JP2001221526A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 圧縮機の吸入乾き度を正確に検知し、その検
知結果に基づいて膨張弁の制御を行い、圧縮機の吸入乾
き度が適切な状態になるように制御することで運転効率
のよい冷凍空調装置を提供する。また、運転状態を検知
し、それに対応して圧縮機の吸入乾き度が適切な状態に
なるように膨張弁の制御を行うことで信頼性の高い冷凍
空調装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機２、凝縮器、膨張弁、蒸発器を接
続してなる冷凍空調装置であって、前記圧縮機の吐出冷
媒の吐出温度と前記凝縮器での凝縮温度と前記蒸発器で
の蒸発温度とを検出する温度センサ１０と、吐出温度、
凝縮温度、蒸発温度の検出値から圧縮機吸入の冷媒ガス
の乾き度を推定する推定手段と、前記推定手段にて推定
された圧縮機吸入の冷媒ガスの乾き度に基づいて前記膨
張弁の開度を制御する制御手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は膨張弁の開度調整
を行うことで圧縮機の吸入状態を制御をするエアコンや
冷凍機等の冷凍空調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発
器を接続してなる冷凍空調装置においては、冷凍空調装
置の能力確保のために膨張弁の開度調整を行い、蒸発器
出口の冷媒過熱度を制御することが一般に行われてい
る。図７は冷凍空調便覧新版第５版２巻Ｐ１３７に記載
の冷凍空調装置の回路図である。この例においては蒸発
器の出入口の温度を測定し、この温度差から蒸発器出口
の過熱度を演算し、この過熱度が目標値となるよう膨張
弁の開度を制御する方法が記されている。また蒸発器出
口の冷媒の乾き度を蒸発器の蒸発温度、凝縮器の凝縮温
度、圧縮機の吐出温度から推定し、膨張弁の開度を制御
する方法については特開昭５４−４９６６１が挙げられ
る。この従来例では、圧縮機の圧縮過程を等エントロピ
ー変化と仮定し、圧縮機の吸入状態を蒸発温度、凝縮温
度、吐出温度から求め、圧縮機の吸入状態と蒸発器出口
状態が等しいとして蒸発器出口状態を求め、蒸発器出口
の冷媒の乾き度を推定している。そしてこの蒸発器出口
の冷媒乾き度の目標値が０．８５〜０．９になるように
膨張弁の開度を制御する方法が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】膨張弁の開度の制御で
は、冷凍空調装置の運転効率を考えると蒸発器での出入
口の冷媒エンタルピ差が大きくなるように制御される必
要がある。一方あまりに冷媒エンタルピ差が大きくなる
ように制御すると、蒸発器内での二相部分が減少し過熱
ガス部分が増加し、過熱ガス部分の伝熱性能が二相部分
に比べ低下することから蒸発器全体での伝熱性能も低下
してしまうので、蒸発器の伝熱性能から見るとできるだ
け過熱ガス部分が少なくなるように制御される必要があ
る。この両者の兼ね合いから実際には蒸発器出口が過熱
ガスになるかどうか（冷媒の乾き度１．０程度）で制御
できると冷凍空調装置の運転効率がよくなる。また冷凍
空調装置に用いられる蒸発器では冷媒の分岐数が複数あ
るものが多く、蒸発器入口で各分岐に分配がなされる場
合分配が均等に行われず、各分岐の冷媒流量が異なる場
合が発生する。このような状況では、流量が少なく分配
された分岐では冷媒の相変化が起こりやすく途中で過熱
ガスとなる一方で流量が多く分配された分岐では冷媒の
相変化が起こりにくく蒸発器出口でも二相のままという
状態が生じる。従って蒸発器出口がちょうど過熱ガスに
なるかどうかの状態に制御しても、ある分岐では過熱ガ
スとなっている領域が存在し、蒸発器の伝熱性能が低下
する。このような場合は蒸発器の伝熱性能が低下しない
よう蒸発器出口がちょうど過熱ガスになるかどうか（冷
媒の乾き度１．０程度）よりも若干液冷媒を含む湿り気
味の状態にし、冷媒の乾き度が１．０よりもやや小さく
なるように制御する方が冷凍空調装置の運転効率がよく
なる。

【０００４】従って従来の膨張弁の開度の制御方法では
以下に示すような問題が発生する。まず蒸発器出口の過
熱度を演算し、この過熱度が目標値となるよう膨張弁の
開度を制御する場合であるが、この場合過熱度の検知精
度を考えると実際には過熱度が３℃以上になるように制
御がなされる。このときは蒸発器出口で過熱ガスになっ
ていることから、蒸発器内に過熱ガス部分が存在し蒸発
器の伝熱効率が低下する。特に分岐が複数あり、分配が
適切に行われていない熱交換器では過熱ガス部分がさら
に増加し蒸発器の伝熱効率が低下する。従って冷凍空調
装置の運転効率が低下するという問題があった。またこ
の制御方法で蒸発器内に過熱ガス部分が存在しないよう
に制御しようとしても、蒸発器の出口が過熱ガスでない
場合、過熱度の演算値は常に０となってしまい、蒸発器
出口の冷媒がどの程度液冷媒を含むか判別できない。従
って冷媒の乾き度が１．０よりもやや小さくなるように
制御するということができないという問題があった。

【０００５】次に特開昭５４−４９６６１記載の圧縮機
の圧縮過程を等エントロピー変化と仮定し、圧縮機の吸
入状態を蒸発温度、凝縮温度、吐出温度から求め、圧縮
機の吸入状態と蒸発器出口状態が等しいとして蒸発器出
口状態を求め、蒸発器出口の冷媒の乾き度を推定し、こ
の蒸発器出口の冷媒乾き度の目標値が０．８５〜０．９
になるように膨張弁の開度を制御する場合であるが、こ
の場合には以下のような問題点が生じる。まず冷媒乾き
度の目標値が０．８５〜０．９に設定されていることか
ら蒸発器内は二相部分のみが占めることになり蒸発器の
伝熱性能は良好となるが、一方で蒸発器出口での冷媒乾
き度が小さいため蒸発器出入口でのエンタルピ差が小さ
くなり、冷凍空調装置の運転効率が低下するという問題
点があった。また圧縮機の圧縮過程を等エントロピー変
化と仮定し、圧縮機の吸入状態を求めているが、圧縮過
程が等エントロピー変化となるのは圧縮中に断熱されて
いる場合であり、実際の圧縮機の中では冷媒は圧縮機内
のモータ発熱などの影響を受け等エントロピー変化とな
り得ない。従って圧縮機の圧縮過程を等エントロピー変
化と仮定し、圧縮機の吸入状態を求めても圧縮機の吸入
状態を正確に求めることができないという問題があっ
た。またこの従来例では、凝縮温度、蒸発温度、吐出温
度、吸入ガス乾き度のマップを持ちこのマップをもとに
運転中の吸入ガス乾き度を推定するとあるが、吐出温度
に関しては冷凍空調装置周囲の外気温度の影響が大き
く、同一凝縮温度、蒸発温度、吸入ガス乾き度であって
も外気温度によっては吐出温度は１０℃以上異なってく
る。従来例ではこの外気温度の影響が考慮されていない
ため、圧縮機の吸入状態を正確に求めることができない
という問題があった。またこの従来例では、冷凍空調装
置の運転条件の変化によって圧縮機吐出温度が上昇する
場合など運転状態に異常事態が発生したときの対応法が
示されておらず、冷凍空調装置運転の際の信頼性が低く
なるという問題点があった。

【０００６】この発明は、このような問題点を解消する
ためになされたものであり、圧縮機の吸入乾き度を正確
に検知し、その検知結果に基づいて膨張弁の制御を行
い、圧縮機の吸入乾き度が適切な状態になるように制御
することで運転効率のよい冷凍空調装置を提供する。ま
た、運転状態を検知し、それに対応して圧縮機の吸入乾
き度が適切な状態になるように膨張弁の制御を行うこと
で信頼性の高い冷凍空調装置を提供することを目標とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷凍空調
装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を接続してな
る冷凍空調装置であって、前記圧縮機の吐出冷媒の吐出
温度と前記凝縮器での凝縮温度と前記蒸発器での蒸発温
度とを検出する温度センサと、吐出温度、凝縮温度、蒸
発温度の検出値から圧縮機吸入の冷媒ガスの乾き度を推
定する推定手段と、前記推定手段にて推定された圧縮機
吸入の冷媒ガスの乾き度に基づいて前記膨張弁の開度を
制御する制御手段とを備えたものである。

【０００８】また、前記推定手段において推定された圧
縮機吸入の冷媒ガス乾き度が予め定められた目標値とな
るよう前記制御手段で膨張弁を制御する制御手段を備え
たものである。

【０００９】また、前記制御手段は圧縮機吸入の冷媒ガ
ス乾き度の目標値を０．９０〜１．０とするものであ
る。

【００１０】また、前記制御手段は吐出温度の検知値が
予め定められた設定値より高くなる場合には、圧縮機吸
入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定するものであ
る。

【００１１】また、前記制御手段は凝縮温度の検知値が
予め定められた設定値より高くなる場合には、圧縮機吸
入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定するものであ
る。

【００１２】また、前記制御手段は蒸発温度の検知値が
予め定められた設定値より低くなる場合には、圧縮機吸
入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定するものであ
る。

【００１３】また、前記制御手段は吐出温度の検知値と
凝縮温度の検知値との偏差が予め定められた設定値より
低くなる場合には、圧縮機吸入の冷媒ガス乾き度の目標
値を高く設定するものである。

【００１４】また、蒸発器内に冷媒温度を検出する温度
センサを２カ所以上設け、前記制御手段は所定の２つの
温度センサの検出値の差が予め定められた値以上になる
場合には、圧縮機吸入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く
設定するものである。

【００１５】また、前記制御手段は吸入乾き度の変化に
対して検出する吐出温度の応答が遅れる場合、吐出温度
の過去の変化履歴から予測される所定時間経過後の吐出
温度を用いるものである。

【００１６】また、冷房運転及び暖房運転が可能な空気
調和装置とし、前記制御手段は冷房運転の場合は暖房運
転の場合よりも冷媒ガス乾き度の目標値を大きくするも
のである。

【００１７】また、蒸発器又は凝縮器を複数並列に接続
し、並列な液配管の長さに応じて膨脹弁の開度への影響
度合いを変えたものである。

【００１８】また、前記蒸発器は入口が複数に分岐され
ているものである。

【００１９】また、前記蒸発器は入口が複数に分岐され
ると共に、前記制御手段はこの分岐部分における冷媒分
配状況に応じて冷媒ガス乾き度の目標値を変化させるも
のである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下本発明の実施
の形態１を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１
による冷凍空調装置の冷媒回路図である。図において、
１は室外機、であり、２は圧縮機、３は四方弁、４は室
外熱交換器、５は電子膨張弁、７は室内熱交換器、６は
室外機１と室内熱交換器７を接続する液配管、８は室外
機１と室内熱交換器７を接続するガス配管、９は計測制
御装置、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅは温
度センサであり、温度センサ１０ａは圧縮機２の吐出温
度、温度センサ１０ｂは室外熱交換器４の中間の冷媒温
度、温度センサ１０ｃは室外熱交換器４の冷房運転時の
出口側の冷媒温度、温度センサ１０ｄは室内熱交換器７
の冷房運転時の入口側の冷媒温度、温度センサ１０ｅは
室内熱交換器７の中間の冷媒温度を計測する。計測制御
装置９では温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０
ｄ、１０ｅで計測された値を取り込み、その値をもとに
演算を行って、電子膨張弁５の開度の制御を行う。尚、
これら温度センサは通常圧縮機や蒸発器、凝縮器の保護
のために付いているものなので、本発明の制御を行なう
ために新たなセンサを付加しなくても実現でき、この点
においてリサイクル処理に伴う解体性に優れている。

【００２１】次に本発明の実施の形態１における冷媒の
流れを説明する。まず冷房運転について説明する。冷房
運転では四方弁３は図１実線の方向に流れるよう流路設
定される。そして圧縮機２から吐出された高温高圧のガ
ス冷媒は四方弁３を経て凝縮器となる室外熱交換器４で
冷媒は室外機１周囲の外気と熱交換し凝縮液化された
後、電子膨張弁５で減圧され低圧の二相冷媒となり、そ
の後液配管６をへて室内熱交換器７に流入する。そして
蒸発器となる室内熱交換器７で冷媒は蒸発ガス化しなが
ら室内側空気の熱を奪い冷却する。その後冷媒はガス配
管８、四方弁３を通じたのち、圧縮機２に吸入される。
一方、暖房運転では四方弁３は図１波線の方向に流れる
よう流路設定される。そして圧縮機２から吐出された高
温高圧のガス冷媒はガス配管８を経て凝縮器となる室内
熱交換器７で凝縮液化されながら、室内側空気に温熱を
供給する。その後液配管６を経て電子膨張弁５で減圧さ
れ低圧の二相冷媒となり、蒸発器となる室外熱交換器４
で外気と熱交換し蒸発ガス化された後、四方弁３を通じ
たのち、圧縮機２に吸入される。

【００２２】次に本発明の実施の形態１における電子膨
張弁５の開度制御方法について説明する。電子膨張弁５
の開度制御は圧縮機２の吸入冷媒の乾き度Ｘｓを推定
し、推定された吸入冷媒の乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍと
なるように制御する。このときの電子膨張弁５の開度制
御方法についてのフローチャートを図２に示す。まず最
初に圧縮機２の吸入乾き度Ｘｓの推定方法について説明
する。

【００２３】冷房運転時は以下のように圧縮機２の吸入
乾き度を推定する。まず温度センサ１０ａで圧縮機２の
吐出温度Ｔｄ、温度センサ１０ｂで室外熱交換器４での
凝縮温度ＣＴ、温度センサ１０ｅで室内熱交換器７での
蒸発温度ＥＴを計測しその情報を計測制御装置９に取り
込む（Ｓ１）。計測制御装置９では、予め図８に示すよ
うに圧縮機２の吸入乾き度が１のときの吐出温度Ｔｄの
マップがＣＴ、ＥＴ毎に用意されている。この吐出温度
Ｔｄのマップは圧縮機２の実運転時の性能データの測定
値および、性能データをもとに解析される圧縮機２の効
率をもとに推定された値が記載されている。一般に圧縮
機２では圧縮行程が理想的に等エントロピー変化と仮定
された場合よりも効率が低下するため、この吐出温度Ｔ
ｄの値は等エントロピー変化と仮定して求めた値よりも
高い値となる。測定された凝縮温度ＣＴ、蒸発温度ＥＴ
および圧縮機２の吸入乾き度が１のときの吐出温度Ｔｄ
のマップより、現在のＣＴ、ＥＴ条件下で吸入乾き度が
１であった場合の吐出温度Ｔｄ０を求める（Ｓ２）。

【００２４】次にＴｄ０の値の外気温度補正を実施する
（Ｓ３）。これは圧縮機２からの放熱により、室外機１
まわりの外気温度が異なると同じＣＴ、ＥＴであっても
吐出温度Ｔｄが異なり、外気温度が低い場合はＴｄは低
く、外気温度が高くなる場合はＴｄは高くなるからであ
る。従って表１のマップ作成時に想定した外気温度より
も外気温度が低い場合はＴｄ０を低く、外気温度が高く
なる場合はＴｄ０を高く補正する。なお外気温度につい
ては図１の冷凍空調装置の場合、外気温度の測定センサ
が存在しないため、室外熱交換器４の凝縮温度ＣＴをも
とに推定する。室外熱交換器４の伝熱性能より、凝縮温
度ＣＴは外気温度に対して概ねある一定温度ΔＴＣ高い
値となるため、外気温度については凝縮温度ＣＴ−ΔＴ
Ｃとして推定する。

【００２５】このようにして得られたＴｄ０をもとに圧
縮機２の吸入乾き度Ｘｓを推定する（Ｓ４）。図３は圧
縮機２の圧縮過程の変化をＰＨ線図に表したものであ
る。図中の実線は現在運転中の冷凍空調装置の圧縮過程
の変化、点線は吸入乾き度が１である場合の圧縮過程の
変化であり、点１は現在運転中の冷凍空調装置の圧縮機
２の吐出状態、点２は現在運転中の冷凍空調装置の圧縮
機２の吸入状態、点３は吸入乾き度Ｘｓが１である場合
の圧縮機２の吐出状態、点４は吸入乾き度Ｘｓが１であ
る場合の圧縮機２の吸入状態である。凝縮温度ＣＴ、蒸
発温度ＥＴが同じであり、圧縮機２の出入口圧力が同じ
である場合は圧縮機２の効率はほぼ同一となるため、圧
縮過程の変化は吸入乾き度が１である場合の圧縮過程を
平行移動したものとなる。従って、点１のエンタルピｈ
１と点３のエンタルピｈ３の偏差ｈ１−ｈ３と、点２の
エンタルピｈ２と点４のエンタルピｈ４の偏差ｈ２−ｈ
４は等しくなる。従って現在運転中の冷凍空調装置の圧
縮機２の吸入エンタルピｈ２はｈ２＝ｈ１−ｈ３＋ｈ４
となる。エンタルピｈ１は凝縮温度ＣＴ、および吐出温
度Ｔｄより、エンタルピｈ３は凝縮温度ＣＴ、および吸
入乾き度が１である場合の吐出温度Ｔｄ０より、エンタ
ルピｈ４は蒸発温度ＥＴ、および吸入乾き度１というこ
とからそれぞれ冷媒の物性計算より求めることができる
ので、これらの値から圧縮機２の吸入エンタルピｈ２を
求めることができる。蒸発温度ＥＴ、およびエンタルピ
ｈ２から現在運転中の冷凍空調装置の圧縮機２の吸入乾
き度Ｘｓは冷媒の物性計算から求めることができる。

【００２６】なお、吐出温度Ｔｄについては冷凍空調装
置の運転状態の変化に対しての応答が遅いため、冷凍空
調装置の状態が過渡的に変化している場合は、現在の吸
入乾き度Ｘｓの変化に応答した値となっていない可能性
がある。このような状況が予測される場合には吐出温度
Ｔｄの過去の変化履歴から吸入乾き度Ｘｓの変化に応答
が表れると予測される時間経過後の吐出温度Ｔｄの値を
もとめ、このＴｄの値から図３のエンタルピｈ１の値を
求めるようにする。

【００２７】暖房運転時は、温度センサ１０ａで圧縮機
２の吐出温度Ｔｄ、温度センサ１０ｅで室内熱交換器７
での凝縮温度ＣＴ、温度センサ１０ｂで室外熱交換器４
での蒸発温度ＥＴを計測しその情報を計測制御装置９に
取り込む。また外気温度の推定に関しては、暖房運転時
には室外熱交換器４の伝熱性能より、蒸発温度ＥＴは外
気温度に対して概ねある一定温度ΔＴＨ低い値となるた
め、外気温度については蒸発温度ＥＴ＋ΔＴＨとして推
定する。その他の吸入乾き度Ｘｓの推定方法については
冷房運転と同様に実施する。

【００２８】以上のように求めた吸入乾き度Ｘｓが吸入
乾き度の目標値Ｘｓｍとなるように設定する（Ｓ５）。
吸入乾き度の目標値Ｘｓｍは以下のように決定する。図
４は、本発明に際して暖房運転中の冷凍空調装置のＣＯ
Ｐが圧縮機２の吸入乾き度Ｘｓによってどのように変化
するか求めた図である。図で横軸は圧縮機２の吸入乾き
度Ｘｓ、縦軸は冷凍空調装置のＣＯＰ比であり、この運
転での最大ＣＯＰに対する比を表している。図にあるよ
うにＣＯＰは吸入乾き度Ｘｓ＝０．９５の状態で最大と
なる。また吸入乾き度０．９〜１．０の範囲では冷凍空
調装置のＣＯＰは最大ＣＯＰから１０％低下する程度で
行えており、比較的効率のよい運転が行えることがわか
る。一方従来例にあった乾き度０．８５〜０．９の範囲
では冷凍空調装置のＣＯＰは最大ＣＯＰから１０％〜２
０％低下しており、この範囲の吸入乾き度Ｘｓでは効率
の悪い運転を行うようになることがわかる。冷凍空調装
置のＣＯＰが図４のように吸入乾き度０．９５で最大と
なる理由は、冷凍空調装置の運転効率を考えると蒸発
器での出入口での冷媒エンタルピ差が大きくなるように
制御される必要がある一方で、あまりに冷媒エンタルピ
差が大きくなるように制御すると、蒸発器内での二相部
分が減少し過熱ガス部分が増加し、過熱ガス部分の伝熱
性能が二相部分に比べ低下することから蒸発器全体での
伝熱性能も低下してしまうので、できるだけ過熱ガス部
分が少なくなるように制御される必要があるため、この
両者の兼ね合いから実際には蒸発器出口が過熱ガスにな
るかどうか（冷媒の乾き度１．０程度）で制御できると
冷凍空調装置の運転効率がよくなるという点、および
冷凍空調装置に用いられる蒸発器では冷媒の分岐数が複
数あるものが多く、蒸発器入口で各分岐に分配がなされ
る場合分配が均等に行われず、各分岐の冷媒流量が異な
る場合が発生し、このような状況では、流量が少なく分
配された分岐では冷媒の相変化が起こりやすく途中で過
熱ガスとなる一方で流量が多く分配された分岐では冷媒
の相変化が起こりにくく蒸発器出口でも二相のままとい
う状態が生じ、従って蒸発器出口がちょうど過熱ガスに
なるかどうかの状態に制御しても、ある分岐では過熱ガ
スとなっている領域が存在し、蒸発器の伝熱性能が低下
する。このような場合は蒸発器の伝熱性能が低下しない
よう蒸発器出口がちょうど過熱ガスになるかどうか（冷
媒の乾き度１．０程度）よりも若干液冷媒を含む湿り気
味の状態にし、冷媒の乾き度が１．０よりもやや小さく
なるように制御する方が冷凍空調装置の運転効率がよく
なる、という以上２つの理由による。冷凍空調装置の運
転としては効率のよい運転が望ましいので吸入乾き度Ｘ
ｓの目標値Ｘｓｍは０．９５と設定する。

【００２９】なお冷房運転の場合は室外機１周囲の外気
温度が蒸発温度ＥＴに比べると２０〜４０℃高くなるこ
と、および蒸発器が室内熱交換器７となり、圧縮機２の
吸入までの間にガス配管８が配置されていることから室
内熱交換器７から圧縮機２の吸入までの配管で冷媒が外
気によって加熱される場合が生じる。このような場合、
蒸発器での伝熱効率がよくなるよう蒸発器出口の冷媒の
乾き度が１．０よりもやや小さく０．９５程度になるよ
うな運転をしても、圧縮機２吸入の乾き度としては０．
９５より大きくなる。従って図４の吸入乾き度Ｘｓと冷
凍空調装置ＣＯＰの相関関係が図４右側方向に移動す
る。従って冷房運転の場合は暖房運転よりも目標とする
吸入乾き度の値Ｘｓｍを若干大きく設定する。

【００３０】また蒸発器の分配状況によっても図の吸入
乾き度Ｘｓと冷凍空調装置ＣＯＰの相関関係が移動す
る。分配状況がよくなれば蒸発器出口の冷媒の乾き度が
１．０に近くなるように制御する方が冷凍空調装置の運
転効率がよくなるため吸入乾き度Ｘｓと冷凍空調装置Ｃ
ＯＰの相関関係は図４右側方向に移動する。一方、分配
状況が悪くなれば冷媒の乾き度が蒸発器のガス部分が存
在しないよう蒸発器出口の冷媒乾き度が１．０から遠く
なるように制御する方が冷凍空調装置の運転効率がよく
なるため吸入乾き度Ｘｓと冷凍空調装置ＣＯＰの相関関
係は図４左側方向に移動する。このように蒸発器によっ
ても吸入乾き度Ｘｓと冷凍空調装置ＣＯＰの相関関係が
異なってくるため、蒸発器の特性に応じて冷凍空調装置
の運転効率がよくなる吸入乾き度Ｘｓに目標値Ｘｓｍを
設定する。ただしこの蒸発器性能による吸入乾き度Ｘｓ
と冷凍空調装置ＣＯＰの相関関係の移動量は大きくても
０．０５程度となるので、吸入乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓ
ｍの設定範囲としては０．９５±０．０５、すなわち
０．９〜１．０の範囲で設定される。

【００３１】次に電子膨張弁５の開度制御方法について
説明する。電子膨張弁５の開度は現在運転中の冷凍空調
装置の吸入乾き度Ｘｓと吸入乾き度の目標値Ｘｓｍの大
小によって決定される（Ｓ６）。冷凍空調装置の吸入乾
き度Ｘｓが吸入乾き度の目標値Ｘｓｍより大きい場合は
電子膨張弁５の開度を現在の開度より大きく制御し、吸
入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍに近づくように制御する。
一方冷凍空調装置の吸入乾き度Ｘｓが吸入乾き度の目標
値Ｘｓｍより小さい場合は電子膨張弁５の開度を現在の
開度より小さく制御し、吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍ
に近づくように制御する（Ｓ７）。なお開度変更量につ
いては吸入乾き度Ｘｓと目標値Ｘｓｍとの偏差にもとづ
くＰＩＤ制御で行ってもよいし、ファジー制御などを適
用してもよい。

【００３２】以上に示したように吸入乾き度Ｘｓが目標
値Ｘｓｍになるように制御することで、冷凍空調装置を
効率よく運転することが可能となる。

【００３３】なお凝縮温度ＣＴ、蒸発温度ＥＴの計測に
は室外熱交換器４、室内熱交換器７の中間の温度を測定
するように設定されているが、測定場所は凝縮温度Ｃ
Ｔ、蒸発温度ＥＴを測定できる場所であれば、熱交換器
中間に限るものではない。凝縮温度ＣＴを測定するので
あれば、凝縮器内でガス冷媒が二相冷媒に相変化する点
から、二相冷媒が液冷媒に相変化する点の間に温度セン
サ１０を設ければよいし、蒸発温度ＥＴを測定するので
あれば、蒸発器では入口から冷媒は二相状態であるの
で、蒸発器入口から蒸発器内で二相冷媒がガス冷媒に相
変化する点の間に温度センサ１０を設ければよい。例え
ば、冷房運転では室内熱交換器７が蒸発器となるので、
蒸発温度として蒸発器入口の温度を測定する温度センサ
１０ｄで測定される温度を用いてもよい。暖房運転では
室外熱交換器４が蒸発器となるので、蒸発温度として蒸
発器入口の温度を測定する温度センサ１０ｃで測定され
る温度を用いてもよい。また凝縮温度ＣＴ、蒸発温度Ｅ
Ｔを計測する代わりに冷凍空調装置の高圧、低圧を圧力
センサで検知しても良い。冷凍空調装置に使用される冷
媒の物性より高圧から凝縮温度ＣＴ、低圧から蒸発温度
ＥＴを求めることができる。圧力センサの設置場所につ
いては、高圧、低圧を計測できるところならどこでもよ
く、高圧を検知するセンサの設置場所は圧縮機２の吐出
側から電子膨張弁５入口まで、低圧を検知するセンサの
設置場所は電子膨張弁５出口から圧縮機２の吸入側の範
囲で検知可能となる。

【００３４】また凝縮温度ＣＴの計測については凝縮器
の出口温度から推定される凝縮温度を用いてもよい。凝
縮温度ＣＴと凝縮器出口温度とでは、過冷却度ＳＣ分凝
縮器出口温度が低くなるが、冷凍空調装置で蒸発器の出
口状態がある一定の状態に制御される場合、この過冷却
度ＳＣの値はほぼ一定の値となる。従って凝縮器出口温
度を計測し、計測値に過冷却度ＳＣの値を加えることで
凝縮温度としてもよい。冷房運転時には凝縮器の出口温
度を温度センサ１０Ｃで計測しこの計測値に過冷却度Ｓ
Ｃの与えることで凝縮温度とし、暖房運転時には凝縮器
の出口温度を温度センサ１０ｄで計測し、この計測値に
過冷却度ＳＣを加えることで凝縮温度とすることができ
る。

【００３５】なおこの冷凍空調装置の冷媒としては現在
冷凍空調装置の冷媒としてよく用いられているＲ２２で
もよいし、ＨＦＣ系の単一冷媒であるＲ３２、Ｒ１３４
ａ、またＨＦＣ系の混合冷媒であるＲ４０７Ｃ、Ｒ４１
０Ａ、Ｒ４０４Ａでもよい。またプロパンやブタンなど
のＨＣ系冷媒およびその混合冷媒、アンモニア、炭酸ガ
ス、水などの自然冷媒などでもよい。これらのどのよう
な冷媒であっても本発明では吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘ
ｓｍになるように制御することで、冷凍空調装置を効率
よく運転することが可能となる。特に従来広く使われて
いたＲ２２冷媒よりも蒸発器における温度勾配が小さい
冷媒を用いれば、蒸発温度をより正確に検出することが
できるので、冷媒ガス乾き度がより正確に求まり、精度
が向上する。

【００３６】また冷凍空調装置の冷凍機油として用いら
れる油としては鉱油、エステル油、アルキルベンゼン
油、エーテル油などを用いてもよいし、冷媒が冷凍機油
に対して相溶、非相溶（弱相溶を含む）いずれであって
もよい。いずれの場合も本発明では吸入乾き度Ｘｓが目
標値Ｘｓｍになるように制御することで、冷凍空調装置
を効率よく運転することが可能となる。特にアルキルベ
ンゼン系油等の非相溶油系の冷凍機油を用いた場合、配
管にスラッジが付きにくくなるため、各温度センサから
の検出値がより実際の冷媒温度に近いものとなり、本発
明に好適である。

【００３７】また冷凍空調装置に用いられる熱交換器と
しては室内側、室外側とも空気と熱交換するとして説明
したが、熱交換器において冷媒が水あるいはその他の媒
体と熱交換する場合においても同様に制御を行うこと
で、冷凍空調装置を効率よく運転することが可能とな
る。

【００３８】実施の形態２．図５は本発明の実施の形態
２における冷凍空調装置の冷媒回路図である。図５は室
内熱交換器７が複数台接続されているマルチタイプの冷
凍空調装置の場合を示した図であり、前述の図１と同符
号は相当部分を示している。また 実施の形態２におけ
る冷媒の流れは実施の形態１における冷媒の流れと同様
であるので説明を省略する。

【００３９】この場合の電子膨張弁５ａ、５ｂの開度制
御は以下のように実施する。冷房運転の場合は、温度セ
ンサ１０ａで圧縮機２の吐出温度Ｔｄ、温度センサ１０
ｂで室外熱交換器４での凝縮温度ＣＴ、温度センサ１０
ｅで室内熱交換器７ａでの蒸発温度ＥＴａ、温度センサ
１０ｇで室内熱交換器７ａでの蒸発温度ＥＴｂを計測し
その情報を計測制御装置９に取り込む。蒸発温度ＥＴに
ついては複数測定可能であるので、ＥＴａ、ＥＴｂの値
のうち低い方の値もしくは両者の平均値をＥＴとする。
そして実施の形態１の場合と同様に圧縮機２の吸入乾き
度Ｘｓを演算する。次に吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍ
になるように電子膨張弁５ａ、５ｂの制御を行うが、ま
ず電子膨張弁５ａ、５ｂの開度の合計値をどの値に制御
するかを現在の開度の合計値、および吸入乾き度Ｘｓと
目標値Ｘｓｍの偏差から決定する。

【００４０】電子膨張弁５ａ、５ｂの開度の合計値は現
在運転中の冷凍空調装置の吸入乾き度Ｘｓと吸入乾き度
の目標値Ｘｓｍの大小によって決定される。冷凍空調装
置の吸入乾き度Ｘｓが吸入乾き度の目標値Ｘｓｍより大
きい場合は電子膨張弁５の開度の合計値を現在の開度の
合計値より大きく制御し、吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓ
ｍに近づくように制御する。一方冷凍空調装置の吸入乾
き度Ｘｓが吸入乾き度の目標値Ｘｓｍより小さい場合は
電子膨張弁５ａ、５ｂの開度の合計値を現在の開度の合
計値より小さく制御し、吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍ
に近づくように制御する。なお開度変更量については吸
入乾き度Ｘｓと目標値Ｘｓｍとの偏差にもとづくＰＩＤ
制御で行ってもよいし、ファジー制御などを適用しても
よい。

【００４１】そしてこの開度の合計値を電子膨張弁５
ａ、５ｂに割り振る。この割り振る比については室内熱
交換器７ａ、７ｂの運転容量比で割り振る。例えば室内
熱交換器７ａの運転容量が２．８ｋＷ、７ｂの運転容量
が４．０ｋＷであったときに、制御前の電子膨張弁５ａ
の開度が８４パルス、５ｂの開度が１２０パルス、合計
の開度が２０４パルスであり、吸入乾き度Ｘｓが目標値
Ｘｓｍになるように制御するために合計の開度が２２１
パルスとなる場合は、２２１パルスを容量比２．８：
４．０の比で割り振って電子膨張弁５ａの開度を９１パ
ルス、電子膨張弁５ｂの開度を１３０パルスに制御す
る。

【００４２】また個々の電子膨張弁５の開度の決定にお
いては、制御による電子膨張弁５の開度の制御量の合計
値を各室内熱交換器７の運転容量で割り振り各電子膨張
弁５の制御量を求め、開度制御を行ってもよい。例え
ば、例えば室内熱交換器７ａの運転容量が２．８ｋＷ、
７ｂの運転容量が４．０ｋＷであったときに、制御前の
電子膨張弁５ａの開度が８４パルス、５ｂの開度が１２
０パルス、開度の合計値が２０４パルスであり、吸入乾
き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍになるように制御するために開
度の合計値が２２１パルスとなる場合は、電子膨張弁５
の開度の制御量の合計値１７パルスを容量比２．８：
４．０の比で割り振り、電子膨張弁５ａの開度制御量を
７パルス、電子膨張弁５ｂの開度制御量を１０パルスと
決定する。この制御量を各電子膨張弁５に対して行い、
電子膨張弁５ａの開度は８４＋７＝９１パルス、５ｂの
開度は１２０＋１０＝１３０パルスに制御する。

【００４３】なお、電子膨張弁５の開度の割り振りにつ
いては室内熱交換器７の運転容量比で行っているが、そ
の他に予め決められた比で割り振ってもよい。この比に
ついては例えば室内熱交換器７の運転容量に加えて液配
管６ａ、６ｂの長さを考慮して決めても良い。液配管６
の長さにアンバランスがある場合、各液配管６での圧力
損失が異なり、液配管６の長さが長い場合には液配管６
の圧力損失が大きくなる。液配管６の圧力損失が大きく
なると、電子膨張弁５における圧力差が小さくなるの
で、電子膨張弁５において同一冷媒流量を流そうとした
場合には電子膨張弁５の開度を大きく制御する必要があ
る。従って液配管６の長さが長い場合には、接続されて
いる電子膨張弁５の開度に割り振る比を室内熱交換器７
の運転容量比よりも大きく設定する。また室内熱交換器
７で温度調節される空間の設定温度に応じてその比を決
定しても良い。冷房運転時には、室内熱交換器７で温度
調節される空間の設定温度が高い場合は冷房運転に必要
な容量が減少するので、運転容量で割り振られる比より
も少ない比で割り振り、逆に温度調節される空間の設定
温度が低い場合は冷房運転に必要な容量が増加するの
で、運転容量で割り振られる比よりも多い比で割り振
る。

【００４４】また、電子膨張弁５の開度の割り振りにつ
いては、各室内熱交換器７出口の冷媒の状況を計測して
その状況に基づいて補正を行っても良い。例えば、図５
にあるように各室内熱交換器７ａ、７ｂに接続されてい
るガス配管８ａ、８ｂの室外機１接続点における温度を
温度センサ１０ｈ、１０ｉで測定する。理想的には各室
内熱交換器７の出口の冷媒状態は同一となるので、温度
センサ１０ｈ、１０ｉ設置部の冷媒の乾き度は、吸入乾
き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍに制御されている場合、両者と
もＸｓｍという値になる。ここで電子膨張弁５の開度の
割り振りが適切でない場合は、各室内熱交換器７の出口
の冷媒状態が異なるため、温度センサ１０ｈ、１０ｉ設
置部の冷媒の乾き度は、吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍ
に制御されていても両者の値はＸｓｍとは異なる。ここ
で、両者の値が異なるときに問題となるのは片方の室内
熱交換器７の出口が過熱ガスとなり室内熱交換器７の伝
熱性能が低下する場合である。室内熱交換器７の出口が
過熱ガスとなっている場合は温度センサ１０ｈ、１０ｉ
設置部でも冷媒状態は過熱ガス状態となる。従って過熱
度ＳＨを温度センサ１０ｈの計測値−温度センサ１０ｅ
の計測値、温度センサ１０ｉの計測値−温度センサ１０
ｇの計測値と演算し、ＳＨ＞０となっている場合は室内
熱交換器７の出口が過熱ガスになっていると判断する。
室内熱交換器７の出口が過熱ガスになっていると判断さ
れた場合には、接続されている電子膨張弁５に割り振ら
れる開度の設定を大きく補正し、室内熱交換器７に多く
の冷媒流量を流すように制御することで室内熱交換器７
の出口が過熱ガスとなることを回避する。

【００４５】次に暖房運転の場合は、温度センサ１０ａ
で圧縮機２の吐出温度Ｔｄ、温度センサ１０ｅで室内熱
交換器７ａでの凝縮温度ＣＴａ、温度センサ１０ｇで室
内熱交換器７ｂでの蒸発温度ＣＴｂ、温度センサ１０ｂ
で室外熱交換器４での蒸発温度ＥＴを計測しその情報を
計測制御装置９に取り込む。凝縮温度ＣＴについては複
数測定可能であるので、ＣＴａ、ＣＴｂの値のうち大き
い方の値もしくは両者の平均値をＣＴとする。そして実
施の形態１の場合と同様に圧縮機２の吸入乾き度Ｘｓを
演算する。次に吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍになるよ
うに電子膨張弁５ａ、５ｂの制御を行うが、まず電子膨
張弁５ａ、５ｂの開度の合計値をどの値に制御するかを
現在の開度の合計値、および吸入乾き度Ｘｓと目標値Ｘ
ｓｍの偏差から決定する。

【００４６】各電子膨張弁５の開度の制御については冷
房運転の場合と同様に、接続されている室内熱交換器７
の容量比に基づいて制御する。なお開度の合計値を割り
振る比については、冷房運転と同様に接続されている液
配管６、ガス配管８の長さ、あるいは室内熱交換器７で
温度調節される空間の設定温度に応じてその比を決定し
ても良い。

【００４７】また、電子膨張弁５の開度の割り振りにつ
いては、各室内熱交換器７出口の冷媒の状況を計測して
その状況に基づいて補正を行っても良い。理想的には各
室内熱交換器７の出口の冷媒状態は同一となるのが望ま
しいが、電子膨張弁５の開度の割り振りが適切でない場
合は、各室内熱交換器７の出口の冷媒状態が異なる。こ
こで、冷媒状態が異なるときに問題となるのは片方の室
内熱交換器７の出口の過冷却度ＳＣが極端に大きくなる
運転状態となり、室内熱交換器７の内部で伝熱性能の悪
い液部の存在部分が大きくなり、室内熱交換器７の伝熱
性能が低下する場合である。そこで各室内熱交換器７の
過冷却度ＳＣを温度センサ１０ｅの計測値−温度センサ
１０ｄの計測値、温度センサ１０ｇの計測値−温度セン
サ１０ｆの計測値と演算し、両過冷却度ＳＣの値を比較
する。このとき両過冷却度ＳＣの値が大きく異なる場
合、ＳＣの値が大きくなっている室内熱交換器７につい
ては接続されている電子膨張弁５に割り振られる開度の
設定を大きく補正し、室内熱交換器７に多くの冷媒流量
を流すように制御することで室内熱交換器７の過冷却度
ＳＣが極端に大きくならないように制御する。

【００４８】以上のようにマルチタイプの冷凍空調装置
であっても吸入乾き度Ｘｓが目標値Ｘｓｍになるように
制御し、また接続されている各室内熱交換器７のアンバ
ランスを解消することで、冷凍空調装置を効率よく運転
することが可能となる。

【００４９】また実施の形態２では接続されている室内
熱交換器７の台数が２台の場合について説明を行ったが
３台以上室内熱交換器７が接続されている場合であって
も同様に制御を行うことで、冷凍空調装置を効率よく運
転することが可能となる。

【００５０】実施の形態３．以下本発明の実施の形態３
を図１に基づいて説明する。図１において符号および冷
媒の流れ方は実施の形態１と同様であるので説明を省略
する。

【００５１】冷凍空調装置の運転においては、運転状況
に応じて圧縮機２の吐出温度が上昇する場合が生じる。
例えば冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器４の周囲
外気の温度が高い過負荷条件の場合には、冷凍空調装置
の高圧が上昇し、それに伴い圧縮機２の吐出温度も上昇
する。このとき圧縮機２の吐出温度が上昇しすぎると圧
縮機２を破損する恐れがあるので、圧縮機２の吐出温度
がある一定値以上に上昇しないように電子膨張弁５の制
御を行う。そこで電子膨張弁５の制御において、圧縮機
２の吐出温度が予め定められた値以上になったことを検
知した場合、乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓｍの値をそれまで
の目標値Ｘｓｍより小さな値に設定する。目標値設定以
外の電子膨張弁５の制御については実施の形態１と同様
に行う。このように電子膨張弁５の制御を行うと圧縮機
２吸入の冷媒状態を目標値変更前より液が多く含まれる
ような状態の運転を実現できるので圧縮機２の吐出温度
を低下することができる。そして圧縮機２の吐出温度が
予め定められた値以下となり、圧縮機２破損の恐れがな
くなった場合には、実施の形態１にあるように冷凍空調
装置の運転効率がよくなるように乾き度Ｘｓの目標値Ｘ
ｓｍの設定を変更する。このように電子膨張弁５の制御
を行うことで圧縮機２の破損を回避でき、信頼性の高い
冷凍空調装置の運転を実現できる。

【００５２】また冷凍空調装置の運転においては、運転
状況に応じて冷凍空調装置の高圧が上昇する場合が生じ
る。例えば冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器４の
周囲外気の温度が高い過負荷条件の場合には、冷凍空調
装置の高圧が上昇する。このとき高圧が上昇しすぎると
冷凍空調装置の許容圧力を越え、冷凍空調装置を破損す
る恐れがあるので、高圧がある一定値以上に上昇しない
ように電子膨張弁５の制御を行う。高圧については凝縮
温度ＣＴから冷媒物性により換算し検知できるので、電
子膨張弁５の制御において、凝縮温度ＣＴが予め定めら
れた値以上になったことを検知した場合、乾き度Ｘｓの
目標値Ｘｓｍの値をそれまでの目標値Ｘｓｍより小さな
値に設定する。目標値設定以外の電子膨張弁５の制御に
ついては実施の形態１と同様に行う。このように電子膨
張弁５の制御を行うと電子膨張弁５の開度を目標値変更
前より大きな開度で運転するようになるため、電子膨張
弁５での差圧が減少し、高圧を低下させることができ
る。そして凝縮温度ＣＴの値が予め定められた値以下と
なり、高圧上昇の恐れがなくなった場合には、実施の形
態１にあるように冷凍空調装置の運転効率がよくなるよ
うに乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓｍの設定を変更する。この
ように電子膨張弁５の制御を行うことで冷凍空調装置の
破損を回避でき、信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実
現できる。

【００５３】また冷凍空調装置の運転においては、運転
状況に応じて冷凍空調装置の蒸発温度が低下する場合が
生じる。特に冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器４
の周囲外気の温度が低い低温条件の場合には、冷凍空調
装置の高圧が低下し、それに伴い冷凍空調装置の低圧も
低下する。冷房運転で低圧が低下しすぎると室内熱交換
器７での蒸発温度が０℃以下となり、室内熱交換器７で
室内空気を冷却する際に生じるドレン水が氷結してしま
う。その結果、室内熱交換器７での通風抵抗が増大し、
室内熱交換器７での伝熱性能が低下したりあるいは氷結
した氷が冷凍空調装置の運転停止時に融解し、融解量が
多い場合には室内熱交換器７内のドレン受けから水があ
ふれ露たれを生じたりする恐れがある。そこで低圧があ
る一定値以下に低下しないように電子膨張弁５の制御を
行う。低圧については蒸発温度ＥＴから冷媒物性により
換算し検知できるので、電子膨張弁５の制御において、
蒸発温度ＥＴが予め定められた値以下になったことを検
知した場合、乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓｍの値をそれまで
の目標値Ｘｓｍより小さな値に設定する。目標値設定以
外の電子膨張弁５の制御については実施の形態１と同様
に行う。このように電子膨張弁５の制御を行うと電子膨
張弁５の開度を目標値変更前より大きな開度で運転する
ようになるため、電子膨張弁５での差圧が減少し、低圧
を上昇させることができる。そして蒸発温度ＥＴの値が
予め定められた値以上となり、低圧低下の恐れがなくな
った場合には、実施の形態１にあるように冷凍空調装置
の運転効率がよくなるように乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓｍ
の設定を変更する。このように電子膨張弁５の制御を行
うことで室内熱交換器７の性能低下、および室内熱交換
器７での露たれを回避でき、信頼性の高い冷凍空調装置
の運転を実現できる。

【００５４】また冷凍空調装置の運転においては、運転
状況に応じて冷凍空調装置の圧縮機２の吐出温度が低下
し、同時に圧縮機２の吐出冷媒の過熱度ＳＨｄが減少す
る場合が生じる。特に運転条件によって冷凍空調装置の
高低圧差が小さい場合には、圧縮機２の冷媒に対する仕
事量が減少するため、吐出冷媒が加熱されにくい運転条
件となり吐出冷媒の過熱度ＳＨｄが小さくなる状況が生
じやすい。圧縮機２の吐出冷媒の過熱度ＳＨｄが小さく
なると、圧縮機２が高圧シェルタイプであり、使用する
冷凍機油が冷媒に対して相溶性であった場合には、冷凍
機油への冷媒のとけ込み量が増大し、冷凍機油の粘度が
低下し、圧縮機２の軸受けなどの焼き付けを引き起こ
し、圧縮機２が破損する恐れがある。また吐出冷媒の過
熱度ＳＨｄが小さくなり、ＳＨｄ＝０となると、圧縮機
２からはガス冷媒だけでなく液冷媒も吐出されるように
なる。このような状況では液冷媒とともに圧縮機２内に
ある冷凍機油が液冷媒とともに吐出されやすくなるた
め、圧縮機２内の油量が低下、枯渇し、圧縮機２の軸受
けなどの焼き付けを引き起こし、圧縮機２が破損する恐
れがある。そこで吐出冷媒の過熱度ＳＨｄがある一定値
以下に低下しないように電子膨張弁５の制御を行う。ま
ず、吐出冷媒の過熱度ＳＨｄについては、ＳＨｄ＝吐出
温度Ｔｄ−凝縮温度ＣＴで演算できる。そしてＳＨｄの
値がある予め定められた値以下になったことを検知した
場合、乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓｍの値をそれまでの目標
値Ｘｓｍより大きな値に設定する。目標値設定以外の電
子膨張弁５の制御については実施の形態１と同様に行
う。このように電子膨張弁５の制御を行うと電子膨張弁
５の開度を目標値変更前より小さな開度で運転するよう
になるため、電子膨張弁５での差圧が増大し、冷凍空調
装置の高低圧差が広がり、吐出温度が上昇し、それにと
もない吐出冷媒の過熱度ＳＨｄも大きくすることができ
る。そして吐出冷媒の過熱度ＳＨｄの値が予め定められ
た値以上となり、吐出冷媒の過熱度ＳＨｄの値が小さく
なる恐れがなくなった場合には、実施の形態１にあるよ
うに冷凍空調装置の運転効率がよくなるように乾き度Ｘ
ｓの目標値Ｘｓｍの設定を変更する。このように電子膨
張弁５の制御を行うことで圧縮機２の破損を回避でき信
頼性の高い冷凍空調装置の運転を実現できる。

【００５５】実施の形態４．以下本発明の実施の形態４
を図１、図６に基づいて説明する。図１において符号お
よび冷媒の流れ方は実施の形態１と同様であるので説明
を省略する。図６は室内熱交換器７内の冷媒の流れ方を
示した図である。図６において室内熱交換器７は例えば
プレートフィンチューブ型熱交換器で、１１は伝熱管、
１２は手前側の伝熱管接続配管１３は奥側の伝熱管接続
配管、１４は伝熱フィン、１５は冷房運転時の冷媒入口
流路、１６は冷房運転時の冷媒出口流路、１７は分岐管
である。この熱交換器において冷房運転時は冷媒は冷媒
入口流路１５から流入した後、分岐管１７で上側パス、
下側パスに分岐されその後冷房出口流路１６で上側パ
ス、下側パスが合流する構造となっている。また１０ｄ
は冷房運転時の室内熱交換器７入口温度を測定する温度
センサ、１０ｅは上側パスの中間温度を測定する温度セ
ンサ、１０ｆは下側パスの中間温度を測定する温度セン
サである。また図６矢印方向に貫流送風機１８によって
熱交換器に室内空気が流入する構造となっている。なお
図上室内空気の流出経路については省略している。以下
の説明は室内熱交換器７が蒸発器となる冷房運転時の制
御方法について行う。

【００５６】室内熱交換器７で図６のように冷媒流路に
分岐がある場合には、運転条件などによって分岐管１７
での分配バランスが崩れ片側のパスに多くの冷媒が流
れ、もう片側のパスは流れる冷媒流量が少なくなる状態
が発生する可能性がある。このように分配バランスが崩
れた場合、例えば、図６の上側パスに流れる冷媒流量が
少なく、下側パスに流れる冷媒流量が多くなった場合、
上側パスは冷媒流量が少ないため、冷媒が加熱蒸発され
やすくなり、パスの途中から過熱ガス状態となって伝熱
特性が悪化するため、上側パスでの伝熱量が減少する一
方で、下側パスは冷媒流量が多いため冷媒が加熱蒸発さ
れにくく、パスの終了まで二相冷媒状態となって良好な
伝熱特性となるため、下側パスでの伝熱量が増加する。

【００５７】このとき室内熱交換器７の吸込空気の状態
が高温・高湿であると、上側パスの部分を通過する空気
は伝熱量が少ないので、高温・高湿の状態のまま送風機
１８に吸い込まれる。一方下側パスの部分を通過する空
気は伝熱量が多いので、高温・高湿の状態から冷却除湿
され、低温・低湿の空気状態をなって送風機１８に吸い
込まれる。そして送風機１８では、高温・高湿の空気と
低温・低湿の空気が合流、混合する。このように空気が
混合すると、高温・高湿の空気は冷却され、その空気に
含まれた水蒸気分が過飽和となって、送風機１８に水滴
が着露する。送風機１８に水滴が着露する状態が継続す
ると、送風機１８に着露した水滴が吹出口から室内熱交
換器７外に出るようになる露飛び状態となり、冷凍空調
装置運転の信頼性が低下することになる。

【００５８】電子膨張弁５の制御を実施の形態１にある
ように制御した場合、室内熱交換器７出口の合流地点で
の乾き度は過熱ガスにならないように制御されるが、前
述したように分配が悪い場合には、片側のパスは過熱ガ
ス部分が存在し、片側のパスは二相冷媒状態なり、合流
したものが過熱ガスとならない場合もある。そこで室内
熱交換器７内で過熱ガスとなっている状況を検知した場
合には電子膨張弁５の制御によって過熱ガス部分の発生
を防止する。

【００５９】まず過熱ガス部分が発生しているかどうか
の検知を以下のように行う。上側パスの中間部の温度セ
ンサ１０ｅの検出値と蒸発器入口の温度センサ１０ｄの
検出値の差温をとると、上側パスの中間部の温度センサ
１０ｅ設置位置での過熱度が演算できる。同様に下側パ
スの中間部の温度センサ１０ｆの検出値と蒸発器入口の
温度センサ１０ｄの検出値の差温をとると、下側パスの
中間部の温度センサ１０ｆ設置位置での過熱度が演算で
きる。両者の過熱度の演算値のうちどちらか少なくとも
一方の過熱度が０以上のある一定値、例えば５℃以上に
なっている場合は当該パスの中間部の温度センサ１０設
置位置で過熱ガスとなっていることを表している。

【００６０】次に過熱ガス各パスの中間部の温度センサ
１０設置位置で過熱ガスとなっているか検知できた場合
は、乾き度Ｘｓの目標値Ｘｓｍの値をそれまでの目標値
Ｘｓｍより小さな値に設定する。目標値設定以外の電子
膨張弁５の制御については実施の形態１と同様に行う。
このように電子膨張弁５の制御を行うと制御により蒸発
器出口の乾き度も小さい方向に制御されるため、各パス
のアンバランスがあってもパスの途中で過熱ガスとなる
状況が発生することを防止でき、ひいては室内熱交換器
７からの露飛びも防止できる。このように電子膨張弁５
の制御を行うことで室内熱交換器７からの露飛びを防止
でき、信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実現できる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、圧縮
機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を接続してなる冷凍空調装
置であって、前記圧縮機の吐出冷媒の吐出温度と前記凝
縮器での凝縮温度と前記蒸発器での蒸発温度とを検出す
る温度センサと、吐出温度、凝縮温度、蒸発温度の検出
値から圧縮機吸入の冷媒ガスの乾き度を推定する推定手
段と、前記推定手段にて推定された圧縮機吸入の冷媒ガ
スの乾き度に基づいて前記膨張弁の開度を制御する制御
手段とを備えたので、冷凍空調装置を効率よく運転する
ことが可能となる。

【００６２】また、前記推定手段において推定された圧
縮機吸入の冷媒ガス乾き度が予め定められた目標値とな
るよう前記制御手段で膨張弁を制御する制御手段を備え
たので、冷凍空調装置の運転状態を正確に目標に導き、
効率よく運転することが可能となる。

【００６３】また、前記制御手段は圧縮機吸入の冷媒ガ
ス乾き度の目標値を０．９０〜１．０とすることで、冷
凍空調装置を効率のよい状態で運転することが可能とな
る。

【００６４】また、前記制御手段は吐出温度の検知値が
予め定められた設定値より高くなる場合には、圧縮機吸
入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定するので、吐出
温度を低下させることが可能となり、冷凍空調装置を信
頼性高く運転することが可能となる。

【００６５】また、前記制御手段は凝縮温度の検知値が
予め定められた設定値より高くなる場合には、圧縮機吸
入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定するので、凝縮
温度を低下させることが可能となり、冷凍空調装置を信
頼性高く運転することが可能となる。

【００６６】また、前記制御手段は蒸発温度の検知値が
予め定められた設定値より低くなる場合には、圧縮機吸
入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定するので、蒸発
温度を上昇させることが可能となり、冷凍空調装置を信
頼性高く運転することが可能となる。

【００６７】また、前記制御手段は吐出温度の検知値と
凝縮温度の検知値との偏差が予め定められた設定値より
低くなる場合には、圧縮機吸入の冷媒ガス乾き度の目標
値を高く設定するので、吐出温度の検知値と凝縮温度の
検知値の偏差である吐出冷媒の過熱度を高くすることが
可能となり、冷凍空調装置を信頼性高く運転することが
可能となる。

【００６８】また、蒸発器内に冷媒温度を検出する温度
センサを２カ所以上設け、前記制御手段は所定の２つの
温度センサの検出値の差が予め定められた値以上になる
場合には、圧縮機吸入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く
設定するので、蒸発器内に過熱ガス部分が存在しないよ
うにすることが可能となり、蒸発器からの露飛びを防止
でき、冷凍空調装置を信頼性高く運転することが可能と
なる。

【００６９】また、前記制御手段は吸入乾き度の変化に
対して検出する吐出温度の応答が遅れる場合、吐出温度
の過去の変化履歴から予測される所定時間経過後の吐出
温度を用いるので、乾き度の変化に吐出温度の変化を素
早く追随させることが可能になり、冷凍空調装置を効率
よく運転することが可能となる。

【００７０】また、冷房運転及び暖房運転が可能な空気
調和装置とし、前記制御手段は冷房運転の場合は暖房運
転の場合よりも冷媒ガス乾き度の目標値を大きくするの
で、外気温度による影響に対しても正確な乾き度に基づ
いて膨脹弁の開度を制御でき、冷凍空調装置を効率よく
運転することが可能になる。

【００７１】また、蒸発器又は凝縮器を複数並列に接続
し、並列な液配管の長さに応じて膨脹弁の開度への影響
度合いを変えたので、液配管長による圧力損失による影
響に対しても正確な乾き度に基づいて膨脹弁の開度を制
御でき、冷凍空調装置を効率よく運転することが可能に
なる。

【００７２】また、前記蒸発器の入口が複数に分岐され
ているものであっても、冷媒ガスの乾き度に基づいて冷
凍空調装置を効率的よく運転できる膨脹弁開度に制御で
きる。

【００７３】また、前記蒸発器は入口が複数に分岐され
ると共に、前記制御手段はこの分岐部分における冷媒分
配状況に応じて冷媒ガス乾き度の目標値を変化させるの
で、冷媒分配状況にばらつきがあっても冷凍空調装置を
効率よく運転することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１を示す冷凍空調装置の
冷媒回路図である。

【図２】 本発明の実施の形態１における電子膨張弁の
制御方法を示すフローチャートである。

【図３】 本発明の実施の形態１に係わる圧縮機出入口
での冷媒変化を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態１に係わる圧縮機吸入乾
き度と冷凍空調装置の運転効率ＣＯＰの相関を示す図で
ある。

【図５】 本発明の実施の形態２を示す冷凍空調装置の
冷媒回路図である。

【図６】 本発明の実施の形態４に係わる室内熱交換器
の形態を示す図である。

【図７】 従来の冷凍空調装置の冷媒回路図である。

【図８】 圧縮機の吸入乾き度が１のときの吐出温度と
を凝縮温度、蒸発温度毎に示したマップである。

【符号の説明】

１ 室外機、２ 圧縮機、３ 四方弁、４ 室外熱交換
器、５ 電子膨張弁、６ 液配管、７ 室内熱交換器、
８ ガス配管、９ 計測制御装置、１０ 温度センサ、
１１ 伝熱管、１２ 伝熱管接続管、１３ 伝熱管接続
管、１４ 伝熱フィン、１５ 入口管、 １６ 出口管
１７ 分岐管、 １８ 貫流送風機、１９ 凝縮器、
２０ 受液器、 ２１ 蒸発器、 ２２ アキュムレ
ータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 利彰 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 倉持 威 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 坂本 泰堂 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 政芳 愛知県名古屋市北区東大曽根町上五丁目 1071番地 三菱電機メカトロニクスソフト ウエア株式会社内 (72)発明者 松岡 文雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 井上 誠司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L060 AA03 CC04 CC08 DD05 EE09 3L092 AA02 DA01 DA03 DA14 EA03 EA05 EA18 FA27

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を接続
   してなる冷凍空調装置であって、前記圧縮機の吐出冷媒
   の吐出温度と前記凝縮器での凝縮温度と前記蒸発器での
   蒸発温度とを検出する温度センサと、吐出温度、凝縮温
   度、蒸発温度の検出値から圧縮機吸入の冷媒ガスの乾き
   度を推定する推定手段と、前記推定手段にて推定された
   圧縮機吸入の冷媒ガスの乾き度に基づいて前記膨張弁の
   開度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする冷
   凍空調装置。
2. 【請求項２】 前記推定手段において推定された圧縮機
   吸入の冷媒ガス乾き度が予め定められた目標値となるよ
   う前記制御手段で膨張弁を制御する制御手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は圧縮機吸入の冷媒ガス乾
   き度の目標値を０．９０〜１．０とすることを特徴とす
   る請求項２記載の冷凍空調装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は吐出温度の検知値が予め
   定められた設定値より高くなる場合には、圧縮機吸入の
   冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定することを特徴とす
   る請求項２記載の冷凍空調装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は凝縮温度の検知値が予め
   定められた設定値より高くなる場合には、圧縮機吸入の
   冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定することを特徴とす
   る請求項２記載の冷凍空調装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は蒸発温度の検知値が予め
   定められた設定値より低くなる場合には、圧縮機吸入の
   冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定することを特徴とす
   る請求項２記載の冷凍空調装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は吐出温度の検知値と凝縮
   温度の検知値との偏差が予め定められた設定値より低く
   なる場合には、圧縮機吸入の冷媒ガス乾き度の目標値を
   高く設定することを特徴とする請求項２記載の冷凍空調
   装置。
8. 【請求項８】 蒸発器内に冷媒温度を検出する温度セン
   サを２カ所以上設け、前記制御手段は所定の２つの温度
   センサの検出値の差が予め定められた値以上になる場合
   には、圧縮機吸入の冷媒ガス乾き度の目標値を低く設定
   することを特徴とする請求項２記載の冷凍空調装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段は吸入乾き度の変化に対し
   て検出する吐出温度の応答が遅れる場合、吐出温度の過
   去の変化履歴から予測される所定時間経過後の吐出温度
   を用いることを特徴とする請求項１、２又は４記載の冷
   凍空調装置。
10. 【請求項１０】 冷房運転及び暖房運転が可能な空気調
    和装置とし、前記制御手段は冷房運転の場合は暖房運転
    の場合よりも冷媒ガス乾き度の目標値を大きくすること
    を特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載の冷凍空調
    装置。
11. 【請求項１１】 蒸発器又は凝縮器を複数並列に接続
    し、並列な液配管の長さに応じて膨脹弁の開度への影響
    度合いを変えたことを特徴とする請求項１乃至１０の何
    れかに記載の冷凍空調装置。
12. 【請求項１２】 前記蒸発器は入口が複数に分岐されて
    いることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載
    の冷凍空調装置。
13. 【請求項１３】 前記蒸発器は入口が複数に分岐される
    と共に、前記制御手段はこの分岐部分における冷媒分配
    状況に応じて冷媒ガス乾き度の目標値を変化させること
    を特徴とする請求項２乃至１１の何れかに記載の冷凍空
    調装置。