JPH03195854A - ダクト式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダクト式空気調和機、特にダクトにより冷温
風を各部屋に送風し、各部屋毎に吹出量を調節して個別
に空調できる可変風量制御システムを採用したダクト式
空気調和機。

〔従来の技術〕

可変風量制御式空気調和システムは、送風機により、冷
風もしくは温風をダクトを介して各部屋に供給しダクト
途中に設けられたダンパ及び送風機を制御することによ
り各部屋への供給風量を調節して、各部屋毎を個別に空
調するものである。

この種の空調システム及び１１１１１方法等は多数提案
されており、これを代表するものとして、たとえば、日
本冷凍協会発行の冷凍空調便覧（新版・第４版応用編）
の第２章・空調システムの４１ベージの図２・１０（ａ
）に記載されている空調システムがある。

第５図は従来の可変風量方式による空気調和機を示す構
成図である。

図において、１は冷風または温風の送風源である室内機
、２は冷風または温風を送風する室内送風機、３は空気
を冷却または加熱する室内熱交換器、４はヒートポンプ
等の熱源機である室外機、２３は空気調和の対象となる
被空調室（図では、４部屋の場合を示している）、６は
室内機１の空気吹出口に連通ずる主ダクト、７はこの主
ダクト６から各被空調室２３の数に応じて分岐した分岐
ダクト、８は各分岐ダクト７部に装着され、各被空調室
２３への送風量を調整する絞り型のＭ量制御ユニット、
１０はこの各絞り型の風量制御ユニット８内に回転可能
に取付けられているダンパ、２０は各枝ダクト７の端末
に位置する吹出口、２１は各被空調室２３内に据付けた
室温設定及び室温検出機能を有するルームサーモスタッ
ト、２２は被空調室２３の扉の下方部に配設されている
吸込口、２４は被空調室２３外の廊下の天井面に配設さ
れている天井吸込口、２５は天井吸込口２４と室内機１
の吸込口とを連通する吸込ダクト、２６は主ダクト６内
で室内送風機２からの送Ｊｉｉ＆温度を検出する温度検
出器、２７は同じく主ダクト６内で室内送風機２がらの
送風による風圧を検出する圧力検出器である。

上記の構成の従来の空気調和機においては、次のような
空調動作を行う。

各ルームサーモスタット２１で使用者が設定した設定温
度と検出された現在の室温との温度差に応じてダンパ１
０の開度を任意の位置にそれぞれ調節する。このダンパ
１０の開度に応じて主ダクト６内の圧力も変化をする。

そして、この圧力の変化を圧力検出器２７が検出し、あ
らかしめ設定した設定圧力になるように室内送風機２に
よる送風容量を変化させる。また、この送風量の変化に
伴ない室内熱交換器３の出口側の送風温度も変化するた
め、この温度を温度検出器２６で検出し、あらかじめ設
定した送風温度になるように室外機４の能力を制御する
。このようにして、はぼ一定温度に調節された空気は吹
出口２ｏから室内熱負荷の大小に応じたｉ看で被空調室
２３内に吹き出す。各被空調室２３内を空調した空気は
吸込口２２から廊下環に流れ出て、天井吸込口２４がら
吸込ダクト２５を経由して再び室内ａ１に戻るようにな
っている。

上記従来例の場合においては、室内送風機２の容量を制
御して主ダクト内の圧力を一定に保つとともに、被空調
室２３の熱負荷に応じて、ダンパ１０の開度を調節する
ことにより、吹田風量を変化させ、吹出温度は熱源機で
ある室外機４の容量を制御することにより、はぼ一定温
度に保つようにして空調を行うものである。

したがって、熱負荷の高い被空調室においては、風量を
多くし、熱負荷の低い被空調室は風量を少な目にして個
別に空調を行うことができるように構成されていた。

また、他の従来例として特公昭６０−４７４９７号に示
したものがある。この方式は、各吹出口の風量制御ユニ
ット内に風速センサーを設け、各Ｒｆｆｉ　ＩＩＪ　御
ユニットのダンパのうち少なくとも１個が全開でかつ全
ての風量制御ユニットが風量を満足するように送風機を
制御するものであり、送風機の制御方式は前記従来例と
は異なるが、空調の方式としては送風温度を一定に保つ
とともに、各被空調室への吹出風量を変化させて個別に
空調するものであり、基本的には前記従来例と同様に構
成されたものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例のように一般の可変風量によ
る空気調和機においては、送風温度を一定に保ちながら
、被空調室の熱負荷に応じて送風量を制御するため、送
ｘｉは大幅に変化し、たとえば、被空調室全室を運転し
た場合には、熱負荷は最大となり送風量も最大となるが
、１室のみが運転した場合は、熱負荷は最小となり、風
量は極端に小さくなる。熱源機としては、この風量変化
に応じて吹出温度を一定に保つように容量制御を行うた
め、熱源機の容量制御範囲も非常に広く必要になる。特
に、比例式のサーモスタット、すなわち、設定室温と室
温が近づくと比例的に吹出風量を小さくして熱負荷とバ
ランスさせるようにした方式のものにおいては、被空調
室の最大熱負荷により設定された設計風量に対し、軽負
荷時は風量を絞り込んで運転するために、ｉｌｌの変化
幅はさらに広がり、熱源機の容量制御幅も同様に広がる
。しかし、熱源器の容量制御幅には限界があり、たとえ
ば、ヒートポンプ方式の熱源機において、インバータに
より容量可変形圧縮機の容量制御を行う方式では、定格
（最大）能力に対し２０％程度までの能力制御しか行な
えない場合がほとんどであり、したがって、風量の可変
幅も２０％が限界となり、２０％を下まわる場合には、
暖房運転時では高圧圧力が上昇し、また、冷房運転時で
は、蒸発圧力が低下し熱交換器が凍結するなどにより、
いずれの場合も断続的な運転が不可能となってしまう。

したがって可変風量により個別空調できる範囲も制限さ
れ、熱負荷の小さな部屋には対応できないことになる。

ところが、最近の空調方式においては、個別空調の最小
容量が小さくなる傾向にあり、その理由としてたとえば
、テナントビル等では、将来の間仕切変更に対応できる
ように、小さな能力の吹出口を複数設置して対応したり
、住宅においてはトイレや洗面所といった空調面積が小
さく熱負荷の小さな部屋への空調が普及しはじめている
ことがあげられ、このような用途には従来の可変風量方
式のダクト式空気調和機は対応できないという問題があ
った。

この発明は、このような問題を解消するためになされた
もので、熱源機の容量制御限界以下の熱負荷しかない小
さな被空調室であっても、個別空調できるようなダクト
式空気調和機を提供することを目的としている。

〔Ｂ題を解決するための手段〕

このため、本発明にかかるダクト式空気調和機は、被空
調室の室温を検出する室温検出器と、室温を設定する室
温設定器の偏差により被空調室への必要風量を決定する
風量設定器と、容量可変形熱源機の低容量側の容量可変
限界を検出するとともに、この容量可変限界時に前記風
量設定器に対し、容量制御限界信号を出方する容量制御
限界検出手段を備え、前記Ｒ置設定器は、容量制御限界
信号の人力により、停止中の風量制御ユニットに対する
設定風量を所定風量に設定するようにしたものである。

〔作　用〕

本発明によるダクト式空気調和機は、被空調室の熱負荷
が小さく、供給Ｒ１ｊｌが少ない場合に、熱源機が容量
制御限界に到達すると、この状態を、容量制御限界検出
手段により検出して、風量設定器により停止中の風量制
御ユニットに対し、所定の目標風量をセットすることに
より、供給総風量を増大させ、熱源機の容量制御不足に
より発生する余剰の熱量を空調を必要としない部屋へ分
散させて、熱源機の容量制御範囲内で空気調和機を継続
運転するように働く。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例によるダクト式空気調和機の
システム構成図である。

第１図において、１は容量可変形送風機２と室内熱交換
器３を内蔵した室内機、４は容量可変形熱源機である室
外機であり、この一実施例ではこの室外機４がヒートポ
ンプ方式の熱源機である室外機であり、たとえばインバ
ータ（図示せず）により圧縮機（図示せず）の回転数を
制御して容量可変形に構成されているものである場合に
ついて説明する。室内機１と室外機４は冷媒配管５によ
りそれぞれ接続されている。６は室内機１の空気吹出口
に連通ずる主ダクト、７はこの主ダクト６から各被空調
室の数に応じて分岐した分岐ダクト、８は各分岐ダクト
部に装着され、被空調室への送風量を調節する絞り型の
風量制御ユニット、９はこの風量制御ユニット内に配設
され、分岐ダクトの通過Ｊｉｍ！ｉを検出するＪＩＩｋ
量検出器、１０は同じく風量制御ユニット内に回転可能
に取り付けられ、通過風量を調節するダンパ、１１は図
示されない被空調室に開口した吹出口、１２は被空調室
内の温度を検出する室温検出器、１３は運転スイッチ（
図示せず）付の室温設定器、１４は前記室温検出器１２
．室温設定器１３がらの信号及び容量制御限界信号１７
を受けて被空調室への必要風量を決定する風量設定器、
１５はインバータ（図示せず）の周波数を決定する熱源
機容量制御手段、１６は熱源機の容量制御限界を検出し
て、容量制御限界信号１７を出力する容量制御限界検出
手段、１８は分岐ダクトの通過風量が、風量設定器１４
により設定された目標風量となるようにダンパ１０を制
御する風量制御ユニットの制御装置、１９は風量制御ユ
ニットの制御装置１８からの信号を受けて、容量可変形
送風機２を制御する送風機容量制御手段である。

次に、上記構成を有する本実施例のダクト式空気調和機
の動作について説明する。

室温設定器１３により運転が開始されると、風量設定器
１４は、室温検出器１２及び室温設定器１３の信号によ
り、被空調室の熱負荷に応じて風量制御ユニット８の目
標風量を決定する。目標風量の決定方法の詳細は後述す
る。Ｒｆｆｉ　ｆＩＪ御ユニットの制御装置１８では、
風量検出器９により検出された分岐ダクト７中の通過風
量を重量設定器１４により決定された目標ｆｆ１ｆｉｔ
と一致するように、ダンパ１０を駆動調整する。すなわ
ち、通過風量が目標風量に比べ多い場合は、ダンパ１０
は閉方向へ駆動制御され、逆に、通過風量が目標風量に
比べ少ない場合は、ダンパ１０は開方向へ駆動制御され
る。ダンパｌＯが全開となっても風量が不足するときは
、容量可変形送風機２の能力が不足しているため、風量
制御ユニットの制御装置１８は、ダンパ１０の全開信号
及び風量一致信号を送風機容量制御手段１９へ送り、送
風機容量制御手段１９では各風量制御ユニット８の前記
状態信号により、容量可変形送風機２の出力をアップま
たはダウンして、少なくとも１台のＪｉｊＩｆｌｔ制御
ユニット８のダンパ１０が全開で、かつ、すべての風量
制御ユニット８の通過風量が目標風量と一致するように
容量可変形送風機２を制御して常に適正な送風量を確保
する。一方、送風量が変化することにより吹出温度が変
化するため、熱源機４は吹出温度を一定に保つために熱
源機容量制御手段１５により容量制御される。このとき
、容量制御限界検出手段１６では熱源機４が容量制御の
限界に到達したかどうかを検出し、限界に到達した場合
は容量制御限界信号１７を出力する。

第２図は、熱源機容量制御手段１５及び容量制御限界検
出手段１６の動作を示すフローチャートである。このフ
ローチャートは容量制御としてインバータにより圧縮機
の回転数を制御する場合の暖房時の運転周波数の制御方
式を示すものである。

制御が開始されると、ステップＳ１で、吹出温度（Ｔ）
か測定され、ステップＳ２で、一定の吹出温度として与
えられる吹出目標温度（Ｔｏ）と吹出温度（Ｔ）との偏
差εがε＝Ｔｏ　　Ｔで計算される。ステップＳ３では
、計算された偏差の絶対値１ε１が、たとえばａｄｅｇ
以内かどうかが判断され、ａｄｅｇ以内であれば、ステ
ップＳ４で、運転周波数Ｆは変更前の運転周波数Ｆ７の
まま変更することなくステップ６へ移る。また、偏差の
絶対値１εＩが３ｄｅｇをこえる場合は、ステップＳ５
で運転周波数Ｆは計算式 ％式％ を用いて計算される。

ここに、Ｆ　：新の運転周波数 Ｆ６　：変更前の運転周波数 Ｋ　：実験により決まる正の定数 運転周波数は、吹出温度が低目のときは、アップして能
力を増加させる方向へ、逆に、吹出温度が高目のときは
ダウンして能力を減少させる方向へ調整されて、ステッ
プＳ６へ移る。

ステップＳ６では、新しく決定された運転周波数Ｆが容
量制御範囲の下限として与えられる周波数の下限値Ｆ　
ｓｉｎ以下であるかどうかが判断され、以下と判断され
た場合は、ステップＳ７で運転周波数Ｆが下限値Ｆ　ｗ
ｉｎに補正され、さらに、ステップＳ８で、熱源機とし
ては容量制御限界とみなし、容量制御限界信号１７をセ
ットし、ステップＳｌｌへ移る。一方、ステップｓ６で
運転周波数Ｆが下限値Ｆ　ｗｉｎよりも大きい場合は、
ステップＳ９で、運転周波数Ｆが一定の周波数Ｆ１以下
かどうかが判断され、以・上の場合は、ステップＳＩＯ
で、容量制御限界信号１７がリセットされてステップＳ
ｌｆへ移り、運転周波数Ｆが一定の周波数Ｆ、よりも小
さいときは、そのままステップＳｌｌへ移る。ここで、
一定の周波数Ｆは、下限値Ｆ　、、、ｉｎよりも適当に
大きな値である。

そして、ステップ１１及びステップ１２で、運転周波数
Ｆ及び容量制御限界４８号１７が出力され、このフロー
を終ｒする。

このフローチャートによりば、吹田温度が一定の目標温
度にコントロールされ、周波数が下限値Ｆ、、、。以下
になり容量制御の限界に到達すると、吹出温度が一定値
に保たれなくなるため、容量制御限界信号１７をセット
して、この状態を風量設定器１４に出力し、また、運転
周波数Ｆが一定周波数Ｆ３以上になると、容量制御限界
信号１７をリセットして、限界状態を脱出したことを出
力する。

第３図は前述の風量設定器の動作を示すフローチャート
である。

制御が開始されると、ステップｓ２１で室温設定器１３
の運転スイッチが入っているかどうがが判断され、運転
中の場合は、ステップＳ２２へ移り、停止中の場合は、
ステップＳ２３へ移る。ステップ５２２では、運転中の
風量制御ユニット８の目標風量が第４図にもとづき決定
される。第４図は、室温検出器１２により検出された室
温と室温設定器１３により設定された設定室温の偏差と
１１標風量との関係を示す図であり、実線は、暖房時の
関係を、−点鎖線は冷房時の関係を示す。図より明らか
なように、設定室温と検出された室温の偏差か大きい場
合には、目標風量は大きく設定され、能力を十分用して
運転され、偏差が小さくなるにしたがい、目標風量は、
比例的に小さくなり能力も小さくなる。そして、室温と
設定室温の偏差が逆転し、たとえば、暖房時であれば、
設定室温よりも一定温度以上室温が上回ると目標風量は
、一定の小さな値にセットされる。

ステップＳ２１にて、停止中と判断された場合には、ス
テップＳ２３にて、容量制御限界検出手段１６からの容
量制御限界信号１７がＯＮ、すなわち、セット状態にあ
るのか、ＯＦＦ状態、すなわち、リセット状態にあるの
かが、判断され。

ＯＦＦ状態、すなわち、容量制御限界でない場合は、ス
テップ５２４へ移り、ここで、停止中の風量制御ユニッ
トの目標風量がゼロにセットされ、ステップＳ２６へ移
る。ステップＳ２３にて、容量制御限界信号１７がＯＮ
状態、すなわち、容量制御限界の場合は、ステップＳ２
５へ移り、ここで、停止中の風量制御ユニットの目標風
量が、微少風量にセットされステップＳ２６へ移る。そ
して、ステップＳ２６では、それぞれステップＳ２２．
ステップＳ２４．ステップＳ２５でセットされた目標風
量が、各風量制御ユニットの制御装置１８に出力されこ
のフローを終了する。そして、前述したようにＭｆｆｌ
制御ユニット８では通過ＦＡ量がこの目標風量となるよ
うにダンパ１０を制御する。

このフローチャートによれば、運転中の風量制御ユニッ
ト８は、室温と設定室温により吹田風量がコントロール
され、実際には吹出口１１からの供給風量に比例した供
給熱量と被空調室の熱負荷が、バランスした状態で、安
定運転され室温を設定室温近辺にコントロールする。当
然のことながら被空調室の熱負荷の最大値に合わせて風
量制御ユニット８の容量、すなわち、最大風量が合わせ
られている。

また、停止中の風量制御ユニット８は、定常時には、風
量がゼロにセットされるためダンパ１０は全閉となる。

また、熱源機４が容量制御限界となった場合には、停止
中の風量制御ユニット８は微少風量にセットされるため
、吹出口１１からはごくわずかの風が吹き出すが、最大
風量に比べ風量を十分小さくセットしておけば室温の変
動はそれ程大きくならず実用上、全く支障はない。

熱源機から見れば、容量制御限界になると停止中のＩｔ
　９７！、　ｌＩＪ御ユニット８にも風を送り出すため
、総風量は増大し、容量制御限界から脱出することが可
能となる。また、たとえば−旦、容量制御限界に入り、
停止した風量制御ユニットが微風で運転している状態が
ら運転に切り換わった場合などは、総風量が大幅に増加
するため、熱源機は次第に高容量運転となるが、第２図
のステップＳ９゜ＳＩＯの動作により、容量制御限界信
号１７がリセットされるため、停止ユニットへの微風運
転は解除され定常時の動作に戻ることができる。

この発明による、ダクト式空気調和機の容量ｒｔｉｔ御
の範囲について、具体例で説明する。

熱源機の定＃（ａ大）能力が、たとえば１００００ｋｃ
ａｌ／ｈとし、熱源機の容量制御の範囲を２０％〜１０
０％とする。従来のシステムでは、風量制御ユニット８
で能力制御ができる下限は、熱源機の容量制御の下限で
ある２０％、すなわち、１ｏｏｏ。

ｋｃａｌ／ｈＸ　０．２＝２０００ｋｃａｌ／ｈとなる
。しかし、Ｍｆｆｉ制御ユニット８は、風量を変化させ
て、能力制御を行うため、風量制御ユニットの第４図に
示す目標風量の変化幅が、１００％（設計風量）から４
０％までであるとすれば、ＪｉＪｌｆｆｉ制御ユニット
８の風量を４０％まで絞ったときの能力を熱源機の容量
ＩＩ７御限界である２０００ｋｃａｌ／ｈとする必要が
あり、定ｍｉｘでの能力は２０００ｋｃａｌ／ｈ１０．
４−５０００ｋｃａｌ／ｈとなる。したがって、熱源機
の容量の１／２の容量の風量制御ユニットしか接続する
ことができない。一方、容量制御限界信号１７により停
止中の風量制御ユニット８を微少風量で運転させる本発
明のシステムでは、熱源機の容量の１／４程度の風量制
御ユニット８まで接続が可能となる。たとえば、風量制
御ユニット８の定格能力を２５００ｋｃａｌ／ｈとし、
４台が接続されているとする。風量を４０％に絞ったと
きは、２５００ｋｃａｌ／ｈＸ　Ｏ，４・１０００ｋｃ
ａｌ／ｈの能力となり、風ｆｆｉ制御ユニット８が１台
しか運転されない場合は、熱源機の最低能力が２０００
ｋｃａｌ／ｈのため１００Ｏｋｃａｌ／ｈの能力が余剰
となる。しかし、熱源機がこの場合のように容量制御限
界１７に達すると、容量制御限界信号により、停止中の
風量制御ユニット８を微少風量で運転して余剰能力を処
理するように動作するため、安定した運転を行うことが
できる。停止中の風量制御ユニット８で処理する余剰能
力は１台当りｌ０００ｋｃａ１７３−３３３ｋｃａｌ／
ｈであり、Ｊｉｉａ、ｉｔ制御ユニット８の能力の１３
％程度で十分率さいため、空調を必要としない部屋の温
度が変化してしまうという不具合もほとんど発生しない
。

このように１本発明のシステムにおいては、熱源機の容
量制御範囲に対し、十分率さい能力の風量制御ユニット
８まで接続することが可能である。

〔発明の効果〕

以上に説明してきたように、本発明のダクト式空気調和
機によれば、被空調室の室温を検出する室温検出器と、
室温を設定する室温設定器の偏差により被空調室への必
要風量を決定する風量設定器と、容量可変形熱源機の低
容量側の容量可変限界を検出するとともに容量可変限界
時に、前記風量設定器に対し、容量制御限界信号を出力
する容量制御限界検出手段を備え、前記風量設定器は容
量制御限界信号の入力により停止中の風量制御ユニット
に対する設定風量を所定風量に設定するようにしたこと
により、容量可変形熱源機の容Ｎ制御限界以下の熱負荷
しがない小さな被空調室であっても個別空調ができるダ
クト式空気調和機を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるダクト式空気調和機
のシステム構成図、第２図は熱源機容量制御手段及び容
量制御限界検出手段の動作を示すフローチャート、第３
図は風量設定器の動作を示すフローチャート、第４図は
、温度偏差と目標風聞の関係を示す図、第５図は従来の
可変風量方式による空気調和機を示す構成図である。 １・・・・・・室内機 ２・・・・・・容量可変形送風機 ４・・・・・・熱源機であるビートポンプ方式の室外機
６・・・・・・主ダクト ７・・・・・・分岐ダクト ８・・・・・・風量制御ユニット ９−−−−−−　ｆｉ量検出器 １０・・・・・・ダンパ １２・・・・・・室温検出器 １３・・・・・・室温設定器 １４・・・・・・風量設定器 １６・・・・・・容量制御限界検出手段１７・・・・・
・容量制御限界信号 なお、図中、同−符号及び同一記号は同または相当部分
を示す。 部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 容量可変形送風機を備えるとともに、冷風または温風を
   発生させる容量可変形熱源機と、前記容量可変形送風機
   に接続された主ダクト及び前記主ダクトから分岐し、複
   数の被空調室へ開口する分岐ダクトと、前記被空調室の
   室温を検出する室温検出器、及び室温を設定する室温設
   定器の偏差により被空調室への必要風量を決定する風量
   設定器と、前記分岐ダクトの途中に配設され、分岐ダク
   トの通過風量を検出する風量検出器、及び通過風量を制
   御するダンパを備え、前記風量検出器の検出風量と風量
   設定器からの設定風量にもとづきダンパを制御して風量
   制御を行う風量制御ユニットとを備えたダクト式空気調
   和機であって、前記容量可変形熱源器の低容量側の容量
   制御限界を検出するとともに、前記風量設定器に対し容
   量制御限界信号を出力する容量制御限界検出手段を備え
   、前記風量設定器は容量制御限界信号の入力により停止
   中の風量制御ユニットに対する設定風量を所定風量に設
   定するようにしたことを特徴とするダクト式空気調和機
   。