JPH07111181B2 - 圧縮機の容量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は冷凍装置に備える圧縮機の容量制御装置の改良
に関し、特に複数台の圧縮機を備えた場合の制御性の向
上対策に関する。

（従来の技術） 昨今、冷凍装置では、例えば特公昭61−57538号公報に
開示されるように、空気調和装置における圧縮機の容量
を制御し、その空調能力を負荷の大きさに対応させて、
室内の快適空調を行っている。

ところで、大形の空気調和装置などにおいて、例えばタ
ーボ圧縮機や開放型スクリュー圧縮機等を大容量のもの
で構成し、その容量をP.I.Dコントローラ等で０〜100％
まで無段階に連続的に可変制御する場合には、その空調
能力を負荷の大きさに精度良く対応でき好ましいが、圧
縮機が大型化する分価格も高く付く欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） そこで、安価で小容量の圧縮機を複数台備え、これ等の
合計運転容量を連続的に制御して、低価格に抑えること
が考えられる。

しかるに、その場合、小容量の圧縮機は、安価であるが
故にその圧縮機潤滑油用の油を空調サイクルから回収す
る回収機構の機能がさほど高くなく、このため圧縮機内
部に潤滑油量を十分に確保するには、圧縮機の最低容量
を零値には設定し得ず、零値から大きく離れた最低容量
（例えば最大容量の30％値）に制限し、空調サイクルの
冷媒の循環量の最少限確保して、空調サイクルからの潤
滑油の回収を有効に行う必要がある。また、ヒートポン
プ式空調調和装置では、冷媒の高圧と低圧との差圧で四
路切換弁を切換える場合、冷媒循環量が所定量以下では
高低圧差が小さくて四路切換弁の切換不良が生じるか
ら、圧縮機の最低容量を制限する必要もある。その結
果、複数台の圧縮機の合計運転容量を可変制御する場合
には、一台の圧縮機が発停する毎に合計運転容量がその
最低容量分だけ瞬時に大きく変化して連続的にならず、
冷凍性能の低下を招くことになる。

本発明は斯かる転に鑑みてなされたものであり、その目
的は、複数台の圧縮機の合計運転容量を連続的に制御す
る場合、一台の圧縮機が発停する際にも無段階に連続的
に制御して、冷凍性能の向上を図ることにある。

上記の目的を達成するため、本発明では、一台の圧縮機
が発停する際には、運転中の圧縮機の合計運転容量をそ
の発停する圧縮機の最低容量分だけ適宜短時間で変化さ
せることとする。この場合、運転中の圧縮機の合計運転
容量が限界容量（100％（最大）容量時及び最低容量
時）の状況では、それ異常の容量変化は行い得ないか
ら、例えば制御対象（例えば室内温度）の目標値にその
許容制御幅を設けておき、最大容量時に熱負荷が増大側
に変化して制御対象がこの上限側の許容値を越えた時点
で停止中の圧縮機の運転を開始させて合計運転容量を増
大制御することが考えられるが、この考えでは、目標値
から許容値まで変化する分、制御対象の制御精度が低下
することとなる。斯かる観点から、本発明では、備える
複数台の圧縮機の発停を適切に制御することにより、熱
負荷のより一層の減少及び増大変化に対しても、この負
荷変化に良好に追随した圧縮機の合計運転容量の減少及
び増大制御を可能として、制御対象を精度良く目標値に
制御することをも本発明の目的として、特に、熱負荷の
減少時には、運転中の各圧縮機の運転容量が共に下限最
低容量）になれば、この段階で予め運転中の何れか１台
の圧縮機を停止させると共に、その最低容量分だけ他の
運転中の圧縮機の合計運転容量を増大させておいて、熱
負荷のより一層の減少に対応した圧縮機の合計運転容量
の減少制御を可能にする一方、熱負荷の増大時には運転
中の何れかの圧縮機の運転容量が最低容量の２倍容量に
なった段階で予め停止中の圧縮機の運転を開始させると
共に、運転中の圧縮機の合計運転容量を上記運転開始さ
せる圧縮機の最低容量分だけ減少させて、それ以後の熱
負荷の増大に対する圧縮機の合計運転容量の増大制御を
大きな余裕度でもって行うこととする。

（課題を解決するための手段） つまり、本出願の請求項（１）に係る発明の具体的な構
成は、第１図に示すように、複数台の圧縮機（４），
（５）を備え、該圧縮機（４），（５）の合計運転容量
を連続的に制御するようにした圧縮機の容量制御装置を
対象とし、上記各圧縮機（４），（５）は最低容量が零
値より大きく離れた容量値であって且つ最大容量の半分
値よりも所定容量少ない設定容量に制御されていると共
に、熱負荷の減少時に運転中の各圧縮機（４），（５）
の運転容量が共に最低容量になった時に何れか１台の圧
縮機（４又は５）の運転を停止させ、熱負荷の増大時に
運転中の何れか１台の圧縮機（４又は５）の運転容量が
最低容量の２倍容量値になった時に停止中の圧縮機（５
又は４）の運転を開始させる発停制御手段（15）と、該
発停制御手段（15）の出力を受け、一台の圧縮機（４又
は５）の運転の停止時に、運転を継続する圧縮機（５又
は４）の合計運転容量を上記停止した圧縮機（４又は
５）の最低容量だけ強制的に増大させ、一台の圧縮機
（４又は５）の運転の開始時に、その直前に運転通にあ
った圧縮機（５又は４）の合計運転容量を上記運転開始
する圧縮機（４又は５）の最低容量だけ強制的に減少さ
せる容量制御手段（16）とを設ける構成としている。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）に係る発明の圧縮機の
容量制御装置では、例えば２台の圧縮機（４），（５）
を備えた場合、一台の圧縮機（例えば４）の運転時に他
の停止中の圧縮機（５）が運転を開始する場合には、該
停止中の圧縮機（５）の運転開始によりその最低容量分
だけ圧縮機の合計運転容量は増大するものの、この直前
に運転状態にある圧縮機（４）の運転容量が最低容量分
だけ容量制御手段（16）で減少制御されるので、圧縮機
の合計運転容量は上記運転開始する圧縮機（５）の運転
開始の前後で変わらない。

また、双方の圧縮機（４及び）の運転時において、一台
の圧縮機（５）が運転を停止する場合には、該圧縮機
（５）の停止によりその最低容量分だけ圧縮機の合計運
転容量は減少するものの、運転を継続する圧縮機（４）
の運転容量が最低容量分だけ容量制御手段（16）で増大
制御されるので、圧縮機の合計運転容量は上記停止する
圧縮機（５）の運転の停止の前後で変化しない。よっ
て、一台の圧縮機の発停時にも圧縮機の合計運転容量を
無段階に連続的に可変制御できる。

その場合、各圧縮機（４），（５）の最低容量が、零値
より大きく離れた容量値であって且つ100％容量（最大
容量）の半分値よりも所定容量少ない設定容量、例えば
最大容量の30％容量値であるとすると、熱負荷の減少時
において、双方の圧縮機（４及び５）が運転している場
合に、その各運転容量が共に最低容量（30％容量値）に
なると、このままでは圧縮機の合計運転容量はそれ以下
には減少し得ず、熱負荷の減少に対応し得ないから、こ
の時点で直ちに一方の圧縮機（例えば５）の運転が発停
制御手段（15）により停止されると共に、他の運転中の
圧縮機（４）の運転容量が容量制御手段（16）で最低容
量（30％容量値）だけ増大制御されて60％容量になるの
で、この熱負荷の減少時には上記運転中の圧縮機（４）
の容量を60％容量値から減少制御すれば、この熱負荷の
減少に直ちに対処できて、制御対象を精度良く目標値に
保持できる。

また、熱負荷の増大時において、一台の圧縮機（例えば
４）が運転し、他の圧縮機（５）が運転を停止している
場合に、運転中の圧縮機（４）の運転容量が最低容量
（30％容量値）の２倍容量値（60％容量値）になると、
この時点で直ちに停止中の圧縮機（５）の運転が発停制
御手段（15）により最低容量（30％容量値）で開始制御
されると共に、運転中の圧縮機（４）の運転容量が容量
制御手段（16）で最低容量（30％容量値）分だけ減少制
御されて最低容量（30％容量値）になる。従って、両圧
縮機（４），（５）の双方の運転容量を最低容量（30％
容量値）から増大制御できるので、熱負荷のより一層の
増大に対して両圧縮機（４），（５）の合計運転容量の
増大生後の余裕度を大きくしつつ、制御対象を精度良く
目標値に保持できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本出願の請求項（１）に係る発明
の圧縮機の容量制御装置によれば、複数台の圧縮機の合
計運転容量を無段階に連続的に制御する場合、一台の圧
縮機の停止時及び運転開始時には、運転を継続する圧縮
機の合計運転容量をその発停する圧縮機の最低容量分だ
け各々増大及び減少制御したので、圧縮機の発停時にも
合計運転容量を無段階に連続して制御することができる
と共に、熱負荷の減少時に運転中の各圧縮機の容量が共
に最低容量になった時点で運転中の何れか１台の圧縮機
の運転を停止させると共に運転中の圧縮機の合計運転容
量を最低容量分だけ増大制御する一方、熱負荷の増大時
に運転中の何れか１台の圧縮機の容量が最低容量の２倍
容量値になった時点で停止中の１台の圧縮機の運転を開
始させると共に運転中の圧縮機の合計運転容量を最低容
量分だけ減少制御したので、熱負荷のより一層の減少及
び増大変化に対して圧縮機の合計運転容量の減少及び増
大制御を良好に対応させることができ、制御対象を目標
値に精度良く保持制御できる効果を奏する。

（実施例） 以下、本出願に係る発明の実施例を第２図以下の図面に
基いて説明する。

第２図はチラー装置に適用した実施例を示す。同図にお
いて、（１）は冷凍装置における蒸発器であって、該蒸
発器（１）には水配管（２）が蛇行配置されていて、蒸
発器（１）を流通する低温の冷媒と水配管（２）を流通
する水との熱交換により冷水を得ている。上記水配管
（２）は室内に配置した熱交換器（図示せず）に流通
し、室内空気から熱量を吸熱して室内を冷房するよう構
成されている。

而して、（３）は上記蒸発器（１）出口側の水配管
（２）の冷水温度（以下、冷水出口温度という）を設定
温度に保持制御するためのP.I.Dコントローラであっ
て、該P.I.Dコントローラ（３）は、上記冷凍装置に備
える複数台（２台）の小容量の圧縮機（４），（５）の
合計容量をＰ（比例）、Ｉ（積分）呼びＤ（微分）制御
して、蒸発機（１）での水冷却能力を調整し、冷水出口
温度を設定温度に保持するものである。

上記P.I.Dコントローラ（３）には、冷水出口温度T_Oを
検出するサーミスタ（Th）の検出信号が入力されている
と共に、図中上側の第１圧縮機（４）への強制容量制御
回路（７）には、第１リレーの常開接点（X1）が介設さ
れ、図中下側の第２圧縮機（５）への強制容量制御回路
（８）には、第２リレーの常開接点（X2）が介設されて
いる。

而して、上記第１及び第２の圧縮機（４），（５）は、
詳示しないがターボ圧縮機又は半密閉型スクリュー圧縮
機で構成され、且つその吐出ポートを吸入ポートに連通
するバイパスポートを備え、該バイパスポートの通路面
積を無段階に調整して冷媒バイパス量を連続的に調整
し、よって圧縮機の運転容量を無段階に連続して制御可
能とされている。また、各圧縮機（４），（５）がP.I.
Dコントローラ（３）で容量制御される最低容量は、零
値より大きく離れた容量値であって且つ100％容量（最
大容量）の半分値よりも所定容量（例えば最大容量の20
％容量）少ない設定容量（例えば最大容量の30％容量
値）に制限されている。更に、運転の優先順位は第１圧
縮機（４）側にある。

また、上記各圧縮機（３），（４）には、各々、その容
量状態に応じてON/OFF作動する２個のリミットスイッチ
（９），（10）が配置され、一方のリミットスイッチ
（９）は、第３図下側に示す如く、各々対応する圧縮機
（４），（５）の容量が最低容量（30％容量）以下でOF
F作動し、最低容量（30％容量）を越える範囲でON作動
する。また、他方のリミットスイッチ（10）は、同図下
側に示す如く対応する圧縮機（４），（５）の容量が最
低容量の２倍値（60％容量）以下でOFF作動し、この２
倍値（60％容量）を越える範囲でON作動するものであ
る。

次に、上記P.I.Dコントローラ（３）により圧縮機
（４），（５）の発停時における容量制御を第４図及び
第５図の制御フローに基いて説明する。

先ず、第４図の制御フローにおいて、第１圧縮機（４）
のみの運転中に熱負荷が増大傾向にある場合には、ステ
ップS_A1で第１圧縮機（４）の他方のリミットスイッチ
（10）のON/OFF状態を判別し、OFF状態の場合（60％容
量以下の状況）では、ステップS_A2でこの第１圧縮機
（４）のみの運転を継続する。

一方、リミットスイッチ（10）のOFF→ON切換時（60％
容量時）では、この時点で第２圧縮機（５）を運転を開
始すべく、ステップS_A3で第２リレーをON制御しその常
開接点（X2）を閉じて容量制御可能状態として第２圧縮
機（５）を最低容量（30％容量）で運転を開始させると
共に、その最低容量分だけ第１圧縮機（４）の運転容量
を減少制御すべく、ステップS_A4で第１リレーをON制御
しその常開接点（X1）を閉じた状態で第１圧縮機（５）
に構成ロードダウン信号を出力して、その運転容量を連
続的に減少制御する。

しかる後、第１圧縮機（４）の運転容量を見るべく、ス
テップS_A5でその一方のリミットスイッチ（９）のON/OF
F状態を判別し、OFF作動して30％容量時になると、ステ
ップS_A6で第１リレーをOFF制御しその常開接点（X1）を
開いて容量制御の不能状態とし第１圧縮機（４）への強
制ロードダウン信号の出力を禁止する。また、ステップ
S_A7では第２リレーをOFF制御しその常開接点（X2）を開
き、両圧縮機（４），（５）の運転容量を一旦は最低容
量（30％容量）に強制的に設定する。

その後は、上記第１及び第２圧縮機（４），（５）の双
方が最低容量（30％容量）の状態で、ステップS_A8で、
サーミスタ（Th）で検出する冷水で口温度T_Oを設定温度
にするよう両圧縮機（４），（５）の合計容量をP.I.D
制御して、熱負荷に対応させる。

また、第５図の制御フローにおいて、両圧縮機（４），
（５）双方の運転中に熱負荷が減少傾向にある場合に
は、ステップS_B1で両圧縮機（４），（５）の一方のリ
ミットスイッチ（９）のON/OFF状態を判別し、圧縮機
（４），（５）双方で共にOFF状態にない（一方の圧縮
機が最低容量を越える容量での運転中）場合では、ステ
ップS_B2で両圧縮機（４），（５）のその容量での運転
を継続する。

而して、圧縮機（４），（５）双方でリミットスイッチ
（９）がOFF切換された時（両圧縮機の最低容量での運
転時）では、その合計運転容量の減少制御を行い得るよ
う、ステップS_B3で第２リレーをON制御しその常開接点
（X2）を閉じて容量制御可能とし第２圧縮機（５）の運
転を停止させると共に、その最低容量分だけ第１圧縮機
（４）の運転容量を増大させるべく、ステップS_B4で第
１リレーをON制御しその常開接点（X1）を閉じた状態で
第１圧縮機（５）に強制ロードアップ信号を出力して、
その運転容量を連続的に増大制御する。

しかる後、第１圧縮機（４）の運転容量を見るべく、ス
テップS_B5でその第２リミットスイッチ（10）のON/OFF
状態を判別し、ON作動して60％容量時になると、ステッ
プS_B6で第１リレーをOFF制御しその常開接点（X1）を開
いて容量制御の不能状態とし、第１圧縮機（４）の運転
容量を60％容量値に固定する。

そして、その後は、第１圧縮機（４）の60％容量の状態
で、ステップS_B7でサーミスタ（Th）で検出する冷水出
口温度T_Oを設定温度にするよう第１圧縮機（４）の運転
容量をP.I.D制御して、熱負荷に対応させる。

よって、上記第４図及び第５図の制御フローにおいて、
ステップS_B1及びS_B3,S_A1及びS_A3により、熱負荷の減少
時に運転中の両圧縮機（４），（５）双方の運転容量が
共に最低容量（30％容量）になった時をリミットスイッ
チ（９）のOFF作動で検出して（S_B1）、この時点で一方
の圧縮機（５）の運転を停止させ（S_B3）、一方、熱負
荷の増大時に２台のうち一台の圧縮機（４）が運転中に
あり且つその運転容量が最低容量（30％容量）の２倍容
量値（60％容量値）になった時をリミットスイッチ（1
0）のON作動で検出して（S_A1）、この時点で停止中の圧
縮機（５）の運転を開始させる（S_A3）ようにした発停
制御手段（15）を構成している。

また、同制御フローのステップS_B4〜S_B6,S_A4〜S_A6によ
り、上記発停制御手段（15）の出力を受け、２台の圧縮
機（４），（５）の運転時に１台の圧縮機（５）の運転
が停止した時には、運転を継続する圧縮機（４）の（合
計）運転容量を上記停止した圧縮機（５）の最低容量
（30％容量）だけ強制的に増大させ（S_B4〜S_B6）、一
方、１台の圧縮機（４）の運転時に他の１台の圧縮機
（５）の運転が開始される時には、その直前に運転中に
あった圧縮機（４）の（合計）運転容量を上記運転開始
する圧縮機（５）の最低容量（30％容量）だけ強制的に
減少させる（S_A4〜S_A6）ようにした容量制御手段（16）
を構成している。

したがって、上記実施例においては、第６図に示す如
く、例えば第１圧縮機（４）が40％容量で運転し（同図
（ハ））、第２圧縮機（５）が停止している（同図
（ニ））場合において、熱負荷が増大すると（同図
（イ））、これに伴い冷水入口温度は上昇する（同図
（ロ））が、熱負荷の増大に対応して運転中の第１圧縮
機（４）の容量が連続的に増大する（同図（ハ））の
で、冷水出口温度T_Oは設定温度に保持される。而して、
第１圧縮機（４）の容量が60％容量値（圧縮機の合計運
転容量としては30％値）になる（同図（ハ））と、この
時点で第２圧縮機（５）の運転が最低容量（30％容量）
で開始され（同図（ニ））、これに伴い第１圧縮機
（４）の運転容量が短時間でその最低容量（30％容量）
分だけ減少制御されて最低容量（80％容量）になり（同
図（ハ））、この第２圧縮機（５）の運転開始時にも圧
縮機の合計運転容量は30％に保持される。そして、第２
圧縮機（５）の運転開始後は、各圧縮機（４），（５）
の各々の運転容量が相当しい状態で熱負荷の増大に対応
しながら最低容量（30％）から無段階に連続して増大す
るので、冷水出口温度T_Oは設定温度にほぼ保持される
（同図（ロ））。

また、上記両圧縮機（４），（５）双方の運転時（例え
ば80％容量時）において、熱負荷が減少する（同図
（イ））と、冷水入口温度も低下する（同図（ロ））
が、両圧縮機（４），（５）の運転容量がともに減少し
て（同図（ハ）及び（ニ））、熱負荷の減少に対応する
ので、冷水出口温度T_Oは設定温度に保持される（同図
（ロ））。そして、各圧縮機（４），（５）の運転容量
が30％の最低容量になる（同図（ハ）及び（ニ））（圧
縮機の合計運転容量＝30％時）と、第２圧縮機（５）の
運転が停止する（同図（ニ））と共に第１圧縮機（４）
の運転容量が最低容量分だけ増大制御されて最低容量の
２倍値（60％容量）になり（同図（ハ））、圧縮機の合
計運転容量は30％値に保持される。そして、この第１圧
縮機（４）のみの運転状態で、該第１圧縮機（４）の運
転容量が熱負荷の減少に対応して３％の最低容量に向っ
て無段階に連続して減少するので、冷水出口温度T_Oはほ
ぼ設定温度に保持される。

特に、運転台数の制御につき、従来では、第７図に示す
如く、例えば第１圧縮機（４）の100％容量時（同図
（ハ））に、熱負荷が増大する（同図（イ））と、冷水
出口温度T_Oが設定温度の許容幅△Ｔを越えた時点（同図
（ロ））で第２圧縮機（５）の運転が開始される（同図
（ニ））ため、冷水出口温度の制御精度が低下する。ま
た逆に、熱負荷の低下に伴い各圧縮機（４），（５）の
運転容量が最低容量（30％容量）になった後、冷水出口
温度T_Oが許容幅△Ｔを越えた時点（同図（ロ））で第２
圧縮機（５）の運転が停止する（同図（ニ））ため、そ
の分、冷水出口温度の制御精度が低下する。しかし、本
発明では、第６図に示す如く第１圧縮機（４）の運転容
量が60％値になった時点、（同図（ハ））で第２の圧縮
機（５）の運転を開始し（同図（ニ））、両圧縮機
（４），（５）の運転容量を最低容量とした状態で合計
運転容量の増大制御を行うと共に、両圧縮機（４），
（５）の運転容量が共に最低容量（30％容量）になれば
（同図（ハ）及び（ニ））、直ちに第２圧縮機（５）の
運転を停止して（同図（ニ））、第１圧縮機（４）の運
転容量を60％値とする（同図（ハ））ので、冷水出口温
度T_Oが従来における設定温度の許容幅△Ｔから外れる前
の段階で圧縮機の容量の増大制御を可能な状態にでき、
その結果、熱負荷の変化があっても、これに遅れなく圧
縮機の合計運転容量を増減調整できるので、冷水出口温
度T_Oを設定温度に確実に保持制御でき、冷水出口温度T_O
の制御精度の向上を図ることができる。

尚、上記実施例では、２台の圧縮機（４），（５）を設
けた場合に適用したが、本発明は圧縮機を３台以上の複
数台備える場合にも同様に適用できる。この場合には、
運転優先順位の低い側の２台の圧縮機に対して、上記と
同様の制御を適用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
ないし第６図は本発明の実施例を示し、第２図は全体概
略構成図、第３図は圧縮機に備えるリミットスイッチの
作動の説明図、第４図及び第５図は圧縮機の発停時の合
計容量制御を示すフローチャート図、第６図は作動説明
図である。第７図は従来例を示す作動説明図である。 （３）……P.I.Dコントローラ、（４）……第１圧縮
機、（５）……第２圧縮機、（９），（10）……リミッ
トスイッチ、（15）……発停検出手段、（16）……制御
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数台の圧縮機（４），（５）を備え、該
   圧縮機（４），（５）の合計運転容量を連続的に制御す
   るようにした圧縮機の容量制御装置であって、上記各圧
   縮機（４），（５）は最低容量が零値より大きく離れた
   容量値であって且つ最大容量の半分値よりも所定容量少
   ない設定容量に制限されていると共に、熱負荷の減少時
   に運転中の各圧縮機（４），（５）の運転容量が共に最
   低容量になった時に何れか１台の圧縮機（４又は５）の
   運転を停止させ、熱負荷の増大時に運転中の何れか１台
   の圧縮機（４又は５）の運転容量が最低容量の２倍容量
   値になった時に停止中の圧縮機（５又は４）の運転を開
   始させる発停制御手段（15）と、該発停制御手段（15）
   の出力を受け、一台の圧縮機（４又は５）の運転の停止
   時に、運転を継続する圧縮機（５又は４）の合計運転容
   量を上記停止した圧縮機（４又は５）の最低容量だけ強
   制的に増大させ、一台の圧縮機（４又は５）の運転の開
   始時に、その直前に運転中にあった圧縮機（５又は４）
   の合計運転容量を上記運転開始する圧縮機（４又は５）
   の最低容量だけ強制的に減少させる容量制御手段（16）
   とを備えたことを特徴とする圧縮機の容量制御装置。