JPS63172863A - 冷凍装置の圧縮機容量制御装置 - 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） 本発明は、冷凍装置の圧縮機容量制御装置に関し、特に
、圧縮機の頻繁な容量変化に起因する耐久性の低下の防
止対策に関する。

（従来の技術） 従来、この種の冷凍装置の圧縮機容量制御装置として、
例えば特開昭５９−５６６４９号公報等に開示され、る
ように、空気調和機において、インバータにより容量調
整される圧縮機を備え、該圧縮機の容量を室内の空調負
荷の変化等に応じてインバータで増減制御して、空調能
力を空調負荷に良好に対応させて、室内の快適空調を行
うものが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、圧縮機の容量を増減制御する場合、その容量
の変化段数を多段階に設定すれば、冷凍能力を冷凍負荷
により良好に対応できて、冷凍性能の向上を図ることが
でき、好ましい。

そこで、例えば２台の圧縮機を設け、一方の圧縮機をイ
ンバータで容量制御すると共に、他方の圧縮機をアンロ
ード機構で容量制御して、両圧縮機の合計容量をほぼ目
標容量値に制御することにより、比較的低価格でもって
圧縮機の合計容量を多段階に調整して、冷凍性能の向上
を図ることが考えられる。

しかして、このように圧縮機の合計容量を多段階に調整
する場合、一方の圧縮機はインバータで比較的細かく２
例えば１０％刻みに容量調整され、他方の圧縮機はアン
ロード機構で例えば５０％と１００％とに比較的大きく
容量調整されるものである。

このため、圧縮機の合計容量の調整制御は、例えばアン
ロード機構側の圧縮機で基礎容量値を設定し、その基礎
容量値と目標容量値との容量差にほぼ等しい容量をイン
バータ側の圧縮機で調整制御して、圧縮機の合計容量を
目標容量値に調整することが行われる。

しかるに、その場合、目標容量値が冷凍負荷の変化等に
応じて変化する場合、例えば目標容量値が５０％と６０
％との間で往復変動する場合には、アンロード機構側の
圧縮機が０％と５０％との間の容量で作動と停止とを繰
返して発停し、そのため該圧縮機の耐久性が低下して、
その信頼性の低下を招く欠点が生じる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、上記の如く２台の圧縮機を各々インバータとアン
ロード機構とで容量制御する場合、アンロード機構側の
圧縮機の容量状態を可及的に長く維持しつつ２台の圧縮
機の合旧容量を増減調整して、目標容量値に良好に収束
させることにより、アンロード機構側の圧縮機の発停頻
度を可及的に少なくしてその耐久性の向上を図りつつ、
冷凍能力を多段階に調整し得て、冷凍性能の向上を図る
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の具体的な解決手段は
、第１図に示すように、インバータ（１５）により容量
調整される第１の圧縮機（１）と、アンロード機構（２
ａ）により容量調整される第２の圧縮機（２）とを備え
、該両圧縮機（１）、　（２）の合計容量を多段階に制
御するようにした冷凍装置の圧縮機容量制御装置を前提
とする。そして、上記圧縮機（１）、（２）の合計目標
容量用）を演算する目標容量演算手段（５０）と、該目
標容量演算手段（５０）の出力を受け、合計目標容量山
）に近い段階の容量に上記圧縮機（１１（２）の合計容
量を調整するよう上記インバータ（１５）及びアンロー
ド機構（２ａ）を制御する制御手段（５１）とを設ける
。そして、上記制御手段（５１）を、上記第１の圧縮機
（１）の容量が最大値近傍になった後に第２の圧縮１（
２）の容量を増大させ、第１の圧縮機（１）の容量が最
小値近傍になった後に第２の圧縮ＩＩ（２）の容量を減
少させるよう上記インバータ（１５）及びアンロード機
構（２ａ）とを相互に関連付けて制御させる構成とした
ものである。

（作用） 以上の構成により、本発明では、冷凍運転時、圧縮１１
（１）、　（２）の合計目標容量山）が目標容量演算手
段（５０）で演算されると、第１の圧縮機（１）が制御
手段（５１）によりインバータ（１５）で容量制御され
ると共に、第２の圧縮機（２）が制御手段（５１）によ
りアンロード機構（２ａ）で容量制御されるので、上記
合計目標容量（Ｌ１）が細かく多段階に設定される場合
にも、両圧縮機（１）、　（２）の合計容量がほぼ上記
目標音！（Ｌ＋　）に−数調整されて、冷凍性能の向上
が図られる。

その場合、アンロード機構（２ａ）側の第２の圧縮機（
２）の容量は、インバータ（１５）側の第１の圧縮機（
１）の容量が最大値近傍の例えば１００％にならない限
り増大変化しないので、例えば合計目標容量山）が５０
％と６０％との間で変動する場合には、第１の圧縮機（
１）の容量のみが５０％と６０％との間で変化して、第
２の圧縮機（２）の容量は０％（停止状態）を保持して
いる。そして、例えば合計目標容量（Ｌｌ）が１００％
から１１０％に増大した場合つまり第１の圧縮機（１）
の容量が１００％になった後は、第２の圧縮機（２）の
容量が例えばアンロード機構（２ａ）で５０％に調整さ
れると共に、第１の圧縮機（１）の容量がインバータ（
１５）で６０％に調整されて、その合計容量が１１０％
の合計目標容量（Ｌ１）に一致する。

そして、合計目標容量（Ｌ１）が１００％以下に低下し
ても、第２の圧縮機（２）の容量は５０％に保持されて
、第１の圧縮ｔａ（１）の容量の減少制御により合計容
量が目標音！（Ｌ＋　）に減少調整される。

その後、第１の圧縮ＩＸＮ（１）の容量が最小値近傍の
例えば３０％にまで低下した時点、つまり合計目標容量
ｆ１（Ｌ＋　）が８０％の時点からさらに７０％に低下
すると、第２の圧縮機（２）の容量が０％（停止状態）
に調整されると共に、第１の圧縮機（１）の容量がイン
バータ（１５）で７０％に調整されて、合計目標容量（
Ｌ１）に一致することになる。以上、第２の圧縮ＩＩ（
２）の容量が０％と５０％との間で変化する場合を説明
したが、５０％と１００％との間で変化する場合にも上
記と同様である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基いて説明
する。

第２図は本発明をマルチ型式の空気調和機に適用した実
施例を示し、（八）は室外ユニット、（Ｂ）〜（Ｆ）は
同一内部構成の５台の室内ユニットであって、上記室外
ユニット（Ａ）の内部には、互いに並列に接続された第
１圧縮機（１）及び第２圧縮機（２）と、四路切換弁（
３）と、室外送風ファン（４ａ）を有する室外熱交換器
（４）と、膨張弁（５）とが備えられ、該各機器（１）
〜（５）は各々冷媒配管（６）・・・で冷媒の流通可能
に接続されている。また、上記各室内ユニット（Ｂ）〜
（Ｆ）は、各々、室内送風ファン（１０ａ）を有する室
内熱交換器（１０）と、膨張弁（１１）とを備え、該膨
張弁（１１）は、その弁開度が電気的に増減調整できる
空調能力調整用の室内電動膨張弁で構成されていて、該
各機器（１０）、　（１１）は冷媒配管（１２）・・・
で冷媒の流通可能に接続されている。

そして、上記５台の室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）は、各
々冷媒配管（１３）・・・で互いに並列に接続されて上
記室外ユニット（Ａ）に冷媒の循環可能に接続されて冷
媒循環系統（１４）が形成されていて、冷房運転時には
、四路切換弁（３）を図中破線の如く切換えて冷媒を図
中破線矢印の如く循環させることにより、各室内熱交換
器（１０）・・・で室内から吸熱した熱量を室外熱交換
器（４）で外気に放熱することを繰返して各室内を冷房
する一方、暖房運転時には、四路切換弁（３）を図中実
線の如く切換えて冷媒を図中実線矢印の如く循環させる
ことにより、熱量の授受を上記とは逆にして、室内を暖
房するようにしている。

また、上記第１圧縮機（１）にはインバータ（１５）が
接続されていて、該インバータ（１５）の３０％から１
０％刻みの周波数設定信号の出力により、圧縮感（１）
の運転周波数を８段階に高低調整して、その容量を複数
段階（停止時を含んで９段階）に増減調整するようにな
されている。

また、第２圧縮機（２）は、第３図に詳示すように、密
閉ケーシング（２ｂ）に吸入口（２Ｃ）と吐出口（２ｄ
）とが形成され、該密閉ケーシング（２ｂ）内には、モ
ータ（２ｅ）により駆動軸（２ｆ）を介して駆動される
ピストン（２ｇ）が配置され、該ピストン（２ｇ）によ
り圧送されるガス（吐出ガス）を吐出ガス通路（２ｈ）
から該吐出ガス通路（２ｂ）に開口する吐出ガス管（２
１）を介して、上記吐出口（２ｄ）に導くようになって
いる。そして、上記吐出ガス通路（２ｈ）の途中には、
アンロード機構（２ａ）が配置され、該アンロード機構
（２ａ）は、吐出ガス通路（２ｈ）の隔壁（２ｊ）に設
けた開口（２ｋ）を開閉する弁体（２りと、該弁体（２
１）を開弁方向に付勢するスプリング（２ｍ）と、弁体
（２１）の後方に圧力室（２ｎ）とを有する。そして、
上記弁体（２１）は、圧力室（２ｎ）に連通ずるパイロ
ット圧導入通路（１６）に設けたパイロット電磁弁（１
７）の閉時に高圧（吐出ガス圧）が作用することにより
、上記開口（２ｋ）を弁体（２１）で閉じて、吐出ガス
の全量を吐出口（２ｄ）に導き、第２圧縮機（２）の容
量をフルロード（１００％）にする一方、パイロット電
磁弁（１７）の開時には低圧が作用することにより、ス
プリング（２ｍ）の付勢力で弁体（２１）を図中右方向
に１＝Ｊ勢して開口（２ｋ）を開き、吐出ガスの一部を
該開口（２ｋ）を介して密閉ケーシング（２ｂ）内下部
にバイパスして、第２圧縮機（２）の容量を５０％にア
ンロードするものである。

また、第２図において、（２０）は四路切換弁（３）前
後の冷媒配管（６）、　（６）　（吐出管と吸入管）を
接続する均圧小ツトガスバイパス回路であって、該バイ
パス回路（２０）には、冷房運転状態での低負荷時及び
室外熱交換器（４）の除霜運転時等に開作動するホット
ガス電磁弁（２１）が介設されている。

さらに、（２２）は暖房運転時に吐出管となる冷媒配管
（６）に接続された暖房過負荷時バイパス回路であって
、該バイパス回路（２２）には、補助コンデンサ（２３
）及び、冷媒の高圧時に開く高圧制御弁（２４）が介設
されており、暖房過負萄時に圧縮機（１）。

（２）からの冷媒を該バイパス回路（２２）を介して各
室内熱交換器（１０）・・・をバイパスして、各室内熱
交換器（１０）・・・下流側の冷媒配管（６）にバイパ
スするようにしている。

加えて、（２５）は上記暖房過負荷時バイパス回路（２
２）の補助コンデンサ（２３）下流側を、四路切換弁（
３）下流側の冷媒配管（６）（吸入管）に接続するりキ
ッドインジェクションバイパス回路であって、該リキッ
ドインジェクションバイパス回路（２５）には圧縮機（
１）　、　（２）の作動に連動して開閉するインジェク
ション用電磁弁（２６）と、膨張弁（２７）とが介設さ
れている。

また、（３０）はレシーバ、（３１）はアキュムレータ
、（３２）は過冷却コイル、（３３）は油分離器であっ
て、該油分離器（３３）で分離されたｎ１滑油は油通路
（３４）を介して面圧縮８Ｎ（１）　、　（２）に戻さ
れる。

ざらに、各室内ユニット（Ｂ）〜（「）において、（Ｔ
旧）は対応する室内の空気の温度（吸込空気温度）を検
出する室温センサ、（ＴＨ２）及び（ＴＨ３）は各々冷
房運転時に蒸発器として作用する室内熱交換器（１０）
・・・前後の冷ｔｓ温度を検出する温度センサである。

また、室外ユニット（Ａ）において、（ＴＨ４）は第１
及び第２圧縮＠（１）　、　（２）の冷媒吐出温度を検
出する温度センサ、（ＴＨ５）は暖房運転時に室外熱交
換器（４）での冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度セン
サ、（ＴＨ６）は第１及び第２圧縮殿（１）、（２）へ
の吸入ガス温度を検出する吸入ガス温度センサである。

また、（Ｐｌ）は暖房運転時には吐出ガス圧力を、冷房
運転時には吸入ガス圧力を各々検出する圧力セン゛リ−
１（ＨＰＳ）は圧縮機保護用の高圧圧力開閉器である。

次に、上記第１及び第２圧縮機（１）、　（２）の容量
制御を冷房運転時を例に挙げて第４図の制御フローに基
いて説明する。尚、この容量制御は、室外ユニット（Ａ
）内に備える室外制御部（図示せず）により行われる。

第４図において、スタートして、ステップＳ＋で圧力セ
ンサ（Ｐｌ）により検出した吸入空気量ガス圧力を相当
飽和温度に換算して得られる冷媒温度Ｔ２、つまり蒸発
温度（暖房運転時には冷媒の凝縮温度）を検出した後、
圧縮機（１）、　（２）の台別容量のフィードバック制
御としてＰＩ副制御比例−積分制御）を行うこととし、
ステップＳ２で圧縮機（１）、（２）の目標合計容量Ｌ
１を、上記蒸発温度Ｔ２とその目標値Ｔ２　ｏとの偏差
の、今回と前回の値ｅ　（ｔ）、　ｅ　（ｔ−Δｔ）に
基いて、蒸発温度Ｔ２がその目標値Ｔ２　ｏになるよう
下記式１式％） Ｌｏ；現在の合計容１ ＫＣ；ゲイン（定数） Ｔ１　；積分定数 Δｔ　；サンプリング時間 で演算する。

しかる後、ステップＳ３で第１表の合計容量マツプに基
いて上記合計目標容ｆｆｉ　Ｌ　】に対応した圧縮機（
１）、　（２）の合計容量を把握して、この合計容量に
対応する第２表の各圧縮機（１）、　（２）の実際の容
量マツプに基いて第１の圧縮機（１）の容量をインバー
タ（１５）で制御すると共に、第２の圧縮機（２）の容
量をアンロード機構（２ａ）で調整する。そして、ステ
ップＳ４でサンプリング時間Δｔの経過を待って上記ス
テップＳ１に戻って、以上の動作を繰返す。

第　　１　　表 第　　　２　　　表 ここに、上記第１表の合計容量マツプは、圧縮Ｂｌ（１
）、（２）の制御すべき合計容量が零値の場合と、３０
％値から漸次１０％づづ増大して２００％値に至る多段
階（１９段階）に区分されていると共に、合計目標容量
Ｌ１の範囲が容量の増大時と減少時とで区別されている
。

また、上記第２表の各圧縮機（１）、（２）の容量マツ
プは、合計容量が３０％から１００％までの範囲におい
て、第１の圧縮機（１）の容量が１０％刻みで増大する
と共に、第２の圧縮機（２）の容量が０％（停止）を保
持する第１マツプと、合計容量が８０％から１５０％ま
での範囲において、第１の圧縮＠（１）の容量が上記と
同様に１０％刻みで増大し、第２の圧縮機（２）の容量
が５０％を保持する第２のマツプと、合計容量が１３０
％から２００％までの範囲において、第１の圧縮機（１
）の容量が１０％刻みで増大し、第２の圧縮機（２）の
容量が１００％を保持する第３マツプとからなる。そし
て、上記第１マツプで合計容量が増減し、第１の圧縮１
ａｃ１１の容量が最大値（１００％）の状態で、合計容
量が１１０％に増大すると、第２マツプに移行して、第
２の圧縮機（２）の容量がアンロード前溝（２ａ）で０
％から５０％に増大調整されると共に、第１の圧縮機（
１）の容量がインバータ（１５）で１００％から６０％
に減少調整され、その後は、合計容量の増減変化に応じ
てこの第２マツプの各容量値を取り、第１の圧縮機（１
）の容量値が最小値の３０％の状態で合計容量が８０％
から７０％に減少する場合には、上記第１マツプに移行
して、第２の圧縮機（２）の容量が０％に調整されると
共に、第１の圧縮機（１）の容量がインバータ（１５）
で７０％に調整される。

同様に、第２マツプで合計容量が増減し、第１の圧縮機
（１）の容量が最大値（１００％）の状態で、合計容量
が１５０％から１６０％に増大すると、第３マツプに移
行して、第２の圧縮ａ（２）の容量がアンロード機構（
２ａ）で５０％から１００％に増大調整されると共に、
第１の圧縮間（１）の容量がインバータ（１５）で１０
０％から６０％に減少調整される。その後は、合計容量
の増減変化に応じてこの第３マツプの各容量値を取り、
第１の圧縮機（１）の容吊値が最小値の３０％の状態で
合８１容閉が１３０％から１２０％に減少する場合には
、上記第２マツプに移行して、第２の圧縮機（２）の容
量が１００％から５０％に減少調整されると共に、第１
の圧縮機（１）の容量がインバータ（１５）で７０％に
調整される。

よって、上記第４図の制御フローのステップＳ２により
、蒸発温度Ｔ２が設定１１Ｅｆ（目標値Ｔ２０）になる
よう、圧縮１）、（２）の合計目標容量し１を演算する
ようにした目標容量演算手段（５０）を構成している。

また、ステップＳ３により、上記目標容量演算手段（５
０）の出力を受け、合計目標客足Ｌ１に近い段階の合ｈ
１容量に圧縮機（１）、　（２）を容量制御するように
した制御手段（５１）を構成している。そして、上記制
御手段（５１）は、上記第２表の各圧縮機（１）、　（
２）の容量マツプを備えて、圧縮［１）、（２）の合計
容量の増大時に、上記第１の圧縮機（１）の容量が最大
値の１００％になった後に第２の圧縮ＦＡ（２）の容量
を一段増大させ、逆に、合計容量の減少時に、第１の圧
縮ａ（１）の容量が最小値の３０％になった後に第２の
圧縮機（２）の容量を一段減少させるよう上記インバー
タ（１５）とアンロード機＠（２ａ）とを相互に関連付
けて制御するようにしている。

したがって、上記実施例においては、各室内ユニット（
Ｂ）〜げ）の冷房運転時、蒸発温度Ｔ２に基いて圧縮機
（１）、（２）の合計目標音１１　Ｌ　＋が目標容量演
算手段（５０）で演算される。そして、この目標合計容
量Ｌ１に対応する容量段になるよう、第１の圧縮機（１
）の容量が制御手段（５１）によりインバータ（１５）
で容量制御されると共に、第２の圧縮機（２）の容量が
制御手段（５１）によりアンロード機構（２ａ）で制御
されて、この圧縮１（１）、　（２）の合計容量が上記
合旧目標容最Ｌ１に精度良く調整される。その結果、冷
媒の蒸発温度Ｔ２がその目標値Ｔ２０に良好に収束して
、各室内が良好に冷房空調されることになる。

その場合、第２の圧縮機（２）の容量がアンロード機構
（２ａ）で０％と５０％と１００％との間で増減調整さ
れた後は、第１の圧縮機（１）の容量が合計目標音ｆｆ
ｉ　Ｌ　１の変化に伴いインバータ（１５）で４０〜９
０％の中間値に増減調整されても、その値をそのまま保
持し、最大値の１００％にならない限り一段容量は増大
せず、また逆に最小値の３０％にならない限り一段容量
は減少されないので、アンロード機＠（２ａ）で調整さ
れる第２の圧縮機（２）の容量を可及的長時間そのまま
の値に保持できて、その容量の変化回数を有効に低減す
ることができ、第２の圧縮ａ（２）の耐久性、信頼性の
向上を図ることができる。

尚、上記実施例では、第１の圧縮機（１）の容量をイン
バータ（１５）で８段階に制御し、第２の圧縮機（２）
の容量をアンロード機構（２ａ）で２段階に制御して、
その合羽容量を１９段階に制御したが、容量の制御段数
は多段階であればよい。また、第１の圧縮１）の最大値
（１００％）の状態で第２の圧縮機（２）の容量を一段
増大し、第１の圧縮機（１）の最小値（３０％）の状態
で一段減少制御したが、第１の圧縮機（１）の最大値近
傍で一段増大し、最小値近傍で一段減少制御してもよい
のは勿論である。

ざらに、上記実施例では、冷房運転時を例に挙げて説明
したが、暖房運転時でも同様に適用できるのは勿論のこ
と、マルチ型式の空気調和機に限らず、その他、１台の
室外ユニットに対して１台の室内ユニットが対応する通
常の空気調和機や、室内及び室外ユニットを一体化した
もの等の伯の冷凍装置に対しても同様に適用できるのは
言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、第１及び第２の
圧縮機を各々インバータ及びアンロードｗ４横で容量制
御する場合、インバータ側の第１の圧縮機の容量が最大
値近傍のとき、及び最小値近傍のとぎに限り上記アンロ
ード機構側の第２の圧縮機の容量を増減制御したので、
該第２の圧縮機の容量をそのままの値に可及的長時間の
あいだ保持して、第２の圧縮機の容量変化の回数を有効
に低減することができ、該第２の圧縮機の耐久性。

信頼性の向上を図ることができる。

【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おる。 第２図ないし第４図は本発明の実施例を示し、第２図は
マルチ型式の空気調和機に適用した冷媒配管系統図、第
３図は第２の圧縮機の具体的な内部構成を示す図、第４
図は圧縮機の容量制御を示す□フローチャート図である
。 （１）第１の圧縮機、（２）・・・第２の圧縮機、（２
ａ）・・・アンロード機構、（２１）・・・弁体、（２
ｎ）・・・圧力室、（１４）・・・冷媒配管系統、（１
５）・・・インバータ、（１７）・・・パイロット電磁
弁、（５０）・・・目標容量演算手段、（５１）・・・
制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）インバータ（１５）により容量調整される第１の
   圧縮機（１）と、アンロード機構（２ａ）により容量調
   整される第２の圧縮機（２）とを備え、該両圧縮機（１
   ），（２）の合計容量を多段階に制御するようにした冷
   凍装置の圧縮機容量制御装置であって、上記圧縮機（１
   ），（２）の合計目標容量（Ｌ＿１）を演算する目標容
   量演算手段（５０）と、該目標容量演算手段（５０）の
   出力を受け、合計目標容量（Ｌ＿１）に近い段階の容量
   に上記圧縮機（１），（２）の合計容量を調整するよう
   上記インバータ（１５）及びアンロード機構（２ａ）を
   制御する制御手段（５１）とを備え、該制御手段（５１
   ）は、上記第１の圧縮機（１）の容量が最大値近傍にな
   った後に第２の圧縮機（２）の容量を増大させ、第１の
   圧縮機（１）の容量が最小値近傍になった後に第２の圧
   縮機（２）の容量を減少させるよう上記インバータ（１
   ５）及びアンロード機構（２ａ）を相互に関連付けて制
   御するものであることを特徴とする冷凍装置の圧縮機容
   量制御装置。