JP2016138711A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、圧縮機の発停に伴う消費電力の増大を抑制した空気調和機を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の空気調和機は、圧縮機を有する室外機と、室外機に接続された複数の室内機と、を備え、この複数の室内機はサーモオフ周期が所定の範囲内にある室内機群を１つのグループとして複数のグループにグループ化され、グループ毎にサーモオフ運転の時期が同期しないように室内機を制御する。本発明によれば、圧縮機の発停に伴う消費電力の増大を抑制した空気調和機を提供することができる。【選択図】図１

Description

本発明は複数台の室内機を備えた空気調和機に関する。

空気調和機は、圧縮機を備えた室外機と複数の室内機とを接続して構成され、各々の室内機の吸込空気温度が各室内機に対して設定される設定温度となるように空調運転される。空調負荷に合わせて圧縮機の容量が制御される場合、空調負荷との不一致等により空調能力が過多になると、室内機の運転と停止を繰り返す発停状態となる。

例えば、冷房運転時に、各室内機における吸込空気温度が設定温度に応じて定まる下限値に達すると、対応する室内機は、空調運転をおこなうサーモオン運転から、空調運転を停止するサーモオフ運転へと移行する。その後、室内負荷によって室内温度が十分に上昇した後、室内機は再度サーモオン運転へと移行し、室温を下げる。

このような空気調和機では、すべての室内機がサーモオフ運転となった場合には、圧縮機を停止する必要があるので、圧縮機の発停に伴う消費電力の増大や運転効率の低下が生じる。

このような課題に対して特許文献１では、特に大空間に複数の室内機を設置した場合や、各室内の空調負荷が一致するような場合には、複数の室内機がサーモオフ運転となるタイミングが同期しやすくなるので、複数の室内ユニットのいずれかのサーモ温度幅を変更する室内サーモオンタイミング変更制御を行う。室内サーモオフ及び／又は室内サーモオンとなるタイミングが他の室内ユニットと異なる室内ユニットを積極的に作り出して、複数の室内ユニットの少なくとも1つが運転している状況を得やすくする。

しかしながら、従来技術を適用し、例えば、同一のサーモ周期（fT）で稼働している複数の室内機のうちの一部の室内機のサーモ周期(fT)の位相を異ならせるように当該室内機のサーモオンの開始時刻を遅延させた場合、同一周期異位相で稼働している他の室内機のサーモオフタイミングと同期し、室内機のサーモオフの割合が増加し、圧縮機を停止させる頻度を増大させてしまう可能性がある。

さらに、従来技術では、サーモオンの開始を遅延させる制御の対象になる室内機の選定方法が明確でないため、サーモオンの開始を遅延させる制御対象として同一の室内機を繰返し選定してしまう可能性がある。この場合、繰返しサーモオンの開始遅延の制御対象になった室内機の被空調空間の温度は、他の室内機の温度と比較して設定温度に対する偏差が大きくなる。したがって従来技術は、省エネ性のみならず、快適性の観点からも課題を有する。

特開2012-154600号公報

本発明は、圧縮機の発停に伴う消費電力の増大を抑制した空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の空気調和機は、圧縮機を有する室外機と、室外機に接続された複数の室内機と、を備え、この複数の室内機はサーモオフ周期が所定の範囲内にある室内機群を１つのグループとして複数のグループにグループ化され、グループ毎にサーモオフ運転の時期が同期しないように室内機を制御する。

本発明によれば、圧縮機の発停に伴う消費電力の増大を抑制した空気調和機を提供することができる。

空気調和機の構成を示すサイクル系統図 アクチュエータへの制御信号状況を示す図 制御のフローチャート グループ位相遅延制御による室内機群の動作を示す図 グループ位相遅延制御による室内機群の動作を示す図 グループ位相遅延制御による室内機群の動作を示す図

本発明の空気調和機は、圧縮機を有する室外機と、室外機に接続された複数の室内機と、を備え、室内機はサーモオフ周期が所定の範囲内にある室内機群を１つのグループとして複数のグループにグループ化され、グループ毎にサーモオフ運転の時期が同期しないように室内機を制御する。本発明によれば、位相の相異に係らずに、サーモ周期(fT)が同一または所定の範囲内にある室内機群を１つのグループにグループ化され、各グループにおいてサーモオフ運転の時期が同期しないように制御する。同グループ（同一サーモ周期グループ）に属する室内機間のサーモオフタイミングが同期しないように室内機を制御する（例えば、サーモオフが同期する場合、室内機のサーモオフタイミングを遅延させる）ので、グループ内のサーモオフの同期を抑制することができる。さらに、複数のグループ毎にサーモオフが同期するように制御するので、各グループに分割されない場合に比べて、サーモオフの同期をさらに抑制することができる。また、特定のグループの室内機のサーモオフタイミングを遅延させても、他のグループとはサーモオフ周期が異なるので、サーモオフタイミングを遅延させた室内機が他のグループの室内機のサーモオフと同期することがないので、サーモオフの同期をさらに抑制することができる。従って、本発明の空気調和機によれば、圧縮機の発停に伴う消費電力の増大を抑制することができる。

本発明の実施例について図1〜図6を用いて説明する。図1は空気調和機の構成を示すサイクル系統図である。1台の室外機90に対して複数台（本実施例では4台の室内機（91a、91b、91c、91d））が接続される。尚、本実施例では室外機を1台として説明するが、室外機は1台に限定されず、室外機90を複数台並列に接続して1つの室外ユニットとして構成した冷凍サイクルでもよい。

4台の室内機（91a、91b、91c、91d）は、液管13とガス管12を介して、室外機90に並列に接続される。室外機90は内部に、冷媒(図示せず)を圧縮する圧縮機１、室外ファン4、室外ファン4により供給される室外空気と冷媒が熱交換する室外熱交換器3、圧縮機1の吸込口と吐出口のうち一方を室外熱交換器３へ他方をガス管12へと切替えて接続させる四方弁2を備える。四方弁2と接続される室外熱交換器3の他端は室外膨張弁8を介して液管13へと接続される。

室内機91では、室内熱交換器16の一方がガス管12へ、他方が室内膨張弁18を介して液管13へと接続されており、室内熱交換器16には室内ファン17によって室内空間からの吸込空気が供給される。室内機91にはリモコン92が接続されており、ユーザにより、室内機の運転開始／停止、冷房および暖房の運転モードの指定、設定温度等が入力される。

図2に示すように、リモコン92からコントローラ60に運転開始の信号が入力されると、空気調和機の運転が開始され、コントローラ60から室外機90および室内機91の各アクチュエータへ制御信号が送信される。コントローラ60には、リモコン92から設定温度、また、室内機91からは吸込空気温度センサ21で検知した吸込空気温度、熱交温度センサ22で検知した室内熱交換器16温度、室外機90からは外気温度センサ20で検知した室外空気温度が、情報として入力される。

空気調和機の空調能力は、設定温度と吸込空気温度センサ21の検知温度との温度差に基づいて決定される。

リモコン92から冷房運転の要求がある場合について説明する。冷房運転の要求があると、四方弁2を図1の実線で示す回路へ切替え、室外ファン4と室内ファン17aを所定の回転数で動作させる。圧縮機1で圧縮された冷媒は、室外熱交換器3で室外空気と熱交換して凝縮・液化する。全開状態の室外膨張弁8を介して液管13へと流出した液冷媒は、室内膨張弁18aで減圧され低温・低圧となって室内熱交換器16aに流入する。室内空気から吸熱した冷媒は蒸発して過熱ガス冷媒となり、ガス管12へと流出する。このような作用により、冷却された室内空気が室内空間へと供給されて室内空間が冷房される。ガス化した冷媒は、ガス管12を通って、室外機90内の四方弁2を介して、圧縮機1へ戻り、再度圧縮される。このとき、室内膨張弁17b,17c,17dは全閉状態であり、室内ファン17b,17c,17dは停止状態である。

リモコン92bから冷房運転要求があると、室内膨張弁17bの開度が調整され、液管13内の冷媒は、減圧されて室内熱交換器16bに流入し、室内ファン17bによって供給された室内空気と熱交換する。蒸発したガス冷媒は、室内機92aで蒸発した冷媒と合流して、室外機90へ戻る。他のリモコン92c,92dからの冷房運転要求がある場合も同様である。

一方、リモコン92a,92b,92c,92dから暖房運転の要求がある場合、四方弁2を図1の破線で示す回路へと切替え、室外ファン4と室内ファン17を所定の回転数で動作させる。圧縮機1によって圧縮された冷媒は、ガス管12を通って各室内熱交換器16へと流入する。室内熱交換器16では、室内ファン17によって供給される室内空気へ放熱することによって、冷媒を凝縮・液化させる一方、室内空間を暖房する。凝縮した液冷媒は液管13で合流した後、室外膨張弁8で減圧され低温・低圧冷媒となり、室外熱交換器3にて室外空気から熱を奪い蒸発する。その後、四方弁2を介して圧縮機1へ戻り、再度圧縮される工程を繰り返す。

このような空気調和機における冷房時の動作について説明する。圧縮機1の回転数は、各室内機91の吸込サーミスタ21が検知した吸込空気温度(Tr)が、リモコンで設定された設定温度(Ts)と等しくなるように制御される。しかし、室内負荷に対して空気調和機の能力が過剰な場合や、圧縮機1の下限能力で運転した際の空気調和機の能力よりも室内の負荷が小さな場合などには、室内機91の吸込空気温度(Tr)が設定温度よりも低下する場合がある。

このような場合には、室内機91の室内膨張弁18を閉止し、冷房動作を休止するサーモオフ運転とする。この場合、室内熱交換器16へ冷媒が供給されなくなるので、冷媒の蒸発による冷却作用はなくなる。したがって、室内空間の負荷によって室温は徐々に上昇する。その後、所定の温度まで吸込温度が高くなると、再度室内膨張弁18を開き、サーモオン運転（冷房運転）を再開する。

図3は制御のフローチャートである。図2に示したコントローラは、サーモオフを検知する検知手段を備え、室内機91のサーモオフの発生状況を検知する。室内機がサーモオフした場合、コントローラ60はサーモオフしている室内機91を検知し、室内機91の稼働率をカウントする。室内機91の稼働率が所定の数値以下の場合、室内機のサーモオフの同期によって圧縮機の発停頻度が高くなると判断し、グループ遅延制御の制御モードに変更する。グループ遅延制御モードに移行した場合、コントローラ60は、サーモオンする室内機91を監視し、再びサーモオフ―サーモオンを繰り返して動作する周期(fT)を演算する。同期してサーモオフした室内機91の全周期を検知・演算した結果、コントローラ60が周期(fT)でグループを判別できる場合、グループ遅延制御に移行する。周期(fT)でグループを判別できない場合は、個々の室内機でサーモオフが同期しないように室内機91のサーモオンタイミングを遅延させる室内機単独遅延制御モードへ移行する。

尚、本実施例においては、室内機のサーモオンタイミングを遅延させる具体的な方法は記述しないが、室内機のサーモオンタイミングを遅延させる方法としては、サーモオン・オフの閾値を変更する場合、サーモオン・オフを強制的にリセットする方法、室内機の膨張弁の開度や送風量を調整して能力を制御する方法等、いずれの方法をとっても良い。また、室内機のサーモオンタイミングをずらせば良いので、遅延させるだけではなく、室内機のサーモオンタイミングを早めるようにしても良い。

また、本実施例では発停制御の判断を室内機の稼働率としたが、空調能力や消費電力等、室内機の運転状態の同期による空気調和機の効率低下を推測できる物理量なら何れの値を用いても良い。

図4及び図5はグループ位相遅延制御による室内機群の動作を示す。本実施例では、開始時点での室内機91は4台とも稼働している。まず、室内機91a〜91dが一斉にサーモオフする。このとき、室内機の稼働率が一定の閾値以下になったとコントローラ60が判断し、制御モードをグループ位相遅延制御モードへ移行し、コントローラのタイマをリセット（t=0）する。同時に、サーモオフした室内機の全てを検知し、室内機91a〜91dがサーモオンするタイミングを監視する。室内機91a〜91dがサーモオンするとコントローラ60は、サーモオン時間to(i)を検知し、室内機91a〜91dがサーモオフ，サーモオンするまでの経過時間ts(i)を監視し、経過時間ts(i)が決定した室内機毎に、コントローラ60は、サーモ周期(fT)を演算し、室内機の情報(to(i),ts(i),fT(i))として保持する。さらに、コントローラ60は、各室内機の周期fT(i)を比較し、最長のサーモ周期を基準周期(fTb(i))として情報を保持する。基準周期(fTb(i))が決定されると、コントローラ60は各々の室内機が0.75<fT(i)/fTb(j)≦1の範囲に入っているかを判断し、室内機のグループを選別する。

各グループを選別する基準周期(fTb(i))としては、基準周期で最小の周期をfTbMinとし、その他の基準周期をfTb(i)≠n×fTbMin、となるように選択することができれば、各グループの基準周期間のサーモオフの同期を防止できるのでなお良い。

図4の動作においては、最初に室内機91bのサーモ周期:fT(b)が決定し、グループAの仮の基準周期:fTb(A)をfT(b)とする。次に、室内機91a、91cのサーモ周期:fT(a)，fT(c)が決定され、基準周期：fTb(B)をfT(a)とする。このとき、コントローラ60は、室内機91bのサーモ周期:fT(b)が、0.75<fT(b)/fTb(a)≦1の範囲に有るか否かを判断し、室内機91a〜91cに属するグループを決定する。室内機91bが室内機91a，91cで構成されるグループと判断された場合、グループAの基準周期:fTb(A)をfT(c)とする。さらに、コントローラ60は、室内機91dのサーモ周期fT(d)を監視し、fT(c)/fT(d)<0.75なら、室内機91dは、他のグループに属すると判断する。尚、本実施例においては、サーモ周期：fT(i)をサーモオン-サーモオンまでの経過時間で判断したが、サーモオン-サーモオンをサイクリックに複数回生じさせ、その回数nと経過時間ts(i)から、fT(i)=ts(i)/nとして演算して求めても良い。以上のように、コントローラ60はサーモオンとサーモオフのタイミングを用いて、各室内機のサーモ周期fT(i)とグループを決定する。

図5は、図4で動作していた室内機91a、91b、91cの位相をずらした結果を示している。コントローラ60は、基準となっている室内機91c以外のサーモ遅延時間を演算し、サーモオフの同期を回避するための位相の遅延値を演算する。室内機n台のグループの場合、平均(fTb(c)/2)/(n-1))の遅延量が必要になるので、室内機91bの位相をfTb(c)遅延させる。室内機91aは、室内機91a、91bの重ね合わせたオフ時間分を室内機91aのオン時間にすれば良いので、Δta=fTb(c)/4+Δtbだけ位相を遅延させ６る。以上のように、同一グループで位相を遅延させることで、同一グループ内の室内機が同期してサーモオフすることを防止できる。尚、本発明では、位相の遅延順序は、最短のサーモ周期から順次遅延させるようにしたが、基準周期となった室内機以外の室内機がサーモオンする順番(91a→91の順番)でサーモオン遅延の制御を行っても良い。

図6は他グループ間で付加情報（例えば、被空調空間、空調能力、空調容量等）が合致し、サーモオン、オフの同期によって、空調負荷またはサーモオフに影響を与えるような場合の制御の実施例を示す。サーモオフが同期した場合、室温の上昇速度を速めたり、下降速度を速めたりし、その結果、制御を不安定化させてしまう可能性や快適性を悪化させてしまう可能性がある。

以下、制御の実施例を説明する。図4において、各室内機には付加情報が設けられており、ここでは、室内機91aと室内機91dが同一の被空調空間を有しているとする。図4においては、室内機91dのサーモオフ（サーモオン）中に、室内機91aのサーモオフとサーモオンは同一比率で割り当てられている。一方、図5において、位相遅延制御を行ない室内機91aの位相を半周期遅延させた結果、室内機91dのサーモオン中に室内機91aのサーモオンする時間の占有率が大きくなる。室内機91dのサーモオフ中では、室内機91aのサーモオフの占有率が大きくなる。このため、室内機91aと室内機91dが配置された被空調空間の温度変化が急激になる可能性がある。そこで、図6に示すように、異グループであっても、付加情報が合致する場合は、位相遅延を実施する。この場合、室内機91aを基準に室内機91dの位相をずらして、同期回数を平均化させることができる。尚、本発明では付加情報を被空調空間としたが、室内機の位置情報や能力を用いても良い。また、制御対象を周期としたが、空調負荷もしくは、要求能力、空調負荷×時間のような空調負荷に係るパラメータとしても同様の効果を得られる。

このように本実施例においては、各室内機に室内機の設置情報（被空調空間、方位、フロアー、室内機能力、空調容量等）を保持させ、サーモオン，オフ、サーモ周期(fT)によって決定したサーモオン遅延時間と設置情報を比較することで、グループ内のサーモオン遅延時間に制御を加える手段を備える。この結果、他グループに属している室内機で被空調空間に影響を与える室内機が同時にサーモオンするようなことがなくなる。例えば、グループＡ群(基準周期(fTb1)の室内機A1とグループB群(基準周期fTb2)の室内機B2の被空調空間が同一の場合で、グループA群、グループB群で位相遅延を行った結果、室内機A1と室内機B2のサーモオンタイミングが同期させた場合、被空調空間への影響が強くでると考えられる。そこで、グループA群の室内機A2とA1の遅延時間を変更して、サーモオンタイミングをずらすことで、それぞれの被空調空間への影響を抑制することができる。

以上のような制御を適用することで、室外機に複数の室内機を接続して形成される空気調和機の室内機が同期してサーモオン、オフすることを防止し、省エネ性に優れて、快適性を保持した空気調和機を提供することができる。

60 コントローラ
90 室外機
91 室内機

Claims (4)

1. 圧縮機を有する室外機と、
   前記室外機に接続された複数の室内機と、
   を備え、
   前記複数の室内機は、サーモオフ周期が所定の範囲内にある前記室内機群を１つのグループとして、複数のグループにグループ化され、
   前記グループ毎にサーモオフ運転の時期が同期しないように前記室内機を制御する
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、
   前記室内機がサーモオフする位相を同一の前記グループ内の他の前記室内機の位相とずらすことにより、前記グループ毎にサーモオフ運転の時期が同期しないように前記室内機を制御する
   ことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１又は２において、
   前記室内機が配置された位置情報に基づいて、前記グループ毎にサーモオフ運転の時期が同期しないように前記室内機を制御する
   ことを特徴とする空気調和機。
4. 請求項３において、
   前記室内機が同一空間に位置する他のグループの前記グループの前記室内機とサーモオフ運転の時期が同期しないように前記室内機を制御する
   ことを特徴とする空気調和機。