JPWO2014017316A1 - 空調装置及び空調制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、機器高効率化による省エネ及び使用者の快適性の両立を図るようにした空調装置及び空調制御方法を提供することを第2の目的としている。
図1は、本発明の実施の形態に係る空調装置Aのシステム構成を概略的に示すシステム構成図である。図1に基づいて、空調装置Aのシステム構成、具体的には空調装置Aを構成している各機器の配置について説明する。
図2は、空調装置Aの冷媒回路構成を概略的に示す冷媒回路図である。図2に基づいて、空調装置Aの冷媒回路構成について説明する。図1に示したように、空調装置Aは、熱源機10と室内機20とを配管100で接続した構成となっている。
室内機20内には、冷媒を凝縮させる凝縮器もしくは冷媒を蒸発させる蒸発器となる熱交換器(負荷側熱交換器)21、熱交換器21に向けて空気を送出する送風手段22が搭載されている。
圧縮機13は、インバータにより制御されるモータ(図示せず)によって駆動され、運転容量を可変することが可能な容積式圧縮機で構成するとよい。なお、図2では、圧縮機13の台数が1台の場合を例に示しているが、圧縮機13の台数を特に限定するものではなく、2台以上の圧縮機13を並列もしくは直列に接続して熱源機10に搭載してもよい。
熱交換器11は、冷凍サイクル1000を循環する冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものである。上述したように、熱交換器11には、送風手段12によって室外空気が供給されるようになっている。熱交換器11は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、熱交換器11は、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、あるいは、二重管式熱交換器で構成してもよい。
熱交換器21は、冷凍サイクル1000を循環する冷媒と室内空気との間で熱交換を行うものである。上述したように、熱交換器21には、送風手段22によって室内空気が供給されるようになっている。熱交換器21は、熱交換器11と同様に、例えばフィン・アンド・チューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、あるいは、二重管式熱交換器等で構成するとよい。
送風手段12は、熱交換器11に供給する空気の流量を可変することが可能なファンであり、DCファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等で構成するとよい。
送風手段22は、熱交換器21に供給する空気の流量を可変することが可能なファンであり、DCファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等で構成するとよい。
絞り手段14は、冷媒回路内を流れる冷媒の流量の調節等が可能なもので構成するとよく、例えばステッピングモータ(図示せず)により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、またはキャピラリーチューブ等で構成するとよい。
四方弁15は、熱交換器11,21を流れる冷媒の方向を切替えるためのものである。空調対象空間aを冷房する際には、四方弁15は、圧縮機13、四方弁15、熱交換器11、絞り手段14、および熱交換器21の順に冷媒が流れるように切り替えられる。
一方、空調対象空間aを暖房する際には、圧縮機13、四方弁15、熱交換器21、絞り手段14、および該熱交換器11の順に冷媒が流れるように切り替えられる。
空調装置Aに用いられる冷媒としては、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、HFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒であるR407C(R32/R125/R134a)等がある。擬似共沸混合冷媒には、HFC冷媒であるR410A(R32/R125)やR404A(R125/R143a/R134a)等がある。また、単一冷媒には、HCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)冷媒であるR22やHFC冷媒であるR134a等がある。また、二酸化炭素や炭化水素、ヘリウム等の自然冷媒を使用してもよい。
空調装置Aは、各種センサ(吐出温度センサ1a、吸入温度センサ1b、温度センサ1c〜1h)を有している。各種センサで検出された情報は、例えば熱源機10に設置されている制御基板16に送られ、空調装置Aの制御に利用されることになる。これらの各種センサも、本発明の「在室前環境検知手段」の1つである。
吸入温度センサ1bは、圧縮機13の吸入側に設けられ、圧縮機13に吸入される冷媒の温度を検出するものである。
温度センサ1cは、熱交換器11の冷媒出入口の一方に設けられ、熱交換器11に流入する冷媒の温度又は熱交換器11から流出した冷媒の温度を検出するものである。
温度センサ1dは、熱交換器11の冷媒出入口の他方に設けられ、熱交換器11に流入する冷媒の温度又は熱交換器11から流出した冷媒の温度を検出するものである。
温度センサ1fは、熱交換器21の冷媒出入口の他方に設けられ、熱交換器21に流入する冷媒の温度又は熱交換器21から流出した冷媒の温度を検出するものである。
温度センサ1gは、熱交換器11の空気吸込み側に設けられ、熱交換器11に吸い込まれる空気の温度の検出するものである。
温度センサ1hは、熱交換器21の空気吸込み側に設けられ、熱交換器21に吸い込まれる空気の温度を検出するものである。
空調装置Aは、制御基板16及び制御基板23を備えている。制御基板16及び制御基板23は、空調装置Aのシステム全体を統括制御する機能を有している。具体的には、制御基板16及び制御基板23は、各種センサからの情報と、使用者の設定情報に基づき、予め搭載されている制御プログラムに基づいて、空調装置Aの運転を指令する。制御基板16及び制御基板23は、空調装置Aの全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成し、四方弁15の切り替え制御、絞り手段14の開度制御の他、圧縮機13の駆動周波数制御や送風手段22の回転数制御、送風手段12の回転数制御等を制御することで、空調装置Aの運転を指令するようになっている。
制御基板16及び制御基板23は、在室開始時間より所定の時間前から冷房運転(予冷運転)又は暖房運転(予暖運転)を開始し、制御目標温度を室温基準で判定する「室温基準目標温度制御」にするか、外気基準で判定する「外気基準目標温度制御」にするかの判定を在室前環境検知手段の検知結果から実施し、使用者の在室開始予定時刻での目標温度である在室開始時設定時間を変更するように制御する在室開始時温度制御部51を備えている。
また、制御基板16及び制御基板23は、使用者の在室開始後の目標温度に到達するまで、予冷運転又は予暖運転と同様の運転容量で圧縮機13を駆動する圧縮機駆動部53を備えている。
圧縮機駆動部53は、予冷運転又は予暖運転では、運転容量を最大運転容量の50%を目途にした固定容量で圧縮機13を運転するように設定されてもいる。
図2を用いて冷凍サイクル1000の冷房動作について説明する。
圧縮機13から吐出された冷媒は、四方弁15を通過して熱交換器11へと流れる。熱交換器11はこのとき凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に凝縮液化し、絞り手段14へと流れる。この冷媒は、絞り手段14で減圧された後、熱交換器21に流入する。熱交換器21は蒸発器として機能しているので、冷媒は空気と熱交換して蒸発する。このとき、空調対象空間aが冷房されることになる。熱交換器21で蒸発した冷媒は、熱交換器21から流出した後、四方弁15を通過して再び圧縮機13に吸入される。
図2を用いて冷凍サイクル1000の暖房動作について説明する。
圧縮機13から吐出された冷媒は、四方弁15を通過して熱交換器21へと流れる。熱交換器21はこのとき凝縮器として作用しているので、冷媒は空気と熱交換する際に凝縮液化する。このとき、空調対象空間aが暖房されることになる。熱交換器21で凝縮された冷媒は、熱交換器21から流出した後、絞り手段14へと流れる。この冷媒は、絞り手段14で減圧された後、熱交換器11へと流れる。熱交換器11はこのとき蒸発器として作用し、冷媒は空気と熱交換して蒸発した後、四方弁15を通過して再び圧縮機13に吸入される。
次に、空調装置Aの制御動作の概要を説明する。空調装置Aは、冷房運転又は暖房運転などの通常運転を実行する際の制御動作の他、予冷運転又は予暖運転する際の制御動作を行う。
空調装置Aの通常運転時の制御動作について説明する。空調装置Aは、空調装置Aを使用する使用者の運転開始指令により運転を開始する。使用者は、たとえばコントローラ30等を操作して空調装置Aに運転開始指令を与える。運転開始指令には冷房運転、暖房運転などの運転モードも含まれており、空調装置Aでは運転開始指令と同時に運転モードも設定される。具体的には、制御基板16及び制御基板23が、空調装置Aを構成している駆動部品を制御して、空調装置Aの運転を実行している。
次に、空調装置Aの予冷運転又は予暖運転時の制御動作について説明する。
空調装置Aが実行する予冷運転又は予暖運転とは、使用者に指定された時刻に、室内温度をある設定値(以下、在室開始時設定温度Tsと称する)となるように冷房運転又は暖房運転を実行することである。なお、ここでは予冷運転を例とした制御動作について説明する。
一方、在室予定者が在室前までに室外にいる場合はステップST4mに進み、「外気基準目標温度制御CONTROL_out」を行う。
そして、ステップST3mの「室温基準目標温度制御CONTROL_in」を実行、又は、ステップST4mの「外気基準目標温度制御CONTROL_out」を実行した後、ステップST5mに移行する。
一方、在室開始時刻TIME_inと現在時刻TIME_nowの差が予冷時間TIME_d以上の場合にはステップST1mにて再度生活パターン、外気情報を入手する。
図4に基づいて室温基準目標温度制御CONTROL_inについて説明する。図4は、空調装置Aの室内基準目標温度制御の処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、予冷運転時の在室開始時設定温度Tsの設定方法について説明する。なお、制御の主体は、制御基板16及び制御基板23であるが、説明の便宜上、省略する場合がある。
図5(b)に示す予冷中の状態では、空調対象空間aaの室内機20aを在室時設定温度を目標設定温度Tm1もしくは保証温度Tlimit1として運転させ、空調対象空間abの室内機20bを目標設定温度Tm1で運転させている。
図5(c)に示す空調対象空間aaに使用者が在室している在室開始時刻TIME_inより後の状態では、空調対象空間aaの室内機20aを空調目標温度Tmで通常運転もしくは予冷・予暖延長運転させ、空調対象空間abの室内機20bを運転停止させている。
図6に基づいて外気基準目標温度制御CONTROL_outについて説明する。図6は、空調装置Aの外気基準目標温度制御の処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、予冷運転時の在室開始時設定温度Tsの設定方法について説明する。なお、制御の主体は、制御基板16及び制御基板23であるが、説明の便宜上、省略する場合がある。
図7(b)に示す予冷中の状態では、空調対象空間acの室内機20aを在室時設定温度を(Tout-deltaT2)もしくはTlimit2として運転させている。
図7(c)に示す空調対象空間acに使用者が在室している在室開始時刻TIME_inより後の状態では、空調対象空間acの室内機20aを空調目標温度Tmで通常運転もしくは予冷・予暖延長運転させている。
図8に基づいて空調装置Aの外気変動時間制御CONTROL_TIMEについて説明する。ここでは予冷運転時の予冷時間TIMEsの設定方法について説明する。図8は、空調装置Aの外気変動時間制御の処理の流れを示すフローチャートである。なお、制御の主体は、制御基板16及び制御基板23であるが、説明の便宜上、省略する場合がある。
次に、図9〜図26に基づいて空調装置Aの予冷、予暖制御動作の具体的な作用について説明する。以下で説明する従来の空調装置が実行する予冷、予暖制御動作とは、使用者の在室開始より前にある一定時間予冷、予暖運転を行い、予冷、予暖終了後に室内の目標温度に到達するようにする制御動作であるとする。
図9〜図11に基づいて、冷房期に予冷開始時刻帯での外気温度が在室開始後温度よりも低い場合(例えば夏の早朝)での予冷制御動作の具体的な作用について説明する。
図12〜図14に基づいて、冷房期に予冷開始時刻帯での外気温度が在室開始後温度とほぼ同等である場合(例えば夏の昼間)での予冷制御動作の具体的な作用について説明する。
図15〜図17に基づいて、冷房期に予冷開始時刻帯での外気温度が在室開始後温度よりも高い場合(例えば夏の夕方など)での予冷制御動作の具体的な作用について説明する。
図9は、予冷開始時が低温時における空調装置Aの予冷制御動作を示す温度線図である。図10は、予冷開始時が低温時における従来の空調装置の予冷制御動作を示す温度線図である。図11は、空調装置A及び従来の空調装置の予冷開始時が低温時における予冷制御動作時の消費電力の変化を示す消費電力図である。図9及び図10では、横軸が時間を、縦軸が温度を、それぞれ表している。図11では、横軸が時間を、縦軸が消費電力を、それぞれ表している。
図12は、予冷開始時に外気温度と在室開始後温度とほぼ同等である場合における空調装置Aの予冷制御動作を示す温度線図である。図13は、予冷開始時に外気温度と在室開始後温度とほぼ同等である場合における従来の空調装置の予冷制御動作を示す温度線図である。図14は、空調装置A及び従来の空調装置の予冷開始時に外気温度と在室開始後温度とほぼ同等である場合における予冷制御動作時の消費電力の変化を示す消費電力図である。図12及び図13では、横軸が時間を、縦軸が温度を、それぞれ表している。図14では、横軸が時間を、縦軸が消費電力を、それぞれ表している。
図15は、予冷開始時に外気温度が在室開始後温度よりも高い場合における空調装置Aの予冷制御動作を示す温度線図である。図16は、予冷開始時に外気温度が在室開始後温度よりも高い場合における従来の空調装置の予冷制御動作を示す温度線図である。図17は、空調装置A及び従来の空調装置の予冷開始時に外気温度が在室開始後温度よりも高い場合における予冷制御動作時の消費電力の変化を示す消費電力図である。図15及び図16では、横軸が時間を、縦軸が温度を、それぞれ表している。図17では、横軸が時間を、縦軸が消費電力を、それぞれ表している。
図18〜図20に基づいて、暖房期に予暖開始時刻帯での外気温度が在室開始後温度よりも低い場合(例えば冬の早朝)での予暖制御動作の具体的な作用について説明する。
図21〜図23に基づいて、暖房期に予暖開始時刻帯での外気温度と在室開始後温度がほぼ同等である場合(例えば冬の昼間)での予暖制御動作の具体的な作用について説明する。
図24〜図26に基づいて、暖房期に予暖開始時刻帯での外気温度が在室開始後温度よりも高い場合(例えば冬の夕方)での予暖制御動作の具体的な作用について説明する。
図18は、予暖開始時が低温時における空調装置Aの予暖制御動作を示す温度線図である。図19は、予暖開始時が低温時における従来の空調装置の予暖制御動作を示す温度線図である。図20は、空調装置A及び従来の空調装置の予暖開始時が低温時における予暖制御動作時の消費電力の変化を示す消費電力図である。図18及び図19では、横軸が時間を、縦軸が温度を、それぞれ表している。図20では、横軸が時間を、縦軸が消費電力を、それぞれ表している。
図21は、予暖開始時に外気温度と在室開始後温度とほぼ同等である場合における空調装置Aの予暖制御動作を示す温度線図である。図22は、予暖開始時に外気温度と在室開始後温度とほぼ同等である場合における従来の空調装置の予暖制御動作を示す温度線図である。図23は、空調装置A及び従来の空調装置の予暖開始時に外気温度と在室開始後温度とほぼ同等である場合における予暖制御動作時の消費電力の変化を示す消費電力図である。図21及び図22では、横軸が時間を、縦軸が温度を、それぞれ表している。図23では、横軸が時間を、縦軸が消費電力を、それぞれ表している。
図24は、予暖開始時に外気温度が在室開始後温度よりも高い場合における空調装置Aの予暖制御動作を示す温度線図である。図25は、予暖開始時に外気温度が在室開始後温度よりも高い場合における従来の空調装置の予暖制御動作を示す温度線図である。図26は、空調装置A及び従来の空調装置の予暖開始時に外気温度が在室開始後温度よりも高い場合における予暖制御動作時の消費電力の変化を示す消費電力図である。図24及び図25では、横軸が時間を、縦軸が温度を、それぞれ表している。図26では、横軸が時間を、縦軸が消費電力を、それぞれ表している。
このようにして得られる空調装置Aは、図9〜図26に示したように、外気温度の変動や、使用者の活動状況に合わせて在室開始時設定温度Tsを設定し、予冷、予暖時間の調整ができ、快適性と身体への負担の軽減、予冷、予暖による省エネの同時達成が可能となる。
Claims (11)
- 空調対象空間を使用者の在室前に目標温度とするように予冷運転又は予暖運転を実行する空調装置であって、
使用者の在室前の環境が屋内であるか屋外であるかを検知する在室前環境検知手段と、
前記在室前環境検知手段での検知結果に基づいて前記予冷運転又は予暖運転を実施する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記在室前環境検知手段の検知結果に基づき、前記予冷運転又は予暖運転の開始時刻及び使用者の在室開始予定時刻での目標温度である在室開始時設定温度を変化させる在室開始時温度制御部を備えた構成である
空調装置。 - 前記制御装置は、
前記在室開始時設定温度と使用者の在室開始後の目標温度とが異なる場合、
前記在室開始時設定温度を、
前記予冷運転では使用者の在室開始後の目標温度以上に設定し、
前記予暖運転では使用者の在室開始後の目標温度以下に設定する目標温度設定部を備えた構成である
請求項1に記載の空調装置。 - 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機を備え、
前記制御装置は、
使用者の在室開始後の目標温度に到達するまで、前記予冷運転又は前記予暖運転と同様の運転容量で前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動部を備えた構成である
請求項1又は2に記載の空調装置。 - 前記制御装置は、
使用者の在室前の環境が屋内である場合と屋外である場合とで前記在室開始時設定温度を異なるものとしている在室開始時温度変更部を備えた構成である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の空調装置。 - 前記制御装置は、
前記在室前環境検知手段の検知結果から使用者の在室前の環境が屋外であると判断した場合、
前記在室前環境検知手段により検知される在室前の外気温度と予め設定されている上限温度とを比較し、
前記外気温度が前記上限温度よりも小さいときには前記在室開始時設定温度から所定の温度幅を引いた値を新たな在室開始時設定温度に設定し、
前記外気温度が前記上限温度以上であるときには該上限温度を保証温度として新たな前記在室開始時設定温度に設定する在室開始時温度設定部を備えた構成である
請求項1〜4のいずれか一項に記載の空調装置。 - 前記制御装置は、
前記在室前環境検知手段の検知結果から使用者の在室前の環境が屋内であると判断した場合、
前記在室前環境検知手段より検知される在室前の室内温度と予め設定されている目標設定温度とを比較し、
前記室内温度と前記目標設定温度との差の絶対値が所定の判定閾値よりも小さいときには前記在室開始設定温度を前記目標設定温度に設定し、
前記室内温度と前記目標設定温度との差の絶対値が前記判定閾値以上であるときには前記在室開始設定温度を保証温度として設定する在室開始時温度設定部を備えた構成である
請求項1〜4のいずれか一項に記載の空調装置。 - 前記制御装置は、
前記在室前環境検知手段から外気温度変動予測情報を入手し、
前記外気温度変動予測情報の所定区間における初期温度が最終温度よりも大きく、前記初期温度と前記最終温度との差の絶対値が所定の判定閾値以上であるときは、
前記予冷運転では、予冷運転時間を短縮し、
前記予暖運転では、予暖運転時間を延長し、
前記外気温度変動予測情報の所定区間における初期温度が最終温度よりも小さく、前記初期温度と前記最終温度との差の絶対値が所定の判定閾値以上であるときは、
前記予冷運転では、予冷運転時間を延長し、
前記予暖運転では、予暖運転時間を短縮する運転時間変更部を備えた構成である
請求項4〜6のいずれか一項に記載の空調装置。 - 前記制御装置は、
空調対象空間に存在する一又は複数の機器の使用情報を収集し、収集した情報に基づいて使用者の在室時間幅を取得する在室時間幅取得部を備えた構成である
請求項1〜7のいずれか一項に記載の空調装置。 - 前記機器としては、
空調対象空間に存在する空調装置、照明、人感センサ、室内ドアのうちの少なくとも一つを適用している
請求項8に記載の空調装置。 - 前記制御装置の前記圧縮機駆動部は、
前記予冷運転又は予暖運転では、運転容量を最大運転容量の50%を目途にした固定容量で前記圧縮機を運転するように設定されている
請求項3、請求項3に従属する請求項4〜9のいずれか一項に記載の空調装置。 - 使用者の在室前の環境が屋内であるか屋外であるかを検知し、その検知結果に基づいて、空調対象空間を使用者の在室前に目標温度とするように予冷運転又は予暖運転を実行する空調装置の空調制御方法であって、
使用者の在室開始予定時刻での目標温度である在室開始時設定温度と使用者の在室開始後の目標温度とが異なる場合、
前記在室開始時設定温度を、
前記予冷運転では使用者の在室開始後の目標温度以上に設定し、
前記予暖運転では使用者の在室開始後の目標温度以下に設定し、
使用者の在室前の環境が屋外であると判断したとき、検知される在室前の外気温度と予め設定されている上限温度とを比較し、前記外気温度が前記上限温度よりも小さいときには前記在室開始時設定温度から所定の温度幅を引いた値を新たな在室開始時設定温度に設定し、前記外気温度が前記上限温度以上であるときには該上限温度を保証温度として新たな前記在室開始時設定温度に設定し、
使用者の在室前の環境が屋内であると判断したとき、検知される在室前の室内温度と予め設定されている目標設定温度とを比較し、前記室内温度と前記目標設定温度との差の絶対値が所定の判定閾値よりも小さいときには前記在室開始設定温度を前記目標設定温度に設定し、前記室内温度と前記目標設定温度との差の絶対値が前記判定閾値以上であるときには前記在室開始設定温度を保証温度として設定する
空調制御方法。
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