JP3996047B2 - 空気調和装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は2段可変容量圧縮機が並列に連結された空気調和装置及びその制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、一つの室外機に一つの室内機が連結される方式の単一空気調和装置は室内の空調負荷(所要容量)が高くないので、固定容量圧縮機を室外機に設置する。
【0003】
これに対し、一つの室外機に多数の室内機が連結された多室型空気調和装置は、各室内機が独立的に当該室内空間の空調負荷に対応するように設計されている。このような多室型空気調和装置においては、各室内機の空調負荷がそれぞれ異なり、随時変動するため、室外機に可変容量圧縮機を設置し、各室内機と室外機間の通信を用いて負荷と動作状態を確認して冷媒の流れを調節するようになっている。特に、可変容量圧縮機は室外機のマイコンにより制御される。前記室外機のマイコンは、各室内機から受けた情報に基づき、当該室内空間に対する空調運転の状態、温度状態などを点検し、その点検された情報によって圧縮機の容量を制御する。
【0004】
しかし、従来の多室型空気調和装置は一つの室外機に多数の室内機を連結する方式をとっているため、室外機に設置される圧縮機は最大室内空調負荷に耐えるように設計されなければならない。したがって、一つの圧縮機が最大室内空調負荷に耐えるためには、圧縮機の製作にかなりの難しさがある。すなわち、圧縮機の容量を増大させるためには、設計作業から多くの性能テストを経なければならない。
【0005】
このような工程で製作された高容量圧縮機は従来の圧縮機に比べて価格が大変高い欠点がある。
【0006】
この問題点に鑑み、従来には可変容量圧縮機と固定容量圧縮機を混用して、室内空調負荷に対応する方式を適用している。
【0007】
図1に示すように、インバータ回路の周波数によって容量が変化する可変容量圧縮機10と一定の容量で動作する固定容量圧縮機20を並列に連結し、各室内機から受けた室内空調負荷(所要容量)によって室外機マイコン(図示せず)が可変容量圧縮機10及び固定容量圧縮機20の容量を制御する。図2に示すように、室内空調負荷が0〜50%である場合、可変容量圧縮機10の容量を調節するが、各室内機から受けた室内空調負荷(所要容量)によって一定範囲(R1)内で、インバータ回路から圧縮機に出力される周波数を変化させて圧縮機の容量を調節する。また、室内空調負荷が50〜100%である場合、可変容量圧縮機10及び固定容量圧縮機20の容量を調節するが、固定容量圧縮機20をオンさせた状態で不足した容量に対しては、一定範囲(R2)内でインバータ回路の周波数によって動作するインバータ型圧縮機10の容量を調節して対応する方式である。
【0008】
しかし、従来の空気調和装置が大型建物などの施設物に使用される場合、可変容量圧縮機が負担すべき容量がさらに大きくなるしかなく、このような高容量圧縮機は一つの独立品としての製作が難しく、可能であるといっても、製品価格が高いため、価格の面で負担となる。
【0009】
したがって、多室型空気調和機においては、大規模の室内空調負荷(所要容量)に効果的に対処する方案が必要になり、従来の圧縮機を用いながらも、莫大な空調容量に対する要求を受容し得る方案が切実に要求されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、室内空調負荷に対応するため、2段可変容量圧縮機を相互並列に連結して、圧縮機を安価で具現することができる空気調和装置及びその制御方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するため、本発明は、第1最小容量及び第1最大容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第1圧縮機と、前記第1圧縮機に並列に連結され、第2最小容量及び第2最大容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第2圧縮機と、前記第1及び第2圧縮機の総容量が室内空調負荷に応じて多段階で制御されるように、前記第1及び第2圧縮機を制御する制御部とを含む空気調和装置を提供する。
【0012】
また、本発明は、複数の室内機と、前記複数の室内機に連結される室外機とからなる空気調和装置において、前記室外機は、第1最小容量及び第1最大容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第1圧縮機と、前記第1圧縮機に並列に連結され、第2最小容量及び第2最大容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第2圧縮機と、前記第1及び第2圧縮機の総容量が前記複数の室内機が要求する室内空調負荷に応じて多段階で制御されるように、前記第1及び第2圧縮機を制御する室外機制御部とを含む空気調和装置を提供する。
【0013】
また、本発明は、第1最小容量及び第1最大容量のいずれか一つの容量で運転する第1圧縮機と第2最小容量及び第2最大容量のいずれか一つの容量で運転する第2圧縮機とを含む室外機に複数の室内機が連結された空気調和装置の制御方法において、当該室内機が要求する空調容量を算出する段階と、前記第1及び第2圧縮機の総容量が前記算出された空調容量に応じて多段階で制御されるように、前記第1及び第2圧縮機の容量を制御する段階とを含み、前記第1圧縮機の第1最大容量は前記第2圧縮機の第2最小容量と同一であり、前記第2圧縮機の第2最大容量は前記第2圧縮機の第2最小容量の2倍以上である空気調和装置の制御方法を提供する。
【0014】
前記空気調和装置は相互並列に連結された2段可変容量圧縮機を用いるが、前記各2段可変容量圧縮機は相違した二つの容量で運転する。前記圧縮機の一つは第1最小容量及び第1最大容量で運転し、前記圧縮機の他のものは第2最小容量及び第2最大容量で運転する。この場合、前記第1最大容量は前記第2最小容量と同一であり、前記第2最大容量の50%である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
図3は本発明の一実施形態による、2段可変容量圧縮機が並列に連結された空気調和装置の構成を示す図である。
【0017】
同図に示すように、本発明による空気調和装置は、相互並列に連結された二つの圧縮機30、40を含む。前記圧縮機30、40は、図7に示すように、一つの室外機80に複数の室内機60を連結する多室用空気調和装置に適用することができ、圧縮機30、40は室外機80に設けられ、室外機コントローラ(すなわち、マイコン)70の制御により容量が調節される。
【0018】
前記第1圧縮機30と前記第2圧縮機40は同一方式で冷媒を圧縮するが、前記第2圧縮機40が供給する容量は第1圧縮機30のおよそ2倍である。
【0019】
前記第1圧縮機30は2段可変容量圧縮機であって、その内部に二つの圧縮室P1、P2を有し、その内部のモータが前記室外機コントローラ70の制御命令に応じて正回転すると、二つの圧縮室P1、P2で共に冷媒の圧縮を行うので、第1最大容量である100%の容量で運転される。その内部のモータが前記室外機コントローラ70の制御命令に応じて逆回転すると、二つの圧縮室P1、P2のいずれか一つのみで冷媒圧縮を行うので、第1最小容量である50%の容量で運転される。
【0020】
前記第2圧縮機40は2段可変圧縮機であって、その内部に二つの圧縮室P3、P4を有し、その内部のモータが前記室外機コントローラ70の制御命令に応じて正回転すると、二つの圧縮室P3、P4で共に冷媒の圧縮を行うので、第2最大容量である100%の容量で運転される。その内部のモータが前記室外機コントローラ70の制御命令に応じて逆回転すると、二つの圧縮室P3、P4のいずれか一つのみで冷媒圧縮を行うので、第2最小容量である50%の容量で運転される。
【0021】
このように、前記第1圧縮機30及び前記第2圧縮機40は相違した二つの容量のうち、前記室外機コントローラ70によって決められるいずれか一つの容量(最小容量又は最大容量)で運転される。また、必要に応じて、総容量を増大させるため、区分的に線形的である総容量特性で運転される付加の圧縮機をさらに加えること可能なことが理解できる。
【0022】
前記第1圧縮機30の第1最大容量は前記第2圧縮機40の第1最小容量と同一であり、第2最大容量の50%に相当する。
【0023】
容量の相違した第1圧縮機30と第2圧縮機40に供給されるオイルが適正状態を維持するための装置を提供することができる。図4に示すように、均油管Bを提供することができる。
【0024】
図4に示すように、第1圧縮機30と第2圧縮機40の吐出側には、冷媒とオイルを分離するオイル分離器50が設けられ、第1圧縮機30とオイル分離器50との間に毛細管51が設けられ、第1圧縮機30のオイル貯蔵室と第2圧縮機40のオイル貯蔵室を連通させるため、均油管Bが連結される。
【0025】
前記オイル分離器50で冷媒から分離されたオイルは均油管Bを経て第1圧縮機30に回収され、別の均油運転は行われない。
【0026】
以下、本発明による空気調和装置の作用及びその制御方法を、図5及び図6に基づいて具体的に説明する。
【0027】
本発明による空気調和装置は、室内空調負荷の変動が激しい多室用空気調和機に適用される。この場合、一つの室外機80に多数の室内機60を連結し、室外機80と室内機60は相互通信を行い、室外機に設けられた複数の圧縮機を制御する室外機コントローラ70が、各室内機60から受けた室内空調負荷(所要容量)に応じて圧縮機の容量を制御する動作を説明する。
【0028】
まず、室外機コントローラ70は各室内機60から受けた当該室内機の空調負荷を合算して総室内空調負荷(所要容量)を算出する(S110)。
【0029】
次いで、室外機コントローラ70は算出された総所要容量が0であるかを判断する(S120)。その判断結果、総所要容量が0であると、第1圧縮機30及び第2圧縮機40の運転を停止させる(S130)。
【0030】
段階S120の判断結果、総所要容量が0でないと、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の17%以下であるかを判断する(S140)。判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の17%以下であると、第2圧縮機40の運転を停止させるとともに、第1圧縮機30が第1最小容量で運転するように逆回転で運転させる(図5のA1参照)(S150及びS160)。
【0031】
段階S140の判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の17%より大きいと、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の34%以下であるかを判断する(S170)。その判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の34%以下であると、第2圧縮機40の運転を停止させるとともに、第1圧縮機30が第1最大容量で運転するように正回転に運転させる(図5のA2参照)(S180及びS190)。
【0032】
段階S170の判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の50%以下であるかを判断する(S200)。その判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の50%以下であると、第2圧縮機40が第2最小容量を出力するように逆回転させるとともに、第1圧縮機30が第1最小容量で運転するように逆回転に運転させる(図5のA1、B1参照)(S210及びS220)。
【0033】
段階S200の判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の50%より大きいと、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の67%以下であるかを判断する(S230)。その判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の67%以下であると、第2圧縮機40が第2最大容量で運転するように正回転させるとともに、第1圧縮機30の運転を停止させる(図5のB2参照)(S240及びS250)。
【0034】
段階S230の判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の67%より大きいと、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の84%以下であるかを判断する(S260)。その判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の84%以下であると、第2圧縮機40が第2最大容量で運転するように正回転させるとともに、第1圧縮機30が第1最小容量で運転するように逆回転させる(図5のA1、B2参照)(S270及びS280)。
【0035】
段階S260の判断結果、総所要容量が第1及び第2圧縮機30、40の総容量の84%より大きいと、第2圧縮機40が第2最大容量で運転するように正回転させるとともに、第1圧縮機30が第1最大容量で運転するように正回転させる(図5のA2、B2参照)(S290及びS300)。
【0036】
前記段階S130、S160、S190、S220、S250、S280、S300を行った後には、開始段階に復帰する。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、大容量の2段可変容量圧縮機と小容量の2段可変容量圧縮機を並列に連結し、室内空調負荷に応じて多段階で容量を制御することができる。本発明は、線形的可変容量圧縮機に対し、価格の安い2段容量制御圧縮機を用いるので、費用節減となる。また、2段可変容量圧縮機は線形的可変容量圧縮機に比べ、効率面で優れているので、全運転領域で高効率を期待することができる。また、付加の圧縮機を用いることができ、前記コントローラはコンピュータ読取り可能媒体又はファームウェアにプログラムされた制御方法を実行するコンピュータとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 可変容量圧縮機と固定容量圧縮機を並列に連結した従来の空気調和装置の構成を示す図である。
【図2】 図1の圧縮機の容量を制御する動作を説明するグラフである。
【図3】 本発明の一実施形態による、2段可変容量圧縮機を並列に連結した空気調和装置の構成を示す図である。
【図4】 本発明の一実施形態による、圧縮機に均油管を連結した構成を示す図である。
【図5】 本発明の第2実施形態による、圧縮機の容量を制御する動作を示すグラフである。
【図6】 本発明の第2実施形態による空気調和装置の制御方法を説明する流れ図である。
【図7】 本発明の実施形態による多室用空気調和を示すブロック図である。
【符号の説明】
30 第1圧縮機
40 第2圧縮機
50 オイル分離器
60 室内機
70 室外機コントローラ
80 室外機
P1、P2、P3、P4 圧縮室
Claims (12)
- 第1最小容量及び第1最大容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第1圧縮機と、
前記第1圧縮機に並列に連結され、第2最小容量及び第2最大容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第2圧縮機と、
前記第1及び第2圧縮機の総容量が室内空調負荷に応じて多段階で制御されるように、前記第1及び第2圧縮機を制御する制御部とを含み、
前記第1圧縮機の前記第1最大容量は前記第2圧縮機の前記第2最小容量と同一であり、前記第2圧縮機の前記第2最大容量は前記第2圧縮機の前記第2最小容量の2倍以上とされており、
前記第1圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第1圧縮機の回転方向によって前記第1最小容量及び前記第1最大容量のいずれかの容量で運転し、前記第2圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第2圧縮機の回転方向によって前記第2最小容量及び前記第2最大容量のいずれか一つの容量で運転することを特徴とする空気調和装置。 - 前記第1及び前記第2圧縮機の各圧縮機は二つの圧縮室を有し、各圧縮機が正回転すると、前記二つの圧縮室が圧縮を行って前記最大容量で運転し、各圧縮機が逆回転すると、前記二つの圧縮室のいずれか一つが圧縮を行って前記最小容量で運転することを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 第1最小容量及び第1最大容量のいずれか一つの容量で運転する第1圧縮機と第2最小容量及び第2最大容量のいずれか一つの容量で運転する第2圧縮機とを含む室外機に複数の室内機が連結された空気調和装置の制御方法において、
当該室内機が要求する空調容量を算出する段階と、
前記第1及び第2圧縮機の総容量が前記算出された空調容量に応じて多段階で制御されるように、前記第1及び第2圧縮機の容量を制御する段階とを含み、
前記第1圧縮機の前記第1最大容量は前記第2圧縮機の前記第2最小容量と同一であり、前記第2圧縮機の前記第2最大容量は前記第2圧縮機の前記第2最小容量の2倍以上とされており、
前記第1圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第1圧縮機の回転方向によって前記第1最小容量及び前記第1最大容量のいずれかの容量で運転し、前記第2圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第2圧縮機の回転方向によって前記第2最小容量及び前記第2最大容量のいずれか一つの容量で運転することを特徴とする空気調和装置の制御方法。 - 前記制御段階は、
前記算出された空調容量が0であると、前記第1及び第2圧縮機の運転を停止させる段階と、
前記算出された空調容量が0より大きくて前記第1圧縮機の前記第1最小容量以下であると、前記第2圧縮機の運転を停止させるとともに前記第1圧縮機を前記第1最小容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第1圧縮機の前記第1最小容量より大きくて前記第1圧縮機の前記第1最大容量以下であると、前記第2圧縮機の運転を停止させるとともに、前記第1圧縮機を前記第1最大容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第1圧縮機の前記第1最大容量より大きくて前記第2圧縮機の前記第2最小容量及び前記第1圧縮機の前記第1最小容量の総和量以下であると、前記第2圧縮機を前記第2最小容量で運転させるとともに前記第1圧縮機を前記第1最小容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第2最小容量及び前記第1最小容量の総和量より大きくて前記第2圧縮機の前記第2最大容量以下であると、前記第2圧縮機を前記第2最大容量で運転させるとともに前記第1圧縮機の運転を停止させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第2最大容量より大きくて前記第2圧縮機の前記第2最大容量及び前記第1圧縮機の前記第1最小容量の総和量以下であると、前記第2圧縮機を前記第2最大容量で運転させるとともに前記第1圧縮機を前記第1最小容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第1圧縮機の前記第2最大容量及び前記第1最小容量の総和量より大きいと、前記第2圧縮機を前記第2最大容量で運転させるとともに前記第1圧縮機を前記第1最大容量で運転させる段階とを含むことを特徴とする請求項3記載の空気調和装置の制御方法。 - 第1容量及び第2容量のいずれか一つの容量で運転される第1圧縮機と、
前記第1圧縮機に並列に連結され、第3容量及び第4容量のいずれか一つの容量で運転される第2圧縮機と、
前記第1及び第2圧縮機の総容量が室内空調負荷に応じて多段階で変化するように、前記第1及び第2圧縮機を制御する制御部とを含み、
前記第1容量は前記第3容量と同一であり、前記第4容量は前記第3容量の2倍とされており、
前記第1圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第1圧縮機の回転方向によって前記第1容量及び前記第2容量のいずれかの容量で運転し、前記第2圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第2圧縮機の回転方向によって前記第3容量及び前記第4容量のいずれか一つの容量で運転することを特徴とする空気調和装置。 - 前記第1圧縮機が第1方向に回転すると、前記第1圧縮機の圧縮室が圧縮を行って前記第2容量で運転し、前記第1圧縮機が第2方向に回転すると、前記第1圧縮機の圧縮室のいずれか一つが圧縮を行って前記第1容量で運転することを特徴とする請求項5記載の空気調和装置。
- 前記第2圧縮機が第1方向に回転すると、前記第2圧縮機の圧縮室が圧縮を行って前記第4容量で運転し、前記第2圧縮機が第2方向に回転すると、前記第2圧縮機の圧縮室のいずれか一つが圧縮を行って前記第3容量で運転することを特徴とする請求項6記載の空気調和装置。
- 複数の室内機と、前記複数の室内機に連結される室外機とを含み、前記室外機は、
第1容量及び第2容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第1圧縮機と、
前記第1圧縮機に並列に連結され、第3容量及び第4容量のいずれか一つの容量で運転するように制御される第2圧縮機と、
前記第1圧縮機の容量を、室内空調負荷の供給のための総容量を超えていない、前記第1容量及び前記第2容量のうちの大きい容量で設定し、前記第2圧縮機の容量を、前記室内空調負荷の供給のための総容量と前記第1圧縮機の設定容量間の差を超えていない、前記第3容量及び前記第4容量のうちの大きい容量で設定することにより、前記第1及び第2圧縮機の総容量が多段階で制御されるように、前記第1及び第2圧縮機を制御する室外機制御部とを含み、
前記第1圧縮機の前記第2容量は前記第2圧縮機の前記第3容量と同一であり、前記第2圧縮機の前記第4容量は前記第2圧縮機の前記第3容量の2倍以上とされており、
前記第1圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第1圧縮機の回転方向によって前記第1容量及び前記第2容量のいずれかの容量で運転し、前記第2圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第2圧縮機の回転方向によって前記第3容量及び前記第4容量のいずれか一つの容量で運転することを特徴とする空気調和装置。 - 第1容量及び第2容量のいずれか一つの容量で運転する第1圧縮機と、前記第1圧縮機の第2容量と同一である第3容量及び前記第3容量の2倍以上である第4容量のいずれか一つの容量で運転する第2圧縮機とを含む室外機に複数の室内機が連結された空気調和装置の制御方法において、
室内空調負荷に応じて空調容量を算出する段階と、
前記第1及び第2圧縮機の総容量が前記算出された空調容量に応じて多段階で変化するように、前記第1及び第2圧縮機の容量を制御する段階とを含み、
前記第1圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第1圧縮機の回転方向によって前記第1容量及び前記第2容量のいずれかの容量で運転し、前記第2圧縮機は複数の圧縮室を有し、前記第2圧縮機の回転方向によって前記第3容量及び前記第4容量のいずれか一つの容量で運転することを特徴とする空気調和装置の制御方法。 - 前記容量制御段階は、
前記算出された空調容量が0であると、前記第1及び第2圧縮機の運転を停止させる段階と、
前記算出された空調容量が0より大きくて前記第1圧縮機の前記第1容量以下であると、前記第2圧縮機の運転を停止させるとともに前記第1圧縮機を前記第1容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第1圧縮機の前記第1容量より大きくて前記第1圧縮機の前記第2容量以下であると、前記第1圧縮機を前記第1容量で運転させるため、前記算出された空調容量と一致するデューティ制御信号を決定し前記デューティ制御信号に応じて負荷運転及び無負荷運転を実施することにより、前記第2圧縮機の運転を停止させるとともに前記第1圧縮機の容量を制御する段階と、
前記算出された空調容量が前記第1容量より大きくて前記第3容量及び前記第1容量の総和量以下であると、前記第2圧縮機を前記第3容量で運転させるとともに前記第1圧縮機を前記第1容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第3容量及び前記第1容量の総和量より大きくて前記第2圧縮機の前記第4容量以下であると、前記第2圧縮機を前記第4容量で運転させるとともに前記第1圧縮機の運転を停止させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第4容量より大きくて前記第4容量及び前記第1容量の総和量以下であると、前記第2圧縮機を前記第4容量で運転させるとともに前記第1圧縮機を前記第1容量で運転させる段階と、
前記算出された空調容量が前記第4容量及び前記第1容量の総和量より大きいと、前記第2圧縮機を前記第4容量で運転させるとともに前記第1圧縮機を前記第2容量で運転させる段階とをさらに含むことを特徴とする請求項9記載の空気調和装置の制御方法。 - 前記容量制御段階は、前記第1圧縮機の容量を、前記算出された空調容量を超えていない、前記第1及び第2容量のうちの大きい容量で運転するように設定し、前記第2圧縮機の容量を、前記算出された空調容量と前記第1圧縮機に対して設定された容量間の差と同一である容量で運転するように調整することにより、前記第1及び第2圧縮機を前記算出された空調容量で運転させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項9記載の空気調和装置の制御方法。
- 前記容量制御段階は、
前記第1圧縮機の容量を、前記算出された空調容量を超えていない、前記第1及び第2容量のうちの大きい容量で運転するように設定する段階と、
前記第2圧縮機の容量を、前記設定段階での前記第1圧縮機の容量と前記算出された空調容量間の差と同一である、前記第3及び第4容量のいずれか一つの容量で運転するように調整する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項9記載の空気調和装置の制御方法。
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