JPS6262276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は能力制御圧縮機を有する空気調和機に
関するもので、その目的とするところは冷房負荷
および暖房負荷に対応して高効率でしかも快適性
の高い制御を行なおうとするものである。

最近、ヒートポンプ式空気調和機の省エネルギ
ーを図る手段として冷房あるいは暖房負荷に応じ
て圧縮機の容量を制御する方法が検討されてい
る。例えば圧縮機に極数変換圧縮機を使用し負荷
の高い暖房運転時には２極運転し、負荷の低い冷
房運転時には４極運転し、冷房運転時の効率向上
を図つたものがあるが、これは冷房運転時の負荷
の高い場合の効率向上に寄与するが、例えば夜間
時の運転のように冷房負荷の低い場合の効率向上
に対して効果はなかつた。また、圧縮機の容量を
多段階にあるいは連続的に制御する技術が種々提
案されているが、これらの圧縮機についても、冷
房あるいは暖房の負荷の低い条件で運転した場合
の効率向上あるいは快適性向上の対策はなされて
いない状況である。

第１図に能力制御圧縮機を空気調和機に搭載し
た時の圧縮機容量に対するエネルギ効率EERを
示す。点線Ａは圧縮機の入力に対する空気調和機
の能力の比率を示し、圧縮機の容量が小さくなれ
ばエネルギ効率は上昇する。一方実線Ｂは圧縮機
入力、熱交換器用フアンを駆動するモータ入力な
ど空気調和機の全入力に対する空気調和機の能力
の比率を示し、圧縮機の容量が小さくなつてもエ
ネルギ効率はある点を頂点にして低下する。これ
は空気調和機の能力を大幅に制御すれば低能力域
でエネルギ効率が低下する事を示している。

本発明は上記の様な問題を解決する空気調和機
を提供するものである。

第２図は本発明の空気調和機の一実施例でセパ
レート型空気調和機に応用したものである。

１は空気調和機の室外ユニツト、２は室内ユニ
ツトである。室外ユニツト１は圧縮機３、圧縮機
３を駆動するモータ４、冷房運転と暖房運転を切
換える切換弁５、室外熱交換器６、この室外熱交
換器６に通風する室外フアン７及びこのフアン７
を駆動するモータ８、減圧装置９を有する。室内
ユニツト２は室内熱交換器１０、この室内熱交換
器１０に室内空気を通風する室内フアン１１及び
このフアン１１を駆動するモータ１２、室温検知
器１３、及び室温設定器１４を有する。これらの
圧縮機３、切換弁５、室外熱交換器６、減圧装置
９、室内熱交換器１０、などは冷媒配管１５によ
つて接続され、ヒートポンプ式冷媒回路を形成し
ており、前記切換弁５で冷媒流路を切換える事に
より室内熱交換器１０による吸熱又は加熱が行な
われ室内を冷房又は暖房する。

前記圧縮機３の容量制御は前記モータ４の回転
速度を変化することにより可能であり、このモー
タ４の回転速度は直接的にはその電源の電圧及び
周波数を変化する制御回路により制御され、全体
的にはこの制御回路と後で述べる種々の信号の処
理を含めて制御装置１６により制御される。上記
制御回路は以下のような構成よりなる。Ａは商用
電源（ここでは３相）でこれを一次電源として、
前記制御装置１６は６つのダイオードD₁，D₂，
D₃，D₄，D₅，D₆とチヨークコイルCH₁、コンデ
ンサC₁よりなる整流回路Ｂにより整流し直流電
源に変換し、速度信号回路Ｅにおいて発生した速
度信号によりチヨツパ制御回路Ｆによりチヨツパ
回路ＣのトランジスタTr₁を駆動し、前記直流電
源の電圧を制御し、それをチヨークコイルCH₂と
コンデンサC₂で平滑にし、この調整平滑化され
た直流電源を、ブリツジインバータ制御回路Ｇに
入力し、直流電圧に相当する周波数を発生し、前
記チヨツパ回路Ｃに接続されたブリツジインバー
タ回路ＤのトランジスタTr₂，Tr₃，Tr₄，Tr₅，
Tr₆，Tr₇を駆動し、三相の矩形波電源を発生さ
せモータ４に供給する。なおトランジスタTr₂，
Tr₃，Tr₄，Tr₅，Tr₆，Tr₇にそれぞれ並列に接続
されたダイオードD₇，D₈，D₉，D₁₀，D₁₁，D₁₂は
各トランジスタがOFFとなつた時のモータ４か
らの逆起電力を通過させるものであり、各トラン
ジスタの保護を行なう。Ｈは冷暖切換信号器であ
り、その信号を速度信号回路Ｅに入力すると共
に、前記切換弁５に入力し、冷房運転と暖房運転
の切換えを行なう。

は起動制御器であり起動制御信号を前記速度
信号回路Ｅに入力する。Ｊは差信号発生器であり
室内空気温度を検知する前記室温検知器１３と室
温の設定温度を指令する前記室温設定器１４の差
信号ΔＥすなわち空調負荷の大きさに対応する信
号を発生させ、速度信号回路Ｅに入力する。

暖房運転時、冷暖切換信号器Ｈからの信号によ
り切換弁５を暖房運転に設定すると共に速度信号
回路Ｅに暖房運転の信号を入力する。また差信号
発生器Ｊより室内空気温度と室温設定温度の差信
号であるΔＥが速度信号回路Ｅに入力される。第
３図はこの差信号ΔＥと速度信号回路Ｅからの速
度信号Vsとの関係を示す。すなわち暖房運転時
は実線Ａで示す特性となる。差信号ΔＥの変化に
対し速度信号VsはＶ_LHよりＶ_Hまでの値を出力す
る。差信号ΔＥが設定値と室温の差が大きい程大
きくなり、これに対し速度信号Vsは差信号ΔＥ
が所定の範囲内では差信号ΔＥに比例するが差信
号ΔＥが十分に大きな領域ではVs＝Ｖ_H一定に、
また差信号ΔＥが小さい領域ではVs＝Ｖ_LH一定
又は零となると共にヒステリシス特性を持つ。こ
の速度信号Vsはモータ４及び圧縮機３の回転速
度を設定するものであり、最高速度及び最低速度
を規定して機械的強度騒音振動及び効率の問題を
解決すると共に、ヒステリシス特性により圧縮機
の頻繁な起動止を防止している。第４図は速度信
号Vsに対し圧縮機の回転数が変化する事による
圧縮機容量Ｑの特性であり、Vsが大きくなれば
容量Ｑはほぼ比例的に大きくなり、暖房運転時に
はＱ_LHからＱ_Hまでの容量及び圧縮機３の停止の
制御が行なわれる。一般に起動時は室温と設定温
度との差は大きい為、最大容量Ｑ_Hあるいはこれ
に近い容量で圧縮機３は運転され、以後起動時と
同様に室温と設定温度との差によりすなわち負荷
に応じて圧縮機３の容量は制御され第５図に示し
た圧縮機容量一空調能力特性における実線Ａの暖
房運転特性の暖房能力が発揮される。これは圧縮
機３より吐出された高温高圧の冷媒は切換弁５を
介して室内熱交換器１０に流入し放熱して室内を
加熱し減圧装置９で減圧膨脹し室外熱交換器６で
室外空気より吸熱蒸発して再び切換弁５を介して
前記圧縮機３に吸入される。

次に冷房運転を説明する。

冷暖切換信号器Ｈより冷房運転の信号が切換弁
５に入力され前記冷媒回路が冷房運転に切換わる
と共に前記信号が速度信号回路Ｅに入力される。
上記切換弁５により圧縮機３より圧縮された冷媒
は室外熱交換器６へ流入し室外空気に放熱冷却
し、減圧装置９によつて減圧膨脹し室内熱交換器
１０で室内空気を冷却減湿し再び切換弁５を介し
て圧縮機３へ戻るという空気調和機の冷房運転が
行なわれる。また速度信号回路Ｅには差信号発生
器Ｊから暖房運転時と同様に室内空気温度と室温
設定温度との差を検知した差信号ΔＥが入力され
る。この時、暖房運転時とは符号が逆となるが、
速度信号回路Ｅ内で符号が補正され暖房運転時と
同様に室温と室温設定値との差信号ΔＥが大きく
なれば速度信号Vsが大きくなる様に制御され
る。この冷房運転時の特性を第３図の点線Ｂで示
す。すなわち冷暖切換信号器Ｈからの信号によつ
て速度信号回路Ｅは差信号ΔＥが十分大きな領域
では速度信号Vsが暖房運転時の最大値Ｖ_Hより低
いＶ_HL一定の値となり、差信号ΔＥが十分小さな
領域では速度信号Vsが暖房運転時の最小値Ｖ_LH
より低いＶ_L一定又は零となる様にヒステリシス
特性を持ち、差信号ΔＥが中間の領域では差信号
ΔＥが大きくなれば速度信号Vsも大きくなると
いう特性を持つ様に制御する。しかも前記のよう
に起動制御器からの信号が速度信号回路(E)に入
力されているので冷房運転起動時には一時的に所
時間速度信号Vsの最大値がＶ_HLよりＶ_Hまで制御
範囲を拡大する様に速度信号回路Ｅが作動する。
この様にして冷房運転の通常使用時には第４図で
示すように圧縮機３の容量Ｑは最小値Ｑ_Lから最
大値Ｑ_HLまでの間で制御され、起動時には容量Ｑ
の最大値がＱ_Hまで拡大されて制御する事が可能
となる。この結果、冷房能力は第５図の圧縮機容
量一空調能力特性における点線Ｂの特性を持つ。
すなわち通常運転時は冷房能力は最小冷房能力ｑ
_cLより最大冷房能力ｑ_cHまでの間及び圧縮機３の
停止で能力制御され、起動時には前記の能力制御
範囲がｑ_cH′まで拡大する。

次に暖房運転、冷房運転の特性を第５図を基に
してさらに詳しく説明する。

暖房運転時は圧縮機３の容量ＱはＱ_LHからＱ_H
までの範囲で負荷に対応して制御され、暖房能力
はｑ_HLからｑ_HHまでの範囲で制御される。第５図
から明らかな様に暖房運転時の圧縮機容量変化に
対する暖房能力制御割合が冷房運転時の圧縮機容
量変化に対する冷房能力制御割合より大きく、あ
まり広範囲の暖房能力制御を行なうと能力域では
第１図で示した様にエネルギ効率が低下するとと
もに、空気調和機からの吹出空気温度が極端に低
下しコールドドラフト現象が生じ、在室者に不快
感を与えるため、暖房運転時において圧縮機容量
はＱ_Lまで減少させずにそれより高いＱ_LHの値ま
でとし、空気調和機の低能力運転域における高効
率運転及び快適性の向上を図つている。

上記の暖房運転時の圧縮機容量変化に対する暖
房能力制御割合が冷房運転時の圧縮機容量変化に
対する冷房能力制御割合より大きくなる理由とし
て次のことが考えられる。すなわち、冷房能力は
蒸発器となる室内熱交換器１０における吸熱量で
あるが、暖房能力は蒸発器となる室外熱交換器６
における吸熱量に圧縮機３の圧縮仕事量が加わつ
たものであり、圧縮機３を高容量運転することに
より、圧縮機３の冷媒吸入圧力と吐出圧力の比が
大きくなり、圧縮機３の圧縮仕事量は圧縮容量の
増加分に上記の冷媒吸入圧力と吐出圧力の比が大
きくなることによる圧縮仕事の増加分が加わり急
激に上昇する。この結果、暖房運転時は冷房運転
時より圧縮機容量変化に対する能力制御割合が大
きくなり、しかも暖房運転時の圧縮機容量が小さ
い時に暖房能力が不足する事態になる。

冷房運転時は圧縮機３の容量ＱはＱ_LからＱ_HL
までの範囲で負荷に対応して制御され、冷房能力
はｑ_CLからｑ_CHまでの範囲で制御される。この
時、圧縮機容量ＱをＱ_Hまで上昇させずにＱ_HLま
での範囲に限定することにより冷房運転時の最大
能力運転時の効率の向上を図つている。さらに冷
房運転の起動時には前記起動制御器Ｉからの信号
により速度信号回路Ｅは所定時間圧縮機容量Ｑを
Ｑ_Hまで上昇させ冷房能力をq′_CHまで上昇させ空
気調和機の立ち上がりを良好にしている。この起
動時の制御は圧縮機容量Ｑを暖房運転時の最大容
量Ｑ_Hまで制御範囲を拡大するものであり冷房負
荷の低い場合には圧縮機容量ＱはＱ_Hより低い値
で運転し、冷房能力もq′_CHより低い能力で運転
し、効率の良い空気調和機の起動運転が可能とな
る。

上記実施例では圧縮機の能力を連続的に制御し
たが、連続制御させない場合には、少なくとも圧
縮機の停止と３段階の圧縮機能力制御を行うもの
であれば良い。

また、前記冷暖切換信号器、起動制御器、差信
号発生器、速度信号回路はマイクロコンピユータ
による処理が可能なことは言うまでもない。

上記のように本発明の空気調和機は能力制御圧
縮機、冷房運転と暖房運転を切換える切換弁、熱
源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒
配管によつて接続したヒートポンプ冷媒回路を設
け、速度信号回路よりの速度信号を入力し、この
速度信号に対応してモータにより駆動される前記
能力制御圧縮機の容量をＱ_LからＱ_Hまで段階的に
あるいは連続的に前記モータの回転数を変化させ
て制御する制御回路と、冷房運転と暖房運転の信
号を発生し、前記切換弁を切換える冷暖切換信号
器と、空調負荷の大きさに対応する出力を発生す
る負荷信号発生器と、この負荷信号発生器の信号
と前記冷暖切換信号器の信号とを入力し、前記負
荷信号発生器の信号に対応した信号を発生しかつ
暖房運転時における前記能力制御圧縮機最低運転
容量を冷房運転時における最低運転容量Ｑ_Lより
高いＱ_LHに制御する信号を発生し前記制御回路に
出力する前記速度信号回路とからなる制御装置を
設けてなるもので、能力制御を行うことによつて
高効率な運転を行うことができる。更に、暖房運
転時の能力運転時における効率の低下を防止し、
空気調和機の室内への吹出し空気温度を上昇させ
ることのできる快適な空気調和機を提供すること
ができる。

さらに、負荷信号発生器の信号と前記冷暖切換
信号器の信号とを入力し、前記負荷信号発生器の
信号に対応した信号を発生しかつ能力制御圧縮機
の冷房運転時における最高運転容量を暖房運転時
における最高運転容量Ｑ_Hより低いＱ_HLに制御す
る信号を発生し制御回路に出力する速度信号回路
からなる制御装置を設けることにより負荷に見合
つた能力制御ができ、特に冷房運転の高負荷領域
における効率向上を図ることができる。

さらに、空気調和機の起動時に起動制御信号を
発生する起動制御器を有し、この起動制御器から
起動制御信号を入力し、冷房運転起動時に能力制
御圧縮機の最高運転容量をＱ_HLよりＱ_Hを含む適
当な値まで上昇する信号を発生し制御回路に出力
する速度信号回路からなる制御装置を設けること
により通常運転時は上記のように高負荷領域にお
ける冷房運転を高効率に行うことができる。しか
も、冷房運転起動時において通常運転の最大冷房
能力より高い能力まで運転可能となり、起動時の
負荷の高い場合において、立ち上がりの速い運転
制御が可能となり、エネルギ損失の少ない高効率
な空気調和機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気調和機の圧縮機能力とエネルギ効
率を示す特性図、第２図は本発明空気調和機の一
実施例を示す回路図、第３図は空気調和機の速度
信号回路の特性図、第４図は空気調和機の速度信
号と圧縮機能力の特性図、第５図は空気調和機の
圧縮機能力と空調能力の特性図である。 ３…圧縮機（能力制御圧縮機）、５…切換弁、
６…室外熱交換器（熱源側熱交換器）、９…減圧
装置、１０…室内熱交換器（利用側熱交換器）、
１５…冷媒配管、１６…制御装置、Ｅ…速度信号
回路、Ｈ…冷暖切換信号器、Ｉ…起動制御器、Ｊ
…差信号発生器（負荷信号発生器）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 能力制御圧縮機、冷房運転と暖房運転を切換
   える切換弁、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側
   熱交換器を冷媒配管によつて接続したヒートポン
   プ冷媒回路を設け、速度信号回路よりの速度信号
   を入力しこの速度信号に対応してモータにより駆
   動される前記能力制御圧縮機の容量をＱ_LからＱ_H
   まで段階的にあるいは連続的に前記モータの回転
   数を変化させて制御する制御回路と、冷房運転と
   暖房運転の信号を発生し前記切換弁を切換える冷
   暖切換信号器と、空調負荷の大きさに対応する出
   力を発生する負荷信号発生器と、この負荷信号発
   生器の信号と前記冷暖切換信号器の信号とを入力
   し前記負荷信号発生器の信号に対応した信号を発
   生しかつ暖房運転時における前記能力制御圧縮機
   の最低運転容量を冷房運転時における最低運転容
   量Ｑ_Lより高いＱ_LHに制御する信号を発生し前記
   制御回路に出力する前記速度信号回路とからなる
   制御装置を設けてなる空気調和機。 ２ 負荷信号発生器の信号と前記冷暖切換信号器
   の信号とを入力し、前記負荷信号発生器の信号に
   対応した信号を発生しかつ能力制御圧縮機の冷房
   運転時における最高運転容量を暖戻運転時におけ
   る最高運転容量Ｑ_Hより低いＱ_HLに制御する信号
   を発生し制御回路に出力する速度信号回路からな
   る制御装置を設けてなる特許請求の範囲第１項記
   載の空気調和機。 ３ 空気調和機の起動時に起動制御信号を発生す
   る起動制御器を有し、この起動制御器から起動制
   御信号を入力し、冷房運転起動時に能力制御圧縮
   機の最高運転容量をＱ_HLよりＱ_Hを含む適当な値
   まで上昇する信号を発生し制御回路に出力する速
   度信号回路からなる制御装置を設けた特許請求の
   範囲第２項記載の空気調和機。