JP3105285B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインバータの周波数制御
によりコンプレッサモータを可変速駆動し、また、冷媒
回路中の四方弁を駆動させることにより冷房・暖房の切
換えを行う空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、四方弁の駆動は、電磁コイルの
通電による電磁力、および冷媒回路の高圧側と低圧側と
の圧力差を利用して行なわれる。したがって、運転開始
と同時に四方弁に反転動作を行なわせると、この圧力差
を充分に確保することができなくなり、四方弁の動作が
不完全となる場合が生じる。

【０００３】そのため、従来から、この四方弁の駆動に
ついては、起動時、インバータから一定レベル以上の固
定周波数を一定時間出力させることにより、冷凍サイク
ルの高低圧差を大きくさせることとしている。

【０００４】このような制御動作により、四方弁の駆動
が確実に行なわれるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように室内温度如何にかかわらず、一定レベル以上の固
定周波数で一定時間だけ運転を行なうようにすると、四
方弁の駆動が行なわれた後も、まだその固定周波数での
運転が不必要に行なわれる場合が起り得る。

【０００６】すなわち、室内温度と設定温度との差が小
さい場合には、余分な高Ｈｚ運転により省エネルギー化
の要請に反する結果となるばかりか、その後の通常運転
による室内負荷の対応にも遅れを生ずる結果となる。

【０００７】また、逆に、寒冷地あるいは厳冬期での運
転においては、上記のような一定時間のみの起動運転に
よって得られる圧力差では四方弁を駆動させることがで
きない場合もある。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、簡単な構成により、通常運転に先立って行なわれ
る起動運転の時間を必要最小限の時間にすることが可能
な空気調和機の提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明にあっては、インバータの周波
数制御により可変速駆動される圧縮機、駆動を電磁コイ
ルの通電による電磁力及び冷媒回路の高圧側と低圧側と
の間の圧力差を利用して行わせる四方弁、室内熱交換
器、室外熱交換器を冷媒配管により連通した冷凍サイク
ルを有する空気調和機において、前記圧縮機の運転開始
時、前記四方弁を駆動させるために必要な一定レベル以
上の周波数値の周波数指令を出力する起動周波数出力手
段と、室温と設定温度との差に基づき決定された周波数
値の周波数指令を出力する運転周波数決定手段と、前記
室内熱交換器または前記室外熱交換器の温度変化を検出
し、温度変化が所定値以上となったとき出力を出す熱交
換器温度判別手段と、前記熱交換器温度判別手段が出力
を出すまで前記起動周波数出力手段の周波数指令に基づ
き前記インバータの出力周波数を制御し、前記熱交換器
温度判別手段が出力を出した後は前記運転周波数決定手
段の周波数指令に基づき前記インバータの出力周波数を
制御する周波数制御手段と、を備え、前記熱交換機温度
判別手段は、所定時間経過しても前記温度変化が所定値
以上とならない場合に異常信号を前記周波制御手段に出
力し、前記インバータの運転を停止させるものである、
構成としてある。

【００１０】また、請求項２記載の発明にあっては、イ
ンバータの周波数制御により可変速駆動される圧縮機、
駆動を電磁コイルの通電による電磁力及び冷媒回路の高
圧側と低圧側との間の圧力差を利用して行わせる四方
弁、室内熱交換器、室外熱交換器を冷媒配管により連通
した冷凍サイクルを有する空気調和機において、前記圧
縮機の運転開始時、前記四方弁を駆動させるために必要
な一定レベル以上の周波数値の周波数指令を出力する起
動周波数出力手段と、室温と設定温度との差に基づき決
定された周波数値の周波数指令を出力する運転周波数決
定手段と、室外温度と前記室外熱交換器の温度との差が
所定値以上となったとき出力を発する温度差判別手段
と、前記温度差判別手段が出力を出すまで前記起動周波
数出力手段の周波数指令に基づき前記インバータの出力
周波数を制御し、前記温度差判別手段が出力を出した後
は前記運転周波数決定手段の周波数指令に基づき前記イ
ンバータの出力周波数を制御する周波数制御手段と、を
備え、前記温度差判別手段は、所定時間経過しても前記
室外温度と前記室外熱交換器の温度との差が所定値以上
とならない場合に異常信号を前記周波制御手段に出力
し、前記インバータの運転を停止させるものである、構
成としてある。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明の構成において、室内にい
る利用者が運転操作器を操作して運転開始指令を出力さ
せると、起動周波数出力手段は一定レベル以上の周波数
値についての信号を出力する。周波数制御手段はこの信
号を選択してインバータの起動を行なう。

【００１２】このインバータの起動によって、コンプレ
ッサモータおよびコンプレッサが起動し、冷媒回路中の
高圧側と低圧側との間に圧力差が発生する。この圧力差
によって四方弁が正常な動作あるいは不動作を行なった
とすると、起動開始の後には室内熱交換器温度あるいは
室外熱交換器温度に温度変化が発生する。

【００１３】熱交換器温度判別手段はこの変化幅が所定
値以上となった時点で四方弁の動作が正常に行なわれた
ものと判別する。そして、周波数制御手段はこれ以後の
周波数制御については、運転周波数決定手段からの出力
信号を選択して行なう。これにより、インバータは通常
運転に入る。

【００１４】請求項２記載の発明の構成において、四方
弁の動作が正常に行なわれたとすると、室外熱交換器温
度および外気温度間の偏差についても変化が発生する。
ただし、この変化幅および変化方向は、運転モードによ
って異なるため、熱交換器温度判別手段は、運転モード
に応じて予め設定した判別値と、この偏差との大小関係
の比較に基き起動運転から通常運転への切換えを行う。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図１４に基
づき説明する。図１は請求項１記載の発明の実施例の構
成を示すブロック図である。

【００１６】図１において、インバータ１の交流出力に
よりコンプレッサモータ２が可変速駆動され、コンプレ
ッサ３の運転が行なわれるようになっている。

【００１７】コンプレッサ３から吐出される冷媒は、例
えば、暖房モードの場合、四方弁４を通った後、室内熱
交換器５で熱交換され、さらに、膨張弁６を通った後室
外熱交換器７で熱交換され、再び四方弁４を通った後に
コンプレッサ３に吸入されて、冷媒回路を循環するよう
になっている。

【００１８】そして、室内機の所定個所に取付けられた
室内温度センサ８、および室内熱交換器５に取付けられ
た室内熱交換器温度センサ９からは、それぞれ室内温度
Ｔa、室内熱交換器温度Ｔc が検出されるようになって
いる。

【００１９】運転操作器（リモコン）１０からは運転開
始指令信号が送出されるようになっており、これにより
起動周波数出力手段１１は、例えば５０Ｈｚ程度の周波
数信号を出力する。

【００２０】運転操作器１０からは、また、室内温度設
定値Ｔs の信号が送出されるようになっており、運転周
波数決定手段１２は室温Ｔa とこの設定値Ｔs との偏差
（Ｔa −Ｔs ）を演算し、図２または図３に示す運転周
波数テーブルに基づいてインバータ１の運転周波数を決
定している。

【００２１】周波数制御手段１３は、インバータ１の起
動の際は起動周波数出力手段１１からの出力信号を選択
し、また、起動後は運転周波数決定手段１２からの出力
信号を選択するようにしてインバータ１の周波数制御を
行なっている。

【００２２】起動周波数出力手段１１の出力信号は、ま
た、タイマ１４を介して熱交換器温度判別手段１５に出
力されている。熱交換器温度判別手段１５はこの出力信
号が入力された時点からの温度Ｔc の変化幅に基づい
て、正常または異常の判別信号を出力している。そし
て、熱交換器温度判別手段１５が異常と判別した場合、
周波数制御手段１３は直ちにインバータ１の運転を停止
させ、また、異常表示器１６は四方弁４の動作が異常で
ある旨を表示するようになっている。

【００２３】次に、このように構成される本実施例の動
作を図４乃至図７のフローチャートを参照しつつ説明す
る。なお、四方弁４は非通電時には冷房モードの流路を
形成し、通電時には暖房モードの流路を形成するものと
する。

【００２４】室内にいる利用者がリモコン１０を操作し
て運転開始指令を出力させると（ステップ１）、運転周
波数決定手段１２は運転モードが冷房モードか暖房モー
ドかを判断し（ステップ２）、室内温度Ｔa および室内
設定温度Ｔs の読込みを行なう（ステップ３）。このと
き、Ｔa ＜Ｔs となっていればゼロ周波数を出力してイ
ンバータ１が運転されないようにしておく（ステップ
４，５）。

【００２５】そして、起動周波数出力手段１１は、例え
ば５０Ｈｚの起動周波数の値の出力信号を出力し、周波
数制御手段１３はこの５０ｚの周波数でインバータ１の
起動を行なう（ステップ６）。このとき、タイマ１４は
起動周波数出力手段１１からの出力信号を受けた時点で
タイマ動作をスタートさせ（ステップ７）、熱交換器温
度判別手段１５はこの時点における室内熱交換器５の温
度Ｔc （初期温度Ｔcoとする）を読込む（ステップ
８）。

【００２６】インバータ１の起動が行なわれ、コンプレ
ッサモータ２およびコンプレッサ３の運転が開始される
と冷媒回路内を冷媒が循環する。すると、室内熱交換器
５の温度は、四方弁４、室外熱交換器７、膨張弁６を介
して送られてくる低温冷媒により直ちに下降するはずで
ある。熱交換器温度判別手段１５は、このように下降状
態にある温度Ｔc の読込みを逐次行ない（ステップ
９）、温度Ｔc の下降幅が、例えば、５℃以上になった
か否かを判断する（ステップ１０）。

【００２７】そして、温度Ｔc の下降幅が５℃に達しな
いままに、タイマ１４の設定時間が経過したときには
（ステップ１１）、熱交換器温度判別手段１５は異常信
号を出力する。これにより、周波数制御手段１３はイン
バータ１の運転を停止し（ステップ１２）、また、異常
表示器１６は四方弁４に異常が発生した旨を表示する
（ステップ１３）。

【００２８】ステップ１０において、温度Ｔc の下降幅
が５℃以上になった場合は（図８参照）、その時点で熱
交換器温度判別手段１５は正常信号を周波数制御手段１
３に出力する。周波数制御手段１３は、この正常信号を
受取るとそれまで起動周波数出力手段１１からの信号入
力により行なっていた周波数制御をやめ、今度は、運転
周波数決定手段１２からの信号入力に基づいて周波数制
御を行なうようにする。 すなわち、運転周波数決定手
段１２は、室温Ｔa および室温設定値Ｔs の読込みを行
ない（ステップ１４）、偏差（Ｔa −Ｔs ）を演算した
後、図２の運転周波数テーブルに従ってインバータ１の
運転周波数を決定する（ステップ１５）。 周波数制御
手段１３は、この決定された周波数でインバータ１の運
転を実行し（ステップ１６）、停止指令があった場合、
すなわち運転周波数決定手段１２からゼロ周波数が出力
された場合は、その時点で運転を停止させる（ステップ
１７，１８）。

【００２９】なお、停止指令がなくとも、運転モードが
変更された場合には運転を停止させ、停止後２分３０秒
程度経過してから他の運転モードの制御を実行する。そ
して、停止指令もなく、運転モードも変更されていない
場合は、ステップ１４以降の制御を再び実行する。

【００３０】ステップ２において冷房モードでないと判
断した場合、あるいはステップ２０において２分３０秒
が経過した場合、運転周波数決定手段１２は暖房モード
か否かを判断する（ステップ２１）。暖房モードでない
場合は、他の運転モード（例えば送風モード）の制御が
実行される（ステップ２２）。

【００３１】暖房モードと判断した場合、運転周波数決
定手段１２は室内温度Ｔa および室内設定温度Ｔs の読
込みを行ない（ステップ２３）、Ｔa ≧Ｔs となってい
ればゼロ周波数を出力してインバータ１が運転されない
ようにしておく（ステップ２４，２５）。

【００３２】そして、起動周波数出力手段１１は、５０
Ｈｚの起動周波数の値の出力信号を出力し、周波数制御
手段１３はこの５０Ｈｚの周波数でインバータ１の起動
を行なう（ステップ２６）。

【００３３】このとき、タイマ１４は起動周波数出力手
段１１からの出力信号を受けた時点でタイマ動作をスタ
ートさせ（ステップ２７）、また、図１では図示を省略
してある四方弁制御回路が四方弁４の通電を行なう（ス
テップ２８）。熱交換器温度判別手段１５はこの時点に
おける室内熱交換器５の初期温度Ｔcoを読込む（ステッ
プ２９）。

【００３４】この状態でインバータ１の起動が行なわれ
ると、室内熱交換器５の温度は、四方弁４を介して送ら
れてくる高温冷媒により直ちに上昇するはずである。熱
交換器温度判別手段１５は、このように上昇状態にある
温度Ｔc の読込みを逐次行ない（ステップ３０）、温度
Ｔc の上昇幅が、例えば、５℃以上になったか否かを判
断する（ステップ３１）。

【００３５】そして、温度Ｔc の上昇幅が５℃に達しな
いままに、タイマ１４の設定時間が経過したときには
（ステップ３２）、熱交換器温度判別手段１５は異常信
号を出力する。これにより、周波数制御手段１３はイン
バータ１の運転を停止させ（ステップ３３）、また、異
常表示器１６は四方弁４に異常が発生した旨を表示する
（ステップ３４）。

【００３６】ステップ３１において、温度Ｔc の上昇幅
が５℃以上になった場合は（図９参照）、その時点で熱
交換器温度判別手段１５は正常信号を周波数制御手段１
３に出力するが、これ以降のステップ３５〜４１の動作
については、既述したステップ１４〜２０と略同一のた
め、その説明を省略する。

【００３７】上記のような制御では、四方弁４の動作が
正常であることがわかった時点で、直ちに起動運転から
通常運転に切換わる構成となっている。従って、温暖地
域であると寒冷地域であるとを問わず、起動運転の時間
は最小限のものとなっている。また、四方弁４の動作が
異常である場合には、直ちにこれを判別でき、迅速な対
処が可能となる。

【００３８】ところで、上記の実施例において、熱交換
器温度判別手段１５は、室内熱交換器５の温度変化を利
用して四方弁４の動作を正常または異常を判別してい
た。しかし、このような温度変化は室内熱交換器５ばか
りでなく室外熱交換器７においても同様に現われる。こ
のような室外熱交換器温度ＴE の変化の状態を示す特性
例を図１０および図１１に示す。

【００３９】従って、図１の構成において、室内熱交換
器温度センサ９の代わりに、室外熱交換器温度センサ１
７を取付けるようにし、その室外熱交換器温度ＴE の変
化幅に基づいて熱交換器温度判別手段１５が正常または
異常を判別する構成とすることもできる。

【００４０】また、図８乃至図１１の各特性例を対比し
てみれば明らかなように、図９および図１０の場合の温
度変化が他の場合よりも速いものとなっている。これ
は、これらの場合の室内熱交換器５および室外熱交換器
７が、コンプレッサ３の吐出口に近い側の熱交換器とな
っているからである。

【００４１】従って、図１の構成において、室内熱交換
器温度センサ９および室外熱交換器温度センサ１７の双
方を取付けるようにし、熱交換器温度判別手段１５は、
冷房モードの場合は室外熱交換器温度ＴE の温度変化に
基づいて正常または異常を判別し、また、暖房モードの
場合は室内熱交換器温度Ｔc の温度変化に基づいて正常
または異常を判別する構成としてもよい。これによれ
ば、一層、正確かつ迅速な判別を行なうことができる。

【００４２】次に、請求項２記載の発明の実施例につき
説明する。この実施例は、外気温センサおよび除霜セン
サを利用して四方弁の動作を判別しようとするもので、
図１２はその構成を示すブロック図である。

【００４３】この図において、室外機に取付けられた外
気温センサ１８および除霜センサ１９からは、それぞれ
外気温度Ｔo および室外熱交換器ＴE の検出信号が熱交
換器温度判別手段１５に出力され、熱交換器温度判別手
段１５はこれらの検出信号に基づいて正常または異常を
判別するようになっている。また、コンプレッサ３から
のホットガスバイパス路には二方弁２０が設けられてい
る。その他の構成は図１のものと同様である。

【００４４】なお、図１２は所謂ホットガスバイパス方
式（クイック除霜方式）と呼ばれるものであるが、四方
弁反転方式（リバース除霜方式）の場合は、除霜センサ
１９の取付位置が図示の位置とは逆に室外熱交換器７の
右側となる。

【００４５】次に、図１２の動作を図１３および図１４
を参照しつつ説明する。この図１２の動作は、図４乃至
図７のフローチャートの動作と概ね同様のものであり、
図４および図６の点線部のステップをそれぞれ図１３お
よび図１４に示したステップに置き換えたものである。

【００４６】すなわち、図１３において、ステップ７の
タイマスタートが行なわれると同時に、熱交換器温度判
別手段１５は外気温度Ｔo の読込みを行なう（ステップ
８ａ）。

【００４７】この状態でインバータ１の起動が行なわれ
ると、温度ＴE は四方弁４を介して送られてくる高温冷
媒により直ちに上昇するはずである。熱交換器温度判別
手段１５は、このように上昇状態にある温度ＴE の読込
みを逐次行なう（ステップ９ａ）。そして、温度ＴE と
外気温度Ｔo との偏差（ＴE −Ｔo ）が判別値Ｔ1 （例
えば２℃〜５℃程度の値）以上になったか否かにより、
四方弁４の動作の正常または異常を判別する（ステップ
１０ａ）。

【００４８】同様に、図１４において、ステップ２７，
２８のタイマスタートおよび四方弁通電が行なわれると
同時に、熱交換器温度判別手段１５は外気温度Ｔo の読
込みを行なう（ステップ２９ａ）。

【００４９】この状態でインバータ１の起動が行なわれ
ると、温度ＴE は四方弁４、室内熱交換器８、膨張弁６
を介して送られてくる低温冷媒により直ちに下降するは
ずである。熱交換器温度判別手段１５は、このように下
降状態にある温度ＴE の読込みを逐次行なう（ステップ
３０ａ）。そして、温度ＴE と外気温度Ｔo との偏差
（ＴE −Ｔo ）が判別値Ｔ2 以下になったか否かによ
り、四方弁４の動作の正常または異常を判別する（ステ
ップ３１ａ）。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明では、インバータ
起動の際の室内熱交換器温度または室外熱交換器温度の
温度変化に基づいて起動運転から通常運転へ切換えを行
う構成としてある。

【００５１】従って、通常運転に先立って行なわれる起
動運転の時間を必要最小限の時間にすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の実施例を示すブロック構
成図。

【図２】図１のものに係る運転周波数テーブルの説明
図。

【図３】図１のものに係る運転周波数テーブルの説明
図。

【図４】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図５】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図６】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図７】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図８】図１のものに係る室内熱交換器温度およびイン
バータ周波数の変化状態の一例を示す特性図。

【図９】図１のものに係る室内熱交換器温度およびイン
バータ周波数の変化状態の一例を示す特性図。

【図１０】請求項１記載の発明の他の実施例に係る室外
熱交換器温度の変化状態の一例を示す特性図。

【図１１】請求項１記載の発明の他の実施例に係る室外
熱交換器温度の変化状態の一例を示す特性図。

【図１２】請求項２記載の発明の実施例を示すブロック
構成図。

【図１３】図１２の動作を説明するためのフローチャー
ト。

【図１４】図１２の動作を説明するためのフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ インバータ ２ コンプレッサモータ ３ コンプレッサ ４ 四方弁 ５ 室内熱交換器 ７ 室外熱交換器 １０ 運転操作器（リモコン） １１ 起動周波数出力手段 １２ 運転周波数決定手段 １３ 周波数制御手段 １５ 熱交換器温度判別手段 Ｔa 室内温度 Ｔs 室内設定温度 Ｔc 室内熱交換器温度 ＴE 室外熱交換器温度 Ｔo 外気温度

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータの周波数制御により可変速駆動
   される圧縮機、駆動を電磁コイルの通電による電磁力及
   び冷媒回路の高圧側と低圧側との間の圧力差を利用して
   行わせる四方弁、室内熱交換器、室外熱交換器を冷媒配
   管により連通した冷凍サイクルを有する空気調和機にお
   いて、 前記圧縮機の運転開始時、前記四方弁を駆動させるため
   に必要な一定レベル以上の周波数値の周波数指令を出力
   する起動周波数出力手段と、 室温と設定温度との差に基づき決定された周波数値の周
   波数指令を出力する運転周波数決定手段と、 前記室内熱交換器または前記室外熱交換器の温度変化を
   検出し、温度変化が所定値以上となったとき出力を出す
   熱交換器温度判別手段と、 前記熱交換器温度判別手段が出力を出すまで前記起動周
   波数出力手段の周波数指令に基づき前記インバータの出
   力周波数を制御し、前記熱交換器温度判別手段が出力を
   出した後は前記運転周波数決定手段の周波数指令に基づ
   き前記インバータの出力周波数を制御する周波数制御手
   段と、を備え、 前記熱交換機温度判別手段は、所定時間経過しても前記
   温度変化が所定値以上とならない場合に異常信号を前記
   周波制御手段に出力し、前記インバータの運転を停止さ
   せるものである、 こと を特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】インバータの周波数制御により可変速駆動
   される圧縮機、駆動を電磁コイルの通電による電磁力及
   び冷媒回路の高圧側と低圧側との間の圧力差を利用して
   行わせる四方弁、室内熱交換器、室外熱交換器を冷媒配
   管により連通した冷凍サイクルを有する空気調和機にお
   いて、 前記圧縮機の運転開始時、前記四方弁を駆動させるため
   に必要な一定レベル以上の周波数値の周波数指令を出力
   する起動周波数出力手段と、 室温と設定温度との差に基づき決定された周波数値の周
   波数指令を出力する運転周波数決定手段と、 室外温度と前記室外熱交換器の温度との差が所定値以上
   となったとき出力を発する温度差判別手段と、 前記温度差判別手段が出力を出すまで前記起動周波数出
   力手段の周波数指令に基づき前記インバータの出力周波
   数を制御し、前記温度差判別手段が出力を出した後は前
   記運転周波数決定手段の周波数指令に基づき前記インバ
   ータの出力周波数を制御する周波数制御手段と、を備え、 前記温度差判別手段は、所定時間経過しても前記室外温
   度と前記室外熱交換器の温度との差が所定値以上となら
   ない場合に異常信号を前記周波制御手段に出力し、前記
   インバータの運転を停止させるものである、 こと を特徴とする空気調和機。