JP2009228924A

JP2009228924A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2009228924A
Application number: JP2008071738A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Tanaka; 英康田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】従来の空気調和装置は、吹出温度を調節する場合は、吹出温度センサを別途有し、その検出温度をもとに運転制御を行っていた。従って、吹出温度センサが故障すると、制御が継続できないという問題があった。
【解決手段】圧縮機、室外側熱交換器、絞り手段、および室内側熱交換器を冷媒配管で連通した冷媒回路と、室内側送風機とを有する空気調和装置において、圧縮機運転周波数検出手段、高圧側圧力検出手段、低圧側圧力検出手段、吸込温度検出手段、室内側送風機の既知の風量を記憶した第1記憶手段、および圧縮機を制御する第1制御手段とを備え、検出された圧縮機運転周波数、高圧側圧力、低圧側圧力、および吸込温度から冷媒回路の冷凍能力を算出し、算出した冷凍能力と記憶されている既知の風量とに基づいて室内側熱交換器の吹出温度を算出し、算出した吹出温度に応じて、圧縮機を制御する空気調和装置を得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、室内側熱交換器の空気の吸込温度センサを備えた空気調和装置に関するものである。

従来の空気調和装置は、室内側熱交換器の空気の吹出温度センサによって検出された検出温度をもとに運転制御を行っており、その制御手法が、例えば下記の特許文献１によって開示されている。

特開平５−２６５００号公報

従って、吹出温度センサが故障した場合には、空気調和装置の運転制御ができないという問題があった。このような事態は、電算室のように２４時間空調を行う場合には致命的であり、空気調和装置の異常は電算機器の温度上昇という二次災害を引き起こす可能性があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、空気調和装置の運転制御の継続性を高め、また、吹出温度センサを有しない場合においても、運転制御を可能とすることができる空気調和装置を提供するものである。

上記問題を解決するために、この発明は、圧縮機、室外側熱交換器、絞り手段、および室内側熱交換器を冷媒配管で連通した冷媒回路と、上記室内側熱交換器に室内空気を送る室内側送風機とを有する空気調和装置において、圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、冷媒回路の高圧側圧力を検出する高圧側圧力検出手段と、冷媒回路の低圧側圧力を検出する低圧側圧力検出手段と、室内側熱交換器の吸込空気の温度を検出する吸込温度検出手段と、室内側送風機の既知の風量を記憶した第1記憶手段と、各検出手段により検出された圧縮機運転周波数、高圧側圧力、低圧側圧力、および吸込温度に基づいて冷媒回路の冷凍能力を算出し、算出した冷凍能力と上記記憶手段に記憶されている既知の風量とに基づいて室内側熱交換器から吹き出される空気の吹出温度を算出し、算出した吹出温度に応じて、圧縮機を制御する第1制御手段とを備えてなるものである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図である。
図において、この実施の形態１の空気調和装置は、圧縮機１と、室外側熱交換器２と、絞り手段３と、室内側熱交換器４を冷媒配管５で環状に連通した冷媒回路と、室内側送風機６と、圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段７と、圧縮機の低圧側圧力を検出する低圧側圧力検出手段８と、圧縮機の高圧側圧力を検出する高圧側圧力検出手段９と、室内側熱交換器の空気の吸込温度を検出する吸込温度検出手段１０と、室内側送風機の既知の風量を記憶した第1記憶手段１１と、圧縮機を制御する第１制御手段１２を備えている。

次に本発明の動作を図２に基づいて説明する。
空気調和装置の第１制御手段はＳ１のスタート後、まず、Ｓ２で圧縮機運転周波数検出手段、高圧側圧力検出手段、低圧側圧力検出手段および吸込温度検出手段から、それぞれ圧縮機運転周波数、高圧側圧力、低圧側圧力および吸込温度を検出し、Ｓ３に進む。

次に、Ｓ３で検出した圧縮機運転周波数と、高圧側圧力と、低圧側圧力をもとに圧縮機の性能曲線から、上記空気調和装置の冷凍能力Qを算出し、Ｓ４に進む。
Ｓ４では、吹出温度を冷凍能力Qと室内側送風機の既知の風量V_BKと吸込温度から下記計算式（１）を用いて算出し、Ｓ５に進む。
吹出温度＝吸込温度-((Q*60*0.83)/V_BK)・・・式（1）
Q：圧縮機運転周波数と高圧側圧力と低圧側圧力をもとに圧縮機の性能曲線
から求めた冷凍能力（ｋＷ）
V_BK：試験等においてあらかじめ既知である風量（m³/min）
また、上記式（１）は暖房運転時においては下記式（２）に変更することで圧縮機の制御を行うことができる。
吹出温度＝吸込温度+((Q*60*0.86)/V_BK)・・・式（2）
Ｓ５ではＳ４にて算出した吹出温度に応じて圧縮機を制御した後、再度Ｓ２に戻り、上記の動作を開始する。この結果、空気調和装置の運転制御が可能となる。

なお、上記計算式は、電算室で使用されるような、湿度の影響が少ない高顕熱タイプの空気調和装置においては、実際の吹出温度との誤差がごくわずかであることから、十分に吹出温度センサの代用となりうるが、住居などに使用される空気調和装置においては、湿度による潜熱分の能力が考慮されないことから、実際の吹出温度と計算された吹出温度との間に誤差が生じてしまうため、使用することができない。
なぜなら、ＪＩＳ標準条件（室内乾球27℃、湿球19℃）でのＳＨＦ（顕熱比）が1.0である高顕熱タイプの空気調和装置とＳＨＦ0.7程度の空気調和装置を比較すると、ＳＨＦ＝0.7の場合は、式（1）におけるQが実際は0.7 Qであるため、仮に算出された冷凍能力Qを20ｋＷ、既知の風量Ｖ_BKを100 m³/minとすると、以下のように実際の吹出温度である20℃よりも低い17℃を吹出温度として算出してしまうからである。
算出吹出温度 27-（20*60*0.83/100）＝17℃
実際の吹出温度 27-（14*60*0.83/100）＝20℃
（実際の冷凍顕熱能力Qは、20*0.7＝14Kw）

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における空気調和装置の構成図である。
図において、この実施の形態２の空気調和装置は、圧縮機１と、室外側熱交換器２と、絞り手段３と、室内側熱交換器４を冷媒配管５で環状に連通した冷媒回路と、室内側送風機６と、圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段７と、圧縮機の低圧側圧力を検出する低圧側圧力検出手段８と、圧縮機の高圧側圧力を検出する高圧側圧力検出手段９と、室内側熱交換器の空気の吸込温度を検出する吸込温度検出手段１０と、圧縮機を制御する第１制御手段１２と、室内側熱交換器の空気の吹出温度を検出する吹出温度検出手段１３と、吹出温度検出手段により検出された吹出温度に応じて圧縮機を制御する第２制御手段１４と、吹出温度検出手段の故障を検知する故障検知手段１５と、故障検知手段により吹出温度検知手段の故障が検知されたときに圧縮機の制御を第２制御手段から第１制御手段に切り替える制御切替手段１６を備えている。

次に本発明の動作を図４に基づいて説明する。
空気調和装置はＳ６のスタート後、まず、Ｓ７で吹出温度検出手段から吹出温度を検出し、Ｓ８に進む。Ｓ８では、検出された吹出温度に応じて、設定目標吹出温度になるように圧縮機周波数を制御し、Ｓ９に進む。このＳ８において実行される処理が、第２制御手段の例である。
その後、Ｓ９では、吹出温度検出手段の故障を検知し、吹出温度検出手段が故障している場合にはＳ１０に進み、そうでない場合にはＳ７に戻り、第２制御手段によって圧縮機の制御を継続する。このＳ９において実行される処理が、故障検知手段の例である。
Ｓ１０では、圧縮機の制御手段を第２制御手段から第１制御手段に切り替え、Ｓ１１に進む。このＳ１０において実行される処理が、制御切替手段の例である。
Ｓ１１以降のＳ１１からＳ１４までの処理は、第１制御手段によって行われることから、図２と同様の動作が行われることになる。
この結果、吹出温度センサを取り付けている空気調和装置において、吹出温度センサが故障したときでも空気調和装置の運転制御を継続でき、空気調和装置の信頼性を向上することができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図である。
図において、この実施の形態３の空気調和装置は、第１制御手段１２に、外部から設定された室内側熱交換器の吸込空気の設定温度と設定温度において必要とされる冷凍能力との関係データを記憶する第２記憶手段１７と、圧縮機運転周波数検出手段７と、低圧側圧力検出手段８と、高圧側圧力検出手段９とにより検出された、圧縮機運転周波数と、高圧側圧力と、低圧側圧力とに基づいて、冷媒回路の冷凍能力を算出し、算出した冷凍能力と第２記憶手段に記憶されている設定温度における冷凍能力との差に基づいて、冷凍能力不足を検知する冷凍能力不足検知手段１８を備えている

次に、本発明の動作を図６に基づいて説明する。
空気調和装置の第１制御手段はＳ１５のスタート後、Ｓ１６で、設定温度において必要とされる冷凍能力との関係データが記憶されている第２記憶手段に設定温度を外部から入力し、Ｓ１７に進む。
Ｓ１７では、吸込温度検出手段により検出した吸込温度と設定温度の差が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上である場合にはＳ１８に進み、所定値よりも小さいときは、空気調和装置は正常に運転しているものとみなし、所定値以上になるまで、Ｓ１７の判断を続ける。なお、所定値については、０℃以上の任意の温度を選択すればよい。
Ｓ１８では、圧縮機運転周波数と、高圧側圧力と、低圧側圧力に基づいて算出した空気調和装置の冷凍能力と、空気調和装置の既知の最低冷凍能力を比較し、算出した冷凍能力が既知の冷凍能力よりもある所定値（たとえば定格能力×50％）のときには、何かしらの異常があると判断しＳ１９に進み、そうでない場合にはＳ２０に進み、室内側の空調負荷が過大であり空気調和装置には異常がないと判断しＳ１７に戻り、運転を継続する。
ここでＳ１８における所定値は、例えば、図７の外気温度補正線図、図８の配管長補正線図、図９の風量補正線図等により求められる最低能力が64％程度（外気温度補正0.75×配管長補正0.95×風量補正0.9より）であることと、ある程度の安全率を考慮し、50％と設定してもよい。なお、空気調和装置の機種ごとにこの所定値が変化することはいうまでもない。
Ｓ１９では、空気調和装置に異常があることから外部に発報し、Ｓ２１に進み、処理を終了する。
この結果、電算機器等の室内に設置されている機器類が冷凍能力不足によって重大なダメージを受ける前に空気調和装置の異常を検出し、修復することができる。

この発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図である。この発明の実施の形態１における制御フロー図である。この発明の実施の形態２における空気調和装置の構成図である。この発明の実施の形態２における制御フロー図である。この発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図である。この発明の実施の形態３における制御フロー図である。この発明の実施の形態３における外気温度補正線図である。この発明の実施の形態３における配管長補正線図である。この発明の実施の形態３における風量補正線図である。

符号の説明

１：圧縮機２：室外側熱交換器３：絞り手段４：室内側熱交換器５：冷媒配管６：室内側送風機７：圧縮機運転周波数検出手段８：低圧側圧力検出手段９：高圧側圧力検出手段１０：吸込温度検出手段１１：第1記憶手段１２：第1制御手段１３：吹出温度検出手段１４：第２制御手段１５：故障検知手段１６：制御切替手段１７：第２記憶手段１８：冷凍能力不足検知手段Ｘ：室外ユニットＹ：室内ユニット

Claims

圧縮機、室外側熱交換器、絞り手段、および室内側熱交換器を冷媒配管で連通した冷媒回路と、上記室内側熱交換器に室内空気を送る室内側送風機とを有する空気調和装置において、
上記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、
上記冷媒回路の高圧側圧力を検出する高圧側圧力検出手段と、
上記冷媒回路の低圧側圧力を検出する低圧側圧力検出手段と、
上記室内側熱交換器の吸込空気の温度を検出する吸込温度検出手段と、
上記室内側送風機の既知の風量を記憶した第1記憶手段と、
上記各検出手段により検出された圧縮機運転周波数、高圧側圧力、低圧側圧力、および吸込温度に基づいて上記冷媒回路の冷凍能力を算出し、上記算出した冷凍能力と上記記憶手段に記憶されている既知の風量とに基づいて上記室内側熱交換器から吹き出される空気の吹出温度を算出し、上記算出した吹出温度に応じて、圧縮機を制御する第1制御手段とを備えてなることを特徴とする空気調和装置。
室内側熱交換器の吹出空気の温度を検出する吹出温度検出手段と、
上記吹出温度検出手段により検出された吹出温度に応じて圧縮機を制御する第２制御手段と、
上記吹出温度検出手段の故障を検知する故障検知手段と、
上記故障検知手段により上記吹出温度検知手段の故障が検知されたときに上記圧縮機の制御を第２制御手段から第１制御手段に切り替える制御切替手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
外部から設定された室内側熱交換器の吸込空気の設定温度と上記設定温度において必要とされる冷凍能力との関係データを記憶する第２記憶手段と、
圧縮機運転周波数検出手段と、高圧側圧力検出手段と、低圧側圧力検出手段とにより検出された、圧縮機運転周波数と、高圧側圧力と、低圧側圧力とに基づいて、上記冷媒回路の冷凍能力を算出し、上記算出した冷凍能力と上記第２記憶手段に記憶されている設定温度における冷凍能力との差に基づいて、冷凍能力不足を検知する冷凍能力不足検知手段とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。