JP4349230B2 - AIR CONDITIONER, SIGNAL TRANSMISSION METHOD, AND AIR CONDITIONER SIGNAL TRANSMISSION METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、室内外に分離して機器が配置され、互いに制御信号を授受しながら機能を奏する空気調和機器、信号伝送方法および空気調和機器の信号伝送方法に関するものである。 The present invention relates to an air-conditioning apparatus, a signal transmission method, and a signal transmission method for an air-conditioning apparatus in which devices are arranged separately inside and outside the room and perform functions while exchanging control signals with each other.
従来の空気調和機器は、室内ユニットと室外ユニットに分割した空気調和機器のガス側冷媒配管と液側冷媒配管のそれぞれの室内ユニット側、室外ユニット側に電気的絶縁装置を設け、室内ユニットの制御基板とガス側冷媒配管および液側冷媒配管を接続し、また室外ユニットの制御基板とガス側冷媒配管および液側冷媒配管を接続し、ガス側及び液側の冷媒配管を室内ユニットと室外ユニットの制御信号の通信媒体として使用するように構成されていた。(特許文献1参照) The conventional air conditioner is provided with an electrical insulation device on the indoor unit side and the outdoor unit side of the gas side refrigerant pipe and liquid side refrigerant pipe of the air conditioner divided into an indoor unit and an outdoor unit. Connect the substrate to the gas side refrigerant pipe and the liquid side refrigerant pipe, connect the control board of the outdoor unit to the gas side refrigerant pipe and the liquid side refrigerant pipe, and connect the gas side and liquid side refrigerant pipes to the indoor unit and the outdoor unit. It was configured to be used as a communication medium for control signals. (See Patent Document 1)
しかしながら、従来の空気調和機器は、通信媒体となる冷媒配管と、室内ユニットと、室外ユニットとの間を絶縁する必要があり、装置構成が大規模かつ複雑になり、問題であった。
特に、既設の空気調和機器に対して、従来の空気調和機器の伝送方式を適用しようとしても、絶縁作業が非常に困難かつ煩雑であったため、現実にはほとんど適用できなかった。
However, the conventional air-conditioning apparatus needs to insulate between the refrigerant pipe serving as a communication medium, the indoor unit, and the outdoor unit, and the apparatus configuration becomes large and complicated, which is a problem.
In particular, even if an attempt was made to apply a transmission method for a conventional air conditioner to an existing air conditioner, the insulation work was very difficult and cumbersome so that it could hardly be applied in practice.
本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、非常に簡単な構成で室内外の機器間での信号伝送を行う空気調和機器を提供することを目的とする。また、困難かつ煩雑な作業を伴わずに、既設の配管を簡単に通信媒体として利用できる信号伝送方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an air-conditioning apparatus that performs signal transmission between indoor and outdoor apparatuses with a very simple configuration. It is another object of the present invention to provide a signal transmission method that can easily use existing piping as a communication medium without complicated and complicated work.
本発明に係る空調調和機器は、冷媒配管の一端に接続された室内ユニットと、冷媒配管の他端に接続された室外ユニットとを有する空気調和機器であって、冷媒配管の両端部に各々設けられ、冷媒配管に交流制御信号を結合すると共に、交流電気信号に対して所定のインピーダンスを奏する信号結合部を備えることを特徴とする。 An air conditioner according to the present invention is an air conditioner having an indoor unit connected to one end of a refrigerant pipe and an outdoor unit connected to the other end of the refrigerant pipe, and is provided at each end of the refrigerant pipe. In addition, an AC control signal is coupled to the refrigerant pipe, and a signal coupling unit that has a predetermined impedance with respect to the AC electrical signal is provided.
本発明に係る空調調和機器は、冷媒配管の両端部に各々信号結合部が設けられているので、交流電気信号に対して所定のインピーダンスを奏する伝送路を冷媒配管に形成することができる。その結果、従来技術のような電気的絶縁装置が不要となり、簡単な装置構成で室内ユニットと室外ユニット間の信号伝送が行えるといった優れた効果が発揮される。
また、既設の冷媒配管に、例えば、環状コアと接続端子からなる信号結合部を取り付けるだけで、通信媒体として利用できるようになる。その結果、冷媒配管の両端付近の鋼管を電気的絶縁装置に交換する作業なしに、既設の冷媒配管を通信媒介として利用できるといった優れた効果が発揮される。
In the air conditioner according to the present invention, since the signal coupling portions are provided at both ends of the refrigerant pipe, a transmission path having a predetermined impedance with respect to the AC electric signal can be formed in the refrigerant pipe. As a result, the electrical insulation device as in the prior art is not required, and an excellent effect is achieved that signal transmission between the indoor unit and the outdoor unit can be performed with a simple device configuration.
Moreover, it becomes possible to use it as a communication medium simply by attaching a signal coupling portion comprising an annular core and a connection terminal to an existing refrigerant pipe, for example. As a result, an excellent effect that the existing refrigerant pipe can be used as a communication medium without exchanging the steel pipes near both ends of the refrigerant pipe with the electrical insulation device is exhibited.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る空気調和機器の構成を示すブロック図である。
同図において、室外ユニット1と室内ユニット2は、外壁10を間に挟んで、ガス側冷媒配管3と液側冷媒配管4を介して接続されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the air-conditioning apparatus according to the present embodiment.
In the figure, an
室内ユニット2は、室内ユニット冷媒回路8と室内ユニット制御回路9と信号結合回路(信号結合部)7から構成されている。また、室内ユニット制御回路9は、交流信号を媒介として制御信号を交換しており、室内ユニット制御回路9より出力された交流制御信号は、信号結合回路7を経てガス側冷媒配管3ないし液側冷媒配管4あるいは両方の配管を媒体として、室外ユニットに伝送される。
The
室外ユニット1は、室外ユニット冷媒回路5と室外ユニット制御回路6と信号結合回路(信号結合部)7から構成されている。また、室外ユニット制御回路6は、室内ユニット制御回路9と同様、交流信号を媒介として制御信号を交換しており、室外ユニット制御回路6より出力された交流制御信号は、信号結合回路7を経てガス側冷媒配管3ないし液側冷媒配管4あるいは両方の配管に結合されて、室内ユニット2に伝送される。
The
図2(a)は、本実施の形態に係る信号結合回路7の原理を示すブロック図である。ここでは室外ユニット1を例として説明する。室外ユニット冷媒回路5は、金属材料で構成されており、液側配管3とガス側配管4は、電気的には室外ユニット冷媒回路5を介して短絡されている。図2(b)に示すように、磁性材料で構成された環状のコア11の中心部に、液側配管3及びガス側配管4を各々挿着することにより、巻き数1のインダクタンスが構成される。たとえば、内半径R1、外半径R2、高さhで透磁率μのトロイダルコアの場合、自己インダクタンスLは、
L=(μh/2π)ln(R2/R1)であり、周波数fの交流信号に対しては、
Z=j2πfLのインピーダンスを持つ。したがって、室外ユニット制御回路6が送信する交流制御信号に対しては、液側配管3及びガス側配管4を貫通させたコア11の作用により、室外ユニット冷媒回路5側には、2*Zのインピーダンスで終端された伝送路が形成される。
FIG. 2A is a block diagram showing the principle of the
L = (μh / 2π) ln (R2 / R1), and for an AC signal of frequency f,
It has an impedance of Z = j2πfL. Therefore, for the AC control signal transmitted by the outdoor
図3は、信号結合回路7の一具体例である結合クランプ12を示す図である。結合クランプ12は、環状のコア11が中心軸線に沿って2分割された部分コア片11aと、室外機制御回路6からの交流制御信号を結合する接続端子13とを備えている。また、接続端子13は、部分コア片11aの長手方向片端面の配管挿着部分に設けられた金属性の接触部13aと、室外ユニット制御回路6の交流制御信号を接続するための接続部13bとを備えている。
結合クランプ12は、開閉可能に構成されており、図4に示すように、部分コア片11aを組み合わせた状態で閉じることができる。この際、液側配管3又はガス側配管4の金属部を部分コア片11aの中心部に挟み込むことにより、図2(a)で説明したインダクタンスが形成される。そして、結合クランプ12の接続部13bは、各配管への交流制御信号の注入部となる。
FIG. 3 is a diagram showing a
The
図5は、室外ユニット1の配管接続部を示す図であり、図3に示した結合クランプ12を用いて、液側配管3及びガス側配管4に交流制御信号を結合する具体例を示している。図5に示すように、室外ユニット1には、液側配管3とガス側配管4を、従来技術で説明した空調機器と同様に接続し、室外ユニット制御回路6からの制御信号ケーブル16に電気的に接続された結合クランプ12を、上から覆い被せて液側配管3及びガス側配管4の金属部に取り付けることにより、図1に示した信号結合回路7が形成される。
室外ユニット冷媒回路5に接続された液側配管3及びガス側配管4は、発泡ウレタン等の絶縁材料からなる断熱材で覆われて、室内ユニット2へ敷設される。また、同様に、図1に示したように、室内ユニット2の室内ユニット冷媒回路8の配管接続部にも、室外ユニット1と同様な方法で、結合クランプ12を、上から覆い被せて各配管に取り付けることにより、信号結合回路7が形成される。
FIG. 5 is a diagram showing a pipe connection portion of the
The
このように、液側配管3及びガス側配管4に結合クランプ12を取り付けることにより、交流的に所定のインピーダンスで両端が終端された、互いに絶縁された並行線路が形成されることとなる。この線路を介して室外ユニット制御回路6および室内ユニット制御回路9は、互いに制御信号を送受信し、室外ユニット1と室内ユニット2は、対を成して空調運転を実行する。
以上のように、本方式によれば、空調機の冷媒配管工事は、従来技術の方法になんら変更の必要がなく、結合クランプ12を取り付けるだけで容易に冷媒配管を伝送路として使用することが可能になり、工事性よく、制御配線工事をなくした空調機器を実現できる。
In this way, by attaching the
As described above, according to this method, the refrigerant piping work of the air conditioner does not require any change to the method of the prior art, and the refrigerant piping can be easily used as the transmission line simply by attaching the
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る空気調和機器を説明する。図6は、実施の形態2に係る信号結合回路7の原理を示すブロック図である。なお、実施の形態1と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
Next, an air-conditioning apparatus according to
図6(a)においては、室外ユニット1を例として説明する。室外ユニット冷媒回路5は、金属材料で構成されており、室外ユニット1の接地線接続端子と電気的に接続されている。したがって、液側配管3とガス側配管4は、電気的に室外ユニット冷媒回路5を介し接地接続端子に接続されている。また、一般的に室外ユニット1は、接地配線工事が施されている。このままの状態で液側配管3またはガス側配管4に直接信号を結合しても、接地インピーダンスが低い場合、結合損失が大きく、配管への信号伝搬は期待できない。
In FIG. 6A, the
図6(b)に示すように、磁性材料で構成された環状のコア11の中心部に、液側配管3及びガス側配管4を各々挿着することにより、巻き数1のインダクタンスが構成される。たとえば、内半径R1、外半径R2、高さhで透磁率μのトロイダルコアの場合、自己インダクタンスLは、
L=(μh/2π)ln(R2/R1)であり、周波数fの交流信号に対しては、
Z=j2πfLのインピーダンスを持つ。したがって、室外ユニット制御回路6が送信する交流制御信号に対しては、液側配管3又はガス側配管4を貫通させたコア11の作用により、室外ユニット冷媒回路5側には、Zのインピーダンスで接地された伝送路が形成される。
As shown in FIG. 6 (b), the
L = (μh / 2π) ln (R2 / R1), and for an AC signal of frequency f,
It has an impedance of Z = j2πfL. Therefore, with respect to the AC control signal transmitted by the outdoor
図7は、室外ユニット1の配管接続部を示す図であり、図3に示した結合クランプ12を用いて、液側配管3又はガス側配管4に交流制御信号を結合する具体例を示している。説明簡易化のため、ガス側配管4に信号を結合することとして説明を行う。図7に示すように、室外ユニット1には、液側配管3とガス側配管4を、従来技術で説明した空調機器と同様に接続し、室外機制御回路6からの制御信号同軸ケーブル17の中心導体に電気的に接続された結合クランプ12を、上から覆い被せてガス側配管4の金属部に取り付ける。また、制御信号同軸ケーブル17の外導体は、ガス側配管4の断熱材表面に導電材料で所定の幅だけ覆った励波部18に接続することにより、図1に示した信号結合回路7が形成される。
同様に、図1に示したように、室内ユニット2の冷媒回路8の配管接続部にも、室外ユニット1と同様な方法で、結合クランプ12を上から覆い被せてガス側配管4に取り付けると共に、制御信号同軸ケーブル17の外導体を励波部18に接続することにより、信号結合回路7が形成される。
FIG. 7 is a diagram showing a pipe connection portion of the
Similarly, as shown in FIG. 1, the
このような様態において、室外ユニット制御回路6から交流制御信号が送信されると、ガス側配管4の表面と励波部18の間で電磁界が発生し、この電磁界が、ガス側配管4の表層を伝搬する。結合クランプ12の自己インダクタンスにより、接地に対しては所定のインピーダンスを持っているため、励振電流が接地にすべて吸収されることがなく、注入損失も低く抑えられる。
In such a manner, when an AC control signal is transmitted from the outdoor
ガス側配管4の表層を伝搬した電磁界は、室内ユニット2側の信号結合回路7に到達し、励振部18と結合クランプ12に接続された制御信号同軸ケーブル17に電気信号を発生させる。この電気信号を室内ユニット制御回路9が受信し、通信が行われる。室内ユニット2から室外ユニット1への通信についても、送受信の動作を逆とし、同様に実施される。
以上のように、本方式によれば、空調機の冷媒配管工事は、従来技術の方法になんら変更の必要がなく、結合クランプ12を取り付けると共に、配管表面に励波部18を取り付けるだけで容易に冷媒配管を伝送路として使用することが可能になり、工事性よく、制御配線工事をなくした空調機器を実現できる。
The electromagnetic field propagated through the surface layer of the
As described above, according to this method, the refrigerant piping work of the air conditioner does not require any change to the method of the prior art, and it is easy to attach the
また、本実施の形態では、交流制御信号をガス側配管4に結合する場合について説明したが、液側配管3、あるいは両配管に信号を結合しても、同様な効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, the case where the AC control signal is coupled to the
図8は、室外ユニット1の配管接続部を示す図であり、図3に示した結合クランプ12を用いて、液側配管3又はガス側配管4に交流制御信号を結合する第2の具体例を示している。説明簡易化のため、ガス側配管4に信号を結合することとして説明を行う。図8に示すように、室外ユニット1には、液側配管3とガス側配管4を、従来技術で説明した空調機器と同様に接続し、室外機制御回路6からの制御信号同軸ケーブル17の中心導体に電気的に接続された結合クランプ12を、上から覆い被せてガス側配管4の金属部に取り付ける。また、制御信号同軸ケーブル17の外導体を室外ユニット冷媒回路5に接続することにより、信号結合回路7が形成される。
同様に、室内ユニット2の冷媒回路8の配管接続部にも、室外ユニット1と同様な方法で、結合クランプ12を上から覆い被せてガス側配管4に取り付けると共に、制御信号同軸ケーブル17の外導体を室内ユニット冷媒回路8に接続することにより、信号結合回路7が形成される。
FIG. 8 is a diagram illustrating a pipe connection portion of the
Similarly, the pipe connection portion of the
室内ユニット2は、一般に、天井の建物構造材19(鉄骨など)に、金属製アンカー等でつり下げられて設置される。また、室外ユニット1においては、建物構造材19を介し接地されているか、あるいは接地配線と構造材とが静電結合等で結合されている。したがって、図9に示すように、建物構造体19を共通線とし、結合クランプ12のインピーダンスで終端されたガス側配管4を電線として用いる伝送線路が形成される。
The
このような様態において、ガス側配管4と結合クランプ12と建物構造体19とで電気信号のループが形成されるので、室外ユニット制御回路6から交流制御信号が送信されると、この交流制御信号は、ガス側配管4を介して室内ユニット2に伝送される。この交流制御信号を室内ユニット制御回路9が受信し、通信が行われる。室内ユニット2から室外ユニット1への通信についても、送受信の動作を逆とし、同様に実施される。
以上のように、本方式によれば、空調機の冷媒配管工事は、従来技術の方法になんら変更の必要がなく、結合クランプ12を取り付けるだけで、容易に冷媒配管を伝送路として使用することが可能になり、工事性よく、制御配線工事をなくした空調機器を実現できる。
In such an aspect, since the
As described above, according to this method, the refrigerant piping work of the air conditioner does not require any change to the method of the prior art, and the refrigerant piping can be easily used as the transmission line only by attaching the
また、本実施の形態では、交流制御信号をガス側配管4に結合する場合について説明したが、液側配管3、あるいは両配管に信号を結合しても、同様な効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, the case where the AC control signal is coupled to the
実施の形態3.
次に、実施の形態3に係る空気調和機器を説明する。図10は、実施の形態3に係る信号結合回路7の原理を示すブロック図である。なお、実施の形態1と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
Next, an air-conditioning apparatus according to
図10においては、室外ユニット1を例として説明する。室外ユニット冷媒回路5は、金属材料で構成されており、液側配管3とガス側配管4は、電気的には室外ユニット冷媒回路5を介して短絡されている。室外ユニット冷媒回路5を短絡終端(冷媒配管取り出し部)とし、液側配管3及びガス側配管4を並行線路とすると、短絡終端からの距離lにおけるインピーダンスは、図11,12に示した式ならびにグラフのように、原理的には距離lにより0〜∞の範囲で変化する。たとえば、距離lを使用する交流制御信号の波長の1/4に選ぶと、無限大となり、ガス側配管4と液側配管3は絶縁された配線と見ることができる。ここで、1GHzの周波数を用いた場合、波長は30cmであるから、短絡終端からの距離lを7.5cmとすればよい。
In FIG. 10, the
図13は、室外ユニット1の配管接続部を示す図であり、図10の図を具体化した例を示している。交流制御信号の周波数に応じ、距離lを波長の1/4で液側配管3及びガス側配管4に結合することにより、両配管を伝送線として使用できる。
この線路を介して、室外ユニット制御回路6および室内ユニット制御回路9は、互いに制御信号を送受信し、室外ユニット1と室内ユニット2は、対を成して空調運転を実行する。
以上のように、本方式によれば、空調機の冷媒配管工事は、従来技術の方法になんら変更の必要がなく、室外ユニット冷媒回路5から交流制御信号の波長の1/4の距離に信号を結合するだけで、容易に冷媒配管を伝送路として使用することが可能になり、工事性よく、制御配線工事をなくした空調機器を実現できる。
FIG. 13 is a diagram showing a pipe connection portion of the
Through this line, the outdoor
As described above, according to this method, the refrigerant piping work of the air conditioner does not require any change to the conventional method, and the signal is output from the outdoor unit
なお、ここでは単一の周波数を想定しているが、制御信号の周波数帯域が所定の帯域を有するものであっても、通信方式によっては周波数による伝送路特性を吸収可能なものもあり、給電点の距離は使用する周波数帯域で、略1/4波長としても良い。 Although a single frequency is assumed here, even if the frequency band of the control signal has a predetermined band, some communication systems can absorb the transmission path characteristics depending on the frequency. The distance between the points is a frequency band to be used, and may be approximately ¼ wavelength.
さらに、室外ユニット1と室内ユニット2が各々1台の場合について説明したが、ビル空調システム(ビルマルチエアコン)のように、1台の室外ユニット1に複数台の室内ユニット2が接続される構成であってもよいし、その逆であってもよい。この場合、冷媒配管を利用して、ネットワークシステムを構築することが可能となる。
Furthermore, although the case where the
なお、実施の形態1〜3では、空気調和機器の冷媒配管を使用した信号伝送方法について説明してきたが、このような信号伝送方法は冷媒配管に限定されるものではない。交流電気信号を伝送させることのできる通電材質で出来た配管であればなんであってもよい。例えば水道管、ガス管、ファンコイルユニットなどを用いた給湯システムの給湯管、FF式暖房機の配管などを利用してもよい。ビルや住宅に既設されたこのような配管を利用することにより容易にネットワークシステムを構築することができる。 In the first to third embodiments, the signal transmission method using the refrigerant pipe of the air-conditioning apparatus has been described. However, such a signal transmission method is not limited to the refrigerant pipe. Any piping made of a current-carrying material capable of transmitting an AC electrical signal may be used. For example, a hot water supply pipe of a hot water supply system using a water pipe, a gas pipe, a fan coil unit, or the like, a pipe of an FF type heater, or the like may be used. A network system can be easily constructed by using such piping already installed in a building or house.
1 室外ユニット
2 室内ユニット
3 液側配管
4 ガス側配管
5 室外ユニット冷媒回路
6 室外ユニット制御回路
7 信号結合回路(信号結合部)
8 室内ユニット冷媒回路
9 室内ユニット制御回路
10 外壁
11 コア
11a 部分コア片
12 結合クランプ
13 接続端子
13a 接触部
13b 接続部
15 断熱材
16 制御信号ケーブル
17 制御信号同軸ケーブル
18 励振部
19 建物構造体
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記冷媒配管の両端部に各々設けられ、前記冷媒配管に交流制御信号を結合すると共に、交流電気信号に対して所定のインピーダンスを奏する信号結合部と、を備え、前記信号結合部は、磁性材料で形成され前記冷媒配管を中心部に挿着する環状コアと、前記環状コアより中央側の前記冷媒配管の金属部に対して電気的に接触する接続端子とを備えると共に前記冷媒配管の室内ユニット側端部および室外ユニット側端部に前記所定のインピーダンスにより終端された伝送路を形成することを特徴とする空気調和機器。 An air conditioner having an indoor unit connected to one end of a refrigerant pipe covered with a heat insulating material made of an insulating material, and an outdoor unit connected to the other end of the refrigerant pipe,
A signal coupling portion provided at each end of the refrigerant pipe and coupling an AC control signal to the refrigerant pipe and exhibiting a predetermined impedance with respect to the AC electric signal, wherein the signal coupling section includes a magnetic material. And an indoor unit of the refrigerant pipe, and an annular core that is inserted into the central part of the refrigerant pipe and a connection terminal that is in electrical contact with a metal part of the refrigerant pipe at a center side of the annular core. An air conditioner characterized in that a transmission path terminated by the predetermined impedance is formed at a side end and an outdoor unit side end .
前記信号結合部は、前記ガス側配管と前記液側配管とのいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の空気調和機器。 The refrigerant pipe has a gas side pipe and a liquid side pipe,
The air conditioner according to any one of claims 1 to 3, wherein the signal coupling portion is provided in any one of the gas side pipe and the liquid side pipe.
前記配管の両端部に磁性材料を上から覆い被せることにより、交流電気信号に対して所定のインピーダンスを奏することで終端させた伝送路を前記配管に形成し、
前記磁性材料より中央側の前記配管に接続端子を介して制御信号を送受信することを特徴とする信号伝送方法。 A signal transmission method for transmitting an AC control signal between both ends of a pipe,
By covering the both ends of the pipe with a magnetic material from above , a transmission line terminated by exhibiting a predetermined impedance with respect to the AC electric signal is formed in the pipe,
A signal transmission method characterized in that a control signal is transmitted / received via a connection terminal to the pipe closer to the center than the magnetic material.
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