JPH0820132B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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。
この装置においては、インバータ制御される回転数可変
形の第１圧縮機と、回転数一定の第２圧縮機とを互いに
並列に接続してコンプレッ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得ることになる。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した制御が可能となり、大容量のイ
ンバータ制御装置を備えた１台の圧縮機で構成する場合
に比べて、コンプレッサユニットの製作費を安価にする
ことができるという利点が生じる。

また第１、第２圧縮機の運転制御を本発明の実施例図
面を参照して説明すると、この運転制御は、第６図の高
圧圧力HP−圧縮機周波数ｆの関係を示すグラフのように
行われており、領域Ａでは第１圧縮機だけを運転し、領
域Ｂでは第１、第２圧縮機の双方を運転するようになさ
れている。そしてこのような運転領域において、高圧圧
力HPが一定圧力W1以上にならないように圧縮機周波数ｆ
を制御する高圧カット領域90、91と、インバータ制御装
置のブレーカ容量やパワートランジスタの発熱等を考慮
して周波数を規制する電流カット領域92、93とがそれぞ
れ設定されている。

なお、上記したような第１、第２圧縮機の容量制御運
転に関する先行技術が特開昭63−73056号及び特開昭63
−73057号で知られている。

（発明が解決しようとする課題） 上記コンプレッサユニットにおいては、負荷要求が小
さいときには第１圧縮機の単独運転が行われる一方、負
荷要求が第１圧縮機の能力f1を超えたときに第１圧縮機
と第２圧縮機との同時運転が行われるような制御がなさ
れる訳であるが、特定の条件下においては、要求負荷に
見合うだけの圧縮能力が得られない場合が生じている。
すなわち第６図における負荷特性95上の点96で運転して
いるときに、例えば点97に対応した負荷が要求される場
合には、第１圧縮機には電流カットによる保護機能が作
用し、点96での作動状態しか得られなくなり、この結
果、第２圧縮機が停止しているにもかかわらず能力不足
の状態が継続してしまうことになるのである。

このような不都合な現象は、第１圧縮機がPI制御され
ている場合に、特に発生し易くなる。すなわち第４図に
示すように、空調負荷の変動が大きいときにはＰ制御
（比例制御）がなされ、また空調負荷の変動が小さいと
きにはＩ制御（積分制御）がなされる訳であるが、これ
らPI制御時における周波数増加要求Δｆが小さいときに
は、上記電流カットによる保護機能が作用して第１圧縮
機１の周波数上昇が抑えられる一方で、第２圧縮機の起
動がなされるには至らず、このような状態が長時間継続
してしまうためである。

この発明は上記した従来の欠点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、第１圧縮機と第２圧縮
機との運転制御方式を改善し、負荷要求の変動に対して
適切に対応した圧縮機運転を行うことが可能な冷凍装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明の冷凍装置は、冷媒循環回路に、圧縮
能力可変なインバータ式の第１圧縮機１と圧縮能力一定
の第２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25を設けて成る冷凍装
置であって、この運転制御手段25に、上記第１圧縮機１
への入力電流値を検出する入力量検出手段40と、この入
力量検出手段４での検出電流値が、インバータ保護のた
めそれ以上の入力電流値の上昇を規制する規制運転範囲
を定める基準電流値以上であるときに基準値信号41を出
力する判定手段42と、上記基準値信号41が所定の基準時
間以上の間入力されたときにタイムオーバー信号43を出
力するタイマ手段44と、タイムオーバー信号43が入力さ
れたときに上記両圧縮機１、２を同時運転制御する同時
運転手段45とを設けたことを特徴としている。

（作用） 上記構成において、まず冷凍負荷が小さいときには、
第１圧縮機１だけを運転制御手段25でインバータ制御す
る。やがて冷凍負荷の増加により第１圧縮機１への入力
電流値が増加して、インバータ保護のためにそれ以上の
入力電流値の上昇を規制する規制運転範囲を定める基準
電流値以上であるときに判定手段42から基準値信号を出
力する。具体的にいうと、第１圧縮機１への入力電流値
が、例えば第６図に示す電流カット領域96に達したとき
には、第１圧縮機１の圧縮能力、例えば運転周波数を低
下させると共に判定手段42から基準値信号41を出力す
る。そしてその後、この処理によって第１圧縮機１への
入力電流値が、第６図における規制運転範囲の下限電流
値98よりも低下した場合には上記基準値信号41の出力を
停止する一方、入力電流値が下限電流値98以上の状態で
あれば、上記基準値信号41の出力を継続する。つまり第
１圧縮機１への入力電流値が、インバータを保護するた
めの基準電流値（上記下限電流値98）以上の状態が継続
している場合に基準値信号41を出力するのである。そし
てこの基準値信号41はタイマ手段44に入力され、タイマ
手段44は基準値信号41が基準時間以上続いたときに、タ
イムオーバー信号43を出力する。このタイムオーバー信
号43に基づいて同時運転手段44が、両圧縮機１、２を同
時運転制御する。

（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１、２が内装されている。第１圧縮機１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10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13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10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18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・
・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・・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（室内ユニット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23a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から圧縮器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。

一方、冷房運転は、四路切換弁６を図中実線で示す切
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行う。

次に上記空気調和機の運転制御回路を第３図に基づい
て説明する。図のように、室外ユニットＸは、室外制御
装置（運転制御手段）25を有しており、この室外制御装
置25にインバータ３と第２圧縮機２の駆動モータ52とが
接続され、上記インバータ３は圧縮機１の駆動モータ51
に接続されている。なおこの室外制御装置25には、総温
度差検出回路31、ΔＴ値検出回路35、周波数制御回路37
及び記憶部38が設けられている。一方室内ユニットＡ〜
Ｄは、それぞれ室内制御装置27（図示は１台の室内ユニ
ットＡのみ行う、以下同じ）を有しているが、この室内
制御装置27には、リモコン28、室内サーモ29がそれぞれ
接続されている。上記リモコン28は、該室内ユニットＡ
〜Ｄの運転を行うための運転スイッチと、希望温度を設
定するための温度設定部とを有するものである。

更に上記室外制御装置25は、入力量検出手段40と、判
定手段42と、タイマ手段44と、同時運転手段45とを備え
ている。まず入力量検出手段40は、インバータ３への入
力電流値を入力量として検出する機能を有している。そ
して判定手段42は、入力量検出手段40の検出量が、イン
バータ保護機能による規制運転範囲を規定する第６図の
電流カット（垂下域）98と下限設定特性（無変化域）80
との間の範囲Ｌ内であるときに、基準値信号41を出力す
るように構成されている。なお基準値としては、上記範
囲Ｌに限らず、第６図の点96に相当する入力電流値に達
したときに基準値信号41を出力するようにしてもよい。
またタイマ手段44は、上記基準値信号41が所定の基準時
間以上の間入力されたときにタイムオーバー信号43を出
力し、同時運転手段45はタイムオーバー信号43が入力さ
れたときに上記両圧縮機１、２を同時運転させるように
上記周波数制御回路37を制御する機能を果たしている。

次にインバータ３の周波数制御の概略を説明すると、
記憶部38に記憶されている初期設定周波数が設定された
状態において、上記総温度差検出回路32〜周波数制御回
路37によってインバータ周波数を制御する。この周波数
制御は具体的には、比例制御（以下、Ｐ制御という）
と、積分制御（以下、Ｉ制御という）とから成ってい
る。このような上記Ｐ制御、Ｉ制御による空気調和機の
運転状態について、第４図で経時的に説明すると、まず
空気調和機を運転して室温が次第に上昇して空調負荷
（ΣΔＴの絶対値）の変動が生じるような場合には、上
記Ｐ制御が所定時間（30秒）毎に繰返し行われる（第４
図、期間T1）。

そして室温のほとんど変化しない定常運転状態になる
と、上記Ｉ制御が所定時間（３分）毎に行われる。図の
ようにインバータ周波数はΔｆずつ次第に増加する（第
４図、期間T2）。

そして再び検出負荷が変動したときには、再度Ｐ制御
が行われ、所定時間（30秒）毎にインバータ周波数が増
減する（第４図、期間T3）。

次に上記入力量検出手段40〜同時運転手段45の機能を
第５図で説明すると、まず空調負荷が小さいときには、
運転制御手段25で第１圧縮機１だけを上記Ｐ制御及びＩ
制御する（ステップS1）。次いでステップS2で入力量検
出手段40がインバータ３への入力電流値を検出し、ステ
ップS3で判定手段42が入力電流値を判定する。このステ
ップS3で上限設定値である上記第６図の点96に相当する
入力電流値に達したとき（NO）には、判定手段42が基準
値信号41をタイマ手段44に出力する一方、点96に相当す
る入力電流値に達しないとき（YES）には上記ステップS
1へ戻る。上記基準値信号41はタイマ手段44に入力さ
れ、このときに第１圧縮機１の運転周波数が入力電流制
御によって決まる所定の周波数に達した（ステップS4）
として、ステップS5でタイマ手段44による計時を開始す
る。そして次のステップS6で判定手段42が下限設定値で
ある第６図の点98に相当する入力電流値以下であるか否
かを判定し、上記下限電流設定値を超えているとき（N
O）には、次のステップS7へ進み、そうでないYESのとき
には上記ステップS1へ戻る。上記ステップS7で、タイマ
手段44は基準値信号41が基準時間以上続いたとき（YE
S）に、次のステップS8へ進み、タイムオーバー信号43
を出力し、基準時間に達しないとき（NO）には、上記ス
テップS4へ戻る。そしてステップS8で同時運転手段45
は、このタイムオーバー信号43に基づいて第１、第２両
圧縮機１、２を負荷に見合った状態で同時運転制御す
る。このため空調負荷が第１圧縮機１の単独運転におけ
る上記点96に達したのちに、空調負荷が次第に増加した
場合には、一定時間後には第１及び第２圧縮機１、２を
同時運転することが可能になるので、空調負荷の増大に
対して適切に対応し得ることになる。特に上記したＰ制
御又はＩ制御のように増加要求周波数Δｆが小さい場合
には、第６図の保護領域Ｓに負荷要求が含まれ、その状
態が長時間にわたって維持されることが多く、負荷要求
に適切に対応できない状態が発生しやすいが、上記によ
れば、このような欠点を解消できることになる。

以上にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例について
説明したが、この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、この発明の範囲内で種々変更して実施すること
が可能である。例えば上記実施例においては、暖房運転
時について説明したが、冷房運転時においても略同様に
実施可能であり、さらにはマルチエアコン以外の空気調
和機においても同様に実施可能である。

（発明の効果） 上記したようにこの発明の冷凍装置においては、イン
バータの保護機能、例えば電流カットによる規制運転中
に、冷凍負荷が次第に増加した場合でも、一定時間後に
は第、第２両圧縮機を同時運転することが可能になるの
で、冷凍負荷の増大に対して適切に対応することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全体構成を示すブロック図、第２図
はこの発明の実施例における冷媒回路を示す冷媒回路
図、第３図は制御機構のブロック図、第４図は運転状態
の時間に対する変化を示す説明図、第５図は運転制御方
法のフローチャート図、第６図は運転周波数に対する圧
縮機出力の変化を示すグラフである。 １……第１圧縮機、２……第２圧縮機、３……インバー
タ、25……室外制御装置（運転制御手段）、40……入力
量検出手段、42……判定手段、44……タイマ手段、45…
…同時運転手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒循環回路に、圧縮能力可変なインバー
   タ式の第１圧縮機（１）と圧縮能力一定の第２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（25）
   を設けて成る冷凍装置であって、この運転制御手段（2
   5）に、上記第１圧縮機（１）への入力電流値を検出す
   る入力量検出手段（40）と、この入力量検出手段（４）
   での検出電流値が、インバータ保護のためそれ以上の入
   力電流値の上昇を規制する規制運転範囲を定める基準電
   流値以上であるときに基準値信号（41）を出力する判定
   手段（42）と、上記基準値信号（41）が所定の基準時間
   以上の間入力されたときにタイムオーバー信号（43）を
   出力するタイマ手段（44）と、タイムオーバー信号（4
   3）が入力されたときに上記両圧縮機（１）（２）を同
   時運転制御する同時運転手段（45）とを設けたことを特
   徴とする冷凍装置。