JP6249932B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、エアハンドリングユニット（以下、ＡＨＵ）を備えた空調システムに関するものである。

ＡＨＵは、一般に熱交換コイルを本体ケーシング内に一体に組込んで構成されている（例えば、特許文献１参照）。そして、暖房時は熱交換コイルに温水を通過させ、そのコイルに外気を通過させることで温風を作り、その温風を送風機によってダクトから建物内の各部屋に送り出して室内を暖房する動作を行う。この種のエアハンドリングユニットでは、熱源としてボイラで作られた温水を用い、温水を熱交換コイルに流す構成としている。

また、圧縮機を備えたヒートポンプサイクルを有する空調システムでは、一般に以下の課題がある。すなわち、空調負荷がヒートポンプサイクルの最小能力（圧縮機最小周波数運転）を下回る場合、室内温度を使用者による設定値に維持するためには、圧縮機のＯＮＯＦＦサイクル運転（運転の開始、停止が繰り返される運転）が不可避となる。このようなＯＮＯＦＦサイクル運転の状態に陥ると、ヒートポンプサイクルとしての運転効率が悪いばかりでなく、ＯＮＯＦＦ切換えに伴う冷媒回路の圧力変動、および、電気回路のリレー接点の開閉が頻繁に生じる。このため、圧縮機を含めた冷媒回路部品および電気回路部品の寿命が縮まる可能性がある。このようなことから、特許文献２、３、４のように、冷媒回路内に複数の圧縮機を備え、空調負荷に応じて各圧縮機の運転周波数を制御して高効率な運転を行うというものがある。

特許第３０７３６８８号公報（第２頁、図１） 特開平１１−３１６０４０号公報（要約） 特開平２−２６７４６９号公報（第２頁、第３頁、第１図−第３図） 特開昭６１−１９５２３１号公報（第１図）

上記特許文献１では、熱源として熱交換コイルを用いているが、ボイラに代えて近年開発が盛んなヒートポンプサイクルの冷媒を熱源として用いる点については検討されていない。

上記特許文献２、３、４では、複数台の圧縮機を備え、各圧縮機を効率良く使い分けることで低負荷時の圧縮機のＯＮＯＦＦサイクル運転の低減を可能としている。しかし、複数台の圧縮機を備えた構成とする場合、冷媒配管および冷媒回路部品の複雑化により高コストな製品となりがちであるため、低コストで構成できることが求められる。

また、この種の空調システムでは、省エネを図ることが重要課題とされており、さらなる運転効率の向上が求められている。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、ヒートポンプサイクルの冷媒を熱源として使用するＡＨＵを備え、低負荷時の圧縮機のＯＮＯＦＦサイクル運転を低減でき、低コストおよび高効率な空調システムを提供することを目的とする。

本発明に係る空調システムは、圧縮機、減圧装置および室外熱交換器をそれぞれ有する複数の室外機と、建物内外の空気を入れ換えて換気を行う流路と、流路内の空気が通過する室内熱交換器とを有するエアハンドリングユニットと、複数の室外機とエアハンドリングユニットとが冷媒配管で接続されて構成され、圧縮機、室内熱交換器、減圧装置および室外熱交換器をそれぞれ有する複数の独立したヒートポンプサイクルと、空調負荷に応じた能力要求を満たすように、一定以上の圧縮機効率が得られる、圧縮機に応じた特定周波数範囲に基づいて、圧縮機の運転台数と、運転する各圧縮機それぞれの運転周波数とを制御する台数制御部とを備え、台数制御部は、合計運転周波数と、運転台数と、運転周波数との関係を特定した台数制御情報を有し、能力要求を満たすにあたって必要な圧縮機の必要合計運転周波数を演算し、演算して求めた必要合計運転周波数と台数制御情報とに基づいて各圧縮機の運転周波数の合計が必要合計運転周波数となるように圧縮機の運転台数および運転周波数を決定するものであって、圧縮機の運転台数および運転周波数を決定する際、必要合計運転周波数が特定周波数範囲内に収まる場合は１台の圧縮機を特定周波数範囲内の運転周波数で運転し、必要合計運転周波数が特定周波数範囲内に収まらない場合は、各圧縮機のそれぞれの運転周波数が特定周波数範囲内に収まるように運転台数を順次増やし、そして、全ての圧縮機をそれぞれ特定周波数範囲で運転しても能力要求を満たせない場合は、特定周波数範囲内に収まる運転周波数で運転する圧縮機の台数を順次減らす一方、装置上の最大運転周波数で運転する圧縮機の台数を増やす台数制御を行うものである。

本発明によれば、ヒートポンプサイクルの冷媒を熱源として使用するＡＨＵを備え、低負荷時の圧縮機のＯＮＯＦＦサイクル運転を低減でき、低コストおよび高効率な空調システムを得ることができる。

本発明の実施の形態１における空調システムのシステム構成図である。 本発明の実施の形態１における空調システムのイメージ図である。 図１の室外機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調システムの機能的な構成を示すブロック図である。 圧縮機の運転周波数と圧縮機効率との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調システムにおける台数制御情報の説明図である。 本発明の実施の形態１における空調システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における空調システムにおける、ある一定条件（外気温度、戻り空気温度）での台数制御運転効率特性を示した図である。 本発明の実施の形態１における空調システムの能力−効率特性を示す図である。 本発明の実施の形態２における空調システムのシステム構成図である。 本発明の実施の形態３における空調システムのシステム構成図である。 本発明の実施の形態４における空調システムのシステム構成図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空調システムのシステム構成図である。図２は、本発明の実施の形態１における空調システムのイメージ図である。図３は、図１の室外機の構成を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１における空調システムの機能的な構成を示すブロック図である。

空調システムは、ビル設備などの空調を管理統括するビルマネジメントシステム（以下、ＢＭＳ）１と、ＡＨＵ２と、ＡＨＵ２を制御するＡＨＵコントローラ３と、複数台の室外機４と、複数台の中継装置５とを備えている。図１の空調システムは、ＢＭＳ１、ＡＨＵ２およびＡＨＵコントローラ３と、室外機４とが、互いに異なるメーカーの製品である場合を想定したシステムを例示しており、異なるメーカー品同士での情報通信を可能とするため、室外機４と同数の中継装置５を備えた構成としている。

なお、図１では室外機４および中継装置５の接続台数をそれぞれ５台としているが、接続台数は任意であり、５台より少なくてもよいし、また、６台以上の接続も可能である。また、複数の室外機４は、同容量（同じ能力）のものを組み合わせた構成としてもよいし、異容量（異なる能力）のものを組み合わせた構成（例えば、１０馬力４台＋５馬力１台）としてもよい。

ＡＨＵ２は、建物外の空気を入れ換えつつ、室内の暖房および冷房を行う装置であり、例えばオフィス、ビル、商業施設および工場などの建物内に設置される。ＡＨＵ２は、本体ケーシング内に、外気（Ｆｒｅｓｈ ａｉｒ）が給気（Ｓｕｐｐｌｙ ａｉｒ）として室内に供給される第１流路２１と、還気（室内空気）（Ｒｅｔｕｒｎ ａｉｒ）が排気（Ｅｘｈａｕｓｔ ａｉｒ）として外部に排気される第２流路２２とを備えている。

第１流路２１には、ルーバー２３と、フィルター２４と、空気同士の熱交換を行う空気熱交換器２５と、給気ファン２６と、室内熱交換器２７とを備えている。また、第２流路２２には、ルーバー２８、フィルター２９、空気熱交換器２５および排気ファン３０を備えている。第１流路２１の空気熱交換器２５と第２流路２２の空気熱交換器２５とは共通に構成されており、空気熱交換器２５では、第１流路２１を通過する空気と、第２流路２２とを通過する空気とが熱交換するようになっている。

また、室内熱交換器２７は、複数の独立した冷媒流路（図示せず）を有している。そして、各冷媒流路（図示せず）のそれぞれは各室外機４と冷媒配管６で接続され、ここでは５つの独立したヒートポンプサイクル１００Ａ〜１００Ｅ（以下、総称するときには単に「ヒートポンプサイクル１００」と呼ぶ）が構成されている。室内熱交換器２７には、室外機４からの冷媒が流入し、第１流路２１を通過する冷媒と空気との熱交換を行う。なお、室内熱交換器２７は上記の構成に限られず、室外機４と同数の室内熱交換器２７を有する構成としてもよい。

ＡＨＵ２はさらに、第１流路２１から室内空間へ供給する給気の吹き出し空気温度を検出する吹き出し空気温度センサー１１と、室内熱交換器２７の入口の空気温度を検出する熱交入口温度センサー１２と、空気温度建物内の空間の温度を検出する建物内温度センサー１３と、外気温度センサー１４とを備えている。吹き出し空気温度センサー１１、建物内温度センサー１３および外気温度センサー１４で検出された検出温度は、ＡＨＵコントローラ３に出力される。なお、建物内温度センサー１３は、建物内の温度を検出できればよく、ＡＨＵ２から建物内の空間へ吹き出される空気の吹き出し空気温度、建物内の空間からＡＨＵ２へ戻る空気の戻り空気温度などを検出する。

このように構成されたＡＨＵ２において、第１流路２１に流入した外気はルーバー２３およびフィルター２４を通過した後、空気熱交換器２５で第２流路２２を通過する空気と熱交換した後、室内熱交換器２７に流入する。室内熱交換器２７に流入した空気は、冷媒と熱交換した後、建物内の空間に吹き出される。建物内の空間に吹き出された空気は、例えばダクト（図示せず）を介して各室内に供給される。一方、第２流路２２に流入した還気は、ルーバー２８およびフィルター２９を通過した後、空気熱交換器２５で第１流路２１を通過する空気と熱交換した後、外部に排気される。なお、ＡＨＵ２の構成は図２の構成に限定されるものではなく、少なくとも、建物内外の空気を入れ換えて換気を行う流路と、流路内の空気が通過する室内熱交換器とを備えていればよい。

ここで、室内熱交換器２７を通過する冷媒流量は室外機４に設けられた後述の圧縮機４１と膨張弁４４によって制御され、室内に供給される空気（Ｓｕｐｐｌｙ ａｉｒ）が所望の温度となるように調整されている。

室外機４は、図３に示すように、インバータによりその運転周波数を可変可能な圧縮機４１と、四方弁４２と、室外熱交換器４３と、減圧装置としての膨張弁４４とを備えている。そして、圧縮機４１と、四方弁４２と、室外熱交換器４３と、膨張弁４４と、ＡＨＵ２の室内熱交換器２７とが冷媒配管で接続され、冷媒が循環するヒートポンプサイクル１００の冷媒回路を構成している。このように構成された冷媒回路は、四方弁４２の切換えにより暖房回路または冷房回路に切換えられる。暖房回路では室外熱交換器４３が蒸発器、室内熱交換器２７が凝縮器となり、建物内の空間へ温風が供給され、室内の暖房を行う。冷房回路では室外熱交換器４３が凝縮器、室内熱交換器２７が蒸発器となり、建物内の空間へ冷風が供給され、室内の冷房を行う。なお、冷媒回路の構成は図示のものに限定されず、少なくとも圧縮機４１、凝縮器となる熱交換器、減圧装置、および蒸発器となる熱交換器を備えた構成とすればよい。

また、室外機４は、図４に示すように暖房運転中に室外熱交換器４３に付着する霜の着霜状態を検知する着霜検知部４ａと、通信部４ｂと、マイクロコンピュータなどで構成された制御部４ｃとを備えている。着霜検知部４ａには例えば、室外熱交換器４３に光を照射する発光素子と室外熱交換器４３からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた構成とするものの他、従来公知の構成を採用できる。

ＡＨＵコントローラ３は、ＡＨＵ２に搭載された給気ファン２６、排気ファン３０およびルーバー２３、２８などのアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部３ａと、能力演算部３ｂと、通信部３ｃとを備えている。

能力演算部３ｂは、空調負荷に応じたＡＨＵ２における必要能力を演算する。ＡＨＵ２に対する必要能力とは、言い換えれば室外機４における必要能力に相当する。能力演算部３ｂは、各室外機４の個々に対する必要能力を演算するのではなく、全室外機４に対する総合の必要能力を演算する。能力演算部３ｂは、具体的には吹き出し空気温度センサー１１で検出された吹き出し空気温度とあらかじめ設定された設定温度との温度差ΔＴに基づいて、室内を設定温度にするために必要な総合必要能力［ｋＷ］を演算する。能力演算部３ｂはさらに、全室外機４の合計能力［ｋＷ］に対する総合必要能力の割合（０〜１００％）を演算し、その割合の能力をＡＨＵ２に要求（室外機４に要求）するための能力要求を作成する。

通信部３ｃは、ＢＭＳ１からの空調要求（０〜１００％）を中継装置５に送信したり、能力演算部３ｂで作成された能力要求を中継装置５に送信したりなど、中継装置５およびＢＭＳ１との通信に係る処理を行う。なお、温度差ΔＴは、室内空間からＡＨＵ２への戻り空気温度または建物内の温度と、設定温度との温度差であってもよい。

ＡＨＵコントローラ３は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。

また、中継装置５は、異なるメーカー品同士での情報通信を可能とするインタフェース部５ａと、台数制御部５ｂとを備えている。台数制御部５ｂについては後述する。

ところで、本発明は低負荷時の圧縮機４１のＯＮＯＦＦサイクル運転を低減することを課題の一つとしている。この課題を解決するにあたり、室外機４に対する能力要求に応じて圧縮機４１の運転台数と運転周波数とを制御する台数制御を行っている。

本実施の形態１では、この台数制御を中継装置５が担っている。なお、図２では、室外機４毎に中継装置５が接続された構成であるため、各中継装置５のそれぞれが以下の演算を行う。すなわち、中継装置５はまず、室外機接続機種情報（能力、性能に関する情報）および室外機接続台数等の各種情報をＡＨＵコントローラ３から取得し、取得した情報に基づいて、圧縮機４１の合計運転周波数と、運転台数と、運転する各圧縮機４１のそれぞれの運転周波数との関係を特定した台数制御情報を作成する。

そして、各中継装置５のそれぞれは、ＡＨＵコントローラ３からの能力要求と台数制御情報とに基づいて、各圧縮機４１の運転が必要なタイミングを判断し、各圧縮機４１の運転台数、運転周波数を制御する。ここでは、中継装置５が各室外機４毎に設けられた構成であるため、各中継装置５のそれぞれは、自己に接続された圧縮機４１の運転が必要なタイミングとなると、自己に接続された圧縮機４１に運転周波数を含む運転指令を送信するようにしている。中継装置５におけるこれらの動作は、台数制御部５ｂによって行われる。

中継装置５の台数制御部５ｂは、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。

次に、低負荷時の圧縮機４１のＯＮＯＦＦサイクル運転を低減でき、また、高効率化が可能な台数制御について説明する。

図５は、圧縮機の運転周波数と圧縮機効率との関係を示す図である。図５において「Ｍｉｎ［Ｈｚ］」は装置上可能な最小周波数、「Ｍａｘ［Ｈｚ］」は装置上可能な最大周波数を示している。
図５に示すように、一般的に圧縮機は効率がＭａｘとなる運転周波数を有し、その運転周波数から離れるにつれ、効率が減少する特性を有している。つまり、ある一定以上の圧縮機効率が得られる特定周波数範囲（図５のａ−ｂの範囲）が決まっており、この特定周波数範囲を外れると、効率が低下する。このため、効率の良い運転を実現するには、運転周波数を下げすぎない、また上げすぎないことが重要である。そこで、本実施の形態１では、一定以上の圧縮機効率が得られる、圧縮機４１に応じた特定周波数範囲に基づいて運転台数および運転周波数を制御することで、高効率化を図るようにしている。

図６は、本発明の実施の形態１における空調システムにおける台数制御情報の説明図である。図６において横軸は、圧縮機４１の合計運転周波数、縦軸は圧縮機４１の運転台数を示している。また、図６には、合計運転周波を複数（ここでは１１個）に区切った各範囲における、各圧縮機４１のそれぞれの運転周波数も示している。なお、以下では、説明の便宜上、５台の圧縮機４１を、必要に応じて圧縮機Ａ、圧縮機Ｂ、圧縮機Ｃ、圧縮機Ｄ、圧縮機Ｅとして区別する。

上述したように、圧縮機４１は圧縮機効率がある一定以上の高効率となる特定周波数範囲が決まっている。このため、効率の良い運転を実現するには、ＡＨＵ２に対する能力要求が高くても個々の圧縮機４１の運転周波数を上げすぎないことが重要である。つまり、台数制御では例えば１台目の圧縮機４１の運転周波数がある程度まで上がったら、これ以上上げずにキープしたまま、２台目以降の圧縮機４１を運転させるようにしている。なお、α、β、γ、δ、εは圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれにおいて、一定以上の圧縮機効率が得られる特定周波数範囲の最大の運転周波数であり、図５でいうところの「ｂ」に相当する。また、「Ｍｉｎ［Ｈｚ］」は装置上可能な最小周波数、「Ｍａｘ［Ｈｚ］」は装置上可能な最大周波数である。なお、「一定以上の圧縮機効率が得られる、圧縮機に応じた特定周波数範囲」は室外機接続機種情報に含まれる。

図６におけるｆ１〜ｆ１１は以下の通りである。

ｆ１：圧縮機ＡのＭｉｎ［Ｈｚ］
ｆ２：圧縮機Ａのα［Ｈｚ］
ｆ３：圧縮機Ａのα［Ｈｚ］＋圧縮機Ｂのβ［Ｈｚ］
ｆ４：圧縮機Ａのα［Ｈｚ］＋圧縮機Ｂのβ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｃのγ［Ｈｚ］
ｆ５：圧縮機Ａのα［Ｈｚ］＋圧縮機Ｂのβ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｃのγ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｄのδ［Ｈｚ］
ｆ６：圧縮機Ａのα［Ｈｚ］＋圧縮機Ｂのβ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｃのγ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｄのδ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｅのε［Ｈｚ］
ｆ７：圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｂのβ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｃのγ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｄのδ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｅのε［Ｈｚ］
ｆ８：圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｃのγ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｄのδ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｅのε［Ｈｚ］
ｆ９：圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＣのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｄのδ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｅのε［Ｈｚ］
ｆ１０：圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＣのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＤのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機Ｅのε［Ｈｚ］
ｆ１１：圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＣのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＤのＭａｘ［Ｈｚ］＋圧縮機ＥのＭａｘ［Ｈｚ］（＝能力要求１００％）
である。

図６に示すように、合計運転周波数Ｓは１１個の範囲に分けられ、各範囲における制御内容（１）〜（１１）について以下に説明する。

（１）は、必要合計運転周波数Ｓが０以上、ｆ１未満の場合に選択される制御であり、圧縮機Ａをα［Ｈｚ］で運転する。
（２）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ１以上ｆ２未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機Ａをα［Ｈｚ］、圧縮機ＢをＳ−α［Ｈｚ］（ただし、最小周波数からβ［Ｈｚ］の範囲内）にて運転する。

（３）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ２以上ｆ３未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機Ａをα［Ｈｚ］、圧縮機ＢをＳ［Ｈｚ］−α［Ｈｚ］（ただし、最小周波数からβ［Ｈｚ］の範囲内）にて運転する。
（４）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ３以上ｆ４未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機Ａをα［Ｈｚ］、圧縮機Ｂをβ［Ｈｚ］、圧縮機Ｃを［Ｓ［Ｈｚ］−α［Ｈｚ］−β［Ｈｚ］］（ただし、最小周波数からγ［Ｈｚ］の範囲内）にて運転する。

（５）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ４以上ｆ５未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機Ａをα［Ｈｚ］、圧縮機Ｂをβ［Ｈｚ］、圧縮機Ｃをγ［Ｈｚ］、圧縮機Ｄを［Ｓ［Ｈｚ］−α［Ｈｚ］−β［Ｈｚ］−γ［Ｈｚ］］（ただし、最小周波数からδ［Ｈｚ］の範囲内）にて運転する。
（６）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ５以上ｆ６未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機Ａをα［Ｈｚ］、圧縮機Ｂをβ［Ｈｚ］、圧縮機Ｃをγ［Ｈｚ］、圧縮機Ｄをδ［Ｈｚ］、圧縮機Ｅを［Ｓ［Ｈｚ］−α［Ｈｚ］−β［Ｈｚ］−γ［Ｈｚ］−δ［Ｈｚ］］（ただし、最小周波数からε［Ｈｚ］の範囲内）にて運転する。

（７）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ６以上ｆ７未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機Ａを［Ｓ［Ｈｚ］−β［Ｈｚ］−γ［Ｈｚ］−δ［Ｈｚ］−ε［Ｈｚ］］（ただし、α［Ｈｚ］から最大周波数の範囲内）、圧縮機Ｂをβ［Ｈｚ］、圧縮機Ｃをγ［Ｈｚ］、圧縮機Ｄをδ［Ｈｚ］、圧縮機Ｅをε［Ｈｚ］にて運転する。
（８）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ７以上ｆ８未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機ＡをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機Ｂを［Ｓ［Ｈｚ］−圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］−γ［Ｈｚ］−δ［Ｈｚ］−ε［Ｈｚ］］（ただし、β［Ｈｚ］からＭａｘ［Ｈｚ］の範囲内）、圧縮機Ｃをγ［Ｈｚ］、圧縮機Ｄをδ［Ｈｚ］、圧縮機Ｅをε［Ｈｚ］にて運転する。

（９）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ８以上ｆ９未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機ＡをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機ＢをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機Ｃを［Ｓ−圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］−圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］−δ［Ｈｚ］−ε［Ｈｚ］］（ただし、γ［Ｈｚ］からＭａｘ［Ｈｚ］の範囲内）、圧縮機Ｄをδ［Ｈｚ］、圧縮機Ｅをε［Ｈｚ］にて運転する。
（１０）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ９以上ｆ１０未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機ＡをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機ＢをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機ＣをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機Ｄを［Ｓ［Ｈｚ］−圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］−圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］−圧縮機ＣのＭａｘ［Ｈｚ］−ε［Ｈｚ］］（ただし、δ［Ｈｚ］からＭａｘ［Ｈｚ］の範囲内）、圧縮機Ｅをε［Ｈｚ］にて運転する。
（１１）は、必要合計運転周波数Ｓがｆ１０以上ｆ１１未満の場合に選択される制御である。具体的には、圧縮機ＡをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機ＢをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機ＣをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機ＤをＭａｘ［Ｈｚ］、圧縮機Ｅを［Ｓ［Ｈｚ］−圧縮機ＡのＭａｘ［Ｈｚ］−圧縮機ＢのＭａｘ［Ｈｚ］−圧縮機ＣのＭａｘ［Ｈｚ］−圧縮機ＤのＭａｘ［Ｈｚ］］（ただし、ε［Ｈｚ］からＭａｘ［Ｈｚ］の範囲内）にて運転する。

以上のように、台数制御部５ｂは、能力要求を満たすにあたり、圧縮機４１において必要な必要合計運転周波数が特定周波数範囲内に収まる場合は、１台の圧縮機４１を運転し、特定周波数範囲内に収まらない場合は、各圧縮機４１のそれぞれの運転周波数が特定周波数範囲内に収まるように運転台数を順次増やす。そして、全ての圧縮機４１を特定周波数範囲で運転しても能力要求を満たせない場合は、運転周波数が特定周波数範囲内に収まる圧縮機４１の台数を順次減らす一方、最大運転周波数Ｍａｘで運転する圧縮機４１の台数を増やす台数制御を行う。

なお、以上の台数制御では、各圧縮機４１の運転優先順位を「圧縮機Ａ」＞「圧縮機Ｂ」＞「圧縮機Ｃ」＞「圧縮機Ｄ」＞「圧縮機Ｅ」としていたが、圧縮機４１の運転時間を均一化するため、圧縮機Ａ〜圧縮機Ｅのうち同機種のものは、常に入れ替わる。つまり、圧縮機４１の運転時間が短いものから順に優先して運転されるように、運転する圧縮機４１を選択する。ただし、室外機４の容量が小さいものほど運転優先順位を高くする必要がある。これは、より低い能力要求を満たせるようにするためである。

図７は、本発明の実施の形態１における空調システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。図８は、本発明の実施の形態１における空調システムにおける、ある一定条件（外気温度、戻り空気温度）での台数制御運転効率特性を示した図である。以下、図７に示すフローチャートに沿って各圧縮機の運転ＯＮＯＦＦ動作および圧縮機運転周波数の制御について説明する。図７の（１）〜（１１）は図６の（１）〜（１１）に対応している。

まず、ステップＳ１では中継装置５は中継装置５に接続可能なリモコンからの設定情報、室外機４からの通信情報などに基づいて、室外機接続機種情報（能力特性、性能特性）、室外機接続台数を取得する。そして、中継装置５はステップＳ２に進む。

ステップＳ２では中継装置５の台数制御部５ｂはステップＳ１にて得た情報から図６に示したような台数制御情報を作成し、ステップＳ３に進む。なお、中継装置５はステップＳ１でさらに、温度センサー１１〜１４からの情報などに基づいて、外気温度、室内熱交換器２７の入口空気温度の情報、室外機運転状態（霜取り運転か否か）、室外熱交換器４３の着霜状態などの情報も取得してもよい。これらの情報は、後述のステップＳ８で必要合計運転周波数Ｓを演算するために利用される。なお、ここでは台数制御部５ｂがステップＳ１にて得た情報から図６に示したような台数制御情報を作成するとしたが、予め別途作成した台数制御情報を台数制御部５ｂ内に記憶するようにしてもよい。

ステップＳ３では中継装置５はＡＨＵコントローラ３からの能力要求を受信し、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では中継装置５はＡＨＵコントローラ３から受信する能力要求が０％かどうかを判定する。能力要求が０％であれば、ステップＳ５に進み、接続している全ての圧縮機４１を停止させて再度ステップＳ１に戻る。能力要求が０％でなければ、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では中継装置５はＡＨＵコントローラ３から受信する能力要求が１００％かどうかを判定する。能力要求が１００％であれば、ステップＳ７に進み、接続している全ての圧縮機４１を最大運転周波数Ｍａｘにて運転させて再度ステップＳ１に戻る。能力要求が１００％でなければ、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では中継装置５は能力要求を満たすための、接続されている圧縮機４１（図８では圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５台）の必要合計運転周波数ＳをステップＳ１にて取得した情報と合わせて演算し、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９〜ステップＳ３０では、必要合計運転周波数Ｓが運転周波数０〜ｆ１１の範囲を１１個に分割した各範囲のうちいずれの範囲に該当するかに応じて、図６に示した（１）〜（１１）の制御を行う。

図９は、本発明の実施の形態１における空調システムの能力−効率特性を示す図である。図９では比較のため、従来を点線で示している。実線で示す本実施の形態のグラフは、具体的には最大能力１５０［ｋＷ］のＡＨＵ２に対して最大能力が３０［ｋＷ］、最小能力が最大能力の４０％（１２［ｋＷ］）の室外機４を５台接続した構成における能力−効率特性を示している。また、点線で示す従来のグラフは、具体的には、最大能力１５０［ｋＷ］のＡＨＵに対して最大能力が１５０［ｋＷ］、最小能力が最大能力の４０％（６０［ｋＷ］）の室外機を１台接続した構成における能力−効率特性を示している。つまり、実線で示した本実施の形態は、小容量の室外機を複数備えた空調システムにおける能力−効率特性、点線で示した従来は大容量の室外機１台における空調システムにおける能力−効率特性を示している。

従来構成において、圧縮機がＯＮＯＦＦサイクル運転することなく、連続運転で対応できる能力の最小値は圧縮機の最小能力である６０［ｋＷ］である。言い換えれば、圧縮機で必要とされる必要能力が６０［ｋＷ］未満の場合、圧縮機の最小能力よりも低いため、圧縮機を連続運転すると能力過多となることから、圧縮機はＯＮＯＦＦサイクル運転となる。

このようなＯＮＯＦＦサイクル運転を低減するにあたり、本実施の形態１では、大容量の圧縮機を１台とする構成ではなく、圧縮機４１を複数台備えることで大容量をカバーする構成としている。そして、上述したように、必要能力が低い場合（図９の例では１２［ｋＷ］）には１台の圧縮機４１のみを駆動し、必要能力が高くなるにつれ圧縮機４１の運転周波数を上昇させると共に、圧縮機４１の運転台数を増やすようにしている。

本実施の形態１の構成において、圧縮機４１がＯＮＯＦＦサイクル運転することなく、連続運転で対応できる必要能力の最小値は、圧縮機４１の最小能力である１２［ｋＷ］である。すなわち、空調システム全体としてみると、従来構成では、必要能力が６０［ｋＷ］を境にＯＮＯＦＦサイクル運転となってしまうのに対し、本実施の形態１の構成では、最小で８％（＝（１２／１５０）×１００）の能力要求まで、圧縮機４１がＯＮＯＦＦサイクル運転することなく、連続運転（安定運転）が可能となる。

また、図９を効率に着目して参照する。一般的に圧縮機は運転周波数が高速域になるほど運転効率が下がることが知られており、図９においても、点線に示す従来はその傾向を示している。これに対し、本実施の形態は、能力要求が高い場合に圧縮機４１の運転台数を増やし、運転する各圧縮機４１のそれぞれを効率のよい運転周波数で運転するようにしている。このため、実線で示すように、従来に比べて運転効率が優れていることが分かる。

ところで、ＡＨＵ２で暖房運転を行っている間に、室外熱交換器４３に霜が付着した場合、霜取り運転が行われる。この霜取り運転は、四方弁４２を切換えて冷媒回路を暖房回路から冷房回路にし、室外熱交換器４３に圧縮機４１から吐出された高温冷媒を流すことにより行われる。この霜取り運転は、暖房運転中、繰り返し行われる。霜取り運転に入った圧縮機４１は発生能力がマイナスとなるため、この分を補うため中継装置５は必要合計運転周波数Ｓをアップさせ、停止している圧縮機４１を運転させたり、運転している圧縮機４１の運転周波数を上げたりすることで、霜取り運転による冷風感を抑えるようにしている。

具体的には例えば、ＡＨＵ２に対する総合必要能力が６０［ｋＷ］で、５台の圧縮機４１のうち３台が２０［ｋＷ］の能力にて安定運転し、２台が停止している運転状態を想定する。そして、この運転状態において、１台の圧縮機４１が霜取り運転となり、その圧縮機４１の能力が−２０ｋＷとなった場合について考える。この場合、停止している２台の圧縮機４１の両方をそれぞれ２０ｋＷにて運転開始させることで、６０［ｋＷ］の総合必要能力を満たすことができる。

また、霜取り運転を実施するにあたり、複数のヒートポンプサイクル１００が同時に冷房回路となると、室内が設定温度にならず、冷えのクレームが発生する恐れがある。これを防止するために、本実施の形態１では、霜取り運転が必要な室外熱交換器４３の台数に応じて適宜霜取り運転の開始台数を制限するようにしている。具体的には例えば、霜取り運転の開始を適宜待機させ、１台もしくは２台など少数台ずつ霜取り運転を実施するようにする。これにより、霜取り運転による冷えのクレームリスクを最小限に抑えることができる。

霜取り運転時の上記台数制御に際しては、具体的には室外機４および中継装置５は以下の処理を行う。すなわち室外機４は、着霜検知部４ａにて自身の室外熱交換器４３の着霜状態を検知する。そして、室外機４は自己が接続された中継装置５の台数制御部５ｂへ検知結果を送信する。具体的には、室外機４は、着霜検知部４ａにて検知された着霜状態が所望の暖房能力を維持できる限界の着霜状態に達したことを検知すると、霜取り運転の開始が必要である旨の検知結果を、霜取り運転の開始前に、自己が接続された中継装置５へ送信する。そして、中継装置５からの運転開始指示を待って霜取り運転を開始するようにしている。

室外機４から検知結果を受信した中継装置５側の台数制御部５ｂでは、他の中継装置５とも連携しながら、各室外機４からの検知結果も踏まえて各室外熱交換器４３の霜取り運転開始タイミングを判断する。そして、中継装置５は、自己に接続された室外熱交換器４３の霜取り運転開始タイミングとなると、霜取り運転を開始させる。

なお、本実施の形態１では、中継装置５が各室外機４毎に設けられ、空調システム内に台数制御部５ｂを複数備えた構成とした関係上、上記の制御としているが、台数制御部５ｂを一つに集約し、一つの台数制御部５ｂで全室外機４の霜取り運転時の台数制御を一括して行うようにしても、もちろんよい。

以上のように、本実施の形態１の空調システムは複数の圧縮機４１を備えており、能力要求に応じて圧縮機４１の運転台数と運転周波数とを制御する台数制御を行うようにした。これにより、低負荷時の圧縮機４１のＯＮＯＦＦサイクル運転の低減、圧縮機４１のＯＮＯＦＦサイクル運転の低減に伴う高寿命化および高効率化が可能である。

また、各ヒートポンプサイクル１００のそれぞれは、１台の圧縮機４１を備えた構成のものである。よって、圧縮機４１、膨張弁４４および室外熱交換器４３を備えた室外機４に、通常のエアコンと同仕様のもの（圧縮機を１台搭載した室外機）を流用し、これらを複数台接続した構成とすることで、空調システムを構成できる。このため、圧縮機４１を複数台搭載したような複雑な冷媒回路の室外機を新しく開発する必要がなく、低コストで空調システムを構成できる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２における空調システムのシステム構成図である。本実施の形態２は、リモコン４０が上記台数制御部５ｂを有する構成としたものである。すなわち、実施の形態１において、主に中継装置５が担っていた、台数制御情報の作成、各圧縮機４１の運転ＯＮＯＦＦ動作および圧縮機運転周波数の制御をリモコン４０にて実施しており、基本的な考え方は実施の形態１と同様である。リモコン４０は、中継装置５に接続されている。このリモコン４０は、具体的には例えば空調システムの設置業者や設備管理者が初期設定の際に用いるリモコンが該当する。なお、実施の形態１の構成において適用された変形例は、本実施の形態２の同様の構成部分においても同様に適用される。この点は、後述の実施の形態においても同様である。

本実施の形態２の空調システムにおいても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３における空調システムのシステム構成図である。本実施の形態３は、実施の形態１において、中継装置５が室外機４と同数必要としていたのに対して、１台の中継装置５とした構成であり、基本的な考え方は実施の形態１同様である。

本実施の形態３の空調システムにおいても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４における空調システムのシステム構成図である。本実施の形態４は、ＡＨＵコントローラ３が上記台数制御部５ｂを有する構成としたものである。すなわち、実施の形態１において、主に中継装置５が担っていた、台数制御情報の作成、各室外機４の運転ＯＮＯＦＦ動作および圧縮機運転周波数の制御をＡＨＵコントローラ３に集約しており、基本的な考え方は実施の形態１と同様である。これは主に、ＢＭＳ１またはＡＨＵコントローラ３と室外機４とが同一メーカー品であるケースである。

本実施の形態４の空調システムにおいても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

１ ＢＭＳ、２ ＡＨＵ、３ ＡＨＵコントローラ、３ａ アクチュエータ制御部、３ｂ 能力演算部、３ｃ 通信部、４ 室外機、４ａ 着霜検知部、４ｂ 通信部、４ｃ 制御部、５ 中継装置、５ａ インタフェース部、５ｂ 台数制御部、６ 冷媒配管、１１ 吹き出し空気温度センサー、１２ 熱交入口温度センサー、１３ 建物内温度センサー、１４ 外気温度センサー、２１ 第１流路、２２ 第２流路、２３ ルーバー、２４ フィルター、２５ 空気熱交換器、２６ 給気ファン、２７ 室内熱交換器、２８ ルーバー、２９ フィルター、３０ 排気ファン、４０ リモコン、４１ 圧縮機、４２ 四方弁、４３ 室外熱交換器、４４ 膨張弁、１００ ヒートポンプサイクル、１００Ａ ヒートポンプサイクル、１００Ｂ ヒートポンプサイクル、１００Ｃ ヒートポンプサイクル、１００Ｄ ヒートポンプサイクル、１００Ｅ ヒートポンプサイクル。

Claims (11)

1. 圧縮機、減圧装置および室外熱交換器をそれぞれ有する複数の室外機と、
   建物内外の空気を入れ換えて換気を行う流路と、前記流路内の空気が通過する室内熱交換器とを有するエアハンドリングユニットと、
   前記複数の室外機と前記エアハンドリングユニットとが冷媒配管で接続されて構成され、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記減圧装置および前記室外熱交換器をそれぞれ有する複数の独立したヒートポンプサイクルと、
   空調負荷に応じた能力要求を満たすように、一定以上の圧縮機効率が得られる、前記圧縮機に応じた特定周波数範囲に基づいて、前記圧縮機の運転台数と、運転する各圧縮機それぞれの運転周波数とを制御する台数制御部とを備え、
   前記台数制御部は、
   合計運転周波数と、運転台数と、運転周波数との関係を特定した台数制御情報を有し、前記能力要求を満たすにあたって必要な圧縮機の必要合計運転周波数を演算し、前記演算して求めた前記必要合計運転周波数と前記台数制御情報とに基づいて各圧縮機の運転周波数の合計が前記必要合計運転周波数となるように前記圧縮機の運転台数および運転周波数を決定するものであって、
   前記圧縮機の運転台数および運転周波数を決定する際、前記必要合計運転周波数が前記特定周波数範囲内に収まる場合は１台の前記圧縮機を前記特定周波数範囲内の運転周波数で運転し、前記必要合計運転周波数が前記特定周波数範囲内に収まらない場合は、前記各圧縮機のそれぞれの運転周波数が前記特定周波数範囲内に収まるように運転台数を順次増やし、そして、全ての前記圧縮機をそれぞれ前記特定周波数範囲で運転しても前記能力要求を満たせない場合は、前記特定周波数範囲内に収まる運転周波数で運転する圧縮機の台数を順次減らす一方、装置上の最大運転周波数で運転する圧縮機の台数を増やす台数制御を行う
   ことを特徴とする空調システム。
2. 前記台数制御部は、前記室外機の能力および性能に関する接続機種情報と前記室外機の接続台数とに基づいて前記台数制御情報を作成する
   ことを特徴とする請求項１記載の空調システム。
3. 前記複数の室外機のそれぞれの容量は同じである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空調システム。
4. 前記台数制御部は、前記圧縮機の運転時間が短いものから順に優先して運転されるように、運転する圧縮機を選択する
   ことを特徴とする請求項３記載の空調システム。
5. 前記複数の室外機は、その一部または全部が互いに異容量の室外機の組み合わせで構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空調システム。
6. 前記台数制御部は、前記室外機の容量が小さいものから順に優先して運転されるように、運転する圧縮機を選択する
   ことを特徴とする請求項５記載の空調システム。
7. 前記エアハンドリングユニットに備えられたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、空調負荷に応じた能力要求を作成する能力演算部と、前記能力要求を前記台数制御部に送信する通信部とを有するエアハンドリングユニットコントローラと、
   前記エアハンドリングユニットコントローラと前記複数の室外機との間の通信を行うインタフェースを有する中継装置とを備え、
   前記台数制御部が前記中継装置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の空調システム。
8. 前記中継装置は、前記複数の室外機のそれぞれ毎に設けられている
   ことを特徴とする請求項７記載の空調システム。
9. 前記エアハンドリングユニットに備えられたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、空調負荷に応じた能力要求を作成する能力演算部と、前記能力要求を前記台数制御部に送信する通信部とを有するエアハンドリングユニットコントローラと、
   前記エアハンドリングユニットコントローラと前記複数の室外機との間の通信を行うインタフェースを有する中継装置と、
   前記中継装置に接続可能なリモコンとを備え、
   前記台数制御部が前記リモコンに設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の空調システム。
10. 前記エアハンドリングユニットに備えられたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、空調負荷に応じた能力要求を作成する能力演算部と、前記能力要求を前記台数制御部に送信する通信部とを有するエアハンドリングユニットコントローラを備え、
    前記台数制御部が前記エアハンドリングユニットコントローラに備えられている
    ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の空調システム。
11. 前記ヒートポンプサイクルは、冷媒の流れ方向を切換える四方弁を有し、前記四方弁の切換えによって暖房運転と霜取り運転とを切換え可能であり、
    前記複数の室外機のそれぞれは、前記室外熱交換器の着霜状態を検知する着霜検知部と、自己の前記室外熱交換器の前記霜取り運転開始前に前記着霜検知部の検知結果を前記台数制御部に送信する通信部とを備え、
    前記台数制御部は、前記複数の室外機からの前記検知結果に基づいて前記複数の室外機のそれぞれの前記霜取り運転の実施タイミングを制御する
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の空調システム。

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