JPWO2012114454A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機１、室外熱交換器２、開度制御可能な膨張弁３及び室内熱交換器４を備える。また、前記圧縮機における圧縮途中の冷媒を該圧縮機の吸込側にバイパスさせるバイパス流路１１と、このバイパス流路を開閉するソレノイド弁１２と、このソレノイド弁の開成状態の時間と閉成状態の時間を制御することで圧縮機から冷凍サイクルへ吐出される冷媒の流量を調整して容量制御する制御部２０とを備えている。前記制御部は、ソレノイド弁の開成時間と閉成時間の和となるデューティ周期に対する開成時間の比であるデューティ比に基づいて制御を行うと共に、ソレノイド弁が開成状態のとき、圧縮機の吸込圧力がソレノイド弁が開成される前の吸込圧力に対して許容偏差以上になると、前記ソレノイド弁を閉成状態に制御し、この閉成時間は前記デューティ比に基づいて決める。

Description

本発明は、容量制御が可能な容量制御圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。また、本発明は、エコ（環境対応）効果が高い新世代住宅向けの空調給湯システムなどの冷凍サイクル装置に好適であると共に、ワイドレンジな運転が可能で、超小容量運転モードでも効率良く容量制御が可能なスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に特に好適である。

近年、一般住宅において消費されるエネルギー、即ち、空調機で消費されるエネルギーや給湯機で消費されるエネルギーを低減する観点から、建物の断熱材に高断熱材を用いて熱負荷を低減する傾向が強まっている。また、太陽光発電や太陽熱温水器を装備することにより、１年間の積算消費電力をゼロにする化石燃料ゼロ化住宅を具現する構想もある。

このような構想において、空調機や給湯機などの冷凍サイクル装置で用いられている、例えばスクロール圧縮機では、一台で広範囲に容量制御できることが要求されている。即ち、空調機における冷房運転では、運転開始時に室内の温度が高くなっているのが一般的であるため、急速に運転する必要がある。こうした場合、始動時には大容量で高速運転（高速回転）されるが、室内が或る程度冷えて定常運転状態に移行すると、小容量で低速運転（低速回転）される。この定常運転状態での低速運転では、特に最近の省エネルギー化を実施し、高断熱材が配備された建物に設備された空調機で使用される場合を想定すると、非常に低い回転速度で運転が行われることになる。

ところが、スクロール圧縮機で過度に低速回転を行うと、構造的にすべり軸受での油膜破断が生じて軸受が損傷し易く、また低速回転であるが故にクランクシャフトを回転させるためのモータ駆動が円滑に行われなくなる等、安定した運転動作が行われ難くなる。そこで、一般に小容量運転時には、回転速度を或る程度維持して容量制御を行うようにし、例えば室内が或る程度冷えたらスクロール圧縮機を停止し、室内の温度が上昇した場合に再び始動する運転パターンを繰り返すようにしている。

しかしながら、こうした小容量運転時に停止・始動を繰り返す運転パターンは効率が悪いばかりでなく、快適に空気調和を実施できないため、容量制御を工夫する技術が提案されている。一般に、スクロール圧縮機で容量制御を行う場合、モータ駆動による回転速度を制御するか、或いは一部の構造を改良し、回転速度を一定にして吐出量を可変にする制御を行うか、それらを併用する手法が採用されている。例えば吐出量を可変にする技術として、クランクシャフトの軸方向で封止（シール）を解除して圧縮しない構造にした容量調整機構を備えたスクロール式機械（特許文献１参照）が知られており、また、圧縮途中の冷媒ガスを吸入側に排出して圧縮開始を遅らせるようにした容量制御機構を備えたスクロール圧縮機を搭載する空気調和機（特許文献２参照）が知られている。

特許文献１では、圧縮機の一端側に設けた外殻結合金具と非旋回スクロール部材に接続したピストンとの間に形成される高圧室、吐出室、低圧な吸入管をそれぞれソレノイド弁を介在させて配管で結合し、ソレノイド弁をパルス幅調整（ＰＷＭ）制御してオン（開成）させたときに、高圧室から低圧な吸入管へ向かう管内が連通し、非旋回スクロール部材が外殻結合金具側へ移動し、クランクシャフトの軸方向でのシールが解除されて圧縮しなくなる。また、ソレノイド弁をオフ（閉成）させたときに、高圧室から吐出室へ向かう管内が連通し、非旋回スクロール部材が外殻結合金具と反対側のクランクシャフト側へ移動し、クランクシャフトの軸方向でのシールが行われて通常の圧縮動作が行われる。

特許文献１に係るスクロール式機械によれば、通常の容量制御時にはソレノイド弁をオフ（閉成）させて運転させ、小容量制御時にはソレノイド弁をオン（開成）させて冷媒ガスを低圧側の吸入管へ戻すことにより冷媒ガスの吐出量を調整し、０〜１００％の広範囲な容量制御を可能にしている。この結果、上述したすべり軸受での油膜破断やトルク変動の問題により実際には実施できないモータ回転速度の下限設定値（モータへの駆動信号では周波数５Ｈｚ程度であるが、実際の設計上はそれよりも高い１５〜２０Ｈｚ程度に設定される）以下の超低速運転を行った場合に相当する小容量制御（超小容量運転モード）での圧縮動作が可能となり、その圧縮した冷媒ガスを、吐出管を介して冷凍サイクルへ導くことにより、冷媒ガスを緩やかに循環させることができる。

特許文献２では、バイパスポートを設けたスクロール圧縮機と、バイパスポートを吸入圧力雰囲気に開口する流路と、流路を開閉する制御弁と、制御弁を空気調和機の運転負荷に応じて設定された短周期の時間配分による複数の制御パターンにより開閉する制御手段とを備えている。
特許文献２に係るスクロール圧縮機を搭載する空気調和機によれば、圧縮途中の冷媒ガスを吸入室に排出し、吸入完了時の閉じ込め容積を小さくすることにより、６０％の容量制御が可能となり、更に、圧縮途中の冷媒ガスを吸込室に排出するための制御弁を短周期の時間配分による複数のパターンにより開閉することで、６０〜１００％の容量制御運転を段階的に実現している。

特開平８−３３４０９４号公報 特開平１１−３２４９５１号公報

吐出量を可変制御する圧縮機を用いた容量制御運転では、容量制御のためのソレノイド弁等の制御弁の開閉により吐出圧力及び吸込圧力が変動する。特にパルス幅調整制御（以下、ＰＷＭ制御と称す）でのオン（開成）−オフ（閉成）周期（デューティ周期）が大きいと吸込圧力の変動が大きく、空調機にこの容量制御方式を用いた場合、吹出温度が変動し、快適性が維持できなくなる。 また、この容量制御方式では制御弁の開閉時に損失が発生するため、デューティ周期を短くすると、変動は小さくなるものの、損失が大きくなり、効率が低下する。
上述した特許文献１のものは、ソレノイド弁をＰＷＭ制御してオン−オフさせることにより、容量調整を行うものであり、広範囲な容量制御が可能である。しかし、特許文献１のものでは、目標とする容量に調整するため、ソレノイド弁をＰＷＭ制御し、オン−オフ時間の比率（デューティ比）を変えて容量制御することが記載されているだけであり、効率低下を抑制しつつ快適性を向上させることに関しては配慮されていない。

また、特許文献２のものは、凝縮器及び蒸発器に設けた温度センサ及び圧力センサからの信号に基づき、冷凍サイクルの負荷状態を検知して、容量制御運転と全負荷運転の切り替えを行うもので、容量制御運転は予め決められた時間配分によりバイパス運転を行うようにしている。しかし、この特許文献２のものにも、特許文献１と同様に、効率低下を抑制しつつ快適性を向上させることに関しては配慮されていない。

本発明の目的は、超小容量運転モードでも効率の良い運転制御が可能でしかも快適性も向上できる冷凍サイクル装置を得ることにある。

上記目的を達成するため本発明は、圧縮機、室外熱交換器、開度制御可能な膨張弁及び室内熱交換器を備える冷凍サイクル装置において、前記圧縮機における圧縮途中の冷媒を該圧縮機の吸込側にバイパスさせるバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉するためのソレノイド弁と、前記ソレノイド弁の開成（ＯＮ）状態の時間（τ１）と閉成（ＯＦＦ）状態の時間（τ２）を制御することで圧縮機から冷凍サイクルへ吐出される冷媒の流量を調整して容量制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ソレノイド弁の開成時間と閉成時間の和となるデューティ周期（Ｔ）に対する開成時間の比であるデューティ比（ｄ）に基づいて制御を行うと共に、前記ソレノイド弁が開成状態のとき、前記圧縮機の吸込側の圧力（Ｐｓ）が、前記ソレノイド弁が開成される前の吸込圧力（Ｐｓ0）に対して許容偏差（ΔＰ）以上になると、前記ソレノイド弁を閉成状態に制御し、この閉成時間は前記デューティ比に基づいて決められるように制御することを特徴とする。

本発明の他の特徴は、圧縮機、室外熱交換器、開度制御可能な膨張弁及び室内熱交換器を備える冷凍サイクル装置において、前記圧縮機における圧縮途中の冷媒を該圧縮機の吸込側にバイパスさせるバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉するためのソレノイド弁と、前記ソレノイド弁の開成（ＯＮ）状態の時間（τ１）と閉成（ＯＦＦ）状態の時間（τ２）を制御することで圧縮機から冷凍サイクルへ吐出される冷媒の流量を調整して容量制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ソレノイド弁の開成時間と閉成時間の和となるデューティ周期（Ｔ）に対する開成時間の比であるデューティ比（ｄ）に基づいて制御を行うと共に、前記ソレノイド弁が開成状態のとき、蒸発器となる前記室内熱交換器または室外熱交換器（蒸発器側熱交換器）の蒸発器温度（Ｔｅｖ）が、前記ソレノイド弁が開成される前の蒸発器温度（Ｔｅｖ0）に対して許容偏差（ΔＴｅｖ）以上になると、前記ソレノイド弁を閉成状態に制御し、この閉成時間は前記デューティ比に基づいて決められるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、超小容量運転モードでも効率の良い運転制御が可能でしかも快適性も向上できる冷凍サイクル装置を得ることができる。

本発明の冷凍サイクル装置の実施例１を示す概略構成図。 冷凍サイクル装置でのＰＷＭ制御と蒸発圧力の変動を説明する線図。 本発明の実施例１における圧縮機回転数制御ルーチンを説明するフローチャート。 本発明の実施例１における膨張弁開度制御ルーチンを説明するフローチャート。 本発明の実施例２を示す冷凍サイクル装置の概略構成図。 本発明の実施例２における圧縮機回転数制御ルーチンを説明するフローチャート。 本発明の実施例３を示す冷凍サイクル装置の概略構成図。 本発明の実施例３における冷凍サイクル装置でのＰＷＭ制御と蒸発温度の変動を説明する線図。 本発明の実施例３における圧縮機回転数制御ルーチンを説明するフローチャート。 本発明に用いられる容量制御圧縮機の一例を示す縦断面図。 図１０に示す容量制御圧縮機の通常運転時の冷媒ガスの流れを説明する要部拡大断面図。 図１０に示す容量制御圧縮機のバイパス運転時の冷媒ガスの流れを説明する要部拡大断面図。

以下、本発明の冷凍サイクル装置の具体的実施例を図面に基づいて説明する。

本発明の冷凍サイクル装置の実施例１を図１〜図４により説明する。
図１は本発明の実施例１を示す冷凍サイクル装置の概略構成図で、本発明をルームエアコン（空調機）に用いたものである。

図1に示す冷凍サイクル装置を、冷房運転時の動作と共に説明する。圧縮機１で圧縮された冷媒は、高圧側接続配管７から四方弁５に流入し、この四方弁５内を通って、室外接続配管８に流出する。その後冷媒は、室外熱交換器２で室外空気と熱交換して放熱することにより凝縮・液化し、膨張弁３によって減圧される。減圧されて低温・低圧となった冷媒は、室内熱交換器４に入り、室内空気を冷却すると共に自らは蒸発・ガス化し、室内接続配管９から前記四方弁５に再び流入後、四方弁５の低圧側接続口から流出して低圧側接続配管１０を通り、前記圧縮機１の吸込側へ戻って再度圧縮されるという循環を繰り返す。

なお、冷房運転から暖房運転へ切換える場合には、前記四方弁５の冷媒配管接続先を切り替える。暖房運転時には、圧縮機１０１から吐出された高温・高圧の冷媒は高圧側接続配管７から四方弁５を通り、室内接続配管９へ流出して室内熱交換器４へ流れ、室内空気へ放熱することによって暖房運転を行い、自らは凝縮する。その後凝縮した冷媒は、膨張弁３で減圧され、室外熱交換器２で室外空気と熱交換して蒸発・ガス化し、室外接続配管８から四方弁５に流入した後、低圧側接続配管１０へ流れ、圧縮機１の吸込側へ戻って再度圧縮されるという循環を繰り返す。

１１は、吐出圧力の冷媒ガスを圧縮機１の吸込側に導くバイパス配管（バイパス流路）で、このバイパス配管１１は圧縮機吸込側の前記低圧側接続配管１０に一端が接続されている。このバイパス配管１１には、パルス幅調整（ＰＷＭ）制御信号により、開成（ＯＮ）状態と閉成（ＯＦＦ）状態に制御されるソレノイド弁１２が設けられており、バイパス配管１１と前記低圧側接続配管１０との連通をＯＮ−ＯＦＦするように構成されている。

例えば、超低負荷運転モード（超小容量運転モード）時には、前記ソレノイド弁１２における開成状態と閉成状態とを反復動作させ、吐出側冷媒の吸込側への流入のＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことにより、圧縮機から冷凍サイクルに吐出される冷媒の小容量制御を行う容量調整機構を実現している。

次に、図１に示す冷凍サイクル装置の制御系統について説明する。図１に示す１３は、圧縮機１の吐出側配管（高圧側接続配管７）に取り付けられた吐出温度センサで、圧縮機からの冷媒吐出温度（凝縮器への冷媒入口温度）を検出する。また、１４は、室内熱交換器４のほぼ中間位置に取り付けられた室内熱交換器温度センサで、この温度センサ１４は、前記室内熱交換器４が蒸発器として機能する冷房運転時には、冷媒の蒸発温度を検出するために用いられる。更に、１５は、室外熱交換器２のほぼ中間位置に取り付けられた室外熱交換器温度センサで、この温度センサ１５は、前記室外熱交換器２が蒸発器として機能する暖房運転時には、冷媒の蒸発温度を検出するために用いられる。なお、１６は前記室内熱交換器４が設けられている部屋の温度を検出する室内温度センサ、１７は前記室外熱交換器２の設置付近の外気温度を検出する室外温度センサである。

一方、前記圧縮機１にはインバ−タ（モータ駆動回路）１８が接続され、このインバ−タ１８は商用交流電源１９に接続されている。インバータ１８は、商用交流電源１９の電圧を整流し、指令に応じた周波数の電圧に変換し、その電圧を上記圧縮機１内に設けられたモ−タに出力するようになっている。また、前記インバータ１８は制御部２０に接続されており、この制御部２０からの指令に基づいて前記モータを駆動する。なお、この制御部２０には、前記四方弁５、前記膨張弁３、室外ファン２１、室内ファン２２、前記室内熱交換器温度センサ１４、前記室外熱交換器温度センサ１５、前記室内温度センサ１６、前記室外温度センサ１７、前記吐出温度センサ１３、吸込圧力センサ２３、前記インバータ１８、及びリモートコントロール式の操作器（図示せず；以下、リモコンと称す）などがそれぞれ接続されており、この制御部２０により、冷凍サイクル装置（ルームエアコン）全体を制御するように構成されている。

次に、上述した冷凍サイクル装置における冷房運転時の動作について説明する。冷房運転の開始時には、上記制御部２０は、四方弁５を冷房運転時の状態にし、初期値として予め設定されている所定の回転数で圧縮機１、室外ファン２１及び室内ファン２２を運転する。圧縮機１から吐出される冷媒は、前記四方弁５、室外熱交換器２、膨張弁３、室内熱交換器４、そして再び前記四方弁５を通って前記圧縮機１に戻るという循環を繰り返すことで、冷房運転が為される。前記膨張弁３は例えば電子膨張弁で構成され、初期の所定開度に開くよう電子膨張弁に内蔵されているパルスモータを回転させる。この冷房運転時には、前記室内熱交換器（利用側熱交換器）４は蒸発器として機能する。

冷凍サイクル装置としてのルームエアコンでは、前記室内熱交換器４の通風通路入口付近に設けられた室内温度センサ１６により室内温度を検出し、また前記リモコンで設定された設定温度との差に応じて、前記制御部２０はインバータ１８を制御して圧縮機回転数を可変させる。これにより、空調負荷に応じた圧縮機１の運転が行われる。

更に、前記吐出温度センサ１３の検知温度（吐出冷媒温度）を所定の制御時間毎に検出し、この検知温度と、前記室内熱交換器温度センサ１４の検知温度（蒸発温度）、室内温度センサ１６の検出温度（室内温度）、前記圧縮機１及び室外ファン２１の回転数指令値から決まる目標吐出温度との差に応じて、前記膨張弁３の開度を上記制御時間毎に制御する。この吐出過熱度制御により、圧縮機１の吸込側の吸込過熱度がほぼゼロになるよう制御され、冷凍サイクル装置の成績係数が良好に保たれる。

一方、前記吐出温度センサ１３で検知される吐出冷媒温度が設定値以上になると、その検知温度が所定の設定値に下がるまで、圧縮機１の運転周波数を低減すると共に、吐出冷媒温度が設定値になるように前記膨張弁３の開度を制御する。この吐出温度制御により、圧縮機１が異常に加熱することを防止し、圧縮機１の焼き付き等による破損を防止する。

次に、上述した冷凍サイクル装置における暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、上記制御部２０は、四方弁５を暖房運転側へ切換え、また初期値として予め設定されている所定の回転数で圧縮機１、室外ファン２１及び室内ファン２２を運転する。圧縮機１から吐出される冷媒は、四方弁５、室内熱交換器４、膨張弁３、室外熱交換器２と順次流れ、再び前記四方弁５を通過して前記圧縮機１に戻るという循環を繰り返すことで、暖房運転が為される。この暖房運転時には、前記室内熱交換器（利用側熱交換器）４は凝縮器として機能する。

前記制御部２０は、リモコンによる設定温度と、前記室内温度センサ１６で検知される室内温度との差を空調負荷として検出し、その空調負荷に応じて圧縮機の運転周波数（インバータ１８の出力周波数）を制御する。これにより、暖房負荷に応じた圧縮機１の運転が行われる。

更に、前記吐出温度センサ１３により吐出冷媒温度を所定の制御時間毎に検出し、この検知された吐出冷媒温度と、室外熱交換器温度センサ１５の検知温度（蒸発温度）、室外温度センサ１７の検出温度（外気温度）、圧縮機１及び室外ファン２１の回転数指令値から決まる目標吐出温度との差に応じて、膨張弁３の開度を上記制御時間毎に制御する。この吐出過熱度制御により、圧縮機１の吸込側の吸込過熱度がほぼゼロになるよう制御され、冷凍サイクル装置の成績係数が良好に保たれる。

一方、前記吐出温度センサ１３で検知される吐出冷媒温度が設定値以上になると、その検知温度が所定の設定値に下がるまで、圧縮機１の運転周波数を低減すると共に、吐出冷媒温度が設定値になるように前記膨張弁３の開度を制御する。この吐出温度制御により、圧縮機１が異常に加熱することを防止し、圧縮機１の焼き付き等による破損を防止する。

次に、超低負荷時に圧縮機から冷凍サイクルに吐出される冷媒の小容量制御を行う容量調整機構を使用した制御、即ち超低負荷運転モード（超小容量運転モード）について説明する。この超低負荷運転モードで超小容量制御を行う容量調整機構では、前記バイパス配管１１に設けられた前記ソレノイド弁１２を、パルス幅調整（ＰＷＭ）制御により、開成（ＯＮ）状態と閉成（ＯＦＦ）状態に制御することにより、容量調整運転を行う。

ソレノイド弁１２が開成状態の時には、圧縮室１の出口に設けられた逆止弁１２１（図１０参照）が閉じ、吐出冷媒ガスはバイパス配管１１を通って低圧側接続配管（吸込管）に流れる。このため、冷媒は四方弁５側へは流れず、冷凍サイクルでの冷媒流量が減少するから、能力が減少する。一方、前記ソレノイド弁１２を閉成状態にすると、圧縮機からの吐出冷媒ガスを前記四方弁５側に流すことができる。

従って、前記容量調整機構を働かせる超低負荷運転モード時には、前記ソレノイド弁１２を開成状態と閉成状態とに反復動作させ、バイパス配管１１の開閉を繰り返すことで容量調整を行うことができる。

このソレノイド弁１２のＰＷＭ制御時の蒸発圧力の変動の様子を図２により説明する。ＰＷＭ制御信号がＯＮ（ソレノイド弁が開成状態）となることにより、蒸発圧力は上昇する。また、ＰＷＭ制御信号がＯＦＦ（ソレノイド弁が閉成状態）になると前記蒸発圧力は低下する。このようにソレノイド弁１２のＯＮ−ＯＦＦに伴い、蒸発圧力の変動が繰り返えされる。

上記バイパス配管１１を利用した容量調整運転時の蒸発圧力の変動幅をΔＰ１とする。また、この容量調整運転時には蒸発圧力は全体的に上昇し、変動する蒸発圧力の平均圧力は、容量調整運転前の蒸発圧力に対しΔＰ２だけ上昇する。容量調整運転時のΔＰ１が大きいとそれに伴い蒸発温度が変動し、蒸発器での熱交換量が変動するため、冷凍サイクル装置の能力が変動し、吹出し温度の変動が発生する。このため、快適な空調を維持するためにはΔＰ１を小さくすることが望ましい。また、ΔＰ２が大きいと吸熱量が減少するため、熱交換量も減少する。前記ΔＰ１及びΔＰ２を小さくするためにはＰＷＭ制御信号のデューディ周期Ｔ（＝τ１＋τ２）を小さくすればよいが、ＰＷＭ容量制御運転ではソレノイド弁１２の開閉時に吐出冷媒ガスの逆流、バイパス配管１１の圧力損失等によりエネルギー損失が発生する。このため、効率よく容量制御運転するためには前記デューティ周期Ｔを小さくしないほうが好ましい。

そこで、本実施例では、高効率で且つ蒸発圧力変動の小さい快適な空調を行うため、図３及び図４に示すフローチャートに従って、適切なデューティ周期を決定し、容量調整運転制御を行うようにしている。

まず、図３に示すフローチャートにより、圧縮機回転数制御ルーチンを説明する。圧縮機の回転数は、前述したように、室内熱交換器４の通風通路入口付近に設けられた室内温度センサ１６によって検出された室内温度Ｔｅａ_ｉｎを読み込み（ステップ３１）、リモコンから設定された設定温度（室内温度目標値）Ｔ^＊ｅａ_ｉｎとの差ΔＴｅａ_ｉｎを求め（ステップ３２）、この差に応じて、インバータ１８により圧縮機１の回転数を可変させる（ステップ３３，３４）。ここで、前記設定温度と検出される前記室内温度との差が小さくなるにつれ、圧縮機回転数ｆ_ｚは小さくなるように制御される。

ステップ３５では、圧縮機回転数ｆ_ｚが、容量制御運転開始時の回転数ｆ_ｚoptより小さくなると、圧縮機回転数はｆ_ｚoptに固定され、室内温度と室内温度目標値との差から決められる初期デューティ比ｄ（ｄ＝τ１／（τ１＋τ２））を決定し（ステップ３６，３７）、ソレノイド弁１２をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ容量制御運転を行う。このとき、ＰＷＭ制御信号がＯＮになると同時に制御部のタイマーもＯＮにし、経過時間τ１の計測を始める。また、吸込圧力センサ２３による吸込圧力の測定を開始し、ＰＷＭ制御信号がＯＮになる前の吸込圧力Ｐｓ0に比べ、計測される吸込圧力Ｐｓが予め設定される許容偏差ΔＰを超えるまでＰＷＭ制御信号はＯＮのままとなり、圧力測定が繰り返される（ステップ３８〜４１）。計測されるＰｓと初期吸込圧力Ｐｓ0の差がΔＰを超えると、ＰＷＭ制御信号はＯＦＦとなり、ソレノイド弁１２は閉成状態になると共に、タイマーをＯＦＦにし、経過時間測定を終了し、τ１を開成時間として決定する（ステップ４２）。この開成時間τ１と現在のデューティ比ｄとから、閉成時間τ２を決定し、このデューティ周期によりＰＷＭ容量制御運転が為される（ステップ４３）。これにより、ソレノイド弁の開閉による吸込圧力の変動はΔＰの範囲に決められるため、前記ΔＰを、空調快適性を損なわない範囲に設定することにより、最適なデューティ周期により運転することが可能となる。

図４は本実施例の冷凍サイクル装置における膨張弁開度制御ルーチンを説明するフローチャートである。図３に述べた圧縮機回転数制御ルーチンによりＰＷＭ容量制御運転が始まると蒸発温度が上昇し、容量制御運転前の蒸発圧力に対しΔＰ２（図２参照）だけ大きくなる。このΔＰ２をできるだけ小さくするために膨張弁３の開度制御が行われる。

まず、ステップ４５で、冷凍サイクルの状態量が読み込まれる。即ち、前記各センサで検出された室内温度、室外温度、室内熱交換器温度、室外熱交換器温度などが読み込まれ、更に圧縮機１の回転数、室内外ファン２１，２２の回転数、膨張弁３の開度などが読み込まれる。次に、ステップ４６で、ＰＷＭ制御信号がＯＦＦの時には、膨張弁３は、吐出温度センサ１３の検知温度（吐出冷媒温度）Ｔｄが、室外熱交換器温度センサ１５の検知温度（凝縮温度）Ｔａｏ、室外温度センサ１７の検出温度（外気温度）Ｔａｉ、圧縮機１の回転数ｆ_ｚ及び室外ファン２１の回転数指令値ｆｐから決まる目標吐出温度Ｔｄ^＊に近づくように開度を制御される（ステップ４７〜５１）。

前記ステップ４６で、ＰＷＭ制御信号がＯＮの時には、その時のデューティ比ｄで容量制御運転開始時の圧縮機回転数ｆ_ｚoptを除した修正圧縮機回転数ｆ_ｚ′を決定し（ステップ５２）、この修正圧縮機回転数ｆ_ｚ′と、室外熱交換器温度センサ１５の検知温度（凝縮温度）Ｔａｏ、室外温度センサ１７の検出温度（外気温度）Ｔａｉ、室外ファン２１の回転数指令値ｆｐから決まる目標吐出温度Ｔｄ^＊に、吐出温度センサ１３の検知温度（吐出冷媒温度）Ｔｄが近づくように、膨張弁３を制御するルーチンに切り替える（ステップ５２〜５７）。ＰＷＭ容量制御運転時はデューティ比ｄが大きいほどサイクル冷媒循環量が減少するため、これにより膨張弁開度はＰＷＭ容量制御運転時の減少した冷媒循環量に対しても適切な開度に変更することができ、ΔＰ２の上昇を防止することができる。

本実施例の冷凍サイクル装置によれば、ソレノイド弁１２の開閉による吸込圧力（蒸発圧力）の変動は、前記許容偏差ΔＰに基づく範囲に決められるため、蒸発圧力の変動を一定範囲内に抑えることが可能となり、空調などの快適性を向上でき、しかもデューティ周期を短くし過ぎることによる損失増加も防止することができるから、高効率な容量制御運転も可能となる。また、０〜１００％の広範囲な容量制御を簡便な構造で実現できる効果も得られる。

従って、本実施例によれば、超小容量運転モードでも効率の良い運転制御が可能でしかも快適性も向上できる冷凍サイクル装置を得ることができる。

図５は、本発明の実施例２を示す冷凍サイクル装置の概略構成図で、実施例１と同様、ルームエアコンに用いたものである。この図５において、上記図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。また、この実施例２おいて、実施例１との相違点は、吸込圧力センサを取り除き、代わりに室内熱交換器４の通風通路出口付近に吹出温度センサ２４を設け、この吹出温度センサ２４によって吹出温度を検出するようにしている点である。

小容量制御を行う容量調整機構を使用した制御を行う場合、ＰＷＭ制御信号がＯＮ（即ち、ソレノイド弁１２が開成状態）となることにより、蒸発圧力は上昇し、ＰＷＭ制御信号がＯＦＦ（即ち、ソレノイド弁１２が閉成状態）になると蒸発圧力は低下する。この時、蒸発温度も変動することとなり、蒸発器での熱交換量が変動するため、冷凍サイクルが変動し、吹出温度の変動や冷凍能力の変動が発生する。このため、蒸発器側熱交換器（冷房運転時は室内熱交換器４、暖房運転時は室外熱交換器２）の温度と、前記吹出温度センサ２４により計測された室内熱交換機４の吹出温度とにより、蒸発圧力の変動を推算できる。

本実施例２の冷凍サイクル装置における圧縮機回転数制御ルーチンを図６により説明する。圧縮機１の回転数は、前述したように、室内熱交換器４の通風通路入口付近に設けられた室内温度センサ１６によって検出された室内温度Ｔｅａ_inを読み込み（ステップ３１）、リモコンから設定された設定温度（室内温度目標値）Ｔ^＊ｅａ_inとの差ΔＴｅａ_inを求め（ステップ３２）、この差に応じて、インバータ１８により圧縮機１の回転数を可変させる（ステップ３３，３４）。ここで、前記設定温度と検出される前記室内温度との差が小さくなるにつれ、圧縮機回転数ｆ_ｚは小さくなるように制御される。

ステップ３５では、圧縮機回転数ｆ_ｚが、容量制御運転開始時の回転数ｆ_ｚoptより小さくなると、圧縮機回転数はｆ_ｚoptに固定され、室内温度と室内温度目標値との差から決められる初期デューティ比ｄを決定し（ステップ３６，３７）、ソレノイド弁１２をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ容量制御運転を行う。このとき、ＰＷＭ制御信号がＯＮになると同時に制御部のタイマーもＯＮにし、経過時間τ１の計測を始める。また、蒸発器側となる熱交換器の温度センサ（１４または１５）による蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖ0の測定を開始し（ステップ６１）、更にその測定開始時の蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖ0と、前記吹出温度センサ２４で検出された室内熱交換器４の吹出温度Ｔｅａ_outから、予め設定され制御定数として保持する表に従い、許容偏差ΔＴｅｖを算出する（ステップ６２）。ＰＷＭ制御信号がＯＮになる前の蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖ0に比べ、計測される蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖが前記許容偏差ΔＴｅｖを超えるまでＰＷＭ制御信号はＯＮのままとなり、蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖの測定が繰り返される（ステップ６３〜６５）。計測される蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖと初期熱交換器温度Ｔｅｖ0の差が前記許容偏差ΔＴｅｖを超えると、ＰＷＭ制御信号はＯＦＦとなり、ソレノイド弁１２は閉成状態となると共に、タイマーをＯＦＦにして経過時間測定を終了し、τ１を開成時間として決定する。このτ１と現在のデューティ比ｄとから、閉成時間τ２を決定し、このデューティ周期によりＰＷＭ容量制御運転が為される（ステップ６６，６７）。

一方、膨張弁３の開度制御は、図４に示した実施例１での膨張弁開度制御ルーチンと同じルーチンに従って制御される。
本実施例によれば、ソレノイド弁１２の開閉による吸込圧力（蒸発圧力）の変動は、前記許容偏差ΔＴｅｖに基づく範囲に決められるため、前記許容範囲ΔＴｅｖを適切な範囲に設定することにより、蒸発圧力を計測するための圧力センサ（吸込圧力センサ）がなくても蒸発圧力の変動を一定範囲内に抑えることが可能となり、より安価に製作でき、しかも空調快適性が高く高効率な容量制御運転が可能な冷凍サイクル装置を実現できる。

図７は、本発明の実施例３を示す冷凍サイクル装置の概略構成図で、実施例１や２と同様、ルームエアコンに用いたものである。この図７において、上記図１や図５と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。また、この実施例３おいて、実施例１や２との相違点は、実施例１における吸込圧力センサ２３や、実施例２における室内熱交換器４の通風通路出口付近に設けられた吹出温度センサ２４を取り除いた点である。

小容量制御を行う容量調整機構を使用した制御を行う場合、ＰＷＭ制御信号がＯＮ（即ち、ソレノイド弁１２が開成状態）となることにより、蒸発圧力は上昇し、ＰＷＭ制御信号がＯＦＦ（即ち、ソレノイド弁１２が閉成状態）になると蒸発圧力は低下する。この時、蒸発温度も変動することとなり、蒸発器での熱交換量が変動するため、冷凍サイクルが変動し、吹出温度の変動や冷凍能力の変動が発生する。このため、蒸発器側熱交換器（冷房運転時は室内熱交換器４、暖房運転時は室外熱交換器２）の温度を計測することにより、蒸発圧力の変動を推算して制御を行うことができる。

前述したように、通常運転時には、蒸発器側熱交換器はその出口において吸込過熱度がゼロ、即ち乾き度が１となるように、吐出過熱度制御が為されて運転される。蒸発器側熱交換器の入口では、通常乾き度は０．１〜０．３程度であるため、熱交換器内では入口から出口に向かい次第に乾き度が大きくなるような分布を持つ。容量制御運転時には冷媒の循環量が減少し、蒸発器側熱交換器に流入してくる冷媒の量に対し、蒸発器側熱交換器から流出していく冷媒量は減少するため、蒸発圧力が上昇し、蒸発温度が上昇するが、空気との熱交換により蒸発器内の液冷媒は液相から気相に相変化し、乾き度が大きくなっていく。従って、蒸発器側熱交換器内では、その出口側から徐々に乾いていき、出口に近い側から熱交換量が極端に小さくなる。熱交換器温度センサ（１４または１５）を当該熱交換器の中央付近に配置した場合、このセンサにより測定される蒸発器側熱交換器温度（蒸発器温度）Ｔｅｖは図８に示すようになる。即ち、ＰＷＭ制御信号がＯＮになると前記蒸発器温度Ｔｅｖは緩やかに上昇し、熱交換器の出口側から徐々に乾いていくことから、前記熱交換器温度センサ（１４または１５）が設置されている付近が乾いてくると測定温度は急激に上昇する。このため、蒸発器側熱交換器内の温度測定位置により、蒸発器内の乾き度分布を把握することが可能になる。従って、ＰＷＭ制御信号をＯＦＦにするタイミングを、前記蒸発器温度の許容偏差ΔＴｅｖを急激な温度上昇が起こった後の値とすることにより、温度測定位置での乾き具合に応じてデューティ周期Ｔを決めることができる。

前記熱交換器温度センサ１４または１５の設置位置を本実施例では熱交換器の中央付近としたが、空調能力の変動を適切に許容できる範囲になるように、前記設置位置を適宜選択すると良い。

本実施例３の冷凍サイクル装置における圧縮機回転数制御ルーチンを図９により説明する。圧縮機１の回転数は、前述したように、室内熱交換器４の通風通路入口付近に設けられた室内温度センサ１６によって検出された室内温度Ｔｅａ_inを読み込み（ステップ３１）、リモコンから設定された設定温度（室内温度目標値）Ｔ^＊ｅａ_inとの差ΔＴｅａ_inを求め（ステップ３２）、この差に応じて、インバータ１８により圧縮機１の回転数を可変させる（ステップ３３，３４）。ここで、前記設定温度と検出される前記室内温度との差が小さくなるにつれ、圧縮機回転数ｆ_ｚは小さくなるように制御される。

ステップ３５では、圧縮機回転数ｆ_ｚが、容量制御運転開始時の回転数ｆ_ｚoptより小さくなると、圧縮機回転数はｆ_ｚoptに固定され、室内温度と室内温度目標値との差から決められる初期デューティ比ｄを決定し（ステップ３６，３７）、ソレノイド弁１２をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ容量制御運転を行う。このとき、ＰＷＭ制御信号がＯＮになると同時に制御部のタイマーをＯＮにし、経過時間τ１の計測を始める。また、蒸発側となる熱交換器の温度センサ（１４または１５）による蒸発器側熱交換器温度（蒸発器温度）Ｔｅｖ0の測定を開始し（ステップ６１）、更にその測定開始時の蒸発器温度Ｔｅｖ0と、蒸発器となる室内熱交換器４或いは室外熱交換器２の通風通路入口付近に設けられた室内温度センサ１６或いは室外温度センサ１７により測定される空気温度ＴａｉまたはＴａｏから、予め設定され、制御定数として保持する表に従い、許容偏差ΔＴｅｖを算出する。この許容偏差ΔＴｅｖは、前記熱交換器温度センサ１４または１５が設置されている温度測定位置で、熱交換器が乾く（冷媒の乾き度が大きくなる）ことにより、急激な温度上昇が起こった後の値となるよう設定する（ステップ６８）。ＰＷＭ制御信号がＯＮになる前の熱交換器温度Ｔｅｖ0に比べ、計測される熱交換器温度Ｔｅｖが許容偏差ΔＴｅｖを超えるまでＰＷＭ制御信号はＯＮのままとなり、蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖの測定が繰り返される（ステップ６３〜６５）。計測される蒸発器側熱交換器温度Ｔｅｖと初期熱交換器温度Ｔｅｖ0の差が前記許容偏差ΔＴｅｖを超えると、ＰＷＭ制御信号はＯＦＦとなり、ソレノイド弁１２は閉成状態になると共に、タイマーをＯＦＦにして経過時間測定を終了し、τ１を開成時間として決定する。このτ１と現在のデューティ比ｄとから、閉成時間τ２を決定し、このデューティ周期によりＰＷＭ容量制御運転される（ステップ６６，６７）。

一方、膨張弁３の開度制御は、図４に示した実施例１での膨張弁開度制御ルーチンと同じルーチンに従って制御される。
本実施例によれば、ソレノイド弁１２の開閉による吸込圧力（蒸発圧力）の変動は、前記許容偏差ΔＴｅｖに基づく範囲に決められるため、前記許容範囲ΔＴｅｖを適切な範囲に設定することにより、蒸発圧力を計測するための吸込圧力センサ２３（図１参照）や室内への空気吹出温度を計測するための吹出温度センサ２４（図５参照）がなくても、蒸発圧力の変動を一定範囲内に抑えることが可能となり、更に安価に製作できる上に、空調快適性が高く高効率な容量制御運転が可能な冷凍サイクル装置を実現できる。

次に、本発明の上述した各実施例の冷凍サイクル装置に用いられる容量制御圧縮機の一例を説明する。図１０は本発明に用いられる容量制御圧縮機の一例としてのスクロール圧縮機を示す縦断面図、図１１は図１０に示すスクロール圧縮機の通常運転時（容量調整機構のソレノイド弁１２が閉成状態にある運転モード時）の冷媒ガスの流れを説明する要部拡大断面図、図１２は図１０に示す容量制御圧縮機のバイパス運転時（容量調整機構のソレノイド弁１２が開成状態にある運転モード時）の冷媒ガスの流れを説明する要部拡大断面図である。

スクロール圧縮機１は、冷媒ガスを吸入する吸入管１１３と、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管１１４とが設けられた密閉ケース（チャンバ）１１５内に、渦巻状のラップを有する固定スクロール１０２と、この固定スクロール１０２と噛合う渦巻状のラップを有する旋回スクロール１０１とで構成された圧縮機構部が設けられている。また、この圧縮機構部の下方にはロータ１００ａ及びステータ１００ｂから成るモータ１００が設けられ、前記ロータ１００ａには回転主軸となるクランク軸１０６が一体に連結されている。このクランク軸１０６はフレーム１０５に設けられた主軸受１０５ａと、密閉ケース１１５内の下方の下フレーム１１１に設けられた副軸受１１２とにより回転支持されている。前記旋回スクロール１０１の背面には旋回軸受１３０が設けられており、前記クランク軸１０６の上端側に設けられた偏心部１０６ａは前記旋回軸受１３０に挿入されている。１０７はオルダムリング（自転防止部材）で、このオルダムリング１０７により、前記クランク軸１０６が回転すると、旋回スクロール１０１は自転することなく旋回運動を行い、前記吸入管１１３から吸入された冷媒ガスを圧縮する。

前記旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２のそれぞれの端板に設けられた前記渦巻状ラップは、互いに巻角が異なる非対称ラップに構成されており、これにより前記旋回スクロール１０１と固定スクロール１０２との噛合いにより旋回スクロールラップの内線側と外線側にそれぞれ形成される２つの圧縮室の最大密閉容積が異なる非対称スクロール形状を成している。

即ち、旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２のインボリュート曲線で形成された各渦巻状ラップを互いに噛み合わせることで、旋回スクロール１０１の巻き終わり側のラップの外線側と内線側にそれぞれ圧縮室が形成されるが、外線側に形成される圧縮室と、内線側に形成される圧縮室とは大きさが異なり、クランク軸１０６の軸回転に対して位相が約１８０度ずれて形成されているものである。

具体的には、前記固定スクロール１０２は、中央近くに吐出ポート１０８が開口されており、その渦巻状ラップの内線側の巻き終わりが、旋回スクロール１０１の渦巻状ラップの巻き終わり付近まで約１８０度延長している。このため、旋回スクロール１０１及び固定スクール１０２の各渦巻状ラップを組み合わせ圧縮室を形成したとき、旋回スクロール１０１の渦巻状ラップの外線側と固定スクロール１０２の渦巻状ラップの内線側とにより閉じ込められて形成される第１の圧縮室と、旋回スクロール１０１の渦巻状ラップの内線側と固定スクロール１０２の渦巻状ラップの外線側とによって閉じ込められて形成される第２の圧縮室とは大きさが異なり、クランクシャフト１０６の回転に対して位相が約１８０度ずれて形成される。

また、このスクロール圧縮機では、固定スクロール１０２における吐出ポート１０８の外周側には圧縮室へ連通するリリースポート１２５が形成されており、このリリースポート１２５には過圧縮防止弁であるリリース弁１２４が設けられている。固定スクロール１０２の天板（端板上面）に取り付けられた吐出ヘッドカバー１１８は、前記吐出ポート１０８及びリリース弁１２４を覆って吐出ヘッド空間１２３を形成すると共に、所定の箇所に設けられた貫通孔１１９を開成又は閉成するための逆止弁作用を持つ吐出弁１２１ を備えている。

更に、バイパス配管１１は、前記吐出ヘッド空間１２３内の冷媒ガスを密閉ケース１１５外へ導くもので、吐出ヘッドカバー１１８に一端側が結合され、密閉ケース１１５を貫通し、且つ他端側が密閉ケース１１５外へ引き出されている。このバイパス配管１１の他端側は、冷媒ガスを吸入するための前記吸入管１１３と連通されており、また前記バイパス配管１１の途中にはソレノイド弁１２が設けられている。このソレノイド弁１２は、上述した各実施例で説明したパルス幅調整（ＰＷＭ）制御信号により、開成状態と閉成状態とに駆動制御されるように構成されている。

前記吐出ヘッドカバー１１８、バイパス配管１１、及びソレノイド弁１２は、ソレノイド弁１２が開成状態としたときに、吐出ヘッド空間１２３内の冷媒ガスをバイパス配管１１から吸入管１１３へ導くためのバイパス流路を形成している。また、超小容量運転モード時にはソレノイド弁１２における開成状態と閉成状態とを反復動作させ、バイパス流路の使用の有無を繰り返すことにより、小容量制御を行うための容量調整機構として働かせる。

前記吸入管１１３は、冷凍サイクルの冷媒ガスを取り入れるためのもので、固定スクロール１０２に連連している。前記密閉ケース１１５内のクランク軸１０６の下端側は油を貯める油貯め１１６となっている。また、クランク軸１０６における前記ロータ１００ａと前記副軸受１１２との間には回転を安定させるためのフライホイール１１７が設けられている。

固定スクロール１０２、旋回スクロール１０１ 、及びフレーム１０５により形成される背圧室（中間室）１０９には、前記油貯め１１６から供給される油が、クランク軸１０６の偏心部１０６ａの周りに設けられた旋回軸受１３０を通って導かれる。背圧室１０９では、油中の冷媒ガスが発泡して圧力上昇したとき、その上昇圧力を制御弁（図示せず）で吸入側に逃がして所定の圧力レベルを保持するように構成されている。この吸入側は固定スクロール１０２の渦巻体の外周に設けられた固定外周溝に達通しているが、この固定外周溝は冷媒ガスの吸込口に達通しているため、固定外周溝内は常に吸入圧となる。旋回スクロール１０１においては、中央部分に吐出圧力が作用し、その外周側の部分には中間圧力が作用する。このため、旋回スクロール１０１は固定スクロール１０２に対して適正な圧力で押し付けられ、スクロールラップ間の軸方向におけるシールが保たれる。

このスクロール圧縮機の場合、圧縮室で圧縮された冷媒ガスが前記吐出ヘッド空間１２３内の圧力以上になると、前記圧縮室の冷媒ガスは、前記リリースポート１２５及びリリース弁１２４を介して吐出ヘッド空間１２３に吐出される。前記吐出ヘッド空間１２３内の圧力未満の場合には、前記リリース弁１２４は閉じられ、吐出ポート１０８から前記吐出ヘッド空間１２３内に吐出され、更に前記貫通孔１１９から吐出弁１２１を押しのけて吐出室１０３に吐出される。吐出室１０３に吐出された冷媒ガスは、前記固定スクロール１０２及びフレーム１０５と前記密閉ケース１１５との間に形成された通路を通って、モータ１００が設けられている吐出空間１０４に流入し、ここから前記吐出管１１４を介して冷凍サイクルへと吐出される構成となっている。従って、前記密閉ケース１１５内は吐出圧力の空間となっている高圧チャンバ方式の構造となっている。

スクロール圧縮機１の外部には、モータ１００を駆動するためのモータ駆動回路であるインバータ１８と、前記ソレノイド弁１２の開成状態と閉成状態とを駆動制御するためのパルス幅調整制御信号を生成するソレノイド駆動回路１２ａと、これらインバータ１８及びソレノイド駆動回路１２ａの動作を操作指示により制御する操作指示制御手段としての制御部２０とが備えられている。

このスクロール圧縮機の圧縮動作は、ソレノイド弁１２の閉成状態での第１の運転モードと、ソレノイド弁１２の開成状態での第２の運転モードとに分けられる。
図１１は、スクロール圧縮機に備えられる容量調整機構のソレノイド弁１２が閉成状態にある第１の運転モードのときの冷媒ガスの流れを示している。

第１の運転モードでは、ソレノイド駆動回路１２ａがパルス幅調整制御信号の矩形波の立ち下がり区間の周期τ２でソレノイド弁１２を閉成状態にすると共に、インバータ１８がモータ１００を駆動してロータ１００ａ及びクランク軸１０６を回転させる。これに伴って旋回スクロール１０１が旋回運動を開始する。この動作により、旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２の渦巻体の噛み合いにより形成された第１の圧縮室及び第２の圧縮室がその容積を減少しながら中心方向に移動する。

これにより、吸入管１１３から流入した冷媒ガスは、前記第１の庄縮室及び第２の圧縮室で圧縮され、高圧化された冷媒ガスが、固定スクロール１０２に形成された吐出ポート１０８から吐出ヘッド空間１２３に吐出される。この圧縮の過程で吐出ヘッド空間１２３の圧力よりも圧縮室の圧力の方が高くなると、前述したように前記リリースポート１２５及びリリース弁１２４を介して高圧化された冷媒ガスが吐出ヘッド空間１２３に吐出される。

尚、リリース弁１２４は、押さえ部１２６の先端側に取り付けられたコイルばね１２７の先端に装着されている弁板部分を示すものであるが、押さえ部１２６やコイルばね１２７も含んだリリース弁機構部全体をリリース弁と呼ぶこともある。

前記吐出ヘッド空間１２３の冷媒ガス圧力が吐出圧力よりも僅かに高く、吐出室１０３の圧力よりも高くなると、吐出ヘッドカバー１１８の貫通孔１１９を覆う吐出弁１２１を押し開き、冷媒ガスは吐出室１０３に吐出される。

前記第１の運転モードでは、前記ソレノイド弁１２を閉成状態にしてバイパス配管１１を使わずに、冷媒ガスを冷凍サイクル側に流すので、ロード運転と呼んでも良い。

図１２は、スクロール圧縮機に備えられる容量調整機構のソレノイド弁１２が開成状態にある第２の運転モードのときの冷媒ガスの流れを示している。

第２の運転モードでは、ソレノイド駆動回路１２ａがパルス幅調整制御信号の矩形波の立ち上がり区間の周期τ１でソレノイド弁１２を開成状態とすると共に、インバータ１８がモータ１００を駆動してロータ１００ａ及びクランクシャフト１０６を回転させる。これに伴って、旋回スクロール１０１が旋回運動を開始する。この動作により、前記第１の運転モードと同様に、旋回スクロール１０１及び固定スクロール１０２の渦巻体の噛み合いにより形成された第１の圧縮室及び第２の圧縮室がその容積を減少しながら中心方向に移動する。

この第２の運転モードでは、ソレノイド弁１２が開成状態となっているため、前記吐出ヘッド空間１２３内の冷媒ガスは、前記吐出ヘッド空間１２３と前記吸入管１１３を接続している前記バイパス配管１１を介して、吸入管１１３へ流れ込む。このため前記吐出ヘッド空間１２３内の圧力は、吸入圧力よりも僅かに高い程度のほぼ吸入圧力まで低下する。

このため、吐出ヘッド空間１２３の圧力は吐出室１０３の圧力よりも低くなり、吐出ヘッドカバー１１８の貫通孔１１９を覆う吐出弁１２１が塞がれるので、冷媒ガスは吐出室１０３には吐出されない。この第２の運転モードの状態では、吸入管１１３から流入した冷媒ガスが第１の圧縮室及び第２の圧縮室で圧縮されると、その圧力は前記吐出ヘッド空間１２３の圧力よりも高くなるので、冷媒ガスは、前記リリースポート１２５及びリリース弁１２４を介して吐出ヘッド空間１２３に吐出される。また、前記リリースポート１２５の部分よりも更に中心側まで移動した圧縮室内の冷媒ガスは、吐出ポート１０８から吐出ヘッド空間１２３に吐出される。吐出ヘッド空間１２３に吐出された冷媒ガスは、前記バイパス配管１１及び開成状態のソレノイド弁１２を通って前記吸入管１１３へ流れる。

前記第２の運転モードでは、前記ソレノイド弁１２を開成状態にしてバイパス配管１１から冷媒ガスを吸入管１１３側に戻し、冷媒ガスを冷凍サイクル側には吐出しないので、アンロード運転と呼んでも良い。

尚、前記リリースポート１２５とリリース弁１２４は、全ての回転角度領域の圧縮室と連通される位置に設けられていることが望ましい。その理由は、スクロールラップでの内部圧縮を回避でき、アンロード運転での圧縮動作が小さくなるためである。

実施例１に係るスクロール圧縮機では、インバータ１８によるモータ１００の駆動と共に、ソレノイド駆動回路１２ａからのパルス幅調整制御信号の矩形波の立ち下がり区間の周期τ２でソレノイド弁１２を閉成状態とするロード運転（第１の運転モード）と、前記矩形波の立ち上がり区間の周期τ１でソレノイド弁１２を開成状態とするアンロード運転（第２の運転モード）とを切り替えて、容量制御を行うことができる。

スクロール圧縮機を比較的高速で運転する高速運転モード時でも、前記ソレノイド弁１２の開閉による容量制御も可能であるが、高速回転から、モータ駆動による回転速度の下限設定値よりも幾分高い所定の設定値までの回転範囲では、インバータ１８によるモータ１００の回転数制御を実施し、前記所定の設定値以下の低速回転範囲で更に容量を低減させる必要がある場合には、小容量制御を行う前記容量調整機構（ソレノイド弁によるバイパス通路の開閉制御）を働かせて、超小容量運転モードとして、前記ロード運転とアンロード運転との比率を変えて運転することが好ましい。

上述したような容量調整機構を備えたスクロール圧縮機では、簡便な構造の容量調整機構により、前記超小容量運転モード時にも効率良く小容量制御を行うことができる。即ち、モータ駆動による回転速度の下限設定値（モータ１００への駆動信号では周波数５Ｈｚ程度）以下の超低速運転を行った場合に相当する超小容量制御（超小容量運転モード）での圧縮動作を、モータ駆動の効率を劣化させることなく実行可能となり、０〜１００％の広範囲な容量制御を実現できる優れたスクロール圧縮機が得られる。また、本実施例のスクロール圧縮機に備えられている前記容量調整機構は、簡便な構造であるから、スクロール圧縮機の低コスト化、小型化、軽量化及び量産化も容易に実現できる。

以上述べたように、本実施例の冷凍サイクル装置によれば、ロード運転とアンロード運転の切り替え時間の周期であるデューティ周期が、蒸発圧力の偏差が一定値以内になるように制御されるので、吸込圧力の上昇及び変動を閾値以内に抑えることが可能となり、快適な空調など快適性を向上することができる。しかも本実施例によれば、デューティ周期を短くし過ぎることによる損失増加も防止できるから、効率の高い運転も実現でき、高効率で且つ０〜１００％の広範囲な容量制御が可能となる優れた性能を持つ冷凍サイクル装置を実現できる。また、本実施例によれば、高効率で広範囲な容量制御を、簡単な構成で実現できるから、低コスト化も可能になる。

１：圧縮機、
２：室外熱交換器、
３：膨張弁、
４：室内熱交換器、
５：四方弁、
７：高圧側接続配管、８：室外接続配管、９：室内接続配管、１０：低圧側接続配管、
１１：バイパス配管（バイパス流路）、
１２：ソレノイド弁、１２ａ：ソレノイド駆動回路、
１３：吐出温度センサ、１４：室内熱交換器温度センサ、
１５：室外熱交換器温度センサ、
１６：室内温度センサ、１７：室外温度センサ、
１８：インバータ、１９：商用交流電源、
２０：制御部、
２１：室外ファン、２２：室内ファン、
２３：吸込圧力センサ、２４：吹出温度センサ、
１００：モータ（１００ａ：ロータ、１００ｂ：ステータ）、
１０１：旋回スクロール、１０２：固定スクロール、１０３：吐出室、
１０４：吐出空間、１０５：フレーム、１０５ａ：主軸受、
１０６：クランク軸、１０６ａ：偏心部、１０７：オルダムリング、
１０８：吐出ポート、１０９：背圧室（中間室）、
１１１：下フレーム、１１２：副軸受、
１１３：吸入管、１１４：吐出管、
１１５：密閉ケース、１１６：油貯め、
１１７：フライホイール、
１１８：吐出ヘッドカバー、１１９：貫通孔、
１２１：吐出弁、
１２３：吐出ヘッド空間、
１２４：リリース弁、１２５：リリースポート、１２６：押さえ部、
１２７：コイルばね、
１３０：旋回軸受。

Claims (16)

1. 圧縮機、室外熱交換器、開度制御可能な膨張弁及び室内熱交換器を備える冷凍サイクル装置において、
   前記圧縮機における圧縮途中の冷媒を該圧縮機の吸込側にバイパスさせるバイパス流路と、
   前記バイパス流路を開閉するためのソレノイド弁と、
   前記ソレノイド弁の開成（ＯＮ）状態の時間と閉成（ＯＦＦ）状態の時間を制御することで圧縮機から冷凍サイクルへ吐出される冷媒の流量を調整して容量制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ソレノイド弁の開成時間と閉成時間の和となるデューティ周期に対する開成時間の比であるデューティ比に基づいて制御を行うと共に、
   前記ソレノイド弁が開成状態のとき、前記圧縮機の吸込側の圧力が、前記ソレノイド弁が開成される前の吸込圧力に対して許容偏差以上になると、前記ソレノイド弁を閉成状態に制御し、この閉成時間は前記デューティ比に基づいて決められるように制御する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記デューティ比は、室内温度と、設定された室内温度目標値との差に基づいて決められることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記制御部は、前記圧縮機から吐出される吐出冷媒温度が、目標吐出温度に近づくように、前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記目標吐出温度は、前記ソレノイド弁が閉成状態に制御されているときには、前記室外熱交換器の温度（凝縮温度）、外気温度、圧縮機の回転数及び室外ファンの回転数指令値に基づいて決められ、前記ソレノイド弁が開成状態に制御されているときには、その時のデューティ比を、前記ソレノイド弁の開閉制御開始時の圧縮機回転数に乗じた修正圧縮機回転数を決定し、この修正圧縮機回転数と、室外熱交換器の温度（凝縮温度）、外気温度及び室外ファンの回転数指令値に基づいて決められることを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸込側の圧力は、前記圧縮機の吸込側に設けられた吸込圧力センサにより検出されることを特徴とする冷凍サイクル装置。
6. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸込側の圧力が、前記ソレノイド弁が開成される前の吸込圧力に対して許容偏差以上になることは、蒸発器となる前記室内熱交換器または室外熱交換器の温度と、前記室内熱交換器の吹出温度に基づき蒸発圧力の変動を推算することで判断されることを特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、蒸発器となる前記室内熱交換器または室外熱交換器の中央付近の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサで検出された温度に基づいて蒸発圧力の変動を推算し、前記圧縮機の吸込側の圧力が、前記ソレノイド弁が開成される前の吸込圧力に対して許容偏差以上になることを判断することを特徴とする冷凍サイクル装置。
8. 圧縮機、室外熱交換器、開度制御可能な膨張弁及び室内熱交換器を備える冷凍サイクル装置において、
   前記圧縮機における圧縮途中の冷媒を該圧縮機の吸込側にバイパスさせるバイパス流路と、
   前記バイパス流路を開閉するためのソレノイド弁と、
   前記ソレノイド弁の開成（ＯＮ）状態の時間と閉成（ＯＦＦ）状態の時間を制御することで圧縮機から冷凍サイクルへ吐出される冷媒の流量を調整して容量制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ソレノイド弁の開成時間と閉成時間の和となるデューティ周期に対する開成時間の比であるデューティ比に基づいて制御を行うと共に、
   前記ソレノイド弁が開成状態のとき、蒸発器となる前記室内熱交換器または室外熱交換器（蒸発器側熱交換器）の蒸発器温度が、前記ソレノイド弁が開成される前の蒸発器温度に対して許容偏差以上になると、前記ソレノイド弁を閉成状態に制御し、この閉成時間は前記デューティ比に基づいて決められるように制御する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
9. 請求項８に記載の冷凍サイクル装置において、前記室内熱交換器の通風路出口付近に吹出温度センサを設け、前記許容偏差は、前記ソレノイド弁が開成される前の蒸発器温度と、前記吹出温度センサで検出された室内熱交換器の吹出温度から、予め設定され制御定数として保持する表に従い算出されることを特徴とする冷凍サイクル装置。
10. 請求項８に記載の冷凍サイクル装置において、前記蒸発器側熱交換器の中央付近の温度を検出する蒸発器温度センサと、前記蒸発器側熱交換器の通風通路入口付近に設けられた温度センサとを備え、前記許容偏差は、前記蒸発器温度センサで検出された測定開始時の蒸発器温度と、前記蒸発器側熱交換器の通風通路入口付近に設けられた温度センサにより測定される空気温度から、予め設定され制御定数として保持する表に従い算出されることを特徴とする冷凍サイクル装置。
11. 請求項８に記載の冷凍サイクル装置において、前記デューティ比は、室内温度と、設定された室内温度目標値との差に基づいて決められることを特徴とする冷凍サイクル装置。
12. 請求項８に記載の冷凍サイクル装置において、前記制御部は、前記圧縮機から吐出される吐出冷媒温度が、目標吐出温度に近づくように、前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
13. 請求項１２に記載の冷凍サイクル装置において、前記目標吐出温度は、前記ソレノイド弁が閉成状態に制御されているときには、前記室外熱交換器の温度（凝縮温度）、外気温度、圧縮機の回転数及び室外ファンの回転数指令値に基づいて決められ、前記ソレノイド弁が開成状態に制御されているときには、その時のデューティ比を、前記ソレノイド弁の開閉制御開始時の圧縮機回転数に乗じた修正圧縮機回転数を決定し、この修正圧縮機回転数と、室外熱交換器の温度（凝縮温度）、外気温度及び室外ファンの回転数指令値に基づいて決められることを特徴とする冷凍サイクル装置。
14. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機は、密閉ケース内で旋回スクロールの渦巻体と固定スクロールの渦巻体とが互いに噛み合わせられて圧縮室を形成し、前記固定スクロールは、中央部分に吐出ポートが形成されると共に、該吐出ポートの外周側には前記圧縮室に連通するリリースポートと、このリリースポートを開閉するリリース弁が設けられているスクロール圧縮機であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
15. 請求項１４に記載の冷凍サイクル装置において、前記バイパス流路は、前記スクロール圧縮機に設けられたリリースポートと、前記スクロール圧縮機の吸入側に設けられた吸入管とを接続するバイパス配管であり、このバイパス配管に前記ソレノイド弁が設けられていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
16. 請求項１５に記載の冷凍サイクル装置において、前記スクロール圧縮機は、前記固定スクロールの天板に取り付けられて前記吐出ポート及びリリース弁を覆って吐出ヘッド空間を形成する吐出ヘッドカバーを備え、この吐出ヘッドカバーには、前記密閉ケース内の吐出室に連通する貫通孔と、この貫通孔を開閉する吐出弁を備えると共に、前記吐出ヘッド空間と前記吸入管とを接続するように前記バイパス配管が設けられており、前記ソレノイド弁は、パルス幅調整（ＰＷＭ）制御信号により開成状態と閉成状態とに駆動制御されるように構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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