JPH02115585A - 圧縮機の容量制御装置 - 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） 本発明は冷凍装置に備える圧縮機の容量制御装置の改良
に関し、特に複数台の圧縮機を備えた場合の制御性の向
上対策に関する。

（従来の技術） 昨今、冷凍装置では、例えば特公昭６１−５７５３８号
公報に開示されるように、空気調和装置における圧縮機
の容量を制御し、その空調能力を負荷の大きさに対応さ
せて、室内の快適空調を行っている。

ところで、大形の空気調和装置などにおいて、例えばタ
ーボ圧縮機や開放型スクリュー圧縮機等を大容量のもの
で構成し、その容量をＰ、１．Ｄコントローラ等で０〜
１００％まで無段階に連続的に可変制御する場合には、
その空調能力を負荷の大きさに精度良く対応でき好まし
いが、圧縮機か大型化する分価格も高く付（欠点がある
。

（発明が解決しようとする課題） そこで、安価で小容量の圧縮機を複数台備え、これ等の
合計運転容量を連続的に制御して、低価格に抑えること
が考えられる。

しかるに、その場合、小容量の圧縮機は、安価であるが
故にその圧縮機潤滑油用の浦を空調サイクルから回収す
る回収機構の機能がさほど高くなく、このため圧縮機内
部に潤滑油量を十分に確保するには、圧縮機の最低容量
を零値には設定し得ず、零値から大きく離れた最低容量
（例えば最大容量の３０％値）に制限し、空調サイクル
の冷媒の循環量を最少限確保して、空調サイクルからの
潤滑油の回収を有効に行う必要がある。また、ヒートポ
ンプ式空気調和装置では、冷媒の高圧と低圧との差圧で
四路切換弁を切換える場合、冷媒循環量が所定量以下で
は高低圧差が小さくて四路切換弁の切換不良が生じるか
ら、圧縮機の最低容量を制限する必要もある。その結果
、複数台の圧縮機の合計運転容量を可変ｎ、η御する場
合には、−台の圧縮機が発停する毎に合計運転容量かそ
の最低容量分だけ瞬時に大きく変化して連続的にならず
、冷凍性能の低下を招くことになる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、複数台の圧縮機の合計運転容量を連続的に制御す
る場合、−台の圧縮機が発停する際にも無段階に連続的
に制御して、冷凍性能の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明では、−台の圧縮機
が発停する際には、運転中の圧縮機の合計運転容量をそ
の発停する圧縮機の最低容量分だけ適宜短時間で変化さ
せるようにしている。

つまり、本出願の請求項（１）に係る発明の具体的な構
成は、第１図に示すように、複数台の圧縮機（４）、（
５）を備え、該圧縮機（４）、（５）の合計運転容量を
連続的に制御するようにした圧縮機の容量制御装置を対
象とし、上記各圧縮機（４）　、　（５）は最低容量が
零値より大きく離れた設定容量に制限されていることを
前提とする。そして、上記各圧縮機（４）　、　（５）
の発停時を検出する発停検出手段（１５）と、該発停検
出手段（１５）の出力を受け、−台の圧縮機（４又は５
）の発停時にその直前に運転中にあった圧縮機（５又は
４）の合計運転容量を上記発停する圧縮機（４又は５）
の最低容量だけ強制的に増減する制御手段（１６〉とを
設ける構成としている。

その場合、運転中の圧縮機の合計運転容量が限界容ｆｆ
１（１００％容量時及び最低容量時）の状況では、それ
以上の容量変化は行い得ないから、例えば制御対象（例
えば室内温度）の１］漂値にその許容制御幅を設けてお
き、１００％容量時に熱負荷が増大側に変化して制御対
象がこの上限側の許容値を越えた時点で停止中の圧縮機
の運転を開始させて合計運転容量を増大制御することが
考えられるが、この考えでは、目標値から許容値まで変
化する分、制御対象の制御精度が低下することとなる。

斯かる観点から、本出願の請求項（２）に係る発明では
、圧縮機の容量が限界に至る前に、圧縮機の合計運転容
量を必要に応じて増減制御し得るよう、予め他の圧縮機
を発停させておくことにより、制御対象を精度良く目標
値に制御することを目的としている。

つまり、請求項（２）に係る発明では、上記請求項（１
）に係る発明の構成に加えて、圧縮機（４又は５）の発
停時を特定し、運転中の各圧縮機（５又は４）の運転容
量が最低容量になった時及び最低容量の二倍容量値にな
った時に設定している。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）に係る発明では、例え
ば二台の圧縮機（４）　、　（５）を備えた場合、−台
の圧縮機（例えば４）の運転時に他の停止中の圧縮機（
５）か運転を開始する場合には、該停止中の圧縮機（５
）の運転開始によりその最低容量分たけ圧縮機の合計運
転容量は増大するものの、この直前に運転状態にある圧
縮機（４）の運転容量が最低容量分だけ制御手段（ＩＱ
）で減少制御されるので、圧縮機の合計運転容量は上記
運転開始する圧縮機（５）の運転開始の前後で変わらな
い。

また、双方の圧縮機（４及び５）の運転時において、−
台の圧縮機（５）が運転を停止する場合には、該圧縮機
（５）の停止によりその最低容量分だけ圧縮機の合計運
転容量は減少するものの、この直前に運転状態にある圧
縮機（４）の運転容量が最低容量分だけ制御手段（１６
）で増大制御されるので、圧縮機の合計運転容量は変化
しない。よって、−台の圧縮機の発停時にも圧縮機の合
計運転容量を無段階に連続的に可変制御できる。

その場合、特に請求項（２）に係る発明では、双方の圧
縮機（４及び５）の運転時に、その各運転容量が各々最
低容量になると、このままでは圧縮機の合計運転容量は
それ以下には減少し得ず、熱負荷の減少に対応し得ない
から、この時点で直ちに一方の圧縮機（例えば５）の運
転が停止される。これに伴い他の運転中の圧縮機（４）
の運転容量が制御手段（１６）で増大制御されるので、
熱負荷の減少時には上記運転中の圧縮機（４）の容量の
減少制御でもって直ちに対処でき、制御対象をも目標値
に保持できる。また、−台の圧縮機（例えば４）が運転
し、他の圧縮機（５）が停止している場合、運転中の圧
縮機（４）の運転容量が最・低容量の二倍値に至ると、
この時点で直ちに停止中の圧縮機（５）の運転が最低容
量で開始されると共に、運転中の圧縮機（４）の運転容
量が制御手段（１６）で増大制御されるので、熱負荷が
増大時には両正縮機（４）　、　（５）の双方の容量を
増大制御してその熱負荷の増大に直ちに対処でき、制御
対象を目標値に保持できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本出願の請求項（１）に係る発明
の圧縮機の容量制御装置によれば、複数台の圧縮機の合
計運転容量を無段階に連続的に制御する場合、−台の圧
縮機の発停時には、その直前にて運転中の圧縮機の合計
運転容量をその発停する圧縮機の最低容量分だけ増減制
御したので、圧縮機の発停時にも合計運転容量を無段階
に連続して制御することができ、制御精度の向上を図る
ことができる。

特に、本出願の請求項（２）に係る発明では、圧縮機の
発停の時期を限定して、運転中の一台の圧縮機の容量が
最低容量になった時及び最低容量の二倍容量値になった
時に設定したので、上記請求項（１）に係る発明の効果
に加えて、圧縮機の合計運転容量の増減制御を熱負荷の
変化に良好に対応させて、制御対象を目標他意に良好に
保持制御できる効果を併せ有する。

（実施例） 以下、本出願に係る発明の実施例を第２図以下の図面に
基いて説明する。

第２図はチラー装置に適用した実施例を示す。

同図において、（１）は冷凍装置における蒸発器であっ
て、該蒸発器（１）には水配管（２）が蛇行配置されて
いて、蒸発器（１）を流通する低温の冷媒と水配管（２
）を流通する水との熱交換により冷水を得ている。上記
水配管（２）は室内に配置した熱交換器（図示せず）に
流通し、室内空気から熱量を吸熱して室内を冷房するよ
う構成されている。

而して、（３）は上記蒸発器（１）出口側の水配管（２
）の冷水温度（以下、冷水出口温度という）を設定温度
に保持制御するためのＰ、１．Ｄコントロラであって、
該Ｐ、１．Ｄコントローラ（３）は、上記冷凍装置に備
える複数台（二台）の小容量の圧縮機（４）　、　（５
）の合計容量をＰ（比例）、■（積分）及びＤ（微分）
制御して、蒸発器（１）での水冷却能力を：Ｊ！Ｊ４ｉ
シ、冷水出口温度を設定温度に保持するものである。

上記Ｐ、１．Ｄコントローラ（３）には、冷水出口温度
ＴＱを検出するサーミスタ（Ｔｈ）の検出信号が人力さ
れていると共に、図中上側の第１圧縮機（４）への強制
容量制御回路（７）には、第１リレーの常開接点（ｘｌ
）が介設され、図中下側の第２圧縮機（５）への強制容
量制御回路（８）には、第２リレーの常開接点（ｘ２）
が介設されている。

而して、上記第１及び第２の圧縮機（４）、（５）は、
詳示しないがターボ圧縮機又は半密閉型スクリュー圧縮
機で構成され、且つその吐出ポートを吸入ポートに連通
ずるバイパスポートを備え、該バイパスポートの通路面
積を無段階に３３整して冷媒バイパス量を連続的に調整
し、よって圧縮機の運転容量を無段階に連続して制御可
能とされている。

また、各圧縮機（４）　、　（５）がＰ、１．Ｄコント
ローラ（３）で容量制御される最低容量は、零値より大
きく離れた設定容量（例えば１００％容量に対して３０
％容量）に制限されている。更に、運転の優先順位は第
１圧縮機（４）側にある。

また、上記各圧縮機（３）　、　（４）には、各々、そ
の容量状態に応じて０Ｎ１０ＦＦ作動する２個のリミッ
トスイッチ（９）、（１０）が配置され、一方のリミッ
トスイッチ（９）は、第３図下側に示す如く、各々対応
する圧縮機（４）　、　（５）の容量が最低容Ｊｎ（３
０％容量）以下でＯＦＦ作動し、最低容ｎ（３０％容量
）を越える範囲でＯＮ作動する。また、他方のリミット
スイッチ（１０）は、同図下側に示す如く対応する圧縮
機（４）、（５）の容量が最低容量の二倍値（００％容
量）以下でＯＦＦ作動し、この二倍値（ＧＯ％容ｆ：ｉ
）を越える範囲でＯＮ作動するものである。

次に、上記Ｐ、１．Ｄコントローラ（３）による圧縮機
（４）　、　（５）の発停時における容量制御を第４図
及び第５図の制御フローに基いて説明する。

先ず、第４図の制御フローにおいて、第１圧縮機（４）
のみの運転中に熱負荷が増大傾向にある場合には、ステ
ップＳＡドで第１圧縮機（４）の他方のリミットスイッ
チ（１０）の０Ｎ１０ＦＦ状態を判別し、ＯＦＦ’状態
の場合（６０％容量以下の状況）では、ステップＳＡ２
でこの第１圧縮機（４）のみの運転を継続する。

一方、リミットスイッチ（１０）のＯＦＦ　−ＯＮ切換
時（６０容量時）では、この時点で第２圧縮機（５）の
運転を開始すべく、ステップＳＡ３で第２リレーをＯＮ
制御しその常開接点（ｘ２）を閉じて容量制御可能状態
として第２圧縮機（５）を最低容量（３０％容量）で運
転を開始させると共に、その最低容量分だけ第１圧縮機
（４）の運転容量を減少制御すべく、ステップＳＡ４で
第１リレーをＯＮ制御しその常開接点（ｘｌ）を閉じた
状態で第１圧縮機（５）に強制ロードダウン信号を出力
して、その運転容量を連続的に減少制御する。

しかる後、第１圧縮機（４）の運転容量を見るべく、ス
テップＳＡ５でその一方のリミットスイッチ（９）の０
Ｎ１０ＦＦ状態を判別し、ＯＦＦ’作動して３０％容量
時になると、ステップＳＡ６で第１リレーをＯＦＦ制御
しその常開接点（ｘｌ）を開いて容量制御の不能状態と
し第１圧縮機（４）への強制ロードダウン信号の出力を
禁止する。また、ステップＳＡ７では第２リレーをＯＦ
Ｆ制御しその常開接点（ｘ２）を開き、両圧縮機（４）
　、　（５）の運転容量を一旦は最低容ｇＪＬ（３０％
容ｆｆ１）に強制的な設定する。

その後は、上記第１及び第２圧縮機（４）　、　（５）
双方が最低容ｆｆ１（３０％容量）の状態で、ステップ
ＳＡ８で、サーミスタ（Ｔｈ）で検出する冷水出口温度
ＴＯを設定温度にするよう両圧縮機（４）　、　（５）
の合計容量をＰ、Ｉ、Ｄ制御して、熱負荷に対応させる
。

また、第５図の制御フローにおいて、両圧縮機（４）、
（５）双方の運転中に熱負荷が減少傾向にある場合には
、ステップＳＢ＋で両圧縮機（４）、（５）の一方のリ
ミットスイッチ（９）の０Ｎ１０ＦＦ状態を判別し、圧
縮機（４）　、　（５）双方で共にＯＦＦ状態にない（
一方の圧縮機が最低容量を越える容量での運転中）場合
では、ステップＳＢ２で両圧縮機（４）　、　（５）の
その容量での運転を継続する。

而して、圧縮機（４）　、　（５）双方でリミットスイ
ッチ（９）がＯＦＦ　１．７１換された時（両圧縮機の
最低容量での運転時）では、その合計運転容量の減少制
御を行い得るよう、ステップＳ８３で第２リレーをＯＮ
制御しその常開接点（ｘ２）を閉じて容量制御可能とし
第２圧縮機（５）の運転を停止させると共に、その最低
容量分だけ第１圧縮機（４）の運転容量を増大させるべ
く、ステップＳＢ４で第１リレーをＯＮ制御しその常開
接点（ＸＩ）を閉じた状態で第１圧縮機（５）に強制ロ
ードアップ信号を出力して、その運転容量を連続的に増
大制御する。

しかる後、第１圧縮機（４）の運転容量を見るべく、ス
テップＳＢ５でその第２リミツトスイツチ（１０）ノ０
Ｎ１０ＦＦ状態を判別し、ＯＮ作動しテｆ３０％容量時
になると、ステップＳ８ｓで第１リレーをＯＩ＋’Ｐ制
御しその常開接点（ｘｌ）を開いて容量制御の不能状態
とし、第１圧縮機（４）の運転容量をＧＯＸ容量値に固
定する。

そして、その後は、第１圧縮機（４）の６０％容量の状
態で、ステップＳＢ７でサーミスタ（ＴＩ＋）で検出す
る冷水出口温度Ｔｏを設定温度にするよう第１圧縮機（
４）の運転容量をＰ、１．０制御して、熱負荷に対応さ
せる。

よって、上記第４図及び第５図の制御フローにおいて、
ステップＳＡ１．ＳＢＩにより、置台のうち一台の圧縮
機（４）が運転中にあり且つその運転容量が最低容量の
二倍容量値（６０％容ｆｆ１）になった時をリミットス
イッチ（１０）のＯＮ作動で検出してこの時点を停止中
の圧縮機（５）の運転の開始時としく５ＡＩ）、一方、
両圧縮機（４）　、　（５）双方の運転時にその各運転
容量が最低容量（３０％容量）になった時をリミットス
イッチ（９）のＯＦＦ作動で検出してこの時点を運転中
の一方の圧縮機（５）を停止させる時として（Ｓｓ＋）
、圧縮機（４）　、　（５）の発停時を検出するように
した発停検出手段（１５）を構成している。

また、同制御フローのステップＳＡＪ〜ＳＡ６゜ＳＢＪ
〜ｓｅ６により、上記発停検出手段（１５）の出力を受
け、−台の圧縮機（５）の発停時にその直前に運転中に
ある圧縮機（４）の（合計）運転容量を上記発停する圧
縮機（５）の最低容量（３０％容量）分だけ強制的に増
減（運転開始時には減少制御（ＳＡ４〜５Ａ６）、運転
の停止時には増大制御（ｓｅａ〜５Ｂ６））するように
した制御手段（１６）を構成している。

したがって、上記実施例においては、第６図に示す如く
、例えば第１圧縮機（４）が４０％容量で運転しく同図
（ハ））、第２圧縮機（５）が停止している（同図（ニ
））場合において、熱負荷が増大すると（同図（イ））
、これに伴い冷水入口温度は上昇する（同図（ロ））が
、熱負荷の増大に対応して運転中の第１圧縮機（４）の
容量が連続的に増大するので、冷水出口温度Ｔｏは設定
温度に保持される。

而して、第１圧縮機（４）の容量が６０％容量値（圧縮
機の合計運転容量としては３０％値）になると、この時
点で第２圧縮機（５）の運転が最低容量（３０％容量）
で開始され、これに伴い第１圧縮機（４）の運転容量が
短時間でその最低容量（３０％容量）分たけ減少制御さ
れて最低容量（３０％容量）になり、この第２圧縮機（
５）の運転開始時にも圧縮機の合計運転容量は３０％に
保持される。そして、第２圧縮機（５）の運転開始後は
、各圧縮機（４）　、　（５）の各々の運転容量が相等
しい状態で熱負荷の増大に対応しながら最低容量（３０
％）から無段階に連続して増大するので、冷水出口温度
ＴＯは設定温度にほぼ保持される。

また、上記両圧縮機（４）　、　（５）双方の運転時（
例えば８０％容量時）において、熱負荷が減少すると、
冷水入口温度も低下するが、両圧縮機（４）、（５）の
運転容量がともに減少して熱負荷の減少に対応するので
、冷水出口温度ＴＯは設定温度に保持される。そして、
各圧縮機（４）、（５）の運転容量が３０％の最低容量
になると（圧縮機の合計運転容量−３０％時）、第２圧
縮機（５）の運転が停止すると共に第１圧縮機（４）の
運転容量が最低容量分だけ増大制御されて最低容量の二
倍値（Ｇｏ％容Ｑ）になり、圧縮機の合計運転容量は３
０％値に保持される。そして、この第１圧縮機（４）の
みの運転状態で、該第１圧縮機（４）の運転容量か熱負
荷の減少に対応して３０％の最低容量に向って無段階に
連続して減少するので、冷水出口温度ＴＯはほぼ設定温
度に保持される。

特に、運転台数の制御につき、従来では、第７図に示す
如く、例えば第１圧縮機（４）の１００％容量時に熱負
荷が増大すると、冷水出口温度ＴＱが設定温度の許容幅
へＴを越えた時点で第２圧縮機（５）の運転が開始され
るため、冷水出口温度の制御精度が低下する。また逆に
、熱負荷の低下に伴い各圧縮機（４）、（５）の運転容
量が最低容量（３０％容量）になった後、冷水出口温度
Ｔｏが許容幅△Ｔを越えた時点で第２圧縮機（５）の運
転が停止するため、その分、冷水出口温度の制御精度か
低下する。

しかし、本発明では、第６図に示す如く第１圧縮機（４
）の運転容量が６０％値になった時点で第２の圧縮機（
５）の運転を開始し、両圧縮機（４）　、　（５）の運
転容量を最低容量とした状態で合計運転容量の増大制御
を行うと共に、両圧縮機（４）、（５）の運転容量が共
に最低容量（３０％容ｆｆ１）になれば直ちに第２圧縮
機（５）の運転を停止して第１圧縮機（４）の運転容量
を６０％値とするので、冷水出口温度Ｔ。

が従来における設定温度の許容幅ΔＴから外れる前の段
階で圧縮機の容量の増減制御を可能な状態にでき、その
結果、熱負荷の変化かあっても、これに遅れなく圧縮機
の合計運転容量を増減調整できるので、冷水出口温度Ｔ
ｏを設定温度に確実に保持制御でき、冷水出口温度Ｔｏ
の制御精度の向上を図ることができる。

尚、上記実施例では、置台の圧縮機（４）、（５）を設
けた場合に適用したが、本発明は圧縮機を王台以上の複
数台備える場合にも同様に適用できる。

この場合には、運転優先順位の低い側の置台の圧縮機に
対して、上記と同様の制御を適用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図ないし第６図は本発明の実施例を示し、第２図は
全体概略構成図、第３図は圧縮機に備えるリミットスイ
ッチの作動の説明図、第４図及び第５図は圧縮機の発停
時の合計容量制御を示すフローチャート図、第６図は作
動説明図である。第７図は従来例を示す作動説明図であ
る。 （３）・・・Ｐ、１．Ｄコントローラ、（４）・・・第
１圧縮機、（５）・・・第２圧縮機、（９）、（１０）
・・・リミットスイッチ、（１５）・・・発停検出手段
、（１６）・・・制御手段。 と１ ン− 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）複数台の圧縮機（４），（５）を備え、該圧縮
   機（４），（５）の合計運転容量を連続的に制御するよ
   うにした圧縮機の容量制御装置であって、上記各圧縮機
   （４），（５）は最低容量が零値より大きく離れた設定
   容量に制限されていると共に、各圧縮機（４），（５）
   の発停時を検出する発停検出手段（１５）と、該発停検
   出手段（１５）の出力を受け、一台の圧縮機（４又は５
   ）の発停時にその直前に運転中にあった圧縮機（５又は
   ４）の合計運転容量を上記発停する圧縮機（４又は５）
   の最低容量だけ強制的に増減する制御手段（１６）とを
   備えたことを特徴とする圧縮機の容量制御装置。
2. 　（２）請求項（１）記載の圧縮機の容量制御装置にお
   いて、圧縮機（４又は５）の発停時は、運転中の各圧縮
   機（５又は４）の運転容量が最低容量になった時及び最
   低容量の二倍容量値になった時に設定されている圧縮機
   の容量制御装置。