JPS6217556A - 空気調和機の始動補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は負荷の程度に応じて圧縮機の能力を回転の増減
により制御すると共に、冷凍サイクルを切換えるための
四路切換弁に冷媒圧力によって切換作動される形態のも
のを用いてなる空気調和機において、始動時の四路切換
弁作動不良を起させないようにした始動補償装置に関す
る０（従来の技術） 空気調和負荷の程度に応じて圧縮機の回転速度を無段階
的に変えることにより負荷に適合した圧縮能力で運転す
るようにした空気調和機は、電子技術を駆使したインバ
ータ装置が比較的廉価に得られるようになった昨今・頓
に普及しつつあるが、この種の空気調和機は冷房、暖房
及び除湿の各運転を四路切換弁の操作によって簡単に行
えるようにしたものが多い。

ところで、冷凍サイクルを形成する圧縮機の回転速度を
室温と温度設定値との差に応じて増減制御するインバー
タ方式の空気調和機の内容については特開昭５７−６７
７３５号公報等によって公知であり、起動時において室
温が設定温度に対して差が小さいときには最低３０ヘル
ツの低速で運転し、逆に差が大きいときには最高１２０
ヘルツまで速やかに速度上昇させて高速で運転するよう
自動制御されるものであり、運転中についても室温と設
定温度との温度差に応じて供給電源の周波数が高低制御
されるようになっていて、発停回数を少くさせ、かつ室
温の変動中が小さくなる点で有利な空気調和機である。

この空気調和機で前述するヒートポンプ式のものに用い
られる四路切換弁は、第３図に示す如きソレノイド制御
パイロット操作形の四方弁が殆どであって、冷凍回路に
おける冷媒が作動流体としてピストンに作用するように
なっている。

（発明が解決しようとする問題点） このように冷凍回路中の冷媒を作動流体きして利用する
四路切換弁を持ち、圧縮機が空気調和負荷の高低に応じ
て回転制御される形態の空気調和機においては、始動時
に空調負荷が比較的小さくテ３０．　３５ヘルツなど低
ヘルツによって圧縮機が起動したとすると、四路切換弁
に規定されている最低作動差圧が冷凍回路中に生じない
ことがあって、該切換弁が正常に作動しなく緩慢となっ
て流入ボート、流出ボート、２つの切換ボートが共に所
定の圧力が起生されないため、空気調和運転が不可能と
なる問題があり、好ましくないことは言うまでもない。

上記四路切換弁（２１の構造及び作動について第３図に
もとづき以下説明すると、四路切換弁（２１は四方弁本
体α２とパイロット弁破とからなり、四方弁本体ｌＩ２
１は角形伏椀状のスライド弁Ｑ７）を挾んで１対の第１
・第２ピストン（１９ａ）、　（１９ｂ）を両側に配置
し・かつそれらをロッドα＆によって連結してなる弁体
を、シリンダ内に気密を保持して摺動可能に収設せしめ
ると共に、前記両ピストン（１９１Ｌ）、　（１９ｂ）
の外側には、第１・第２ニードル弁（２０ａ）、　（２
０ｂ〕を夫々突設せしめて、前記弁体の摺動により各ニ
ードルｊｐ　（２０ａ）、　（２０ｂ）がシリンダの両
端部に設けた第１・第２パイロツト圧ボーｔ［、（２４
を交互に開閉し得るように形成している。

なお、前記各ピストン（ユ９ａ）、（ユｇｂ）には夫々
第１・第２オリフィスｒ２１１．＋２２１が貫通して穿
設されている。

前記四方弁本体α２はシリンダの中央部に高圧導入用の
流入ボー）Ｑ３を開口すると共に、この流入ボー）１３
１に対向するシリンダ中央部に、低圧導出用の流出ボー
）Ｑ４１を開口し、かつ該流出ボートα４を挾みその両
側に第１・第２切換ボート犯、　（＋６）を並設し開口
せしめていて、前記スライド弁（１７）が第１図におい
て左方に移動した状態で流出ボート■と第１切換ポー）
　Ｃｌ５１とを気密連通し、かつ流入ざ−）＋１３と第
２切換ボートαｅとを気密連通するようになり、逆に右
方に移動した状態で流出ボー１１１４］と第２切換ボー
トαｅとを気密連通し、かつ流入ボー）１１３１と第１
切換ポートα６】とを気密連通するようになっている。

−１、パイロット弁（２５１は２個の第１・第２切換ボ
ート（２５ａ）、　（２５ｃ）と１個の共通ボート（２
５ｂ）とを弁体邪に一列に開口していて、ソレノイド（
２５ｓ）を励磁した際にスプール弁が第３図において右
方に移動することにより、第１切換ボート（２ｓａ）は
閉ざされ、かつ共通ボー）　（２５ｂ）と第２切換ボー
ト（２５０）とが気密連通する−１、ソレノイド（２５
８）を消磁しばね復帰した際には逆に左方に移動するこ
とにより、第２切換ボート（２５０）は閉ざされ、かつ
共通ボート（２５ｂ）と第１切換ボート（２５ａ）とが
気密連通するようになっている。

そして、このパイロット弁−の第１切換ボート（２５ａ
）を配管（ｐｔ）によって第１パイロツ）圧ボートのに
連絡させ、共通ボー）　（２５ｂ）を配管（Ｐ２）によ
って前記流出ボートα勾に連絡させ・さらに第２切換ボ
ート（２５ｃ）を配管ＣＰｓ）によって第２パイロツト
圧ボートｅ２４１に連絡せしめて、かくして前記四路切
換弁（２１が構成されるものである。

ところで、前記四方弁本体（１２１のスライド弁αηが
左方あるいは右方に完全に移動するためには、第１ピス
トン（１９ａ　）と第２ピストン（１９ｂ）との各背圧
間の圧力差がある値以上存在することが必要であるが、
圧縮機が長時間停止していて、しかも空気調和負荷が小
さくて３０ヘルツの低回転で始動した場合を考えると、
この状態でパイロット弁（２四を励磁して停止の状態（
第３図の暖房サイクル側）から冷房サイクルに切換える
と、スライド弁ａηは第３図の位置から右方に移動する
ものの、第１ピストン（１９ａ）の背圧が圧縮機ｔｌ＋
の吐出圧が低いために低く、かつ第１ピストン（１９ａ
）の背圧と低圧である第２ピストン（１９ｂ）の背圧と
の間の圧力差が小さいためにスライド弁０７）の動作が
緩慢となって流入ボー）０３１．流出ボートα蛎第１・
第２切換ボートα５）、αＧが共に連通ずる過渡状態の
経過時間が長くなる現象が生じる結果、前述した背圧間
の圧力差が極端に小さくなってスライド弁αηの移動が
停止してしまって、過渡状態の中間位置から動かなくな
り、サイクルの切換えが不可能となる事態を招くのであ
る。

なお、インバータ方式の空気調和礪で低ヘルツの低回転
で運転が開始されて、これが継続される態様としては、
下記のような場合が考えられる。

（イ）除湿主体の冷房運転、 室温と設定温度の差が１．５℃以内で湿度が高いとき番
こ、冷却能力を押え、除湿効果を高めるために圧縮機を
低周波数で運転し、かつ室内風量を超微風で運転すると
き。

（口］　運転のための周波数を、室温と設定温度との差
によ？て制御している場合で、低周波数運転中に手動停
止指令によって停止した直後に運転操作したときまた設
定温度値に近い室温状態で運転を開始したとき。

但し、四路切換弁（２）を冷房サイクル側通電で使用し
ているときはケ】（四面運転状態、反対に暖房サイク）
ＸＪＭ通電で使用しているときは【嗜運転状態のときに
夫々切換作動不良が生じ易いものである０以上説明した
ように低回転で圧縮機が始動してこれが短時間でなく継
続するような場合に、圧縮機の吐出量が少く、また、差
圧も徐々についてくるために四路切換弁が途中で停止し
て動かなくなり正常ζぐ作動しないために本来の空気調
和機能を失してしまうだけでなく、圧縮機モータの温度
上昇、潤滑不良などによる焼きっけが発生するなどの問
題が生じる点に鑑みて本発明はか＼る問題点の解消をは
かるべく成されたものであって、始動直後の所定時間は
たとえ軽負荷であっても圧縮機を四路切換弁の正常な作
動を補償し得る冷媒圧力が発生するに足る回転数まで強
制的に出力増加させるようにすることによって、安定し
たしかも罹実な始動を実現せしめようとするものである
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は可変速圧縮機ｆｉ＋、冷凍回路中の冷媒が作動
流体として与えられる四路切換弁（２１，熱源側フィル
１３１．減圧器（４１，利用側フィル（５１１前記可変
圧縮機Ｉｌ＋の回転速度を前記四路切換弁（２）が切換
作動し得ない回転速度まで低減制御せしめる圧縮機駆動
手段（６）を備えた空気調和機における始動補償装置と
して、始動信号出力手段（７）と、弁切換信号出力手段
（８］と、低速制御信号出力手段（９）と、計時手段ｆ
１０１と、始動制御手段（Ｉｌｌとの５要素により構成
したものである。

しかして始動信号出力手段（７）は、前記可変速圧縮機
（１）を始動させるための始動信号を発するものであっ
て、始動スイッチや自動投入用タイマの接点などが該当
する。

一方、弁切換信号出力手段（８］は、四路切換弁（２１
を冷房〔除湿〕側と、暖房側とに切換え作動するための
弁切換信号を発するものであって冷暖切換スイッチなど
が該当する。

次に低速制御信号出力手段（９）は、四路切換弁（２１
が作動不良を来す如き低回転速度で前記圧縮機Ｉｌ＋を
運転させる制御出力を前記圧縮機駆動手段（６）から出
力しているときに低速制御信号を発する構成となしてい
る。

つづいて前記計時手段＋１０１は長時間停止の後などに
発せられる前記始動信号、前記弁切換信号及び前記低速
制御信号の三つの信号の論理積により計時開始して計時
信号を発し、該信号を所定時間経過し計時完了するまで
持続する構成としている。

−万、前記始動制御手段（Ｐｌ）は、前記計時手段］１
１）が計時信号を発している間、前記四路切換弁（２１
を作動させるに十分な速度で可変速圧縮機（１）を運転
させる制御出力を前記圧縮機駆動手段（６）から出力せ
しめる構成となしている。

（作用） 本発明は空気調和負荷が小さくて実ｍ１１ｉ１度と設定
温度との差が小さい状態で始動し、しかもこの負荷条件
が暫時継続するような場合には、計時手段（１０）で設
定した時間例えば３０秒の間は、始動制御手段＋ＩＩ＋
から所要回転で可変速圧縮機Ｉｌ＋を強制駆動せしめる
出力を発せしめることによって、四路切換弁（２）を正
常に切換作動せしめて、完全な冷凍サイクルへの切換え
が確実に果される。

（実施例） 以下、本発明の１実施例について添付図面を参照しつつ
詳述する。

第１図は本発明空気調和機の１例の冷凍回路の概要を示
し、一方、第２図は電気制御回路をブロック示したもの
であって、この空気調和機は可変速圧縮機ｆｉ＋、第３
図に構造を示す四路切換弁（２）、熱源側コイル（３）
、減圧器（４１例えばキャピラリチューブ、アキュムレ
ータ０υ及び前記コイル＋３１用のファン（３ｚを備え
た室外ユニツ）　（０）と、利用側フィル（６）及び該
コイル（５１用フアン瞥を備えた室内ユニツ）（Ｉ）と
、両ユニツ）［Ｉ）、［ω相互を連絡する液管−ガス管
圓とからなっていて、公知の可逆冷凍サイクルに形成し
ている。

そして四路切換弁（２）を、該ソレノイドの励磁によっ
て冷房側に切換え、またソレノイドの励磁を解くことに
よって暖房側に切換えて冷房、除湿と暖房との運転切換
えを行い得るものである。

前記四路切換弁（２１の構造及び機能に関してはさきに
詳述しているので重複する説明を省略するが、第３図に
示すソレノイド非励磁の暖房側切換状態で四方弁本体０
２１のスライド弁αの外方のシリンダ内空間（斜線示の
部分）は高圧域であり、第２パイロット圧ボート１２４
１ヲ介しこのシリンダ内空間に連通している配管（Ｐ、
）もまた高圧域であって、この状態からソレノイド励磁
の冷房、除霜に切換えると、低圧域である配管（Ｐ、）
は第１切換ボート（２５ａ）で低圧側とはしゃ断される
一方、配管（ｐ、）及び第２ピストン（１９ｂ）の右側
の室は、配管（Ｐ、）を介して流出ポー）　Ｑ４１と連
通して低圧域となるので、第２ピストン（１９ｔ＋）の
右側の室の圧力と第１ピストン（１９ａ）の左側の室の
圧力との間の圧力差によって弁体は右方に摺動する。

このように四路切換弁（２）が切換作動することによっ
て、暖房サイクルは冷房サイクルに切換ると共に、四方
弁本体α２のシリンダ内及び配管（Ｐ、〕は高圧域とな
り、かつ、パイロット圧ボー）ｆ２４１及び配管（Ｐｌ
）は低圧域となることによって、スライド弁ａηの右方
に移動し切った位置は安定保持される。

ところで暖房サイクルから、すなわち冷房時期において
運転を始める前の停止状態の冷凍回路から、冷房サイク
ルに切換える場合に、可変速圧縮ｍ　１１１が低速で始
動して、この低速が暫時継続する際に、前述したように
四路切換弁（２）が中立の中間位置で停止しないように
第２図に示す制御回路によって前記圧縮機（１）の始動
補償制御を行わせている。

第２図において（６：は圧縮機駆動手段であって、始動
信号出力手段（７）が発する始動信号と、設定温度信号
出力手段顛が発する設定温度信号（Ｔａ）と、実測温度
信号出力手段ｆ４１）が発する実測温度信号（Ｔｏ）と
を入力として受ける周波数指令手段（６））、この周波
数指令手段（６））からの指令によって変換された周波
数を持つ交流電圧を出力するインバータ（６２）を基本
要素となしていて、実測温度信号（Ｔｏ）と設定温度信
号（Ｔ８）との差に応じて例えば３０〜１２０ヘルツの
範囲内で変換された周波数を持つ電圧を出力して可変圧
縮機（１）のモータ（ＩＭ）に印加するよう形成したも
のであり、前記圧縮機Ｉｌ＋の出力を１：４の範囲で無
段階的に制御させるようになっている。

（７）は始動信号出力手段であって、例えば始動スイッ
チが使用され、スイッチの投入によって圧縮４ｉ１１１
１を始動させるための始動信号を発するよう形成される
。

（８）は弁切換信号出力手段であって、冷房サイクル（
除湿サイクル）＠と暖房サイクル（停止状態）側とに切
換えるための補助リレーが使用され、冷房サイクル側に
切換える場合と暖房サイクル側に切換える場合とで、レ
ベルの異なる弁切換信号が発せられるように形成される
。

前記設定温度信号出力手段はαは、例えば温度調節器が
用いられるものであって、空気調和を行う室内の温度の
基準値を任意に設定でき、設定温度に対応した設定温度
信号（Ｔ８Ｘ電気信号）を発する発信回路に形成してい
る。

また、前記実（１）１温度信号出力手段ｎｔ＋は室内に
設置した温度検知サーモと、該サーその抵抗変化を電気
変位に変換する変換回路とを要素となしていて、室内の
実測温度に対応した実［［信号（ＴＯ）（電気信号〕を
発する発信回路に形成している〇＋９１は低速制御信号
出力手段であって、設定温度信号（ＴＯ）と実！１１！
１度信号（ＴＯ）との差が小さくて例えば１℃の差であ
るときに、前記圧縮機ｆｉ＋を低回転速度の最低ヘルツ
（３０ヘルツ）を持つ電圧で運転させる制御出力を前記
圧縮機駆動手段（６）から出力しているときに低速制御
信号を発するよう形成している。

なお、このときの低回転速度で圧縮４！ａｌｌ＋が駆動
している場合は、十分な高低差圧が出なくて四路切換弁
（２１が切換え作動不良を来すおそれが大であることは
前述した通りである。

＋１０１は計時手段、例えばタイマ回路であって、短時
間例えば３０秒の設定時限を有し、計時を行っている間
、計時信号を発するように形成している。

上記タイマ回路１０１は、前記始動信号、前記弁切換信
号及び前記低速制御信号の三つの信号が共に発信されて
いることによって、計時を開始するように作動する０ （１１１は前記タイマ回路ＬＩＯ＋の出力を受けて作動
する始動制御手段（１）１であって、タイマ回路１１０
１の計時性訪中は運転制御回路鞠に出力を発して、可ｆ
ＥＥＪｆｌＩ１ｍを例えば５５ヘルツで運転させるよう
に圧縮Ｉａｈ動手段（６）に対する指令を強制的に変更
させると同時に、前記低速制御信号を圧縮機駆動手段（
６）に送信させないよう保留させる禁止出力を発する。

なお、５５ヘルツの周波数を持つ電圧が印加されたとき
の前記圧縮機ｉｌ＋は中速となって、四路切換弁（２）
を正常に作動させるに足る高低圧々力差を該切換弁（２
１に与えることができる。

鉄工の構成を有する始動補償装置の作動態様を第４図を
参照しながら以下概要説明すると、運転開始の操作を行
った時点で（ステップ（イ］）、これが長時間停止して
いた状態での最初の操作であることによって（ステップ
（Ｔ：Ｑ）、前記始動信号【７）が発せられる。

そして運転モードが冷房で四路切換弁【２）の切換操作
が必要であることを判断して（ステップレ場）、弁切換
信号が発せられると、つづいて運転制御回路において設
定温度信号（ＴＯ）と実測温度信号（ＴＯ）との差の演
算ならびにこの温度差に応じた要求周波数（ＦＹ）の算
定を行って、該要求周波数（ｐｙ）が、四路切換弁（２
）に対する作動補償が必要になる周波（ＦＭ）例えば４
０ヘルツとの比較を行わせる（ステップ（−Ｊ　）　ａ この比較結果がＦｙ≦ＦＭであるとステップ（勾から分
岐してステップ（へ）に進み、低速制御信号を発する結
果、タイマ回路（ｌωが作動して計時開始する。

そしてタイマー回路＋１０１が計時完了するまでの間は
前記始動制御手段（１１）が作動して、運転周波数（Ｐ
σ）が所定ヘルツ、すなわち四路切換弁（２）を確実に
切換作動するに足る最小周波数ＣＩＰｓ）例えば５５ヘ
ルツになるように圧縮機駆動手段（６）に制御指令を発
する（ステップ（チ）。

かくして、圧縮機駆動手段１８１は５５ヘルツの電圧を
出力しくステップ（２））、四路切換弁（２１は弁の正
常作動に必要な流体圧力が確保されることによって切換
えが完了する（ステップ（］）。

その後、タイマ回路＋１０１が計時完了により（ステッ
プ［）ｌ　）　、始動制御手段ｆｌｌ＋の作動が解除さ
れる結果、運転周波数（１’Ｕ）は始めの要求周波数（
ＦＹ）例・えば３０ヘルツになるように圧縮機駆動手段
＋６）に指令が発せられ（ステップ（！Ｊ）　）　、該
駆動手段（６）は３０ヘルツの電圧を出力する（ステッ
プ（，０）。

このように一連の始動補償制御が成される結果、四路切
換弁］２）は確実に冷房側にセットされ、作動不良の問
題は解消される。

（発明の効果） 本発明は以上詳述した如き構成及び作用を有するもので
あって、始動時の運転要求回転速度が低い場合は計時手
段＋１０１で設定した時間に限って圧縮機駆動手段（６
）から四路切換弁（２１の正常作動に必要な差圧を確保
し得る回転速度まで可変速圧縮機！１１を駆動させるよ
うにしたから、四路切換弁（２１は所定位置まで正確に
切換作動し、中立位置で停止する如き不都合は解消され
、かくして四路切換弁（２１の不確実な作動にもとづく
エネルギー損失、圧縮機ｆｉ＋の損傷を抑えて、制御信
頼性を向上せしめる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の１実施例に係る冷凍回路図
及び電気制御回路図、第３図は第１図における四路切換
弁の構造図、第４図は本発明の１実施例に係る運転状警
示フロー図である。 ■・・・可変速圧縮機、（２１・・・四路切換弁。 （３）・・・熱源側フィル、【４）・・・減圧器。 （６）・・・利用側コイル、（６）・・・圧縮機駆動手
段。 １７）・・・始動信号出力手段。 （８）・・・弁切換信号出力手段。 （９１・・・低速制御信号出力手段。 （１０１・・・計時手段、　　ｔｉｌ＋・・・始動制御
手段。 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変速圧縮機（１）、冷凍回路中の冷媒が作動流体
   として与えられる四路切換弁（２）、熱源側コイル（３
   ）、減圧器（４）、利用側コイル（５）、前記可変速圧
   縮機（１）、の回転速度を前記四路切換弁（２）が切換
   作動し得ない回転速度まで低減制御せしめる圧縮機駆動
   手段（６）を備えた空気調和機において、 前記圧縮機（１）を始動させるための始動信号を発する
   始動信号出力手段（７）と、 前記四路切換弁（２）を切換作動するための弁切換信号
   を発する弁切換信号出力手段（８）と、四路切換弁（２
   ）が作動不良を来す如き低回転速度で前記可変速圧縮機
   （１）を運転させる制御出力を前記圧縮機駆動手段（６
   ）から出力しているときに低速制御信号を発する低速制
   御信号出力手段（９）と、始動信号、弁切換信号及び低
   速制御信号の三つの信号の論理積により計時開始して計
   時信号を発し、該信号を所定時間経過し計時完了するま
   で持続する計時手段（１０）と、 前記計時手段（１０）が計時信号を発している間、前記
   四路切換弁（２）を作動させるに十分な速度で前記可変
   速圧縮機（１）を運転させる制御出力を前記圧縮機駆動
   手段（６）から出力せしめる始動制御手段（１１）とを
   設けたことを特徴とする空気調和機の始動補償装置。