JPH0217364A - ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧縮能力可変な圧縮機を有するヒートポンプ
システムに関するものである。

（従来の技術） インバータ制御装置による回転数可変形の圧縮機を備え
た空気調和機においては、通常、設定室温と検出室温と
の温度差を空調負荷として、この負荷に応じた回転数と
する制御が行われる（以下、このような制御を負荷応答
制御と言う）。そして例えば暖房運転中、上記のような
負荷応答制御を継続しているときに室内熱交換器側での
高圧圧力が許容上限値に達するような暖房過負荷状態と
なった場合には、上記の負荷応答制御を中断し、過負荷
状態を解消し得る制御に移行するようになされている。

このような過負荷時制御の具体例としては、例えば特開
昭５９−１１９１４９号公報記載の空気調和機を挙げる
ことができるが、その装置においては、圧縮機の回転数
を規定の最低回転数に低下させて過負荷状態を解消する
ものであり、この場合、この間の暖房能力が大幅に低下
することとなるために、空調快適性が大きく損なわれる
という問題がある。

そこで、例えば特開昭６３−３２２５６号公報には、過
負荷検出レベルを複数階層設定し、許容上限レベルより
安全側に、過負荷傾向にあると判断される事前処理レベ
ルをさらに設定し、このレベルに達した時には回転数を
徐々に低下させる処理を行い、この結果、復帰レベルま
での低下が得られた時に負荷応答制御を再開する過負荷
時処理方式が記載されている。この場合には、圧縮機の
回転数の低下幅が極力小さなものに抑えられるので、暖
房性能の大幅な低下を生じさせずに過負荷処理を行うこ
とが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の過負荷処理によって例えば検出圧力
が復帰レベルまで低下したとしても、必ずしも過負荷状
態を生じさせる要因が解消された訳ではなく、このため
負荷応答制御の再開によって再び圧縮機の回転数の上昇
を生じ、検出圧力が上記の事前処理レベルに達して、再
度過負荷処理に移行し、以降、このような過負荷処理と
負荷応答制御との繰返しを生じるおそれが多分にある。

この結果、高圧圧力が上記事前処理レベルと復帰レベル
との間で変動し、このため凝縮温度、すなわち室内への
吹出し温度のハンチングを生じることとなって、必ずし
も充分に満足し得る快適性は得られないという問題があ
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、例えば空気調和機における空調快適性を従来よりも
向上し得る過負荷処理機能を存するヒートポンプシステ
ムを提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプシステムは、第１図に示
すように、圧縮能力可変な圧縮機１に熱源側熱交換器１
０と利用側熱交換器２３とを冷媒循環可能に接続すると
共に、上記利用側熱交換器２３の要求負荷に見合った圧
縮能力で上記圧縮機１を駆動する運転制御手段４９を設
けて成るヒートポンプシステムであって、上記利用側熱
交換器２３の過負荷状態量を検出する過負荷検出手段２
６を設ける一方、上記要求負荷に見合った圧縮能力での
運転で上記利用側熱交換器２３の過負荷状態Ｉが限界状
態量に近づく際に、この限界状ＢＮに達する前の許容限
界状態量に上記検出過負荷状態量を維持すべく上記圧縮
機ｌを制御する過負荷時制御手段５０を上記運転制御手
段４９が有している。

（作用） 上記のヒートポンプシステムにおいては、利用側熱交換
器２３の過負荷状態量を許容限界状態量に維持するよう
に圧縮機１の圧縮能力を制御する運転が過負荷時に行わ
れる。したがって利用側熱交換器２３での凝縮温度、或
いは蒸発温度が略−定に維持される運転が継続されるの
で、例えば空気調和機における室内への吹出し温度の変
動が抑えられ、快適性が向上する。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプシステムの具体的な実施例
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第２図には、空気調和機として構成したこの発明の
一実施例におけるヒートポンプシステムの冷媒回路図を
示している。図において、Ｘは室外ユニットであり、こ
の室外ユニットＸには４台の室内ユニットＡ−Ｄが接続
されている。

上記室外ユニットｘは圧縮機１を有しており、この圧縮
機１の吐出配管２と吸込配管３とはそれぞれ四路切換弁
４に接続され、この四路切換弁４にはさらに第１ガス管
５と第２ガス管６とが接続されている。なお上記圧縮機
Ｉは、その回転速度、つまり圧縮能力を制御するための
インバータ７を有するものであり、またト記吐出配管２
には逆止弁８が、上記吸込配管３にはアキュームレータ
９がそれぞれ介設されている。上記第１ガス管５は、室
外熱交換器（熱源側熱交換器）１０に接続され、また上
記第２ガス管６はヘッダー１１に接続されると共に途中
にガス閉鎖弁１２が介設されている。

上記室外熱交換器１０には室外ファン１３が付設される
と共にさらに液管１４が接続されており、この液管Ｉ４
には、上記室外熱交換器１０側から順次ドライヤフィル
タ１５、第１電動膨張弁１６、受液器１７、液閉鎖弁１
日が介設されている。そして上記液管１４の先端は、そ
れぞれ第２電動膨張弁１９・・の介設された複数（図の
場合には４本）の液支管２０・・２０に分岐される一方
、上記ヘッダー１１に、それぞれマフラー２１・・の介
設された４本のガス支管２２・・２２が接続されており
、これらのガス支管２２と上記各液支管２０との間に、
図においては室内ユニットＡについてのみ示しているが
、各室内ユニットＡ−Ｄの室内熱交換器（利用側熱交換
器）２３がそれぞれ連絡配管２４・・２４によって互い
に並列に接続されている。なお各室内ユニットＡ−Ｄは
、それぞれ上記室内熱交換器２３と室内ファン２５、及
び暖房時に補助熱源として用いられる電気ヒータ（図示
せず）とによって構成されており、また各室内熱交換器
２３には、それらの温度を検出するためのサーミスタ等
から成る熱交換器温度センサ（過負荷検出手段）２６が
それぞれ取付けられている。

上記構成の空気調和機において、次に暖房運転時の冷媒
循環制御について説明する。この運転は、四路切換弁４
を図中実線で示す切換位置に位置させて、圧縮機１から
の吐出冷媒を四路切換弁４、第２ガス管６を経由させて
各室内熱交換器２３で凝縮させ、次いで液管１４を経由
させて室外熱交換器１０内で蒸発させた後、第１ガス管
５、四路切換弁４から圧縮機１へと返流させることによ
って行う。この場合、蒸発冷媒の過熱度制御を第１電動
膨張弁１６にて行い、各第２電動膨張弁１９では、各室
内熱交換器２３への冷媒分配量の制御を行う。なお一部
の部屋を停止した暖房運転は、停止部屋における室内ユ
ニッｌ−Ａ・・側の各第２電動膨張弁１９を停止開度（
圧縮ａ１への液戻りを防止するため、自然放熱に見合う
だけのわずがな最の冷媒を流し得る開度）にすることに
よって行う。

一方、冷房運転は、四路切換弁４を図中破線で示す切換
位置に切換え、圧縮機１からの吐出冷媒を室外熱交換器
１０側から各室内熱交換器２３へと回流させることによ
って行う。このとき、第１電動膨張弁１６は全開にし、
各第２電動膨張弁１９で冷媒の過熱度制御を行う。冷房
停止部屋における室内ユニッＩ−Ａ・・側の第２電動膨
張弁１９は全開にする。

次に上記空気調和機における運転制御について、便宜上
、暖房運転の場合を例にして、第３図の運転制御系統図
に基づいて説明する。図のように、各室内ユニットＡ−
Ｄは室内制御装置４１　（室内ユニットＡについてのみ
図示する）をそれぞれ備えており、各室内制御袋Ｗ４１
には、運転操作用リモコン４２と室温を検出する室温検
出センサ４３と、前記した室内熱交換器２３の温度を検
出する熱交換器温度センサ２６とがそれぞれ接続されて
いる。上記各運転操作用リモコン４２ば運転スイッチと
、希望室温を設定するための温度設定スイッチとを有し
ており、上記運転スイッチがＯＮであることを前提に、
室温センサ４３での検出温度が設定温度に達していない
とき（室内サーモＯＮのとき）に、暖房運転要求信号が
、上記検出温度と設定温度との温度差信号、及び上記熱
交換器温度センサ２６での検出温度信号と共に、各室内
制御装置４１から室外ユニッ＋−Ｘに対して出力される
。

一方、室外ユニットＸは、室外制御装置４５とインバー
タ制御装置４６とを備えており、上記室外制御装置４５
内には、運転要求ユニット把握部４７と弁制御部４８と
が設けられている。この運転要求ユニット把握部４７は
上記暖房運転要求信号を出力している室内ユニットを判
別し、起動時を含む運転台数変更時に、変更信号と、運
転要求信号を出力している室内ユニットに応した運転ユ
ニット信号とを上記弁制御部４８に出力する。これによ
り上記弁制御部４８によって、前記した暖房運転時の冷
媒循環径路を形成すべく四路切換弁４の切換作動と共に
、第１、第２電動膨張弁１６．１９の開度制御が行われ
る。

次に圧縮機１の圧縮能力、すなわちインバータ周波数の
制御について説明するが、このために、上記室外制御装
置４５内には、上記運転要求ユニット把握部４７で発生
される変更信号と運転ユニット信号とがそれぞれ入力さ
れる定常時周波数制篩部（運転制御手段）４９と過負荷
状態監視制御部（過負荷時制御手段）５０とが設けられ
ている。

なお上記定常時用波数制御部４９にはさらに各室内ユニ
ットから前記の温度差信号が、また上記過負荷状態監視
制御部５０には各熱交換器温度センサ２６で検出される
各室内熱交換器２３の温度信号がそれぞれ入力されるよ
うになされている。

まず定常時用波数制御部４９による制御について説明す
ると、この定常時用波数制御部４９に変更信号が入力さ
れると、そのときの運転ユニット信号から運転要求のあ
る室内ユニットにおける各定格能力と各温度差信号とを
それぞれ合計し、それらの合計値に基づいて初期周波数
が上記定常時用波数制御部４９にて設定される。上記定
常時用波数制御部４９には、各種の合計定格能力と合計
温度差との組合せに対する適正な運転周波数が予め記憶
されており、変更信号入力時に算出された結果に応じる
運転周波数を読出すことで、上記の初期周波数の設定が
行われる。この初期周波数は上記インバータ制御装置４
６に出力され、この結果、上記初期周波数での圧縮機１
の運転が開始される。その後、上記初期周波数に応じる
回転数となった後には、上記温度差信号の合計値の変化
に応じて、例えばＰＩＤ制御によって室内側の負荷の変
化に応じた周波数が上記定常時用波数制御部４９におい
て逐次発生され、この周波数にて上記圧縮機ｌの圧縮能
力の制御を行いながら運転を継続する（以下、上記のよ
うに定常時用波数制御部４９によってなされる圧縮機１
の制御を負荷応答制御と言う）。なお運転台数の変更が
生じて新たに変更信号が発生されたときには、上記の初
期周波数の設定から新たに行われることとなる。

一方、上記過負荷状態監視制御部５０では、運転中の各
室内ユニットからの室内熱交換器温度信号の中での最高
温度を設定値と比較することによって、正常範囲の運転
状態であるか否かを監視する。そしていずれかの室内熱
交換器２３にその熱交換能力を超える冷媒の供給がなさ
れて凝縮圧力の上昇を生じ、したがって凝縮温度の上昇
により熱交換器温度が正常範囲を超えて上昇していくよ
うな場合に、上記の負荷応答制御を中断する信号を上記
定常時用波数制御部４９に出力すると共に、過負荷時制
御を開始するようになされており、第４図に上記室内熱
交換器温度信号を比較するための設定値を、また第５図
に上記設定値に基づく制御フローチャートをそれぞれ示
している。

第４図に示すように、過負荷制御のために４段階の温度
設定がなされており、最も高い設定温度Ｔｄ　（例えば
６５°Ｃ）は運転限界設定温度であって、この温度Ｔｄ
を超える場合には、その室内ユニットの運転を停止する
こととしている。一方、最低の設定温度Ｔａ　（例えば
５３°Ｃ）は負荷応答制御範囲の上限設定温度で、この
温度Ｔａを境にして負荷応答制御と後述する過負荷時制
御との切換えが行われる。そして上記のＴａとＴｄとの
間の過負荷時制御範囲にさらに低温側から第１設定温度
Ｔｂと第２設定温度Ｔｃとを設けており、図のように、
上記Ｔａ以下の温度範囲をＡゾーン、Ｔａ＝Ｔｂの温度
範囲をＢゾーン、Ｔ　ｂ　＝　Ｔ　ｃの温度範囲をＣゾ
ーン、Ｔｃ−Ｔｄの温度範囲をＤゾーン、Ｔｄを超える
温度範囲をＥゾーンとして、次に第５図の制御フローチ
ャートに基づいて説明する。

図において、ステップＳ１は上記の負荷応答制御時にお
ける監視ステップであって、運転中の各室内ユニットか
らの室内熱交換器温度信号の中で、例えば室内ユニット
Ａから最も高い温度信号が入力されているとして以下の
説明を行うと、この室内ユニットＡでの室内熱交換器２
３の検出温度が上記Ａゾーンの範囲内である場合にはこ
のステップ処理のみが繰返され、したがって上記の負荷
応答制御が継続される。一方ＡゾーンからＢゾーンへと
上昇したことが検出されると、図示してはいないが、上
記定常時用波数制御部４９に負荷応答制御を中断させる
信号を出力し、また室外ファン１３の風量低下操作や上
記室内ユニッ）Ａへの電気ヒータの通電停止指令の出力
操作を行った後、ステップＳ２に示すように、この時点
での圧縮機１の運転周波数を比較的小さな低下幅で設定
しているΔｆ１だけ低下させる。次いでこの低下操作後
の検出温度変化をステップＳ３及びＳ４において判別す
るが、まず上記の周波数低下処理によってＢゾーンから
Ａゾーンに復帰した場合には、ステップＳ３から３５に
移行し、負荷応答制御を再開する。なおこの際、上記の
室外ファン１３の風量の復帰、電気ヒータへの通電可能
指令の送信等の復帰操作を行うと共に、上記定常時周波
数制御部４９による初期周波数の設定操作から再開され
る。そしてこの負荷応答制御の再開時から所定の時間の
間、いわゆるガードタイムとして負荷応答制御を優先し
て行うこととして、負荷応答制御の再開後にすぐに過負
荷処理に再移行することを抑えてハンチングを生じない
ようにしている。

一方、上記Δｆ１の低下操作で検出温度がなお上昇して
ＢゾーンからＣゾーンに変化した場合には、ステップＳ
４から３６に移行し、このステップでΔｆ２の周波数低
下をさらに行う。また上記ステップＳ４でＢゾーンから
Ｃゾーンへの変化が検出されず、したがってＢゾーン内
で維持されている場合には、次にステップＳ７に移行し
、Ｂゾーンへの突入と同時に計時を開始したタイマーに
よって同一ゾーン内で同一の運転状態の継続時間がＬ２
に達したか否かを判別し、ｔ２に達した時にはステップ
Ｓ８で運転周波数をΔｆ６上昇させてステップＳ３に戻
る処理を行う。したがってＢゾーン内に維持されている
場合には、Ｌ２時間間隔毎にΔｆ６の上昇操作が加えら
れ、これにより検出温度はＣゾーンに向かう上昇を通常
示すこととなる。

そして検出温度が上昇してＢゾーンからＣゾーンに変化
した時に、ステップＳ６でΔｆ２の周波数低下操作を行
った後、この低下操作後の検出温度変化をステップ５７
〜Ｓ９において判別する。まず上記Δｆ２の周波数低下
処理によってＣゾーンからＡゾーンに復帰した場合には
、ステップＳ７から上記したステップＳ５に移行し、上
記と同様に負荷応答制御を再開する。またＣゾーンから
Ｂゾーンまでの低下が得られた場合には、ステップＳ８
からステップＳＩＯに移行してΔｆ５の上昇操作を加え
た後、ステップＳ３からのＢゾーンでの判別処理を行う
。またＣゾーンにおいて変化がない場合にはステップＳ
９からステップＳ７に戻り、ステップ８７〜Ｓ９の繰返
し処理となってこの運転状態を継続する。

一方、上記Δｆ２の周波数低下操作後も検出温度が上昇
してＣゾーンからＤゾーンに変化したときには、ステッ
プＳ９からステップＳｌｌに移行して、Δｆ３の周波数
低下を再度加え、この低下操作後の検出温度変化をステ
ップＳ１２〜Ｓ１５において判別する。まず上記Δｆ３
の周波数低下処理によってＤゾーンからＡゾーンに復帰
した場合には、ステップＳ１２からステップＳ５に移行
し、上記と同様に負荷応答制御を再開する。またＤゾー
ンからＢゾーンまでの低下が得られた場合には、ステッ
プＳ１３から、ステップＳ１６でΔｆ４、ステップＳ１
７でΔｆ５の二段階の周波数上昇操作を行った後、ステ
ップＳ３に戻って前記のＢゾーンでの判別処理を行う。

またＤゾーンからＣゾーンまでの低下が得られた場合に
は、ステップ５１４から、ステップ８１８でΔｆ４の周
波数上昇操作を行った後、ステップＳ７に移行し、Ｃゾ
ーンでの判別処理を行う。またＤゾーン内で維持されて
いる場合には、ステップＳ１５からステップＳ１９に移
行し、Ｄゾーンへの突入と同時に計時を開始したタイマ
ーによって同一ゾーン、同一運転状態の継続時間がｔ２
に達したか否かによって、ステップＳ２０にてｔ２の時
間間隔毎にΔｆ７の周波数低下操作を加えた後、ステッ
プＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜ステツプＳ１５のＤ
ゾーンでの判別処理を繰返すこととなる。一方、上記Δ
ｆ３の周波数低下操作後も検出温度が上昇してＤゾーン
から運転限界温度を超えてＥゾーンへと上昇した場合に
は、ステップＳ１５からステップＳ２１に移行し、過負
荷ユニット、この場合には室内ユニットＡの運転停止信
号を送信し、ステップＳ５へと移行する。

この結果、室内ユニットＡの運転が停止され、このユニ
ットを除く運転要求信号を発している他の室内ユニット
に対する負荷応答制御が開始される。

上記の制御の結果、室内ユニットＡの室内熱交換器２３
が過負荷傾向にある場合には、通常その温度が、許容限
界温度範囲として設定しているＣゾーン内に維持される
ように圧縮機１の能力制御が行われることとなる。すな
わち、第４図に上記の過負荷制御による周波数変更操作
の時間経過を模式的に示しているように、Ｂゾーン内で
無変化の場合、またＣゾーンやＤゾーンからＢゾーンへ
と低下した場合には、それぞれ運転周波数の上昇操作が
加えられ、一方、Ｄゾーンで無変化の場合には、運転周
波数の低下操作が加えられることによって、Ｃゾーン内
へと変化し、そのゾーン内を維持するような運転がなさ
れるのである。このため限界温度に至ることを抑えなが
ら、室内熱交換器２３の最大能力を略維持した運転とな
り、この結果、凝縮温度の変動、すなわち吹出し温度の
変動が極力抑えられた運転が継続されるので、空調快適
性が向上する。また上記実施例のように、多室に渡る暖
房を行っている隙に、−室で過負荷傾向を生じた場合に
、従来の圧縮能力の低下操作では他室においても吹出し
温度の低下を生じるために大きな不快感を誘うものとな
っていたが、上記においては吹出し温度の低下を殆ど生
じず、したがって他室での利用者の快適性も維持・向上
されるものとなっている。さらに上記では圧縮機１に対
して回転数の大きな変更操作を行わずに略一定に維持す
る制御がなされるので、圧縮機の信頬性の向上や、回転
数変更に伴う騒音の低減等を図り得るものともなってい
る。

なお上記の過負荷制御の継続中に運転部屋数の変更を生
じた場合には、過負荷処理を中断して、新たな運転部屋
数に応じた負荷応答制御を開始すると共に、第５図の制
御フローチャートにおいては、ステップＳ１の監視処理
から再開することとしている。また上記過負荷制御の継
続中も、定常時運軸制御部４９においては、運転中の室
内ユニットの定格負荷と温度差とに応じた初期周波数の
算出・設定を適宜行い、過負荷運転の継続によって室温
が設定室温に近づき、したがって室内側の負荷に見合う
初期周波数が低下して、その時点での過負荷制御による
運転周波数よりも所定幅を超えて低下した場合にも、過
負荷制御を中断して負荷応答制御に移行する。このよう
に、不用な過負荷制御を極力抑え、室内側の負荷に見合
う負荷応答制御での運転を優先して行うこととしている
。

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
においては暖房運転時の室内熱交換器の温度を検出して
過負荷処理を行う例について説明したが、圧力を検出す
る構成等とすることも可能である。また冷房運転時の室
内熱交換器の凍結を防止するために、例えば−３°Ｃ程
度に限界温度を設定し、この温度に達するような温度低
下傾向が生じたときを過負荷状態として、上記温度より
もやや高温側の設定温度に維持するような凍結防止時の
過負荷処理に適用して構成することもできる。また上記
は空気調和機を例に挙げて説明したが、例えば給湯加熱
用の利用側熱交換器をさらに備えたようなその他のヒー
トポンプシステム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ヒートポンプシステムにおいて
は、過負荷時には利用側熱交換器での凝縮温度、或いは
蒸発温度が略一定に維持されるように圧縮機の圧縮能力
制御運転が行われるので、例えば空気調和機においては
室内への吹出し温度の変動が抑えられ、これにより空調
快適性の向上を図ることが可能となる。

【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
の一実施例におけるヒートポンプシステムの冷媒回路図
、第３図は上記装置の運転制御手段回、第４図は上記装
置における過負荷状態監視のための設定温度と周波数変
更操作の過程とを示す模式図、第５図は上記装置での過
負荷状態監視制御のフローチャート図である。 ■・・・圧縮機、１０・・・室外熱交換器（熱源側熱交
換器）、２３・・・室内熱交換器（利用側熱交換器）、
２６・・・熱交換器温度センサ（過負荷検出手段）、４
９・・・定常時用波数制御部（運転制御手段）、５０・
・・過負荷状態監視制御部（過負荷時制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮能力可変な圧縮機（１）に熱源側熱交換器（１
   ０）と利用側熱交換器（２３）とを冷媒循環可能に接続
   すると共に、上記利用側熱交換器（２３）の要求負荷に
   見合った圧縮能力で上記圧縮機（１）を駆動する運転制
   御手段（４９）を設けて成るヒートポンプシステムであ
   って、上記利用側熱交換器（２３）の過負荷状態量を検
   出する過負荷検出手段（２６）を設ける一方、上記要求
   負荷に見合った圧縮能力での運転で上記利用側熱交換器
   （２３）の過負荷状態量が限界状態量に近づく際に、こ
   の限界状態量に達する前の許容限界状態量に上記検出過
   負荷状態量を維持すべく上記圧縮機（１）を制御する過
   負荷時制御手段（５０）を上記運転制御手段（４９）が
   有していることを特徴とするヒートポンプシステム。