JP2002106474A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ圧縮機と定速圧縮機との共通化を
図る。 【解決手段】 インバータによる容量制御を実行するプ
ログラムと定速運転を実行するプログラムとを記憶する
記憶部と、搭載機種に応じていずれか一方のプログラム
を選択して実行する主制御部とを備えている。定速運転
および容量制御運転のいずれにおいても、起動時に周波
数を徐々に上昇させていく起動制御を実行する。定速運
転の際には、所定条件になったときに強制的に運転周波
数を減少させる垂下制御は実行しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に用いら
れる圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和装置などの冷凍装置において、
冷却対象（または加熱対象）を所定の温度にしようとす
る場合に、冷凍負荷（または加熱負荷）の変動に追従し
て圧縮機の容量を制御すると、効率のよい運転が可能と
なる。そのため従来から、圧縮機の回転数を制御するこ
とによって容量を制御するインバータを搭載した圧縮機
（インバータ圧縮機）がよく用いられており、今や冷凍
装置の圧縮機と言えば多くの人がインバータ圧縮機を想
像するほど、インバータ圧縮機は標準的なものとなりつ
つある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば熱源
として利用される冷凍装置など、外部環境の変動に拘わ
らず一定の能力を出力しなければならない冷凍装置も存
在する。そのような用途に用いられる冷凍装置にあって
は、圧縮機を一定容量で運転することが求められる。し
かし、冷凍負荷に応じて自動的に容量制御を行うインバ
ータ圧縮機は、そのような用途に使用することはできな
かった。

【０００４】そこで従来は、回転数が一定の圧縮機（以
下、定速圧縮機ともいう）およびインバータ圧縮機の２
種類の圧縮機を製造し、用途に応じてこれら２種類の圧
縮機を使い分けていた。ところが、インバータ圧縮機が
標準となりつつある今日、定速圧縮機を新たに開発する
には多くの時間と開発コストを要する。そのため、イン
バータ圧縮機を定速圧縮機に流用し、インバータ圧縮機
と定速圧縮機との共通化を実現することができれば、開
発期間の短縮化および開発コストの削減を図ることがで
きる。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、インバータ圧縮機と
定速圧縮機との共通化を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、インバータ圧縮機に対してインバータに
よる容量制御を無効化できるような改良を施し、インバ
ータ圧縮機を定速圧縮機としても利用可能にした。

【０００７】具体的には、本発明に係る圧縮機は、イン
バータを備えた圧縮機であって、上記インバータによる
容量制御を行わずに所定の一定容量で運転するように構
成されていることとしたものである。

【０００８】上記事項によれば、インバータ圧縮機であ
るにも拘わらず一定容量で運転するので、一定能力を出
力しなければならない冷凍装置に搭載することが可能と
なる。従って、インバータ圧縮機を定速圧縮機に流用す
ることができ、圧縮機の共通化を図ることができる。

【０００９】本発明に係る他の圧縮機は、インバータ
と、上記インバータによる容量制御を実行する容量制御
運転プログラムと、一定容量の運転を実行する定容量運
転プログラムとを記憶している記憶手段と、搭載機種に
応じて上記容量制御運転プログラムおよび上記定容量運
転プログラムのうちのいずれか一方を選択しかつ実行す
る選択実行手段とを備えていることとしたものである。

【００１０】上記事項によれば、冷凍負荷に応じて能力
を調整する冷凍装置に搭載されたときには容量制御運転
プログラムが実行される一方、冷凍負荷の変動に拘わら
ず一定能力を出力する冷凍装置に搭載されたときには定
容量運転プログラムが実行される。このように、選択実
行手段による運転プログラムの切り替えによって、イン
バータ圧縮機を容量可変型の圧縮機として使用できるこ
とは勿論、定速圧縮機として使用することもできる。従
って、圧縮機の共通化を図ることができる。なお、定容
量運転プログラムは一連の動作を規定したプログラムで
あってもよいが、単に容量制御運転プログラムを無効化
（マスク）するものであってもよい。

【００１１】ところで、容量制御は冷凍負荷に追従する
ように行われるため、外部環境が厳しいとき（例えば、
高温雰囲気下に圧縮機が設置されたとき等）や、冷凍負
荷が過大なときなどには、高圧圧力スイッチ等の安全装
置が作動しない運転範囲であっても、圧縮機の運転状態
が過酷な状態となることがある。そのような過酷な状態
で圧縮機の運転を長時間継続すると、圧縮機の寿命を縮
めたり、信頼性を損なうおそれがある。そこで、容量制
御を実行する際には、所定の条件になると冷凍負荷に拘
わらず容量を強制的に減少させるような垂下制御を併せ
て実行することが好ましい。しかし、一定容量で運転す
る際には、垂下制御によって容量が変更されることは好
ましくない。

【００１２】そこで、前記記憶手段は、所定の条件にな
ると容量を強制的に減少させる垂下制御を実行する垂下
制御プログラムを記憶しており、前記選択実行手段は、
前記容量制御運転プログラムを実行するときには上記垂
下制御プログラムを実行し、前記定容量運転プログラム
を実行するときには該垂下制御プログラムを実行しない
ことが好ましい。

【００１３】なお、ここで所定の条件とは、圧縮機が過
酷な運転状態となるような条件であり、例えば、吐出冷
媒温度が所定温度以上になったとき（つまり、圧縮機モ
ータの温度が高いとき）、冷媒の凝縮温度（または凝縮
器の入口温度または出口温度でもよい）が所定温度以上
になったとき、インバータの放熱フィンの温度が所定温
度以上になったとき、インバータの電流値が所定値以上
になったとき等を条件することができる。

【００１４】上記事項によれば、容量制御運転プログラ
ムが実行されるときには垂下制御が実行されるものの、
定容量運転プログラムが実行されるときには垂下制御は
実行されないので、一定容量の運転が確実に実行される
ことになる。なお、垂下制御が実行されなくても安全装
置によって冷凍装置および圧縮機の故障は確実に防止さ
れるので、特に信頼性を損なうことはない。

【００１５】前記記憶手段は、起動時に容量を徐々に増
加させる起動制御を実行する起動制御プログラムを記憶
しており、前記選択実行手段は、前記容量制御運転プロ
グラムおよび前記定容量運転プログラムのいずれを実行
するときにも上記起動制御プログラムを実行することが
好ましい。

【００１６】上記事項によれば、容量制御運転だけでな
く定容量運転においても、起動時に容量を徐々に増加さ
せるので、突入電流の発生を抑制することができる。従
って、インバータ圧縮機はもともと容量制御が自在であ
るという特性を有効活用し、高度な定容量運転を実現す
ることができる。

【００１７】近年、地球環境の保護の観点から、代替冷
媒の開発が急速に進められている。そこで、代替冷媒毎
に新たな圧縮機が必要とされている。しかし、代替冷媒
が開発されるたびにインバータ圧縮機および定速圧縮機
の２種類の圧縮機を開発したのでは、多くの時間とコス
トとを要することになる。そのため、代替冷媒に関し
て、圧縮機の共通化が特に望まれている。

【００１８】そこで、前記圧縮機は、Ｒ４０７Ｃを用い
る冷凍装置に搭載されるものであってもよい。

【００１９】上記事項により、圧縮機の共通化という本
発明の効果は、より顕著に発揮されることになる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、同一の
圧縮機を容量可変型圧縮機および定速圧縮機のいずれに
も利用することができるので、圧縮機の共通化を図るこ
とができる。従って、開発コストの削減を達成すること
ができる。

【００２１】容量制御を行うときには併せて垂下制御を
実行することにより、圧縮機の信頼性を向上させること
ができる。一方、一定容量の運転を行うときには垂下制
御を実行しないことにより、容量の変動を防止すること
ができる。

【００２２】一定容量の運転においても起動時に容量を
徐々に増加させる起動制御を実行することにより、突入
電流の発生を抑制することができる。従って、圧縮機の
信頼性を向上させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】図１に示すように、実施形態に係る圧縮機
(10)は、冷暖房運転が可能ないわゆるヒートポンプ式の
空気調和装置(1)に搭載されている。空気調和装置(1)の
冷媒回路には、圧縮機(10)の他に四路切換弁(4)、室外
熱交換器(2)、膨張弁(5)、および室内熱交換器(3)が設
けられている。この冷媒回路には、冷媒としてＲ４０７
Ｃが充填されている。圧縮機(10)の吐出配管(6)には、
吐出冷媒温度を検出する温度センサ(7)が設けられてい
る。室外熱交換器(2)またはその出口側配管には、冷房
運転時に冷媒の凝縮温度を検出する温度センサ(8)が設
けられている。室内熱交換器(3)が設置された室内に
は、室内空気温度を検出する温度センサ(9)が設けられ
ている。

【００２５】図２に示すように圧縮機(10)は、圧縮機モ
ータ(11)と交流電源(20)との間にインバータ(12)が設け
られたいわゆるインバータ圧縮機である。インバータ(1
2)に対しては、制御部(13)が設けられている。なお、図
示は省略するが、圧縮機(10)には、運転電流を測定する
電流測定器と、インバータ(12)の放熱フィンの温度を測
定する温度センサとが設けられている。

【００２６】図３に示すように、制御部(13)は、後述す
る容量制御、定速運転、垂下制御、および起動制御を実
行するためのプログラム等を記憶している記憶部(14)を
備えている。制御部(13)はまた、圧縮機(10)の搭載機種
に応じて設定状態が切り替えられる機種選択部(16)と、
搭載機種に応じてプログラムを選択して実行する主制御
部(15)とを備えている。機種選択部(16)は、ハードウェ
ア的（物理的）に状態が切り替えられるもの（例えばジ
ャンパ線やディップスイッチ等）であってもよく、ソフ
トウェア的に状態が切り替えられるもの（例えばＥＥＰ
ＲＯＭ等）であってもよい。制御部(13)のハードウェア
構成は何ら限定されるものではないが、一枚の制御板
（プリント基板等）によって形成されていることが特に
好ましい。図３においては説明の便宜上、記憶部(14)と
主制御部(15)とが別々の構成を有するように図示してい
るが、記憶部(14)と主制御部(15)とがハードウェア的に
一体となっていてもよいことは勿論である。また、機種
選択部(16)がソフトウェア的に状態が切り替えられるも
のである場合には、記憶部(14)と主制御部(15)と機種選
択部(16)とは一体的に構成されていてもよい。つまり、
これら記憶部(14)、主制御部(15)および機種選択部(16)
のハードウェア構成は特定の構成に限定されるものでは
なく、任意の構成を採用することができる。

【００２７】本実施形態に係る空気調和装置(1)は、圧
縮機(10)の設定を切り替えることにより、能力制御を行
う空気調和装置として使用することもできるし、空調負
荷の変動に拘わらず一定能力で運転する空気調和装置と
して使用することもできる。逆に言うと、空気調和装置
(1)の種類、すなわち能力制御型の装置であるかまたは
一定能力の装置であるかに拘わらず、同一の圧縮機(10)
を利用することができる。次に、空気調和装置(1)の種
類に応じた圧縮機(10)の制御について説明する。

【００２８】図４に示すように、まずステップＳＴ１に
おいて、圧縮機(10)の機種選択が行われる。具体的に
は、機種選択部(16)（図３参照）の設定に従って、圧縮
機(10)が容量可変型の圧縮機（以下、インバータ機とい
う）として使用されるか、あるいは一定容量の圧縮機
（以下、定速機という）として使用されるかが選択され
る。ステップＳＴ１において定速機が選択されると、ス
テップＳＴ２において起動制御（詳細は後述する）が行
われ、ステップＳＴ３において定速運転が実行される。
一方、ステップＳＴ１においてインバータ機が選択され
ると、ステップＳＴ４において起動制御が実行され、ス
テップＳＴ５において容量制御および垂下制御（詳細は
後述する）が実行される。

【００２９】上記ステップＳＴ２およびＳＴ４において
行われる起動制御は、図５の波形Ｐ１に示すように、圧
縮機モータ(11)の回転数を徐々に増加させるように、運
転周波数を一定時間毎に段階的に上昇させる制御であ
る。

【００３０】ステップＳＴ３において行われる定速運転
は、圧縮機モータ(11)の回転数を所定の一定値に維持す
るような運転である。具体的には、図５の波形Ｐ２に示
すように、起動制御が終了した後、運転周波数を所定値
ｆ０になるまで段階的に上昇させ（例えば３０秒ごとに
運転周波数を上昇させ）、所定値ｆ０になると運転周波
数の上昇を停止する。その後は、運転を停止するまで運
転周波数を当該所定値ｆ０に維持する。これにより、空
調負荷の変動に拘わらず、圧縮機(10)は一定の回転数に
て運転を行う。その結果、例えば従来のインバータ圧縮
機では運転周波数が所定値ｆ０を越えて上昇し続けてし
まうような場合（図５の一点鎖線参照）であっても、運
転周波数を所定値ｆ０に維持することが可能となる。な
お、定速運転は専用の運転プログラムに基づいて実行し
てもよいが、交流電源(20)の電流をそのまま供給するこ
とによっても圧縮機回転数は一定となるので、単に容量
制御を無効化することによって実行してもよい。

【００３１】一方、ステップＳＴ５において行われる容
量制御は、空調負荷の変動に応じて圧縮機(10)の容量を
制御するものである。図６に示すように、容量制御にお
いては、まずステップＳＴ１１において、温度偏差ΔＴ
ｒを算出する。ここで温度偏差ΔＴｒは、実際の室内空
気温度と目標温度（リモコンによる設定温度など）との
差であり、容量制御はこの温度偏差ΔＴｒを零にするよ
うに行われる。具体的には、冷房運転時にはΔＴｒ＝
（室内空気温度）−（目標温度）であり、暖房運転時に
はΔＴｒ＝（目標温度）−（室内空気温度）である。そ
して、続いてステップＳＴ１２において、温度偏差ΔＴ
ｒが零か否かを判定する。Ｙｅｓの場合には室内空気温
度が目標温度と一致しているので容量を変更する必要が
ないと判断し、運転周波数をそのままの値に維持する。
一方、ステップＳＴ１２の判定結果がＮｏの場合には、
ステップＳＴ１３に進んで、温度偏差ΔＴｒが零よりも
大きいか否かを判定する。ステップＳＴ１３の判定結果
がＹｅｓの場合には、容量が不足していると判断し、ス
テップＳＴ１４に進んで運転周波数を上昇させる。一
方、ステップＳＴ１３の判定結果がＮｏの場合には、容
量が過大であると判断し、ステップＳＴ１５に進んで運
転周波数を減少させる。

【００３２】ステップＳＴ５において行われる垂下制御
は、一種の保護制御であり、過酷な運転状態で圧縮機(1
0)を長時間運転し続けないように、所定の条件になると
空調負荷の変動に拘わらず運転周波数を強制的に減少さ
せる制御である。図７に示すように垂下制御では、まず
ステップＳＴ２１において、吐出冷媒温度Ｔdと、凝縮
温度Ｔcと、運転電流Ａと、インバータの放熱フィン温
度Ｔfinとを測定する。次に、ステップＳＴ２２に進
み、所定の条件に適合するか否かを判定する。具体的に
は、吐出温度Ｔd、凝縮温度Ｔc、運転電流Ａおよび放熱
フィン温度Ｔfinのうち少なくとも一つが、それぞれの
基準値Ｔdo、Ｔco、Ａo、Ｔfino以上であるか否かを判
定する。すなわち、Ｔd≧Ｔdo、またはＴc≧Ｔco、また
はＡ≧Ａo、またはＴfin≧Ｔfinoであるか否かを判定す
る。判定結果がＹｅｓの場合には、ステップＳＴ２３に
進み、運転周波数を減少させる。

【００３３】その結果、図８に実線で示すように、垂下
制御を行わない定速機にあっては、たとえ所定の条件に
なったとしても、圧力スイッチ等の保護装置が作動しな
い限り、運転周波数は一定値に維持される。これに対
し、一点鎖線の波形Ｐ３で示すように、垂下制御を行う
インバータ機にあっては、所定条件になると運転周波数
は強制的に減少する。なお、定速機およびインバータ機
のいずれにおいても、保護装置が働くと運転を強制的に
停止するようになっている。

【００３４】圧縮機(10)がインバータ機であっても定速
機であっても、空気調和装置(1)の冷房運転および暖房
運転は、以下のようにして行われる。すなわち、冷房運
転の際には、四路切換弁(4)は図１の実線側に切り替え
られる。圧縮機(10)から吐出された冷媒は、室外熱交換
器(2)において凝縮し、膨張弁(5)により減圧され、室内
熱交換器(3)において蒸発した後、圧縮機(10)に戻るよ
うに循環する。暖房運転の際には、四路切換弁(4)は図
１の破線側に切り替えられる。圧縮機(10)から吐出され
た冷媒は、室内熱交換器(3)において凝縮し、膨張弁(5)
により減圧され、室外熱交換器(2)において蒸発した
後、圧縮機(10)に戻るように循環する。

【００３５】以上のように、本実施形態に係る圧縮機(1
0)は、空気調和装置(1)に搭載する際に設定を変更する
だけで、本来のインバータ機として使用することもでき
るし、定速機として使用することもできる。従って、本
実施形態の圧縮機(10)を用いることにより、空気調和装
置(1)の種類に応じてインバータ機と定速機との２種類
の圧縮機を開発する必要がなくなり、圧縮機の共通化を
図ることができる。そのため、開発コストを大幅に削減
することが可能となる。

【００３６】なお、圧縮機(10)の設定変更はジャンパ線
やＥＥＰＲＯＭ等により構成された機種選択部(16)の設
定を変更するだけで足りるので、制御基板も共通化する
ことができる。

【００３７】容量制御の際には垂下制御を実行すること
としたので、圧縮機(10)の信頼性を向上させることがで
きる。一方、定速運転の際には垂下制御を実行しないの
で、回転数の変動を防止することができる。

【００３８】また、本実施形態に係る圧縮機(10)では、
インバータ機として使用する場合のみならず、定速機と
して使用する場合にも、周波数を徐々に上昇させるよう
な起動制御を行うこととしたので、起動時に大きな突入
電流が流れることを防止することができる。従って、圧
縮機(10)の信頼性を向上させることができ、また、設置
箇所における受電容量を低減することができる。このよ
うに、定速機として使用する際にインバータ機の機能を
一部取り入れることにより、定速運転を高度化すること
ができる。

【００３９】なお、上記の実施形態では、圧縮機(10)を
定速機として使用する場合には、空調負荷の変動に拘わ
らず運転を継続することとしていたが、空調負荷に応じ
てＯＮ／ＯＦＦ制御を行うようにしてもよい。例えば、
温度偏差ΔＴｒが所定値以下の場合には圧縮機(10)の運
転を一時的に停止し、その後所定時間が経過した時点で
圧縮機(10)を再起動するようにしてもよい。

【００４０】垂下制御における所定条件は、吐出冷媒温
度Ｔd、凝縮温度Ｔc、運転電流Ａ、または放熱フィン温
度Ｔfinに基づく条件に限らず、他の条件を用いること
も可能である。

【００４１】使用冷媒はＲ４０７Ｃに限らず、Ｒ４１０
Ａ、Ｒ１３４ａなど、他の冷媒であってもよい。また、
既に専用の定速機が普及しているＲ２２用の圧縮機等と
して、本発明の圧縮機(10)を用いることも勿論可能であ
る。

【００４２】圧縮機(10)を定速機として使用する場合の
定格容量は特に限定されるものではないが、定速機に対
する需要は特に低容量の圧縮機において顕著であること
から、例えば４ｋＷ〜６．３ｋＷの低容量であってもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和装置の冷媒回路図である。

【図２】圧縮機の要部のブロック図である。

【図３】圧縮機の制御部のブロック図である。

【図４】圧縮機の全体の制御フローチャートである。

【図５】起動制御および定速運転における周波数の変化
を示す図である。

【図６】容量制御のフローチャートである。

【図７】垂下制御のフローチャートである。

【図８】垂下制御における周波数の変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

(1) 空気調和装置 (2) 室外熱交換器 (3) 室内熱交換器 (4) 四路切換弁 (5) 膨張弁 (10) 圧縮機 (11) 圧縮機モータ (12) インバータ (13) 制御部 (14) 記憶部（記憶手段） (15) 主制御部（選択実行手段） (16) 機種選択部 (20) 交流電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ(12)を備えた圧縮機であっ
   て、 上記インバータ(12)による容量制御を行わずに所定の一
   定容量で運転するように構成されていることを特徴とす
   る圧縮機。
2. 【請求項２】 インバータ(12)と、 上記インバータ(12)による容量制御を実行する容量制御
   運転プログラムと、一定容量の運転を実行する定容量運
   転プログラムとを記憶している記憶手段(14)と、 搭載機種に応じて上記容量制御運転プログラムおよび上
   記定容量運転プログラムのうちのいずれか一方を選択し
   かつ実行する選択実行手段(15)とを備えていることを特
   徴とする圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の圧縮機であって、 前記記憶手段(14)は、所定の条件になると容量を強制的
   に減少させる垂下制御を実行する垂下制御プログラムを
   記憶しており、 前記選択実行手段(15)は、前記容量制御運転プログラム
   を実行するときには上記垂下制御プログラムを実行し、
   前記定容量運転プログラムを実行するときには該垂下制
   御プログラムを実行しないことを特徴とする圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の圧縮機であっ
   て、 前記記憶手段(14)は、起動時に容量を徐々に増加させる
   起動制御を実行する起動制御プログラムを記憶してお
   り、 前記選択実行手段(15)は、前記容量制御運転プログラム
   および前記定容量運転プログラムのいずれを実行すると
   きにも上記起動制御プログラムを実行することを特徴と
   する圧縮機。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の圧
   縮機であって、 Ｒ４０７Ｃを用いる冷凍装置(1)に搭載されることを特
   徴とする圧縮機。