JPH0733930B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はインバータにより能力が無段階的に制御される
電動圧縮機と出力された運転周波数の変化に応じて弁開
度が無段階的に制御される電気式膨張弁とを備えた空気
調和機において、前記膨張弁の開度を適正に制御し得る
制御装置に関する。

（従来の技術） 室内温度と設定温度との差の大小に応じて運転周波数を
増減変化し出力するインバータによって電動圧縮機を能
力制御するようにした空気調和機において、実開昭60−
39873号公報に開示されてなる如く、キヤピラリーチュ
ーブに替えて、制御性能の高い電気式膨張弁を使用した
ものが最近に至り多くなってきている。

この場合、電気式膨張弁は、インバータの運転周波数に
対して比例関係を有せしめて弁開度を調節するようにし
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述する弁開度制御は、運転周波数に対して所定の係数
を持つ一次式によって弁開度が決定されているので、運
転温度条件の変化が起ったとして弁開度は変化しなく固
定的となっている。

従って、運転限界条件の中で例えば冷房時に外気温度が
低く、室温が高いような場合には、循環冷媒量が少なく
て過熱運転になり、逆に外気温度が高く、室温が低いよ
うな場合には湿り運転になったりするので、運転限界範
囲が狭くなるのと圧縮機の保護が万全に図れないのが難
点である。

このような問題点に対処して本発明はその改善をはかる
べく成されたものであって、過熱運転領域、湿り運転領
域、標準運転領域のいずれであるかを判断する機能と、
夫々の運転領域に応じた電気式膨張弁の弁開度制御を行
う制御機能とを具備させることによって、過熱、湿りの
運転を極力回避させ得ると共に、圧縮機の保護強化をは
かり、もって空気調和機に対する信頼性を向上させる点
に発明の目的が存する。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明は第１図及び実施例を示す各図面により
明らかな如く、室内温度を検知する室温検知器（９）
と、外気温度を検知する外気温検知器（10）と、室温検
知器（９）が検出した室内温度と設定温度との差の大小
に応じて増減制御された運転周波数を出力するインバー
タ（11）と、このインバータ（11）により能力が無段階
的に制御される電動圧縮機（１）と、出力された運転周
波数の変化に応じて弁開度が無段階的に制御される電気
式膨張弁（４）と、前記両検知器（９），（10）が発信
する温度信号を受信して標準領域、湿り領域、乾き領域
のいずれに属するかを判断して出力する運転領域判断手
段（12）と、インバータ（11）が出力する運転周波数の
値と前記運転領域判断手段（12）の出力とを受信して、
標準開度、湿り開度、乾き開度のいずれかの弁開度指令
を前記膨張弁（４）の駆動部に出力する弁開制御手段
（13）とを空気調和機に備えしめたことを特徴とする。

また、本発明は空気調和機が冷房機である場合におい
て、運転領域判断手段（12）が、定常運転範囲では標準
領域に属し、また、外気温度が低温域の同一条件であっ
て標準領域に比し室内温度が高い運転範囲では乾き領域
に属し、さらに外気温度が高温域の同一条件であって標
準領域に比し室内温度が低い運転範囲では湿り領域に属
すると判断して、対応する標準領域信号、乾き領域信号
又は湿り領域信号を夫々出力する装置であり、弁開度制
御手段（13）が、冷房用乾き係数（A₁）、冷房用標準係
数（A₂）及び冷房用湿り係数（A₃）を大きい値から順に
３個の係数として設定してそのうちの１つを運転領域判
断手段（12）が出力する信号の種別に応じて選択すると
共に、これをインバータ（11）が出力する運転周波数の
値に乗じて得られる弁開度指令を出力する装置であるこ
とを好ましい実施態様とするものである。

さらに本発明は空気調和機が暖房機である場合におい
て、運転領域判断手段（12）が、定常運転範囲では標準
領域に属し、また、外気温度が高温域の同一条件であっ
て標準領域に比し室内温度が低い運転範囲では乾き領域
に属し、さらに外気温度が低温域の同一条件であって標
準領域に比し室内温度が高い運転範囲では湿り領域に属
すると判断して、対応する標準領域信号、乾き領域信号
又は湿り領域信号を夫々出力する装置であり、弁開度制
御手段（13）が、暖房用乾き係数（A₄）、暖房用標準係
数（A₅）及び暖房用湿り係数（A₆）を大きい値から順に
３個の係数として設定してそのうちの１つの運転領域判
断手段（12）が出力する信号の種別に応じて選択すると
共に、これをインバータ（11）が出力する運転周波数の
値に乗じて得られる弁開度指令を出力する装置であるこ
とを、また好ましい実施態様とするものである。

（作用） 本発明は例えば冷房時において外気温度が低く室内温度
が高い（暖房時は逆に外気温度が高く室内温度が低い）
場合には運転周波数が標準運転時と同じであったとして
も、標準運転時よりも膨張弁（４）の弁開度を大きくさ
せることによって冷媒循環量を増加せしめるよう制御す
るので、過熱運転は避けられる。

逆に外気温度が高く室内温度が低い場合には、冷媒循環
量を減少せしめるよう制御することによって湿り運転は
避けられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面によって詳細に説明す
る。

第２図は本発明の例に係る冷暖房用空気調和機の冷凍回
路図であって、電動圧縮機（１）、四路切換弁（２）、
室内コイル（３）、電気式膨張弁（４）とキヤピラリー
チューブ（５）を並列に有する減圧器、室外コイル
（６）及びアキュムータ（７）を備えて、公知の可逆冷
凍サイクルを形成しており、冷房運転時は実線矢示、暖
房運転は破線矢示の冷媒流通が行われる。

上記空気調和機の運転制御を掌る電気制御装置（８）
は、室内コイル（３）に添設したセンサ（S₁）に関連す
る室温検知器（９）から室温信号と、図示しないが室内
温度を設定する室温設定器からの設定温信号と、室外コ
イル（６）の吸込口部に配設したセンサ（S₂）に関連す
る外気温検知器（10）からの外気温信号とを入力信号と
して受け、電動圧縮機（１）用のインバータ（11）と電
気式膨張弁（４）の駆動部とに制御のための出力を発す
るようになっており、第３図に示す如く室内マイクロコ
ンピュータ（14）、室外マイクロコンピュータ（15）、
圧縮機用インバータ（11）及び膨張弁用ドライブ回路
（16）を備えている。

しかして前記両マイクロコンピュータ（14），（15）に
おける演算制御態様について第４図乃至第６図にもとづ
き説明すると、運転領域判断手段（12）は、前記両検知
器（９），（10）が発言する室温信号及び外気温信号を
受けると、この両信号が標準領域、乾き領域、湿り領域
のうちのどれに属するかを判断する機能を有しており、
第５図（イ）に冷房運転時、第５図（ロ）に暖房運転時
を夫々示す通り、まず冷房時については、室内温度と外
気温度とを二軸として有する直角座標上において、最低
室温線（L₁）、最低外気温線（L₂）、最高室温線
（L₃）、最高外気温線（L₄）、最低外気温線（L₂）と最
高室温線（L₃）とに交差する第１斜線（L₅）、最低室温
線（L₁）と最高外気温線（L₄）とに交差する第２斜線
（L₆）の６個の線に囲まれる領域を標準領域イに定め、
また、第１斜線（L₅）を境界とし標準領域イに隣接する
領域を第１隣接領域ロに定め、さらに第２斜線（L₆）を
境界とし標準領域イに隣接する領域を第２隣接領域ハに
定めてなり、入力された室温信号と外気温信号とがどの
領域に属するかをチエックして、標準領域イに属すると
きは標準領域信号を発信するようになっている。

一方、チエックの結果、第１隣接領域ロに属する場合
は、乾き領域信号を、また、第２隣接領域ハに属する場
合は湿り領域信号を夫々発信するものである。

次に暖房時については、標準領域イの決定は冷房時の要
領と同じであり、また、第１隣接領域ロ及び第２隣接領
域ハの決定も冷房時の要領と同じであるが、各領域の直
角座標上での位置づけ、範囲に関しては冷房時と異なっ
ていることは言うまでもない。

この暖房時には、入力された室温信号と外気温信号とが
属する領域をチエックする場合、標準領域イに属すると
きに標準領域信号を発信させる点では冷房時と同じであ
るが、第１・２隣接領域ロハに関しては冷房時と逆にな
り、すなわち、第１隣接領域ロに属するときは湿り領域
信号を、第２隣接領域ハに属するときは乾き領域信号を
夫々発信させるようにするのである。

一方、弁開度制御手段（13）は、インバータ（11）が出
力する運転周波数の値と、運転領域判断手段（12）が出
力する領域信号とを受けることによって、運転周波数に
対しある定められた係数（Ａ）を乗ずる一次乗算を行っ
て、これによって得た値に対応する大きさの弁開度指令
を出力し、電気式膨張弁（４）の駆動部例えばパルスモ
ータに伝えるように作動する。

この場合の係数（Ａ）としては、冷房時と暖房時とで異
なる各３個の直線が、弁開度（全開度に対する％表示）
を縦軸、インバータ（11）の運転周波数（Ｈ_ｚ）を横軸
とした直角座標上に画かれるよう形成するものであっ
て、この態様は第４図に示される通りである。

まず、冷房時については、冷房用標準係数（A₂）を有す
る直線を基準として、それよりも勾配が大で冷房用乾き
係数（A₁）を有する直線及び勾配が小で冷房用湿り係数
（A₃）を有する直線との三つの関係線図が画かれるので
あって、運転領域判断手段（12）から出力される信号が
乾き領域信号、標準領域信号又は湿り領域信号である
と、乾き係数（A₁）、標準係数（A₂）又は湿り係数
（A₃）を有する直線を選択して、この直線による運転周
波数と弁開度との関係を演算して前述するように相当す
る弁開度指令を出力するようになる。

一方、暖房時については同様に暖房用標準係数（A₅）を
有する直線を基準としてそれよりも勾配が大で暖房用乾
き係数（A₄）を有する直線及び勾配が小で暖房用湿り係
数（A₆）を有する直線との三つの関係線図が画かれ、た
だし、各係数（A₄），（A₅），（A₆）共に、冷房用湿り
係数（A₃）に比し小さい値を示すものであり、運転領域
判断手段（12）から出力される信号が乾き、標準又は湿
りの領域信号であると、乾き係数（A₄）、標準係数
（A₅）又は湿り係数（A₆）を有する直線を選択すること
は冷房運転時の作動と同様である。

このように弁開度制御手段（13）が動作することによっ
て、冷房と暖房の別を問わず運転状態が乾き領域になる
と判断した場合には、標準運転状態に較べて同じ運転周
波数に対して膨張弁（４）の開度が大きくなり、冷媒循
環量を増加せしめ、一方、湿り領域になると判断した場
合には、当然なことであるが、膨張弁（４）の開度が同
一運転周波数に対して小さく絞られ、冷媒循環量を減少
せしめ、かくして過熱運転、湿り運転は防止されること
になる。つづいて本発明の空気調和運転時における膨張
弁（４）の弁開度制御を第６図によって説明する。

空気調和機の運転を開始させ、冷房か暖房の運転を行
わせる。

電動圧縮機（１）は室温検知器（10）が検出した室内温
度と設定温度との差が所定値よりも大きいときには所定
時間毎に2H_ｚずつ周波数を上昇させるようにインバータ
（11）が作動することによって能力は漸増し、一方、所
定値よりも小さいときには逆に周波数を低下させるよう
にインバータ（11）が作動するので能力は漸減する。

このように電動圧縮機（１）は無段階的な能力制御下で
運転している間に、電気式膨張弁（４）の弁開度制御を
行わせ、冷房、暖房のいずれの運転であるかを制御装置
（８）側でチエックする。

冷房と暖房とでの弁開度制御要領は基本的に同じである
ので、冷房について以下説明する。

冷房運転をスタートさせて、電動圧縮機（１）をイン
バータ（11）によって低速から運転せしめ、室内温度と
設定温度との差に応じて無段階的に能力制御を行わせ
る。

そして運転が冷房運転であることをステップで判定す
ると、冷房の運転制御系にセットする。

まず、室温検知器（９）と外気温検知器（10）とによっ
て室内温度と外気温度との周期的例えば１分毎に検知し
（ステップ）、これに同期してステップに移行し領
域選択を行う。

このステップの作動が運転領域判断手段（12）の機能
に相当する。

ステップにおける判断結果が標準領域イ、湿り領域
ハ、乾き領域ロのいずれであるかによって、対応する領
域信号を運転領域判断信号（12）が出力し、例えば湿り
領域信号を出力しているとすると、ステップに移行し
て冷房用湿り係数（A₃）を選定すると共に、現在のイン
バータ（11）から出力されている運転周波数を前記係数
（A₃）に乗じる演算を行って、その値、すなわち弁開度
指令を出力して電気式膨張弁（４）の駆動部に与える。

このステップと同要領で乾き係数（A₁）を基準とした
弁開度指令を出力するステップ及び標準係数（A₂）を
基準とした弁開度指令を出力するステップを含む作動
が弁開度制御手段（13）の機能に相当する。

かくして湿り運転、標準運転又は乾き運転に相応した弁
開度で前記膨張弁（４）を制御することによって、運転
温度条件の変化に適応した弁開度に速やかに達する結
果、空気調和機は過熱度が適正に保持される標準運転領
域での運転が持続される。

なお、この弁開度の制御はステップを経、再びステッ
プに至ることにより１分毎の周期的に行われるもので
ある。

なお、暖房運転の場合も冷房運転と同要領によって行わ
れるので説明を省略する。

また、本発明は運転領域判断手段（12）が運転領域のチ
エックを行う場合に、前述する如く６個の線に囲まれる
領域を求めてこれを標準領域イに定める実施例の他に第
１斜線（L₅）と第２斜線（L₆）の２本の線を直角座標の
第１象限の範囲内に画いて、両斜線（L₅），（L₆）に挟
まれる領域を標準領域イに、かつ斜線外の各領域を第１
隣接領域ロ，ロ′、第２隣接領域ハ，ハ′に夫々定める
ようにしたものであっても良い。

（発明の効果） 本発明は空気調和運転状態を標準運転状態、過熱運転状
態、湿り運転状態のいずれに相当するかを運転領域判断
手段（12）によって判断すると共に、弁開度制御手段
（13）により標準運転状態を基準として過熱運転状態の
ときは同じ圧縮機の能力に対して膨張弁（４）の開度を
大きくし、湿り運転状態のときは逆に開度を小さくする
ようにしたから、電動圧縮機（１）の過熱運転あるいは
湿り運転を速やかに回避し、適正過熱度の運転を維持さ
せることが可能となり、圧縮機の保護がはかれ、かつ、
装置に対する信頼性を増大する効果を奏する。

さらに、湿り運転又は乾き運転に対して常に抑制機能が
働くことによって圧縮機の運転限界範囲を拡大すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の例に係る空気調和機の冷凍回路図、第３図は同じく
電気制御装置の概要示構造図、第４図は本発明に係る弁
開度制御手段の作動を説明する弁開度−運転周波数関係
線図、第５図（イ）（ロ）は同じく運転領域判断手段の
作動を冷房と暖房とに区別して説明する室内温度−外気
温度関係線図、第６図は本発明に係る電気式膨張弁の弁
開度制御を示すフローチャートである。 （１）……電動圧縮機、（４）……電気式膨張弁、 （９）……室温検知器、（10）……外気温検知器、 （11）……インバータ、（12）……運転領域判断手段、 （13）……弁開度制御手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室内温度を検知する室温検知器（９）と、
   外気温度を検知する外気温検知器（10）と、室温検知器
   （９）が検出した室内温度と設定温度との差の大小に応
   じて増減制御された運転周波数を出力するインバータ
   （11）と、このインバータ（11）により能力が無段階的
   に制御される電動圧縮機（１）と、出力された運転周波
   数の変化に応じて弁開度が無段階的に制御される電気式
   膨張弁（４）と、前記両検知器（９），（10）が発信す
   る温度信号を受信して標準領域、湿り領域、乾き領域の
   いずれに属するかを判断して出力する運転領域判断手段
   （12）と、インバータ（11）が出力する運転周波数の値
   と前記運転領域判断手段（12）の出力とを受信して、標
   準開度、湿り開度、乾き開度のいずれかの弁開度指令を
   前記膨張弁（４）の駆動部に出力する弁開度制御手段
   （13）とを備えてなることを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】空気調和機が冷房機であり、運転領域判断
   手段（12）が、定常運転範囲では標準領域に属し、ま
   た、外気温度が低温域の同一条件であって標準領域に比
   し室内温度が高い運転範囲では乾き領域に属し、さらに
   外気温度が高温域の同一条件であって標準領域に比し室
   内温度が低い運転範囲では湿り領域に属すると判断し
   て、対応する標準領域信号、乾き領域信号又は湿り領域
   信号を夫々出力する装置であり、弁開度制御手段（13）
   が、冷房用乾き係数（A₁）、冷房用標準係数（A₂）及び
   冷房用湿り係数（A₃）を大きい値から順に３個の係数と
   して設定して、そのうちの１つを運転領域判断手段（1
   2）が出力する信号の種別に応じて選択すると共に、こ
   れをインバータ（11）が出力する運転周波数の値に乗じ
   て得られる弁開度指令を出力する装置である特許請求の
   範囲第１項記載の空気調和機。
3. 【請求項３】空気調和機が暖房機であり、運転領域判断
   手段（12）が、定常運転範囲では標準領域に属し、ま
   た、外気温度が高温域の同一条件であって標準領域に比
   し室内温度が低い運転範囲では乾き領域に属し、さらに
   外気温度が低温域の同一条件であって標準領域に比し室
   内温度が高い運転範囲では湿り領域に属すると判断し
   て、対応する標準領域信号、乾き領域信号又は湿り領域
   信号を夫々出力する装置であり、弁開度制御手段（13）
   が、暖房用乾き係数（A₄）、暖房用標準係数（A₅）及び
   暖房用湿り係数（A₆）を大きい値から順に３個の係数と
   して設定して、そのうちの１つを運転領域判断手段（1
   2）が出力する信号の種別に応じて選択すると共に、こ
   れをインバータ（11）が出力する運転周波数の値に乗じ
   て得られる弁開度指令を出力する装置である特許請求の
   範囲第１項記載の空気調和機。