(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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おいて複数に区画したグリッド毎に計測点が配置され、前記計測点で計測される上流温度が平均された上流平均温度を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、
予め計測された前記グリッド毎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放熱量導出装置。
【請求項２】
前記上流温度センサは、異なる金属でなる１対の熱電対線が接合点で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１に記載の放熱量導出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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放熱量導出装置に関する。
【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、室外機の熱交換器（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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】野部達夫、芳賀裕輔、中村北斗、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の運用時性能評価手法、日本建築学会環境系論文集、第７６巻  第６６８号、９２７−９３３、２０１１年１０月
【発明の概要】
【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は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放熱量導出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、本発明の放熱量導出装置は、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おいて複数に区画したグリッド毎に計測点が配置され、前記計測点で計測される上流温度が平均された上流平均温度を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、予め計測された前記グリッド毎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。
【０００９】
また、前記上流温度センサは、異なる金属でなる１対のリード線が接合点で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放熱量導出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】（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。
【発明を実施するための形態】
【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、冷媒の循環方向を切り替える四方弁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に戻り、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。
【数１】
0006514607.tif 000002
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。
【数２】
0006514607.tif 000003
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。
【数３】
0006514607.tif 000004
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。
【数４】
0006514607.tif 000005
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。
【数５】
0006514607.tif 000006
【数６】
0006514607.tif 000007
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。
【産業上の利用可能性】
【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放熱量導出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  ＧＨＰ（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
【図１】
0006514607.tif 000008
【図２】
0006514607.tif 000009