CN1325850C - 空气调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空气调节器，根据使用者的电力需求请求、即电力消耗的限制，在该限制范围内最大限度地确保空调能力而不会损害舒适性。为此，该空气调节器用液体连接配管(14)及气体连接配管(15)连接具有多台压缩机(1、2)、四通阀(3)、热源侧热交换器(4)、室外膨胀装置(5)、室外送风机(8)的室外机(13)和具有电动膨胀阀(9)、使用侧热交换器(10)、室内送风机(11)的多台室内机(12)，其中：预先设定电力消耗的上限值，当空气调节器的运行中的电流比基于上限值的电流值大时，使多台压缩机中的至少一台的运行频率以预定控制幅度逐次降低；在虽然成为运行频率的下限值但空气调节器的运行中的电流也比基于电力消耗的上限值的电流值大时，使其他的压缩机的运行台数减少。

Description

空气调节器
技术领域
本发明涉及一种利用蒸汽压缩制冷循环的空气调节器，适合于确保舒适性和可靠性并谋求电力消耗的降低。
背景技术
以往，为了降低电力消耗而设置电力需求控制器(DemandController)和顺序控制器(Sequencer)，并使顺序控制器能够控制多个空气调节器的压缩机，然后按顺序停止其中一台并使剩余的工作来降低平均电力这一点已为公众所知。例如，在专利文献1(日本专利申请公开特开平10-89744号公报)中对其进行了记载。
实际的空气调节器电力消耗因被使用时间下的空调负载及周围的空气温度、设置条件而变动很大，例如在周围的空气温度较高、空调负载较高的情况下，所使用的空气调节器的运行压力上升，与平时相比电力消耗上升很大。从而，在如上述现有技术那样按顺序使空气调节器停止的方法中，将较大地损害舒适性。
另外，简单地使压缩机停止、再启动的做法，将不必要地增加空气调节器从停止到启动的次数，而使设置于压缩机与电源之间的继电器等的接点寿命报销或带给风扇电机及压缩机的负载增加。并且，因从停止到再启动而在获得稳定的空调能力上要花费时间，所以其间的运行效率将降低而不利于节约能源。
发明内容
本发明的目的在于，解决上述现有技术的问题，根据使用者的电力需求请求即电力消耗的限制，在该限制的范围内最大限度地确保空调能力以使舒适性不受损害。
为了解决上述问题，本发明的技术方案提供一种空气调节器，用液体连接配管及气体连接配管连接具有多台压缩机、四通阀、热源侧热交换器、室外膨胀装置、室外送风机的室外机和具有电动膨胀阀、使用侧热交换器、室内送风机的多台室内机，并对上述压缩机的运行频率进行控制，其中：上述多台压缩机至少具有一台可变容量式压缩机，并预先设定电力消耗的上限值，当上述空气调节器的运行中的电流比基于上述上限值的电流值大时，使上述多台压缩机中的至少一台的运行频率以预定控制幅度逐次降低；在虽然成为上述运行频率的下限值但上述空气调节器的运行中的电流也比基于上述电力消耗的上限值的电流值大时，使其他的上述压缩机的运行台数减少。
另外，对于上述空气调节器，优选的是：上述多台压缩机具有可变容量式压缩机和固定容量式压缩机，当上述空气调节器的运行中的电流比基于上述上限值的电流值大时，使上述可变容量式压缩机的运行频率降低，之后减少上述固定容量式压缩机的运行台数。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：上述多台压缩机具有可变容量式压缩机和固定容量式压缩机，当上述空气调节器的运行中的电流比基于上述上限值的电流值大时，使上述可变容量式压缩机的运行频率降低，之后在进行一定时间待机后减少上述固定容量式压缩机的运行台数。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：当使运行频率降低了的一台上述压缩机的上述运行频率成为下限值，其他的上述压缩机全部停止了时，进行运行停止处理。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：在预先设定电力消耗的上限值后使上述空气调节器运行时，使上述电动膨胀阀的开度与未设定电力消耗的上限值时的电动膨胀阀的开度相比要小。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：上述多台室内机被赋予优先顺序，优先顺序越高的室内机使上述电动膨胀阀的开度越大。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：上述多台室内机被赋予优先顺序，将该优先顺序显示为电力需求等级。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：设置多台上述空气调节器，对多台中的至少一台预先设定电力消耗的上限值后运行，使设定上限值后运行的上述空气调节器依次进行运转。
进而，对于上述空气调节器，优选的是：设置多台上述空气调节器，显示预先设定电力消耗的上限值并处于运行中。
根据本发明，就能够在设定了电力消耗的上限的基础上充分确保空调能力，所以能够谋求电力消耗的降低而不会损害舒适性。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的制冷循环的框图。
图2是表示本发明的一个实施方式的压缩机的运行方法的流程图。
图3是表示本发明的一个实施方式的电动阀的控制方法的流程图。
图4是表示本发明的一个实施方式的室内遥控器的正视图。
图5是表示本发明的一个实施方式的多台空气调节器的控制方法的图表。
图6是表示本发明的一个实施方式的电力需求实施中的显示的正视图。
具体实施方式
为了使电力消耗降低，就需要依照负载变动使压缩机容量变化。但仅简单地使压缩机的容量减小，就无法取得应降低的电力消耗和必要的空调能力的平衡，将会使制冷剂循环量大大减少并招致可靠性的降低。
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
在图1中，室外机13具备用变换器(inverter)使运行频率可变地进行控制的可变容量式压缩机1、固定容量式压缩机2，各压缩机并联地连接到四通阀3。四通阀3配管连接到热源侧热交换器4，并从热源侧热交换器4通过室外膨胀装置5连接到制冷剂量调节器7。另外，6是对通往热源侧热交换器4的流路进行切换的电动阀，8是向热源侧热交换器4进行送风的室外送风机。
进而，9是电动膨胀阀，10是使用侧热交换器，11是室内送风机，并构成室内机12，室内机12用液体连接配管14、气体连接配管15连结到室外机13，使可变容量式压缩机1、固定容量式压缩机2、室外送风机8、室内送风机11运行并与空气进行热交换以进行室内的空气调节。
接着，说明本实施方式的动作。
在冷气运行时，制冷剂沿图中实线箭头的方向流动，从可变容量式压缩机1、固定容量式压缩机2排出的气体制冷剂通过四通阀3后在由多条制冷剂通路构成的热源侧热交换器4中进行冷凝。被冷凝后的制冷剂进入制冷剂量调节器7，由制冷剂量调节器7导出的液体制冷剂在连接室外机13与室内机12的液体连接配管14中因与配管长度相应的压力损失而成为气液二相流后进入电动膨胀阀9。
电动膨胀阀9是可设定任意的节流量的膨胀装置，由电动膨胀阀9减压后的制冷剂被送往作为蒸发器的使用侧热交换器10，进行蒸发使室内空气冷却。蒸发后的制冷剂通过气体连接配管15返回到压缩机1、2的吸入侧。
在暖气运行时，借助于四通阀3的切换，制冷剂沿着图中虚线箭头的方向流动，从可变容量式压缩机1、固定容量式压缩机2排出的制冷剂通过四通阀3、气体连接配管15，在使用侧热交换器10中进行放热后冷凝，以进行室内制暖。
冷凝液用电动膨胀阀9进行节流膨胀，经液体连接配管14内作为气液二相流被输送到室外机13，因液体连接配管14的压力损失而进一步成为较大干燥度的制冷剂被送往热源侧热交换器4。被送到热源侧热交换器4的制冷剂进行蒸发而成为干燥度较大的状态，并通过四通阀3返回到可变容量式压缩机1以及固定容量式压缩机2。
在冷气运行时对电动膨胀阀9进行控制，在暖气工作时对电动膨胀阀5进行控制，以使得可变容量式压缩机1、固定容量式压缩机2的吸入侧稍微有些过热度，由此就不会成为湿压缩而在效率低劣的状态中进行运行。
图2表示在对电力消耗进行了限制时，对压缩机进行台数控制的流程图。通过由变换器使可变容量式压缩机1的运行频率可变地进行容量控制、并与固定容量式压缩机2相组合进行运行来控制压缩机运行容量，以使得不超过事先设定的耗电量。
可变容量式压缩机1和固定容量式压缩机2，用变流器来计测电流值、或者用压力传感器来检测高压压力和低压压力后根据针对容量的函数或表值来推定运行电流，将运行中的空气调节器的总电流值传送到控制电路。
在图2中，接收电力需求信号(步骤16)，当电力消耗限制控制因外部输入信号或事先设定的时间等而成为有效时，在步骤17、18中比较相当于限制电力消耗的电流值I1和运行中的空气调节器电流I2，在I1＜I2的情况下进入步骤19。
当在步骤19中可变容量式压缩机1的容量可变值Hz不是容量可变下限值Hzmin时，则在步骤20中以容量可变值的单位时间的控制幅度ΔHz使可变容量式压缩机的运行容量减少直到成为I1≥I2为止。并且，当在步骤19中虽然Hz＝Hzmin但I1＜I2时，则在步骤21中使固定容量式压缩机的台数从当前的运行台数n减少1台。
在步骤20中，即使降低因可变容量式压缩机1的运行引起的制冷剂循环量，运行电流的减少也存在时间上的滞后。因此，当在步骤19中Hz＝Hzmin时，并非立即使台数减少而是进行大约30秒～1分钟左右的一定时间的待机，使电流值的变化更为平滑。
通过反复进行上述控制直到成为I1≥I2为止，就成为电力消耗的限制范围内的运行。此外，当在步骤21中容量可变值Hz等于容量可变下限值Hzmin且固定容量式压缩机当前的台数全部停止了的情况下，在步骤23中进行运行停止处理、再次启动由此来防止超过限制电力消耗的运行。
固定容量式压缩机2不同于可变容量式压缩机1，通过增减运行台数来进行运行电流的控制，所以相对于可变容量式压缩机1具有不连续的控制性。因此，通过减少固定容量式压缩机2的台数，使I2暂时大大低于I1。从而，在步骤26中使可变容量式压缩机1的容量相应增加容量可变值的单位时间的控制幅度ΔHz直到在步骤24中成为I1-ΔI1＝I2为止。ΔI1是取决于空气调节器的容量或可变容量式压缩机1的可变幅度的控制常数。
空气调节器的总电流值因工作负载和周围温度的变化而下降，当在步骤18中成为I1＞I2时，在步骤26中增加可变容量式压缩机1的容量。当在步骤25中可变容量式压缩机1的可变值Hz成为最大值Hzmax，且由于将固定容量式压缩机2的运行台数n增加1台而使预想电流I3成为I1≥I3的情况下，则在步骤27中将固定容量式压缩机2的运行台数n增加1台。并且，在I1＜I3的情况下，则不使运行台数变化。
上述控制即使在全部为可变容量式压缩机1、或者全部由固定容量式压缩机2构成的情况下都同样地进行。虽然在由固定容量式压缩机2构成全部压缩机的情况下，不能如可变容量式压缩机1那样进行连续的容量控制，但是，与使用可变容量式压缩机1的情况相比能够使其低廉。
另外，在上述控制实施时制冷剂循环量降低，利用膨胀装置的效果就变小，所以向压缩机的吸入压力容易上升。因此，容易产生压缩机排出压力与吸入压力的比率变小、循环油向压缩机的供给降低等问题。因此，在限制了上限电力消耗的状态下，设置可设定为任意的节流量的具有可变节流机构的膨胀装置(电动膨胀阀)，并按相当于循环量降低量相应地对膨胀装置的开度进行节流，其中，该膨胀装置与连接在空气调节器上的使用侧热交换机连接。据此，就能够抑制压缩机吸入压力的上升。
进而，膨胀装置的节流量相对于空气调节器整体的制冷剂循环量，其直接作用于被分配给各个室内机的制冷剂量，所以膨胀装置的开度越大就流过更多的制冷剂，并与空调能力成比例。因此，根据事先的电力需求设定对使空调能力优先的室内机不使膨胀装置的节流量变化，或者根据其他的电力需求设定，与空调能力优先度较低的室内机相比使节流幅度变小，借此，在有限的电力消耗中获得与电力需求设定相应的空调能力，可兼顾空气调节器的可靠性与电力消耗的降低而不会损害舒适性。
图3表示对电力需求控制中的膨胀装置的节流量进行控制的流程图。
在步骤29中当限制上限电力消耗的电力需求控制为有效时，如图2所述那样，使压缩机的容量减少并降低制冷剂循环量。但是，与通常的制冷剂循环量相比较而言，由电动膨胀阀9减压后的制冷剂其节流量相对减少，所以在步骤30中按ΔV进一步对电动膨胀阀9进行节流，以使制冷循环稳定。但是，流经室内机12的制冷剂循环量也相对减少，空调能力变低，所以在预先所设置的室内机间设定根据电力需求设定的优先顺序，来消除因空气调节器整体的空调能力的降低所导致的各室内的舒适性的下降。
通常，在如步骤31那样合计全部室内机后需要ΔV的节流量的情况下，则ΔV根据各个室内机电动膨胀阀9的容量、设定温度及室内温度等从ΔV1i到ΔV1n对节流量进行分配。于是，在步骤32中确定按电力需求设定所定义的能力优先顺序、即系数Ki，并在室内机间根据空调能力的优先顺序进行再分配。也就是，对考虑了空调能力的优先顺序的节流量ΔV2i进行设定使其满足ΔV2i＝Ki×ΔV1i，从而获得在使用者的舒适性上最好的空调能力。在步骤33中使ΔV2i乘以由k＝ΔV/(∑ΔV2i)所定义的修正系数k使得被指令给各室内机的节流量ΔVi的总和成为ΔV。
通过上述处理，就能够抑制使压缩机容量降低所导致的压缩机吸入压力的上升，即使在电力消耗限制时也能够兼顾可靠性和舒适性。
图4中表示在室内机遥控器34的显示部上显示出电力需求控制实施中的例子，将在图3所说明的电力消耗的限制中各室内机的优先顺序设为电力需求等级，并显示为等级5的数字和能力的柱形图。借此，使用者就能够使基于室内机的当前的工作状态的空调能力与电力需求等级及体感温度关联起来，并可通过调整电力需求等级以实现每个使用者都具有舒适性的运行。
在设置了多台具有能够设定电力消耗的上限的功能的空气调节器的情况下，为了限制空调设备整体的上限，各个设定电力消耗的上限值，并进行设定以使得上限电力消耗的合计值低于空调设备整体的电力消耗的限制值即可。在此情况下，由于在空调设备整体实施降低制冷剂循环量的控制，所以有时在电力消耗限制的实施中就会损害舒适性。此外，在各个空气调节器中限制电力消耗的情况下，上限电力消耗与实际的工作电力消耗之间的误差就会累积起来，若空调设备较大、设置台数较多则误差就会扩大。此时，根据预先设定的时间和顺序使限制上限电力消耗的空气调节器依次运转。
图5中表示在设置多台空气调节器并使限制电力消耗的空气调节器依次运转时的运行方法，以任意的设定时间使实施电力需求控制的空气调节器和不实施电力需求控制的空气调节器进行运转以使得优先顺序低的室内机的能力不会降低，来谋求空调设备整体的电力消耗的降低。具体而言，在不实施电力需求控制时，如图5的左侧所示，电力消耗成为电力需求无效时的值，之后，多台中的第一台进行电力消耗限制，也就是使电力需求设定有效，此时的电力消耗在图5中成为电力需求有效时的值。接着，在预定时间后(ΔT时间)使第一台的电力需求设定无效，使第二台的电力需求设定有效。接下来，依次反复进行电力需求设定的无效和有效。
图6表示在电力需求控制实施中的室外机上显示实施中的例子。在室外机35的正面的易于观察的位置、例如在高度方向的中央靠上的部分的侧端部上设置显示板36，在显示板36上分别通过点亮或闪烁、熄灭，由上而下区别显示通常运行中、电力需求控制中、基于图5所述的运转控制的电力需求控制待机中的各控制状态。借此，进行检修和保养服务的操作人员就能够容易明白地识别出当前的运行状态，有助于检修所需时间的缩短和服务改善。另外，通过将该信息传送到外部集中管理系统等的远程监视装置等，就可使空气调节器的节能运行、节能服务的经营管理变得容易。

Claims (9)

1.一种空气调节器，用液体连接配管及气体连接配管连接具有多台压缩机、四通阀、热源侧热交换器、室外膨胀装置、室外送风机的室外机和具有电动膨胀阀、使用侧热交换器、室内送风机的多台室内机，并对上述压缩机的运行频率进行控制，其特征在于：
上述多台压缩机至少具有一台可变容量式压缩机，并预先设定电力消耗的上限值，当上述空气调节器的运行中的电流比基于上述上限值的电流值大时，使上述多台压缩机中的至少一台的运行频率以预定控制幅度逐次降低；
在虽然成为上述运行频率的下限值但上述空气调节器的运行中的电流也比基于上述电力消耗的上限值的电流值大时，使其他的上述压缩机的运行台数减少。
2.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
上述多台压缩机具有可变容量式压缩机和固定容量式压缩机，当上述空气调节器的运行中的电流比基于上述上限值的电流值大时，使上述可变容量式压缩机的运行频率降低，之后减少上述固定容量式压缩机的运行台数。
3.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
上述多台压缩机具有可变容量式压缩机和固定容量式压缩机，当上述空气调节器的运行中的电流比基于上述上限值的电流值大时，使上述可变容量式压缩机的运行频率降低，之后在进行一定时间待机后减少上述固定容量式压缩机的运行台数。
4.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
当使运行频率降低了的一台上述压缩机的上述运行频率成为下限值，其他的上述压缩机全部停止了时，进行运行停止处理。
5.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
在预先设定电力消耗的上限值后使上述空气调节器运行时，使上述电动膨胀阀的开度与未设定电力消耗的上限值时的电动膨胀阀的开度相比要小。
6.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
上述多台室内机被赋予优先顺序，优先顺序越高的室内机使上述电动膨胀阀的开度越大。
7.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
上述多台室内机被赋予优先顺序，将该优先顺序显示为电力需求等级。
8.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
设置多台上述空气调节器，对多台中的至少一台预先设定电力消耗的上限值并运行，使设定上限值后运行的上述空气调节器依次进行运转。
9.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于：
设置多台上述空气调节器，预先设定电力消耗的上限值并显示处于运行中。
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