JP2014102050A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路を流れる冷媒によって複数のパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器を備える冷凍装置において、複数のパワーデバイスのうち停止中の機器に対応するパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制する。
【解決手段】冷凍装置１は、第１機器１１ａを制御するための第１パワーデバイス３１と、第２機器１２ａを制御するための第２パワーデバイス３２と、冷媒回路２を流れる冷媒によって第１パワーデバイス３１及び第２パワーデバイス３２を冷却するデバイス冷却器４０と、第１機器１１ａ及び第２機器１２ａのうち停止中の機器に対応するパワーデバイスを発熱させるために、前記停止中の機器が停止状態のままで前記停止中の機器に対応するパワーデバイスに通電するデバイス発熱制御を行う制御部５０とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、冷媒回路を流れる冷媒によって複数のパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器を備える冷凍装置に関する。

空気調和装置などの冷凍装置において、例えば圧縮機のモータなどの機器の運転を制御するパワーデバイスは、発熱が生じやすい電子部品である。そこで、冷媒回路を流れる冷媒によって前記パワーデバイスを冷却する冷媒冷却技術が提案されている。

ところで、例えばビルなどの大型の建物に適用される大型の冷凍装置では、１つの熱源ユニット（室外ユニット）内に複数の圧縮機が設けられる場合がある。この場合、複数の圧縮機のモータに対応する複数のパワーデバイスが冷媒冷却による冷却対象となる。例えば特許文献１には、複数のパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器を備える冷凍装置が提案されている。

特開２０１１−１１７６７７号公報

しかしながら、デバイス冷却器による冷却対象が複数のパワーデバイスを含む場合、次のような問題がある。すなわち、運転中の圧縮機のモータに対応するパワーデバイスは通電されているので発熱する一方で、停止中の圧縮機のモータに対応するパワーデバイスは通電されていないので発熱しない。このような場合であっても、すべてのパワーデバイスがデバイス冷却器によって冷却されるので、通電されていないパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じる可能性がある。

本発明の目的は、冷媒回路を流れる冷媒によって複数のパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器を備える冷凍装置において、複数のパワーデバイスのうち停止中の機器に対応するパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制する技術を提供することである。

本発明の冷凍装置は、冷媒回路（２）を有する。前記冷凍装置は、第１機器（１１ａ）と、第２機器（１２ａ）と、前記第１機器（１１ａ）を制御するための第１パワーデバイス（３１）と、前記第２機器（１２ａ）を制御するための第２パワーデバイス（３２）と、前記冷媒回路（２）を流れる冷媒によって前記第１パワーデバイス（３１）及び前記第２パワーデバイス（３２）を冷却するデバイス冷却器（４０）と、前記第１機器（１１ａ）及び前記第２機器（１２ａ）のうち停止中の機器に対応するパワーデバイスを発熱させるために、前記停止中の機器の停止状態が維持されたままで前記停止中の機器に対応するパワーデバイスに通電するデバイス発熱制御を行う制御部（５０）と、を備える。

この構成では、前記のようなデバイス発熱制御が行われるので、機器が停止中であってもその機器に対応するパワーデバイスを発熱させることができる。これにより、停止中の機器に対応するパワーデバイスがデバイス冷却器によって冷却された場合であっても、このパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制できる。

前記デバイス発熱制御において、前記制御部（５０）は、予め定められた結露判定条件を満たすと判断した場合に、前記停止中の機器に対応するパワーデバイスに通電するのが好ましい。

この構成では、予め定められた結露判定条件に基づいてパワーデバイスへの通電の要否が判定される。したがって、パワーデバイスにおいて結露が生じやすいときに適切にデバイス発熱制御が行われる一方で、その条件を満たしていないときにはデバイス発熱制御が行われない。これにより、パワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制でき、しかも、余分なデバイス発熱制御の実行が抑制されるので電力消費を抑えることができる。

前記冷媒回路（２）の具体例としては、次のような形態が挙げられる。例えば、前記冷媒回路（２）において、熱源側熱交換器（１３）、第１膨張機構（１５，１５０）及び利用側熱交換器（１４）がこの順に接続されており、前記デバイス冷却器（４０）には、前記熱源側熱交換器（１３）と前記第１膨張機構（１５，１５０）との間を流れる冷媒が流通する。

前記冷媒回路（２）は、次のような形態であってもよい。すなわち、前記冷媒回路（２）において、前記熱源側熱交換器（１３）と前記第１膨張機構（１５）との間に第２膨張機構（１６）がさらに設けられており、前記デバイス冷却器（４０）には、前記第１膨張機構（１５）と前記第２膨張機構（１６）との間を流れる冷媒が流通する。

前記デバイス冷却器（４０）の具体例として、前記デバイス冷却器（４０）が、前記第１パワーデバイス（３１）を冷却する第１冷媒ジャケット（４１）と、前記第１冷媒ジャケット（４１）から離れた位置に設けられ、前記第２パワーデバイス（３２）を冷却する第２冷媒ジャケット（４２）と、を含む形態が挙げられる。この形態の場合、前記デバイス発熱制御を行うメリットが顕著に現れる。具体的には次の通りである。

第１パワーデバイス（３１）と第２パワーデバイス（３２）が１つの冷媒ジャケットによって冷却される場合には、運転中の機器に対応するパワーデバイスにおいて生じる熱の一部が前記冷媒ジャケットを通じて、停止中の機器に対応するパワーデバイスに伝わることが期待される。これに対し、第１パワーデバイス（３１）を冷却する第１冷媒ジャケット（４１）から離れた位置に、第２パワーデバイス（３２）を冷却する第２冷媒ジャケット（４２）が設けられている場合には、上記のような伝熱は期待できない。すなわち、後者の場合、停止中の機器に対応するパワーデバイス及びその周辺部材において、前者の場合に比べて結露がより生じやすい構造であると言える。よって、本構成では、デバイス発熱制御を行うメリットが顕著に現れる。

本発明によれば、冷媒回路を流れる冷媒によって複数のパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器を備える冷凍装置において、複数のパワーデバイスのうち停止中の機器に対応するパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記冷凍装置のパワーデバイス及びこれを冷却するデバイス冷却器を示す概略図である。 前記冷凍装置の制御ブロック図である。 負荷に電力を供給するための制御回路図である。 デバイス発熱制御の制御例１を示すフローチャートである。 デバイス発熱制御の制御例２を示すフローチャートである。 前記冷凍装置の冷媒回路の変形例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、前記冷凍装置のデバイス冷却器の変形例１〜６を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係る冷凍装置について図面を参照して説明する。本実施形態の冷凍装置１は、通電時に比較的大きな発熱を伴う複数のパワーデバイスと、これらのパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器４０とを備える。複数のパワーデバイスは、例えば圧縮機のモータ、ファンのモータなどの機器を制御する。

図１に示すように、本実施形態の冷凍装置１では、複数のパワーデバイスは、第１パワーデバイス３１と、第２パワーデバイス３２とを含む。第１パワーデバイス３１は、第１機器としての第１圧縮機１１のモータ１１ａをインバータ制御し、第２パワーデバイス３２は、第２機器としての第２圧縮機１２のモータ１２ａをインバータ制御する。

本実施形態では、第１圧縮機１１及び第２圧縮機１２は、ともに可変容量圧縮機である。冷凍装置１は、２つの可変容量圧縮機１１，１２とは別の可変容量圧縮機及び／又は固定容量圧縮機をさらに備えていてもよい。可変容量圧縮機では、モータ１１ａ，１２ａがインバータ制御されて容量が段階的又は連続的に変化する。固定容量圧縮機では、モータが一定の回転数で動作する。

なお、本実施形態では、デバイス冷却器４０の冷却対象が圧縮機モータ制御用のパワーデバイスである場合を例示しているが、これに限られない。デバイス冷却器４０の冷却対象は、例えばファンモータ制御用のパワーデバイスなどであってもよい。

以下、本実施形態の冷凍装置１が、室内の空調を行う空気調和装置１である場合を例に挙げて説明する。空気調和装置１の冷媒回路２では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが利用されている。ただし、冷凍装置１は、空気調和装置１に限られず、例えばヒートポンプ給湯機などのように冷凍サイクルを利用する他の冷凍装置にも適用することができる。

＜空気調和装置の全体構成＞
空気調和装置１は、少なくとも１つの熱源ユニット３（室外ユニット３）と、少なくとも１つの利用ユニット４（室内ユニット４）とを備える。図１に示す本実施形態では、空気調和装置１は、複数の利用ユニット４ａ，４ｂを備える、いわゆるマルチ型の空気調和装置である。マルチ型の空気調和装置１は、建物内における複数の室内空間を空調するために使用される。空気調和装置１が設置される建物の規模に応じて、熱源ユニット３の個数、利用ユニット４の個数が適宜設定される。空気調和装置１の運転は、コントローラ５０により制御される。

熱源ユニット３と利用ユニット４ａ，４ｂは、液側連絡配管６１及びガス側連絡配管６２によって接続されている。液側連絡配管６１及びガス側連絡配管６２の配管長は、空気調和装置１が設置されるビルなどの設置場所の規模、熱源ユニット３及び利用ユニット４の組み合わせなどの条件に応じて適宜設定される。

＜利用ユニット＞
各利用ユニット４は、ビル等の屋内に設置される。利用ユニット４としては、天井に埋め込まれるタイプ、天井に吊り下げられるタイプ、室内の壁面に掛けられるタイプなどが例示できる。図１に示すように、各利用ユニット４は、冷媒回路２の一部を構成する利用側冷媒回路２ａを有する。この利用側冷媒回路２ａは、利用側熱交換器１４と、利用側膨張機構１５と、これらを接続する冷媒配管とを含む。各利用ユニット４は、利用側ファン１８をさらに備える。

各利用側膨張機構１５は、利用側冷媒回路２ａの液管に設けられており、利用側冷媒回路２ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行う。利用側膨張機構１５としては、例えば弁開度を調整可能な電動膨張弁を用いることができるが、これに限られない。

各利用側熱交換器１４は、冷房運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時には凝縮器として機能する。各利用側熱交換器１４は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器を例示することができるが、これに限られない。

利用側ファン１８は、利用側熱交換器１４に室内空気を供給するとともに熱交換後の空気を室内に供給する。利用側ファン１８は、羽根車を回転させるファンモータ１８ａを有する。ファンモータ１８ａとしては、例えば三相モータなどの多相モータを用いることができるが、これに限られない。

＜熱源ユニット＞
図１に示すように、熱源ユニット３は、冷媒回路２の一部を構成する熱源側冷媒回路２ｂを有する。熱源側冷媒回路２ｂと、利用側冷媒回路２ａと、これらを接続する液側連絡配管６１及びガス側連絡配管６２とは冷媒回路２を構成している。

熱源側冷媒回路２ｂは、複数の圧縮機１１，１２と、四路切換弁２０と、熱源側熱交換器１３と、熱源側膨張機構１６と、アキュムレータ１９と、これらを接続する冷媒配管とを含む。また、熱源側冷媒回路２ｂは、過冷却熱交換器２１と、過冷却膨張機構２２と、分岐路６７とをさらに備える。ただし、過冷却熱交換器２１、過冷却膨張機構２２及び分岐路６７は、省略することもできる。熱源ユニット３は、デバイス冷却器４０と、熱源側ファン１７と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８とをさらに備える。

複数の圧縮機１１，１２は、冷媒回路２の熱源側冷媒回路２ｂにおいて互いに並列に接続されている。具体的に、複数の圧縮機１１，１２は、吸入側ガス管６３及び吐出側ガス管６４に対して並列に接続されている。吸入側ガス管６３は、その下流側端部において２つに分岐した吸入側分岐管６３ａ，６３ｂを有する。圧縮機１１，１２の吸入側には、吸入側分岐管６３ａ，６３ｂがそれぞれ接続されている。吐出側ガス管６４は、その上流側端部において２つに分岐した吐出側分岐管６４ａ，６４ｂを有する。圧縮機１１，１２の吐出側には、吐出側分岐管６４ａ，６４ｂがそれぞれ接続されている。

圧縮機１１はモータ１１ａを有し、圧縮機１２はモータ１２ａを有する。モータ１１ａ，１２ａとしては、例えば三相モータなどの多相モータを用いることができるが、これに限られない。

吐出側分岐管６４ａ，６４ｂのそれぞれには、油分離器２４、逆止弁２５などが設けられている。逆止弁２５は、冷媒が四路切換弁２０に向かう方向に流れるのを許容する一方で、冷媒がその反対方向に流れるのを阻止する。油分離器２４，２４は、圧縮機１１，１２から吐出された潤滑油と冷媒とを含む混合流体中から潤滑油を分離する。潤滑油が分離された冷媒は四方切換弁２０へ送られ、潤滑油は圧縮機１１又は１２に戻される。

熱源側熱交換器１３は、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能する。熱源側熱交換器１３のガス側は圧縮機１１，１２に接続され、液側は熱源側膨張機構１６に接続されている。熱源側熱交換器１３としては、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器を例示することができるが、これに限られない。

熱源側ファン１７は、熱源としての室外空気を熱源側熱交換器１３に供給する。熱源側ファン１７は、羽根車を回転させるファンモータ１７ａを有する。ファンモータ１７ａとしては、例えば三相モータなどの多相モータを用いることができるが、これに限られない。

熱源側膨張機構１６は、冷媒回路２を流れる冷媒の流量、特に熱源側熱交換器１３を流れる冷媒の流量の調節等を行うために液管６５に設けられている。熱源側膨張機構１６としては、例えば弁開度を調整可能な電動膨張弁を用いることができるが、これに限られない。

アキュムレータ１９は、液体状態の冷媒と気体状態の冷媒とを分離するために、四路切換弁２０と圧縮機１１，１２の間の吸入側ガス管６３に設けられている。四路切換弁２０は、接続状態を切り換えることによって冷房運転（図１における実線の接続状態）と暖房運転（図１における破線の接続状態）とを切り換えることができる。

液側閉鎖弁２７は、液側連絡配管６１と熱源ユニット３の液管６５とを接続する弁である。ガス側閉鎖弁２８は、ガス側連絡配管６２と熱源ユニット３のガス管６６とを接続する弁である。

過冷却熱交換器２１は、液管６５を流れる冷媒を過冷却するためのものである。過冷却熱交換器２１では、液管６５を流れる冷媒と、液管６５から分岐する分岐路（バイパス路）６７に設けられた過冷却膨張機構２２において減圧された冷媒とが熱交換する。過冷却膨張機構２２は、過冷却熱交換器２１に分流される冷媒の流量を調節する。

（デバイス冷却器）
デバイス冷却器４０は、冷媒回路２を流れる冷媒によって第１パワーデバイス３１及び第２パワーデバイス３２を冷却する。

図２に示すように、デバイス冷却器４０は、第１パワーデバイス３１を冷却する第１冷媒ジャケット４１と、第２パワーデバイス３２を冷却する第２冷媒ジャケット４２とを含む。冷媒ジャケット４１，４２は、冷媒配管の冷却部６５ａ（本実施形態では液管６５の一部６５ａ）に取り付けられる。

本実施形態では、冷媒ジャケット４１，４２は、熱伝導性に優れた材料によって形成されている。このような材料としては、例えばアルミニウム又はその合金、銅又はその合金などの金属が挙げられるが、これに限られない。第２冷媒ジャケット４２は、第１冷媒ジャケット４１とは別体の部材であり、第１冷媒ジャケット４１から離れた位置に設けられている。

第１冷媒ジャケット４１は、冷媒配管の冷却部６５ａと、第１パワーデバイス３１との間に介在している。これにより、第１パワーデバイス３１は、冷媒配管の冷却部６５ａを流れる冷媒によって冷却される。第２冷媒ジャケット４２は、冷媒配管の冷却部６５ａと、第２パワーデバイス３２との間に介在している。これにより、第２パワーデバイス３２は、冷媒配管の冷却部６５ａを流れる冷媒によって冷却される。

第１冷媒ジャケット４１と冷媒配管の冷却部６５ａは直に接していてもよく、これらの間に例えば図略の伝熱板などの伝熱部材が介在していてもよい。また、第１冷媒ジャケット４１と第１パワーデバイス３１は直に接していてもよく、これらの間に例えば伝熱部材が介在していてもよい。同様に、第２冷媒ジャケット４２と冷媒配管の冷却部は直に接していてもよく、これらの間に例えば伝熱部材が介在していてもよい。また、第２冷媒ジャケット４２と第２パワーデバイス３２は直に接していてもよく、これらの間に例えば伝熱部材が介在していてもよい。

図２に示すように、第１パワーデバイス３１は、デバイス本体３１ａと、デバイス本体３１ａから延びるリード部３１ｂとを有する。第２パワーデバイス３２は、デバイス本体３２ａと、デバイス本体３２ａから延びるリード部３２ｂとを有する。これらのリード部３１ｂ，３２ｂはプリント配線板３３にはんだ付けなどの方法によって接合されている。

第１冷媒ジャケット４１及び第２冷媒ジャケット４２のそれぞれは、冷媒配管の冷却部６５ａが配置される管配置部４４を有する。本実施形態では、管配置部４４は、図２に示すように冷媒ジャケットの一面側に設けられた２列の溝部を含む。冷却部６５ａは、冷媒回路２の冷媒配管の一部がＵ字形状に折り曲げられることにより形成されており、２列の溝部を含む管配置部４４には冷却部６５ａの２列の直管部が配置される。

各溝部は、冷却部６５ａの外周面の湾曲形状に対応する湾曲形状の凹面を有する。これにより、冷却部６５ａの外周面と溝部の凹面との接触面積が大きくなる。冷却部６５ａと管配置部４４との間には、グリースなどが介在していてもよい。

なお、管配置部４４の構造は、溝部に限られず、例えば後述する変形例５及び変形例６のように冷媒ジャケットを貫通する貫通部などのような他の構造を有していてもよい。また、冷却部６５ａはＵ字形状に限られない。例えば後述する変形例４のように冷却部６５ａは１列の直管部により構成されていてもよく、この場合には、管配置部４４は冷却部６５ａに対応して１列の溝部、１列の貫通部などの構造を有する。

（各種センサ）
空気調和装置１には、種々のセンサが設けられている。図１に示すように、吐出側ガス管６４には、圧縮機１１，１２による圧縮後の冷媒の圧力を検出する高圧センサ９２が設けられており、吸入側ガス管６３には、圧縮機１１，１２に吸入される冷媒の圧力を検出する低圧センサ９３が設けられている。また、吐出側ガス管６４の吐出側分岐管６４ａ，６４ｂのそれぞれには、高圧圧力スイッチ９１が設けられている。高圧圧力スイッチ９１は、例えば圧縮機の高圧異常を検出して圧縮機を停止させるなどの機能を有する。

また、熱源ユニット３には、温度センサ７１〜７８が設けられている。具体的に、吐出側温度センサ７１，７１は、吐出側ガス管６４の吐出側分岐管６４ａ，６４ｂにそれぞれ設けられており、対応する圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する。温度センサ７２は、熱源側熱交換器１３を流れる冷媒の温度を検出する。外気温度センサ７３は、熱源ユニット３に吸い込まれる外気の温度を検出する。温度センサ７４は、熱源側熱交換器１３と熱源側膨張機構１６との間の液管６５を流れる冷媒の温度を検出する。温度センサ７５は、過冷却熱交換器２１と液側閉鎖弁２７との間の液管６５を流れる冷媒の温度を検出する。温度センサ７６は、過冷却熱交換器２１よりも下流側の分岐路６７を流れる冷媒の温度を検出する。吸入側温度センサ７７は、吸入側ガス管６３を流れる冷媒の温度を検出する。

冷却器温度センサ７８は、デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度を検出する。冷却器温度センサ７８は、デバイス冷却器４０に設けられていてもよく、また、デバイス冷却器４０よりも上流側又は下流側の液管６５に設けられていてもよい。また、熱源ユニット３には、湿度センサ７９が設けられていてもよい。

各利用ユニット４には、温度センサ８１〜８３が設けられている。具体的に、室内温度センサ８１は、室内の空気の温度を検出する。温度センサ８２は、利用側熱交換器１４の液側における冷媒の温度を検出する。温度センサ８３は、利用側熱交換器１４のガス側における冷媒の温度を検出する。

本実施形態では、上述した各種温度センサは、例えばサーミスタを用いることができるが、これに限られない。なお、上述した各種温度センサ及び湿度センサは、必須のものではなく、これらの一部を省略することもできる。

（コントローラ）
コントローラ５０は、冷媒回路２を制御して冷房運転、暖房運転などを制御する。コントローラ５０は、空気調和装置１に設けられた各種センサから受信する検出信号に基づいて空気調和装置１の運転を制御する。また、コントローラ５０は、利用ユニット４の操作を行う図略のリモコンとの間で制御信号のやりとりをする。コントローラ５０は、熱源ユニット３に設けられていてもよく、利用ユニット４に設けられていてもよい。また、コントローラ５０は、機能別に熱源ユニット３と利用ユニット４に分かれて設けられていてもよい。

コントローラ５０は、例えばマイクロコンピュータなどを備える。具体的には、図３に示すように、コントローラ５０は、モータ制御部５１、切換弁制御部５２、膨張弁制御部５３、結露判定部５４などを機能として有する。また、コントローラ５０は、運転条件、各種基準値、各種設定値、後述する制御例２の結露判定条件などを記憶する記憶部５５を備える。

モータ制御部５１は、圧縮機１１のモータ１１ａの回転数、圧縮機１２のモータ１２ａの回転数、熱源側ファン１７のモータ１７ａの回転数、利用側ファン１８のモータ１８ａの回転数などを制御する。切換弁制御部５２は、四路切換弁を制御する。膨張弁制御部５３は、熱源側膨張機構１６の開度、過冷却膨張機構２２の開度、利用側膨張機構１５の開度などを制御する。結露判定部５４は、後述する制御例２において結露判定条件を満たすか否かを判定する。

（電力供給用駆動回路）
図４は、負荷（圧縮機のモータ）に電力を供給するための制御回路図である。図４では、圧縮機１１のモータ１１ａを制御する制御回路を示しているが、圧縮機１２のモータ１２ａ、ファン１７のモータ１７ａ、ファン１８のモータ１８ａなどを制御する制御回路も同様の構成を有する。

図４に示すように、この制御回路では、商用電源などの電源Ｅから入力線３４に三相（Ｒ相、Ｓ相及びＴ相）の交流電源（入力電流）が入力される。この入力電流は、コンバータ３５において直流電流に変換される。この直流電流は、インバータ３１において所望の三相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の駆動電流に変換されて圧縮機１１のモータ１１ａに出力される。

制御回路において、コンバータ３５とインバータ３１との間には、リアクトル３６及びコンデンサ３７が設けられており、コンバータ３５から出力される直流電流が平滑化され、この平滑化された電流がインバータ３１に入力される。

シャント抵抗３８は、シャント抵抗３８に流れる電流（インバータ３１に出力される出力電流）を検出するためのものである。シャント抵抗３８は、コンデンサ３７の接地側とインバータ３１の接地側との間に直列に接続されている。シャント抵抗３８において検出された電流検出信号は、オペアンプ３９において増幅された後、モータ制御部５１に入力される。モータ制御部５１は、入力された電流検出信号に基づいてインバータ３１の出力電流の調整を行う。

これにより、圧縮機１１のモータ１１ａが制御される。圧縮機１２のモータ１２ａ、ファン１７のモータ１７ａ、ファン１８のモータ１８ａなどの制御も圧縮機１１のモータ１１ａの場合と同様である。

＜空気調和装置の動作＞
次に、空気調和装置１の冷房運転と暖房運転の動作についてそれぞれ説明する。

冷房運転時には、四路切換弁２０が図１において実線で示される第１状態に設定される。すなわち、圧縮機１１の吐出側が熱源側熱交換器１３のガス側に接続され、圧縮機１１の吸入側が利用側熱交換器１４，１４のガス側に接続される。

この状態において、利用側ファン１８，１８、圧縮機１１，１２及び熱源側ファン１７を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１１，１２に吸入され圧縮されて高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、四路切換弁２０を経由して熱源側熱交換器１３に送られて、熱源側ファン１７によって供給される室外空気と熱交換する。これにより、高圧のガス冷媒は凝縮して高圧の液冷媒となる。

高圧の液冷媒は、熱源側膨張機構１６を通過する際に、熱源側膨張機構１６の開度に応じて減圧される。なお、冷房運転時には、熱源側膨張機構１６は全開状態とされる場合もある。

熱源側膨張機構１６を通過した液冷媒は、デバイス冷却器４０を通過する過程において第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスと熱交換する。

デバイス冷却器４０を通過した冷媒の一部は、液管６５を通って過冷却熱交換器２１の１次側通路に流入し、デバイス冷却器４０を通過した冷媒の残りは、液管６５から分岐して分岐路６７に流入し、過冷却膨張機構２２において減圧される。過冷却膨張機構２２において減圧された冷媒は、過冷却熱交換器２１の２次側通路に流入して１次側通路を流れる液冷媒を過冷却する。

過冷却熱交換器２１の２次側通路を通過した冷媒は、吸入側ガス管６３に流入する。過冷却熱交換器２１の１次側通路を通過して過冷却された液冷媒は、液側閉鎖弁２７及び液側連絡配管６１を経由して、利用ユニット４ａ，４ｂに送られる。このように液冷媒が過冷却状態とされることにより、利用側熱交換器１４，１４における冷却能力が向上する。

利用ユニット４ａ，４ｂに送られた低圧の液冷媒（又は気液二相状態の冷媒）は、さらに利用側膨張機構１５，１５を通過する際に減圧され、利用側熱交換器１４，１４に送られる。利用側熱交換器１４，１４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内空気と熱交換を行うことによって、蒸発して低圧のガス冷媒となる。

低圧のガス冷媒は、ガス側連絡配管６２を経由して熱源ユニット３に送られ、ガス側閉鎖弁２８及び四路切換弁２０を経由して、アキュムレータ１９に流入する。アキュムレータ１９に流入した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１，１２に吸入される。なお、利用側膨張機構１５，１５の開度は、例えば冷媒の過熱度（吸入過熱度又は吐出過熱度）に基づいて調節される。

次に、暖房運転について説明する。暖房運転時には、四路切換弁２０が図１において破線で示される第２状態に設定される。すなわち、圧縮機１１の吐出側が利用側熱交換器１４，１４のガス側に接続され、圧縮機１１の吸入側が熱源側熱交換器１３のガス側に接続される。

この状態において、利用側ファン１８，１８、圧縮機１１及び熱源側ファン１７が起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機１１に吸入され圧縮されて高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、四路切換弁２０、ガス側閉鎖弁２８及びガス側連絡配管６２を経由して利用ユニット４ａ，４ｂに送られる。利用ユニット４ａ，４ｂに送られた高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器１４，１４において、室内空気と熱交換する。これにより、高圧のガス冷媒は凝縮して高圧の液冷媒となる。

高圧の液冷媒は、利用側膨張機構１５，１５を通過する際に、利用側膨張機構１５，１５の開度に応じて減圧される。なお、利用側膨張機構１５，１５は全開状態とされる場合もある。

利用側膨張機構１５，１５を通過した冷媒は、液側連絡配管６１を経由して熱源ユニット３に送られる。熱源ユニット３に送られた液冷媒は、液側閉鎖弁２７を経由して過冷却熱交換器２１の１次側通路に流入する。１次側通路に流入した液冷媒は、過冷却膨張機構２２において減圧されて過冷却熱交換器２１の２次側通路を流れる冷媒によって過冷却される。

なお、暖房運転では冷房運転とは異なり、過冷却熱交換器２１の１次側通路を流れる冷媒を過冷却しない場合もある。この場合、過冷却膨張機構２２は全閉状態とされる。

過冷却熱交換器２１の１次側通路を通過した液冷媒は、デバイス冷却器４０を通過する過程において第１パワーデバイス３１及び第２パワーデバイス３２と熱交換する。暖房運転時には、デバイス冷却器４０を流れる冷媒は、例えば５℃〜−２０℃程度の低温になることがある。

デバイス冷却器４０を通過した液冷媒は、熱源側膨張機構１６を通過する際に開度に応じてさらに減圧され、熱源側熱交換器１３に流入する。熱源側熱交換器１３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側ファン１７によって供給される室外空気と熱交換する。このとき、低圧の気液二相状態の冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四路切換弁２０を経由してアキュムレータ１９に流入する。アキュムレータ１９に流入した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１に吸入される。なお、熱源側膨張機構１６の開度は、例えば冷媒の過熱度（吸入過熱度又は吐出過熱度）に基づいて調節される。

＜デバイス発熱制御＞
本実施形態では、第１パワーデバイス３１及び第２パワーデバイス３２のうち停止中の圧縮機のモータに対応するパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制するために、従来であれば通電されないパワーデバイスに通電する欠相通電（欠相運転）を行う。

すなわち、コントローラ５０は、圧縮機１１及び圧縮機１２のうち停止中の圧縮機のモータに対応するパワーデバイスを発熱させるために、停止中の圧縮機のモータの停止状態が維持されたままで当該停止中の圧縮機のモータに対応するパワーデバイスに通電するデバイス発熱制御を行う。

本実施形態において、デバイス発熱制御は、冷房運転及び暖房運転の何れの運転時に行われてもよい。ただし、上述したように冷房運転において熱源側膨張機構１６が全開状態とされる場合には、デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度は、熱源側熱交換器１３から流出する液冷媒の温度と同程度の比較的高い温度となる。これに対し、暖房運転時にデバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度は、冷房運転時に比べて低温になりやすい。したがって、本実施形態のデバイス発熱制御は、特に暖房運転時に実行されるのが好ましい。

以下、デバイス発熱制御の具体的な制御例１，２について説明するが、デバイス発熱制御は、これらの制御例に限られない。

（制御例１）
図５は、デバイス発熱制御の制御例１を示すフローチャートである。図５に示すように、暖房運転、冷房運転などの空調運転の開始が指示されると、ステップＳ１において、コントローラ５０は、圧縮機１１，１２、熱源側ファン１７、利用側ファン１８などの運転を開始する。空調運転では、コントローラ５０は、各種センサの検出データに基づいて圧縮機１１，１２のモータ１１ａ，１２ａの回転数、ファン１７，１８のモータ１７ａ，１８ａの回転数、膨張機構１５，１６，２２の開度などを調節する。

具体的に、コントローラ５０のモータ制御部５１は、例えば高圧センサ９２による検出データ、外気温度、室内温度などに基づいて、空調負荷に応じた要求能力（必要とされる圧縮能力）を演算し、演算結果に基づいて圧縮機１１，１２の運転を制御する。

要求能力が高い場合には、圧縮機１１及び圧縮機１２の両方が運転される。すなわち、この場合には、圧縮機１１のモータ１１ａが第１パワーデバイス３１によってインバータ制御されて所定の回転数で運転され、かつ圧縮機１２のモータ１２ａが第２パワーデバイス３２によってインバータ制御されて所定の回転数で運転される。したがって、この場合には、ステップＳ２において、モータ制御部５１は、停止中の機器がないと判断する（ステップＳ２においてＮＯ）。

一方、要求能力が所定値よりも低い場合には、圧縮機１１及び圧縮機１２の両方を運転する必要がないため、圧縮機１１及び圧縮機１２の一方の運転が継続され、他方の運転が停止される。例えば圧縮機１１の運転が継続される一方で圧縮機１２の運転が停止された場合、圧縮機１１のモータ１１ａを制御する第１パワーデバイス３１には通電されるが、圧縮機１２のモータ１２ａを制御する第２パワーデバイス３２への通電が停止される。したがって、この場合には、ステップＳ２において、コントローラ５０は、停止中の機器があると判断し（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、コントローラ５０は、停止中の機器に対応するパワーデバイスにおいて欠相通電（欠相運転）を行う。この欠相通電では、停止中の圧縮機モータの停止状態が維持されたままで当該停止中の圧縮機モータに対応するパワーデバイスに通電する。

具体的に、欠相通電では、コントローラ５０のモータ制御部５１は、停止中の圧縮機モータが回転しないように、停止中の圧縮機モータに対応するパワーデバイス（インバータ３１又はインバータ３２）をスイッチング動作させ、このパワーデバイス及び停止中の圧縮機モータに通電する。これにより、圧縮機モータを停止させたままでパワーデバイスを発熱させることができるので、パワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制できる。ここでいう周辺部材としては、例えば図２（Ｂ）に示すプリント配線板３３などが例示できる。

次に、ステップＳ４において、モータ制御部５１は、空調負荷に応じた要求能力を演算し、この要求能力に基づいて停止中の圧縮機の運転、すなわち停止中の圧縮機モータの運転が必要か否かを判断する。モータ制御部５１は、停止中の圧縮機の運転が必要であると判断した場合、ステップＳ５に進み、停止中の圧縮機の運転が不要であると判断した場合、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ５において、モータ制御部５１は、停止中の圧縮機モータに対応するパワーデバイスへの欠相通電を停止し、ステップＳ６において停止中の圧縮機モータの運転を開始し、上記したＳ２〜Ｓ６の制御を繰り返す。

（制御例２）
図６は、デバイス発熱制御の制御例２を示すフローチャートである。この制御例２は、デバイス発熱制御において、上述した制御例１の制御に加え、結露判定条件に基づいて停止中の機器に対応するパワーデバイスへの通電の要否を判定する制御を有する点で、制御例１と異なる。

結露判定条件は、停止中の機器に対応するパワーデバイスにおいて結露が生じる可能性を判定する基準となる条件であればよく、特に限定されるものではない。パワーデバイスにおける結露は、デバイス冷却器４０に流れる冷媒の温度、パワーデバイスの周辺の温度及び湿度などに影響される。結露判定条件の具体例としては、次のような条件が挙げられる。

［条件例１］
例えば、結露判定条件としては、デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度が外気温度Ｔａよりも低いという条件が挙げられる。デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度は、例えば冷却器温度センサ７８による検出値を用いることができる。また、デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度は、例えば液管６５に設けられた温度センサ７５による検出値を用いることもできる。外気温度Ｔａは、例えば外気温度センサ７３による検出値を用いることができる。

［条件例２］
また、結露判定条件としては、デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度が露点温度よりも低いという条件が挙げられる。露点温度は、例えば外気温度Ｔａと相対湿度ＲＨとから算出される。相対湿度ＲＨは、湿度センサ７９により得られる。

［条件例３］
また、結露判定条件としては、湿度センサ７９により検出される湿度が予め定められた基準値よりも高いという条件が挙げられる。

［条件例４］
また、結露判定条件としては、デバイス冷却器４０を流れる冷媒の温度が予め定められた基準値よりも小さいという条件が挙げられる。

以下、制御例２について図６のフローチャートを用いて具体的に説明する。図６に示す制御例２のステップＳ１１，Ｓ１２は、制御例１のステップＳ１，Ｓ２と同様であるので説明を省略する。

制御例２では、ステップＳ１２において、モータ制御部５１は、停止中の機器があると判断すると（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、コントローラ５０の結露判定部５４は、結露判定条件を満たすか否かを判定する。結露判定条件としては、上述した条件例１〜４のうちの少なくとも１つが採用されてもよく、条件例１〜４以外の条件が採用されてもよい。

結露判定部５４は、結露判定条件を満たすと判定した場合、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において、モータ制御部５１は、停止中の機器に対応するパワーデバイスにおいて欠相通電（欠相運転）を行う。このステップＳ１４の欠相通電、及びステップＳ１５〜Ｓ１７については、制御例１のステップＳ３〜Ｓ６と同様であるので説明を省略する。

制御例２では、モータ制御部５１は、ステップＳ１５において、停止中の圧縮機の運転が不要であると判断した場合、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８において、結露判定部５４は、結露判定条件を満たすか否かについて判定し、結露判定条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、ステップＳ１９に進み、欠相通電を終了する。

（冷媒回路の変形例）
図１に示す実施形態では、熱源ユニット３に膨張機構１６が設けられ、利用ユニット４に膨張機構１５が設けられている冷媒回路２を例示したが、これに限られない。熱源ユニット３及び利用ユニット４のいずれか一方にのみ膨張機構が設けられた冷媒回路であってもよい。

例えば図７に示す冷媒回路２の変形例では、熱源ユニット３のみに膨張機構１５０（第１膨張機構１５０）が設けられている。この変形例では、デバイス冷却器４０は、熱源側熱交換器１３と膨張機構１５０との間に設けられている。また、この変形例の冷媒回路２には、利用ユニット４が１つだけ設けられている。

この冷媒回路２の変形例においても、コントローラ５０は、圧縮機１１のモータ１１ａ及び圧縮機１２のモータ１２ａのうち停止中の圧縮機モータに対応するパワーデバイスを発熱させるために、上述した実施形態と同様のデバイス発熱制御を行う。

（デバイス冷却器の変形例）
また、上述した実施形態では、図２（Ａ），（Ｂ）に示すようなデバイス冷却器４０を例示したが、これに限られない。図８（Ａ）〜（Ｆ）は、デバイス冷却器４０の変形例１〜６を示す概略図である。

図８（Ａ）に示す変形例１では、デバイス冷却器４０は、第１パワーデバイス３１及び第２パワーデバイス３２を冷却する単一の冷媒ジャケット４３を有する。冷媒ジャケット４３は、冷媒配管の冷却部６５ａ（液管６５の一部６５ａ）に取り付けられている。この変形例１では、運転中の機器に対応するパワーデバイスにおいて生じる熱の一部が冷媒ジャケット４３を通じて停止中の機器に対応するパワーデバイスに伝わることが期待される。したがって、変形例１では、図２（Ａ），（Ｂ）に示す前記実施形態に比べると結露は生じにくい。

図８（Ｂ）に示す変形例２では、デバイス冷却器４０は、第１パワーデバイス３１を冷却する第１冷媒ジャケット４１と、第２パワーデバイス３２を冷却する第２冷媒ジャケット４２とを有する。第１冷媒ジャケット４１は、冷媒配管の第１冷却部６５ｂ（液管６５の一部６５ｂ）に取り付けられており、第２冷媒ジャケット４２は、冷媒配管の第２冷却部６５ｃ（液管６５の一部６５ｃ）に取り付けられている。この変形例２では、第１冷却部６５ｂと第２冷却部６５ｃとは、これらの上流側と下流側の液管６５に対して互いに並列に接続されている。

図８（Ｃ）に示す変形例３では、液管６５において２つの冷却部６５ｂ，６５ｃが設けられており、第１冷却部６５ｂと第２冷却部６５ｃとがこれらの上流側と下流側の液管６５に対して互いに直列に接続されている。

図８（Ｄ）に示す変形例４では、冷却部６５ｂ，６５ｃは、前記実施形態のようにＵ字形状に折り曲げられておらず、ほぼ直線状に延びている。

また、図２（Ａ），（Ｂ）、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すデバイス冷却器４０では、図８（Ｅ）に示す変形例５のように、冷却部が冷媒ジャケットを貫通する構造が採用されてもよい。同様に、図８（Ｄ）に示すデバイス冷却器４０では、図８（Ｆ）に示す変形例６のように、冷却部が冷媒ジャケットを貫通する構造が採用されてもよい。

なお、図８（Ｂ）に示すような並列接続の場合には、例えば冷却部６５ｂ，６５ｃのそれぞれに結露防止のための開閉弁を設けることにより、停止中の機器に対応するパワーデバイスを冷却する冷却部（冷却部６５ｂ又は冷却部６５ｃ）に冷媒が流れないようにするという方法も考えられるが、開閉弁にかかるコストが増大するという問題がある。また、図１、図８（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）などのような直列接続の場合には、結露防止のための開閉弁を設けることができない。

＜実施形態のまとめ＞
前記実施形態及び各変形例では、コントローラ５０は、圧縮機１１のモータ１１ａ（第１機器）及び圧縮機１２のモータ１２ａ（第２機器）のうち停止中の機器に対応するパワーデバイスを発熱させるために、停止中の機器の停止状態が維持されたままで停止中の機器に対応するパワーデバイスに通電するデバイス発熱制御を行う。したがって、この構成では、機器が停止中であってもその機器に対応するパワーデバイスを発熱させることができる。これにより、停止中の機器に対応するパワーデバイスがデバイス冷却器によって冷却された場合であっても、このパワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制できる。

なお、冷媒回路を流れる冷媒によって複数のパワーデバイスを冷却するデバイス冷却器を備える冷凍装置において、ある時点での必要な圧縮能力（要求能力）が低くて２つの圧縮機の両方を運転する必要がない場合であっても、あえて両方の圧縮機を運転することによってパワーデバイスにおいて結露が生じるのを抑制するという参考例の制御方法も考えられる。しかしながら、この参考例の制御方法では、電力消費の無駄が多くなる。これに対し、前記実施形態のデバイス発熱制御では、参考例の制御方法に比べて電力消費の無駄を削減できる。

前記実施形態の制御例２では、コントローラ５０は、停止中の機器に対応するパワーデバイスにおいて結露が生じる可能性を判定する結露判定条件に基づいて停止中の機器に対応するパワーデバイスへの通電の要否を判定する。したがって、制御例２では、パワーデバイスにおいて結露が生じやすいときに適切にデバイス発熱制御が行われる一方で、その条件を満たしていないときにはデバイス発熱制御が行われない。これにより、パワーデバイス及びその周辺部材において結露が生じるのを抑制でき、しかも、余分なデバイス発熱制御の実行が抑制されるので電力消費を抑えることができる。

前記実施形態及び変形例２〜４では、デバイス冷却器４０が、第１パワーデバイス３１を冷却する第１冷媒ジャケット４１と、第１冷媒ジャケット４１から離れた位置に設けられ、第２パワーデバイス３２を冷却する第２冷媒ジャケット４２とを含む。これらの形態の場合、デバイス発熱制御を行うメリットが顕著に現れる。

すなわち、変形例１のように第１パワーデバイス３１と第２パワーデバイス３２が１つの冷媒ジャケット４３によって冷却される場合には、運転中の機器に対応するパワーデバイスにおいて生じる熱の一部が冷媒ジャケット４３を通じて、停止中の機器に対応するパワーデバイスに伝わることが期待される。

これに対し、前記実施形態及び変形例２〜４では、第２冷媒ジャケット４２が第１冷媒ジャケット４１から離れた位置に設けられているので、上記のような伝熱は期待できない。すなわち、これらの形態では、停止中の機器に対応するパワーデバイス及びその周辺部材において、変形例１に比べて結露がより生じやすい構造であると言える。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

前記実施形態では、圧縮機１１のモータ１１ａ（第１機器）に対応するパワーデバイス３１及び圧縮機１２のモータ１２ａ（第２機器）に対応するパワーデバイス３２がデバイス冷却器４０によって冷却される場合を例示したが、これに限られない。第１機器及び第２機器は、発熱を伴うパワーデバイスにより制御される他の機器であってもよい。具体的に、第１機器及び第２機器には、ファン１７，１８などが含まれていてもよい。この場合、ファンは、パワーデバイスのインバータ制御によって回転数が段階的又は連続的に変更される。

前記実施形態では、デバイス冷却器の冷却対象であるパワーデバイスがインバータ３１，３２である場合を例示したが、これに限定されない。冷却対象のパワーデバイスは、運転時に発熱を伴うために冷却が必要な他のパワーデバイス（例えばコンバータなど）であってもよい。

また、前記実施形態では、冷凍装置が１つの熱源ユニット３のみを備える場合を例示したが、これに限定されない。冷凍装置は、複数の熱源ユニットを備えていてもよい。

１ 空気調和装置
２ 冷媒回路
３ 熱源ユニット
４ 利用ユニット
４ａ 第１利用ユニット
４ｂ 第２利用ユニット
１１ 第１圧縮機
１１ａ 圧縮機モータ
１２ 第２圧縮機
１２ａ 圧縮機モータ
１３ 熱源側熱交換器
１４ 利用側熱交換器
１５ 第１膨張機構
１６ 第２膨張機構
１７ 熱源側ファン
１７ａ ファンモータ
１８ 利用側ファン
１８ａ ファンモータ
３１ 第１パワーデバイス
３２ 第２パワーデバイス
４０ デバイス冷却器
４１ 第１冷媒ジャケット
４２ 第２冷媒ジャケット
５０ コントローラ

Claims (5)

1. 冷媒回路（２）を有する冷凍装置であって、
   第１機器（１１ａ）と、
   第２機器（１２ａ）と、
   前記第１機器（１１ａ）を制御するための第１パワーデバイス（３１）と、
   前記第２機器（１２ａ）を制御するための第２パワーデバイス（３２）と、
   前記冷媒回路（２）を流れる冷媒によって前記第１パワーデバイス（３１）及び前記第２パワーデバイス（３２）を冷却するデバイス冷却器（４０）と、
   前記第１機器（１１ａ）及び前記第２機器（１２ａ）のうち停止中の機器に対応するパワーデバイスを発熱させるために、前記停止中の機器の停止状態が維持されたままで前記停止中の機器に対応するパワーデバイスに通電するデバイス発熱制御を行う制御部（５０）と、を備える冷凍装置。
2. 前記デバイス発熱制御において、前記制御部（５０）は、予め定められた結露判定条件を満たすと判断した場合に、前記停止中の機器に対応するパワーデバイスに通電する、請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記冷媒回路（２）において、熱源側熱交換器（１３）、第１膨張機構（１５，１５０）及び利用側熱交換器（１４）がこの順に接続されており、
   前記デバイス冷却器（４０）には、前記熱源側熱交換器（１３）と前記第１膨張機構（１５，１５０）との間を流れる冷媒が流通する、請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記冷媒回路（２）において、前記熱源側熱交換器（１３）と前記第１膨張機構（１５）との間に第２膨張機構（１６）がさらに設けられており、
   前記デバイス冷却器（４０）には、前記第１膨張機構（１５）と前記第２膨張機構（１６）との間を流れる冷媒が流通する、請求項３に記載の冷凍装置。
5. 前記デバイス冷却器（４０）は、
   前記第１パワーデバイス（３１）を冷却する第１冷媒ジャケット（４１）と、
   前記第１冷媒ジャケット（４１）から離れた位置に設けられ、前記第２パワーデバイス（３２）を冷却する第２冷媒ジャケット（４２）と、を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。

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