JP2016128302A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気調和装置1は、圧縮機2、室外熱交換器3、膨張弁4、及び室内熱交換器5を冷媒配管で接続した冷凍サイクル回路300と、室外熱交換器3に空気を送る室外送風機6と、圧縮機2の回転数及び室外送風機6の回転数を制御する制御装置10と、を備える。制御装置10は、暖房能力又は冷房能力に対応した、圧縮機2の回転数及び室外送風機6の回転数で運転し、圧縮機2の回転数が、圧縮機2の振動により冷媒配管の共振を発生させる共振帯域86の範囲内である場合には、圧縮機2の回転数を共振帯域86の範囲外に変更するとともに、変更後の圧縮機2の回転数に対応して室外送風機6の回転数を変更する。
【選択図】図4
Description
このように共振が生じ、圧縮機に異常振動が発生した場合の対策として、圧縮機の共振振動をインバータ電源の脈動電流、または共振音として検出し、共振対象の回転数から脱出させる技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
あるいは、空気調和装置に備えられた振動センサーの出力を基に、圧縮機を制御するインバータへの指令が与えられ、共振点を短時間で通過させる技術が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。
図1は本発明の実施の形態1に係る車両用空気調和装置の冷房時の冷凍サイクル回路と周辺の装置等の構成を表した概略図である。
図1を参照して車両用空気調和装置1について説明する。車両用空気調和装置1は、例えば車両の屋根に搭載される車両用の空気調和装置であって、冷房運転及び暖房運転が可能なヒートポンプ式の空気調和装置からなっている。車両用空気調和装置1は、圧縮機2、室外熱交換器3、膨張弁4、及び室内熱交換器5を冷媒配管で接続した冷凍サイクル回路300を備えている。さらに、車両用空気調和装置1は、室外熱交換器3に送風を行う室外送風機6及び室内熱交換器5に送風を行う室内送風機7を有している。また、車両用空気調和装置1は、制御部200を有し、制御部200には、室外送風機6の回転数を制御する室外送風機インバータ11及び圧縮機2の回転数を制御する圧縮機インバータ12と、室外送風機インバータ11及び圧縮機インバータ12を制御する制御装置10とを有する。車内100には、室内熱交換器5にて熱交換された空気が車内に給気される給気口30と、車内の空気を室内熱交換器5に送るための還気口31とが備えられている。
車両用空気調和装置1の制御は、車内100に設けられた車内温度センサ50を観測し、その測定温度が設定温度より高いと圧縮機2の回転数を増して温度の低い冷房空気を給気し、測定温度が設定温度より低いと圧縮機2の回転数を抑えて温度の高い冷房空気を給気することにより、車内100の温度調整を行う。
暖房時においても、外気温度や車内の乗車人数により、車両用空気調和装置1に求められる必要な暖房能力が変化する。冷房時と同様に、車両用空気調和装置1の圧縮機2の回転数を増減させることにより暖房能力を高めたり低めたりすることができる。つまり、圧縮機2の回転数を高めると暖房能力も高くなり、回転数が低いと暖房能力を落とすことができる。
図4において、(a)図は、横軸が圧縮機2の回転数、縦軸が室外送風機6の回転数で、それぞれ運転可能な回転数の範囲が存在する。等高線80−83は、車両用空気調和装置1の冷房(又は暖房)能力を示し、圧縮機2及び室外送風機6の回転数が、図4の(a)図右上の等高線83上の点をとった時に、車両用空気調和装置の出力は、例えば30kWの冷房能力を持つこととなる。すなわち、等高線は、図4(a)の右上に行くほど冷房(又は暖房)能力が高い。図4に示すように、同じ冷房能力又は暖房能力が要求される場合でも、圧縮機2及び室外送風機6の回転数は唯一に決まるのではなく、等高線80−83の線上に無数に存在することになる。
一般に、圧縮機2も室外送風機6も回転数が可変の場合、車両用空気調和装置1の消費電力量が最小となる、すなわちCOP(成績係数)が最大となるラインにおいて運転することが望ましい。つまり、図4(a)において、COP値最大ライン84(=消費電力最小ライン)と等高線80−83との交点であるポイントA−D点上で圧縮機2及び室外送風機6を運転することにより、各冷房(暖房)能力におけるCOP値が最大(消費電力が最小)となる。制御装置10は、車両用空気調和装置1が要求されている冷房(又は暖房)能力を維持しつつ、COP値が最大となるような圧縮機2及び室外送風機6の回転数を選択するように圧縮機インバータ12及び室外送風機インバータ11を制御する。
例えば30kWの冷房能力が要求される場合も同じであって、ポイントCに対して運転ポイントC1やC2に移動することになる。運転ポイントC1やC2への移動は、ポイントBのときの考え方と同様であるが、冷房能力が高い領域であるので、ポイントBよりも、圧縮機2の吐出圧が高く、室外送風機6の回転数も高く騒音が大きくなり、圧縮機2及び室外送風機6の回転数の取りうる範囲が狭くなる可能性がある。
なお、上記はCOP値が−5%の範囲内として説明したが、消費電力を指標として制御することも可能である。例えば消費電力+5%の範囲内を指標として制御することも可能である。
本実施の形態は、実施の形態1に示した冷媒配管の共振を回避する制御をするために、圧縮機の振動による冷媒配管の共振が発生する共振帯域を求める構成について説明する。ここでは、図3を用いて説明する。
実施の形態1に示すように、圧縮機2の振動による共振を回避するためには、圧縮機2の振動による冷媒配管の共振点を求める必要がある。共振点を測定により求めるために、例えば冷媒配管にひずみゲージ18を貼り付けておき、圧縮機2の運転時の冷媒配管のひずみを計測する。圧縮機2の運転状態(単位時間あたりの回転数、回転速度)と冷媒配管のひずみとの関係を計測し、冷媒配管のひずみが大きくなった時の圧縮機2の回転数から、冷媒配管の共振を判断すればよい。
以下に、車両用空気調和装置1の、圧縮機2と冷媒配管との共振特性測定する手順の一例を示す。一例としてひずみゲージ18による測定について説明するが、冷媒配管の振動を測定できれば、他の方法をとっても良い。例えば、加速度センサーにより冷媒配管の振動の加速度測定や、冷媒配管の振動による変位量を測定する等によっても、共振特性を測定することができる。つまり、図4(b)のグラフの縦軸を冷媒配管の振動の加速度や変位量に置き換えることができる。その場合は、図4(b)の許容応力85は、許容加速度や許容変位量などの適当な指標に置き換える。
冷媒配管のうち、圧縮機2に近い部分の冷媒配管でひずみが大きいと予測される箇所にひずみゲージ18を貼り付ける。図3に示すように、本実施の形態では、例えば圧縮機2の吐出口に接続された吐出配管16及び圧縮機2の吸入口に接続された吸入配管17にひずみゲージ18を貼り付けており、例えば振動により応力が集中しやすい各冷媒配管の屈曲部周辺に貼り付ける。
インバータの周波数を一定の周波数変化率で変え、圧縮機2の回転数を、運転可能な範囲の下限から上限まで一定の回転数の変化率で運転する。例えば、圧縮機2の回転数の変化率を0.5Hz/sで運転する。この運転は、車両用空気調和装置1内に設けた運転制御手段により行うか、例えば、車両用空気調和装置1の製造ラインに設置された装置などの外部の運転制御手段から指示を与えて車両用空気調和装置1を運転しても良い。
圧縮機2の回転数と冷媒配管の応力との関係をグラフ化する。つまり、図4(b)に示す図を作成する。冷媒配管のひずみをグラフ化しても良いし、ひずみを冷媒配管の応力に換算した値として、圧縮機2の回転数と冷媒配管の応力値との関係をグラフ化しても良い。
冷媒配管のひずみや冷媒配管の応力の上限値を予め規定しておく。つまり、例えば図4(b)の許容応力85を予め決定しておく。許容応力85を超える圧縮機2の回転数を、共振帯域86として規定する。冷媒配管のひずみや応力の上限値は、冷媒配管の材質、形状及び安全率などを考慮して規定する。
また、本実施の形態に係る手順で共振帯域を求め、予め共振帯域を制御装置に組み込むことにより、冷媒配管の振動を検出する手段、検出したデータを処理する機能及びデータ判定機能を車両用空気調和装置1に常設せずにすむため、コストを増やさずに共振帯域を回避する制御が実現できる。
また、実施の形態1及び2においては、車両用空気調和装置として説明をしたが、車両用だけでなく居室等に用いられる通常の空気調和装置にも適用することができる。
Claims (7)
- 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、及び室内熱交換器を冷媒配管で接続した冷凍サイクル回路と、
前記室外熱交換器に空気を送る室外送風機と、
前記圧縮機の回転数及び前記室外送風機の回転数を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
暖房能力又は冷房能力に対応した、前記圧縮機の回転数及び前記室外送風機の回転数で運転し、
前記圧縮機の回転数が、前記圧縮機の振動により冷媒配管の共振を発生させる共振帯域の範囲内である場合には、前記圧縮機の回転数を前記共振帯域の範囲外に変更するとともに、変更後の前記圧縮機の回転数に対応して前記室外送風機の回転数を変更する、空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記圧縮機の回転数が、前記共振帯域の範囲内である場合には、前記圧縮機の回転数を前記共振帯域の範囲外に上げるとともに前記室外送風機の回転数を下げる、請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記圧縮機の回転数が、前記共振帯域の範囲内である場合には、前記圧縮機の回転数を前記共振帯域の範囲外に下げるとともに前記室外送風機の回転数を上げる、請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記圧縮機の回転数が、前記共振帯域の範囲内である場合には、前記共振帯域外でCOP値が最大となる前記圧縮機の回転数と前記室外送風機の回転数に変更する、請求項1〜3の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記圧縮機の回転数が、前記共振帯域の範囲内である場合には、前記共振帯域外でCOP値が最大値の−5%の範囲となる前記圧縮機の回転数と前記室外送風機の回転数に変更する、請求項1〜3の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記共振帯域は、
前記圧縮機の選択可能な回転数の範囲内で前記圧縮機の回転数を変化させて運転し、
当該運転時において冷媒配管の振動量が規定値以上になったときの前記圧縮機の回転数である、請求項1〜5の何れか1項に記載の空気調和装置。 - 前記振動量は、
前記冷媒配管に貼り付けたひずみゲージにより測定する、請求項6に記載の空気調和装置。
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