JP4552388B2 - 圧縮機の運転制御方法、制御装置、冷媒圧縮機、及び冷凍装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる冷媒圧縮機の運転制御方法、制御装置、及び冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される圧縮機については、Ｒ６００ａに代表されるオゾン破壊係数ゼロで温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等への移行が進みつつある。
【０００３】
従来の圧縮機の運転制御装置としては、潤滑油に多量の冷媒が溶け込んでいる低外気温時には、圧縮機の起動時に低周波数で回転することで、起動時の泡の吸い込みによる潤滑油吐出量を軽減し、容器内の潤滑油量を確保し、摺動部への給油不足を防止させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、上述した従来の圧縮機の運転制御装置について説明する。
【０００５】
図１０は従来の冷蔵庫の全体構造を示す断面図で、図１１は従来の冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１２は従来の冷蔵庫の電気的構成図、図１３は従来の圧縮機の運転周波数の変化を示す図である。
【０００６】
図１０において、冷蔵庫本体１内の後部下端には、密閉容器内に潤滑油とコンプモータ１１とこれによって駆動される機械部を内蔵したレシプロ型の圧縮機１０が配設されている。この圧縮機１０は遠心ポンプからなる給油機構（図示せず）を内蔵しており、密閉容器内にコンプモータ１１、クランク機構（図示せず）、ピストン（図示せず）等を収納してなるものであり、コンプモータ１１の回転軸はクランク機構を介してピストンに連結されている。このクランク機構はコンプモータ１１の回転力を直線的な往復運動力に変換してピストンに伝達するものであり、密閉容器内の冷媒はピストンの往復動により圧縮される。
【０００７】
圧縮機１０には、図１１に示すように、パイプ１２ａを介してコンデンサ１３が接続されており、コンデンサ１３にはパイプ１２ｂを介してキャピラリーチューブ１４が接続され、キャピラリーチューブ１４には、パイプ１２ｃを介してエバポレータ１５が接続され、エバポレータ１５はパイプ１２ｄを介して圧縮機１０の吸入口に接続されており、冷媒が封入された冷凍サイクル１６を形成する。
【０００８】
また、図１２に示すように、コンプモータ１１は、ステータコアにＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１１ａを巻装してなるステータと、ロータコアに永久磁石を固定してなるロータとを主体に構成されたものであり（＝３相ＤＣブラシレスモータ）、コンプモータ１１には図１２のインバータ装置１８が接続されている。
【０００９】
さらに、インバータ装置１８にはマイクロコンピュータを主体にして構成された主制御部２２が備えられ、主制御部２２は冷蔵庫本体１に設置されているサーミスタからなる室温センサ２８から、部屋内の温度Ｔに応じた電気信号の出力に応じて、コンプモータ１１の運転周波数を設定しているとともに、「基準温度Ｔ０≧周囲温度Ｔ」を判別すると図１７に示すように、コンプモータ１１の運転周波数を「３０Ｈｚ」に３秒程度で上昇させ、「３０Ｈｚ」にホールドするようになっている。
【００１０】
以上のように構成された冷媒圧縮機の運転制御装置について、以下その動作を説明する。
【００１１】
インバータ装置１８からコンプモータ１１に所定の運転周波数の電力が出力されると圧縮機１０は冷媒を圧縮し、圧縮機１０から吐出された冷媒はコンデンサ１３、キャピラリーチューブ１４、エバポレータ１５の経路で循環する。
【００１２】
一般に低外気温時には、圧縮機１０内の潤滑油に多量の冷媒が溶け込んでおり、こういった場合に高い運転周波数で圧縮機１０を起動すると溶け込んだ冷媒が一気に蒸発し、強い発泡現象が生ずる。
【００１３】
これを防ぐためにインバータ装置１８の主制御部２２は「基準温度Ｔ０≧周囲温度Ｔ」を判別すると図１３に示すように、コンプモータ１１の運転周波数を「３０Ｈｚ」に３秒程度で上昇させた後、「３０Ｈｚ」にホールドするよう制御しており、潤滑油中に溶け込んだ冷媒は徐徐に蒸発し、強い発泡現象を回避することで圧縮機１０から冷媒と共に潤滑油が吐出され不足することを防いでいる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−３１１４５７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では低外気温、最低周波数でコンプモータ１１を運転している間には、潤滑油中に寝込んだ冷媒はほとんど蒸発しないことが分かった。
【００１６】
従って多量の冷媒が溶け込んでいる低外気温時、最低周波数での運転から通常の高回転運転に移ったとたんに大量の冷媒が一気に蒸発をすることで強い発泡現象が現れてしまい、その結果、圧縮機１０は潤滑油を多量に含む泡を冷媒とともに圧縮することになり、異音が発生するという問題があった。
【００１７】
同時に潤滑油が多量にシステムへ吐出されるため、圧縮機１０内の潤滑油が不足し、給油阻害が起きる恐れがあった。
【００１８】
なお、これらの現象は、長い時間をかけて冷媒が潤滑油の中に溶け込んでしまっていることから、特に初めて電源が投入されるイニシャル起動時に多くみられ、また圧縮機１０にエバポレータ１５から冷媒が凝縮して戻って来やすいデフロスト後の起動時にもおきやすい。
【００１９】
更に近年使用され始めたＲ６００ａを代表とする炭化水素系冷媒と鉱油との組み合わせにおいては、圧力に対する潤滑油への飽和溶解度が極端に変わる特性を持っており、圧縮機の起動時における容器内の圧力低下により、強い発泡現象を助長させてしまうことが判明した。
【００２０】
本発明は従来の課題を解決するもので、潤滑油中に冷媒が多量に溶け込んだ時でも異音や給油阻害を起こさない圧縮機の運転制御方法、制御装置、及び冷凍装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、冷媒圧縮機の起動時に、短時間の高速運転と、前記高速運転の時間より長い低速運転とからなる予備運転を複数回行う圧縮機の運転制御方法であって、前記予備運転の低速運転を段階的に短くしたもので、前記予備運転を複数回行うことで、潤滑油中に溶け込んだ冷媒の発泡が高速運転で誘発され、かつ発泡の泡が上昇し圧縮室内へ吸い込まれる前に低速運転となり、発泡が下降することで、潤滑油中の冷媒を緩やかに蒸発させると共に、発泡が圧縮室内へ吸い込まれることを防止するという作用を有する。
【００２２】
しかも、低速運転時間が短くなることで、摺動部への給油を安定的に行えるという作用を有する。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、前記高速運転は２秒以下とすることで、発泡が圧縮室内へ吸い込まれる前に低速運転に切り替わることで、泡の圧縮室内への吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、高速運転は４０Ｈｚ以上とすることで、高速運転時における潤滑油中の冷媒を十分に気化することができるという作用を有する。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、低速運転は３５Ｈｚ以下とすることで、発泡を十分に下降させることができ、発泡の泡の圧縮室内への吸い込みを防止するという作用を有する。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、前記予備運転の高速運転の周波数を段階的に高くすることで、潤滑油中の冷媒を気化することができると共に、摺動部への給油を安定的に行えるという作用を有する。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明に、さらに、圧縮機の起動時は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時であることで、冷媒圧縮機内の潤滑油に大量の冷媒が寝込んでいる場合でも高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで泡の吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明に、さらに、圧縮機の起動時は除霜後の最初の起動時であることで、冷凍装置から冷媒圧縮機へ冷媒の液戻りが多く、潤滑油への冷媒の溶け込み量が多くなる時でも、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで圧縮室内への泡の吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の運転制御方法を備えたことで、冷媒圧縮機の起動時に高速運転と低速運転の運転制御し、高速運転時には潤滑油中の冷媒を発泡させて、低速運転時に抑制する運転制御を行う作用を有する。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、密閉容器内に冷媒および潤滑油を封入し、電動要素とこの電動要素によって駆動される圧縮要素を収容するとともに、前記圧縮要素を制御する請求項８に記載の制御装置を備えることで、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させ、低速運転で潤滑油中の冷媒の発泡を抑制する制御が行え、冷媒圧縮機の圧縮室内への泡の吸い込みを防止する作用を有する。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明に、さらに、圧縮要素には前記密閉容器内に開口した冷媒ガスの吸入口を備えることで、冷媒を吸入口から吸いやすいが、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで圧縮要素への泡の吸い込みを防止する作用を有する。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の発明に、さらに、永久磁石を備えた回転子と、鉄心のティースに直接的に巻線を施した固定子とからなる電動要素を備えることで、冷媒圧縮機を小型化することができ、密閉容器内の潤滑油量を減らすことで潤滑油中に溶け込む冷媒量が減り、冷媒の発泡を小さくするという作用を有する。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の発明に、さらに、冷媒が塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒で、潤滑油は前記冷媒と相溶性があることで、圧力低下に対する冷媒と潤滑油の相溶性が急峻となり、冷媒の発泡現象が生じやすいが、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで泡の吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００３４】
請求項１３に記載の発明は、コンデンサと減圧器とエバポレータと請求項９から１２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機とを備えることで、冷凍装置の冷媒圧縮機の起動時に異音、起動不良等の不具合がなくなり、冷却システムを安定させるという作用を有する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による密閉型圧縮機の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による冷媒圧縮機の縦断面図であり、図２は同実施の形態の冷媒圧縮機の回転子の上面図を示し、図３は同実施の形態の冷媒圧縮機の固定子の上面図を示し、図４は、同実施の形態の冷媒圧縮機の運転制御方法を備えた制御装置を示し、図５は同実施の形態の冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図である。図６は冷媒圧縮機の起動時に発生する冷媒の発泡現象を示す図である。
【００３７】
図１において、冷媒圧縮機９９内には塩素およびフッ素を含まない炭化水素系冷媒であるＲ６００ａからなる冷媒が封入されており、密閉容器１０１は、固定子１０２と回転子１０３からなる電動要素１０４と、電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５を収容する。
【００３８】
密閉容器１０１内には、冷媒と相溶性の高い鉱油から構成される潤滑油１０６を貯留する。クランクシャフト１０７は給油機構（図示せず）を内蔵し、回転子１０３を圧入固定した主軸部１０８および主軸部１０８に対し偏心して形成された偏心部１０９を有し、シリンダブロック１１０に軸支されている。
【００３９】
シリンダブロック１１０は略円筒形の圧縮室１１１を形成するとともに主軸部１０８を軸支する主軸受１１２を備える。ピストン１１３は圧縮室１１１に往復摺動自在に挿入され、偏心部１０９との間を連結手段１１４とピストンピン１１５によって連結されている。
【００４０】
吸入配管（図示せず）は密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍システムの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒を密閉容器１０１内へ導く。吸入マフラー１１６は一端が吸入ポート１１７を介して圧縮室１１１に連通し、吸入口１１８は密閉容器１０１内空間に開口しており、バルブプレート１１９とシリンダヘッド１２０に挟持されることで固定されている。
【００４１】
また、図２、図３より、回転子１０３は回転子鉄心１２１と円筒状のパイプ１２２との間に永久磁石１２３を嵌め込んで形成されており、蓋（図示せず）と回転子鉄心１２１をリベット１２４で固定されている。固定子１０２は固定子鉄心１２５のティース１２６に直接的に巻線１２７が施されている。
【００４２】
冷媒圧縮機９９は制御装置１２８を介して電源１２９と接続されるようになっており、制御装置１２８は駆動回路１３０と制御回路１３１とから構成され、冷凍装置が家庭用電源へ接続された時および除霜後の最初の起動時に図５に示すような運転制御方法を備えている。
【００４３】
すなわち、上記制御装置によって冷媒圧縮機９９は、起動して最初に４０Ｈｚを超える高速運転１３２を２秒以内で行い、その後、３５Ｈｚ以下の低速運転１３３を行い、このサイクルをもう一度繰り返した後、任意の定格の運転周波数での運転に入る。
【００４４】
以上のように構成された冷媒圧縮機９９について、以下その動作を説明する。
【００４５】
冷媒圧縮機９９は電動要素１０４に通電されると起動し、回転子１０３がクランクシャフト１０７を回転させ、偏心部１０９の運動が連結手段１１４を介してピストン１１３に伝えられることでピストン１１３は圧縮室１１１内を往復運動し、吸入配管を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒は吸入マフラー１１６から吸入され、吸入リード（図示せず）が開くことで吸入ポート１１７を通り圧縮室１１１内へ導かれ、連続して圧縮される。
【００４６】
冷媒圧縮機９９が４０Ｈｚを超える高速運転１３２で起動した直後、密閉容器１０１内の圧力は低下し、また潤滑油１０６は攪拌されることで潤滑油１０６内に寝込んでいた冷媒が発泡し、図６に示すように泡１３４を発生する。
【００４７】
ここで冷媒は塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒であり、潤滑油１０６は前記冷媒と相溶性がある鉱油を用いている。この冷媒と潤滑油の組み合わせは、圧力の低下とともに、潤滑油１０６に溶け込む冷媒の飽和溶解量が急峻に少なくなる特性を備えていることから、冷媒は一気に激しく発泡する。
【００４８】
しかし、高速運転１３２の時間を２秒以内に制御していることで発泡現象によって生じた泡１３４は、吸入マフラー１１６の吸入口１１８へ到達する前に３５Ｈｚ以下の低速運転１３３に切り替わる。前述した２秒という時間は多くの条件で確認した結果、最も発泡が激しく、泡１３４の上昇スピードが速い条件においても吸入マフラー１１６の吸入口１１８まで到達しない最長時間である。
【００４９】
つまり泡１３４が吸入マフラー１１６に吸引される前に冷媒圧縮機の運転は３５Ｈｚ以下の低速運転に切り替わる。３５Ｈｚ以下の低速運転になると圧力の下降は緩やかになり、かつ潤滑油１０６の攪拌も少なくなることから、泡１３４の上昇は止まり下降していく。
【００５０】
このサイクルを繰り返すことで潤滑油１０６に溶け込んだ冷媒は発泡した泡１３４を圧縮室１１１へ吸い込むことなく蒸発し、その後の発泡現象は小さく抑えられ、発泡は下降しながら低速運転１３３に切り替わる。
【００５１】
一方、潤滑油１０６内の冷媒は高速運転１３２での発泡で気化するため、潤滑油圧縮による異音が防止できると同時に、潤滑油１０６の吐出量が軽減され、油面の低下による給油阻害を起こすことが無くなる。
【００５２】
尚、低速運転１３３は冷媒圧縮機９９が停止した状態、つまり運転周波数が０Ｈｚの状態を含み、この状態が最も発泡しにくい状態であることは言うまでもない。
【００５３】
また、吸入マフラー１１６に密閉容器１０１内へ開口する吸入口１１８が備わっていることで、発泡した泡１３４は直接、圧縮室１１１に導かれず、一旦、吸入口１１８、吸入マフラー１１６内空間を通り、圧縮室１１１へ導かれることとなり、泡１３４が多少、吸入口１１８に吸い込まれたとしても、吸入マフラー１１６内での潤滑油分離と熱交換により冷媒の気化が促進され、圧縮室１１１内への泡１３４の吸い込みが抑制される。
【００５４】
また、永久磁石１２３を備えた回転子１０３と、固定子鉄心１２５のティース１２６に直接的に巻線１２７を施した固定子１０２とからなる電動要素１０４を備えることで、固定子１０２の固定子鉄心１２５の厚みが小さくなり、密閉容器１０１を小さくすることができ、密閉容器１０１内へ貯留される潤滑油１０６の油量を分布巻きのものに比べ約２５％低減することができた。その結果、潤滑油１０６中に寝込む冷媒量が比例的に減少し、発泡現象が小さく抑制することができた。
【００５５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２による冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図である。尚、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
制御装置（図示せず）は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時および除霜後の最初の起動時に図７に示すように高速運転１３２と低速運転１３３を複数回繰り返し、さらに低速運転１３３の時間がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の順に短くなるように設定されており、それ以外は実施の形態１と全く同一の構成としている。
【００５７】
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００５８】
冷媒圧縮機９９はまず１回目の高速運転１３２ａで運転され、泡１３４が発生するが、すぐに１回目の低速運転１３３ａになり泡１３４の発生が抑制される。１回目の低速運転１３３ａでＴ１時間運転された後、２回目の高速運転１３２ｂとなり潤滑油１０６中にまだ寝込んでいる冷媒が気化される。
【００５９】
その後、２回目の低速運転１３３ｂになり泡１３４が抑制されるが、１回目の泡１３４より２回目の泡１３４の発生は少なく、２回目の低速運転１３３ｂはＴ１に比べて短いＴ２時間で運転されても泡１３４の発生は十分に抑制される。
【００６０】
次に３回目の高速運転１３２ｃになり、さらに潤滑油１０６中に残っている冷媒を完全に気化させることができ、その泡１３４の発生も少ないことから、Ｔ１、Ｔ２の時間より短いＴ３の時間の低速運転１３６ｃでも十分に抑制することができる。
【００６１】
また、運転時間を段階的に短くすることで、低速運転１３３の運転時間を短くすることができ、高速運転１３５の運転比率が長くなることで、摺動部への給油がより安定する。
【００６２】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３による冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図である。尚、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
制御装置（図示せず）は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時および除霜後の最初の起動時に図８に示すよう、高速運転１３５の周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３の順に高くなるように設定されており、それ以外は実施の形態１と全く同一の構成としている。
【００６４】
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００６５】
冷媒圧縮機９９はまず１回目の高速運転１３５ａを運転周波数ｆ１で運転され、泡１３４が発生するが、すぐに１回目の低速運転１３６ａになり泡１３４の発生が抑制される。
【００６６】
その後、２回目の高速運転１３５ｂを１回目の高速運転１３５ａの運転周波数ｆ１よりも周波数の高いｆ２で運転し、攪拌作用と圧力の低下が大きくなり、潤滑油１０６中にまだ寝込んでいる冷媒が気化される。その後、２回目の低速運転１３６ｂになり、１回目の泡１３４より２回目の泡１３４の発生は少なく、泡１３４の発生は十分に抑制される。
【００６７】
次に３回目の高速運転１３５ｃになり、運転周波数は２回目のｆ２より高いｆ３で運転し、さらに潤滑油１０６中に残っている冷媒を完全に気化させることができ、その泡１３４の発生も少ないことから、低速運転１３６ｃでも十分に抑制することができる。また、高速運転１３５の平均運転周波数が大きくなることから、摺動部への給油がより安定する。
【００６８】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４による冷媒圧縮機と制御装置を備えた冷凍装置を示す断面図である。尚、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
図９において、冷凍装置１３９は、外壁を断熱材１４０で囲まれた庫室１４１を形成し、底部には冷媒圧縮機９９が配設され、コンデンサ、減圧器、エバポレータ１４４と継接し、冷凍サイクルを構成している。この冷媒圧縮機９９は密閉容器１０１内に図１に示した潤滑油１０６と、固定子１０２と回転子１０３からなる電動要素１０４と、圧縮要素１０５とを備え、電動要素１０４は、実施の形態１の制御装置１２８により駆動制御される。
【００７０】
これにより、圧縮室１１１内への泡１３４の吸い込みを防止し、潤滑油１０６内へ寝込んだ冷媒を十分に気化させ、摺動部への給油を行うことができる冷媒圧縮機９９の制御装置１２８を備えた冷凍装置１３９を得ることができる。
【００７１】
尚、実施の形態１ないし４は密閉容器１０１内が低圧となるレシプロ型を例に説明してきたが、密閉容器１０１内が高圧であり、レシプロ型以外の圧縮方式の冷媒圧縮機９９であっても、本発明によれば同様に発泡を抑制する作用が得られる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、冷媒圧縮機の起動時に、短時間の高速運転と、前記高速運転の時間より長い低速運転とからなる予備運転を複数回行うことで、冷媒圧縮機の異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７３】
そして、予備運転の低速運転を段階的に短くしたことで、冷媒圧縮機の異音、起動不良を防止するとともに、摺動部へ安定した給油をする効果がある。
【００７４】
また、請求項２に記載の発明は、高速運転を２秒以下にすることで、冷媒圧縮機の潤滑油へ寝込んだ冷媒を殆ど気化させ、確実に異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７５】
また、請求項３に記載の発明は、高速運転を４０Ｈｚ以上にすることで、冷媒圧縮機の潤滑油へ寝込んだ冷媒を確実に気化させ、異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７６】
また、請求項４に記載の発明は、低速運転を３５Ｈｚ以下にすることで、冷媒圧縮機の冷媒の発泡現象を確実に抑制し、異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７７】
また、請求項５に記載の発明は、複数回の予備運転を備え、予備運転の高速運転の周波数を段階的に高くすることで、冷媒圧縮機の異音、起動不良を防止するとともに、潤滑油中の冷媒の気化をさらに促進し、摺動部への給油を向上させる効果がある。
【００７８】
また、請求項６に記載の発明は、圧縮機の起動時は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時であることで、潤滑油への冷媒寝込みが最も多い時でも、異音、起動不良および、給油阻害を防止できる効果がある。
【００７９】
また、請求項７に記載の発明は、圧縮機の起動時は除霜後の最初の起動時であることで、冷媒の液戻りの激しい時でも、異音、起動不良および、給油阻害を防止できる効果がある。
【００８０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の運転制御方法を備えることで、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させ、低速運転で潤滑油中の冷媒の発泡を抑制する制御を行うことにより、冷媒圧縮機の異音、起動不良、及び給油阻害を防止する効果がある。
【００８１】
また、請求項９に記載の発明は、密閉容器内に冷媒及び潤滑油を封入し、電動要素によって駆動される圧縮要素を収容するとともに、前記圧縮要素を制御する請求項８に記載の制御装置を備えることで、冷媒圧縮機の圧縮室内への泡の吸い込みが制御され、冷媒圧縮機の異音、起動不良、及び給油阻害を防止する効果がある。
【００８２】
また、請求項１０に記載の発明は、圧縮要素に、密閉容器内に開口した冷媒ガスの吸入口を備えることで、吸入口に泡が侵入しても圧縮室への到達を防止できる効果がある。
【００８３】
また、請求項１１に記載の発明は、永久磁石を備えた回転子と、鉄心のティースに直接的に巻線を施した固定子とからなる電動要素を備えることで、潤滑油量を減少させ、潤滑油に溶け込んだ冷媒量を軽減できる効果がある。
【００８４】
また、請求項１２に記載の発明は、冷媒が塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒で、潤滑油は冷媒と相溶性があることで、圧力低下に対する冷媒と潤滑油の相溶性が急峻となり、高速運転で潤滑油中の冷媒の気化を向上させる効果がある。
【００８５】
また、請求項１３に記載の発明は、コンデンサと減圧器とエバポレータと請求項９から１２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機とを備えることで、冷凍装置の冷媒圧縮機の起動時に異音、起動不良等の不具合がなくなり、冷却システムを安定させ、冷凍装置の信頼性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による冷媒圧縮機の縦断面図
【図２】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の回転子の上面図
【図３】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の固定子の上面図
【図４】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の運転制御装置を示す図
【図５】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図
【図６】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の起動時に発生する冷媒の発泡現象を示す図
【図７】 本発明の実施の形態２による冷媒圧縮機の起動時の運転周波数の変化を示す図
【図８】 本発明の実施の形態３による冷媒圧縮機の起動時の運転周波数の変化を示す図
【図９】 本発明の実施の形態４による冷凍装置を示す断面図
【図１０】 従来の冷蔵庫の全体構造を示す断面図
【図１１】 従来の冷凍サイクル図
【図１２】 従来の電気的構成図
【図１３】 従来の圧縮機の運転周波数の変化を示す図
【符号の説明】
９９ 冷媒圧縮機
１０１ 密閉容器
１０２ 固定子
１０３ 回転子
１０４ 電動要素
１０５ 圧縮要素
１０６ 潤滑油
１１８ 吸入口
１２３ 永久磁石
１２６ ティース
１２７ 巻線
１２８ 制御装置
１２９ 電源
１３２、１３５、１３７ 高速運転
１３３、１３６、１３８ 低速運転
１３９ 冷凍装置
１４４ エバポレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる冷媒圧縮機の運転制御方法、制御装置、及び冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される圧縮機については、Ｒ６００ａに代表されるオゾン破壊係数ゼロで温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等への移行が進みつつある。
【０００３】
従来の圧縮機の運転制御装置としては、潤滑油に多量の冷媒が溶け込んでいる低外気温時には、圧縮機の起動時に低周波数で回転することで、起動時の泡の吸い込みによる潤滑油吐出量を軽減し、容器内の潤滑油量を確保し、摺動部への給油不足を防止させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、上述した従来の圧縮機の運転制御装置について説明する。
【０００５】
図１０は従来の冷蔵庫の全体構造を示す断面図で、図１１は従来の冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１２は従来の冷蔵庫の電気的構成図、図１３は従来の圧縮機の運転周波数の変化を示す図である。
【０００６】
図１０において、冷蔵庫本体１内の後部下端には、密閉容器内に潤滑油とコンプモータ１１とこれによって駆動される機械部を内蔵したレシプロ型の圧縮機１０が配設されている。この圧縮機１０は遠心ポンプからなる給油機構（図示せず）を内蔵しており、密閉容器内にコンプモータ１１、クランク機構（図示せず）、ピストン（図示せず）等を収納してなるものであり、コンプモータ１１の回転軸はクランク機構を介してピストンに連結されている。このクランク機構はコンプモータ１１の回転力を直線的な往復運動力に変換してピストンに伝達するものであり、密閉容器内の冷媒はピストンの往復動により圧縮される。
【０００７】
圧縮機１０には、図１１に示すように、パイプ１２ａを介してコンデンサ１３が接続されており、コンデンサ１３にはパイプ１２ｂを介してキャピラリーチューブ１４が接続され、キャピラリーチューブ１４には、パイプ１２ｃを介してエバポレータ１５が接続され、エバポレータ１５はパイプ１２ｄを介して圧縮機１０の吸入口に接続されており、冷媒が封入された冷凍サイクル１６を形成する。
【０００８】
また、図１２に示すように、コンプモータ１１は、ステータコアにＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１１ａを巻装してなるステータと、ロータコアに永久磁石を固定してなるロータとを主体に構成されたものであり（＝３相ＤＣブラシレスモータ）、コンプモータ１１には図１２のインバータ装置１８が接続されている。
【０００９】
さらに、インバータ装置１８にはマイクロコンピュータを主体にして構成された主制御部２２が備えられ、主制御部２２は冷蔵庫本体１に設置されているサーミスタからなる室温センサ２８から、部屋内の温度Ｔに応じた電気信号の出力に応じて、コンプモータ１１の運転周波数を設定しているとともに、「基準温度Ｔ０≧周囲温度Ｔ」を判別すると図１７に示すように、コンプモータ１１の運転周波数を「３０Ｈｚ」に３秒程度で上昇させ、「３０Ｈｚ」にホールドするようになっている。
【００１０】
以上のように構成された冷媒圧縮機の運転制御装置について、以下その動作を説明する。
【００１１】
インバータ装置１８からコンプモータ１１に所定の運転周波数の電力が出力されると圧縮機１０は冷媒を圧縮し、圧縮機１０から吐出された冷媒はコンデンサ１３、キャピラリーチューブ１４、エバポレータ１５の経路で循環する。
【００１２】
一般に低外気温時には、圧縮機１０内の潤滑油に多量の冷媒が溶け込んでおり、こういった場合に高い運転周波数で圧縮機１０を起動すると溶け込んだ冷媒が一気に蒸発し、強い発泡現象が生ずる。
【００１３】
これを防ぐためにインバータ装置１８の主制御部２２は「基準温度Ｔ０≧周囲温度Ｔ」を判別すると図１３に示すように、コンプモータ１１の運転周波数を「３０Ｈｚ」に３秒程度で上昇させた後、「３０Ｈｚ」にホールドするよう制御しており、潤滑油中に溶け込んだ冷媒は徐徐に蒸発し、強い発泡現象を回避することで圧縮機１０から冷媒と共に潤滑油が吐出され不足することを防いでいる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−３１１４５７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では低外気温、最低周波数でコンプモータ１１を運転している間には、潤滑油中に寝込んだ冷媒はほとんど蒸発しないことが分かった。
【００１６】
従って多量の冷媒が溶け込んでいる低外気温時、最低周波数での運転から通常の高回転運転に移ったとたんに大量の冷媒が一気に蒸発をすることで強い発泡現象が現れてしまい、その結果、圧縮機１０は潤滑油を多量に含む泡を冷媒とともに圧縮することになり、異音が発生するという問題があった。
【００１７】
同時に潤滑油が多量にシステムへ吐出されるため、圧縮機１０内の潤滑油が不足し、給油阻害が起きる恐れがあった。
【００１８】
なお、これらの現象は、長い時間をかけて冷媒が潤滑油の中に溶け込んでしまっていることから、特に初めて電源が投入されるイニシャル起動時に多くみられ、また圧縮機１０にエバポレータ１５から冷媒が凝縮して戻って来やすいデフロスト後の起動時にもおきやすい。
【００１９】
更に近年使用され始めたＲ６００ａを代表とする炭化水素系冷媒と鉱油との組み合わせにおいては、圧力に対する潤滑油への飽和溶解度が極端に変わる特性を持っており、圧縮機の起動時における容器内の圧力低下により、強い発泡現象を助長させてしまうことが判明した。
【００２０】
本発明は従来の課題を解決するもので、潤滑油中に冷媒が多量に溶け込んだ時でも異音や給油阻害を起こさない圧縮機の運転制御方法、制御装置、及び冷凍装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、冷媒圧縮機の起動時に、短時間の高速運転と、前記高速運転の時間より長い低速運転とからなる予備運転を複数回行う圧縮機の運転制御方法であって、前記予備運転の低速運転を段階的に短くしたもので、前記予備運転を複数回行うことで、潤滑油中に溶け込んだ冷媒の発泡が高速運転で誘発され、かつ発泡の泡が上昇し圧縮室内へ吸い込まれる前に低速運転となり、発泡が下降することで、潤滑油中の冷媒を緩やかに蒸発させると共に、発泡が圧縮室内へ吸い込まれることを防止するという作用を有する。
【００２２】
しかも、低速運転時間が短くなることで、摺動部への給油を安定的に行えるという作用を有する。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、前記高速運転は２秒以下とすることで、発泡が圧縮室内へ吸い込まれる前に低速運転に切り替わることで、泡の圧縮室内への吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、高速運転は４０Ｈｚ以上とすることで、高速運転時における潤滑油中の冷媒を十分に気化することができるという作用を有する。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、低速運転は３５Ｈｚ以下とすることで、発泡を十分に下降させることができ、発泡の泡の圧縮室内への吸い込みを防止するという作用を有する。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、前記予備運転の高速運転の周波数を段階的に高くすることで、潤滑油中の冷媒を気化することができると共に、摺動部への給油を安定的に行えるという作用を有する。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明に、さらに、圧縮機の起動時は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時であることで、冷媒圧縮機内の潤滑油に大量の冷媒が寝込んでいる場合でも高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで泡の吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明に、さらに、圧縮機の起動時は除霜後の最初の起動時であることで、冷凍装置から冷媒圧縮機へ冷媒の液戻りが多く、潤滑油への冷媒の溶け込み量が多くなる時でも、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで圧縮室内への泡の吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の運転制御方法を備えたことで、冷媒圧縮機の起動時に高速運転と低速運転の運転制御し、高速運転時には潤滑油中の冷媒を発泡させて、低速運転時に抑制する運転制御を行う作用を有する。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、密閉容器内に冷媒および潤滑油を封入し、電動要素とこの電動要素によって駆動される圧縮要素を収容するとともに、前記圧縮要素を制御する請求項８に記載の制御装置を備えることで、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させ、低速運転で潤滑油中の冷媒の発泡を抑制する制御が行え、冷媒圧縮機の圧縮室内への泡の吸い込みを防止する作用を有する。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明に、さらに、圧縮要素には前記密閉容器内に開口した冷媒ガスの吸入口を備えることで、冷媒を吸入口から吸いやすいが、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで圧縮要素への泡の吸い込みを防止する作用を有する。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の発明に、さらに、永久磁石を備えた回転子と、鉄心のティースに直接的に巻線を施した固定子とからなる電動要素を備えることで、冷媒圧縮機を小型化することができ、密閉容器内の潤滑油量を減らすことで潤滑油中に溶け込む冷媒量が減り、冷媒の発泡を小さくするという作用を有する。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の発明に、さらに、冷媒が塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒で、潤滑油は前記冷媒と相溶性があることで、圧力低下に対する冷媒と潤滑油の相溶性が急峻となり、冷媒の発泡現象が生じやすいが、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させることで泡の吸い込みを防止できるという作用を有する。
【００３４】
請求項１３に記載の発明は、コンデンサと減圧器とエバポレータと請求項９から１２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機とを備えることで、冷凍装置の冷媒圧縮機の起動時に異音、起動不良等の不具合がなくなり、冷却システムを安定させるという作用を有する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による密閉型圧縮機の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による冷媒圧縮機の縦断面図であり、図２は同実施の形態の冷媒圧縮機の回転子の上面図を示し、図３は同実施の形態の冷媒圧縮機の固定子の上面図を示し、図４は、同実施の形態の冷媒圧縮機の運転制御方法を備えた制御装置を示し、図５は同実施の形態の冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図である。図６は冷媒圧縮機の起動時に発生する冷媒の発泡現象を示す図である。
【００３７】
図１において、冷媒圧縮機９９内には塩素およびフッ素を含まない炭化水素系冷媒であるＲ６００ａからなる冷媒が封入されており、密閉容器１０１は、固定子１０２と回転子１０３からなる電動要素１０４と、電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５を収容する。
【００３８】
密閉容器１０１内には、冷媒と相溶性の高い鉱油から構成される潤滑油１０６を貯留する。クランクシャフト１０７は給油機構（図示せず）を内蔵し、回転子１０３を圧入固定した主軸部１０８および主軸部１０８に対し偏心して形成された偏心部１０９を有し、シリンダブロック１１０に軸支されている。
【００３９】
シリンダブロック１１０は略円筒形の圧縮室１１１を形成するとともに主軸部１０８を軸支する主軸受１１２を備える。ピストン１１３は圧縮室１１１に往復摺動自在に挿入され、偏心部１０９との間を連結手段１１４とピストンピン１１５によって連結されている。
【００４０】
吸入配管（図示せず）は密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍システムの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒を密閉容器１０１内へ導く。吸入マフラー１１６は一端が吸入ポート１１７を介して圧縮室１１１に連通し、吸入口１１８は密閉容器１０１内空間に開口しており、バルブプレート１１９とシリンダヘッド１２０に挟持されることで固定されている。
【００４１】
また、図２、図３より、回転子１０３は回転子鉄心１２１と円筒状のパイプ１２２との間に永久磁石１２３を嵌め込んで形成されており、蓋（図示せず）と回転子鉄心１２１をリベット１２４で固定されている。固定子１０２は固定子鉄心１２５のティース１２６に直接的に巻線１２７が施されている。
【００４２】
冷媒圧縮機９９は制御装置１２８を介して電源１２９と接続されるようになっており、制御装置１２８は駆動回路１３０と制御回路１３１とから構成され、冷凍装置が家庭用電源へ接続された時および除霜後の最初の起動時に図５に示すような運転制御方法を備えている。
【００４３】
すなわち、上記制御装置によって冷媒圧縮機９９は、起動して最初に４０Ｈｚを超える高速運転１３２を２秒以内で行い、その後、３５Ｈｚ以下の低速運転１３３を行い、このサイクルをもう一度繰り返した後、任意の定格の運転周波数での運転に入る。
【００４４】
以上のように構成された冷媒圧縮機９９について、以下その動作を説明する。
【００４５】
冷媒圧縮機９９は電動要素１０４に通電されると起動し、回転子１０３がクランクシャフト１０７を回転させ、偏心部１０９の運動が連結手段１１４を介してピストン１１３に伝えられることでピストン１１３は圧縮室１１１内を往復運動し、吸入配管を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒は吸入マフラー１１６から吸入され、吸入リード（図示せず）が開くことで吸入ポート１１７を通り圧縮室１１１内へ導かれ、連続して圧縮される。
【００４６】
冷媒圧縮機９９が４０Ｈｚを超える高速運転１３２で起動した直後、密閉容器１０１内の圧力は低下し、また潤滑油１０６は攪拌されることで潤滑油１０６内に寝込んでいた冷媒が発泡し、図６に示すように泡１３４を発生する。
【００４７】
ここで冷媒は塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒であり、潤滑油１０６は前記冷媒と相溶性がある鉱油を用いている。この冷媒と潤滑油の組み合わせは、圧力の低下とともに、潤滑油１０６に溶け込む冷媒の飽和溶解量が急峻に少なくなる特性を備えていることから、冷媒は一気に激しく発泡する。
【００４８】
しかし、高速運転１３２の時間を２秒以内に制御していることで発泡現象によって生じた泡１３４は、吸入マフラー１１６の吸入口１１８へ到達する前に３５Ｈｚ以下の低速運転１３３に切り替わる。前述した２秒という時間は多くの条件で確認した結果、最も発泡が激しく、泡１３４の上昇スピードが速い条件においても吸入マフラー１１６の吸入口１１８まで到達しない最長時間である。
【００４９】
つまり泡１３４が吸入マフラー１１６に吸引される前に冷媒圧縮機の運転は３５Ｈｚ以下の低速運転に切り替わる。３５Ｈｚ以下の低速運転になると圧力の下降は緩やかになり、かつ潤滑油１０６の攪拌も少なくなることから、泡１３４の上昇は止まり下降していく。
【００５０】
このサイクルを繰り返すことで潤滑油１０６に溶け込んだ冷媒は発泡した泡１３４を圧縮室１１１へ吸い込むことなく蒸発し、その後の発泡現象は小さく抑えられ、発泡は下降しながら低速運転１３３に切り替わる。
【００５１】
一方、潤滑油１０６内の冷媒は高速運転１３２での発泡で気化するため、潤滑油圧縮による異音が防止できると同時に、潤滑油１０６の吐出量が軽減され、油面の低下による給油阻害を起こすことが無くなる。
【００５２】
尚、低速運転１３３は冷媒圧縮機９９が停止した状態、つまり運転周波数が０Ｈｚの状態を含み、この状態が最も発泡しにくい状態であることは言うまでもない。
【００５３】
また、吸入マフラー１１６に密閉容器１０１内へ開口する吸入口１１８が備わっていることで、発泡した泡１３４は直接、圧縮室１１１に導かれず、一旦、吸入口１１８、吸入マフラー１１６内空間を通り、圧縮室１１１へ導かれることとなり、泡１３４が多少、吸入口１１８に吸い込まれたとしても、吸入マフラー１１６内での潤滑油分離と熱交換により冷媒の気化が促進され、圧縮室１１１内への泡１３４の吸い込みが抑制される。
【００５４】
また、永久磁石１２３を備えた回転子１０３と、固定子鉄心１２５のティース１２６に直接的に巻線１２７を施した固定子１０２とからなる電動要素１０４を備えることで、固定子１０２の固定子鉄心１２５の厚みが小さくなり、密閉容器１０１を小さくすることができ、密閉容器１０１内へ貯留される潤滑油１０６の油量を分布巻きのものに比べ約２５％低減することができた。その結果、潤滑油１０６中に寝込む冷媒量が比例的に減少し、発泡現象が小さく抑制することができた。
【００５５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２による冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図である。尚、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
制御装置（図示せず）は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時および除霜後の最初の起動時に図７に示すように高速運転１３２と低速運転１３３を複数回繰り返し、さらに低速運転１３３の時間がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の順に短くなるように設定されており、それ以外は実施の形態１と全く同一の構成としている。
【００５７】
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００５８】
冷媒圧縮機９９はまず１回目の高速運転１３２ａで運転され、泡１３４が発生するが、すぐに１回目の低速運転１３３ａになり泡１３４の発生が抑制される。１回目の低速運転１３３ａでＴ１時間運転された後、２回目の高速運転１３２ｂとなり潤滑油１０６中にまだ寝込んでいる冷媒が気化される。
【００５９】
その後、２回目の低速運転１３３ｂになり泡１３４が抑制されるが、１回目の泡１３４より２回目の泡１３４の発生は少なく、２回目の低速運転１３３ｂはＴ１に比べて短いＴ２時間で運転されても泡１３４の発生は十分に抑制される。
【００６０】
次に３回目の高速運転１３２ｃになり、さらに潤滑油１０６中に残っている冷媒を完全に気化させることができ、その泡１３４の発生も少ないことから、Ｔ１、Ｔ２の時間より短いＴ３の時間の低速運転１３６ｃでも十分に抑制することができる。
【００６１】
また、運転時間を段階的に短くすることで、低速運転１３３の運転時間を短くすることができ、高速運転１３５の運転比率が長くなることで、摺動部への給油がより安定する。
【００６２】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３による冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図である。尚、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
制御装置（図示せず）は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時および除霜後の最初の起動時に図８に示すよう、高速運転１３５の周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３の順に高くなるように設定されており、それ以外は実施の形態１と全く同一の構成としている。
【００６４】
以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００６５】
冷媒圧縮機９９はまず１回目の高速運転１３５ａを運転周波数ｆ１で運転され、泡１３４が発生するが、すぐに１回目の低速運転１３６ａになり泡１３４の発生が抑制される。
【００６６】
その後、２回目の高速運転１３５ｂを１回目の高速運転１３５ａの運転周波数ｆ１よりも周波数の高いｆ２で運転し、攪拌作用と圧力の低下が大きくなり、潤滑油１０６中にまだ寝込んでいる冷媒が気化される。その後、２回目の低速運転１３６ｂになり、１回目の泡１３４より２回目の泡１３４の発生は少なく、泡１３４の発生は十分に抑制される。
【００６７】
次に３回目の高速運転１３５ｃになり、運転周波数は２回目のｆ２より高いｆ３で運転し、さらに潤滑油１０６中に残っている冷媒を完全に気化させることができ、その泡１３４の発生も少ないことから、低速運転１３６ｃでも十分に抑制することができる。また、高速運転１３５の平均運転周波数が大きくなることから、摺動部への給油がより安定する。
【００６８】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４による冷媒圧縮機と制御装置を備えた冷凍装置を示す断面図である。尚、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
図９において、冷凍装置１３９は、外壁を断熱材１４０で囲まれた庫室１４１を形成し、底部には冷媒圧縮機９９が配設され、コンデンサ、減圧器、エバポレータ１４４と継接し、冷凍サイクルを構成している。この冷媒圧縮機９９は密閉容器１０１内に図１に示した潤滑油１０６と、固定子１０２と回転子１０３からなる電動要素１０４と、圧縮要素１０５とを備え、電動要素１０４は、実施の形態１の制御装置１２８により駆動制御される。
【００７０】
これにより、圧縮室１１１内への泡１３４の吸い込みを防止し、潤滑油１０６内へ寝込んだ冷媒を十分に気化させ、摺動部への給油を行うことができる冷媒圧縮機９９の制御装置１２８を備えた冷凍装置１３９を得ることができる。
【００７１】
尚、実施の形態１ないし４は密閉容器１０１内が低圧となるレシプロ型を例に説明してきたが、密閉容器１０１内が高圧であり、レシプロ型以外の圧縮方式の冷媒圧縮機９９であっても、本発明によれば同様に発泡を抑制する作用が得られる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、冷媒圧縮機の起動時に、短時間の高速運転と、前記高速運転の時間より長い低速運転とからなる予備運転を複数回行うことで、冷媒圧縮機の異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７３】
そして、予備運転の低速運転を段階的に短くしたことで、冷媒圧縮機の異音、起動不良を防止するとともに、摺動部へ安定した給油をする効果がある。
【００７４】
また、請求項２に記載の発明は、高速運転を２秒以下にすることで、冷媒圧縮機の潤滑油へ寝込んだ冷媒を殆ど気化させ、確実に異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７５】
また、請求項３に記載の発明は、高速運転を４０Ｈｚ以上にすることで、冷媒圧縮機の潤滑油へ寝込んだ冷媒を確実に気化させ、異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７６】
また、請求項４に記載の発明は、低速運転を３５Ｈｚ以下にすることで、冷媒圧縮機の冷媒の発泡現象を確実に抑制し、異音、起動不良及び給油阻害を防止する効果がある。
【００７７】
また、請求項５に記載の発明は、複数回の予備運転を備え、予備運転の高速運転の周波数を段階的に高くすることで、冷媒圧縮機の異音、起動不良を防止するとともに、潤滑油中の冷媒の気化をさらに促進し、摺動部への給油を向上させる効果がある。
【００７８】
また、請求項６に記載の発明は、圧縮機の起動時は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時であることで、潤滑油への冷媒寝込みが最も多い時でも、異音、起動不良および、給油阻害を防止できる効果がある。
【００７９】
また、請求項７に記載の発明は、圧縮機の起動時は除霜後の最初の起動時であることで、冷媒の液戻りの激しい時でも、異音、起動不良および、給油阻害を防止できる効果がある。
【００８０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の運転制御方法を備えることで、高速運転で潤滑油中の冷媒を気化させ、低速運転で潤滑油中の冷媒の発泡を抑制する制御を行うことにより、冷媒圧縮機の異音、起動不良、及び給油阻害を防止する効果がある。
【００８１】
また、請求項９に記載の発明は、密閉容器内に冷媒及び潤滑油を封入し、電動要素によって駆動される圧縮要素を収容するとともに、前記圧縮要素を制御する請求項８に記載の制御装置を備えることで、冷媒圧縮機の圧縮室内への泡の吸い込みが制御され、冷媒圧縮機の異音、起動不良、及び給油阻害を防止する効果がある。
【００８２】
また、請求項１０に記載の発明は、圧縮要素に、密閉容器内に開口した冷媒ガスの吸入口を備えることで、吸入口に泡が侵入しても圧縮室への到達を防止できる効果がある。
【００８３】
また、請求項１１に記載の発明は、永久磁石を備えた回転子と、鉄心のティースに直接的に巻線を施した固定子とからなる電動要素を備えることで、潤滑油量を減少させ、潤滑油に溶け込んだ冷媒量を軽減できる効果がある。
【００８４】
また、請求項１２に記載の発明は、冷媒が塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒で、潤滑油は冷媒と相溶性があることで、圧力低下に対する冷媒と潤滑油の相溶性が急峻となり、高速運転で潤滑油中の冷媒の気化を向上させる効果がある。
【００８５】
また、請求項１３に記載の発明は、コンデンサと減圧器とエバポレータと請求項９から１２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機とを備えることで、冷凍装置の冷媒圧縮機の起動時に異音、起動不良等の不具合がなくなり、冷却システムを安定させ、冷凍装置の信頼性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による冷媒圧縮機の縦断面図
【図２】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の回転子の上面図
【図３】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の固定子の上面図
【図４】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の運転制御装置を示す図
【図５】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の起動時における運転周波数の変化を示す図
【図６】 同実施の形態１による冷媒圧縮機の起動時に発生する冷媒の発泡現象を示す図
【図７】 本発明の実施の形態２による冷媒圧縮機の起動時の運転周波数の変化を示す図
【図８】 本発明の実施の形態３による冷媒圧縮機の起動時の運転周波数の変化を示す図
【図９】 本発明の実施の形態４による冷凍装置を示す断面図
【図１０】 従来の冷蔵庫の全体構造を示す断面図
【図１１】 従来の冷凍サイクル図
【図１２】 従来の電気的構成図
【図１３】 従来の圧縮機の運転周波数の変化を示す図
【符号の説明】
９９ 冷媒圧縮機
１０１ 密閉容器
１０２ 固定子
１０３ 回転子
１０４ 電動要素
１０５ 圧縮要素
１０６ 潤滑油
１１８ 吸入口
１２３ 永久磁石
１２６ ティース
１２７ 巻線
１２８ 制御装置
１２９ 電源
１３２、１３５、１３７ 高速運転
１３３、１３６、１３８ 低速運転
１３９ 冷凍装置
１４４ エバポレータ
Claims (13)
- 冷媒圧縮機の起動時に、短時間の高速運転と、前記高速運転の時間より長い低速運転とからなる予備運転を複数回行う圧縮機の運転制御方法であって、前記予備運転の低速運転を段階的に短くした圧縮機の運転制御方法。
- 高速運転は２秒以下である請求項１に記載の圧縮機の運転制御方法。
- 高速運転は４０Ｈｚ以上である請求項１記載の圧縮機の運転制御方法。
- 低速運転は３５Ｈｚ以下である請求項１記載の圧縮機の運転制御方法。
- 前記予備運転の高速運転の周波数を段階的に高くした請求項１記載の圧縮機の運転制御方法。
- 圧縮機の起動時は冷凍装置が家庭用電源へ接続された時である請求項１から５のいずれか１項に記載の運転制御方法。
- 圧縮機の起動時は除霜後の最初の起動時である請求項１から５のいずれか１項に記載の運転制御方法。
- 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の運転制御方法を備えた制御装置。
- 密閉容器内に冷媒および潤滑油を封入し、電動要素とこの電動要素によって駆動される圧縮要素を収容するとともに、前記圧縮要素を制御する請求項８に記載の制御装置を備えた冷媒圧縮機。
- 圧縮要素には前記密閉容器内に開口した冷媒ガスの吸入口を備えた請求項９記載の冷媒圧縮機。
- 永久磁石を備えた回転子と、鉄心のティースに直接的に巻線を施した固定子とからなる電動要素を備えた請求項９または１０に記載の冷媒圧縮機。
- 冷媒が塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒で、潤滑油は前記冷媒と相溶性がある請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
- コンデンサと減圧器とエバポレータと請求項９から１２のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機とを備えた冷凍装置。
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