(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒吐出容量可変式の圧縮機および熱源側熱交換器を備えて成る室外ユニットと、弁開度可変式の膨脹弁、室内側熱交換器、送風機および温度センサーを備えて成る複数の室内ユニットとが、前記熱源側熱交換器の出側とつながる液冷媒配管および前記圧縮機の吸込側とつながるガス冷媒配管を介して並列に接続され、前記室内ユニットが配置されている室内の冷房を行なうとともに停電後給電時の運転再開を自動的に行なうようになっている空気調和装置において、
冷房運転再開時に前記室内ユニットの各送風機の運転を開始し、それぞれ前記室内ユニットに設定されている設定温度と前記温度センサーにより検出された検出温度との差から発熱負荷量を判断し、それぞれ当該発熱負荷量に応じて前記膨張弁の弁開度を操作し、前記室内ユニットの室内側熱交換器に流通する冷媒の流量を制御する再開運転制御手段を備えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記発熱負荷量の大きさについて区分けされた複数のランクと、各ランクに対応して前記発熱負荷量を下げるための再開運転条件との関係を表わした関係データが予め記憶されている関係データ記憶手段を有するとともに、
再開運転制御手段が、それぞれに判断した発熱負荷量と前記関係データ記憶手段に記憶されている関係データとを参照して、各室内ユニットの再開運転条件をそれぞれ設定する再開運転条件設定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記再開運転制御手段が、前記発熱負荷量が大きな室内ユニットの順に運転開始に係る優先順位を高く付与する優先順位付与手段と、
前記優先順位付与手段により付与された優先順位が最も高い室内ユニットのみを選択して運転させる第１選択ユニット運転手段と、
前記第１選択ユニット運転手段により選択された室内ユニットが所定時間運転されたときに、前記再開運転制御手段により改めて前記設定温度と前記検出温度との差から判断された発熱負荷量が大きな室内ユニットの順に前記優先順位を更新する優先順位更新手段と、
前記優先順位更新手段により更新された優先順位が上位であった室内ユニットを運転させて前記発熱負荷量を下げるように制御する第２選択ユニット運転手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１台の室外ユニットに複数台の室内ユニットが並列に接続されて並列の冷媒回路が構成されて成るものであって、停電後自動復帰機能を備えた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来一般の空気調和装置においては、室内ユニットが配置されている室内の冷房を行なうとともに、停電後の給電再開時に自動で運転を再開する機能を備えているものが知られている。例えば、特許文献１における記載された空気調和装置のように、室外ユニットに並列接続された全室内ユニットを一斉に停電後給電再開時に自動復帰させるものがある。この空気調和装置の場合、自動復帰後の運転制御は通常の起動時と同一の制御が実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４１８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来一般の空気調和装置は、停電後の給電再開時でも通常どおりの運転を行い、且つ、全ての室内機を一様に自動復帰させるので、冷媒回路の冷凍サイクル動作が定常状態に到達して１００％の冷却能力を発揮するまでには、相当の時間がかかる。
一方で、各室内ユニットが配置された室内に設置されているサーバーなどは、放熱板から熱を発する発熱体となっているが、かかる発熱体は停電が発生した場合においても、無停電電源装置などの停電対策機器を用いて運転が停止しないように運用されることが多い。また、停電対策装置を用いず自家発電に切り替えられる場合でも、発熱負荷（サーバーなどが保有する発熱体）側の電源供給が空気調和装置よりも優先されることが多い。すなわち、発熱負荷側の電源供給が完了した後に、空気調和装置に電源供給を開始するように運用されている。
そのため、停電時には空気調和装置のみが停止し、且つ、発熱負荷が稼動しているような状態を経たのち、空気調和装置の給電が再開した場合には、発熱負荷から発生した熱が滞留しているため、空気調和装置による冷却が追いつかず、発熱負荷周辺の空気温度が上昇し、発熱負荷側の運転継続の信頼性低下を引き起こすという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、目的とするところは、停電後の給電再開時に発熱負荷周辺の空気温度を速やかに通常運用時の温度まで低下させることのできる空気調和装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る空気調和装置は、冷媒吐出容量可変式の圧縮機および熱源側熱交換器を備えて成る室外ユニットと、弁開度可変式の膨脹弁、室内側熱交換器、送風機および温度センサーを備えて成る複数の室内ユニットとが、熱源側熱交換器の出側とつながる液冷媒配管および圧縮機の吸込側とつながるガス冷媒配管を介して並列に接続され、室内ユニットが配置されている室内の冷房を行なうとともに停電後給電時の運転再開を自動的に行なうようになっている空気調和装置において、冷房運転再開時に室内ユニットの各送風機の運転を開始し、それぞれ室内ユニットに設定されている設定温度と温度センサーにより検出された検出温度との差から発熱負荷量を判断し、それぞれ発熱負荷量に応じて膨張弁の弁開度を操作し、室内ユニットの室内側熱交換器に流通する冷媒の流量を制御する再開運転制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の空気調和装置は、停電後の運転再開時に発熱負荷量検出手段により検出した発熱負荷量に応じて、室内ユニットの膨脹弁により各室内ユニットに流通する冷媒の流量を制御するように構成したので、発熱負荷量検出手段により検出された発熱負荷量が小さな室内ユニットに流れる分の冷媒の一部を、発熱負荷量が大きな室内ユニットに供給することで、発熱負荷量に応じた冷房能力を提供することができ、発熱負荷の周囲温度を効率的に低下させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における空気調和装置の概略構成図である。
【図２】前記空気調和装置の制御システムを示すブロック構成図である。
【図３】前記制御システムの室外制御部を示すブロック構成図である。
【図４】前記空気調和装置の室内ユニットの設置環境例を示す模式図である。
【図５】前記空気調和装置の制御の処理手順を示すフローチャートの図である。
【図６】この発明の実施の形態２における空気調和装置の制御の処理手順を示すフローチャートの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の概略構成図である。
図１において、この実施形態１に係る空気調和装置は、冷媒吐出容量可変式の圧縮機２および凝縮器となる熱源側熱交換器３を備えて成る室外ユニット１と、弁開度可変式の電子膨脹弁７、蒸発器となる室内側熱交換器８、送風機９、および例えば温度センサーなどに代表される発熱負荷量検出手段１０を備えて成る２台以上の室内ユニット６，６，６，・・・とが、熱源側熱交換器３の冷媒出側とつながる液冷媒配管４および圧縮機２の冷媒吸込側とつながるガス冷媒配管５を介して、並列に接続されて成る冷媒回路を有している。そして、この空気調和装置は、室内ユニット６が置かれた室内の冷房を行なうとともに、停電を検出し給電再開後は運転再開を自動的に行なうようになっている。尚、この例では、発熱負荷量検出手段１０が室内ユニット６に組み込まれた形態にされているが、室内ユニット６から離れた任意の位置に発熱負荷量検出手段１０を設置した形態でも構わない。
【００１０】
図２は空気調和装置の制御システムを示すブロック構成図である。
図２において、室外ユニット１は、室外ユニット１の運転制御を行なう室外制御部１１、および、室外ユニット運転用のプログラムデータや運転履歴データを記憶するＥＥＰＲＯＭなどに代表されるメモリＭを備えている。各室内ユニット６は、室内ユニット６の運転制御を行なう室内制御部１４、および、室内ユニット運転用のプログラムデータや運転履歴データを記憶するＥＥＰＲＯＭを備えている。室外ユニット１の室外制御部１１と各室内ユニット６の室内制御部１４との間、および各室内制御部１４間は、それぞれ、通信線を介してデータ通信可能に接続されている。
【００１１】
そして、室外ユニット１の室外制御部１１は、図３に示すように、演算処理装置ＣＰＵを中心として構成され、処理時間などを計時するタイマーＴ、その他を有している。演算処理装置ＣＰＵ、タイマーＴ、メモリＭなどはデータバスＤＢを介してデータ通信可能に接続されている。データバスＤＢのデータ入力側には、人手などによる外部からのデータ入力に用いられるキーボードやマウスといった外部入力器１５、室内ユニット６ごとに配備された複数の発熱負荷量検出手段１０，１０，１０，・・・などがそれぞれ各室内制御部１４を介して接続されている。また、データバスＤＢのデータ入力側には、各室内ユニット６ごとに配備された複数の電子膨張弁７，７，７，・・・が接続されている。そして、演算処理装置ＣＰＵには、後で詳述する、再開運転制御手段２０の機能がプログラムデータとして設定されている。また、再開運転制御手段２０の機能は、後で詳述する、再開運転条件設定手段２１、優先順位付与手段２２、第１選択ユニット運転手段２３、優先順位更新手段２４、および第２選択ユニット運転手段２５の各機能を有している。メモリＭは、後で詳述する、関係データ記憶手段２６の機能を具現化するための記憶領域が確保されている。
【００１２】
ここで、実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路における、通常運転時の動作を説明する。
容量可変形圧縮機２より吐出された高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器３で凝縮されて高圧の液冷媒となり、液冷媒配管４を通じて複数台の室内ユニット６，６，６，・・・へ供給される。各室内ユニット６の電子膨脹弁７は全ての室内ユニット６について同様の初期弁開度で運転開始されるため、各室内ユニット６には均等量の冷媒が分配される。そして、冷媒は電子膨脹弁７で減圧されることにより低圧の気液二相冷媒となって室内側熱交換器８へ流入し、室内側熱交換器８で室内空気と熱交換して低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒はガス冷媒配管５を通じて室外ユニット１へと戻り、圧縮機２の吸込側に戻る冷凍サイクル動作を行なうようになっている。
【００１３】
次に、この実施形態１に係る空気調和装置が設置される環境について説明する。  図４はこの空気調和装置の室内ユニットの設置環境例の模式図である。
この空気調和装置が冷却対象とする発熱負荷１２は、運転停止されることがなく、停電時であっても無停電電源装置等の停電対策機器を用いて運転が継続されるような、例えばサーバーのように発熱を生じる発熱体である。また、発熱負荷１２からの発熱１３は、例えばサーバーであれば、サーバーラックに収められているサーバーの数やサーバーの稼働率によってバラツキがあり、全ての場所で均一でないことが多く、発熱量の多いところではホットスポットと呼ばれる熱溜まりが発生しやすい。図４において発熱１３の白抜き矢印の大きさは発熱量の大きさを表している。また、サーバーなどのような機器には運転に適した温度範囲があり、その温度範囲を逸脱して周囲温度が上昇してしまうと、運転の信頼性が著しく低下してしまう。尚、図４においては、室内ユニット６は天井設置形のもので示しているが、もちろん床置形など、どのような設置形態のものでも同様である。
【００１４】
続いて、実施形態１の空気調和装置による停電から給電再開後の動作について説明する。図５は停電から給電再開後の処理手順を示している。
まず、メモリＭの関係データ記憶手段２６には、発熱負荷量の大きさについて区分けされた複数のランクと、各ランクに対応して発熱負荷量を下げるための再開運転条件との関係を表わした関係データが予め記憶されている。前記した発熱負荷量のランクについて、第１ランクは発熱負荷量がＡ値以上である区分、第２ランクは発熱負荷量がＡ値未満Ｂ値以上である区分、第３ランクは発熱負荷量がＢ値未満Ｃ値以上である区分、第４ランクは発熱負荷量がＣ値未満である区分として、それぞれ定義されている。
【００１５】
そこで、給電再開後、まず室内における発熱負荷量の分布を正しく検出するために、演算処理装置ＣＰＵは、全ての室内ユニット６，６，６，・・・の送風運転を開始する（演算処理装置ＣＰＵが持つ事前運転機能としてのステップＳ１）。このような送風運転は、温度センサーにより検出された室内温度が設定温度に達すると圧縮機２を停止または低容量にして送風を主とする運転、いわゆるサーモＯＦＦ運転である。このような動作を例えばシステム立ち上げの際に開始しておくと、時間のロスをもたらすことなく次の制御ステップに迅速に進めることができる。
【００１６】
次に、発熱負荷量検出手段１０が各室内ユニット６付近の発熱負荷量を検出し演算処理装置ＣＰＵに出力する（ステップＳ２）。次に、演算処理装置ＣＰＵは、メモリＭの関係データ記憶手段２６から関係データを参照し、検出された発熱負荷量に応じた運転開始時の電子膨脹弁７の弁開度を決定する。例えば、発熱負荷量≧Ａ（第１ランク）であれば電子膨脹弁７を弁開度Ｄにし、Ｂ≦発熱負荷量＜Ａ（第２ランク）であれば電子膨脹弁７を弁開度Ｅにし、Ｃ≦発熱負荷量＜Ｂ（第３ランク）であれば電子膨脹弁７を弁開度Ｆにし、発熱負荷量＜Ｃ（第４ランク）であれば冷房運転ではなく送風運転にする、といったように設定する（ステップＳ３）。ここで、発熱負荷量の大きさの判断基準としては、発熱負荷量検出手段１０として例えば温度センサーを用い、室内ユニット６毎に設定されている設定温度と、温度センサーで検出された検出温度との差を用いるとすると、例えばＡ値は３℃、Ｂ値は１℃、Ｃ値は−１℃程度に設定される。また、電子膨脹弁７の弁開度Ｄは冷房能力１００％となる開度に、弁開度Ｅは冷房能力７０％程度となる開度に、弁開度Ｆは冷房能力３０％程度となる開度に、それぞれ設定されるとよい。そして、全ての室内ユニット６において、発熱負荷量≧Ａとなった場合、圧縮機２を駆動制御するためのインバータ周波数の最大値をＫ値に一時的に変更することで、通常運転時よりも多くの量の冷媒を室内ユニット６に供給することができる。Ｋ値は例えば、通常運転時における最大値の１．２倍程度にするとよい。
【００１７】
すなわち、演算処理装置ＣＰＵによるステップＳ３の処理は、各発熱負荷量検出手段１０により検出された発熱負荷量と、メモリＭの関係データ記憶手段２６に記憶されている関係データとを参照して各室内ユニット６の再開運転条件を設定するという再開運転条件設定手段２１の機能と、運転再開時に発熱負荷量検出手段１０により検出された発熱負荷量に応じて、室内ユニット６の室内側熱交換器８に流通する冷媒の流量を電子膨脹弁７の弁開度を操作することにより制御するという再開運転制御手段２０の機能と、を具現化したものである。
【００１８】
続いて、演算処理装置ＣＰＵは、各室内ユニット６の電子膨脹弁７の弁開度を決定して冷房運転を開始した後に所定時間Ｇが経過したら、発熱負荷量検出手段１０が各室内ユニット６付近の発熱負荷量を改めて検出する（ステップＳ４）。ここで、所定時間Ｇは例えば１分程度にするとよい。次に、演算処理装置ＣＰＵは、改めて検出された発熱負荷量に応じて電子膨脹弁７の弁開度の変更値を決定し設定する。すなわち、発熱負荷量≧Ａであれば弁開度＋Ｈパルス（パルスは弁開度に対応するものである）にし、Ｂ≦発熱負荷量＜Ａであれば弁開度＋Ｉパルスにし、Ｃ≦発熱負荷量＜Ｂであれば弁開度を変更しない、発熱負荷量＜Ｃであれば弁開度−Ｊパルスにする、といったように設定される（ステップＳ５）。例えば、Ｈ値は３０パルス、Ｉ値は１０パルス、Ｊ値は２０パルスといったように、ランクをつけて設定するとよい。そして、ステップＳ４とステップＳ５の処理は所定時間Ｇ毎に繰り返し行われる。ステップＳ４において、全ての室内ユニット６，６，６，・・・で発熱負荷量＜Ｂが検出された時点、もしくは所定時間Ｌが経過した時点で、当該制御動作を終了して通常運転動作へと移行する。ここで、所定時間Ｌは例えば２０分程度に設定するとよい。
【００１９】
上記のように、この実施形態１の空気調和装置によれば、発熱負荷量に応じて電子膨脹弁７の弁開度を制御することで、冷房能力があまり必要でない室内ユニット６の冷媒の一部を、ホットスポットに設置されていて、１００％の冷房能力を発揮しなければならず、速やかに冷却対象を冷却する必要があるような室内ユニット６に向けて供給することができる。その結果、サーバーなどといった発熱負荷が過度に温度上昇することを未然に防止できる。
【００２０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における空気調和装置を説明する。この実施形態２の空気調和装置は、図１〜図４に示した装置と同様の構成を有しているが、演算処理装置ＣＰＵは、後述する、先順位付与手段２２、第１選択ユニット運転手段２３、優先順位更新手段２４、および第２選択ユニット運転手段２５の各機能を備えている。そこで、実施形態２の空気調和装置による停電からの給電再開後の動作について説明する。図６は実施形態２に係る空気調和装置による停電から給電再開後の制御の処理手順を示している。
【００２１】
給電再開後、まず室内における発熱負荷量の分布を正しく検出するために、演算処理装置ＣＰＵは全ての室内ユニット６の送風運転をひとまず開始する（ステップＳ１：事前運転機能）。次に、発熱負荷量検出手段１０が各室内ユニット６付近の発熱負荷量を検出し演算処理装置ＣＰＵに出力する（ステップＳ２）。その後、演算処理装置ＣＰＵは、検出された発熱負荷量により、冷房運転を開始する室内ユニット６の優先順位を決定する。このとき、演算処理装置ＣＰＵは、発熱負荷量の大きな室内ユニット６から１位、２位というように優先順位を付与していく。但し、発熱負荷量≧Ａの室内ユニット６については全てを１位とする（ステップＳ６）。ここで、発熱負荷量の大きさの判断基準としては、発熱負荷量検出手段１０として例えば温度センサーを用い、室内ユニット６毎に設定されている設定温度と、温度センサーにより検出された検出温度との差を用いるとすると、値Ａを３℃に設定するとよい。すなわち、演算処理装置ＣＰＵによるステップＳ６の処理は、各発熱負荷量検出手段１０により検出された発熱負荷量が大きな室内ユニットの順に運転開始に係る優先順位を高く付与するという先順位付与手段２２の機能を具現化したものとなる。
【００２２】
次に、演算処理装置ＣＰＵは、ステップＳ６で決定した優先順位に応じて運転を開始する。この時、優先順位１位の室内ユニット６のみを運転開始し、２位以下の室内ユニット６については送風運転（サーモＯＦＦ運転）を継続する。また、全ての室内ユニット６において発熱負荷量≧Ａとなった場合、圧縮機２を駆動制御するためのインバータ周波数の最大値を通常運転時よりも大きな値Ｋに一時的に変更することで、通常運転時よりも多くの量の冷媒を全ての室内ユニット６に供給することができる。最大値Ｋは、例えば通常運転時の１．２倍程度にするとよい（ステップＳ７）。すなわち、演算処理装置ＣＰＵによるステップＳ７の処理が、優先順位付与手段２２により付与された優先順位が最も高い室内ユニット６のみを選択して運転させるという第１選択ユニット運転手段２３の機能を具現化したものである。そして、運転を開始した後、タイマーＴにより計時された計時時間が所定時間Ｇを経過したら、再度発熱負荷量検出手段１０により検出された各室内ユニット６付近の発熱負荷量が改めて演算処理装置ＣＰＵへ出力される（ステップＳ４）。ここで、所定時間Ｇは例えば１分程度にするとよい。
【００２３】
次に、演算処理装置ＣＰＵは、ステップＳ８において、検出された発熱負荷量により再び優先順位の判定を行って優先順位を更新する（ステップＳ８）。このとき優先順位が入れ替わった場合は、新たに１位に上がった室内ユニット６を起動し、１位から２位以下に下がった室内ユニット６については、圧縮機２を通常運転させるいわゆるサーモＯＮ運転を継続しながらも、電子膨脹弁７の弁開度は絞って冷房能力を抑制するのである。例えば、室内側熱交換器８の過熱度で電子膨脹弁７の制御を行っている場合は、過熱度目標値をその最適値よりも大きくして過熱度を大きくとるようにすることで冷房能力を抑制する。また、優先順位に変化がなかった場合、１位の室内ユニット６について発熱負荷量＜Ｂを満足していれば、優先順位が入れ替わった場合と同様、１位の室内ユニット６の冷房能力を抑制するとともに、２位の室内ユニット６の運転を開始する。１位の室内ユニット６が発熱負荷量≧Ｂであれば、そのままの運転状態を維持する。
【００２４】
すなわち、演算処理装置ＣＰＵによるステップＳ８の処理が、第１選択ユニット運転手段２３により選択された室内ユニット６が所定時間Ｇほど運転されたときに各発熱負荷量検出手段１０により改めて検出された発熱負荷量が大きな室内ユニット６の順に優先順位を更新するという優先順位更新手段２４の機能を具現化したものであり、また、優先順位更新手段２４により更新された優先順位が上位であった室内ユニット６を運転させて発熱負荷量を下げるように制御するという第２選択ユニット運転手段２５の機能を具現化したものである。
【００２５】
そして、演算処理装置ＣＰＵは、ステップＳ４とステップＳ８の処理を所定時間Ｇ毎に繰り返し行い、ステップＳ３において、全ての室内ユニット６，６，６，・・・で発熱負荷量＜Ｂを検出した時点もしくは所定時間Ｌが経過した時点で、本制御動作を終了して通常運転動作へと移行する。ここで、所定時間Ｌは例えば２０分程度に設定されている。このように、優先順位付与手段２２、第１選択ユニット運転手段２３、優先順位更新手段２４、および第２選択ユニット運転手段２５の各機能は、運転再開時に発熱負荷量検出手段１０により検出された発熱負荷量に応じて、室内ユニット６の室内側熱交換器８に流通する冷媒の流量を電子膨脹弁７の弁開度を操作することにより制御する再開運転制御手段２０の機能の一部を構成している。
【００２６】
上記したように、実施形態２の空気調和装置によれば、発熱負荷量に応じて電子膨脹弁７の弁開度を制御することで、冷房能力があまり必要でない室内ユニット６の冷媒の一部を、ホットスポットに設置されていて、１００％の冷房能力を発揮しなければならず、速やかに冷却対象を冷却する必要があるような室内ユニット６に向けて供給することができる。その結果、サーバーなどといった発熱負荷が過度に温度上昇することを未然に防止できるのである。
【００２７】
尚、上記の実施形態では、室外ユニット１の室外制御部１１に、本発明に係る制御手段の機能を持たせているが、本発明はそれに限定されるものでない。室外制御部１１に替えて別個独立の外部の制御装置に、当該制御手段の機能を持たせることも可能である。あるいは、各室内ユニット６の室内制御部１４のいずれかに当該機能を持たせても構わない。
【符号の説明】
【００２８】
１  室外ユニット、  ２  圧縮機、  ３  熱源側熱交換器、  ４  液冷媒配管、  ５  ガス冷媒配管、  ６  室内ユニット、  ７  電子膨脹弁、  ８  室内側熱交換器、  ９  送風機、  １０  発熱負荷量検出手段、  １１  室外制御部、  １２  発熱負荷、  １３  発熱、  １４  室内制御部、  １５  外部入力器、  ２０  再開運転制御手段、  ２１  再開運転条件設定手段、  ２２  優先順位付与手段、  ２３  第１選択ユニット運転手段、  ２４  優先順位更新手段、  ２５  第２選択ユニット運転手段、  ２６  関係データ記憶手段、  ＣＰＵ  演算処理装置、Ｍ  メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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