JP2021101111A - 空気処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
(1−1)空気処理システム
図1及び図2に示されている空気処理システム1は、空調対象空間TSに調和空気を供給するシステムである。ここで、空気処理システムとは、空調対象空間に供給する空気に所定の処理を施すシステムである。空気処理システムで施される所定の処理には、空気の中の塵埃を除去するフィルタリング、空気の温度の変更、空気の湿度の変更、空気の中の所定の化学成分を除去するフィルタリング、空気の中の所定の病原体を除去するフィルタリングが含まれる。塵埃には、例えば、花粉、黄砂、PM2.5が含まれる。所定の化学成分には、例えば、臭気物質が含まれる。病原体には、例えば、細菌、ウィルスが含まれる。図1及び図2に示されている空気処理システム1は、言い換えると、室外の空気の温度を変更して温度変更後の空気を空調対象空間TSに供給する空気調和システムである。
(2−1)熱交換器ユニット10
熱交換器ユニット10は、利用側熱交換器11と、利用側熱交換器11を収納する中空のハウジング12と、メインコントローラ40とを備えている。ハウジング12は、吸込口81に接続される1つの空気入口12aと、複数のダクト20に接続される複数の空気出口12bとを有している。ここでは、空気入口12aが1つの場合を示しているが、空気入口12aは複数設けられてもよい。また、ここでは、吸込口81が部屋RMに設けられている場合について説明しているが、吸込口81が例えば建物BLの外に設けられてもよい。吸込口81を建物BLの外に設ける場合には、空調対象空間TSの気圧が供給空気量にかかわらず実質的に一定になるように、例えば、空調対象空間TSから建物BLの外に空気を排気する流路を設ける。
調和空気を分配する機能を有する複数のダクト20は、熱交換器ユニット10の複数の空気出口12bと複数のファンユニット30とを接続している。ここでは、各ファンユニット30と各吹出ユニット70が直接接続されている場合について説明するが、ファンユニット30と吹出ユニット70との間にもダクト20が配置され、ファンユニット30と吹出ユニット70がダクト20で接続されてもよい。
熱源ユニット50は、熱交換器ユニット10の利用側熱交換器11の熱交換に要する熱エネルギーを供給する。図1に示されている空気処理システム1では、熱源ユニット50と熱交換器ユニット10との間で冷媒が循環し、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行なわれる。熱源ユニット50と熱交換器ユニット10は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍サイクル装置を構成している。図1に示された例では、熱源ユニット50が建物BLの外に置かれ、外気を熱源としているが、熱源ユニット50の配置箇所は建物BLの外には限られない。
冷房運転時には、圧縮機51で圧縮されたガス冷媒が、四方弁54を通って熱源側熱交換器52に送られる。この冷媒は、熱源側ファン55によって流れる空気に対して熱源側熱交換器52で放熱し、膨張弁53で減圧膨張され、ユニット内冷媒配管57と冷媒連絡配管91とユニット内冷媒配管131とを通って利用側熱交換器11に送られる。膨張弁53から利用側熱交換器11に送られてきた低温低圧の冷媒は、利用側熱交換器11での熱交換により、吸込口81から送られてきた空気から熱を奪う。利用側熱交換器11で熱交換を終えたガス冷媒または気液二相の冷媒は、ユニット内冷媒配管132と冷媒連絡配管92とユニット内冷媒配管58と四方弁54を通って圧縮機51に吸入される。利用側熱交換器11で熱を奪われた調和空気が複数のダクト20、複数のファンユニット30及び複数の開口部71を通って部屋RM1,RM2に吹出されることにより、部屋RM1,RM2の冷房が行われる。
暖房運転時には、圧縮機51で圧縮されたガス冷媒が、四方弁54とユニット内冷媒配管58と冷媒連絡配管92とユニット内冷媒配管132を通って、利用側熱交換器11に送られる。この冷媒は、利用側熱交換器11での熱交換により、吸込口81から送られてきた空気に熱を与える。利用側熱交換器11で熱交換された冷媒は、ユニット内冷媒配管131と冷媒連絡配管91とユニット内冷媒配管57を通って膨張弁53に送られる。膨張弁53で減圧膨張された低温低圧の冷媒は、熱源側熱交換器52に送られ、熱源側熱交換器52での熱交換により、熱源側ファン55によって流れる空気から熱を得る。熱源側熱交換器52で熱交換を終えたガス冷媒または気液二相の冷媒は、四方弁54を通って圧縮機51に吸入される。利用側熱交換器11で熱を与えられた調和空気が複数のダクト20、複数のファンユニット30及び複数の開口部71を通って部屋RM1,RM2に吹出されることにより、部屋RM1,RM2の暖房が行われる。
吹出ユニット70は、中空の筐体72の中に、エアフィルタ73を備えている。吹出ユニット70は、ファンユニット30から送られてきた調和空気を、エアフィルタ73を通して開口部71から吹出す。そのため、吹出ユニット70a〜70dは、それぞれファンユニット30a〜30dに接続している。ここでは、吹出ユニット70がエアフィルタ73を備えている場合について説明しているが、吹出ユニット70はエアフィルタ73を備えない構成であってもよい。
ファンユニット30は、それぞれ、図4に示されているように、ユニットケーシング31と、ファン32と、風量検出部33と、ファンコントローラ34とを備えている。このファンユニット30は、ユニットケーシング31にファン32と風量検出部33とファンコントローラ34とが取り付けられた一つの製品である。各ユニットケーシング31は、吸気口36と吹出口37を有している。ユニットケーシング31は、吸気口36から入って吹出口37より出る空気が通過する所定形状の空間を有する筐体である。各ユニットケーシング31の吸気口36には、各ダクト20の他端22が接続されている。各ユニットケーシング31の吹出口37には、各ファン32の吹出口が接続されるとともに、対応する吹出ユニット70が接続される。ファン32から吹出された調和空気は、吹出ユニット70の中を通って、開口部71から吹出される。
図3に示されているように、メインコントローラ40は、複数のファンコントローラ34及び熱源コントローラ56に接続されている。熱源コントローラ56は、例えば熱源ユニット50の中の各種の機器に接続されたプリント配線基板上に設けられている各種の回路により構成されており、圧縮機51、膨張弁53、四方弁54及び熱源側ファン55などの熱源ユニット50の中の各種の機器を制御する。また、メインコントローラ40は、各ファンコントローラ34を介して各リモートコントローラ60に接続されている。リモートコントローラ60a〜60dは、吹出ユニット70a〜70dに対応しており、ファンユニット30a〜30dに接続されている。ここでは、リモートコントローラ60がファンコントローラ34を介してメインコントローラ40に接続される場合について説明しているが、リモートコントローラ60を直接メインコントローラ40に接続してもよい。また、ここでは、メインコントローラ40と複数のファンコントローラ34と熱源コントローラ56と複数のリモートコントローラ60が、有線で接続されている場合を示しているが、これらの全てまたは一部が無線通信によって接続されてもよい。
(3)全体構成
複数のファンユニット30の供給空気量に関する複数の指示により複数のアクチュエータをメインコントローラ40が制御する。このような形態は、第1実施形態の形態には限られない。複数のファンユニット30の供給空気量に関する複数の指示により複数のアクチュエータをメインコントローラ40が制御する空気処理システム1は、第2実施形態のように構成されてもよい。第2実施形態の空気処理システム1では、メインコントローラ40が送信した複数の指示を複数のサブコントローラである複数のファンコントローラ34が受信する。第2実施形態の空気処理システム1では、複数のファンコントローラ34の各々が、複数の指示のうちの少なくとも一つに基づき、複数のアクチュエータのうちの少なくとも一つを制御する。
(4)全体構成
図6に示されている空気処理システム1は、熱交換器ユニット10と、ファンユニット30と、ダクト20と、コントローラ400とを備えている。熱交換器ユニット10は、送風機29を有する。複数のファンユニット30は、それぞれ、ファン32を有する。各ファン32は、空気をファンユニット30から空調対象空間TSに供給する。空調対象空間TSは、例えば、建物内の部屋である。部屋は、例えば、床、天井及び壁によって空気の移動が制限された空間である。1つまたは複数の空調対象空間TSに対して、複数のファンユニット30が配設される。図6には、複数のファンユニット30を備える空気処理システム1の代表例として、2つのファンユニット30を備える空気処理システム1が1つの空調対象空間TSに対して配設されている例が示されている。ファンユニット30の個数は、3以上であってもよく、適宜設定されるものである。先にも述べたが、ファンユニット30が配設される空調対象空間TSは、2以上であってもよい。
(5−1)熱交換器ユニット10
熱交換器ユニット10は、既に説明した送風機29以外に、利用側熱交換器11、利用側風量検出センサ23、利用側空気温度センサ24及び水量調整弁25を有している。利用側熱交換器11には、熱源ユニット50から熱媒体として例えば冷水または温水が供給される。利用側熱交換器11に供給される熱媒体は、冷水または温水以外のもの、例えばブラインであってもよい。利用側風量検出センサ23には、例えば、風量センサ、風速センサまたは差圧センサを用いることができる。
第1実施形態と同様に、ファンユニット30は、既に説明したファン32以外に、ユニットケーシング31と、風量検出部33とを備えている。ファンユニット30の構成のうち、ユニットケーシング31と、ファン32と、風量検出部33については、第1実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。このファンユニット30は、ユニットケーシング31にファン32と風量検出部33が取り付けられた一つの製品である。風量検出部33は、ファン32が送風する風量または風量に相当する物理量である風量相当量を検出する。各風量検出部33は、対応する1つのファンコントローラ34に接続されている。風量検出部33が検出した風量または風量相当量の値は、ファンコントローラ34に送信される。風量検出部33が検出した風量または風量相当量は、通風路181を流れる風量である。言い換えると、風量検出部33が検出した風量または風量相当量は、各ファンユニット30から空調対象空間TSに供給される給気風量になる。風量検出部33には、例えば、風量センサ、風速センサまたは差圧センサを用いることができる。風量センサが検出した値が風量の値であり、風速センサまたは差圧センサが検出した風速の値または差圧の値が風量相当量の値である。
複数のリモートセンサ170は、温度センサの機能を有している。各リモートセンサ170は、対応するファンコントローラ34に、空調対象空間TSの温度を示すデータを送信できるように構成されている。
複数のファンコントローラ34は、それぞれ、接続されているリモートセンサ170から、検知した対象空間の温度の値を受信する。各ファンコントローラ34は、設定温度を示すデータを保持している。例えば、リモートコントローラ(図示せず)などから、各ファンコントローラ34に設定温度を示すデータが予め送信される。各ファンコントローラ34は、リモートコントローラなどから受信した設定温度を示すデータを内蔵するメモリなどの記憶装置34b(図7参照)に記憶している。各ファンコントローラ34が設定温度の値をメインコントローラ40に送信する。メインコントローラ40は、設定温度に基づき、対応するリモートセンサ170の検知した温度に応じて、各ファンユニット30の目標風量を決定する。メインコントローラ40は、目標風量の値(風量の指示値)を各ファンコントローラ34に送信する。
(7−1)
以上説明した空気処理システム1では、各ファンユニット30が、風量の指示値のみを受け取り、制御部であるファンコントローラ34により、ファンユニット30自身の風量の制御を自動的に行っている。ファンユニット30は、例えばファンユニット30の外部の例えばメインコントローラ40からファンコントローラ34に風量の指示値のみが与えられれば、その指示値に従って風量の制御を行うことができる。その結果、ファンユニット30のファンコントローラ34が、調和空気の温度が変化したり、室温が変化したり、設定値が変更されたりなどした場合に、風量を適宜決める制御動作などを省くことができ、ファンユニット30は、制御負荷を小さくすることができる。
各ファンユニット30の制御部であるファンコントローラ34は、検出値の示す風量が指示値に近づくようにファン32の回転数を制御する。検出値の示す風量が指示値に近づくようにファン32の回転数を制御するとは、例えば、風量検出部33の検出値が指示値よりも低ければファン32の回転数を増加させ、逆に検出値が指示値よりも高ければファン32の回転数を減少させる。このように、検出値の示す風量が指示値に近づくようにファン32の回転数を制御するファンユニット30では、ファンユニット30における風量の自動制御が容易に実現される。
ファン32が遠心ファンであり、ファンケーシング39がユニットケーシング31の中に収容されている。ユニットケーシング31の中で且つ遠心ファンのファンケーシング39の外の空間では、風量の検出が容易である。そのため、遠心ファンでは、風量の指示値と検出値とに基づく制御が容易になる。
ファンユニット30のファンコントローラ34は、リモートコントローラ60と関連付けされている。ファンコントローラ34に与えられる指示値が、リモートコントローラ60の入力に基づいて決定される。リモートコントローラ60の入力に基づいて決定されるとは、リモートコントローラ60の入力が、例えば、指示値のパラメータになっているということである。上記第1実施形態では、リモートコントローラ60で入力される設定温度及び室温に基づいて指示値が決定される場合を例に挙げて説明している。そのため、リモートコントローラ60の入力にあわせてファンユニット30の風量を適切に変更することができる。
(8−1)変形例1A
上記第1実施形態では、熱交換器ユニット10にダクト20を直接接続する場合について説明したが、ダクト20を熱交換器ユニット10に間接的に接続してもよい。例えば、ダクト20と熱交換器ユニット10の間に、ダクト20を熱交換器ユニット10に接続するための複数の空気出口を持つアタッチメントを取り付けるように構成してもよい。接続可能なダクト20の本数が異なる複数種類のアタッチメントを準備することで、同じ機種の熱交換器ユニット10に接続できるダクト20の本数を変更することができる。
上記第1実施形態では、1台のファンユニット30に1つの吹出ユニット70を接続する場合について説明したが、1台のファンユニット30に複数の吹出ユニット70を接続するように構成してもよい。1台のファンユニット30に対して複数の開口部71を設けてもよいということである。この場合、各吹出ユニット70に対して、1つのリモートコントローラ60を設けるなど、各ファンユニット30に複数のリモートコントローラ60を接続してもよい。
上記第1実施形態では、部屋RM1,RM2の間の壁に、通風口79を設けて、吸込口81を1つだけ設ける場合について説明した。しかし、吸込口81を設ける数は、1つに限られず、複数であってもよい。また、吸込口81は、例えば、同じ部屋RM1に複数設けてもよく、異なる部屋RM1,RM2の両方に設けてもよい。吸込口81を各部屋RM1,RM2に設ける場合には、通風口79を設けなくてもよい。
熱交換器ユニット10に一端21が接続されたダクト20の他端22に接続されたファンユニット30に、さらに他のダクト20と他のファンユニット30が接続されてもよい。例えば、1つの分配流路に対して、複数のファンユニット30を直列に接続してもよい。このような接続態様の一例として、熱交換器ユニット10からダクト20、ファンユニット30、ダクト20、ファンユニット30、吹出ユニット70の順に、2つのダクト20と2つのファンユニット30と1つの吹出ユニット70を直列に接続する態様がある。1つの分配流路に複数の動力源を設けることで、熱交換器ユニット10から開口部71までの距離を、同じ動力源を一つだけ設ける場合に比べて長く設定することが可能になる。
上記第1実施形態では、1台の熱源ユニット50に1台の熱交換器ユニット10が接続される場合について説明したが、熱源ユニット50と熱交換器ユニット10の接続態様は、このような態様には限られない。例えば、1台の熱源ユニット50に複数台の熱交換器ユニット10を接続してもよい。また、複数台の熱交換器ユニット10に対して複数の熱源ユニット50を接続するように構成してもよい。これらの接続態様では、熱交換器ユニット10に、利用側熱交換器11を流れる冷媒の流量を調節する流量調整装置を設けてもよい。このような流量調整装置としては、弁開度を変更可能な流量調整弁がある。
上記第1実施形態では、熱源ユニット50の圧縮機51が回転数を変更できるタイプである場合について説明した。しかし、熱源ユニット50には、圧縮機51として、回転数を変更できないタイプのものを用いてもよい。
上記第1実施形態では、空気処理システム1が冷房運転と暖房運転を切り換えられるように構成されている場合について説明した。しかし、上記第1実施形態の技術コンセプトは、冷房専用または暖房専用の空気調和システムに適用することができる。
上記第1実施形態では、熱源ユニット50と熱交換器ユニット10が接続されて、利用側熱交換器11に冷媒を流す冷凍サイクル装置を構成する場合について説明したが、熱源ユニット50は熱交換器ユニット10が接続されて冷凍サイクル装置を構成する場合に限らない。利用側熱交換器11に熱エネルギーを供給する熱源ユニットは、例えば、温水及び/または冷水などの熱媒体を供給するように構成してもよい。
上記第1実施形態では、起動時において、メインコントローラ40が、算出した利用側熱交換器11を通過する空気の総風量と、算出した熱交換器ユニット10に吸い込まれた空気温度から計算した冷媒回路200の必要な冷媒循環量を要求する場合について説明した。しかし、メインコントローラ40が要求する必要な冷媒循環量の決定方法は前述の方法には限られない。
上記第1実施形態の空気処理システム1では、総風量を主に決定して、それに熱源ユニット50の冷媒に係る条件を従わせるような制御をメインコントローラ40が行う場合について説明した。しかし、逆に熱源ユニット50の冷媒に係わる条件を主に決定し、その条件に従わせるために総風量を決定するように、空気処理システム1を構成してもよい。
上記第1実施形態の空気処理システム1では、圧縮機51の運転周波数を変更することで、冷媒回路200の冷媒循環量を調節している。しかし、空気処理システム1における冷媒循環量の制御は、圧縮機51の運転周波数の制御に限られない。例えば、圧縮機51の運転周波数とともに膨張弁53の弁開度を調節することによって冷媒回路200の冷媒循環量を調節するように制御してもよく、膨張弁53の弁開度を調節することによって冷媒回路200の冷媒循環量を調節するように制御してもよい。
空気処理システム1の動作は、次のように制御されもよい。空気処理システム1では、複数のリモートコントローラ60から入力される設定風量が、複数のファンユニット30の供給空気量を決める基本的な供給空気量になる。しかしながら、設定風量を変えないとすると、設定温度に達した後に冷房運転では設定温度を下回り、暖房運転では設定温度を上回ってしまう。そこで、メインコントローラ40からの指令(風量の指示値)によって、室内空気温度を設定温度に収束させるために、各ファンユニット30の供給空気量を設定風量から変更する。メインコントローラ40は、室内空気温度と設定温度の温度差から空調負荷を算出し、各ファンユニット30の空調負荷と送風温度から必要な供給空気量を決める。例えば、室内空気温度が設定温度に一致して温度差がない場合には空調負荷が0になるので、メインコントローラ40は、室内空気温度が設定温度に一致しているファンユニット30については、設定風量が0でなくても送風を停止させる。ただし、開口部71から熱交換器ユニット10に向けて空気を逆流させないために、空調負荷で判断すれば停止させるファンユニット30であっても逆流を抑制するために供給空気量を0にしないように制御されてもよい。
ファンユニット30a〜30dのファンコントローラ34は、それぞれ、4つのリモートコントローラ60の設定風量から各ファンユニット30a〜30dが供給する供給空気量を、メインコントローラ40に送信する。なお、停止しているファンユニット30も、開口部71から熱交換器ユニット10に向けて空気を逆流させないために極めて僅かに送風する運転しているときには、その微少供給空気量を総風量に含めるように空気処理システム1を構成してもよい。あるいは、その微少供給空気量を総風量に含めないように空気処理システム1を構成してもよい。
空気処理システム1は、通常運転において、総風量が下限値以上の場合と、下限値より小さい場合で制御を変えている。
起動時から所定時間が経過して通常運転状態になったときに、メインコントローラ40は、総風量が下限値以上になっているか否かを判断する。下限値の設定については後述する。総風量が下限値以上になっていれば、メインコントローラ40は、次の手順で空気処理システム1の制御を行う。
メインコントローラ40は、総風量が下限値より小さいときには、算出した総風量と下限値との差である不足分を計算する。メインコントローラ40は、予め決められている風量分配規則に従って不足分を複数のファンユニット30に割り振る。複数のファンユニット30に不足分を割り振る際には、総風量が下限値以上であればよいので、不足分に一致する供給空気量を割り振る場合と、不足分以上の供給空気量を割り振る場合とがある。
空気処理システム1の総風量の下限値は、メインコントローラ40が、例えば熱交換器温度に基づいて判断する。例えば、冷房運転において、熱交換器温度が高い場合には、熱源ユニット50の熱エネルギーの供給能力が足りていないと判断して、総風量の下限値を高く設定する。そのような場合と比較して、冷房運転において、熱交換器温度が低い場合には、熱源ユニット50の熱エネルギーの供給能力に余裕があると判断して、総風量の下限値を前述の場合に比べて低く設定する。下限値の具体的な値については、例えば、空気処理システム1の実機の試験および/またはシミュレーションによって決定する。
例えば、ダクト20aとファンユニット30aと吹出ユニット70aからなる分配流路において、熱交換器ユニット10から開口部71に向う気流が正常な気流であり、逆に、開口部71から熱交換器ユニット10に向う気流が、異常な気流であって、空気逆流である。ダクト20b〜20dとファンユニット30b〜30dと吹出ユニット70b〜70dからなる分配流路においても同様に、開口部71から熱交換器ユニット10に向う気流が空気逆流である。ファンユニット30a〜30dのそれぞれに1つずつ設けられている風量検出部33は、その検出結果を、ファンコントローラ34を介してメインコントローラ40に送信する。
メインコントローラ40は、ファンユニット30の連動により空気逆流を解消する。具体的には、メインコントローラ40は、空気逆流が発生している分配流路に繋がっているファンユニット30を検知する。空気逆流の発生している分配流路のファンユニット30のファンコントローラ34に対して、メインコントローラ40からファンモータ38の回転数を増加させる指令(風量の指示値)を送信する。例えば、ファンモータ38が停止していた場合には、予め決まっている回転数で駆動を始める指令(風量の指示値)が送信される。また、例えば、ファンモータ38が低速で回転している場合には、さらにファンモータ38の回転数を上げる指令(風量の指示値)が送信される。
上述の制御方法では、利用側熱交換器11の熱交換器温度で総風量の下限値を決めたが、総風量の下限値の決定に、凝縮温度(TC)、蒸発温度(TE)、過熱度(SH)及び過冷却度(SC)を用いてもよい。過熱度は、例えば、利用側熱交換器11の入口温度と出口温度、あるいは利用側熱交換器11の入口圧力と出口温度を用いて算出することができる。過冷却度は、例えば、利用側熱交換器11の入口温度と出口温度、あるいは利用側熱交換器11の入口圧力と出口温度を用いて算出することができる。
(8−13−1)
変形例Lでは、熱交換器ユニット10から複数のダクト20を介して吸引して空調対象空間TSの複数の開口部71に供給する調和空気の個別の供給空気量を変更できるように構成されている複数のアクチュエータとして、回転数を変更できるファンモータ38を例に挙げて説明した。しかし、アクチュエータはファンモータ38に限られず、例えば、複数のアクチュエータとして、ダンパの駆動モータ(図示せず)を用いてもよい。図5に示されているファン32のファンモータ38は、第1実施形態と同様の回転数を変更できるタイプのモータであってもよいが、回転数を変更できないタイプのモータであってもよい。ファンモータ38が回転数を変更できないタイプであるときには、ダンパだけでファンユニット30から吹出ユニット70への供給空気量(風量)を変更することになる。それに対して、ファンモータ38が回転数を変更できるタイプであるときには、ダンパの開度の変更だけでなく、ファンモータ38の回転数の変更も合わせてファンユニット30から吹出ユニット70への供給空気量(風量)を変更することになる。
メインコントローラ40は、ファンユニット30の連動により空気逆流を解消する。空気逆流解消のために先ず、メインコントローラ40は、空気逆流が発生している分配流路に繋がっているファンユニット30を検知する。ファンユニット30がダンパのみで供給空気量を調整する構成の場合には、空気逆流の発生している分配流路のファンユニット30のファンコントローラ34に対して、メインコントローラ40からダンパの開度を変更させる指令を送信する。例えば、空気逆流が発生しているファンユニット30が運転していない場合には、ダンパを全閉にする指令が送信される。ファンモータ38を一定の回転で送風しながらダンパの開度によって送風しているときには通常は空気逆流が発生することは無いので、メインコントローラ40は、そのような場合に空気逆流が発生した場合には、例えばリモートコントローラ60を使って異常の発生をユーザに報知する。
上記第1実施形態では、空気逆流を検出する検出装置として、風量検出部33が用いられる場合について説明したが、空気逆流を検出する検出装置は風量検出部33を用いるものには限られない。このような検出装置として、指向性のある風速センサを用いてもよい。風量検出部33に変えて指向性のある風速センサを用いる場合には、風速センサを例えばファンユニット30に配置してファンコントローラ34に接続する。指向性のある風速センサを用いる場合には、例えば、正の方向の風速を示すときには正常な方向に空気が流れ、その逆の負の方向の風速を示すときには空気逆流が発生していることを、メインコントローラ40が検知することができる。また、検出装置を複数の無指向性の風速センサを用いて構成することもできる。複数の無指向性の風速センサで風速の分布を検出し、風速の分布が逆流の際に生じる分布であれば、メインコントローラ40で、逆流が発生していると判断することができる。
上記第1実施形態では、熱交換器ユニット10に設置されているメインコントローラ40に並列に複数のファンユニット30の複数のファンコントローラ34を直接接続する場合について説明した。しかし、複数のファンユニット30を親機と子機に分けて、ファンコントローラ34をメインコントローラ40に接続してもよい。
上記第1実施形態、変形例1Oでは、熱交換器ユニット10にメインコントローラ40を設置したが、メインコントローラ40は、図9または図10に示されているように、親機のファンユニット30Mに設置してもよい。
上記第1実施形態、変形例1O乃至変形例1Pでは、熱交換器ユニット10にメインコントローラ40を設置したが、メインコントローラ40は、図11、図12、図13または図14に示されているように、熱交換器ユニット10、ファンユニット30及び熱源ユニット50以外の他の場所に設置してもよい。
上記変形例1Qでは、メインコントローラ40に並列に複数のファンユニット30の複数のファンコントローラ34を直接接続する場合(図11参照)と、1台の親機のファンユニット30Mのファンコントローラ34に2台のグループ親機のファンユニット30GMのファンコントローラ34を接続し、グループ親機に子機のファンユニット30Sのファンコントローラ34を接続する場合(図12及び図13参照)とについて説明した。しかし、全体の親機を設けずに、親機をグループの親機に分けて、ファンコントローラ34をメインコントローラ40に接続してもよい。
例えば、ファン32の運転電流を用いて、ファンモータ38の仕事量からメインコントローラ40またはファンコントローラ34が風量を算出するように構成することもできる。この場合には運転電流を検出する機器が風量検出部になる。
上記第1実施形態では、メインコントローラ40が冷媒循環量を算出し、熱源コントローラ56に圧縮機51の運転周波数の変更の要求を送信し、熱源コントローラ56が圧縮機51の運転周波数を制御する場合を例に挙げて説明した。しかし、メインコントローラ40が、圧縮機51の運転周波数の制御及び/または膨張弁53の弁開度の制御を行うように、空気処理システム1が構成されてもよい。
上記第1実施形態では、熱交換器ユニット10に複数のダクト20a〜20dが接続され、各ダクト20a〜20dが途中で分岐せずに熱交換器ユニット10から各ファンユニット30まで延びている場合について説明した。しかし、空気処理システム1には、途中で分岐するダクトを用いることもできる。例えば、1つのダクトの分岐したそれぞれの分岐先に一つずつファンユニット30を接続するように、空気処理システム1を構成することもできる。
上記第1実施形態では、空気処理ユニットである熱交換器ユニット10が利用側熱交換器11で熱交換された調和空気をダクト20に送風する送風機を有しない場合について説明した。しかし、空気処理ユニットは、ファンユニット30が接続されているダクト20に調和空気を送風する送風機を備えていてもよい。
(9−1)
第1実施形態の空気処理システム1は、コントローラ400と、複数のダクト20,20a〜20eと、複数のファンユニット30,30a〜30d,30M,30GM,30Sとを備えている。複数のダクト20,20a〜20は、熱交換器ユニット10の利用側熱交換器11を通過した調和空気を分配するためのものである。複数のファンユニット30,30a〜30d,30M,30GM,30Sは、複数のダクト20,20a〜20eに対応して設けられ、熱交換器ユニット10から複数のダクト20,20a〜20eを介して空調対象空間TSに調和空気を供給する。複数のアクチュエータは、空調対象空間TSに供給する調和空気の供給空気量を変更できるように構成されている。第1実施形態において、複数のアクチュエータは、複数のファンモータ38、複数の駆動モータ及び複数の風向板用モータ75の中から選択される。複数のアクチュエータは、複数のファンモータ38、複数の駆動モータまたは複数の風向板用モータ75である場合がある。それだけでなく、複数のアクチュエータは、異なる種類のアクチュエータ、例えばファンモータ38と駆動モータの両方を同時に含む場合もある。複数のダクト20,20a〜20eの各々が、複数の分配流路のうちの一つに配置されている。複数のファンユニット30,30a〜30d,30M,30GM,30Sの各々が、第1ファンであるファン32,32a〜32dを有し、複数の分配流路のうちの一つに配置されている。複数のアクチュエータの各々が、複数の分配流路のうちの一つに配置されている。コントローラ400が、複数のアクチュエータを制御することにより、複数のファンユニット30,30a〜30d,30M,30GM,30Sの供給空気量をそれぞれ制御する。その結果、第1実施形態の空気処理システム1は、利用側熱交換器11で効率的に熱交換できるように利用側熱交換器11を通過する風量を調整でき、エネルギー消費を抑制することができる。
第1実施形態のコントローラ400のメインコントローラ40が、複数のファンユニット30の中の複数のアクチュエータである複数のファンモータ38の回転数もしくは複数のダンパの駆動モータまたは風向板74の風向板用モータ75を制御するために、複数のファンユニット30の供給空気量に関する複数の指示を出している。その結果、利用側熱交換器11で効率的に熱交換できるように利用側熱交換器11を通過する風量を調整でき、エネルギー消費を抑制することができる。
第1実施形態に係る空気処理システム1では、メインコントローラ40が熱交換器ユニット10に配置されているので、熱交換器ユニット10から供給される調和空気の流れに合わせてメインコントローラ40と複数のアクチュエータであるファンモータ38とを結ぶネットワークを構築すればよい。そのため、メインコントローラ40の指示を伝えるためのネットワークを、熱交換器ユニット10を起点として容易に構築できる。
メインコントローラ40が、複数のファンユニット30の中の一つである親機のファンユニット30Mに配置されている場合には、複数のファンユニット30のネットワークを接続することでメインコントローラ40を複数のファンユニット30の中に一つ含む空気処理システム1が形成でき、空気処理システム1を容易に構築できる。言い換えると、複数のファンユニット30の中に少なくとも一つの親機のファンユニット30Mが含まれていればよいので、空気処理システム1の設計及び施工が容易になる。
熱交換器ユニット10及び複数のファンユニット30以外の場所にメインコントローラ40が配置される場合には、メインコントローラ40の設置が熱交換器ユニット10及び複数のファンユニット30M,30GM,30Sに束縛されなくなってメインコントローラ40の設置の自由度が増し、メインコントローラ40が取り扱い易くなる。
第1実施形態の空気処理システム1は、利用側熱交換器11を通過する気流が複数のファンユニット30の空気吸込力のみによって発生するように構成されている。その結果、熱交換器ユニット10の中に気流を発生させる動力源を設けなくても済むことから熱交換器ユニット10の中に気流発生のための動力源を設ける場合に比べてコストを低減することができる。また、熱交換器ユニット10を薄型化し易くなり、空気処理システム1を設置できる範囲を広げることができる。
熱交換器ユニット10が、利用側熱交換器11または利用側熱交換器11に接続されている配管内を流れる熱媒体である冷媒の温度を検知するための熱媒体温度センサであるガス管温度センサ102、液管温度センサ103及び利用側熱交換器温度センサ104並びに熱交換器ユニットに吸い込まれる空気の温度を検知するための吸込温度センサ101のうちの少なくとも一つを有し、メインコントローラ40が、供給空気量の増減に関する指示の決定に、熱媒体温度センサ及び吸込温度センサのうちの少なくとも一つの検出値を使用している場合には、熱交換器ユニット10の動作条件に適するように複数のファンユニット30に空気の供給をさせる指示をメインコントローラ40が出し易くなる。例えば、熱源ユニット50から熱交換器ユニット10に供給する熱エネルギーが不足するときに、メインコントローラ40が、利用側熱交換器温度センサ104の検出値に基づいて供給空気量を減少させることで、熱源ユニット50から供給される冷媒の温度が下がりすぎるなどの不具合を抑制することができる。
第1実施形態の空気処理システム1のリモートコントローラ60は、空調対象空間TSである部屋RM1,RM2の温度を設定する設定温度機能及び室内温度検知機能を持っている。メインコントローラ40は、供給空気量の増減に関する指示の決定に、リモートコントローラ60の設定温度及びリモートコントローラ60で検知された室内温度を使用する。その結果、空調対象空間TSの温度を設定温度に近づけるようにメインコントローラ40が指示をすることができる。第1実施形態では、リモートコントローラ60が空調対象空間TSである部屋RM1の中の複数の箇所に設置されているので、複数個所のそれぞれの室内空気温度を設定温度に近づけ易くなる。
第1実施形態の空気処理システム1は、利用側熱交換器11に循環させる冷媒を圧縮する圧縮機51と、利用側熱交換器11に循環される冷媒の熱交換を行う熱源側熱交換器52と、利用側熱交換器11と熱源側熱交換器52との間で流通する冷媒を膨張させる膨張弁53とを備えている。そして、メインコントローラ40は、熱源コントローラ56を介して、システム動作を制御するために圧縮機51及び/または膨張弁53に接続されている。その結果、供給空気量の増減とともに例えば演算により導き出される冷媒循環量になるように圧縮機51の回転数及び/または膨張弁53の弁開度を制御してシステム動作を適切に制御することができ、利用側熱交換器11と熱源側熱交換器52を循環する冷媒に適切な冷凍サイクルを行わせながら供給空気量の増減を制御することができる。
第1実施形態の空気処理システム1では、システム動作を制御するために圧縮機51及び/または膨張弁53にメインコントローラ40が接続されているので、メインコントローラ40が、供給空気量の増減とともに例えば演算により導き出される冷媒循環量になるように圧縮機51の回転数及び/または膨張弁53の弁開度を制御してシステム動作を適切に制御することができる。メインコントローラ40は、利用側熱交換器11と熱源側熱交換器52を循環する冷媒に適切な冷凍サイクルを行わせながら供給空気量の増減を制御することができる。
第1実施形態の空気処理システム1では、システム動作を制御するために圧縮機51の回転数及び/または膨張弁53の弁開度を示す情報に基づいてメインコントローラ40がアクチュエータであるファンモータ38またはダンパを制御するので、利用側熱交換器と熱源側熱交換器を循環する冷媒に適切な冷凍サイクルを行わせながら供給空気量の増減を制御することができる。
メインコントローラ40は、複数のダクト20で熱交換器ユニット10から複数の開口部71に向かう調和空気が逆流しないように複数のアクチュエータであるファンモータ38を調整しつつ複数のファンモータ38により利用側熱交換器11を通過する風量を制御する。その結果、調和空気が複数のダクトで逆流することによる熱交換効率の低下を防止することができる。また、メインコントローラ40は、前述の制御と合わせて、圧縮機51の回転数及び/または膨張弁53の弁開度によって冷媒の循環量を制御することで、熱交換効率の低下を抑制し易くなる。
第1実施形態の空気処理システム1が、各ダクト20に取り付けられた各ファンユニット30の各ダンパを備え、各ダンパを駆動する駆動モータ(アクチュエータの一例)を含んでいる。メインコントローラ40は、複数のダクト20で熱交換器ユニット10から複数の開口部71に向かう調和空気が逆流しないように複数のダンパの開度を調整する制御を行う。その結果、調和空気が複数のダクト20で逆流することによる熱交換効率の低下の防止を容易に実現することができる。
第1実施形態の空気処理システム1は、複数のファンユニット30の個別の供給空気量を変更できるように構成されている複数のファンモータ38を備えている。そして、空気処理システム1は、各ファンモータ38の回転数を調整することにより各ダクト20で調和空気が逆流しないように制御するので、調和空気が各ダクト20で逆流することによる熱交換効率の低下の防止を容易に実現することができる。
(10−1)変形例2A
上記第2実施形態では、ファンモータ38が、供給空気量を変更するアクチュエータとして機能する場合について説明した。しかし、第2実施形態における供給空気量を変更するアクチュエータは、ファンモータ38には限られない。例えば、複数のアクチュエータとして、図5に示されているダンパの駆動モータを用いてもよい。図5に示されているファン32のファンモータ38は、第2実施形態と同様の回転数を変更できるタイプのモータであってもよいが、回転数を変更できないタイプのモータであってもよい。ファンモータ38が回転数を変更できないタイプであるときには、例えば、ダンパだけでファンユニット30から吹出ユニット70への供給空気量(風量)を変更することになる。それに対して、ファンモータ38が回転数を変更できるタイプであるときには、ダンパの開度の変更だけでなく、ファンモータ38の回転数の変更も合わせてファンユニット30から吹出ユニット70への供給空気量(風量)を変更することになる。この場合、ファンコントローラ34が、アクチュエータである駆動モータとファンモータ38の両方を制御するように構成されてもよい。
さらに詳細に説明すると、例えば、ファンユニット30a〜30dの風向板コントローラは、それぞれ、ファンユニット30a〜30dの差圧センサ121で検知されるファンユニット30aの中を通過する風量(供給空気量)と目標風量(目標供給空気量)とを比較する。ファンユニット30a〜30dの風向板コントローラは、それぞれ、ファンユニット30a〜30dの中を通過する風量が目標風量よりも小さければ、風向板用モータ75により風向板74の開度を増加させて、ファンユニット30a〜30dの風量(供給空気量)を増加させて目標風量に近づける。逆に、ファンユニット30a〜30dの中を通過する風量が目標風量よりも大きければ、それぞれ、風向板用モータ75により風向板74の開度を減少させて、ファンユニット30a〜30dの風量(供給空気量)を減少させて目標風量に近づける。
(11−1)
第2実施形態の空気処理システム1は、上述の(9‐1)で説明したような第1実施形態と同様の特徴を有している。
第2実施形態のコントローラ400が、複数のファンユニット30a〜30dの供給空気量に関する複数の指示により複数のアクチュエータを制御する。第2実施形態のアクチュエータは、ファンモータ38、駆動モータ及び風向板用モータ75のうちの少なくとも一つである。このような制御により、空気処理システム1は、利用側熱交換器11で効率的に熱交換できるように利用側熱交換器11を通過する風量を調整でき、空気処理システム1のエネルギー消費を抑制することができる。第2実施形態では、コントローラ400の複数のファンコントローラ34、複数のダンパコントローラ及び複数の風向板コントローラのうちの少なくとも一つが、複数のアクチュエータを制御する。
第2実施形態の空気処理システム1のコントローラ400は、複数の指示を送信するメインコントローラ40と、メインコントローラ40から複数の指示を受信する少なくとも一つのサブコントローラとを含んでいる。第2実施形態のサブコントローラには、ファンコントローラ34、ダンパコントローラ及び風向板コントローラがある。少なくとも一つのサブコントローラが、複数の指示に基づき、複数のアクチュエータを制御する。例えば、複数のアクチュエータが複数のファンモータ38のみの場合、ファンコントローラ34とファンモータ38が1対1に対応するように設けられてもよい。また、1つのファンコントローラ34に対して複数のファンモータ38が対応するように設けられてもよい。このような空気処理システム1では、メインコントローラ40が、少なくとも一つのサブコントローラを介して複数のアクチュエータを制御するので、メインコントローラ40の制御が単純化されてダクト設計及びシステムのレイアウト変更が容易になる。
第2実施形態の空気処理システム1では、複数のファンユニット30a〜30dの各々が、ユニット内を通過する風量を検知する風量検知部である差圧センサ121または風速センサを有する。複数のサブコントローラの各々が、風量検知部により検知される風量をコントローラ400に指示された供給空気量に近づけるようにファンモータ38a〜33dの回転数を制御する。それにより、コントローラ400によるファンユニット30a〜30dの供給空気量の制御を確実に行うことができる。
第2実施形態の空気処理システム1では、コントローラ400が、複数のファンユニット30a〜30dの各々の調整する室内空気温度と設定温度との温度差及び送風温度からファンユニット30a〜30dの各々の供給空気量を算出し、算出した供給空気量に基づいて複数の指示を決定する。その結果、空気処理システム1は、供給空気量の変更により、空調対象空間TSの温度制御が容易になる。
(12−1)変形例3A
上記第3実施形態では、メインコントローラ40が送風機29の出力を決定する際、メインコントローラ40は、複数のファン32のうちのファン効率が最も高いものの回転数が最大となるように決定する場合について説明した。
上記第3実施形態では、リモートセンサ170が温度センサを有する場合について説明したが、リモートセンサ170は、例えば、温度センサ、CO2濃度センサ及び湿度センサのうちの少なくとも1つの機能持つものであってもよい。このように構成された場合、複数のファンコントローラ34は、それぞれ、接続されているリモートセンサ170から、空調対象空間TSの温度、CO2濃度及び湿度のうちの少なくとも1つの検知値を受信する。各ファンコントローラ34は、リモートセンサ170の検知対象の設定値のデータを保持している。各ファンコントローラ34が、これら温度、CO2濃度及び湿度のうちの少なくとも1つの設定値をメインコントローラ40に送信する。メインコントローラ40は、設定値に基づき、対応するリモートセンサ170の検知値に応じて、各ファンユニット30の目標風量を決定する。メインコントローラ40は、目標風量の値を各ファンコントローラ34に送信する。
上記第3実施形態では、熱交換器ユニット10が利用側熱交換器11を有している場合について説明した。しかし、熱交換器ユニット10は、利用側熱交換器11を構成しない形態をとることもできる。空気処理システム1は、例えば、空調対象空間TSのCO2濃度が高いときに、空調対象空間TSを換気するシステムとして構成されてもよい。
コントローラ400はコンピュータにより実現されるものである。コントローラ400は、制御演算装置40a,34aと記憶装置40b,34bとを備える。制御演算装置40a,34aには、CPU又はGPUといったプロセッサを使用できる。制御演算装置40a,34aは、記憶装置40b,34bに記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の画像処理や演算処理を行う。さらに、制御演算装置40a,34aは、プログラムに従って、演算結果を記憶装置40b,34bに書き込んだり、記憶装置40b,34bに記憶されている情報を読み出したりすることができる。図7及び図17には、図6及び図16の空気処理システムの制御演算装置40a,34aにより制御される各種の機能ブロックが示されている。記憶装置40b,34bは、データベースとして用いることができる。
熱交換器ユニット10には、図16及び図17に示されているように、外気導入ユニット150が取り付けられてもよい。外気導入ユニット150は、外気ファン151及び外気風量センサ152を有している。外気導入ユニット150は、外気ファン151により、空調対象空間TSの外から外気OAを取り入れて熱交換器ユニット10に送風する。外気風量センサ152は、熱交換器ユニット10に送られる外気OAの風量を検知する。外気風量センサ152は、検知した外気OAの送風量の値をメインコントローラ40に送信する。外気導入ユニット150から外気OAが熱交換器ユニット10に送られる場合に、メインコントローラ40は、送風機29の出力の制御について外気OAの送風量に応じた補正を行うように構成されてもよい。外気風量センサ152には、例えば、風量センサ、風速センサまたは差圧センサを用いることができる。
(13−1)
以上説明した第3実施形態の空気処理システム1では、コントローラ400が、送風機29の出力を空調対象空間TSに対する給気風量の総量に合わせて適正な値に制御する。給気風量の総量が、複数のファン32の供給空気の空気量の一例である。コントローラ400のこのような制御により、空気処理システム1は、システム全体としての消費エネルギーを抑制することができる。
上記第3実施形態の空気処理システム1では、熱交換器ユニット10が、利用側熱交換器11で熱媒体と熱交換して、空気調和された空気を複数のファンユニット30に送ることができる。複数のファンユニット30は、この空気調和された空気を用いて、空調対象空間TSの空気調和ができる。
上述の空気処理システム1のコントローラ400は、空調対象空間TSの温度、湿度及びCO2濃度のうちの少なくとも一つ応じて複数のファンユニット30により供給される空気の風量を決定し、複数のファンユニット30のそれぞれの風量を制御している。このような空気処理システム1では、コントローラ400より、複数のファンユニット30のそれぞれの風量を制御して、空調対象空間TSの温度、湿度及びCO2濃度のうちの少なくとも一つを適正な範囲に保つことができる。
上述の空気処理システム1は、コントローラ400が、複数のファン32の中の少なくとも1台の運転状態または複数のファン32の中の少なくとも1台のファン32の風量を変更するときには、送風機29及び複数のファン32の中のファン効率の高いファンの出力を増やすことを優先するかまたはファン効率の低いファンの出力を減らすことを優先するように構成することができる。このように構成された空気処理システム1では、コントローラ400が、ファン効率の高いファンの出力を優先的に増やし、またはファン効率の低いファンの出力を減らすよう制御して、空気処理システム1の消費エネルギーを抑制する。
上述の空気処理システム1は、コントローラ400が、複数のファン32の中のファン効率が最も高いファン32の処理静圧が一定になるように若しくは複数のファン32の中のファン効率が最も高いファン32のファン回転数が最大になるように、送風機29の出力を決めることで、ファン効率の低いファン32の出力を優先的に減らせるように構成することができる。このように構成する場合には、ファン効率の低いファン32の出力を優先的に減らした結果、ファン効率のより高いファン32の出力を減らす場合に比べて消費エネルギーを削減することができる。
上述の空気処理システム1は、コントローラ400が、複数のファン32の中のファン効率が最も低いファン32の処理静圧が一定になるように若しくは複数のファン32の中のファン効率が最も低いファン32のファン回転数が最小になるように、送風機29の出力を決めることで、ファン効率の高いファンの出力を優先的に増やせるように構成することができる。このように構成する場合には、ファン効率の高いファン32の出力を優先的に増やした結果、ファン効率のより低いファン32の出力を増やす場合に比べて消費エネルギーを削減することができる。
上述の空気処理システム1では、コントローラ400は、複数のファン32の中のファン効率が最大のものの風量が目標風量に達しない場合に、送風機29の出力を増加させる。このように構成された空気処理システム1では、コントローラ400が、送風機29の出力を増加させて、複数のファン32の中のファン効率が最大のものの風量が目標風量に達するように制御することができる。
10 熱交換器ユニット(空気処理ユニットの例)
30 ファンユニット
31 ユニットケーシング
32 ファン
33 風量検出部
34 ファンコントローラ(制御部の例)
39 ファンケーシング
60 リモートコントローラ
300 ファンユニットシステム
Claims (7)
- 回転数可変のファン(32)と、
前記ファンの風量または風量に相当する物理量である風量相当量を検出する風量検出部(33)と、
前記ファン及び前記風量検出部を収容するユニットケーシング(31)と、
前記ファンの回転数を制御する制御部(34)と、
を備え、
前記制御部は、前記ファンの回転数を、ユニット外から与えられる前記ファンの風量の指示値と前記風量検出部が検出した風量または前記風量相当量の検出値とに基づいて制御する、ファンユニット(30)。 - 前記制御部は、前記検出値の示す風量が前記指示値に近づくように前記ファンの回転数を制御する、
請求項1に記載のファンユニット(30)。 - 前記ファンは、遠心ファンであり、
前記遠心ファンは、ファンケーシング(39)を有し、
前記ファンケーシングは、前記ユニットケーシングの中に収容されている、
請求項1または請求項2に記載のファンユニット(30)。 - 前記風量検出部は、前記ユニットケーシングの中の所定箇所の風速を検出する風速センサ、前記ユニットケーシングの中の静圧を検出する圧力センサ、前記ユニットケーシングの中の所定箇所の差圧を検出する差圧センサ、または前記ファンの風量を検出する風量センサの少なくとも一つを含む、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のファンユニット(30)。 - 前記制御部が、リモートコントローラ(60)と関連付けされており、
前記指示値が、前記リモートコントローラの入力に基づいて決定される、
請求項1から4のいずれか一項に記載のファンユニット(30)。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の複数のファンユニット(30)と、
前記ファンユニットの前記制御部に、前記指示値を送信するメインコントローラ(40)と、
を備える、ファンユニットシステム(300)。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の複数のファンユニット(30)と、
前記複数のファンユニットに接続され、所定の処理を施した処理空気を前記複数のファンユニットに送る空気処理ユニット(10)と、
前記空気処理ユニットとの間で通信するとともに、前記複数のファンユニットの前記制御部(34)に、前記指示値を送信するメインコントローラ(40)と、
を備える、空気処理システム(1)。
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