JP2009068812A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機において、吸入圧力を一定以上に保つことができ、かつ安定した暖房運転を提供すると共に、十分な低圧保護が可能な冷凍サイクルを提供し、信頼性の高い空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機の暖房運転時、凝縮器の冷媒入口側に連結された配管の温度を検出する室外配管温度検出手段と、圧縮機の運転周波数を可変できる圧縮機運転周波数制御手段を設け、室外配管温度検出手段により検出した温度が第１の所定設定温度より低下し、且つ第２の所定設定温度を上回っているときは、第１の所定設定温度より低下したことを検出し出力する配管温度比較検出手段を設け、配管温度比較検出手段による境界値低下信号Ａが出力された場合、圧縮機運転周波数制御手段により、圧縮機運転周波数を可変させることで、吸入圧力の異常低下を防止し、かつ一定以上に保つことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機の運転制御に関し、特に暖房運転安定時において極低外気温度条件に設置された冷凍装置の圧縮機を使用可能圧力範囲から外れないよう保護しながら運転制御する空気調和機の圧縮機保護制御に関するものである。

近年、市場では暖房能力アップによりエアコン暖房の認知度が上がり、寒冷地の普及率が増加傾向にあり、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機の信頼性向上が重視されてきている。

極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機にて暖房運転された場合、予め決められた圧縮比上限を超えてしまう恐れがあり、圧縮機メカ部に入ってくるオイル供給量が減少し、圧縮機信頼性が悪化してしまうこととなるが、一般に、冷凍サイクル装置には圧縮機が予め決められた使用条件以外の条件下で運転されないよう保護制御を設けたものがある。

この保護制御では、例えば圧縮機の使用可能範囲外まで冷媒が過度に高圧な場合には高圧保護遮断装置を動作させ、圧縮機の使用可能範囲外まで冷媒が過度に低圧な場合には低圧保護遮断装置を動作させて圧縮機を停止することにより、運転状態を予め決められた範囲内に制限して圧縮機を保護している。

図６は別の従来の冷凍サイクル装置における構成図である。

同図に示すように圧縮機１、凝縮器５、受液器１１、減圧器４、蒸発器３を冷媒回路で連結した冷凍サイクル装置であり、圧縮機１の吸入側には圧力が予め決められた設定圧力以下に下がると開く低圧保護遮断装置９と、予め決められた設定圧力以上に上がると閉じる低圧保護遮断装置１０が設けられている。また、圧縮機１の吐出配管と吸入配管とを結ぶバイパス配管８の途中に電磁弁７を設け、弁開度調整制御により圧縮機１吸入側に吐出ガスを導くことで、吸入圧力を一定以上に保ち、設定圧力以上に吸入圧力が確保できた時点で電磁弁７を閉じ、吐出ガスのバイパスを終了させることにより通常の冷凍サイクルに戻すことができる発明が考えられてきた（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−１２４５５８号公報

しかしながら、この圧縮機保護方式では、次のような課題が発生する。

この圧縮機保護方式では、極低外気温度条件に設置された場合の運転状態について考慮されておらず、上記条件で高周波数にて暖房運転された冷凍サイクル装置における圧縮比は非常に高く、かつ吸入圧力は、外気温度よって圧縮機の使用可能圧力範囲から外れて予め決められた設定圧力以下に下がりやすく、常に弁開度調整制御により圧縮機吸入側に吐出ガスを導き、吸入圧力を上げることとなり、また設定圧力以上に吸入圧力を確保し吐出ガスのバイパスを終了させても、極低外気温度条件に設置された場合である為、すぐ再び予め決められた設定圧力以下に下がりやすくなり吐出ガスをバイパスさせる冷凍サイクルと通常の冷凍サイクルを繰り返すこととなるという課題を有していた。

また、バイパス配管を新たに追加する必要が生じるとともに、配管からのガスリーク等
が生じ易くなるなどの基本的課題があった。

また、吸入圧力が予め決められた設定圧力以下に下がると低圧保護遮断装置９が開き圧縮機運転を停止させ、吸入圧力が予め決められた設定圧力以上になり低圧保護遮断装置１０が閉じることにより圧縮機を運転開始する２つの低圧保護遮断装置のみによって十分な低圧保護を行うことは困難であり、吸入圧力を一定値以下に下げない手段として電動式膨張弁の弁開度を制御することによって吸入圧力を制御しているが、制御回路の限時継電器による設定時間電磁弁を開弁する制御が複雑でありマイコン制御が必要となり、コスト的にも高価なものであった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたもので、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機において、吸入圧力を一定以上に保つことができ、かつ安定した暖房運転を提供すると共に、十分な低圧保護が可能な冷凍サイクルを提供し、信頼性の高い空気調和機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の空気調和機は、圧縮機、四方弁、蒸発器、減圧器、凝縮器を具備した冷凍サイクルにおいて、暖房運転時、前記凝縮器の冷媒入口側に連結された配管の温度を検出する室外配管温度検出手段と、前記圧縮機の運転周波数を可変できる圧縮機運転周波数制御手段を設け、前記室外配管温度検出手段により検出した温度が第１の所定設定温度より低下し、且つ第２の所定設定温度を上回っているときは、前記第１の所定設定温度より低下したことを検出し出力する配管温度比較検出手段を設け、前記配管温度比較検出手段による境界値低下信号Ａが出力された場合、前記圧縮機運転周波数制御手段により、圧縮機運転周波数を可変させる。

また、前記室外配管温度検出手段により検出した温度が第２の所定設定温度より低下したときは、前記配管温度比較検出手段により第２の所定設定温度より低下したことを検出し境界値低下信号Ｂを出力させる。前記境界値低下信号Ｂを連続して所定の設定時間以上出力されたことを検出し、出力する連続出力検出手段を設け、前記連続出力検出手段の出力により圧縮機を停止させる。

本発明の空気調和機は、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機において、吸入圧力を一定以上に保つことができ、かつ安定した暖房運転を提供すると共に、十分な低圧保護が可能な冷凍サイクルを提供し、信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

第１の発明は、圧縮機、四方弁、蒸発器、減圧器、凝縮器を具備した冷凍サイクルにおいて、暖房運転時、前記凝縮器の冷媒入口側に連結された配管の温度を検出する室外配管温度検出手段と、前記圧縮機の運転周波数を可変できる圧縮機運転周波数制御手段を設け、前記室外配管温度検出手段により検出した温度が第１の所定設定温度より低下し、且つ第２の所定設定温度を上回っているときは、前記第１の所定設定温度より低下したことを検出し出力する配管温度比較検出手段を設け、前記配管温度比較検出手段による境界値低下信号Ａが出力された場合、前記圧縮機運転周波数制御手段により、圧縮機運転周波数を可変させる。これにより、吸入圧力の異常低下を防止し、かつ一定以上に保つことができ、かつ安定した冷凍サイクルの暖房運転状態を維持するようにしたものである。

また、前記室外配管温度検出手段により検出した温度が第２の所定設定温度より低下したときは、前記配管温度比較検出手段により第２の所定設定温度より低下したことを検出
し境界値低下信号Ｂを出力させる。前記境界値低下信号Ｂを連続して所定の設定時間以上出力されたことを検出し、出力する連続出力検出手段を設け、前記連続出力検出手段の出力により圧縮機を停止させる。これにより、吸入圧力が予め決められた設定圧力以下に低下し所定の設定時間運転されると、圧縮機を停止させ圧縮機保護を行うようにしたものである。

例えば、一般に室外気温が−２０℃の極低温時の野外に設置され暖房運転を行った場合、高周波数運転がなされ、かつ低圧が著しく低下し予め決められた圧縮比上限を超えてしまう恐れがあり、圧縮機メカ部に入ってくるオイル供給量が減少する為、圧縮機を停止させないと圧縮機信頼性が悪化することとなる。この圧縮機保護制御装置により、室外配管温度が第１の所定設定温度より低下し、且つ第２の所定設定温度を上回っているときは、運転周波数を下げ、吸入圧力の異常低下を防止し、かつ一定以上に保つことができる。また、室外配管温度が第２の所定設定温度より低下し、所定の設定時間運転されると圧縮機を停止させることで、圧縮機保護を行うことができる。

第２の発明は、特に第１の発明の圧縮機保護制御装置において、第１の所定設定温度あるいは第２の所定設定温度、もしくは第１・第２の所定設定温度の両方にヒステリシスを設けることにより、電子制御回路に設けられた室外配管温度センサーの温度が制御動作の圧縮機運転周波数制御手段による圧縮機運転周波数を可変する領域と、連続出力検出手段の出力により圧縮機を停止させる領域とをループまたはハンチングするのを防ぐことができる。

以上のように、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機において、吸入圧力を一定以上に保つことができ、かつ安定した暖房運転を提供すると共に、十分な低圧保護が可能な冷凍サイクルを提供し、信頼性の高い空気調和機を提供することができる。ただし、起動制御中や初期パルス設定後から所定の設定時間の間は、この制御は動作させないこととする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の構成図である。

図１に示されるように、圧縮機１、四方弁２、減圧器４、凝縮器５を室外ユニット３０に具備し、蒸発器３を室内ユニット４０に具備した冷凍サイクルにおいて、室外ユニット３０には、暖房運転時、凝縮器５の冷媒入口側に連結された配管の温度を検出する室外配管温度検出手段６が配設されている。ここでの減圧器４は、電磁膨張弁でもよい。また、室外ユニット３０には圧縮機保護制御装置２０が具備される。

次に図２は、本実施の形態にかかる圧縮機保護制御装置２０の制御ブロック図である。

図２に示されるように、圧縮機保護制御装置２０において、配管温度比較検出手段２１は、室外配管温度検出手段６により検出した温度が第１の所定設定温度より低下し、且つ第２の所定設定温度を上回っているときは、境界値低下信号Ａを出力する。

配管温度比較検出手段２１により境界値低下信号Ａが出力されると、圧縮機運転周波数制御手段２２は圧縮機１の運転周波数を可変する。

また、室外配管温度検出手段６により検出した温度が第２の所定設定温度より低下した
ことを、配管温度比較検出手段２１が検出すると、配管温度比較検出手段２１は境界値低下信号Ｂを出力する。連続出力検出手段２３は、境界値低下信号Ｂが連続して所定の設定時間以上出力されたことを検出すると、圧縮機１を停止させるよう圧縮機停止手段２４を制御する。

次に図３は、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機において、暖房運転時に圧縮機低圧保護制御を行った場合のフローチャートである。

図３に示されるように、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機１は、暖房運転されると圧縮比が高い状態で通常運転が開始される（Ｓ１０１）と、室外配管温度検出手段６により凝縮器５の冷媒入口側に連結された配管の温度ｔを検出する（Ｓ１０２）。

配管温度比較検出手段２１は、検出した温度ｔと第１の所定設定温度Ｔ１とを比較し（Ｓ１０３）、第１の所定設定温度Ｔ１より低い場合、第２の所定設定温度Ｔ２と比較する（Ｓ１０４）。検出温度ｔが第２の所定設定温度より高い場合は、配管温度比較検出手段２１は、境界値低下信号Ａを圧縮機運転周波数制御手段２２に出力する（Ｓ１０５）。

圧縮機運転周波数制御手段２２に境界値低下信号Ａが出力されると、圧縮機運転周波数制御手段２２により圧縮機１の運転周波数は下げられ（Ｓ１０６）、圧縮機１の吸入圧力の異常低下を防止し、かつ一定以上に保つことができる。

また、前記配管温度比較検出手段２１が、Ｓ１０４において第２の所定設定温度Ｔ２より低いことを検出すると、境界値低下信号Ｂを連続出力検出手段２３に出力する（Ｓ１０７）。

連続出力検出手段２３は、境界値低下信号Ｂの変化を検出し（Ｓ１０８）、所定の設定時間（Ｃ秒）その状態が継続された場合、圧縮機停止手段２４に停止指令を出力し（Ｓ１０９）、圧縮機停止手段２４が圧縮機１への電力供給を停止し、圧縮機１を停止させる（Ｓ１１０）。

次に図４、図５は、いずれも本実施の形態にかかる室外配管温度制御の様子を示す図であり、上方が検出された室外配管温度が高く、下方ほど検出された室外配管温度が低いことを示しており、図３のフローチャートにしたがって図４、図５に示すように制御動作が行われる。

ａ点では室外配管温度ｔが所定の設定温度Ｔ１以上にある為、通常運転されている。ｂ点では検出した室外配管温度ｔが第１の所定設定温度Ｔ１より低下し、且つ第２の所定設定温度Ｔ２を上回っている為、圧縮機運転周波数制御手段２２により圧縮機１の運転周波数を下げ、圧縮機１の吸入圧力の異常低下を防止し、かつ一定以上に保つ。

ｃ点のように室外配管温度ｔが圧縮機の使用可能な吸入圧力の限界である第２の所定設定温度Ｔ２を下回った場合、所定の設定時間（Ｃ秒）を経過後、圧縮機保護の為、圧縮機を停止させる。

ｄ点のように室外配管温度ｔが所定の設定時間（Ｃ秒）を経過する前に第２の所定設定温度Ｔ２を上回った場合は、圧縮機１を停止させず、運転周波数を下げることで吸入圧力の低下を防止し、かつ一定以上に保つよう制御する。

更に、ｅ点のように運転周波数を下げることで室外配管温度ｔが第１の所定設定温度Ｔ
１より上回った場合は、通常運転に戻るよう制御する。

また、上記実施例では第１の所定設定温度Ｔ１と第２の所定設定温度Ｔ２をそれぞれ設定しているが、図５に示すように第１の所定設定温度Ｔ１あるいは第２の所定設定温度Ｔ２、もしくは第１・第２の所定設定温度Ｔ１・Ｔ２の両方にそれぞれＴ３（＞Ｔ１）、Ｔ４（＞Ｔ２）とヒステリシスを設けることで、室外配管温度ｔが制御動作の圧縮機１停止の領域と運転周波数を下げる領域と通常運転の領域とをループまたはハンチングするのを防ぐことができる。

以上のように本発明の空気調和機は、極低外気温度条件に設置された冷凍サイクル装置の圧縮機において、吸入圧力を一定以上に保つことができ、かつ安定した暖房運転を提供すると共に、十分な低圧保護が可能な冷凍サイクルを提供し、信頼性の高い空気調和機を提供することができるので室外温度が非常に低温の寒冷地での空気調和機にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図 本発明の実施の形態１における圧縮機保護制御装置の制御ブロック図 本発明の実施の形態１における圧縮機保護制御のフローチャート 本発明の実施の形態１における室外配管温度制御の様子を示す図 本発明の実施の形態１における室外配管温度制御の様子を示す図 従来の冷凍サイクル装置における構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 蒸発器
４ 減圧器
５ 凝縮器
６ 室外配管温度検出手段
７ 電磁弁
９ 低圧保護遮断装置（開）
１０ 低圧保護遮断装置（閉）
１１ 受液器
２０ 圧縮機保護制御装置
２１ 配管温度比較検出手段
２２ 圧縮機運転周波数制御手段
２３ 連続出力検出手段
２４ 圧縮機停止手段

Claims (2)

1. 圧縮機、四方弁、蒸発器、減圧器、凝縮器を具備した冷凍サイクルにおいて、暖房運転時、前記凝縮器の冷媒入口側に連結された配管の温度を検出する室外配管温度検出手段と、前記圧縮機の運転周波数を可変できる圧縮機運転周波数制御手段を設け、前記室外配管温度検出手段により検出した温度が第１の所定設定温度より低下し、且つ第２の所定設定温度を上回っているときは、前記第１の所定設定温度より低下したことを検出し出力する配管温度比較検出手段を設け、前記配管温度比較検出手段による境界値低下信号Ａが出力された場合、前記圧縮機運転周波数制御手段により、圧縮機運転周波数を可変させ、前記室外配管温度検出手段により検出した温度が第２の所定設定温度より低下したときは、前記配管温度比較検出手段により第２の所定設定温度より低下したことを検出し境界値低下信号Ｂを出力させ、前記境界値低下信号Ｂを連続して所定の設定時間以上出力されたことを検出し、出力する連続出力検出手段を設け、前記連続出力検出手段の出力により圧縮機を停止させることを特徴とした空気調和機。
2. 前記第１の所定設定温度、前記第２の所定設定温度の少なくともいずれか一方にヒステリシスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。