JP3749058B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の室外機を備えた空気調和装置に係り、夫々の室外機の運転制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置が知られている。この種のものでは、室内機(負荷機)での設定温度と実際に吸い込む空気の温度との温度差、或いは設定温度と実際に吹き出す空気との温度差から空調負荷を推定すると共に、運転中の夫々の室外機が負担すべき空調負荷を計算する、集中制御装置が備えられている。この集中制御装置は、常時空調負荷を監視すると共に、各室外機の圧縮機の回転数と冷媒圧力とが一定になるように、空調負荷を各室外機に分担している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、集中制御装置が、分担すべき空調負荷を、各室外機に指示するのみで、各室外機の圧縮機の回転数や冷媒圧力を直接制御しておらず、各室外機では、分担された空調負荷に応じて、独自に圧縮機の回転数や冷媒圧力を制御している。
【0004】
このため、例えば、各室外機の設置場所によって、日当たりの善し悪しが生じて外気温度が異なったり、風通しの善し悪しが生じて通風性が異なったりして、運転環境が異なる場合、分担された空調負荷に対し、各室外機間で、圧縮機の回転数の差や、冷媒圧力の圧力差が生じる。この結果、回転数或いは圧力が低い室外機に冷媒が溜まりこみ、装置の運転が不安定になる可能性が高くなるという問題がある。
【0005】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、運転中の室外機の回転数或いは圧力のバランスを保つことができる空気調和装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、を備えたことを特徴とする。
【0007】
請求項1記載の発明では、運転台数を制御し、この運転されている室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段を備えているので、この比率を演算するのに必要な数値である各室外機の実回転数が揃えられる。実回転数が揃えられることによって、各室外機からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持され、冷媒が特定の室外機に溜まり込むことを防止できる。
【0013】
請求項2記載の発明は、複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、台数制御されて運転している各室外機の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記圧力を揃える手段と、を備えたことを特徴とする。
【0014】
請求項2記載の発明では、運転台数を制御し、この運転されている室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段を備え、運転されている室外機の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記圧力を揃える手段を備えているので、比率を演算するのに必要な数値である各室外機の実回転数が揃えられると共に、例えば、実回転数が同じであって、配管等の不具合によって冷媒圧力が異なる場合でも、冷媒圧力を揃える手段によって、各室外機からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持される。
【0015】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記比率を揃える手段は、各室外機の前記比率に基づいて、各室外機の個別負荷率を算出し、各室外機の定格容量に個別負荷率を乗じ、この乗じた値に基づいて運転制御中の運転室外機の余剰負荷を算出し、各室外機の定格総容量から前記余剰負荷を減算して、全室外機の全体負荷率を求め、この全体負荷率に基づいて、運転制御中の運転室外機の目標回転数を算出し、この目標回転数に一致させるように運転室外機の実回転数を揃えて前記比率を揃えることを特徴とする。
【0016】
請求項3記載の発明では、運転中の各室外機の圧縮機の実回転数を、算出した目標回転数に揃えるので、運転中の各室外機に係る負荷が均一化され、冷媒圧力が一定になり、各室外機での運転のバランスが保持される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1において、1a,1bは室外機を示し、3a,3bは室内機を示している。室外機1aは、アキュームレータ10aと、ガスエンジン駆動による圧縮機11aと、オイルセパレータ12aと、四方弁13aと、室外熱交換器14aと、室外電動式膨脹弁15aとで構成されている。なお、17aは室外熱交換器14aのファンを示している。室外機1bについては、以下の構成を含めて、室外機1aと同じであるので、説明を省略する。
【0019】
また、室内機3aは、室内熱交換器34aと、室内電動式膨脹弁35a(以下「室内メカ弁35a」という。)とで構成されている。なお、室内機3bについては、以下の構成を含めて、室内機3aと同じであるので、説明を省略する。この室内機3a,3bからは、ガス管5及び液管7からなるユニット間配管が延び出し、このユニット間配管には、室外機1a,1bが並列に接続されている。
【0020】
オイルセパレータ12aは、圧縮機11aから吐出される冷媒中の潤滑油を分離するものであり、ここで分離された潤滑油は常時オイル戻し管21aと強制オイル戻し管22aとを通じて圧縮機11aに戻される。常時オイル戻し管21aにはキャピラリーチューブ24aが設けられ、このキャピラリーチューブ24aによって圧縮機11aに戻されるオイルに流路抵抗がかけられる。この常時オイル戻し管21aはオイルセパレータ12aの中程につながれ、これがつながれた位置よりもオイルセパレータ12a内のオイルの油面が上回る限りにおいて、この常時オイル戻し管21aを通じてオイルが常時圧縮機11aの吸込管に戻される。強制オイル戻し管22aには開閉弁23a,25aが設けられる。この強制オイル戻し管22aは、オイルセパレータ12aの底部につながれ、開閉弁23a,25aを開くことによってオイルセパレータ12a内のオイルが強制的に圧縮機11aの吸込管に戻される。
【0021】
室外機1a,1bの強制オイル戻し管22a,22bどうしは、バランス管51によりつながれる。このバランス管51は、第3の補助管53aを通じて、オイルセパレータ12aとチェッキ弁18aとの間につながれ、第3の補助管53aには第3の開閉弁55aが設けられる。
【0022】
第3の開閉弁55aが開き、四方弁13aが図示の位置に切り替わると、バランス管51は室外熱交換器14aに連通する。
【0023】
上記構成の空気調和装置において、本実施形態では、圧縮機11a,11bがそれぞれガスエンジン100a,100bで駆動される。この圧縮機11a,11bの本体からは、軸101a,101bが導出され、この軸101a,101bに図示を省略したプーリが連結され、プーリVベルト102a,102bを介してガスエンジン100a,100bの出力軸が連結されている。
【0024】
上記構成において、冷房運転時には、圧縮機11a,11bからの冷媒が、図1に実線矢印で示すように、オイルセパレータ12a,12b、四方弁13a,13b、室外熱交換器14a,14b、室外電動式膨脹弁15a,15bを経て液管7に流出し、それぞれの室内機3a,3bに入り、室内電動式膨脹弁35a,35b、室内熱交換器34a,34bの順に流れてガス管5に流出し、さらに四方弁13a,13b、アキュームレータ10a,10bを経て圧縮機11a,11bに戻される。
【0025】
また、暖房運転時には、圧縮機11a,11bからの冷媒が、図1に点線矢印で示すように、オイルセパレータ12a,12b、四方弁13a,13bを経てガス管5に流出し、それぞれの室内機3a,3bに入り、室内熱交換器34a,34b、室内電動式膨脹弁35a,35bの順に流れて液管7に流出し、さらに室外電動式膨脹弁15a,15b、室外熱交換器14a,14b、四方弁13a,13b、並びにアキュームレータ10a,10bを経て圧縮機11a,11bに戻される。
【0026】
この実施の形態では、いずれか特定の室外機1a、1bが常に連続して運転されることがないように、室外機1a、1bの運転台数が制御される。この運転台数の制御は、いわゆるローテンション制御であって、室外機1a、1bを統括的にコントロールする集中制御装置16が司っている。
【0027】
この集中制御装置16は、図2に示すように、中央処理装置107を備え、この中央処理装置107には、各室外機1a、1bの累積運転時間を積算するためのタイマ109が接続されている。各室外機1a、1bの定格容量と、後述する目標回転数とを記憶するメモリ111とが接続されている。
【0028】
この実施の形態では、図1に示すように、各室外機1の圧縮機11a、11bには、圧縮機11a、11bの回転数を検出する回転数センサ119a、119bが設けられている。また、暖房運転時に、低圧側の冷媒圧力を検出し、冷房運転時に、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサ117a、117bとが設けられている。これらのセンサ117a、117b、119a、119bは、図2に示すように、検出したデータを、制御線115a〜115nを介して集中制御装置16に送っている。ここで、例えば、室外ユニット1aの定格容量は、7.5kW(10HP)であり、室外ユニット1bの定格容量は、15kW(20HP)などのようである。又、前述のタイマ109、センサ117a、117b、119a、119bは、室外機1a、或いは1bに装備されて、積算した累積運転時間のデータを、制御線を介して集中制御装置16に送ることも可能である。
【0029】
室外ユニット1a、1bの起動の順番は、まず、タイマ109で積算された累積運転時間が少ないものが優先して起動される。累積運転時間が等しい場合は、メモリ111に記憶された定格容量が小さいものが優先して起動される。
【0030】
このローテーション制御実行後、集中制御装置16によって、空調負荷に応じて、各圧縮機11a、11bの実回転数が後述する目標回転数と同一になるように各室外機1に負荷が振り分けられ、定常負荷分担制御が実行される。
【0031】
この定常負荷分担制御は、室外機1が設置された周囲の環境の違いによって、各室外機1の運転状況が異なり、圧縮機11a、11bの回転数や冷媒圧力などが各室外機1間で異なる場合であっても、常に各室外機1の圧縮機11a、11bの回転数や冷媒圧力を一定に保つ制御である。
【0032】
すなわち、この定常負荷分担制御は、各室外機1の実回転数を揃える回転数均衡制御と、冷媒圧力を揃える圧力均衡制御とを行うもので、この実施の形態では、回転数均衡制御を優先して実行し、その後圧力均衡制御が実行される。
【0033】
一般的に圧縮機の回転数が同一であれば、各室外機1の一定の場所の冷媒圧力、この実施の形態では、暖房運転時に低圧側になる室外熱交換器と四方弁との間に設けられた圧力センサ117a、117bが検出する冷媒圧力は同一になるはずである。しかし、管路のめずまり等の不具合によって、圧縮機11a、11bの回転数が同一であっても、検出される冷媒圧力が違ってくる可能性がある。このため、この実施の形態では、圧縮機11a、11bの回転数を揃える回転数均衡制御を実行後、更に、冷媒圧力を揃える圧力均衡制御をする。
【0034】
まず、回転数均衡制御について詳述する。
【0035】
この回転数均衡制御では、集中制御装置16が、制御に必要な数値、▲1▼各室外機1の負荷率Uload(i)、▲2▼定格総容量Qall、▲3▼余剰負荷QT、▲4▼装置の負荷率Usys、▲5▼目標回転数Ne(i)を演算して求め、後述する条件が成立したときに、各室外機1の圧縮機11a、11bの実回転数を目標回転数に合わせる制御が行われる。
【0036】
集中制御装置16は、まず、各室外機1の負荷率Uload(i)を演算式数1に基づいて演算する。
【0037】
【数1】
【0038】
この演算式数1は、室外機1がn台存在した時に、i番目の室外機を対象に記述されたものである。この数1において、Nc(i)は室外機(i)の実回転数(rpm)であり、NR(i)は室外機(i)の定格回転数(rpm)であり、HP(i)は室外機(i)の高圧後件部であり、±の内、+が冷房時であり−が暖房時である。Bwは室内吹出差温平均である。
【0039】
この負荷率Uload(i)は、定格回転数に対する実回転数の比率に、若干の修正を加えて演算されたものである。この若干の修正とは、室外機(i)の高圧後件部HP(i)の加減と、室内吹出差温平均Bwの加算を指している。
【0040】
室外機(i)の高圧後件部HP(i)は、定格回転数に対する実回転数の比率が、エンジン側からみた負荷率であるのに対し、この負荷率に圧縮機11a、11bからみた修正をするものであって、HP(i)は室外機(i)の高圧後件部は、定格回転数に対する実回転数の比率に対して実際の圧縮機11a、11bの高圧側圧力と、室外機制御装置(図示せず)に記憶されているマップ圧力とを比較し、この比較の結果によって予め決められている修正値である。マップ圧力は、定格回転数に対する実回転数の比率に対し、標準圧力が決められたものである。
【0041】
また、集中制御装置16は、装置の定格容量の総和である定格総容量Qallを演算式数2に基づいて演算する。
【0042】
【数2】
【0043】
Q(i)は運転中の室外機(i)の定格容量(kW)である。
【0044】
次に、この定格総容量Qall、前記負荷率Uload(i)等から装置の余剰負荷QTを演算式数3に基づいて演算する。
【0045】
【数3】
【0046】
この余剰負荷QTは、運転中の室外機(i)の定格容量(kW)に負荷率Uload(i)を乗じ、この乗じて得た値の総和を、定格総容量Qallから、減算したものである。
【0047】
さらに、集中制御装置16は、装置の負荷率Usysを演算式数4に基づいて演算する。
【0048】
【数4】
【0049】
この装置の負荷率Usysは、定格総容量Qallに対する、定格総容量Qallから余剰負荷QTを減算した容量の比率である。
【0050】
そして、集中制御装置16は、目標回転数Ne(i)を演算式数5から演算する。
【0051】
【数5】
【0052】
この実施の形態では、台数制御(ローテーション制御)がされた後、回転数均衡制御が、以下の条件が成立した場合に実行される。
【0053】
運転中の各室外機において、定格回転数に対する実回転数の比率である相当回転数が算出され、この相当回転数の最大値と最小値との差が200rpmを越えたときに実行される。各室外機1の圧縮機11a、11bの実回転数が目標回転数に揃えられる。この後、圧力均衡制御が実行される。
【0054】
次に、圧力均衡制御について詳述する。
【0055】
回転数均衡制御を実行後、例えば、前述したように管路のめずまり等の不具合によって、圧縮機11a、11bの回転数が同一であっても、検出される冷媒圧力が違ってくる可能性があるので、この圧力均衡制御によって冷媒圧力が揃えられる。
【0056】
この圧力均衡制御は、各室外機1の四方弁13a、13bと室外熱交換器14a、14bとの間の管路に設けられた圧力センサ117a、117bによって検出される冷媒圧力が以下の条件になった場合に、以下に示す数6に示す演算式に基づいて、微調整回転数Δrpmを演算し、圧縮機11a、11bの回転数を微調整して冷媒圧力を揃える制御である。
【0057】
【数6】
【0058】
MaxN(i)は、最高回転数であり、MinN(i)は最低回転数である。
【0059】
冷房モードでは、圧力センサ117a、117bが検出する運転中の室外機1間での、高圧側の冷媒圧力の最高圧力と最低圧力との圧力差が0.4MPaを越えたときに圧力均衡制御が実行される。
【0060】
暖房モードでは、圧力センサ117a、117bが検出する運転中の室外機1間での、低圧側の冷媒圧力の最高圧力と最低圧力との圧力差が0.4MPaを越えたときに圧力均衡制御が実行される。
【0061】
この実施の形態では以下の効果を奏す。
【0062】
室外機1の運転台数を空調負荷に応じて制御し、この運転されている室外機1の定格回転数に対する実回転数の比率である相当回転数を演算し、この相当回転数のうちの最高回転数と最低回転数とを比較し、最高回転数と最低回転数との差が200rpmを越えた時に、回転数均衡制御が実行される。この回転数均衡制御では、各室外機1の負荷率Uload(i)、定格総容量Qall、余剰負荷QT、装置の負荷率Usys、目標回転数Ne(i)が集中制御装置16によって演算され、各室外機1の圧縮機11a、11bの実回転数が目標回転数に揃えられので、各室外機1からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持され、冷媒が特定の室外機1に溜まり込むことを防止できる。
【0063】
さらに、回転数均衡制御実行後、圧縮機11a、11bの実回転数が目標回転数に揃えられても、冷媒圧力が揃わない室外機1があることを想定して、圧力均衡制御が実行される。この制御では、運転されている室外機1の冷媒圧力を暖房運転時では、低圧側になり、冷房運転時では高圧側になる圧力センサ117a、117bで計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が0.4MPaを越えた時に、各室外機1の圧力を揃えるために、演算式数6で演算した微調整回転数Δrpmに基づいて、各圧縮機11a、11bの回転数を微調整するので、各室外機1からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持され、冷媒が特定の室外機1に溜まり込むことを防止できる。
【0064】
暖房運転時に低圧側の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力を計測する圧力センサ117a、117bは、冷房運転時では、高圧側の冷媒圧力を計測することになる。従って、暖房運転時、冷房運転時を問わず、各室外機1a、1bにおいて、1つの圧力センサ117a、117bで冷媒圧力が検出可能であり、複数の計測器を設ける必要が無く、コストを低減できる。
【0065】
この実施の形態では、これら回転数均衡制御、圧力均衡制御は、集中制御装置16の制御方法を変更すれば、一般的な空気調和装置の構成をそのまま利用して、実現できる。このため、装置の開発時間を短縮することできる。
【0066】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0067】
【発明の効果】
並列に配置した室外機の間での回転数、冷媒圧力を揃える手段を設けたので、回転数、冷媒圧力のアンバランスの発生が防止でき、冷媒が特定の室外機に溜まり込むことを防止できる。現在生産している駆動源にガスエンジンを用いる空気調和装置の資産を生かした制御が適用できるため、開発の期間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による空気調和装置の一例を示す回路図である。
【図2】集中制御装置を説明するブロック図である。
【符号の説明】
1、1a、1b 室外機
3a、3b 室内機(負荷機)
16 集中制御装置
117a、117b 圧力センサ
119a、119b 回転数センサ
Claims (3)
- 複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、
空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、
台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。 - 複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、
空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、
台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、
台数制御されて運転している各室外機の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記圧力を揃える手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記比率を揃える手段は、
各室外機の前記比率に基づいて、各室外機の個別負荷率を算出し、
各室外機の定格容量に個別負荷率を乗じ、この乗じた値に基づいて運転制御中の運転室外機の余剰負荷を算出し、
各室外機の定格総容量から前記余剰負荷を減算して、全室外機の全体負荷率を求め、この全体負荷率に基づいて、運転制御中の運転室外機の目標回転数を算出し、この目標回転数に一致させるように運転室外機の実回転数を揃えて前記比率を揃えることを特徴とする請求項1又は2記載の空気調和装置。
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