JP2007046895A - 複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張して冷たくなった冷媒の一部を凝縮器で熱交換して凝縮温度を低下させることにより、最大の冷媒封入量を有する空気調和機の圧縮機を最小の容量で運転しても、過剰な冷媒流量によるシステム消費電力の上昇と運転効率の減少を防止できるようにした、複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置は、膨張弁の出口端に設置され、所定量の冷媒を通過させる流量分配抵抗と、現在の負荷を検出し、その検出された負荷に適した運転モードに基づいて、流量分配抵抗に所定量の冷媒を通過させるための制御信号を出力する制御ユニットとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法に関し、特に、過剰な冷媒流量によるシステム消費電力の上昇と運転効率の減少を防止できるようにした、複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法に関する。

一般に、空気調和機は、圧縮機で高温・高圧に圧縮された冷媒の冷凍サイクルを利用して室内を冷房する装置である。

前記空気調和機が２つの圧縮機を備えた場合、それぞれの圧縮機は冷房負荷によって選択的に駆動される。

図５は従来の２つの圧縮機を備えた空気調和機の構成を示す図である。

図５に示すように、従来の２つの圧縮機を備えた空気調和機は、冷房負荷によって選択的に動作して冷媒の圧縮量を変化させる第１圧縮機１０及び第２圧縮機２０と、第１圧縮機１０及び第２圧縮機２０で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１と、凝縮器１で凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁２と、膨張弁２で膨張した冷媒と室内の空気が熱交換する蒸発器３とからなる。ここで、第１圧縮機１０はインバータ型の小容量圧縮機であり、第２圧縮機２０は定速型の大容量圧縮機である。

第１圧縮機１０及び第２圧縮機２０のそれぞれの吸入管１１、２１には、吸入ホース３０から分岐したホース３１、３２がそれぞれ連結され、第１圧縮機１０及び第２圧縮機２０のそれぞれの吐出管１２、２２には、吐出ホース４０から分岐したホース４１、４２がそれぞれ連結される。

吸入ホース３０から分岐したホース３１、３２及び吐出ホース４０から分岐したホース４１、４２には、手動、又はマイコンなどの制御ユニット（図示せず）により選択的に開閉される吸気弁３３、３４及び吐出弁４３、４４がそれぞれ連結される。

このように構成された従来の２つの圧縮機を備えた空気調和機においては、冷房負荷によって第１圧縮機１０及び第２圧縮機２０が選択的に動作して、該当冷凍サイクルを行う。

すなわち、冷房負荷が「小」の場合は、第１圧縮機１０だけ動作させ、冷房負荷が「中」の場合は、第２圧縮機２０だけ動作させ、冷房負荷が「大」の場合は、第１圧縮機１０と第２圧縮機２０の両方とも動作させて、冷房に必要な冷媒の圧縮量を変化させる。

一方、冷凍サイクルを行うために、冷媒は第１圧縮機１０又は第２圧縮機２０で圧縮され、第１、第２圧縮機１０、２０内の潤滑油と混ざって吐出されて、前記潤滑油と共に冷凍サイクルを行った後、アキュムレータ（図示せず）を経て第１、第２圧縮機１０、２０にそれぞれ再び吸入される。

ここで、適正な冷媒流量のための冷媒封入量は、定格冷房能力を確保するために、システムの最初の設計時に圧縮機の総容量（１００％）に合わせて設定される。

しかし、圧縮機の総容量（１００％）に適した冷媒封入量は、システムの最小運転時（１つの圧縮機だけ駆動）、過剰に充填された冷媒流量により消費電力が上昇して運転効率が低下するという問題があった。

また、このような複数の圧縮機を備えた空気調和機は、過負荷運転モード時、圧縮機の吐出温度が所定温度以上に上昇した場合、圧縮機をオフにしてシステムの信頼性を維持する。

このように、圧縮機がオフになる区間が頻繁に発生すると室内の快適感が低下するという問題があった。

すなわち、圧縮機の吐出温度が所定温度以上に上昇すると圧縮機がオフになり、このように圧縮機がオフになる回数が多くなると、室内に常に一定の冷気を供給できなくなって室内の快適感が低下するという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、膨張して冷たくなった冷媒の一部を凝縮器で熱交換して凝縮温度を低下させることにより、最大の冷媒封入量を有する空気調和機の圧縮機を最小の容量で運転しても、過剰な冷媒流量によるシステム消費電力の上昇と運転効率の減少を防止できるようにした、複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置は、膨張弁の出口端に設置され、所定量の冷媒を通過させる流量分配抵抗と、現在の負荷を検出し、前記検出された負荷に適した運転モードに基づいて、前記流量分配抵抗に所定量の冷媒を通過させるための制御信号を出力する制御ユニットとを含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置は、膨張弁の出口端に設置され、所定量の冷媒を通過させる流量分配抵抗と、前記流量分配抵抗の出力端に設置され、制御信号により切り替えられて前記流量分配抵抗から排出される冷媒の流れを調節する切替ユニットと、前記切替ユニットを介して流入した冷媒で凝縮器の温度を低下させ、その冷媒をアキュムレータに流入させる凝縮器熱交換ユニットと、現在の負荷を検出し、前記検出された負荷に適した運転モードを選択してシステムを運転させ、前記選択された運転モードに基づいて前記切替ユニットを制御するための制御信号を出力する制御ユニットとを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御方法は、現在の運転負荷を検出し、前記検出された負荷により圧縮機運転モードを選択する過程と、前記圧縮機運転モードを分析し、その分析結果に基づいて所定量の冷媒で凝縮器の温度を低下させる過程とを含むことを特徴とする。

本発明による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法は、膨張して冷たくなった冷媒の一部を凝縮器で熱交換して凝縮温度を低下させることにより、最大の冷媒封入量を有する空気調和機の圧縮機を最小の容量で運転しても、過剰な冷媒流量によるシステム消費電力の上昇とシステム運転効率の減少を防止できるという効果がある。

また、本発明による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法は、過負荷運転モードでシステムの冷凍サイクルを行うとき、膨張して冷たくなった冷媒の一部を凝縮器で熱交換して凝縮温度を低下させることにより、圧縮機の吐出温度が所定温度以上に上昇することを防止してシステムの信頼性を向上できるという効果がある。

以下、最大の冷媒封入量を有する空気調和機の圧縮機を最小の容量で運転しても、過剰な冷媒流量によるシステム消費電力の上昇と運転効率の減少を防止できるようにした、本発明による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置及び方法の好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置は、切替ユニット１００と、凝縮器熱交換ユニット２００と、制御ユニット３００と、流量分配抵抗４００とを含む。

流量分配抵抗４００は、膨張弁の出口端の冷媒流路から分岐した２つの冷媒流路のうちいずれか一方の冷媒流路に設置され、所定量の冷媒を通過させる。

流量分配抵抗４００は、実験により、最適量の冷媒を通過させる抵抗値を有するように予め設定される。

切替ユニット１００は、流量分配抵抗４００の出力端に設置され、制御信号により切り替えられて流量分配抵抗４００から排出される冷媒の流れを調節する。

凝縮器熱交換ユニット２００は、切替ユニット１００を介して流入した冷媒で凝縮器の温度を低下させ、その冷媒をアキュムレータに流入させる。

すなわち、凝縮器熱交換ユニット２００は、図３のように前記凝縮器と二重管熱交換方式で熱交換して前記凝縮器の温度を低下させるか、又は図４のように前記凝縮器と毛細管熱交換方式で熱交換して前記凝縮器の温度を低下させる。

制御ユニット３００は、現在の負荷を検出し、前記検出された負荷に適した運転モードを選択してシステムを運転させ、前記選択された運転モードに基づいて切替ユニット１００を制御するための制御信号を出力する。

すなわち、制御ユニット３００は、現在の運転モードが圧縮機最大容量運転モードであると、凝縮器熱交換ユニット２００への冷媒の流れが遮断されるように切替ユニット１００を切り替えて、前記膨張弁から排出される冷媒をそのまま蒸発器に流入させ、現在の運転モードが圧縮機最小容量運転モードであると、切替ユニット１００を切り替えて、前記膨張弁から排出される冷媒の一部を流量分配抵抗４００を介して凝縮器熱交換ユニット２００に流入させる。

以下、このように構成された本発明の一実施形態による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置の動作を図２を参照して説明する。

まず、制御ユニット３００は、現在の運転負荷を検出し（ＳＰ１）、前記検出された負荷によって圧縮機運転モードを選択する（ＳＰ２）。

すなわち、制御ユニット３００は、現在の運転負荷が正常負荷と判断されると、運転モードとして圧縮機最大容量運転モードを選択し、現在の運転負荷が低負荷と判断されると、運転モードとして圧縮機最小容量運転モードを選択する。

例えば、前記圧縮機最大容量運転モードの場合は、２つの圧縮機を同時に駆動させ、前記圧縮機最小容量運転モードの場合は、１つの圧縮機だけ駆動させるが、主に２つの圧縮機のうち小容量圧縮機を駆動させる。

次に、制御ユニット３００は、前記選択された運転モードを分析し（ＳＰ３）、その分析結果に基づいて切替ユニット１００の導通を制御することにより、冷媒量を調節すると共に圧縮機の吐出温度が所定温度以上に上昇することを防止する（ＳＰ４、ＳＰ５、ＳＰ６）。

すなわち、制御ユニット３００は、圧縮機最大容量運転モードの場合、封入された冷媒を全て使用するために、切替ユニット１００を遮断して、膨張弁から排出される全ての冷媒がそのまま蒸発器に流入するように制御し（ＳＰ５）、圧縮機最小容量運転モードの場合、切替ユニット１００を導通させて、前記膨張弁から排出される冷媒のうち、所定量の冷媒は流量分配抵抗４００を介して凝縮器熱交換ユニット２００に流入させて凝縮器の温度を低下させ、残りの冷媒でシステムの冷凍サイクルを行う（ＳＰ６）。

これにより、圧縮機最小容量運転モードで、最適量の冷媒でシステムの冷凍サイクルを行って消費電力を減少させる。

もし、現在のシステムが過負荷運転モード（運転負荷が正常負荷より所定値以上高い場合）で動作する場合、制御ユニット３００は、前記圧縮機最小容量運転モード時の動作と同様に、切替ユニット１００を導通させて凝縮器の温度を低下させることにより圧縮機の吐出温度を低下させ、これにより、圧縮機の吐出温度の上昇による圧縮機のオフ動作を防止して連続的な冷房運転を行う。

ここで、前記過負荷運転モードは設計者が設定するもので、例えば、ユーザが設定した温度と室内温度の差が所定値以上の場合、又は室外温度が所定温度以上高い場合を含む。

すなわち、正常な標準運転モードの他に、圧縮機最小容量運転モード、過負荷運転モードなど、設計者が設定したモードによって冷媒循環量を調節する。

以上、本発明は、図面に示す実施形態を参照して説明したが、これは例示にすぎず、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることは自明である。従って、本発明の権利範囲は、添付した特許請求の範囲の技術的思想により決定されるべきである。

本発明の一実施形態による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御方法を示すフローチャートである。 図１において、凝縮器と凝縮器熱交換ユニットを二重管熱交換方式で設計した形態を示す概略図である。 図１において、凝縮器と凝縮器熱交換ユニットを毛細管熱交換方式で設計した形態を示す概略図である。 従来の２つの圧縮機を備えた空気調和機の構成を示す図である。

符号の説明

１ 凝縮器
２ 膨張弁
１０ 第１圧縮器
２０ 第２圧縮器
１００ 切替ユニット
２００ 凝縮熱交換ユニット
３００ 制御ユニット
４００ 流量分配抵抗

Claims (15)

1. 膨張弁の出口端に設置され、所定量の冷媒を通過させる流量分配抵抗と、
   現在の負荷を検出し、前記検出された負荷に適した運転モードに基づいて、前記流量分配抵抗に所定量の冷媒を通過させるための制御信号を出力する制御ユニットと、
   を含むことを特徴とする複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
2. 前記流量分配抵抗が、前記膨張弁の出口端の冷媒流路から分岐した冷媒流路に設置されることを特徴とする請求項１に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
3. 前記流量分配抵抗の出力端に設置され、制御信号により切り替えられて前記流量分配抵抗から排出される冷媒の流れを調節する切替ユニットと、
   前記切替ユニットを介して流入した冷媒で凝縮器の温度を低下させ、その冷媒をアキュムレータに流入させる凝縮器熱交換ユニットと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
4. 前記制御ユニットは、
   現在の運転モードが圧縮機最大容量運転モードであると、前記凝縮器熱交換ユニットへの冷媒の流れが遮断されるように前記切替ユニットを切り替えて、前記膨張弁から排出される冷媒をそのまま蒸発器に流入させ、
   現在の運転モードが圧縮機最小容量運転モード（又は、過負荷運転モード）であると、前記切替ユニットを切り替えて、前記膨張弁から排出される冷媒の一部を前記流量分配抵抗を介して前記凝縮器熱交換ユニットに流入させることを特徴とする請求項３に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
5. 前記流量分配抵抗が、最適量の冷媒を通過させる抵抗値を有するように予め設定されることを特徴とする請求項１に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
6. 前記凝縮器熱交換ユニットが、前記凝縮器と二重管熱交換方式又は毛細管熱交換方式で熱交換して前記凝縮器の温度を低下させることを特徴とする請求項３に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
7. 膨張弁の出口端に設置され、所定量の冷媒を通過させる流量分配抵抗と、
   前記流量分配抵抗の出力端に設置され、制御信号により切り替えられて前記流量分配抵抗から排出される冷媒の流れを調節する切替ユニットと、
   前記切替ユニットを介して流入した冷媒で凝縮器の温度を低下させ、その冷媒をアキュムレータに流入させる凝縮器熱交換ユニットと、
   現在の負荷を検出し、前記検出された負荷に適した運転モードを選択してシステムを運転させ、前記選択された運転モードに基づいて前記切替ユニットを制御するための制御信号を出力する制御ユニットと、
   を含むことを特徴とする複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
8. 前記流量分配抵抗が、前記膨張弁の出口端の冷媒流路から分岐した冷媒流路に設置されることを特徴とする請求項７に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
9. 前記制御ユニットは、
   現在の運転モードが圧縮機最大容量運転モードであると、前記凝縮器熱交換ユニットへの冷媒の流れが遮断されるように前記切替ユニットを切り替えて、前記膨張弁から排出される冷媒をそのまま蒸発器に流入させ、
   現在の運転モードが圧縮機最小容量運転モード（又は、過負荷運転モード）であると、前記切替ユニットを切り替えて、前記膨張弁から排出される冷媒の一部を前記流量分配抵抗を介して前記凝縮器熱交換ユニットに流入させることを特徴とする請求項７に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
10. 前記流量分配抵抗が、最適量の冷媒を通過させる抵抗値を有するように予め設定されることを特徴とする請求項７に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
11. 前記凝縮器熱交換ユニットが、前記凝縮器と二重管熱交換方式又は毛細管熱交換方式で熱交換して前記凝縮器の温度を低下させることを特徴とする請求項７に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御装置。
12. 現在の運転負荷を検出し、前記検出された負荷により圧縮機運転モードを選択する過程と、
    前記圧縮機運転モードを分析し、その分析結果に基づいて所定量の冷媒で凝縮器の温度を低下させる過程と、
    を含むことを特徴とする複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御方法。
13. 前記凝縮器の温度を低下させる過程は、
    圧縮機最大容量運転モードの場合、前記膨張弁から排出される冷媒をそのまま蒸発器に流入させる過程と、
    圧縮機最小容量運転モードの場合、前記膨張弁から排出される冷媒の一部を流量分配抵抗を介して凝縮器熱交換ユニットに流入させる過程と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御方法。
14. 前記凝縮器の温度を低下させる過程は、
    凝縮器熱交換ユニットが前記凝縮器と毛細管熱交換方式で熱交換して前記凝縮器の温度を低下させる過程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御方法。
15. 前記凝縮器の温度を低下させる過程は、
    凝縮器熱交換ユニットが前記凝縮器と二重管熱交換方式で熱交換して前記凝縮器の温度を低下させる過程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の複数の圧縮機を備えた空気調和機の運転制御方法。

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