JP2001066002A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より高効率的に空調を行うことができる「空
気調和装置」を提供する。 【解決手段】 モータにより回転駆動されるコンプレッ
サを備えた空気調和装置である。コンプレッサから吐出
される冷媒の温度（吐出温）ＴＤが所定の補正開始温度
よりも大きい場合に（ＳＴ２）、該吐出温ＴＤに基づき
温度の変化率（吐出温微分値）ｄＴＤを求めて（ＳＴ
４）、予め記憶されたマップにしたがって該変化率に対
応する補正値ＨｚＤを求め（ＳＴ５）、モータに供給す
べき交流電流の目標周波数ＨｚＯＢＪを該補正値ＨｚＤ
で補正して、モータに実際に供給する交流電流の周波数
ＨｚＯＢＪＤとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒を利用して冷
暖房を行う空気調和装置に関し、特に、冷媒を圧縮供給
するコンプレッサをモータにより回転駆動するようにし
た空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式の空気調和装置は、サブ
コンデンサと呼ばれる室内熱交換器（室内コンデンサ）
を備え、コンプレッサによって圧縮された高温高圧の冷
媒を暖房熱源として利用するようにしたシステムであ
る。つまり、冷房、暖房ともに冷媒を用いた熱サイクル
運転を行って室内を冷暖房するものである。

【０００３】また、メインコンデンサと呼ばれる室外熱
交換器（室外コンデンサ）を備え、２つの電磁弁により
暖房運転時と冷房運転時とで機能させるコンデンサを切
り替えることによって運転モードが切り替えられる。つ
まり、冷房運転時においては、コンプレッサから吐出し
た冷媒はメインコンデンサに導入され、暖房運転時には
バイパス管によりメインコンデンサを迂回して直接サブ
コンデンサに導入される。

【０００４】このような空気調和装置においては、コン
プレッサはモータにより駆動されるが、コンプレッサを
高速回転で運転すると、冷媒がかなりの高温になるとと
もに、モータ自体の発熱により、モータが高温となって
故障の原因となることがある。

【０００５】そこで、従来は、コンプレッサから吐出さ
れる冷媒の温度を検出して、検出された温度が予め決め
られた所定の補正開始温度（仕様から決定される上限温
度よりも低い温度）を超えた場合に、超えた温度に対応
して大きくなるように予め設定された補正値により、モ
ータに供給する交流電流の周波数が低下するように補正
してモータの回転数を低下させることにより、上限温度
を超えないようにしている。例えば、従来は上限温度が
１２０℃である場合に、補正開始温度としては８５℃に
設定されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、検出した温度が所定の補正開始温度を超えた場合
に出力を低下させるものであるため、上限温度を超える
ことを確実に防止するには、補正を開始する補正開始温
度は上限温度に対してかなり低い値に設定する必要があ
り、このため、上限温度に達する可能性がない、あるい
は未だ余裕があるような場合（例えば、補正開始温度は
超えているが、温度変化がない、あるいは緩やかである
ような場合）であっても、該補正開始温度を超えれば一
律に周波数を低下させてしまうので、効率が悪く必要な
性能を実現できない場合が多かった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、上限温度に達する蓋然性が
低い場合には出力を低下させないようにして、より高効
率的に空調を行うことができる空気調和装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の空気調和装置は、モータにより回転駆動さ
れるコンプレッサを備えた空気調和装置において、前記
コンプレッサから吐出される冷媒の温度および前記モー
タの温度の何れか一方を検出する温度検出手段を設け、
前記温度検出手段による検出温度に基づき温度の変化率
を求めて、該変化率に応じて前記モータに供給する交流
電流の周波数を補正することを特徴とする。

【０００９】本発明によると、温度の変化率を求めて、
該温度の変化率に応じてモータに供給する交流電流の周
波数を補正するようにしており、温度の変化率により上
限温度に達する蓋然性やその時期をより正確に予測で
き、高温であるが温度が横這いあるいは温度の上昇が緩
やかであるような場合には出力を低下させることなく運
転を継続することになるので、従来のように、上限温度
を超えることが全く無いような場合に出力を低下させる
というようなことがなく、高効率的であり、高い性能を
実現することができる。

【００１０】この場合において、前記温度検出手段によ
る検出温度が予め決められた所定温度よりも大きい場合
にのみ前記補正を実施するようにすることが望ましい。
温度の変化率が大きい場合であっても、温度が低い場合
には上限温度に達するまでには余裕があるので、温度が
所定温度以上になった場合に上述の補正を行うようにす
ることにより、より効率を高くすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態の空気調和
装置の構成を示す図であり、図２は同じく処理の要部を
示すフローチャートである。

【００１２】まず、図１を参照する。この実施形態の空
気調和装置は、電気自動車に用いられるヒートポンプ式
の空気調和装置であり、室内外の空気（内外気）を選択
的に取り入れて空気調和した後、室内の所定の場所へ向
かって吹き出す空調ユニット１１を有している。

【００１３】この空調ユニット１１は、取り入れた空気
を室内に向かって送るためのダクト１２を有し、このダ
クト１２内に、空気流れ方向の上流側から順に、内気取
入口および外気取入口（吸込口）を選択的に開閉するイ
ンテークドア１３と、インテークドア１３により選択さ
れた内外気をダクト１２内に導入して下流側に向かって
圧送するブロアファン１４と、冷媒を蒸発させて空気を
冷却する室内エバポレータ（蒸発器）１５と、主として
暖房運転時に働き、ガス冷媒を凝縮液化させて空気を加
熱する室内コンデンサとしてのサブコンデンサ（凝縮
器）１６とを有している。

【００１４】サブコンデンサ１６の前面には、このサブ
コンデンサ１６を通過する空気とこれを迂回する空気と
の割合を調節するためのエアミックスドア１７が回動自
在に設けられ、サブコンデンサ１６の下流側には、温度
調節された空気を室内の所定の場所に向かつて吹き出す
ための各種吹出口１８が形成されている。また、ダクト
１２には温度調節された空気をバッテリが収容されたバ
ッテリ室に分岐導入するための分岐ドア１９が設けられ
ている。インテークドア１３、エアミックスドア１７、
吹出口１８および分岐ドア１９の開閉は、対応するコン
トローラ２０〜２３によって行われる。

【００１５】このヒートポンプ式空気調和装置は、冷
房、暖房ともに冷媒を用いた熱サイクル運転を行うこと
によって室内の冷房と除湿暖房とを行うものであって、
従来と同様な冷凍サイクルを有している。

【００１６】すなわち、空調ユニット１１の外部には、
図示省略するモータにより回転駆動される密閉型のコン
プレッサ２４と、主に冷房運転時に働く室外コンデンサ
としてのメインコンデンサ（凝縮器）２５とが設けられ
ている。冷凍サイクルは、コンプレッサ２４、メインコ
ンデンサ２５、サブコンデンサ１６、減圧手段としての
膨張弁２６、エバポレータ１５およびアキュムレータ２
７をこの順に冷媒配管２８で接続し、その中に冷媒を封
入して構成されている。

【００１７】膨張弁２６は、液冷媒を減圧膨張させて蒸
発しやすい低温低圧の霧状冷媒にする、例えばオリフィ
ス付き電磁弁（弁位置が全開状態と絞り状態の二段階に
切替え可能な流量切替電磁弁）であり、エバポレータ１
５の出口温度に応じて冷媒流量を自動調節することがで
きる。

【００１８】アキュムレータ２７は、余剰冷媒の貯留と
気液の分離を行い、ガス冷媒のみをコンプレツサ２４へ
戻すためのものであり、比較的容量のある容器であるた
め、仮に冷媒が液状態で帰還してきても、これを気化し
てコンプレツサ２４へ戻すことができ、液圧縮によるコ
ンプレツサ２４の破損を防止することができるようにな
っている。

【００１９】なお、膨張弁２６としては、上記の他に温
度作動式膨張弁を用いることができ、この場合には、サ
ブコンデンサ１６と膨張弁２６を接続する配管２８にリ
キッドタンクを設けることが望ましい。リキッドタンク
は、気液を分離して液冷媒を一度蓄え、液冷媒のみを膨
張弁２６へ送り出すものであり、通常、エアの分離や水
分・異物の除去を行う機能も備えている。

【００２０】また、エバポレータ１５とアキュムレータ
２７との間に、追加的にサブエバポレータ（蒸発器）を
設けることができる。サブエバポレータは、シーズヒー
タに接続されて冷媒を加温するための熱交換器の一種で
あって、冬期などのように外気温度が低い場合に、コン
プレッサ２４の起動時において当該コンプレッサ２４へ
ガス状冷媒を供給するための予熱手段である。

【００２１】図中の符号２９は、反対方向の流れを阻止
するための逆止弁であり、３０はメインコンデンサ２５
へ空気を送り、これを冷却するためのコンデンサファン
である。

【００２２】本実施形態では、暖房運転時と冷房運転時
とで機能させるコンデンサを切り替えるため、コンプレ
ツサ２４の吐出□とメインコンデンサ２５の入ロとの間
およびバイパス管３１に冷媒流路切替手段としての電磁
弁３２，３３が設けられている。これらの電磁弁３２，
３３を選択的に切り替えることで、コンプレツサ２４か
ら吐出された冷媒をメインコンデンサ２５に導く冷房サ
イクルと、コンプレッサ２４から吐出された冷媒をバイ
パス管３１を介して直接サブコンデンサ１６へ導く暖房
サイクルとが切り替えられる。

【００２３】すなわち、冷房運転時には電磁弁３２を開
き電磁弁３３を閉じ、コンプレツサ２４から吐出された
冷媒を電磁弁３２→メインコンデンサ２５→サブコンデ
ンサ１６→膨張弁２６→工バポレータ１５→アキュムレ
ータ２７と流してコンプレッサ２４へ帰還する冷房サイ
クルを形成する。これにより、エバポレータ１５におい
ては、霧状冷媒と取入れ空気との熱交換が行われ、霧状
冷媒が蒸発しながら冷媒通路の周囲を通過する取入れ空
気が冷却され、室内が冷房される。また、メインコンデ
ンサ２５においては、エバポレータ１５で奪った熱を外
気との熱交換により外部に放出して、ガス冷媒を冷却し
凝縮液化させる。なお、このとき、サブコンデンサ１６
は熱交換器としてはほとんど機能しない。

【００２４】これに対し、暖房運転時には、電磁弁３２
を閉じ電磁弁３３を開き、コンプレッサ２４から吐出さ
れた冷媒をバイパス管３１を介して直接サブコンデンサ
１６に導入する。つまり、メインコンデンサ２５は使用
せす、コンプレッサ２４から出た冷媒が、電磁弁３３→
バイパス管３１→サブコンデンサ１６→膨張弁２６→エ
バポレータ１５→アキュムレータ２７と流れてコンプレ
ツサ２４に帰還する暖房サイクルを形成する。これによ
り、コンプレツサ２４から吐出されメインコンデンサ２
５をバイパスした高温高圧のガス冷媒は、サブコンデン
サ１６で凝縮液化されて放熱を行い、エバポレータ１５
で冷却された空気は加熱されて室内に吹き出され、もっ
て室内が暖房される。その際、エバポレータ１５は取入
れ空気を冷却して除湿を行うので、除湿暖房が実現され
る。この暖房運転時において、さらに高温の空気を送る
必要がある場合には、サブコンデンサ１６の下流側近傍
に設けられたヒータ３４が作動される。

【００２５】なお、図中の符号３５は、反対方向の流れ
を阻止するための逆止弁であり、メインコンデンサ２５
から流出した冷媒が電磁弁３３へ逆流するのを防止す
る。

【００２６】本実施形態では、暖房運転の起動時におい
てメインコンデンサ２５に滞留している冷媒をコンプレ
ッサ２４の吸入側に戻す冷媒回収システムとして、メイ
ンコンデンサ２５の出口から冷媒を回収するようにして
いる。すなわち、メインコンデンサ２５の出□配管に三
方コネクタを介して冷媒回収管３６を接統することによ
り、冷媒回収ラインを分岐形成し、この冷媒回収管３６
（冷媒回収ライン）に電磁弁３７および逆止弁３８を設
け、冷媒回収管３６の他端をアキュムレータ２７の入口
側に三方コネクタを介して接続して冷媒を戻すシステム
としている。電磁弁３７を設けるのは、冷房運転時にメ
インコンデンサ２５から流出した冷媒が冷媒回収ライン
３６に流れるのを防止するためである。

【００２７】このように、メインコンデンサ２５の出口
から冷媒の回収を行うようにすれば、メインコンデンサ
２５内では下部に液冷媒が溜まっているため、冷媒を液
状態で回収することができる。そのため、ガス状態で回
収する場合に比べて冷媒回収時間を短縮できるととも
に、回収量を多くすることができる。なお、図中の符号
３９は、反対方向の流れを阻止するための逆止弁であ
り、冷媒回収管３８から流出した冷媒がエバポレータ１
５へ逆流するのを防止する。

【００２８】４０はこの空気調和装置の各部の作動など
を制御するＡ／Ｃコントローラ（制御手段）であり、メ
モリを備えたマイクロコンピュータから構成され、該メ
モリには、各部を制御のためのプログラムおよびデータ
が格納されている。Ａ／Ｃコントローラ４０は、コンプ
レッサ２４により圧縮された冷媒が吐出される吐出管に
設けられた吐出冷媒の温度を検出する温度センサ４１を
含むこの空気調和装置の各部に設けられたセンサ（不図
示）からの信号などに基づいて、各部の制御を実施す
る。コンプレッサ２４を回転駆動するモータも、Ａ／Ｃ
コントローラ４０の制御に基づき、インバータ４２から
給電されて作動される。

【００２９】４３は電気自動車のバッテリを管理するバ
ッテリコントローラ（ＢＡＴＴコントローラ）であり、
Ａ／Ｃコントローラ４０はバッテリコントローラ４３か
らの信号に応じて、例えば、バッテリ残量が少なくなっ
てきた場合にコンプレッサ２４の出力を低下させる等の
制御を実施する。

【００３０】このような空気調和装置においては、コン
プレッサ２４は付属のモータにより駆動されるが、コン
プレッサ２４を高速回転で運転すると、吐出される冷媒
がかなりの高温になるとともに、モータ自体の発熱によ
り、モータが高温となって故障の原因となることがあ
る。

【００３１】これを防止するため、この実施形態のＡ／
Ｃコントローラ４０は、図２のフローチャートに示され
ているような処理を実施する。このフローチャート中、
ＴＤは温度センサ４１により検出されるコンプレッサ２
４から吐出される冷媒の温度（吐出温）を示し、ｄＴＤ
は時間当たりの吐出温ＴＤの変化率（吐出温微分値）を
示している。また、ＨｚＯＢＪは要求出力にしたがって
コンプレッサ２４を駆動すると仮定した場合に、インバ
ータ４２がコンプレッサ２４のモータに供給する交流電
流の目標周波数が設定される作業変数（以下、目標周波
数という場合がある。）を示し、ＨｚＯＢＪＤは目標周
波数ＨｚＯＢＪについて補正等を実施した後のモータに
対して実際に供給する交流電流の周波数についての作業
変数（以下、指令周波数という場合がある。）を示して
いる。

【００３２】まず、吐出温ＴＤと、予め決められた上限
温度（仕様上正常な運転を確保するために制限すべきと
される温度範囲の上限値で、この実施形態では、１２０
℃とした。）とを比較し（ＳＴ１）、超えていると判断
した場合（Ｙｅｓの場合）には、指令周波数ＨｚＯＢＪ
Ｄに「０」を代入して（ＳＴ７）、この処理を終了す
る。すなわち、吐出温ＴＤが１２０℃以上である場合に
は、それ以後の運転の継続は故障などの原因となる場合
があるので、コンプレッサ２４の運転は停止されること
になる。

【００３３】ＳＴ１において、吐出温ＴＤが１２０℃未
満である場合（Ｎｏの場合）には、吐出温ＴＤが予め決
められた補正開始温度（上限温度に近くなってきたため
に出力を低下させる補正が必要と考えられる温度で、こ
の実施形態では、１００℃とした。）以上になったか否
かを判断する（ＳＴ２）。吐出温ＴＤが１００℃未満の
場合（Ｎｏの場合）には、指令周波数ＨｚＯＢＪＤに目
標周波数ＨｚＯＢＪを代入して（ＳＴ８）、この処理を
終了する。すなわち、吐出温ＴＤが１００℃未満の場合
には、補正は行わずに要求出力で運転されることにな
る。

【００３４】ＳＴ２において、吐出温ＴＤが１００℃以
上である場合（Ｙｅｓの場合）には、Ａ／Ｃコントロー
ラ４０は付属するメモリに予め格納されている第１補正
マップを取り出し、現在の吐出温ＴＤに対応する補正値
ＨｚＰを求める（ＳＴ３）。第１補正マップは、同図に
示されているように、吐出温ＴＤが１００℃から１２０
℃の間で、該吐出温が高くなるにしたがって補正値Ｈｚ
Ｐが直線的に大きくなるように設定されたデータであ
る。

【００３５】次いで、吐出温ＴＤの変化率としての吐出
温微分値ｄＴＤを算出する（ＳＴ４）。この実施形態で
は、吐出温微分値ｄＴＤは、現在の吐出温ＴＤ（ｔ）か
ら１秒前の吐出温ＴＤ（ｔ−１）を減算したものとして
算出している。

【００３６】その後、Ａ／Ｃコントローラ４０は付属す
るメモリに予め格納されている第２補正マップを取り出
し、算出した吐出温微分値ｄＴＤに対応する補正値Ｈｚ
Ｄを求める（ＳＴ５）。第２補正マップは、同図に示さ
れているように、吐出温微分値ｄＴＤが大きくなるにし
たがって補正値ＨｚＤが直線的に大きくなるように設定
されたデータである。

【００３７】次いで、目標周波数ＨｚＯＢＪから補正値
ＨｚＰおよび補正値ＨｚＤをそれぞれ減算したものを、
指令周波数ＨｚＯＢＪＤに代入して（ＳＴ６）、この処
理を終了する。これらの一連の処理の後、Ａ／Ｃコント
ローラ４０は、指令周波数ＨｚＯＢＪＤの交流電流をコ
ンプレッサ２４のモータに対して供給するよう、インバ
ータ４２を制御する。

【００３８】上述した実施形態によると、吐出温微分値
（変化率）ｄＴＤを求めて、該吐出温微分値が大きくな
るのに応じてモータに供給する交流電流の周波数が低く
なるように補正するようにしているから、上限温度に達
する緊急度が高いほどモータの回転数がより低くなるよ
うに補正されることになる。したがって、比較的に高温
であっても吐出温が横這い、あるいはその上昇が緩やか
であるような場合には、出力を低下することなく、ある
いはそれほど低下させずに運転を継続することになるの
で、このような場合にも出力を大きく低下させていた従
来技術と比較して効率が高い。

【００３９】また、吐出温微分値ｄＴＤが大きい場合で
あっても、吐出温ＴＤが低い場合（１００℃以下である
場合）には、上限温度（１２０℃）に達するまでには余
裕があり、その時点で補正を実施するのは効率が低くな
るが、上述の実施形態では、温度センサ４１による吐出
温ＴＤが予め決められた補正開始温度（１００℃）より
も大きい場合にのみ、かかる周波数補正を実施するよう
にしているので、かかる問題がなく、より効率的であ
る。

【００４０】さらに、上述した実施形態では、吐出温Ｔ
Ｄによる周波数補正に加えて、吐出温微分値ｄＴＤによ
る周波数補正をも行うようにしているので、補正開始温
度を従来より高く設定することができる。上述したよう
に従来の補正開始温度は８５℃であったが、吐出温微分
値ｄＴＤによる周波数補正を併用しているので、上記実
施形態では１００℃となっており、８５℃から１００℃
の間で、補正を実施する必要がなくなっていることから
も、より効率的であることが理解されよう。

【００４１】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【００４２】例えば、上述した実施形態では、コンプレ
ッサ２４からの冷媒の温度ＴＤおよびその微分値ｄＴＤ
により、コンプレッサ２４を駆動するモータに供給する
交流電流の周波数を補正するようにしているが、該モー
タの温度（巻線コイルの温度、ステータコアの温度、モ
ータハウジングの温度など）を検出して、この温度およ
びその微分値により補正を実施するようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、上限
温度に達することを十分に抑制しつつ、従来よりも高温
領域でより高い出力で運転を継続することができるの
で、より高効率的に空調を行うことができる空気調和装
置が提供されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の空気調和装置の構成を示す
図である。

【図２】本発明の実施形態のＡ／Ｃコントローラによる
処理の要部を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２４…コンプレッサ ４０…Ａ／Ｃコントローラ ４１…温度検出センサ ４２…インバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータにより回転駆動されるコンプレッ
   サ（２４）を備えた空気調和装置において、 前記コンプレッサから吐出される冷媒の温度および前記
   モータの温度の何れか一方を検出する温度検出手段（４
   １）を設け、 前記温度検出手段による検出温度（ＴＤ）に基づき温度
   の変化率（ｄＴＤ）を求めて、該変化率に応じて前記モ
   ータに供給する交流電流の周波数（ＨｚＯＢＪ）を補正
   することを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 前記温度検出手段による検出温度が予め
   決められた所定温度よりも大きい場合にのみ前記補正を
   実施することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装
   置。