JP2000297771A - スクロールコンプレッサーの騒音低減方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプを改良することである。 【解決手段】 ソレノイド（２１）で駆動される四方切
換バルブ（２０）を有するヒートポンプシステム（１
０）に、スクロール型のコンプレッサー（１２）が用い
られる。プロセッサ（２５）が、流れの反転が起こった
か、または起ころうとしていることを示すシステムパラ
メーターを監視し、検知したならばコンプレッサー（１
２）のモーター（１３）を所定時間停止させる。かくし
て、この期間においてコンプレッサー（１２）にわたる
低圧力差に起因するスクロール要素の分離によって発生
する、不快な騒音が防止される。この期間が終われば、
コンプレッサー（１２）のモーター（１３）は再起動さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートポンプに関す
るものであり、特にスクロールコンプレッサーを用いる
ヒートポンプシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スクロールコンプレッサーを用いること
は周知であり、この型のコンプレッサーが与える多くの
利点のために、業界に広く普及している。スクロールコ
ンプレッサーはヒートポンプシステムにおいて有効に動
作するが、システムの運転モードが変わったときに騒音
を発生することがある。これは暖房モードでの運転中
に、システムの制御装置が霜取りサイクルを要求したと
きに起こることが、最も多い。

【０００３】試験によって、コンプレッサーの騒音はコ
ンプレッサーの固定スクロールと旋回スクロールとの間
の差圧が小さくなり、そのためにスクロール要素が分離
した時に起こることが突き止められた。この現象は、四
方切換バルブが切り換えられて、システムを貫流する冷
媒流の方向が反転された後の、短い時間の間起こる。反
転が起こってからシステムが安定するまでには２０ない
し３０秒かかり、その後は通常の、比較的静かな運転に
戻る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的はヒートポンプを改良することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的はスクロール型
のコンプレッサーを用いるヒートポンプシステムにおい
て、システムを貫流する冷媒流が反転されたとき、特に
システムが暖房モードでの運転中に霜取りサイクルを行
っているときの、騒音を防止することによって達成され
る。プロセッサが、冷媒流の反転を意味する、システム
の四方切換バルブの切り換えが行われたときに、これを
検知するようにプログラムされている。プロセッサは検
知された信号を分析および処理して、反転が起こる直前
か、あるいは進行中であると判断したならば、システム
が安定化するのに十分な時間にわたってコンプレッサー
を停止させ、これによって反転期間の始まりに発生す
る、望ましくないコンプレッサー騒音を防止する。

【０００６】本発明の上記の、およびその他の目的は、
添付の図面に関連する詳細な説明によってより理解され
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】まず図１を見ると、全体として符
号１０を付した、本発明の教示を具現したヒートポンプ
システムが示されている。このシステムはスクロールコ
ンプレッサーを用いており、コンプレッサーはシステム
が冷房モードで運転しているときは、配管１１を通して
屋外熱交換機即ちコイル１４に、冷媒を送っている。こ
のモードにおいては屋外コイルは凝縮器として働いてお
り、凝縮された冷媒は冷媒配管１７を通って屋内熱交換
機即ちコイル１６に送られる。冷媒配管には膨張装置１
５が組み込まれており、これが配管を通る高圧冷媒を膨
張させて、圧力を低下させる。冷房モードにおいては屋
内コイルは蒸発器として働いており、屋内の空気から熱
を奪って、冷房効果を与える。屋内コイルで発生した冷
媒蒸気は、次いで配管１８を通してコンプレッサーの入
り口側に送られる。

【０００８】コンプレッサーの吸い込み側配管２４およ
び吐出側配管２３はいずれも、四方切換バルブ２０に連
結されており、四方切換バルブはシステムの運転モード
が変更されたときに、ソレノイドアクチュエータ２１に
よって切り換えられて、システムを貫流する冷媒の流れ
を反転させる。ソレノイドアクチュエータはプロセッサ
２５の制御下にあり、プロセッサは就中、システムが暖
房モードになったときにバルブを切り換える。このとき
はコンプレッサーからの高圧冷媒は屋内コイル１６に送
られ、屋内コイルは今度はシステムの凝縮器として働い
て、屋内の空気を暖める。その代わりに屋外コイルは蒸
発器として働き、周囲の環境から熱を抽出する。膨張装
置１５は、冷媒配管を通ってどちらの方向に流れる冷媒
をも、自動的に膨張させるように設計されている。

【０００９】熱センサー３０が屋外コイル１４と連携し
ており、温度のデータをシステムのプロセッサ２５に供
給する。システムが暖房モードにあるときは、プロセッ
サは温度データを処理および分析して、何時霜取りサイ
クルを開始すべきかを決定する。従来技術で周知である
ように、霜取りサイクルの間はシステムは熱力学的に反
転され、屋外コイルは凝縮器として働くので、熱交換機
コイルが暖められて、システムの効率を低下させるコイ
ル表面の霜または氷が融解される。

【００１０】後に更に詳しく説明するが、プロセッサは
霜取りサイクルを開始すべきであると判断したときに、
ソレノイドアクチュエータ２１に入力信号を送るように
プログラムされている。この信号が四方切換バルブを切
り換えさせ、システムを貫流する冷媒流を反転させる。

【００１１】上述したように、ヒートポンプを通る流れ
の反転が、スクロールコンプレッサーの不快な騒音を発
生させることがわかっている。スクロールコンプレッサ
ーは図２Ａ〜図２Ｄに示されるように、密閉された冷媒
のポケット３４を、図２Ａに示される低圧領域から、図
２Ｄに示される高圧領域へ移動させることによって動作
する。密閉された流体のポケットは２枚の端部プレート
と、固定スクロール要素４０と、旋回スクロール要素４
１によって仕切られている。一方の端部プレート３７は
固定スクロール要素４０を支持し、他方のプレート（図
示省略）は旋回スクロール要素４１を支持している。両
スクロール要素は平行な軸上に配置されており、したが
って密閉されたポケットは図示されるように、旋回スク
ロールが固定スクロールと転がり接触して移動するにつ
れて、減少し続ける容積の中に冷媒を閉じこめる。図示
されていないが、入り口及び出口ポートが設けられてお
り、冷媒を移動ポケット領域に出し入れする。

【００１２】コンプレッサーの、旋回および固定の両ス
クロール要素は、コンプレッサーにわたる圧力差が低い
ときは分離することがわかった。全てのスクロールコン
プレッサーは、低い圧力差の下で起こる一時的なスクロ
ール分離から逃れられない。実験によって、例えば霜取
りサイクルの始まりや終わりで、四方切換バルブが切り
換えられた直後に、低圧力差の期間が生じ、約２０秒間
にわたって続くことが示された。この期間において、不
安定な流れのためにスクロール要素が分離し、望ましく
ない騒音が発生するのである。

【００１３】上述したように、プロセッサ２５は、屋外
コイル１４に関する温度関連データをセンサー３０から
受け取り、この情報を処理して、何時霜取りサイクルを
開始すべきか、また終了すべきかを判断するようにプロ
グラムされている。ヒートポンプシステムが暖房モード
で運転しているときに霜取りサイクルを開始するには、
信号がソレノイドアクチュエータ２１に送られ、これが
四方切換バルブを切り換えて、システムを貫流する冷媒
流を反転させる。このときは屋外コイルは空気流のない
状態で凝縮器として動作し、コイルに付いた霜が融解さ
れる。霜取り処理が完了すれば、プロセッサは再びソレ
ノイドアクチュエータに信号を送って四方切換バルブを
切り換えさせ、システムは再び正常な暖房モードに戻
る。

【００１４】したがって、霜取りサイクルの始まりと終
わりの、各反転期間の間、コンプレッサーにわたる圧力
差が低くなり、望ましくない騒音が発生する。プロセッ
サはさらに、各霜取りサイクルの開始時及び終了時に一
定時間にわたって、コンプレッサーのモーター１３（図
１参照）を停止させるようにプログラムされている。プ
ロセッサは、霜取りサイクルが始まろうとしている、あ
るいは終わろうとしていると判断したならば、モーター
スイッチ２７（図１参照）に信号を送って、約３０秒
間、コンプレッサーのモーターを停止させる。この３０
秒間の停止時間が終わったならば、プロセッサは再びモ
ータースイッチに信号を送って、コンプレッサーのモー
ターを復帰させる。コンプレッサーを霜取りサイクルの
始まりと終わりに短い時間、停止させることによって、
この不安定期間の不愉快な騒音発生は防止される。

【００１５】次に図３を見ると、各霜取りサイクルの始
まりと終わり、あるいはシステムを貫流する冷媒が反転
されるその他の場合において、プロセッサがたどるべき
ステップを示すフローチャートが図示されている。プロ
セッサはソレノイドアクチュエータの電圧に関するデー
タを読んで格納し、システムが暖房モードになっている
かどうかを判断する。暖房モードになっていれば、四方
切換バルブは第一の位置にあり、ソレノイドアクチュエ
ータは起動されていない。したがってソレノイドの端子
にかかる電圧は０ボルトである。霜取りサイクルの始ま
りには、ソレノイドの端子には例えば２４ボルトの電圧
がかかり、ソレノイドは起動されて、四方切換バルブを
切り換える。

【００１６】格納されたデータは、四方切換バルブ２０
を通る冷媒流の方向が反転されたかどうかを判断するの
に用いられる。プロセッサ２５はソレノイド２１の入力
端子にわたる入力信号の、電圧レベルの値を検知し、検
知された入力信号の電圧レベルを、以前の運転モードに
おける入力信号の電圧レベルと比較する。例えば、ヒー
トポンプシステム１０が暖房モードで運転しているとき
は、ソレノイド２１への入力信号の電圧レベルは０ボル
トである。この値は、ブロック８０に示されるように、
プロセッサ２５によって格納される。プロセッサ２５
は、ブロック８２に示されるように、継続して入力信号
を監視する。プロセッサ２５がブロック８４に示される
ように入力信号の電圧レベルの変化を検知したならば、
プロセッサ２５は入力信号のサンプリングを０．５秒間
実行して、入力信号の電圧レベルの変化が起こったこと
を確認する（ブロック８６および８８参照）。すなわ
ち、この例においては、プロセッサ２５は入力信号の電
圧レベルを０．５秒間にＮ回読んで、これらのサンプリ
ングした電圧レベルと格納された入力信号の電圧レベ
ル、この場合は０ボルトとを比較する。もしプロセッサ
２５が、Ｎ個のサンプルのうちＭ個が、入力信号の電圧
レベルの変化が起こったことを示しており、現在の入力
信号は２４ボルトであると判断したならば、プロセッサ
２５は霜取りサイクルが始まったか、またはシステムの
運転モードが変更されたことを知り、コンプレッサーの
モーター１３を所定時間、通常は３０秒間にわたって、
停止させる。これらのステップはブロック９０、９２、
および９４に示されている。上述の手順は、冷房または
霜取りモードから暖房モードに復帰するときに、コンプ
レッサーのモーター１３を何時停止させるかの判断にも
用いられる。入力信号の電圧レベルは、本実施例に説明
されたものと異なっていても良い。

【００１７】ブロック９６に示されるように、コンプレ
ッサーのモーター１３が所定時間停止された後、プロセ
ッサ２５は自動的にコンプレッサーのモーター１３を再
作動させて、回路に復帰させる。次いでプロセッサ２５
はブロック９８に示されるように３０秒タイマーをリセ
ットし、ブロック８０に示されるように新しい入力電圧
値をメモリに格納する。

【００１８】コンプレッサー１２を何時停止させるかを
判断するのに、その他の方法を用いてもよいことは、当
業者にとっては明らかであろう。例えば、上述したよう
に、システム１０が運転モードを変更したときは、吐出
側及び吸い込み側の圧力に突然の変化が起こる。したが
って、コンプレッサー１２を何時停止させるかを判断す
るのに、吐出側及び吸い込み側の圧力を監視することも
可能である。また吐出圧力が変化するときには、コンプ
レッサーのモーター１３の電圧値も変化する。したがっ
て、コンプレッサー１２を何時停止させるかを判断する
のに、コンプレッサーのモーター１３の電圧値を監視す
ることも可能である。同様に屋外コイルの温度からの適
切な入力データをプロセッサに供給し、それに基づいて
コンプレッサーのモーターを作動および停止させてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の教示を具現した、スクロールコンプレ
ッサーを用いるヒートポンプを示す概略図である。

【図２】図２Ａ〜図２Ｄは図１のシステムに用いられる
コンプレッサーの、スクロール要素のはめ合い関係を図
示した、圧縮作用の原理を示す説明図である。

【図３】システムを貫流する冷媒流の方向が反転された
ときの、望ましくないコンプレッサー騒音を防止するた
めに、コンプレッサーの運転を制御する各ステップを示
したフローチャートである。

【符号の説明】

１０…ヒートポンプシステム １１，１７，１８…配管 １３…コンプレッサーのモーター １４…屋外熱交換機 １５…膨張装置 １６…屋内熱交換機 ２０…四方切換バルブ ２１…ソレノイドアクチュエータ ２３…吐出側配管 ２４…吸い込み側配管 ２５…プロセッサ ２７…モータースイッチ ３０…熱センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラリー ジェイ．バークハート アメリカ合衆国，インディアナ，インディ アナポリス，ラドバーン サークル 7508 (72)発明者 サティシュ アール．ダス アメリカ合衆国，インディアナ，インディ アナポリス，ノーマンディ ブールヴァー ド 7531 (72)発明者 ティモシー ジェイ．シュネル アメリカ合衆国，インディアナ，クライト ン，レイクウッド トライルズ 4021

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四方切換バルブを有するヒートポンプシ
   ステムに用いられるスクロールコンプレッサーの騒音低
   減方法であって、 システムを貫流する冷媒流の方向に変化が起こったか、
   または起ころうとしていることを示すシステムパラメー
   ターを検知する検知ステップと、 システムを貫流する冷媒流の方向に変化が起こったか、
   または起ころうとしているときに、スクロールコンプレ
   ッサーを所定時間にわたって停止させる停止ステップ
   と、 を含むことを特徴とする、スクロールコンプレッサーの
   騒音低減方法。
2. 【請求項２】 検知ステップが、システムの四方切換バ
   ルブの位置変化を検知することを含む、請求項１のスク
   ロールコンプレッサーの騒音低減方法。
3. 【請求項３】 さらに四方切換バルブを制御するための
   ソレノイドアクチュエータを具備するステップを有し、
   かつ前記検知ステップが前記ソレノイドアクチュエータ
   の入力端子にわたる電圧変化を検知するステップを含
   む、請求項１のスクロールコンプレッサーの騒音低減方
   法。
4. 【請求項４】 さらにシステムの屋外コイルの温度を監
   視する温度センサーを具備して、検知された温度を示す
   出力信号を供給するステップと、この出力信号が１つま
   たはそれ以上の閾値に達したときに四方切換バルブを切
   り換えるステップと、を含む、請求項２のスクロールコ
   ンプレッサーの騒音低減方法。
5. 【請求項５】 さらに前記所定時間が経過したときにコ
   ンプレッサーを再作動させるステップを含む、請求項１
   のスクロールコンプレッサーの騒音低減方法。
6. 【請求項６】 前記所定時間が約３０秒である、請求項
   １のスクロールコンプレッサーの騒音低減方法。
7. 【請求項７】 ソレノイドによって起動される冷媒用四
   方切換バルブを有するヒートポンプに用いられるスクロ
   ールコンプレッサーの制御装置であって、 ヒートポンプを貫流する冷媒流の方向の変化を示す、少
   なくとも１つのシステムパラメーターを監視するプロセ
   ッサと、 前記システムパラメーターの変化が起こったか、または
   起ころうとしていることを前記プロセッサが検知したと
   きに、所定時間にわたってコンプレッサーのモーターを
   停止させるための手段と、 を有することを特徴とする、スクロールコンプレッサー
   の制御装置。
8. 【請求項８】 さらにシステムの四方切換バルブの位置
   変化を検出するとともに、システムを貫流する冷媒流の
   反転を示す出力信号を前記プロセッサに供給する検知手
   段を含む、請求項７のスクロールコンプレッサーの制御
   装置。
9. 【請求項９】 前記検知手段がさらに、前記四方切換バ
   ルブのソレノイドアクチュエータにわたる入力電圧を検
   知するための手段を含む、請求項８のスクロールコンプ
   レッサーの制御装置。
10. 【請求項１０】 前記プロセッサがさらに、前記所定時
    間の後に前記コンプレッサーを再作動させるタイマー手
    段を含む、請求項９のスクロールコンプレッサーの制御
    装置。
11. 【請求項１１】 前記所定時間が約３０秒である、請求
    項１０のスクロールコンプレッサーの制御装置。