JP6320617B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、運転中に初期の静風圧値から外れた際に、自動で所定の風量となるように送風機を制御することができる空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機では、ダクト接続を行う場合には、設備設計の段階であらかじめ必要な静圧と風量を計算して、それに見合うプーリとベルトを選定することで所定の静圧と風量を得ていた。しかし、空気調和機の運転中にフィルタ詰まりなどの風路圧損の変化が生じることがある。風路圧損の変化によって風量の変化が発生した場合に、従来では運転を停止して風路圧損の復元を行うあるいはプーリベルトの設定を変更することで所定の風量を維持していた。

従来の空気調和機では、ダクトを介して空気調和した空気を搬送する形態の場合に、あらかじめダクトの風路圧損によって減少する風量を見積もり、所定の風量に上乗せすることで、ダクト出口にて所定風量となるように初期の風量を設定していた。
しかし、上述のように運転中に風路圧損の増減が生じた場合は所定の風量を維持することができない。そのため、ダクトにダンパーを設置して所定の風量へ調整することもある。上述の手法では、所要風量が減少しても送風機の動力負荷はほとんど変化しないため、エネルギーのロスが発生する。

そこで、定風量システムにおいてバイパスダンパを用い、ダクト出口静圧によって送風機の回転数を制御する手法が示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８-１１００７９号公報

しかしながら、静圧測定のための機器が必要であり、構成が複雑になるといった課題がある。また、単一のダクトに対して複数の室内機を接続する設置形態の場合に、それぞれの室内機が独立した制御となるため、全体の風量の調整と動力負荷の最適化とが困難である。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、単一のダクトに対して複数の室内機を接続する設置形態の場合に静圧および風量の測定を行うことなく全体の風量を効率よく制御する空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、ファンおよび制御部をそれぞれ有する複数の室内機と、前記複数の室内機に接続され、当該複数の室内機によって調和された空気を送り出すダクトと、を備え、前記複数の室内機のうち１つを親機とし、他を子機とし、前記親機の制御部および前記子機の制御部は、それぞれ自機の送風量を求め、前記親機の制御部は、前記子機の送風量を取り込んで、自機を含む前記複数の室内機の全体の送風量を求め、前記全体の送風量が基準風量に対して過不足があるかどうかを判定し、過不足があると判定した場合には、自機を含む前記複数の室内機のうちで最も効率良く駆動可能な室内機のファンを選択し、前記ファンの回転数の変更を指令するものである。

本発明に係る空気調和機によれば、全室内機のうちで最も効率良く駆動可能な室内機のファンを選択し、ファンの回転数の変更を指令することで、所定の風量に近づけるので、単一のダクトに対して複数の室内機を接続する設置形態の場合に静圧および風量の測定を行うことなく全体の風量を効率よく制御することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の設置形態を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の構成を説明する概略図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の試運転時のフローを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の親機の運転時のフローを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の子機の運転時のフローを示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の室内機１、２、３の設置形態を説明する図である。図１に示す空気調和機１００の室内機１、２、３を単一のダクト４に２台以上接続する。ここでは３台設置した場合を例として記述する。
ダクト４に対して室内機１、２、３を接続し、室内機１、２、３間を通信線５にて通信可能に接続する。通信線５は、有線や無線であってよい。この際、室内機１、２、３のうちの１つを親機として設定し、親機以外のその他の室内機を子機として設定する。ここでは、室内機１を親機とする。室内機２、３を子機とする。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の室内機１の構成を説明する概略図である。室内機１は、冷媒と室内空気とを熱交換する熱交換器６と、室内空気をダクト４に流出させるファン７と、ファン７に回転駆動力を付与するモータ８と、モータ８を制御するインバータ９と、インバータ９に制御指令を発するマイコン１０と、を備える。室内機２、３は、室内機１と同様な構成である。このため、室内機１のみの構成を説明する。

空気調和機１００の室内機１は、熱交換器６によって空気を調和し、マイコン１０を備えたインバータ９で制御されるモータ８によってファン７を駆動し、室内機１外へと調和空気（室内空気）を吹き出す。
空気調和機１００の室内機１が備えるマイコン１０には、ファン７の回転数、風量、静圧、電流などのファン特性が記憶されている。
マイコン１０を搭載したインバータ９は、ファン７の回転数と電流を検知できる機構を備え、ファン７を駆動するモータ８への電流を変更することでファン７の回転数を変更できる。
室内機１、２、３のマイコン１０が通信線５によって相互に通信可能である。
室内機１が備えるマイコン１０は、空気調和機１００の親機の制御部を構成する。また、室内機２、３が備えるマイコン１０は、空気調和機１００の子機の制御部を構成する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。
次に、図３を参照して空気調和機１００の冷房運転時の動作例について説明する。マイコン１０によって四方弁１０３が冷房運転に切り替えられた場合には、冷媒が圧縮機１０１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁１０３を介して室外熱交換器１０４に流入する。室外熱交換器１０４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器１０４を通過する室外空気と熱交換（放熱）され、高圧の液冷媒となって流出する。室外熱交換器１０４から流出した高圧の液冷媒は、毛細管１０５および電子制御式膨張弁１０６で減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、熱交換器６に流入する。熱交換器６に流入した気液二相の冷媒は、熱交換器６を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を冷却して低温低圧のガス冷媒となって圧縮機１０１に吸入される。

次に、図３を参照して空気調和機１００の暖房運転時の動作例について説明する。マイコン１０によって四方弁１０３が暖房運転に切り替えられた場合には、冷媒は、上記と同様に圧縮機１０１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁１０３を介して熱交換器６に流入する。熱交換器６に流入した高温高圧のガス冷媒は、熱交換器６を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を暖めて高圧の液冷媒となる。熱交換器６から流出した高圧の液冷媒は、電子制御式膨張弁１０６および毛細管１０５で減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室外熱交換器１０４に流入する。室外熱交換器１０４に流入した低圧の気液二相の冷媒は、室外熱交換器１０４を通過する室外空気と熱交換され、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機１０１に吸入される。

次に、実施の形態１に係る空気調和機１００のダクト４の風量を制御する動作について説明する。
図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の室内機１、２、３の試運転時のフローを示す図である。
まず、図４を用いて空気調和機１００の室内機１、２、３の試運転時の制御フローを説明する。

ステップＳ１として、各室内機１、２、３のマイコン１０は、施工時などの試運転時にダクト４の風量が一定化する所定の風量Ｑ０にて運転し、その時のファン７の電流値Ａ０と回転数Ｎ０をマイコン１０に記憶しておく。

図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の親機の運転時のフローを示す図である。
次に、図５を用いて空気調和機１００の室内機１に設定された親機の運転時の親機制御フローを説明する。

ステップＳＴ１として、親機のマイコン１０は、運転開始中に親機から子機に対して送風量Ｑの計算指令を通信線５により送信する。また、親機も送風量Ｑの計算をする。送風量Ｑは、運転電流値Ａと運転回転数Ｎとを計測し、マイコン１０に記憶された関係を用いて計算される。
ステップＳＴ２では、親機のマイコン１０は、子機の送風量Ｑのデータを通信線５により受信する。
ステップＳＴ３では、親機のマイコン１０は、子機からの送風量Ｑの情報を通信線５により受信すると、ダクト４を一定風量にする所定の風量Ｑ０（基準風量）と全室内機１、２、３の送風量Ｑの総和（全体の送風量）とから送風過不足量ΔＱを計算する。
ステップＳＴ４では、親機のマイコン１０は、送風過不足量ΔＱが存在するか否かを判別する。ステップＳＴ４で送風過不足量ΔＱが存在する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ５に移行する。送風過不足量ΔＱが存在しない場合（ＮＯ）には、ステップＳＴ１に移行する。

ステップＳＴ５では、親機のマイコン１０は、送風過不足量ΔＱだけ送風量を変化させた際の電流値Ａ１と現在の電流値Ａとの変化量ΔＡを計算する指令を子機に通信線５により送信する。また、親機も変化量ΔＡを計算する。
ステップＳＴ６では、親機のマイコン１０は、変化量ΔＡを子機から通信線５により受信する。
ステップＳＴ７では、親機のマイコン１０は、通信線５により送信されてきた各子機の変化量ΔＡおよび親機の変化量ΔＡを比較する。
ステップＳＴ８では、親機のマイコン１０は、変化量ΔＡによって送風過不足量ΔＱだけの送風量を充足させる最も効率良く駆動可能な（電流量が最も効率的に変更させられる）室内機に対して変化量ΔＡの変化分だけファン７の回転数Ｎを変更させる指令を通信線５により送信する。
ここで、変化量ΔＡによって最も効率良く駆動可能とは、送風過不足量ΔＱが不足の場合には風量を増量するため変化量ΔＡが最小値の室内機にてΔＡだけ電流値を増加させ、全体の電流量の増加を最少に抑えることをいう。また、送風過不足量ΔＱが過剰の場合には風量を減少するため変化量ΔＡが最大値の室内機にて変化量ΔＡだけ電流値を減少させ、全体の電流量の減少を最大にすることをいう。これにより、電流量を最も効率よく変更する。

ステップＳＴ９では、親機のマイコン１０は、ファン７の回転数Ｎを変更する指令があるか否かを判別する。ステップＳＴ９でファン７の回転数Ｎを変更する指令がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ１０に移行する。ファン７の回転数Ｎを変更する指令が無い場合（ＮＯ）には、ステップＳＴ１に移行する。
ステップＳＴ１０では、親機のマイコン１０は、ファン７の回転数Ｎを変更する指令に従い、インバータ９を制御して変化量ΔＡの変化分だけファン７の回転数Ｎを変更する。ステップＳＴ１０からは、ステップＳＴ１に戻る。

図６は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００の子機の運転時のフローを示す図である。
図６を用いて空気調和機１００の室内機２、３の運転時の子機制御フローを説明する。

ステップＳＨ１では、子機のマイコン１０は、通常の運転開始後に親機からの情報発信指令（ステップＳＴ１の指令）を、通信線５を介して受信する。
ステップＳＨ２では、子機のマイコン１０は、室内機２、３に対して運転電流値Ａと運転回転数Ｎとを計測し、マイコン１０に記憶された関係を用いて送風量Ｑを計算する。
ステップＳＨ３では、子機のマイコン１０は、計算した送風量Ｑを親機へと通信線５により送信する。

ステップＳＨ４では、子機のマイコン１０は、通信線５を介して、所定の風量Ｑ０と全体の送風量Ｑから算出された送風過不足量ΔＱだけ送風量を変化させた際の電流値Ａ１と現在の電流値Ａとの変化量ΔＡを計算する指令（ステップＳＴ５の指令）があるか否かを判別する。ステップＳＨ４で変化量ΔＡを計算する指令がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＨ５に移行する。変化量ΔＡを計算する指令が無い場合（ＮＯ）には、ステップＳＨ１に移行する。
ステップＳＨ５では、子機のマイコン１０は、変化量ΔＡを、送風過不足量ΔＱだけ送風量を変化させた際の電流値Ａ１と現在の電流値Ａとの差から計算する。
ステップＳＨ６では、子機のマイコン１０は、変化量ΔＡを親機に通信線５により送信する。

ステップＳＨ７では、子機のマイコン１０は、通信線５を介して、ファン７の回転数Ｎを変更する指令（ステップＳＴ８の指令）があるか否かを判別する。ステップＳＨ７でファン７の回転数Ｎを変更する指令がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＨ８に移行する。ファン７の回転数Ｎを変更する指令が無い場合（ＮＯ）には、ステップＳＨ１に移行する。
ステップＳＨ８では、子機のマイコン１０は、通信線５を介したファン７の回転数Ｎを変更する指令に従い、インバータ９を制御して変化量ΔＡの変化分だけファン７の回転数Ｎを変更する。ステップＳＨ８からは、ステップＳＨ１に戻る。

以上のように、図５、図６のフローが運転時に実行されることで、子機のマイコン１０は、親機のマイコン１０の指令に従い送風量Ｑを計算して親機のマイコン１０へと通信線５により送信する。子機のマイコン１０からの送風量Ｑを通信線５により受信した親機のマイコン１０は、所定の風量Ｑ０と全室内機１、２、３の全体の送風量Ｑとから送風過不足量ΔＱを計算する。
親機のマイコン１０が送風過不足量ΔＱが存在すると判断すると、通信線５を介して子機のマイコン１０に指令を出し、子機のマイコン１０に送風過不足量ΔＱだけ送風量を変化させた際の電流値Ａ１と現在の電流値Ａとの変化量ΔＡを計算させ、親機のマイコン１０に通信線５により送信させる。親機のマイコン１０でも変化量ΔＡを計算する。
親機のマイコン１０は、送信されてきた親機および各子機の変化量ΔＡを比較し、親機および子機の全室内機１、２、３のうち変化量ΔＡによって最も効率良く駆動可能な室内機に対してファン７の回転数Ｎを制御させる指令を通信線５により送信する。
指令を受信した室内機のマイコン１０は、変化量ΔＡの変化分だけファン７の回転数を変更する。これを繰り返すことで送風量Ｑを所定の風量Ｑ０へ調整することができる。

実施の形態１によれば、運転中にフィルタ詰まりなどの風路圧損の増減が発生しても所定の風量Ｑ０（設定値）となるように全体の送風量Ｑを調整することができる。また、複数の室内機の間で運転中の室内機１、２、３の情報を通信し、親機のマイコン１０が全室内機のうち変化量ΔＡによって最も効率良く駆動可能な室内機に対してファン７の回転数Ｎの変更を指令することで、電流値が効率的に変更されて所定の風量Ｑ０（設定値）に近づけ、単一のダクト４に対して複数の室内機１、２、３を接続する設置形態の場合に、静圧および風量の測定を行うことなく全体の風量を効率よく制御することができる。また、親機が子機に指令を発信して総合制御するので、複数の室内機１、２、３全体での風量の調整と動力負荷の最適化とを達成することができる。

また、電流の変化量ΔＡによって最も効率良く駆動可能な室内機に対してのみ電流の変化量ΔＡの変化分だけファン７の回転数を変更するので、電流値の変化が最も少なく増加するか最も多く減少するように電流値が効率的に変更されて所定の風量Ｑ０（設定値）に近づけることができる。

以上の実施の形態１によれば、親機のマイコン１０は、過不足があると判定した場合には、自機を含む複数の室内機１、２、３のうちで最も効率良く駆動可能な室内機のファン７を選択し、ファン７の回転数の変更を指令する。これによると、最も効率良く駆動可能な室内機のファン７の回転数が変更されることで、所定の風量Ｑ０（設定値）に近づけ、単一のダクト４に対して複数の室内機１、２、３を接続する設置形態の場合に、静圧および風量の測定を行うことなく全体の風量を効率よく制御することができる。

子機のマイコン１０は、親機のマイコン１０からの指令に基づいて自機の送風量Ｑを求めて親機のマイコン１０に送信する。これによると、親機のマイコン１０による総合制御を実現することができ、複数の室内機１、２、３全体での風量の調整と動力負荷の最適化を達成することができる。

親機のマイコン１０は、子機の電流の変化量ΔＡを取得し、自機を含む複数の室内機１、２、３の電流の変化量ΔＡに基づいて、最も効率良く駆動可能な室内機のファン７を選択し、過不足分の風量を充足するように、ファン７の回転数の変更を指令する。これによると、電流値が効率的に変更されて所定の風量Ｑ０（設定値）に近づけ、単一のダクト４に対して複数の室内機１、２、３を接続する設置形態の場合に、静圧および風量の測定を行うことなく全体の風量を効率よく制御することができる。

親機のマイコン１０は、子機の電流の変化量ΔＡを取得し、自機を含む複数の室内機１、２、３の電流の変化量ΔＡのうち、最も小さい電流の変化量ΔＡである室内機を最も効率良く駆動可能な室内機のファンとして選択し、不足分の風量を充足するように、ファン７の回転数の増加を指令する。これによると、電流値が効率良く必要最小限増加して所定の風量Ｑ０（設定値）に近づけ、単一のダクト４に対して複数の室内機１、２、３を接続する設置形態の場合に、静圧および風量の測定を行うことなく全体の風量を効率よく制御することができる。

子機のマイコン１０は、親機のマイコン１０からの指令に基づいて自機の電流の変化量ΔＡを求めて親機のマイコン１０に送信する。これによると、親機のマイコン１０による総合制御を実現することができ、複数の室内機１、２、３全体での風量の調整と動力負荷の最適化とを達成することができる。

１ 室内機、２ 室内機、３ 室内機、４ ダクト、５ 通信線、６ 熱交換器、７ ファン、８ モータ、９ インバータ、１０ マイコン、１００ 空気調和機、１０１ 圧縮機、１０３ 四方弁、１０４ 室外熱交換器、１０５ 毛細管、１０６ 電子制御式膨張弁。

Claims (5)

1. ファンおよび制御部をそれぞれ有する複数の室内機と、
   前記複数の室内機に接続され、当該複数の室内機によって調和された空気を送り出すダクトと、
   を備え、
   前記複数の室内機のうち１つを親機とし、他を子機とし、
   前記親機の制御部および前記子機の制御部は、それぞれ自機の送風量を求め、
   前記親機の制御部は、
   前記子機の送風量を取り込んで、自機を含む前記複数の室内機の全体の送風量を求め、前記全体の送風量が基準風量に対して過不足があるかどうかを判定し、
   過不足があると判定した場合には、自機を含む前記複数の室内機のうちで最も効率良く駆動可能な室内機のファンを選択し、前記ファンの回転数の変更を指令する
   空気調和機。
2. 前記子機の制御部は、前記親機の制御部からの指令に基づいて自機の送風量を求めて親機の制御部に送信する
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記親機の制御部が、前記全体の送風量が基準風量に対して過不足であると判定した場合には、
   前記親機の制御部および前記子機の制御部は、それぞれ自機において過不足分の風量を変化させたときの電流の変化量を求め、
   前記親機の制御部は、前記子機の電流の変化量を取得し、自機を含む前記複数の室内機の前記電流の変化量に基づいて、最も効率良く駆動可能な室内機のファンを選択し、前記過不足分の風量を充足するように、前記ファンの回転数の変更を指令する
   請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記親機の制御部が、前記全体の送風量が基準風量に対して不足であると判定した場合には、
   前記親機の制御部および前記子機の制御部は、それぞれ自機において不足分の風量を増加させたときの電流の変化量を求め、
   前記親機の制御部は、前記子機の電流の変化量を取得し、自機を含む前記複数の室内機の前記電流の変化量のうち、最も小さい電流の変化量である室内機を最も効率良く駆動可能な室内機のファンとして選択し、前記不足分の風量を充足するように、前記ファンの回転数の増加を指令する
   請求項１または２に記載の空気調和機。
5. 前記子機の制御部は、前記親機の制御部からの指令に基づいて自機の電流の変化量を求めて親機の制御部に送信する
   請求項３または４に記載の空気調和機。

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