JP3719366B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は室内機と室外機を有するスプリットタイプの空気調和機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、特開平10−89780号公報に記載された従来の圧縮機と凝縮器とを有する冷凍サイクル装置での制御フローであり、冷凍サイクルの状態特性値(圧縮機吸入冷媒過熱度と凝縮器出口冷媒過冷却度)をシステムの運転効率が最もよくなるように制御する方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
空気調和機には、一つの室外機に多種類の室内機が接続できる業務用空調機等があり、これでは、設置する空間、用途等により室外機に任意の機種の室内機が接続できる。例えば、床置き型で縦長の熱交プロペラファンや天吊り型で横長の熱交シロッコファン、4方向カセットで正方形の熱交ターボファン等である。しかし、これらの室内機では熱交換器の内容積や伝熱性能が異なるので、従来の方法のように、常に同じに制御することは出来ないという問題があった。例えば、熱交シロッコファンに最適に制御できるように設定したとしても、接続される室内機が熱交ターボファンの場合には、最適な制御がされない。
【0004】
また、現在は、地球環境問題が社会的にクローズアップされるようになり、空気調和機では、従来使用してきたHCFC冷媒が地球環境保護の規制の対象となったので、オゾン層を破壊しないHFC冷媒、HC冷媒等の代替冷媒へと転換させていく過渡期となっている。このような状況で、各冷媒毎に異なる室内機を使用する事は、例えば、冷媒1に専用の室内機、冷媒2に専用の室内機を用意することは、部品の共用化が出来ず、室内機の管理も混乱するので、1つの室内機に複数の冷媒を使用できるするようにすることが一般に行なわれる。
【0005】
しかし、この場合、例えば、同じ種類の室内機に冷媒1を使用したり冷媒2を使用したりすると、従来の方法では、室内機がどの種類の冷媒を使用する場合でも同じ様に制御されることになるので、冷媒の熱的物性の違いにより能力が得る事が出来なかったり、運転効率が悪くなったり、室内熱交換器内で冷媒の圧力損失を押さえるために分流を行っていると露付き特性が悪化する等の問題が発生する事があった。
【0006】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、第1の目的は、室外機が接続された室内機の種類と現状を認識し、それに応じた最適な運転をさせることができる空気調和機を提供することである。
また、第2の目的は、室外機が接続された室内機で使用されている冷媒を認識し、それに応じた最適な運転をさせることができる空気調和機を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
【0008】
また、この発明にかかる室内機と室外機とを有する空気調和機では、室内機は、目標蒸発器出口過熱度、目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器過冷却度の少なくとも1つを含む機種別目標値をその室内機で使用可能な冷媒の種別毎にあらかじめ記憶した記憶手段と、この記憶手段に記憶された機種別目標値を前記室外機に送信する送信手段とを有し、室外機は、室内熱交換器、圧縮機および室外熱交換器の冷媒温度から蒸発器出口過熱度、蒸発器吸入過熱度および凝縮器過冷却度の少なくとも1つを算出すると共に、算出した値と室内機より送信された冷媒の種類に応じた機種別目標値とに基づいて、室外送風機の回転数、室内送風機の回転数、および圧縮機の回転数の少なくとも1つを制御する演算・制御手段とを有しているものとした。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における空気調和機である冷媒圧縮式冷凍システム装置の構成を示すブロック図である。
図1中、1は室内機、10は室内機1が接続された室外機である。
室内機1は、室内周囲空気と冷房運転時低温の冷媒を熱交換する、冷房運転時には蒸発器に相当する室内熱交換器2と、室内周囲空気を室内熱交換器2内に吸込み、熱交換を促進させる室内送風機3と、冷房運転時に室内熱交換器2に入る冷媒の温度を検出できる第1の室内冷媒温度検出器4と、室内熱交換器2の中間部分での冷媒の温度を検出できる第2の室内冷媒温度検出器5と、室内熱交換器2から出る冷媒の温度を検出できる第3の室内冷媒温度検出器6と、室内制御装置7とから主に構成されている。
【0011】
また、室外機10は、冷媒を高圧ガス冷媒に圧縮し循環させる圧縮機11と、、冷房運転と暖房運転の際の冷媒の流れ方向を切り替える四方弁12と、冷房運転時に高温の冷媒と室外周囲空気を熱交換する凝縮器に相当する室外熱交換器13と、室外周囲空気を室外熱交換器13に吸込み熱交換を促進させる室外送風機14と、圧縮機11への吸入に気液混合冷媒が混入した際に、気液分離し液体を貯溜するアキュムレータとエキラインに余剰冷媒を溜める事ができるレシーバタンクを一体にした容器であるアキュムレシーバ15と、冷媒を膨張させる膨張機構で絞り量の調整ができる第1の電子式膨張弁16と、第2の電子式膨張弁17と、冷房運転時に圧縮機11の吸込部分の冷媒の温度を検出できる第1の室外冷媒温度検出器18と、圧縮機11の吹出部分の冷媒温度を検出できる第2の室外冷媒温度検出器19と、室外熱交換器13に入る冷媒の温度が検出できる第3の室外冷媒温度検出器20と、室外熱交換器13の中間部分での冷媒の温度が検出できる第4の室外冷媒温度検出器21と、室外熱交換器13から出る冷媒の温度が検出できる第5の室外冷媒温度検出器22と、室外制御装置23とから主に構成されている。また、24は室内制御装置7と室外制御装置23とを接続し、室内制御装置7の保持する情報と室外制御装置23の保持する情報の伝送をリアルタイムで行うことができる通信手段である。
【0012】
次に、図1の室内制御装置7および室外制御装置23の詳細構成につき、図2の構成図に基づいて説明する。
室内制御装置7は、室内演算制御手段30と室内記憶手段31とから主に構成され、室内記憶手段31には、室内機1の種別が識別できる室内機種別情報を保持している。
【0013】
また、室内演算制御手段30は、第1の室内冷媒温度検出器4、第2の室内冷媒温度検出器5、第3の室内冷媒温度検出器6より室内熱交換器2の各部における温度情報を検出し、この検出した温度情報を電気信号に変換し、室内記憶手段31にある室内機種別情報とともに通信手段24を通して室外制御装置23に送信することができる。さらに、室内演算制御手段30は、室内送風機3の回転数の制御もできる。
【0014】
室外制御装置23は、室外演算制御手段40と、室外記憶手段41と、タイマー42とを有している。室外演算制御手段40は、第1の室外冷媒温度検出器18から第5の室外冷媒温度検出器22までの各室外冷媒温度検出器より、室外熱交換器13および圧縮機11の各部における温度情報を得ることができる。
【0015】
また、室外記憶手段41には、接続可能な室内機の機種に対して、運転が最適となるような目標蒸発器吸入過熱度、目標凝縮器出口過冷却度を含む機種別目標値があらかじめ記憶されている。なお、蒸発器吸入過熱度は、冷房運転の場合には、第2の室外冷媒温度検出器19での冷媒温度(圧縮機11の吹出部分の冷媒温度)と第2の室内冷媒温度検出器5での温度(室内熱交換器2の中間部分での冷媒の温度)との差であり、凝縮器出口冷媒過冷却度は、第4の室外冷媒温度検出器21での温度(室外熱交換器13の中間部分での冷媒の温度)と第3の室外冷媒温度検出器20での温度(室外熱交換器13に入る冷媒の温度)との差である。
【0016】
なお、暖房運転の場合には、冷媒が逆にながれ、室内熱交換器が凝縮器、室外熱交換器が蒸発器となり、蒸発器吸入過熱度は、第2の室外冷媒温度検出器16での温度(圧縮機11の吹出部分の冷媒温度となる)と第4の室外冷媒温度検出器21での温度(室外熱交換器13の中間部分での冷媒の温度)との差であり、凝縮器出口冷媒過冷却度は、第2の室内冷媒温度検出器5での温度(室内熱交換器2の中間部分での冷媒の温度)と第1の室内冷媒温度検出器4での温度(室内熱交換樹器5に入る冷媒の温度となる)との差である。
さらに、目標蒸発器吸入過熱度、目標凝縮器出口過冷却度は、予め試験したり、計算したりすることで決定される。
【0017】
さらに、室外演算制御手段40は、室内制御装置7から送信されてきた室内機種別情報を元に、接続した室内機における目標蒸発器吸入過熱度、目標凝縮器出口過冷却度の情報を室外記憶手段41より抽出し、第1の室外冷媒温度検出器18から第5の室外冷媒温度検出器22までの各室外温度検出器により得られる温度情報、および室内制御装置7より送られてくる各部での室内冷媒温度の情報をもとにして、現在の蒸発器吸入過熱度、凝縮器出口過冷却度を算出し、抽出した目標値との差異から、圧縮機11、室外送風機14、第1の電子式膨張弁16、第2の電子式膨張弁17、四方弁12等のアクチュエータ等をコントロールし、さらに、室内送風機3の回転数を変更する必要がある場合には、通信手段24を用いて室内制御装置7に回転数の変更司令信号を送信することができる。
【0018】
なお、圧縮機11のアクチュエータは凝縮温度調整や蒸発温度調整、室外送風機14のアクチュエータは凝縮温度調整、第1の電子式膨張弁16のアクチュエータは凝縮器過冷却度制御、第2の電子式膨張弁17のアクチュエータは吸入過熱度・蒸発器出口加熱度・吐出ガス過熱度の制御、四方弁12のアクチュエータは霜取り制御を主に行っている。
【0019】
なお、図2では、室内機1の種別をAとして、その際の目標蒸発器吸入過熱度は5〜6deg、目標凝縮機出口過冷却度は7〜9degとしている。仮に、室内機の種別がBの場合には、目標蒸発器吸入過熱度は7〜9deg、目標凝縮機出口過冷却度は4〜5degとするといったように室内機の種類に合わせて目標の蒸発器吸入過熱度および凝縮機出口過冷却度を変更させる事が可能である。
【0020】
次に、この冷媒圧縮式冷凍システム装置での、制御方法の一例について、図3のフローチャートに基づいて説明する。なお、ここでは冷房運転を想定している。
まず、室外制御装置23は、タイマー42を用いて、一定時間が経過したか否かをチェックする(ステップ(以下「S」とする)1)。これは、運転が開始された直後では、冷媒系がある程度安定する為の時間が必要であり、その後は定期的なチェックを可能とするためである。S1で、一定時間経過したと判断した場合には、室外演算制御手段40は、室内制御装置7から送られた第2の室内冷媒温度検出器5の温度情報、および第2の室外冷媒温度検出器19の温度情報を受信して温度差を求め、蒸発器吸入過熱度を算出する(S2)。また、第3の室外冷媒温度検出器20および第4の室外冷媒温度検出器21より温度情報を受信し、温度差を用いて凝縮器出口過冷却度を算出する(S3)。
【0021】
次に、室内制御装置7から送られた室内機識別情報を元に、室外記憶手段41から、その室内機識別情報に対応した目標蒸発器吸入過熱度を抽出し、S2で得られた蒸発器吸入過熱度が目標蒸発器吸入過熱度の範囲内に入っているかどうかを判定し(S4)、範囲から外れている場合には、第2の電子式膨張弁17の絞り度を変化させる事により制御目標範囲内になるように制御する(S5)。
【0022】
例えば、室内機1は機種Aであるから、目標蒸発器吸入過熱度は4〜6degとなり、S2で算出された蒸発器吸入過熱度が8degであった場合には、第2の電子式膨張弁17を開くことにより、吸入に供給される液冷媒量を増やし、吸入ガスの過熱度を低下させる。なお、この開度は、目標値との偏差(8−6=2deg)に応じて決定される。また逆に、蒸発器吸入過熱度が1degであった場合には、第2の電子式膨張弁17の開度を閉めることにより、蒸発器に流入する冷媒量を下げ、蒸発器吸入過熱度を上げる制御を行う。
【0023】
S4で、目標範囲内にあるとされた場合、およびS5を実行した後に、凝縮器出口過冷却度についても室内機より得られた室内機識別情報を元に室外記憶手段41から機種に対応した目標凝縮器出口過冷却度を抽出し、S3で算出された凝縮器出口過冷却度が目標凝縮器出口過冷却度の範囲内に入っているかどうか判定し(S6)、範囲から外れている場合には、第1の電子式膨張弁16の絞り度を変化させる事により制御目標範囲内になるように制御する(S7)。
【0024】
すなはち、凝縮器出口過冷却度が目標凝縮器出口過冷却度より大きい場合には、第1の電子式膨張弁16を開き凝縮器へ流入する冷媒量を増やす事で過冷却度を下げる。逆に、目標凝縮器出口過冷却度より小さい場合には、第1の電子式膨張弁16を閉め、凝縮器へ流入する冷媒量を減らす事により凝縮器出口過冷却度を上げる。
【0025】
その後、冷房運転が継続して行なわれているかをチェックし(S8)、運転中の場合には、再度、S1以降を実施する。
このようにすることで、蒸発器吸入過熱度、凝縮器出口過冷却度の目標値を室内機の種類に応じて変えて制御でき、機種の相違に関係なく、1つの室外機に接続する全ての種類の室内機に対して、最も効率よく運転させることができる。
なお、図3のフローチャートでは、S5、S7で電子式膨張弁の開度を変える事で、蒸発器吸入過熱度、凝縮器出口過冷却度を調整したが、圧縮機11、室外送風機14、四方弁12を制御して、目標過熱度、目標過冷却度の範囲になるように制御してもよい。
また、蒸発器吸入過熱度の代わりに、蒸発器出口過熱度で制御してもよい。なお、蒸発器出口過熱度は、冷房運転時には、第3の室内冷媒温度検出器6での温度(室内熱交換器2から出る冷媒の温度)と第2の室内冷媒温度検出器5での温度(室内熱交換器2の中間部分での冷媒の温度)の差、暖房運転時には、第5の室外冷媒温度検出器22での温度(室外熱交換器13から出る冷媒の温度となる)と第4の室外冷媒温度検出器21での温度(室外熱交換器13の中間部分での冷媒の温度)の差となる。
【0026】
さらに、この実施の形態では、アキュムレータとレシーバを一体型にして吸入ガスと中圧気液二相混合冷媒を熱交換させているので、吸入過熱度をある一定値に制御する事により、蒸発器出口を気液二相状態に持ち込む事ができ、室内機が多パスからなるような熱交換器を使用している場合でも制御を簡略化する事ができる。
【0027】
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2における室内制御装置および室外制御装置の詳細構成を示す構成図であり、図2において、室外記憶手段が有していた各室内器の目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度を各室内器の室内記憶手段に記憶させるようにしたものである。なお、図4において、図1および図2と同一および相当する構成部分に関しては同一の符号を付す。
【0028】
図4中、31aは室内機1の室内記憶手段であり、この室内機の目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度を有している。また、室内演算制御手段30aは、検出した各室内冷媒温度検出器での温度を電気信号に変換し、室内記憶手段31aにある目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度の情報とともに通信手段24を通して室外制御装置23に送信することができる。さらに、室外演算制御手段40aでは、室内制御装置7から送信されてきた目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度の情報と、第1の室外冷媒温度検出器18から第5の室外冷媒温度検出器22までの各室外温度検出器により得られる温度情報および室内制御装置7より送られてくる室内冷媒温度情報を元に現在の蒸発器吸入加熱度、凝縮器出口過冷却度を算出し目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度との差異から、圧縮機11、室外送風機14、第1の電子式膨張弁16、第2の電子式膨張弁17、四方弁12等のアクチュエータ等をコントロールし、室内送風機3の回転数を変更する必要がある場合は、通信手段24を用いて室内制御装置7に回転数の変更司令信号を送信する。
【0029】
このような構成では、図3のS5およびS7で、室内制御装置7から送られた目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度を用いて、蒸発器吸入過熱度および凝縮器出口過冷却度が制御目標範囲内に入っているかどうかを判定することになる。
【0030】
このように、各室内機の目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度を室外機に持たせるのではなく、室内機に持たせるようにすることで、新しく追加可能な室内機の機種が増えたとしても、その度毎に室外機の室外記憶手段の修正が必要なくなり、室内機の種類の変更が容易にできる。
【0031】
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3における室内制御装置および室外制御装置の詳細構成を示す構成図であり、図4において、冷媒毎の目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度を各室内器の室内記憶手段に記憶させるようにしたものである。なお、図5において、図1および図4と同一および相当する構成部分に関しては同一の符号を付す。
【0032】
現在、空気調和機の多くは室外機に予め冷媒を充填しておくプレチャージ方式が取られている為、室外機は冷媒の種類毎に分ける必要があるが、室内機については、共通化させる事も可能である。従って、この実施の形態では、一つの室内機を冷媒アと冷媒イの2種類の冷媒を使用可能とするケースを考えている。
【0033】
図5中、31bは室内機1の室内記憶手段であり、この室内機1で使用できる冷媒毎の、すなはち冷媒アの目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度と冷媒イの目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度とを有している。また、室内演算制御手段30bは、検出した各室内冷媒温度検出器での温度を電気信号に変換し、室内記憶手段31bにある2つの目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度の情報とともに通信手段24を通して室外制御装置23に送信することができる。さらに、室外演算制御手段40bでは、室内制御装置7から送信されてきた目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度の情報のうち、室外記憶手段41bに記憶された冷媒情報に対応する目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度と、第1の室外冷媒温度検出器18から第5の室外冷媒温度検出器22までの各室外温度検出器により得られる温度情報および室内制御装置7より送られてくる温度情報を元に算出した現在の蒸発器吸入過熱度、凝縮器出口過冷却度との差異から、圧縮機11、室外送風機14、第1の電子式膨張弁16、第2の電子式膨張弁17、四方弁12等のアクチュエータ等をコントロールし、室内送風機3の回転数を変更する必要がある場合は、通信手段24を用いて室内制御装置7に回転数の変更司令信号を送信する。
【0034】
このような構成では、図3のS5およびS7で、室外記憶手段41bに記憶されている冷媒情報がアであるから、室内制御装置7から送られた冷媒アの目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度と冷媒イの目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器出口過冷却度のうち、冷媒アの方のみ用いて、蒸発器吸入過熱度および凝縮器出口過冷却度が制御目標範囲内に入っているかどうかを判定することになる。
【0035】
次に、制御目標値の設定の仕方について説明する。
図6は、室内熱交換器の内容積が大きい場合の凝縮器出口過冷却度と、性能の関係を示す。室内熱交換器の内容積が大きい場合には、プレチャージで冷媒量が限られた空気調和機では、凝縮器出口過冷却度を大きくとると、余剰冷媒量が無くなり、吸入冷媒過熱度の制御が不能となり能力が低下してしまう。従って、凝縮器出口過冷却度を小さめに制御する事により、ある一定能力の確保が可能となる。また、そうする事により熱交換器内容積の異なる室内機を接続する際に、冷媒チャージ量を削減する事が出来る。
【0036】
図7は、室内熱交換器能力大小による制御目標値の設定の仕方を示す図である。冷媒不足等の問題がなければ、凝縮器出口過冷却度を大きくとると能力は上がり、エネルギー消費効率(COP)はやや下がる。この下がり方は冷媒の特性によっても異なる。一方蒸発器出口過熱度を大きくとるとエネルギー消費効率(COP)は上がり、能力は低下する。この特性も冷媒の種類によって多少異なるケースがある。したがって、室内熱交換器能力が大きい場合には、目標過冷却度を小さめにし、目標過熱度を大きめにする事によりよりエネルギー消費効率(COP)の良い運転が可能となる。
【0037】
このように、冷媒の種類に応じた凝縮器出口過冷却度、蒸発器吸入過熱度等の制御目標値を持たせることにより、室内機を共有化させた上で、その室内機で使用される冷媒に最適なポイントに制御する事が可能となる。
さらに、室内熱交換器の大小にて凝縮器出口過冷却度、蒸発器吸入過熱度等の目標値を変化させる事が可能な為、系内に必要とする冷媒量差を小さくする事が出来、予め室外機に冷媒を入れておくプレチャージ冷媒量を少なくする事が可能となる。
【0038】
【発明の効果】
このように、この発明は上述のような構成にしたので、各室内機の機種や、そこで使用される冷媒の性質によって、木目細かい制御が可能となり、空気調和機装置全体で最も運転効率が良いポイントで運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1から3実施例の冷凍システム装置図。
【図2】 第1実施例における制御装置の構成図
【図3】 通常制御装置で行う制御フロー図
【図4】 第2実施例における制御装置の構成図
【図5】 第3実施例における制御装置の構成図
【図6】 制御目標値の設定例を示す図1
【図7】 制御目標値の設定例を示す図2
【図8】 従来例図
【符号の説明】
1 室内機、 2 室内熱交換器、 3 室内送風機、
4 第1の室内冷媒温度検出器、 5 第2の室内冷媒温度検出器、
6 第3の室内冷媒温度検出器、 7 室内制御装置、
10 室外機、 11 圧縮機、 12 四方弁、 13 室外熱交換器、
14 室外送風機、 15 アキュムレシーバ、
16 第1の電子式膨張弁、 17 第2の電子式膨張弁、
18 第1の室外冷媒温度検出器、 19 第2の室外冷媒温度検出器、
20 第3の室外冷媒温度検出器、 21 第4の室外冷媒温度検出器、
22 第5の室外冷媒温度検出器、 23 室外制御装置、
24 通信手段、 30、30a、30b 室内演算制御手段、
31、31a、31b 室内記憶手段、
40、40a、40b 室外演算制御手段、
41、41a、41b 室外記憶手段、 42 タイマー
Claims (1)
- 冷房運転時に凝縮器、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器と、圧縮機と、冷媒を減圧する減圧装置と、前記室外熱交換器に送風する室外送風機とを備えた室外機と、冷房運転時に蒸発器、暖房運転時に凝縮器となる室内熱交換器と、前記室内熱交換器に送風する室内送風機とを備えた室内機とを有する空気調和機において、
前記室内機は
目標蒸発器出口過熱度、目標蒸発器吸入過熱度および目標凝縮器過冷却度の少なくとも1つを含む機種別目標値をその室内機で使用可能な冷媒の種別毎にあらかじめ記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記冷媒の種類に応じた前記機種別目標値を前記室外機に送信する送信手段と
を有し、
前記室外機は、
前記室内熱交換器、前記圧縮機および前記室外熱交換器の冷媒温度から蒸発器出口過熱度、蒸発器吸入過熱度および凝縮器過冷却度の少なくとも1つを算出すると共に、算出した値と前記室内機より送信された前記冷媒の種類に応じた前記機種別目標値とに基づいて、前記室外送風機の回転数、前記室内送風機の回転数、および前記圧縮機の回転数の少なくとも1つを制御する演算・制御手段
を有していることを特徴とする空気調和機。
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