JP6890436B2 - ハイブリッド空調システム、及びその制御方法 - Google Patents

ハイブリッド空調システム、及びその制御方法 Download PDF

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本発明は、冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒を前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を減圧する膨張弁と、冷媒と室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを前記空気調和装置として備え、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部を備えたハイブリッド空調システム、及びその制御方法に関する。
従来、施設の空調を行う空気調和装置として、エンジンを駆動源とするエンジン駆動式のヒートポンプ(以下、GHPと略称する場合がある)と、電動機を駆動源とする電気駆動式のヒートポンプ(以下、EHPと略称する場合がある)とを備えたハイブリッド式の空気調和装置が知られている(特許文献1を参照)。
GHPは、運転の際にエンジンの排熱が発生するため、例えば、室外熱交換器に着霜するほど外気温度が低い場合等には、当該排熱を用いる等して除霜運転ができるため、低温立ち上がり性が高い。また、駆動源としてエンジンを用いるためEHPに比して節電性が高いというメリットがある。一方で、低負荷における運転効率が低く、低負荷での省エネ性は高いとは言えない。
EHPは、低負荷での運転効率がGHPに比べ高く、低負荷での省エネ性に優れている。一方で、運転の際に排熱がほとんど発生しないため、GHPの如く低温時における除霜運転を行うことができず、低温立ち上り性は高いとは言えない。また、電動機を駆動源とし、運転に際して電力を消費することから、GHPに比べ節電性が高いとも言えない。
そこで、上記ハイブリッド式の空気調和装置では、GHPとEHPの優れた点を取り入れるべく、空調負荷率毎にGHPとEHPとの運転容量比率を設定した運転制御マップに従って夫々の運転を制御する運転制御部が設けられている。
当該運転制御マップでは、例えば、図2に示すように、低負荷において省エネ性が高いEHPの運転容量比率を高くすると共に、負荷率が高くなるに従って、節電性や総合効率の高いGHPの運転容量比率を高くする設定となっている。
また、図示は省略するが、例えば、上述の如く、外気温度が室外熱交換器に着霜する程度に低い場合等には、運転制御部は、例外的に、上述の運転制御マップに従わずに、GHPのみを運転させ、GHPの排熱を用いる等して除霜運転を実行する場合もある。
特開2015−132410号公報
さて、上述した運転制御マップにおいて、全運転容量比率をGHPが占めるとき(図2では、空調負荷率が30%のとき)と全運転容量比率をEHPが占めるとき(図2では、空調負荷率が20%のとき)との間で、空調負荷率を変動する場合、運転制御部は、GHP及びEHPの何れか一方の起動処理を実行し、且つGHP及びEHPの何れか他方の停止処理を実行する。
ここで、EHP及びGHPは、起動処理を開始してから、所望の出力を発揮するまでに一定の時間を要するため、従来のハイブリッド式の空気調和装置にあっては、図5に示すように、GHPとEHPとの双方が停止する時間帯(図5で、T1で示す時間帯)が発生し、当該時間帯及びその時間帯から連続する一定期間(図5で、T2で示す時間帯)にあっては、室内熱交換器からの空調用空気の吹出温度が目標温度から乖離する(例えば、冷房運転時の場合には吹出温度が目標温度よりも高くなり、暖房運転時の場合には吹出温度が目標温度よりも低くなる)こととなり、使用者の使用感を損ねる虞があった。
更には、空調用空気の吹出温度の目標温度から乖離する場合、運転制御部は、その後の運転制御において、吹出温度が目標温度となるようGHP或いはEHPの空調出力を増加させるため、不要なエネルギを消費することとなり、省エネ性の観点から改善の余地があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空調負荷率の変動によるGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットの切り換え時において、快適性が低下することを防止すると共に、省エネ性を高め得るハイブリッド空調システム、及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するためのハイブリッド空調システムは、
冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、
前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、
前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、
前記冷媒循環路に設けられ、冷媒と前記施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを空気調和装置として備え、
前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの前記運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部とを備えたハイブリッド空調システムであって、その特徴構成は、
前記運転制御部は、前記運転容量比率の変更に伴って、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つ前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、前記起動処理の開始時点より後に前記停止処理を開始し、且つ、
前記運転制御部は、前記起動処理の開始時点から所定待機時間が経過した後に前記停止処理を開始するものであり、且つ、
前記EHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記GHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのGHP待機時間を、前記GHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記EHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのEHP待機時間よりも短く設定する点にある。
上記目的を達成するためのハイブリッド空調システムの制御方法は、
冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、
前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、
前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、
前記冷媒循環路に設けられ、冷媒と前記施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを空気調和装置として備え、
前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの前記運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部とを備えたハイブリッド空調システムの制御方法において、
前記運転容量比率の変更に伴って、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つ前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、前記起動処理の開始時点より後に前記停止処理を開始し、且つ、
前記起動処理の開始時点から所定待機時間が経過した後に前記停止処理を開始するものであり、且つ、
前記EHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記GHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのGHP待機時間を、前記GHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記EHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのEHP待機時間よりも短く設定する点にある。
上記特徴構成によれば、GHPとEHPのハイブリッド式の空調システムにおいて、運転制御部が、運転容量比率の変更に伴って、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つGHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、起動処理の開始時点より後に停止処理を開始するから、少なくともGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットとの双方が停止状態(出力が零の状態)となる時間を短縮することができ(より好ましくは、双方が停止状態となる時間をなくすことができ)、室内熱交換器からの空調用空気の吹出温度の目標温度からの乖離を抑制でき、快適性が低下することを防止できる。
更に、空調用空気の吹出温度の目標温度からの乖離を抑制できるため、それに伴いGHP室外機ユニット又はEHP室外機ユニットの空調出力を従来技術の如く増加させる必要がなくなり、省エネ性を高めることができる。
更に、通常、EHP室外機ユニットの起動処理では、エンジン冷却水を圧送する冷却水ポンプの回転数の確認や、エンジン冷却水の温度の確認等に伴う処理が必要ないため、それらの実行に伴う時間分だけ、EHP室外機ユニットの起動時間が、GHP室外機ユニットの起動時間に比べ短くなる。
上記特徴構成によれば、EHP室外機ユニットの起動処理が開始した後にGHP室外機ユニットの停止処理を開始するまでの所定待機時間としてのGHP待機時間を、GHP室外機ユニットの起動処理が開始した後にEHP室外機ユニットの停止処理を開始するまでの所定待機時間としてのEHP待機時間よりも短く設定することで、GHP待機時間が不必要に長くなることを避けることができる。
即ち、上記特徴構成によれば、GHP待機時間とEHP待機時間との夫々を、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニット夫々の実際の運転形態に合わせた状態で設定するから、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの双方が停止状態となる時間が発生することを防止できると共に、不必要にGHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの双方が起動状態となる時間が発生することが防止できる。結果、GHP室外機ユニットの起動処理が開始した後にEHP室外機ユニットの停止処理をする場合と、EHP室外機ユニットの起動処理が開始した後にGHP室外機ユニットの停止処理をする場合との何れの場合でも、室内熱交換器からの空調用空気の吹出温度と目標温度との乖離を低減できる。
以上より、空調負荷率の変動によるGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットの切り換え時において、快適性が低下することを防止すると共に、省エネ性を高め得るハイブリッド空調システム、及びその制御方法を実現できる。
上記目的を達成するためのハイブリッド空調システムは、
冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、
前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、
前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、
前記冷媒循環路に設けられ、冷媒と前記施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを空気調和装置として備え、
前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの前記運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部とを備えたハイブリッド空調システムであって、その特徴構成は、
前記空調負荷率の過去の経時的な変動履歴を記憶する記憶部を備え、
前記運転制御部は、前記運転容量比率の変更に伴って、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つ前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、前記起動処理の開始時点より後に前記停止処理を開始するものであり、
前記記憶部に記憶される前記空調負荷率の前記変動履歴に基づいて、前記運転制御部が前記運転容量比率の変更に伴って前記起動処理を実行し且つ前記停止処理を実行するときの前記起動処理の開始予測時点を予測する起動処理開始時点予測部を備え、
前記起動処理は、前記GHP室外機ユニット又は前記EHP室外機ユニットの予備動作を実行する予備動作処理を最初に実行するものであり、
前記運転制御部は、前記起動処理開始時点予測部にて予測された前記起動処理の前記開始予測時点よりも前に、前記起動処理にて起動される前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の前記予備動作処理を少なくとも完了させる点にある。
上記特徴構成によれば、GHPとEHPのハイブリッド式の空調システムにおいて、運転制御部が、運転容量比率の変更に伴って、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つGHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、起動処理の開始時点より後に停止処理を開始するから、少なくともGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットとの双方が停止状態(出力が零の状態)となる時間を短縮することができ(より好ましくは、双方が停止状態となる時間をなくすことができ)、室内熱交換器からの空調用空気の吹出温度の目標温度からの乖離を抑制でき、快適性が低下することを防止できる。
更に、空調用空気の吹出温度の目標温度からの乖離を抑制できるため、それに伴いGHP室外機ユニット又はEHP室外機ユニットの空調出力を従来技術の如く増加させる必要がなくなり、省エネ性を高めることができる。
以上より、空調負荷率の変動によるGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットの切り換え時において、快適性が低下することを防止すると共に、省エネ性を高め得るハイブリッド空調システム、及びその制御方法を実現できる。
更に、上記特徴構成によれば、起動処理開始時点予測部による起動処理の開始予測時点の予測が適切である場合、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理が実行される前に、起動処理に伴う処理である予備動作処理が完了することになるから、GHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットとの双方が停止状態(出力が零の状態)となる時間を従来に比べて短くでき、室内熱交換器からの空調用空気の吹出温度の目標温度からの乖離を抑制でき、快適性が低下することを防止できる。

これまで説明してきたハイブリッド空調システムは、
前記運転制御部は、前記起動処理開始時点予測部にて予測された前記起動処理の前記開始予測時点よりも前に、前記起動処理にて起動される前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の前記起動処理を完了させることが好ましい。
当該制御を実行することにより、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの双方が停止状態となるリスクを、より一層低減できる。
これまで説明してきたハイブリッド空調システムは、
前記運転制御部は、前記運転容量比率の変更に伴って前記起動処理を実行し且つ前記停止処理を実行する場合、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの少なくとも何れか一方の運転容量が零より大きい状態が維持されるように、前記停止処理を開始することが好ましい。
当該制御を実行することにより、GHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの少なくとも一方は、常に運転状態にある(出力が零より大きい状態にある)から、空調用空気の吹出温度の目標温度からの乖離を、より一層低減できる。
これまで説明してきたハイブリッド空調システムにおいては、
前記GHP室外機ユニットの前記起動処理は、少なくとも、
前記エンジンのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプの起動と、前記GHP室外熱交換器に設けられる室外機ファンの起動とを含む初期起動処理と、
前記冷却水ポンプの回転数の確認、前記エンジン冷却水の温度の確認、及び前記冷媒循環路を循環する冷媒の圧力の確認を含む確認処理と、
前記エンジンへ燃料を供給する燃料供給路を開閉する電磁弁を開動作して、前記エンジンを点火駆動する点火駆動処理とを含むものであり、
前記EHP待機時間は、少なくとも前記初期起動処理と前記確認処理と前記点火駆動処理とにかかる時間に基づいて決定されることが好ましい。
更に好ましくは、EHP待機時間は、初期動作処理と確認処理と点火駆動処理のすべてにかかる時間よりも長いことが好ましい。
これまで説明してきたハイブリッド空調システムにおいては、
前記起動処理にて前記GHP室外機ユニットが起動される場合、
前記予備動作処理は、少なくとも、
前記エンジンのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプの起動と、前記GHP室外熱交換器に設けられる室外機ファンの起動とを含む初期起動処理と、
前記冷却水ポンプの回転数の確認、前記エンジン冷却水の温度の確認、及び前記冷媒循環路を循環する冷媒の圧力の確認を含む確認処理とを含む処理であることが好ましい。
第1実施形態に係るハイブリッド空調システムの概略構成図である。 運転制御マップの一例を示すものであり、空調負荷率毎のGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットとの運転容量比率を示すグラフ図である。 第1実施形態に係るGHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの運転容量比率の経時変化を示すグラフ図である。 第2実施形態に係るGHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの運転容量比率の経時変化を示すグラフ図である。 従来技術に係るGHP室外機ユニット及びEHP室外機ユニットの運転容量比率の経時変化を示すグラフ図である。
本発明の実施形態に係るハイブリッド空調システム100、及びその制御方法は、空調負荷率の変動によるGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットの切り換え時において、快適性が低下することを防止すると共に、省エネ性を高め得るものである。
以下、図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
第1実施形態に係るハイブリッド空調システム100は、図1に示すように、電気事業者Pから電力の供給を受ける空気調和装置20と、その運転を制御する運転制御部としての制御装置Sとを備えている。
空気調和装置20は、図示しない施設の内部を空調するものであり、基本的な構成として、冷媒が循環する冷媒循環路Cと、GHP室外機ユニット30と、EHP室外機ユニット40と、室内機ユニット60a、60bとを備えて構成されている。
GHP室外機ユニット30は、冷媒循環路Cに設けられエンジンEを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機35と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器36とを有し、GHP制御部31にてその運転が制御される。
尚、図示は省略するが、エンジンEは、燃料ガスを供給する燃料供給路を開閉する電磁弁と、冷却水循環路と、当該冷却水循環路にエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプと、冷却水循環路を循環するエンジン冷却水の温度(例えば、エンジンジャケット出口の温度)を計測する温度計とを備えて構成されており、GHP室外機ユニット30内の冷媒循環路Cには、循環する冷媒の圧力(例えば、エンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力)を計測する圧力計が備えられている。
EHP室外機ユニット40は、冷媒循環路Cに設けられ、モータM(電動機の一例)を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機45と、冷媒を施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器46とを有し、EHP制御部41にてその運転が制御される。
尚、図示は省略するが、EHP室外機ユニット40内の冷媒循環路Cには、循環する冷媒の電気駆動式圧縮機45の出口の圧力を計測する圧力計が備えられている。
室内機ユニット60aは、冷媒循環路Cに設けられ、冷媒を減圧する膨張弁21と、冷媒と施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器22とを有する。
同様に、室内機ユニット60bは、冷媒循環路Cに設けられ、冷媒を減圧する膨張弁23と、冷媒と施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器24とを有する。
冷媒循環路Cは、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の夫々から送出された冷媒を合流した後、複数の室内機ユニット60a、60bに対して並列に冷媒を通流させ、複数の室内機ユニット60a、60bを通流後の冷媒を合流した後、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の夫々に対して、並列に冷媒を返送可能に配設されている。
空気調和装置20は、GHP室外機ユニット30での冷媒の循環方向を切り替える第1四方弁34(弁体の一例)が設けられ、EHP室外機ユニット40での冷媒の循環方向を切り替える第2四方弁44(弁体の一例)が設けられ、これらの第1四方弁34と第2四方弁44を対応して切り換え制御して、冷媒の循環状態を切り換え、暖房運転と冷房運転とを切り換え可能に構成されている。
電気事業者Pから供給される電力は、電力線Dにより、施設の各電力負荷へ供給されるように構成されている。施設が電気事業者Pから電力線Dを介して受電する実際の受電電力は、受電電力測定部10を用いて測定される。また、施設によって消費される電力(電力デマンド)は電力デマンド測定部11により測定される。
空気調和装置20は、施設の電力デマンドが、単位時間(例えば、30分)あたりでの契約電力を超えないように、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40とが制御装置Sにてデマンド制御される。尚、契約電力は、例えば、昨年の所定時間における電力使用量のうち最大の値が設定され、契約電力が高いほど、電気事業者Pに支払う基本料金が高く設定されるものである。更に、施設の管理者(施設の電気料金を電気事業者へ支払う者)は、所定時間において施設の電力デマンドが契約電力を超えた場合、ペナルティとして違約金を支払う契約を、電気事業者Pとの間で交わしている。
制御装置Sは、記憶部(図示せず)において、デマンドレベル(契約電力よりも低い複数のレベル)毎に記憶され、且つ運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップ(図2に例示するマップ)に従って、GHP室外機ユニット30とEHP室外機ユニット40との運転容量比率を制御する。
当該運転制御マップは、例えば、図2に示すように、低負荷率においては、省エネ性が高いEHP室外機ユニット40の運転容量比率を高くする(図2で、空調負荷率が20%以下の低負荷率においては、100%EHPで負荷を賄っている)と共に、負荷率が高くなるに従って、節電性や総合効率の高いGHP室外機ユニット30の運転容量比率を高くする設定となっている。
以下、図2に示す運転制御マップを例として、説明する。
さて、上述した運転制御マップにおいて、全運転容量比率をGHP室外機ユニット30が占めるとき(図2では、空調負荷率が30%のとき)と、全運転容量比率をEHP室外機ユニット40が占めるとき(図2では、空調負荷率が20%のとき)との間で、空調負荷率が変動する場合、制御装置Sは、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか一方の起動処理を実行し、且つGHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか他方の停止処理を実行する。
ここで、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40は、起動処理を開始してから、所望の出力を発揮するまでに一定の時間を要するため、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の双方が停止する時間帯が比較的長くなる虞があり、当該時間帯にあっては、室内熱交換器22、24からの空調用空気の吹出温度が目標温度から乖離する。
そこで、当該実施形態に係るハイブリッド空調システム100にあっては、制御装置Sは、運転容量比率(空調負荷率)の変更に伴って、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか一方の起動処理を実行し、且つGHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか他方の停止処理を実行する場合、起動処理の開始時点より後に停止処理を開始する。
例えば、制御装置Sが、図2に示す運転制御マップに従って、図3に示すように、空調負荷率が20%から30%へ変更され、更にその後、空調負荷率が30%から20%へ変更される場合を考える。
このとき、制御装置Sは、図3に示すように、空調負荷率の20%から30%への変更に伴って、GHP室外機ユニット30の起動処理及びEHP室外機ユニット40の停止処理を実行する場合、GHP室外機ユニット30の起動処理の開始時点(図3でtで示す時点)より後に、EHP室外機ユニット40の停止処理を開始(図3でtで示す時点に開始)する。
更に、その後、制御装置Sは、空調負荷率の30%から20%への変更に伴って、EHP室外機ユニット40の起動処理及びGHP室外機ユニット30の停止処理を実行する場合、EHP室外機ユニット40の起動処理の開始時点(図3でtで示す時点)より後に、GHP室外機ユニット30の停止処理を開始(図3でtで示す時点に開始)する。
これにより、制御装置Sは、運転容量比率(空調負荷率)の変更に伴って起動処理を実行し且つ停止処理を実行する場合、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の少なくとも何れか一方の運転容量が零より大きい状態が維持されるように、停止処理を開始することになる。制御装置Sは、当該制御を実行することで、空調用空気の吹出温度が目標温度(図3では、約22〜23℃)から乖離することを抑制できる。
制御装置Sは、起動処理の開始時点から所定待機時間が経過した後に停止処理を開始するものである。
そこで、GHP室外機ユニット30の起動処理の開始時点(図3でtで示す時点)からEHP室外機ユニット40の停止処理の開始時点(図3でtで示す時点)までの間のEHP待機時間(所定待機時間の一例:図3でT3)、及びEHP室外機ユニット40の起動処理の開始時点(図3でtで示す時点)からGHP室外機ユニット30の停止処理の開始時点(図3でtで示す時点)までの間のGHP待機時間(所定待機時間の一例:図3でT4)につき、説明を追加する。
GHP室外機ユニット30の起動処理は、エンジンEのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプ(図示せず)の起動、GHP室外熱交換器36に設けられる室外機ファンの起動、及びGHP室外機ユニットに設けられる第1四方弁34(弁体の一例)の位置だしを含む初期起動処理と、冷却水ポンプの回転数の確認、冷却水循環路でエンジンEのジャケットの出口の温度計にて計測されるエンジン冷却水の温度の確認、及び冷媒循環路Cでエンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力計にて計測される冷媒圧力の確認とを含む確認処理と、エンジンEへ燃料ガスを供給する燃料供給路(図示せず)を開閉する電磁弁(図示せず)を開動作して、エンジンEを点火駆動する点火駆動処理とを含むものである。
そこで、EHP待機時間(所定待機時間の一例:図3でT3)は、少なくとも初期起動処理と確認処理と点火駆動処理とにかかる時間に基づいて決定され、制御装置Sは、図示しない記憶部に予め記憶するEHP待機時間に基づいて、起動処理及び停止処理を実行する。
尚、EHP待機時間は、GHP室外機ユニット30の出力が発揮された時点(出力が零を超えた時点)以降に、EHP室外機ユニット40の停止処理を開始する観点からは、初期起動処理と確認処理と点火駆動処理とにかかる時間よりも長く設定されることが好ましい。
一方、EHP室外機ユニット40の起動処理は、EHP室外機ユニット40に設けられる第2四方弁44(弁体の一例)の位置だしを含む初期起動処理と、冷媒循環路Cでエンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力計にて計測される冷媒圧力の確認を含む確認処理と、モータMの駆動を開始する駆動開始処理とを含むものである。
そこで、GHP待機時間(所定待機時間の一例:図3でT4)は、少なくとも初期起動処理と確認処理と駆動開始処理とにかかる時間に基づいて決定され、制御装置Sは、図示しない記憶部に予め記憶するGHP待機時間に基づいて、起動処理及び停止処理を実行する。
尚、GHP待機時間は、EHP室外機ユニット40の出力が発揮された時点(出力が零を超えた時点)以降に、GHP室外機ユニット30の停止処理を開始する観点からは、初期起動処理と確認処理と駆動開始処理とにかかる時間よりも長く設定されることが好ましい。
ここで、EHP室外機ユニット40の起動処理は、GHP室外機ユニット30の起動処理に比べ、エンジン冷却水に関連する処理(即ち、エンジンEのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプの起動、冷却水ポンプの回転数の確認、及び冷却水循環路でエンジンEのジャケットの出口の温度計にて計測されるエンジン冷却水の温度の確認等)がない分だけ短くすることができる。
そこで、当該実施形態に係る記憶部は、GHP待機時間(図3でT4)をEHP待機時間(図3でT3)よりも短く設定する形態で、GHP待機時間及びEHP待機時間の双方を記憶している。
より好ましくは、記憶部は、GHP待機時間をEHP待機時間よりも、上記エンジン冷却水に関連する処理にかかる時間以上短く設定する形態で、GHP待機時間及びEHP待機時間の双方を記憶している。
〔第2実施形態〕
上記第1実施形態にあっては、制御装置Sが、運転制御マップに基づいてGHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の運転容量比率の変更に伴って、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか一方の起動処理と、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか他方の停止処理とを実行する場合に、起動処理の開始時点より後に停止処理を開始する例を示した。
当該第2実施形態にあっては、制御装置Sは、空調負荷率の過去の経時的な変動履歴に基づいて、起動処理及び停止処理を実行するものである。更に、当該第2実施形態にあっては、起動処理は、GHP室外機ユニット30又はEHP室外機ユニット40の予備動作を実行する予備動作処理を最初に実行するものである。
尚、当該第2実施形態に係るハイブリッド空調システム100は、基本的な構成については、上述した第1実施形態に係るハイブリッド空調システム100と同一であるので、以下では、同一の構成については説明を割愛し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
第2実施形態に係るハイブリッド空調システム100の制御装置Sは、空調負荷率の過去の経時的な変動履歴を記憶する記憶部(図示せず)と、当該記憶部に記憶される空調負荷率の変動履歴に基づいて、運転制御部が運転容量比率(空調負荷率)の変更に伴って起動処理を実行し且つ停止処理を実行するときの起動処理の開始予測時点(図4でt)を予測する起動処理開始時点予測部(図示せず)と、起動処理開始時点予測部にて予測された起動処理の開始予測時点よりも前(図4でtで示す時点)に、起動処理にて起動されるGHP室外機ユニット30又はEHP室外機ユニット40の予備動作処理を少なくとも完了させる運転制御部(図示せず)とを備えている。
例えば、ハイブリッド空調システム100が備えられる比較的大型のビル等の施設にあっては、所定期間(例えば、一日)を単位として、空調負荷率が経時的に同様の変動をする傾向がある。
そこで、記憶部は、所定期間を単位として、空調負荷率の過去の経時的な変動履歴を記憶し、起動処理開始時点予測部は、当該記憶部に記憶される空調負荷率の過去の経時的な変動履歴に基づいて、運転制御部が運転容量比率の変更に伴って起動処理を実行し且つ停止処理を実行するときの起動処理の開始予測時点を予測する。
ここで、起動処理開始時点予測部は、例えば、複数の所定期間に亘る空調負荷率の過去の経時的な変動履歴から起動処理の開始予測時点を予測しても構わない。
具体的には、起動処理開始時点予測部は、カレンダーに照らし合わせて曜日を判別し、休日の空調負荷率の推移、平日の空調負荷率の推移を、空調負荷率の過去の経時的な変動履歴として、当日の空調負荷率の推移を予測し、それに基づいて、起動処理の開始予測時点を予測しても構わない。
また、起動処理開始時点予測部は、昨年の同時期の空調負荷率の推移を、空調負荷率の過去の経時的な変動履歴として、当日の空調負荷率の推移を予測し、それに基づいて、起動処理の開始予測時点を予測しても構わない。
更に、起動処理開始時点予測部は、外気温度の変動に基づいて、当日の空調負荷率の予測値を補正する制御を採用しても構わない。
運転制御部は、起動処理開始時点予測部にて予測された起動処理の開始予測時点よりも前に、起動処理にて起動されるGHP室外機ユニット30又はEHP室外機ユニット40の予備動作処理を少なくとも完了させる。
より好ましくは、運転制御部は、起動処理開始時点予測部にて予測された起動処理の開始予測時点よりも前に、起動処理にて起動されるGHP室外機ユニット30又はEHP室外機ユニット40の起動処理を完了させる。
GHP室外機ユニット30の起動処理は、エンジンEのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプ(図示せず)の起動、GHP室外熱交換器36に設けられる室外機ファンの起動、及びGHP室外機ユニットに設けられる第1四方弁34(弁体の一例)の位置だしを含む初期起動処理と、冷却水ポンプの回転数の確認、冷却水循環路でエンジンEのジャケットの出口の温度計にて計測されるエンジン冷却水の温度の確認、及び冷媒循環路Cでエンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力計にて計測される冷媒圧力の確認とを含む確認処理と、エンジンEへ燃料ガスを供給する燃料供給路(図示せず)を開閉する電磁弁(図示せず)を開動作して、エンジンEを点火駆動する点火駆動処理とを含むものである。
GHP室外機ユニット30の起動処理を実行する場合、上述した予備動作処理は、少なくとも、初期起動処理を含むものである。尚、初期起動処理に加えて確認処理も含むものとしても構わない。
一方、EHP室外機ユニット40の起動処理は、EHP室外機ユニットに設けられる第2四方弁44(弁体の一例)の位置だしを含む初期起動処理と、冷媒循環路Cでエンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力計にて計測される冷媒圧力の確認を含む確認処理と、モータMを駆動する駆動処理とを含むものである。
EHP室外機ユニット40の起動処理を実行する場合、上述した予備動作処理は、少なくとも、初期起動処理を含むものである。尚、初期起動処理に加えて確認処理も含むものとしても構わない。
以上の制御により、運転制御部が、運転容量比率の変更に伴って、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか一方の起動処理の開始時点(図4でtで示す時点よりも前の時点)よりも、GHP室外機ユニット30及びEHP室外機ユニット40の何れか他方の停止処理の開始時点(図4でtで示す時点)が早くなる虞を低減できる。
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態にあっては、GHP室外機ユニット30の起動処理は、エンジンEのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプ(図示せず)の起動、GHP室外熱交換器36に設けられる室外機ファンの起動、及びGHP室外機ユニットに設けられる第1四方弁34(弁体の一例)の位置だしを含む初期起動処理と、冷却水ポンプの回転数の確認、冷却水循環路でエンジンEのジャケットの出口の温度計にて計測されるエンジン冷却水の温度の確認、及び冷媒循環路Cでエンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力計にて計測される冷媒圧力の確認とを含む確認処理と、エンジンEへ燃料ガスを供給する燃料供給路(図示せず)を開閉する電磁弁(図示せず)を開動作して、エンジンEを点火駆動する点火駆動処理とを含むものである例を示した。
しかしながら、暖房運転又は冷房運転が維持される場合で、第2四方弁44の位置だしを行う必要がない場合、初期起動処理において、第2四方弁44の位置だしを省略しても構わない。
(2)上記実施形態にあっては、EHP室外機ユニット40の起動処理は、EHP室外機ユニットに設けられる第2四方弁44(弁体の一例)の位置だしを含む初期起動処理と、冷媒循環路Cでエンジン駆動式圧縮機35の出口の圧力計にて計測される冷媒圧力の確認を含む確認処理と、モータMを駆動する駆動処理とを含むものである例を示した。
しかしながら、暖房運転又は冷房運転が維持される場合で、第2四方弁44の位置だしを行う必要がない場合、初期起動処理を省略しても構わない。
尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
本発明のハイブリッド空調システム、及びその制御方法は、空調負荷率の変動によるGHP室外機ユニットとEHP室外機ユニットの切り換え時において、快適性が低下することを防止すると共に、省エネ性を高め得るハイブリッド空調システム、及びその制御方法として、有効に利用可能である。
20 :空気調和装置
21 :膨張弁
22 :室内熱交換器
23 :膨張弁
24 :室内熱交換器
30 :GHP室外機ユニット
34 :第1四方弁
35 :エンジン駆動式圧縮機
36 :GHP室外熱交換器
40 :EHP室外機ユニット
44 :第2四方弁
45 :電気駆動式圧縮機
46 :EHP室外熱交換器
60a :室内機ユニット
60b :室内機ユニット
100 :ハイブリッド空調システム
C :冷媒循環路
E :エンジン
M :モータ
S :制御装置

Claims (7)

  1. 冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、
    前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、
    前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、
    前記冷媒循環路に設けられ、冷媒と前記施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを空気調和装置として備え、
    前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの前記運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部とを備えたハイブリッド空調システムにおいて、
    前記運転制御部は、前記運転容量比率の変更に伴って、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つ前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、前記起動処理の開始時点より後に前記停止処理を開始し、且つ、
    前記運転制御部は、前記起動処理の開始時点から所定待機時間が経過した後に前記停止処理を開始するものであり、且つ、
    前記EHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記GHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのGHP待機時間を、前記GHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記EHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのEHP待機時間よりも短く設定するハイブリッド空調システム。
  2. 前記運転制御部は、前記運転容量比率の変更に伴って前記起動処理を実行し且つ前記停止処理を実行する場合、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの少なくとも何れか一方の運転容量が零より大きい状態が維持されるように、前記停止処理を開始する請求項1に記載のハイブリッド空調システム。
  3. 前記GHP室外機ユニットの前記起動処理は、少なくとも、
    前記エンジンのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプの起動と、前記GHP室外熱交換器に設けられる室外機ファンの起動とを含む初期起動処理と、
    前記冷却水ポンプの回転数の確認、前記エンジン冷却水の温度の確認、及び前記冷媒循環路を循環する冷媒の圧力の確認を含む確認処理と、
    前記エンジンへ燃料を供給する燃料供給路を開閉する電磁弁を開動作して、前記エンジンを点火駆動する点火駆動処理とを含むものであり、
    前記EHP待機時間は、少なくとも前記初期起動処理と前記確認処理と前記点火駆動処理とにかかる時間に基づいて決定される請求項1に記載のハイブリッド空調システム。
  4. 冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、
    前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、
    前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、
    前記冷媒循環路に設けられ、冷媒と前記施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを空気調和装置として備え、
    前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの前記運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部とを備えたハイブリッド空調システムの制御方法において、
    前記運転容量比率の変更に伴って、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つ前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、前記起動処理の開始時点より後に前記停止処理を開始し、且つ、
    前記起動処理の開始時点から所定待機時間が経過した後に前記停止処理を開始するものであり、且つ、
    前記EHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記GHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのGHP待機時間を、前記GHP室外機ユニットの前記起動処理の開始時点から前記EHP室外機ユニットの前記停止処理の開始時点までの前記所定待機時間としてのEHP待機時間よりも短く設定するハイブリッド空調システムの制御方法。
  5. 冷媒が循環する冷媒循環路と、当該冷媒循環路にて冷媒を減圧する膨張弁と、
    前記冷媒循環路に設けられ、エンジンを駆動源として冷媒を圧縮するエンジン駆動式圧縮機と、冷媒と施設の外の空気とを熱交換させるGHP室外熱交換器とを有するGHP室外機ユニットと、
    前記冷媒循環路に設けられ、電動機を駆動源として冷媒を圧縮する電気駆動式圧縮機と、冷媒と前記施設の外の空気とを熱交換させるEHP室外熱交換器とを有するEHP室外機ユニットと、
    前記冷媒循環路に設けられ、冷媒と前記施設の室内の空気とを熱交換させる室内熱交換器とを有する室内機ユニットとを空気調和装置として備え、
    前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの運転容量比率が空調負荷率に応じて規定される運転制御マップに基づいて、前記GHP室外機ユニットと前記EHP室外機ユニットとの前記運転容量比率を制御する運転制御を実行する運転制御部とを備えたハイブリッド空調システムにおいて、
    前記空調負荷率の過去の経時的な変動履歴を記憶する記憶部を備え、
    前記運転制御部は、前記運転容量比率の変更に伴って、前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の起動処理を実行し、且つ前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか他方の停止処理を実行する場合、前記起動処理の開始時点より後に前記停止処理を開始するものであり、
    前記記憶部に記憶される前記空調負荷率の前記変動履歴に基づいて、前記運転制御部が前記運転容量比率の変更に伴って前記起動処理を実行し且つ前記停止処理を実行するときの前記起動処理の開始予測時点を予測する起動処理開始時点予測部を備え、
    前記起動処理は、前記GHP室外機ユニット又は前記EHP室外機ユニットの予備動作を実行する予備動作処理を最初に実行するものであり、
    前記運転制御部は、前記起動処理開始時点予測部にて予測された前記起動処理の前記開始予測時点よりも前に、前記起動処理にて起動される前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の前記予備動作処理を少なくとも完了させるハイブリッド空調システム。
  6. 前記運転制御部は、前記起動処理開始時点予測部にて予測された前記起動処理の前記開始予測時点よりも前に、前記起動処理にて起動される前記GHP室外機ユニット及び前記EHP室外機ユニットの何れか一方の前記起動処理を完了させる請求項5に記載のハイブリッド空調システム。
  7. 前記起動処理にて前記GHP室外機ユニットが起動される場合、
    前記予備動作処理は、少なくとも、
    前記エンジンのエンジン冷却水を循環する冷却水ポンプの起動と、前記GHP室外熱交換器に設けられる室外機ファンの起動とを含む初期起動処理と、
    前記冷却水ポンプの回転数の確認、前記エンジン冷却水の温度の確認、及び前記冷媒循環路を循環する冷媒の圧力の確認を含む確認処理とを含む処理である請求項5又は6に記載のハイブリッド空調システム。
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