JP6129520B2 - マルチ型空気調和機及びマルチ型空気調和機の制御方法 - Google Patents
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Description
このような構成では、水利用設備側においては、マルチ型空気調和機側で循環する冷媒と熱交換する熱交換器を備えた水温調整装置によって、水利用設備で用いる水の温度調整を行っている。
マルチ型空気調和機においては、ビルディング内に備えた複数の室内ユニットのそれぞれにおいて、運転のON/OFF、室温の設定、冷房運転・暖房運転の切換等が個別に行えるものがある。この場合、複数の室内ユニットのそれぞれにおいて運転状態が異なっていても、これら複数の室内ユニットに対して1台の室外ユニットで対応する必要がある。そこで、室外ユニットでは、複数の室内ユニットの運転状態に応じて、室外ユニットから送り出す冷媒の目標圧力・目標温度を設定して熱交換を行うが、その制御が複雑化してしまう。
これに対し、制御を簡易化するために、冷媒の目標圧力を一定とし、室内ユニットのON/OFFを制御することによって、各室内ユニットの能力を調整する手法がとられることもある。
この場合、例えば、室内ユニット側の目標温度に応じて冷媒の適切な目標圧力を設定した場合、この目標圧力の冷媒で水温調整装置側の水と熱交換を行うと、水温調整装置が過大な能力を有することとなる。その結果、エネルギの無駄が生じ、エネルギの有効利用という点で改善の余地がある。
逆に、水温調整装置側の目標温度に応じて冷媒の適切な目標圧力を設定した場合、室内ユニット側で能力が不足することとなる。このため、設定温度に制限を受けたり、温度調整に時間が掛かることがある。その結果、室内ユニットと水温調整装置のそれぞれで、自由度の高い運転を行うことができないことがある。
すなわち、本発明のマルチ型空気調和機は、室外熱源と冷媒を熱交換する室外熱交換器を備えた室外ユニットと、前記室外ユニットに接続され、該室外ユニットから供給される前記冷媒と室内空気とを熱交換することで前記室内の空気調和を図る室内空気熱交換器を有した一以上の室内ユニットと、前記室内ユニットと並列して前記室外ユニットに接続され、該室外ユニットから供給される前記冷媒と水とを熱交換することで前記水の温度を調整する水熱交換器を有した一以上の水温調整装置と、前記室外ユニットと、前記室内ユニットおよび前記水温調整装置との間で前記冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路における前記冷媒の目標圧力を設定し、設定された前記目標圧力に近づくよう前記室外ユニットを運転させる室外コントローラと、を備え、前記室外コントローラは、前記水温調整装置のみが運転している際に前記水温調整装置で設定される目標水温に合わせて前記冷媒の目標圧力を設定して運転を行う第1のモードと、前記室内ユニットと前記水温調整装置が混在して運転している際に、前記室内ユニットに合わせて前記冷媒の目標圧力を設定して運転を行う第2のモードと、を切換可能であることを特徴とする。
さらに、第2のモードにおいて、前記室内ユニットにおける室内の空気調和を優先する第2−1のモードと、前記水温調整装置における水の温度調整を優先する第2−2のモードとを、ユーザ側の都合等によって適宜選択できる。
例えば、室内ユニットにおいて、暖房運転または冷房運転が行われておらず、水温調整装置のみが稼働している場合には、第1のモードを選択し、水温調整装置の設定温度に合わせて冷媒の目標圧力を設定して運転を行うことで、水温調整装置において、その能力を有効に発揮しつつ、冷媒の圧力を過度に高めることなく、エネルギの無駄を抑えて効率的な運転を行うことができる。
ここで、水温調整装置の設定温度に合わせて冷媒の目標圧力を設定するには、水温調整装置における水温が設定温度に近づく方向に、冷媒の目標圧力を変動させればよい。
すなわち、前記水温調整装置は、前記水熱交換器に供給する前記冷媒の過熱度または過冷却度を調整する膨張弁と、前記水温調整装置を制御する水温調整コントローラと、を備え、前記水温調整コントローラは、前記の各モードに対応して過熱度または過冷却度を調整することによって、前記膨張弁の開度を調整することができる。
第2のモードが選択されているときには、室内ユニットの運転設定条件に応じて冷媒の目標圧力を設定して運転が行われるため、水温調整装置側では、冷媒が、過剰な圧力を有していることがある。そこで、このような場合に、水温調整コントローラで膨張弁の開度を調整することで、水熱交換器に供給する冷媒の過熱度または過冷却度を適切に調整することができる。これによっても、エネルギの無駄を抑えて効率的な運転を行うことができる。
このときには、室内ユニットにおける室内の空気調和を優先する第2−1のモードでは、水温調整コントローラは、水熱交換器がその能力を設計能力に対して100%近傍を維持できるように、水熱交換器の入口側と出口側との水の温度差が、水熱交換器の能力を設計能力に対して100%発揮したときの温度差に合致する方向に、前記膨張弁の開度を調整させればよい。
水温調整装置における水の温度調整を優先する第2−2のモードでは、水温調整コントローラは、設計能力に関係なく水熱交換器を最大限使用するように前記膨張弁の開度を調整させればよい。
第2のモードが選択されているときに、水温調整装置の目標水温が設計能力に対して100%を大きく下回るように設定された場合に、上記したような膨張弁開度調整のみでは制御しきれない場合がある。そこで、このような場合に、水温調整コントローラで制水弁の開度を調整することによって、バイパス路における水の流量が調整され、水熱交換器で熱交換された水との混合比が変わる。これにより、水の温度が調整できる。
このような制水弁の開度調整は、水温調整装置で調整できる能力の下限を拡大することとなる。上記した膨張弁の開度調整と組み合わせて利用することにより、膨張弁の開度調整可能な範囲内では、膨張弁の開度調整を行い、開度調整可能な範囲外では、制水弁の開度調整を行うことができる。これによって、水熱交換器で発揮する能力の調整範囲を広げることができる。
図1に示すように、マルチ型空気調和機1は、1台の室外ユニット2に対して、複数台の室内ユニット3A,3Bと、水温調整装置40とが、室外ユニット2から導出されるガス側配管4および液側配管5の間に互いに並列に接続されている。
圧縮機10で圧縮され、吐出された高温高圧の冷媒ガスは、油分離器11で冷媒中に含まれている潤滑油が分離される。その後、冷媒ガスは、四方切換弁12により室外熱交換器13側に循環され、室外熱交換器13で外気と熱交換されて凝縮液化される。なお、冷房時は、冷媒の低圧圧力が目標値となるように、圧縮機10の回転数が室外コントローラ26を介して制御される。この液冷媒は、過冷却コイル14で更に冷却された後、室外側膨張弁15を通過し、レシーバ16内にいったん貯留される。
圧縮機10により圧縮され、吐出された高温高圧の冷媒ガスは、油分離器11で冷媒中に含まれている潤滑油が分離された後、四方切換弁12を介してガス側操作弁20側に循環される。なお、暖房時は、高圧圧力が目標値となるように、圧縮機10の回転数が室外コントローラ26を介して制御される。ガス側操作弁20側に循環された冷媒は、ガス側配管4を経て室外ユニット2から導出され、室内側の分岐ガス側配管4A,4Bを経て複数台の室内ユニット3A,3Bに導入される。
水熱交換器51のチャンネルCh2側には、その入口水温を検出する水温センサ65またはサーミスタ66、出口水温を検出する水温センサ67またはサーミスタ68が設けられている。
水温調整装置40の運転においては、まず、室外コントローラ26において、他の室内ユニット3A,3Bの各室内コントローラ33及び水温調整装置40の水温調整コントローラ45から、それぞれの運転状態についての情報を取得する(ステップS101)。
その結果、他の全ての室内ユニット3A,3Bにおいて、冷房運転または暖房運転が行われておらず、水温調整装置40のみ単独運転している場合、単独運転モードに移行する(ステップS102,S103)。
水温調整装置40の単独運転モードでは、室外コントローラ26において、水温調整コントローラ45から、この水温調整コントローラ45に対してユーザ側で設定された目標出口水温(設定温度)T1の情報を取得する。また、室外コントローラ26は、水温調整コントローラ45から、サーミスタ68で検出している水熱交換器51の出口水温Toの情報を取得する。
そして、取得した目標出口水温T1と、実際の出口水温Toとに基づき、出口水温Toが目標出口水温T1に近づくよう、室外ユニット2の冷媒回路7における目標圧力P1を設定(補正)する。ここで、水温調整装置40で加熱運転を行う場合には、目標圧力P1は、冷媒回路7の高圧側に設定し、冷却運転を行う場合には、目標圧力P1は冷媒回路7の低圧側に設定する。
出口水温To>目標出口水温T1
である場合には、冷媒回路7側の目標圧力P1を下降させ、
出口水温To<目標出口水温T1
である場合には、冷媒回路7側の目標圧力P1を上昇させる。
また、水温調整装置40で冷却運転を行っている場合には、
出口水温To>目標出口水温T1
である場合には、冷媒回路7側の目標圧力P1を低下させ、
出口水温To<目標出口水温T1
である場合には、冷媒回路7側の目標圧力P1を上昇させる。
また、室外ユニット2側では、冷媒回路7全体での目標圧力P1の調整を行うのみで、水温調整ユニット50では、膨張弁52の開度調整による過熱度(冷房時)、過冷却度(暖房時)の調整を水熱交換器51の能力を最大限に利用するように実施することができ、効率の良い運転が行われる。
混在運転モードでは、室外コントローラ26は、室内コントローラ33及び水温調整装置40の水温調整コントローラ45から、それぞれの運転状態についての情報を取得する。そして、水温調整装置40を備えない通常のマルチ型空気調和機と同様に、室外ユニット2の冷媒回路7の目標圧力P1は、各室内ユニット3A,3Bの設定温度に応じて適宜設定する。
この信号を受け取った水温調整コントローラ45は、マルチ型空気調和機1のシステム全体として、各室内ユニット3A,3Bによる「空気調和優先モード(第2−1のモード)」と、水温調整コントローラ45による「水温調整優先モード(第2−2のモード)」のいずれが設定されているのかを確認する(ステップS105、S106)。
その結果、「空気調和優先モード」であった場合、室外ユニット2の冷媒回路7の目標圧力P1が各室内ユニット3A,3Bの設定温度に応じて設定されているため、水温調整ユニット50の水熱交換器51においては、必要以上の冷媒圧力となっている。そこで、水温調整コントローラ45は、水熱交換器51の能力が100%以上とならず、100%近傍を維持する能力100%維持運転に移行する(ステップS107)。能力100%維持運転では、膨張弁52の開度を制御し、過熱度(冷房時)、過冷却度(暖房時)を調整することで、水熱交換器51の能力が100%以上とならず、100%近傍を維持するようにする。
入口水温Ti−出口水温To≧(X+0.5)deg
であれば、膨張弁52の開度を絞り、チャンネルCh1側の冷媒の目標過熱度を所定値(例えば1deg)だけ増加させる。
また、
入口水温Ti−出口水温To≦(X−0.5)deg
であれば、膨張弁52の開度を開いてチャンネルCh1側の冷媒の目標過熱度を所定値(例えば1deg)だけ減少させる。
また、水温調整装置40で加熱運転を行っている場合には、
出口水温To−入口水温Ti≧(X+0.5)deg
であれば、膨張弁52の開度を絞り、チャンネルCh1側の冷媒の目標過冷却度を所定値(例えば1deg)だけ増加させる。
また、
出口水温To−入口水温Ti≦(X−0.5)deg
であれば、膨張弁52の開度を開いてチャンネルCh1側の冷媒の目標過冷却度を所定値(例えば1deg)だけ減少させる。
また、水温調整コントローラ45に対し、ユーザによって設定された目標出口水温T1と入口水温Tiとの差が、水熱交換器51の能力が100%の状態における入口側と出口側との差であるXdeg以下である場合には、さらに膨張弁52の開度を調整し、水熱交換器51の能力を100%未満に抑制した状態で運転制御を行う、能力抑制運転に移行することができる(ステップS108、S109)。
(X−2)deg≦入口水温Ti−目標出口水温T1<Xdeg
を満たす場合に、100%未満抑制運転に移行し、
目標出口水温T1−出口水温To≧0.5deg
であれば、膨張弁52の開度を絞り、チャンネルCh1側の冷媒の目標過熱度を所定値(例えば1deg)だけ増加させる。
また、
目標出口水温T1−出口水温To<−0.5deg
であれば、膨張弁52の開度を開いてチャンネルCh1側の冷媒の目標過熱度を所定値(例えば1deg)だけ減少させる。
また、水温調整装置40で加熱運転を行っている場合には、
(X−2)deg≦目標出口水温T1−入口水温Ti<Xdeg
を満たす場合に、100%未満抑制運転に移行し、
出口水温To−目標出口水温T1≧0.5deg
であれば、膨張弁52の開度を絞り、チャンネルCh1側の冷媒の目標過冷却度を所定値(例えば1deg)だけ増加させる。
また、
出口水温To−目標出口水温T1≦−0.5deg
であれば、膨張弁52の開度を開いてチャンネルCh1側の冷媒の目標過冷却度を所定値(例えば1deg)だけ減少させる。
上記の、膨張弁52の開度調整による能力100%未満抑制運転によって、膨張弁52の開度の調整量が限界に達してしまい、それ以上の調整が行えない場合等には、制水弁73の開度調整を行うことで、水熱交換器51の能力を100%未満に抑制した状態で運転することもできる(ステップS110、S111)。制水弁73の開度を変化させると、バイパス路72によって水熱交換器51をバイパスする水量を調整でき、バイパス路72と送水管62との集合部以降、水温調整タンク60の熱交換器71に供給する水の温度を調整できる。
出口水温To=目標出口水温T1
となるように、制水弁73の開度を制御する。
制水弁73の開度調整には、予め、図4に示すような、運転時における目標出口水温T1と出口水温Toとの温度差ΔT2(加熱運転時:ΔT2=目標出口水温T1−出口水温To、冷却運転時:ΔT2= 出口水温To−目標出口水温T1)と、制水弁73の開度変化量ΔPとの相関を示すマップを、水温調整コントローラ45に記憶させておき、このマップに基づいて制水弁73の開度変化量ΔPを決定し、制水弁73の開度調整制御を行えば良い。
また、冷媒の目標圧力を、室内ユニット3A,3Bに合わせたレベルに設定して運転を行うことができるため、水温調整装置40を備えない既存のマルチ型空気調和機に、水温調整装置40を追加して備える場合にも、室内ユニット3A,3B側では、基本的な制御を変更することなく、容易にこれを実現することができる。
この場合、他の室内ユニット3A,3Bでは暖房運転または冷房運転を行っておらず、複数の水温調整装置40のみにおいて、水温調整動作をなっており、かつ複数の水温調整装置40間で目標出口水温T1が互いに異なっている場合は、目標出口水温T1と実際の出口水温Toとの差の絶対値が最も大きく、負荷の大きい水温調整装置40に合わせて、上記した水温調整装置40の単独運転モードと同様の制御を実施する。
また、他の室内ユニット3A,3Bにおいて暖房運転または冷房運転を行っている場合には、複数の水温調整装置40のそれぞれの水温調整コントローラ45において、上記した混在運転モードと同様の制御を実施する。
また、マルチ型空気調和機1の構成については、上記に例示したものに限らず、他の構成であっても良い。
例えば、図5に示すように、室外ユニット2と、複数の室内ユニット3A,3B,3Cおよび水温調整装置40とが、高圧ガス管57、低圧ガス管59および液側配管5によって接続されて、複数の室内ユニット3A,3B,3Cと、水温調整装置40において、冷房運転と暖房運転とを混在させて運転できるマルチ型空気調和機1’においても、本発明を同様に適用できる。
圧縮機10により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、高圧ガス管57に吐出され、室内ユニット3A,3B,3C、水温調整装置40側に送られる。
また、高圧ガス管57に吐出された高温高圧の冷媒ガスの一部は分岐され、四方切換弁12を経て室外熱交換器13で外気と熱交換されて凝縮液化され、液冷媒とされる。
この液冷媒は、室外側膨張弁15を通過し、レシーバ16に一旦貯留されて循環量が調整される。
所定の過冷却度が付与された液冷媒は、室外ユニット2から液側配管5へと導出される。
導入された高温高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器30で室内空気と熱交換され、室内空気は加熱されて室内の暖房に供される。
一方、室内空気によって冷却され、凝縮液化された液冷媒は、室内電動膨張弁(EEVC)31を経て液側配管5に流入される。
液側配管5から流入した液冷媒は、室内電動膨張弁(EEVC)31により断熱膨張され、気液二相流となって室内熱交換器30に流入される。
室内熱交換器30では、室内空気と冷媒とが熱交換され、室内空気は冷却されて室内の冷房に供される。
一方、冷媒はガス化され低圧ガス管59に導出され、室外ユニット2へ戻される。
例えば、膨張弁52、制水弁73の開度調整を行うために検出するパラメータは、目標出口水温T1、入口水温Ti、出口水温Toを用いるようにしたが、同様の制御が行えるのであれば、適宜他のパラメータを採用しても良い。
また、検出したパラメータから、実際の水温が目標出口水温T1に近づくよう、膨張弁52、制水弁73の開度調整を行う手法についても、上記した以外の手法を用いても良い。
さらに、上記実施形態で、水温調整のための複数のモードを示したが、その全てを備えることが必須ではなく、その一部を省略する構成とすることもできる。また、全体として、上記と同様に複数のモードでの運転を行えるのであれば、制御の順序等は適宜変更しても良い。
2 室外ユニット
3A,3B,3C 室内ユニット
4 ガス側配管
4A,4B,4C 分岐ガス側配管
5 液側配管
5A,5B,5C 分岐液側配管
7 冷媒回路
10 圧縮機
11 油分離器
12 四方切換弁
13 室外熱交換器
14 過冷却コイル
15 室外側膨張弁
16 レシーバ
17 過冷却熱交換器
19 アキュームレータ
20 ガス側操作弁
21 液側操作弁
22 冷媒配管
23 室外側冷媒回路
25 回路
26 室外コントローラ
30 室内熱交換器
33 室内コントローラ
40 水温調整装置
45 水温調整コントローラ
50 水温調整ユニット
51 水熱交換器
52 膨張弁
53 バイパス管
57 高圧ガス管
59 低圧ガス管
60 水温調整タンク
61,62 送水管
63 ポンプ
64 水回路
65,67 水温センサ
66,68 サーミスタ
70 タンク
71 熱交換器
72 バイパス路
73 制水弁
74 センサ
87 低圧ガス分岐管
95 分流コントローラ
97 室内側四方弁
99 高低圧バイパス管
Claims (5)
- 室外空気と冷媒を熱交換する室外熱交換器を備えた室外ユニットと、
前記室外ユニットに接続され、該室外ユニットから供給される前記冷媒と室内空気とを熱交換することで前記室内の空気調和を図る室内熱交換器を有した一以上の室内ユニットと、
前記室内ユニットと並列して前記室外ユニットに接続され、該室外ユニットから供給される前記冷媒と水とを熱交換することで前記水の温度を調整する水熱交換器を有した一以上の水温調整装置と、
前記室外ユニットと、前記室内ユニットおよび前記水温調整装置との間で前記冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記冷媒回路における前記冷媒の目標圧力を設定し、設定された前記目標圧力に近づくよう前記室外ユニットを運転させる室外コントローラと、を備え、
前記室外コントローラは、
前記水温調整装置のみが運転している場合に、前記水温調整装置で設定される目標水温に合わせて前記冷媒の目標圧力を設定して運転を行う第1のモードとし、前記室内ユニットと前記水温調整装置が混在して運転している場合に、前記室内ユニットに合わせて前記冷媒の目標圧力を設定して運転を行う第2のモードとすることを特徴とするマルチ型空気調和機。 - 前記第2のモードにおいて、前記室内ユニットにおける室内の空気調和を優先する第2−1のモードと、前記水温調整装置における水の温度調整を優先する第2−2のモードとが選択可能であることを特徴とする請求項1に記載のマルチ型空気調和機。
- 前記水温調整装置は、
前記水熱交換器に供給する前記冷媒の過熱度または過冷却度を調整する膨張弁と、
前記水温調整装置を制御する水温調整コントローラと、を備え、
前記水温調整コントローラは、前記の各モードに対応して過熱度または過冷却度を調整することによって、前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項2に記載のマルチ型空気調和機。 - 前記水温調整装置は、
前記水熱交換器の入口側と出口側とをバイパスするバイパス路と、
前記バイパス路における前記水の流量を調整する制水弁と、
前記水温調整装置を制御する水温調整コントローラと、を備え、
前記水温調整コントローラは、前記室外コントローラにて前記第2−1のモードが選択されているときに、前記制水弁の開度を調整することを特徴とする請求項2または3に記載のマルチ型空気調和機。 - 室外空気と冷媒を熱交換する室外熱交換器を備えた室外ユニットと、
前記室外ユニットに接続され、該室外ユニットから供給される前記冷媒と室内空気とを熱交換することで前記室内の空気調和を図る室内熱交換器を有した一以上の室内ユニットと、
前記室内ユニットと並列して前記室外ユニットに接続され、該室外ユニットから供給される前記冷媒と水とを熱交換することで前記水の温度を調整する水熱交換器を有した一以上の水温調整装置と、
前記室外ユニットと、前記室内ユニットおよび前記水温調整装置との間で前記冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記冷媒回路における前記冷媒の目標圧力を設定し、設定された前記目標圧力に近づくよう前記室外ユニットを運転させる室外コントローラと、
を備えるマルチ型空気調和機の制御方法であって、
前記水温調整装置のみが運転している場合に、前記水温調整装置で設定される目標水温に合わせて前記冷媒の目標圧力を設定して運転を行う第1のモードとし、前記室内ユニットと前記水温調整装置が混在して運転している場合に、前記室内ユニットに合わせて前記冷媒の目標圧力を設定して運転を行う第2のモードとすることを特徴とするマルチ型空気調和機の制御方法。
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