JP6327558B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

従来、複数台の室内ユニットを並列に配置するとともに、各室内ユニットに繋がるユニット管配管に対し、複数の室外機を並列に接続したマルチ型空気調和装置空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、室内機の負荷に応じて室外機の運転台数を制御している。

特開平７−１９６２４号公報

ところで、上記従来の空気調和装置では、室内機の負荷に応じて室外機の運転台数を制御して室外機の運転の効率化を図ることができるが、外気温度と室内機の負荷とは必ずしも一致しない。このため、空気調和装置を外気温度が高い状況で使用する場合、室内機の負荷に応じて室外機の運転台数を制御しても外気温度に起因して圧縮機の吐出する冷媒が過度に高圧になってしまい、圧縮機を運転できなくなるということが起こり得る。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、空気調和装置において、外気温度が高い状況であっても圧縮機の吐出する冷媒の高圧化を防止し、空気調和装置を効率良く運転できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、複数台の室外機に複数台の室内機を接続し、前記室内機の負荷に応じて、前記室外機の運転台数を制御する空気調和装置において、１台の室外機の運転要求が出力され、かつ、前記室外機の温度センサによる外気温度が所定温度を超えたときには、当該運転要求に係わらず、複数台の室外機を同時に運転する制御部を備え、前記制御部は、前記外気温度が所定温度以下の通常時は、室内の空調負荷を検出するセンサの検出に基づく運転要求に応じて、運転する前記室外機の台数を決定し、前記制御部は、前記外気温度が前記所定温度を超えたときは、運転する前記室外機の台数を前記通常時よりも増やすことを特徴とする。

また、本発明は、前記制御部は、前記室外機の台数と同数の前記圧縮機の運転台数を下限として、前記室内機の負荷に応じて、前記圧縮機の運転台数を制御することを特徴とする。
さらに、本発明は、前記室内機の負荷の所定値に応じて前記圧縮機の運転台数を増加させた後、前記室内機の負荷に応じて前記圧縮機の運転台数を減らす場合、前記所定値よりも前記負荷が所定の負荷だけ低くなってから前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする。

また、本発明は、前記制御部は、１台の室外機において複数台の圧縮機が同時に運転するとき、各圧縮機の運転周波数をずらして運転制御することを特徴とする。
また、本発明は、１台の室外機の基板において、一方の圧縮機が送風機と共に電流制御され、他方の圧縮機が単独で電流制御され、前記制御部は、前記一方の圧縮機の運転周波数を前記他方の圧縮機の運転周波数より低くして、運転制御することを特徴とする。

本発明の空気調和装置によれば、外気温度が高い状況であっても圧縮機の吐出する冷媒の高圧化を防止し、空気調和装置を効率良く運転できる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 制御部と圧縮部との接続の構成を示す模式図である。 空気調和装置の運転の処理を示すフローチャートである。 通常時における室内機の負荷と圧縮機の運転台数との関係を示す図表である。 外気温度が高い場合における室内機の負荷と圧縮機の運転台数との関係を示す図表である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る空気調和装置について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
空気調和装置１は、いわゆるマルチ型であり、並列に接続される複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、並列に接続される複数台の室内機１１・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）と、室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃと室内機１１・・・とを繋ぐユニット間配管１２と、制御部３０とを備える。

３台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、一部構成を除き同一に構成されるため、室外機１０ａを例に挙げて説明する。同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
室外機１０ａは、圧縮部１３と、オイルセパレータ１４と、四方弁１５と、室外熱交換器１６と、室外電動膨張弁１７と、レシーバタンク１８と、アキュムレータ１９と、これらを繋ぐ冷媒配管２０と、外気の温度を検出する温度センサ２１とを備える。

オイルセパレータ１４は、圧縮部１３から吐出される冷媒中のオイルを分離するものであり、ここで分離されたオイルは、戻し管２２を通じて圧縮部１３の吸込管２３に戻される。戻し管２２には、流れるオイル量を調整する弁２４が設けられる。室外熱交換器１６は、熱交換を促進させる送風ファン１６ａ（図２参照）を備える。
ユニット間配管１２は、四方弁１５に繋がるガス管１２ａと、室外電動膨張弁１７に繋がる液管１２ｂとを備える。また、各室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの戻し管２２は、バランス管２９により繋がれる。
圧縮部１３は、並列に設けられる圧縮機１３ａと圧縮機１３ｂとを備える。圧縮機１３ａ及び圧縮機１３ｂは、共にインバータを備えた能力可変型の圧縮機である。

室外機１０ｂは、室外機１０ａと同様に構成されている。室外機１０ｂの圧縮部３３は、並列に設けられる圧縮機３３ａと圧縮機３３ｂとを備える。圧縮機３３ａ及び圧縮機３３ｂは、共にインバータを備えた能力可変型の圧縮機である。
室外機１０ｃは、圧縮部４３の構成を除き、室外機１０ａと同様に構成されている。圧縮部４３は、１台の圧縮機４３ａのみを備える。圧縮機４３ａは、インバータを備えた能力可変型の圧縮機である。

各室内機１１・・・は、室内熱交換器２５と、室内電動膨張弁２６と、これらを繋ぐ冷媒配管２７とを備える。また、各室内機１１・・・は、室内の空調負荷を検出可能なセンサ２８を備える。
制御部３０は、室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び室内機１１・・・に接続されている。制御部３０は、センサ２８により検出される室内機１１・・・側の負荷や、温度センサ２１により検出される外気温度に基づいて、運転する室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの台数、運転する圧縮機の台数、及び、各圧縮機の能力等を決定する。

冷房運転の場合、圧縮部１３，３３，４３で圧縮された高温・高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１４及び四方弁１５を通って室外熱交換器１６に流れ、室外熱交換器１６で凝縮されて高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、レシーバタンク１８を経て液管１２ｂを流れ、各室内機１１・・・の室内電動膨張弁２６に達し、室内電動膨張弁２６を通過する際に減圧されて低圧の液冷媒となる。この液冷媒は、室内熱交換器２５で蒸発して低圧のガス冷媒となり、ガス管１２ａを流れてアキュムレータ１９を通り圧縮部１３に戻る。

図２は、制御部３０と圧縮部１３との接続の構成を示す模式図である。
制御部３０は、室外機１０ａの圧縮機１３ａを制御する第１基板部５１と、圧縮機１３ｂを制御する第２基板部５２とに接続されている。第１基板部５１及び第２基板部５２は、室外機１０ａに設けられる。
第１基板部５１は、圧縮機１３ａに接続されており、圧縮機１３ａに供給する電流を制御する。
第２基板部５２は、圧縮機１３ｂと、送風ファン１６ａとに接続されており、圧縮機１３ｂ及び送風ファン１６ａに供給する電流を制御する。第２基板部５２には、圧縮機１３ｂに供給する電流と送風ファン１６ａに供給する電流とが合わさった電流が供給され、この電流は、第２基板部５２の下流で圧縮機１３ｂと送風ファン１６ａとに分かれて流れる。
このように、圧縮機１３ｂ用の第２基板部５２を利用して送風ファン１６ａに電流を供給することで、基板の構成を簡略化できる。
なお、制御部３０と室外機１０ｂの圧縮部３３との接続の構成も図２と同一である。

ところで、空気調和装置では、外気の温度が高くなると室外機の圧縮部が吐出する冷媒の圧力が過度に高くなってしまい、運転要求に応じて圧縮部を運転することが困難になる。このため、本実施の形態では、外気の温度が所定温度を超えたときには、室内機１１・・・からの運転要求に係わらず、複数台の室内ユニットを同時に運転する。

図３は、空気調和装置１の運転の処理を示すフローチャートである。図４は、通常時における室内機１１・・・の負荷と圧縮機の運転台数との関係を示す図表である。図５は、外気温度が高い場合における室内機１１・・・の負荷と圧縮機の運転台数との関係を示す図表である。図４及び図５では、低い馬力から高い馬力に上げていく場合の関係が実線で示され、高い馬力から低い馬力に下げていく場合の関係が破線で示されている。

まず、制御部３０は、温度センサ２１の検出値に基づいて外気温度が４８℃を超えているか否かを判別する（ステップＳ１）。このフローチャートの処理は、空気調和装置１の起動時及び空気調和装置１の運転中に行われる。また、空気調和装置１の運転中においては、この処理は所定の時間間隔で繰り返される。
外気温度が４８℃以下の場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御部３０は、センサ２８の検出値に基づいて算出される室内機１１・・・の負荷に応じて、運転する室外機の台数を１台〜３台（全台数）の中から決定する（ステップＳ２）。制御部３０は、室内機１１・・・の負荷に基づいて室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃを制御するものであり、室内機１１・・・の負荷は、室内機１１・・・の運転要求である。ここで、室内機１１・・・の負荷は、例えば馬力で表される。

制御部３０は、室内機１１・・・の負荷が小さい場合、１台の室外機を運転することを決定し、室内機１１・・・の負荷が所定の負荷よりも大きい場合には、複数台の室外機を運転することを決定する。ここで、制御部３０は、例えば、記録されている各室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの積算運転時間を参照し、積算運転時間が均一化されるように運転する室外機を決定する。
図４に示すように、負荷（運転要求）が略５馬力以下の場合は、必要な圧縮機の台数は１台であり、この運転要求は、１台の室外機を運転するという要求である。なお、負荷（運転要求）が略７．５馬力以下の場合は、必要な圧縮機の台数は２台であるが、この場合においても各室外機１０ａ，１０ｂであれば２台の圧縮機を備えるため、１台で運転要求を満たすことができる。

次いで、制御部３０は、運転する圧縮機の台数を、室内機１１・・・の上記負荷に応じて１台〜５台（全台数）の中から決定し、圧縮機を運転する（ステップＳ３）。図４を参照し、負荷が２馬力の場合、制御部３０は、１台の圧縮機を運転する。例えば、制御部３０は、室外機１０ａの圧縮機１３ａのみを運転する。
また、負荷が６馬力の場合、制御部３０は、２台の圧縮機を運転する。この場合、圧縮機１３ａ及び圧縮機３３ａのように異なる室外機１０ａ，１０ｂの圧縮機を１台ずつ運転する。また、制御部３０は、負荷が略１５馬力以上の場合、５台の圧縮機、すなわち全ての圧縮機１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａを運転する。

また、外気温度が４８℃を超えている場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部３０は、センサ２８の検出値に基づいて算出される室内機１１・・・の負荷（運転要求）に係わらず、運転する室外機の台数を３台（全台数）に決定する（ステップＳ４）。
次いで、制御部３０は、運転する圧縮機の台数を、室内機１１・・・の上記負荷に応じて３台〜５台（全台数）の中から決定し、圧縮機を運転する（ステップＳ５）。圧縮機の運転台数の下限は、室外機の全台数と同数である。
詳細には、図１及び図５を参照し、制御部３０は、負荷（運転要求）が略１１馬力以下の場合は、全部の室外機において圧縮機を１台運転する。すなわち、例えば、制御部３０は、室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの圧縮機１３ａ，３３ａ，４３ａを運転する。また、制御部３０は、負荷がさらに高い場合は、圧縮機を４台または５台運転する。

図４を参照し、外気温度が４８℃以下の通常の場合には、負荷が略９馬力以下では、圧縮機は、１台または２台で運転されるが、図５を参照し、外気温度が４８℃を超えている場合には、例えば負荷が２馬力であっても、全部の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃで圧縮機１３ａ，３３ａ，４３ａが強制的に運転される。この場合、各圧縮機１３ａ，３３ａ，４３ａは、インバータによって通常時よりも低い能力で運転される。

このように、全部の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃで圧縮機１３ａ，３３ａ，４３ａを運転させることで、室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各室外熱交換器１６，１６，１６を用いることができ、冷媒を効率良く凝縮させることができる。このため、外気温度が高い状況であっても圧縮機１３ａ，３３ａ，４３ａの吐出する冷媒の高圧化を防止し、空気調和装置１を効率良く運転できる。
これに対し、例えば負荷が２馬力の場合に、通常時のように室外機１０ａの圧縮機１３ａだけを運転させた場合、他の室外機１０ｂ，１０ｃの各室外熱交換器１６，１６を用いることができず、高い外気温度に対応して冷媒を効率良く凝縮することは困難となる。

また、図４及び図５に示すように、制御部３０は、室内機１１・・・の負荷の所定値に応じて室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの運転台数を増加させた後、室内機１１・・・の負荷に応じて室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの運転台数を減らす場合、上記所定値よりも負荷が所定の負荷だけ低くなってから室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの運転台数を減らす。例えば、制御部３０は、室内機１１・・・の負荷が略１２馬力（負荷の所定値）に増加したことに伴って圧縮機の運転台数を４台に増加させた後、負荷の減少に応じて圧縮機の運転台数を３台に減らす場合、負荷が上記１２馬力よりも略４馬力（所定の負荷）減って略８馬力となった際に圧縮機の運転台数を減らす。このため、圧縮機１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａの運転台数のハンチングを防止できる。

図３を参照し、制御部３０は、ステップＳ３またはステップＳ５で圧縮機の運転台数を決定して圧縮機を運転開始した後、同一の室外機内で圧縮機が２台運転しているか否かを判別する（ステップＳ６）。
同一の室外機内で圧縮機が１台しか運転していない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、制御部３０は、所定の電流でその１台の圧縮機を運転する（ステップＳ８）。
同一の室外機１０ａ内で圧縮機が２台運転している場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御部３０は、圧縮機１３ｂに供給する電流の周波数を、圧縮機１３ａに供給する電流の周波数よりも低くする（ステップＳ７）。圧縮機１３ｂに供給される電流の周波数は、圧縮機１３ａに供給される電流の周波数よりも例えば５Ｈｚ低い。次いで、制御部３０は、所定の電流でその２台の圧縮機を運転する（ステップＳ８）。
このように、同一の室外機１０ａ内で運転される圧縮機１３ａ，１３ｂの電流の周波数を異ならせることで、圧縮機１３ａ，１３ｂの回転数を互いに異ならせることができ、圧縮機１３ａ，１３ｂが共振することを抑制できる。なお、室外機１０ｂにおいても室外機１０ａと同様に圧縮機３３ａ，３３ｂの周波数が制御される。

また、第１基板部５１によって単独で電流が制御される圧縮機１３ａの周波数を基準に圧縮機１３ｂの周波数を低くするため、圧縮機１３ａを圧縮機１３ａに許容される電流の上限値で使用できる。すなわち、電流の上限値で使用可能な圧縮機１３ａをより高い周波数で使用できるため、圧縮機１３ａを効率良く運転できる。これに対し、圧縮機１３ｂを基準に圧縮機１３ａの周波数を低くしようとした場合、第２基板部５２には、圧縮機１３ｂ及び送風ファン１６ａの電流が合わさった電流が供給されるため、圧縮機１３ｂに供給される正確な電流が分からず、圧縮機１３ｂを圧縮機１３ｂに許容される電流の上限値で使用することはできない。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、空気調和装置１は、複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃに複数台の室内機１１・・・を接続し、室内機１１・・・の負荷に応じて、室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの運転台数を制御し、１台の室外機の運転要求が出力され、かつ、外気温度が所定温度である４８℃を超えたときには、運転要求に係わらず、複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃを同時に運転する制御部３０を備える。これにより、外気温度が４８℃を超えたときには、１台の室外機の運転要求が出力されていても、運転要求に係わらず複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃが同時に運転されるため、複数の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの室外熱交換器１６，１６，１６によって熱交換できる。このため、外気温度が高い状況であっても圧縮機の吐出する冷媒の高圧化を防止し、空気調和装置１を効率良く運転できる。

また、各室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃが１台又は複数台の圧縮機１３ａ，１３ｂ，圧縮機３３ａ，３３ｂ及び圧縮機４３ａを搭載し、制御部３０は、１台の室外機の運転要求が出力され、かつ、外気温度が４８℃を超えたときには、複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの圧縮機１３ａ，３３ａ，４３ａを少なくとも１台ずつ同時に運転する。このため、複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって熱交換でき、空気調和装置１を効率良く運転できる。
また、制御部３０は、室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃの台数と同数の圧縮機の運転台数を下限として、室内機１１・・・の負荷に応じて、圧縮機１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａの運転台数を制御するため、複数台の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって熱交換でき、空気調和装置１を効率良く運転できる。

さらに、室内機１１・・・の負荷の所定値に応じて圧縮機１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａの運転台数を増加させた後、室内機１１・・・の負荷に応じて圧縮機１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａの運転台数を減らす場合、所定値よりも負荷が所定の負荷だけ低くなってから圧縮機の運転台数を減らす。このため、圧縮機１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａの運転台数が頻繁に変更されることを防止でき、空気調和装置１を効率良く運転できる。

また、制御部３０は、１台の室外機１０ａにおいて複数台の圧縮機１３ａ，１３ｂが同時に運転するとき、各圧縮機１３ａ，１３ｂの運転周波数をずらして運転制御するため、１台の室外機１０ａの複数台の圧縮機１３ａ，１３ｂが共振することを効果的に防止できる。
また、１台の室外機１０ａの第１基板部５１及び第２基板部５２において、一方の圧縮機１３ｂが送風ファン１６ａと共に電流制御され、他方の圧縮機１３ａが単独で電流制御され、制御部３０は、一方の圧縮機１３ｂの運転周波数を他方の圧縮機１３ａの運転周波数より低くして、運転制御する。これにより、一方の圧縮機１３ｂ及び送風ファン１６ａ用の第２基板部５２の構成を簡略化できるとともに、単独で電流制御されて電流の上限値で使用可能な他方の圧縮機１３ａをより高い周波数で使用でき、圧縮機１３ａを効率良く運転しながら共振を防止できる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態では、１台の室外機の運転要求が出力され、かつ、外気温度が所定温度である４８℃を超えたときには、運転要求に係わらず、全部（３台）の室外機１０ａ，１０ｂ，１０ｃを同時に運転するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１台の室外機の運転要求が出力され、かつ、外気温度が所定温度である４８℃を超えたときには、運転要求よりも多い複数台（２台）の室外機を運転する構成としても良い。

１ 空気調和装置
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 室外機
１１・・・ 室内機
１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ 圧縮機
１６ａ 送風ファン（送風機）
３０ 制御部
５１ 第１基板部（基板）
５２ 第２基板部（基板）

Claims (6)

1. 複数台の室外機に複数台の室内機を接続し、前記室内機の負荷に応じて、前記室外機の運転台数を制御する空気調和装置において、
   １台の室外機の運転要求が出力され、かつ、前記室外機の温度センサによる外気温度が所定温度を超えたときには、当該運転要求に係わらず、複数台の室外機を同時に運転する制御部を備え、
   前記制御部は、前記外気温度が所定温度以下の通常時は、室内の空調負荷を検出するセンサの検出に基づく運転要求に応じて、運転する前記室外機の台数を決定し、
   前記制御部は、前記外気温度が前記所定温度を超えたときは、運転する前記室外機の台数を前記通常時よりも増やすことを特徴とする空気調和装置。
2. 各室外機が１台又は複数台の圧縮機を搭載し、
   前記制御部は、１台の室外機の運転要求が出力され、かつ、外気温度が所定温度を超えたときには、前記複数台の室外機の圧縮機を少なくとも１台ずつ同時に運転することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御部は、前記室外機の台数と同数の前記圧縮機の運転台数を下限として、前記室内機の負荷に応じて、前記圧縮機の運転台数を制御することを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記室内機の負荷の所定値に応じて前記圧縮機の運転台数を増加させた後、前記室内機の負荷に応じて前記圧縮機の運転台数を減らす場合、前記所定値よりも前記負荷が所定の負荷だけ低くなってから前記圧縮機の運転台数を減らすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気調和装置。
5. 前記制御部は、１台の室外機において複数台の圧縮機が同時に運転するとき、各圧縮機の運転周波数をずらして運転制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気調和装置。
6. １台の室外機の基板において、一方の圧縮機が送風機と共に電流制御され、他方の圧縮機が単独で電流制御され、
   前記制御部は、前記一方の圧縮機の運転周波数を前記他方の圧縮機の運転周波数より低くして、運転制御することを特徴とする請求項５に記載の空気調和装置。

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