JP6676418B2 - 空調機 - Google Patents

Description

本発明は、室内の空気の調和を図る空調機に関する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルとを切替運転することにより、消費動力及び消費電力の低減を図っている。すなわち、圧縮サイクルは、蒸気圧縮式冷凍サイクルにて室内の空調を実行する。冷媒ポンプサイクルは、室外空気と熱交換した液相冷媒を室内空気と熱交換することにより、室外の熱を利用して室内の空調を実行する。

冷媒ポンプサイクルで空調機を運転する場合、外気温度や運転状況により、出力可能な空調能力が異なる。
冷媒ポンプサイクルにて出力可能な空調能力以下の範囲であれば、冷媒ポンプサイクルは圧縮サイクルに比べて小さい消費動力で当該空調能力を得ることができる。つまり、冷媒ポンプサイクルにて出力可能な空調能力以下の場合には、冷媒ポンプサイクルで空調機を運転することにより、消費動力の低減を図ることができる。

特開２０１２−８８０３３号公報

ところで、複数の空調機で同一の室内を空調する場合において、各空調機が他の空調機の運転状態を考慮することなく、自己の運転状態のみを考慮して圧縮サイクルと冷媒ポンプサイクルと切替運転すると、以下の問題が発生する。

すなわち、各空調機は、運転状態を示すパラメータが予め設定された閾値を満足したときに運転を切り替える。このため、空調システム全体として空調能力に余裕がある場合であっても、閾値を満足しない空調機は、圧縮サイクルから冷媒ポンプサイクルに運転が切り替わらない。つまり、空調システム全体として空調能力に余裕がある場合であっても、圧縮サイクルが継続されるため、効果的に省動力を達成することができない。

本発明は、上記点に鑑み、複数の空調機で構成される空調システムに適用される空調機において、省動力を達成可能な空調機を提供することを目的とする。

本願に係る空調機は、圧縮機（５Ｅ）を稼働させて室内の空調を実行する第１運転モード、及び圧縮機（５Ｅ）を稼働させることなく室外の熱を利用して室内の空調を実行する第２運転モードを切り替えて実行することが可能な空調機において、第２運転モードを実行するか否かを決定するための処理を実行する判定部を備える。

第１運転モード時に出力可能な空調能力を第１定格能力（Ｗ１）とし、第２運転モード時に出力可能な空調能力を第２定格能力（Ｗ２）とし、第１定格能力（Ｗ１）と第２定格能力（Ｗ２）との差を定格余裕能力（Ｗ３）としたとき、判定部は、第１取得処理（Ｓ１）、第２取得処理（Ｓ３）、発信処理（Ｓ５）、受信処理（Ｓ７）及び第３取得処理（Ｓ９）等を実行することができる。

第１取得処理（Ｓ１）は、現時の空調能力（以下、実能力（Ｗ４）という。）を取得する。第２取得処理（Ｓ３）は、定格余裕能力（Ｗ３）」を「第１定格能力（Ｗ１）から実能力（Ｗ４）を減じた値と等しい値」で除した値に基づく値（以下、必要値（Ｎ１）という。）を取得する。

なお、「〜と等しい値」とは、「第１定格能力（Ｗ１）から実能力（Ｗ４）を減じた値」は勿論のこと、例えば「定格余裕能力（Ｗ３）から実能力（Ｗ４）及び第２定格能力（Ｗ２）を減じた値（＝Ｗ３−Ｗ４−Ｗ２）」等をいう。

発信処理（Ｓ５）は、空調システムを構成する他の空調機（５）に必要値（Ｎ１）を発信する。受信処理（Ｓ７）は、空調システムを構成する他の空調機（５）から発信された必要値（Ｎ１）を受信する。

第３取得処理（Ｓ９）は、受信した必要値（Ｎ１）及び発信した必要値（Ｎ１）のうちいずれかの必要値であって、当該必要値（Ｎ１）以下となる必要値（Ｎ１）の個数が当該必要値（Ｎ１）以上となる必要値（以下、切替値（Ｎ２）という。）を取得する。

そして、判定部は、「切替値（Ｎ２）が取得され、かつ、発信した必要値（Ｎ１）が切替値（Ｎ２）以下の場合（以下、実行可能状態という。）」に第２運転モードが実行可能であると判定する。

本願に係る必要値（Ｎ１）は実余裕能力（Ｗ５）の度合いを示す。具体的には、必要値（Ｎ１）が小さいほど実余裕能力（Ｗ５）が大きいことを意味する。そして、切替値（Ｎ２）は、自己の必要値（Ｎ１）である発信した必要値（Ｎ１）及び受信した必要値（Ｎ１）、つまり室内に設置された全ての空調機（５）の必要値（Ｎ１）の中から選択される。

さらに、判定部は、「切替値（Ｎ２）が取得され、かつ、発信した必要値（Ｎ１）が切替値（Ｎ２）以下の場合」に第２運転モードが実行可能であると判定する。つまり本願に係る空調機（５）は、自己及び他の空調機（５）の運転状態を示す実余裕能力（Ｗ５）を利用して第２運転モードを実行するか否かを決定する。

したがって、本願では、自己及び他の空調機（５）の運転状態を示す実余裕能力（Ｗ５）を利用して第２運転モードを実行するか否かを決定するので、空調システム全体として空調能力に余裕がある場合に第１運転モードが継続される、といったことを抑制できる。延いては、自己の運転状態のみを考慮して第１運転モードと第２運転モードと切替運転する空調機に比べて、省動力を達成可能となる。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る空調システムの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る空調システムの概要を示す図である。 Ａ及びＢは空調機５及び室外機５Ｂの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る空調機５の制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る空調機５で実行される切替判定制御を示すフローチャートである。 Ａ〜Ｄは各空調機５の空調能力を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る切替判定制御で実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の特徴を説明するための図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は、本願発明の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

（第１実施形態）
１．空調システムの概要
本実施形態は、サーバ室や通信機器室等の空調を行う空調システムに本発明に係る空調機を適用したものである。

本実施形態に係る空調システムは、情報通信技術用装置（以下、ＩＣＴ機器という。）及び電力供給装置等の発熱機器に冷却用空気を供給することにより、複数のＩＣＴ装置等の発熱機器を冷却する、
電力供給機器は、ＩＣＴ装置に電力を供給するための蓄電池や無停電電源装置等をいう。なお、本実施形態では、発熱機器として主にＩＣＴ装置を想定している。以下の説明では、ＩＣＴ装置を発熱機器として説明する。

複数のＩＣＴ装置１は、図１に示すように、少なくとも１台（本実施形態では複数）のラック３に組み付けられた状態でデータセンタ室等の室内に設置される。ラック３は、金属製の棚枠及び柱壁等を組み合わせた枠状の収納棚にて構成されている。

各ラック３を挟んで一方には、図２に示すように、冷風が供給される冷風通路（コールドアイル）３Ａが設けられている。冷風は、図１に示すように、冷風通路３Ａの床下に設けられたダクト空間３Ｃから各ラック３側に供給された後、床に設けられた複数の冷風吹出口（図示せず。）から冷風通路３Ａに供給される。

なお、各ラック３を挟んで冷風通路３Ａと反対側の通路３Ｂ（図２参照）には、冷風吹出口が設けられていない。このため、当該通路３Ｂには、冷風通路３ＡからＩＣＴ装置１に供給された空気であって、ＩＣＴ装置１との熱交換を終えて温度が上昇した空気が流通する。つまり、通路３Ｂは、加熱された空気（温風）が流通する温風通路（ホットアイル）となる。

室内には複数の空調機５が設置されている。各空調機５は、室内に冷風を供給することにより室内の空調を実行する。具体的には、各空調機５は、室内の上方側から空気を吸い込んで当該空気を冷却するとともに、その空気を冷風として、ダクト空間３Ｃ及び冷風通路３Ａを介して各ＩＣＴ装置１に供給する。

各空調機５は、図３Ａに示すように、室外に配設された少なくとも１台の室外機５Ｂと共に蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成する。各空調機５内には、膨張弁５Ｃ、蒸発器５Ｄ、圧縮機５Ｅ及び送風機５Ｆ等が収納されている。

各空調機５の鉛直方向上方側には、空気を吸引するための吸気口５Ｊ（図１参照）が設けられている。各送風機５Ｆは、各吸気口５Ｊから空気を吸引して各蒸発器５Ｄに送風するとともに、各蒸発器５Ｄにて冷却された空気をダクト空間３Ｃに送風する。

室外機５Ｂは凝縮器等の放熱器５Ｇを有している。放熱器５Ｇは、圧縮機５Ｅから吐出された高温・高圧の冷媒を大気又は水と熱交換して当該冷媒を冷却する。ポンプ５Ｈは、圧縮機５Ｅを停止させた状態で冷媒を循環させる際に稼働する。

すなわち、冬等の外気温度が室内温度より低い場合には、圧縮機５Ｅにて冷媒を圧縮することなく、冷媒を大気等にて冷却できる。そこで、例えば、外気温度が室内温度より低く、かつ、室内の熱負荷が小さい場合には、図３Ｂに示すように、膨張弁５Ｃを全開として膨張弁５Ｃでの圧力損失を小さくし、かつ、圧縮機５Ｅを停止した状態でポンプ５Ｈを稼働させる。

以下、圧縮機５Ｅを稼働させて室内の空調を実行する運転モードを第１運転モードという。圧縮機５Ｅを停止した状態でポンプ５Ｈを稼働させて室内の空調を実行する運転モードを第２運転モードという。つまり、第２運転モードでは、圧縮機５Ｅが稼働することなく室外の熱が利用されて室内の空調が実行される。

２．空調機の概略制御
本実施形態では、各空調機５は、第１運転モード時に出力可能な空調能力（以下、第１定格能力Ｗ１という。）、及び第２運転モード時に出力可能な空調能力（以下、第２定格能力Ｗ２という。）は同一である。つまり、本実施形態に係る空調システムでは、各空調機５は、同一仕様の空調機である。

なお、第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２の具体的な値は、室外空気の温度や室外機５Ｂの仕様（能力）によって変動する値である。そして、本実施形態では、室外機５Ｂの仕様が同一であるので、各空調機５の第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２は、室外空気の温度（以下、外気温度という。）の関数値として決定される。

つまり、各空調機５には、外気温度と第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２との関係を示すテーブル等がＲＯＭ等の不揮発性記憶部に記憶されている。各空調機５の制御部は、当該テーブルを利用して第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２を決定する。

第１定格能力Ｗ１と第２定格能力Ｗ２との差を定格余裕能力Ｗ３という。なお、本実施形態では、第１定格能力Ｗ１は第２定格能力Ｗ２より大きい。このため、本実施形態に係る定格余裕能力Ｗ３は、第１定格能力Ｗ１から第２定格能力Ｗ２を減じた値となる。

各空調機５の制御部は、図４に示すように、膨張弁５Ｃ、圧縮機５Ｅ及び送風機５Ｆ等の作動を制御する。各制御部には、吸込温度センサＳ１、蒸発圧センサＳ２、入口冷媒温度センサＳ３及び出口冷媒温度センサＳ４等から出力された信号が入力される。

吸込温度センサＳ１は、吸気口５Ｊに吸い込まれる空気の温度（以下、吸込温度という。）を検出する。蒸発圧センサＳ２は、蒸発器５Ｄ内の圧力、つまり蒸発圧力を検出する。入口冷媒温度センサＳ３は、蒸発器５Ｄに流入する冷媒の温度を検出する。出口冷媒温度センサＳ４は、蒸発器５Ｄに流出する冷媒の温度を検出する。

制御部は、第１運転モードの実行時においては、吸込温度が予め設定された温度（以下、設定温度という。）となるように、膨張弁５Ｃの開度、圧縮機５Ｅ及び送風機５Ｆの回転数を制御する。制御部は、第２運転モードの実行時においては、吸込温度が設定温度となるように、ポンプ５Ｈ及び送風機５Ｆの回転数を制御する。

制御部は、第２運転モードの実行時において、吸込温度と設定温度との温度差が予め設定された温度差を越えるまで吸込温度が上昇したときに、運転モードを第１運転モードに切り替える。そして、制御部は、以下の切替判定制御に従って第１運転モードから第２運転モードへの切替を判定する。

なお、制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。切替判定制御は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより実現される。切替判定制御は、各空調機５が稼働しているときに、当該空調機５にて所定時間毎に実行される。

３．切替判定制御
３．１ 切替判定制御の概要
切替判定制御、つまり第２運転モードを実行するか否かを決定するための処理は、図５に示すように、第１取得処理Ｓ１、第２取得処理Ｓ３、発信処理Ｓ５、受信処理Ｓ７、第３取得処理Ｓ９並びに判定処理Ｓ１１等を有する。

＜第１取得処理＞
第１取得処理Ｓ１では、現時の空調能力（以下、実能力Ｗ４という。）が取得される。実能力Ｗ４は、現時において蒸発器５Ｄで発生している冷凍能力である。具体的には、蒸発器５Ｄの入口における冷媒の比エンタルピと蒸発器５Ｄの出口における冷媒の比エンタルピとの差に冷媒の質量流量を乗した値を実能力Ｗ４としている。なお、比エンタルピは、冷媒の温度及び圧力を利用して演算される。

＜第２取得処理＞
第２取得処理Ｓ３では、「定格余裕能力Ｗ３」を「第１定格能力Ｗ１から実能力Ｗ４を減じた値と等しい値」で除した値に基づく値（以下、必要値Ｎ１という。）が取得される。本実施形態では、「定格余裕能力Ｗ３」を「第１定格能力Ｗ１から実能力Ｗ４を減じた値と等しい値」で除して得られる商を必要値Ｎ１としている。

定格余裕能力Ｗ３は、上述したように、「第１定格能力Ｗ１から第２定格能力Ｗ２を減じた値」である。「第１定格能力Ｗ１から実能力Ｗ４を減じた値と等しい値」とは、第１運転モードが実行されているときの実余裕能力Ｗ５を意味する。つまり、本実施形態にか係る必要値Ｎ１は、Ｗ３／Ｗ５以上の自然数となる。

このため、定格余裕能力Ｗ３を実余裕能力Ｗ５で除して得られる値は、定格余裕能力Ｗ３に対する実余裕能力Ｗ５の割合であるので、必要値Ｎ１が小さくなるほど、実余裕能力Ｗ５が大きいことを意味する。

例えば、必要値Ｎ１が１である場合には、実余裕能力Ｗ５が定格余裕能力Ｗ３と同じでることを意味する。必要値Ｎ１が５であるとは、実余裕能力Ｗ５が定格余裕能力Ｗ３の１／５であることを意味する（図６Ａ参照）。

＜発信処理＞
発信処理Ｓ５では、「必要値Ｎ１」及び「識別番号」を含む情報が空調システムを構成する他の空調機５に向けて発信される。「識別番号」は発信元の空調機５を示す識別情報である。受信処理Ｓ７では、他の空調機５から発信された必要値Ｎ１及び当該必要値Ｎ１を発信した空調機５の識別番号が受信される。

例えば、図６Ａにおいて、２号機の空調機５は、「必要値Ｎ１＝３」及び「識別番号＝２」を他の空調機５に送信する。他の空調機５（例えば、３号機）は、「２号機の必要値Ｎ１は３である」旨の情報を受信する。

なお、本実施形態では、必要値Ｎ１等を示す情報を発信する空調機５（例えば、２号機）は、特定の空調機５（例えば、３号機）に向けて当該情報を発信するのではなく、他の空調機５（この例では、２号機以外の空調機５）全て向けて当該情報を発信する。

しかし、既に第２運転モードを実行している空調機５（この例では、１号機）では、切替判定制御が実行されていないため、発信された情報を受信しない。このため、必要値Ｎ１等を示す情報を受信する空調機５は、「第１運転モードを実行している他の空調機５」のみである。

因みに、図５では、発信処理Ｓ５が実行された後に受信処理Ｓ７が実行されているが、受信処理Ｓ７が実行された後に発信処理Ｓ５が実行される構成であってもよい。
＜第３取得処理＞
第３取得処理Ｓ９では切替値Ｎ２が取得される。切替値Ｎ２とは、受信した必要値Ｎ１及び発信した必要値Ｎ１のうちいずれかの必要値であって、当該必要値Ｎ１以下となる必要値Ｎ１の個数が当該必要値Ｎ１以上となる必要値をいう。

例えば、５台の空調機５、つまり第１号機〜第５号機の空調機５が室内に設置れている場合において（図６Ａ参照）、第１号機では第２運転モードが実行され、第２号機の必要値Ｎ１が３であり、第３号機の必要値Ｎ１が３であり、第４号機の必要値Ｎ１が５であり、第５号機の必要値Ｎ１が２であるとき、切替値Ｎ２は「３」となる。

すなわち、図６Ａに示す例では、「受信した必要値Ｎ１及び発信した必要値Ｎ１」とは「３、３、５、２」である。「当該必要値Ｎ１以下となる必要値Ｎ１の個数（以下、必要個数という。）」とは、例えば、当該必要値Ｎ１が５の場合には必要個数は５である。同様に、当該必要値Ｎ１が３の場合には必要個数は３であり、当該必要値Ｎ１が２の場合には当該必個数数は２である。

必要値Ｎ１が５の場合には必要個数が５である。そして、図６Ａに示す例では、５以下の必要値Ｎ１は１つである。必要値Ｎ１が３の場合には必要個数が３である。そして、図６Ａに示す例では、３以下の必要値Ｎ１は３つである。必要値Ｎ１が２の場合には必要個数が２である。そして、図６Ａに示す例では、２以下の必要値Ｎ１は１つである。

したがって、図６Ａに示す例では、「受信した必要値Ｎ１及び発信した必要値Ｎ１のうちいずれかの必要値であって、当該必要値Ｎ１以下となる必要値Ｎ１の個数が当該必要値Ｎ１以上となる必要値」つまり切替値Ｎ２は「３」である。

なお、例えば、３号機の必要値Ｎ１が４である場合には必要個数が４となるので、「４」も切替値Ｎ２となり得る。切替値Ｎ２が複数ある場合、本実施形態では、最も小さい値が切替値Ｎ２として選択される。その理由は、必要値Ｎ１が小さいほど余裕能力Ｗ５が大きくなるからである。

＜判定処理＞
制御部は、「切替値Ｎ２が取得され、かつ、発信した必要値Ｎ１、つまり自己の必要値Ｎ１が切替値Ｎ２以下の場合（以下、実行可能状態という。）」に第２運転モードが実行可能であると判定する。そして、制御部は、切替値Ｎ２以下となる必要値Ｎ１のうち自己の必要値Ｎ１が最も小さい場合には、自己の運転モードを第１運転モードから第２運転モードに切り替える。

つまり、図６Ａに示す例では、切替値Ｎ２は「３」であり、切替値Ｎ２、つまり「３」以下となる必要値Ｎ１のうち最も小さい必要値Ｎ１は「２」である。したがって、５号機の制御部は、自己の運転モードを第１運転モードから第２運転モードに切り替える。５号機以外の空調機５は、現在の運転モードが維持される。

なお、図６Ａに示す例において、５号機の必要値Ｎ１が「３」であっても切替値Ｎ２は「３」となる。この場合、切替値Ｎ２、つまり「３」以下となる必要値Ｎ１は全て３であるので、最も小さい必要値Ｎ１となる空調機５を特定できない。

このような場合、本実施形態に係る制御部は、実行可能状態において、自己を示す識別番号（本実施形態では、号機番号）が「その他の空調機５を示す識別番号」のいずれより大きい場合、つまり、自己の号機番号が最も大きい場合に自己の運転モードを第１運転モードから第２運転モードに切り替える。

３．２ 切替判定制御の詳細
＜第２取得処理の詳細＞
上述したように、必要値Ｎ１は定格余裕能力Ｗ３を実余裕能力Ｗ５で除して得られる商に基づく値、つまり必要値Ｎ１はＮ１≧Ｗ３／Ｗ５を満たす自然数である。左記の数式を以下のように変形すると、下記の数式１又は数式２を得る。

Ｎ１≧Ｗ３／Ｗ５・・・数式０
Ｎ１≧Ｗ３／（Ｗ１−Ｗ４）
Ｎ１・（Ｗ１−Ｗ４）≧Ｗ３
Ｎ１・｛Ｗ１−（Ｗ４＋Ｗ２−Ｗ２）｝≧Ｗ３
Ｎ１・｛（Ｗ１−Ｗ２）−（Ｗ４−Ｗ２）｝≧Ｗ３
Ｎ１・｛（Ｗ３−（Ｗ４−Ｗ２）｝≧Ｗ３
Ｗ３・（Ｎ１−１）≧Ｎ１・（Ｗ４−Ｗ２）・・・数式１
Ｗ３・（Ｎ１−１）／Ｎ１≧（Ｗ４−Ｗ２）・・・数式２
そして、数式１及び数式２は以下の内容を示唆する。

すなわち、例えば必要値Ｎ１が「３」以下である空調機５が少なくとも３台あれば（図６Ｂ参照）、１台の空調機５が第１運転モードから第２運転モードに移行したことにより当該空調機５が負担していた空調能力が減少しても、残り２台の空調機５にて当該減少した空調能力を補完することができ得る（図６Ｃ参照）。

つまり、必要値Ｎ１とは、「自己が第１運転モードから第２運転モードに移行したときに、当該減少した空調能力を補完するために必要な実余裕能力Ｗ５を有する空調機５の台数に、自己の台数を示す１を加算した値」を意味する。

なお、本実施形態に係る制御部は、プログラム作成を容易にする観点から、下記の数式３において、ｉに自然数を１から順に代入して演算するとともに、数式３を満たす最小の自然数ｉ、つまり数式３を満たしたときの自然数ｉを必要値Ｎ１とする。

定格余裕能力Ｗ３×（ｉ−１）／ｉ≧（実能力Ｗ４−第２定格能力Ｗ２）・・・数式３
代入される自然数ｉは、「第１運転モードで運転している空調機５の台数（以下、上限値Ｎｍａｘという。）」以下の自然数である。本実施形態では、「数式３を満たす上限値Ｎｍａｘ以下の値」がない場合には、その旨を示す値として、上限値Ｎｍａｘより大きい値（例えば、上限値Ｎｍａｘ＋１）が必要値Ｎ１とされる。

＜第３取得処理及び判定処理の詳細＞
切替値Ｎ２は「減少した空調能力を補完するために必要な実余裕能力Ｗ５を有する空調機５の台数に自己の台数を示す１を加算した値、つまり必要値Ｎ１であって、現実に当該値を満たす必要値Ｎ１」を意味する。

そして、例えば、図６Ａに示す例では、２号機と３号機とは必要値Ｎ１が同一であるので、２号機と３号機とは同一の実余裕能力Ｗ５を有するとみなすことが可能である。５号機の必要値Ｎ１は、２号機及び３号機の必要値Ｎ１より小さいので、５号機の実余裕能力Ｗ５は、２号機及び３号機の実余裕能力Ｗ５より大きい。

つまり、図６Ａに示す例では、必要値Ｎ１が「３」以下となる空調機５が３つ存在する。換言すれば、図６Ａに示す例では、２号機の実余裕能力Ｗ５と同一又はそれより大きい実余裕能力Ｗ５を有する空調機５が３つ存在する。

したがって、図６Ａに示す例では、「３」は「受信した必要値Ｎ１及び発信した必要値Ｎ１のうちいずれかの必要値であって、当該必要値Ｎ１以下となる必要値Ｎ１の個数が当該必要値Ｎ１以上となる必要値（以下、「切替値決定要件」という。）」、つまり切替値Ｎ２となる。

なお、空調機５が第１運転モードから第２運転モードに移行したときに、当該空調機５で減少した空調能力は、必要値Ｎ１が小さいほど小さい。したがって、切替値Ｎ２が小さいほど、当該「減少した空調能力」が小さくなる。

そこで、本実施形態に係る制御部は、図７に示すように、必要値Ｎ１を示す変数Ｊを１から順に大きくし（Ｓ１、Ｓ５）、「切替値決定要件」を満たす変数Ｊであって（Ｓ３：ＹＥＳ）、複数の必要値Ｎ１のうち最も小さい必要値Ｎ１を切替値Ｎ２とする（Ｓ７：ＹＥＳ）。なお、変数Ｊは「上限値Ｎｍａｘ＋１」以下の自然数である。

そして、制御部は、自己の必要値Ｎ１が切替値Ｎ２以下であって、自己の号機番号が最も大きい場合に自己の運転モードを第１運転モードから第２運転モードに切り替える。制御部は、「上限値Ｎｍａｘ＋１」以下の必要値Ｎ１の中から替値Ｎ２を決定できなかったときは、再び、第１取得処理を実行する。

なお、図６Ａに示す例において、５号機が第１運転モードから第２運転モードに切り替わると、２号機〜４号機は、５号機で「減少した空調能力」を補完すべく、第１運転モードを維持したまま空調能力を増大させる。

このとき、２号機〜４号機は、吸込温度が設定温度となるように制御される。したがって、２号機〜４号機で増大する空調能力は、図６Ｄに示すように、各号機で異なる場合もある。

４．本実施形態に係る空調機の特徴
本実施形態に係る必要値Ｎ１は実余裕能力Ｗ５の度合いを示す。具体的には、必要値Ｎ１が小さいほど実余裕能力Ｗ５が大きいことを意味する。そして、切替値Ｎ２は、自己の必要値Ｎ１である発信した必要値Ｎ１及び受信した必要値Ｎ１、つまり室内に設置された全ての空調機５の必要値Ｎ１の中から選択される。

さらに、制御部は、「切替値Ｎ２が取得され、かつ、発信した必要値Ｎ１が切替値Ｎ２以下の場合」に第２運転モードが実行可能であると判定する。つまり本願に係る空調機５は、自己及び他の空調機５の運転状態を示す実余裕能力Ｗ５を利用して第２運転モードを実行するか否かを決定する。

したがって、本実施形態では、自己及び他の空調機５の運転状態を示す実余裕能力Ｗ５を利用して第２運転モードを実行するか否かを決定するので、空調システム全体として空調能力に余裕がある場合に第１運転モードが継続される、といったことを抑制できる。延いては、自己の運転状態のみを考慮して第１運転モードと第２運転モードと切替運転する空調機に比べて、省動力を達成可能となる。

本実施形態では、「切替値決定要件」を満たす切替値Ｎ２が複数存在し得る場合には、値の小さい切替値Ｎ２、つまり、実余裕能力Ｗ５が大きい必要値Ｎ１が切替値Ｎ２として選択される。したがって、本実施形態では空調機５及び空調システムの信頼性を確実に担保でき得る。

本実施形態では、空調システム全体、つまり複数の空調機５を統合制御する統合制御装置（「中央監視装置」ともいう。）を用いることなく、各空調機５の必要値Ｎ１及び識別番号を示す情報を送受信するとともに、各空調機５に設けられた制御部にて切替判定制御を実行する。

つまり、本実施形態では、各空調機５の必要値Ｎ１及び識別番号を示す情報を送受信することで容易に空調システム全体の省動力を達成でき得るので、空調システムのコスト増を抑制しつつ、空調システムの信頼性を確実に担保でき得る。

また、切替判定制御は、必要値Ｎ１を決定し、複数の必要値Ｎ１の中から「切替値決定要件」を満たす切替値Ｎ２を選択するといった簡単なロジックである。したがって、空調システムのコスト増を抑制しつつ、空調システムの信頼性を確実に担保でき得る。

（第２実施形態）
第１実施形態では、各空調機５は同一仕様の空調機であったので、切替判定制御では、各空調機５の第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２は同一能力であるとして、切替値Ｎ２が選択された。

これに対して、本実施形態に係る切替判定制御は、各空調機５の仕様が異なる場合であっても切替判定可能としたものである。すなわち、第１実施形態に係る第３取得処理では、必要値Ｎ１、つまり「定格余裕能力Ｗ３」を「実余裕能力Ｗ５」で除した値に基づく値として、当該「除した値」そのものを利用した。

これに対して、本実施形態に係る第３取得処理では、「定格余裕能力Ｗ３」を「実余裕能力Ｗ５」で除した値に基づく値として、当該「除した値」を補正した値を利用する。具体的には、以下の通りである。

すなわち、本実施形態に係る送信処理では、必要値Ｎ１及び識別番号に加えて補正係数Ｍが他の空調機５に送信される。補正係数Ｍは、各空調機５の定格余裕能力Ｗ３のうち最も大きい定格余裕能力Ｗ３ｍａｘを自己の定格余裕能力Ｗ３で除した値（＝Ｗ３ｍａｘ／Ｗ３）である。

なお、第２取得処理で決定される必要値Ｎ１、つまり送信処理で送信すべき必要値Ｎ１は、第１実施形態に係る第２取得処理と同一手法にて決定される。
そして、本実施形態に係る第３取得処理では、必要値Ｎ１を補正する補正処理が実行された後、補正処理が実行された必要値Ｎ１、受信した必要値Ｎ１であって補正処理が実行されていない必要値Ｎ１及び自己の必要値Ｎ１の中から切替値Ｎ２が選択される。

補正処理では、自己の補正係数Ｍを基準補正係数Ｍｏとしたとき、「基準補正係数Ｍｏ以上の補正係数Ｍを有する空調機５に係る必要値Ｎ１については、当該必要値Ｎ１に当該空調機５の補正係数Ｍを乗して得られる値」が必要値Ｎ１とされる（図８参照）。

なお、補正処理では、自己の補正係数Ｍが基準補正係数Ｍｏとされるので、補正処理後における自己の必要値Ｎ１は、補正処理前における自己の必要値Ｎ１に自己の補正係数Ｍが乗して得られた値となる（図８参照）。

具体的には、図８において、例えば１号機で実行される第３取得処理においては、基準補正係数Ｍｏが１．５であるので、基準補正係数Ｍｏ以上の補正係数Ｍを有する号機、つまり１号機、４号機及び５号機の必要値Ｎ１は、補正処理前の各必要値Ｎ１に各補正係数Ｍが乗算された値となる。

３号機で実行される第３取得処理においては、基準補正係数Ｍｏが１であるので、基準補正係数Ｍｏ以上の補正係数Ｍを有する号機、つまり１号機〜５号機の必要値Ｎ１は、補正処理前の各必要値Ｎ１に各補正係数Ｍが乗算された値となる。

５号機で実行される第３取得処理においては、基準補正係数Ｍｏが２であるので、基準補正係数Ｍｏ以上の補正係数Ｍを有する号機、つまり５号機の必要値Ｎ１は、補正処理前の自己の必要値Ｎ１に自己の補正係数Ｍが乗算された値となる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、外気温度と第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２との関係を示すテーブルを利用して第１定格能力Ｗ１及び第２定格能力Ｗ２が決定されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、予め決められた固定値等であってもよい。

上述の実施形態に係る制御部は、実行可能状態において、最も小さい必要値Ｎ１となる空調機５を特定できない場合には、自己を示す識別番号が「その他の空調機５を示す識別番号」のいずれより大きいときに自己の運転モードを第１運転モードから第２運転モードに切り替えたが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、実行可能状態において、最も小さい必要値Ｎ１となる空調機５を特定できない場合には、自己を示す識別番号が「その他の識別番号」のいずれより小さい場合、つまり、自己の号機番号が最も小さい場合に自己の運転モードを第１運転モードから第２運転モードに切り替えてもよい。

上述の実施形態では、数式３において、ｉに自然数を１から順に代入して演算するとともに、数式３を満たす最小の自然数ｉ、つまり数式３を満たしたときの自然数ｉを必要値Ｎ１としたが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、例えば、定格余裕能力Ｗ３を実余裕能力Ｗ５で除した値そのもの、つまり小数点を含む値を必要値Ｎ１とする、又は定格余裕能力Ｗ３を実余裕能力Ｗ５で除して得られた値の小数点以下を切り上げた値を必要値Ｎ１としてもよい。

なお、必要値Ｎ１は「定格余裕能力Ｗ３を実余裕能力Ｗ５で除した値に基づく値」であるので、必要値Ｎ１は、数式１又は数式２のように数式０を変形した数式、又はそれら数式が有する物理的意味が同一である物理量を利用して決定された値を必要値Ｎ１としてもよい。

上述の実施形態に係る制御部は、必要値Ｎ１を示す変数Ｊを１から順に大きくし、「切替値決定要件」を満たす変数Ｊであって、複数の必要値Ｎ１のうち最も小さい必要値Ｎ１を切替値Ｎ２としたが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、例えば、「実行可能状態」にある空調機５が複数ある場合において、各号機の実負荷を相互通信し、「実行可能状態」にある複数の号機のうち最も実負荷の小さいものを第２運転モードとしてもよい。これにより、空調能力の不足による第１運転モードへの戻りを抑制し、第２運転モードの時間を長くでき得る。

例えば、「実行可能状態」にある空調機５が複数ある場合において、各空調機５で過去実行された第２運転モードの累積運転時間を相互通信し、「実行可能状態」にある複数の空調機５のうち最も累積運転時間の小さいものを第２運転モードとしてもよい。これにより、第２運転モード運転時間を平準化でき得るので、ポンプ５Ｈ等の摩耗や故障を抑制できる。

例えば、「実行可能状態」にある空調機５が複数ある場合において、乱数表等を用いて第２運転モードとすべき空調機５をランダムに選定してもよい。
例えば、「実行可能状態」にある空調機５が複数ある場合において、各空調機５で過去実行された第２運転モードの累積実行回数を相互通信し、「実行可能状態」にある複数の空調機５のうち最も累積実行回数の小さいものを第２運転モードとしてもよい。これにより、ポンプ５Ｈの起動回数を平準化でき得るので、ポンプ５Ｈ等の摩耗や故障を抑制できる。

上述の実施形態では、切替判定制御を実行するためのプログラムが、予め制御部（ＲＯＭ）に記憶された状態で供給されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、当該プログラムが記憶された媒体を介して制御部に組み込む（インストールする）構成としてもよい。

上述の第２実施形態に係る補正係数Ｍは、最大の定格余裕能力Ｗ３を基準とした値であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、最小の定格余裕能力Ｗ３を基準とした値、定格余裕能力Ｗ３の平均値を基準とした値等であってもよい。

上述の実施形態では、吸込温度と設定温度との温度差が予め設定された温度差を越えるまで吸込温度が上昇したときに、運転モードを第２運転モードから第１運転モードに切り替えたが、本発明はこれに限定されるものではない。

上述の実施形態に係る第２運転モードは、冷媒を介して室外の熱を室内に取り込んだが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、室外空気を室内に直接的又は間接的に導入することにより、室外の熱を利用してもよい。

上述の実施形態に係る空調機５は、空調能力として冷熱を発生させるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、空調能力として温熱を発生させるものであってもよい。

上述の実施形態では、本発明に係る空調機をサーバ室や通信機器室等の空調を行う空調システムに適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、事務所等のオフィスビル用空調機等にも適用できる。

上述の実施形態に係る空調システムは、第１運転モードと第２運転モードとが切替可能な空調機（以下、切替空調機という。）のみで構成されていた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、切替空調機に加えて、第１運転モードのみ実行可能な空調機、又は第２運転モードのみ実行可能な空調機を備える空調システムにも適用できる。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

５… 空調機
５Ｃ… 膨張弁
５Ｅ… 圧縮機
５Ｆ…送風機
５Ｈ… ポンプ
Ｓ１… 吸込温度センサ
Ｓ２… 蒸発圧センサ
Ｓ３… 入口冷媒温度センサ
Ｓ４… 出口冷媒温度センサ

Claims (6)

1. 複数の空調機にて室内の空調を実行するとともに、それら空調機間で情報を送受信可能な空調システムに適用される空調機であって、圧縮機を稼働させて室内の空調を実行する第１運転モード、及び圧縮機を稼働させることなく室外の熱を利用して室内の空調を実行する第２運転モードを切り替えて実行することが可能な空調機において、
   前記第２運転モードを実行するか否かを決定するための処理を実行する判定部を備え、
   前記第１運転モード時に出力可能な空調能力を第１定格能力とし、
   前記第２運転モード時に出力可能な空調能力を第２定格能力とし、
   前記第１定格能力と前記第２定格能力との差を定格余裕能力としたとき、
   前記判定部は、
   現時の空調能力（以下、実能力という。）を取得する第１取得処理、
   「前記定格余裕能力」を「前記第１定格能力から前記実能力を減じた値と等しい値」で除した値に基づく値（以下、必要値という。）を取得する第２取得処理、
   前記空調システムを構成する他の前記空調機に前記必要値を発信する発信処理、
   前記空調システムを構成する他の前記空調機から発信された前記必要値を受信する受信処理、並びに
   受信した前記必要値及び発信した前記必要値のうちいずれかの必要値であって、当該必要値以下となる前記必要値の個数が当該必要値以上となる必要値（以下、切替値という。）を取得する第３取得処理が実行可能であり、
   さらに、前記判定部は、「前記切替値が取得され、かつ、発信した前記必要値が前記切替値以下の場合（以下、実行可能状態という。）」に前記第２運転モードが実行可能であると判定することを特徴とする空調機。
2. 受信した前記必要値のうち前記切替値以下の必要値を発信した１又は複数の前記空調機を示す識別番号を「その他の識別番号」としたとき、
   前記判定部は、前記実行可能状態において、自己を示す識別番号が前記「その他の識別番号」のいずれより大きい場合、又は自己を示す識別番号が前記「その他の識別番号」のいずれより小さい場合に前記第２運転モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の空調機。
3. 前記第２取得処理では、「前記定格余裕能力」を「前記第１定格能力から前記実能力を減じた値と等しい値」で除した値に予め設定された係数を乗して得られる値を前記必要値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調機。
4. 前記第２取得処理では、「前記定格余裕能力」を「前記第１定格能力から前記実能力を減じた値と等しい値」で除して得られる商に基づく値を前記必要値とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空調機。
5. 複数の空調機にて室内の空調を実行するとともに、それら空調機間で情報を送受信可能な空調システムに適用される空調機であって、圧縮機を稼働させて室内の空調を実行する第１運転モード、又は圧縮機を稼働させることなく室外の熱を利用して室内の空調を実行する第２運転モードが実行可能な空調機に用いられるプログラムおいて、
   前記空調機は、前記第２運転モードを実行するか否かを決定するための処理を実行する判定部であってコンピュータにより構成された判定部を備えており、
   前記第１運転モード時に出力可能な空調能力を第１定格能力とし、
   前記第２運転モード時に出力可能な空調能力を第２定格能力とし、
   前記第１定格能力と前記第２定格能力との差を定格余裕能力としたとき、
   前記判定部に、
   現時の空調能力（以下、実能力という。）を取得する第１取得機能、
   「前記定格余裕能力」を「前記第１定格能力から前記実能力を減じた値と等しい値」で除して得られる値に基づく値（以下、必要値という。）を取得する第２取得機能、
   前記空調システムを構成する他の前記空調機に前記必要値を発信する発信機能、
   前記空調システムを構成する他の前記空調機から発信された前記必要値を受信する受信機能、
   受信した前記必要値及び発信した前記必要値のうちいずれかの必要値であって、当該必要値以下となる前記必要値の個数が当該必要値以上となる必要値（以下、切替値という。）を取得する第３取得機能、並びに
   「前記切替値が取得され、かつ、発信した前記必要値が前記切替値以下の場合」に前記第２運転モードが実行可能とする機能
   を発揮させることを特徴とする空調機用プログラム。
6. 圧縮機を稼働させて室内の空調を実行する第１運転モード、及び圧縮機を稼働させることなく室外の熱を利用して室内の空調を実行する第２運転モードを切り替えて実行することが可能な空調機を複数備え、それら空調機にて室内の空調を実行する空調システムにおいて、
   前記第２運転モードを実行するか否かを決定するための処理を実行する判定部を備え、
   前記第１運転モード時に出力可能な空調能力を第１定格能力とし、
   前記第２運転モード時に出力可能な空調能力を第２定格能力とし、
   前記第１定格能力と前記第２定格能力との差を定格余裕能力としたとき、
   前記判定部は、
   現時の空調能力（以下、実能力という。）を取得する第１取得処理、
   「前記定格余裕能力」を「前記第１定格能力から前記実能力を減じた値と等しい値」で除した値に基づく値（以下、必要値という。）を取得する第２取得処理、
   前記空調システムを構成する他の前記空調機に前記必要値を発信する発信処理、
   前記空調システムを構成する他の前記空調機から発信された前記必要値を受信する受信処理、並びに
   受信した前記必要値及び発信した前記必要値のうちいずれかの必要値であって、当該必要値以下となる前記必要値の個数が当該必要値以上となる必要値（以下、切替値という。）を取得する第３取得処理が実行可能であり、
   さらに、前記判定部は、「前記切替値が取得され、かつ、発信した前記必要値が前記切替値以下の場合（以下、実行可能状態という。）」に前記第２運転モードが実行可能であると判定することを特徴とする空調システム。