JPH1137571A

JPH1137571A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH1137571A
Application number: JP9190023A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Yoshida; 和正吉田; Norio Takahashi; 典夫高橋; Masahiko Watanabe; 正彦渡辺; Kazuhiko Kezuka; 和彦毛塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】冷房時には、液圧縮などのための特別な手段
を必要とせず、暖房時には、その快適性を失わず、効果
的な負荷軽減動作を行なうことを可能にする。【解決手段】冷凍サイクルでの室外熱交換器２と減圧
器３との間から圧縮機１の冷媒入口とにわたって、流量
抵抗を有しかつ冷媒圧力に応じて開閉するバイパス弁６
とバイパス減圧器７とからなるバイパス路を設け、ま
た、室内熱交換器４に、冷媒温度の検出装置８を設け
る。冷房運転時では、圧縮機１の突出冷媒ガス圧力が所
定の値を越えると、このバイパス路が作動して負荷軽減
を行なう。暖房運転時では、マイコン１０が温度検出装
置８によって検出される冷媒温度Ｔｏから、冷媒温度の
変化速度とタイムラグ時間などを考慮して予測温度Ｔを
求め、この予測温度Ｔが負荷判定値を越えるとき、過負
荷状態になると予測し、室外送風機１４，室内送風機１
３，圧縮機１を制御して負荷軽減を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に係
り、特に、高負荷時に圧縮機等の信頼性確保のために好
適な空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機では、室外熱交換器や室内熱
交換器での吸熱量と放熱量とのアンバランスなどで圧縮
機が過負荷状態になり、圧縮機での冷媒の温度や圧力が
異常に高くなると、潤滑油の劣化などにより、圧縮機の
シリンダなどに傷が付くなどして圧縮機などの動作や寿
命に影響する。

【０００３】このような問題を解消し、圧縮機などの信
頼性を確保するために、従来、特開昭６１−２１７６５
５号公報に、圧縮機から凝縮器，膨張弁，蒸発器を介し
て冷媒が流れて圧縮機に戻る冷凍サイクルに、膨張弁と
蒸発器とを冷媒がバイパスするバイパス回路を設け、こ
のバイパス回路をキャピラリチューブと電磁弁とで構成
した冷凍機が開示されている。

【０００４】かかる冷凍機においては、圧縮機の吐出冷
媒ガス温度を温度センサで検出し、その検出温度が所定
温度以上になると、圧縮機が過負荷状態にあるものとし
て、通常は閉じている電磁弁を開き、凝縮器から送られ
てくる液冷媒の一部をバイパス回路に流すようにする。
このバイパス回路では、この液冷媒がキャピラリチュー
ブで減圧され、電磁弁を介し、蒸発器からの冷媒ガスと
混合されて圧縮機に戻される。これにより、蒸発器から
の冷媒ガスがパイパス回路からの液冷媒によって冷され
て圧縮機の吐出冷媒ガスの温度が下がることになり、圧
縮機は過負荷状態から開放される。このようにして、圧
縮機の信頼性を確保するようになっている。

【０００５】一方、従来の空気調和機では、暖房運転
時、圧縮機の負荷軽減を行なうための制御として、冷媒
温度が設定されている作動値を越えたとき、圧縮機の回
転数を落としたり、室内送風機や室外送風機の回転数を
変更して熱交換器の放熱量や吸熱量を変化させたりする
ことにより、圧縮機の負荷軽減を実現している。なお、
上記作動値は、ある１つの負荷状態を想定して設定され
た一定の値である。

【０００６】また、特開昭６２−３７０９３号公報に
は、回転数制御型の空気調和機において、圧縮機の負荷
を軽減するために、圧縮機の吐出冷媒ガス圧力を一定値
以下に制御する方法が開示されている。これは、圧縮機
の回転数が低いほど、圧縮機の吐出冷媒ガスの圧力が高
くなるということに着目し、作動値として圧縮機の回転
数に応じた制限値を設定し、インバータの入力直流電流
がこの制限値を越えないようにインバータを制御するこ
とにより、圧縮機の吐出冷媒ガスの圧力を一定値以下に
するものである。この入力直流電流がこの制限値以上と
なると、圧縮機が過負荷状態にあるとして、その回転数
を変化させる。この場合、この制限値は、基本的には一
定であり、圧縮機の回転数に応じて過負荷状態でのこの
入力直流電流値が異なるから、この回転数に応じて変化
させているのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６１−２１
７６５５号公報に記載の従来技術によると、空気調和機
の冷房運転時では、バイパス回路を作動させることによ
り、パイパス回路から低温の冷媒で蒸発器からの冷媒を
冷却させ、これにより、圧縮機の吐出冷媒ガスの温度が
低下して圧縮機の信頼性を確保することができる。

【０００８】しかしながら、かかる従来技術では、圧縮
機の信頼性確保に必要な吐出冷媒の圧力に対応する配慮
がなされていない。そこで、高温センサの代わりに高圧
センサを用い、その検出圧力に応じて電磁弁の開閉を行
なうようにすることも考えられるが、高圧センサやその
検出圧力に応じて電磁弁を開閉制御する制御手段を必要
として、構成が複雑化，大規模化するし、また、圧縮機
の吐出冷媒ガスの圧力を下げるためには、相当な量の液
冷媒をバイパス回路から圧縮機に戻さなければならず、
このため、圧縮機では、液圧縮などに対処するための特
別な手段が必要となる。

【０００９】一方、空気調和機の暖房運転時において
は、上記のように、作動値は一定であり、その作動値を
越えると、過負荷軽減動作に入る。ここで、冷媒温度や
インバータの入力直流電流（以下、これを状態値とい
う）が作動値を越えたことを検出し、これに基いて負荷
軽減動作を開始してからその効果が得られるまでにタイ
ムラグがあり、このために、タイムラグを考慮し、早め
に負荷軽減動作に入るように、この作動値が低めに設定
されている。

【００１０】しかし、作動値をこのように設定すると、
次のような問題が生ずる。

【００１１】作動値を決定した過負荷の状態と同じ過負
荷の状態で暖房運転を行なっているときには、図３（ａ
２）に示すように、状態値が変化する。即ち、いま、負
荷が高いために状態値が上昇していき、状態値が作動値
を越えると、負荷軽減動作が開始し、その効果が所定の
タイムラグをもって現われるが、この状態値が過負荷領
域に入り込まないように作動値が設定されているのであ
るから、この状態値が過負荷領域に入る前にこのタイム
ラグを経過することになり、従って、この状態値は過負
荷領域に入らずに、問題なく負荷軽減動作が行なわれ
る。

【００１２】負荷が上記よりも大きい場合には、上記に
比べて状態値の上昇速度が大きい。このために、図３
（ｂ２）に示すように、この状態値が作動値を越えて負
荷軽減動作を開始しても、それからタイムラグ分時間経
過したときには、状態値が過負荷領域に入り込むことに
なり、この状態から負荷軽減動作の効果が現れて状態値
が低減する。このように、状態値の過負荷領域へのオー
バシュートが生じ、また、負荷が大きいほどこのオーバ
シュートが大きくなり、圧縮機の保護をしきれないこと
になる。

【００１３】また、図３（ａ２）に示した場合よりも負
荷が小さいが、状態値が作動値を越えるような場合もあ
る。このような場合には、状態値の上昇速度は小さく、
図３（ｃ２）に示すように、状態値が作動値を越えて
も、過負荷領域に達しない場合もあるにかかわらず、負
荷軽減動作に入ってしまい、タイムラグ経過後、その効
果が現れて状態値が低下してしまう。このため、圧縮機
としては効率の良い運転がなされず、暖房時の快適性が
失われることになる。

【００１４】本発明の第１の目的は、かかる問題を解消
し、構成の複雑化，規模の拡大を回避して冷房時の負荷
軽減を行なうことができ、圧縮機の信頼性を確保する空
気調和機を提供することにある。

【００１５】本発明の第２の目的は、暖房時、その快適
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、圧縮機の信頼性を確保する空気調和機を提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は、冷凍サイクルの減圧器と室内熱交
換器とに並列に、室外熱交換器と該減圧器との間の冷媒
圧力が圧縮機の過負荷状態に応じて設定した所定の閾値
以上のときに該冷媒圧力に応じた開度で開くバイパス弁
を有するバイパス路を設ける。

【００１７】かかる構成によると、冷房運転時、圧縮機
の負荷が増加して吐出冷媒ガス圧力が増加し、この結
果、室外熱交換器から出力される冷媒の圧力が上記所定
の閾値以上となると、この冷媒圧力に応じた量の低温の
冷媒が、バイパス路により、減圧器と室内熱交換器とを
バイパスして圧縮機に戻り、圧縮機での冷媒の温度を低
下させて圧縮機の吐出冷媒ガスの圧力を低下させる。こ
れにより、該圧縮機の負荷を軽減する。また、冷媒の一
部が該パイパス路を通ることにより、該室内熱交換器で
の冷媒が減少して吸熱量が低減する。これにより、該圧
縮機の負荷が軽減して圧縮機の吐出冷媒ガスの圧力を低
下させる。このようにして、圧縮機の吐出冷媒ガス圧力
は上記所定の閾値に保持されるように、バイパス弁が動
作し、該圧縮機の負荷が軽減される。また、このバイパ
ス弁は、冷媒の圧力に応じて開閉するから、この冷媒の
圧力を検出手段や弁の制御手段は必要ない。

【００１８】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明は、さらに、該バイパス路に、バイパス弁を通過
した冷媒を減圧するバイパス減圧器を設ける。

【００１９】かかる構成により、該バイパス路を通過す
る冷媒は該バイパス弁と該バイパス減圧器とによって気
化されて冷媒ガスになり、この冷媒ガスが圧縮機に戻る
ことになる。このために、該圧縮機では、液冷媒による
液圧縮を防止することができ、液圧縮に対処する特別の
手段を設ける必要がない。

【００２０】上記第２の目的を達成するために、本発明
は、室内熱交換器での冷媒の温度を検出する温度検出手
段と、該温度検出手段の検出温度に基いて圧縮機の過負
荷状態を検出し、該圧縮器，室外送風機，室内送風機の
少なくともいずれか１つを制御して該圧縮機の負荷を軽
減する制御手段とを設け、該制御手段は、該温度検出手
段の検出温度とそのときの温度の変化速度とから予め決
められた所定時間後の予測温度を求め、該予測温度が該
圧縮機の過負荷状態を示す過負荷判定値を越えるとき、
該圧縮機が過負荷状態にあると判定する。

【００２１】かかる構成によると、暖房運転時、冷媒の
温度を検出すると、そのときの温度の変化速度から圧縮
機の吐出冷媒ガスの圧力の変化を予測することができ、
これにより、過負荷状態に入るか否かを判定することが
できる。このため、負荷が大きいときには、冷媒の温度
の上昇速度が如何なるものであっても、吐出冷媒ガスの
圧力が過負荷領域に入ることが予測されるものであれ
ば、負荷軽減動作が行なわれるから、過負荷領域に入る
ことがなく、また、負荷が小さくて冷媒の温度の上昇速
度が小さい場合には、吐出冷媒ガスの圧力が過負荷領域
に入ることが予測されるまで負荷軽減動作は行なわれる
ことがなく、圧縮機の運転が効率良く行なわれて暖房時
の快適性が損なわれることがない。

【００２２】負荷軽減動作に入ってから、実際に冷媒の
圧力が下がるなどの効果が現われるまでには、タイムラ
グがある。このため、そのタイムラグ時間分早めに負荷
軽減動作に入れるように制御を行なう。この早めに負荷
軽減動作に入るための作動値は、その空気調和機固有の
タイムラグ時間（上記所定時間）と過負荷判定値と現在
の冷媒温度とその変化速度により求められる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
より説明する。図１は本発明による空気調和機の一実施
形態を示すブロック図であって、１は圧縮機、２は室外
熱交換器、３は減圧器、４は室内熱交換器、５は切替弁
（例えば、四方弁）、６はバイパス弁、７はバイパス減
圧器、８は温度検出装置、９は制御回路、１０はマイク
ロコンピュータ（以下、マイコンという）、１１はメモ
リ、１２ａ〜１２ｃはリレー、１３は室内送風機、１４
は室外送風機である。

【００２４】同図において、圧縮機１の冷媒ガスの吐出
側に配管によって切替弁(四方弁)５が接続され、圧縮機
１から吐出される圧縮された冷媒ガスが矢印で示す方向
に切替弁５に送られる。この切替弁５から室外熱交換器
２，減圧器３，室内熱交換器４が順に配されて切替弁５
に戻り、この切替弁５からさらに配管が圧縮機の冷媒入
力側に接続されている。このようにして、圧縮機１，室
外熱交換器２，減圧器３及び室内熱交換器４によって冷
凍サイクルが形成されており、切替弁５により、室外熱
交換器２，減圧器３及び室内熱交換器４からなる経路で
の冷媒の流れる方向を切り替えることができる。しか
し、いずれの流れ方向であっても、圧縮機１から矢印方
向に吐出された冷媒は切替弁５からこの経路に流れ、ま
た、この切替弁５に戻って矢印方向に圧縮機１に入力さ
れる。

【００２５】室外熱交換器２には室外送風機１４が設け
られ、また、室内熱交換器４には室内送風機１３が設け
られており、これら送風機１３，１４は制御回路９によ
って制御される。

【００２６】また、室外熱交換器２と減圧器３との間か
ら圧縮機１の冷媒入口にわたって、減圧器３と室内熱交
換器４と切替弁５とをバイパスするように、バイパス弁
６とバイパス減圧器７とからなるバイパス路が設けられ
ている。このバイパス弁６は、室外熱交換器２と減圧器
３との間での冷媒ガスの圧力が所定値以上のとき、その
圧力に応じた開度で開く。また、バイパス減圧器７は、
バイパス弁６を通った冷媒を減圧する。

【００２７】さらに、室内熱交換器４には、そこでの冷
媒の温度を検出する温度検出装置８が設けられており、
その検出温度に応じて、制御回路９が室内送風機１３や
室外送風機１４，圧縮機１などを制御する。

【００２８】制御回路９は、メモリ１１を有するマイコ
ン１０やリレー１２ａ〜１２ｃなどから構成されてい
る。メモリ１１には、過負荷状態か否かを判定するため
の過負荷判定値や負荷軽減動作を開始してから実際に負
荷の軽減効果が現われるまでのタイムラグ時間などのデ
ータが記憶されており、また、マイコン１０が取り込ん
だ温度検出装置の検出温度や演算処理データなどもこの
メモリに記憶されて格納される。マイコン１０は、暖房
運転時、温度検出装置８の検出温度を取り込み、メモリ
１１に格納されているデータを用いて演算処理すること
により、圧縮機１の負荷状態を検出し、これが過負荷状
態にならないように、リレー１２ａ〜１２ｃにより、室
外送風機１４や圧縮機１や室内送風機１３を制御する。

【００２９】ここで、リレー１２ａはオン，オフ動作す
るものであり、これにより、室外送風機１４がオン，オ
フする。リレー１２ｂもオン，オフ動作するものであ
り、これにより、圧縮機１がオン，オフする。リレー１
２ｃは室内送風機１３の回転速度を、例えば、３段階に
切り替えるものである。

【００３０】なお、この実施形態の室内温度の調整制御
については、従来の空気調和機と同様とすることができ
るので、その説明を省略する。

【００３１】次に、この実施形態の動作を説明するが、
まず、冷房運転時の動作について説明する。

【００３２】冷房運転のときには、切替弁５により、冷
房サイクルが形成される。即ち、圧縮機１の吐出冷媒ガ
スは、切替弁５から室外熱交換器２に送られて放熱し、
凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は減圧器３で減圧さ
れて減圧され、冷媒ガスとして室内熱交換器４に送られ
て室内の熱を吸熱し、切替弁５を通って圧縮機１に送り
こまれる。この場合、冷房効率を高めるために、室内送
風機１３と室内送風機１４とが適宜運転される。

【００３３】ここで、室外熱交換器２と減圧器３との間
での凝縮された液冷媒の圧力が、圧縮機１が過負荷状態
に入ることを示すある所定の圧力値以上となると、バイ
パス弁６がこの液冷媒の圧力に応じた開度で開き、これ
によってバイパス路を冷媒が通り、室外熱交換器２から
送り出される液冷媒の一部が減圧器３や室内熱交換器
４，切替弁５をバイパスすることになる。

【００３４】バイパス路では、そこを通る液冷媒が流量
抵抗を持つバイパス弁６やバイパス減圧器７によって減
圧されて冷媒ガスとして気化され、室内熱交換器４から
の冷媒ガスと混合されて圧縮機１に送りこまれる。この
とき、室外熱交換器２から送り出される液冷媒は温度が
低いから、バイパス路を通って室内熱交換器４からの冷
媒ガスと混合される冷媒ガスも温度が低い。また、室内
熱交換器４に送りこまれる冷媒ガスは、バイパス路を通
る冷媒の分量が少なくなっているので、室内からの吸熱
量も少ない。このため、室内熱交換器４からのかかる冷
媒ガスにバイパス路からの低温の冷媒ガスが混入される
と、圧縮機１に入力される冷媒ガスは効果的に冷されて
低いものとなっており、圧縮機１の吐出冷媒ガスの圧力
を低下させることができる。即ち、圧縮機１の負荷軽減
が行なわれることになる。

【００３５】このようにして、上記従来の空気調和機の
ような冷媒の圧力検出手段やバイパス路での弁の制御手
段などを設けることなく、高負荷時に、圧縮機の負荷軽
減動作が効果的に行なわれ、圧縮機１の信頼性を確保す
ることができる。

【００３６】また、バイパイ路では、バイパス弁６やバ
イパス減圧器７によってこれを通る冷媒が気化されて圧
縮機１に戻るように構成されているので、圧縮機１での
液冷媒による液圧縮を防止することもでき、この液圧縮
に対処する特別な手段も必要としない。

【００３７】次に、この実施形態の暖房輾転について説
明する。

【００３８】暖房運転の場合には、制御回路９で、マイ
コン１０からの指令により、リレー１２ａ、１２ｂ、１
２ｃがオンしており、これにより、室外送風機１４，圧
縮機１及び室内送風機１３が作動している。また、切替
弁５が切り替わり、冷媒の流れる方向が上記の冷房運転
の場合とは逆の暖房サイクルが形成される。即ち、圧縮
機１の高温，高圧の吐出冷媒ガスは、切替弁５から室内
外熱交換器４に送られて室内への放熱が行なわれる。こ
の冷媒ガスは、さらに、減圧器３で減圧され、室外熱交
換器２で外気からの吸熱を行なって、切替弁５を介し、
圧縮機１に送りこまれる。このとき、室外熱交換器２で
は、室外送風機１４によって室外の空気が送りこまれる
ことにより、冷媒が室外の熱を効率良く吸収し、また、
室内熱交換器４では、室内送風機１３によって室内の空
気が吸いこまれ、吹き出されているので、冷媒の放熱に
よる温風が室内に吹き出される。

【００３９】なお、この暖房運転では、減圧器３と室外
熱交換器２との間の冷媒の圧力は減圧器３によって低下
されており、バイパス弁６は開くことがなく、従って、
バイパス路による負荷の軽減動作は行なわれない。そこ
で、この暖房運転時では、次に説明するような負荷の軽
減動作が行なわれる。

【００４０】外気温が高いときや室内側の送風量が少な
いときには、暖房サイクル全体としての吸熱量が放熱量
に比べて多いため、圧縮機１が、その吐出冷媒ガスの圧
力や温度が上昇して、過負荷状態となることがある。

【００４１】このため、制御回路９では、マイコン１０
が室内熱交換器４での温度検出装置８の検出温度Ｔｏと
メモリ１１のデータを演算することにより、この現在の
冷媒温度Ｔｏからタイムラグ時間経過後の冷媒の温度を
予測し（この予測する温度を予測温度Ｔという）、この
予測温度Ｔが設定される過負荷判定値以上となるかどう
かを検出することにより、過負荷状態となるかどうかの
判定が行なわれる。

【００４２】ここで、予測温度Ｔは、一例として比例法
によると、次式（１）によって求めることができる。Ｔ＝Ｔｏ＋Ｋ・Ｒ・△Ｔ ……（１）ここで、Ｔ：予測温度（℃）Ｔｏ：現在の冷媒温度（℃）Ｋ：比例定数Ｒ：タイムラグ時間（秒） △Ｔ：温度の変化速度（℃/秒）。

【００４３】なお、温度の変化速度ΔＴは、マイコン１
０の温度検出装置８からの検出温度の取り込み周期をΔ
ｔとし（但し、Δｔ＞Ｒ）、１つ前に取り込んだ検出温
度をＴｏ’とすると、次の式（２）で表わされる。 ΔＴ＝（Ｔｏ−Ｔｏ’）／Δｔ ……（２）この式（２）を演算するために、温度検出装置８からの
検出温度は、少なくとも次の検出温度を取り込むまでメ
モリ１１に格納しておく。また、取込み周期Δｔもメモ
リ１１に格納されている。

【００４４】また、タイムラグ時間Ｒは、空気調和機の
構造などに応じて異なる。例えば、室外側送風機用のリ
レー１２ａをオフして室外送風機１４を停止させようと
しても、そのプロペラの慣性によってしばらく回り続け
る。このため、その間数秒〜数十秒程度は室外熱交換器
２で吸熱が続けられる。このタイムラグ時間Ｒもメモリ
１１に格納されている。

【００４５】さらに、タイムラグ時間Ｒの経過中に変化
する冷媒温度が次第に飽和してくることから、タイムラ
グ時間Ｒ経過後の実際の冷媒温度は現在の温度変化速度
ΔＴのままで求めた予測温度より低くなる。このため、
予測温度Ｔとしては、この分を見込んで設定する必要が
あり、このため、上記比例定数Ｋは、０≦Ｋ≦１の範囲
で設定する。タイムラグ時間Ｒなどと同様、空気調和機
の構造などに応じても異なるが、０．８程度となる。こ
の比例定数Ｋもメモリ１１に格納されている。

【００４６】このようにして求めて予測温度Ｔがメモリ
１１に格納されている過負荷判定値と比較され、これを
越えたときには、過負荷状態に入るものと判定し、マイ
コン１０は負荷軽減動作を開始させる。この負荷軽減動
作は、リレー１２ａ〜１２ｃのいずれかもしくは全部を
制御して圧縮機１をオン，オフしたり、室外送風機１４
をオン，オフしたり、室内送風機１３の回転速度を切り
替えたりするものである。

【００４７】以下では、図２により、この過負荷判定に
伴う負荷軽減動作について説明するが、図２にステップ
での負荷軽減作動，負荷軽減解除や判定値などについ
て、１例として、次のように定義付ける。

【００４８】過負荷判定値１＝５６℃ 負荷軽減解除判定値１＝５０℃ 過負荷判定値２＝５８℃ 負荷軽減解除判定値２＝５１℃ 過負荷判定値３＝６４℃ 負荷軽減解除判定値３＝５２℃ 負荷軽減１作動＝リレー１２ａをオフし、室外送風機１
４を停止負荷軽減２作動＝リレー１２ｃを切り替え、室内送風機
１３の回転速度を増加負荷軽減３作動＝リレー１２ｂをオフし、圧縮機１を停
止また、負荷軽減１解除，負荷軽減２解除，負荷軽減３解
除は夫々上記の負荷軽減１作動，負荷軽減２作動，負荷
軽減３作動とは逆の制御である。

【００４９】図２において、暖房運転が開始すると、マ
イコン１０はリレー１２ａ〜１２ｃをオンにし、圧縮機
１や室外送風機１４，室内送風機１３を動作させる。こ
れにより、暖房サイクルが形成され、室内の暖房が行な
われる。

【００５０】かかる暖房運転の開始とともに、室内熱交
換器４に取り付けられた温度検出装置８が冷媒温度を検
出し（ステップ１０１）、マイコン１０がその検出温度
Ｔｏを取り込むことにより、圧縮機１の吐出冷媒ガスの
圧力を擬似的に検出する(ステップ１０２)。ここで、上
記のように、温度検出装置８の検出温度Ｔｏの取込みは
上記周期Δｔで行なわれるのであるが、ここでは、２回
目以降の取込みが行なわれたものとする。従って、前回
取り込んだ検出温度Ｔｏ’がメモリ１１に格納されてい
る。

【００５１】マイコン１０は、この検出温度Ｔｏを取り
込むと、メモリ１１から前回取り込んだ検出温度Ｔｏ'
を読み出し（ステップ１０３）、これら検出温度Ｔｏ,
Ｔｏ'から上記式（２）により温度の変化速度ΔＴを求
める（ステップ１０４）。そして、さらに、メモリ１１
から比例定数Ｋやタイムラグ時間Ｒを読み出して上記式
（１）の演算を行ない、タイムラグ時間Ｒ経過後の予測
温度Ｔを求める（ステップ１０５）。

【００５２】次に、メモリ１１から過負荷判定値を読み
出して得られた予測温度Ｔと比較するが、まず、この予
測温度Ｔと最も低い過負荷判定値１（＝５６℃）とを比
較する（ステップ１０６）。ここで、予測温度Ｔ≦過負
荷判定値１である場合には、タイムラグ時間Ｒの経過後
も過負荷状態にならないと判定し、次に、最も低い負荷
軽減解除判定値１（＝５０℃）と比較する（ステップ１
０８）。ここで、予測温度Ｔ≦負荷軽減解除判定値１で
あるならば、暖房効率が充分でないと判定し、負荷軽減
１解除動作を行なって室外送風機１４を運転状態（オン
状態）にし（ステップ１０９）、負荷軽減２解除動作を
行なって室内送風機１４の回転速度を小さくし（ステッ
プ１１３）、圧縮機１を運転状態にする（ステップ１１
７）。そして、温度検出装置８の次の温度検出を行なう
ステップ１０１に戻る。

【００５３】継続する暖房運転で圧縮機１の負荷が増加
し、求めた予測温度Ｔが過負荷判定値１（＝５６℃）を
越えると（ステップ１０６）、タイムラグ時間Ｒを経過
するまでに圧縮機１が過負荷状態になると判定し、直ち
に負荷軽減１作動動作を開始させる（ステップ１０
７）。即ち、マイコン１０はリレー１２ａをオフにし、
室外送風機１４を停止させる。次に、予測温度Ｔを過負
荷判定値２（＝５８℃）と比較するが、このとき、５６
℃＜予測温度Ｔ≦５８℃であるとすると、予測温度Ｔ≦
過負荷判定値２であるから（ステップ１１０）、予測温
度Ｔを負荷軽減解除判定値２（＝５１℃）と比較する
（ステップ１１２）。このときには、予測温度Ｔ≦負荷
軽減解除判定値２であるから、負荷軽減２解除動作を行
なって室内送風機１４の回転速度を小さくし（ステップ
１１３）、負荷軽減３解除動作を行なって圧縮機１を運
転状態にする（ステップ１１７）。そして、温度検出装
置８の次の温度検出を行なうステップ１０１に戻る。

【００５４】また、圧縮機１の負荷がさらに高く、温度
の変化速度が大きくなて５８℃＜予測温度Ｔ≦６４℃で
あるとすると、予測温度Ｔ＞過負荷判定値１（ステップ
１０７），予測温度Ｔ＞過負荷判定値２（ステップ１１
０）であるから、負荷軽減１作動を行なって室外送風機
１４を停止させ（ステップ１０７）、さらに、負荷軽減
２作動を行なって室内送風機１３の回転速度をさらに高
い方に切り替える（ステップ１１１）。そして、次に、
予測温度Ｔを過負荷判定値３（＝６４℃）と比較する
が、このとき、予測温度Ｔ≦過負荷判定値３であるから
（ステップ１１４）、予測温度Ｔを負荷軽減解除判定値
３（＝５２℃）と比較する（ステップ１１６）。このと
きには、予測温度Ｔ≦負荷軽減解除判定値３であるか
ら、負荷軽減３解除動作を行なって圧縮機１を運転状態
にする（ステップ１１７）。そして、温度検出装置８の
次の温度検出を行なうステップ１０１に戻る。

【００５５】また、圧縮機１の負荷がさらに高く、温度
の変化速度がさらに大きくて６４℃＜予測温度Ｔである
とすると、予測温度Ｔ＞過負荷判定値１（ステップ１０
７），予測温度Ｔ＞過負荷判定値２（ステップ１１
０），予測温度Ｔ＞過負荷判定値３（ステップ１１４）
であるから、負荷軽減１作動を行なって室外送風機１４
を停止させ（ステップ１０７）、負荷軽減２作動を行な
って室内送風機１３の回転速度をさらに高い方に切り替
え（ステップ１１１）、さらに、負荷軽減３作動を行な
って圧縮機１を停止させる。そして、温度検出装置８の
次の温度検出を行なうステップ１０１に戻る。

【００５６】このようにして、予測温度Ｔにより、圧縮
機１の負荷が高く、負荷の上昇速度はあまり速くない
が、タイムラグ時間Ｒ後に圧縮機１が過負荷状態になる
ことが予測される場合には、室外送風機１４を停止させ
て室外熱交換器２での吸熱量を抑えて圧縮機１の負荷を
軽減するようにし、また、圧縮機１の負荷がさらに高
く、負荷の上昇速度がより速くて、タイムラグ時間Ｒ後
に圧縮機１が過負荷状態になることが予測される場合に
は、室外送風機１４を停止させて室外熱交換器２での吸
熱量を抑えるとともに、室内送風機１３の回転速度をさ
らに高めて室内熱交換器４での放熱量を増加させて、圧
縮機１の負荷を軽減するようにする。これよりもさらに
圧縮機１の負荷が高く、負荷の上昇速度が非常に速く
て、タイムラグ時間Ｒ内でより急速に圧縮機１が過負荷
状態になることが予測される場合には、室外送風機１４
を停止させて室外熱交換器２での吸熱量を抑え、室内送
風機１３の回転速度をさらに高めて室内熱交換器４での
放熱量を増加させるとともに、圧縮機１を停止させて、
圧縮機１の負荷を軽減するようにする。このように、圧
縮機１の負荷の大きさに応じて、負荷の軽減動作を段階
的に切り替えるようにし、これにより、効率の良い負荷
軽減動作を行なうことができる。

【００５７】以上のような負荷軽減動作により、圧縮機
１の負荷が軽減されるが、そのまま負荷軽減動作が継続
すると、負荷が異常に低下して圧縮機１はその性能を充
分に発揮することができなくなり、暖房効率が低下して
その快適性が損なわれてしまう。このために、負荷軽減
動作を解除することが必要となり、上記の負荷軽減解除
判定器１，２，３を設定し、これらを基準に負荷軽減動
作の解除を行なわせるものである。

【００５８】ここで、この実施形態では、上記のよう
に、圧縮機１の負荷の大きさ（過負荷判定値１，２，
３）毎に異なる負荷軽減１，２，３の動作を行なわせる
ものであるから、負荷軽減動作の解除も、行なわれてい
る負荷軽減動作の種類に応じて異ならせるようにする。
これにより、負荷軽減動作しても直ちに負荷が異常に大
きくならないようにする。例えば、負荷が異常に大きく
なったために負荷軽減１，２，３作動を行なっていると
きに、負荷が軽減したとしてこれら負荷軽減１，２，３
作動を同時に解除すると、もともと負荷が大きいため
に、直ちに過負荷状態に入ろうとする場合もあり、この
ため、これら負荷軽減動作の解除後直ちにこれら負荷軽
減動作に再入することになる。これにより、これら負荷
軽減動作の起動と解除とが同時にかつ短い周期で繰り返
されることになり、圧縮機１や送風機１３，１４に負担
がかかるし、また、消費電力も増加する。

【００５９】この実施形態では、このような問題も解消
できるものであって、図２において、いま、負荷軽減
１，２，３作動が行なわれて室外送風機１４が停止し、
室内送風機１３が速い回転速度で回転し、圧縮機１が停
止した負荷軽減動作状態にあり、この結果、ステップ１
０１〜１０５の一連の動作によって得られた予測温度Ｔ
が６４℃を越える値が低下して５８℃＜予測温度Ｔ≦６
４℃となったとすると、負荷軽減１作動，負荷軽減２作
動は解除されないが（ステップ１０６，１０７，１１
０，１１１）、予測温度Ｔ≦過負荷判定値３（＝６４
℃）であるから、この予測温度Ｔが負荷軽減解除判定値
３（＝５２℃）と比較される（ステップ１１６）。この
とき、予測温度Ｔ＞負荷軽減解除判定値３であるから、
負荷軽減３解除も行なわれずにステップ１０１に戻り、
この動作が繰り返される。

【００６０】以下同様にして、負荷が軽減されて５６℃
＜予測温度Ｔ≦５８℃になったときには、ステップ１０
１〜１０７，１１０，１１２，１１４，１１６の一連の
動作が繰り返され、また、負荷がさらに軽減されて５２
℃（＝負荷軽減解除判定値３）＜予測温度Ｔ≦５６℃に
なったときには、ステップ１０１〜１０６，１０８，１
１０，１１２，１１４，１１６の一連の動作が繰り返さ
れる。そして、これらの動作中、負荷軽減１，２，３の
解除は行なわれない。

【００６１】その後、さらに圧縮機の負荷が軽減して５
１℃（＝負荷軽減解除判定値２）＜予測温度Ｔ≦５２℃
（＝負荷軽減解除判定値３）になると、ステップ１０１
〜１０６，１０８，１１０，１１２，１１４の処理がな
された後、このときの予測温度Ｔと負荷軽減解除判定値
３との比較が行なわれるが（ステップ１１６）、このと
き、予測温度Ｔ＜負荷軽減解除判定値３であるから、負
荷軽減３解除が行なわれる（ステップ１１７）。これに
より、圧縮機１が始動し、ステップ１０１に戻る。

【００６２】この状態で圧縮機１の負荷が高くなって予
測温度Ｔが高くなっていくと、上記のステップ１０１〜
１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６の一
連の動作の繰り返しが行なわれ、その後、予測温度Ｔが
６４℃を越えると、再び負荷軽減３作動が行なわれて圧
縮機１が停止するが、これとは反対に、負荷軽減３解除
が行なわれて（ステップ１１７）、圧縮機１が始動して
も、予測温度Ｔが低下して５０℃（＝負荷軽減解除判定
値１）＜予測温度Ｔ≦５１℃（＝負荷軽減解除判定値
２）になると、ステップ１０１〜１０６，１０８，１１
０の処理がなされた後、このときの予測温度Ｔと負荷軽
減解除判定値２との比較が行なわれるが（ステップ１１
２）、このとき、予測温度Ｔ≦負荷軽減解除判定値２で
あるから、負荷軽減２解除が行なわれる（ステップ１１
３）。これにより、室内送風機１１３の回転速度が低下
し、ステップ１１３を経てステップ１０１に戻る。

【００６３】かかる圧縮機１の運転と室内送風機１１３
の回転速度の低下により、予測温度Ｔが上昇すれば、遂
には、負荷軽減２作動が行なわれて室内送風機１１３の
回転速度を高められるし（ステップ１１１）、さらに
は、これでも予測温度Ｔが上昇すると、上記のように、
負荷軽減３作動が行なわれて圧縮機１を始動させるよう
にするが（ステップ１１５）、上記のように、圧縮機１
を停止させ、さらに、室内送風機１１３の回転速度を低
めても、予測温度Ｔが低下し、予測温度Ｔ≦５０℃（＝
負荷軽減解除判定値１）になると、ステップ１０１〜１
０６の処理がなされた後、このときの予測温度Ｔと負荷
軽減解除判定値１との比較が行なわれるが（ステップ１
０８）、このとき、予測温度Ｔ≦負荷軽減解除判定値１
であるから、負荷軽減１解除が行なわれる（ステップ１
０９）。これにより、室外送風機１１４が運転を開始
し、ステップ１１３，１１７を経てステップ１０１に戻
る。

【００６４】このようにして、段階的に負荷軽減３，
２，１の解除が行なわれ、これら解除が同時に行なわれ
ることによる圧縮機１での急激な負荷変動を防止してい
る。

【００６５】なお、例えば、圧縮機１の吐出冷媒ガスの
圧力を２．５５ＭＰａに制御したい場合、暖房サイクル
の構成にもよるが、上記の例では、温度検出装置８で検
出される温度が約５６℃以上のとき、過負荷状態とす
る。

【００６６】図３（ａ１）〜（ｃ１）は代表的な負荷状
態でのこの実施形態の負荷軽減動作による検出温度の変
化特性図である。

【００６７】図３（ａ１）は圧縮機１が高負荷状態にあ
る場合の検出温度の変化特性を示すものであり、マイコ
ン１０が温度検出装置８の検出温度Ｔｏからタイムラグ
時間Ｒ経過後の予測温度Ｔを求め、この予測温度Ｔが過
負荷判定値を越えるとき、負荷軽減動作を開始する。こ
の過負荷判定値は、図２における過負荷判定値１，２ま
たは３であり、負荷軽減動作は、これら過負荷判定値
１，２，３に応じた図２における負荷軽減１作動または
負荷軽減１，２作動または負荷軽減１，２，３作動であ
る。

【００６８】そこで、圧縮機１の負荷が高いときには、
温度検出装置８で検出される冷媒温度は上昇していく
が、この温度検出装置８の検出温度Ｔｏから求められる
予測温度Ｔが過負荷判定値を越えると、負荷軽減動作に
入る。これにより、冷媒温度はさらに上昇していくが、
この負荷軽減動作により、その上昇が抑えられていっ
て、タイムラグ時間Ｒを過ぎても過負荷判定値を越える
ことがなく、低下していく。従って、圧縮機１は過負荷
状態とはならない。

【００６９】上記従来の空気調和機においても、これと
同じ負荷条件として（即ち、例えば、冷媒温度の変化速
度が等しい）、作動値を適宜設定することにより、図３
（ａ２）で説明したように、圧縮機を過負荷状態となら
ないようにすることができる。

【００７０】図３（ｂ１）は図３（ａ１）の場合よりも
さらに負荷が高い場合を示している。この場合には、上
記検出温度の上昇速度が図３（ａ１）の場合よりも速
い。

【００７１】この場合、温度検出装置８で検出される冷
媒温度はより急速に上昇していくが、これでも、この温
度検出装置８の検出温度Ｔｏから求められる予測温度Ｔ
が過負荷判定値を越えると、負荷軽減動作に入る。これ
により、冷媒温度はさらに上昇していくが、この負荷軽
減動作により、その上昇が抑えられていって、タイムラ
グ時間Ｒを過ぎても過負荷判定値を越えることがなく、
低下していく。従って、圧縮機１は過負荷状態とはなら
ない。

【００７２】但し、この場合には、冷媒温度の上昇速度
が大きいことから、マイコン１０で求まる上昇温度分
（上記式（１）でのＫ・Ｒ・ΔＴ）が図３（ａ１）で説
明した場合よりも大きくなるから、この場合の検出温度
Ｔｏが図３（ａ１）での検出温度Ｔｏよりも低いときに
圧縮機１が過負荷状態になることを予測することがで
き、従って、このように検出温度の上昇速度が大きくな
っても、過負荷状態になるのを回避することができる。

【００７３】これに対し、上記従来の空気調和機では、
図３(ｂ１)の場合と冷媒温度の上昇速度が同じとした場
合、図３(ｂ２)で説明したように、作動値が一定である
ことから、この冷媒温度が作動値を越えたときに負荷軽
減動作が開始した場合には、負荷軽減動作による冷媒温
度の低下がタイムラグ時間を経過して現われるため、負
荷が過負荷状態内にオーバーシュートしてしまい、過負
荷状態に入ってしまう。このオーバーシュート量は、冷
媒温度の上昇速度が大きいほど大きくなる。

【００７４】以上のように、この実施形態は、冷媒温度
の上昇速度ΔＴとタイムラグ時間Ｒとを見込んで早めに
負荷軽減動作を開始するものであって、これにより、圧
縮機１の過負荷状態への移行を防止することができるの
である。

【００７５】図３（ｃ１）は図３（ａ１）の場合よりも
さらに負荷が軽い場合を示している。この場合には、上
記冷媒温度の上昇速度が図３（ａ１）の場合よりも遅
い。

【００７６】この場合においても、冷媒温度が上昇続け
れば、遂には、圧縮機１は過負荷状態となる。この実施
例では、圧縮機１の負荷が軽くて冷媒温度の上昇が遅い
場合には、マイコン１０で求まる上昇温度分（上記式
（１）でのＫ・Ｒ・ΔＴ）が図３（ａ１）で説明した場
合よりも小さいなるから、この場合の検出温度Ｔｏが図
３（ａ１）での検出温度Ｔｏよりも高いときに圧縮機１
が過負荷状態になることを予測することができ、従っ
て、このように検出温度の上昇速度が小さくなっても、
図３（ｃ１）に示すように、過負荷状態になるのを回避
することができる。

【００７７】これに対し、上記従来の空気調和機では、
図３（ｃ１）の場合と冷媒温度の上昇速度が同じとした
場合、図３（ｃ２）で説明したように、作動値が一定で
あることから、この冷媒温度が固定された上記作動値を
越えたときに負荷軽減動作が開始した場合には、圧縮機
の過負荷状態での冷媒温度の下限よりも低い状態で、負
荷軽減動作による冷媒温度の低下が生ずることになる。
このため、まだ余裕があるにもかかわらず、負荷軽減動
作が行なわれて、暖房能力が低減し、暖房の快適性が損
なわれる。

【００７８】以上のように、この実施形態は、冷媒温度
の上昇速度ΔＴとタイムラグ時間Ｒとを見込んでぎりぎ
りまで負荷軽減動作の開始を遅らせることができるの
で、暖房能力を充分に発揮させることができ、暖房の快
適性が失われることがない。

【００７９】なお、以上の説明では、具体的な数値を挙
げたが、かかる数値に過ぎず、これによって本発明が限
定されるものではない。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷房運転時は吐出冷媒ガスの凝縮後の圧力が、所定以上
になったとき、バイパス弁は圧力に応じて弁が開くの
で、圧力を下げることができ、高負荷時などの圧縮機へ
の影響を軽減することができる。

【００８１】さらに、液冷媒は、バイパス弁とバイパス
減圧器により気化されてから、圧縮機の入口側にくるた
め、液冷媒による液圧縮も防止できるので、液圧縮に対
応した特別な手段も必要としないで済む。

【００８２】また、バイパス弁は圧力に応じて、弁を開
くため、圧力センサなどの検出手段も必要としないで済
む。

【００８３】また、暖房運転時にはバイパス弁の圧力は
上昇せず、バイパス弁が開くことはない。従って、この
バイパス弁は冷房運転時独自の負荷軽減装置となる。

【００８４】暖房運転時には、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圧縮
機の信頼性を確保し、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。

【００８５】また、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。

【００８６】また、冷房運転時と暖房運転時の負荷軽減
装置が夫々独立しており、互いに干渉し合うことがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による空気調和機の一実施形態を
示すブロック図である。

【図２】図１に示した実施形態での暖房運転時の負荷軽
減制御動作を示すフローチャートである。

【図３】図１に示した実施形態と従来の空気調和機とで
の暖房運転時の負荷軽減動作による効果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１圧縮機２室外熱交換器３減圧器４室内熱交換器５切替弁（四方弁）６バイパス弁７バイパス減圧器８温度検出装置９制御回路１０マイクロコンピュータ１１メモリ１２ａ〜１２ｃリレー装置１３室内送風機１４室外送風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者毛塚和彦栃木県下都賀郡大平町大字富田709番地の２株式会社日立栃木エレクトロニクス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも圧縮機から、四方弁を介し
て、室外熱交換器，減圧器及び室内熱交換器が順に配列
されてなる冷凍サイクルが形成され、冷房運転と暖房運
転とで該冷凍サイクルでの冷媒の流れ方向を切り替える
ようにした空気調和機において、該減圧器と該室内熱交換器とに並列に冷媒のバイパス路
を設け、該バイパス路は、該室外熱交換器と該減圧器との間の冷
媒圧力が該圧縮機の過負荷状態に応じて設定された所定
の閾値以上のときに該冷媒圧力に応じた開口度で開くこ
とにより、該開口度に応じた量の冷媒を該減圧器と該室
内熱交換器とに対してバイパスするバイパス弁を有する
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】請求項１において、前記バイパス路に、前記バイパス弁を通過した冷媒を減
圧するバイパス減圧器を設けたことを特徴とする空気調
和機。
【請求項３】請求項１または２において、前記室内熱交換器での冷媒の温度を検出する温度検出手
段と、該温度検出手段の検出温度に基いて前記圧縮機の過負荷
状態を検出し、前記圧縮器，室外送風機，室内送風機の
少なくともいずれか１つを制御して前記圧縮機の負荷を
軽減する制御手段とを設け、該制御手段は、該温度検出手段の検出温度とそのときの
温度の変化速度とから予め決められた所定時間後の予測
温度を求め、該予測温度が前記圧縮機の過負荷状態を示
す過負荷判定値を超えたとき、前記圧縮機が過負荷状態
にあると判定することを特徴とする空気調和機。