JP7216063B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、１または複数の空気調和装置を含んで構成されるグループを複数備えた空気調和システムに関する。

従来の空気調和装置は、ガスエンジンを駆動源としたエンジン駆動式圧縮機を含んで構成される室外機ユニットを備えたＧＨＰ（ガスヒートポンプエアコン）と、電動機を駆動源とした電気駆動式圧縮機を含んで構成される室外機ユニットを備えたＥＨＰ（電気式ヒートポンプエアコン）とに大別される。

ＥＨＰは、ガスエンジンを備えないため、ＧＨＰに必要なエンジンオイルの補充や交換、オイルフィルタの交換、点火プラグの点検や交換等のメンテナンスを行う必要がなく、メンテナンスに要するコストがかからない。

一方、ＧＨＰは、ヒートポンプによる暖房（室内空気の加熱）に加えて、ガスエンジンの排熱を回収して空気を加熱することができるため、ＥＨＰと比較して効率的に室内を暖めることが可能となる。また、ＧＨＰは、ほとんど電力を消費しないため、ＥＨＰと比較して、消費電力を大幅に削減することができるという利点がある。

このように、ＧＨＰとＥＨＰとはそれぞれ異なる利点を有している。そこで、それぞれの利点を活かすために、１筐体で構成される室外機ユニットに、エンジン駆動式圧縮機と、電気駆動式圧縮機と、室外熱交換器と、各種センサとを収容し、双方の圧縮機を並行して駆動させる空気調和装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７－１０２９１号公報

上述したエンジン駆動式圧縮機等のガスを消費するガス消費機器と、電気駆動式圧縮機等の電力を消費する電力消費機器とが一体的に構成される室外機ユニットでは、ガス消費機器と電力消費機器とでセンサや制御機構を共用しているため、センサや制御機構といった共用部が故障した場合、室外機ユニット全体が利用できなくなり、空気調和装置の運転が不可能となる。

また、空気調和装置が設置される地域によって、電力供給会社およびガス供給会社が異なる場合があり、この場合、例えば、１つの事業者において、電力供給会社およびガス供給会社が異なる２つの地域に施設Ａ、施設Ｂを有する場合、施設Ａの空気調和装置と施設Ｂの空気調和装置とを同一の運転出力で駆動したとしても、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、電力量に対応する二酸化炭素排出量といったエネルギーの使用条件が異なってしまう。そこで、電力供給会社およびガス供給会社が異なる地域に配された空気調和装置を包括的に把握して、使用した結果生じる、電力の料金、ガスの料金、二酸化炭素排出量を低減させたいという要望がある。

本発明は、このような課題に鑑み、ガス消費機器と、電力消費機器とを双方とも備えた複数の空気調和装置が異なるエネルギーの使用条件下に配される場合において、複数の空気調和装置を包括的に把握することができる空気調和システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和システムは、１または複数の空気調和装置を含んで構成される複数のグループと、各グループそれぞれと通信を行うホスト制御装置とを備えた空気調和システムであって、空気調和装置は、ガス消費機器を有し、冷媒または水を、加熱または冷却するガス消費ユニットと、ガス消費ユニットとは独立して構成され、電力消費機器を有し、冷媒または水を、加熱または冷却する電力消費ユニットと、ガス消費ユニットおよび電力消費ユニットによって加熱または冷却された、冷媒または水と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器と、室内熱交換器に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部とを有する１または複数の室内機ユニットと、を備え、複数のグループは、１の事業者が有しており、グループは、他のグループと、電力供給会社との契約、ガス供給会社との契約、および、エネルギーの使用条件が独立して設定されており、ホスト制御装置と通信を行うグループ通信部を備え、ホスト制御装置は、複数のグループそれぞれと通信を行うホスト通信部と、ホスト通信部を通じて、複数のグループそれぞれのエネルギーの使用条件を取得する条件取得部と、取得されたエネルギーの使用条件に基づいて、各グループにおける推奨の電力供給会社およびガス供給会社の選定を実行する演算部と、を備え、エネルギーの使用条件は、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量であり、演算部は、複数のグループ全体において、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量の群から選択される１または複数が最も少なくなるように、各グループの空気調和装置の運転比率の推奨値の推算、および、各グループにおける推奨の電力供給会社およびガス供給会社の選定を実行する。

また、グループは、演算部が推算した稼動比率の推奨値に基づいて、空気調和装置におけるガス消費ユニットの運転出力値と電力消費ユニットの運転出力値を導出する出力値導出部と、出力値導出部によって導出された運転出力値となるように、空気調和装置におけるガス消費ユニットの運転出力と、電力消費ユニットとの運転出力とを制御する運転制御部と、を備えてもよい。

また、各グループには、当該グループでの所定期間における電力の最大使用量である契約電力が設定されており、グループにおいて契約電力を超えて電力を使用すると、ペナルティ料金が科され、出力値導出部は、電力消費ユニットの使用電力量と、グループにおける他の装置の使用電力量との総計が、契約電力未満の所定の制限値に収まる範囲となるように電力消費ユニットの運転出力値を導出してもよい。

また、出力値導出部は、所定の制限値に収まる範囲となるように電力消費ユニットの運転出力値を導出する場合であって、室内機ユニットにおいて要求される所定の空調負荷を実現できない場合には、ガス消費ユニットが停止しているとガス消費ユニットの運転が開始されるように運転出力値を導出し、ガス消費ユニットが運転中であると、ガス消費ユニットの現在の運転出力を上回る運転出力値を導出してもよい。

また、出力値導出部は、電力消費ユニットが電力を使用することで生じる二酸化炭素排出量が、所定の制限値に収まる範囲となるように電力消費ユニットの運転出力値を導出してもよい。

本発明によれば、ガス消費装置と、電力消費装置とを双方とも備えた複数の空気調和装置が異なるエネルギーの使用条件下に配される場合において、複数の空気調和装置を包括的に把握することができる。

実施形態にかかる空気調和システムの構成を説明するための図である。 空気調和装置の構成を説明するための図である。 ホスト制御装置の構成を説明するための図である。 運転出力値テーブルを示す図である。 ＧＨＰチラーを説明する図である。 吸収式冷温水機を説明する図である。 ＥＨＰチラーを説明する図である。 ターボ冷凍機を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

［空気調和システム１００］
図１は、本実施形態にかかる空気調和システム１００の構成を説明するための図である。図１に示すように、空気調和システム１００は、複数のグループ１１０（図１中、１１０ａ、１１０ｂで示す）と、通信網１２０と、ホスト制御装置１３０とを含んで構成される。

グループ１１０は、１または複数（ここでは、２）の空気調和装置１５０の集合体であり、エネルギー供給源（電力供給会社、ガス供給会社）との１つの契約で、グループ１１０を構成するすべての空気調和装置１５０にエネルギー（電力、ガス）が供給される。したがって、グループ１１０は、契約が同一であれば、例えば、１つの施設であってもよいし、電力供給会社やガス供給会社が等しい地域のビルや学校等の施設群であってもよい。

本実施形態にかかる空気調和システム１００は、エネルギー供給源との契約およびエネルギーの使用条件がそれぞれ異なる複数（ここでは、２）のグループ１１０ａ、１１０ｂを含んで構成される。ここで、エネルギーの使用条件は、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量の群から選択される１または複数であり、例えば、グループ１１０ａとグループ１１０ｂとでは地域が異なり、グループ１１０ａの電力供給会社およびガス供給会社と、グループ１１０ｂの電力供給会社およびガス供給会社とが異なるため、エネルギーの使用条件が異なるとする。

また、グループ１１０には、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、グループ１１０を構成する空気調和装置１５０全体を管理および制御するグループ制御部１１２が設けられている。

本実施形態において、グループ制御部１１２は、グループ通信部１１４、出力値導出部１１６、運転制御部１１８としても機能する。グループ通信部１１４は、通信網１２０を介してホスト制御装置１３０と通信を行う。

出力値導出部１１６は、ホスト制御装置１３０から送信された空気調和装置１５０の稼動比率に基づいて空気調和装置１５０の運転出力値を導出する。出力値導出部１１６による空気調和装置１５０の運転出力値の導出処理については後に詳述する。

運転制御部１１８は、ユーザによる操作部（例えば、リモートコントローラ）への操作入力に応じて、冷媒の循環方向を切り換え、後述する室内機ユニット３００の機能を冷房または暖房に切り換えたり、出力値導出部１１６が導出した運転出力値となるように空気調和装置１５０の運転を制御したりする。

グループ１１０を構成する空気調和装置１５０は、グループ１１０の施設の空調を実行する。図２は、空気調和装置１５０の構成を説明するための図である。空気調和装置１５０は、ビルや学校等の１のグループ１１０に属する施設に設置され、室外機ユニットとして機能するＧＨＰユニット２１０と、当該ＧＨＰユニット２１０とは別体であり室外機ユニットとして機能するＥＨＰユニット２５０と、１または複数の室内機ユニット３００と、ＧＨＰユニット２１０、ＥＨＰユニット２５０、室内機ユニット３００に冷媒を循環させるための冷媒管３３０とを含んで構成される。なお、図２中、冷房時の冷媒の流れを実線の矢印で、信号線を破線で示す。

ＧＨＰユニット２１０（ガス消費ユニット）は、ガスエンジン２１２（ガス消費機器）と、ガスエンジン２１２を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機２１４（ガス消費機器）と、四方弁２２０と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＧＨＰ室外熱交換器２３０と、ＧＨＰ室外熱交換器２３０に空気を送り熱交換を促進させるＧＨＰ送風部２３２と、ＧＨＰ制御部２４０とを含んで構成される。エンジン駆動式圧縮機２１４の出口は、冷媒管３３０によって四方弁２２０の第１ポート（図２中「１」で示す）に接続され、エンジン駆動式圧縮機２１４の入口は、冷媒管３３０によって四方弁２２０の第３ポート（図２中「３」で示す）に接続される。また、ＧＨＰ室外熱交換器２３０の一端側は、冷媒管３３０によって四方弁２２０の第２ポート（図２中「２」で示す）に接続される。ＧＨＰ室外熱交換器２３０の他端側は、冷媒管３３０によって後述する室内機ユニット３００の減圧部３１０に接続される。四方弁２２０の第４ポート（図２中「４」で示す）は、冷媒管３３０によって後述する室内機ユニット３００の室内熱交換器３２０の一端側に接続される。ＧＨＰ制御部２４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、運転制御部１１８からの制御指令に基づいて、ＧＨＰユニット２１０全体（例えば、ガスエンジン２１２、ＧＨＰ送風部２３２、各種センサ等）を制御する。

ＥＨＰユニット２５０（電力消費ユニット）は、ＧＨＰユニット２１０とは独立して構成され、電動機２５２（電力消費機器）と、電動機２５２を駆動源とする電気駆動式圧縮機２５４（電力消費機器）と、四方弁２６０と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うＥＨＰ室外熱交換器２７０と、ＥＨＰ室外熱交換器２７０に空気を送り熱交換を促進させるＥＨＰ送風部２７２と、ＥＨＰ制御部２８０とを含んで構成される。電気駆動式圧縮機２５４の出口は、冷媒管３３０によって四方弁２６０の第１ポート（図２中「１」で示す）に接続され、電気駆動式圧縮機２５４の入口は、冷媒管３３０によって四方弁２６０の第３ポート（図２中「３」で示す）に接続される。また、ＥＨＰ室外熱交換器２７０の一端側は、冷媒管３３０によって四方弁２６０の第２ポート（図２中「２」で示す）に接続される。ＥＨＰ室外熱交換器２７０の他端側は、冷媒管３３０によって室内機ユニット３００の減圧部３１０に接続される。四方弁２６０の第４ポート（図２中「４」で示す）は、冷媒管３３０によって室内機ユニット３００の室内熱交換器３２０の一端側に接続される。ＥＨＰ制御部２８０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、運転制御部１１８からの制御指令に基づいて、ＥＨＰユニット２５０全体（例えば、電動機２５２、ＥＨＰ送風部２７２、各種センサ等）を制御する。

本実施形態において、空気調和装置１５０は、２つの室内機ユニット３００（図２中、３００ａ、３００ｂで示す）を備えている。室内機ユニット３００は、冷媒を減圧する減圧部３１０（膨張弁）と、冷媒管３３０によって減圧部３１０に接続され冷媒と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器３２０と、室内熱交換器３２０に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部３２２とを含んで構成される。上述したように、減圧部３１０の一端側は、冷媒管３３０によってＧＨＰ室外熱交換器２３０、ＥＨＰ室外熱交換器２７０の他端側に接続され、減圧部３１０の他端側は冷媒管３３０によって室内熱交換器３２０の他端側に接続され、室内熱交換器３２０の一端側は冷媒管３３０によって四方弁２２０、２６０の第４ポートに接続されている。

したがって、エンジン駆動式圧縮機２１４や電気駆動式圧縮機２５４が駆動されると、冷媒は、冷媒管３３０を循環することとなり、冷媒管３３０によって一連の循環路が形成される。また、本実施形態において、冷媒が循環する一連の循環路は、ＧＨＰユニット２１０、ＥＨＰユニット２５０、室内機ユニット３００ａを通る循環路と、ＧＨＰユニット２１０、ＥＨＰユニット２５０、室内機ユニット３００ｂを通る循環路とに分岐されている。

なお、室内機ユニット３００を冷房として機能させる場合、四方弁２２０の第１ポートと第２ポートとを接続し、第４ポートと第３ポートとを接続するとともに、四方弁２６０の第１ポートと第２ポートとを接続し、第４ポートと第３ポートとを接続することで、図２中矢印で示す方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒をＧＨＰ室外熱交換器２３０、ＥＨＰ室外熱交換器２７０に送出する。一方、室内機ユニット３００を暖房として機能させる場合、四方弁２２０の第１ポートと第４ポートとを接続し、第２ポートと第３ポートとを接続するとともに、四方弁２６０の第１ポートと第４ポートとを接続し、第２ポートと第３ポートとを接続することで、図２中矢印で示す方向とは逆の方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒を室内熱交換器３２０に送出する。

図１に戻って、通信網１２０は、ＬＡＮ、専用回線、インターネット等で構成され、グループ１１０とホスト制御装置１３０とを無線または有線により接続する。

ホスト制御装置１３０は、通信網１２０を介して、各グループ１１０のグループ通信部１１４と通信を行い、各グループ１１０の空気調和装置１５０の稼動比率の推奨値の推算や、各グループ１１０における推奨のエネルギー供給源の選定を実行したりする。

図３は、ホスト制御装置１３０の構成を説明するための図である。図３に示すように、ホスト制御装置１３０は、ホスト制御部１３２を含んで構成され、ホスト制御部１３２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してホスト制御装置１３０全体を管理および制御する。

本実施形態において、ホスト制御部１３２は、ホスト通信部１３４、条件取得部１３６、演算部１３８として機能する。ホスト通信部１３４は、通信網１２０を介して、複数のグループ１１０それぞれと通信を行う。

条件取得部１３６は、ホスト通信部１３４を通じて、複数のグループ１１０それぞれのエネルギーの使用条件（電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、電力量に対応する二酸化炭素排出量）を取得する。

演算部１３８は、条件取得部１３６によって取得された複数のグループ１１０それぞれのエネルギーの使用条件に基づいて、各グループ１１０の稼動比率の推奨値の推算、および、各グループ１１０における推奨のエネルギー供給源の選定のいずれか一方または双方を実行する。

上述したように、各グループ１１０で、エネルギー供給源との契約や、エネルギーの使用条件が独立して設定されるため、グループ１１０ごとに、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量が異なる場合がある。

そこで、演算部１３８は、複数のグループ１１０それぞれのエネルギーの使用条件に基づいて、複数のグループ１１０全体において、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量の群から選択される１または複数が最も少なくなるように、各グループ１１０の稼動比率の推奨値の推算を実行する。例えば、導出された現在のグループ１１０ａとグループ１１０ｂの稼動比率が１００％：１００％であったところ、同一の運転出力を実現する際の、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量がグループ１１０ａより、グループ１１０ｂが少ない場合、演算部１３８は、グループ１１０ａとグループ１１０ｂの稼動比率の推奨値を、８０％：１２０％と推算する。

かかる構成により、空気調和システム１００全体において、稼動比率の合計を維持したまま、使用した結果生じる、電力の料金、ガスの料金、二酸化炭素排出量を低減できる稼動比率の推奨値を提案することが可能となる。

また、近年、同一の地域において、複数の電力供給会社や複数のガス供給会社がエネルギー（電力、ガス）を供給することになったため、空気調和システム１００を有する事業者は、エネルギー供給源としての電力供給会社やガス供給会社を選択することが可能となった。

そこで、演算部１３８は、現在の複数のグループ１１０それぞれのエネルギーの使用条件に基づいて、複数のグループ１１０全体において、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量の群から選択される１または複数が最も少なくなるエネルギー供給源の選定を実行する。

これにより、空気調和システム１００全体で、使用した結果生じる、電力の料金、ガスの料金、二酸化炭素排出量を低減可能なエネルギー供給源を提案することが可能となる。

続いて、グループ１１０の出力値導出部１１６による運転出力値の導出処理について説明する。

出力値導出部１１６は、演算部１３８が推算した稼動比率の推奨値に基づいて、空気調和装置１５０におけるＧＨＰユニット２１０の運転出力値とＥＨＰユニット２５０の運転出力値を導出する。

さらに、出力値導出部１１６は、演算部１３８によって推算された稼動比率の推奨値の範囲内で、不図示の記憶部に予め記憶された運転出力値テーブルに基づいて、ＧＨＰユニット２１０とＥＨＰユニット２５０との運転出力値を導出する。ここで、運転出力値テーブルは、空気調和装置１５０が設置されるグループ１１０における他の機器（例えば、照明、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫等）の使用電力量とＥＨＰユニット２５０の使用電力量との総計、ＧＨＰユニット２１０のガスに関して予め定められた料金規定、および、ＥＨＰユニット２５０の電力に関して予め定められた料金規定、および、契約電力に基づいて決定される運転状況と、室内機ユニット３００において要求される空調負荷とに基づいて、１つの運転出力値を一義的に導出するためのものである。

図４は、運転出力値テーブルを示す図である。図４では、室内機ユニット３００において要求される最大の空調負荷を２００％とした場合のＧＨＰユニット２１０、ＥＨＰユニット２５０の運転比率が設定された運転出力値テーブルを示し、ＧＨＰユニット２１０と、ＥＨＰユニット２５０との容量比が１００％：１００％で設計された空気調和装置１５０を例に挙げて説明する。

また、運転状況として、通常運転する際に参照される「通常Ａモード」および「通常Ｂモード」、ＧＨＰユニット２１０を主に運転する際に参照される「ＧＨＰ主体モード」、ＥＨＰユニット２５０を主に運転する際に参照される「ＥＨＰ主体モード」、他の機器の使用電力量が契約電力に逼迫している際に参照される「デマンド１モード」および「デマンド２モード」を例に挙げて説明する。

各グループ１１０には、当該グループ１１０での所定期間（例えば、１年）における電力の最大使用量（ｋＷｈ）（詳細には、例えば、所定時間（例えば、３０分間）の平均電力使用量の最大値）である契約電力が設定されている。そして契約電力を超えて電力を使用すると、ペナルティ料金が科されることとなる。

そこで、出力値導出部１１６は、空気調和装置１５０が設置されるグループ１１０に設けられた使用電力量を検知する検知器からのデマンド信号に基づいて、運転状況を把握する。検知器は、契約電力と、施設全体の使用電力量（空気調和装置１５０が設置されるグループ１１０における他の機器の使用電力量とＥＨＰユニット２５０の使用電力量との総計）との差分Ｚに応じて、デマンド信号１、デマンド信号２を送信する。ここで、検知器は、例えば、契約電力が１００ｋＷである場合に、差分Ｚが３０ｋＷ（すなわち、グループ１１０全体の使用電力量が７０ｋＷ）となった場合にデマンド信号１を出力値導出部１１６に出力し、差分Ｚが１０ｋＷ（すなわち、グループ１１０全体の使用電力量が９０ｋＷ）となった場合にデマンド信号２を出力値導出部１１６に出力する。

出力値導出部１１６は、デマンド信号１およびデマンド信号２のいずれも受信していない場合、通常運転を行うべく、運転出力値テーブルの「通常Ａモード」または「通常Ｂモード」を参照して、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０の運転出力値を導出する。なお、「通常Ａモード」は、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０を並行して駆動する際にＧＨＰユニット２１０を先に立ち上げ、「通常Ｂモード」は、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０を並行して駆動する際にＥＨＰユニット２５０を先に立ち上げるように構成されている。このため、出力値導出部１１６は、通常運転を実行する場合、「通常Ａモード」と「通常Ｂモード」とを交互に参照することで、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０の駆動回数を実質的に均一化している。

また、通常運転を行う場合であって、例えば、エネルギー供給源や時間帯等によって、ＥＨＰユニット２５０を最大の運転出力値で駆動させたときに要する電力の料金が、ＧＨＰユニット２１０を最大の運転出力値で駆動させたときに要するガスの料金より高い場合、出力値導出部１１６は、「ＧＨＰ主体モード」を参照する。これにより、ＥＨＰユニット２５０よりＧＨＰユニット２１０の運転出力値を高くすることができ、低コストで、室内機ユニット３００において要求される空調負荷を実現することが可能となる。

一方、通常運転を行う場合であって、例えば、エネルギー供給源や時間帯等によって、ＧＨＰユニット２１０を最大の運転出力値で駆動させたときに要するガスの料金が、ＥＨＰユニット２５０を最大の運転出力値で駆動させたときに要する電力の料金より高い場合、出力値導出部１１６は、「ＥＨＰ主体モード」を参照する。これにより、ＧＨＰユニット２１０よりＥＨＰユニット２５０の運転出力値を高くすることができ、低コストで、室内機ユニット３００において要求される空調負荷を実現することが可能となる。

さらに、出力値導出部１１６は、グループ１１０全体の使用電力量が契約電力に逼迫しており、ＥＨＰユニット２５０の運転出力によっては、契約電力を超えてしまう場合、つまり、デマンド信号１を受信した場合、「デマンド１モード」を参照して、ＥＨＰユニット２５０に供給される電力と他の機器の使用電力量との総計が契約電力未満の所定の電力値（制限値）内に収まる範囲で、運転出力値を導出する。

具体的に説明すると、「デマンド１モード」においては、ＥＨＰユニット２５０に供給される電力と他の機器の使用電力量との総計が最大でも制限値内となる運転出力値（例えば、ＥＨＰユニット２５０の運転出力が６０％）となるように運転出力値が割り当てられている。これにより、出力値導出部１１６は、ＥＨＰユニット２５０の使用電力量と、施設における他の装置の使用電力量との総計が、契約電力未満となるようにＥＨＰユニット２５０に供給する電力を制限することができる。したがって、空気調和装置１５０が設置されるグループ１１０の総計使用電力量が、契約電力を超え、ペナルティ料金が科されてしまう事態を回避することが可能となる。

また、この際、出力値導出部１１６は、室内機ユニット３００において要求される所定の空調負荷を実現できない場合には、ＧＨＰユニット２１０が停止しているとＧＨＰユニット２１０の運転が開始されるように運転出力値を導出し、ＧＨＰユニット２１０が運転中であると、ＧＨＰユニット２１０の現在の運転出力を上回る運転出力値を導出する。これにより、ペナルティ料金が科されてしまう事態を回避しつつ、室内機ユニット３００において要求される空調負荷を実現することが可能となる。

なお、「デマンド１モード」において、ＧＨＰユニット２１０のみで実現できる室内機ユニット３００の空調負荷（例えば、４０％、１００％）が要求された場合には、ＧＨＰユニット２１０のみが駆動されるように運転出力値が割り当てられている。また、ＧＨＰユニット２１０のみでは実現できない室内機ユニット３００の空調負荷（例えば、１６０％、２００％）が要求された場合には、ＧＨＰユニット２１０に加えてＥＨＰユニット２５０を最大でも制限値内となる運転出力値６０％まで駆動させるように運転出力値が割り当てられている。

なお、「デマンド１モード」において、室内機ユニット３００において要求される空調負荷が最大の２００％である場合には、ＥＨＰユニット２５０を最大でも制限値内となる運転出力値６０％で駆動させるため、ＧＨＰユニット２１０を運転出力値１００％で駆動させたとしても、室内機ユニット３００において要求される空調負荷を実現できないものの、ペナルティ料金が科される事態を回避することができる。

また、出力値導出部１１６は、グループ１１０全体の使用電力量が契約電力に逼迫しており、ＥＨＰユニット２５０を駆動させれば、契約電力を超えてしまう場合、つまり、デマンド信号２を受信した場合、出力値導出部１１６は、ＥＨＰユニット２５０を駆動させないように設定された「デマンド２モード」を参照する。これにより、出力値導出部１１６は、空気調和装置１５０によって契約電力を超えてしまう事態を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる空気調和システム１００によれば、ホスト制御装置１３０を備える構成により、エンジン駆動式圧縮機２１４と、電気駆動式圧縮機２５４とを双方とも備えた複数の空気調和装置１５０が異なるエネルギーの使用条件下に配される場合において、複数の空気調和装置１５０を包括的に把握して、制御することが可能となる。

また、空気調和装置１５０が、ＧＨＰユニット２１０とＥＨＰユニット２５０とを独立して構成することにより、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０のいずれか一方が故障したとしても、室内熱交換器３２０に冷媒を循環させることができ、空気調和装置１５０を運転させることが可能となる。

また、ＧＨＰユニット２１０とＥＨＰユニット２５０とは、別体であるため、ＧＨＰユニット２１０の数、および、ＥＨＰユニット２５０の数をそれぞれ増減させて空気調和装置１５０を構成することができ、効率的に容量の増減を図ることが可能となる。したがって、１台のＧＨＰユニット２１０自体の部品や、１のＥＨＰユニット２５０自体の部品を大型化する必要がなく、部品の大型化に伴うコスト上昇を回避することが可能となる。

［第１変形例］
上記実施形態において、出力値導出部１１６は、ＥＨＰユニット２５０の使用電力量と、グループ１１０における他の装置の使用電力量との総計が、契約電力未満の所定の制限値に収まる範囲となるようにＥＨＰユニット２５０の運転出力値を導出するとした。

しかし、出力値導出部１１６は、ＥＨＰユニット２５０が電力を使用することで生じる二酸化炭素排出量が、所定の制限値に収まる範囲となるようにＥＨＰユニット２５０の運転出力値を導出するとしてもよい。かかる構成により、空気調和装置１５０を運転させることで生じる二酸化炭素排出量を所定量に抑えることが可能となる。

［第２変形例］
上記実施形態において、室外機ユニットとして機能するガス消費ユニットとしてＧＨＰユニット２１０を例に挙げた。しかし、ガス消費ユニットは、ガス消費機器を有し、冷媒または水を、加熱または冷却することができればその構成に限定はない。例えば、ガス消費ユニットは、水を加熱または冷却するＧＨＰチラー５００、または、吸収式冷温水機６００であってもよい。

また、上記実施形態および第１変形例において、室外機ユニットとして機能する電力消費ユニットとしてＥＨＰユニット２５０を例に挙げた。しかし、電力消費ユニットは、電力消費機器を有し、冷媒または水を、加熱または冷却することができれば構成に限定はない。例えば、電力消費ユニットは、水を加熱または冷却するＥＨＰチラー７００、または、ターボ冷凍機８００であってもよい。

なお、ガス消費ユニットが、ＧＨＰチラー５００、または、吸収式冷温水機６００である場合、および、電力消費ユニットが、ＥＨＰチラー７００、または、ターボ冷凍機８００である場合、室内機ユニット３００は、減圧部３１０を備えない。そして、室内機ユニット３００（室内熱交換器３２０）には、ＧＨＰチラー５００、吸収式冷温水機６００、ＥＨＰチラー７００、または、ターボ冷凍機８００によって加熱または冷却された水が循環する。

以下、ＧＨＰチラー５００、吸収式冷温水機６００、ＥＨＰチラー７００、および、ターボ冷凍機８００の一例を説明する。

［ＧＨＰチラー５００］
図５は、ＧＨＰチラー５００を説明する図である。なお、図５中、冷房時の冷媒の流れを実線の矢印で示す。また、図５中、冷却水の流れを破線の矢印で示す。

図５に示すように、ＧＨＰチラー５００は、冷媒が循環する冷媒管５１０と、ガスエンジン５１２（ガス消費機器）と、ガスエンジン５１２を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機５１４（ガス消費機器）と、四方弁５２０と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うチラー室外熱交換器５３０と、チラー室外熱交換器５３０に空気を送り熱交換を促進させるチラー送風部５３２と、冷媒を減圧する減圧部５４０（膨張弁）と、冷却水熱交換器５５０と、チラー制御部５６０とを含んで構成される。

エンジン駆動式圧縮機５１４の出口は、冷媒管５１０によって四方弁５２０の第１ポート（図５中「１」で示す）に接続され、エンジン駆動式圧縮機５１４の入口は、冷媒管５１０によって四方弁５２０の第３ポート（図５中「３」で示す）に接続される。また、チラー室外熱交換器５３０の一端側は、冷媒管５１０によって四方弁５２０の第２ポート（図５中「２」で示す）に接続される。チラー室外熱交換器５３０の他端側は、冷媒管５１０によって減圧部５４０の一端側に接続される。減圧部５４０の他端側は、冷媒管５１０によって冷却水熱交換器５５０の一端側に接続される。冷却水熱交換器５５０の他端側は、冷媒管５１０によって、四方弁５２０の第４ポート（図５中「４」で示す）に接続される。したがって、エンジン駆動式圧縮機５１４が駆動されると、冷媒は、冷媒管５１０を循環することとなり、冷媒管５１０によって一連の循環路が形成される。

また、冷却水熱交換器５５０は、冷媒と、冷却水戻り管１０を通じて室内熱交換器３２０から返送された冷却水とを熱交換する。冷却水熱交換器５５０によって熱交換された冷却水は、冷却水送り管２０を通じて、室内熱交換器３２０に導かれる。

チラー制御部５６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、上記運転制御部１１８からの制御指令に基づいて、ＧＨＰチラー５００全体（例えば、ガスエンジン５１２、チラー送風部５３２、各種センサ等）を制御する。

なお、室内機ユニット３００を冷房として機能させる場合、四方弁５２０の第１ポートと第２ポートとを接続し、第４ポートと第３ポートとを接続することで、図５中、実線の矢印で示す方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒をチラー室外熱交換器５３０に送出する。一方、室内機ユニット３００を暖房として機能させる場合、四方弁５２０の第１ポートと第４ポートとを接続し、第２ポートと第３ポートとを接続することで、図５中、実線の矢印で示す方向とは逆の方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒を冷却水熱交換器５５０に送出する。

［吸収式冷温水機６００］
図６は、吸収式冷温水機６００を説明する図である。図６に示すように、吸収式冷温水機６００（ガス消費機器）は、蒸発器６１０と、吸収器６２０と、再生器６３０と、凝縮器６４０と、冷却塔６５０と、冷却水循環路６６０と、冷温水機制御部６７０とを含んで構成される。なお、図６中、吸収式冷温水機６００内を循環する水、吸収液、および、水蒸気の流れを実線の矢印で示す。また、図６中、冷却水循環路６６０を循環する冷却水の流れを一点鎖線の矢印で示す。さらに、図６中、室内熱交換器３２０を循環する冷却水の流れを破線の矢印で示す。

蒸発器６１０は、内部に蒸発熱交換器６１２を備える。蒸発熱交換器６１２は、一端側に冷却水戻り管１０が接続され、他端側に冷却水送り管２０が接続される。室内機ユニット３００を冷房として機能させる場合、蒸発器６１０は、後述する凝縮器６４０から導かれた水（液体）を蒸発させて、気化熱により蒸発熱交換器６１２を冷却する。また、室内機ユニット３００を暖房として機能させる場合、蒸発器６１０は、後述する再生器６３０から導かれた高温の水蒸気で蒸発熱交換器６１２を加熱する。

蒸発器６１０において、蒸発熱交換器６１２と熱交換が為された後の水蒸気は、吸収器６２０に導かれる。

吸収器６２０は、蒸発器６１０から導かれた水蒸気と、後述する再生器６３０から導かれた吸収液（リーン吸収液）とを接触させて、吸収液に水蒸気を溶け込ませる。吸収液は、例えば、臭化リチウム水溶液である。水蒸気が溶け込んだ吸収液（リッチ吸収液）は、再生器６３０に導かれる。

また、吸収器６２０内には、吸収液への水蒸気の溶解を向上させるために、吸収液を冷却する吸収熱交換器６２２が設けられる。

再生器６３０（ガス消費機器）は、ガスを燃焼させるバーナを有し、バーナによってリッチ吸収液を加熱する。そうすると、リッチ吸収液から水蒸気が気化し、リッチ吸収液から水蒸気が取り除かれる。再生器６３０において、気化した水蒸気は、蒸発器６１０、または、凝縮器６４０に導かれる。また、水蒸気が取り除かれたリーン吸収液は、吸収器６２０に返送される。

凝縮器６４０は、内部に凝縮熱交換器６４２を備える。凝縮熱交換器６４２は、後述する冷却水循環路６６０を通じて冷却塔６５０から導かれた冷却水と、再生器６３０から導かれた水蒸気とを熱交換させる。これにより、水蒸気が冷却されて（凝縮して）、水となる。凝縮器６４０で生成された水は、蒸発器６１０に導かれる。

冷却塔６５０は、内部に塔熱交換器６５２を備える。塔熱交換器６５２は、冷却水循環路６６０を通じて凝縮熱交換器６４２から導かれた冷却水と外気とを熱交換する。凝縮熱交換器６４２によって冷却された冷却水は、冷却水循環路６６０を通じて、吸収熱交換器６２２に導かれる。

そして、吸収熱交換器６２２で吸収液と熱交換されることで加熱された冷却水は、凝縮熱交換器６４２においてさらに加熱されて、塔熱交換器６５２に導かれる。

冷温水機制御部６７０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、上記運転制御部１１８からの制御指令に基づいて、吸収式冷温水機６００全体（例えば、バーナ、バルブ６８０、６８２、各種センサ等）を制御する。

冷温水機制御部６７０は、室内機ユニット３００を暖房として機能させる場合、再生器６３０と蒸発器６１０とを接続する配管に設けられたバルブ６８０を開弁し、再生器６３０と凝縮器６４０とを接続する配管に設けられたバルブ６８２を閉弁する。また、冷温水機制御部６７０は、室内機ユニット３００を冷房として機能させる場合、再生器６３０と蒸発器６１０とを接続する配管に設けられたバルブ６８０を閉弁し、再生器６３０と凝縮器６４０とを接続する配管に設けられたバルブ６８２を開弁する。

［ＥＨＰチラー７００］
図７は、ＥＨＰチラー７００を説明する図である。なお、図７中、冷房時の冷媒の流れを実線の矢印で示す。また、図７中、冷却水の流れを破線の矢印で示す。

図７に示すように、ＥＨＰチラー７００は、冷媒が循環する冷媒管７１０と、電動機７１２（電力消費機器）と、電動機７１２を駆動源とする電気駆動式圧縮機７１４（電力消費機器）と、四方弁７２０と、冷媒と室外の空気とで熱交換を行うチラー室外熱交換器７３０と、チラー室外熱交換器７３０に空気を送り熱交換を促進させるチラー送風部７３２と、冷媒を減圧する減圧部７４０（膨張弁）と、冷却水熱交換器７５０と、チラー制御部７６０とを含んで構成される。

電気駆動式圧縮機７１４の出口は、冷媒管７１０によって四方弁７２０の第１ポート（図７中「１」で示す）に接続され、電気駆動式圧縮機７１４の入口は、冷媒管７１０によって四方弁７２０の第３ポート（図７中「３」で示す）に接続される。また、チラー室外熱交換器７３０の一端側は、冷媒管７１０によって四方弁７２０の第２ポート（図７中「２」で示す）に接続される。チラー室外熱交換器７３０の他端側は、冷媒管７１０によって減圧部７４０の一端側に接続される。減圧部７４０の他端側は、冷媒管７１０によって冷却水熱交換器７５０の一端側に接続される。冷却水熱交換器７５０の他端側は、冷媒管７１０によって、四方弁７２０の第４ポート（図７中「４」で示す）に接続される。したがって、電気駆動式圧縮機７１４が駆動されると、冷媒は、冷媒管７１０を循環することとなり、冷媒管７１０によって一連の循環路が形成される。

また、冷却水熱交換器７５０は、冷媒と、冷却水戻り管１０を通じて室内熱交換器３２０から返送された冷却水とを熱交換する。冷却水熱交換器７５０によって熱交換された冷却水は、冷却水送り管２０を通じて、室内熱交換器３２０に導かれる。

チラー制御部７６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、上記運転制御部１１８からの制御指令に基づいて、ＥＨＰチラー７００全体（例えば、電動機７１２、チラー送風部７３２、各種センサ等）を制御する。

なお、室内機ユニット３００を冷房として機能させる場合、四方弁７２０の第１ポートと第２ポートとを接続し、第４ポートと第３ポートとを接続することで、図７中、実線の矢印で示す方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒をチラー室外熱交換器７３０に送出する。一方、室内機ユニット３００を暖房として機能させる場合、四方弁７２０の第１ポートと第４ポートとを接続し、第２ポートと第３ポートとを接続することで、図７中、実線の矢印で示す方向とは逆の方向に冷媒を流通させて、圧縮された冷媒を冷却水熱交換器７５０に送出する。

［ターボ冷凍機８００］
図８は、ターボ冷凍機８００を説明する図である。ターボ冷凍機８００は、室内機ユニット３００を冷房として機能させる。図８に示すように、ターボ冷凍機８００は、冷媒が循環する冷媒管８１０と、電動機８１２（電力消費機器）と、電動機８１２を駆動源とする電気駆動式ターボ圧縮機８１４（電力消費機器）と、凝縮器８２０と、減圧部８３０と、蒸発器８４０と、ターボ制御部８５０とを含んで構成される。なお、図８中、冷媒の流れを実線の矢印で示す。また、図８中、室内熱交換器３２０を循環する冷却水の流れを破線の矢印で示す。

電気駆動式ターボ圧縮機８１４は、冷媒を圧縮する。電気駆動式ターボ圧縮機８１４は、例えば、遠心式圧縮機である。電気駆動式ターボ圧縮機８１４によって圧縮された冷媒は、凝縮器８２０に導かれる。

凝縮器８２０は、内部に凝縮熱交換器８２２を備える。凝縮熱交換器８２２には、不図示の冷却塔、または、空気熱交換器によって冷却された冷却水が導かれる。凝縮熱交換器８２２において、冷媒と熱交換されることで加熱された冷却水は、冷却塔、または、空気熱交換器に返送される。

減圧部８３０は、膨張弁、または、エコノマイザで構成される。減圧部８３０によって膨張された冷媒は、蒸発器８４０に導かれる。

蒸発器８４０は、内部に冷却水熱交換器８４２を備える。冷却水熱交換器８４２は、冷媒と、冷却水戻り管１０を通じて室内熱交換器３２０から返送された冷却水とを熱交換する。冷却水熱交換器８４２によって熱交換された冷却水は、冷却水送り管２０を通じて、室内熱交換器３２０に導かれる。

ターボ制御部８５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、上記運転制御部１１８からの制御指令に基づいて、ターボ冷凍機８００全体（例えば、電動機８１２、各種センサ等）を制御する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、施設全体の使用電力量の逼迫状況を把握するために、デマンド信号を利用した構成を例に挙げて説明した。しかし、施設における他の機器の使用電力量を予め入力しておき、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０で使用している電力量を推定して、入力した他の機器の使用電力量と、ＧＨＰユニット２１０およびＥＨＰユニット２５０の推定使用電力量との和から施設全体の使用電力量の逼迫状況を把握するとしてもよい。

また、上述した実施形態および第１変形例において、ガス消費ユニットとして、ＧＨＰユニット２１０を、電力消費ユニットとして、ＥＨＰユニット２５０を例に挙げた。しかし、ガス消費ユニットとして、ＧＨＰユニット２１０、ＧＨＰチラー５００、および、吸収式冷温水機６００の群から選択される１または複数を採用してもよい。また、電力消費ユニットとして、ＥＨＰユニット２５０、ＥＨＰチラー７００、および、ターボ冷凍機８００の群から選択される１または複数を採用してもよい。

また、空気調和装置１５０は、複数の電力消費ユニットを備えてもよい。同様に、空気調和装置１５０は、複数のガス消費ユニットを備えてもよい。

本発明は、１または複数の空気調和装置を含んで構成されるグループを複数備えた空気調和システムに利用することができる。

１００ 空気調和システム
１１０ グループ
１１４ グループ通信部
１１６ 出力値導出部
１１８ 運転制御部
１３０ ホスト制御装置
１３４ ホスト通信部
１３６ 条件取得部
１３８ 演算部
１５０ 空気調和装置
２１０ ＧＨＰユニット（ガス消費ユニット）
２１２ ガスエンジン（ガス消費機器）
２１４ エンジン駆動式圧縮機（ガス消費機器）
２５０ ＥＨＰユニット（電力消費ユニット）
２５２ 電動機（電力消費機器）
２５４ 電気駆動式圧縮機（電力消費機器）
３００ 室内機ユニット
３２０ 室内熱交換器
３２２ 室内送風部
５００ ＧＨＰチラー（ガス消費ユニット）
５１２ ガスエンジン（ガス消費機器）
５１４ エンジン駆動式圧縮機（ガス消費機器）
６００ 吸収式冷温水機（ガス消費ユニット）
６３０ 再生器（ガス消費機器）
７００ ＥＨＰチラー（電力消費ユニット）
７１２ 電動機（電力消費機器）
７１４ 電気駆動式圧縮機（電力消費機器）
８００ ターボ冷凍機（電力消費ユニット）
８１２ 電動機（電力消費機器）
８１４ 電気駆動式ターボ圧縮機（電力消費機器）

Claims (5)

1. １または複数の空気調和装置を含んで構成される複数のグループと、各グループそれぞれと通信を行うホスト制御装置とを備えた空気調和システムであって、
   前記空気調和装置は、
   ガス消費機器を有し、冷媒または水を、加熱または冷却するガス消費ユニットと、
   前記ガス消費ユニットとは独立して構成され、電力消費機器を有し、冷媒または水を、加熱または冷却する電力消費ユニットと、
   前記ガス消費ユニットおよび前記電力消費ユニットによって加熱または冷却された、冷媒または水と室内の空気とで熱交換を行う室内熱交換器と、該室内熱交換器に空気を送り熱交換を促進させる室内送風部とを有する１または複数の室内機ユニットと、
   を備え、
   前記複数のグループは、１の事業者が有しており、
   前記グループは、
   他のグループと、電力供給会社との契約、ガス供給会社との契約、および、エネルギーの使用条件が独立して設定されており、
   前記ホスト制御装置と通信を行うグループ通信部を備え、
   前記ホスト制御装置は、
   前記複数のグループそれぞれと通信を行うホスト通信部と、
   前記ホスト通信部を通じて、前記複数のグループそれぞれのエネルギーの使用条件を取得する条件取得部と、
   取得された前記エネルギーの使用条件に基づいて、各グループにおける推奨の電力供給会社およびガス供給会社の選定を実行する演算部と、
   を備え、
   前記エネルギーの使用条件は、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量であり、
   前記演算部は、前記複数のグループ全体において、電力に関して予め定められた料金規定、ガスに関して予め定められた料金規定、および、電力量に対応する二酸化炭素排出量の群から選択される１または複数が最も少なくなるように、各グループの空気調和装置の運転比率の推奨値の推算、および、該各グループにおける推奨の電力供給会社およびガス供給会社の選定を実行する空気調和システム。
2. 前記グループは、
   前記演算部が推算した稼動比率の推奨値に基づいて、前記空気調和装置における前記ガス消費ユニットの運転出力値と前記電力消費ユニットの運転出力値を導出する出力値導出部と、
   前記出力値導出部によって導出された運転出力値となるように、前記空気調和装置における前記ガス消費ユニットの運転出力と、前記電力消費ユニットとの運転出力とを制御する運転制御部と、
   を備える請求項１に記載の空気調和システム。
3. 各グループには、当該グループでの所定期間における電力の最大使用量である契約電力が設定されており、
   前記グループにおいて前記契約電力を超えて電力を使用すると、ペナルティ料金が科され、
   前記出力値導出部は、前記電力消費ユニットの使用電力量と、前記グループにおける他の装置の使用電力量との総計が、契約電力未満の所定の制限値に収まる範囲となるように該電力消費ユニットの運転出力値を導出する請求項２に記載の空気調和システム。
4. 前記出力値導出部は、前記所定の制限値に収まる範囲となるように前記電力消費ユニットの運転出力値を導出する場合であって、前記室内機ユニットにおいて要求される所定の空調負荷を実現できない場合には、前記ガス消費ユニットが停止していると該ガス消費ユニットの運転が開始されるように運転出力値を導出し、該ガス消費ユニットが運転中であると、該ガス消費ユニットの現在の運転出力を上回る運転出力値を導出する請求項３に記載の空気調和システム。
5. 前記出力値導出部は、前記電力消費ユニットが電力を使用することで生じる二酸化炭素排出量が、所定の制限値に収まる範囲となるように該電力消費ユニットの運転出力値を導出する請求項２に記載の空気調和システム。

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