JP6854896B2

JP6854896B2 - 空気調和システム、空気調和装置、運転制御方法およびプログラム

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Publication number: JP6854896B2
Application number: JP2019533126A
Authority: JP
Inventors: 小坂　忠義; 忠義小坂; 金澤　律子; 律子金澤; 浦田　和幹; 和幹浦田
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2039-02-14
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Description

本発明は、１以上の室内機と複数の室外機が接続されたシステム、装置、運転制御方法および運転制御をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

空気調和装置には、１つの冷媒系統に複数の室内機や室外機が接続された装置がある。この装置は、室内機からの要請により複数の室外機の出力を調整し、消費電力を低減させる機能を有している。

このような複数の室外機の出力を調整する技術としては、空調負荷に応じて室外機の出力を均等分配する技術（例えば、特許文献１〜３参照）や、空調負荷に応じて室外機の運転台数を制御する技術（例えば、特許文献４、５参照）等が知られている。

特開平９−２８７８４５号公報特開２００７−２９２４０６号公報特許第４６６７４９６号公報特開２０１３−２４４６５号公報特開２０１７−１８７２１３号公報

一般に、空調効率（冷暖房効率）は、空調負荷（熱負荷）によって変動し、任意の空調負荷のときに最大効率を示す。この最大効率は、室外機の種類や動作環境によって異なる。このため、従来の技術のように、室外機の出力を均等分配したり、運転台数を制御するだけでは、最大効率から大きく離れた負荷で運転される場合があり、全体の消費電力の低減幅が小さいという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、１以上の室内機と複数の室外機が接続された空気調和システムであって、
１以上の室内機が必要とする負荷の合計値を計算する演算手段と、
演算手段により計算された負荷の合計値に応じて、各室外機に分配する負荷の割合を調整する調整手段とを含む、空気調和システムが提供される。

本発明によれば、全体の消費電力を大きく低減できる。

空気調和システムの構成例を示した図。空気調和システムの動作を説明する図。室外機の負荷および効率と消費電力との関係を例示した図。各室外機の効率と負荷との関係を例示した図。室外機制御基板のハードウェア構成を例示した図。室外機の機能構成を例示したブロック図。各室外機の負荷の割合を調整する処理を例示したフローチャート。空気調和システムの冷媒系統について説明する図。室外機の負荷を別系統の室外機も使用して調整する第１の方法について説明する図。室外機の負荷を調整した結果を例示した図。室外機の負荷を別の冷媒系統の室外機も使用して調整する第２の方法について説明する図。室外機の負荷を別の冷媒系統の室外機も使用して調整する第３の方法について説明する図。室外機の負荷を別の冷媒系統の室外機も使用して調整する第４の方法について説明する図。

図１は、空気調和システムの構成例を示した図である。空気調和システムは、同一空間内に設けられる１以上の室内機と、その空間の外部に設置される複数の室外機とを含んで構成される。ここでは、空気調和システムとして説明するが、１以上の室内機と、複数の室外機とを含む空気調和装置であってもよい。図１では、空気調和システムが、ビル等の室内１０に設置された４台の室内機１１と、室外に設置された４台の室外機１２とから構成されている。

室内機１１は、天井設置型の室内機で、室内１０の空気を吸い込み、吹き出すファンと、吸い込んだ空気を温め、または冷却する熱交換器と、ファンを制御する制御基板とを備えている。また、室内機１１は、吸い込み温度（室内温度）を計測する温度センサと、吹き出し温度を計測する温度センサとを備えている。

室内機１１の制御基板は、ユーザが操作するリモートコントローラと通信を行い、リモートコントローラからの指令を受けて、室内機１１を運転または停止し、運転モード、温度、風量等の設定や変更を行う。また、室内機１１の制御基板は、室外機１２と通信を行い、温度センサにより計測された室内温度や吹き出し温度、設定温度、設定風量等の情報を提供する。

室外機１２は、外気を吸い込み、吹き出すファンと、吸い込んだ空気を温め、または冷却する熱交換器と、室内機１１と室外機１２との間で熱媒体としての冷媒を循環する圧縮機と、ファンおよび圧縮機を制御する制御基板と、各種のセンサとを備えている。

室外機１２の制御基板は、リモートコントローラからの指令を、室内機１１を介して受け付け、その指示により室外機１２を運転または停止し、ファンおよび圧縮機を制御する。各種のセンサは、外気温を計測する温度センサ、圧縮機に供給する電流を計測するセンサ、熱媒体の流量を計測するセンサ、熱媒体の圧力を計測するセンサ等を含む。

図２は、空気調和システムの動作を説明する図である。空気調和システムは、室内の室内機１１ａ〜１１ｄと室外の室外機１２ａ〜１２ｄとが、内部を冷媒が流れる配管１３により接続され、１つの冷媒系統を構成している。図２では、１本の配管１３のみが示されているが、実際には、冷媒媒体が室内機１１ａ〜１１ｄから室外機１２ａ〜１２ｄへ向かう配管と室外機１２ａ〜１２ｄから室内機１１ａ〜１１ｄへ戻る配管の２本から構成される。冷媒系統は、１つに限られるものではなく、２以上であってもよい。

室内機１１ａ〜１１ｄの熱交換器と、室外機１２ａ〜１２ｄの熱交換器とは、配管１３により繋がっており、冷媒が循環することにより空気と冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。

また、室内機１１ａ〜１１ｄの制御基板と、室外機１２ａ〜１２ｄの制御基板とは、通信ケーブル１４により接続され、情報のやりとりを行うように構成されている。なお、制御基板間の通信は、通信ケーブル１４を使用した有線での通信に限られるものではなく、Ｗｉ-Ｆｉ等を使用した無線通信であってもよい。

室内機１１ａ〜１１ｄは、室内１０の空気を吸い込み、空気を温め、または冷却した後、吹き出すことを繰り返し、室内１０の温度が設定温度になるように制御する。室内機１１ａ〜１１ｄが室内温度を設定温度にするために必要とする仕事（負荷）は、室内機１１ａ〜１１ｄの現在の空調負荷であり、室内温度と、吹き出し温度と、設定風量とを用い、空気の比熱を１（ｋＪ／ｋｇ℃）として計算することができる。

室外機１２ａ〜１２ｄは、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷の合計値に対して、それぞれに分配された負荷で運転する。室外機１２ａ〜１２ｄのうちの１つ、例えば室外機１２ａの制御基板１５は、空気調和システムを制御する制御装置として機能し、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷を計算するために使用され、室内機１１ａ〜１１ｄの制御基板と通信し、室内温度と、吹き出し温度と、設定風量の情報を取得する。そして、制御基板１５は、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷を計算し、その合計値を計算する。

制御基板１５は、各室外機１２ａ〜１２ｄに負荷を分配し、各室外機１２ａ〜１２ｄが負担する負荷を通知する。各室外機１２ａ〜１２ｄは、制御基板１５からの通知を受けて、通知された負荷となるようにファンや圧縮機を制御する。

冷媒は、圧縮機により断熱圧縮されて高温になり、吐出される。暖房として使用する場合、圧縮機から出る高温の冷媒が、室内機１１ａ〜１１ｄの熱交換器へ供給される。冷房として使用する場合、圧縮機から出る高温の冷媒は、室外機１２ａ〜１２ｄの熱交換器へ供給され、外気との熱交換により冷却される。その後、冷媒は、膨張弁等により断熱膨張され、温度がさらに下げられる。このようにして低温となった冷媒が、室内機１１ａ〜１１ｄの熱交換器へ供給される。

冷媒の温度は、圧縮機の圧縮比により変化し、圧縮比が大きくなるほど高くなり、圧縮機の消費電力も大きくなる。圧縮機は、ファンに比較して圧縮比が大きく、消費電力も大きいため、システム全体の消費電力の多くを占める。

室内機１１ａ〜１１ｄは、供給された冷媒とファンにより吸い込まれた空気とを熱交換器で熱交換を行い、温かい空気または冷却した空気を室内１０に吹き出す。熱交換された冷媒は、配管１３を通して再び室外機１２ａ〜１２ｄへ戻される。暖房に使用された冷媒は、室外機１２ａ〜１２ｄの各膨張弁等で断熱膨張されて温度が下げられ、各熱交換器で外気と熱交換された後、各圧縮機へ供給される。冷房に使用された冷媒は、室外機１２ａ〜１２ｄの各圧縮機へ供給される。冷媒は、このように配管１３で結ばれた室内機１１ａ〜１２ｄと室外機１２ａ〜１２ｄとの間を循環する。

ここでは、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷の合計値の計算等を、室外機１２ａ〜１２ｄの１つである室外機１２ａの制御基板１５が行うものとして説明したが、これに限られるものではない。したがって、上記の計算等は、室外機１２ａ以外の他の室外機１２ｂ〜１２ｄの制御基板が行ってもよいし、空気調和システムが集中コントローラを備える場合、集中コントローラが行ってもよい。また、上記の計算等は、空気調和システムが繋がるネットワークを介して接続されたサーバ装置等が行ってもよい。

室外機１２ａ〜１２ｄは、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷の合計値に対して、負荷が分配されるが、従来では、均等に分配されていた。

図３は、室外機の消費電力と空調仕事、室外機の消費電力と室外機の効率、負荷と効率の関係を例示した図である。図３（ａ）が消費電力と空調仕事との関係を表した図で、図３（ｂ）が消費電力と室外機の効率との関係を表した図で、図３（ｃ）が負荷と効率との関係を表した図である。室外機の空調仕事は、室外機がその消費電力で単位時間あたりに移動できる熱量（ｋＷ）であり、室外機の効率は、空調仕事（ｋＷ）を消費電力（ｋＷ）で除算して得られる値である。室外機の負荷（ｋＷ）は、室外機に課せられた単位時間あたりの処理熱量であり、図３（ａ）における空調仕事と略等価である。

室外機の空調仕事は、図３（ａ）に示すように消費電力が大きくなるにつれて増加するが、徐々に増加する割合が小さくなる。室外機の効率は、図３（ｂ）に示すようにある消費電力のときにピークを示し、それを超えると低下する。図３（ｂ）のように室外機に割り当てられる負荷を横軸に、効率を縦軸にとったグラフでも同様に、ある負荷のときにピークを示す。

室外機は、設置する室外機の全てが同じ機種やタイプとは限らず、全てが同じ場所に設置されるとは限らない。室外機は、機種やタイプが異なれば、最大負荷に近い統一した条件での冷暖房能力（定格能力）が異なる。このため、図３（ｃ）に示す曲線は、室外機ごとに変わってくる。

図４は、４台の室外機１〜４の効率と空調負荷との関係を例示した図である。室外機１〜４がそれぞれ異なる曲線を示す特性を有する場合において、室内機が必要とする空調負荷の合計値が、例えば４８ｋＷとする。従来の均等分配では、図４（ａ）に示すように室外機１〜４のそれぞれに１２ｋＷずつ分配される。このとき、室外機１〜４の消費電力は、それぞれ３ｋＷ、３ｋＷ、４ｋＷ、４ｋＷとなり、合計消費電力が１４ｋＷとなる。この場合、室外機３の効率が他の室外機１、２、４と比較して大幅に低くなっている。

室外機１〜４の合計消費電力は、動作中の室外機１〜４の負荷の合計値が、室内機が必要とする負荷の合計値と同じであって、それぞれの効率がピークに近くなるように負荷を分配することで小さくすることができる。

そこで、室外機１、２の効率は多少低下するが、室外機３、４の効率を上げるように負荷の割合を調整し、それぞれの効率をそれぞれのピークに全体的に近づける。これにより、合計消費電力は、従来の均等分配より小さい１３ｋＷとなる。このように、室内機が必要とする負荷の合計値に応じて、室外機１〜４に分配する負荷の割合を調整することで、システム全体の消費電力を従来の均等分配に比較して低減させることができる。

図５は、室外機１２ａに設けられる制御基板１５の構成例を示した図である。制御基板１５は、室内機１１ａ〜１１ｄや他の室外機１２ｂ〜１２ｄと通信を行う機能、室外機１２ａが備えるファンや圧縮機を制御する機能、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷の合計値を計算し、室外機１２ａ〜１２ｄの負荷の割合を調整する機能を有する。これらの機能を実現するために、制御基板１５は、一般的なコンピュータと同様のＣＰＵ２０と、ＲＯＭ２１と、ＲＡＭ２２と、通信部２３と、制御部２４とをハードウェアとして含む。ＣＰＵ２０等は、バス２５に接続され、バス２５を介して情報等のやりとりを行う。

ＲＯＭ２１は、ＣＰＵ２０により実行されるプログラムや各種のデータ等を格納する。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２０に対して作業領域を提供する。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に格納されたプログラムをＲＡＭ２２に読み出し実行することで、各種の機能を実現する。

通信部２３は、通信Ｉ/Ｆで、室内機１１ａ〜１１ｄや他の室外機１２ｂ〜１２ｄと接続し、室内機１１ａ〜１１ｄや他の室外機１２ｂ〜１２ｄとの通信を実現する。制御部２４は、制御Ｉ/Ｆで、ファンや圧縮機等と接続し、ファンや圧縮機のモータの制御を実現する。

図６は、制御基板１５により実現される機能の一例を示したブロック図である。制御基板１５は、各機能を機能手段により実現し、取得手段３０と、演算手段３１と、調整手段３２と、制御手段３３とを備える。制御手段３３は、室外機１２ａ〜１２ｄが備えるファン３４および圧縮機３５に指示を与えて制御する。

取得手段３０は、室内機１１ａ〜１１ｄや他の室外機１２ｂ〜１２ｄから制御に必要な情報を取得する。制御に必要な情報としては、各室内機１１ａ〜１１ｄの負荷を計算するための室内温度、設定温度、設定風量等が挙げられる。

演算手段３１は、取得手段３０により取得された情報を用い、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷を計算し、その合計値を計算する。調整手段３２は、演算手段３１により計算された負荷の合計値に応じて、室外機１２ａ〜１２ｄに分配する負荷の割合を調整する。

制御手段３３は、調整手段３２により調整された自己の割合の負荷となるようにファン３４および圧縮機３５を制御する。制御手段３３は、ファン３４や圧縮機３５が備えるモータに供給する電流量、電流を流す方向、タイミング等を制御する。

図７は、各室外機１２ａ〜１２ｄの負荷の割合を調整する処理を例示したフローチャートである。この処理は、空気調和システムを起動し、室内温度が設定温度に達したことによりステップＳ１から開始する。ここでは、設定温度に達した後に調整処理を開始しているが、これに限られるものではなく、設定温度との差が所定の範囲内等のほぼ設定温度になった段階で開始してもよい。

ステップＳ２では、演算手段３１が、室内機が必要とする負荷を計算し、その合計値を計算する。室内機が必要とする負荷Ｌ_ｉ（ｋＷ）は、室内機の温度センサにより計測された吸い込み温度Ｔ_ｉ（℃）および吹き出し温度Ｔ_ｂ（℃）と、設定風量Ｂ（ｋｇ／ｓ）等とを用い、次の式１により計算することができる。式１は、負荷が冷房負荷か、暖房負荷かによって符号が変わるので、絶対値として計算される式となっている。

負荷の合計値Ｌ_ａｌｌ（ｋＷ）は、各室内機が必要とする空調負荷をＬ_ｉ（ｋＷ）とし、動作中の室内機の数をｍ台とすると、次の式３により計算することができる。

ステップＳ３では、調整手段３２が、演算手段３１により計算された負荷の合計値に応じて、室外機に分配する負荷の割合を調整する。室外機１２ａ〜１２ｄに分配する負荷をｗ_ｊ（ｋＷ）とし、負荷の合計をｗ_ａｌｌ（ｋＷ）とし、室外機の数をｎ台とすると、ｗ_ａｌｌは、次の式３により表される。

各室外機の消費電力をＰ_ｊ（ｋＷ）とし、室外機の消費電力の合計をＰ_ａｌｌ（ｋＷ）とし、室外機の負荷に依存する効率を関数で近似した負荷依存性関数をｆ_ｊ（ｗ_ｊ）とすると、ｗ_ｊは次の式４で表され、Ｐ_ｊは次の式５で表される。

室外機の消費電力の合計Ｐ_ａｌｌ（ｋＷ）が最小となる状態を解析する問題として、最適化問題がある。最適化問題では、Ｐ_ａｌｌ（ｋＷ）を最小化する関数を目的関数とし、変数である負荷ｗ_ｊが守るべき条件を制約条件とし、ｗ_ｊが実数全体の集合Ｒに含まれるものとして、制約条件の下で、目的関数の値が最小となるｗ_ｊを算出する。目的関数は、式６で与えられ、制約条件は、式７で与えられる。

調整手段３２は、このようにして各室外機１２ａ〜１２ｄに分配する負荷の割合を調整し、算出した各ｗ_ｊの値を、調整された割合の各室外機１２ａ〜１２ｄに分配する負荷として決定する。

ステップＳ４では、制御手段３３が、決定された各負荷になるように、各室外機１２ａ〜１２ｄを制御する。制御手段３３は、各室外機１２ａ〜１２ｄのファン３４や圧縮機３５のモータに供給する電流量等を制御する。そして、再びステップＳ２へ戻り、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷を計算する。

室外機１２ａ〜１２ｄの負荷は、各室外機１２ａ〜１２ｄにつき決定されるため、概して、少なくとも１台の室外機の負荷が他の室外機の負荷とは異なるように決定される。

また、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を繰り返して実施するため、室内機１１ａ〜１１ｄが必要とする負荷の合計値が変化しても、変化した値に応じて、各室外機１２ａ〜１２ｄに分配する負荷の割合を調整することができる。負荷の合計値は、例えば設定温度の変更や外気温の変化等により変化する。

これまで４台の室内機１１ａ〜１１ｄと４台の室外機１２ａ〜１２ｄの全てを運転するものとして説明してきたが、室内機や室外機は、負荷に応じて運転台数を変更することができる。室内機は、リモートコントローラにより起動指令を受けた機器のみが運転され、停止指令を受けた機器は運転が停止される。室外機は、各室外機の負荷の割合を調整後の合計消費電力計算値がより小さくなるように、起動する室外機の選択をしてもよい。その場合にはステップＳ２〜ステップＳ４の処理を、起動する室外機の組み合わせを変えながら繰り返し計算する。

図５に示した制御基板１５は、各室外機の負荷の割合や運転台数を調整するために、各室外機の負荷に依存する効率に関する情報（効率の負荷依存性情報）を使用することができる。負荷依存性情報は、上記の負荷依存性関数を求めるための情報である。負荷依存性情報は、図６に示す調整手段３２が読み出して使用するため、記憶手段３６に記憶される。したがって、室外機１２ａは、負荷依存性情報を記憶する記憶手段３６をさらに備えることができる。

空気調和システムは、予め試験を行って負荷依存性情報を取得し、記憶手段３６に記憶させ、各室外機に分配する負荷の割合や運転台数を調整する際に読み出して使用することができる。しかしながら、空気調和システムは、負荷依存性情報を保持していなくても、運転中に負荷の割合や運転台数を調整するために必要な情報を取得し、その情報を使用して負荷の割合や運転台数を調整してもよい。

必要な情報としては、運転中の室外機の消費電力の割合を変化させた場合の合計の消費電力、合計の消費電流、または合計の消費電力を計算するためのパラメータ値等が挙げられる。

合計の消費電力は、最小の合計消費電力を探索する直接的な情報である。合計の消費電流は、電圧と力率が既知であれば、合計の消費電力を計算することができる。合計の消費電力を計算するためのパラメータ値としては、例えば電圧や力率等を挙げることができる。力率は、実際に消費される電力（有効電力）と、実際に消費されない電力（無効電力）を含めた、交流の電圧と電流の積で表される皮相電力との比である。

調整手段３２は、運転中の室外機の合計負荷を変えないように各室外機の負荷の割合を変化させ、制御手段３３が各室外機を制御し、各室外機の消費電力の割合を変化させる。取得手段３０は、各室外機の制御基板から消費電力、消費電流、またはパラメータ値等を取得する。演算手段３１は、取得された消費電力等から消費電力の合計値を計算する。調整手段３２は、消費電力の割合を変化させ、計算された消費電力の合計値が最も小さくなる各室外機の負荷の割合を探索する。

空気調和システムは、１つの冷媒系統で構成される場合、上記のようにして、室内機が必要とする負荷を計算し、その合計値を計算し、その合計値に応じて、動作中の室外機に分配する負荷の割合を調整することで、合計の消費電力を低減させることができる。空気調和システムは、１つの冷媒系統のみに限らず、２以上の冷媒系統で構成され、ある冷媒系統の室内機を、合計消費電力を低減するために別の冷媒系統の室外機と接続できるようにしてもよい。

図８は、２以上の冷媒系統で構成される空気調和システムの構成例を示した図である。各冷媒系統は、少なくとも１台の室内機と、少なくとも１台の室外機とを含む。各冷媒系統は、配管により接続され、配管には切替手段としての弁が設けられ、いずれの冷媒系統にも繋ぎ換えることができるようになっている。

図８に示すシステムは、２つの冷媒系統で構成されている。第１系統４０は、２台の室内機４１、４２と、１台の室外機４３とから構成され、第２系統５０は、２台の室内機５１、５２と、１台の室外機５３とから構成されている。ここでは説明を容易にするために２つの冷媒系統としているが、これに限られるものではなく、３以上の熱媒系統であってもよい。また、１つの冷媒系統は、２台の室内機と１台の室外機とから構成されるものに限らず、両方が１台ずつであってもよいし、室内機が１台で、室外機が２台であってもよいし、両方が３台以上であってもよい。

第１系統４０は、室内機４１、４２と、室外機４３とが弁４４を介して配管４５により接続される。第２系統５０は、室内機５１、５２と、室外機５３とが弁５４を介して配管５５により接続される。

第１系統４０と第２系統５０とは、配管６０により接続され、配管６０には、弁６１が設けられる。

第１系統４０、第２系統５０の系統ごとに運転する場合、弁４４、５４を開にし、弁６１を閉にする。

第２系統５０の室内機５１、５２が停止している場合、室外機４３のみを運転してもよいし、第１系統４０に室外機５３を接続し、室外機４３、５３の２台を運転することを選択してもよい。

この場合、演算手段３１は、室内機４１、４２が必要とする負荷の合計値を計算する。調整手段３２は、計算された負荷の合計値に応じて、室外機の負荷の割合を調整する。その際、調整手段３２は、選択手段としても機能し、負荷依存性情報に基づき、室外機４３のみを運転するか、室外機５３を接続し、室外機４３、５３の両方を運転するかを選択する。

具体的には、調整手段３２は、室外機４３、５３の負荷依存性情報を参照し、演算手段３１を使用して、室外機４３のみを運転した場合の消費電力と、室外機５３を接続し、室外機４３、５３の負荷の割合を調整した場合の最小の合計消費電力とを求め、消費電力を比較する。調整手段３２は、比較した結果でより小さい消費電力となるほうを選択する。

ここでは、調整手段３２を選択手段として機能させるものとして説明したが、これに限られるものではなく、調整手段３２とは別に選択手段を設けてもよい。

図９は、第１系統４０に第２系統５０の室外機５３を接続する第１の例を示した図である。演算手段３１が計算した室内機４１、４２が必要とする負荷の合計値と、室外機４３、５３の負荷依存性情報とに基づき、室外機４３、５３の２台で運転したほうが、消費電力が少なくなる場合、室外機５３を接続する。

そこで、制御基板１５は、第１系統４０に室外機５３を接続するために、Ｖ２で示される閉じられた弁６１を開く。弁４４、５４、６１は、通信ケーブル１４に接続された電磁弁とされ、制御基板１５からの制御信号により開閉する。

図１０は、室外機４３のみで運転する場合の効率と負荷の関係、室外機４３、５３の２台で運転する場合の効率と負荷の関係を例示した図である。室外機４３のみで運転する場合、過負荷での運転で、効率がピークから大きく低下している。室外機は１台のみの運転であるが、効率が低く、比較的多くの電力を消費する。

これに対し、室外機４３、５３の２台で運転すると、負荷が分配され、効率がピーク近くになる。室外機は２台の運転となるが、効率が高く、合計の消費電力は、１台のみの運転の場合に比較して低減させることができる。

図１１は、第１系統４０に第２系統５０の室外機５３を接続する第２の例を示した図である。図９に示す例では、第１系統４０に室外機５３を配管６０により接続しているが、配管６０のみでは、配管６０が長く、途中に弁６１を含むことから、圧力損失が生じ、熱媒体が室外機５３へ流れにくい場合がある。すると、分配した通りの負荷で運転することができず、期待した通りに消費電力を低減させることができなくなる。

そこで、系統間を繋ぐ配管６２と、配管６２の途中に弁６３を設け、室外機５３への熱媒体の流れを制御することができる。また、室外機４３、５３の能力が異なり、室外機５３の能力が大きい場合、室外機５３へ熱媒体が多く流れようとし、１本の配管では負担がかかり過ぎるため、２本の配管６０、６２で分担し、負担を平準化することができる。

図１２は、第１系統４０に第２系統５０の室外機５３を接続する第３の例を示した図である。図１２に示す例では、第１系統４０が、２台の室内機４１、４２と、２台の室外機４３、４６で構成され、第２系統５０も、２台の室内機５１、５２と、２台の室外機５３、５６で構成されている。

第１系統４０では、室外機４３、４６を運転し、第２系統５０では、室外機５６のみを運転している。このため、室内機４１、４２と、室外機４３、４６とを繋ぐ配管に設けられた弁４４、４８は、開とされ、室外機４３、４６と第２系統５０とを繋ぐ配管に設けられた弁４７、４９は、閉とされている。また、室内機５１、５２と、室外機５３、５６とを繋ぐ配管に設けられた弁５４は、閉とされ、弁５８は、開とされ、室外機５３、５６と第１系統４０とを繋ぐ配管に設けられた弁５７、５９は、閉とされている。

例えば、室外機４３が、ファン、圧縮機のモータや制御基板に異常が発生し、作動しなくなった場合、制御基板１５は、室外機４３との通信により故障を検知する。このため、制御基板１５は、故障を検知するための検知手段をさらに備える。検知手段は、室外機と定期的に通信を行い、例えば一定時間内に室外機から応答がない場合、その室外機に故障が発生したことを検知する。

調整手段３２は、室外機４３の故障の検知を受けて、室内機４１、４２と室外機４３とを繋ぐ配管に設けられた弁４４を閉じ、第１系統４０から切り離す。

第２系統５０では、室外機５６のみが使用され、室外機５３は使用されていない。このため、室内機５１、５２と室外機５３とを繋ぐ配管に設けられた弁５４と、第１系統４０と第２系統５０とを繋ぐ配管に設けられた弁５７は、閉とされている。調整手段３２は、第１系統４０に、使用されていない室外機５３を接続するべく、閉じられた弁５７を開く。

このときも、室外機４６のみの運転と、室外機４６と室外機５３の２台での運転とで、消費電力が、どちらが小さいかを確認し、２台での運転のほうが小さい場合、弁５７を開き、室外機５３を第１系統４０に接続することができる。

図１３は、第１系統４０に第２系統５０の室外機５３を接続する第４の例を示した図である。室外機４３、５３の累積運転時間が、例えば室外機４３は１００００時間、室外機５３は３０００時間で、第２系統５０が不使用である場合、累積運転時間に差があることから、室外機４３から室外機５３へ切り替えることができる。

このため、制御基板１５は、記憶手段３６に各室外機４３、５３の累積運転時間の情報を記憶させ、累積運転時間の情報に基づき、選択手段として機能する調整手段３２に切り替えるかどうかを選択させることができる。制御基板１５は、切り替える場合、閉じている弁６１を開く。これにより、累積運転時間を平準化させ、室外機の寿命を延ばすことができる。

以上のようにして、各室外機に分配する負荷の割合を調整することで、従来の均等分配に比較して、全体の消費電力を低減させることができ、その結果、全体の消費電力の低減幅を大きくすることができる。

これまで本発明の空気調和システム、装置、方法およびプログラムについて上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。したがって、上記のプログラムが記録された記録媒体等のプログラム製品も、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…室内
１１、１１ａ〜１１ｄ…室内機
１２、１２ａ〜１２ｄ…室外機
１３…配管
１４…通信ケーブル
１５…制御基板
２０…ＣＰＵ
２１…ＲＯＭ
２２…ＲＡＭ
２３…通信部
２４…制御部
２５…バス
３０…取得手段
３１…演算手段
３２…調整手段
３３…制御手段
３４…ファン
３５…圧縮機
３６…記憶手段
４０…第１系統
４１、４２…室内機
４３、４６…室外機
４４、４７〜４９…弁
４５…配管
５０…第２系統
５１、５２…室内機
５３、５６…室外機
５４、５７〜５９…弁
５５…配管
６０、６２…配管
６１、６３…弁

Claims

１以上の室内機と複数の室外機が接続された空気調和システムであって、
前記１以上の室内機の負荷の合計値を計算する演算手段と、
前記演算手段により計算された前記負荷の合計値と前記各室外機に分配する負荷の合計値とが等しい条件の下で、前記各室外機に分配する負荷を該各室外機の負荷に依存する効率で除算して得られる該各室外機の消費電力を合計した値が最小となるように前記各室外機に分配する負荷の割合を調整する調整手段と、
前記各室外機の負荷に依存する効率の情報を記憶する記憶手段と
を含み、
前記複数の室外機は、それぞれ定格能力が異なり、
前記調整手段は、前記負荷の合計値と前記記憶手段に記憶された前記効率の情報とを用いて、前記各室外機に分配する負荷の割合と前記室内機の運転台数とを調整する、空気調和システム。
少なくとも１つの室内機と少なくとも１つの室外機とから構成される系統を２以上有し、
前記各室外機の負荷に依存する効率の情報に基づき、前記各室外機を前記２以上の系統のいずれに接続するかを選択する選択手段を含む、請求項１に記載の空気調和システム。
前記各室外機が接続される系統を切り替えるための複数の切替手段を含み、
前記切替手段は、前記室外機に異常が発生した場合、該室外機を前記系統から切り離し、正常に動作する室外機を該系統に接続する、請求項２に記載の空気調和システム。
１以上の室内機と複数の室外機とから構成される空気調和装置であって、
前記１以上の室内機の負荷の合計値を計算する演算手段と、
前記演算手段により計算された前記負荷の合計値と前記各室外機に分配する負荷の合計値とが等しい条件の下で、前記各室外機に分配する負荷を該各室外機の負荷に依存する効率で除算して得られる該各室外機の消費電力を合計した値が最小となるように前記各室外機に分配する負荷の割合を調整する調整手段と、
前記各室外機の負荷に依存する効率の情報を記憶する記憶手段と
を含み、
前記複数の室外機は、それぞれ定格能力が異なり、
前記調整手段は、前記負荷の合計値と前記記憶手段に記憶された前記効率の情報とを用いて、前記各室外機に分配する負荷の割合と前記室内機の運転台数とを調整する、空気調和装置。
１以上の室内機と複数の室外機が接続された空気調和システムの運転を制御装置により制御する方法であって、前記複数の室外機は、それぞれ定格能力が異なり、前記制御装置は、前記各室外機の負荷に依存する効率の情報を記憶する記憶手段を含み、
前記制御装置が前記１以上の室内機の負荷の合計値を計算するステップと、
計算された前記負荷の合計値と前記各室外機に分配する負荷の合計値とが等しい条件の下で、前記制御装置が、前記負荷の合計値と前記記憶手段に記憶された前記効率の情報とを用いて、前記各室外機に分配する負荷を該各室外機の負荷に依存する効率で除算して得られる該各室外機の消費電力を合計した値が最小となるように前記各室外機に分配する負荷の割合と前記室内機の運転台数とを調整するステップと
を含む、運転制御方法。
請求項５に記載の運転制御方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。