JPS6284250A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分骨】

この発明は、各部屋の室温を独立に調整できる可変風量
制御システムを採用したダクト式の空気調和機に関する
。

【従来の技術】

エアーダクトを用いて、温度調節された空気を各部屋へ
分配し、空気調和（以下、空調という）を行うセントラ
ル空調システムは、加湿器や高性能フィルタが容易に組
み込め、外気処理や余熱交換益の採用も可能で質の高い
空調が行え、まｔコ、空調する部屋には吹出口と吸込口
しかなく、室内スペースが有効に使え、さらに、搬送系
のトラブルも少ないなど、ヒートポンプチラー・ファン
コイル方式や、パッケージエアーコン分散配置方式など
に比べて、多くのメリットを有し、ピル空調などに用い
られている。 その中でも、省エネルギ運転が可能な可変風量制御方式
（以下、ＶＡＶ方式という）は熱負荷の異なる各部屋を
独立に温度制御でき、使用しない部屋の空調を停止させ
ることも可能で、必要送風量の大小に応じ、送風機の動
力を可変して、運転費を低減させることもできろ。 また、同時使用率を考慮することにより、熱源機の能力
を小さく設計することができる。 ＶＡＶ方式には、風量調節用ダンパの形式に応じて、二
つの方式がある。そのうちの一つは、バイパス形ＶＡＶ
ユニットを用いる方式で、室内負荷に応じて、室内へ吹
き出す風量と直接熱源機へ戻す（バイパスさせる）風量
の比率を調節する。 この方式は、送風量が一定のため、熱源機の能力制御が
むずかしいパッケージエアーコンを用いたシステムに用
いられることが多いが、送風機制御による省エネルギ効
果はない。 また、もう一つの方式は、絞り形ＶＡＶユニットを用い
る方式で、室内負荷に応じて室内への吹田風量を任意の
値に調節する。 この方式はダンパの開度に応じて変化するダクト内の圧
力を検出し、この値が設定値になるように、送風機の容
量を制御するので、負荷が少なくなれば（風量が少なく
なってもダクト内の空気温度はほぼ一定に制御される）
、熱源機の所要能力が小さくなると同時に、送風機の動
力も低減される。 絞９形ＶＡＶユニットを用いた従来技術には、特開昭５
７−１９６０２９号公報や日本冷凍協会発行の冷凍空調
便覧（新版・第４版、応用網）の図２．１０（ａ）が知
られている。 第４図はこれら従来の空気調和機のシステム構成図であ
る。同図において、１は空調される部屋で、ここでは３
部屋の場合を示している。２は天井内に配置された室内
機で、エアーフィルタ３、熱交換器４、送風機５から構
成されている。６はこの室内機の空気吹出口に接続され
たメインダクト、７はこのメインダクト６から部屋数に
応じて分岐された３本の枝ダクト、８はこの枝ダクト７
の途中には配設された絞り形ＶＡＶユニット、９はとの
ＶＡＶユニット８内に回転可能に取付けられたダンパ、
１０は上記技ダクト７の末端の天井面に取付けられた吹
出口、１１は部屋１のドアの下部に設けられた吸込口、
１２は廊下天井面に設けられた天井吸込口、１３はこの
天井吸込口１２と上記室内機の吸込口を連絡する吸込口
ダクト、１４は各部屋にそれぞれ取付けられたルームサ
ーモスタット、１５は上記メインダクト６内に取付られ
な温度検出器、１６は同じくメインダクト６内に設けた
圧力検出器である。なお、１７は熱交換器４に接続した
と〜】・ポンプなどの熱源機である。 次に、以上のように構成されら従来の空気調和機の動作
について説明する。各ルームサーモスタットで使用者が
設定した設定室温と検出された現在の空気温度の温度差
に応じて、ダンパ９の開度を任意の位置にそれぞれ調節
する。 このダンパ９の開度に応じ、メインダクト６内の圧力が
変化し、これを圧力検出器１６が検出し、あらかじめ設
定しておいた設定圧力になるように、送風機５の容量を
変化させる。 また、送風量の変化にともない、熱交換器４の出口空気
温度が変わるため、この温度を温度検出器１５で検出し
、あらかしめ設定しておいた空気温度になるように、熱
源機１７の能力を制御する。 このようにして、はぼ一定の温度になるように調節され
た空気は吹田口１０から室内熱風負荷の大小に応じた風
量で部屋１内へ吹き出す。そして、部屋を空調した空気
は吸込口１１から廊下などのスペースを通ゆ、天井吸込
口１２へ流れ、吸込ダクト１３を経由して、再び室内機
２へ戻る。 第５図は上記冷凍空調便覧の図２．１４に示された冷房
負荷に対するＶＡＶユニットの通過風量の制御の様子を
表す線図である。 この第５図において、横軸は冷房負荷、縦軸（よ風量を
表しているが、冷房負荷は現在の室温と設定温度の差、
風量は・ダンパ９の開度と置換えることができる。 冷房運転により室温が低下し、設定温度との差が小さく
なるにしたがい、ダンパ９は徐々に閉まり、熱負荷とバ
ランスした風量を吹田口１０から部屋へ吹き出す。なお
、暖房時も、暖房負荷と風量との関係は同様である。 さて、第５図において、冷房負荷がある値以下に減少し
た場合、風景は一定となり、送風温度が負荷の減少にと
もない、高くなるように制御される。これは、ビルなど
において、最小換気社を確保するための制御で、最小風
景を維持しながら、送風温度を変え、負荷に対応してい
く制御（定風量方式＝ＣＡＶＣＡＶ方式る。 また、他の従来技術として、特公昭５５−１４９７９号
公報、特公昭５５−４４８５３号、特公昭５５−４４８
５４号公報、特公昭５５−２４０２２号公報などが知ら
れている。 これらは、ダンパ９の開度調節を手動で行い、送風機と
熱源機の制御は自動で行うＶＡＶ方式であり、常時使用
されるような代表の部屋またはリターン空気の通路にた
だ一つの室温検出部を設け、暖房時において、こ、の部
屋の室温が下がると、送風圧を高くして送風量を増し、
上がると送風圧を低くして送風量を減少させる可変静圧
制御と、送風温度を外気温に追従して変化させ、熱負荷
の大小に応じて熱源機の能力を制御する可変温度制御を
採用した方式である。

【発明が解決しようとする問題点】

上に述べる従来の絞り形ＶＡＶユニットを用いた空気調
和機は、上記のように構成されているので、各部屋の熱
負荷が大きく異なる場合でも、枝ダクト７の寸法や吹田
ＬＪ１０の寸法、吹田口１０の中に設けられた風量調節
用の絞り（図示せず）などで正確な各部屋の風景バラン
スを取る必要がなく、ＶＡＶユニット８のダンパ９が各
部屋の熱負荷に応じた風量を自動調節していた。 しかし、熱負荷は外気温や室内発生熱などにより大きく
異なり、吹田空気湿度とダクト内圧力がいつも一定に制
御される場合には、吹田空気温度と圧力の設定値のとり
方によっては、熱負荷が大きいとき、ダンパ９を全開に
しても能力が足らず、室温が設定値に到達しない部屋が
出る場合や、熱負荷が小さいときには、風量を下げるた
め、各ダンパをすべて絞り込んで圧力損失の大きい状態
で運転するという問題があった。 なお、低負荷時、ＶＡＶ方式からＣＡＶ方式に単純に切
り換える方式では、送風８ｉｆｉＩＩ力を十分低減でき
ない。 また、上述したダンパを手動制御する空気調和機では、
代表室などの室温検出部の温度により、送風圧を変化さ
せ送風量を増減させると、熱負荷の異なる他の部屋の供
給熱量と熱損失のバランスがくずれ、室温が変化してし
まい、手動でダンパ９の開度を変更し直さなければなら
ない。 これは、室温検出部がリターンエアー通路に置かれた場
合も同じで、外気）晶が変化した場合、室内発生熱との
関係で、各部屋の熱負荷は一率には変化せず、リターン
空気の温度のみにより差風圧を変化させ、各部屋への送
風量を変えると、バランスがくずれ、ダンパ９の開度変
更が必要な部屋が出てくる。 また、代表室に使用頻度の高い部屋を選定しても熱負荷
が最大とは限らず、この部屋に合わせて送風圧を決定す
ると、ダンパ９を全開にしても能力の不足する部屋がで
きることもある。 さらに、代表室を利用しない（ダンパ全閉）場合、適切
な送風圧制御が行われなくなる問題点があった。 加えて、外気温により送風量を変化させ、暖房能力を単
純に増減させても、各部屋の熱負荷は内部発生熱にも大
きく影響されるため、熱負荷に見合った最適な運転能力
が得られるとは限らず、さらに、熱負荷の異なる各部屋
への送風量調節を手動ダンパ９を用いて行わなければな
らず、各部屋の室温を希望温度に維持する乙とがむずか
しいという問題点もあった。 この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、熱負荷の大小に応じて最適な送風景と送風温度の
設定を行うことにより、熱負荷が大きいときでも室温を
正確に設定値に制御することができ、熱負荷が小さいと
きは送風機の動力をより一層低減することができる空気
調和機を得ることを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明に係る空気調和機は、ルームサーモスタットの
検出信号をもとに各部屋の熱負荷を測定する熱負荷測定
手段と、この測定結果に基づきダクトに設けられたダン
パの開度を制御するダンパ制御手段と、上記熱負荷測定
手段によって測定された熱負荷の総和に基づきダクト内
の圧力の設定圧力と送風温度の設定温度をそれぞれ決定
する設定圧力決定手段及び設定温度決定手段と、この決
定結果と圧力検出器及び温度検出器からの検出信号を入
力とする圧力温度測定手段の出力に基づき送風機の容量
及び熱源機の能力をそれぞれ決定する送風量決定手段及
び能力決定手段と、これら決定手段の出力に基づき送風
機の容量及び熱源機の能力を制御する送風機制御手段及
び熱源機制御手段を備えてなるものである。

【作　用】

この発明においては、設定圧力決定手段と設定温度決定
手段が、送風の圧力と温度の設定値を各部屋の熱負荷（
設定室温と室温の差）の総和に比例して決定するから、
適切な送風量と送風温度の冷温風を各部屋へ供給できる
。

【実施例】

以下、この発明の空気調和機の一実施例について図面に
基づき説明する。 この実施例は第１図から明らかなように、室内機２の熱
交換器４と接続され温風または冷温風を発生させるため
の能力可変形の熱源機１７と、この熱源機１７と接続さ
れた熱交換器４を通しての冷温風を搬送する容量可変形
の送風機５と、この送風機５に接続しｔこメインダクト
６と、このメインダクト６の枝ダクト７部分に配置され
ｔこ風量調節用のダンパ９と、上記メインダクト６内の
圧力を検出する圧力検出器１６と、同じくメインダクト
６内の温度を検出する温度検出器１５と、各部屋に取付
けられたルームサーモスタット１４を備え、各ルームサ
ーモスタット１４の検出信号は熱負荷測定手段１８に入
力され、これによって各部屋の設定温度と室温との差よ
り熱負荷の大小を測定するようになっている。ダンパ制
御手段１９は熱負荷測定手段の出力に基づいて各ダンパ
９の開度を制御するものである。また、熱負荷測定手段
１８で測定された熱負荷の総和に基づき、メインダクト
６内の圧力をいくらにするかを設定圧力決定手段２０で
決定し、同様にして送風温度をいくらにするかを設定温
度決定手段２１により決定し、この決定結果と上記圧力
検出器１６及び温度検出器１５からの検出信号を入力と
する圧力温度測定手段２２の出力に基づき送風機５の容
量及び熱源機１７の能力を送風量決定手段２３及び能力
決定手段２４によりそれぞれ決定し、この決定手段２３
の出力に基づいて送風機５の容量を送風機制御手段２５
で制御し、かつ決定手段２４の出力に基づき熱源機１７
の能力を熱源機制御手段２６で制御するように構成され
ている。 次に、この第１図の実施例の動作について、第２図の制
御プログラムフローチャートと第３図の設定圧力・設定
温度の説明線図を参照しながら暖房時について説明する
。なお、これらの制御はマイクロコンピュータを利用し
て実現されるものであるが、その回路はここでは省略す
る。 また、熱負荷に見合った送風量を調節するためのダンパ
９の開度制御法についての詳細も省略する。 まず、空気調和機が暖房運転モードになると、第２図に
示す制御プログラムがスタートシ、ステップ３０で各部
屋のルームサーモスタット１４からそれぞれの設定温度
Ｔｏと現在の室温Ｔ尺の値が入力され、これに基づいて
次のステップ３１で各ダンパ９の開度決定を行う。ここ
で、室温と設定温度が等しければ、ダンパ９の開度変更
は行われず、室温が低くければ、ダンパ９を開ける方向
に、高ければ、閉める方向に制御する（ステップ３２）
。 次のステップ３３では、先に測定された各部屋の設定温
度と室温の差の総和（総熱負荷）の値が求められる。な
お、乙の場合、ルームサーモスタッ）、１４のスイッチ
などで暖房運転が停止させらている部屋（非空調室）の
熱負荷は除外される。 また、総和の求め方には室温が設定室温を若干上回って
いつ場合、この値を負の熱負荷として総和に含める方法
と、含めない方法があり、どちらかを採用するとよい。 次に、ステップ３４において、Ｐｏ＝Ｐｏｍｉｎ十Ａ（
Σ（Ｔｏ−Ｔ尺）〕の計算を行いＰｏを求める。なお、
ＰＯは設定圧力、Ｐｏｍ１ｎは送風機５が安定して運転
できる範囲内で定めた下限設定圧力（定数）、Ａは定数
である。設定圧力の値はステップ３５で下限設定圧力（
Ｐｏｍｉｎ）を下回っていないかどうか判定され、下回
っていれば、次のステップ３６でＰｏ＝Ｐ（至）ｉｎと
設定する。 同じく、ステップ３７で設定圧力が上限設定圧力ＰＯ■
ａｘを上回っていないかどうか判定され、上回っていれ
ば、次のステップ３８でＰ　ｏ　＝　Ｐ　。 ａ＋ａｘと設定する。 次のステップ３９において、Ｔ＝Ｔｍｉｎ　十Ｂ〔Σ（
Ｔ　ｏ　−Ｔ尺）〕の計算を行いＴを求める。 なお、Ｔは設定温度、Ｔ　Ｌｌｌｉｎは熱源機１７の特
性を考慮して定めた下限設定温度（定数）、Ｂは定数で
ある。 設定温度の値はステップ４０で下限設定温度（Ｔｗｉｎ
）を下回っていないかどうか判定され、下回っていれば
、次のステップ４１でＴ＝Ｔｍｉｎと設定する。 同じく、ステップ４２で設定温度が上限設定温度（Ｔ　
５ａａｘ）を上回っていないかどうか判定され、上回っ
ていれば、次のステップ４３でＴ＝Ｔｍａｘと設定する
。 ステップ４４では、圧力検出器１６と温度検出器１５か
ら信号が入力され、現在のメインダクト６内の圧力Ｐと
温度Ｔｓが測定される。 次のステップ４５では、各ダンパ９がすべて全閉または
運転限界を越える全開に近い状態かどうか判定され、全
開でなければ、次のステップ４６で現在熱源機１７が運
転されているかどうか判定され、運転されていれば、次
のステップ４８へ、また、運転が停止されていれば熱源
機１７と送風機５を運転して（ステップ４７）、ステッ
プ４８へ進む。 ステップ４８では、メインダクト６内の圧力Ｐと設定圧
力ＰＯとの値が比較され、Ｐｏ）Ｐの関係ならば、送風
機の容量をＰとＰｏの差に応じてアップしくステップ４
９）、また、Ｐ（Ｐｏの関係ならば、ダウンさせる（ス
テップ５０）。 さらに、圧力Ｐが設定圧力Ｐｏの不感帯ならば、回転数
の変更を行わず、次のステップ５１へ進む。 このステップ５１では、サイリスクなどのコントローラ
により、送風ＢＪｉ５の回転数制御が行われる。 次のステップ５２では、設定温度Ｔと温度Ｔｓの値が比
較され、Ｔ　＞　’１’　ｓの関係ならば、熱源機１７
の能力（熱源機１７がヒートポンプの場合は、圧縮機の
回転数）を′ｒとＴ　ｓの差に応じてアップする（ステ
ップ５３）。Ｔ（Ｔｓならば、ダウンさせる（ステップ
５４）。 また、設定温度′１゛が温度Ｔｓの不感帯ならば、回転
数の変更を行わず、次のステップ５５へ進む。 このステップ５５は、インバータなどのコン）・ローラ
により、熱源機１７の回転数制御が行われる。 なお、ステップ４５で各ダンパ９がすべて全開と判定さ
れた場合は、ステップ５６へ進み、ここで送風Ｉａ５と
熱源機１７を停止させる。 以上の制御が一定時間間隔で繰り返される。これらの一
連の制御により、各部屋の熱負荷の総和が大きい場合は
、設定圧力と設定温度の値は高めに設定され、またダン
パ９の開度も熱負荷の大小に比例するため、熱負荷の大
きい部屋のダンパ９はほぼ全開状態となる。 この結果、熱負荷の大きい部屋へは、高温で大風量の温
風が供給され、室温を急速に高める。 一方、室温がほぼ満足されている部屋のダンパ９は絞ら
れ、適切な風量の温風が供給される。 また、各部屋の熱負荷の総和が小さい場合、設定圧力と
設定温度が下げられ、送風量と送風温度が下がる。 この風景と温度の低下に佇い室温が低下すると、各ダン
パ９はＵ目＜方向に動作し、最終的には低い設定圧力、
設定温度でダンパ９は全開に近い状態で運転される。し
たがって、少ない圧力損失で送風機５が運転されろこと
になり、送風機入力は低減する。 なお、熱源機１７がと−トポンプの場合能力制御範囲に
限度があり、ある負荷以下では０Ｎ１０ＦＦ制御に切換
わるが、低負荷時には設定高度が下がるため、ヒートポ
ンプの０Ｎ１０ＦＦ回数を減らすことが可能になる。 なお、上記実施例では、設定圧力と設定温度を変更する
Ａ、Ｈの値を定数としていたが、外気温などに比例させ
た変数としてもよい。 また、上記実施例では、設定圧力決定手段２０から熱源
機制御手段２６までを第１図に示した順序で順次実行す
るように構成していたが、各手段の実行時間は短く、順
序もそれほど重要でないため、たとえば各手段の順序を
、温度測定手段２２、設定圧力決定手段２０、送風量決
定手段２３、送風機制御手段２４、設定温度決定手段２
１、能力決定手段２５、熱源機制御手段２６のように入
れ換えてもよい。 さらに、上記実施例では、送風機５をサイリスタにより
、熱源機１．７をインパークにより回転数制御すること
により、送風量・能力を制御していたが、これらは他の
制御手段によってもよい。 また、上記実施例では熱源機１７をセパレート形のヒー
トポンプとしていたが、これは一体形のヒートポンプ、
カスファーネス、ファンコイルユニットなどの他の熱源
機であってもよい。

【発明の効果】

この発明は以上説明したとおり、ダンパの自動制御と共
に、ダクト内の設定圧力と設定温度を総熱負荷に応じて
決定する手段を設け、この決定に基づいて適切な送風量
と送風温度の冷温風を各部屋へ与えることができろよう
に構成したので、熱負荷が大きいときでも、室温を設定
値に正確に制御でき、熱負荷の小さいときは少ない搬送
動力で、送風機を運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の空気調和機の一実施例の全体構成図
、第２図は第１図の制御動作を示すフローチャー１・、
第３図は総熱負荷と各設定値の関係を示す説明線図、第
４図は従来の空気調和機の構成図、第５図は従来例の空
気調和機の冷房負荷と風景の関係を示す説明線図である
。 １　部屋、２−室内機１．４−［交換器、５送風機、６
・メインダクト１．７　枝ダクト、９ダンパ、１４−ル
ームサーモスタフ１−１１５渇度検出器、１６　圧力検
出器、１８　熱負荷測定手段、１９　ダンパ制御手段、
２０　設定圧力決定手段、２１−設定温度決定手段、２
２　圧力温度測定手段、２３　送風量決定手段、２４　
送風機制御手段、２５　能力決定手段、２６　熱源機制
御手段。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　大　岩　　増　雄（ばか２名）第　３　図 総熱負荷Σ（Ｔ、−Ｔ良） 第５図 →冷房負荷 手続補正書（自発）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷風または冷温風を発生させる能力可変形の熱源
   機と、この熱源機の冷温風を各部屋へ分配する容量可変
   形の送風機及びダクトと、このダクトの枝部分に配置さ
   れた風量調節用のダンパと、各部屋に設置されたルーム
   サーモスタットとを備えた空気調和機において、ルーム
   サーモスタットで設定された室温および検出された室温
   の信号を入力としてその差より各部屋の熱負荷を測定す
   る熱負荷測定手段と、この熱負荷測定手段の出力に基づ
   きダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、上記熱負
   荷測定手段により測定された各部屋の熱負荷の総和に基
   づきダクト内の設定圧力を決定する設定圧力決定手段と
   、上記熱負荷測定手段で測定された各部屋の熱負荷の総
   和に基づき送風温度の設定値を決定する設定温度決定手
   段と、上記設定圧力決定手段の出力とダクト内圧力検出
   器および温度検出器からの検出信号を入力とする圧力温
   度測定手段の圧力信号出力に基づき送風機の容量を決定
   する送風量決定手段と、この送風量決定手段の出力に基
   づき送風機を制御する送風機制御手段と、上記設定温度
   決定手段の出力と上記圧力温度測定手段の温度信号出力
   に基づき熱源機の能力を決定する能力決定手段と、この
   能力決定手段の出力に基づき熱源機の能力を制御する熱
   源機制御手段を備えた空気調和機。