WO2019189315A1 - 圧縮機、冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

信頼性の高いスクロール圧縮機（１０）を提供する。スクロール圧縮機（１０）は、筐体（２０）と、スクロール圧縮機構（５０）と、吐出管（２４）と、第１温度センサ（１５）と、第２温度センサ（２５）とを備える。スクロール圧縮機構（５０）は、筐体（２０）内に配置され、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を筐体（２０）の内部空間に形成される冷媒流路（Ｒ１～Ｒ３）に吐出する。吐出管（２４）は、筐体（２０）の内部空間から外部に圧縮した冷媒を流すものである。第１温度センサ（１５）は、感温部（１５ａ）を有し、感温部（１５ａ）は冷媒流路（Ｒ２）に配置されて冷媒の温度を直接的に計測する。第２温度センサ（２５）は、第１温度センサ（１５）とは異なる場所に配置され、吐出管（２４）の表面、吐出管（２４）の内部空間、又は筐体（２０）の表面のいずれかの温度を計測するものである。

Description

圧縮機、冷凍サイクル装置

　圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

　圧縮機本体の過圧縮・異常高温を防止するために、圧縮機の吐出ガスの温度測定が行なわれる。特許文献１（特開平２－２４１９９８号）には、吐出温度スイッチの温度計プローブを圧縮機本体の脈動が十分に減衰した下流に設置する吐出温度スイッチが開示されている。

　しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、圧縮された直後の吐出ガスの温度測定しているものではないので、温度測定の応答遅れが生じることがある。これに起因して、圧縮機の信頼性が損なわれることがある。

　第１観点の圧縮機は、筐体と、圧縮機構と、吐出管と、第１温度センサと、第２温度センサと、を備える。圧縮機構は、筐体内に配置され、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を筐体の内部空間に形成される冷媒流路に吐出する。吐出管は、筐体の内部空間から外部に圧縮した冷媒を流すものである。第１温度センサは、感温部を有する。感温部は、冷媒流路に配置される。感温部は、冷媒の温度を直接的に計測する。直接的に計測するとは、冷媒が内部を流れるパイプや、冷媒から熱伝達を受ける部品の温度を計測するのではなく、冷媒の温度を直接計測するとの意味である。第２温度センサは、第１温度センサとは異なる場所に配置され、吐出管の表面、吐出管の内部空間、又は筐体の表面のいずれかの温度を計測するものである。このような構成により、圧縮機の構成部材の熱容量と放熱の影響が反映された温度を計測でき、信頼性の高い圧縮機を提供できる。

　第２観点の圧縮機は、第１観点の圧縮機であって、第２温度センサが、吐出管の表面の温度を計測する。このような構成により、より精度よく圧縮機の温度を計測できる。

　第３観点の圧縮機は、第１観点又は第２観点の圧縮機であって、第１温度センサが、筐体を貫通して配置されている。また、第１温度センサが、筐体の外側から着脱自在に取り付けられるものである。このような構成により、メンテナンスを容易に行なうことができる。

　第４観点の圧縮機は、第１観点から第３観点のいずれかの圧縮機であって、第１温度センサの感温部が、筐体から熱絶縁されているものである。このような構成により、冷媒の温度を高精度に測定できる。

　第５観点の圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれかの圧縮機であって、筐体内に配置され、冷媒流路の流路断面積を小さくする案内板をさらに備える。そして、第１温度センサが、案内板により形成される空間の温度を計測する。このような構成により、流速の早い冷媒の温度を測定することになり、応答性を向上することができる。

　第６観点の圧縮機は、第５観点の圧縮機であって、筐体内で圧縮機構の下方に配置され、圧縮機構を駆動するモータをさらに備える。モータは、モータの外周と筐体の内壁との間の一部に、冷媒流路を形成するように配置される。そして、案内板が、モータの外周と筐体の内壁との間の冷媒流路に冷媒を誘導するように配置される。このような構成により装置のコンパクト化、低コスト化を実現できる。

　第７観点の圧縮機は、第５観点又は第６観点の圧縮機であって、吐出管が、筐体の内壁の近傍領域のうち、案内板により形成される領域とは平面視で略反対側に配置される。このような構成により、第２温度センサが、第１温度センサの影響を受けない情報が反映された温度を計測できる。

　第８観点の圧縮機は、第１観点から第７観点のいずれかの圧縮機であって、第２温度センサが、筐体からの流路の長さが１ｍ以内の範囲に配置されるものである。このような構成により、伝熱ロスや熱容量の影響を抑制することができる。

　第９観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第８観点のいずれかの圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器の順に冷媒が流れる冷凍サイクルを有する。また、第１温度センサ及び第２温度センサを用いて、圧縮機構から吐出された冷媒の温度を演算する演算部をさらに備える。このような構成により、圧縮機構の吐出ポート直後の冷媒温度を高精度に推定し得る冷凍サイクル装置を提供できる。

　第１０観点の冷凍サイクル装置は、第９観点の冷凍サイクル装置であって、圧縮機が、筐体内で圧縮機構の下方に配置され、圧縮機構を駆動するモータを有するものである。また、演算部により演算された冷媒の温度に基づいてモータの回転数を制御する回転数制御部をさらに備える。このような構成により、信頼性の高い圧縮機を提供できる。

　第１１観点の冷凍サイクル装置は、第９観点又は第１０観点の冷凍サイクル装置であって、インジェクション配管と、流量調整機構と、開度制御部と、をさらに備える。インジェクション配管は、凝縮器から膨張機構に向かう配管の一部を分岐して、圧縮機に接続する。流量調整機構は、インジェクション配管の冷媒の流量を調整する。開度制御部は、演算部により演算された冷媒の温度に基づいて、流量調整機構の開度を制御する。このような構成により、信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供できる。

　第１２観点の冷凍サイクル装置は、第１１観点の冷凍サイクル装置であって、インジェクション配管に流れる液冷媒をガス化するガス化機構をさらに備える。このような構成により、吐出温度が目標値となるようにさらに高精度に制御できる。なお、ここでいう「ガス化」とは、液冷媒の一部でもガス化していればよく、必ずしも液冷媒の全てをガス化することを意味するものではない。

一本実施形態に係るスクロール圧縮機１０の縦断面の構成を説明するための模式図である。 同本実施形態に係るスクロール圧縮機１０の縦断面の構成を説明するための模式図である（図１の一部拡大図）。 同実施形態に係る第１温度センサ１５の構成を示す模式図である。 同実施形態に係る案内板６５の構成を示す模式図である。 温度推定の検証結果の一例を示す図である。 温度推定の検証結果の一例を示す図である。 同実施形態に係る圧縮機１０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係る制御装置５の構成を説明するための模式図である。 同実施形態に係る第２膨張機構の開度制御を説明するためのフローチャートである。

　（１）スクロール圧縮機の構成
　図１は本実施形態に係るスクロール圧縮機１０の縦断面の構成を説明するための模式図である。図２は図１の一部拡大図である。なお、図１，２は、厳密な断面図ではなく、中心から右側と左側とで異なる方向の断面図を示している。また、構成部材の一部を適宜省略している箇所がある。

　スクロール圧縮機１０は、図１に示されるように、筐体２０と、仕切部材２８と、固定スクロール３０及び可動スクロール４０を含むスクロール圧縮機構５０と、ハウジング６０と、駆動モータ７０と、クランクシャフト８０と、下部軸受部９０とを備える。

　以下、構成部材の位置関係等を説明するため、「上」「下」等の表現を用いる場合がある。ここでは、図１の矢印Ｕの方向を上、矢印Ｕと逆方向を下と呼ぶ。また、以下の説明では、「垂直」「水平」「縦」「横」等の表現を用いる場合があるが、上下方向を垂直方向かつ縦方向とする。

　（１－１）筐体
　スクロール圧縮機１０は、縦長円筒状の密閉ドーム型の筐体２０を有する。筐体２０は、上下が開口した略円筒状の胴体部２１と、胴体部２１の上端および下端にそれぞれ設けられた上蓋２２ａおよび下蓋２２ｂとを有する。胴体部２１と、上蓋２２ａおよび下蓋２２ｂとは、気密を保つように溶接により固定される。

　筐体２０には、スクロール圧縮機構５０、駆動モータ７０、クランクシャフト８０、および下部軸受部９０を含むスクロール圧縮機１０の構成機器が収容される。スクロール圧縮機構５０は、胴体部２１内の上部に配置される。また、筐体２０の下部には油溜まり空間Ｓｏが形成される。油溜まり空間Ｓｏには、スクロール圧縮機構５０等を潤滑するための冷凍機油Ｏが溜められる。

　筐体２０の上部には、吸入管２３が上蓋２２ａを貫通して設けられる。吸入管２３の下端は、固定スクロール３０の吸入接続口に接続される。これにより、吸入管２３は、後述するスクロール圧縮機構５０の圧縮室Ｓｃと連通する。吸入管２３には、スクロール圧縮機１０による圧縮前の、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒が流入する。そして、吸入管２３を経由してガス冷媒がスクロール圧縮機構５０に供給される。

　筐体２０の胴体部２１には、筐体２０外に吐出される冷媒が通過する吐出管２４が設けられる。吐出管２４は、筐体２０の内部空間から外部に、スクロール圧縮機構５０により圧縮した高圧のガス冷媒を流出する。

　なお、スクロール圧縮機１０の冷媒としては、例えばＲ３２を用いることができる。

　（１－２）スクロール圧縮機構
　スクロール圧縮機構５０は、筐体２０内に配置され、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を筐体２０の内部空間に形成される冷媒流路（冷媒流路Ｒ１～Ｒ３を含む）に吐出する。

　具体的に、スクロール圧縮機構５０は、図１，２に示されるように、ハウジング６０の上方に配置される固定スクロール３０と、固定スクロール３０と組み合わされて圧縮室Ｓｃを形成する可動スクロール４０とを有する。

　（１－２－１）固定スクロール
　固定スクロール３０は、図１，２に示されるように、平板状の固定側鏡板３２と、固定側鏡板３２の前面から突出する渦巻状の固定側ラップ３３と、固定側ラップ３３を囲む外縁部３４とを有する。固定側ラップ３３は、後述する吐出口３２ａから外縁部３４に亘って渦巻き状に延びて形成されるものである。また、固定スクロール３０の外縁部３４には吸入口が設けられる。この吸入口を介して、吸入管２３から流入する冷媒がスクロール圧縮機構５０の圧縮室Ｓｃに導入される。なお、吸入口には、冷媒の逆流を防ぐ逆止弁が設けられる。

　固定側鏡板３２の中央部には、スクロール圧縮機構５０の圧縮室Ｓｃに連通する吐出口３２ａが、固定側鏡板３２を厚さ方向に貫通して形成される。圧縮室Ｓｃで圧縮された冷媒は、吐出口３２ａから吐出され、固定スクロール３０およびハウジング６０に形成された第１冷媒流路Ｒ１を通過して、高圧空間Ｓ１へ流入する。

　（１－２－２）可動スクロール
　可動スクロール４０は、図１，２に示されるように、平板状の可動側鏡板４２と、可動側鏡板４２の前面から突出する渦巻状の可動側ラップ４３と、可動側鏡板４２の背面から突出する円筒状のボス部４４とを有する。

　ここで、固定スクロール３０の固定側ラップ３３と、可動スクロール４０の可動側ラップ４３とは、固定側鏡板３２の下面と可動側鏡板４２の上面とが対向するように組み合わされる。これにより、隣接する固定側ラップ３３と可動側ラップ４３との間に、圧縮室Ｓｃが形成される。そして、可動スクロール４０が固定スクロール３０に対して公転することにより、圧縮室Ｓｃの体積が周期的に変化する。これにより、吸入管２３から吸入された冷媒が圧縮室Ｓｃで圧縮される。

　ボス部４４は、上端の塞がれた円筒状の形態を有する。ボス部４４の中空部には、クランクシャフト８０の偏心部８２が挿入される。これにより、可動スクロール４０とクランクシャフト８０とが連結される。ボス部４４は、可動スクロール４０とハウジング６０との間に形成される偏心部空間Ｓｎに配置される。偏心部空間Ｓｎは、クランクシャフト８０内部の給油経路等を介して高圧空間Ｓ１と連通しており、偏心部空間Ｓｎには高い圧力が作用する。この圧力により、偏心部空間Ｓｎ内の可動側鏡板４２の下面は、固定スクロール３０に向かって上方に押される。これにより、可動スクロール４０は、固定スクロール３０に密着する。

　なお、可動スクロール４０は、オルダムリングを介してハウジング６０に支持される。オルダムリングは、可動スクロール４０の自転を防止し、公転させる部材である。

　（１－３）ハウジング
　ハウジング６０は、胴体部２１に圧入され、その外周面において周方向の全体に亘って胴体部２１に固定される。また、ハウジング６０と固定スクロール３０とは、ハウジング６０の上端面が、固定スクロール３０の外縁部３４の下面と密着するように、ボルト等により固定される。

　ハウジング６０には、上面中央部に凹むように配置される凹部６１と、凹部６１の下方に配置される軸受部６２とが形成される。

　凹部６１は、可動スクロール４０のボス部４４が配置される偏心部空間Ｓｎの側面を囲む。

　軸受部６２には、クランクシャフト８０の主軸８１を軸支する軸受６２ｒが配置される。軸受６２ｒは、軸受６２ｒに挿入された主軸８１を回転自在に支持する。

　（１－４）駆動モータ
　駆動モータ７０は、胴体部２１の内壁面に固定された環状のステータ７１と、ステータ７１の内側に、隙間（エアギャップ通路）を空けて回転自在に収容されたロータ７２とを有する。

　ロータ７２は、胴体部２１の軸心に沿って上下方向に延びるように配置されたクランクシャフト８０を介して可動スクロール４０と連結される。ロータ７２が回転することで、可動スクロール４０は、固定スクロール３０に対して公転する。

　また、駆動モータ７０は、駆動モータ７０の外周と筐体２０の内壁との間の一部に、冷媒流路Ｒ３を形成するように配置される。冷媒流路Ｒ３の詳細については後述する。

　（１－５）クランクシャフト
　クランクシャフト８０（駆動軸）は、胴体部２１内に配置され、スクロール圧縮機構５０を駆動するものである。具体的には、クランクシャフト８０は、駆動モータ７０の駆動力を可動スクロール４０に伝達する。クランクシャフト８０は、胴体部２１の軸心に沿って上下方向に延びるように配置され、駆動モータ７０のロータ７２と、スクロール圧縮機構５０の可動スクロール４０とを連結する。

　クランクシャフト８０は、胴体部２１の軸心と中心軸が一致する主軸８１と、胴体部２１の軸心に対して偏心した偏心部８２とを有する。主軸８１は、ハウジング６０の軸受部６２の軸受６２ｒ、および、下部軸受部９０の軸受９０ｒにより、回転自在に支持される。偏心部８２は、前述のように可動スクロール４０のボス部４４に挿入される。

　クランクシャフト８０の内部には、スクロール圧縮機構５０等に冷凍機油Ｏを供給するための給油経路が形成される。主軸８１の下端は、筐体２０の下部に形成された油溜まり空間Ｓｏ内に位置し、油溜まり空間Ｓｏの冷凍機油Ｏは、給油経路を通じてスクロール圧縮機構５０等に供給される。

　（１－６）下部軸受部
　下部軸受部９０は、胴体部２１内の下部に設けられ、クランクシャフト８０を軸支するものである。具体的には、下部軸受部９０は、クランクシャフト８０の下端側に軸受９０ｒを有する。これにより、クランクシャフト８０の主軸８１が回転自在に支持される。なお、下部軸受部９０には、クランクシャフト８０の給油経路に連通するオイルピックアップが固定される。

　（２）スクロール圧縮機の動作
　次に、上述したスクロール圧縮機１０の動作について説明する。

　まず、駆動モータ７０が起動する。これにより、ロータ７２がステータ７１に対して回転し、ロータ７２と固定されたクランクシャフト８０が回転する。クランクシャフト８０が回転すると、クランクシャフト８０と連結された可動スクロール４０が固定スクロール３０に対して公転する。そして、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒が、吸入管２３を通って、圧縮室Ｓｃの周縁側から、圧縮室Ｓｃに吸引される。可動スクロール４０が公転するのに従い、吸入管２３と圧縮室Ｓｃとが連通しなくなる。そして、圧縮室Ｓｃの容積が減少するのに伴って、圧縮室Ｓｃの圧力が上昇し始める。

　圧縮室Ｓｃ内の冷媒は、圧縮室Ｓｃの容積が減少するのに伴って圧縮され、最終的に高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、固定側鏡板３２の中心付近に位置する吐出口３２ａから吐出される。その後、高圧のガス冷媒は、固定スクロール３０およびハウジング６０に形成された冷媒流路Ｒ１を経由して高圧空間Ｓ１へ流入し、吐出管２４から吐出される。

　（３）冷媒温度の計測
　次に、上述したスクロール圧縮機１０における冷媒の温度を計測するための構成について説明する。

　（３－１）温度センサの構成
　スクロール圧縮機１０は、スクロール圧縮機構５０で圧縮された冷媒の温度を計測するために、第１温度センサ１５と第２温度センサ２５とを備えている。

　第１温度センサ１５は、図３に示すように、感温部１５ａと、ネジ状部分１５ｎとを有する。感温部１５ａは、温度を計測するサーミスタと、サーミスタを保護する金属カバーとを有する。金属とは、たとえば、銅である。図２に示すように、感温部１５ａの金属カバーは、第２冷媒流路Ｒ２を流れる冷媒に接するように配置される。言い換えると、感温部１５ａは、冷媒温度を直接的に計測するように配置される。ここで、第２冷媒流路Ｒ２は、ハウジング６０に形成される第１冷媒流路Ｒ１と連続する空間である。また、直接的に計測するとは、冷媒が内部を流れるパイプや、冷媒から熱伝達を受ける部品の温度を計測するのではなく、冷媒の温度を直接計測するとの意味である。

　第１温度センサ１５は、筐体２０を貫通して配置されている。この第１温度センサ１５は、筐体２０の胴体部２１に設けられた、ねじ込み式の継手２１ｆに螺着し、シールすることで固定して配置できるものである。また、第１温度センサ１５は、ネジ状部分１５ｎで螺着されるので、筐体２０の外側から容易に取り付けることができる。また、第１温度センサ１５の感温部１５ａは、筐体２０からは熱絶縁されている。第１温度センサ１５は、ハウジング６０の冷媒流路Ｒ１の流出口に近い位置に配置される。なお、感温部１５ａは熱伝導率の高い銅などにより構成される。また、継手２１ｆは熱伝達率の低い鉄などにより構成される。

　第２温度センサ２５は、第１温度センサ１５とは異なる場所に配置される。ここでは、第２温度センサ２５は、図１に示すように、吐出管２４の表面に配置され、吐出管２４の表面の温度を計測する。また、第２温度センサ２５は、筐体２０からの流路の長さが１ｍ以内の範囲に配置される。したがって、第２温度センサ２５は、圧縮機１０本体から１ｍ以内の範囲の吐出管２４の表面に配置される。

　（３－２）案内板の配置
　スクロール圧縮機１０は、図１，２に示すように、案内板６５を備える。上述の第１温度センサ１５は、案内板６５により形成される空間（第２冷媒流路Ｒ２）の温度を計測する。

　案内板６５は、筐体２０内に配置され、第２冷媒流路Ｒ２の流路断面積を小さくするものである。具体的には、案内板６５は、ハウジング６０の下方の空間であって、駆動モータ７０の外周と筐体２０の内壁との間の一部に形成される第３冷媒流路Ｒ３に冷媒を誘導するように配置される。言い換えると、案内板６５を介して第２冷媒流路Ｒ２と第３冷媒流路Ｒ３とが連続している。

　なお、案内板６５は、図４に示すような形状を有しており、駆動モータ７０の外周と筐体２０の内壁との間の一部（ステータ７１の一極部分のコアカット部）に集中するように第２冷媒流路Ｒ２を形成する。そのため、その他のコアカット部を油戻し等のために利用することが可能となる。

　（３－３）冷媒温度の演算
　スクロール圧縮機１０は、後述するような制御装置５に接続する。制御装置５は、第１温度センサ１５の計測値Ｔｐ及び第２温度センサ２５の計測値Ｔｄに基づいて、吐出口３２ａにおける冷媒の温度推定値ＨＴｐを演算する演算部５ａとして機能する。具体的に、制御装置５（演算部５ａ）は、下式（１）に基づいて冷媒の温度を推定する。なお、Ｋは補正係数であり、実験環境において計測された吐出口３２ａにおける冷媒温度の実測値に基づいて設定される。また、ｎは自然数である。

　（３－４）温度推定の検証例
　本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、上述した第１温度センサ１５及び第２温度センサ２５を有して、吐出口３２ａにおける冷媒温度を推定するものであるが、これは、本発明者らの下記の知見に基づいている。言い換えると、本発明者らは、鋭意努力の結果、上式（１）を用いることで、高精度に吐出口３２ａにおける冷媒温度を推定できるとの知見を得た。

　一例として、スクロール圧縮機１０を制御したときの温度センサの計測値を示すと、図５のような結果が得られた。ここでは、吐出口３２ａにおける冷媒温度の実測値、第１温度センサ１５の計測値、第２温度センサ２５の計測値が、それぞれ図５の線Ｔ，Ｔｐ，Ｔｄで示されている。また、上式（１）を用いて演算された温度推定値が、線ＨＴｐで示されている。なお、図５の横軸は時間を示しており、縦軸は温度を示している。

　図５の点線部分Ａ１，Ａ２等に着目すると、能力変動等による急激な温度変化が生じたときでも、線ＨＴｐが実測値である線Ｔを良くとらえていることが認識される。なお、保護が必要となる吐出口３２ａの温度上昇時に誤差がプラスになるようにすることで、安全性を高めることができる。

　また、吐出口３２ａにおける冷媒温度の実測値Ｔを横軸にとり、上式（１）を用いて演算された温度推定値ＨＴｐを縦軸にとると、図６に示すような結果が得られた。ここでは、推定精度が概ね±１０℃以下であることが認識される。

　このように、上述した第１温度センサ１５及び第２温度センサ２５を有するスクロール圧縮機１０を用いることで、高精度に吐出口３２ａにおける冷媒温度を推定することができることが確認された。

　（４）冷凍サイクル装置
　（４－１）冷凍サイクル装置の構成
　図７は本実施形態に係る圧縮機１０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成の一例を説明するための図である。

　ここでは、冷凍サイクル装置１００は、ヒートポンプを用いた水の加熱装置及び／又は冷却装置である。具体的に、冷凍サイクル装置１００は、給湯器または冷水器として、加熱または冷却された水を供給する。また、冷凍サイクル装置１００は、加熱または冷却された水を媒体として、室内を暖めたり、冷やしたりする。

　冷凍サイクル装置１００は、図７に示すように、スクロール圧縮機１０、アキュムレータ１０２、四路切換弁１０３、空気熱交換器１０４、逆止弁ブリッジ１０９、第１膨張機構１０７、第２膨張機構（流量調整機構）１０８、エコノマイザ熱交換器１１０、水熱交換器１１１を備える。さらに、冷凍サイクル装置１００は、空気熱交換器１０４に空気を通過させるためのファン１０５と、ファン１０５を駆動するモータ１０６とを備える。なお、各機器および分岐部１１２は、配管１４１～１５４で接続される。また、各装置は
制御装置５により制御される。

　なお、本実施形態において「膨張機構」とは、冷媒を減圧できるものをいい、例えば電子膨張弁、キャピラリーチューブがこれに該当する。また、膨張機構は、開度を自在に調節できるものである。

　（４－２）冷凍サイクル装置の動作
　冷凍サイクル装置１００では、制御装置５が、各構成機器に対して以下の制御を実行する。なお、制御装置５は、マイクロコンピュータ及びプログラムを格納したメモリなどにより構成される。

　（４－２－１）循環制御
　制御装置５は、図８に示すように循環制御部５ｈを有しており、冷凍サイクル装置１００の各構成機器を制御して、冷媒を循環する制御を行なう。具体的には、冷凍サイクル装置１００は、水を加熱又は冷却する際に冷媒を循環する制御を実行する。

　例えば、水を加熱する際には、制御装置５の制御により、スクロール圧縮機１０にガス冷媒が送られる。そして、スクロール圧縮機１０により、ガス冷媒が圧縮される。圧縮されたガス冷媒は、凝縮器として機能する水熱交換器１１１に送られる。水熱交換器１１１ではガス冷媒と水とが熱交換され、冷媒が液化される。続いて、冷媒は、第１膨張機構１０７に送られる。第１膨張機構１０７により、冷媒は減圧される。次に、冷媒は、蒸発器として機能する空気熱交換器１０４に送られる。空気熱交換器１０４では冷媒と空気とが熱交換され、冷媒が気化される。そして、気化された冷媒は、スクロール圧縮機１０へ再び送られる。この後は、同様にして冷凍サイクルの各構成機器を冷媒が循環する。

　そして、冷媒の循環が開始したタイミング以後に、水入側配管１６１から水熱交換器１１１に水が送られる。この際、水熱交換器１１１に高温の冷媒が流れている。そのため、水熱交換器１１１では、冷媒により水が加熱される。加熱された水は、水出口側配管１６２より排出される。このようにして加熱された水が供給される。

　なお、四路切換弁１０３の切換により冷媒の流れを変更することで、水を冷却することができる。この場合は、水熱交換器１１１が、冷媒の蒸発器として機能することになる。

　（４－２－２）インジェクション制御
　制御装置５は、図８に示すようにインジェクション制御部５ｉを有しており、上述した循環制御を行なう際にインジェクション制御を実行する。本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００では、第２膨張機構１０８、エコノマイザ熱交換器１１０、分岐部１１２、配管１５２～１５４により、いわゆるインジェクション回路が形成されている。

　例えば、水を加熱する場合には、制御装置５の制御により、スクロール圧縮機１０で圧縮されたガス冷媒が、凝縮器として機能する水熱交換器１１１に送られる。水熱交換器１１１ではガス冷媒と水とが熱交換され、冷媒が液化される。液化された冷媒は、分岐部１１２で分岐されて、第２膨張機構１０８に送られる。

　ここで、第２膨張機構１０８は流量調整機構として機能する。具体的には、制御装置５の制御により、第２膨張機構１０８の開度等が調整される。これにより、分岐される冷媒の流量が調整される。この際、第２膨張機構１０８の絞り膨張作用により冷媒の圧力及び温度は低下する。そして、第２膨張機構１０８からエコノマイザ熱交換器１１０に冷媒が送られる。

　エコノマイザ熱交換器１１０はガス化機構として機能する。具体的には、エコノマイザ熱交換器１１０において、配管１５３から配管１５４に流れる冷媒（インジェクション回路を流れる冷媒）と配管１４７から配管１４６に流れる冷媒（主となる冷凍サイクルを流れる冷媒）との熱交換が行なわれて、配管１５３から配管１５４に流れる冷媒（インジェクション回路を流れる冷媒）がガス化される。そして、ガス化された冷媒は、スクロール圧縮機１０の圧縮途中にインジェクションされる。これにより、スクロール圧縮機１０で圧縮されるガス冷媒の吐出温度が高くなりすぎないように調整される。なお、ここでのインジェクション回路における「ガス化」とは、液冷媒の一部でもガス化していればよく（ガスリッチな状態）、必ずしも液冷媒の全てをガス化することを意味するものではない。

　（４－２－３）駆動モータの回転数制御
　制御装置５は、図８に示すように回転数制御部５ｂを有しており、駆動モータ７０の回転数の制御を行なう。具体的には、回転数制御部５ｂは、上述した演算部５ａにより演算された冷媒の温度推定値ＨＴｐが吐出目標温度になるように、駆動モータ７０の回転数を制御する。

　例えば、制御装置５は、高温の水を供給する場合、スクロール圧縮機１０の駆動モータ７０の回転数が増加するように制御する。これにより、冷凍サイクルにおける冷媒の循環量が増加して、水熱交換器１１１における冷媒の単位時間当たりの放熱量が増加する。結果として、熱交換する水の温度が上昇して高温の水を供給することができる。なお、制御装置５は、水の温度が設定温度よりも高くなると、駆動モータ７０の回転を停止する。

　（４－２－４）第１膨張機構の開度制御
　制御装置５は、図８に示すように第１開度制御部５ｃを有しており、第１膨張機構１０７の開度の制御を行なう。具体的には、第１開度制御部５ｃは、上述した演算部５ａにより演算された冷媒の温度推定値ＨＴｐに基づいて、第１膨張機構１０７の開度を制御する。

　例えば、制御装置５は、スクロール圧縮機１０から吐出される冷媒の吐出温度の推定値が目標吐出温度よりも高い場合、第１膨張機構１０７の開度が増加するように制御する。これにより、空気熱交換器１０４を通過する冷媒の流量が増加してスクロール圧縮機１０に吸入される冷媒の過熱度が小さくなる。そのため、冷媒の吐出温度が目標吐出温度に近づくことになる。

　また、制御装置５は、水熱交換器１１１の出口部の冷媒過冷却度、またはエコノマイザ熱交換器１１０の出口部の冷媒過冷却度が目標過冷却度となるように、第１膨張機構１０７の開度を制御しても良い。

　（４－２－５）第２膨張機構の開度制御
　制御装置５は、図８に示すように第２開度制御部５ｄを有しており、第２膨張機構１０８の開度の制御を行なう。

　具体的には、図９に示すような手順で、第２膨張機構１０８の開度が制御される。まず、制御装置５の演算部５ａが、第１温度センサ１５の計測値Ｔｐを取得する（Ｓ１）。また、演算部５ａは、第２温度センサ２５の計測値Ｔｄを取得する（Ｓ２）。ここで、ステップＳ１とステップＳ２のタイミングは逆であっても良いし、同時であっても良い。そして、演算部５ａは、第１温度センサの計測値Ｔｐ及び第２温度センサの計測値Ｔｄから、スクロール圧縮機構５０の吐出口３２ａにおける冷媒の温度推定値ＨＴｐを演算する（Ｓ３）。次に制御装置５の第２開度制御部５ｄが、上述した演算部５ａにより演算された冷媒の温度推定値ＨＴｐに基づいて、第２膨張機構１０８の開度を制御する（Ｓ４）。

　例えば、制御装置５は、スクロール圧縮機１０から吐出される冷媒の吐出温度の推定値が目標吐出温度よりも高い場合、第２膨張機構１０８の開度を増加するように制御する。これにより、インジェクション回路に流入する冷媒の流量が増加してスクロール圧縮機１０に吸入される冷媒の温度が低下する。そのため、冷媒の吐出温度が目標吐出温度に近づくことになる。

　（５）特徴
　（５－１）
　上述したように、本実施形態のスクロール圧縮機１０は、筐体２０と、スクロール圧縮機構５０と、吐出管２４と、第１温度センサ１５と、第２温度センサ２５とを備える。

　ここで、第１温度センサ１５は、感温部１５ａを有している。感温部１５ａは、第２冷媒流路Ｒ２に配置されている。感温部１５ａは、冷媒の温度（計測値Ｔｐ）を直接的に計測することができる。直接的に計測するとは、冷媒が内部を流れるパイプや、冷媒から熱伝達を受ける部品の温度を計測するのではなく、冷媒の温度を直接計測するとの意味である。そのため、第１温度センサ１５を用いることで、スクロール圧縮機構５０の吐出口３２ａ直後の吐出温度の変化に素早く追随した温度を計測することができる。

　また、第２温度センサ２５は、吐出管２４の表面の温度（計測値Ｔｄ）を計測する。そのため、第２温度センサ２５を用いることで、スクロール圧縮機１０の構成部材の熱容量の影響が反映された温度を計測することができる。

　したがって、本実施形態のスクロール圧縮機１０では、第１温度センサ１５及び第２温度センサ２５により計測された２つの温度値を用いることで、スクロール圧縮機構５０の吐出口３２ａ直後の冷媒の温度（温度推定値ＨＴｐ）を高精度に推定できる。結果として、信頼性の高いスクロール圧縮機１０を提供できるようになる。

　ここで、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０の効果について補足する。スクロール圧縮機１０では、冷媒の吐出温度が高温になりすぎると、内部の構成部材が破損することがあるので、冷媒の吐出温度が所定値を超えないように制御される。そして、上記制御を行うための第１の方法として、スクロール圧縮機１０の筐体２０から伸びた吐出管２４の温度を計測し、熱損失等を考慮して補正した値を吐出温度と推定する方法がある。また、第２の方法として、最も高温となるスクロール圧縮機１０の吐出口３２ａの位置に温度センサを配置し、その計測値を吐出温度と推定する方法がある。

　第１の方法の場合、スクロール圧縮機１０の筐体２０等の熱容量による温度変化の応答性の遅れ又は鈍り、あるいは周囲への放熱による温度低下が起こる。ここで、温度の変化量は運転条件で大きく異なる。そのため、スクロール圧縮機１０の吐出口３２ａにおける温度を正確な推定できないことがある。結果として、吐出温度が許容し得る上限を超えてしまい、スクロール圧縮機１０が破損することがある。もしくは、信頼性を確保するために過剰な誤差を見込んでしまい、圧縮機が過剰設計となり、コストが増加することがある。また、吐出温度の上限を低めに設定することで、圧縮機の運転許容エリアを小さくしてしまうことや、スクロール圧縮機１０の運転が非効率となることがある。さらに、液インジェクション等を行い、吐出口３２ａの温度が上限を超えないように冷却することがある。しかしながら、温度計測の応答の遅れに起因して冷却のタイミングが遅れ、過昇温になったり、逆に冷却しすぎて吐出湿りになったりすることがある。結果として、スクロール圧縮機１０の信頼性を損なうことがある。

　一方、第２の方法を用いることで、第１の方法の問題点を解消することも考えられる。しかしながら、第２の方法では、スクロール圧縮機１０の筐体２０内に温度センサを配置する必要がある。そのため、温度センサの取り付けが煩雑になり、コストが高くなる。また、吐出口３２ａの近傍に温度センサを取り付けるための構造により、圧縮機内部での冷媒漏れ及び圧力損失等が生じることがある。また、温度センサが高温高圧の雰囲気にさらされるため、故障しやすくなる。さらに、一旦故障が生じると、温度センサを容易に取り換えることができない等の問題が生じる。

　本実施形態に係るスクロール圧縮機１０では、筐体２０内の冷媒流路に配置され、冷媒の温度を直接的に計測する第１温度センサ１５と、吐出管２４の表面温度を計測する第２温度センサ２５との２つの温度センサを有しているので、冷媒の吐出温度を高精度に算出することができる。結果として、上述した第１の方法及び第２の方法で生じる問題を回避することができ、信頼性の高いスクロール圧縮機１０を提供することができる。

　（５－２）
　また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、第１温度センサ１５が、筐体を貫通して配置されており、筐体２０の外側から着脱自在に取り付けられる。したがって、仮に第１温度センサ１５が故障した場合であってもメンテナンスを容易に行なうことができる。また、第１温度センサ１５を容易に交換可能な構造であるため、必要以上に耐久性を考慮する必要がない。結果として、製造コストを抑えることができる。

　（５－３）
　また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、第１温度センサ１５の感温部１５ａが、筐体２０から熱絶縁されている。したがって、冷媒の温度を高精度に測定できる。

　（５－４）
　また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、筐体２０内に配置され、冷媒流路の流路断面積を小さくする案内板６５をさらに備える。ここで、流路断面積が小さくなるように案内板６５が配置されるので、その空間での冷媒の流速が早くなる。そして、第１温度センサ１５が、案内板６５により形成される空間（第２冷媒流路Ｒ２）の温度を計測する。したがって、このような構成により、流速の早い冷媒の温度を測定することになるので、応答性を向上することができる。

　（５－５）
　また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、駆動モータ７０が、駆動モータ７０の外周と筐体２０の内壁との間の一部に、第３冷媒流路Ｒ３を形成するように配置される。そして、案内板６５が、駆動モータ７０の外周と筐体２０の内壁との間の第３冷媒流路Ｒ３に冷媒を誘導するように配置される。したがって、スクロール圧縮機１０をコンパクトに製造することができる。具体的には、上記構成により、駆動モータ７０の外周のコアカット部を流路とすることができる。そのため、余計なスペースを設けずにすむので、スクロール圧縮機１０のコンパクト化、低コスト化を実現できる。

　なお、ここでは、駆動モータ７０の外周と筐体２０の内壁との間の一部（一極部分のコアカット部）に冷媒が集中するように案内板６５を配置する。そのため、その他のコアカット部を油戻し等のために利用することができる。

　（５－６）
　また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、吐出管２４が、筐体２０の内壁の近傍領域のうち、案内板６５により形成される領域とは平面視で略反対側に配置される。このような構成により、第２温度センサ２５が、第１温度センサ１５では反映されていない影響が反映された温度を計測できる。補足すると、第１温度センサ１５では、スクロール圧縮機１０の構成部材の熱容量の影響があまり反映されていない温度を計測できる。一方、第２温度センサ２５では、スクロール圧縮機１０の構成部材の熱容量の影響が大きく反映された温度を計測できる。したがって、第２温度センサ２５の温度計測値には、第１温度センサ１５では反映されていない影響が反映されることになる。

　（５－７）
　また、本実施形態に係るスクロール圧縮機１０は、第２温度センサ２５が、筐体２０からの流路の長さが１ｍ以内の範囲に配置される。このような構成により、熱ロスや熱容量の影響を抑制することができる。

　（５－８）
　上述したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、水熱交換器１１１及び空気熱交換器１０４を、それぞれ凝縮器及び蒸発器として用いることができる。この場合、冷凍サイクル装置１００は、スクロール圧縮機１０、凝縮器（水熱交換器１１１）、第１膨張機構１０７、蒸発器（空気熱交換器１０４）の順に冷媒が流れる冷凍サイクルを有する。

　ここで、冷凍サイクル装置１００は、第１温度センサ１５及び第２温度センサ２５を用いて、スクロール圧縮機構５０から吐出された冷媒の温度を演算する演算部５ａをさらに備えている。

　したがって、冷凍サイクル装置１００は、スクロール圧縮機構５０の吐出口３２ａ直後の冷媒温度を高精度に推定することができる。

　（５－９）
　また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、演算部５ａにより演算された冷媒の温度に基づいて駆動モータ７０の回転数を制御する回転数制御部５ｂをさらに備えている。このような構成により、信頼性の高い冷凍サイクル装置１００を提供できる。

　例えば、回転数制御部５ｂの制御により、駆動モータ７０の回転数を落とすことで高圧状態の圧力を下げることができる。これにより吐出温度を抑えることができ、オイルが劣化したり、機械部品が破損したりするなどの事態を回避できる。

　（５－１０）
　また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、配管１５２～１５４（インジェクション配管）と、第２膨張機構１０８（流量調整機構）と、第２開度制御部５ｄと、をさらに備える。ここで、配管１５２～１５４は、水熱交換器１１１（凝縮器）から第１膨張機構１０７に向かう配管の一部を分岐して、スクロール圧縮機１０に接続する。第２膨張機構１０８は、配管１５２～１５４の冷媒の流量を調整する。第２開度制御部５ｄは、演算部５ａにより演算された冷媒の温度に基づいて、第２膨張機構１０８の開度を制御する。このような構成により、信頼性の高い冷凍サイクル装置１００を提供できる。

　例えば、吐出温度を高精度に推定することにより、温度計測の応答遅れに起因する過昇温又は吐出湿り等が生じる事態を回避できる。

　（５－１１）
　また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、配管１５２～１５４に流れる液冷媒をガス化するエコノマイザ熱交換器１１０（ガス化機構）をさらに備える。このような構成により、冷媒の吐出温度が目標値となるようにさらに高精度に制御できる。

　（５－１２）
　なお、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、スクロール圧縮機１０の吐出冷媒を高温にする必要がある用途に適したものである。特に、冷媒としてＲ３２を用いる場合には、吐出温度が高温となることから、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００の利用が好適である。例えば、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、燃焼暖房の代替として、ヒートポンプを用いた給湯暖房機などへの適用に好適である。

　（６）変形例
　（６－１）
　上記説明では、スクロール圧縮機１０と制御装置５とは別装置として説明したが、制御装置５の一部又は全ての機能はスクロール圧縮機１０に組み込まれていてもよいものである。言い換えると、スクロール圧縮機１０が、吐出口３２ａにおける冷媒の温度を推定する機能を有するものでもよい。

　（６－２）
　上記説明では、第２温度センサ２５は、吐出管２４の表面の温度を計測するものとしたが、これに限定されるものではない。具体的には、第２温度センサ２５は、第１温度センサ１５とは異なる場所に配置され、吐出管２４の表面、吐出管２４の内部空間、又は筐体２０の表面のいずれかの温度を計測するものでもよい。第２温度センサ２５がこれらの場所に配置されたとしても、第１温度センサ１５の計測値と組み合わせることで高精度の吐出口３２ａにおける冷媒の温度を推定することができる。

　（６－３）
　上記説明では、冷凍サイクル装置１００は、水を加熱又は冷却するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、冷凍サイクル装置１００は、水以外の流体としてブラインの加熱及び冷却をするものでもよいし、水熱交換器を空気熱交換機に置き換えた室内機により、直膨の空気調和機として室内を加熱及び冷却をするものでもよい。

　（６－４）
　上記説明では、スクロール圧縮機１０を用いて説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態に係る圧縮機は、例えばロータリ圧縮機などの他の圧縮機であってもよい。

　＜他の実施形態＞
　以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

　言い換えると、本開示は、上記各実施形態そのままに限定されるものではない。本開示は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。また、本開示は、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の開示を形成できるものである。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素は削除してもよいものである。さらに、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよいものである。

５　　　制御装置
５ａ　　演算部
５ｂ　　回転数制御部
５ｃ　　第１回転数制御部
５ｄ　　第２開度制御部（開度制御部）
５ｈ　　循環制御部
５ｉ　　インジェクション制御部
１０　　スクロール圧縮機
２０　　筐体
１５　　第１温度センサ
１５ａ　感温部
２４　　吐出管
２５　　第２温度センサ
５０　　スクロール圧縮機構
６５　　案内板
７０　　駆動モータ
１００　冷凍サイクル装置
１０４　空気熱交換器（凝縮器）
１０７　第１膨張機構（膨張機構）
１０８　第２膨張機構（流量調整機構）
１１０　エコノマイザ熱交換器（ガス化機構）
１１１　水熱交換器（凝縮器）
１５２　配管（インジェクション配管）
１５３　配管（インジェクション配管）
１５４　配管（インジェクション配管）
Ｒ１　　第１冷媒流路
Ｒ２　　第２冷媒流路
Ｒ３　　第３冷媒流路

特開平２－２４１９９８号

Claims (12)

1. 　筐体（２０）と、
   　前記筐体内に配置され、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を前記筐体の内部空間に形成される冷媒流路（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）に吐出する圧縮機構（５０）と、
   　前記筐体の内部空間から外部に圧縮した冷媒を流す吐出管（２４）と、
   　感温部（１５ａ）を有し、前記感温部は前記冷媒流路に配置されて冷媒の温度を直接的に計測する第１温度センサ（１５）と、
   　前記第１温度センサとは異なる場所に配置され、前記吐出管の表面、前記吐出管の内部空間、又は前記筐体の表面のいずれかの温度を計測する第２温度センサ（２５）と、
   を備える、圧縮機（１０）。
2. 　前記第２温度センサは、前記吐出管の表面の温度を計測する、
   　請求項１に記載の圧縮機。
3. 　前記第１温度センサが、前記筐体を貫通して配置されており、前記筐体の外側から着脱自在に取り付けられるものである、
   　請求項１又は２に記載の圧縮機。
4. 　前記第１温度センサの前記感温部が、前記筐体から熱絶縁されている、
   　請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 　前記筐体内に配置され、前記冷媒流路の流路断面積を小さくする案内板（６５）をさらに備え、
   　前記第１温度センサは、前記案内板により形成される空間の温度を計測する、
   　請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 　前記筐体内で前記圧縮機構の下方に配置され、前記圧縮機構を駆動するモータ（７０）をさらに備え、
   　前記モータが、前記モータの外周と前記筐体の内壁との間の一部に、前記冷媒流路（Ｒ３）を形成するように配置され、
   　前記案内板が、前記モータの外周と前記筐体の内壁との間の前記冷媒流路に冷媒を誘導するように配置される、
   　請求項５に記載の圧縮機。
7. 　前記吐出管は、前記筐体の内壁の近傍領域のうち、前記案内板により形成される領域とは平面視で略反対側に配置される、
   　請求項５又は６に記載の圧縮機。
8. 　前記第２温度センサは、前記筐体からの流路の長さが１ｍ以内の範囲に配置される、
   　請求項１から７のいずれか１項に記載の圧縮機。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の圧縮機（１０）、及び、凝縮器（１１１）、膨張機構（１０７）、蒸発器（１０４）の順に冷媒が流れる冷凍サイクルを有し、
   　前記第１温度センサ及び前記第２温度センサを用いて、前記圧縮機構から吐出された冷媒の温度を演算する演算部（５ａ）をさらに備える、
   　冷凍サイクル装置（１００）。
10. 　前記圧縮機は、前記筐体内で前記圧縮機構の下方に配置され、前記圧縮機構を駆動するモータ（７０）を有するものであり、
    　前記演算部により演算された冷媒の温度に基づいて吐出温度を調整するように前記モータの回転数を制御する回転数制御部（５ｂ）をさらに備える、
    　請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
11. 　前記凝縮器から前記膨張機構に向かう配管の一部を分岐して、前記圧縮機に接続するインジェクション配管（１５２，１５３，１５４）と、
    　前記インジェクション配管の冷媒の流量を調整する流量調整機構（１０８）と、
    　前記演算部により演算された冷媒の温度に基づいて、前記流量調整機構の開度を制御する開度制御部（５ｄ）と、
    をさらに備える、請求項９又は１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 　前記インジェクション配管に流れる液冷媒をガス化するガス化機構（１１０）、をさらに備える、
    　請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。

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