JP2013083361A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で圧縮機の逆回転の検知ができる冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧機構３、蒸発器４が環状に接続されて冷媒が循環する冷媒回路９と、圧縮機１の圧縮機制御手段１１を備えた制御装置１０と、圧縮機１から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段７を備え、制御装置１０により圧縮機１を所定時間駆動させて、吐出温度検出手段７の検出する吐出温度変化が予め設定した閾値に対し小さい場合に圧縮機１の逆回転（回転方向の異常）と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転方向が一方向に定まった圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、回転方向が一方向に定まった圧縮機を備えた冷凍サイクル装置は、圧縮機の回転方向の異常を判定するために、圧縮機起動後の所定時間（５秒間）において、圧縮機の吐出圧力の変化率が正であれば、正常回転、変化率が負であれば逆回転（回転方向の異常）と判定している（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２１８０５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置では、圧縮機の吐出圧力を検出するために吐出圧力検出手段（主に圧力センサー）が必要となる。圧力センサーは、正確に瞬時の圧力値を検出できる反面、一般的に高価であるという課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、安価な構成で圧縮機の逆回転の検知が実現できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、少なくとも圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器が環状に接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、前記圧縮機の駆動手段を有する制御装置と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機を所定時間駆動させるとともに、前記所定時間内における前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が、予め設定した閾値により小さい場合に、前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とするものである。

これによって、一般的に安価な吐出温度検出手段（主に温度センサー）を用いて、前記圧縮機の逆回転を検知することが可能となる。

本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機の吐出温度と蒸発器出口温度を検出して、検出した吐出温度変化と蒸発器出口温度変化を用いて圧縮機の逆回転（回転方向の異常）を検知することによって、従来に比べて安価な構成で逆回転の検知が可能となる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図 同実施の形態１における冷凍サイクル装置の圧縮機の動作タイミングを表す図 同実施の形態１における冷凍サイクル装置の圧縮機の吐出温度変化を表す図 同実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図 同実施の形態２における冷凍サイクル装置の圧縮機の動作タイミングを表す図 同実施の形態２における冷凍サイクル装置の圧縮機吐出温度変化と蒸発器出口温度変化とを表す図 同実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成図 同実施の形態３における冷凍サイクル装置の圧縮機の動作タイミングを表す図 同実施の形態３における冷凍サイクル装置の圧縮機吐出温度変化と入力電流値とを表す図 同実施の形態４における冷凍サイクル装置の構成図 同実施の形態５における冷凍サイクル装置の圧縮機の動作タイミングを表す図

第１の発明の冷凍サイクル装置は、少なくとも圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器が環状に接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、前記圧縮機の駆動手段を有する制御装置と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機を所定時間駆動させるとともに、前記所定時間内における前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が、予め設定した閾値により小さい場合に、前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とする冷凍サイクル装置である。

これによって、吐出圧力検出手段（主に圧力センサー）を用いて吐出冷媒の圧力を直接検出しなくても、前記圧縮機が正常に動作しているか否かを判定できるため、従来に比べて安価な構成で逆回転の検知が可能となる。

第２の発明の冷凍サイクル装置は、蒸発器出口の冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記圧縮機を所定時間駆動させるとともに、前記所定時間内における前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が、予め設定した閾値より小さく、かつ、前記蒸発器出口温度検出手段の検出する蒸発器出口温度変化が予め設定した閾値より大きい場合に前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とする冷凍サイクル装置である。

これによって、より確実に圧縮機の逆回転を判断することが可能となる。

第３の発明の冷凍サイクル装置は、交流電源から入力される電流値を検出する入力電流検出手段を有し、前記入力電流検出手段の検出する電流値が、予め設定した閾値より大きい場合に、前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とするものである。

これによって、冷凍サイクル装置内の冷媒が規定量より減少し、前記圧縮機が正常回転であっても前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が小さくなった場合に、前記入力電流検出手段の検出する入力電流値により、前記圧縮機の逆回転と判別することが可能となる。

第４の発明の冷凍サイクル装置は、外気温度を検出する外気温度検出手段を有し、前記外気温度検出手段の検出する外気温度に基づいて、前記所定時間の長さを変更するものである。

これによって、低外気温度下で前記圧縮機を駆動させた時、前記圧縮機が正常回転であっても前記圧縮機の駆動直後における前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が小さい場合に、前記所定時間を高外気温時に対して長く設定することにより、前記圧縮機の吐出温度変化を確実に検知することができ、前記圧縮機の逆回転と判別することが可能となる。

第５の発明の冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の逆回転を検知した時、前記制御装置により前記圧縮機の駆動を停止するものである。

これによって、前記圧縮機内部の磨耗、損傷による圧縮機の故障を防止することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図である（例としてＣＯ２給湯機のヒートポンプユニットの構成図を示す）。図１に示すように冷媒回路９は、圧縮機１、放熱器２、減圧機構３および蒸発器４が環状に接続されて構成され、冷媒として二酸化炭素が循環する。放熱器２には入水配管５と出湯配管６が接続されている。そして、吐出温度検出手段７は圧縮機１から放熱器２へと冷媒を導入する配管の表面上に設けられる。

制御装置１０は、圧縮機１を駆動、停止させる圧縮機制御手段１１を有するとともに、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度に基づいて圧縮機１の逆回転（回転方向の異常）を検知する逆回転検知手段１２を有する。

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下にその動作および作用を説明する。

図２は、各動作タイミングを示したものである。図２において、まず圧縮機１が駆動する直前に吐出温度検出手段７から送られた吐出温度（Ｔ１）を制御装置１０に記憶する。次に制御装置１０は圧縮機制御手段１１により圧縮機１を駆動させ、所定時間（ｔ）後、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度（Ｔ２）を制御装置１０に記憶する。逆回転検知手段１２は、吐出温度変化（Ｔ２−Ｔ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（Ｔ０）に対し大きければ、正常回転、小さければ、逆回転（回転方向の異常）と判定する。

図３は、正常回転および逆回転時における吐出温度変化を示したものである。図３において、圧縮機１が正常回転時、圧縮機１から吐出される冷媒の温度は、圧縮機１の駆動開始から数分後に目標温度（約８０℃〜１００℃）になるように上昇する。

一方、圧縮機１が逆回転時、圧縮機１は正常に冷媒の圧縮動作を行うことができない状態であるが、吐出温度検出手段７の設けられている配管は圧縮機１の吸入側になるために、圧縮機１の駆動開始後、吐出温度検出手段７の検出する温度は一旦低下し、その後、緩やかに上昇していく傾向にある。

このように正常回転時と逆回転時で吐出温度変化の挙動が異なるため、逆回転の判定は、この吐出温度変化の挙動の違いを利用している。そのため、逆回転の判定時、圧縮機１を駆動させる所定時間（ｔ）は、吐出温度変化の挙動が判別できる時間以上の長さを必要とする。しかし、長時間に渡り圧縮機１を逆回転させると圧縮機１は、内部が磨耗、損傷し、故障に至る可能性があるため、圧縮機１を駆動させる所定時間（ｔ）は、吐出温度変化の挙動が判別できる最短時間（１０秒程度）に設定するのが望ましい。

以上により、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機１の吐出温度を検出して、検出した
吐出温度変化を用いて圧縮機１の逆回転（回転方向の異常）を検知することによって、従来に比べて安価な構成で逆回転の検知が可能となる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図である。図４において、第１の実施の形態における冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。蒸発器出口温度検出手段８は蒸発器４の配管表面上に設けられている。

制御装置１０は、圧縮機１を駆動、停止させる圧縮機制御手段１１を有するとともに、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度と蒸発器出口温度検出手段８から送られた蒸発器出口温度に基づいて圧縮機１の逆回転（回転方向の異常）を検知する逆回転検知手段１２を有する。

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下にその動作および作用を説明する。

図５は、各動作タイミングを示したものである。図５において、まず圧縮機１が駆動する直前に、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度（Ｔ１）と蒸発器出口温度検出手段８から送られた蒸発器出口温度（ｔ１）とを制御装置１０に記憶する。次に制御装置１０は圧縮機制御手段１１により圧縮機１を駆動させ、所定時間（ｔ）後、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度（Ｔ２）と蒸発器出口温度検出手段８から送られた蒸発器出口温度（ｔ２）を制御装置１０に記憶する。逆回転検知手段１２は、吐出温度変化（Ｔ２−Ｔ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（Ｔ０）に対し大きい、または蒸発器出口温度変化（ｔ２−ｔ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（ｔ０）に対し小さければ、正常回転と判定する。また、吐出温度変化（Ｔ２−Ｔ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（Ｔ０）に対し小さく、かつ、蒸発器出口温度変化（ｔ２−ｔ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（ｔ０）に対し大きければ、逆回転（回転方向の異常）と判定する。

図６は、正常回転および逆回転時における吐出温度変化と蒸発器出口温度変化を示したものである。図６において、圧縮機１が正常回転時、圧縮機１から吐出される冷媒の温度は、圧縮機１の駆動開始から数分後に目標温度（約８０℃〜１００℃）になるよう上昇する。

一方、圧縮機１が逆回転時、圧縮機１は正常に冷媒の圧縮動作を行うことができない状態であるが、吐出温度検出手段７の設けられている配管は圧縮機１の吸入側になるために、圧縮機１の駆動開始後、吐出温度検出手段７の検出する温度は一旦低下し、その後、緩やかに上昇していく傾向にある。

また、蒸発器出口温度は、圧縮機１が正常回転時、圧縮機１の駆動開始から外気温度付近より低下していき、その後一定の温度を保つ。一方、圧縮機１が逆回転時は、蒸発器出口温度は、圧縮機１の駆動開始から外気温度付近より上昇しその後一定の温度を保つ。

このように正常回転時と逆回転時で吐出温度変化および蒸発器出口温度変化の挙動が異なるため、逆回転の判定は、この吐出温度変化および蒸発器出口温度変化の挙動の違いを利用している。そのため、逆回転の判定時、圧縮機１を駆動させる所定時間（ｔ）は、吐出温度変化と蒸発器出口温度変化の挙動が判別できる時間以上の長さを必要とする。しかし、長時間に渡り圧縮機１を逆回転させると圧縮機１は、内部が磨耗、損傷し、故障に至る可能性があるため、圧縮機１を駆動させる所定時間（ｔ）は、吐出温度変化の挙動が判
別できる最短時間（１０秒程度）に設定するのが望ましい。

なお、本実施の形態２では、吐出温度変化に加えて、蒸発器出口温度変化も観測し、圧縮機１の逆回転を判定するのであるが、これは、外気温度が極めて低い場合、圧縮機１が正常回転していても圧縮機１の吐出温度がすぐには上がらず、吐出温度変化が閾値よりも小さくなる場合があるので、吐出温度変化だけでなく蒸発器出口温度変化も観測することで、より確実に逆回転を判定することが可能となる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図である。図７において、第１の実施の形態における冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。制御装置１０は、交流電源から入力される電流値を検出する入力電流検出手段１３を備える。

制御装置１０は圧縮機１を駆動、停止させる圧縮機制御手段１１を有するとともに、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度、および入力電流検出手段１３から送られた入力電流値に基づいて圧縮機１の逆回転（回転方向の異常）を検知する逆回転検知手段１２を有する。

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下にその動作および作用を説明する。

図８は、各動作タイミングを示したものである。図８において、まず圧縮機１が駆動する直前に吐出温度検出手段７から送られた吐出温度（Ｔ１）を制御装置１０に記憶する。制御装置１０は圧縮機制御手段１１により圧縮機１を駆動させ、所定時間（ｔ）後、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度（Ｔ２）、および入力電流検出手段１３の検出する入力電流値（Ｉ１）を制御装置１０に記憶する。逆回転検知手段１２は、吐出温度変化（Ｔ２−Ｔ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（Ｔ０）に対し小さく、かつ入力電流値（Ｉ１）が予め制御装置１０に記憶されている閾値（Ｉ０）に対し大きければ、逆回転（回転方向の異常）と判定する。

図９は、正常回転および逆回転時における吐出温度変化と交流電源から入力される電流値を示したものである。図９において、圧縮機１が正常回転時、冷凍サイクル装置内の冷媒が規定量より少ない場合、冷媒への熱交換が不十分になるため、吐出温度変化は、冷媒が規定量通りの場合に対し小さくなる傾向にある。

また、交流電源から入力される電流値は、冷凍サイクル負荷が軽くなるため、冷媒が規定量通りの場合に対し小さくなる傾向にある。一方、圧縮機１が逆回転時、実施の形態１で記述したように吐出温度変化は、小さくなる。

また、交流電源から入力される電流値は、圧縮機１に大きな機械的負荷が掛かるため、非常に大きくなる傾向にある。このように正常回転で冷媒量が減少している時と逆回転時で、吐出温度変化は似通った挙動を示すが、交流電源から入力される電流値は明確に異なった挙動を示すため、逆回転の判定は、実施の形態１に記載の吐出温度変化に加えて、交流電源から入力される電流値を利用している。

以上により、本発明の冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル装置内の冷媒が規定量より減少し、圧縮機１が正常回転であっても吐出温度検出手段７の検出する吐出温度変化が小さくなった場合に、入力電流検出手段１３の検出する入力電流値により、圧縮機１の逆回転を判別することが可能となる。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の第４の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図である。図１０において、第１の実施の形態における冷凍サイクル装置と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。制御装置１０は圧縮機１を駆動、停止させる圧縮機制御手段１１を有するとともに、吐出温度検出手段７から送られた吐出温度、および外気温度検出手段１４から送られた外気温度に基づいて圧縮機１の逆回転（回転方向の異常）を検知する逆回転検知手段１２を有する。

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下にその動作および作用を説明する。

各動作タイミングは、実施の形態１に記載の図２に準ずるため、省略する。ここで本実施の形態では、圧縮機制御手段１１により圧縮機１を駆動させる所定時間（ｔ）の時間を外気温度検出手段１４の検出する外気温度が高いほど短く、外気温度が低くなるほど長く設定する（例えば、所定時間ｔ＝外気温度を変数とする１次関数）。これにより、制御装置１０は圧縮機１の吐出温度変化を確実に検知することができる。

以上により、本発明の冷凍サイクル装置は、低外気温度下で圧縮機１を駆動させた時、圧縮機１が正常回転であっても圧縮機１の駆動直後における吐出温度検出手段７の検出する吐出温度変化が小さい場合に、所定時間（ｔ）を高外気温時に対して長く設定することにより、圧縮機１の逆回転をより確実に判別することが可能となる。

（実施の形態５）
冷凍サイクル装置の構成は、実施の形態１に記載の図１に準ずるため、省略する。

図１１は、各動作タイミングを示したものである。ここで本実施の形態では、制御装置１０が逆回転検知手段１２により圧縮機１の逆回転を検知した場合、圧縮機制御手段１１により圧縮機１の駆動を停止させる。

以上により、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機１内部の磨耗、損傷による圧縮機１の故障を防止することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、回転方向が一方向に定まった圧縮機の逆方向回転を検知するものであり、同様の圧縮機を搭載したヒートポンプ給湯機、空気調和機に有用である。

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧機構
４ 蒸発器
５ 入水配管
６ 出湯配管
７ 吐出温度検出手段
８ 蒸発器出口温度検出手段
９ 冷媒回路
１０ 制御装置
１１ 圧縮機制御手段
１２ 逆回転検知手段
１３ 入力電流検出手段
１４ 外気温度検出手段

Claims (5)

1. 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器が環状に接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、前記圧縮機の駆動手段を有する制御装置と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機を所定時間駆動させるとともに、前記所定時間内における前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が、予め設定した閾値より小さい場合に、前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 蒸発器出口の冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記圧縮機を所定時間駆動させるとともに、前記所定時間内における前記吐出温度検出手段の検出する吐出温度変化が、予め設定した閾値より小さく、かつ、前記蒸発器出口温度検出手段の検出する蒸発器出口温度変化が予め設定した閾値より大きい場合に前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 交流電源から入力される電流値を検出する入力電流検出手段を有し、前記入力電流検出手段の検出する電流値が、予め設定した閾値より大きい場合に、前記圧縮機は逆回転していると判断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 外気温度を検出する外気温度検出手段を有し、前記外気温度検出手段の検出する外気温度に基づいて、前記所定時間の長さを変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機の逆回転を検知した時、前記制御装置により前記圧縮機の駆動を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。