(57)【要約】【課題】電動圧縮機を備えた冷凍サイクルにおいては、高圧側圧力に制限が存在する。制限圧力で電動機の回転数を低下させてしまうと制御系のバランスが悪く良好な制御ができていなかった。【解決手段】電動機の速度に対応した冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、電動機に与える速度指令を上限速度とする手段と、電動機の速度に対応した冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される下限速度を、要求負荷から得られる速度指令が所定時間継続して下回ったとき、電動機を停止させる手段とを備える。【選択図】  図１
2005016753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により駆動される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを順次冷媒配管によって接続した冷凍サイクルと、要求負荷に基づいて前記電動機の速度を制御する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置において、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、前記電動機に与える速度指令を前記上限速度とする手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力を前記調節対象の検出温度によって補正し、この補正された高圧側圧力と検出された高圧側圧力の偏差に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段と、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、前記電動機に与える速度指令を前記上限速度とする手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項３】
電動機により駆動される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを順次冷媒配管によって接続した冷凍サイクルと、要求負荷に基づいて前記電動機の速度を制御する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置において、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される下限速度を、要求負荷から得られる速度指令が所定時間継続して下回ったとき、前記電動機を停止させる手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項４】
電動機により駆動される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを順次冷媒配管によって接続した冷凍サイクルと、要求負荷に基づいて前記電動機の速度を制御する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置において、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、前記電動機に与える速度指令を前記上限速度とする手段と、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される下限速度を、要求負荷から得られる速度指令が所定時間継続して下回ったとき、前記電動機を停止させる手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル装置の能力制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ式給湯装置は、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、貯湯タンクの底部から取り出した湯水をヒートポンプ式加熱器で貯湯目標温度に加熱し、貯湯タンク上部に供給して、高温の湯水を貯湯するように構成されている。そして、給湯するときは、貯湯タンクからの湯水と水道管からの水とを混合して要求された湯温になるように調節している。
【０００３】
一方、ヒートポンプ式加熱器による湯水の沸き上げ温度を貯湯目標温度範囲にするため、冷媒圧力が設定目標圧力になるように冷媒圧縮機の回転速度を制御することにより、加熱対象となる湯水を貯湯目標温度範囲の沸き上げ温度に加熱するのに必要とする加熱力をヒートポンプ式加熱器が出力する状態となるように調整することが上記特許文献に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１‐２９６０５３号公報
【特許文献２】
特開２００２‐２９５８９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載された貯湯タンクの湯温は、湯水循環量を調節することで行なわれている。
【０００６】
上記従来技術に記載した貯湯タンク式のヒートポンプ式給湯装置では、一般的に、貯湯タンクの湯を沸き上げる時間帯は深夜の安い電力料金帯を利用するため、昼間の湯の使用量が多いと貯湯タンク内の高温の湯がなくなってしまう、所謂、湯切れを起こしてしまうという問題がある。
【０００７】
このため、水道水をヒートポンプ式給湯機で加熱し、加熱された湯水を台所、洗面所またはシャワーに直接給湯する瞬間式ヒートポンプ給湯機が考えられている。
【０００８】
この給湯機は瞬間式であるため、供給水量は使用者が湯の使用時に決めるため、上記従来技術の如く、水量を調節して湯温を制御することはできない。従って、湯温の調節は冷凍サイクルの能力を変化することで行う必要がある。
【０００９】
前記貯湯式の給湯器は、水量を調節することで吐出水温を制御することができ、冷凍サイクルとしては高圧側圧力等余裕を持つことができる。
【００１０】
しかし、瞬間式の給湯機の場合、水温の調節を水量によって行うことができなく、冷凍サイクルの能力を変化させて行うしか方法はない。特に問題となるのは、高圧側圧力が異常に上昇することで、このために保護回路を設ける必要がある。
【００１１】
具体的に説明すると、ヒートポンプをその能力をあげるように動作させれば、その出力は増大し、空気調和機における暖房においては、室内空気を暖める能力が増大し、温水発生熱源（給湯機）として利用するにおいては、温水を暖める能力が増大する。しかしながら、このような制御においては、そのときのヒートポンプの状態がどうなっているかに関知しないので、ヒートポンプが過負荷（高圧冷媒圧力の異常上昇など）に陥った場合には、別途過負荷制御対策を準備する必要がある。そうすると、負荷に応じた能力制御に優先して過負荷制御対策を動作させなければならないので、ヒートポンプの能力制御機能が乱れ、きちんとしたヒートポンプの出力制御にならないという問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、冷凍サイクルの高圧側圧力（圧縮機の吐出圧力）を許容値に抑えると共に、極力性能を維持する冷凍サイクル装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電動機により駆動される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを順次冷媒配管によって接続した冷凍サイクルと、要求負荷に基づいて前記電動機の速度を制御する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置において、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、前記電動機に与える速度指令を前記上限速度とする手段とを備えることにより達成される。
【００１４】
上記目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力を前記調節対象の検出温度によって補正し、この補正された高圧側圧力と検出された高圧側圧力の偏差に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段と、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、前記電動機に与える速度指令を前記上限速度とする手段とを備えることにより達成される。
【００１５】
上記目的は、電動機により駆動される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを順次冷媒配管によって接続した冷凍サイクルと、要求負荷に基づいて前記電動機の速度を制御する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置において、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される下限速度を、要求負荷から得られる速度指令が所定時間継続して下回ったとき、前記電動機を停止させる手段とを備えることにより達成される。
【００１６】
上記目的は、電動機により駆動される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器とを順次冷媒配管によって接続した冷凍サイクルと、要求負荷に基づいて前記電動機の速度を制御する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置において、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される上限速度を、要求負荷から得られる速度指令が上回ったとき、前記電動機に与える速度指令を前記上限速度とする手段と、前記電動機の速度に対応した前記冷凍サイクルの高圧側圧力の制限値及び前記冷凍サイクルの高圧側の検出圧力とから算出される下限速度を、要求負荷から得られる速度指令が所定時間継続して下回ったとき、前記電動機を停止させる手段とを備えることにより達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、図８によって、本実施例のヒートポンプ制御の適用対象である空調機の構成例を説明する。図８において、５００は空調機の制御装置、４００は空調機の制御装置５００の中に設けられたインバータモータ駆動手段によって駆動されるモータに軸が直結した圧縮機、２１０は、冷媒流路切り換え用の四方弁、２２０は室外に設けられる空気熱交換器、２３０は室外送風機、２４０は室外送風機を駆動する室外ファンモータ、２５０は膨張弁であり、室外ユニット２００を構成している。
【００１８】
１１０は室内空気熱交換器、１２０は室内送風機、１３０は室内送風機を駆動する室内ファンモータであり、室内ユニット１００を構成している。室内ユニットと室外ユニットは、接続金具３００、３１０によって接続されている。
【００１９】
冷房運転時は、四方弁２１０を切り換え、破線矢印のように冷媒を流し、室内を冷房する。暖房運転時は、四方弁２１０を切り換え、実線矢印のように冷媒を流し、室内を暖房する。
【００２０】
空調機の制御装置５００は、操作手段５１０の操作により、動作し、冷媒圧力検出手段１０００、２１００、空調負荷検出手段（たとえば室内空気温度センサ）２０００などの入力信号を取り込み、空調機の状態および空調負荷を求め、空調機が最適な状態となるように、室内ファンモータ１３０、室外ファンモータ２４０、電動圧縮機４００を駆動制御する。特に、本発明にかかる空調機の制御装置５００の動作は、次の応用例の構成の説明のあとでまとめて詳細に説明する。
【００２１】
図９によって、本実施例のヒートポンプ制御の適用対象である温水生成装置の構成例について説明する。図９において、５００は温水生成装置の制御装置、４００は温水生成装置の制御装置５００の中に設けられたインバータモータ駆動手段によって駆動されるモータに直結した圧縮機、２２０は室外に設けられる空気熱交換器、２３０は室外送風機、２４０は室外送風機を駆動する室外ファンモータ、２５０は膨張弁であり、室外の熱源側装置２００を構成している。
【００２２】
１１０は利用側水熱交換器であり、圧縮機より吐出された高温、高圧の冷媒が流入する。他方、太線矢印のごとく給水が流入し、高温、高圧の冷媒と熱交換し、流出口より温められた温水が流出するようになっていて、利用側装置１００を構成している。利用側の水（温水）流路には、種々の温水利用機器、装置が接続されているが、その詳細は本発明の本質ではないので、図示を省略した。
【００２３】
温水生成装置の制御装置５００は、操作手段５１０の操作、および、流水路に設けた流水センサ２２００などにより、動作し、冷媒圧力検出手段１０００、２１００、温水生成負荷検出手段（たとえば流出側の温水温度センサ）２０００などの入力信号を取り込み、温水生成装置の状態およびヒートポンプ負荷を求め、温水生成装置が最適な状態となるように、室外ファンモータ２４０、電動圧縮機４００を駆動制御する。特に、本実施例にかかる温水生成装置の制御装置５００の動作は、以降にて詳細に説明する。なお、以降では、温水生成装置を例にして説明しているが、冷水生成装置に対しても本発明が適用できることは、いうまでもない。
【００２４】
図１は、本発明にかかる前記したような空調機および温水生成装置に使用する制御装置５００の構成図である。制御装置５００のインバータ５５０によって電動圧縮機４００が駆動され、結果として破線で示した冷凍サイクルが動作し、その状況は、破線で示すように、高圧圧力検出手段２１００および負荷検出手段２０００に反映され、制御装置５００にフィードバックされる構成となっている。また、ヒートポンプの運転操作に関する設定温度等の情報は、リモコン等操作手段５１０から与えられるようになっている。
【００２５】
冷凍サイクルにおける圧縮機は、通常インバータによって速度制御される電動機によって駆動される。このような冷凍サイクルを利用したヒートポンプにおいては、図６に示すように、横軸のインバータモータの速度に対して、縦軸に上に凸形状の電動圧縮機の高圧冷媒圧力の許容限界が存在する。このように凸形状となる理由は、モータ速度が高い領域及び低い領域は、密閉形電動圧縮機の特性として潤滑油が行き渡りにくいことや、軸受け等の摺動部が厳しくなるためである。従って、速度が高い領域、低い領域は高圧側の圧力を大きくすることができないので、高圧圧力制限ラインを下げているのである。そして、図６に示す圧縮機の仕様上の速度制御範囲でモータの速度を制御する。
【００２６】
従来は、検出された高圧側の冷媒圧力が速度に応じた許容圧力を超えたとき、速度指令を低下させることで高圧冷媒圧力を許容範囲に抑えていた。
【００２７】
このため、冷凍サイクルの負荷が高い状態のとき、すなわち、高圧冷媒圧力が高いときは、保護機能である高圧冷媒圧力制御系が動作し、冷凍サイクルの空調機としての制御が不十分になるという問題があった。また、高圧冷媒圧力の過大が解消されたとき、温度偏差に基づくモータ速度制御系が動作することになるが、異なった制御系で無理やり速度を変更しているために、モータ速度制御系の制御バランスが崩れ、即座に、高圧冷媒圧力が上昇するように制御するという問題があった。例えば、保護のために速度を抑えた場合、制御対象となる室内温度や出湯温度が抑制されたその回転数に見合った温度となっているため、設定温度との偏差は拡大しているか大きいままとなっていることから復帰後は速度指令が跳ね上がり、即座に高圧側圧力が許容範囲を越えてしまう。結果として、モータ速度制御系と保護機能である高圧冷媒圧力制御系が交互に動作し、両者の間でモータの制御条件がハンチングを起こし、モータ速度が急激に上昇、下降を繰り返すという結果を招いていた。同様に、高圧冷媒圧力も急激な上昇、下降を繰り返すという結果を招いていた。これは、空調機や給湯機としての性能を損なうのみでなく、空調機や給湯機を構成する各要素機器に対しても過大な負荷をかけることになり、機器寿命の面でも多大の問題を生起していた。
【００２８】
本実施例はモータの速度制御範囲を高圧冷媒圧力に対応する許容上下限速度内に制限し、前記したヒートポンプの過負荷制御を不用とするものである。
【００２９】
具体的に説明する。第１に、図６に示すように、横軸のインバータモータ速度に対して縦軸に上に凸形状の圧縮機吐出高圧冷媒圧力の制限ラインを設ける。第２に、高圧圧力検出手段２１００、図６により測定した高圧冷媒圧力から対応するモータの上限速度を求める上限速度検出手段５２１（図１）または３２００（図２）、図６により測定した高圧冷媒圧力からモータの下限速度を求める下限速度検出手段５２０または３４００を設ける。また、圧縮機の仕様上の最低速度を記憶する最低速度記憶手段５４０または３３００を設ける。第３に、ヒートポンプの制御系が、上限速度以上の速度制御指令を生成したとき、速度制御指令を前記上限速度に制限する手段３２１０〜３２３０を設ける。第４に、ヒートポンプの制御系が、最低速度以下の速度制御指令を生成したとき、速度制御指令を前記仕様上の最低速度に制限する手段３３１０〜３３２０を設ける。第５に、ヒートポンプの制御系の生成する速度制御指令が、前記下限速度を下回っているときの継続時間を判別するタイマ手段５３０を設け、前記速度指令が下限速度を上回っているときタイマ手段５３０にタイマを設定し、前記速度指令が下限速度を下回っているときタイマ手段の計時を進行させ、タイマが経過したとき、ヒートポンプ、すなわちインバータモータ直結圧縮機の停止指令を生成する手段３４３０〜３４４０を設ける。
【００３０】
なお、ここでは、高圧圧力検出手段２１００によって、高圧冷媒圧力を測定する場合の例を示しているが、高圧冷媒圧力と等価な飽和冷媒温度を利用しても同様な結果を得ることができる。
【００３１】
以下、具体的に図１を用いて説明する。速度を制御する制御装置５００には、下限速度検出手段５２０、速度判別手段５２５、タイマ手段５３０、上限速度検出手段５２１、モータ速度制御系５４０、仕様上の最低速度記憶手段５４５、インバータ５５０が設けられている。
【００３２】
モータ速度制御系５４０には、高圧圧力検出手段２１００の測定結果および負荷検出手段２０００の測定結果、温度設定を行うリモコンなどの操作手段５１０の情報（設定温度）が入力され、ヒートポンプの運転が必要とされるとき、ヒートポンプの負荷に適合するインバータモータ速度指令を求める制御演算をおこなう。制御演算方法には、周知のＰＩ制御方式とかファジー制御方式などが用いられる。本発明の適用においては、目的が達成される制御方式であれば、特に、その方法を問わない。
【００３３】
上限速度検出手段５２１は、高圧圧力検出手段２１００の測定結果を使って、図６に示す測定圧力に対応する上限速度を算出する。図６に示すグラフからは、一つの圧力に対して上限下限の２つの速度が算出される。算出結果は、モータ速度制御系５４０の入力信号となる。
【００３４】
モータ速度制御系５４０は、算出したモータの速度指令が上限速度検出手段５２１の示す上限速度を上回っていれば、速度指令を上限速度に制限する。逆に、最低速度記憶手段５４５に記憶されている仕様上の最低速度を下回っていれば、速度指令を最低速度に制限する。モータ速度制御系５４０は、結果をインバータ５５０に送り、モータ、すなわち電動圧縮機を駆動する。
【００３５】
下限速度検出手段５２０は、高圧圧力検出手段２１００の測定結果を使って、図６に示す測定圧力に対応する下限速度を算出する。速度判別手段５２５は、下限速度検出手段の算出結果とモータ速度制御系５４０の出力するモータ速度指令を判別し、下限速度検出手段の算出結果がモータ速度制御系５４０の出力するモータ速度指令を上回っていれば、すなわち、モータ速度が下限制限速度以下であれば、タイマを設定する。逆の場合は、タイマを設定せずそのまま時間を経過させ、モータ速度が下限制限速度以下の継続時間を測定する。
【００３６】
タイマ手段５３０の状態は、モータ速度制御系５４０に入力され、タイマ時間の経過が検出されると、モータ速度制御系５４０は、電動圧縮機がモータ低速域で過負荷状態にあると判断し、モータの駆動をやめる。
【００３７】
このように、下限速度域で即座に下限速度とせずにタイマ手段５３０によって下限速度以下となっている時間を計時し、予定時間経過後に圧縮機を停止させる理由は、低速域では、高圧側圧力は下がる方向に冷凍サイクルは作用し、そのまま放置しておいても自動的に圧力が許容領域に戻る可能性があるためである。このようにすることで、例えば、出湯湯温が設定値よりも高くなることを防ぐことができる。
【００３８】
図１のブロック図の動作内容をより明確に示すために、図２のフローチャートを用いてより詳細に説明する。図２のフローチャートに示す処理部分は、制御装置５００の図示しない演算制御処理部が繰り返し実行するようになっている。また、ヒートポンプの運転・停止要求は、図示しない制御装置５００の別の処理部分が担っているものとする。
【００３９】
図２のブロック３０００は、本発明の制御演算の入り口である。まず、ブロック３０１０において、ヒートポンプの運転要求の有無を判別し、なければ、ブロック３０２０においてインバータの速度指令Ｎ＝０を出力し、モータの運転を停止し、ブロック３０３０にて処理を終了する。
【００４０】
運転要求があれば、ブロック３１００に進む。ブロック３１００において、ヒートポンプ負荷、高圧圧力などをもとにヒートポンプ制御演算を行い、インバータモータの速度指令Ｎを算出する。
【００４１】
次に、ブロック３２００において、図６を用いて、図１の上限速度検出手段５２１の動作に相当する高圧冷媒圧力をもとにしたインバータモータ上限速度Ｎｕを算出する。続いて、ブロック３２１０において、速度指令値がモータ上限速度を上回っているかどうかを判別し、上回っていれば、ブロック３２３０において、速度指令値Ｎを上限速度Ｎｕに置き換え、すなわち上限速度に制限する。
【００４２】
続いて、ブロック３３００において、図１の最低速度記憶手段５４５から、仕様上の最低速度Ｎｍをとりだし、ブロック３３１０において、速度指令値Ｎが最低速度Ｎｍを下回っているかどうかを判別し、下回っていれば、ブロック３３２０において、速度指令値Ｎを最低速度Ｎｍに置き換え、すなわち最低速度に制限する。
【００４３】
続いて、ブロック３４００において、図６を用いて、図１の下限速度検出手段５２０の動作に相当する高圧冷媒圧力をもとにしたモータ下限速度Ｎｌを算出する。続いて、ブロック３４１０において、速度指令値Ｎがモータ下限速度Ｎｌ以下であるかどうかを判別し、以下であれば、ブロック３４２０において、監視タイマＴを設定する。上回っていれば、タイマＴを設定しないから、図示しないタイマカウントアップ手段によって、設定されているタイマが動作を続けることになる。続いて、ブロック３４３０において、監視タイマＴの状態をチェックし、タイマ時間が経過していれば、モータ低速域で高圧冷媒圧力制限超過が所定時間発生したとして、ヒートポンプ運転、正確には、圧縮機保護のために速度指令値Ｎ＝０に設定する。すなわち、モータの停止指令を生成する。
【００４４】
続いて、ブロック３５００において、生成したインバータモータの速度指令Ｎの状態を見て、図示しない制御装置の運転停止指令部に、Ｎ＝０なら停止、Ｎ＞０なら、運転中の情報を送る。図示しない制御装置の運転停止指令部は、これをみて、異常停止を把握し、必要な異常停止処理、表示を行ったり、次のモータの運転計画を立てる。
【００４５】
最後に、ブロック３６００において、インバータ５５０に速度指令Ｎを送り、モータの停止処理または指令速度での運転をさせ、ブロック３７００において処理を終了する。
【００４６】
なお、上記説明における下限速度検出手段５２１を省略して、速度判別手段およびタイマ手段５３０のみによって、低速域での高圧冷媒圧力の過大を判別する別の実施例を図３に示す。
【００４７】
図２との相違点は、ブロック３４００がなくなっていることと、ブロック３１００および３４１０がブロック３１００−１および３４００−１に変更されていることである。
【００４８】
変更点について説明する。ブロック３１００−１では、速度指令Ｎと一緒に、前回よりの速度増分ΔＮを算出する。ブロック３４１０−１では、速度指令Ｎが仕様上の最低速度Ｎｍより大きいかまたは速度増分ΔＮ＞０であれば、ブロック３４２０において、監視タイマＴを設定する。すなわち、ヒートポンプの負荷が小さく、モータを低速で運転する状況になると、生成される速度指令Ｎは急激に低減され、仕様上の最低速度Ｎｍを下回る速度指令が生成されるようになる。同時に、速度指令の増分ΔＮも負の値を示すようになる。したがって、このような状態でないときに、タイマ手段５３５を設定し、このような状態になったときは、タイマ手段をそのままカウントアップさせるようにする。そのようにして、低速側の高圧制限を監視し、ヒートポンプ運転の安全性を保障する。ただし、この方法は簡易的な方法であり、低速側の許容条件が厳しいときには先にのべた方法を適用したほうがいい。
【００４９】
なお、インバータには速度指令のみを送って、運転・停止と速度制御を行うように説明しているが、運転・停止信号を送って運転と停止を指令し、運転時は同時に速度指令をあたえるような方式であってもよい。どちらで実現しても等価である。
【００５０】
このようにして、ヒートポンプ負荷が大きく、モータを高速で動作させる必要があるときは、ヒートポンプの動作中の高圧冷媒圧力をもとにした上限速度をモータの駆動速度の上限としてモータ速度制御系５４０が動作するので、高圧冷媒圧力の上昇につれて常にモータの速度を上限以下に抑えることができ、すなわち、高圧冷媒圧力の制限にかかることなくヒートポンプを運転することができる。
【００５１】
逆に、ヒートポンプ負荷が減少し、モータを低速で動作させる必要があるときは、ヒートポンプの動作中の高圧冷媒圧力をもとにした下限速度を下回った速度で運転する時間を計測し、それが許容時間を越えたときに、インバータモータの運転を停止するようにしたので、高圧冷媒圧力の制約を守って、ヒートポンプを安全に運転することができる。
【００５２】
以上述べた本発明の内容は、従来の、ヒートポンプの仕様上の最大速度と最低速度の間でインバータモータを制御し、別に、高圧冷媒圧力を監視して、高圧冷媒圧力が制限値を上回ったときにインバータモータの速度を急激に低下させ、結果として高圧冷媒圧力を制限以下に保つようにするものと比較して、飛躍的にヒートポンプ運転の安定性の向上、制御性の向上を与えるものである。
【００５３】
また、低速側の高圧冷媒圧力制限を守ろうとすると、単に、インバータモータ速度を低減するのみでは、高圧冷媒圧力が下がりきらない場合が多く問題が残されていたが、本発明によれば、確実に低速側の高圧冷媒圧力制限を守ることができる。同時に、時間管理をしているので、もし条件を守ることができない場合は、モータの動作を停止して安全側に作用するようにしているので、よりヒートポンプの運用制御面での機器寿命の向上に有効になっている。
【００５４】
なお、以上説明した内容は、空調機のような負荷変動のゆっくりしたヒートポンプの制御に好適なものである。この様な空調の場合には、直接の制御対象である室内温度を目標温度に合致させるような制御論理をモータ速度制御系５４０に準備すればいい。これに対し、温水生成装置において、直接蛇口へ温水を供給するようなものにおいては、負荷変動が急激であるのに対し、ヒートポンプの制御応答が熱交換器出口の生成する温水温度に反映されるまでにかなりの時間遅れが生じるという問題がある。したがって、上例のように、直接熱交換器出口温度を制御対象としてインバータモータ速度制御系５４０を構成したのでは、良好な制御結果が得られない。そのため、ヒートポンプの熱交換器出口温度への応答特性を考慮した熱交換器出口温度を制御する制御ループを設け、その制御ループからはヒートポンプの高圧圧力制御目標を出力するようにし、その内側に高速で動作するヒートポンプの高圧冷媒圧力を目標圧力に制御するマイナー制御ループを設け、高圧冷媒圧力を目標圧力に保持するようにモータ速度を制御するようにしたほうがいい場合がある。
【００５５】
図４は、そのような場合の、モータ速度制御系５４０の構成図であり、一部周辺条件をも記載している。
【００５６】
図４において、高圧冷媒圧力変換手段５６０は、操作手段５１０に設定されているたとえば熱交換器出口温水温度目標値を、高圧冷媒圧力目標に変換する。
【００５７】
この変換について図７を用いて説明する。操作手段５１０の保持する制御目標は、高圧冷媒圧力（圧縮機の吐出冷媒圧力）の目標値に変換される。
【００５８】
この変換関係の基本的考え方は、冷媒の飽和温度に対応する冷媒の飽和圧力である。したがって、もっとも単純な変換関係は、横軸の制御目標温度を冷媒の飽和温度とし、縦軸に、対応する冷媒の飽和圧力をとったものである。この冷媒の飽和温度は、冷媒の凝縮温度であり、この温度は温度勾配を有さない。ここで用いる冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であり、単一冷媒の他、Ｒ４１０Ａのような擬似共沸混合冷媒、多少温度勾配を有するがあまり大きくないＲ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒、ＨＣ冷媒等が用いられる。また、圧縮機の出口側から凝縮器を介して膨張弁に至る配管内圧力は同じ圧力である。
【００５９】
制御目標補正手段５６５は、操作手段５１０に設定されているたとえば熱交換器出口温水温度目標値と制御目標検出手段２０００の測定する熱交換器出口温水温度との差を加え合せ点にて求め温度偏差として、サンプラＴ２によってサンプルホールドされた値を入力として、所定の制御演算により高圧冷媒圧力目標の補正量に変換する。
【００６０】
高圧冷媒圧力変換手段５６０と制御目標補正手段５６５の出力は、加え合せ点にて加算され、実際の高圧圧力制御目標となる。
【００６１】
高圧圧力制御目標は、高圧圧力検出手段２１００によって検出された高圧圧力と加え合せ点にて減算され、高圧圧力制御偏差となって、サンプラＴ１を介して速度指令生成手段５７０への入力となり、所定の制御演算により、高圧圧力制御偏差を０にするようなモータ速度指令を生成する。このモータ速度指令には、図１に示した上限速度検出手段５２１、および、タイマ手段５３０、最低速度記憶手段５４５の記憶内容が作用し、前述したような実際の速度制御指令が求められ、インバータ５５０に出力される。
【００６２】
ここで、サンプラＴ１とサンプラＴ２の間には、たとえば、Ｔ２＝５＊Ｔ１のような関係をつけ、ヒートポンプの熱交出口温水温度への応答速度、および、ヒートポンプの高圧冷媒圧力への応答速度を考慮したバランスをとるものとする。
【００６３】
以上の説明内容は、本発明の図１の内容と同じである。高速のサンプリングレートで高圧圧力制御動作を行わせるとき、ヒートポンプ負荷が過大であると、モータ速度は、高圧圧力の変化に応じて、図６のモータの高速側の高圧圧力制限ラインに沿って制御されるようになる。そして、高速のサンプリングレートで制御するため、ヒートポンプの負荷バランスの状況によっては、高圧圧力制限ライン上でモータ速度の増減を繰り返し、結果として、高圧圧力の増減を繰り返す、すなわち、ハンチングを生じる。本発明の目的は、このような場合のハンチングを防止する手段を提供することにもある。
【００６４】
まず、高圧圧力目標到達検出手段４０００を速度指令生成手段５７０内に設ける。すなわち、これによって、図５のフローチャート４０００に示すように、ブロック４１００および４２００の作用により、ヒートポンプの運転によって、高圧圧力が低圧から高圧へ変化していったときに、高圧圧力が高圧圧力制御目標に到達または上回ったことを検出し、メモする。
【００６５】
つぎに、インバータモータ上限速度手段６０００を速度指令生成手段５７０内に設ける。これによって、図５の６０００のフローチャートに示すように、ブロック６１００、６２００、６３００の作用によって、高圧圧力が高圧圧力制御目標に到達しているときは、高圧圧力制御目標に対応する高圧制限ライン上のモータ上限速度を求める。高圧圧力が高圧圧力制御目標に到達していないときは、高圧圧力検出手段２１００の測定値に対応する高圧制限ライン上のモータ上限速度を求める。なお、モータ上限速度手段６０００は、図２のブロック３２００に相当する上限速度検出手段５２１を拡張代替するものである。
【００６６】
これによって、図２のフローチャートに示したように、高圧圧力が高圧圧力制御目標に到達していないときは、前述のモータの上限速度にて、速度指令生成手段５７０の生成する速度の上限を制限する。高圧圧力が高圧圧力制御目標に到達した後は、高圧圧力制御目標に対応する図６の制限ライン上のモータ速度を上限速度として、速度指令生成手段５７０の生成する速度の上限を制限する。これによって、制御目標点近傍でのモータ速度およびヒートポンプ運転状態のハンチングを防止する。
【００６７】
続いて、高圧圧力目標到達解除手段５０００を速度指令生成手段５７０内に設ける。これによって、図５の５０００のフローチャートに示すように、ブロック５１００、５１１０、５２００、５２１０、５３００、５３１０の作用によって、ヒートポンプ運転の負荷の時々刻々の変化をとらえ、ヒートポンプへの要求能力が変化した場合には、高圧圧力目標到達のメモを解除する。より詳細には、温水供給に利用する場合は、給湯栓の開度を利用者が操作（ブロック５１００）することによって、温水流量２２００が変化し、ヒートポンプへの要求能力が大幅に変化する。また、操作手段５１０を利用者が操作（ブロック５２００）することによって、ヒートポンプの生成する温水温度目標が変化し、ヒートポンプへの要求能力が変化する。さらには、制御目標補正手段５６５の補正出力（ブロック５３００）によっても、ヒートポンプへの要求能力が変化する。ヒートポンプへの要求能力が所定以上変化した場合には、高圧圧力目標到達解除手段５０００の作用（ブロック５１１０、５２１０、５３１０）によって、メモした高圧圧力制御目標到達を解除し、ヒートポンプの負荷変動に対応して最適なるモータの制御範囲を確保する。ヒートポンプへの要求能力が所定以上変化しない場合には、固定値である圧力制御目標に対応する上限速度を上限としてモータ速度を制御する。これによって、高速側の高圧圧力制限ラインに沿ったモータの速度ハンチングまたはそれによって生起する高圧圧力のハンチングを防止し、ヒートポンプの安定な運転を保証する。
【００６８】
以上説明したごとく、本実施例によれば、高圧圧力測定手段２１００の測定結果にもとづき、対応するモータの上限速度を求め、速度指令を上限速度にて制限するようにした、また、対応するモータの下限速度を求め、速度指令が下限速度を上回ったときにタイマ手段を動作させ、下回ったときにはタイマー手段をカウントアップさせてタイマ時間が経過するとモータの駆動を停止させるようにしたので、電動圧縮機の運転に要求される高圧圧力制限ラインを満たす範囲で電動圧縮機を駆動制御できるようになった。その結果、第１に、従来のように、仕様上の電動圧縮機速度制御範囲で電動圧縮機を駆動制御し、空調制御の途中で、高圧圧力上昇による電動圧縮機の保護制御機能が働く事態を防止することができるようになった。また第２に、制御系が安定して動作するので、高圧圧力上昇時に発生する電動圧縮機の減速制御と、高圧圧力の正常復帰時の空調制御のための電動圧縮機制御が激しく切り替わり、ハンチング状態に陥ることがなくなった。また第３に、上記の結果、空調機構成要素の機器寿命に好適な結果をもたらすことになった。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、冷凍サイクルの高圧側圧力（圧縮機の吐出圧力）を許容値に抑えると共に、極力性能を維持する冷凍サイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図。
【図２】本発明の動作を説明するフローチャート。
【図３】本発明の変形例の動作を説明するフローチャート。
【図４】本発明の別の実施例を示すブロック図。
【図５】本発明の別の実施例の動作を説明するフローチャート。
【図６】電動圧縮機の速度と高圧圧力制限ラインの関係例を示す図。
【図７】設定温度を高圧側圧力に変換するグラフである。
【図８】本発明を適用する空調機の構成例図。
【図９】本発明を適用する温水生成装置の構成例図。
【符号の説明】
４００…電動圧縮機、５００…制御装置、５１０…操作手段、５２０…下限速度検出手段、５２１…上限速度検出手段、５３０…タイマ手段、５４０…モータ速度制御系、５４５…最低速度記憶手段、５５０…インバータ、２０００…負荷検出手段、２１００…高圧圧力検出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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