JP2015121365A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプダウン運転時における圧縮機の高温による破損を防止する空気調和機を提供する。【解決手段】トルク制御部（１３２）は、圧縮機（１０１）のモータの出力トルクを制御する。ポンプダウン時トルク制御部（１３３）は、ポンプダウン運転モードにおいて、モータの出力トルクが、第１のトルクとなるように、トルク制御部（１３２）を制御し、その後、モータの出力トルクが、第１のトルクよりも小さな第２のトルクとなるように、トルク制御部（１３２）を制御する。【選択図】図１

Description

この発明は、空気調和機に関する。

従来、空気調和機としては、特開２００３−２２７６６４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この空気調和機は、室内機と、室外機と、室内機と室外機とを接続する配管に設けられた２つのバルブとを備えている。

ここで、ポンプダウン運転を行う場合、まず、強制的に冷房運転を開始し、所定時間の経過後に、冷房運転時に液相の冷媒が流れる液側のバルブを閉じ、さらに、所定時間の経過後に、冷房運転時に気相の冷媒が流れるガス側のバルブを閉じる。これにより、冷媒を室外機に閉じ込めることができる。

特開２００３−２２７６６４号公報

ところで、上記従来の空気調和機において、空気が冷媒回路内に流入している状態で、ポンプダウン運転を行うと、圧縮機は、空気を吸入し圧縮する。圧縮機内に、空気が溜まり、圧縮機内が、必要以上に高圧になっても、強制的に冷房運転を行っているため、圧縮機は、無理矢理に、空気を圧縮する。この結果、圧縮機内の圧力は、異常に高くなって、圧縮機内の温度は、異常に高くなり、圧縮機は、異常な高温によって、破損するおそれがある。

そこで、この発明の課題は、ポンプダウン運転時における圧縮機の高温による破損を防止する空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の空気調和機は、
室内機と、
圧縮機を有する室外機と、
上記室内機と上記室外機とを接続する第１配管に設けられ、冷房運転時に液相の冷媒が流れる液側バルブと、
上記室内機と上記室外機とを接続する第２配管に設けられ、冷房運転時に気相の冷媒が流れるガス側バルブと、
ポンプダウン運転モードを有する運転制御部と、
上記圧縮機のモータの出力トルクを制御するトルク制御部と、
上記ポンプダウン運転モードにおいて、上記モータの出力トルクが、第１のトルクとなるように、上記トルク制御部を制御し、その後、上記モータの出力トルクが、上記第１のトルクよりも小さな第２のトルクとなるように、上記トルク制御部を制御するポンプダウン時トルク制御部と
を備えることを特徴としている。

ここで、ポンプダウン運転とは、強制的に冷房運転を開始し、所定時間の経過後に液側バルブを閉じ、さらに、所定時間の経過後にガス側バルブを閉じる運転をいい、これにより、冷媒を室外機に閉じ込めることができる。

この発明の空気調和機によれば、空気が冷媒回路内に流入している状態で、ポンプダウン運転を行うと、圧縮機は、空気を吸入し圧縮する。この結果、圧縮機内の圧力が、必要以上に高くなって、圧縮機のモータにかかるトルクは、増大する。

このとき、ポンプダウン時トルク制御部は、モータの出力トルクが、第１のトルクとなるように、トルク制御部を制御し、その後、モータの出力トルクが、第１のトルクよりも小さな第２のトルクとなるように、トルク制御部を制御する。これにより、圧縮機のモータにかかるトルクが、圧縮機のモータの出力トルクである第２のトルクよりも、大きくなって、圧縮機のモータは、動かなくなる。このように、ポンプダウン運転時に、圧縮機内の圧力が必要以上に高くなると、圧縮機は自ずと停止する。

したがって、ポンプダウン運転時に、圧縮機内の圧力は、異常に高くならないため、圧縮機内の温度は、異常に高くならず、高温による圧縮機の破損を防止できる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記ポンプダウン時トルク制御部は、上記ポンプダウン運転モードの開始から予め定められた設定時間を経過した後に、上記モータの出力トルクを、上記第１のトルクから上記第２のトルクに切り換える。

この実施形態の空気調和機によれば、上記ポンプダウン時トルク制御部は、ポンプダウン運転モードの開始から予め定められた設定時間を経過した後に、モータの出力トルクを、第１のトルクから第２のトルクに切り換える。このように、ポンプダウン運転モードの開始を出力トルクの切り換えの起算点とすることで、出力トルクの切り換えの制御が容易となる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記ポンプダウン時トルク制御部は、上記液側バルブが閉じられてから予め定められた設定時間を経過した後に、上記モータの出力トルクを、上記第１のトルクから上記第２のトルクに切り換える。

この実施形態の空気調和機によれば、上記ポンプダウン時トルク制御部は、液側バルブが閉じられてから予め定められた設定時間を経過した後に、モータの出力トルクを、第１のトルクから上記第２のトルクに切り換える。これにより、液側バルブが閉じられてから設定時間の間、圧縮機を通常どおり運転できて、冷媒の回収を迅速に行うことができる。

この発明の空気調和機によれば、上記ポンプダウン時トルク制御部は、モータの出力トルクが、第１のトルクとなるように、トルク制御部を制御し、その後、モータの出力トルクが、第１のトルクよりも小さな第２のトルクとなるように、トルク制御部を制御するので、ポンプダウン運転時における圧縮機の高温による破損を防止する。

本発明の一実施形態の空気調和機を示す簡略構成図である。 圧縮機の断面図である。 圧縮機のモータの出力トルクを示すグラフである。 ポンプダウン運転を説明するフローチャートである。 他のポンプダウン運転を説明するフローチャートである。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施形態の空気調和機を示す構成図である。図１に示すように、この空気調和機は、室外機１００と、この室外機１００に接続されている室内機１２０と、上記各機器１００，１２０等を制御する制御装置１３０とを備える。室外機１００と室内機１２０とは、第１配管Ｌ１と第２配管Ｌ２を介して、接続されている。

上記室外機１００は、圧縮機１０１と四路弁１０２と室外熱交換器１０３と膨張弁１０８と室外ファン１０７とを有する。圧縮機１０１の吐出側には、四路弁１０２の第１ポートＰ１が接続されている。四路弁１０２の第２ポートＰ２には、室外熱交換器１０３の一端が接続されている。室外熱交換器１０３の他端には、膨張弁１０８の一端がそれぞれ接続されている。圧縮機１０１の吸入側には、アキュムレータ１０６の一端が接続されている。アキュムレータ１０６の他端は、四路弁１０２の第３ポートＰ３に接続されている。

上記室内機１２０は、室内熱交換器１０４と室内ファン１０５とを有する。室内熱交換器１０４の一端には、膨張弁１０８の他端が接続されている。室内熱交換器１０４の他端には、四路弁１０２の第４ポートＰ４が接続されている。

上記第１配管Ｌ１は、膨張弁１０８と室内熱交換器１０４の間に位置し、上記第２配管Ｌ２は、室内熱交換器１０４と四路弁１０２の間に位置する。第１配管Ｌ１には、第１バルブ１１１が設けられ、第２配管Ｌ２には、第２バルブ１１２が設けられている。第１、第２バルブ１１１，１１２は、例えば、ストップバルブまたはボールバルブである。

上記圧縮機１０１と、上記四路弁１０２と、上記室外熱交換器１０３と、上記膨張弁１０８と、上記室内熱交換器１０４とは、環状に接続されて、冷媒回路（ヒートポンプ）を構成している。圧縮機１０１の運転により、この冷媒回路内を、冷媒が循環する。室外熱交換器１０３は、室外ファン１０７により、外気と冷媒との間で、熱交換を行う。室内熱交換器１０４は、室内ファン１０５により、室内空気と冷媒との間で、熱交換を行う。

図２に示すように、上記圧縮機１０１は、容器本体１と、容器本体１内に配置された圧縮機構部２と、容器本体１内に配置されると共に圧縮機構部２を駆動するモータ３とを備えている。この圧縮機は、ロータリ圧縮機である。

上記容器本体１の下側側方に、吸込管１１を接続する一方、容器本体１の上側に吐出管１２を接続している。吸込管１１から供給される冷媒は、圧縮機構部２の吸込側に導かれる。

上記モータ３は、圧縮機構部２の上側に配置され、圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動する。モータ３は、圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒が満たされる容器本体１内の高圧領域に配置されている。

上記容器本体１内の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部１０が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部１０から、回転軸４に設けられた（図示しない）油通路を通って、圧縮機構部２やモータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。潤滑油は、例えば、（ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の）ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。

上記圧縮機構部２は、シリンダ２０と、このシリンダ２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端部８および下端部９とを備える。

上記回転軸４は、上端部８および下端部９を貫通して、シリンダ２０の内部に挿入されている。回転軸４は、上端部８の軸受２１と下端部９の軸受２２とにより、回転自在に支持されている。

上記シリンダ２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、このクランクピン５には、ローラ６が嵌合され、ローラ６とシリンダ２０との間に形成された圧縮室７により、圧縮を行う。ローラ６は、偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室７の容積を変化させる。

上記モータ３は、ロータ３０とステータ４０とを有する。ロータ３０は、円筒形状であり、上記回転軸４に固定されている。ステータ４０は、ロータ３０の外周側を囲むように配置されている。つまり、上記モータ３は、インナーロータ型のモータである。

上記ロータ３０は、ロータコア３１と、ロータコア３１に軸方向に埋め込まれると共に周方向に配列された複数の磁石３２とを有する。上記ステータ４０は、容器本体１の内面に接触するステータコア４１と、ステータコア４１に巻回されたコイル４２とを有する。

上記コイル４２に電流を流すことで、電磁力により、上記ロータ３０が回転し、ロータ３０が回転することで、回転軸４を介して、ローラ６を公転させて、圧縮動作を行う。そして、圧縮機構部２から吐出された冷媒は、吐出管１２側へ流れる。

図１と図２に示すように、上記制御装置１３０は、運転制御部１３１と、トルク制御部１３２と、ポンプダウン時トルク制御部１３３とを有する。

上記運転制御部１３１は、冷房運転モードと、暖房運転モードと、ポンプダウン運転モードとを有し、選択された運転モードを実行する。

上記冷房運転モードでは、冷房運転を行う。つまり、四路弁１０２を図１の点線の位置に切り換えて、圧縮機１０１の運転を開始する。圧縮機１０１から吐出した高温高圧の気相の冷媒は、図１の点線の矢印に示すように、室外熱交換器１０３と膨張弁１０８を流れて液相の冷媒となり、液相の冷媒は、室内熱交換器１０４で室内空気と熱交換される。これにより、室内熱交換器１０４から吹き出される室内空気は、冷却される。この場合、第１バルブ１１１には、液相の冷媒が流れ、第２バルブ１１２には、気相の冷媒が流れる。

上記暖房運転モードでは、暖房運転を行う。つまり、四路弁１０２を図１の実線の位置に切り換えて、圧縮機１０１の運転を開始する。圧縮機１０１から吐出した高温高圧の気相の冷媒は、図１の実線の矢印に示すように流れて、室内熱交換器１０４で室内空気と熱交換される。これにより、室内熱交換器１０４から吹き出される室内空気は、加熱される。この場合、第１バルブ１１１には、気相の冷媒が流れ、第２バルブ１１２には、液相の冷媒が流れる。

上記ポンプダウン運転モードでは、ポンプダウン運転を行う。つまり、強制的に冷房運転を開始し、冷房運転時に液相の冷媒が流れる液側バルブ（第１バルブ１１１）を、所定時間の経過後に、自動または手動で閉じ、さらに、冷房運転時に気相の冷媒が流れるガス側バルブ（第２バルブ１１２）を、所定時間の経過後に、自動または手動で閉じる。これにより、冷媒を室外機１００に閉じ込めることができる。

上記トルク制御部１３２は、圧縮機１０１のモータ３の出力トルクを制御する。つまり、トルク制御部１３２は、モータ３のコイル４２に流れる電流値を制御して、モータ３の出力トルクが所望の出力トルクになるようにする。

上記ポンプダウン時トルク制御部１３３は、ポンプダウン運転モードにおいて、モータ３の出力トルクが、第１のトルクＭ１となるように、トルク制御部１３２を制御し、その後、モータ３の出力トルクが、第１のトルクＭ１よりも小さな第２のトルクＭ２となるように、トルク制御部１３２を制御する。

次に、上記ポンプダウン時トルク制御部１３３の制御を、図３を用いて、具体的に説明する。図３では、横軸に、ポンプダウン運転時間を示し、縦軸に、モータの出力トルクを示す。

横軸の時間０は、強制的に冷房運転を開始する時間であり、時間ｔ１は、液側バルブ１１１を閉じる時間であり、時間ｔ２は、予め定められた設定時間であり、時間ｔ３は、ガス側バルブ１１２を閉じる時間である。ここで、例えば、ｔ１は１分であり、ｔ２は３分であり、ｔ３は５分である。

縦軸の第１のトルクＭ１は、強制的に冷房運転を行う出力トルクである。第２のトルクＭ２は、第１のトルクＭ１よりも小さく、圧縮機１０１内の圧力が必要以上に高くならないようにするための出力トルクである。

図３に示すように、上記ポンプダウン時トルク制御部１３３は、ポンプダウン運転モードの開始（つまり、強制冷房運転の開始）から予め定められた設定時間ｔ２を経過した後に、モータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１から第２のトルクＭ２に切り換える。この予め定められた設定時間ｔ２は、作業者が、強制冷房運転を開始するための室内機１２０のスタートボタンを押してから、室外機１００の近くにある液側バルブ１１１を閉じた後の時間である。

次に、図４を用いて、上記空気調和機のポンプダウン運転を行う方法について説明する。図４に示すように、自動または手動で強制冷房運転を開始し（ステップＳ１）、ポンプダウン時トルク制御部１３３により、圧縮機１０１のモータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１とする（ステップＳ２）。

そして、液側バルブ１１１を閉じ（ステップＳ３）、強制冷房運転の開始から設定時間ｔ２（図３参照）が経過すると（ステップＳ４）、ポンプダウン時トルク制御部１３３により、圧縮機１０１のモータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１から第２のトルクＭ２に切り換える（ステップＳ５）。

そして、ガス側バルブ１１２を閉じ（ステップＳ６）、強制冷房運転を停止する（ステップＳ７）。これにより、室外機１００に冷媒を回収できる。

上記構成の空気調和機によれば、空気が冷媒回路内に流入している状態で、ポンプダウン運転を行うと、圧縮機１０１は、空気を吸入し圧縮する。この結果、圧縮機１０１内の圧力が、必要以上に高くなって、圧縮機１０１のモータ３にかかるトルクは、増大する。

このとき、ポンプダウン時トルク制御部１３３は、モータ３の出力トルクが、第１のトルクＭ１となるように、トルク制御部１３２を制御し、その後、モータ３の出力トルクが、第１のトルクＭ１よりも小さな第２のトルクＭ２となるように、トルク制御部１３２を制御する。これにより、圧縮機１０１のモータ３にかかるトルクが、圧縮機１０１のモータ３の出力トルクである第２のトルクＭ２よりも、大きくなって、圧縮機１０１のモータ３は、動かなくなる。このように、ポンプダウン運転時に、圧縮機１０１内の圧力が必要以上に高くなると、圧縮機１０１は自ずと停止する。

したがって、ポンプダウン運転時に、圧縮機１０１内の圧力は、異常に高くならないため、圧縮機１０１内の温度は、異常に高くならず、高温による圧縮機１０１の破損を防止できる。

上記構成の空気調和機によれば、上記ポンプダウン時トルク制御部１３３は、ポンプダウン運転モードの開始から予め定められた設定時間を経過した後に、モータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１から第２のトルクＭ２に切り換える。このように、ポンプダウン運転モードの開始を出力トルクの切り換えの起算点とすることで、出力トルクの切り換えの制御が容易となる。

なお、上記ポンプダウン時トルク制御部１３３によるモータ３の出力トルクの切り換えタイミングを変更するようにしてもよい。具体的に述べると、ポンプダウン時トルク制御部１３３は、液側バルブ１１１が閉じられてから予め定められた設定時間（図３に示す（ｔ２−ｔ１））を経過した後に、モータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１から第２のトルクＭ２に切り換える。

このときのポンプダウン運転を行う方法について説明する。図５に示すように、自動または手動で強制冷房運転を開始し（ステップＳ１）、ポンプダウン時トルク制御部１３３により、圧縮機１０１のモータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１とする（ステップＳ２）。

そして、液側バルブ１１１を閉じ（ステップＳ３）、液側バルブ１１１を閉じてから設定時間（図３に示す（ｔ２−ｔ１））が経過すると（ステップＳ４）、ポンプダウン時トルク制御部１３３により、圧縮機１０１のモータ３の出力トルクを、第１のトルクＭ１から第２のトルクＭ２に切り換える（ステップＳ５）。

そして、ガス側バルブ１１２を閉じ（ステップＳ６）、強制冷房運転を停止する（ステップＳ７）。これにより、室外機１００に冷媒を回収できる。

したがって、液側バルブ１１１が閉じられてから設定時間の間、圧縮機１０１を通常どおり運転できて、冷媒の回収を迅速に行うことができる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。

上記実施形態では、ポンプダウン時トルク制御部は、液側バルブが閉じられてから、圧縮機のモータの出力トルクを、第１のトルクから第２のトルクに切り換えたが、液側バルブが閉じられたと同時に、または、液側バルブが閉じられる前に、出力トルクを切り換えるようにしてもよい。

上記実施形態では、ポンプダウン時トルク制御部によるモータの出力トルクの切り換えの起算点を、ポンプダウン運転モードの開始時点（つまり、強制冷房運転の開始時点）、または、液側バルブを閉じた時点としたが、それ以外であってもよい。

上記実施形態では、圧縮機構部を、ロータリタイプとしたが、スクロールタイプやレシプロタイプとしてもよい。

上記実施形態では、空気調和機を、四路弁による逆サイクル運転可能な空気調和機としたが、順サイクル運転のみの空気調和機としてもよい。

１ 容器本体
２ 圧縮機構部
３ モータ
４ 回転軸
３０ ロータ
３１ ロータコア
３２ 磁石
４０ ステータ
４１ ステータコア
４２ コイル
１００ 室外機
１０１ 圧縮機
１０２ 四路弁
１０３ 室外熱交換器
１０４ 室内熱交換器
１０５ 室内ファン
１０７ 室外ファン
１０８ 膨張弁
１１１ 第１バルブ
１１２ 第２バルブ
１２０ 室内機
１３０ 制御装置
１３１ 運転制御部
１３２ トルク制御部
１３３ ポンプダウン時トルク制御部
Ｌ１ 第１配管
Ｌ２ 第２配管
Ｍ１ 第１のトルク
Ｍ２ 第２のトルク

Claims (3)

1. 室内機（１２０）と、
   圧縮機（１０１）を有する室外機（１００）と、
   上記室内機（１２０）と上記室外機（１００）とを接続する第１配管（Ｌ１）に設けられ、冷房運転時に液相の冷媒が流れる液側バルブ（１１１）と、
   上記室内機（１２０）と上記室外機（１００）とを接続する第２配管（Ｌ２）に設けられ、冷房運転時に気相の冷媒が流れるガス側バルブ（１１２）と、
   ポンプダウン運転モードを有する運転制御部（１３１）と、
   上記圧縮機（１０１）のモータ（３）の出力トルクを制御するトルク制御部（１３２）と、
   上記ポンプダウン運転モードにおいて、上記モータ（３）の出力トルクが、第１のトルク（Ｍ１）となるように、上記トルク制御部（１３２）を制御し、その後、上記モータ（３）の出力トルクが、上記第１のトルク（Ｍ１）よりも小さな第２のトルク（Ｍ２）となるように、上記トルク制御部（１３２）を制御するポンプダウン時トルク制御部（１３３）と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、
   上記ポンプダウン時トルク制御部（１３３）は、上記ポンプダウン運転モードの開始から予め定められた設定時間を経過した後に、上記モータ（３）の出力トルクを、上記第１のトルク（Ｍ１）から上記第２のトルク（Ｍ２）に切り換えることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１に記載の空気調和機において、
   上記ポンプダウン時トルク制御部（１３３）は、上記液側バルブ（１１１）が閉じられてから予め定められた設定時間を経過した後に、上記モータ（３）の出力トルクを、上記第１のトルク（Ｍ１）から上記第２のトルク（Ｍ２）に切り換えることを特徴とする空気調和機。

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