(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期式の電動モータにより駆動され、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、
前記圧縮機（１００）から吐出される冷媒を冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力以上となり得る放熱器（２００）と、
前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧するとともに、前記放熱器（２００）出口側の冷媒温度に基づいて前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁（３００）と、
前記圧力制御弁（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４００）とを有し、
前記圧縮機（１００）が起動した時から前記圧縮機（１００）の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、前記圧縮機（１００）が起動する前の状態における前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力に基づいて決定される制御圧力以下となるように前記圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、前記圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする超臨界サイクル。
【請求項２】
同期式の電動モータにより駆動され、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、
前記圧縮機（１００）から吐出される冷媒を冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力以上となり得る放熱器（２００）と、
前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧するとともに、前記放熱器（２００）出口側（）の冷媒温度に基づいて前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁（３００）と、
前記圧力制御弁（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４００）とを有し、
【数１】
0003997669.tif 000002
Ｔref：前記圧縮機（１００）の起動前における前記放熱器（２００）出口側の冷媒温度
前記圧縮機（１００）が起動した時から前記圧縮機（１００）の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、前記数式１で決定される制御圧力（Ｐｃ）以下となるように前記圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、前記圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする超臨界サイクル。
【請求項３】
同期式の電動モータにより駆動され、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、
前記圧縮機（１００）から吐出される冷媒を冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力以上となり得る放熱器（２００）と、
前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧するとともに、前記放熱器（２００）出口側（）の冷媒温度に基づいて前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁（３００）と、
前記圧力制御弁（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４００）とを有し、
前記圧縮機（１００）が起動した時から所定時間が経過するまでの間は、前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、前記圧縮機（１００）が起動する前の状態における前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力に基づいて決定される制御圧力以下となるように前記圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、前記圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする超臨界サイクル。
【請求項４】
同期式の電動モータにより駆動され、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、
前記圧縮機（１００）から吐出される冷媒を冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力以上となり得る放熱器（２００）と、
前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧するとともに、前記放熱器（２００）出口側（）の冷媒温度に基づいて前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁（３００）と、
前記圧力制御弁（３００）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４００）とを有し、
【数２】
0003997669.tif 000003
Ｔref：前記圧縮機（１００）の起動前における前記放熱器（２００）出口側の冷媒温度
前記圧縮機（１００）が起動した時から所定時間が経過するまでの間は、前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、前記数式２で決定される制御圧力（Ｐｃ）以下となるように前記圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、前記圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする超臨界サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルのごとく、放熱器内（高圧側）の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フロンを冷媒とする冷凍サイクル（以下、未臨界冷凍サイクルと呼ぶ。）として、例えば特開平９−１４７７９号公報に記載の発明では、未臨界冷凍サイクルの起動時に、膨張弁の開度を開き気味に固定した状態で圧縮機の吐出側（高圧側）圧力と吸入側（低圧側）圧力との圧力差を小さくして、圧縮機の起動負荷の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超臨界冷凍サイクルは、未臨界冷凍サイクルに比べて、圧縮機の吐出側圧力（高圧側圧力）が高いので、特に超臨界冷凍サイクル（圧縮機）の起動時には、大きなトルク変動が圧縮機に発生する。このため、圧縮機を同期式の電動モータにて駆動する場合には、超臨界冷凍サイクル（圧縮機）の起動時に電動モータが脱調してしまい、電動モータが停止（ストール）してしまうおそれが高い。
【０００４】
因みに、同期式の電動モータの脱調とは、周知のごとく、回転子と固定子とのスリップ率が過度に大きくなり、回転子にトルクが発生しなくなる状態を言う。
【０００５】
なお、、超臨界冷凍サイクルでは、後述のごとく、放熱器出口側の冷媒温度に基づいて放熱器出口側の冷媒圧力を制御する必要があるので、上記公報に記載の手段を超臨界冷凍サイクルにそのまま適用することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、超臨界冷凍サイクルにおいて、超臨界冷凍サイクルの起動時に電動モータが脱調してしまうことを防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、同期式の電動モータにより駆動さる圧縮機（１００）が起動した時から圧縮機（１００）の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、圧縮機（１００）が起動する前の状態における放熱器（２００）出口側の冷媒圧力に基づいて決定される制御圧力以下となるように圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする。
【０００８】
これにより、超臨界冷凍サイクルの起動時における電動モータに作用するトルクの変動を小さくすることができるので、超臨界冷凍サイクル（圧縮機（１００））の起動時に電動モータが脱調してしまうことを防止でき、電動モータが停止（ストール）してしまうことを未然に防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、同期式の電動モータにより駆動さる圧縮機（１００）が起動した時から圧縮機（１００）の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、上記数式１で決定される制御圧力（Ｐｃ）以下となるように圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする。
【００１０】
冷媒圧力と冷媒温度とは所定の相関関係を有しているので、本発明も請求項１に記載の発明と同様に、超臨界冷凍サイクルの起動時における電動モータに作用するトルクの変動を小さくすることができる。したがって、超臨界冷凍サイクル（圧縮機（１００））の起動時に電動モータが脱調してしまうことを防止できるので、電動モータが停止（ストール）してしまうことを未然に防止できる。
【００１１】
請求項３の発明では、同期式の電動モータにより駆動さる圧縮機（１００）が起動した時から所定時間が経過するまでの間は、放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、圧縮機（１００）が起動する前の状態における放熱器（２００）出口側の冷媒圧力に基づいて決定される制御圧力以下となるように圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、圧縮機（１００）の回転数を所定回転数まで上昇させることを特徴とする。
【００１２】
これにより、所定時間を請求項１又は２に記載された所定回転数到達するに必要な時間とすれば、請求項１に記載の発明と同様に、超臨界冷凍サイクルの起動時における電動モータに作用するトルクの変動を小さくすることができるので、超臨界冷凍サイクル（圧縮機（１００））の起動時に電動モータが脱調してしまうことを防止でき、電動モータが停止（ストール）してしまうことを未然に防止できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、同期式の電動モータにより駆動される圧縮機（１００）が起動した時から所定時間が経過するまでの間は、放熱器（２００）出口側の冷媒圧力が、数式２で決定される制御圧力（Ｐｃ）以下となるように圧力制御弁（３００）の開度を調節しながら、圧縮機（１００）の回転数を上昇させることを特徴とする。
【００１４】
これにより、所定時間を請求項１又は２に記載された所定回転数到達するに必要な時間とすれば、請求項２に記載の発明と同様に、超臨界冷凍サイクルの起動時における電動モータに作用するトルクの変動を小さくすることができるので、超臨界冷凍サイクル（圧縮機（１００））の起動時に電動モータが脱調してしまうことを防止でき、電動モータが停止（ストール）してしまうことを未然に防止できる。
【００１５】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る超臨界冷凍サイクルを空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る超臨界サイクルの模式図である。図１中、１００は冷媒（本実施形態では、二酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機１００は、同期式の電動モータ（インダクションモータ）により駆動されるもので、本実施形態では、圧縮機１００と電動モータとが一体化された電動圧縮機を採用している。
【００１７】
２００は圧縮機１００から吐出した冷媒を大気と熱交換して冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる放熱器であり、３００は放熱器２００から流出する冷媒を減圧するとともに、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づいて放熱器２００出口側の圧力を制御する電気式の圧力制御弁である。
【００１８】
４００は圧力制御弁３００にて減圧された冷媒を蒸発させて空気を冷却する蒸発器であり、５００は超臨界サイクル内の余剰冷媒を貯えるとともに、蒸発器４００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機１００側に流出させるアキュームレータ（気液分離手段）である。
【００１９】
６１０は放熱器２００出口側（高圧側）の冷媒温度を検出する温度センサ（冷媒温度検出手段）であり、６２０は放熱器２００出口側（高圧側）の冷媒圧力を検出する圧力センサ（冷媒圧力検出手段）である。そして、両センサ６１０、６２０の検出値は、電子制御装置（ＥＣＵ）７００に入力されており、ＥＣＵ７００は、両センサ６１０、６２０の検出値に基づいて予め設定されたプログラムに従って圧力制御弁３００の開度（放熱器２００出口側の冷媒圧力）、並びに圧縮機１００（電動モータ）の回転数及び電動モータのトルクを制御する。
【００２０】
次に、図２に示すフローチャートに基づいて本実施形態の作動を述べる。
【００２１】
空調装置（超臨界冷凍サイクル）の起動スイッチ（Ａ／Ｃスイッチ）が投入（ＯＮ）されると（Ｓ１００）、圧縮機１００が起動する前に放熱器２００出口側の冷媒圧力（圧力センサ６２０の検出圧力）を読み込む（Ｓ１１０）。
【００２２】
そして、Ｓ１１０にて読み込んだ冷媒圧力（以下、この冷媒圧力を起動前圧力Ｐｏと呼ぶ。）に基づいて起動時における最大圧力（以下、この圧力を制御圧力Ｐｃと呼ぶ。）を決定するとともに（Ｓ１２０）、圧力制御弁３００の開度を予め設定された初期開度とする（Ｓ１３０）。なお、本実施形態では、起動前圧力Ｐｏに約２ＭＰａの圧力を加算した、起動前圧力Ｐｏより大きい圧力を制御圧力Ｐｃとしている。
【００２３】
次に、圧縮機１００が起動した時から圧縮機１００の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、放熱器２００出口側の冷媒圧力（高圧側）が、制御圧力Ｐｃ以下となるように圧力制御弁３００の開度を調節しながら、圧縮機１００の回転数を所定回転数まで上昇させる（Ｓ１４０〜Ｓ２１０）。なお、所定回転数とは、電動モータが脱調することなく安定的に回転することができる回転数を言うものである。
【００２４】
具体的には、圧縮機１００が起動後（Ｓ１４０）、圧縮機１００の回転数が所定回転数以下であるか否かを判定し（Ｓ１５０）、圧縮機１００の回転数が所定回転数以下であって、放熱器２００出口側の冷媒圧力が制御圧力Ｐｃ以下の間は、圧力制御弁３００の開度を初期開度とした状態で圧縮機１００の回転数を上昇させる（Ｓ１５０〜Ｓ１８０）。
【００２５】
また圧縮機１００の回転数が所定回転数以下であって、放熱器２００出口側の冷媒圧力が制御圧力Ｐｃを越えたときには、圧力制御弁３００の開度を増大させて放熱器２００出口側の冷媒圧力が制御圧力Ｐｃ以下となるようにしながら、圧縮機１００の回転数を上昇させる（Ｓ１９０〜Ｓ２１０）。
【００２６】
そして、圧縮機１００の回転数が所定回転数を越えたときには、放熱器２００出口側の冷媒圧力と放熱器２００出口側の冷媒温度とが、図３の太線（最適制御線η）で示される関係となるように、圧力制御弁３００の開度及び圧縮機１００の回転数を制御（通常制御）する（Ｓ２２０）。
【００２７】
なお、最適制御線ηは、例えば特願平８−１１２４８号に記載のごとく、放熱器２００出口側の冷媒温度と成績係数が最大となる放熱器２００出口側の冷媒圧力との関係を示すものである。
【００２８】
次に、本実施形態を特徴を述べる。
【００２９】
本実施形態によれば、圧縮機１００（電動モータ）の回転数が所定回転数（電動モータが安定的に回転することができる回転数）に到達するまでの間は、放熱器２００出口側の冷媒圧力（高圧側）が、制御圧力Ｐｃ以下となるように圧力制御弁３００の開度を調節しながら、圧縮機１００の回転数を所定回転数まで上昇させるので、超臨界冷凍サイクルの起動時における電動モータに作用するトルクの変動を小さくすることができる。したがって、超臨界冷凍サイクル（圧縮機１００）の起動時に電動モータが脱調してしまうことを防止できるので、電動モータが停止（ストール）してしまうことを未然に防止できる。
【００３０】
（第２実施形態）
本実施形態は、圧縮機１００（電動モータ）の回転数が所定回転数（電動モータが安定的に回転することができる回転数）に到達するまでに必要な時間が略一定になることに着目してなされたものである。
【００３１】
具体的には、第１実施形態におけるフローチャート（図２参照）のＳ１５０を、図４に示すように、起動した時から所定時間が経過したか否かを判定するステップ（Ｓ１５１）に変更したものである。
【００３２】
（第３実施形態）
本実施形態は、冷媒圧力と冷媒温度とは相関関係があることに着目してなされたものである。
【００３３】
以下、本実施形態の作動を図５に示すフローチャートに基づいて述べる。
【００３４】
超臨界冷凍サイクルの起動スイッチ（Ａ／Ｃスイッチ）が投入（ＯＮ）されると（Ｓ３００）、圧縮機１００が起動する前に放熱器２００出口側の冷媒温度（温度センサ６１０の検出温度）を読み込む（Ｓ３１０）。
【００３５】
そして、Ｓ３１０にて読み込んだ冷媒温度（以下、この冷媒温度を起動前温度Ｔrefと呼ぶ。）に基づいて、以下の数式３に従って制御圧力Ｐｃを決定するとともに（Ｓ３２０）、圧力制御弁３００の開度を予め設定された初期開度とする（Ｓ３３０）。
【００３６】
【数３】
Ｐｃ=2.312×10-3×（Ｔref）2+7.127×10-2×Ｔref＋3.488
次に、圧縮機１００が起動した時から圧縮機１００の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、放熱器２００出口側の冷媒圧力（高圧側）が、制御圧力Ｐｃ以下となるように圧力制御弁３００の開度を調節しながら、圧縮機１００の回転数を所定回転数まで上昇させる（Ｓ３４０〜Ｓ４１０）。
【００３７】
具体的には、圧縮機１００が起動後（Ｓ３４０）、圧縮機１００の回転数が所定回転数以下であるか否かを判定し（Ｓ３５０）、圧縮機１００の回転数が所定回転数以下であって、放熱器２００出口側の冷媒圧力が制御圧力Ｐｃ以下の間は、圧力制御弁３００の開度を初期開度とした状態で圧縮機１００の回転数を上昇させる（Ｓ３５０〜Ｓ３８０）。
【００３８】
また圧縮機１００の回転数が所定回転数以下であって、放熱器２００出口側の冷媒圧力が制御圧力Ｐｃを越えたときには、圧力制御弁３００の開度を増大させて放熱器２００出口側の冷媒圧力が制御圧力Ｐｃ以下となるようにしながら、圧縮機１００の回転数を上昇させる（Ｓ３９０〜Ｓ４１０）。
【００３９】
そして、圧縮機１００の回転数が所定回転数を越えたときには、放熱器２００出口側の冷媒圧力と放熱器２００出口側の冷媒温度とが最適制御線η（図３参照）で示される関係となるように、圧力制御弁３００の開度及び圧縮機１００の回転数を制御（通常制御）する（Ｓ４２０）。
【００４０】
なお、本実施形態は、上述のごとく、冷媒圧力と冷媒温度とは相関関係があることに着目してなされたものであるので、制御圧力Ｐｃを決定するに当たっては、上記数式３に示される２次の多項式に限定されるものではなく、その係数及び次数は、超臨界冷凍サイクルに求められる仕様により適宜選定する必要がある。
【００４１】
（第４実施形態）
本実施形態は、第３実施形態に係る超臨界冷凍サイクルにおいて、圧縮機１００（電動モータ）の回転数が所定回転数（電動モータが安定的に回転することができる回転数）に到達するまでに必要な時間が略一定になることに着目してなされたものである。
【００４２】
具体的には、第３実施形態におけるフローチャート（図５参照）のＳ３５０を、図６に示すように、起動した時から所定時間が経過したか否かを判定するステップ（Ｓ３５１）に変更したものである。
【００４３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る超臨界冷凍サイクルを空調装置に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、給湯器や冷凍機等のその他のものにも適用することができる。
【００４４】
また、上述の実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いたが本発明に係る超臨界冷凍サイクルの冷媒はこれに限定されるものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超臨界冷凍サイクルの模式図である
【図２】本発明の第１実施形態に係る超臨界冷凍サイクルのフローチャートである。
【図３】二酸化炭素のｐ−ｈ線図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る超臨界冷凍サイクルのフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る超臨界冷凍サイクルのフローチャートである。
【図６】本発明の第４実施形態に係る超臨界冷凍サイクルのフローチャートである。
【符号の説明】
１００…圧縮機、２００…放熱器、３００…圧力制御弁、４００…蒸発器、
５００…アキュムレータ、６１０…温度センサ、６２０…圧力センサ、
７００…ＥＣＵ。
【図１】
0003997669.tif 000004
【図２】
0003997669.tif 000005
【図３】
0003997669.tif 000006
【図４】
0003997669.tif 000007
【図５】
0003997669.tif 000008
【図６】
0003997669.tif 000009