JP2508191B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は冷凍装置に関するものであり、さらに詳し
くは、圧縮能力可変な圧縮機を有すると共に、その圧縮
機の起動制御機能を有する冷凍装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年インバータ制御装置により回転数可変形の圧縮機
を有する冷凍装置が経済性の高い装置として、空気調和
機等に多用されつつある。このような装置では、例えば
空調負荷つまり室内検出温度と設定温度との温度差に応
じた回転数で圧縮機の駆動が行われるものであるが、起
動時には、上記温度差が大で、このときの負荷に応じる
回転数は最高回転数となるのが普通であり、停止状態か
らこの最高回転数へと短時間で回転数を上昇させていく
際には、圧縮機の安定性が損なわれるという問題があ
る。それは停止中の圧縮機内の冷凍機油の温度が低い場
合には、この冷凍機油中に冷媒が多量に溶け込んでお
り、この状態で回転数を急速上昇するとこの油中冷媒の
急速放出に伴うホーミング現象を生じ、この際に冷凍機
油も同時に多量に持ち去られることとなって、圧縮機中
の油量が必要量以下に減少し、いわゆる油上がりを生じ
て潤滑に支障をきたすようになること等のためである。

そこで例えば特開昭62−106253号公報には、起動時
に、圧縮機を低い回転数から段階的に増加させていく立
上げ制御機能を有する冷凍装置が示されている。このよ
うに、回転数の急速上昇を抑えることによって、冷凍機
油の攪拌速度が抑えられることにより油中冷媒の放出が
徐々に行われ、したがって冷凍機油の吐出量を小さなも
のとして油上がりを防止した起動制御を行い、その後、
負荷に応じる回転数の制御に移行する構成となされてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のような油上がりは、例えば起動時の圧
縮機の温度状態、すなわち冷凍機油の温度状態に大きく
依存するものであって、冷凍機油の温度がすでにある程
度高い場合には、冷媒の溶込み量は少なく、したがって
回転数の上昇速度をある程度大きくしても油上がりを生
じない安定した起動を行わせることができる。しかしな
がら従来においては、起動時の回転数の上昇速度は一律
に定められており、このため上記のように圧縮機の温度
がすでに高い場合にも、所定の時間をかけた起動制御の
後でしか負荷応答制御に移行しないために即応性が充分
に得られず、また逆に圧縮機の温度が予想外に低い場合
には、充分な潤滑性が得られぬうちに定常運転に移行す
ることとなって、圧縮機の信頼性が充分には確保できな
いという問題を生じている。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目
的は、起動時における即応性と信頼性とを向上し得る冷
凍装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこで第１図に示すように、この発明の第１請求項記
載の冷凍装置は、圧縮能力可変な圧縮機１からの吐出冷
媒を、室外設置された凝縮器２、減圧機構８、蒸発器３
を順次経由させて圧縮機１へと返流させる冷媒回路を構
成して成る冷凍装置であって、上記圧縮機１の温度状態
を検出する圧縮機温度検出手段21と、外気温度を検出す
る外気温検出手段23とを設け、さらに圧縮機１での検出
温度が高い場合には低い場合よりも上記圧縮機１の起動
時における圧縮能力の上昇速度を速くする一方、外気温
度が高い場合には低い場合よりも圧縮機１の起動時にお
ける圧縮能力の上昇速度を遅くする起動制御手段30を設
けていることを特徴としている。

また第２請求項記載の冷凍装置は、上記第１請求項記
載の装置において、さらに上記圧縮機１における差圧状
態を検出する差圧検出手段22を設け、上記圧縮機１に対
して、検出差圧に応じて起動時に圧縮能力の上昇速度の
変更を上記起動制御手段30が行うようにしている。

（作用） 上記第１請求項記載の冷凍装置においては、起動時に
おける圧縮能力の上昇速度が圧縮機１の温度状態に応じ
て、例えば高温時には油上がりを生じない範囲でのより
高速での起動に、また定温時には確実に油上がりを防止
し得る低速での起動にそれぞれ自動的に変更するように
構成することが可能であり、この結果、起動時における
即応性や信頼性を従来よりも向上することができる。ま
た外気温度が高いことにより室外に配置された凝縮器で
の凝縮圧力が高くなるような場合には圧縮機１に対する
起動負荷が大きくなるので、このような場合に、圧縮能
力の上昇速度を抑えた起動に変更することによって、信
頼性を一段と向上することができる。

また上記第２請求項記載の冷凍装置においては、さら
に圧縮機１における差圧状態を検出する。つまり前回の
運転の停止から新たに起動するまでの時間が短いときに
は、冷媒回路内に高低差圧が残存しており、このような
場合には、圧縮機１の温度状態が高温であっても起動負
荷が大きく、高速での起動では圧縮機１の信頼性を損ね
るおそれがある。そこでこのような場合に、圧縮能力の
上昇速度を抑えた起動に変更するように構成することが
可能であるので、信頼性の向上を図ることができる。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

第２図には、圧縮能力可変な圧縮機１と室外熱交換器
２とを有する室外ユニットＸに、室内熱交換器３を有す
る室内ユニットＡを接続して構成したセパレート形空気
調和機における冷媒回路図を、制御ブロック図を付記し
て示している。

上記圧縮機１の吐出配管４と、アキュームレータ５の
介設された吸込配管６とは、それぞれ四路切換弁７に接
続され、そしてこの四路切換弁７に、上記室外熱交換器
２、減圧機構として機能する電動膨張弁８、室内熱交換
器３が順次接続されて冷媒循環回路が構成されており、
上記四路切換弁７を図中実線で示す切換位置に位置さ
せ、圧縮機１からの吐出ガス冷媒を室外熱交換器２から
室内熱交換器３へと回流させることによって、上記室外
熱交換器２が凝縮器として、また室内熱交換器３が蒸発
器としてそれぞれ作用する室内冷房運転が行われる。一
方、四路切換弁７を上記から切換えて、圧縮機１からの
吐出ガス冷媒を室内熱交換器３から室外熱交換器２へと
回流させることによって、上記室内熱交換器３が凝縮器
として、また室内熱交換器２が蒸発器としてそれぞれ作
用することとなり、室内暖房運転が行われる。

上記のような運転を制御するために、室外ユニットＸ
には室外制御装置11が、また室内ユニットＡには室内制
御装置12がそれぞれ設けられており、室内制御装置12か
らの運転開始信号及び冷暖切換信号に応じて、上記室外
制御装置11によって、上記四路切換弁７の切換え、圧縮
機１の運転、電動膨張弁８の開度制御等が行われる。そ
して上記圧縮機１の回路速度、すなわち圧縮能力を制御
するために、上記室外制御装置11内には、インバータ13
が設けられており、さらに、後述する各種入力信号に応
じて上記圧縮機１の駆動周波数を適宜設定するための演
算回路14、設定周波数で上記インバータ13を作動するた
めの駆動回路15が設けられている。なお図中、16は電源
回路、17は商用電源を直流に変換するためのコンバータ
である。

上記演算回路14には、室内制御装置12から設定室温と
検出室温との温度差信号が入力されている。さらに、上
記圧縮機１の吐出側に取着されたサーミスタ等より成る
圧縮機温度センサ（圧縮機温度検出手段）21と、上記圧
縮機１の吐出側と吸込側との差圧を検出する差圧検出セ
ンサ（差圧検出手段）22と、上記室外熱交換器２の近傍
に配設されて外気温度を検出するサーミスタ等より成る
外気温センサ（外気温検出手段）23との各検出信号が上
記演算回路14に入力されるようになされている。

上記演算回路14では、定常運転時には上記室内制御装
置12からの温度去信号に基づいて、例えばその変化に対
するPID制御によって室内側の負荷変化に応じた周波数
を逐次発生し、これを上記駆動回路15に出力することに
より、室内側の負荷に応ずる圧縮能力での定常運転を継
続する。

一方、起動時には、前記した油上がりを防止するため
に、上記の室内側からの温度差信号によらずに、上記各
センサ21、22、23での検出信号に基づく起動制御を行う
ようになされており、以下、室外熱交換器２が凝縮器、
室内熱交換器３が蒸発器としてそれぞれ機能する冷房運
転時の制御について第３図の制御フローチャトに基づい
て説明する。

まず室内側から運転開始信号が入力されると、ステッ
プS1において、上記圧縮機温度センサ21で検出される圧
縮機１の温度Tbを第１設定温度THと比較し、TH以下であ
る場合には、次いでステップS2において、上記Tbを、上
記第１設定温度THよりも低い温度で設定されている第２
設定温度温度TLと比較する。そしてTL以下であること、
すなわち上記圧縮機１が低温温度状態であることが判別
された場合には、冷凍機油中への冷媒の溶込み量の多い
ことが予想され、油上がりを生じ易いことから、ステッ
プS3において、圧縮機１の起動時の周波数の上昇速度
を、例えば2Hz/秒の低速とするＡモード設定を行う。次
いで圧縮機１を起動し（ステップS4）、ステップS5にお
いて、第４図中のモードＡで示すように、上記の設定モ
ードＡに従う低速の上昇速度で圧縮機１の回転数を段階
的に上昇させていき、第３図のステップS6で運転周波数
ｆが起動制御終了周波数feに達すると、上記の起動制御
を終了して前記した定常運転時の圧縮機１の制御に移行
する（ステップS7）。

一方、上記のステップS2において、Tbが第２設定温度
TLを超えている場合には、圧縮機１は中間温度状態にあ
り、このときにはステップS8において、圧縮機１の起動
時の周波数の上昇速度を、例えば5Hz/秒の中速とするＢ
モード設定を行う。そしてこの設定モードＢに従って圧
縮機１の起動制御を行い、定常運転制御に移行する（ス
テップS4〜ステップS7）。なおこのときの圧縮機１の回
転数の変化を第４図中のモードＢで示しており、図中破
線で示した従来装置における起動制御と略同等の上昇速
度での起動が行われる。

さらに上記第３図のステップS1でTbが第１設定温度TH
を超えていることが判別され、圧縮機１が比較的高い温
度状態である場合には、油上がりを生じにくく、したが
ってより大きな上昇温度で圧縮機１を起動することが可
能であるが、このとき、さらにステップS9において、上
記差圧検出センサ22での検出差圧ΔＰを設定差圧ΔPL
と、またステップS10において、上記外気温センサ23で
の検出外気温TOを設定外気温TOLとそれぞれ比較するこ
ととしている。そして上記ΔＰがΔPLよりも小さく、か
つ上記TOがTOLよりも低いときに、ステップS11に移行し
て、圧縮機１の起動時の周波数の上昇速度を、例えば15
Hz/秒の高速とするＣモード設定を行い、第４図中、モ
ードＣで示すように、上昇速度を高速にした圧縮機１の
起動制御を行って定常運転制御に移行する（ステップS4
〜ステップS7）。

一方、上記の各ステップS9、S10において、検出差圧
ΔＰが上記ΔPL以上であるときや外気温TOが上記TOL以
上であるときには、それぞれステップS8に移行して、上
記の中速のＢモード設定による起動を行い、圧縮機１が
高温温度状態であっても、上昇速度を抑えたモードを選
定するようになされている。

上記の起動制御の結果、圧縮機１が高温温度状態であ
る程、より短時間の立下げ時間で起動制御が終了し、室
内側の負荷により即応する圧縮能力での制御がなされる
こととなるので、空調快適性が向上する。さらに差圧状
態及び外気温度に基づく制御がなされることによって、
より信頼性が向上したものとなる。つまり、例えば前回
の運転の停止から新たに起動するまでの時間が短く、冷
媒回路内に高低差圧が残存しているような場合には、圧
縮機１が高温温度状態であっても起動負荷が大きいため
に、高速での起動では圧縮機１の信頼性が損なわれ易
く、また外気温度がかなり高い状態で冷房運転を開始す
る際にも、室外熱交換器２での凝縮圧力が高くなるため
に起動負荷が大きくなり、圧縮機１を高速で起動する場
合に、例えば高圧圧力の異常上昇を生じて運転の強制停
止に陥ることともなる。そこで上記のように差圧状態及
び外気温度によって起動負荷が大きいことが判別される
場合に、圧縮機１が高温温度状態であっても、上昇速度
を抑えた起動とすることによって、信頼性が向上し、安
定した起動を行うことが可能となっているのである。

以上、この発明の一実施例についての説明を行った
が、上記実施例はこの発明を限定するものではなくこの
発明の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば上記実
施例においては、第３図のステップS1〜S3、S8〜S11で
起動制御手段30を構成したが、同様な機能を有するその
他の構成とすることができる。また上記においては圧縮
機１の温度状態等に応じて上昇速度を３段階に変更する
例を示したが、２段階、或いは４段階以上の変更を行う
構成とすることができる。さらに圧縮機１の差圧状態を
検出する手段として、前回の運転停止時から再起動時ま
での経過時間を計測する構成とすること等も可能であ
る。また上記は空気調和機を例にしたが、その他の冷凍
装置においてもこの発明を適用して構成することが可能
である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の第１請求項記載の冷凍装置に
おいては、起動時における圧縮機の温度状態に応じて、
油上がりを生じさせない範囲でのより速い上昇速度に自
動的に変更して圧縮機を起動するようになされているの
で、起動時における即応性や信頼性を向上することがで
きる。また室外設置された凝縮器における凝縮圧力が高
くなることによって起動負荷が大きくなるような場合
に、凝縮能力の上昇速度を抑えた起動に変更される結
果、信頼性を一段と向上することができる。

また上記第２請求項記載の冷凍装置においては、さら
に圧縮機における差圧状態を検出し、起動負荷が大きい
ような場合には圧縮能力の上昇速度を抑えた起動に変更
されるので、信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図はこの発明
を適用して構成した空気調和機の制御ブロック図を付記
して示した冷媒回路図、第３図は上記空気調和機におけ
る圧縮機の制御フローチャート図、第４図は上記圧縮機
の起動時の回転時の変化を示す模式図である。 １……圧縮機、21……圧縮機温度センサ（圧縮機温度検
出手段）、22……差圧検出センサ（差圧検出手段）、23
……外気温センサ（外気温検出手段）、30……起動制御
手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮能力可変な圧縮機（１）からの吐出冷
   媒を、室外設置された凝縮器（２）、減圧機構（８）、
   蒸発器（３）を順次経由させて圧縮機（１）へと返流さ
   せる冷媒回路を構成して成る冷凍装置であって、上記圧
   縮機（１）の温度状態を検出する圧縮機温度検出手段
   （21）と、外気温度を検出する外気温検出手段（23）と
   を設け、さらに圧縮機（１）での検出温度が高い場合に
   は低い場合よりも上記圧縮機（１）の起動時における圧
   縮能力の上昇速度を速くする一方、外気温度が高い場合
   には低い場合よりも圧縮機（１）の起動時における圧縮
   能力の上昇速度を遅くする起動制御手段（30）を設けて
   いることを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】さらに上記圧縮機（１）における差圧状態
   を検出する差圧検出手段（22）を設け、上記圧縮機
   （１）に対して、検出差圧に応じて起動時の圧縮能力の
   上昇速度の変更を上記起動制御手段（30）が行うことを
   特徴とする第１請求項記載の冷凍装置。