JP2669940B2

JP2669940B2 - マルチ式空気調和方式

Info

Publication number: JP2669940B2
Application number: JP3016937A
Authority: JP
Inventors: 睦典中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-01-18
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JPH04236047A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マルチ式空気調和装
置の室外機側の制御に関し、特に、圧縮機容量と室外熱
交換器のファン速度を制御するマルチ式空気調和方式に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は従来およびこの発明のマルチ式空
気調和方式を示す冷媒系統図であり、図において１は室
外ユニット、２ａ，２ｂは室内ユニット、４，５，６は
冷媒配管であり、４は冷媒吐出配管、５は冷媒吸込配
管、６は冷媒液配管である。室外ユニット１内におい
て、７は容量制御付圧縮機、８はアキュームレータ、９
は室外熱交換器、１０は室外送風機、１１は双方向性室
外用絞り装置、１３は冷媒吐出配管４上の電磁弁と逆止
弁、１４，１５は冷媒吸込配管５上の電磁弁と逆止弁、
３０は吐出圧力を計測する吐出圧力センサ、３１は吸込
圧力を計測する吸込圧力センサ、３２は外気温度を計測
する温度センサである。一方、室内ユニット２ａ，２ｂ
内において２０ａ，２０ｂは室内熱交換器、２１ａ，２
１ｂは双方向性室内用絞り装置、２２ａ，２２ｂと２３
ａ，２３ｂは冷媒吐出配管４上の電磁弁と逆止弁、２４
ａ，２４ｂと２５ａ，２５ｂは吸込配管５上の電磁弁と
逆止弁である。

【０００３】図３は圧縮機７およびファン１０の動作を
制御する室内ユニットコントローラ４０を示すブロック
図であり、４１はリードオンリメモリ４２に格納したプ
ログラムに従って、圧縮機７の吐出，吸込の各圧力の予
測値算出、この予測値と目標値の偏差の算出、偏差から
の評価値、その他のデータ演算や処理を行う演算手段と
してのマイクロプロセッサ、４３はデータを格納するラ
ンダムアクセスメモリ、４４は吐出圧力センサ３０、吸
込圧力センサ３１、温度センサ３２からの各アナログ出
力を取り込むアナログ入力部、４５は室内ユニット２
ａ，２ｂの発停入力などを取り込むディジタル入力部、
４６はファン速コントロール部、４７は圧縮機容量コン
トロール部、４８はディジタル出力部、３８はファン速
コントロール信号を受けてファン速を制御するファン用
インバータ、３９は圧縮機容量コントロール信号を受け
て圧縮機を容量制御する圧縮機用インバータである。

【０００４】次に動作について説明する。室内ユニット
２ａ，２ｂは停止時は電磁弁２４ａ，２４ｂおよび室内
用絞り装置２１ａ，２１ｂとともに全閉とし、運転開始
するときは室外ユニット１に運転開始信号を伝達する
（伝達手段は図示せず）。また、冷房運転時には、電磁
弁２４ａ，２４ｂを開、電磁弁２２ａ，２２ｂを閉と
し、室内用絞り装置２１ａ，２１ｂは冷房用の所定の開
度とすることにより、冷媒液配管６より流れてきた凝縮
冷媒液を室内絞り装置２１ａ，２１ｂで膨張させ、室内
熱交換器２０ａ，２０ｂで蒸発させて、冷房効果を出
し、電磁弁２４ａ，２４ｂを介して冷媒吸込配管５に戻
す。一方、暖房運転時には、電磁弁２２ａ，２２ｂを
開、電磁弁２４ａ，２４ｂを閉とし、室内用絞り装置２
１ａ，２１ｂを全開とする。これにより、冷媒吐出配管
４より流れてきた吐出ガスは電磁弁２２ａ，２２ｂをそ
れぞれ介して室内熱交換器２０に入り、ここで凝縮され
て暖房効果を出し、室内絞り装置２１ａ，２１ｂを介し
て冷媒液配管６に戻る。一方、室外ユニット１は室内ユ
ニット２ａ，２ｂからの運転開始信号を受けて運転を開
始するが、吐出圧力と吸込圧力の状態により、室外熱交
換器９を蒸発器モードとするか凝縮器モードとして運転
する。蒸発器モードとするときは、電磁弁１４を開、電
磁弁１２を閉とし、室外用絞り装置１１は蒸発器用の所
定の開度とすることにより、圧縮機７を出た吐出ガスは
冷媒吐出配管４へ流出するとともに、冷媒液配管６より
流れてきた凝縮冷媒液は室外用絞り装置１１で絞り膨張
し、室外熱交換器９で蒸発し、電磁弁１４、逆止弁１５
を介してアキュームレータ８に戻り、気液分離された後
圧縮機７に戻る。一方、室外熱交換機９を凝縮器モード
とするときは、電磁弁１２を開、電磁弁１４を閉とし、
室外用絞り装置１１を全開とすることにより、圧縮機７
を出た吐出ガスは冷媒吐出配管４へ流出するとともに、
電磁弁１２、逆止弁１３を介して室外熱交換器９で凝縮
した後、室外用絞り装置１１を介して冷媒液配管６に戻
る。室外ユニット１は以上のような基本動作をベースに
して、室外機コントローラにて室内ユニット２ａ，２ｂ
の運転状況により変化する吐出圧力と吸込圧力の状態に
より、圧縮機７の容量制御及び室外熱交換器９のモード
選択、室外ファンの風速制御を行う。この制御動作を図
５のフローチャートにもとづき説明する。

【０００５】まず、室外ユニット１に電源が投入され、
室外ユニットコントローラ４０がスタートすると、室内
ユニット２ａ，２ｂの発停があるかどうかをディジタル
入力部４５からの入力状態にてチェックし（ステップＳ
Ｔ５０）、発停のトリガがあると、室内ユニット２ａ，
２ｂが全て停止したかどうかをチェックする（ステップ
ＳＴ５１）。全停の場合（この実施例では室内ユニット
２ａ，２ｂがともに停止した場合）は、室外ユニット９
を、運転する必要はなくなるので、圧縮機７の容量コン
トロール部４７により圧縮機容量Ｑ_compを０％とし、室
外熱交換器９のファン速ＡＫ_eをファン速コントロール
部４６により０％とするとともに、ディジタル出力部４
８にて圧縮機７を停止させる処理を行い（ステップＳＴ
５２）、ステップＳＴ５０に戻る。また、ステップＳＴ
５１において室内ユニット２ａ，２ｂが全停でない場合
は、室内ユニット２ａ，２ｂが最初の運転かどうかをチ
ェックする（ステップＳＴ５３）。最初の運転であれ
ば、Ｑ_compはｍ％、ＡＫ_eはｎ％と所定の容量にコント
ロールさせ、圧縮機７をスタートさせる。これは、とに
かく圧縮機７をスタートさせなければ、吐出圧力Ｐ_dの
上昇、吸込圧力Ｐ_sの下降が始まらず、Ｐ_d，Ｐ_sの変
化をみることができないので設定するものであり、異常
圧力にならないような、できるだけ小さなｍ，ｎ値とし
ておく。次に、ｔ₁タイマをスタートさせ（ステップＳ
Ｔ５５）、ステップＳＴ５０に戻る。また、ステップＳ
Ｔ５３において、最初の運転でなければ、Ｐ_d，Ｐ_sは
ある運転中の圧力に既になっているので、ステップＳＴ
５４バイパスし、ステップＳＴ５５にいく。ここで、ｔ
₁タイマは室内ユニット２ａ，２ｂの発停や室外ユニッ
ト１の圧縮機容量コントロール部４７やファン速コント
ロール部４６などにおける各コントロール量に変化がお
こってから、その結果が吐出圧力Ｐ_d，吸込圧力Ｐ_sの
変化となって現われるまでの時定数であり、ステップＳ
Ｔ５０からステップＳＴ５６においてｔ₁時間が経過す
るまで次の制御を保留している。次に、ｔ₁時間が経過
すると、アナログ入力部４４へ各センサ３０，３１から
の圧力データＰ_d，Ｐ_sの値を入力する（ステップＳＴ
５７）。次に、ステップＳＴ５８，５９でＰ_d，Ｐ_sが
所定の範囲に入っているか否かを調べ、入っているなら
ば、圧縮機容量制御，ファン速制御の変更は不要であ
り、室外ユニット１は良好な運転状態を続けているとみ
なして、ステップＳＴ５５に戻る。通常、Ｒ−２２を冷
媒に用いる空気調和機においては、Ｐ_dH＝２２kg/cm
Ｇ，Ｐ_dL＝１７kg/cm Ｇ、Ｐ_sH＝６kg/cm Ｇ、Ｐ_sL＝２
〜３kg/cm Ｇ程度に設定する。この範囲を越えていると
きは制御の必要があるとみなして、ステップＳＴ６０に
いく。ここで、予め設定した図４の設定データと現在の
圧縮機容量およびファン速度とから、上記Ｑ_comp，ＡＫ
_eの適切な組合せを選定する。即ち、現在の圧縮機容量
をＱ_i、ファン速度をＡＫ_jとし、各々１段階上にＱ
_i+1、ＡＫ_j+1、１段階下はＱ_i-1，ＡＫ_j-1とする
と、Ｑ_comp，ＡＫ_eの組合せは最大９個できる。次に、
Ｑ_comp，ＡＫ_eについて現在値からの制御量を数１に従
って演算する（ステップＳＴ６１）。

【０００６】

【数１】

【０００７】次に、制御量ΔＱ_comp，ΔＡＫ_eについ
て、数２により圧力変化を演算し、これから制御後の圧
力の予測値Ｐ_d ^*，Ｐ_s ^*を演算する（ステップＳＴ６
２）。ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄはゲインである。

【０００８】

【数２】

【０００９】次に、これらの予測値Ｐ_d ^*，Ｐ_s ^*から
数３により得られる高圧圧力設定目標値Ｐ_dθおよび低
圧圧力設定目標値Ｐ_sθからの偏差Ａを、数４にもとづ
いて演算する。

【００１０】

【数３】

【００１１】

【数４】

【００１２】ここで係数ηは０≦η≦１であり、係数ζ
は０≦ζ≦１であり、また、η＋ζ＝１とし、高圧側，
低圧側の優先度を示す。ここで、偏差Ａの値が最小とな
るΔＱ_comp、ΔＡＫ_eの組合せを、求める制御量として
選定する（ステップＳＴ６３）。以上により、Δ
Ｑ_comp，ΔＡＫ_eを求め、現在値Ｑ_comp，ＡＫ_eに加算
し、Ｑ_compについては圧縮機容量コントロール部４７を
介し、圧縮機用インバータ３９から出力し、ＡＫ_eにつ
いてはファン速コントロール部４６を介し、ファン用イ
ンバータ３８から出力する（ステップＳＴ６４）。この
あと、ステップＳＴ５５に戻り、以後これらのサイクル
をくり返す。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチ式空気調
和方式は以上のようであるので、以下のような課題があ
る。すなわち、圧縮機の高圧圧力と低圧圧力を決定する
パラメータは、圧縮機運転容量、外気温度、室内吸込空
気温度、室外熱交換器容量（蒸発器または凝縮器）、室
内熱交換器容量（冷房：蒸発器または暖房：凝縮器）で
ある。さらに、室外熱交換器容量のパラメータは風量と
伝熱面積であり、風量はファンの回転数の増減で決ま
る。圧縮機運転容量、外気温度、室内吸込空気温度があ
る値になった時、圧縮機の高圧圧力と低圧圧力は室外熱
交換器容量と室内熱交換器容量のバランスで決定する。
そして、圧縮機の高圧圧力と低圧圧力は、ある所定の範
囲に入ることを前提としているので、所定の圧力範囲に
するための室外熱交換器容量はＮ種類ある。例えば、所
定の圧力範囲にするための室外熱交換器容量が２種類あ
るとした場合、これをＡとＢとする。そして、ファン回
転数がＡ＞Ｂとすると、熱交換器容量もＡ＞Ｂとなる。
このため、所定の圧力範囲にするために室外熱交換器容
量の大きい方を選定すると、室内熱交換器への冷媒供給
が減少し、室外熱交換器への冷媒供給が増加することに
なり、冷媒分配のアンバランスが生じる。

【００１４】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、冷房と暖房運転が同時に行われた
場合においても、圧縮機の吸込圧力，吐出圧力が設定値
内で運転され、かつ室外熱交換器の容量を必要最小限に
室内機側において所定の冷房能力または暖房能力を得る
ことができるマルチ空気調和方式を得ることを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るマルチ式
空気調和方式は、室内ユニットにおいて冷房，暖房の運
転が同時に行われる場合に、圧縮機容量とファン速の制
御量の組合せから、圧縮機の吸込圧力，吐出圧力が設定
範囲に入り、かつ室外熱交換器が必要最小限の容量とな
るように、圧縮機容量およびファン速を制御するように
したものである。

【００１６】

【作用】この発明におけるマルチ式空気調和方式は、圧
縮機の吸込圧力と吐出圧力が設定範囲に入り、かつ冷
房，暖房の同時運転の場合に、室外熱交換器容量を必要
最小限の容量になるように圧縮機容量およびファン速度
を制御するため冷房，暖房運転が同時の場合において
も、室外ユニット側と室内ユニット側間に冷媒分配のア
ンバランスが生じることがなくなり、室内ユニット側で
所定の冷房能力，暖房能力が得られるようにする。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明のマルチ式空気調和方式を示すブ
ロック図で、従来と同様の構成が採用され、この発明
は、かかるブロック図において、図２に示すフローチャ
ートに従って空気調和制御を実施するものである。な
お、図２において、ステップＳＴ５０〜６４の処理は従
来と同一であるので、その重複する説明をここでは省略
する。

【００１８】次に動作について説明する。冷媒系統及び
室外ユニットコントローラ４０における動作は従来と同
じであり、従って、図１において、ステップＳＴ５０〜
ＳＴ６２までは図５と同一であるので、その重複する説
明を省略する。さて、この発明による制御は、図２に示
すステップＳＴ７０〜ＳＴ７２における演算により圧縮
機容量の制御量及びファン速度の制御量を求め、運転す
る圧縮機容量，ファン速度を決定する。すなわち、図２
において、ステップＳＴ６２までの演算で、最大９個の
圧力偏差Ａの評価値が得られ、続いて、冷房，暖房同時
運転かどうかを判定し（ステップＳＴ７０）、冷房，暖
房同時運転であれば、そこで、これらの各評価値を各々
比較して、小さい値から順にｎパターン（１≦ｎ＜９）
を選び、９−ｎパターンは選定から除外する（ステップ
ＳＴ７１）。その結果、得られる組合せは、例えばｎ＝
３とすれば、数５に示すようになる。

【００１９】

【数５】

【００２０】次に、上記組合せにおいて、ＡＫ_j-1，Ａ
Ｋ_jについて比較し小さい値の方を選定し、小さい値が
含まれる組合せを１個決定する（ステップＳＴ７２）。
即ち、ＡＫ_j-1＜ＡＫ_jならば、数６になる。

【００２１】

【数６】

【００２２】また、ΔＡＫ_eの値が等しい場合には、評
価値Ａが最小となる組合せが上記ｎ個の中から１つ選択
される。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば室内ユ
ニットにおいて冷房，暖房の各運転が同時に行われる場
合に、圧縮機容量とファン速の制御量の組合せから、圧
縮機の吸込圧力，吐出圧力が設定範囲に入り、かつ室外
熱交換器が必要最小限の容量となるように、圧縮機容量
およびファン速を制御するようにしたので、室内ユニッ
ト側と室外ユニット側に冷媒分配のアンバランスが生じ
るのを防止でき、室内ユニット側において最適の冷房能
力および暖房能力が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明および従来のマルチ式空気調和方式を
実行する冷媒系統のブロック図である。

【図２】この発明のマルチ式空気調和方式の実行手順を
示すフローチャート図である。

【図３】室外ユニットコントローラを示すブロック図で
ある。

【図４】圧縮機容量およびファン速の設定データの組合
せを示す表図である。

【図５】従来のマルチ式空気調和方式の実行手順を示す
フローチャート図である。

【符号の説明】

１室外ユニット２ａ室内ユニット２ｂ室内ユニット４冷媒吐出配管５冷媒吸込配管６冷媒液配管７圧縮機９室外熱交換器１０ファン３０吐出圧力センサ３１吸込圧力センサ４１演算手段（ＣＰＵ）なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。特許出願人三菱電機株式会社代理人弁理士
田澤博昭（外２名）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容量制御可能な圧縮機，速度制御可能な
ファンおよび蒸発器または凝縮器として切換使用される
室外熱交換器を有する室外ユニットと、該室外ユニット
に冷媒吐出配管，冷媒吸込配管および冷媒液配管を介し
て接続された複数台の室内ユニットとを備えて、上記室
外ユニットの運転制御により上記室内ユニットごとに冷
房，暖房の各運転を選択的に実施するマルチ式空気調和
方式において、上記圧縮機の吸込圧力および吐出圧力を
吸込圧力センサおよび吐出圧力センサにより検出し、こ
れらの検出値と予め設定した範囲で限定された複数の圧
縮機容量およびファン速度との組合せから、演算手段に
より制御後の吸込圧力および吐出圧力の予測値を算出
し、冷房，暖房の各運転が同時になされるとき、上記吸
込圧力および吐出圧力の予測値と低圧圧力および高圧圧
力の設定目標値との偏差から得られる評価値を得て、該
評価値の複数個からファン速が最小となる圧縮機容量お
よびファン速の組合せを決定し、この決定に従って、冷
房，暖房の各能力を制御することを特徴とするマルチ式
空気調和方式。