JPH11316042A

JPH11316042A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH11316042A
Application number: JP10373976A
Authority: JP
Inventors: Koji Kato; 浩二加藤; Hiroo Nakamura; 啓夫中村; Shoji Takaku; 昭二高久; Motoo Morimoto; 素生森本; Makoto Ishii; 誠石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 1999-11-16
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: JP3176587B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータ１３での電力損失を低減すると共
に、効率を高めることができるようにした空気調和機を
提供する。【解決手段】ＰＡＭ（Palse Amplitude modulation）
制御で圧縮機駆動用電動機１４を回転数可変制御すると
共に、暖房運転時における冷媒流路の前記室内熱交換器
１０１の下流側に室内補助熱交換器１２６を配置して凝
縮圧力を低くし、電動機１４の回転数が所定の回転数未
満では、第２のスイッチ素子のオン期間の電流をチョッ
パ制御した出力電圧で電動機１４を駆動し、上記電動機
１４の回転数が所定の回転数を超える場合は、上記第１
のスイッチ素子６のオン，オフ通電率を制御して回転数
に応じた出力電圧とし且つ、第２のスイッチ素子のオン
期間の通電率を１００％にした出力電圧で電動機を駆動
する空気調和機とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータで回転
数可変に駆動される圧縮機を用いた空気調和機に係り、
特に、暖房運転開始後に設定温度になるまでの所要時間
を短縮するようにする、或いは、寒冷地における快適な
暖房を可能にする電動機駆動装置及び冷凍サイクルを組
合せた空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和機は、年間の電力消費を
少なくするために、比較的大きな能力を必要としない圧
縮機回転数の低い範囲で性能を向上させるようにしてい
た。かかる性能の向上をするための最近の技術として
は、ＰＷＭ（Palse Width Modulation）制御インバータ
により、圧縮機駆動用電動機の回転数を可変制御するも
のが挙げられる。このＰＷＭ制御での回転数制御は、駆
動トルクをあまり大きくしないで、効率を上げるように
しているものである。

【０００３】また、運転負荷に対応した冷媒圧縮容量の
大きな圧縮機を用いて、外気温が比較的低い場合や、暖
房運転負荷の大きい場合に対応する空気調和機がある。

【０００４】室外気温が低い場合や必要な暖房能力が大
きい場合には、圧縮機の冷媒吐出圧力が高くなって室内
熱交換器の凝縮圧力も高くなる。この凝縮圧力を小さく
するためには、室内熱交換器の伝熱面積を大きくして冷
媒ガスを凝縮し易くすることにより、上記凝縮圧力が小
さくなり、電動機の駆動トルクを小さくして効率を上げ
ることが考えられる。

【０００５】上記効率を上げるように電動機の回転数を
制御する従来技術としては、例えば、入力電流の高調波
を抑制する高力率な電力変換器を電源とした電動機駆動
装置が、特公平７−８９７４３号公報に示されている。

【０００６】図１０はかかる従来の電動機駆動装置を示
すブロック図であって、１は交流電源、２は整流器、２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはダイオード、３はリアクトル、
４はダイオード、５はコンデンサ、６はスイッチ素子、
７は電圧比較器、８は掛算器、９は負荷電流検出器、１
０は電流比較器、１１は発振器、１２は駆動回路、１３
はインバータ、１４は電動機、１５はマイコン、１６は
インバータ駆動回路、１７は変調器である。

【０００７】同図において、整流器２，リアクトル３，
ダイオード４，コンデンサ５，スイッチ素子６，電圧比
較器７，掛算器８，負荷電流検出器９，電流比較器１
０，発振器１１，駆動回路１２及び変調器１７からなる
部分は電力変換器を構成しており、インバータ１３はこ
の電力変換器を電源としている。

【０００８】まず、この電力変換器について説明する。

【０００９】交流電源１からの交流電源電圧は、ダイオ
ード２ａ〜２ｄからなる整流器２で全波整流されて整流
電圧Ｅｓに変換される。この整流電圧Ｅｓはリアクトル
３とダイオード４を介してコンデンサ５に印加され、平
滑された直流電圧Ｅｄが得られる。これらダイオード４
とコンデンサ５とに並列にスイッチ素子６が設けられて
いる。

【００１０】コンデンサ５で平滑された直流電圧Ｅｄは
抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて直流電圧Ｅｄ’が形成さ
れ、これと基準電圧Ｅｏとの偏差値が電圧比較器７で求
められて電圧制御信号Ｖｅが作成される。

【００１１】整流器２で正弦波状の交流電源電圧を全波
整流して得られる整流電圧Ｅｓは、また、抵抗Ｒ１，Ｒ
２で分圧されて正弦波同期信号Ｅｓ’が得られ、この正
弦波同期信号Ｅｓ’と電圧比較器７からの電圧制御信号
Ｖｅとが掛算器８で演算されて電流基準信号Ｖｉ’が形
成される。この電流基準信号Ｖｉ’は負荷電流検出器９
で得られる電流信号Ｖｉと電流比較器１０で比較され、
変調信号Ｖｋが得られる。この変調信号Ｖｋは変調器１
７に供給されて発振器１１からの鋸歯波状や三角波状の
搬送波Ｖｋ’を変調し、この変調信号Ｖｋに応じてデュ
ーティ比が変化するＰＷＭ波のスイッチング駆動信号Ｖ
ｇが作成される。このスイッチング駆動信号Ｖｇによ
り、駆動回路１２がスイッチング素子６をオン，オフ駆
動する。

【００１２】以上のように、この従来例は、正弦波状の
整流電圧Ｅｓの波形に追従させながらスイッチング素子
６をオン，オフさせるものであって、これにより、入力
交流電流ｉを高力率で高調波の少ない正弦波状の電流と
することができ、また、基準電圧Ｅｏと直流電圧Ｅｄと
の偏差値に応じてスイッチング素子６の通流比を変化さ
せており、これにより、負荷の変動にかかわらず、安定
した直流電圧Ｅｄが得られる。従って、基準電圧Ｅｏや
抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値を適宜設定することにより、直
流電圧Ｅｄを所望の電圧値にすることができ、入力交流
電力を直流出力に変換することができると記載されてい
る。

【００１３】次に、図１０での電動機駆動回路について
説明する。

【００１４】上記の電力変換器で作成された直流電力は
インバ−タ１３で交流電力に逆変換され、電動機１４に
供給されてこれを駆動する。また、速度指令に基づいて
マイコン１５から演算出力されるＰＷＭ信号がインバー
タ駆動回路１６を介してこのインバータ１３に供給さ
れ、これによってこのインバータ１３が駆動されて、そ
のスイッチング素子（図示せず）が所定の通流率でオ
ン，オフ動作する。

【００１５】次に、室内熱交換器の伝熱面積を大きくし
た従来の空気調和機としては、例えば、「新除湿方式を
採用した省エネルギー型エアコンＧＤシリーズ：東芝レ
ビュー，Vol.51，No.2，1996 pp.67−70」（以下、文献
１という）に記載のように、最近では、室内熱交換器を
室内機の前面から背面にかけて設けた構造にしたり、さ
らには、暖房運転時における室内熱交換器の下流側に過
冷却器として使用する室内補助熱交換器を設けた空気調
和機が開発されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記各従来技術は、以
下の問題点を有している。

【００１７】１）上記運転負荷の大きい場合、特に、寒
冷地等の室外気温が−１０℃，−１５℃などのように極
めて低い気温の地域で暖房運転する場合、及び運転開始
時に室内温度が極めて低く、壁や家具などが冷えきって
いるような場合には、上記ＰＷＭ制御による駆動トルク
をあまり大きくしないで効率を上げるようにする回転数
制御では、駆動トルクが不足して必要な高い回転数まで
回転させることができず、設定室温にできなかった若し
くは長時間要していた。

【００１８】２）運転負荷に対応した冷媒圧縮容量の大
きな圧縮機を用いた場合には、外気温が比較的高く、暖
房運転負荷の小さくなった場合に、運転能力が余って圧
縮機が断続してしまう。この断続運転した場合には、消
費電力が大きくなってしまうと共に、室温が上下して快
適性が損なわれていた。

【００１９】３）家庭用の空気調和機においては、平均
的なブレーカ容量を考慮して、空気調和機の入力電流に
上限を設けた設計になっている。このような理由から
も、上記駆動トルクをあまり大きくできなかった。

【００２０】４）室外気温が低い場合には、必要な暖房
能力が大きいことから、圧縮機の冷媒吐出圧力が高くな
って室内熱交換器の凝縮圧力も高くなっていた。この凝
縮圧力が高いと、圧縮機の圧縮仕事量が大きくなるの
で、消費電力の増加に繋がっていた。

【００２１】５）この消費電力を少なくするには、上記
凝縮圧力を小さくすることが必要である。このために
は、室内熱交換器の伝熱面積を大きくして、冷媒ガスを
凝縮し易くすることが考えられる。しかし、空気調和機
は、据付け性及び室内の広さを考慮した標準的な室内機
の寸法が定着していることから、室内機の寸法に直接的
に関係する室内熱交換器の伝熱面積を大きくすることは
難しかった。

【００２２】以上のように、室内機において、室内熱交
換器を十分大きくしたり、さらには、室内補助熱交換器
を設けた空気調和機の場合でも、室内熱交換器の配管構
成やこれと空気流との関係などを工夫して、冷房，暖房
の各運転において、室内熱交換器での伝熱性能をできる
だけ良くし、冷凍サイクルの性能を十分高く保つ必要が
ある。

【００２３】さらに、具体的に説明すると、上記従来例
の電動機駆動装置では、直流電圧Ｅｄは、入力交流電源
電圧が変化しても、安定して得られるが、入力交流電源
電圧の電圧値に応じてこの直流電圧Ｅｄを変化させたい
場合には、回路定数を修正する必要がある。特に、上記
従来例では、昇圧方式の電力変換器であるため、安定し
た制御を行なうためには、次式直流電圧Ｅｄ≧交流電源
電圧×１.４１＋１０〔Ｖ〕により、入力交流電源電圧
が１００Ｖの場合には、１５０Ｖ以上の直流電圧Ｅｄ
に、また、入力交流電源電圧が２００Ｖの場合には、３
００Ｖ以上の直流電圧Ｅｄに夫々設定する。

【００２４】従って、交流電源１が１００Ｖと２００Ｖ
とのどちらでも使用できる電力変換器とする場合には、
直流電圧Ｅｄの設定値を３００Ｖ以上にする必要があ
る。

【００２５】例えば、１００Ｖの入力交流電源電圧の場
合には、直流電圧Ｅｄを３００Ｖ程度の一定電圧とし、
インバータ１３を任意の通電率でチョッパ駆動して回転
数制御を行なうよりも、１５０Ｖ以上の任意の直流電圧
Ｅｄで１００％通電率のチョッパなしで制御する方が損
失を少なくすることが考えられるが、上記従来例では、
その点が考慮されていないため、必要以上に損失が大き
くなるという問題が生じる。

【００２６】また、上記従来例は、交流電源１からの交
流電源電圧を全波整流して得られる正弦波状の整流電圧
Ｅｓを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して正弦波同期信号Ｅｓ’
を形成し、これと電圧制御信号Ｖｅとを掛算器８で演算
して電流基準信号Ｖｉ’を作成し、この電流基準信号Ｖ
ｉ’を参照して入力交流電流を正弦波状に制御する方式
であるため、交流電源電圧が１００Ｖと２００Ｖとの場
合では、整流電圧Ｅｓが異なるため、正弦波の形状や値
が両者で著しく異なる。このため、交流電源電圧を１０
０Ｖと２００Ｖとで共用すると、力率が悪く、高調波の
含有率が高い電力変換器になる。

【００２７】また、以上の電力変換器を用いた電動機駆
動装置及び空気調和機では、交流電源電圧に１００Ｖと
２００Ｖとを使用する場合、夫々に対応した仕様の電力
変換器にしなければならない。従って、機種の増加を招
き、生産効率が低下するなどの問題が生じる。

【００２８】さらに、入力交流電流が小さく、特に、上
記の制御を行なう必要がない場合、逆に、低入力電流時
の制御の不安定動作や損失，ノイズなどを排除すること
については考慮されていない。

【００２９】例えば、負荷電流検出器９として抵抗を用
い、両端に発生する電圧により、電流信号Ｖｉを得よう
とする場合、微小な電流に対しても、制御のためには、
充分な電圧を発生させる必要があり、具体的には、この
抵抗の抵抗値を大きく設定することが必要である。この
場合、負荷電流が大きくなると、この抵抗で消費される
電力が大きくなり、損失の増大を招くことになる。

【００３０】さらにまた、インバータ１３では、その直
流電源電圧Ｅｄを一定とし、この直流電源電圧Ｅｄをマ
イコン１５からのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた通
電率でチョッピングすることにより、このデューティ比
に応じた所定の回転数で電動機１４が回転するようにし
ている。このデューティ比を変化させることにより、電
動機１４の回転数が変化することになるが、かかる従来
の電動機駆動装置では、このように、常時インバータ１
３がチョッパ駆動されるため、これによる電力損失（チ
ョッパ損失）が生じて効率が低くならざるを得なかっ
た。

【００３１】本発明の目的は、かかる問題のうち、イン
バータでの電力損失を低減すると共に室内熱交換器での
凝縮圧力を低くして、効率を高めることができるように
した空気調和機を提供すること、及びインバータでの電
力損失を低減する電動機駆動装置を備えた空気調和機を
提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を
切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱
交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイク
ルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装
置とを備え、該圧縮機用電動機駆動装置は、入力交流電
圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、かつ該出力
直流電圧を可変に制御する電力変換器と、電力変換器の
出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転
数を可変に駆動するインバータとを有し、該室内側熱交
換器は、室内熱交換器と過冷却用補助熱交換器とを有
し、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力
直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運
転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒
凝縮量を有する大きさとした構成とする。

【００３３】かかる構成によると、入力交流電圧を整流
・平滑して出力直流電圧を生成し、かつこの出力直流電
圧を可変に制御する電力変換器と、この電力変換器の出
力直流電圧を電源電圧として圧縮機用電動機の回転数を
可変に駆動するインバータとを有する圧縮機用電動機駆
動装置を備えているので、圧縮機用電動機の回転数を変
えて冷暖房運転することができる。

【００３４】また、室外温度が低い暖房運転時に、上記
出力直流電圧を高くして圧縮機用電動機を高い回転数で
運転しても、制限電流より低い運転電流を維持する冷媒
凝縮量を有する室内側熱交換器を備えているので、室外
温度が低い圧縮機用電動機を高い回転数で長時間運転し
ても、運転電流が制限電流値に達することがない。

【００３５】さらに、室内側熱交換器に過冷却用補助熱
交換器を設けているので、暖房運転時には、凝縮器とな
る室内側熱交換器の出口で十分な過冷却が得られて圧縮
機の仕事量を小さくでき、これによって暖房性能が向上
して省電力を図ることができる。

【００３６】また、本発明は、上記室内側熱交換器が、
室外温度が−１０℃あるいは−１５℃の暖房運転時に、
上記電力変換器の出力直流電圧を最大にして上記圧縮機
用電動機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低
い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとした
構成とする。

【００３７】かかる構成により、室外温度が−１０℃以
下あるいは−１５℃以下の低い温度環境で上記圧縮機用
電動機を最高回転数で長時間運転しても、制限電流より
も低い運転電流で暖房運転を行なうことができる。

【００３８】さらに、本発明は、上記室内側熱交換器に
おいて、上記過冷却用補助熱交換器を上記室内熱交換器
よりも風上側に配置して構成とする。

【００３９】かかる構成により、暖房運転時に、上記過
冷却用補助熱交換器が、室内交換器と熱交換する前の比
較的温度の低い室内空気流と熱交換することができ、凝
縮器となる室内側熱交換器の出口で十分な過冷却が得ら
れて圧縮機の仕事量が小さくでき、しかも、補助熱交換
器と熱交換した室内空気流が高温側の室内熱交換器と熱
交換してより高い温度に過熱されるから、暖房性能がよ
り向上して大幅な省電力を図ることができる。

【００４０】さらに、本発明は、上記室内側熱交換器
は、上記過冷却用補助熱交換器を、上記該室内熱交換器
よりも風上側で、かつ冷媒通路上この室内熱交換器より
も下流側に配置して、流路面積の小さいものとする構成
とする。

【００４１】かかる構成により、暖房運転時に、上記過
冷却用補助熱交換器が、室内交換器と熱交換する前の比
較的温度の低い室内空気流と熱交換することができると
共に、冷媒流速を速くして熱伝達率を十分高くでき、凝
縮器となる室内側熱交換器の出口でより十分な過冷却が
得られて圧縮機の仕事量が小さくでき、しかも、補助熱
交換器と熱交換した室内空気流が高温側の室内熱交換器
と熱交換してさらに高い温度に過熱されるから、暖房性
能がさらに向上して省電力がさらに促進する。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は本発明による空気調和機の第１
の実施形態を示すブロック図であって、１８は直流電圧
切換スイッチ、１９はトリガ素子、２０は同期信号切換
スイッチ、２１は電圧指令切換スイッチ、２２はドライ
ブ信号切換スイッチ、２３は入力電流検出器、２４はア
クティブコンバータブロック、２５はＬＰＦ（ローパス
フィルタ）であり、図１０に対応する部分には同一符号
を付けて重複する説明を省略する。

【００４３】図１において、コンデンサ５で平滑して得
られる直流電圧Ｅｄは抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６からなる分
圧回路で分圧され、直流電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２が形成され
る。ここで、Ｅｄ１＝Ｅｄ×（Ｒ５＋Ｒ６）／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）Ｅｄ２＝Ｅｄ×Ｒ６／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）であり、Ｅｄ１＞Ｅｄ２である。

【００４４】直流電圧Ｅｄ１は直流電圧切換スイッチ１
８の接点Ｂに、直流電圧Ｅｄ２はこの切換スイッチの接
点Ａに夫々供給される。この直流電圧切換スイッチ１８
は、マイコン１５により、直流電圧Ｅｄの分圧電圧Ｅｄ
１に応じて切換制御され、この直流電圧切換スイッチ１
８からは直流電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２のうちの選択された方
が直流電圧Ｅｄ１’として出力される。

【００４５】直流電圧切換スイッチ１８の出力直流電圧
Ｅｄ１’は電圧指令切換スイッチ２１の接点Ｂに供給さ
れる。また、この電圧指令切換スイッチ２１の接点Ａに
は、マイコン１５から出力される電動機１４の速度制御
のためのＰＷＭ信号がＬＰＦ２５で平滑処理されて形成
される直流電圧Ｅｄ２’が供給される。この電圧指令切
換スイッチ２１もマイコン１５によって切換制御され、
通電率が１００％よりも小さい電動機負荷のときには、
接点Ｂ側が、また、電動機負荷が大きくて通電率が１０
０％のときには、接点Ａ側が夫々選択される。

【００４６】電圧指令切換スイッチ２１で選択された直
流電圧Ｅｄ１’，Ｅｄ２’のいずれかは、直流電圧Ｅ
ｄ’として電圧比較器７に供給され、基準電圧Ｅｏとの
偏差値が求められて電圧制御信号Ｖｅが形成される。

【００４７】図１０で示した従来例では、この電圧制御
信号Ｖｅは、コンデンサ５で平滑された直流電圧Ｅｄを
分圧して得られる１種類の直流電圧Ｅｄ’を基準電圧Ｅ
ｏと比較することによって得られていたが、この第１の
実施形態では、直流電圧Ｅｄを分圧して得られる２種類
の直流電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２とＬＰＦ２５から得られる直
流電圧Ｅｄ２’とのいずれかを上記の直流電圧Ｅｄ’と
し、これと基準電圧Ｅｏと比較することによって得るよ
うにしている。

【００４８】一方、整流器２から出力される正弦波の全
波整流波形の整流電圧Ｅｓは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３か
らなる分圧回路で分圧され、電圧Ｅｓ１，Ｅｓ２が形成
される。ここで、Ｅｓ１＝Ｅｓ×（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）Ｅｓ２＝Ｅｄ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）であり、Ｅｓ１＞Ｅｓ２である。

【００４９】電圧Ｅｓ１は同期信号切換スイッチ２０の
接点Ｂに、また、電圧Ｅｓ２はこの同期信号切換スイッ
チ２０の接点Ａに夫々供給される。この同期信号切換ス
イッチ２０も、マイコン１５により、直流電圧切換スイ
ッチ１８と同様に、コンデンサ５で平滑された直流電圧
Ｅｄの分圧電圧Ｅｄ１に応じて切換え制御され、この同
期信号切換スイッチ２０から出力される電圧Ｅｓ１また
はＥｓ２は、正弦波同期信号Ｅｓ’として掛算器８に供
給される。

【００５０】掛算器８からは電流基準信号Ｖｉ’が得ら
れ、これを用いて、図１０に示した従来例と同様にし
て、スイッチ素子６のオン，オフ制御が行なわれる。

【００５１】以上のようにして、この第１の実施形態に
おいても、正弦波の全波整流波形の整流電圧Ｅｓの波形
に追従させながらスイッチ素子６をオン，オフするもの
であり、これにより、高力率で高調波の少ない正弦波状
の入力交流電流にすることができ、また、基準電圧Ｅｏ
と直流電圧Ｅｄ’の偏差値に応じてスイッチ素子６の通
流率を変化させるものであるから、負荷の変動にかかわ
らず、安定した直流電圧Ｅｄが得られる。従って、基準
電圧Ｅｏと抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値を適宜設定す
ることにより、直流電圧Ｅｄを所望の電圧値とすること
ができる。

【００５２】ここで、マイコン１５は、また、入力電流
検出器２３により、入力交流電流Ｉｓを検出しており、
この入力交流電流Ｉｓの電流値が所定値以上となるまで
の期間“Ｌ”(ローレベル)のトリガ信号ＶＴをトリガ素
子１９に供給する。このトリガ素子１９は、このトリガ
信号ＶＴの“Ｌ”期間駆動回路１２を制御し、スイッチ
素子６をオフ状態にする。トリガ信号ＶＴが“Ｌ”から
“Ｈ”(ハイレベル)に変化すると、この時点でトリガ素
子１９がスイッチ素子６を動作状態にする。

【００５３】また、マイコン１５から出力されるＰＷＭ
信号は、通常設定Ａ側に閉じているドライブ信号切換ス
イツチ２２を介してインバータ駆動回路１６に供給さ
れ、このインバータ駆動回路１６は、このＰＷＭ信号の
デューティ比に応じた通電率でインバータ１３の図示し
ないスイッチ素子をオン，オフ制御する。これにより、
インバータ１３では、コンデンサ５から供給される直流
電圧Ｅｄの直流電力がこの通電率でチョッピングされて
交流電力に変換され、電動機１４に供給してＰＷＭ信号
のデューティ比に応じた回転数で回転させる。

【００５４】次に、国内の場合を例にして、この第１の
実施形態の制御動作方法について、図２により説明す
る。なお、国内の場合には、交流電源電圧は１００Ｖと
２００Ｖとの２種類がある。

【００５５】まず、電源がオンすると（ステップ１０
０）、マイコン１５が初期状態に設定され、これによ
り、マイコン１５は、直流電圧切換スイッチ１８，同期
信号切換スイッチ２０及び電圧指令切換スイッチ２１を
接点Ｂ側に、ドライブ信号切換スイッチ２２を接点Ａ側
に夫々閉じる。これにより、直流電圧切換スイッチ１８
は直流電圧Ｅｄ１を選択し、電圧比較器７には、次式の
直流電圧Ｅｄ’、Ｅｄ’＝Ｅｄ×（Ｒ５＋Ｒ６）／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）が供給される。また、同期信号切換スイッチ２０では、
正弦波同期信号Ｅｓ１が選択される。

【００５６】かかる状態でコンデンサ５で充電動作を開
始し、マイコン１５はコンデンサ５の直流電圧Ｅｄの分
圧電圧Ｅｄ１を検出する（ステップ１０１）。この検出
した直流電圧Ｅｄ１の電圧値から、Ｅｄ＝Ｅｄ１×（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）／（Ｒ５＋Ｒ６）により、直流電圧Ｅｄが、例えば、１６０Ｖよりも高け
れば（ステップ１０２）、入力交流電源電圧は２００Ｖ
であると判断し、直流電圧切換スイッチ１８を接点Ａに
切り換える（ステップ１０３）。これにより、直流電圧
Ｅｄ’は直流電圧Ｅｄ２となり、コンデンサ５に得られ
る直流電圧Ｅｄは、Ｅｄ＝Ｅｄ２×｛１＋（Ｒ５＋Ｒ４）／Ｒ６｝となる。

【００５７】また、同期信号切換スイッチ２０を接点Ａ
に切り換える（ステップ１０４）。従って、このときの
正弦波同期信号Ｅｓ’は、Ｅｓ’＝Ｅｓ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）となる。

【００５８】一方、直流電圧Ｅｄが、例えば、１２０Ｖ
よりも低ければ（ステップ１０２）、入力交流電源電圧
は１００Ｖであると判断し、直流電圧切換スイッチ１８
を接点Ｂ側に閉じた状態のままとする（ステップ１１
０）。従って、コンデンサ５の直流電圧Ｅｄは、Ｅｄ＝Ｅｄ１×｛１＋Ｒ４／（Ｒ５＋Ｒ６）｝となる。

【００５９】また、同期信号切換スイッチ２０を接点Ｂ
に閉じた状態のままとする（ステップ１１１）。従っ
て、このときの正弦波同期信号Ｅｓ’は、Ｅｓ’＝Ｅｓ×（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）となる。

【００６０】このように、入力交流電源電圧の大きさに
応じて直流電圧切換スイッチ１８，同期信号切換スイッ
チ２０を切換え制御することにより、入力交流電源電圧
が２００Ｖのときには、直流電圧Ｅｄ’や正弦波同期信
号Ｅｓ’を夫々低い方の直流電圧Ｅｄ２，Ｅｓ２とし、
入力交流電源電圧が１００Ｖのときには、直流電圧Ｅ
ｄ’や正弦波同期信号Ｅｓ’を夫々高い方の直流電圧Ｅ
ｄ１，Ｅｓ１とする。

【００６１】これにより、入力交流電源電圧が１００Ｖ
のときと２００Ｖのときとでの直流電圧Ｅｄ’の違いを
抑えることができ、電圧制御信号Ｖｅの振幅が大きくな
り過ぎて飽和してしまうことによる制御の不安定や、正
弦波同期信号Ｅｓ’及び電圧制御信号Ｖｅから演算され
る電流基準信号Ｖｉ’が乱れて電流波形が正弦波でなく
なるなどの不具合を防ぐことができる。

【００６２】なお、この実施形態では、入力交流電源電
圧を１００Ｖと２００Ｖとの２種類としているが、一般
に、入力交流電源電圧をＶ１，Ｖ２，……，Ｖｎのｎ種
類とし、かつ直流電圧Ｅｄ’，Ｅｓ’も同様にｎ種類と
して、入力交流電源電圧がＶ１，Ｖ２，……，Ｖｎのい
ずれてあるかを判定し、この判定結果に応じて、この入
力交流電源電圧に対応する直流電圧Ｅｄ’，Ｅｓ’とす
ることにより、同様の効果が得られる。

【００６３】ステップ１０２で入力交流電源電圧が２０
０Ｖであると判断した場合には、また、電圧指令切換ス
イッチ２１を接点Ｂ側に閉じた状態のままとする（ステ
ップ１０５）。このとき、ほぼＥ０＝Ｅｄ’となり、従
って、直流電圧Ｅｄは、Ｅｄ＝Ｅ０×｛１＋（Ｒ５＋Ｒ４）／Ｒ６｝となる。この場合、例えば、Ｅｄ＝３００Ｖである。

【００６４】また、このとき、ドライブ信号切換スイツ
チ２２は接点Ａ側に閉じたままの状態とされ（ステップ
１０５）、マイコン１５から出力されるＰＷＭ信号がこ
のドライブ信号切換スイツチ２２を介してインバータ駆
動回路１６に供給される。

【００６５】以上の動作により、電力変換器で作成され
た直流電力Ｅｄがインバ−タ１３で交流に逆変換され、
これにより、電動機１４が駆動させる（ステップ１０
６）。マイコン１５は、図１０に示した従来例と同様
に、速度指令に基づく演算によって上記のＰＷＭ信号を
生成して出力し、これにより、インバータ駆動回路１６
を介してインバータ１３が駆動され、このインバータ１
３のスイッチ素子をこのＰＷＭ信号のデューティ比に応
じた所定の通流率でオン，オフして電動機１４の回転数
制御を行なう。

【００６６】なお、一般に、交流電源電圧が上記のＶ
１，Ｖ２，……，ＶｎのいずれかＶｊ（ｊ＝１，２，…
…，ｎ）である場合、この入力交流電源電圧Ｖｊに対応
する直流電圧Ｅｄ’と一定の基準電圧Ｅｏとを比較し
て、この入力交流電源電圧Ｖｊを整流平滑して得られる
直流電圧Ｅｄを任意の一定値（例えば、３００Ｖ）に設
定し、インバータ１３のスイッチ素子を任意の通電率で
オン、オフさせる。

【００６７】昇圧回路において、この直流電圧Ｅｄを入
力交流電源電圧の全波整流電圧Ｅｓ以下に下げると、力
率低下や入力電流波形の乱れを生じる。この不具合を回
避するために、２００Ｖと判定した場合には、Ｅｄ＝３
００Ｖ一定にして制御を行なう。勿論、Ｅｄ＝３００Ｖ
で充分電動機１４は所望の回転数が得られることが条件
であり、３００Ｖ以上に昇圧しても、本発明の主旨は損
なわれない。

【００６８】マイコン１５は、入力電流検出器２３で入
力交流電流Ｉｓを検出し（ステップ１０７）、この入力
交流電流Ｉｓが大きい期間、“Ｈ”のトリガ信号ＶＴを
トリガ素子１９に出力し、この期間スイッチ素子６がオ
ン，オフ動作するようにして（ステップ１０８）、運転
を継続する（ステップ１０９）。

【００６９】また、ステップ１０２で入力交流電源電圧
が１００Ｖであると判断した場合でも、電圧指令切換ス
イッチ２１は接点Ｂ側に閉じた状態のままとする（ステ
ップ１１２）。従って、上記と同様に、ほぼＥ０＝Ｅ
ｄ’となり、直流電圧Ｅｄは、Ｅｄ＝Ｅ０×｛１＋Ｒ４／（Ｒ５＋Ｒ６）｝となり、この場合、例えば、Ｅｄ＝１５０Ｖである。こ
のように、基準電圧Ｅ０を共用しながら、コンデンサ５
での直流電圧Ｅｄを入力交流電源電圧が２００Ｖである
場合とは異なる電圧値に設定できる。

【００７０】このとき、インバ−タ１３の通電率が１０
０％未満の場合には（ステップ１１６）、ステップ１０
５，１０６と同様にして、電動機１４を駆動させ（ステ
ップ１１２，１１３）、また、ステップ１０７，１０８
と同様にして、スイッチ素子６のオン，オフ動作を行な
わせて（ステップ１１４，１１５）、運転をそのまま継
続する（ステップ１１８）。

【００７１】しかし、入力交流電源電圧が１００Ｖで動
作中、例えば、電動機負荷が大きくなり、インバータ１
３でのスイッチ素子の通電率が１００％になる場合には
（ステップ１１６）、電圧指令切換スイッチ２１を接点
Ａ側に、また、ドライブ信号切換スイツチ２２を接点Ｂ
側に夫々切り換える（ステップ１１７）。

【００７２】これにより、速度指令に基づいて演算され
たマイコン１５からのスイッチ素子駆動信号（ＰＷＭ信
号）がＬＰＦ２５によって平滑処理された直流電圧Ｅｄ
２’が電圧指令切換スイッチ２１から直流電圧Ｅｄ’と
して出力され、この直流電圧Ｅｄ’から形成された電圧
制御信号Ｖｅが電圧比較器７に供給される。これに応じ
て、コンデンサ５での直流電圧Ｅｄが、例えば、１５０
Ｖ以上の任意の電圧になるように、スイッチ素子６のオ
ン，オフ制御がなされる。また、これと同時に、ドライ
ブ信号切換スイツチ２２が接点Ｂ側に切り換えられたこ
とにより、インバータ１３を通電率１００％で駆動する
ための電圧Ｅｉがこのドライブ信号切換スイツチ２２を
介してインバータ駆動回路１６に供給される。

【００７３】ここで、入力交流電源電圧が１００Ｖであ
る場合のこの実施形態の上記動作を、空気調和機の暖房
運転の場合を例にして、図３によりさらに詳細に説明す
る。なお、図３は、室温センサ２９が付加して示してい
る以外、図１と同じである。

【００７４】同図において、空気調和機には、室温セン
サ２９が設けられており、マイコン１５はこの室温セン
サ２９によって室内の温度を検出し（この検出される温
度を、以下、計測室温という）、これをユーザによって
設定された希望の室温（設定室温）と比較し、計測室温
が低くて設定室温に達していないときには、これらの差
に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を高め、インバータ
１３でのスイッチ素子の通電率を高めて電動機１４の回
転数を高めるようにする。

【００７５】このとき、コンデンサ５の直流電圧Ｅｄ、
即ち、インバータ１３の直流電源電圧は１５０Ｖに固定
されており、インバータ１３のスイッチ素子がチョッパ
動作しているが、上記ＰＷＭ信号のデューティ比が１０
０％となっても、計測室温が設定室温に達していない
と、マイコン１５は、上記ステップ１１７で説明したよ
うに、ドライブ信号切換スイッチ２２を接点Ｂ側に切り
換えて一定電圧Ｅｉをインバータ駆動回路１６に供給す
るようにすることにより、インバータ１３のスイッチ素
子の通電率を１００％に保持し、これとともに、電圧指
令切換スイッチ２１を接点Ａ側に切り換えて、ＰＷＭ信
号をＬＰＦ２５で平滑して得られる電圧Ｅｄ２’を電圧
Ｅｄ’として電圧比較器７に供給するようにする。そし
て、このＰＷＭ信号のデューティ比を１００％よりも小
さくしていって、電圧Ｅｄ’が基準電圧Ｅｏよりも順次
小さくなるようにしていく。

【００７６】これにより、スイッチ素子６の通電率がコ
ンデンサ５の直流電圧Ｅｄが１５０Ｖであるときの通電
率よりも大きくなっていき、これにより、コンデンサ５
の直流電圧Ｅｄが１５０Ｖから順次増大していって電動
機１４の回転数が増加していく。そして、これととも
に、室温がさらに高くなり、計測室温が設定室温に達す
るようになる。

【００７７】以上のように、入力交流電源電圧が１００
Ｖの場合には、各スイッチを切り換えることにより、ス
イッチ素子６とインバータ１３の駆動制御信号をマイコ
ン１５から単一ポートで出力することが可能となり、イ
ンバータ１３のスイッチ素子の通電率が１００％の場合
には、このインバータ１３の電源電圧としての直流電圧
Ｅｄを変化させる指令電圧Ｅｄ２’（ＰＷＭ信号）を出
力し、１００％未満の場合には、インバータ１３を駆動
する制御電圧（ＰＷＭ信号）を出力させる。そして、こ
れら各々の場合について、インバータ１３の駆動回路１
６に入力する信号として、通電率１００％でインバータ
１３のスイッチ素子を駆動するための所定の一定電圧
か、マイコン１５の単一ポートからのインバータ駆動信
号（ＰＷＭ信号）かを切り換えて出力する手段（ドライ
ブ信号切換スイッチ２２）とを備えることにより、マイ
コン１５として比較的低機能で廉価なマイコンを使用し
ても、上記の制御が可能となり、安価な製品を供給する
ことができる。

【００７８】また、通電率が１００％になった場合に
は、コンデンサ５で得られるの直流電圧Ｅｄを制御する
ことにより、電動機１４の回転数制御が行なわれる。

【００７９】従って、インバータ１３のスイッチ素子の
オン，オフの通電率が１００％未満であるときには、直
流電圧Ｅｄ１’を一定の基準電圧Ｅｏと比較しながら、
１５０Ｖ程度という比較的低い任意の一定値に設定した
上で、インバータ１３のスイッチ素子を任意の通電率で
オン，オフさせて電動機１４の回転数を制御するもので
あるから、インバータ１３あるいは電動機１４での損失
が低減してその効率を向上させることができる。

【００８０】さらに、インバータ１３のスイッチ素子の
通電率が１００％であるときには、直流電圧Ｅｄ１’の
代わりに、任意の指令電圧Ｅｄ２’を切り換えて電圧比
較器７に供給して基準電圧Ｅｏと比較し、電動機１４の
所望の回転数に応じて指令電圧Ｅｄ２’を変化させ、こ
のようにして、インバータ１３でチョッパが行なわれ
ず、直流電圧値Ｅｄを大小制御することにより、電動機
１４の回転数を高低に制御するようにしているので、イ
ンバータ１３でのチョッパ損失を低減することができ
る。

【００８１】かかる回転制御により、インバータ１３で
のスイッチング損失低減，低直流電圧での電動機１４の
インバータ駆動による効率向上が実現でき、高効率化が
図れることになる。

【００８２】図４はある電動機負荷のときでのこの実施
形態と従来の空気調和機との電動機回転数と効率との関
係を比較して示す図であり、Ａは入力交流電源電圧が１
００Ｖであるときの上記動作をなすこの実施形態の特性
を示し、Ｂはインバータの直流電源電圧が一定に保持さ
れる従来の空気調和機、または、入力交流電圧が２００
Ｖであるときの上記動作をなすこの実施形態の特性を夫
々示している。

【００８３】同図において、インバータの直流電源電圧
を、例えば、３００Ｖと一定に保持し、インバータのチ
ョッパの通電率の制御により電動機の回転数を制御する
空気調和機（以下、公知の空気調和機という）では、電
動機の回転数ｎ（ｒｐｍ）に対して、その効率が特性Ｂ
のように変化する。回転数ｎの増加とともに効率が上昇
するのは、インバータのチョッパの通電率が上昇するこ
とによるものである。

【００８４】これに対し、入力交流電源電圧が１００Ｖ
であって、上記のように、インバータのチョッパの通電
率が１００％未満では、インバータの直流電源電圧を１
５０Ｖ一定にしてインバータでチョッパの通電率の制御
により電動機の回転数制御を行ない、この通電率が１０
０％となると、インバータの直流電源電圧を制御するこ
とにより電動機の回転数制御を行なう実施形態（以下、
入力１００Ｖの実施形態という）では、電動機の回転数
Ｎに対して、その効率が特性Ａのように変化し、従来の
空気調和機の効率Ｂよりもかなり高いものとなる。

【００８５】ここで、領域ｎ₁を入力１００Ｖの実施形
態でのインバータでチョッパの通電率が１００％未満の
領域、また、領域ｎ₂を入力１００Ｖの実施形態でのイ
ンバータでチョッパの通電率が１００％の領域とし、こ
こでの電動機負荷に対し、領域ｎ₁，ｎ₂の境界で、即
ち、インバータの直流電源電圧が１５０Ｖでインバータ
がチョッパ駆動されるときでの電動機が取り得る最大の
回転数を４０００（ｒｐｍ）としている。また、いずれ
のものにおいても、インバータの直流電源電圧が３００
Ｖで、インバータのスイッチ素子の通電が１００％であ
るとき、電動機の回転数が９０００（ｒｐｍ）としてい
る。

【００８６】公知の空気調和機では、領域ｎ₁，ｎ₂を含
む全領域でインバータの直流電源電圧を３００Ｖとし、
インバータのスイッチ素子の通電率の制御により、電動
機の回転数制御が行なわれる。これに対し、入力１００
Ｖの実施形態では、領域ｎ₁においては、インバータの
直流電源電圧を３００Ｖの半分の１５０Ｖとして、イン
バータのスイッチ素子の通電率の制御により、電動機の
回転数制御が行なわれる。従って、このインバータの直
流電源電圧が低い分、入力１００Ｖの実施形態の効率が
高くなる。

【００８７】また、領域ｎ₂では、入力１００Ｖの実施
形態では、インバータのスイッチ素子の通電率を１００
％として、インバータでチョッパが行なわれず、このイ
ンバータの直流電源電圧を制御することにより、電動機
の回転数制御が行なわれる。このため、効率はほぼ一定
となるが、特性Ａとして示すように、ほぼインバータで
チョッパが行なわれない分、公知の空気調和機よりも高
い効率となっている。

【００８８】なお、電動機の回転数がほぼ９０００（ｒ
ｐｍ）になると、入力１００Ｖの実施形態においては、
インバータの通電率が１００％でその直流電源電圧が３
００Ｖとなり、公知の空気調和機でのインバータの通電
率が１００％となったときと同じ状態となるので、特性
Ａ，Ｂは一致する。

【００８９】図１に示した第１の実施形態では、また、
以上の手順で電力変換器の制御を行ない、正弦波同期信
号Ｅｓ’については、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値
を、直流電圧Ｅｄ’については、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
の抵抗値を夫々適正に設定することにより、入力交流電
源電圧が１００Ｖの場合でも、また、２００Ｖの場合で
も、夫々に任意の直流電圧Ｅｄが得られ、また、高調波
の少ない高力率な電力変換器となる。

【００９０】このとき、入力電流検出器２３の検出出力
電圧はマイコン１５に供給され、これが所定の値以上と
なった場合には、マイコン１５からスイッチ素子６（第
１のスイッチ素子）の駆動トリガ信号ＶＴを出力し、そ
のスイッチング動作を開始させる。従って、供給電流の
大きい場合には、安定した高力率が得られる。

【００９１】例えば、負荷電流検出器９として抵抗を用
い、その両端に生ずる電圧により電流信号Ｖｉを得よう
とする場合、微小な電流に対しても、制御のために充分
な電圧を発生させる必要があり、具体的には、その抵抗
値を大きく設定することが必要である。この場合、負荷
電流が大きくなると、この抵抗からなる負荷電流検出器
９で消費される電力が大きくなり、損失の増大を招くこ
とになる。従って、この損失を低減するためには、その
抵抗値を極力小さくし、しかも、低負荷電流時の微小検
出電圧に対して不安定な動作をさせないようにするため
に、入力電流検出器２３の検出出力値が所定の値より小
さい場合には、スイッチ素子６の駆動を禁止する。この
ようにして、低入力電流時の不安定動作を回避し、かつ
高入力時の損失の低減を実現する。また、低入力電流時
には、スイッチ素子６のチョッパ動作が行なわれないよ
うにすることより、これも損失を低減することが可能と
なり、かつノイズを低減せしめる。

【００９２】なお、図１において、アクティブコンバー
タブロック２４は、アクティブコンバータの駆動部，１
００Ｖ／２００Ｖによる回路切換部，インバータドライ
ブ信号と直流電圧指令信号の切換部などをブロック化
し、同一基板上にまとめたものである。

【００９３】このアクティブコンバータブロック２４を
他の回路と独立した基板構成にすることにより、図５に
示すように、コンデンサ２６やリアクトル２７，ダイオ
ード２８などのまるごと受動素子により構成された力率
改善回路Ｑとの置き換えが可能であり、マイコン１５な
どを含めた周辺回路基板の共用化が図れる。

【００９４】図６は図５で示したような受動素子で構成
された回路を用いた空気調和機と、能動素子を用い、イ
ンバータの直流電源電圧に応じて電動機の回転数を制御
するようにした図１で示した第１の実施形態とでの電動
機の出力範囲を比較して示す図であって、横軸に電動機
の回転数Ｎを、縦軸に負荷トルクＴを夫々とっており、
電動機の出力ＷはＮ×Ｔで表わされる。

【００９５】同図において、家庭用ブレーカの容量（例
えば、２０Ａ）により、入力電流が制限され、図５に示
した回路を用いる空気調和機では、力率９０％程度であ
るため、Ｙ線よりも下側の領域に入力制限範囲（即ち、
電動機の出力の取り得る範囲）が規制される。これに対
し、上記第１の実施形態では、上記のように、力率が改
善されてほぼ１００％となっているので、Ｘ線よりの下
側の領域が入力制限範囲となり、図５に示した回路を用
いる空気調和機に比べて、電動機に与える有効電力がほ
ぼ１０％アップする。そして、特に、電動機の負荷トル
クが大きい場合には、かかる入力制限範囲によって制限
される。

【００９６】また、電動機の回転数が高くなると、電動
機の最大出力範囲がインバータの直流電源電圧Ｅｄによ
って制限される。図５に示した回路を用いる空気調和機
では、この直流電源電圧Ｅｄは、例えば、ほぼ２３０Ｖ
から最大でもほぼ２８０Ｖであり、Ｅｄ＝２３０Ｖのと
きの制限範囲をＹ’線で示している。このＹ’線の左側
の範囲しか電動機の出力を取り得ないことになる。これ
に対し、上記第１の実施形態では、この直流電源電圧Ｅ
ｄは、上記の例では、３００Ｖであるし、また、１５０
Ｖから３００Ｖまで可変であり、最大の３００Ｖでの制
限範囲をＸ’線で示している。このことからして、電動
機の出力範囲が拡大したことになる。

【００９７】図７は本発明による空気調和器の第２の実
施形態を示すブロック図であって、３０は交流電源電圧
検出器であり、図１に対応する部分には同一符号を付け
て重複する説明を省略する。

【００９８】同図において、図１に示した第１の実施形
態と異なる点は、交流電源電圧検出器３０を設けた点で
あって、交流電源１からの入力交流電源電圧を交流電源
電圧検出器３０が検出し、その検出出力信号Ｖｓ’をも
とにマイコン１５が入力交流電源電圧を判別する。そし
て、この判別結果に応じて、直流電圧切換スイッチ１８
や同期信号切換スイッチ２０が、第１の実施形態と同様
に、切り換え制御される。

【００９９】なお、これら第１，第２の実施形態は、入
力交流電源電圧の判定や制御信号の出力をマイコン１５
のソフトで行なっているが、ハード回路で行なうように
してもよく、同様の効果を得られることは明らかであ
る。

【０１００】図８は本発明による空気調和機の第３の実
施形態を示すブロック図であって、３１は交直流切換ス
イッチ、３２は直流電源であり、図１に対応する部分に
は同一符号を付けて重複する説明を省略する。

【０１０１】同図において、この第３の実施形態では、
整流器２の代わりに、ソーラー電源などの直流電源３２
（例えば、１５０Ｖ程度）も設け、これからの直流電源
電圧ＥＡと整流器２からの整流電圧Ｅｓとのいずれかを
交直流切換スイッチ３１で選択することができるように
したものであり、直流電圧の昇圧回路として機能するこ
とが可能としている。

【０１０２】直流電源３２を選択した場合には、図２に
おいて、マイコン１５がコンデンサ５の直流電圧を１６
０Ｖ以下と判定したとき（ステップ１０２）と同様の動
作を行なう。従って、この第３の実施形態は、低い電圧
の直流電源３２でもって電動機１４を駆動することが可
能となる。

【０１０３】リアクトル３の電源側に太陽電池などの直
流電源を接続すると、直流電源電圧の変動があっても、
所望の直流電圧Ｅｄに安定化させることができる。これ
により、太陽電池などの電源電圧変動や直流電源の種類
（太陽電池，蓄電池，燃料電池など）を問わず接続する
ことが可能となる。また、スイッチ素子６のコレクタ，
エミッタ間に太陽電池などの直流電源を、ダイオードと
リアクトルを介して、接続した場合でも、同様の効果が
得られる。

【０１０４】直流電源３２の出力直流電圧ＥＡが交流電
源１からの入力交流電源電圧を全波整流して得られる直
流電圧Ｅｄより高い場合には、交直流切換スイッチ３１
を切り換えて、この直流電源３２により電動機制御を行
なってもよいし、予め、手動操作によって回路の切換を
行なうことも可能である。

【０１０５】また、平滑コンデンサ５に太陽電池などの
直流電源をダイオードを介して接続すると（図示せ
ず）、この直流電源の出力電圧が上記の所望の直流電圧
に達している場合には、この直流電源から電力を供給
し、この所望の直流電圧に達していない場合には、交流
電源から電力を供給して所望の直流電圧まで昇圧し、こ
れにより、インバータ１３のスイッチ素子をオン，オフ
させて電動機１４の回転数を制御することにより、商用
交流電源と上記直流電源との併用化が可能となり、省電
力化が図れる。

【０１０６】図９は本発明による空気調和機の第４の実
施形態を示すブロック図であって、図１に対応する部分
には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

【０１０７】同図において、図１に示した第１の実施形
態と異なる点は、マイコン１５が、直流電圧切替スイッ
チ１８，電圧指令切替スイッチ２１及びドライブ信号切
替スイッチ２２の機能も有し、また、インバータ駆動回
路１６への出力ポートと電圧比較器７への出力ポートを
独立に備えた点である。

【０１０８】マイコン１５は、第１の実施形態と同様
に、入力電源電圧に応じて、同期信号切替スイッチ２０
を切り替える信号を出力するとともに、マイコン１５内
で直流電圧Ｅｄの分圧直流電圧Ｅｄ１をＡ／Ｄ変換して
読み込む。そして、この分圧直流電圧Ｅｄ１の値に応じ
て、１００Ｖの入力交流電源電圧か２００Ｖの入力交流
電源電圧かに対応する直流電圧Ｅｄ’を求め、積分して
得られる直流電圧がこの直流電圧Ｅｄ’となるようなデ
ューティ比のＰＷＭ信号を形成して出力する。このＰＷ
Ｍ信号はローパスフィルタ２５で平滑されて直流電圧Ｅ
ｄ’となり、これが電圧比較器７に供給される。

【０１０９】かかるソフトウエアによる動作は、先の第
１の実施形態などでの平滑コンデンサ５での直流電圧Ｅ
ｄに応じて直流電圧切替スイッチ１８や電圧指令切替ス
イッチ２１，ドライブ信号切替スイッチ２２を切換制御
し、分圧電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２のいずれかを選択するとい
うハードウエアによる動作に相当するものであり、かか
るハードウエアによる動作の場合と比べて、構成が簡略
化されて同様の制御動作を行なうことができる。

【０１１０】マイコン１５がインバータ駆動部１６に供
給する信号としては、インバータ１３のスイッチ素子
（第２のスイッチ素子）の通電率が１００％の場合に
は、所定値の一定電圧Ｅｉとし、また、この通電率が１
００％未満の場合には、インバータ１３を駆動する制御
電圧（ＰＷＭ信号）とする。

【０１１１】また、電圧比較器７に供給される直流電圧
Ｅｄ’としても、上記の通電率が１００％の場合には、
直流電圧Ｅｄを変化させる指令電圧Ｅｄ２’（ＰＷＭ信
号）とする。このＰＷＭ信号はローパスフィルタ２５に
よって平滑されて直流電圧Ｅｄ’とし、これが電圧比較
器７に供給される。

【０１１２】一方、上記通電率が１００％未満の場合に
は、マイコン１５は、分圧直流電圧Ｅｄ２（または、直
流電圧Ｅｄ）から所定の低直流電圧Ｅｄ’を求め、積分
してこの低直流電圧Ｅｄ’となるデューティ比のＰＷＭ
信号を発生して出力する。このＰＷＭ信号は、ローパス
フィルタ２５によって平滑されて直流電圧Ｅｄ’とな
り、これが電圧比較器７に供給される。

【０１１３】従って、電圧切換えのためのスイッチなど
の周辺回路は、これと同様の機能をマイコン１５に持た
せることにより、特に、多段階の切換えを要する場合に
は、部品点数を大幅に削減することが可能となり、か
つ、各スイッチへの配線の引き回しも少なくなるので、
耐ノイズ性の向上も含め、信頼性が向上大幅に向上する
ことになる。

【０１１４】なお、図７〜図９に示した実施形態におい
ても、図１に示した実施形態と同様、図２，図３で説明
した動作をなし、図４，図６で説明した効果が得られる
ことはいうまでもない。

【０１１５】以上のように、電動機負荷の大きい場合、
例えば、室外気温が−１０℃，−１５℃などの低い状態
などの暖房負荷が大きい条件では、暖房能力を大きくす
るために、上記したＰＡＭ制御によって圧縮機駆動用電
動機を回転数可変制御して、必要な高い回転数（上記実
施形態では、設定最高回転数が９０００ｒｐｍ）で連続
運転することができた。上記したＰＡＭ制御による圧縮
機駆動用電動機の回転数可変制御は、図１１に示すよう
に、暖房負荷の大小変化に対応した制御ができる。

【０１１６】これに対して、各種圧縮機による暖房能力
は、図１１に示すように、ＰＷＭ制御による電動機の駆
動では、室外気温が低いときに、駆動トルクが不足して
必要な回転数まで充分駆動することができない。また、
大容量の圧縮機を用いた場合には、室外気温が低いとき
でも、必要な回転数まで回転駆動することができるが、
室外気温の高いときなどの負荷の小さい条件の場合に
は、暖房能力が余って運転の断続を頻繁に繰り返すこと
になり、室温の上下変動が頻繁に発生して快適性を損な
うと共に消費電力を大きくしてしまう。以上は暖房の場
合であるが、冷房時でも、程度の差はあるが、同様な傾
向が示される。

【０１１７】また、インバータにＰＷＭ制御とＰＡＭ制
御の両方を併用できる回路構成にすることにより、低負
荷時の省電力な運転と高負荷時の高能力運転ができる。
即ち、室外気温の高い低負荷時には、ＰＷＭ制御による
駆動電圧の低い・低回転数でモータ効率の良い状態で圧
縮機駆動用電動機を運転して、消費電力の小さな運転が
できる。室外気温の低いときには、ＰＡＭ制御に切り換
えて駆動電圧を高くして圧縮機駆動用電動機を高回転数
で運転して、必要な暖房能力での運転が可能である。

【０１１８】図１２はアクティブコンバータとして作動
前後の交流電源入力波形を示す図である。

【０１１９】同図（ａ）の作動前の波形と比較すると、
同図（ｂ）作動後の波形は、入力電圧の正弦波に追従さ
せて電流波形を成形するので、力率が略１００％であ
り、作動前は７０％以下である。同図（ｃ）はアナログ
方式の力率改善であり、力率９０％程度である。

【０１２０】図１３はＰＷＭ／ＰＡＭ切換え前後のリア
クタ３電流及びインバータ電流（コンデンサ５→インバ
ータ１３の流れ）を示す波形図である。

【０１２１】図１３（ａ）は比較的低回転数で低負荷の
場合の波形であり、切換え前のリアクタ電流である。Ｏ
Ｎはスイッチ素子のオン時間を示し、チョッパ周期はア
クティブコンバータチョッパ周期である。

【０１２２】図１３（ｂ）は切換え前のインバータ電流
であり、チョッパ周期とは、インバータのチョッパであ
って、ｒはチョッパ成分のリップルである。

【０１２３】図１３（ｃ）は比較的高回転数で高負荷の
場合であり、切り換え後のリアクタ電流の波形であっ
て、図１３（ａ）に示す波形と同様の波形である。

【０１２４】図１３（ｄ）はインバータ電流であって、
切換え後のインバータ電流であり、滑らかな曲線の波形
になっている。

【０１２５】図１４は、負荷変動に対し、ＰＷＭ制御で
電圧を１５０Ｖ一定に制御した場合のリアクタ電流の波
形を示す図である。

【０１２６】図１４（ａ）は軽負荷の場合の波形を示し
ており、そのｂ部の時間軸を拡大したものを図１４
（ｂ）に示す。図１４（ｃ）は高負荷の場合の波形を示
しており、そのｄ部の時間軸を拡大したものを図１４
（ｄ）に示す。

【０１２７】図１４から明らかなように、直流電圧が同
じ（１５０Ｖ）であれば、コンバータのスイッチ素子の
デューティは同じであり、負荷の大きさによって電流の
波形高さが変わる。

【０１２８】図１５は直流電圧に対するリアクタ電流の
波形を示す図である。

【０１２９】図１５（ａ）は比較的低回転数で一定電圧
（１５０Ｖ）のＰＷＭ領域を示すものである。そのｂ部
の時間軸を拡大したものを図１５（ｂ）に示す。図１５
（ｃ）は高負荷の比較的高回転数で電圧可変（１５０〜
３００Ｖ）のＰＡＭ制御領域を示している。そのｄ部の
時間軸を拡大したものを図１５（ｄ）に示す。

【０１３０】図１５（ｃ），（ｄ）に示す波形を比較す
ると、ＰＡＭ制御領域では、ＯＮデューティは広がる。
ＰＡＭ制御領域では、無負荷であっても、直流電圧を上
げるため、ＯＮデューティは広がる。

【０１３１】上記電動機駆動装置を備える空気調和機の
実施形態に組み合わせて、寒冷地（寒冷地以外の運転開
始に暖房負荷の大きい場合を含む）における快適且つ消
費電力の少ない暖房運転の実現及び冷媒の凝縮圧力低く
抑えることにより、圧縮機の冷媒吐出圧力が高くなった
場合の圧縮仕事量の増大を防止し、消費電力を少なくす
ることを目的とし、これを可能とするための冷凍サイク
ルを備える空気調和機の一実施形態を図１６，図１７及
び図１８を用いて説明する。

【０１３２】図１６はこの実施形態である室内機の側断
面を示す図である。

【０１３３】同図において、１０１は室内機内に組み込
まれた多段（３段）曲げ構造の室内熱交換器であり、熱
的な切断線１２４により、室内機における前面下段部分
１０２と前面側上段部分１０３から背面部分１０４にか
けての部分とに熱的に分離されて構成されている。ま
た、１２６は、冷媒流路において、除湿運転あるいは冷
房運転の時には室内熱交換器１０１の上流側になり、暖
房運転時には、室内熱交換器１０１の下流側になる位置
に設けられた室内補助熱交換器である。これらの熱交換
器において、○印で示した１２０は複数枚の放熱フィン
１２３を貫通するように設けられた伝熱管、１２１及び
破線１２２は伝熱管１２０同士の接続管である。さら
に、１０５は除湿運転時に絞り作用を行なう除湿用絞り
装置であり、室内熱交換器１０１における前面上段部分
１０３と背面部分１０４が熱的に一体に結合され、接続
配管１０６によって除湿用絞り装置１０５の一方の接続
口に接続され、除湿用絞り装置１０５の他方の接続口
は、接続配管１０７を介して、熱的に分離された室内熱
交換器１０１の前面下段部分１０２に接続されている。

【０１３４】また、１０９は貫流ファンタイプの室内フ
ァン、１１０は前面吸込グリル、１１１は全面上部吸込
グリル、１１２は上面背面側吸込グリル、１１３はフィ
ルタ、１１４は背面ケーシング、１１５は吹出口、１１
６は吹出口風向板であり、室内空気は、室内ファン１０
９により、矢印１９１，１９２，１９３のように、夫々
前面吸込グリル１１０，全面上部吸込グリル１１１及び
上面背面側吸込グリル１１２からフィルタ１１３を通っ
て吸い込まれ、多段曲げ室内熱交換器１０１で冷媒と熱
交換した後、室内ファン１０９を通って吹出口１１５か
ら室内に吹き出される。

【０１３５】１１７は多段曲げ室内熱交換器１０１の前
面側部分１０２及び１０３に対する露受皿、１１８は多
段曲げ室内熱交換器１０１の背面部分１０４に対する露
受皿であり、冷房運転時や除湿運転時に生じる除湿水を
受ける働きをする。

【０１３６】図１７は図１６における除湿用絞り装置１
０５の一具体例を示す断面図であって、図１７（ａ）は
除湿運転時の除湿用絞り装置１０５の動作状態を、図１
７（ｂ）は冷房時及び暖房運転時の除湿用絞り装置１０
５の動作状態を夫々示している。同図において、１３０
は弁本体、１３１は弁座、１３２は弁体、１３３は弁体
１３２の弁部、１３４，１３５は接続管、１３６は弁体
１３２を動かす電磁モ−タであり、さらに、白抜きの矢
印１３８，１３９は冷媒流方向（配管方向）、矢印１４
０は除湿運転時の冷媒流方向を示す。

【０１３７】除湿運転時には、図１７（ａ）に示すよう
に、弁体１３２は電磁モ−タ１３６により閉じられた状
態になっている。このとき、凝縮器となる室内補助熱交
換器１２６及び室内熱交換器１０１の前面上段から背面
にかけての部分１０３及び１０４（図１６）を通過した
高圧の凝縮液冷媒は、接続管１３４から流入し、弁部１
３３と弁座１３１との隙間で構成される狭い通路１３７
を矢印１４０に示すように流れ、ここで絞り作用を受け
て低圧・低温の冷媒となった後、接続管１３５を通って
蒸発器となる室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２
（図１６）に流入する。

【０１３８】この結果、図１６において、室内補助熱交
換器１２６及び室内熱交換器１０１の前面上段から背面
にかけての部分１０３及び１０４が加熱器（再熱器）
に、また、前面下段部分１０２が冷却器になって室内空
気を加熱すると同時に、冷却・除湿する除湿運転が可能
になる。

【０１３９】また、冷房時及び暖房運転時には、図１７
（ｂ）のように、除湿用絞り装置１０５は、電磁モータ
１３６により、弁体１３２が引き上げられて全開の状態
になる。この結果、接続管１３４，１３５はほとんど流
通抵抗なしで連通し、冷媒はほとんど抵抗なしで流れる
ことになる。

【０１４０】図１８はこの実施形態の全体のサイクル構
成を示す図であって、１５０は回転数制御などにより能
力可変とした冷媒圧縮用の圧縮機、１５１は運転状態を
切り換える四方弁、１５２は室外熱交換器、１５３は絞
り作用のない全開状態が可能な電動膨張弁であって、さ
らに、上記の室内補助熱交換器１２６，多段曲げ室内熱
交換器１０１及び除湿用絞り装置１０５を加えて、これ
らが、接続配管により、環状に接続されて冷凍サイクル
を構成している。

【０１４１】また、図１８では、室内補助熱交換器１２
６及び多段曲げ室内熱交換器１０１の伝熱管の流路状態
の一実施形態を模式的に示している。そして、室内補助
熱交換器１２６は伝熱管が１系統の冷媒流路１５９で構
成され、接続管１２９によって室内熱交換器１０１に接
続されている。

【０１４２】室内熱交換器１０１は、前面上段部分１０
３と背面部分１０４が一体に接続されて伝熱管が２系統
の冷媒流路１５４，１５５となるように構成され、さら
に、切断線１２４によって熱的に分離された下段熱交換
器部分１０２が２系統の冷媒流路１５６，１５７から構
成されている。さらには、これら伝熱管の冷媒流路１５
４，１５５と冷媒流路１５６、１５７とは、除湿用絞り
装置１０５を介して、接続管１０６，１０７によって接
続されている。さらに、１５８は室外ファンである。

【０１４３】以上の室内機構造及び冷凍サイクル構成に
おいて、除湿運転時には、四方弁１５１を冷房運転時と
同様に切り換え、除湿用絞り装置１０５を適当に絞って
電動膨張弁１５３を全開にすることにより、冷媒を、一
点鎖線矢印で示すように、圧縮機１５０，四方弁１５
１，室外熱交換器１５２，電動膨張弁１５３，室内補助
熱交換器１２６，室内熱交換器１０１の前面上段部分１
０３及び背面部分１０４，除湿用絞り装置１０５，室内
熱交換器１０１の前面下段部分１０２，四方弁１５１，
圧縮機１５０の順に循環させ、室外熱交換器１５２が上
流側の凝縮器，室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換
器１０１の前面上段部分１０３と背面部分１０４が下流
側の凝縮器，室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２
が蒸発器となるように運転する。

【０１４４】そして、室内空気を、室内ファン１０９に
より、矢印１９１，１９２，１９３で示すように流す
と、室内空気は蒸発器として作用する前面下段熱交換器
部分１０２で冷却・除湿されると同時に、下流側の凝縮
器、即ち、加熱器となる室内補助熱交換器１２６及び室
内熱交換器の前面上段部分１０３と背面部分１０４で加
熱され、さらに、これらの空気が混合されて室内に吹き
出される。

【０１４５】この場合、回転数を制御して圧縮機１５０
の能力や室内ファン１０９及び室外ファン１５８の送風
能力を制御することにより、冷却器１０２及び加熱器１
２６，１０３，１０４の能力を調節することができ、除
湿量や吹出空気温度を広い範囲で変えることができる。

【０１４６】次に、上記のように、除湿運転時、室内補
助熱交換器１２６がない場合、再熱器として作用する室
内熱交換器１０１の前面上段部分１０３と背面部分１０
４とが存在するにも拘わらず、室温が低下してしまう理
由を説明する。

【０１４７】図１６を参照して、このようなファン構造
では、矢印１９１，１９２，１９３の方向に流れる吸込
み空気の７０％がパネル前面からの矢印１９１で示す方
向に流れる空気であり、残りの３０％が矢印１９２，１
９３の方向に流れる空気であり、冷却器として作用する
熱交換器を上段に配置して再熱器を下段に配置すると、
除湿水が再熱器によって再び蒸発して除湿しないことか
ら、冷却器として作用する熱交換器は前面下段部分に配
置しなければならず、図１６に示すように再熱器と冷却
器を配置する必要があり、この再熱器として作用する前
面上段部分１０３と背面部分１０４を流れる空気は、冷
却器として作用する前面下段部分１０２を流れる空気よ
りも少なく、その分外気温が低い場合には、室温が低下
するという問題があった。

【０１４８】この実施形態では、除湿運転時、再熱器と
して作用する室内補助熱交換器１２６を通風路に設けた
ので、除湿運転時における温度の低下を抑制することが
できる。また、再熱側にこの室内補助熱交換器１２を設
けたので、再熱器の熱交換量が増大し、冷媒の凝縮量が
増えてサイクル全体の能力が向上すると共に、除湿用絞
り装置１０５に冷媒流動音の原因となる気液２相流の気
相が減少して、除湿用絞り装置１０５の動作時（除湿運
転時）における冷媒流動音を低減することができる。

【０１４９】以上のように、この実施形態によれば、除
湿運転時には、室内補助熱交換器及び熱的に２分割され
た室内熱交換器における除湿用絞り装置の上流側が夫々
加熱器１０１，加熱器１０２になり、また、除湿用絞り
装置の下流側が冷却器となり、室内機に吸い込まれた空
気は、加熱器１０１及び加熱器１０２で温められると同
時に冷却器で冷やされて湿気が除去された後、混合され
て吹き出され、冷え過ぎのない快適な除湿運転を行なう
ことができる。特に、加熱器が２個になり、加熱器の伝
熱面積が冷却器の伝熱面積に比べて十分大きくなって加
熱能力が増すため、より冷え過ぎのない快適な除湿運転
が可能になる。

【０１５０】さらに、冷却器（室内熱交換器の前面下段
部分１０２）の下側に加熱器（室内補助熱交換器１２６
及び室内熱交換器の前面上段から背面にかけての部分１
０３，１０４）が配置されないことから、冷却器で生じ
た除湿水が加熱器にかかって再蒸発することがない。

【０１５１】次に、冷房運転時には、除湿用絞り装置１
０５を開いて電動膨張弁１５３を適当に絞り、冷媒を実
線矢印で示すように循環させることにより、室外熱交換
器１５２を凝縮器に、室内補助熱交換器１２６及び多段
曲げ室内熱交換器１０１を蒸発器にして室内の冷房を行
なう。

【０１５２】また、暖房運転時には、四方弁１５１を切
り換え、除湿用絞り装置１０５を開いて電動膨張弁１５
３を適当に絞り、冷媒を破線矢印で示すように循環させ
ることにより、多段曲げ室内熱交換器１０１を凝縮器
に、室内補助熱交換器１２６を過冷却器に，室外熱交換
器１５２を蒸発器にして室内の暖房を行なう。

【０１５３】そして、冷房，暖房の各運転に対しても、
サイクル性能及び多段曲げ室内熱交換器１０１や室内補
助熱交換器１２６での熱交換性能を確保して効率良く運
転する必要がある。

【０１５４】以下、この方法について説明する。

【０１５５】まず、図１８において、冷房運転では、冷
媒が室内補助熱交換器１２６から多段曲げ室内熱交換器
１０１に流れ、これら両熱交換器とも、低圧かつガス冷
媒の比容積が大きくて体積流量が多くなる蒸発器となる
ため、流路面積が小さいと、ここでの圧力損失が大きく
なってサイクルの性能が低下する。そこで、ここでは、
主熱交換器である多段曲げ室内熱交換器１０１の前面上
段から背面にかけての部分１０３，１０４と前面下段部
分１０２の各冷媒流路を夫々冷媒流路１５４，１５５と
冷媒通路１５６，１５７の２系統としてある。この結
果、冷媒流路での圧力損失が十分小さくなり、これによ
る性能低下を十分小さくできる。さらには、室内補助熱
交換器１２６を設けたり、室内熱交換器１０１を前面か
ら背面にかけて設けて蒸発器としての伝熱面積を十分大
きくできることから、性能を向上でき、トータルとして
は性能向上を図ることが可能である。

【０１５６】また、暖房運転での性能を向上するために
は、凝縮器となる室内側の熱交換器の出口で十分な過冷
却を取る必要がある。そして、この過冷却域では、冷媒
が液状態であると同時に冷媒温度が凝縮温度から徐々に
下がることから、液冷媒流の速度を速めて伝熱管内の熱
伝達率を高めると共に、伝熱管が風上側になるようにし
て熱交換前の比較的温度の低い空気流と熱交換するよう
にする必要がある。また、さらには、室内熱交換器１０
１の前面下段部分１０２における暖房運転時の入口部分
では、高温ガス冷媒の温度が凝縮温度まで低下するた
め、この部分でも冷媒流と空気流とが対向流になるよう
にするとよい。

【０１５７】上記室内補助熱交換器１２６は、室内熱交
換器１０１との間に１ｍｍ〜５ｍｍの隙間をあけて配置
するとよい。このように隙間をあけることにより、室内
熱交換器１０１との間に冷房時に結露が両熱交換器間に
架橋することを防止でき、熱交換器の通風抵抗の増大を
防止して冷房能力の低下防止及び送風音の増大防止がで
きる。

【０１５８】また、配置する位置を上面背面側の熱交換
器に気流方向に重ねるようにすると、気流の風速が遅く
なってファンに向かって露が落下しにくくなるので、背
面側の熱交換器の傾斜角度を大きくして、熱交換器の鉛
直方向の寸法を小さくでき、これにより、室内機の高さ
寸法を小さくでき、若しくはその分熱交換器の大きさを
大きくできる。さらに、配置する位置を上面背面側の熱
交換器に気流方向に重ねるようにすると、上部前面側の
熱交換器の前側に空気清浄フィルタや消臭フィルタを配
置する場合、風速分布の均一化を図れ、熱交換性能の低
下を抑制できる。

【０１５９】図１８において、凝縮器の出口側は室内補
助熱交換器１２６であり、この部分は冷媒流路が１系統
で流路面積を十分小さくできることから、冷媒流速を速
くして熱伝達率を十分高くでき、さらに、室内熱交換器
１０１の風上側に配置してある。従って、室内補助熱交
換器１０１は過冷却器として十分な性能を発揮すること
ができる。また、冷媒流路１５６，１５７と２系統の冷
媒流路にした室内熱交換器の前面下段部分１０２におい
て、暖房運転時の高温ガス冷媒流の入口側を空気流の風
下側に設けた配管構成にし、この熱交換器部分２では、
冷媒流と空気流とが対向流になるようにしてあり、これ
によって熱交換性能を向上できる。

【０１６０】ここで、室内機寸法を十分大きくできない
ときには、室内補助熱交換器１２６を暖房運転における
過冷却器として十分な大きさにできない場合がある。こ
の問題を解決できる一実施形態を図１９に示す。なお、
図１８に対応する部分には同一符号をつけて重複する説
明を省略する。

【０１６１】図１９においては、多段曲げ室内熱交換器
１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３，１０
４を、風上側に設けた１系統の冷媒流路部分１６０と２
系統の冷媒流路部分１６１，１６２とから構成する。さ
らに、室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２の冷媒
流路を冷媒流路１５６，１５７の２系統にすると同時
に、前面下段部分１０２における暖房運転時の冷媒流入
口部分を空気流の風下側に設けた配管構成にしている。

【０１６２】このサイクル構成により、暖房運転におい
ては、圧縮機１５０を出て四方弁１５１を通った後の高
温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１に入り、前面下段
部分１０２の冷媒流路が２系統の伝熱管１５６，１５７
を分流して通った後、全開となっている除湿用絞り装置
１０５を通って室内熱交換器１０１の前面上段から背面
にかけての部分１０３，１０４に入り、冷媒流路が２系
統の伝熱管１６１，１６２を分流して流れ、その後、合
流して冷媒流路が１系統の伝熱管１６０を流れ、さら
に、冷媒流路が１系統の室内補助熱交換器１２６を流れ
る。

【０１６３】この場合、室内熱交換器１０１の前面下段
部分１０２では、高温のガス冷媒が流れる入口側が空気
流の風下側になり、二相冷媒の流れる出口側が温度の低
い空気流の風上側になるため、前面下段部分１０２で
は、冷媒流と空気流とが熱交換性能の優れた対向流状態
となる。また、多段曲げ室内熱交換器１０１の前面上段
から背面にかけての部分１０３，１０４の冷媒流出口側
の伝熱管１６０及び室内補助熱交換器１２６の伝熱管１
５９が１系統冷媒流路となっており、さらに、飽和温度
から徐々に温度の下がるサブクール域となるこれらの伝
熱管１６０，１５９は温度の低い上流側空気流と熱交換
をするため、十分なサブクールが取れ、室内機から室外
機に向かう冷媒温度はほぼ室温となるので、暖房性能を
向上することができる。

【０１６４】さらに、冷房運転においては、電動膨張弁
１５３で絞られて低圧・低温になった二相冷媒は、最初
室内補助熱交換器１２６に入って冷媒流路が１系統の伝
熱管１５９を通り、次に、室内熱交換器１０１に入り、
前面上段から背面にかけての熱交換器部分１０３，１０
４で１系統の伝熱管１６０を通った後、分流して２系統
の伝熱管１６１，１６２に入り、さらに、除湿用絞り装
置１０５を通って前面下段部分１０２に入り、２系統の
伝熱管１５６，１５７に分流して流れる。この場合、伝
熱管１５９，１６０では、冷媒の乾き度が比較的小さい
ため、１系統の冷媒流路でも圧力損失は比較的小さい。
また、乾き度が比較的大きい伝熱管１６１，１６２と伝
熱管１５６，１５７との部分では、冷媒流路を夫々２系
統にしたことから、圧力損失が十分小さくなる。この結
果、圧力損失による冷房性能の低下を防ぐことができ
る。さらに、室内補助熱交換器１２６を設けたことによ
り、蒸発器としての伝熱面積が増加し、冷房性能が向上
する。

【０１６５】ここで、図１８及び図１９に示す実施形態
では、室内熱交換器１０１の伝熱管を２系統に分ける場
合及び１系統と２系統を組み合わせた場合であったが、
これらに限るものではなく、冷媒流路をさらに多くの系
統に分けることもでき、この場合でも、室内熱交換器１
０１での冷媒流圧力損失を低減し、特に、冷房性能の低
下を防止できる。但し、冷媒流路をあまり多系統にする
と、冷媒流の圧力損失は低下するが、熱伝達率の低下が
著しく、冷房運転及び暖房運転における能力や動作係数
といった空気調和機全体の性能が低下してしまうため、
最適な系統数の冷媒流路に設定する必要がある。この最
適な系統数は、主に、冷媒配管の内径に応じて決定され
る。

【０１６６】また、室内熱交換器１０１において、多系
統の冷媒流路にした部分を管径の太い伝熱管として１系
統の冷媒流路にしても（図示省略）、同様の効果が得ら
れる。即ち、管径を太くしたことにより、冷媒流の流速
が遅くなり、特に、冷房運転での性能低下を防止でき
る。

【０１６７】さらに図１６，図１８及び図１９における
室内補助熱交換器１２６は、空気流に対して室内熱交換
器１０１の風上側に設けてあるため、室内補助熱交換器
１２６と室内熱交換器１０１の重なった部分では、通風
抵抗の増大により、風量が減少して伝熱性能が低下して
しまう。そこで、室内補助熱交換器１２６は、室内熱交
換器１０１に対して通風抵抗の小さいものにする必要が
ある。このためには、室内補助熱交換器１２６は、室内
熱交換器１０１に比べて、フィンピッチを大きくした
り、あるいは奥行き寸法（風の流れる方向の寸法）を薄
くしたり、あるいは室内熱交換器１０１が伝熱性能を上
げるためにフィンにスリットを設けるのに対してスリッ
トを設けない構造にする（図示省略）。

【０１６８】次に、図１６の室内機構造において、多段
曲げ室内熱交換器１０１における矢印１９１，１９２，
１９３で示す吸込空気の風速分布は、前面下段部分１０
２に相当する１９１が比較的速い。さらに、デザインの
点から、図１９に示すように、室内機の前面において、
上方部分１８０を塞いで空気吸込口とせず、下方部分の
みを吸込グリル１８１とする室内機構造にする場合があ
り、この場合、矢印１９１，１９２，１９３で示す吸込
空気流の風速分布は、前面下方吸込グリル１８１に相当
する矢印１９１の風速分布が最も速い。

【０１６９】こうした場合、代表例を図２０に示すよう
に（なお、図２０において、図１６に対応する部分には
同一符号をつけて重複する説明を省略する）、補助熱交
換器１２６を多段曲げ室内熱交換器１０１の前面下段部
分１０２の風上側に設けることにより、冷房及び暖房の
性能をさらに向上することができる。

【０１７０】即ち、冷房及び暖房運転において、矢印１
９１に相当する風量が比較的多いことから、この風量に
対応した室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換器の前
面下段部分１０２からなる熱交換器部分が風の流れる奥
行き方向に厚くなっても、この熱交換器部分の温度効率
は比較的高く保たれる。さらに、室内熱交換器１０１に
おける風速分布の速いところに（多少）通風抵抗となる
補助熱交換器１２６を設けたことから、室内熱交換器１
０１全体の前面における吸込風速分布がより均一にな
る。これらの結果、図２０に示す室内機構造は、図１６
に示した室内機構造に比べて冷房及び暖房の性能を向上
することができる。

【０１７１】また、図２０に示す構造での除湿運転の性
能は、実測によると、図１６に示した室内機構造と大差
はなく（除湿量はやや減少する傾向にあるが、逆に、吹
出空気温度は上昇する傾向になる）、冷え過ぎを抑制し
た快適な除湿運転を行なうことがきる。

【０１７２】また、さらには、室内機の構造上の制約か
ら、室内補助熱交換器１２６を室内熱交換器の背面部分
１０４の風上側や前面下段部分１０２の風上側に設ける
ことができない場合には、室内熱交換器の前面上段部分
１０３の風上側に設けても、多少性能は低下するかも知
れないが、これまで述べてきた除湿，冷房及び暖房の運
転における補助熱交換器の効果を得ることができる。

【０１７３】なお、図１８及び図１９に示したサイクル
構成においても、図２０に示した室内機構造あるいは室
内補助熱交換器１２６を室内熱交換器の前面上段部分１
０３の風上側に設けた室内機構造を適用することがで
き、同様の効果を得ることができる（図示省略）。

【０１７４】ところで、図１６，図１８，図１９及び図
２０に示したの実施形態では、室内熱交換器１０１を前
面下段部分１０２，前面上段部分１０３及び背面部分１
０４の３段に曲げたものであるが、これに限るものでは
なく、各部分を必要に応じて夫々多段に構成してもよ
い。

【０１７５】一例として、図２１には、熱的な切断線１
６３の下段部分である室内熱交換器１０１の前面下段部
分１０２’を熱交換器部分１６４，１６５，１６６の３
段にした場合を示している。かかる構成によると、伝熱
面積を図１８の構成の場合よりも大きくできる。

【０１７６】また、他の例として、図２２に示すよう
に、前面下段から前面上段，背面までを、折れ線でな
く、連続した曲線にした一体構造にし、さらに、除湿運
転時に加熱器となる前面上段から背面にかけての部分と
冷却器となる前面下段部分とを、切断線１６７により、
熱交換器部分１６８，１６９の２つに熱的に分離した構
造にしてもよく、同様に伝熱面積を大きくすることがで
きる。

【０１７７】特に、小形の空気調和機であるルームエア
コンなどでは、室内熱交換器を収納するスペースが十分
に取れないことが多く、この場合には、室内熱交換器の
曲げ回数を多くしたり、曲線状にすることにより、狭い
スペースに十分な伝熱面積を持つ室内熱交換器を収納で
きる。そして、これらの室内熱交換器の場合にも、図１
６あるいは図２０などに示したように、室内熱交換器の
風上側に室内補助熱交換器を設けて同様の効果を得るこ
とができる。

【０１７８】また、図１６，図１８，図１９，図２０に
おける除湿用絞り装置１０５や電動膨張弁１５３は、キ
ャピラリーチューブあるいは通常の膨張弁と二方弁とを
並列に設けた構成のものにしてもよく（図示省略）、二
方弁の開閉により、これまでの実施形態と同様の作用を
実現することができる。

【０１７９】ここで、これまでは、室内熱交換器として
は室内機の前面から背面にかけて設けた構造を考えてき
たが、これに限らず、室内熱交換器を室内機の前面にだ
け設けて背面には設けない構造にし、この風上側に補助
熱交換器を設けた室内機構造の場合にも（図示省略；例
えば、図１６あるいは図２０において、室内熱交換器１
０１の背面部分１０４を設けない場合などに相当）、こ
れまでの説明と同様な室内補助熱交換器１２６の効果を
得ることができる。

【０１８０】また、室内熱交換器の前面部分及び背面部
分の冷媒流路を夫々二系統以上にしたり、室内補助熱交
換器１２６の冷媒流路を一系統にすると同時に室内熱交
換器の風上側に配置することにより、冷房運転や暖房運
転において、圧力損失を低減できると共に冷媒流と空気
流とを対向流にでき、さらには、暖房運転時において、
室内補助熱交換器１２６が過冷却器として作用し、効率
良く十分な過冷却をとることができる。従って、冷房運
転及び暖房運転において、図１６から図２０で述べた実
施形態と同様に、十分効率の良い運転を行なうことがで
きる。

【０１８１】ところで、以上説明した実施形態において
は、空気調和機でよく使用されるＨＣＦＣ２２（ハイド
ロクロロフルオロカーボン２２の略）などの単一冷媒を
使用する場合に付いて説明してきた。しかし、最近で
は、オゾン層破壊や地球温暖化の点からＨＣＦＣ２２に
代わる代替冷媒の研究が盛んになっており、代替冷媒と
しては、単一冷媒だけでなく、混合冷媒の使用が検討さ
れている。これに対し、図１６から図２０に示す実施形
態で述べてきた室内機の構造やサイクル構成，運転の制
御方法を適用できることは明らかであり、同様の効果が
得られる。

【０１８２】上記室内補助熱交換器１２６を搭載した空
気調和機での実験によれば、−１０℃と−１５℃とで
は、−１０℃の方が冷媒ガスの吸込密度が小さくなり、
圧縮仕事量が小さくなったことにより、圧縮機駆動用電
動機の回転数が長時間にわたって高い回転数で運転でき
た。これは、室内補助熱交換器１２６による冷媒凝縮量
の増加により、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの圧力が
上昇を抑制若しくは下がることで圧縮機の仕事量が小さ
くなって、これによって運転電流値が下がり、設定され
た最高回転数（９０００ｒｐｍ）での運転を長時間行な
っても、制限電流値に達しないようになる。

【０１８３】これにより、ＰＡＭ制御のみの場合の実験
では、室外気温が−１０℃及び−１５℃の条件で、室内
温度が設定温度２３℃に達する前に凝縮圧力が大きくな
って制限電流に達して、回転数を５０００ｒｐｍから７
０００ｒｐｍの間に抑える制御になってしまい、設定温
度になるまでに極めて長い時間を要することがあった
が、これをなくすことができた。これは、室外気温−１
５℃のときでも、石油ファンヒータと同等の暖房能力で
あり、しかも、電気料金も石油ファンヒータの石油代と
同等にできた。

【０１８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
室外気温が低い暖房運転時に、インバータの電源電圧を
高くして圧縮機用電動機を高い回転数で長時間運転する
ことができるので、室内温度が設定温度に達するまでの
時間を短縮することができ、快適な暖房を実現可能とす
るとともに、暖房運転時に、凝縮器となる室内側熱交換
器の出口で十分な過冷却が得られるので、圧縮機の仕事
量を小さくでき、これによって暖房性能が向上して省電
力を図ることができる。

【０１８５】また、本発明によれば、室外気温が−１０
℃以下あるいは−１５℃以下の暖房運転時に、インバー
タの電源電圧を最大にして圧縮機電動機を最高回転数で
長時間運転することができるので、室外温度がかかる低
温の環境下でも、室内温度が設定温度に達するまでの時
間を短縮することができ、快適な暖房を実現可能とする
とともに、暖房運転時に、凝縮器となる室内側熱交換器
の出口で十分な過冷却が得られるので、圧縮機の仕事量
が小さくでき、これによって暖房性能が向上して省電力
を図ることができる。

【０１８６】さらに、本発明によれば、過冷却用補助熱
交換器が室内熱交換器よりも風上側に配置されているの
で、上記効果に加えて、室内空気流をより高い温度に加
熱することができて圧縮機の仕事量をより小さくするこ
とができ、これにより、暖房性能がより向上して大幅な
省電力を図ることができるという優れた効果が得られ
る。

【０１８７】さらに、本発明によれば、過冷却用補助熱
交換器が室内熱交換器よりも風上側て、かつ冷媒通路上
でこの室内熱交換器よりも下流側に配置されているの
で、上記効果に加えて、室内空気流をより高い温度に加
熱することができて圧縮機の仕事量をさらに小さくする
ことができ、暖房性能がさらに向上して大幅な省電力を
図ることができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の第１の実施形態を示
すブロック図である。

【図２】図１に示した第１の実施形態の制御方法を示す
フローチャート図である。

【図３】図１に示した第１の実施形態の入力交流電源電
圧が１００Ｖの場合の図２に示した制御方法を説明する
ための図である。

【図４】図３で説明した制御方法による効果を従来例と
比較して示す図である。

【図５】図１に示した第１の実施形態の一変形例を示す
ブロック図である。

【図６】図１に示した第１の実施形態と図５に示した回
路を用いる空気調和機との効果を比較して示す図であ
る。

【図７】本発明による空気調和機の第２の実施形態を示
すブロック図である。

【図８】本発明による空気調和機の第３の実施形態を示
すブロック図である。

【図９】本発明による空気調和機の第４の実施形態を示
すブロック図である。

【図１０】従来の空気調和機での電動機駆動装置の回路
構成図である。

【図１１】外気温度に対する暖房特性を示す図である。

【図１２】本発明の一実施形態でアクティブコンバータ
として作動直後の交流電源入力波形を示す図である。

【図１３】ＰＷＭ／ＰＡＭ切り換え前後のリアクタ電流
及びインバータ電流を示す図である。

【図１４】負荷作動に対するリアクタ電流の波形を示す
図である。

【図１５】直流電圧に対するリアクタ電流の波形を示す
図である。

【図１６】本発明の一実施形態である空気調和機の室内
機構造を示す図である。

【図１７】図１における除湿用絞り装置の一例の構造及
動作状態を示す図である。

【図１８】本発明の一実施形態である空気調和機のサイ
クル構成を示す図である。

【図１９】本発明の他の実施形態である室内熱交換器の
配管構成を示す図である。

【図２０】本発明の他の実施形態である空気調和機の室
内機構造を示す図である。

【図２１】本発明の他の実施形態である室内熱交換器の
形状を示す図である。

【図２２】本発明のさらに他の実施形態である室内熱交
換器の形状を示す図である。

【符号の説明】

２整流器３リアクトル４ダイオード５コンデンサ６スイッチ素子７電圧比較器８掛算器９負荷電流検出器１０電流比較器１１発振器１２駆動回路１３インバータ１４電動機１５マイコン１６インバータ駆動回路１８直流電圧信号切換スイッチ１９トリガ素子２０同期信号切換スイッチ２１電圧指令切換スイッチ２２ドライブ信号切換スイッチ２３供給電流検出器２４アクティブコンバータブロック２５ローパスフィルタ２６電源キャパシタ２７リアクトル２８ダイオード２９室温センサ３０交流電源電圧検出器３１交流直流切換スイッチ３２直流電源Ｑ力率改善回路１０１室内熱交換器１０２，１０２’ 室内熱交換器の前面下段部分１０３室内熱交換器の前面上段部分１０４室内熱交換器の背面部分１０５除湿用絞り装置１０６，１０７接続配管１０９室内ファン１１０前面吸込グリル１１１上面吸込グリル１１２背面吸込グリル１１３フィルタ１１４背面ケーシング１１５吹出口１１６吹出口風向版１１７前面露受皿１１８背面露受皿１２０伝熱管１２１，１２２伝熱管の接続配管１２３放熱フィン１２４熱的切断線１２６室内補助熱交換器１２７〜１２９接続配管１３０弁本体１３１弁座１３２弁体１３３弁部１３４，１３５接続管１３６電磁モータ１３７除湿運転時の冷媒流路１５０圧縮機１５１四方弁１５２室外熱交換器１５３電動膨張弁１５４〜１５７，１５９〜１６２冷媒流路１５８室外ファン１６３，１６７熱的切断線１６４〜１６６，１６８，１６９熱交換器部分１８０前面上段パネル１８１前面下段吸込グリル１９１〜１９３室内機吸込空気流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｋ (72)発明者森本素生栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者石井誠栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を
切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱
交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイク
ルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装
置とを備え、該圧縮機用電動機駆動装置は、入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、
かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機
用電動機の回転数を可変に駆動するインバータとを有
し、該室内側熱交換器は、室内熱交換器と過冷却用補助熱交
換器とを有し、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変
換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い
回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維
持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とす
る空気調和機。
【請求項２】冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を
切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱
交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイク
ルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装
置とを備え、該圧縮機用電動機駆動装置は、入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、
かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機
用電動機の回転数を可変に駆動するインバータとを有
し、該室内側熱交換器は、室内熱交換器と過冷却用補助熱交
換器とを有し、室外温度が−１０℃の暖房運転時に、該
電力変換器の出力直流電圧を最大にして該圧縮機用電動
機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転
電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを
特徴とする空気調和機。
【請求項３】冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を
切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱
交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイク
ルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装
置とを備え、該圧縮機用電動機駆動装置は、入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、
かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機
用電動機の回転数を可変に駆動するインバータとを有
し、該室内側熱交換器は、室内熱交換器と過冷却用補助熱交
換器とを有し、室外温度が−１５℃の暖房運転時に、該
電力変換器の出力直流電圧を最大にして該圧縮機用電動
機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転
電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを
特徴とする空気調和機。
【請求項４】冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を
切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱
交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイク
ルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装
置とを備え、該圧縮機用電動機駆動装置は、入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、
かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機
用電動機の回転数を可変に駆動するインバータとを有
し、該室内側熱交換器は、室内熱交換器と該室内熱交換器の
風上側に配置された過冷却用補助熱交換器とを有し、室
外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電
圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転して
も、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量
を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項５】冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を
切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱
交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイク
ルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装
置とを備え、該圧縮機用電動機駆動装置は、入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、
かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機
用電動機の回転数を可変に駆動するインバータとを有
し、該室内側熱交換器は、室内熱交換器と、該室内熱交換器
よりも風上側で、かつ冷媒通路上該室内熱交換器よりも
下流側に配置された流路面積の小さい過冷却用補助熱交
換器とを有し、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変
換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い
回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維
持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とす
る空気調和機。