WO2020031535A1 - 圧縮機及びこれを用いた空気調和機 - Google Patents
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- F25B1/04—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
Definitions
- the present invention relates to a compressor and an air conditioner using the same.
- a refrigerant used for a refrigerator, an air conditioner, a refrigerator, and the like for example, R134a, R410A, R407C, and the like are used. Although these refrigerants have little effect on the ozone layer, they have a large global warming potential (GWP).
- GWP global warming potential
- trifluoroiodomethane (CF3I) has been proposed.
- the GWP of trifluoroiodomethane (CF3I) is 0.4, which is smaller than that of G41020 of R410A.
- Patent Literatures 1 and 2 disclose such techniques.
- Patent Document 1 discloses a technique in which trifluoroiodomethane (CF3I) is used as a refrigerant and bisphenols are used as an additive for refrigerator oil.
- CF3I trifluoroiodomethane
- Patent Document 2 discloses a technology in which a refrigerant mixed with trifluoroiodomethane (CF3I) is used as a refrigerant, and an organic coating film or an inorganic coating film is applied to a sliding portion of a compressor.
- CF3I trifluoroiodomethane
- Trifluoroiodomethane (CF3I) has a global warming potential of about one-third that of R410A, but has a higher discharge temperature in the compressor than R134a, R410A, R407C, etc., and is used for electric motors. Permanent magnets may be demagnetized.
- Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose the use of trifluoroiodomethane (CF3I) as a refrigerant, but all consideration is given to suppressing demagnetization of a permanent magnet caused by an increase in discharge temperature. I didn't. For this reason, in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, the performance of the compressor is reduced.
- CF3I trifluoroiodomethane
- An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a compressor using trifluoroiodomethane (CF3I) as a refrigerant, which suppresses performance deterioration due to demagnetization of a permanent magnet, and an air conditioner using the same. It is in.
- CF3I trifluoroiodomethane
- the features of the present invention for achieving the above object include a high-pressure chamber-type closed container, a compression mechanism housed in the closed container, for compressing a refrigerant, and an electric motor for driving the compression mechanism.
- the electric motor is a compressor including a stator having a coil and a rotor having a permanent magnet, wherein the refrigerant is trifluoroiodomethane (CF3I) alone or the trifluoroiodomethane (CF3I) And a temperature sensor for detecting a discharge temperature of the refrigerant discharged from the compression mechanism, and control means for controlling the electric motor, wherein the control means On the basis of the above signal, the electric motor is controlled so that the current flowing through the electric motor becomes equal to or less than the 1% demagnetization start current of the permanent magnet at the discharge temperature of the refrigerant. It is to control the current supplied to the over data.
- CF3I trifluoroiodomethane
- FIG. 3 is a section of a hermetic electric compressor concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective view of the rotor in the electric motor of a hermetic electric compressor. It is the figure which looked at the permanent magnet in the rotor 7a from the axial direction.
- FIG. 3B is a sectional view taken along the line IIIB-IIIB of FIG. 3A. It is the elements on larger scale which show the magnet accommodation part vicinity of one pole in the rotor 7a.
- FIG. 3 is a distribution diagram of metals in mother phase grains of an Nd—Fe—B compound constituting a permanent magnet in this example.
- FIG. 2 is a control circuit diagram of the hermetic electric compressor according to the embodiment of the present invention.
- 1 is a cycle configuration diagram of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hermetic electric compressor 50 according to an embodiment of the present invention.
- the hermetic electric compressor 50 (compressor) is used as a component of a refrigeration cycle such as a refrigeration / air-conditioning device (for example, an air conditioner, a refrigerator, a freezer, a refrigeration / refrigeration showcase, etc.) and a heat pump hot water supply device.
- a refrigeration / air-conditioning device for example, an air conditioner, a refrigerator, a freezer, a refrigeration / refrigeration showcase, etc.
- the hermetic electric compressor 50 includes a hermetic container 1, a compression mechanism 2, and an electric motor 7 as main components.
- the sealed container 1 has a cylindrical tube portion 1a, a lid portion 1b and a bottom portion 1c welded above and below the tube portion 1a, and the inside is a closed space.
- the sealed container 1 is of a high-pressure chamber type.
- the closed container 1 houses the compression mechanism 2 and the electric motor 7, and stores a lubricating oil 8 such as an ether compound or an ester compound in the bottom 1c.
- the oil level of the lubricating oil 8 is set so as to be located above the auxiliary bearing 15.
- the closed container 1 is provided with a suction pipe 11 penetrating the lid 1b and a discharge pipe 22 penetrating the cylinder 1a.
- the discharge pipe 22 is located immediately below the frame 5 and protrudes toward the center in the closed container 1.
- the distal end of the discharge pipe 22 extends toward the center from the outer peripheral surface of the coil end 17 and is open.
- the compression mechanism 2 of the present embodiment compresses trifluoroiodomethane (CF3I) alone or a mixed refrigerant (mixed refrigerant gas) containing trifluoroiodomethane (CF3I) and another refrigerant and discharges the compressed refrigerant into the closed container 1. And is arranged at the upper part in the closed container 1.
- the compression mechanism 2 includes a fixed scroll 3, an orbiting scroll 4, a frame 5, and an Oldham ring 10 as main components.
- the fixed scroll 3 has a spiral wrap on the end plate and is bolted on the frame 5.
- a suction port 12 is provided at a peripheral portion of the fixed scroll 3, and a discharge port 14 is provided at a central portion.
- the suction pipe 11 communicates with the suction port 12.
- the discharge port 14 communicates with the space above the compression mechanism 2 in the closed container 1.
- the orbiting scroll 4 has a spiral wrap on the end plate.
- the orbiting scroll 4 is sandwiched between the fixed scroll 3 and the frame 5.
- the wrap of the orbiting scroll 4 and the wrap of the fixed scroll 3 mesh with each other to form a compression chamber.
- the Oldham ring 10 constitutes a rotation restricting mechanism of the orbiting scroll 4.
- the Oldham ring 10 is installed between the orbiting scroll 4 and the frame 5 to prevent the orbiting scroll 4 from revolving and perform a circular orbital motion.
- the frame 5 in this embodiment is fixed to the closed container 1 by welding.
- the frame 5 supports the fixed scroll 3, the Oldham ring 10, and the orbiting scroll 4.
- a cylindrical portion projecting downward is provided at the center of the frame 5, a cylindrical portion projecting downward is provided.
- a main bearing 5a that supports the shaft 6 is provided in the cylindrical portion.
- a plurality of discharge gas passages 18a are formed in the outer periphery of the fixed scroll 3 and the frame 5 to communicate the space above the fixed scroll 3 and the space below the frame 5.
- the electric motor 7 includes a rotor 7a, a stator 7b, a shaft 6, and a balance weight 16 as main components.
- the rotor 7a will be described later in detail.
- the stator 7b includes, as main components, a coil 24 having a plurality of conductors for generating a rotating magnetic field by passing a current, and an iron core 23 for efficiently transmitting the rotating magnetic field.
- the coil 24 of the stator 7b in this embodiment is wound by a concentrated winding method.
- the iron core 23 is shrink-fitted in the closed container 1 and fixed by welding or the like.
- a number of notches are formed on the outer circumference of the stator 7b over the entire circumference, and a discharge gas passage 18b is formed between the notch and the sealed container 1.
- the shaft 6 is fitted into the center hole of the rotor 7a and is integrated with the rotor 7a.
- One side (the upper side in the illustrated example) of the shaft 6 protrudes from the rotor 7a and is engaged with the compression mechanism 2, and an eccentric force is applied by the compression operation of the compression mechanism 2.
- both sides (up and down in the figure) of the shaft 6 protrude from both sides of the rotor 7a, and are supported by the main bearing 5a and the sub-bearing 15 on both sides of the rotor 7a to rotate stably. be able to.
- the auxiliary bearing 15 is supported by a support member fixed by welding to the closed container 1 and is immersed in the lubricating oil 8.
- the lower end of the shaft 6 extends into the oil reservoir 9 at the bottom of the closed casing 1.
- the shaft 6 is provided with a through hole 6b for supplying the lubricating oil 8 to each bearing portion and each sliding surface, so that the lubricating oil 8 can be sucked from the through hole 6b from the oil reservoir 9 at the lower end.
- the lubricating oil 8 sucked from the oil reservoir 9 through the shaft through hole into the compression mechanism 2 is supplied to each bearing and a sliding portion of the compression mechanism 2.
- the lubricating oil 8 supplied to the sliding portion of the compression mechanism 2 is discharged from the discharge port 14 at the center of the fixed scroll 3 together with the refrigerant gas.
- the balance weight 16 includes an upper balance weight (compression mechanism-side balance weight) 16a and a lower balance weight (anti-compression mechanism-side balance weight) 16b provided on both sides (up and down in the figure) of the rotor 7a. It is fixed to the rotor 7a by rivets 30.
- the hermetic electric compressor 50 As described above, when the electric motor 7 is energized and the rotor 7a rotates, the shaft 6 rotates. As a result, the eccentric pin portion 6a performs an eccentric rotational motion, and the orbiting scroll 4 orbits.
- the compression chamber formed between the fixed scroll 3 and the orbiting scroll 4 becomes smaller while moving from the outer peripheral side to the center.
- the refrigerant gas sucked through the suction pipe 11 and the suction port 12 is compressed in the compression chamber.
- the compressed refrigerant gas is discharged from the discharge port 14 at the center of the fixed scroll 3 into an upper space (discharge pressure space) in the closed vessel 1, and is discharged out of the closed vessel 1 via the discharge pipe 22.
- FIG. 2 is a perspective view of a rotor of the electric motor of the hermetic electric compressor according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 2 also shows the upper balance weight 16a and the lower balance weight 16b.
- the upper balance weight 16a and the rotor 7a are partially cut away for convenience of drawing.
- the rotor 7a includes an iron core 25 and a permanent magnet 33 built in the iron core 25 as main components.
- the rotor 7a converts the rotating magnetic field from the stator 7b into a rotating motion, and rotates about the shaft 6 (see FIG. 1).
- the rotor 7a is rotatably disposed in a central hole of the iron core 23 (see FIG. 1) of the stator 7b (see FIG. 1).
- the rotor 7a includes the permanent magnets 33 inserted into the plurality of magnet housings 31.
- the permanent magnet 33 is formed of a thin rectangular parallelepiped.
- the area of the surface indicated by the reference sign B in the magnetization direction is larger than the area of the surface indicated by the reference sign A.
- the two largest surfaces (a pair of B surfaces) of the six surfaces of the permanent magnet 33 are arranged so as to face the centrifugal direction of the rotor 7a.
- the lower surface of the rotor 7a is closed by a lower balance weight 16b and the like. Thereby, the permanent magnet 33 is held so as not to come off from the lower surface of the magnet housing portion 31.
- FIG. 3A and FIG. 3B are arrangement diagrams of the permanent magnet 33 in the rotor 7a, FIG. 3A is a diagram viewed from the axial direction, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB of FIG. 3A.
- the permanent magnets 33 inserted into the respective magnet accommodating portions 31 are composed of a plurality of sheets.
- the permanent magnet 33 is divided into three and arranged in each of the four magnet housing portions 31. An eddy current is generated in the permanent magnet 33 under the influence of the magnetic field from the stator 7b, but the eddy current loss is reduced by dividing the permanent magnet 33.
- the rotor 7a has a pole part 51 in which a permanent magnet is embedded, and a pole part 52 located between the pole parts 51.
- the radial length X of the pole portion 52 is shorter than the radial length Y of the pole portion 51. According to such a rotor 7a, the iron core 25 through which the magnetic flux passes can be narrowed, and the leakage magnetic flux of the permanent magnet 33 can be reduced.
- a gap R is formed between the upper end of the magnet housing 31 in the axial direction and the permanent magnet 33.
- the gap R is set to be larger than the gap Q (see FIG. 4) between the permanent magnet 33 and the magnet housing portion 31 in the magnetization direction, as described later.
- the iron core 25 is formed by stacking, for example, silicon steel plates having a planar shape shown in FIG. 3A in the axial direction as shown in FIG. 3B.
- FIG. 4 is a partially enlarged view showing the vicinity of the magnet accommodating portion 31 for one pole in the rotor 7a.
- a medium heavy rare earth element such as Dy or Tb is unevenly distributed in the vicinity of the grain boundary of the Nd—Fe—B based sintered magnet as the permanent magnet material, the slip deformation is restricted by dispersion strengthening. For this reason, the permanent magnet is strong against a moment, but is brittle.
- the permanent magnet 33 in this embodiment has a large magnetic force, it is difficult to think that the permanent magnet 33 moves in the magnet housing portion 31.
- an inertial force and a centrifugal force due to acceleration and deceleration of the rotor 7a are applied to the permanent magnet 33, and the permanent magnet 33 divided into three pieces moves in the magnet housing portion 31. .
- the magnet housing portion 31 houses the permanent magnet 33 with the gap R (see FIG. 3B) provided in the axial direction.
- a gap Q is formed between the permanent magnet 33 and the magnet housing 31 in the magnetization direction of the permanent magnet 33, as shown in FIG. 4.
- the gap Q is formed so as to be narrower than the gap R (see FIG. 3B). Since the gap Q is smaller than the gap R in the rotor 7a (see FIG. 2) in this embodiment, the three permanent magnets 33 are prevented from moving in the magnetization direction. That is, when the adjacent permanent magnets 33 move in the magnetization direction, they come into contact with each other at an angle, thereby preventing the corners of the permanent magnets 33 from colliding with each other. Further, since the gap R (see FIG. 3B) is larger than the gap Q, the three permanent magnets 33 are preferentially shifted in the axial direction rather than moving in the magnetization direction. Collisions are prevented. Therefore, according to the rotor 7a (see FIG. 2), it is possible to prevent the occurrence of grain boundary cracks at the corners of the permanent magnet 33.
- the gap Q in the present embodiment is desirably set to an extent that is not too wide. Such a gap Q having a predetermined width can improve the magnetic force between the permanent magnet 33 and the iron core 25 in the magnetization direction. maintain.
- the gap Q in this embodiment is assumed to be about 0.1 mm, but is not limited to this.
- the permanent magnet 33 of this embodiment will be described in more detail.
- the permanent magnet 33 (see FIG. 2) of the rotor 7a (see FIG. 2) has a magnetization rate of 98.5% or more.
- the permanent magnet 33 is obtained by externally magnetizing an Nd—Fe—B compound described below.
- a neodymium magnet having an intrinsic coercive force of 800 kA / m or more is used as the permanent magnet.
- FIG. 5 is a metal distribution diagram in the parent phase grains of the Nd—Fe—B compound constituting the permanent magnet 33 in this embodiment.
- the permanent magnet 33 in the present embodiment is mainly composed of an alloy represented by a composition formula of Nd2Fe14B. More specifically, in the permanent magnet 33, as shown in FIG. 5, a later-described middle heavy rare earth element 37 is distributed so as to surround a crystal particle 34 made of an Nd2Fe14B alloy.
- the Nd—Fe—B compound constituting the permanent magnet 33 is a compound in which the later-described medium heavy rare earth element 37 is diffused and distributed near the grain boundary 35 of the crystal particle 34 made of the Nd2Fe14B alloy.
- Examples of the medium heavy rare earth element 37 include Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Eu, Y, Sc and the like. Among them, it is desirable to use Tb and Dy.
- Such an Nd—Fe—B compound is obtained by mixing an alloy 36 rich in a medium heavy rare earth element 37 at the time of magnet sintering.
- alloy 36 examples include, but are not limited to, Tb—Fe, Dy—Al, Tb4O7, and Dy2O3.
- the magnitude of the external magnetic field generated by the nucleus of the reverse magnetic domain on the surface of the grain boundary 35 becomes the coercive force.
- the structure of the surface of the grain boundary 35 strongly influences the nucleation of the reverse magnetic domain, and the disorder of the crystal structure in the vicinity of the grain boundary 35 causes the disorder of the magnetic structure, thereby promoting the formation of the reverse magnetic domain. It is considered that the magnetic structure from the crystal interface to a depth of about 5 nm contributes to the generation of reverse magnetic domains.
- the medium heavy rare earth element 37 is intensively distributed in the vicinity of the grain boundary 35.
- the permanent magnet 33 of the present embodiment can increase the coercive force as compared with the permanent magnet 33 in which the medium heavy rare earth element 37 is uniformly distributed in the Nd2Fe14B alloy.
- the vicinity of the grain boundary 35 refers to a surface layer of the matrix phase grain from the crystal interface (grain boundary 35) to a depth of about 5 nm in the matrix phase grain.
- the ratio of the medium heavy rare earth element 37 to Nd, which is a constituent component of the Nd—Fe—B compound, in the vicinity of the grain boundary 35 is defined as the ratio of the medium heavy rare earth element 37 to Nd in the matrix phase inside the vicinity of the grain boundary 35.
- the average grain size of the mother phase grains is about 0.5 to 20 ⁇ m, so that the medium heavy rare earth element is located near the grain boundary 35 at a depth of about 5 nm from the crystal interface.
- the residual magnetic flux density of the permanent magnet 33 can be greatly improved.
- the total amount of the medium heavy rare earth element 37 can be reduced, and the cost of the permanent magnet 33 can be reduced.
- the permanent magnet 33 of this embodiment can have a content of the heavy metal element 37 of 1% by mass or more and 3% by mass or less.
- trifluoroiodomethane (CF3I) alone or a mixed refrigerant containing trifluoroiodomethane (CF3I) and another refrigerant is used as the refrigerant.
- refrigerants include CO2, hydrocarbons, ethers, fluoroethers, fluoroalkenes, HFCs, HFOs, HClFOs, HClFOs, and HBrFOs.
- HFC indicates hydrofluorocarbon.
- HFO is a hydrofluoroolefin composed of a carbon atom, a fluorine atom, and a hydrogen atom, and has at least one carbon-carbon double bond.
- HClFO consists of carbon, chlorine, fluorine and hydrogen atoms and has at least one carbon-carbon double bond.
- HBrFO consists of carbon, bromine, fluorine and hydrogen atoms and has at least one carbon-carbon double bond.
- HFC difluoromethane
- HFC125 pentafluoroethane
- HFC134 1,1,2,2-tetrafluoroethane
- HFC134a 1,1,1,2-tetrafluoroethane
- HFC143a trifluoroethane
- difluoroethane HFC152a
- 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane HFC227ea
- 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane HFC236fa
- 1 1,1,3,3-pentafluoropropane
- HFC365mfc 1,1,1,3,3-pentafluorobutane
- fluoroalkene examples include fluoroethene, fluoropropene, fluorobutene, chlorofluoroethene, chlorofluoropropene, and chlorofluorobutene.
- fluoropropene examples include 3,3,3-trifluoropropene (HFO1243zf), 1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234ze), 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO1234yf), and HFO1225. Is exemplified.
- fluorobutene examples include C4H4F4, C4H3F5 (HFO1345), and C4H2F6 (HFO1336).
- C2F3Cl is exemplified as chlorofluoroethene.
- chlorofluoropropene examples include 2-chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene (HCFO1233xf) and 1-chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene (HCFO1233zd). .
- Refrigerants trifluoroiodomethane, difluoromethane (HFC32), pentafluoroethane (HFC125), and hexafluoropropene as refrigerants to adjust Global Warming Potential (GWP), vapor pressure, and flame retardant parameters It is preferable to use one or more of (FO1216).
- the refrigerant includes HFO1234yf, HFO1234ze, 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC134a), HFO1123, etc. It is preferable to adjust the degree of the temperature gradient to be performed according to the mixed concentration.
- the blending amount of trifluoroiodomethane in the mixed refrigerant is 10% or more and 100% or less, preferably 20% or more and 80% or less, more preferably 30% or more and 50% or less on a mass basis.
- GWP uses the values of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) (100 years).
- the GWP of the refrigerant not described in AR4 may use the value of the IPCC Fifth Evaluation Report (AR5), may use the value described in another known document, or may use a known value. A value calculated or measured using the method may be used.
- the GWP of trifluoroiodomethane is 0.4
- the GWP of HFC32 is 675
- the GWP of HFC125 is 3,500.
- GWP of the refrigerant is 750 or less, preferably 500 or less, more preferably 150 or less, further preferably 100 or less, and particularly preferably 75 or less.
- the vapor pressure of the refrigerant at 25 ° C. is preferably in the range from 1.4 MPa to 1.8 MPa.
- the flame retardancy parameter of the refrigerant represented by the formula (1) is preferably 0.46 or less.
- Fmix ⁇ iFixi ... (1) Note that Fmix represents the flame retardancy parameter of the mixed refrigerant, Fi represents the flame retardancy parameter of each refrigerant component, and xi represents the mole fraction of each refrigerant component.
- a polyol ester oil or a polyvinyl ether oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 30 to 100 mm 2 / s is preferable.
- the kinematic viscosity is measured based on standards such as ISO (International Organization for Standardization), ASTM (American Society for Testing for Materials and Materials, American Society for Testing and Materials) D445 and D7042.
- the low-temperature critical melting temperature of the refrigerant and the refrigerating machine oil is preferably + 10 ° C. or lower.
- Examples of the refrigerating machine oil having the above characteristics include polyol ester oils represented by chemical formulas (1) and (2) and polyvinyl ether oils represented by chemical formula (3).
- R1 to R10 represent an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms, which may be the same or different.
- OR11 is a methyloxy group, an ethyloxy group, a propyloxy group or a butyloxy group, and n is 5 to 15.
- trifluoroiodomethane (CF3I) alone or a mixed refrigerant containing trifluoroiodomethane (CF3I) and another refrigerant is used as the refrigerant.
- the discharge temperature of the hermetic electric compressor is higher than that of R134a, R410A, R407C, etc., and the permanent magnet used in the electric motor may be demagnetized.
- rare earth magnets such as neodymium, temperature changes are large, and demagnetization occurs particularly at high temperatures.
- FIG. 6 is a control circuit diagram of the hermetic electric compressor according to the embodiment of the present invention.
- a rectifier circuit 62 that has taken in an alternating current 61 converts an alternating current into a direct current and sends it to an inverter 63.
- the inverter 63 converts the DC supplied from the rectifier circuit into an AC having a predetermined frequency, and supplies the AC to the electric motor 7 of the hermetic electric compressor 50.
- the electric motor 7 drives the compression mechanism 2 to compress the refrigerant.
- the discharge pipe 22 from which the refrigerant of the hermetic electric compressor 50 discharges is provided with a temperature sensor 64 for detecting the discharge temperature of the discharged refrigerant. The discharge temperature detected by the temperature sensor 64 is transmitted to the inverter control means 66 (control means) via the temperature detection circuit 65.
- the control circuit of the hermetic electric compressor 50 is provided with a current sensor 67 for detecting a current supplied from the inverter 63 to the electric motor 7 of the hermetic electric compressor 50.
- the current value detected by the current sensor 67 is transmitted to the inverter control means 66 via the current detection circuit.
- the storage means 69 is connected to the inverter control means 66. Data indicating the relationship between the discharge temperature and the current supplied to the electric motor 7 is stored in the storage unit 69 in advance. That is, the discharge temperature and the current supplied to the electric motor 7 are in a relative relationship such that as the current supplied to the electric motor 7 increases, the discharge temperature of the hermetic electric compressor 50 also increases. Therefore, the discharge temperature of the hermetic electric compressor 50 corresponding to the current value at which the demagnetization rate exceeds 1% is determined by itself, and the demagnetization rate exceeds 1% by detecting the discharge temperature of the hermetic electric compressor 50. The current value can be grasped.
- the temperature sensor 64 for detecting the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compression mechanism 2 of the hermetic electric compressor 50 is provided.
- the temperature sensor 64 is provided on the discharge pipe 22.
- the refrigerant discharge temperature detected by the temperature sensor 64 is transmitted to the inverter control means 66 via the temperature detection circuit 65.
- the inverter control means 66 refers to the data stored in advance in the storage means 69 and the detected discharge temperature, and the electric motor in which the demagnetization rate of the permanent magnet is equal to or less than the current exceeding 1% (1% demagnetization start current). 7 is controlled.
- the current detection circuit 68 detects a current supplied to the electric motor 7 and transmits the current to the inverter control means 66.
- the inverter control means 66 compares the current command value output from the inverter control means 66 to the inverter 63 with the actual current supplied from the inverter 63 to the electric motor 7, and compares the current command value with the detected actual current value. If there is a difference, the correction is performed.
- the electric motor since the current supplied to the electric motor is controlled based on the signal from the temperature sensor, the temperature of the discharge gas of the compressor increases due to the use of trifluoroiodomethane. Even in this case, the electric motor can be controlled to a current equal to or less than the current at which the permanent magnet is demagnetized by 1%, and the compressor can be operated with high efficiency and stability.
- Nd—Fe—B-based magnet as a permanent magnet material is added to La, Ce, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb to improve demagnetization characteristics.
- Lu, Y, or Sc it is possible to suppress demagnetization due to temperature rise.
- the temperature sensor 64 for detecting the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor is provided, but instead, a temperature sensor for detecting the surface temperature of the closed container is used. Is also good.
- the current supplied to the electric motor is controlled.
- the rotation speed of the electric motor may be controlled.
- FIG. 7 is a cycle configuration diagram of the air conditioner according to the embodiment of the present invention.
- a high-pressure chamber type hermetic electric compressor 50 compressor
- an oil separator 72 provided in a discharge circuit 71 of the hermetic electric compressor 50
- a four-way switching valve 74 switching valve for switching the circulation direction of the refrigerant and a four-way switching valve 74
- Accumulator 82 A suction pipe 83 of the type electric compressor and a refrigerant circuit of a closed cycle are sequentially connected by a refrigerant pipe.
- the refrigerant constitutes a refrigeration cycle 70 using trifluoroiodomethane (CF3I) and a mixed refrigerant thereof.
- a rotor 7a is installed inside the hermetic electric compressor 50, and a permanent magnet 33 is incorporated inside the rotor 7a shown in FIG. 2, and is fixed to the shaft 6 of the hermetic electric compressor 50 shown in FIG.
- the electric motor is controlled to be equal to or less than the current at which the permanent magnet is demagnetized by 1%.
- an air conditioner that can stably operate the compressor with high efficiency can be provided.
- hermetic electric compressor 50 of the above-described embodiment is assumed to be a scroll compressor, the present invention can be applied to other compressors such as a rotary type, a swing type, and a reciprocating type.
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Abstract
本発明は、冷媒としてトリフルオロヨードメタン(CF3I)を用いたものにおいて永久磁石の減磁による性能低下を抑制した圧縮機を提供することを目的とする。そのために本発明は、密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構2と、圧縮機構2を駆動する電動モータ7とを備え、電動モータ7は、コイルを有する固定子7bと、永久磁石33を有する回転子7aとを備える。冷媒はトリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタンと他の冷媒を含む混合冷媒を用いる。圧縮機構2から吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ64と、電動モータ7を制御するインバータ制御手段66とを備える。インバータ制御手段66は、温度センサ64からの信号に基づき、電動モータ7に流れる電流が冷媒の吐出温度における永久磁石33の1%減磁開始電流以下になるように、電動モータ7に供給する電流を制御する。
Description
本発明は、圧縮機及びこれを用いた空気調和機に関する。
冷凍機、空気調和機、冷蔵庫などに用いられる冷媒としては、例えば、R134a、R410A、R407Cなどが使用されている。これらの冷媒は、オゾン層への影響が少ないものの地球温暖化係数(GWP)が大きい。これに対する代替冷媒として、例えばトリフルオロヨードメタン(CF3I)が提案されている。トリフルオロヨードメタン(CF3I)のGWPは0.4であり、R410AのGWP2090と比較して小さい。このような技術として、例えば特許文献1及び特許文献2がある。
特許文献1には、冷媒としてトリフルオロヨードメタン(CF3I)を用い、冷凍機油の添加剤としてビスフェノール類を用いた技術が開示されている。
また、特許文献2には、冷媒としてトリフルオロヨードメタン(CF3I)と混合する冷媒を用い、圧縮機の摺動部分に有機コーティング膜もしくは無機コーティング膜を施した技術が開示されている。
トリフルオロヨードメタン(CF3I)は、R410Aと比較し、地球温暖化係数が三分の一程度であるものの、R134a、R410A、R407Cなどと比べて圧縮機における吐出温度が高く、電動モータに使用される永久磁石を減磁させるおそれがある。
特許文献1及び特許文献2には、冷媒としてトリフルオロヨードメタン(CF3I)を用いることが開示されているが、吐出温度が高くなることによって生じる永久磁石の減磁を抑制する点ついては一切考慮されていなかった。このため、特許文献1及び特許文献2では、圧縮機の性能低下を招く要因となっていた。
本発明の目的は上記課題を解決し、冷媒としてトリフルオロヨードメタン(CF3I)を用いたものにおいて永久磁石の減磁による性能低下を抑制した圧縮機及びこれを用いた空気調和機を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の特徴とするところは、高圧チャンバタイプの密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータとを備え、前記電動モータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備えた圧縮機であって、前記冷媒はトリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタン(CF3I)と他の冷媒を含む混合冷媒であり、前記圧縮機構から吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサと、前記電動モータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度センサからの信号に基づき、前記電動モータに流れる電流が前記冷媒の吐出温度における前記永久磁石の1%減磁開始電流以下になるように、前記電動モータに供給する電流を制御することにある。
本発明によれば、冷媒としてトリフルオロヨードメタン(CF3I)を用いたものにおいて永久磁石の減磁による性能低下を抑制した圧縮機及びこれを用いた空気調和機を提供することができる。
以下、本発明に係る密閉型電動圧縮機及びこれを用いた空気調和機の実施例を図面に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。
図1は、本発明の実施例に係る密閉型電動圧縮機50の縦断面図である。密閉型電動圧縮機50(圧縮機)は、冷凍空調装置(例えば、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、冷蔵・冷凍ショーケースなど)やヒートポンプ式給湯装置などの冷凍サイクルの構成機器として用いられる。図1に示すように、密閉型電動圧縮機50は、密閉容器1と、圧縮機構2と、電動モータ7とを主要構成要素として備えている。
密閉容器1は、円筒状の筒部1aと筒部1aの上下に溶着された蓋部1b及び底部1cとを有し、内部を密閉空間としている。本実施例では高圧チャンバタイプの密閉容器1としている。
密閉容器1は、圧縮機構2と電動モータ7とを収納し、底部1cにエーテル系化合物、エステル系化合物などの潤滑油8を貯留している。潤滑油8の油面は副軸受15の上方に位置するよう設定されている。
密閉容器1には、蓋部1bを貫通する吸込パイプ11と、筒部1aを貫通する吐出パイプ22とが設けられている。吐出パイプ22は、フレーム5の直下に位置して、密閉容器1内の中心方向に向けて突出している。吐出パイプ22の先端は、コイルエンド17の外周面より中心側に延びて開口している。
本実施例の圧縮機構2は、トリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくはトリフルオロヨードメタン(CF3I)と他の冷媒を含む混合冷媒(混合冷媒ガス)を圧縮して密閉容器1内に吐出するものであり、密閉容器1内の上部に配置されている。圧縮機構2は、固定スクロール3と、旋回スクロール4と、フレーム5と、オルダムリング10とを主要構成要素として備えている。
固定スクロール3は、端板上に渦巻状のラップを有しており、フレーム5上にボルト止めされている。固定スクロール3の周縁部には吸込口12が設けられ、中央部には吐出口14が設けられている。吸込口12には吸込パイプ11が連通している。吐出口14は、密閉容器1内の圧縮機構2の上方空間に連通している。
旋回スクロール4は、端板上に渦巻状のラップを有している。旋回スクロール4は、固定スクロール3とフレーム5との間に挟み込まれている。旋回スクロール4のラップと固定スクロール3のラップとが噛み合わされて圧縮室が形成されている。
旋回スクロール4の反固定スクロール側には、旋回軸受が組み込まれるボス部が設けられている。この旋回軸受には、旋回スクロール4を偏心駆動させる偏心ピン部6aが嵌め込まれている。
オルダムリング10は、旋回スクロール4の自転規制機構を構成している。オルダムリング10は、旋回スクロール4とフレーム5との間に設置され、公転する旋回スクロール4の自転を防止して円軌道運動を行わせる。
本実施例でのフレーム5は、密閉容器1に溶接で固定されている。このフレーム5は、固定スクロール3、オルダムリング10及び旋回スクロール4を支持している。フレーム5の中央には、下方に突出する筒部が設けられている。この筒部内には、シャフト6を軸支する主軸受5aが設けられている。
固定スクロール3及びフレーム5の外周部には、固定スクロール3の上方空間とフレーム5の下方空間とを連通する複数の吐出ガス通路18aが形成されている。
電動モータ7は、回転子7aと、固定子7bと、シャフト6と、バランスウェイト16とを主要構成要素として備えている。回転子7aについては、後に詳しく説明する。
固定子7bは、電流を流して回転磁界を発生させる複数の導体を有するコイル24と、回転磁界を効率よく伝達するための鉄芯23とを主要構成要素として備えている。
なお、本実施例での固定子7bのコイル24は集中巻方式で巻かれている。
鉄芯23は密閉容器1に焼き嵌め、溶接などにより固定されている。この固定子7bの外周には、全周にわたって多数の切欠きが形成され、この切欠きと密閉容器1との間に吐出ガス通路18bが形成されている。
シャフト6は、回転子7aの中央穴に嵌合されて回転子7aと一体化されている。シャフト6の一側(図示例では上側)は、回転子7aより突出して圧縮機構2に係合され、圧縮機構2の圧縮動作により偏心力が加えられる。本実施例において、シャフト6は、その両側(図中の上下)が回転子7aの両側より突出され、回転子7aの両側で主軸受5a及び副軸受15により軸支され、安定的に回転することができる。副軸受15は、密閉容器1に溶接して固定された支持部材により支持されると共に、潤滑油8に浸漬されている。
シャフト6の下端は密閉容器1の底部の油溜9内に延びている。シャフト6には潤滑油8を各軸受部および各摺動面へ供給する貫通穴6bが設けられ、下端部の油溜9より潤滑油8を貫通穴6bから吸い上げられるようになっている。圧縮機構2にシャフト貫通穴を通して油溜9より吸い上げられた潤滑油8は、各軸受及び圧縮機構2の摺動部に供給される。圧縮機構2の摺動部に供給された潤滑油8は、冷媒ガスと共に固定スクロール3の中央部の吐出口14から吐出される。
バランスウェイト16は、回転子7aの両側(図中の上下)に設置された上バランスウェイト(圧縮機構側バランスウェイト)16a及び下バランスウェイト(反圧縮機構側バランスウェイト)16bから構成され、複数のリベット30により回転子7aに固定されている。
以上のような密閉型電動圧縮機50においては、電動モータ7に通電されて回転子7aが回転すると、シャフト6が回転する。これにより偏心ピン部6aが偏心した回転運動を行って旋回スクロール4が旋回する。固定スクロール3と旋回スクロール4との間に形成される圧縮室は、外周側から中央部に移動しながら小さくなる。吸込パイプ11及び吸込口12を介して吸い込まれた冷媒ガスは、圧縮室で圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール3の中央部の吐出口14から密閉容器1内の上部空間(吐出圧空間)に吐出され、吐出パイプ22を介して密閉容器1外に排出される。
次に、本発明の実施例に係る回転子7aについてさらに詳しく説明する。図2は、本発明の実施例に係る密閉型電動圧縮機の電動モータにおける回転子の斜視図である。なお、図2には、上バランスウェイト16aと下バランスウェイト16bとを併記している。また、図2中、上バランスウェイト16aと回転子7aとは作図の便宜上、一部を破断して示している。
図2に示すように、回転子7aは、鉄芯25と、鉄芯25に内蔵された永久磁石33とを主要構成要素として備えている。回転子7aは、固定子7bからの回転磁界を回転運動に変換し、シャフト6(図1参照)を中心に回転する。回転子7aは、固定子7b(図1参照)の鉄芯23(図1参照)の中央穴に回転可能に配置されている。
回転子7aは、複数の磁石収容部31に挿入された永久磁石33を備えている。永久磁石33は薄い直方体で形成されている。この永久磁石33は、磁化方向における符号Bで示される面の面積は、符号Aで示される面の面積よりも大きい。そして、永久磁石33の6面のうち、最も広い2面(一対のB面)が回転子7aの遠心方向に向くよう配置されている。回転子7aの下面は、下バランスウェイト16bなどによって塞がれている。これにより永久磁石33は、磁石収容部31の下面から抜け出ないよう保持されている。
図3A及び図3Bは、回転子7aにおける永久磁石33の配置図であり、図3Aは軸方向から見た図、図3Bは、図3AのIIIB-IIIB断面図である。
図3Aに示すように、各磁石収容部31に挿入されている永久磁石33は、複数枚で構成されている。本実施例では、4つの磁石収容部31のそれぞれに永久磁石33が3つに分割されて配置されている。永久磁石33には、固定子7bからの磁界の影響により渦電流が発生するが、永久磁石33が分割されることにより渦電流損が低減される。
回転子7aは、永久磁石が埋め込まれた極部51と、極部51の間に位置する極間部52と、を有している。本実施例での回転子7aにおいては、極間部52における径方向の長さXは、極部51における径方向の長さYよりも短くなっている。このような回転子7aによれば、磁束が通る鉄芯25を狭くすることができ、永久磁石33の漏れ磁束を低減することができる。
図3Bに示すように、磁石収容部31の軸方向の上端部と、永久磁石33との間には、隙間Rが形成されている。このような隙間Rを設けることで、磁石収容部31内に永久磁石33を配置する際の寸法誤差に対応することができる。また、この隙間Rは、後記するように、永久磁石33の磁化方向における磁石収容部31との隙間Q(図4参照)よりも大きくなるように設定されている。
鉄芯25は、図3Aに示す平面形状を有する、例えばケイ素鋼板が、図3Bに示すように、軸方向に積層されて形成されている。
図4は、回転子7aにおける1極分の磁石収容部31付近を示す部分拡大図である。永久磁石材料としてのNd-Fe-B系焼結磁石の粒界近傍にDy、Tbなどといった中重希土類元素を偏在させると、分散強化によってすべり変形に拘束がかかる。そのため永久磁石は、モーメントに対して強くなる反面、脆性が増す。
本実施例での永久磁石33は、磁力が大きいため、磁石収容部31で移動することは考えづらい。ここでは万全を期すため、回転子7aの加速や減速に伴う慣性力や遠心力が永久磁石33に加わり、3枚に分割された永久磁石33が磁石収容部31内で移動する場合を想定する。
前記したように、磁石収容部31は、軸方向に隙間R(図3B参照)を設けて永久磁石33を収容している。この隙間Rに加えて磁石収容部31は、図4に示すように、永久磁石33の磁化方向における永久磁石33と磁石収容部31との間に隙間Qが形成されている。このような隙間Qを設けることで、磁石収容部31内に永久磁石33を配置する際の寸法誤差は吸収される。
また、隙間Qは、前記の隙間R(図3B参照)よりも狭くなるように形成されている。本実施例での回転子7a(図2参照)は、隙間Qが隙間Rよりも狭いので、3枚の永久磁石33が各々磁化方向に移動するのを防止している。つまり、隣り合う永久磁石33同士が磁化方向に移動する際に、互いに角度をもって接触し合うことで永久磁石33の角部同士が衝突することが避けられる。また、隙間R(図3B参照)が隙間Qよりも大きくなっているため、3枚の永久磁石33が各々磁化方向に移動するよりも軸方向に優先的にずれるため、永久磁石33の角部同士が衝突することが防止される。したがって、この回転子7a(図2参照)によれば、永久磁石33の角部で粒界割れが発生するのを防止することができる。
なお、本実施例での隙間Qは、広すぎない程度に設定することが望ましく、このような所定幅の隙間Qは、磁化方向における永久磁石33と鉄芯25の間での磁力を良好に維持する。ちなみに本実施例での隙間Qは、0.1mm程度のものを想定しているが、これに限定されるものではない。
次に、本実施例の永久磁石33についてさらに詳しく説明する。本実施例での回転子7a(図2参照)の永久磁石33(図2参照)は、着磁率が98.5%以上になっている。この永久磁石33は、次に説明するNd-Fe-B化合物に対して外部着磁を行って得られたものである。本実施例では、永久磁石として、800kA/m以上の固有保磁力を有しているネオジウム磁石を用いる。
図5は、本実施例における永久磁石33を構成するNd-Fe-B化合物の母相粒内の金属分布図である。本実施例での永久磁石33は、Nd2Fe14Bの組成式で示される合金を主成分としている。さらに具体的には、永久磁石33は、図5に示すように、Nd2Fe14B合金からなる結晶粒子34を取り囲むように後記の中重希土類元素37が分布したものである。換言すると、永久磁石33を構成するNd-Fe-B化合物は、Nd2Fe14B合金からなる結晶粒子34の粒界35近傍に後記の中重希土類元素37が拡散分布したものである。
中重希土類元素37としては、例えば、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Eu、Y、Scなどが挙げられる。中でもTb及びDyを使用することが望ましい。このようなNd-Fe-B化合物は、磁石焼結時に中重希土類元素37に富む合金36を混合することによって得られる。
合金36としては、例えば、Tb-Fe、Dy-Al、Tb4O7、Dy2O3などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Nd-Fe-B化合物からなる永久磁石33においては、粒界35の表面で、逆磁区の核によって生起される外部磁界の大きさが保磁力となる。逆磁区の核生成には粒界35の表面の構造が強く影響しており、粒界35近傍における結晶構造の乱れが磁気的な構造の乱れを招き、逆磁区の生成を助長している。結晶界面から5nm程度の深さまでの磁気的構造が逆磁区の生成の助長に寄与していると考えられる。
本実施例では、前記のように、粒界35近傍に中重希土類元素37を集中的に分布させている。これにより本実施例の永久磁石33は、中重希土類元素37がNd2Fe14B合金に均一に分布するものと比べて、保持力を高めることができる。ここで、粒界35近傍とは、母相粒のうち結晶界面(粒界35)から5nm程度の深さまでの母相粒の表層をいう。
従って、粒界35近傍におけるNd-Fe-B化合物の構成成分であるNdに対する中重希土類元素37の割合を、粒界35近傍よりも内側の母相粒におけるNdに対する中重希土類元素37の割合と比べて大きくすることによって、永久磁石33の保磁力を高めることができる。
また、本実施例のNd-Fe-B化合物では、母相粒の平均粒径は0.5~20μm程度であるから、結晶界面から5nm程度の深さの粒界35近傍に中重希土類元素37の量を多く集中させると、永久磁石33の残留磁束密度を大きく向上させることができる。また、本実施例のNd-Fe-B化合物によれば、中重希土類元素37の総量を減らすことができ、永久磁石33の原価を抑えることができる。
さらに、本実施例では後述する減磁特性を高めるために、Nd-Fe-B系磁石に、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Scのいずれかの希土類元素を含むようにすると良い。
なお、本実施例での永久磁石33は、中重希土類元素37の含有率を1質量%以上、3質量%以下とすることができる。
本実施例では冷媒として、トリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくはトリフルオロヨードメタン(CF3I)と他の冷媒を含む混合冷媒を用いている。
他の冷媒としては、CO2、炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、フルオロアルケン、HFC、HFO、HClFO、 HClFO、およびHBrFOなどが例示される。なお、「HFC」は、ハイドロフルオロカーボンを示す。「HFO」は、炭素原子、フッ素原子、および水素原子からなるハイドロフルオロオレフィンであり、少なくとも1つの炭素-炭素二重結合を有する。「HClFO」は、炭素、塩素、フッ素、および水素原子からなり、少なくとも1つの炭素-炭素二重結合を有する。「HBrFO」は、炭素、臭素、フッ素、および水素原子からなり、少なくとも1つの炭素-炭素二重結合を有する。
HFCとしては、ジフルオロメタン(HFC32)、ペンタフルオロエタン(HFC125)、1,1,2,2-テトラフルオロエタン(HFC134)、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFC134a)、トリフルオロエタン(HFC143a)、ジフルオロエタン(HFC152a)、1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン(HFC227ea)、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC236fa)、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC245fa)、および1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン(HFC365mfc)が例示される。
フルオロアルケンとしては、フルオロエテン、フルオロプロペン、フルオロブテン、クロロフルオロエテン、クロロフルオロプロペン、およびクロロフルオロブテンが例示される。フルオロプロペンとしては、3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO1243zf)、 1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO1234ze)、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO1234yf)、およびHFO1225が例示される。フルオロブテンとしては、C4H4F4、C4H3F5(HFO1345)、およびC4H2F6(HFO1336)が例示される。クロロフルオロエテンとしては、C2F3Cl(CTFE)が例示される。クロロフルオロプロペンとしては、2-クロロ-3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン(HCFO1233xf)、および1-クロロ-3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン(HCFO1233zd)が例示される。
地球温暖化係数(Global Warming Potential:GWP)、蒸気圧、および難燃化パラメータを調整するため、冷媒として、トリフルオロヨードメタン、ジフルオロメタン(HFC32)、ペンタフルオロエタン(HFC125)、およびヘキサフルオロプロペン(FO1216)の1種以上を用いることが好ましい。また、機器の能力に合う蒸気圧を得るために、冷媒にHFO1234yf、HFO1234ze、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFC134a)、HFO1123などを含め、能力に関係する蒸気圧や効率に影響する温度勾配度合いを混合濃度により調整することが好ましい。
混合冷媒中のトリフルオロヨードメタンの配合量は、質量ベースで、10%以上100%以下、好ましくは20%以上80%以下、より好ましくは30%以上50%以下である。
GWPは、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第4次評価報告書(AR4)の値(100年値)が用いられる。また、AR4に記載されていない冷媒のGWPは、IPCC第5次評価報告書(AR5)の値を用いてもよいし、他の公知文献に記載された値を用いてもよいし、公知の方法を用いて算出または測定した値を用いてもよい。 AR4によると、トリフルオロヨードメタンのGWPは0.4であり、HFC32のGWPは675であり、HFC125のGWPは3,500である。
冷媒のGWPは、750以下であり、好ましくは500以下であり、より好ましくは150以下であり、更に好ましくは100以下であり、特に好ましくは75以下である。
冷媒の25℃の蒸気圧は、好ましくは1.4MPaから1.8MPaの範囲である。また数式(1)で示される冷媒の難燃化パラメーターは、好ましくは0.46以下である。
Fmix=Σi Fi xi・・・・(1)
なお、Fmixは混合冷媒の難燃化パラメーター、Fiは各冷媒成分の難燃化パラメーター、xiは各冷媒成分のモル分率を示す。
Fmix=Σi Fi xi・・・・(1)
なお、Fmixは混合冷媒の難燃化パラメーター、Fiは各冷媒成分の難燃化パラメーター、xiは各冷媒成分のモル分率を示す。
冷凍機油としては、40℃における動粘度が30~100mm2/sのポリオールエステル油又はポリビニルエーテル油が好ましい。動粘度は、ISO(International Organization for Standardization,国際標準化機構)3104、ASTM(American Society for Testing and Materials,米国材料試験協会)D445、D7042等の規格に基づいて測定される。冷媒と冷凍機油との低温側臨界溶解温度は、+10℃以下であることが好ましい。
上記特性を有する冷凍機油としては、化学式(1)、(2)で表わされるポリオールエステル油、化学式(3)で表されるポリビニルエーテル油が例示される。式(1)、(2)中、R1~R10は、炭素数4~9のアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なってもよい。また、式(3)中、OR11は、メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基又はブチルオキシ基であり、nは、5~15である。
さて、上述したように本実施例では冷媒として、トリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくはトリフルオロヨードメタン(CF3I)と他の冷媒を含む混合冷媒を用いているので、この冷媒を密閉型電動圧縮機に使用した場合、R134a、R410A、R407Cなどと比べて密閉型電動圧縮機における吐出温度が高く、電動モータに使用される永久磁石を減磁させるおそれがある。ネオジムなどの希土類磁石の場合、温度変化が大きく、特に高温側で減磁が発生する。密閉型電動圧縮機を駆動する電動モータの電流値が増加すると、密閉型電動圧縮機の吐出温度も上昇し、これに伴い永久磁石の減磁が進行する。減磁は減磁率が1%を超えた辺りから急激に減磁が低下するので、減磁率が1%を超えないように電動モータの電流値を制御することが好ましい。これを解決する手段について図6を用いて説明する。
図6は本発明に実施例に係る密閉型電動圧縮機の制御回路図である。図6において、交流電流61を取り込んだ整流回路62は、交流を直流に変換し、インバータ63に送られる。インバータ63は、整流回路から供給された直流を所定の周波数の交流に変換し密閉型電動圧縮機50の電動モータ7に交流を供給する。電動モータ7は圧縮機構2を駆動し、冷媒を圧縮する。密閉型電動圧縮機50の冷媒が吐出する吐出パイプ22には、吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ64が設けられている。温度センサ64で検出された吐出温度は、温度検出回路65を介してインバータ制御手段66(制御手段)に送信される。
また、密閉型電動圧縮機50の制御回路には、インバータ63から密閉型電動圧縮機50の電動モータ7に供給される電流を検出する電流センサ67が設けられている。電流センサ67で検出された電流値は、電流検出回路を介してインバータ制御手段66に送信される。
インバータ制御手段66には、記憶手段69が接続されている。記憶手段69には、吐出温度と電動モータ7に供給される電流との関係を示すデータが予め記憶されている。すなわち、吐出温度と電動モータ7に供給される電流とは、電動モータ7に供給される電流が増加すると、密閉型電動圧縮機50の吐出温度も上昇するという相対関係にある。従って、減磁率が1%を超える電流値に対応する密閉型電動圧縮機50の吐出温度は、自ずと決まるので、密閉型電動圧縮機50の吐出温度を検出することにより減磁率が1%を超える電流値を把握することができる。
本実施例では、密閉型電動圧縮機50の圧縮機構2から吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ64を設けている。例えば、温度センサ64は吐出パイプ22に設ける。温度センサ64で検出された冷媒の吐出温度は、温度検出回路65を介してインバータ制御手段66に送信される。インバータ制御手段66では、記憶手段69に予め記憶されたデータと検出された吐出温度とを参照し、永久磁石の減磁率が1%を超える電流(1%減磁開始電流)以下となる電動モータ7に供給する電流を制御する。この時、電流検出回路68は、電動モータ7に供給する電流を検出し、インバータ制御手段66に送信する。インバータ制御手段66は、インバータ制御手段66からインバータ63に出力した電流指令値と、インバータ63から電動モータ7に供給される実際の電流とを比較し、電流指令値と検出された実際の電流値との差異がある場合には、補正を行う。
本実施例によれば、温度センサからの信号に基づき、電動モータに供給する電流を制御するようにしているので、トリフルオロヨードメタンを使用することによって圧縮機の吐出ガスの温度上昇が生じた場合であっても、永久磁石が1%減磁する電流以下に電動モータを制御することが可能となり、圧縮機を高効率に安定して運転することができる。
さらに、本実施例では、永久磁石材料としてNd-Fe-B系磁石に、減磁特性を高めるLa、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Scのいずれかの希土類元素を含むようにしているので、温度上昇による減磁を抑制することができる。
また、本実施例では、圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ64を設けるようにしているが、これに代えて密閉容器の表面温度を検知する温度センサを用いるようにしても良い。
さらに、本実施例では、電動モータに供給する電流を制御するようにしているが、これに代えて電動モータの回転数を制御するようにしても良い。
次に本実施例の密閉型電動圧縮機を用いた冷凍サイクルの一例について説明する。図7は本発明の実施例に係る空気調和機のサイクル構成図である。
図7において、高圧チャンバタイプの密閉型電動圧縮機50(圧縮機)と、密閉型電動圧縮機50の吐出回路71中に設けられている油分離器72と、油分離器72から油溜9に油を戻す直列回路73と、密閉型電動圧縮機50の吐出回路71に接続され、冷媒の循環方向を切換える四方切換弁74(切換弁)と、四方切換弁74と接続され、送風機75が付設されている室外側熱交換器76と、室外側熱交換器76と接続された暖房用の電子膨張弁77と、レシーバ78と、レシーバ78を介して暖房用の電子膨張弁77と接続された冷房用の電子膨張弁79と、冷房用の電子膨張弁79と接続され、送風機80が付設されている室内側熱交換器81と、密閉型電動圧縮機50の吸入配管83の途中に設けられたアキュムレータ82と、密閉型電動圧縮機の吸入配管83とを冷媒配管により順次接
続した閉サイクルの冷媒回路とを備えている。冷媒はトリフルオロヨードメタン(CF3I)及びその混合冷媒とする冷凍サイクル70を構成している。密閉型電動圧縮機50内部には回転子7aが設置され、図2で示す回転子7a内部に永久磁石33が組み込まれ、図1で示す密閉型電動圧縮機50のシャフト6に固定される。
続した閉サイクルの冷媒回路とを備えている。冷媒はトリフルオロヨードメタン(CF3I)及びその混合冷媒とする冷凍サイクル70を構成している。密閉型電動圧縮機50内部には回転子7aが設置され、図2で示す回転子7a内部に永久磁石33が組み込まれ、図1で示す密閉型電動圧縮機50のシャフト6に固定される。
本実施例によれば、トリフルオロヨードメタンを使用することによって圧縮機の吐出ガスの温度上昇が生じた場合であっても、永久磁石が1%減磁する電流以下に電動モータを制御することが可能となり、圧縮機を高効率に安定して運転することができる空気調和機を提供することができる。
上記した実施例の密閉型電動圧縮機50は、スクロール型圧縮機を想定しているが、本発明は、例えばロータリータイプ、スイングタイプ、レシプロタイプなどの他の圧縮機に適用することもできる。
さらに本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
1…密閉容器、2…圧縮機構、3…固定スクロール、4…旋回スクロール、5…フレーム、6…シャフト、7…電動モータ、7a…回転子、7b…固定子、8…潤滑油、9…油溜、11…吸込パイプ、12…吸込口、14…吐出口、22…吐出パイプ、24…コイル、31…磁石収容部、33…永久磁石、50…密閉型電動圧縮機、61…交流電流、62…整流回路、63…インバータ、64…温度センサ、65…温度検出回路、66…インバータ制御手段、67…電流センサ、68…電流検出回路、69…記憶手段、70…冷凍サイクル、71…吐出回路、72…油分離器、73…直列回路、74…四方切換弁、75…送風機、76…室外側熱交換器、77…電子膨張弁、78…レシーバ、79…電子膨張弁、80…送風機、81…室内側熱交換器、82…アキュムレータ、83…吸入配管
Claims (10)
- 高圧チャンバタイプの密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータとを備え、
前記電動モータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備えた圧縮機であって、
前記冷媒はトリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタン(CF3I)と他の冷媒を含む混合冷媒であり、
前記圧縮機構から吐出された前記冷媒の吐出温度を検出する温度センサと、前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度センサからの信号に基づき、前記電動モータに流れる電流が前記冷媒の吐出温度における前記永久磁石の1%減磁開始電流以下になるように、前記電動モータに供給する電流を制御することを特徴とする圧縮機。 - 請求項1において、
前記永久磁石は800kA/m以上の固有保磁力を有しているネオジウム磁石であることを特徴とする圧縮機。 - 請求項2において、
前記永久磁石の材料はNd-Fe-B系磁石に、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Scのいずれかの希土類元素を含むことを特徴とする圧縮機。 - 請求項1乃至3の何れか1項において、
前記吐出温度を検知する温度センサに代えて、前記密閉容器の表面温度を検知する温度センサを備えたことを特徴とする圧縮機。 - 請求項1乃至3の何れか1項において、
前記制御手段は、前記電動モータに供給する電流を制御することに代えて、前記電動モータの回転数を制御することを特徴とする圧縮機。 - 高圧チャンバタイプの密閉容器を備え、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の吐出回路に接続され、前記冷媒の循環方向を切換える切換弁と、前記切換弁と接続され、送風機が付設されている室外側熱交換器と、前記室外側熱交換器と接続された暖房用の電子膨張弁と、前記暖房用の電子膨張弁と接続された冷房用の電子膨張弁と、前記冷房用の電子膨張弁と接続され、送風機が付設されている室内側熱交換器とを備えた空気調和機において、
前記冷媒はトリフルオロヨードメタン(CF3I)単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタン(CF3I)と他の冷媒を含む混合冷媒であり、
前記圧縮機は、前記密閉容器に収容され、前記冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータとを備え、
前記電動モータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備え、
前記圧縮機構から吐出された前記冷媒の吐出温度を検出する温度センサと、前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度センサからの信号も基づき、前記電動モータに流れる電流が前記冷媒の吐出温度における前記永久磁石の1%減磁開始電流以下になるように、前記電動モータに供給する電流を制御することを特徴とする空気調和機。 - 請求項6において、
前記永久磁石は800kA/m以上の固有保磁力を有しているネオジウム磁石であることを特徴とする空気調和機。 - 請求項7において、
前記永久磁石の材料はNd-Fe-B系磁石に、La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Scのいずれかの希土類元素を含むことを特徴とする空気調和機。 - 請求項6乃至8の何れか1項において、
前記吐出温度を検知する温度センサに代えて、前記密閉容器の表面温度を検知する温度センサを備えたことを特徴とする空気調和機。 - 請求項6乃至9の何れか1項において、
前記制御手段は、前記電動モータに供給する電流を制御することに代えて、前記電動モータの回転数を制御することを特徴とする空気調和機。
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