JP3395449B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の空気調和機では、特開昭61−1017
56号公報に記載のように、吐出圧力の検出を、圧縮機か
ら吐出された高温高圧ガスの一部をバイパスさせ、低圧
ガス配管に設けた熱交換部で冷却させ気体と液体の二相
冷媒状態とし、さらに、キャピラリを通過させて低温低
圧の冷媒ガスとした後圧縮機高圧側流入するようにし、
温度センサを熱交換部とキャピラリの間に設け、センサ
により飽和温度を検出させ、飽和温度と圧力の関係よ
り、圧力を推定しヒートポンプ装置の動作を制御するよ
うにしている。 【０００３】従来技術では、圧縮機の吐出ガスの一部を
バイパスさせるため冷凍サイクル能力が低下するという
問題と、バイパス配管を用いるため冷凍サイクルが複雑
になるということに対し考慮がなされていなかった。 【０００４】一方、従来の別の空気調和機では特開昭58
−179754号公報に記載のように、暖房外気低温時の暖房
能力の低下を補うよう補助ヒータを設けたとき、圧縮機
電流を検出するセンサにより、圧縮機電流の上昇を検出
し、その増大分に応じ全電流が設定値を超えないよう
に、補助ヒータに流れる電流を、トライアックによる位
相制御またはトランジスタによる振幅制御を行い、全電
流を抑えるように制御していた。 【０００５】この技術では、暖房運転における外気温度
上昇時、吐出圧力が上昇し保護装置が作動するまでに圧
縮機運転電流により吐出圧力を抑えるよう制御するとい
うことに対し考慮がなされていなかった。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、吐出
ガスの一部をバイパスさせ、高温高圧ガスをガス冷媒と
二相冷媒とするため、圧力の絶対値を正確に検出しよう
とするものであり、急激な圧力変動を検出するには遅れ
が生じる問題があった。また温度から圧力を推定する際
の精度にも問題があった。 【０００７】本発明の目的は、吐出圧力の上昇時、吐出
圧力の絶対値を高圧ガス配管に設けた圧力スイッチによ
り検出し、圧力スイッチ作動設定値からの圧力上昇幅を
熱交換器出口側に設けた凝縮温度検出用サーミスタによ
り検出して、吐出圧力の上昇を防止することにある。 【０００８】本発明の第二の目的は、圧力スイッチの作
動と凝縮温度検出用サーミスタにより、吐出圧力を推定
し、吐出圧力が保護装置作動設定値に到達する前に圧縮
機を停止させ、保護装置の作動を防止することにある。 【０００９】本発明の第三の目的は、圧力スイッチの作
動と凝縮温度検出用サーミスタにより、吐出圧力を推定
し、吐出圧力が保護装置作動設定値に到達する前に冷凍
サイクル中に減圧装置として設けた電子膨張弁開度を開
き、吐出圧力低下の機会を与え圧力上昇を防止し、さら
に吐出圧力が上昇する場合には、吐出圧力が保護装置作
動設定値に到達する前に圧縮機を停止させ、保護装置の
作動を防止することにある。 【００１０】他の上記従来技術は、圧縮機運転電流の検
出を行うが、補助ヒータの電流制御を行い、全電流値が
所定値を超えないように制御するのに用いている。この
ため圧縮機運転電流値の変化より吐出圧力の変化を推定
し、冷凍サイクルの安定化をはかるということに対し考
慮されていなかった。 【００１１】本発明の第四の目的は、吐出圧力の上昇
時、圧縮機の入力が増え圧縮機運転電流値が増大するの
を利用したものであり、吐出圧力の絶対値を高圧ガス配
管に設けた圧力スイッチにより確認し、圧力スイッチ作
動設定値からの圧力上昇幅を圧縮機運転電流検出センサ
により捉えた電流変化幅により検出し吐出圧力の上昇を
防止することにある。 【００１２】本発明の第五の目的は圧力スイッチの作動
と電流センサにより吐出圧力を推定し、吐出圧力が保護
装置作動設定値に到達する前に圧縮機を停止させ、保護
装置の作動を防止することにある。 【００１３】本発明の第六の目的は、圧力スイッチの作
動と電流センサにより吐出圧力を推定し、吐出圧力が保
護装置作動設定値に到達する前に冷凍サイクル中に低圧
装置として設けた電子膨張弁開度を開き、吐出圧力低下
の機会を与え圧力上昇を防止し、さらに吐出圧力が上昇
する場合には、吐出圧力が保護装置作動設定値に到達す
る前に圧縮機を停止させ、保護装置の作動を防止するこ
とにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第一の空気調和機は室外ユニットと前記室
外ユニットにガス配管と液配管で接続された室内ユニッ
トで冷凍サイクルを構成し、前記室外ユニットは冷媒ガ
スを圧縮する圧縮機と圧縮された冷媒ガスの送付先を切
り替える四方弁と外部熱源と冷媒を熱交換させる室外熱
交換器からなり、前記室内ユニットは冷媒と室内空気を
熱交換させる室内熱交換器と前記室内熱交換器に接続さ
れて冷媒を減圧する膨張弁を含んでなる空気調和機にお
いて、圧縮機吐出ガス配管に設けた制御用圧力スイッチ
と、室内熱交換器の液配管側出口に、また室外熱交換器
の液配管側出口に設けた凝縮温度検出サーミスタを設
け、制御用圧力スイッチの作動と、制御用圧力スイッチ
作動時の凝縮温度検知サーミスタ温度とその上昇値か
ら、圧縮機から吐出された吐出ガスの圧力変動を捉え、
吐出圧力上昇防止制御を備えたことを特徴とする。 【００１５】本発明の第二の空気調和機は、第一の発明
手段に加え、圧力上昇幅が所定値以上になった場合、圧
縮機を停止させ吐出圧力の上昇を防止し、また所定値以
下まで吐出圧力が低下した場合圧縮機を再起動させ、吐
出圧力上昇を防止する制御を備えたことを特徴とする。 【００１６】本発明の第三の空気調和機は、第一の発明
手段に加え、圧力上昇幅が所定値以上になった場合、電
子膨張弁開度を開き、吐出圧力の上昇を防止することを
特徴とする。 【００１７】本発明の第四の空気調和機は、第一の発明
手段における凝縮温度検知サーミスタの代わりに圧縮機
運転電流を検出する電流センサを備え、制御用圧力スイ
ッチの作動と、制御用圧力スイッチ作動時の圧縮機運転
電流値とその上昇幅から、圧縮機から吐出された吐出圧
力の圧力変動を捉え、吐出圧力上昇防止制御を備えたこ
とを特徴とする。 【００１８】本発明の第五の空気調和機は、第四の発明
手段に加え、圧力上昇幅が所定値以上になった場合、圧
縮機を停止させ吐出圧力の上昇を防止し、また所定値以
下まで吐出圧力が低下した場合、圧縮機を再起動させ、
吐出圧力上昇を防止する制御を備えたことを特徴とす
る。 【００１９】本発明の第六の空気調和機は、第四の発明
手段に加え、圧力上昇幅が所定値以上になった場合、電
子膨張弁開度を開き、吐出圧力上昇を防止することを特
徴とする。 【００２０】 【作用】圧縮機の吐出ガス配管に設置された制御用圧力
スイッチ作動値は、通常保護用（高圧カット用）圧力ス
イッチの作動値３０kg／cm² に対し、保護装置が作動し
ないよう約５kg／cm² 低い２５kg／cmに設定される。吐
出圧力の急激な上昇を伴う場合、制御用圧力スイッチの
作動から保護用圧力スイッチが作動するまでの間、吐出
圧力値を監視するため熱交換器の液配管接続側に設置し
た凝縮温度検出用サーミスタによる凝縮温度の制御用圧
力スイッチ作動時からの上昇幅により吐出圧力を捉え、
吐出圧力が保護用圧力スイッチ作動値に到達する前に、
圧縮機を停止させるか、又は電子膨張弁を開くことによ
り吐出圧力の上昇を防止することができる。 【００２１】つまり吐出圧力絶対値を制御用圧力スイッ
チの作動により捉えそれ以降の圧力上昇を凝縮温度の変
化幅で捉えることができ、圧力センサより安価な方法に
より正確に圧力を推定することができる。また吐出圧力
が２５kg／cm² 以上上昇する場合、熱交換器出口では過
冷却度がとれなくなり、熱交換器出口温度がすなわち飽
和温度となるため、吐出ガスの一部をバイパスさせ、低
圧ガス配管等で冷却し、冷媒を二相化して飽和温度から
圧力を換算するといった複雑な冷凍サイクル配管を具備
させる必要がなく、熱交換器出口にサーミスタを設置す
るだけで、凝縮温度を測定することが可能となる。 【００２２】また吐出ガス圧力が上昇した場合、圧縮機
入力が増え運転電流もリンクし上昇するのを利用し、制
御用圧力スイッチの作動と、センサにより捉えた圧縮機
運転電流の制御用圧力スイッチ作動時からの上昇幅によ
り、吐出圧力を推定することが可能となる。つまり、保
護用圧力スイッチが作動する前に圧縮機を停止させる
か、又は電子膨張弁開度を開くことにより吐出圧力の上
昇を防止することができる。 【００２３】圧縮機運転電流をセンサにより検出する場
合、圧力変動に対するセンサにより検出した電流値の応
答性が良いため、急激な圧力変動を正確に捉えることが
可能となる。温度センサにより飽和温度を検出する場
合、温度センサの時定数による遅れが伴い、急激な圧力
変動を捉えにくいという問題がある。 【００２４】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５を
参照して説明する。 【００２５】室外ユニット１は圧縮機２と、圧縮機２の
吐出口にポートを接続させた四方弁３と、四方弁３の
ポートに冷媒流路の一端を接続した室外熱交換器４
と、四方弁３のポートに接続された阻止弁１８と、圧
縮機２の吸い込み口に一端を接続させ他端を四方弁３の
ポートに接続されたアキュムレータ５と室外熱交換器
４の他端に接続された阻止弁１９と室外熱交換器４の出
口温度（冷房時の凝縮温度）を検知する温度センサ１５
と、圧縮機運転電流を検知する電流センサ１７と圧縮機
吐出圧力を検知する制御用圧力スイッチ１８，保護用圧
力スイッチ１９、これら温度センサと圧力スイッチに接
続され、これらからの信号を取り込む室外側制御装置１
１とを含んでなっている。室外側制御装置１１には、こ
れらセンサからの信号を取り込み室内側電子膨張弁１０
の開度を決定する制御手段を備えている。 【００２６】また室内ユニット８は、冷媒流路の一端を
ガス配管７及び阻止弁１８を介して四方弁３のポート
に連通させた室内熱交換器９と、一端を室内熱交換器９
の冷媒流路の他端に接続された電子膨張弁１０と室内熱
交換器９の出口温度（暖房時の凝縮温度）を検知する温
度センサ１６と、温度センサからの信号を取り込むとと
もに、動作指令回路１３及び運転情報回路１４を介して
室外ユニット１の室外側制御装置１１に接続されている
室内側制御装置１２とを含んでなっている。室内側制御
装置１２は、温度センサ１５，１６，電流センサ１７か
らの信号を取り込み圧縮機の停止，起動を行う制御手段
を有している。 【００２７】冷房時の冷凍サイクルにおいては、四方弁
３は、そのポート，及びポート，がそれぞれ連
通されるように操作される。この冷凍サイクルでは、室
外ユニット１の圧縮機２によって冷媒が高温高圧に圧縮
され四方弁３から室外熱交換器４に入り凝縮され液冷媒
となる。しかし、外気温度が高く吐出圧力が高い場合、
室外熱交換器４の凝縮性能が室外空気負荷に対し小さく
なるため、熱交換器出口で過冷却度がとれず二相冷媒と
なる。この二相冷媒は液配管６内を流れ室内ユニット８
に流入する。室内ユニット８に流入した二相冷媒は電子
膨張弁１０を通って断熱膨張し、次いで室内熱交換器９
で蒸発し、低温低圧ガスとなってガス配管７内を流れ、
再び室内ユニット１に戻る。室外ユニット１に戻ったガ
ス冷媒は四方弁３を経てアキュムレータ５に入り、ここ
で気液分離された後圧縮機２に戻る。 【００２８】一方、暖房の冷凍サイクルでは、四方弁３
は、ポート，及び、ポート，がそれぞれ連通さ
れるように操作され、冷房時の冷媒回路とは、逆方向に
循環する冷媒回路が形成される。この冷凍サイクルで
は、室外ユニット１の圧縮機２によって高温高圧に圧縮
されたガス冷媒は四方弁３，ガス配管７を経て室内ユニ
ット８に入る。室内ユニット８に流入したガス冷媒は室
内熱交換器９で凝縮され液冷媒となる。ただし吐出圧力
が上昇し制御用圧力スイッチが作動する場合、冷媒は過
冷却されず二相冷媒となる。この二相冷媒は電子膨張弁
１０で減圧され、液配管６を通過し、室外ユニット１に
戻る。二相冷媒は室外熱交換器４に流入し蒸発して低温
低圧ガスとなり四方弁３を介してアキュムレータ５に入
り圧縮機２に戻る。 【００２９】図２は、横軸に時間を縦軸に圧縮機の運転
状態，電子膨張弁開度吐出圧力，凝縮温度，圧縮機運転
電流を示したものである。 【００３０】吐出圧力の上昇に伴い冷房時は室外熱交換
器４出口の凝縮温度Ｔ_c が暖房時には室内熱交換器９出
口の凝縮温度Ｔ_c が上昇する。すなわち、凝縮温度は吐
出圧力にリンクし変化するため、凝縮温度より吐出圧力
を推定することが可能となる。また吐出圧力の上昇とと
もに圧縮機２の入力が増え、圧縮機２を流れる運転電流
が増える。電流値の場合、凝縮温度に比べ圧力変動に対
する応答性が良く、急激な圧力変動を検知するのに適し
ている。 【００３１】図３に示す第一の実施例は、吐出圧力が上
昇し、制御用圧力スイッチ１８が２５kg／cm² で作動
し、このときの凝縮温度Ｔ_coを室外側制御装置１１にメ
モリしておく。次いでそのまま制御用圧力スイッチ１８
が作動している場合、凝縮温度の上昇幅と凝縮温度の絶
対値を設定値と比較判定し、凝縮温度が判定値以上に上
昇する場合、圧縮機２を停止させ、圧力の上昇を防止さ
せる。凝縮温度で圧力を推定する場合、温度サーミスタ
の検出誤差が大きいため、温度センサ１５，１６の変化
幅と、その絶対値の両方で圧力を推定し、検出誤差を小
さくすることが可能となる。 【００３２】図４に示す第二の実施例は、第一の実施例
で、制御用圧力スイッチ１８が作動した後、凝縮温度セ
ンサ１５，１６で検知した凝縮温度の変化幅とその絶対
値を判定した後、凝縮温度が上昇する場合、すぐに圧縮
機２を停止させるのではなく、一旦、電子膨張弁１０を
全開まで開き、吐出圧力が低下する機会を与え、電子膨
張弁１０の開度操作後さらに吐出圧力が上昇し凝縮温度
が上がる場合には圧縮機を停止させ、保護用圧力スイッ
チ１９が作動するのを防止したものである。本制御によ
り、ユニットの連続運転時間を長くし、頻繁な圧縮機オ
ン／オフの繰り返しを防止することが可能となる。 【００３３】図５に示す第三の実施例は、第一，二の実
施例で制御用圧力スイッチ１８が作動した後、温度サー
ミスタの代わりに電流センサ１７を用い、電流の変化幅
と、その絶対値により圧力の上昇を判定し、圧力低下を
はかるべく、電子膨張弁１０の開度操作及び、圧縮機の
オン／オフ制御を行うようにしたものである。温度セン
サの代わりに電流センサを用いることにより、吐出変動
に対する応答性が良いため、起動時の急激な圧力上昇を
検知することができ、冷凍サイクルの安定化をはかるこ
とが可能となる。また電流センサにより検出した電流値
の絶対値も誤差が大きいため、電流値の変化幅により圧
力変動を捉えることは適切な方法である。 【００３４】また、本発明は、吐出圧力が上昇し、保護
用圧力スイッチが作動する前に圧力を低下させることで
あり、吐出圧力が本領域では凝縮装置側の熱交換器出口
で過冷却度がとれないため二相冷媒となることから、簡
便な方法にて凝縮温度を検出することができる。 【００３５】また温度センサの代わりに電流センサを用
いることにより、電流が吐出圧力の変動に対し応答性良
く変化するため、起動時の急激な圧力変化に対し有効に
作用し、吐出圧力が保護用圧力スイッチ作動値まで達す
る前に圧力低下させることが可能となる。 【００３６】 【発明の効果】本発明によれば吐出圧力の上昇を凝縮温
度の変化幅とその絶対値で捉えることができ、圧力セン
サや、吐出ガスの一部をバイパスさせ低圧配管で冷却さ
せて二相冷媒とした後その飽和温度を検出する方法に比
べ、比較的安価な方法にて吐出圧力を推定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第一ないし第三の実施例であるペアタ
イプ空気調和機の冷凍サイクルの系統図。 【図２】本発明の第一ないし第三の実施例で、圧縮機運
転状態，電子膨張弁開度，各センサの時間変化がわかる
タイムチャート。 【図３】本発明の第一の実施例のフローチャート。 【図４】本発明の第二の実施例のフローチャート。 【図５】本発明の第三の実施例のフローチャート。 【符号の説明】 １…室外ユニット、２…圧縮機、４…室外熱交換器、８
…室内ユニット、９…室内熱交換器、１０…電子膨張
弁、１５…温度センサ、１７…電流センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 崇 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (56)参考文献 特開 平４−225771（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196562（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82130（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−277159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−143464（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−131374（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 341

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】圧縮機，室外熱交換器，電子膨張弁，室内
   熱交換器とアキュムレータを順次連結し冷凍サイクルを
   構成する空気調和機において、高圧圧力制御用圧力スイ
   ッチと凝縮温度検出用サーミスタを室内及び前記室外熱
   交換器の出口に具備させ、高圧圧力の上昇を高圧圧力制
   御用の圧力スイッチの作動信号と前記圧力スイッチの作
   動時の凝縮温度を基準としたその上昇幅により検出し、
   高圧圧力の上昇を防止する制御手段を設けたことを特徴
   とする空気調和機。