CN114183943A - 制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的制冷循环装置具有制热模式和除霜模式作为运转模式。制冷循环装置具备压缩机(10)、第一热交换器和第二热交换器、膨胀阀以及控制装置。压缩机(10)由马达(12)驱动。压缩机(10)储存冷冻机油。控制装置驱动马达(12)。制冷剂(RL1)在制热模式下以压缩机(10)、第一热交换器、膨胀阀以及第二热交换器的顺序循环。制冷剂(RL1)的密度小于冷冻机油(RO1)的密度。在压缩机(10)的内部，在除霜模式下液状的制冷剂(RL1)和冷冻机油(RO1)分离为两层。控制装置使除霜模式下的马达(12)的热损失比制热模式下的热损失增加。

Description

制冷循环装置
本发明申请是申请日为2017年12月15日、申请号为201780097591.0(国际申请号为PCT/JP2017/045084)、发明名称为“制冷循环装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有除霜模式作为运转模式的制冷循环装置。
背景技术
以往，已知有具有除霜模式作为运转模式的制冷循环装置。例如，在日本特开昭59-221543号公报(专利文献1)中，公开了如下的空调装置：在除霜运转中，使压缩机的马达的驱动电压从马达效率为最高值的电压降低而使除霜热量增加，由此缩短除霜所需的时间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭59-221543号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在除霜模式下，制冷剂的热量用于除霜，因此吸入到压缩机的制冷剂的热量大多比通常小。在除霜模式下，制冷剂容易在压缩机的内部冷凝。若储存在压缩机中的冷冻机油被液体的制冷剂(液体制冷剂)稀释，则冷冻机油的润滑能力降低。其结果，压缩机的滑动部损伤的可能性提高。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提高制冷循环装置的稳定性。
用于解决课题的技术方案
本发明的制冷循环装置具有制热模式和除霜模式作为运转模式。制冷循环装置具备压缩机、第一热交换器和第二热交换器、膨胀阀以及控制装置。压缩机由马达驱动。压缩机储存冷冻机油。控制装置驱动马达。制冷剂在制热模式下以压缩机、第一热交换器、膨胀阀以及第二热交换器的顺序循环。制冷剂的密度小于冷冻机油的密度。在压缩机的内部，在除霜模式下液状的制冷剂与冷冻机油分离为两层。控制装置使除霜模式下的马达的热损失比制热模式下的热损失增加。
发明效果
根据本发明的制冷循环装置，通过使除霜模式下的马达的热损失比制热模式下的马达的热损失增加，能够在制冷剂的密度比冷冻机油的密度小、且液状的制冷剂与冷冻机油分离为两层的压缩机的内部抑制冷冻机油的润滑能力的降低。其结果，能够提高制冷循环装置的稳定性。
附图说明
图1是表示实施方式1的制冷循环装置的结构的功能框图。
图2是表示图1的马达驱动电路的功能结构的功能框图。
图3是一并表示R32、R410A及R290各自的GWP、多变指数及理论排出温度的图。
图4是表示使图2的马达的转速为恒定的情况下的马达的驱动电压与马达效率的关系的曲线图。
图5是一并表示通常模式下的马达的驱动电压及感应电动势的各时序图的图。
图6是一并表示实施方式1的除霜模式下的马达的驱动电压及感应电动势的各时序图的图。
图7是表示图1的压缩机的内部结构的图。
图8是表示实施方式1的制冷循环装置的压缩机的其他例子的内部构造的图。
图9是实施方式3的通常模式下的PWM信号的波形图。
图10是实施方式3的除霜模式下的PWM信号的波形图。
图11是一并表示压缩机的负载扭矩、通常模式下的马达的产生扭矩以及除霜模式下的马达的产生扭矩的时序图的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中相同或者相当的部分标注相同的附图标记，原则上不重复其说明。
实施方式1
图1是表示实施方式1的制冷循环装置100的结构的功能框图。在制冷循环装置100中，使用包括R290的制冷剂。如图1所示，制冷循环装置100包括压缩机10、室外热交换器1、膨胀阀2、室内热交换器3、四通阀4、控制装置5和马达驱动电路6。制冷循环装置100包括制热模式、制冷模式以及除霜模式作为运转模式。以下，将制热模式和制冷模式一并称为通常模式。
在制冷模式及除霜模式下，控制装置5控制四通阀4而形成流路，以使制冷剂以压缩机10、室外热交换器1、膨胀阀2及室内热交换器3的顺序循环。在制冷模式和除霜模式下，室外热交换器1作为冷凝器发挥功能，室内热交换器3作为蒸发器发挥功能。
在制热模式下，控制装置5控制四通阀4而形成流路，以使制冷剂以压缩机10、室内热交换器3、膨胀阀2及室外热交换器1的顺序循环。在制热模式下，室内热交换器3作为冷凝器发挥功能，室外热交换器1作为蒸发器发挥功能。
压缩机10从作为蒸发器发挥功能的热交换器吸入气体的制冷剂(气体制冷剂)并进行压缩，向作为冷凝器发挥功能的热交换器排出。压缩机10是高压壳体型。压缩机10包括安装有固定绕组的马达。压缩机10在内部储存有用于润滑压缩机构的冷冻机油。控制装置5向马达驱动电路6输出载波频率fcr的PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号，对该马达的旋转速度(转速)进行变频控制，由此控制压缩机10的容量(每单位时间排出的制冷剂量)。
膨胀阀2使来自作为冷凝器发挥功能的热交换器的液体制冷剂绝热膨胀而减压，使气液两相状态的制冷剂(湿蒸气)向作为蒸发器发挥功能的热交换器流出。膨胀阀2的开度由控制装置5调节。通过调节膨胀阀2的开度，来调节热交换器的温度、制冷剂流量以及压力。膨胀阀2例如包括线性电子控制式膨胀阀(LEV：Linear Expansion Valve)。
图2是表示马达驱动电路6的功能结构的功能框图。如图2所示，马达驱动电路6包括换流器61、逆变器62和电流传感器63。压缩机10包括马达12。马达12例如包括三相马达。马达驱动电路6既可以包含于控制装置5，也可以包含于压缩机10。控制装置5经由马达驱动电路6驱动马达12。
换流器61从交流电源7接受交流电力而转换为直流电力，并向逆变器62输出。逆变器62包括具备多个开关元件的逆变器主电路(均未图示)。逆变器62从控制装置5接受载波频率fcr的PWM信号而切换开关元件的接通(导通)以及断开(非导通)，由此向马达12输出驱动电力(驱动电流以及驱动电压)。电流传感器63检测从逆变器62输出的驱动电流(例如三相电流)，并向控制装置5输出。控制装置5分析来自电流传感器63的电流的大小及相位，算出马达12的扭矩及旋转速度。
在除霜模式下，制冷剂的热量用于除霜，因此吸入到压缩机10的制冷剂的热量大多比通常小。在除霜模式下，制冷剂容易在压缩机10的内部冷凝。若储存在压缩机10中的冷冻机油被液体制冷剂稀释，则冷冻机油的润滑能力降低。其结果，压缩机10的滑动部损伤的可能性提高。
如制冷循环装置100那样，从防止地球温室效应的观点出发，有时使用与HFC(Hydro Fluoro Carbon；氢氟碳)制冷剂(例如R32或R410A)相比，地球温室效应系数(GWP：Global Warming Potential)低的HC(Hydro Carbon；碳氢)制冷剂(例如R290、R600或R600A)。一般而言，HC制冷剂与HFC制冷剂相比，多变指数(例如，将定压比热除以定积比热而得到的多变指数)小。已知多变指数越小的制冷剂，从压缩机10排出时的理论温度(理论排出温度)越小。
图3是一并表示R32、R410A及R290各自的GWP、多变指数及理论排出温度的图。如图3所示，HC制冷剂的R290的GWP比HFC制冷剂的R32及R410A的各GWP低。R290的多变指数比R32和R410A小。因此，R290的理论排出温度比R32和R410A低。从防止地球温室效应的观点出发，若使用GWP低的R290，则与使用R32或R410A的情况相比，在除霜模式下压缩机10的滑动部损伤的可能性更高。
因此，在实施方式1中，通过使除霜模式下的马达12的驱动电压比通常模式下的驱动电压小，使马达效率降低。马达效率是将压缩机10对制冷剂的压缩功除以对马达12的输入电力而得到的值(％)。若马达效率降低，则对马达12的输入电力中被转换为压缩功的作功量减少，热损失(发热量)增加。在除霜模式下，压缩机10的内部的来自马达12的发热量比通常模式增加。
另外，在实施方式1中，使用密度比制冷剂小且相对于液体制冷剂为非相溶性的冷冻机油。通过使用具有这样的性质的冷冻机油，在高压壳体型的压缩机10的内部，液体制冷剂与冷冻机油分离为两层，液体制冷剂成为上层。
在除霜模式下，来自马达12的发热量比通常模式增加，因此促进液体制冷剂的气化。抑制了由液体制冷剂导致的冷冻机油的稀释，抑制了冷冻机油的润滑能力的降低。其结果，能够提高制冷循环装置100的稳定性。
图4是表示使马达12的转速恒定的情况下的马达12的驱动电压与马达效率的关系的曲线图。如图4所示，在驱动电压为DV0的情况下，马达效率成为最大值E0。在通常模式下，为了使压缩机10的压缩功最大化而提高空调能力，驱动电压被设为DV0附近的值。在实施方式1中，将除霜模式的驱动电压设为DV1(＜DV0)，使与驱动电压对应的马达效率比马达效率E0低。
图5是一并表示通常模式下的马达12的驱动电压DV0以及感应电动势IE0的各时序图的图。在图5中，电压Vm0是通常模式的驱动电压DV0的大小的最大值。如图5所示，在驱动电压DV0的相位(控制相位)与感应电动势IE0的相位(旋转相位)之间几乎不产生偏移。感应电动势IE0最初成为最大的时刻tm1与驱动电压DV0最初成为最大值Vm0的时刻tm2几乎相同。
图6是一并表示实施方式1的除霜模式下的马达12的驱动电压DV1以及感应电动势IE1的各时序图的图。如图6所示，除霜模式下的驱动电压DV1的大小的最大值Vm1比通常模式下的驱动电压的大小的最大值Vm0小。除霜模式的平均驱动电压比通常模式的平均驱动电压小。另外，感应电动势IE1的相位比驱动电压DV1的相位延迟。感应电动势IE0最初成为最大的时刻tm4比驱动电压DV0最初成为最大值Vm1的时刻tm3延迟。控制装置5通过磁场削弱控制，不降低对马达12的控制的稳定性地增加马达12的热损失。
图7是表示图1的压缩机10的内部结构的图。如图7所示，压缩机10具备壳体11、马达12、回转压缩机构13、包括吸入口的吸入管14、排出管15以及电源端子16。壳体11收容马达12和回转压缩机构13。壳体11将用于润滑回转压缩机构13的滑动部的冷冻机油RO1储存在底部。压缩机10也可以包括多个压缩机构。
从马达驱动电路6经由电源端子16向马达12供给驱动电力。马达12包括线圈121、122和马达轴123。马达12的驱动力经由马达轴123传递到回转压缩机构13。回转压缩机构13由马达12驱动，将来自吸入管14的制冷剂压缩并向配置有马达12的空间排出。
壳体11中储存有冷冻机油RO1和液体制冷剂RL1。液体制冷剂RL1的密度比冷冻机油RO1的密度小。冷冻机油RO1相对于液体制冷剂RL1为非相溶性。液体制冷剂RL1与冷冻机油RO1分离为两层。上层的液体制冷剂RL1比下层的冷冻机油RO1接近马达12。在除霜模式下，若来自马达12的发热量增加，则液体制冷剂RL1的气化得以促进，气体制冷剂从排出管15排出。另外，在马达12中，主要从线圈121、122发热。
实施方式1的制冷循环装置的压缩机只要是高压壳体型就可以具备任意的压缩机构。例如，也可以是如图8所示那样的具备涡旋压缩机构的压缩机10A。压缩机10A具备壳体11A、马达12A、涡旋压缩机构13A、包括吸入口的吸入管14A、排出管15A以及电源端子16A。壳体11A收容马达12A和涡旋压缩机构13A。从马达驱动电路6经由电源端子16A向马达12A供给电力。涡旋压缩机构13A由马达12A驱动，将来自吸入管14A的制冷剂压缩并向配置有马达12A的空间排出。在除霜模式下，若来自马达12A的发热量增加，则液体制冷剂RL1的气化得以促进，气体制冷剂从排出管15A排出。
以上，根据实施方式1的制冷循环装置，能够提高稳定性。
实施方式2
在实施方式2中，与实施方式1相反，通过使除霜模式下的压缩机的马达的驱动电压比通常模式高，使马达的热损失增加。除了这一点以外，与实施方式1相同，因此不重复说明。
再次参照图4，在实施方式2中，使除霜模式的驱动电压DV2高于通常模式的驱动电压DV0。针对驱动电压DV2的马达效率E2低于针对驱动电压DV0的马达效率E0。因此，在除霜模式下压缩机的马达的热损失增加，压缩机内的液体制冷剂的气化得以促进。抑制了由液体制冷剂导致的冷冻机油的稀释，抑制了冷冻机油的润滑能力的降低。其结果，能够提高制冷循环装置的稳定性。
除霜模式下的驱动电压DV2的大小的最大值大于通常模式下的驱动电压的大小的最大值。除霜模式的平均驱动电压比通常模式的平均驱动电压大。另外，感应电动势的相位比驱动电压DV2的相位提前。感应电动势最初成为最大的时刻比驱动电压DV2最初成为最大值的时刻提前。通过提高驱动电压DV2，能够抑制马达的控制所需的电流，因此能够抑制逆变器所包括的开关元件的发热。
以上，根据实施方式2的制冷循环装置，能够提高稳定性。
实施方式3
在实施方式3中，对通过使除霜模式下的逆变器的载波频率比通常模式低，使由逆变器驱动的压缩机的马达的铁损增加而使该马达的热损失增加的情况进行说明。
图9是表示通常模式下的驱动电压的变化的波形图。图10是表示除霜模式下的驱动电压的变化的波形图。在图9中，方波脉冲Cr0表示驱动电压的变化，虚线Va0表示平均电压的变化。在图10中，方波脉冲Cr1表示驱动电压的变化，虚线Va1表示平均电压的变化。平均电压是载波1个周期的单位时间的平均值。
如图9以及图10所示，图10的载波周期T1比图10的载波周期T0大。载波频率是载波周期的倒数，因此图10的载波频率比图9的载波频率低。一般而言，空调用压缩机的马达所使用的芯材的铁损在载波频率为10kHz附近成为最小。一般使用的载波频率为5kHz左右，因此，例如，在通常模式下，将载波频率设为5kHz，在除霜模式下，将载波频率设为2.5kHz，由此能够使马达效率变差，使马达的热损失增加。
以上，根据实施方式3的制冷循环装置，能够提高稳定性。
实施方式4
在实施方式4中，对在除霜模式下，进行扭矩控制以使压缩机的马达的产生扭矩追随压缩机的负载扭矩，从而使流向该马达的驱动电流增加而使该马达的热损失增加的情况进行说明。
图11是一并表示压缩机的负载扭矩LT0、通常模式下的马达的产生扭矩MT0、以及除霜模式下的马达的产生扭矩MT1的时序图的图。如图11所示，在通常模式下，马达的产生扭矩MT0大致恒定。在除霜模式下，产生扭矩MT1以追随压缩机的负载扭矩LT0的方式变化。通过在除霜模式下进行扭矩控制，能够抑制压缩机的旋转速度变动，因此容易确保压缩机的稳定性。另外，通过抑制产生扭矩的过多或不足，也能够抑制压缩机的振动。
以上，根据实施方式4的制冷循环装置，能够提高稳定性。
本次公开的各实施方式也预定在不矛盾的范围内适当组合来实施。本次公开的各实施方式应被认为在所有方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明来表示，而是由权利要求书来表示，意在包括与权利要求书等同的意思以及范围内的所有变更。
附图标记说明
1、3热交换器、2膨胀阀、4四通阀、5控制装置、6马达驱动电路、7交流电源、10、10A压缩机、11、11A壳体、12、12A马达、13回转压缩机构、13A涡旋压缩机构、14、14A吸入管、15、15A排出管、16、16A端子、61换流器、62逆变器、63电流传感器、100制冷循环装置、121、122线圈、123马达轴、RL1液体制冷剂、RO1冷冻机油。

Claims (8)

1.一种制冷循环装置，具有制热模式和除霜模式作为运转模式，其中，
该制冷循环装置具备：
压缩机，储存冷冻机油，由马达驱动；
第一热交换器和第二热交换器；
膨胀阀；以及
控制装置，控制所述马达，
制冷剂在所述制热模式下以所述压缩机、所述第一热交换器、所述膨胀阀以及所述第二热交换器的顺序进行循环，
在所述压缩机的内部，与所述制冷剂的温度无关，所述制冷剂的密度比所述冷冻机油的密度小，并且在所述除霜模式下液状的所述制冷剂与所述冷冻机油分离为两层，
所述控制装置使所述除霜模式下的所述马达的热损失比所述制热模式下的所述热损失增加，
所述控制装置在所述除霜模式下，使所述马达的驱动电压比所述制热模式下的所述驱动电压小，使所述马达的感应电动势的相位比所述驱动电压的相位延迟。
2.一种制冷循环装置，具有制热模式和除霜模式作为运转模式，其中，
该制冷循环装置具备：
压缩机，储存冷冻机油，由马达驱动；
第一热交换器和第二热交换器；
膨胀阀；以及
控制装置，控制所述马达，
制冷剂在所述制热模式下以所述压缩机、所述第一热交换器、所述膨胀阀以及所述第二热交换器的顺序进行循环，
在所述压缩机的内部，与所述制冷剂的温度无关，所述制冷剂的密度比所述冷冻机油的密度小，并且在所述除霜模式下液状的所述制冷剂与所述冷冻机油分离为两层，
所述控制装置使所述除霜模式下的所述马达的热损失比所述制热模式下的所述热损失增加，
所述控制装置在所述除霜模式下，使所述马达的驱动电压比所述制热模式下的所述驱动电压大，使所述马达的感应电动势的相位比所述驱动电压的相位提前。
3.根据权利要求1或2所述的制冷循环装置，其中，
所述压缩机包括：
壳体，储存所述冷冻机油，并且收容所述马达；以及
压缩机构，由所述马达驱动，将来自所述压缩机的吸入口的所述制冷剂压缩并向配置有所述马达的空间排出。
4.根据权利要求1或2所述的制冷循环装置，其中，
所述制冷剂在所述除霜模式下沿与所述制热模式相反的方向循环。
5.根据权利要求1或2所述的制冷循环装置，其中，
所述冷冻机油相对于所述制冷剂为非相溶性。
6.根据权利要求1或2所述的制冷循环装置，其中，
所述制冷剂的多变指数小于HFC制冷剂的多变指数。
7.根据权利要求6所述的制冷循环装置，其中，
所述制冷剂包括HC制冷剂。
8.根据权利要求7所述的制冷循环装置，其中，
所述制冷剂包括R290。
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