JPH03102141A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧縮能力可変な圧縮機を有する冷凍装置に関
するものである。

（従来の技術） この種の冷凍装置における従来例としては、本件出願人
による実願昭６２−６６１１５号を挙げることができる
．この従来例は圧縮能力可変なインバータ圧縮機を有し
て成る冷凍装置であって、蒸発器の負荷に応じた応答周
波数で上記圧縮機の運転を行う負荷応答制御手段と、上
記応答周波数よりも低い周波数で上記圧縮機の運転を行
う規制運転制御手段と、上記圧縮機からの吐出ガス冷媒
温度を検出するサーξスタと、上記検出温度が基準温度
を超えたときに上記負荷応答制御手段による運転から上
記規制運転制御手段による運転に切換えると共に、その
後上記検出温度が復帰温度まで低下したときに上記負荷
応答制御手段による運転に復帰させる切換手段とを有し
ている。

すなわちこの従来例では、吐出ガス温度が基準温度に達
するとインバータは垂下制御に移行し、そして復帰温度
にまで達した際には、室内側の負荷に応じた周波数制御
を再開するように構威し、これにより過負荷リレーの作
動による強制停止をできるだけ回避して圧縮機の能力を
充分に活用しようとするものである。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記従来例では、減圧機構としてキャピラリチ
ューブを用いていることから、上記インバータ周波数の
低下によって減圧量も減少し、この結果、蒸発器出口で
の冷媒過熱度も低下し、圧縮機に吸入される冷媒温度が
低下して圧縮機吐出ガス温度が低下するという作用が生
じるが、減圧機構として電動膨張弁を使用する場合には
、次のような不具合の生ずることが明らかになった。す
なわち電動膨張弁を使用する場合には、圧縮機の周波数
低下に伴って上記電動膨張弁の開度を小さくする過熱度
制御を行っているために、圧縮機に吸入される吸入ガス
冷媒の過熱度の低下がみられず、この結果、吐出冷媒ガ
ス温度は制御前より上昇することはないものの、復帰温
度にまで下降するには至らないということである。

この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされ
たものであって、その目的は、電動膨張弁を使用した冷
凍装置において、圧縮機の吐出ガス冷媒温度が上昇して
圧縮能力を低下させたときに、吸入ガス冷媒の過熱度を
湿り側に制御して上記吐出ガス冷媒温度を低下させるこ
とができる冷凍装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明の冷凍装置では、圧縮能力可変な圧縮機
１を有して成る冷凍装置であって、華発器５、６側の負
荷に応じた応答圧縮能力で上記圧縮機の運転を行う負荷
応答制御手段５８と、上記蒸発器５、６での過熱度が略
一定になるように電動膨張弁２３、２４を開度制御する
開度制御手段７０と、上記応答圧縮能力よりも低い圧縮
能力で上記圧縮機ｌの運転を行う規制運転制御手段６３
と、上記電動膨張弁２３、２４の開度制御を停止してそ
のときの開度を維持する開度固定手段７ｌと、上記圧縮
機ｌからの吐出ガス冷媒温度を検出する温度検出手段４
０と、上記検出温度が基準温度を超えたときに上記負荷
応答制御手段５日と開度制御手段７０とによる運転から
上記規制運転制御手段６３と開度固定手段７１とによる
運転に切換える一方、検出温度が復帰温度まで低下した
ときに上記負荷応答制御手段５８と開度制御手段７０と
による運転に復帰させる切換手段６１とを設けている。

（作用） 上記構或の冷凍装置においては、負荷応答制御手段５８
によって蒸発器５、６側の負荷に応じた応答圧縮能力で
圧縮機ｌの運転を行っていく際に、温度検出手段４０で
圧縮機１からの吐出ガス冷媒の温度を検出し、この検出
温度が基準温度を超えたときに、上記規制運転制御手段
６３によって応答圧縮能力よりも低い圧縮能力での運転
が行われる．同時に、電動膨張弁２３、２４の開度は開
度固定手段７ｌによって圧縮能力変更前の開度に固定さ
れる。したがってこの状態では、吐出冷媒量が減少する
一方で過熱度制御が行われないことになり、圧縮機１へ
吸入されるガス冷媒が湿り側へ変動し、この結果、吐出
ガス冷媒温度を低下させることが可能になる。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例について、図
面を参照しつつ詳細に説明する。

第２図には、この発明の一実施例における二室空調機能
を有する空気調和機として構威した装置の冷媒回路図を
示してル）る。図においてＸは室外ユニット、Ａ，Ｂは
室内ユニットをそれぞれ示しており、室外ユニットＸは
圧縮機１、室外熱交換器２、室外ファン３、減圧機構４
等によって構威され、一方各室内ユニッＩ−Ａ，Ｂは、
利用側熱交換器となる各室内熱交換器５、６、室内ファ
ン７、８等によって構戒されている。上記圧縮機１はイ
ンバータによる駆動源９を備えたもので、その吐出配管
１０と吸込配管１１とは四路切換弁１２に接続されてい
る。なお上記吸込配管１ｌにはアキュームレータ１３が
介設されている。上記四路切換弁ｌ２の一方の接続口に
は第１ガス管１４が、他方の接続口には第２ガス管１５
、室外熱交換器２、液管ｌ６が順次接続されている。そ
して上記第ｌガス管１４からは一対の分岐ガス管ｌ７、
１８が、また上記液管Ｉ６からは一対の分岐液管ｌ９、
２０がそれぞれ分岐しており、両者間に各室内熱交換器
５、６が接続されている。上記減圧機構４は、各分岐液
管ｌ９、２０に第１電動膨張弁２３、２４を介設すると
共に、液管１６に第２電動膨張弁２７を介設することに
よって構威されている。また同図において、３０、３１
はマフラー３２はガス閉鎮弁、３３は液閉鎖弁、３４は
ドライヤフィルタ、３５は正サイクルデフロスト用バイ
パス配管、３６、３７はこのバイパス配管３５に介設さ
れている開閉弁、及びキャビラリチューブより成る絞り
、３８、３９は逆止弁をそれぞれ示している。そして上
記圧縮機１の吐出配管ｌＯには、安全装置としての過負
荷リレー、及び高圧圧力検出スイッチ（図示せず）と、
さらに吐出ガス冷媒温度を検出するためのサーミスタよ
り成る吐出ガス温度検出センサ（温度検出手段）４０と
を付設している。

上記空気調和機においては、室外熱交換器２が凝縮器、
各室内熱交換器５、６が蒸発器としてそれぞれ機能する
方向（図中破線矢印方向）に冷媒を循環させることによ
って冷房運転を行う一方、各室内熱交換器５、６が凝縮
器、室外熱交換器２が蒸発器としてそれぞれ機能する方
向（図中実線矢印方向）に冷媒を循環させることによっ
て暖房運転を行う。なお冷房運転時においては、上記各
第１電動膨張弁２３、２４が各室内熱交換器５、６の出
口での冷媒過熱度を一定に維持するよう制御され、また
暖房運転時においては、上記第２電動膨張弁２７が室外
熱交換器２の出口での冷媒過熱度を一定に維持するよう
制御される。

このような運転の制御について、次に第３図の制御系ブ
ロック図に基づいて説明する。

図のようにこの空気調和機は、各室内ユニットＡ，Ｂに
配置された室内制御装置５１、５２と、室外ユニッＩ−
Ｘに配置された室外制御装置５３とを有しており、上記
各室内制御装置５ｌ、５２は、運転スインチ５４と、空
調希望温度を設定するための温度設定部５５と、室温を
検出する室温センサ５６とをそれぞれ備えている。各室
内制御装置５１、５２からは、室外制御装置５３に対し
て、上記運転スイッチがＯＮであり、かつ室温センサ５
６での検出温度が設定温度に達していないときに運転要
求信号が出力され、またこれと同時に設定温度と検出温
度との温度差信号が出力される。一方、上記室外制御装
置５３においては、上記運転要求のある室内ユニットＡ
，Ｂの台数を、運転台数把握部５７において把握すると
共に、この台数と上記各温度差信号とから、周波数制御
部（負荷応答制御手段）５８において圧縮機１の能力、
すなわちインバータ周波数を定め、後述する制御周波数
選択部（切換手段）６１を介して、この周波数にて圧縮
機１を駆動する。この際のインバータ周波数の決定は、
記憶部５９に予め記憶されているデータに基づいてなさ
れる。つまり上記記憶部５９には、運転台数と温度差と
に対応した初期設定周波数がデータテーブルとして予め
記憶されており、起動時や、或いは室内サーモＯＮ時、
すなわち室温が設定温度に達して運転を停止した後に再
び温度差を生じた際の再起動時等に、その時の運転要求
台数と温度差に応じた初期設定周波数で運転を開始し、
その設定周波数に達した後には、以後の検出温度差に基
づいて、例えばＰＩＤ制御によって空調負荷の変化に応
じた周波数、すなわち負荷応答周波数で制御を行ってい
くようになされている（以下、このような制御を負荷応
答制御という）。

上記周波数制御部５８による負荷応答制御は、図示して
はいないが上記冷媒回路に付設している各種センサ、例
えば圧縮機１の吐出配管１０に付設している高圧圧力検
出センサ、また各室内熱交換器５、６に付設されている
熱交換器温度センサ、さらには駆動源９への人力電流値
検出センサ等からの検出信号に基づく予め定められた規
制範囲内で行われるようになされている。すなわち上記
負荷応答制御を行っていく際に、運転停止を必要とする
過負荷状態に至るような場合には、上記制御周波数選択
部６ｌにおいて、上記各センサからの信号をそれぞれ予
め定められている設定値と比較することによって、事前
にその傾向が判別され、このときには上記周波数制御部
５８からの周波数信号が、上記制御周波数選択部６１ａ
においてカットされると共に、上記各信号に応じた制御
周波数を発生する第１規制信号発生部６２からの周波数
信号がインバータ９に出力される。例えば上記熱交換器
温度センサでの検出温度が異常検出設定温度に達した場
合には、上記第１規制信号発生部６２において、その時
点でのインバータ駆動周波数から毎分８　Ｈｚの割合で
強制的に周波数低下をしていくような制御周波数が発生
され、この制御周波数にて、運転が継続される。そして
この制御を継続して正常温度に復帰した場合には、再び
上記負荷応答制御を再開する。また上記人力電流値が予
め設定されている最大許容人力電流値Ｉｓ　（例えば２
ＯＡ）に達した場合には、上記負荷応答制御を中断し、
この時のインバータ周波数を維持するような制御に移行
する。この制御によって、例えば圧縮機１を流通する冷
媒の圧力が上昇していく場合には、圧縮仕事量が増加す
ることによって、人力電流も増加し、したがって上記最
大許容入力電流値Ｉｓを超えることとなるので、このと
きには上記Ｉｓを維持すべくインバータ周波数を徐々に
低減するような制御（入力電流垂下制御）を行うことと
している。このように、冷媒回路が過負荷状態に至るこ
とを事前に防止するために、圧縮能力規制範囲を予め定
め、この範囲内で負荷応答制御を行うのである。

そして上記室外制御装置５３は、例えば冷媒回路内の循
環冷媒量不足、いわゆるガス欠状態となったとき等に昇
温していく圧縮機１からの吐出ガス温度の検出値が基準
温度を超えたときに規制周波数信号を発生する第２の規
制信号発生部（規制運転制御手段）６３を有している。

なおこの機能については後述する。

ところで冷房運転時についていえば、上記室内制御装置
５１、５２からは室外制御装置５３に対して過熱度信号
（蒸発温度一蒸発器５、６の出口温度）が出力されてお
り、室外制御装置５３では、開度制御部（開度制御手段
）７０において、冷媒過熱度（ＳＨ）を略一定に維持す
べく各第１電動膨張弁２３、２４の開度制御を行うよう
なされている。一方、上記室外制御装置５３には、圧縮
機１からの吐出ガス温度の検出値が基準温度を超えたと
きに開度制御規制信号を発生して各第１電動膨張弁２３
、２４をその時の開度に維持する開度制御規制信号発生
部（開度固定手段）７１が設けられている。つまり過熱
度を一定にするように各第１電動膨張弁２３、２４を制
御するのか、あるいは各第１電動膨張弁２３、２４の開
度を変更せずに一定に維持するような制御を行うのかが
、電動膨張弁制御態様選択部６ｌｂによって切換えるよ
うなされているのである。

なお上記制御周波数選択部６１ａと上記電動膨張弁制御
態様選択部６ｌｂとによって切換手段６１が構成されて
いる。

次に第４図の制御フローチ華一トに基づいて、前記した
吐出ガス温度検出センサ４０からの検出信号Ｔｏｔによ
る上記切換手段６１における切換機能、上記第２規制信
号発生部６３及び開度制御規制信号発生部７ｌの機能に
ついて説明する。

同図において、ステップＳｌは、上記吐出ガス温度検出
センサ４０での検出温度信号Ｔｏｔを基準温度、例えば
１２０　’Ｃと比較して、その結果に基づき圧縮機１及
び各第１電動膨張弁２３、２４の制御方式を選択するス
テップである。すなわち、上記Ｔｏｔが１２０゜Ｃ未満
の場合には、ステップＳ５、Ｓ６に移行し、前記周波数
制御部５８での制御周波数をインバータ９に出力して負
荷応答制御にて圧縮機１を駆動すると共に、各第１電動
膨張弁２３、２４においては過熱度制御を行う。そして
上記ステップＳ１に戻って、このステップＳ１、Ｓ５、
Ｓ６との繰返し処理を継続し、したがって上記負荷応答
制′４１■及び過熱度制御による運転が継続される。一
方、上記Ｔｏｔが１２０　’Ｃ以上となった場合には、
上記ステップＳ１からステップＳ２へ移行し、上記開度
制御規制信号発生部７１によって第１電動膨張弁２３、
２４の開度を変更する動作を停止させる。したがってこ
のステップＳ２においては、第１電動膨張弁２３、２４
の開度をそのときの開度に固定することになる。次いで
このステップＳ２からステップＳ３へ移行し、第２規制
信号発生部６３で発生される制ｊｌｆｆ周波数での運転
に切換えられる。この運転は、上記切換り時のインバー
タ周波数から、３０秒間に４　Ｈｚの割合で周波数を低
減していく垂下制御による運転となされている。次いで
ステップＳ４において上記Ｔｏｔを復帰温度、例えば９
５℃と比較し、９５゜Ｃを超えている場合には、上記ス
テップ８２〜ステップＳ４の繰返し処理となる。つまり
上記Ｔｏｔがｌ２０′Ｃを超えたときには、上記各第１
電動膨張弁２３、２４の開度を上述の通りに固定すると
共に、上記垂下制御に切換わり、圧縮能力の低減による
圧縮機１への入力電流の低減及び第１電動膨張弁２３、
２４の開度固定制御がなされる。この結果、上記両室内
熱交換器５、６へ供給されるガス冷媒量が減少すると共
に、過熱度もそれに応じて低下して圧縮機１での吸入ガ
ス冷媒が湿り側に移行していくので、吐出ガス冷媒温度
が低下していき、その温度が上記復帰温度９５゜Ｃとな
るまで、上記各制御が継続される。上記Ｔｏｔが９５゜
Ｃ以下となった場合には、ステップＳ４からステップＳ
５及びステップＳ６に移行し、上記負荷応答制御と過熱
度制御とを再開し、ステップＳ１でＴｏｔで１２０゜Ｃ
を超えるか否かを監視しながら、その運転を継続してい
くこととなる。

上記のような吐出ガス温度に基づく切換制御によって、
例えばガス欠発生時においては、第５図に示すような吐
出ガス冷媒温度の変化を生じながら運転がなされること
となる。すなわち上記した負荷応答制御による運転時に
ガス欠を生じている場合、吐出ガス冷媒温度は、正常動
作域、例えば８０〜９０゜Ｃの範囲から逸脱して、徐々
に温度上昇を生じることとなる。従来は、その上昇温度
が図中二点鎖線で示しているように過負荷リレー動作温
度、例えば１３０゜Ｃに達し、この時点で運転の停止と
なされていた訳であるが、上記実施例装置においては、
上記基準温度（１２０゜Ｃ）に達したときに上記周波数
垂下制御及び開度固定制御に切換えられるため、ガス冷
媒量が減少すると共に、その過熱度が低下して圧縮機１
に吸入されるガス冷媒が湿り側になり、吐出ガス冷媒温
度の低下を生じ、そしてこの低下温度が復帰温度（９５
゜Ｃ）となったときには、再び上記負荷応答制御及び過
熱度制御に切換えられる。したがってその後は、上記吐
出ガス冷媒温度が上昇しない場合にはそのまま負荷応答
運転を続けることになり、再び吐出ガス冷媒温度が上昇
した場合には、上述したような制御運転を行うことにな
る。

このため上記圧縮機１のコイル過熱を抑えた状態で運転
を継続し得ることとなり、従来の運転停止処理がなされ
ていた装置と比べて、空調性能が向上されたものとなる
。上記制御は、例えば検出温度Ｔｏｔが１２０゜Ｃを超
える頻度が所定値を超えたときに、利用者に異常表示を
するような機能と併用することによって、保守点検作業
を促し、例えばガス欠時には補充がなされて、正常状態
に復帰されることとなるが、上記のような保守点検作業
員を待つ間にも、上記のような空調能力で運転の継続が
可能であるので、使用者の利用感、空調快適性が向上さ
れる。また正サイクルデフロスト運転終了後の暖房運転
再開時には、アキュームレータ１３への液溜り量が多く
なり、一時的に循環冷媒の減少を生ずる場合があるが、
このとき従来においてはガス欠と誤判断して運転停止と
なされる場合も生じていたが、上記実施例においては、
上記吐出ガス冷媒温度に応じた制御を行うことにより、
運転を停止することなく、正常運転への移行がなされ、
誤判断の防止も可能となる。なお上記実施例においては
、上記のような垂下制御及び開度固定制御によっても吐
出ガス冷媒温度が上昇していくような、例えば過電流入
力等の異常発生時には、上記した過負荷リレーが作動し
、運転が停止して圧縮機１の最終的な保護がなされるよ
うになっている。

なお上記実施例では、吐出ガス冷媒温度が基準温度を超
えたときには、その時の周波数を漸減する垂下制御に移
行することとして説明したが、例えば切換り時の周波数
に対し、所定の比率で小さくなされた周波数に維持する
構威とすることもできる。また上記は空気調和機として
構成した装置における説明であるが、例えば利用側熱交
換器として給湯加熱用熱交換器等を接続した構或等のそ
の他の冷凍装置においてもこの発明の適用が可能である
。さらに室内熱交換器５、６を凝縮器とし、室外熱交換
器２を蒸発器として作動させることもあるが、この場合
には第２電動膨張弁２７で過熱度を制御するようにすれ
ばよい。

（発明の効果） 上記したようにこの発明の冷凍装置においては、吐出ガ
ス冷媒温度に応じて圧縮機の圧縮能力を規制すると共に
、電動膨張弁の開度を圧縮能力変更前の開度に固定する
ことによって、圧縮機のコイル温度が上昇していくよう
な場合にも、その上昇温度を抑えた運転の継続が可能と
なるので、運転率が向上し、空気調和機においては空調
性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の機能ブロック図、第２図はこの発明
の一実施例における装置の冷媒回路図、第３図は上記装
置の制御系ブロック図、第４図は吐出ガス冷媒温度に基
づく制御のフローチャート、第５図は上記制御時の吐出
ガス冷媒温度の時間変化を示す説明図である。 １・・・圧縮機、５、６・・・室内熱交換器（蒸発器）
、２３、２４・・・第１電動膨張弁（電動膨張弁）、４
０・・・吐出ガス温度検出センサ（温度検出手段）、５
８・・・周波数制御部（負荷応答制御手段）、６１・・
・切換手段、６３・・・第２規制信号発生部（規制運転
制御手段）、７０・・・開度制御部（開度制御手段）、
７１・・・開度制御規制信号発生部（開度固定手段）。 第４図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮能力可変な圧縮機（１）を有して成る冷凍装置
   であって、蒸発器（５、６）側の負荷に応じた応答圧縮
   能力で上記圧縮機の運転を行う負荷応答制御手段（５８
   ）と、上記蒸発器（５、６）での過熱度が略一定になる
   ように電動膨張弁（２３、２４）を開度制御する開度制
   御手段（７０）と、上記応答圧縮能力よりも低い圧縮能
   力で上記圧縮機（１）の運転を行う規制運転制御手段（
   ６３）と、上記電動膨張弁（２３、２４）の開度制御を
   停止してそのときの開度を維持する開度固定手段（７１
   ）と、上記圧縮機（１）からの吐出ガス冷媒温度を検出
   する温度検出手段（４０）と、上記検出温度が基準温度
   を超えたときに上記負荷応答制御手段（５８）と開度制
   御手段（７０）とによる運転から上記規制運転制御手段
   （６３）と開度固定手段（７１）とによる運転に切換え
   る一方、検出温度が復帰温度まで低下したときに上記負
   荷応答制御手段（５８）と開度制御手段（７０）とによ
   る運転に復帰させる切換手段（６１）とを設けたことを
   特徴とする冷凍装置。