JP3996048B2

JP3996048B2 - 空気調和装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP3996048B2
Application number: JP2002358673A
Authority: JP
Inventors: 濟明文; 鍾▲ヨプ▼ 金; 東圭李; 日▲ヨン▼ 趙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: KR20030095685A; CN1231720C; US20030230097A1; CN1465928A; JP2004020178A; KR100487150B1; US6732539B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルス幅変調方式の圧縮機と２段可変容量圧縮機を備える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相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、室内空調負荷に相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、パルス幅変調方式の圧縮機と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、パルス幅変調方式で制御される第１圧縮機と、前記第１圧縮機に並列に連結され、最小容量及び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線形的に制御されるように、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、パルス幅変調方式で制御される第１圧縮機と、前記第１圧縮機に並列に連結され、最小容量及び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線形的に制御されるように、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、パルス幅変調方式で容量が制御される第１圧縮機と最小容量及び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線形的に制御されるように、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圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の最小容量と同一であり、前記第２圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の最小容量の２倍以上である空気調和装置の制御方法を提供する。
【００１４】
本発明は相互並列に連結された二つの圧縮機を用いて、単一の大容量圧縮機の容量を制御する運転と同様に二つの圧縮機の容量を制御する。一つの圧縮機は圧縮機の容量を線形的に制御するパルス幅変調方式の圧縮機であり、他の圧縮機は相対的に大容量を有し、相違した二つの容量で運転する２段可変圧縮機である。
【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、パルス幅変調方式の圧縮機と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の容量は、室外機コントローラ７０の制御によりパルス幅変調回路（図示せず）から出力されるデューティ制御信号に応じて調節される。すなわち、室外機コントローラ７０は室内機６０と通信して室内空調負荷（所要容量）を算出し、これによって圧縮機の容量を調節する。この場合、第１圧縮機３０は、調節しようとする圧縮機の容量に相応する周期内での負荷（冷媒吐出）と無負荷（冷媒吐出なし）のパルス幅を変調し、こうしてパルス幅が変調されたデューティ制御信号を用い圧縮機のパルス幅変調バルブを制御して圧縮機の容量を調節するパルス幅変調方式の圧縮機である。
【００１９】
前記第２圧縮機４０は２段可変容量圧縮機であって、その内部に、圧縮室Ｐと、この圧縮室Ｐの一側と吸入側を連結するバイパス管４０ａと、このバイパス管４０ａの中間に設置されたバルブ４０ｂとを有する。前記バルブ４０ｂが前記室外機コントローラ７０の制御命令に応じて閉鎖されると、圧縮室Ｐで全ての冷媒の圧縮が行われ、最大容量である１００％の容量で運転する。前記バルブ４０ｂが前記室外機コントローラ７０の制御命令に応じて開放されると、圧縮室Ｐの冷媒一部が吸入側に吐出されるので、最小容量である５０％の容量で運転される。
【００２０】
このように、前記第２圧縮機４０は、相違した二つの容量、すなわち最小容量及び最大容量のうち、前記室外機コントローラ７０により決められるいずれかの容量で運転する。必要に応じて、容量をさらに加えるため、線形的な総容量特性で運転する付加の圧縮機を備えることができる。
【００２１】
前記第１圧縮機３０の最大容量は前記第２圧縮機４０の最小容量と同一であり、最大容量の５０％と一致する。ここで、可変容量圧縮機が固定容量圧縮機に比べて価格が高く、圧縮機の最大容量が大きくなるほど圧縮機の価格が高くなるので、できるだけ製造費用を減らすため、第１圧縮機の容量は小さく設定される。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）。
【００２８】
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）。
【００２９】
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３３％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３３％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、図５のＰ１１のように、パルス幅変調回路に介してデューティ制御信号を印加して第１圧縮機３０のパルス幅変調バルブを開放（冷媒を吐出さない無負荷状態）又は閉鎖（冷媒を吐出す負荷状態）させることで、前記第１圧縮機３０の容量を算出された総所要容量に相応するように制御する（Ｓ１５０、Ｓ１６０及びＳ１７０）。
【００３０】
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３３％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（Ｓ１８０）。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が最小容量で運転するようにバルブ４０ｂを開放させ（図５のＢ参照）、図５のＰ１２のように、パルス幅変調回路を介してデューティ制御信号を印加して第１圧縮機３０のパルス幅変調バルブを制御して開放又は閉鎖させることで、第１圧縮機３０の容量を算出された総所要容量に相応するように調節する（Ｓ１９０、Ｓ２００及びＳ２１０）。
【００３１】
段階Ｓ１８０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％以下でないと、第２圧縮機４０が最大容量で運転するようにバルブ４０ｂを閉鎖させ（図５のＣ参照）、図５のＰ１３のように、パルス幅変調回路を介してデューティ制御信号を印加して第１圧縮機３０のパルス幅変調バルブを制御して開放又は閉鎖させることで、第１圧縮機３０の容量を算出された総所要容量に相応するように制御する（Ｓ２２０、Ｓ２３０及びＳ２４０）。
【００３２】
前記段階Ｓ１３０、Ｓ１７０、Ｓ２１０、Ｓ２４０を行った後には、開始段階に復帰する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、パルス幅変調方式の可変容量圧縮機と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制御することができる。本発明は、パルス幅変調方式の圧縮機が供給する容量が比較的小さく、その減少した容量の分だけ、圧縮機の製作費用が節減するので、価格の面で有利である。
【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、パルス幅変調方式の圧縮機と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】本発明の一実施形態による、圧縮機の容量を制御する動作を示すグラフである。
【図６】本発明の一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】本発明の一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
４０ａバイパス管
４０ｂバルブ
５０オイル分離器
５１毛細管
６０室内機
７０室外機コントローラ
８０室外機
Ｐ圧縮室

Claims

パルス幅変調方式で制御される第１圧縮機と、
前記第１圧縮機に並列に連結され、最小容量及び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線形的に制御されるように、前記第１及び第２圧縮機の容量を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、負荷及び無負荷運転の周期を制御するため、デューティ制御信号を用いて前記第１圧縮機の容量を制御し、前記第１圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の最小容量と同一であり、前記第２圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の前記最小容量の２倍以上とされており、
前記第２圧縮機は冷媒を吸入側にバイパスさせるためのバイパス管と前記バイパス管の中間に配置されるバルブとを含み、前記第２圧縮機は、前記バルブが閉鎖されると、全ての冷媒が吐出側に流動して前記第２圧縮機が前記最大容量で運転し、前記バルブが開放されると、冷媒の一部が吸入側に流動して前記第２圧縮機を前記最小容量で運転させることを特徴とする空気調和装置。
パルス幅変調方式で容量が制御される第１圧縮機と最小容量及び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線形的に制御されるように、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圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の最小容量と同一であり、前記第２圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の最小容量の２倍以上とされており、
前記第２圧縮機は冷媒を吸入側にバイパスさせるためのバイパス管と前記バイパス管の中間に配置されるバルブとを含み、前記第２圧縮機は、前記バルブが閉鎖されると、全ての冷媒が吐出側に流動して前記第２圧縮機が前記最大容量で運転し、前記バルブが開放されると、冷媒の一部が吸入側に流動して前記第２圧縮機を前記最小容量で運転させ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圧縮機の前記最大容量以下であると、前記算出された空調容量に相応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及び無負荷運転を行うことにより、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圧縮機の前記最大容量より大きくて前記第２圧縮機の前記最大容量以下であると、前記算出された空調容量に相応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前記負荷及び無負荷運転を行うことにより、前記第２圧縮機を前記最小容量で運転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２圧縮機の前記最大容量より大きいと、前記算出された空調容量に相応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前記負荷及び無負荷運転を行うことにより、前記第２圧縮機を前記最大容量で運転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
を含むことを特徴とする請求項２記載の空気調和装置の制御方法。
パルス幅変調方式で制御される第１圧縮機と、
前記第１圧縮機に並列に連結され、多数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制御部とを含み、
前記制御部は前記第１圧縮機の容量を制御し、前記第１圧縮機の最大容量は前記第２圧縮機の容量のうちの最小容量と同一であり、前記第２圧縮機の容量のうちの最大容量は前記第２圧縮機の前記最小容量の２倍以上とされており、
前記第２圧縮機は、冷媒を吸入側にバイパスさせるバイパス管と前記バイパス管の中間に配置されたバルブとを含み、
前記第２圧縮機は、前記バルブが閉鎖されると、全ての冷媒が前記第２圧縮機の吐出側に流動して前記第２圧縮機が前記容量のうちのいずれか一つの容量で運転するようにし、前記バルブが開放されると、前記冷媒の一部が前記第２圧縮機の吸入側に流動して前記第２圧縮機が前記容量のうちの他の容量で運転するように運転することを特徴とする空気調和装置。
前記制御部は負荷及び無負荷運転の周期を制御するデューティ制御信号を用いて前記第１圧縮機の容量を制御することを特徴とする請求項４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、
パルス幅変調方式で制御される可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機に並列に連結され、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２段圧縮機と、
前記２段圧縮機の容量を前記第１容量及び前記第２容量のいずれか一つの容量で設定し負荷及び無負荷運転の周期を制御するデューティ制御信号を用いて前記可変容量圧縮機を変化させることにより前記可変容量圧縮機及び前記２段圧縮機の総容量が制御されるように、前記可変容量圧縮機及び前記２段圧縮機の容量を制御する室外機制御部とを含み、
前記可変容量圧縮機の最大容量は前記２段圧縮機の前記第１容量と同一であり、前記２段圧縮機の前記第２容量は前記２段圧縮機の前記第１容量の２倍以上とされており、
前記第２段圧縮機は冷媒を吸入側にバイパスさせるためのバイパス管と前記バイパス管の中間に配置されるバルブとを含み、前記第２段圧縮機は、前記バルブが閉鎖されると、全ての冷媒が吐出側に流動して前記第２段圧縮機が前記第２容量で運転し、前記バルブが開放されると、冷媒の一部が吸入側に流動して前記第２段圧縮機を前記第１容量で運転させることを特徴とする空気調和装置。
パルス幅変調方式で容量が制御される第１圧縮機と、前記第１圧縮機の最大容量と同一である第１容量及び前記第１容量の２倍以上である第２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２圧縮機の容量を前記第１容量及び前記第２容量のいずれか一つの容量で設定し前記第１圧縮機の容量をパルス幅変調方式で変化させることにより前記第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２圧縮機は冷媒を吸入側にバイパスさせるためのバイパス管と前記バイパス管の中間に配置されるバルブとを含み、前記第２圧縮機は、前記バルブが閉鎖されると、全ての冷媒が吐出側に流動して前記第２圧縮機が前記最大容量で運転し、前記バルブが開放されると、冷媒の一部が吸入側に流動して前記第２圧縮機を前記最小容量で運転させ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圧縮機の前記最大容量以下であると、前記算出された空調容量に相応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及び無負荷運転を行うことにより、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圧縮機の前記最大容量より大きくて前記第２圧縮機の前記第２容量以下であると、前記算出された空調容量に相応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前記負荷及び無負荷運転を行うことにより、前記第２圧縮機を前記第１容量で運転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２圧縮機の前記第２容量より大きいと、前記算出された空調容量に相応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及び無負荷運転を行うことにより、前記第２圧縮機を前記第２容量で運転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
をさらに含むことを特徴とする請求項７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２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２圧縮機の前記第１容量及び前記第２圧縮機の前記第２容量のうちの大きい容量で運転するように設定するとともに前記第１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７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２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２圧縮機の前記第１容量及び前記第２圧縮機の前記第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１圧縮機の容量を、前記算出された空調容量と前記設定段階での前記第２圧縮機の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段階と
をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の空気調和装置の制御方法。