JPH033138B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は負荷の程度に応じて圧縮機の能力を回
転の増減により制御すると共に、冷凍サイクルを
切換えるための四路切換弁に冷媒圧力によつて切
換作動される形態のものを用いてなる空気調和機
において、始動時の四路切換弁作動不良を起させ
ないようにした始動補償装置に関する。

（従来の技術） 空気調和負荷の程度に応じて圧縮機の回転速度
を無段階的に変えることにより負荷に適合した圧
縮能力で運転するようにした空気調和機は、電子
技術を駆使したインバータ装置が比較的廉価に得
られるようになつた昨今、頓に普及しつつある
が、この種の空気調和機は冷房、暖房及び除湿の
各運転を四路切換弁の操作によつて簡単に行える
ようにしたものが多い。

ところで、冷凍サイクルを形成する圧縮機の回
転速度を室温と温度設定値との差に応じて増減制
御するインバータ方式の空気調和機の内容につい
ては特開昭57−67735号公報等によつて公知であ
り、起動時において室温が設定温度に対して差が
小さいときには最低30ヘルツの低速で運転し、逆
に差が大きいときには最高120ヘルツまで速やか
に速度上昇させて高速で運転するように自動制御
されるものであり、運転中についても室温と設定
温度との温度差に応じて供給電源の周波数が高低
制御されるようになつていて、発停回数を少くさ
せ、かつ室温の変動巾が小さくなる点で有利な空
気調和機である。

この空気調和機で前述するヒートポンプ式のも
のに用いられる四路切換弁は、第３図に示す如き
ソレノイド制御パイロツト操作形の四方弁が殆ど
であつて、冷凍回路における冷媒が作動流体とし
てピストンに作用するようになつている。

（発明が解決しようとする問題点） このように冷凍回路中の冷媒を作動流体として
利用する四路切換弁を持ち、圧縮機が空気調和負
荷の高低に応じて回転制御される形態の空気調和
機においては、始動時に空調負荷が比較的小さく
て30、35ヘルツなど低ヘルツによつて圧縮機が起
動したとすると、四路切換弁に規定されている最
低作動差圧が冷凍回路中に生じないことがあつ
て、該切換弁が正常に作動しなく緩慢となつて流
入ポート、流出ポート、２つの切換ポートが共に
連通する中間位置から動かなくなり、サイクルの
切換えが不可能となるばかりでなく、冷凍回路中
に所定の圧力が起生されないため、空気調和運転
が不可能となる問題があり、好ましくないことは
言うまでもない。

上記四路切換弁２の構造及び作動について第３
図にもとづき以下説明すると、四路切換弁２は四
方弁本体２Ａとパイロツト弁２５とからなり、四
方弁本体２Ａは角形伏椀状のスライド弁１７を挾
んで１対の第１・第２ピストン１９ａ，１９ｂを
両側に配置し、かつそれらをロツド１８によつて
連結してなる弁体を、シリンダ内に気密を保持し
て摺動可能に収設せしめると共に、前記両ピスト
ン１９ａ，１９ｂの外側には、第１・第２ニード
ル弁２０ａ，２０ｂを夫々突設せしめて、前記弁
体の摺動により各ニードル弁２０ａ，２０ｂがシ
リンダの両端部に設けた第１・第２パイロツト圧
ポート２３，２４を交互に開閉し得るように形成
している。

なお、前記各ピストン１９ａ，１９ｂには夫々
第１・第２オリフイス２１，２２が貫通して穿設
されている。

前記四方弁本体２４はシリンダの中央部に高圧
導入用の流入ポート１３を開口すると共に、この
流入ポート１３に対向するシリンダ中央部に、低
圧導出用の流出ポート１４を開口し、かつ該流出
ポート１４を挾みその両側に第１・第２切換ポー
ト１５，１６を並設し開口せしめていて、前記ス
ライド弁１７が第３図において左方に移動した状
態で流出ポート１４と第１切換ポート１５とを気
密連通し、かつ流入ポート１３と第２切換ポート
１６とを気密連通するようになり、逆に右方に移
動した状態で流出ポート１４と第２切換ポート１
６とを気密連通し、かつ流入ポート１３と第１切
換ポート１５とを気密連通するようになつてい
る。

一方、パイロツト弁２５は２個の第１・第２切
換ポート２５ａ，２５ｂと１個の共通ポート２５
ｂとを弁体部に一列に開口していて、ソレノイド
２５ｓを励磁した際にスプール弁が第３図におい
て右方に移動することにより、第１切換ポート２
５ａは閉ざされ、かつ共通ポート２５ｂと第２切
換ポート２５ｃとが気密連通する一方、ソレノイ
ド２５ｓを消磁しばね復帰した際には逆に左方に
移動することにより、第２切換ポート２５ｃは閉
ざされ、かつ共通ポート２５ｂと第１切換ポート
２５ａとが気密連通するようになつている。

そして、このパイロツト弁２５の第１切換ポー
ト２５ａを配管P₁によつて第１パイロツト圧ポ
ート２３に連絡させ、共通ポート２５ｂを配管
P₂によつて前記流出ポート１４に連絡させ、さ
らに第２切換ポート２５ｃを配管P₃によつて第
２パイロツト圧ポート２４に連絡せしめて、かく
して前記四路切換弁２が構成されるものである。

ところで、前記四方弁本体２Ａのスライド弁１
７が左方あるいは右方に完全に移動するために
は、第１ピストン１９ａと第２ピストン１９ｂと
の各背圧間の圧力差がある値以上存在することが
必要であるが、圧縮機が長時間停止していて、し
かも空気調和負荷が小さくて30ヘルツの低回転で
始動した場合を考えると、この状態でパイロツト
弁２５を励磁して停止の状態（第３図の暖房サイ
クル側）から冷房サイクルに切換えると、スライ
ド弁１７は第３図の位置から右方に移動するもの
の、第１ピストン１９ａの背圧が圧縮機１の吐出
圧が低いために低く、かつ第１ピストン１９ａの
背圧と低圧である第２ピストン１９ｂの背圧との
間の圧力差が小さいためにスライド弁１７の動作
が緩慢となつて流入ポート１３、流出ポート１
４、第１・第２切換ポート１５，１６が共に連通
する過渡状態の経過時間が長くなる現象が生じる
結果、前述した背圧間の圧力差が極端に小さくな
つてスライド弁１７の移動が停止してしまつて、
過渡状態の中間位置から動かなくなり、サイクル
の切換えが不可能となる事態を招くのである。

なお、インバータ方式の空気調和機で低ヘルツ
の低回転で運転が開始されて、これが継続される
態様としては、下記のような場合が考えられる。

(イ) 除湿主体の冷房運転、 室温と設定温度の差が1.5℃以内で湿度が高
いときに、冷却能力を抑え、除湿効果を高める
ために圧縮機を低周波数で運転し、かつ室内風
量を超微量で運転するとき。

(ロ) 運転のための周波数を、室温と設定温度との
差によつて制御している場合で、低周波数運転
中に手動の停止指令によつて停止した直後に運
転操作したとき、また設定温度値に近い室温状
態で運転を開始したとき。

但し、四路切換弁２を冷房サイクル側通電で使
用しているときは(イ)(ロ)両運転状態、反対に暖房サ
イクル側通電で使用しているときは(ロ)運転状態の
ときに夫々切換作動不良が生じ易いものである。

以上説明したように低回転で圧縮機が始動して
これが短時間でなく継続するような場合に、圧縮
機の吐出量が少く、また、差圧も徐々についてく
るために四路切換弁が途中で停止して動かなくな
り正常に作動しないために本来の空気調和機能を
失してしまうだけでなく、圧縮機モータの温度上
昇、潤滑不良による焼きつけが発生するなどの問
題が生じる点に鑑みて本発明はかゝる問題点の解
消をはかるべく成されたものであつて、始動直後
の所定条件の下ではたとえ軽負荷であつても圧縮
機を四路切換弁の正常な作動を補償し得る冷媒圧
力が発生するに足る回転数まで強制的に出力増加
させるようにすることによつて、安定したしかも
確実な始動を実現せしめようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は可変速圧縮機１、冷凍回路中の冷媒が
作動流体として与えられる四路切換弁２、熱源側
コイル３、減圧器４、利用側コイル５、前記可変
圧縮機１の回転速度を実測温度と設定温度との差
に応じて増減制御せしめる圧縮機駆動手段６を備
えた空気調和機における始動補償装置として、始
動信号出力手段７と、弁切換信号出力手段８と、
低速制御信号出力手段９と、始動補償信号出力手
段１０と、始動制御手段１１と、始動補償解除信
号出力手段１２との６要素により構成したもので
ある。

しかして始動信号出力手段７は、前記可変速圧
縮機１を始動させるための始動信号を発するもの
であつて、始動スイツチや自動投入用タイマの接
点などが該当する。

一方、弁切換信号出力手段８は、四路切換弁２
を冷房（除湿）側と、暖房側とに切換え作動する
ための切換信号を発するものであつて冷暖切換ス
イツチなどが該当する。

次に低速制御信号出力手段９は、四路切換弁２
が作動不良を来す如き低回転速度で前記圧縮機１
を運転させる制御出力を前記圧縮機駆動手段６か
ら出力しているときに低速制御信号を発する構成
となしている。

次に始動補償信号出力手段１０は、長時間停止
の後などに発せられる前記始動信号、前記弁切換
信号、前記低速制御信号の三つの信号の論理積で
作動して始動補償信号を発する構成である。

一方、前記始動制御手段１１は、前記始動補償
信号出力手段１０が発する前記信号によつて作動
し、四路切換弁２を正常作動させるに十分な速度
で可変速圧縮機１を運転させる制御出力を前記圧
縮機駆動手段６から出力せしめる構成を有する。

最後に始動補償解除信号出力手段１２は、前記
始動制御手段１１が作動した後に空気調和対象域
での実測温度が変化して所定温度だけ前記設定温
度に接近した状態になるのを検出して、前記始動
補償信号出力手段１０に対し始動補償信号の発信
を解除せしめる始動補償解除信号を発信する構成
を有する。

（作用） 本発明は空気調和負荷が小さくて実測温度と設
定温度との差が小さい状態で始動し、しかもこの
負荷条件が暫時継続するような場合には、始動制
御手段１１から所要回転速度で可変速圧縮機１を
強制駆動させる出力を発せしめることによつて、
四路切換弁２を正常に切換作動せしめて、完全な
冷凍サイクルへの切換えが確実に果される。

そして四路切換弁２が正常作動したことを実測
温度の低下（冷房）または上昇（暖房）の変化に
よつて確認すると、始動制御手段１１の作動を解
除して圧縮機駆動手段６による本来の能力制御運
転に自動復元せしめるものである。

（実施例） 以下、本発明の１実施例について添付図面を参
照しつつ詳述する。

第１図は本発明空気調和機の１例の冷凍回路の
概要を示し、一方、第２図は電気制御回路をブロ
ツク示したものであつて、この空気調和機は可変
速圧縮機１、第３図に構造を示す四路切換弁２、
熱源側コイル３、減圧器４例えばキヤピラリチユ
ーブ、アキユムレータ３１及び前記コイル３用の
フアン３２を備えた室外ユニツトＯと、利用側コ
イル５及び該コイル５用フアン３３を備えた室内
ユニツトＩと、両ユニツトＯ，Ｉ相互を連絡する
液管３４、ガス管３５とからなつていて、公知の
可逆冷凍サイクルに形成している。

そして四路切換弁２を該ソレノイドの励磁によ
つて冷房側に切換え、またソレノイドの励磁を解
くことによつて暖房側に切換えて冷房、除湿と暖
房との運転切換えを行い得るものである。

前記四路切換弁２の構造及び機能に関してはさ
きに詳述しているので重複する説明を省略する
が、第３図に示すソレノイド非励磁の暖房側切換
状態で四方弁本体２Ａのスライド弁１７外方のシ
リンダ内空間（斜視示の部分）は高圧域であり、
第２パイロツト圧ポート２４を介しこのシリンダ
内空間に連通している配管P₃もまた高圧域であ
つて、この状態からソレノイド励磁の冷房、除霜
に切換えると、低圧域である配管P₁は第１切換
ポート２５ａで低圧側とはしや断される一方、配
管P₃及び第２ピストン１９ｂの右側の室は、配
管P₂を介して流出ポート１４と連通して低圧域
となるので、第２ピストン１９ｂの右側の室の圧
力と第１ピストン１９ａの左側の室の圧力との間
の圧力差によつて弁体は右方に摺動する。

このように四路切換弁２が切換作動することに
よつて、暖房サイクルは冷房サイクルに切換ると
共に、四方弁本体２Ａのシリンダ内及び配管P₁
は高圧域となり、かつ、パイロツト圧ポート２４
及び配管P₃は低圧域となることによつてスライ
ド弁１７の右方に移動し切つた位置は安定保持さ
れる。

しかして、暖房サイクル側から、すなわち冷房
時期において運転を始める前の停止状態の冷凍回
路から、冷房サイクル側に切換える場合に、可変
速圧縮機１が低速で始動して、この低速が暫時継
続する際に、前述したように四路切換弁２が中立
の中間位置で停止しないように第２図に示す制御
回路によつて前記圧縮機１の始動補償制御を行わ
せている。

第２図において６は圧縮機駆動手段であつて、
始動信号出力手段７が発する始動信号と、設定温
度信号出力手段４０が発する設定温度信号Tsと、
実測温度信号出力手段４１が発する実測温度信号
Toとを入力として受ける周波数指令信号６１、
この周波数指令信号６１からの指令によつて変換
された周波数を持つ交流電圧を出力するインバー
タ６２を基本要素となしていて、実測温度信号
Toと設定温度信号Tsとの差に応じて例えば30〜
120ヘルツの範囲内で変換された周波数を持つ電
圧を出力して、可変圧縮機１のモータ１Ｍに印加
するよう形成したものであり、前記圧縮機１の出
力を１：４の範囲で無段階的に制御させるように
なつている。

７は始動信号出力手段であつて、例えば始動ス
イツチが使用され、スイツチの投入によつて圧縮
機１を始動させるための始動信号を発するよう形
成される。

８は弁切換信号出力手段であつて、冷房サイク
ル（除湿サイクル）側と暖房サイクル（停止状
態）側とに切換えるための補助リレーが使用さ
れ、冷房サイクル側に切換える場合と暖房サイク
ル側に切換える場合とで、レベルの異なる弁切換
信号が発せられるように形成される。

前記設定温度信号出力手段４０は、例えば温度
調節器が用いられるものであつて、空気調和を行
う室内の温度の基準値を任意に設定でき、設定温
度に対応した設定温度信号Ts（電気信号）を発す
る発信回路に形成している。

また、前記実測温度信号出力手段４１は室内に
設定した温度検知サーモと、該サーモの抵抗変化
を電気変位に変換する変換回路とを要素となして
いて、室内の実測温度に対応した実測温度信号
To（電気信号）を発する発信回路に形成してい
る。

９は低速制御信号出力手段であつて、設定温度
信号Tsと実測温度信号Toとの差が小さくて例え
ば１℃の差であるときに、前記圧縮機１を低回転
速度の最低ヘルツ（30ヘルツ）を持つ電圧で運転
させる制御出力を前記圧縮機駆動手段６から出力
しているときに低速制御信号を発するよう形成し
ている。

なお、このときの低回転速度１が駆動している
場合は、十分な高低差圧が出なくて四路切換弁２
が切換え作動不良を来すおそれが大であることは
前述したところである。

１０は始動補償信号出力手段であつて、２個の
AND素子１０Ａ，１０Ｂと増幅回路１０Ｃとか
らなり、始動信号、弁切換信号が共に発信されて
いて、さらに低速制御信号出力手段９から低速制
御信号が継続して発信されていることによつて、
増幅回路１０Ｃから始動補償信号「Ｈ」が出され
るようになつている。

１１は前記始動補償信号出力手段１０が発する
始動補償信号を受けて作動する始動制御手段であ
つて、始動補償信号を発している間を通じて出力
を出し、可変速圧縮機１を例えば55ヘルツで運転
させるように圧縮機駆動手段６に対する指令を強
制的に変更させると同時に、前記低速制御信号を
圧縮機駆動手段６に送信させないよう保留させる
禁止出力を発する。

なお、55ヘルツの周波数を持つ電圧が印加され
たときの前記圧縮機１は中速となつて、四路切換
弁２を正常に作動させるに足る高低圧々力差を該
切換弁２の作動部に与えることができる。

１２は設定温度信号Tsと実測温度信号Toとを
入力要素とした始動補償解除信号出力手段であつ
て、両温度信号、Ts，Toの差が縮まるか拡がる
かを演算して、その差が縮まつて実測温度信号
Toが設定温度信号Tsに接近する状態のときに所
定温度例えば0.5℃だけ接近したことを検出する
と、前記始動補償信号出力手段１０に対して始動
補償解除信号（出力「Ｈ」で表わされる）を発
し、始動補償信号の発信を解除せしめるよう作動
するものである。

従つて、この場合、前記補償信号出力手段１０
の作動が解除されると、当然、始動制御手段１１
は非作動となつて、可変速圧縮機１は設定温度信
号Tsと実測温度信号Toとの差に応じた速度に回
転制御され、通常の制御運転に復するようにな
る。

叙上の構成を有する始動補償装置の作動態様を
第４図に併せて参照しながら以下概要説明すると
運転開始の操作を行つた始点で（ステツプ(イ)）、
これが長時間停止していた状態での最初の操作で
あることによつて始動信号出力手段７から前記始
動信号が発せられる。

そして運転モードが例えば除湿主体の冷房運転
で四路切換弁２の切換操作が必要であることを判
断（ステツプ(ロ)）した結果、弁切換信号の発信を
含めて各処理信号が発せられる。

運転制御回路は設定温度信号Tsと実測温度信
号Toとの差の演算ならびにこの温度差に応じた
要求周波数F_Yの算定を行つて、該要求周波数F_Y
が、四路切換弁２に対する作動補償が必要になる
周波数F_M例えば55ヘルツとの比較を行わせる
（ステツプ(ハ)）。

この比較結果が実測温度信号Toと設定温度信
号Tsとの差が小さいことによつてF_Y≦F_Mである
と低速制御信号出力手段９が低速制御信号を発す
る結果、それ等３つの信号が存在することによつ
て始動補償信号出力手段１０が作動し始動補償信
号を発する。

この出力により始動制御手段１１が作動し、前
記始動補償解除信号出力手段１２が実測温度To
に変更がないことを判断（ステツプ(ニ)）して非作
動であるとの条件で、運転周波数F_Uが所定ヘル
ツすなわち四路切換弁２を確実に切換作動するに
足る最小周波数F_S例えば55ヘルツになるように圧
縮機駆動手段６に制御指令を発する（ステツプ
(ホ)）。

かくして、圧縮機駆動手段６は55ヘルツの電圧
を出力し（ステツプ(ヘ)）、四路切換弁２は弁の正
常作動に必要な流体圧力が確保されることによつ
て切換えが完了する（ステツプ(チ)）。

四路切換弁２の切換えが確実に成され、かつ、
圧縮機１が55ヘルツに対応する出力で駆動して室
内の除湿を主とした冷房が開始されるので、室内
は徐々に設定温度Tsに近付くようになり、例え
ば最初の実測温度Toに比して0.5℃低下した温度
T₂に達すると、始動補償解除信号出力手段１２
がこの温度低下を判断（ステツプ(ニ)）して作動
し、前記始動補償信号出力手段１０に対して始動
補償解除信号を発する。

従つて、運転周波数F_Uがその時点での要求周
波数F_Y例えば30ヘルツになるように圧縮機駆動
手段６に指令が発せられ（ステツプ(リ)）、該駆動
手段６は30ヘルツの電圧を出力する（ステツプ
(ヘ)）。

このように一連の始動補償制御が成される結
果、四路切換弁２は確実に冷房側にセツトされて
作動不良の問題は解消される。

なお、このときの冷房運転の推移は第５図に示
す通りであつて、此の場合において室温が設定温
度まで低下して冷房運転を停止させた際には、四
路切換弁２を冷房側に設定したまゝにしておくこ
とによつて、爾後は始動補償と同じ補償制御を行
わなくてよく、圧縮機駆動手段６による通常の運
転制御で対処し得る。

（発明の効果） 本発明は以上詳述したように、始動時の圧縮機
１に対する運転要求回転速度が四路切換弁２を作
動させるに必要な差圧が得られない程度に低い場
合には、始動補償信号出力手段１０によつてこれ
を判断した後、必要差圧が得られる回転速度まで
可変速圧縮機１を駆動させる出力を圧縮機駆動手
段６から発せしめるようにすると共に、四路切換
弁２が正常に作動したことを始動補償解除信号出
力手段１２によつて検出し、かつ、前記圧縮機駆
動手段６を通常の作動に復せしめるようにしたか
ら、四路切換弁２は所定位置まで正確に切換作動
し、中立位置で停止する如き不都合は解消され、
かくして四路切換弁２の不確実な作動にもとづく
エネルギー損失、圧縮機１の損傷を抑えて、制御
信頼性を向上せしめる効果を奏する。

また本発明は、始動時に圧縮機１を比較的高い
出力で強制的に駆動するようにしたから、速冷
房、速暖房の効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の１実施例に係る冷
凍回路図及び電気制御回路図、第３図は第１図に
おける四路切換弁の構造図、第４図及び第５図は
本発明の１実施例に係るフロー線図及び冷房運転
推移線図である。 １……可変速圧縮機、２……四路切換弁、３…
…熱源側コイル、４……減圧器、５……利用側コ
イル、６……圧縮機駆動手段、７……始動信号出
力手段、８……弁切換信号出力手段、９……低速
制御信号出力手段、１０……始動補償信号出力手
段、１１……始動制御手段、１２……始動補償解
除信号出力手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変速圧縮機１、冷凍回路中の冷媒が作動流
   体として与えられる四路切換弁２、熱源側コイル
   ３、減圧器４、利用側コイル５、前記可変速圧縮
   機１の回転速度を前記四路切換弁２が切換作動し
   得ない回転速度まで低減制御せしめる圧縮機駆動
   手段６を備えた空気調和機において、 前記圧縮機１を始動させるための始動信号を発
   する始動信号出力手段７と、 前記四路切換弁２を切換作動するための弁切換
   信号を発する弁切換信号出力手段８と、 四路切換弁２が作動不良を来す如き低回転速度
   で前記可変速圧縮機１を運転させる制御出力を前
   記圧縮機駆動手段６から出力しているときに低速
   制御信号を発する低速制御信号出力手段９と、 始動信号、弁切換信号及び低速制御信号の三つ
   の信号の論理積によつて作動し、始動補償信号を
   発する始動補償信号出力手段１０と、 前記始動補償信号出力手段１０が発する前記始
   動補償信号によつて作動し、前記四路切換弁２を
   正常作動させるに十分な速度で前記圧縮機１を運
   転させる制御出力を前記圧縮機駆動手段６から出
   力せしめる始動制御手段１１と、 前記始動制御手段１１が作動後に、空気調和対
   象域での実測温度が変化して所定温度だけ前記設
   定温度に接近した状態となるのを検出して、前記
   始動補償信号出力手段１０に対し始動補償信号の
   発信を解除せしめる始動補償解除信号を発する始
   動補償解除信号出力手段１２とを設けたことを特
   徴とする空気調和機の始動補償装置。