JP5464359B2

JP5464359B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP5464359B2
Application number: JP2010108141A
Authority: JP
Inventors: 和也船田; 正樹藤野
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: JP2011237095A

Description

本発明は空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、冷媒を圧縮する圧縮機の保護機能に関するものである。

空気調和機の多くは、図４に示すように、圧縮機１１，四方弁１２，室内熱交換器１３，膨張弁１４，室外熱交換器１５およびアキュムレータ１６を冷媒配管を介して接続してなる冷媒循環系を基本的な構成として備える。なお、室内熱交換器１３と室外熱交換器１５には、それぞれ送風ファンが設けられているが、図４ではその図示が省略されている。

セパレータ型（スプリット型）の場合、圧縮機１１，四方弁１２，膨張弁１４，室外熱交換器１５およびアキュムレータ１６は室外機ユニット１内に配置され、室内熱交換器１３は室内機ユニット２内に配置される。

室外機ユニット１と室内機ユニット２は、ガス側配管１７と液側配管１８とを介して接続されるが、これらの各配管１７，１８は、室外機ユニット１と室内機ユニット２とをそれぞれ所定の場所に設置したのち、ガス側配管１７は二方弁１７ａを介して、また、液側配管１８は冷媒注入口を有する三方弁１８ａを介して接続される。

詳しくは図示しないが、圧縮機１１には、通常、密閉容器内にロータリ式もしくはスクロール式等の冷媒圧縮部と、この冷媒圧縮部を駆動する電動機とを収納してなる密閉型圧縮機が用いられる。なお、この種の圧縮機には、回転数が一定の一定速型と、回転数が可変の能力可変型（インバータ型を含む、以下「インバータ型」という）とがある。

密閉型圧縮機では、冷媒圧縮部にて生成された高温高圧のガス冷媒が密閉容器内に噴出され電動機等を冷却したのち、冷媒回路に向けて吐出されるため、正常に運転されているかぎり、圧縮機の温度は安全温度範囲内に維持される。

しかしながら、例えば誤操作により、各ユニット１，２の設置後に、配管接続用の二方弁１７ａや三方弁１８ａを開け忘れたり、膨張弁１４を全閉にした状態で、圧縮機１１が運転されると、戻り吸入冷媒が少ない負圧運転（もしくは戻り吸入冷媒がない空運転）となり、圧縮機の温度が異常に上昇し、最悪故障に至ることがある。

そこで、ほとんどの空気調和機には、圧縮機の温度（密閉容器の温度）を監視し、その温度上昇が異常な場合には、圧縮機の運転を停止させる保護機能が設けられている（例えば、特許文献１，２参照）。

上記戻り吸入冷媒が少ない負圧運転時における従来の保護機能の問題点を図５により説明する。Ｔｃは圧縮機密閉容器の容器温度で、Ｔｇは圧縮機の吐出ガス温度である。また、Ｔｍａｘは、保護機能を動作させる運転限界温度で、この例では１０８℃としている。

室内外の空調負荷が高い場合には、一定速型，インバータ型ともに、圧縮機が高い回転数で運転されるため、容器温度Ｔｇは、一点鎖線で示すように、運転開始から急激に上昇して比較的短時間で運転限界温度Ｔｍａｘに達し、保護機能が働く。

しかしながら、インバータ型では、室内外の空調負荷が低い場合に、圧縮機は低回転数で運転されるため、容器温度Ｔｇは、二点鎖線で示すように、緩やかな勾配をもって上昇し、運転限界温度Ｔｍａｘに到達して保護機能が働くまでには比較的長い時間がかかることになる。その間、圧縮機は、戻り吸入冷媒が少ない負圧運転状態となるため、例えば電動機の駆動軸の軸受部分が異常発熱し、焼き付き事故を起こすおそれがある。

特開昭６２−３１７８号公報特開平９−７９７０９号公報

したがって、本発明の課題は、戻り吸入冷媒が少ないか、ほとんどない負圧運転状態時においても、圧縮機温度（密閉容器の温度）が運転限界温度に到達する前に、圧縮機の保護機能を確実に動作させ、圧縮機の信頼性を高めることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、密閉容器内に冷媒圧縮部と上記冷媒圧縮部を駆動する電動機とを含む圧縮機を冷凍サイクル内に備える空気調和機において、上記圧縮機の吐出ガス温度Ｔｇを検出する第１温度センサと、上記密閉容器の容器温度Ｔｃを検出する第２温度センサと、上記第１温度センサおよび上記第２温度センサから出力される吐出ガス温度Ｔｇと容器温度Ｔｃとに基づいて上記圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記圧縮機が運転開始されてから所定時間経過後のｔ１時点と、ｔ１時点からさらに所定時間経過後のｔ２時点のいずれにおいても、上記容器温度Ｔｃが所定の運転限界温度Ｔｍａｘ以下で、かつ、上記容器温度Ｔｃ＞上記吐出ガス温度Ｔｇである場合には、上記圧縮機の運転を停止することを特徴としている。

本発明の好ましい態様によれば、上記制御手段は、上記ｔ２時点での上記容器温度Ｔｃ＞上記吐出ガス温度Ｔｇの温度差α２が、上記ｔ１時点での上記容器温度Ｔｃ＞上記吐出ガス温度Ｔｇの温度差α１よりも大きい場合に、上記圧縮機の運転を停止する。

また、上記ｔ１時点もしくは上記ｔ２時点に至る前に上記圧縮機が停止された場合、上記制御手段は、上記圧縮機の運転再開時から上記の温度監視制御をやり直す。

本発明によれば、圧縮機が運転開始されてから所定時間経過後のｔ１時点と、ｔ１時点からさらに所定時間経過後のｔ２時点のいずれにおいても、容器温度Ｔｃが所定の運転限界温度Ｔｍａｘ以下であるが、容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇである場合には、圧縮機の運転を停止するようにしたことにより、圧縮機温度（密閉容器の温度）が運転限界温度に達していなくても、戻り吸入冷媒が少ないか、ほとんどない負圧運転状態が長時間にわたって継続することを防止することができ、圧縮機の信頼性が高められる。

本発明の実施形態を説明するための模式図。容器温度と吐出ガス温度とがほぼ同一温度であるときから圧縮機の運転を開始した際の容器温度と吐出ガス温度との関係を示すグラフ。圧縮機が比較的短い停止時間の後、運転を再開した場合における容器温度と吐出ガス温度との関係を示すグラフ。空気調和機が備える基本的な冷媒循環系を示す模式図。従来の圧縮機保護機能の問題点を説明するための容器温度と吐出ガス温度との関係を示すグラフ。

次に、図１ないし図３により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

この実施形態に係る空気調和機も、先の図４で説明した従来例と同様な冷媒循環系を備えるが、図１に圧縮機１１のみを示し、これについて説明する。

圧縮機１１は、金属製の密閉容器（シェル）１１０を備え、密閉容器１１０内には、冷媒圧縮部１２０と、冷媒圧縮部１２０を駆動する電動機１３０が収納されている。

図示の例において、冷媒圧縮部１２０はロータリ式であるが、スクロール式であってもよい。冷媒圧縮部１２０の下部には冷凍機油が貯められている。電動機１３０には、インナーロータ型の誘導電動機等が用いられる。

密閉容器１１０の上部には、四方弁１２に至る冷媒吐出管１１１が接続され、密閉容器１１０の下部には、アキュムレータ１６からの冷媒吸入管１１２が接続されている。

冷媒吸入管１１２から供給された戻り冷媒は、冷媒圧縮部１２０で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって密閉容器１１０内に噴出され、電動機１３０のステータ巻線等を冷却したのち、冷媒吐出管１１１より冷媒循環系に吐出される。

本発明では、圧縮機１１の保護機能の構成要素として、第１および第２の少なくとも２つの温度センサ１４１，１４２と、これらの各温度センサ１４１，１４２の検出温度に基づいて例えば電動機１３０の通電用スイッチＳＷを開閉する制御手段１４３とを備える。

第１温度センサ１４１は、冷媒吐出管１１１に取り付けられて冷媒の吐出ガス温度Ｔｇを検出する。第２温度センサ１４２は、密閉容器１１０に取り付けられて密閉容器の容器温度Ｔｃを検出する。

第２温度センサ１４２は、冷凍機油が貯められている密閉容器１１０の底部側に取り付けられることが好ましい。これによれば、冷凍機油は比較的熱伝導率が高いため、密閉容器１１０内の温度をより正確に検出できる。場合によっては、第２温度センサ１４２は密閉容器１１０内に配置されてもよい。

次に、制御手段１４３の動作について説明する。圧縮機１１が正常に運転されている場合には、図３のｔａ以前，ｔｃ以後のように、容器温度Ｔｃよりも吐出ガス温度Ｔｇの方が高くなる。

これに対して、上記したように、例えば誤操作により、各ユニット１，２の設置後に、配管接続用の二方弁１７ａや三方弁１８ａを開け忘れたり、膨張弁１４を全閉にした状態で、圧縮機１１が運転されると、戻り吸入冷媒が少ない負圧運転（もしくは戻り吸入冷媒がない空運転）となり、反対に容器温度Ｔｃの方が吐出ガス温度Ｔｇよりも高くなる。

図２のグラフに、圧縮機１１が長時間停止されていた状態から、室内外の空調負荷が低くて低回転数で運転が開始された場合に、吐出ガス温度Ｔｇと容器温度Ｔｃとがほぼ同一温度から上昇する推移を示す。

先にも説明したように、低回転数での戻り吸入冷媒が少ない負圧運転時には、容器温度Ｔｃは緩やかな勾配をもって上昇するため、なかなか運転限界温度Ｔｍａｘ（この例ては１０８℃）にまで到達しない。

そこで、制御手段１４３では、圧縮機１１が運転開始されてから、所定時間経過後のｔ１時点（例えば３０分経過時点）と、ｔ１時点からさらに所定時間経過後のｔ２時点（運転開始から例えば６０分経過時点）の少なくとも２回にわたって、容器温度Ｔｃと吐出ガス温度Ｔｇとを比較し、そのいずれにおいても、容器温度Ｔｃが所定の運転限界温度Ｔｍａｘ以下で、かつ、容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇである場合には、戻り吸入冷媒が少ない負圧運転（空運転）状態であると判断し、通電スイッチＳＷをオフとして、圧縮機の運転を停止する。なお、この例で温度検出の時間間隔を３０分としているのは、容器温度Ｔｃ，吐出ガス温度Ｔｇともに短時間で急激には変化しないという経験則によるものであり、３０分よりも短くしてもよいし、長くしてもよい。

なお、第１回目の比較時点を、圧縮機運転開始後の所定時間経過後のｔ１時点としているのは、図３に示すように、圧縮機１１の停止時間（ｔａ〜ｔｂ間）が短く、かつ、特に外気温度が低い場合には、伝熱のタイムラグにより、一時的に吐出ガス温度Ｔｇよりも容器温度Ｔｃの方が高くなることがあり得るからである。

好ましくは、信頼性をより高めるうえで、ｔ２時点での容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇの温度差α２が、ｔ１時点での容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇの温度差α１よりも大きい場合、すなわち、その温度差αが時間の経過に伴って増えている場合に、通電スイッチＳＷをオフとして、圧縮機の運転を停止するとよい。

また、上記ｔ１時点もしくは上記ｔ２時点に至る前に圧縮機１１が停止された場合、制御手段１４３は、圧縮機１１の運転再開時から上記の温度監視制御をやり直すようにしている。

なお、例えば膨張弁１４がゴミ詰まりの状態で圧縮機１１の運転が開始され、その後において、膨張弁１４のゴミ詰まりが解消され、冷媒が循環し始めることがあり得る。このような場合には、圧縮機１１の戻り冷媒量が増えるため、容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇの温度差が経時的に小さくなる。

そこで、ｔ２時点からさらに所定時間経過後のｔ３時点での容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇの温度差をα３として、α１＞α２＞α３のように、容器温度Ｔｃ＞吐出ガス温度Ｔｇの温度差が次第に小さくなっていく場合には、圧縮機１１が正常運転に復帰したとして、圧縮機１１を停止させないようにすることが好ましい。

１１圧縮機
１１０密閉容器
１１１冷媒吐出管
１１２冷媒吸入管
１２０冷媒圧縮部
１３０電動機
１４１第１温度センサ
１４２第２温度センサ
１４３制御手段

Claims

密閉容器内に冷媒圧縮部と上記冷媒圧縮部を駆動する電動機とを含む圧縮機を冷凍サイクル内に備える空気調和機において、
上記圧縮機の吐出ガス温度Ｔｇを検出する第１温度センサと、上記密閉容器の容器温度Ｔｃを検出する第２温度センサと、上記第１温度センサおよび上記第２温度センサから出力される吐出ガス温度Ｔｇと容器温度Ｔｃとに基づいて上記圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記圧縮機が運転開始されてから所定時間経過後のｔ１時点と、ｔ１時点からさらに所定時間経過後のｔ２時点のいずれにおいても、上記容器温度Ｔｃが所定の運転限界温度Ｔｍａｘ以下で、かつ、上記容器温度Ｔｃ＞上記吐出ガス温度Ｔｇである場合には、上記圧縮機の運転を停止することを特徴とする空気調和機。
上記制御手段は、上記ｔ２時点での上記容器温度Ｔｃ＞上記吐出ガス温度Ｔｇの温度差α２が、上記ｔ１時点での上記容器温度Ｔｃ＞上記吐出ガス温度Ｔｇの温度差α１よりも大きい場合に、上記圧縮機の運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
上記ｔ１時点もしくは上記ｔ２時に至る前に上記圧縮機が停止された場合、上記制御手段は、上記圧縮機の運転再開時から上記の温度監視制御をやり直すことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。