WO2016002008A1

WO2016002008A1 - 空気調和システム

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Publication number: WO2016002008A1
Application number: PCT/JP2014/067559
Authority: WO
Inventors: 邦彰鳥山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2017-01-01

Abstract

　本発明の空気調和システムは、動作周波数を任意に変化可能な圧縮機(１２)を有する室外機(１０)と対象空間の空気調和を行う室内機(２０)とを配管接続して構成した冷媒回路を有する１又は複数の空気調和機グループ(１)と、各空気調和機グループ(１)における室外機(１０)が有する圧縮機(１２)の動作周波数をデータとして記憶する記憶部(１２０)及び各空気調和機グループ(１)の室外機(１０)が有する圧縮機(１２)の動作周波数とエネルギー効率との関係と記憶部(１２０)が記憶するデータとに基づいて、運転する空気調和機グループ(１)の室外機(１０)が有する圧縮機(１２)が、最大効率となる動作周波数に近づくように、停止する室外機(１０)を決定する室外機停止判定処理を行う制御部(１１０)を有する集中制御機器(１００)とを備えるものである。　上記構成により、集中制御機器の制御部が、停止する室外機を決定するようにしたので、空調負荷を分散させて、最大効率の動作周波数よりも低い動作周波数で駆動している圧縮機を、最大効率の動作周波数又はそれに近い動作周波数で駆動させることができ、空気調和システム全体として効率のよい運転を行うことができる。

Description

空気調和システム

　本発明は、空気調和システム等に関するものである。特にシステムの制御装置等に係るものである。

　例えば、インバータ制御等を行い、動作周波数（駆動周波数）を任意に変化させることにより容量を変化させることができる圧縮機を有する空気調和装置がある。そして、特定の動作周波数で、ＣＯＰ（成績係数：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）等で表される空気調和装置の運転に係るエネルギー効率（以下、効率という）が最大値となる動作周波数と効率との関係を示す効率曲線特性と、動作周波数の増大とともに空調能力が増加する関係を示す能力曲線とを有し、これらの特性に基づく制御を行う空気調和システムがある。

　このような空気調和システムにおいて、省エネルギー制御時間帯において、効率曲線特性における効率が最大値を示す特定の動作周波数での運転を基本的状態とするものがある。そして、空気調和を行う対象となる空間（空調空間）の設定温度と室温の偏差から能力不足であるものと判断すると、空気調和装置の動作周波数を増加させて冷暖房能力を高める制御を行う。このような制御を行うことで、空調空間の快適性を維持しながら、所望の省エネルギー効果を得ることができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－２４７１００号公報（図１）

　しかしながら、特許文献１に記載のような従来の空気調和システムにおいて、例えば、春季、秋季のように、空気調和装置の能力が不足しない期間において、基本的状態である効率最大条件下での運転を行うと能力過剰となる可能性がある。このため、空気調和の効き過ぎが起こる可能性が高くなる。また、全体的に空気調和システムの能力が不足する空調空間を前提とした制御を行っているため、空気調和装置の能力が十分に高い、夏季又は冬季でも比較的空調負荷が低い空間等の場合においては、条件を満たした制御を行うことができないことがある。

　本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされたものであり、空気調和装置の効き過ぎ（能力の過剰供給）を発生させずに効率よく空調空間の空気調和を行うことができる空気調和システムの制御装置等を提供する。

　本発明の空気調和システムは、動作周波数を任意に変化可能な圧縮機を有する室外機と対象空間の空気調和を行う室内機とを配管接続して構成した冷媒回路を有する１又は複数の空気調和機グループと、各空気調和機グループにおける室外機が有する圧縮機の動作周波数をデータとして記憶する記憶部及び各空気調和機グループの室外機が有する圧縮機の動作周波数とエネルギー効率との関係と記憶部が記憶するデータとに基づいて、運転する空気調和機グループの室外機が有する圧縮機が、最大効率となる動作周波数に近づくように、停止する室外機を決定する室外機停止判定処理を行う制御部を有する集中制御機器とを備えるものである。

　本発明によれば、集中制御機器の制御部が、停止する室外機を決定するようにしたので、空調負荷を分散させて、最大効率の動作周波数よりも低い動作周波数で駆動している圧縮機を、最大効率の動作周波数又はそれに近い動作周波数で駆動させることができ、空気調和システム全体として効率のよい運転を行うことができる。このため、省エネルギー等をはかることができる。

本発明の実施の形態１に係る集中制御機器１００を中心とする空気調和システムの構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの構成の詳細を示す図である。本発明の実施の形態１に係る集中制御機器１００が行う空調空間の制御に係るフローチャートを示す図である。本発明の実施の形態１に係る室外機停止判定処理に係るフローチャートを示す図である。本発明の実施の形態１に係る冷房運転時における圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。本発明の実施の形態１に係る暖房運転時における圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。本発明の実施の形態１に係る室外機停止判定処理前の室外機１０が有する圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。本発明の実施の形態１に係る１台の室外機１０が有する圧縮機１２が停止したときの圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。本発明の実施の形態２に係る圧縮機停止判定処理に係るフローチャートを示す図である。

　以下、発明の実施の形態に係る空気調和システムについて図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又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。そして、明細書全文に表わ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。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る集中制御機器１００を中心とする空気調和システムの構成を示す図である。本実施の形態では、空気調和機グループ１ａ～空気調和機グループ１ｈの８つの空気調和機グループが１つの空調空間の空気調和を行うものとする。ここで、空気調和機グループ数は８つに限定するものではなく、空調空間の大きさ等に合わせ、増減させることは可能である。本実施の形態は、空気調和システムの制御にかかるものであるため、図１では、制御（通信）系統に関する接続関係を示している。

　まず、空気調和機グループ１ａ～空気調和機グループ１ｈについて説明する。各空気調和機グループ１は１台の室外機１０と１台の室内機２０とを少なくとも有する構成である。本実施の形態では、空気調和機グループ１は集中制御機器１００が行う制御単位（制御グループ）となり、空気調和機グループ１毎に空気調和制御を行う。

　図２は本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの構成の詳細を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の各空気調和機グループ１は、１台の室外機１０と２台の室内機２０とを有している。１台の室外機１０（１０ａ～１０ｈ）と２台の室内機２０（２０ａ－１～２０ｈ－２）とを冷媒配管（図示せず）により接続し、冷媒回路を構成する。冷媒回路において冷媒を循環することで空調能力（熱）を供給し、空調空間の空気を加熱又は冷却して空気調和を行う。ここで、図２においては、１台の室外機１０と２台の室内機２０とで各空気調和機グループ１を構成しているが、室外機１０及び室内機２０の数については、特に限定するものではない。また、各空気調和機グループ１における室外機１０及び室内機２０の数は同じでなくてもよい。

　室外機１０は、圧縮機１２、室外熱交換器（図示せず）等の機器を有し、生成した熱を冷媒により室内機２０に搬送して供給する。室外機制御装置１１は、室外機１０を制御する。また、室外機制御装置１１は、集中制御機器１００、室内機２０が有する室内機制御装置２１との通信により、例えば圧縮機１２の動作周波数のデータ、室内機２０から送られる信号中の運転状態に係るデータ（制御値のデータ）を含む信号を集中制御機器１００に送る。

　室内機２０は、室内熱交換器、絞り装置（膨張弁）等の機器を有し、室外機１０からの熱を空調空間の空気と熱交換して、空気を加熱、冷却等して空気調和を行う。また、室外機制御装置１１との通信により、集中制御機器１００からの指示に基づき室内機２０を制御する室内機制御装置２１を有している。室内機制御装置２１は、さらに前述したように、室外機制御装置１１を介して、制御値のデータを含む信号を集中制御機器１００に送る。ここで、本実施の形態では、例えば、室内機２０の周囲の温度（空調空間において空気調和機グループ１が空気調和する領域の温度。以下、室温とする）と設定温度との温度差を制御値とする。ただし、室内機２０から送られる信号中の運転状態に係るデータを限定するものではない。

　空気調和システムの集中制御機器１００は、各空気調和機グループ１の空気調和に係る運転を制御する。本実施の形態の集中制御機器１００は、各空気調和機グループ１の室外機１０が有する圧縮機１２の動作周波数を増減、停止を指示することができる。これにより、室外機１０（空気調和機グループ１）を停止させることができる。また、室内機２０から得られる運転情報のデータに基づいて、設定温度等を変更する指示を行うことができる。また、各空気調和機グループ１（室外機１０）から例えば定期的に送られる信号中のデータを処理し、圧縮機１２の動作周波数、制御値（室内機２０における運転状態）のデータを得る。そして、室外機１０が有する圧縮機１２の動作周波数等に基づいて、停止指令を送信する空気調和機グループ１を決定し、室外機１０に対して停止の指示を行う。ある圧縮機１２を停止して、駆動している圧縮機１２を最大効率となる動作周波数又はそれに近い動作周波数で駆動することで、効き過ぎを発生させずに効率よく空調空間の空気調和を行い、省エネルギーをはかる。

　本実施の形態の集中制御機器１００は、制御部１１０、記憶部１２０を有している。制御部１１０は、各空気調和機グループ１の室外機１０が有する室外機制御装置１１からの信号に含まれるデータに基づいて制御処理を行う。本実施の形態の制御部１１０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の制御演算処理装置を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。

　記憶部１２０は、室外機制御装置１１からの信号に含まれる圧縮機１２の動作周波数のデータ、運転状態に係るデータ等を記憶する。特に、圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す効率曲線特性をデータとしてあらかじめ有している。例えば、空気調和システム内に異なる種類の圧縮機１２を有している場合には、各種類の効率曲線特性のデータを有している。そして、制御部１１０が行う制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。制御部１１０は、プログラムのデータに基づく処理を実行して制御を実現する。

　図３は本発明の実施の形態１に係る集中制御機器１００が行う空調空間の制御に係るフローチャートを示す図である。集中制御機器１００の制御部１１０は、空気調和システムの制御を開始すると（Ｓ１）、各室外機１０から送られた信号に含まれる圧縮機１２の動作周波数のデータ及び制御値のデータを取得する（Ｓ２）。そして、取得した各圧縮機１２の動作周波数のデータ及び制御値のデータを記憶部１２０に記憶する（Ｓ３）。

　そして、制御部１１０は、記憶部１２０に記憶したデータに基づいて、室外機１０（空気調和機グループ１）を停止するかどうかを判定し、停止する室外機１０を決定する室外機停止判定処理を行う（Ｓ４）。室外機停止判定処理の内容については後述する。そして、停止する室外機１０がある場合は（Ｓ５）、停止に係る室外機１０に停止指令の信号を送り、停止制御を行う（Ｓ６）。

　また、例えば制御部１１０は、停止制御を行って一定時間が経過すると（Ｓ７）、例えば制御値のデータに基づいて、各室外機１０における圧縮機１２の動作周波数が変化しても空調空間における空気調和の安定が維持されているかどうかを判断する（Ｓ８）。維持されていないと判断すると、停止制御を解除し、室外機１０の運転を再開して、各室外機１０の圧縮機１２の動作周波数を停止制御前に戻す（Ｓ９）。制御部１１０は、以上の処理を１回行って、最大効率となる動作周波数に圧縮機１２の動作周波数を近づけることができなくても、繰り返し処理を行うことで、空気調和の安定を維持しつつ、駆動中の圧縮機１２が最大効率となる動作周波数に近づけていくように制御する。

　図４は本発明の実施の形態１に係る圧縮機停止判定処理に係るフローチャートを示す図である。図３で説明した制御において、集中制御機器１００の制御部１１０は、圧縮機１２を停止するかどうかを判定等する圧縮機停止判定処理を行った。ここでは、圧縮機停止判定処理の詳細な手順について説明する。

　制御部１１０は、判定処理をスタートすると、各空気調和機グループ１における室外機１０が有する圧縮機１２の動作周波数及び室内機２０の制御値のデータを記憶部１２０から読み出す（Ｓ１１）。そして、読み出したデータ及び記憶部１２０が記憶する効率曲線特性のデータに基づいて、室外機１０（圧縮機１２）を停止するかどうかを判定する（Ｓ１２）。停止しないと判断すると処理を終了する。

室外機１０を停止するかどうかを判定する手順については、特に限定するものではないが、本実施の形態では、例えば、任意に設定した平均能力値（％）に基づいて判断するものとする。

例えば、本実施の形態の空気調和システムでは、空気調和機グループ１ａ～空気調和機グループ１ｈが、担当領域の空気調和を行い、システム全体として１つの空調空間の空気調和を行っている。そこで、制御部１１０は、システム全体の平均能力値（％）を算出する。

　平均能力値を算出するために、制御部１１０は、次式（１）に基づいて、室外機１０（空気調和機グループ１）毎に実行能力値を算出する。

［数１］
　　実効能力値＝室外機１０の定格能力値×能力セーブ率　　　　　…（１）

　そして、次式（２）に基づいて、平均能力値を算出する。

［数２］
平均能力値＝（実効能力値の合計／各室外機１０の定格能力値の合計）×１００
…（２）

　制御部１１０は、算出した平均能力値について、例えば４０％より高いと判断すると、室外機１０（圧縮機１２）を停止しないと判定する。一方、例えば４０％以下であると判断すると、システム全体として効率が低いとし、効率を高めるために、いずれかの室外機を停止すると判定する。ここで、本実施の形態では、平均能力値のしきい値を４０％としたが、これに限定するものではなく、任意の値を設定することができる。

　室外機１０を停止するものと判定すると、読み出したデータに基づいて、各空気調和機グループ１において、室内機２０等の運転状態が、あらかじめ設けられた停止除外条件を満たしているかどうかを判断する（Ｓ１３）。ここで、例えば、制御値が示す温度差が３℃よりも大きいことを停止除外条件とすることができる。設定温度と室温との温度差が大きい状態では空気調和を続ける必要があり、室外機１０を停止することができない。また、例えば室外機１０又は室内機２０に異常が発生していることを停止除外条件とすることができる。条件を満たすと判断した室外機１０（空気調和機グループ１）については、停止制御対象候補から外す処理を行う（Ｓ１４）。

　すべての空気調和機グループ１に対して停止除外条件を満たしているかどうかの判断を終えると（Ｓ１５）、停止制御対象候補となった室外機１０（空気調和機グループ１）の中から停止する室外機１０を決定する（Ｓ１６）。ここで、本実施の形態では、制御部１１０は、停止制御対象候補のうち、最も低い動作周波数で駆動している圧縮機１２を有する室外機１０を停止するものと決定する。ここでは、急な変化を避けるために１台の室外機１０を停止するものとするが、特に限定するものではない。例えば、複数台決定して停止させるようにしてもよい。

　図５は本発明の実施の形態１に係る冷房運転時における圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。冷房運転時においては、効率は動作周波数が低いところからゆっくりと上昇していき、最大効率よりも高い動作周波数においてもゆっくりと下降していくのが特徴である。

　図６は本発明の実施の形態１に係る暖房運転時における圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。冷房運転時においては、冷房運転時よりも低い動作周波数において最大効率となる。

　図７は本発明の実施の形態１に係る室外機停止判定処理前の室外機１０が有する圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。ここでは、室外機１０ａ、室外機１０ｂ及び室外機１０ｃが有する圧縮機１２の動作周波数と、空気調和機グループ１ａ（室外機１０ａ）、空気調和機グループ１ｂ（室外機１０ｂ）及び空気調和機グループ１ｃ（室外機１０ｃ）における効率との関係について説明する。図７では、室外機１０ａ、室外機１０ｂ、室外機１０ｃの順に、それぞれが有する圧縮機１２の動作周波数が高くなっている。ただ、空調負荷が小さいので、室外機１０ａ、室外機１０ｂ及び室外機１０ｃが有する圧縮機１２の動作周波数は、いずれも最大効率となる動作周波数よりも低い。このうち、室外機１０ａが有する圧縮機１２ａの動作周波数が最も低いため、室外機１０ａを停止させる。

　図８は本発明の実施の形態１に係る１台の室外機１０が有する圧縮機１２が停止したときの圧縮機１２の動作周波数と効率との関係を示す図である。室外機１０ａは停止指令の信号を受信すると圧縮機１２を停止する。このため、室外機１０ａの圧縮機１２の動作周波数は０となる。そして、停止前に室外機１０ａが賄っていた空調負荷を室外機１０ｂ及び１０ｃに分散させ、空気調和機グループ１ｂと空気調和機グループ１ｃとで空調空間の空気調和を行うことになる。このため、室外機１０ｂ及び室外機１０ｃにおける圧縮機１２の動作周波数が高い方へシフトする。室外機１０ｂ及び１０ｃは圧縮機１２の動作周波数は、最大効率となる動作周波数よりも低かったため、動作周波数が高い方へシフトすることにより、効率が高い動作周波数で運転することができる。

　以上のように、実施の形態１の空気調和システムによれば、集中制御機器１００が、各空気調和機グループ１の運転状態に基づいて、停止する室外機１０を決定するようにしたので、空調負荷を分散させて、最大効率の動作周波数よりも低い動作周波数で駆動している圧縮機１２を、最大効率の動作周波数に近い動作周波数で駆動させることができ、空気調和システム全体として効率のよい運転を行うことができる。

実施の形態２．
　図９は本発明の実施の形態２に係る圧縮機停止判定処理に係るフローチャートを示す図である。図９において、図４と同じステップ番号については、実施の形態１で説明したことと同じである。

　実施の形態１においては特に示さなかったが、例えば、圧縮機停止判定処理を行うって行くと、熱負荷の状況、空調空間の特性により、停止する室外機１０が偏る可能性がある。このため、各空気調和機グループ１の運転時間に差が生じていく可能性がある。

　図９に示すように、本実施の形態において、制御部１１０は、記憶部１２０からデータを読み出し（Ｓ１１）、室外機１０（圧縮機１２）を停止すると判定すると（Ｓ１２）空気調和機グループ１の積算運転時間が基準運転時間未満であるかどうかを判断する処理を行う（Ｓ１３Ａ）。そして、積算運転時間が基準運転時間未満であると判断すると、運転停止対象候補から外す処理を行う（Ｓ１３）。積算運転時間が基準運転時間未満でない（以上である）と判断すると、空気調和機グループ１の運転状態が、停止除外条件を満たしているかどうかを判断する処理を行う（Ｓ１４）。これにより、積算運転時間が少ない空気調和機グループ１を運転停止対象候補から外すようにする。

　以上のように、実施の形態２の空気調和システムによれば、制御部１１０が、空気調和機グループ１の積算運転時間が基準運転時間以上であるかどうかを判断し、積算運転時間の短い空気調和機グループ１を運転停止対象から外すようにしたので、特定の空気調和機グループ１の室外機１０が停止を繰り返す等して、積算運転時間に偏りが発生することを防ぐことができる。このため、各空気調和機グループ１の運転時間を平準化することができ、空気調和システム信頼性を高めることができる。また、室外機１０の寿命を延ばすことができる。

実施の形態３．
　上述の実施の形態１では、停止制御対象候補のうち、最も低い動作周波数の圧縮機１２を有する室外機１０を停止させるようにしたが、これに限定するものではない。例えば、停止制御対象候補のうち、積算運転時間が最も多い室外機１０を停止させるようにしてもよい。

　１，１ａ～１ｈ　空気調和機グループ、１０，１０ａ～１０ｈ　室外機、１１，１１ａ～１１ｈ　室外機制御装置、１２，１２ａ～１２ｈ　圧縮機、２０，２０ａ－１～２０ｈ－２　室内機、２１，２１ａ－１～２１ｈ－２　室内機制御装置、１００　集中制御機器、１１０　制御部、１２０　記憶部。

Claims

　動作周波数を任意に変化可能な圧縮機を有する室外機と対象空間の空気調和を行う室内機とを配管接続して構成した冷媒回路を有する１又は複数の空気調和機グループと、
　各空気調和機グループにおける前記室外機が有する圧縮機の動作周波数をデータとして記憶する記憶部及び
　各空気調和機グループの室外機が有する圧縮機の動作周波数とエネルギー効率との関係と前記記憶部が記憶するデータとに基づいて、運転する空気調和機グループの室外機が有する前記圧縮機が、最大効率となる動作周波数に近づくように、停止させる室外機を決定する室外機停止判定処理を行う制御部を有する集中制御機器と
を備える空気調和システム。
　前記制御部は、前記各空気調和機グループの運転状態に係る条件に基づいて、前記室外機停止処理の対象となる前記空気調和機グループを決定する処理を行う請求項１に記載の空気調和システム。
　前記制御部は、積算運転時間が基準運転時間未満の前記空気調和機グループを室外機停止処理の対象となる前記空気調和機グループから除外する処理を行う請求項１又は２に記載の空気調和システム。