JP2945731B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍サイクルの圧縮機をインバータにより
可変制御する空気調和機、特に暖房時の高圧保護に関す
るものである。

（従来の技術） 従来、空気調和機の暖房運転時における高圧保護制御
は、室内熱交換器の凝縮温度Tc（熱交凝縮温度）がある
一定温度以上になった場合、圧縮機のインバータに与え
る運転周波数Hzを、その空気調和機の持っている約15種
の指令周波数の中から、現在運転中の周波数から２ステ
ップ低下させることによる高温レリース制御を行ってい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記の現在運転中の周波数から２ステップ低
下させるという高温レリース制御では、低風量時には熱
交凝縮温度Tcがオーバーシュートするため、周波数のハ
ンチィング現象が発生した。これは、熱交凝縮温度Tcの
急上昇に温度センサの応答が遅れて熱交凝縮温度Tcがオ
ーバーしすぎるため、レリースがかかりすぎるためであ
る。

また、馬力の大きいセットでは、２ステップ低下では
余裕をもって高圧保護をなすことができず、規格ぎりぎ
りの設計とならざるを得なかった。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、ハ
ンチィング現象のない高圧保護制御を行える空気調和機
の提供を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、冷凍サイクル
の圧縮機をインバータにより可変制御する空気調和機に
おいて、室内熱交換器の温度を検出する室内熱交温度セ
ンサと、室内ファンの風量を設定するファン風量設定器
と、暖房運転時にファン風量に対して室内熱交温度が過
負荷となる温度より若干低めに設定した過負荷移行温度
まで室内熱交温度が上昇したかどうかを監視し、過負荷
移行温度より上昇した場合に、インバータに与える最大
周波数を通常より低い値に制限する最大周波数決定手段
とを設けて構成したものである。

上記空気調和機においては、更に、暖房運転時にファ
ン風量に対して室内熱交温度が過負荷となる温度より若
干低めの温度であって上記過負荷移行温度より高く設定
された高温レリース温度まで室内熱交温度が上昇したか
どうかを監視し、室内熱交温度が上記高温レリース温度
を越えた場合に、インバータの周波数を現在周波数より
所定ステップ低い周波数に落とすインバータ周波数レリ
ース手段を設けて構成する。

（作用） 室内熱交温度（凝縮温度）Tcに関する上記過負荷移行
温度は、例えば50℃に設定され、この温度50℃を境界と
して、50℃以上のゾーンＡへ昇温した場合、最大周波数
決定手段は、風量設定器にて設定された風量、例えば強
風，中風，弱風に応じて、それぞれの最大周波数を制限
する。具体的には、通常の周波数が180Hz〜30Hzである
とき、圧縮機の運転周波数の上限値を、例えば強風，中
風，弱風に応じて140Hz,80Hz,70Hzの如く制限する。こ
れにより圧縮機の暖房能力が減少し、微風の場合におい
ても、室内熱交温度Tcの急上昇が緩和される。

従来の制御では、第６図（ｂ）に示すように、運転周
波数がハンチィングして、圧縮機高圧が規格上現値ぎり
ぎりのラインに近付いたり離れたりするが、第６図
（ａ）中に余裕幅Ｗとして示すように、馬力の高い機種
でも高圧保護が余裕をもって行えるものである。また、
運転周波数が安定することから、騒音，振動も少ないも
のとなる。更に、運転周波数が安定することで吹き出し
温度も安定するため、快適性も向上する。

さらに、高温レリース温度が、過負荷温度よりは低い
が上記過負荷移行温度（50℃）よりは高い温度、例えば
55℃に設定され、上記Ａゾーンから55℃以上のゾーンＣ
へ昇温した場合、インバータの周波数が現在周波数より
例えば１ステップ低い周波数に落とされる。これによ
り、圧縮機の暖房能力が更に減少し、室内熱交温度Tcの
上昇も和らいで、第６図（ｂ）に示す従来制御における
ような運転周波数のハンチィングは殆どなくなり、高圧
保護が余裕をもって行えることとなる。

（実施例） 次に、添付図面に従い本発明の一実施例について説明
する。

第１図に本発明の空気調和機の基本的構成を示す。空
気調和機の冷凍サイクルは、圧縮機1,四方弁2,室外熱交
換器3,減圧装置4,室内熱交換器５を順次冷媒配管で接続
して成る。６は室外ファン、７は室内ファンである。四
方弁２により冷・暖房の切り換えが行われ、圧縮機１
は、制御ユニット８からの指令を受けたインバータ９に
より回転数が制御される。

制御ユニット８は、第２図に示すように、マイクロコ
ンピュータ10を主体に構成され、リモコン11の温度設定
器14,風量設定器15（第３図）からのスイッチ入力と、
室内温度センサ12及び室内熱交温度センサ13からの入力
とに基づき、圧縮機１の運転周波数制御，室内ファン７
のモータ回転制御及び空気調和機全体の運転制御機能を
持っている。ここで、室内温度センサ12は室内熱交換器
５の吸込口温度を室温（室内温度）Taとして検出するセ
ンサであり、室内熱交温度センサ13を室内熱交換機器５
の凝縮温度Tcを検出するセンサである。

圧縮機１の運転周波数制御に関しては、制御ユニット
８はソフト的に或いはハード的に第３図に示すように構
成される。即ち、第３図において、インバータ出力周波
数決定手段16と、最大周波数決定手段17と、インバータ
出力周波数制限手段18とが設けられる。19はインバータ
制御回路、20はファン駆動回路である。室内ファンモー
タ21は、強風H,中風M⁺,中風M,弱風L⁺,弱風L,弱風L^-,微
風ULの切替えタップを備え、この切替えタップがファン
風量設定器15からの指令により選択され、所定の範囲内
で回転周波数が加減されるようになっている。

インバータ出力周波数決定手段16は、室内温度センサ
12が検出する室内温度Taとリモコン11の温度設定器14で
指定される設定温度Tsとを比較し、その比較結果が第４
図のゾーンｂ〜ｇのいずれにあるかに応じて、インバー
タ９の動作すべき出力周波数を、例えばf6〜f1（＝30〜
180Hz）の範囲の対応する値に決定する。

最大周波数決定手段17は、リモコン11のファン風量設
定器15により設定された風量に対して、このときセンサ
13で検出される室内熱交温度（凝縮温度）Tcの適否を判
断する。つまり設定風量（強風H,中風M⁺,中風M,弱風L⁺,
弱風L,弱風L^-,微風UL）に対し、室内熱交換器５の温度
がそのままでは高圧規格値を越える温度（過負荷温度）
まで上昇してしまうような温度、正確には、この過負荷
温度に至る前の従来の高温レリース開始温度よりも更に
少し前の温度（過負荷移行温度）Txでないかどうかを監
視する。ここで過負荷移行温度Txは、従来の高温レリー
ス開始温度を55℃とすると、その温度に至る前の例えば
50℃に定められる。そして、過負荷移行温度Txに至った
場合には、最大周波数決定手段17は、インバータ９の可
変出力周波数範囲の上限値を、室内熱交換器５の温度が
急上昇しないように、より低い値の上限値にする。

第５図は過負荷移行の認識の仕方を例示したものであ
る。ここでＡゾーンは、室内熱交温度Tcが過負荷移行温
度Tx（50℃）より更に上昇した以後の温度領域及び室内
熱交温度Tcが47℃に降下するまでの温度領域あり、また
Ｂゾーンは、室内熱交温度Tcが過負荷移行温度Tx（50
℃）より更に上昇した温度領域及び室内熱交温度Tcが過
負荷移行温度Txを脱して47℃以下に降下した後の温度領
域である。

ある風量の下で、室内熱交温度TcがＡゾーン（Tc≧50
℃）にまで上ったときは、そのままでは室内熱交換器５
の温度が急上昇し、従って圧縮機の高圧が規格値を越え
る過負荷温度まで急上昇する。そこで、最大周波数決定
手段17は、このような過負荷温度に至る前の過負荷移行
温度Txを基準として、室内熱交温度TcがＡゾーンに入る
か否かを判断し、Ａゾーンに入ったときは、インバータ
９の動作すべき出力周波数を、通常より低い値にする。

ここでは、通常180Hz〜30Hz（第４図）にある周波数
を、第５図の如く強風Ｈ〜中風M⁺の場合は140Hzに、
中風Ｍ〜弱風L⁺の場合は80Hzに、弱風Ｌ〜弱風L^-及
び微風ULの場合は70Hzに、それぞれ抑える。但し、この
ような区分は任意に行うことができるものであり、以下
説明を簡単にするため、強風Ｈ、中風M,弱風Ｌにつき、
それぞれ140Hz,80Hz,70Hzに制限するものとする。

インバータ出力周波数制限手段18は、インバータ出力
周波数決定手段16からの指令を受けてインバータ９を実
際に運転しているが、過負荷移行時には、最大周波数決
定手段17からの指令に従ってインバータ９の可変出力周
波数の上限を制限する。即ち、通常のＢゾーンにある間
はインバータ出力周波数決定手段16から指令される出力
周波数30〜180Hzで圧縮機１を運転させるが、Ａゾーン
に入ったときは、最大周波数決定手段17から指令される
上限値を、設定風量に対応して140Hz,80Hz,70Hzのいず
れかに制限させる。これにより、圧縮機１の暖房能力が
減少し、室内熱交温度Tcの急上昇が緩和される。

第６図（ａ）は、微風の場合において室内熱交温度Tc
の急上昇が緩和される様子を示したもので、初期におい
て１〜２回ハンチィングするが、それ以降は安定した運
転周波数となる。従来の制御では、第６図（ｂ）に示す
ように、運転周波数がハンチィングして、圧縮機高圧が
規格上限値ぎりぎりのラインに近付いたり離れたりする
のと対照的である。従って、上記実施例によれば、第６
図（ａ）中に余裕幅Ｗとして示すように、馬力の高い機
種でも高圧保護が余裕をもって行えるものである。ま
た、運転周波数が安定することから、騒音，振動も少な
いものとなる。更に、運転周波数が安定することで吹き
出し温度も安定するため、快適性も向上する。

以下、第７図のフローに従って詳述する。

第７図のフローにおいて、マイクロコンピュータ10
は、まず室内温度Ta,設定温度Tsを読込み、室内温度Ta
がリモコン11の設定温度Tsに対して高いか否かをチェッ
クする（ステップ）。室内温度Taが既に設定温度Ts
より高くなっているときは（第４図のゾーンh,i）、圧
縮機を停止する（ステップ）。室内温度Taがまだ設定
温度Tsよりも低いときは（第４図のゾーンｂ〜ｇ）、そ
の差（Ta−Ts）に応じた暖房を行うべく、第４図のゾー
ンｂ〜ｇの該当するゾーンよりインバータ９の動作すべ
き出力周波数を決定する（ステップ）。従って、この
ステップは上記インバータ出力周波数決定手段16に相
当する。

次に、室内熱交温度Tcを読み込み、室内熱交温度Tcが
第５図のA,Bゾーンのいずれに在るかをチェックする
（ステップ）。Ｂゾーンにある間、即ち、室内熱交
温度Tcが50℃に上るまでの間は、室内熱交換器５は過負
荷に移行しないので、インバータ駆動周波数の上限制約
はなく、インバータ９に指令する最大周波数は180Hzの
ままである（ステップ）。しかし、室内熱交温度Tc
が50℃以上まで上ってＡゾーンに入ったときは、風量設
定器15で上記強風H,中風M,弱風Ｌのいずれが設定されて
いるかをチェックし（ステップ〜）、その設定され
ている風量に応じて、インバータ９に指令する最大周波
数の上限値を次のように制限する。即ち、強風Ｈのとき
は圧縮機の運転周波数ｆをｆ＝140Hzに、中風Ｍのとき
はｆ＝80Hzに，弱風Ｌのときはｆ＝70Hzに制限する（ス
テップ〜）。ここでのステップ〜は最大周波数
決定手段16に、ステップ〜はインバータ出力周波数
制限手段18に相当する。

このようにして、通常の高温レリース開始温度55℃よ
りも若干低い50℃において、既に圧縮機の最大周波数が
設定風量に応じて、通常の場合よりも低く押さえられ、
これにより室内熱交温度Tcは従来よりも緩やかに上昇す
る。その後、室内熱交温度Tcは圧縮機の高圧限界値に達
すること無く、上記50℃より少し低い47℃まで下降して
Ａゾーンを抜ける。これにより、上記最大周波数の制約
はなくなって、通常の180Hz〜30Hzの制御に戻る。

かかる制御により、微風の場合においてもステップ
にてｆ＝70Hzに制限され、第６図（ａ）で説明したよ
うに、初期において１〜２回ハンチィングするものの、
それ以降は安定した運転周波数となる。また、馬力の高
い機種でも高圧保護に余裕が生じる。運転周波数が安定
することから騒音，振動の減少，吹き出し温度の安定が
実現される。

第８図は、上記の制御と従来の高温レリース制御を組
み合わせた実施例を示す。これはタイマ手段22,インバ
ータ周波数レリース手段23,インバータ出力周波数選択
手段24を追加的に設けた構成のものである。

第９図に示すように、制御領域は、室内熱交温度Tcの
上昇過程における上記過負荷移行温度50℃，温度55℃を
境界として、B,A,Cの３領域に別れており、また、室内
熱交温度Tcの下降過程における54℃,53℃,49℃を境界と
して、C,D,A,Bの４領域に別れている。ゾーンＢから50
℃以上のゾーンＡへ昇温した場合の制御は、既に第３図
〜第５図で説明したように、風量に応じて最大周波数が
制限される。更にゾーンＡから55℃以上のゾーンＣへ昇
温した場合、インバータ周波数レリース手段23がタイマ
手段22で定められる一定時間だけ働き、インバータ制御
回路19に前置されたインバータ出力周波数選択手段24に
信号を送り、インバータ４の周波数を、現在周波数fnよ
り１ステップ低い周波数f_n-1に落とす。これにより、圧
縮機１の暖房能力が更に減少し、室内熱交温度Tcの上昇
も和らいで、第６図（ｂ）に示す従来制御におけるよう
な運転周波数のハンチィングは殆どなくなり、高圧保護
が余裕をもって行えることとなる。

詳述するように、第10図，第11図に示すフローにおい
て、ステップ〜は第７図の場合と同様である。但
し、ここでは、まずステップにおいて室内温度Ta,設
定温度Tsの他に設定風量をも読込み、設定風量で室内フ
ァン７を運転する。室内温度Taが既に設定温度Tsより高
いときは、圧縮機を停止する（ステップ）。室内温
度Taがまだ設定温度Tsよりも低いときは、その差（Ta−
Ts）に応じた暖房を行う出力周波数を決定する（ステッ
プ）。

次に、室内熱交温度Tcを読み込み、室内熱交温度Tcが
第５図のA,B,C,Dゾーンのいずれに在るかをチェックす
る（ステップ）。

Ｂゾーン（＜50℃）にある間はインバータ駆動周波数
に上限制約はなく、インバータ９に指令する最大周波数
fnは、fn＝180Hzのままである（ステップ）。し
かし、室内熱交温度Tcが50℃以上に上ってＡゾーンに入
ったときは、風量設定器15で設定されている強風H,中風
M,弱風Ｌに応じて（ステップ〜）、インバータ９に
指令する最大周波数を、強風Ｈのときfn＝140Hz、中風
Ｍのときfn＝80Hz、弱風Ｌのときｆ＝70Hzに制限する
（ステップ〜）。これにより圧縮機１の暖房能力が
減少し、室内熱交温度Tcは従来よりも緩やかに上昇す
る。

その後、室内熱交温度Tcが高温レリース開始温度55℃
まで上昇し、Ｃゾーンに入ると、インバータ４の周波数
を、現在周波数fnより１ステップ低い周波数f_n-1に落と
す（ステップ）。そして、タイマをスタートさせ
て、一定時間だけ上記１ステップ低い周波数f_n-1にて運
転し（ステップ）、ステップに戻る。これによ
り、圧縮機１の暖房能力が更に減少する。ここでのステ
ップはインバータ周波数レリース手段23に、ステップ
はインバータ出力周波数選択手段24に、ステップ
はタイマ手段22に相当する。

かくするうちに室内熱交温度Tcは慣性による若干の遅
れを伴った後、圧縮機の高圧限界値に達すること無く上
記Ｄゾーンまで下降する。Ｄゾーンに入ると、現在周波
数fnが通常時の最大周波数ｆと一致しているかどうかを
チェックし、一致していなければ現在周波数fnを通常時
の最大周波数ｆに戻して上記最大周波数の制約を外し、
通常時の周波数180〜30Hzで運転する。

このように、まず50℃において室内熱交換器の急上昇
を防止し、次いで現在周波数fnの１ステップダウンのレ
リース制御を行うことにより、通常の高温レリース制御
のみによる場合や、上記の50℃におけ室内熱交換器の急
上昇防止のみによる場合に較べ、ハンチィングの度合い
をより少なくして圧縮機の運転周波数を安定化させるこ
とができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明は、過負荷温度に至る前に
通常行われる高温レリース制御温度よりも更に低い温度
において、圧縮機の運転周波数の最大値を通常より低い
値に制限して運転するものであるため、室内熱交換器の
急上昇を防止でき、高圧限界値に対して余裕ある運転が
できる。また、運転周波数が安定するため騒音がなくな
ると共に、噴き出し温度も安定し、快適な暖房空間を作
り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る空気調和機の基本構成を
示す図、第２図はその制御ユニットの入出力関係の概念
図、第３図は制御ユニットの回路構成を示すブロック
図、第４図は通常の場合のインバータの可変周波数制御
ゾーンを示す図、第５図は過負荷移行温度及びその前後
の最大周波数との関係を示す図、第６図は微風時におけ
る運転周波数と高圧の変化を本発明と従来とを比較して
示した図、第７図は第３図の制御回路の動作を示したフ
ローチャート図、第８図は本発明の他の実施例を示す制
御ユニットの回路構成図、第９図はその過負荷移行温度
及び高湿レリース温度の関係を示す図、第10図及び第11
図はその動作を示したフローチャート図である。 図中、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外熱交換器、４
は減圧装置、５は室内熱交換器、６は室外ファン、７は
室内ファン、８は外熱交温度センサ、９はインバータ、
11はリモコン、12は室内温度センサ、13は室内熱交温度
センサ、14は温度設定器、15は風量設定器、16はインバ
ータ出力周波数決定手段、17は最大周波数決定手段、18
はインバータ出力周波数制限手段、19はインバータ制御
回路、20はファン駆動回路、21はファンモータ、22はタ
イマ手段、23をインバータ周波数レリース手段、24はイ
ンバータ出力周波数選択手段を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷凍サイクルの圧縮機をインバータにより
   可変制御する空気調和機において、室内熱交換器の温度
   を検出する室内熱交温度センサと、室内ファンの風量を
   設定するファン風量設定器と、暖房運転時にファン風量
   に対して室内熱交温度が過負荷となる温度より若干低め
   に設定した過負荷移行温度まで室内熱交温度が上昇した
   かどうかを監視し、過負荷移行温度より上昇した場合
   に、インバータに与える最大周波数を通常より低い値に
   制限する最大周波数決定手段と、暖房運転時にファン風
   量に対して室内熱交温度が過負荷となる温度より若干低
   めの温度であって上記過負荷移行温度より高く設定され
   た高温レリース温度まで室内熱交温度が上昇したかどう
   かを監視し、室内熱交温度が上記高温レリース温度を越
   えた場合に、インバータの周波数を現在周波数より所定
   ステップ低い周波数に落とすインバータ周波数レリース
   手段とを設けたことを特徴とする空気調和機。