(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプまたは冷凍装置で使用される少なくとも１つのコンプレッサの保護方法であって、
前記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吸込温度を求め、
前記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吐出温度を求め、
前記少なくとも１つのコンプレッサに対して飽和吸込温度のリミットと飽和吐出温度のリミットとを定め、
飽和吸込温度及び飽和吐出温度の単位にそれぞれ関連する特定の第１の性能マージンと第２の性能マージンとを定め、
前記飽和吸込温度を該飽和吸込温度の下限を示す特定の温度と比較し、前記飽和吸込温度が前記特定の温度よりも低ければ、前記装置内でコンプレッサが運転されていれば、１つのコンプレッサを除負荷し、前記飽和吸込温度が前記特定の温度以上であれば、該飽和吸込温度を前記飽和吸込温度のリミットと前記第１の性能マージンとの和と比較し、
前記飽和吸込温度が前記飽和吸込温度のリミットと前記第１の性能マージンとの和以下の場合に、前記飽和吸込温度が前記飽和吸込温度のリミットよりも高いかどうかを判断し、
前記飽和吸込温度が前記飽和吸込温度のリミットと前記第１の性能マージンとの和よりも高い場合に、凝縮器コイルの結霜が該凝縮器コイルの機能不良を示す特定の割合よりも大きいかどうかを判断し、前記特定の割合よりも大きければ、前記コイルを除霜し、前記特定の割合よりも大きくなければ、前記装置内でコンプレッサが運転されていれば、１つのコンプレッサを除負荷し、
前記飽和吸込温度が前記飽和吸込温度のリミット以下の場合に、前記飽和吐出温度の変化率が該飽和吐出温度の急な変化を示す特定の値よりも大きいかどうかを判断し、前記特定の値よりも大きくなければ、前記飽和吐出温度の変化率が前記特定の値よりも大きいかどうかを定期的に判断するようにし、前記特定の値よりも大きいときには、前記コイルの結霜が前記特定の割合よりも大きいかどうかを判断し、前記特定の割合より大きければ、前記コイルを除霜し、前記特定の割合より大きくなければ、前記装置内でコンプレッサが運転されていれば、１つのコンプレッサを除負荷し、
前記飽和吸込温度が前記飽和吸込温度のリミットよりも高く、かつ該飽和吸込温度が前記飽和吸込温度のリミットと前記第１の性能マージンとの前記和以下の場合に、前記飽和吐出温度が前記飽和吐出温度のリミットから前記第２の性能マージンを引いた値よりも高いかどうかを判断し、高ければ、コンプレッサの負荷を禁止し、高くなければ、必要に応じてコンプレッサの負荷を許可することを含むことを特徴とするコンプレッサの保護方法。
【請求項２】
前記第１の性能マージンは、１０°Ｆであり、
前記第２の性能マージンは、２°Ｆであることを特徴とする請求項１記載のコンプレッサの保護方法。
【請求項３】
ヒートポンプまたは冷凍装置で使用される少なくとも１つのコンプレッサの保護方法であって、
前記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吸込温度を求め、
前記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吐出温度を求め、
前記少なくとも１つのコンプレッサに対して飽和吸込温度のリミットと飽和吐出温度のリミットとを定め、
飽和吸込温度及び飽和吐出温度の単位にそれぞれ関連する特定の第１の性能マージンと第２の性能マージンとを定め、
前記の飽和吸込温度のリミット及び飽和吐出温度のリミットと前記の第１及び第２の性能マージンとに基づいて好ましい動作領域を定め、前記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吸込温度及び飽和吐出温度が前記好ましい動作領域内であるかどうかを判断し、該好ましい動作領域内でなければ、凝縮器コイルを除霜するか、または前記装置内でコンプレッサが運転されていれば、１つのコンプレッサを除負荷することを含むことを特徴とするコンプレッサの保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機またはヒートポンプで使用されるコンプレッサの分野に関し、特に、コンプレッサをその適切な動作パラメータ内に維持することでコンプレッサを保護することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプは、冷凍サイクルを利用して比較的低温側から高温側へ熱（またはエネルギ）を移す。低温側では、比較的低い圧力で冷媒が蒸発する。これにより、液体が蒸気に変わり、空気、水、ブライン、または地表であってもよい媒体から熱が抽出される。発生した蒸気は、１つまたはそれ以上のコンプレッサを通過して、ここで圧力が上昇する。高圧の蒸気は、コンプレッサから出た後に凝縮器に流入し、ここで液体に変わる。この段階で、冷媒から熱が、空気、水、ブライン、または地表であってもよい他の媒体へ放出される。放出される熱の量は、低温側で抽出された熱の量と低圧側（低温側）から高圧側（高温側）へと蒸気冷媒を動かすのに必要なエネルギを加えた値にほぼ等しい。
【０００３】
ヒートポンプの冷凍サイクルは、反転させることができるので、このユニットは暖房と冷房の両方で使用することができる。２つのモードにおける冷媒サイクルは、基本的に同様である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ヒートポンプが効率的に動作するためには、冷媒と（空気、水、ブライン、または地表などの）媒体とのあいだに十分な温度差が存在する必要がある。効率の観点からは、ヒートポンプは、消費する（電気的）エネルギよりも大きな（熱的）エネルギを供給することが望ましい。
【０００５】
ヒートポンプまたは冷凍装置の中心部は、コンプレッサである。各種類のコンプレッサは、関連するコンプレッサマップ、即ち飽和吸込温度と飽和吐出温度の面積関数を有する。製造業者は、一般に、コンプレッサがそのコンプレッサマップ内で動作している場合にコンプレッサの信頼性を保証する。残念ながら、コンプレッサは、突然故障するまでユーザに気づかれることなく、コンプレッサマップの外側で動作するおそれがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
簡単に述べると、制御装置が、冷凍機またはヒートポンプの一部として動作するコンプレッサを含む装置の飽和吸込温度と飽和吐出温度とを監視する。コンプレッサが、そのコンプレッサマップから外れて動作すると、制御装置は、コンプレッサがそのコンプレッサマップ内で確実に動作するように制御を行う。このような制御動作には、装置が暖房モードの場合における凝縮器コイルの除霜やユニットへの電力供給の停止が含まれる。
【０００７】
本発明の１つの実施例では、ヒートポンプまたは冷凍装置で使用される少なくとも１つのコンプレッサの保護方法は、（ａ）上記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吸込温度（以下ＳＳＴと略す）を求め、（ｂ）上記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吐出温度（以下ＳＤＴと略す）を求め、（ｃ）上記少なくとも１つのコンプレッサに対して第１及び第２のリミットを定め、（ｄ）上記少なくとも１つのコンプレッサに対して、第１及び第２のリミットに関連して第１及び第２の特定の性能マージンを定め、（ｅ）第１及び第２のリミットと第１及び第２の性能マージンとに基づいて、上記少なくとも１つのコンプレッサが好適な領域内で動作しているかどうかを判断して、好適な領域内で動作していない場合に、続いて処置を講じることを含む。
【０００８】
本発明の１つの実施例では、ヒートポンプまたは冷凍装置で使用される少なくとも１つのコンプレッサの保護方法は、（ａ）上記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吸込温度（ＳＳＴ）を求め、（ｂ）上記少なくとも１つのコンプレッサの飽和吐出温度（ＳＤＴ）を求め、（ｃ）上記少なくとも１つのコンプレッサに対して第１及び第２のリミットを定め、（ｄ）上記少なくとも１つのコンプレッサに対して、第１及び第２のリミットに関連して第１及び第２の特定の性能マージンを定め、（ｅ）ＳＳＴを特定の温度と比較して、ＳＳＴが特定の温度よりも低ければ、装置内に動作しているコンプレッサがあれば、１つのコンプレッサへの電力供給を停止し、ＳＳＴが特定の温度以上であれば、ＳＳＴを第１のリミットと第１の性能マージンとの和と比較し、（ｆ）ＳＳＴが第１のリミットと第１の性能マージンとの和以下の場合に、ＳＳＴが第１のリミットよりも高いかどうかを判断し、（ｇ）ＳＳＴが第１のリミットと第１の性能マージンとの和よりも高い場合に、凝縮器コイルの結霜が特定の割合よりも大きいかどうかを判断し、特定の割合よりも大きいときには、コイルを除霜し、特定の割合より大きくなければ、装置内に動作しているコンプレッサがあれば、１つのコンプレッサへの電力供給を停止し、（ｈ）ＳＳＴが第１のリミット以下の場合に、ＳＤＴの変化率が特定の値よりも大きいかどうかを判断し、特定の値よりも大きくなければ、ＳＤＴの変化率が特定の値よりも大きいかどうかを定期的に判断し、特定の値より大きければ、コイルの結霜が特定の割合よりも大きいかどうかを判断し、特定の割合よりも大きいときには、コイルを除霜し、特定の割合より大きくなければ、装置内に動作しているコンプレッサがあれば、１つのコンプレッサへの電力供給を停止し、（ｉ）ＳＳＴが第１のリミットよりも高く、かつＳＳＴが第１のリミットと第１の性能マージンとの和以下の場合に、ＳＤＴが第２のリミットから第２の性能マージンを引いた値よりも高いかどうかを判断し、この値よりも高いときには、コンプレッサへの電力供給を禁止し、この値より高くなければ、必要に応じてコンプレッサへの電力供給を許可することを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、どのような種類のヒートポンプまたは冷凍機にも適用可能であるが、以下の説明では、空気対水方式のヒートポンプに主に焦点を当てている。
【００１０】
図１を参照すると、一般的なコンプレッサマップが、飽和吸込温度（以下ＳＳＴと略す）と飽和吐出温度（以下ＳＤＴと略す）のパラメータ内の動作領域を示している。線によって囲まれた領域は、所定のコンプレッサの安全な動作領域である。
【００１１】
図２では、凝縮器２０が、電子式膨張弁ＥＸＶを介して蒸発器３０と流体的に連通している。蒸発器３０からの蒸気は、コンプレッサ４０へ移動し、ここで蒸気は、凝縮器２０に入る前に液化されるとともに加圧される。好ましくは吸込圧力変換器である変換器６０は、吸込圧力を求めて、飽和圧力と飽和温度との間の周知の単純な線形の関係に基づいて吸込圧力を飽和吸込温度ＳＳＴに変換する。好ましくは吐出圧力変換器である変換器７０は、吐出圧力を求めて、この吐出圧力を飽和吐出温度ＳＤＴに変換する。適切な温度を直接読み取るサーミスタは、選択的に使用され得るが、好ましい圧力変換器の方が正確性が高いと考えられている。ＳＳＴとＳＤＴは、制御装置１８によって読み取られる。制御装置１８は、マイクロ制御装置またはＣＰＵとすることができ、特定のコンプレッサのために予めプログラムすることが可能であり、また、必要に応じて異なるコンプレッサのために選択的にプログラムすることが可能である。
【００１２】
図３を参照すると、制御装置１８によって読み取られたＳＳＴとＳＤＴは、図示のフローチャートに従って処理される。ステップ１１０で、１５秒毎にＳＳＴを測定する。ＳＳＴは、ステップ１２０で、制御される特定のユニットのコンプレッサマップに基づいてコンプレッサの製造業者によって提供された、“Ｘ”として示されている所定の温度と比較される。“リミット１”、“リミット２”、“Ｙ”（ステップ１４０，１５０）及び“Ｚ”（ステップ１６０，１７０）として示されている値もコンプレッサマップに基づいている。例えば、キャリアコーポレイションの型番３０ＲＨ１７／２１／２６／３３／４０／５０／６０／７０／８０／９０／１００／１２０／１４０／１６０／２００／２４０では、リミット１＝６８°Ｆ，リミット２＝１５０°Ｆ，Ｘ＝−４°Ｆ，Ｙ＝１０°Ｆ，Ｚ＝２°Ｆである。
【００１３】
ＳＳＴがＸ°Ｆ以下であれば、ステップ１２５で１つのコンプレッサの電力供給を停止する。ＳＳＴがＸ°Ｆよりも高ければ、ステップ１４０で示すように、ＳＳＴがリミット１よりも所定の値“Ｙ”だけ高いかどうかを判断する。ＹＥＳであれば、本願と同時に出願された米国特許出願第０９／５２５３４８号、名称「可逆ヒートポンプの除霜制御」で説明されているように、ステップ１４２でコイルの結霜を確認する。コイルの結霜が７５％よりも大きければ、ステップ１４４で示すようにコイルを除霜する。コイルの結霜が７５％よりも小さければ、ステップ１４６で示すように１つのコンプレッサへの電力供給を停止する。
【００１４】
ステップ１４０でＳＳＴがリミット１＋Ｙ°Ｆ以下であれば、ステップ１５０で、ＳＳＴがリミット１よりも大きいかどうかを確認するために、ＳＳＴの値を確認する。ＳＳＴがリミット１より大でなければ、ステップ１５２でＳＤＴの変化率を確認し、例えば１．１°Ｆ／分などの特定の値よりも大きいかどうかを確認する。厳密な値は、制御するコンプレッサによって決まる。変化率が１．１°Ｆ／分よりも大きければ、ステップ１５４でコイルの結霜の割合を確認する。変化率が１．１°Ｆ／分以下であれば、図３で３分として示されている特定の時間がきたら変化率を再度確認する。ステップ１５４でコイルの結霜の割合が７５％よりも大きければ、ステップ１５８でコイルを除霜し、結霜の割合が７５％より大きくなければ、ステップ１５６で１つのコンプレッサへの電力供給を停止する。
【００１５】
ＳＳＴがリミット１より大であれば、即ち、コンプレッサが通常のＳＳＴ範囲内で動作している場合には、ステップ１６０でＳＤＴがリミット２から安全マージン“Ｚ”を引いた値よりも高いかどうかを判断する。ＹＥＳであれば、ステップ１６２でコンプレッサへの電力供給を禁止する。ＮＯであれば、ステップ１７０で示すように、必要に応じて安全にコンプレッサへの電力供給を許可することができる。
【００１６】
従って、本発明は、コンプレッサが、コンプレッサマップ内で動作し、即ち、コンプレッサの寿命及び信頼性を保証する製造業者の保証規定によって保証されることを確実にする。
【００１７】
本発明は、特定の好適実施例及び添付図面を参照して説明したが、当業者であれば分かるように、本発明は、好適実施例に限定されるものではなく、請求項によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更などを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なコンプレッサマップの説明図である。
【図２】冷凍回路の概略的な説明図である。
【図３】本発明の方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１８…制御装置
２０…凝縮器
３０…蒸発器
４０…コンプレッサ
６０…吸込圧力変換器
７０…吐出圧力変換器
【図１】
0003940562.tif 000002
【図２】
0003940562.tif 000003
【図３】
0003940562.tif 000004