空调装置

技术领域

本发明涉及包括多个空调机并且利用这些空调机来对同一个空调区域进行空气调节的空调装置。

背景技术

在具有多个空调机并且利用这些空调机对同一个空调区域进行空气调节的空调装置中，即使在同一个空调区域中，施加至各个空调机的空调负载也根据各个空调机的设置场所等而不同。例如，设置在靠近窗户的场所的空调机的空调负载容易受到太阳光、外部气体温度的影响，设置在远离窗户的场所的空调机的空调负载不易受到太阳光、外部气体温度的影响。

因此，即使在同一个空调区域，也混有以高空调能力运转的空调机和以中/低空调能力运转的空调机。以中/低空调能力运转的空调机的能源效率良好，以高空调能力运转的空调能源效率较低。能源效率的降低、即引起功耗的增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011－89683号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本实施方式的目的在于，提供一种空调装置，能够确保多个空调机的良好的能量效率，并且能够针对空调负载的急剧变动迅速地发挥适当的空调能力，从而可实现舒适性的提高。

用于解决技术问题的技术手段

权利要求1的空调装置包括：多个空调机，该多个空调机配置于同一个空调区域中，并且根据各自的空调负载对各自的空调能力进行控制；以及控制器，该控制器在这些空调机的空调能力中的最大的空调能力为设定值以上的情况下，抑制该最大的空调能力。

附图说明

图1是表示一实施方式的结构的图。

图2是表示一实施方式的主机所执行的控制的流程图。

图3是表示一实施方式的主机和子机所执行的控制的流程图。

图4是表示一实施方式的没有功率关联控制的情况下的各个空调机的部分负载率的图。

图5是表示图4中的窗户侧的空调机的部分负载率与能量效率之间的关系的图。

图6是表示图4中的非窗户侧的空调机的部分负载率与能量效率之间的关系的图。

图7是表示一实施方式的存在功率关联控制的情况下的各个空调机的部分负载率的图。

图8是表示图7中的窗户侧的空调机的部分负载率与能量效率之间的关系的图。

图9是表示图7中的非窗户侧的空调机的部分负载率与能量效率之间的关系的图。

图10是表示一实施方式的各个空调机的部分负载率的变化和室内温度的变化的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

如图1所示，构成空调装置的多个空调机1a、1b、……1n的室内单元20配置在同一个空调区域R。

作为主机的空调机1a具有将压缩机11、四通阀12、室外热交换器13、减压器例如电动膨胀阀14、室内热交换器21依次进行配管连接的热泵式制冷循环。

在制冷运转时，从压缩器11排出的制冷剂通过四通阀12流入室外热交换器(冷凝器)13，从该室外热交换器13流出的制冷剂通过电动膨胀阀14流入室内热交换器(蒸发器)21，从该室内热交换器21流出的制冷剂通过四通阀12被压缩机11吸入。

在制热运转时，如箭头所示，通过切换四通阀12的流路，从压缩器11排出的制冷剂通过四通阀12流入室内热交换器(冷凝器)21，从该室内热交换器21流出的制冷剂通过电动膨胀阀14流入室外热交换器(蒸发器)13，从该室外热交换器13流出的制冷剂通过四通阀12被压缩机11吸入。

将吸入外部气体并使其通过室外热交换器13的室外风扇15配置在室外热交换器13的附近，将检测外部气体温度To的外部气体温度传感器16配置在室外风扇15的吸入风路上。吸入空调区域的室内空气并使其通过室内热交换器21的室内风扇22配置在室内热交换器21的附近，检测室内空气的温度(称为室内温度)Ta的室内温度传感器23配置在室内风扇22的吸入风路。

上述压缩器11、四通阀12、室外热交换器13、电动膨胀阀14、室外风扇15、外部气体温度传感器16与室外控制器18a一起被收纳在室外单元10，上述室内单元21、室内风扇22、室内温度传感器23与室内控制器24a一起被收纳在室内单元20。室外控制器18a和室内控制器24a经由电源电压同步的串行信号线31相互连接，用于运转操作及用于设定运转条件的远程控制式的操作器(简称为遥控器)33经由电缆32连接到室内控制器24a。遥控器33安装在空调区域的壁面等上，可由用户容易的操作。

室外控制器18a由微机及其周边电路构成，根据来自室内控制器24a的指示，控制压缩器11、四通阀12、电动膨胀阀14、室外风扇15，并且通过串行信号线31将外部气体温度传感器16的检测温度(称为外部气体温度)To和热交温度传感器17的检测温度(称为热交换器温度)Te等数据发送给室内控制器24a。

室内控制器24a由微机及其周边电路构成，根据遥控器33的操作、由遥控器33设定的运转条件、来自室外控制器18a的传输数据等来控制该空调机1a的运转。即，室内控制器24a将由遥控器33设定的目标室内温度Ts与室内温度传感器23的检测温度(室内温度)Ta之间的差ΔT(＝|Ts-Ta|)捕获作为该空调机1a的空调负载，并执行室内温度控制，该室内温度控制对压缩机11的能力(运转频率)、即该空调机1a的空调能力进行控制，以使得这些空调负载ΔT为零，即室内温度Ta为目标室内温度Ts。

在该室内控制器24a与室内控制器24b～24n相互之间，连接有控制用和数据传输用的总线40。

空调机1b～1n具有室外控制器18b～18n和室内控制器24b～24n，仅这一点与空调机1a不同，基本结构与空调机1a相同。

室内控制器24b～24n由微机及其周边电路构成，分别根据来自室外控制器18b～18n的传输数据以及来自室内控制器24a的指示来控制各个空调机1b～1n的运转。即，将由遥控器33设定的目标室内温度Ts与各个室内温度传感器23的检测温度(室内温度)Ta之间的差ΔT(＝|Ts-Ta|)捕获作为空调机1b～1n中的每个的空调负载，并分别控制各个压缩机11的能力(运转频率)、即空调机1b～1n的空调能力，以使得这些空调负载ΔT为零。

在利用遥控器33设定有将空调机1a、1b、……1n作为一个组来控制的组控制模式的情况下，空调机1a的室内控制器24a作为控制的中枢的主机发挥作用，剩余的空调机1b～1n的室内控制器24b～24n作为遵从主机指示的子机发挥作用。

空调机1a的室内控制器24a包括第一控制部C1、第二控制部C2、第三控制部C3、第四控制部C4以作为与主机和子机的功率关联相关的主要功能。

第一控制部C1经由数据总线40定期地、且根据需要执行室内控制器24a～24n之间的相互通信。

第二控制部C2通过第一控制部C1的通信来检测空调机1b～1n的空调能力，在空调机1a和空调机1b～1n的空调能力中的最大的空调能力(后述的部分负载率L)为设定值以上的情况下且在最大的空调能力与最小的空调能力之差为规定值以上的情况下，在判断为施加至空调机1a～1n的各个空调负载ΔT的高低平衡在能量效率方面处于不佳状态并且应该消除的状况下，将上述最大的空调能力逐渐抑制成规定值(例如，5％)，并且将与该空调能力的抑制量相对应的空调负载ΔT′的处理委托给除了作为该抑制对象的空调机之外的剩余的空调机的运转。该控制称为功率关联控制。即，除了作为空调能力的抑制对象的空调机之外的剩余的一个或多个空调机自然地追加获取与空调能力的抑制量对应的空调负载ΔT′作为该空调机的空调负载ΔT的增加量，并且通过该空调机的通常的室内温度控制而得到的自然而然的空调能力的增加来处理获取到的空调负载ΔT′和原来的空调负载ΔT。在存在除作为空调能力的抑制对象的空调机之外的剩余的空调机为多个的情况下，上述空调负载ΔT′在适当地按比例分配的状态下被添加到多个空调机。另外，在抑制空调能力时，该第二控制部C2将比开始抑制的时刻的空调能力(上述最大的空调能力)要低了规定值(例如，20％)的空调能力确定为抑制的极限值(后述的上限负载率Ls)，并且以规定值(5％)来使上述最大的空调能力逐渐朝向该极限值抑制。

在第二控制部C2抑制空调能力的过程中，作为该抑制对象的空调机的空调负载ΔT上升到阈值以上时，第三控制部C3使抑制过程中的空调能力逐渐朝向与作为抑制对象的空调机的当前时刻的空调负载ΔT相对应的值增加。

另外，具体而言，在第二控制部C2抑制空调能力的过程中，作为该抑制对象的空调机的空调负载ΔT在固定时间(例如，30分钟)内持续处于第一阈值(例如，2℃)以上的状态时、或者达到比第一阈值要高的第二阈值(＞第一阈值)时，该第三控制部C3以规定值(5％)来使抑制过程中的空调能力逐渐朝向与作为抑制对象的空调机的当前时刻的空调负载ΔT对应的值增加。

在第二控制部C2抑制空调能力的过程中操作遥控器33时，与第三控制部C3同样地，第四控制部C4使抑制过程中的空调能力逐渐朝向与作为抑制对象的空调机的当前时刻的空调负载ΔT对应的值增加。

[主机的控制]

参照图2的流程图来对主机的室内控制器24a所执行的控制进行说明。流程图中的步骤S1、S2……简称为S1、S2……。

在利用遥控器33完成了制冷运转或制热运转的开始操作的情况下(S1的“是”)，室内控制器24a指示室内控制器24b～24n运转开始，并且将通过遥控器33的操作而设定的目标室内温度(也称为设定温度)Ts通知给室内控制器24b～24n(S2)。

然后，室内控制器24a将作为是否正在执行上述功率关联控制的指标的控制标记f设定为“0”(S3)，分别检测空调机1a～1n在当前时刻发挥的空调能力以作为部分负载率L(％)(S4)。部分负载率L(％)是空调机1a～1n实际发挥的空调能力占各个空调机1a～1n的额定空调能力的比例。

接着，由于在该时刻控制标记f为“0”(S5的“是”)，因而室内控制器24a从空调机1a～1n的各个部分负载率(空调能力)L中选定最大的部分负载率(最大的空调能力)Lmax，并判定该最大的部分负载率Lmax是否处于设定值(例如50％)以上的高负载率状态(S6)。

当该S6的判定结果为肯定的情况下(S6的“是”)，室内控制器24a从空调机1a～1n的各个部分负载率L中选定最小的部分负载率(最小的空调能力)Lmin，并且判定最大的部分负载率Lmax与该最小的部分负载率Lmin之间的差ΔL(＝Lmax-Lmin)是否处于规定值(例如20％)以上的状态(S7)。

在该S7的判定结果为肯定的情况下(S7的“是”)，在判断为空调机1a～1n中的每一个的空调负载ΔT的平衡在能量效率方面处于不佳状态且应该立刻消除的状况下，室内控制器24a将比最大的部分负载率Lmax要低了规定值(例如20％)的部分负载率L设定作为功率关联控制的上限负载率Ls，并且将该上限负载率Ls通知到以最大的部分负载率Lmax运转的空调机(作为抑制对象的空调机)的室内控制器(S8)。

伴随着该上限负载率Ls的设定及通知，室内控制器24a将控制标记f设定为“1”(S9)，并且监视遥控器33的停止操作(S10)。在没有遥控器33的停止操作的情况下(S10的“否”)，室内控制器24a监视来自以最大的部分负载率Lmax运转的空调机(作为抑制对象的空调机)的室内控制器的“抑制结束”通知(S12)。

在没有“抑制结束”通知的情况下(S12的“否”)，室内控制器24a返回到上述S4，再次检测空调机1a～1n的各个部分负载率L(S4)，并且确认控制标记f(S5)。该时刻的控制标记f为“1”(S5的“否”)，室内控制器24a绕过上述S6～S9的处理，转移到上述S10，并且监视遥控器33的停止操作(S10)。

在存在上述“抑制结束”通知的情况下(S12的“是”)，室内控制器24a将控制标记f设定为“0”(S13)。接着，室内控制器24a返回到上述S4，再次检测空调机1a～1n的各个部分负载率L(S4)，并且确认控制标记f(S5)。该时刻的控制标记f为“0”(S5的“是”)，因而，室内控制器24a重复上述S6～S10的处理。

在存在遥控器33的停止操作的情况下(S10的“是”)，室内控制器24a指示室内控制器24b～24n运转停止(S11)。

[主机和子机的控制]

将参照图3的流程图说明主机的室内控制器24a和子机的室内控制器24b～24n执行的控制。

室内控制器24a～24n在存在上述运转开始的指示时(S21的“是”)，开始空调机1a～1n的运转(S22)。然后，室内控制器24a～24n检测各个室内温度传感器23的检测温度(室内温度)Ta与上述目标室内温度Ts之差ΔT(＝|Ta-Ts|)作为各个空调负载ΔT，并根据这些空调负载ΔT来分别控制空调机1a～1n的部分负载率(空调能力)L(S23)。

当从该运转开始经过例如15分钟的固定时间并且空调机1a～1n的运转稳定时(S24的“是”)，室内控制器24a～24n监视是否存在上限负载率Ls的设定和通知(S25)。在没有上限负载率Ls的设定和通知的情况下(S25的“否”)，室内控制器24a～24n监视是否存在上述运转停止的指示(S35)。

在没有上述运转停止的指示的情况下(S35的“否”)，室内控制器24a～24n返回上述S25的处理并且再次监视是否存在上限负载率Ls的设定和通知(S25)。在存在上述运转停止的指示的情况下(S35的“是”)，室内控制器24a～24n停止空调机1a～1n的运转(S36)。

以下，说明例如在空调机1b的空调机负载ΔT急剧增加并且与此对应地空调机1b的部分负载率L成为最大的部分负载率Lmax的情况下的控制。

在最大的部分负载率Lmax处于设定值以上的高负载率状态的情况下(S6的“是”)，并且在最大的部分负载率Lmax与其最小的部分负载率Lmin之差ΔL处于规定值以上的状态的情况下(S7)，上限负载率Ls由室内控制器24a设定并且将其从室内控制器24a通知到室内控制器24b(S8)。

在从室内控制器24a接收到上限负载率Ls的通知的情况下(S25的“是”)，室内控制器24b将该上限负载率Ls与空调机1b的部分负载率L(＝Lmax)相比较(S26)。在空调机1b的部分负载率L比上限负载率Ls要高的情况下(S26的“是”)，室内控制器24b将空调机1b的部分负载率L抑制了规定值(5％)(S27)。

在该抑制时，与空调机1b的空调负载ΔT中的部分负载率L的抑制量相对应的空调负载ΔT′变为不由空调机1b进行处理的状态。该空调负载ΔT′的处理交给由存在于同一个空调区域R中的空调机1a、1c～1n的运转。

即，空调机1a、1c～1n将由于空调机1b的部分负载率L被抑制而未处理的空调负载ΔT′作为该空调机1a、1c～1n的各个空调负载ΔT的增加量来自然地追加获取，并且通过该空调机1a、1c～1n的通常的室内温度控制而得到的自然而然的各个部分负载率L的增加，来处理获取到的空调负载ΔT′和各自的原来的空调负载ΔT。在这种情况下，空调机1a、1c～1n仅继续根据各自的空调负载ΔT来对各自的部分负载率L进行控制的通常的基本运转。

在开始抑制空调机1b的部分负载率L之后经过15分钟(S28的“是”)时，室内控制器24b判定空调机1b的空调负载为第一阈值(2℃)以上的状态是否持续了固定时间(30分钟)(S29)。在该判定结果为否定的情况下(S29的“否”)，室内控制器24b对空调机1b的空调负载ΔT是否达到了第二阈值(3℃)且在规定时间(1分钟)内持续该状态进行判定(S30)。在该判定结果为否定的情况下(S30的“否”)，室内控制器24b判定是否操作了遥控器33(S31)。在该判定结果为否定的情况下(S31的“否”)，室内控制器24b返回上述S26并再次将部分负载率L与上限负载率Ls进行比较(S26)。

在部分负载率L高于上限负载率Ls的情况下(S26的“是”)，室内控制器24b进一步地将部分负载率L抑制规定值(5％)(S27)，并转移到上述S28～S31的判定。若上述S29、S30、S31的判定结果都为否定，则每15分钟就重复基于上述S27的部分负载率L的规定值(5％)的抑制。

在抑制进行且部分负载率L变为上限负载率Ls以下的情况下(S26的“否”)，室内控制器24b不执行上述S27、S28的处理而转换到上述S29的判定，并且在保持部分负载率L的抑制状态的同时等待上述S29、S30、S31的判定结果中的任一个变为肯定。

在空调机1b的空调负载ΔT为第一阈值(2℃)以上的状态持续固定时间(30分钟)的情况下(S29的“是”)，在判断为处于空调机1b的能力似乎不足的状态且难以将由空调机1b检测到的室内温度Ta维持为目标室内温度Ts的状况下，室内控制器24b使抑制过程中的部分负载率L朝向与作为抑制对象的空调机1b的当前时刻的空调负载ΔT对应的值增加规定值(5％)(32)。

在空调机1b的空调负载ΔT超过第一阈值(2℃)并达到第二阈值(3℃)且该状态持续了规定时间(2分钟)的情况下(S29的“否”，S30的“是”)，在判断为空调机1b的能力不足的程度较大且难以将空调机1b中的室内温度Ta维持为目标室内温度Ts的状况下，室内控制器24b使抑制过程中的部分负载率L朝向与作为抑制对象的空调机1b的当前时刻的空调负载ΔT对应的值增加规定值(5％)(32)。

在制冷时，由于即使室内温度Ta稍微上升也感到不舒适，所以与空调负载ΔT的变化有关的上述S29、S30的判定处理是必须的。在制热时，由于即使室内温度Ta稍微降低也不会感到不舒适，所以也可以不需要与空调负载ΔT的变化有关的上述S29、S30的判定处理。

在空调区域R中的室内人员对遥控器33进行某种操作的情况下(S29的“否”，S30的“否”，S31的“是”)，在判断为空调区域R的舒适性劣化的状况下，室内控制器24b使抑制过程中的部分负载率L朝向与作为抑制对象的空调机1b的当前时刻的空调负载ΔT对应的值增加规定值(5％)(S32)。

在通过上述S32增加部分负载率L以后，室内控制器24b判定增加的部分负载率L是否达到与作为抑制对象的空调机1b的当前时刻的空调负载ΔT相对应的值(S33)。在该判定结果为否定的情况下(S33的“否”)，室内控制器24b重复基于上述S32的部分负载率L的增加(S32)。

在上述S33的判定结果为肯定的情况下(S33的“是”)，室内控制器24b向室内控制器24a通知“抑制结束”(S34)，并且监视来自室内控制器24a的运转停止的指示(S35)。在没有运转停止的指示的情况下(S35的“否”)，室内控制器24b返回上述S25并且监视是否存在新的上限负载率Ls的设定和通知(S25)。在存在上述运转停止的指示的情况下(S35的“是”)，室内控制器24b停止空调机1b的运转(S36)。

如上所述，在空调机1b的空调负载ΔT急剧增加并且空调机1b的部分负载率L(＝Lmax)增加到设定值以上的高负载率状态的情况下，而且，在空调机1b的部分负载率L(＝Lmax)与最小的部分负载率Lmin之差ΔL为规定值(20％)以上的状态的情况下，在判断为空调机1a～1n中的每个的空调负载ΔT的平衡在能量效率方面处于不佳状态且应当立刻消除的状况下，抑制空调机1b的部分负载率L，并且通过除了作为抑制对象的空调机1b以外的剩余的空调机1a、1c～1n的通常的室内温度控制所进行的基本运转来处理与该部分负载率L的抑制量对应的空调负载ΔT′，因而，即使空调机1b的空调负载ΔT急剧增加，也能防止空调机1b的能量效率的劣化，并且维持空调机1a、1c～1n的良好的能量效率，同时得到对空调机1b的空调负载ΔT的急剧增加没有响应延迟的适当的空调能力。空调区域R的舒适性提高。

在抑制部分负载率L(＝Lmax)的情况下，由于以规定值逐渐地执行该抑制，所以能够防止存在作为抑制对象的空调机的场所的室内温度Ta急剧降低。不会使空调区域R的室内人员感到不舒适。

在抑制过程中的部分负载率L(＝Lmax)朝向与作为抑制对象的空调机的当前时刻的空调负载ΔT相对应的值增加的情况下，以规定值逐渐执行该增加，因而，能防止作为抑制对象的空调机的功耗的急剧增加。

如图4所示，在空调机1a配置在窗户附近的太阳光照射良好的场所，空调机1b配置在远离窗户的场所，且这些空调机1a、1b执行制冷运转的情况下，空调机1a的空调负载ΔT大于空调机1b的空调负载ΔT。由此，空调机1a以例如部分负载率L＝80％的高空调能力运转，空调机1b以例如部分负载率L＝30％的低空调能力运转。这种情况下，如图5和图6所示，以低空调能力运转的空调机1b的能量效率良好，但是以高空调能力运转的空调机1a的能量效率降低。

若在这种状况下执行本实施方式的功率关联控制，则如图7所示，空调机1a从以前的部分负载率L＝80％转移到部分负载率L＝60％的中等空调能力的运转，空调机1b从以前的部分负载率L＝30％转移到部分负载率L＝50％的中等空调能力的运转。这种情况下，如图8和图9所示，空调机1a的能量效率上升并变为良好，且空调机1b的能量效率也保持着良好的状态。即，空调装置的整体的能量效率提高。

对于空调机1a、1b中的每个的部分负载率L的变化及配置有空调机1a的场所的室内温度Ta的变化，将存在本实施方式的功率关联控制的情况和不存在本实施方式的功率关联控制的情况进行比较并在图10中示出。

在上述实施方式中，当最大的部分负载率Lmax为设定值以上且最大的部分负载率Lmax与最小的部分负载率Lmin之差为规定值以上时，抑制了最大的部分负载率Lmax，但也可在最大的部分负载率Lmax为设定值以上时，立刻进行抑制最大的部分负载率Lmax的控制。

除此以外，上述实施方式以及变形例仅为举例示出，并非为了限定发明范围。该新的实施方式和变形例可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形均包含在发明范围和要旨中，并且也包含在权利要求书的范围所记载的发明及其等同范围内。

标号说明

1a～1n……空调机，10……室外单元，11…压缩机，13……室外热交换器，18a、18b、…18n……室外控制器，20……室内单元，24a～24n……室内控制器，33……遥控器，40……总线。