JPH085132A

JPH085132A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH085132A
Application number: JP6139188A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sukai; 貴志須貝; 典夫 ▲高▼橋; Norio Takahashi; Noboru Hojo; 昇北條
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】暖房能率の低下を防止して暖房の快適性を保
持し、かつ過負荷状態とならないように負荷軽減動作が
できるようにする。【構成】マイクロコンピュータ４のメモリ５には、過
負荷状態の下限を示す過負荷判定値と過負荷動作を指令
してから過負荷動作の効果が現われるまでのタイムラグ
値とが格納されている。マイクロコンピュータ４は一定
周期毎に、サーミスタ２により、室内熱交換器１の温度
を圧縮機７の吐出ガスの温度として読み取り、そのとき
のガス温度の変化速度を算出してタイムラグ値の時間経
過直後のガス温度を予測し、この予測温度値がメモリ５
に格納されている過負荷判定値を越えるか否かを判定す
る。そして、予測温度値が過負荷判定値を越えるときに
は、過負荷状態とし、リレー６ａをオフにして室外送風
機９を停止させる。これにより、室外熱変換器１０での
吸熱量が低減し、負荷を軽減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、暖房運転時、過負荷状
態を検出して負荷を軽減するようにした空気調和機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機においては、暖房運転時、外
気温度が高く、室外熱交換器での吸熱量が室内熱交換器
での放熱量に比べて大きい程負荷が大きく、圧縮機の吐
出ガス（冷媒）の圧力（以下、吐出ガス圧という）が上
昇する。圧縮機やその他の部品には最大使用圧力が規定
されているものがあり、その値を越えた状態となると、
それら部品の信頼性が低下する。この状態を過負荷状態
という。これを防止するために、従来では、過負荷状態
よりも低い１つの負荷状態を想定して作動値を設定し、
この作動値を越えてもそのまま暖房運転状態を続ける
と、過負荷状態となってしまうとして、負荷状態がこの
作動値を越えると、過負荷状態と判定して負荷軽減動作
を行なうようにしている。

【０００３】従来、インバータの入力直流電流に上限値
を設定してこれを作動値とし、インバータの入力直流電
流を検出して、この検出電流値が制限値を越えると、過
負荷状態と判定する。また、過負荷軽減動作としては、
室内送風機の送風量を増加させて放熱量を増やしたり、
また、圧縮機の回転数や室外送風機の送風量を低減ある
いは停止させて室外熱交換器からの吸熱量を減らすよう
にしたりしている。

【０００４】かかる従来の空気調和機の一例としては、
例えば、特開昭６２−３７０９３号公報に記載のものが
ある。これは、圧縮機の回転数に応じて変化する作動値
を設定し、インバータの入力直流電流がこの作動値を越
えると、過負荷状態と判定して圧縮機の回転数を低下さ
せるものである。

【０００５】ここで、作動値を圧縮機の回転数に応じて
変化させるのは、次の理由によるものである。過負荷状
態は、上記のように、圧縮機の吐出ガス圧が各部品の最
大使用圧力を越える状態をいうものである。しかし、イ
ンバータの入力直流電流と圧縮機の吐出ガス圧との間に
は比例関係がないため、作動値を固定値としたのでは、
圧縮機の吐出ガス圧に関して過負荷状態を検出すること
ができない。そこで、上記従来技術では、圧縮機の回転
数と吐出ガス圧との間に所定の関係があるとし、作動値
を圧縮機の回転数に応じて変化させることによってこの
作動値に圧縮機の吐出ガス圧の要素を含ませるものであ
る。

【０００６】ところで、過負荷状態と判定して圧縮機や
室外送風機の回転を停止させる負荷軽減動作を行なわせ
ても、これらは瞬時に停止するものではなく、慣性によ
ってある程度のタイムラグが生ずる。このため、圧縮機
や室外送風機の回転が停止するまでは圧縮機の吐出ガス
圧が上昇し続け、タイムラグの経過後に低下し始めると
いうオーバーシュートが生ずる。上記のように固定した
作動値を設定する場合には、かかるオーバーシュートを
考慮し、オーバーシュートによっても過負荷状態となら
ないように設定するのが一般的である。

【０００７】特開昭６２−３７０９３号公報に記載の技
術においても、圧縮機の回転数によって作動値が変化す
るが、夫々の作動値でオーバーシュートによっても過負
荷状態とならないようにすることは当然のことである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、負荷状態に応じてオーバーシュートが異な
ることは全く考慮されていない。外気温度に応じて負荷
状態が異なる。外気温度が高いときには、室外熱交換器
では吸熱量が大きくて高負荷状態となり、圧縮機の吐出
ガス圧が急速に上昇する。この場合には、負荷軽減動作
開始後のオーバーシュートは大きくなる。また、外気温
度が低いときには、室外熱交換器では吸熱量が小さくて
低負荷状態となり、圧縮機の吐出ガス圧の上昇は緩やか
である。この場合には、負荷軽減動作開始後のオーバー
シュートは小さい。

【０００９】このように、負荷に応じて圧縮機の吐出ガ
ス圧の負荷軽減動作開始後のオーバーシュートが異なる
と、上記従来技術のように作動値を固定とした場合、あ
るいは圧縮機の回転数に応じて作動値を変化させた場合
でも、高負荷状態では、過負荷状態に突入してしまうこ
ともあるし、また、低負荷状態では、過負荷状態ぎりぎ
りの負荷状態まで暖房運転をすることができず、暖房能
力を低下させることになる。以下、この点について図２
により説明する。

【００１０】図２（ｂ）はある高負荷状態のときを示す
ものであって、負荷状態が作動値を越えたときに過負荷
状態と判定し、例えば、室外送風機を停止させる負荷低
減動作に入るとすると、かかる作動値がかかる高負荷状
態で上記のようにタイムラグでのオーバーシュートを考
慮して設定されたものである場合、過負荷領域に突入す
ることなく負荷を軽減させることができる。

【００１１】図２（ｄ）は図２（ｂ）の場合よりもさら
に高負荷状態であるときを示すものである。この場合に
は、図２（ｂ）に示す場合よりも圧縮機の吐出ガス圧の
上昇速度が急速であるため、負荷状態が作動値を越えた
ときに負荷軽減動作に移行させても、オーバーシュート
が大きくなって過負荷領域に入り込み、部品を保護しき
れないこともある。

【００１２】また、逆に図２（ｂ）に示す場合よりも軽
負荷状態の場合には、図２（ｆ）に示すように、作動値
が低く過ぎるために、オーバーシュートがあっても過負
荷状態になり得ないにもかかわらず、負荷状態がこの作
動値を越えると、負荷軽減動作を開始してしまう。この
ため、オーバーシュートがあっても過負荷状態になるま
で充分余裕があるにも係らず、負荷軽減動作が行なわれ
て室外熱交換器での吸熱量が低下し、従って、充分な暖
房運転が行なわれずに暖房時の快適性が失われることに
なる。

【００１３】本発明の目的は、かかる問題を解消し、暖
房時の快適性を失わずに効果的な負荷軽減動作を行なう
ことができるようにした空気調和機を提供することにあ
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、本発明は、室内側熱交換器の温度を検出する第１の
手段と、該第１の手段が温度を検出する毎に温度の変化
速度を算出し該温度の変化速度に基づいて該第１の手段
が検出した温度からの予測温度値を求める第２の手段
と、該予測温度値が予め設定された過負荷判定値を越え
るとき過負荷状態と判定して負荷軽減動作を行なわせる
第３の手段とを備える。

【００１５】

【作用】圧縮機の吐出ガス圧はこの吐出ガスの温度から
ある程度予測することができ、この吐出ガスの通り道で
ある室内熱交換器での温度を検出することにより、吐出
ガス圧を擬似的に測定することができる。この吐出ガス
圧の上昇速度、従って、室内熱交換器での温度の上昇速
度は負荷状態によって異なり、検出温度と温度上昇速度
とから、この検出時点で負荷軽減動作に入ったときのタ
イムラグ経過直後の温度値を予測することができる。か
かる温度値が予測温度値であって、この予測温度値が過
負荷領域の下限を示す過負荷判定値を越えるとき、過負
荷状態と判定する。

【００１６】このように、室内熱交換器での温度が検出
される毎に、予測温度値が算出されて負荷判定値と比較
され、過負荷状態か否か判定されるので、高負荷状態の
場合でも、過負荷状態になることがなく、また、軽負荷
状態では、予測温度値が過負荷判定値に近いぎりぎりの
値となるまで負荷軽減動作は行なわれない。

【００１７】このように、温度検出時点での予測温度値
によって過負荷状態の判定を行なうものであるから、過
負荷状態と判定する温度値は、高負荷状態のとき低く、
低負荷状態のときには高くなる。即ち、かかる温度値は
上記従来技術での作動値に対応するものであり、従っ
て、本発明では、負荷状態に応じて作動値を変化させる
ことになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は本発明による空気調和機の一実施例を示す構
成図であって、１は室内熱交換器、２は温度検出用のサ
ーミスタ、３は制御装置、４はマイクロコンピュータ、
５はメモリ、６ａ，６ｂ，６ｃはリレー、７は圧縮機、
８は室内送風機、９は室外送風機、１０は室外熱交換器
である。

【００１９】同図において、室内熱交換器１，室外熱交
換器１０、圧縮機７は冷凍サイクルを形成しており、暖
房運転時では、室外送風機９が送風することにより、室
外熱交換器１０でガス（冷媒）が外気から吸熱する。こ
のガスは冷凍サイクルを矢印で示す方向に流れて一巡す
る。この間、吸熱したガスは圧縮機７で圧縮されて吐出
され、室内熱交換器１に供給される。この室内熱交換器
１では、室内送風機８が送風することにより、ガスは室
内に放熱し、室外熱交換器１０に戻る。これにより、室
内熱交換器１から室内に温風が送り込まれ、暖房が行な
われる。

【００２０】ここで、外気温度が高いときあるいは室内
送風機８の送風量が少ないとき、室内熱交換器１でのガ
スの放熱量に比べて室外熱交換器１０でガスの吸熱量が
大きいため、ガスが高温となって圧縮機７の吐出ガス圧
が高い高負荷状態となる。また、外気温度が低くあるい
は室内送風機８の送風量が多いときには、逆に、ガスは
低温であって圧縮機７の吐出ガス圧が低い低負荷状態と
なる。このように、圧縮機７の吐出ガスの温度（以下、
ガス温度という）は負荷状態に応じたものとなってい
る。

【００２１】室内熱交換器１には温度検出用のサーミス
タ２が取り付けられており、室内熱交換器１の温度、具
体的には、例えば、室内交換器１のガスが通るパイプの
温度を圧縮機７の吐出ガスの温度として検出する。ま
た、制御装置３はマイクロコンピュータ４とリレー６
ａ，６ｂ，６ｃなどからなり、マイクロコンピュータ４
は、リレー６ａをオン，オフすることによって室外送風
機９を、リレー６ｂをオン，オフすることによって圧縮
機７を、リレー６ｃをオン，オフすることによって室内
送風機８を夫々制御する。マイクロコンピュータ４のメ
モリ５には、過負荷状態の下限でのガス圧に対する室内
熱交換器１の温度を示す過負荷判定値や上記タイムラグ
値などのデータも格納されている。

【００２２】マイクロコンピュータ４は、一定期間毎に
サーミスタ２の検出温度を読み込んで温度の変化速度を
算出し、この変化速度で検出温度から温度が変化したと
きのメモリ５に記憶されているタイムラグ値の時間経過
直後の温度を予測し、この予測温度値をメモリ５に記憶
されている過負荷判定値と比較する。そして、予測温度
値が過負荷判定値を越えると、マイクロコンピュータ４
は過負荷状態として負荷軽減動作を行なわせる。

【００２３】マイクロコンピュータ４は、室内機でのユ
ーザの指示や図示しない室内温度センサなどの検出デー
タに応じて、リレー６ａ，６ｂ，６ｃをオン，オフして
室外送風機９や圧縮機７，室内送風機８を制御し、快適
な暖房が行なわれるように暖房運転を行なうが、上記の
ように、予測温度値が過負荷判定値を越えて過負荷状態
と判定すると、リレー６ａをオフすることにより、室外
送風機９を停止させて負荷軽減動作に入るようにし、室
外熱交換器１０からの吸熱量を減少させて圧縮機７の負
荷が軽減されるようにする。負荷の軽減によってガス
圧，ガス温度が下がってくると、再び室外送風機９を作
動させて通常の暖房運転に復帰させる。

【００２４】タイムラグ経過直後の温度を比例法によっ
て予測する場合、予測温度値Ｔは次式によって表わすこ
とができる。

【００２５】Ｔ＝Ｔ₀＋Ｋ・Ｒ・ΔＴ …………（１）ここで、Ｔ₀：現在の検出温度（℃）Ｋ：比例定数Ｒ：タイムラグ（ｓｅｃ） ΔＴ：温度の変化速度（℃／ｓｅｃ）。

【００２６】この予測温度値Ｔがメモリ５に記憶されて
いる過負荷判定値を越えたとき、負荷軽減動作に入る。
例えば、吐出ガス圧を２．５５ＭＰａに制限したい場
合、暖房サイクルの構成にもよるが、約６０℃以上を過
負荷判定値とする。

【００２７】タイムラグＲは空気調和機の構造などによ
って異なる。例えば、室外側送風機用のリレー６ａをオ
フしても、プロペラはその慣性によってしばらく回り続
けるため、その間数秒から数十秒程度は室外熱交換器１
０から熱が吸収され続ける。

【００２８】また、タイムラグ期間中に変化する温度は
次第に飽和することから、タイムラグ経過直後の予測温
度は、算出した温度変化率でそのまま温度が変化すると
きの予測温度値より低くなる。このために、上記比例定
数Ｋを用いるものであり、この比例定数Ｋは０≦Ｋ≦１
の範囲で設定する。この比例定数Ｋは、タイムラグなど
と同様に、空気調和機の構造などによっても異なるが、
０．８程度となる。

【００２９】さらに、温度の変化速度ΔＴは、現在サー
ミスタ２で検出された温度Ｔ₀とこれより１周期Δｔ前
の時点で検出された前回の検出温度Ｔ_-1とから、 ΔＴ＝（Ｔ₀−Ｔ_-1）／Δｔとして求められる。

【００３０】図２（ａ）は高負荷時でのこの実施例の動
作を示すものであり、時刻ｔ₁でのサーミスタ２の検出
温度Ｔ₀に対し、上記式（１）によって予測温度値Ｔを
求めたところ、この予測温度値が過負荷判定値を越える
ときには、この時刻ｔ₁の時点で過負荷状態と判定し、
室外送風機９を停止させる。これにより、時刻ｔ₁から
のガス温度は実線で示すように上昇してオーバーシュー
トするが、過負荷判定値に達する前に降下し始め、過負
荷状態になることがない。ここで、上記従来の技術にお
いて、上記と同じような負荷状態で過負荷状態とならな
いように作動値を設定した場合、図２（ｂ）に示したよ
うに、図２（ａ）に示したこの実施例と同様の動作が行
なわれる。

【００３１】図２（ｃ）は図２（ａ）の場合よりも高負
荷の場合のこの実施例の動作を示している。この場合に
は、図２（ａ）の場合に比べて温度の上昇速度が速いの
で、図２（ａ）の場合の検出温度Ｔ₀よりも低い検出温
度Ｔ₀の時刻ｔ₂で予測温度値が過負荷判定値を越えるこ
とが判定され、この時刻ｔ₂で負荷軽減動作が開始され
る。従って、この場合も、時刻ｔ₂からのガス温度は実
線で示すように上昇してオーバーシュートが生ずるが、
過負荷判定値に達する前に降下し始め、過負荷状態にな
ることがない。上記従来の技術では、これと同じ負荷状
態にあるとき、作動値が一定であるため、図２（ｄ）に
示すように、図２（ｃ）に示すこの実施例での過負荷状
態と判定する検出温度よりも作動値が高くなり、この結
果、時刻ｔ₂'後のオーバーシュートで過負荷状態に入っ
てしまうことになる。つまり、この実施例では、図２
（ａ）に比べてより高負荷状態になると、従来の技術よ
りも作動値が低くなり、負荷軽減動作が早めに開始して
オーバーシュートによる過負荷状態への突入を防止して
いる。

【００３２】図２（ｅ）は軽負荷の場合のこの実施例の
動作を示している。この場合には、図２（ａ）の場合に
比べて温度の上昇速度が遅いので、図２（ａ）の場合の
検出温度Ｔ₀よりも高い検出温度Ｔ₀の時刻ｔ₃で予測温
度値が過負荷判定値を越えることが判定され、この時刻
ｔ₃で負荷軽減動作が開始される。従って、この場合
も、時刻ｔ₃からのガス温度は実線で示すように上昇
し、過負荷判定値に達する前に降下し始めて過負荷状態
になることがない。上記従来の技術では、これと同じ負
荷状態にあるとき、作動値は一定であるため、図２
（ｆ）に示すように、図２（ｅ）に示すこの実施例での
過負荷状態と判定する検出温度よりも作動値が低くな
り、このため、時刻ｔ₃'後では、過負荷状態になるまで
かなり余裕があるにも拘らず、過負荷軽減動作開始され
ることになり、暖房能率が低下して暖房の快適性が失わ
れる。これに対し、この実施例の動作では、図２（ｅ）
に示すように、負荷軽減動作開始後のオーバーシュート
で負荷状態が過負荷状態ぎりぎりになるように、過負荷
状態の判定時点を図２（ｆ）の従来技術よりも遅らせて
いる。これにより、作動値を高めたことになり、暖房能
率の低下を防いで暖房の快適性を保つことができる。

【００３３】以上のように、上記従来の技術では作動値
を一定としていたのに対し、この実施例では、高負荷状
態の場合には作動値を低め、軽負荷状態の場合には作動
値を高めるようにして、作動値を負荷に応じて変化させ
ることができる。このため、負荷の大小に拘らず、過負
荷状態になることを防止できて、かつ過負荷状態ぎりぎ
りの負荷状態まで暖房運転を行なうことができ、暖房能
率を良好に維持して快適な暖房効果を得ることができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
暖房運転時、負荷の程度に応じて負荷軽減動作に入るタ
イミングを最適化することができ、高負荷時には、早め
に負荷軽減動作に入るようにして信頼性を確保し、軽負
荷時には、不要な負荷軽減動作を行わないようにして快
適な暖房運転を行なうことができる。

【００３５】また、本発明によれば、従来の空気調和機
に対して追加する機構や装置がほとんど不要であり、安
価に信頼性の高い空気調和機を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の一実施例を示す構成
図である。

【図２】図１に示した実施例の過負荷時における負荷軽
減の動作を従来技術でのそれと比較して示す図である。

【符号の説明】

１室内熱交換器２温度検出用のサーミスタ３制御装置４マイクロコンピュータ５メモリ６ａ室外送風機用のリレー６ｂ圧縮機用のリレー６ｃ室外送風機用のリレー７圧縮機８室内送風機９室外送風機１０室外熱交換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暖房運転時、作動値を設定して負荷状態
が該作動値を超えたとき、過負荷状態と判定して負荷軽
減動作を行なうようにした空気調和機において、負荷状態を検出し、検出された負荷状態に応じて該作動
値を変化させ、負荷が大きいときには過負荷状態とする
判定タイミングを早め、負荷が小さいときには過負荷状
態とする判定タイミングを遅めることを特徴とする空気
調和機。
【請求項２】暖房運転時に過負荷状態になるのを防止
するために、負荷軽減動作を行なうようにした空気調和
機において、室内側熱交換器の温度を検出する第１の手段と、該第１の手段が温度を検出する毎に、温度の変化速度を
算出し、該温度の変化速度に基づいて該第１の手段の温
度検出時点から所定時間経過後の予測温度値を求める第
２の手段と、該予測温度値が予め設定された過負荷判定値を越えると
き、前記過負荷状態と判定して前記負荷軽減動作を行な
わせる第３の手段とを備えたことを特徴とする空気調和
機。
【請求項３】請求項２において、前記所定時間は、前記負荷軽減動作の開始からその動作
によって負荷の軽減効果が現われるまでに要するタイム
ラグであることを特徴とする空気調和機。