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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältekreisvorrichtung bzw. einen Kältekreislauf, die bzw. der ein R1123 enthaltendes Arbeitsfluid verwendet.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In einer typischen Kältekreisvorrichtung sind ein Verdichter, ein Vier-Wege-Ventil (falls erforderlich), ein Wärmeradiator (oder ein Kondensator), eine Entspannungseinrichtung, wie etwa ein Kapillarrohr oder ein Entspannungsventil, ein Verdampfer und dergleichen über eine Rohrleitung so verbunden, dass sie einen Kältekreis bzw. Kältekreislauf bilden. Durch ein Umwälzen eines Kältemittels durch den Kältekreis wird ein Kühl- oder Heizbetrieb erreicht.
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Als ein Kältemittel in einer Kältekreisvorrichtung wird von Methan oder Ethan abgeleiteter halogenhaltiger Kohlenwasserstoff verwendet, genannt Fluorchlorkohlenwasserstoff. (Nach der US-Norm ASHRAE34 wird bezüglich Fluorchlorkohlenwasserstoff ein mit „R“ beginnender Code verwendet, und daher ist Fluorchlorkohlenwasserstoff nachstehend mit einem mit „R“ beginnenden Code bezeichnet.)
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R410A wird oft als ein Kältemittel zur Verwendung in einer Kältekreisvorrichtung verwendet, aber R410A weist ein großes Erderwärmungspotenzial (GWP) von 2090 auf und ist daher aus Sicht des Verhinderns der Erderwärmung unerwünscht.
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Aus Sicht des Verhinderns der Erderwärmung wurden beispielsweise R1123 (1,1,2-Trifluorethylen) und R1132 (1,2-Difluorethylen) als Kältemittel mit kleinem GWP vorgeschlagen (siehe beispielsweise Patentschrift 1 oder Patentschrift 2).
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LISTE DER ZITIERTEN DOKUMENTE
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Patentliteratur
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- PTL1: WO 2012/157764 A
- PTL2: WO 2012/157765 A
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch sind R1123 (1,1,2-Trifluorethylen) und R1132 (1,2-Difluorethylen) weniger stabil als herkömmliche Kältemittel, wie etwa R410A, und weisen daher die Gefahr auf, sich aufgrund einer Disproportionierungsreaktion in einem Fall, wo ein Radikal gebildet wird, in eine andere chemische Verbindung umzuwandeln. Die Disproportionierungsreaktion bewirkt die Abgabe großer Wärme, und es besteht daher eine Gefahr, die Zuverlässigkeit eines Verdichters und einer Kältekreisvorrichtung zu verschlechtern. Um daher R1123 und R1132 in einem Verdichter und einer Kältekreisvorrichtung zu verwenden, ist es erforderlich, die Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Die vorliegende Erfindung schafft als eine Kältekreisvorrichtung zur Verwendung in einer Klimaeinrichtung oder dergleichen eine Kältekreisvorrichtung, die besser geeignet ist zur Verwendung eines R1123 enthaltenden Arbeitsfluids.
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Eine Kältekreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Kältekreis, der einen Verdichter mit einem Elektromotor; einen Kondensator; ein Entspannungsventil; und einen Verdampfer aufweist, wobei der Verdichter, der Kondensator, das Entspannungsventil und der Verdampfer miteinander verbunden sind. Weiter wird ein 1,1,2-Trifluorethylen und Difluormethan enthaltendes Arbeitsfluid als ein im Kältekreis eingeschlossenes Kältemittel verwendet, ist eine Elektromotor-Ansteuervorrichtung vorgesehen, die den Elektromotor ansteuert, und enthält die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eine Drehzahlschätzeinrichtung.
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Gemäß dieser Anordnung wird ein Rotationszustand des Elektromotors erfasst, und daher kann die Stromzufuhr zum Elektromotor bei einem Auftreten einer Rotationsanomalität des Elektromotors unterbrochen werden. Dies ermöglicht es, eine Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken, die sich aus einer molekularen Bewegung von R1123 im Arbeitsfluid ergibt, und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit.
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Figurenliste
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- 1 stellt ein Übersichtsschaltbild einer Kältekreisvorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 2 stellt eine Übersichts-Anordnungsskizze eines Verdichters dar, der Bestandteil der Kältekreisvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
- 3 stellt eine Übersichts-Anordnungsskizze eines Elektromotors mit konzentrierter Wicklung des Verdichters dar, der Bestandteil der Kältekreisvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
- 4 stellt eine Übersichts-Anordnungsskizze eines Elektromotors mit verteilter Wicklung des Verdichters dar, der Bestandteil der Kältekreisvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
- 5 stellt ein Blockschaltbild einer Elektromotor-Ansteuervorrichtung der Kältekreisvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 6 stellt eine Beziehung zwischen einem hochdruckseitigen Druck und einem Schwellwert einer Änderungsrate eines elektrischen Stromwerts in der Kältekreisvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
- 7 stellt eine Beziehung zwischen einem hochdruckseitigen Druck und einem Schwellwert einer Änderungsrate eines Gleichspannungswerts in der Kältekreisvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Im Nachfolgenden ist eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist durch die beispielhafte Ausführungsform nicht eingeschränkt.
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Erste beispielhafte Ausführungsform
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1 stellt eine Kältekreisvorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Kältekreisvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist eine so genannte Split-Klimaeinrichtung, in der eine Inneneinheit 101a und eine Außeneinheit 101b über Kältemittelrohrleitungen, Steuerdrähte und dergleichen miteinander verbunden sind.
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Die Inneneinheit 101a enthält einen Innen-Wärmeaustauscher 103 und ein Innen-Gebläse 107a, das ein Querstromgebläse zum Blasen von Luft zum Innen-Wärmeaustauscher 103 und zum Ausblasen von Luft in einen Raum ist, die Wärme mit dem Innen-Wärmeaustauscher 103 ausgetauscht hat. Die Außeneinheit 101b enthält einen Verdichter 102, ein Entspannungsventil 104, das eine Entspannungseinrichtung ist, einen Außen-Wärmeaustauscher 105, ein Vier-Wege-Ventil 106 und ein Außen-Gebläse 107b, das ein Propellergebläse zum Blasen von Luft zum Außen-Wärmeaustauscher 105 ist.
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Die Inneneinheit 101a enthält Rohrverbinder 112, sodass die Inneneinheit 101a und die Außeneinheit 101b voneinander getrennt sein können. Die Außeneinheit 101b enthält Rohrverbinder 112, ein Drei-Wege-Ventil 108, bestehend aus Zwei-Wege-Ventilen 108a und 108b, die zwischen dem Rohrverbinder 112 und dem Vier-Wege-Ventil 106 vorgesehen sind, und ein Zwei-Wege-Ventil 109, das zwischen dem Rohrverbinder 112 und dem Entspannungsventil 104 vorgesehen ist. Weiter enthält die Inneneinheit 101a die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115, die einen im Verdichter 102 vorgesehenen Elektromotor ansteuert.
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Einer der Rohrverbinder 112 der Inneneinheit 101a und einer der Rohrverbinder 112 der Außeneinheit 101b auf einer Seite des Zwei-Wege-Ventils 109 sind über die Flüssigkeitsrohrleitung 111a miteinander verbunden, die eine der Kältemittel-Rohrleitungen ist. Der andere der Rohrverbinder 112 der Inneneinheit 101a und der andere der Rohrverbinder 112 der Außeneinheit 101b auf einer Seite des Drei-Wege-Ventils 108 sind über die Gasrohrleitung 111b miteinander verbunden, die eine der Kältemittel-Rohrleitungen ist.
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In der Kältekreisvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind der Verdichter 102, der Innen-Wärmeaustauscher 103, das Entspannungsventil 104 und der Außen-Wärmeaustauscher 105 hauptsächlich in dieser Reihenfolge über die Kältemittel-Rohrleitungen verbunden, um einen Kältekreis zu bilden. Der Kältekreis enthält zwischen dem Verdichter 102 und dem Innen-Wärmeaustauscher 103 oder dem Außen-Wärmeaustauscher 105 das Vier-Wege-Ventil 106, das eine Fließrichtung eines vom Verdichter 102 ausgestoßenen Kältemittels zum Innen-Wärmeaustauscher 103 oder zum Außen-Wärmeaustauscher 105 ändert.
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Das Vier-Wege-Ventil 106 ermöglicht es, dass die Kältekreisvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zwischen Kühlbetrieb und Heizbetrieb umschaltet. Genauer ist das Vier-Wege-Ventil 106 während des Kühlbetriebs so geschaltet, dass eine Ausstoß- bzw. Auslassseite des Verdichters 102 und der Außen-Wärmeaustauscher 105 miteinander in Verbindung stehen, und so, dass der Innen-Wärmeaustauscher 103 und die Einführungs- bzw. Zuführungsseite des Verdichters 102 miteinander in Verbindung stehen. Dies ermöglicht, dass der Innen-Wärmeaustauscher 103 als ein Verdampfer wirkt, der Wärme aus der umgebenden Atmosphäre (Innenluft) aufnimmt, und dass der Außen-Wärmeaustauscher 105 als ein Kondensator wirkt, der in einem Raum aufgenommene Wärme zur umgebenden Luft (Außenluft) abgibt. Indessen ist das Vier-Wege-Ventil 106 während des Heizbetriebs so geschaltet, dass die Ausstoßseite des Verdichters 102 und der Innen-Wärmeaustauscher 103 miteinander in Verbindung stehen, und so, dass der Außen-Wärmeaustauscher 105 und die Einführungsseite des Verdichters 102 miteinander in Verbindung stehen. Dies ermöglicht, dass der Außen-Wärmeaustauscher 105 als ein Verdampfer wirkt, der Wärme aus der umgebenden Atmosphäre (Außenluft) aufnimmt, und dass der Innen-Wärmeaustauscher 103 als ein Kondensator wirkt, der außerhalb des Raums aufgenommene Wärme zur Innenluft abgibt.
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Als Vier-Wege-Ventil 106 ist ein Magnetventil verwendet, das zwischen Kühlen und Heizen umschaltet, entsprechend einem durch eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) gelieferten elektrischen Signal.
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Weiter enthält der Kältekreis eine Nebenstrom-Rohrleitung 113, die das Vier-Wege-Ventil 106 umgeht und ermöglicht, dass die Einführungsseite und die Ausstoßseite des Verdichters 102 miteinander in Verbindung stehen, und ein Öffnungs-/Schließ-Ventil 113a, das den Fluss eines Kältemittels durch die Nebenstrom-Rohrleitung 113 öffnet und schließt.
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Weiter ist ein Entlastungsventil 114, das ein elektronisch gesteuertes Öffnungs-/Schließ-Ventil ist, auf der Ausstoßseite des Verdichters 102 vorgesehen. Obwohl es nur notwendig ist, dass ein Entlastungsventil 114 zwischen einem Ausstoßbereich des Verdichters 102 und dem Entspannungsventil 104 oder zwischen dem Ausstoßbereich des Verdichters 102 und dem Drei-Wege-Ventil 108 vorgesehen ist, ist es wünschenswert, dass das Entlastungsventil 114 zwischen dem Ausstoßbereich des Verdichters 102 und dem Vier-Wege-Ventil 106 vorgesehen ist, um den Druck des Verdichters 102 schnell zu entlasten.
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Der Kältekreis enthält einen hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116, der zwischen der Ausstoßseite des Verdichters 102 und einem Einlass des Entspannungsventils 104 vorgesehen ist. Der hochdruckseitige Druckaufnehmer 116 kann ausgelegt sein, eine Belastung einer unter Druck stehenden Membran unter Verwendung eines Dehnungsmessstreifens oder dergleichen elektrisch zu erfassen. Der hochdruckseitige Druckaufnehmer 116 kann ein Metallbalgen oder eine Metallmembran sein, die einen Druck mechanisch erfasst.
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Der Kältekreis enthält einen Ausstoßtemperaturfühler 117, der zwischen der Ausstoßseite des Verdichters 102 und einem Einlass des Kondensators vorgesehen ist. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wirkt entweder der Innen-Wärmeaustauscher 103 oder der Außen-Wärmeaustauscher 105 als ein Kondensator, je nach der Schaltstellung des Vier-Wege-Ventils 106. Demgemäß ist der Ausstoßtemperaturfühler 117 zwischen der Ausstoßseite des Verdichters 102 und dem Einlass des Vier-Wege-Ventils 106 vorgesehen. Der Ausstoßtemperaturfühler 117 ist beispielsweise durch einen Thermistor oder ein Thermopaar ausgeführt und erfasst elektrisch eine Temperatur.
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Durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116 und den Ausstoßtemperaturfühler 117 erfasste Werte werden elektrisch zur Steuervorrichtung übertragen.
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Ein Arbeitsfluid (Kältemittel) ist im Kältekreis eingeschlossen. Das Arbeitsfluid ist nachstehend beschrieben. Das in der Kältekreisvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eingeschlossene Arbeitsfluid ist ein gemischtes Arbeitsfluid, enthaltend zwei Bestandteile, die R1123 (1,1,2-Trifluorethylen) und R32 (Difluormethan) sind, genauer ein gemischtes Arbeitsfluid mit einem Gewichtsanteil an R32 von nicht weniger als 30 % und nicht mehr als 60 %.
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Ein Gemisch mit einem Gewichtsanteil an R32 von nicht weniger als 30 % in R1123 ermöglicht es, eine Disproportionierungsreaktion von R1123 zu unterdrücken. Eine höhere Konzentration von R32 ermöglicht es, die Disproportionierungsreaktion besser zu unterdrücken. Genauer kann die Disproportionierungsreaktion von R1123 wegen eines Effekts, der eine Disproportionierungsreaktion aufgrund einer kleinen Polarisation von R32 zu einem Fluoratom mildert, und eines Effekts unterdrückt werden, der die Disproportionierungsreaktion weniger häufig macht, weil sich R1123 und R32, die ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen, bei einem Phasenwechsel, wie etwa einer Kondensation oder Verdampfung, gleich verhalten.
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Ein gemischtes Kältemittel mit einem Gewichtsanteil an R32 von 30 % und einem Gewichtsanteil an R1123 von 70 % weist einen azeotropen Punkt auf und unterliegt keinem Temperaturgleiten; es kann daher auf ähnliche Weise gehandhabt werden wie ein Einzel-Kältemittel. Ein Gemisch mit einem Gewichtsanteil an R32 von nicht weniger als 60 % kann das Temperaturgleiten unerwünscht groß machen und macht es schwierig, das gemischte Kältemittel auf ähnliche Weise zu handhaben wie ein Einzel-Kältemittel. Es ist daher wünschenswert, dass ein Gewichtsanteil von nicht mehr als 60 % an R32 eingemischt wird. Insbesondere ist es wünschenswert, dass der Gewichtsanteil an R32 am gemischten Kältemittel nicht weniger als 40 % und nicht mehr als 50 % beträgt, um eine Disproportionierung zu verhindern, ein Temperaturgleiten zu reduzieren, um auf den azeotropen Punkt abzuzielen und den Entwurf der Vorrichtung leicht zu machen.
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Die Tabellen 1 und 2 zeigen Vergleichsergebnisse, bei denen die Kühlleistung und die Leistungszahl (LZ) für jedes der gemischten Arbeitsfluide aus R1123 und R32 bei Mischungsverhältnissen in einem Bereich des Gewichtsanteils von R32 von nicht weniger als 30 % und nicht mehr als 60 % berechnet sind, in einem Fall, in dem Druck und Temperatur des Kühlkreises und das Verdrängungsvolumen des Verdichters nicht verändert sind, und sind mit denen von R410A und R1123 verglichen.
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Zuerst sind die Berechnungsbedingungen von Tabelle 1 und 2 beschrieben. In den letzten Jahren erhöht sich die Leistungsfähigkeit von Wärmeaustauschern zum Zweck des Verbesserns der Leistungszahl von Vorrichtungen. Während des tatsächlichen Betriebs gibt es Tendenzen hin zu einer niedrigeren Kondensationstemperatur, einer höheren Verdampfungstemperatur und einer niedrigeren Ausstoßtemperatur. Daher ist angesichts der tatsächlichen Betriebsbedingung die Kühl-Berechnungsbedingung von Tabelle 1 eine Berechnungsbedingung für den Kühlbetrieb der Kältekreisvorrichtung 100 (eine Innen-Trockenkugeltemperatur: 27 °C, -Feuchtkugeltemperatur: 19 °C, Außen-Trockenkugeltemperatur: 35 °C) und ist so festgelegt, dass eine Verdampfungstemperatur 15 °C, eine Kondensationstemperatur 45 °C, ein Ausmaß der Überhitzung eines in den Verdichter eingeführten Kältemittels 5 °C und ein Ausmaß der Unterkühlung am Auslass des Kondensators 8 °C betragen.
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Die Heiz-Berechnungsbedingung von Tabelle 2 ist eine Berechnungsbedingung für den Heizbetrieb der Kältekreisvorrichtung
100 (eine Innen-Trockenkugeltemperatur: 20 °C, Außen-Trockenkugeltemperatur: 7 °C, -Feuchtkugeltemperatur: 6 °C) und ist so festgelegt, dass eine Verdampfungstemperatur 2 °C, eine Kondensationstemperatur 38 °C, ein Ausmaß der Überhitzung eines in den Verdichter eingeführten Kältemittels 2 °C und ein Ausmaß der Unterkühlung am Auslass des Kondensators 12 °C betragen.
Tabelle 1
| Kältemittel | | R410A | R32/R1123 60/40 | R32/R1123 50/50 | R32/R1123 40/60 | R32/R1123 30/70 | R1123 |
| GWP | - | 2090 | 410 | 350 | 280 | 210 | 5 |
| Kondensationsdruck | MPa | 2,73 | 3,17 | 3,23 | 3,28 | 3,33 | 3,44 |
| Verdampfungsdruck | MPa | 1,25 | 1,48 | 1,51 | 1,55 | 1,59 | 1,70 |
| Ausstoßtemperatur | °C | 62 | 69 | 68 | 67 | 66 | 65 |
| Kühlleistung | % | 100% | 118% | 119% | 120% | 121% | 125% |
| LZ | % | 100% | 97% | 96% | 95% | 94% | 91% |
Tabelle 2
| Kältemittel | | R410A | R32/R1123 60/40 | R32/R1123 50/50 | R32/R1123 40/60 | R32/R1123 30/70 | R1123 |
| GWP | - | 2090 | 410 | 350 | 280 | 210 | 5 |
| Kondensationsdruck | MPa | 2,30 | 2,69 | 2,75 | 2,79 | 2,84 | 2,95 |
| Verdampfungsdruck | MPa | 0,87 | 0,96 | 0,99 | 1,01 | 1,03 | 1,14 |
| Ausstoßtemperatur | °C | 56 | 65 | 64 | 63 | 62 | 60 |
| Kühlleistung | % | 100% | 118% | 119% | 120% | 121% | 125% |
| LZ | % | 100% | 97% | 96% | 95% | 94% | 91% |
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Gemäß Tabelle 1 und 2 erhöht sich während des Kühl- und des Heizbetriebs in einem Fall, in dem der Gewichtsanteil an R32 nicht weniger al 30 % und nicht mehr als 60 % beträgt, die Kühlleistung um ungefähr 20 %, verglichen mit R410A, die Leistungszahl (LZ) beträgt 94 % bis 97 % von R410A, und das Erderwärmungspotential verringert sich auf 10 % bis 20 % von R410A.
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Wie oben beschrieben, ist als ein Zweikomponentengemisch aus R1123 und R32 ein Gemisch mit einem Gewichtsanteil von nicht weniger als 30 % und nicht mehr als 60 % an R32 erwünscht, und ein Gemisch mit einem Gewichtsanteil von nicht weniger als 40 % und nicht mehr als 50 % an R32 ist noch eher erwünscht, wenn man alles aus der Verhinderung der Disproportionierung, des Temperaturabgleitens und der Leistungsfähigkeit und der LZ während des Kühlbetriebs und des Heizbetriebs betrachtet (d.h. bei einer Festlegung eines geeigneten Mischungsverhältnisses für eine Klimatisierungsvorrichtung, die einen Verdichter verwendet, der weiter unten beschrieben ist).
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Als Nächstes sind Bestandteile beschrieben, aus denen der Kältekreis besteht.
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Als Innen-Wärmeaustauscher 103 und Außen-Wärmeaustauscher 105 sind beispielsweise Rippenrohr-Wärmeaustauscher oder Parallelstrom-(Mikrorohr-)Wärmeaustauscher verwendet. Beispielsweise können in einem Fall, in dem Sole als umgebendes Medium des Innen-Wärmeaustauschers 103 verwendet ist (Sole zum Kühlen und Heizen eines Wohnraums verwendet ist) oder ein Kältemittel eines Kaskaden-Kühlkreises anstelle einer Split-Klimaeinrichtung wie der in 1 dargestellten verwendet ist, Platten-Wärmeaustauscher oder Mantel- und Rohr-Wärmeaustauscher (nicht dargestellt) als eine Form des Wärmeaustauschers verwendet sein. In diesem Fall kühlt oder erwärmt der Innen-Wärmeaustauscher 103 ein zu kühlendes oder zu heizendes Objekt (Innenluft in einem Fall einer Split-Klimaeinrichtung) nicht direkt und braucht daher nicht in einem Raum untergebracht zu werden.
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Als Entspannungsventil 104 ist beispielsweise ein Schrittmotor-angetriebenes Entspannungsventil verwendet.
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Als Nächstes sind Einzelheiten des Verdichters 102 mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Verdichter 102 ist ein so genannter hermetischer Rotationsverdichter. Der Elektromotor 102e und die Verdichtungsvorrichtung 102c sind ein einem luftdichten Behälter 102g enthalten, und der luftdichte Behälter 102g ist mit einem Kältemittel mit Ausstoß bei hoher Temperatur und hohem Druck und Kälteöl gefüllt. Der Elektromotor (Motor) 102e ist ein so genannter bürstenloser Motor. Der Elektromotor 102e enthält einen Läufer bzw. Motor 1021e, der mit der Verdichtungsvorrichtung 102c verbunden ist, und einen Ständer bzw. Stator 1022e, der um den Läufer 1021 e vorgesehen ist.
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Ein dreiphasiger Wicklungsdraht ist um den Ständer 1022e gewickelt und bildet einen Wickelkopf 1023e in einer Richtung von oben nach unten des Ständers 1022e. Enden des dreiphasigen Wicklungsdrahts dienen als Anschlussdrähte 102i. Das heißt, der Ständer 1022e enthält drei Anschlussdrähte 102i, die sich von dem dreiphasigen Wicklungsdraht erstrecken. Andere Enden der drei Anschlussdrähte 102i sind mit dem Stromversorgungsanschluss 102h verbunden. Der Stromversorgungsanschluss 102h enthält drei Anschlüsse, von denen jeder mit der in 1 dargestellten Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 verbunden ist.
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Wie in 2 dargestellt, erstrecken sich drei Anschlussdrähte 102i von getrennten Stellen des Wickelkopfes 1023e auf einem horizontalen Schnitt des Elektromotors 102e. Genauer ist der Abstand zwischen benachbarten der drei Anschlussdrähte 102i auf einer Seite des Ständers 1022e (der Seite des Wickelkopfes 1023e, der weiter unten beschrieben ist) größer als der Abstand zwischen den benachbarten Anschlussdrähten auf einer Seite des Stromversorgungsanschlusses 102h. Drei Anschlussdrähte 102i können um eine Drehachse des Läufers 1021e auf dem horizontalen Schnitt des Elektromotors 102e so angeordnet sein, dass ein Anschlussdraht 102i ungefähr alle 120 Grad angeordnet ist.
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3 ist eine Querschnittsansicht des Elektromotors 102e. Der Elektromotor 102e ist ein so genannter Elektromotor mit konzentrierter Wicklung. Der Ständer 1022e besteht aus einzelnen Zähnen 31 und einem ringförmigen Joch 32, das die Zähne 31 verbindet, und der Läufer 1021e besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Läuferkern 33, und ein auf einem äußeren umlaufenden Teil des Läuferkerns 33 angeordneter Permanentmagnet 34 ist drehbar um die Kurbelwelle 102m so gehalten, dass er zu einem inneren umlaufenden Teil des Ständers 1022e weist. Der Permanentmagnet 34 ist befestigt, indem ein nichtmagnetischer Ring 35 (z.B. aus Edelstahl) auf einem Außenumfang des Permanentmagneten 34 vorgesehen ist.
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Der Permanentmagnet 34 kann unter Verwendung eines Klebstoffs befestigt sein, wie etwa eines Epoxidharzes.
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Als ein Verfahren zum Anordnen des Permanentmagneten 34 ist oben ein Aufbau beschrieben, in dem der Permanentmagnet 34 auf dem äußeren umlaufenden Teil des Läuferkerns 33 angeordnet ist. Jedoch ist es auch möglich, einen (nicht dargestellten) Aufbau zu verwenden, in dem der Permanentmagnet 34 auf einer Innenseite des Läuferkerns 33 angeordnet ist.
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Indessen ist der Ständer 1022e in dem in 2 dargestellten luftdichten Behälter 102g befestigt, indem er in einen Mantel des Verdichters eingeschrumpft ist. Ein Verfahren zum Befestigen des Ständers 1022e ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Ständer 1022e nach einem Verfahren, wie etwa Schweißen, befestigt sein.
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Ein dreiphasiger Wicklungsdraht ist um die Zähne 31 des Ständers 1022e gewickelt, und ein elektrischer Strom wird durch den Wicklungsdraht mittels eines Schaltelements der Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 geschickt, die weiter unten beschrieben ist, sodass ein rotierendes Magnetfeld im Läufer 1021e erzeugt wird. Das rotierende Magnetfeld kann durch einen Umrichter bei einer variablen Drehzahl erzeugt werden, und der Umrichter wird, beispielsweise unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen des Verdichters, bei einer hohen Drehzahl betrieben und wird, beispielsweise während des stabilen Betriebs, bei einer niedrigen Drehzahl betrieben.
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Der Ständer 1022e weist auf einem äußeren Umfangsteil einen Ausschnitt, eine Vertiefung oder ein Loch 37 auf. Das heißt, ein Bereich, der durch die gesamte Länge des Ständers 1022e verläuft, ist zwischen dem luftdichten Behälter 102g und dem Ständer 1022e oder im Ständer 1022e selbst vorgesehen. Durch ein Hindurchschicken von Kälteöl durch diesen Bereich wird ein Kühlvorgang erreicht.
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In dem Fall, in dem der Elektromotor 102e ein Elektromotor mit konzentrierter Wicklung ist, ist es möglich, den Wicklungswiderstand zu reduzieren und die Kupferverluste merklich zu reduzieren. Weiter ist es möglich, eine gesamte Motorlänge zu verkürzen.
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Obwohl oben der Fall beschrieben ist, wo der Elektromotor 102e ein Elektromotor mit konzentrierter Wicklung ist, kann der Elektromotor 102e ein Elektromotor mit verteilter Wicklung sein.
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4 ist eine Querschnittsansicht eines Elektromotors 102e mit verteilter Wicklung. Der Ständer 1022e besteht aus einer Vielzahl von Zähnen 61 und einem ringförmigen Joch 62, das die Zähne 61 verbindet, und der Läufer 1021e besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Läuferkern 63, und ein auf einem äußeren umlaufenden Teil des Läuferkerns 63 angeordneter Permanentmagnet 64 ist drehbar um die Kurbelwelle 102m so gehalten, dass er zu einem inneren umlaufenden Teil des Ständers 1022e weist. Der Permanentmagnet 64 ist befestigt, indem ein nichtmagnetischer Ring 66 (z.B. aus Edelstahl) auf einem Außenumfang des Permanentmagneten 64 vorgesehen ist. Der Ständer 1022e ist in dem in 2 dargestellten luftdichten Behälter 102g befestigt, indem er in einen Mantel des Verdichters eingeschrumpft ist.
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Der Ständer 1022e weist auf einem äußeren Umfangsteil einen Ausschnitt 67, eine Vertiefung oder ein Loch auf. Durch ein Hindurchschicken von Kälteöl durch diesen Bereich wird ein Kühlvorgang erreicht.
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Der Läufer 1021e weist vier Pole auf, und eine Anzahl von Zähnen des Ständers 1022e ist gleich einer Anzahl von Schlitzen und beträgt 12 oder 24. Ein dreiphasiger Wicklungsdraht ist um jeden Schlitz gewickelt.
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Eine Anzahl von Polen des Läufers und die Anzahl von Schlitzen des Ständers können 6 Pole und 9 Schlitze, 6 Pole und 18 Schlitze, 4 Pole und 6 Schlitze, 8 Pole und 12 Schlitze oder 10 Pole und 12 Schlitze betragen.
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Im Verdichter 102 wird ein aus dem Verdampfer strömendes Kältemittel niedrigen Drucks aus dem Einführungsrohr 102a über das Vier-Wege-Ventil 106 eingeführt, und der Druck des Kältemittels niedrigen Drucks wird durch die Verdichtungsvorrichtung 102c erhöht. Das Ausstoß-Kältemittel, das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck als ein Ergebnis der Erhöhung des Drucks erreicht hat, wird aus dem Ausstoßdämpfer 102l ausgestoßen und strömt zum Ausstoßraum 102d durch Spalte, die durch Umfänge des Elektromotors 102e gebildet sind (einen Spalt zwischen Läufer 1021e und Ständer 1022e und einen Spalt zwischen Ständer 1022e und luftdichtem Behälter 102g). Dann wird das Kältemittel aus der Ausstoßrohrleitung 102b nach außerhalb des Verdichters 102 abgegeben und über das Vier-Wege-Ventil 106 zum Kondensator hin abgegeben.
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Die Verdichtungsvorrichtung 102c ist über die Kurbelwelle 102m mit dem Elektromotor 102e verbunden. Im Elektromotor 102e wird von einer externen Stromquelle empfangene elektrische Energie von elektrischer Energie in mechanische Energie (Rotationsenergie) umgewandelt. Die Verdichtungsvorrichtung 102c führt eine Verdichtungsarbeit des Erhöhens des Drucks eines Kältemittels unter Verwendung mechanischer Energie aus, die vom Elektromotor 102e über die Kurbelwelle 102m übertragen wird.
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Als Nächstes ist eine Elektromotor-Ansteuervorrichtung beschrieben, die den Elektromotor 102e des Verdichters 102 ansteuert. 5 ist ein Blockschaltbild der Elektromotor-Ansteuervorrichtung. Wie in 5 dargestellt, enthält die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 einen Umrichter 5, der aus einer Vielzahl von Schaltelementen 5a bis 5f und Freilaufdioden 6a bis 6f besteht, die Paare mit der Vielzahl von Schaltelementen 5a bis 5f bilden, eine Drehzahlregelung 11, eine Stromregelung 12, einen Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signalgenerator 13, eine induktive Spannungsschätzeinrichtung 14 und eine Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung 15. Die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 enthält eine Stromerfassungseinheit 9, die einen in den Elektromotor 102e eingegebenen elektrischen Strom erfasst, und einen Gleichspannungssensor 10, der ein Spannungssensor zum Erfassen einer in die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 eingegebenen Spannung ist.
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Eine Eingangsspannung von einer Wechselstromquelle 1 wird durch die Gleichrichterschaltung 2 zu einer Gleichspannung gleichgerichtet, und die Gleichspannung wird durch den Umrichter 5 in eine dreiphasige Wechselspannung umgewandelt. Diese Spannung treibt den Elektromotor 102e an, der ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
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In der Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 berechnet die Drehzahlregelung 11 den Strom-Befehlswert I* durch eine Proportional-Integral-Regelung (nachfolgend als PI-Regelung bezeichnet) so, dass ein Drehzahlfehler Δω) zwischen Solldrehzahl ω* und aktueller Drehzahl ω1 (einer geschätzten Drehzahl, d.h. einem aktuellen Wert einer durch die Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung 15 geschätzten Drehzahl) zu Null wird, um die Solldrehzahl zu erreichen, die extern vorgegeben ist.
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Die Stromregelung 12 berechnet einen Spannungsbefehlswert V* durch eine PI-Regelung so, dass ein Stromfehler zwischen einem Phasenstrom-Befehlswert eines Ständerwicklungsdrahts, der auf der Grundlage des durch die Drehzahlregelung 11 berechneten Strom-Befehlswerts I* und eines von den Stromsensoren 7a und 7b und der Stromerfassungseinheit 9 erhaltenen Stromerfassungswerts erzeugt ist, zu Null wird.
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Die induktive Spannungsschätzeinrichtung 14 schätzt eine in jeder Phase des Ständerwicklungsdrahts des Elektromotors 102e erzeugte induktive Spannung auf Grundlage von Informationen über den durch die Stromsensoren 7a und 7b und die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Stromerfassungswert des Elektromotors 102e, den Spannungsbefehlswert V* und eine durch die Spannungsteilerwiderstände 8a und 8b und den Gleichspannungssensor 10 erfasste Gleichspannung des Umrichters 5.
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Die Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung 15 schätzt eine Magnetpolstellung und eine Drehzahl des Läufers 1021e (siehe 2) im Elektromotor 102e unter Verwendung der durch die induktive Spannungsschätzeinrichtung 14 geschätzten induktiven Spannung. Die Stromregelung 12 erzeugt ein Signal zum Ansteuern der Schaltelemente 5a bis 5f auf Grundlage der Informationen über die geschätzte Läufer-Magnetpolstellung so, dass der Umrichter 5 den Spannungsbefehlswert V* ausgibt, und das Ansteuersignal wird in ein Ansteuersignal zum elektrischen Ansteuern der Schaltelemente 5a bis 5f durch den PWM-Signalgenerator 13 umgewandelt. Die Schaltelemente 5a bis 5f arbeiten gemäß dem Ansteuersignal. Gemäß einer solchen Anordnung dreht die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 den Elektromotor 102e des Verdichters 102 über eine stellungssensorlose Sinuswellenansteuerung.
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In einem Fall, wo die Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung 15 schätzt, dass die Drehzahl des Läufers 1021e nach einer Drehung des Elektromotors 102e Null ist, unterbricht die Stromregelung 12 die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V*.
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Der Elektromotor 102e kann ein Wechselstrommotor sein. In diesem Fall braucht die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 nur eine Vektorregelung anstelle der stellungssensorlosen Sinuswellenansteuerung durchzuführen. Die Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung 15 schätzt die Drehzahl des Läufers 1021e unter Verwendung eines durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Stromwerts. Alternativ schätzt die Läuferstellungs-Geschwindigkeitsschätzeinrichtung 15 eine Magnetpolstellung und die Drehzahl des Läufers 1021e unter Verwendung einer durch die induktive Spannungsschätzeinrichtung 14 geschätzten induktiven Spannung.
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Die Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 enthält eine Stromänderungsraten-Berechnungseinheit (nicht dargestellt), eine Gleichspannungsänderungsraten-Berechnungseinheit (nicht dargestellt) und eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt).
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Der durch die Stromerfassungseinheit 9 erfasste Stromwert wird nacheinander in der Speichereinrichtung gespeichert. Die Stromänderungsraten-Berechnungseinheit berechnet die Änderungsrate ΔI eines Stromwerts aus dem durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Stromwert I und dem Stromwert Ia, der eine vorgegebene Zeitspanne zuvor erhalten und in der Speichereinrichtung gespeichert wurde. Dann unterbricht in einem Fall, wo die Änderungsrate ΔI eines Stromwerts gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert ΔI0, die Stromregelung 12 die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V*.
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Der vorgegebene Wert ΔI0 kann ein vorgegebener konstanter Wert sein, kann aber ein Schwellwert sein, der so festgelegt ist, dass der vorgegebene Wert ΔI0 konstant ist, bis ein hochdruckseitiger Druck einen vorgegebenen Wert Ph1 erreicht, und der vorgegebene Wert ΔI0 mit einem Steigen des hochdruckseitigen Drucks kleiner wird, wenn der hochdruckseitige Druck gleich oder größer ist als der vorgegebene Wert Ph1, wie in 6 dargestellt. Das heißt, ein vorgegebener Wert ΔI0, der beim Steigen des hochdruckseitigen Drucks kleiner wird, ist als eine Korrelationsgleichung oder eine Tabelle in der Speichereinrichtung gespeichert, und die Stromregelung 12 unterbricht die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V* in einem Fall, wo die Änderungsrate ΔI des Stroms gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert ΔI0, der von dem durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116 erfassten Druck abhängt (siehe 1).
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Die Änderungsrate ΔV eines durch den Gleichspannungssensor 10 erfassten Erfassungswerts kann anstelle der Änderungsrate ΔI eines durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Erfassungswerts verwendet werden. Das heißt, ein durch den Gleichspannungssensor 10 erfasster Spannungswert V wird nacheinander in der Speichereinrichtung gespeichert. Die Gleichspannungsänderungsraten-Berechnungseinheit berechnet die Änderungsrate ΔV eines Gleichspannungswerts aus dem durch den Gleichspannungssensor 10 erfassten Gleichspannungswert V und einem Gleichspannungswert Va, der eine vorgegebene Zeitspanne zuvor erhalten und in der Speichereinrichtung gespeichert wurde. In einem Fall, wo die Änderungsrate ΔV eines Gleichspannungswerts kleiner ist als ein vorgegebener Wert ΔV0, unterbricht die Stromregelung 12 die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V*. In diesem Fall kann der vorgegebene Wert ΔV0 ein Schwellwert sein, der so festgelegt ist, dass der vorgegebene Wert ΔV0 konstant ist, bis der hochdruckseitige Druck einen vorgegebenen Wert Ph1 erreicht, und der vorgegebene Wert ΔV0 mit einem Steigen des hochdruckseitigen Drucks größer wird, wenn der hochdruckseitige Druck gleich oder größer ist als der vorgegebene Wert Ph1, wie in 7 dargestellt.
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Ereignisse, die eine Ursache des Auftretens einer Disproportionierungsreaktion in der Kältekreisvorrichtung gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sein können, sind nachstehend beschrieben.
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Ein Auftreten einer Disproportionierungsreaktion ist wahrscheinlich unter einer Bedingung, dass ein Kältemittel unter übermäßig hoher Temperatur und hohem Druck steht. Eine zusätzliche Quelle hoher Energie unter einer Kältemittelatmosphäre mit hoher Temperatur und hohem Druck kann das Auftreten der Reaktion auslösen. Um daher eine Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken, ist es erforderlich zu verhindern, dass das Kältemittel unter einer Atmosphäre mit übermäßig hoher Temperatur und hohem Druck steht, oder dass eine Quelle hoher Energie unter einer Kältemittelatmosphäre mit hoher Temperatur und hohem Druck hinzukommt.
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Situationen, wo diese Phänomene in der Kältekreisvorrichtung gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform auftreten, sind nachstehend betrachtet. Zuerst ist nachstehend eine Situation betrachtet, wo Temperatur und Druck eines Kältemittels übermäßig hoch werden.
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Als eine Situation, die sich aus einem Innen- oder Außengebläse ergibt, kann eine solche Situation angenommen werden, in der eine Wärmeabgabe von einem Kältemittel zur Luft nicht vonstattengeht, weil ein Gebläse nicht gut arbeitet und ein Luftstrom auf einer Kondensatorseite behindert wird, wo der Druck des Kältemittels hoch wird.
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Genauer sind als die Situation, wo der Luftstrom behindert ist, beispielsweise die folgenden Fälle angenommen: ein Fall, wo das Gebläse auf der Kondensatorseite aufgrund einer Störung anhält, und ein Fall, wo ein Luftkanal, durch den Luft durch das Gebläse des Kondensators getrieben wird, durch ein Hindernis versperrt ist. In einem Fall, wo eine Wärmeabgabe von einem Kältemittel im Kondensator nicht vonstattengeht, steigen die Temperatur und der Druck im Kondensator übermäßig.
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Als eine Situation, die sich seitens des Kältemittels ergeben, gibt es Fälle, wo eine Kältemittelrohrleitung aufgrund eines Bruchs eines Teils der Kältemittelrohrleitung blockiert ist. Weiter gibt es Fälle, wo Feuchtigkeit (beispielsweise Dampf, oder im Falle von Arbeiten im Regen, Feuchtigkeit in der Atmosphäre) in einer Rohrleitung aufgrund unzureichenden Staubsaugens verbleibt oder ein Rest, wie etwa kleine Stücke, die abgeschnitten wurden (beispielsweise kleine Stücke, die von einer Rohrleitung während des Einbaus der Rohrleitung abgeschnitten wurden und verblieben), in einer Rohrleitung oder einem Bestandteil (z.B. dem Entspannungsventil 104) des Kältekreises verbleibt und sich sammelt, sodass der Kreis blockiert wird, aufgrund einer Ursache, wie etwa unzureichenden Staubsaugens einer Kältemittelrohrleitung während einer Installations- oder Wartungsarbeit. Weiter gibt es Fälle, wo der Kreis blockiert ist, weil ein Arbeiter, der die Installationsarbeit durchführt, vergisst, das Zwei-Wege-Ventil 109 oder das Drei-Wege-Ventil 108 zu öffnen, und Fälle, wo ein Arbeiter, der eine Auspumparbeit durchführt, vergisst, den Vorgang zu beenden (siehe 1).
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In einem Fall, wo der Kältekreis während des Betriebs des Verdichters 102 blockiert ist, steigen Druck und Temperatur eines Kältemittels vom Ausstoßteil des Verdichters 102 zum blockierten Teil des Kältekreises übermäßig.
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Da es, wie oben beschrieben, wahrscheinlich ist, dass eine Disproportionierungsreaktion unter übermäßig hoher Temperatur und hohem Druck auftritt, können diese Situationen eine Ursache des Auftretens einer Disproportionierungsreaktion sein.
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Um die Sicherheit zu gewährleisten, ist es erforderlich, eine Maßnahme zum Verhindern des Auftretens einer Disproportionierungsreaktion beim Auftreten der oben beschriebenen Situationen oder eine Maßnahme zum Minimieren der Zerstörung der Vorrichtung sogar beim Auftreten der Reaktion zu ergreifen.
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Als Nächstes sind Situationen betrachtet, wo eine Quelle hoher Energie der Kältekreisvorrichtung hinzukommt.
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Solche Situationen sind Zustände, wo eine vorgegebene Betriebsbedingung nicht erfüllt ist, beispielsweise ein Zustand, wo der Ausstoßdruck (eine Hochdruckseite des Kältekreises) übermäßig ansteigt, beispielsweise aufgrund des genannten Anhaltens des Gebläse auf der Kondensatorseite oder der Blockade des Kältekreises, oder ein Zustand, wo sich ein Fremdkörper in einem gleitenden Bereich der Verdichtungsvorrichtung 102c des Verdichters 102 verfangen hat. In solchen Zuständen überschreitet aus elektrischer Energie durch den Elektromotor umgewandelte und auf die Verdichtungsvorrichtung übertragene mechanische Energie einen oberen Grenzwert, und daher ist die Verdichtungsvorrichtung nicht mehr in der Lage, Verdichtungsarbeit zu verrichten, um den Druck eines Kältemittels zu erhöhen. Das heißt, eine Blockierabnormität des Verdichters 102 tritt ein (siehe 2).
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In einem Fall, wo die Stromversorgung des Verdichters 102 sogar in diesem Zustand fortgesetzt wird, wird dem Elektromotor 102e, der Bestandteil des Verdichters 102 ist, zu viel Strom zugeführt. Dies bewirkt, dass der Elektromotor 102e abnorme Wärme erzeugt. Als Folge wird eine Isolierung eines Wicklungsdrahts zerstört, der Bestandteil des Ständers 1022e des Elektromotors 102e ist. Dies bewirkt, dass leitfähige Drähte des Wicklungsdrahts direkten Kontakt miteinander herstellen und dadurch einen Lagenkurzschluss genannten Vorgang verursachen. Der Lagenkurzschluss ist ein Vorgang, der mit einem Auftreten hoher Energie unter Kältemittelatmosphäre (Entladevorgang) verknüpft ist und daher ein Auslöser einer Disproportionierungsreaktion sein kann.
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Eine zu hohe Stromzufuhr zum Elektromotor 102e birgt eine Gefahr, nicht nur den Lagenkurzschluss zu verursachen, sondern auch einen Kurzschluss, der von einem Bruch eines Anschlussdrahtes zur Stromzufuhr zum Elektromotor 102e oder eine Zerstörung eines Isolators des Stromversorgungsanschlusses herrührt. Der Kurzschluss an diesen Bereichen kann auch eine Disproportionierungsreaktion auslösen.
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Jedoch enthält gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der Elektromotor 102e einen Läufer 1021e, der einen Permanentmagneten enthält. Ein Elektromotor mit einem Permanentmagneten in einem Läufer weist einen hohen Motorwirkungsgrad auf und kann daher Wärmeverluste reduzieren. Demgemäß ist es möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Elektromotors 102e zu unterdrücken. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Weiter kann, da eine Windungszahl eines dreiphasigen Wicklungsdrahtes als Ergebnis der Verbesserung des Motorwirkungsgrads kleiner gemacht sein kann, das Volumen eines Wickelkopfes reduziert sein. Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass ein Lagenkurzschluss auftritt, der oft im Wickelkopf 1023e auftritt, und unterdrückt dadurch das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion.
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Es ist wünschenswert, dass der Elektromotor 102e ein Elektromotor mit konzentrierter Wicklung ist. Die konzentrierte Wicklung ermöglicht es, einen Wickelkopf weiter zu reduzieren. Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass der oft im Wickelkopf auftretende Lagenkurzschluss auftritt. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion weiter zu unterdrücken.
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Es ist wünschenswert, dass der Permanentmagnet ein Neodymmagnet ist. Da ein Neodymmagnet eine größere Magnetkraft aufweist als andere Magnete, ist es möglich, die Windungszahl des dreiphasigen Wicklungsdrahts zu reduzieren. Dies ermöglicht es, das Volumen des Wickelkopfes 1023e zu reduzieren, und macht es dadurch weniger wahrscheinlich, dass der oft im Wickelkopf 1023e auftretende Lagenkurzschluss auftritt. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Weiter ist, da sich drei Anschlussdrähte 102i vom Wickelkopf 1023e zum Stromversorgungsanschluss 102h erstrecken und dabei einen Abstand einhalten, der größer ist als der Abstand zwischen Anschlussdrähten 102i im Stromversorgungsanschluss 102h, der Abstand zwischen Anschlussdrähten 102i im luftdichten Behälter 102g groß. Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass ein Lagenkurzschluss auftritt, und unterdrückt dadurch das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion.
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Die Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung 15 erfasst auf Grundlage einer Information über einen in den Elektromotor 102e eingegebenen Strom oder eine Magnetpolstellung des Läufers 1021e, ob sich der Läufer 1021e dreht oder nicht. In einem Fall, wo die geschätzte Drehzahl des Läufers 1021e Null ist, d.h. in einem Fall, wo geschätzt ist, dass sich der Läufer 1021 e nicht dreht, unterbricht die Stromregelung 12 in einem Zustand, wo die Solldrehzahl ω* nach einer Rotation des Verdichters 102 nicht Null ist, die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V*.
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Das heißt, der Verdichter 102 wird in einem Fall, wo geschätzt ist, dass sich der Läufer 1021e nicht dreht, vor dem Ausgeben einer Anweisung zum Anhalten des Verdichters 102 nach dem Aktivieren des Verdichters 102 angehalten.
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Demgemäß tritt eine zu hohe Stromzufuhr von der Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 zum Elektromotor 102e im Zustand fehlenden Drehmoments des Elektromotors 102e nicht auf, d.h. im Zustand einer Blockierabnormität des Verdichters 102. Dies ermöglicht es, eine übermäßige Stromzufuhr zum Verdichter 102 zu verhindern, die ein Auslöser einer Disproportionierungsreaktion sein kann, und unterdrückt dadurch das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion.
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Weiter unterbricht in einem Fall, wo die Solldrehzahl ω* nicht Null ist, und wo die Änderungsrate ΔI eines durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Erfassungswerts gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert ΔI0, die Stromregelung 12 die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V*. Da ein schneller Anstieg des Stromwerts, der beim Auftreten eines Lagenkurzschlusses oder dergleichen auftritt, unter Verwendung der Änderungsrate ΔI eines durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Erfassungswerts erkannt werden kann, ist es möglich, die Stromzufuhr von der Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 zum Elektromotor 102e vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion zu unterbrechen.
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Die erwähnte Steuerung zum Unterbrechen eines Befehls zum Drehen des Elektromotors 102e unter Verwendung der Änderungsrate ΔI eines durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Erfassungswerts kann nur in einem Fall durchgeführt werden, wo der durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116 erfasste Druck gleich oder höher ist als ein vorgegebener Wert Ph0. Alternativ kann die erwähnte Steuerung zum Unterbrechen eines Befehls zum Drehen des Elektromotors 102e unter Verwendung der Änderungsrate ΔI eines durch die Stromerfassungseinheit 9 erfassten Erfassungswerts nur in einem Fall durchgeführt werden, wo die durch den Ausstoßtemperaturfühler 117 erfasste Temperatur gleich oder höher ist als ein vorgegebener Wert Td0 (siehe 1).
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Dies ermöglicht es, das Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion unter hohem Druck und hoher Temperatur zu unterbinden, wo es wahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet. Als Ergebnis verbessert sich die Sicherheit. Weiter ist es möglich, ein unnötiges Anhalten des Elektromotors 102e unter einer Bedingung zu verhindern, wo es unwahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet.
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Weiter kann der vorgegebene Wert ΔI0 so festgelegt sein, dass er kleiner wird, wenn der durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116 erfasste Erfassungswert größer wird. Dies ermöglicht es, das Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion unter hohem Druck zu unterbinden, wo es wahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet. Weiter ist es möglich, ein unnötiges Anhalten des Elektromotors 102e unter einer Bedingung zu verhindern, wo es unwahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet.
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Weiter unterbricht in einem Fall, wo die Solldrehzahl ω* nicht Null ist, und wo die Änderungsrate ΔV eines durch den Gleichspannungssensor 10 erfassten Erfassungswerts kleiner ist als ein vorgegebener Wert ΔV0, die Stromregelung 12 die Ausgabe des Spannungsbefehlswerts V*. Da ein schneller Abfall des Gleichspannungswerts, der beim Auftreten eines Lagenkurzschlusses oder dergleichen auftritt, unter Verwendung der Änderungsrate ΔV eines durch den Gleichspannungssensor 10 erfassten Erfassungswerts erkannt werden kann, ist es möglich, die Stromzufuhr von der Elektromotor-Ansteuervorrichtung 115 zum Elektromotor 102e vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion zu unterbrechen.
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Die erwähnte Steuerung zum Unterbrechen eines Befehls zum Drehen des Elektromotors 102e unter Verwendung der Änderungsrate ΔV eines durch den Gleichspannungssensor 10 erfassten Erfassungswerts kann nur in einem Fall durchgeführt werden, wo der durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116 erfasste Druck gleich oder höher ist als ein vorgegebener Wert Ph0. Alternativ kann die erwähnte Steuerung zum Unterbrechen eines Befehls zum Drehen des Elektromotors 102e unter Verwendung der Änderungsrate ΔV eines durch den Gleichspannungssensor 10 erfassten Erfassungswerts nur in einem Fall durchgeführt werden, wo die durch den Ausstoßtemperaturfühler 117 erfasste Temperatur gleich oder höher ist als ein vorgegebener Wert Td0.
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Dies ermöglicht es, das Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion unter hohem Druck und hoher Temperatur zu unterbinden, wo es wahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet. Als Ergebnis verbessert sich die Sicherheit. Weiter ist es möglich, ein unnötiges Anhalten des Elektromotors 102e unter einer Bedingung zu verhindern, wo es unwahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet.
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Weiter kann der vorgegebene Wert ΔV0 so festgelegt sein, dass er größer wird, wenn der durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer 116 erfasste Erfassungswert größer wird. Dies ermöglicht es, das Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion unter hohem Druck zu unterbinden, wo es wahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet. Weiter ist es möglich, ein unnötiges Anhalten des Elektromotors 102e unter einer Bedingung zu verhindern, wo es unwahrscheinlich ist, dass die Disproportionierungsreaktion fortschreitet.
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Als eine Maßnahme zum Unterdrücken des Auftretens einer Disproportionierungsreaktion kann das Vier-Wege-Ventil 106 so geschaltet werden, dass zusätzlich zum erwähnten Unterbrechen der Stromzufuhr zum Verdichter 102 ein Druckausgleich erreicht wird (Schalten zum Kühlbetrieb im Falle des Heizbetriebs oder Schalten zum Heizbetrieb im Falle des Kühlbetriebs). Alternativ kann zusätzlich zu dem erwähnten Unterbrechen der Stromzufuhr zum Verdichter 102 das Öffnungs-/Schließ-Ventil 113a geöffnet werden, sodass die Ausstoßseite und die Einführungsseite des Verdichters 102 über die Nebenstrom-Rohrleitung 113 miteinander in Verbindung stehen. Alternativ kann zusätzlich zu dem erwähnten Unterbrechen der Stromzufuhr zum Verdichter 102 das Entlastungsventil 114 geöffnet werden, sodass ein Kältemittel zu einem Außenraum abgegeben wird. Diese Maßnahmen ermöglichen es, einen hochdruckseitigen Druck im Kältekreis zu reduzieren und dadurch das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Obwohl oben als der Verdichter 102 ein Rotationsverdichter beschrieben ist, kann der Verdichter 102 ein Verdrängerverdichter sein, wie etwa ein Schneckenverdichter oder ein Kolbenverdichter, oder kann ein Zentrifugalverdichter sein.
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Wie oben beschrieben, enthält die vorliegende Erfindung einen Kältekreis, der einen Verdichter mit einem Elektromotor; einen Kondensator; ein Entspannungsventil; und einen Verdampfer enthält, wobei der Verdichter, der Kondensator, das Entspannungsventil und der Verdampfer miteinander verbunden sind. Weiter ist ein 1,1,2-Trifluorethylen und Difluormethan enthaltendes Arbeitsfluid als ein im Kältekreis eingeschlossenes Kältemittel verwendet, ist eine Elektromotor-Ansteuervorrichtung vorgesehen, die den Elektromotor ansteuert, und enthält die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eine Drehzahlschätzeinrichtung.
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Gemäß dieser Anordnung erfasst die Elektromotor-Ansteuervorrichtung einen Rotationszustand eines Läufers, und daher kann die Stromzufuhr zum Elektromotor bei einem Auftreten einer Rotationsanomalität des Elektromotors unterbrochen werden. Dies ermöglicht es, eine übermäßige Stromzufuhr zum Verdichter zu verhindern, die ein Auslöser einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels sein kann. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten der Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass die Drehzahlschätzeinrichtung die Drehzahl auf Grundlage eines Erfassungswerts eines in den Elektromotor eingegebenen Stroms schätzt.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass der Elektromotor einen Läufer und einen um den Läufer angeordneten Ständer enthält und die Drehzahlschätzeinrichtung die Drehzahl auf Grundlage einer Magnetpolstellung des Läufers schätzt.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass der Läufer einen Permanentmagneten enthält. Ein Elektromotor mit einem Permanentmagneten in einem Läufer weist einen hohen Motorwirkungsgrad auf und kann daher Wärmeverluste reduzieren. Es ist daher möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Elektromotors zu unterdrücken. Weiter kann, da eine Windungszahl eines Wicklungsdrahts als Ergebnis der Verbesserung des Motorwirkungsgrads kleiner gemacht sein kann, das Volumen eines Wickelkopfes reduziert sein. Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass ein oft im Wickelkopf auftretender Lagenkurzschluss auftritt. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten der Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass der Ständer ein Ständer mit konzentrierter Wicklung ist. Die konzentrierte Wicklung des Ständers ermöglicht es, den Wickelkopf zu reduzieren. Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass ein oft im Wickelkopf auftretender Lagenkurzschluss auftritt. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten der Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass der Permanentmagnet als Bestandteil des Läufers ein Neodymmagnet ist. Da der Elektromotor, der einen Neodymmagneten im Läufer enthält, einen höheren Motorwirkungsgrad aufweist, kann ein übermäßiger Temperaturanstieg des Elektromotors unterdrückt sein. Da die Windungszahl eines Wicklungsdrahtes kleiner gemacht werden kann, ist es möglich, das Volumen des Wickelkopfes zu reduzieren. Dies ermöglicht es, dass ein oft im Wickelkopf auftretender Lagenkurzschluss weniger wahrscheinlich auftritt. Es ist daher möglich, das Auftreten oder Fortschreiten der Disproportionierungsreaktion zu unterdrücken.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass der Elektromotor einen Läufer und einen um den Läufer angeordneten Ständer enthält, wobei der Ständer einen dreiphasigen Wickeldraht enthält, der mit einem Stromversorgungsanschluss verbundene Anschlussdrähte enthält, und dass der Abstand zwischen benachbarten der Anschlussdrähte auf einer Ständerseite größer ist als der Abstand zwischen den benachbarten der Anschlussdrähte auf einer Stromversorgungsanschlussseite.
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Gemäß dieser Anordnung kann der Abstand zwischen den Anschlussdrähten im Verdichter groß gemacht sein. Dies ermöglicht es, ein Auftreten eines Lagenkurzschlusses weniger wahrscheinlich zu machen, der ein Auslöser einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels sein kann, und dadurch das Auftreten oder Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels zu unterdrücken.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eine Stromerfassungseinheit enthält, die einen in den Elektromotor eingegebenen Strom erfasst, und dass die Stromzufuhr zum Elektromotor in einem Fall unterbrochen wird, wo eine Änderungsrate eines durch die Stromerfassungseinheit erfassten Erfassungswerts gleich oder größer als ein vorgegebener Wert wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Stromzufuhr vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels zu unterbrechen.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass die Elektromotor-Ansteuervorrichtung einen Spannungssensor enthält, der eine in die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eingegebene Spannung erfasst, und dass die Stromzufuhr zum Elektromotor in einem Fall unterbrochen wird, wo eine Änderungsrate eines durch den Spannungssensor erfassten Erfassungswerts kleiner als ein vorgegebener Wert wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Stromzufuhr vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels zu unterbrechen.
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Die vorliegende Erfindung kann ausgelegt sein, weiter einen hochdruckseitigen Druckaufnehmer zu enthalten, der zwischen einem Ausstoßteil des Verdichters und einem Einlass des Entspannungsventils vorgesehen ist, wobei der vorgegebene Wert kleiner gemacht wird, wenn ein durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer erfasster Erfassungswert größer wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Stromzufuhr vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels mit größerer Gewissheit zu unterbrechen. Als Ergebnis verbessert sich die Sicherheit.
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Die vorliegende Erfindung kann ausgelegt sein, weiter einen hochdruckseitigen Druckaufnehmer zu enthalten, der zwischen einem Ausstoßteil des Verdichters und einem Einlass des Entspannungsventils vorgesehen ist, wobei der vorgegebene Wert größer gemacht wird, wenn ein durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer erfasster Erfassungswert größer wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Stromzufuhr vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels mit größerer Gewissheit zu unterbrechen.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eine Stromerfassungseinheit enthält, die einen in den Elektromotor eingegebenen Strom erfasst, und dass die Elektromotor-Ansteuervorrichtung einen in den Elektromotor eingegebenen Strom erfasst. Weiter kann die vorliegende Erfindung so ausgelegt sein, dass die Stromzufuhr zum Elektromotor in einem Fall unterbrochen wird, wo ein durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer erfasster Erfassungswert gleich oder größer wird als ein vorgegebener Wert, und wo eine Änderungsrate eines durch die Stromerfassungseinheit erfassten Erfassungswerts gleich oder größer als ein vorgegebener Wert wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Stromzufuhr vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels mit größerer Gewissheit zu unterbrechen.
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Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass die Elektromotor-Ansteuervorrichtung einen Spannungssensor enthält, der eine in die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eingegebene Spannung erfasst, und dass die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eine in die Elektromotor-Ansteuervorrichtung eingegebene Spannung erfasst. Weiter kann die vorliegende Erfindung so ausgelegt sein, dass die Stromzufuhr zum Elektromotor in einem Fall unterbrochen wird, wo ein durch den hochdruckseitigen Druckaufnehmer erfasster Erfassungswert gleich oder größer wird als ein vorgegebener Wert, und wo eine Änderungsrate eines durch den Spannungssensor erfassten Erfassungswerts kleiner als ein vorgegebener Wert wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Stromzufuhr vor dem Fortschreiten einer Disproportionierungsreaktion des Kältemittels mit größerer Gewissheit zu unterbrechen.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Wie oben beschrieben, ist eine Kältekreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet zur Verwendung eines R1123 enthaltenden Arbeitsfluids und ist daher anwendbar bei einem Warmwasserbereiter, einer Auto-Klimaeinrichtung, einem Kühlschrank/Gefriergerät, einem Entfeuchter und dergleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Wechselstromquelle
- 2:
- Gleichrichterschaltung
- 5:
- Umrichter
- 5a bis 5f:
- Schaltelement
- 6a bis 6f:
- Freilaufdiode
- 7a, 7b:
- Stromsensor
- 8a, 8b:
- Spannungsteilerwiderstand
- 9:
- Stromerfassungseinheit
- 10:
- Gleichspannungssensor
- 11:
- Drehzahlregelung
- 12:
- Stromregelung
- 13:
- PWM-Signalgenerator
- 14:
- induktive Spannungsschätzeinrichtung
- 15:
- Läuferstellungs-Drehzahlschätzeinrichtung
- 31, 61:
- Zähne
- 32, 62:
- Joch
- 33, 63:
- Läuferkern
- 34, 64:
- Permanentmagnet
- 35, 66:
- Ring
- 37:
- Loch
- 67:
- Ausschnitt
- 100:
- Kältekreisvorrichtung
- 101a:
- Inneneinheit
- 101b:
- Außeneinheit
- 102:
- Verdichter
- 102a:
- Einführungsrohr
- 102c:
- Verdichtungsvorrichtung
- 102d:
- Ausstoßraum
- 102e:
- Elektromotor
- 102f:
- Öltasche
- 102g:
- luftdichter Behälter
- 102h:
- Stromversorgungsanschluss
- 102i:
- Anschlussdraht
- 102j:
- oberes Wellenlager
- 102k:
- unteres Wellenlager
- 102l:
- Ausstoßdämpfer
- 102m:
- Kurbelwelle
- 1021c:
- Verdichtungskammer
- 1021e:
- Läufer
- 1022c:
- Kolben
- 1022e:
- Ständer
- 1023c:
- Zylinder
- 1023e:
- Wickelkopf
- 103:
- Innen-Wärmeaustauscher
- 104:
- Entspannungsventil
- 105:
- Außen-Wärmeaustauscher
- 106:
- Vier-Wege-Ventil
- 107a:
- Innengebläse
- 107b:
- Außengebläse
- 108:
- Drei-Wege-Ventil
- 108a, 108b, 109:
- Zwei-Wege-Ventil
- 111a:
- Flüssigkeitsrohrleitung
- 111b:
- Gasrohrleitung
- 112:
- Rohrverbinder
- 113:
- Nebenstrom-Rohrleitung
- 113a:
- Öffnungs-/Schließ-Ventil
- 114:
- Entlastungsventil
- 115:
- Elektromotor-Ansteuervorrichtung
- 116:
- hochdruckseitiger Druckaufnehmer
- 117:
- Ausstoßtemperaturfühler
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/157764 A [0005]
- WO 2012/157765 A [0005]
