JP4628157B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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本発明は冷媒を使用した冷凍サイクル装置に関し、特にその電流制御に関連する。
空調機器の電力制御に関し、複数の空調機が配置された家屋において、各空調機を優先順位に従って制御し、消費電力量をある値以下に制御する技術が知られている(例えば、特許文献1)。
特開平5−164376号公報(段落[0010]、図1など)
しかし、従来の冷凍サイクル装置では、所定の電源に対して負荷が増加すると、電源電圧が低下して電流が増加し、電源装置内のトランスや架線の許容電流を超えて保護装置であるブレーカが作動し、所定の電源に接続されたすべての系統の冷凍サイクル装置が停止することがあった。トランス容量は、用途によって負荷の発生タイミングが異なることから最大台数ではなく、ある率(使用率、最大発生率(<1.0)など)を乗じて決定しているので、この想定した率を上回った場合には、保護装置であるブレーカが作動する。ブレーカが作動しないようにするためには、負荷の合計電流をそれぞれの機器の最大電流から求め、トランス容量を選定すればよいが、これはコストアップにつながるといった課題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、負荷が増大した場合にもその運転電流を許容電流以下に抑制して、運転を継続させることが可能な冷凍サイクル装置を提案するものである。
本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、流路切替装置及び室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器及び該室内熱交換器の流量を調整する流量調整弁を有する室内機と、前記室外熱交換器に対して送風を行うファンと、を備え、それら圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、室内熱交換器及び流量調整弁が冷媒回路で接続されてなる冷凍サイクル装置において、前記冷凍サイクル装置の運転電圧を所定の間隔で繰り返し検知する電圧検知装置と、前記電圧検知装置で検出された運転電圧が予め定めた電圧値に低下した場合に、前記室外機及び前記室内機に作用して前記冷凍サイクル装置の運転電流増加を抑制する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、前記電圧検知装置で検出した運転電圧が予め定めた電圧値より低い場合に、前記圧縮機の運転周波数を低下させて運転を継続する第1の運転態様と、前記第1の運転態様での運転の間に前記電圧検知装置で検出した運転電圧が予め定めた電圧値より低い場合に、前記流量制御弁の開度を絞って運転を継続する第2の運転態様と、前記第2の運転態様での運転の間に前記電圧検知装置で検出した運転電圧が予め定めた電圧値より低い場合に、前記ファンの風量を増加させて運転を継続する第3の運転態様を備え、前記第1の運転態様と前記第2の運転態様と前記第3の運転態様とを順に繰り返すものである
本発明の冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル装置の運転電圧を検知する電圧検知装置と、電圧検知装置で検出された運転電圧が予め定めた電圧値に低下した場合に、室外機及び室内機に作用して冷凍サイクル装置の運転電流増加を抑制する運転制御手段とを備えている。そのため、冷凍サイクル装置の負荷が増大し運転電圧が低下して運転電流が増加しても、その増加が抑制されて冷凍サイクル装置の運転が継続可能となる。
実施形態1.
以下、本発明に関する実施形態1について説明する。図1は本発明の実施形態1に係る冷凍サイクル装置の主な構成を示す構成図である。この冷凍サイクル装置は、室外機1と室内機2とから構成されている。
室外機1は、冷媒回路を構成する圧縮機3、流路切替装置である四方弁4、室外熱交換器5、過冷却回路流量調整弁6、過冷却回路7及びアキュムレータ12を有する。室外熱交換器5は室外熱交換器5を通過する冷媒と熱交換する空気を送風する室外ファン5Aを有する。また、交流電源である主電源14と、主電源14から圧縮機3などの冷凍サイクル装置への電源供給を制御する室外制御箱13とを有する。室外制御箱13は冷凍サイクル装置に電源を供給する電源端子に接続された電圧検知装置(例えば電圧計)13Aを備える。電圧検知装置13Aは冷凍サイクル装置の運転電圧を検知するためのものである。
室内機2は、冷媒回路を構成する室内流量調整弁9及び室内熱交換器10を有する。
そして、室外機1と室内機2とが液側延長配管8及びガス側延長配管11により接続されて、圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器5、過冷却回路7、過冷却回路流量調整弁6、アキュムレータ12、室内熱交換器10及び室内流量調整弁9が連結された冷媒回路から成る冷凍サイクルを構成している。
さらに、冷凍サイクル装置は、後述する各実施形態の運転電流抑制制御や、蓄熱槽を利用した運転における蓄冷熱時間延長の制御を行う運転制御手段を備えた運転制御部21を有する。運転制御部21は、演算・制御を行うCPU(中央処理装置)及び所定の運転処理手順が規定されCPUによって動作されるプログラムなどから構成できるほか、マイクロコンピュータなどから構成しても良い。
運転制御部21は、冷凍サイクル装置を構成する各機器に作用してそれらを制御できるものとするが、図1では他の機器との接続線は省略している。また、運転制御部21の設置場所は、図1に示す室外機1に限定されるものではなく、冷凍サイクル装置のどこに設置しても良い。
この冷凍サイクル装置において、運転電流が増加して運転電圧が予め定めた電圧値(所定電圧)に低下した場合、例えば運転電圧が5%低下した時(具体例でいえば、定格電圧200Vに対して190V以下になった時)、運転電流がブレーカ容量を上回ることによる運転停止を回避するため、圧縮機3の運転周波数を低減して冷凍サイクル装置の運転電流を抑制し、運転を継続できるようにする。運転制御部21によって制御されるこの運転電流抑制制御の一例を図2のフローチャートに基づいて説明する。
冷凍サイクル装置は、その運転中、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S1)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S2)。S2で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を現在の運転周波数で運転継続する(S3)。これに対して、S2で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数を低減する(S4)。そして、再度、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S5)。S5で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を先に低減した運転周波数により運転継続する(S6)。これに対して、S5で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数を再度低減する(S5〜S4)。S5〜S4のステップは、検知電圧が所定電圧以上と判断されるまで繰り返し行われる。冷凍サイクル装置の運転中は、電圧検知装置13Aによる電圧検知が所定の間隔で繰り返し行われて冷凍サイクル装置の運転電圧低下が検知されるため、運転電流が許容電流に到達する前に抑制されて、冷凍サイクル装置の運転継続が可能となる。
ところで、圧縮機3の運転周波数を低減する基準となる所定電圧は、その電圧で冷凍サイクル装置を運転した場合に、電源ブレーカなども考慮して運転継続が可能な電流許容値に対応する電圧である。なお、この所定電圧は、室外制御箱13内にあるスイッチで設置条件に応じて選択できるようにするのが好ましい。これらのことは以下の各実施形態においても当てはまるものである。
冷凍サイクル装置の運転継続のために、従来は、設置状況により異なる全負荷容量を予め知っておく必要があるのに対し、実施形態1の場合には、個々の冷凍サイクル装置の電源電圧を検知して、その電圧が低下すれば、圧縮機運転周波数を低減して運転電流を抑制し、ブレーカ容量などを上回らないようにしているので、冷凍サイクル装置の全負荷容量を予め知っておく必要がない。
また、複数台の冷凍サイクル装置を運転している場合は、個々の冷凍サイクル装置で電圧を検知し、電圧が低下すると圧縮機運転周波数を低減するようにして運転電流がブレーカ容量を上回らないようにすれば、主電源のブレーカ容量を上回ることはない。
実施形態2.
図1の冷凍サイクル装置の運転電流を抑制することは、室内熱交換器10の流量を制御するために室内機1に配置した室内流量調整弁9を絞ることによっても可能である。実施形態2ではそれを利用した制御を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、圧縮機3の運転周波数の低減を行うことなく、室内流量調整弁9だけによる運転電流抑制制御も可能であるが、ここではそれらの両方を利用した方法を説明する。
冷凍サイクル装置は、その運転中、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S11)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S12)。S12で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を現在の運転周波数で運転継続する(S13)。これに対して、S12で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数を低減する(S14)。そして、再度、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S15)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S16)。S16で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を先に低減した運転周波数で運転継続する(S17)。これに対して、S16で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、室内流量調整弁9の開度を絞る(S18)。そして、再度、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S19)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S20)。S20で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を先に低減した運転周波数かつ先に絞った室内流量調整弁9の開度で運転継続する(S21)。これに対して、S20で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、S14に戻って、運転電流をさらに低減する(S20〜S14)。S20〜S14のステップは、検知電圧が所定電圧以上と判断されるまで繰り返し行われる。
実施形態2において、冷凍サイクル装置の運転中、電圧検知装置13Aによる電圧検知が所定の間隔で繰り返し行われて冷凍サイクル装置の運転電圧の低下が検知される。このため、運転電流が許容電流に到達する前に抑制されて、冷凍サイクル装置の運転継続が可能となる。実施形態2は、圧縮機3の運転周波数の低減だけで対応できない運転電流の抑制に特に有効である。
実施形態3.
図1の冷凍サイクル装置の運転電流を抑制することは、室外ファン5Aの風量を増加することによっても可能である。室外熱交換器5に備えられた室外ファン5Aの風量を増加すると、室外ファン5Aの風量増加分だけ余計に運転電流が増加するように思われるが、冷凍サイクル装置全体の運転電流としては減少する。これは図4から理解できる。すなわち、室外ファン5Aの風量を増加すると、冷凍サイクル装置の高圧圧力が低下し冷媒流量が低減することで圧縮機3の運転電流(入力電流)が減少する。このとき、圧縮機3の運転電流減少量の方が室外ファン5Aの風量増加に伴うファン5Aの運転電流(入力電流)増加量よりも大きいため、冷凍サイクル装置全体の運転電流は減少する。このことを利用した制御を図5に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、圧縮機3の運転周波数の低減及び室内流量調整弁9の開度調整を行うことなく、室外ファン5Aだけによる運転電流抑制制御も可能であるが、ここでは、ここではそれらの全てを利用した方法を説明する。
図5のS31〜S41のステップは、図3のS11〜S21のステップと同じなのでその説明を省略し、図3との相違点のみ説明する。S40で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、室外ファン5Aの風量を増加させる(S42)。そして、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S43)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S44)。S44で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を先に低減した運転周波数、先に絞った室内流量調整弁9の開度、かつ先に増加させた室外ファン5Aの風量で運転継続する(S45)。これに対して、S44で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、S34に戻って、運転電流をさらに低減する(S44〜S34)。S44〜S34のステップは、検知電圧が所定電圧以上と判断されるまで繰り返し行われる。
実施形態3において、冷凍サイクル装置の運転中、電圧検知装置13Aによる電圧検知が所定の間隔で繰り返し行われて冷凍サイクル装置の運転電圧の低下が検知される。このため、運転電流が許容電流に到達する前に抑制されて、冷凍サイクル装置の運転継続が可能となる。実施形態3は、圧縮機3の運転周波数の低減及び室内流量調整弁9の開度調整だけで対応できない運転電流の抑制に特に有効である。
実施形態4.
図6は図1に示した冷凍サイクル装置の室外機1に、蓄冷又は蓄熱が可能な蓄熱槽15を追加した冷凍サイクル装置(蓄熱式冷凍サイクル装置)の主な構成を示す構成図である。図1との相違は、蓄熱媒体である水が貯えられた蓄熱槽15が、電磁弁A〜D(符号17〜20)及び蓄熱槽内流量調整弁16を介して、室外機1と室内機2から構成される冷凍サイクルの冷媒回路に付加されている点である。
図6の冷凍サイクル装置を利用して冷房運転または暖房運転をする場合には、実施形態1〜3に示した運転電流抑制制御方法がそのまま適用できる。
図6の冷凍サイクル装置では、深夜に蓄熱槽15内の水を冷却したり氷を作る蓄冷運転を行い、その冷水や氷を昼間に利用することで消費電力の低減を図ることができる。この冷凍サイクル装置で、深夜の蓄冷運転時に運転電流が増加し、運転電流がブレーカ容量を上回って異常停止すると、その日の昼間の運転では、冷水や氷を利用した運転ができず、消費電力の低減が図れなくなる。そこで、ここでも運転電圧を検知して、異常停止する前に蓄冷運転時の圧縮機3の運転周波数を低減し、蓄冷運転を継続させるようにしている。
ただし、蓄冷運転時の圧縮機3の運転周波数を低減した場合は、能力が低下し、蓄熱槽15の蓄冷状態に影響を及ぼすので、圧縮機3の運転周波数の低減に応じて蓄冷運転時間を延長することで低下した能力を確保するのが好ましい。図7はそれに関する説明図であり、蓄冷運転における圧縮機の運転周波数、運転時間及び蓄熱槽水温の関係を表している。図7に示すように、複数の運転周波数における蓄冷運転時間と蓄熱槽水温との関係データを予め運転制御部21に記憶しておく。そして、冷凍サイクルの運転電流の増加に対応して、圧縮機3の運転周波数をΔF(=F1−F2)だけ低下させた場合、上記関係データを参照し、対応する運転周波数を基に、必要な蓄冷運転延長時間ΔT(=T2−T1)を算出し、その時間ΔTだけ延長した運転時間を再設定して蓄冷能力を確保する。
次に、蓄冷運転時に、運転制御部21によって制御される運転電流抑制制御の一例を図8のフローチャートに基づいて説明する。
冷凍サイクル装置は、その運転中、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S51)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S52)。S52で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を現在の運転周波数で運転継続する(S53)。これに対して、S52で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数をF1からF2へ低減する(S54)。次に、前述した方法により、圧縮機3の運転周波数ΔF(=F1−F2)の低下に対応して、蓄冷運転延長時間ΔTを算出する(S55)。そして、再度、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S56)。さらに、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S57)。S57で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を先に低減した運転周波数で、かつ運転時間を運転周波数F1の場合の終了時間よりΔT延長して蓄冷運転を継続する(S58)。これに対して、S57で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数を再度低減する(S57〜S54)。S57〜S54のステップは、検知電圧が所定電圧以上と判断されるまで繰り返し行われる。
実施形態4によれば、蓄冷運転時に電圧が低下したときに、圧縮機3の運転周波数を低減することで運転の停止が回避されるとともに、圧縮機3の運転周波数の低減に応じた蓄冷運転時間の延長により目的量の蓄冷が可能となる。これにより、蓄熱槽15の冷水又は氷を利用した冷房運転が可能となり、効率的な電力消費に寄与できる。
実施形態5.
図6の冷凍サイクル装置では、深夜に蓄熱槽15内の水を温める蓄熱運転を行い、その温水を昼間に利用することで早朝の暖房能力の向上を図ることもできる。この冷凍サイクル装置で、深夜の蓄熱運転時に運転電流が増加し、運転電流がブレーカ容量を上回って異常停止すると、その日の早朝の運転では、温水を利用した運転ができず暖房能力の向上が図れなくなる。そこで、ここでも運転電圧を検知して、異常停止する前に蓄熱運転時の圧縮機3の運転周波数を低減し、蓄熱運転を継続させるようにしている。
ただし、蓄熱運転時の圧縮機3の運転周波数を低減させた場合は、能力が低下し、蓄熱槽15の蓄熱状態に影響を及ぼすので、圧縮機3の運転周波数の低減に応じて蓄熱運転時間を延長することで低下した能力を確保するのが好ましい。図9はそれに関する説明図であり、蓄熱運転における圧縮機の運転周波数、運転時間及び蓄熱槽水温の関係を表している。図9に示すように、複数の運転周波数における蓄熱運転時間と蓄熱槽水温との関係データを予め運転制御部21に記憶しておく。そして、冷凍サイクルの運転電流の増加に対応して、圧縮機3の運転周波数をΔF(=F1−F2)だけ低下した場合、上記関係データを参照し、対応する運転周波数を基に、必要な蓄熱運転延長時間ΔT(=T2−T1)を算出して、その時間ΔTだけ延長した運転時間を再設定して蓄冷能力を確保する。
次に、蓄熱運転時に、運転制御部21によって制御される運転電流抑制制御の一例を図10のフローチャートに基づいて説明する。
冷凍サイクル装置は、その運転中、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S61)。続いて、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S62)。S62で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を現在の運転周波数で運転継続する(S63)。これに対して、S62で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数をF1からF2へ低減する(S64)。次に、前述した方法により、圧縮機3の運転周波数ΔF(=F1−F2)の低下に対応して、蓄熱運転延長時間ΔTを算出する(S65)。そして、再度、電圧検知装置13Aを利用して運転電圧を検知する(S66)。さらに、検知された検知電圧と所定電圧とを比較する(S67)。S67で、検知電圧が所定電圧以上と判断した場合には、圧縮機3を先に低減した運転周波数で、かつ運転時間を運転周波数F1の場合の終了時間よりΔT延長して蓄熱運転を継続する(S68)。これに対して、S67で、検知電圧が所定電圧未満と判断した場合には、圧縮機3の運転周波数を再度低減する(S67〜S64)。S67〜S64のステップは、検知電圧が所定電圧以上と判断されるまで繰り返し行われる。
実施形態5によれば、蓄熱運転時に電圧が低下したときに、圧縮機3の運転周波数を低減することで運転の停止が回避されるとともに、圧縮機3の運転周波数の低減に応じた蓄熱運転時間の延長により目的量の蓄熱が可能となる。従って、蓄熱槽15の温水を利用した暖房運転が可能となり、暖房能力の向上に寄与できる。
なお、冷凍サイクル装置の運転電流の抑制のために行う、圧縮機3の運転周波数の低減、室内流量調整弁9の絞り込み、あるいは室外ファン5Aの送風量の増加などにおけるそれぞれの変更幅については限定されるものではないが、できるだけ少ない調整回数で制御できる幅とするのが好ましい。
本発明の実施形態1〜3に係る冷凍サイクル装置の主な構成を示す構成図。 実施形態1に係る冷凍サイクル装置の運転制御を示すフローチャート。 実施形態2に係る冷凍サイクル装置の運転制御を示すフローチャート。 図1の冷凍サイクル装置における圧縮機入力電流、室外ファン入力電流及び室外ファン風量の関係を表す図。 実施形態3に係る冷凍サイクル装置の運転制御を示すフローチャート。 本発明の実施形態4〜5に係る冷凍サイクル装置の主な構成を示す構成図。 蓄冷運転における圧縮機周波数、運転時間及び蓄熱槽水温の関係を表す図。 実施形態4に係る冷凍サイクル装置の運転制御を示すフローチャート。 蓄熱運転における圧縮機周波数、運転時間及び蓄熱槽水温の関係を表す図。 実施形態5に係る冷凍サイクル装置の運転制御を示すフローチャート。
符号の説明
1 室外機、2 室内機、3 圧縮機、4 四方弁、5 室外熱交換器、5A 室外ファン、6 過冷却回路流量調整弁、7 過冷却回路、8 液側延長配管、9 室内流量調整弁、10 室内熱交換器、11 ガス側延長配管、12 アキュムレータ、13 室外制御箱、13A 電圧検知装置、14 主電源、15 蓄熱槽、16 蓄熱槽内流量調整弁、17 電磁弁A、18 電磁弁B、19 電磁弁C、20 電磁弁D、21 運転制御部。

Claims (5)

  1. 圧縮機、流路切替装置及び室外熱交換器を有する室外機と、室内熱交換器及び該室内熱交換器の流量を調整する流量調整弁を有する室内機と、前記室外熱交換器に対して送風を行うファンと、を備え、それら圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、室内熱交換器及び流量調整弁が冷媒回路で接続されてなる冷凍サイクル装置において、
    前記冷凍サイクル装置の運転電圧を所定の間隔で繰り返し検知する電圧検知装置と、
    前記電圧検知装置で検出された運転電圧が予め定めた電圧値に低下した場合に、前記室外機及び前記室内機に作用して前記冷凍サイクル装置の運転電流増加を抑制する運転制御手段とを備え、
    前記運転制御手段は、前記電圧検知装置で検出した運転電圧が予め定めた電圧値より低い場合に、前記圧縮機の運転周波数を低下させて運転を継続する第1の運転態様と、前記第1の運転態様での運転の間に前記電圧検知装置で検出した運転電圧が予め定めた電圧値より低い場合に、前記流量制御弁の開度を絞って運転を継続する第2の運転態様と、前記第2の運転態様での運転の間に前記電圧検知装置で検出した運転電圧が予め定めた電圧値より低い場合に、前記ファンの風量を増加させて運転を継続する第3の運転態様を備え、前記第1の運転態様と前記第2の運転態様と前記第3の運転態様とを順に繰り返すことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記冷媒回路内の冷媒と熱交換を行う媒体を貯え、前記冷媒回路を利用して前記媒体に蓄冷を行う蓄熱槽を備えたものにおいて、
    前記運転電圧の低下が前記媒体に対して蓄冷運転を行っている間に生じたものであることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記冷媒回路内の冷媒と熱交換を行う媒体を貯え、前記冷媒回路を利用して前記媒体に蓄熱を行う蓄熱槽を備えたものにおいて、
    前記運転電圧の低下が前記媒体に対して蓄熱運転を行っている間に生じたものであることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記運転制御手段は前記圧縮機に作用してその運転周波数を低減し前記電流増加を抑制するものであり、かつ、蓄冷運転時の蓄冷時間とそれに対応した前記蓄熱槽内の媒体温度とを前記圧縮機の運転周波数との関係で関連づけしたデータとして予め記憶しておき、前記圧縮機の運転周波数が低減された場合、その低減された運転周波数と前記データを基に蓄冷運転時間を再設定することを特徴とする請求項2記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記運転制御手段は前記圧縮機に作用してその運転周波数を低減し前記電流増加を抑制するものであり、かつ、蓄熱運転時の蓄熱時間とそれに対応した前記蓄熱槽内の媒体温度とを前記圧縮機の運転周波数との関係で関連づけしたデータとして予め記憶しておき、前記圧縮機の運転周波数が低減された場合、その低減された運転周波数と前記データを基に蓄熱運転時間を再設定することを特徴とする請求項3記載の冷凍サイクル装置。
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