御して
もよい。この制御方法について、図3のフローチャート
図にしたがって説明する。
テム(空気調和装置)が定常に達したか否かを判断す
る。ここで、定常に達するとは、目標空調負荷点の所定
範囲内に達することをいう。そして、定常に達していな
ければ、達するまでまち、定常に達していれば、ステッ
プS7へ移行する。
(例えば、5分)以上経過したか否かの判断を行い、経
過していなければ、ステップS6に戻り、経過していれ
ばステップS8へ移行する。このステップS8では、圧
縮機1の周波数を低下させる。この場合の操作量は、周
波数操作の最小値とする。すなわち、現在の周波数をC
nとしたときに、目標周波数Cを次の(8)式で求める
ことができる。 C=Cn−1 ・・・(8)
て、室内電動膨張弁5の開度及び室外ファン7の回転数
を調整して、消費電力量の略最小化を図ることになる。
すなわち、定常に達した後、一定時間間隔に、圧縮機1
の周波数が所定周波数だけ低下されて、省エネ運転領域
に移行させることができる。これにより、省エネ運転の
信頼性が向上する。
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。例えば、単位周波数当りの消費電力、単位
開度当りの消費電力、及び単位回転数当りの消費電力を
データテーブルで持つのではなく、運転中にこれらの単
位あたりの消費電力を算出するようにしてもよい。さら
に、室内側熱交換器として、第1・第2室内側熱交換器
4、6に限るものではなく、3個以上に分割されている
ものであってもよい。
荷全域で温度・湿度を独立に調整でき、しかも室内を所
望の温度及び所望の湿度に近づけることができる。これ
により、快適空間を形成することができ、ユーザーは快
適にすごすことができる。また、この目標空調運転の定
常運転状態においては、消費電力量が略最小となるの
で、省エネを達成できる。これにより、この装置は地球
環境にやさしく、しかも電力料金を減少させることがで
き、ユーザーにとっては好ましいものとなる。
電力量の略最小化を確実に達成できる。これにより、省
エネ運転の信頼性が向上する。
費電力量の増加を少なく抑えることができ、安定した省
エネ運転を行うことができる。
望の温度及び所望の湿度に近づけることができる。これ
により、快適空間を形成することができ、ユーザーは快
適にすごすことができる。また、目標空調負荷点に近づ
けたまま、消費電力量が略最小となる運転へ移行させる
ので、省エネを達成できる。これにより、この装置は地
球環境にやさしく、しかも電力料金を減少させることが
でき、ユーザーにとっては好ましいものとなる。
費電力量の増加を少なく抑えることができ、安定した省
エネ運転を行うことができる。
エネ領域に移行させることができ、省エネ運転の信頼性
に優れる。
成図である。
ト図である。
ャート図である。
開度とによって実現される能力域を顕熱能力・潜熱能力
軸上に現したグラフ図である。
ラフ図である。
フ図である。
示すグラフ図である。
図である。
グラフ図である。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 圧縮機(1)と、室外側熱交換器(2)
と、室外ファン(7)と、室外電動膨張弁(3)と、少
なくとも2個以上に分割された室内側熱交換器(4、
6)と、この分割された室内側熱交換器(4、6)間に
介設される室内電動膨張弁(5)とを備えた空気調和機
であって、目標空調負荷点に近づける目標空調運転が可
能であると共に、この目標空調運転の定常運転状態にお
いては消費電力量が略最小となる運転を可能とすること
を特徴とする空気調和機。 - 【請求項2】 目標空調負荷点が顕熱負荷及び潜熱負荷
にて規定され、上記圧縮機(1)の周波数、上記室内電
動膨張弁(5)の開度、及び上記室外ファン(7)の回
転数を制御して、上記消費電力量が略最小となる目標空
調運転を行うことを特徴とする請求項1の空気調和機。 - 【請求項3】 目標空調負荷点に接近させるための周波
数操作量、開度操作量、及び回転数操作量を求め、これ
らの操作量と、予め求めていた単位周波数当りの消費電
力、単位開度当りの消費電力、及び単位回転数当りの消
費電力とで、全体の消費電力変化量を求め、この消費電
力変化量及び上記周波数操作量が正であるときに、開度
操作量及びファン回転数操作量を、周波数操作量よりも
相対的に増加させることを特徴とする請求項1又は請求
項2の空気調和機。 - 【請求項4】 圧縮機(1)と、室外側熱交換器
(2)と、室外ファン(7)と、室外電動膨張弁(3)
と、少なくとも2個以上に分割された室内側熱交換器
(4、6)と、この分割された室内側熱交換器(4、
6)間に介設される室内電動膨張弁(5)とを備えた空
気調和機であって、顕熱負荷及び潜熱負荷にて規定され
る目標空調負荷点に近づけた後に、この目標空調負荷点
に近づけたまま、消費電力量が略最小となる運転へ移行
させることを特徴とする空気調和機。 - 【請求項5】 目標空調負荷点に近づけた後に、上記圧
縮機(1)の周波数を低下させると共に、この圧縮機
(1)の周波数の低下に応じて、上記室内電動膨張弁
(5)の開度及び室外ファン(7)の回転数を調整し
て、消費電力量の略最小化を図ることを特徴とする請求
項4の空気調和機。 - 【請求項6】 上記圧縮機(1)の周波数の低下を所定
時間毎に行うことを特徴とする請求項5の空気調和機。
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