JP2004197996A - 空気調和システム及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】室外熱交換器の熱交換モードの変更を可能な限り少なくすることにより、電磁弁等の制御機器を中心としてシステムの耐久性を向上する。
【解決手段】圧縮機と複数台の室外熱交換器とを内蔵した室外ユニットと、室内熱交換器を内蔵した複数台の室内ユニットとをユニット間配管で接続し、前記室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて、前記室外熱交換器の制御を行う空気調和システムにおいて、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転動作を学習する運転学習手段と、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替及び運転容量の変更の少なくとも一方の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】圧縮機と複数台の室外熱交換器とを内蔵した室外ユニットと、室内熱交換器を内蔵した複数台の室内ユニットとをユニット間配管で接続し、前記室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて、前記室外熱交換器の制御を行う空気調和システムにおいて、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転動作を学習する運転学習手段と、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替及び運転容量の変更の少なくとも一方の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室外熱交換器を内蔵した室外ユニットと、室内熱交換器を内蔵した複数台の室内ユニットとから構成され、室内ユニットの要求負荷に応じて室外ユニットにおける室外熱交換器の動作モードもしくは室外ユニットの運転容量を制御する空気調和装置に関る。
【０００２】
【従来の技術】
室外熱交換器を内蔵した室外ユニットと、室内熱交換器を内蔵した複数台の室内ユニットとから構成され、複数室の全てを同時に冷房又は暖房でき、且つ、同時に複数室の幾つかの室を冷房し、他室を暖房できる多室型の空気調和システム（装置）が知られている。この様な空気調和システムにおいては、複数台の室内ユニットの冷房負荷と暖房負荷を認識し、それらの熱バランスによって室外ユニット（室外熱交換器）の運転モード（動作モード）を、当該室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モード、当該室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発機モード、並びに当該室外熱交換器を使用しない運転停止モードのうちの一つに切り替える切替制御が行われている。この切替制御により、室内ユニットの冷暖房運転に伴う熱バランスに適した室外ユニット（室外熱交換器）の運転が可能となる。
【０００３】
また、各運転モード（動作モード）においても、室外熱交換器の運転容量（能力）を変化させて室内ユニットの冷暖房負荷との熱バランスを行うことで、最適で効率の良い運転を行うようにしている。室外熱交換器の運転容量を変化させる手法として、室外熱交換器を複数に分割して、それらを電磁弁、電動弁等で仕切る方法が利用されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３３２６３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この様な空気調和システム（装置）では、室外熱交換器の動作モードもしくは運転容量の切替制御は、室内ユニットの要求負荷によって決定されている。すなわち、各室内ユニットの冷暖房能力や使用状況下での運転モード等のパラメータに基づいて要求負荷値が計算され、この要求負荷値に応じて室外熱交換器の動作モードもしくは室外ユニットの運転容量が切替制御されている。従って、人為的なリモコン操作などによる室内ユニットの運転・停止や、室温条件の変化による頻繁なサーモオン・オフの（設定温度に達した場合に機器が停止、運転する）度に、要求負荷値が大きく変化し、室外熱交換器の動作モードの切替や室外ユニットの運転容量の変更もこれに付随して行われていた。
【０００６】
すなわち、従来においては、運転開始後の安定した状態下で、室内ユニットの運転モード（冷房状態、暖房状態または停止状態）と、それらの状態での稼働室内ユニットの冷暖房能力値とに基づいて、室外ユニット（室外熱交換器）の運転モード及び・又は運転容量が決定されていた。室内ユニットの運転モードは空気調和システム（装置）の全体を制御する制御装置にて検出され、さらにこれらの運転モードでの各稼働室内ユニットの冷暖房能力値は一定値であるので、単純な加算（減算）により要求負荷を決定することができる。
【０００７】
例えば、各稼働中の室内熱交換器の冷暖房能力値の加算（減算）結果が１０ｐｓの暖房能力（要求負荷）を必要としている状態から、リモコン等による操作の結果、５ｐｓの冷房能力（要求負荷）を必要とする状態に切り替わった場合には、室外熱交換器は、１０ｐｓの要求負荷（暖房負荷）を満たすためにその動作モードが蒸発器モードに設定され、運転容量が１０ｐｓ以上に維持されていた状態から、５ｐｓの要求負荷（冷房負荷）を満たすために、動作モードが凝縮器モードに切り替えられ、さらに、運転容量が５ｐｓ以上に維持される状態へ切替制御が行われることになる。
【０００８】
上述したように、この様な要求負荷値の変動に伴う室外熱交換器の切替制御は、室内ユニットの運転モードの切替や、室温条件の変化による頻繁なサーモオン・オフの（設定温度に達した場合に機器が停止、運転する）度に行われる。特に、室外熱交換器の動作モードの変更（凝縮器モードから蒸発器モードもしくは蒸発器モードから凝縮器モードへの切替）は、システム全体の冷媒の挙動を大きく変化させ、少なからず運転室内ユニットの能力を変化させる。これに伴い、室内ユニットから吹き出される吹き出し風の温度が変化するため、ユーザに対する空調性として良好とはいえなかった。また、頻繁な運転モード等の切替・変更動作は、室外熱交換器周辺の電磁弁、電動弁等の耐久性に悪影響を及ぼすものであった。
【０００９】
本発明は上述の事情を考慮してなされたものであり、室外熱交換器の動作モード切替を可能な限り少なくすることにより、電磁弁等の制御機器を中心としてシステムの耐久性を向上し、さらには、システムの安定性（空調性）を向上することができる空気調和システムおよびその運転方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧縮機と、該圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が択一に接続された室外熱交換器とを有した室外ユニットと、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室内側切換弁を介して一端が択一に接続された室内熱交換器を有し、前記室外ユニットとユニット間配管で接続された複数台の室内ユニットとを備え、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、前記室外熱交換器の他端と前記室内熱交換器の他端とに接続された液管とから構成された、前記複数台の室内ユニットが冷暖房同時運転可能な空気調和システムにおいて、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モードと、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発器モードと、前記室外熱交換器を未使用状態とする停止モードとを含む動作モードを備え、前記複数台の室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて前記室外側切換弁の切換制御を行うことで、前記動作モードのうちの一つの動作モードで前記室外熱交換器を動作させる運転制御手段を備えており、前記運転制御手段は、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転パターンを学習する運転学習手段と、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記運転学習手段が、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作に基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測する運転予測手段とを備えており、さらに、前記制御手段は、前記運転予測手段により予測された当該運転パターンに基づいて前記室外熱交換器の動作モードの切替を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記複数台の室内ユニットの各々が配置される室内温度および外気温度の少なくとも一方の、前記所定期間内での温度変化を検出する温度検出手段をさらに備えており、該温度検出手段により得られた温度変化と、前記記憶手段に記憶された前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作とに基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測し、当該運転パターンに基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記運転パターンは、前記室内ユニットの各々が行う冷房もしくは暖房運転のオン・オフ動作の時間的な変化を示したものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、前記所定期間が、時間、日、週間、月もしくは季節を単位とする期間であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記室外熱交換器が、熱交換能力が同一もしくは異なる複数台の熱交換器に分割され、該熱交換器の各々は、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が分岐接続されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【００１６】
請求項７記載の発明は、前記制御装置が、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて前記複数台の熱交換器の各々の動作モードを切り替えることで、前記室外ユニットの運転容量を変更することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、前記室外ユニットが前記圧縮機を駆動するためのガスエンジンをさらに有し、該ガスエンジンのエンジン冷却水と前記圧縮機の吸い込み側の冷媒との熱交換を行うサブ蒸発器を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、圧縮機と、該圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が択一に接続された室外熱交換器とを有した室外ユニットと、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室内側切換弁を介して一端が択一に接続された室内熱交換器を有し、前記室外ユニットとユニット間配管で接続された複数台の室内ユニットとを備え、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、前記室外熱交換器の他端と前記室内熱交換器の他端とに接続された液管とから構成され、前記複数台の室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて前記室外側切換弁の切換制御を行うことで、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モード、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発器モード、前記室外熱交換器を未使用状態とする停止モードのうちの一つの動作モードに設定して、前記室外熱交換器を駆動制御する、前記複数台の室内ユニットが冷暖房同時運転可能な空気調和システムのための運転方法であって、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転動作を記憶する記憶ステップと、該記憶ステップにて記憶された、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作に基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測する予測ステップと、該予測ステップにより予測された運転パターンに基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行う切換ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、前記複数台の室内ユニットの各々が配置される室内温度と外気温度の少なくとも一方の、前記所定期間内での温度変化パターンを検出する温度検出ステップをさらに有しており、前記予測ステップは、前記温度検出ステップにて得られた温度変化と、前記記憶ステップにて記憶された前記複数台の室内ユニットの前記所定期間での運転動作とに基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る空気調和システム（ガスヒートポンプ式冷暖房同時運転マルチシステム）の一実施の形態における冷媒回路（３ウェイマルチシステム冷媒回路）を示す図である。本実施形態では、ガスエンジンを圧縮機の動力源としているが、圧縮機の動力源はこれに限定されるものではない。例えば、電動機等の他の動力源を用いて圧縮機を駆動する空気調和システム（空気調和装置）にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２２】
図１に示されるように、本実施形態の空気調和システムは、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）エンジンにより駆動される圧縮機１と、熱交換容量（能力）の異なる室外熱交換器６，７と、アキュムレータ１３と、電磁弁（３，４，１１，１２）および電動弁（８，９）を基本的に備える室外ユニットＣと、熱交換容量が同じかもしくは異なる室内熱交換器Ａ−２、Ｂ−２を備えた室内ユニットＡ、Ｂと、前記室外ユニットおよび室内ユニットＡ、Ｂとを接続するユニット管配管（低圧管１５、高圧管１６、液管１７）と、空気調和システム全体を制御する制御装置ＣＴとを有して構成されている。
【００２３】
室外ユニットＣにおいて、圧縮機１の冷媒吐出管はオイルセパレータ２に接続した後分岐され、一方の分岐管が室外熱交換器６，７に室外側吐出弁４，３を介して接続されている。また、他の分岐管は各室内ユニットＡ、Ｂの室内熱交換器Ａ−２、Ｂ−２に電磁ユニットＡ，Ｂの電磁弁Ａ―５，Ｂ−５を介して接続されている。これらの分岐管は高圧ガス管１６を構成する。一方、圧縮機１の冷媒吸い込み管はアキュムレータ１３に接続した後分岐され、一方の分岐管が室外吸い込み弁１１，１２を介して室外熱交換器６，７に各々接続されている。また、他の分岐管は各室内ユニットＡ、Ｂに電磁弁Ａ、Ｂの電磁弁Ａ−４，Ｂ−４を介して接続されており、これらの分岐管は低圧ガス管１５を構成する。
【００２４】
さらに、室外側吐出弁４，３及び室外側吸い込み弁１１，１２との接続ポートとは反対側の室外熱交換器６，７の各接続ポートには、室外膨張弁８，９を介して冷媒管（液管）の一端が接続されており、当該冷媒管の他端はレシーバタンク１０を介した後分岐し、一方の分岐管は室内ユニットＡの室内膨張弁Ａ−１を介して室内熱交換器Ａ−２の接続ポートに接続され、他方の分岐管は室内ユニットＢの室内膨張弁Ｂ−１を介して室内熱交換器Ｂ−２の接続ポートに接続されている。なお、室内吸い込み弁Ａ−４と室内吐出弁Ａ−５とは電磁弁ユニットＡを構成しており、室内吸い込み弁Ｂ−４と室内吐出弁Ｂ−５とは電磁弁ユニットＢを構成している。さらに、室外熱交換器６，７の近傍には室外熱交換器６，７と熱交換させるための外気を供給する室外ファン５が配置されており、また、室内熱交換器Ａ−２，Ｂ−２の近傍にも、熱交換用の室内空気を供給する室内ファンＡ−３，Ｂ−３が各々配置されている。
【００２５】
なお、ＣＴは本実施形態の空気調和システム全体の制御を行う制御装置である。当該制御装置ＣＴは、図示されていないが、室外ユニットＣ及び各室内ユニットＡ，Ｂと通信線を介して電気的に接続されており、各ユニットの様々な制御動作を行うように構成されている。また、当該制御装置ＣＴは、従来の空気調和システムの機能である、室外ユニットＣ及び各室内ユニットＡ，Ｂの動作制御や室内ユニットＡ，Ｂの要求負荷に応じた室外ユニットの動作制御ばかりでなく、後述する各室内ユニットＡ，Ｂの運転動作を学習する運転学習機能と各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンの予測を行う機能が新たに設けられている。
【００２６】
また、各室内ユニットＡ，Ｂに室内の空気温度（室内温度）を検出する室内温度検出センサを設けるか、および・または、室外に外気温度を検出するための室外温度センサを設け、検出した室内温度（室外温度）値を制御装置ＣＴへ送信して、上述した運転パターンの予測に利用しても良い。
【００２７】
図２は、本実施形態の空気調和システムにおける制御装置ＣＴ内の運転パターン学習・予測処理を説明するための機能ブロック図であり、図３は、本実施形態の空気調和システムにおける、室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンの学習・予測を行う制御装置の動作を示したフローチャートである。
【００２８】
ここで、図２、３で示されている制御装置ＣＴ内で行われる運転パターン学習・予測機能は、例えば、空気調和システムの主電源のオン時に自動的にスタートしても良く、また、ユーザによりスイッチ等を利用して手動にてスタートしても良い。また、以下の実施形態では、運転パターン学習・予測機能は、時間、日、週間、月、季節等を単位とする所定期間（例えば、２４時間、３日、１週間、１ヶ月、春夏秋冬）内に得られた（蓄積された）室内ユニットの運転動作（運転モードおよびその切替、運転停止等）に関する記憶データに基づいて行われる。この機能により得られる各室内ユニットＡ，Ｂの予測運転パターンを用いて室外熱交換器Ｃの駆動制御（動作モードの切替、運転容量の切替等）を行う。この場合、各室内ユニットの配置される室内の温度（室内温度）の所定期間内での変化パターン、および・または外気温度の所定期間内での変化パターンを運転パターンの予測に利用すれば、より確実な予測を行うことができる。
【００２９】
さて、図３に示されているように、運転パターン学習・予測機能がスタートすると、まず、タイマーがスタートする（Ｓ１）。このタイマーは、所定期間を計時するためのものであるが、必ずしもタイマーを利用する必要ない。例えば、ユーザが手動により所定期間の経過後に本機能をリセットし、再スタートするかまたは停止するように構成してもよい。
【００３０】
タイマーをスタートさせた後、各室内ユニットＡ，Ｂに内蔵されている制御部（図示せず）から、各室内ユニットの運転動作情報（冷暖房オン・オフ状態、冷暖房要求負荷等）が制御装置ＣＴに所定時間間隔（例えば、数分間隔、数十分間隔、もしくは数時間間隔等、特に限定されないが、データの記録が可能な範囲の時間間隔）で送信され、制御装置ＣＴではこれらの運転動作情報を一旦メモリー（図２の記憶部２０）に記憶する（Ｓ２）。なお、本実施形態では、各室内ユニットＡ，Ｂの運転情報を所定期間の間蓄積した後、当該所定期間経過後にこれらの蓄積された運転情報に基づいて運転動作の学習と運転パターンの予測を行っているが、例えば、ある時間に送信されてきた運転情報と前回までに予測された運転パターンとに基づいてリアルタイムで新たな運転パターンを予測し、さらに所定時間間隔経過後に送信されてきた次の運転情報と今回の予測運転パターンとに基づいてさらに新たな運転パターンを予測し、これを所定時間が経過するまで繰り返して行うことで最終的な予測運転パターンを得るようにしても良い。
【００３１】
次に、タイマーによる計時動作により所定期間が経過したかどうかを判断する（Ｓ３）。ここで、まだ所定期間が経過していないと判断されたならば（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ２に戻り、各室内ユニットＡ，Ｂの運転動作情報の取得・メモリーへの記憶を繰り返し行う。一方、ステップＳ３で、所定期間が経過したと判断した場合は（ステップＳ３：ＹＥＳ）、所定期間の間に記憶された運転動作情報に基づいて、所定期間内の各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンを運転パターン学習部２１（図２）で解析する（Ｓ４）。この場合の運転パターンとしては、例えば、室内ユニットＡ，Ｂの各モード（冷房モード、暖房モード）における稼働継続時間および停止継続時間、冷暖房モードの切替パターン（周期性）、切替頻度等が考えられる。
【００３２】
次に、ステップＳ４にて解析（学習）された各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンに基づいて、所定期間経過後に各室内ユニットＡ，Ｂで行われるであろう運転パターンの予測を運転パターン予測部２２（図２）で行う（Ｓ５）。この場合の予測とは、各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンの解析結果から、ある室内ユニット（例えば室内ユニットＡ）の所定期間内での運転状態に規則性があることが分かった（ある室内ユニットが規則的な運転パターンを有する）場合に、当該所定期間経過後においても、当該室内ユニットＡは同様な運転パターンを繰り返すであろうと期待することができることを言う。従って、不規則な運転パターンを有する室内ユニットに関しては、本実施形態の運転パターンの予測を行うことができない。
【００３３】
この様にして得られた規則性のある運転パターン（予測運転パターン）とリアルタイムの室内ユニットＡ，Ｂの要求負荷とに基づいて、所定期間経過後において、室外ユニットＣの室外熱交換器６，７の動作モードの切替制御および・または運転容量の切替制御が室外熱交換器制御部２３（図２）によって行われる（Ｓ６）。
【００３４】
引き続き、運転パターン学習・予測処理を行う必要があると判断されれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、タイマーをリセットして（Ｓ８）、再びステップＳ１から上記処理を繰り返す。また、必要がないと判断されれば（Ｓ７：ＮＯ）、タイマーをストップして（Ｓ９）、再び運転パターン学習・予測処理が要求されるまで待機する（Ｓ１０）。運転パターン学習・予測処理が継続的に行うことがあらかじめ設定されている場合は、ステップＳ７の判断は自動的に“ＹＥＳ”と判定されて、再び所定期間内での運転パターン学習・予測処理が行われて、新たな予測運転パターンを得ることになる。この運転パターン学習・予測処理期間（所定期間）の間は、前回の予測運転パターンとリアルタイムの要求負荷とに基づいて室外熱交換器Ｃが制御されている。
【００３５】
なお、図３の運転パターン学習・予測では、各室内ユニットの運転情報（運転パターン）のみに基づいて、運転パターンに規則性を有する室内ユニットを特定し、当該室内ユニットの所定期間経過後の運転パターンを予測して、この予測運転パターンと室内ユニットのリアルタイムの要求負荷とを考慮して、室外熱交換器の動作モードおよび・または室外ユニットの運転容量の切替制御を行っていたが、ステップＳ２で、各室内ユニットの運転情報以外に、例えば各室内ユニットの配置される室内の室内温度値や外気温度値を温度センサー（図２の室内温度（外気温度）検出部２４）を用いて所定時間間隔毎に検出して、制御装置のメモリー（図２の記憶部２０）へ記憶し、さらに、ステップＳ５で室内温度（外気温度）の変化パターンを解析して（運転パターン（温度変化パターン）学習部２１）、ステップＳ６の室外熱交換器の制御に利用することで、より一層適切な室外熱交換器の切替制御を行うことができる。
【００３６】
なお、図２の室内温度（外気温度）検出部２４自体が、記憶機能と温度変化パターン学習機能を有するものであれば、図２の点線矢印で示されるように、その出力を直接運転パターン予測部２２へ出力してもよい。
【００３７】
図４は、本実施形態の空気調和システムに三台の室内ユニットが設けられた場合の、室内ユニットの運転パターンと、運転パターン学習・予測処理に基づいた室外熱交換器の切替制御動作を示したものである。
【００３８】
ここで、室内ユニットは、１号機、２号機、３号機とし、それぞれの熱交換能力を５ｐｓ、５ｐｓ、６ｐｓとする。また、室外ユニットには１６ｐｓ以上の熱交換能力を有する室外熱交換器が設けられているものとする。この場合、室外熱交換器は、同一のもしくは異なる熱交換能力を有する幾つかの室外熱交換器（合計熱交換能力が１６ｐｓ以上であればよい）に分割されていても良い。さらに、所定期間内の各室外ユニットの記憶運転パターンが図３で示されるように解析されたとする。ここで、図４の最下段のＡ乃至Ｉは、室内ユニット（１乃至３号機）の少なくとも一つが冷暖房オン・オフ（冷房運転開始もしくは停止、暖房運転開始もしくは停止）されたタイミングを示し、各々０レベルから上が冷房オン状態、０レベルから下が暖房オン状態を示している。また、横軸は時間である。
【００３９】
図４では、各室内ユニットの運転パターンの解析より、１号機の運転パターンは規則性があり、２，３号機の運転パターンは不規則であることが分かる。すなわち、１号機は、冷房オン・オフに一定の周期性があることが分かるが、２，３号機は冷房オン・オフや暖房オン・オフ動作が不規則であることがわかる。従って、本実施形態の運転パターン学習・予測処理の結果、以後の室内ユニットにおいて、１号機は図４のような周期性のある運転パターンを繰り返すであろうと予測される。また、２、３号機に関して不規則性な運転パターンであると予測される。これにより２，３号機に関しては、それらのリアルタイムでの要求負荷が直接室外熱交換器の動作モード等の切替制御に影響するが、一方、１号機に関しては、リアルタイムでの要求負荷ではなく、予測運転パターンを考慮した要求負荷が室外熱交換器の動作モード等の切替制御に影響することになる。
【００４０】
具体的には、Ａ−Ｂ間では、３号機（６ｐ）のみが暖房オン状態になっているので、室内ユニットの合計要求負荷（暖房負荷）は６ｐｓとなる。従って、熱バランスを考慮して、室外熱交換器は蒸発器として６ｐｓ以上で駆動される。Ｂ−Ｃ間では、１，２号機がさらに冷房オンされたので、室内ユニットの合計要求負荷は（６ｐｓ―５ｐｓ―５ｐｓ＝―４ｐｓ）となり、４ｐｓの冷房要求負荷となる。従って、熱バランスを考慮して、室外熱交換器は凝縮器として４ｐｓ以上で駆動される。同様にＣ−Ｄ間では、１、２号機のみが冷房オンされているので、室内ユニットの合計要求負荷（冷房負荷）は１０ｐｓとなり、室外熱交換器は凝縮器として１０ｐｓ以上で駆動される。Ｄ−Ｅ間では、１号機のみが冷房オンとなり、室内ユニットの合計要求負荷は５ｐｓの暖房負荷となる。従って、室外熱交換器は凝縮器として５ｐｓ以上で駆動される。Ｅ−Ｆ間では、全ての室内ユニットが停止状態にあるので、室外熱交換器も停止状態となる。Ｆ−Ｇ間では、１，２号機が共に冷房オンとなるので、室外熱交換器は凝縮器として１０ｐｓ以上で駆動される。Ｇ−Ｈ間では、２号機のみが冷房オンとなり、室内ユニットの合計要求負荷は５ｐｓの冷房負荷となるので、室外熱交換器は凝縮器として５ｐｓ以上で駆動される。
【００４１】
一方、Ｈ−Ｉ間では、２号機が冷房オン、３号機が暖房オンで、室内ユニットの合計要求負荷は１ｐｓの暖房負荷となる。従来であれば、室外熱交換器は蒸発器として１ｐｓ以上で駆動される。しかしながら、１号機の運転パターンが規則的であり、Ｈ経過後まもなく１号機が冷房オンされ、室内ユニットの合計要求負荷は４ｐｓの冷房負荷となることが、運転パターン学習・予測処理によりあらかじめ期待されているので、本来であれば、Ｈ−Ｉ間では室外熱交換器は蒸発器として駆動されるのだが、１号機の予測運転パターンにより凝縮器のままで駆動されることになる。
【００４２】
上述したように、Ｈ−Ｉ間では室外熱交換器は１ｐｓの蒸発器として駆動すべきところ、５ｐｓの凝縮器として駆動されたままになっている。Ｈ−Ｉ間の時間が短ければユーザに対する空調性に問題となることはないが、この期間が長ければユーザにとって不快感を与えることになる。この様な場合、例えば、本実施形態の空気調和システム内の未使用室外熱交換器（室外熱交換器を分割して使用している場合に、稼働停止状態にある室外熱交換器）への稼働切替をして、室外熱交換器自体の運転容量を低減させたり、別機能の蒸発器を使用して、室内ユニットの負荷バランスを変化させたりして、可能な限り室外熱交換器の動作モードを切り替えずに室内ユニット側の熱バランスをとり、運転を安定させることができる。ここで、別機能の蒸発器とは、例えば、ガスヒートポンプ式の空気調和システムの場合、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換するサブ蒸発器等が考えられる。この場合、サブ蒸発器は、図１では、例えば、アキュムレータ１３と低圧ガス管１５とを接続する冷媒管１８上に設けることで、サブ蒸発器中のエンジン冷却水と冷媒管中の冷媒との間で熱交換を行うように構成しても良い。
【００４３】
また、この様な室外熱交換器の運転容量の切替でも解決されなければ、例えば、室内ユニットの空気吹き出し口近傍に温度センサーを配置し、ユーザに対する空調性に問題となる温度を検知した場合に、従来の室外熱交換器の切替制御に戻すようにしてもよい。例えば、通常暖房運転を行っている室内ユニットからの吹き出される空気の温度は４５℃を理想とするが、４２℃程度であってもユーザに対する空調性に問題はない。しかしながら、この温度が３８℃以下に低下すると、ユーザに不快感を与え、ユーザに対する空調性として問題となる。従って、空気吹き出し温度が３８℃以下になった段階で従来の室外熱交換器の切替制御に戻るように設定することが好ましい。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、室外ユニットに内蔵される室外熱交換器は熱交換効率の異なる二つの室外熱交換器に分割されていたが、分割数はこれに限定されるものではなく、１台の室外熱交換器または３台以上の室外熱交換器を用いてもよい。また、図１では室内ユニットは２台であったが、室内ユニットの数もこれに限定されるものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、発明に係る空気調和システムによれば、各室内ユニット毎に運転パターンを学習・予測し、その結果を室外熱交換器を含めたシステム制御にフィードバックすることにより、システムの安定性を向上させることができる（すなわち、空調性を安定させることができる）。また、室外熱交換器の熱交換モードの変更を可能な限り少なくすることにより、電磁弁等の制御機器を中心としてシステムの耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和システムの一実施の形態における冷媒回路等を示す回路図である。
【図２】本発明に係わる空気調和システムの運転パターン学習・予測機能を達成する制御装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の空気調和システムにおける、室内ユニットＡ，Ｂの運転動作学習並びに運転パターンの予測を行う制御装置の動作を示したフローチャートである。
【図４】本発明の空気調和システムに三台の室内ユニットが設けられた場合の、室内ユニットの運転パターンと、運転パターン学習・予測処理に基づいた室外熱交換器の切替制御動作を示したものである。
【符号の説明】
１ 圧縮機
６、７ 室外熱交換器
１５ 低圧ガス管
１６ 高圧ガス管
１７ 液管
２０ 記憶部
２１ 運転パターン学習部
２２ 運転パターン予測部
２３ 室外熱交換器制御部
Ａ、Ｂ 室内ユニット
Ｃ 室外ユニット
ＣＴ 制御装置
Ａ−２、Ｂ−２ 室内熱交換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、室外熱交換器を内蔵した室外ユニットと、室内熱交換器を内蔵した複数台の室内ユニットとから構成され、室内ユニットの要求負荷に応じて室外ユニットにおける室外熱交換器の動作モードもしくは室外ユニットの運転容量を制御する空気調和装置に関る。
【０００２】
【従来の技術】
室外熱交換器を内蔵した室外ユニットと、室内熱交換器を内蔵した複数台の室内ユニットとから構成され、複数室の全てを同時に冷房又は暖房でき、且つ、同時に複数室の幾つかの室を冷房し、他室を暖房できる多室型の空気調和システム（装置）が知られている。この様な空気調和システムにおいては、複数台の室内ユニットの冷房負荷と暖房負荷を認識し、それらの熱バランスによって室外ユニット（室外熱交換器）の運転モード（動作モード）を、当該室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モード、当該室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発機モード、並びに当該室外熱交換器を使用しない運転停止モードのうちの一つに切り替える切替制御が行われている。この切替制御により、室内ユニットの冷暖房運転に伴う熱バランスに適した室外ユニット（室外熱交換器）の運転が可能となる。
【０００３】
また、各運転モード（動作モード）においても、室外熱交換器の運転容量（能力）を変化させて室内ユニットの冷暖房負荷との熱バランスを行うことで、最適で効率の良い運転を行うようにしている。室外熱交換器の運転容量を変化させる手法として、室外熱交換器を複数に分割して、それらを電磁弁、電動弁等で仕切る方法が利用されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３３２６３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この様な空気調和システム（装置）では、室外熱交換器の動作モードもしくは運転容量の切替制御は、室内ユニットの要求負荷によって決定されている。すなわち、各室内ユニットの冷暖房能力や使用状況下での運転モード等のパラメータに基づいて要求負荷値が計算され、この要求負荷値に応じて室外熱交換器の動作モードもしくは室外ユニットの運転容量が切替制御されている。従って、人為的なリモコン操作などによる室内ユニットの運転・停止や、室温条件の変化による頻繁なサーモオン・オフの（設定温度に達した場合に機器が停止、運転する）度に、要求負荷値が大きく変化し、室外熱交換器の動作モードの切替や室外ユニットの運転容量の変更もこれに付随して行われていた。
【０００６】
すなわち、従来においては、運転開始後の安定した状態下で、室内ユニットの運転モード（冷房状態、暖房状態または停止状態）と、それらの状態での稼働室内ユニットの冷暖房能力値とに基づいて、室外ユニット（室外熱交換器）の運転モード及び・又は運転容量が決定されていた。室内ユニットの運転モードは空気調和システム（装置）の全体を制御する制御装置にて検出され、さらにこれらの運転モードでの各稼働室内ユニットの冷暖房能力値は一定値であるので、単純な加算（減算）により要求負荷を決定することができる。
【０００７】
例えば、各稼働中の室内熱交換器の冷暖房能力値の加算（減算）結果が１０ｐｓの暖房能力（要求負荷）を必要としている状態から、リモコン等による操作の結果、５ｐｓの冷房能力（要求負荷）を必要とする状態に切り替わった場合には、室外熱交換器は、１０ｐｓの要求負荷（暖房負荷）を満たすためにその動作モードが蒸発器モードに設定され、運転容量が１０ｐｓ以上に維持されていた状態から、５ｐｓの要求負荷（冷房負荷）を満たすために、動作モードが凝縮器モードに切り替えられ、さらに、運転容量が５ｐｓ以上に維持される状態へ切替制御が行われることになる。
【０００８】
上述したように、この様な要求負荷値の変動に伴う室外熱交換器の切替制御は、室内ユニットの運転モードの切替や、室温条件の変化による頻繁なサーモオン・オフの（設定温度に達した場合に機器が停止、運転する）度に行われる。特に、室外熱交換器の動作モードの変更（凝縮器モードから蒸発器モードもしくは蒸発器モードから凝縮器モードへの切替）は、システム全体の冷媒の挙動を大きく変化させ、少なからず運転室内ユニットの能力を変化させる。これに伴い、室内ユニットから吹き出される吹き出し風の温度が変化するため、ユーザに対する空調性として良好とはいえなかった。また、頻繁な運転モード等の切替・変更動作は、室外熱交換器周辺の電磁弁、電動弁等の耐久性に悪影響を及ぼすものであった。
【０００９】
本発明は上述の事情を考慮してなされたものであり、室外熱交換器の動作モード切替を可能な限り少なくすることにより、電磁弁等の制御機器を中心としてシステムの耐久性を向上し、さらには、システムの安定性（空調性）を向上することができる空気調和システムおよびその運転方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧縮機と、該圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が択一に接続された室外熱交換器とを有した室外ユニットと、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室内側切換弁を介して一端が択一に接続された室内熱交換器を有し、前記室外ユニットとユニット間配管で接続された複数台の室内ユニットとを備え、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、前記室外熱交換器の他端と前記室内熱交換器の他端とに接続された液管とから構成された、前記複数台の室内ユニットが冷暖房同時運転可能な空気調和システムにおいて、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モードと、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発器モードと、前記室外熱交換器を未使用状態とする停止モードとを含む動作モードを備え、前記複数台の室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて前記室外側切換弁の切換制御を行うことで、前記動作モードのうちの一つの動作モードで前記室外熱交換器を動作させる運転制御手段を備えており、前記運転制御手段は、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転パターンを学習する運転学習手段と、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記運転学習手段が、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作に基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測する運転予測手段とを備えており、さらに、前記制御手段は、前記運転予測手段により予測された当該運転パターンに基づいて前記室外熱交換器の動作モードの切替を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記複数台の室内ユニットの各々が配置される室内温度および外気温度の少なくとも一方の、前記所定期間内での温度変化を検出する温度検出手段をさらに備えており、該温度検出手段により得られた温度変化と、前記記憶手段に記憶された前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作とに基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測し、当該運転パターンに基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記運転パターンは、前記室内ユニットの各々が行う冷房もしくは暖房運転のオン・オフ動作の時間的な変化を示したものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、前記所定期間が、時間、日、週間、月もしくは季節を単位とする期間であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記室外熱交換器が、熱交換能力が同一もしくは異なる複数台の熱交換器に分割され、該熱交換器の各々は、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が分岐接続されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【００１６】
請求項７記載の発明は、前記制御装置が、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて前記複数台の熱交換器の各々の動作モードを切り替えることで、前記室外ユニットの運転容量を変更することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、前記室外ユニットが前記圧縮機を駆動するためのガスエンジンをさらに有し、該ガスエンジンのエンジン冷却水と前記圧縮機の吸い込み側の冷媒との熱交換を行うサブ蒸発器を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、圧縮機と、該圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が択一に接続された室外熱交換器とを有した室外ユニットと、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室内側切換弁を介して一端が択一に接続された室内熱交換器を有し、前記室外ユニットとユニット間配管で接続された複数台の室内ユニットとを備え、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、前記室外熱交換器の他端と前記室内熱交換器の他端とに接続された液管とから構成され、前記複数台の室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて前記室外側切換弁の切換制御を行うことで、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モード、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発器モード、前記室外熱交換器を未使用状態とする停止モードのうちの一つの動作モードに設定して、前記室外熱交換器を駆動制御する、前記複数台の室内ユニットが冷暖房同時運転可能な空気調和システムのための運転方法であって、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転動作を記憶する記憶ステップと、該記憶ステップにて記憶された、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作に基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測する予測ステップと、該予測ステップにより予測された運転パターンに基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行う切換ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、前記複数台の室内ユニットの各々が配置される室内温度と外気温度の少なくとも一方の、前記所定期間内での温度変化パターンを検出する温度検出ステップをさらに有しており、前記予測ステップは、前記温度検出ステップにて得られた温度変化と、前記記憶ステップにて記憶された前記複数台の室内ユニットの前記所定期間での運転動作とに基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る空気調和システム（ガスヒートポンプ式冷暖房同時運転マルチシステム）の一実施の形態における冷媒回路（３ウェイマルチシステム冷媒回路）を示す図である。本実施形態では、ガスエンジンを圧縮機の動力源としているが、圧縮機の動力源はこれに限定されるものではない。例えば、電動機等の他の動力源を用いて圧縮機を駆動する空気調和システム（空気調和装置）にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２２】
図１に示されるように、本実施形態の空気調和システムは、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）エンジンにより駆動される圧縮機１と、熱交換容量（能力）の異なる室外熱交換器６，７と、アキュムレータ１３と、電磁弁（３，４，１１，１２）および電動弁（８，９）を基本的に備える室外ユニットＣと、熱交換容量が同じかもしくは異なる室内熱交換器Ａ−２、Ｂ−２を備えた室内ユニットＡ、Ｂと、前記室外ユニットおよび室内ユニットＡ、Ｂとを接続するユニット管配管（低圧管１５、高圧管１６、液管１７）と、空気調和システム全体を制御する制御装置ＣＴとを有して構成されている。
【００２３】
室外ユニットＣにおいて、圧縮機１の冷媒吐出管はオイルセパレータ２に接続した後分岐され、一方の分岐管が室外熱交換器６，７に室外側吐出弁４，３を介して接続されている。また、他の分岐管は各室内ユニットＡ、Ｂの室内熱交換器Ａ−２、Ｂ−２に電磁ユニットＡ，Ｂの電磁弁Ａ―５，Ｂ−５を介して接続されている。これらの分岐管は高圧ガス管１６を構成する。一方、圧縮機１の冷媒吸い込み管はアキュムレータ１３に接続した後分岐され、一方の分岐管が室外吸い込み弁１１，１２を介して室外熱交換器６，７に各々接続されている。また、他の分岐管は各室内ユニットＡ、Ｂに電磁弁Ａ、Ｂの電磁弁Ａ−４，Ｂ−４を介して接続されており、これらの分岐管は低圧ガス管１５を構成する。
【００２４】
さらに、室外側吐出弁４，３及び室外側吸い込み弁１１，１２との接続ポートとは反対側の室外熱交換器６，７の各接続ポートには、室外膨張弁８，９を介して冷媒管（液管）の一端が接続されており、当該冷媒管の他端はレシーバタンク１０を介した後分岐し、一方の分岐管は室内ユニットＡの室内膨張弁Ａ−１を介して室内熱交換器Ａ−２の接続ポートに接続され、他方の分岐管は室内ユニットＢの室内膨張弁Ｂ−１を介して室内熱交換器Ｂ−２の接続ポートに接続されている。なお、室内吸い込み弁Ａ−４と室内吐出弁Ａ−５とは電磁弁ユニットＡを構成しており、室内吸い込み弁Ｂ−４と室内吐出弁Ｂ−５とは電磁弁ユニットＢを構成している。さらに、室外熱交換器６，７の近傍には室外熱交換器６，７と熱交換させるための外気を供給する室外ファン５が配置されており、また、室内熱交換器Ａ−２，Ｂ−２の近傍にも、熱交換用の室内空気を供給する室内ファンＡ−３，Ｂ−３が各々配置されている。
【００２５】
なお、ＣＴは本実施形態の空気調和システム全体の制御を行う制御装置である。当該制御装置ＣＴは、図示されていないが、室外ユニットＣ及び各室内ユニットＡ，Ｂと通信線を介して電気的に接続されており、各ユニットの様々な制御動作を行うように構成されている。また、当該制御装置ＣＴは、従来の空気調和システムの機能である、室外ユニットＣ及び各室内ユニットＡ，Ｂの動作制御や室内ユニットＡ，Ｂの要求負荷に応じた室外ユニットの動作制御ばかりでなく、後述する各室内ユニットＡ，Ｂの運転動作を学習する運転学習機能と各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンの予測を行う機能が新たに設けられている。
【００２６】
また、各室内ユニットＡ，Ｂに室内の空気温度（室内温度）を検出する室内温度検出センサを設けるか、および・または、室外に外気温度を検出するための室外温度センサを設け、検出した室内温度（室外温度）値を制御装置ＣＴへ送信して、上述した運転パターンの予測に利用しても良い。
【００２７】
図２は、本実施形態の空気調和システムにおける制御装置ＣＴ内の運転パターン学習・予測処理を説明するための機能ブロック図であり、図３は、本実施形態の空気調和システムにおける、室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンの学習・予測を行う制御装置の動作を示したフローチャートである。
【００２８】
ここで、図２、３で示されている制御装置ＣＴ内で行われる運転パターン学習・予測機能は、例えば、空気調和システムの主電源のオン時に自動的にスタートしても良く、また、ユーザによりスイッチ等を利用して手動にてスタートしても良い。また、以下の実施形態では、運転パターン学習・予測機能は、時間、日、週間、月、季節等を単位とする所定期間（例えば、２４時間、３日、１週間、１ヶ月、春夏秋冬）内に得られた（蓄積された）室内ユニットの運転動作（運転モードおよびその切替、運転停止等）に関する記憶データに基づいて行われる。この機能により得られる各室内ユニットＡ，Ｂの予測運転パターンを用いて室外熱交換器Ｃの駆動制御（動作モードの切替、運転容量の切替等）を行う。この場合、各室内ユニットの配置される室内の温度（室内温度）の所定期間内での変化パターン、および・または外気温度の所定期間内での変化パターンを運転パターンの予測に利用すれば、より確実な予測を行うことができる。
【００２９】
さて、図３に示されているように、運転パターン学習・予測機能がスタートすると、まず、タイマーがスタートする（Ｓ１）。このタイマーは、所定期間を計時するためのものであるが、必ずしもタイマーを利用する必要ない。例えば、ユーザが手動により所定期間の経過後に本機能をリセットし、再スタートするかまたは停止するように構成してもよい。
【００３０】
タイマーをスタートさせた後、各室内ユニットＡ，Ｂに内蔵されている制御部（図示せず）から、各室内ユニットの運転動作情報（冷暖房オン・オフ状態、冷暖房要求負荷等）が制御装置ＣＴに所定時間間隔（例えば、数分間隔、数十分間隔、もしくは数時間間隔等、特に限定されないが、データの記録が可能な範囲の時間間隔）で送信され、制御装置ＣＴではこれらの運転動作情報を一旦メモリー（図２の記憶部２０）に記憶する（Ｓ２）。なお、本実施形態では、各室内ユニットＡ，Ｂの運転情報を所定期間の間蓄積した後、当該所定期間経過後にこれらの蓄積された運転情報に基づいて運転動作の学習と運転パターンの予測を行っているが、例えば、ある時間に送信されてきた運転情報と前回までに予測された運転パターンとに基づいてリアルタイムで新たな運転パターンを予測し、さらに所定時間間隔経過後に送信されてきた次の運転情報と今回の予測運転パターンとに基づいてさらに新たな運転パターンを予測し、これを所定時間が経過するまで繰り返して行うことで最終的な予測運転パターンを得るようにしても良い。
【００３１】
次に、タイマーによる計時動作により所定期間が経過したかどうかを判断する（Ｓ３）。ここで、まだ所定期間が経過していないと判断されたならば（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ２に戻り、各室内ユニットＡ，Ｂの運転動作情報の取得・メモリーへの記憶を繰り返し行う。一方、ステップＳ３で、所定期間が経過したと判断した場合は（ステップＳ３：ＹＥＳ）、所定期間の間に記憶された運転動作情報に基づいて、所定期間内の各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンを運転パターン学習部２１（図２）で解析する（Ｓ４）。この場合の運転パターンとしては、例えば、室内ユニットＡ，Ｂの各モード（冷房モード、暖房モード）における稼働継続時間および停止継続時間、冷暖房モードの切替パターン（周期性）、切替頻度等が考えられる。
【００３２】
次に、ステップＳ４にて解析（学習）された各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンに基づいて、所定期間経過後に各室内ユニットＡ，Ｂで行われるであろう運転パターンの予測を運転パターン予測部２２（図２）で行う（Ｓ５）。この場合の予測とは、各室内ユニットＡ，Ｂの運転パターンの解析結果から、ある室内ユニット（例えば室内ユニットＡ）の所定期間内での運転状態に規則性があることが分かった（ある室内ユニットが規則的な運転パターンを有する）場合に、当該所定期間経過後においても、当該室内ユニットＡは同様な運転パターンを繰り返すであろうと期待することができることを言う。従って、不規則な運転パターンを有する室内ユニットに関しては、本実施形態の運転パターンの予測を行うことができない。
【００３３】
この様にして得られた規則性のある運転パターン（予測運転パターン）とリアルタイムの室内ユニットＡ，Ｂの要求負荷とに基づいて、所定期間経過後において、室外ユニットＣの室外熱交換器６，７の動作モードの切替制御および・または運転容量の切替制御が室外熱交換器制御部２３（図２）によって行われる（Ｓ６）。
【００３４】
引き続き、運転パターン学習・予測処理を行う必要があると判断されれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、タイマーをリセットして（Ｓ８）、再びステップＳ１から上記処理を繰り返す。また、必要がないと判断されれば（Ｓ７：ＮＯ）、タイマーをストップして（Ｓ９）、再び運転パターン学習・予測処理が要求されるまで待機する（Ｓ１０）。運転パターン学習・予測処理が継続的に行うことがあらかじめ設定されている場合は、ステップＳ７の判断は自動的に“ＹＥＳ”と判定されて、再び所定期間内での運転パターン学習・予測処理が行われて、新たな予測運転パターンを得ることになる。この運転パターン学習・予測処理期間（所定期間）の間は、前回の予測運転パターンとリアルタイムの要求負荷とに基づいて室外熱交換器Ｃが制御されている。
【００３５】
なお、図３の運転パターン学習・予測では、各室内ユニットの運転情報（運転パターン）のみに基づいて、運転パターンに規則性を有する室内ユニットを特定し、当該室内ユニットの所定期間経過後の運転パターンを予測して、この予測運転パターンと室内ユニットのリアルタイムの要求負荷とを考慮して、室外熱交換器の動作モードおよび・または室外ユニットの運転容量の切替制御を行っていたが、ステップＳ２で、各室内ユニットの運転情報以外に、例えば各室内ユニットの配置される室内の室内温度値や外気温度値を温度センサー（図２の室内温度（外気温度）検出部２４）を用いて所定時間間隔毎に検出して、制御装置のメモリー（図２の記憶部２０）へ記憶し、さらに、ステップＳ５で室内温度（外気温度）の変化パターンを解析して（運転パターン（温度変化パターン）学習部２１）、ステップＳ６の室外熱交換器の制御に利用することで、より一層適切な室外熱交換器の切替制御を行うことができる。
【００３６】
なお、図２の室内温度（外気温度）検出部２４自体が、記憶機能と温度変化パターン学習機能を有するものであれば、図２の点線矢印で示されるように、その出力を直接運転パターン予測部２２へ出力してもよい。
【００３７】
図４は、本実施形態の空気調和システムに三台の室内ユニットが設けられた場合の、室内ユニットの運転パターンと、運転パターン学習・予測処理に基づいた室外熱交換器の切替制御動作を示したものである。
【００３８】
ここで、室内ユニットは、１号機、２号機、３号機とし、それぞれの熱交換能力を５ｐｓ、５ｐｓ、６ｐｓとする。また、室外ユニットには１６ｐｓ以上の熱交換能力を有する室外熱交換器が設けられているものとする。この場合、室外熱交換器は、同一のもしくは異なる熱交換能力を有する幾つかの室外熱交換器（合計熱交換能力が１６ｐｓ以上であればよい）に分割されていても良い。さらに、所定期間内の各室外ユニットの記憶運転パターンが図３で示されるように解析されたとする。ここで、図４の最下段のＡ乃至Ｉは、室内ユニット（１乃至３号機）の少なくとも一つが冷暖房オン・オフ（冷房運転開始もしくは停止、暖房運転開始もしくは停止）されたタイミングを示し、各々０レベルから上が冷房オン状態、０レベルから下が暖房オン状態を示している。また、横軸は時間である。
【００３９】
図４では、各室内ユニットの運転パターンの解析より、１号機の運転パターンは規則性があり、２，３号機の運転パターンは不規則であることが分かる。すなわち、１号機は、冷房オン・オフに一定の周期性があることが分かるが、２，３号機は冷房オン・オフや暖房オン・オフ動作が不規則であることがわかる。従って、本実施形態の運転パターン学習・予測処理の結果、以後の室内ユニットにおいて、１号機は図４のような周期性のある運転パターンを繰り返すであろうと予測される。また、２、３号機に関して不規則性な運転パターンであると予測される。これにより２，３号機に関しては、それらのリアルタイムでの要求負荷が直接室外熱交換器の動作モード等の切替制御に影響するが、一方、１号機に関しては、リアルタイムでの要求負荷ではなく、予測運転パターンを考慮した要求負荷が室外熱交換器の動作モード等の切替制御に影響することになる。
【００４０】
具体的には、Ａ−Ｂ間では、３号機（６ｐ）のみが暖房オン状態になっているので、室内ユニットの合計要求負荷（暖房負荷）は６ｐｓとなる。従って、熱バランスを考慮して、室外熱交換器は蒸発器として６ｐｓ以上で駆動される。Ｂ−Ｃ間では、１，２号機がさらに冷房オンされたので、室内ユニットの合計要求負荷は（６ｐｓ―５ｐｓ―５ｐｓ＝―４ｐｓ）となり、４ｐｓの冷房要求負荷となる。従って、熱バランスを考慮して、室外熱交換器は凝縮器として４ｐｓ以上で駆動される。同様にＣ−Ｄ間では、１、２号機のみが冷房オンされているので、室内ユニットの合計要求負荷（冷房負荷）は１０ｐｓとなり、室外熱交換器は凝縮器として１０ｐｓ以上で駆動される。Ｄ−Ｅ間では、１号機のみが冷房オンとなり、室内ユニットの合計要求負荷は５ｐｓの暖房負荷となる。従って、室外熱交換器は凝縮器として５ｐｓ以上で駆動される。Ｅ−Ｆ間では、全ての室内ユニットが停止状態にあるので、室外熱交換器も停止状態となる。Ｆ−Ｇ間では、１，２号機が共に冷房オンとなるので、室外熱交換器は凝縮器として１０ｐｓ以上で駆動される。Ｇ−Ｈ間では、２号機のみが冷房オンとなり、室内ユニットの合計要求負荷は５ｐｓの冷房負荷となるので、室外熱交換器は凝縮器として５ｐｓ以上で駆動される。
【００４１】
一方、Ｈ−Ｉ間では、２号機が冷房オン、３号機が暖房オンで、室内ユニットの合計要求負荷は１ｐｓの暖房負荷となる。従来であれば、室外熱交換器は蒸発器として１ｐｓ以上で駆動される。しかしながら、１号機の運転パターンが規則的であり、Ｈ経過後まもなく１号機が冷房オンされ、室内ユニットの合計要求負荷は４ｐｓの冷房負荷となることが、運転パターン学習・予測処理によりあらかじめ期待されているので、本来であれば、Ｈ−Ｉ間では室外熱交換器は蒸発器として駆動されるのだが、１号機の予測運転パターンにより凝縮器のままで駆動されることになる。
【００４２】
上述したように、Ｈ−Ｉ間では室外熱交換器は１ｐｓの蒸発器として駆動すべきところ、５ｐｓの凝縮器として駆動されたままになっている。Ｈ−Ｉ間の時間が短ければユーザに対する空調性に問題となることはないが、この期間が長ければユーザにとって不快感を与えることになる。この様な場合、例えば、本実施形態の空気調和システム内の未使用室外熱交換器（室外熱交換器を分割して使用している場合に、稼働停止状態にある室外熱交換器）への稼働切替をして、室外熱交換器自体の運転容量を低減させたり、別機能の蒸発器を使用して、室内ユニットの負荷バランスを変化させたりして、可能な限り室外熱交換器の動作モードを切り替えずに室内ユニット側の熱バランスをとり、運転を安定させることができる。ここで、別機能の蒸発器とは、例えば、ガスヒートポンプ式の空気調和システムの場合、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換するサブ蒸発器等が考えられる。この場合、サブ蒸発器は、図１では、例えば、アキュムレータ１３と低圧ガス管１５とを接続する冷媒管１８上に設けることで、サブ蒸発器中のエンジン冷却水と冷媒管中の冷媒との間で熱交換を行うように構成しても良い。
【００４３】
また、この様な室外熱交換器の運転容量の切替でも解決されなければ、例えば、室内ユニットの空気吹き出し口近傍に温度センサーを配置し、ユーザに対する空調性に問題となる温度を検知した場合に、従来の室外熱交換器の切替制御に戻すようにしてもよい。例えば、通常暖房運転を行っている室内ユニットからの吹き出される空気の温度は４５℃を理想とするが、４２℃程度であってもユーザに対する空調性に問題はない。しかしながら、この温度が３８℃以下に低下すると、ユーザに不快感を与え、ユーザに対する空調性として問題となる。従って、空気吹き出し温度が３８℃以下になった段階で従来の室外熱交換器の切替制御に戻るように設定することが好ましい。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、室外ユニットに内蔵される室外熱交換器は熱交換効率の異なる二つの室外熱交換器に分割されていたが、分割数はこれに限定されるものではなく、１台の室外熱交換器または３台以上の室外熱交換器を用いてもよい。また、図１では室内ユニットは２台であったが、室内ユニットの数もこれに限定されるものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、発明に係る空気調和システムによれば、各室内ユニット毎に運転パターンを学習・予測し、その結果を室外熱交換器を含めたシステム制御にフィードバックすることにより、システムの安定性を向上させることができる（すなわち、空調性を安定させることができる）。また、室外熱交換器の熱交換モードの変更を可能な限り少なくすることにより、電磁弁等の制御機器を中心としてシステムの耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和システムの一実施の形態における冷媒回路等を示す回路図である。
【図２】本発明に係わる空気調和システムの運転パターン学習・予測機能を達成する制御装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の空気調和システムにおける、室内ユニットＡ，Ｂの運転動作学習並びに運転パターンの予測を行う制御装置の動作を示したフローチャートである。
【図４】本発明の空気調和システムに三台の室内ユニットが設けられた場合の、室内ユニットの運転パターンと、運転パターン学習・予測処理に基づいた室外熱交換器の切替制御動作を示したものである。
【符号の説明】
１ 圧縮機
６、７ 室外熱交換器
１５ 低圧ガス管
１６ 高圧ガス管
１７ 液管
２０ 記憶部
２１ 運転パターン学習部
２２ 運転パターン予測部
２３ 室外熱交換器制御部
Ａ、Ｂ 室内ユニット
Ｃ 室外ユニット
ＣＴ 制御装置
Ａ−２、Ｂ−２ 室内熱交換器
Claims (10)
- 圧縮機と、該圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が択一に接続された室外熱交換器とを有した室外ユニットと、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室内側切換弁を介して一端が択一に接続された室内熱交換器を有し、前記室外ユニットとユニット間配管で接続された複数台の室内ユニットとを備え、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、前記室外熱交換器の他端と前記室内熱交換器の他端とに接続された液管とから構成された、前記複数台の室内ユニットが冷暖房同時運転可能な空気調和システムにおいて、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モードと、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発器モードと、前記室外熱交換器を未使用状態とする停止モードとを含む動作モードを備え、前記複数台の室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて前記室外側切換弁の切換制御を行うことで、前記動作モードのうちの一つの動作モードで前記室外熱交換器を動作させる運転制御手段を備えており、前記運転制御手段は、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転パターンを学習する運転学習手段と、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行う制御手段とを備えたことを特徴とする空気調和システム。
- 前記運転学習手段は、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作に基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測する運転予測手段とを備えており、前記制御手段は、前記運転予測手段により予測された前記運転パターンに基づいて前記室外熱交換器の動作モードの切替を行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
- 前記複数台の室内ユニットの各々が配置される室内温度および外気温度の少なくとも一方の、前記所定期間内での温度変化を検出する温度検出手段をさらに備えており、該温度検出手段により得られた温度変化と、前記記憶手段に記憶された前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作とに基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測し、当該運転パターンに基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行うことを特徴とする請求項２記載の空気調和システム。
- 前記運転パターンは、前記室内ユニットの各々が行う冷房もしくは暖房運転のオン・オフ動作の時間的な変化を示したものであることを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
- 前記所定期間とは、時間、日、週間、月もしくは季節を単位とする期間であることを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
- 前記室外熱交換器は、熱交換能力が同一もしくは異なる複数台の熱交換器に分割され、該熱交換器の各々は、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室外切換弁を介して一端が分岐接続されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
- 前記制御装置は、該運転学習手段により得られた学習結果に基づいて前記複数台の熱交換器の各々の動作モードを切り替えることで、前記室外ユニットの運転容量を変更することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
- 前記室外ユニットは前記圧縮機を駆動するためのガスエンジンと、該ガスエンジンのエンジン冷却水と前記圧縮機の吸込側の冷媒との熱交換を行うサブ蒸発器とをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
- 圧縮機と、該圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管に室外側切換弁を介して一端が択一に接続された室外熱交換器とを有した室外ユニットと、前記圧縮機の前記冷媒吐出管と前記冷媒吸込管に室内側切換弁を介して一端が択一に接続された室内熱交換器を有し、前記室外ユニットとユニット間配管で接続された複数台の室内ユニットとを備え、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、前記室外熱交換器の他端と前記室内熱交換器の他端とに接続された液管とから構成され、前記複数台の室内ユニットの冷暖房要求負荷に応じて前記室外側切換弁の切換制御を行うことで、前記室外熱交換器を凝縮器として機能させる凝縮器モード、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蒸発器モード、前記室外熱交換器を未使用状態とする停止モードのうちの一つの動作モードに設定して、前記室外熱交換器を駆動制御する、前記複数台の室内ユニットが冷暖房同時運転可能な空気調和システムのための運転方法であって、前記複数台の室内ユニットの所定期間内での運転動作を記憶する記憶ステップと、該記憶ステップにて記憶された、前記複数台の室内ユニットの前記所定期間内での運転動作に基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測する予測ステップと、該予測ステップにより予測された運転パターンに基づいて、前記室外熱交換器の動作モードの切替を行う切換ステップとを備えたことを特徴とする運転方法。
- 前記複数台の室内ユニットの各々が配置される室内温度と外気温度の少なくとも一方の、前記所定期間内での温度変化を検出する温度検出ステップをさらに有しており、前記予測ステップは、前記温度検出ステップにて得られた温度変化と、前記記憶ステップにて記憶された前記複数台の室内ユニットの前記所定期間での運転動作とに基づいて、前記所定期間経過後の前記複数台の室内ユニットの運転パターンを予測することを特徴とする請求項９記載の運転方法。
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