JPH07117304B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は冷凍装置に関するものであり、さらに詳しく
は、圧縮能力可変な圧縮機を有すると共に、その圧縮機
の起動時制御機能を有する冷凍装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年インバータ制御装置による回転数可変形の圧縮機を
有する冷凍装置が経済性の高い装置として、空気調和機
等に多用されつつある。このような装置では、例えば空
調負荷つまり室内検出温度と設定温度との温度差に応じ
た回転数で圧縮機の駆動が行われるものであるが、起動
時には、上記温度差が大で、このときの負荷に応じる回
転数は最高回転数となるのが普通であり、停止状態から
この最高回転数へと短時間で回転数を上昇させていく際
には、圧縮機の安定性を損なうという問題がある。それ
は特にセパレート形空気調和機において外気温が低く、
したがって室外ユニット内の圧縮機も低い温度状態で起
動する場合に生じるもので、このとき圧縮機中の冷凍機
油の温度も低く、したがって潤滑が充分に行われない状
態であること、また低温油には冷媒が多量に溶け込んで
おり、この状態で回転数を急速上昇するとこの油中冷媒
の急速放出に伴うホーミング現象を生じ、この際に冷凍
機油も同時に持ち去られることとなって、圧縮機中の油
量が必要量以下に減少し、いわゆる油上がりを生じて潤
滑に支障をきたすようになること等のためである。

そこで例えば特開昭61-110834号公報には、起動時に、
圧縮機を低い回転数から段階的に増加させていく立上げ
制御機能を有する空気調和機が示されている。このよう
に、回転数の急速上昇を抑えて始動することによって、
冷凍機油の撹拌速度が抑えられることにより油中冷媒の
放出が徐々に行われ、したがって冷凍機油の吐出量を小
さなものとして油上がりを防止しながら、充分な潤滑性
能が得られる油温まで上昇させる構成となされている。

さらに上記の回転数を抑えた立上げ制御に加えて、圧縮
機の運転停止中にこの圧縮機を予熱する構成とすること
によって、上記の立上げ時間を短くして、例えば暖房運
転における速暖性を向上することが可能となる。このた
めに例えば三相モータとして構成される圧縮機電動機に
対して、二相のみに通電する、いわゆる欠相運転とする
ことによって回転動作を生じさせずにモータコイルで発
熱させ、これによって圧縮機を運転停止中に予熱してお
くと共に、この予熱の結果、起動後の圧縮機の初期回転
数を従来よりも高くし得ることによって、立上げ時間を
短くする構成が近年採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら運転停止中に上記の欠相運転を常時行う構
成とする場合には、例えば運転停止期間が長期に渡るよ
うな場合における消費電力の累積が使用者にとって容認
し得るものとはならずに利用快適性を損なう結果となっ
たり、また上記の欠相運転中にはうなり音をわずかに生
じるために、これが利用者に不快感を誘うことによりブ
レーカが切られて装置への電源供給が断たれ、その後、
ブレーカと運転開始スイッチとが続けて作動操作された
ような場合に、上記の予熱運転を前提とした立上げ制御
では例えば前記の油上がりを生じることとなって、圧縮
機の信頼性を充分には確保できないものとなる。

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、使用者の利用快適性と圧縮機の信頼性とを向上し得
る冷凍装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこで第１図に示すように、この発明の第１請求項記載
の冷凍装置は、圧縮能力可変な圧縮機１を有すると共
に、上記圧縮機１の運転停止時にこの圧縮機１を予熱す
る加熱手段10と、上記圧縮機１の起動時、この圧縮機１
を設定能力よりも低い第１圧縮能力で所定時間の駆動を
行い、その後、上記設定能力での駆動を行うべく制御す
る圧縮機制御手段11とを設けて成る冷凍装置であって、
さらに上記加熱手段10による予熱運転を解除するための
解除スイッチ５を設けると共に、上記予熱運転の解除が
なされているときに、上記圧縮機１の起動時、上記圧縮
機制御手段11による制御の前に、上記第１圧縮能力より
も低い第２圧縮能力で上記圧縮機１を一定時間運転すべ
く制御する補助運転制御手段12を設けている。

また第２請求項記載の冷凍装置は、上記第１請求項記載
の装置において、上記圧縮機１の温度状態を検出する温
度検出手段16をさらに設けると共に、その検出温度が基
準温度を超えていると共に、その検出温度が基準温度を
超えているときには、上記補助運転制御手段12による運
転を抑止する高温時規制手段17を設けている。

（作用） 上記第１請求項記載の冷凍装置においては、解除スイッ
チ５を使用者が操作することによって、加熱手段10によ
る圧縮機１の予熱運転を行うか否かの選択が可能であ
り、また上記解除スイッチ５の切換状態によって、予熱
運転が行われたか否かを、より確実に判別することが可
能となる。そこで予熱運転が行われる状態が判別される
場合には、この予熱運転を前提として、第１圧縮能力か
ら設定能力へと変化させる圧縮機制御手段11による駆動
制御で、例えば空気調和機における暖房運転時の速暖性
を与える運転開始状態とすることができ、そして上記の
予熱運転が選択されていない場合においては、この予熱
運転と同様の効果を与える補助運転制御手段12による第
２圧縮能力での運転期間を経た後、上記圧縮機制御手段
11による駆動制御へと移行させる制御によって、例えば
油上がり等を確実に防止した運転開始状態に自動的に切
換えるようにすることができる。このように上記におい
ては使用者の要求に合わせた運転の開始を圧縮機１の信
頼性を損なうことなく実施することが可能である。

また上記第２請求項記載の冷凍装置においては、上記補
助運転制御手段12による運転で与えようとする温度状態
が、例えば外気温度が高いこと等によって、自然放置状
態においてすでに得られている場合に、上記補助運転制
御手段12による第２圧縮能力での運転期間を経ることな
くすぐに上記圧縮機制御手段11による運転の開始がなさ
れるので、例えば速暖性の向上と共に、不要な電力消費
がさらに抑えられることによって経済性が向上し、使用
者の利用快適性をさらに向上させることが可能となる。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置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。

第２図には、圧縮機１の他、室外熱交換器（図示せず）
等を収納した一台の室外ユニットＸに、それぞれ室内熱
交換器（図示せず）を有する二台の室内ユニットＡ、Ｂ
を接続して構成した二室空調用セパレート形空気調和機
における上記圧縮機１の運転制御系統図を示している。
上記圧縮機１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1aを有するものである。

まず上記各室内ユニットＡ、Ｂはそれぞれ室内制御装置
２を有しており、これらの各室内制御装置２には、運転
操作用リモコン３と室内サーモ４と、後述する予熱運転
を実施するか否かを選択する予熱スイッチ（解除スイッ
チ）５とがそれぞれ接続されている。上記運転操作用リ
モコン３は運転スイッチと希望室温設定スイッチとを備
えており、上記運転スイッチがONであり、かつ上記室内
サーモ４で検出される室温が設定室温に達していないと
きに、上記室内制御装置２から上記室外ユニットＸへ、
運転要求信号と、上記設定室温と検出室温との温度差信
号とが送信される。また上記各予熱スイッチ５のON/OFF
状態信号も上記各室内制御装置２を介して上記室外ユニ
ットＸへと送信される。

一方、上記室外ユニットＸは室外制御装置６を有してお
り、この室外制御装置６はマイクロコンピュータより成
る室外制御部７と、インバータ制御部８と予熱通電制御
部９とを備えている。上記室外制御部７は、まず上記圧
縮機１の運転停止時におけるこの圧縮機１の予熱運転制
御機能を有しており、圧縮機１の運転停止中において上
記各室内ユニットＡ、Ｂの各予熱スイッチ５の少なくと
も一方がON状態である場合には、上記予熱通電制御部９
に予熱運転指令信号を出力し、これにより上記圧縮機１
内部のモータコイルに、この圧縮機１を加熱するための
通電が上記インバータ1aを介して行われるようになされ
ている。つまり前記したように、三相モータとして構成
されている圧縮機電動機の上記モータコイルの二相のみ
に通電し、回転動作を生じさせずにこのモータコイルで
発熱させることによって上記圧縮機１を運転停止中に予
熱しておく欠相運転、すなわち予熱運転が行われるよう
になされているのである。したがってこの実施例におい
ては、運転停止時に圧縮機１を予熱する加熱手段10をこ
の圧縮機１に内蔵されているモータコイルで兼用する構
成となされている。

そして上記の圧縮機１の運転停止中に室内ユニットＡ、
Ｂの少なくとも一方で前記の運転要求信号が発生された
場合には、上記室外制御部７からの上記予熱運転指令信
号が停止され、これにより上記の予熱運転が停止される
と共に、この室外制御部７で上記圧縮機１を回転駆動す
るための指令周波数信号が発生され、この指令周波数信
号が上記インバータ制御部８に出力されることによっ
て、上記圧縮機１がインバータ1aを介して上記指令周波
数信号に応じた回転速度で駆動される。

上記の指令周波数信号を発生するために、上記室外制御
部７には、上記予熱運転の実施を前提とした起動時制御
を行った後、室内ユニットＡ、Ｂ側の負荷に応じた回転
数の制御に移行する圧縮機運転制御部（圧縮機制御手
段）11と、上記予熱運転が行われない場合にこの予熱と
略同等の効果を与えるための補助運転制御部（補助運転
制御手段）12とが設けられている。上記圧縮機運転制御
部11において、第３図（ａ）に示しているように、駆動
周波数可変範囲の上限値、例えば180Hzよりも低い130Hz
を初期周波数としてまず出力し、この周波数での圧縮機
１の駆動を所定時間行った後、さらに150Hzに段階的に
上昇させてこの周波数でさらに所定時間の駆動を行う起
動時制御をまず行うようになされている（以下、上記圧
縮機運転制御部11によるこの二段階の起動時制御運転を
油上がり防止運転と言う）。この油上がり防止運転をま
ず終えた後に、上記圧縮機運転制御部11で、上記室内ユ
ニットＡ、Ｂにおける運転要求のある室内ユニットの台
数及び温度差に対応した周波数を逐次決定してその周波
数を上記インバータ制御装置４に出力し、これによっ
て、室内ユニットＡ、Ｂ側の負荷の変化に応じた圧縮能
力での制御を行っていくようになされている（以下、こ
の負荷に応じる制御運転を定常運転と言う）。

一方、上記補助運転制御部12は、上記圧縮機運転制御部
11での初期周波数130Hzよりもさらに低い、例えば100Hz
を一定時間出力する（以下、この補助運転制御部12によ
る制御運転を補助運転と言う）。この補助運転制御部12
による圧縮機１の駆動制御が上記圧縮機運転制御部11に
よる制御の前に行われる場合には、第３図（ｂ）に示す
ように、３段階のステップを経て室内ユニットＡ、Ｂ側
の負荷の変化に応じた圧縮能力での定常運転制御に移行
することとなる。

上記室外制御部７には、第２図に示しているように、さ
らに室外ユニットＸ内の適当個所に配置されて外気温度
を検出する外気温センサ14と上記圧縮機１の吐出配管15
に取着されてこの圧縮機１の温度状態を検出する吐出管
温度センサ（温度検出手段）16とが接続されており、起
動時に、上記補助運転制御部12による制御を実施するか
否かは、上記各室内ユニットＡ、Ｂの予熱スイッチ５に
おけるON/OFF状態信号と、上記外気温センサ14及び吐出
管温度センサ16での各検出温度に基づいて上記室外制御
部７においてい決定するようになされているが、このよ
うな起動時の制御について、第４図の起動時制御フロー
チャートを参照して次に説明する。

まずステップS1は、圧縮機１の運転停止時に各室内ユニ
ットＡ、Ｂでの前記運転要求信号の発生を待つステップ
であって、この間の運転停止時においては、前記各室内
ユニットＡ、Ｂの各予熱スイッチ５の少なくとも一方が
ON状態にある場合に、前記した圧縮機１の予熱運転を行
っている。そして室内ユニットＡ、Ｂの少なくとも一方
で運転スイッチがON操作され、運転要求信号が室外制御
部７に入力された場合に、上記ステップS1からステップ
S2に移行する。なおこの時に上記予熱運転は停止され
る。

上記ステップS2においては、上記各室内ユニットＡ、Ｂ
の各予熱スイッチ５のON/OFF状態が判別される。いずれ
の予熱スイッチ５も共にOFF状態である場合、すなわち
圧縮機１の停止中に上記の予熱運転が行われない状態で
ある場合には、次いでステップS3において、前記外気温
センサ14で検出される外気温度Taを予め定めている第１
基準温度T1と比較し、上記TaがT1以下の場合には、さら
にステップS4において前記吐出管温度センサ16で検出さ
れる吐出管温度Tbを第２基準温度T2と比較する。そして
上記TbがT2以下である場合に、ステップS5に移行して前
記補助運転制御部12に補助運転指令信号が発生され、こ
れによって前記した低周波数（例えば100Hz）の指令周
波数信号がインバータ制御装置８に出力されて、この圧
縮機１の運転、すなわち前記補助運転が開始される。こ
の低周波数での補助運転を、ステップS6の時間経過待ち
の処理ステップにおいて、一定時間t1継続した後、ステ
ップS7に移行し、上記の補助運転に引き続いて、前記圧
縮機運転制御部11による油上がり防止運転を経て定常運
転に移行する駆動制御がなされることとなる。

一方、上記ステップS2において各予熱スイッチ５の少な
くとも一方がON状態であった場合、すなわち圧縮機１の
停止中に予熱運転が行われている状態であった場合に
は、上記のステップS2からステップS7に移行し、上記し
た圧縮機運転制御部11で発生される初期周波数130Hzを
起動時指令周波数として圧縮機１の運転を開始する。す
なわちこのときには上記補助運転制御部12による100Hz-
t1時間の補助運転を行うことなく、すぐに上記圧縮機運
転制御部11による駆動制御によって、起動されるのであ
る。さらに、予熱スイッチ５の双方がOFF状態であり、
予熱運転を行わない状態である場合においても、検出外
気温度Taが第１基準温度T1よりも高い場合、また検出吐
出管温度Tbが第２基準温度T2よりも高い場合には、それ
ぞれステップS3、ステップS4からステップS7に移行し、
上記補助運転を行うことなく、圧縮機運転制御部11によ
る油上がり防止運転から定常運転に至る制御を行ってい
くようになされている。

上記の制御の結果、例えば暖房運転開始時における速暖
性を欲する使用者が上記予熱スイッチ５をON状態にして
いる場合には、運転停止時に圧縮機１の予熱がなされて
いることから、運転スイッチのON操作と略同時に、より
高い起動時指令周波数で圧縮機１の運転が開始され、ま
た起動時周波数で開始された油上がり防止運転の運転時
間もより短時間に抑えられているので、速やかに定常運
転状態に移行することとなって、速暖性の向上した暖房
運転状態を得ることができる。

一方、運転停止時の電力消費を抑えるために予熱スイッ
チ５が使用者によってOFF状態となされている場合に
は、上記予熱運転と略同等の効果を与える補助運転から
始動されるように自動的に切換えられる。この結果、油
上がり等が確実に防止され、信頼性の向上した運転の開
始を行うことができる。

さらに上記においては、例えば外気温度が高く、或いは
運転停止期間が短くて、先の運転によって圧縮機１の温
度状態が予熱運転で高めようとする温度以上となってい
る場合を自動的に判別し、このときには予熱スイッチ５
がOFF状態である場合にも、補助運転を行うことなく、
すぐに圧縮機運転制御部11による駆動制御で起動するよ
うになされている。このため速暖性の向上と共に、不要
な電力消費がさらに抑えられるので、使用者の利用快適
性がさらに向上するものとなっている。

なお第３図（ｃ）には、従来装置における起動時制御周
波数の時間変化の一例を示している。従来装置において
は、運転停止中における予熱運転の実施が前提にはなっ
ているものの、前記したように、使用者によるブレーカ
操作によって通電停止状態となされる場合が想定される
ために、予熱運転実施時の速暖性と共に、不実施時の信
頼性をある程度確保させる必要があり、このために、上
記実施例における補助運転時の指令周波数と圧縮機運転
制御部11の初期周波数との間の周波数が起動時周波数と
して設定され、またこの周波数での運転時間も、上記圧
縮機運転制御部11での運転時間よりも長く設定されてい
る。

第５図には、上記従来装置における起動時制御期間にお
ける暖房能力の時間変化（Ｃ）に対して、この実施例に
おける予熱運転有りの場合の暖房能力の時間変化（Ａ）
の比較データを、また第６図には上記従来装置（Ｃ）と
この実施例での予熱運転無しで補助運転を行う場合の暖
房能力の時間変化（Ｂ）の比較データをそれぞれ示して
いる。第５図で明らかなように、予熱スイッチ５がON状
態にあって、予熱運転の実施が確実に行われる上記実施
例においては、油上がり防止運転を従来よりも高い周波
数、かつ短時間とすることが可能となるので、従来より
も高い暖房能力が得られる立上げ期間を経て定常運転状
態へと移行させることが可能となり、この結果、速暖性
が向上する。

一方、第６図では補助運転期間での周波数が従来よりも
低いことによって、より確実な油上がりを防止し得るも
のの、暖房能力は低くなる。しかしながら圧縮機運転制
御部11でのより高周波数、短時間での油上がり防止運転
条件の設定によって、この期間において従来装置と逆転
する暖房能力を与え、これにより立上がり期間における
合計の暖房能力が、従来に比べてそれ程損なわれること
のない立上げ状態とすることができる。すなわち従来装
置に比較して暖房の速暖性をそれ程低下させることな
く、圧縮機１の信頼性をより向上し得るものとなってい
る。

なお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、例えば圧縮
機１を予熱する加熱手段10をこの圧縮機１内部に配設さ
れるヒータ、或いは圧縮機１の外周に巻装するヒータ等
で構成すること等も可能である。また上記においてはイ
ンバータを備えた回転数可変形の圧縮機１を採用して構
成し、起動後の負荷応答周波数を設定能力とし、この設
定能力に至るまでの第２圧縮能力、或いは第１圧縮能力
を周波数一定として段階的に上昇させていく構成とした
が、例えばそれぞれ時間経過と共に所定の速度で漸増さ
せながら、上記負荷応答周波数に移行させる構成等とす
ることも可能である。また上記は二室空調用の空気調和
機を例に挙げて説明したが、一室専用、或いは三室以上
のマルチタイプの空間調和機にもこの発明の適用が可能
であり、さらに回転数可変形以外のその他の形式の圧縮
能力可変な圧縮機を設ける冷凍装置において、この発明
の適用が可能である。また上記実施例においては、第４
図のステップS3、S4で高温時規制手段17を構成している
が、外気温度Taの判別ステップはこれを除く構成とする
ことも可能である。さらに予熱スイッチ５を各室内ユニ
ットＡ、Ｂに設けているが、これを室外ユニットＸ側に
設けることも可能である。また上記においては、起動時
に回転駆動制御を行う例について説明したが、場合によ
っては、室内サーモによるサーモ復帰時にも同様な制御
を行うようにしてもよい。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の第１請求項記載の冷凍装置にお
いては、加熱手段による圧縮機の予熱運転の実施を使用
者が選択することが可能であると共に、予熱運転が選択
されていない場合には、この予熱運転と同様の効果を与
える補助運転を自動的に行うようになされているので、
使用者の要求に合わせた起動時制御を行うことによって
利用快適性が向上すると共に、例えば油上がり等を生ず
ることのない信頼性の向上した運転の開始を行うことが
できる。

また第２請求項記載の冷凍装置においては、例えば外気
温度が高い場合等に上記補助運転を行わない起動時制御
に自動的に切換わるようになされているので、空気調和
機においては速暖性の向上と共に、不要な電力消費がさ
らに抑えられることによって、使用者の利用快適性をさ
らに向上することが可能である。

【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
をセパレート形空気調和機に適用して構成した一実施例
の装置における圧縮機の運転制御系統図、第３図（ａ）
は上記装置において補助運転を行わない場合の起動時指
令周波数の時間変化を示すグラフ、第３図（ｂ）は補助
運転を行う場合の第３図（ａ）と同様のグラフ、第３図
（ｃ）は従来装置における第３図（ａ）と同様のグラ
フ、第４図は上記実施例の装置における起動時制御のフ
ローチャート、第５図及び第６図はそれぞれ上記実施例
での起動時制御時における暖房能力（Ａ）（Ｂ）と従来
装置での暖房能力（Ｃ）との比較を示すグラフである。 １……圧縮機、５……予熱スイッチ（解除スイッチ）、
10……加熱手段、11……圧縮機運転制御部（圧縮機制御
手段）、12……補助運転制御部（補助運転制御手段）、
16……吐出管温度センサ（温度検出手段）、17……高温
時規制手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮能力可変な圧縮機（１）を有すると共
   に、上記圧縮機（１）の運転停止時にこの圧縮機（１）
   を予熱する加熱手段（10）と、上記圧縮機（１）の起動
   時、この圧縮機（１）を設定能力よりも低い第１圧縮能
   力で所定時間の駆動を行い、その後、上記設定能力での
   駆動を行うべく制御する圧縮機制御手段（11）とを設け
   て成る冷凍装置であって、さらに上記加熱手段（10）に
   よる予熱運転を解除するための解除スイッチ（５）を設
   けると共に、上記予熱運転の解除がなされているとき
   に、上記圧縮機（１）の起動時、上記圧縮機制御手段
   （11）による制御の前に、上記第１圧縮能力よりも低い
   第２圧縮能力で上記圧縮機（１）を一定時間運転すべく
   制御する補助運転制御手段（12）を設けていることを特
   徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】上記圧縮機（１）の温度状態を検出する温
   度検出手段（16）をさらに設けると共に、その検出温度
   が基準温度を超えているときには、上記補助運転制御手
   段（12）による運転を抑止する高温時規制手段（17）を
   設けていることを特徴とする第１請求項記載の冷凍装
   置。