JPH0926236A

JPH0926236A - ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JPH0926236A
Application number: JP20502695A
Authority: JP
Inventors: Shinya Okada; 慎也岡田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】適正な条件に従って圧縮機駆動用の誘導モー
タに損失熱を発生させ、これによって高エネルギ効率
で、しかも機器の損傷等を生じることなく確実に利用快
適性の向上を図ることが可能なヒートポンプシステムを
提供する。【解決手段】正サイクルの暖房運転と、逆サイクルの
除霜運転を行う空気調和機として構成し、圧縮機１の誘
導モータ６は吐出冷媒流路に配置する。誘導モータ６に
与えるモータ電圧を適正電圧よりもさらに高いものとし
て損失熱を発生させ、これを吐出冷媒に付与して暖房能
力、除霜能力を向上させる。その際、室内熱交換器温
度、室外熱交換器温度とその上昇率、暖房運転開始後の
経過時間、吐出冷媒温度及びモータ電圧値によって能力
向上の条件を定め、確実かつ無駄のない、しかも装置の
保護も可能な制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インバータによ
って駆動される誘導モータを圧縮機駆動用として備えた
ヒートポンプシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプシステムを用いた空気調和
機では、室外熱交換器を蒸発器として機能させる一方で
室内熱交換器を凝縮器として機能させ、室外から吸収し
た熱量を冷媒を媒体として室内へ移送し、これを放出す
ることによって暖房運転を行う。従って暖房運転開始時
に圧縮機の吐出冷媒が未だ低温であれば、これが高温と
なって室内における熱量の放出が可能になるまで、暖房
運転の立ち上がりにはある程度の時間を要することにな
る。そしてこの立ち上がり時間の長さは空調快適性に関
わるものであるため、でき得る限り短縮することが要請
されている。

【０００３】一方、上記暖房運転を継続して行うと、蒸
発器として機能している室外熱交換器には霜が付着する
場合がある。これは低外気温となっている環境中におい
てさらに吸熱を行うためであるが、このように霜が付着
すると室外熱交換器の熱交換能力が低下するので、これ
に従って暖房能力も低下することになる。そのため例え
ば冷媒循環方向を逆サイクルにしたり、あるいは特別の
バイパス流路を開くなどの手段によって、圧縮機の高温
吐出冷媒を室外熱交換器に流通させ、これによって付着
した霜を除去する除霜運転が行われる。しかしながらこ
の除霜運転中は暖房運転を停止しているので、除霜運転
が長くなると却って空調快適性の低下を招くことにな
る。従って除霜能力をでき得る限り向上させて除霜運転
時間を短縮することが要請されている。また暖房時ある
いは除霜時における以上のような要請に応えるために電
気ヒータを用いて空気あるいは冷媒を直接に加熱するこ
とも考えられるが、これによれば特別に部材を追加する
必要があるので、コストアップを招く一因になるという
問題がある。

【０００４】そこで特別の部材を付加することなく上記
要請に応えることが可能な手段として、圧縮機駆動用モ
ータの損失熱を利用するものが従来より提案されている
（特開平６−１８５８３５号公報参照）。これは上記モ
ータとして誘導モータを使用し、これをインバータによ
って制御する場合に用いられるものである。インバータ
は誘導モータの各相の巻線に与えられるモータ電圧とモ
ータ周波数とを変化させ、これによって誘導モータを可
変速制御して圧縮機の圧縮能力を可変とするものであ
る。図６は、このときに誘導モータに与えられるモータ
電圧と、これに流れるモータ電流との関係を示すグラフ
である。同図に示すようにグラフ上のＡ点において最も
効率のよいモータの駆動が行われるので通常はモータ負
荷に応じてこのＡ点において誘導モータを駆動してい
る。そしてこのＡ点における電圧を、この明細書では
「適正電圧」と称している。また図５に示す実線Ｂは、
上記通常運転時におけるモータ周波数に対するモータ電
圧の関係を示している。モータ周波数は空調負荷に応じ
て決定されるものであるが、通常はモータ電圧はこのモ
ータ周波数に対応して適正な値、すなわち適正電圧が設
定されるのである。

【０００５】一方、暖房運転開始時における立ち上がり
時間を短縮し、あるいは除霜能力を向上させる場合に
は、図５に示す破線Ａのように、インバータは上記通常
運転時よりもモータ周波数に対するモータ電圧を高くし
て誘導モータを駆動する。するとこのときのモータ電圧
とモータ電流との関係は図６のＢ点に示すものとなり、
従って誘導モータに与える電力が過剰となって損失熱が
発生するようになる。そして上記誘導モータが圧縮機の
吐出冷媒流路に配置されていれば、上記損失熱によって
吐出冷媒を加熱することができる。従って電気ヒータ等
の特別な部材を追加することなく補助熱源を得ることが
でき、これによって暖房運転の立ち上がり時間を短縮
し、また除霜能力の向上を図ることが可能となってい
た。しかも圧縮機の運転を行いながら冷媒を加熱するの
で、冷媒に熱を伝えやすく、暖房及び除霜能力の向上効
果も大きいものとなっていた。なお図６によればモータ
電圧を低下させてもモータ電流は増加することになる
が、この場合にはモータトルクを低下させてしまうの
で、損失熱を発生させるときにはモータ電圧を上昇させ
て行うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように誘導モー
タの損失熱を利用して吐出冷媒を加熱する手法は、原理
としては既に提案されたものである。しかしながらヒー
トポンプシステムにおいて、具体的にどのような場合に
損失熱を発生させる動作を行うべきか、あるいはどのよ
うな場合には上記動作を禁止すべきか等の条件について
は何ら提案されていなかった。そのため確実に吐出冷媒
を加熱するには特に必要とされていない場合にまでモー
タ電圧を上昇させておく必要が生じ、これによって電力
消費量が増加してランニングコストが上昇したり、ある
いは限度以上の損失熱を発生させることによって機器の
破損を招く等の問題があった。

【０００７】この発明は、上記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、適正な条件に
従って圧縮機駆動用の誘導モータに損失熱を発生させ、
これによって高エネルギ効率で、しかも機器の損傷等を
生じることなく確実に利用快適性の向上を図ることが可
能なヒートポンプシステムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の上記目的は、
図１にその構成を示すヒートポンプシステムによって達
成される。すなわち請求項１のヒートポンプシステム
は、モータ周波数とモータ電圧とによって可変速制御さ
れる圧縮機駆動用誘導モータ６を吐出冷媒流路に配置し
た圧縮機１と、上記誘導モータ６にモータ周波数及びこ
れに対応した適正なモータ電圧を与えるインバータ１０
と、利用側熱交換器２と、熱源側熱交換器３とを備え、
上記利用側熱交換器２を凝縮器として機能させる一方で
熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させる通常運転
と、上記熱源側熱交換器に圧縮機１からの高温吐出冷媒
を流通させる除霜運転とを行なうヒートポンプシステム
において、熱源側熱交換器温度検出手段１２と、この熱
源側熱交換器温度検出手段１２によって検出された熱交
換器温度の所定時間内における上昇量を算出する温度上
昇量算出手段３３と、この温度上昇量算出手段３３で算
出した温度上昇量を所定の基準上昇量と比較して、除霜
運転中に、上記熱交換器温度が基準熱源側熱交換器温度
よりも低く、かつ上記温度上昇量が基準上昇量よりも小
さいとの条件を満たすときにはモータ電圧上昇指令を発
する一方、上記条件を満たさないときにはモータ電圧復
帰指令を発する電圧変更指令発生手段３２とを備え、上
記インバータ１０は、上記モータ電圧上昇指令に応じ
て、誘導モータ６に与えるモータ電圧をモータ周波数に
対応した適正電圧よりもさらに上昇させたものとする一
方、上記モータ電圧復帰指令に応じて、誘導モータ６に
与えるモータ電圧を上記適正電圧とするよう構成したこ
とを特徴としている。

【０００９】上記請求項１のヒートポンプシステムで
は、除霜運転中に、熱源側熱交換器温度が基準温度より
も低く、かつその上昇率が基準値よりも小さいときにの
み、上昇させたモータ電圧が誘導モータ６に与えられる
ようにしている。従って熱源側熱交換器に除去すべき着
霜を生じていて、しかも除霜能力が不足している場合に
限って損失熱を発生させるので、高エネルギ効率をもっ
て除霜能力の向上を図ることが可能となる。

【００１０】また請求項２のヒートポンプシステムは、
モータ周波数とモータ電圧とによって可変速制御される
圧縮機駆動用誘導モータ６を吐出冷媒流路に配置した圧
縮機１と、上記誘導モータ６にモータ周波数及びこれに
対応した適正なモータ電圧を与えるインバータ１０と、
利用側熱交換器２と、熱源側熱交換器３とを備え、上記
利用側熱交換器２を凝縮器として機能させる一方で熱源
側熱交換器３を蒸発器として機能させて加熱運転を行な
うヒートポンプシステムにおいて、利用側熱交換器温度
検出手段１１と、この利用側熱交換器温度検出手段１１
によって検出された熱交換器温度が所定の基準利用側熱
交換器温度よりも低いとの条件を満たすときにはモータ
電圧上昇指令を発する一方、上記条件を満たさないとき
にはモータ電圧復帰指令を発する電圧変更指令発生手段
３２とを備え、上記インバータ１０は、上記モータ電圧
上昇指令に応じて、誘導モータ６に与えるモータ電圧を
モータ周波数に対応した適正電圧よりもさらに上昇させ
たものとする一方、上記モータ電圧復帰指令に応じて、
誘導モータ６に与えるモータ電圧を上記適正電圧とする
よう構成したことを特徴としている。

【００１１】上記請求項２のヒートポンプシステムで
は、加熱運転中に、利用側熱交換器温度が基準温度より
も低いときにのみ、上昇させたモータ電圧が誘導モータ
６に与えられるようにしている。従って加熱能力が不足
している場合に限って損失熱を発生させるので、高エネ
ルギ効率をもって加熱能力の向上を図ることが可能とな
る。

【００１２】さらに請求項３のヒートポンプシステム
は、モータ周波数とモータ電圧とによって可変速制御さ
れる圧縮機駆動用誘導モータ６を吐出冷媒流路に配置し
た圧縮機１と、上記誘導モータ６にモータ周波数及びこ
れに対応した適正なモータ電圧を与えるインバータ１０
と、利用側熱交換器２と、熱源側熱交換器３とを備え、
上記利用側熱交換器２を凝縮器として機能させる一方で
熱源側熱交換器３を蒸発器として機能させて加熱運転を
行なうヒートポンプシステムにおいて、加熱運転開始後
の経過時間を計測する計時手段３１と、この計時手段３
１によって計測された経過時間が所定の基準時間以内で
あるとの条件を満たすときにはモータ電圧上昇指令を発
する一方、上記条件を満たさないときにはモータ電圧復
帰指令を発する電圧変更指令発生手段３２とを備え、上
記インバータ１０は、上記モータ電圧上昇指令に応じ
て、誘導モータ６に与えるモータ電圧をモータ周波数に
対応した適正電圧よりもさらに上昇させたものとする一
方、上記モータ電圧復帰指令に応じて、誘導モータ６に
与えるモータ電圧を上記適正電圧とするよう構成したこ
とを特徴としている。

【００１３】上記請求項３のヒートポンプシステムで
は、加熱運転開始後の基準時間以内でのみ、上昇させた
モータ電圧が誘導モータ６に与えられるようにしてい
る。従って吐出冷媒が未だ低温となっている可能性のあ
る場合に限って損失熱を発生させるので、高エネルギ効
率をもって加熱能力の向上を図ることが可能となる。

【００１４】請求項４のヒートポンプシステムは、モー
タ周波数とモータ電圧とによって可変速制御される圧縮
機駆動用誘導モータ６を吐出冷媒流路に配置した圧縮機
１と、上記誘導モータ６にモータ周波数及びこれに対応
した適正なモータ電圧を与えるインバータ１０と、利用
側熱交換器２と、熱源側熱交換器３とを備え、上記利用
側熱交換器２を凝縮器として機能させる一方で熱源側熱
交換器３を蒸発器として機能させて加熱運転を行なうヒ
ートポンプシステムにおいて、利用側熱交換器温度検出
手段１１と、加熱運転開始後の経過時間を計測する計時
手段３１と、上記利用側熱交換器温度検出手段１１によ
って検出された熱交換器温度が所定の基準利用側熱交換
器温度よりも低いとの第１条件と、上記計時手段３１に
よって計測された経過時間が所定の基準時間以内である
との第２条件とをいずれも満たすときにはモータ電圧上
昇指令を発する一方、上記各条件のうち少なくともいず
れかの条件を満たさないときにはモータ電圧復帰指令を
発する電圧変更指令発生手段３２とを備え、上記インバ
ータ１０は、上記モータ電圧上昇指令に応じて、誘導モ
ータ６に与えるモータ電圧をモータ周波数に対応した適
正電圧よりもさらに上昇させたものとする一方、上記モ
ータ電圧復帰指令に応じて、誘導モータ６に与えるモー
タ電圧を上記適正電圧とするよう構成したことを特徴と
している。

【００１５】上記請求項４のヒートポンプシステムで
は、加熱運転開始後の基準時間以内であって、かつ利用
側熱交換器温度が基準温度よりも低いときにのみ、上昇
させたモータ電圧が誘導モータ６に与えられるようにし
ている。従って吐出冷媒が低温であるために加熱能力が
不足している場合に限って損失熱を発生させるので、高
エネルギ効率をもって加熱能力の向上を図ることが可能
となる。

【００１６】請求項５のヒートポンプシステムは、吐出
冷媒温度検出手段１３を備え、上記電圧変更指令発生手
段３２は、上記吐出冷媒温度検出手段１３で検出した吐
出冷媒温度が所定の基準冷媒温度よりも低いとの条件を
さらに満たすときにのみモータ電圧上昇指令を発する一
方、上記条件を満たさないときには強制的にモータ電圧
復帰指令を発するよう構成したことを特徴としている。

【００１７】上記請求項５のヒートポンプシステムで
は、吐出冷媒温度が基準温度よりも低いときにのみ、上
昇させたモータ電圧が誘導モータ６に与えられることを
許可し、それ以外のときは強制的に適正電圧が与えられ
るようにしている。従って誘導モータ６の過熱を回避す
ることが可能となる。

【００１８】請求項６のヒートポンプシステムは、上記
電圧変更指令発生手段３２は、インバータ１０によって
上記誘導モータ６に与えられたモータ電圧がモータ周波
数に対応した上限電圧よりも低いとの条件をさらに満た
すときにのみ、モータ電圧上昇指令を発するよう構成し
たことを特徴としている。

【００１９】上記請求項６のヒートポンプシステムで
は、モータ周波数に対応した上限電圧よりもモータ電圧
が上昇することを防止している。従って誘導モータ６の
過熱を回避することが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、この発明のヒートポンプシ
ステムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

【００２１】図２は上記ヒートポンプシステムを空気調
和機として構成した場合の適用例を示すブロック図であ
る。この空気調和機では圧縮機１の吐出管２１と吸込管
２２とがそれぞれ四路切換弁４に接続され、さらにこの
四路切換弁４には室内ファン８を備えた室内熱交換器
（利用側熱交換器）２、膨張弁５、室外ファン９を備え
た室外熱交換器（熱源側熱交換器）３が、冷媒配管２３
・・・によって環状に接続されている。

【００２２】また上記圧縮機１は、図３を用いて後述す
るように、圧縮機駆動用の誘導モータ６と吸込冷媒の圧
縮を行う圧縮機構７とを備えている。上記誘導モータ６
はインバータ１０によって駆動されるものであるが、こ
のインバータ１０は、商用電源１８からの交流を直流に
交換するためのコンバータ１５と、上記誘導モータ６の
コイル６ｃ（図３参照）に駆動電流を流すためのパワー
トランジスタモジュール１６と、このパワートランジス
タモジュール１６をＯＮ／ＯＦＦ制御して必要なモータ
電圧及びモータ周波数を上記誘導モータ６に与えるべく
作動するインバータ制御回路１４とを備えて構成されて
いる。そして上記インバータ１０は、後述する制御部１
７からのモータ電圧上昇指令に応じて、モータ周波数に
対応した適正電圧よりもさらに上昇させたモータ電圧を
上記誘導モータ６に与える一方、モータ電圧復帰指令に
応じて、モータ周波数に対応した適正電圧をモータ電圧
として上記誘導モータ６に与えるよう構成されている。

【００２３】また上記制御部１７は、ＣＰＵ、メモリ、
入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータ
を用いて構成されたものであり、利用側熱交換器温度検
出手段として機能する第１サーミスタ１１の出力信号
と、熱源側熱交換器温度検出手段として機能する第２サ
ーミスタ１２の出力信号と、吐出冷媒温度検出手段とし
て機能する第３サーミスタ１３の出力信号と、そして空
気調和機全体の制御を行う制御装置（図示せず）からの
各種指令信号とを入力するようになっている。

【００２４】図３は、上記圧縮機１の内部構成を示す概
略断面図である。この圧縮機１では、単一のケーシング
１９内の下側に圧縮機構７と吸込配管２２とを備える一
方、上側には圧縮機構７を駆動するための誘導モータ６
と吐出配管２１とを備えている。そして冷媒は、上記吸
込配管２２から圧縮機構７に吸い込まれ、圧縮機構７に
おいて圧縮された後、吐出通路管２０から上方へ向かっ
て吐き出される。さらにこの圧縮冷媒は、上記誘導モー
タ６の回転子６ｂと、コイル６ｃを備えた固定子６ａと
の間を通り抜けて、ケーシング１９の上端部に設けた吐
出管２１から吐出されるようになっている。従ってこの
圧縮機１では、誘導モータ６が吐出冷媒流路に配置され
ているため、誘導モータ６が加熱されていると、吐出冷
媒がその熱を奪うような構成となっている。なお同図に
おいて１３は第３サーミスタであり、上記のように吐出
冷媒温度を検出するためのものである。

【００２５】次に上記空気調和機の動作について説明す
る。まず暖房運転を行うには、上記四路切換弁４を図２
に示す実線方向に切り換え、圧縮機１を空調負荷に見合
ったモータ周波数で駆動し、さらに室内ファン８及び室
外ファン９を作動させる。これによって室内熱交換器２
が凝縮器として機能する一方で室外熱交換器３が蒸発器
として機能し、室外から吸収した熱量を室内で放出して
暖房運転が行われる。そして暖房運転の開始直後等の一
定の場合には、上記誘導モータ６に損失熱を発生させ、
これを吐出冷媒に与えることによって暖房能力を向上さ
せる一方、誘導モータ６に過熱を生じて焼損事故等が発
生しないよう一定の条件を設けて機器の保護を図ってい
るが、これらの詳細については後述する。

【００２６】ところでこのような暖房運転を継続して行
うと、室外熱交換器３に着霜を生じる場合があるのは上
記の通りである。そこでこのような場合には、冷媒循環
方向を逆にして逆サイクルデフロスト運転を行う。すな
わち、四路切換弁４を図２に示す破線のように切り替え
て室内ファン８及び室外ファン９を停止させ、そして圧
縮機１を駆動する。すると冷媒は上記暖房時とは逆方向
に循環するので、圧縮機１の高温吐出冷媒が着霜の生じ
た室外熱交換器３に流通することになり、この高温吐出
冷媒の熱量によって付着した霜が融解されるようになっ
ている。ただしこのような除霜運転中は暖房運転が中断
されているため、除霜能力が不足している場合に中断時
間が長くなると空調快適性が低下する。そこで第２サー
ミスタ１２の出力を監視し、一定の場合には適正電圧よ
りもさらに高いモータ電圧を誘導モータ６に与え、その
とき発生する損失熱を吐出冷媒に付与することによって
除霜能力の向上を図るようになっているが、これについ
ては図４のフローチャートを用いて後に詳述する。なお
冷房運転は、上記除霜運転と同方向に冷媒を循環させ、
室内ファン８及び室外ファン９を作動させると共に圧縮
機１を空調負荷に見合ったモータ周波数で駆動すること
によって可能である。

【００２７】ところで上記の動作のうち、四路切換弁４
の切り替え、室内ファン８及び室外ファン９の発停は、
空気調和機全体の制御装置（図示せず）が行うものであ
り、また空調負荷に見合ったモータ周波数で圧縮機１を
駆動することは、上記制御装置の制御によってインバー
タ１０が行うものである。そして上記動作は、いずれも
従来例のものと同様であるのでここでの詳述は省略す
る。一方、誘導モータ６の損失熱による除霜能力及び暖
房能力の向上は、制御部１７がインバータ１０を制御し
て行うものであり、これはこの空気調和機に特徴的なも
のである。そこで次に制御部１７による上記制御につい
て、図４のフローチャートに基づいて説明する。

【００２８】まずステップＳ１では、現在暖房運転中で
あるか冷房運転中であるかを判断する。冷房運転中であ
れば、上記のような誘導モータ６の損失熱を利用した運
転は行わないので、次にステップＳ９へと飛び、誘導モ
ータ６に適正電圧を与えるべくインバータ１０にモータ
電圧復帰指令を発する。一方暖房運転中であれば次にス
テップＳ２において除霜運転中か否かを判断する。除霜
運転中であれば、ステップＳ１０へと移って除霜運転時
用の制御ルーチンを実行するが、ここではまず暖房運転
時用の制御ルーチンについて説明する。

【００２９】ステップＳ３では、第１サーミスタ１１に
よって検出された室内熱交換器温度を入力し、これを所
定の基準室内熱交換器温度（基準利用側熱交換器温度）
と比較する。この基準室内熱交換器温度は、室内におけ
る暖房快適性を確保するために必要な熱交換器温度とし
て設定されたものである。ここで上記室内熱交換器温度
が基準室内熱交換器温度よりも高いときは暖房能力は十
分であると考えることができるので、ステップＳ９へ飛
んでインバータ１０に対してモータ電圧復帰指令を発す
る。一方、室内熱交換器温度が基準室内熱交換器温度よ
りも低いときは、次にステップＳ４へと進み、暖房開始
後から所定の基準時間を経過したか否かを判断する。時
間の計測は、制御部１７に備えられたクロック、カウン
タ、ＣＰＵ等で構成され、空気調和機全体の制御を行う
制御装置からの暖房運転開始指令に同期して計測を開始
する計時手段３１によって行う。また上記基準時間は、
暖房開始直後であるために吐出冷媒温度が低く、そのた
め暖房能力が不足する可能性がある時間として設定され
ている。そして既に暖房開始後に基準時間を経過してい
る場合には上記ステップＳ９へと進む一方、未だ基準時
間内であるときはステップＳ５へと進む、従ってステッ
プＳ５にまで到達した場合には、暖房能力が十分であっ
てその向上の必要がない場合の他、暖房能力が不足して
いてもその原因が吐出冷媒の温度の低さにあるとは考え
難いような場合も排除されていることになる。

【００３０】次にステップＳ５では、第３サーミスタ１
３によって検出された吐出冷媒温度を入力し、これを所
定の基準冷媒温度と比較する。この基準冷媒温度は、吐
出冷媒温度がこれを越えているときに誘導モータ６が過
熱していると判断できる温度として設定されている。そ
こで吐出冷媒温度が基準冷媒温度よりも高いときは上記
ステップＳ９へと移る一方、そうでないときにはステッ
プＳ６に進んで、次にモータ電圧を上昇させる制御を行
う。まずステップＳ６では、既にモータ電圧が上昇され
ているか否かを判断し、上昇済の場合にはルーチンを終
了する一方、未だ上昇されていない場合にはステップＳ
７へと進み、上記適正電圧よりもさらに高いモータ電圧
を誘導モータ６に与えるべく、インバータ１０に対して
モータ電圧上昇指令を発する。そしてステップＳ８で
は、電圧上昇の結果、モータ電圧が上限電圧となってい
るか否かを判断する。これは１回のモータ電圧上昇指令
の発生によってインバータ１０がどれだけ電圧を上昇さ
せるかが既知であることを利用しているが、例えば別途
に電圧検出手段を設けて、ここからの出力信号を用いて
判断するようにしてもよい。またこの上限電圧は、誘導
モータ６を安全に加熱できる上限の電圧として定められ
たものであり、図５の破線Ａで示すように、各モータ周
波数に対応して設定されている。そして上記ステップＳ
７とステップＳ８とを繰り返すことにより、モータ電圧
を上記上限電圧にまで上昇させて制御ルーチンを終了す
る。

【００３１】次にステップＳ１０から開始される除霜運
転時用の制御ルーチンについて説明する。ステップＳ１
０では、第２サーミスタ１２によって検出された室外熱
交換器温度を入力し、これを所定の基準室外熱交換器温
度（基準熱源側熱交換器温度）と比較する。この基準室
外熱交換器温度は、室外熱交換器３に一定以上の着霜量
があると判断できる温度として設定されている。ここで
このような判断を行うのは、室外熱交換器温度の上昇率
が小さくても室外熱交換器温度自体がある程度高いとき
は、除霜能力が不足していると考えるのではなく、付着
した霜が概ね除去されていると考えるべきだからであ
る。

【００３２】そこで室外熱交換器温度が基準室外熱交換
器温度よりも高いときにはステップＳ１９へ飛び、後述
するサンプルタイマをリセット状態にし、さらに上記ス
テップＳ９へと進む。一方室外熱交換器温度が基準室外
熱交換器温度よりも低いときにはステップＳ１１に進
み、既にモータ電圧が上昇されたかどうかを判断する。
既に上昇済であればルーチンを終了するが、そうでない
場合にはステップＳ１２へと進み、サンプルタイマによ
って所定時間を現在計時中であるか否かを判断する。こ
のサンプルタイマは、上計計時手段３１と同様の構成を
有するものであるが、その計時については、このルーチ
ン中におけるサンプルタイマのリセット状態の解除によ
って開始されるようになっている。そこでサンプルタイ
マによる計時中でない場合、すなわちサンプルタイマが
リセットされた状態にある場合には、次にステップＳ１
３にいて上記室外熱交換器温度をメモリに格納し、そし
てサンプルタイマのリセット状態を解除して計時を開始
する。

【００３３】ステップＳ１５では、上記サンプルタイマ
が所定時間を計時し終えたか否かを判断する。従ってス
テップＳ１２においてサンプルタイマが計時中であると
判断された場合にも、このステップＳ１５に飛ぶことに
なる。そしてサンプルタイマが所定時間を計時し終える
とステップＳ１６に進み、再び第２サーミスタから現在
の室外熱交換器温度を入力して、これとメモリに格納し
てある室外熱交換器温度との差を算出する。そしてサン
プルタイマをステップＳ１７でリセット状態にしてお
く。ステップＳ１８では、上記温度差を所定の基準上昇
量と比較し、温度差が基準上昇量よりも小さいときには
上記ステップＳ５へと進んでモータ電圧の上昇を図る一
方、そうでないときには上記ステップＳ９へと進み、適
正電圧を誘導モータ６に与えるべく指令を発し、そして
制御ルーチンを終了する。

【００３４】また上記サンプルタイマによって計時され
る所定時間は、上記基準上昇量との関係において、除霜
能力の向上が必要となる室外熱交換器温度の上昇率を算
出できるのであればどのようにも設定することが可能で
あるが、上記所定時間が長すぎると実質的に除霜時間の
短縮に寄与できず、また短すぎると温度上昇量が正確に
把握できないこととなるため、これらを考慮して適切な
時間を設定している。さらに上記基準上昇量が、そのよ
うなサンプルタイマの所定時間に対応して、除霜能力の
向上を必要とするか否かの判断を適切に行い得るものと
して設定されているのは勿論である。

【００３５】以上の制御ルーチンにおいて、図４のフロ
ーチャートに示すステップＳ３〜ステップＳ１０及びス
テップＳ１８によって電圧変更指令発生手段３２を構成
し、またステップＳ１１〜ステップＳ１７によって温度
上昇量算出手段３３を構成している。

【００３６】以上のように構成され、また動作する空気
調和機では、その暖房運転時において、室内熱交換器温
度が基準室内熱交換器温度よりも低く、かつ暖房運転開
始後の一定時間内である場合にのみ、誘導モータ６に与
えるモータ電圧を適正電圧よりも高いものとしている。
従って暖房運転の開始直後であるために吐出冷媒温度が
低く、そのために暖房の立ち上がりが遅くなっている場
合に限って誘導モータ６に損失熱を発生させることがで
き、従って高いエネルギ効率をもって確実に暖房の立ち
上がりを速やかにして空調快適性を向上させることがで
きる。またこれは、室内熱交換器温度と基準室内熱交換
器温度とを比較することのみによる制御としてもよい
し、あるいは暖房運転の開始後一定時間以内には一律に
モータ電圧を上昇させる制御としてもよい。このように
するとエネルギ効率は多少低いものとなる場合もある反
面、構成が簡素となってコストダウンを図ることができ
る他、制御が簡素となって安定な動作を容易に得ること
ができる等のメリットが生じる。

【００３７】また暖房運転と除霜運転との双方におい
て、吐出冷媒温度が基準冷媒温度よりも高い場合にはモ
ータ電圧の上昇を行わず、逆にモータ電圧が上昇されて
いる場合にはこれを適正電圧に復帰させる制御を行って
いる。従って誘導モータ６を過熱させることなく制御を
行い、装置の損傷等を確実に回避することができる。吐
出冷媒温度が高いからといって必ずしもそれが暖房時の
室内熱交換器温度に迅速に反映されるとは限らないた
め、上記のような制御を行うことにより、圧縮機１の保
護を確実とすることができる。さらにモータ電圧には、
各モータ周波数に対応した上限電圧を定め、これ以上の
電圧が誘導モータ６に与えられないようにしている。従
って誘導モータ６の過熱を防止することができると共
に、モータ電圧を上昇させる際にはこの上限電圧まで上
昇させて暖房能力や除霜能力をより一層向上させること
ができる。

【００３８】さらに除霜運転においては、室外熱交換器
温度の上昇率を、所定時間間隔をおいた２つのサンプル
値の差によって求め、これをもとにモータ電圧を上昇さ
せる制御を行うようにしている。従って除霜能力が不足
しているか否かの判断を確実に行うことができ、これに
よって除霜能力を向上させる際のエネルギ効率を向上さ
せることができる。そしてその際の制御は差を算出する
だけの簡素なものとしているので、安定な動作を容易に
得ることができる。

【００３９】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。例えば上記実施の形態ではヒートポンプシ
ステムを空気調和機として構成したが、これは給湯装置
等に適用してもよい。また上記実施の形態では除霜運転
を逆サイクルデフロスト運転によって行っているが、吐
出冷媒を熱源側熱交換器に流通させて行うものであれば
他の方式によるものでもよい。さらに図４に示す制御ル
ーチンは一例であって他のフローチャートによって示さ
れる制御ルーチンを用いてもよいし、除霜運転時のみ、
あるいは暖房運転時のみにその能力を向上させるような
制御としてもよい。

【００４０】

【発明の効果】上記請求項１のヒートポンプシステムで
は、高エネルギ効率をもって除霜能力を向上できるの
で、ランニングコスト等を無用に増加させることなく、
除霜時間を短縮して利用快適性を向上させることが可能
となる。

【００４１】また請求項２〜請求項４のいずれかのヒー
トポンプシステムでは、高エネルギ効率をもって加熱能
力を向上できるので、ランニングコスト等を無用に増加
させることなく、暖房の立ち上がりを速やかなものとし
て利用快適性を向上させることが可能となる。

【００４２】さらに請求項５又は請求項６のヒートポン
プシステムでは、誘導モータの過熱を回避できるので装
置の保護を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明のヒートポンプシステムを空気調和機
に適用した実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図３】上記空気調和機に備えられた圧縮機の概略縦断
面図である。

【図４】上記空気調和機に備えられた制御部の制御ルー
チンを示すフローチャートである。

【図５】上記空気調和機におけるモータ周波数とモータ
電圧との関係を示すグラフである。

【図６】誘導モータに与えられるモータ電圧と、これに
流れるモータ電流との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１圧縮機２室内熱交換器３室外熱交換器６誘導モータ１０インバータ１１第１サーミスタ１２第２サーミスタ１３第３サーミスタ３１計時手段３２電圧変更指令発生手段３３温度上昇量算出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ周波数とモータ電圧とによって可
変速制御される圧縮機駆動用誘導モータ（６）を吐出冷
媒流路に配置した圧縮機（１）と、上記誘導モータ
（６）にモータ周波数及びこれに対応した適正なモータ
電圧を与えるインバータ（１０）と、利用側熱交換器
（２）と、熱源側熱交換器（３）とを備え、上記利用側
熱交換器（２）を凝縮器として機能させる一方で熱源側
熱交換器（３）を蒸発器として機能させる通常運転と、
上記熱源側熱交換器に圧縮機（１）からの高温吐出冷媒
を流通させる除霜運転とを行なうヒートポンプシステム
において、熱源側熱交換器温度検出手段（１２）と、こ
の熱源側熱交換器温度検出手段（１２）によって検出さ
れた熱交換器温度の所定時間内における上昇量を算出す
る温度上昇量算出手段（３３）と、この温度上昇量算出
手段（３３）で算出した温度上昇量を所定の基準上昇量
と比較して、除霜運転中に、上記熱交換器温度が基準熱
源側熱交換器温度よりも低く、かつ上記温度上昇量が基
準上昇量よりも小さいとの条件を満たすときにはモータ
電圧上昇指令を発する一方、上記条件を満たさないとき
にはモータ電圧復帰指令を発する電圧変更指令発生手段
（３２）とを備え、上記インバータ（１０）は、上記モ
ータ電圧上昇指令に応じて、誘導モータ（６）に与える
モータ電圧をモータ周波数に対応した適正電圧よりもさ
らに上昇させたものとする一方、上記モータ電圧復帰指
令に応じて、誘導モータ（６）に与えるモータ電圧を上
記適正電圧とするよう構成したことを特徴とするヒート
ポンプシステム。
【請求項２】モータ周波数とモータ電圧とによって可
変速制御される圧縮機駆動用誘導モータ（６）を吐出冷
媒流路に配置した圧縮機（１）と、上記誘導モータ
（６）にモータ周波数及びこれに対応した適正なモータ
電圧を与えるインバータ（１０）と、利用側熱交換器
（２）と、熱源側熱交換器（３）とを備え、上記利用側
熱交換器（２）を凝縮器として機能させる一方で熱源側
熱交換器（３）を蒸発器として機能させて加熱運転を行
なうヒートポンプシステムにおいて、利用側熱交換器温
度検出手段（１１）と、この利用側熱交換器温度検出手
段（１１）によって検出された熱交換器温度が所定の基
準利用側熱交換器温度よりも低いとの条件を満たすとき
にはモータ電圧上昇指令を発する一方、上記条件を満た
さないときにはモータ電圧復帰指令を発する電圧変更指
令発生手段（３２）とを備え、上記インバータ（１０）
は、上記モータ電圧上昇指令に応じて、誘導モータ
（６）に与えるモータ電圧をモータ周波数に対応した適
正電圧よりもさらに上昇させたものとする一方、上記モ
ータ電圧復帰指令に応じて、誘導モータ（６）に与える
モータ電圧を上記適正電圧とするよう構成したことを特
徴とするヒートポンプシステム。
【請求項３】モータ周波数とモータ電圧とによって可
変速制御される圧縮機駆動用誘導モータ（６）を吐出冷
媒流路に配置した圧縮機（１）と、上記誘導モータ
（６）にモータ周波数及びこれに対応した適正なモータ
電圧を与えるインバータ（１０）と、利用側熱交換器
（２）と、熱源側熱交換器（３）とを備え、上記利用側
熱交換器（２）を凝縮器として機能させる一方で熱源側
熱交換器（３）を蒸発器として機能させて加熱運転を行
なうヒートポンプシステムにおいて、加熱運転開始後の
経過時間を計測する計時手段（３１）と、この計時手段
（３１）によって計測された経過時間が所定の基準時間
以内であるとの条件を満たすときにはモータ電圧上昇指
令を発する一方、上記条件を満たさないときにはモータ
電圧復帰指令を発する電圧変更指令発生手段（３２）と
を備え、上記インバータ（１０）は、上記モータ電圧上
昇指令に応じて、誘導モータ（６）に与えるモータ電圧
をモータ周波数に対応した適正電圧よりもさらに上昇さ
せたものとする一方、上記モータ電圧復帰指令に応じ
て、誘導モータ（６）に与えるモータ電圧を上記適正電
圧とするよう構成したことを特徴とするヒートポンプシ
ステム。
【請求項４】モータ周波数とモータ電圧とによって可
変速制御される圧縮機駆動用誘導モータ（６）を吐出冷
媒流路に配置した圧縮機（１）と、上記誘導モータ
（６）にモータ周波数及びこれに対応した適正なモータ
電圧を与えるインバータ（１０）と、利用側熱交換器
（２）と、熱源側熱交換器（３）とを備え、上記利用側
熱交換器（２）を凝縮器として機能させる一方で熱源側
熱交換器（３）を蒸発器として機能させて加熱運転を行
なうヒートポンプシステムにおいて、利用側熱交換器温
度検出手段（１１）と、加熱運転開始後の経過時間を計
測する計時手段（３１）と、上記利用側熱交換器温度検
出手段（１１）によって検出された熱交換器温度が所定
の基準利用側熱交換器温度よりも低いとの第１条件と、
上記計時手段（３１）によって計測された経過時間が所
定の基準時間以内であるとの第２条件とをいずれも満た
すときにはモータ電圧上昇指令を発する一方、上記各条
件のうち少なくともいずれかの条件を満たさないときに
はモータ電圧復帰指令を発する電圧変更指令発生手段
（３２）とを備え、上記インバータ（１０）は、上記モ
ータ電圧上昇指令に応じて、誘導モータ（６）に与える
モータ電圧をモータ周波数に対応した適正電圧よりもさ
らに上昇させたものとする一方、上記モータ電圧復帰指
令に応じて、誘導モータ（６）に与えるモータ電圧を上
記適正電圧とするよう構成したことを特徴とするヒート
ポンプシステム。
【請求項５】吐出冷媒温度検出手段（１３）を備え、
上記電圧変更指令発生手段（３２）は、上記吐出冷媒温
度検出手段（１３）で検出した吐出冷媒温度が所定の基
準冷媒温度よりも低いとの条件をさらに満たすときにの
みモータ電圧上昇指令を発する一方、上記条件を満たさ
ないときには強制的にモータ電圧復帰指令を発するよう
構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれ
かのヒートポンプシステム。
【請求項６】上記電圧変更指令発生手段（３２）は、
インバータ（１０）によって上記誘導モータ（６）に与
えられたモータ電圧がモータ周波数に対応した上限電圧
よりも低いとの条件をさらに満たすときにのみ、モータ
電圧上昇指令を発するよう構成したことを特徴とする請
求項１〜請求項５のいずれかのヒートポンプシステム。