JPH037858B2 - - Google Patents

Description

１ 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。

【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に、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１２とパイロツト弁２５とからなり、四
方弁本体１２は角形状椀状のスライド弁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１２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１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
密連動し、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，２５ｃ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１２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) 除湿主体の冷戻運転、 室温と設定温度の差が1.5℃以内で湿度が高
いときに、冷却能力を押え、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
量を超微風で運転するとき。

(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、潤滑不良など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
直後の所定時間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、計時
手段１０と、始動制御手段１１との５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
ための弁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。

つづいて前記計時手段１０は長時間停止の後な
どに発せられる前記始動信号、前記弁切換信号及
び前記低速制御信号の三つの信号の論理積により
計時開始して計時信号を発し、該信号を所定時間
経過し計時完了するまで持続する構成としてい
る。

一方、前記始動制御手段１１は、前記計時手段
１１が計時信号を発している間、前記四路切換弁
２を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
出力せしめる構成となしている。

（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、計時手
段１０で設定した時間例えば30秒の間は、始動制
御手段１１から所要回転で可変速圧縮機１を強制
駆動せしめ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。

（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及び該コイル用フアン３３を備えた室内ユ
ニツトＩと、両ユニツトＩ，Ｏ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１２のスライド弁１７外方のシ
リンダ内空間（斜線示の部分）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１２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。

ところで暖房サイクルから、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が発すず設定温度信号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手段６
１、この周波数指令手段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１
Ｍに印加するように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戻サイク
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
設置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で圧縮機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
ることは前述した通りである。

１０は計時手段、例えばタイマ回路であつて、
短時間例えば30秒の設定時限を有し、計時を行つ
ている間、計時信号を発するように形成してい
る。

上記タイマ回路１０は、前記始動信号、前記弁
切換信号及び前記低速制御信号の三つの信号が共
に発信されていることによつて、計時を開始する
ように作動する。

１１は前記タイマ回路１０の出力を受けて作動
する始動制御手段１１であつて、タイマ回路１０
の計時作動中は運転制御回路に出力を発して、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禁止出力を発
する。

なお、55ヘルツの周波数を持つ電力が印加され
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に与えることができる。

叙上の構成を有する始動補償装置の作動態様を
第４図を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時点で（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（ステツプ(ロ)）、前記始動信号７が
発せられる。

そして運転モードが冷房で四路切換弁２の切換
操作が必要であることを判断して（ステツプ(ハ)）、
弁切換信号が発せられると、つづいて運転制御回
路において設定温度信号（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、作動補償が必要になる周波（F_M）
例えば40ヘルツとの比較を行わせる（ステツプ
(ニ)）。

この比較結果がF_Y≦F_Mであるとステツプ(ホ)か
ら分岐してステツプ(ヘ)に進み、低速制御信号を発
する結果、タイマ回路１０が作動して計時開始す
る。

そしてタイマー回路１０が計時完了するまでの
間は前記始動制御手段１１が作動して、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(チ)）。

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(ヌ)）、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（ヲ））。

その後、タイマ回路１０が計時完了により（ス
テツプ(ト)）、始動制御手段１１の作動が解除され
る結果、運転周波数F_Uは始めの要求周波数（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)）、該圧縮機駆動手
段６は30ヘルツの電を出力する（ステツプ(ヌ)）。

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、
作動不良の問題は解消される。

（発明の効果） 本発明は以上詳述した如き構成及び作用を有す
るものであつて、始動時の運転要求回転速度が低
い場合は計時手段１０で設定した時間に限つて圧
縮機駆動手段６から四路切換弁の正常作動に必要
は差圧を確保し得る回転速度まで可変速圧縮機１
を駆動させるようにしたから、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。

【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図は本発明の１
実施例に係る運転状態示フロー図である。 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……計時手段、１１……
始動制御手段。

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り計時開始して計時信号を発
   し、該信号を所定時間経過し計時完了するまで持
   続する計時手段１０と、 前記計時手段１０が計時信号を発している間、
   前記四路切換弁２を作動させるに十分な速度で前
   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から出力せしめる始動制御手段１