JP2001153424A

JP2001153424A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2001153424A
Application number: JP33454099A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tsuboe; 宏明坪江; Susumu Nakayama; 進中山; Hiroshi Yasuda; 弘安田; Kazumiki Urata; 和幹浦田; Kenji Matsumura; 賢治松村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】室内ユニットに電気ヒータを内蔵することな
く高い暖房能力を得ることができるとともに、高い暖房
能力を必要としないときは、効率の良い運転を行うこと
が可能な信頼性の高い空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機の冷媒圧縮装置として、吐出
する冷媒で冷却するように構成された電動機１Ａで駆動
される冷媒圧縮装置１Ａを備え、前記電動機１Ａに印加
するインバータ出力電圧を制御することで、電動機１に
流れる電流を変化させる駆動電動機制御手段を設ける。
高い暖房能力が必要なときは、インバータ出力電圧を制
御して電動機１Ａに流れる電流を増加させ、通常運転時
は電流値が最低になるようにインバータ出力電圧を制御
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、蒸気圧縮冷凍サイ
クルを用いる空気調和機に係り、特に、圧縮機を駆動す
る電動機を冷媒で冷却するよう構成された空気調和機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機で高い暖房能力が必要な場
合、室内ユニットに電気ヒータを内蔵することで暖房能
力の不足分を補う技術が、例えば特開平５−７１７５７
号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に空気調和機の成
績係数ＣＯＰは１以上であり、電気ヒータを内蔵した室
内ユニットでは電気ヒータの成績係数ＣＯＰが１である
ことから、空気調和機としての成績係数ＣＯＰが低下し
て電気入力が増加し、そのため消費電力が大きくなる。
さらに電気ヒータの異常加熱による室内ユニット部品の
溶損や焼損等、安全性に対するの問題がある。

【０００４】本発明の目的は、室内ユニットに電気ヒー
タを内蔵することなく高い暖房能力を得ることができる
とともに、高い暖房能力を必要としないときは、効率の
良い運転を行うことが可能な信頼性の高い空気調和機を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者等は、圧縮機を駆
動する電動機を冷媒で冷却するよう構成された冷媒圧縮
装置においては、吐出される冷媒の温度は電動機自体が
発生する熱量（発熱量）に影響されることに着目し、電
動機の発熱量を増加させることにより、吐出される冷媒
の温度を高める本発明に至った。電動機の発熱量は、流
れる電流が多いほど大きくなるから、電動機の発熱量を
増加させるには電動機に流れる電流を大きくしてやれば
よい。また、冷媒の温度を上げてやる必要がない場合
は、必要最低限の電流値とすれば、損失は少なくて済
む。発明者等は、電流値の増減のために、駆動電動機制
御手段を設け、電動機に印加する電圧を制御することに
より電動機に流れる電流値を変化させるように構成し
た。

【０００６】すなわち、上記目的を達成する本発明は、
冷媒を加圧圧縮する冷媒圧縮装置と、前記圧縮された冷
媒と室内空気の間で熱交換を行わせる室内熱交換器と、
冷媒を減圧膨張させる減圧手段と、減圧された冷媒と外
気の間で熱交換を行わせる室外熱交換器と、を有してな
る空気調和機において、前記冷媒圧縮装置として加圧圧
縮した冷媒で駆動電動機を冷却するよう構成されている
ものを用い、前記駆動電動機に印加する電圧を制御し該
駆動電動機に流れる電流を増減させる駆動電動機制御手
段を設けたことを特徴とする。

【０００７】空気調和機の暖房運転時、前記冷媒圧縮装
置の電動機に印加する電圧を制御し電動機に流れる電流
を増加させる。

【０００８】上記電流値による前記冷媒圧縮装置の吐出
側の冷媒温度の制御に加え、気液分離器により分離した
液冷媒を前記冷媒圧縮装置の圧縮室に注入することによ
り、前記冷媒温度を制御するように構成してもよい。

【０００９】気液分離器の配置としては、前記減圧手段
を前記室外熱交換器と室内熱交換器を接続して冷媒を流
通させる管路の２箇所に設け、該２箇所の減圧手段の間
の前記管路に配置するのがよい。具体的には、前記管路
が水平に導設された部分で、両端が管路下部から分岐す
るバイパス管を設け、このバイパス管に気液分離器を介
装するのが望ましい。

【００１０】空気調和機に用いる冷媒として、沸点の異
なる冷媒を混合して成る非共沸混合冷媒を用いてもよ
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図を用
いて説明する。

【００１２】まず、図１〜図４を用いて、冷媒圧縮装置
の駆動電動機に印加する電圧を制御しモータに流れる電
流を増減させる駆動電動機制御手段を有する本発明の第
１の実施の形態の空気調和機について説明する。

【００１３】図１に示す空気調和機は、室外機ユニット
４０と、室内機ユニット４１と、両者を接続する管路１
５，１７Ｂと、を含んで構成されている。

【００１４】室外機ユニット４０は、冷媒圧縮装置１
と、冷媒圧縮装置１の冷媒出側に管路１２を介してポー
トＰ１を接続した四方弁２と、四方弁２のポートＰ４に
管路１４を介して冷媒流路の一端が接続された室外熱交
換器３と、室外熱交換器３の冷媒流路他端に管路１７Ａ
を介して一端を接続された減圧手段である室外膨張装置
５と、前記管路１２に介装され管路内の冷媒温度を出力
する吐出温度検出装置３０と、前記四方弁２のポートＰ
３に管路１３を介して入口を接続されたアキュムレータ
１０と、アキュムレータ１０の出側と前記冷媒圧縮装置
１の冷媒吸込み側を接続する管路１６と、室外熱交換器
３に外気を送風する室外送風装置４と、室外熱交換器３
に送風される外気の温度を検出して出力する室外吸込空
気温度検出手段３１と、図示されていない駆動電動機制
御手段と、を含んで構成されている。

【００１５】室内ユニット４１は、室内熱交換器９と、
室内熱交換器９の冷媒流路の一端に管路１７Ｃを介して
接続された減圧手段である室内膨張装置７と、室内熱交
換器９に室内の空気を送風する室内送風装置８と、室内
熱交換器９に送風される室内空気の温度を検出して出力
する室内吸込空気温度検出手段３２と、を含んで構成さ
れている。

【００１６】室内ユニット４１と室外ユニット４０は、
前記四方弁２のポートＰ２と室内熱交換器９の冷媒流路
の他端を接続する管路１５及び、室外膨張装置５の他端
と室内膨張装置７の他端を接続する管路１７Ｂで、互い
に結合され、冷凍サイクルを構成している。

【００１７】冷媒圧縮装置１は、図２に示すように、吸
入した冷媒蒸気を圧縮加圧して吐出するが、圧縮された
冷媒は装置から吐出される前に、駆動電動機１Ａを通過
しつつ該駆動電動機１Ａを冷却するように構成されてい
る。図３に、本実施の形態の冷媒圧縮装置の駆動電動機
１Ａに印加される電圧とモータ電流の関係を示す。

【００１８】図４に、図1の空気調和機の暖房運転時に
おけるモリエル線図を示す。暖房運転時、冷媒圧縮装置
１で加圧、圧縮された冷媒ガスは、管路１２を経て四方
弁２のポートＰ１に流入し、ポートＰ２から管路１５に
流出する。管路１５に流出した冷媒ガスは、室内熱交換
器９に導かれて室内送風装置８により送風される室内空
気と熱交換して暖房し、一部凝縮されたのち管路１７Ｃ
を経て室内膨張装置７に流入する。室内膨張装置７に流
入した冷媒は減圧されて気液２相流となって管路１７Ｂ
に流入し、次いで室外膨張装置５で再び減圧される。室
外膨張装置５で減圧された冷媒は管路１７Ａを経て室外
熱交換器３に流入し、室外送風装置４により送風される
室外空気の熱を奪って蒸発し、管路１４を経て四方弁２
のポートＰ４に流入する。四方弁２のポートＰ４に流入
した冷媒ガスは、四方弁２のポートＰ３、管路１３を経
てアキュムレータ１０に流入し、一時、貯留される。ア
キュムレータ１０に一時貯留された冷媒ガスは、冷媒圧
縮装置１に吸入されて圧縮され、上述の回路で循環を繰
り返す。

【００１９】暖房運転時に、室内吸込空気温度検出手段
３２により検出された室内空気温度Ｔｉと室内空気温度
設定値Ｔｓとの温度差Ｔｓ−Ｔｉが第１の設定値（上限
値）以上となったとき、あるいは高い暖房能力が必要と
なったとき、前記駆動電動機制御手段は、冷媒圧縮装置
１の駆動電動機（以下、モータという）１Ａに印加する
電圧が、図３のｃ点（Ｖｃ）またはｂ点（Ｖｂ）になる
ように制御する。モータに印加する電圧をＶｃまたはＶ
ｂに制御することでモータに流れる電流を通常運転時の
電流（図の１ａ）より増加させ、冷媒圧縮装置１の電気
入力を増加させる。これにより、室内熱交換器９の冷媒
側の入口の状態を示す図４のＢ点がＥ点に移動し、室内
熱交換器９の冷媒側の入口と出口（Ｃ点）のエンタルピ
差が増加することで、高い暖房能力を得ることができ
る。

【００２０】このとき、吐出温度検出装置３０により検
出された温度をもとに、冷媒圧縮装置１のモータに印加
する電圧を制御することで、冷媒圧縮装置１の吐出側の
温度が過度に高温になることを抑止することができる。

【００２１】室内空気温度が上昇し、室内吸込空気温度
検出手段３２により検出した室内空気温度Ｔｉと室内空
気温度設定値Ｔｓとの温度差Ｔｓ−Ｔｉが第２の設定値
（下限値）以下となったとき、あるいは高い暖房能力が
不要となったとき、前記駆動電動機制御手段は、冷媒圧
縮装置１のモータに印加する電圧を図３のａ点に制御す
ることで、冷媒圧縮装置１を、電気入力を抑えた効率の
良い状態で運転する。

【００２２】図８に駆動電動機制御手段の構成を示す。
図示の駆動電動機制御手段は、３相商用電源５０から得
られた交流電圧・電流を直流電圧・電流に変換するコン
バータ５１及びコンデンサ５２と、要求された運転周波
数、モータ印加電圧に応じた信号を出力するインバータ
制御手段５５と、インバータ制御手段５５から出力され
る信号に応じて前記直流電圧・電流を要求された運転周
波数、モータ印加電圧に変換してモータ１Ａを駆動する
インバータ５３と、モータ電流を検出してインバータ制
御手段５５にフィードバックするモータ電流検出手段５
４と、を含んで構成されている。インバータ制御手段５
５には、前記吐出温度検出装置３０の出力のほかに、運
転周波数を指示する運転周波数要求信号６０、暖房モー
ドが高暖房／通常暖房のいずれであるかを指示する高暖
房／通常暖房要求信号６１が入力されるようになってい
る。

【００２３】暖房運転時、室内吸込み空気温度検出手段
３２により検出された室内空気温度Ｔｉと室内空気温度
設定値Ｔｓの差Ｔｓ―Ｔｉが予め設定された上限値以上
となったとき、あるいは高い暖房能力が必要となったと
き、高暖房を要求する高暖房／通常暖房要求信号６１が
インバータ制御手段５５に入力される。インバータ制御
手段５５は、これに応じてモータ電流検出手段５４によ
り検出された電流値を増加させるようモータ印加電圧を
制御すべく、前記検出された電流値を参照しながら、イ
ンバータ５３に出力する信号を変化させる。このとき、
インバータ制御手段５５は、吐出温度検出装置３０によ
り検出された冷媒温度が定められた値を超えないよう
に、インバータ５３を制御する。

【００２４】先に図３を参照して説明したように、モー
タ１Ａに印加される電圧を制御して電流値を増加させる
と、モータの発熱量が増加し、モータ１Ａを通過しつつ
モータ１Ａを冷却した冷媒の温度、つまり、吐出温度検
出装置３０により検出された冷媒温度も上昇する。この
温度上昇により、前記図４に示すモリエル線図上で、圧
縮機出口の冷媒状態を示す位置が、Ｂ点からＥ点に移動
するのである。

【００２５】室内空気温度が上昇し、室内吸込み空気温
度検出手段３２により検出された室内空気温度Ｔｉと室
内空気温度設定値Ｔｓの差Ｔｓ―Ｔｉが予め設定された
下限値以下になったとき、あるいは高い暖房能力が不要
となったとき、通常暖房を要求する高暖房／通常暖房要
求信号６１がインバータ制御手段５５に入力される。イ
ンバータ制御手段５５は、これに応じてモータ電流検出
手段５４により検出された電流値が最小値になるようモ
ータ印加電圧を制御すべく、前記検出された電流値を参
照しながら、インバータ５３に出力する信号を変化させ
る。

【００２６】電流値が低減されると、モータ１Ａの発熱
量も低減され、したがって、モータ１Ａを冷却しつつ通
過した冷媒の温度も低下する。吐出温度検出装置３０に
より検出された冷媒温度とモータ温度は相関関係にあ
り、検出された冷媒温度に基づいてモータ印加電圧を制
御することで、モータ温度を許容温度以下になるように
モータ電流を制御することができる。

【００２７】本実施の形態では、上述のように、冷媒圧
縮装置１のモータ１Ａに印加する電圧を制御してモータ
に流れる電流を増加させることで、室内ユニットに電気
ヒータを内蔵することなく高い暖房能力を得ることがで
きるとともに、冷媒圧縮装置１の吐出側温度およびモー
タ温度を適切な温度に制御することで、空気調和機の高
い信頼性を保持することができる。さらに高い暖房能力
を必要としないときは、冷媒圧縮装置のモータに流れる
電流を最小化することで電気入力を抑えた効率の良い運
転を行うことが可能である。

【００２８】以下、図５を参照して本発明の第２の実施
の形態について説明する。図５に示す本実施の形態は、
冷媒圧縮装置１の吐出側の温度が過度に高温になること
を抑止する他の手段を備えたものである。本実施の形態
が前記第１の実施の形態と異なるのは、室外ユニット４
０内の管路１７Ｂに、気液分離器６を介装したバイパス
管１９を設け、気液分離器６の底部（液相部）と冷媒圧
縮装置１を接続する管路１８、管路１８に介装された液
インジェクション絞り装置２１、液インジェクション制
御装置からなる上記液インジェクション回路を冷媒注入
手段として設けた点である。上記液インジェクション回
路は、気液分離器６で分離された液冷媒を冷媒圧縮装置
１の圧縮室内に注入（インジェクション）するように構
成されている。液インジェクション制御装置２０は弁開
度が調整可能な電動弁であっても開閉動作のみの電磁弁
であってもよい。他の構成は第１の実施例と同じである
ので、同一の符号を付して説明は省略する。

【００２９】本実施の形態の空気調和器において、高い
暖房能力が必要となった場合、第１の実施の形態と同様
に、冷媒圧縮装置１のモータに印加する電圧を図３のｃ
点またはｂ点に制御し、モータに流れる電流を増加させ
る。このとき、冷媒圧縮装置１の吐出側の温度が過度に
高温になることを抑止する手段として、液インジェクシ
ョン回路により、気液分離器６で分離した液冷媒を冷媒
圧縮装置１の圧縮室内に注入する。圧縮室内への液冷媒
注入により圧縮室内の冷媒は冷却され、したがって、吐
出される冷媒の温度も冷媒注入前に比べて低下する。液
インジェクション制御装置２０の開度および液インジェ
クション絞り装置２１の開度は、吐出温度検出装置３０
により検出した温度が設定された目標温度を越えないよ
うに調整される。

【００３０】なお、管路１７Ｂと気液分離器６とを接続
するバイパス管１９の内径は、管路１７Ｂの内径と同じ
または小さく設定するのが望ましい。このような構成に
することで、気液分離器６内の流速を低下させ、気液分
離器６内のフローパターンを成層流とすることにより、
気液分離器６内の上部をガス冷媒が占め、下部を液冷媒
が占めるように気液分離することが容易になる。また、
バイパス管１９を管路１７Ｂの下部から分岐させれば、
管路１７Ｂ内のフローパターンが成層流になったとして
も、液冷媒を気液分離器６内に確実に導くことが可能で
ある。気液分離器６は、管路１７Ｂの鉛直下方に配置さ
れるのが望ましいが、バイパス管１９を管路１７Ｂの下
部から分岐させていれば、気液分離器６は管路１７Ｂの
横、あるいは上に配置されていてもよい。

【００３１】本発明の第３の実施の形態を図６に示す。
本実施の形態は、室外ユニット４０内でかつ気液分離器
６を介装したバイパス管１９の分岐点と室内膨張装置７
の間の管路１７Ｂに受液器１１を設置したこと以外は図
５に示す実施の形態と同等である。

【００３２】本実施の形態では、冷媒として非共沸混合
冷媒を用い、冷凍サイクル中に接続配管の最大延長分の
冷媒を封入した場合、接続配管の長さが短くなり余剰冷
媒が発生したとき、余剰冷媒は受液器１１に貯留され
る。受液器１１及び気液分離器６は室内膨張装置７と室
外膨張装置５の間にあるので、冷房運転状態において
も、暖房運転状態においても、いずれか一方の膨張装置
の上流側となり、圧縮機吸込み側に対して常に加圧され
た状態にある。このため、冷媒として非共沸混合冷媒を
用いた場合でも、貯留された液冷媒を取り出すことがで
きるので、冷凍サイクル内に循環する冷媒の組成の変化
を抑止することができ、装置の能力を最大限に引き出す
ことが可能である。

【００３３】図７に、第２、第３の実施の形態における
暖房運転時のモリエル線図を示す。図のＦ点が気液分離
器６の冷媒状態を、Ｇ−Ｈ点が液冷媒が注入された圧縮
室の状態を、それぞれ示している。液冷媒注入量を調整
することでＧ−Ｈの幅を調整し、Ｅ点（圧縮機吐出部）
の冷媒状態を制御する。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、冷媒圧縮装置のモータ
に印加する電圧を制御しモータに流れる電流を増加させ
ることで、冷媒温度を高め、高い暖房能力を得ることが
できる。高い暖房能力を必要としないときは、冷媒圧縮
装置のモータに流れる電流を最小化することで電気入力
を抑えた効率の良い運転を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気調和機の第１の実施の形態を
示す系統図である。

【図２】図１に示す実施の形態における冷媒圧縮装置を
示す断面図である。

【図３】図１に示す実施の形態における冷媒圧縮装置に
印加する電圧とモータ電流の関係を示す概念図である。

【図４】図1に示す実施の形態の暖房運転時におけるモ
リエル線図である。

【図５】本発明に係る空気調和機の第２の実施の形態を
示す系統図である。

【図６】本発明に係る空気調和機の第３の実施の形態を
示す系統図である。

【図７】図５及び図６に示す実施の形態の暖房運転時に
おけるモリエル線図である。

【図８】図１に示す実施の形態における圧縮機制御手段
を示す制御ブロック図である。

【符号の説明】

１冷媒圧縮装置２四方弁３室外熱交換器４室外送風装置５室外膨張装置６気液分離器７室内膨張装置８室内送風装置９室内熱交換器１０アキュムレータ１１受液器１２〜１６管路１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ管路１８管路１９バイパス管２０液インジュエクション制御装置２１液インジェクション絞り装置３０吐出温度検出装置３１室外吸込温度検出手段３２室内吸込温度検出手段４０室外機ユニット４１室内機ユニット５０３相商用電源５１コンバータ５２コンデンサ５３インバータ５４モータ電流検出手段５５インバータ制御手段６０運転周波数要求信号６１高暖房／通常暖房要求信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安田弘静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者浦田和幹静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者松村賢治静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内Ｆターム(参考） 3L060 AA03 CC02 CC03 CC04 CC10 DD02 DD07 EE04 EE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を加圧圧縮する冷媒圧縮装置と、前
記圧縮された冷媒と室内空気の間で熱交換を行わせる室
内熱交換器と、冷媒を減圧膨張させる減圧手段と、減圧
された冷媒と外気の間で熱交換を行わせる室外熱交換器
と、を有してなる空気調和機において、前記冷媒圧縮装
置として加圧圧縮した冷媒で駆動電動機を冷却するよう
構成されているものを用い、前記駆動電動機に印加する
電圧を制御して該駆動電動機に流れる電流を増減させる
駆動電動機制御手段を設けたことを特徴とする空気調和
機。
【請求項２】請求項１に記載の空気調和機において、
前記駆動電動機制御手段は、冷媒圧縮装置の吐出側の温
度を制御する手段として、駆動電動機に印加する電圧を
変化させることを特徴とする空気調和機。
【請求項３】請求項１または２に記載の空気調和機に
おいて、前記減圧手段は、前記室外熱交換器と室内熱交
換器を接続する管路の２箇所に配置され、該２箇所の減
圧手段の間の前記管路に気液分離器が配設され、該気液
分離器により分離した液冷媒を前記冷媒圧縮装置の圧縮
室に注入する冷媒注入手段が設けられていることを特徴
とする空気調和機。
【請求項４】請求項３に記載の空気調和機において、
前記気液分離器は、２箇所の減圧手段の間の前記管路の
下側に分岐して取付けられたバイパス管に介装されてい
ることを特徴とする空気調和機。
【請求項５】請求項３または４に記載の空気調和機に
おいて、冷媒として、沸点の異なる冷媒を混合して成る
非共沸混合冷媒が用いられていることを特徴とする空気
調和機。