JP2008534911A - ヒートポンプユニット内にあるコンプレッサの電力供給停止時の逆転防止 - Google Patents

Abstract

ヒートポンプは、停止時におけるコンプレッサの電力供給停止時の逆回転をなくす方法および制御部を備えている。特に、四方逆転弁の位置を変えて、停止前に運転されていた運転モードに対して逆の運転モードに、ヒートポンプを転換させる。別のやり方では再膨張してコンプレッサを通り、コンプレッサを逆回転させる恐れのある圧縮冷媒は、このときコンプレッサの吸い込みラインとつながり、一方、コンプレッサの吐出口は、吸い込み圧力の冷媒とつながる。したがって、コンプレッサの電力供給停止時の逆回転はもはや起こり得ない。

Description

本発明は、停止時にヒートポンプを逆の運転モードに切り換えて、電力供給停止時の逆回転をなくす方法に関する。

冷媒システムは、調整されるべき様々な屋内環境にある空気の温度及び湿度を調整するのに利用される。冷房モードでの典型的な冷媒システムの運転では、冷媒はコンプレッサで圧縮されて、凝縮器（つまりこの場合には屋外熱交換器）に送られる。凝縮器では、屋外周囲空気と冷媒との間で熱交換が行われる。冷媒は、凝縮器から膨張装置に進み、膨張装置で膨張して圧力および温度が下がり、次いで、蒸発器（つまり屋内熱交換器）に進む。蒸発器では、冷媒と屋内空気との間で熱交換が行われて屋内空気を調整する。冷媒システムが作動しているときに、蒸発器は、屋内環境に供給されつつある空気を冷却する。

上記の説明は、冷媒システムが冷房運転モードで使用される場合に関する。暖房モードでは、システムを流れる冷媒は基本的に逆転される。屋内熱交換器は凝縮器となって、調整されるべき（この場合は暖房されるべき）環境に熱を放出し、屋外熱交換器は、蒸発器という用途を果たし、相対的に冷たい屋外空気と熱交換する。ヒートポンプは、冷媒サイクルを通る冷媒流を逆転させて、暖房モードおよび冷房モードの両方で運転できるシステムとして知られている。これは通常、コンプレッサ吐出口の回路図上の下流で、四方逆転弁または同等の装置をシステムに組み込むことによって達成される。四方弁は、システムが暖房運転モードまたは冷房運転モードにある場合に、それぞれ屋内熱交換器または屋外熱交換器を通るように冷媒流を選択的に案内する。さらに、膨張装置が逆転された流れを処理できないならば、その場合には、１対の膨張装置が、それぞれ逆止弁とともに、その代わりとして使用される。

特定のタイプのコンプレッサの場合、停止時に「電力供給停止時逆回転」として知られる問題が起こることがある。例えば、スクリュコンプレッサやスクロールコンプレッサなどの特定のタイプのコンプレッサの場合、圧縮した冷媒は、停止時に圧縮室に向かって内部に戻ることがある。この冷媒は、再膨張して圧縮要素を反対方向に高速回転させる。これは、求められていない非常に不快な騒音を発生させ、コンプレッサに潜在的な損傷をもたらす恐れさえあることから望ましくない。

圧縮した冷媒の逆転流が圧縮室に入るのを防止するために、吐出物逆止弁がコンプレッサ設計に組み入れられてきたが、これらの逆止弁は、コンプレッサ設計に組み入れるには比較的高価であり、これら自体の信頼性問題もあって、逆回転を必ず防止できるわけではなかった。このため、電力供給停止時の逆回転を防止すると同時に、逆止弁の設置を不要にするか、または逆止弁が誤動作した場合の冗長性を付与することが望ましい。

本発明の開示した実施形態では、停止時に、ヒートポンプが停止前のモードから逆の運転モードに転換される。例として、停止前にヒートポンプが冷房モードで作動していたとする。本発明によれば、システム制御部は、コンプレッサ停止時に四方逆転弁を暖房モード位置に移動させて、圧縮した冷媒がコンプレッサに逆流するのを防止する。この場合に、コンプレッサの下流の圧縮した（高圧の）冷媒は、コンプレッサ入口につなげられる。このように、圧縮した冷媒のコンプレッサへの逆流は起こらない。この結果、短期間だけ圧力がコンプレッサの前後で等しくなって、逆回転が全く起こらないまま、冷媒はコンプレッサの吸い込み部からコンプレッサの吐出部に移動する。

停止前に、ヒートポンプが暖房モードで作動していた場合、停止時に、逆のモードの切り換えシーケンスが開始される。言い換えると、コンプレッサの停止時に、四方逆転弁が冷房モード位置に移動される。

特に、本発明の方法は、逆回転が起こるタイプのコンプレッサを有するヒートポンプで利用される。このようなコンプレッサには、限定するものではないが、スクロールコンプレッサやスクリュコンプレッサがある。本発明の場合、コンプレッサを停止後に、冷媒がコンプレッサに逆流するのを防止するために、これまで使用されていた吐出物逆止弁を完全になくすことができる。

本発明のこれらのおよび他の特徴は、以下の明細書および添付図面から最も深く理解することができる。

図１Ａは、冷房モードで作動しているヒートポンプ２０を示している。公知のように、コンプレッサ２２は、圧縮した冷媒を、四方逆転弁２６に通じる吐出ライン２４に送出する。

冷房モードでは、冷媒は、吐出ライン２４から四方逆転弁２６を通って、屋外の熱交換器３０に通じるライン２８に進む。冷媒は、屋外熱交換器３０から膨張装置３２を通って屋内の熱交換器３４に進む。ライン３６は、屋内熱交換器３４の下流に配置されていて、冷媒を再度、四方逆転弁２６に通して、次いで、冷媒をコンプレッサ２２に戻す吸い込みライン３８に送る。制御部４０は、四方逆転弁２６の位置を制御する。

上記のように、本発明は、運転を停止したときまたは停止直前に、ヒートポンプ２０が逆の運転モード（この場合は暖房モード）となるように、四方逆転弁２６を動かすことによって、電力供給停止時のコンプレッサの逆回転をなくす。したがって、図１Ｂに示すように、このとき、吐出ライン２４は、四方逆転弁２６を介してライン３６および屋内熱交換器３４に通じている。すでに圧縮された冷媒は、膨張装置３２、屋外熱交換器３０、ライン２８、および四方逆転弁２６を通って吸い込みライン３８に戻る。逆回転に関する問題はこうしてなくなる。

四方逆転弁の位置の切り換えが図１Ｂに示すように行われると、熱交換器３０に向かって送出された圧縮冷媒は、このとき、コンプレッサ２２の吸い込みライン３８に通じる。したがって、吐出ラインからの蒸気の再膨張は起こらない。その代わりに、これまで吸い込みラインと接続されていた、吸い込み圧力の冷媒を含むライン３６が、このとき、圧力室に向けて開かれる。したがって、本発明は、電力供給停止時の逆回転が起こらないことを保証している。

図２Ａは、暖房モードで作動しているヒートポンプ２０を示している。ヒートポンプ２０が暖房モード時に停止されると、図２Ｂに示すように、最初に四方逆転弁２６が冷房モード位置に移動される。この場合にも、これにより、電力供給停止時の逆回転問題がなくなる。

モードの切り換えは、稼働中に行えるのが好ましい。すなわち、弁２６は、コンプレッサおよび他のシステム構成要素を止めることなく転換することができる。あるいは、切り換えは、コンプレッサ２２の停止と同時に行うことができる。

図３は、本発明の簡単な流れ図である。ヒートポンプ２０は、暖房モードまたは冷房モードのいずれかで運転される。停止時に、制御部４０は、ヒートポンプ２０が逆のモード状態になるように四方逆転弁２６を移動させる。

四方逆転弁２６の位置の切り換えは、好ましくは、停止後２秒以内または停止前１分以内に行われるべきである。より好ましくは、転換は、停止後５００ミリ秒未満または停止前１０秒未満のいずれかで行われるべきである。

本発明の好ましい実施形態が説明されたが、当業者ならば、特定の修正が本発明の範囲に入ると分かるであろう。そういう理由から、本発明の真の範囲および趣旨を確定するために、添付の特許請求の範囲が検討されるべきである。

冷房モードで通常に作動しているヒートポンプを示す図である。 これまで冷房モードで作動していたヒートポンプに対する停止位置を示す図である。 暖房モードで作動しているヒートポンプを示す図である。 これまで暖房モードで作動していたヒートポンプに対する停止位置を示す図である。 本発明の流れ図である。

Claims (21)

1. コンプレッサを有するヒートポンプであって、前記コンプレッサは、吐出ラインに冷媒を送出し、かつ吸い込みラインから冷媒を受け取り、前記吐出ラインおよび前記吸い込みラインは逆転弁と通じており、前記逆転弁は、暖房位置と冷房位置との間を移動することができ、前記暖房位置にある場合と前記冷房位置にある場合とで、冷媒を、屋内熱交換器と屋外熱交換器との間で反対の流れ方向に案内し、さらに、前記ヒートポンプは前記逆転弁用の制御部を有し、停止時に、前記制御部は、現在の位置に対して逆の位置に前記逆転弁を移動させるようにプログラムされることを特徴とするヒートポンプ。
2. 前記現在の位置は冷房モードをもたらし、前記逆の位置では暖房モードとされることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
3. 前記現在の位置は暖房モードをもたらし、前記逆の位置では冷房モードとされることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
4. 前記逆転弁は四方逆転弁であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
5. 前記逆転弁の前記逆の位置への前記移動は、停止前１分以内に行われることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
6. 前記逆転弁の前記逆の位置への移動は、停止前１０秒よりも早く行われないことを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ。
7. 前記逆転弁の前記逆の位置への移動は、停止後２秒よりも遅く行われないことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
8. 前記逆転弁の前記逆の位置への前記移動は、停止後５００ミリ秒よりも遅く行われないことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ。
9. 前記コンプレッサと前記逆転弁との間に吐出物逆止弁がないことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
10. 前記コンプレッサは、スクリュコンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
11. 前記コンプレッサは、スクロールコンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
12. ヒートポンプを運転する方法であって、
    （１）前記ヒートポンプを冷房モードと暖房モードの一方で作動させるステップと、
    （２）前記ヒートポンプの停止を決定するステップと、
    （３）前記冷房モードと前記暖房モードの他方で作動するように前記ヒートポンプを転換させるステップと、
    （４）ステップ３の直前もしくは直後、またはステップ３と同時のいずれかでヒートポンプに付属のコンプレッサを停止させるステップと、
    を含む方法。
13. 前記冷房モードと前記暖房モードの他方で作動させるための前記ヒートポンプの前記転換が停止前１分以内に行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記冷房モードと前記暖房モードの他方で作動させるための前記ヒートポンプの前記転換が停止前１０秒よりも早く行われないことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 逆転弁の逆位置への移動が停止後２秒よりも遅く行われないことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 前記冷房モードと前記暖房モードの他方で作動させるための前記ヒートポンプの前記転換は停止後５００ミリ秒よりも遅く行われないことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記ヒートポンプに付属するコンプレッサに対して吐出物逆止弁を利用しないことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
18. 前記コンプレッサは、スクリュコンプレッサであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
19. 前記コンプレッサは、スクロールコンプレッサであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
20. ヒートポンプの前記一方の運転モードから他方への転換は、逆転弁を用いて行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
21. 前記逆転弁は四方逆転弁であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。

Images