JPH0814434B2 - 冷凍装置の圧縮機容量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍装置の圧縮機容量制御装置の改良に関
し、特に、圧縮機をインバータで容量制御する場合の過
電流トリップ防止対策に関する。

（従来の技術） 従来、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課題） 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。

而して、上記の如く圧縮機の合計容量を多段階に調整
する場合、アンロード機構側の圧縮機の起動時には、第
７図に示す如く運転周波数が商用周波数に唐突に上昇す
る関係上、この時に値の大きい始動電流が流れる特性が
ある。一方、インバータ側の圧縮機の起動時では、その
運転周波数を第８図に示す如く逐次上昇させれば、いわ
ゆるソフトスタートにより電流は徐々に増大して、上記
の如き唐突な始動電流は流れない。従って、両圧縮機の
起動時には、第９図に示す如く、インバータ側圧縮機を
先に起動し、後にアンロード機構側圧縮機を起動して
も、始動電流の増大はアンロード機構側のみの増大に留
まって顕著でなく、問題は生じない。

しかるに、上記アンロード機構側の圧縮機の起動時に
は、第６図（イ）に示す如く値の大きな始動電流の流通
に伴い同図（ロ）に示す如くこの時に入力電圧の降下が
生じ、このためインバータの入力電圧が不足することに
起因してその出力電流値が増大する。その結果、同図
（ハ）に一点鎖線で示す如く、インバータの出力周波数
が高い（２次電流値の大きい）場合には、上記出力電流
の増大に起因して、この瞬時にトリップに相当する上限
規制値を越えてインバータのトリップを招く懸念が生じ
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、インバータ側圧縮
機の運転中にアンロード機構側の圧縮機が起動する時に
は、アンロード機構側の圧縮機の起動時での入力電圧の
低下は仕方がないとして、予めインバータの２次電流値
を低く制限することにより、アンロード機構側圧縮機の
起動時にもインバータの瞬時トリップを確実に防止し、
よつて信頼性の向上を図ると共に、インバータ側圧縮機
の運転を続行して運転範囲を拡大することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の具体的に解決手段
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、該両
圧縮機（１），（２）の合計容量を多段階に制御するよ
う上記インバータ（15）及びアンロード機構（2a）を制
御する容量制御手段（51）とを備えた冷凍装置の圧縮機
容量制御装置を対象とする。そして、上記容量制御手段
（51）の作動制御により第１の圧縮機（１）の運転中に
第２の圧縮機（２）が起動する時、該容量制御手段（5
1）に優先し、上記第１の圧縮機（１）を低容量にして
第２の圧縮機（２）の起動直後におけるインバータ（1
5）の２次電流が所定値以下になるように該インバータ
（15）を制御し、その後、第２の圧縮機（２）を起動し
た後、両圧縮機（１），（２）の合計容量が所定値にな
るようにインバータ（15）を制御して上記容量制御手段
（51）の制御に移行させる起動時制御手段（52）を設け
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、第１の
圧縮機（１）が容量制御手段（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
容量制御手段（51）によりアンロード機構（2a）で容量
制御されるので、両圧縮機（１），（２）の合計容量
が、負荷に対応する合計目標容量にほぼ一致調整され
る。

その場合、インパータ（15）側の第１の圧縮機（１）
の運転中において、アンロード機構（2a）側の第２の圧
縮機（２）が起動する場合には、起動時制御手段（52）
が上記容量制御手段（51）に優先して、該第２の圧縮機
（２）の起動に先だって、インバータ（15）側の第１の
圧縮機（１）の容量が低容量、例えば、一旦最低容量に
なるよう運転制御されて、インバータ（15）の２次電流
値が元々小値になる。その後、この状態でアンロード機
構（2a）側の圧縮機（２）が起動すると、入力電圧が低
下してインバータ（15）の２次電流値も増大するが、ト
リップに対応する上限規制値には至らず、インバータ
（15）側の圧縮機（１）の運転が依然として続行され
る。よって、インバータ（15）の信頼性の向上を図るこ
とができると共に、運転範囲の拡大が図れる。

（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、（Ａ）は室外ユニット、（Ｂ）〜（Ｆ）
は同一内部構成の５台の室内ユイットである。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の圧縮機（１）及び第２の圧縮機（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（1
0）…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の圧縮機（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100
％までの10％刻みの周波数設定信号の出力により、圧縮
機（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の圧縮機（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（2
d）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（2i）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（2
a）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（21）と、該弁体（21）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
通するパイロット圧導入通路（16）に設けたパイロット
電磁弁（17）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）を図中右方向に付勢
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
する均圧ホッ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、暖房過負荷時に圧縮器（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（1
0）…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）に接続するリ
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）で分離された潤滑油は油通路（34）を介
して両圧縮機（１），（２）に戻される。

さらに、各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｆ）において、
（TH1）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
後の冷媒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圧縮機
（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圧縮機（１），（２）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、（P1）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
検出する圧力センサ、（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）の要領
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S₁で圧力セ
ンサ（P₁）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）の合計容量のフィードバック制御とし
てPI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L₁を、上記蒸
発温度T₂とその目標値T_2O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T_2Oになるよう下記式 L₁＝L_O＋Kc［ｅ（ｔ）−ｅ（ｔ−Δｔ） ＋｛Δt/2Ti｝｛ｅ（ｔ）＋ｅ（ｔ−Δｔ）｝］ L_O;現在の合計容量 Kc;ゲイン（定数） Ti: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で下記の第１表の合計容量マッ
プに基いて上記合計目標容量L₁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
対応する下記の第２表の各圧縮機（１），（２）の実際
の容量マップに基いて第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。

ここに、上記第１表の合計容量マップは、圧縮機
（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％づつ増大して200％に至る多段階（1
9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
ップは、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マップと、合計容量が80％から150％までの範
囲において、第１の圧縮機（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のマップと、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マップとからなる。そして、上記第１マップで
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110％に増大すると、第
２マップに移行して、第２の圧縮機（２）の容量がアン
ロード機構（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10
0％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マッ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マップ
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マッ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マップに移行し
て、第２の圧縮機（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
機（１）の容量がインバータ（15）で100％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マッ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130
％から120％に減少する場合には、上記第２マップに移
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図の制御フローにより、両圧縮機
（１），（２）の合計容量を上記第２表の如く合計目標
容量L₁に対応した合計容量に多段階（19段階）に調整す
るよう上記インバータ（15）及びアンロード機構（2a）
を制御するようにした容量制御手段（51）を構成してい
る。

而して、上記第４図の制御フローでは、そのステップ
S₃中で、アンロード機構（2a）側の圧縮機（２）の起動
時には、第５図の起動時フローでの制御が行われる。つ
まり、第５図の起動時制御フローでは、ステップS_S1で
合計目標容量L₁の変化を把握し、合計目標容量L₁が100
％から110％に増大したYESの場合に限り、アンロード機
構（2a）側の圧縮機（２）の起動時と判断して、ステッ
プS_S2進む。

そして、このアンロード機構（2a）側の圧縮機（２）
の起動時には、ステップS_S2で先ずインバータ（15）側
の第１の圧縮機（１）の容量を最低段の30％（最低容
量）に低下させるようインバータ（15）を作動制御し、
その後にステップS_S3でアンロード機構（2a）側の第２
の圧縮機（２）を起動すると共に、ステップS_S4で上記
第３図のパイロット電磁弁（17）を開制御して、アンロ
ード機構（2a）を作動させることにより、この第２の圧
縮機（２）の容量を50％に制御する。しかる後、ステッ
プS_S5で第１の圧縮機（１）を第２表通りに60％容量に
インバータ（15）で制御して、リターンする。

よって、上記第５図の起動時制御フローにより、合計
目標容量L₁が100％から110％に増大した時、つまり上記
容量制御手段（51）の作動制御により第１の圧縮機
（１）の100％容量の運転中に第２の圧縮機（２）が起
動する時、上記容量制御手段（51）に優先して、予め第
１の圧縮機（１）を最低段の30％容量で運転するよう上
記インバータ（15）を制御し、その後、第２の圧縮機
（２）を起動した後、両圧縮機（１），（２）の合計容
量が所定値になるようにインバータ（15）を制御して上
記容量制御手段（51）の制御に移行させる起動時制御手
段（52）を構成している。

したがって、上記実施例においては、各室内ユニット
（Ｂ）〜（Ｆ）の冷房運転時、蒸発温度T₂に基いて圧縮
機（１），（２）の合計目標容量L₁が演算されると、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）の容量が容量制御手段（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）の容量が容量制御手段（51）によりアンロード機
構（2a）で制御されて、該圧縮機（１），（２）の合計
容量が上記合計目標容量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T_2O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。

その際、アンロード機構（2a）側の圧縮機（２）の起
動時、つまり合計目標容量L₁が100％から110％に増大し
た時には、起動時制御手段（52）が上記容量制御手段
（51）に優先して、インバータ（15）側の第１の圧縮機
（１）の容量が最低段の30％容量値に低下制御されて、
インバータ（15）の２次電流値が第６図（ハ）に実線で
示す如く、100％相当値から30％相当値に大きく低下す
る。このことにより、その後にアンロード機構（2a）側
の第２の圧縮機（２）が起動し、その始動電流が同図
（イ）の如く急に増大して、入力電圧値が同図（ロ）に
示す如くこの瞬時に低下した場合にも、インバータ（1
5）の２次電流値はそに応じて増大するものの、トリッ
プ規制の上限電流値I_Tには至らない。よって、同図
（ハ）に一点鎖線で示す如く、100％容量値のまま第２
圧縮機（２）を起動する場合の如く、２次電流値が上記
上限電流値I_Tを越えてインバータ（15）のトリップを招
くことがなく、その信頼性の向上が図られると共に、第
１の圧縮機（１）の運転を続行させて、運転範囲を拡大
することができる。

尚、上記実施例では、アンロード機構（2a）側の第２
の圧縮機（２）の起動時に、インバータ（15）側の第１
の圧縮機（１）の容量を最低段の30％値に制御したが、
その他、40％や50％等の低容量側に設定してもよく、つ
まり、インバータ（15）の２次電流値が上限電流値I_Tを
越えない低容量に設定するものであればよい。

また、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、その合計容量を19段階に制御したが、容量の制御段
数は他段階であればよい。

さらに、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、マルチ形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
たもの等の他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機構で容量制
御する場合、インバータ側の圧縮機の運転中にアンロー
ド機構側の圧縮機が起動する時には、予め、インバータ
側の圧縮機の容量を低容量に制御した後、第２の圧縮機
を起動するようにしたので、アンロード機構側の圧縮機
の起動時に入力電圧が低下することに起因するインバー
タの２次電流の増大に対しても、その２次電流値を小さ
く抑制して、インバータの瞬時トリップを確実に防止す
ることができ、信頼性の向上と運転範囲の拡大勝とを図
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、第５図はアン
ロード機構側の圧縮機の起動時の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。また、第７図及び
第８図は各々アンロード機構側の圧縮機及びインバータ
側圧縮機の運転周波数と始動電流波形とを示す図、第９
図は両圧縮機の順次起動時での合計電流波形を示す図で
ある。 （１）……第１の圧縮機、（２）……第２の圧縮機、
（2a）……アンロード機構、（21）……弁体、（2n）…
…圧力室、（14）……冷媒配管系統、（15）……インバ
ータ、（17）……パイロット電磁弁、（51）……容量制
御手段、（52）……起動時制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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）により定量調整される第２の圧縮
   機（２）と、 該両圧縮機（１），（２）の合計容量を多段階に制御す
   るよう上記インバータ（15）及びアンロード機構（2a）
   を制御する容量制御手段（51）とを備えるとともに、 上記容量制御手段（51）の作動制御により第１の圧縮機
   （１）の運転中に第２の圧縮機（２）が起動する時、該
   容量制御手段（51）に優先し、上記第１の圧縮機（１）
   を低容量にして第２の圧縮機（２）の起動直後における
   インバータ（15）の２次電流が所定値以下になるように
   該インバータ（15）を制御し、その後、第２の圧縮機
   （２）を起動した後、両圧縮機（１），（２）の合計容
   量が所定値になるようにインバータ（15）を制御して上
   記容量制御手段（51）の制御に移行させる起動時制御手
   段（52）を備えた ことを特徴とする冷凍装置の圧縮機容量制御装置。