JP2011202884A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源機の配置態様に関わらず室外熱交換器の熱交換効率が良好に保たれる冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】室外熱交換器およびこの室外熱交換器に送風する室外ファンを有する熱源機を複数備えた冷凍サイクル装置において、各室外熱交換器の温度を検出する複数の温度検出手段を設け、試運転時に各温度検出手段の検出温度のうち最低値Ｔminを検出させる。次に、各温度検出手段の検出温度のうち最低値Ｔminを除く他の検出温度が最低値Ｔminとなるように、最低値Ｔminが検出された室外熱交換器を除く他の室外熱交換器に対応する室外ファンの回転数を調整させる。そして、調整後の室外ファンの回転数を試運転後の同室外ファンの回転数Ｒとして設定させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、空気調和機等の冷凍サイクル装置に係り、特に熱源機を複数備える冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷凍サイクル装置として、圧縮機および室外熱交換器を有する室外機（熱源機）と、室内熱交換器を有する複数の室内機とを同一の冷凍サイクル上に並列して接続してなるマルチタイプの空気調和機が知られている。

このタイプの空気調和機では、それぞれの室内機の空調負荷の総和が大きい場合、十分な冷暖房能力を発揮させるために複数台の室外機を用いることがある（例えば、特許文献１を参照）。これら複数の室外機は、例えば空気調和機が設けられた建物の屋上などの所定位置に配置される。

近年では、インテリジェントビル化に伴う空調負荷の増大に起因して多数の室外機を設ける必要性が高いことや、屋上等のスペースを有効活用したいとの要望があることに鑑みて、複数の室外機を密接させて集中配置することが多い。

特開２００３−８３６２４号公報

前記したように複数の室外機を密接させて集中配置した場合、各室外機の側壁に設けられた空気の取込口が他の室外機の一面によって塞がれてしまうことがある。このような場合には、前記取込口から外気を取り込みにくくなり、室外機が備える室外ファンによる室外熱交換器への送風量が減少するため、室外熱交換器の熱交換効率が悪化する。特に複数面が他の室外機と接するように配置された室外機においては、このような問題が顕著となる。

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、室外機（熱源機）の配置態様に関わらず室外熱交換器の熱交換効率が良好に保たれる冷凍サイクル装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、室外熱交換器およびこの室外熱交換器に送風する室外ファンを有する熱源機を複数備えた冷凍サイクル装置において、前記各室外熱交換器の温度を検出する複数の温度検出手段と、試運転時、前記各温度検出手段の検出温度のうち最低値を検出する最低値検出手段と、前記各温度検出手段の検出温度のうち前記最低値検出手段により検出された最低値を除く他の検出温度が同最低値となるように、その最低値が検出された室外熱交換器を除く他の室外熱交換器に対応する室外ファンの回転数を調整する回転数調整手段と、前記回転数調整手段により調整された室外ファンの回転数を前記試運転後の同室外ファンの回転数として設定する回転数設定手段と、を備えている。

このような手段を講じた本発明によれば、熱源機の配置態様に関わらず室外熱交換器の熱交換効率が良好に保たれる冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における空気調和機の冷凍サイクルを示す図。 同実施形態における複数の室外機の外観斜視図。 同実施形態における空気調和機の制御回路を示すブロック図。 同実施形態における室外機の動作を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における空気調和機（冷凍サイクル装置）の冷凍サイクルを示すブロック図であり、図２は、同空気調和機を構成する複数の熱源機（以下、室外機と称す）の外観斜視図である。図１に示したように、当該空気調和機が設けられた建物の屋上などに配置される４つの室外機Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、当該空気調和機が設けられた建物の室内に配置される複数の室内機Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３〜Ｂｎ（ｎ：正数，ｎ＞０）が冷媒配管１００，２００を介して接続され、マルチタイプの冷凍サイクルが構成されている。各室外機Ａ１〜Ａ４の中で室外機Ａ１が各室内機Ｂ１〜Ｂｎとの通信を司る親機に設定され、他の室外機Ａ２〜Ａ４が子機に設定されている。
なお、室外機Ａ２〜Ａ４の冷凍サイクルは、室外機Ａ１と同一の構成を備えるため、図１にはおいて図示を省略している。

各室外機Ａ１〜Ａ４が備える圧縮機１の吐出口には、四方弁２を介して室外熱交換器３が接続され、室外熱交換器３に膨張弁４、受液器５、および冷媒配管１００を介して各室内機Ｂ１〜Ｂｎが接続されている。また、各室内機Ｂ１〜Ｂｎには、冷媒配管２００、四方弁２、および気液分離器６を介して圧縮機１の吸入口が接続されている。

膨張弁４は、例えば供給される駆動電圧パルスの数に応じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ（ＰＭＶ）であり、冷媒の流量を開度変化によって調整する機能を持つ。受液器５は、当該冷凍サイクル内で発生する余剰冷媒を貯留する。気液分離器６は、二層が混合した冷媒を液相と気相とに分離し、気相のみを圧縮機１に送出する。

このように構成された冷媒流路において、冷房運転時には図１中の実線矢印で示す方向に冷媒が流れ、各室外機Ａ１〜Ａ４の室外熱交換器３が凝縮器、各室内機Ｂ１〜Ｂｎの室内熱交換器が蒸発器として機能する。一方、暖房運転時には四方弁２が切換わることにより、破線矢印の方向に冷媒が流れ、各室内機Ｂ１〜Ｂｎの室内熱交換器が凝縮器、各室外機Ａ１〜Ａ４の室外熱交換器３が蒸発器として機能する。

各室外機Ａ１〜Ａ４の室外熱交換器３の近傍には、室外熱交換器３に送風する室外ファン７と、室外熱交換器３の温度を検知する温度センサ８（温度検出手段）とが設けられている。また、圧縮機１と四方弁２との間には、圧縮機１から吐出された冷媒の圧力を検知する高圧センサ９が設けられている。

各室外機Ａ１〜Ａ４は、例えば図２に示したように、室外機Ａ１，室外機Ａ２，室外機Ａ３，室外機Ａ４の順に密接して一列に配置される。各室外機Ａ１〜Ａ４は、外形形状が略直方体で圧縮機１や室外熱交換器３などを収納した室外筐体１０を有している。この室外筐体１０の上面部は円形に開口しており、この開口位置に室外ファン７をファンガードで覆った排気口１１が設けられている。室外筐体１０の各側壁には、上端から中間部に亘って複数の長孔からなる外気取込み口１２が設けられている。室外ファン７が回転すると、各側壁の外気取込み口１２から外気が取り込まれ、室外熱交換器３に吹き当てられた後に排気口１１から上方に向けて排気される。

制御回路について説明する。
図３は、当該空気調和機の制御回路を示すブロック図である。なお、室外機Ａ２〜Ａ４の制御回路は室外機Ａ１の制御回路と同一であるため図示を省略している。

各室外機Ａ１〜Ａ４は、室外筐体１０の内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成された室外制御部２０を備えている。この室外制御部２０に対して、圧縮機用インバータ回路２１、四方弁２、膨張弁４、室外ファン用インバータ回路２２、温度センサ８、高圧センサ９、および他の３つの室外機が備える室外制御部２０が接続されている。特に親機である室外機Ａ１の室外制御部２０には、各室内機Ｂ１〜Ｂｎが備える室内制御部３０が通信接続されている。

圧縮機用インバータ回路２１は、商用交流電源などの電源の電圧を整流し、それを室外制御部２０からの指令に応じた周波数の電圧に変換し、圧縮機１の圧縮機モータ１Ｍに出力する。この出力が圧縮機モータ１Ｍの駆動電力となる。同様に室外ファン用インバータ回路２２が室外ファン７のファンモータ７Ｍを駆動する。

各室内制御部３０は、リモートコントローラなどの操作部を介して入力される運転条件に従って自機が備える各部を動作させるとともに、該運転条件に応じた空調負荷などの情報を親機である室外機Ａ１の室外制御部２０に通知する。室外機Ａ１の室外制御部２０は、各室内制御部３０から通知された空調負荷などの情報に基づいて各室外機Ａ１〜Ａ４の動作条件を決定する。そして、決定した動作条件を各室外機Ａ２〜Ａ４に通知するとともに、自機の圧縮機モータ１Ｍ、四方弁２、膨張弁４、およびファンモータ７Ｍなどを駆動する。各室外機Ａ２〜Ａ４の室外制御部２０は、室外機Ａ１から通知された動作条件に従って自機の圧縮機モータ１Ｍ、四方弁２、膨張弁４、およびファンモータ７Ｍなどを駆動する。

各室外制御部２０は、主要な機能として次の（１）〜（３）の手段を有する。
（１）試運転時、各室外機Ａ１〜Ａ４の温度センサ８の検出温度のうち最低値Ｔminを検出する最低値検出手段。
（２）各室外機Ａ１〜Ａ４の温度センサ８の検出温度のうち最低値検出手段により検出された最低値Ｔminを除く他の検出温度が同最低値Ｔminとなるように、その最低値Ｔminが検出された室外熱交換器３を除く他の室外熱交換器３に対応する室外ファン７の回転数を調整する回転数調整手段。
（３）回転数調整手段により調整された室外ファン７の回転数を試運転後の同室外ファン７の回転数Ｒとして設定する回転数設定手段。

次に、上記のような構成の空気調和機の動作について説明する。

当該空気調和機が建物に据付けられた当初などに電源が投入されると、試運転が実行される。試運転は、据付け当初に電源が投入されたことに応じて自動的に実行されるようにしてもよいし、オペレータが室内機Ｂ１〜Ｂｎの操作部を操作するなどして試運転を指示したことに応じて実行されるようにしてもよい。

試運転が実行されると、各室外機Ａ１〜Ａ４および各室内機Ｂ１〜Ｂｎは、冷房運転を開始する。このとき各室外機Ａ１〜Ａ４では、各室外熱交換器３に送られる冷媒の流量が一定となるように圧縮機１および膨張弁４が駆動されるとともに、室外ファン７が予め定められた標準回転数Ｒsで駆動される。また、室内機Ｂ１〜Ｂｎの室内熱交換器に送風する室内ファンなども予め定められた標準回転数で駆動される。

試運転を開始してから十分な時間が経過して各室外機Ａ１〜Ａ４の室外熱交換器３の温度が安定すると、各室外機Ａ１〜Ａ４の室外制御部２０は、自機の室外ファン７の回転数を最適化するための調整処理を実行する。

図４は、前記調整処理において各室外機Ａ１〜Ａ４の室外制御部２０が実行する処理のフローチャートである。
この処理において先ず室外制御部２０は、自機の温度センサ８からの出力を取り込んで、温度センサ８によって検知される温度（室外熱交換器温度Ｔ１）を取得する（ステップＳ１）。さらに室外制御部２０は、他の室外機の室外制御部２０にアクセスして、各室外制御部２０がステップＳ１の処理を実行することで取得した温度（室外熱交換器温度Ｔ２〜Ｔ４）を取得する（ステップＳ２）。

次に、室外制御部２０は、ステップＳ１，Ｓ２の処理にて取得した室外熱交換器温度Ｔ１〜Ｔ４の中から最低値Ｔminを検出する（ステップＳ３）。通常、各室外機Ａ１〜Ａ４および各室内機Ｂ１〜Ｂｎの各部が一定条件で駆動されている場合には、外気取込み口１２から多くの外気が取り込まれるほど室外ファン７による熱交換性能が向上する。したがって例えば図２に示したように室外機Ａ１〜Ａ４が密接して一列に配置されている場合には、左右の側面に他の室外機が密接して配置された室外機Ａ２，Ａ３の室外熱交換器３の温度よりも、３側面が開放された室外機Ａ１，Ａ４の室外熱交換器３の温度の方が低くなる。

最低値Ｔminを検出すると、室外制御部２０は、当該最低値Ｔminが自機の温度センサ８にて検知された温度すなわちステップＳ１の処理にて取得した室外熱交換器温度Ｔ１であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

最低値Ｔminが室外熱交換器温度Ｔ１である場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、当該室外制御部２０を備える室外機は、他の３つの室外機に比べて外気を取込み易い態様で配置されていることになる。したがって自機の室外ファン７の回転数を調整する必要性が比較的低いため、室外制御部２０は、標準回転数Ｒsを同室外ファン７の試運転後の回転数Ｒに設定して（ステップＳ５）、当該調整処理を終了する。

一方、最低値Ｔminが室外熱交換器温度Ｔ１でない場合（ステップＳ４のＮｏ）、室外制御部２０は、室外熱交換器温度Ｔ１から最低値Ｔminを除して差分温度ΔＴを算出し（ステップＳ６）、この差分温度ΔＴが予め定められた基準値Ｔx以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。前記基準値Ｔxは、室外ファン７の回転数を調整する必要があるか否かを隔てる閾値であり、例えば室外熱交換器温度Ｔ１が検知された室外熱交換器３と最低値Ｔminが検知された室外熱交換器３との熱交換効率に実質的な差異がないと認められる程度の値を、実験的あるいは理論的に定めたものである。

差分温度ΔＴが基準値Ｔx未満である場合には（ステップＳ７のＮｏ）、自機の室外ファン７の回転数を調整する必要がない。したがって、室外制御部２０は、標準回転数Ｒsを同室外ファン７の試運転後の回転数Ｒに設定して（ステップＳ５）、当該調整処理を終了する。

一方、差分温度ΔＴが基準値Ｔx以上である場合（ステップＳ７のＹｅｓ）、室外制御部２０は、自機の温度センサ８によって検知される温度がステップＳ３の処理にて検出した最低値Ｔminとなるように、自機の室外ファン７の回転数を調整する（ステップＳ８）。具体的には、自機の室外ファン７の回転数を標準回転数Ｒsから徐々に上昇させつつ自機の温度センサ８が検知する温度を取得し、この温度が最低値Ｔminに達した時点で同室外ファン７の回転数を固定する。

自機の温度センサ８によって検知される温度が最低値Ｔminとなると、室外制御部２０は、その時点での自機の室外ファン７の回転数を、試運転後の同室外ファン７の回転数Ｒに設定し（ステップＳ９）、当該調整処理を終了する。

前記調整処理を含む試運転が終了した後、オペレータが室内機Ｂ１〜Ｂｎの操作部を操作するなどして運転条件を指定すると、当該空気調和機が通常運転を開始する。すなわち、室内制御部３０から親機である室外機Ａ１の室外制御部２０に空調負荷などの情報が通知され、該室外制御部２０が各室外機Ａ１〜Ａ４の動作条件を決定し、決定した動作条件を各室外機Ａ２〜Ａ４に通知する。そして、決定された動作条件に従って各室外機Ａ１〜Ａ４が動作を開始する。

このようにして通常運転の動作を開始すると、各室外機Ａ１〜Ａ４の室外制御部２０は、前記調整処理にて設定した回転数Ｒにて自機の室外ファン７を回転させる。すなわちステップＳ５の処理を経て自機の室外ファン７の回転数Ｒを設定した室外制御部２０は、標準回転数Ｒsで同室外ファン７を回転させ、ステップＳ９の処理を経て自機の室外ファン７の回転数Ｒを設定した室外制御部２０は、同処理にて設定した回転数Ｒで同室外ファン７を回転させる。

以上説明したように、本実施形態における空気調和機は、各室外機Ａ１〜Ａ４が備える室外ファン７の通常運転時の回転数Ｒを、各室外機Ａ１〜Ａ４の配置状況に応じた適切な値に調整する。このようにすれば、各室外機Ａ１〜Ａ４が密接して並べられるなどして一部の室外機の外気取込み口１２が他の室外機の側壁で覆われた場合であっても、各室外機Ａ１〜Ａ４に十分な量の外気を取込ませ、室外熱交換器３に送風させることができる。したがって、各室外機Ａ１〜Ａ４が備える室外熱交換器３の熱交換性能が、各室外機Ａ１〜Ａ４の配置態様によらずに良好に保たれる。

また、前記調整処理は、試運転での冷房運転時に実行される。通常、暖房運転時に比べて冷房運転時の方が室外熱交換器３に高い熱交換性能が要求されることに鑑みれば、このように前記調整処理を冷房運転時に実行することで、各室外機Ａ１〜Ａ４の室外ファン７の回転数Ｒをより実情に沿った値に設定することができる。

なお、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、次のようなものがある。
例えば、前記実施形態では、室外機が４台の場合を例に説明したが、４台に限らず２台、３台、あるいは５台以上であってもよい。

また、前記実施形態では、温度センサ８によって検知される室外熱交換器３の温度に基づいて各室外機Ａ１〜Ａ４が有する室外ファン７の回転数を調整するとしたが、温度以外のパラメータを用いて各室外ファン７の回転数を調整してもよい。例えば高圧センサ９が検知する圧力を用いて各室外ファン７の回転数を調整することも可能である。

また、前記実施形態では、自機の温度センサ８によって検知される温度が最低値Ｔminとなるように室外ファン７の回転数を調整し、両温度が一致したときの室外ファン７の回転数を試運転後の同室外ファン７の回転数Ｒに設定するとして説明した。しかしながら、最低値Ｔminを用いずに、自機の温度センサ８によって検知される温度が予め定めた基準温度と一致するように室外ファン７の回転数を調整し、調整後の室外ファン７の回転数を試運転後の同室外ファン７の回転数Ｒに設定するようにしてもよい。あるいは、ステップＳ５の処理にて算出される差分温度ΔＴに基づいて試運転後の各室外ファン７の回転数Ｒを設定するようにしてもよい。この場合にあっては、例えば複数に区分した差分温度ΔＴの範囲に関連付けて、設定すべき回転数を関連付けたテーブルや、所定の計算式などを用いて各室外ファン７の回転数Ｒを決定すればよい。

また、前記実施形態では、各室外機Ａ１〜Ａ４のそれぞれが他の室外機の室外熱交換器温度Ｔ２〜Ｔ４を取得し、最低値Ｔminを検出するとして説明した。しかしながら、親機である室外機Ａ１のみが他の室外機Ａ１〜Ａ４の室外熱交換器温度Ｔ２〜Ｔ４を取得し、最低値Ｔminを検出して各室外機Ａ１〜Ａ４の室外ファン７の回転数を調整してもよい。

また、室外ファン７の回転数が高・中・低等のように複数段に分けられている場合は、各段毎に回転数を調整してもよいし、回転数を全体的に上下に移行させて調整してもよい。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、前記実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Ａ１〜Ａ４…室外機、Ｂ１〜Ｂｎ…室内機、Ｔmin…最低値、Ｔ１〜Ｔ４…室外熱交換器温度、１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…膨張弁、７…室外ファン、８…温度センサ、９…高圧センサ、１０…室外筐体、１１…排気口、１２…外気取込み口、２０…室外制御部、３０…室内制御部

Claims (2)

1. 室外熱交換器およびこの室外熱交換器に送風する室外ファンを有する熱源機を複数備えた冷凍サイクル装置において、
   前記各室外熱交換器の温度を検出する複数の温度検出手段と、
   試運転時、前記各温度検出手段の検出温度のうち最低値を検出する最低値検出手段と、
   前記各温度検出手段の検出温度のうち前記最低値検出手段により検出された最低値を除く他の検出温度が同最低値となるように、その最低値が検出された室外熱交換器を除く他の室外熱交換器に対応する室外ファンの回転数を調整する回転数調整手段と、
   前記回転数調整手段により調整された室外ファンの回転数を前記試運転後の同室外ファンの回転数として設定する回転数設定手段と、
   を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記試運転は、当該冷凍サイクル装置の据付け時に行われる前記室外熱交換器を凝縮器として利用する運転であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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