JP2023023475A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
冷凍サイクル装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成し、対象空間の空気調和(冷房又は暖房)を行う。本実施形態では、冷凍サイクル装置1は、いわゆるビル用マルチ式空気調和システムである。図1は、冷凍サイクル装置1の概略構成図である。図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、主として、空気調和装置2と、学習装置10と、を有する。
(2-1)室内ユニット
室内ユニット20は、冷凍サイクル装置1が設置される建物の室内等、空気調和の対象空間に設置される。室内ユニット20は、例えば、天井埋込型のユニットや、天井吊下型のユニットや、床置型のユニット等である。図1に示すように、室内ユニット20は、主として、室内熱交換器21と、室内ファン22と、室内膨張弁23と、室内制御部29と、室内温度センサ61と、ガス側温度センサ62と、液側温度センサ63と、を有する。また、室内ユニット20は、室内熱交換器21の液側端と液冷媒連絡配管51とを接続する液冷媒配管53aと、室内熱交換器21のガス側端とガス冷媒連絡配管52とを接続するガス冷媒配管53bとを有する。
室内熱交換器21は、構造を限定するものではないが、例えば、伝熱管(図示省略)と多数のフィン(図示省略)とにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器21は、室内熱交換器21を流れる冷媒と、対象空間の空気と、の間で熱交換を行う。
室内ファン22は、室内ユニット20内に対象空間の空気を吸入して室内熱交換器21に供給し、室内熱交換器21において冷媒と熱交換した空気を、対象空間へと供給する。室内ファン22は、例えば、ターボファンやシロッコファン等の遠心ファンである。室内ファン22は、室内ファンモータ22mによって駆動される。室内ファンモータ22mの回転数は、インバータにより制御可能である。
室内膨張弁23は、液冷媒配管53aを流れる冷媒の圧力や流量を調節するための機構である。室内膨張弁23は、液冷媒配管53aに設けられる。本実施形態では、室内膨張弁23は、開度調節が可能な電子膨張弁である。
室内温度センサ61は、対象空間の空気の温度(室温)を測定する。室内温度センサ61は、室内ユニット20の空気の吸入口付近に設けられている。
室内制御部29は、室内ユニット20を構成する各部の動作を制御する。
室外ユニット30は、冷凍サイクル装置1が設置される建物の屋上等、対象空間の室外に設置される。図1に示すように、室外ユニット30は、主として、圧縮機31と、流路切換弁32と、室外熱交換器33と、室外膨張弁34と、アキュムレータ35と、室外ファン36と、液側閉鎖弁37と、ガス側閉鎖弁38と、室外制御部39と、吸入圧力センサ64と、吐出圧力センサ65と、室外温度センサ66と、ガス側温度センサ67と、液側温度センサ68と、を有する。また、室外ユニット30は、吸入管54aと、吐出管54bと、第1ガス冷媒管54cと、液冷媒管54dと、第2ガス冷媒管54eと、を有する。
図1に示すように、圧縮機31は、吸入管54aから冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入し、圧縮機構(図示せず)で冷媒を圧縮して、圧縮した冷媒を吐出管54bへと吐出する機器である。
流路切換弁32は、冷媒の流路を、第1状態と第2状態との間で切り換える機構である。流路切換弁32は、第1状態のとき、図1の流路切換弁32内の実線で示されるように、吸入管54aを第2ガス冷媒管54eと連通させ、吐出管54bを第1ガス冷媒管54cと連通させる。流路切換弁32は、第2状態のとき、図1の流路切換弁32内の破線で示されるように、吸入管54aを第1ガス冷媒管54cと連通させ、吐出管54bを第2ガス冷媒管54eと連通させる。
図2は、室外熱交換器33の概略構成図である。図2に示すように、室外熱交換器33は、主として、熱交換器本体331と、複数の流量調整部332a~332iと、を有する。
熱交換器本体331は、第1冷媒流路333、及び第2冷媒流路333を含む、複数の冷媒流路333a~333iを有する。図2に示すように、熱交換器本体331は、複数の区画331a~331iに分割され、それぞれの区画331a~331iを、冷媒流路333a~333iが通過する。熱交換器本体331は、冷媒流路333を流れる冷媒と、室外の空気と、の間で熱交換を行う。熱交換器本体331は、冷房運転の際には凝縮器として機能し、暖房運転の際には蒸発器として機能する。
流量調整部332は、冷媒流路333を流れる冷媒の流量を調整する。具体的には、図2に示すように、流量調整部332a~332iは、冷媒流路333a~333iを流れる冷媒の温度や圧力が均一になるように、冷媒流路333a~333iを流れる冷媒の流量を調整する。言い換えると、流量調整部332a~332iは、冷媒流路333a~333iを流れる冷媒に偏流が生じないように、冷媒流路333a~333iを流れる冷媒の流量を調整する。流量調整部332は、開度調節が可能であるように構成されている。
図2に示すように、分流器334は、暖房運転時には、室外膨張弁34側から室外熱交換器33に(図2中の実線矢印の向きに)流入した冷媒を、冷媒流路333a~333iに分流させる。また、分流器334は、冷房運転時には、圧縮機31側から室外熱交換器33に(図2中の破線矢印の向きに)流入し、後述するヘッダ335によって冷媒流路333a~333iに分流された冷媒を合流させる。
図2に示すように、ヘッダ335は、暖房運転時には、室外膨張弁34側から室外熱交換器33に(図2中の実線矢印の向きに)流入し、分流器334によって冷媒流路333a~333iに分流された冷媒を合流させる。また、ヘッダ335は、冷房運転時には、圧縮機31側から室外熱交換器33に(図2中の破線矢印の向きに)流入した冷媒を、冷媒流路333a~333iに分流させる。
室外膨張弁34は、液冷媒管54dを流れる冷媒の圧力や流量を調節するための機構である。本実施形態では、室外膨張弁34は、開度調節が可能な電子膨張弁である。
アキュムレータ35は、流入する冷媒を、ガス冷媒と液冷媒とに分ける気液分離機能を有する容器である。アキュムレータ35に流入する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、上部空間に集まるガス冷媒が圧縮機31へと流入する。
室外ファン36は、室外ユニット30内に室外の空気を吸入して室外熱交換器33に供給し、室外熱交換器33において冷媒と熱交換した室外の空気を、室外ユニット30の外に排出するファンである。室外ファン36は、例えばプロペラファン等の軸流ファンである。室外ファン36は、室外ファンモータ36mによって駆動される。室外ファンモータ36mの回転数は、インバータにより制御可能である。
吸入圧力センサ64は、吸入圧力を計測するセンサである。吸入圧力センサ64は、吸入管54aに設けられている。吸入圧力は、冷凍サイクルの低圧の値である。
図1に示すように、液側閉鎖弁37は、液冷媒管54dと液冷媒連絡配管51との接続部に設けられた弁である。ガス側閉鎖弁38は、第2ガス冷媒管54eとガス冷媒連絡配管52との接続部に設けられた弁である。液側閉鎖弁37及びガス側閉鎖弁38は、例えば、手動で操作される弁である。
室外制御部39は、室外ユニット30を構成する各部の動作を制御する。
制御部70は、室内制御部29と、室外制御部39と、から構成される。
制御部70は、操作用リモコンから、室内ユニット20に冷房運転を行わせる旨の指示を受けると、流路切換弁32内が、図1の実線で示された状態になるように流路切換弁32を制御する。このとき、冷媒の流路は、第1状態となる。
制御部70は、操作用リモコンから、室内ユニット20に暖房運転を行わせる旨の指示を受けると、流路切換弁32内が、図1の破線で示された状態になるように流路切換弁32を制御する。このとき、冷媒の流路は、第2状態となる。
学習装置10は、冷媒流路333a~333iを流れる冷媒に偏流が生じないように、制御部70と協働して、流量調整部332a~332iの適切な開度を学習する。本実施形態では、学習装置10は、建物のサーバルーム等に設置されるコンピュータである。しかし、学習装置10は、クラウド上のデータセンタ等に設置されてもよい。この場合、通信線82は、インターネット等の回線を含む。図4は、学習装置10の制御ブロック図である。図4に示すように、学習装置10は、主として、学習入力部11と、学習表示部12と、学習記憶部13と、学習通信部14と、学習制御部19と、を有する。
学習入力部11は、キーボード及びマウスである。学習装置10に対する各種指令や各種情報は、学習入力部11を用いて入力することができる。
学習表示部12は、モニターである。学習表示部12には、例えば、学習データ131や、学習状況等を表示することができる。
学習記憶部13は、RAM、ROM及びHDD(ハードディスクドライブ)等の記憶装置である。学習記憶部13は、学習制御部19が実行するプログラムや、プログラムの実行に必要なデータ等を記憶している。
学習通信部14は、通信線82を介して通信を行うためのネットワークインターフェイス機器である。
学習制御部19は、CPUやGPU等のプロセッサである。学習制御部19は、学習記憶部13に記憶されているプログラムを読み込んで実行し、学習装置10の様々な機能を実現する。また、学習制御部19は、プログラムに従って、演算結果を学習記憶部13に書き込んだり、学習記憶部13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。また、学習制御部19は、タイマーを有する。
流量調整処理の一例を、図6のフローチャートを用いて説明する。
(4-1)
従来、複数の冷媒流路を有する熱交換器において、冷媒流路を流れる冷媒の温度に基づいて冷媒の流量を調整し、熱交換器を流れる冷媒の偏流を防止する技術がある。
本実施形態の冷凍サイクル装置1では、第1値は、室内熱交換器21(冷房運転時)、又は室外熱交換器33(暖房運転時)を流れる冷媒の圧力値、を含む。その結果、冷凍サイクル装置1は、室外熱交換器33を流れる冷媒の偏流状態を推測して、それぞれの冷媒流路333a~333iを流れる冷媒の流量を調整することができる。
本実施形態の冷凍サイクル装置1では、第1値は、室外熱交換器33において、冷媒と熱交換する空気の温度、をさらに含む。その結果、冷凍サイクル装置1は、室外熱交換器33を流れる冷媒の偏流状態をより精度良く推測して、それぞれの冷媒流路333a~333iを流れる冷媒の流量を調整することができる。
本実施形態の冷凍サイクル装置1では、第1値は、室外熱交換器33において、室外ファンモータ36mの回転数、をさらに含む。その結果、冷凍サイクル装置1は、室外熱交換器33を流れる冷媒の偏流状態をより精度良く推測して、それぞれの冷媒流路333a~333iを流れる冷媒の流量を調整することができる。
本実施形態の冷凍サイクル装置1は、機械学習を用いることにより、室外熱交換器33の熱交換能力が高くなる(室外熱交換器33を流れる冷媒の偏流が少なくなる)流量調整部332a~332iの開度の組合せを、効率的に算出することができる。
(5-1)変形例1A
本実施形態では、室外熱交換器33の熱交換能力を推測するための第1値として、室外圧力値を用いた。しかし、室外熱交換器33の熱交換能力を推測するための第1値として、室外圧力値の代わりに、圧縮機31の消費電力値を用いてもよい。
本実施形態では、第1値は、室外圧力値、室外温度、及び室外ファン回転数であった。しかし、第1値は、さらに、圧縮機モータ31mの回転数、及び室外膨張弁34の開度、を含んでもよい。圧縮機モータ31mの回転数、及び室外膨張弁34の開度は、例えば、空気調和装置2が定常状態であるか否かを判定するために用いられる。
本実施形態では、制御部70は、第1値に基づいて、それぞれの流量調整部332a~332iの開度を制御した。しかし、制御部70は、第2値に基づいて、それぞれの流量調整部332a~332iの開度を制御してもよい。第2値は、室外熱交換器33の全体効率を代表する値である。本変形例では、第2値は、第1冷媒流路333を出た冷媒と、第2冷媒流路333を出た冷媒と、が合流した後の室外熱交換器33の出口温度(以下、室外出口温度と記載することがある。)、室外温度、及び室外ファン回転数である。冷房運転における室外出口温度は、凝縮温度である。冷房運転における室外出口温度は、例えば、液側温度センサ68から取得する。暖房運転における室外出口温度は、蒸発温度である。暖房運転における室外出口温度は、例えば、ガス側温度センサ67から取得する。第2値は、さらに、圧縮機モータ31mの回転数、及び室外膨張弁34の開度、を含んでもよい。なお、例えば、室外熱交換器33が、(本実施形態では1つであるが)複数の分流器334を有し、それぞれの出口に液側温度センサ68が設置されている場合、これらの液側温度センサ68の測定値の平均を、冷房運転における室外出口温度としてもよい。
本実施形態では、学習制御部19は、分類型の学習モデル132を使用した。しかし、学習制御部19は、回帰型の学習モデル133を使用してもよい。回帰型の学習モデル133は、例えば、ニューラルネットワーク、線形回帰等を用いることができる。
本実施形態では、制御部70は、室外熱交換器33の冷媒流路333a~333iを流れる冷媒に偏流が生じないように、それぞれの流量調整部332a~332iの開度を制御した。しかし、室内熱交換器21が、室外熱交換器33と同様に、複数の流量調整部212a~212i、及び複数の冷媒流路213a~213iを有する場合、制御部70は、さらに、室内熱交換器21の冷媒流路213a~213iを流れる冷媒に偏流が生じないように、それぞれの流量調整部212a~212iの開度を制御してもよい。
図8は、本変形例における室内熱交換器21の概略構成図である。図8に示すように、室内熱交換器21は、主として、熱交換器本体211と、複数の流量調整部212a~212iと、を有する。
制御部70は、学習装置10と協働して、流量調整部212a~212iの開度を制御することにより、冷媒流路213a~213iを流れる冷媒の流量を調整する。
制御部70が、第1値に基づいて、それぞれの流量調整部212a~212iの開度を制御する場合、第1値は、室内熱交換器21を流れる冷媒の圧力値(以下、室内圧力値と記載することがある。)、室内熱交換器21において冷媒と熱交換する空気の温度(以下、室内温度と記載することがある。)、及び室内ファンモータ22mの回転数(以下、室内ファン回転数と記載することがある。)、とすることができる。第1値は、さらに、圧縮機モータ31mの回転数、及び室内膨張弁23の開度、を含んでもよい。
制御部70が、第2値に基づいて、それぞれの流量調整部212a~212iの開度を制御する場合、第2値は、第1冷媒流路213を出た冷媒と、第2冷媒流路213を出た冷媒と、が合流した後の室内熱交換器21の出口温度(以下、室内出口温度と記載することがある。)、室内温度、及び室内ファン回転数、とすることができる。第2値は、さらに、圧縮機モータ31mの回転数、及び室内膨張弁23の開度、を含んでもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
10 学習装置
23 室内膨張弁(膨張弁)
31 圧縮機
34 室外膨張弁(膨張弁)
70 制御部
211,331 熱交換器本体(熱交換器)
212,332 流量調整部
213,333 冷媒流路
Claims (9)
- 第1冷媒流路(333,213)、及び第2冷媒流路(333,213)を含む、複数の冷媒流路(333a~333i,213a~213i)を有する、熱交換器(331,211)と、
それぞれの前記冷媒流路を流れる冷媒の流量を調整する、複数の流量調整部(332a~332i,212a~212i)と、
制御部(70)と、
を備え、
前記制御部は、
前記流量調整部の開度を制御することにより、前記冷媒流路を流れる冷媒の流量を調整し、
冷凍サイクルの全体効率を代表する値である第1値、又は前記熱交換器の全体効率を代表する値である第2値、に基づいて、それぞれの前記流量調整部の開度を制御する、
冷凍サイクル装置(1)。 - 前記第1値は、冷媒を圧縮する圧縮機(31)の消費電力値、又は前記熱交換器を流れる冷媒の圧力値、を含む、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 前記第2値は、前記第1冷媒流路を出た冷媒と、前記第2冷媒流路を出た冷媒と、が合流した後の前記熱交換器の出口温度、を含む、
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 前記第1値又は前記第2値は、前記熱交換器において、冷媒と熱交換する空気の温度、をさらに含む、
請求項2又は3に記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 前記第1値又は前記第2値は、前記熱交換器において、冷媒と熱交換する空気の流れを生成するファン(36,22)の回転数、をさらに含む、
請求項2から4のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 前記第1値又は第2値は、前記圧縮機の回転数、をさらに含む、
請求項2から5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 前記第1値又は第2値は、冷媒の流量を調整する膨張弁(34,23)の開度、をさらに含む、
請求項2から6のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 複数の前記流量調整部の開度の組合せと、複数の前記流量調整部の開度が当該前記開度の組合せであるときの前記第1値又は前記第2値と、を対応付けて学習する学習装置(10)、
をさらに備え、
前記学習装置は、前記第1値又は前記第2値から推測される前記熱交換器の熱交換能力の高さ、に応じて、前記開度の組合せを分類し、
前記制御部は、前記学習装置によって前記熱交換器の熱交換能力が所定の値よりも高いクラスに分類された前記開度の組合せを用いて、それぞれの前記流量調整部の開度を制御する、
請求項1から7のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置(1)。 - 複数の前記流量調整部の開度の組合せと、複数の前記流量調整部の開度が当該前記開度の組合せであるときの前記第1値又は前記第2値と、を対応付けて学習する学習装置(10)、
をさらに備え、
前記学習装置は、前記第1値又は前記第2値から推測される前記熱交換器の熱交換能力、が高くなるような前記開度の組合せを算出し、
前記制御部は、前記学習装置によって算出された前記開度の組合せを用いて、それぞれの前記流量調整部の開度を制御する、
請求項1から7のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置(1)。
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