JPS6121343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷媒圧縮用の圧縮機の回転数を高速
にしうると共に連続的に可変することにより、冷
房及び暖房能力を無段階に制御しうる空気調和装
置に関するものであり、特に、同一の被空調室に
おいて、冷房能力は暖房能力に比し小さくて良
く、また冷房時、極めて低い冷風吹出を防止する
点を鑑み、冷房運転時は、圧縮機の最高回転数を
暖房運転時に比較して低い値にすることにより、
常に効率の良い快適な運転を達成しようとするも
のであり、また使用実態に合わせて、すばやい冷
房運転の立上りを得たい時は、必要に応じて快適
性、安全性を図りつつ冷房能力を増大しうるよう
になすものであり、空気調和装置として、特に省
エネルギーと快適性の向上を図るものである。

従来、冷房及び暖房運転が可能なヒートポンプ
式の空気調和機において、負荷に見合つた能力及
び冷房時の室内ユニツトにおける結露の防止など
の面で、冷房能力を暖房能力に比して低い値に定
めていたが、その方法として、冷媒をバイパスさ
せるなど冷媒回路の切替えを行なつて達成してい
たが、この方法では、冷房運転時の運転効率は大
幅に低下するという欠点を有していた。また極数
変換方式（モータの極数を例えば２極、４極に切
替えて能力を変化させる方式）を用いたものは、
冷房時は４極で運転することで冷房能力を減少さ
せるものであつたが、この方式では、オイルシー
ル等の面でレシプロ式圧縮機に採用しうるが、そ
れ自体効率の良いロータリー式圧縮機には不適で
あると共に、快適性の面ではオン・オフ制御によ
り室内の温度、湿度の変化が大きくなるため、満
足すべき特性は得られなかつた。

そこで本発明は従来の問題点を解決し、冷房運
転時の最大能力を暖房時の最大能力時より高効率
を得ながら制限することが出来ると共に、効率の
良いロータリー式圧縮機を用いることを可能と
し、かつ、冷房・暖房運転を問わず、広範囲で快
適な能力の無段階制御を達成しうる空気調和装置
を提供することにある。

以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて説
明する。第１図はヒートポンプ式の冷凍サイクル
により加熱、吸熱する空気調和装置であり、図は
特にセパレート形の空気調和装置を示している。

１は室外ユニツト、２は室内ユニツトで、室外
ユニツト１には、圧縮機（ここでは特にロータリ
ー圧縮機）３、圧縮機駆動用のモータ４、冷房・
暖房・除霜運転の切替を行なう四方弁５、室外熱
交換器６、室外フアン７を有する。室内ユニツト
２には減圧装置８、室内熱交換器９、室内フアン
１０及び室内熱交換器９の結露防止のために設け
られた吹出温度検出器１９を有している。

１１は商用電源でここでは三相200Vである。
１２はモータ４に給電し、その回転数を制御する
電源回路であり、１３は速度指令回路で、室温検
出素子１４と、室温設定器１５の信号により、電
源回路１２へモータ４の回転板を定める速度設定
電圧ν_Sを発するものである。１６は運転制御回
路であり、冷暖切替スイツチ１７、急速冷房スイ
ツチ１８を具備すると共に、吹出温度検出器１９
の信号を入力し、四方弁５の切替信号並びに、速
度指令回路１３へ速度設定電圧ν_Sの最大値を変
更する信号を発するものである。

次に動作を説明する。

電源回路１２は、速度指令回路１３よりの速度
設定電圧ν_Sに応じて、モータ４を駆動し回転数
を制御する。このモータ４に直結された圧縮機３
はその回転数に応じて冷媒の圧縮作用を行ない、
室内熱交換器９において加熱、吸熱され、冷房運
転又は暖房運転が行なわれる。モータ４の回転数
を連続的に変化させると、圧縮機３で圧縮される
冷媒量が変化するから、室内熱交換器９における
加熱量又は吸熱量が変化するから、それに応じて
冷房能力又は暖房能力が変化することになる。

そこで速度指令回路１３は、室温検出素子１４
で室温を検出し、室温設定器１５よりの設定室温
との温度差（これをΔθとする）に対応して速度
設定電圧ν_Sを発する。こうして、室温が設定室
温に等しくなるように、電源回路１２によつてモ
ータ４、圧縮機３の回転数が制御され、室温がほ
とんど一定に維持される。

前記の室温と設定室温の温度差Δθに対して、
速度設定電圧ν_Sは、第２図のように変換され
る。Δθが大きい範囲では、運転制御回路１６が
冷暖切替スイツチ１７の操作に応じて速度指令回
路１３を制御することによりν_Sは、ν_H又はν_C
で制限される。ここで速度設定電圧ν_Sと圧縮機
３の回転数Ｎの関係は、ほぼ比例するように電源
回路２が構成されており、そこでν_Hは暖房運転
時の圧縮機３の定格回転数Ｎ_Hを与え、ν_Cは冷房
運転時の圧縮機３の定格回転数Ｎ_Cを与える。Δ
θが小さい範囲ではν_Sはオン・オフ領域とな
り、ν_O又はν_Lとなる。このν_S＝ν_Lは、圧縮機
３の最低回転数Ｎ_Lを与えている。その他の領域
ではΔθとν_Sは比例関係にあり、この領域では
圧縮機３は室温変化に対応して連続的に回転数Ｎ
が制御される。

次に上記の速度指令回路１３の動作に従つて、
冷房運転・暖房運転を行なうと、第３図のような
特性が得られる。第３図でＱは能力を示し、暖房
能力Ｑ_H、冷房能力Ｑ_Cは圧縮機３の回転数Ｎに応
じて変化する。またηは能力Ｑとその時の装置全
体の入力電力Ｗの比即ち成績係数を示し、η_Hは
暖房時のη_Cは冷房時の成績係数を示している。
成績係数ηは大きい程効率が高く省エネルギー運
転となるが、図のように回転数Ｎに対して変化す
る。

ここで一般にヒートポンプ式空気調和装置にあ
つては、同一の空調室に対し冷房能力は、暖房能
力に比し小さくて良い。逆にまた冷房能力を大き
くしすぎると、室内ユニツト２の室内熱交換器９
において結露するという悪影響がある。

そこで、適切な定格の暖房能力Ｑ_H、冷房能力
Ｑ_Cを与えるように圧縮機３の回転数Ｎの最大値
を設定し、それぞれの定格回転をＮ_H及びＮ_Cとす
るものである。また、圧縮機３の回転数Ｎが低く
しすぎると、圧縮機構におけるオイルシール効果
が低下し、機器の損焼を招く恐れがあるため、最
低回転数Ｎ_Lを定めているものである。

この結果、暖房運転時は、圧縮機３の回転数Ｎ
はＮ＝０及びＮ_LからＮ_Hの間、冷房運転時はＮ＝
０及びＮ_LからＮ_Cの間となり、この範囲内で通常
の冷房・暖房運転がなされる。

このような運転形式を採ることにより、成績係
数η特に冷房時の成績係数η_Cをみると、効率の
悪い回転数Ｎ_CよりＮ_Hまでの間で回避して、常に
効率の高い領域での運転が可能で省エネルギーが
図れる。また通常の使用に際しては、冷房運転及
び暖房運転とも、定格能力に比し半分程度で運転
される頻度が高く、第３図より高効率運転が期待
できるため、室温をほとんど一定に制御しうる点
と合わせて、極めて効率面、快適性の面で効果を
発揮しうることになる。

次に、上述で通常の冷房運転時の定格回転数Ｎ
_Cを圧縮機３のとりうる最大回転数（＝暖房時の
定格回転数Ｎ_H）よりも減じているが、結露等の
状態が発生しない範囲では、暖房時の定格回転数
Ｎ_Hと同一又はそれに近い値で運転できる。そこ
で運転制御回路１６における急速冷房スイツチ１
８の操作で速度指令回路１３における冷房時のν
_Sの最大値をν_Cよりν_Hとなして、圧縮機３の最
高回転数をＮ_Hとすると、これにより冷房能力Ｑ_C
の最大値は第３図に示すように高くなる。

従つて、このような運転動作を冷房運転開始時
に行なうと室温θ_rが設定室温θ_rdに達するのが
早く、急速冷房を行なうことが出来る。４図はこ
の状態を示す図であり、ｔは時刻を示している。
図中実線は、圧縮機３の最高回転数を冷房時の定
格回転数Ｎ_Cとした場合で、一点鎖線は、急速冷
房スイツチ１８の操作で、暖房時の定格回転数Ｎ
_Hと同じ値まで許容した場合を示し、時刻ｔ＝ｔ_O
で冷房運転を開始すると、急速冷房の場合は、冷
房能力がアツプされているため、室温θ_rが設定
室温Ｔ_rdに達る時刻t₁は、通常の冷房運転の場合
の時刻t₂よりも早く達することが出来る。また時
刻t₃で室温θ_rがドアや窓の開閉で急に上昇する
場合にあつても、急速冷房の方がもとの設定室温
θ_rdに復帰するのが早くなる。時刻t₄以降、室温
θ_rがほぼ安定し、冷房負荷もそれ程大きくない
場合は、急速冷房であつても通常の冷房運転でも
圧縮機３の回転数の変化は同一となる。

即ち、この急速冷房運転の効果は、効率が若干
悪いが早く所望の室温にしたい等に適宜利用しう
るもので、快適性、使い勝手の面で効果を発揮し
うるものである。

ただしこの急速冷房運転は、前述のごとく、冷
えすぎにより室内ユニツト２で結露を起す場合が
あるので、この急速冷房の運転方法として (イ) 冷房運転開始後または急速冷房スイツチ１８
を操作した後一定時間のみ可能 (ロ) 冷房運転開始後または急速冷房スイツチ１８
を操作した後、結露の発生に至る直前までの間
可能 (ハ) 急速冷房スイツチ１８の操作で運転され、結
露の発生を検知した時点だけ通常の冷房運転と
する。

などが考えられる。ただ快適性だけ考えると、
すばやい応答性、希望の温度の維持が要求される
が、実使用上から考えて、快通性と省エネルギー
の両面をうまく調和させるならば、上記(イ)、(ロ)で
かつ急速冷房スイツチ１８を操作した時だけ、所
定の時間又は、結露に達する直前までこの急速冷
房を可能とする方法が良い場合が多いと考えられ
る。

なお、運転制御回路１６は、上の運転方法に適
応するように時限要素や、必要に応じて結露の状
態を検出する吹出温度検出器１９を具備し、これ
らにより、速度指令回路１３の速度設定電圧Ｖ_S
の最大値を切替えるように構成すればよい。結露
の検出としては室内熱交換器９の温度を検出する
などの方法も可能である。また運転制御回路１６
は、冷暖切替信号を速度指令回路１３に発し、圧
縮機３の最高回転数の切替を直接電源回路１２の
適切な部分で制御することも可能であり、適宜構
成しうることは明らかである。

次に電源回路１２の実施例を説明する。

第５図はその一実施例であり、この電源回路１
２は、交流誘導電動機として構成されたモータ４
に給電する方法として、その電圧と周波数を可変
するもので、モータ４の可変速駆動用の可変周波
数電源が用いられている。

２０は商用電源を直流に変換する整流回路であ
り、２１は整流回路２０の出力する電圧Ｖ_dc1を
速度指令回路１３よりの速度設定電圧ν_Sに対応
した出力電圧Ｖ_dc2を制御するチヨツパ回路、２
２はチヨツパ回路２１の出力電圧Ｖ_dc1を、その
電圧に係合した周波数の三相交流電圧Ｖ_Mを発す
るインバータ回路である。２３はチヨツパ回路２
１及びインバータ回路２２を制御する制御回路で
ある。

この電源回路１２は、圧縮機３の可変速運転に
必要なトルクをモータ４が出力できるように上記
のように可変電圧・可変周波数の電力を供給する
もので、冷暖房運転でとりうる運転範囲内で安定
して動作しうるものである。

次に第６図は他の電源回路１２′の実施例を示
しており、この電源回路１２′は、それに適応し
たモータ４′と総称して、トランジスタモータな
どと呼ばれるもので、一般に直流モータを半導体
スイツチを用いて可変速駆動するものである。

２０及び２１は、第５図と同種の整流回路及び
チヨツパ回路である。２４は整流子回路であり、
モータ４′の各巻線に所定の順序で直流電圧を印
加させる働きをする。２５はモータ４′に設けら
れ、回転子の回転位置を検出する回転位置検出器
である。この回転位置検出器２５の出力により前
記の整流子回路２４における各半導体スイツチの
導通のタイミングをとつて、モータ１４′が安定
に回転を継続しうるものである。２６は制御回路
であり、速度指令回路１３よりの速度設定電圧ν
_Sに対応するようにモータ４′の回転速度を制御さ
せる働きをする。

この電源回路１２′は、モータ４′内に回転位置
検出器２５を設けるなど、構成面での複雑さはあ
るが、第５図に示す方式よりも安定できめ細かい
制御が出来る利点があり、使用対象に合わせて選
定することが望ましい。なお上記２つの電源回路
１２，１２′は共に圧縮機３の最高回転板を商用
電源周波数で得られる最高回転数（約3400rpm、
60Hz時）よりも高い値が得られるため、小型軽量
で効率のよいロータリー式圧縮機を使つて広範囲
（例えば2000〜8000rpm）に変化させることが出
来るものである。

以上本発明を図面に基づいて説明したが、本発
明にかかる空気調和装置は、 冷暖房負荷に対応して広範囲にその冷暖房能
力を連続的に制御しうるため、室温制御特性が
極めて向上し、すぐれた快適性が得られる。

冷暖房運転に対応して、その最大能力を設定
して、省エネルギー運転と、安定した運転状態
を達成すると共に、必要に応じて一時点な冷房
能力のパワーアツプが可能で使い勝手が極めて
向上し、また機器の能力を十分生かした合理的
運転を可能とする。

など従来の方法では得られなかつた快適性、操作
性、経済性を十分発揮しうるもので、その果す役
割は非常に大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気調和装置の一実施例を示
すブロツク図、第２図、第３図、第４図はそれぞ
れ第１図の実施例の動作・特性を示す説明図、第
５図、第６図はそれぞれ本発明における電源回路
の実施例を示すブロツク図である。 １……室外ユニツト、２……室内ユニツト、３
……圧縮機、４……モータ、５……四方弁、６…
…室外熱交換器、９……室内熱交換器、１２……
電源回路、１３……速度指令回路、１６……運転
制御回路、１９……吹出温度検出素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷媒圧縮用の圧縮機を主体とする冷媒回路
   と、前記圧縮機の駆動用モータに給電し、連続可
   変速駆動することにより、前記圧縮機の回転数を
   制御する電源回路と、冷暖房運転時の室内負荷状
   態に対応した出力信号を前記電源回路に発する速
   度指令回路と、前記速度指令回路を制御して前記
   圧縮機の最高回転数の設定変更を行なう運転制御
   回路とを具備し、前記運転制御回路は、冷房運
   転・暖房運転の選択手段よりの選択信号及び冷房
   能力変更手段よりの手動操作信号を入力する手段
   と、前記選択信号により、冷房時及び暖房時に対
   応して、それぞれの定格回転数を決定して前記圧
   縮機の最高回転数の設定を変更する手段と、前記
   手動操作信号が与えられた時、前記冷房時の定格
   回転数を増大させ、または前記暖房時の定格回転
   数と等しい値に変更する手段とにより構成された
   ことを特徴とする空気調和装置。 ２ 運転制御回路における冷房時の定格回転数を
   変更する手段を、手動操作信号が与えられた時点
   から所定時間経過後に定格回転数を元に戻すタイ
   マーを具備させ、または室内への吹出温度等が所
   定値に達した後に定格回転数を元に戻す温度比較
   手段を具備させて構成した特許請求の範囲第１項
   記載の空気調和装置。