JP3749058B2

JP3749058B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP3749058B2
Application number: JP2000004762A
Authority: JP
Inventors: 準治松栄; 祥人田島; 圭司和田; 一夫粂原; 章進藤; 孝美東; 亮太平田; 由浩中村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: JP2001193984A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の室外機を備えた空気調和装置に係り、夫々の室外機の運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置が知られている。この種のものでは、室内機（負荷機）での設定温度と実際に吸い込む空気の温度との温度差、或いは設定温度と実際に吹き出す空気との温度差から空調負荷を推定すると共に、運転中の夫々の室外機が負担すべき空調負荷を計算する、集中制御装置が備えられている。この集中制御装置は、常時空調負荷を監視すると共に、各室外機の圧縮機の回転数と冷媒圧力とが一定になるように、空調負荷を各室外機に分担している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、集中制御装置が、分担すべき空調負荷を、各室外機に指示するのみで、各室外機の圧縮機の回転数や冷媒圧力を直接制御しておらず、各室外機では、分担された空調負荷に応じて、独自に圧縮機の回転数や冷媒圧力を制御している。
【０００４】
このため、例えば、各室外機の設置場所によって、日当たりの善し悪しが生じて外気温度が異なったり、風通しの善し悪しが生じて通風性が異なったりして、運転環境が異なる場合、分担された空調負荷に対し、各室外機間で、圧縮機の回転数の差や、冷媒圧力の圧力差が生じる。この結果、回転数或いは圧力が低い室外機に冷媒が溜まりこみ、装置の運転が不安定になる可能性が高くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、運転中の室外機の回転数或いは圧力のバランスを保つことができる空気調和装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明では、運転台数を制御し、この運転されている室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段を備えているので、この比率を演算するのに必要な数値である各室外機の実回転数が揃えられる。実回転数が揃えられることによって、各室外機からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持され、冷媒が特定の室外機に溜まり込むことを防止できる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、台数制御されて運転している各室外機の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記圧力を揃える手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明では、運転台数を制御し、この運転されている室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段を備え、運転されている室外機の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記圧力を揃える手段を備えているので、比率を演算するのに必要な数値である各室外機の実回転数が揃えられると共に、例えば、実回転数が同じであって、配管等の不具合によって冷媒圧力が異なる場合でも、冷媒圧力を揃える手段によって、各室外機からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持される。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記比率を揃える手段は、各室外機の前記比率に基づいて、各室外機の個別負荷率を算出し、各室外機の定格容量に個別負荷率を乗じ、この乗じた値に基づいて運転制御中の運転室外機の余剰負荷を算出し、各室外機の定格総容量から前記余剰負荷を減算して、全室外機の全体負荷率を求め、この全体負荷率に基づいて、運転制御中の運転室外機の目標回転数を算出し、この目標回転数に一致させるように運転室外機の実回転数を揃えて前記比率を揃えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明では、運転中の各室外機の圧縮機の実回転数を、算出した目標回転数に揃えるので、運転中の各室外機に係る負荷が均一化され、冷媒圧力が一定になり、各室外機での運転のバランスが保持される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１において、１ａ，１ｂは室外機を示し、３ａ，３ｂは室内機を示している。室外機１ａは、アキュームレータ１０ａと、ガスエンジン駆動による圧縮機１１ａと、オイルセパレータ１２ａと、四方弁１３ａと、室外熱交換器１４ａと、室外電動式膨脹弁１５ａとで構成されている。なお、１７ａは室外熱交換器１４ａのファンを示している。室外機１ｂについては、以下の構成を含めて、室外機１ａと同じであるので、説明を省略する。
【００１９】
また、室内機３ａは、室内熱交換器３４ａと、室内電動式膨脹弁３５ａ（以下「室内メカ弁３５ａ」という。）とで構成されている。なお、室内機３ｂについては、以下の構成を含めて、室内機３ａと同じであるので、説明を省略する。この室内機３ａ，３ｂからは、ガス管５及び液管７からなるユニット間配管が延び出し、このユニット間配管には、室外機１ａ，１ｂが並列に接続されている。
【００２０】
オイルセパレータ１２ａは、圧縮機１１ａから吐出される冷媒中の潤滑油を分離するものであり、ここで分離された潤滑油は常時オイル戻し管２１ａと強制オイル戻し管２２ａとを通じて圧縮機１１ａに戻される。常時オイル戻し管２１ａにはキャピラリーチューブ２４ａが設けられ、このキャピラリーチューブ２４ａによって圧縮機１１ａに戻されるオイルに流路抵抗がかけられる。この常時オイル戻し管２１ａはオイルセパレータ１２ａの中程につながれ、これがつながれた位置よりもオイルセパレータ１２ａ内のオイルの油面が上回る限りにおいて、この常時オイル戻し管２１ａを通じてオイルが常時圧縮機１１ａの吸込管に戻される。強制オイル戻し管２２ａには開閉弁２３ａ，２５ａが設けられる。この強制オイル戻し管２２ａは、オイルセパレータ１２ａの底部につながれ、開閉弁２３ａ，２５ａを開くことによってオイルセパレータ１２ａ内のオイルが強制的に圧縮機１１ａの吸込管に戻される。
【００２１】
室外機１ａ，１ｂの強制オイル戻し管２２ａ，２２ｂどうしは、バランス管５１によりつながれる。このバランス管５１は、第３の補助管５３ａを通じて、オイルセパレータ１２ａとチェッキ弁１８ａとの間につながれ、第３の補助管５３ａには第３の開閉弁５５ａが設けられる。
【００２２】
第３の開閉弁５５ａが開き、四方弁１３ａが図示の位置に切り替わると、バランス管５１は室外熱交換器１４ａに連通する。
【００２３】
上記構成の空気調和装置において、本実施形態では、圧縮機１１ａ，１１ｂがそれぞれガスエンジン１００ａ，１００ｂで駆動される。この圧縮機１１ａ，１１ｂの本体からは、軸１０１ａ，１０１ｂが導出され、この軸１０１ａ，１０１ｂに図示を省略したプーリが連結され、プーリＶベルト１０２ａ，１０２ｂを介してガスエンジン１００ａ，１００ｂの出力軸が連結されている。
【００２４】
上記構成において、冷房運転時には、圧縮機１１ａ，１１ｂからの冷媒が、図１に実線矢印で示すように、オイルセパレータ１２ａ，１２ｂ、四方弁１３ａ，１３ｂ、室外熱交換器１４ａ，１４ｂ、室外電動式膨脹弁１５ａ，１５ｂを経て液管７に流出し、それぞれの室内機３ａ，３ｂに入り、室内電動式膨脹弁３５ａ，３５ｂ、室内熱交換器３４ａ，３４ｂの順に流れてガス管５に流出し、さらに四方弁１３ａ，１３ｂ、アキュームレータ１０ａ，１０ｂを経て圧縮機１１ａ，１１ｂに戻される。
【００２５】
また、暖房運転時には、圧縮機１１ａ，１１ｂからの冷媒が、図１に点線矢印で示すように、オイルセパレータ１２ａ，１２ｂ、四方弁１３ａ，１３ｂを経てガス管５に流出し、それぞれの室内機３ａ，３ｂに入り、室内熱交換器３４ａ，３４ｂ、室内電動式膨脹弁３５ａ，３５ｂの順に流れて液管７に流出し、さらに室外電動式膨脹弁１５ａ，１５ｂ、室外熱交換器１４ａ，１４ｂ、四方弁１３ａ，１３ｂ、並びにアキュームレータ１０ａ，１０ｂを経て圧縮機１１ａ，１１ｂに戻される。
【００２６】
この実施の形態では、いずれか特定の室外機１ａ、１ｂが常に連続して運転されることがないように、室外機１ａ、１ｂの運転台数が制御される。この運転台数の制御は、いわゆるローテンション制御であって、室外機１ａ、１ｂを統括的にコントロールする集中制御装置１６が司っている。
【００２７】
この集中制御装置１６は、図２に示すように、中央処理装置１０７を備え、この中央処理装置１０７には、各室外機１ａ、１ｂの累積運転時間を積算するためのタイマ１０９が接続されている。各室外機１ａ、１ｂの定格容量と、後述する目標回転数とを記憶するメモリ１１１とが接続されている。
【００２８】
この実施の形態では、図１に示すように、各室外機１の圧縮機１１ａ、１１ｂには、圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数を検出する回転数センサ１１９ａ、１１９ｂが設けられている。また、暖房運転時に、低圧側の冷媒圧力を検出し、冷房運転時に、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサ１１７ａ、１１７ｂとが設けられている。これらのセンサ１１７ａ、１１７ｂ、１１９ａ、１１９ｂは、図２に示すように、検出したデータを、制御線１１５ａ〜１１５ｎを介して集中制御装置１６に送っている。ここで、例えば、室外ユニット１ａの定格容量は、７．５ｋＷ（１０ＨＰ）であり、室外ユニット１ｂの定格容量は、１５ｋＷ（２０ＨＰ）などのようである。又、前述のタイマ１０９、センサ１１７ａ、１１７ｂ、１１９ａ、１１９ｂは、室外機１ａ、或いは１ｂに装備されて、積算した累積運転時間のデータを、制御線を介して集中制御装置１６に送ることも可能である。
【００２９】
室外ユニット１ａ、１ｂの起動の順番は、まず、タイマ１０９で積算された累積運転時間が少ないものが優先して起動される。累積運転時間が等しい場合は、メモリ１１１に記憶された定格容量が小さいものが優先して起動される。
【００３０】
このローテーション制御実行後、集中制御装置１６によって、空調負荷に応じて、各圧縮機１１ａ、１１ｂの実回転数が後述する目標回転数と同一になるように各室外機１に負荷が振り分けられ、定常負荷分担制御が実行される。
【００３１】
この定常負荷分担制御は、室外機１が設置された周囲の環境の違いによって、各室外機１の運転状況が異なり、圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数や冷媒圧力などが各室外機１間で異なる場合であっても、常に各室外機１の圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数や冷媒圧力を一定に保つ制御である。
【００３２】
すなわち、この定常負荷分担制御は、各室外機１の実回転数を揃える回転数均衡制御と、冷媒圧力を揃える圧力均衡制御とを行うもので、この実施の形態では、回転数均衡制御を優先して実行し、その後圧力均衡制御が実行される。
【００３３】
一般的に圧縮機の回転数が同一であれば、各室外機１の一定の場所の冷媒圧力、この実施の形態では、暖房運転時に低圧側になる室外熱交換器と四方弁との間に設けられた圧力センサ１１７ａ、１１７ｂが検出する冷媒圧力は同一になるはずである。しかし、管路のめずまり等の不具合によって、圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数が同一であっても、検出される冷媒圧力が違ってくる可能性がある。このため、この実施の形態では、圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数を揃える回転数均衡制御を実行後、更に、冷媒圧力を揃える圧力均衡制御をする。
【００３４】
まず、回転数均衡制御について詳述する。
【００３５】
この回転数均衡制御では、集中制御装置１６が、制御に必要な数値、▲１▼各室外機１の負荷率Ｕ_load（ｉ）、▲２▼定格総容量Ｑ_all、▲３▼余剰負荷Ｑ_T、▲４▼装置の負荷率Ｕ_sys、▲５▼目標回転数Ｎ_e（ｉ）を演算して求め、後述する条件が成立したときに、各室外機１の圧縮機１１ａ、１１ｂの実回転数を目標回転数に合わせる制御が行われる。
【００３６】
集中制御装置１６は、まず、各室外機１の負荷率Ｕ_load（ｉ）を演算式数１に基づいて演算する。
【００３７】
【数１】

【００３８】
この演算式数１は、室外機１がｎ台存在した時に、ｉ番目の室外機を対象に記述されたものである。この数１において、Ｎ_c（ｉ）は室外機（ｉ）の実回転数（ｒｐｍ）であり、Ｎ_R（ｉ）は室外機（ｉ）の定格回転数（ｒｐｍ）であり、Ｈ_P（ｉ）は室外機（ｉ）の高圧後件部であり、±の内、＋が冷房時であり−が暖房時である。Ｂｗは室内吹出差温平均である。
【００３９】
この負荷率Ｕ_load（ｉ）は、定格回転数に対する実回転数の比率に、若干の修正を加えて演算されたものである。この若干の修正とは、室外機（ｉ）の高圧後件部Ｈ_P（ｉ）の加減と、室内吹出差温平均Ｂｗの加算を指している。
【００４０】
室外機（ｉ）の高圧後件部Ｈ_P（ｉ）は、定格回転数に対する実回転数の比率が、エンジン側からみた負荷率であるのに対し、この負荷率に圧縮機１１ａ、１１ｂからみた修正をするものであって、Ｈ_P（ｉ）は室外機（ｉ）の高圧後件部は、定格回転数に対する実回転数の比率に対して実際の圧縮機１１ａ、１１ｂの高圧側圧力と、室外機制御装置（図示せず）に記憶されているマップ圧力とを比較し、この比較の結果によって予め決められている修正値である。マップ圧力は、定格回転数に対する実回転数の比率に対し、標準圧力が決められたものである。
【００４１】
また、集中制御装置１６は、装置の定格容量の総和である定格総容量Ｑ_allを演算式数２に基づいて演算する。
【００４２】
【数２】

【００４３】
Ｑ（ｉ）は運転中の室外機（ｉ）の定格容量（ｋＷ）である。
【００４４】
次に、この定格総容量Ｑ_all、前記負荷率Ｕ_load（ｉ）等から装置の余剰負荷Ｑ_Tを演算式数３に基づいて演算する。
【００４５】
【数３】

【００４６】
この余剰負荷Ｑ_Tは、運転中の室外機（ｉ）の定格容量（ｋＷ）に負荷率Ｕ_load（ｉ）を乗じ、この乗じて得た値の総和を、定格総容量Ｑ_allから、減算したものである。
【００４７】
さらに、集中制御装置１６は、装置の負荷率Ｕ_sysを演算式数４に基づいて演算する。
【００４８】
【数４】

【００４９】
この装置の負荷率Ｕ_sysは、定格総容量Ｑ_allに対する、定格総容量Ｑ_allから余剰負荷Ｑ_Tを減算した容量の比率である。
【００５０】
そして、集中制御装置１６は、目標回転数Ｎ_e（ｉ）を演算式数５から演算する。
【００５１】
【数５】

【００５２】
この実施の形態では、台数制御（ローテーション制御）がされた後、回転数均衡制御が、以下の条件が成立した場合に実行される。
【００５３】
運転中の各室外機において、定格回転数に対する実回転数の比率である相当回転数が算出され、この相当回転数の最大値と最小値との差が２００ｒｐｍを越えたときに実行される。各室外機１の圧縮機１１ａ、１１ｂの実回転数が目標回転数に揃えられる。この後、圧力均衡制御が実行される。
【００５４】
次に、圧力均衡制御について詳述する。
【００５５】
回転数均衡制御を実行後、例えば、前述したように管路のめずまり等の不具合によって、圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数が同一であっても、検出される冷媒圧力が違ってくる可能性があるので、この圧力均衡制御によって冷媒圧力が揃えられる。
【００５６】
この圧力均衡制御は、各室外機１の四方弁１３ａ、１３ｂと室外熱交換器１４ａ、１４ｂとの間の管路に設けられた圧力センサ１１７ａ、１１７ｂによって検出される冷媒圧力が以下の条件になった場合に、以下に示す数６に示す演算式に基づいて、微調整回転数Δｒｐｍを演算し、圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数を微調整して冷媒圧力を揃える制御である。
【００５７】
【数６】

【００５８】
ＭａｘＮ（ｉ）は、最高回転数であり、ＭｉｎＮ（ｉ）は最低回転数である。
【００５９】
冷房モードでは、圧力センサ１１７ａ、１１７ｂが検出する運転中の室外機１間での、高圧側の冷媒圧力の最高圧力と最低圧力との圧力差が０．４ＭＰａを越えたときに圧力均衡制御が実行される。
【００６０】
暖房モードでは、圧力センサ１１７ａ、１１７ｂが検出する運転中の室外機１間での、低圧側の冷媒圧力の最高圧力と最低圧力との圧力差が０．４ＭＰａを越えたときに圧力均衡制御が実行される。
【００６１】
この実施の形態では以下の効果を奏す。
【００６２】
室外機１の運転台数を空調負荷に応じて制御し、この運転されている室外機１の定格回転数に対する実回転数の比率である相当回転数を演算し、この相当回転数のうちの最高回転数と最低回転数とを比較し、最高回転数と最低回転数との差が２００ｒｐｍを越えた時に、回転数均衡制御が実行される。この回転数均衡制御では、各室外機１の負荷率Ｕ_load（ｉ）、定格総容量Ｑ_all、余剰負荷Ｑ_T、装置の負荷率Ｕ_sys、目標回転数Ｎ_e（ｉ）が集中制御装置１６によって演算され、各室外機１の圧縮機１１ａ、１１ｂの実回転数が目標回転数に揃えられので、各室外機１からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持され、冷媒が特定の室外機１に溜まり込むことを防止できる。
【００６３】
さらに、回転数均衡制御実行後、圧縮機１１ａ、１１ｂの実回転数が目標回転数に揃えられても、冷媒圧力が揃わない室外機１があることを想定して、圧力均衡制御が実行される。この制御では、運転されている室外機１の冷媒圧力を暖房運転時では、低圧側になり、冷房運転時では高圧側になる圧力センサ１１７ａ、１１７ｂで計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が０．４ＭＰａを越えた時に、各室外機１の圧力を揃えるために、演算式数６で演算した微調整回転数Δｒｐｍに基づいて、各圧縮機１１ａ、１１ｂの回転数を微調整するので、各室外機１からユニット間配管に流入出する冷媒の圧力が揃えられ、運転のバランスが保持され、冷媒が特定の室外機１に溜まり込むことを防止できる。
【００６４】
暖房運転時に低圧側の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力を計測する圧力センサ１１７ａ、１１７ｂは、冷房運転時では、高圧側の冷媒圧力を計測することになる。従って、暖房運転時、冷房運転時を問わず、各室外機１ａ、１ｂにおいて、１つの圧力センサ１１７ａ、１１７ｂで冷媒圧力が検出可能であり、複数の計測器を設ける必要が無く、コストを低減できる。
【００６５】
この実施の形態では、これら回転数均衡制御、圧力均衡制御は、集中制御装置１６の制御方法を変更すれば、一般的な空気調和装置の構成をそのまま利用して、実現できる。このため、装置の開発時間を短縮することできる。
【００６６】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
【発明の効果】
並列に配置した室外機の間での回転数、冷媒圧力を揃える手段を設けたので、回転数、冷媒圧力のアンバランスの発生が防止でき、冷媒が特定の室外機に溜まり込むことを防止できる。現在生産している駆動源にガスエンジンを用いる空気調和装置の資産を生かした制御が適用できるため、開発の期間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気調和装置の一例を示す回路図である。
【図２】集中制御装置を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ室外機
３ａ、３ｂ室内機（負荷機）
１６集中制御装置
１１７ａ、１１７ｂ圧力センサ
１１９ａ、１１９ｂ回転数センサ

Claims

複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、
空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、
台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
複数台の室外機を負荷機から延びるユニット間配管に並列につないだ空気調和装置において、
空調負荷に応じて前記室外機の運転台数を制御する手段と、
台数制御されて運転している各室外機の定格回転数に対する実回転数の比率を演算し、この比率のうちの最高比率と最低比率とを比較し、最高比率と最低比率との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記比率を揃える手段と、
台数制御されて運転している各室外機の冷媒圧力を計測し、この冷媒圧力のうちの最高圧力と最低圧力とを比較し、最高圧力と最低圧力との偏差が規定値を越えた時に、各室外機の前記圧力を揃える手段と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
前記比率を揃える手段は、
各室外機の前記比率に基づいて、各室外機の個別負荷率を算出し、
各室外機の定格容量に個別負荷率を乗じ、この乗じた値に基づいて運転制御中の運転室外機の余剰負荷を算出し、
各室外機の定格総容量から前記余剰負荷を減算して、全室外機の全体負荷率を求め、この全体負荷率に基づいて、運転制御中の運転室外機の目標回転数を算出し、この目標回転数に一致させるように運転室外機の実回転数を揃えて前記比率を揃えることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。