(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の容量制御可能な圧縮機と、
負荷変動に応じて圧縮機の運転台数を切り替える制御手段とを備え、
前記制御手段は、運転中の複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させるときに、運転を継続させる圧縮機の各運転容量を、前記複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させる直前に運転していた圧縮機の容量の総和を前記運転を継続させる圧縮機の台数で割った値よりも小さい予め設定された容量まで増大させる
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記運転を継続させる圧縮機の容量を前記予め設定された容量まで増大させた後、所定時間、前記予め設定された容量で運転する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御手段は、運転中の複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させるときに、負荷状態が所定未満であると判断した場合には、前記運転を継続させる圧縮機の各運転容量を、前記複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させる直前に運転していた圧縮機の容量の総和を前記運転を継続させる圧縮機の台数で割った値とする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記圧縮機は、吐出圧力を検知する圧力検知手段を備え、
前記運転を継続させる圧縮機の前記圧力検知手段により検知された圧力値が所定値未満であった場合は、前記運転を継続させる圧縮機の各運転容量を、前記複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させる直前に運転していた圧縮機の容量の総和を前記運転を継続させる圧縮機の台数で割った値とする
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御手段は、運転中の複数の圧縮機の容量の合計値が所定値を下回った場合に、少なくとも１台の圧縮機を停止させると共に、他の圧縮機の容量を高圧異常とならない予め設定された容量まで増大させる
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、容量可変型の圧縮機を複数台搭載し、負荷変動に応じて圧縮機の運転台数を切り替えて制御する冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話の基地局など、大きく発熱するサーバー装置が設置された電算室などの冷却を行う空気調和装置として、装置の小型化のために、一台の室外機に圧縮機を複数台搭載した空気調和装置が知られている。この種の空気調和装置では、負荷に応じて、圧縮機の運転台数を変更したり、容量可変型の圧縮機としてそれぞれの回転数や周波数などを可変したりすることで出力容量を変化させて適切な冷却を行っている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数台の圧縮機を搭載し、運転台数を制御する空気調和装置が記載されている。このような空気調和装置で出力される全容量は搭載した全圧縮機の容量を全て足し合わせた総和であって、この全容量は常に連続性を保って変化するように制御される。従って、従来、圧縮機の運転台数を変化させる場合は、空気調和装置の動作に必要な容量を、運転を継続する圧縮機の台数で割った回転数が１台あたりの容量になるように制御される。
【０００４】
このとき、負荷の減少により、同じ容量で運転していた圧縮機を例えば２台から１台に切り替えた場合には、負荷に追従させるため、運転を継続する圧縮機の容量が２倍になるよう制御されることになる。その急激な容量の変化のために吸入されるガス冷媒の量が急激に増大するので、圧縮機の吐出圧力が急激に上がり、高圧異常と判断して圧縮機が停止してしまうことがある。特に室内機の周囲温度が高い場合は過負荷状態となって圧縮機の吐出圧力が上がり易く、更に高圧異常が発生する可能性が増える。なお、高圧異常により停止した圧縮機は、一定時間停止して吐出圧力が下がった後に再び起動するようにされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２０８９６号
【特許文献２】特開昭６２−２３７２５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このように運転台数を切り替える度に圧縮機が停止することで発停回数が増えると、圧縮機の寿命が短くなってしまうといった問題があった。特に、電算室の空調などにおいては、圧縮機が停止してしまうことで、サーバーが急激に高温になってしまい、その場合はサーバーの停止、または故障を引き起こしてしまう場合もあり、大きな損害を発生させてしまうといった問題があるため、停止することが許されない常時運転が要求されていた。
【０００７】
また、例えば特許文献２に示すように、装置の異常による圧力上昇でない場合に、圧縮機の回転数を変化させることで高圧異常による頻繁な装置の停止を防ぐような空気調和装置もあるが、高圧異常が発生する圧力にまで上昇した後に装置が異常によるものかどうかを判断するものであって、判断するための特別な装置が必要となり、特に複数台の圧縮機を制御する場合には装置が複雑化するという問題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、負荷の減少により運転台数を減らす場合に、運転を継続する圧縮機の急激な吐出圧力の上昇を防ぎ、不必要な圧縮機の発停を防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る冷凍サイクル装置においては、複数の容量制御可能な圧縮機と、負荷変動に応じて圧縮機の運転台数を切り替える制御手段とを備え、制御手段は、運転中の複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させるときに、運転を継続させる圧縮機の各運転容量を、複数の圧縮機のうち少なくとも１台を停止させる直前に運転していた圧縮機の容量の総和を前記運転を継続させる圧縮機の台数で割った値よりも小さい予め設定された容量まで増大させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、負荷の減少により圧縮機の運転台数を減らす場合に、運転を継続する圧縮機の運転容量を予め設定された容量まで増大させることにより、高圧異常を発生させることが無い冷凍サイクル装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る制御ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る動作フローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る圧縮機の運転台数を切り換えるタイミングを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る圧縮機の運転台数を切り換えるタイミングと圧力センサーの挙動の関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る動作フローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る空気調和装置１を示すものである。
図１において、空気調和装置１は、熱源側ユニット２と負荷側ユニット３とが、冷媒配管で接続されて冷媒回路が構成されている。熱源側ユニット２は、圧縮機４ａと、四方弁５ａと、熱源側熱交換器６ａが配管で順次接続された冷媒回路と、圧縮機４ｂと、四方弁５ｂと、熱源側熱交換器６ｂが配管で順次接続された冷媒回路とで構成され、負荷側ユニット３は、負荷側熱交換器９、膨張弁１０が順次接続されて構成されている。また、熱源側ユニット２には分配器７が設けられ、負荷側熱交換器９に接続された冷媒配管を、四方弁５ａに接続された冷媒配管と、四方弁５ｂに接続された冷媒配管とに分岐し、冷媒の流れを切り替え可能なように構成されている。また、熱源側ユニット２には分配器８が設けられ、膨張弁１０に接続された冷媒配管を、熱源側熱交換器６ａに接続された冷媒配管と、熱源側熱交換器６ｂに接続された冷媒配管とに分岐し、冷媒の流れを切り替え可能なように構成されている。本実施の形態では、圧縮機４ａと圧縮機４ｂの容量は同じであるとし、各容量は、各圧縮機の回転数を変化させることで制御する。なお、各圧縮機の容量が異なるように制御しても良い。
【００１３】
次に、空気調和装置１が冷房運転中の冷媒の流れについて説明する。空気調和装置１が作動すると、圧縮機４ａから高温高圧のガス冷媒が吐出されて、四方弁５ａを介して熱源側熱交換器６ａに流れ、凝縮、液化される。同様に、圧縮機４ｂから高温高圧のガス冷媒が吐出されて、四方弁５ｂを介して熱源側熱交換器６ｂに流れ、凝縮、液化される。熱源側熱交換器６ａで凝縮した冷媒と、熱源側熱交換器６ｂで凝縮した冷媒は、いずれも分配器８に流れて合流し、膨張弁１０に流れて膨張されて気液二相になり、負荷側熱交換器９で蒸発、気化され、分配器７に流れる。冷媒は、分配器７で分配され、それぞれ四方弁５ａ、四方弁５ｂを介して、圧縮機４ａ、圧縮機４ｂに戻る。
【００１４】
図２は、本実施の形態に係る空気調和装置１の制御ブロック図を示すものである。熱源側ユニット２は制御装置１１を備えており、制御装置１１は汎用のＣＰＵ、データバス、入出力ポート、不揮発メモリなどを備えた演算装置で構成されている。制御装置１１は、圧縮機４ａ、圧縮機４ｂの各回転数を算出する回転数算出手段１３と、算出された各回転数に基づいて圧縮機４ａ、圧縮機４ｂを駆動する圧縮機制御手段１２と、圧縮機４ａのシェル内部の高圧側に設けられた圧力センサー４１ａ、圧縮機４ｂに設けられた圧力センサー４１ｂにより検知された吐出圧力値と算出された回転数とを記憶する記憶手段１４とが設けられている。また、負荷側ユニット３には、負荷側空間の目標温度を設定する負荷側温度設定手段３１と、負荷側空間の実際の温度を検知する負荷側環境温度検知手段３２とが設けられている。
【００１５】
図３の動作フローチャートを用いて、本実施の形態の動作について説明する。
空気調和装置１が運転すると、負荷側温度設定手段３１で設定された目標温度と負荷側環境温度検知手段３２により検知された環境温度に基づいて、圧縮機４ａ、圧縮機４ｂの回転数を算出する。（ステップ１）回転数の算出は、工場出荷前に、負荷側ユニットの設定温度と、負荷側空間の環境温度と、圧縮機の回転数との関係を試験等によりテーブル化しておくことにより行うと良い。
【００１６】
次に、ステップ１で算出された圧縮機４ａ、圧縮機４ｂの回転数と、圧力センサー４１ａ、圧力センサー４１ｂにより検知された吐出圧力値とを記憶手段１４に記憶する。（ステップ２）次に、記憶された吐出圧力値に基づいて負荷状態を判定し、圧縮機４ａだけで運転可能かどうかを判定する。圧縮機が１台で運転可能でない場合は、２台での運転を継続する。（ステップ３）運転可能であれば、圧縮機４ａだけの運転に切り替える。切り替えのタイミングについては後述する。圧縮機４ａだけの運転に切り替わると、圧縮機４ａの回転数を、２台で運転していたときの回転数の総和よりも抑制した所定の回転数に増大して運転する。（ステップ４）次に、増大した回転数で所定時間運転し、圧力センサー４１ａが検知する吐出圧力値が安定したかどうかを判定する。（ステップ５）安定すれば、圧縮機４ａの回転数を負荷に追従するよう連続変化させて制御し、通常の値に戻す。（ステップ６）なお、ステップ５において、事前に圧力センサー４１ａが検知する圧力値が安定する時間を所定時間として設定しておいても良い。
【００１７】
ここで、図４、図５を用いて、空調運転中に圧縮機の運転台数が切り替わる時の圧縮機４ａ、圧縮機４ｂの回転数の状態変移を説明する。図４（Ａ）は圧縮機４ａの回転数の変移を示すものであり、縦軸Ｎ１は圧縮機４ａの回転数、横軸Ｗは空気調和装置１の全回転数を表す。Ｌ１は圧縮機４ａと圧縮機４ｂの両方で運転しているときの回転数の変移であり、Ｌ３は圧縮機４ｂを停止して圧縮機４ａだけで運転しているときの回転数の変移である。同様に、図４（Ｂ）は圧縮機４ｂの回転数の変移を示すものであり、縦軸Ｎ２は圧縮機４ｂの回転数、横軸Ｗは空気調和装置１の全回転数を表す。Ｌ２は圧縮機４ａと圧縮機４ｂの両方で運転しているときの回転数の変移であり、Ｌ４は圧縮機４ｂを停止して圧縮機４ａだけで運転しているときの回転数の変移である。
【００１８】
空気調和装置１の負荷が大きくなっていくと、空気調和装置１の全回転数がｗ２となったときに圧縮機４ａ、圧縮機４ｂは２台とも動作するように切り替わる。このときの各圧縮機の回転数をｎ２とする。逆に、各圧縮機が２台とも運転した状態で、空気調和装置１の負荷が小さくなっていくと、全回転数がｗ１（＝ｎ１＋ｎ１）となったときに圧縮機４ａだけの運転となる。本実施の形態では、圧縮機４ａだけの運転となった時の圧縮機４ａの回転数をｎ０よりも小さいｎ３まで増大させる。これにより、回転数の急激な変化を抑制することができる。ｎ３は、製品設計時の試験や設置後の試運転等により、例えばｎ０の７０％程度などと事前に設定しておくのがよく、圧縮機の運転容量等によって異なるものである。なお、圧縮機４ａの１台で運転を行っている状態で空気調和装置１の負荷が大きくなっていくと、圧縮機４ａの回転数がｗ２となったときに圧縮機４ｂが起動し、圧縮機４ａと圧縮機４ｂの回転数がともにｎ２となり、空気調和装置１の全回転数がｗ２（＝ｎ２＋ｎ２）となる制御を行っている。ｗ１とｗ２は異なるタイミングである。
【００１９】
図５は、時間が経過するにつれて負荷が減少していくときに圧縮機の運転台数が２台から１台に切り替わるときの図である。図５（Ａ）は空気調和装置１の全回転数の変移を示し、縦軸Ｗは回転数、横軸Ｔは時間である。図５（Ｂ）は圧縮機４ａの回転数の変移を示し、縦軸Ｎ１は回転数、横軸Ｔは時間である。図５（Ｃ）は圧縮機４ｂの回転数の変移を示し、縦軸Ｎ２は回転数、横軸Ｔは時間である。図５（Ｄ）は、圧力センサー４１ａが検知する圧力値の変移を示し、縦軸Ｐは圧力値、横軸Ｔは時間である。なお、図５において、実線は本発明の変移、点線は従来の変移を表す。
まず、空気調和装置の運転開始後は圧縮機４ａ、４ｂの２台が動作する。時間が経過するにつれて、負荷が減少すると、圧縮機４ａ、圧縮機４ｂの回転数も減少してくる。そして、ｔ１の時点で、圧縮機１台での容量でまかなえる状況になると、圧縮機４ａ、４ｂの２台運転から、圧縮機４ａの１台運転に切り替わる。従来は、図５の点線で示すように、ｔ１の時点で、直前の圧縮機４ａ、４ｂの個々の回転数ｎ１の和となる回転数ｎ０（＝２×ｎ１）で圧縮機４ａを動かすようにしていたため、圧縮機４ａの吐出温度が急激に上昇して圧力センサー４１ａが検知する圧力値が高圧異常値Ｐ０を超え、圧縮機が停止する事態が発生しえた。これに対し、本発明では、図５の実線で示すように、ｔ１の時点で、回転数ｎ０よりも小さい回転数ｎ３（＝１．７×ｎ１）で圧縮機４ａを動かすようにし、その後所定時間ｔｍをおいて、圧縮機４ａの吐出圧力がｔ１の時よりも下降して安定したｔ２の時点で回転数を従来の制御に戻すようにしている。
このような制御にすることで、圧力センサー４１ａが検知する圧力値が高圧異常値Ｐ０を超えないようにし、圧縮機４ａの停止を抑制している。
【００２０】
なお、本実施の形態では、台数切り替えのタイミングは、空気調和装置１の圧縮機の全回転数の値に基づいて切り替わるようにしたが、各圧縮機の周波数値に基づいて切り換わるようにしても良いし、圧力センサーの検知値などにより算出される負荷量に応じて切り替わるようにしても良い。
【００２１】
以上のように、容量制御可能な圧縮機を２台運転する空気調和装置において、負荷減少時に２台運転から１台運転に切り替わる際に、全体の回転数を負荷に追従させてリニアに変化させるのではなく、運転を継続する圧縮機の回転数を抑制した値まで増大させて吐出圧力の急激な上昇を防ぐようにしたので、高圧異常により不必要に圧縮機を停止させることなく運転を継続することができる。そのため、圧縮機が発停する回数も増加することがないため、圧縮機の寿命が短くなることも無い。
【００２２】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、圧縮機４ａだけでの運転が可能と判定すれば、回転数を高圧異常の発生しない所定値にまで増大させて抑制する制御を行うものであった。本実施の形態２に係る空気調和装置１は、実施の形態１の構成は共通するため、図６の動作フローチャートを用いて違いを説明する。
【００２３】
図６において、実施の形態１の動作を示す図３と同じステップは同じ符号を示しており、ステップ１からステップ３までは同じステップで動作する。次に、圧力センサー４１ａが検知した圧力値が所定の圧力値を超えているかを判定する。（ステップ８）圧力センサー４１ａが検知した圧力値が所定の圧力値を超えていれば、圧縮機４ａの回転数を高圧異常の発生しない所定値にまで増大させる制御を行い、ステップ４以降は図３と同様の制御を行う。また、超えていなければ、回転数を抑制せずに、２台で制御していた回転数に変化させて全体としての回転数がリニアに変化するように通常制御を行う。（ステップ６）ここで、所定の圧力値は、圧縮機の回転数を変化させたときの圧力値が上昇しても高圧異常する値を超えない値を事前に設定しておくのが良い。
【００２４】
以上のように、制御装置１１は圧縮機の運転台数を切り換えたときに、負荷状態を判定し、高圧異常を発生させやすい範囲のみ回転数の抑制制御を行うことにより、不必要な回転数の抑制制御をすることがないので、可能な限り連続性を保った制御を行うことができ、圧縮機の能力を最大限に利用することができる。
【００２５】
なお、負荷状態の判定は、本実施の形態では圧力センサーによる吐出圧力値に基づいて判定したが、例えば、圧縮機の吐出側冷媒配管上に温度センサーを設けて吐出温度を検知し検知値に基づき判定しても良いし、負荷側環境温度に基づき判定しても良く、負荷状態の判定は他の方法を用いても良い。
【００２６】
実施の形態３．
図７は、本実施の形態に係る空気調和装置１００を示すものである。
図７において、空気調和装置１００は、熱源側ユニット２００と負荷側ユニット３００とが、冷媒配管で接続されて冷媒回路が構成されている。熱源側ユニット２００は、圧縮機４００ａと、圧縮機４００ｂと、四方弁５００と、熱源側熱交換器６００とで構成されている。負荷側ユニット３００は、負荷側熱交換器９００、膨張弁１０００が順次接続されて構成されている。また、熱源側ユニット２００には分配器７００が設けられ、四方弁５００に接続された冷媒配管を、圧縮機４００ａの吐出側に接続された冷媒配管と、圧縮機４００ｂの吐出側に接続された冷媒配管とに分岐し、冷媒の流れを切り替え可能なように構成されている。また、熱源側ユニット２００には分配器８００が設けられ、四方弁５００に接続された冷媒配管を、圧縮機４００ａの吸入側と、圧縮機４００ｂの吸入側とに接続されるよう冷媒配管を分岐し、冷媒の流れを切り替え可能なように構成されている。本実施の形態では、圧縮機４００ａと圧縮機４００ｂの容量は同じであるとする。
【００２７】
次に、空気調和装置１００が空調運転中の冷媒の流れについて説明する。空気調和装置１００が作動すると、圧縮機４００ａ、圧縮機４００ｂから高温高圧のガス冷媒が吐出されて分配器７００で混合し、四方弁５００を介して熱源側熱交換器６００に流れ、凝縮、液化される。熱源側熱交換器６００で凝縮した冷媒と、熱源側熱交換器６００で凝縮した冷媒は、膨張弁１０００に流れる。冷媒は、膨張弁１０００で膨張されて気液二相になり、負荷側熱交換器９００で蒸発、気化される。冷媒は、四方弁５００を介して分配器８００に流れて分岐され、圧縮機４００ａ、圧縮機４００ｂに戻る。
【００２８】
本実施の形態における動作は、実施の形態１または実施の形態２と同様の動作であって、圧縮機の回転数、または周波数の制御を行う。
【００２９】
以上のような構成とすることで、実施の形態１、実施の形態２よりも簡易な構成で、同様の効果を奏することができる。
【００３０】
なお、実施の形態１乃至３においては、圧縮機を２台設置された空気調和装置の例を示したが、３台以上設置された空気調和装置においても同様の制御を行うことで、同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００３１】
また、実施の形態１乃至３においては、電算室等に設置される空気調和装置の例を示したが、容量可変型の圧縮機を複数台搭載した冷凍サイクルを使用した装置であればよく、たとえば、冷凍装置、ヒートポンプシステム、ヒートポンプ給湯機等でも同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３２】
１  空気調和装置、２  熱源側ユニット、３  負荷側ユニット、４ａ  圧縮機、４ｂ  圧縮機、４１ａ  圧力センサー、４１ｂ  圧力センサー、９  負荷側熱交換器、１０  膨張弁、１００  空気調和装置、２００  熱源側ユニット、３００  負荷側ユニット、４００ａ  圧縮機、４００ｂ  圧縮機、９００  負荷側熱交換器、１０００  膨張弁。
【図１】
0005537997.tif 000002
【図２】
0005537997.tif 000003
【図３】
0005537997.tif 000004
【図４】
0005537997.tif 000005
【図５】
0005537997.tif 000006
【図６】
0005537997.tif 000007
【図７】
0005537997.tif 000008