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空調機器設計システム - 三菱重工業株式会社
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発明の名称 空調機器設計システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−186947(P2003−186947A)
公開日 平成15年7月4日(2003.7.4)
出願番号 特願2001−388545(P2001−388545)
出願日 平成13年12月20日(2001.12.20)
代理人 【識別番号】100102864
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 実
【テーマコード(参考)】
5B046
【Fターム(参考)】
5B046 AA07 JA07 
発明者 末永 潔 / 綱田 知博
要約 課題
設計効率を向上させることのできる空調機器設計システムを提供する。

解決手段
空調機器設計システムは、室内熱交換機、膨張弁、室外熱交換機及び圧縮機から成る空調機器の基本モデルをシミュレーションすることにより得られる性能と前記モデルを試験することにより得られる性能との差をなくすような補正係数を求めるモデル評価システム(10)と、前記モデル評価システムで求められた前記補正係数を反映したシミュレーションに基づいて製作された空調機器を評価する実機評価システム(20)、とを備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】 室内熱交換機、膨張弁、室外熱交換機及び圧縮機から成る空調機器の基本モデルをシミュレーションすることにより得られる性能と前記モデルを試験することにより得られる性能との差をなくすような補正係数を求めるモデル評価システムと、前記モデル評価システムで求められた前記補正係数を反映したシミュレーションに基づいて製作された空調機器を評価する実機評価システム、とを備えた空調機器設計システム。
【請求項2】 前記モデル評価システムは、3D−CADデータに基づいて性能シミュレーションを行う性能シミュレーション部と、前記3D−CADデータに基づいて、所定の解析を行う解析部、とを備え、前記性能シミュレーション部と前記解析部とは相互にフィードバックをかけながらシミュレーション及び解析をそれぞれ実行し、以て前記補正係数を算出する、請求項1に記載の空調機器設計システム。
【請求項3】 前記所定の解析は、構造振動解析、応力解析、流動解析、ヒートバランス解析を含む、請求項2に記載の空調機器設計システム。
【請求項4】前記モデル評価システムは、前記性能シミュレーション部及び前記解析部で得られたデータをパラメータとして記憶する記憶部、を更に備えた請求項2又は3に記載の空調機器設計システム。
【請求項5】 前記補正係数を算出する項目は、空調機器を構成する構造物の固有振動数、構造物の応力、ラジエータ水温、性能及び所定期間の消費電力を含む請求項2乃至4の何れか1項に記載の空調機器設計システム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調機器設計システムに関し、特に設計効率を向上させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、エンジンを用いて冷媒を循環させることにより室内の冷暖房を制御するガスヒートポンプが知られている。
【0003】このガスヒートポンプの開発においては、先ず、シミュレーションにより得られたデータに基づいてガスヒートポンプを実際に製作する。そして、製作されたガスヒートポンプを試験し、この試験の結果に基づいて評価を行う。この評価の結果が不良であれば、パラメータを変えて再度シミュレーションを行い、このシミュレーション結果に基づいて再度ガスヒートポンプを実際に製作する。そして、製作されたガスヒートポンプの試験及び評価を行い、以下、評価の結果が良好になるまで上述した手順が繰り返される。そして、評価の結果が良好になった時点で開発が完了する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来のガスヒートポンプの開発方法によれば、最初の評価で良好な結果が得られると開発が完了するので設計効率は非常に高いと言える。しかしながら、実際には最初の評価で良好な結果が得られることは稀であり、シミュレーション、製作及び評価を繰り返す必要がある。従って、開発に膨大な時間とコストが必要になり、設計効率が悪いという指摘がなされている。
【0005】本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その目的は、設計効率を向上させることのできるガスヒートポンプを始めとする空調機器設計システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の形態]で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0007】上記目的を達成するために、本発明に係る空調機器設計システムは、室内熱交換機、膨張弁、室外熱交換機及び圧縮機から成る空調機器の基本モデルをシミュレーションすることにより得られる性能と前記モデルを試験することにより得られる性能との差をなくすような補正係数を求めるモデル評価システム(10)と、前記モデル評価システムで求められた前記補正係数を反映したシミュレーションに基づいて製作された空調機器を評価する実機評価システム(20)、とを備えている。
【0008】この空調機器設計システムによれば、モデル評価システムで得られた補正係数を反映したシミュレーションに基づいて実際の空調機器が製作されるので、実機試験で測定される性能は所期の性能に非常に一致する。その結果、実機試験における不良、つまり手戻りを減らすことができ、設計効率を向上させることができる。
【0009】この空調機器設計システムにおける前記モデル評価システムは、3D−CADデータに基づいて性能シミュレーションを行う性能シミュレーション部(12)と、前記3D−CADデータに基づいて、所定の解析を行う解析部(13)、とを備え、前記性能シミュレーション部と前記解析部とは相互にフィードバックをかけながらシミュレーション及び解析をそれぞれ実行し、以て前記補正係数を算出するように構成できる。この場合、前記所定の解析は、構造振動解析、応力解析、流動解析、ヒートバランス解析を含むように構成できる。
【0010】この構成によれば、性能シミュレーション部は、解析部の解析結果を反映しながら性能をシミュレーションできるので、シミュレーションの精度が向上する。
【0011】また、前記モデル評価システム(10)は、前記性能シミュレーション部(12)及び前記解析部(13)で得られたデータをパラメータとして記憶する記憶部(14)、を更に備えるように構成できる。この構成によれば、後に、空調機器の性能変更を行う場合に、この記憶部の内容を参照すれば、再度シミュレーション又は解析を行う必要がないので、設計作業の負荷を軽減でき、設計効率を向上させることができる。
【0012】また、本発明の空調機器設計システムでは、前記補正係数を算出する項目は、空調機器を構成する構造物の固有振動数、構造物の応力、ラジエータ水温、性能及び所定期間の消費電力を含むように構成できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る空調機器設計システムを用いた空調機器の開発のフローを示す図である。空調機器の開発においては、商品構想(ステップS1)から評価(ステップS7)という工程を経て商品化がなされる。
【0014】この一連の工程の中で、ステップS2の「商品開発検討」で基本仕様の明確化がなされ(ステップS10)、ステップS3の「基本計画」で基本仕様が決定され(ステップS11)、ステップS6の「製品計画」で詳細仕様が決定される(ステップS12)。
【0015】以下、具体的に説明する。空調機器の開発では、先ず、商品構想が立てられる(ステップS1)。そして、この商品構想に従って商品開発検討が行われる(ステップS2)。この商品開発検討では、後述する記憶部14に格納されている設計マニュアル、トラブル事例集及び各種のデータベースが参照され、基本仕様が明確化される(ステップS10)。
【0016】次いで、基本計画が実行される(ステップS3)。この基本計画では、空調機器の基本性能を試験するために、例えば筐体などを簡単化して、室内熱交換機、膨張弁、室外熱交換機及び圧縮機といった基本構造のみを有するように製作された空調機器の基本モデル(以下、単に「モデル」という)の試験(モデル試験)が行われる。このモデル試験の結果と後述するモデル評価システム10による評価結果とに基づいて、基本仕様が決定される(ステップS11)。
【0017】次いで、コストの妥当性を評価するためのコスト評価(ステップS4)が行われ、その後、モデル全体の評価が行われる(ステップS5)。このステップS5での評価結果が不良(NG)であれば、基本計画の工程に戻り、以下、上述した工程が繰り返される。
【0018】一方、ステップS5での評価結果が良好(OK)であれば、製品計画が実行される(ステップS6)。この製品計画は、実際に商品化される空調機器を製作して行う実機試験である。この実機試験の結果と後述する実機評価システム20による評価結果とに基づいて、詳細仕様が決定される(ステップS12)。
【0019】次いで、実機全体の評価が行われる(ステップS7)。このステップS7での評価結果が不良(NG)であれば、製品計画の工程に戻り、以下、上述した工程が繰り返される。一方、ステップS7での評価結果が良好(OK)であれば開発が完了し、その詳細仕様に従って空調機器が商品化される。
【0020】次に、上述したモデル評価システム10の詳細を説明する。このモデル評価システム10は、例えば汎用コンピュータ、ワークステーション、パーソナルコンピュータといった情報処理装置上に構築される。
【0021】このモデル評価システム10は、図2に示すように、コンピュータプログラムによって作成された、外形配置検討部11、性能シミュレーション部12、解析部13、記憶部14、基本諸元決定部15、基本試作図生成部16及び評価部18から構成されている。なお、符号17で示される基本試作・試験は、人手によってなされる作業である。
【0022】外形配置検討部11では、入力された基本仕様に従って作成された3D−CADのモデルを参照しながら、その外形寸法及び部品配置が検討される。この検討によって決定されたモデルの外形寸法及び配置を表すデータは、性能シミュレーション部12に送られると共に、そのモデルの3D−CADデータは解析部13に送られる。
【0023】性能シミュレーション部12は、外形配置検討部11から送られてくるモデルの外形寸法及び配置を表すデータに基づいて、解析部13からの解析結果を反映して、そのモデルの冷却能力をシミュレーションする。このシミュレーションでは、例えば、空調機器に内蔵される熱交換器をモデル化し、冷媒の種類及び圧縮機の種類等をパラメータとして与えることにより、冷却能力が算出される。性能シミュレーション部12は、シミュレーション結果を、解析部13及び基本諸元決定部15に送る。
【0024】記憶部14は、設計マニュアル、トラブル事例集及び各種データベースを格納している。トラブル事例集には、例えば、空調機器の圧縮機に用いられる潤滑油が冷媒に混じるという問題が生じるが、この問題を回避することができる圧縮機の回転数及び圧力等が記載されている。
【0025】解析部13は、外形配置検討部11からの3D−CADデータに基づいて、性能シミュレーション部12からのシミュレーション結果を反映させて、構造解析、構造振動解析、配管応力解析、流動解析、ヒートバランス解析といった種々の解析を行う。この際、記憶部14からの設計マニュアル、トラブル事例集といったノウハウが参照され、また、各種データベースが使用される。
【0026】より具体的には、解析部13は、解析対象を選択し、選択された解析に必要な3D−CADデータを外形配置検討部11から取り込んでCAE(Computer Aided Engineering)データに変換する。次いで、自動解析メッシュ作成システムによって、メッシュ分割、組み立て、解析条件設定の各処理を経た後に解析を行い、解析結果を性能シミュレーション部12に送る。
【0027】例えば、構造解析では、上記熱交換器を支えるために使用される構造体の応力の解析が行われる。また、構造振動解析では、空調機器に内蔵される回転体の回転に起因して発生する振動の解析が行われる。解析部13は、解析結果を性能シミュレーション部12に送る。これら性能シミュレーション部12及び解析部13は、各々で良好な結果が得られない場合に、相互にフィードバックをかけながらシミュレーション及び解析をそれぞれ実行する。
【0028】また、性能シミュレーション部12におけるシミュレーションの結果及び解析部13における解析の結果は、履歴として記憶部14に蓄積される。この履歴を残すことにより、例えば、空調機器の性能変更を行う場合に、再度、同じパラメータでシミュレーションや解析を行う必要がないので、設計作業の負荷を軽減できる。
【0029】基本諸元決定部15は、性能シミュレーション部12からのシミュレーション結果に基づいて空調機器の基本諸元を決定する。この決定された基本諸元は、基本試作図生成部16に送られる。
【0030】基本試作図生成部16は、基本諸元決定部15からの基本諸元に従って、基本試作図を生成する。この基本試作図生成部16で生成された基本試作図に従って、符号17に示すように、人手によってモデルが製作され、試験が行われる。そして、この試験の結果は評価部18に送られる。
【0031】評価部18は、受け取った試験の結果に基づいてモデルを評価する。この評価結果が不良(NG)であれば、その旨が外形配置検討部11又は性能シミュレーション部12に通知される。外形配置検討部11及び性能シミュレーション部12の何れに通知されるかは、不良の内容によって決定される。そして、通知を受け取った外形配置検討部11は外形寸法及び部品配置といったパラメータを変えて検討を行い、また、性能シミュレーション部12は、冷媒の種類及び圧縮機の種類等といったパラメータを変えてシミュレーションを実行する。以下、評価結果が良好(OK)になるまで、上述した工程が繰り返される。
【0032】この繰り返しの過程で、評価結果が良好(OK)になれば、その時点での空調機器の各種パラメータが基本仕様として決定される。この決定された基本仕様は、記憶部14に格納される。この記憶部14に格納された基本仕様は、実際に空調機器を製作するためのシミュレーションに用いられる(詳細は後述する)。なお、記憶部14に格納された基本仕様は、次回の空調機器の設計やトラブル発生時の原因追跡にも利用できる。
【0033】次に、上述した実機評価システム20の詳細を説明する。この実機評価システム20は、例えば汎用コンピュータ、ワークステーション、パーソナルコンピュータといった情報処理装置上に構築される。なお、この実機評価システム20は、モデル評価システム10を構成する情報処理装置上に構築することができる。
【0034】この実機評価システムは20、コンピュータプログラムによって作成された、ユニット計画部21、性能シミュレーション部22、解析部23、記憶部24、製品試諸元決定部25、製品試作図生成部26及び評価部28から構成されている。なお、符号27で示される製品試作・試験は、人手によってなされる作業である。
【0035】ユニット計画部21では、基本計画(ステップS3)で決定された基本仕様に基づいて作成された3D−CADのユニットが決定される。この決定されたユニットを表すデータは、性能シミュレーション部22に送られると共に、そのユニットの3D−CADデータは解析部23に送られる。
【0036】性能シミュレーション部22は、ユニット計画部21から送られてくるユニットを表すデータに基づいて、解析部23からの解析結果を反映して、その実機の冷却能力をシミュレーションする。このシミュレーション結果は、解析部23に送られて解析に使用されると共に、製品試諸元決定部25に送られる。
【0037】記憶部24は、設計マニュアル、トラブル事例集及び各種データベースを格納している。なお、この記憶部24は、モデル評価システム10の記憶部14と一体に構成することもできる。
【0038】解析部23は、ユニット計画部21からの3D−CADデータに基づいて、性能シミュレーション部22からのシミュレーション結果を反映させて、構造解析、配管応力解析、流動解析、ヒートバランス解析、動特性解析といった種々の解析を行う。この際、記憶部24からの設計マニュアル、トラブル事例集といったノウハウが参照され、また、各種データベースが使用される。この実機評価システム20においても、性能シミュレーション部22及び解析部23は、各々で良好な結果が得られない場合に、相互にフィードバックをかけながらシミュレーション及び解析をそれぞれ実行し、且つ履歴を記憶部24に蓄積する。
【0039】製品試諸元決定部25は、性能シミュレーション部22からのシミュレーション結果に基づいて空調機器の詳細諸元を決定する。この決定された詳細諸元は、製品試作図生成部26に送られる。
【0040】製品試作図生成部26は、製品試諸元決定部25からの詳細諸元に従って、製品試作図を生成する。この製品試作図生成部26で生成された製品試作図に従って、符号27に示すように、人手によって空調機器の実機が試作され、試験が行われる。そして、この試験の結果は評価部28に送られる。
【0041】評価部28は、受け取った試験の結果に基づいて実機を評価する。この評価結果が不良(NG)であれば、その旨がユニット計画部21又は性能シミュレーション部22に通知される。ユニット計画部21及び性能シミュレーション部22の何れに通知されるかは、不良の内容によって決定される。そして、通知を受け取ったユニット計画部21はユニットを変更し、また、性能シミュレーション部22は、変更されたユニットを表すデータに基づいてシミュレーションを実行する。以下、評価結果が良好(OK)になるまで、上述した工程が繰り返される。
【0042】この繰り返しの過程で、評価結果が良好(OK)になれば、その時点での空調機器の各種パラメータが詳細仕様として決定される。この決定された詳細仕様は記憶部24に格納され、次回の空調機器の設計やトラブル発生時の原因追跡に利用される。
【0043】上述したように構成される空調機器設計システムにおいて、基本計画では、人手による実際の試験17及び性能シミュレーション部12によるシミュレーションの各々はパラメータを変えながら行われる。
【0044】今、モデルの実際の試験により測定された性能をA、シミュレーションにより得られた性能をBとする。ところで、一般に、シミュレーションにより得られる性能は、性能シミュレーション部12のシミュレーション精度等に起因して、実機の試験により得られる性能とは必ずしも一致しない。そこで、これらの差を概念的に「A=C・B」と表すことができる。ここで、Cは補正係数であると考えることができる。
【0045】この補正係数Cを算出する項目として、例えば構造振動解析では、「構造物の固有振動数」、配管応力解析では「配管の応力」、性能シミュレーションでは「性能(COP)」、ヒートバランス解析では、「ラジエータ水温(エンジンのオーバーヒート監視)」、動的性能解析では、「期間消費電力」等を挙げることができる。
【0046】空調機器の実機は、この補正係数Cが反映されたパラメータである基本仕様を用いてシミュレーションすることによって製作され、製品計画による実機試験が実行される。このような手順を踏むことにより実機製作時のシミュレーションの精度が向上し、このシミュレーションに基づいて製作された実機の性能と、製品計画で実際に行われる実機試験で測定される性能とが非常に一致する。従って、実機試験における不良、つまり手戻りを減らすことができる。
【0047】以上説明した本発明の実施の形態に係る空調機器設計システムを用いれば、構想・計画段階から製品販売までのフローをシステム化し、製品の管理情報と共に、設計データも同一データベースで管理する製販一体の管理システムを構築できる。
【0048】また、本発明の実施の形態に係る空調機器設計システムを用いれば、作成項目毎にフローチャート化し、作業時に常に確認でき、且つ作業項目についての設計マニュアル・過去のノウハウを簡便に確認できるシステムを構築できる。
【0049】また、本発明の実施形態に係る空調機器設計システムはルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン、海上輸送冷凍機、陸用輸送冷凍機、等の冷熱空調製品へ適用可能である。
【0050】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、設計効率を向上させることのできる空調機器設計システムを提供できる。




 

 


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