JPWO2020066016A1 - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

空気調和機は、水またはブラインを含み、熱を搬送する熱媒体を送出するポンプを有する熱媒体搬送装置と、室内空気と熱媒体との間で熱交換を行う室内熱交換器、および、室内熱交換器を通過する熱媒体の流量を調整する流量調整弁をそれぞれ有し、熱媒体配管によって熱媒体搬送装置と接続される複数の室内機と、流量調整弁の開度を制御する制御装置とを備え、制御装置は、熱媒体搬送装置から複数の室内機までの熱媒体配管の配管長に応じた流路抵抗に基づき、流路抵抗が小さいほど流量調整弁の弁開度制御範囲が狭まるように、弁開度制御範囲を決定する。

Description

本発明は、冷媒循環回路を循環する冷媒と熱媒体循環回路を循環する熱媒体との間で熱交換を行う空気調和機に関するものである。

従来、室外機と室内機とが接続され、室外機と室内機との間で冷媒を循環させることにより、空調対象空間である室内空間の空気を調和する直膨方式の空気調和機が用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された直膨方式の空気調和機における能力制御は、一般に、冷房運転時には過熱度ＳＨを用いて行われ、暖房運転時には過冷却度ＳＣを用いて行われる。そのため、室外機から室内機までの距離に関わらず、予め設計された室内機の熱交換容量に応じて、室内機に対する冷媒の流量を制御している。

これに対して、圧縮機、室外熱交換器、絞り装置および中間熱交換器を有し、蒸気圧縮式冷凍サイクルで熱を生成する一次側サイクルと、中間熱交換器、ポンプ等の二次側サイクルの熱媒体搬送手段および室内熱交換器を有し、水またはブラインなどの熱媒体を用いて熱を搬送する二次側サイクルとで構成される空調システムがある。一例としては、熱源機および室内機で構成されたものがある。他の例としては、熱源機（室外機）、中継機および複数の室内機で構成されたものがある。この空気調和機は、室外機と中継機との間で冷媒を用いて熱を搬送し、中継機において、冷媒と水などの熱媒体との間で熱交換を行い、中継機と複数の室内機との間で熱媒体を用いて熱を搬送する。

特開２００９−１３９０１４号公報

ところで、熱媒体を用いた空気調和機では、中継機から複数の室内機のそれぞれまでの配管長が異なると、配管の圧力損失に差が生じる。そのため、それぞれの室内機に対する熱媒体に偏流が生じ、室内機毎の熱媒体の流量が異なってしまう。すなわち、中継機から遠い位置に設けられた室内機の能力は、中継機に近い位置に設けられた室内機の能力よりも大幅に低下する。このように、従来の空気調和機では、複数の室内機までの配管長が異なると、室内機毎に冷えやすさ、あるいは暖まりやすさといった能力に差が生じてしまう。

本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、室内機毎の配管長が異なる場合でも、室内機の能力差を解消することができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の空気調和機は、水またはブラインを含み、熱を搬送する熱媒体を送出するポンプを有する熱媒体搬送装置と、室内空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う室内熱交換器、および、前記室内熱交換器を通過する前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁をそれぞれ有し、熱媒体配管によって前記熱媒体搬送装置と接続される複数の室内機と、前記流量調整弁の開度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記熱媒体搬送装置から前記複数の室内機までの前記熱媒体配管の配管長に応じた流路抵抗に基づき、前記流路抵抗が小さいほど前記流量調整弁の弁開度制御範囲が狭まるように、前記弁開度制御範囲を決定するものである。

本発明によれば、複数の室内機に接続された熱媒体配管の配管長に応じて、流量調整弁の開度制御範囲を決定することにより、室内機毎の配管長が異なる場合でも、室内機の能力差を解消することができる。

実施の形態１に係る空気調和機の設置例を示す概略図である。 実施の形態１に係る空気調和機の構成の一例を示す概略図である。 図２の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図３の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。 図３の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る空気調和機による弁開度制御範囲決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１ランクテーブルの一例を示す概略図である。 第２ランクテーブルの一例を示す概略図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る空気調和機について、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では、各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。そして、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。

［空気調和機１００の設置例］
図１は、本実施の形態１に係る空気調和機１００の設置例を示す概略図である。図１に示すように、空気調和機１００は、冷媒が循環する冷媒循環回路Ａと、熱の授受および搬送などを行う、利用温度範囲で態変化しない水などの熱媒体が循環する熱媒体循環回路Ｂとを備えている。そして、冷暖房などにより、空調対象空間である室内空間の空気調和が行われる。

空気調和機１００は、熱源機としての室外機１０と、複数の室内機３０、３０、・・・と、冷媒循環回路Ａを循環する冷媒と熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体との間の伝熱を中継する中継機２０とを備えている。室外機１０および中継機２０は、冷媒配管１で接続されている。これにより、冷媒配管１内を冷媒が循環する冷媒循環回路Ａが形成されている。また、中継機２０および複数の室内機３０、３０、・・・のそれぞれは、熱媒体配管２で接続されている。これにより、熱媒体配管２内を熱媒体が循環する熱媒体循環回路Ｂが形成されている。

なお、室外機１０、中継機２０および室内機３０、３０、・・・の数は、この例に限られない。例えば、室外機１０を複数設けるとともに、複数の室外機１０と同数の中継機２０を設け、それぞれの室外機１０がそれぞれの中継機２０と接続されてもよい。すなわち、室外機１０、中継機２０および室内機３０、３０、・・・の台数は、空気調和機１００が設置される建物の規模等に応じて、適宜決定することができる。

冷媒循環回路Ａを循環する冷媒として、例えば、Ｒ−２２またはＲ−１３４ａ等の単一冷媒、Ｒ−４１０ＡまたはＲ−４０４Ａ等の擬似共沸混合冷媒、あるいは、Ｒ−４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒が用いられる。また、化学式内に二重結合を含む、ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒またはその混合物、あるいは、ＣＯ_２、プロパン等の自然冷媒が用いられる。また、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体として、例えば、水、ブライン（不凍液）または水とブラインとの混合液等が用いられる。

［空気調和機１００の構成］
図２は、本実施の形態１に係る空気調和機１００の構成の一例を示す概略図である。図２に示すように、空気調和機１００は、室外機１０、熱媒体搬送装置の一例としての中継機２０、複数の室内機３０_１、３０_２、３０_３、・・・、３０_ｎ−１、３０_ｎおよび制御装置４０で構成されている。この例において、制御装置４０は、中継機２０内に設けられている。

なお、以下の説明において、複数の室内機３０_１、３０_２、３０_３、・・・、３０_ｎ−１、３０_ｎは、総称して「室内機３０_ｋ」と記載される場合がある。符号ｋは、１〜ｎまでの整数である。また、制御装置４０は、この例に限られず、室外機１０または複数の室内機３０_ｋのいずれかに設けられてもよいし、各機器とは別体で設けられてもよい。また、以下では、室外機１０と熱媒体搬送装置とが別体で設けられている場合について説明するが、これに限られず、例えば、室外機１０と熱媒体搬送装置とが一体に構成されていてもよい。

（熱媒体配管２）
熱媒体配管２は、中継機２０に接続された主配管２ａと、主配管２ａから分岐し、各室内機３０ｋに接続された分岐配管２ｂ_１、２ｂ_２、２ｂ_３、・・・、２ｂ_ｎ−１、２ｂ_ｎで形成されている。本実施の形態１では、中継機２０から室内機３０_１へ分岐する分岐配管２ｂ_１の分岐点までの主配管２ａを「主配管２ａ_１」と称する。また、主配管２ａのうち、前段の室内機３０_ｋ−１への分岐点から室内機３０_ｋへの分岐点までの主配管２ａを「主配管２ａ_ｋ」と称して説明する。

なお、室内機３０_ｎ−１への分岐点から最後段の室内機３０ｎまでの配管は、分岐配管２ｂ_ｎであるため、主配管２ａ_ｎは存在しない。また、以下の説明において、主配管２ａ_１〜２ａ_ｎ−１は、総称して「主配管２ａ_ｋ」と記載される場合がある。

（室外機１０）
室外機１０は、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３および絞り装置１４を備えている。圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３、後述する中継機２０に設けられた熱媒体熱交換器２１の冷媒側流路ならびに絞り装置１４が冷媒配管１によって環状に接続されることにより、冷媒循環回路Ａが形成される。

圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１１の運転周波数は、後述する制御装置４０によって制御される。

冷媒流路切替装置１２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転および暖房運転の切り替えを行う。冷媒流路切替装置１２は、冷房運転時に、図２の実線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とが接続されるように切り替わる。また、冷媒流路切替装置１２は、暖房運転時に、図２の破線で示すように、圧縮機１１の吐出側と中継機２０側とが接続されるように切り替わる。冷媒流路切替装置１２における流路の切替は、制御装置４０によって制御される。

室外熱交換器１３は、図示しないファンによって供給される室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１３は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、室外熱交換器１３は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。

絞り装置１４は、例えば膨張弁であり、冷媒を膨張させる。絞り装置１４は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。絞り装置１４の開度は、制御装置４０によって制御される。

（中継機２０）
中継機２０は、熱媒体熱交換器２１およびポンプ２２を備えている。熱媒体熱交換器２１は、凝縮器または蒸発器として機能し、冷媒側流路に接続された冷媒循環回路Ａを流れる冷媒と、熱媒体側流路に接続された熱媒体循環回路Ｂを流れる熱媒体との間で熱交換を行う。熱媒体熱交換器２１は、冷房運転の際に、冷媒を蒸発させ、冷媒が蒸発した際の気化熱により熱媒体を冷却する蒸発器として機能する。また、熱媒体熱交換器２１は、暖房運転の際に、冷媒の熱を熱媒体に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

ポンプ２２は、図示しないモータによって駆動され、熱媒体配管２を流れる熱媒体を送出して循環させる。ポンプ２２は、例えば、容量制御が可能なポンプ等で構成され、複数の室内機３０_ｋそれぞれの負荷の大きさによってその流量を調整することができる。ポンプ２２の駆動は、制御装置４０によって制御される。具体的には、ポンプ２２は、負荷が大きいほど熱媒体の流量が多くなり、負荷が小さいほど熱媒体の流量が少なくなるように、制御装置４０によって制御される。

また、中継機２０は、ポンプ入口圧力センサ２３およびポンプ出口圧力センサ２４を備えている。ポンプ入口圧力センサ２３は、ポンプ２２の熱媒体の流入側に設けられ、ポンプ２２に流入する熱媒体の圧力Ｐｐ１を検知する。ポンプ出口圧力センサ２４は、ポンプ２２の熱媒体の流出側に設けられ、ポンプ２２から流出する熱媒体の圧力Ｐｐ２を検知する。

（室内機３０_ｋ）
複数の室内機３０_ｋのそれぞれは、主配管２ａ_ｋから分岐する分岐配管２ｂ_ｋにそれぞれ接続されている。これにより、複数の室内機３０_ｋは、中継機２０に対して並列に接続されている。複数の室内機３０_ｋのそれぞれは、室内熱交換器３１および流量調整弁３２を備えている。中継機２０に設けられたポンプ２２および熱媒体熱交換器２１の熱媒体側流路、室内熱交換器３１ならびに流量調整弁３２が熱媒体配管２によって環状に接続されることにより、熱媒体循環回路Ｂが形成される。

室内熱交換器３１は、図示しないファンによって供給される室内空気と熱媒体との間で熱交換を行う。これにより、室内空間に供給される調和空気である冷房用空気または暖房用空気が生成される。流量調整弁３２は、室内熱交換器３１を通過する熱媒体の流量を調整する。流量調整弁３２の開度制御範囲は、室内機３０_ｋ毎に設定されており、制御装置４０によって制御される。なお、複数の室内機３０_ｋ毎の流量調整弁３２の開度制御範囲の設定については、後述する。

また、複数の室内機３０_ｋのそれぞれは、弁入口圧力センサ３３および弁出口圧力センサ３４を備えている。弁入口圧力センサ３３は、流量調整弁３２の熱媒体の流入側に設けられ、流量調整弁３２に流入する熱媒体の圧力Ｐｖ１を検知する。弁出口圧力センサ３４は、流量調整弁３２の熱媒体の流出側に設けられ、流量調整弁３２から流出する熱媒体の圧力Ｐｖ２を検知する。

（制御装置４０）
制御装置４０は、空気調和機１００の各部に設けられた各種センサ類から受け取る各種情報に基づき、室外機１０、中継機２０および複数の室内機３０_ｋを含む空気調和機１００全体の動作を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置４０は、複数の室内機３０_ｋ毎に流量調整弁３２の開度制御範囲を決定する処理を行う。

図３は、図２の制御装置４０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置４０は、流路抵抗算出部４１、圧力損失算出部４２、ランク決定部４３、弁開度制御範囲決定部４４、機器制御部４５および記憶部４６を備えている。制御装置４０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

流路抵抗算出部４１は、ポンプ入口圧力センサ２３、ポンプ出口圧力センサ２４、弁入口圧力センサ３３および弁出口圧力センサ３４の検知結果に基づき、各室内機３０_ｋの主配管２ａ_ｋの流路抵抗Ｒａ_ｋおよび分岐配管２ｂ_ｋの流路抵抗Ｒｂ_ｋをそれぞれ算出する。具体的な流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋの算出方法は、後述する。

圧力損失算出部４２は、流路抵抗算出部４１で算出された主配管２ａ_ｋの流路抵抗Ｒａ_ｋと熱媒体の流量Ｖｗとに基づき、主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋを算出する。また、圧力損失算出部４２は、流路抵抗算出部４１で算出された分岐配管２ｂ_ｋの流路抵抗Ｒｂ_ｋと熱媒体の流量Ｖｗとに基づき、分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋを算出する。具体的な圧力損失ｄＰａ_ｋおよびｄＰｂ_ｋの算出方法は、後述する。

ランク決定部４３は、記憶部４６に予め記憶された第１ランクテーブルおよび第２ランクテーブルを参照して、圧力損失算出部４２で算出された主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋと分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋとをそれぞれランク付けする。第１ランクテーブルは、主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋと、流路抵抗Ｒａ_ｋのランクＡ＿ｒａｎｋとが対応付けられたものである。第２ランクテーブルは、分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋと、流路抵抗Ｒｂ_ｋのランクＢ＿ｒａｎｋとが対応付けられたものである。

弁開度制御範囲決定部４４は、ランク決定部４３で決定された流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋのそれぞれのランク値に基づき、各室内機３０_ｋにおける流量調整弁３２の弁開度制御範囲を決定する。

機器制御部４５は、制御装置４０の各部での処理結果に基づき、室外機１０、中継機２０および室内機３０_ｋを制御する。特に、本実施の形態１において、機器制御部４５は、流量調整弁３２の弁開度制御範囲を決定する際に、流路抵抗算出部４１からの指示に応じて、中継機２０のポンプ２２、ならびに、各室内機３０_ｋの流量調整弁３２を制御する。また、機器制御部４５は、空気調和機１００の運転時に、弁開度制御範囲決定部４４で決定された弁開度制御範囲で流量調整弁３２の弁開度を制御する。

記憶部４６は、圧力損失算出部４２で用いられる熱媒体の流量Ｖｗ、および、ランク決定部４３で用いられる第１ランクテーブルおよび第２ランクテーブルを予め記憶する。

図４は、図３の制御装置４０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置４０の各種機能がハードウェアで実行される場合、図３の制御装置４０は、図４に示すように、処理回路５１で構成される。図３の流路抵抗算出部４１、圧力損失算出部４２、ランク決定部４３、弁開度制御範囲決定部４４、機器制御部４５および記憶部４６の各機能は、処理回路５１により実現される。

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。流路抵抗算出部４１、圧力損失算出部４２、ランク決定部４３、弁開度制御範囲決定部４４、機器制御部４５および記憶部４６の各部の機能それぞれを処理回路５１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路５１で実現してもよい。

図５は、図３の制御装置４０の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置４０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図３の制御装置４０は、図５に示すように、プロセッサ６１およびメモリ６２で構成される。図３の流路抵抗算出部４１、圧力損失算出部４２、ランク決定部４３、弁開度制御範囲決定部４４、機器制御部４５および記憶部４６の各機能は、プロセッサ６１およびメモリ６２により実現される。

各機能がソフトウェアで実行される場合、流路抵抗算出部４１、圧力損失算出部４２、ランク決定部４３、弁開度制御範囲決定部４４および機器制御部４５の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ６２に格納される。プロセッサ６１は、メモリ６２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。

メモリ６２として、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ６２として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。

［空気調和機１００の動作］
本実施の形態１に係る空気調和機１００の動作について説明する。ここでは、熱媒体循環回路Ｂを流れる熱媒体の流れと、複数の室内機３０_ｋの流量調整弁３２に対する弁開度制御範囲決定処理とについて説明する。

（熱媒体の流れ）
空気調和機１００における熱媒体の流れについて、図１を参照しながら説明する。中継機２０において、ポンプ２２から送出された熱媒体は、熱媒体熱交換器２１に流入する。熱媒体熱交換器２１に流入した熱媒体は、冷媒側流路を流れる冷媒と熱交換することにより、冷媒に放熱あるいは冷媒から吸熱し、熱媒体熱交換器２１から流出する。熱媒体熱交換器２１から流出した熱媒体は、中継機２０から流出し、熱媒体配管２の主配管２ａ_ｋおよび分岐配管２ｂ_ｋを介して複数の室内機３０_ｋのそれぞれに流入する。

各室内機３０_ｋに流入した熱媒体は、室内熱交換器３１に流入する。室内熱交換器３１に流入した熱媒体は、室内空気と熱交換して吸熱または放熱して室内空気を冷却または加熱し、室内熱交換器３１から流出する。室内熱交換器３１から流出した熱媒体は、流量調整弁３２によって流量が調整された状態で室内機３０_ｋから流出する。

各室内機３０_ｋから流出した熱媒体は、熱媒体配管２によって合流し、中継機２０に流入する。中継機２０に流入した熱媒体は、ポンプ２２に流入する。そして、熱媒体は、上述した中継機２０と各室内機３０_ｋとの間で循環を繰り返す。

（配管長による流路抵抗）
複数の室内機３０_ｋのそれぞれは、設置位置等によって中継機２０に接続される熱媒体配管２の配管長が異なる。配管長が異なると、熱媒体配管２の流路抵抗によって熱媒体配管２の圧力損失に差が生じるため、各室内機３０_ｋの能力にも差が生じる。

このような場合に、それぞれの室内機３０_ｋの流量調整弁３２の開度制御範囲を同一とした状態で各室内機３０ｋを運転させると、それぞれの室内機３０_ｋが同等の能力で運転することが困難である。具体的には、中継機２０から離れた位置に設置された室内機３０は、中継機２０の近傍に設置された室内機３０よりも熱媒体配管２の配管長が長くなるため、室内機３０の能力が低下する。

そこで、本実施の形態１では、各室内機３０_ｋに接続される熱媒体配管２の配管長が異なる場合でも各室内機３０_ｋの能力差が解消されるように、配管長による圧力損失の大きさに応じて、各室内機３０_ｋにおける流量調整弁３２の開度制御範囲を決定する。

（弁開度制御範囲決定処理）
図６は、本実施の形態１に係る空気調和機１００による弁開度制御範囲決定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理は、熱媒体配管２の配管長を考慮して、空気調和機１００を設置する際に事前に行われるものである。なお、ストレーナ等にゴミが詰まるなど、流路抵抗が経時的に変化する場合に備えて、週末または深夜など空気調和機が停止している際に、定期的に弁開度制御範囲決定処理を行い、補正できるようにしてもよい。

まず、ステップＳ１において、流路抵抗算出部４１は、熱媒体配管２における各主配管２ａ_ｋの流路抵抗Ｒａ_ｋおよび各分岐配管２ｂ_ｋの流路抵抗Ｒｂ_ｋを算出する。流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋは、中継機２０におけるポンプ２２の出口から、各室内機３０_ｋにおける流量調整弁３２の入口までの主配管２ａ_ｋおよび分岐配管２ｂ_ｋによる流路抵抗である。

一般に、熱媒体配管２の流路抵抗Ｒは、当該熱媒体配管２の圧力差ｄＰと熱媒体の流量Ｖｗとを用いて、式（１）に基づき算出することができる。
ｄＰ＝Ｒ×Ｖｗ^２ ・・・（１）

圧力差ｄＰは、ポンプ出口圧力センサ２４の検知結果Ｐｐ２と弁入口圧力センサ３３の検知結果Ｐｖ１との差分である。また、熱媒体の流量Ｖｗは、例えば流量計を用いて計測することができる。計測された流量Ｖｗは、記憶部４６に記憶される。なお、流量Ｖｗは、上記の例に限られず、例えばポンプ２２に対する指示値、ポンプ２２の出入口の差圧、および、予め計測したポンプ２２に関するデータに基づき算出されてもよい。

ところで、圧力を検知する各種センサによる検知結果には、計測器に固有の誤差、ならびに、機器を設置した際の高低差による誤差等が含まれている可能性がある。そのため、圧力差ｄＰを算出する際には、これらの誤差を排除する必要がある。そこで、本実施の形態１では、ある圧力センサの値を基準として、圧力センサの校正が行われる。ここでは、ポンプ入口圧力センサ２３の検知結果である圧力Ｐｐ１を基準として、各圧力センサの校正が行われる。

この場合、ステップＳ１において、機器制御部４５は、ポンプ２２を停止するとともに、すべての室内機３０_ｋの流量調整弁３２を開状態とする。そして、流路抵抗算出部４１は、圧力差ｄＰを算出するために用いられる弁入口圧力センサ３３の検知結果Ｐｖ１とポンプ入口圧力センサ２３の検知結果Ｐｐ１との差分である校正値ΔＰ（＝Ｐｖ１−Ｐｐ１）を算出する。

次に、流路抵抗算出部４１は、ポンプ出口圧力センサ２４の検知結果Ｐｐ２と弁入口圧力センサ３３の検知結果Ｐｖ１との圧力差ｄＰを算出し、算出した圧力差ｄＰから上記のようにして算出した校正値ΔＰを差し引く。これにより、誤差等が排除された圧力差ｄＰが算出される。

なお、各室内機３０_ｋのそれぞれに接続された主配管２ａ_ｋおよび分岐配管２ｂ_ｋそれぞれの流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋを算出する際に、機器制御部４５は、すべての室内機３０_ｋが停止した状態から、室内機３０_ｋを１台ずつ順次運転させる。また、機器制御部４５は、その後、すべての室内機３０_ｋを運転させた状態から、室内機３０_ｋを１台ずつ順次停止させる。そして、流路抵抗算出部４１は、２つの状態における室内機３０_ｋ毎の圧力差ｄＰを算出する。これにより、室内機３０_ｋ毎の熱媒体配管２の主配管２ａ_ｋおよび分岐配管２ｂ_ｋによる流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋを取得することができる。

次に、ステップＳ２において、圧力損失算出部４２は、流路抵抗Ｒａ_ｋと熱媒体の流量Ｖｗとに基づき、主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋを算出する。また、圧力損失算出部４２は、流路抵抗Ｒｂ_ｋと熱媒体の流量Ｖｗとに基づき、分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋを算出する。

主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋは、ステップＳ１で算出された主配管２ａ_ｋの流路抵抗Ｒａ_ｋと、予め取得した流量Ｖｗとを用いて、式（２）に基づき算出される。また、分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋは、ステップＳ１で算出された分岐配管２ｂ_ｋの流路抵抗Ｒｂ_ｋと流量Ｖｗとを用いて、式（３）に基づき算出される。
ｄＰａ_ｋ＝Ｒａ_ｋ×Ｖｗ^２ ・・・（２）
ｄＰｂ_ｋ＝Ｒｂ_ｋ×Ｖｗ^２ ・・・（３）

なお、式（２）および式（３）による圧力損失ｄＰａ_ｋおよびｄＰｂ_ｋは、流量Ｖｗに応じた値であるが、流量Ｖｗに対する測定誤差が含まれていることが考えられる。そのため、圧力損失ｄＰａ_ｋおよびｄＰｂ_ｋは、定格流量が流れた場合の値に換算して正規化してもよい。

次に、ステップＳ３において、ランク決定部４３は、主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋと分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋとをそれぞれランク付けする。ランク付けは、記憶部４６に予め記憶された第１ランクテーブルおよび第２ランクテーブルを用いて行われる。

図７は、第１ランクテーブルの一例を示す概略図である。図８は、第２ランクテーブルの一例を示す概略図である。第１ランクテーブルは、図７に示すように、主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋと、流路抵抗Ｒａ_ｋの値の大きさを示すランクＡ＿ｒａｎｋとが対応付けられたものである。第１ランクテーブルでは、一定の圧力損失ｄＰａ_ｋの範囲に対して、ランクＡ＿ｒａｎｋが対応付けられる。第２ランクテーブルは、図８に示すように、分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋと、流路抵抗Ｒｂ_ｋの値の大きさを示すランクＢ＿ｒａｎｋとが対応付けられたものである。第２ランクテーブルでは、一定の圧力損失ｄＰｂ_ｋの範囲に対して、ランクＢ＿ｒａｎｋが対応付けられる。なお、この例における第１ランクテーブルおよび第２ランクテーブルは、ステップＳ２で圧力損失ｄＰａ_ｋおよびｄＰｂ_ｋが定格流量に正規化されたものを用いている。

この例では、第１ランクテーブルおよび第２ランクテーブルにおいて、各ランクは、圧力損失ｄＰａ_ｋおよびｄＰｂ_ｋのそれぞれが１０［ｋＰａ］毎の範囲に設定されている。例えば、ステップＳ２で算出された主配管２ａ_ｋの圧力損失ｄＰａ_ｋが１０［ｋＰａ］である場合、流路抵抗Ｒａ_ｋは、第１ランクテーブルの対応付けに基づき「ランク１」とされる。また、分岐配管２ｂ_ｋの圧力損失ｄＰｂ_ｋが３５［ｋＰａ］である場合、流路抵抗Ｒｂ_ｋは、第２ランクテーブルの対応付けに基づき「ランク４」とされる。なお、第１ランクテーブルおよび第２ランクテーブルにおける圧力損失の範囲は、例えば、熱媒体配管２の配管長、および空気調和機１００の規模等に応じて予め決定される。具体的には、熱媒体配管２の配管長に応じて取り得る圧力損失の範囲を予め決められたランク数で均等に分割し、分割されたそれぞれの圧力損失の範囲がそれぞれのランクに対応付けられるようにしてもよい。

ランク決定部４３は、記憶部４６に記憶された第１ランクテーブルを参照して、ステップＳ３で算出された圧力損失ｄＰａ_ｋのランクＡ＿ｒａｎｋを決定する。また、ランク決定部４３は、記憶部４６に記憶された第２ランクテーブルを参照して、ステップＳ３で算出された圧力損失ｄＰｂ_ｋのランクＢ＿ｒａｎｋを決定する。

次に、図６のステップＳ４において、弁開度制御範囲決定部４４は、各室内機３０_ｋにおける流量調整弁３２の弁開度制御範囲を決定する。ここで、例えば、流量調整弁３２の弁開度最大値は、室内機３０_ｋの容量に比例して設定されており、これによって弁開度制御範囲が各室内機３０_ｋ毎に予め設定されている。

ステップＳ４において、弁開度制御範囲決定部４４は、予め設定された弁開度制御範囲に対して、ステップＳ３でランク付けされた流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋそれぞれのランク値Ａ＿ｒａｎｋおよびＢ＿ｒａｎｋに基づく補正を行う。

具体的には、弁開度制御範囲決定部４４は、各室内機３０_ｋに接続された主配管２ａ_ｋについてのランク値Ａ＿ｒａｎｋと、分岐配管２ｂ_ｋについてのランク値Ｂ＿ｒａｎｋとの合計が小さいほど、流量調整弁３２の弁開度制御範囲が狭まるように、弁開度最大値を小さくする方向に補正する。これにより、機器制御部４５は、空気調和機１００を運転する際に、補正された弁開度制御範囲で各室内機３０_ｋの流量調整弁３２の開度を制御することができる。

ここで、流路抵抗を詳細に算出し、得られた流路抵抗に基づいて弁開度制御範囲を決定した場合、流路抵抗の算出に必要な負荷が大きくなり、制御が複雑化する可能性がある。また、算出された流路抵抗に誤差が含まれた場合、最終的に誤差が積み重なって大きな誤差が生じる可能性がある。これに対して、本実施の形態１では、圧力損失の大きさに応じて流路抵抗をランク付けし、ランク値に基づいて弁開度制御範囲を決定するため、制御の複雑化を抑制するとともに、誤差が積み重なることを防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態１に係る空気調和機１００では、複数の室内機３０_ｋに接続された熱媒体配管２の配管長に応じた流路抵抗に基づき、流路抵抗が小さいほど流量調整弁３２の弁開度制御範囲が狭まるように、弁開度制御範囲を決定する。これにより、室内機３０_ｋの配管長が異なる場合でも、それぞれの室内熱交換器３１を流れる熱媒体の流量が均一化されるため、室内機３０_ｋの能力差を解消することができる。

空気調和機１００において、流路抵抗算出部４１は、ポンプ出口圧力センサ２４および弁入口圧力センサ３３のそれぞれで検知された圧力Ｐｐ２およびＰｖ１の差分に基づき、複数の室内機３０_ｋに接続されたそれぞれの熱媒体配管２の流路抵抗を算出する。このようにして算出された流路抵抗を用いることにより、中継機２０に接続された室内機３０_ｋ毎に対応するそれぞれの熱媒体配管２の圧力損失を取得することができる。

空気調和機１００において、流路抵抗算出部４１は、ポンプ入口圧力センサ２３の検知結果を基準として校正された弁入口圧力センサ３３の検知結果を用いて、差圧を算出する。これにより、センサが校正されるため、算出された差圧に含まれる誤差等を排除することができる。

空気調和機１００において、流量調整弁３２の弁開度制御範囲は、算出された圧力損失に基づき、記憶部４６に記憶されたテーブルを参照して決定された流路抵抗のランクに基づき決定される。これにより、弁開度制御範囲を決定する際の処理の複雑化を抑制するとともに、流路抵抗を詳細に算出した際に誤差が積み重なることを防ぐことができる。なお、圧力損失を算出する際には、熱媒体の流量に対する測定誤差の影響を小さくするために、定格流量の熱媒体が流れた場合の値に正規化するとよい。

空気調和機１００において、弁開度制御範囲が決定される際には、ランクに基づき、ランクが小さいほど弁開度制御範囲が狭まるように、流量調整弁３２の弁開度最大値を小さくする。これにより、室内機３０_ｋが中継機２０に近く、熱媒体配管２が短いほど、流量調整弁３２の弁開度最大値が小さくなるため、中継機２０に接続された複数の室内機３０_ｋの能力を均一化することができる。

なお、上記の流路抵抗の算出の結果、ポンプ２２で賄える揚程および流量が確保できないと判断された場合には、現地配管が長すぎる、配管が誤接続されている、あるいは、配管が接続されていないなどの可能性が考えられる。このような場合には、警報を出力することにより、よりよい試運転を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。本実施の形態１において、流路抵抗Ｒａ_ｋおよびＲｂ_ｋは、ポンプ２２の出口から流量調整弁３２の入口までの熱媒体配管２の配管長に基づき取得しているが、これに限られず、例えば、流量調整弁３２の出口からポンプ２２の入口までの熱媒体配管２の配管長に基づき取得してもよい。これは、それぞれの室内機３０_ｋの流量調整弁３２の出口からポンプ２２の入口までの熱媒体配管２の配管長の関係が、ポンプ２２の出口からそれぞれの流量調整弁３２の入口までの熱媒体配管２の配管長の関係と同等であると考えることができるからである。

１ 冷媒配管、２ 熱媒体配管、２ａ、２ａ_１、２ａ_２、２ａ_３、・・・、２ａ_ｎ−１、２ａ_ｋ 主配管、２ｂ_１、２ｂ_２、２ｂ_３、・・・、２ｂ_ｎ−１、２ｂ_ｎ、２ｂ_ｋ 分岐配管、１０ 室外機、１１ 圧縮機、１２ 冷媒流路切替装置、１３ 室外熱交換器、１４ 絞り装置、２０ 中継機、２１ 熱媒体熱交換器、２２ ポンプ、２３ ポンプ入口圧力センサ、２４ ポンプ出口圧力センサ、３０、３０_１、３０_２、３０_３、・・・、３０_ｎ−１、３０_ｎ、３０_ｋ 室内機、３１ 室内熱交換器、３２ 流量調整弁、３３ 弁入口圧力センサ、３４ 弁出口圧力センサ、４０ 制御装置、４１ 流路抵抗算出部、４２ 圧力損失算出部、４３ ランク決定部、４４ 弁開度制御範囲決定部、４５ 機器制御部、４６ 記憶部、５１ 処理回路、６１ プロセッサ、６２ メモリ、１００ 空気調和機。

Claims (8)

1. 水またはブラインを含み、熱を搬送する熱媒体を送出するポンプを有する熱媒体搬送装置と、
   室内空気と前記熱媒体との間で熱交換を行う室内熱交換器、および、前記室内熱交換器を通過する前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁をそれぞれ有し、熱媒体配管によって前記熱媒体搬送装置と接続される複数の室内機と、
   前記流量調整弁の開度を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記熱媒体搬送装置から前記複数の室内機までの前記熱媒体配管の配管長に応じた流路抵抗に基づき、前記流路抵抗が小さいほど前記流量調整弁の弁開度制御範囲が狭まるように、前記弁開度制御範囲を決定する空気調和機。
2. 前記熱媒体搬送装置は、
   前記ポンプにおける前記熱媒体の流出側の圧力を検知するポンプ出口圧力センサを有し、
   前記複数の室内機のそれぞれは、
   前記流量調整弁における前記熱媒体の流入側の圧力を検知する弁入口圧力センサを有し、
   前記制御装置は、
   前記ポンプ出口圧力センサおよび前記弁入口圧力センサのそれぞれで検知された圧力の差分を示す差圧に基づき、前記複数の室内機のそれぞれに接続された前記熱媒体配管の前記流路抵抗を算出する流路抵抗算出部を有する請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記熱媒体搬送装置は、
   前記ポンプにおける前記熱媒体の流入側の圧力を検知するポンプ入口圧力センサをさらに有し、
   前記流路抵抗算出部は、
   前記ポンプ入口圧力センサの検知結果を基準として校正された前記弁入口圧力センサの検知結果を用いて、前記差圧を算出する請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記制御装置は、
   前記流路抵抗に基づき、前記複数の室内機のそれぞれに接続された前記熱媒体配管の圧力損失を算出する圧力損失算出部と、
   前記圧力損失の範囲と前記流路抵抗の値の大きさを示すランクとが対応付けられたテーブルを記憶する記憶部と、
   前記圧力損失算出部で算出された前記圧力損失に基づき、前記記憶部に記憶された前記テーブルを参照して、前記熱媒体配管の前記流路抵抗をそれぞれランク付けするランク決定部と、
   前記ランク決定部で決定されたそれぞれの前記流路抵抗のランクに基づき、前記流量調整弁の前記弁開度制御範囲を決定する弁開度制御範囲決定部と
   を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 前記弁開度制御範囲決定部は、
   前記ランクに基づき、前記ランクが小さいほど前記弁開度制御範囲が狭まるように、前記流量調整弁の弁開度最大値を小さくする請求項４に記載の空気調和機。
6. 前記熱媒体配管は、
   前記熱媒体搬送装置に接続された主配管と、
   前記主配管から分岐し、前記複数の室内機のそれぞれに接続された分岐配管と
   で形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和機。
7. 前記制御装置は、
   定期的に前記流路抵抗を算出し、算出した前記流路抵抗に基づき、前記弁開度制御範囲を補正する請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気調和機。
8. 前記制御装置は、
   前記ポンプが発揮する揚程以上の前記流路抵抗が算出された場合に、警報を発報する請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気調和機。

Images