JP6100180B2 - 空気調和装置、および、空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、室内を空調する空気調和装置、および、空気調和装置を複数備えた空気調和システムに関する。

従来の空気調和装置は、ガスエンジンを駆動源としたエンジン駆動式圧縮機を含んで構成される室外機ユニットを備えたＧＨＰ（ガスヒートポンプエアコン）と、電動機を駆動源とした電気駆動式圧縮機を含んで構成される室外機ユニットを備えたＥＨＰ（電気式ヒートポンプエアコン）とに大別される。

ＥＨＰは、ガスエンジンを備えないため、ＧＨＰに必要なエンジンオイルの補充や交換、オイルフィルタの交換、点火プラグの点検や交換等のメンテナンスを行う必要がなく、メンテナンスに要するコストがかからない。

一方、ＧＨＰは、ヒートポンプによる暖房（室内空気の加熱）に加えて、ガスエンジンの排熱を回収して空気を加熱することができるため、ＥＨＰと比較して効率的に室内を暖めることが可能となる。また、ＧＨＰは、ほとんど電力を消費しないため、ＥＨＰと比較して、消費電力を大幅に削減することができるという利点がある。

このように、ＧＨＰとＥＨＰとはそれぞれ異なる利点を有している。そこで、それぞれの利点を活かすために、１筐体で構成される室外機ユニットに、エンジン駆動式圧縮機と、電気駆動式圧縮機と、室外熱交換器と、各種センサとを収容し、双方の圧縮機を並行して駆動させる空気調和装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１０２９１号公報

上述したエンジン駆動式圧縮機と電気駆動式圧縮機とが一体的に構成される室外機ユニットでは、エンジン駆動式圧縮機と電気駆動式圧縮機とでセンサや制御機構を共用しているため、センサや制御機構といった共用部が故障した場合、室外機ユニット全体が利用できなくなり、空気調和装置の運転が不可能となる。

本発明は、このような課題に鑑み、エンジン駆動式圧縮機と、電気駆動式圧縮機とを双方とも備えた空気調和装置において、一方の圧縮機や、当該圧縮機用のセンサや制御機構が故障した場合であっても他方の圧縮機を駆動して空気調和装置の運転を維持させることができる空気調和装置、および、空気調和システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和システムは、施設に設置される、複数の空気調和装置を含んで構成される空気調和システムであって、空気調和装置は、冷媒が循環する連続した循環路と、循環路に設けられ、ガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＧＨＰ室外熱交換器とを有するＧＨＰユニットと、ＧＨＰユニットとは独立して構成され、循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＥＨＰ室外熱交換器とを有するＥＨＰユニットと、循環路に設けられ、冷媒を減圧する減圧部と、冷媒と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器と、室内熱交換器に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部とを有する１または複数の室内機ユニットと、ＧＨＰユニットが故障したか否かを判定するＧＨＰ故障判定部と、を備え、空気調和システムは、ＧＨＰ故障判定部によってＧＨＰユニットが故障したと判定された空気調和装置であるＧＨＰ故障空気調和装置が生じたとき、ＧＨＰ故障空気調和装置以外の空気調和装置のＥＨＰユニットの運転出力を低下させてＥＨＰユニットに供給される電力を減少させ、減少させた分の電力がＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニットに供給され、ＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニットが停止している場合にはＥＨＰユニットの運転を開始させ、ＥＨＰユニットが運転中である場合にはＥＨＰユニットの運転出力を上昇させるとともに、ＧＨＰ故障空気調和装置以外のＧＨＰユニットが停止している場合にはＧＨＰユニットの運転を開始させ、ＧＨＰ故障空気調和装置以外のＧＨＰユニットが運転中である場合にはＧＨＰユニットの運転出力を上昇させる運転制御部をさらに備えたことを特徴とする。

また、複数の空気調和装置のＥＨＰユニットが受ける電力の合計に制限値が設けられる場合、運転制御部は、ＧＨＰ故障判定部がＧＨＰユニットの故障を判定したときに、ＥＨＰユニットに供給される電力の合計が制限値内に収まる範囲でＥＨＰユニットの運転出力を上昇させるとしてもよい。

また、施設には、当該施設での所定期間における電力の最大使用量である契約電力が設定されており、施設において契約電力を超えて電力を使用すると、ペナルティ料金が科され、制限値は、契約電力から施設における他の装置の使用電力量を減じた値未満に設定されるとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の空気調和システムは、施設に設置される、複数の空気調和装置を含んで構成される空気調和システムであって、空気調和装置は、冷媒が循環する連続した循環路と、循環路に設けられ、ガスエンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＧＨＰ室外熱交換器とを有するＧＨＰユニットと、ＧＨＰユニットとは独立して構成され、循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＥＨＰ室外熱交換器とを有するＥＨＰユニットと、循環路に設けられ、冷媒を減圧する減圧部と、冷媒と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器と、室内熱交換器に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部とを有する１または複数の室内機ユニットと、ＥＨＰユニットが故障したか否かを判定するＥＨＰ故障判定部と、を備え、空気調和システムは、ＥＨＰ故障判定部によってＥＨＰユニットが故障したと判定された空気調和装置であるＥＨＰ故障空気調和装置が生じたとき、ＥＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニットに供給されていた電力を、ＥＨＰ故障空気調和装置以外の空気調和装置のＥＨＰユニットに供給して運転出力を上昇させ、ＥＨＰ故障空気調和装置のＧＨＰユニットが停止している場合にはＧＨＰユニットの運転を開始させ、ＧＨＰユニットが運転中である場合にはＧＨＰユニットの運転出力を上昇させる運転制御部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、エンジン駆動式圧縮機と、電気駆動式圧縮機とを双方とも備えた空気調和装置において、一方の圧縮機や、当該圧縮機用のセンサや制御機構が故障した場合であっても他方の圧縮機を駆動して空気調和装置の運転を維持させることができる。

第１の実施形態にかかる空気調和装置の構成を説明するための図である。 運転比率テーブルを示す図である。 第２の実施形態にかかる空気調和システムの構成を説明するための図である。 装置間運転比率テーブルを示す図である。

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。

（第１の実施形態：空気調和装置１００）
図１は、第１の実施形態にかかる空気調和装置１００の構成を説明するための図である。空気調和装置１００は、ビルや学校等の施設に設置され、室外機ユニットとして機能するＧＨＰユニット１１０と、当該ＧＨＰユニット１１０とは別体であり室外機ユニットとして機能するＥＨＰユニット１５０と、１または複数の室内機ユニット２００と、ＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０、室内機ユニット２００に冷媒を循環させるための冷媒管２３０と、ＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０、室内機ユニット２００を制御する運転制御部２５０とを含んで構成される。なお、図１中、冷房時の冷媒の流れを実線の矢印で、信号線を破線で示す。

ＧＨＰユニット１１０は、ガスエンジン１１２と、ガスエンジン１１２を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機１１４と、四方弁１２０と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＧＨＰ室外熱交換器１３０と、ＧＨＰ室外熱交換器１３０に空気を送り熱交換を促進させるＧＨＰ送風部１３２と、ＧＨＰ制御部１４０とを含んで構成される。エンジン駆動式圧縮機１１４の出口は、冷媒管２３０によって四方弁１２０の第１ポートに接続され、エンジン駆動式圧縮機１１４の入口は、冷媒管２３０によって四方弁１２０の第３ポートに接続される。また、ＧＨＰ室外熱交換器１３０の一端側は、冷媒管２３０によって四方弁１２０の第２ポートに接続される。ＧＨＰ室外熱交換器１３０の他端側は、冷媒管２３０によって後述する室内機ユニット２００の減圧部２１０に接続される。四方弁１２０の第４ポートは、冷媒管２３０によって後述する室内機ユニット２００の室内熱交換器２２０の一端側に接続される。

ＧＨＰ制御部１４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、後述する運転制御部２５０からの制御指令に基づいて、ＧＨＰユニット１１０全体（例えば、ガスエンジン１１２、ＧＨＰ送風部１３２、各種センサ等）を制御する。

また、本実施形態において、ＧＨＰ制御部１４０は、ＧＨＰ故障判定部１４２としても機能し、ＧＨＰユニット１１０が故障したか否か、詳細には、ＧＨＰユニット１１０を構成する、ガスエンジン１１２、ＧＨＰ送風部１３２、四方弁１２０、各種センサが故障したか否かを判定し、ＧＨＰユニット１１０が故障した場合、その旨を運転制御部２５０に出力する。

ＥＨＰユニット１５０は、ＧＨＰユニット１１０とは独立して構成され、電動機１５２と、電動機１５２を駆動源とする電気駆動式圧縮機１５４と、四方弁１６０と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＥＨＰ室外熱交換器１７０と、ＥＨＰ室外熱交換器１７０に空気を送り熱交換を促進させるＥＨＰ送風部１７２と、ＥＨＰ制御部１８０とを含んで構成される。電気駆動式圧縮機１５４の出口は、冷媒管２３０によって四方弁１６０の第１ポートに接続され、電気駆動式圧縮機１５４の入口は、冷媒管２３０によって四方弁１６０の第３ポートに接続される。また、ＥＨＰ室外熱交換器１７０の一端側は、冷媒管２３０によって四方弁１６０の第２ポートに接続される。ＥＨＰ室外熱交換器１７０の他端側は、冷媒管２３０によって室内機ユニット２００の減圧部２１０に接続される。四方弁１６０の第４ポートは、冷媒管２３０によって室内機ユニット２００の室内熱交換器２２０の一端側に接続される。

ＥＨＰ制御部１８０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、運転制御部２５０からの制御指令に基づいて、ＥＨＰユニット１５０全体（例えば、電動機１５２、ＥＨＰ送風部１７２、各種センサ等）を制御する。

また、本実施形態において、ＥＨＰ制御部１８０は、ＥＨＰ故障判定部１８２としても機能し、ＥＨＰユニット１５０が故障したか否か、詳細には、ＥＨＰユニット１５０を構成する、電動機１５２、ＥＨＰ送風部１７２、四方弁１６０、各種センサが故障したか否かを判定し、ＥＨＰユニット１５０が故障した場合、その旨を運転制御部２５０に出力する。

本実施形態において、空気調和装置１００は、２つの室内機ユニット２００（図１中、２００ａ、２００ｂで示す）を備えている。室内機ユニット２００は、冷媒を減圧する減圧部２１０（膨張弁）と、冷媒管２３０によって減圧部２１０に接続され冷媒と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器２２０と、室内熱交換器２２０に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部２２２とを含んで構成される。上述したように、減圧部２１０の一端側は、冷媒管２３０によってＧＨＰ室外熱交換器１３０、ＥＨＰ室外熱交換器１７０の他端側に接続され、減圧部２１０の他端側は冷媒管２３０によって室内熱交換器２２０の他端側に接続され、室内熱交換器２２０の一端側は冷媒管２３０によって四方弁１２０、１６０の第４ポートに接続されている。

したがって、エンジン駆動式圧縮機１１４や電気駆動式圧縮機１５４が駆動されると、冷媒は、冷媒管２３０を循環することとなり、冷媒管２３０によって一連の循環路が形成される。また、本実施形態において、冷媒が循環する一連の循環路は、ＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０、室内機ユニット２００ａを通る循環路と、ＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０、室内機ユニット２００ｂを通る循環路とに分岐されている。

なお、室内機ユニット２００を冷房として機能させる場合、四方弁１２０の第１ポートと第２ポートとを接続し、第４ポートと第３ポートとを接続するとともに、四方弁１６０の第１ポートと第２ポートとを接続し、第４ポートと第３ポートとを接続することで、図１中矢印で示す方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒をＧＨＰ室外熱交換器１３０、ＥＨＰ室外熱交換器１７０に送出する。一方、室内機ユニット２００を暖房として機能させる場合、四方弁１２０の第１ポートと第４ポートとを接続し、第２ポートと第３ポートとを接続するとともに、四方弁１６０の第１ポートと第４ポートとを接続し、第２ポートと第３ポートとを接続することで、図１中矢印で示す方向とは逆の方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒を室内熱交換器２２０に送出する。

運転制御部２５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して空気調和装置１００全体を管理および制御する。運転制御部２５０は、ユーザによる操作部（例えば、リモートコントローラ）への操作入力に応じて、冷媒の循環方向を切り換え、室内機ユニット２００の機能を冷房または暖房に切り換える。

また、本実施形態において運転制御部２５０は、不図示の記憶部に予め記憶された運転比率テーブルに基づいて、ＧＨＰユニット１１０とＥＨＰユニット１５０との運転比率を制御する。ここで、運転比率テーブルは、ＧＨＰユニット１１０が故障しているか否か、ＥＨＰユニット１５０が故障しているか否か、空気調和装置１００が設置される施設における他の機器（例えば、照明、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫等）の使用電力量とＥＨＰユニット１５０の使用電力量との総計、および、契約電力に基づいて決定される運転状況と、室内機ユニット２００において要求される空調負荷とに基づいて、１つの運転比率を一義的に導出するためのものである。なお、運転比率テーブルは、空気調和装置１００の室内機ユニット２００において要求される空調負荷ごとに複数記憶されている。

図２は、運転比率テーブルを示す図である。図２では、室内機ユニット２００において要求される空調負荷を１００％とした場合のＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０の運転比率が割り当てられた運転比率テーブルを示し、ＧＨＰユニット１１０と、ＥＨＰユニット１５０との容量比が１００％：１００％で設計された空気調和装置１００を例に挙げて説明する。

また、運転状況として、ＧＨＰユニット１１０およびＥＨＰユニット１５０が故障していないときに参照される「通常モード」、ＧＨＰユニット１１０が故障しており、ＥＨＰユニット１５０が故障していないときに参照される「ＧＨＰ故障モード」、ＥＨＰユニット１５０が故障しており、ＧＨＰユニット１１０が故障していないときに参照される「ＥＨＰ故障モード」、ＧＨＰユニット１１０およびＥＨＰユニット１５０は故障していないが施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫している際に参照される「通常デマンド優先モード」、ＧＨＰユニット１１０が故障しており、ＥＨＰユニット１５０が故障していないが施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫している際に参照される「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」を例に挙げて説明する。

空気調和装置１００が設置される施設には、当該施設での所定期間（例えば、１年）における電力の最大使用量（ｋＷｈ）（詳細には、例えば、所定時間（例えば、３０分間）の平均電力使用量の最大値）である契約電力が設定されている。そして契約電力を超えて電力を使用すると、ペナルティ料金が科されることとなる。

そこで、運転制御部２５０は、まず、ＧＨＰ故障判定部１４２によってＧＨＰユニット１１０が故障していると判定されたか否かを確認し、ＥＨＰ故障判定部１８２によってＥＨＰユニット１５０が故障していると判定されたか否かを確認し、続いて、空気調和装置１００が設置される施設に設けられた使用電力量を検知する検知器からのデマンド信号に基づいて、運転状況を把握する。検知器は、契約電力と、施設全体の使用電力量（空気調和装置１００が設置される施設における他の機器の使用電力量とＥＨＰユニット１５０の使用電力量との総計）との差分Ｘに応じて、デマンド信号を送信する。ここで、検知機は、例えば、契約電力が１００ｋＷである場合に、差分Ｘが３０ｋＷ（すなわち、施設全体の使用電力量が７０ｋＷ）となった場合にデマンド信号を運転制御部２５０に送信する。なお、ＧＨＰユニット１１０（エンジン駆動式圧縮機１１４）の消費電力量は、運転出力に応じてほとんど変化しないため、ここでは、実際の契約電力からＧＨＰユニット１１０の消費電力を減じた値を契約電力として扱うこととする。

例えば、ＧＨＰ故障判定部１４２によってＧＨＰユニット１１０が故障していないと判定されるとともに、ＥＨＰ故障判定部１８２によってＥＨＰユニット１５０が故障していないと判定されたとき、運転制御部２５０は、デマンド信号を受信したか否かを判定する。

そして、デマンド信号を受信していない場合、運転制御部２５０は、運転比率テーブルの「通常モード」を参照して、ＧＨＰユニット１１０およびＥＨＰユニット１５０の運転比率を設定する。「通常モード」では、例えば、ＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が５０％に割り当てられており、運転制御部２５０が「通常モード」を参照して運転比率を設定することで、室内熱交換器２２０において要求される空調負荷（１００％）を実現する。

また、運転制御部２５０は、施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫しており、ＥＨＰユニット１５０の運転出力によっては、契約電力を超えてしまう場合、つまり、デマンド信号を受信した場合、「通常デマンド優先モード」を参照して、ＥＨＰユニット１５０に供給される電力と他の機器の使用電力量との総計が契約電力未満の所定値（例えば、８０ｋＷ）内に収まる範囲となるように運転比率を設定する。

運転比率テーブルの「通常デマンド優先モード」では、ＥＨＰユニット１５０に供給される電力が所定の制限値内に収まる範囲となるように運転比率が割り当てられている。ここで、制限値は、契約電力から、施設における他の装置の使用電力量を減じた値未満に設定される。

具体的に説明すると、「通常デマンド優先モード」においては、例えば、ＥＨＰユニット１５０に供給される電力が制限値内となる運転出力（ここでは、４０％）に低下させた運転比率がＥＨＰユニット１５０に割り当てられている。また、「通常モード」と比較して、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が制限された分（１０％）上昇させた運転出力（６０％）にＧＨＰユニット１１０の運転比率が割り当てられており、運転制御部２５０が「通常デマンド優先モード」を参照して運転比率を設定することで、室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現する。

一方、ＧＨＰ故障判定部１４２によってＧＨＰユニット１１０が故障していると判定されたが、ＥＨＰ故障判定部１８２によってＥＨＰユニット１５０が故障していないと判定されたとき、運転制御部２５０は、デマンド信号を受信したか否かを判定する。

そして、デマンド信号を受信していない場合、運転制御部２５０は、運転比率テーブルの「ＧＨＰ故障モード」を参照して、ＥＨＰユニット１５０の運転比率を設定する。

ここでは、「ＧＨＰ故障モード」において、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が１００％となるように割り当てられている。運転制御部２５０は、このように割り当てられた運転比率でＥＨＰユニット１５０を運転させることにより、ＥＨＰユニット１５０のみで室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現することができる。

つまり、運転制御部２５０は、ＧＨＰ故障判定部１４２がＧＨＰユニット１１０の故障を判定したとき、ＥＨＰユニット１５０が停止している場合にＥＨＰユニット１５０の運転を開始させ、ＥＨＰユニット１５０が運転中である場合にＥＨＰユニット１５０の運転出力を上昇させる。

このように本実施形態にかかる空気調和装置１００では、ＧＨＰユニット１１０とＥＨＰユニット１５０とを独立して構成することにより、ＧＨＰユニット１１０が故障したとしても、ＥＨＰユニット１５０を駆動させて、室内熱交換器２２０に冷媒を循環させることができ、空気調和装置１００の運転を維持することが可能となる。

また、運転制御部２５０は、ＧＨＰ故障判定部１４２によってＧＨＰユニット１１０が故障していると判定されたが、ＥＨＰ故障判定部１８２によってＥＨＰユニット１５０が故障していないと判定されたときであって、施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫しており、ＥＨＰユニット１５０の運転出力によっては、契約電力を超えてしまう場合、つまり、デマンド信号を受信した場合、「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」を参照して、ＥＨＰユニット１５０に供給される電力と他の機器の使用電力量との総計が契約電力未満の所定値（例えば、８０ｋＷ）内に収まる範囲に運転比率を設定する。具体的に説明すると、運転比率テーブルの「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」においては、ＥＨＰユニット１５０に供給される電力が制限値内に収まる範囲となる運転出力（ここでは、４０％）に低下させた運転比率がＥＨＰユニット１５０に割り当てられている。

運転制御部２５０が「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」を参照することで、ＥＨＰユニット１５０が受ける電力が制限値内に収まるように、ＥＨＰユニット１５０の運転出力を４０％に低減させるため、室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）は実現できないが、室内熱交換器２２０が全く機能しない、つまり、空気調和装置１００が運転できないという事態を回避することが可能となる。

これにより、運転制御部２５０は、ＥＨＰユニット１５０の使用電力量と、施設における他の装置の使用電力量との総計が、契約電力未満となるようにＥＨＰユニット１５０に供給する電力を制限することができる。したがって、空気調和装置１００が設置される施設の総計使用電力量が、契約電力を超え、ペナルティ料金が科されてしまう事態を回避することが可能となる。

また、ＥＨＰ故障判定部１８２によってＥＨＰユニット１５０が故障していると判定されたが、ＧＨＰ故障判定部１４２によってＧＨＰユニット１１０が故障していないと判定されたとき、運転制御部２５０は、ＧＨＰユニット１１０のみで、要求される空調負荷（１００％）を実現するために、運転比率テーブルの「ＥＨＰ故障モード」を参照して、ＧＨＰユニット１１０の運転比率を設定する。

ここでは、「ＥＨＰ故障モード」において、ＧＨＰユニット１１０の運転出力が１００％となるように割り当てられている。運転制御部２５０は、このように割り当てられた運転比率でＧＨＰユニット１１０を運転させることにより、ＧＨＰユニット１１０のみで室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現することができる。

つまり、運転制御部２５０は、ＥＨＰ故障判定部１８２がＥＨＰユニット１５０の故障を判定したとき、ＧＨＰユニット１１０が停止している場合にＧＨＰユニット１１０の運転を開始させ、ＧＨＰユニット１１０が運転中である場合にＧＨＰユニット１１０の運転出力を上昇させる。

このように本実施形態にかかる空気調和装置１００では、ＧＨＰユニット１１０とＥＨＰユニット１５０とを独立して構成することにより、ＥＨＰユニット１５０が故障したとしても、ＧＨＰユニット１１０を駆動させて、室内熱交換器２２０に冷媒を循環させることができ、空気調和装置１００の運転を維持することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかる空気調和装置１００によれば、ＧＨＰユニット１１０が故障したとしても、ＥＨＰユニット１５０を駆動させて、空気調和装置１００を運転させることが可能となる。また、ＥＨＰユニット１５０が故障したとしても、ＧＨＰユニット１１０を駆動させて、空気調和装置１００を運転させることが可能となる。

（第２の実施形態：空気調和システム３００）
第２の実施形態では、ＧＨＰユニット１１０とＥＨＰユニット１５０と室内機ユニット２００とを備えた空気調和装置３１０を複数備えた空気調和システム３００について説明する。

図３は、第２の実施形態にかかる空気調和システム３００の構成を説明するための図である。図３に示すように、空気調和システム３００は、ビルや学校等の施設に設置され、複数（ここでは、３つ）の空気調和装置３１０（図３中、３１０ａ〜３１０ｃで示す）と、運転制御部３５０とを含んで構成される。空気調和装置３１０は、室外機ユニットとして機能するＧＨＰユニット１１０と、当該ＧＨＰユニット１１０とは別体であり室外機ユニットとして機能するＥＨＰユニット１５０と、１または複数の室内機ユニット２００と、ＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０、室内機ユニット２００に冷媒を循環させるための冷媒管２３０とを含んで構成される。なお、上述した空気調和装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成の異なる運転制御部３５０について詳述する。

運転制御部３５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して空気調和システム３００全体を管理および制御する。運転制御部３５０は、ユーザによる操作部（例えば、リモートコントローラ）への操作入力に応じて、冷媒の循環方向を切り換え、各空気調和装置３１０の室内機ユニット２００の機能を冷房または暖房に切り換える。

また、本実施形態において運転制御部３５０は、不図示の記憶部に予め記憶された装置間運転比率テーブルに基づいて、各空気調和装置３１０におけるＧＨＰユニット１１０とＥＨＰユニット１５０との運転比率を制御する。ここで、装置間運転比率テーブルは、ＧＨＰユニット１１０が故障しているか否か、ＥＨＰユニット１５０が故障しているか否か、空気調和システム３００が設置される施設における他の機器の使用電力量とすべてのＥＨＰユニット１５０の使用電力量との総計、および、契約電力に基づいて決定される運転状況と、室内機ユニット２００において要求される空調負荷とに基づいて、１つの運転比率を一義的に導出するためのものである。なお、装置間運転比率テーブルは、複数の空気調和装置３１０それぞれの室内機ユニット２００において要求される空調負荷ごとに複数記憶されている。

図４は、装置間運転比率テーブルを示す図である。図４では、各室内機ユニット２００において要求される空調負荷を１００％とした場合の各空気調和装置３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃにおけるＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０の運転比率が割り当てられた装置間運転比率テーブルを示し、ＧＨＰユニット１１０と、ＥＨＰユニット１５０との容量比が１００％：１００％で設計された空気調和装置３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを備えた空気調和システム３００を例に挙げて説明する。

また、運転状況として、ＧＨＰユニット１１０が故障している空気調和装置３１０（以下、「ＧＨＰ故障空気調和装置」と称する）、および、ＥＨＰユニット１５０が故障している空気調和装置３１０（以下、「ＥＨＰ故障空気調和装置」と称する）が生じていない時に参照される「通常モード」、ＥＨＰ故障空気調和装置は生じていないがＧＨＰ故障空気調和装置が生じた時に参照される「ＧＨＰ故障モード」、ＧＨＰ故障空気調和装置およびＥＨＰ空気調和装置は生じていないが施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫している際に参照される「通常デマンド優先モード」、ＥＨＰ故障空気調和装置は生じていないがＧＨＰ故障空気調和装置が生じており施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫している際に参照される「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」、ＧＨＰ故障空気調和装置は生じていないがＥＨＰ故障空気調和装置が生じた時に参照される「ＥＨＰ故障モード」を例に挙げて説明する。

なお、図４では、各空気調和装置３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃのうち、ＧＨＰ故障空気調和装置またはＥＨＰ故障空気調和装置を「故障」で示し、ＧＨＰ故障空気調和装置、ＥＨＰ故障空気調和装置のいずれでもない空気調和装置３１０（以下、「正常空気調和装置」と称する）を「正常」で示す。

運転制御部３５０は、まず、ＧＨＰ故障空気調和装置が生じたか否かを確認し、ＥＨＰ故障空気調和装置が生じたか否かを確認し、続いて、空気調和システム３００が設置される施設に設けられた使用電力量を検知する検知器からのデマンド信号に基づいて、運転状況を把握する。検知器は、契約電力と、施設全体の使用電力量（空気調和システム３００が設置される施設における他の機器の使用電力量とすべてのＥＨＰユニット１５０の使用電力量との総計）との差分Ｙに応じて、デマンド信号を送信する。ここで、検知機は、例えば、契約電力が１００ｋＷである場合に、差分Ｙが３０ｋＷ（すなわち、施設全体の使用電力量が７０ｋＷ）となった場合にデマンド信号を運転制御部３５０に送信する。なお、ＧＨＰユニット１１０（エンジン駆動式圧縮機１１４）の消費電力量は、運転出力に応じてほとんど変化しないため、ここでは、実際の契約電力からＧＨＰユニット１１０の消費電力を減じた値を契約電力として扱うこととする。

ＧＨＰ故障空気調和装置およびＥＨＰ故障空気調和装置が生じていないとき、運転制御部３５０は、デマンド信号を受信したか否かを判定する。

そして、デマンド信号を受信していない場合、運転制御部３５０は、装置間運転比率テーブルの「通常モード」を参照して、ＧＨＰユニット１１０およびＥＨＰユニット１５０の運転比率を設定する。「通常モード」では、例えば、すべてのＧＨＰユニット１１０、すべてのＥＨＰユニット１５０の運転出力が５０％に割り当てられており、運転制御部３５０が「通常モード」を参照して運転比率を設定することで、各空気調和装置３１０の室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現する。この場合、空気調和システム３００を構成するすべてのＧＨＰユニット１１０の運転出力の合計は１５０％となり、すべてのＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計は１５０％となる。

また、運転制御部３５０は、施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫しており、ＥＨＰユニット１５０の運転出力によっては、契約電力を超えてしまう場合、つまり、デマンド信号を受信した場合、「通常デマンド優先モード」を参照して、すべてのＥＨＰユニット１５０に供給される電力と他の機器の使用電力量との総計が契約電力未満の所定値（例えば、８０ｋＷ）内に収まる範囲（例えば、ＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計が１２０％）となるように運転比率を設定する。

具体的に説明すると、「通常デマンド優先モード」においては、例えば、すべてのＥＨＰユニット１５０に供給される電力の合計が制限値内となる運転出力（ここでは、１２０％）に低下させた運転比率（それぞれ４０％ずつ）が３つのＥＨＰユニット１５０に割り当てられている。また、「通常モード」と比較して、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が制限された分（１０％）上昇させた運転出力（６０％）にＧＨＰユニット１１０それぞれの運転比率が割り当てられており、運転制御部３５０が「通常デマンド優先モード」を参照して運転比率を設定することで、各空気調和装置３１０の室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現する。

この場合、空気調和システム３００を構成するすべてのＧＨＰユニット１１０の運転出力の合計は１８０％となり、すべてのＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計は、電力の制限値に相当する運転出力の１２０％となり、空気調和システム３００が設置される施設の総計使用電力量が、契約電力を超え、ペナルティ料金が科されてしまう事態を回避することが可能となる。

一方、ＧＨＰ故障空気調和装置が生じているが、ＥＨＰ故障空気調和装置が生じていないとき、運転制御部３５０は、デマンド信号を受信したか否かを判定する。

そして、デマンド信号を受信していない場合、運転制御部３５０は、運転比率テーブルの「ＧＨＰ故障モード」を参照して、各空気調和装置３１０の運転比率を設定する。

ここでは、「ＧＨＰ故障モード」において、正常空気調和装置のＧＨＰユニット１１０、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が５０％となるように割り当てられ、ＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニット１５０の運転出力が１００％となるように割り当てられている。運転制御部３５０は、このように割り当てられた運転比率で、各空気調和装置３１０を運転させることにより、各空気調和装置３１０の室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現する。

この場合、空気調和システム３００を構成するすべてのＧＨＰユニット１１０の運転出力の合計は１５０％となり、すべてのＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計は２００％となる。

つまり、運転制御部３５０は、ＧＨＰ故障空気調和装置が生じたとき、ＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニット１５０が停止している場合にＥＨＰユニット１５０の運転を開始させ、ＥＨＰユニット１５０が運転中である場合にＥＨＰユニット１５０の運転出力を上昇させる。

また、運転制御部３５０は、ＧＨＰ故障空気調和装置が生じたが、ＥＨＰ故障空気調和装置が生じていないときであって、施設全体の使用電力量が契約電力に逼迫しており、ＥＨＰユニット１５０の運転出力によっては、契約電力を超えてしまう場合、つまり、デマンド信号を受信した場合、「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」を参照して、すべてのＥＨＰユニット１５０に供給される電力と他の機器の使用電力量との総計が契約電力未満の所定値内に収まる範囲（例えば、ＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計が１２０％）となるように運転比率を設定する。

具体的に説明すると、「ＧＨＰ故障デマンド優先モード」においては、「ＧＨＰ故障モード」と比較して、正常空気調和装置のＥＨＰユニット１５０の運転出力が低下するように運転比率が割り当てられ、当該ＥＨＰユニット１５０に供給される電力を減少させ、減少させた分の電力がＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニット１５０に供給されるようにする。また、「ＧＨＰ故障優先デマンドモード」においては、すべてのＥＨＰユニット１５０に供給される電力の合計が制限値内となる運転出力（ここでは、１２０％）に低下させた運転比率となるように、かつ、ＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニット１５０の運転出力が最も大きくなるように運転比率が割り当てられている。

ここでは、例えば、正常空気調和装置のＥＨＰユニット１５０の運転出力が１０％に割り当てられており、ＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニット１５０の運転出力が１００％に割り当てられている。

なお、正常空気調和装置の室内機ユニット２００において、要求される空調負荷（１００％）を実現するために、正常空気調和装置のＧＨＰユニット１１０には、ＥＨＰユニット１５０の運転出力を低下させた分（４０％）上昇させた運転出力（９０％）が割り当てられている。

この場合、空気調和システム３００を構成するすべてのＧＨＰユニット１１０の運転出力の合計は１８０％となり、すべてのＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計は、電力の制限値に相当する運転出力の１２０％となる。したがって、各空気調和装置３１０の室内機ユニット２００において、要求される空調負荷（１００％）を実現しつつ、空気調和システム３００が設置される施設の総計使用電力量が、契約電力を超え、ペナルティ料金が科されてしまう事態を回避することが可能となる。

また、ＥＨＰ故障空気調和装置が生じているが、ＧＨＰ故障空気調和装置が生じていないとき、運転制御部３５０は、運転比率テーブルの「ＥＨＰ故障モード」を参照して、各空気調和装置３１０の運転比率を設定する。

ここでは、「ＥＨＰ故障モード」において、「通常モード」と比較して、ＥＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニット１５０に供給されていた電力を、正常空気調和装置のＥＨＰユニット１５０に供給して（按分して）運転出力を上昇させるような運転比率が割り当てられている。そして、「ＥＨＰ故障モード」では、正常空気調和装置において、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が上昇された分、ＧＨＰユニット１１０の運転出力が低下するように運転比率が割り当てられている。

図４に示す例では、正常空気調和装置のＧＨＰユニット１１０の運転出力が２５％、ＥＨＰユニット１５０の運転出力が７５％となるように割り当てられ、ＥＨＰ故障空気調和装置のＧＨＰユニット１１０の運転出力が１００％となるように割り当てられている。運転制御部３５０は、このように割り当てられた運転比率で、各空気調和装置３１０を運転させることにより、各空気調和装置３１０の室内機ユニット２００において要求される空調負荷（１００％）を実現する。

この場合、空気調和システム３００を構成するすべてのＧＨＰユニット１１０の運転出力の合計は１５０％となり、すべてのＥＨＰユニット１５０の運転出力の合計は１５０％となる。

つまり、運転制御部３５０は、ＥＨＰ故障空気調和装置が生じたとき、ＥＨＰ故障空気調和装置のＧＨＰユニット１１０が停止している場合にＧＨＰユニット１１０の運転を開始させ、ＧＨＰユニット１１０が運転中である場合にＧＨＰユニット１１０の運転出力を上昇させる。

以上説明したように、本実施形態にかかる空気調和システム３００によれば、ＧＨＰユニット１１０が故障した空気調和装置３１０が生じたとしても、ＥＨＰユニット１５０を駆動させて、空気調和装置３１０を運転させることが可能となる。また、ＥＨＰユニット１５０が故障した空気調和装置３１０が生じたとしても、ＥＨＰユニット１５０を駆動させて、空気調和装置３１０を運転させることが可能となる。

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。

例えば、上記実施形態において、空気調和装置１００、３１０は、ＧＨＰ故障判定部１４２およびＥＨＰ故障判定部１８２を双方とも備える構成を例に挙げて説明したが、ＧＨＰ故障判定部１４２およびＥＨＰ故障判定部１８２のうちいずれか一方を備えるとしてもよい。

また、上述した実施形態において、施設全体の使用電力量の逼迫状況を把握するために、デマンド信号を利用した構成を例に挙げて説明した。しかし、施設における他の機器の使用電力量を予め入力しておき、ＧＨＰユニット１１０およびＥＨＰユニット１５０で使用している電力量を推定して、入力した他の機器の使用電力量と、ＧＨＰユニット１１０およびＥＨＰユニット１５０の推定使用電力量との和から施設全体の使用電力量の逼迫状況を把握するとしてもよい。

本発明は、室内を空調する空気調和装置、および、空気調和装置を複数備えた空気調和システムに利用することができる。

１００、３１０ 空気調和装置
１１０ ＧＨＰユニット
１１２ ガスエンジン
１１４ エンジン駆動式圧縮機
１３０ ＧＨＰ室外熱交換器
１４２ ＧＨＰ故障判定部
１５０ ＥＨＰユニット
１５２ 電動機
１５４ 電気駆動式圧縮機
１７０ ＥＨＰ室外熱交換器
１８２ ＥＨＰ故障判定部
２００ 室内機ユニット
２１０ 減圧部
２２０ 室内熱交換器
２２２ 室内送風部
２５０、３５０ 運転制御部
３００ 空気調和システム

Claims (4)

1. 施設に設置される、複数の空気調和装置を含んで構成される空気調和システムであって、
   前記空気調和装置は、
   冷媒が循環する連続した循環路と、
   前記循環路に設けられ、ガスエンジンを駆動源として前記冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、該冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＧＨＰ室外熱交換器とを有するＧＨＰユニットと、
   前記ＧＨＰユニットとは独立して構成され、前記循環路に設けられ、電動機を駆動源として前記冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、該冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＥＨＰ室外熱交換器とを有するＥＨＰユニットと、
   前記循環路に設けられ、前記冷媒を減圧する減圧部と、該冷媒と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器と、該室内熱交換器に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部とを有する１または複数の室内機ユニットと、
   前記ＧＨＰユニットが故障したか否かを判定するＧＨＰ故障判定部と、
   を備え、
   前記空気調和システムは、
   前記ＧＨＰ故障判定部によって前記ＧＨＰユニットが故障したと判定された空気調和装置であるＧＨＰ故障空気調和装置が生じたとき、該ＧＨＰ故障空気調和装置以外の空気調和装置のＥＨＰユニットの運転出力を低下させて該ＥＨＰユニットに供給される電力を減少させ、該減少させた分の電力が該ＧＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニットに供給され、該ＧＨＰ故障空気調和装置の前記ＥＨＰユニットが停止している場合には該ＥＨＰユニットの運転を開始させ、該ＥＨＰユニットが運転中である場合には該ＥＨＰユニットの運転出力を上昇させるとともに、該ＧＨＰ故障空気調和装置以外のＧＨＰユニットが停止している場合には該ＧＨＰユニットの運転を開始させ、該ＧＨＰ故障空気調和装置以外のＧＨＰユニットが運転中である場合には該ＧＨＰユニットの運転出力を上昇させる運転制御部をさらに備えたことを特徴とする空気調和システム。
2. 複数の前記空気調和装置のＥＨＰユニットが受ける電力の合計に制限値が設けられる場合、前記運転制御部は、前記ＧＨＰ故障判定部が前記ＧＨＰユニットの故障を判定したときに、前記ＥＨＰユニットに供給される電力の合計が前記制限値内に収まる範囲で該ＥＨＰユニットの運転出力を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記施設には、当該施設での所定期間における電力の最大使用量である契約電力が設定されており、
   前記施設において前記契約電力を超えて電力を使用すると、ペナルティ料金が科され、
   前記制限値は、前記契約電力から前記施設における他の装置の使用電力量を減じた値未満に設定されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和システム。
4. 施設に設置される、複数の空気調和装置を含んで構成される空気調和システムであって、
   前記空気調和装置は、
   冷媒が循環する連続した循環路と、
   前記循環路に設けられ、ガスエンジンを駆動源として前記冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、該冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＧＨＰ室外熱交換器とを有するＧＨＰユニットと、
   前記ＧＨＰユニットとは独立して構成され、前記循環路に設けられ、電動機を駆動源として前記冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、該冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＥＨＰ室外熱交換器とを有するＥＨＰユニットと、
   前記循環路に設けられ、前記冷媒を減圧する減圧部と、該冷媒と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器と、該室内熱交換器に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部とを有する１または複数の室内機ユニットと、
   前記ＥＨＰユニットが故障したか否かを判定するＥＨＰ故障判定部と、
   を備え、
   前記空気調和システムは、
   前記ＥＨＰ故障判定部によって前記ＥＨＰユニットが故障したと判定された空気調和装置であるＥＨＰ故障空気調和装置が生じたとき、該ＥＨＰ故障空気調和装置のＥＨＰユニットに供給されていた電力を、該ＥＨＰ故障空気調和装置以外の空気調和装置のＥＨＰユニットに供給して運転出力を上昇させ、該ＥＨＰ故障空気調和装置の前記ＧＨＰユニットが停止している場合には該ＧＨＰユニットの運転を開始させ、該ＧＨＰユニットが運転中である場合には該ＧＨＰユニットの運転出力を上昇させる運転制御部をさらに備えたことを特徴とする空気調和システム。

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