JP4767199B2

JP4767199B2 - 空気調和システムの運転制御方法並びに空気調和システム

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Publication number: JP4767199B2
Application number: JP2007051437A
Authority: JP
Inventors: 圭介外囿; 直道田村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008215678A

Description

本発明は、冷媒を循環させて冷暖房を行う空気調和システムに関するものである。特に熱源側ファンを制御することでエネルギ消費効率の向上を図るためのものである。

従来から、冷暖房運転を行うことができる空気調和システムの消費エネルギに関する性能を表すために、ＣＯＰ（Coefficient of Performance：エネルギ消費効率）が用いられている。このＣＯＰは暖房能力又は冷房能力（負荷ユニット側に供給する時間当たりの熱量。以下、これらを能力という）に対する消費電力量を数値として表したものであるが、このとき表されるＣＯＰは、負荷側ユニット（室内機）における空調負荷（その負荷側ユニットが必要とする熱量。以下、負荷という）の大きさが１００％（以下、この負荷を１００％負荷という）の場合の能力とその消費電力量によるものである。

例えば、一般的な事務所においては、年間を通してみた場合には１００％負荷よりも約５０％程度の負荷（以下、５０％程度の負荷を含め、１００％負荷でない負荷を部分負荷という）が発生する割合が高いことが近年わかってきた。したがって、１００％負荷のＣＯＰで性能を評価するよりも、約５０％程度の負荷まで含めた年間を通じたＣＯＰ（これをＡＰＦ（Annual Performance Factor ：通年エネルギ消費効率）という）によって評価した方が、より現実の使用に沿った評価ができるため、ＡＰＦを用いる動向が顕著になってきており、省エネルギにおける基準として用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。

このＡＰＦを向上させるには、例えば、春季、秋季等のような比較的気候が穏やかな時期等、部分負荷の場合に対応する暖房、冷房（中間暖房、中間冷房）運転におけるエネルギ消費効率（性能）を向上させ、消費電力を抑えることが必要で、これに対応できれば、年間を通じて真に効率を高め、省エネルギを実現することができる。
特開平９−７９６５０号公報（図１）

ここで、例えば各装置における電力消費の内訳を考えてみる。１００％負荷における電力消費においては圧縮機が支配的（約９０％）である。一方、部分負荷においては、圧縮機の割合も多い（約８０％）が、熱源側ユニット（室外機）の熱交換器（熱源側熱交換器）において、空気と冷媒との熱交換を効率よく行うためのファン（熱源側ファン）の割合が高くなっている（約２０％）。

この熱源側ファンは、熱源側熱交換器における凝縮温度、蒸発温度を、目標とする凝縮温度、蒸発温度（以下、目標凝縮温度、目標蒸発温度という）にするため、ファン（ファンモータ）を運転（回転）させて熱交換する空気等を送る。ここで、熱源側ファン制御の基準となる目標凝縮温度、目標蒸発温度について、例えば室外の気温（冷媒と熱交換する空気の温度）に基づいて変更されることはあるが、基本的には、負荷の大きさに関係なく、１００％負荷におけるＣＯＰを最適にする目標凝縮温度、目標蒸発温度が設定される。

そのため、部分負荷における運転（以下、中間運転という）においては、必ずしも最適な目標凝縮温度、目標蒸発温度になっているとはいえず、熱源側ファンは、例えば１００％負荷に対応した全速回転（最大の運転周波数）での制御が行われる。

このように、中間運転において、熱源側ファンは効率な運転を行うための制御がなされていないことから、中間運転におけるエネルギ消費効率を向上させるため、熱源側ファンの制御を改善する余地があると考えられる。その一方、熱源側ファンを構成するファンモータのＤＣブラシレス化等、回転数の制御にインバータ回路を用いる等、ハードウェアによる改善は限界近くまできており、飛躍的向上は望めない。

そこで、本発明は、圧縮機だけでなく熱源側ファンにおける消費電力を考慮してシステム等の制御を行うことにより、特に部分負荷におけるエネルギ消費効率を向上させることができる空気調和システムの制御方法等を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和システムの運転制御方法は、負荷側熱交換器と膨張弁とを有する負荷側ユニットと、冷媒の圧縮運転を行う圧縮機、空気と冷媒との間の熱交換を行う熱源側熱交換器、及びファンモータ運転周波数で運転して熱源側熱交換器に空気を送り込む熱源側ファンを有する熱源側ユニットとを配管接続し、冷媒を循環させて冷暖房を行う空気調和システムの運転制御方法において、熱源側ファンのファンモータ運転周波数を、初期状態から低減する変更を行う工程と、変更に伴う圧縮機の消費電力と熱源側ファンの消費電力とを判断し、さらに合計消費電力を算出する工程と、合計消費電力に基づいて、ファンモータ運転周波数をさらに低減する変更を行うかどうかを決定する工程とを、定めた条件を満たすものと判断するまで行うものである。

本発明によれば、熱源側ファンに対するファンモータ運転周波数を変更していき、圧縮機と熱源側ファンのそれぞれの消費電力を判断し、例えば、合計消費電力が最低となる、所定の値以下となる等の定めた条件を満たすと判断するまで行うようにしたので、負荷の大きさに基づく能力を維持しながら、ファンモータ運転周波数を低減させ、消費電力を低減することができ、エネルギ消費効率を改善することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和システムを表す図である。図１の空気調和システムは、熱源側ユニット（室外機）１００と負荷側ユニット（室内機）２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。また、循環する冷媒については特に限定するものではないが、例えば、ＨＦＣ系冷媒である、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、また、ＣＯ₂、アンモニア等を用いることができる。

熱源側ユニット１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、油分離器１０２、四方弁１０３、熱源側熱交換機１０４、毛細管１０５、アキュムレータ（気液分離器）１０６及び熱源側ファン１０８、熱源側絞り装置（膨張弁）１０９、冷媒間熱交換器１１０及びバイパス絞り装置１１１の各装置（手段）で構成する。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮し、運転周波数に基づいて任意の圧力を加えて送り出す（吐出する）。本実施の形態の圧縮機１０１は、例えば運転周波数を任意に変化させることにより容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができる、インバータ回路を備えた容量可変のインバータ圧縮機とする。圧縮機１０１の運転は、後述する圧縮機運転周波数制御部１３２Ａが決定した圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐに基づき、負荷側ユニット２００における負荷の大きさに対する能力供給が維持できるように行われる。また、油分離器１０２は、冷媒と共に圧縮機１０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は、毛細管１０５により流量が制御されて圧縮機１０１に戻される。

四方弁１０３は、熱源側制御装置１３１からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器１０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置１０９を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０３側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器１０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン１０８が設けられている。熱源側ファン１０８はインバータ回路を有し、ファンモータの運転周波数を任意に変化させる制御を行うことで、ファンの回転速度を細かく変化させることができる。これにより、例えば熱源側熱交換器１０４において、冷房運転時に冷媒から奪う熱量又は暖房運転時に冷媒が奪う熱量を変化させることができる。熱源側ファン１０８の運転は、後述するファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃが決定したファンモータ運転周波数Ｆｆａｎに基づいて行われる。

冷媒間熱交換器１１０は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置１１１（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット２００に供給するものである。バイパス絞り装置１１１を介して流れる液体は、バイパス配管１０７を介してアキュムレータ１０６に戻される。アキュムレータ１０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。

また、熱源側ユニット１００には、圧縮機１０１の吐出側の配管に設けられ、圧縮機１０１の冷媒吐出による高い圧力（以下、吐出圧力という）Ｐｄを検知するための吐出圧力センサ１２１が圧力を検知するための検知手段として設けられている。また、圧縮機１０１の吸入側の配管に設けられ、冷媒吸入による低い圧力（以下、吸入圧力という）Ｐｓを検知するための吸入圧力センサ１２３も検知手段として設けられている。吐出圧力Ｐｄが冷房運転時における凝縮圧力、吸入圧力Ｐｓが暖房運転時における蒸発圧力を近似しており、さらに吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓから導くことができる飽和温度Ｔｃ、Ｔｅにより、凝縮温度、蒸発温度を判断することができる。また、本実施の形態では、温度を検知するための検知手段として、熱源側空気温度センサ１２２を有しており、熱源側ファン１０８の運転（回転）によって熱源側ユニット１００内に吸い込まれる外気の空気の温度（冷媒との熱交換を行う空気の温度。以下、外気温度という）を検知する。これらの検知手段から送信される信号に基づいて、熱源側制御装置１３１は、温度、圧力等の物理量を判断し、演算処理等を行い、圧縮機１０１及び熱源側ファン１０８をはじめとする熱源側ユニット１００の装置（手段）の制御を行う。

熱源側制御装置１３１は、本実施の形態では、例えばマイクロコンピュータ等からなる熱源側処理手段１３２と、熱源側記憶手段１３３とを有している。熱源側処理手段１３２は、例えば、通信線（図示せず）等を介して負荷側ユニット２００内に設けられている負荷側制御装置（図示せず）と接続されており、システム内の各種検知手段（センサ）の検知に係る信号（に含まれる物理量のデータ）に基づいてシステム全体の制御を行う。本実施の形態では、特に熱源側ユニット１００の各装置（手段）を制御して、熱源側ユニット１００における消費電力低減を図るための処理を行う。そのため、圧縮機運転周波数制御部１３２Ａ、圧縮機消費電力判断部１３２Ｂ、ファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃ、ファンモータ消費電力判断部１３２Ｄ及び目標温度設定部１３２Ｅの各部を有しているものとする。

圧縮機運転周波数制御部１３２Ａは、負荷側ユニット２００における負荷の大きさに対応した能力を供給することができるように、圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐを決定し、圧縮機１０１に圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐでの運転を指示する信号を送信する処理を行う。また、圧縮機消費電力判断部１３２Ｂは、熱源側記憶手段１３３に記憶された圧縮機消費電力データに基づいて、圧縮機１０１の消費電力（圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐ）を判断する。

ファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃは、熱源側ファン１０８に対し、ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎでの運転を指示する信号を送信する処理を行う。特に本実施の形態においては、目標温度設定部１３２Ｅからの指示に基づいて、周波数変化幅ΔＦｆａｎ分増減させたファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを、新たなファンモータ運転周波数Ｆｆａｎとして信号を送信し、熱源側ファン１０８を運転させる。ファンモータ消費電力判断部１３２Ｄは、熱源側記憶手段１３３に記憶されたファンモータ消費電力データに基づいて、熱源側ファン１０８の消費電力（ファン消費電力Ｗｆａｎ）を判断する。

目標温度設定部１３２Ｅは、熱源側熱交換器１０４における目標凝縮温度（冷房運転時）、目標蒸発温度（暖房運転時）を設定する。そのため、圧縮機消費電力判断部１３２Ｂ及びファンモータ消費電力判断部１３２Ｄがそれぞれ判断した消費電力の合計消費電力Ｗｔｏｔａｌに基づいて、消費電力を低減できる条件をさらに見つける処理を行うかどうかを判断する。そして、その判断に基づく目標凝縮温度又は目標蒸発温度を設定し、ファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃにファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを変化させる指示を行う。

熱源側記憶手段１３３は、熱源側処理手段１３２の各部が処理を行う際に参照等するデータ、各部の演算処理によって得られたデータ等を一時的又は長期的に記憶する。特に、本実施の形態の場合には、後述するように、圧縮機１０１のパラメータと消費電力との関係を表す圧縮機消費電力データ、熱源側ファン１０８のパラメータと消費電力との関係を表すファンモータ消費電力データが、それぞれテーブル（マトリクス）形式で構成されたデータとして記憶している。また、外気温度等をパラメータとする目標凝縮温度の初期値（初期目標凝縮温度）、目標蒸発温度の初期値（初期目標蒸発温度）、各温度における圧縮機１０１と熱源側ファン１０８との合計消費電力Ｗｔｏｔａｌ０がテーブル形式で構成されたデータ（以下、目標データという）として記憶している。また、熱源側処理手段１３２の各部が行う処理手順が示されたプログラムを記憶する。

ここで、圧縮機消費電力データ、ファンモータ消費電力データ等を熱源側記憶手段１３３に記憶しておくことにより、データ内容を容易に変更することができ、空気調和システムの形態（圧縮機１０１の形式、負荷側ユニット２００の数、熱源側ユニット１００の設置環境等）に合わせた消費電力判断を行うことができる。また、これらを数式として表し、圧縮機消費電力判断部１３２Ｂ、ファンモータ消費電力判断部１３２Ｄが演算することで消費電力を判断するようにしてもよい。

一方、負荷側ユニット２００は、負荷側熱交換器２０１、負荷側絞り装置（膨張弁）２０２、負荷側ファン２０３で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置２０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、負荷側ユニット２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン２０３が設けられている。この負荷側ファン２０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置２０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器２０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。

図２は部分負荷の場合の熱源側ユニット１００における消費電力を表す図である。例えば１００％負荷における冷暖房運転の場合には、熱源側熱交換器１０４内の冷房運転時における目標凝縮温度は、冷媒を過冷却するために低めに設定される。一方、暖房運転時における目標蒸発温度は、冷媒を過熱するために高めに設定される。このように設定した温度にするため、熱源側ファン１０８を運転させる。

一方で、部分負荷に対応した中間運転の場合は、１００％負荷に対応した目標凝縮温度、目標蒸発温度ほど厳しい温度を定めなくても、負荷側ユニット２００が必要とする能力を供給することができる。そのため、例えば凝縮温度が上がった（蒸発温度が下がった）としても、図２に示すように、熱源側ファン１０８のファン運転容量（ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎに依存する）をある程度まで低く抑えた方が、消費電力を低く抑えてエネルギ消費効率を改善することができ、ＡＰＦを向上させることにつながる（ここで、ファン運転容量を抑え過ぎると吐出機１０１の消費電力が多くなるために逆効果となる）。

そこで、本実施の形態のシステムは、負荷に対する能力供給を維持しつつ、熱源側ファン１０８に対するファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを変更し、圧縮機１０１及び熱源側ファン１０８の合計消費電力Ｗｔｏｔａｌを下げるように熱源側ユニット１００の各装置（手段）を制御するものである。

そのため、熱源側熱交換器１０４の凝縮温度、蒸発温度が、例えば外気温度に対応して定められた、例えば１００％負荷における初期目標凝縮温度、初期目標蒸発温度となるように圧縮機１０１、熱源側ファン１０８等を制御した後、熱源側ファン１０８に対するファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを減らしていく。その変更に伴って、圧縮機１０１においても、負荷に対応した能力を供給するために圧縮機１０１の圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐ及び吐出圧力Ｐｄ等も変化し、圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐも変わる。このように熱源側ファン１０８における条件を変化させていったときの圧縮機１０１と熱源側ファン１０８との合計消費電力Ｗｔｏｔａｌが最低となるところに収まる（正確にはファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを変化させる幅の間が最低となることもあるが、ここでは目標温度設定部１３１Ｅの判断において最低となるところをいうものとする）条件が見つかるまで、熱源側ファン１０８のファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを変更させていく。これにより、消費電力を低減し、エネルギ消費効率を改善することができる。

ここで、上記の処理は、負荷の大きさ、外気温度等が変化することで行われるが、このとき、その時点のファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを増減させるのではなく、一度、初期目標凝縮温度、初期目標蒸発温度となるように制御してからファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを減らしていくようにする。これにより、運転周波数を増やすことなく、減らしていく制御をするだけでよく、またすぐに安定させることができるため、単純な処理ではやく見つけることができる。

図３は圧縮機１０１及び熱源側ファン１０８の特性を表すパラメータとそれぞれの消費電力との関係を表す図である。圧縮機１０１においては、圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐに影響を及ぼすパラメータとして、圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐ、吐出圧力Ｐｄ（吐出圧力に基づく冷媒の飽和温度Ｔｃ）、吸入圧力Ｐｓ、吸入温度Ｔｓが関係するものといえる。そして、これらのパラメータは負荷側ユニット２００における負荷の大きさによって変化する。したがって、圧縮機消費電力データは、ひいては負荷側ユニット２００における負荷の大きさと圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐとの関係を表していることになる。

ここで、図３（ａ）は、圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐが一定の場合における吐出圧力と吸入圧力との関係を表すものであるが、圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐは、吸入圧力よりも吐出圧力によって変化することがわかる。また、図３（ｂ）は、吐出圧力と吸入圧力とを一定にした場合における圧縮機１０１の運転容量と吸入温度との関係を表すものであるが、圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐは、吸入温度よりも運転容量によって変化することがわかる。ここで、運転容量は圧縮機運転周波数に依存するため、圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐは、吸入温度よりも圧縮機運転周波数に変化することとなる。以上のことから、本実施の形態においては、圧縮機消費電力判断部１３２Ｂは、圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐと吐出圧力Ｐｄとに基づく圧縮機消費電力データにより圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐを判断するものとする。ただ、圧縮機１０１の吸入（低圧）側に圧力センサ、温度センサを設けて、吸入圧力Ｐｓ、吸入温度Ｔｓを検知し、圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐを判断するパラメータとしてもよい。

一方、図３（ｃ）に示すように、熱源側ファン１０８の消費電力Ｗｆａｎは、ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎにより変化することがわかる。そこで、本実施の形態においては、ファンモータ消費電力判断部１３２Ｄは、ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎに基づくファンモータ消費電力データによりファン消費電力Ｗｆａｎを判断するものとする。

次に空気調和システムの動作について説明する。まず、冷房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。圧縮機１０１により加圧されて吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３から熱源側熱交換器１０４内を通過することで凝縮し、液冷媒となって熱源側ユニット１００を流出する。液配管４００を通って負荷側ユニット２００に流入した冷媒は、各負荷側ユニット２００においては、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整された低温低圧の液冷媒が負荷側熱交換器２０１内を通過して蒸発して流出する。そして、ガス配管３００を通って熱源側ユニット１００に流入し、四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、加圧され吐出することで循環する。

また、暖房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。圧縮機１０１により加圧されて吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３からガス配管３００を通って、各負荷側ユニット２００に流入する。そして、各負荷側ユニット２００においては、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整され、負荷側熱交換器２０１内を通過することにより凝縮し、中間圧力の液体又は気液二相状態の冷媒となって負荷側ユニット２００を流出する。液配管４００を通って熱源側ユニット１００に流入した冷媒は、熱源側絞り装置１０９の開度調整により圧力調整され、熱源側熱交換器１０４内を通過することで蒸発し、ガスの冷媒となって四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、前述したように加圧され吐出することで循環する。

図４は熱源側制御装置１３１が有する熱源側制御手段１３２における処理のフローチャートを表す図である。図４に基づいて、前述した冷媒循環を行う際、熱源側制御手段１３２が行う本実施の形態における装置（手段）の制御等について説明する。なお、ここでは冷房運転時における処理について説明する。そのため熱源側熱交換器１０４は凝縮器として動作することになる。

熱源側制御手段１３２において、目標温度設定部１３２Ｅは目標温度変更条件を満たしているかどうかを判断する（ＳＴ１）。ここで、目標温度変更条件とは、例えば、負荷側ユニット２００において、設定温度が変更され、あらかじめ定められた基準以上に負荷の大きさが変化した、熱源側空気温度センサ１２２からの信号に基づいて判断した外気温度があらかじめ定められた基準以上に変化した等である。

目標温度変更条件を満たしていると判断すると、目標温度設定部１３２Ｅは、熱源側記憶手段１３３に記憶された目標データを検索し、判断した外気温度に対応する初期目標凝縮温度Ｔｃｍ０を設定する（ＳＴ２）。

ファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃは、初期目標凝縮温度Ｔｃｍ０となるように、例えば熱源側ファン１０８を全速運転させるように制御する。一方、圧縮機運転周波数制御部１３２Ａも負荷側ユニット２００の負荷の大きさに対応した能力を供給するように圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐを決定し、圧縮機１０１を運転させる。

吐出圧力センサ１２１からの信号に基づいて吐出圧力Ｐｄを判断する。そして、吐出圧力Ｐｄに基づいて圧縮機１０１の吐出側における飽和温度（凝縮温度）Ｔｃを判断し、初期目標凝縮温度Ｔｃｍ０に達し、冷房運転が安定したものと判断すると（ＳＴ３）、目標温度設定部１３２Ｅは指示を行う。指示を受けたファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃは、現在のファンモータ運転周波数Ｆｆａｎから、あらかじめ定めた周波数変化幅ΔＦｆａｎだけ減らしたファンモータ運転周波数Ｆｆａｎで運転させるように（Ｆｆａｎ＝現在のＦｆａｎ−ΔＦｆａｎ）、熱源側ファン１０８に信号を送信する（ＳＴ４）。

図５は圧縮機消費電力データ及びファンモータ消費電力データの例を概念的に表す図である。図５（ａ）は圧縮機消費電力データを表す。圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐは、吐出圧力Ｐｄから導くことができる飽和温度Ｔｃと圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐに依存するため、これらのパラメータに基づくテーブル形式で構成されることになる。また、図５（ｂ）はファンモータ消費電力データを表す。ファンモータ消費電力データもテーブル形式で構成されている。ファンモータ消費電力Ｗｆａｎはファンモータ運転周波数Ｆｆａｎに依存するため、ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎとファンモータ消費電力Ｗｆａｎが関連づけられて記憶されている。

圧縮機消費電力判断部１３２Ｂは、熱源側記憶手段１３３に記憶された圧縮機消費電力データ（図５（ａ））を検索し、ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎのときの、圧縮機１０１の吐出圧力Ｐｄに基づく飽和温度（凝縮温度）Ｔｃと圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐに対応する圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐを判断する。ファンモータ消費電力判断部１３２Ｄも、熱源側記憶手段１３３に記憶されたファンモータ消費電力データ（図５（ｂ））を検索し、運転周波数Ｆｆａｎに対応するファンモータ消費電力Ｗｆａｎを判断する（ＳＴ５）。

目標温度設定部１３２Ｅは、ファンモータ消費電力Ｗｆａｎと圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐとの合計Ｗｔｏｔａｌを算出する。そして、前回の合計Ｗｔｏｔａｌ＊と比較し、ＷｔｏｔａｌがＷｔｏｔａｌ＊より小さいかどうかを判断する（ＳＴ６）。ここで、最初は前回の合計Ｗｔｏｔａｌ＊が存在しないので、熱源側記憶手段１３３に目標データとして記憶された、初期目標凝縮温度Ｔｃｍ０に対する合計消費電力Ｗｔｏｔａｌ０のデータに基づいて判断を行うようにする。

ＷｔｏｔａｌがＷｔｏｔａｌ＊より小さければ、現在の吐出圧力Ｐｄに対応する飽和温度Ｔｃを目標凝縮温度Ｔｃｍに置き換える（ＳＴ７）。一方、ＷｔｏｔａｌがＷｔｏｔａｌ＊より小さくなければ（ＷｔｏｔａｌがＷｔｏｔａｌ＊以上であれば）、目標凝縮温度Ｔｃｍをそのまま維持する（前回の吐出圧力Ｐｄに対応する飽和温度Ｔｃとする）（ＳＴ８）。そして、目標温度設定部１３２Ｅはファンモータ運転周波数制御部１３２Ｃに指示し、現在のファンモータ運転周波数Ｆｆａｎから周波数変化幅ΔＦｆａｎだけ増やしたファンモータ運転周波数Ｆｆａｎで運転させるように（Ｆｆａｎ＝現在のＦｆａｎ＋ΔＦｆａｎ）、熱源側ファン１０８に信号を送信する（ＳＴ９）。特に詳述しないが、暖房運転時における目標蒸発温度の設定、そのときのファンモータ運転周波数Ｆｆａｎの決定についても同様の処理を行う。

以上のように実施の形態１のシステムによれば、熱源側制御装置１３１の熱源側制御手段１３２が、負荷に対する能力供給を維持できる範囲で、熱源側ファン１０８に対するファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを下げていき、圧縮機１０１及び熱源側ファン１０８の合計消費電力Ｗｔｏｔａｌの最低となるところを見つけて制御を行うようにしたので、負荷の大きさに基づいてファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを低減させて消費電力を低減することができ、エネルギ消費効率を改善することができる。また、低い消費電力を見つけるにあたり、一度、初期目標凝縮温度、初期目標蒸発温度となるように制御してからファンモータ運転周波数Ｆｆａｎを減らしていくようにしたので、単純な処理で、はやく決定することができる。さらに、圧縮機運転周波数Ｆｃｏｍｐ及び吐出圧力Ｐｄに基づく飽和温度Ｔｃに基づいて圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐを判断し、ファンモータ運転周波数Ｆｆａｎに基づいてファンモータ消費電力Ｗｆａｎを判断するようにしたので、特に圧縮機消費電力Ｗｃｏｍｐの判断においては、消費電力に最も影響するパラメータに基づいて判断することにより、少ないパラメータでも精度の高い判断を行うことできる。そして、これらをあらかじめ圧縮機消費電力データ、ファンモータ消費電力データとして熱源側記憶手段１３３に記憶しておくことで、データの変更等を容易に行うことができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態では、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓに基づいて、飽和温度（熱源側熱交換器１０４の凝縮温度、蒸発温度）Ｔｃ、Ｔｅを導きだすようにしたが、例えば、熱源側熱交換器１０４内において冷媒が通過する配管の中間部分に温度センサを設けることにより、凝縮温度のデータ等を得る、負荷側ユニット２００において設定された負荷の大きさに関するデータ等、他に設けたセンサの検知、設定等に基づくデータに基づいて、圧縮機１０１の消費電力を推定し、判断することができるのであれば、このようなデータに基づいて消費電力等を判断するようにしてもよい。これにより判断の幅を拡げ、より安価により詳細な消費電力判断を行うことが期待できる。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、合計消費電力Ｗｔｏｔａｌが最低となるところを見つけることを条件として、見つかるまで熱源側制御手段１３２は処理を行うようにしたが、特にこの条件に限定するものではない。例えば、周波数変化幅ΔＦｆａｎの幅が短く、見つけるまでに時間を要する場合等には、所定値を定めておき、合計消費電力Ｗｔｏｔａｌが所定値以下になった場合に処理を終えるようにすると、最低となるところではないものの、短い時間で低い合計消費電力のファンモータ運転周波数、目標凝縮温度、目標蒸発温度を得ることができる。

また、例えば、所定時間を定めておいてもよい。例えば、熱源側制御手段１３２が所定時間で合計消費電力Ｗｔｏｔａｌが最低となるところを見つけることができないことを条件として、その条件を満たしたものと判断すると、最低となるところではないものの、合計消費電力Ｗｔｏｔａｌが低くなるようなファンモータ運転周波数等をあらかじめ定めておく、ファンモータ運転周波数を変化させていく上述の処理において見つけておく等により、ファンモータ運転周波数、目標凝縮温度、目標蒸発温度を得るようにしてもよい。

上述した実施の形態では、空気調和システムにおいて適用したが、本発明は、冷凍システムをはじめとする冷凍サイクルを用いて冷媒回路を構成する他のシステムにも適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和システムを表す図である。部分負荷の場合の熱源側ユニット１００における消費電力を表す図である。圧縮機１０１、熱源側ファン１０８と消費電力との関係を表す図である。熱源側制御手段１３２における処理のフローチャートを表す図である。圧縮機消費電力データ及びファンモータ消費電力データを表す図である。

符号の説明

１００熱源側ユニット、１０１圧縮機、１０２油分離器、１０３四方弁、１０４熱源側熱交換器、１０５毛細管、１０６アキュムレータ、１０７バイパス配管、１０８熱源側ファン、１０９熱源側絞り装置、１１０冷媒間熱交換器、１１１バイパス絞り装置、１２１吐出圧力センサ、１２２熱源側空気温度センサ、１３１熱源側制御装置、１３２熱源側処理手段、１３２Ａ圧縮機運転周波数制御部、１３２Ｂ圧縮機消費電力判断部、１３２Ｃファンモータ運転周波数制御部、１３２Ｄファンモータ消費電力判断部、１３２Ｅ目標温度設定部、１３３熱源側記憶手段、２００負荷側ユニット、２０１負荷側熱交換器、２０２負荷側絞り装置、３００ガス配管、４００液配管。

Claims

負荷側熱交換器と膨張弁とを有する負荷側ユニットと、
冷媒の圧縮運転を行う圧縮機、空気と前記冷媒との間の熱交換を行う熱源側熱交換器、及びファンモータ運転周波数で運転して前記熱源側熱交換器に前記空気を送り込む熱源側ファンを有する熱源側ユニットとを配管接続し、前記冷媒を循環させて冷暖房を行う空気調和システムの運転制御方法において、
前記熱源側ファンのファンモータ運転周波数を、初期状態から低減する変更を行う工程と、
前記変更に伴う前記圧縮機の消費電力と前記熱源側ファンの消費電力とを判断し、さらに合計消費電力を算出する工程と、
前記合計消費電力に基づいて、前記ファンモータ運転周波数をさらに低減する変更を行うかどうかを決定する工程と
を、定めた条件を満たすものと判断するまで行うことを特徴とする空気調和システムの運転制御方法。
前記定めた条件を満たすものと判断したときの熱源側熱交換器内の冷媒の凝縮温度又は蒸発温度を目標の温度として、前記熱源側ファンの前記ファンモータ運転周波数及び前記圧縮機の圧縮運転周波数を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システムの運転制御方法。
負荷側熱交換器と膨張弁とを有する負荷側ユニットと、所定の圧縮機運転周波数で運転する圧縮機、空気と冷媒との間の熱交換を行う熱源側熱交換器、及びファンモータ運転周波数で運転して前記熱源側熱交換器に前記空気を送り込む熱源側ファンを有する熱源側ユニットとを配管接続し、冷媒を循環させる空気調和システムであって、
前記熱源側ユニットは、
前記熱源側ファンのファンモータ運転周波数を変更するファンモータ運転周波数制御部と、
前記負荷側ユニットにおける負荷の大きさに基づく能力を供給する圧縮機運転周波数を決定し、前記圧縮機を運転させる圧縮機運転周波数制御部と、
前記ファンモータ運転周波数が変更されたときの前記圧縮機の消費電力を判断する圧縮機消費電力判断部と、
前記ファンモータ運転周波数が変更されたときの前記熱源側ファンの消費電力を判断するファンモータ消費電力判断部と、
前記圧縮機消費電力判断部及び前記ファンモータ消費電力判断部が判断した消費電力の合計を算出し、該合計した消費電力に基づいて、前記ファンモータ運転周波数制御部による前記ファンモータ運転周波数の変更をさらに行わせるかどうかを、定めた条件を満たすものと判断するまで行う判断部とを有する熱源側制御手段を備え、
前記判断部は、初期状態から低減していく前記ファンモータ運転周波数について、前記ファンモータ運転周波数を変更する判断を行うことを特徴とする空気調和システム。
前記判断部が前記定めた条件を満たすものと判断したときの前記熱源側熱交換器内の冷媒の凝縮温度又は蒸発温度を目標の温度として、前記ファンモータ運転周波数制御部は前記ファンモータ運転周波数を決定し、前記圧縮機運転周波数制御部は前記圧縮機運転周波数を決定することを特徴とする請求項３記載の空気調和システム。
前記判断部は、前記合計消費電力が最低となることを、前記定めた条件として、前記ファンモータ運転周波数の変更をさらに行わせるかどうかの決定を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の空気調和システム。
前記判断部は、前記合計消費電力が所定の値以下となることを、前記定めた条件として、前記ファンモータ運転周波数の変更をさらに行わせるかどうかの決定を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の空気調和システム。
前記ファンモータ運転周波数制御部は、初期状態において前記ファンモータ運転周波数を最大にして前記熱源側ファンを運転させ、前記ファンモータ運転周波数を下げていくように、前記ファンモータ運転周波数を変更することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の空気調和システム。
前記圧縮機の所定のパラメータにおける消費電力の値をデータとする圧縮機消費電力データと、前記熱源側ファンの所定のパラメータにおける消費電力の値をデータとするファンモータ消費電力データとを記憶する熱源側記憶手段をさらに備え、
前記圧縮機消費電力判断部及び／又は前記ファンモータ消費電力判断部は、それぞれ圧縮機消費電力データ、ファンモータ消費電力データに基づいて消費電力を判断することを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の空気調和システム。
前記圧縮機運転周波数及び前記圧縮機の吐出圧力に基づく冷媒の飽和温度を前記圧縮機の所定のパラメータとし、前記ファンモータ運転周波数を前記熱源側ファンの所定のパラメータとすることを特徴とする請求項８記載の空気調和システム。