JPH0743194B2 - ヒ−トポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はヒートポンプ式空気調和装置の改良に関し、特
に暖房時に熱源側熱交換器に成長した霜を除霜する除霜
時間の短縮化対策に関する。

（従来の技術） 従来より、この種のヒートポンプ式空気調和装置とし
て、例えば特開昭54-164053号公報に開示されるよう
に、圧縮機を回転数制御（能力制御）するインバータ
と、熱源側熱交換器の着霜を検出する着霜検出器とを備
え、暖房時における着霜時には冷媒循環系統を四路切換
弁により暖房サイクルとは逆サイクル（除霜サイクル）
に切換えるとともに、圧縮機を上記インバータで最高回
転数に駆動することにより、除霜能力を増大させて、熱
源側熱交換器での除霜時間を短縮するようにしたものが
知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、運転能力アップのため１つの冷媒循環系統に
対して複数台の圧縮機を並列に備える場合、その全てを
インバータで能力制御しようとすると、インバータの容
量、特にパワートランジスタの電流許容値を大きくする
必要が生じてコスト高，機器の大型化等を招くことか
ら、一部の圧縮機のみをインバータで能力制御すると共
に、残りを商用電源で能力固定に駆動して、機器の低コ
スト性，コンパクト性を確保するのが望ましい。

しかるに、その場合、除霜時における圧縮機の運転は上
記と同様に一部がインバータで商用周波数に相当する能
力よりも高い高能力で行われるものの、残りは商用周波
数に相当する中能力で行われる関係上、残りの圧縮機の
能力を十分に発揮することなく除霜が行われることにな
り、除霜時間の短縮がさほど効果的でない。

本発明者等は斯かる点に鑑み、除霜時における除霜サイ
クル中の諸量を仔細に計測したところ、第３図に示すよ
うに、冷媒の高圧が暖房時に比べて大きく低下するこ
と、および低圧や若干低下することから、冷媒の比体積
が増大するとともに、冷媒の高低圧力差が小さくなり、
その結果、図に破線で示す如く圧縮機を駆動するモータ
への供給電流（インバータの出力電流）が大きく減少す
ることを見出し、このことにより除霜時には全ての圧縮
機をインバータで高能力に制御しても、インバータの破
損を招くことなく除霜時間をより効果的に短縮できるこ
とを知悉した。

そのため、本発明の目的は、上記の如く並列接続した複
数台の圧縮機のうち一部を暖房時にその圧縮機のみを駆
動するのに十分なインバータで能力制御し、他を商用電
源で能力固定に制御するものにおいて、除霜時には上記
一部の圧縮機のみを駆動可能なインバータを用いなが
ら、該インバータで全ての圧縮機を商用電源での駆動能
力以上の高能力で運転することにより、インバータの低
コスト性，コンパクト性を確保しつつ除霜時間をより効
果的に短縮することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、圧縮機
と、四路切換弁と、空調負荷側熱交換器と、膨張機構
と、熱源側熱交換器とで閉回路の冷媒循環系統を形成す
るヒートポンプ式空気調和装置において、上記圧縮機
を、暖房時にインバータにより能力制御される第１の圧
縮機と、該第１の圧縮機（1a）に並列に接続されて暖房
時に商用電源により駆動される能力固定の第２の圧縮機
とで構成するとともに、上記インバータ（10）を上記第
１および第２の圧縮機（1a），（1b）のうち第１の圧縮
機（1a）のみを暖房時に駆動するのに十分な出力電流値
を有するもので構成し、上記熱源側熱交換器の着霜を検
出する着霜検出手段と、該着霜検出手段の出力を受け、
冷媒循環系統を暖房サイクルとは逆サイクルに切換える
とともに、上記第１および第２の圧縮機を共に上記イン
バータで商用周波数に相当する能力よりも高い能力に制
御する除霜運転制御手段とを備える構成としたものであ
る。

（作用） 以上の構成により、本発明では、１台の圧縮機に対する
インバータからの出力電流値が大きい暖房時には、複数
台の圧縮機のうちインバータの出力電流値に対応した一
部のみの圧縮機が上記インバータで能力制御され、残り
が商用電源で能力固定に駆動される。一方、一台の圧縮
機に対するインバータからの出力電流値が小さくなる除
霜時には、全ての圧縮機がインバータで能力制御される
ことによって、除霜時間がより効果的に短縮される。

ここに、インバータは、複数台の圧縮機のうち一部のみ
を暖房時に駆動するのに十分であるものの、上記除霜時
に全ての圧縮機を上記インバータで能力制御しても、１
台の圧縮機に供給される電流値は暖房時に比して極めて
少値であるので、インバータの最大出力電流値を越え
ず、インバータの焼損を招くことがない。従って、イン
バータの容量を小さく制限しながら、除霜能力を高める
ことが可能である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図において、（1a）および（1b）は相互に並列に接
続された第１および第２の圧縮機、（２）は四路切換
弁、（３）は室内に配設され送風ファン（3a）を有する
空調負荷側熱交換器、（４）は膨張機構、（５）は室外
に配設され送風ファン（5a）を有する熱源側熱交換器、
（６）はアキュムレータであって、該各機器（１）〜
（６）は冷媒配管（７）…により冷媒循環可能に接続さ
れて閉回路の冷媒循環系統（Ａ）が形成されており、暖
房時には四路切換弁（２）を実線の如く切換えて冷媒循
環系統（Ａ）を暖房サイクルにし、冷媒を実線矢印の如
く循環させることにより、蒸発器として作用する熱源側
熱交換器（５）で外気から吸熱した熱量を凝縮器として
作用する空調負荷側熱交換器（３）で室内空気に放熱す
ることを繰返して、室内を暖房するとともに、冷房時お
よび除霜時には四路切換弁（２）を破線の如く切換えて
冷媒循環系統（Ａ）を暖房サイクルとは逆サイクル（つ
まり冷房サイクル又は除霜サイクル）にし、冷媒を破線
矢印の如く循環させることにより、熱量の授受を上記と
は逆にして室内を冷房したり、熱源側熱交換器（５）に
成長した霜を除霜するようになされている。

また、（10）は上記第１の圧縮機（1a）を単独で、又は
２台の圧縮機（1a），（1b）を同時に能力制御するため
のインバータ、（11）は該インバータ（10）の駆動源で
あるとともに第２の圧縮機（1b）の駆動源となる商用電
源であって、上記インバータ（10）は、冷房時および暖
房時には室温と室温設定値との偏差に応じた周波数信号
を出力するとともに、暖房時における除霜時には商用周
波数よりも高い高周波数信号を出力するように構成され
ている。

上記インバータ（10）は、上記第１の圧縮機（1a）及び
第２の圧縮機（1b）のうち第１の圧縮機（1a）のみを暖
房時に駆動するのに十分な出力電流値を有する容量のも
のが選定されている。

また、（12）は熱源側熱交換器（５）での着霜を検出す
るディアイサよりなる着霜検出手段であって、該着霜検
出手段（12）の着霜検出信号は上記２台の圧縮機（1
a），（1b）を運転制御する制御回路（13）に入力され
る。

次に、上記制御回路（13）の内部構成を第２図に示す。
同図において、（MC1）はインバータ（10）からの周波
数信号に基づいて駆動される第１の圧縮機用モータ、
（MC2）は商用電源（11）からの給電により駆動される
第２の圧縮機用モータである。

また、（3X）は切換スイッチ（14）の送風位置および温
調位置時にON作動する送風・温調リレー、（52F1）は該
送風・温調リレー（3X）のON作動時にON作動可能となる
室内ファンリレー、（15）は２極の冷／暖切換スイッ
チ、（16）は室温が室温度設定値未満のときにCOLD端子
側に切換わり、室温設定値以上のときにHOT端子側に切
換わる温度スイッチである。

さらに、（52Fo）は冷房時および暖房時つまり上記冷／
暖切換スイッチ（15）の暖房側切換時に温度スイッチ
（16）がCOLD端子側にあるとき、および冷／暖切換スイ
ッチ（15）の冷房側切換時に温度スイッチ（16）がHOT
端子側にあるときにON作動可能となる室外送風ファンリ
レー、（52C1）は同様に上記冷房時および暖房時にON作
動可能となる第１の圧縮機モータリレー、（10X）は該
第１の圧縮機モータリレー（52C1）のON作動時にその常
開接点（52C1-2）の閉成に基づいてON作動する圧縮機の
同時起動防止用の遅延タイマ、（52C2）は該遅延タイマ
（10X）のタイマ時間後にその常開接点（10X-1）が閉じ
るとON作動可能となる第２の圧縮機モータリレーであっ
て、上記第１の圧縮機モータリレー（52C1）は第１の圧
縮機モータ（MC1）の給電回路にその常開接点（52C1-
1）が介設されているとともに、第２の圧縮機モータリ
レー（52C2）は第２の圧縮機モータ（MC2）の商用電源
（11）からの給電回路にその常開接点（52C2-1）が介設
されている。よって、暖房時には、第１の圧縮機モータ
リレー（52C1）のON作動により第１の圧縮機モータ（MC
1）をインバータ（10）で回転数制御して第１の圧縮機
（1a）を能力制御するとともに、第２の圧縮機モータリ
レー（52C2）のON作動により第２の圧縮機モータ（MC
2）を商用電源（11）で駆動して第２の圧縮機（1b）を
能力固定に運転するように構成されている。

加えて、（20S）は冷／暖切換スイッチ（15）の冷房側
切換時にON作動して四路切換弁（２）を破線の如く切換
える四路切換電磁弁、（23DX）は冷／暖切換スイッチ
（15）の暖房側切換時に上記着霜検出手段（12）からの
着霜検出信号を受けるとON作動する着霜検出リレーであ
って、上記四路切換電磁弁（20S）の給電回路には着霜
検出時に四路切換電磁弁（20S）をON作動させて冷媒循
環系統（Ａ）を除霜サイクルに切換える常開接点（23DX
-1）が介設されているとともに、室外ファンリレー（52
Fo）の給電回路には着霜検出時に該室外ファンリレー
（52Fo）をOFF作動させる常閉接点（23DX-2）が介設さ
れ、同様に第２の圧縮機モータリレー（52C2）の給電回
路には着霜検出時に該第２の圧縮機モータリレー（52C
2）をOFF作動させて第２の圧縮機（MC2）の商用電源（1
1）による駆動を停止させる常閉接点（23DX-3）が介設
されている。また、（23DY）は上記着霜検出リレー（23
DX）のON作動時にその常開接点（23DX-4）の閉成により
ON作動する着霜検出反応リレー、（52C3）が該着霜検出
反応リレー（23DY）の常開接点（23DY-1）の閉成と第２
の圧縮機モータリレー（52C2）の常閉接点（52C2-2）の
閉成とに基づいてON作動する第２の圧縮機モータ切換リ
レーであって、上記インバータ（10）から第２の圧縮機
モータ（MC2）に周波数信号を給電するよう形成せしめ
た給電回路（20）の途中には、該第２の圧縮機モータ切
換リレー（52C3）の常開接点（52C3-1）が介設されてい
る。よって、暖房時における熱源側熱交換器（５）の着
霜検出時には、着霜検出リレー（23DX）のON作動に基づ
き四路切換電磁弁（20S）をON作動させて四路切換弁
（２）を破線の如く切換え、冷媒循環系統（Ａ）を暖房
サイクルとは逆サイクル（除霜サイクル）にし、且つ室
外ファンリレー（52Fo）をOFF作動させて熱源側熱交換
器（５）の送風ファン（5a）を停止するとともに、第２
の圧縮機モータリレー（52C2）をOFF作動させて商用電
源（11）による第２圧縮機モータ（MC2）の駆動を停止
したのち、第２の圧縮機モータ切換リレー（52C3）をON
作動させて該第２の圧縮機モータ（MC2）を高周波数信
号出力中のインバータ（10）で駆動することにより、第
１及び第２の圧縮機モータ（MC1），（MC2），つまり相
互に並列接続された２台の圧縮機（1a），（1b）を共に
インバータ（10）で商用周波数に相当する能力よりも高
い能力に制御するようにした除霜運転制御手段（30）を
構成している。

尚、室内ファンリレー（52F1）の給電回路には着霜検出
反応リレー（23DY）の常閉接点（23DY-2）が介設されて
いて、除霜時には空調負荷側熱交換器（３）の送風ファ
ン（3a）を停止するようになされている。また、第３図
中、（3X-1）は送風・温調リレー（3X）の自己保持用の
常開接点である。

したがって、上記実施例においては、暖房時には第１の
圧縮機モータリレー（52C1）のON作動に基づいて第１の
圧縮機モータ（MC1）がインバータ（10）により回転数
制御されて、第１の圧縮機（1a）のみが能力制御され、
該第１の圧縮機（1a）に並列接続された残りの第２の圧
縮機（1b）は第２の圧縮機モータリレー（52C2）のON作
動により第２の圧縮機モータ（MC2）が商用電源（11）
で駆動されて能力固定となる。ここに、インバータ（1
0）の容量は、第１の圧縮機（1a）のみを暖房時に駆動
するのに十分な出力電流値を有する容量のものが選定さ
れているので、インバータ（10）として低コストで小型
のものが採用可能である。

しかも、上記暖房時における熱源側熱交換器（５）の除
霜時には、インバータ（10）から最高周波数信号が出力
されて第１の圧縮機（1a）が最高能力に駆動されるもの
の、該インバータ（10）の第１の圧縮機（1a）に対する
出力電流値が減少して容量（出力電流値）に余裕が生じ
るとともに、第２の圧縮機モータ切換リレー（52C3）の
ON作動に基づき第２の圧縮機モータ（MC2）が上記イン
バータ（10）によりその余裕容量（余裕出力電流）の範
囲内で最高回転数に駆動されて、その能力が商用周波数
に相当する中能力から最高能力に増大するので、インバ
ータ（10）の出力電流値は最大値を越えずにその焼損を
招くことなく除霜能力が増大して、熱源側熱交換器
（５）での除霜が短い除霜時間でもって効果的に行われ
ることになる。

よって、インバータ（10）として出力電流値の少ない小
容量のものを採用しつつ、除霜能力を高めることが可能
である。

尚、上記実施例では、本発明を冷暖房装置に適用した
が、本発明はこれに限らず、少なくとも暖房機能を備え
たものに適用できるものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のヒートポンプ式空気調和
装置によれば、除霜時には、暖房時にインバータで能力
制御される第１の圧縮機と商用電源により能力固定に駆
動される第２の圧縮機とが共に、第１の圧縮機のみを暖
房時に駆動するのに十分な出力電流値を有する小容量の
インバータにより商用周波数に相当する能力よりも高い
能力に制御されるので、上記インバータとして低コスト
且つ小型のものを採用しつつ、熱源側熱交換器の除霜を
より短い除霜時間でもって効果的に行うことができ、よ
って機器の低コスト化，小型化を図りつつ除霜能力の向
上を顕著に図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は冷媒配管系統
図、第２図は制御回路の内部構成を示す電気回路図、第
３図は除霜時における冷媒の高圧、低圧およびインバー
タの出力電流の特性を示す図である。 （1a）……第１の圧縮機、（1b）……第２の圧縮機、
（２）……四路切換弁、（３）……空調負荷側熱交換
器、（４）……膨張機構、（５）……熱源側熱交換器、
（Ａ）……冷媒循環系統、（10）……インバータ、（1
1）……商用電源、（12）……着霜検出手段、（30）…
…除霜運転制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）と、四路切換弁（２）と、空
   調負荷側熱交換器（３）と、膨張機構（４）と、熱源側
   熱交換器（５）とで閉回路の冷媒循環系統（Ａ）を形成
   するヒートポンプ式空気調和装置において、上記圧縮機
   （１）を、暖房時にインバータ（10）により能力制御さ
   れる第１の圧縮機（1a）と、該第１の圧縮機（1a）に並
   列に接続されて暖房時に商用電源（11）により駆動され
   る能力固定の第２の圧縮機（1b）とで構成するととも
   に、上記インバータ（10）を上記第１および第２の圧縮
   機（1a），（1b）のうち第１の圧縮機（1a）のみを暖房
   時に駆動するのに十分な出力電流値を有するもので構成
   し、上記熱源側熱交換器（５）の着霜を検出する着霜検
   出手段（12）と、該着霜検出手段（12）の出力を受け、
   冷媒循環系統（Ａ）を暖房サイクルとは逆サイクルに切
   換えるとともに、上記第１および第２の圧縮機（1a），
   （1b）を共に上記インバータ（10）で商用周波数に相当
   する能力よりも高い能力に制御する除霜運転制御手段
   （30）とを備えたことを特徴とするヒートポンプ式空気
   調和装置。