WO2019193685A1 - 空気調和システムの制御装置、室外機、中継機、熱源機、および空気調和システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an air conditioning system control device, an outdoor unit, a repeater, a heat source unit, and an air conditioning system, and more particularly to a control device, an outdoor unit, and a relay for an air conditioning system using a first heat medium and a second heat medium.
- the present invention relates to a machine, a heat source machine, and an air conditioning system.
- Japanese Patent No. 5188572 discloses air in which heat is exchanged between a heat source side heat medium circulating in the heat source side circuit and a use side heat medium circulating in the use side circuit in a plurality of intermediate heat exchangers provided in the relay section. A harmony device is disclosed. Such an indirect air conditioner uses water or brine as a use-side heat medium, and has recently attracted attention in order to reduce the amount of refrigerant used.
- the length of the water pipe between the indoor unit and the repeater and the number of bending points change depending on the arrangement of the indoor unit and the repeater, so the water flow resistance of the pipe varies. Different. Therefore, it is difficult to determine the capacity of the water pump. It is only necessary to install a water pump having a sufficient capacity, but there may be a case where a water pump having a capacity smaller than the required capacity can be installed. When the capacity of the water pump is insufficient, the capacity of the air conditioning may be insufficient.
- the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in an indirect air conditioner using water, brine, or the like, an air conditioning system control device and an outdoor unit capable of keeping the air conditioning capability within an appropriate range
- An object of the present invention is to provide a relay machine, a heat source machine, and an air conditioning system.
- the present disclosure relates to a control device for an air conditioning system.
- the air conditioning system includes a compressor that compresses a first heat medium, a first heat exchanger that performs heat exchange between the first heat medium and outdoor air, and heat between the first heat medium and the second heat medium.
- the state in which the driving voltage of the pump is set to the upper limit voltage and at least one opening of the plurality of flow rate adjustment valves is set to the maximum opening continues for the first determination time.
- the operating frequency of the compressor is increased at the first time so that the heat exchange amount of the second heat exchanger increases.
- the control device reduces the operation frequency of the compressor. Or reduce the pump drive voltage.
- the present disclosure relates to an outdoor unit including the compressor, the first heat exchanger, and a control device.
- the present disclosure relates to a relay device including the second heat exchanger, the pump, and a control device.
- the present disclosure relates to a heat source device including the compressor, the first heat exchanger, the second heat exchanger, a pump, and a control device.
- the present disclosure provides a first heat medium circuit formed by the compressor, the first heat exchanger, and the second heat exchanger, a pump, and a second heat exchanger.
- the present invention relates to an air conditioning system including a second heat medium circuit formed by a plurality of third heat exchangers and a control device.
- the air conditioning apparatus when the capacity of the pump is insufficient, the capacity of the heat source or the cooling / heating source increases or decreases as necessary, so that the cooling / heating capacity can be within an appropriate range.
- FIG. It is a figure which shows the structure of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows the relationship between a water circulation amount and differential pressure
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
- the air conditioner 1 includes a heat source unit 2, an indoor air conditioner 3, and a control device 100.
- the heat source unit 2 includes an outdoor unit 10 and a relay unit 20.
- a refrigerant can be exemplified as the first heat medium
- water or brine can be exemplified as the second heat medium.
- the outdoor unit 10 includes a part of a refrigeration cycle that operates as a heat source or a cold heat source for the first heat medium.
- the outdoor unit 10 includes a compressor 11, a four-way valve 12, and a first heat exchanger 13.
- the four-way valve 12 shows a case where cooling is performed, and the heat source device 2 acts as a cooling heat source. If the four-way valve 12 is switched to reverse the refrigerant circulation direction, heating is performed, and the heat source unit 2 acts as a heat source.
- the relay machine 20 includes a second heat exchanger 22, a pump 23 that circulates the second heat medium between the indoor air conditioner 3, an expansion valve 24, and a pressure sensor that detects a differential pressure ⁇ P before and after the pump 23. 25.
- the second heat exchanger 22 performs heat exchange between the first heat medium and the second heat medium.
- a plate heat exchanger can be used as the second heat exchanger 22.
- the outdoor unit 10 and the relay unit 20 are connected by pipes 4 and 5 for circulating the first heat medium.
- the compressor 11, the four-way valve 12, the first heat exchanger 13, the expansion valve 24, and the second heat exchanger 22 form a first heat medium circuit that uses the first heat medium.
- the heat source unit 2 may be an integrated unit of the outdoor unit 10 and the relay unit 20. In the case of the integral type, the pipes 4 and 5 are accommodated in the housing.
- the indoor air conditioner 3 and the relay machine 20 are connected by pipes 6 and 7 for circulating the second heat medium.
- the indoor air conditioner 3 includes an indoor unit 30, an indoor unit 40, and an indoor unit 50.
- the indoor units 30, 40, and 50 are connected between the pipe 6 and the pipe 7 in parallel with each other.
- the indoor unit 30 includes a third heat exchanger 31, an indoor fan 32 for sending room air to the third heat exchanger 31, a flow rate adjusting valve 33 for adjusting the flow rate of the second heat medium, a temperature sensor 34, 35.
- the third heat exchanger 31 performs heat exchange between the second heat medium and room air.
- the temperature sensor 34 measures the temperature of the second heat medium on the inlet side of the third heat exchanger 31.
- the temperature sensor 35 measures the temperature of the second heat medium on the outlet side of the third heat exchanger 31.
- the indoor unit 40 includes a third heat exchanger 41, an indoor fan 42 for sending room air to the third heat exchanger 41, a flow rate adjusting valve 43 for adjusting the flow rate of the second heat medium, a temperature sensor 44, 45.
- the third heat exchanger 41 performs heat exchange between the second heat medium and room air.
- the temperature sensor 44 measures the temperature of the second heat medium on the inlet side of the third heat exchanger 41.
- the temperature sensor 45 measures the temperature of the second heat medium on the outlet side of the third heat exchanger 41.
- the indoor unit 50 includes a third heat exchanger 51, an indoor fan 52 for sending room air to the third heat exchanger 51, a flow rate adjusting valve 53 for adjusting the flow rate of the second heat medium, a temperature sensor 54, 55.
- the third heat exchanger 51 performs heat exchange between the second heat medium and room air.
- the temperature sensor 54 measures the temperature of the second heat medium on the inlet side of the third heat exchanger 51.
- the temperature sensor 55 measures the temperature of the second heat medium on the outlet side of the third heat exchanger 51.
- the control units 15, 27, and 36 distributed in the outdoor unit 10, the relay unit 20, and the indoor air conditioner 3 operate as the control device 100 in cooperation with each other.
- the control device 100 includes a compressor 11, an expansion valve 24, a pump 23, flow rate adjusting valves 33, 43, and 53 and an indoor fan 32 according to the outputs of the pressure sensor 25, temperature sensors 34, 35, 44, 45, 54, and 55. , 42 and 52 are controlled.
- control units 15, 27, and 36 serves as a control device, and the compressor 11, the expansion valve 24, the pump 23, and the flow rate adjustment valves 33 and 43 based on data detected by the other control units 15, 27, and 36. 53 and indoor fans 32, 42, 52 may be controlled.
- control units 15 and 27 may operate in cooperation with each other based on the data detected by the control unit 36.
- the capacity of the pump 23 is appropriately selected according to the number of indoor units, the lengths of the pipes 6 and 7, and the route. There is a need. However, it is difficult to correctly specify the pipe length and pipe bending location to be connected and to specify the pump capacity. Therefore, a pump smaller than the appropriate capacity may be installed at the time of construction, and there is a risk that the air conditioning capacity will be insufficient in the market.
- control device 100 changes the temperature of the second heat medium (water or brine) on the heat source device 2 side when the water supply amount of the pump 23 is the maximum value and the indoor air conditioning capability does not satisfy the required capability. To avoid a lack of capacity in the market.
- the control device 100 detects that the indoor heat corresponding to the flow rate adjustment valve that is fully open when at least one of the flow rate adjustment valves 33, 43, and 53 is fully open and the drive voltage of the pump 23 is maximum.
- the evaporation temperature Te on the heat source machine side is lowered (condensation during heating) (Increasing temperature Tc)
- Tc Increasing temperature Tc
- T1 to T6 are the temperature sensors 34, 35, 44, 45, 54, and 55, respectively.
- the detected temperature of the second heat medium is the temperature sensors 34, 35, 44, 45, 54, and 55, respectively.
- the indoor air conditioning capacity Q m ⁇ Cp ⁇ ⁇ T.
- FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the water circulation rate and the differential pressure.
- the curve shown in FIG. 2 shows the head characteristics of the pump 23, and the head characteristics are known in advance for each drive voltage of the pump 23.
- the control device 100 calculates the water circulation amount m based on the differential pressure ⁇ P across the pump 23, the pump driving voltage Vp, and the pump head characteristics shown in FIG.
- the control device 100 increases the heat exchange amount of the second heat exchanger 22 of the heat source device 2 to increase ⁇ T and ensure the indoor air conditioning capability Q.
- FIG. 3 is a flowchart for explaining the determination process executed by the control device 100.
- the process of this flowchart is called and executed from the main routine of the air conditioning control at regular time intervals or whenever a determination condition is satisfied.
- control device 100 determines whether or not compressor 11 is operating. If the compressor 11 is not operating, the control device 100 returns the process to the main routine in step S8.
- step S1 If the compressor 11 is in operation (ON state) in step S1, the process proceeds to step S2. In step S2, the control device 100 determines whether or not at least one of the flow rate adjustment valves 33, 43, 53 is fully open.
- step S2 If any of the flow rate adjusting valves 33, 43, 53 is fully open in step S2 (YES in S2), the process proceeds to step S3. In step S3, it is determined whether or not the drive voltage Vp of the pump 23 has increased to the upper limit voltage Vu.
- step S4 the control device 100 controls the temperature of the heat exchanger corresponding to the flow rate adjustment valve whose opening degree is fully opened among the flow rate adjustment valves 33, 43, 53 among the indoor heat exchangers 31, 41, 51. It is determined whether or not the difference ⁇ T is higher than the target value.
- step S4 when the temperature difference ⁇ T is higher than the target value, the process proceeds to step S5.
- step S5 it is determined whether or not the indoor air conditioning capacity Q calculated from the current temperature difference ⁇ T and the water circulation amount m is insufficient with respect to the target capacity Qx.
- step S5 if the indoor air conditioning capability Q is insufficient with respect to the target capability Qx, control for increasing the air conditioning capability is executed in step S7. Details of this control will be described with reference to FIGS.
- step S6 normal control is executed.
- the operating frequency of the compressor 11 is adjusted so that the evaporation temperature Te becomes the target temperature during cooling, and the operating frequency of the compressor 11 is adjusted so that the condensation temperature Tc becomes the target temperature during heating.
- FIG. 4 is an operation waveform diagram showing an example of a state in which the air conditioning capacity increasing process is executed.
- the room temperature Tr [° C.] and the set temperature Trs [° C.] the indoor unit inlet / outlet temperature difference ⁇ T [° C.] and the temperature difference target value ⁇ Ts [° C.] and the compressor operating frequency fc [Hz] from the top. ]
- the evaporating temperature Te [° C.] of the first heat medium, the evaporating temperature target value Tes [° C.], the pump drive voltage Vp [V], and the flow rate adjusting valve opening degree D are shown in this order.
- This waveform diagram shows the case where the cooling operation is being executed. From time t0 to t1, normal control is executed, and the operating frequency fc of the compressor 11 is set to the frequency f1. The expansion valve 24 is controlled so that the evaporation temperature Te in the first heat exchanger 13 matches the target value Tes. Since the room temperature Tr is higher than the set temperature Trs, the cooling capacity of the indoor unit is increased. At this time, the actual measurement value ⁇ T calculated from the temperatures measured by the temperature sensors 34 and 35 is larger than the target value ⁇ Ts of the temperature difference ⁇ T.
- the flow rate adjustment corresponding to the third heat exchanger in which the air conditioning capability is insufficient is generated.
- the opening degree D of the valve is smaller than the maximum opening degree Du or the driving voltage Vp of the pump is lower than the upper limit voltage Vu, the second heat medium flowing through the third heat exchanger in which the air conditioning capability is insufficient
- the control device 100 executes control so that the pump drive voltage Vp increases or the opening degree D of the corresponding flow rate adjustment valve increases so as to increase the flow rate. For this reason, the opening degree D of the flow rate adjustment valve 33 and the drive voltage of the pump 23 are increased in stages from time t0 to t1, and the cooling capacity of the indoor unit is increased.
- the opening degree D of the flow rate adjusting valve 33 is the maximum opening degree Du
- the drive voltage Vp of the pump 23 is the upper limit voltage Vu, so that the flow rate of flowing the second heat medium to the indoor unit cannot be increased any more.
- the opening degree D is the maximum opening degree Du and the drive voltage Vp of the pump 23 is the upper limit voltage Vu, but the state where the room temperature Tr does not drop to the set temperature Trs continues.
- the control device 100 starts capacity increase control.
- FIG. 5 is a flowchart for explaining the air conditioning capacity increasing process executed by the control device 100. 4 and 5, when the capacity increase control is started at time t2, control device 100 changes the target value of temperature difference ⁇ T from ⁇ Ts to ⁇ Ts + ⁇ (step S11). The correction amount of the target value ⁇ Ts at this time is + ⁇ . Then, the measured value of the temperature difference ⁇ T becomes lower than the target value ⁇ Ts + ⁇ . In response to this, the control device 100 increases the operating frequency fc of the compressor 11 from f1 to f2, thereby changing the evaporation temperature Te and trying to cause the temperature difference ⁇ T to follow the target value ⁇ Ts + ⁇ .
- the control device 100 further increases the operating frequency fc of the compressor 11 from f2 to f3, thereby further changing the evaporation temperature Te and trying to cause the temperature difference ⁇ T to follow the target value ⁇ Ts + ⁇ (step S12). .
- the maximum correction amount of the evaporation temperature Te is set to ⁇ 1 (during cooling).
- the maximum value ⁇ 1 is set so that the corrected evaporation temperature Te does not fall below the water freezing temperature 0 ° C.
- the maximum value of the correction amount of the condensation temperature Tc is set to ⁇ 2.
- the operating frequency fc of the compressor 11 is increased stepwise if the temperature difference ⁇ T does not reach the target value ⁇ Ts + ⁇ after a predetermined time has elapsed. This is repeated until the release condition (step S13) is satisfied.
- the release condition is satisfied when at least one indoor unit is stopped by a remote controller or the like, or when the room temperature Tr reaches the set temperature Trs (when the thermo is turned off).
- the room temperature Tr reaches the set temperature Trs and the release condition is satisfied (YES in S13). Then, the control device 100 sets the target value correction amount ⁇ of the temperature difference ⁇ T to zero, returns the target value to ⁇ Ts, sets the correction amount ⁇ of the evaporation temperature Te to zero, returns the target value of the evaporation temperature Te to Tes, At least one of lowering the pump drive voltage Vp or lowering the operating frequency fc of the compressor 11 is performed (step S14). In the waveform diagram of FIG. 4, both the process of lowering the pump drive voltage Vp and the process of lowering the operating frequency fc of the compressor 11 are performed at time t4. However, either one of the processes may be performed.
- step S15 the process returns to the main routine, and it is determined again whether the capacity increasing control or the normal control is performed by the process shown in the flowchart of FIG.
- An air conditioner 1 shown in FIG. 1 includes a compressor 11 that compresses a first heat medium (refrigerant), a first heat exchanger 13 that performs heat exchange between the first heat medium and outdoor air, and a first heat medium.
- a second heat exchanger 22 that exchanges heat between the second heat medium (water or brine) and a plurality of third heat exchangers 31 and 41 that exchange heat between the second heat medium and room air.
- a pump 23 that circulates between the exchangers 31, 41, 51 and the second heat exchanger 22 is provided.
- the drive voltage Vp of the pump 23 is set to the upper limit voltage Vu, and at least one opening degree D of the plurality of flow rate adjusting valves 33, 43, 53 is set to the maximum opening degree Du.
- the operation frequency fc of the compressor 11 is changed from f1 to f2 at the first time (t2) so that the heat exchange amount of the second heat exchanger 22 increases.
- the room temperature Tr reaches the set temperature Trs in at least one of the plurality of third heat exchangers 31, 41, 51 at time t4 after the first time (t2), the operating frequency fc of the compressor 11 is reached.
- the capacity of the pump when the capacity of the pump is insufficient, the capacity of the heat source or the cooling / heating source is increased or decreased as necessary, so that the capacity of the cooling / heating can be kept within an appropriate range.
- the air conditioner 1 includes a plurality of first temperature sensors 34, 44, 54 that detect temperatures of the second heat medium flowing into the plurality of third heat exchangers 31, 41, 51, respectively, and a plurality of first heat sensors 34, 44, 54.
- the drive voltage Vp of the pump 23 is set to the upper limit voltage Vu between the times t1 and t2 in FIG. 4, and at least one opening D of the plurality of flow rate adjusting valves 33, 43, 53 is maximum.
- the operating frequency fc of the compressor 11 is set at the first time (t2) so that the heat exchange amount of the second heat exchanger 22 increases.
- the first heat medium is a refrigerant and the second heat medium is water.
- the target temperature Tes when the maximum correction value ⁇ 1 shown in the range of time t2 to t4 in FIG. 4 is applied is set higher than the freezing temperature of water (0 ° C.). That is, the control device 100 controls the operating frequency fc of the compressor 11 within a range in which the evaporation temperature Te of the refrigerant in the second heat exchanger does not become lower than the water freezing temperature (0 ° C.). Thereby, the capability of the heat source device can be enhanced within a range where the second heat medium does not freeze.
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Abstract
ポンプ(23)の駆動電圧が上限電圧に設定され、かつ複数の流量調整弁(33,43,53)の少なくとも1つの開度が最大開度に設定されている状態が第1判定時間(TP1)継続した場合、第2熱交換器(22)の熱交換量が増加するように、第1時刻(t2)において圧縮機(11)の運転周波数が増加する。第1時刻(t2)の後に複数の第3熱交換器(31,41,51)の少なくとも1つにおいて、運転停止要求が入力されたか、または設定温度(Trs)に室内温度(Tr)が到達した場合には、圧縮機(11)の運転周波数(fc)が低下するか、またはポンプ(23)の駆動電圧(Vp)が低下する。
Description
本発明は、空気調和システムの制御装置、室外機、中継機、熱源機、および空気調和システムに関し、特に、第1熱媒体および第2熱媒体を用いる空気調和システムの制御装置、室外機、中継機、熱源機、および空気調和システムに関する。
従来、ヒートポンプなどの熱源機により冷温水を生成し、送水ポンプおよび配管で室内機へ搬送して室内の冷暖房を行なう間接式の空気調和装置が知られている。
特許第5188572号公報には、中継部に設けられた複数台の中間熱交換器において、熱源側回路を循環する熱源側熱媒体と利用側回路を循環する利用側熱媒体とを熱交換させる空気調和装置が開示されている。このような間接式の空気調和装置は、利用側熱媒体として水またはブラインを使用するので、近年、使用冷媒量を削減するために注目されている。
上記のような間接式の空気調和装置では、室内機および中継機の配置によって、室内機と中継機との間の水配管長および曲げ箇所数が変化するため、配管の通水抵抗もさまざまに異なる。したがって、送水ポンプの容量を決定するのが難しい。十分に容量に余裕がある送水ポンプを設置できればよいが、必要容量よりも小さい容量の送水ポンプが取り付けられる場合も考えられる。送水ポンプの容量が不足する場合、冷暖房の能力不足となる場合がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、水又はブライン等を用いる間接式空調機において、冷暖房の能力を適切範囲に収めることができる空気調和システムの制御装置、室外機、中継機、熱源機、および空気調和システムを提供することを目的とする。
本開示は、空気調和システムの制御装置に関するものである。空気調和システムは、第1熱媒体を圧縮する圧縮機と、第1熱媒体と室外空気との熱交換を行なう第1熱交換器と、第1熱媒体と第2熱媒体との間で熱交換を行なう第2熱交換器と、第2熱媒体と室内空気との熱交換を行なう複数の第3熱交換器と、複数の第3熱交換器にそれぞれ流通する第2熱媒体の流量を調整する複数の流量調整弁と、第2熱媒体を複数の第3熱交換器と第2熱交換器との間で循環させるポンプとを備える。空気調和システムを制御する制御装置は、ポンプの駆動電圧が上限電圧に設定され、かつ複数の流量調整弁の少なくとも1つの開度が最大開度に設定されている状態が第1判定時間継続した場合、第2熱交換器の熱交換量が増加するように、第1時刻において圧縮機の運転周波数を増加させる。制御装置は、第1時刻の後に複数の第3熱交換器の少なくとも1つにおいて、運転停止要求が入力されたか、または設定温度に室内温度が到達した場合には、圧縮機の運転周波数を低下させるか、またはポンプの駆動電圧を低下させる。
本開示は、他の局面では、上記の圧縮機と、第1熱交換器と、制御装置を備えた室外機に関する。
本開示は、さらに他の局面では、上記の第2熱交換器と、前記ポンプと、制御装置と、を備えた中継機に関する。
本開示は、さらに他の局面では、上記の圧縮機と、第1熱交換器と、第2熱交換器と、ポンプと、制御装置とを備えた熱源機に関する。
本開示は、さらに他の局面では、上記の圧縮機と、第1熱交換器と、第2熱交換器とによって形成された第1熱媒体回路及び、ポンプと、第2熱交換器と、複数の第3熱交換器とによって形成された第2熱媒体回路と、制御装置を備えた空気調和システムに関する。
本開示の空気調和装置、熱源機、および制御装置によれば、ポンプの容量不足時には、必要に応じて熱源または冷熱源の能力が増減するので、冷暖房の能力を適切範囲に収めることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置の構成を示す図である。図1を参照して、空気調和装置1は、熱源機2と、室内空調装置3と、制御装置100とを備える。熱源機2は、室外機10と、中継機20を含む。以下の説明において、第1熱媒体として冷媒を、第2熱媒体として水またはブラインを例示することができる。
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置の構成を示す図である。図1を参照して、空気調和装置1は、熱源機2と、室内空調装置3と、制御装置100とを備える。熱源機2は、室外機10と、中継機20を含む。以下の説明において、第1熱媒体として冷媒を、第2熱媒体として水またはブラインを例示することができる。
室外機10は、第1熱媒体に対する熱源または冷熱源として作動する冷凍サイクルの一部を含む。室外機10は、圧縮機11と、四方弁12と、第1熱交換器13とを含む。図1では、四方弁12は冷房を行なう場合を示しており、熱源機2は冷熱源として作用する。四方弁12を切替えて冷媒の循環方向を逆向きにすれば、暖房を行なう場合となり、熱源機2は熱源として作用する。
中継機20は、第2熱交換器22と、第2熱媒体を室内空調装置3との間で循環させるポンプ23と、膨張弁24と、ポンプ23の前後の差圧ΔPを検出する圧力センサ25とを含む。第2熱交換器22は、第1熱媒体と第2熱媒体との間で熱交換を行なう。第2熱交換器22として、プレート熱交換器を用いることができる。
室外機10と中継機20とは、第1熱媒体を流通させる配管4,5によって接続されている。圧縮機11と、四方弁12と、第1熱交換器13と、膨張弁24と、第2熱交換器22とによって第1熱媒体を利用した第1熱媒体回路が形成されている。なお、熱源機2は室外機10と中継機20が一体型とされていても良い。一体型の場合、配管4,5は筐体内部に収容される。
室内空調装置3と中継機20とは、第2熱媒体を流通させる配管6,7によって接続されている。室内空調装置3は、室内機30と、室内機40と、室内機50とを含む。室内機30,40,50は、互いに並列的に配管6と配管7との間に接続されている。ポンプ23と、第2熱交換器22と、後述する、並列接続された第3熱交換器31、第3熱交換器41、第3熱交換器51と、によって第2熱媒体を利用した第2熱媒体回路が形成されている。
室内機30は、第3熱交換器31と、室内空気を第3熱交換器31に送るための室内ファン32と、第2熱媒体の流量を調整する流量調整弁33と、温度センサ34,35とを含む。第3熱交換器31は、第2熱媒体と室内空気との熱交換を行なう。温度センサ34は、第3熱交換器31の入口側の第2熱媒体の温度を測定する。温度センサ35は、第3熱交換器31の出口側の第2熱媒体の温度を測定する。
室内機40は、第3熱交換器41と、室内空気を第3熱交換器41に送るための室内ファン42と、第2熱媒体の流量を調整する流量調整弁43と、温度センサ44,45とを含む。第3熱交換器41は、第2熱媒体と室内空気との熱交換を行なう。温度センサ44は、第3熱交換器41の入口側の第2熱媒体の温度を測定する。温度センサ45は、第3熱交換器41の出口側の第2熱媒体の温度を測定する。
室内機50は、第3熱交換器51と、室内空気を第3熱交換器51に送るための室内ファン52と、第2熱媒体の流量を調整する流量調整弁53と、温度センサ54,55とを含む。第3熱交換器51は、第2熱媒体と室内空気との熱交換を行なう。温度センサ54は、第3熱交換器51の入口側の第2熱媒体の温度を測定する。温度センサ55は、第3熱交換器51の出口側の第2熱媒体の温度を測定する。
室外機10、中継機20、室内空調装置3に分散配置された制御部15,27,36は、連携して制御装置100として動作する。制御装置100は、圧力センサ25、温度センサ34,35,44,45,54,55の出力に応じて圧縮機11、膨張弁24,ポンプ23、流量調整弁33,43,53および室内ファン32,42,52を制御する。
なお、制御部15、27、36のいずれかが制御装置となり、他の制御部15、27、36が検出したデータを元に圧縮機11、膨張弁24,ポンプ23、流量調整弁33,43,53および室内ファン32,42,52を制御しても良い。なお、室外機10と中継機20が一体型とされた熱源機2の場合は、制御部36が検出したデータを元に制御部15,27が連携して制御装置として動作しても良い。
このような2種類の熱媒体を使用する間接式(水空調)の空気調和装置1では、ポンプ23の能力を室内機の台数、配管6,7の長さおよび経路に合わせて適切に選択する必要がある。しかし、接続される配管長および配管曲げ箇所を正しく特定し、ポンプ能力を特定することは難しい。従って施工時に適切な能力よりも小さいポンプが設置されてしまう場合もあり、市場において空調の能力不足が生じるおそれがある。
そこで、制御装置100は、ポンプ23の送水量が最大値であり、かつ室内空調能力が要求能力を満たしていない場合に、熱源機2側を第2熱媒体(水またはブライン)の温度を変化させることで市場での能力不足を回避する。
具体的には、制御装置100は、流量調整弁33,43,53の少なくとも1つが全開であり、かつポンプ23の駆動電圧が最大である場合に、全開である流量調整弁に対応する室内熱交換器における入口出口水温度差ΔTが目標値より大きな値を維持しているとき(=ポンプ最大としても能力が確保できていない状態)、熱源機側の蒸発温度Teを引き下げ(暖房時は凝縮温度Tcを引き上げ)温度差ΔTを増加させることにより、低下していた室内空調能力を引き上げる。なお、図1では、ΔT=|T1-T2|,または|T3-T4|,または|T5-T6|であり、T1~T6は、温度センサ34,35,44,45,54,55でそれぞれ検出された第2熱媒体の温度である。
ここで、第2熱媒体の循環量をm、第2熱媒体の比熱をCpで示すと、室内空調能力Qは、Q=m×Cp×ΔTで表される。
図2は、水循環量と差圧との関係を示す図である。図2に示される曲線は、ポンプ23の揚程特性を示すものであり、ポンプ23の駆動電圧ごとに揚程特性が予めわかっている。制御装置100は、水循環量mをポンプ23の前後差圧ΔPとポンプ駆動電圧Vpと図2に示したポンプ揚程特性とに基づいて算出する。制御装置100は、水循環量mが本来の流量よりも低下している場合、熱源機2の第2熱交換器22の熱交換量を増大させてΔTを上昇させ室内空調能力Qを確保する。
図3は、制御装置100が実行する判定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、空調制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは判定条件が成立するごとに呼び出されて実行される。図3を参照して、まずステップS1において、制御装置100は、圧縮機11が運転しているか否かを判断する。圧縮機11が運転していなければ、ステップS8において、制御装置100はメインルーチンに処理を戻す。
ステップS1において圧縮機11が運転中(ON状態)であれば、ステップS2に処理が進む。ステップS2では、制御装置100は、流量調整弁33,43,53の少なくともいずれか1つが全開となっているか否かを判断する。
ステップS2において流量調整弁33,43,53のいずれかが全開となっていた場合(S2でYES)、ステップS3に処理が進む。ステップS3では、ポンプ23の駆動電圧Vpが上限電圧Vuまで高くなっているか否かが判断される。
ステップS3においてポンプ23の駆動電圧Vpが上限電圧Vuまで高くなっていた場合ステップS4に処理が進む。ステップS4では、制御装置100は、室内熱交換器31,41,51のうち、流量調整弁33,43,53のうち開度が全開となっている流量調整弁に対応する熱交換器の温度差ΔTが目標値よりも高い値になっているか否かを判断する。
ステップS4において、温度差ΔTが目標値よりも高い値になっている場合、ステップS5に処理が進む。ステップS5では、現在の温度差ΔTと水循環量mから算出した室内空調能力Qが、目標能力Qxに対して不足しているか否かが判断される。
ステップS5において、室内空調能力Qが目標能力Qxに対して不足していた場合には、ステップS7において空調能力を増加させる制御が実行される。この制御の詳細については図4、図5を用いて説明する。
一方、ステップS2からS5の何れかの条件が成立していない場合(S2~S5のいずれかでNO)には、ステップS6に処理が進められ、通常制御が実行される。通常制御では、冷房時には、蒸発温度Teが目標温度となるように圧縮機11の運転周波数が調整され、暖房時には、凝縮温度Tcが目標温度となるように圧縮機11の運転周波数が調整される。
図4は、空調能力増加処理が実行された状態の一例を示した動作波形図である。図4において、上から室温Tr[℃]および設定温度Trs[℃]と、室内機の入口出口温度差ΔT[℃]および温度差目標値ΔTs[℃]と、圧縮機の運転周波数fc[Hz]と、第1熱媒体の蒸発温度Te[℃]および蒸発温度目標値Tes[℃]と、ポンプ駆動電圧Vp[V]と、流量調整弁開度Dとが順に示されている。
この波形図は冷房運転実行中の場合である。時刻t0~t1においては、通常制御が実行されており、圧縮機11の運転周波数fcは周波数f1に設定されている。第1熱交換器13における蒸発温度Teは、目標値Tesに一致するように膨張弁24が制御されている。室温Trが設定温度Trsより高いので、室内機の冷房能力が増加される。このときは温度差ΔTの目標値ΔTsよりも温度センサ34,35で測定された温度から算出された実測値ΔTの方が大きい。
このように、複数の第3熱交換器の少なくとも1つにおいて空調能力不足が発生している場合(Tr>Trs)に、空調能力不足が発生している第3熱交換器に対応する流量調整弁の開度Dが最大開度Duより小さいか、またはポンプの駆動電圧Vpが上限電圧Vuより低い場合には、空調能力不足が発生している第3熱交換器を流通する第2熱媒体の流量を増加させるように、ポンプの駆動電圧Vpが上昇するかまたは対応する流量調整弁の開度Dが増加するように、制御装置100は制御を実行する。このため、時刻t0~t1において流量調整弁33の開度Dとポンプ23の駆動電圧が段階的に増加され、室内機の冷房能力が増加される。
時刻t1では、流量調整弁33の開度Dが最大開度Du、かつポンプ23の駆動電圧Vpが上限電圧Vuとなり、第2熱媒体を室内機に流す流量をこれ以上増加できなくなる。
時刻t1~t2の間は、開度Dが最大開度Duかつポンプ23の駆動電圧Vpが上限電圧Vuであるのに、室温Trが設定温度Trsまで下がっていない状態が続く。
時刻t2において、このような状態が第1判定時間TP1経過したことに応じて、制御装置100は、能力増加制御を開始する。
図5は、制御装置100が実行する空調能力増加処理を説明するためのフローチャートである。図4、図5を参照して、時刻t2において能力増加制御が開始されると、制御装置100は、温度差ΔTの目標値をΔTsからΔTs+αに変更する(ステップS11)。このときの目標値ΔTsの補正量は+αである。すると温度差ΔTの実測値は、目標値ΔTs+αよりも低くなる。これに応じて、制御装置100は、圧縮機11の運転周波数fcをf1からf2に増加させることによって、蒸発温度Teを変化させ、温度差ΔTを目標値ΔTs+αへ追従させようとする。
この状態で第2判定時間TP2が経過した時刻t3においても、温度差ΔTは、まだ目標値ΔTs+αに追従し切れていない。したがって、制御装置100は、圧縮機11の運転周波数fcをf2からf3にさらに増加させることによって、蒸発温度Teをさらに変化させ、温度差ΔTを目標値ΔTs+αへ追従させようとする(ステップS12)。
ただし、この場合の蒸発温度Teの補正量の最大値はβ1に設定されている(冷房時)。最大値β1は、補正後の蒸発温度Teが水の凍結温度0℃を下回らないように設定されている。なお、暖房時には、凝縮温度Tcの補正量の最大値はβ2に設定される。
このように、圧縮機11の運転周波数fcは、一定時間経過後に温度差ΔTが目標値ΔTs+αに到達していなければ、段階的に引き上げられていく。これは解除条件(ステップS13)が成立するまで繰り返される。解除条件は、少なくとも1台の室内機がリモコンなどによって停止されたか、または、室内温度Trが設定温度Trsに到達した場合(サーモオフした場合)に成立する。
本実施の形態においては、時刻t4では、室温Trが設定温度Trsに到達し解除条件が満たされる(S13でYES)。すると、制御装置100は、温度差ΔTの目標値の補正量αをゼロにし、目標値をΔTsに戻し、蒸発温度Teの補正量βをゼロにし、蒸発温度Teの目標値をTesに戻し、ポンプ駆動電圧Vpを下げるか、または圧縮機11の運転周波数fcを下げるかの少なくとも一方を行なう(ステップS14)。図4の波形図では、時刻t4においてポンプ駆動電圧Vpを下げる処理と、圧縮機11の運転周波数fcを下げる処理の両方が実行されているが、いずれか一方の処理を実行してもよい。
その後、ステップS15においてメインルーチンに処理が戻り、再び図3のフローチャートに示す処理によって、能力増加制御とするか通常制御とするかが決定される。
以上説明した本実施の形態の空気調和装置について、再び図1を参照して総括する。図1に示す空気調和装置1は、第1熱媒体(冷媒)を圧縮する圧縮機11と、第1熱媒体と室外空気との熱交換を行なう第1熱交換器13と、第1熱媒体と第2熱媒体(水またはブライン)との間で熱交換を行なう第2熱交換器22と、第2熱媒体と室内空気との熱交換を行なう複数の第3熱交換器31,41,51と、複数の第3熱交換器31,41,51にそれぞれ流通する第2熱媒体の流量を調整する複数の流量調整弁33,43,53と、第2熱媒体を複数の第3熱交換器31,41,51と第2熱交換器22との間で循環させるポンプ23とを備える。
図4に示すように、ポンプ23の駆動電圧Vpが上限電圧Vuに設定され、かつ複数の流量調整弁33,43,53の少なくとも1つの開度Dが最大開度Duに設定されている状態が時刻t1~t2において第1判定時間TP1継続した場合、第2熱交換器22の熱交換量が増加するように、第1時刻(t2)において圧縮機11の運転周波数fcがf1からf2に増加する。第1時刻(t2)の後の時刻t4において複数の第3熱交換器31,41,51の少なくとも1つにおいて設定温度Trsに室内温度Trが到達した場合には、圧縮機11の運転周波数fcがf3からf1低下するとともにポンプ23の駆動電圧Vpが低下する。なお、時刻t4において、運転周波数fcとポンプ23の駆動電圧Vpのいずれか一方のみを低下させても良い。また、設定温度Trsに室内温度Trが到達した場合に代えて、運転停止要求が入力された場合にこの処理を実行しても良い。
このように、ポンプの容量不足時には、必要に応じて熱源または冷熱源の能力が増減するので、冷暖房の能力を適切範囲に収めることができる。
好ましくは、空気調和装置1は、複数の第3熱交換器31,41,51にそれぞれ流入する第2熱媒体の温度を検出する複数の第1温度センサ34,44,54と、複数の第3熱交換器31,41,51からそれぞれ流出する第2熱媒体の温度を検出する複数の第2温度センサ35,45,55と、ポンプ23および圧縮機11を制御する制御装置100とをさらに備える。
制御装置100は、図4の時刻t1~t2の間に、ポンプ23の駆動電圧Vpが上限電圧Vuに設定され、かつ複数の流量調整弁33,43,53の少なくとも1つの開度Dが最大開度Duに設定されている状態が第1判定時間TP1継続した場合、第2熱交換器22の熱交換量が増加するように、第1時刻(t2)において圧縮機11の運転周波数fcを第1増加量Δf1(=f2-f1)だけ増加させ、第1時刻(t2)から第2判定時間TP2経過しても第1温度センサと第2温度センサの検出した温度の差ΔTが目標値ΔTsよりも小さい場合、時刻t3において、圧縮機11の運転周波数fcを第2増加量Δf2(=f3-f2)だけさらに増加させる。
このように、段階的に熱源機の能力を引き上げることによって、室内温度が設定温度を通り過ぎるような過剰な能力アップを防ぎ、室内温度が設定温度に一致するようにスムーズに導くことができる。
また、好ましくは、第1熱媒体は、冷媒であり、第2熱媒体は、水である。図4の時刻t2~t4の範囲に示した補正幅の最大値β1を適用した場合の目標温度Tesは、水の凍結温度(0℃)よりも高く設定される。すなわち、制御装置100は、第2熱交換器における冷媒の蒸発温度Teが、水の凍結温度(0℃)よりも低くならない範囲内で圧縮機11の運転周波数fcを制御する。これにより、第2熱媒体が凍結しない範囲内で熱源機の能力を高めることができる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 空気調和装置、2 熱源機、3 室内空調装置、4,5,6,7 配管、10 室外機、11 圧縮機、12 四方弁、13 第1熱交換器、15,27,36 制御部、20 中継機、22 第2熱交換器、23 ポンプ、24 膨張弁、25 圧力センサ、30,40,50 室内機、31,41,51 第3熱交換器、32,42,52 室内ファン、33,43,53 流量調整弁、34,35,44,45,54,55 温度センサ、100 制御装置。
Claims (8)
- 第1熱媒体を圧縮する圧縮機と、
前記第1熱媒体と室外空気との熱交換を行なう第1熱交換器と、
前記第1熱媒体と第2熱媒体との間で熱交換を行なう第2熱交換器と、
前記第2熱媒体と室内空気との熱交換を行なう複数の第3熱交換器と、
前記複数の第3熱交換器にそれぞれ流通する前記第2熱媒体の流量を調整する複数の流量調整弁と、
前記第2熱媒体を前記複数の第3熱交換器と前記第2熱交換器との間で循環させるポンプとを備えた空気調和システムを制御する制御装置であって、
前記制御装置は、前記ポンプの駆動電圧が上限電圧に設定され、かつ前記複数の流量調整弁の少なくとも1つの開度が最大開度に設定されている状態が第1判定時間継続した場合、前記第2熱交換器の熱交換量が増加するように、第1時刻において前記圧縮機の運転周波数を増加させ、
前記制御装置は、前記第1時刻の後に前記複数の第3熱交換器の少なくとも1つにおいて、運転停止要求が入力されたか、または設定温度に室内温度が到達した場合には、前記圧縮機の運転周波数を低下させるか、または前記ポンプの駆動電圧を低下させる、制御装置。 - 前記空気調和システムは、
前記複数の第3熱交換器にそれぞれ流入する前記第2熱媒体の温度を検出する複数の第1温度センサと、
前記複数の第3熱交換器からそれぞれ流出する前記第2熱媒体の温度を検出する複数の第2温度センサと、をさらに備え、
前記制御装置は、前記ポンプおよび前記圧縮機を制御し、前記ポンプの駆動電圧が前記上限電圧に設定され、かつ前記複数の流量調整弁の少なくとも1つの開度が前記最大開度に設定されている状態が前記第1判定時間継続した場合、前記第2熱交換器の熱交換量が増加するように、前記第1時刻において前記圧縮機の運転周波数を第1増加量だけ増加させ、前記第1時刻から第2判定時間経過しても前記最大開度に設定されている流量調整弁が設けられた第3熱交換器に対応する第1温度センサと第2温度センサの検出した温度の差が目標値よりも小さい場合、前記圧縮機の運転周波数を第2増加量だけさらに増加させる、請求項1に記載の制御装置。 - 前記第1熱媒体は、冷媒であり、
前記第2熱媒体は、水であり、
前記制御装置は、前記第2熱交換器における前記冷媒の蒸発温度が、前記水の凍結温度よりも低くならない範囲内で前記圧縮機の運転周波数を制御する、請求項2に記載の制御装置。 - 前記複数の第3熱交換器の少なくとも1つにおいて空調能力不足が発生している場合に、前記空調能力不足が発生している第3熱交換器に対応する流量調整弁の開度が前記最大開度より小さいか、または前記ポンプの駆動電圧が前記上限電圧より低い場合には、前記空調能力不足が発生している第3熱交換器を流通する前記第2熱媒体の流量を増加させるように、前記ポンプの駆動電圧が上昇するかまたは対応する流量調整弁の開度が増加する、請求項1~3のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記圧縮機と、前記第1熱交換器と、請求項1~4のいずれか1項に記載の制御装置を備えた室外機。
- 前記第2熱交換器と、前記ポンプと、請求項1~4のいずれか1項に記載の制御装置と、を備えた中継機。
- 前記圧縮機と、前記第1熱交換器と、前記第2熱交換器と、前記ポンプと、請求項1~4のいずれか1項に記載の制御装置を備えた熱源機。
- 前記圧縮機と、前記第1熱交換器と、前記第2熱交換器とによって形成された第1熱媒体回路及び、前記ポンプと、前記第2熱交換器と、前記複数の第3熱交換器とによって形成された第2熱媒体回路と、請求項1~4のいずれか1項に記載の制御装置を備えた空気調和システム。
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