JP2017101881A - 冷凍空調装置、制御装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の室外機を備える冷凍空調装置の効率を高めること。
【解決手段】一実施形態に係る冷凍空調装置は、圧縮機及び室外熱交換器を備える複数の室外機と、上記複数の室外機に配管により接続された室内機と、上記室外機を制御する制御装置と、を備える。上記複数の室外機は、上記室内機の負荷に応じた運転を待機する第１状態と、上記第１状態から除外された第２状態との間で切り替え可能である。上記制御装置は、上記複数の室外機のうち指定された数の室外機を上記第１状態或いは上記第２状態に設定する設定手段と、上記第１状態の上記室外機を上記室内機の負荷に応じて運転する運転手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、冷凍空調装置、制御装置、及びコンピュータプログラムに関する。

従来、複数の室内機と、冷凍サイクルを備える複数の室外機とを水配管により接続した冷凍空調装置が知られている。また、複数の室内機と、複数の室外機とを冷媒配管により接続し、これら室内機及び室外機により冷凍サイクルを構成した冷凍空調装置が知られている。このような冷凍空調装置は、例えば建物内を空調する空気調和装置として利用されている。

近年、上記のような冷凍空調装置においては、各室内機の熱負荷に応じて各室外機の圧縮機の運転周波数や運転台数などを群制御し、システムの効率を向上させている。このような群制御において停止される圧縮機が増加すると、運転を待機する状態に室外機を保つための電力、例えば圧縮機やアキュームレータに設けられるヒータ類の待機電力が増加する。

また、一時的に増減する熱負荷に全ての室外機の運転／停止で対応しようとすると、各室外機の圧縮機は最小容量（最小運転周波数）付近で稼働することが多くなり、負荷変動に応じて各圧縮機が短い期間で断続運転し得る。この場合、室外機から室内機に送られる水の温度が不安定となったり、室温が上昇及び下降を繰り返して快適性を損ねたりする可能性がある。さらに、冷凍サイクルは圧縮機の起動後、十分に能力が立ち上がるまでに時間を要するため、消費電力が増加してシステムのＣＯＰが低下し得る。

特開２００７−２１８５３３号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数の室外機を備える冷凍空調装置の効率を高めることである。

一実施形態に係る冷凍空調装置は、圧縮機及び室外熱交換器を備える複数の室外機と、上記複数の室外機に配管により接続された室内機と、上記室外機を制御する制御装置と、を備える。上記複数の室外機は、上記室内機の負荷に応じた運転を待機する第１状態と、上記第１状態から除外された第２状態との間で切り替え可能である。上記制御装置は、上記複数の室外機のうち指定された数の室外機を上記第１状態或いは上記第２状態に設定する設定手段と、上記第１状態の上記室外機を上記室内機の負荷に応じて運転する運転手段と、を備える。

図１は、第１実施形態に係る空気調和装置の概略構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る室外機に適用可能な一構成例を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る制御の具体例を示す図である。 図４は、第２実施形態に係る制御の具体例を示す図である。 図５は、第３実施形態に係る制御の具体例を示す図である。 図６は、第４実施形態に係る制御の具体例を示す図である。 図７は、第４実施形態に係る制御の他の具体例を示す図である。 図８は、第６実施形態に係る制御の具体例を示す図である。 図９は、第７実施形態に係る空気調和装置の概略構成を示す図である。 図１０は、第７実施形態に係る室外機に適用可能な一構成例を示す図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態では、冷凍空調装置の一例として、屋外に配置された複数の室外機と、空調機械室や空調対象の室内に配置された複数の室内機との間で水を循環させて、各室内機により室内を空調するいわゆるセントラル空調方式の空気調和装置を開示する。

図１は、本実施形態に係る空気調和装置の概略的な配管系統を示す図である。この空気調和装置は、５台の室外機１（１Ａ〜１Ｅ）と、３台の室内機２（２Ａ〜２Ｃ）とを備えている。但し、室外機１及び室内機２の台数は、５台及び３台に限定されず、より多くても少なくても良い。各室外機１は、熱源機として機能するもので、チラー、チリングユニット、或いはモジュールチラーなどと呼ばれることもある。また、各室内機２は、例えばエアハンドリングユニット（ＡＨＵ）やファンコイルユニット（ＦＣＵ）であり、各室外機１から供給される冷水や温水を利用して、空調対象の室内を冷房或いは暖房する。

空気調和装置は、往水ヘッダ３及び環水ヘッダ４を備えている。図示した配管系統においては、往水ヘッダ３及び環水ヘッダ４の右方が熱源側の水回路に相当し、左方が負荷側の水回路に相当する。各水回路には水が流れる。

熱源側の水回路は、第１往水配管５と、第１環水配管６とを備えている。第１環水配管６の一端は環水ヘッダ４に接続され、他端は分岐して各室外機１に接続されている。第１往水配管５の一端は分岐して各室外機１に接続され、他端は往水ヘッダ３に接続されている。各室外機１に対して分岐した第１往水配管５の各々には、逆止弁７（７Ａ〜７Ｅ）が設けられている。逆止弁７は、室外機１から往水ヘッダ３に向けた水の流れを許容し、往水ヘッダ３から室外機１に向けた水の逆流を防ぐ。

一方、負荷側の水回路は、第２往水配管８と、第２環水配管９とを備えている。第２往水配管８の一端は往水ヘッダ３に接続され、他端は分岐して各室内機２に接続されている。第２環水配管９の一端は分岐して各室内機２に接続され、他端は環水ヘッダ４に接続されている。各室内機２に対して分岐した第２環水配管９の各々には、各室内機２に流れる水の量を調整するための流量調整弁１０（１０Ａ〜１０Ｃ）が設けられている。第２往水配管８には、ポンプ１１が設けられている。ポンプ１１は、往水ヘッダ３から各室内機２に向けた方向に水を送る。これにより、熱源側及び負荷側の各水回路の水は、図中に矢印で示す方向に流れる。

往水ヘッダ３と環水ヘッダ４は、バイパス管１２によって接続されている。バイパス管１２により、往水ヘッダ３から環水ヘッダ４、或いは環水ヘッダ４から往水ヘッダ３に水を供給することが可能となる。したがって、熱源側の水回路の流量と負荷側の水回路の流量とを異なる値に設定することができる。

冷房時、各室外機１は、第１環水配管６を介して供給される水を冷やす。各室外機１で生成された冷水は、第１往水配管５、往水ヘッダ３、及び第２往水配管８を介して各室内機２に送られ、各室内機２の室内熱交換器において空気と熱交換した後、第２環水配管９、環水ヘッダ４、及び第１環水配管６を介して各室外機１に戻る。各室内機２における熱交換で冷やされた空気は、空調対象の室内に直接、或いはダクトを介して供給される。

暖房時、各室外機１は、第１環水配管６を介して供給される水を温める。各室外機１で生成された温水は、第１往水配管５、往水ヘッダ３、及び第２往水配管８を介して各室内機２に送られ、各室内機２の室内熱交換器において空気と熱交換した後、第２環水配管９、環水ヘッダ４、及び第１環水配管６を介して各室外機１に戻る。各室内機２における熱交換で温められた空気は、空調対象の室内に直接、或いはダクトを介して供給される。

空気調和装置は、さらに、コントローラ５０を備えている。コントローラ５０は、各室外機１を総合的に制御する制御装置として機能する。コントローラ５０は、各室外機１と別個に設けられても良いし、各室外機１のいずれか１台（例えば親機）に設けられても良い。

コントローラ５０は、各室外機１と有線又は無線にて通信するための通信装置５１を備えている。さらに、コントローラ５０は、各室外機１の制御に関わる主要な機能として、設定手段５２と、運転手段５３とを備えている。設定手段５２及び運転手段５３は、例えばコントローラ５０が備えるプロセッサにより、メモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行することで実現される。設定手段５２及び運転手段５３は、専用のＩＣや回路を用いて実現されても良い。これら手段の詳細については後述する。

図２は、室外機１に適用可能な一構成例を概略的に示す図である。室外機１は、第１室外熱交換器１３、四方弁１４、アキュームレータ１５、圧縮機１６、第２室外熱交換器１７、及び膨張弁１８を冷媒配管１９により順に接続した冷凍サイクルを備えている。室外機１は、同様の冷凍サイクルを複数備えても良い。また、１つの冷凍サイクルにおいて、複数の第２室外熱交換器１７が並列に接続されても良い。

第１室外熱交換器１３には、第１往水配管５及び第１環水配管６が接続されている。第１室外熱交換器１３は、第１往水配管５及び第１環水配管６を接続する水流路と、冷凍サイクルの冷媒が流れる冷媒流路とを有している。図２の例においては、第１環水配管６にポンプ２０が設けられている。ポンプ２０は、第１環水配管６の水を第１室外熱交換器１３に送る。

室外機１は、さらに、圧縮機１６の圧縮機ケースを温める圧縮機ケースヒータ２１と、アキュームレータ１５を温めるアキュームレータヒータ２２と、第２室外熱交換器１７に送風するファン２３とを備えている。各ヒータ２１，２２で圧縮機１６及びアキュームレータ１５を適度に温めることで、圧縮機１６やアキュームレータ１５の内部に液化した冷媒が溜まり込んだり、冷媒が圧縮機１６内の油に溶け込んだりすることが防止できる。圧縮機１６のモータ巻線に通電することで圧縮機１６を温めても良い。

冷房時は、実線矢印で示すように、圧縮機１６から吐出された冷媒が四方弁１４、第２室外熱交換器１７、膨張弁１８、第１室外熱交換器１３、四方弁１４、及びアキュームレータ１５を順に経て圧縮機１６に戻る。この冷媒の流れにより、第２室外熱交換器１７が凝縮器として機能し、第１室外熱交換器１３が蒸発器として機能する。第１室外熱交換器１３の水流路を流れる水は、冷媒により熱を奪われて冷水となる。

暖房時は、破線矢印で示すように、圧縮機１６から吐出された冷媒が第１室外熱交換器１３、膨張弁１８、第２室外熱交換器１７、四方弁１４、及びアキュームレータ１５を順に経て圧縮機１６に戻る。この冷媒の流れにより、第１室外熱交換器１３が凝縮器として機能し、第２室外熱交換器１７が蒸発器として機能する。第１室外熱交換器１３の水流路を流れる水は、冷媒から熱を与えられて温水となる。

室外機１は、さらに、室外機１の各部を制御する制御基板６０を備えている。この制御基板６０は、コントローラ５０の通信装置５１と有線又は無線にて通信する通信装置６１と、電源装置６２とを含む。電源装置６２は、商用交流電源ＰＳを取り込んで動作電源を生成し、室外機１の各部に供給する。

ここで、コントローラ５０の動作について説明する。
本実施形態において、各室外機１は、室内機２の熱負荷に応じた運転を待機する待機状態（第１状態）と、待機状態から除外された待機除外状態（第２状態）との間で切り替え可能である。

上述の設定手段５２は、各室外機１Ａ〜１Ｅのうち指定された台数の室外機１を待機状態或いは待機除外状態に設定する。上述の運転手段５３は、待機状態の室外機１を各室内機２Ａ〜２Ｃの熱負荷に応じて運転する。

例えば運転手段５３は、各室内機２Ａ〜２Ｃの設定温度や設定送風量などの情報に基づいてこれら室内機２の合計負荷を算出する。さらに、運転手段５３は、算出した合計負荷を補えるように、待機状態の各室外機１に対して通信装置５１を介して運転コマンドを送信する。

例えば、運転コマンドは、圧縮機１６、ポンプ２０、及びファン２３の運転周波数などを含む。この運転コマンドを通信装置６１により受信した待機状態の室外機１は、当該コマンドに含まれる運転周波数などに基づいて、圧縮機１６、ポンプ２０、及びファン２３などを運転する。合計負荷が小さければ、待機状態の室外機１のうちの一部のみ運転され、残りが停止する場合もある。運転コマンドは、室外機１の出口水温を指定するものであっても良い。この場合においては、例えば室外機１の制御基板６０が運転コマンドにて指定された出口水温や入口水温に基づいて圧縮機１６、ポンプ２０、及びファン２３の運転周波数を決定する。

本実施形態において、“待機除外状態”は、室外機１が備えるデバイスのうち、予め定められた停止対象デバイスへの給電が停止された状態に相当する。また、本実施形態において、“待機状態”は、停止対象デバイスが給電されている状態に相当する。

停止対象デバイスは、例えば圧縮機ケースヒータ２１、アキュームレータヒータ２２、及び圧縮機１６のモータ巻線のように、給電時の消費電力（待機電力）が比較的大きいヒータ類を含む。本実施形態では、これらヒータ類の全てが停止対象デバイスに含まれる場合を例示するが、これらヒータ類の一部のみが停止対象デバイスに含まれても良い。また、停止対象デバイスはヒータ類に限られず、四方弁１４などを含んでも良い。さらに、空気調和装置が寒冷地で使用される場合等には、ドレンパンの水の凍結を防ぐドレンパンヒータやファン２３などのように、冬季において停止すると復帰時の動作に大きな影響を及ぼし得るデバイスを停止対象デバイスに含めても良い。

待機状態とする室外機１の台数、或いは、待機除外状態とする室外機１の台数は、例えばコントローラ５０が備える入力装置や、コントローラ５０に接続された入力装置によって指定することができる。また、インターネットなどのネットワークを介して待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数が指定されても良い。ネットワークとの通信接続の機能は、例えばコントローラ５０に持たせても良いし、各室外機１のいずれか（親機である室外機１など）に持たせても良い。なお、待機状態とする室外機１の台数、及び、待機除外状態とする室外機１の台数のいずれか一方のみ指定可能であっても良いし、設備管理者などが任意の一方を選択して指定可能であっても良い。

例えば、待機除外状態とする室外機１の台数が新たに指定されたとき、設定手段５２は、この指定された台数の室外機１を待機除外状態に設定し、残りの室外機１を待機状態に設定する。また、待機状態とする室外機１の台数が新たに指定されたとき、設定手段５２は、この指定された台数の室外機１を待機状態に設定し、残りの室外機１を待機除外状態に設定する。

図３を用いて、待機状態と待機除外状態の切り替えの具体例を説明する。この図においては、期間Ｔ１において待機状態にある１台の室外機１を、期間Ｔ２において待機除外状態に切り替え、さらに期間Ｔ３において待機状態に戻す流れを時間軸に沿って示している。

期間Ｔ１において、室外機１は、待機状態にある。すなわち、室外機１の電源装置６２は、停止対象デバイスを含め運転に必要なデバイスへの給電を行う（通常制御）。この室外機１は、運転手段５３による運転候補に追加されており、各室内機２の負荷に応じて運転可能である。

待機状態の室外機１を待機除外状態に設定するに際して、設定手段５２は、通信装置５１を介して室外機１に待機除外状態への移行を指示するコマンドを送信する。このコマンドを通信装置６１により受信すると、室外機１は、待機除外状態へ移行する。

待機除外状態に移行した期間Ｔ２においては、室外機１の電源装置６２が停止対象デバイスへの給電を強制的に停止する（強制停止）。例えば、停止対象デバイスと電源装置６２との間に介在するリレースイッチをオフすることで、停止対象デバイスへの給電を停止することができる。また、制御基板６０に設けられたミニリレー回路をソフトウェアによって制御することで、停止対象デバイスへの給電を強制停止しても良い。なお、待機除外状態においても、室外機１とコントローラ５０との通信や、各室外機１の間での通信に影響を及ぼす通信装置６１などのデバイスへの給電は停止されない。一例として、待機除外状態においても、制御基板６０全体への給電が維持される。

期間Ｔ２において、室外機１は、運転手段５３による運転候補から除外されている。したがって、この室外機１は運転不可能であり、コントローラ５０からこの室外機１に運転コマンドが送信されることはない。各室内機２の熱負荷が増大して各室外機１の能力を増やす必要が生じても、運転手段５３は、待機除外状態の室外機１には運転コマンドを送信せず、他の室外機１にて熱負荷の増分を吸収する。

なお、待機除外状態の室外機１においては、ポンプ２０も圧縮機１６も停止している。待機状態の室外機１のいずれかのポンプ２０が運転している場合であっても、各室外機１に対して配置された逆止弁７により、待機除外状態の室外機１に水が流れることはない。

待機除外状態の室外機１を待機状態に設定するに際して、設定手段５２は、通信装置５１を介して室外機１に待機状態への移行を指示するコマンドを送信する。このコマンドを通信装置６１により受信すると、室外機１は、待機状態へ復帰する。

待機状態に復帰した期間Ｔ３においては、室外機１の電源装置６２が停止対象デバイスへの給電を再開する（通常制御）。長期間に亘って圧縮機ケースヒータ２１、圧縮機１６のモータ巻線、及びアキュームレータヒータ２２への給電が停止されていた場合には、圧縮機１６やアキュームレータ１５に冷媒が溜まっている可能性がある。そこで、運転手段５３は、待機状態に復帰した後に一定時間Ａが経過するまではこの室外機１を運転候補に加えない。したがって、一定時間Ａの間は、室外機１が待機状態にあるものの、当該室外機１の運転が不可能である。一定時間Ａは、停止対象デバイスへの給電を停止していたことによる影響が少なくとも最低限に排除される時間であって、例えば１２時間程度に設定することができる。この一定時間Ａは、季節や気温に応じて適宜変更可能である。

一定時間Ａが経過すると、運転手段５３は、この室外機１を運転候補に追加する。その後は、各室内機２の熱負荷に応じてこの室外機１を運転する必要が生じた際に、運転手段５３がこの室外機１に対して運転コマンドを送信できる。

空気調和装置の機種選定や施工は、将来的な熱負荷の増加や空調関連の設備の劣化等を想定して、建物の最大熱負荷に対して余裕度を確保することが一般的である。そのため、空気調和装置が１００％の能力で運転されることは、夏季におけるいわゆる真夏日の日中や、冬季のいわゆる真冬日の朝一などに限られる。その他の熱負荷が小さいときには、運転が停止される圧縮機１６が生じ、その台数分だけ圧縮機ケースヒータ２１、圧縮機１６のモータ巻線、及びアキュームレータヒータ２２などへの給電による待機電力が生じる。これに対し、本実施形態の空気調和装置のように一部の室外機１を待機除外状態に設定できれば、ヒータ類などの停止対象デバイスへの給電を停止して待機電力を低減することができる。

また、本実施形態によれば、各室内機２に送られる水の温度を安定させるとともに、空気調和装置のＣＯＰを向上させることができる。この効果につき、５台の室外機１Ａ〜１Ｅの各々が４つの圧縮機１６を備え（すなわち圧縮機１６が全２０台）、冷房運転を実行する場合を想定して、以下に説明する。

熱負荷が最大熱負荷の１０％であり、圧縮機１６の最小運転周波数が最大運転周波数の２０％であると仮定する。通常、より多くの圧縮機１６を運転させた方が、ＣＯＰが向上する。そこで、できるだけ多くの圧縮機１６にて１０％の熱負荷に対応する場合、１０台の圧縮機１６を最小運転周波数２０％で運転することになる。その後の熱負荷の増大に対しては、例えば圧縮機１６の運転周波数の増加や運転する圧縮機１６の台数を増加させることで対応する。

第１環水配管６などを流れる水の温度は、熱負荷の増大に対して遅れて上昇し始める。そのため、圧縮機１６の運転台数を１台追加しても、継続して水温が上昇傾向にあることが多い。そうすると、さらに１台、もう１台と圧縮機１６の運転台数が増加されていくことになる。仮に１６台まで運転台数が増加した後に水温が下降に転じた場合、今度は各圧縮機１６が最小運転周波数付近で稼働しているために、圧縮機１６を順次停止していくことになる。通常、圧縮機には、圧縮機の保護のために最小運転時間などのタイムガード（例えば５分間）が設定されていることが多い。そのため、第１環水配管６の水温が設定温度（例えば７℃）まで下降しても運転し続ける圧縮機１６が存在することになり、設定水温以下まで余分に冷やされてからようやく圧縮機１６が全停止することになる。余分に水を冷やすことで、空気調和装置のＣＯＰが低下する。また、冷凍サイクルは圧縮機の起動後、十分に能力が立ち上がるまでに時間を要するため、圧縮機１６の断続運転が生じれば消費電力が増加して空気調和装置のＣＯＰが低下し得る。

このような制御において、本実施形態のように室外機１の一部を待機除外状態に設定すれば、少なくとも待機除外状態の室外機１の圧縮機１６は運転されることがなく、他の圧縮機１６の運転台数や運転周波数の調整により熱負荷が吸収される。そうすると、空気調和装置全体でみれば最小運転周波数付近で運転される圧縮機１６が減り、上述の断続運転が生じにくくなる。断続運転が減ることで、ＣＯＰの低下や圧縮機１６の信頼性の低下を防ぐことができる。また、水の冷やし過ぎを防ぎ、各室内機２に送る水の温度を安定させることができる。
なお、ここでは冷房運転を例に説明したが、暖房運転に際しても同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態では、待機除外状態から待機状態への切り替えに関する制御例を開示する。特に言及しない構成は、第１実施形態と同様である。

図４は、第２実施形態を説明するための図である。この図においては、２日分の時間軸（「今日」、「明日」の０時〜２４時）を示している。本実施形態において、コントローラ５０の設定手段５２は、予め定められた指定切替時刻が到来したことに応じて、待機除外状態の室外機１に待機状態への移行を指示するコマンドを送信する。このコマンドの送信先となる室外機１は、例えば設備管理者により指定された「明日」必要な待機状態の室外機１の台数を確保するために、新たに待機状態に移行させる必要が生じた待機除外状態の室外機１である。

指定切替時刻は、「明日」の運転開始予定時刻から少なくとも上述の一定時間Ａを遡った時刻である。このようにすることで、運転開始予定時刻には、この室外機１が運転可能な状態となる。図４の例では、運転開始予定時刻が「明日」の７時であり、指定切替時刻が「今日」の１８時である。したがって、指定切替時刻から運転開始予定時刻までに１３時間が確保されており、仮に一定時間Ａが１２時間であれば運転開始予定時刻までに当該室外機１が運転可能な状態となる。

指定切替時刻は、例えば月ごと、週ごと、或いは日ごとなど、特定の期間ごとに設定可能としても良い。このようにすれば、例えば季節ごとに異なる最大熱負荷の発生時刻に応じて、最適な指定切替時刻を設定できる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態では、待機状態或いは待機除外状態に設定する室外機１の台数の指定方法の一例を開示する。特に言及しない構成は、上述した各実施形態と同様である。

図５は、第３実施形態を説明するための図である。この図においては、６日分の時間軸（「４日前」〜「１日前」、「今日」、「明日」の０時〜２４時）を示している。本実施形態においては、待機状態に設定する室外機１の台数、或いは待機除外状態に設定する室外機１の台数をコントローラ５０が自動的に設定する。

具体的には、コントローラ５０は、指定時間帯の平均外気温に基づいて翌日に待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を指定（決定）する。指定時間帯は、１日のうちで最も熱負荷が大きくなる時間帯とすることができ、季節によって異なる時間帯としても良い。

図５の例においては、指定時間帯が最も外気温が高くなる１３〜１４時に設定されている。この場合、コントローラ５０は、「今日」の１３〜１４時の平均外気温を算出し、この平均外気温に基づいて翌日に待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定する。平均外気温は、例えば各室外機１の外気温センサが指定時間帯の間に検出する温度の平均値とすることができる。また、平均外気温は、いずれかの室外機１の外気温センサが指定時間帯に検出する温度の平均値としても良い。

例えば冬季であれば、コントローラ５０は、平均外気温が低いほど待機状態の台数が多くなるように、待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定する。また、夏季であれば、コントローラ５０は、平均外気温が高いほど待機状態の台数が多くなるように、待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定する。

平均外気温に基づき待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定する方法としては、種々の方法を採用し得る。例えば、平均外気温と待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数とを関連付けたテーブルをコントローラ５０のメモリに予め記憶させ、このテーブルに基づいて台数を決定することができる。

図５の例において、例えば指定切替時刻が「今日」の１８時であり、一定時間Ａが１２時間であり、運転開始予定時刻が「明日」の７時であるとする。待機状態とする室外機１の台数を減らす場合、指定切替時刻である１８時に待機状態の室外機１のうちのいくつかが待機除外状態に切り替えられる。一方で、待機状態とする室外機１の台数を増やす場合、指定切替時刻である１８時から待機除外状態の室外機１のうちのいくつかが待機状態に切り替えられるものの、この切り替えられた室外機１は一定時間Ａが経過した「明日」の６時に運転可能となる。したがって、この室外機１は、運転開始予定時刻である「明日」の７時には運転を開始できる。

指定切替時刻は、第２実施形態と同じく、例えば月ごと、週ごと、或いは日ごとなど、特定の期間ごとに設定可能としても良い。
また、「今日」の指定時間帯の平均外気温にのみ基づいて待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定する場合、その日の天候（晴れ、曇り、雨、雪など）の影響を受け易い。そこで、指定日数分の平均外気温を用いて、待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定しても良い。例えば図５の例において、コントローラ５０が「４日前」〜「今日」の各々の指定時間帯の第１平均外気温を算出し、これら第１平均外気温をさらに平均して第２平均外気温を算出し、この第２平均外気温に基づいて待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定しても良い。第２平均外気温は、各第１平均外気温の単純平均により算出しても良いし、例えば「今日」に近い日の第１平均外気温ほど重み付けが増すような加重平均により算出しても良い。
このように、複数日分の外気温に基づいて平均外気温を算出することで、天候のばらつきによる影響を抑制できる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態では、待機状態或いは待機除外状態に設定する室外機１の台数の指定方法の他の例を開示する。特に言及しない構成は、上述した各実施形態と同様である。

本実施形態においては、待機状態に設定する室外機１の台数及び待機除外状態に設定する室外機１の台数を、カレンダー情報（日付情報）にて指定する。カレンダー情報は、例えばコントローラ５０のメモリに記憶されており、設備管理者などが必要に応じて更新することができる。

図６は、カレンダー情報の一例を示す図である。この図に示すカレンダー情報は、１年間の各月を前後半に分けて、待機状態に設定する室外機１の台数及び待機除外状態に設定する室外機１の台数の双方を指定している。例えば、６月の前半から１０月の後半までは冷房シーズンであり、１１月の後半から４月の前半までが冷房シーズンであり、１１月の前半と４月の後半から５月の後半までが中間季である。

図６のカレンダー情報は、冷房シーズンでは８月が最も熱負荷が大きく、暖房シーズンでは１月後半から２月前半が最も熱負荷が大きくなると想定し、これらの期間では待機状態の室外機１の台数が最大の５台、待機除外状態の室外機１の台数が最低の０台となっている。待機状態の室外機１の台数は、中間季に近づくほど少なくなっている。中間季においては、待機状態の室外機１の台数を最低の０台、待機除外状態の室外機１の台数を最大の５台としている。なお、待機状態及び待機除外状態とする室外機１の台数は、図６の例に限られず、空気調和装置が設置された地域の気候などに応じて適宜に定め得る。

コントローラ５０の設定手段５２は、現在日が属する期間に対して指定された待機状態及び待機除外状態の室外機１の台数をカレンダー情報から取得し、その台数に応じて各室外機１を待機状態或いは待機除外状態に設定する。期間の変わり目において待機状態或いは待機除外状態の室外機１の台数を変更する際には、第１及び２実施形態にて開示した制御方法を適用できる。

図７は、カレンダー情報の他の例を示す図である。この図に示すカレンダー情報においては、各月が前後半に分けられておらず、月ごとに待機状態及び待機除外状態とする室外機１の台数が指定されている。

その他、カレンダー情報は、１週ごとに待機状態及び待機除外状態とする室外機１の台数を指定するものであっても良いし、１日ごとに待機状態及び待機除外状態とする室外機１の台数を指定するものであっても良い。また、カレンダー情報は、例えば５日ごと、３週ごと、或いは２ヵ月ごとなど、任意の日数、週数、月数ごとに待機状態及び待機除外状態とする室外機１の台数を指定するものであっても良い。さらに、カレンダー情報は、待機状態とする室外機１の台数及び待機除外状態とする室外機１の台数のいずれか一方のみを指定するものであっても良い。

本実施形態のようにカレンダー情報を用いれば、待機状態及び待機除外状態とする室外機１の台数を、季節ごとの外気温などに基づいて予め設定しておくことができる。一般的に、中間季には設備管理者が各室外機１の電源ブレーカをオフし、再び各室外機１の運転が必要な時期が到来したらこのブレーカをオンすることが多い。これと同様の作業を本実施形態であれば人手によらずに自動的に実施することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態では、待機状態或いは待機除外状態に設定する室外機１の台数の指定方法の他の例を開示する。特に言及しない構成は、上述した各実施形態と同様である。

本実施形態では、天気予報情報に基づいて、コントローラ５０が待機状態或いは待機除外状態に設定する室外機１の台数を指定（決定）する。天気予報情報としては、例えば翌日以降の天候（晴れ、曇り、雨、雪など）、気温、湿度などを用いることができる。一例として、冷房シーズンには翌日の最高気温が高いほど、暖房シーズンには翌日の最低気温が低いほど、待機状態の室外機１の台数が多くなるように待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数を決定する。このような方法を用いる場合、例えば翌日の最高気温や最低気温と待機状態或いは待機除外状態とする室外機１の台数とを関連付けたテーブルをコントローラ５０のメモリに予め記憶させ、このテーブルに基づいて台数を決定することができる。なお、２日後以降の気温などをさらに考慮しても良い。

天気予報情報は、例えばインターネットなどのネットワークを介して、コントローラ５０に取得させることができる。ネットワークとの通信接続の機能は、例えばコントローラ５０に持たせても良いし、各室外機１のいずれか（親機である室外機１など）に持たせても良い。天気予報情報を取得するタイミングは任意であるが、例えば毎日、或いは特定曜日の予め定められた時間に、翌日、週間、或いはより多くの日数分の天気予報情報を取得するようにしても良い。

本実施形態のように天気予報情報を用いれば、実際の天候や気温に応じて、待機状態或いは待機除外状態とすべき室外機１の台数を高精度に予測することが可能となる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態では、待機状態或いは待機除外状態に設定する室外機１の選定方法の一例を開示する。特に言及しない構成は、上述した各実施形態と同様である。

待機状態或いは待機除外状態に設定される室外機１が固定化されると、時間経過とともに各室外機１の総運転時間の差が増大していく。そのため、各室外機１の寿命や故障リスクが平準化されない。そこで、本実施形態では、待機状態或いは待機除外状態に設定する室外機１を特定期間ごとに変更する。この変更は、例えばコントローラ５０のメモリに予め記憶されたローテーション情報に基づいて実行される。

図８は、ローテーション情報の一例を示す図である。この図の例のローテーション情報は、室外機１Ａ〜１Ｅに対して、待機除外状態に設定する際の優先順位を割り当てている。例えば、空気調和装置の設置当初の初期設定として、室外機１Ａに優先順位“１”、室外機１Ｂに優先順位“２”、室外機１Ｃに優先順位“３”、室外機１Ｄに優先順位“４”、室外機１Ｅに優先順位“５”が割り当てられている。そして、ローテーション実施回数が１回、２回、３回と増加するごとに、優先順位“１”が割り当てられていた室外機１に優先順位“５”が割り当てられ、優先順位“２”〜“５”が割り当てられていた室外機１の優先順位が繰り上げられていく。

図８の例においては、４回目で優先順位が一巡し、５回目以降は初期設定から４回目までの優先順位の割り当てが繰り返される。但し、優先順位の設定の仕方はこの例に限られない。

ローテーションを実施する特定期間は、例えば１週間、２週間、或いは１ヵ月のように、日付を元にして定めることができる。一例として、特定期間を２週間（月の前後半）とし、図７を用いて説明した台数切り替えの制御にローテーションを取り入れる場合を想定する。この場合、６月の前半において、コントローラ５０の設定手段５２は、初期設定で優先順位が“１”、“２”である室外機１Ａ，１Ｂの２台を待機除外状態に設定する。続く６月の後半において、設定手段５２は、１回目のローテーションで優先順位が“１”、“２”である室外機１Ｂ，１Ｃの２台を待機除外状態に設定する。７月の前半に入ると、設定手段５２は、２回目のローテーションで優先順位が“１”である室外機１Ｃの１台を待機除外状態に設定する。その後、７月の後半には室外機１Ｄの１台が待機除外状態に設定され、８月は前後半とも待機除外状態の台数が０であるためいずれの室外機１も待機除外状態に設定されない。８月のように待機除外状態の室外機１の台数が０である期間は、ローテーションを実施しないようにしても良い。

このような特定期間に応じたローテーションは、図６に示した台数切り替えの制御に取り入れることもできるし、図５に示した平均外気温を用いた制御や、第４実施形態にて説明した天気予報情報を用いた制御に取り入れることもできる。

なお、ローテーションは、空気調和装置の全体運転時間に基づいて実施されても良い。例えば、ローテーションを実施してから各室外機１の少なくとも１台が運転している時間を全体運転時間としてカウントしていき、この時間が予め定められた経過時間に到達すると次のローテーションを実施する。この経過時間を例えば１００時間に設定すれば、１日の空調時間が１５時間程度の建物であれば、最短で６、７日程度の間隔でローテーションが実施されることになる。サーモオフ時など室外機１の圧縮機１６やポンプ２０が停止している時間を全体運転時間から除外すれば、ローテーションの実施間隔はより長くなる。

なお、本実施形態では待機除外状態とする室外機１の優先順位がローテーション情報にて指定される場合を例示したが、待機状態とする室外機１の優先順位がローテーション情報にて指定されても良い。

本実施形態のようにローテーションを取り入れれば、待機状態或いは待機除外状態に設定される室外機１が固定化されないので、各室外機１の総運転時間に大きな差が生じない。したがって、各室外機１の寿命や故障リスクを平準化することができる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態では、冷凍空調装置の他の例として、いわゆるマルチ方式の空気調和装置を開示する。

図９は、本実施形態に係る空気調和装置の概略的な構成を示す図である。この空気調和装置は、並列に接続された４台の室外機１０１（１０１Ａ〜１０１Ｄ）と、並列に接続された８台の室内機１０２（１０２Ａ〜１０２Ｈ）とを備えている。但し、室外機１０１及び室内機１０２の台数は、４台及び８台に限定されず、より多くても少なくても良い。各室外機１０１は屋外に配置され、各室内機１０２は空調対象の室内に配置されている。

各室外機１０１及び各室内機１０２は、共通の連絡配管１０３によって接続されている。連絡配管１０３は、例えばガス冷媒が流れるガス管と液冷媒が流れる液管、さらには中圧配管などで構成されている。

空気調和装置は、さらに、コントローラ１５０を備えている。コントローラ１５０は、第１実施形態におけるコントローラ５０と同じく、各室外機１０１を総合的に制御する制御装置として機能するもので、各室外機１０１と別個に設けられても良いし、各室外機１０１のいずれか１台（親機）に設けられても良い。コントローラ１５０は、通信装置１５１と、設定手段１５２と、運転手段１５３とを備えている。これら通信装置１５１、設定手段１５２、及び運転手段１５３は、第１実施形態における通信装置５１、設定手段５２、及び運転手段５３と同様の機能を有している。

図１０は、室外機１０１に適用可能な一構成例を概略的に示す図である。室外機１０１は、四方弁１１４、アキュームレータ１１５、圧縮機１１６、室外熱交換器１１７、及び膨張弁１１８を備えている。これら四方弁１１４、アキュームレータ１１５、圧縮機１１６、室外熱交換器１１７、及び膨張弁１１８は、冷媒配管１１９により順に接続されており、室内機１０２が備える室内熱交換器などとともに冷凍サイクルを構成する。

室外機１０１は、さらに、圧縮機１１６の圧縮機ケースを温める圧縮機ケースヒータ１２１と、アキュームレータ１１５を温めるアキュームレータヒータ１２２と、室外熱交換器１１７に送風するファン１２３とを備えている。各ヒータ１２１，１２２は、第１実施形態におけるヒータ２１，２２と同様の役割を担う。

冷房時は、実線矢印で示すように、圧縮機１１６から吐出された冷媒が四方弁１１４、室外熱交換器１１７、膨張弁１１８、室内熱交換器、四方弁１１４、及びアキュームレータ１１５を順に経て圧縮機１１６に戻る。この冷媒の流れにより、室外熱交換器１１７が凝縮器として機能し、室内熱交換器が蒸発器として機能する。

暖房時は、破線矢印で示すように、圧縮機１１６から吐出された冷媒が室内熱交換器、膨張弁１１８、室外熱交換器１１７、四方弁１１４、及びアキュームレータ１１５を順に経て圧縮機１１６に戻る。この冷媒の流れにより、室内熱交換器が凝縮器として機能し、室外熱交換器１１７が蒸発器として機能する。

室外機１０１は、さらに、室外機１０１の各部を制御する制御基板１６０を備えている。この制御基板１６０は、通信装置１６１と、電源装置１６２とを含む。通信装置１６１及び電源装置１６２は、第１実施形態における通信装置６１及び電源装置６２と同様の機能を有している。

上述の設定手段１５２は、各室外機１０１Ａ〜１０１Ｄのうち指定された台数の室外機１０１を待機状態或いは待機除外状態に設定する。上述の運転手段１５３は、待機状態の室外機１０１を各室内機１０２Ａ〜１０２Ｈの熱負荷に応じて運転する。

設定手段１５２及び運転手段１５３の具体的な動作としては、第１乃至第６実施形態と同様の制御を適用できる。この場合において、待機除外状態に設定する際に給電を停止する停止対象デバイスとしては、例えば圧縮機ケースヒータ１２１、アキュームレータヒータ１２２、及び圧縮機１１６のモータ巻線のように、給電時の消費電力（待機電力）が比較的大きいヒータ類の少なくとも１つを含ませることができる。また、停止対象デバイスはヒータ類に限られず、四方弁１１４などを含んでも良い。さらに、空気調和装置が寒冷地で使用される場合等には、ドレンパンの水の凍結を防ぐドレンパンヒータやファン１２３などのように、冬季において停止すると復帰時の動作に大きな影響を及ぼし得るデバイスを停止対象デバイスに含めても良い。

本実施形態のようなマルチ方式の空気調和装置であっても、第１実施形態と同様に、室外機１０１の待機電力を低減する効果や、圧縮機１１６の短い期間での断続運転に起因したＣＯＰの低下を防止する効果を得ることができる。

さらに、マルチ方式の空気調和装置において圧縮機１１６が短い期間で断続運転すると空調対象の室内の温度が安定せず快適性を損ない得る。これに対し、本実施形態によればこのような断続運転が抑制されるので、温度が安定した快適な空調を提供することができる。
その他、本実施形態に第２乃至第６実施形態にて述べた制御を適用する場合には、これらの実施形態にて説明した効果も得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、各実施形態にて開示した個々の技術的思想は、適宜に組み合わせることができる。また、これらの技術的思想は、セントラル方式やマルチ方式の空気調和装置以外の冷凍空調装置に適用することもできる。

１Ａ〜１Ｅ…室外機、２Ａ〜２Ｃ…室内機、３…往水ヘッダ、４…環水ヘッダ、５…第１往水配管、６…第１環水配管、７Ａ〜７Ｅ…逆止弁、８…第２往水配管、９…第２環水配管、１０Ａ〜１０Ｃ…流量調整弁、１１…ポンプ、１２…バイパス管、１５…アキュームレータ、１６…圧縮機、２１…圧縮機ケースヒータ、２２…アキュームレータヒータ、５０…コントローラ、６０…制御基板。

Claims (7)

1. 圧縮機及び室外熱交換器を備える複数の室外機と、前記複数の室外機に配管により接続された室内機と、前記室外機を制御する制御装置と、を備える冷凍空調装置であって、
   前記複数の室外機は、前記室内機の負荷に応じた運転を待機する第１状態と、前記第１状態から除外された第２状態との間で切り替え可能であり、
   前記制御装置は、
   前記複数の室外機のうち指定された数の室外機を前記第１状態或いは前記第２状態に設定する設定手段と、
   前記第１状態の前記室外機を前記室内機の負荷に応じて運転する運転手段と、
   を備える冷凍空調装置。
2. 前記設定手段は、前記第１状態にある前記室外機を前記第２状態に切り替えるに際して、当該室外機が備える前記圧縮機の圧縮機ケースを加熱する圧縮機ケースヒータ、当該圧縮機のモータ巻線、当該圧縮機に接続されたアキュームレータを加熱するアキュームレータヒータ、及び、当該圧縮機に接続された四方弁の少なくとも１つを含む停止対象デバイスへの給電を停止し、
   前記運転手段は、前記停止対象デバイスへの給電が停止された前記室外機を運転の候補から除外する、
   請求項１に記載の冷凍空調装置。
3. 前記設定手段は、前記第２状態にある前記室外機を前記第１状態に切り替えるに際して、当該室外機の前記停止対象デバイスへの給電を再開し、
   前記運転手段は、前記第２状態から前記第１状態に切り替えられた前記室外機の前記停止対象デバイスへの給電の再開から一定時間が経過した後に、当該室外機を前記室内機の負荷に応じた運転の候補とする、
   請求項２に記載の冷凍空調装置。
4. 前記設定手段は、前記室外機の数を日、週、或いは月ごとに指定した日付情報において現在日に対し指定された数の前記室外機を、前記第１状態或いは前記第２状態に設定する、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
5. 前記設定手段は、前記第１状態或いは前記第２状態への設定対象とする前記室外機を、特定期間ごとに変更する、
   請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
6. 室内機に配管により接続されるとともに圧縮機及び室外熱交換器を備える複数の室外機のうち、指定された数の前記室外機を、前記室内機の負荷に応じた運転を待機する第１状態、或いは、前記第１状態から除外された第２状態に設定する設定手段と、
   前記第１状態に設定された前記室外機を、前記室内機の負荷に応じて運転する運転手段と、
   を備える制御装置。
7. コンピュータを、
   室内機に配管により接続されるとともに圧縮機及び室外熱交換器を備える複数の室外機のうち、指定された数の前記室外機を、前記室内機の負荷に応じた運転を待機する第１状態、或いは、前記第１状態から除外された第２状態に設定する設定手段、及び、
   前記第１状態に設定された前記室外機を、前記室内機の負荷に応じて運転する運転手段、
   として機能させるためのコンピュータプログラム。

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