JPH01313682A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧縮能力可変な圧縮機と圧縮能力一定の圧縮
機とを備えた冷凍装置に関するものである。

（従来の技術） 上記のような冷凍装置の従来例としては、例えば特開昭
５８−２２１３４９号公報記載の装置を挙げることがで
きる。その装置においては、インバータ制御される回転
数可変形の第Ｉの圧縮機と、回転数一定の第２の圧縮機
とを互いに並列に接続してコンプレンサユニットを構成
し、これに凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続して空気
調和機を構成している。

上記装置では、空調負荷が小さな範囲では第１圧縮機の
みを運転する一方、この第１圧縮機の圧縮能力可変幅の
最大値を超える圧縮能力を必要とする大きな空調負荷が
生じたときに上記第１、第２圧縮機の同時運転に切換え
る。このような切換制御と、第１圧縮機の圧縮能力制御
とを併用することによって、第１圧縮機の圧縮能力の可
変幅を比較的小さく、したがってインバータ制御装置を
小容量のもので構成しても変動幅の大きな負荷に対応さ
せ得る制御が可能となり、大容量のインバータ制御装置
を備えた一台の圧縮機で構成する場合に比べて、製作費
を安価にすることができる。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような同時運転時には、必要とする合計圧縮能力
（以下、目標能力と言う）から第２圧縮機の圧縮能力を
引いた圧縮能力で第１圧縮機の運転が制御される。とこ
ろで一般に、同時運転への切換えは、その直前で第１圧
縮機が可変範囲の最大値に近い圧縮能力状態へと変更さ
れ、そして最大値まで変更しても目標能力が得られない
場合に第２圧縮機が起動される。したがって目標能力、
から第２圧縮機の圧縮能力を引いた差が小さい場合にも
、同時運転開始直後には第１圧縮機がその可変範囲の最
大値に近い圧縮能力状態であるために、合計圧縮能力が
目標能力よりも過大となり、このため例えば高圧圧力の
異常上昇を生じて運転の停止に陥る等、切換時の安定性
や信頼性が充分には得られないという問題を生じている
。また第２圧縮機の起動で急上昇した合計圧縮能力に対
して、すぐに第１圧縮機の圧縮能力を大きく低下させる
ことで目標能力とする操作がなされることから、短時間
の間に合計圧縮能力が急激に変動することに伴う室内側
での吹出し温度の急変を生じて、空調快適性が損なわれ
るという問題もある。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、同時運転への切換時における高圧圧力の異常上昇を
抑えて信頼性を向上すると共に、例えば空気調和機にお
いては吹出し温度の急変を抑えることにより空調快適性
を向上し得る冷凍装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで第１図に示すように、この発明の第１請求項記載
の冷凍装置は、冷媒循環回路に、圧縮能力可変な第１の
圧縮機１と圧縮能力一定の第２の圧縮機２とを互いに並
列に接続して介装すると共に、上記第１圧縮機１の単独
運転及び第１、第２圧縮機１．２の同時運転の切換えと
上記第１圧縮機１の圧縮能力の変更とを併用して全体の
圧縮能力を冷凍負荷変動に応ずるべく制御する運転制御
手段４４を設けて成る冷凍装置であって、さらに上記第
２圧縮機２の起動を、上記第１圧縮機ｌの圧縮能力を一
旦低下させた後に行う切換時制御手段５０を上記運転制
御手段４４が有している。

また第２請求項記載の冷凍装置は、上記第１請求項記載
の装置において、上記第２圧縮機２を起動する際に、上
記切換時制御手段５０によって、そのときの第１圧縮機
１の圧縮能力と第２圧縮機２の圧縮能力との和から目標
圧縮能力を引いた差を略二等分した量の圧縮能力の低下
が、上記第２圧縮機２の起動前後に上記第１圧縮゛機１
に対してそれぞれ行われる。

（作用） 上記第１請求項記載の冷凍装置においては、第２圧縮機
２の起動の前に第１圧縮機１の圧縮能力の低下が行われ
ることにより、第２圧縮機２起動直後の合計圧縮能力と
目標とする圧縮能力との差は従来よりも小さくなり、こ
のため高圧圧力の上昇が抑えられるので、圧力異常によ
る運転停止の頻度が低減し、信頼性の向上を図ることが
できる。

また上記第２請求項記載の冷凍装置においては、第２圧
縮機２起動前の圧縮能力状態から目標圧縮能力までの変
更が、両者を直線で結ぶ線からの変動量を最も少なくし
た、すなわち連続的な変更線に最も近づけた圧縮能力の
変化で同時運転への切換がなされることとなるので、例
えば空気調和機においては吹出し温度の変動が少なくな
り、このため空調快適性が向上する。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例について、図
面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図には、マルチタイプの空気調和機として構成
したこの発明の一実施例における冷凍装置の冷媒回路図
を示しており、同図において、Ｘ□　　は室外ユニット
であり、この室外ユニットＸには４台の室内ユニットＡ
−Ｄが接続されている。

上記室外ユニットＸには、互いに並列に接続された２台
の圧縮機ｌ、２が内装されている。第１圧縮機ｌは、そ
の回転速度、つまり圧縮能力を制御するためのインバー
タ３を有するものであり、第２圧縮機２は商用周波数に
応じた一定の回転数で駆動されるものである。これらの
圧縮機１．２の吐出側の配管４と吸込側の配管５とはそ
れぞれ四路切換弁６に接続され、この四路切換弁６には
さらに第１ガス管７と第２ガス管８とが接続されている
。なお上記吸込側配管５にはアキュームレータ９が介設
されている。上記第１ガス管７は、室外熱交換器ｌＯに
接続され、また上記第２ガス管８はヘッダー１１に接続
されると共に途中にガス閉鎖弁１２が介設されている。

上記室外熱交換器１０には室外ファンＩ３が付設される
と共にさらに液管１４が接続されており、この液管１４
には、上記室外熱交換器ｌＯ側から順次ドライヤフィル
タ１５、第１電動膨張弁１６、受液器１７、液閉鎖弁１
８が介設されている。そして上記液管１４の先端は、そ
れぞれ第２電動膨張弁１９・・の介設された複数（図の
場合には４本）の液支管２０・・２０に分岐される一方
、上記ヘッダー１１に、それぞれマフラー２１・・の介
設された４本のガス支管２２・・２２が接続されており
、これらのガス支管２２と上記各液支管２０との間に室
内熱交換器２３（室内ユニッ）Ａについてのみ図示する
）がそれぞれ連絡配管２４・・２４によって互いに並列
に接続されている。なお各室内ユニットＡ−Ｄは、それ
ぞれ上記室内熱交換器２３と室内ファン２５とによって
構成されている。

上記構成の空気調和機における暖房運転は、四路切換弁
６を図中実線で示す切換位置に位置させて、圧縮機１．
２からの吐出冷媒を四路切換弁６、第２ガス管８を経由
させて各室内熱交換器２３で凝縮させ、次いで液管１４
を経由させて室外熱交換器１０内で蒸発させた後、第１
ガス管７、四路切換弁６から圧縮機１へと返流させるこ
とによって行う。この場合、蒸発冷媒の過熱度制御を第
１電動膨張弁１６にて行い、各第２電動膨張弁１９では
、各室内熱交換器２３への冷媒分配量の制御を行う。な
お一部の部屋を停止した暖房運転は、停止部屋における
室内ユニットＡ・・側の各第２電動膨張弁１９を停止開
度（圧縮機１への液戻りを防止するため、自然放熱に見
合うだけのわずかな量の冷媒を流し得る開度）にするこ
とによって行う。

一方、冷房運転は、四路切換弁６を図中破線で示す切換
位置に切換え、圧縮機１．２からの吐出冷媒を室外熱交
換器１０側から各室内熱交換器２３へと回流させること
によって行う。このとき、第１電動膨張弁１６は全開に
し、各第２電動膨張弁１９で冷媒の過熱度制御をｊテう
。冷房停止部屋゛における室内ユニットＡ・・側の第２
電動膨張弁１９は全閉にする。

次に上記のような運転の制御について、第３図の運転制
御系統図を参照して説明する。図のように、各室内ユニ
ッＩ−Ａ−Ｄは室内制御装置４１（室内ユニットＡにつ
いてのみ図示する）をそれぞれ備えており、各室内制御
装置４１には、運転操作用リモコン４２と室温を検出す
る室温検出センサ４３とがそれぞれ接続されている。上
記各運転操作用リモコン４２は冷暖切換スイッチと、運
転スイッチと、希望室温を設定するための温度設定スイ
ッチとを有しており、上記運転スイッチがＯＮであり、
かつ室温センサ４３での検出温度が設定温度に達してい
ないとき（室内サーモＯＮのとき）に、上記冷暖切換ス
イ゛ツチでの切換位置に応じて暖房運転要求信号、或い
は冷房運転要求信号が上記検出温度と設定温度との温度
差信号と共に、各室内制御装置４１から室外ユニットＸ
に対して出力される。

一方、室外ユニットｘは、室外制御装置（運転制御手段
）４４と、第１圧縮機１を周波数制御するためのインバ
ータ制御装置４５とを備えており、上記室外制御装置４
４内には、運転要求ユニット把握部４６と弁制御部４７
と周波数制御部４日と変更時初期周波数記憶部４９とが
設けられている。

上記運転要求ユニット把握部４６は上記室内側からの暖
房、或いは冷房運転要求信号から起動時を含む運転部屋
数変更時を判別し、運転要求信号を出力している室内ユ
ニットに応じた運転ユニット信号と共に、上記の運転部
屋数変更時に変更信号を上記弁制御部４７と周波数制御
部４８とに出力する。これによりまず上記弁制御部４７
によって、前記した暖房運転時、或いは冷房運転時の冷
媒循環径路を形成すべく四路切換弁４の切換作動と共に
、第１、第２電動膨張弁１６．１９の開度制御が行われ
る。

一方、上記周波数制御部４８では、上記運転ユニット信
号及び変更信号に基づいて、第１、第２圧縮機の起動停
止制御と第１圧縮機１の周波数制御とを行うが、これに
ついては、第４図の制御フローチャートを参照しながら
説明する。

同図において、ステップＳｌは、上記運転要求ユニット
把握部４６からの運転ユニット信号の有無、すなわち室
内ユニットでの運転要求信号の有無を判別するステップ
であって、いずれの室内ユニットからも運転要求信号が
ない場合には、上記ステップＳ１と８２とを繰返して停
止状態で運転要求信号の入力待ち状態を継続する。そし
ていずれかの室内ユニットで運転要求信号が発生された
場合には、上記ステップＳ１から３３に移行する。この
ステップは、起動時及び運転部屋数変更時に上記運転要
求ユニット把握部４６で発生される変更信号の有無を判
別するステップであり、ここでは起動時における処理に
ついて初めに説明すると、このとき上記ステップＳ３か
ら、起動時か否かの判別を行うステップＳ４に移行し、
第１圧縮機１が停止状態であることから、次いでステッ
プＳ５でこの第１圧縮機１の運転を開始し、ステップＳ
６において、それまで停止状態であった第１圧縮機１に
おける油上がりを防止するために、駆動周波数を段階的
に上昇させていくような起動時制御を行う。そして運転
状態が安定した後にステップＳ７に移行し、このステッ
プにおいて室内側の負荷に応じた圧縮能力を与える駆動
周波数（以下、目標周波数と言う）Ｆｔｏ　ｔａ　ｌを
求める。

上記目標周波数Ｆ　ｔｏｔａｌは、起動時及び後述する
運転部屋数変更時には、上記ステップＳ７において、以
下の手順で求められる。まず上記運転ユニット信号に基
づいて、運転要求のある各ユニット毎の負荷レベルの合
計ΣＳを算出する。このために、上記周波数制御部４日
には各ユニットの定格能力に対応させた数値（例えば定
格能力２２４０ｋｃａｌ／ｈのものでは＋１１１１．２
８００ｋｃａｌ／　ｈでは“１．５“・・）が予め記憶
されている。さらに上記周波数制御部４８では運転要求
のある各室内ユニットからの温度差信号の合計ΣΔＴを
算出し、これらのΣＳとΣΔＴとの組合わせに対応する
初期周波数を上記変更時初期周波数記憶部４９から読出
して、これを上記目標周波数Ｆｔｏｔａｌとして設定す
る。上記変更時初期周波数記憶部４９には、種々の合計
負荷レベルΣＳと合計温度差ΣΔＴとの組合わせに対応
する初期駆動周波数がデータテーブルとして記憶されて
いる。

次いでステップＳ８において第２圧縮機２が運転状態で
あるか否かの判別を行うが、このとき上記第１圧縮機１
のみが運転されていることから、ステップＳ９に移行し
、ここで、上記で設定された目標周波数Ｆ　ｔｏｔａｌ
を、第１圧縮機１での上限駆動周波数近くの値として設
定されている周波数（例えば１０５Ｈｚ）と比較し、１
０５　Ｈｚよりも小さい場合にステップＳ１０において
上記Ｆ　ｔｏｔａｌを第１圧縮機１に対する駆動周波数
ｆとし、ステップＳｌｌで、この周波数ｆを前記インバ
ータ制御装置４５に出力することにより、第１圧縮機１
を上記駆動周波数ｆに応する回転数とする周波数制御が
行われる。

その後は上記ステップＳ１に戻る処理が繰返されるが、
運転部屋数に変更がない間は、ステップＳ３からステッ
プＳ１２に移行して、合計温度差ΣΔＴの変化に対して
例えばＰＩＤ制御によってその変化に応じた目標周波数
Ｆｔｏｔａｌが逐次設定され、このＦｔｏｔａｌが１０
５セよりも小さい間（ステップＳ９）は、この周波数に
応じた第１圧縮機ｌのみの運転が継続される（ステップ
Ｓｉｔ　）。したがって運転の継続によって室温が設定
温度に近づくにつれて、駆動周波数が徐々に低下してい
くような室内側の負荷に応じた圧縮能力の変更がなされ
るのである。

そして負荷の大きな増加が生じた場合、特に運転部屋数
の追加を生じたような場合に、上記ステップＳ３、Ｓ４
を経てステップＳ７で新たに設定される目標周波数Ｆｔ
ｏｔａｌが、ステップＳ９において、１０５七を超えて
いることが判別された場合には、第２圧縮機２を起動し
て第１、第２圧縮機１．２の同時運転に切換える訳であ
るが、この切換えに際して以下のような制御が行われる
。まず上記ステップＳ９からステップＳ１３に移行する
ことによって、このステップで、この時点での第１圧縮
機１の駆動周波数ｆに、第２圧縮機２の圧縮能力に応す
る周波数（例えば商用周波数６０Ｈｚ）を加えた和から
、上記の新たに設定された目標周波数Ｆｔｏｔａｌを引
いた差ΔＦを求める。次いで上記の第１圧縮機１の駆動
周波数ｆから上記ΔＦの１／２を引いた値を新たな第１
圧縮機１の駆動周波数ｆとして設定しくステップ５１４
）、第１圧縮機ｌに対する上記ｆに応じる回転数への変
更を例えば毎秒２　Ｈｚの割合で漸減させることによっ
て行う（ステップ５１５）。その後、第２圧縮機２を起
動する（ステップ５１６）。そしてこの第２圧縮機２の
起動後に、再度上記第１圧縮機１のこの時点での駆動周
波数ｆから上記ΔＦの１／２を引いた値を新たな駆動周
波数ｒとして設定し直しくステップＳｌ？　）　、この
ｆに応じる回転数への変更をステップＳｌｌにおいて第
１圧縮機１に対して行うこととしている。

一般に、上記のような４室の空調機能を有する装置では
、例えば２室から３室に追加される時に第２圧縮機２と
の同時運転に切換えることが必要となり、この切換前の
２室の空調運転時には第１圧縮Ｊａ１をその可変範囲の
比較的高い周波数で駆動している場合が多く、そして切
換後には第２圧縮機２でほぼ２室に対応する圧縮能力が
与えられるために、第１圧縮機ｌは残り１室の負荷に対
返する圧縮能力に低減する操作が必要となる。この操作
を、上記制御によって第２圧縮機２の起動前に行うこと
、さらに第２圧縮機２の起動前後に分けて行うこととし
ているのである。

このように、第２圧縮機２の起動前に第１圧縮機１の圧
縮能力を一旦低下させることによって、第２圧縮機２起
動後の合計圧縮能力が目標とする圧縮能力よりも過大と
なる量が従来よりも小さ（なり、このため高圧側の圧力
が過度に上昇することが抑えられ、異常圧力上昇頻度が
少なくなって、より信頼性の向上した運転状態を継続す
ることが可能となる。特に上記のように第２圧縮機２起
動前後に分けて、略同等量の圧縮能力の低減を第１圧縮
機１に対して行って合計圧縮能力が目標圧縮能力となる
ように制御する場合には、例えば第５図に示すように、
第２圧縮機２起動後のみに行う場合（図中Ａ）や起動前
のみに行う場合（図中Ｂ）に比べて、図中破線で示した
連続的な変更線からの変動幅の最も小さな制御がなされ
ることとなり、このため吹出し温度の不連続的な変化が
小さくなるので、快適性を極力維持した同時運転への切
換制御がなされることとなる。

なお第４図のフローチャートでステップＳ１３〜Ｓ１７
　、Ｓｌｌの操作の後、ステップＳ１に戻る処理で同時
運転状態が継続されることとなり、このときにはステッ
プＳ１２或いはステップＳ７で以降に設定される目標周
波数Ｆｔｏｔａｌに対して、ステップＳ８からステップ
５１８に移行して、９０七以上であるか否かを判別する
。すなわち９０Ｈｚ以上のときに上記Ｆ　ｔｏｔａｌか
ら第２圧縮機２の圧縮能力に相当する周波数６０Ｈｚを
引いた周波数を第１圧縮機１に対する駆動周波数ｒとし
て設定しくステップ５１９）、このｆにて第１圧縮機ｌ
を制御しながら第２圧縮機２との同時運転を継続するの
である。そして同時運転継続中に上記Ｆｔｏｔａｌが９
０Ｈｚ未満となった時に、ステップＳ２０において第２
圧縮機２を停止し、第１圧縮機ｌの単独運転に切換える
こととしている。このように第２圧縮機２の停止に対し
て、起動時とは異なる判別条件を設定しているので、第
２圧縮機２の発停が繰返される、いわゆるハンチングを
生じない安定した切換制御が行われる。

以上、この発明の一実施例について説明したが、上記実
施例はこの発明を限定するものではなくこの発明の範囲
内で種々の変更が可能であり、例えば上記実施例におい
ては、第４図のステップＳ１３〜Ｓ１？　、Ｓｌｌで切
換制御手段５０を構成したが、同様な機能を有するその
他の構成とすることが可能である。また上記はマルチタ
イプの空気調和機を例に挙げて説明したが、その他の冷
凍装置においてこの発明の適用が可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の第１請求項記載の冷凍装置にお
いては、第１圧縮機の圧縮能力を一旦低下させた後に第
２圧縮機を起動することにより、起動後の合計圧縮能力
と目標圧縮能力との差を従来よりも小さくすることがで
き、このため圧力異常による運転停止の頻度が低減し、
信転性の向上を図ることができる。

また第２請求項記載の冷凍装置においては、同時運転へ
の切換が、第２圧縮機起動前の圧縮能力状態から目標圧
縮能力までの連続的な変更線に最も近づけた圧縮能力の
変化で行われるので、例えば空気調和機においては吹出
し温度の変動が少なくなり、空調快適性の向上を図るこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図は空気調和
機として構成したこの発明の一実施例における冷凍装置
の冷媒回路図、第３図は上記空気調和機の運転制御系統
図、第４図は上記空気調和機における圧縮機の周波数制
御のフローチャート図、第５図は上記空気調和機での第
１圧縮機の単独運転から第２圧縮機との同時運転に切換
える際の合計駆動周波数の変化の一例を示す模式図であ
る。 １・・・第１圧縮機、２・・・第２圧縮機、４４・・・
室外制御装置（運転制御手段）、５０・・・切換時制御
手段。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　冷媒循環回路に、圧縮能力可変な第１の圧縮機（
   １）と圧縮能力一定の第２の圧縮機（２）とを互いに並
   列に接続して介装すると共に、上記第１圧縮機（１）の
   単独運転及び第１、第２圧縮機（１）（２）の同時運転
   の切換えと上記第１圧縮機（１）の圧縮能力の変更とを
   併用して全体の圧縮能力を冷凍負荷変動に応ずるべく制
   御する運転制御手段（４４）を設けて成る冷凍装置であ
   って、さらに上記第２圧縮機（２）の起動を、上記第１
   圧縮機（１）の圧縮能力を一旦低下させた後に行う切換
   時制御手段（５０）を上記運転制御手段（４４）が有し
   ていることを特徴とする冷凍装置。
2. ２．　上記第２圧縮機（２）を起動する際に、上記切換
   時制御手段（５０）によって、そのときの第１圧縮機（
   １）の圧縮能力と第２圧縮機（２）の圧縮能力との和か
   ら目標圧縮能力を引いた差を略二等分した量の圧縮能力
   の低下が、上記第２圧縮機（２）の起動前後に上記第１
   圧縮機（１）に対してそれぞれ行われることを特徴とす
   る第１請求項記載の冷凍装置。