JPH0799287B2 - 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、運転周波数の変更により圧縮機の容量を制御
するインバータを備えた空気調和装置の改良に関する。

（従来の技術） 周波数を可変によるインバータにより、圧縮機の容量を
制御するようになされている空気調和装置において、従
来より、室内ユニットに備えられた室温サーモスタット
から送られてくる室温値と設定温度値との偏差信号に応
じてインバータの周波数を制御するものが知られてい
る。

しかしながら、上記のような方式では、室内ユニットと
室外ユニットとの間の信号の授受のため両者を接続する
必要があり、信号線が複雑となる。特に、室内ユニット
が複数台あるときには、それら複数台の室内ユニットか
ら送られてくる信号を処理するために複雑な回路を別に
備えねばならず、全体の構成が複雑になるという問題が
ある。

上記のような問題点を改善するものとして、例えば実開
昭58−69764号公報に開示されるごとく、室内熱交換器
と四路切換弁の間で例えば冷房時吸入ガスの温度あるい
は圧力を検出し、吸入ガス温度が一定の目標値となるよ
うにインバータの周波数を制御して、室内ユニットから
室外ユニットの複雑な信号線や複雑な回路を省略するも
のがある。この方法は、吸入ガスの温度が、室内熱交換
器における飽和蒸発温度を示す指標であるとして、吸入
ガスの温度を適正値に保持すれば室内熱交換器における
飽和蒸発温度も適正値近傍に保持されるという考え方に
基づくものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の方法では、信号線を単純にするた
めには室外ユニット側で吸入ガスの温度を検出しなけれ
ばならないが、その時には冷媒の流れにより生ずる室内
ユニットと室外ユニット間の冷媒のガス配管での圧力損
失が見込まれていない。特に室内ユニットの負荷が大き
いときには、冷媒の圧力損失に伴い上記ガス配管での圧
力損失も大きくなり、圧力から換算される吸入ガスの温
度に比べ室内熱交換器での飽和蒸発温度は実際には高く
なっているので、吸入ガスの温度を一定に保持するよう
に制御していると、室内熱交換器での飽和蒸発温度が適
正値よりも大きく上昇しすぎて、空調能力を十分発揮で
きないという問題がある。なお、以上のことは、暖房時
であれば、高圧圧力又はその圧力相当飽和温度を一定に
制御する場合にも同様の問題が生ずる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、冷媒流量に応じて配管内で生ずる冷媒の圧力損
失を見込んでインバータの周波数を制御する制御目標値
を補正することによって、空気調和装置の空調能力を十
分発揮させることにある。

（問題点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、第１図
に示すように、圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、膨
張機構（６又は15）および室内熱交換器（５）を冷媒配
管で接続し、かつ上記圧縮機（１）の運転周波数を変更
してその容量を調整するインバータ（1a）を備えた空気
調和装置を前提とする。

そして、上記圧縮機（１）と上記室内熱交換器（６）と
の間の冷媒配管の上記圧縮機（１）付近の部位における
冷媒圧力または冷媒圧力相当飽和温度を検出する検出手
段（Pe）と、上記検出手段（Pe）の出力を受け、上記室
内熱交換器（６）出口の冷媒圧力または冷媒圧力相当飽
和温度を制御目標値に保持するように上記インバータ
（1a）の周波数を制御する制御手段（31）と、上記イン
バータ（1a）で制御される圧縮機（１）の運転周波数に
応じ、圧縮機−室内熱交換器間の冷媒配管における圧力
損失に相当する分だけ制御目標値を補正するよう予め設
定されたインバータ周波数と制御目標値の補正量との間
の補正関係式に基づき、上記制御手段（31）の制御目標
値を補正する補正手段（30）とを設ける構成としたもの
である。

（作用） 以上の構成により、本発明では、冷媒の温度又は圧力に
応じて、制御手段（31）によりインバータ（1a）の周波
数が制御され、冷媒の温度又は圧力を制御目標値に保持
しようとする。このとき、補正手段（30）により、予め
設定された補正式に基づいて、インバータ（1a）の周波
数に応じて制御目標値がそのときの冷媒流量に応じた配
管での冷媒の圧力損失に相当する値だけ補正される。し
たがって、圧縮機（１）の付近に配置された検出手段
（Pe）で検知される冷媒圧力等の室内熱交換器（５）の
出口の現実の冷媒圧力等との圧損に起因する相違を考慮
した容量制御が可能となり、空調能力が十分発揮でき
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下に図面に基づいて説
明する。

第２図は、本発明を適用したマルチ型空気調和装置の冷
媒配管系統を示し、（Ａ）は室外ユニット、（Ｂ）〜
（Ｅ）は該室外ユニット（Ａ）に並列に接続された室内
ユニットである。上記室外ユニット（Ａ）の内部には、
電源周波数を可変にするインバータ（1a）により能力制
御される圧縮機（１）と、冷房運転時に図中実線の如く
切換わり暖房運転時に図中破線の如く切換る四路切換弁
（２）と、冷房運転時には凝縮器として暖房運転時には
蒸発器として機能する室外熱交換器（３）とが主要機器
として内蔵されていて、該各機器（１）〜（３）は各々
冷媒の連絡配管（８）で冷媒の流通可能に接続されてい
る。また上記室内ユニット（Ｂ）…（Ｅ）は同一構成で
あり、それぞれ冷媒運転時は蒸発器として暖房運転時に
は凝縮器として機能する室内熱交換器（５）を備え、か
つ該各室内熱交換器（５）の液冷媒配管（8a）には、冷
媒流量を調節し減圧を行う電動膨張弁（６）がそれぞれ
介設されている。

また、（７）は上記各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）の本
体ケーシングの空気吸込口付近に設置されて吸込空気温
度を検出する室温サーモスタット、（Pe）は圧縮機
（１）の吸入管（8b）に配置され吸入ガス圧力により吸
入ガス温度Teを検出する検出手段としての圧力センサ、
（９）は上記室外ユニット（Ａ）の運転を制御する室外
制御ユニット、（10）は該室外制御ユニット（９）に信
号線にて並列に接続され、各室内ユニット（Ｂ）〜
（Ｅ）の個別運転を制御する室内制御ユニットである。
上記室外制御ユニット（９）の内部には、上記圧力セン
サ（Pe）からの吸入ガス温度Teの出力信号を受けて上記
インバータ（1a）の周波数ｆを制御する制御回路（20）
と、該制御回路（20）の制御目標値Te′を設定する設定
回路（21）と、周波数ｆに対する制御目標値Te′の補正
量ΔTeの関係を示す補正式を記憶している記憶回路（2
2）と、上記インバータ（1a）の周波数信号および上記
記憶回路（22）の補正式に基づいて制御目標値Te′の補
正量を算出する変換回路（23）とが備えられている。

第２図において、冷房運転時には、上記四路切換弁
（２）は実線で示すように接続され、圧縮機（１）から
吐出される冷媒の流れは実線矢印の方向となって、冷媒
は凝縮器である室外熱交換器（３）を経て、各室内ユニ
ット（Ｂ）〜（Ｅ）の分岐に設けられた膨張機構である
電動膨張弁（６）に絞り作用を受け、蒸発器である室内
熱交換器（５）で気化された配管（８）を経て再び圧縮
機（１）に戻る。

上記冷媒の流れにおいて、各室内ユニット（Ｂ）〜
（Ｅ）は、上記室内制御ユニット（10）により開度を制
御される上記電動膨張弁（６）によって、各室内の状況
を検出する室温サーモスタット（７）の出力信号に応じ
て適度の冷媒流量の分配を受けるように能力制御され
る。

上記各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）の運転状態に応じて
室外ユニット（Ａ）側では、室内熱交換器（５）におけ
る実際の飽和蒸発温度を適正値Teo近傍に保持するため
に、室外制御ユニット（９）に配置される制御回路（2
0）が、圧力センサ（Pe）から該圧力相当飽和温度であ
る吸入ガス温度Teに変換された信号に応じて、該吸入ガ
ス温度Teが設定回路（21）により下記のように設定され
る制御目標値Te′に保持されるようにインバータの周波
数ｆを制御する。なお、この周波数ｆの変化幅は例えば
0Hz〜120Hzまで1Hzずつ変化させてもよいし、5Hzあるい
は10Hz毎に段階的に変化させてもよく、又は前記変化幅
は20Hz〜180Hzあるいは30Hz〜180Hz等に設定してもよい
ものである。

また、上記室外制御ユニット（９）に配置される記憶回
路（22）には、第３図のグラフに示すように、補正量Δ
Teと、インバータ（1a）の周波数ｆとの関係を示す補正
式が記憶されている。第３図のグラフで、実線は室内
ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）から室外ユニット（Ａ）迄の連
絡配管（８）の長さが標準範囲のとき、破線は上記連
絡配管（８）の長さが標準範囲より長いとき、破線は
上記連絡配管（８）の長さが標準範囲よりも短いときに
対応し、いずれも周波数ｆが高くなると冷媒流量の増加
に伴い室内熱交換器（Ｂ）〜（Ｅ）から圧縮機（１）迄
の配管の圧力損失が増加するので、補正量ΔTeが増大す
るように設定されている。ただし、周波数が30Hz以下で
は圧力損失が殆どないので補正しない。また、連絡配管
（８）の長さが長いと圧力損失が増加するので、同じ周
波数ｆに対して補正量ΔTeが大きくなるように、また逆
に連絡配管（８）の長さが短いときには、補正量ΔTeが
小さくなるように，，の補正式が設定され、その
中で、どの式を用いるかは空気調和装置の据え付時の状
態に応じて予め切換え可能に記憶されている。また、上
記変換回路（23）では、上記インバータ（1a）の周波数
ｆの信号を受けて、予め上記記憶回路（22）が記憶して
いる上記補正式に基づき、補正量ΔTeが決定される。設
定回路（21）には、予め適正な飽和蒸発温度の適正値Te
oの値が制御目標値として設定されており、上記変換回
路（23）から入力される補正量ΔTeを比較演算し、補正
された制御目標値Te′を次式によって算出する。

Te′＝Teo−ΔTe 第４図に示すように、30Hz以上では、連絡配管の長さに
応じて、実線あるいは破線，の如く、適正値Teo
から周波数に対応する補正量ΔTeを差引いた関係式に基
づいて制御目標値Te′を変更する。尚、第４図のグラフ
の，，は第３図のグラフの，，に各々対応
するものである。以上のようにして、制御目標値Te′が
その時の周波数ｆに応じて設定される。

そして、上記制御回路（20）は、上記設定回路（21）に
より設定される配管での圧力損失を見込んだ制御目標値
Te′に吸入ガス温度Teが保持されるようにインバータ
（1a）の周波数ｆを制御し、圧縮機（１）の容量を制御
して室内熱交換器（５）の飽和蒸発温度を適正値Teo近
傍に保持する。

上記記憶回路（22）および上記変換回路（23）により制
御目標値Te′を補正する補正手段（30）が構成され、上
記設定回路（21）および上記制御回路（20）によりイン
バータ（1a）の周波数ｆを制御する制御手段（31）が構
成されている。

以上の第２図に示されるような構成により、例えば標準
範囲の連絡配管長を有する空気調和装置において、各室
の室温が上昇して室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）の負荷が
増大すると、それに応じて圧力センサ（Pe）で検出され
る吸入ガス温度Teが増大するので、制御手段（31）によ
ってインバータ（1a）の周波数ｆを増大させて圧縮機
（１）の容量を増大させる。

このときの制御目標値Te′とインバータ（1a）の周波数
の変化は下記のようになる。例えば、当初、周波数ｆが
30Hzで運転していたとする。このときの制御目標値はTe
oである。ここで、室内負荷が増大したとすると低圧圧
力が上昇してTe＞Teoとなる。このため、TeをTeoにもど
すため、周波数ｆが増加する。従って、冷媒循環量が増
加し、吸入ガス温度TeはTeoに近づくことになる。

一方、周波数ｆが増加したことにより、制御目標値Te′
は補正値Teoに対し補正量ΔTe分だけ低下する。

このとき、周波数ｆの増加により低下した吸入ガス温度
Teと周波数ｆの増加により変更された制御目標値Te′と
の大小関係に応じて次のように収束制御される。

（１） 吸入ガス温度Teが制御目標値Te′より下回った
場合 この場合は、つぎの制御として周波数ｆを減少させるこ
ととなる。この場合、制御目標値Te′も周波数減少分に
見合う補正量ΔTe分だけ上昇することとなり、このよう
にして、一見ハンチングするような制御がくり返される
が、前記補正量ΔTeは例えば周波数変化範囲が30Hz〜12
0Hzの場合、補正量ΔTeは０゜〜10℃（圧力で2kg/cm²）
程度であり、通常、補正量ΔTeの変化に対し、周波数ｆ
変化による圧力変動の方が大きくなるように設計される
ので、少々ハンチングしても最終的には収束することと
なる。また、制御目標値Te′は実際の制御においては上
下一定の適温範囲をもつように設定されるので、制御目
標値Te′が変化しても、その適温範囲に吸入ガス温度Te
が入るように周波数制御がされるので、過渡状態ではハ
ンチング現象が生じてもそのハンチングは最終的に収ま
るものである。

（２） 吸入ガス温度Teが制御目標値Te′より高い場合 この場合は、つぎの制御として、周波数ｆをさらに増加
して吸入ガス温度Teを制御目標値Te′に近づけようとす
る。このような制御がつづくことにより、吸入ガス温度
Teがそのときの制御目標値Te′に保持されればその状態
で運転が続行され、また吸入ガス温度Teがそのときの制
御目標値Te′を下回われば前記（１）の制御と同じく制
御される。

なお、前記（１），（２）の制御は、周波数ｆの変化の
設定条件（例えば10Hzごとに段階的に変化させるかある
いは1Hzごとにいわば無段階に変化させるか、また周波
数の変化の時間間隔として例えば吸入ガス温度のサンプ
リング時間を10秒あるいは20秒毎に行うか、あるいは常
時検出とするか、制御目標値Te′の適温範囲の広狭はど
うか等）によってさらに異なる態様をもつものである。
したがって、室内熱交換器（５）の実際の飽和蒸発温度
は、吸入ガス温度Teを上記補正手段（30）により連絡配
管（８）の圧力損失ΔTeで補正した適正値Teo（＝Te′
＋ΔTe）からのずれがきわめて小さい範囲に保持されて
いるので、室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）側では冷房能力
を十分発揮できる。また、室内ユニット（Ｂ）…（Ｅ）
の負荷が減少した場合にも、同様の手順で室内熱交換器
（５）の飽和蒸発温度を適正値Teo近傍に保持するよう
制御することができる。

これに対し、上記補正がないときには、室内熱交換器
（５）での実際の飽和蒸発温度は本来の制御目標値Teo
から大きくずれて（Teo＋ΔTe）となるので、特に、室
内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）における負荷が大きくなりイ
ンバータの周波数ｆを増大させ圧縮機（１）の容量を増
加させた高容量運転時には、適正値Teoからのずれが大
きくなり、十分冷房能力を発揮できない。

このことから、本発明では圧縮機（１）の高容量運転時
に著効を発揮することになる。

尚、本例は吸入ガス温度制御に対し、凝縮温度（凝縮圧
力）一定制御にも同じく適用できるものである。すなわ
ち、この場合には圧力センサを、第２図において点線で
図示することく暖房時高圧となる（冷房時は低圧とな
る）配管に設ければよく（Pe′を参照）、また制御目標
値は、冷房時とは逆になって適正値に補正量を加えるこ
とによって補正される。

以上、連絡配管（８）の長さが標準範囲にあるときにつ
いて説明したが、標準範囲よりも長いときには第４図の
グラフの破線、短いときには第４図のグラフの破線
にそれぞれ示すTe′とｆの関係に基づき、制御目標値T
e′を補正することにより、同様の効果を得ることがで
きる。

また、本例では、冷媒の飽和蒸発温度を一定に保持する
ようにしているため、圧力センサ（Pe）を実用すること
が好ましいが、吸入ガス温度を検出する温度センサでも
よい。ただし、この温度センサの場合には冷媒の過熱度
の変化により圧力センサ（Pe）より不正確となるが、過
熱度の変化分を補正することにより、十分対応可能であ
る。

また、各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）毎に室外ユニット
（Ａ）との間の連絡配管（８）の長さが大きく異なると
きには、それらの平均値を選択すれば、冷媒の飽和蒸発
温度が適正値Teo近傍に保持されるように圧縮機（１）
の容量制御を行うことができる。

さらに、上記実施例では、室外ユニット（Ａ）の圧縮機
（１）の吸入ガス圧力と、インバータ（1a）の周波数を
検出すればよく、室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）にそれぞ
れ多くのセンサを必要とすることがないので、簡易に、
室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）の実際の状況に応じた圧縮
機（１）の容量制御を行うことができる。

なお、例えば室内ユニットが１台だけのときのように、
室内ユニットと室外ユニット間の連絡配管がほぼ一定と
みなせる時には、上記実施例における設定回路（21）は
予め切換え可変とする必要はなく、より低コストで、圧
縮機（１）の容易制御を行うことができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の空気調和装置によれば、
負荷の変動に応じて圧縮機の容量を変更するインバータ
の周波数を変更する際に、冷媒流量に応じた配管の圧力
損失を見込んで補正した値を制御目標値として、この制
御目標値に保持されるように、インバータを制御するよ
うにしたので、空等能力を十分発揮できる空気調和装置
を提供できる。特に、セパレート型空気調和装置に適用
した場合には、センサ類を少なくしかつ信号線及び回路
構成を単純化でき、過熱度を検知して制御する方式等に
比べ低コストでもって空気調和装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
〜第４図は本発明の実施例を示し、第２図はその冷媒配
管系統および制御信号配線を示すブロック図、第３図は
補正量とインバータ周波数との関係を示すグラフ、第４
図は制御目標値とインバータ周波数との関係を示すグラ
フである。 （１）……圧縮機、（1a）……インバータ、（３）……
室外熱交換器、（５）……室内熱交換器、（６）……電
動膨張弁（膨張機構）、（30）……補正手段、（31）…
…制御手段、（Pe）……圧力センサ（検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、膨張
   機構（６又は15）および室内熱交換器（５）を冷媒配管
   で接続し、かつ上記圧縮機（１）の運転周波数を変更し
   てその容量を調整するインバータ（1a）を備えた空気調
   和装置において、 上記圧縮機（１）と上記室内熱交換器（６）との間の冷
   媒配管の上記圧縮機（１）付近の部位における冷媒圧力
   または冷媒圧力相当飽和温度を検出する検出手段（Pe）
   と、 上記検出手段（Pe）の出力を受け、上記室内熱交換器
   （６）出口の冷媒圧力または冷媒圧力相当飽和温度を制
   御目標値に保持するように上記インバータ（1a）の周波
   数を制御する制御手段（31）と、 上記インバータ（1a）で制御される圧縮機（１）の運転
   周波数に応じ、圧縮機−室内熱交換器間の冷媒配管にお
   ける圧力損失に相当する分だけ制御目標値を補正するよ
   う予め設定されたインバータ周波数と制御目標値の補正
   量との間の補正関係式に基づき、上記制御手段（31）の
   制御目標値を補正する補正手段（30）とを備えたことを
   特徴とする空気調和装置。