(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの回転速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、
この異常検出手段が異常を検出したとき、圧縮機を保護する保護手段と、
を備え、前記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における、速度検出手段の現時点の検出結果と前回の検出結果との差に基づき、異常を検出することを特徴とする圧縮機の異常保護装置。
【請求項２】
圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの回転速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、
この異常検出手段が異常を検出したとき、圧縮機を保護する保護手段と、
を備え、前記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における速度検出手段の検出結果と、その所定の区間より１つ手前の区間における速度検出手段の検出結果との差に基づき、異常を検出することを特徴とする圧縮機の異常保護装置。
【請求項３】
圧縮機および弁開度の制御が可能な膨張弁を備えた冷凍サイクルと、
前記圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、
この異常検出手段が異常を検出したとき、前記膨張弁の開度を絞る開度制御手段と、
を備え、前記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における、速度検出手段の現時点の検出結果と前回の検出結果との差に基づき、異常を検出することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】
圧縮機および弁開度の制御が可能な膨張弁を備えた冷凍サイクルと、
前記圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、
この異常検出手段が異常を検出したとき、前記膨張弁の開度を絞る開度制御手段と、
を備え、前記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における速度検出手段の検出結果と、その所定の区間より１つ手前の区間における速度検出手段の検出結果との差に基づき、異常を検出することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、
この異常検出手段が異常を検出したとき、前記圧縮機の吸込冷媒量を低減する保護手段と、
前記異常検出手段が異常を検出したときの空気調和機の運転状態に関する複数のデータを記憶する記憶手段と、
空気調和機の運転状態が前記記憶手段に記憶されている状態と一致するとき、前記保護手段の前回の動作結果に応じて圧縮機の吸込冷媒量を制御する第２の保護手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】
請求項５に記載の冷凍サイクル装置において、
異常検出手段は、圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの回転速度に応じて圧縮機の異常を検出することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮機の異常時の保護を行う圧縮機の異常保護装置および冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機や冷蔵庫などのいわゆる冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器などを順次に配管接続した冷凍サイクルを備える。圧縮機は、密閉ケースにモータを収容し、そのモータの動力によって冷媒を吸込み圧縮する。
【０００３】
このような冷凍サイクルでは、蒸発器で蒸発しきれなかった液冷媒がそのまま圧縮機に吸込まれることによる、いわゆる液圧縮を生じることがある。この液圧縮は、圧縮機故障の大きな要因となる。
【０００４】
すなわち、液圧縮が生じると、圧縮室内の圧力が異常上昇し（リギッドハンマリング現象）、吐出弁の破損、シャフト軸のかじり、シリンダの破損、吐出マフラの破損などに波及する。圧縮機ばかりでなく、圧縮機に接続のパイプや部品が破損するなど、冷凍サイクル全体の故障に波及することもある。
【０００５】
対策として、冷凍サイクルの低圧側にアキュームレータを設ける、冷凍サイクルの冷媒封入量をなるべく少なくする、膨張弁によるスーパヒート制御を行う、圧縮機モータの最高回転数をインバータにより制限する、圧縮機の起動時の回転数をインバータにより徐々に上げるなど、種々の工夫がなされている。
【０００６】
冷媒の吸込管がシリンダに直接的に接続され且つケース内圧力がそのまま冷凍サイクルの高圧側圧力となるようなロータリ形やスクロール形の圧縮機を持つ冷凍サイクルの場合、あるいは冷媒量の多い冷凍サイクルの場合、アキュームレータの設置は必須となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アキュームレータがあっても、それだけで全ての問題を解決できることにはならない。
たとえば、据付け現地で冷媒の追加調整を要するタイプの冷凍サイクルでは、冷媒が過充填されることがある。過充填がなされると、たとえアキュームレータがあっても、圧縮機への液冷媒の吸込みは避けられない。
【０００８】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、圧縮機の異常たとえば液圧縮に際し圧縮機の十分な安全を確保できる圧縮機の異常保護装置を提供することにある。
また、この発明は、圧縮機の異常たとえば液圧縮に際し圧縮機の十分な安全を確保できる冷凍サイクル装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の異常保護装置は、圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの回転速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段が異常を検出したとき、圧縮機を保護する保護手段と、を備え、前記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における、速度検出手段の現時点の検出結果と前回の検出結果との差に基づき、異常を検出する。
【００１０】
第２の発明の圧縮機の異常保護装置は、圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの回転速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段が異常を検出したとき、圧縮機を保護する保護手段と、を備え、上記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における速度検出手段の検出結果と、その所定の区間より１つ手前の区間における速度検出手段の検出結果との差に基づき、異常を検出する。
【００１１】
第３の発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機および弁開度の制御が可能な膨張弁を備えた冷凍サイクルと、上記圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段が異常を検出したとき、上記膨張弁の開度を絞る開度制御手段と、を備え、上記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における、速度検出手段の現時点の検出結果と前回の検出結果との差に基づき、異常を検出する。
【００１２】
第４の発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機および弁開度の制御が可能な膨張弁を備えた冷凍サイクルと、上記圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段が異常を検出したとき、上記膨張弁の開度を絞る開度制御手段と、を備え、上記異常検出手段は、各区間のうち所定の区間における速度検出手段の検出結果と、その所定の区間より１つ手前の区間における速度検出手段の検出結果との差に基づき、異常を検出する。
【００１６】
第５の発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段が異常を検出したとき、上記圧縮機の吸込冷媒量を低減する保護手段と、上記異常検出手段が異常を検出したときの空気調和機の運転状態に関する複数のデータを記憶する記憶手段と、空気調和機の運転状態が上記記憶手段に記憶されている状態と一致するとき、上記保護手段の前回の動作結果に応じて圧縮機の吸込冷媒量を制御する第２の保護手段と、を備える。
【００１７】
第６の発明の冷凍サイクル装置は、第５の発明において、異常検出手段は、圧縮機のロータの１回転を複数の区間に分け、各区間におけるロータの回転速度に応じて圧縮機の異常を検出する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。一実施例として、空気調和機への適用を説明している。
図１に示すように、圧縮機１の吐出口に四方弁２を介して室外熱交換器３が配管接続される。この室外熱交換器３に電動膨張弁４を介して室内熱交換器５が配管接続される。そして、室内熱交換器５に上記四方弁２を介して圧縮機１の吸込口が配管接続される。電動膨張弁４は、供給される駆動パルスの数（pls ）に応じて開度が変化する。
【００１９】
この配管接続により、冷房および暖房が可能なヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。なお、アキュームレータは設けていない。
冷房時は、圧縮機１から吐出される冷媒が図示実線矢印の方向に流れ、室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器５が蒸発器として機能する。
【００２０】
暖房時は、四方弁２の切換により、圧縮機１から吐出される冷媒が図示破線矢印の方向に流れ、室内熱交換器５が凝縮器、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。
【００２１】
圧縮機１の吐出口と四方弁２との間の高圧側配管にバイパス回路（配管）６の一端が接続され、そのバイパス回路６の他端が室外熱交換器３と電動膨張弁４との間の液側配管に接続される。そして、バイパス回路６の中途部に二方弁７が設けられる。
【００２２】
室外熱交換器３に対し室外ファン８が設けられる。この室外ファン８の運転により、室外熱交換器３に室外空気が供給される。室内熱交換器５に対し室内ファン９が設けられる。この室内ファン９の運転により、室内空気が室内熱交換器５を通して循環する。そして、室内ファン９の吸込風路に室内温度センサ１０が設けられる。
【００２３】
圧縮機１の密閉ケース（後述する）にケース温度センサ１１が取付けられる。室外熱交換器３に熱交換器温度センサ１２が取付けられる。室内熱交換器５に熱交換器温度センサ１３が取付けられる。
【００２４】
圧縮機１は、図２に示すように、密閉ケース３１で覆われている。この密閉ケース３１の下部に吸込管３２が取付けられ、上部に吐出管３３が取付けられる。さらに、密閉ケース３１の上部にターミナル端子３４が設けられる。
【００２５】
密閉ケース３１の内部には、電動機部としてブラシレス直流モータ４０が収容されるとともに、圧縮機部５０が収容される。
ブラシレス直流モータ４０は、ステータ４１およびロータ４２からなる。ステータ４１の内周面には多数の巻線収容スロットが配列され、これらスロットに複数の相巻線４３が埋め込み装着される。ロータ４２は、円盤状の多数枚の鋼板を軸方向に積層し、芯となる部分にシャフト４４を通すとともに、そのシャフト  ４４を囲む位置にたとえば４つの永久磁石片を収容している。
【００２６】
ステータ４１の各相巻線４３に対する通電が順次切換えられることにより（転流）、各相巻線４３に順次に磁界が生じ、それとロータ４２の各永久磁石片が作る磁界との相互作用により、ロータ４２に回転トルクが生じる。
【００２７】
圧縮機部５０は、上記シャフト４４を支持するためのメインベアリング５１およびサブベアリング５２を有し、この両ベアリング５１，５２間にシリンダ５３を有する。シリンダ５３内にはシャフト４４の偏心部４４ａが収容される。この偏心部４４ａの外周にローラ５４が装着され、そのローラ５４の周りに圧縮室  ５５が形成される。圧縮室５５には吸込口５６が連通され、その吸込口５６に上記吸込管３２が連通される。また、シリンダ５３において、圧縮室５５と対応する位置に吐出口（図示しない）が形成される。
【００２８】
ブラシレス直流モータ４０が駆動されてロータ４２およびシャフト４４が回転することにより、圧縮機部５０のローラ５４が偏心回転し、圧縮室５５に吸入圧が生じる。この吸入圧によって吸込管３２から圧縮室５５に冷媒が吸込まれる。吸込まれた冷媒は圧縮室５５で圧縮された後、上記吐出口から密閉ケース３１内へ吐出される。密閉ケース３１内へ吐出された冷媒は、上記吐出管３３を介して上記冷凍サイクルに供給される。
【００２９】
密閉ケース３１の内底部には潤滑油（図示しない）が収容される。この潤滑油は、圧縮機部５０の機械的な潤滑作用を確保するとともに、圧縮機部５０を冷却するためのものである。
【００３０】
一方、商用交流電源２０にインバータ回路２１が接続される。インバータ回路２１は、電源電圧を整流し、それを複数のスイッチング素子のオン・オフにより後述の制御部２３からの指令に応じた周波数の電圧に変換して出力するもので、出力のディジタル制御が可能である。このインバータ回路２１の出力は、圧縮機１の上記ターミナル端子３４を介してブラシレス直流モータ４０に駆動電力として供給される。
【００３１】
インバータ回路２１とブラシレス直流モータ４０との接続ラインに位置検知回路２２が接続される。位置検知回路２２は、ブラシレス直流モータ４０の各相巻線のうち非通電相巻線に生じる誘起電圧を取込み、その取込み電圧のレベルと基準値との比較に基づきブラシレス直流モータ４０のロータ４２の回転位置を検知する。
【００３２】
制御部２３は、空気調和機の全般にわたる制御を行う。この制御部２３に、上記四方弁２、電動膨張弁４、二方弁７、室外ファン８、室内ファン９、室内温度センサ１０、ケース温度センサ１１、インバータ回路２１、位置検知回路２２、は受光部２４が接続される。
【００３３】
受光部２４は、リモートコントロール式の操作器（以下、リモコンと略称する）２５から発せられる運転条件設定用の赤外線光を受光する。
制御部２３は、主要な機能手段として次の［１］ないし［７］を備える。
【００３４】
［１］室内温度センサ１０の検知温度Ｔａをリモコン２５の設定室内温度Ｔｓに収束させるべく、圧縮機１の回転速度（＝ブラシレス直流モータ４０の回転速度）を指令する手段。
【００３５】
［２］ブラシレス直流モータ４０の各相巻線を励磁するための相電圧をインバータ回路１１から順次に出力させ、その各相電圧のオン・オフデューティを上記指令される回転速度に応じて調節し、かつ各相電圧の出力タイミング（＝出力周波数）を位置検知回路２２で検知される回転位置に基づき制御する回転速度制御手段。
【００３６】
［３］圧縮機１のブラシレス直流モータ４０のロータ４２の１回転を複数の区間（ブラシレス直流モータ４０が４極３相なら１２区間）に分け、各区間におけるロータ４２の回転速度を検出する速度検出手段。
【００３７】
［４］速度検出手段により検出される回転速度に応じて圧縮機１の異常を検出する異常検出手段。
［５］異常検出手段が異常を検出したとき、圧縮機１を保護する第１の保護手段。
【００３８】
［６］異常を検出した時の状況データを記憶する記憶手段。
［７］次回の運転時に、状況に応じ記憶したデータ（状況データ）を基に異常発生を回避して運転を継続する第２の保護手段。
【００３９】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
運転中、室内温度センサ１０の検知温度Ｔａとリモコン２５の設定室内温度  Ｔｓとの差に応じて圧縮機１の回転速度（ブラシレス直流モータ４０の回転速度）が制御される。この回転速度制御により、室内温度Ｔａが設定室内温度Ｔｓへ向け変化する。
【００４０】
この運転中において、圧縮機１の１回転中の速度が常に監視され、この速度が大きく低下した時、液圧縮状態等の異常発生と判断する。そして、この異常発生時には、その時の圧縮機１の回転速度が所定値だけ（本実施例では16rps ）低下される。同時に、この時の運転状況、たとえば冷媒の凝縮器・蒸発器温度や外気温度などが検出され、この運転状況データに対応付けられて異常発生時の圧縮機１の回転速度が異常時回転速度データ値Ｓabとして記憶される。さらに、この際、低下させられた圧縮機１の回転速度（Ｓab−16rps ）が回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)として運転状況データに対応付けて記憶される。
【００４１】
以後、運転中は、異常発生時と同じ運転状況下で、圧縮機１の回転速度（指令値）が回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)を超える場合、一旦Ｓmax(Tc,Te)にて回転速度上昇を抑え、その後、所定時間ごとに徐々に圧縮機１の回転速度を上昇させる（本実施例では 5分ごとに2rps）。但し、圧縮機１の回転速度が異常時回転速度データ値Ｓabを超えることがないよう制限される。
【００４２】
すなわち、一旦異常が検出された場合、その後、異常発生時と同じ状況下では、異常発生時の圧縮機回転速度を超えることがなく、かつ異常発生時の圧縮機回転速度に至るまで低い圧縮機回転速度から徐々に回転速度を上昇させる。この結果、最終的には異常時回転速度データ値Ｓabと回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)が一致するようになる。そして、この時の異常時回転速度データ値Ｓabがそのときの状況下で圧縮機１が異常発生なく運転可能な許容最大回転速度となる。したがって、種々の状況下で予め実験的に許容最大回転速度を定めておく必要がなくなる。
【００４３】
また、空気調和機の設置条件によってこの許容最大回転速度は異なるが、予め実験的に許容最大回転速度を定める場合、安全許容度を大きくとって、許容最大回転速度を低い値に設定する必要がある。しかしながら、本制御によれば、空気調和機自身がその設置状況における最適な許容最大回転速度を決定するため、許容最大回転速度が低い値に制限されることはない。
【００４４】
回転速度制御の具体例を図３のフローチャートに示している。
指令回転速度Ｆが取込まれるとともに（ステップ101 ）、熱交換器温度センサ１２，１３の検知温度である凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅが読込まれる（ステップ102 ）。
【００４５】
続いて、凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅに対応付けられている回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)が制御部２３のメモリから読出され（ステップ103 ）、それと指令回転速度Ｆとが比較される（ステップ104 ）。
【００４６】
指令回転速度Ｆが回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)と同じまたはそれより大きく（ステップ104 のYES ）、かつ指令回転速度Ｆが前回の値と変わっている場合には（ステップ105 のYES ）、目標回転速度ＦｎとしてＳmax(Tc,Te)が決定される（ステップ106 ）。そして、圧縮機１の回転速度を徐々に上昇させるためのタイマＴ1 がリセットされて再スタートされた後（ステップ107 ）、圧縮機１が目標回転速度Ｆｎとなるようインバータ駆動がなされる（ステップ108 ）。
【００４７】
指令回転速度Ｆが回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)より小さい場合には（ステップ104 のNO）、目標回転速度Ｆｎとして指令回転速度Ｆがそのまま決定される（ステップ109 ）。そして、圧縮機１が目標回転速度Ｆｎとなるようインバータ駆動がなされる（ステップ108 ）。
【００４８】
指令回転速度Ｆが回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)と同じまたはそれより大きく（ステップ104 のYES ）、かつ指令回転速度Ｆが前回の値と変わりない場合には（ステップ105 のNO）、タイマＴ1 のカウント値と設定値Ｔset とが比較される（ステップ110 ）。
【００４９】
カウント値が例えば 5分である設定値Ｔset に達しないうちは（ステップ110 のNO）、目標回転速度Ｆｎに変更はない。
カウント値が設定値Ｔset に達すると（ステップ110 のYES ）、目標回転速度Ｆｎとして［Ｓmax(Tc,Te)＋2rps］が決定される（ステップ111 ）。ただし、この目標回転速度Ｆｎと異常時回転速度データ値Ｓabとの比較がなされる（ステップ112 ）。異常時回転速度データ値Ｓabは、後述するが、過去の異常発生時の目標回転速度であり、凝縮器温度Ｔｃおよび蒸発器温度Ｔｅに対応付けてメモリに記憶されている。
【００５０】
目標回転速度Ｆｎが異常時回転速度データ値Ｓabと同じまたはそれより小さい場合には（ステップ112 のNO）、目標回転速度Ｆｎ（＝Ｓmax(Tc,Te)＋2rps）と元々の指令回転速度Ｆとが比較される（ステップ113 ）。この比較において、目標回転速度Ｆｎが指令回転速度Ｆと同じまたはそれより小さければ目標回転速度Ｆｎの変更はなく、目標回転速度Ｆｎが指令回転速度Ｆより大きい場合には指令回転速度Ｆが目標回転速度Ｆｎとして変更設定される（ステップ114 ）。
【００５１】
目標回転速度Ｆｎが異常時回転速度データ値Ｓabより大きい場合には（ステップ112 のYES ）、異常時回転速度データ値Ｓabが目標回転速度Ｆｎとして変更設定される（ステップ115 ）。
【００５２】
こうして得られる目標回転速度Ｆｎは、以後の回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)として更新される（ステップ116 ）。
一方、圧縮機１に液冷媒が過多に吸込まれる状況として、起動後の数分間、低温運転時、室外熱交換器３の除霜時などがある。その他、液冷媒の過多の吸込みは、冷凍サイクルに冷媒が過充填された際など頻繁に発生し易く、また複数の室内ユニットを有するマルチタイプの空気調和機であれば室内ユニットの運転台数の切替時に発生し易い。
【００５３】
たとえば、除霜時を例に説明すると、暖房時は、室外熱交換器（蒸発器）３に徐々に霜が付着し、そのままでは熱交換ができなくなって暖房能力の低下を招いてしまう。そこで、室外熱交換器３の着霜時、四方弁２が切換えられ（反転され）、圧縮機１から吐出される高温冷媒がそのまま室外熱交換器３に供給されるいわゆる除霜サイクルが形成される（逆サイクル除霜とも称す）。
【００５４】
四方弁２の切換に際しては、圧縮機１を一旦停止してから四方弁２を切換え、その後で圧縮機１を再起動するという制御が実行される。この再起動に際し、圧縮機１に蓄えられていた熱量、圧縮機１の新たな圧縮作用により生じる冷媒ガスの昇温、さらにはブラシレス直流モータ４０の発熱などが室外熱交換器３に加わり、除霜が始まる。このとき、室外熱交換器３に供給されたガス冷媒は液化され、それに冷凍サイクル中に残存していた液冷媒が加わることで、多量の液冷媒が室内側熱交換器５を通って圧縮機１の吸入管３２に流入し、圧縮室５５に吸込まれる。
【００５５】
圧縮室５５に多量の液冷媒が吸込まれると、そこで液圧縮が生じ、圧縮機１の圧縮負荷が異常上昇する。このときの圧力は、通常時の数倍から10倍にも達するようになる。
【００５６】
この異常発生時、大きな負荷トルクが発生することから、ブラシレス直流モータ４０の回転速度や角速度が一瞬低下したり、しばらくその状態が続く現象が見られる。
【００５７】
液冷媒の多量の吸込みは、除霜時だけでなく、起動直後からしばらくの間や、冷凍サイクルに冷媒を過充填した際などは頻繁に発生し易い。
そこで、運転中、図４のフローチャートに示す異常検出制御が行われる。
【００５８】
ブラシレス直流モータ４０のロータ４２の１回転が複数の区間（４極３相なら１２区間）に等分され、その各区間が位置検知回路２２の回転位置検知に基づいて捕捉されるごとに（ステップ201 のYES ）、タイマＴ2 の時間カウントＴｍが読取られる（ステップ202 ）。
【００５９】
ブラシレス直流モータ４０ではロータ４２の回転位置に基づき転流が行われており、４極のモータの場合は１回転が12等分の区間に等分されて、１回転のうち12回の転流が行われる。上記時間カウントＴｍは１回転の1/12の区間の回転に要した時間であり、その各区間におけるロータ４２の回転速度Ｒ(i) が1/12・Ｔｍとして算出される（ステップ203 ）。
【００６０】
回転速度Ｒ(i) が算出されると、タイマＴ2 がリセットされて再スタートされるとともに（ステップ204 ）、今回算出の回転速度Ｒ(i) と前回算出の回転速度Ｒo(i)との差が所定値20rps 以上あるかどうかの判別がなされる（ステップ205 ）。
【００６１】
今回算出の回転速度Ｒ(i) が前回算出の回転速度Ｒo(i)に対し所定値20rps 以上低下している場合には、圧縮機１の圧縮負荷が異常上昇したとの判断の下に、異常処理制御が実行される（ステップ206 ）。そして、次回の判別のために、今回算出の回転速度Ｒ(i) がＲo(i)として更新記憶される（ステップ207 ）。
【００６２】
異常処理制御は、ブラシレス直流モータ４０の回転速度を低下させ、この回転速度低下によって圧縮機１への吸込冷媒量、つまり液冷媒の吸込量を低減させる。具体例を図５のフローチャートに示している。
【００６３】
すなわち、熱交換器温度センサ１２，１３の検知温度である凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅが読込まれ（ステップ301 ）、それに対応付ける形で、そのときの指令回転速度Ｆが異常時回転速度データ値Ｓabとしてメモリに記憶される（ステップ302 ）。
【００６４】
目標回転速度Ｆｎから所定値16(rps) を減算した値が新たな目標回転速度Ｆｎとして設定されるとともに（ステップ303 ）、その新たな目標回転速度Ｆｎが回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)としてメモリに記憶される（ステップ304 ）。そして、圧縮機１が新たな目標回転速度Ｆｎとなるようインバータ駆動がなされる（ステップ305 ）。
【００６５】
制御部２３のメモリに記憶される回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)および異常時回転速度データ値Ｓabのフォーマットを次の表１、表２、表３、表４に示す。いずれも凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅを運転状況データとして、これに対応付ける形で各データ値Ｓmax(Tc,Te)、Ｓabを記憶している。
【００６６】
【表１】
0003686195.tif 000002
【００６７】
【表２】
0003686195.tif 000003
【００６８】
【表３】
0003686195.tif 000004
【００６９】
【表４】
0003686195.tif 000005
【００７０】
表１は運転開始に際して初期設定される回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)、表２は運転開始に際して初期設定される異常時回転速度データ値Ｓabをそれぞれ示しており、運転許容範囲外である58℃＜Ｔｃ、−10℃＜ＴｅまたはＴｅ＞21℃では圧縮機停止となっているが、これ以外の範囲においては、インバータ回路  ２１に設定されている最大回転数max が記憶されている。すなわち、初期状態においては、回転速度の制限はない。なお、運転開始当初は室内温度や外気温度が高いためにＴｅ＞21℃となっている場合もあるため、このＴｅ温度の条件（Ｔｅ＞21℃）による圧縮機１の停止判断は運転開始から空気調和機の運転が安定する数分後に初めて実施されるような条件付けをする必要がある。
【００７１】
その後、実際に運転し、何度かの異常が発生した後には、この表１の回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)は表３のように変化し、異常時回転速度データ値Ｓabは表４のように変化している。
【００７２】
例えば、18℃＜Ｔｅ≦21℃および50℃＜Ｔｃ≦53℃の範囲では、異常時回転速度データ値Ｓabには95rps が記憶され、回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)には91rps が記憶されている。すなわち、この温度範囲においては、過去に圧縮機回転速度が95rps で異常が検出されており、このときの回転速度が記憶される。
【００７３】
この際、回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)には79rps(=95-16) が記憶されていたはずであるが、回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)の91rps は、その後の運転において、回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)が徐々に上昇し、91rps の値にまで異常発生なく運転してきたことを表わしている。
【００７４】
なお、本制御によれば、圧縮機１の回転速度が低めに抑制されるため、極力、条件を厳しくすることが望ましい。そのため、本実施例では凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅとの組合せを条件としたが、さらに外気温度、室内温度などのより多くの異常発生時の状況パラメータを追加し、これらの条件に対応させて回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)、異常時回転速度データ値Ｓabを記憶させておくことが望ましい。
【００７５】
インバータ駆動は次のように行われる。
目標回転速度Ｆｎからロータ４２の１回転に要する時間Ｔｒ（＝１／Ｆｎ）が求められ、さらに上記時間カウントＴｍに基づきロータ４２の１回転に要している実際の時間Ｔｔ（＝ΣＴｍ(i) ）が求められる（ i＝ 1〜12）。
【００７６】
Ｔｒ＞Ｔｔなら、通電相の通電ＰＷＭ幅が拡大されて出力トルクが増大され、回転速度の増加される。逆のＴｒ＜Ｔｔなら、通電相の通電ＰＷＭ幅が縮小されて出力トルクが低下され、回転速度が低減される。
【００７７】
このように、圧縮機１の異常に際してブラシレス直流モータ４０の回転速度を所定値だけ低下させ、圧縮機１への吸込冷媒量（液冷媒の吸込量）が低減することにより、圧縮室５５におけるそれ以上の液圧縮が防止される。これにより、リギッドハンマリング現象、吐出弁３３の破損、シャフト４４のかじり、シリンダ５３の破損、吐出マフラの破損などの不具合が回避され、圧縮機１をはじめとする冷凍サイクル機器の安全性および信頼性が向上する。
【００７８】
実験では、ブラシレス直流モータ４０の回転速度を半分に低下した場合、圧縮室５５内の圧力が少なくとも１／４以下になることが確認されている。圧力を低下する手段としては、もちろん、圧縮機１を停止する方法もある。
【００７９】
また、冷凍サイクルにアキュームレータを設けることなく液圧縮を防止できるので、部品コストの低減が図れる。また、冷凍サイクルへの冷媒の封入量を制限する必要もないので、装置の基本性能を犠牲にすることなく、安全を確保することができる。
【００８０】
なお、ステップ305 で回転速度低下の制御が実行された後、制御フローは図３のスタートに戻り、ステップ101 からステップ105,110,107 を通り、タイマＴ1 を起動する。その後、 5分経過後、ステップ101 での判断がYES となり、ステップ111 で圧縮機１の回転速度が 2rps だけ上昇される。その後、記憶された異常時回転速度データ値Ｓabを下回り、かつ指令回転速度Ｆがそのときの目標回転速度Ｆｎを上回っている限り、タイマＴ1 が 5分を計時するたびに目標回転速度  Ｆｎが 2rps ずつ増加される。
【００８１】
通常運転への復帰後は、上記記憶された異常時回転速度データ値Ｓabおよび回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)が機能するので、液圧縮の再発が極力防止される。
【００８２】
以下、変形例について説明する。
（１）上記実施例では、ロータ４２の12等分の区間の回転速度Ｒ(i) を計算によって求めるようにしたが、各区間ごとのカウント時間Ｔｍを速度に相当する値として使用することも可能である。
【００８３】
この場合、回転速度Ｒ(i) の算出処理（ステップ203 ）が不要となり、回転速度変化の判断として、（Ｒo(i)−20）＞Ｒ(i) に代わり、（Ｔmo＋ｔ）＞Ｔｍが用いられる。Ｔmoは前回の１回転の12等分の区間の回転に要した時間、ｔは回転速度低下基準時間である。
【００８４】
（２）上記実施例では、現時点の回転速度Ｒ(i) と前回算出の回転速度Ｒo(i)との差に基づいて圧縮機１の異常を検出したが、所定の区間における回転速度  Ｒ(i) とそれよりも１つ手前の区間における回転速度Ｒo(i-1)との差に基づいて圧縮機１の異常を検出するようにしてもよい。この場合の処理を図６のフローチャートに示している。上記実施例のステップ205 の判別に代わり、ステップ205aの判別がなされ、所定の区間における回転速度Ｒ(i) が区分番号１の区間に対応するとき（i=1 ）、１つ手前の区間の回転速度Ｒo(i-1)として区分番号１２の区間が対応する。
【００８５】
（３）目標回転速度Ｆｎと回転速度Ｒ(i) との差に基づいて圧縮機１の異常を検出するようにしてもよい。この場合の処理を図７のフローチャートに示している。回転速度Ｒ(i) が目標回転速度Ｆｎに対し所定値20rps 以上低下した場合に、圧縮機１の圧縮負荷が異常上昇しているとの判断になる。なお、指令回転速度Ｆと回転速度Ｒ(i) との比較によって圧縮機１の回転速度異常低下を検出することも可能であるが、実際の圧縮機１の回転速度は異常時回転速度データ値Ｓabと回転速度制限データ値Ｓmax(Tc,Te)により制限される場合もあるため、これらの制限が加わっている状況下では、指令回転速度Ｆと回転速度Ｒ(i) との比較による圧縮機１の回転速度異常低下検出は困難である。
【００８６】
（４）図１に示すようにインバータ回路２１と圧縮機１と接続ラインに電流センサ１４を取付けてブラシレス直流モータ４０への入力電流Ｉを検出し、その検出電流Ｉと設定値Ｉset との比較に基づいて圧縮機１の異常を検出するようにしてもよい。この場合の処理を図８のフローチャートに示し、電流変化の例を図９に示している。
【００８７】
すなわち、入力電流Ｉが検出され（ステップ401 ）、その検出電流Ｉと設定値Ｉset とが比較される（ステップ402 ）。圧縮負荷が異常上昇すると、検出電流Ｉが急上昇してピーク値を示し、検出電流Ｉが設定値Ｉset を超える（ステップ402 のYES ）。このとき、異常処理制御が実行される（ステップ403 ）。
【００８８】
（５）上記実施例では、圧縮機１の異常時、ブラシレス直流モータ４０の回転速度を低下させることで圧縮機１への吸込冷媒量（液冷媒の吸込量）を低減したが、二方弁７を開いて除霜用のバイパス回路６を開放し、高温・高圧のガス冷媒の一部をバイパス回路６を通して液側ラインに供給することで圧縮機１への液バックを抑制するようにしてもよい。
【００８９】
（６）上記実施例において、異常検出後の再度の異常発生防止のために凝縮器温度と蒸発器温度をパラメータとして回転速度を抑制したが、他のパラメータを用いて異常発生を回避するようにしてもよい。例えば、異常検出時の運転モード（冷房・暖房・除霜）及びケース温度センサ１１の検知温度（圧縮機１の密閉ケース３１の温度）Ｔcaを当該空気調和機の運転状態としてメモリに記憶しておき、これに基づき圧縮機１の異常発生を予防してもよい。すなわち、液冷媒の吸込み時は液冷媒が圧縮機１内で蒸発するため、圧縮機１の温度が急速に低下する。したがって、運転中の運転モードが記憶された以前の運転モードと一致し、かつケース温度センサ１１の検知温度Ｔcaが記憶された圧縮機１の異常検出時の圧縮機温度に対し、所定値α以内に近付いた時、つまり液圧縮が再発する可能性の高い状態になったとき、圧縮機１の吸込冷媒量を低減するようにすれば、圧縮室  ５５での液圧縮が未然に防止できる。液圧縮が発生する度に圧縮機１にダメージを与えることから、このような予防処置は非常に有効である。
【００９０】
この場合、液圧縮を予防するための回転速度低下を行うごとに、液圧縮の再発判別用の所定値αを安全サイド側に若干量ずつ更新するようにしてもよい。
液圧縮を予防するための回転速度低下は圧縮機１の安全を確保する上で重要であるが、その予防処置（回転速度低下）は暖房の立上がりを遅くするなど、空調性能を犠牲にしてしまう心配がある。対策として、所定値αを安全サイド側に若干量ずつ更新することにより、圧縮負荷の異常上昇が発生せずにしかも空調性能が犠牲にならない、最適な運転状態を設定することができる。
【００９１】
この場合、所定値αの安全サイド側への更新が何度か繰り返されるうちに、液圧縮が再発する可能性があるが、その場合には、当初に設定される所定値αと最後に更新設定された所定値αと間に最適条件があるはずである。
【００９２】
設計者は、所定値αとして最低必要なものを初期設定しておけばよい。単に冷凍サイクル機器の故障を回避するだけではなく、システム自身が経験値を基に最適な性能と信頼性を両立したシステムを作り上げることになる。
【００９３】
これは、設計者にとっても極めて楽であるばかりでなく、多様化した市場環境に順応した最適なシステムを提供することになる。つまり、システム自身が自己最適化する機能を持つことになり、設計者が固定的に設定した設計値よりより高い性能と信頼性を得ることが保証される。
【００９４】
また、設計者は、開発負担を大幅に減らせ得るばかりではなく、上記記憶内容を読むことが出来れば、類似の設計に反映がし易くなるとともに、運転状況の判断が可能となって冷媒量を調整するなどのサービスがし易くなる利点がある。
【００９５】
（７）上記実施例では、回転速度の低下によって吸込冷媒量を低減する構成としたが、電動膨張弁４の開度を絞ることで吸込冷媒量を低減する構成としてもよい。
【００９６】
すなわち、運転中に液圧縮状態等の異常発生が検出された場合、その時の電動膨張弁４の開度が所定値だけ（本実施例では16pls ）減少される。同時に、この時の運転状況、たとえば凝縮器・蒸発器温度Ｔｃ，Ｔｅ及び目標回転速度Ｆｎが取込まれ、この運転状況データに対応付けられて異常発生時の電動膨張弁４の開度が異常時弁開度データ値Ｓvab として記憶される。さらに、この際、減少された電動膨張弁４の開度（Ｓvab −16pls ）が膨張弁最大開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te,Fn)として運転状況データ(Tc,Te,Fn)に対応付けて記憶される。
【００９７】
以後、運転中、電動膨張弁４の開度はスーパーヒート制御による指令弁開度Ｖに基づき制御されるが、凝縮器・蒸発器温度Ｔｃ，Ｔｅ及び目標回転速度Ｆｎが以前の異常発生時と同じ運転状況下で、指令弁開度Ｖが膨張弁最大開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te,Fn)を超える場合、一旦Ｓvmax(Tc,Te,Fn)にて弁開度の上昇を抑え、その後、所定時間ごとに徐々に弁開度を大きくする（本実施例では 5分ごとに2pls）。但し、電動膨張弁４の開度が異常時弁開度データ値Ｓvab を超えることがないよう制限される。
【００９８】
すなわち、一旦異常が検出された場合、その後、異常発生時と同じ状況下では、異常発生時の弁開度を超えることがなく、かつ異常発生時の弁開度に至るまで徐々に弁開度を大きくする。この結果、最終的には異常時弁開度データ値Ｓvab と膨張弁最大開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te,Fn)が一致するようになる。そして、この時の異常時弁開度データ値Ｓvab がそのときの状況下で圧縮機１が異常発生なく運転可能な許容弁開度となる。
【００９９】
なお、本制御により圧縮機１での液冷媒圧縮を防止できるのは、電動膨張弁４の開度を小さく（絞る）すれば、冷媒は凝縮器に溜まり、蒸発器を流れる冷媒量が減少し、冷媒は確実に蒸発器で蒸発するようになり、圧縮機１まで液冷媒が流れ込むことがなくなることによる。
【０１００】
この場合の弁開度制御を図１０のフローチャートに示している。
指令弁開度Ｖが取込まれるとともに（ステップ501 ）、熱交換器温度センサ  １２，１３の検知温度である凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅ、および目標回転速度Ｆｎが読込まれる（ステップ502 ）。
【０１０１】
凝縮器温度Ｔｃ、蒸発器温度Ｔｅ、目標回転速度Ｆｎに対応付けられている膨張弁最大開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te,Fn)が制御部２３のメモリから読出され（ステップ503 ）、それと指令弁開度Ｖとが比較される（ステップ504 ）。
【０１０２】
指令弁開度Ｖが膨張弁最大開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te,Fn)と同じまたはそれより大きく（ステップ504 のYES ）、かつ指令弁開度Ｖが前回の値と変わっている場合には（ステップ505 のYES ）、目標弁開度ＶｎとしてＳvmax(Tc,Te,Fn)が決定される（ステップ506 ）。そして、タイマＴ1 がリセットされて再スタートされた後（ステップ507 ）、目標弁開度Ｖｎとなるよう電動膨張弁４の開度が制御される（ステップ508 ）。
【０１０３】
指令弁開度ＶがＳvmax(Tc,Te,Fn)より小さい場合には（ステップ504 のNO）、目標弁開度Ｖｎとして指令弁開度Ｖがそのまま決定される（ステップ509 ）。そして、目標弁開度Ｖｎとなるよう電動膨張弁４の開度が制御される（ステップ  508 ）。
【０１０４】
指令弁開度ＶがＳvmax(Tc,Te,Fn)と同じまたはそれより大きく（ステップ504 のYES ）、指令弁開度Ｖが前回の値と変わりない場合には（ステップ505 のNO）、タイマＴ1 のカウント値と設定値Ｔset とが比較される（ステップ510 ）。
【０１０５】
カウント値が設定値Ｔset に達しないうちは（ステップ510 のNO）、目標弁開度Ｖｎに変更はない。
カウント値が設定値Ｔset に達すると（ステップ510 のYES ）、目標弁開度  Ｖｎとして［Ｓvmax(Tc,Te,Fn)＋2pls］が決定される（ステップ511 ）。ただし、この目標弁開度Ｖｎと異常時弁開度データ値Ｓvab との比較がなされる（ステップ512 ）。異常時弁開度データ値Ｓvab は、後述するが、過去の異常発生時の電動膨張弁４の開度であり、凝縮器温度Ｔｃ、蒸発器温度Ｔｅ、目標回転速度  Ｆｎに対応付けてメモリに記憶されている。
【０１０６】
目標弁開度ＶｎがＳvab と同じまたはそれより小さい場合には（ステップ512 のNO）、目標弁開度Ｖｎ（＝Ｓvmax(Tc,Te,Fn)＋2pls）と元々の指令弁開度Ｖとが比較される（ステップ513 ）。この比較において、目標弁開度Ｖｎが指令弁開度Ｖと同じまたはそれより小さければ目標弁開度Ｖｎの変更はなく、目標弁開度Ｖｎが指令弁開度Ｖより大きい場合に限り、指令弁開度Ｖが目標弁開度Ｖｎとして変更設定される（ステップ514 ）。
【０１０７】
目標弁開度ＶｎがＳvab より大きい場合には（ステップ512 のYES ）、Ｓvab が目標弁開度Ｖｎとして変更設定される（ステップ515 ）。
こうして得られる目標弁開度Ｖｎは、以後の膨張弁最大開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te,Fn)として更新される（ステップ516 ）。
【０１０８】
このような開度制御に加え、上記実施例と同様の異常検出の処理があり、さらに図１１のフローチャートに示す異常処理制御がある。
ここでの異常処理制御は、電動膨張弁４の開度を縮小方向に制御し、この開度縮小によって圧縮機１への吸込冷媒量（液冷媒の吸込量）を低減させる。
【０１０９】
すなわち、凝縮器温度Ｔｃと蒸発器温度Ｔｅが読込まれ（ステップ601 ）、それに対応付ける形で、そのとき電動膨張弁４の実際の開度Ｖａが異常時弁開度データ値Ｓvab として記憶される（ステップ602 ）。
【０１１０】
現時点の目標弁開度Ｖｎから所定開度16(pls) 分を減算した値が新たな目標弁開度Ｖｎとして設定されるとともに（ステップ603 ）、その新たな目標弁開度  Ｖｎが膨張弁開度制限データ値Ｓvmax(Tc,Te) としてメモリに記憶される（ステップ604 ）。そして、新たな目標弁開度Ｖｎとなるよう電動膨張弁４の開度が制御される（ステップ605 ）。
【０１１１】
（９）上記実施例では、ブラシレス直流モータ４０の回転速度を位置検知回路２２による回転位置検知に基づいて間接的に検出したが、ロータ４２の回転速度をセンサで直接的に検知してもよい。
【０１１２】
圧縮機モータとして交流モータを用いる場合には、モータのシャフトにホール素子を設けたり、ロータリエンコーダを取付けるなどの方法で速度検出を行うことが可能である。
【０１１３】
（10）上記実施例では、指令回転速度と実際の回転速度との対比によって圧縮負荷を検知したが、圧縮機１の圧縮室５５内の圧力を圧力センサで直接的に検知し、その検知圧力をそのまま圧縮負荷として捕らえるようにしてもよい。
【０１１４】
（11）インバータ駆動でない容量固定式の圧縮機を用いている場合には、回転速度制御が不可能なため、一般に知られているアンローダ装置との組合せによって圧縮負荷の異常上昇を緩和することが可能である。
【０１１５】
（12）空気調和機への適用について説明したが、それに限らず、冷蔵庫など他の装置への適用が可能である。
なお、以上の実施例によれば、圧縮機１での液冷媒圧縮が低減されるため、今まで圧縮機１への液冷媒の流れ込み防止のために冷凍サイクル中に設けられていたアキュームレータを取り除くことも可能である。
【０１１６】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、圧縮機の異常たとえば液圧縮に際し圧縮機の十分な安全を確保できる圧縮機の異常保護装置を提供できる。
また、この発明によれば、圧縮機の異常たとえば液圧縮に際し圧縮機の十分な安全を確保できる冷凍サイクル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の冷凍サイクルおよび制御回路の構成を示す図。
【図２】同実施例における圧縮機の内部の構成を断面して示す図。
【図３】同実施例の回転速度制御を説明するためのフローチャート。
【図４】同実施例の異常検出制御を説明するためのフローチャート。
【図５】同実施例の異常処理制御を説明するためのフローチャート。
【図６】同実施例の異常処理制御の変形例を説明するためのフローチャート。
【図７】同実施例の異常処理制御の他の変形例を説明するためのフローチャート。
【図８】同実施例の異常検出制御の変形例を説明するためのフローチャート。
【図９】図８の変形例におけるモータ電流波形の一例を示す図。
【図１０】同実施例の変形例として示す弁開度制御を説明するためのフローチャート。
【図１１】図１０の変形例における異常処理制御を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…電動膨張弁、５…室内熱交換器、６…バイパス回路、７…二方弁、１０…室内温度センサ、１１…ケース温度センサ、１２，１３…熱交換器温度センサ、２０…商用交流電源、２１…インバータ回路、２２…位置検知回路、２３…制御部、２５…リモコン、４０…ブラシレス直流モータ、４１…ステータ、４２…ロータ、５０…圧縮機部、５３…シリンダ、５５…圧縮室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003686195.tif 000012
【図８】
0003686195.tif 000013
【図９】
0003686195.tif 000014
【図１０】
0003686195.tif 000015
【図１１】
0003686195.tif 000016