JP5586542B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

この発明は、複数の室内機を有する空気調和システムに関する。

従来の空気調和システムは、室内に吹き出す空気の風量及び風向きを変更可能にそれぞれ構成されて、天井に設けられた複数の室内機と、各室内機に設けられて室内機に吸い込まれる空気の温度である吸込み温度を取得する吸込空気温度サーミスタ（温度センサ）と、各温度センサからの情報に基づいて、室内における高さ方向の温度分布が、床上のどの地点にいても均一になるように、各室内機の風量及び風向きを制御する制御手段とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２７３９５号公報

従来の空気調和システムは、吸込み温度のみの情報をもとに室内の高さ方向について温度分布が一様となるように制御している。この場合、天井に位置する温度センサが取得する吸込み温度のみの情報に基づいて、室内の温度分布の制御を行っているので、室の利用者が利用することになる天井から離れた床側の空間では、所望通りに一様の温度分布とすることは難しい。このため、従来の空気調和システムでは、床側の空間を利用する利用者にとって、快適な空調制御を行えない場合があった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、室の利用者にとって、快適な空調制御を実現できる空気調和システムを得ることを目的とする。

この発明の空気調和システムは、室の天井に互いに離間して設けられ、室の空気を吸い込む吸気口、吸気口から吸込んだ空気を吐出する吹き出し口、吸気口から吸い込まれる空気の温度を取得する温度センサ、吹き出し口から吹き出される空気の方向及び風量を変更する気流変更手段をそれぞれ備える複数の室内機と、各室内機の気流変更手段を制御して、室内の温度を強制的に一様とする補正温度取得運転制御と、補正温度取得運転制御を解消して室内の空調制御を行う通常運転制御のいずれかの制御を選択可能な気流制御手段と、通常運転制御時に温度センサにより取得される吸込み温度、及び補正温度取得運転制御時に温度センサにより取得される補正用吸込み温度のそれぞれを室内機毎に格納する温度データ記憶手段と、次に通常運転制御を行う際に、前回の通常運転制御において室内機毎に設定されていた吸込み温度のターゲット値を補正するための温度補正値を、吸込み温度と補正用吸込み温度とを比較することにより室内機毎に演算し、温度補正値を反映させて、次に行う通常運転制御における吸込み温度のターゲット値を室内機毎に再設定する補正温度演算手段とを備えている。

この発明に係る空気調和システムによれば、室内の温度を一様化させる補正温度取得運転制御を一時的に行うことで取得する補正用吸込み温度と、通常運転制御における吸込み温度との比較により、補正温度取得運転制御の前に行っていた通常運転制御での室において、室の利用者が利用する高さ範囲のスペースの温度を正確に把握することが可能である。
このため、室において、利用者が利用する高さ範囲のスペースの温度がより最適となるように、次に行う通常運転制御における吸込み温度のターゲット値を再設定して、空調制御を行うことが可能となる。即ち、通常運転制御を行う時には、室の全域で一様の温度分布にすることにこだわらず、利用者がいる高さ範囲における室のスペースの温度を快適とすることに特化して空調制御を行うことで、室の利用者にとって、より快適となる空調制御を実現することが可能となる。

この発明の一実施の形態に係る空気調和システムの主要構成を説明する図である。 図１のＡ部拡大図である。 この発明の一実施の形態に係る空気調和システムのシステム構成図である。 この発明の一実施の形態に係る空気調和システムの動作を説明する図であり、複数の室内機が設けられた室を示している。 この発明の一実施の形態に係る空気調和システムの空調制御について説明するフロー図である。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１はこの発明の一実施の形態に係る空気調和システムの主要構成を説明する図、図２は図１のＡ部拡大図、図３はこの発明の一実施の形態に係る空気調和システムのシステム構成図、図４はこの発明の一実施の形態に係る空気調和システムの動作を説明する図であり、複数の室内機が設けられた室を示している。

図１及び図２において、建物１には、天井３、床４、及び壁５に仕切られた室２が設けられている。
天井３には、室２内と天井裏７とを連通する図示しない複数の設置口が、互いに離間して形成されている。
そして、室２の空調制御を行う空気調和システム１０が、建物１に設けられている。
空気調和システム１０は、天井３に複数配設される室内機１１と、建物１の外に配設された室外機３１と、室外機３１と室内機１１のそれぞれとの間を接続する冷媒配管４５と、室内機１１及び室外機３１の駆動を制御して室２の空調制御を行う空調制御ユニット４０とを備えている。なお、冷媒が、冷媒配管４５内を流れて、室内機１１と室外機３１との間を循環するようになっている。

空調制御ユニット４０は、例えば、建物１の図示しない管理室に設けられ、室２の温度設定や室内機１１から吹き出される空気の風量の設定も管理室で一括して行うものとするが、室２の温度設定や、室内機１１から吹き出される空気の風量を設定するためのリモートコントローラを室２内に設け、リモートコントローラの設定に基づいて、空調制御ユニット４０が、室２の空調制御を行うものでもよい。

複数の室内機１１のそれぞれは、複数の設置口のそれぞれに対応して設けられる。
各室内機１１は、図２に示されるように、吸気口１２ａ及び吹き出し口１２ｂを有し、天井裏７に主要部を配設される室内機本体１２、吸気口１２ａから吸い込まれる空気の温度を取得する温度センサ１５、吹き出し口１２ｂから吹き出される空気の方向及び風量を変更する気流変更手段２０を備えている。

室内機本体１２は、図２及び図３に示されるように、吸気口１２ａから吹き出し口１２ｂに至る通風路に配置される室内熱交換器１３、及び膨張弁１４等を有する。
そして、室内機１１は、詳細には図示しないが、吸気口１２ａ及び吹き出し口１２ｂが室２内に向けて配置されるように、天井裏７に室内機本体１２の主要部を配置して設けられている。

気流変更手段２０は、図２の矢印で示されるように、吸気口１２ａから吸いこんで、吹き出し口１２ｂから吹き出す空気の風量を、自身の回転速度に応じて変更可能な風量変更手段としての室内ファン２１、及び吹き出し口１２ｂに設けられ、吹き出し口１２ｂから吹き出される気流の方向を変更可能な吹き出し方向変更手段としての吹き出し方向調整羽根２２を有する。

吹き出し方向調整羽根２２は、概略長尺の矩形平板状に作成され、吹き出し口１２ｂの幅方向に長手方向を一致させて設けられ、長手方向に平行な軸周りに回転可能になっている。そして、吹き出し方向調整羽根２２の回転角度を適宜変更することで、吹き出し方向調整羽根２２に衝突して、吹き出し口１２ｂから吹きだされる気流の方向を所望する方向に変更することが可能となる。

室外機３１は、図３に示されるように、室外熱交換器３２、圧縮機３３、室外ファン３４、及び四方弁３５などを備えている。

空調制御ユニット４０は、演算手段としてのＣＰＵ、ＲＡＭ、室内機１１及び室外機３１の制御を行うためのプログラムが格納されたＲＯＭなどにより構成されており、これらの機能の一部により、気流変更手段２０を制御する気流制御手段４１、温度センサ１５が取得して出力する温度データを記憶する温度データ記憶手段４２、及び詳細は後述の補正温度演算手段４３が構成される。

空調制御ユニット４０は、膨張弁１４、圧縮機３３、室外ファン３４、四方弁３５、室内ファン２１、及び吹き出し方向調整羽根２２の駆動を制御可能に電気的に接続されている。

具体的には、気流制御手段４１は、室内ファン２１の回転速度や、吹き出し方向調整羽根２２の回転角度を制御する。

また、周知であるので詳細には説明しないが、空調制御ユニット４０は、膨張弁１４、圧縮機３３、及び四方弁３５等を駆動して、冷媒の循環を制御する冷媒制御手段や、室外ファン３４の駆動を制御する室外ファン制御手段などを有している。

また、気流制御手段４１及び温度データ記憶手段４２は、温度センサ１５の出力を認識可能に温度センサ１５と電気的に接続されている。

気流制御手段４１は、以下に説明する補正温度取得運転制御と通常運転制御のいずれかの制御モードを選択して室内機１１側の運転制御を行うことが可能になっている。

補正温度取得運転制御は、室内機１１毎に気流変更手段２０（室内ファン２１及び吹き出し方向調整羽根２２）を制御して、室２内の温度を強制的に一様とするものである。具体的には、図４の白抜き矢印に示されるように、互いに隣接する室内機１１の吹き出し口１２ｂから吹き出される気流の方向を互いに直交させるように、各室内機１１の吹き出し方向調整羽根２２の姿勢を制御する。さらに、この状態で、室２内の温度が一様とすることが可能な程度まで、各吹き出し口１２ｂから吹き出される風量を増大させて、各室内機１１の室内ファン２１の回転速度を制御するものである。

実線の矢印で示されるように、隣接する室内機１１のうち、一方の室内機１１から吹き出される空気は、天井３に沿って流れ、他方の室内機１１から吹き出される空気は、床に向かって流れるので、隣接する室内機１１から吹きだれる空気が入り混じり、室２内の温度が一様化する。
なお、室２内の温度の一様化をスムーズに行わせるためには、空気を吹き出し口１２ｂから吹き出される風量は、大きいほど好ましい。

通常運転制御は、各室内機１１の気流変更手段２０を制御して、強制的に室内の温度を一様とする補正温度取得運転制御を解消して室２内の空気制御を行うものである。室２の温度を一様とする必要はなく、必要に応じて、吹き出し口１２ｂから吹き出される気流の方向及び風量が設定される。特に、利用者がいる床４上のから所定の高さ範囲で、利用者が快適になるように空調制御を行うものであり、特定のエリアに気流を直接吹き付けられないように、気流を制御することも可能である。

温度データ記憶手段４２は、通常運転制御が行われている場合に温度センサ１５により取得される温度である吸込み温度、及び補正温度取得運転制御が行われている場合に温度センサ１５により取得される温度である補正用吸込み温度のそれぞれを記憶可能に構成されている。

補正温度演算手段４３は、通常運転制御と通常運転制御に続いて行われた補正温度取得運転制御における吸込み温度と補正用吸込み温度との差に基づいて、以下に説明する温度補正値を演算する。
温度補正値は、前回の通常運転制御において、室内機１１毎に設定されていた吸込み温度のターゲット値に対して、次に通常運転制御を行うときの温度分布を補正するためのものである。そして、補正温度演算手段４３は、室内機１１毎に、次に行う通常運転制御における吸込み温度のターゲット値を、温度補正値を反映させて再設定するように構成されている。

次いで、冷媒配管４５を介した室内機１１及び室外機３１の各構成間の接続について図３を参照しつつ説明する。
冷媒配管４５は、上述したように、室内機１１と室外機３１との間で循環経路を構成するように配設されている。このとき、冷媒配管４５の一部は、並設された室内機１１のそれぞれを経由するように分岐した後、再度一つに統合され、室内機１１と室外機３１との間を循環するように構成されている。

四方弁３５は４つの接続口を有し、そのうちの２つの接続口が圧縮機３３の冷媒流入口と冷媒吐出口に冷媒配管４５を介して接続され、残りの２つの接続口が室外熱交換器３２及び室内熱交換器１３に冷媒配管４５を介して接続されている。

そして、冷媒配管４５は四方弁３５、室外熱交換器３２、膨張弁１４、室内熱交換器１３を通過する循環路を形成するように配設されている。このとき、空調制御ユニット４０の冷媒制御手段が、四方弁３５を切り替えることで、冷媒の循環方向を、圧縮機３３に出入りする冷媒の向きはそのままで、空気調和システム１０が冷房運転を行うときと暖房運転を行うときとで逆にすることが可能となっている。

また、室２の設定温度に応じて、室外ファン制御手段が、室外ファン３４の駆動を制御し、また、気流制御手段４１が、気流変更手段２０を制御する。

次いで、上記のように構成された空気調和システム１０の空調制御について図５のフローを参照しつつ説明する。
図５はこの発明の一実施の形態に係る空気調和システムの空調制御について説明するフロー図である。
なお、説明の便宜上、図５では、ステップ１０１〜ステップ１１２を、Ｓ１０１〜Ｓ１１２と記載する。
初期状態は、空気調和システム１０は、稼働されており、気流制御手段４１は、通常運転制御を行っているものとする。

ステップ１０１で、通常運転制御がなされている状態では、温度データ記憶手段４２は、所定時間が経過するごとに、温度センサ１５により取得される温度を、吸込み温度として記憶している。

ステップ１０２で、気流制御手段４１は、補正温度取得運転制御を開始する条件を満たしたか否かを判断する。
例えば、補正温度取得運転制御を開始する条件は、以下のようなものがある。
空気調和システム１０がオフィス等に設けられており、昼休み等、室２内の人がいなくなったりする時間や、室２の利用者が出社直後で、ドラフト感が許容される時間が有る場合、１日に１回、当該時間に補正温度取得運転制御が行われるようにしておく。この場合、昼休みや始業時間を予め空調制御ユニット４０を構成するＲＯＭ等に登録しておき、登録した時間になると、補正温度取得運転制御を開始する条件を満足したと気流制御手段４１に判断させてもよい。

なお、補正温度取得運転制御を開始する条件は、このものによらない。例えば、図示しない入出カードリーダ等で、室２の利用者の入退室を管理している場合には、室２の利用者がいなくなったり、所定数より少なくなったりしたときに、補正温度取得運転制御を開始するものとして気流制御手段４１に判断させてもよい。また、空調制御ユニット４０に補正温度取得運転制御の開始指令を入力可能なようにしておき、当該開始指令の入力をもって、補正温度取得運転制御を開始するものとして気流制御手段４１に判断させるようにしてもよい。

ステップ１０２で、気流制御手段４１は、補正温度取得運転制御を開始する条件を満足していないと判断すると、ステップ１０１に戻り、満足したと判断するとステップ１０３に進む。
ステップ１０３で、温度データ記憶手段４２は、温度センサ１５が取得する吸気口１２ａでの空気の最新の温度を、第１補正用吸込み温度Ｔ１として記憶する。

ステップ１０４で、温度データ記憶手段４２は、温度取得間隔時間が経過したか否かを判断する。温度取得間隔時間は、一義的に決定されるものではないが、例えば、補正温度取得運転制御に切り替えたことに起因して、吸気口１２ａでの空気の温度が変化している場合に、温度が変化していることを、温度センサ１５の出力から把握できる時間に設定される。

ステップ１０４で、温度データ記憶手段４２は、温度取得間隔時間が経過したと判断すると、温度センサ１５が取得する吸気口１２ａでの空気の最新の温度を、第２補正用吸込み温度Ｔ２として記憶する（ステップ１０５）。

ステップ１０６で、第１補正用吸込み温度Ｔ１から第２補正用吸込み温度Ｔ２を引いた値の絶対値が、補正温度演算閾値Ｔｔ以下になったか否か（｜Ｔ１−Ｔ２｜≦Ｔｔになったか否か）を判断する。
この判断比較は、室内機１１毎に、取得された第１補正用吸込み温度Ｔ１と第２補正用吸込み温度Ｔ２に基づいて行われる。
以上の判断は、通常運転制御から補正温度取得運転制御に切り替えた後の、室２内の温度の変化が収束し、室２内の温度が一様になったか否かを判断するのに相当する。
補正温度演算閾値Ｔｔは、温度センサ１５の分解能と同等レベルにするのが好ましく、ここでは、例えば、０．５℃である。

ステップ１０６で、気流制御手段４１は、｜Ｔ１−Ｔ２｜≦Ｔｔでないと判断すると、第１補正用吸込み温度Ｔ１の値を現在の第２補正用吸込み温度Ｔ２の値に置き換え（ステップ１０７）、ステップ１０５に戻る。

ステップ１０６で、気流制御手段４１は、｜Ｔ１−Ｔ２｜≦Ｔｔであると判断すると、温度データ記憶手段４２に、各室内機１１における現在の第１補正用吸込み温度Ｔ２を、補正演算用温度Ｔ３として記憶させる（ステップ１０８）。

ステップ１０９で、補正温度演算手段４３は、室内機１１毎に、前回の通常運転制御時における吸込み温度と補正演算用温度Ｔ３に基づいて、次回の通常運転制御を行う際の温度分布を補正するための温度補正値Ｔｃを各室内機１１毎に演算する。

通常運転制御時の吸込み温度と補正演算用温度Ｔ３とを比較することにより、具体的には、通常運転制御時の吸込み温度と補正演算用温度Ｔ３との温度差により、補正温度取得運転制御の前に行っていた通常運転制御での室２において、室２の利用者が利用する高さ範囲のスペースの温度を正確に把握することが可能となる。これに基づいて、補正温度演算手段４３は、例えば、室２の利用スペースの温度分布が、室２の利用者が快適となるように、通常運手制御時に設定されていた吸込み温度のターゲット値に対して、次に通常運転が行われる際の温度補正値Ｔｃを演算する。
例えば、温度補正値Ｔｃは、通常運転制御時の吸込み温度から補正演算用温度Ｔ３の差そのものでよい。

ステップ１１０で、補正温度演算手段４３は、現在設定されている吸込み温度のターゲット値と、温度補正値Ｔｃから、室２の利用者が利用する高さ範囲での室２のスペースの温度が最適となるように、目標とする吸込み温度のターゲット値を再設定する。
再設定したターゲット値を中心とする所定の温度範囲ΔＴｇを、吸気口１２ａでの吸込み温度の許容温度範囲として設定する。

ステップ１１１で、気流制御手段４１は、通常運転制御に制御モードを変え、空調制御ユニットを構成する各制御手段は、温度範囲ΔＴｇに、吸気口１２ａに吸込み温度が入るように空調制御を行う。

ステップ１１２で、空調制御ユニット４０は、空調運転停止指令が出されたか否かを判断する。
ステップ１１２で、空調制御ユニット４０は、空調運転停止指令が出されていないと判断すると、ステップ１０１に戻り、出されたと判断すると、空調制御を終了する。

この発明に係る空気調和システム１０は、各室内機１１の気流変更手段２０を制御して、室２内の温度を強制的に一様とする補正温度取得運転制御と、補正温度取得運転制御を解消して、各室内機１１から室２内に吹き出される気流の制御を行う通常運転制御を選択可能な気流制御手段４１と、通常運転制御時に温度センサ１５により取得される吸込み温度、及び補正温度取得運転制御時に温度センサ１５により取得される補正用吸込み温度のそれぞれを室内機１１毎に格納する温度データ記憶手段４２とを備えている。さらに、空気調和システム１０は、次に通常運転制御を行う際に、前回の通常運転制御において、室内機１１毎に設定されていた吸込み温度のターゲット値を補正するための温度補正値を、吸込み温度と補正用吸込み温度とを比較することにより室内機１１毎に演算し、温度補正値を反映させて、次に行う通常運転制御における吸込み温度のターゲット値を室内機１１毎に再設定する補正温度演算手段４３とを備えている。

以上のような構成を有する空気調和システム１０では、一時的に室２内の温度を一様化させたときに取得される補正用吸込み温度と、通常運転制御時における吸込み温度とを比較することにより、補正温度取得運転制御の前に行っていた通常運転制御での室２において、室２の利用者がいる高さ範囲のスペースの温度を正確に把握することが可能である。

このため、室２において、利用者が利用する高さ範囲のスペースの温度がより最適となるように、次に行う通常運転制御における吸込み温度のターゲット値を再設定して、空調制御を行うことが可能となる。
即ち、通常運転制御を行う時には、利用者がいる高さ範囲における室２のスペースの温度を快適化することに特化して空調制御を行い、大風量の気流が室２の利用者に直接吹きつけられるのを避けたりすることで、利用者にとって、より快適となる空調制御を実現することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、補正温度取得運転を行う場合、互いに隣接する室内機１１の吹き出し口から吹き出される気流の方向を互いに直交させるものとして説明したが、互いに隣接する室内機１１から吹き出される気流は、直交させるものに限定されない。互いに隣接する室内機１１のうち、一方の室内機１１から吹き出される気流と他方の室内機１１から吹き出される気流が互いに交差するものであれば上記効果が得られる。
即ち、一方の室内機１１から吹き出される気流が、天井３に対してある程度角度をなし、他方の室内機１１から吹き出される気流が高さ方向に対して多少ずれていても、効果が得られる。
但し、隣接する室内機１１から吹き出される気流を互いに直交させることで、室２の温度の一様とする効果が向上する。

また、上記実施の形態では、１日に１回、補正温度取得運転制御を行い、制御目標範囲を設定して空調制御を行うものとしたが、補正温度取得運転制御は、以下のことを鑑みて、例えば、１週間に１回など、適当な期間が経過するごとに行えばよい。

上述したように、空気調和システム１０は、補正温度取得運転制御を行い、吸気口１２ａから吸い込まれる空気のターゲット値を適宜再設定して、通常運転制御において、ターゲット値を含む所定範囲内に、温度センサ１５により取得される温度が入るように室２の空調制御を行うものである。
ここで、室内機１１毎に演算されるターゲット値を設定する際の温度補正値は、季節毎に変動する。以上のことを鑑み、気流制御手段４１による補正温度取得運転制御は、適当な間隔で定期的に行われるようにするのが好ましい。

２ 室、１２ａ 吸気口、１２ｂ 吹き出し口、１５ 温度センサ、２０ 気流変更手段、４１ 気流制御手段、４２ 温度データ記憶手段、４３ 補正温度演算手段。

Claims (2)

1. 室の天井に互いに離間して設けられ、上記室の空気を吸い込む吸気口、上記吸気口から吸込んだ空気を吐出する吹き出し口、上記吸気口から吸い込まれる空気の温度を取得する温度センサ、上記吹き出し口から吹き出される空気の方向及び風量を変更する気流変更手段をそれぞれ備える複数の室内機と、
   各上記室内機の上記気流変更手段を制御して、上記室内の温度を強制的に一様とする補正温度取得運転制御と、上記補正温度取得運転制御を解消して上記室内の空調制御を行う通常運転制御のいずれかの制御を選択可能な気流制御手段と、
   上記通常運転制御時に上記温度センサにより取得される吸込み温度、及び上記補正温度取得運転制御時に上記温度センサにより取得される補正用吸込み温度のそれぞれを上記室内機毎に格納する温度データ記憶手段と、
   次に上記通常運転制御を行う際に、前回の上記通常運転制御において上記室内機毎に設定されていた上記吸込み温度のターゲット値を補正するための温度補正値を、上記吸込み温度と上記補正用吸込み温度とを比較することにより、上記室内機毎に演算し、上記温度補正値を反映させて、次に行う上記通常運転制御における上記吸込み温度のターゲット値を上記室内機毎に再設定する補正温度演算手段と
   を備えることを特徴とする空気調和システム。
2. 上記気流制御手段は、上記補正温度取得運転制御を行う場合、互いに隣接する上記室内機の上記吹き出し口から吹き出される気流の方向を互いに直交させた状態で、上記吹き出し口から吹き出される風量が、上記室内の温度が一様となるように各上記室内機の上記気流変更手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。

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