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1. (WO2019003430) DISPOSITIF À CYCLE FRIGORIFIQUE ET DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT
Document

明 細 書

発明の名称 冷凍サイクル装置および駆動装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078  

符号の説明

0079  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 冷凍サイクル装置および駆動装置

技術分野

[0001]
 本発明は、圧縮機を備えた冷凍サイクル装置および駆動装置に関する。

背景技術

[0002]
 冷媒回路は、圧縮機を駆動させることによって熱交換を行うことができる回路である。この冷媒回路は、圧縮機が運転状態から停止状態になった直後では、圧縮機の吸入口と吐出口との間に冷媒の圧力差である差圧を生じている。
[0003]
 冷媒回路は、このような差圧のある状態で圧縮機を再起動するためには、差圧の無い場合よりも大きなトルクを必要とし、大きなトルクを得るためには圧縮機への出力電圧の振幅を大きくする必要がある。特許文献1に記載の駆動装置は、起動時に電動コンプレッサの差圧を検出し、差圧があるときには、過電流保護手段の電流閾値を高く設定し、電動コンプレッサに通常よりも高い起動電圧を印加している。これにより、特許文献1に記載の駆動装置は、起動時に高いモータのトルクを得ることができるので、差圧がある場合においても、電動コンプレッサの起動を可能としている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2006-29342号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 しかしながら、上記従来の技術である特許文献1では、差圧がある場合に圧縮機を起動する際の圧縮機の振動を考慮しておらず、圧縮機が起動する際に、圧縮機の振動に起因して圧縮機が損傷を受けるというという問題があった。
[0006]
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、差圧がある場合に圧縮機を起動する際の圧縮機の振動を低減することができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、冷媒から熱を放出させる凝縮器と、冷媒に熱を吸収させる蒸発器と、凝縮器からの冷媒を吸入口から吸入してモータの回転により圧縮し、圧縮した冷媒を吐出口から蒸発器に吐出する圧縮機と、インバータ回路によってモータの回転を制御する圧縮機駆動回路と、を備える。圧縮機駆動回路は、圧縮機を起動する際の吸入口と吐出口との間の圧力差である差圧に基づいて、第1の振幅を有した出力電圧で圧縮機を起動させる通常起動と、第1の振幅よりも大きな第2の振幅を有した出力電圧で圧縮機を起動させる差圧起動と、の何れを圧縮機に実行させるかを判断する起動判断器を有する。起動判断器は、差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合には差圧起動を実行すると判断し、差圧が第2の差圧以上または第1の差圧以下の場合には通常起動を実行すると判断し、圧縮機駆動回路は、起動判断器による判断結果に基づいて、通常起動と差圧起動との何れかを圧縮機に実行させる。

発明の効果

[0008]
 本発明にかかる冷凍サイクル装置は、差圧がある場合に圧縮機を起動する際の圧縮機の振動を低減することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 本発明の実施の形態にかかる冷凍サイクル装置の構成を示す図
[図2] 実施の形態にかかる冷凍サイクル装置による起動方法の判断処理手順を示すフローチャート
[図3] 実施の形態にかかる差圧起動でのデューティ比を説明するための図
[図4] 実施の形態にかかる、起動時に必要なエネルギー量を説明するための図
[図5] 実施の形態にかかる、デューティ比と出力電圧との関係を説明するための図
[図6] 実施の形態にかかる起動判別器のハードウェア構成例を示す図

発明を実施するための形態

[0010]
 以下に、本発明の実施の形態にかかる冷凍サイクル装置および駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
[0011]
実施の形態.
 図1は、本発明の実施の形態にかかる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。冷凍サイクル装置100は、冷凍サイクルであるヒートポンプサイクルによって、冷媒を循環させながら冷却処理を実行する装置である。冷凍サイクル装置100は、冷蔵庫またはエアコンディショナーといった装置に適用される。
[0012]
 冷凍サイクル装置100は、冷媒配管20内で冷媒を循環させる冷媒回路101と、冷媒回路101内の圧縮機15を制御する圧縮機駆動回路102とを備えている。冷媒回路101は、冷媒を圧縮する圧縮機15と、圧縮機15に接続された蒸発器11と、蒸発器11に接続された膨張弁12と、膨張弁12に接続された電磁弁13と、電磁弁13に接続された凝縮器14とを有している。冷媒回路101では、圧縮機15と、蒸発器11と、膨張弁12と、電磁弁13と、凝縮器14とが順番に冷媒配管20で接続されている。
[0013]
 蒸発器11は、冷媒と、空気または水といった熱媒体と、の間で熱交換を行う。蒸発器11は、上流側である圧縮機15から送られてくる冷媒に熱を吸収させたうえで、冷媒を下流側である膨張弁12に送る装置である。
[0014]
 蒸発器11は、熱交換器であり、凝縮器の機能および蒸発器の機能を有している。蒸発器11は、熱交換する熱媒体に対応する形式で構成されている。熱媒体が空気であり、蒸発器11が空気を用いて熱交換をする場合には、蒸発器11は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、熱媒体が水またはブラインといった液体であり、蒸発器11が液体を用いて熱交換する場合には、蒸発器11は、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、またはプレート熱交換器で構成することができる。
[0015]
 減圧機構の一例である膨張弁12は、冷媒の流量を制御するためのバルブであり、冷媒の流量調整が行なわれる際に開閉される。減圧機構の他の例は、絞り開度が可変な構造を有した膨張弁、重圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、またはキャピラリーチューブである。
[0016]
 電磁弁13は、冷媒の流路を閉じるためのバルブである。電磁弁13は、冷媒の流れを止める場合に閉じられ、冷媒を流す場合に開けられる。なお、電磁弁13は、電気信号によって開閉を制御できるものであれば何れの機械構造を有していてもよい。
[0017]
 凝縮器14は、冷媒と、空気または水といった熱媒体と、の間で熱交換を行う。凝縮器14は、上流側である蒸発器11側から送られてくる冷媒の熱を放出させたうえで、冷媒を下流側である圧縮機15に送る装置である。
[0018]
 凝縮器14は、熱交換器であり、凝縮器の機能および蒸発器の機能を有している。凝縮器14は、熱交換する熱媒体に対応する形式で構成されている。熱媒体が空気であり、凝縮器14が空気を用いて熱交換をする場合には、凝縮器14は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、熱媒体が水またはブラインといった液体であり、凝縮器14が液体を用いて熱交換する場合には、凝縮器14は、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、またはプレート熱交換器で構成することができる。
[0019]
 圧縮機15は、モータ25を備えており、モータ25を用いて冷媒を圧縮する装置である。圧縮機15は、凝縮器14から吸入した冷媒をモータ25の回転により圧縮して蒸発器11に吐出する。圧縮機15は、駆動装置である圧縮機駆動回路102によって制御される。
[0020]
 圧縮機15は、冷媒圧縮室を備えており、冷媒圧縮室には冷媒を圧縮するための機械が配置されている。また、圧縮機15は、吸入口および吐出口を備えており、吸入口および吐出口が冷媒回路101の一部を構成している。圧縮機15の吸入口は、凝縮器14に接続されており、凝縮器14からの冷媒を吸入する。圧縮機15の吐出口は、蒸発器11に接続されており、蒸発器11への冷媒を吐出する。
[0021]
 圧縮機15に配置されるモータ25の例は、センサレス型ブラシレスモータである。センサレス型ブラシレスモータは、固定子と回転子とを備えている。固定子は、ヨークにコイルを巻いた構造を有しており、回転子は、永久磁石の役目を持つ部材で構成されている。圧縮機15は、モータ25の駆動によって、冷媒を圧縮するための機械を駆動し、吸入口から入ってきた冷媒を冷媒圧縮室で圧縮して吐出口から出す。
[0022]
 圧縮機15は、回転数の制御が可能な構成となっている。圧縮機15は、インバータ回路17によって回転数が制御されるインバータ駆動の圧縮機である。インバータ駆動の圧縮機の例は、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、およびレシプロ圧縮機である。これらのインバータ駆動の圧縮機は、冷媒、潤滑油の種類または潤滑油の量によって種々の影響を受ける。このため、インバータ駆動の圧縮機は、使用条件によって、冷媒圧縮室を動作させるためのトルクが異なり、インバータ回路17からの制御用の出力電圧も異なる。なお、膨張弁12および電磁弁13は、上述した配置位置に限らず、冷媒回路101の何れの位置に配置されてもよい。
[0023]
 また、冷凍サイクル装置100は、外気の温度を検出する温度センサ22を備えている。第1の温度検出部である温度センサ22は、冷媒回路101の外側に配置されており、冷媒回路101の外側の温度を検出する。温度センサ22は、検出した温度を圧縮機駆動回路102に送信する。
[0024]
 また、蒸発器11は、蒸発器11内の温度を検出する温度センサ21を備えている。第2の温度検出部である温度センサ21は、検出した温度を圧縮機駆動回路102に送信する。なお、以下の説明では、温度センサ22が検出した温度を外気温といい、温度センサ21が検出した温度を蒸発器温度という。
[0025]
 なお、冷凍サイクル装置100は、吐出圧力センサ、吐出温度センサ、凝縮器出口圧力センサ、または凝縮器出口温度センサを有していてもよい。吐出圧力センサは、圧縮機15の吐出口における圧力を検出するセンサであり、吐出温度センサは、圧縮機15の吐出口における温度を検出するセンサである。凝縮器出口圧力センサは、凝縮器14の出口における圧力を検出するセンサであり、凝縮器出口温度センサは、凝縮器14の出口における温度を検出するセンサである。
[0026]
 圧縮機駆動回路102は、冷媒回路101に接続されている。圧縮機駆動回路102は、直流電圧を出力する直流電圧電源16と、圧縮機15の回転数を制御するインバータ回路17とを備えている。また、圧縮機駆動回路102は、インバータ回路17に印加する直流電圧のパルスのデューティ比を制御するデューティ比制御器31と、圧縮機15の起動方法を判断する起動判断器32とを備えている。直流電圧電源16は、インバータ回路17に直流電圧を印加する電源である。
[0027]
 圧縮機駆動回路102では、起動判断器32がデューティ比制御器31に接続され、デューティ比制御器31がインバータ回路17に接続されている。そして、インバータ回路17が、直流電圧電源16および圧縮機15に接続されておいる。
[0028]
 圧縮機駆動回路102は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路17によって、圧縮機15が備えるモータ25の回転を制御する。インバータ回路17は、直流電圧電源16からの直流電圧を正弦波の擬似交流電圧に変換して圧縮機15のモータ25に出力する。圧縮機15は、インバータ回路17からの擬似交流電圧によってモータ25内に回転磁界を発生させて、モータ25を回転させる。
[0029]
 インバータ回路17は、6つのスイッチング素子51~56と、還流ダイオード81~86と、接続点501~503と、を含んで構成される回路であり、デューティ比に対応する出力電圧を圧縮機15のモータ25に出力する。
[0030]
 スイッチング素子51~56の例は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、といった素子であり、シリコン半導体を用いて構成されている。スイッチング素子51~56には、それぞれ並列に還流ダイオード81~86が接続される。
[0031]
 インバータ回路17は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子51,54と、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子52,55と、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子53,56とを備えている。スイッチング素子51およびスイッチング素子54、スイッチング素子52およびスイッチング素子55、スイッチング素子53およびスイッチング素子56の各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。インバータ回路17の各アームの中点は、モータ25の対応する相の端子にそれぞれ接続される。スイッチング素子51とスイッチング素子54との間の中点である接続点501はモータ25のU相の端子に接続され、スイッチング素子52とスイッチング素子55との間の中点である接続点502はモータ25のV相の端子に接続され、スイッチング素子53とスイッチング素子56との間の中点である接続点503はモータ25のW相の端子に接続される。
[0032]
 起動判断器32は、温度センサ21に接続されており、温度センサ21が検出した蒸発器温度を温度センサ21から受け付ける。また、起動判断器32は、温度センサ22に接続されており、温度センサ22が検出した外気温を温度センサ22から受け付ける。
[0033]
 起動判断器32は、蒸発器温度および外気温に基づいて、圧縮機15を起動する際の吸入口と吐出口との間の冷媒の圧力差である差圧を推定する。起動判断器32は、推定した差圧に基づいて、次に圧縮機15を起動させる際の起動方法を判断する。
[0034]
 冷凍サイクル装置100が実行する圧縮機15の起動方法は、通常起動または差圧起動である。通常起動は、モータ25への出力電圧の振幅に第1の振幅を用いて圧縮機15を起動させる起動方法である。また、差圧起動は、モータ25への出力電圧の振幅に第1の振幅よりも大きな第2の振幅を用いて圧縮機15を起動させる起動方法である。起動判断器32は、推定した差圧の値に基づいて、通常起動と差圧起動との何れを圧縮機15に実行させるかを判断する。
[0035]
 実施の形態の起動判断器32は、差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合には差圧起動を実行すると判断する。第1の差圧は、第2の差圧よりも低い差圧である。また、起動判断器32は、差圧が第2の差圧以上または第1の差圧以下の場合には通常起動を実行すると判断する。換言すると、起動判断器32は、差圧が特定の範囲外であれば通常起動を実行すると判断し、差圧が特定の範囲内であれば差圧起動を実行すると判断する。ここでの特定の範囲は、第1の差圧から第2の差圧までの範囲である。
[0036]
 このように、起動判断器32は、圧縮機15が起動時に振動してしまうような高い差圧の場合、および差圧起動を実行できないような低い差圧の場合には、通常起動を実行すると判断する。また、起動判断器32は、差圧起動を実行可能な差圧が有り、かつ圧縮機15が起動時に振動することなく差圧起動を実行できる場合に差圧起動を実行すると判断する。起動判断器32は、判断結果をデューティ比制御器31に出力する。
[0037]
 デューティ比制御器31は、起動判断器32からの判断結果に基づいて、インバータ回路17に印加する直流電圧のパルスのデューティ比を制御する。デューティ比制御器31は、差圧起動の実行を指示する判断結果を受付けると、差圧起動に対応するデューティ比となるようインバータ回路17を制御する。デューティ比制御器31は、通常起動の実行を指示する判断結果を受付けると、通常起動に対応するデューティ比となるようインバータ回路17を制御する。通常起動に対応するデューティ比は、モータ25への出力電圧の振幅が第1の振幅となるデューティ比であり、差圧起動に対応するデューティ比は、モータ25への出力電圧の振幅が第1の振幅よりも大きな第2の振幅となるデューティ比である。
[0038]
 インバータ回路17は、デューティ比に対応する振幅の出力電圧をモータ25に出力する。具体的には、インバータ回路17は、差圧起動に対応するデューティ比のパルスを受付けると、差圧起動に対応する出力電圧を圧縮機15に出力し、通常起動に対応するデューティ比のパルスを受付けると、通常起動に対応する出力電圧を圧縮機15に出力する。このように、インバータ回路17は、デューティ比に対応する出力電圧を圧縮機15に出力することによって、通常起動と差圧起動とを切替える。これにより、圧縮機15は、インバータ回路17からの出力電圧に対応する起動を実行する。このように、圧縮機駆動回路102は、起動判断器32による判断結果に基づいて、通常起動と差圧起動との何れかを圧縮機15に実行させる。
[0039]
 なお、インバータ回路17を動作させるための電圧は、直流電圧電源16からの直流電圧に限らず他の電圧であってもよい。インバータ回路17を動作させるための電圧は、交流電圧電源を、コンバータ回路を用いて平滑化したものであってもよい。
[0040]
 つぎに、冷凍サイクル装置100による起動方法の判断処理手順について説明する。図2は、実施の形態にかかる冷凍サイクル装置による起動方法の判断処理手順を示すフローチャートである。
[0041]
 冷凍サイクル装置100の圧縮機駆動回路102が備える起動判断器32は、ステップS10において、ユーザから起動指令を受付けると、蒸発器温度および外気温に基づいて、圧縮機15を起動する際の吸入口と吐出口との間の差圧を推定する。
[0042]
 なお、起動判断器32は、蒸発器温度および外気温の一方に基づいて差圧を推定してもよい。また、起動判断器32は、蒸発器温度または外気温以外の情報と、他の情報とを併用して、差圧を推定してもよい。この場合、起動判断器32は、電磁弁13が備えるバルブの開閉位置、圧縮機15を停止してからの経過時間、圧縮機15が停止する前のモータ25の回転数、または圧縮機15が停止する前のインバータ回路17からモータ25への出力電圧を用いて、差圧を推定してもよい。
[0043]
 なお、起動判断器32が蒸発器温度を用いずに差圧を推定する場合は、温度センサ21は不要である。また、起動判断器32が外気温を用いずに差圧を推定する場合は、温度センサ22は不要である。
[0044]
 冷凍サイクル装置100は、ステップS20において、差圧が許容範囲内であるか否かを判断する。差圧の許容範囲は、第1の差圧よりも高く第2の差圧よりも低い範囲である。したがって、起動判断器32は、差圧が第1の差圧よりも高く第2の差圧よりも低い範囲であるか否かを判断する。
[0045]
 差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合、すなわちステップS20において、Yesの場合、ステップS30において、冷凍サイクル装置100は、差圧起動を実行する。具体的には、差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合、起動判断器32は、差圧起動を実行すると判断し、判断結果をデューティ比制御器31に出力する。そして、デューティ比制御器31が、差圧起動に対応するデューティ比となるようインバータ回路17を制御する。これにより、インバータ回路17は、差圧起動に対応する第2の振幅を有した出力電圧を圧縮機15に出力する。
[0046]
 一方、差圧が第2の差圧以上または第1の差圧以下の場合、すなわちステップS20において、Noの場合、ステップS40において、冷凍サイクル装置100は、通常起動を実行する。具体的には、差圧が第2の差圧以上または第1の差圧以下の場合、起動判断器32は、通常起動を実行すると判断し、判断結果をデューティ比制御器31に出力する。そして、デューティ比制御器31が、通常起動に対応するデューティ比となるようインバータ回路17を制御する。これにより、インバータ回路17は、通常起動に対応する第1の振幅を有した出力電圧を圧縮機15に出力する。
[0047]
 このように、冷凍サイクル装置100では、圧縮機駆動回路102が、起動方法を判断し、判断結果に基づいて、通常起動と差圧起動との何れかを圧縮機15に実行させる。
[0048]
 ここで、差圧起動でのデューティ比について説明する。図3は、実施の形態にかかる差圧起動でのデューティ比を説明するための図である。図3に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸はデューティ比である。図3では、起動開始である時間0からの、差圧起動時のデューティ比91と、通常起動時のデューティ比92とを示している。
[0049]
 差圧起動時のデューティ比91は、圧縮機15の起動直後は、通常起動時のデューティ比92よりも大きい。圧縮機15の起動後、差圧起動時のデューティ比91は、通常起動時のデューティ比92よりも急激に小さくなる。そして、圧縮機15の起動後、特定の時間が経過した後、差圧起動時のデューティ比91は通常起動時のデューティ比92よりも小さくなる。この後、差圧起動時のデューティ比91が0となり、その後、通常起動時のデューティ比92が0となる。このように、差圧起動時のデューティ比91は、通常起動時のデューティ比92よりも、変化の加速度が大きい。
[0050]
 つぎに、冷媒回路101の動作について説明する。圧縮機15は、電磁弁13のバルブを開いた状態で動作する。圧縮機15が動作状態から停止状態に移る際、圧縮機15は、差圧を保持するために、電磁弁13のバルブを閉めておく。そして、圧縮機15は、起動する直前に、電磁弁13を開ける。このように、実施の形態では、圧縮機15が動作している間の差圧を維持するために、圧縮機15は、電磁弁13のバルブを閉めた状態で停止する。これにより、圧縮機15は、バルブを開いた状態で停止した場合よりも、長時間に渡って差圧を維持することができる。
[0051]
 ここで、差圧の大きさと、圧縮機15の起動時に必要な電力量であるエネルギー量との関係について説明する。図4は、実施の形態にかかる、起動時に必要なエネルギー量を説明するための図である。図4に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は圧力である。図4では、通常起動が実行される場合の、差圧とエネルギー量との関係を上段側のグラフに示し、差圧起動が実行される場合の、差圧とエネルギー量との関係を下段側のグラフに示している。なお、通常起動または差圧起動が実行される場合のエネルギー量は、起動開始から起動完了までの時間と、起動開始から起動完了までに変化した差圧と、に基づいて算出可能である。起動開始は、圧縮機15が停止状態から運転状態を開始する時であり、起動完了は、圧縮機15の運転状態が一定になった時である。
[0052]
 図4において、吐出口の圧力は、圧力特性61A,61Bで示し、吸入口の圧力は、圧力特性62A,62Bで示している。圧力特性61A,62Aが、通常起動が実行される場合の圧力であり、圧力特性61Aと圧力特性62Aとの差が、通常起動が実行される場合の差圧である。また、圧力特性61B,62Bが、差圧起動が実行される場合の圧力であり、圧力特性61Bと圧力特性62Bとの差が、差圧起動が実行される場合の差圧である。
[0053]
 圧力特性61A,61B,62A,62Bでは、圧縮機15の運転時の圧力と、圧縮機15の停止時の圧力と、圧縮機15が運転を再起動した場合の圧力とを示している。圧力特性61A,61Bに示すように、停止するまでの運転中は、吐出口の圧力は高い状態で安定している。また、圧力特性62A,62Bに示すように、停止するまでの運転中は、吸入口の圧力は低い状態で安定している。これにより、停止処理が開始されるまでの運転中は、吐出口と吸入口とで大きな差圧が発生している。
[0054]
 通常起動が実行される場合、圧縮機15は、電磁弁13のバルブを開けた状態で停止する。このため、通常起動が実行される場合、圧力特性61A,62Aが示すように、運転を停止した後、吐出口の圧力は急激に下がり、吸入口の圧力は急激に上がる。そして、圧力特性61A,62Aが示すように、運転を停止してから、ある程度の時間が経過すると、吐出口と吸入口との圧力が同じになり、この結果、吐出口と吸入口との差圧が0になる。換言すると、通常起動が実行される場合、圧縮機15は、運転を停止した後、ある程度の時間が経過すると、吐出口と吸入口とで圧力がバランスする。
[0055]
 通常起動が実行される場合、圧力特性61A,62Aが示すように、圧縮機15が運転を停止した状態から再起動すると、吐出口の圧力を急激に上げる必要があり、吸入口の圧力を急激に下げる必要がある。差圧起動が実行される場合、圧縮機15が運転を停止した状態では、吐出口と吸入口との差圧が0だからである。通常起動が実行される場合、運転停止中の差圧が0であるので、再起動の際には、吐出口での大きな圧力変化と、吸入口での大きな圧力変化と、長時間の再起動処理と、が必要となる。この結果、通常起動が実行される場合、圧縮機15は、運転を再起動する際に、大きなエネルギー量65Aを必要とする。
[0056]
 差圧起動が実行される場合、圧縮機15は、電磁弁13のバルブを閉めた状態で停止する。このため、差圧起動が実行される場合、圧力特性61B,62Bが示すように、運転を停止した後、吐出口の圧力は少しだけ下がり、吸入口の圧力は少しだけ上がる。そして、圧力特性61B,62Bが示すように、運転を停止してから、ある程度の時間が経過しても、吐出口と吸入口との差圧は、大きいままである。換言すると、差圧起動が実行される場合、圧縮機15は、運転を停止した後、ある程度の時間が経過しても、大きな差圧を維持する。
[0057]
 差圧起動が実行される場合、圧力特性61B,62Bが示すように、圧縮機15が運転を停止した状態から再起動すると、吐出口の圧力を少しだけ上げればよく、吸入口の圧力を少しだけ下げればよい。換言すると、差圧起動が実行される場合、吐出口および吸入口の圧力変化は、通常起動が実行される場合よりも小さくて済む。
[0058]
 差圧起動が実行される場合、通常起動が実行される場合よりも運転停止中の差圧が大きいので、運転の再起動の際には、通常起動が実行される場合よりも、吐出口での小さな圧力変化と、吸入口での小さな圧力変化と、短時間の再起動処理で済む。この結果、圧縮機15は、通常起動が実行される場合のエネルギー量65Aよりも小さなエネルギー量65Bで差圧起動することができる。このように、差圧起動が実行される場合、通常起動が実行される場合よりも、差圧分の仕事量が必要でなくなるので、エネルギー量の削減につながる。
[0059]
 ここで、デューティ比と、出力電圧との関係について説明する。図5は、実施の形態にかかる、デューティ比と出力電圧との関係を説明するための図である。図5に示すグラフの横軸が時間であり、縦軸がデューティ比および出力電圧の振幅である。図5では、キャリア周期74と、デューティ比72と、出力電圧特性73と、出力電圧の振幅71と、出力電圧の周期75とを示している。
[0060]
 キャリア周期74は、圧縮機15を制御する際の演算周期である。圧縮機駆動回路102は、1キャリアまたは複数キャリア毎に、出力電圧を演算する。
[0061]
 デューティ比72は、インバータ回路17に印加する直流電圧のパルスの比である。デューティ比72は、1パルスの時間に対する、直流電圧を印加する時間の比で示される。圧縮機駆動回路102は、デューティ比72の粗密である長短を調整することによって、出力電圧の振幅71を調整する。圧縮機駆動回路102は、デューティ比72を急激に変化させるほど、大きな振幅71を得ることができる。
[0062]
 出力電圧特性73は、圧縮機駆動回路102が圧縮機15に出力する電圧の特性である。圧縮機駆動回路102が圧縮機15に出力する電圧は、デューティ比72によって決まるものである。出力電圧の振幅71は、出力電圧特性73の振幅である。出力電圧の周期75は、出力電圧特性73の周期である。
[0063]
 このように、圧縮機駆動回路102は、出力電圧特性73を、デューティ比72を用いて制御する。圧縮機駆動回路102は、差圧起動の際の単位時間当たりのデューティ比72の変化量を、通常起動の際の単位時間当たりのデューティ比72の変化量よりも大きくする。このように、圧縮機駆動回路102は、デューティ比72といったパラメータを、差圧起動の際と通常起動の際とで、別々の値を設定することで、起動シーケンスに対応する適切な起動を実行することができる。
[0064]
 ここで、起動判断器32のハードウェア構成について説明する。起動判断器32は、処理回路により実現される。この処理回路の例は、専用のハードウェアである。図6は、実施の形態にかかる起動判別器のハードウェア構成例を示す図である。起動判断器32が、専用のハードウェアである場合、起動判断器32は、図6に示す処理回路201およびインタフェース202を含んでいる。
[0065]
 そして、処理回路201は、インタフェース202を介して、必要な情報の授受を行うことにより、実施の形態で説明した起動方法の判断処理を実行する。処理回路201は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものである。
[0066]
 また、起動判断器32を実現する処理回路は、プロセッサを備える制御回路であってもよい。また、起動判断器32は、複数の処理回路により構成されてもよい。起動判断器32を実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、制御回路は、プロセッサとメモリとを備える。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)である。メモリは、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリーといった、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクが該当する。
[0067]
 起動判断器32を実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路である場合、プロセッサが、メモリに記憶された起動判断器32の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリは、プロセッサが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
[0068]
 なお、起動判断器32は、差圧に基づいて起動方法を判断する場合に限らず、外気温または蒸発器温度に基づいて起動方法を判断してもよい。圧縮機15は、外気温が高くなるほど、差圧が大きくなるので、起動時の機械的な振動大きくなる。したがって、起動判断器32は、外気温が第1の温度以下である場合には、差圧が小さいので、通常起動を実行すると判断する。また、起動判断器32は、外気温が第2の温度以上である場合には、通常起動を実行すると判断する。また、起動判断器32は、蒸発器温度が第3の温度よりも高い場合には、通常起動を実行すると判断する。
[0069]
 また、インバータ回路17に用いるスイッチング素子51~56の一部または全部は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する半導体である。代表的なワイドバンドギャップ半導体は、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)またはダイヤモンドである。
[0070]
 ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子51~56は、電力損失が低いので、スイッチング素子51~56の高効率化が可能であり、また、冷媒回路101の高効率化が可能になる。
[0071]
 さらに、ワイドバンドギャップ半導体が用いられることで、キャリア周波数を高周波数にしても損失が増加しない。このため、キャリア周波数を高くするとともに、キャリア周波数に基づいて全てのスイッチング素子51~56を高速に制御することによって、スイッチング素子51~56を細かく制御することができるので、さらなる低振動を実現できる。
[0072]
 また、還流ダイオード81~86は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されてもよい。なお、スイッチング素子51~56、および還流ダイオード81~86は、ワイドバンドギャップ半導体に限定されない。
[0073]
 このように、実施の形態では、起動判断器32は、差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合には差圧起動を実行すると判断し、差圧が第1の差圧以下または第2の差圧以上の場合には通常起動を実行すると判断する。そして、圧縮機駆動回路102は、起動判断器32による判断結果に基づいて、通常起動または差圧起動を圧縮機15に実行させる。これにより、圧縮機15が起動する際の圧縮機15の振動を低減できるので、振動に起因する圧縮機15の損傷を低減することができる。
[0074]
 したがって、圧縮機15の振動による吐出口といった部材の疲労折損を低減することができるので、長期間に渡って動作の信頼性を確保することができる。また、長期間に渡って動作の信頼性を確保することができるので、長期間に渡って差圧起動を行うことが可能となる。そして、長期間に渡って差圧起動を行うことができるので、差圧分のエネルギー量を長期間に渡って削減することができる。したがって、起動時の省エネルギーにつながる。また、圧縮機15の起動速度が特定速度よりも速い場合であっても、圧縮機駆動回路102を適用することができる。
[0075]
 また、起動判断器32が、外気温度に基づいて差圧を推定するので、正確な差圧を容易に推定することができる。また、起動判断器32が、蒸発器温度に基づいて差圧を推定するので、正確な差圧を容易に推定することができる。また、起動判断器32が、電磁弁13のバルブの開閉状態、圧縮機15を停止してからの経過時間、圧縮機15が停止する前のモータ25の回転数、または圧縮機15が停止する前のインバータ回路17からモータ25への出力電圧を用いて、差圧を推定するので、正確な差圧を容易に推定することができる。
[0076]
 また、圧縮機15が停止する際には電磁弁13のバルブを閉じるので、圧縮機15の停止後も大きな差圧を維持することができる。これにより、圧縮機15が差圧起動を実行できる可能性が高くなるので、起動時に必要なエネルギー量を削減できる可能性が高くなる。
[0077]
 また、デューティ比制御器31がデューティ比91,92を調整することによって、通常起動と差圧起動とを切替えるので、通常起動と差圧起動との切替えを容易に実行することができる。
[0078]
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

符号の説明

[0079]
 11 蒸発器、12 膨張弁、13 電磁弁、14 凝縮器、15 圧縮機、16 直流電圧電源、17 インバータ回路、21,22 温度センサ、25 モータ、31 デューティ比制御器、32 起動判断器、51~56 スイッチング素子、61A,61B,62A,62B 圧力特性、65A,65B エネルギー量、71 振幅、72,91,92 デューティ比、73 出力電圧特性、74 キャリア周期、75 出力電圧の周期、81~86 還流ダイオード、100 冷凍サイクル装置、101 冷媒回路、102 圧縮機駆動回路、501~503 接続点。

請求の範囲

[請求項1]
 冷媒から熱を放出させる凝縮器と、
 前記冷媒に熱を吸収させる蒸発器と、
 前記凝縮器からの前記冷媒を吸入口から吸入してモータの回転により圧縮し、圧縮した前記冷媒を吐出口から前記蒸発器に吐出する圧縮機と、
 インバータ回路によって前記モータの回転を制御する圧縮機駆動回路と、
 を備え、
 前記圧縮機駆動回路は、前記圧縮機を起動する際の前記吸入口と前記吐出口との間の圧力差である差圧に基づいて、第1の振幅を有した出力電圧で前記圧縮機を起動させる通常起動と、前記第1の振幅よりも大きな第2の振幅を有した出力電圧で前記圧縮機を起動させる差圧起動と、の何れを前記圧縮機に実行させるかを判断する起動判断器を有し、
 前記起動判断器は、前記差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合には前記差圧起動を実行すると判断し、前記差圧が前記第2の差圧以上または前記第1の差圧以下の場合には前記通常起動を実行すると判断し、
 前記圧縮機駆動回路は、前記起動判断器による判断結果に基づいて、前記通常起動と前記差圧起動との何れかを前記圧縮機に実行させる、
 ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
[請求項2]
 前記圧縮機の外部の温度である外気温度を検出する第1の温度検出部をさらに備え、
 前記起動判断器は、前記外気温度に基づいて前記差圧を推定し、推定した前記差圧に基づいて前記通常起動と前記差圧起動との何れを前記圧縮機に実行させるかを判断する、
 ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
[請求項3]
 前記蒸発器の温度である蒸発器温度を検出する第2の温度検出部をさらに備え、
 前記起動判断器は、前記蒸発器温度に基づいて前記差圧を推定し、推定した前記差圧に基づいて前記通常起動と前記差圧起動との何れを前記圧縮機に実行させるかを判断する、
 ことを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
[請求項4]
 前記起動判断器は、前記冷媒の流路を止める電磁弁が有するバルブの開閉状態、前記圧縮機を停止してからの経過時間、前記圧縮機が停止する前の前記モータの回転数、または前記圧縮機が停止する前の前記インバータ回路から前記モータへの出力電圧を用いて、前記差圧を推定し、推定した前記差圧に基づいて前記通常起動と前記差圧起動との何れを前記圧縮機に実行させるかを判断する、
 ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
[請求項5]
 前記冷媒の流路を止める電磁弁をさらに備え、
 前記圧縮機が停止する際には前記電磁弁のバルブを閉じることによって、前記差圧を大きくする、
 ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
[請求項6]
 前記圧縮機駆動回路は、前記起動判断器による判断結果に基づいて、前記インバータ回路に印加する直流電圧のパルスのデューティ比を制御するデューティ比制御器をさらに有し、
 前記インバータ回路は、前記デューティ比に対応する出力電圧を前記圧縮機に出力することによって、前記通常起動と前記差圧起動とを切替える、
 ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
[請求項7]
 前記インバータ回路は、スイッチング素子を備え、
 前記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て構成されている、
 ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
[請求項8]
 吸入口から吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する圧縮機を制御するインバータ回路と、
 前記圧縮機を起動する際の前記吸入口と前記吐出口との間の圧力差である差圧に基づいて、第1の振幅を有した出力電圧で前記圧縮機を起動させる通常起動と、第1の振幅よりも大きな第2の振幅を有した出力電圧で前記圧縮機を起動させる差圧起動と、の何れを前記圧縮機に実行させるかを判断する起動判断器と、
 を有し、
 前記起動判断器は、前記差圧が第1の差圧よりも高くかつ第2の差圧よりも低い場合には前記差圧起動を実行すると判断し、前記差圧が前記第2の差圧以上または前記第1の差圧以下の場合には前記通常起動を実行すると判断し、
 前記インバータ回路は、前記起動判断器による判断結果に基づいて、前記通常起動と前記差圧起動との何れかを前記圧縮機に実行させる、
 ことを特徴とする駆動装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]