JP2012088033A - 空調機の運転制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現状がポンプサイクル運転状態の場合、ΔT≦T2のときは最初に負荷の低い系統(系統A)の冷媒ポンプ9aが停止され、その後、当該系統の圧縮機運転が開始される。次いで、負荷の高い系統(系統B)が同様にして切り替えられる。また、現状が圧縮サイクル運転状態の場合には、切替条件(ΔT≧T1)に該当するときは、最初に一方の系統の圧縮機が停止され、その後、当該系統の冷媒ポンプ運転が開始される。次いで、他方の系統の圧縮機が停止され、続いて当該系統の冷媒ポンプ運転が開始される。
【選択図】図3
Description
本願出願人は、かかる兼用冷凍サイクルにおける圧縮サイクル⇔ポンプサイクルの切り替えにおいて、外気温と室温との温度差、圧縮サイクルにおける冷房能力、圧縮機周波数等に基づいて判定することを内容とする制御技術を開示している(特許文献1)。
さらに、近年、例えばデータセンターにおけるICT機器の高密度化に対応するため、上記兼用冷凍サイクルを複数系統組み込んだ空調機が実用化されている。このような空調機については、1系統を前提とする切り替え制御では適切に対応できないケースがあり、複数系統に特化した制御技術が求められている。
(1)圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルを、所定の判定基準に従い、適宜、切り替えて運転する冷凍サイクル(以下、兼用冷凍サイクルという)を1又は複数系統備えた1又は複数の空調機において、同一又は異なる空調機のうちの2系統以上の系統を、一方のサイクルから他方のサイクルに切り替える場合に、いずれか一の系統の切り替えが完了した後に、順次、残りの系統を切り替えることを特徴とする。
「兼用冷凍サイクル」とは、これら2つのサイクルを同一冷媒配管及びバイパス配管により構成し、三方弁又は切り替え弁により冷媒循環経路を変更可能とすることにより実現するものである。
また、「所定の判定基準」とは、室温と外気温との温度差が所定の閾値以上又は以下に至った場合が例示される。
冷媒ポンプ周波数が小さい系統の方が負荷小であるため、切り替え対象系統の一時運転休止による空調機能力低下を最小限に抑えることが可能となる。
圧縮機が過渡状態のときに圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの切り替え判断を行うと、正しい判断が行えず、冷媒ポンプサイクル移行後に能力不足を起こすおそれがある。本発明は、これを回避するため、圧縮機がサーモオフ状態、又は、圧縮機周波数が定常状態に至った段階で切り替え判断を行うものである。
このような運転制御を行うことにより、各系統の圧縮機、冷媒ポンプ等の駆動部等の消耗度が均等化され、故障発生リスクの低減を図ることができる。
例えば、被空調対象である情報通信機械室の室温が許容上限温度を超えている場合には、緊急避難的に現状運転状態に関わらず、全ての系統を圧縮サイクルに切り替えて冷房能力を確保することが望ましい。
一方、室温が極端に下がっている場合には、冷媒ポンプサイクル運転の系統を増加させることが省エネ性向上の要請に沿っている。
本発明によれば、これらの要請に対応することができる。
(7)上記各発明において、前記空調機は、3系統以上の兼用冷凍サイクルを備え、かつ、少なくとも1系統については、圧縮サイクル運転状態を維持するように制御することを特徴とする。
また、サイクル切り替え時において当該系統は一旦停止状態となるため、冷媒を安定な状態に保つことができ、切り替え後のサイクルを正常に起動させることができる。
また、2系統以上のサイクルが冷媒ポンプサイクルの場合、冷媒ポンプ周波数が小さい系統から、順次、圧縮サイクルに切り替えることにより、切り替え時の能力低下を最小限に抑えることができる。
さらに、圧縮サイクル運転時であって圧縮機が過渡状態のときは、正しい切り替え判断を行うことは困難である。この状態で冷媒ポンプサイクルに切り替えた場合、移行後に能力不足を起こすおそれがある。本発明によれば、圧縮機がサーモオフ状態、又は、圧縮機周波数が定常状態に至った段階で切り替え判断を行うため、上記不都合を回避することができる。
(第一の実施形態)
本実施形態は、2つの系統を同時に圧縮サイクル運転又はポンプサイクル運転に切り替える場合の制御態様に関する。
図1を参照して、本実施形態に係る空調システム1は、ともに兼用冷凍サイクルである2つの系統A、Bを備えた空調機2と、各系統に対して切り替え連係制御を指示する制御部19と、により構成されている。
重複説明を省略するが、系統Bについても系統Aと同一構成を備えている。
さらに、制御部19と主要構成要素間は信号線19aを介して接続されており、以下の制御に必要な情報の授受を可能に構成されている。
図2(a)を参照して、圧縮サイクルA1運転時において、冷媒は太線の経路により循環する。圧縮機7aで圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管10a内流れ凝縮器6aに導かれ、ここで外気と熱交換して冷却凝縮される。凝縮した液冷媒は、膨張弁8aを通過する際に断熱膨張し、低圧の液ガス並存状態となって蒸発器5aに導かれる。ここで冷房対象である室内空気から熱を奪って自らは蒸発し、低圧冷媒ガスとなって冷媒配管10aを介して圧縮機7aに戻る。
なお、上記サイクルの切り替えに際しては、制御部19の指令による三方弁14a−16aの流路切り替え操作が行われる。
制御開始に伴い、現状の運転サイクルが確認される(S101)。ポンプサイクル運転状態の場合には、上述のサイクル切替条件(ΔT≦T2)に該当しているか否かの判定が行われる(S102)。ΔT>T2の場合には(S102においてN)、切替条件に該当していないと判定され、次回までそのままポンプサイクル運転が継続される。
S103においてN、すなわちFa>Fbの場合には系統Bの負荷の方が小さいと判断され、最初に系統Bについて冷媒ポンプ9bを停止し(S108)、その後、圧縮機7bの運転を開始する(S109)。次に、系統Aについて冷媒ポンプ9aを停止し(S110)、続いて圧縮機7aの運転を開始する(S111)。
以上の工程により、ポンプサイクルから圧縮サイクルへの切り替えが終了する。
ΔT≧T1の場合には(S112においてY)、最初に系統Aについて圧縮機7aが停止される(S113)。次に、冷媒ポンプ9aの運転が開始される(S114)。その後、系統Bの圧縮機7bが停止され(S115)、続いて冷媒ポンプ9bの運転が開始される(S116)。
以上の工程により、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えが終了する。
また、圧縮サイクル⇔ポンプサイクルの切替判定基準について、室温Tiと外気温Toとの温度差ΔTに基づく例を示したが、切り替えにより冷房能力に支障を来たさない他の判定基準を採用することもできる。
また、本実施形態では空調機2が2系統の例を示したが、3系統以上の場合においても各系統の圧縮機周波数に応じて順次切り替える形態とすることができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は2つの系統について、サイクルごとの累積運転時間をも勘案して制御する態様に関する。本実施形態の構成は、空調システム1と同一であるので重複説明を省略する。
次に、図4をも参照して、本実施形態におけるサイクル切替制御フローについて説明する。制御開始に伴い、現状のサイクル形態が確認される(S201)。系統A,Bともにポンプサイクル運転の場合には、サイクル切替条件(ΔT≦T2)に該当しているか否かの判定が行われる(S202)。ΔT>T2の場合には(S102においてN)、切替条件に該当していないと判定され、次回までそのままポンプサイクル運転が継続される。
ΣTc(a)≦ΣTc(b)の場合には(S203においてY)、系統Aの圧縮機累積運転時間が少ないため系統A側を圧縮サイクルに変更される(S204)。この場合、上述の実施形態と同様に、冷媒ポンプ9aを停止した後、圧縮機7aの運転が開始される。S203においてN、すなわちΣTc(a) >ΣTc(b)の場合には、系統Bの圧縮機累積運転時間が少ないため、系統A側の変更シーケンスの場合と同様にして、系統B側が圧縮サイクルに変更される(S205)。
ΔT≧T1の場合には(S206においてY)、一方の系統をポンプサイクルに切り替えることになる。この場合、両系統の運転時間均等化を図るため、ポンプ累積運転時間、ΣTp(a)とΣTp(b)とが比較される(S207)。
ΔT≧T1の場合には能力過剰と判定され、現在圧縮サイクル運転している系統をポンプサイクルに切り替え、その結果、両系統ともポンプサイクル運転となる(S211)。また、ΔT≦T2の場合には能力不足と判定され、現在ポンプサイクル運転している系統が圧縮サイクルに切り替えられ、両系統とも圧縮サイクル運転となる(S212)。
以上の判定終了後に、系統ごと、サイクルごとの累積運転時間の積算が行われる(S213)。
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は圧縮機の運転状態をも考慮して、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えの可否を判定する態様に係る。本実施形態の構成についても、空調システム1と同一であるので重複説明を省略する。
図5を参照して、制御開始に伴い所定の時間間隔で現状のサイクル形態が確認される(S301)。両系統ともにポンプサイクル運転状態の場合には、第一の実施形態のS102〜S111と同一フローに従い、サイクルの切り替えが実行される(S302)。
下限閾値以下の場合には(ΔT≦T2)、現在ポンプサイクル運転の系統について圧縮サイクルに変更され、両系統ともに圧縮サイクル運転となる(S309)。また、上限閾値以上の場合には(ΔT≧T1)、現在圧縮サイクル運転状態の系統につき、S304以下のサーモオフ判定に移行する。
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、第三の実施形態において、サイクル切替条件のみならず、空調機全体として冷房能力が不足しているか否かを考慮して、ポンプサイクル運転から圧縮サイクル運転への切り替えの可否を判定する形態に係る。
図6を参照して、本実施形態の制御フローは、上述の第三の実施形態のフロー(図5)と一部を除き同一である。以下、相違点について説明する。図5では、現状運転状態の判定(S301)に続いてサイクル切替条件の判定(S308)を行っているが、本実施形態ではこれらに先立って、現状冷房能力の判定が行われる。この判定は、室温(空調機吸込温度)Tiが所定の上限閾値(TH)及び下限閾値(TL)内に治まっているか否かにより行われる(S400)。
Ti>TH、すなわち上限閾値を超えている場合には、現状運転状態に関わらず、両系統とも圧縮サイクルにより運転される(S409)。
TH≧Ti≧TL、すなわち両閾値内にある場合には、冷房能力は足りていると判定され、S401以下、第三の実施形態と同一フローが実行される。
なお、本実施形態では現状運転状態判定に先行して冷房能力判定を行う例を示したが、現状運転状態判定の後に冷房能力判定を行う形態としてもよい。
また、第一、第二の実施形態においても、本実施形態の冷房能力判定に準じたフローを付加する態様としてもよい。
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、兼用冷凍サイクルを3系統備えたシステムに関する。図7を参照して、本実施形態の構成が上述の各実施形態と異なる点は、系統A、Bに加えて、圧縮機7c、凝縮器5c、蒸発器6c、膨張弁8c及び冷媒配管10cにより構成される圧縮サイクルと、冷媒ポンプ9c、冷媒配管10c及びバイパス配管11c乃至13c、分岐用三方弁14c乃至16cにより構成される冷媒ポンプサイクルとを備えた系統Cを、さらに備えていることである。
され、系統A、Bは圧縮サイクルとポンプサイクルの切替制御により運転が行われる。以上の工程を繰り返して行うことにより、省エネ性確保と常に一定以上の冷房能力維持の両立を可能にしている。
なお、本実施形態では兼用冷凍サイクルを3系統備えたシステムの例を示したが、さらに多系統のシステムとすることも可能である。
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、それぞれ単一の兼用冷凍サイクルを有する複数の空調機群における運転切替制御態様に関する。
図9(a)を参照して、本実施形態に係る空調システム60は、兼用冷凍サイクル系統C1を備えた空調機61と、兼用冷凍サイクル系統C2を備えた空調機62と、各系統に対して切り替え連係制御を指示する制御部64と、により構成されている。
制御開始に伴い、現状の運転サイクルが確認される(S601)。ポンプサイクル運転状態の場合には、サイクル切替条件(ΔT≦T2)に該当しているか否かの判定が行われる(S602)。ΔT>T2の場合には(S602においてN)、切替条件に該当していないと判定され、次回までそのままポンプサイクル運転が継続される。
ΔT≧T1の場合には(S605においてY)、系統C1、C2、C3の順に圧縮機停止→冷媒ポンプ運転に切り替えられる(S606)。
なお、本実施形態では空調機3台の例を示したが、4台以上の場合においても同様に順次切り替えることができる。
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、複数系統の兼用冷凍サイクルを有する複数の空調機群において、第三の実施形態と同様に空調機群全体として冷房能力が不足しているか否かを考慮して、ポンプサイクル運転から圧縮サイクル運転への切り替えの可否を判定する形態に係る。
図10(a)を参照して、本実施形態に係る空調システム70は、兼用冷凍サイクル系統D1、D2を備えた空調機71と、兼用冷凍サイクル系統D3、D4を備えた空調機72と、各系統に対して切り替え連係制御を指示する制御部73と、により構成されている。各系統の冷凍サイクル構成を含めその他の構成は、上述の各実施形態と同一であるので重複説明を省略する。
最初に空調機群全体としての現状冷房能力の判定が行われる。この判定は、代表室温Tiが所定の上限閾値(TH)及び下限閾値(TL)内に治まっているか否かにより行われる(S700)。
Ti>TH、すなわち上限閾値を超えている場合には、現状運転状態に関わらず全系統が圧縮サイクルにより運転される(S709)。
TH≧Ti≧TL、すなわち両閾値内にある場合には、冷房能力は足りていると判定され、以下のフローが実行される。
S701において全系統が圧縮サイクル運転状態の場合には、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切替条件(ΔT≧T1)に該当しているか否かの判定が行われる(S303)。ΔT<T1の場合には(S703においてN)、次回までそのまま圧縮サイクル運転が継続される。
下限閾値以下の場合には(ΔT≦T2)、現在ポンプサイクル運転の系統について圧縮サイクルに変更され、全系統が圧縮サイクル運転となる(S709)。また、上限閾値以上の場合には(ΔT≧T1)、現在圧縮サイクル運転状態の系統につき、S704以下のサーモオフ判定に移行する。
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えに際して、事前に他の空調機を高負荷運転させることにより、切替時の室温上昇防止を図る態様に係る。本実施形態の構成は、空調システム1と同一であるので重複説明を省略する。
図12を参照して、制御開始に伴い所定の時間間隔で現状のサイクル形態が確認される(S801)。両系統ともにポンプサイクル運転状態の場合には、第一の実施形態のS102〜S111と同一フローに従い、サイクルの切り替えが実行される(S802)。
ΔT≧T1の場合には(S803においてY)、一方の系統(例えば系統A)をポンプサイクルに切り替えることになる。この場合、系統Bの圧縮機出力を所定の高負荷(例えば定格出力)に変更する(S804)。系統Bの圧縮機が所定の出力に到達したのち、系統Aについてポンプサイクルに切り替えられる(S806)。
下限閾値以下の場合には(ΔT≦T2)、現在ポンプサイクル運転の系統について圧縮サイクルに変更することになるが、この場合も上述のように他の系統の圧縮機出力を所定の高負荷(例えば定格出力)に変更する(S807)。定格出力到達後に圧縮サイクルに切り替えられ、最終的に両系統ともに圧縮サイクル運転となる(S808)。
3・・・・室内機
4・・・・室外機
5a、5b、5c・・・凝縮器
6a、6b、6c・・・蒸発器
7a、7b、7c・・・圧縮機
8a、8b、8c・・・膨張弁
9a、9b、9c・・・冷媒ポンプ
10a、10b、10c・・・冷媒配管
11a、10b、10c・・・バイパス配管
11a-13a、11b-13b、11c-13c・・・バイパス配管
14a-16a、14b-16b、14c-16c・・・ 分岐用三方弁
17a、17b・・・室内側送風機
18a、18b・・・室外側送風機
19・・・制御部
S1、S2・・・温度センサ
Claims (7)
- 圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルを、所定の判定基準に従い、適宜、切り替えて運転する冷凍サイクル(以下、兼用冷凍サイクルという)を1又は複数系統備えた1又は複数の空調機において、
同一又は異なる空調機のうちの2系統以上の系統を、一方のサイクルから他方のサイクルに切り替える場合に、
いずれか一の系統の切り替えが完了した後に、順次、残りの系統を切り替えることを特徴とする空調機の運転制御方法。 - 請求項1において、
同一又は異なる前記空調機のうちの2系統以上の系統を、一方のサイクルから他方のサイクルに切り替える場合において、
冷媒ポンプ周波数又は圧縮機周波数が小さい系統から、順次、切り替えを行うことを特徴とする空調システムの運転制御方法。 - 一の系統について、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルに切り替える場合には、
当該系統の圧縮機がサーモオフ状態、又は、圧縮機周波数が定常状態に至っていることを条件とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の空調機の運転制御方法。 - 請求項1又は3のいずれかににおいて、さらに、
圧縮サイクル累積運転時間と冷媒ポンプサイクル累積運転時間の差が小さい系統から、優先的に切り替えを行うことを特徴とする空調機の運転制御方法。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、さらに、
被空調対象に対する冷房能力が過剰な場合には、圧縮サイクル運転の系統を増加させ、
冷房能力が過小な場合には、冷媒ポンプサイクル運転の系統を増加させる、
ことを特徴とする空調機の運転制御方法。 - 請求項1において、
同一又は異なる前記空調機のうちの1以上の系統を、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルに切り替える場合には、予め残りの系統について所定の高負荷で運転させておくことを特徴とする空調システムの運転制御方法。 - 前記空調機は、3系統以上の兼用冷凍サイクルを備え、かつ、
少なくとも1系統については、圧縮サイクル運転状態を維持するように制御することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の空調機の運転制御方法。
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