JP6053201B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍装置に関する。
近年、建物の断熱性能が向上し、さらには換気流量制御などの導入によって建物の冷房負荷(暖房負荷)は減少する傾向にある。冷房能力(暖房能力)は夏(冬)のピーク時に合わせて選定されており、春や秋の中間期、朝夕等、外気負荷が小さい場合には、部分負荷での運転がメインになる。一般的にインバータで制御可能な運転領域は定格比で20−30%が下限と言われており、それ以下の運転領域になると圧縮機は停止してしまう。
その場合、保安面、機器の耐久面から、一旦高圧冷媒と低圧冷媒を均圧する必要があり、冷媒間での熱移動が発生する。それゆえ、頻繁にOn/Offを繰り返した場合(以下、発停運転という)には、定格性能(COP)や季節変動を考慮した性能(APF)には影響がないものの、実際の建物における性能(システム性能)が低下する可能性がある。
これに対して、例えば、特許文献1(特開2002−61925号公報)では、室外サーモオフの状態になる回数等に基づいて、冷房運転における蒸発温度の目標値や暖房運転における凝縮温度の目標値に補正を施すことによって、空調能力をできるだけ空調負荷に合わせるようにしている。
しかしながら、特許文献1に記載の空調能力の調節方法では、室外サーモオフの状態になる回数をある程度は少なくすることができるが、各室内の空調負荷が一致するような場合には、各室内ユニットが室内サーモオフの状態になるタイミングが同期しやすくなるため、このような場合にまで対応することはできない。
本発明の課題は、発停運転による性能低下を防止する冷凍装置を提供することにある。
本発明の第1観点に係る冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、複数の利用ユニットと、熱源ユニットと、制御部とを備えている。利用ユニットは、制御対象それぞれを加熱または冷却する。熱源ユニットは、圧縮機を搭載し、上記複数の利用ユニットと接続される。制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達するように利用ユニット及び熱源ユニットを制御する。また、制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達したとき、利用ユニットの状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、熱源ユニットを休止させることなく利用ユニット内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換える。さらに、制御部は、稼働している全ての利用ユニットがサーモオフ状態に切り換わったとき、熱源ユニットの圧縮機を停止して熱源ユニットを休止状態に切り換える。さらに、制御部は、熱源ユニットが休止状態になりそうな低能力状態のとき、複数の利用ユニットのうちのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える。さらに、制御部は、熱源ユニットが休止状態となった場合において再び圧縮機を運転するとき、サーモオン状態となった利用ユニットに加えて、残りのサーモオフ状態の利用ユニットのうち所定条件を満たす利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える。
この冷凍装置では、熱源ユニットが休止状態になりそうな低能力状態のときは、圧縮機の回転数がインバータによる回転制御可能域以下になっていると想定されるので、複数の利用ユニットのうちのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えて、圧縮機の回転数をインバータによる回転制御可能域に戻してやることによって、熱源ユニットが休止状態あるいは低能力状態になることを抑制することができる。
また、この冷凍装置では、熱源ユニットが頻繁にオン/オフの状態を繰り返す、いわゆる、発停運転になった場合、圧縮機の低能力運転と停止とが短い時間間隔で発生し性能が著しく低下していると推測される。それゆえ、圧縮機再起動の際に、サーモオフ状態の利用ユニットのうち適当な利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えることによって、圧縮機の回転数がインバータによる回転制御可能域に戻り、低能力運転を回避することができる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置は、第1観点に係る冷凍装置であって、設定温度には、制御部がサーモオフ状態の利用ユニットをサーモオン状態に切り換える判断を行うための閾値となる第1閾値と、制御部がサーモオン状態の利用ユニットをサーモオフ状態に切り換える判断を行うための閾値となる第2閾値とが設定されている。さらに、制御部が、サーモオフ状態の利用ユニット群のうち設定温度の許容範囲の閾値に近いものを優先して強制的にサーモオン状態に切り換える。
この冷凍装置では、無作為にサーモオフ状態の利用ユニットを選択するのではなく、設定温度の第1閾値に近いものを優先してサーモオン状態に切り換えるので、圧縮機をインバータによる回転制御可能域でより長く稼働させることができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置は、第1観点に係る冷凍装置であって、制御部が、サーモオン状態の利用ユニット群の合計容量が圧縮機の高効率運転に適した容量に達した後は、残りの利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える制御を行わない。
この冷凍装置では、強制的にサーモオン状態に切り換えて利用ユニットの稼働台数をむやみに増やすことを防止し、圧縮機特性に基づく理想の稼働台数からかけ離れることを防止することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、複数の利用ユニットと、熱源ユニットと、制御部とを備えている。利用ユニットは、制御対象それぞれを加熱または冷却する。熱源ユニットは、圧縮機を搭載し、上記複数の利用ユニットと接続される。制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達するように利用ユニット及び熱源ユニットを制御する。また、制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達したとき、利用ユニットの状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、熱源ユニットを休止させることなく利用ユニット内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換える。さらに、制御部は、稼働している全ての利用ユニットがサーモオフ状態に切り換わったとき、熱源ユニットの圧縮機を停止して熱源ユニットを休止状態に切り換える。さらに、制御部は、熱源ユニットが休止状態になりそうな低能力状態のとき、複数の利用ユニットのうちのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える。さらに、設定温度には、制御部がサーモオフ状態の利用ユニットをサーモオン状態に切り換える判断を行うための閾値となる第1閾値と、制御部がサーモオン状態の利用ユニットをサーモオフ状態に切り換える判断を行うための閾値となる第2閾値とが設定されている。さらに、制御部が、サーモオン状態の利用ユニット群をサーモオフ状態に切り換える状況に近づいたとき、サーモオフ状態の利用ユニット群のうち設定温度の第1閾値に近いものを強制的にサーモオン状態に切り換える。
この冷凍装置では、制御部が、サーモオン状態の利用ユニット群をサーモオフ状態に切り換える状況に近づいたとき、サーモオフ状態の利用ユニット群のうち設定温度の第1閾値に近いものを強制的にサーモオン状態に切り換えるので、インバータによる回転制御可能域以下になった圧縮機の回転数を、回転制御可能域に戻して圧縮機の稼働を継続させることができる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、複数の利用ユニットと、熱源ユニットと、制御部とを備えている。利用ユニットは、制御対象それぞれを加熱または冷却する。熱源ユニットは、圧縮機を搭載し、上記複数の利用ユニットと接続される。制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達するように利用ユニット及び熱源ユニットを制御する。また、制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達したとき、利用ユニットの状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、熱源ユニットを休止させることなく利用ユニット内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換える。さらに、制御部は、稼働している全ての利用ユニットがサーモオフ状態に切り換わったとき、熱源ユニットの圧縮機を停止して熱源ユニットを休止状態に切り換える。さらに、制御部は、熱源ユニットが休止状態になりそうな低能力状態のとき、複数の利用ユニットのうちのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える。さらに、制御部が、残りのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えた場合および切り換えない場合の電力消費量を予測し、残りのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える否かの判断を行う。
この冷凍装置では、強制的にサーモオン状態に切り換えて利用ユニットの稼働台数を増やしたからといって必ずしも圧縮機の効率が高まるものではない。それゆえ、サーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えるか否かを、消費電力量の観点から視た優位性に基づいて判断している。
本発明の第6観点に係る冷凍装置は、第5観点に係る冷凍装置であって、制御部が、電力消費量の予測を少なくとも圧縮機の運転周波数、及び/又は制御対象の温度と外気温度との差に基づいて行う。
この冷凍装置では、電力消費量の予測値を圧縮機の運転周波数、及び/又は制御対象の温度と外気温度との差に基づいて算出するので、予測精度が高まる。
本発明の第7観点に係る冷凍装置は、第5観点に係る冷凍装置であって、制御部が、制御対象に対して行った制御とその結果を制御履歴として保存し、所定期間内の制御履歴から制御対象の断熱性、及び内部負荷の推測値を算出し、電力消費量の予測を行う。
この冷凍装置では、据付条件や使用年数などによって空調負荷が変動することに鑑みて、所定期間内の制御履歴から制御対象の断熱性、及び内部負荷の推測値を算出し、電力消費量の予測を行うことができるので、予測精度が高く合理的である。
本発明の第8観点に係る冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、複数の利用ユニットと、熱源ユニットと、制御部とを備えている。利用ユニットは、制御対象それぞれを加熱または冷却する。熱源ユニットは、圧縮機を搭載し、上記複数の利用ユニットと接続される。制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達するように利用ユニット及び熱源ユニットを制御する。また、制御部は、制御対象の温度が設定温度の許容範囲内に到達したとき、利用ユニットの状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、熱源ユニットを休止させることなく利用ユニット内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換える。さらに、制御部は、稼働している全ての利用ユニットがサーモオフ状態に切り換わったとき、熱源ユニットの圧縮機を停止して熱源ユニットを休止状態に切り換える。さらに、制御部は、熱源ユニットが休止状態になりそうな低能力状態のとき、複数の利用ユニットのうちのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換える。さらに、利用ユニットそれぞれが、冷房運転時に利用ユニットに流れる冷媒を減圧する膨張弁を有している。制御部は、強制的にサーモオン状態に切り換えられた利用ユニットに対応する膨張弁の開度を、サーモオフ状態への切り換えを遅らせる方向へ調整する。
この冷凍装置では、負荷の大きい利用ユニットのサーモオフ状態へ切り換わるタイミングと同じタイミングで他の利用ユニットがサーモオフ状態へ切り換わるので、圧縮機は高効率な回転数で稼働することができる。
本発明の第1観点に係る冷凍装置では、複数の利用ユニットのうちのサーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えて、圧縮機の回転数をインバータによる回転制御可能域に戻してやることによって、熱源ユニットが休止状態あるいは低能力状態になることを抑制することができる。
また、圧縮機再起動の際に、サーモオフ状態の利用ユニットのうち適当な利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えることによって、圧縮機の回転数がインバータによる回転制御可能域に戻り、低能力運転を回避することができる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置では、設定温度の許容範囲の閾値に近いものを優先してサーモオン状態に切り換えるので、圧縮機をインバータによる回転制御可能域でより長く稼働させることができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置では、強制的に室内サーモオン状態に切り換えて室内ユニットの稼働台数をむやみに増やすことを防止し、圧縮機特性に基づく理想の稼働台数からかけ離れることを防止することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置では、圧縮機をインバータによる回転制御可能域以下になった圧縮機の回転数を、回転制御可能域に戻して圧縮機の稼働を継続させることができる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置では、サーモオフ状態の利用ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えるか否かを、消費電力量の観点から視た優位性に基づいて判断しており、合理的である。
本発明の第6観点に係る冷凍装置では、電力消費量の予測値を圧縮機の運転周波数、及び/又は制御対象の温度と外気温度との差に基づいて算出するので、予測精度が高まる。
本発明の第7観点に係る冷凍装置では、据付条件や使用年数などによって空調負荷が変動することに鑑みて、所定期間内の制御履歴から制御対象の断熱性、及び内部負荷の推測値を算出し、電力消費量の予測を行うことができるので、予測精度が高く合理的である。
本発明の第8観点に係る冷凍装置では、負荷の大きい利用ユニットのサーモオフ状態へ切り換わるタイミングと同じタイミングで他の利用ユニットがサーモオフ状態へ切り換わるので、圧縮機は高効率な回転数で稼働することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
(1)空気調和装置1の基本構成
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の斜視図である。また、図2は、その空気調和装置1の概略構成図である。図1及び図2において、空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の空調に使用される装置である。空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、複数台(本実施形態では、3台)の室内ユニット4a、4b、4cとが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット2と複数の室内ユニット4a、4b、4cとは、液冷媒連絡管6及びガス冷媒連絡管7を介して接続されている。すなわち、空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、複数の室内ユニット4a、4b、4cとが冷媒連絡管6、7を介して接続されることによって構成されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の斜視図である。また、図2は、その空気調和装置1の概略構成図である。図1及び図2において、空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の空調に使用される装置である。空気調和装置1は、主として、室外ユニット2と、複数台(本実施形態では、3台)の室内ユニット4a、4b、4cとが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット2と複数の室内ユニット4a、4b、4cとは、液冷媒連絡管6及びガス冷媒連絡管7を介して接続されている。すなわち、空気調和装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、室外ユニット2と、複数の室内ユニット4a、4b、4cとが冷媒連絡管6、7を介して接続されることによって構成されている。
(2)詳細構成
(2−1)室内ユニット4a,4b,4c
室内ユニット4a、4b、4cは、屋内に設置されている。室内ユニット4a、4b、4cは、冷媒連絡管6、7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
(2−1)室内ユニット4a,4b,4c
室内ユニット4a、4b、4cは、屋内に設置されている。室内ユニット4a、4b、4cは、冷媒連絡管6、7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
室内ユニット4b及び室内ユニット4cは、室内ユニット4aと同様の構成を有するため、ここでは、室内ユニット4aの構成のみ説明し、室内ユニット4b、4cの構成については、それぞれ、室内ユニット4aの各部を示す添字aの代わりに添字b又は添字cを付して、各部の説明を省略する。
室内ユニット4aは、主として、冷媒回路10の一部を構成する室内側冷媒回路10aを有している。室内側冷媒回路10aは、室内膨張弁41aと、室内熱交換器42aとを有している。
(2−1−1)室内膨張弁41a,41b,41c
室内膨張弁41aは、室内熱交換器42aの液側に接続された電動膨張弁である。室内膨張弁41aは、室内側冷媒回路10aを流れる冷媒を減圧して冷媒の流量を調節する。
室内膨張弁41aは、室内熱交換器42aの液側に接続された電動膨張弁である。室内膨張弁41aは、室内側冷媒回路10aを流れる冷媒を減圧して冷媒の流量を調節する。
(2−1−2)室内熱交換器42a,42b,42c
室内熱交換器42aは、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42aでは、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器42aは、暖房運転時には冷媒の凝縮器として、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。
室内熱交換器42aは、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42aでは、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器42aは、暖房運転時には冷媒の凝縮器として、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。
(2−1−3)室内ファン43a,43b,43c
室内ファン43aは、室内熱交換器42aに室内空気を送るため室内熱交換器42aの近傍に配置されている。室内ファン43aは、室内ファンモータ44aによって駆動される。
室内ファン43aは、室内熱交換器42aに室内空気を送るため室内熱交換器42aの近傍に配置されている。室内ファン43aは、室内ファンモータ44aによって駆動される。
(2−1−4)各種センサ
室内ユニット4aには、各種のセンサが設けられている。液側温度センサ45aは、室内熱交換器42aの液側に設けられ、液状態又は気液二相状態の冷媒温度を検出する。
室内ユニット4aには、各種のセンサが設けられている。液側温度センサ45aは、室内熱交換器42aの液側に設けられ、液状態又は気液二相状態の冷媒温度を検出する。
ガス側温度センサ46aは、室内熱交換器42aのガス側に設けられ、ガス状態の冷媒温度を検出する。
室内温度センサ47aは、室内ユニット4aの室内空気の吸入口側に設けられ、室内ユニット4における室内温度を検出する。
(2−1−5)室内側制御部48a,48b,48c
室内側制御部48aは、室内ユニット4aを構成する各部の動作を制御する。室内側制御部48aは、CPUおよびメモリを有しており、室内ユニット4aを個別に操作するためのリモートコントローラ49aとの間で制御信号等のやりとり、及び室外ユニット2との間で制御信号のやりとりを行う。リモートコントローラ49aは、ユーザーが空調運転に関する各種設定や運転/停止指令を行う。
室内側制御部48aは、室内ユニット4aを構成する各部の動作を制御する。室内側制御部48aは、CPUおよびメモリを有しており、室内ユニット4aを個別に操作するためのリモートコントローラ49aとの間で制御信号等のやりとり、及び室外ユニット2との間で制御信号のやりとりを行う。リモートコントローラ49aは、ユーザーが空調運転に関する各種設定や運転/停止指令を行う。
(2−2)室外ユニット2
室外ユニット2は、屋外に設置される。室外ユニット2は、冷媒連絡管6、7を介して室内ユニット4a、4b、4cに接続され、冷媒回路10の一部である室外側冷媒回路10dを構成している。室外側冷媒回路10dは、圧縮機21と、四路切換弁22と、室外熱交換器23と、アキュムレータ24と、室外膨張弁25と、液側閉鎖弁26と、ガス側閉鎖弁27とを有している。
室外ユニット2は、屋外に設置される。室外ユニット2は、冷媒連絡管6、7を介して室内ユニット4a、4b、4cに接続され、冷媒回路10の一部である室外側冷媒回路10dを構成している。室外側冷媒回路10dは、圧縮機21と、四路切換弁22と、室外熱交換器23と、アキュムレータ24と、室外膨張弁25と、液側閉鎖弁26と、ガス側閉鎖弁27とを有している。
(2−2−1)圧縮機21
圧縮機21は、図示しないインバータ装置を介して電力が供給されるようになっており、インバータ装置の出力周波数(すなわち、回転数)を変化させることによって、運転容量を可変することが可能になっている。
圧縮機21は、図示しないインバータ装置を介して電力が供給されるようになっており、インバータ装置の出力周波数(すなわち、回転数)を変化させることによって、運転容量を可変することが可能になっている。
(2−2−2)四路切換弁22
四路切換弁22は、冷媒の流れの方向を切り換える。四路切換弁22は、冷房運転時に、圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側とガス冷媒連絡管7とを接続し(図1の四路切換弁22の実線を参照)、室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として、且つ、室内熱交換器42a、42b、42cを冷媒の蒸発器として機能させる。
四路切換弁22は、冷媒の流れの方向を切り換える。四路切換弁22は、冷房運転時に、圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23のガス側とを接続するとともに圧縮機21の吸入側とガス冷媒連絡管7とを接続し(図1の四路切換弁22の実線を参照)、室外熱交換器23を冷媒の凝縮器として、且つ、室内熱交換器42a、42b、42cを冷媒の蒸発器として機能させる。
また、四路切換弁22は、暖房運転時に、圧縮機21の吐出側とガス冷媒連絡管7とを接続するとともに圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23のガス側とを接続し(図1の四路切換弁22の破線を参照)、室内熱交換器42a、42b、42cを冷媒の凝縮器として、且つ、室外熱交換器23を冷媒の蒸発器として機能させる。
(2−2−3)室外熱交換器23
室外熱交換器23は、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。室外熱交換器23では、冷媒と室外空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器23は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。
室外熱交換器23は、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。室外熱交換器23では、冷媒と室外空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器23は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。
(2−2−4)室外ファン28
室外ファン28は、室外熱交換器23に室外空気を送るため、室外熱交換器23の近傍に設けられている。室外ファン28は、室外ファンモータ28aによって回転駆動される。
室外ファン28は、室外熱交換器23に室外空気を送るため、室外熱交換器23の近傍に設けられている。室外ファン28は、室外ファンモータ28aによって回転駆動される。
(2−2−5)アキュムレータ24
アキュムレータ24は、四路切換弁22と圧縮機21の吸入側との間に接続された密閉容器である。
アキュムレータ24は、四路切換弁22と圧縮機21の吸入側との間に接続された密閉容器である。
(2−2−6)室外膨張弁25
室外膨張弁25は、室外熱交換器23の液側に接続された電動膨張弁である。室外膨張弁25は、室外側冷媒回路10dを流れる冷媒を減圧する。
室外膨張弁25は、室外熱交換器23の液側に接続された電動膨張弁である。室外膨張弁25は、室外側冷媒回路10dを流れる冷媒を減圧する。
(2−2−7)液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27
液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27は、外部の機器・配管(具体的には、液冷媒連絡管6及びガス冷媒連絡管7)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁26は、室外膨張弁25に接続されている。ガス側閉鎖弁27は、四路切換弁22に接続されている。
液側閉鎖弁26及びガス側閉鎖弁27は、外部の機器・配管(具体的には、液冷媒連絡管6及びガス冷媒連絡管7)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁26は、室外膨張弁25に接続されている。ガス側閉鎖弁27は、四路切換弁22に接続されている。
(2−2−7)各種センサ
室外ユニット2には、各種のセンサが設けられている。吸入圧力センサ29は、圧縮機21の吸入圧力Psを検出する。吐出圧力センサ30は、圧縮機21の吐出圧力Pdを検出する。
室外ユニット2には、各種のセンサが設けられている。吸入圧力センサ29は、圧縮機21の吸入圧力Psを検出する。吐出圧力センサ30は、圧縮機21の吐出圧力Pdを検出する。
吸入温度センサ31は、圧縮機21の吸入温度を検出する。吐出温度センサ32は、圧縮機21の吐出温度を検出する。吸入温度センサ31は、アキュムレータ24の入口側に設けられている。液側温度センサ33は、室外熱交換器23の液側に設けられ、液状態又は気液二相状態の冷媒の温度を検出する。外気温度センサ34は、室外ユニット2の室外空気の吸入口側に設けられ、室外ユニット2における外気温度を検出する。
(2−2−8)室外側制御部35
室外側制御部35は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する。室外側制御部35は、CPU、メモリ、及び圧縮機21を制御するインバータ回路を有しており、室内ユニット4a、4b、4cの室内側制御部48a、48b、48cとの間で制御信号等のやりとりを行うことができる。
室外側制御部35は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する。室外側制御部35は、CPU、メモリ、及び圧縮機21を制御するインバータ回路を有しており、室内ユニット4a、4b、4cの室内側制御部48a、48b、48cとの間で制御信号等のやりとりを行うことができる。
(2−3)制御部8
図2は、空気調和装置1の制御ブロック図である。先ず、図1に記載の制御部8は、リモートコントローラ49a、49b、49cと、室内側制御部48a、48b、48cと、室外側制御部35を含めた総称である。
図2は、空気調和装置1の制御ブロック図である。先ず、図1に記載の制御部8は、リモートコントローラ49a、49b、49cと、室内側制御部48a、48b、48cと、室外側制御部35を含めた総称である。
図2において、制御部8は、各種センサ29〜34、45a〜45c、46a〜46c、47a〜47cの検出信号を受ける。また、制御部8は、これらの検出信号等に基づいて各種機器21a、22、25、28a、41a〜41c、44a〜44cを制御し、空調運転(冷房運転及び暖房運転)を行う。
(3)空気調和装置の基本動作
空気調和装置1の冷房運転及び暖房運転の基本動作について説明する。
空気調和装置1の冷房運転及び暖房運転の基本動作について説明する。
(3−1)冷房運転
リモートコントローラ49a、49b、49cから冷房運転の指令がなされると、四路切換弁22が冷房運転状態(図1の四路切換弁22の実線で示された状態)に切り換えられて、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43a、43b、43cが起動する。
リモートコントローラ49a、49b、49cから冷房運転の指令がなされると、四路切換弁22が冷房運転状態(図1の四路切換弁22の実線で示された状態)に切り換えられて、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43a、43b、43cが起動する。
冷媒回路10内の低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁22を経由して室外熱交換器23に送られる。
室外熱交換器23に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器23において、室外ファン28から供給される室外空気と熱交換を行って冷却され凝縮し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室外膨張弁25、液側閉鎖弁26及び液冷媒連絡管6を経由して、室外ユニット2から室内ユニット4a、4b、4cに送られる。
室内ユニット4a、4b、4cにおいて、高圧の液冷媒は、室内膨張弁41a、41b、41cによって減圧され、低圧の気液二相状態の冷媒となる。この低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器42a、42b、42cに送られる。室内熱交換器42a、42b、42cにおいて、低圧の気液二相状態の冷媒は、室内ファン43a、43b、43cから供給される室内空気と熱交換を行って加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管7を経由して、室内ユニット4a、4b、4cから室外ユニット2に送られる。
室外ユニット2に送られた低圧のガス冷媒は、ガス側閉鎖弁27及び四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に送られる。そして、アキュムレータ24に送られた低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。
(3−2)暖房運転
リモートコントローラ49a、49b、49cから暖房運転の指令がなされると、四路切換弁22が暖房運転状態(図1の四路切換弁22の破線で示された状態)に切り換えられ、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43a、43b、43cが起動する。
リモートコントローラ49a、49b、49cから暖房運転の指令がなされると、四路切換弁22が暖房運転状態(図1の四路切換弁22の破線で示された状態)に切り換えられ、圧縮機21、室外ファン28及び室内ファン43a、43b、43cが起動する。
冷媒回路10内の低圧のガス冷媒は、圧縮機21に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁22、ガス側閉鎖弁27及びガス冷媒連絡管7を経由して、室外ユニット2から室内ユニット4a、4b、4cに送られる。
室内ユニット4a、4b、4cにおいて、高圧のガス冷媒は、室内熱交換器42a、42b、42cに送られる。室内熱交換器42a、42b、42cにおいて、高圧のガス冷媒は、室内ファン43a、43b、43cから供給される室内空気と熱交換を行って冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となり、室外ユニット2に送られる。
室外ユニット2において、冷媒は、液側閉鎖弁26を経由して、室外膨張弁25に送られ、室外膨張弁25によって減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒となる。この低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器23に送られる。室外熱交換器23において、低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン28から供給される室外空気と熱交換を行って加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、四路切換弁22を経由して、アキュムレータ24に送られる。そして、アキュムレータ24に送られた低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機21に吸入される。
(4)空気調和装置による室内温度制御
室内温度制御は、各室内ユニット4a、4b、4cの設定温度Tras、Trbs、Trcsに対して許容範囲(例えば、±1℃)を設定し、室内サーモオフ、室内サーモオン、室外サーモオフ、及び、室外サーモオンを行う。
室内温度制御は、各室内ユニット4a、4b、4cの設定温度Tras、Trbs、Trcsに対して許容範囲(例えば、±1℃)を設定し、室内サーモオフ、室内サーモオン、室外サーモオフ、及び、室外サーモオンを行う。
ここで、室内サーモオフとは、室内ユニットが設定温度の許容範囲内において空調運転を行っているとき、室内温度が設定温度の許容範囲から外れた場合に、室内ユニットが空調運転を休止することである。
また、室内サーモオンとは、室内サーモオフの状態の室内ユニットが、室内温度が設定温度の許容範囲から外れた場合に、対応する室内ユニットの空調運転を再開することである。
室外サーモオフとは、空調運転を行っているすべての室内ユニットが室内サーモオフの状態になった場合に、圧縮機21を停止することである。
室外サーモオンとは、室外サーモオフの状態において少なくとも1つの室内ユニットが室内サーモオンの状態になった場合に、圧縮機21を再起動することである。
なお、各室内ユニット4a、4b、4cにおける設定温度の許容範囲の上閾値Trax、Trbx、Trcxは、各設定温度Tras、Trbs、Trcsに上限幅ΔTax、ΔTbx、ΔTcxを加算した値とする。また、各室内ユニット4a、4b、4cにおける設定温度の許容範囲の下閾値Tran、Trbn、Trcnは、各設定温度Tras、Trbs、Trcsから下限幅ΔTan、ΔTbn、ΔTcnを差し引いた値とする。
(4−1)冷房運転時の場合
例えば、室内ユニット4aが冷房運転を行っているとき、室内温度Traが下閾値Tranまで低下した場合、制御部8は、室内膨張弁41aを閉止して、室内熱交換器42aに冷媒が流れないようにする。これにより、室内ユニット4aは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われない室内サーモオフの状態となる。
例えば、室内ユニット4aが冷房運転を行っているとき、室内温度Traが下閾値Tranまで低下した場合、制御部8は、室内膨張弁41aを閉止して、室内熱交換器42aに冷媒が流れないようにする。これにより、室内ユニット4aは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われない室内サーモオフの状態となる。
次に、室内ユニット4aが室内サーモオフの状態になると、室内温度Traが上閾値Traxまで上昇した場合、制御部8は、室内膨張弁41aを開けて、室内熱交換器42aに冷媒が流れるようにする。これにより、室内ユニット4aは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われる室内サーモオンの状態となる。
また、室内ユニット4a、4b、4cが冷房運転を行っているとき、すべての室内ユニット4a、4b、4cが室内サーモオフの状態になった場合、制御部8は、圧縮機21を停止して、冷媒回路10内の冷媒の流れを止める。これにより、空気調和装置1は、冷房運転の運転指令はなされているものの、実質的には、冷房運転がすべて停止された室外サーモオフ状態となる。
次に、室外サーモオフの状態において、室内ユニット4aが室内サーモオンの状態になった場合、制御部8は、室内ユニット4aの室内膨張弁41aを開け、かつ、圧縮機21を起動して、冷媒回路10内、及び、室内熱交換器42aに冷媒が流れるようにする。これにより、空気調和装置1は、室外サーモオンの状態となり、室内ユニット4aは、室内サーモオンの状態となる。
(4−2)暖房運転時の場合
例えば、室内ユニット4aが暖房運転を行っているとき、室内温度Traが上閾値Traxまで上昇した場合、制御部8は、室内膨張弁41aを閉止して、室内熱交換器42aに冷媒が流れないようにする。これにより、室内ユニット4aは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われない室内サーモオフの状態となる。
例えば、室内ユニット4aが暖房運転を行っているとき、室内温度Traが上閾値Traxまで上昇した場合、制御部8は、室内膨張弁41aを閉止して、室内熱交換器42aに冷媒が流れないようにする。これにより、室内ユニット4aは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われない室内サーモオフの状態となる。
次に、室内ユニット4aが室内サーモオフの状態とすると、室内温度Traが下閾値Tranまで低下した場合、制御部8は、室内膨張弁41aを開けて、室内熱交換器42aに冷媒が流れるようにする。これにより、室内ユニット4aは、冷媒と室内空気との間の熱交換が行われる室内サーモオンの状態となる。
また、室内ユニット4a、4b、4cが暖房運転を行っているとき、すべての室内ユニット4a、4b、4cが室内サーモオフの状態になった場合、制御部8は、圧縮機21を停止して、冷媒回路10内の冷媒の流れを止める。これにより、空気調和装置1は、暖房運転の運転指令はなされているものの、実質的には、暖房運転がすべて停止された室外サーモオフ状態となる。
次に、室外サーモオフの状態において、室内ユニット4aが室内サーモオンの状態になった場合、制御部8は、室内ユニット4aの室内膨張弁41aを開け、かつ、圧縮機21を起動して、冷媒回路10内、及び、室内熱交換器42aに冷媒が流れるようにする。これにより、空気調和装置1は、室外サーモオンの状態となり、室内ユニット4aは、室内サーモオンの状態となる。
(5)発停運転を回避する制御
上記のような室内温度制御によって、各室内ユニット4a、4b、4cにおける室内温度Tra、Trb、Trcが、各室内ユニット4a、4b、4cにおける室内温度の設定温度Tras、Trbs、Trcsになるように、空調負荷に応じて冷房能力または暖房能力が適切に制御される。
上記のような室内温度制御によって、各室内ユニット4a、4b、4cにおける室内温度Tra、Trb、Trcが、各室内ユニット4a、4b、4cにおける室内温度の設定温度Tras、Trbs、Trcsになるように、空調負荷に応じて冷房能力または暖房能力が適切に制御される。
(5−1)低負荷時の問題点
しかし、空調負荷が小さくなると、能力過多になりやすく、室外サーモオフになる回数が多くなる。特に、春や秋の中間期、朝夕等、外気負荷が小さい場合には、室外サーモオフと室外サーモオフとが頻繁に繰り返され、いわゆる発停運転となり、実際の建物における性能が著しく低下させるおそれがある。以下、図面を用いて説明する。
しかし、空調負荷が小さくなると、能力過多になりやすく、室外サーモオフになる回数が多くなる。特に、春や秋の中間期、朝夕等、外気負荷が小さい場合には、室外サーモオフと室外サーモオフとが頻繁に繰り返され、いわゆる発停運転となり、実際の建物における性能が著しく低下させるおそれがある。以下、図面を用いて説明する。
図4は、冷房運転において通常制御および発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
図4において、前提条件として、部屋Aに室内ユニット4a、部屋Bに室内ユニット4b、部屋Cに室内ユニット4cが据え付けられている。部屋A,B,Cの定温度Tras、Trbs、Trcsは全て24℃であり、許容範囲は±1℃である。したがって、上閾値Trax、Trbx、Trcxは25℃、下閾値Tran、Trbn、Trcnは23℃である。
図4の上段は、通常制御を行っているときの室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。図示のとおり、ある時点から5分後に部屋Aの室内ユニット4aが室内サーモオン状態になっても、部屋B,Cの室内ユニット4b,4cが室内サーモオフ状態であるので、空調負荷が小さく、圧縮機21は低能力運転を行い、その5分後(累計10分後)には、室内ユニット4aが再び室内サーモオフ状態になる。
このとき、部屋A,B,Cの室内温度が全て設定温度の許容範囲内になり、室内ユニット4a,4b,4c全てが室内サーモオフ状態となり、圧縮機21は停止して室外サーモオフ状態となる。
その後、部屋Bの室内ユニット4bが室内サーモオン状態になるので、圧縮機21は再起動し、室外サーモオン状態となる。このように、圧縮機の低能力運転と停止とが短い時間間隔で発生するので、性能が著しく低下していると推測される。
(5−2)発停運転回避制御の概要
そこで、空気調和装置1では、制御部8が、発停運転を回避する制御(以下、発停運転回避制御という)を行い、性能低下を防止している。
そこで、空気調和装置1では、制御部8が、発停運転を回避する制御(以下、発停運転回避制御という)を行い、性能低下を防止している。
図4の下段は、発停運転回避制御を行っているときの室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。ここでは、部屋Aが空調運転の主となり、部屋B,Cは従属する関係となる。
ある時点から5分後に部屋Aの室内ユニット4aが室内サーモオン状態になったとき、部屋B,Cの室内ユニット4b,4cは本来なら室内サーモオフ状態である。しかし、圧縮機21の低能力運転を回避するため、室内ユニット4b,4cも強制的に室内サーモオン状態に切り換える。これによって、圧縮機21の回転数がインバータによる回転制御可能域に戻るので、低能力運転を回避することができる。
(5−3)発停運転回避制御の制御フロー
以下、図5A及び図5Bに示す「発停運転防止制御のフローチャート」に沿って、空気調和装置1の発停運転回避制御時の動作を説明する。
以下、図5A及び図5Bに示す「発停運転防止制御のフローチャート」に沿って、空気調和装置1の発停運転回避制御時の動作を説明する。
まず、制御部8は、ステップS1において、圧縮機21の稼働を伴う空調運転が行われているかどうかを判定し、その空調運転が行われているときはステップS2へ進み、その空調運転が行われていないときは、引き続き、圧縮機21の稼働を伴う空調運転が行われているか否かを監視する。
次に、制御部8は、ステップS2において、室外ユニット2が発停運転になりそうな状態であるか否かを判定し、発停運転になりそうな状態であると判定したときはステップS3に進み、発停運転になりそうな状態にないと判定したときは、引き続き、室外ユニット2が発停運転になりそうな状態であるか否かを監視する。
ここで、発停運転になりそうな状態とは、圧縮機21の回転数が定格比20%に到達した状態である。具体的な状況で言うならば、例えば、全室内ユニットが室内サーモオフ状態であるときに、一台の室内ユニットが室内サーモオン状態になり、室外ユニット2が室外サーモオフ状態からオン状態に変化したときが想定される。
または、室外ユニット2が室外サーモオン状態であるが、一定時間後に全ての室内ユニットが室内サーモオフ状態になりそうなとき、或いは、室内ユニットの運転設定が変化し、1台の室内ユニットだけが室内サーモオン状態のときが想定される。
次に、制御部8は、ステップS3において、室内サーモオフ状態の室内ユニットを検出する。通常、室外ユニット2が発停運転になりそうなときは、1つ以上の室内ユニットが室内サーモオフ状態であるので、かならず検出される。
次に、制御部8は、ステップS4において、室内サーモオフ状態の室内ユニットを室内サーモオン状態に切り換える。
次に、制御部8は、ステップS5において、再び、室外ユニット2が発停運転になりそうな状態であるか否かを判定し、発停運転になりそうな状態であると判定したときはステップS6に進み、発停運転になりそうな状態にないと判定したとき、引き続き、室外ユニット2が発停運転になりそうな状態であるか否かを監視する。
次に、制御部8は、ステップS6において、発停運転時の消費電力予測値Qsおよび連続運転時の消費電力予測値Qcを算出する。制御部8は、電力消費量予測値Qsおよび消費電力予測値Qcを少なくとも圧縮機21の回転数、及び/又は室内温度と外気温度との差に基づいて算出する。
次に、制御部8は、ステップS7において、発停運転時の消費電力予測値Qs>連続運転時の消費電力予測値Qcであるか否かを判定し、Qs>QcのときはステップS3に戻り、Qs≦QcのときはステップS8へ進む。
次に、制御部8は、ステップS8において、圧縮機21が停止した後、再起動しているか否かを判定し、圧縮機21が再起動していると判定したときはステップS9に進む、圧縮機21が再起動していないと判定したときは、引き続き、圧縮機21が再起動しているか否かを監視する。
次に、制御部8は、ステップS9において、室内サーモオフ状態の室内ユニットを検出する。
次に、制御部8は、ステップS10において、検出された室内サーモオフ状態の室内ユニットの中から、設定温度の許容範囲の上閾値に近いものを優先して強制的に室内サーモオン状態に切り換える。
次に、制御部8は、ステップS11において、サーモオン状態の室内ユニット群の合計容量Crを算出する。
次に、制御部8は、ステップS12において、圧縮機21の高効率運転に適した容量Ccを算出する。
次に、制御部8は、ステップS13において、サーモオン状態の利用ユニット群の合計容量Crが圧縮機21の高効率運転に適した容量Ccに達しているか(Cr≧Ccとなっているか)否かを判定し、Cr≧Ccとなっていると判定したときは制御を終了し、Cr≧Ccとなっていないと判定したときはステップS9に戻る。
このステップS13では、強制的に室内サーモオン状態に切り換えた室内ユニットの稼働台数が圧縮機特性に基づく理想の稼働台数からみてかけ離れているか否かの判定をしている。
(6)変形例
(6−1)変形例1
図6は、冷房運転において通常制御、発停運転回避制御、及び変形例1に係る発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
(6−1)変形例1
図6は、冷房運転において通常制御、発停運転回避制御、及び変形例1に係る発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
図6の上段が通常制御、中段が上記実施形態に係る発停運転回避制御、下段が変形例1に係る発停運転回避制御についての室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
上記実施形態のパターンでは、室内ユニット4a,4b,4cが室内サーモオフ状態となるタイミングがずれていたが、変形例1のパターンでは、制御部8が室内ユニット4b,4cの室内サーモオフ状態への切り換えが遅れるように室内膨張弁41b,41cの開度を調整することによって、室内ユニット4aが室内サーモオフ状態へ切り換わるタイミングと同じタイミングで室内ユニット4b,4cが室内サーモオフ状態へ切り換わる。したがって、圧縮機21が常に高効率な回転数で稼働することができる。
(6−2)変形例2
図7は、冷房運転において通常制御、発停運転回避制御、及び変形例2に係る発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
図7は、冷房運転において通常制御、発停運転回避制御、及び変形例2に係る発停運転回避制御それぞれについて、室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
図7の上段が通常制御、中段が上記実施形態に係る発停運転回避制御、下段が変形例2に係る発停運転回避制御についての室内サーモオン/オフの状態の経時変化を示す図である。
変形例2のパターンでは、部屋Aが最も空調負荷の大きい部屋とし、室内ユニット4b,4cの室内サーモオン/オフの状態の切換を室内ユニット4aの室内サーモオン/オフの状態に強制的に追従させている。
図7の下段に示すように、室内ユニット4aがいち早く室内サーモオン状態になり、部屋B,Cの室温が設定温度24℃よりも0.3〜0.5度低い程度であっても室内ユニット4b,4cを強制的に室内サーモオン状態へ切り換える。その結果、部屋B,Cの室内温度は、設定温度の許容範囲よりも狭い範囲で制御されることになる。
(6−3)第3変形例
一般に、据付条件や使用年数などによって空調負荷は変動するので、それに鑑みて、所定期間の所定データのモニタリングを行い、その結果に基づいて、システムの最適運転ポイントおよび最適運転のアルゴリズムを構築してもよい。
一般に、据付条件や使用年数などによって空調負荷は変動するので、それに鑑みて、所定期間の所定データのモニタリングを行い、その結果に基づいて、システムの最適運転ポイントおよび最適運転のアルゴリズムを構築してもよい。
ここで、所定データとは、空調運転データ、気象データ、および建物データである。また、空調運転データには、少なくとも室外ユニット2および室内ユニット4a,4b,4cの運転状態、空調負荷、消費電力が含まれる。
気象データには、少なくとも外気温、湿度、気象予報データが含まれる。建物特性データには、少なくとも断熱性能、建物稼働日などの運用データ、冷媒系統データ、冷媒配管長さが含まれる。上記のデータから、従来方式の制御を継続した場合の空調運転状態、空調負荷、消費電力を予測する(以下、従来制御の予測ロジックという)。
それと同時に、発停運転回避制御を実行した場合の空調運転状態、空調負荷、消費電力を予測する(発停運転回避制御の予測ロジックという)。
なお、予測に先立ち、室内ユニットの稼働台数が多い場合は、圧縮機特性を基に稼働台数を絞る。また、複数の冷媒系統が1つの部屋に存在する場合には、どちらの冷媒系統を稼働させる方が好ましいのか判断する。それらに基づいて、運転させる室内ユニットの室内サーモオン状態の時間を均一にし、圧縮機21を高効率で稼働させ続けるための、室内膨張弁41a,41b,41cの制御方式、室内ファン43a,43b,43cの制御方方式を構築する。
そして、従来制御の予測ロジックと発停運転回避制御の予測ロジックとから、省エネ効果を比較し、発停運転回避制御を実行するか否かを判定する。
この場合、既設の制御部8では記憶容量不足なるおそれがあるので、外付けコントローラを室外ユニット2に接続して制御することも可能である。
(7)特徴
(7−1)
空気調和装置1では、室外ユニット2が休止状態になりそうな低能力状態のときは、圧縮機21の回転数がインバータによる回転制御可能域以下になっていると想定されるので、複数の室内ユニット4a,4b,4cのうちの室内サーモオフ状態の室内ユニットを強制的に室内サーモオン状態に切り換えて、圧縮機21の回転数をインバータによる回転制御可能域に戻してやることによって、室外ユニット2が休止状態あるいは低能力状態になることを抑制することができる。
(7−1)
空気調和装置1では、室外ユニット2が休止状態になりそうな低能力状態のときは、圧縮機21の回転数がインバータによる回転制御可能域以下になっていると想定されるので、複数の室内ユニット4a,4b,4cのうちの室内サーモオフ状態の室内ユニットを強制的に室内サーモオン状態に切り換えて、圧縮機21の回転数をインバータによる回転制御可能域に戻してやることによって、室外ユニット2が休止状態あるいは低能力状態になることを抑制することができる。
(7−2)
空気調和装置1では、頻繁に室外サーモオン/オフの状態を繰り返す、いわゆる、発停運転になった場合、圧縮機21の低能力運転と停止とが短時間間隔で発生し性能が著しく低下していると推測されるので、圧縮機21の再起動の際に、室内サーモオフ状態の室内ユニット4a,4b,4cのうち適当な室内ユニットを強制的に室内サーモオン状態に切り換えることによって、圧縮機21の回転数がインバータによる回転制御可能域に戻り、低能力運転を回避することができる。
空気調和装置1では、頻繁に室外サーモオン/オフの状態を繰り返す、いわゆる、発停運転になった場合、圧縮機21の低能力運転と停止とが短時間間隔で発生し性能が著しく低下していると推測されるので、圧縮機21の再起動の際に、室内サーモオフ状態の室内ユニット4a,4b,4cのうち適当な室内ユニットを強制的に室内サーモオン状態に切り換えることによって、圧縮機21の回転数がインバータによる回転制御可能域に戻り、低能力運転を回避することができる。
(7−3)
空気調和装置1では、無作為に室内サーモオフ状態の室内ユニット4a,4b,4cを選択するのではなく、設定温度の許容範囲の閾値に近いものを優先して室内サーモオン状態に切り換えるので、圧縮機21をインバータによる回転制御可能域でより長く稼働することができる。
空気調和装置1では、無作為に室内サーモオフ状態の室内ユニット4a,4b,4cを選択するのではなく、設定温度の許容範囲の閾値に近いものを優先して室内サーモオン状態に切り換えるので、圧縮機21をインバータによる回転制御可能域でより長く稼働することができる。
(7−4)
空気調和装置1では、強制的に室内サーモオン状態に切り換えて室内ユニット4a,4b,4cの稼働台数をむやみに増やして圧縮機特性に基づく理想の稼働台数からかけ離れることを防止することができる。
空気調和装置1では、強制的に室内サーモオン状態に切り換えて室内ユニット4a,4b,4cの稼働台数をむやみに増やして圧縮機特性に基づく理想の稼働台数からかけ離れることを防止することができる。
(7−5)
空気調和装置1では、インバータによる回転制御可能域以下になった圧縮機21の回転数を、回転制御可能域に戻して圧縮機21の稼働を継続させることができる。
空気調和装置1では、インバータによる回転制御可能域以下になった圧縮機21の回転数を、回転制御可能域に戻して圧縮機21の稼働を継続させることができる。
(7−6)
空気調和装置1では、強制的に室内サーモオン状態に切り換えて室内ユニット4a,4b,4cの稼働台数を増やしたからといって必ずしも圧縮機21の効率が高まるものではないので、室内サーモオフ状態の室内ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えるか否かを、消費電力量の観点から視た優位性に基づいて判断する
(7−7)
空気調和装置1では、電力消費量の予測値を圧縮機21の回転数、及び/又は制御対象の温度と外気温度との差に基づいて算出するので、予測精度が高まる。
空気調和装置1では、強制的に室内サーモオン状態に切り換えて室内ユニット4a,4b,4cの稼働台数を増やしたからといって必ずしも圧縮機21の効率が高まるものではないので、室内サーモオフ状態の室内ユニットを強制的にサーモオン状態に切り換えるか否かを、消費電力量の観点から視た優位性に基づいて判断する
(7−7)
空気調和装置1では、電力消費量の予測値を圧縮機21の回転数、及び/又は制御対象の温度と外気温度との差に基づいて算出するので、予測精度が高まる。
(7−8)
空気調和装置1では、据付条件や使用年数などによって空調負荷が変動することに鑑みて、所定期間内の制御履歴から制御対象の断熱性、及び内部負荷の推測値を算出し、電力消費量の予測を行うことができるので、予測精度が高く合理的である。
空気調和装置1では、据付条件や使用年数などによって空調負荷が変動することに鑑みて、所定期間内の制御履歴から制御対象の断熱性、及び内部負荷の推測値を算出し、電力消費量の予測を行うことができるので、予測精度が高く合理的である。
(7−9)
空気調和装置1では、空調負荷の大きい室内ユニット4aの室内サーモオフ状態へ切り換わるのと同じタイミングで他の室内ユニット4b,4cが室内サーモオフ状態へ切り換わるので、圧縮機21が高効率な回転数で稼働することができる。
空気調和装置1では、空調負荷の大きい室内ユニット4aの室内サーモオフ状態へ切り換わるのと同じタイミングで他の室内ユニット4b,4cが室内サーモオフ状態へ切り換わるので、圧縮機21が高効率な回転数で稼働することができる。
(8)その他
上記実施形態では、冷凍装置の一例として空気調和装置を挙げて説明しているが、本願発明は、空気調和装置に限定されるものではなく、例えば、同じく温度を制御対象とする給湯暖房にも適用できる。
上記実施形態では、冷凍装置の一例として空気調和装置を挙げて説明しているが、本願発明は、空気調和装置に限定されるものではなく、例えば、同じく温度を制御対象とする給湯暖房にも適用できる。
図8は、本発明の他の実施形態に係る給湯暖房装置101の斜視図である。図8において、給湯暖房装置101は、室外ユニット102、室内ユニット104、貯湯タンク106、および温水バルブ108を備えている。
室外ユニット102と室内ユニット104とは、液冷媒連絡管およびガス冷媒連絡管を介して接続されて、蒸気圧縮式の冷媒回路が構成されている。室内ユニット104内に高温高圧冷媒と水との熱交換を行なわせる水熱交換器が配置されており、そこで加熱された水は、貯湯タンク106、および温水バルブ108を経由して部屋1の床暖房、部屋2の床暖房および部屋3のラジエータへ供給される。
したがって、貯湯タンク106、部屋1の床暖房、部屋2の床暖房および部屋3のラジエータで使用される高温水の温度の変動が少なく負荷が小さい場合には、室外ユニット102の室外サーモオフと室外サーモオフとが頻繁に繰り返され、いわゆる発停運転となり易い。
つまり、貯湯タンク106、部屋1の床暖房、部屋2の床暖房および部屋3のラジエータそれぞれの水温を、上記実施形態の制御対象である部屋A,B,Cの室内温度に見立てれば、同様の制御を行うことができる。
つまり、低負荷運転と予測される場合に、貯湯タンク106の湯沸し運転や、床暖房およびラジエータの温水バルブ108を強制的に開くことにより、負荷率を向上させ、システムCOPを向上させることができる。
上記のとおり、本発明に係る冷凍装置は、空気調和装置および給湯暖房装置に有用である。
1 空気調和装置(冷凍装置)
2 室外ユニット(熱源ユニット)
4a,4b,4c 室内ユニット(利用ユニット)
8 制御部
21 圧縮機
41a,41b,41c 室内膨張弁
2 室外ユニット(熱源ユニット)
4a,4b,4c 室内ユニット(利用ユニット)
8 制御部
21 圧縮機
41a,41b,41c 室内膨張弁
Claims (8)
- 蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、
前記制御対象それぞれを加熱または冷却する複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と、
圧縮機(21)を搭載し、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と接続される熱源ユニット(2)と、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達するように前記利用ユニット(4a,4b,4c)及び前記熱源ユニット(2)を制御する制御部(8)と、
を備え、
前記制御部(8)は、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達したとき、前記利用ユニット(4a,4b,4c)の状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、前記熱源ユニット(2)を休止させることなく前記利用ユニット(4a,4b,4c)内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換え、
さらに、制御部(8)は、
稼動している全ての前記利用ユニット(4a,4b,4c)が前記サーモオフ状態に切り換わったとき、前記圧縮機(21)を停止して前記熱源ユニット(2)を休止状態に切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
前記熱源ユニット(2)が休止状態になりそうな低能力状態のとき、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)のうちの前記サーモオフ状態の利用ユニットを強制的に前記サーモオン状態に切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、前記熱源ユニット(2)が前記休止状態となった場合において再び前記圧縮機(21)を運転するとき、前記サーモオン状態となった前記利用ユニット(4a,4b,4c)に加えて、残りの前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)のうち所定条件を満たす利用ユニットを強制的に前記サーモオン状態に切り換える、
冷凍装置。 - 前記設定温度には、
前記制御部(8)が前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)を前記サーモオン状態に切り換える判断を行うための閾値となる第1閾値と、
前記制御部(8)が前記サーモオン状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)を前記サーモオフ状態に切り換える判断を行うための閾値となる第2閾値と、
が設定されており、
前記制御部(8)は、前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)群のうち前記設定温度の前記第1閾値に近いものを優先して強制的に前記サーモオン状態に切り換える、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記制御部(8)は、前記サーモオン状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)群の合計容量が前記圧縮機(21)の高効率運転に適した容量に達した後は、残りの前記利用ユニット(4a,4b,4c)を強制的に前記サーモオン状態に切り換える制御を行わない、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、
前記制御対象それぞれを加熱または冷却する複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と、
圧縮機(21)を搭載し、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と接続される熱源ユニット(2)と、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達するように前記利用ユニット(4a,4b,4c)及び前記熱源ユニット(2)を制御する制御部(8)と、
を備え、
前記制御部(8)は、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達したとき、前記利用ユニット(4a,4b,4c)の状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、前記熱源ユニット(2)を休止させることなく前記利用ユニット(4a,4b,4c)内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
稼動している全ての前記利用ユニット(4a,4b,4c)が前記サーモオフ状態に切り換わったとき、前記圧縮機(21)を停止して前記熱源ユニット(2)を休止状態に切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
前記熱源ユニット(2)が休止状態になりそうな低能力状態のとき、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)のうちの前記サーモオフ状態の利用ユニットを強制的に前記サーモオン状態に切り換え、
前記設定温度には、
前記制御部(8)が前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)を前記サーモオン状態に切り換える判断を行うための閾値となる第1閾値と、
前記制御部(8)が前記サーモオン状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)を前記サーモオフ状態に切り換える判断を行うための閾値となる第2閾値と、
が設定されており、
前記制御部(8)は、前記サーモオン状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)群を前記サーモオフ状態に切り換える状況に近づいたとき、前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)群のうち前記設定温度の前記第1閾値に近いものを強制的に前記サーモオン状態に切り換える、
冷凍装置。 - 蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、
前記制御対象それぞれを加熱または冷却する複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と、
圧縮機(21)を搭載し、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と接続される熱源ユニット(2)と、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達するように前記利用ユニット(4a,4b,4c)及び前記熱源ユニット(2)を制御する制御部(8)と、
を備え、
前記制御部(8)は、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達したとき、前記利用ユニット(4a,4b,4c)の状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、前記熱源ユニット(2)を休止させることなく前記利用ユニット(4a,4b,4c)内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
稼動している全ての前記利用ユニット(4a,4b,4c)が前記サーモオフ状態に切り換わったとき、前記圧縮機(21)を停止して前記熱源ユニット(2)を休止状態に切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
前記熱源ユニット(2)が休止状態になりそうな低能力状態のとき、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)のうちの前記サーモオフ状態の利用ユニットを強制的に前記サーモオン状態に切り換え、
前記制御部(8)は、残りの前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)を強制的に前記サーモオン状態に切り換えた場合、及び切り換えない場合の電力消費量を予測し、残りの前記サーモオフ状態の前記利用ユニット(4a,4b,4c)を強制的に前記サーモオン状態に切り換える否かの判断を行う、
冷凍装置。 - 前記制御部(8)は、前記電力消費量の予測を少なくとも前記圧縮機(21)の運転周波数、及び/又は前記制御対象の温度と外気温度との差に基づいて行う、
請求項5に記載の冷凍装置。 - 前記制御部(8)は、前記制御対象に対して行った制御とその結果を制御履歴として保存し、所定期間内の前記制御履歴から前記制御対象の断熱性、及び内部負荷の推測値を算出し、前記電力消費量の予測を行う、
請求項5に記載の冷凍装置。 - 蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、複数の制御対象の各温度が予め設定されている設定温度の許容範囲内となるように温度制御を行う冷凍装置であって、
前記制御対象それぞれを加熱または冷却する複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と、
圧縮機(21)を搭載し、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)と接続される熱源ユニット(2)と、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達するように前記利用ユニット(4a,4b,4c)及び前記熱源ユニット(2)を制御する制御部(8)と、
を備え、
前記制御部(8)は、
前記制御対象の温度が前記設定温度の許容範囲内に到達したとき、前記利用ユニット(4a,4b,4c)の状態を冷媒が流れている状態のサーモオン状態から、前記熱源ユニット(2)を休止させることなく前記利用ユニット(4a,4b,4c)内の冷媒移動を止める状態のサーモオフ状態へ切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
稼動している全ての前記利用ユニット(4a,4b,4c)が前記サーモオフ状態に切り換わったとき、前記圧縮機(21)を停止して前記熱源ユニット(2)を休止状態に切り換え、
さらに、前記制御部(8)は、
前記熱源ユニット(2)が休止状態になりそうな低能力状態のとき、前記複数の利用ユニット(4a,4b,4c)のうちの前記サーモオフ状態の利用ユニットを強制的に前記サーモオン状態に切り換え、
前記利用ユニット(4a,4b,4c)それぞれは、冷房運転時に前記利用ユニット(4a,4b,4c)に流れる冷媒を減圧する膨張弁を有し、
前記制御部(8)は、強制的に前記サーモオン状態に切り換えられた前記利用ユニット(4a,4b,4c)に対応する前記膨張弁(41a,41b,41c)の開度を、前記サーモオフ状態への切り換えを遅らせる方向へ調整する、
冷凍装置。
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