JP2003004312A

JP2003004312A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2003004312A
Application number: JP2001193462A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Yoshida; 康孝吉田; Takatsugu Kubota; 崇嗣久保田; Satoru Yoshida; 悟吉田; Yoshiki Hata; 良樹畑
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP3937065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の圧縮機の温度を所定の範囲内に保つこ
とができる空気調和装置を提供する。【解決手段】本発明の空気調和装置１は、圧縮機２
４、２６が並列に複数台接続され冷媒７が循環する循環
流路８、３４と、循環流路８、３４に設けられた膨張弁
１６、３８と、圧縮機２４、２６内を通流する冷媒７の
温度を検出する温度検出器２７、２８とを備え、温度検
出器２７、２８により検出された検出温度に重みを掛け
合わせた重み付き平均により算出された代表温度が設計
温度になるように膨張弁の開度を制御する制御装置を設
けたことにより、圧縮機２４、２６の温度を一律に運転
に支障を与えない範囲に保つことができ、空気調和装置
の信頼性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に係
り、特に、複数の圧縮機を備えた空気調和装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】室内機を複数台設けた構成にするなどの
負荷の増大に対応するために、冷媒を搬送する圧縮機が
複数並列に設けられた構成の空気調和装置が知られてい
る。これらの空気調和装置に設けられた圧縮機の温度が
高くなると、例えば、圧縮機のモーターのコイルなどが
熱により劣化する場合がある。また逆に、圧縮機内の冷
媒の温度が低くなると、圧縮機内の冷凍機油の粘度が低
下して圧縮機が破損したり、冷媒が液化して液圧縮をお
こし圧縮機が故障する場合がある。このため、圧縮機の
温度、圧縮機に流入する冷媒の温度である吸入温度、及
び圧縮機から吐出する冷媒の温度である吐出温度など
を、圧縮機の運転に支障を与えない所定の温度範囲、つ
まり許容温度範囲内に保つ必要がある。

【０００３】従来、このような構成の空気調和装置で
は、例えば、特開平6-272972号公報に示すように、複数
の圧縮機の温度をそれぞれ検出し、検出した温度の算術
平均により算出された圧縮機の代表温度が、圧縮機を問
題なく運転できる最適な温度、つまり設計温度になるよ
うに、冷媒が循環する冷凍サイクルの全体の圧力を制御
する膨張弁の開度を調整し、冷媒の圧力を変化させるこ
とで圧縮機へ流入する冷媒の温度を変化させている。こ
れにより、複数の圧縮機の温度を一律に、つまり、全て
の圧縮機の温度制御を均等に行うことで許容温度範囲内
に保つことができ、モーターの劣化、圧縮機内の冷凍機
油の粘度低下、及び冷媒の液化による液圧縮を抑制して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空気調和装
置の任意の出力を得るために、駆動周波数の異なる定格
圧縮機や、駆動周波数を変化させることができる可変式
圧縮機などを組み合わせて搭載する場合がある。このよ
うな構成とすると、それぞれの圧縮機の駆動周波数に差
が生じる場合があり、駆動周波数の差に伴なって、圧縮
機の温度、吸入温度、及び吐出温度も、それぞれの圧縮
機毎に異なる場合がある。特に、可変式圧縮機は、駆動
周波数を120Hzまで運転することができるものもあり、
これに対して定格圧縮機の駆動周波数は電源周波数と同
様に50Hz程度である。このように、可変式圧縮機と定格
圧縮機との駆動周波数は２倍以上ある場合があり、吐出
温度及び吸入温度も30K以上の差がつく場合がある。

【０００５】しかしながら、従来の制御を行う空気調和
装置では、例えば、一つの圧縮機の温度が算術平均より
突出している場合であっても、算術平均により算出され
た代表温度に基づいて膨張弁を調整することで圧縮機の
温度を制御しているので、圧縮機の温度が許容温度範囲
から外れてしまい、熱によるモーター部品の劣化、冷凍
機油の粘度低下による圧縮機の破損、及び圧縮機内の冷
媒の液化による液圧縮が発生する場合がある。例えば、
吐出温度Tdの制御を行う場合について具体例を挙げて説
明すると、吐出温度Tdの許容温度範囲の上限温度Td_Hを1
10℃、下限温度Td_Lを70℃、圧縮機吐出圧力をPd＝2.1MP
a、圧縮機の最適な吐出温度、つまり吐出設計温度を、
例えば30.6×Pd+25℃＝Td₀＝85.3℃と設定し、１台の可
変圧縮機と３台の定格圧縮機を備えた空気調和装置にお
いて、可変式圧縮機の吐出温度がTd₁＝120℃、他方の定
格圧縮機の吐出温度がTd₂,Td₃,Td₄＝74℃である場合、
従来の算術平均により算出された圧縮機の代表温度はTd
_REP＝（Td₁+Td₂+Td₃+Td₄）/4＝85.5℃となる。

【０００６】このように算出された代表温度Td_REPに基
づいて制御装置は、吐出温度Tdの代表温度Td_REPが吐出
設計温度Td₀であると判断し、この状態を維持する。し
かし、実際には、可変圧縮機の吐出温度Td₁は許容範囲
の上限温度より高い温度なので、モーターが熱により劣
化する場合がある。同様に、可変圧縮機の吐出温度がTd
₁＝60℃、Td₂,Td₃,Td₄＝94℃であるとすると、冷凍機油
の粘度低下による圧縮機の破損や、冷媒が液化して液圧
縮が起きるなどの支障が発生する場合がある。

【０００７】また、複数の圧縮機を全て可変式圧縮機と
することで、それぞれの圧縮機の温度を同程度に保ちつ
つ、任意の出力を得ることもできるが、この場合、全て
の圧縮機に、圧縮機の駆動周波数を調整する、例えばイ
ンバーターなどの装置や、圧縮機の圧縮能力を調整する
減圧装置などを搭載する必要があるため、経済的に好ま
しくない。このため、温度の異なる複数の圧縮機を一律
に制御して所定の温度範囲にすることができる空気調和
装置が求められている。

【０００８】本発明の課題は、空気調和装置に設けられ
た温度の異なる複数の圧縮機の温度を所定の範囲内に保
つことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和装置
は、並列に複数台接続された圧縮機と、室外熱交換器
と、室内熱交換器と、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交
換器間に冷媒を循環させる循環流路と、この循環流路に
設けられ冷媒の温度を調整する膨張弁と、各圧縮機の温
度を検出する温度検出器と、この温度検出器により検出
された各圧縮機の検出温度に基づいて膨張弁の開度を調
整する制御装置とを備え、制御装置は、検出温度の重み
付き平均により圧縮機の現運転時の代表温度を算出し、
この代表温度が、設計温度になるように膨張弁の開度を
制御することにより上記課題を解決する。

【００１０】このような構成とすることにより、複数設
けられた各々の圧縮機の温度を検出し、検出した温度
を、重み付き平均の式、例えば、式（１）及び（２）に
示すような重み付き平均の式に代入し、各圧縮機の重み
を増減させることで代表温度の調整を行うことができ
る。これにより、圧縮機の代表温度を所定の圧縮機の温
度に近づけることができ、つまり、所定の圧縮機に重点
を置いた圧縮機の代表温度を算出することができ、その
代表温度に基づいて膨張弁の開度を調整することができ
るので、従来に比べて所定の圧縮機の温度を容易に調整
することができる。また、式（１）では、代表温度をT
_REP、検出温度をT1,T2,T3、重みをw1,w2,w3とする。

【００１１】

【数１】同様に、式（２）では、代表温度をT_REP、検出温度をT
1,T2,T3、重みをw1,w2,w3とする。

【００１２】

【数２】したがって、例えば、一つの圧縮機ｉの温度が、他の圧
縮機の温度の算術平均より突出している場合に、その平
均的でない、つまり、設計温度T₀との温度差が比較的大
きい圧縮機ｉの重みwｉを増加させて代表温度T_REPを算
出することができる。これにより、制御装置が代表温度
T_REPを設計温度T₀に近づくように膨張弁を制御すること
で、平均的でない圧縮機の温度Tｉを考慮した制御を行
うことができる。

【００１３】さらに、制御装置は、検出温度の最大値と
最小値との重み付き平均により代表温度を算出し、最大
値が圧縮機の許容温度の上限を上回った場合に最大値に
掛け合わせる重みを増加させ、最小値が圧縮機の許容温
度の下限を下回った場合に最小値に掛け合わせる重みを
増加させる構成とすることができる。このような構成と
することにより、検出温度の最大値が所定の温度範囲の
上限である上限温度を上回った場合に、最大値の重みを
増加させ、検出温度の最小値が所定の温度の下限である
下限温度を下回った場合に最小値の重みを増加させるこ
とができるため、許容温度範囲から外れた圧縮機の温度
に圧縮機の代表温度を近づけることができる。これによ
り、制御装置が、代表温度を設計温度になるように膨張
弁の開度を調整することで、許容温度範囲から外れた圧
縮機の温度を所定の範囲内に保つことができる。

【００１４】また、本発明の空気調和装置は、並列に複
数台接続された圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換
器と、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器間に冷媒を
循環させる循環流路と、この循環流路に設けられ冷媒の
温度を調整する膨張弁と、各々の圧縮機の温度を検出す
る温度検出器と、この温度検出器により検出された各圧
縮機の検出温度に基づいて膨張弁の開度を調整する制御
装置とを備え、制御装置は、温度検出器により検出され
た各圧縮機の検出温度の最大値及び最小値の差が所定の
温度幅未満の場合、検出温度の算術平均により圧縮機の
現運転時の代表温度を算出し、この代表温度が、最適な
温度である設計温度になるように膨張弁の開度を制御す
る。一方、最大値及び最小値の差が所定の温度幅以上で
ある場合、制御装置は、最大値が圧縮機の許容温度の上
限を上回っているならば最大値に掛け合わせる重みを増
加させ、最小値が圧縮機の許容温度の下限を下回ってい
るならば最小値に掛け合わせる重みを増加させた最大値
及び最小値の重み付き平均により現運転時の代表温度を
算出し、この代表温度が、設計温度になるように膨張弁
の開度を制御する構成とすることができる。

【００１５】このような構成とすることにより、最大値
と最小値との温度差が、所定の温度幅、例えば、設計温
度と上限温度との温度差、もしくは設計温度と下限温度
との温度差より小さくなる場合に、算術平均により代表
温度を算出することができる。つまり、算術平均及び重
み付き平均のいずれの演算によって代表温度を算出して
も代表温度が設計温度になるように膨張弁を制御するこ
とで最大値及び最小値が許容温度範囲内になる場合に、
算術平均により代表温度を算出することができる。これ
により、重み付き平均に比べて多くの圧縮機の温度を設
計温度に近づけることができるので好ましい。

【００１６】さらに、複数の圧縮機の少なくとも１つの
圧縮機が、駆動周波数を変化させることができる可変式
圧縮機である構成とすることができる。また、温度検出
器が、圧縮機の吸入側の冷媒の温度、すなわち吸入温度
を検出する構成とすることができる。このような構成と
することで、圧縮機に流入する冷媒の温度を検出するこ
とができる。これにより、圧縮機内での冷凍機油の粘度
低下や冷媒の液圧縮の発生を比較的検知し易いので好ま
しい。また、温度検出器が、圧縮機の吐出側の冷媒の温
度、すなわち吐出温度を検出する構成とすることができ
る。このような構成とすることで、圧縮機から流出する
冷媒の温度を検出することができる。これにより、圧縮
機の温度の上昇によるモータコイルなどの劣化を比較的
検知し易いので好ましい。

【００１７】

【実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明を適用
してなる空気調和装置の第１の実施形態について図１を
参照して説明する。図１は、本発明の制御装置を備えて
なる空気調和装置の概略構成を示したブロック図であ
る。本発明が適用される空気調和装置１は、室外機３、
室内機５A,５B、制御装置６などで構成されている。

【００１８】室外機３内には、冷媒７が通流する室外循
環流路８が設けられている。室外循環流路８の一端は、
室外機３の外側に設けられた連結部１０に連結され、他
端は、同じく室外機３の外側に設けられた連結部１２に
連結されている。室外循環流路８には、連結部１０から
順次、冷媒量調節器１４、室外膨張弁１６、室外熱交換
器１８、及び四方弁２０が設けられている。また、室外
熱交換器１８には、外気を室外熱交換器１８に送る室外
ファン２２が設けられている。

【００１９】四方弁２０は、A,B,C,Dの四つの開口を有
し、AとB及びCとDを連通させる、もしくは、AとC及びB
とDを連通させる機能を有する。四方弁２０のAの開口に
は室外熱交換器１８が、Dの開口には連結部１２が連結
されている。そして、Bの開口には、アキュムレータ２
３が連結され、アキュムレータ２３には、1台の可変式
圧縮機２４、及び複数の定格圧縮機２６１,２６２,乃至
２６nの吸入側がそれぞれ並列に連結されている。可変
式圧縮機２４、定格圧縮機２６のそれぞれの吐出側は、
四方弁２０のCの開口に並列に連結されている。可変式
圧縮機２４には、圧縮機２４の駆動周波数を調整する、
例えばインバーターなどの周波数調整装置２５が設けら
れている。

【００２０】また、可変式圧縮機２４、定格圧縮機２６
のそれぞれの吸入側には、吸入する冷媒７の温度を検出
する吸入温度検出器２７０,２７１,２７２,乃至２７n
が、吐出側には、吐出される冷媒７の温度を検出する吐
出温度検出器２８０,２８１,２８２,乃至２８nがそれぞ
れ設けられている。さらに、アキュムレータ２３には、
可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６へ流入する冷媒７
の圧力を検出する吸入圧力検出器３０が設けられ、開口
C部には、吐出側の冷媒７の圧力を検出する吐出圧力検
出器３２が設けられている。

【００２１】室内機５A,５Bは、それぞれ、冷媒７が通
流する室内循環流路３４A,３４Bを有している。室内循
環流路３４A,３４Bの一端は、連結部１２に並列に連結
され、室内循環流路３４A,３４Bの他端は、連結部１０
にそれぞれ、つまり並列に連結されている。また、室内
循環流路３４A,３４Bには、連結部１２からそれぞれ順
次、室内熱交換器３６A,３６B、室内膨張弁３８A,３８B
が設けられている。室内熱交換器３６A,３６Bには、室
内ファン４０A,４０Bがそれぞれ設けられている。

【００２２】制御装置６は、室外膨張弁１６、周波数調
整装置２５、吸入温度検出器２７０乃至２７n、吐出温
度検出器２８０乃至２８n、吸入圧力検出器３０、吐出
圧力検出器３２、室内膨張弁３８A,３８B、室外ファン
２２、室内ファン４０A,４０B、熱交換器温度検出器４
２などと配線を通じて電気的に接続されている。制御装
置６は、吐出温度検出器２８０乃至２８n、吐出圧力検
出器３２から検出された値に基づいて吐出温度の代表温
度Td_REPを算出し、代表温度Td_REPが設計温度Td₀になる
ように、室外膨張弁１６、周波数調整装置２５、室内膨
張弁３８A,３８B、を制御して吐出温度の制御を行う構
成になっている。

【００２３】このような構成の本実施形態の空気調和装
置１の動作と本発明の特徴部である制御装置６について
説明する。まず、空気調和装置１の運転が開始される
と、可変式圧縮機２４、及び定格圧縮機２６の駆動が開
始され、その後四方弁２０は、暖房の場合、開口AとB、
CとDとを、冷房の場合、開口AとC、BとDとを連通させ
る。そして吸入側、つまり開口B側の冷媒７を吸込み、
圧縮機内で圧縮して、吐出側、つまり開口C側へ吐出す
る。吸入側の冷媒７は、吸引されることにより圧力が下
がり、圧力に低下に伴ない温度が低下する。吐出側の冷
媒７は、圧縮されることにより圧力が上昇し、圧力の上
昇に伴ない冷媒７の温度が上昇する。このように、温度
が変化した冷媒７が室外機３及び室内機５A,５B間を循
環し、冷房もしくは暖房を行う。

【００２４】その際、制御装置６は、吐出温度検出器２
８０乃至２８n、吐出圧力検出器３２から検出された値
に基づいて吐出温度Tdの代表温度Td_REPを算出し、代表
温度Td_REPが設計温度Td₀になるように、室外膨張弁１
６、周波数調整装置２５、室内膨張弁３８A,３８Bを制
御して吐出温度Tdの制御を行う。具体的には、図２に示
すように、吐出温度検出器２８０乃至２８nが検出した
吐出温度Td（0,1,2,,,,n）（以下Td）を式（３）に代入
する。

【００２５】

【数３】その差ΔTdの最大のΔTdが所定の値εdより小さい場合
には、代表温度Td_REPを各圧縮機から検出した吐出温度T
dの算術平均により求める。最大のΔTdが所定のεdより
大きい場合、つまり、式（３）の状態を逸脱している場
合には、最適な冷凍サイクル運転状態、すなわち許容温
度範囲に対して、高温側で問題があるのか、低温側で問
題があるのかを判断する。つまり、吐出温度Tdの最大値
Td_maxが許容温度範囲の上限温度Td_Hを上回っているの
か、最小値Td_minが許容温度範囲の下限温度Td_Lを下回っ
ているのかを判断する。

【００２６】最大値Td_maxが許容温度範囲の上限温度Td_H
を上回っている場合、Td_minが許容温度範囲の下限温度T
d_Lを十分上回っているか判断し、問題がない場合には、
室外膨張弁１６、室内膨張弁３８A,３８Bを開くことで
可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６１乃至２６nの吐
出温度Tdを下げることができるため、重み付き平均を用
いた式（４）に各圧縮機から検出した吐出温度Tdの最大
値Td_maxと最小値Td_m _inとを代入して、最大値Td_max側に
傾いた、つまり、最大値Td_maxに重点をおいた代表温度T
d_REPを算出する。

【００２７】

【数４】なお、a,bは予め決定されている定数であり、Td_maxは各
圧縮機の吐出温度Tdの最大値、Td_minは各圧縮機の吐出
温度Tdの最小値、cdはTd_maxとTd_minとの差であるΔTdを
関数として0から1まで変化する重みであり、図３に示す
ようにΔTdがa以上である場合に有効になるものとす
る。

【００２８】また、Tdの最大値Td_maxが許容温度範囲の
上限温度Td_Hを上回っており、かつ、Td_minが許容温度範
囲の下限温度Td_Lを十分上回っていない場合、最大値Td
_maxと最小値Td_minとの温度差ΔTd自体が問題であるの
で、最大値Td_maxの圧縮機が可変式圧縮機２４である場
合、駆動周波数を低下させる信号を周波数調整装置２５
へ発信して、可変式圧縮機２４の駆動周波数を低下させ
る。最大値Td_maxの圧縮機が駆動周波数を変化させるこ
とができない定格圧縮機２６である場合は、制御による
問題解決ができないのでハードウェアによる欠陥とみな
し温度上昇に起因するアラームなどの警報を発信する。

【００２９】一方、最小値Td_minが許容温度範囲の下限
温度Td_Lを下回っている場合、吐出温度Td全体を上げる
ことで高い圧縮機が問題あるかどうかを判断し、問題な
い場合は室外膨張弁１６、室内膨張弁３８A,３８Bを閉
じることで可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６１乃至
２６nの吐出温度Tdを上げることができるため、重み付
き平均を用いた式（５）に各圧縮機から検出した吐出温
度Tdの最大値Td_maxと最小値Td_minとを代入して、最小値
Td_min寄りの、つまり、最小値Td_minに重点をおいた代表
温度Td_REPを算出する。

【００３０】

【数５】なお、a,bは予め決定されている定数であり、Td_maxは各
圧縮機の吐出温度Tdの最大値、Td_minは各圧縮機の吐出
温度Tdの最小値、cdがTd_maxとTd_minとの差であるΔTdを
関数として0から1まで変化する重みであり、図３に示す
ようにΔTdがa以上である場合に有効になるものとす
る。

【００３１】また、Tdの最小値Td_minが許容温度範囲の
下限温度Td_Lを下回っており、かつ、Td_maxが許容温度範
囲の上限温度Td_Hを十分下回っていない場合、最大値Td
_maxと最小値Td_minとの温度差ΔTd自体が問題であるの
で、最小値Td_minの圧縮機が可変式圧縮機２４である場
合、駆動周波数を上昇させる信号を周波数調整装置２５
へ発信して、可変式圧縮機２４の駆動周波数を上昇させ
る。最小値Td_minの圧縮機が駆動周波数を変化させるこ
とができない定格圧縮機２６である場合は、制御による
問題解決ができないのでハードウェアによる欠陥とみな
し温度低下に起因する図示していないアラームなどの警
報を発信する。

【００３２】このように、制御装置６は、吐出温度検出
器２８０乃至２８nが検出した検出温度の最大値Td_maxと
最小値Td_minとに重みcd及び（１−cd）をそれぞれ掛け
合わせた重み付き平均式（４、５）により代表温度Td
_REPを算出し、最大値Td_maxが所定の上限温度Td_Hを上回
った場合に最大値Td_maxの重みを増加させ、最小値Td_min
が所定の下限温度Td_Lを下回った場合に最小値Td_minの重
みを増加させることにより、許容温度範囲から外れた圧
縮機の温度に代表温度Td_REPを近づけることができる。
これにより、制御装置６は、許容温度範囲から外れた圧
縮機の温度へ移動した代表温度Td_REPが設計温度Td₀にな
るように室外膨張弁１６及び室内膨張弁３８A,３８Bの
開度を調整して、複数の圧縮機２４、２６１乃至２６n
の吐出温度Tdを所定の範囲内に保つことができる。

【００３３】また、室外膨張弁１６及び室内膨張弁３８
A,３８Bの開度の調整により、各圧縮機の吐出温度Tdを
調整することができない場合には、警報による報知を行
うので高温によるモーターの劣化や低温による液圧縮の
発生を防止することができ、空気調和装置１の信頼性を
向上させることができるので好ましい。さらに、吐出温
度検出器２８０乃至２８nが検出した検出温度の最大値T
d_max及び最小値Td_minの差ΔTdが所定の値εdより小さい
場合には、代表温度Td_REPを各圧縮機から検出した吐出
温度Tdの算術平均により求めることができる。これによ
り、算術平均及び重み付き平均のいずれの演算によって
代表温度Td_REPを算出しても代表温度Td_R _EPが設計温度Td
₀になるように室外膨張弁１６及び室内膨張弁３８A,３
８Bを制御することで最大値Td_max及び最小値Td_minが許
容温度範囲内になる場合には、算術平均により代表温度
を算出することができる。つまり、算術平均と重み付き
平均のどちらを用いてもよい場合は、算術平均を用いて
数の多い圧縮機の温度に重点を置いて代表温度を算出す
ることができ、重み付き平均に比べて多くの圧縮機の温
度を設計温度に近づけることができるので好ましい。

【００３４】また、本実施形態では吐出温度Td、すなわ
ち、圧縮機から流出する冷媒の温度を検出することがで
きるので、可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６１乃至
２６nの温度の上昇によるモータコイルなどの劣化を比
較的検知し易いので好ましい。

【００３５】さらに、式（４）に換えて、最大値Td_max
が許容温度範囲の上限温度Td_Hを上回り、かつ、ΔTdがa
以下の場合に、式（６）と、ΔTdがaより大きい場合
に、式（７）とすることができる。

【００３６】

【数６】

【００３７】

【数７】同様に、式（５）に換えて、最小値Td_minが許容温度範
囲の下限温度Td_Lを下回り、かつ、ΔTdがa以下の場合
に、式（８）と、ΔTdがaより大きい場合に、式（９）
とすることができる。

【００３８】

【数８】

【００３９】

【数９】このように、温度差ΔTdがa以下である場合には、算術
平均によりTd_REP算出し、温度差ΔTdがaを越えた場合に
は、重み係数cd、（１−cd）を用いる構成とすることが
できる。これにより、算術平均及び重み付き平均のいず
れの演算によって代表温度Td_REPを算出しても代表温度T
d_REPが設計温度Td₀になるように室外膨張弁１６及び室
内膨張弁３８A,３８Bを制御することで最大値Td_max及び
最小値Td _minが許容温度範囲内になる場合には、算術平
均により代表温度を算出することができる。つまり、算
術平均と重み付き平均のどちらを用いてもよい場合は、
算術平均を用いて代表温度Td_REPを算出することで数の
多い圧縮機の吐出温度Tdに重点を置いて代表温度Td_REP
を算出することができることから、重み付き平均に比べ
て多くの圧縮機の吐出温度Tdを設計温度Td₀に近づける
ことができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる
ので好ましい。

【００４０】なお、以上の操作をフローチャートで表し
たものが図２である。これを元に説明すると、まず現在
の圧縮機２４、２６１乃至２６nの運転が吐出温度Tdの
最大値Td_maxと最小値Td_minとの差ΔTdの観点から問題な
いかを判断する（ステップ１）。次に問題があると判断
された場合、それが高温側である最大値Td_maxが上限温
度Td_H以上であるか判断する。（ステップ２）。高温側
で問題があると判断された場合は、さらに温度を低下さ
せた場合に、低温側で問題ないか、つまり低温側で裕度
があるかを判断する（ステップ３）。

【００４１】低温側で問題ないと判断された場合、代表
温度Td_REPを高温側に重点をおいた値とする（ステップ
４）。温度差ΔTdが問題である時、低温側である最小値
Td_mi _nが下限温度Td_L以下であるか判断する。（ステップ
５）低温側で問題があると判断された場合は、さらに温
度を上昇させた場合に、高温側で問題ないか、つまり高
温側で裕度があるかを判断する（ステップ６）。高温側
で問題ないと判断された場合に、低温側に重点をおいた
代表温度Td_REPとする（ステップ７）。

【００４２】高温側、あるいは低温側で問題があると判
断されたにもかかわらず（ステップ２、ステップ５）逆
の温度側で裕度がない場合、温度差ΔTd自体が問題ある
ということになり、もし能力など駆動周波数を下げても
よい条件を満たした場合（ステップ８）、可変式圧縮機
２４の駆動周波数を低下、もしくは、上昇させる（ステ
ップ９）。可変式圧縮機２４の駆動周波数を低下するこ
とが出来ない場合、異常運転とみなし、空気調和装置１
の運転を停止させる（ステップ１０）。現在の運転に温
度差ΔTdの問題がないと判断された場合、温度Tdは従来
の手法、例えば算術平均値を代表温度Td_REPとする（ス
テップ１１）。代表温度Td_REPを決定した後は、それぞ
れの空気調和装置１に搭載している制御方法で、操作器
（室外膨張弁１６、室内膨張弁３８A,３８B）を操作す
る（ステップ１２）。

【００４３】（第２の実施形態）以下、本発明を適用し
てなる空気調和装置の第２の実施形態について図４を参
照して説明する。図４は、本発明の制御装置を備えてな
る空気調和装置の概略構成を示したブロック図である。
なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のものに
は同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相
違する構成及び特徴部などについて説明する。本実施形
態は、第１の実施の形態が吐出温度Tdについて制御を行
っているのに対して、吸入温度Tsについて制御を行うも
のである。

【００４４】ところで、圧縮機の冷凍機油の粘度低下防
止や液圧縮防止、しめり度調整の観点から、圧縮機の吸
入温度Tsを制御量として制御している空気調和装置も多
い。特に、液冷媒を圧縮機に直接注入する液インジェク
ションタイプの空気調和装置ではインジェクション量を
調整するために圧縮機吸入温度Tsを制御量とすることが
多い。しかしながら、上記第１の実施の形態で吐出温度
Tdの制御について説明したように、駆動周波数可変式圧
縮機と定格圧縮機との周波数は倍以上異なることがあ
り、これに伴ない吸入温度Tsも10k以上異なることがあ
る。そこで、本実施形態の制御装置６６は、吸入温度検
出器２７０乃至２７n、吸入圧力検出器３０から検出さ
れた値に基づいて吸入温度Tsの代表温度Ts_REPを算出
し、代表温度Ts_REPが設計温度Ts₀になるように、室外膨
張弁１６、周波数調整装置２５、室内膨張弁３８A,３８
B、を制御して吸入温度Tsの制御を行う構成になってい
る。

【００４５】このような構成の本実施形態の空気調和装
置６１の動作と本発明の特徴部である制御装置６６につ
いて説明する。まず、空気調和装置６１の運転が開始さ
れると、可変式圧縮機２４、及び定格圧縮機２６の駆動
が開始され、その後、四方弁２０は、暖房の場合、開口
AとB、CとDとを、冷房の場合、開口AとC、BとDとを連通
させる。そして、吸入側、つまり開口B側の冷媒７を吸
込み、圧縮機内で圧縮して、吐出側、つまり開口C側へ
吐出する。吸入側の冷媒７は、吸引されることにより圧
力が下がり、圧力に低下に伴ない温度が低下する。吐出
側の冷媒７は、圧縮されることにより圧力が上昇し、圧
力の上昇に伴ない冷媒７の温度が上昇する。このよう
に、温度が変化した冷媒７が室外機３及び室内機５A、
５B間を循環し、冷房もしくは暖房を行う。

【００４６】その際、制御装置６６は、吸入温度検出器
２７０乃至２７n、吸入圧力検出器３０から検出された
値に基づいて吸入温度Tsの代表温度Ts_REPを算出し、代
表温度Ts_REPが設計温度Ts₀になるように、室外膨張弁１
６、周波数調整装置２５、室内膨張弁３８A,３８Bを制
御して吸入温度Tsの制御を行う。具体的には、図２に示
すように、吸入温度検出器２７０乃至２７nが検出した
吸入温度Ts（0,1,2,,,,n）（以下Ts）を式（１０）に代
入する。

【００４７】

【数１０】その差ΔTsの最大のΔTsが所定の値εsより小さい場合
には、代表温度Ts_REPを各圧縮機から検出した吸入温度T
sの算術平均により求める。最大のΔTsが所定のεsより
大きい場合、つまり、式（１０）の状態を逸脱している
場合には、最適な冷凍サイクル運転状態、すなわち許容
温度範囲に対して、高温側で問題があるのか、低温側で
問題があるのかを判断する。つまり、吸入温度Tsの最大
値Ts_maxが許容温度範囲の上限温度Ts_Hを上回っているの
か、最小値Ts_minが許容温度範囲の下限温度Ts_Lを下回っ
ているのかを判断する。

【００４８】最大値Ts_maxが許容温度範囲の上限温度Ts_H
を上回っている場合、Ts_minが許容温度範囲の下限温度T
s_Lを十分に上回っているか判断し、問題がない場合に
は、室外膨張弁１６、室内膨張弁３８A,３８Bを閉じる
ことで可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６１乃至２６
nの吸入温度Tsを下げることができるため、重み付き平
均を用いた式（１１）に各圧縮機から検出した吸入温度
Tsの最大値Ts_maxと最小値Ts_minとを代入して、最大値Ts
_max側に傾いた、つまり、最大値Ts_maxに重点をおいた代
表温度Ts_REPを算出する。

【００４９】

【数１１】なお、e,fは予め決定されている定数であり、Ts_maxは各
圧縮機の吸入温度Tsの最大値、Ts_minは各圧縮機の吸入
温度Tsの最小値、csはTs_maxとTs_minとの差であるΔTsを
関数として0から1まで変化する重みであり、図３に示す
ようにΔTsがe以上である場合に有効になるものとす
る。

【００５０】また、Tsの最大値Ts_maxが許容温度範囲の
上限温度Ts_Hを上回っており、かつ、Ts_minが許容温度範
囲の下限温度Ts_Lを十分上回っていない場合、最大値Ts
_maxと最小値Ts_minとの温度差ΔTs自体が問題であるの
で、最大値Ts_maxの圧縮機が可変式圧縮機２４である場
合、駆動周波数を低下させる信号を周波数調整装置２５
へ発信して、可変式圧縮機２４の駆動周波数を低下させ
る。最大値Ts_maxの圧縮機が駆動周波数を変化させるこ
とができない定格圧縮機２６である場合は、制御による
問題解決ができないのでハードウェアによる欠陥とみな
し温度上昇に起因するアラームなどの警報を発信する。

【００５１】一方、最小値Ts_minが許容温度範囲の下限
温度Ts_Lを下回っている場合、吸入温度全体を上げるこ
とで高い圧縮機が問題あるかどうかを判断し、問題ない
場合は室外膨張弁１６、室内膨張弁３８A,３８Bを閉じ
ることで可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６１乃至２
６nの吸入温度Tsを上げることができるため、重み付き
平均を用いた式（１２）に各圧縮機から検出した吸入温
度Tsの最大値Ts_maxと最小値Ts_minとを代入して、最小値
Ts_min寄りの、つまり、最小値Ts_minに重点をおいた代表
温度Ts_REPを算出する。

【００５２】

【数１２】なお、e,fは予め決定されている定数であり、Ts_maxは各
圧縮機の吸入温度Tsの最大値、Ts_minは各圧縮機の吸入
温度Tsの最小値、csがTs_maxとTs_minとの差であるΔTsを
関数として0から1まで変化する重みであり、図３に示す
ようにΔTsがe以上である場合に有効になるものとす
る。

【００５３】また、Tsの最小値Ts_minが許容温度範囲の
下限温度Ts_Lを下回っており、かつ、Ts_maxが許容温度範
囲の上限温度Ts_Hを十分下回っていない場合、最大値Ts
_maxと最小値Ts_minとの温度差ΔTs自体が問題であるの
で、最小値Ts_minの圧縮機が可変式圧縮機２４である場
合、駆動周波数を上昇させる信号を周波数調整装置２５
へ発信して、可変式圧縮機２４の駆動周波数を上昇させ
る。最小値Ts_minの圧縮機が駆動周波数を変化させるこ
とができない定格圧縮機２６である場合は、制御による
問題解決ができないのでハードウェアによる欠陥とみな
し温度低下に起因する図示していないアラームなどの警
報を発信する。

【００５４】このように、制御装置６６は、吸入温度検
出器２７０乃至２７nが検出した検出温度の最大値Ts_max
と最小値Ts_minとに重みcs及び（１−cs）をそれぞれ掛
け合わせた重み付き平均式（４、５）により代表温度Ts
_REPを算出し、最大値Ts_maxが所定の上限温度Ts_Hを上回
った場合に最大値Ts_maxの重みを増加させ、最小値Ts_mi _n
が所定の下限温度Ts_Lを下回った場合に最小値Ts_minの重
みを増加させることにより、許容温度範囲から外れた圧
縮機の温度に代表温度Ts_REPを近づけることができる。
これにより、制御装置６６は、許容温度範囲から外れた
圧縮機の温度へ移動した代表温度Ts_REPが設計温度Ts₀に
なるように室外膨張弁１６及び室内膨張弁３８A,３８B
の開度を調整して、複数の圧縮機２４、２６１乃至２６
nの吸入温度Tsを所定の範囲内に保つことができる。さ
らに、個々の圧縮機２４、２６に、圧縮機の駆動周波数
を調整する、例えばインバーターなどの装置や、圧縮機
の圧縮能力を調整する減圧装置などを搭載する必要がな
いため、経済的に好ましい。

【００５５】また、室外膨張弁１６及び室内膨張弁３８
A,３８Bの開度の調整により、各圧縮機の吸入温度Tsを
調整することができない場合には、警報による報知を行
うので高温によるモーターの劣化や低温による冷凍機油
の粘度低下、液圧縮の発生を防止することができ、空気
調和装置６１の信頼性を向上させることができるので好
ましい。さらに、吸入温度検出器２７０乃至２７nが検
出した検出温度Tsの最大値Ts_max及び最小値Ts_minの差Δ
Tsが所定の値εsより小さい場合には、代表温度Ts_REPを
各圧縮機から検出した吸入温度Tsの算術平均により求め
ることができる。

【００５６】これにより、算術平均及び重み付き平均の
いずれの演算によって代表温度Ts_RE _Pを算出しても代表
温度Ts_REPが設計温度Ts₀になるように室外膨張弁１６及
び室内膨張弁３８A,３８Bを制御することで最大値Ts_max
及び最小値Ts_minが許容温度範囲内になる場合には、算
術平均により代表温度Ts_REPを算出することができる。
つまり、算術平均と重み付き平均のどちらを用いてもよ
い場合は、算術平均を用いて数の多い圧縮機の温度に重
点を置いて代表温度Ts_REPを算出することができ、重み
付き平均に比べて多くの圧縮機の温度を設計温度Ts₀に
近づけることができるので好ましい。

【００５７】また、本実施形態では吸入温度Ts、すなわ
ち、圧縮機に流入する冷媒の温度を検出することができ
るので、可変式圧縮機２４及び定格圧縮機２６１乃至２
６n内で発生する冷凍機油の粘度低下や液圧縮を比較的
検知し易いので好ましい。

【００５８】さらに、式（１１）に換えて、最大値Ts
_maxが許容温度範囲の上限温度Ts_Hを上回り、かつ、ΔTs
がa以下の場合に、式（１３）と、ΔTsがeより大きい場
合に、式（１４）とすることができる。

【００５９】

【数１３】

【００６０】

【数１４】同様に、式（１２）に換えて、最小値Ts_minが許容温度
範囲の下限温度Ts_Lを下回り、かつ、ΔTsがe以下の場合
に、式（１５）と、ΔTsがeより大きい場合に、式（１
６）とすることができる。

【００６１】

【数１５】

【００６２】

【数１６】このように、温度差ΔTsがe以下である場合には、算術
平均によりTs_REP算出し、温度差ΔTsがeを越えた場合に
は、重み係数cs、（１−cs）を用いる構成とすることが
できる。これにより、算術平均及び重み付き平均のいず
れの演算によって代表温度Ts_REPを算出しても代表温度T
s_REPが設計温度Ts₀になるように室外膨張弁１６及び室
内膨張弁３８A、３８Bを制御することで最大値Ts_max及
び最小値Ts_minが許容温度範囲内になる場合には、算術
平均により代表温度を算出することができる。つまり、
算術平均と重み付き平均のどちらを用いてもよい場合
は、算術平均を用いて代表温度Ts_REPを算出することで
数の多い圧縮機の吸入温度Tsに重点を置いて代表温度Ts
_REPを算出することができることから、重み付き平均に
比べて多くの圧縮機の吸入温度Tsを設計温度Ts₀に近づ
けることができ、圧縮機の信頼性を向上させることがで
きるので好ましい。

【００６３】なお、以上の操作をフローチャートで表し
たものが図２である。これを元に説明すると、まず現在
の圧縮機２４、２６１乃至２６nの運転が吸入温度Tsの
最大値Ts_maxと最小値Ts_minとの差ΔTsの観点から問題な
いかを判断する（ステップ１）。次に問題があると判断
された場合、それが高温側である最大値Ts_maxが上限温
度Ts_H以上であるか判断する。（ステップ２）。高温側
で問題があると判断された場合は、さらに温度を低下さ
せた場合に、低温側で問題ないか、つまり低温側で裕度
があるかを判断する（ステップ３）。

【００６４】低温側で問題ないと判断された場合、代表
温度Ts_REPを高温側に重点をおいた値とする（ステップ
４）。温度差ΔTsが問題である時、低温側である最小値
Ts_mi _nが下限温度Ts_L以下であるか判断する。（ステップ
５）低温側で問題があると判断された場合は、さらに温
度を上昇させた場合に、高温側で問題ないか、つまり高
温側で裕度があるかを判断する（ステップ６）。高温側
で問題ないと判断された場合に、低温側に重点をおいた
代表温度Ts_REPとする（ステップ７）。

【００６５】高温側、あるいは低温側で問題があると判
断されたにもかかわらず（ステップ２、ステップ５）逆
の温度側で裕度がない場合、温度差ΔTs自体が問題ある
ということになり、もし能力など駆動周波数を下げても
よい条件を満たした場合（ステップ８）、可変式圧縮機
２４の駆動周波数を低下、もしくは、上昇させる（ステ
ップ９）。可変式圧縮機２４の駆動周波数を低下するこ
とが出来ない場合、異常運転とみなし、空気調和装置６
１の運転を停止させる（ステップ１０）。現在の運転に
温度差ΔTsの問題がないと判断された場合、温度Tsは従
来の手法、例えば算術平均値を代表温度Ts_REPとする
（ステップ１１）。代表温度Ts_REPを決定した後は、そ
れぞれの空気調和装置６１に搭載している制御方法で、
操作器（室外膨張弁１６、室内膨張弁３８A,３８B）を
操作する（ステップ１２）。

【００６６】また、第１及び第２の実施形態では、室外
機３に対して、２台の室内機５A,５Bを設けた構成であ
ったが、本実施形態に限らず、複数の室内機を備えた構
成とすることができる。また、圧縮機に支障が生じさせ
ることなく運転を行える温度の範囲を温度許容温度範囲
とし、上限温度をT_H、下限温度をT_Lと設定したが、この
値は、実際にモーターコイルが焼損したり、冷媒が液圧
縮する温度とせずに、警告を発信する上限値もしくは下
限値としてのしきい値とすることができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、空気調和装置に設けら
れた複数の圧縮機の温度を所定の範囲内に保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなる空気調和装置の第１の実
施形態のブロック図である。

【図２】本発明を適用してなる空気調和装置の第１及び
第２の実施形態の制御装置が行う制御のフローチャート
図である。

【図３】吐出温度の代表温度を演算する際の重みを表す
グラフである。

【図４】本発明を適用してなる空気調和装置の第２の実
施形態のブロック図である。

【図５】吸入温度の代表温度を演算する際の重みを表す
グラフである。

【符号の説明】

１空気調和装置７冷媒８室外循環流路１６室外膨張弁２７吸入温度検出器２８吐出温度検出器３４A、３４B 室内循環流路３８A、３８B 室内膨張弁

フロントページの続き (72)発明者吉田悟静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者畑良樹静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並列に複数台接続された圧縮機と、室外
熱交換器と、室内熱交換器と、前記圧縮機、室内熱交換
器、室外熱交換器間に冷媒を循環させる循環流路と、該
循環流路に設けられ前記冷媒の温度を調整する膨張弁
と、前記各圧縮機の温度を検出する温度検出器と、該温
度検出器により検出された前記各圧縮機の検出温度に基
づいて前記膨張弁の開度を調整する制御装置とを備えて
なる空気調和装置であって、前記制御装置は、前記検出温度の重み付き平均により圧
縮機の現運転時の代表温度を算出し、該代表温度が、前
記圧縮機の設計温度になるように前記膨張弁の開度を制
御することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】前記制御装置は、前記検出温度の最大値
と最小値との重み付き平均により前記代表温度を算出
し、前記最大値が前記圧縮機の許容温度の上限を上回っ
た場合に前記最大値に掛け合わせる重みを増加させ、前
記最小値が前記圧縮機の許容温度の下限を下回った場合
に前記最小値に掛け合わせる重みを増加させることを特
徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】並列に複数台接続された圧縮機と、室外
熱交換器と、室内熱交換器と、前記圧縮機、室内熱交換
器、室外熱交換器間に冷媒を循環させる循環流路と、該
循環流路に設けられ前記冷媒の温度を調整する膨張弁
と、前記各圧縮機の温度を検出する温度検出器と、該温
度検出器により検出された前記各圧縮機の検出温度に基
づいて前記膨張弁の開度を調整する制御装置とを備えて
なる空気調和装置であって、前記制御装置は、前記温度検出器により検出された各圧
縮機の検出温度の最大値及び最小値の差が所定の温度幅
未満の場合、前記検出温度の算術平均により前記圧縮機
の現運転時の代表温度を算出し、該代表温度が、前記圧
縮機の設計温度になるように前記膨張弁の開度を制御
し、前記最大値及び最小値の差が前記所定の温度幅以上であ
る場合で、前記最大値が前記圧縮機の許容温度の上限を
上回っているならば前記最大値に掛け合わせる重みを増
加させ、前記最小値が前記圧縮機の許容温度の下限を下
回っているならば前記最小値に掛け合わせる重みを増加
させた前記最大値及び最小値の重み付き平均により現運
転時の代表温度を算出し、該代表温度が、前記圧縮機の
設計温度になるように前記膨張弁の開度を制御すること
を特徴とする空気調和装置。
【請求項４】前記温度検出器が、前記圧縮機の吸入側
の冷媒の温度を検出することを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
【請求項５】前記温度検出器が、前記圧縮機の吐出側
の冷媒の温度を検出することを特徴とする請求項１乃至
４のいずれか１項に記載の空気調和装置。