JP2008175409A - 空気調和システムの運転制御方法及び空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ消費効率を向上させることができる空気調和システムの運転制御方法等を得る。
【解決手段】複数の負荷側ユニット２００における負荷側熱交換器２０１において冷媒との間で熱交換を行う空気に対して設定された目標の温度と、実際の空気の温度との温度差を算出する工程と、各負荷側ユニット２００における温度差に基づいて、各負荷側熱交換器２０１の冷媒流出側における暖房運転時の目標過冷却度又は冷房運転時の目標過熱度をそれぞれ決定し、さらに、負荷側熱交換器２０１における暖房運転時の目標凝縮温度又は冷房運転時の目標蒸発温度を決定して熱源側ユニット１００に設けられた装置を制御する工程とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを利用した空気調和システムに関するものである。特に複数の負荷側ユニットにおける各負荷と能力とのバランスを図り、エネルギ消費効率の向上を図るためのものである。

例えば、冷暖房運転を行うことができる空気調和システムの性能を表すために、ＣＯＰ（Coefficient of Performance ：エネルギ消費効率）だけでなく、ＡＰＦ（Annual Performance Factor：通年エネルギ消費効率）が省エネルギにおける基準として用いられるようになっている。

例えば、ＡＰＦの場合には、年間を通したシステムの運転状況を加味した効率が評価されるため、例えば、春季、秋季等のように比較的気候が穏やかな時期の暖房又は冷房（いわゆる中間暖房、中間冷房）運転の効率も考慮した空気調和システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−７９６５０号公報

エネルギ消費効率を向上させるには、消費電力に対する暖房能力又は冷房能力（負荷ユニット側に供給する時間当たりの熱量。以下、これらを能力という）を高くする必要がある。例えば店舗、ビル等に設けられる空気調和システムの場合には、通常、複数の負荷側ユニット（室内機）と１又は複数の熱源側ユニット（室外機）とが配管接続されて冷媒回路が構成される。このような空気調和システムでは、室温の目標として利用者が設定する温度（設定温度）、実際の室温（空気の温度）等の環境が異なることにより、各負荷側ユニットにおける空調負荷（その負荷側ユニットにおいて必要とする熱量。以下、負荷という）の大きさが異なることがある。

このような場合に、負荷の大小に関わらず、同じような暖房又は冷房運転制御を行うと、負荷が小さい負荷側ユニットでは必要な熱量がすぐに熱交換され、運転の開始又は一時停止（以下、発停という）が頻繁に行われるため、消費電力が高まってしまう。ここで、中間暖房又は中間冷房時の運転は負荷が小さい傾向にあるため、通年におけるエネルギ消費効率を向上させるためには、特に中間暖房又は中間冷房時の運転における性能を改善する必要がある。

また、熱源側ユニットにおいても、エネルギ消費効率を向上させるためには、できる限り圧縮機の圧縮比を抑えることが必要であり、そのためにはすべての負荷側ユニットの負荷に合った能力を判断し、必要以上の能力供給を抑える必要がある。

そこで、本発明は上記のような問題を解決し、エネルギ消費効率を向上させることができる空気調和システムの運転制御方法等を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和システムの運転制御方法は、複数の負荷側ユニットにおける負荷側熱交換器において冷媒との間で熱交換を行う空気に対して設定された目標の温度と、実際の空気の温度との温度差を算出する工程と、各負荷側ユニットにおける温度差に基づいて、各負荷側熱交換器の冷媒流出側における暖房運転時の目標過冷却度又は冷房運転時の目標過熱度をそれぞれ決定し、さらに、負荷側熱交換器における暖房運転時の目標凝縮温度又は冷房運転時の目標蒸発温度を決定して熱源側ユニットに設けられた装置を制御する工程とを有するものである。

本発明によれば、設定された温度と実際の温度との媒体の温度差に基づいて、負荷側熱交換器の冷媒流出側における目標過冷却度又は目標過熱度を決定するようにしたので、温度差に基づく負荷の大きさに対して、負荷側熱交換器において交換する熱量を変化させ、例えば負荷が小さいときの交換熱量を抑えることで運転の発停回数を減らすことができる。これにより、負荷が小さいことが多い中間暖房時又は中間冷房時の運転でも発停回数を減らすことで消費電力を抑え、エネルギ消費効率を向上させて省エネルギ化を図ることができる。また、目標凝縮温度又は目標蒸発温度を決定することで、例えば、圧縮機の運転周波数を最適に制御でき、エネルギ消費効率を向上させる熱源側ユニットの制御を行うことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和システムを表す図である。図１の空気調和システムは、熱源側ユニット（室外機）１００と複数の負荷側ユニット（室内機）２００ａ，２００ｂ（特に区別する必要がない場合は、負荷側ユニット２００として説明する。以下、他の装置（手段）においても同じ）とを備え、これらが冷媒配管で連結されている。ここで、冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

熱源側ユニット１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、油分離器１０２、四方弁１０３、熱源側熱交換機１０４、毛細管１０５、アキュムレータ（気液分離器）１０６、バイパス配管１０７、可変速度熱源側ファン１０８、熱源側絞り装置（膨張弁）１０９、冷媒間熱交換器１１０及びバイパス絞り装置１１１の各装置（手段）で構成する。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮し、運転周波数に基づいて任意の圧力を加えて送り出す（吐出する）。本実施の形態の圧縮機１０１は、例えば運転周波数を任意に変化させることにより容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができる、インバータ回路を備えた容量可変のインバータ圧縮機とする。油分離器１０２は、冷媒と共に圧縮機１０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は、毛細管１０５により流量が制御されて圧縮機１０１に戻される。

四方弁１０３は、熱源側制御装置１３１からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。そして、熱源側熱交換器１０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置１０９を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０３側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器１０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、運転周波数を変化させ、速度を変化させることができる可変速度熱源側ファン１０８が設けられている。

冷媒間熱交換器１１０及びバイパス絞り装置（膨張弁）１１１は、例えば、冷房運転時において、熱源側熱交換器１０４から流れ出た液体（高温高圧）の冷媒とバイパス絞り装置１１１により流量調整された低温低圧の冷媒との間で熱交換を行って、負荷側ユニット２００に供給する冷媒を過冷却するための装置である。バイパス絞り装置１１１を介して流れる液体は、バイパス配管１０７を介してアキュムレータ１０６に戻される。アキュムレータ１０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく装置である。

また、熱源側ユニット１００には、圧縮機１０１の吐出側の配管に設けられ、圧縮機１０１の冷媒吐出による高い圧力を検知するための高圧センサ１２１及び圧縮機１０１の吸入側の配管に設けられ、圧縮機１０１の冷媒吸入による低い圧力を検知するための低圧センサ１２２が少なくとも検知手段として設けられている。これらの検知手段から送信される信号に基づいて、例えば熱源側制御装置１３１はそれぞれの圧力を判断し、その圧力から例えば高圧側の飽和温度を凝縮温度とし、低圧側の飽和温度を蒸発温度として判断することができる。

熱源側制御装置１３１は、本実施の形態では、例えばマイクロコンピュータ等からなる熱源側処理手段１３２と熱源側通信手段１３３とを有している。熱源側処理手段１３２は、システム内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいてシステム全体の制御を行う。特に本実施の形態においては、各負荷側ユニット２００における負荷に対して、暖房運転時においては過冷却度の目標（以下、目標過冷却度という）を決定し、冷房運転時においては過熱度の目標（以下、目標過熱度という）を決定する負荷側処理部（図示せず）を有している。また、負荷に基づいて圧縮機１０１、熱源側熱交換器１０４（可変速度熱源側ファン１０８）における運転周波数等、熱源側ユニット１００の各装置を制御するための、目標とする蒸発温度又は凝縮温度を決定する熱源側処理部（図示せず）を有している。

熱源側通信手段１３３は、後述する各負荷側ユニット２００の負荷側通信手段２２３と通信線５００を介して接続され、負荷側処理手段２２２との間でデータを含む信号の通信を行うためのインタフェースとなる。以下、熱源側処理手段１３２が行う処理及び熱源側通信手段１３３が行う通信線５００を介した各負荷側制御装置２２１との通信について、熱源側制御装置１３１が行うものとして説明する。ここで、熱源側制御装置１３１と各負荷側制御装置２２１は通信線５００を介して信号通信を行っているが、無線通信で行うようにしてもよい。

一方、負荷側ユニット２００は、負荷側熱交換器２０１（２０１ａ、２０１ｂ）、負荷側絞り装置（膨張弁）２０２（２０２ａ、２０２ｂ）、負荷側ファン２０３（２０３ａ、２０３ｂ）で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置２０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、負荷側ユニット２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための、例えば一定速度の負荷側ファン２０３が設けられている。この負荷側ファン２０３の速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置２０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器２０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。本実施の形態では、特に圧力変化により負荷側熱交換器２０１内における冷媒の状態を変化させて熱交換の効率を変化させる。

また、負荷側ユニット２００には、負荷側熱交換器２０１に流入又は流出するガス冷媒の温度を検知するガス温度センサ２１１（２１１ａ、２１１ｂ）と液冷媒（気液二相冷媒の場合もある）の温度を検知する液温度センサ２１２（２１２ａ、２１２ｂ）を設ける。ガス温度センサ２１１の検知に係る温度から液温度センサ２１２の検知に係る温度を引くことにより、暖房運転時における過冷却度及び冷房運転時における過熱度を算出することができる。また、空気温度センサ２１３（２１３ａ、２１３ｂ）は、例えば、負荷側ファン２０３によって負荷側ユニット２００内に吸い込まれた実際の空気の温度（冷媒との熱交換を行う空気の温度。以下、吸い込み空気温度という）を検知する。

負荷側制御装置２２１は、熱源側制御装置１３１と同様に、例えばマイクロコンピュータ等で構成される負荷側処理手段２２２（２２２ａ、２２２ｂ）と負荷側通信手段２２３（２２３ａ、２２３ｂ）とを有している。また、負荷側コントローラ２２４（２２４ａ、２２４ｂ）も有している。負荷側処理手段２２２は、例えば、各検知手段からの信号に基づいて温度等を判断し、負荷側ユニット２００を構成する各手段の制御を行う。特に本実施の形態においては、後述するように、利用者が設定した例えば室内の目標とする温度（設定温度）と吸い込み空気温度との差を算出し、そのデータを含む信号を負荷側通信手段２２３に送信させる。また、熱源側制御装置１３１が決定した目標過冷却度又は目標過熱度に基づいく負荷側絞り装置２０２の開度制御を行う。負荷側コントローラ２２４は、設定温度、負荷側ファン２０３の速度に基づく風量等、利用者が入力した設定を信号として負荷側処理手段２２２に送信する。特に本実施の形態の処理においては、利用者が入力した設定温度がデータとして用いられる。以下、負荷側処理手段２２２が行う処理及び負荷側通信手段２２３が行う通信線５００を介した熱源側制御装置１３１との通信等については、負荷側制御装置２２１が行うものとして説明する。

例えば、熱源側ユニット１００は、システム内の複数の負荷側ユニット１００に対して能力の供給を行うが、基本的には能力不足の負荷ユニット１００が生じないようにするため、負荷が大きな負荷側ユニット１００に合わせて供給を行う。ここで、負荷側ユニット１００において、例えば負荷が大きい場合には冷媒と空気とが交換する熱量を大きくして目標とする温度に近づければよいが、負荷が小さい場合に、負荷の大きさに関係なく同じような制御を行うと、目標とする温度（設定温度）にすぐに到達してしまって一時停止状態となるため、発停が頻繁に生じることになり、消費電力低減を妨げる原因となる。以上のことは、負荷が小さい傾向にある、中間暖房、中間冷房の時期に生じることが多くなると考えられ、特にＡＰＦの向上の障害となる。

そこで、本実施の形態では、空気調和システムにおいて、各負荷側ユニット２００の負荷側制御装置２２１が、例えば負荷側コントローラ２２４により設定された、到達させたい目標の空気（熱交換を行う媒体）の温度（設定温度）と、空気温度センサ２１３の検知に基づく吸い込み空気温度との温度差を算出して熱源側制御装置１３１に送信する。熱源側制御装置１３１は、各負荷側ユニット２００からの温度差（これが各負荷側ユニット２００における負荷の大きさを表すことになる）のデータに基づいて、負荷側熱交換器２０１から流出する冷媒の目標過冷却度（暖房運転時）又は目標過熱度（冷房運転時）を各負荷側ユニット２００に対して決定し、そのデータを含む信号を送信する。

負荷側ユニット２００では、目標過冷却度又は目標過熱度に基づいて、負荷側絞り装置２０２の開度を制御し、負荷側熱交換器２０１の内部を流れる冷媒の状態を変化させ、供給された熱量に対して交換する熱量を変化させる。例えば、負荷側熱交換器２０１が凝縮器となる場合、負荷側熱交換器２０１内では、冷媒は熱交換するにしたがってガス冷媒から気液二相状態の冷媒となり、さらに液冷媒となる。ここで、過冷却度を小さく制御した場合、熱交換器全体に占める気液二相冷媒域の割合が増加し、液単相域の割合が減少する。一方、一般的な伝熱特性として液単相における伝熱と気液二相状態における伝熱とでは、気液二相状態の伝熱の方が高くなる。したがって、負荷が大きい場合には、過冷却度を小さくすることで二相冷媒域を増やし、負荷側熱交換器２０１にける空気と冷媒との間の熱交換を効率よく行うことができるようにする。このように負荷の大きさにより負荷側熱交換器２０１の内部における二相冷媒域を過冷却度を制御することで増減させ、より細かく熱交換に関する調整を行って、設定温度への到達時間等を制御することで、暖房運転又は冷房運転における負荷側ユニット２００の発停回数を減らし、消費電力を抑えるようにする。

さらに、熱源側制御装置１３１は、負荷側熱交換器２０１における暖房運転時の目標とする凝縮温度又は冷房運転時の目標とする蒸発温度を決定し、その決定に合わせて特に圧縮機１０１の運転周波数を制御し、すべての負荷側熱交換器２０１が、負荷に対して必要な熱交換が行えるだけの能力供給を行わせる。ここで、例えば、ある負荷側ユニット２００の負荷が大きければ、その負荷に合わせた能力を供給する必要があるが、すべての負荷側ユニット２００の負荷が小さければ能力を抑えた運転を行うことができる。そこで、例えばすべての負荷側ユニット２００の負荷が小さい場合には、例えば運転周波数を低くし、圧縮比を変化させて低くして圧縮機１０１を運転させるようにし、これにより、圧縮機１０１に余分な圧縮仕事をさせないようにし、圧縮機消費電力を低減して損失を少なくし、エネルギ消費効率を高める。

次に、暖房運転時における空気調和システムの動作について説明する。まず、暖房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。圧縮機１０１により加圧されて吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３からガス配管３００を通って、各負荷側ユニット２００に流入する。そして、各負荷側ユニット２００においては、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整され、負荷側熱交換器２０１内を通過することにより凝縮し、中間圧力の液体又は気液二相状態の冷媒となって負荷側ユニット２００を流出する。液配管４００を通って熱源側ユニット１００に流入した冷媒は、熱源側絞り装置１０９の開度調整により圧力調整され、熱源側熱交換器１０４内を通過することで蒸発し、ガスの冷媒となって四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、加圧され吐出することで循環する。

図２は暖房運転時における負荷側制御手段２２１と熱源側制御装置１３１の間の信号の流れを説明するための図である。暖房運転を停止していない負荷側ユニット２００の負荷側制御装置２２１は、定期的（例えば１〜２分毎）に、設定温度と吸い込み空気温度との温度差を算出する（これを温度差ΔＴＨとする。暖房運転時においては、基本的に設定温度より低い吸い込み空気温度を設定温度に近づけていくため、設定温度の数値から吸い込み空気温度の数値を引くものとする）。そして、温度差ΔＴＨのデータを含む信号を熱源側制御装置１３１に送信する。ここでは、各負荷側制御装置２２１が定期的に信号を送信するようにしているが、熱源側制御装置１３１が、例えば定期的にシステム内の各負荷側ユニット２００の負荷側制御手段２２１に対して信号の送信を要求するようにしてもよい。

熱源側制御装置１３１は、各負荷側制御手段２２１からの信号に含まれる温度差ΔＴＨのデータに基づいて、各負荷側ユニット２００における目標過冷却度を決定し、各負荷側制御手段２２１に対して目標過冷却度のデータを含む信号を送信する。

図３は負荷側ユニット２００毎の目標過冷却度を決定する処理を説明するためのフローチャートを表す図である。次に暖房運転時において、システム内の各負荷側ユニット２００の負荷側熱交換器２０１が負荷に応じた熱交換を行うため、熱源側制御装置１３１が行う、目標過冷却度を決定する処理について説明する。

まず、設定温度と吸い込み空気温度との温度差について、本実施の形態においては、ΔＴ１、ΔＴ２及びΔＴ３の３つの値をあらかじめ設定しておく。ここで、ΔＴ１＞ΔＴ２＞ΔＴ３とし、ΔＴ３が最も０に近い（正負は問わない。場合によってはΔＴ３＝０として設定してもよい）ものとする。これにより温度差（＝負荷）を４段階に分ける。一方、各段階により目標とする過冷却度（目標過冷却度）を設定する。本実施の形態では、ＳＣ１＜ＳＣ２＜ＳＣ３の順に目標過冷却度が大きくなるようにする。ここで、目標過冷却度にするために行うための制御をレベル設定し、目標過冷却度をＳＣ１にするために行う制御レベルを能力制御レベルＬＣ１とする。同様に、目標過冷却度をＳＣ２にするためのレベルを能力制御レベルＬＣ２、ＳＣ３にするためのレベルを能力制御レベルＬＣ３とする。ここで、本実施の形態では温度差（負荷）とそれに基づく目標過冷却度等を４段階で設定しているが、設定数はこれに限定するものではない。ここでは、特定しないが、負荷、温度差、目標過冷却度及び後述する目標とする凝縮温度（以下、目標凝縮温度という）の具体的な関係については測定、演算等により求めるようにする。

図３において、まず、送信された温度差ΔＴＨのデータに基づいて、この温度差ΔＴＨがΔＴ１より大きいかどうか（ΔＴ１＜ΔＴＨ）を判断する（ＳＴ１）。ΔＴ１より大きいと判断すると、能力制御レベルＬＣ１（目標過冷却度ＳＣ１）と決定する（ＳＴ２）。そして、決定した目標過冷却度ＳＣ１のデータを含む信号を送信する。この信号を受信した負荷側制御手段２２１においては、過冷却度が最も小さい目標過冷却度ＳＣ１となるように制御を行う。このとき、負荷側熱交換器２０１の内部における液単相域を減らして二相冷媒域を増やすため、開度が設定のうち最も大きくなるように負荷側絞り装置２０２を制御する。

ΔＴ１より大きくない（ΔＴ１以下である）と判断すると、温度差ΔＴＨがΔＴ１以下でΔＴ２より大きいかどうかを判断する（ＳＴ３）。この条件（ΔＴ２＜ΔＴＨ≦ΔＴ１）満たしているものと判断すると、能力制御レベルＬＣ２（目標過冷却度ＳＣ２）と決定する（ＳＴ４）。そして、決定した目標過冷却度ＳＣ２のデータを含む信号を送信する。

さらに条件（ΔＴ２＜ΔＴＨ≦ΔＴ１）を満たしていない（ΔＴ２以下である）と判断すると、温度差がΔＴ２以下でΔＴ３より大きいかどうかを判断する（ＳＴ５）。この条件（ΔＴ３＜ΔＴＨ≦ΔＴ２）を満たしたものと判断すると、能力制御レベルＬＣ３（目標過冷却度ＳＣ３）と決定する。そして、決定した目標過冷却度ＳＣ３のデータを含む信号を送信する。この信号を受信した負荷側制御手段２２１においては、過冷却度が最も大きい目標過冷却度ＳＣ３となるように制御を行う。このとき、負荷側熱交換器２０１の内部における液単相域を増やして二相冷媒域を減らすため、開度が設定のうち最も小さくなるように負荷側絞り装置２０２を制御する。

そして、この条件（ΔＴ３＜ΔＴＨ≦ΔＴ２）を満たしていない（ΔＴ３以下である）と判断すると、サーモオフ（負荷側ファン２２３は駆動するが冷媒の流れは停止させる）と決定し（ＳＴ７）、負荷側ユニット２００における暖房運転を一時停止させる。特に詳細には説明しないが、サーモオンして暖房運転を開始するための温度差ΔＴＨの条件（少なくともΔＴ３＜ΔＴＨ）は別に定められる。

図４は暖房運転時における目標凝縮温度決定処理を説明するためのフローチャートを表す図である。熱源側制御装置１３１は、各負荷側ユニット２００の目標過冷却度を決定すると目標凝縮温度（負荷側熱交換器２０１に流入するガス冷媒の温度）Ｔｃｍを決定する。本実施の形態においては、能力制御レベルに対応させて、目標凝縮温度Ｔｃｍとして決定する値としてＴｃ１、Ｔｃ２及びＴｃ３を設定する。ここでＴｃ１＞Ｔｃ２＞Ｔｃ３とする。

凝縮温度を高めるために圧縮機１０１の吐出温度を高くする必要があるが、そのためには運転周波数を高くし、圧縮機１０１による冷媒への圧力を高くする必要がある。このとき、圧縮機１０１は高圧縮比での運転を行うことになるが、圧縮比が高いと体積効率が悪くなり、損失が大きくなる。一方、負荷が小さければ負荷側ユニット２００の負荷側熱交換器２０１における交換に必要な熱量が少なくてもよいため、凝縮温度を低くすることができ、圧縮機１０１に余分な仕事をさせず、エネルギ消費効率を向上させるために圧縮機１０１を低圧縮比で運転することができる。

熱源側制御装置１３１は、各負荷側制御手段２２１が決定した能力制御レベルのデータに基づいて、能力制御レベルＬＣ１のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が少なくとも１台あるかどうかを判断する（ＳＴ１１）。このような負荷側ユニット２００が１台でもあると判断すれば、その負荷に対して十分な能力供給を行えるようにするため、目標凝縮温度ＴｃｍをＴｃ１に決定し、例えば圧縮機１０１の運転周波数を制御し、Ｔｃｍ＝Ｔｃ１になるように吐出圧力、温度を制御する（ＳＴ１２）。ここでは特に詳述しないが、例えば熱源側制御装置１３１は、すべての負荷側ユニット２００がサーモオフ状態であれば、圧縮機１０１の運転を一時停止させるようにしてもよい。

能力制御レベルＬＣ１のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が１台もなければ、さらに、能力制御レベルＬＣ２のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が少なくとも１台あるかどうかを判断する（ＳＴ１３）。このような負荷側ユニット２００が１台でもあると判断すれば、目標凝縮温度ＴｃｍをＴｃ２に決定し、例えば圧縮機１０１の運転周波数を制御し、Ｔｃｍ＝Ｔｃ２になるように吐出圧力、温度を制御する（ＳＴ１４）。

能力制御レベルＬＣ２のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が１台もなければ、目標凝縮温度Ｔｃｍ＝Ｔｃ３に決定し、例えば圧縮機１０１の運転周波数を制御し、Ｔｃ３になるように吐出圧力、温度を制御する（ＳＴ１５）。

次に冷房運転時における空気調和システムの動作について説明する。まず、冷房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。圧縮機１０１により加圧されて吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３から熱源側熱交換器１０４内を通過することで凝縮し、液冷媒となって熱源側ユニット１００を流出する。液配管４００を通って負荷側ユニット２００に流入した冷媒は、各負荷側ユニット２００においては、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整された低温低圧の液冷媒が負荷側熱交換器２０１内を通過して蒸発して流出する。そして、ガス配管３００を通って熱源側ユニット１００に流入し、四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、前述したように加圧され吐出することで循環する。

図５は冷房運転時における負荷側制御手段２２１と熱源側制御装置１３１の間の信号の流れを説明するための図である。暖房運転と同様に、冷房運転を停止していない負荷側制御装置２２１は、定期的（例えば１〜２分毎）に、吸い込み空気温度と設定温度との温度差を算出する（これを温度差ΔＴＣとする。冷房運転時においては、基本的に設定温度より高い吸い込み空気温度を設定温度に近づけていくため、吸い込み空気温度の数値から設定温度の数値を引くものとする）。そして、温度差ΔＴＣのデータを含む信号を熱源側制御装置１３１に送信する。ここでも、熱源側制御装置１３１が、例えば定期的にシステム内の各負荷側ユニット２００の負荷側制御手段２２１に対して信号の送信を要求するようにしてもよい。

熱源側制御装置１３１は、各負荷側制御手段２２１からの信号に含まれる温度差ΔＴＣのデータに基づいて、各負荷側ユニット２００における目標過熱度を決定し、各負荷側制御手段２２１に対して目標過熱度のデータを含む信号を送信する。

図６は負荷側ユニット２００毎に行う目標過熱度を決定する処理を説明するためのフローチャートを表す図である。次に冷房運転時において、システム内の各負荷側ユニット２００の負荷側熱交換器２０１が負荷に応じた熱交換を行うため、熱源側制御装置１３１が行う、目標過熱度を決定する処理について説明する。

まず、設定温度と吸い込み空気温度との温度差について、本実施の形態においては、ΔＴ４、ΔＴ５及びΔＴ６の３つの値をあらかじめ設定しておく。ここで、ΔＴ４＞ΔＴ５＞ΔＴ６とし、ΔＴ６が最も０に近い（正負は問わない。場合によってはΔＴ６＝０として設定してもよい）ものとする。これにより温度差（＝負荷）を４段階に分ける。一方、各段階により目標とする過熱度（目標過熱度）を設定する。本実施の形態では、ＳＨ１＜ＳＨ２＜ＳＨ３の順に目標過熱度が大きくなるようにする。ここで、目標過熱度にするために行うための制御をレベル設定し、目標過熱度をＳＨ１にするために行う制御レベルを能力制御レベルＬＨ１とする。同様に、目標過熱度をＳＨ２にするためのレベルを能力制御レベルＬＨ２、ＳＨ３にするためのレベルを能力制御レベルＬＨ３とする。ここで、前述の暖房運転時と同様に、ここでは負荷とその負荷を調整するための目標過熱度を４段階で設定しているが、設定数はこれに限定するものではない。また、負荷、温度差、目標過熱度及び後述する目標とする蒸発温度（以下、目標蒸発温度という）の具体的な関係については測定、演算等により求めるようにする。

図６において、まず、送信された温度差ΔＴＣのデータに基づいて、この温度差ΔＴＣがΔＴ４より大きいかどうかを判断する（ＳＴ２１）。ΔＴ４より大きいと判断すると、能力制御レベルＬＨ１（目標過熱度ＳＨ１）と決定する（ＳＴ２２）。そして、決定した目標過熱度ＳＨ１のデータを含む信号を送信する。この信号を受信した負荷側制御手段２２１においては、過熱度が最も小さい目標過熱度ＳＨ１となるように制御を行う。このとき、負荷側熱交換器２０１の内部における過熱ガス域を減らして二相冷媒域を増やすため、開度が設定のうち最も大きくなるように負荷側絞り装置２０２を制御する。

ΔＴ４より大きくない（ΔＴ４以下である）と判断すると、温度差ΔＴＣがΔＴ４以下でΔＴ５より大きいかどうかを判断する（ＳＴ２３）。この条件（ΔＴ５＜ΔＴＣ≦ΔＴ４）満たしたものと判断すると、能力制御レベルＬＨ２（目標過熱度ＳＨ２）と決定する（ＳＴ２４）。そして、決定した目標過熱度ＳＨ２のデータを含む信号を送信する。

さらに条件（ΔＴ５＜ΔＴＣ≦ΔＴ４）を満たしていない（ΔＴ５以下である）と判断すると、温度差がΔＴ５以下でΔＴ６より大きいかどうかを判断する（ＳＴ２５）。この条件（ΔＴ６＜ΔＴＣ≦ΔＴ５）を満たしたものと判断すると、能力制御レベルＬＨ３（目標過熱度ＳＨ３）と決定する（ＳＴ２６）。そして、決定した目標過熱度ＳＨ３のデータを含む信号を送信する。この信号を受信した負荷側制御手段２２１においては、過熱度が最も大きい目標過熱度ＳＨ３となるように制御を行う。このとき、負荷側熱交換器２０１の内部における過熱ガス域を増やして二相冷媒域を減らすため、開度が設定のうち最も小さくなるように負荷側絞り装置２０２を制御する。

そして、条件（ΔＴ６＜ΔＴＣ≦ΔＴ５）を満たしていない（ΔＴ６以下である）と判断すると、サーモオフと決定し（ＳＴ２７）、負荷側ユニット２００における冷房運転を一時停止させる。また、サーモオンして冷房運転を開始するための温度差ΔＴＣの条件（少なくともΔＴ６＜ΔＴＣ）は別に定められる。

図７は冷房運転時における目標蒸発温度決定処理を説明するためのフローチャートを表す図である。熱源側制御装置１３１は、システム全体の目標過熱度を決定すると目標蒸発温度（負荷側熱交換器２０１から流出するガス冷媒の温度）を決定する。まず、本実施の形態においては、能力制御レベルに対応させて、Ｔｅ１、Ｔｅ２及びＴｅ３を設定する。ここでＴｅ１＞Ｔｅ２＞Ｔｅ３とする。

蒸発温度を低くするために圧縮機１０１が冷媒を吸引するときの圧力を低くする必要がある。このとき、圧縮機１０１は高圧縮比で運転を行うことになるが、圧縮比が高いと体積効率が悪くなり、損失が大きくなる。一方、負荷が小さければ負荷側ユニット２００の負荷側熱交換器２０１において交換に必要な熱量が少なくてもよいため、蒸発温度を高くすることができ、この場合にはエネルギ消費効率を向上させるために圧縮機１０１を低圧縮比で運転することができる。

熱源側制御装置１３１は、各負荷側制御手段２２１が決定した能力制御レベルのデータに基づいて、能力制御レベルＬＨ１のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が少なくとも１台あるかどうかを判断する（ＳＴ３１）。このような負荷側ユニット２００が１台でもあると判断すれば、負荷に対して十分な能力供給を行うため、目標蒸発温度ＴｅｍをＴｅ１に決定し、例えば圧縮機１０１の運転周波数を制御し、Ｔｅｍ＝Ｔｅ１になるように吸引圧力、温度を制御する（ＳＴ３２）。ここでも、例えば熱源側制御装置１３１は、すべての負荷側ユニット２００がサーモオフ状態であれば、圧縮機１０１の運転を一時停止させるようにしてもよい。

能力制御レベルＬＨ１のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が１台もなければ、さらに、能力制御レベルＬＨ２のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が少なくとも１台あるかどうかを判断する（ＳＴ３３）。このような負荷側ユニット２００が１台でもあると判断すれば、目標蒸発温度ＴｅｍをＴｅ２に決定し、例えば圧縮機１０１の運転周波数を制御し、Ｔｅｍ＝Ｔｅ２になるように吸引圧力、温度を制御する（ＳＴ３４）。

能力制御レベルＬＨ２のレベルで制御を行っている負荷側ユニット２００が１台もなければ、目標蒸発温度ＴｅｍをＴｅ３に決定し、例えば圧縮機１０１の運転周波数を制御し、Ｔｅｍ＝Ｔｅ３になるように吸引圧力、温度を制御する（ＳＴ３５）。

以上のように、実施の形態１によれば、設定温度と吸い込み空気温度との温度差（ΔＴＨ、ΔＴＣ）に基づいて目標過冷却度又は目標過熱度を変化させて、負荷側熱交換器２０１内での二相冷媒域を増減させて負荷側熱交換器２０１における伝熱効果（熱交換の効率）を変化させることで、例えば負荷のレベルに基づいて冷媒と空気とが交換する熱量を異ならせるようにしたので、より細かな熱量交換制御が可能となり、特に負荷が小さいときの交換熱量を抑えることで運転の発停回数を減らすことができる。そのため、例えば負荷が小さいことが多い中間暖房時又は中間冷房時における運転のような場合でも、発停回数を減らすことで消費電力を抑え、エネルギ消費効率を向上させることができる。

また、熱源側ユニット１００においては、負荷側ユニット２００からの信号に係る温度差のデータに基づいて、暖房運転時における目標凝縮温度又は冷房運転時における目標蒸発温度を決定し、圧縮機１０１、可変速度熱源側ファン１０８の運転周波数を制御する等、熱源側ユニット１００内の各装置（手段）を制御するようにしたので、例えば、各負荷側ユニット２００における負荷が小さい場合には、圧縮機１を低圧縮比で運転させるようにすることができ、エネルギ消費効率を向上させることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態においては、各負荷側制御装置２２１が温度差ΔＴＨ又はΔＴＣの演算を行って熱源側制御装置１３１に送信するようにしているが、例えば、負荷側制御装置２２１から設定温度及び吸い込み空気温度のデータを含む信号を送信し、温度差ΔＴＨ又はΔＴＣの演算は熱源側制御装置１３１において行うようにしてもよい。また、各負荷側制御装置２２１が目標過冷却度又は目標過熱度を決定するようにしてもよい。さらに、上述の実施の形態では、目標過冷却度又は目標過熱度を決定して目標凝縮温度又は目標蒸発温度を決定しているが、決定順序を逆にすることもできる。

熱源側ユニット１００に設けた熱源側制御装置１３１において、負荷側ユニット２００における目標過冷却度又は目標過熱度（能力制御レベル）決定し、目標凝縮温度又は目標蒸発温度を決定しているが、例えば、各ユニットとは独立した装置において、集中制御するようにしてもよい。

さらに、上述の実施の形態では、特に示さなかったが、例えば、各負荷ユニット２００の性能が異なる場合、設けられる環境（例えば設けられた室内の容積等）が異なる場合もあるため、各負荷ユニット２００に合わせた設定を行うようにしてもよい。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、負荷側熱交換器２０１において、直接空気と冷媒との間で熱交換を行って空気調和システムを実現したが、これに限定するものではない。例えば、水等の他の媒体と冷媒との間で熱交換を行って冷媒等を介して間接的に室温調整等を行うこともできる。

上述した実施の形態では、空気調和システムにおいて適用したが、本発明は、冷凍システムをはじめとする冷凍サイクルを用いて冷媒回路を構成する他のシステムにも適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和システムを表す図である。 暖房運転時における目標過冷却度決定処理のフローチャートを表す図である。 暖房運転時における信号の流れを説明するための図である。 暖房運転時における目標凝縮温度決定処理のフローチャートを表す図である。 冷房運転時における目標過熱度決定処理のフローチャートを表す図である。 冷房運転時における信号の流れを説明するための図である。 冷房運転時における目標蒸発温度決定処理のフローチャートを表す図である。

符号の説明

１００ 熱源側ユニット、１０１ 圧縮機、１０２ 油分離器、１０３ 四方弁、１０４ 熱源側熱交換器、１０５ 毛細管、１０６ アキュムレータ、１０７ バイパス配管、１０８ 可変速度熱源側ファン、１０９ 熱源側絞り装置、１１０ 冷媒間熱交換器、１１１ バイパス絞り装置、１２１ 高圧センサ、１２２ 低圧センサ、１３１ 熱源側制御装置、１３２ 熱源側処理手段、１３３ 熱源側通信手段、２００，２００ａ，２００ｂ 負荷側ユニット、２０１，２０１ａ，２０１ｂ 負荷側熱交換器、２０２，２０２ａ，２０２ｂ 負荷側絞り装置、２０３，２０３ａ，２０３ｂ 負荷側ファン、２１１，２１１ａ，２１１ｂ ガス温度センサ、２１２，２１２ａ，２１２ｂ 液温度センサ、２１３，２１３ａ，２１３ｂ 空気温度センサ、２２１，２２１ａ，２２１ｂ 負荷側制御装置、２２２，２２２ａ，２２２ｂ 負荷側処理手段、２２３，２２３ａ，２２３ｂ 負荷側通信手段、２２４，２２４ａ，２２４ｂ 負荷側コントローラ、３００ ガス配管、４００ 液配管、５００ 通信線。

Claims (7)

1. 複数の負荷側ユニットにおける負荷側熱交換器において冷媒との間で熱交換を行う空気に対して設定された目標の温度と、実際の空気の温度との温度差を算出する工程と、
   各負荷側ユニットにおける温度差に基づいて、各負荷側熱交換器の冷媒流出側における暖房運転時の目標過冷却度又は冷房運転時の目標過熱度をそれぞれ決定し、さらに、前記負荷側熱交換器における暖房運転時の目標凝縮温度又は冷房運転時の目標蒸発温度を決定して熱源側ユニットに設けられた装置を制御する工程と
   を有することを特徴とする空気調和システムの運転制御方法。
2. 決定した前記目標過冷却度又は前記目標過熱度に基づいて、前記複数の負荷側ユニットに設けられた各負荷側膨張弁の開度を制御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の運転制御方法。
3. 決定した前記目標凝縮温度又は前記目標蒸発温度に基づいて、熱源側ユニットに設けられた圧縮機及び／又は熱源側ファンの運転周波数を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和システムの運転制御方法。
4. 圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、負荷側膨張弁及び負荷側熱交換器を有する複数の負荷側ユニットとを配管接続し、冷媒を循環させて冷暖房運転を行う空気調和システムにおいて、
   各負荷側ユニットの負荷側熱交換器において冷媒との間で熱交換を行う空気に対して設定された目標の温度と、実際の空気の温度との温度差に基づいて、前記負荷側熱交換器の冷媒流出側における暖房運転時の目標過冷却度又は冷房運転時の目標過熱度を決定する処理を行う制御手段をさらに備えることを特徴とする空気調和システム。
5. 前記目標過冷却度又は前記目標過熱度に基づいて、前記複数の負荷側ユニットの各負荷側膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項４記載の空気調和システム。
6. 圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、負荷側膨張弁及び負荷側熱交換器を有する複数の負荷側ユニットとを配管接続し、冷媒を循環させて冷暖房運転を行う空気調和システムにおいて、
   各負荷側熱交換器において冷媒との間で熱交換を行う空気に対して設定された目標の温度と、実際の空気の温度との温度差に基づいて、前記熱源側ユニットを制御するために前記負荷側熱交換器における暖房運転時の目標凝縮温度又は冷房運転時の目標蒸発温度を決定する処理を行う制御手段をさらに備えることを特徴とする空気調和システム。
7. 前記目標凝縮温度又は前記目標蒸発温度に基づいて、前記圧縮機及び／又は熱源側ファンの運転周波数を制御することを特徴とする請求項６記載の空気調和システム。

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