JP6189578B2 - 空調機の運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調機の運転制御方法に係り、特に兼用冷凍サイクルを複数系統備えた空調機の運転制御技術に関する。

圧縮機を使用して冷媒を循環させる圧縮サイクルと、冷媒ポンプを使用して冷媒を循環させる冷媒ポンプサイクルを、適宜、切り替えて運転する冷媒循環系統（以下、兼用冷凍サイクルという）を備えた空調機が公知である。このような空調機においては、夏期等の外気温が高いときは圧縮サイクルにより運転し、冬期等の外気温が低いときは冷媒ポンプサイクル（以下、ポンプサイクルという）により運転することにより、圧縮サイクルのみで運転するよりも消費電力を少なくすることができ、省エネ性に優れた空調機が実現できる。
本願出願人は、かかる兼用冷凍サイクルにおける圧縮サイクル⇔ポンプサイクルの切り替えにおいて、外気温と室温との温度差、圧縮サイクルにおける冷房能力、圧縮機周波数等に基づいて判定することを内容とする制御技術を開示している（特許文献１）。

特開２００２−６１９１８号公報

兼用冷凍サイクルにおいて、サイクル切り替えの際に冷媒の性状を安定させるため、冷媒循環を一時的に停止するケースが生じるが、このような場合、特に情報通信機械室（データセンター）等においては、停止時における吹き出し温度上昇により、ＩＣＴ装置の高温障害等による稼動停止のおそれがある。また、対人空調においては不快感が増加するという問題がある。
さらに、近年、例えばデータセンターにおけるＩＣＴ機器の高密度化に対応するため、上記兼用冷凍サイクルを複数系統組み込んだ空調機が実用化されている。このような空調機については、１系統を前提とする切り替え制御では適切に対応できないケースがあり、複数系統に特化した制御技術が求められている。

本発明は、兼用冷凍サイクルを複数系統備えた空調機について上記各課題を解決するためのものであって、以下の内容をその要旨とする。すなわち、本発明に係る空調制御方法は、
（１）圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルを、所定の判定基準に従い、適宜、切り替えて運転する冷凍サイクル（以下、兼用冷凍サイクルという）を１又は複数系統備えた１又は複数の空調機において、同一又は異なる空調機のうちの２系統以上の系統を、一方のサイクルから他方のサイクルに切り替える場合に、いずれか一の系統の切り替えが完了した後に、順次、残りの系統を切り替えることを特徴とする。

本発明において、「圧縮サイクル」とは、圧縮機、蒸発器、凝縮器、膨張弁及びこれらを結ぶ冷媒配管により構成され、以下の冷媒循環によりヒートポンプサイクルを形成するものである。すなわち、圧縮機で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管内流れ凝縮器に導かれ、ここで外気と熱交換して冷却凝縮される。凝縮した液冷媒は、膨張弁を通過する際に断熱膨張し、低圧の液ガス並存状態となって蒸発器に導かれる。ここで冷房対象である室内空気から熱を奪って自らは蒸発し、低圧冷媒ガスとなって冷媒配管を介して圧縮機に戻る。

また、「冷媒ポンプサイクル」とは、冷媒ポンプ、蒸発器、凝縮器及びこれらを結ぶ冷媒配管により構成され、以下の冷媒循環によりヒートポンプサイクルを形成するものである。すなわち、冷媒は凝縮器において外気と熱交換して冷却され、液状態で冷媒ポンプに導かれ、ここで昇圧されて蒸発器に導かれる。ここで冷房対象である室内空気から熱を奪って蒸発し、冷媒ガスとなって凝縮器に戻る。
「兼用冷凍サイクル」とは、これら２つのサイクルを同一冷媒配管及びバイパス配管により構成し、三方弁又は切り替え弁により冷媒循環経路を変更可能とすることにより実現するものである。

本発明は、（ａ）単一の空調機が複数系統の兼用冷凍サイクルを備えたケース、（ｂ）それぞれ単一系統の兼用冷凍サイクルを備えた複数の空調機群のケース、及び、（ｃ）それぞれ複数系統の兼用冷凍サイクルを備えた複数の空調機群のケース、のいずれにも適用される。
また、「所定の判定基準」とは、室温と外気温との温度差が所定の閾値以上又は以下に至った場合が例示される。

（２）上記発明において、同一又は異なる前記空調機のうちの２系統以上の系統を、一方のサイクルから他方のサイクルに切り替える場合において、冷媒ポンプ周波数又は圧縮機周波数が小さい系統から、順次、切り替えを行うことを特徴とする。
冷媒ポンプ周波数が小さい系統の方が負荷小であるため、切り替え対象系統の一時運転休止による空調機能力低下を最小限に抑えることが可能となる。

（３）上記各発明において、一の系統について、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルに切り替える場合には、当該系統の圧縮機がサーモオフ状態、又は、圧縮機周波数が定常状態に至っていることを条件とすることを特徴とする。
圧縮機が過渡状態のときに圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルへの切り替え判断を行うと、正しい判断が行えず、冷媒ポンプサイクル移行後に能力不足を起こすおそれがある。本発明は、これを回避するため、圧縮機がサーモオフ状態、又は、圧縮機周波数が定常状態に至った段階で切り替え判断を行うものである。

（４）上記（１）又は（３）の発明において、さらに、圧縮サイクル累積運転時間と冷媒ポンプサイクル累積運転時間の差が小さい系統から、優先的に切り替えを行うことを特徴とする。
このような運転制御を行うことにより、各系統の圧縮機、冷媒ポンプ等の駆動部等の消耗度が均等化され、故障発生リスクの低減を図ることができる。

（５）上記各発明において、さらに、前記空調機の被空調対象に対する冷房能力が過剰な場合には冷媒ポンプサイクル運転の系統を増加させ、冷房能力が過小な場合には圧縮サイクル運転の系統を増加させる、ことを特徴とする。
例えば、被空調対象である情報通信機械室の室温が許容上限温度を超えている場合には、緊急避難的に現状運転状態に関わらず、全ての系統を圧縮サイクルに切り替えて冷房能力を確保することが望ましい。
一方、室温が極端に下がっている場合には、冷媒ポンプサイクル運転の系統を増加させることが省エネ性向上の要請に沿っている。
本発明によれば、これらの要請に対応することができる。

（６）上記（１）の発明において、同一又は異なる前記空調機のうちの１以上の系統を、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルに切り替える場合には、予め残りの系統について所定の高負荷で運転させておくことを特徴とする。
（７）上記各発明において、前記空調機は、３系統以上の兼用冷凍サイクルを備え、かつ、少なくとも１系統については、圧縮サイクル運転状態を維持するように制御することを特徴とする。

上記各発明によれば、サイクル切り替え時においても、冷房能力又は暖房能力の低下を最小限に抑制することができ、これにより対人空調の場合には不快感の低減が可能となる。また、対物空調、例えばデータセンター空調の場合には、ＩＣＴ機器の吸気温度上昇を最小限にすることができ、故障リスクが低減する。
また、サイクル切り替え時において当該系統は一旦停止状態となるため、冷媒を安定な状態に保つことができ、切り替え後のサイクルを正常に起動させることができる。
また、２系統以上のサイクルが冷媒ポンプサイクルの場合、冷媒ポンプ周波数が小さい系統から、順次、圧縮サイクルに切り替えることにより、切り替え時の能力低下を最小限に抑えることができる。
さらに、圧縮サイクル運転時であって圧縮機が過渡状態のときは、正しい切り替え判断を行うことは困難である。この状態で冷媒ポンプサイクルに切り替えた場合、移行後に能力不足を起こすおそれがある。本発明によれば、圧縮機がサーモオフ状態、又は、圧縮機周波数が定常状態に至った段階で切り替え判断を行うため、上記不都合を回避することができる。

第一の実施形態に係る空調システム１の構成を示す図である。 空調システム１の圧縮サイクル運転時における冷媒循環の態様を示す図である。 空調システム１のポンプサイクル運転時における冷媒循環の態様を示す図である。 第一の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。 第二の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。 第三の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である 第四の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。 第五の実施形態に係る空調システム２０の構成を示す図である。 第五の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。 第六の実施形態に係る空調システム６０の構成を示す図である。 第六の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。 第七の実施形態に係る空調システム６０の構成を示す図である。 第七の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。 第八の実施形態のサイクル切り替え制御フローを示す図である。

以下、本発明に係る空調システムの各実施形態について、図１乃至９を参照してさらに詳細に説明する。重複説明を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
（第一の実施形態）
本実施形態は、２つの系統を同時に圧縮サイクル運転又はポンプサイクル運転に切り替える場合の制御態様に関する。
図１を参照して、本実施形態に係る空調システム１は、ともに兼用冷凍サイクルである２つの系統Ａ、Ｂを備えた空調機２と、各系統に対して切り替え連係制御を指示する制御部１９と、により構成されている。

系統Ａについてみると、圧縮機７ａ、蒸発器５ａ、凝縮器６ａ、膨張弁８ａ及び冷媒配管１０ａにより構成される圧縮サイクルＡ１と、冷媒ポンプ９ａ、冷媒配管１０ａ及び一部分岐するバイパス配管１１ａ乃至１３ａ、分岐用三方弁１４ａ乃至１６ａにより構成される冷媒ポンプサイクルＡ２と、を主要構成として備えている。冷媒配管（含バイパス配管）内部には冷媒が充填されており、冷凍サイクルに従って冷媒が気体又は液体状態で循環するように構成されている。圧縮サイクルＡ１は、上記以外にも四方弁、アキュムレーター等のヒートポンプサイクル構成要素を備えているが、図示を省略してある。蒸発器５ａには室内還気を供給するための送風機１７ａ、及び凝縮器６ａには外気を供給するための送風機１８ａが付設されている。
重複説明を省略するが、系統Ｂについても系統Ａと同一構成を備えている。

両系統の蒸発器５ａ、５ｂ、圧縮機７ａ、７ｂ、膨張弁８ａ、８ｂ、室内側送風機１７ａ、１７ｂは、一体として室内機３内部に格納されている。同様に、両系統の凝縮器６ａ、６ｂ、室外側送風機１８ａ、１８ｂは一体として室外機４内部に格納されている。室内機３の室内還気吸込部近傍には温度センサＳ１が、室外機４の外気吸込部近傍には温度センサＳ２が、それぞれ配設されている。温度センサＳ１、Ｓ２の計測値は制御部１９に取り込まれ、後述するように両系統のサイクル切替を制御するように構成されている。
さらに、制御部１９と主要構成要素間は信号線１９ａを介して接続されており、以下の制御に必要な情報の授受を可能に構成されている。

次に、空調システム１の圧縮サイクルＡ１運転時及びポンプサイクルＡ２運転時における冷媒循環の態様について説明する。
図２（ａ）を参照して、圧縮サイクルＡ１運転時において、冷媒は太線の経路により循環する。圧縮機７ａで圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管１０ａ内流れ凝縮器６ａに導かれ、ここで外気と熱交換して冷却凝縮される。凝縮した液冷媒は、膨張弁８ａを通過する際に断熱膨張し、低圧の液ガス並存状態となって蒸発器５ａに導かれる。ここで冷房対象である室内空気から熱を奪って自らは蒸発し、低圧冷媒ガスとなって冷媒配管１０ａを介して圧縮機７ａに戻る。

次に、図２（ｂ）を参照して、ポンプサイクルＡ２運転時は、冷媒は太線の経路を辿り冷媒配管１０ａ及びバイパス配管１１ａ−１３ａ内を循環する。すなわち、凝縮器６ａにおいて外気と熱交換して冷却された冷媒は、液状態でバイパス配管１１ａを経由して冷媒ポンプ９ａに導かれ、ここで昇圧され、さらにバイパス配管１２ａを経由して蒸発器５ａに導かれる。ここで冷房対象である室内空気から熱を奪って蒸発し、冷媒ガスとなって冷媒配管１０ａを経由して凝縮器６ａに戻る。
なお、上記サイクルの切り替えに際しては、制御部１９の指令による三方弁１４ａ−１６ａの流路切り替え操作が行われる。

次に、制御部１９において実行される圧縮サイクル⇔ポンプサイクルの切替判定基準について説明する。圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えは、温度センサＳ１、Ｓ２によりそれぞれ計測される室温Ｔｉと外気温Ｔｏとの温度差、ΔＴ＝Ｔｉ−Ｔｏが所定の閾値Ｔ１以上に至った場合に行われる。また、ポンプサイクルから圧縮サイクルへの切り替えは、ΔＴが所定の閾値Ｔ２以下に至った場合に行われる。

空調システム１は以上のように構成されており、次に図３をも参照して、本実施形態における行われるサイクル切替制御フローについて説明する。なお、以下の制御は制御部１９からの指令により所定の時間間隔で行われる。
制御開始に伴い、現状の運転サイクルが確認される（Ｓ１０１）。ポンプサイクル運転状態の場合には、上述のサイクル切替条件（ΔＴ≦Ｔ２）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ１０２）。ΔＴ＞Ｔ２の場合には（Ｓ１０２においてＮ）、切替条件に該当していないと判定され、次回までそのままポンプサイクル運転が継続される。

ΔＴ≦Ｔ２の場合には（Ｓ１０２においてＹ）、切替条件に該当と判定されるが、切替時における能力低下を抑制するため、負荷の低い系統を優先して切り替える。具体的には、系統Ａ，Ｂの冷媒ポンプ９ａ、９ｂの周波数Ｆａ、Ｆｂが比較される（Ｓ１０２）。Ｆａ≦Ｆｂの場合には（Ｓ１０２においてＹ）、系統Ａの負荷が小さいと判断され、最初に系統Ａの冷媒ポンプ９ａが停止される（Ｓ１０４）。その後、系統Ａの圧縮機７ａの運転が開始される（Ｓ１０５）。次いで、系統Ｂの冷媒ポンプ９ｂが停止され（Ｓ１０６）、その後、圧縮機７ｂの運転が開始される（Ｓ１０７）。
Ｓ１０３においてＮ、すなわちＦａ＞Ｆｂの場合には系統Ｂの負荷の方が小さいと判断され、最初に系統Ｂについて冷媒ポンプ９ｂを停止し（Ｓ１０８）、その後、圧縮機７ｂの運転を開始する（Ｓ１０９）。次に、系統Ａについて冷媒ポンプ９ａを停止し（Ｓ１１０）、続いて圧縮機７ａの運転を開始する（Ｓ１１１）。
以上の工程により、ポンプサイクルから圧縮サイクルへの切り替えが終了する。

次に、Ｓ１０１において現状が圧縮サイクル運転状態の場合には、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切替条件（ΔＴ≧Ｔ１）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ１１２）。ΔＴ＜Ｔ１の場合には（Ｓ１１２においてＮ）、次回までそのまま圧縮サイクル運転が継続される。
ΔＴ≧Ｔ１の場合には（Ｓ１１２においてＹ）、最初に系統Ａについて圧縮機７ａが停止される（Ｓ１１３）。次に、冷媒ポンプ９ａの運転が開始される（Ｓ１１４）。その後、系統Ｂの圧縮機７ｂが停止され（Ｓ１１５）、続いて冷媒ポンプ９ｂの運転が開始される（Ｓ１１６）。
以上の工程により、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えが終了する。

なお、本実施形態では圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えについて、切替順序を考慮することなく進める例を示したが、ポンプサイクルから圧縮サイクルへの切り替えと同様に、圧縮機周波数を考慮して切替順序を決定する形態とすることもできる。
また、圧縮サイクル⇔ポンプサイクルの切替判定基準について、室温Ｔｉと外気温Ｔｏとの温度差ΔＴに基づく例を示したが、切り替えにより冷房能力に支障を来たさない他の判定基準を採用することもできる。
また、本実施形態では空調機２が２系統の例を示したが、３系統以上の場合においても各系統の圧縮機周波数に応じて順次切り替える形態とすることができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は２つの系統について、サイクルごとの累積運転時間をも勘案して制御する態様に関する。本実施形態の構成は、空調システム１と同一であるので重複説明を省略する。
次に、図４をも参照して、本実施形態におけるサイクル切替制御フローについて説明する。制御開始に伴い、現状のサイクル形態が確認される（Ｓ２０１）。系統Ａ，Ｂともにポンプサイクル運転の場合には、サイクル切替条件（ΔＴ≦Ｔ２）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ２０２）。ΔＴ＞Ｔ２の場合には（Ｓ１０２においてＮ）、切替条件に該当していないと判定され、次回までそのままポンプサイクル運転が継続される。

ΔＴ≦Ｔ２の場合には（Ｓ２０２においてＹ）、一方の系統を圧縮サイクルに切り替えることになるが、両系統の運転時間均等化を図るため、両系統の圧縮機累積運転時間、ΣＴc(a)とΣＴc(b)とが比較される（Ｓ２０３）。なお、本実施形態においては、後述するように系統ごと、サイクルごとに累積運転時間の積算が行われている。
ΣＴc(a)≦ΣＴc(b)の場合には（Ｓ２０３においてＹ）、系統Ａの圧縮機累積運転時間が少ないため系統Ａ側を圧縮サイクルに変更される（Ｓ２０４）。この場合、上述の実施形態と同様に、冷媒ポンプ９ａを停止した後、圧縮機７ａの運転が開始される。Ｓ２０３においてＮ、すなわちΣＴc(a) ＞ΣＴc(b)の場合には、系統Ｂの圧縮機累積運転時間が少ないため、系統Ａ側の変更シーケンスの場合と同様にして、系統Ｂ側が圧縮サイクルに変更される（Ｓ２０５）。

次に、両系統ともに圧縮サイクルの場合には、ポンプサイクルへの切替条件（ΔＴ≧Ｔ１）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ２０６）。ΔＴ＜Ｔ１の場合には（Ｓ２０６においてＮ）、次回までそのまま両系統ともに圧縮サイクル運転が継続される。
ΔＴ≧Ｔ１の場合には（Ｓ２０６においてＹ）、一方の系統をポンプサイクルに切り替えることになる。この場合、両系統の運転時間均等化を図るため、ポンプ累積運転時間、ΣＴp(a)とΣＴp(b)とが比較される（Ｓ２０７）。

ΣＴp(a)≦ΣＴp(b)の場合には（Ｓ２０７においてＹ）、系統Ａのポンプ累積運転時間が少ないため系統Ａ側がポンプサイクルに変更される（Ｓ２０８）。この場合、圧縮機７ａを停止した後に、冷媒ポンプ９ａの運転が開始される。Ｓ２０７においてＮ、すなわちΣＴc(a) ＞ΣＴc(b)の場合には、系統Ｂのポンプ累積運転時間が少ないため、系統Ｂ側がポンプサイクルに変更される（Ｓ２０９）。

次に、一方が圧縮サイクル、他系統がポンプサイクルの場合には、当該サイクルの組み合わせを継続すべき状態（Ｔ１＞ΔＴ＞Ｔ２）か否かの判定が行われる（Ｓ２１０）。条件に適当している場合には（Ｓ２１０においてＹ）、次回まで両系統ともに現状サイクルによる運転が継続される。
ΔＴ≧Ｔ１の場合には能力過剰と判定され、現在圧縮サイクル運転している系統をポンプサイクルに切り替え、その結果、両系統ともポンプサイクル運転となる（Ｓ２１１）。また、ΔＴ≦Ｔ２の場合には能力不足と判定され、現在ポンプサイクル運転している系統が圧縮サイクルに切り替えられ、両系統とも圧縮サイクル運転となる（Ｓ２１２）。
以上の判定終了後に、系統ごと、サイクルごとの累積運転時間の積算が行われる（Ｓ２１３）。

なお、本実施形態においても空調機２が２系統の例を示したが、３系統以上の場合も各系統の圧縮機又はポンプ累積運転時間に応じて、順次切り替える形態とすることができる。

（第三の実施形態）
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は圧縮機の運転状態をも考慮して、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えの可否を判定する態様に係る。本実施形態の構成についても、空調システム１と同一であるので重複説明を省略する。
図５を参照して、制御開始に伴い所定の時間間隔で現状のサイクル形態が確認される（Ｓ３０１）。両系統ともにポンプサイクル運転状態の場合には、第一の実施形態のＳ１０２〜Ｓ１１１と同一フローに従い、サイクルの切り替えが実行される（Ｓ３０２）。

Ｓ３０１において両系統ともに圧縮サイクル運転状態の場合には、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切替条件（ΔＴ≧Ｔ１）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ３０３）。ΔＴ＜Ｔ１の場合には（Ｓ３０３においてＮ）、次回までそのまま圧縮サイクル運転が継続される。

ΔＴ≧Ｔ１の場合には（Ｓ３０３においてＹ）、一方の系統をポンプサイクルに切り替えることになる。この場合、圧縮機７ａ、７ｂの運転状態（サーモオフ状態にあるか否か）が判定される（Ｓ３０４）。両系統ともサーモオフオフ状態の場合には、両系統がポンプサイクルに切り替えられる（Ｓ３０７）。いずれか一方の系統がサーモオフオフ状態の場合には、当該系統がポンプサイクルに切り替えられる（Ｓ３０６）。また、両系統ともサーモオン状態の場合には、ポンプサイクルに切り替えることなく、圧縮サイクル運転が継続される（Ｓ３０５）。

次にＳ３０１において、一方が圧縮サイクル、他系統がポンプサイクルの場合には、当該サイクルの組み合わせを継続すべき状態（Ｔ１＞ΔＴ＞Ｔ２）か否かの判定が行われる（Ｓ３０８）。両閾値内に維持されている場合には（Ｓ３０８においてＹ）、両系統ともに現状運転状態が継続される。
下限閾値以下の場合には（ΔＴ≦Ｔ２）、現在ポンプサイクル運転の系統について圧縮サイクルに変更され、両系統ともに圧縮サイクル運転となる（Ｓ３０９）。また、上限閾値以上の場合には（ΔＴ≧Ｔ１）、現在圧縮サイクル運転状態の系統につき、Ｓ３０４以下のサーモオフ判定に移行する。

なお、本実施形態では圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えについて、圧縮機がサーモオフ状態か否かに基づき判定する例を示したが、圧縮機周波数が定常状態に至ったか否かを判定基準とする形態とすることもできる。

（第四の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、第三の実施形態において、サイクル切替条件のみならず、空調機全体として冷房能力が不足しているか否かを考慮して、ポンプサイクル運転から圧縮サイクル運転への切り替えの可否を判定する形態に係る。
図６を参照して、本実施形態の制御フローは、上述の第三の実施形態のフロー（図５）と一部を除き同一である。以下、相違点について説明する。図５では、現状運転状態の判定（Ｓ３０１）に続いてサイクル切替条件の判定（Ｓ３０８）を行っているが、本実施形態ではこれらに先立って、現状冷房能力の判定が行われる。この判定は、室温（空調機吸込温度）Ｔｉが所定の上限閾値（ＴＨ）及び下限閾値（ＴＬ）内に治まっているか否かにより行われる（Ｓ４００）。
Ｔｉ＞ＴＨ、すなわち上限閾値を超えている場合には、現状運転状態に関わらず、両系統とも圧縮サイクルにより運転される（Ｓ４０９）。

一方、Ｔｉ＜ＴＬ、すなわち下限閾値を下回っている場合には、現状運転状態に関わらず、両系統ともポンプサイクルにより運転される（Ｓ４０７）。
ＴＨ≧Ｔｉ≧ＴＬ、すなわち両閾値内にある場合には、冷房能力は足りていると判定され、Ｓ４０１以下、第三の実施形態と同一フローが実行される。
なお、本実施形態では現状運転状態判定に先行して冷房能力判定を行う例を示したが、現状運転状態判定の後に冷房能力判定を行う形態としてもよい。
また、第一、第二の実施形態においても、本実施形態の冷房能力判定に準じたフローを付加する態様としてもよい。

（第五の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、兼用冷凍サイクルを３系統備えたシステムに関する。図７を参照して、本実施形態の構成が上述の各実施形態と異なる点は、系統Ａ、Ｂに加えて、圧縮機７ｃ、凝縮器５ｃ、蒸発器６ｃ、膨張弁８ｃ及び冷媒配管１０ｃにより構成される圧縮サイクルと、冷媒ポンプ９ｃ、冷媒配管１０ｃ及びバイパス配管１１ｃ乃至１３ｃ、分岐用三方弁１４ｃ乃至１６ｃにより構成される冷媒ポンプサイクルとを備えた系統Ｃを、さらに備えていることである。

次に、図８を参照して、空調システム２０におけるサイクル制御方法について説明する。運転開始から時刻Ｔ１までは、系統Ａは常に圧縮サイクルにより運転が継続される。この間、系統Ｂ、Ｃは上述の各実施形態のいずれかの制御により圧縮サイクルとポンプサイクルの切替制御により運転が行われる。次に、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは、系統Ｂが圧縮サイクルにより運転が継続され、系統Ｃ、Ａは圧縮サイクルとポンプサイクルの切替制御により運転が行われる。

さらに、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までは、系統Ｃが圧縮サイクルにより運転が継続
され、系統Ａ、Ｂは圧縮サイクルとポンプサイクルの切替制御により運転が行われる。以上の工程を繰り返して行うことにより、省エネ性確保と常に一定以上の冷房能力維持の両立を可能にしている。
なお、本実施形態では兼用冷凍サイクルを３系統備えたシステムの例を示したが、さらに多系統のシステムとすることも可能である。

（第六の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、それぞれ単一の兼用冷凍サイクルを有する複数の空調機群における運転切替制御態様に関する。
図９（ａ）を参照して、本実施形態に係る空調システム６０は、兼用冷凍サイクル系統Ｃ１を備えた空調機６１と、兼用冷凍サイクル系統Ｃ２を備えた空調機６２と、各系統に対して切り替え連係制御を指示する制御部６４と、により構成されている。

各系統の冷凍サイクル構成要素は、第一の実施形態における空調機２の系統Ａ，Ｂと同一であるので重複説明を省略する。第一の実施形態と異なる点は、各系統がそれぞれ独立の室内機６１ａ乃至６３ａ、及び室外機６１ｂ乃至６３ｂに構成されていることである。また、室内、室外の代表位置にはそれぞれ温度センサＳ１、Ｓ２が配設されており、その計測値は制御部６４に取り込まれて両系統のサイクル切替を制御するように構成されている。さらに、制御部６４と主要構成要素間は信号線６４ａを介して接続されており、以下の制御に必要な情報の授受を可能に構成されている。

次に、図９（ｂ）をも参照して、本実施形態におけるサイクル切替制御フローについて説明する。
制御開始に伴い、現状の運転サイクルが確認される（Ｓ６０１）。ポンプサイクル運転状態の場合には、サイクル切替条件（ΔＴ≦Ｔ２）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ６０２）。ΔＴ＞Ｔ２の場合には（Ｓ６０２においてＮ）、切替条件に該当していないと判定され、次回までそのままポンプサイクル運転が継続される。

ΔＴ≦Ｔ２の場合には（Ｓ６０２においてＹ）、切替条件に該当と判定されるが、切替時における能力低下を抑制するため、負荷の低い系統を優先して切り替える。具体的には、系統Ｃ１−Ｃ３の冷媒ポンプ周波数が比較される（Ｓ６０３）。そして、周波数最小の系統から順次、周波数大の系統について冷媒ポンプ停止→圧縮機運転への切り替え制御が行われる。（Ｓ６０４）。

次に、Ｓ６０１において現状が圧縮サイクル運転状態の場合には、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切替条件（ΔＴ≧Ｔ１）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ６０５）。ΔＴ＜Ｔ１の場合には（Ｓ６０５においてＮ）、次回まで圧縮サイクル運転が継続される。
ΔＴ≧Ｔ１の場合には（Ｓ６０５においてＹ）、系統Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の順に圧縮機停止→冷媒ポンプ運転に切り替えられる（Ｓ６０６）。
なお、本実施形態では空調機３台の例を示したが、４台以上の場合においても同様に順次切り替えることができる。

（第七の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、複数系統の兼用冷凍サイクルを有する複数の空調機群において、第三の実施形態と同様に空調機群全体として冷房能力が不足しているか否かを考慮して、ポンプサイクル運転から圧縮サイクル運転への切り替えの可否を判定する形態に係る。
図１０（ａ）を参照して、本実施形態に係る空調システム７０は、兼用冷凍サイクル系統Ｄ１、Ｄ２を備えた空調機７１と、兼用冷凍サイクル系統Ｄ３、Ｄ４を備えた空調機７２と、各系統に対して切り替え連係制御を指示する制御部７３と、により構成されている。各系統の冷凍サイクル構成を含めその他の構成は、上述の各実施形態と同一であるので重複説明を省略する。

次に、図１０（ｂ）をも参照して、本実施形態におけるサイクル切替制御フローについて説明する。
最初に空調機群全体としての現状冷房能力の判定が行われる。この判定は、代表室温Ｔｉが所定の上限閾値（ＴＨ）及び下限閾値（ＴＬ）内に治まっているか否かにより行われる（Ｓ７００）。
Ｔｉ＞ＴＨ、すなわち上限閾値を超えている場合には、現状運転状態に関わらず全系統が圧縮サイクルにより運転される（Ｓ７０９）。

一方、Ｔｉ＜ＴＬ、すなわち下限閾値を下回っている場合には、現状運転状態に関わらず、両系統ともポンプサイクルにより運転される（Ｓ７０７）。
ＴＨ≧Ｔｉ≧ＴＬ、すなわち両閾値内にある場合には、冷房能力は足りていると判定され、以下のフローが実行される。
Ｓ７０１において全系統が圧縮サイクル運転状態の場合には、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切替条件（ΔＴ≧Ｔ１）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ３０３）。ΔＴ＜Ｔ１の場合には（Ｓ７０３においてＮ）、次回までそのまま圧縮サイクル運転が継続される。

ΔＴ≧Ｔ１の場合には（Ｓ７０３においてＹ）、いずれかの系統をポンプサイクルに切り替えることになる。この場合、各圧縮機の運転状態（サーモオフ状態にあるか否か）が判定される（Ｓ７０４）。全系統がサーモオフオフ状態の場合には、全系統がポンプサイクルに切り替えられる（Ｓ７０７）。いずれかの系統がサーモオフオフ状態の場合には、当該系統がポンプサイクルに切り替えられる（Ｓ７０６）。また、全系統がサーモオン状態の場合には、ポンプサイクルに切り替えることなく、圧縮サイクル運転が継続される（Ｓ７０５）。

次にＳ７０１において、一部系統が圧縮サイクル、残りの一部系統がポンプサイクルの場合には、当該サイクルの組み合わせを継続すべき状態（Ｔ１＞ΔＴ＞Ｔ２）か否かの判定が行われる（Ｓ７０８）。両閾値内に維持されている場合には（Ｓ７０８においてＹ）、全系統の現状運転状態が継続される。
下限閾値以下の場合には（ΔＴ≦Ｔ２）、現在ポンプサイクル運転の系統について圧縮サイクルに変更され、全系統が圧縮サイクル運転となる（Ｓ７０９）。また、上限閾値以上の場合には（ΔＴ≧Ｔ１）、現在圧縮サイクル運転状態の系統につき、Ｓ７０４以下のサーモオフ判定に移行する。

（第八の実施形態）
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は圧縮サイクルからポンプサイクルへの切り替えに際して、事前に他の空調機を高負荷運転させることにより、切替時の室温上昇防止を図る態様に係る。本実施形態の構成は、空調システム１と同一であるので重複説明を省略する。
図１２を参照して、制御開始に伴い所定の時間間隔で現状のサイクル形態が確認される（Ｓ８０１）。両系統ともにポンプサイクル運転状態の場合には、第一の実施形態のＳ１０２〜Ｓ１１１と同一フローに従い、サイクルの切り替えが実行される（Ｓ８０２）。

Ｓ８０１において両系統ともに圧縮サイクル運転状態の場合には、圧縮サイクルからポンプサイクルへの切替条件（ΔＴ≧Ｔ１）に該当しているか否かの判定が行われる（Ｓ８０３）。ΔＴ＜Ｔ１の場合には（Ｓ８０３においてＮ）、次回までそのまま圧縮サイクル運転が継続される。
ΔＴ≧Ｔ１の場合には（Ｓ８０３においてＹ）、一方の系統（例えば系統Ａ）をポンプサイクルに切り替えることになる。この場合、系統Ｂの圧縮機出力を所定の高負荷（例えば定格出力）に変更する（Ｓ８０４）。系統Ｂの圧縮機が所定の出力に到達したのち、系統Ａについてポンプサイクルに切り替えられる（Ｓ８０６）。

次にＳ８０１において、一方が圧縮サイクル、他系統がポンプサイクルの場合には（Ｓ８０１ｂ）、当該サイクルの組み合わせを継続すべき状態（Ｔ１＞ΔＴ＞Ｔ２）か否かの判定が行われる（Ｓ８０６）。両閾値内に維持されている場合には、両系統ともに現状運転状態が継続される（Ｓ８０６においてＹ）。
下限閾値以下の場合には（ΔＴ≦Ｔ２）、現在ポンプサイクル運転の系統について圧縮サイクルに変更することになるが、この場合も上述のように他の系統の圧縮機出力を所定の高負荷（例えば定格出力）に変更する（Ｓ８０７）。定格出力到達後に圧縮サイクルに切り替えられ、最終的に両系統ともに圧縮サイクル運転となる（Ｓ８０８）。

なお、本実施形態では２系統を備えた単一空調機を例に説明したが、それぞれ単一系統の兼用冷凍サイクルを備えた複数の空調機群のケース、それぞれ複数系統の兼用冷凍サイクルを備えた複数の空調機群のケース、についても同様の対応が可能である。

本発明は、熱源、冷媒、空調方式、建築構造等の種類を問わず、兼用冷凍サイクルを複数系統備えた空調機に広く適用可能である。

１、２０，６０，７０・・・・空調システム
３・・・・室内機
４・・・・室外機
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・凝縮器
６ａ、６ｂ、６ｃ・・・蒸発器
７ａ、７ｂ、７ｃ・・・圧縮機
８ａ、８ｂ、８ｃ・・・膨張弁
９ａ、９ｂ、９ｃ・・・冷媒ポンプ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・冷媒配管
１１ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・バイパス配管
１１ａ-１３ａ、１１ｂ-１３ｂ、１１ｃ-１３ｃ・・・バイパス配管
１４ａ-１６ａ、１４ｂ-１６ｂ、１４ｃ-１６ｃ・・・ 分岐用三方弁
１７ａ、１７ｂ・・・室内側送風機
１８ａ、１８ｂ・・・室外側送風機
１９・・・制御部
Ｓ１、Ｓ２・・・温度センサ

Claims (1)

1. 圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルを、所定の判定基準に従い、適宜、切り替えて運転する冷凍サイクル（以下、兼用冷凍サイクルという）を、３系統以上備えた空調システムの運転制御方法であって、
   （ａ）少なくとも１系統については、圧縮サイクル運転状態維持を順次行い、この間、
   圧縮サイクルを維持する前記１系統を除く２系統以上の系統につき、それぞれ前記判定基準に従って一方のサイクルから他方のサイクルに切り替える場合に、
   （ｂ）いずれか一の系統の切り替えが完了した後に、順次、残りの系統を切り替え、
   （ｃ）冷媒ポンプ周波数又は圧縮機周波数が小さい系統から、順次、切り替え、
   （ｄ）前記２系統以上の系統が同一のサイクルで運転されている場合は、圧縮サイクル累積運転時間又は冷媒ポンプサイクル累積運転時間が小さい系統から優先的に切り替え、前記２系統以上の系統が異なるサイクルで運転されている場合は、前記判定基準に従って同一のサイクルに切り替え、
   前記（ｂ）乃至前記（ｄ）のいずれかの制御を行うことにより、
   省エネ性確保又は運転時間均等化と一定以上の冷房能力維持の両立を可能にする、
   ことを特徴とする空調システムの運転制御方法。

Images