JP3354893B2 - 省エネ型冷凍能力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、環境試験装置、
恒温恒湿器等を含む空調装置の冷凍能力制御装置に関
し、特に冷凍機の簡易な台数制御と省エネとを両立させ
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍能力制御装置としては、加熱出力と
加湿出力とを座標軸とする出力マップに冷凍能力のアッ
プ領域とキープ領域とダウン領域とを設け、温度、湿度
及び槽内発熱量の３要素を制御の結果である加熱出力と
加湿出力との２次元に置き換えて簡易且つ確実に冷凍能
力を制御できる装置が提案されている（特開平８−３２
７１２３号公報参照）。

【０００３】上記装置では、出力マップにおけるアップ
領域、キープ領域、ダウン領域の境界は、冷凍能力と加
熱及び加湿能力とのバランスでそれぞれの装置によって
決定されるが、キープ領域には、冷凍能力の増減を繰り
返さないように、段階的変化時の冷凍能力の変化量以上
の幅を持たせる必要がある。そして、絞り機構が例えば
キャピラリーチューブのときには、冷凍能力を０、１０
００、２０００、３０００kcal/hr というように段階的
に切り換えるため、この例ではその変化量が１０００kc
al/hr になり、１０００kcal/hr を加熱又は加湿出力の
変化量に置き換えて、それ以上の幅をキープ域にするこ
とになる。

【０００４】このような制御では、加熱出力と加湿出力
とで構成する座標がこの幅を持つキープ域にあるときに
は、キープ域内においてそれぞれの出力値が大きくなっ
ていても、冷凍機はその段の能力で運転されていて、前
記出力値の大きさに対応して変更されることはない。と
ころが、冷凍装置では、電子膨張弁やインバータによ
り、冷凍能力を一定の低能力以上でほぼ無段階に制御で
きるものも多い。このような場合には、上記の出力マッ
プによる制御では、冷凍能力の無段階制御機能が有効に
利用されず、冷凍能力の低減及びそれに伴う加熱及び加
湿出力の低減を図った省エネ運転をすることができな
い。

【０００５】なお、低能力以上での無段階制御の可能な
装置の場合には、例えば３０％程度の低能力に対応する
範囲を前記キープ域にすることも可能であるが、その場
合でも、冷凍能力低下時等にキープ域のうちのダウン域
に近いところで制御が安定することもあり、このような
場合も含めて、冷凍機、加熱器及び加湿器の総合的に十
分な省エネ運転を行うことができない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、冷凍機台数を簡易且つ確実に制
御できると共に、空調装置の省エネ運転の可能な冷凍能
力制御装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、加熱器と加湿器と複数
の冷凍機とを持つ冷凍設備とを備えていて加熱器の出力
である加熱出力及び加湿器の出力である加湿出力を制御
して空調される室の温度及び湿度を調整するようにした
空調装置の冷凍能力制御装置において、前記複数の冷凍
機のそれぞれを最低能力から最大能力までの能力範囲で
冷凍能力をほぼ連続的に制御可能な冷凍能力連続制御機
構と、前記加熱出力と前記加湿出力とを両軸とし前記冷
凍能力連続制御機構で制御可能な狭い幅を備えた制御帯
を持つ座標であって前記制御帯が原点から離れた中間部
分と該中間部分から両軸方向に伸びた横軸側部分及び縦
軸側部分とで形成されている座標を備えていて前記加熱
出力と前記加湿出力とを取り入れてこれらで構成する前
記座標上の点の位置を判断する判断部と、該判断部が前
記点が前記制御帯の外にあると判断すると前記点が前記
制御帯に入るように前記冷凍能力連続制御機構を制御す
る冷凍能力連続制御部と、前記複数台の冷凍機の運転台
数を運転中のものが前記最大能力に到達すると増加させ
前記最低能力に到達すると少なくとも１台になるまでは
減少させるように制御する冷凍機台数制御部と、を有す
ることを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、加熱器と加湿器と複数
の冷凍機とを持つ冷凍設備を備えていて加熱器の出力で
ある加熱出力及び加湿器の出力である加湿出力を制御し
て空調される室の温度及び湿度を調整するようにした空
調装置の冷凍能力制御装置において、前記複数の冷凍機
のそれぞれを最低能力から最大能力までの能力範囲で冷
凍能力をほぼ連続的に制御可能な冷凍能力連続制御機構
と、前記加熱出力と前記加湿出力とを両軸とし制御帯と
増加領域と維持領域と減少領域とを持つ座標であって前
記制御帯が原点から離れた中間部分と該中間部分から両
軸方向に伸びた横軸側部分及び縦軸側部分とで形成され
ていて前記増加領域が前記制御帯から原点側に形成され
前記維持領域が前記制御帯から所定の幅を持って前記原
点の反対側に形成され前記減少領域が前記維持領域の外
側に形成されている座標を備えていて前記加熱出力と前
記加湿出力とを取り入れてこれらで構成する前記座標上
の点の位置を判断する判断部と、該判断部が前記点が前
記制御帯の外にあると判断すると前記点が前記制御帯に
入るように前記冷凍能力連続制御機構を制御する冷凍能
力連続制御部と、前記点が前記増加域に入ると前記複数
台の冷凍機の運転台数を増加させ前記点が前記減少域に
入ると前記複数台の冷凍機の運転台数を減少させるよう
に制御する冷凍機台数制御部と、を有することを特徴と
する。

【０００９】請求項３の発明は、上記に加えて、前記冷
凍機台数制御部は前記点が前記増加域に入ると共に前記
複数台の冷凍機のうち運転中のものが前記最大能力に到
達すると前記複数台の冷凍機の運転台数を増加させ前記
点が前記減少域に入ると共に前記最低能力に到達すると
前記複数台の冷凍機の運転台数を減少させるように制御
することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した冷凍能力
制御装置の全体構成の一例を示す。冷凍能力制御装置
は、加熱器１と加湿器２と複数の冷凍機として本例では
３台の冷凍機３１、３２及び３３を持つ冷凍設備とを備
えていて加熱器１の出力及び加湿器２の出力である加熱
出力Ｐｄ及び加湿出力Ｐｗを制御して環境試験装置等の
空調される室４の温度及び湿度を調整する空調装置に用
いられる。この装置では、冷凍能力連続制御機構として
の電子膨張弁３４〜３６、判断部５、冷凍能力連続制御
部としての電子膨張弁制御部６、冷凍機台数制御部とし
ての冷凍機発停制御部７、等によって冷凍設備が制御さ
れる。

【００１１】電子膨張弁３４〜３６は、パルス信号が与
えられることによってそのパルス数に対応した開度にな
る通常の構造のものであり、冷凍機３１〜３３のそれぞ
れを最低能力として例えば３０％から最大能力１００％
までの能力範囲でほぼ連続的に冷凍能力を制御できる。
なお、図１では冷凍機３１〜３３と電子膨張弁３４〜３
６を単に線で結んで示しているが、実際には電子膨張弁
は冷凍機の凝縮器と蒸発器との間に設けられることは言
うまでもない。又、冷凍機の蒸発器は前記加熱器及び加
湿器と共に環境試験装置等の循環空気系に設けられる。

【００１２】判断部５は、図２に示す座標である出力マ
ップ５１を備えていて、加熱出力Ｐｄと加湿出力Ｐｗと
を取り入れてこれらで構成する前記座標上の点Ｐ（Ｐ
ｄ、Ｐｗ）がどの位置にあるかを判断する。出力マップ
５１は、それぞれ０から最大出力１００％までの加熱出
力と加湿出力とを横軸Ｘ及び縦軸Ｙから成る両軸として
いて、制御帯としての省エネゾーンＺを持つ座標であ
る。省エネゾーンＺは、原点Ｏから離れた中間部分であ
る傾斜部Ｚ₁ とこれからＸＹ両軸方向に伸びたＸ軸側部
分である低湿部Ｚ₂ とＹ軸側部分である低温部Ｚ₃ とで
形成されている。

【００１３】冷凍能力が増減すると、その冷却効果及び
除湿効果の増減により、空調される室４内の温度及び湿
度が上下するため、それらの設定値と実測値との間に差
が生じ、Ｐｄ及びＰｗが共に上下し、図２に示すように
点Ｐ（Ｐｄ、Ｐｗ）がＰ₁ 又はＰ₂ の位置に矢印のよう
に変動する。従って、加熱／加湿負荷や設定値の変動に
よって点ＰがＰ₁ 又はＰ₂ の位置になったとすれば、冷
凍能力を減少又は増加させることにより、点Ｐを安定位
置に復帰させることができる。従って、傾斜部Ｚ₁ は、
冷凍能力の増減によって加熱／加湿出力を安定させやす
いように、その増減の方向である前記矢印の方向に交差
する方向に且つ増減可能なように原点Ｏから離れた位置
に設けられる。このときの原点からの離間距離は、制御
性を良好に維持できる範囲でできるだけ原点に近いこと
が望ましい。

【００１４】省エネゾーンＺは電子膨張弁で制御可能な
狭い幅を持つように形成されるが、図２の点Ｐのよう
に、冷凍機の能力変化は傾斜部Ｚ₁ の中央部分で最も幅
方向によく表れるので、この部分の幅ｂが電子膨張弁の
最小操作量に対して十分なように定められる。この場
合、幅ｂを広くすれば制御の安定性が増すが、省エネ効
果は減少する傾向になるので、両者の関連から実際の装
置の特性に合わせて適当なように定められる。なお、傾
斜部Ｚ₁ は直線状でなくてもよい。

【００１５】低湿部Ｚ₂ と低温部Ｚ₃ とは制御の過渡期
等の特別な運転状態のときに制御性を維持する目的の部
分である。低湿部Ｚ₂ は、加湿出力が０に近い部分であ
り、冷凍機が高出力で運転されていて最大の除湿能力を
発揮しているときである。このときの加熱出力は、冷凍
機の過度の冷却効果による顕熱負荷の減少を再加熱によ
って補償するために大きな値になり得るように定められ
ている。但し、省エネ上１００％で安定することのない
ようにしている。低温部Ｚ₃ も同様であるが、この場合
には冷凍機の除湿による潜熱負荷の減少を高い加湿出力
で補えるようにしている。

【００１６】電子膨張弁制御部６は、判断部５が前記点
Ｐが省エネゾーンＺの外にあると判断したときには、点
Ｐが省エネゾーン内に入るように電子膨張弁３４〜３６
を制御する。この制御では、電子膨張弁のパルス数を増
減させることによってその開度を制御することになる。
又、本例では電子膨張弁に与えられたパルス数もしくは
その開度が制御装置に送られていて、これによって電子
膨張弁３４〜３６のうちの開度制御の対象になるものが
定められる。

【００１７】冷凍機発停制御部７は、３台の冷凍機３１
〜３３の運転台数を運転中のものが全て最大能力１００
％に到達すると増加させ最低能力３０％に到達すると少
なくとも１台になるまでは減少させるように制御する。
即ち、例えばＮＯ１冷凍機３１が１００％になるとＮＯ
２冷凍機３２を追加運転し、ＮＯ２も１００％になると
ＮＯ３冷凍機３３を更に追加運転する。又、３台の冷凍
機が運転されているときにこれらが全て３０％になると
例えばＮＯ３冷凍機３３を運転停止し、これによってＮ
Ｏ１冷凍機３１の能力が一時的に３０％より大きくなっ
ても、再び３０％に低下すると今度はＮＯ２冷凍機３２
を停止させる。

【００１８】ＮＯ１冷凍機だけの運転状態になると共に
冷凍能力が３０％まで低下すると、前記点Ｐが省エネゾ
ーンＺから原点Ｏの反対側に外れてＰｄ、Ｐｗが大きく
なって更に冷凍能力低下の要求が出ても、電子膨張弁３
４でこれ以下の能力に制御できない。そのときには、３
０％能力でその運転を継続する方法、一度停止させてタ
イマー等によって時間間隔をおいて再起動させて運転状
態を少なくとも一定時間持続させる方法、Ｐｄ、Ｐｗが
小さくなって点Ｐが省エネゾーンＺから原点側に入った
ときに再起動させて運転状態を少なくとも一定時間持続
させる方法、等の適当な制御方法を用いることができ
る。

【００１９】このような冷凍機発停制御部７による冷凍
機の発停状態を、１台の冷凍機の最大能力を１００％と
して冷凍能力ランクとしてまとめると、次の表１に示す
通りである： 〔表１〕 ランク 冷凍機台数増加時の能力（％） 冷凍機台数減少時の能力（％） ０ ０ ０ １ ３０〜１００ ３０〜１００ ２ １３０〜２００ ６０〜２００ ３ ２３０〜３００ ９０〜３００ 加熱出力Ｐｄ及び加湿出力Ｐｗとしては、本例では加熱
出力信号発生部８及び加湿出力信号発生部９から発信さ
れた信号が用いられる。これらの信号発生部は、室４内
に設けられた温度センサ１０及び湿度センサ１１の検出
値と図示しない温湿度設定部の設定値との偏差や検出値
の変化率等によってＰｄ、Ｐｗを決定して発信する。こ
の信号によって加熱器１及び加湿器２の出力が制御され
る。なお、加熱器１及び加湿器２の実際の出力を検出し
てそれらをＰｄ、Ｐｗとして使用するようにしてもよ
い。

【００２０】以上のような冷凍能力制御装置は以下のよ
うに運転され、その作用効果を発揮する。環境試験装置
等の空調される室４の温湿度が図示しない設定部で設定
され、冷凍機３１〜３３の何れか又は全てが運転される
と共に加熱器１及び加湿器２が運転され、室４内の温湿
度が調整されるときに本装置が作動する。まず、判断部
５に加熱出力Ｐｄ及び加湿出力Ｐｗが送られ、出力マッ
プ５１上で点Ｐ（Ｐｄ、Ｐｗ）が省エネゾーンＺ内にあ
るかどうかが判断される。この判断結果は電子膨張弁制
御部６に送られ、例えばＮＯ１冷凍機３１が運転されて
いて他の冷凍機が停止しているとすれば、電子膨張弁制
御部６はＮＯ１冷凍機用の電子膨張弁３４を制御する。

【００２１】通常、諸装置は点Ｐが省エネゾーンＺ内に
ある状態で運転されているが、熱負荷や水分負荷の変
動、設定温湿度の変更、その他の諸条件の変動により、
図３に示す如く点Ｐが省エネゾーンＺから外れた点Ｐ₁
〜Ｐ₄ のような位置になる可能性がある。即ち、加熱器
及び加湿器による発生熱量をＰｄ、Ｐｗとし、冷凍機の
冷却熱量をＲ、外部からの進入熱量や室内の試料からの
発熱量をＱとすると、室４内を熱的にバランスさせ温湿
度条件を維持するためには、 Ｐｄ＋Ｐｗ＋Ｑ＝Ｒ−−−−−−−−−−（１） の関係を満たす必要がある。なお、上式においてＰｄ、
ＰｗがＫＷ単位のときには、これらに８６０を掛けてkc
al/hr の単位にすることは勿論である。

【００２２】ここで仮にＲを一定とすると、例えばＱが
大きくなれば、室４内の温度が上昇しこれに伴って湿度
（相対湿度）が減少し、これを復元させるためにＰｄが
小さくなってＰｗが少し大きくなり、これらで構成する
座標点がＰから仮定的点Ｐ₁の位置になる。熱負荷が下
がったときには当然その反対のＰ₂ に移動する。水蒸気
負荷が増加すれば、直接的にはＰｗが減少してＰ₃ 位置
になる。設定温湿度を上げると点Ｐ₄ になる。

【００２３】このような状態を放置すると、Ｐ₁ やＰ₃
等の点ではＰｄ、Ｐｗが低下して制御性が悪くなり、Ｐ
₂ やＰ₄ の点ではＰｄ、Ｐｗが大きくなり、加熱・加湿
エネルギーが無駄になる。そこで本発明では、電子膨張
弁制御部６が電子膨張弁３４を制御し、これに与えるパ
ルス数を増減させてその開度を調整し、冷凍能力を調整
する。そして、前記のように諸条件が変動しても、点Ｐ
から仮定的点Ｐ₁ 〜Ｐ ₄ に至る前に式（１）を満たすよ
うに冷凍能力Ｒが増減し、点Ｐは省エネゾーンＺから大
きく外れることなく元の位置の近傍で変位して安定す
る。その結果、制御性が良好に維持されると共に、冷凍
熱量及びそれに伴う再加熱・加湿熱量が必要最小限に抑
制される。

【００２４】次に、例えば高温条件から低温条件に設定
変更されたときのように大幅に冷凍能力を増加させる必
要が生ずると、上記のように点Ｐの変動を通じて電子膨
張弁３４のパルス数が次第に大きな値になってその開度
が大きくなり、これらが最大の１００％になって弁が全
開する。このようなパルス数又は直接弁開度は制御装置
に送られていて、冷凍機発停制御部７は、電子膨張弁３
４の全開信号を受けてＮＯ２冷凍機３２を起動する。

【００２５】この冷凍機が起動すると、その時の冷凍能
力は一度に最低能力である３０％にステップアップし、
この時点での合計冷凍能力は１３０％になる。この冷凍
能力の変化により、その蒸発器を介して室４の循環空気
が冷却されるが、このときの熱バランスにより、冷凍能
力が更に増加するか減少するか又は安定する。そして、
前の表１に示すように、同じ２台の冷凍機により、更に
冷凍能力が増加するときには１３０〜２００％まで、又
減少するときには６０〜２００％まで冷凍能力の調整が
可能になる。

【００２６】ＮＯ１冷凍機３１が１００％になってＮＯ
２冷凍機３２が３０％として追加されたときには、電子
膨張弁制御部６は、電子膨張弁３４、３５の開度信号
（パルス数）から１００％になっていない方の電子膨張
弁３５に制御信号を送り、点Ｐが省エネゾーンＺに入る
ように電子膨張弁３５を制御する。ＮＯ２が起動しても
測定温度が設定温度まで下がらず、更にＰｗが低下して
点Ｐが省エネゾーンＺから外れると、電子膨張弁３４の
開度が大きくなるように制御される。そして、これが全
開してＮＯ２冷凍機３２が１００％能力になると、冷凍
機発停制御部７は、この信号を受けてＮＯ３冷凍機３３
を起動するように制御する。

【００２７】一方、ＮＯ２冷凍機３２が３０％能力で起
動したことによって合計冷凍能力が過大になったときに
は、ＮＯ１冷凍機３１が１００％で運転されているの
で、冷凍機発停制御部７はＮＯ２を停止させることなく
ＮＯ１の冷凍能力を低下させるように制御する。その結
果、冷凍能力は両冷凍機が共に３０％になって合計６０
％になるまで低下可能になる。更にこれ以下に冷凍能力
を下げるときには、例えばＮＯ２を停止させ、ＮＯ１だ
けの使用状態とし、３０〜１００％までの冷凍能力の調
整を可能にする。

【００２８】ＮＯ１冷凍機１台だけの運転状態のときに
冷凍能力の要求が３０％以下になると、これまでの停止
制御を連続させて単にＮＯ１を停止させるだけの制御を
行えば、運転中の冷凍機がなくなるため、必要時期にＮ
Ｏ１冷凍機を再起動できなくなると共に、仮に再起動さ
せたとしても、そのときの冷凍能力の要求が３０％以下
であれば、再び停止して発停を繰り返すおそれがある。
そのため、次の何れかを含む適当な方法で制御を行う。

【００２９】その１つ方法は、ＮＯ１冷凍機だけは運転
を停止させず、環境試験装置等の運転中には常時運転状
態を維持する制御方法である。この方法では、例えば冷
凍能力の要請が２０％であるときには、省エネゾーンＺ
内での運転に較べて１０％、従って３台の冷凍機の全能
力の１／３０だけは余分に冷凍熱量を消費し、又、これ
とほぼ同量の加熱・加湿熱量が必要になる。しかし、こ
の程度のエネルギーロスは僅かであり、又、このような
運転状態も少ないので、省エネ効果に大きく影響する程
ではない。

【００３０】別の方法としては、３０％以下の冷凍能力
が要求されたときにはＮＯ１冷凍機を停止させ、その後
タイマー等で適当な時間間隔をおいて起動し、一定時間
運転状態を保持した後、冷凍能力の要求によって発停さ
せる制御を行う。この方法では、制御が少し複雑になる
が、ＮＯ１冷凍機を常時運転させるよりは省エネ効果が
大きくなる。なお、冷凍機が停止したときには、低い冷
凍能力が要求されているので、その状態を持続しても、
直ちに目的とする温湿度を維持できなくなるということ
はない。

【００３１】又、上記において、３０％以下の冷凍能力
が要求されたときにはＮＯ１冷凍機を停止させ、出力点
Ｐが省エネゾーンから原点Ｏ側の出力増加要求部分に入
ると起動し、起動後には一定時間運転状態を持続させ、
その後冷凍能力の要求によって再び自動停止制御に移行
させるようにする。この方法では、上記の方法に較べて
温湿度を確実に維持できることになる。

【００３２】ＮＯ３冷凍機３３が起動して３台の冷凍機
が運転されると、その時の冷凍能力は１００％＋１００
％＋３０％で合計２３０％になり、表１から、その台数
での能力増加に対しては２３０〜３００％、能力減少に
対しては９０〜３００まで調整可能になる。能力減少時
には、ＮＯ３の３０％をその状態で保持し、ＮＯ２の１
００％を３０％まで落とし、更に能力低下させるときに
は、ＮＯ３及びＮＯ２を共に３０％に保持してＮＯ１を
３０％まで低下させ、全てが最低能力の３０になって合
計９０％になると、例えばＮＯ３、ＮＯ２、ＮＯ１の順
に停止させる。ＮＯ１の発停については前述のとおりで
ある。なお、以上では冷凍能力を％で説明したが、例え
ば１００％を１０００kcal/hr とすれば、実際の冷凍能
力の増減状態を表すことができる。

【００３３】以上のような制御によれば、冷凍機台数を
簡単且つ確実に制御できると共に、加熱出力及び加湿出
力が常に省エネゾーンＺ内に入るように制御され、冷凍
機による冷却量及び除湿量と加熱器及び加湿器による再
加熱量及び再加湿量とを共に常に小さい値で推移させ、
運転の省エネ化を図ることができる。

【００３４】図４及び図５は本発明の冷凍能力制御装置
の他の例を示す。本例の装置は、図１乃至図３の装置に
較べて、冷凍機の発停制御部分の構成を変えている。即
ち、判断部５の出力マップ５１は、省エネゾーンＺと共
に、冷凍機台数を変動させるための増加領域と維持領域
と減少領域としてのアップ領域５２とキープ領域５３と
ダウン領域５４とを有し、電子膨張弁制御部６は、点Ｐ
（Ｐｄ、Ｐｗ）がアップ領域５２に入ると冷凍機の運転
台数を増加させダウン域５４に入ると運転台数を減少さ
せるように制御する。

【００３５】上記それぞれの領域は、アップ領域５２が
省エネゾーンＺから原点Ｏ側に形成され、キープ領域５
３が省エネゾーンＺから所定の幅Ｂを持って原点Ｏの反
対側である中央部分に形成され、ダウン領域５４がキー
プ領域５３の外側に形成されるように座標内に設けられ
ている。所定の幅Ｂは、点Ｐがダウン領域５１に入って
１台の冷凍機が起動した場合において、その冷凍能力の
増加によってＰｄ及びＰｗが増加したときに、点Ｐがキ
ープ域５３内に止まるように定められる。本例では冷凍
機起動後の最低能力が３０％であるから、幅Ｂは冷凍能
力３０％分をＰｄ分とＰｗ分とのベクトル合計に余裕を
持たせた所に定めることができる。仮に冷凍能力の１０
０％が最大加熱出力及び加湿出力のそれぞれの１００％
に相当し、冷凍能力の変動が加熱出力と加湿出力とを同
じだけ増減させるとすれば、Ｐｄ＝Ｐｗ＝１５％とな
り、幅Ｂは出力マップ５１上で約２１％以上となる。な
お、Ｘ又はＹ軸上では、冷凍能力がほぼ全てＰｄ又はＰ
ｗに変わるので、共に３０％程度以上となる。図５の例
ではキープ域に大幅な余裕を持たせている。

【００３６】本例の装置では、電子膨張弁制御部６は冷
凍機発停制御部７とは関係なく点Ｐが省エネゾーンＺに
入るように制御している。そして、冷凍機を一定の台数
で運転していて、負荷変動や設定変更等によって点Ｐを
省エネゾーンＺ内に維持できなくなり、点Ｐがこれから
逸脱してアップ領域５２やダウン領域５４に入と、冷凍
機発停制御部７が冷凍機の運転台数を増減する制御を行
う。このように、本発明では冷凍機の連続制御を省エネ
ゾーンで行っているので、キープ域の幅Ｂに十分余裕を
持たせ、冷凍機の増減制御の一層の安定化を図ることが
できる。

【００３７】図６は以上のような領域による冷凍機台数
の増減制御の一例を示す。この制御では、制御周期毎に
以下の処理が繰り返される。又、“カンウト”を設定
し、処理時間を遅延させることにより、加熱出力及び加
湿出力の一時的な変動による不必要な冷凍機の発停を防
止すると共に、冷凍能力を変化させた場合に出力が安定
するまでのランク変更を回避している。カウントｘは、
制御周期と関連して、例えば表１の冷凍機ランクの変更
に５分間程度かかるように定められている。

【００３８】初期設定としてランク及びカウントを０に
した後、出力マップにおいて点Ｐがアップ領域５２にあ
るかどうかを判断し（Ｓー１）、この領域にあればカン
ウトを＋１にし、カンウトが＋ｘに到達したかどうかを
判断し（Ｓー２、３）、カウントが＋ｘになると、冷凍
機の能力信号を入力して冷凍機が３台使用されランクが
３になったかどうかを判断し（Ｓー４）、途中で点Ｐが
キープ領域５３に入るまでランクを＋１づつ３まで上げ
られるようにする（Ｓー５、６）。

【００３９】点Ｐがアップ領域になければ、ダウン領域
５４内にあるかどうかを判断し（Ｓー７）、前記と同様
の処理を行なう（Ｓー８、９、１０、１１、１２）。但
しこの場合には、カウントをマイナスすると共に、キー
プ領域に入らなければ、ランクが０になるまでマイナス
する。点Ｐがアップ領域又はダウン領域に存在しなけれ
ば、キープ領域にあるかどうかを確認し（Ｓー１３）、
キープ領域にあればカウントを変更しないで制御周期を
繰り返す（Ｓー１４以下）。

【００４０】このような冷凍機の台数制御によれば、図
１の装置と同様に簡易且つ確実な制御及び省エネ運転を
行うことができる。なお、上記制御では、電子膨張弁の
制御と冷凍機の発停制御とを独立させているので、点Ｐ
がアップ領域又はダウン領域にあるときに、冷凍能力が
発停条件に到達せず電子膨張弁の制御で点Ｐを省エネゾ
ーンＺに入れることが可能であっても、領域による発停
制御によって冷凍機が先に発停し、不必要に発停する可
能性があり得る。しかし、実際の装置において前記カウ
ントを調整すること等により、このような無用な発停を
回避することができる。

【００４１】図７及び図８は冷凍能力制御装置の更に他
の例の構成及び制御フローを示す。本例の装置では、冷
凍機発停制御部７は、前記点Ｐがアップ領域５２入ると
共に複数台の冷凍機のうち運転中のものが最大能力に到
達するとこれらの冷凍機の運転台数を増加させ、点Ｐが
ダウン領域に入ると共に最低能力に到達すると複数台の
冷凍機の運転台数を減少させるように制御する。そし
て、このような制御が容易なように、本例では電子膨張
弁制御部６を冷凍機発停制御部７と併合している。又、
図６で設定したカウントを省略し、制御を簡素化してい
る。

【００４２】本例の装置の制御は次のように行われる。
点Ｐが出力マップ５１上でＺ、５２、５３、５４の何れ
のゾーンに入っているかを判断し（Ｓ−１）、省エネゾ
ーンＺに入っているときには電子膨張弁を含めて冷凍機
の運転状態を現状維持し（Ｓ−２、３）、ゾーンＺ外で
キープ域にあって運転冷凍機が全て最低能力になってい
るときには（Ｓ−４、５）、運転冷凍機が２台以上のと
きに１台停止させ２台以下、即ち０か１台のときには現
状維持にする（Ｓ−６、７、３）。又、運転冷凍機が全
て最低能力になっていないときには、電子膨張弁を最小
操作量だけ閉める方向に駆動する（Ｓ−５、８）。

【００４３】この制御によれば、キープ域のときには最
低１台の冷凍機の運転状態を維持するので、制御の安定
性が得られると共に、キープ領域内であるため加熱・加
湿出力の比較的小さい条件で出力制御できるので、省エ
ネ効果も得ることができる。なお、制御の簡明化のため
に、キープ領域のときには最低能力になっていても冷凍
機の運転台数を現状維持するようにしてもよい。

【００４４】点Ｐがキープ領域でないときにはダウン領
域かどうかを判断し（Ｓ−４、９）、ダウン領域のとき
には運転冷凍機が全て最低能力になっていなければ電子
膨張弁を閉める方向に最小操作し（Ｓ−１０、８）、全
て最低能力になっているときには、全冷凍機が停止中で
なければ冷凍機を１台停止させる（Ｓ−１１、７）。従
って、ダウン領域のときには、全冷凍機が停止すること
があり得る。その結果、加熱・加湿出力が大きくなって
いるダウン領域での１台の連続運転がなくなり、運転の
省エネ化が図られる。なお、運転冷凍機台数０から最小
数１台の再起動は、次のアップ領域の判断によって確実
に行われるので、温湿度を確実に設定値に制御すること
ができる。

【００４５】点Ｐがアップ領域になると、運転冷凍機が
０又は全て最大能力のときには、全冷凍機が運転中でな
ければ冷凍機を１台起動させる（Ｓ−１２〜１５）。０
又は最大能力になっていないときには、電子膨張弁を最
小操作量だけ開く方向に駆動する（Ｓ−１３、１６）。
この制御によれば、点Ｐの領域判断と電子膨張弁の操作
とを並行的に行うので、電子膨張弁が制御できないとき
だけ確実に冷凍機台数を増減させることになり、冷凍機
が不必要に発停するおそれが全くなくなり、省エネ運転
と共に制御の安定化を図ることができる。

【００４６】なお、以上の例では冷凍能力連続制御機構
が電子膨張弁である場合について説明したが、例えばイ
ンバータモータによって圧縮機の回転を連続制御できる
ようにした装置など、冷凍能力の無段階的制御の可能な
他の装置に対しても本発明を適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、冷凍能力連続制御機構と制御帯を持つ
座標を備えた判断部と冷凍能力連続制御部と冷凍機台数
制御部とを設けているので、加熱出力と加湿出力とを判
断部に取り入れ、これらで構成する座標上の点（Ｐ）の
位置を判断し、冷凍能力連続制御部が点Ｐが座標の制御
帯に入るように例えば電子膨張弁のような冷凍能力連続
制御機構を連続的に制御すると共に、その制御結果によ
って冷凍機の台数を増減するだけの冷凍能力が必要にな
ったときに、冷凍機台数制御部が運転中の冷凍機の合計
能力の最大又は最小時に運転台数を増減させるように制
御するので、複数の冷凍機に対する冷凍能力の要求を確
実に満たしつつ、加熱・加湿出力を連続的に制御帯内に
維持するように制御することができる。

【００４８】そして、制御帯を、冷凍能力連続制御機構
で制御可能な狭い幅を持ち、座標の原点から離れた中間
部分とこれから両軸方向に伸びた横軸側部分及び縦軸側
部分とで形成しているので、横軸側部分により、冷凍機
が高能力で除湿作用をしているときの冷却作用を補う再
加熱のための加熱出力の高出力化の要求を満たし、縦軸
側部分により、冷凍機が高能力で冷却作用をしていると
きの除湿作用を補う再加湿のための加湿出力の高出力化
の要求を満たし、傾斜部分により、両軸側部分の間の通
常制御時における加熱出力と加湿出力との合計出力を良
好な制御性の要請を満たしつつ一定範囲以内に低出力化
し、冷凍熱量の低減と再加熱・加湿熱量の低減とによっ
て運転の省エネ化を図ることができる。即ち、本発明に
よれば、冷凍機の台数制御と連続能力制御とを巧みに組
み合わせることにより、制御の連続性、確実性を維持し
つつ運転の省エネ化を図ることができる。

【００４９】請求項２の発明においては、上記と同様に
冷凍能力連続制御機構と制御帯を持つ座標を備えた判断
部と冷凍能力連続制御部と冷凍機台数制御部とを設けて
いるが、判断部の座標に増加領域と維持領域と減少領域
とを追加し、冷凍機台数制御部は、冷凍能力連続制御部
の制御とは独立して前記領域によって冷凍機台数を制御
する。即ち、連続制御において要求される冷凍能力に対
して冷凍機台数に過不足が生じたときには、前記点Ｐが
制御帯及び維持領域から外れて必然的に増加領域又は減
少領域に到達することを利用し、そのような条件になる
と冷凍機台数を増減し、再び制御帯での連続制御を可能
にすることができる。従って、この制御でも、確実に冷
凍機の運転台数を制御できると共に、運転時の省エネ化
を図ることができる。

【００５０】請求項３の発明においては、上記に加え
て、冷凍機台数制御部を、前記点が増加域に入ると共に
複数台の冷凍機のうち運転中のものが最大能力に到達す
ると複数台の冷凍機の運転台数を増加させ、前記点が減
少域に入ると共に最低能力に到達すると複数台の冷凍機
の運転台数を減少させるように制御するので、領域条件
と能力条件との両方を併合させて冷凍機の台数制御をす
ることになり、必要なときにだけ確実に冷凍機を発停さ
せ、省エネ効果の増大と制御の一層の安定化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した冷凍能力制御装置の全体構成
の一例を示す説明図である。

【図２】上記装置の判断部の出力マップを示す説明図で
ある。

【図３】上記出力マップにおける制御状態を示す説明図
である。

【図４】本発明を適用した冷凍能力制御装置の全体構成
の他の例を示す説明図である。

【図５】上記装置の判断部の出力マップを示す説明図で
ある。

【図６】上記装置における冷凍機台数制御の一例を示す
フローチャートである。

【図７】本発明を適用した冷凍能力制御装置の全体構成
の更に他の例を示す説明図である。

【図８】上記装置における冷凍機台数制御の一例を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１ 加湿器 ２ 加熱器 ４ 空調される室 ５ 判断部 ６ 電子膨張弁制御部（冷凍能力連続
制御部） ７ 冷凍機発停制御部（冷凍機台数制
御部） ３１、３２、３３ ＮＯ１〜ＮＯ３冷凍機（複数の冷
凍機） ３４、３５、３６ 電子膨張弁（冷凍能力連続制御機
構） ５１ 出力マップ ５２ アップ領域（増加領域） ５３ キープ領域（維持領域） ５４ ダウン領域（減少領域） Ｐ 座標上の点 Ｐｄ 加熱出力 Ｐｗ 加湿出力 Ｚ 省エネゾーン（制御帯） Ｚ₁ 傾斜部（中間部分） Ｚ₂ 低湿部（横軸側部分） Ｚ₃ 低温部（縦軸側部分）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱器と加湿器と複数の冷凍機とを持つ
   冷凍設備とを備えていて加熱器の出力である加熱出力及
   び加湿器の出力である加湿出力を制御して空調される室
   の温度及び湿度を調整するようにした空調装置の冷凍能
   力制御装置において、 前記複数の冷凍機のそれぞれを最低能力から最大能力ま
   での能力範囲で冷凍能力をほぼ連続的に制御可能な冷凍
   能力連続制御機構と、前記加熱出力と前記加湿出力とを
   両軸とし前記冷凍能力連続制御機構で制御可能な狭い幅
   を備えた制御帯を持つ座標であって前記制御帯が原点か
   ら離れた中間部分と該中間部分から両軸方向に伸びた横
   軸側部分及び縦軸側部分とで形成されている座標を備え
   ていて前記加熱出力と前記加湿出力とを取り入れてこれ
   らで構成する前記座標上の点の位置を判断する判断部
   と、該判断部が前記点が前記制御帯の外にあると判断す
   ると前記点が前記制御帯に入るように前記冷凍能力連続
   制御機構を制御する冷凍能力連続制御部と、前記複数台
   の冷凍機の運転台数を運転中のものが前記最大能力に到
   達すると増加させ前記最低能力に到達すると少なくとも
   １台になるまでは減少させるように制御する冷凍機台数
   制御部と、を有することを特徴とする冷凍能力制御装
   置。
2. 【請求項２】 加熱器と加湿器と複数の冷凍機とを持つ
   冷凍設備を備えていて加熱器の出力である加熱出力及び
   加湿器の出力である加湿出力を制御して空調される室の
   温度及び湿度を調整するようにした空調装置の冷凍能力
   制御装置において、 前記複数の冷凍機のそれぞれを最低能力から最大能力ま
   での能力範囲で冷凍能力をほぼ連続的に制御可能な冷凍
   能力連続制御機構と、前記加熱出力と前記加湿出力とを
   両軸とし制御帯と増加領域と維持領域と減少領域とを持
   つ座標であって前記制御帯が原点から離れた中間部分と
   該中間部分から両軸方向に伸びた横軸側部分及び縦軸側
   部分とで形成されていて前記増加領域が前記制御帯から
   原点側に形成され前記維持領域が前記制御帯から所定の
   幅を持って前記原点の反対側に形成され前記減少領域が
   前記維持領域の外側に形成されている座標を備えていて
   前記加熱出力と前記加湿出力とを取り入れてこれらで構
   成する前記座標上の点の位置を判断する判断部と、該判
   断部が前記点が前記制御帯の外にあると判断すると前記
   点が前記制御帯に入るように前記冷凍能力連続制御機構
   を制御する冷凍能力連続制御部と、前記点が前記増加域
   に入ると前記複数台の冷凍機の運転台数を増加させ前記
   点が前記減少域に入ると前記複数台の冷凍機の運転台数
   を減少させるように制御する冷凍機台数制御部と、を有
   することを特徴とする冷凍能力制御装置。
3. 【請求項３】 前記冷凍機台数制御部は前記点が前記増
   加域に入ると共に前記複数台の冷凍機のうち運転中のも
   のが前記最大能力に到達すると前記複数台の冷凍機の運
   転台数を増加させ前記点が前記減少域に入ると共に前記
   最低能力に到達すると前記複数台の冷凍機の運転台数を
   減少させるように制御することを特徴とする請求項２に
   記載の冷凍能力制御装置。