JP2008512603A - 停止時の非電動逆回転を防止する弁 - Google Patents

Abstract

圧縮機における非電動逆回転を防止する本発明の方法が、圧縮機の吐出側に近い位置にソレノイド弁を配置するステップを含む。弁は、望ましくは、モータへの電力が遮断された直後に作動され、冷媒の流れが圧縮機の圧縮室に膨張して戻るのを遮断する。圧縮機はスクロール圧縮機として開示されているが、スクリュー圧縮機でもよい。これら２つのタイプの圧縮機は、圧縮冷媒が圧縮機吐出側から圧縮要素を通って圧縮機吸入側へと再膨張した場合、望ましくない非電動逆回転の影響を受けやすい。冷媒の流れを遮断することにより、この非電動逆回転を防ぐ。通常の圧縮機運転中に弁が誤作動して冷媒の流れを止めた場合、圧縮機を直ちに停止させるようにソレノイド弁のすぐ上流に高圧スイッチを配置することができる。この高圧スイッチは、圧縮機モータへの電力を停止させるように信号を制御装置に送ることによって、吐出経路が遮断された状態で圧縮機が継続運転するのを防ぐ。同じように、弁をまたぐ望ましくない高圧差を回避させるように差圧スイッチを利用することができる。また弁自体が、この弁をまたぐ圧力差が安全限界値を超えたときに開放される流れバイパスを備えうる。

Description

本発明は、圧縮機吐出ラインに隣接して配置され、圧縮機停止時の圧縮冷媒の圧縮機ポンプユニットへの逆流、およびその結果生じる圧縮機の逆回転を防止するように操作可能な弁に関する。

圧縮機はほとんどの冷媒圧縮用途に利用される。圧縮機では、冷媒は通常、圧縮機ポンプユニット用のモータを囲む吸込室に取込まれる。吸込冷媒はモータを冷却するとともに、最終的には圧縮機ポンプユニットの圧縮室へと進み、そこで圧縮されて吐出ポートを通して吐出室へと進む。冷媒は吐出室から圧縮機吐出管へと進み、次いで冷媒システムの次の構成要素に向かって下流へと進む。

広く利用されるまでになりつつある圧縮機の一般的なタイプの１つはスクロール圧縮機である。スクロール圧縮機では、第１スクロール部材は、ベースと、このベースから延在する概ねらせん状のラップと、を有し、第２スクロール部材は、ベースと、このベースから延在する概ねらせん状のラップと、を有する。この２つのラップがかみあわされて圧縮室を画定する。第１スクロール部材は第２スクロール部材に対して回転揺動するようにもたらされ、また該２つのラップは互いに対して揺動するため、圧縮室の大きさが縮小され、これにより封じ込められた冷媒を圧縮する。

スクロール圧縮機は、非電動逆回転と呼ばれる課題に関する問題を有する。スクロール圧縮機は、好ましい方向で揺動するように駆動されることが好ましい。第１スクロール部材が逆方向に揺動された場合、揺動スクロールおよびシャフトつりあい重りの超過回転により、望ましくない騒音および圧縮機に対する潜在的な損傷が生じる恐れがある。

スクロール圧縮機の停止時には、圧縮機下流の凝縮器および隣接する吐出配管に蓄積された相当量の圧縮冷媒がある。停止すると同時にこの圧縮冷媒が圧縮室を通って膨張し、揺動スクロール部材を逆方向に駆動させる。これは望ましいことではない。

冷媒がスクロール部材を通って膨張するのを防ぎ、これによって逆回転を防止するために、スクロール圧縮機の内部に設置される吐出逆止弁が利用されることがある。この逆止弁は長期の作動後、金属疲労により摩滅し壊れる恐れがあるため信頼性の課題を有することがある。したがって、内部逆止弁の使用に関連した非電動逆回転に関する懸念がある。

この冷媒の逆流を止める適切な手段がない場合、冷媒がスクリュー圧縮機要素を通って膨張する恐れがあるスクリュー圧縮機においても同様の問題がある。スクリュー要素の逆方向の回転はスクリュー圧縮機のスクリューロータに損傷を与える恐れがある。

本発明の開示された実施形態では、ソレノイド弁が圧縮機ハウジングの外側の圧縮機に隣接する吐出管もしくは吐出ラインに配置される。好ましくは、弁は圧縮機モータの停止直後に閉じられる。弁がモータの停止前または停止時すぐに閉じられると、モータは停止後、短時間の間、順方向に作動し続けるので、冷媒の圧力の増大を伴う潜在的な問題がある。しかし、弁がモータの停止後かなりの時間が経過してから閉じられると、凝縮器および吐出ラインからの冷媒がスクロール部材を通して戻り再膨張する可能性があり、これによりスクロール部材を逆方向に回転させることになる。したがって、最適な性能のためには短時間のうちに弁を閉めることが必須である。したがって、開示された実施形態では、好ましくは弁がモータの停止後０．１〜１．０秒の間に閉じられる。ソレノイド弁が開示されているが、他の型の弁も本発明の範囲内にある。

別の構成では、ソレノイド弁の上流に高圧スイッチが配置される。圧縮機が作動中にソレノイド弁が不用意に閉じた場合、この高圧スイッチが望ましくない圧力の増加を素早く感知する。高圧スイッチは好ましくは制御装置に配線され、過圧状態が検知された場合、この制御装置はモータを停止させることができる。

圧縮機ポンプユニット２２を有する圧縮機２０を図１に示す。吸込管２４は吸込冷媒を吸込プレナム２５に送る。冷媒は、吸込プレナム２５から揺動スクロール部材３０と非揺動スクロール部材３２との間に形成される圧縮室２７へと上方に移動することができる。スクロール部材を利用する圧縮機ポンプユニット２２について、上述のように停止時の非電動逆回転に関する問題があることが知られている。スクロール圧縮機が示されているが、非電動逆回転に関する潜在的な問題を有するあらゆるタイプの圧縮機（たとえば、スクリュー圧縮機など）も本発明から利益を得ることができる。

吐出室３４が固定スクロール３２のちょうど下流に示されている。図中に示すように、吐出室３４と冷媒出口を固定スクロールポート３６から分離する逆止弁はない。この場合の逆止弁の機能は弁部材４０で代用される。図示されるように、冷媒が吐出室３４から吐出管３８を通り、下流の凝縮器４８、主膨張装置５０および蒸発器５２へと進むことができる。

本発明は、すぐ下流に凝縮器４８を備えた圧縮機２０として図示されるが、本発明の圧縮機は、冷媒の経路を吐出管３８から凝縮器４８もしくは蒸発器５２へのいずれかへと送るように選択できる機能を組込んだ冷媒サイクルでも利用することができることを理解されたい。このような選択経路は、たとえば四方逆転弁１２２を使用することにより達成される（図２参照のこと）。このような冷媒サイクルはヒートポンプシステムで利用され、当業者にとって周知である。冷媒システムはまた、周知のように蒸気噴射、液体噴射もしくはバイパス・アンローディング機能（図３参照のこと）を備えることができる。

モータ３７がシャフト３９を駆動させて、揺動スクロール部材３０を非揺動スクロール部材３２に対して揺動させる。非揺動スクロール部材３０は、固定スクロールとして示されるが、本発明は非揺動スクロールを軸方向に動かすことができるスクロール圧縮機にも及ぶ。

本明細書に開示の本発明は、圧縮機が停止する際に凝縮器４８から管３８を通る冷媒の逆流を止めるようにソレノイド弁制御装置４４によって操作することが可能な弁部材４０に関する。前と同様、他のタイプの遮断弁も同様に使用することができる。

図示されるように、制御装置４６は弁制御装置４４と連絡し、またモータ３７用の停止スイッチ４７（圧縮機の内側または外側のどちらかに配置される）とも連絡する。さらに、任意の高圧スイッチ４２が管３８の圧力を感知し、制御装置４６と連絡する。

制御装置４６がモータ３７を停止させると、ソレノイド弁制御装置４４を作動させて弁４０を図１に示されるような閉位置に動かす。この作動前は、弁４０は吐出管３８を通る流れを妨げないような引き込まれた位置にある。安全性を考慮して、この弁への電力が遮断された後は、通常の開位置を維持するタイプの弁を使用することが好ましい。

好ましくはこの作動は、モータ３７を停止させるために信号が送られた後、短時間のうちに行われる。これにより弁４０が圧縮冷媒の流れを妨げる前に、モータが順方向の回転を停止し、さらなる圧縮を防ぐことが可能になる。一方、停止後、かなり短時間のうちに弁４０を作動させて流れを止め、潜在的に非電動逆回転状態の原因となる下流位置から管３８を通して戻る冷媒の逆流を防ぐことが望ましい。開示の実施形態では、この時間は０．１〜１．０秒の間である。当然ながら、その他の時間も本発明の範囲内であろう。

さらに、弁制御装置４４が誤作動を起こして弁４０を閉位置に動かすおそれがあるので、圧縮機が作動しているときに高圧スイッチ４２が利用される。高圧スイッチ４２が、管３８の圧力が予想される圧力もしくは所望の圧力を上回ることを感知すると、このスイッチは制御装置４６に信号を送る。この時、制御装置４６はモータ３７を停止させて誤作動を確認できるように動作可能である。弁をまたぐ差圧がある一定の値を超えると、弁が強制的に開かれるソレノイド弁を利用することも本発明の範囲内である―この場合、高圧スイッチ４２の使用は全く必要とされない。

また図２は、スクリューもしくはスクロール圧縮機、もしくは電力のない状態で逆回転を起こす傾向のあるその他の任意の圧縮機でもよい圧縮機１２０を示す。図２および図３に示すさらなる詳細は、スクリュー圧縮機もしくは予め図示したスクロール圧縮機のいずれかについて利用することができる。図示されるように、先に開示された弁として機能する弁４０が圧縮機１２０の吐出ラインに取り付けられる。図２に示すように、圧縮機１２０は、室外熱交換器４８もしくは室内熱交換器５２のいずれかに冷媒を選択的に送ることができる四方弁１２２を有するヒートポンプシステムの一部である。したがって、本発明は、冷房モードもしくは暖房モードのいずれにおいても利用することができる。

図３はさらに可能な構成を示す。図３においてもまた、圧縮機１２０はスクロール圧縮機またはスクリュー圧縮機のいずれであってもよい。エコノマイザ熱交換器２０２がエコノマイザ機能を果たし、先に圧縮された冷媒の一部を圧縮機１２０の（一つもしくは複数の）中間圧縮室に戻すように噴射を行う。図２および図３に示す構成は一般に周知である。この構成は、本発明の弁４０および任意選択的な高圧スイッチ４２を組み込んだものである。

本発明の好ましい実施形態が開示されてきたが、当業者であれば特定の変更形態が本発明の範囲内にあることが理解できよう。このような理由により、付記の特許請求の範囲が本発明の真の範囲および趣旨を画定するために考慮されるべきである。

本発明を組込む冷媒サイクルの概略図である。 任意選択的な構成を示す図である。 さらなる任意選択的な構成を示す図である。

Claims (34)

1. 圧縮機ハウジングおよび圧縮機ポンプユニットと、
   非電動逆回転の影響を受けやすいタイプの前記圧縮機ポンプユニットであって、冷媒を圧縮する圧縮室を有するとともにこの圧縮冷媒を吐出室へと送る前記圧縮機ポンプユニットを駆動するモータと、
   前記吐出室と下流の熱交換器との間の位置で冷媒の流れを遮断する電動遮断弁と、
   を備えた圧縮機。
2. 前記圧縮機ポンプユニットが、スクロール圧縮機ポンプユニットであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記圧縮機ポンプユニットが、スクリュー圧縮機ポンプユニットであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記電動遮断弁が、圧縮機吐出管に配置されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記電動遮断弁が、圧縮機吐出経路に配置されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記電動遮断弁を制御する制御装置が、前記モータが停止した後、予めセットされた時間内に前記電動遮断弁を作動させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
7. 前記モータへの電力が遮断された後、前記電動遮断弁が、０．１秒より長い時間後に前記制御装置によって作動されることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
8. 前記モータへの電力が遮断された後、前記制御装置が、０．１秒〜１．０秒の間に前記電動遮断弁を作動させることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
9. 圧力スイッチが前記電動遮断弁の上流に配置され、かつ前記電動モータの制御装置と連絡するとともに、前記圧力スイッチは、前記電動遮断弁の上流の望ましくない高圧を確認し、かつ望ましくない高圧が感知された場合に前記モータの作動を停止させるように作動可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
10. 前記電動遮断弁がソレノイド電動弁であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
11. 圧力が安全圧力を超えると、前記電動遮断弁が閉位置から開くことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
12. 前記電動遮断弁が、正常時開放弁であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
13. 差圧スイッチが前記電動遮断弁をまたぐ差圧を感知するように配置され、かつ前記電動遮断弁の制御装置と連絡するとともに、前記差圧スイッチは、前記電動遮断弁をまたぐ望ましくない高圧差を確認し、かつ望ましくない高圧差が感知された場合に前記モータの運転を停止させるように作動可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
14. 差圧が安全差圧を超えると、前記電動遮断弁が閉位置から開くことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
15. 前記電動遮断弁が、前記弁をまたぐ差圧が安全差圧を超えると開かれる流れバイパスを備えた弁であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
16. 非電動逆回転の影響を受けやすいタイプの圧縮機であって、冷媒を圧縮する圧縮室を有するとともに前記圧縮冷媒を吐出室へと送る圧縮機と、
    前記圧縮機の下流に配置されるとともに、前記吐出室からの冷媒が通流する熱交換器と、
    前記吐出室と前記下流の熱交換器との間の位置で冷媒の流れを遮断する電動遮断弁と、
    を備えた冷媒サイクル。
17. 前記圧縮機ポンプユニットが、スクロール圧縮機ポンプユニットであることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
18. 前記圧縮機ポンプユニットが、スクリュー圧縮機ポンプユニットであることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
19. 前記電動遮断弁が、圧縮機吐出管に配置されることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
20. 前記電動遮断弁が、圧縮機吐出経路に配置されることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
21. 前記電動遮断弁を制御する制御装置が、前記モータが停止した後、予めセットされた時間内に前記電動遮断弁を作動させることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
22. 前記モータへの電力が遮断された後、前記電動遮断弁が、０．１秒より長い時間後に前記制御装置によって作動されることを特徴とする請求項２１に記載の冷媒サイクル。
23. 前記モータへの電力が遮断された後、前記制御装置が、０．１秒〜１．０秒の間に前記電動遮断弁を作動させることを特徴とする請求項２１に記載の冷媒サイクル。
24. 圧力スイッチが前記電動遮断弁の上流に配置され、かつ前記電動モータの制御装置と連絡するとともに、前記圧力スイッチは、前記電動遮断弁の上流の望ましくない高圧を確認し、かつ望ましくない高圧が感知された場合に前記モータの運転を停止させるように作動可能であることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
25. 前記電動遮断弁がソレノイド電動弁であることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
26. 圧力が安全圧力を超えると、前記電動遮断弁が閉位置から開くことを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
27. 前記電動遮断弁が、正常時開放弁であることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
28. 差圧スイッチが前記電動遮断弁をまたぐ差圧を感知するように配置され、かつ前記電動遮断弁の制御装置と連絡するとともに、前記差圧スイッチは、前記電動遮断弁をまたぐ望ましくない高圧差を確認し、かつ望ましくない高圧差が感知された場合に前記モータの運転を停止させるように作動可能であることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
29. 差圧が安全差圧を超えると、前記電動遮断弁が閉位置から開くことを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
30. 前記電動遮断弁が、前記弁をまたぐ差圧が安全差圧を超えると開かれる流れバイパスを備えた弁であることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
31. 前記冷媒サイクルが、空調サイクルであることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
32. 前記冷媒サイクルが、ヒートポンプサイクルであることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
33. 前記冷媒サイクルが、エコノマイザ分岐を含むことを特徴とする請求項１６に記載の冷媒サイクル。
34. （１）非電動逆回転の影響を受けやすいタイプの圧縮機ポンプユニット内で冷媒を圧縮するステップと、
    （２）前記圧縮機ポンプユニットを駆動するモータへの電力を遮断するステップと、
    （３）電動弁を作動させることにより圧縮冷媒の流れが圧縮機ポンプユニットを通して膨張するのを防ぐステップと、
    を備えてなる圧縮機の制御方法。

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