WO2020008620A1

WO2020008620A1 - 冷凍サイクル装置および空気調和装置

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Publication number: WO2020008620A1
Application number: PCT/JP2018/025693
Authority: WO
Inventors: 恵和塚野; 和憲坂廼邉; ▲高▼田　茂生; 真作楠部
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-01-09

Abstract

この発明に係る冷凍サイクル装置は、吸入した冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧させる絞り装置と、減圧された冷媒を熱交換により蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を有し、圧縮機への液バック状態を判定する指標となる物理量を検出する検出装置と、圧縮機に吸入される冷媒の加熱を行う加熱装置と、検出装置の検出に係る検出値に基づいて、加熱装置が、圧縮機に吸入される冷媒の加熱を行うかどうかを判定する制御装置とを備えるものである。

Description

冷凍サイクル装置および空気調和装置

　この発明は、冷凍サイクル装置および空気調和装置に関するものである。特に、圧縮機における液バックの防止に係るものである。

　圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を冷媒配管で接続し、冷媒を循環できるように冷媒回路を構成した冷凍サイクル装置がある。冷凍サイクル装置において、圧縮機が起動して駆動開始すると、蒸発器側の冷媒が圧縮機に吸入される。圧縮機は、吸入した冷媒を圧縮し、凝縮器側に吐出する（たとえば、特許文献１参照）。

　ここで、冷凍サイクル装置では、圧縮機において、蒸発器を通ってきた低圧および低温のガス冷媒が吸入され、圧縮機内のモータにおいて、吸入された冷媒が圧縮され、高温および高圧のガス冷媒が吐出されるという状態が理想的である。圧縮機にガス冷媒が吸入されるためには、冷媒の温度が飽和蒸気温度より高いことが必要となる。

特開２０１４－１２９９６１号公報

　しかしながら、蒸発器を通過した冷媒がガス冷媒にならず、液冷媒を含んだ状態で圧縮機に吸入される、液バックという現象が生じてしまうことがある。液バックは、膨張弁の選定、調整不良など、蒸発器の熱交換不良(過大な霜付、ファンの故障など)、吸入配管の不適当なトラップなどが原因で発生する。液バックの状態が続くと、圧縮機内の可動部分において、オイルが洗浄され、圧縮機が焼付き破損する可能性がある。また、密度が高い液冷媒を圧縮する液圧縮が行われて破損する可能性がある。

　そこで、一般的には、冷媒の温度と飽和蒸気温度との温度差であるスーパーヒートＳＨが十数℃ぐらいになるように制御し、ガス冷媒が吸入されるようにして、液バックが発生しないようにしている。ただし、必要以上にスーパーヒートＳＨを大きくすると、冷媒の過熱分が損失となる。このため、冷凍サイクル装置全体の効率が低下する。

　この発明は、上記のような課題を解決するため、液バックの発生を防止することができる冷凍サイクル装置および空気調和装置を得ることを目的とする。

　この発明に係る冷凍サイクル装置によれば、制御装置が、検出値に基づいて、加熱装置の加熱によって、圧縮機に吸入される冷媒の加熱を行うかどうかを判定するようにしたので、吸入される液冷媒を加熱してガス冷媒にすることで、液バックの防止をはかることができる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る電力変換装置３０の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る空調側制御装置５０における液バック防止に係る処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態１における圧縮機１０の一例を示す図である。この発明の実施の形態１におけるパワーモジュール３４、熱伝導部材１０Ｅおよび吸入管１０Ｃの取り付け関係について説明する図である。

　以下、発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置などについて図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、電圧、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成の一例を示す図である。図１に記載の空気調和装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍サイクル装置である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、空調対象空間の冷暖房を行う空気調和装置１００について説明する。

　図１に示すように、実施の形態１の空気調和装置１００は、室外機１と室内機２とが、２本の主管３を介して接続された構成を有している。空気調和装置１００における冷媒回路は、アキュムレータ１３、圧縮機１０、冷媒流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２、負荷側絞り装置２０および負荷側熱交換器２１を、主管３を含む冷媒配管で配管接続して、冷媒を循環させるように構成される回路である。

＜室外機１＞
　室外機１は、圧縮機１０、冷媒流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２およびアキュムレータ１３を有している。圧縮機１０は、冷媒を吸入し圧縮して高温および高圧の状態にして吐出する。圧縮機１０は、容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成されている。特に限定するものではないが、実施の形態１の圧縮機１０は、低圧シェル構造のスクロール圧縮機であるものとする。低圧シェル構造の圧縮機は、密閉容器内に圧縮室（図示せず）を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気になり、密閉容器内における低圧の冷媒を吸入して圧縮する。

　冷媒流路切替装置１１は、暖房運転モードにおける冷媒流路と冷房運転モードにおける冷媒流路とを切り替える装置である。冷媒流路切替装置１１は、四方弁などを有している。ここで、冷房運転モードとは、熱源側熱交換器１２が凝縮器またはガスクーラとして作用する運転モードである。また、暖房運転モードとは、熱源側熱交換器１２が蒸発器として作用する運転モードである。

　熱源側熱交換器１２は、暖房運転モードでは、蒸発器として機能する。また、冷房運転モードでは、凝縮器またはガスクーラ（実施の形態１では、凝縮器とする）として機能する。実施の形態１における熱源側熱交換器１２は、熱源側ファン１４により供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。ただし、これに限定するものではない。冷媒と水との間で熱交換を行うようにしてもよい。この場合、熱源側熱交換器１２は、水冷媒熱交換器となる。

　気液分離器となるアキュムレータ１３は、圧縮機１０の吸入部に設けられている。アキュムレータ１３は、暖房運転モードと冷房運転モードとの間において必要となる冷媒量の違いにより生じる余剰冷媒または過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒を蓄える。

　ここで、実施の形態１の室外機１において、検出装置となる圧縮機温度センサ４０および油濃度センサ４１が、圧縮機１０に取り付けられている。圧縮機温度センサ４０は、圧縮機１０の温度を検出する。圧縮機温度センサ４０は、たとえば、吸入管、吸入管付近のシェルなど、圧縮機１０に吸入される冷媒の温度を検出できる位置に設置されることが望ましい。また、油濃度センサ４１は、圧縮機１０内における冷凍機油の濃度を検出する。油濃度センサ４１は、圧縮機１０の底部にある油溜めに設置されることが望ましい。

　また、電力変換装置３０は、商用電源などの交流電源６０からの電力を変換して供給する装置である。ここでは、特に、圧縮機１０のモータ１０Ａに電力を供給する場合について説明する。電力変換装置３０については後述する。また電力変換装置３０からモータ１０Ａに供給される電力における電流値を検出する電流センサ４２が、検出装置として取り付けられている。図２に示すように、実施の形態１では、電流センサ４２は、インバータ回路３３と圧縮機１０のモータ１０Ａとの間の電流値を検出する。前述した圧縮機温度センサ４０、油濃度センサ４１および電流センサ４２は、実施の形態１においては、液冷媒を含んだ冷媒が圧縮機１０に吸入される液バック状態を判定する指標となる物理量を検出する検出装置となる。ここで、液バック状態とは、液バックされている状態だけでなく、液バックになりそうな状態も含むものとする。

＜室内機２＞
　室内機２は、負荷側熱交換器２１および負荷側絞り装置２０を有している。負荷側熱交換器２１は、暖房運転モードでは、凝縮器またはガスクーラ（実施の形態１では、凝縮器とする）として機能する。また、冷房運転モードでは、蒸発器として機能する。負荷側熱交換器２１は、熱交換対象となる負荷と冷媒との間で熱交換を行う。実施の形態１においては、負荷側ファン２２により供給される空調対象空間の空気が負荷となる。

　負荷側絞り装置２０は、冷媒回路の冷房運転モードにおける冷媒の流れにおいて、負荷側熱交換器２１の上流側となる位置に設置される。負荷側絞り装置２０は、冷媒を減圧して膨張させる、減圧弁および膨張弁としての機能を有している。負荷側絞り装置２０は、たとえば、電子式膨張弁などの開度を任意に制御することができる装置である。後述する空調側制御装置５０の制御に基づいて、連続的または多段階で開度を調節することができる。

　そして、空気調和装置１００は、空調側制御装置５０を有している。空調側制御装置５０は、空調側制御装置５０は、前述した各種センサーから送られる検出信号およびリモートコントローラ（図示せず）からの指示に基づいて、空気調和装置１００全体の動作を制御する。たとえば、空調側制御装置５０は、圧縮機１０のモータ１０Ａの回転数（駆動周波数）の制御を行う。実施の形態１では、空調側制御装置５０は、圧縮機１０の回転数を制御などするときには、後述する変換装置側制御装置３５に指令信号を送る。

　実施の形態１における空調側制御装置５０は、検出処理部５０Ａ、加熱判定部５０Ｂおよび指示処理部５０Ｃを有している。各種検出装置から送られた信号から、物理量の値を検出値として決定する処理を行う。実施の形態１の検出処理部５０Ａは、特に、液バックの状態を判定する指標となるパラメータに関する検出値を決定する。また、加熱判定部５０Ｂは、圧縮機１０から吸入される液冷媒を加熱するかどうかを判定する。そして、指示処理部５０Ｃは、加熱判定部５０Ｂの判定に基づき、電力変換装置３０の変換装置側制御装置３５に、液バック防止に係る指令信号を送る処理を行う。ここで、液バック状態とは、液バックになった状態だけではなく、液バックになる可能性がある状態も含めた状態であるものとする。

　ここで、空調側制御装置５０は、マイクロコンピュータを有している。マイクロコンピュータは、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの制御演算処理装置を有している。また、入出力を管理するＩ／Ｏポートを有している。また、マイクロコンピュータは、記憶部５０Ｄを有している。記憶部５０Ｄは、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）などである。記憶部５０Ｄには、制御演算処理装置が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて処理を実行して各部の処理を実現する。ただ、これに限定するものではなく、各装置を専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。ここで、実施の形態１の空気調和装置１００では、室外機１内に空調側制御装置５０を設置しているが、これに限定するものではない。

　図２は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置３０の構成を示す図である。電力変換装置３０は、電力変換装置３０は、パワーモジュール３４および変換装置側制御装置３５を有している。

　パワーモジュール３４は、電力変換などを行う半導体素子の一部またはすべてを、筐体（モジュール）内に収納し、パッケージ化したものである。パワーモジュール３４は、基板に搭載されている。パワーモジュール３４は、インバータ回路３３、昇圧回路３２および整流回路３１を有している。整流回路３１は、交流電源６０からの交流電力を直流電力に変換する。また、昇圧回路３２は、整流回路３１からの直流電圧を昇圧する。そして、インバータ回路３３は、昇圧回路３２が昇圧した直流電圧を、任意の駆動周波数の交流電圧に変換する。インバータ回路３３の変換に係る交流電力は、前述した圧縮機１０のモータ１０Ａに供給され、モータ１０Ａを駆動させる。

　整流回路３１は、整流器３１０、リアクトル３１２および平滑コンデンサ３１３を有している。整流器３１０は、交流電源６０からの交流電力を直流電力に変換する。たとえば、三相整流器である。三相整流器は、ダイオードなどの整流用逆流防止素子３１１を６個用いて、ブリッジ接続されたものである。ただし、これに限定するものではない。たとえば、半導体スイッチング素子を有するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）コンバータなどでもよい。リアクトル３１２は、交流電源６０に流れる電流の高調波成分を低減させる。また、平滑コンデンサ３１３は、整流器３１０が変換した電力の平滑化をはかる。

　昇圧回路３２は、昇圧用スイッチング素子３２１および昇圧側ダイオード３２２を有する。昇圧用スイッチング素子３２１は、変換装置側制御装置３５から送られる信号に基づいて、オンまたはオフすることで、リアクトル３１２に蓄えられたエネルギーが放出され、直流電圧を昇圧する。また、昇圧側ダイオード３２２は、インバータ回路３３側から交流電源６０側に電流が流れないようにする。

　インバータ回路３３は、前述したように、直流電圧を交流電圧に変換することで、圧縮機１０への電力供給を制御し、圧縮機１０の回転数を制御する装置である。インバータ回路３３が三相出力インバータの場合には、パワーモジュール３４において、ＩＧＢＴなどの電力用半導体素子であるスイッチング素子とダイオードとが並列に接続されて構成されたアーム３３２を、６個収納している。実施の形態１のインバータ回路３３では、２つのアーム３３２が対になっており、各相に合わせて３対のアーム３３２を有している。各アーム３３２が有する複数のスイッチング素子は、変換装置側制御装置３５に制御されて、所定のタイミングで、オンまたはオフするスイッチング動作を行う。ここで、実施の形態１におけるパワーモジュール３４は、スナバコンデンサ３３１を、さらに内包している。スナバコンデンサ３３１は、アーム３３２のスイッチング素子が発生するサージ電圧を吸収する。スナバコンデンサ３３１は、たとえば、フィルムコンデンサである。フィルムコンデンサは、熱ストレスによる寿命劣化の影響が小さく、アーム３３２の近傍に配置しても熱劣化しにくい。実施の形態１では、スナバコンデンサ３３１をアーム３３２に極力近接して配置し、アーム３３２とスナバコンデンサ３３１とを接続する素子配線を短くする。このため、素子配線のインダクタンス成分によるサージ電圧発生を抑えることができ、平滑コンデンサ３１３を分離することができる。そして、半導体素子で構成されるパワーモジュール３４を、制御箱以外の場所に設置することができる。

　変換装置側制御装置３５は、空気調和装置１００が有する空調側制御装置５０からの速度指令信号に基づいて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の制御信号に変換し、インバータ回路３３のアーム３３２に対してＰＷＭ制御を行う。また、変換装置側制御装置３５は、昇圧回路３２の昇圧用スイッチング素子３２１の制御を行う。パワーモジュール３４に収納された各アーム３３２のスイッチング素子は、変換装置側制御装置３５からの制御信号に基づいてスイッチング動作し、直流電圧を、任意の駆動周波数の交流電圧に変換する。圧縮機１０のモータ１０Ａは、駆動周波数に基づく回転数で駆動する。したがって、変換装置側制御装置３５が、アーム３３２のスイッチング動作を制御することで、圧縮機１０が有するモータ１０Ａの回転数が制御され、空気調和装置１００の能力制御が行われる。ここで、実施の形態１では、少なくとも変換装置側制御装置３５と前述した空調側制御装置５０とは、電機品箱である制御箱（図示せず）に収容されている。

　実施の形態１の空気調和装置１００は、空調側制御装置５０が、液バックが発生したまたは発生する可能性があると判定すると、電力変換装置３０が有するスイッチング素子を加熱装置として発熱させる。そして、スイッチング素子は、圧縮機１０に流入する液冷媒を加熱して、ガス冷媒にする動作を行う。

　図３は、この発明の実施の形態１に係る空調側制御装置５０における液バック防止に係る処理の流れを説明する図である。空調側制御装置５０において、検出処理部５０Ａは、各種検出装置から送られる信号に基づいて、液バック状態を判定するパラメータとなる検出値を決定する（ステップＳ１）。加熱判定部５０Ｂは、検出値または検出値に基づいて得られる値とあらかじめ設定された第１しきい値とを比較する。そして、加熱判定部５０Ｂは、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱するかどうかを判定する（ステップＳ２）。ここでは、検出値または検出値に基づいて得られる値が第１しきい値より大きいときには、冷媒を加熱すると判定し、第１しきい値以下のときには、冷媒を加熱しないと判定する。加熱判定部５０Ｂが冷媒を加熱しないと判定すると、ステップＳ１に戻り、検出に基づく判定を継続する。

　一方、加熱判定部５０Ｂが冷媒を加熱すると判定すると、指示処理部５０Ｃは、電力変換装置３０の変換装置側制御装置３５に、冷媒を加熱させるための指令信号を送る（ステップＳ３）。冷媒の加熱方法などに関しては後述する。

　そして、検出処理部５０Ａは、各種検出装置から送られる信号に基づいて検出値を決定する（ステップＳ４）。加熱判定部５０Ｂは、検出値または検出値に基づいて得られる値とあらかじめ設定された第２しきい値とを比較する。そして、加熱判定部５０Ｂは、圧縮機１０に吸入される冷媒の加熱を停止するかどうかを判定する（ステップＳ５）。ここで、第２しきい値は、第１しきい値よりも小さい値である。

　加熱判定部５０Ｂは、検出値または検出値に基づいて得られる値が第２しきい値より大きいときには、冷媒の加熱を継続すると判定する。加熱判定部５０Ｂが加熱を継続すると判定すると、ステップＳ４に戻り、検出に基づく加熱停止に係る判定を継続する。

　一方、検出値または検出値に基づいて得られる値が第２しきい値以下のときには、加熱を停止すると判定する。加熱判定部５０Ｂが加熱を停止すると判定すると、指示処理部５０Ｃは、電力変換装置３０の変換装置側制御装置３５に、冷媒の加熱を停止させるための指令信号を送る（ステップＳ６）。そして、ステップＳ１に戻り、検出に基づく判定を継続する。

　次に、液バック状態を判定するパラメータとなる物理量などについて説明する。圧縮機１０には、低温および低圧の冷媒が流入する。液バック状態のときには、ガス冷媒よりも低温の液冷媒が、通常状態よりも多く、圧縮機１０に流入する。このため、通常状態よりも圧縮機１０の温度が低くなる。実施の形態１の空気調和装置１００は、圧縮機１０に吸入される冷媒の温度を検出できる位置にある圧縮機温度センサ４０を有している。したがって、空調側制御装置５０の加熱判定部５０Ｂは、圧縮機温度センサ４０の検出に係る温度に基づいて、液バック状態を判定することができる。

　また、液バック状態のときには、液冷媒が通常状態よりも多く圧縮機１０に流入する。したがって、圧縮機１０内における冷媒の量が多くなる。このため、圧縮機１０内において、冷媒に混じっている冷凍機油の油濃度が低くなる。実施の形態１の空気調和装置１００は、圧縮機１０の底部にある油溜めに設置された油濃度センサ４１を有している。したがって、油濃度センサ４１の検出に係る油濃度に基づいて、液バック状態を判定することができる。

　また、前述したように、液バック状態のときには、通常状態よりも圧縮機１０の温度が低くなる。このため、モータ１０Ａの温度が低下する。モータ１０Ａの温度が低下すると、抵抗、誘起電圧定数などのモータ１０Ａの特性値が変化する。このため、圧縮機１０を同じ回転数で回転させる場合でも、通常状態のときと液バック状態のときとでは、電力変換装置３０が圧縮機１０に供給する電流値は変化する。実施の形態１の空気調和装置１００は、インバータ回路３３と圧縮機１０のモータ１０Ａとの間の電流値を検出する電流センサ４２を有している。したがって、電流センサ４２の検出に係る電流値に基づいて、液バック状態を判定することができる。

　空調側制御装置５０が、液バックに係る判定を行う際、検出処理部５０Ａは、圧縮機温度センサ４０、油濃度センサ４１および電流センサ４２の少なくとも１つのセンサからの信号に基づいて、液バックに係る判定を行うための検出値を決定する。

　次に、上述したステップＳ２およびステップＳ５において加熱判定部５０Ｂが行う、検出値に基づく判定処理について説明する。加熱判定部５０Ｂが判定処理を行う前段階において、空調側制御装置５０では、検出処理部５０Ａは、液バック状態でない正常運転中における、ある運転条件での検出値を決定し、あらかじめ記憶部５０Ｄに基準値として記憶させておく。ここで、運転条件とは、冷媒回路における冷媒の圧力などである。液バック状態において変化する、圧縮機１０への電流変化とほぼ等しい負荷トルクの変化に対し、冷媒回路における圧力変化はほとんどおこらない。このため、同じある運転条件で得られた基準値と検出値とにおける変化は、液バックによる変化となる。

　加熱判定部５０Ｂは、液バック防止に係る処理において、たとえば、冷媒回路の圧力などのような、検出値が検出された運転条件を判断する。検出値が検出された運転条件が、記憶部５０Ｄに基準値を記憶したときのある運転条件と同じである場合に、基準値と検出値との差を演算値として算出する。そして、前述したように、演算値と第１しきい値とを比較して、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱するかどうかを判定する。また、同様にして、演算値と第２しきい値とを比較して、冷媒加熱を停止するかどうかを判定する。

　上述した説明では、検出処理部５０Ａが決定した検出値を基準値として記憶部５０Ｄに記憶するが、これに限定するものではない。運転条件を複数の区分に分け、各区分について、あらかじめ設定された基準値を、テーブル形式のデータとして、記憶部５０Ｄに記憶しておくことができる。そして、加熱判定部５０Ｂは、テーブル内のデータのうち、運転条件に基づいて、対応する基準値を読み込んで演算値を算出し、判定を行う。

　次に、液バック状態の場合における圧縮機１０に吸入される冷媒の加熱について説明する。実施の形態１の空気調和装置１００では、電力変換装置３０におけるパワーモジュール３４における素子の発熱を利用して加熱を行う。ここで、通常運転においても、吸入管１０Ｃを通過する冷媒とパワーモジュール３４における素子との熱交換により、電力変換装置３０を冷却することができる。

　図４は、この発明の実施の形態１における圧縮機１０の一例を示す図である。図４に示すように、圧縮機１０は、密閉容器であるシェル１０Ｄで覆われている。圧縮された冷媒が吐出する吐出管１０Ｂは、圧縮機１０の上部側に配置されている。また、アキュムレータ１３から流出した冷媒が吸入される吸入管１０Ｃは、高さ方向において、圧縮機１０の中央部分に配置されている。実施の形態１の空気調和装置１００は、圧縮機１０の吸入管１０Ｃに、熱伝導部材１０Ｅを介して、電力変換装置３０のパワーモジュール３４を配置する。

　図５は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュール３４、熱伝導部材１０Ｅおよび吸入管１０Ｃの取り付け関係について説明する図である。図５に示すように、パワーモジュール３４は基板の裏面に搭載されており、発熱面が平板形状である。一方、圧縮機１０の吸入管１０Ｃは円筒形状である。熱伝導部材１０Ｅは、パワーモジュール３４および吸入管１０Ｃの両方に密着し、パワーモジュール３４からの熱が吸入管１０Ｃに伝わるような形状であることが望ましい。このため、熱伝導部材１０Ｅは、パワーモジュール３４側との接触面は平面状であり、吸入管１０Ｃ側との接触面は曲面状である。また、圧縮機１０の圧縮機構の回転による振動が、パワーモジュール３４に伝わらないように、振動を吸収することができる材質だと、さらによい。ここで、熱伝導部材１０Ｅを介して、圧縮機１０の吸入管１０Ｃに、電力変換装置３０を取り付けているが、これに限定するものではない。圧縮機１０の吸入管１０Ｃに、直接、電力変換装置３０を取り付けるようにしてもよい。また、パワーモジュール３４の取付に関しては、絶縁および結露を考慮する必要がある。そこで、昇圧用スイッチング素子３２１付近を露出した状態で絶縁ケースで覆うことが望ましい。また、図５では特に示していないが、吸入管１０Ｃが、パワーモジュール３４を保持できるようにする必要がある。そこで、熱伝導部材１０Ｅとは別に、保持構造を有する部材を備えることが望ましい。たとえば、絶縁ケースを設ける場合、絶縁ケースを利用して、保持を強化してもよい。

　前述したように、パワーモジュール３４は、インバータ回路３３のアーム３３２および昇圧回路３２の昇圧用スイッチング素子３２１などを有している。たとえば、昇圧用スイッチング素子３２１において、１００Ｗ相当以上のスイッチング損失を発生させることで、高応答で圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱することができる。ここでは、液冷媒に加熱して、冷媒を蒸発させるため、スイッチング素子を駆動させるキャリア周波数およびデューティの少なくとも一方を大きくし、発熱量を増加させる。ここで、実施の形態１においては、昇圧用スイッチング素子３２１を駆動させるキャリア周波数およびデューティの少なくとも一方を調整し、スイッチング損失を増大させるなどして、発熱させるものとする。

　インバータ回路３３を駆動するキャリア周波数およびデューティの少なくとも一方を調整してもよいが、出力が低下するため、圧縮機１０に流れる電流が変化する。昇圧用スイッチング素子３２１におけるキャリア周波数およびデューティの少なくとも一方を変化させると、昇圧回路３２の出力低下はあるが、圧縮機１０に流れる電流はインバータ回路３３で調整することができ、空気調和装置１００全体の運転への影響は少ない。このため、昇圧回路３２の昇圧用スイッチング素子３２１におけるキャリア周波数およびデューティの少なくとも一方を変化させることで、圧縮機１０に流れる電流を変化させずに、発熱量を増加させることができる。

　以上のように、実施の形態１の空気調和装置１００によれば、空調側制御装置５０が、圧縮機温度センサ４０などの検出装置の検出に係る検出値に基づいて、圧縮機１０に吸入される冷媒の加熱を行うかどうかを判定するようにした。このため、吸入される液冷媒を加熱してガス冷媒にして圧縮機１０のシェル１０Ｄに流入させることができ、液バックの防止をはかることができる。このとき、蒸発器から流出する冷媒の目標過熱度を低く設定することができる。液バックを防止することで、圧縮機内の冷凍機油の濃度が低下せず、軸受けなどの摩耗を低減させ得ることができる。また、液バックの発生を抑えることができるため、暖房運転の立ち上がり時における圧縮機１０の駆動周波数を高くすることができ、デフロスト運転後の暖房運転の能力改善をはかることができる。

　また、実施の形態１の空気調和装置１００によれば、電力変換装置３０のパワーモジュール３４を冷媒の加熱に利用することで、効率よく加熱を行うことができる。また、冷媒によりパワーモジュール３４を冷却することができる。さらに、パワーモジュール３４を圧縮機１０の吸入管１０Ｃに接触させて設置することで、パワーモジュール３４の発熱により、圧縮機１０に吸入される液冷媒を効率よく加熱することができる。このとき、熱伝導部材１０Ｅを用いることで、さらに効率よく熱伝達を行うことができる。さらに、実施の形態１の空気調和装置１００では、パワーモジュール３４の発熱により、冷媒を加熱して、蒸発させて圧縮機１０に吸入させることができるので、液バックを防止するまでの時間が短縮でき、蒸発器において設定される冷媒の過熱度を小さくすることができる。すなわち、液バックの状態(兆候を含む)を高速で検出し、高応答で液バックの発生を防止する動作を行うことにより通常余裕をもって設定しているスーパーヒートＳＨを小さくすることが可能となり効率を向上させることができる。このため、空気調和装置１００において効率の向上をはかることができる。

　また、液バック状態を判定する指標となる物理量を検出する検出装置として、圧縮機１０内における温度などを検出する圧縮機温度センサ４０および油濃度センサ４１および圧縮機１０のモータ特性変化を示す電流を電流センサ４２を用いて検出するようにした。このため、液バック判定用として新たなセンサを追加することなく、高精度の検出を行うことができる。圧縮機１０が低圧シェル構造であれば、シェル１０Ｄ内において、モータ１０Ａが低圧雰囲気内にあるため、モータ１０Ａの温度変化、電流変化などが検出しやすくなる。

　また、実施の形態１の空気調和装置１００では、昇圧回路３２の昇圧用スイッチング素子３２１に対するキャリア周波数またはデューティの調整によって、圧縮機１０の吸入管１０Ｃを通過する液冷媒に対して、加熱を行うようにした。このため、圧縮機１０の回転数への影響を抑えて、冷媒への加熱を行うことができる。

　また、実施の形態１の空気調和装置１００では、ある運転条件における検出値を基準値として記憶部５０Ｄに記憶しておき、同じ運転条件における検出値との差に基づいて、加熱を行うかどうかを判定するようにした。このため、加熱判定部５０Ｂは、液バック状態による加熱を行うどうかを精度よく判定することができる。あらかじめ定められた基準値を、テーブル形式のデータとして記憶部５０Ｄに記憶しておくことでも、同様に精度のよい判定を行うことができる。

実施の形態２．
　上述した実施の形態１は、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱して、液バックの改善をはかるものであった。実施の形態２の空気調和装置１００は、空調側制御装置５０は、液バック状態であると判定すると、圧縮機１０の回転数（駆動周波数）を下げる制御を行うようにする。圧縮機１０の回転数（駆動周波数）を下げることで、圧縮機１０に吸入される冷媒量を減らす。冷媒量が減ることで、液バックを改善することができる。

実施の形態３．
　上述した実施の形態１および実施の形態２では、特に言及しなかったが、パワーモジュール３４に搭載する素子として、ワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性が高い。

　ワイドバンドギャップ半導体は、たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドを材料とする素子である。ワイドバンドギャップ半導体を用いることができれば、キャリア周波数を大きくすることができる。また、シリコン系半導体と比べて、スイッチング素子において発生する損失を低減させることができる。したがって、空気調和装置１００として、より高効率に運転を行うことができる。また、パワーモジュール３４に搭載する素子をワイドバンドギャップ半導体とすることで、キャリア周波数を大きくし、耐熱性を高くすることができる。このため、圧縮機１０に吸入される冷媒の加熱を行う際、素子の発熱を大きくすることができるので、より高応答で、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱することができる。

実施の形態４．
　上述した実施の形態１などでは、昇圧用スイッチング素子３２１で発熱させ、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱した。ここで、昇圧用スイッチング素子３２１の発熱により、整流回路３１の平滑コンデンサ３１３など、耐熱性の低い電子部品の寿命が短くなる可能性がある。そこで、実施の形態４の空気調和装置１００は、パワーモジュール３４を搭載する基板について、平滑コンデンサ３１３を含む整流回路３１を搭載する基板と昇圧用スイッチング素子３２１を含む昇圧回路３２およびインバータ回路３３を搭載する基板とに分離する。そして、昇圧回路３２とインバータ回路３３が搭載された基板を、吸入管１０Ｃに取り付けるようにする。基板を分離することで、平滑コンデンサ３１３がスイッチング素子が発生するサージ電圧を吸収できなくなることで、スナバコンデンサ３３１が必要になる。

実施の形態５．
　上述した実施の形態１などにおいては、昇圧用スイッチング素子３２１が、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱する加熱装置となっていたが、これに限定するものではない。たとえば、冷媒回路とは独立したヒータを加熱装置として、圧縮機１０に吸入される冷媒を加熱するようにしてもよい。

　上述の実施の形態１～実施の形態５では、冷凍サイクル装置の例として空気調和装置１００について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、冷凍装置、給湯装置など、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

　１　室外機、２　室内機、３　主管、１０　圧縮機、１０Ａ　モータ、１０Ｂ　吐出管、１０Ｃ　吸入管、１０Ｄ　シェル、１０Ｅ　熱伝導部材、１１　冷媒流路切替装置、１２　熱源側熱交換器、１３　アキュムレータ、１４　熱源側ファン、２０　負荷側絞り装置、２１　負荷側熱交換器、２２　負荷側ファン、３０　電力変換装置、３１　整流回路、３２　昇圧回路、３３　インバータ回路、３４　パワーモジュール、３５　変換装置側制御装置、４０　圧縮機温度センサ、４１　油濃度センサ、４２　電流センサ、５０　空調側制御装置、５０Ａ　検出処理部、５０Ｂ　加熱判定部、５０Ｃ　指示処理部、５０Ｄ　記憶部、６０　交流電源、１００　空気調和装置、３１０　整流器、３１１　整流用逆流防止素子、３１２　リアクトル、３１３　平滑コンデンサ、３２１　昇圧用スイッチング素子、３２２　昇圧側ダイオード、３３１　スナバコンデンサ、３３２　アーム。

Claims

　吸入した冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒を減圧させる絞り装置と、減圧された前記冷媒を熱交換により蒸発させる蒸発器とを配管接続して前記冷媒を循環させる冷媒回路を有し、
　前記圧縮機への液バック状態を判定する指標となる物理量を検出する検出装置と、
　前記圧縮機に吸入される前記冷媒の加熱を行う加熱装置と、
　前記検出装置の検出に係る検出値に基づいて、前記加熱装置が、前記圧縮機に吸入される前記冷媒の加熱を行うかどうかを判定する制御装置と
を備える冷凍サイクル装置。
　電源からの電力を変換し、前記圧縮機を任意の回転数で駆動させる電力を、前記圧縮機に供給する電力変換装置を備え、
　前記電力変換装置が前記加熱装置となる請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記電力変換装置は、複数のスイッチング素子を内包するパワーモジュールを有し、
　前記パワーモジュールは、前記圧縮機の吸入管と接触して設置される請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記パワーモジュールは、熱伝導部材を介して、前記圧縮機の吸入管と接触する請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
　前記検出装置は、前記圧縮機の温度を検出する圧縮機温度センサであり、
　前記制御装置は、前記圧縮機温度センサの検出に係る前記圧縮機の温度から、前記加熱装置を加熱させるかどうかを判定する請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記検出装置は、前記圧縮機内の冷凍機油の濃度を検出する油濃度センサであり、
　前記制御装置は、前記油濃度センサの検出に係る前記冷凍機油の濃度から、前記加熱装置を加熱させるかどうかを判定する請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御装置は、前記検出装置により前記圧縮機が有するモータの特性変化を検出し、前記加熱装置を加熱させるかどうかを判定する請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記検出装置は、電力変換装置から供給される電流を検出する電流センサであり、
　前記制御装置は、前記モータの特性変化として、前記電流センサの検出に係る前記電流に基づいて、前記液バック状態であるかどうかを判定する請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御装置は、正常な状態の、ある運転条件において前記検出装置が検出した物理量の値を、基準値として記憶する記憶部を備え、
　前記制御装置は、前記ある運転条件で運転された前記検出装置の検出に係る検出値と前記基準値との差と、あらかじめ設定されたしきい値とを比較して、前記加熱装置を加熱させるかどうかを判定する請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御装置は、運転条件に基づいて分けられた区分毎の、正常な状態における基準値を、テーブル形式で記憶する記憶部を備え、
　前記制御装置は、前記検出装置の検出に係る検出値と、検出値が検出された運転条件に対応する前記基準値との差と、あらかじめ設定されたしきい値とを比較して、前記加熱装置を加熱させるかどうかを判定する請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記電力変換装置は、昇圧用スイッチング素子を有する昇圧回路を備え、
　前記制御装置は、前記昇圧用スイッチング素子を駆動させるキャリア周波数を高くする制御を行って、前記電力変換装置を発熱させ、前記冷媒を加熱させる請求項２～請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記電力変換装置は、昇圧用スイッチング素子を有し、昇圧を行う昇圧回路を有し、
　前記制御装置は、前記昇圧用スイッチング素子を駆動させるデューティを大きくする制御を行って、前記電力変換装置を発熱させ、前記冷媒を加熱させる請求項２～請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記昇圧用スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子である請求項１１または請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記電力変換装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流した直流電圧を平滑化する平滑コンデンサを有し、
　前記昇圧回路と前記平滑コンデンサとが分離され、それぞれ独立した基板に搭載される請求項１１～請求項１３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記圧縮機は、低圧シェル構造である請求項１～請求項１４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　吸入した冷媒を圧縮する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒を減圧させる絞り装置と、減圧された前記冷媒を熱交換により蒸発させる蒸発器とを配管接続して前記冷媒を循環させる冷媒回路を有し、
　前記圧縮機への液バック状態を判定する指標となる物理量を検出する検出装置と、
　電源からの電力を変換し、前記圧縮機を任意の回転数で駆動させる電力を、前記圧縮機に供給する電力変換装置と、
　前記検出装置の検出に係る検出値に基づいて、前記圧縮機の回転数を下げるかどうかを判定する制御装置と
を備える冷凍サイクル装置。
　請求項１～請求項１６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置により、対象空間の冷暖房を行う空気調和装置。