JPH03137457A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧縮能力可変な圧縮機と圧縮能力ー定の圧縮
機とを備えた冷凍装置に関するものである。

（従来の技術） 上記のような冷凍装置の従来例としては、例えば特開昭
５８−２２１３４９号公報記載の装置を挙げることがで
きる。この装置においては、インバータ制御される回転
数可変形の第１圧縮機と、回転数−定の第２圧縮機とを
互いに並列に接続してコンプレッサユニットを構成し、
これに凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続して空気調和
機を構成している。

上記装置では、空調負荷が小さな範囲では第１圧縮機の
みを運転する一方、この第１圧縮機の圧縮能力可変幅の
最大値を超える圧縮能力を必要とする大きな空調負荷が
生じたときに上記第１、第２圧縮機の同時運転に切換え
る。このような切換制御と、第１圧縮機の圧縮能力制御
とを併用することによって、第１圧縮機の圧縮能力の可
変幅を比較的小さく、したがってインバータ制御装置を
小容量のもので構成しても、変動幅の大きな負荷に対応
した制御が可能となり、大容量のインバータ制御装置を
備えた１台の圧縮機で構成する場合に比べて、コンプレ
ッサユニットの製作費を安価にすることができるという
利点が生じる。

また第１、第２圧縮機の運転制御は、第５図の高圧圧力
Ｐ−圧縮機周波数ｆの関係を示すグラフのように行われ
ており、領域Ａでは第１圧縮機だけを運転し、領域Ｂで
は第１、第２圧縮機の双方を運転するようになされてい
る。そしてこのような運転令頁域において、高圧圧力Ｐ
が一定圧力Ｗ１以上にならないように圧縮機周波数ｆを
制御する高圧カット領域９０．９１及びインバータ制御
装置のブレーカ容量やパワートランジスタの発熱等を考
慮して周波数を規制する電流カット領域９２．９３が設
定されている。

（発明が解決しようとする課Ｈ） 上記コンプレッサユニットにおいては、負荷要求が小さ
いときには第１圧縮機の単独運転が行われる一方、負荷
要求が第１圧縮機の能力ｆｌを超えたときに第１圧縮機
と第２圧縮機との同時運転が行われるような制御がなさ
れる訳であるが、特定の条件下においては、要求負荷に
見合うだけの圧縮能力が得られない場合が生じている。

すなわち第５図における負荷特性９５上において、例え
ば点９６に対応した負荷が要求されている場合には、第
１圧縮機には電流カットによる保護機能が作用し、点９
７での作動状態しか得られなくなり、この結果、第２圧
縮機が停止しているにもかかわらず能力不足の状態が継
続してしまうことになるのである。

この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされ
たものであって、その目的は、第１Ｆｆ縮機と第２圧縮
機との運転制御方式を改善し、負荷要求に適切に対応し
た圧縮機運転を行うことが可能な冷凍装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） そこで第１図及び第３図に示すように、この発明の冷凍
装置は、冷媒循環回路に、圧縮能力可変なインバータ式
の第１圧縮機ｌと圧縮能力一定の第２圧縮機２とを互い
に並列に接続して介装すると共に、上記第１圧縮機１の
単独運転及び第１、第２圧縮機ｌ、２の同時運転の切換
えと上記第１圧縮機１の圧縮能力の変更とを併用して全
体の圧縮能力を冷凍負荷変動に応ずるべく制御する運転
制御手段４４とを設けて成る冷凍装置であって、この運
転制御手段４４には、上記第１圧縮機ｌの周波数制御と
第２圧縮機２の発停制御とを行うための周波数制御手段
４８を設ける一方、さらに上記第１圧縮機ｌのインバー
タ保護機能による規制運転中においオ能力増加要求があ
ったときに上記第２圧縮機２を起動するための同時運転
信号７５を上記周波数制御手段４８へ出力する同時運転
制御手段６２を設けている。

（作用） 上記構成による冷凍装置においては、インバータ３の保
護機能、例えば電流カットによる周波数規制運転中に、
能力増加要求があったときには、要求能力が第１圧縮機
ｌの最大能力よりも小さい場合でも、第２圧縮機２が起
動し、第１圧縮機１と第２圧縮機２との同時運転がなさ
れることになる。この結果、従来のように第１圧縮機ｌ
の規制運転に起因する能力不足が解消でき、負荷要求に
適切に対応することが可能になる。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例について、図
面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図には、マルチタイプの空気調和機として構成
したこの発明の一実施例における冷凍装置の冷媒回路図
を示しており、同図において、Ｘは室外ユニットであり
、この室外ユニットＸには、４台の室内ユニットＡ−Ｄ
が接続されている。

上記室外ユニットＸには、互いに並列に接続された２台
の圧縮機１．２が内装されている。第１圧縮機ｌは、そ
の回転速度、つまり圧縮能力を制御するためのインバー
タ３を有するものであり、第２圧縮機２は商用周波数に
応じた一定の回転数で駆動されるものである。これらの
圧縮機ｌ、２の吐出側の配管４と吸込側の配管５とはそ
れぞれ四路切換弁６に接続され、この四路切換弁６には
さらに第１ガス管７と第２ガス管８とが接続されている
。なお上記吸込側配管５にはアキュームレータ９が介設
されている。上記第１ガス管７は、室外熱交換器１０に
接続され、また上記第２ガス管８はヘッダー１１に接続
されると共に途中にガス閉鎖弁１２が介設されている。

上記室外熱交換器１０には室外ファン１３が付設される
と共にさらに液管１４が接続されており、この液管１４
には、上記室外熱交換器１０側から順次ドライヤフィル
タ１５、第１電動膨張弁１６、受液器１７、液閉鎖弁１
８が介設されている。そして上記液管１４の先端は、そ
れぞれ第２電動膨張弁１９・・１９の介設された複数（
図の場合には４本）の液支管２０・・２０に分岐される
一方、上記ヘッダー１１に、それぞれマフラー２１・・
２１の介設された４本のガス支管２２・・２２が接続さ
れており、これらのガス支管２２と上記各液支管２０と
の間に室内熱交換器２３（室内ユニットＡについてのみ
図示する）がそれぞれ連絡配管２４・・２４によって互
いに並列に接続されている。なお各室内ユニッ）Ａ−Ｄ
は、それぞれ上記室内熱交換器２３と室内ファン２５と
によって構成されている。

上記構成の空気調和機における暖房運転は、四路切換弁
６を図中実線で示す切換位置に位置させて、圧縮機１．
２からの吐出冷媒を四路切換弁６、第２ガス管８を経由
させて各室内熱交換器２３で凝縮させ、次いで液管１４
を経由させて室外熱交換器１０内で蒸発させた後、第１
ガス管７、四路切換弁６から圧縮機１へと返流させるこ
とによって行う。この場合、蒸発冷媒の過熱度制御を第
１電動膨張弁１６にて行い、各第２電動膨張弁１９では
、各室内熱交換器２３への冷媒分配量の制御を行う。

一方、冷房運転は、四路切換弁６を図中実線で示す切換
位置に切換え、圧縮機１．２からの吐出冷媒を室外熱交
換器１０側から各室内熱交換器２３へと回流させること
によって行う。このとき、第１電動膨張弁１６は全開に
し、各第２電動膨張弁１９で冷媒の過熱度制御を行う。

次に上記のような運転の制御について、第３図の運転制
御系統図を参照して説明する。図のように、各室内ユニ
ッＩ−Ａ−Ｄは室内制御装置４１（室内ユニットＡにつ
いてのみ図示する）をそれぞれ備えており、各室内制御
装置４１には、運転操作用リモコン４２と、室温を検出
する室温センサ４３とがそれぞれ接続されている。上記
各運転操作用リモコン４２は冷暖切換スイッチと、運転
スイッチと、希望室温を設定するための温度設定スイッ
チとを有しており、上記運転スイッチがＯＮであり、か
つ室温センサ４３での検出温度が設定温度に達していな
いとき（室内サーモＯＮのとき）に、上記冷暖切換スイ
ッチでの切換位置に応じて暖房運転要求信号、或いは冷
房運転要求信号が上記検出温度と設定温度との温度差信
号と共に、各室内制御装置４１から室外ユニットＸに対
して出力される。

一方、室外ユニットＸは、室外制御装置（運転制御手段
）４４と、第１圧縮機ｌを周波数制御するためのインバ
ータ制御装置４５とを備えており、上記室外制御装置４
４内には、運転要求ユニット把握部４６と弁制御部４７
と周波数制御部４８と変更時初期周波数記憶部４９と周
波数設定部５０とが設けられている。上記運転要求ユニ
ット把握部４６は上記室内側からの暖房、或いは冷房運
転要求信号から起動時を含む運転部屋数変更時を判別し
、運転要求信号を出力している室内ユニットに応じた運
転ユニット信号と共に、上記の運転部屋数変更時に変更
信号を上記弁制御部４７と周波数設定部５０とに出力す
る。これによりまず上記弁制御部４７によって、前記し
た暖房運転時、或いは冷房運転時の冷媒循環径路を形成
すべく四路切換弁６の切換作動と共に、第１、第２電動
膨張弁１６．１９の開度制御が行われる。また周波数設
定部５０では上記温度差信号７０、運転要求信号７１及
び初期周波数記憶部４９のメモリに基づいて、必要な駆
動周波数を設定する機能を有している。

上記室外制御装置４４は、さらに同時運転制御部（同時
運転制御手段）６２を有しているが、これは次のような
機能を有するものである。すなわち、インバータ３から
の電流値信号６９に基づいて、インバータ３に電流カッ
トによる保護機能が作用しているか否かを判別するイン
バータ保護判別機能と、温度差信号７０と運転要求信号
７１とに基づいて要求されている駆動周波数を把握する
要求能力把握機能と、現状の運転周波数７２を把握する
運転能力把握機能と、インバータの保護機能が作用して
いる場合において現状の運転周波数よりも要求されてい
る駆動周波数が大であるときに第２圧縮機２を起動させ
るための同時運転信号７５を出力する運転指令出力機能
とである。

一方、上記周波数制御部４８では、上記運転ユニット信
号及び変更信号に基づく周波数設定部５０及び同時運転
制御部６２からの指令により、第１、第２圧縮機の起動
停止制御と第１圧縮機１の周波数制御とを行うが、これ
については、第４図の制御フローチャートを参照しなが
ら説明する。

同図において、ステップＳ１は、上記運転要求ユニット
把握部４６からの運転ユニット信号の有無、すなわち室
内ユニットでの運転要求信号の有無を判別するステップ
であって、いずれの室内ユニットからも運転要求信号が
ない場合には、上記ステップＳ１と３２とを繰返して停
止状態で運転要求信号の入力待ち状態を継続する。そし
ていずれかの室内ユニットで運転要求信号が発生された
場合には、上記ステップＳ１から３３に移行する。この
ステップは、起動時及び運転部屋数変更時に上記運転要
求ユニット把握部４６で発生される変更信号の有無を判
別するステップであり、ここでは起動時における処理に
ついて初めに説明すると、このとき上記ステップＳ３か
ら、起動時か否かの判別を行うステップＳ４に移行し、
第１圧縮機１が停止状態であることから、次いでステッ
プＳ５でこの第１圧縮機１の運転を開始し、ステップＳ
６において、それまで停止状態であった第１圧縮機１に
おける油上がりを防止するために、駆動周波数を段階的
に上昇させていくような起動時制御を行う。そして運転
状態が安定した後にステップＳ７に移行し、このステッ
プにおいて室内側の負荷に応じた圧縮能力を与える駆動
周波数（以下、目標周波数という）Ｆｔｏ　ｔａ　］　
を求める。

上記目標周波数Ｆｔｏｔａｌは、起動時及び後述する運
転部屋数変更時には、上記ステップＳ７において、以下
の手順で求められる。まず上記運転ユニット信号に基づ
いて、運転要求のある各ユニット毎の負荷レベルの合計
ΣＳを算出する。このために、上記周波数制御部４８に
は各ユニットの定格能力に対応させた数値（例えば定格
能力２２４０ｋｃａｌ／ｈのものでは”　１　”　、２
８００ｋｃａｌ／　ｈでは”１．５”・・）が予め記憶
されている。さらに上記周波数制御部４８では運転要求
のある各室内ユニットからの温度差信号の合計ΣΔＴを
算出し、これらのΣＳとΣΔＴとの組合わせに対応する
初期周波数を上記変更時初期周波数記憶部４９から読出
して、これを上記目標周波数Ｆｔｏｔａｌとして設定す
る。上記変更時初期周波数記憶部４９には、種々の合計
負荷レベルΣＳと合計温度差ΣΔＴとの組合わせに対応
する初期駆動周波数がデータテーブルとして記憶されて
いる。

次いでステップＳ８において第２圧縮機２が運転状態で
あるか否かの判別を行うが、このとき上記第１圧縮機１
のみが運転されていることから、ステップＳ９に移行し
、ここで、上記で設定された目標周波数Ｆ　ｔｏｔａｌ
を、第１圧縮機１での上限駆動周波数近（の値として設
定されている周波数（例えばｆｌ＝１０５　Ｈ２）と比
較し、１０５七よりも小さい場合には、通常はステップ
Ｓ１５　、Ｓｉ２　　（詳細は後述する）を経由して、
ステップＳＩＯにおいて、上記Ｆｔｏｔａｌを第１圧縮
機１に対する駆動周波数ｆとし、ステップＳｌｌで、こ
の周波数ｆを前記インバータ制御装置４５に出力するこ
とにより、第１圧縮機１を上記駆動周波数ｆに応する回
転数とする周波数制御が行われる。

その後は上記ステップＳ１に戻る処理が繰返されるが、
運転部屋数に変更がない間は、ステップＳ３からステッ
プＳ１２に移行して、合計温度差ΣΔＴの変化に対して
例えばＰＩＤ制御によってその変化に応じた目標周波数
Ｆｔｏｔａｌが逐次設定され、このＦｔｏｔａｌが１０
５　Ｈｚよりも小さい間（ステップＳ９）は、この周波
数に応じた第１圧縮機１のみの運転が継続される（ステ
ップ５１１）。したがって運転の継続によって室温が設
定温度に近づくにつれて、駆動周波数が徐々に低下して
いくような室内側の負荷に応じた圧縮能力の変更がなさ
れるのである。

そして負荷の大きな増加が生じた場合、特に運転部屋数
の追加を生じたような場合に、上記ステップＳ３、Ｓ４
を経てステップＳ７で新たに設定される目標周波数Ｆｔ
ｏｔａｌが、ステップＳ９において、１０５　Ｈｚを超
えていることが判別された場合には、第２圧縮機２を起
動して第１１第２圧縮機１．２の同時運転に切換える（
ステップ５１３）と共に（第１圧縮機１の駆動周波数を
ｆ　＝　Ｆ　ｔｏｔａｌ　−６０Ｈｚと変更する（ステ
ップ５１４　）。

また上記ステップＳ９において、目標周波数Ｆｔ。

ｔａｌが１０５　Ｈｚを超えない場合においても、イン
バータ３に対して電流カットによる保護機能が作用して
いる場合（ステップ５１５）において、目標周波数Ｆ　
ｔｏｔａｌが現在の運転周波数よりも大である場合（ス
テップ５１６）には、ステップＳ１３に移行して第２圧
縮機２を起動し、第１圧縮機１と第２圧縮機２との同時
運転に切換えることとする。

なお第４図において、ステップＳｌｌの後にステップＳ
１へ戻る処理で同時運転状態が継続されることとなり、
このときにはステップＳ１２或いはステップＳ７で以降
に設定される目標周波数Ｆ　ｔｏｔａｌに対して、ステ
ップＳ８からステップＳ１８に移行して、９０セ以上で
あるか否かを判別する。すなわち９０Ｈｚ以上のときに
上記Ｆ　ｔｏｔａｌから第２圧縮機２の圧縮能力に相当
する周波数６０Ｈｚを引いた周・波数を第１圧縮機１に
対する駆動周波数ｆとして設定しくステップＳ１９　）
　、このｆにて第１圧縮機１を制御しながら第２圧縮機
２との同時運転を継続するのである。そして同時運転継
続中に上記Ｆｔｏｔａｌが９０七未満となった時に、ス
テップＳ２０において第２圧縮機２を停止し、第１圧縮
機１の単独運転に切換えることとしている。このように
第２圧縮機２の停止に対して、起動時とは異なる判別条
件を設定しているので、第２圧縮機２の発停が繰返され
る、いわゆるハンチングを生じない安定した切換制御が
行われる。

このような制御構成では、例えば第５図の点９６に相当
する駆動周波数が指令されている場合に、本来は第１圧
縮機１だけを運転する領域Ａであるにも拘らず、第１、
第２圧縮機ｌ、２の双方を運転することが可能になり、
従来のように点９７にまで周波数ｆが規制されてしまう
場合と比較して、要求負荷に応じた適切な圧縮機制御を
行い得ることになる。

以上、この発明の一実施例について説明したが、上記実
施例はこの発明を限定するものではなくこの発明の範囲
内で種々の変更が可能であり、例えば上記実施例におい
ては、マルチタイプの空気調和機を例に挙げて説明した
が、その他の冷凍装置においてもこの発明の適用が可能
である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の冷凍装置においては、インバー
タの保護機能、例えば電流カットによる規制運転中に、
能力増加要求があったときには第１圧縮機の能力を超え
ない場合にでも、第２圧縮機が起動し、第１圧縮機と第
２圧縮機との同時運転がなされることになる。この結果
、従来のような第１圧縮機の規制運転に起因する能力不
足が解消でき、負荷要求に応じた適切な運転制御を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図は空気調和
機として構成したこの発明の一実施例における冷凍装置
の冷媒回路図、第３図は上記空気調和機の運転制御系統
図、第４図は上記空気調和機における圧縮機の周波数制
御のフローチャート図、第５図は運転周波数に対する圧
縮機出力の変化を示すグラフである。 １・・・第１圧縮機、２・・・第２圧縮機、４４・・・
室外制御装置（運転制御手段）、４８・・・周波数制御
部（周波数制御手段）、６２・・・同時運転制御部（同
時運転制御手段）。 第 １ 図 ４号 学未玲凍械信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、冷媒循環回路に、圧縮能力可変なインバータ式の第
   １圧縮機（１）と圧縮能力一定の第２圧縮機（２）とを
   互いに並列に接続して介装すると共に、上記第１圧縮機
   （１）の単独運転及び第１、第２圧縮機（１）（２）の
   同時運転の切換えと上記第１圧縮機（１）の圧縮能力の
   変更とを併用して全体の圧縮能力を冷凍負荷変動に応ず
   るべく制御する運転制御手段（４４）とを設けて成る冷
   凍装置であって、この運転制御手段（４４）には、上記
   第１圧縮機（１）の周波数制御と第２圧縮機（２）の発
   停制御とを行うための周波数制御手段（４８）を設ける
   一方、さらに上記第１圧縮機（１）のインバータ保護機
   能による規制運転中において能力増加要求があったとき
   に上記第２圧縮機（２）を起動するための同時運転信号
   （７５）を上記周波数制御手段（４８）へ出力する同時
   運転制御手段（６２）を設けたことを特徴とする冷凍装
   置。