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図面 (3)

課題

従来と比して容易に性能評価を行う。

解決手段

性能評価装置100は、室外機熱交換器23の上流側に配置され、室外機熱交換器23に送風される空気の温度を上流平均温度として計測する上流熱電対103と、室外機20から排出される空気の温度を下流平均温度として計測する下流熱電対104と、室外機20から排出される空気の風速を計測する風速センサ105と、グリッド毎風速比に基づいて、上流平均温度と下流平均温度との温度差をグリッド毎に重み付けし、重み付けした重み付け平均温度差、および、風速センサ105により計測された風速に基づいて、室外機熱交換器23の放熱量を導出する熱交換器放熱量導出部110とを備える。

概要

背景

従来の空気調和装置性能評価を行う性能評価装置は、室外機熱交換器凝縮器)を複数に区画したグリッド毎に、上流側に上流温度センサを配置し、下流側に下流温度センサを配置するとともに、風速センサを配置していた。

そして、上流温度センサにより計測された上流温度と、下流温度センサにより計測された下流温度と、風速センサにより計測された風速とに基づいて、グリッド毎の放熱量を導出し、これらグリッド毎の放熱量を積算して熱交換器の放熱量を導出するようになされていた(例えば、非特許文献1)。

概要

従来と比して容易に性能評価を行う。性能評価装置100は、室外機熱交換器23の上流側に配置され、室外機熱交換器23に送風される空気の温度を上流平均温度として計測する上流熱電対103と、室外機20から排出される空気の温度を下流平均温度として計測する下流熱電対104と、室外機20から排出される空気の風速を計測する風速センサ105と、グリッド毎の風速比に基づいて、上流平均温度と下流平均温度との温度差をグリッド毎に重み付けし、重み付けした重み付け平均温度差、および、風速センサ105により計測された風速に基づいて、室外機熱交換器23の放熱量を導出する熱交換器放熱量導出部110とを備える。

目的

本発明は、このような課題に鑑み、従来と比して容易に性能評価を行うことが可能な性能評価装置を提供する

効果

実績

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請求項1

空気調和装置室外機に設けられた熱交換器上流側に配置され、該熱交換器に送風される空気の平均温度を上流平均温度として計測する上流温度センサと、前記室外機から排出される空気の平均温度を下流平均温度として計測する下流温度センサと、前記室外機から排出される空気の風速を計測する風速センサと、前記熱交換器を複数に区画したグリッド毎における、該グリッドの前記上流側の風速と前記風速センサにより計測される風速との風速比に基づいて、前記上流温度センサにより計測された前記上流平均温度と、前記下流温度センサにより計測された前記下流平均温度との温度差をグリッド毎に重み付けし、重み付けした温度差、および、前記風速センサにより計測された風速に基づいて、前記熱交換器の放熱量を導出する熱交換器放熱量導出部と、を備えることを特徴とする性能評価装置

請求項2

前記上流温度センサは、前記熱交換器における前記グリッド毎に配置され、前記上流平均温度は、前記上流温度センサにより計測されたグリッド毎の上流温度が平均された値であることを特徴とする請求項1に記載の性能評価装置。

請求項3

前記上流温度センサは、異なる金属でなる1対の熱電対線接合点接合される熱電対であり、前記熱交換器の前記グリッド毎に前記接合点が配置されるとともに、前記複数の接合点にそれぞれ接合された少なくとも同一金属でなる前記熱電対線の長さが相互に同一であり、各熱電対線は、一端が前記接合点のいずれかに接合され、他端が他の同一金属でなる熱電対線の他端と結合されていることを特徴とする請求項2に記載の性能評価装置。

技術分野

0001

本発明は、室内を空調する空気調和装置性能評価を行う性能評価装置に関する。

背景技術

0002

従来の空気調和装置の性能評価を行う性能評価装置は、室外機熱交換器凝縮器)を複数に区画したグリッド毎に、上流側に上流温度センサを配置し、下流側に下流温度センサを配置するとともに、風速センサを配置していた。

0003

そして、上流温度センサにより計測された上流温度と、下流温度センサにより計測された下流温度と、風速センサにより計測された風速とに基づいて、グリッド毎の放熱量を導出し、これらグリッド毎の放熱量を積算して熱交換器の放熱量を導出するようになされていた(例えば、非特許文献1)。

先行技術

0004

野部達夫、芳賀裕輔、中斗、田中光太郎、木口雅之、プローブ挿入法によるマルチパッケージ型空調機運用時性評価手法、日本建築学会環境系論文集、第76巻 第668号、927−933、2011年10月

発明が解決しようとする課題

0005

上述した性能評価装置では、下流温度センサとしてシース熱電対を用い、熱交換器の上流側から、熱交換器のフィン間の隙間を通すようにして下流側に先端部(結合点)を配置するようにしていた。しかしながら、熱交換器のフィン間のピッチ高性能化に伴い狭くなってきており、それに伴いシース熱電対の径も小さくする必要があり、既成品のシース熱電対を用いることが困難となっていた。また、径の小さいシース熱電対をフィン間の隙間に通す設置作業も困難であった。

0006

本発明は、このような課題に鑑み、従来と比して容易に性能評価を行うことが可能な性能評価装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために、本発明の性能評価装置は、空気調和装置の室外機に設けられた熱交換器の上流側に配置され、該熱交換器に送風される空気の平均温度を上流平均温度として計測する上流温度センサと、前記室外機から排出される空気の平均温度を下流平均温度として計測する下流温度センサと、前記室外機から排出される空気の風速を計測する風速センサと、前記熱交換器を複数に区画したグリッド毎における、該グリッドの前記上流側の風速と前記風速センサにより計測される風速との風速比に基づいて、前記上流温度センサにより計測された前記上流平均温度と、前記下流温度センサにより計測された前記下流平均温度との温度差をグリッド毎に重み付けし、重み付けした温度差、および、前記風速センサにより計測された風速に基づいて、前記熱交換器の放熱量を導出する熱交換器放熱量導出部と、を備える。

0008

また、前記上流温度センサは、前記熱交換器における前記グリッド毎に配置され、前記上流平均温度は、前記上流温度センサにより計測されたグリッド毎の上流温度が平均された値であるとよい。

0009

また、前記上流温度センサは、異なる金属でなる1対のリード線接合点接合される熱電対であり、前記熱交換器における前記グリッド毎に前記接合点が配置されるとともに、前記複数の接合点にそれぞれ接合された少なくとも同一金属でなる前記リード線の長さが相互に同一であり、各リード線は、一端が前記接合点のいずれかに接合され、他端が他の同一金属でなるリード線の他端と結合されているとよい。

発明の効果

0010

本発明によれば、従来と比して容易に性能評価を行うことが可能な性能評価装置を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0011

実施形態にかかる性能評価システムの構成を説明するための図である。
(a)は、上流熱電対、下流熱電対および風速センサの配置を示す図である。(b)は、上流熱電対の接合点の配置を示す図である。

実施例

0012

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

0013

(性能評価システム1)
図1は、本実施形態にかかる性能評価システム1の構成を説明するための図である。図1に示すように、性能評価システム1は、ビルや学校等の施設に設置され、施設内の空気を冷暖房するGHP(ガスヒートポンプエアコン)10の性能を評価する性能評価装置100によって構成される。なお、GHP10は冷暖房を行うことが可能であるが、本発明の性能評価システム1は冷房運転時のGHP10の性能評価を行うものであるため、GHP10については冷房運転している場合について説明し、暖房運転している場合の説明は省略する。また、図1中、冷房運転時の冷媒の流れを実線の矢印で示す。

0014

GHP10は、施設の屋上等に設置される室外機20、および、施設の内部に設置される室内機30により構成される。室外機20は、ガスエンジン21、コンプレッサ22、室外機熱交換器23、排気ガス熱交換器24、ラジエーター25、室外機ファン26、室外機モータ27、GHP制御部28およびハウジング29を含んで構成される。GHP10では、ガスエンジン21、コンプレッサ22、室外機熱交換器23、排気ガス熱交換器24、ラジエーター25、室外機ファン26、室外機モータ27およびGHP制御部28がハウジング29内に収容されている。

0015

室内機30は、室内の空気と冷媒とで熱交換を行う室内機熱交換器31、室内機熱交換器31に室内の空気を送り熱交換を促進させる室内機ファン32、および、室内機ファン32を回転駆動させる室内機モータ33を含んで構成される。

0016

また、GHP10は、室外機20および室内機30の間で冷媒を循環させる冷媒管41、冷媒の循環方向切り替え四方弁42、および、冷媒を膨張させる膨張弁43を含む冷媒循環系と、室外機20内で冷却水を循環させる冷却水管51を含む冷却水循環系とが設けられている。

0017

冷房運転時の冷媒循環系では、コンプレッサ22の出口と室外機熱交換器23とが、四方弁42を介して冷媒管41によって接続される。また、室外機熱交換器23と室内機熱交換器31とが、膨張弁43を介して冷媒管41によって接続される。また、室内機熱交換器31とコンプレッサ22の入口とが、四方弁42を介して冷媒管41によって接続される。

0018

また、冷房運転時の冷却水循環系では、ガスエンジン21と、排気ガス熱交換器24と、ラジエーター25とが、冷却水管51によって接続される。

0019

ガスエンジン21は、燃料ガス都市ガス等)を燃焼させて回転動力を生成し、生成した回転動力によりコンプレッサ22を回転させる。コンプレッサ22は、ガスエンジン21の回転動力により回転駆動し、冷媒管41を流れる冷媒を圧縮して室外機熱交換器23に送出する。室外機熱交換器23は、ハウジング29に設けられた空気入口29aに沿って配置され、外部から室外機ファン26によりハウジング29内に送風された空気と、室外機熱交換器23に流入した冷媒とで熱交換させ、冷媒を冷却する。室外機熱交換器23を通過した冷媒は、冷媒管41を介して膨張弁43に流入し、膨張弁43で膨張された後、冷媒管41を介して室内機30の室内機熱交換器31に流入する。

0020

室内機熱交換器31に流入した冷媒は、室内機ファン32により室内機30内に送風された空気と熱交換を行うことで加熱された後、冷媒管41によって四方弁42を介して室外機20のコンプレッサ22に流入する。このようにして、GHP10では、冷媒管41内を冷媒が循環し、室内機熱交換器31により室内機30が設置された室内の空気を冷却する。

0021

排気ガス熱交換器24は、ガスエンジン21から排出される排気ガスを冷却して外部に排出する。ラジエーター25は、冷却水管51を循環する冷却水と、室外機ファン26によりハウジング29内に送風された空気とで熱交換させ、冷却水を冷却する。

0022

室外機ファン26は、ハウジング29に設けられた空気出口29bの近傍に配置され、室外機モータ27により回転駆動し、空気入口29aから室外機熱交換器23およびラジエーター25を介して空気出口29bへ空気を送風することにより、室外機熱交換器23とラジエーター25とに空気を送り熱交換を促進させる。

0023

GHP制御部28は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成され、GHP10全体(例えば、ガスエンジン21、室外機モータ27、室内機モータ33等)を制御する。

0024

室内機ファン32は、室内機モータ33により回転駆動し、室内機熱交換器31に空気を送り熱交換を促進させるとともに、室内機熱交換器31により冷却された空気を室内に送風する。

0025

性能評価装置100は、性能評価部101、データロガー102、上流熱電対103、下流熱電対104および風速センサ105を含んで構成される。性能評価部101は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成され、熱交換器放熱量導出部110、室外機製造熱量導出部112、および、COP(Coefficient Of Performance)導出部114として機能する。

0026

データロガー102は、性能評価部101に接続されるとともに、上流熱電対103、下流熱電対104および風速センサ105に接続されており、上流熱電対103および下流熱電対104により計測される上流平均温度および下流平均温度を収集、保存するとともに、風速センサ105により計測される風速を収集、保存する。

0027

図2(a)は、上流熱電対103、下流熱電対104および風速センサ105の配置を示す図であり、図2(b)は、上流熱電対103の接合点120の配置を示す図である。なお、図2(a)においては、説明の便宜上、上流熱電対103の第1熱電対線122および第2熱電対線124の一部を省略している。

0028

図2(a)に示すように、上流熱電対103は、互いに異なる金属でなる複数(本実施形態においては18個)の第1熱電対線122および第2熱電対線124と、第1熱電対線122と同一の金属でなる第1リード線126と、第2熱電対線124と同一の金属でなる第2リード線128とが設けられている。

0029

また、第1熱電対線122および第2熱電対線124の接合点120は、室外機熱交換器23における空気入口29aに臨む側面に対して所定間隔離隔するとともに、図2(b)に示すように、室外機熱交換器23における空気入口29aに臨む側面を9等分した各グリッド160(160a〜160i)にそれぞれ配置されている。なお、グリッド160、および、各グリッド160に配置される接合点120の数については、詳しくは後述する。

0030

また、各接合点120に接合された第1熱電対線122の長さ(各接合点120から第1結合点130までの長さ)は全て同一であり、第1結合点130で全ての第1熱電対線122が第1リード線126に結合される。第1リード線126の一端は、各接合点120に接合された第1熱電対線122が纏めて接合されており、第1リード線126の他端は、データロガー102に接続される。

0031

同様に、各接合点120に接合された第2熱電対線124の長さ(接合点120から第2結合点132までの長さ)は全て同一であり、第2結合点132で全ての第2熱電対線124が第2リード線128に結合される。第2リード線128の一端は、各接合点120に接合された第2熱電対線124が纏めて接合されており、第2リード線128の他端は、データロガー102に接続されている。

0032

このように、各接合点120に接合された第1熱電対線122および第2熱電対線124の長さを同一にすることで、第1熱電対線122および第2熱電対線124それぞれの抵抗を同一にすることができる。これにより、上流熱電対103では、各接合点120での平均温度、つまり、室外機熱交換器23の上流の平均温度(以下、上流平均温度ともいう)を計測することができる。

0033

下流熱電対104は、互いに異なる金属でなる複数(本実施形態においては4つ)の第1熱電対線142および第2熱電対線144と、第1熱電対線142と同一の金属でなる第1リード線146と、第2熱電対線144と同一の金属でなる第2リード線148とが設けられている。

0034

第1熱電対線142および第2熱電対線144の接合点140は、ハウジング29の空気出口29bに所定間隔離隔して配置されている。また、各接合点140に接合された第1熱電対線142の長さ(各接合点140から第1結合点150までの長さ)は全て同一であり、第1結合点150で全ての第1熱電対線142が第1リード線146に結合される。第1リード線146の一端は、各接合点140に接合された第1熱電対線142が纏めて結合されており、第1リード線146の他端は、データロガー102に接続されている。

0035

同様に、各接合点140に接合された第2熱電対線144の長さ(各接合点140から第2結合点152までの長さ)は全て同一であり、第2結合点152で全ての第2熱電対線144が第2リード線148に結合される。第2リード線148の一端は、各接合点140に接合された第2熱電対線144が纏めて接合されており、第2リード線148の他端は、データロガー102に接続されている。

0036

このように、各接合点140に接合された第1熱電対線142および第2熱電対線144の長さを同一にすることで、第1熱電対線142および第2熱電対線144それぞれの抵抗を同一にできる。これにより、下流熱電対104では、各接合点140での平均温度、つまり、ハウジング29から排出される空気の平均温度(以下、下流平均温度ともいう)を計測することができる。なお、下流熱電対104は、ハウジング29から排出される空気の平均温度を計測することが可能であれば、1つの熱電対(接合点)だけ設けられていてもよい。

0037

風速センサ105は、ハウジング29の空気出口29bに配置され、ハウジング29から排出される空気の風速を計測する。

0038

ここで、グリッド160は、室外機熱交換器23を、風向に直交する平面上で9つに区画したものである。室外機熱交換器23の上流側側面は、ハウジング29の空気入口29aに臨んで配置されているが、室外機10が配置される位置によっては、室外機熱交換器23の場所ごとに送り込まれる空気の温度(上流温度)が変化する。また、ハウジング29内における室外機ファン26の位置、空気出口29bの位置との関係によって、室外機熱交換器23の場所ごとで風速が異なる。そこで、グリッド160は、上流温度が同一であり、かつ、風速が同一とみなせる範囲(例えば、1辺が30cmの四角形)を同一のグリッドとなるように区画しており、本実施形態においては9つに区画しているが、その区画数は任意に設定することができる。

0039

そして、本実施形態においては、空気出口29bに近い上方の3つのグリッド160a〜160cと、中央の3つのグリッド160d〜160fと、空気出口29bから遠い3つのグリッド160g〜160iとの風速比が3:2:1であるとし、風速比に応じた数の接合点120が各グリッド160に配置されている。具体的には、図2(b)に示すように、風速比が3であるグリッド160a〜160cには3つの接合点120が配置され、風速比が2であるグリッド160d〜160fには2つの接合点120が配置され、風速比が1であるグリッド160g〜160iには1つの接合点120が配置されている。

0040

図1戻り、性能評価装置100は、冷房運転時の性能評価を常時(リアルタイムで)行うことができる。具体的には、熱交換器放熱量導出部110は、上流熱電対103で計測された上流平均温度と、下流熱電対104で計測された下流平均温度との温度差を、グリッド160毎の風速比に基づいて重み付けした重み付け平均温度差Tを(1)式により導出する。



ここで、Tは重み付け平均温度差(K・m2)であり、anは各グリッド160での上流側の風速と、ハウジング29の空気出口29bでの風速との風速比であり、Snは各グリッド160の面積(m2)であり、tin,aveは上流平均温度(K)であり、tout,aveは下流平均温度(K)であり、nはグリッド数である。なお、各グリッド160の風速比anは、各グリッド160の上流側に風速センサを配置して、予め計測することにより導出することができる。また、各グリッド160の風速比anは、一度導出すれば、風速によらずほぼ変化しないことが過去の測定実績(非特許文献1)により確認されている。

0041

また、熱交換器放熱量導出部110は、導出した重み付け平均温度差Tを用いて(2)式により室外機総熱交換量Qを導出する。



ここで、Qは室外機総熱交換量(W)であり、ρは空気密度(kg/m3)であり、Cpは定圧比熱(kJ/(kg/K))である。

0042

このように、風速比によりグリッド160毎に温度差を重み付けした重み付け平均温度差Tを導出することにより、風速比に比例して放熱量が増加するグリッド160毎の放熱量を、グリッド160毎の下流の温度を計測して個別に導出しなくてもよく、グリッド160毎の放熱量を積算した室外機総熱交換量Qを容易に導出することができる。

0043

室外機製造熱量導出部112は、室外機製造熱量を(3)式により導出する。



ここで、EPは室外機製造熱量(W)であり、ECDは室外機熱交換器23の放熱量(W)であり、EIGはガス消費量(W)であり、ERはラジエーター25の放熱量(W)であり、EXは排ガス熱量(W)である。なお、上記の室外機総熱交換量Qは、室外機熱交換器23の放熱量ECDとラジエーター25の放熱量ERとの合計量である。また、ガス消費量EIGは、ガスエンジン21で消費されたガス量から導出することができ、排ガス熱量EXは、排気ガス熱交換器24から排出される排気ガスの熱量から導出することができる。

0044

(3)式によれば、ガス消費量EIGからラジエーター25の放熱量ERと排ガス熱量EXとを減算することでコンプレッサ22の動力が導出され、室外機熱交換器23の放熱量ECDからコンプレッサ22の動力を減算することで、室外機10で製造される室外機製造熱量EP、つまり、室内機熱交換器31から出力される冷房熱量が導出される。

0045

そして、COP導出部114は、導出した室外機製造熱量EPを用いて(4)式によりCOPを導出する。



ここで、EIEは、電力消費量(W)であり、本実施形態においては室外機モータ27および室内機モータ33の電力消費量が主である。

0046

以上のように、性能評価装置100は、室外機熱交換器23の上流側のグリッド160毎に上流熱電対103の接合点120を配置し、ハウジング29の空気出口29bに下流熱電対104を配置した。そして、上流熱電対103により計測された上流平均温度と、下流熱電対104により計測された下流平均温度との温度差を、予め導出されたグリッド160毎の風速比に基づいて重み付けし、重み付けした重み付け平均温度差T、および、風速センサ105により計測された風速に基づいて、室外機総熱交換量Qを導出する。これにより、室外機熱交換器23の各グリッド160の下流に熱電対を配置する必要がなく、計測装置の設置が容易となり、従来よりも容易に性能評価を行うことができる。

0047

特に、従来技術では、室外機熱交換器23の下流側にグリッド160毎に熱電対を配置する場合には、室外機熱交換器23のフィンのピッチよりも小さい径の特注のシース熱電対を用意する必要があり、かつ、シース熱電対を室外機熱交換器23の下流側に配置する高度な設置技術が必要となる。一方、性能評価装置100では、このような必要が無いため、低コストで性能評価を行うことができるとともに、設置作業を簡略化することができる。

0048

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0049

例えば、上記実施形態においては、GHP10の性能評価を行うようにしたが、これに限らず、EHP電気モータヒートポンプエアコン)の性能評価を行うようにしてもよい。なお、EHPの性能評価を行う場合には、(3)式、(4)式に代えて(5)式および(6)式を用いることになる。






ここで、ETはEHPのコンプレッサの消費電力(W)である。

0050

また、上記実施形態においては、温度センサ(上流温度センサ、下流温度センサ)として熱電対(上流熱電対103、下流熱電対104)を適応するようにしたが、これに限らず、熱電対以外の温度センサ、例えばサーミスタ等を適応してもよい。

0051

また、上記実施形態においては、グリッド160毎に上流熱電対103の接合点120を配置するようにしたが、室外機熱交換器23の上流側に温度分布がなければ、グリッド分割せずに1つの接合点120のみを配置するようにしてもよい。

0052

また、上記実施形態においては、(1)式および(2)式により、室外機熱交換器23の放熱量ECDとラジエーター25の放熱量ERとの合計量として室外機総熱交換量Qを導出するようにしたが、これに限らず、ラジエーター25の放熱量ERを別に導出することができれば、(1)式および(2)式により、室外機熱交換器23の放熱量ECDとして室外機総熱交換量Qを導出するようにしてもよい。

0053

本発明は、室内を空調する空気調和装置の性能評価を行う性能評価装置に利用することができる。

0054

10GHP(空気調和装置)
23室外機熱交換器(熱交換器)
100性能評価装置
103上流熱電対(上流温度センサ)
104 下流熱電対(下流温度センサ)
105風速センサ
110 熱交換器放熱量導出部

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  • 三菱電機株式会社の「 空調システム、空調装置、制御装置及び空調方法」が 公開されました。( 2019/05/09)

    【課題】複数の部屋の空気状態を個別に精度よく調整する。【解決手段】空調システム1は、空調装置2と、風路切替部3a〜3cを備える。空調装置2は、リターン空気を吸い込み、吸い込んだリターン空気を空調し、空... 詳細

  • トヨタホーム株式会社の「 建物の換気システム」が 公開されました。( 2019/05/09)

    【課題】屋外の騒音が屋内に入り込むのを抑制することで、建物内の人が不快感を感じるのを抑制することができる建物の換気システムを提供する。【解決手段】建物10に設けられた換気システム30は、屋外に通じる取... 詳細

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