JP3320360B2 - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JP3320360B2
JP3320360B2 JP22455898A JP22455898A JP3320360B2 JP 3320360 B2 JP3320360 B2 JP 3320360B2 JP 22455898 A JP22455898 A JP 22455898A JP 22455898 A JP22455898 A JP 22455898A JP 3320360 B2 JP3320360 B2 JP 3320360B2
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reheat
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reheater
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常雄 植草
至誠 藁谷
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06Several compression cycles arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B2600/02Compressor control
    • F25B2600/021Inverters therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、吹き出し空気温
度の急激な変動を嫌う部屋たとえば電算機室や通信機室
に設置される空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】空気調和機の省エネルギ運転を行う手法
として、インバータによる圧縮機の容量可変運転(イン
バータの出力周波数制御)が知られているが、圧縮機の
インバータ駆動に際しては圧縮機モータから高調波の逆
相電流が生じてしまう。昨今、この高調波にどのように
対処するかが重要な課題となっている。
【0003】とくに、複数台の圧縮機を持つ空気調和機
の場合、全ての圧縮機をインバータ駆動すると、インバ
ータ容量が大きくなり、高調波の逆相電流が増大すると
いう問題がある。
【0004】そこで、複数台の圧縮機を持つ空気調和機
では、たとえば実開昭62−12784号公報(実願昭
60−104512号)に示されるように、複数台の圧
縮機を全てインバータ駆動することはせず、一部を商用
電源駆動(容量固定運転)するのが一般的となってい
る。
【0005】一方、室内への吹き出し空気温度を調節す
る手段として、再熱器を設けた空気調和機がある。すな
わち、蒸発器で冷却および除湿された空気を再熱器で温
めてから室内に吹出すようにしている。いわゆるレヒー
ト機能である。
【0006】このレヒート機能を有する空気調和機とし
て、特開昭54−154222号公報(特願昭53−6
2327号)および特開平3−217744号公報(特
願平2−12906号)に示されるものがある。
【0007】このうち、特開平3−217744号公報
に示されるものでは、複数台の圧縮機を備え、圧縮機の
運転台数の増加に際しレヒート能力(再熱量)を最大に
設定し、運転台数の減少に際しレヒート能力を最小に設
定するようにしている。これにより、運転台数の変化に
伴う室内温度変動を押さえるようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】レヒー卜機能は、温度
制御性を向上させる点では優れているが、凝縮器で外気
に放出する熱をわざわざ室内機側で放熱する方式である
ため、エネルギの無駄な消費が多くなるという特徴があ
る。
【0009】この点に関連し、特開平3−217744
号公報に示されるものでは、圧縮機の運転台数が変わる
ときの温度制御性は考慮されているが、それをレヒー卜
機能だけで達成するため、エネルギー消費量が大きくな
って省エネルギ性の面で好ましくない。
【0010】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、十分な高調波対策を確保しな
がら、運転台数の変化に伴う室内温度変動を押さえて良
好な温度制御性を得ることができ、しかも省エネルギ性
についても十分に考慮した最適な運転が可能な空気調和
機を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
容量可変の第1圧縮機、凝縮器、蒸発器を有する第1冷
凍サイクルと、容量固定の第2圧縮機、凝縮器、蒸発
器、再熱器を有する第2冷凍サイクルと、冷房負荷の増
加に応じて上記第1圧縮機の1台運転から同第1圧縮機
と上記第2圧縮機の2台運転に移行し、冷房負荷の減少
に応じて上1圧縮機と第2圧縮機の2台運転から第1圧
縮機の1台運転に移行する第1制御手段と、上記1台運
転から2台運転への移行に際し、第2圧縮機の起動と共
に上記再熱器の再熱量を一旦最大に設定し、その状態か
ら再熱量を低減していき、この低減に伴い前記第1圧縮
機の容量を低減する第2制御手段と、上記2台運転から
1台運転への移行に際し、上記再熱器の再熱量を増大し
ていき、この増大に伴い上記第1圧縮機の容量を増大
し、再熱量が最大となってから上記第2圧縮機を停止す
る第3制御手段と、を備える。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例につい
て図面を参照して説明する。図1に示すように、室内機
1および室外機10が配管接続されて本発明の空気調和
機が構成される。
【0013】室内機1は、複数台たとえば2台の圧縮機
11,21、膨張弁13,23、蒸発器(室内熱交換
器)14,24、流量調整弁31、再熱器(補助室内熱
交換器)32、室内ファン2、インバータ3、および制
御装置4を備える。圧縮機(第1圧縮機)11は、イン
バータ3により駆動される容量可変型である。圧縮機
(第2圧縮機)21は、商用電源駆動される容量固定型
である。
【0014】室外機10は、凝縮器(室外熱交換器)1
2,22および室外ファン7を備える。圧縮機11の冷
媒吐出口に凝縮器12が配管接続され、凝縮器12に膨
張弁13を介して蒸発器14が配管接続される。さら
に、蒸発器14に圧縮機11の冷媒吸込口が配管接続さ
れる。これにより、第1冷凍サイクルが構成される。
【0015】一方、圧縮機21の冷媒吐出口に凝縮器2
2が配管接続され、凝縮器22に膨張弁23を介して蒸
発器24が配管接続される。さらに、蒸発器24に圧縮
機21の冷媒吸込口が配管接続される。また、圧縮機2
1の冷媒吐出口に流量調整弁31を介して再熱器32が
配管接続され、再熱器32は膨張弁23の冷媒流入側に
配管接続される。これにより、第2冷凍サイクルが構成
される。
【0016】上記蒸発器14,24および再熱器32
は、互いに相対向する位置に設けられている。室内ファ
ン2は、室内空気を吸い込み、その吸い込み空気を蒸発
器14,24および再熱器32に通して室内に吹き出
す。
【0017】インバータ3は、商用電源(図示しない)
の電圧を整流し、それを制御装置4の指令に応じた周波
数の交流電圧に変換して出力する。この出力が圧縮機1
1に駆動電力として供給される。
【0018】第1冷凍サイクルでは、圧縮機11が運転
されると、圧縮機11から吐出されるガス状の冷媒が室
外機10の凝縮器12に供給され、冷媒は外気に熱を放
出して液化する。凝縮器12で液化した冷媒は膨張弁1
3で減圧されて室内機1の蒸発器14に流れ、そこで室
内空気から熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒は圧縮機
11に吸い込まれる。
【0019】第2冷凍サイクルでは、圧縮機21が運転
されると、圧縮機21から吐出されるガス状の冷媒が室
外機10の凝縮器22に供給され、冷媒は外気に熱を放
出して液化する。凝縮器22で液化した冷媒は膨張弁2
3で減圧されて室内機1の蒸発器24に流れ、そこで室
内空気から熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒は圧縮機
21に吸い込まれる。
【0020】流量調整弁31が開くと、圧縮機22の吐
出冷媒の一部が流量調整弁31を通って再熱器32に流
入し、冷媒は蒸発器14,24を経た冷却用空気に熱を
放出して液化する。この放熱により冷却用空気の温度が
上昇する。流量調整弁31の開度が変わると再熱器32
への冷媒流入量が変化し、それに伴って冷却用空気に対
する再熱量いわゆるレヒート能力が変化する。再熱器3
2で液化した冷媒は膨張弁23への冷媒流に合流する。
【0021】制御装置4に、室内温度センサ5および操
作器(操作手段)6が接続される。室内温度センサ5
は、被空調室内の空気温度を検知する。操作器6は、運
転モードの設定や室内温度の設定を行うためのものであ
る。
【0022】そして、制御装置4は、主要な機能手段と
して次の[1]〜[3]を備えている。 [1]冷房負荷(室内温度センサ5の検知温度と操作器
6による室内設定温度との差)の増加に応じて圧縮機1
1の1台運転から圧縮機11と圧縮機21の2台運転に
移行し、冷房負荷の減少に応じて圧縮機11と圧縮機2
1の2台運転から圧縮機11の1台運転に移行する第1
制御手段。
【0023】[2]上記1台運転から2台運転への移行
に際し、圧縮機21の起動と共に再熱器32の再熱量
(レヒート能力)を一旦最大に設定し、その状態から再
熱量を低減していき、この低減に伴い圧縮機11の容量
(インバータ3の出力周波数)を低減する第2制御手
段。
【0024】[3]上記2台運転から1台運転への移行
に際し、再熱器32の再熱量を増大していき、この増大
に伴い圧縮機11の容量を増大し、再熱量が最大となっ
てから圧縮機21を停止する第3制御手段。
【0025】つぎに、上記の構成の作用を図2のフロー
チャートを参照して説明する。室内温度センサ5の検知
温度と操作器6による室内温度設定値とが比較される。
検知温度が設定値より高い場合、圧縮機11の運転周波
数(インバータ3の出力周波数)が許容最大運転周波数
に達していなければ、検知温度と設定値との差(冷房負
荷)に応じて圧縮機1の運転周波数が制御される(1台
運転)。
【0026】冷房負荷が大きくて圧縮機11の運転周波
数が許容最大運転周波数に達すると、圧縮機21が起動
される(2台運転)。この起動と共に、流量調整弁31
が最大開度に開放され、再熱器32の再熱量つまりレヒ
ート能力が最大に設定される。レヒート能力を最大に設
定することにより、1台運転から2台運転への移行に伴
う全冷房能力の急激な増大を防いでいる。
【0027】こうして、レヒート能力が一旦最大に設定
された後、流量調整弁31の開度が縮小されていき、レ
ヒート能力が低減されていく。このレヒート能力の低減
により第2冷凍サイクルの冷房能力が増えていくことに
なるが、レヒート能力の低減に伴って圧縮機11の運転
周波数が低減される。この運転周波数の低減により、第
2冷凍サイクルの冷房能力の増加にかかわらず、全冷房
能力がほぼ一定に維持される。
【0028】一方、検知温度が設定値と同じまたはそれ
より低くなったとき、圧縮機11の運転周波数が許容最
小運転周波数に達し、かつ圧縮機21が運転していれば
(2台運転)、レヒート能力が増大されていく。
【0029】このレヒート能力の増大により第2冷凍サ
イクルの冷房能力が減っていくことになるが、レヒート
能力の増大に伴って圧縮機11の運転周波数が増大され
る。この運転周波数の増大により、第2冷凍サイクルの
冷房能力の減少にかかわらず、全冷房能力がほぼ一定に
維持される。すなわち、2台運転から1台運転への移行
に伴う全冷房能力の急激な減少を防いでいる。そして、
レヒート能力が最大となった時点で圧縮機21が停止さ
れる(1台運転)。
【0030】その後、1台運転において、圧縮機11の
運転周波数が許容最小運転周波数に達していなければ、
運転周波数が低減される。運転周波数が許容最小運転周
波数に達すると、圧縮機11が停止される(全停止)。
【0031】このように、圧縮機11,21の1台運転
から2台運転への移行時、および2台運転から1台運転
への移行時、レヒート能力を変化させながらそれに追従
する形で圧縮機11の運転周波数を変化させ、全冷房能
力の急激な変動を回避するようにしたので、運転台数の
変化に伴う室内温度変動を押さえて良好な温度制御性を
得ることができる。
【0032】しかも、運転台数の変化に伴う室内温度変
動を押さえる手段として、レヒート能力を変化させつ
つ、そのレヒート能力の変化に基づく冷房能力の変動を
補う形で運転周波数を変化させるようにしているので、
従来のようにレヒート能力の変化だけで室内温度変動を
押さえるものに比べ、エネルギの無駄な消費が少なくな
り、省エネルギ性にすぐれたものとなる。
【0033】また、圧縮機11,21のうち、インバー
タ駆動は圧縮機11だけであるから、インバータ容量が
増大することはなく、ひいては高調波の逆相電流の増大
を回避することができ、高調波対策としても満足できる
結果が得られる。
【0034】なお、上記実施例では、圧縮機の台数が2
台の場合を例に説明したが、圧縮機の台数に限定はな
い。その他、この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能であ
る。
【0035】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、第
1圧縮機および第2圧縮機の運転台数の変化に際し、レ
ヒート能力を変化させながらそれに追従する形で第1圧
縮機の運転周波数を変化させ、全冷房能力の急激な変動
を回避する構成としたので、十分な高調波対策を確保し
ながら、運転台数の変化に伴う室内温度変動を押さえて
良好な温度制御性を得ることができ、しかも省エネルギ
性についても十分に考慮した最適な運転が可能な空気調
和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の構成を示す図。
【図2】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。
【符号の説明】
1…室内機 2…室内ファン 3…インバータ 4…制御装置 5…室内温度センサ 6…操作器 7…室外ファン 10…室外機 11,21…圧縮機 12,22…凝縮器 13,23…膨張弁 14,24…蒸発器 31…流量調整弁 32…再熱器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 和夫 東京都港区芝浦三丁目4番1号 株式会 社エヌ・ティ・ティファシリティーズ内 (72)発明者 佐々木 晃 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−217744(JP,A) 特開 平8−313097(JP,A) 特開 昭59−125360(JP,A) 特開 昭53−97734(JP,A) 特開2000−9042(JP,A) 特開 平6−347106(JP,A) 特開 昭63−172863(JP,A) 実開 昭57−28272(JP,U) 実開 昭62−12784(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 11/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容量可変の第1圧縮機、凝縮器、蒸発器
    を有する第1冷凍サイクルと、 容量固定の第2圧縮機、凝縮器、蒸発器、再熱器を有す
    る第2冷凍サイクルと、 冷房負荷の増加に応じて前記第1圧縮機の1台運転から
    同第1圧縮機と前記第2圧縮機の2台運転に移行し、冷
    房負荷の減少に応じて第1圧縮機と第2圧縮機の2台運
    転から第1圧縮機の1台運転に移行する第1制御手段
    と、 前記1台運転から2台運転への移行に際し、第2圧縮機
    の起動と共に前記再熱器の再熱量を一旦最大に設定し、
    その状態から再熱量を低減していき、この低減に伴い前
    記第1圧縮機の容量を低減する第2制御手段と、 前記2台運転から1台運転への移行に際し、前記再熱器
    の再熱量を増大していき、この増大に伴い前記第1圧縮
    機の容量を増大し、再熱量が最大となってから前記第2
    圧縮機を停止する第3制御手段と、 を具備したことを特徴とする空気調和機。
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