JPH0567858B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、回転数可変圧縮機を備えた空気調
和機に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、空気調和機にあつては、インバータ回
路およびこのインバータ回路から出力される電力
の出力周波数に応じて回転数が変化する回転数可
変圧縮機を備え、前記インバータ回路の出力周波
数を空調負荷に応じて変化させることにより、そ
の空調負荷に対応する最適な能力の運転を行なう
ようにしたものがある。

ところで、このような空気調和機においては、
運転時、低周波数運転領域において回転数可変圧
縮機に振動が生じるという問題がある。すなわ
ち、第７図は回転数可変圧縮機を上方から見たも
ので、圧縮機本体１に回転方向振動（図示破線矢
印）と法線方向振動（図示実線矢印）とが生じる
ことを示している。なお、図中２はサクシヨンカ
ツプである。そして、これら回転方向振動および
法線方向振動は、第８図に示すように運転周波数
が低くなるほど急激にしかも加速度的に振幅が増
大するという特徴があり、たとえば最低運転周波
数20Hz付近では振動によつて接続配管が折損して
しまうとかセツト振動が増大するなどの不具合を
生じる。特に、回転方向振動は、圧縮機のトルク
変動から生じるもので、最低運転周波数20Hz付近
では冷媒のアンバランス量から生じる法線方向振
動の10倍にも達する。

このような事情に対処し、従来では圧縮機の最
低運転周波数を30Hz程度に抑え、それ以下の運転
周波数が必要な状況では圧縮機の運転をオン、オ
フしていた。

しかしながら、周波数制御による能力可変幅の
縮小および圧縮機のオン、オフ運転は省エネルギ
の面で好ましいものではなく、また室内温度の変
動が大きいという欠点があり、できれば最低運転
周波数を20Hz程度まで下げて周波数制御による能
力可変幅を拡大し、圧縮機のオン、オフ運転を行
なわないようにすることが望ましい。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、圧縮機の振動
を抑制しながら周波数制御による能力可変幅の拡
大を可能とし、これにより圧縮機のオン、オフ運
転を不要とし、接続配管の折損防止、省エネルギ
効果の向上、および室内温度変動の抑制などを可
能とするすぐれた空気調和機を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

この発明は、回転方向振動の要因である圧縮機
のトルク変動が圧縮比に比例することに着目した
もので、回転数可変圧縮機の圧縮負荷を検出する
検出手段を設けるとともに、この検出手段の検出
結果が一定値以下つまりトルク変動が小さいとき
は回転数可変圧縮機の最低周波数による運転を許
容し、前記検出手段の検出結果が一定値以上つま
りトルク変動が大きいときには回転数可変圧縮機
の最低周波数による運転を禁止する制御手段を設
けたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

第２図に示すように、回転数可変圧縮機１１、
四方弁１２、室外熱交換器１３、減圧装置たとえ
ば膨張弁１４、および室内熱交換器１５などが順
次連通され、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成
されている。すなわち、冷房運転時は図示実線矢
印の方向に冷媒が流れて冷房サイクルが形成さ
れ、暖房運転時は図示破線矢印の方向に冷媒が流
れて暖房サイクルが形成されるようになつてい
る。そして、少なくとも回転数可変圧縮機１１、
四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４、お
よび室外フアン１６などにより室外ユニツトＡが
構成されている。さらに、少なくとも室内熱交換
器１５および室内フアン１７などにより室外ユニ
ツトＢが構成されている。

第３図は制御回路である。

まず、２０は商用交流電源である。電源２０に
はノイズフイルタ２１、トランス２２、および制
御部電源回路２３を介して室内制御部２４が接続
されている。この室内制御部２４はマイクロコン
ピユータおよびその周辺回路からなるもので、外
部にはクロツク信号発生回路２５、イニシヤライ
ズ回路２６、およひフオトサイリスタ２７が接続
されている。フオトサイリスタ２７は、室内制御
部２４からの指令に応じてオン、オフ動作し、各
種情報に対応するシリアル信号を室外ユニツトＡ
に転送するものである。また、２８は室内空気温
度センサ（サーミスタ）で、この室内空気温度セ
ンサの出力はＡ／Ｄ（アナログ／デイジタル）変
換器２９を介して上記室内制御部２４に供給され
るようになつている。３０は室内熱交温度センサ
で、前記室内熱交換器の温度を検知するもので、
この室内熱交温度センサ３０の出力はＡ／Ｄ変換
器３１を介して上記室内制御部２４に供給される
ようになつている。一方、電源２０には室内フア
ンモータ電源回路３２およびフアンモータ駆動回
路３３を介して室内フアンモータ１７Ｍが接続さ
れている。ここで、フアンモータ駆動回路３３
は、室内制御部２４からの指令に応じて室内フア
ンモータ１７Ｍの回転速度を切換えるものであ
る。そして、電源２０の出力はパワーリレー３４
を介して室外ユニツトＡに供給されるようになつ
ている。このパワーリレー３４は、室内制御部２
４の指令に応動するリレードライバ３５によつて
オン、オフ駆動されるようになつている。

しかして、室外ユニツトＡにおいて、上記パワ
ーリレー３４から供給される電源出力は電源回路
４０に供給され、この電源回路４０の出力は室外
制御部４１、インバータ制御回路４２、およびト
ランジスタ駆動回路４３にそれぞれ供給されるよ
うになつている。室外制御部４１は、マイクロコ
ンピユータおよびその周辺回路からなるもので、
外部には受信回路４４、リレードライバ４５、お
よび上記インバータ制御回路４２が接続されてい
る。ここで、受信回路４４は、室内ユニツトＢの
フオトサイリスタ２７から転送されるシリアル信
号を受け、そのシリアル信号に基づく情報を室外
制御部４１に供給するものである。インバータ制
御回路４２は、室外制御部４１からの指令に応じ
て上記トランジスタ駆動回路４３を制御するもの
である。また、４６は室外空気温度センサで、こ
の室外空気温度センサの出力はＡ／Ｄ変換器４７
を介して室外制御部４１に供給されるようになつ
ている。４８は室外熱交温度センサで、前記室外
熱交換器１３の温度を検知するもので、その出力
はＡ／Ｄ変換器４９を介して室外制御部４１に供
給されるようになつている、一方、パワーリレー
３４から供給される電源出力はコンバータ回路５
０で直流に変換されてインバータ回路５１に供給
されるようになつている。このインバータ回路５
１は、多数のスイツチング素子たとえばトランジ
スタを有し、これらトランジスタが上記トランジ
スタ駆動回路４３によつてオン、オフ駆動される
ことにより、コンバータ回路５０からの直流電力
を所定周波数および電圧の交流電力に変換して出
力するものである。しかして、インバータ回路５
１の出力は圧縮機モータ１１Ｍに供給されるよう
になつている。また、パワーリレー３４から供給
される電源出力はリレー５２，５３をそれぞれ介
して室外フアンモータ１６Ｍおよび四方弁１２に
供給されるようになつている。なお、リレー５
２，５３は室外制御部４１の指令に応動するリレ
ードライバ４５によつて駆動されるようになつて
いる。

つぎに、上記のような構成において第１図のフ
ローチヤートを参照しながら動作を説明する。

いま、暖房運転が行なわれているものとする。
このとき、室内制御部２４は室内空気温度センサ
２８によって室内空気温度を検知しており、その
室内空気温度つまり空調負荷に応じた能力設定指
令情報を室外制御部４１に転送する。室外制御部
４１は、転送されてくる能力設定指令情報に基づ
いてインバータ制御回路４２に指令を与え、イン
バータ回路５１から所定周波数および電圧の交流
電力を出力せしめる。この場合、空調負荷が大き
ければインバータ回路５１から高周波数および高
電圧の交流電力が出力され、空調負荷が小さけれ
ばインバータ回路５１から低周波数および低電圧
の交流電力が出力される。したがつて、空調負荷
が大きければ圧縮機モータ１１Ｍが高回転数で動
作し、高能力の暖房運転が行なわれる。また、空
調負荷が小さければ圧縮機モータ１１Ｍが低回転
数で動作し、低能力の暖房運転が行なわれる。

ただし、室内制御部２４は室内熱交温度センサ
３０によつて室内熱交換器１５の温度を検知して
おり、その熱交温度Tcによつて高圧側圧力を間
接的に検出し、この高圧側圧力によつて圧縮機１
１の圧縮負荷を間接的に検出する。この場合、熱
交温度Tcが設定値Tcsと同じまたはそれよりも
高ければ（Tc−Tcs≧０）、つまり高圧側圧力が
所定値以上であれば、圧縮負荷が一定値以上の状
況にあると判断する。このように、圧縮負荷が一
定値以上であることを室内制御部２４が検出する
と、その室内制御部２４および室外制御部４１の
制御により、最低周波数Fo（たとえば20Hz）によ
る圧縮機１１の運転が禁止される。すなわち、空
調負荷が小さくて最低周波数Foによる運転が必
要な状況であつても、インバータ回路５１の出力
周波数がFoになることはなく、その場合の運転
周波数ＦはＦ＝Fo＋Δ（＝たとえば30Hz）に設定
される。

一方、熱交温度Tcが設定値Tcsよりも低けれ
ば（Tc−Tcs＜０）、つまり高圧側圧力が所定値
以下であれば、圧縮負荷が一定値以下の状況にあ
ると判断する。このように、圧縮負荷が一定値以
下であることを室内制御部２４が検出すると、そ
の室内制御部２４および室外制御部４１の制御に
より、最低周波数Foによる運転禁止が解除され
る。すなわち、空調負荷が小さくて最低周波数
Foによる運転が必要な状況であれば、インバー
タ回路５１の出力周波数はFoとなる。

このように、圧縮機１１の圧縮負荷が大きくて
トルク変動が大きい場合のみ最低周波数Foによ
る運転を禁止するようにしたので、回転方向振動
を抑制しながら周波数制御による能力可変幅を拡
大することができる。よつて、接続配管の折損を
防止することができ、しかも圧縮機１１のオン、
オフ運転が不要となつて省エネルギ効果の向上が
図れ、さらには室内温度の変動を小さくすること
ができる。

なお、圧縮機１１の圧縮負荷を室内熱交換器１
５の温度により検出する場合について説明した
が、これは暖房運転の場合であり、冷房運転時は
室外熱交換器１３の温度によつて圧縮負荷を検出
すればよい。

また、上記実施例では、熱交換器の温度によつ
て圧縮負荷の検出するようにしたが、第４図に示
すように室内送風量Ｗによつて圧縮負荷を検出す
るようにしてもよい。すなわち、室内制御部２４
は空調負荷などに応じて室内フアンモータ１７Ｍ
の速度を制御しており、その室内フアンモータ１
７Ｍの速度によつて高圧側圧力を間接的に検出
し、この高圧側圧力によつて圧縮機１１の圧縮負
荷を間接的に検出する。この場合、室内フアンモ
ータ１７Ｍが中速度または低速度であれば、高圧
側圧力が所定値以上であると判断し、それにより
圧縮負荷が一定値以上の状況にあると判断する。
このように、圧縮負荷が一定値以上であることを
室内制御部２４が検出すると、その室内制御部２
４および室外制御部４１の制御により、最低周波
数Fo（たとえば20Hz）による圧縮機１１の運転が
禁止される。一方、室内フアンモータ１７Ｍが高
速度であれば、高圧側圧力が所定値以下であると
判断し、それにより圧縮負荷が一定値以下の状況
にあると判断する。このように、圧縮負荷が一定
値以下であることを室内制御部２４が検出する
と、その室内制御部２４および室外制御部４１の
制御により、最低周波数Foによる運転禁止が解
除される。

さらに、第５図に示すように圧縮負荷を空気温
度Taによつて検出するようにしてもよい。すな
わち、暖房運転時は室内空気温度センサ２８によ
つて室内温度を検知し、その室内空気温度によつ
て高圧側圧力を間接的に検出し、この高圧側圧力
によつて圧縮機１１の圧縮負荷を間接的に検出す
る。この場合、室内温度が高ければ、高圧側圧力
が所定値以上であると判断し、それにより圧縮負
荷が一定値以上の状況にあると判断する。このよ
うに、圧縮負荷が一定値以上であることを室内制
御部２４が検出すると、その室内制御部２４およ
び室外制御部４１の制御により、最低周波数Fo
（たとえば20Hz）による圧縮機１１の運転が禁止
される。一方、室内空気温度が低ければ、高圧側
圧力が所定値以下であると判断し、それにより圧
縮負荷が一定値以下の状況にあると判断する。こ
のように、圧縮負荷が一定値以下であることを室
内制御部２４が検出すると、その室内制御部２４
および室外制御部４１の制御により、最低周波数
Foによる運転禁止が解除される。なお、冷房運
転時は室外空気温度が高いときに最低周波数Fo
による運転を禁止し、室外空気温度が低ければ禁
止を解除する。

また、第６図に示すように、室内送風量Ｗによ
る検知と空気温度Taによる検知との二段構えで
制御を行なうようにしてもよく、そうすれば制御
の信頼性向上が図れる。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、回転数可
変圧縮機の圧縮負荷を検出する検出手段を設ける
とともに、この検出手段の検出結果が一定値以下
のときには回転数可変圧縮機の最低周波数による
運転を許容し、前記検出手段の検出結果が一定値
以上のときには回転数可変圧縮機の最低周波数に
よる運転を禁止する制御手段を設けたので、圧縮
機の振動を抑制しながら周波数制御による能力可
変幅の拡大を可能とし、これにより圧縮機のオ
ン、オフ運転を不要とし、接続配管の折損防止、
省エネルギ効果の向上、および室内温度反変動の
抑制などを可能とするすぐれた空気調和機を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の動作を説明する
ためのフローチヤート、第２図は同実施例におけ
る冷凍サイクルの構成図、第３図は同実施例にお
ける制御回路の構成図、第４図、第５図、および
第６図はそれぞれこの発明の他の実施例の動作を
説明するためのフローチヤート、第７図は回転数
可変圧縮機の振動を説明するための図、第８図は
回転数可変圧縮機の運転周波数と振動振幅との対
応関係を示す図である。 １１……回転数可変圧縮機、Ａ……室外ユニツ
ト、Ｂ……室内ユニツト、２４……室内制御部、
２８……室内空気温度センサ、３０……室内熱交
温度センサ、４１……室外制御部、４６……室外
空気温度センサ、４８……室外熱交温度センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インバータ回路およびこのインバータ回路の
   出力周波数に応じて回転数が変化する回転数可変
   圧縮機を備え、空調負荷に応じて前記インバータ
   回路の出力周波数を制御する空気調和機におい
   て、前記圧縮機の圧縮負荷を検出する検出手段
   と、この検出手段の検出結果が一定値以下のとき
   は最低周波数による前記圧縮機の運転を許容し、
   前記検出手段の検出結果が一定値以上のときには
   最低周波数による前記圧縮機の運転を禁止する制
   御手段とを具備したことを特徴とする空気調和
   機。 ２ 検出手段は、熱交換器の温度により圧縮負荷
   を検出するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の空気調和機。 ３ 検出手段は、室内送風量により圧縮負荷を検
   出するものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の空気調和機。 ４ 検出手段は、空気温度により圧縮負荷を検出
   するものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の空気調和機。