JP3979361B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機運転容量を可変とする空気調和機に関するものであり、より詳しくは、圧縮機の運転制御方法としてトルク制御を採用する空気調和機に関するものである。

従来のトルク制御によって圧縮機の運転を制御する空気調和機では、圧縮機の１回転中における負荷トルク変動に応じてインバータ装置の出力電圧を変化させてトルク制御を行っているものがあった（例えば特許文献１参照）。

また、圧縮機運転周波数を減少させる空気調和機の運転制御方法としては、圧縮機の入力電流の急上昇を抑制するため、圧縮機モーターへの交流電流やインバータ用直流電圧などに関係なく圧縮機の下降周波数を上昇周波数より遅くしたり、圧縮機運転周波数が減少する際には、運転周波数下降の途中の所定の運転周波数で所定時間その運転周波数を維持し、所定時間経過後再度運転周波数を下降させたりする制御を行っていた（例えば特許文献２、３参照）。
特開平６−３１１７７８号公報 特開平１−２３７３７３号公報 特開平１−７５８４９号公報

しかしながら、上記従来の構成では次のような課題があった。すなわち、圧縮機の１回転中における負荷トルク変動に応じてインバータ装置の出力電圧を変化させてトルク制御を行うだけでは、低速運転領域のトルク制御と中高速運転領域の負荷対応制御の切換え周波数において、圧縮機の運転が不安定になったり、振動が発生したりすることがあった。

ここで、負荷対応制御とは、空調負荷に見合った冷房能力あるいは暖房能力を出力するのに必要な圧縮機の運転周波数に変更する制御のことを言い、以下、負荷対応制御と言うことにする。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、トルク制御と負荷対応制御の切換えをスムーズに行うことにより、圧縮機の安定な運転を確保することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は、運転周波数変更時に少なくとも変更前の運転周波数と目標運転周波数との間にトルク制御と負荷対応制御の切換え周波数が含まれる場合には、切換え周波数を閾値として負荷対応制御領域に対し、トルク制御領域の室外ファン回転数を上げるように制御を行うものである。

本構成により、トルク制御と負荷対応制御の切換えをスムーズに行うことが可能となり、トルク制御と負荷対応制御の切換え周波数付近において、安定した圧縮機周波数制御を実現することができる。

また、運転周波数下降時において、切換え周波数を通過し、トルク制御領域内 に運転
周波数が入った際に所定時間、高低圧間をバイパスさせるように制御す ることで、トルク制御と負荷対応制御の切換え周波数付近において、より安定 した圧縮機周波数制御を実現することができ、本体の防振構造を簡素化できる 。

以上のように、本願発明の空気調和機によれば、トルク制御と負荷対応制御の切換えをスムーズに行うことができ、圧縮機の安定な運転が確保できる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
まず、図１、２を用いて本願発明の空気調和機の実施の形態１について説明する。 図１は、本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル図である。図１において、冷媒は、圧縮機１を吐出された後、凝縮器２で凝縮し、キャピラリーチューブ３で減圧され、蒸発器４で蒸発し、圧縮機１に戻る構成となっている。５は制御手段であり、運転指示に応じて圧縮機１の運転周波数を変化させる。

このうち、圧縮機１は制御手段５からの運転周波数指令信号により、トルク制御と負荷対応制御とを切り替えて制御されている。

ここで、トルク制御とは、圧縮機の１回転中における負荷トルク変動に応じてインバータ装置の出力電圧を変化させる制御のことを言い、周波数変動がゼロとなるようにインバータ出力へフィードバックし、出力トルクを負荷トルクと一致させる制御を行うものである。

また、負荷対応制御とは、空調負荷に見合った冷房能力あるいは暖房能力を出力すのに必要な圧縮機の運転周波数に変更する制御のことを言う。このトルク制御は、圧縮機における低周波数領域での振動を低減させるのに効果があり、同時に騒音やトータル効率の最適化も行うことが可能である。

しかしながら、所定周波数以上では、振動や騒音が小さくなるためトルク制御を行う必要がなくなり、逆に、かえってトルク制御を行うために圧縮機流入直流電流が高くなり、過電流が原因で頻繁に発停を繰り返してしまうことがある。

従って、低周波数領域ではトルク制御を行い、中高周波数領域では負荷対応制御を行うことが一般的である。

図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における空気調和機の圧縮機運転周波数と室外ファン回転数の変化タイムチャートである。同図のように、圧縮機運転周波数を上昇および下降させる場合、滑らかな制御移行が行われるよう、切換え周波数ＨＺ１を閾値として負荷対応制御領域に対し、トルク制御領域の室外ファン回転数を上げるように制御を行う。

図２（ｂ）は圧縮機の脚加周波数の模式図である。同図のようにトルク制御と負荷対応制御の切換え周波数において、負荷対応制御領域に対し、トルク制御領域の室外ファン回転数を上げるように制御を行うことにより、トルク制御と負荷対応制御の切換えをスムーズに行うことが可能となり、圧縮機の振動が抑制でき、圧縮機の安定な運転を確保することができる。

（実施の形態２）
次に、図３、４を用いて本願発明の空気調和機の実施の形態２について説明する。図３は、本発明の実施の形態２における空気調和機の冷凍サイクル図である。図３において、冷媒は、圧縮機１を吐出された後、凝縮器２で凝縮し、キャピラリーチューブ３で減圧され、蒸発器４で蒸発し、圧縮機１に戻る構成となっている。また、圧縮機の吐出側と吸入側をバイパス路６で連通させ、電磁開閉弁７を介装している。５は制御手段であり、運転指示に応じて圧縮機１の運転周波数を変化させる。

このうち、圧縮機１は制御手段５からの運転周波数指令信号により、トルク制御と負荷対応制御とを切り替えて制御されている。

図４（ａ）は、本発明の実施の形態２における空気調和機の圧縮機運転周波数と高低圧バイパス制御の変化タイムチャートである。同図のように、圧縮機運転周波数を下降させる場合に、負荷対応制御領域とトルク制御領域との切換え周波数を閾値として、トルク制御領域内に運転周波数が入った際に圧力差をすばやく緩和し、圧縮機の負荷が軽くなるように、所定時間、高低圧間をバイパスさせるように制御を行う。

図４（ｂ）は圧縮機の脚加周波数の模式図である。同図のように圧縮機の運転周波数を下降する場合に、トルク制御と負荷対応制御の切換え周波数を閾値として、トルク制御領域内に運転周波数が入った際に所定時間、高低圧間をバイパスさせることで、トルク制御と負荷対応制御の切換えをスムーズに行うことが可能となり、圧縮機の振動がより抑制することが可能となり、本体防振構造を簡素化できる。

本発明の第一の実施形態を示す空気調和機の冷凍サイクル図 （ａ）本発明の第一の実施形態を示す空気調和機の圧縮機運転周波数と室外ファン回転数の変化タイムチャート（ｂ）本発明の第一の実施形態を示す空気調和機の圧縮機の脚加周波数を示す図 本発明の第二の実施形態を示す空気調和機の冷凍サイクル図 （ａ）本発明の第二の実施形態を示す空気調和機の圧縮機運転周波数と高低圧バイパス制御の変化タイムチャート（ｂ）本発明の第二の実施形態を示す空気調和機の圧縮機の脚加周波数を示す図

符号の説明

１ 圧縮機
５ 制御手段
６ バイパス流路
７ 電磁開閉弁

Claims (3)

1. 運転周波数可変の圧縮機と、この圧縮機の運転周波数を変化させる制御手段とを有し、前記圧縮機の運転周波数が所定周波数以下のときはトルク制御を行い、前記圧縮機の運転周波数が所定周波数より大きいときは負荷対応制御を行う空気調和機であって、前記負荷対応制御を行う圧縮機周波数での運転時に比べて前記トルク制御を行う圧縮機周波数での運転時で室外ファン回転数を高くすることを特徴とする空気調和機。
2. 運転周波数可変の圧縮機と、この圧縮機の運転周波数を変化させる制御手段とを有し、前記圧縮機の運転周波数が所定周波数以下のときはトルク制御を行い、前記圧縮機の運転周波数が所定周波数より大きいときは負荷対応制御を行う空気調和機であって、さらに前記圧縮機の吐出側と吸入側とを開閉手段にて開閉自在に連通させるバイパス管を有し、前記圧縮機の運転周波数が所定周波数を挟んで低下方向に変化する場合には、前記所定周波数を越えた時点から前記開閉手段を所定時間開放させることを特徴とする空気調和機。
3. 前記負荷対応制御による運転時において、前記圧縮機周波数に応じて、前記室外ファン回転数を可変することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

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