(57)【要約】【課題】２シリンダ型の圧縮機に搭載するモータとして出力の小さいモータを用いることができる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクルは、それぞれ圧縮室を有する２つのシリンダとモータを含む圧縮機を有するとともに、この圧縮機の吐出冷媒が順次に流れる凝縮器、減圧器、蒸発器を有する。前記圧縮機の起動に際し、前記圧縮室の２つの圧縮室のうち１つの圧縮室を前記モータで駆動する１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、前記圧縮機の負荷が設定値以下に低下したところで前記圧縮機の２つの圧縮室を前記モータで駆動する２シリンダ運転を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ圧縮室を有する２つのシリンダとモータを有する圧縮機、およびこの圧縮機の吐出冷媒が順次に流れる凝縮器、減圧器、蒸発器を含む冷凍サイクルと、
前記圧縮機の起動に際し、前記圧縮機の１つの圧縮室のみ用いる１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、前記圧縮機の負荷が設定値以下に低下したところで前記圧縮機の２つの圧縮室を用いる２シリンダ運転を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記圧縮機の起動に際し、前記圧縮室の１つの圧縮室のみ用いる１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、前記モータに流れる電流が設定値以下に低下したところで前記圧縮機の２つの圧縮室を用いる２シリンダ運転を実行する
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】
前記冷凍サイクルは、冷媒の蒸発温度の常用域がほぼ−５℃以下であり、
前記設定値は、前記圧縮機の起動開始時に前記モータに流れる電流の１／２の値である、
ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記圧縮機の起動に際し、前記圧縮室の１つの圧縮室のみ用いる１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度または蒸発圧力が設定値以下に低下したところで前記圧縮機の２つの圧縮室を用いる２シリンダ運転を実行する
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５】
前記制御手段は、前記圧縮機の起動に際し、前記圧縮室の１つの圧縮室のみ用いる１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、前記圧縮機の負荷が設定値以下に低下したところで前記圧縮機の２つの圧縮室を用いる２シリンダ運転を実行し、この２シリンダ運転の開始後、前記圧縮機の負荷が規定値（＞前記設定値）以上の場合に前記１シリンダ運転を実行し前記規定値未満の場合に前記２シリンダ運転を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、２シリンダ型の圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
それぞれ圧縮室を有する２つのシリンダおよび駆動用の１つのモータを有する２シリンダ型の圧縮機が知られている。この圧縮機は、２つの圧縮室で共に圧縮を行う２シリンダ運転および１つの圧縮室でのみ圧縮を行う１シリンダ運転が可能である。
【０００３】
この圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置では、負荷が小さい運転領域では圧縮機を１シリンダ運転して省エネルギー効果を得、それ以外の運転領域では圧縮機を２シリンダ運転する制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２４７０７７号公報
【特許文献２】特許第４３４３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２シリンダ型の圧縮機は、２つの圧縮室で圧縮を行うのに十分な動力が得られるよう、大きい出力（能力）のモータを搭載するのが一般的である。ただし、大きい出力のモータは、形状が大きいため圧縮機の大型化を招くとともに、価格が高い。
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、２シリンダ型の圧縮機に搭載するモータとして小さい出力のモータを用いることができる冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルおよび制御手段を備える。冷凍サイクルは、それぞれ圧縮室を有する２つのシリンダとモータを有する圧縮機、およびこの圧縮機の吐出冷媒が順次に流れる凝縮器、減圧器、蒸発器を含む。制御手段は、前記圧縮機の起動に際し、前記圧縮機の１つの圧縮室のみ用いる１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、前記圧縮機の負荷が設定値以下に低下したところで前記圧縮機の２つの圧縮室を用いる２シリンダ運転を実行する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の全体的な構成および圧縮機の２シリンダ運転を示す図。
【図２】一実施形態における圧縮機の１シリンダ運転を示す図。
【図３】一実施形態の制御を示すフローチャート。
【図４】一実施形態における高圧側圧力、低圧側圧力、モータ電流の時間的変化を示す図。
【図５】一実施形態における圧縮機の負荷とモータの効率との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。  
【００１０】
図１に示す２シリンダ型の圧縮機１は、圧縮室Ａを有する上部シリンダ２、圧縮室Ｂを有する下部シリンダ３、スプリング４、マグネット５、モータ６などを密閉されたケース１ａに収容している。
【００１１】
上部シリンダ２は、ローラ（ローリングピストンともいう）２ａ、およびこのローラ２ａの周面に摺接して圧縮室Ａ内部を圧縮領域と吸込領域とに区分するベーン２ｂを含み、ローラ２ａの偏心回転により冷媒を吸込んで圧縮しそれを圧縮機１のケース内１ａ内に吐出する。ベーン２ｂは、後端部に設けられたスプリング４の力を受けて先端面がローラ２ａの外周面に常に摺接する。
【００１２】
下部シリンダ３は、ローラ（ローリングピストンともいう）３ａ、およびこのローラ３ａの周面に摺接して圧縮室Ｂ内部を圧縮領域と吸込領域とに区分するベーン３ｂを含み、ローラ３ａの偏心回転により冷媒を吸込んで圧縮しそれを圧縮機１のケース１ａ内に吐出する。図１のように下部シリンダ３の圧縮室Ｂ内に低圧冷媒が導入される場合、圧縮機１のケース内圧力が圧縮室３内の冷媒圧力より高くなり、そのケース内圧力を受けて押されるベーン３ｂがローラ３ａの外周面に摺接する。図２のように圧縮室Ｂ内に高圧冷媒が導入される場合は、圧縮機１のケース内圧力と圧縮室Ｂ内の冷媒圧力とがバランスし、それまでローラ３ａの周面に押し付けられていたベーン３ｂがローラ３ａの周面から離れてマグネット５に吸着され保持される。
【００１３】
この上部シリンダ２，下部シリンダ３が上下方向に重ねて配置され、これら上部シリンダ２，下部シリンダ３の上方にモータ６が配置されている。モータ６は、１つの圧縮室の容量（負荷）に対応する小さい出力（能力）のモータであり、いわゆる１シリンダ運転用に設計されている。このモータ６の回転軸６ａが下方に延出されて圧縮室Ａ，Ｂの中心部に挿通され、その挿通部に圧縮室Ａのローラ２ａおよび圧縮室Ｂのローラ３ａが連結されている。
【００１４】
この圧縮機１から吐出される冷媒が凝縮器１１に流れ、その凝縮器１１から流出する冷媒が減圧器である例えば膨張弁１２を介して蒸発器１３に流れる。蒸発器１３から流出する冷媒はアキュームレータ１４に流入する。アキュームレータ１４に流入した冷媒は、一部が圧縮機１の圧縮室Ａに吸込まれ、残りが流路切換弁１５を介して圧縮機１の圧縮室Ｂに吸込まれる。
【００１５】
これら圧縮機１、凝縮器１１、膨張弁１２、蒸発器１３、アキュームレータ１４、流路切換弁１５により、冷凍サイクルが構成されている。この冷凍サイクルは、冷媒の蒸発温度の常用域が一般的な空気調和機の冷凍サイクルに比べてはるかに低いほぼ−５℃以下である。
【００１６】
流路切換弁１５は、図１のようにアキュームレータ１４と圧縮室Ｂとを結ぶ第１冷媒流路、および図２のように圧縮機１の冷媒吐出口と圧縮室Ｂとを結ぶ第２冷媒流路を、後述の制御部３０からの指令に応じて選択的に形成する。
【００１７】
第１冷媒流路の形成により、圧縮室Ａ，Ｂの両方に低圧冷媒が流れて上部シリンダ２及び下部シリンダ３の両方で圧縮を行う２シリンダ運転（ツイン運転ともいう）が実行される。第２冷媒流路の形成により、圧縮室Ａに低圧冷媒が流れて圧縮室Ｂに高圧冷媒が流れ、これにより圧縮室Ｂが空転状態となって上部シリンダ２のみで圧縮を行う１シリンダ運転（シングル運転ともいう）が実行される。
【００１８】
凝縮器１１の近傍に凝縮器用ファン１６が配置され、蒸発器１３の近傍に蒸発器用ファン１７が配置されている。さらに、冷媒の温度Ｔｅを検知する冷媒温度センサ１８が蒸発器１３に取付けられている。
【００１９】
商用交流電源２０にインバータ２１が接続され、そのインバータ２１の出力が圧縮機１のモータ６に供給される。インバータ２１は、交流電源電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を制御部３０から指令される所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧をモータ６への駆動電力として出力する。このインバータ２１とモータ６との間の通電ラインに電流センサ２２が配置されている。電流センサ２２は、モータ６に流れる電流Ｉｍを検知する。この電流センサ２２の検知結果が制御部３０に送られる。
【００２０】
制御部３０には、インバータ２１および電流センサ２２のほかに、流路切換弁１５、凝縮器用ファン１６のモータ、蒸発器用ファン１７のモータ、冷媒温度センサ１８、および運転条件設定用の操作表示部３１なども接続されている。
【００２１】
制御部３０は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路からなり、主要な機能として次の第１および第２制御手段を有する。
【００２２】
（１）圧縮機１の起動に際し、圧縮機１における１つの圧縮室Ａのみ用いる１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、圧縮機１の負荷が設定値以下に低下したところで圧縮機１における２つの圧縮室Ａ，Ｂを用いる２シリンダ運転を実行する第１制御手段。具体的には、電流センサ２２が検知するモータ電流Ｉｍを圧縮機１の負荷として監視し、モータ電流Ｉｍが設定値Ｉｍｓ以下に低下したところで、圧縮機１を１シリンダ運転から２シリンダ運転に切換える。設定値Ｉｍｓは、圧縮機１の起動開始時（１シリンダ運転の開始時）にモータ６に流れるモータ電流（初期モータ電流）Ｉｍの１／２以下の値である。
【００２３】
（２）上記２シリンダ運転の開始後、圧縮機１の負荷が規定値（＞前記設定値）以上の場合に圧縮機１の１シリンダ運転を実行し規定値未満の場合に圧縮機１の２シリンダ運転を実行する第２制御手段。具体的には、電流センサ２２が検知するモータ電流Ｉｍを圧縮機１の負荷として監視し、モータ電流Ｉｍが規定値Ｉｍｈ（＞Ｉｍｓ）以上の場合に圧縮機１を１シリンダ運転し、モータ電流Ｉｍが規定値Ｉｍｈ未満の場合に圧縮機１を２シリンダ運転する。
【００２４】
つぎに、制御部３０が実行する制御を図３および図４を参照しながら説明する。図３は制御を示すフローチャートである。図４は冷凍サイクルの高圧側圧力Ｐｄ、低圧側圧力Ｐｓ、１シリンダ運転時のモータ電流Ｉｍ、２シリンダ運転時のモータ電流Ｉｍのそれぞれ時間的変化を示している。
【００２５】
操作表示部３１のユーザ操作により運転開始が指示されたとき（起動時；ステップＳ１のＹＥＳ）、制御部３０は、圧縮機１を１シリンダ運転により起動する（ステップＳ２）。
【００２６】
この圧縮機１の起動に伴い、図４に示すように、冷凍サイクルの高圧側圧力Ｐｄが上昇方向に変化するとともに冷凍サイクルの低圧側圧力Ｐｓが下降方向に変化する。そして、１シリンダ運転の開始（起動開始）から所定時間の例えば３０秒程度が経過するころ、高圧側圧力Ｐｄおよび低圧側圧力Ｐｓがほぼ平坦の値となって安定する。つまり、冷凍サイクルの運転が安定する。冷凍サイクルの運転が安定するまでの上記所定時間は、冷凍サイクルの大きさや冷媒配管の長さ等に応じて定まる。
【００２７】
圧縮機１が停止しているときの高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差はほとんどなく、圧縮機１が起動を開始するときの負荷は大きくなる。圧縮機１が起動して冷凍サイクルの運転が安定するころには低圧側圧力Ｐｓが低くなるので、冷凍サイクルの運転が安定するときの負荷は起動開始時に比べて小さくなる。とくに、当該冷凍サイクルの冷媒の蒸発温度の常用域は一般的な空気調和機の冷凍サイクルに比べてはるかに低いほぼ−５℃以下なので、冷凍サイクルの運転が安定するときの負荷は起動開始時の負荷のほぼ半分以下に減少する。
【００２８】
圧縮機１のモータ６に流れるモータ電流Ｉｍは、負荷の減少に伴い徐々に下降していき、冷凍サイクルの運転が安定するのに伴い、ほぼ平坦の値となって安定する。このときのモータ電流Ｉｍの値は、初期モータ電流の１／２以下の値となる。この点を考慮し、初期モータ電流の１／２の以下の値を上記設定値Ｉｍｓとして定めている。
【００２９】
１シリンダ運転による圧縮機１の起動に伴い、制御部３０は、電流センサ２２により検知されるモータ電流Ｉｍと設定値Ｉｍｓとを比較する（ステップＳ３）。
【００３０】
モータ電流Ｉｍが設定値Ｉｍｓより高い場合（ステップＳ３のＮＯ）、制御部３０は、圧縮機１の１シリンダ運転を継続する（ステップＳ２）。その後、モータ電流Ｉｍが設定値Ｉｍｓ以下に低下したとき（ステップＳ３のＹＥＳ）、制御部３０は、圧縮機１を１シリンダ運転から２シリンダ運転に切換え（ステップＳ４）、最初のステップＳ１の判定に戻る。
【００３１】
最初のステップＳ１の判定に戻ったとき、制御部３０は、圧縮機１の起動が完了したとの判断の下に（ステップＳ１のＮＯ）、モータ電流Ｉｍと規定値Ｉｍｈとを比較する（ステップＳ５）。規定値Ｉｍｈは、設定値Ｉｍｓより少し高い値である。
【００３２】
モータ電流Ｉｍが規定値Ｉｍｈ未満の場合（ステップＳ５のＮＯ）、制御部３０は、圧縮機１の２シリンダ運転を継続し（ステップＳ４）、最初のステップＳ１の判定に戻る。
【００３３】
圧縮機１の負荷が増してモータ電流Ｉｍが規定値Ｉｍｈ以上に上昇した場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、制御部３０は、２シリンダ運転はモータ６にとって過負荷状態であるとの判断の下に、圧縮機１を２シリンダ運転から１シリンダ運転に切換える（ステップＳ６）。そして、制御部３０は、最初のステップＳ１の判定に戻り、同様の制御を繰り返す。
【００３４】
冷凍サイクルの冷凍能力の可変幅を増やすには、圧縮機１を１シリンダ運転するよりも２シリンダ運転するほうがよい。ただし、圧縮機１の負荷が大きい起動開始時は、１シリンダ用に設計されている小出力のモータ６では圧縮機１を２シリンダ運転することが困難となる。このため、圧縮機１の負荷が大きい起動開始時は、冷凍能力の可変幅を増やすことよりも、１シリンダ運転による圧縮機１の起動を優先するようにしている。その後、冷凍サイクルの運転が安定して圧縮機１の負荷が半減すれば、つまりモータ電流Ｉｍが設定値Ｉｍｓ以下に低下すれば、小出力のモータ６でも圧縮機１を十分に２シリンダ運転することが可能となる。
【００３５】
１シリンダ用に設計されている小出力のモータ６は、小形であり、しかも価格が低い。この小出力のモータ６を圧縮機１に搭載することにより、圧縮機１の小形化、軽量化、低コスト化が図れる。しかも、図５に示すように、小出力のモータ６は負荷が小さい領域において大きい出力のモータよりも効率が良いので、冷凍サイクルの省エネルギー性能が向上する。
【００３６】
小出力のモータ６の採用に伴い、インバータ２１の整流素子およびスイッチング素子の小形化も可能となる。この点でもコストの低減が図れる。
【００３７】
モータ電流Ｉｍを検知する電流センサ２２は、インバータ２１のスイッチング制御用としてもともと必須のものである。この電流センサ２２を１シリンダ運転と２シリンダ運転の切換制御に用いるので、新たな電流センサを用意する必要がない。この点でもコストの低減が図れる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、モータ電流Ｉｍを圧縮機１の負荷として監視したが、蒸発器１３における冷媒の温度Ｔｅまたは圧力Ｐｅを圧縮機１の負荷として監視してもよい。冷媒の温度Ｔｅは、蒸発器１３に取付けられている冷媒温度センサ１８により検知する。冷媒の圧力Ｐｅは、冷媒の温度Ｔｅから演算により求める。
【００３９】
この場合、制御部３０は、圧縮機１の起動に際し圧縮機１の１シリンダ運転を実行し、この１シリンダ運転の開始後、冷媒の温度Ｔｅまたは圧力Ｐｅが設定値以下に低下したところで圧縮機１の２シリンダ運転を実行する。この２シリンダ運転の開始後、冷媒の温度Ｔｅまたは圧力Ｐｅが規定値（＞設定値）以上の場合に圧縮機１の１シリンダ運転を実行し、冷媒の温度Ｔｅまたは圧力Ｐｅが規定値未満の場合に圧縮機１の２シリンダ運転を実行する。
【００４０】
その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１…圧縮機、Ａ，Ｂ…圧縮室、２ａ，３ａ…ローラ、２ｂ，３ｂ…ベーン、４…スプリング、５…マグネット、６…モータ、６ａ…回転軸、１１…凝縮器、１２…膨張弁（減圧器）、１３…蒸発器、１４…アキュームレータ、１５…流路切換弁、２０…商用交流電源、２１…インバータ、２２…電流センサ、３０…制御部
【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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