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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-11
(45)【発行日】2024-06-19
(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置
(51)【国際特許分類】
   F25B 1/00 20060101AFI20240612BHJP
   F24F 11/47 20180101ALI20240612BHJP
【FI】
F25B1/00 341R
F24F11/47
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2023036086
(22)【出願日】2023-03-09
(62)【分割の表示】P 2020016652の分割
【原出願日】2020-02-03
(65)【公開番号】P2023065680
(43)【公開日】2023-05-12
【審査請求日】2023-03-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】笹山 裕貴
(72)【発明者】
【氏名】福山 雄太
【審査官】笹木 俊男
(56)【参考文献】
【文献】特開2014-156965(JP,A)
【文献】特開2009-243814(JP,A)
【文献】特開2017-067400(JP,A)
【文献】特開平07-035391(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F25B 1/00
F24F 11/00 ~ 11/89
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮機(12)と、
前記圧縮機の電流の設計最大値(Imax)を超えない範囲で電流閾値(It)を設定し、前記圧縮機の電流を、前記電流閾値(It)を超えない範囲で、空調負荷に応じて制御する制御部(90)と、
を備え、
前記制御部は、前記電流閾値で前記圧縮機が運転される時間に基づいて、前記電流閾値を変更して設定し
前記制御部は、前記電流閾値で前記圧縮機が運転される時間が第1時間より長い場合に、前記設計最大値(Imax)を超えない範囲で、前記電流閾値を前記設計最大値(Imax)の1~4%だけ上げる、
冷凍サイクル装置(100)。
【請求項2】
前記制御部は、前記電流閾値で前記圧縮機が連続的に運転される時間が前記第1時間より長い場合に前記電流閾値を上げる、
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項3】
前記制御部は、所定期間中に前記電流閾値で前記圧縮機が運転される積算時間が第2時間より短い場合に前記電流閾値を下げる、
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項4】
前記制御部は、設定されたスケジュールに対して前記第1時間だけ早く前記冷凍サイクル装置の運転を開始するよう前記圧縮機を制御する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記冷凍サイクル装置が最初に使用される時に、所定の初期値を前記電流閾値として、前記圧縮機の電流を前記電流閾値を超えない範囲で、前記空調負荷に応じて制御し、
前記制御部は、前記電流閾値で前記圧縮機が運転される時間が第3時間より長い場合に、前記電流閾値を前記初期値に変更する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記冷凍サイクル装置に対する電源投入の際、所定の初期値を前記電流閾値として、前記圧縮機の電流を前記電流閾値を超えない範囲で、前記空調負荷に応じて制御する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、特許文献1(特開2009-243814号公報)のように、圧縮機に供給する電流の上限値を定め、圧縮機で使用する電流を上限値以下に制御する冷凍サイクル装置が知られている。また、特許文献1(特開2009-243814号公報)には、複数の候補から手動で電流の上限値を設定し、又は、吸込み温度と目標温度との温度差等に基づいて電流の上限値を設定し、圧縮機で使用する電流を設定された上限値以下に制御することが開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、手動で予め電流の上限値を設定する場合には、設定する上限値が小さ過ぎると、冷凍サイクル装置の運転開始の際の立ち上がり時間(運転開始から温度調整対象の温度が目標温度に到達する時間)が長くなり過ぎるおそれがある。逆に、設定する上限値が大き過ぎると、冷凍サイクル装置の運転開始の際の立ち上がり時間が短くなるが、圧縮機のエネルギー効率が悪い状態で運転している可能性があり、冷凍サイクル装置の運転開始時の消費エネルギーが増大するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第1観点の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、制御部と、を備える。制御部は、圧縮機の電流を圧縮機に供給することが許容される最大値である電流閾値を超えない範囲で、空調負荷に応じて制御する。制御部は、電流閾値で圧縮機が運転される時間に基づいて、電流閾値を変更する。制御部は、電流閾値で圧縮機が運転される時間が第1時間より長い場合に、電流閾値を圧縮機の電流の設計最大値の1~4%だけ上げる。
【0005】
第1観点の冷凍サイクル装置では、圧縮機が電流閾値で運転される時間に応じて電流閾値が変更される。そのため、第1観点の冷凍サイクル装置は、電流閾値を最適化して、冷凍サイクル装置の立ち上がり時間が長くなることを抑制しつつ、立ち上がり時間が過度に短くなり、運転開始時の消費電力が増大するという事態の発生を抑制できる。
【0006】
また、第1観点の冷凍サイクル装置では、圧縮機が電流閾値で運転される時間が第1時間より長い場合に電流閾値を上げる制御が行われるので、冷凍サイクル装置の立ち上がり時間が長くなり過ぎる事態の発生を抑制できる。
【0007】
さらに、第1観点の冷凍サイクル装置では、電流閾値の変化が十分ではない状態や、電流閾値の変化が大き過ぎて電流閾値を逆向きに変化させることが必要になる状態(ハンチング)の発生を抑制することができる。
【0008】
第2観点の冷凍サイクル装置は、第1観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、電流閾値で圧縮機が連続的に運転される時間が第1時間より長い場合に電流閾値を上げる。
【0009】
第2観点の冷凍サイクル装置では、圧縮機が電流閾値で連続的に運転される時間が所定時間より長い場合に電流閾値を上げる制御が行われるので、電流閾値が過小である場合に迅速にこれを改善することが容易である。
【0010】
第3観点の冷凍サイクル装置は、第1観点又は第2観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、所定期間中に電流閾値で圧縮機が運転される積算時間が第2時間より短い場合に電流閾値を下げる。
【0011】
第3観点の冷凍サイクル装置では、所定期間に圧縮機が電流閾値で運転される積算時間が第2時間より短い場合に電流閾値を下げる制御が行われるので、冷凍サイクル装置の立ち上がり時間が短くなり過ぎ消費電力が増大する事態の発生を抑制することができる。
【0012】
第4の観点の冷凍サイクル装置は、第1観点から第3観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、設定されたスケジュールに対して第1時間だけ早く冷凍サイクル装置の運転を開始するよう圧縮機を制御する。
【0013】
第4の観点の冷凍サイクル装置では、スケジュール運転を行う際の予冷運転や予熱運転の時間内に冷凍サイクル装置の立ち上がりを完了するように運転しつつ、消費電力を抑制することができる。
【0014】
第5観点の冷凍サイクル装置は、第1観点から第4観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、制御部は、冷凍サイクル装置が最初に使用される時に、所定の初期値を電流閾値として、圧縮機の電流を電流閾値を超えない範囲で、空調負荷に応じて制御する。制御部は、電流閾値で圧縮機が運転される時間が第3時間より長い場合に、電流閾値を初期値に変更する。
【0015】
第5観点の冷凍サイクル装置では、電流閾値で圧縮機が運転される時間が長期化する場合に、言い換えれば電流閾値の値が小さすぎる場合に、電流閾値を初期値に戻すことができる。そのため、初期値としてある程度大きな値を採用すれば、温度調整対象の温度が目標温度に到達しない状態が長時間継続する事態の発生を抑制できる。
【0016】
第6観点の冷凍サイクル装置は、第1観点から第4観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、制御部は、冷凍サイクル装置に対する電源投入の際、所定の初期値を電流閾値として、圧縮機の電流を電流閾値を超えない範囲で、空調負荷に応じて制御する。
【0017】
電流閾値の適切な値は、例えば、負荷の大きな季節と、負荷の小さな季節とで変化する。そのため、冷凍サイクル装置が長期間使用されず、前回使用時から時を経て使用が再開される際には、前回使用時には電流閾値として適切であった値が、現在の適切な電流閾値の値とは大きく乖離している可能性がある。そして、例えば、使用再開時に電流閾値が適切な値に対して過度に小さい場合には、運転開始時等に、温度調整対象の温度が目標温度に到達しない状態が長時間継続するおそれがある。
【0018】
これに対し、第6観点の冷凍サイクル装置では、電源投入の際、所定の初期値が電流閾値として用いられる。そのため、初期値としてある程度大きな値を採用すれば、運転開始時等に、温度調整対象の温度が目標温度に到達しない状態が長時間継続する事態の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】一実施形態に係る空調装置の概略構成図である。
図2図1の空調装置の制御ブロック図である。
図3図1の空調装置の電流閾値の第1変更処理のフローチャートの例である。
図4図1の空調装置の電流閾値の第2変更処理のフローチャートの例である。
図5図1の空調装置の電流閾値の第3変更処理のフローチャートの例である。
図6図1の空調装置の電流閾値の第4変更処理のフローチャートの例である。
図7図1の空調装置における能力と成績係数との関係を概念的に示した図である。
図8】設定されている電流閾値の値が低すぎる場合の電流及び電流閾値の時間変化の例を概念的に示した図である。
図9】設定されていた電流閾値の値が大きすぎる場合の電流及び電流閾値の時間変化の例を概念的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しながら冷凍サイクル装置の実施形態を説明する。
【0021】
(1)全体概要
図1及び図2を参照しながら、冷凍サイクル装置の一例である空調装置100について概要を説明する。図1は、空調装置100の概略構成図である。図2は、空調装置100の制御ブロック図である。
【0022】
空調装置100は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行い、空調対象空間の冷房や暖房を行う装置である。限定するものではないが、空調対象空間は、例えばオフィスや商業施設である。本実施形態では、空調装置100は、空調対象空間の冷房及び暖房の両方が可能な装置である。ただし、本開示の空調装置は、冷房及び暖房の両方が可能な空調装置に限定されるものではなく、例えば冷房のみ可能な装置であってもよい。また、空調装置100は、冷凍サイクル装置の一例に過ぎず、冷凍サイクル装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う給湯器、床暖房装置等の他の種類の装置であってもよい。
【0023】
空調装置100は、熱源ユニット10、利用ユニット30、及び熱源ユニット10と利用ユニット30とを接続するガス冷媒連絡管GP及び液冷媒連絡管LPを主に備える。
【0024】
本実施形態では、空調装置100は3台の利用ユニット30を含む。ただし、利用ユニット30の台数は、3台に限定されず、1台、2台、又は4台以上であってもよい。
【0025】
ガス冷媒連絡管GP及び液冷媒連絡管LPは、空調装置100の設置現場において敷設される。ガス冷媒連絡管GP及び液冷媒連絡管LPの配管径や配管長は、設計仕様や設置環境に応じて選択される。
【0026】
空調装置100では、熱源ユニット10と利用ユニット30とがガス冷媒連絡管GP及び液冷媒連絡管LPによって接続されて冷媒回路Cが構成される。冷媒回路Cには、各種冷媒が充填される。冷媒回路Cは、熱源ユニット10の圧縮機12、熱源熱交換器16及び第1膨張弁18と、各利用ユニット30の利用熱交換器32及び第2膨張弁34と、を含む。
【0027】
以下に、熱源ユニット10と、利用ユニット30と、熱源ユニット10の第1制御部22及び利用ユニット30の第2制御部38を含み、空調装置100の各種機器の動作を制御するコントローラ90と、について詳細を説明する。
【0028】
(2)詳細構成
(2-1)熱源ユニット
熱源ユニット10について説明する。
【0029】
熱源ユニット10は、例えば、空調装置100の設置される建物の、屋上、機械室、建物の周囲等に設置される。
【0030】
熱源ユニット10は、圧縮機12と、流向切換機構14と、熱源熱交換器16と、第1膨張弁18と、第1ファン20と、吐出圧センサ24と、第1制御部22と、第1閉鎖弁13aと、第2閉鎖弁13bと、を主に含む(図1参照)。
【0031】
また、熱源ユニット10は、冷媒配管として、吸入管11aと、吐出管11bと、第1ガス冷媒管11cと、液冷媒管11dと、第2ガス冷媒管11eと、を有する(図1参照)。吸入管11aは、流向切換機構14と圧縮機12の吸入側とを接続している。吐出管11bは、圧縮機12の吐出側と流向切換機構14とを接続している。第1ガス冷媒管11cは、流向切換機構14と熱源熱交換器16のガス側端とを接続している。液冷媒管11dは、熱源熱交換器16の液側端と液冷媒連絡管LPとを接続している。液冷媒管11dと液冷媒連絡管LPとの接続部には、第1閉鎖弁13aが設けられている。第1膨張弁18は、液冷媒管11dに設けられている。第2ガス冷媒管11eは、流向切換機構14とガス冷媒連絡管GPとを接続している。第2ガス冷媒管11eとガス冷媒連絡管GPとの接続部には、第2閉鎖弁13bが設けられている。
【0032】
(2-1-1)圧縮機
圧縮機12は、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒を吸入して、図示しない圧縮機構において圧縮し、冷凍サイクルにおける高圧のガス冷媒を吐出する装置である。
【0033】
圧縮機12は、インバータ制御方式の圧縮機である。
【0034】
圧縮機12の動作を制御する後述のコントローラ90は、基本的に、空調負荷が大きいときには圧縮機12の図示しないモータを高速で回転させ、空調負荷が小さいときには圧縮機12のモータを低速で回転させる。言い換えれば、コントローラ90は、基本的に、空調負荷が大きいときには圧縮機12のモータに供給する電流i(電流値)を大きく制御し、空調負荷が小さいときには圧縮機12のモータに供給する電流iを小さく制御する。
【0035】
さらに、コントローラ90は、圧縮機12のモータに供給される電流iを、電流閾値It以下になるよう制御する。具体的に説明すれば、コントローラ90は、空調装置100に求められる能力(言い換えれば、空調装置100が処理する空調負荷)から見れば、圧縮機12のモータに電流閾値Itより大きな電流iを供給してもよい場合であっても、圧縮機12のモータに供給される電流iを電流閾値Itに制御する。
【0036】
なお、ここで、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imax以下の値である。また、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最小値Imin以上の値である。好ましくは、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxより小さな値であり、圧縮機12の電流の設計最小値Iminより大きな値である。
【0037】
ここでの電流の設計最大値Imaxは、空調装置100の製造者等により定められた、圧縮機12への供給が許容される電流の値である。例えば、限定するものではないが、電流の設計最大値Imaxは、圧縮機12の定格電流値や、圧縮機12の定格電流値に所定の安全係数を乗じた値である。電流の設計最小値Iminは、空調装置100の製造者等により定められた、圧縮機12に供給される最小電流の値である。
【0038】
コントローラ90が、圧縮機12の電流iを電流閾値It以下になるよう制御する理由を、図7を参照しながら説明する。図7は、空調装置100の能力と、空調装置100のCOP(成績係数)との関係を示す概念的なグラフである。図7から分かるように、空調装置100のCOPは、能力が所定値であるときに最大となり、能力を所定値より大きくしていくと次第に悪化するという関係がある。
【0039】
さて、空調装置100の能力は、基本的に圧縮機12のモータに供給する電流iを大きくするほど大きくなる。したがって、空調負荷が大きい場合には、圧縮機12のモータに供給する電流iを大きくした方が、目標状態(本実施形態で言えば、空調装置100の空調対象空間の温度が目標温度になる状態)が迅速に実現されやすい。しかし、圧縮機12のモータに供給する電流iを大きくして空調装置100の能力を大きくしていくと、図7のグラフのように、空調装置100のCOP(成績係数)は悪化する。そこで、空調装置100では、エネルギー消費率の悪化を抑制するため、コントローラ90が圧縮機12のモータに供給される電流iを電流閾値It以下になるよう制御している。
【0040】
なお、後述するコントローラ90は、圧縮機12の制御に用いる電流閾値Itを適宜変更する。電流閾値Itの変更については後述する。
【0041】
(2-1-2)流向切換機構
流向切換機構14は、空調装置100の運転モード(冷房運転モード/暖房運転モード)に応じて、冷媒回路Cにおける冷媒の流れ方向を切り換える機構である。流向切換機構14は、四路切換弁である。
【0042】
冷房運転モードでは、流向切換機構14は、圧縮機12が吐出する冷媒が熱源熱交換器16に送られるように、冷媒回路Cにおける冷媒の流向を切り換える。具体的には、冷房運転モードでは、流向切換機構14は、吸入管11aを第2ガス冷媒管11eと連通させ、吐出管11bを第1ガス冷媒管11cと連通させる(図1中の実線参照)。冷房運転モードでは、熱源熱交換器16は凝縮器として機能し、利用熱交換器32は蒸発器として機能する。
【0043】
暖房運転モードでは、流向切換機構14は、圧縮機12が吐出する冷媒が利用熱交換器32に送られるように、冷媒回路Cにおける冷媒の流向を切り換える。具体的には、暖房運転モードでは、流向切換機構14は、吸入管11aを第1ガス冷媒管11cと連通させ、吐出管11bを第2ガス冷媒管11eと連通させる(図1中の破線参照)。暖房運転モードでは、熱源熱交換器16は蒸発器として機能し、利用熱交換器32は凝縮器として機能する。
【0044】
なお、流向切換機構14は、四路切換弁を用いずに実現されてもよい。例えば、流向切換機構14は、上記のような冷媒の流れ方向の切り換えを実現できるように、複数の電磁弁及び配管を組み合わせて構成されてもよい。
【0045】
(2-1-3)熱源熱交換器
熱源熱交換器16は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。限定するものではないが、熱源熱交換器16は、例えば、複数の伝熱管及び複数の伝熱フィンを有するフィンアンドチューブ型の熱交換器である。
【0046】
(2-1-4)第1膨張弁
第1膨張弁18は、冷媒の減圧や、冷媒の流量調節を行う機構である。本実施形態では、第1膨張弁18は、開度調節可能な電子膨張弁である。第1膨張弁18の開度は、運転状況に応じて適宜調節される。なお、第1膨張弁18は、電子膨張弁に限定されるものではなく、温度自動膨張弁等の他の種類の膨張弁であってもよい。
【0047】
(2-1-5)第1ファン
第1ファン20は、熱源ユニット10の外部から熱源ユニット10内に流入し、熱源熱交換器16を通過し、その後に熱源ユニット10の外部へ流出する空気流を生成する送風機である。第1ファン20は、例えばインバータ制御方式のファンである。
【0048】
(2-1-6)第1閉鎖弁及び第2閉鎖弁
第1閉鎖弁13aは、液冷媒管11dと液冷媒連絡管LPとの接続部に設けられる弁である。第2閉鎖弁13bは、第2ガス冷媒管11eとガス冷媒連絡管GPとの接続部に設けられる弁である。第1閉鎖弁13a及び第2閉鎖弁13bは、手動の弁である。第1閉鎖弁13a及び第2閉鎖弁13bは、空調装置100の利用時には開かれている。
【0049】
(2-1-7)吐出圧センサ
吐出圧センサ24は、圧縮機12の吐出圧力Pdを測定するためのセンサである。本実施形態では、吐出圧センサ24は、吐出管11bに設けられる圧力センサである。
【0050】
なお、圧縮機12の吐出圧力Pdを測定するためのセンサは、圧力センサに限定されない。例えば、圧縮機12の吐出圧力Pdを測定するためのセンサは、冷凍サイクルにおける凝縮温度を測定する温度センサであってもよい。例えば、暖房運転中であれば、凝縮器として機能する利用熱交換器32に設けられる温度センサが、圧縮機12の吐出圧力Pdを測定するためのセンサとして用いられてもよい。後述するコントローラ90は、凝縮温度と圧力との関係式等をコントローラ90の記憶部に記憶しておけば、凝縮温度から圧縮機12の吐出圧力Pdを算出可能である。
【0051】
(2-1-8)第1制御部
第1制御部22は、熱源ユニット10の各種機器の動作を制御する。第1制御部22は、マイクロコントローラユニット(MCU)や各種の電気回路や電子回路を主に含む(図示省略)。MCUは、CPU、メモリ、I/Oインタフェース等を含む。MCUのメモリには、MCUのCPUが実行するための各種プログラムが記憶されている。なお、第1制御部22の各種機能は、ソフトウェアで実現される必要はなく、ハードウェアで実現されても、ハードウェアとソフトウェアとが協働することで実現されてもよい。
【0052】
第1制御部22は、圧縮機12、流向切換機構14、第1膨張弁18及び第1ファン20を含む、熱源ユニット10の各種機器と電気的に接続されている(図1参照)。また、第1制御部22は、吐出圧センサ24を含む、熱源ユニット10に設けられた各種センサと電気的に接続されている。限定するものではないが、熱源ユニット10に設けられるセンサには、吐出管11bに設けられる温度センサ、吸入管11aに設けられる温度センサや圧力センサ、熱源熱交換器16及び液冷媒管11dに設けられる温度センサ、熱源空気の温度を計測する温度センサ等を含んでもよい。ただし、熱源ユニット10は、これらの全てのセンサを有している必要はない。
【0053】
第1制御部22は、通信線により、集中操作装置50と通信可能に接続されている。集中操作装置50は、熱源ユニット10や複数の利用ユニット30の運転や停止を集中的に操作可能な装置である。また、集中操作装置50は、空調装置100のスケジュール運転を設定可能な装置である。
【0054】
第1制御部22は、通信線により複数の利用ユニット30の第2制御部38と接続されている。第1制御部22と第2制御部38とは、通信線を介して各種信号のやり取りを行う。第1制御部22と第2制御部38とは、協働して、空調装置100の動作を制御するコントローラ90として機能する。コントローラ90の機能については後述する。
【0055】
(2-2)利用ユニット
利用ユニット30について説明する。
【0056】
利用ユニット30は、利用熱交換器32を流れる冷媒と熱交換した空気を空調対象空間に吹き出す。利用ユニット30は、例えば、空調対象空間の天井に設置される天井設置式である。本実施形態の利用ユニット30は、天井埋込式の空調室内機である。天井埋込式の空調室内機には、空調室内機の少なくとも一部が天井裏空間に配置される天井カセット式の空調室内機や、空調室内機の全部が天井裏空間に配置され、ダクトが接続されるダクト接続式の空調室内機が含まれる。利用ユニット30のタイプは、天井埋込式に限定されるものではなく、天井吊下式であってもよい。また、利用ユニット30のタイプは、壁掛式や床置式等の天井設置式以外であってもよい。
【0057】
利用ユニット30は、図1のように、利用熱交換器32、第2膨張弁34、第2ファン36、吸込み温度センサ35、及び第2制御部38を主に含む。
【0058】
また、利用ユニット30は、冷媒配管として、利用熱交換器32に接続される、液冷媒管37a及びガス冷媒管37bを有する(図1参照)。液冷媒管37aは、液冷媒連絡管LPと利用熱交換器32の液側とを接続している。液冷媒管37aには、第2膨張弁34が設けられている。ガス冷媒管37bは、ガス冷媒連絡管GPと利用熱交換器32のガス側とを接続している。
【0059】
(2-2-1)室内熱交換器
利用熱交換器32では、利用熱交換器32を流れる冷媒と空気との間で熱交換が行われる。限定するものではないが、利用熱交換器32は、例えば、複数の伝熱管及び複数の伝熱フィンを有するフィンアンドチューブ型の熱交換器である。
【0060】
利用熱交換器32の一端には、図1に示すように液冷媒管37aが接続される。利用熱交換器32の他端には、図1に示すようにガス冷媒管37bが接続される。冷房運転時には、液冷媒管37aから利用熱交換器32に冷媒が流入し、利用熱交換器32で空気と熱交換した冷媒はガス冷媒管37bから流出する。暖房運転時には、ガス冷媒管37bから利用熱交換器32に冷媒が流入し、利用熱交換器32で空気と熱交換した冷媒は液冷媒管37aから流出する。
【0061】
利用熱交換器32は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能する。
【0062】
(2-2-2)第2膨張弁
第2膨張弁34は、冷媒の減圧や、冷媒の流量調節を行う機構である。本実施形態では、第2膨張弁34は、開度調節可能な電子膨張弁である。第2膨張弁34の開度は、運転状況に応じて適宜調節される。なお、第2膨張弁34は、電子膨張弁に限定されるものではなく、温度自動膨張弁等の他の種類の膨張弁であってもよい。
【0063】
(2-2-3)第2ファン
第2ファン36は、空調対象空間から利用ユニット30内に流入し、利用熱交換器32を通過し、その後に空調対象空間へ吹き出す空気流を生成する送風機である。第1ファン20は、例えばインバータ制御方式のファンである。
【0064】
(2-2-4)吸込み温度センサ
吸込み温度センサ35は、空調対象空間から利用ユニット30内に取り込まれる空気の温度(吸込み温度Ti)を計測するセンサである。言い換えれば、吸込み温度センサ35は、空調対象空間の温度を計測するセンサである。
【0065】
(2-2-5)第2制御部
第2制御部38は、利用ユニット30の各種機器の動作を制御する。第2制御部38は、マイクロコントローラユニット(MCU)や各種の電気回路や電子回路を有している(図示省略)。MCUは、CPU、メモリ、I/Oインタフェース等を含む。MCUのメモリには、MCUのCPUが実行するための各種プログラムが記憶されている。なお、第2制御部38の各種機能は、ソフトウェアで実現される必要はなく、ハードウェアで実現されても、ハードウェアとソフトウェアとが協働することで実現されてもよい。
【0066】
第2制御部38は、第2膨張弁34及び第2ファン36を含む、利用ユニット30の各種機器と電気的に接続されている(図1参照)。また、第2制御部38は、吸込み温度センサ35と電気的に接続されている。さらに、第2制御部38は、利用ユニット30に設けられた図示しないセンサと電気的に接続されている。限定するものではないが、図示しないセンサには、利用熱交換器32や液冷媒管37aに設けられた温度センサ等を含む。
【0067】
第2制御部38は、通信線により、集中操作装置50と通信可能に接続されている。また、各利用ユニット30の第2制御部38は、通信線により、その利用ユニット30の運転及び停止の操作や、目標温度の設定等が可能な、図示を省略する空調装置100の操作用のリモコンと通信可能に接続されている。
【0068】
各利用ユニット30の第2制御部38は、通信線により熱源ユニット10の第1制御部22と接続されている。第1制御部22と第2制御部38とは、協働して、空調装置100の動作を制御するコントローラ90として機能する。
【0069】
(2-3)コントローラ
コントローラ90について説明する。なお、以下で説明するコントローラ90の各種機能の一部又は全部は、第1制御部22及び第2制御部38とは別に設けられた制御装置により実行されてもよい。
【0070】
コントローラ90は、コントローラ90のCPUが実行するためのプログラムや、空調装置100の動作の制御に使用する各種情報が記憶されている記憶部(図示省略)を有する。
【0071】
コントローラ90のCPUが記憶部に記憶されているプログラムを実行することで、コントローラ90は、冷房運転時や暖房運転時に、空調装置100の各部の動作を制御する。
【0072】
例えば、コントローラ90は、冷房運転時には、熱源熱交換器16が冷媒の凝縮器として機能し、利用熱交換器32が冷媒の蒸発器として機能するように、流向切換機構14の動作を制御する。また、コントローラ90は、暖房運転時に、熱源熱交換器16が冷媒の蒸発器として機能し、利用熱交換器32が冷媒の凝縮器として機能するように、流向切換機構14の動作を制御する。
【0073】
また、コントローラ90は、冷房運転時及び暖房運転時に、空調負荷に応じて、圧縮機12のモータの回転数を制御する。言い換えれば、コントローラ90は、冷房運転時及び暖房運転時に、圧縮機12のモータに供給する電流iを制御する。コントローラ90は、空調負荷が大きいとき、圧縮機12のモータに供給する電流iを大きく制御する。一方、コントローラ90は、空調負荷が小さいとき、圧縮機12のモータに供給する電流iを小さく制御する。空調負荷が大きいときとは、例えば、運転されている利用ユニット30の数が多く、空調対象空間の実際の温度と目標温度(設定温度)との差が大きいときである。空調負荷が小さいときとは、例えば、運転されている利用ユニット30の数が少なく、空調対象空間の実際の温度と目標温度との差が小さいときである。コントローラ90は、前述のように圧縮機12のモータに供給される電流iを、記憶部に記憶されている電流閾値It以下になるよう制御する。コントローラ90による。電流閾値Itの変更については後述する。
【0074】
また、コントローラ90は、冷房運転時及び暖房運転時に、各種センサ(温度センサや圧力センサ)の計測値や、空調対象空間の目標温度等に基づき、第1ファン20及び第2ファン36のモータの回転数や、第1膨張弁18及び第2膨張弁34の開度を調節する。なお、冷房運転時や暖房運転時の第1ファン20及び第2ファン36のモータの回転数や、第1膨張弁18及び第2膨張弁34の開度の制御には、様々な制御の態様が一般に知られているため、説明が煩雑になるのを避けるためここでは説明を省略する。
【0075】
(3)電流閾値の変更処理
コントローラ90による電流閾値Itの変更処理について説明する。
【0076】
変更処理について説明する前に、電流閾値Itの変更処理を行う理由について、具体例を挙げて説明する。
【0077】
ここでは、コントローラ90が、集中操作装置50に対して入力されたスケジュール運転の設定に基づき空調装置100の冷房運転や暖房運転を行う場合を例に説明する。スケジュール運転を行う空調装置100では、コントローラ90は、集中操作装置50を用いて設定されたスケジュール運転の運転開始時刻に熱源ユニット10及び複数の利用ユニット30の運転を開始する。また、コントローラ90は、集中操作装置50を用いて設定されたスケジュール運転の運転終了時刻に熱源ユニット10及び複数の利用ユニット30の運転を終了する。
【0078】
スケジュール運転の運転開始時刻は、例えば以下のように設定される。例えば、空調装置100がオフィスビルに設置されているとする。この場合、そのオフィスビルで働く人が就業を開始する時刻より所定時間(限定するものではないが、例えば15分)だけ早い時刻が、スケジュール運転の運転開始時刻に設定される。
【0079】
例えば、コントローラ90は、ユーザが集中操作装置50に対して空調対象空間を使用し始める時刻(スケジュール)を設定すると、設定されたスケジュールに対して所定時間だけ早く空調装置100の運転を開始する。言い換えれば、コントローラ90は、ユーザが集中操作装置50に対して空調対象空間を使用し始める時刻を設定すると、設定された時刻に対して所定時間だけ早い時間を、スケジュール運転の運転開始時刻に設定する。
【0080】
また、これに代えて、集中操作装置50には、空調対象空間を使用し始める時刻より所定時間だけ早いスケジュール運転の運転開始時刻が、ユーザにより直接入力されてもよい。
【0081】
スケジュール運転において、空調装置100が、人が空調対象空間を使用し始める時刻(上記の例であれば就業開始時刻)より早くに運転を開始するのは、予冷や予熱のためである。ここで、予冷とは、実際に人が空調対象空間を使用する時刻に、空調対象空間の温度が目標温度に調節されているように、空調装置100の運転停止中に上昇している空調対象空間の温度を下げるための冷房運転を意味する。予熱とは、実際に人が空調対象空間を使用する時刻に、空調対象空間の温度が目標温度に調節されているように、空調装置100の運転停止中に低下している空調対象空間の温度を上げるための暖房運転を意味する。
【0082】
なお、スケジュール運転を行う空調装置100では、予冷や予熱後に比べ、予冷や予熱中の空調負荷が特に大きい。これは、スケジュール運転の運転終了時刻から、次のスケジュール運転の運転開始時刻まで、通常、空調装置100は停止しているため、スケジュール運転の運転開始時刻には、空調対象空間の温度と目標温度とが比較的大きく乖離しやすいためである。
【0083】
さて、予冷や予熱では、人が空調対象空間の使用を開始する時刻には、空調対象空間の温度が目標温度に到達していることが望まれる。この様な観点からは、圧縮機12のモータには、できるだけ大きな電流iが供給されることが好ましい。言い換えれば、電流閾値Itは、できるだけ大きな値に設定されることが好ましい。しかし、電流閾値Itに大きな値を採用し、空調装置100の能力を大きくし過ぎると、図7に示すようなCOPの悪い条件で空調装置100が運転される可能性がある。
【0084】
一方で、省エネルギーの観点からは、圧縮機12のモータに供給される電流iの値は、COPが比較的高く維持可能な範囲に制限されることが好ましい。言い換えれば、電流閾値Itは、比較的小さな値に設定されることが好ましい。しかし、この場合には、空調装置100の能力が低く抑えられるため、人が空調対象空間の使用を開始する時刻になっても、空調対象空間の温度が目標温度に到達していない状態が生じ得る。この場合には、空調対象空間を使用するユーザの快適性が低下するおそれがある。なお、人が空調対象空間の使用を開始する時刻に対し、十分早く予冷や予熱を開始すれば、電流閾値Itに比較的小さな値を設定しても、このような事態を避けられる可能性はある。しかし、この場合には、人が居ない空調対象空間の冷房運転や暖房運転が長時間行われる事となるため、省エネルギーの観点からは好ましくない。
【0085】
そのため、空調装置100には、予冷時間を過度に長く取ることなく、人が空調対象空間の使用を開始する時刻には空調対象空間の温度を目標温度に調整可能で、なおかつ、エネルギー消費量を抑制可能な条件で、圧縮機12が運転されることが望まれている。これを実現するため、空調装置100では、コントローラ90が電流閾値Itを適正値に調整するための電流閾値Itの変更処理を行っている。
【0086】
以下に、コントローラ90による電流閾値Itの変更処理を説明する。
【0087】
なお、コントローラ90は、圧縮機12の電流iを、コントローラ90の記憶部に記憶されている電流閾値It以下になるよう制御している。したがって、コントローラ90は、記憶部に記憶されている電流閾値Itの値を書き換えることで、使用する電流閾値Itを変更している。
【0088】
<空調装置100に対する電源投入時の電流閾値の設定>
初めに、空調装置100に対する電源投入時の電流閾値Itの設定について説明する。
【0089】
コントローラ90は、空調装置100に対する電源投入時には、記憶部に記憶されている電流閾値Itを所定の初期値Iに設定する。言い換えれば、コントローラ90は、空調装置100に対する電源投入の際、所定の初期値Iを電流閾値Itとして、圧縮機12の電流iを電流閾値It(初期値I0)以下になるよう制御する。なお、空調装置100に対する電源投入時には、空調装置100が建物に設置された後に、初めて電源が投入された時を含む。また、空調装置100に対する電源投入時には、例えば、空調装置100に電源を供給する分電盤のブレーカを一旦OFFにした後に、再度ONにした時を含む。
【0090】
なお、初期値Iは、比較的大きな値であることが好ましい。限定するものではないが、初期値Iには、例えば、設計最大値Imaxの80~100%の値が用いられる。このような比較的大きな初期値Iが用いられることで、例えば、空調装置100の設置後に初めて運転する際や、前回空調装置100が運転されてから長期間経過した際に、空調対象空間の温度がいつまでも目標温度に到達しない状態の発生が抑制されやすい。
【0091】
なお、空調装置100に対する電源投入時以外は、空調装置100の運転開始時点で記憶部に記憶されている電流閾値Itをそのまま利用すればよい。
【0092】
<電流閾値の変更処理>
コントローラ90は、以下の4種類の電流閾値Itの変更処理(第1変更処理~第4変更処理と呼ぶ)を並列して実行する。
【0093】
電流閾値Itの第1変更処理~第4変更処理が行い、電流閾値Itを最適化することで、例えば、空調装置100の立ち上がり時間が目標時間を超える事態の発生を抑制しつつ、立ち上がり時間が目標時間に対して過度に短くなり、圧縮機の消費電力が増大するという事態の発生を抑制できる。具体例をあげれば、スケジュール運転における予冷や予熱の時間を最適化し、空調対象空間の使用開始時間になっても空調対象空間の温度が目標温度となっていないという事態や、予冷や予熱の時間が過度に短縮され、空調装置100が必要以上に能力が高くなるCOPの悪い条件で運転されるような事態を避けることができる。
【0094】
なお、電流閾値Itの変更処理の前提として、コントローラ90は、圧縮機12のモータに供給している電流iの値を連続的にモニタリングしている。
【0095】
(a)電流閾値の第1変更処理
電流閾値Itの第1変更処理は、概説すると、圧縮機12の電流iが電流閾値Itで運転される時間が第1時間T1より長い場合に、電流閾値Itの値を上げる処理である。電流閾値Itの第1変更処理について、図3のフローチャートを参照しながら説明する。
【0096】
電流閾値Itの第1変更処理の前提として、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間を計時している。
【0097】
なお、圧縮機12が電流閾値Itで運転されている時間とは、空調負荷から見ると、圧縮機12のモータに供給される電流iを電流閾値Itより大きく制御してもよい状態であるにも関わらず、電流iが電流閾値Itに抑えられている状態を意味する。
【0098】
また、本明細書では、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間とは、実質的に電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間を意味している。例えば、圧縮機12に供給される電流iが電流閾値Itから外れる時間が短時間(例えば、数秒程度)存在したとしても、全体として見れば概ね電流閾値Itで一定である場合には、圧縮機12は連続的に電流閾値Itで運転されていると定義される。
【0099】
コントローラ90の電流閾値Itの第1変更処理は、空調装置100の運転開始時に開始される(ステップS1)。
【0100】
第1変更処理では、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転されている時間が、第1時間T1以上か否かを判断する処理を行っている(ステップS2)。限定するものではないが、第1時間T1は、例えば15分である。
【0101】
なお、コントローラ90が、集中操作装置50に対してスケジュール(例えば空調対象空間の利用開始時刻)が設定されると、設定されたスケジュールに対して所定時間だけ早く空調装置100の運転を開始するように構成されている場合、以下の理由から、第1時間T1を前記の所定時間とすることが好ましい。
【0102】
前述のように、スケジュール運転を開始する際に行われる予冷や予熱の際の空調負荷は、他のタイミングに比べて大きくなりやすい。したがって、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転されているという状態は、予冷や予熱の際に特に生じやすい。そのため、第1変更処理により、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転されている時間が第1時間T1を超えないように電流閾値Itの値を変更することで、スケジュール運転を行う際に、予冷運転や予熱運転の時間内に、言い換えれば空調対象空間の利用開始時刻までに冷凍サイクル装置の立ち上がりが完了されやすい。
【0103】
同様の理由から、ユーザが、集中操作装置50にスケジュール運転の運転開始時刻を直接入力する場合にも、スケジュール運転の運転開始時刻と空調対象空間を使用し始める時刻との時間差と、第1時間T1と、を一致させることが好ましい。
【0104】
電流閾値Itで圧縮機12が運転されている時間が第1時間T1以上と判断された場合には、ステップS3に進む。一方、電流閾値Itで圧縮機12が運転されている時間が第1時間T1より短いと判断された場合や、圧縮機12が電流閾値Itで運転されていない場合には、ステップS6に進む。
【0105】
ステップS3では、コントローラ90は、電流閾値Itが設計最大値Imaxであるか否かを判断する。電流閾値Itが設計最大値Imaxである場合には、ステップS4に進む。一方、電流閾値Itが設計最大値Imaxでない場合には、ステップS4に進む。
【0106】
ステップS4では、コントローラ90は、電流閾値Itを変更する。具体的には、コントローラ90は、電流閾値Itを所定の値αだけ上げる。
【0107】
αの値は、好ましくは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの1~4%である。本実施形態では、αの値は設計最大値Imaxの2%である。この様な値αを用いることで、電流閾値Itの変化が十分ではない状態や、電流閾値Itの変化が大き過ぎて電流閾値Itを逆向きに変化させることが必要になる状態(ハンチング)の発生を抑制することができる。
【0108】
変更された電流閾値Itは、記憶部に記憶される。その結果、コントローラ90は、圧縮機12の電流iが、変更された電流閾値It以下になるよう制御を行う。
【0109】
次に、ステップS5では、コントローラ90は、第1変更処理用の計時をリセットする。要するに、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間の計時を新たに開始する。その後、ステップS6に進む。
【0110】
ステップS6では、空調装置100の運転終了条件が成立しているかが判断される。空調装置100の運転終了条件は、例えば、集中操作装置50に対して空調装置100の運転停止操作が行われることである。また、空調装置100の運転終了条件は、例えば、スケジュール運転の運転終了時刻になることである。運転終了条件が成立していない場合には、処理はステップS2に戻る。運転終了条件が成立した場合には、第1変更処理用は終了する。
【0111】
(b)電流閾値の第2変更処理
電流閾値Itの第2変更処理は、概説すると、圧縮機12の電流iが電流閾値Itで運転される時間が第3時間T3より長い場合に、電流閾値Itの値を初期値Iに変更する処理である。なお、第3時間T3は、第1時間T1よりは長い時間である。限定するものではないが、例えば、第1時間T1が15分であるのに対し、第3時間T3は45分である。
【0112】
電流閾値Itの第2変更処理は、何らかの理由で電流閾値Itが、最適な電流閾値Itに対して大幅に小さな値に設定されている時に、これを迅速に解消し、空調装置100の能力を確保することを主な目的とする。
【0113】
なお、ここでは、電流閾値Itの第2変更処理は、電流閾値Itの第1変更処理に対して優先される。言い換えれば、ここでは、第2変更処理により電流閾値Itの変更が行われる条件と、第1変更処理により電流閾値Itの変更が行われる条件とが同時に成立した場合、第2変更処理による電流閾値Itの変更だけが行われる。
【0114】
電流閾値Itの第2変更処理について、図4のフローチャートを参照しながら説明する。
【0115】
電流閾値Itの第2変更処理の前提として、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間を、電流閾値Itの第1変更処理用の計時とは別に、計時している。そのため、電流閾値Itの第1変更処理のステップS5で計時がリセットされた場合でも、電流閾値Itの第2変更処理用の計時は継続される場合がある。具体的には、電流閾値Itの第1変更処理のステップS4で電流閾値Itが上げられた後に、圧縮機12のモータに供給する電流iが変更後の電流閾値Itである場合には、電流閾値Itの第2変更処理用の計時は継続される。
【0116】
なお、電流閾値Itの上げられた直後は、圧縮機12のモータに供給する電流iは、短時間(例えば、数秒程度)電流閾値Itを下回る可能性がある。しかし、この様な場合にも、コントローラ90は、圧縮機12の電流iが連続的に電流閾値Itで運転されていると判断して、電流閾値Itの第2変更処理用の計時を継続する。
【0117】
コントローラ90の電流閾値Itの第2変更処理は、空調装置100の運転開始時に開始される(ステップS11)。
【0118】
第2変更処理では、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転されている時間が、第3時間T3以上か否かを判断する処理を行う(ステップS12)。電流閾値Itで圧縮機12が運転されている時間が第3時間T3以上と判断された場合には、ステップS13に進む。一方、電流閾値Itで圧縮機12が運転されている時間が第3時間T3より短いと判断された場合や、圧縮機12が電流閾値Itで運転されていない場合には、ステップS15に進む。
【0119】
ステップS13では、コントローラ90は、電流閾値Itを変更する。具体的には、コントローラ90は、電流閾値Itを初期値Iに変更する。変更された電流閾値Itは、記憶部に記憶される。その結果、コントローラ90は、圧縮機12の電流iが、変更された電流閾値It(初期値I)以下になるよう制御を行う。
【0120】
ステップS13で、電流閾値Itを初期値Ioへと変更する効果について説明する。
【0121】
ステップS12において、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転されている時間が第3時間T3以上であると判断されるということは、要するに、圧縮機12が電流閾値Itで長時間運転されているのにも関わらず、空調対象空間の温度が目標温度に到達していないということを意味する。この場合、電流閾値Itが低すぎる状態にあると想定される。そのため、コントローラ90は、ステップS13で、電流閾値Itを段階的に(例えば、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの1~4%)ずつ上げるのではなく、初期値Iまで一気に上げている。これにより、空調装置100が長期間用いられておらず前回の運転時から季節が変化しているような場合や、イレギュラーな環境(例えば、前日と大幅に気温が変化したような場合)であっても、迅速に空調対象空間の温度を目標温度に到達させることができる。
【0122】
次に、ステップS14では、コントローラ90は、第2変更処理用の計時をリセットする。要するに、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間の計時を新たに開始する。その後、ステップS15に進む。
【0123】
ステップS15では、空調装置100の運転終了条件が成立しているかが判断される。空調装置100の運転終了条件の例は、前述のとおりである。運転終了条件が成立していない場合には、処理はステップS12に戻る。運転終了条件が成立した場合には、第2変更処理用は終了する。
【0124】
(c)電流閾値の第3変更処理
電流閾値Itの第3変更処理は、概説すると、圧縮機12の電流iが電流閾値Itで運転される時間が第2時間T2より長い場合に、電流閾値Itの値を下げる処理である。電流閾値Itの第3変更処理について、図5のフローチャートを参照しながら説明する。
【0125】
電流閾値Itの第3変更処理の前提として、コントローラ90は、所定期間の経過をタイマで計測している。また、電流閾値Itの第3変更処理の前提として、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が運転される積算時間を計時している。
【0126】
第3変更処理では、コントローラ90は、所定のタイミングで第3変更処理を開始してから、所定期間が経過したかを判断する処理を繰り返し行っている(ステップS21)。限定するものではないが、所定期間は、例えば24時間である。また、例えば、コントローラ90がスケジュール運転の運転開始時刻を把握している場合(言い換えれば、予冷や予熱の開始時間を把握している場合)には、コントローラ90は、スケジュール運転開始時刻から所定時間(例えば1時間)が経過したかを、ステップS21で判断してもよい。また、例えば、コントローラ90がスケジュール運転の運転開始時刻及び運転終了時刻を把握している場合には、コントローラ90は、運転開始時刻から運転終了時刻までを所定期間と判断してもよい。ステップS21において、所定期間が経過したと判断された場合には、ステップS22に進む。
【0127】
ステップS22では、コントローラ90は、所定期間中に電流閾値Itで圧縮機12が運転される積算時間が、第2時間T2より短いかを判断する。限定するものではないが、第2時間T2は、例えば15分である。所定期間中に電流閾値Itで圧縮機12が運転された積算時間が第2時間T2未満と判断された場合には、ステップS23に進む。一方、所定期間中に電流閾値Itで圧縮機12が運転された積算時間が第2時間T2以上と判断された場合には、ステップS25に進む。
【0128】
ステップS23では、コントローラ90は、電流閾値Itが設計最小値Iminであるか否かを判断する。電流閾値Itが設計最小値Iminである場合には、ステップS25に進む。一方、電流閾値Itが設計最小値Iminでない場合には、ステップS24に進む。
【0129】
ステップS24では、コントローラ90は、電流閾値Itを変更する。具体的には、コントローラ90は、電流閾値Itを所定の値βだけ下げる。βの値は、好ましくは圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの1~4%である。本実施形態では、βの値は設計最大値Imaxの2%である。なお、βの値と、電流閾値Itの第1変更処理のαの値とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。変更された電流閾値Itは、記憶部に記憶される。その結果、コントローラ90は、圧縮機12の電流iが、変更された電流閾値It以下になるよう制御を行う。
【0130】
次に、ステップS25では、コントローラ90は、第3変更処理用の積算時間の計時をリセットし、第3変更処理を終了する。なお、所定期間が24時間である場合には、コントローラ90は、第3変更処理の終了後に、直ちに次回の第3変更処理を開始し、電流閾値Itで圧縮機12が運転される積算時間の計時を新たに開始する。
【0131】
なお、ここでは、空調装置100が毎日運転されることを想定している。空調装置100がステップS21における所定期間に一度も運転されていない日がある場合には、その日は電流閾値Itの第3変更処理が実行されないようにすればよい。
【0132】
(d)電流閾値の第4変更処理
電流閾値Itの第4変更処理は、概説すると、圧縮機12の電流iが電流閾値Itで運転されていても、温度調節対象の温度が目標温度と乖離している場合に、電流閾値Itの値を上げる処理である。
【0133】
限定するものではないが、ここでは、電流閾値Itの第4変更処理は、電流閾値Itの第1変更処理に対して優先される。言い換えれば、ここでは、第4変更処理により電流閾値Itの変更が行われる条件と、第1変更処理により電流閾値Itの変更が行われる条件とが同時に成立した場合、第4変更処理による電流閾値Itの変更だけが行われる。ただし、これに限定されるものではなく、第4変更処理により電流閾値Itの変更が行われる条件と、第1変更処理により電流閾値Itの変更が行われる条件とが同時に成立した場合、第1変更処理による電流閾値Itの変更と、第4変更処理による電流閾値Itの変更とが同時に行われてもよい。
【0134】
具体的には、コントローラ90は、圧縮機12が電流閾値Itで運転されている時に、温度制御対象の空調対象空間の温度条件が目標条件に対して第1基準以上乖離している状態が、第1基準時間Ts1継続している場合、第1値γ1だけ電流閾値を上昇させる。また、圧縮機12が電流閾値Itで運転されている時に、空調対象空間の温度条件が目標条件に対して第1基準より小さな第2基準以上乖離している状態が、第2基準時間Ts2継続している場合、第1値γ1より小さな第2値γ2だけ電流閾値を上昇させる。
【0135】
より具体的には、コントローラ90は、圧縮機12が電流閾値Itで運転されている時に、空調対象空間の温度条件としての利用ユニット30における吸込み温度Tiと目標条件としての目標温度との差が、第1基準としての第1温度差A以上乖離している状態が、第1基準時間Ts1継続している場合、第1値γ1だけ電流閾値Itを上昇させる。また、コントローラ90は、圧縮機12が電流閾値Itで運転されている時に、利用ユニット30における吸込み温度Tiと目標温度との差が、第1温度差Aより小さな第2基準としての第2温度差B以上乖離している状態が、第2基準時間Ts2継続している場合、第2値γ2だけ電流閾値Itを上昇させる。なお、利用ユニット30における吸込み温度Tiと目標条件としての目標温度との差とは、冷房運転時であれば(Ti-Tit)で表され、暖房運転時であれば(Tit-Ti)で表される。
【0136】
なお、好ましくは、コントローラ90は、運転中の複数の利用ユニット30の中に、吸込み温度Tiと目標条件としての目標温度との差が第1温度差A以上乖離している状態が、第1基準時間Ts1継続している利用ユニット30が1台でも存在する場合、第1値γ1だけ電流閾値Itを上昇させる。また、好ましくは、コントローラ90は、運転中の複数の利用ユニット30の中に、吸込み温度Tiと目標条件としての目標温度との差が第2温度差B以上乖離している状態が、第2基準時間Ts2継続している利用ユニット30が1台でも存在する場合、第2値γ2だけ電流閾値Itを上昇させる。
【0137】
電流閾値Itの第4変更処理について、図6のフローチャートを参照しながら説明する。
【0138】
なお、以下の図6を参照して行う電流閾値Itの第4変更処理の説明においては、吸込み温度Tiと目標温度との差は、運転中の複数の利用ユニット30における吸込み温度Tiと目標温度との差の中で、最も大きな値を意味している。
【0139】
電流閾値Itの第4変更処理の前提として、コントローラ90は、吸込み温度Tiと目標温度との差の時間変化を連続的にモニタリングしている。
【0140】
コントローラ90の電流閾値Itの第4変更処理は、空調装置100の運転開始時に開始される(ステップS41)。
【0141】
電流閾値Itの第4変更処理では、コントローラ90は、圧縮機12が電流閾値Itで運転されているかを判断している(ステップS42)。圧縮機12が電流閾値Itで運転されている場合には、ステップS43に進む。圧縮機12が電流閾値Itで運転されていない場合には、ステップS55に進む。
【0142】
ステップS43では、コントローラ90は、吸込み温度Tiと目標温度との差が第1温度差A以上乖離している状態が、第1基準時間Ts1継続しているか否かを判断する。限定するものではないが、例えば、第1温度差Aは5℃であり、第1基準時間Ts1は5分である。吸込み温度Tiと目標温度との差が第1温度差A以上乖離している状態が第1基準時間Ts1継続している場合にはステップS44に進み、吸込み温度Tiと目標温度との差が第1温度差A以上乖離している状態が第1基準時間Ts1継続していない場合にはステップS49に進む。
【0143】
ステップS44では、コントローラ90は、電流閾値Itが設計最大値Imaxであるか否かを判断する。電流閾値Itが設計最大値Imaxである場合には、ステップS55に進む。一方、電流閾値Itが設計最大値Imaxでない場合には、ステップS45に進む。
【0144】
ステップS45では、コントローラ90は、空調装置100が暖房運転中であるか(冷凍サイクル装置が加熱運転中であるか)否かを判断する。暖房運転中である場合には処理はステップS46に進み、暖房運転中でない場合には処理はステップS47に進む。
【0145】
ステップS46では、コントローラ90は、吐出圧センサ24により取得された圧縮機12の吐出圧力Pdが、記憶部に記憶されている暖房運転時の目標吐出圧力Pdtより低いか否かを判断する。吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdtに比べて低い場合には、ステップS47に進み、吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdtである場合には、ステップS55に進む。要するに、ここでは、空調装置100能力を上昇させることが可能な場合にだけ、電流閾値Itを上げる処理が行われる。
【0146】
ステップS47では、コントローラ90は、電流閾値Itを変更する。具体的には、コントローラ90は、電流閾値Itを所定の値γ1だけ上げる。γ1の値は、好ましくは圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの1~4%である。本実施形態では、γ1の値は設計最大値Imaxの4%である。変更された電流閾値Itは、記憶部に記憶される。その結果、コントローラ90は、圧縮機12の電流iが、変更された電流閾値It以下になるよう制御を行う。
【0147】
次に、ステップS48では、コントローラ90は、第4変更処理用の計時をリセットする。要するに、コントローラ90は、電流閾値Itの第4変更処理用の計時を新たに開始する。その後、ステップS55に進む。
【0148】
ステップS49では、コントローラ90は、吸込み温度Tiと目標温度との差が第2温度差B以上乖離している状態が、第2基準時間Ts2継続しているか否かを判断する。限定するものではないが、例えば、第2温度差Bは3℃であり、第2基準時間Ts2は10分である。
【0149】
なお、第1基準時間Ts1と第2基準時間Ts2とは、同じ時間であってもよい。ただし、第1基準時間Ts1を第2基準時間Ts2より短い時間とすることで、吸込み温度Tiと目標温度との差が大きい場合に、迅速にこれを解消することが容易である。
【0150】
吸込み温度Tiと目標温度との差が第2温度差B以上乖離している状態が第2基準時間Ts2継続している場合にはステップS50に進み、吸込み温度Tiと目標温度との差が第2温度差B以上乖離している状態が第2基準時間Ts2継続していない場合にはステップS55に進む。
【0151】
ステップS50では、コントローラ90は、電流閾値Itが設計最大値Imaxであるか否かを判断する。電流閾値Itが設計最大値Imaxである場合には、ステップS55に進む。一方、電流閾値Itが設計最大値Imaxでない場合には、ステップS51に進む。
【0152】
ステップS51では、コントローラ90は、空調装置100が暖房運転中であるか否かを判断する。暖房運転中である場合には処理はステップS52に進み、暖房運転中でない場合には処理はステップS53に進む。
【0153】
ステップS52では、コントローラ90は、吐出圧センサ24により取得された圧縮機12の吐出圧力Pdが、記憶部に記憶されている暖房運転時の目標吐出圧力Pdtより低いか否かを判断する。吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdtに比べて低い場合には、ステップS53に進み、吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pdtである場合には、ステップS55に進む。
【0154】
ステップS53では、コントローラ90は、電流閾値Itを変更する。具体的には、コントローラ90は、電流閾値Itを所定の値γ2だけ上げる。γ2の値は、好ましくは圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの1~4%である。また、γ2の値は、ステップS46におけるγ1よりも小さな値である。好ましくは、γ1の値は、γ2の値の1.5~3倍である。本実施形態では、γ2の値は設計最大値Imaxの2%である。
【0155】
次に、ステップS54では、コントローラ90は、第4変更処理用の計時をリセットする。要するに、コントローラ90は、電流閾値Itの第4変更処理用の計時を新たに開始する。その後、ステップS55に進む。
【0156】
ステップS55では、空調装置100の運転終了条件が成立しているかが判断される。空調装置100の運転終了条件の例は、前述のとおりである。運転終了条件が成立していない場合には、処理はステップS42に戻る。運転終了条件が成立した場合には、第4変更処理用は終了する。
【0157】
なお、ここで説明した電流閾値Itの第1変更処理~第4変更処理のフローチャートは、一例に過ぎず適宜変更可能である。例えば、各フローチャートにおける処理ステップの順番は、矛盾の無い範囲が適宜変更されてもよい。また、例えば、各フローチャートにおける処理ステップは、矛盾の無い範囲で同時に実行されてもよい。
【0158】
また、例えば、各フローチャートにおける処理ステップは、矛盾の無い範囲で適宜省略されてもよい。例えば、電流閾値Itの第4変更処理におけるステップS45,S46,S51,S52の判断は省略されてもよい。
【0159】
(4)電流及び電流閾値の時間変化の具体例
空調装置100における、圧縮機12の電流i及び電流閾値Itの時間変化の具体例を図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、設定されている電流閾値Itの値が低すぎる場合の電流i及び電流閾値Itの時間変化の例を概念的に示した図である。図9は、設定されている電流閾値Itの値が大きすぎる場合の電流i及び電流閾値Itの時間変化の例を概念的に示した図である。
【0160】
(4-1)電流閾値の値が低すぎる場合
図8を参照しながら、記憶部に当初記憶されている電流閾値Itが低すぎる場合の圧縮機12の電流i及び電流閾値Itの時間変化の具体例を説明する。
【0161】
ここでは、空調装置100の運転開始時に記憶部に記憶されている電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの64%(図8中の(1)の位置)であるとする。また、電流閾値Itの初期値Iは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの80%であるとする。また、ここでは、空調装置100の運転開始前には、空調装置100が長時間停止しており、空調装置100の運転開始時の吸込み温度Tiと目標温度との差は5℃より大きいとする。
【0162】
この前提において、空調装置100の運転が開始されると、コントローラ90は、電流閾値Itの第1変更処理、第2変更処理、第4変更処理を実行する。また、コントローラ90は、電流閾値Itの第3変更処理も実行する(ここでは、電流閾値Itの値が低すぎる場合を想定しているので、電流閾値Itの第3変更処理については特に説明しない)。
【0163】
ここでは、空調負荷が大きいため、運転開始後に、圧縮機12の電流iは電流閾値Itとなるとする。
【0164】
そして、ここでは、電流閾値Itでの運転が5分(第1基準時間Ts1)継続した際の、吸込み温度Tiと目標温度との差が5℃(第1温度差A)以上であるとする。そのため、第4変更処理のステップS47の処理が行われ、コントローラ90は、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの4%上げる。その結果、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの68%(図8中の(2)の位置)となる。
【0165】
ここでは、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの68%とした後も、空調負荷が未だ大きく、圧縮機12の電流iは、変更後の電流閾値Itとなるものとする。ただし、この状態で、電流閾値Itの変更後に電流閾値Itでの運転が5分継続した際の、吸込み温度Tiと目標温度との差は5℃より小さいとする。一方で、電流閾値It変更後に電流閾値Itでの運転が10分(第2基準時間Ts2)継続した際の、吸込み温度Tiと目標温度との差は3℃(第2温度差B)以上であるとする。そのため、電流閾値Itの第4変更処理のステップS53の処理が行われ、コントローラ90は、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの2%上げる。その結果、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの70%(図8中の(3)の位置)となる。
【0166】
ここでは、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの70%とした後も、空調負荷が未だ大きく、圧縮機12の電流iは、変更後の電流閾値Itとなるものとする。ただし、この状態で、電流閾値Itの変更後に、電流閾値Itでの運転が10分継続した際の、吸込み温度Tiと目標温度との差は3℃より小さいとする。一方で、電流閾値Itの変更後に、電流閾値Itでの運転が15分(第1時間T1)継続したとする。そのため、電流閾値Itの第1変更処理のステップS4の処理が行われ、コントローラ90は、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの2%上げる。その結果、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの72%(図8中の(4)の位置)となる。
【0167】
ここでは、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの72%とした後も、空調負荷が未だ大きく、圧縮機12の電流iは、変更後の電流閾値Itとなる。そして、圧縮機12の電流閾値Itでの運転が、最初に電流iがその時点での電流閾値It(設計最大値Imaxの64%)となってから45分(第3時間T3)継続したとする。そのため、電流閾値Itの第2変更処理のステップS13の処理が行われ、コントローラ90は、電流閾値Itを初期値I(設計最大値Imaxの80%、図8中の(5)の位置)とする。
【0168】
ここでは、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの80%とした後も、空調負荷が未だ大きく、圧縮機12の電流iは、変更後の電流閾値Itとなるものとする。ただし、電流iは、電流閾値Itの変更後、15分(第1時間T1)未満で電流閾値It以下になる。そのため、ここでは電流閾値Itは変更されない。
【0169】
(4-2)電流閾値の値が低すぎる場合
図9を参照しながら、記憶部に当初記憶されている電流閾値Itが大きすぎる場合の圧縮機12の電流i及び電流閾値Itの時間変化の具体例を説明する。
【0170】
ここでは、空調装置100の運転開始時に記憶部に記憶されている電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの64%(図9中の(1)の位置)であるとする。また、電流閾値Itの初期値Iは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの80%であるとする。また、ここでは、空調装置100の空調負荷は比較的低いとする。
【0171】
この前提において、空調装置100の運転が開始されると、コントローラ90は、電流閾値Itの第1変更処理、第2変更処理、第4変更処理を実行する(ここでは、電流閾値Itの値が大きすぎる場合を想定しているので、電流閾値Itの第1,第2,第4変更処理については特に説明しない)。また、コントローラ90は、電流閾値Itの第3変更処理を実行する。
【0172】
ここでは、空調負荷が小さく、運転開始後に、圧縮機12の電流iは一旦電流閾値Itとなるものの、5分未満で電流閾値Itより小さくなるものとする。そして、その後の運転でも、圧縮機12の電流iは電流閾値Itになること無く所定期間(例えば24時間)が経過したとする。
【0173】
この場合、所定期間中の、電流閾値Itでの圧縮機12の積算運転時間は、15分(第2時間T2)より短いので、電流閾値Itの第3変更処理のステップS24の処理が行われ、コントローラ90は、電流閾値Itを圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの2%下げる。その結果、電流閾値Itは、圧縮機12の電流の設計最大値Imaxの62%(図9中の(2)の位置)となる。
【0174】
(5)特徴
(5-1)
上記実施形態の空調装置100は、圧縮機12と、コントローラ90と、を備える。コントローラ90は、圧縮機12の電流iを電流閾値It以下になるよう制御する。コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が運転される時間に基づいて、電流閾値Itを変更する。
【0175】
上記実施形態の空調装置100では、圧縮機12が電流閾値Itで運転される時間に応じて電流閾値Itが変更される。そのため、空調装置100は、電流閾値Itを最適化して、空調装置100の立ち上がり時間が長くなることを抑制しつつ、立ち上がり時間が目標時間に対して過度に短くなり、運転開始時の消費電力が増大するという事態の発生を抑制できる。
【0176】
(5-2)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が運転される時間が第1時間T1より長い場合に電流閾値Itを上げる。
【0177】
上記実施形態の空調装置100では、圧縮機12が電流閾値Itで運転される時間が第1時間T1より長い場合に電流閾値Itを上げる制御が行われるので、空調装置100の立ち上がり時間が長くなり過ぎる事態の発生を抑制できる。
【0178】
(5-3)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間が第1時間T1より長い場合に電流閾値Itを上げる。
【0179】
上記実施形態の空調装置100では、圧縮機12が電流閾値Itで連続的に運転される時間が所定時間より長い場合に電流閾値Itを上げる制御が行われるので、電流閾値Itが過小である場合に迅速にこれを改善することが容易である。
【0180】
(5-4)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、所定期間中に電流閾値Itで圧縮機12が運転される積算時間が第2時間T2より短い場合に電流閾値Itを下げる。
【0181】
上記実施形態の空調装置100では、所定期間に圧縮機12が電流閾値Itで運転される積算時間が第2時間T2より短い場合に電流閾値Itを下げる制御が行われるので、空調装置100の立ち上がり時間が短くなり過ぎ消費電力が増大する事態の発生を抑制することができる。
【0182】
(5-5)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、設定されたスケジュールに対して第1時間T1早く空調装置100の運転を開始するよう圧縮機12を制御する。
【0183】
上記実施形態の空調装置100では、スケジュール運転を行う際の予冷運転や予熱運転の時間内に空調装置100の立ち上がりを完了するように運転しつつ、消費電力を抑制することができる。
【0184】
(5-6)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、電流閾値Itの変更時に、電流閾値Itを、圧縮機12の電流iの設計最大値Imaxの1~4%変更する。
【0185】
上記実施形態の空調装置100では、電流閾値Itの変化が十分ではない状態や、電流閾値Itの変化が大き過ぎて電流閾値Itを逆向きに変化させることが必要になる状態(ハンチング)の発生を抑制することができる。
【0186】
(5-7)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、空調装置100に対する電源投入の際、所定の初期値Iを電流閾値Itとして、圧縮機12の電流を電流閾値It以下になるよう制御する。
【0187】
電流閾値Itの適切な値は、例えば、負荷の大きな季節と、負荷の小さな季節とで変化する。そのため、空調装置100が長期間使用されず、前回使用時から時を経て使用が再開される際には、前回使用時には電流閾値Itとして適切であった値が、現在の適切な電流閾値Itの値とは大きく乖離している可能性がある。そして、例えば、使用再開時に電流閾値Itが適切な値に対して過度に小さい場合には、運転開始時等に、温度調整対象の温度が目標温度に到達しない状態が長時間継続するおそれがある。
【0188】
これに対し、上記実施形態の空調装置100では、電源投入の際、所定の初期値Iが電流閾値Itとして用いられる。そのため、初期値Iとしてある程度大きな値を採用すれば、運転開始時等に、温度調整対象の温度が目標温度に到達しない状態が長時間継続する事態の発生を抑制できる。
【0189】
(5-8)
上記実施形態の空調装置100では、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が運転される時間が第3時間T3より長い場合に、電流閾値Itを初期値Iに変更する。
【0190】
上記実施形態の空調装置100では、電流閾値Itで圧縮機12が運転される時間が長期化する場合に、言い換えれば電流閾値Itの値が小さすぎる場合に、電流閾値Itを初期値Iに戻すことができる。そのため、初期値Iとしてある程度大きな値を採用すれば、温度調整対象の温度が目標温度に到達しない状態が長時間継続する事態の発生を抑制できる。
【0191】
(6)変形例
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
【0192】
(6-1)変形例A
上記実施形態では、電流閾値Itの第1変更処理~第4変更処理は、その全てが実行されることが好ましい。しかし、これに限定されるものではなく、その一部は実行されなくてもよい。
【0193】
例えば、電流閾値Itの第1変更処理が行われる場合、電流閾値Itの第4変更処理は実行されなくてもよい。その逆も同様である。
【0194】
また、例えば、電流閾値Itの第2変更処理は実行されなくてもよい。
【0195】
(6-2)変形例B
上記実施形態では、電流閾値Itの第4変更処理において、吸込み温度Tiと目標温度との差が第1温度差A以上乖離している状態と、第2温度差B以上乖離している状態とで、電流閾値Itの上昇量を異なる値にしている。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、電流閾値Itの第4変更処理における第1基準時間Ts1は第2基準時間Ts2より短い時間としつつ、第1値γ1と第2値γ2とには同じ値を用いてもよい。
【0196】
(6-3)変形例C
上記実施形態では、電流閾値Itの第4変更処理において、吸込み温度Tiと目標温度との差が第1温度差A以上乖離している状態と、第2温度差B以上乖離している状態とで、異なる処理が行われる。ただしこれに限定されるものではない。
【0197】
例えば、電流閾値Itの第4変更処理では、圧縮機12が電流閾値Itで運転されている時に、吸込み温度Tiと目標温度との差を単一の閾値と比較し、吸込み温度Tiと目標温度との差と閾値とが乖離している状態が所定時間継続している場合、所定量だけ電流閾値Itを上昇させるという処理が実行されてもよい。
【0198】
(6-4)変形例D
上記実施形態では、コントローラ90は、電流閾値Itで圧縮機12が連続的に運転される時間が第1時間T1より長い場合に電流閾値Itを上げる処理を行う。
【0199】
コントローラ90は、これに代えて、又は、これに加えて、所定期間中に(例えば24時間の中で)電流閾値Itで圧縮機12が運転される積算時間が所定時間より長い場合に電流閾値Itを上げるという処理を行ってもよい。
【0200】
(6-5)変形例E
上記実施形態では、コントローラ90は、空調装置100の電源投入時に電流閾値Itを初期値Iとするが、これに限定されるものではない。例えば、空調装置100の初回以外の電源投入時には、記憶部に記憶されている電流閾値Itをそのまま利用してもよい。
【0201】
<付記>
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【0202】
本開示は、冷凍サイクル装置に広く適用でき有用である。
【符号の説明】
【0203】
12 圧縮機
90 コントローラ(制御部)
100 空調装置(冷凍サイクル装置)
Imax 設計最大値
It 電流閾値
【先行技術文献】
【特許文献】
【0204】
【文献】特開2009-243814号公報
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9