JPH02191882A - 圧縮機の容量制御装置及びその制御方法 - 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、空調機などに設けられた圧縮機の容量を制御
する圧縮機の容量制御装置に係り、特に空調機の性能及
び信頼性を向上させ快適性を高めるに好適な圧縮機の容
量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

空調機などに設けられた圧縮機の容量を制御する装置と
しては、従来は特開昭５８−１８５８１号公報に記載さ
れた提案が公知である。この提案は周波数変換回路によ
り低周波数域まで圧縮機を駆動する周波数を制御し、圧
縮機の駆動可動な周波数以下の能力を可変とするために
、アンロード方式のような機械式容量制御方式を用い、
圧縮機能力の可変幅を拡大するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記従来技術によると、第９図に示すよう
に圧縮機の駆動可能な周波数の下限値をＨ２ｍとし、そ
のときの圧縮機能力を従来の機械式容量制御方法により
Ａ点からＢ点まで下げてＱｍとするとき、急激な負荷変
動が発生して圧縮機の性能や信頼性が低下し、さらには
空調機による室温の変動も急激となって快適性も低下す
るという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり。

圧縮機の能力を連続的に変化させ、かつ能力可変幅を広
くすることができ、急激な負荷変動をなくして性能及び
信頼性を向上させることのできる圧縮機の容量制御装置
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、圧縮機。

四方切換弁、室内側熱交換器、室外側熱交換器。

膨張弁及び差圧変換器により形成された冷凍サイクル中
の前記圧縮機の容量を制御する圧縮機の容量制御装置に
おいて、前記圧縮機を出力周波数によって可変速運転す
るインバータと、前記圧縮機に内蔵され該圧縮機の吸入
側と吐出側とに流路切換弁を介して選択的に連通するバ
イパス機構と。

室内温度センサまたは流量センサ、前記インバータ、切
換弁、膨張弁及び差圧変換器との間と信号を受授し前記
バイパス機構の制御を行なう信号処理装置とを具備した
ことを特徴としている。

また、圧縮機の容量制御方法においては、圧縮機を複数
台並列に接続し、該圧縮機のうち少なくとも１台の圧縮
機をインバータにより可変速運転するとともに、該イン
バータの出力周波数の変化時に他の圧縮機を起動停止す
るようにするものとする。

また、圧縮機を駆動する極数変換モータと、該圧縮機の
吸入側と排出側とに流路切換弁を介して選択的に連通ず
るバイパス機構と、前記極数変換モータの極数が大きい
ときにのみ前記バイパス機構を吸入側に切り換える切り
換え手段とを具備した構成でも良い。

〔作用〕

上記の発明のうち第１の発明の構成によると、信号処理
装置には空調をしている室内や圧縮機冷凍サイクル及び
インバータなどの状態を示す温度。

圧力、電流などの信号が入力され、該信号処理装置から
インバータ、膨張弁、バイパス機構などへ信号が出力さ
れる。そして信号処理装置に予じめ設定された処理条件
を基に、入力された信号によりバイパス機構を動作させ
るか否かを判定する。

判定結果によってバイパス機構を動作させ、はぼ同時に
インバータの出力周波数を所定の値まで上昇させて圧縮
機を駆動可能とする。その後インバータの出力周波数を
下げることにより圧縮機能力を連続的に下げることがで
き、急激な能力変動を押えて能力可変幅を拡大すること
ができる。第２発明の圧縮機台数を複数台として一部を
可変速運転、他を状態に応じて起動停止する手段、また
第３の発明の極数変換モータにより圧縮機を駆動し。

極数が大きいときにのみバイパス機構を吸入側とする手
段を用いても、同様の作用が得られる。

（実施例） 以下、本発明の第１の発明の一実施例を図面を参照して
説明する。

第１図及び第２図に第１の発明の一実施例を示す、第１
１！ｌにおいて、スクロール圧Ｊ［ｌｌの吸入管２及び
吐出管３はそれぞれ四方切換弁４を介し室内側熱交換器
５及び室外側熱交換器６に接続されており、これらの熱
交換器５，６間は冷媒配管７で接続されている。この冷
媒配管７には膨張弁８が設けられており、この膨張弁８
の上流側と下流側との差圧は差圧変換器９により検出さ
れ電気信号に変換される。また吸入管２及び吐出管３の
それぞれの中間部には吸入側バイパス管１０及び吐出側
バイパス管１１の一端が接続されており。

これらのバイパス管１０，１１の他端は流路切換弁１２
に接続されている。さらにこの流路切換弁１２はバイパ
ス管１３を介してスクロール圧縮機１に接続されている
。このスクロール圧縮機１は動力線１４を介してインバ
ータ１５に接続されており、このインバータ１５は駆動
周波数を出力してスクロール圧縮機１を駆動する。また
前記膨張弁８．差気変換器９．流路切換弁１２．インバ
ータ１５及び室内に設けられた温度センサ１６はそれぞ
れ信号線１７，１８，１９，２０，２１を介して信号処
理装置２２に接続されている。なお。

第１図に実線で示す切換弁４，１２の流路は冷房運転の
状態を示している。

次に機械式容量制御機構を内蔵したスクロール圧縮機１
の構造を第２図に示す６機械式容量制御機構として吸入
バイパス機構２３を用いる。この吸入バイパス機構２３
はスクロール圧縮機１の固定スクロール２４に取り付け
られたケース２５と、このケース２５内に摺動可能に装
置された逆止弁２６と、この逆止弁２６を固定スクロー
ル２４側に付勢するバネ２７とから構成されている。ま
たケース２５の一端はバイパス管１３に接続されており
、他端は固定スクロール２４に形成されたバスバス孔２
８に連通している。一方、圧縮室２９は固定スクロール
２４と旋回スクロール３０とにより囲まれた空間で形成
されており、この旋回スクロール３０は固定スクロール
２４とフレーム３１との間に回転自在に挟持され、クラ
ンク軸３２により回転駆動されて吸入管２から吸入した
作動流体を圧縮して吐出管３を介して冷凍サイクル側に
吐出するようになっている。なお符号３３はフレーム３
１と旋回スクロール２４との間に設けられ、旋回スクロ
ール２４の自転を防止するためのオルダムリングである
。また前記バイパス孔２８は圧縮室２９に連通している
。

次に上記のように構成された本実施例の動作を説明する
。スクロール圧縮機１は周波数変換回路を有するインバ
ータ１５により制御された周波数により回転駆動される
が、この周波数によって制御される回転数には下限があ
り、この下限値以下にスクロール圧縮機１の能力を下げ
るために機械式容量制御機構が用いられる。また信号処
理Ｍ［２２には空調をしている室内の温度や、圧縮機冷
凍サイクル及びインバータ１５などの状態を示す圧力、
電流などの信号が入力され、この信号処理袋［２２から
インバータ１５．膨張弁８及び機械式容量制御機構を構
成する流路切換弁１２などに信号を出力する。インバー
タ１５の出力周波数が運転周波数域の下限になった状態
において、室内の温度センサ１６からさらに能力を下げ
る信号が信号処理装置２２に入力されると、この信号処
理袋！！２２により必要な能力の下げ幅を演算し、設定
周祈数ＨＺ　ｓを決めてインバータ１５に周波数をこの
Ｈ２ｓまで上げる信号を送る。同時に流路切換弁１２を
作動させる信号を送り、第２図に実線で示すように流路
切換弁１２を作動させて、吸入側バイパス管１０とバイ
パス管１３とを接続する。この状態では吸入側バイパス
管１０内の冷媒流体は矢印Ｘ方向に流れ、吸入バイパス
機構２３のケース２５内は低圧状態となり、圧縮室２９
内の冷媒流体の圧力によりバネ２７の付勢力に抗して逆
止弁２６を押し上げる。この結果圧縮室２９内の冷媒流
体はバイパス孔２８．吸入バイパス機構２３．バイパス
管１３．流路切換弁１２．吸入側バイパス管１０を通っ
て吸入管２に戻り、圧縮機１の能力は低下する。

上記のような状態における駆動周波数と圧縮機１の能力
との関係を第３図に示す、Ａ点はインバータ１５の運転
周波数の下限値Ｈｚｍを示す、前述したように温度セン
サ１６からこのＡ点の状態からさらに圧縮機１の能力を
下げる信号が信号処理袋！１２２に入力されると、駆動
周波数はＨ２ｍからＢ点で示すあらかじめ設定され周波
数Ｈ２ｓまで上昇する。同時に信号処理袋［２２から発
する信号により流路切換弁１２を作動させて吸入バイパ
ス機構２３を作動させることにより、Ａ点か軌跡Ｐを経
てＢ点に至った圧縮機１の能力Ｑは。

再び駆動周波数を０点で示すＨＺ　ｍに低下させること
により、圧縮機１の能力ＱをＱｍまで下げることができ
る。このように制御することにより、圧縮機１の能力Ｑ
はＡ点から０点まで急激に変化することなく、Ｂ点を通
って円滑に変化させることができる。この場合、駆動周
波数をＨ２ｍからＨ２ｓまで上昇させる上昇速度は、吸
入側バイパス機構２３による能力Ｑの変化速度に合すせ
て予め決めておいてもよい、また予め設定された駆動周
波数ＨＺ　ｓの値は、圧縮機１の能力がＡ点における能
力と同等航後か僅かに低くなるようにするために次のよ
うな機作を行なう、まず、吸入バイパス機構２３を作動
させる信号が信号処理装置２２から入る直前の差圧変換
器９から得られた差圧の大きさΔＰｃｈを信号処理装置
２２で記憶しておく１次に吸入バイパス機構２３を作動
させインバータ１５から周波数を出力するとき、差圧変
換器９から差圧信号を取り入れその差圧がΔＰｃｈより
僅から低くなるまで周波数を上げる。このとき、差圧変
換器９により取り込む差圧は、第１図に示したように膨
張弁８の前後の差圧の代りに四方切換弁４の前後の差圧
を取ってもよいし、差圧センサを吸入管２などに取り付
けてもよい、または流量センサを配管の一部に取り付け
て制御してもよい、あるいは、上記のように差圧や流量
の信号からインバータ１５の出力周波数を制御しないで
、吸入バイパス機構２３の流量特性や駆動周波数の流量
特性を実験的に求めて、この実験データを予め信号処理
装置２２に入力しておき、このデータに基づいて出力周
波数を変化させることもできる。さらに、第４図に軌跡
Ｑで示すように、吸入バイパス機構２３を作動させる直
前にインバータ出力周波数をわずかに高めてから吸入バ
イパス機構２３を作動させ、さらに出力周波数をＢ点ま
で高めてもよい。

一方、吸入バイパス機構２３を作動させるときの駆動周
波数は、第３図で示した下限値Ａに限定されず、信頼性
や性能面で適正となる周波数であればこの下限値Ａより
高い値で切り換えてもよい。

例えば、第５図に示すように、駆動周波数が低下すると
冷凍サイクルの吐出圧力と吸入圧力との比である圧力比
が低下する。同時に第２図に示したスクロール圧縮機１
の中間室３４の圧力と吐出圧力との差圧である給油圧力
も同時に低下し、ある周波数以下では給油圧力が給油限
界Ｙ以下となり、これ以下の周波数域ではスクロール圧
縮機１の運転は不可能となる。このとき吸入バイパス機
構２３を動作させると１図中点線で示すように給油圧力
は上昇するので、この特性を利用して下限周波数Ｈ２ｍ
以下においても給油限界Ｙ直前において、吸入バイパス
機構２３を作動させると同時に出力周波数を高めること
により、圧縮機能力を一定に保持し信頼性を確保するこ
とができる。

上記の説明では圧縮機能力Ｑを下げる場合について説明
したが、圧縮機能力Ｑを上げる場合においても同様の動
作を行なう、すなわち第６図及び第７図に示すように、
駆動周波数を下限値Ｈ２ｍから設定値Ｈ２ｓまで上昇さ
せてＢ点に至り、吸入バイパス機Ｗ２３を閉塞すると同
時にインバータ１５の出力周波数を低下させて、軌跡Ｐ
またはＱを通ってＡ点に至り、再び出力周波数を上昇さ
せることにより、圧縮機能力の急激な変化が少なくなる
ように制御することができる。このとき吸入バイパス機
構２３と吸入管２とが連通していない状態においては、
流路切換弁１２の流路は第２図に点線で示す位置にあり
、吸入バイパス機構２３は吐出管３に連通している。こ
のため第８図に示すように、起動時や低圧力比状態で圧
縮室圧力が吐出側圧力より高くなると、吸入バイパス機
構２３内の逆止弁２６を押し上げて圧縮室２９内の作動
ガスを吐出側に逃がすことができる。なお。

第８図に点線で示す曲線は高圧力比状態における圧縮室
２９の容積と圧力との関係を示す。

本実施例によれば、１台のスクロール圧縮機１により圧
縮機能力の可変幅を広くすることができると同時に、最
大能力から最小能力までの間を連続的に変化させること
ができる。このため吸入バイパス機構２３の作動に伴な
う急激な負荷変動がなくなり、圧縮機の信頼性及び性能
の向上を図ることができ、さらには室内温度の変動もな
くなり快適性の向上を図ることができる。また圧縮機ｌ
の起動時や低圧力比域において吸入バイパス機構を動作
させることにより、過圧縮現象がなくなりかつ軸受給油
圧力が上昇するため、さらに圧縮機１の信頼性及び性能
の向上を図ることができる。

次に本発明の第２の発明について説明する。上述した第
１の発明では１台のスクロール圧縮機１を用いて吸入バ
イパス機構により圧縮機能力の可変幅を広くする場合に
ついて説明したが、本発明の実施例では複数台の圧縮機
を用いて、１台または複数台のインバータにより可変速
運転をし、嵌入バイパス機構２３を省略してその代りに
複数台の圧縮機を選択的に起動停止させるようにした。

本実施例によっても圧縮機能力を最大能力から最小能力
まで連続的に可変とすることができる。

また上記第１及び第２の発明ではインバータにより圧縮
機の可変速運転をしているが、第３の発明ではインバー
タの代りに極数変換モータを用いて、圧縮機に内蔵され
た第１の発明と同様なバイパス機構を極数が大きいとき
にのみ動作するようにし、圧縮機能力を連続的に可変と
するようにした。この第３の発明の実施例によれば、圧
縮機能力の可変幅の拡大が図れるとともに、圧縮機を小
形で安価なものとすることができる。

さらに第１乃至第３の発明において、圧縮機能力を変化
させるときに同時に膨張弁開度を変化させることにより
、より精度な制御を行なうことができる。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明によれば、圧縮機の能力可変幅
を広くすることができると同時ｉ、：、ｍ大能力から最
小能力までの間を連続的に変化させることができる。こ
の結果急激な負荷変動がなくなり、圧縮機の性能及び信
頼性が向上し、さらには室内温度の変動もなくなり、室
間の快適性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の発明の一実施例を示す概略構成
図、第２図は第１図のスクロール圧縮機の要部を示す縦
断面図、第３図は本実施例における圧縮機能力を下げる
場合の圧縮機の駆動周波数と能力との関係を示すグラフ
、第４図は他の実施例における圧縮機の駆動周波数と能
力との関係を示すグラフ、第５図は本実施例におけるス
クロール圧縮機の駆動周波数と圧力比及び給油圧力との
関係を示すグラフ、第６図は本実施例における圧縮機能
力を上げる場合の圧縮機の駆動周波数と能力との関係を
示すグラフ、第７図は同じく他の実施例における圧縮機
の駆動周波数と能力との関係を示すグラフ、第８図はス
クロール圧縮機の圧縮室容積と圧縮室圧力との関係を示
すグラフ、第９図は従来の圧縮機の容量制御装置におけ
る圧縮機のＭａ周波数と能力との関係を示すグラフであ
る。 １・・・スクロール圧縮機、２・・・吸入管、３・・・
吐出管、４・・・四方切換弁、５・・・室内側熱交換器
、６・・・室外側熱交換器、８・・・膨張弁、９・・・
差圧変換器、１０゜１１．１３・・・バイパス管、１２
・・・流路切換弁、１５・・・インバータ、１６・・・
温度センサ、１７，１８゜１９．２０．２１・・・信号
線、２２・・・信号処理装置、２３・・・吸入バイス機
構。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．圧縮機，四方切換弁，室内側熱交換器，室外側熱交
   換器，膨張弁及び差圧変換器により形成された冷凍サイ
   クル中の前記圧縮機の容量を制御する圧縮機の容量制御
   装置において、前記圧縮機を出力周波数によって可変速
   運転するインバータと、前記圧縮機に内蔵され該圧縮機
   の吸入側と吐出側とに流路切換弁を介して選択的に連通
   するバイパス機構と、室内温度センサまたは流量センサ
   ，前記インバータ，切換弁，膨張弁及び差圧変換器との
   間と信号を受授して前記バイパス機構の制御を行なう信
   号処理装置とを具備したことを特徴とする圧縮機の容量
   制御装置。
2. ２．請求項１記載の圧縮機の容量制御方法において、圧
   縮機を複数台並列に接続し、該圧縮機のうち少なくとも
   １台の圧縮機をインバータにより可変速運転するととも
   に、該インバータの出力周波数の変化時に他の圧縮機を
   起動停止するようにしたことを特徴とする圧縮機の容量
   制御方法。
3. ３．圧縮機を駆動する極数変換モータと、該圧縮機の吸
   入側と排出側とに流路切換弁を介して選択的に連通する
   バイパス機構と、前記極数変換モータの極数が大きいこ
   とにのみ前記バイパス機構を吸入側に切り換える切り換
   え手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載の圧
   縮機の容量制御装置。