JP2001317830A

JP2001317830A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2001317830A
Application number: JP2000138673A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Takatani; 隆幸高谷; Kazuo Nakatani; 和生中谷; Michiyoshi Kusaka; 道美日下; Hitoshi Ozaki; 仁尾崎
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】非共沸混合冷媒が充填された空気調和機にお
いて、安価な方法で、混合冷媒の循環組成を検出でき、
圧縮機およびサイクル制御の信頼性が高くかつ効率よく
運転を行うことができる。【解決手段】精留分離器２３の底部の第１の配管と第
１の絞り装置２７の間の圧力および温度を検出する圧力
センサー３１および温度センサー３２とを備え、圧力セ
ンサー３１および温度センサー３２で検出した圧力およ
び温度に基づき冷凍サイクルの循環組成を検出する循環
組成演算手段３３を備えることにより、安価な方法で、
混合冷媒の循環組成を検出でき、圧縮機およびサイクル
制御の信頼性が高くかつ効率よく運転を行うことができ
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、非共沸混合冷媒を
用い、精留分離器により分離した低沸点冷媒を貯留器に
貯留し、冷凍サイクルを流れる冷媒組成を変化させ、負
荷に応じた能力で運転することができると共に、冷凍サ
イクルを流れる冷媒組成を精度良く検出できる空気調和
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の空気調和機として、例え
ば、特開平１１−６３７４７号公報に示されているもの
がある。

【０００３】以下、図面を参照しながら上記従来の空気
調和機を説明する。

【０００４】図６は、従来の空気調和機の冷凍サイクル
図である。図６において、１は圧縮機、２は凝縮器、３
は減圧装置、４は蒸発器、５はアキュムレータであり、
これらは配管で順次接続されて冷凍サイクルを構成して
いる。６は組成検知手段であり、７は圧縮機１の吐出配
管と吸入配管をバイパスするバイパス配管であり、この
配管の途中には毛細管８が設けられている。９はバイパ
ス配管７の高圧側から毛細管８へ流入する非共沸混合冷
媒を冷却する熱交換器であり、バイパス配管７の低圧側
との二重管熱交換器で構成されている。

【０００５】また毛細管８の出口部には温度検出器１０
と圧力検出器１１が、毛細管８の入口部には温度検出器
１２が設けられており、これらの信号は、マイコンを使
用した組成演算器１３に入力され演算されている。

【０００６】図７は、非共沸混合冷媒Ｒ３２／Ｒ１２５
／Ｒ１３４ａが組成２３／２５／５２ｗｔ％で充填され
た冷凍サイクルにおいて、アキュムレータ５に貯める液
冷媒量を変化させた場合などの循環組成をガスクロマト
グラフを用いて測定した結果の一例であり、横軸がＲ３
２の循環組成を表し、縦軸がＲ１２５（図中白抜き点）
およびＲ１３４ａ（図中黒塗り点）の循環組成を表す。

【０００７】充填組成が２３／２５／５２ｗｔ％に対し
て、循環組成は、１１／１５／７４ｗｔ％から３３／３
３／３４ｗｔ％程度まで大きく変化する。またＲ３２の
循環組成とＲ１２５の循環組成の間には、図中破線Ａで
示した一定の関係がほぼ成立することがわかる。

【０００８】すなわちこの破線Ａで示した関係式を用い
ると、Ｒ３２の循環組成Ｚ１のみを検出すれば、破線Ａ
の関係式からＲ１２５の循環組成Ｚ２が決定でき、Ｒ１
３４ａの循環組成Ｚ３は（１−Ｚ１−Ｚ２）から求ま
る。

【０００９】次に、３種混合冷媒Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ
１３４ａの循環組成検知原理を説明する。図６に示した
循環組成検知手段の動作を図８に示した圧力−エンタル
ピー線図を用いて説明する。

【００１０】バイパス配管７に流入した圧縮機１の吐出
冷媒の一部（図中Ａ点）は、二重管熱交換器１０で冷却
されて液化し（図中Ｂ点）、毛細管８で減圧されて、低
圧の気液２相冷媒となる（図中Ｃ点）。

【００１１】この２相冷媒は、二重管熱交換器１０で加
熱されて、蒸発して圧縮機１の吸入配管に合流する（図
中Ｄ点）。Ｂ点の毛細管入口部の冷媒温度Ｔ２は、温度
検出器１２で検出され、この温度から、この点のエンタ
ルピーＨ２がわかる。

【００１２】毛細管部での冷媒の変化は、等エンタルピ
ー変化であるため、Ｃ点の毛細管出口部のエンタルピー
もＨ２と等しい。Ｃ点の毛細管出口部の圧力Ｐ１は圧力
検出器１１で検出され、この圧力Ｐ１およびエンタルピ
ーＨ２から、この点の乾き度Ｘ１（＝冷媒蒸発質量流量
／全冷媒質量流量）がわかる。

【００１３】すなわち、２つの温度検出器１０，１２お
よび１つの圧力検出器１１の情報から、毛細管出口部の
気液２相冷媒の温度Ｔ１、圧力Ｐ１および乾き度Ｘ１を
検出することができる。

【００１４】図９は循環組成検知原理を表しており、温
度Ｔ１，圧力Ｐ１でのＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａの
気液平衡状態を示したものであり、縦軸がＲ１２５の組
成、横軸がＲ３２の組成である。

【００１５】図中２つの実線は、それぞれ飽和蒸気線お
よび飽和液線を表し、この２つの曲線で挟まれた領域
は、気液２相状態を表す。また図中の一点鎖線は、乾き
度がＸ１一定の気液２相状態を表す曲線である。

【００１６】組成演算器１３から検出された毛細管８出
口部の気液２相冷媒の温度Ｔ１，圧力Ｐ１および乾き度
Ｘ１の情報から、サイクル内の循環組成は図９の一点鎖
線上に存在することがわかる。

【００１７】一方、図９中の破線は、図７に示したＲ３
２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａの循環組成情報から得られた
Ｒ３２とＲ１２５の組成関係式を示したものであり、循
環組成はこの破線上に存在することになる。

【００１８】したがって、Ｒ３２の循環組成Ｚ１とＲ１
２５の循環組成Ｚ２は、図９に示した一点鎖線と破線の
交点として定まり、Ｒ１３４ａの循環組成Ｚ３は、（１
−Ｚ１−Ｚ２）から求まり、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３
４ａの循環組成を決定することができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成は、混合冷媒の循環組成を検出するためにバイ
パス配管７，毛細管８，二重管熱交換器９等から成る回
路が必要であり、空気調和機が高価なものになるととも
に、大型化，重量化になる可能性があるという欠点があ
った。また、混合冷媒の循環組成を検知するために温度
センサー２個、圧力センサー１個必要であり、さらに空
気調和機が高価なものになるという欠点があった。

【００２０】本発明は従来の課題を解決するもので、安
価な方法で、混合冷媒の循環組成を検出できる空気調和
機を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、圧縮機，四方弁，室外側熱交換器，室外側膨
張弁，室内側膨張弁，室内側熱交換器をガス管及び液管
を介して環状に接続して冷凍サイクルの主回路を構成
し、精留分離器の上部，冷却器，貯留器を環状に接続し
た回路を構成し、前記室外側膨張弁と前記室内側膨張弁
の間の配管と前記精留分離器の底部の第１の配管とを第
１の開閉弁および第１の絞り装置を介して接続し、前記
精留分離器の底部の第２の配管と前記圧縮機の吸入配管
とを第２の開閉弁、第２の絞り装置および前記冷却器を
介して接続するとともに、前記冷却器において、前記精
留分離器の底部の第２の配管から前記圧縮機の吸入配管
へ流れる冷媒と、前記精留分離器の上部から前記貯留器
へ流れる冷媒とが間接的に熱交換するように構成し、前
記精留分離器の底部の第１の配管と前記第１の絞り装置
の間の圧力および温度を検出する圧力検出手段および温
度検出手段とを備え、前記圧力検出手段および前記温度
検出手段で検出した圧力および温度に基づき冷凍サイク
ルの循環組成を検出する循環組成演算手段を備え、冷媒
として非共沸混合冷媒を充填したものであり、前記精留
分離器により低沸点冷媒を分離し、前記貯留器に低沸点
冷媒を貯留する分離運転モードにおいて、冷凍サイクル
の主回路から前記第１の開閉弁、第１の絞り装置を介し
てバイパスされた二相冷媒の圧力，温度を検出し、その
状態での乾き度を仮定することにより一定の温度を減ず
るだけその圧力での飽和温度が推定でき、その圧力と飽
和温度と組成比率の関係から冷凍サイクルを循環してい
る冷媒の循環組成が検出できるという作用を有する。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明に、さらに、一定時間毎に前記第１の開閉弁を開
閉作動させる第１の開閉弁制御手段を備えたものであ
り、前記精留分離器により低沸点冷媒を分離し、前記貯
留器に低沸点冷媒を貯留する分離運転モード以外の場
合、一定時間毎に前記第１の開閉弁を開とし、冷凍サイ
クルの主回路から前記第１の開閉弁、第１の絞り装置を
介してバイパスされた二相冷媒の圧力，温度を検出し、
その状態での乾き度を仮定することにより一定の温度を
減ずるだけその圧力での飽和温度が推定でき、その圧力
と飽和温度と組成比率の関係から冷凍サイクルを循環し
ている冷媒の循環組成が検出できるという作用を有す
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による空気調和機の
実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
尚、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細
な説明を省略する。

【００２４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１による空気調和機の冷凍サイクル図である。図２
は、同実施の形態の空気調和機の動作を示すフローチャ
ートである。図３は、同実施の形態の空気調和機の循環
組成演算手段の原理を示す図である。

【００２５】図１において、圧縮機１４，四方弁１５，
室外側熱交換器１６，室外側膨張弁１７，室内側膨張弁
１８，室内側熱交換器１９，アキュムレータ２０がガス
管２１及び液管２２を介して環状に接続して冷凍サイク
ルの主回路を構成している。

【００２６】２３は精留分離器であり、内部に充填材
（図示せず）が充填された直管で構成している。また、
精留分離器２３の上部は、冷却器２４，貯留器２５の上
部の第１の配管、貯留器２５の上部の第２の配管を介
し、再び精留分離器２３の上部に帰還する回路を構成し
ている。また、室外側膨張弁１７と室内側膨張弁１８の
間の配管は、第１の開閉弁２６および第１の絞り装置２
７を介して、精留分離器２３の底部の第１の配管に接続
している。

【００２７】また、精留分離器２３の底部の第２の配管
は、第２の開閉弁２８、第２の絞り装置２９および冷却
器２４を介して、圧縮機１４の吸入配管に接続するとと
もに、冷却器２４において、精留分離器２３の底部の第
２の配管から圧縮機１４の吸入配管へ流れる冷媒と、精
留分離器２３の頂上部から貯留器２５の上部の第１の配
管へ流れる冷媒とが間接的に熱交換するように構成して
いる。また、貯留器２５の底部は、第三の開閉弁３０を
介して、四方弁１５とアキュムレータ２０の間の配管に
接続している。

【００２８】３１は圧力センサー、３２は温度センサー
であり、精留分離器２３の底部の第１の配管と第１の絞
り装置弁２７の間の圧力および温度を検出している。３
３は循環組成演算手段であり、圧力センサー３１，温度
センサー３２で検出した圧力および温度に基づき循環組
成演算手段３３で冷凍サイクルの循環組成を検出してい
る。

【００２９】以上のように構成された空気調和機につい
て、以下その動作を図２，図３を用いて説明する。

【００３０】まず、図２において、ＳＴＥＰ１で圧縮機
１４の起動直後など負荷が大きいかどうか負荷判定を行
い、負荷が大きい場合、ＳＴＥＰ２で第１の開閉弁２６
は閉状態、第２の開閉弁２８は開状態、第３の開閉弁３
０は閉状態に設定される。

【００３１】この状態における冷房運転について説明す
る。圧縮機１４より吐出される高温高圧の冷媒が四方弁
１５を通って室外側熱交換器１６に流入し、凝縮液化す
る。その液冷媒は室外側膨張弁１７を通り、室内側膨張
弁１８で減圧された後、室内側熱交換器１９に流入し、
蒸発しガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は四方弁
１５，アキュムレータ２０を通って圧縮機１４に吸入さ
れる。

【００３２】一方、精留分離器２３，冷却器２４，貯留
器２５は、第１の開閉弁２６が閉止しており、開放され
ている第２の開閉弁２８を介して圧縮機１４の吸入配管
に接続されているため低圧のガスとなり、冷媒の貯留は
ほとんどない。

【００３３】暖房運転の場合、冷媒の流れが冷凍サイク
ルの主回路において逆になるのみで、その動作は同様で
ある。

【００３４】暖房運転の場合について説明する。この場
合、第１の開閉弁２６は閉状態、第２の開閉弁２８は開
状態、第３の開閉弁３０は閉状態である。圧縮機１４よ
り吐出される高温高圧の冷媒が四方弁１５を通って室内
側熱交換器１９に流入し、凝縮液化する。その液冷媒は
室内側膨張弁１８を通り、室外側膨張弁１７で減圧され
た後、室内側熱交換器１６に流入し、蒸発しガス冷媒と
なる。その後、このガス冷媒は四方弁１５，アキュムレ
ータ２０を通って圧縮機１４に吸入される。

【００３５】一方、精留分離器２３，冷却器２４，貯留
器２５は、第１の開閉弁２６が閉止しており、開放され
ている第２の開閉弁２８を介して圧縮機１４の吸入配管
に接続されているため低圧のガスとなり、冷媒の貯留は
ほとんどない。

【００３６】次に、ＳＴＥＰ１で負荷判定を行い、圧縮
機１４の起動から時間が経過し、能力をあまり必要とせ
ず負荷が小さい場合、ＳＴＥＰ３で第１の開閉弁２６は
開状態、第２の開閉弁２８は開状態、第３の開閉弁３０
は閉状態に設定される。

【００３７】この状態における冷房運転について説明す
る。圧縮機１４より吐出される高温高圧の冷媒が四方弁
１５を通って室外側熱交換器１６に流入し、凝縮液化す
る。その液冷媒は室外側膨張弁１７を通り、室内側膨張
弁１８で減圧された後、室内側熱交換器１９に流入し、
蒸発しガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は四方弁
１５，アキュムレータ２０を通って圧縮機１４に吸入さ
れる。

【００３８】一方、第１の開閉弁２６、第２の開閉弁２
８が開放されているため、室外側膨張弁１７を出た液冷
媒の一部は、第１の開閉弁２６および第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
する。この状態の初期段階において、精留分離器２３，
冷却器２４，貯留器２５の冷媒はほとんど空であるた
め、精留分離器２３の上部を通過して、貯留器２５に冷
媒が貯留されながら、一部の冷媒は第２の開閉弁２８お
よび第２の絞り装置２９を通って減圧され、低温の二相
冷媒となって冷却器２４に流入し、ここで精留分離器２
３の頂上部を出た冷媒と間接的に熱交換する。

【００３９】また、貯留器２５の冷媒は徐々に増加し、
貯留器内の液冷媒のヘッドにより精留分離器２３を降下
するようになる。この状態においては精留分離器２３を
上昇する液冷媒はほとんどなくなり、主にガス冷媒が精
留分離器２３の底部から精留分離器２３内を上昇し始
め、冷却器２４で冷却され液化し、貯留器２５に貯留さ
れながら、再び精留分離器２３の上部に帰還して精留分
離器２３を下降するようになる。

【００４０】この状態が連続的に起こると、精留分離器
２３を上昇する冷媒ガスと下降する液冷媒とが精留分離
器２３内で気液接触により精留作用が起こり、貯留器２
５には徐々に低沸点に富んだ冷媒組成が貯留される。一
方、精留分離器２３を下降する冷媒は徐々に高沸点に富
んだ組成となり、第１の開閉弁２６、第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
した二相冷媒と合流して、精留分離器２３の底部の第２
の配管より、第２の開閉弁２８、第２の絞り装置２９お
よび冷却器２４を通過して圧縮機１４に吸入される。

【００４１】このようにして、主回路は徐々に高沸点に
富んだ冷媒組成となり、負荷の小さい場合に、それに見
合った能力までセーブすることができる。また、貯留器
２５に低沸点冷媒が貯留されているため、主回路冷媒量
を少なくすることができ、冷媒量減少の効果も加えるこ
とにより、さらに能力セーブに寄与し、負荷に適した低
能力の運転ができるものである。

【００４２】また、ここにおいては、冷却器２４の冷却
源として、サイクル中で最もエンタルピの低い低温低圧
の二相冷媒を利用しているため潜熱を有効に利用でき、
冷却器２４を小型にできるのみならず、精留分離器２３
の塔頂部のガスを確実に液化できる。

【００４３】暖房運転の場合、冷媒の流れが冷凍サイク
ルの主回路において逆になるのみで、その動作は同様で
ある。

【００４４】暖房運転の場合について説明する。圧縮機
１４より吐出される高温高圧の冷媒が四方弁１５を通っ
て室内側熱交換器１９に流入し、凝縮液化する。その液
冷媒は室内側膨張弁１８を通り、室外側膨張弁１７で減
圧された後、室内側熱交換器１６に流入し、蒸発しガス
冷媒となる。その後、このガス冷媒は四方弁１５，アキ
ュムレータ２０を通って圧縮機１４に吸入される。

【００４５】一方、第１の開閉弁２６、第２の開閉弁２
８が開放されているため、室内側膨張弁１８を出た液冷
媒の一部は、第１の開閉弁２６および第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
する。この状態の初期段階において、精留分離器２３，
冷却器２４，貯留器２５の冷媒はほとんど空であるた
め、精留分離器２３の頂上部を通過して、貯留器２５に
冷媒が貯留されながら、一部の冷媒は第２の開閉弁２８
および第２の絞り装置２９を通って減圧され、低温の二
相冷媒となって冷却器２４に流入し、ここで精留分離器
２３の頂上部を出た冷媒と間接的に熱交換する。

【００４６】また、貯留器２５の冷媒は徐々に増加し、
貯留器内の液冷媒のヘッドにより精留分離器２３を降下
するようになる。この状態においては精留分離器２３を
上昇する液冷媒はほとんどなくなり、主にガス冷媒が精
留分離器２３の底部から精留分離器２３内を上昇し始
め、冷却器２４で冷却され液化し、貯留器２５に貯留さ
れながら、再び精留分離器２３の上部に帰還して精留分
離器２３を下降するようになる。

【００４７】この状態が連続的に起こると、精留分離器
２３を上昇する冷媒ガスと下降する液冷媒とが精留分離
器２３内で気液接触により精留作用が起こり、貯留器２
５には徐々に低沸点に富んだ冷媒組成が貯留される。一
方、精留分離器２３を下降する冷媒は徐々に高沸点に富
んだ組成となり、第１の開閉弁２６、第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
した二相冷媒と合流して、精留分離器２３の底部の第２
の配管より、第２の開閉弁２８、第２の絞り装置２９お
よび冷却器２４を通過して圧縮機１４に吸入される。

【００４８】このようにして、主回路は徐々に高沸点に
富んだ冷媒組成となり、負荷の小さい場合に、それに見
合った能力までセーブすることができる。また、貯留器
２５に低沸点冷媒が貯留されているため、主回路冷媒量
を少なくすることができ、冷媒量減少の効果も加えるこ
とにより、さらに能力セーブに寄与し、負荷に適した低
能力の運転ができるものである。

【００４９】また、ここにおいては、冷却器２４の冷却
源として、サイクル中で最もエンタルピの低い低温低圧
の二相冷媒を利用しているため潜熱を有効に利用でき、
冷却器２４を小型にできるのみならず、精留分離器２３
の塔頂部のガスを確実に液化できる。

【００５０】次に、ＳＴＥＰ４において、圧力センサー
３１，温度センサー３２で精留分離器２３の底部の第１
の配管と第１の絞り装置２７の間の圧力Ｐ１および温度
Ｔ１を検出する。

【００５１】次に、ＳＴＥＰ５では、循環組成演算手段
３３において、圧力センサー３１で検出した圧力Ｐ１と
温度センサー３２で検出した温度Ｔ１から循環組成Ｙを
計算する。図３において、圧縮機１４より吐出された高
温高圧の冷媒（図中Ａ点）は、凝縮液化される。この液
冷媒の一部（図中Ｂ点）は、第１の開閉弁２６、第１の
絞り装置２７で減圧され、中間圧の二相冷媒となり（図
中Ｃ点）、さらに精留分離器２３を下降する液冷媒と合
流して、精留分離器２３の底部の第２の配管より、第２
の開閉弁２８、第２の絞り装置２９で減圧され、低圧の
二相冷媒となる（図中Ｄ点）。この二相冷媒は、冷却器
２４で加熱されて、蒸発して四方弁１５とアキュムレー
タ２０の間の配管に合流し、圧縮機１４に吸入される
（図中Ｅ点）。

【００５２】非共沸混合冷媒は温度滑りを有するため、
乾き度Ｘによって一定圧力下においても冷媒温度が変化
する。そこで、精留分離器２２の底部の第１の配管と第
１の絞り装置２７の間の配管の乾き度Ｘ１を所定値に設
定すると、乾き度の変化量に相当する温度滑りはほぼ一
定となり、この温度滑り分をＴ２とすると、圧力Ｐ１に
おける飽和液温度（図３中Ｆ点）はおよそＴ１−Ｔ２と
なる。

【００５３】尚、図３中Ｃ点における乾き度Ｘ１は、第
１の絞り装置２７と第２の絞り装置２９の絞り量によっ
て変化するが、実際の空気調和装置で測定したところ
０．１から０．２程度であり、演算された循環組成に対
するその誤差の影響は、−０．５％から＋０．５％程度
であり、乾き度Ｘ１を一定として計算を行ってもその影
響は小さいことを確認している。

【００５４】また、ここで、非共沸混合冷媒Ｒ３２／Ｒ
１２５／Ｒ１３４ａが組成２３／２５／５２ｗｔ％で充
填され、循環組成が変化した場合、Ｒ３２の比率Ｒ３２
ＹとＲ１２５の比率Ｒ１２５Ｙは（数１）で示されるよ
うに一定の比率を維持したまま変化する。

【００５５】

【数１】

【００５６】また、Ｒ１３４ａの比率Ｒ１３４ａＹは、
（数２）で表される。

【００５７】

【数２】

【００５８】さらに、飽和液温度または、飽和ガス温度
は、組成比率が決まれば必然的に決まる。言い換える
と、圧力とその圧力における飽和液温度または、飽和ガ
ス温度が決まれば組成比率が決定する。

【００５９】従って、先に仮定した圧力Ｐ１における飽
和液温度をＴ１−Ｔ２とした場合、その組成比率は、圧
力Ｐ１と温度Ｔ１−Ｔ２から計算することができる。ま
た、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１３４ａは（数１），（数
２）の関係から、Ｒ３２または、Ｒ１２５のどちらか一
成分の組成がわかれば、循環組成を算出することができ
る。すなわち、圧力Ｐ１と飽和液温度Ｔ１−Ｔ２とＲ３
２の比率Ｒ３２Ｙは、（数３）に示す形で表すことがで
き、（数１），（数２）から循環組成が求まる。

【００６０】

【数３】

【００６１】以上のように本実施の形態の空気調和機
は、精留分離器２３の底部の第１の配管と第１の絞り装
置２７の間の圧力および温度を検出する圧力センサー３
１および温度センサー３２とを備え、圧力センサー３１
および温度センサー３２で検出した圧力および温度に加
え、その状態での乾き度を仮定することにより一定の温
度をさし引くだけその圧力での飽和温度が推定でき、そ
の圧力と飽和温度と組成比率の関係から循環組成演算手
段３３で冷凍サイクルを循環する冷媒組成を安価な方法
で検出でき、圧縮機およびサイクル制御の信頼性が高く
かつ効率よく運転を行うことができる。

【００６２】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２による空気調和機の冷凍サイクル図である。図５
は、同実施の形態の動作を示すフローチャートである。

【００６３】なお、実施の形態１と同様の構成で同様の
機能を有するものについては同一の符号を付してあり説
明は省略する。図４において、３４は第１の開閉弁の開
閉動作を行う第１の開閉弁制御手段である。

【００６４】本実施の形態は、実施の形態１による空気
調和機に、さらに第１の開閉弁の開閉動作を行う第１の
開閉弁制御手段３４を設けたものである。

【００６５】以上のように構成された空気調和機につい
て、以下その動作を図４，図５を参照して説明する。

【００６６】まず、図５において、ＳＴＥＰ１で運転時
間ｔ１＝０、負荷が大きい状態での分離運転モードの運
転時間（例えば、ｔ２＝ｔ２ｉｎｉ＝２分）と設定す
る。

【００６７】ＳＴＥＰ２で圧縮機１４の起動直後など負
荷が大きいかどうか負荷判定を行い、負荷が大きい場
合、ＳＴＥＰ３で、運転時間が予め決定しておいた時間
（例えば、ｔｓｅｔ１＝１０分）を経過しているかとい
う時間判定を行い、運転時間が１０分未満の場合、ＳＴ
ＥＰ４で、負荷が大きい状態での分離運転モードの運転
時間が予め決定しておいた運転時間（例えば、ｔｓｅｔ
２＝１分）を経過しているかという時間判定を行い、１
分を越えた場合、ＳＴＥＰ５で、運転時間ｔ１が制御周
期ｔｃｏｎｔ（例えば、０．５分）が加えられる。ま
た、第１の開閉弁２６は閉状態、第２の開閉弁２８は開
状態、第３の開閉弁３０は閉状態に設定される。

【００６８】この状態における冷房運転について説明す
る。圧縮機１４より吐出される高温高圧の冷媒が四方弁
１５を通って室外側熱交換器１６に流入し、凝縮液化す
る。その液冷媒は室外側膨張弁１７を通り、室内側膨張
弁１８で減圧された後、室内側熱交換器１９に流入し、
蒸発しガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は四方弁
１５，アキュムレータ２０を通って圧縮機１４に吸入さ
れる。

【００６９】一方、精留分離器２３，冷却器２４，貯留
器２５は、第１の開閉弁２６が閉止しており、開放され
ている第２の開閉弁２８を介して圧縮機１４の吸入配管
に接続されているため低圧のガスとなり、冷媒の貯留は
ほとんどない。

【００７０】暖房運転の場合、冷媒の流れが冷凍サイク
ルの主回路において逆になるのみで、その動作は同様で
ある。

【００７１】圧縮機１４より吐出される高温高圧の冷媒
が四方弁１５を通って室内側熱交換器１９に流入し、凝
縮液化する。その液冷媒は室内側膨張弁１８を通り、室
外側膨張弁１７で減圧された後、室内側熱交換器１６に
流入し、蒸発しガス冷媒となる。その後、このガス冷媒
は四方弁１５，アキュムレータ２０を通って圧縮機１４
に吸入される。

【００７２】一方、精留分離器２３，冷却器２４，貯留
器２５は、第１の開閉弁２６が閉止しており、開放され
ている第２の開閉弁２８を介して圧縮機１４の吸入配管
に接続されているため低圧のガスとなり、冷媒の貯留は
ほとんどない。

【００７３】次に、ＳＴＥＰ２で負荷判定を行い、圧縮
機１４の起動から時間が経過し、能力をあまり必要とせ
ず負荷が小さい場合、ＳＴＥＰ６で、運転時間ｔ１＝０
に設定される。また、第１の開閉弁２６は開状態、第２
の開閉弁２８は閉状態、第３の開閉弁３０は閉状態に設
定される。

【００７４】この状態における冷房運転について説明す
る。圧縮機１４より吐出される高温高圧の冷媒が四方弁
１５を通って室外側熱交換器１６に流入し、凝縮液化す
る。その液冷媒は室外側膨張弁１７を通り、室内側膨張
弁１８で減圧された後、室内側熱交換器１９に流入し、
蒸発しガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は四方弁
１５，アキュムレータ２０を通って圧縮機１４に吸入さ
れる。

【００７５】一方、第１の開閉弁２６、第２の開閉弁２
８が開放されているため、室外側膨張弁１７を出た液冷
媒の一部は、第１の開閉弁２６および第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
する。この状態の初期段階において、精留分離器２３，
冷却器２４，貯留器２５の冷媒はほとんど空であるた
め、精留分離器２３の頂上部を通過して、貯留器２５に
冷媒が貯留されながら、一部の冷媒は第２の開閉弁２８
および第２の絞り装置２９を通って減圧され、低温の二
相冷媒となって冷却器２４に流入し、ここで精留分離器
２３の頂上部を出た冷媒と間接的に熱交換する。

【００７６】また、貯留器２５の冷媒は徐々に増加し、
貯留器内の液冷媒のヘッドにより精留分離器２３を降下
するようになる。この状態においては精留分離器２３を
上昇する液冷媒はほとんどなくなり、主にガス冷媒が精
留分離器２３の底部から精留分離器２３内を上昇し始
め、冷却器２４で冷却され液化し、貯留器２５に貯留さ
れながら、再び精留分離器２３の上部に帰還して精留分
離器２３を下降するようになる。

【００７７】この状態が連続的に起こると、精留分離器
２３を上昇する冷媒ガスと下降する液冷媒とが精留分離
器２３内で気液接触により精留作用が起こり、貯留器２
５には徐々に低沸点に富んだ冷媒組成が貯留される。一
方、精留分離器２３を下降する冷媒は徐々に高沸点に富
んだ組成となり、第１の開閉弁２６、第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
した二相冷媒と合流して、精留分離器２３の底部の第２
の配管より、第２の開閉弁２８、第２の絞り装置２９お
よび冷却器２４を通過して圧縮機１４に吸入される。

【００７８】このようにして、主回路は徐々に高沸点に
富んだ冷媒組成となり、負荷の小さい場合に、それに見
合った能力までセーブすることができる。また、貯留器
２５に低沸点冷媒が貯留されているため、主回路冷媒量
を少なくすることができ、冷媒量減少の効果も加えるこ
とにより、さらに能力セーブに寄与し、負荷に適した低
能力の運転ができるものである。

【００７９】また、ここにおいては、冷却器２４の冷却
源として、サイクル中で最もエンタルピの低い低温低圧
の二相冷媒を利用しているため潜熱を有効に利用でき、
冷却器２４を小型にできるのみならず、精留分離器２３
の塔頂部のガスを確実に液化できる。

【００８０】暖房運転の場合、冷媒の流れが冷凍サイク
ルの主回路において逆になるのみで、その動作は同様で
ある。

【００８１】圧縮機１４より吐出される高温高圧の冷媒
が四方弁１５を通って室内側熱交換器１９に流入し、凝
縮液化する。その液冷媒は室内側膨張弁１８を通り、室
外側膨張弁１７で減圧された後、室内側熱交換器１６に
流入し、蒸発しガス冷媒となる。その後、このガス冷媒
は四方弁１５，アキュムレータ２０を通って圧縮機１４
に吸入される。

【００８２】一方、第１の開閉弁２６，第２の開閉弁２
８が開放されているため、室内側膨張弁１８を出た液冷
媒の一部は、第１の開閉弁２６および第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
する。この状態の初期段階において、精留分離器２３，
冷却器２４，貯留器２５の冷媒はほとんど空であるた
め、精留分離器２３の頂上部を通過して、貯留器２５に
冷媒が貯留されながら、一部の冷媒は第２の開閉弁２８
および第２の絞り装置２９を通って減圧され、低温の二
相冷媒となって冷却器２４に流入し、ここで精留分離器
２３の頂上部を出た冷媒と間接的に熱交換する。

【００８３】また、貯留器２５の冷媒は徐々に増加し、
貯留器内の液冷媒のヘッドにより精留分離器２３を降下
するようになる。この状態においては精留分離器２３を
上昇する液冷媒はほとんどなくなり、主にガス冷媒が精
留分離器２３の底部から精留分離器２３内を上昇し始
め、冷却器２４で冷却され液化し、貯留器２５に貯留さ
れながら、再び精留分離器２３の上部に帰還して精留分
離器２３を下降するようになる。

【００８４】この状態が連続的に起こると、精留分離器
２３を上昇する冷媒ガスと下降する液冷媒とが精留分離
器２３内で気液接触により精留作用が起こり、貯留器２
５には徐々に低沸点に富んだ冷媒組成が貯留される。一
方、精留分離器２３を下降する冷媒は徐々に高沸点に富
んだ組成となり、第１の開閉弁２６、第１の絞り装置２
７を通過して精留分離器２３の底部の第１の配管に流入
した二相冷媒と合流して、精留分離器２３の底部の第２
の配管より、第２の開閉弁２８、第２の絞り装置２９お
よび冷却器２４を通過して圧縮機１４に吸入される。

【００８５】このようにして、主回路は徐々に高沸点に
富んだ冷媒組成となり、負荷の小さい場合に、それに見
合った能力までセーブすることができる。また、貯留器
２５に低沸点冷媒が貯留されているため、主回路冷媒量
を少なくすることができ、冷媒量減少の効果も加えるこ
とにより、さらに能力セーブに寄与し、負荷に適した低
能力の運転ができるものである。

【００８６】また、ここにおいては、冷却器２４の冷却
源として、サイクル中で最もエンタルピの低い低温低圧
の二相冷媒を利用しているため潜熱を有効に利用でき、
冷却器２４を小型にできるのみならず、精留分離器２３
の塔頂部のガスを確実に液化できる。

【００８７】次に、ＳＴＥＰ７において、圧力センサー
３１，温度センサー３２で精留分離器２３の底部の第１
の配管と第１の絞り装置弁２７の間の圧力Ｐ１および温
度Ｔ１を検出する。

【００８８】次に、ＳＴＥＰ８では、循環組成演算手段
３３において、圧力センサー３１で検出した圧力Ｐ１と
温度センサー３２で検出した温度Ｔ１から循環組成Ｙを
計算する。図３において、圧縮機１４より吐出された高
温高圧の冷媒（図中Ａ点）は、凝縮液化される。この液
冷媒の一部（図中Ｂ点）は、第１の開閉弁２６、第１の
絞り装置２７で減圧され、中間圧の二相冷媒となり（図
中Ｃ点）、さらに精留分離器２３を下降する液冷媒と合
流して、精留分離器２３の底部の第２の配管より、第２
の開閉弁２８、第２の絞り装置２９で減圧され、低圧の
二相冷媒となる（図中Ｄ点）。この二相冷媒は、冷却器
２４で加熱されて、蒸発して四方弁１５とアキュムレー
タ２０の間の配管に合流し（図中Ｅ点）、圧縮機１４に
吸入される。

【００８９】非共沸混合冷媒は温度滑りを有するため、
乾き度によって一定圧力下においても冷媒温度が変化す
る。そこで、精留分離器２２の底部の第１の配管と第１
の絞り装置２７の間の配管の乾き度Ｘ１を所定値に設定
すると、乾き度の変化量に相当する温度滑りはほぼ一定
となり、この温度滑り分をＴ２とすると、圧力Ｐ１にお
ける飽和液温度（図３中Ｆ点）はＴ１−Ｔ２となる。

【００９０】尚、図３中Ｃ点における乾き度Ｘ１は、第
１の絞り装置２７と第２の絞り装置２９の絞り量によっ
て変化するが、実際の空気調和装置で測定したところ
０．１から０．２程度であり、演算された循環組成に対
するその誤差の影響は、−０．５％から＋０．５％程度
であり、乾き度Ｘ１を一定として計算を行ってもその影
響は小さいことを確認している。

【００９１】また、ここで、非共沸混合冷媒Ｒ３２／Ｒ
１２５／Ｒ１３４ａが組成２３／２５／５２ｗｔ％で充
填され、循環組成が変化した場合、Ｒ３２の比率Ｒ３２
ＹとＲ１２５の比率Ｒ１２５Ｙは（数１）で示されるよ
うに一定の比率を維持したまま変化する。

【００９２】また、Ｒ１３４ａの比率Ｒ１３４ａＹは、
（数２）で表される。

【００９３】さらに、飽和液温度または、飽和ガス温度
は、組成比率が決まれば必然的に決まる。言い換える
と、圧力とその圧力における飽和液温度または、飽和ガ
ス温度が決まれば組成比率が決定する。

【００９４】従って、先に仮定した圧力Ｐ１における飽
和液温度をＴ１−Ｔ２とした場合、その組成比率は、圧
力Ｐ１と温度Ｔ１−Ｔ２から計算することができる。ま
た、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１３４ａは（数１），（数
２）の関係から、Ｒ３２または、Ｒ１２５のどちらか一
成分の組成がわかれば、循環組成を算出することができ
る。すなわち、圧力Ｐ１と飽和液温度Ｔ１−Ｔ２とＲ３
２の比率Ｒ３２Ｙは、（数３）に示す形で表すことがで
き、（数１），（数２）から循環組成が求まる。

【００９５】次に、ＳＴＥＰ３で、運転時間が例えば、
１０分以上経過した場合、ＳＴＥＰ９で、負荷が大きい
状態での分離運転モードの運転時間ｔ２＝０に設定され
るとともに、ＳＴＥＰ６で、運転時間ｔ１＝０に設定さ
れる。また、第１の開閉弁制御手段３４により、第１の
開閉弁２６は開状態に切り換えられ、第２の開閉弁２８
は開状態、第３の開閉弁３０は閉状態を維持し、負荷が
大きい場合でも、分離運転モードに切り換えられる。次
に、ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８において、上述した方法で
冷凍サイクルの循環組成を検出する。

【００９６】次に、ＳＴＥＰ４で、負荷が大きい状態で
の分離運転モードの運転時間ｔ２が例えば、１分未満の
場合、ＳＴＥＰ１０で、負荷が大きい状態での分離運転
モードの運転時間ｔ２に制御周期ｔｃｏｎｔ（例えば、
０．５分）が加えられ、ＳＴＥＰ６で、運転時間ｔ１＝
０に設定される。

【００９７】また、第１の開閉弁２６は開状態、第２の
開閉弁２８は開状態、第３の開閉弁３０は閉状態を維持
する。次に、ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８で、冷凍サイクル
の循環組成を検出し続ける。

【００９８】ＳＴＥＰ４で、負荷が大きい状態での分離
運転モードの運転時間ｔ２が例えば、１分を越えた場
合、ＳＴＥＰ５で、運転時間ｔ１が制御周期ｔｃｏｎｔ
（例えば、０．５分）が加えられる。また、第１の開閉
弁制御手段３４により、第１の開閉弁２６は閉状態に切
り換えられ、第２の開閉弁２８は開状態、第３の開閉弁
３０は閉状態を維持し、通常の負荷が大きい状態での運
転状態に戻る。

【００９９】従って、負荷が大きい場合でも、例えば、
１０分間通常運転、１分間循環組成検知運転を繰り返
し、冷凍サイクルを循環する冷媒組成を検出しているの
で、暖房運転時でアキュムレータに冷媒が溜まり封止組
成と循環組成が変わる場合でも正確に循環組成が検出で
きる。

【０１００】以上のように本実施の形態の空気調和機
は、精留分離器２３の底部の第１の配管と第１の絞り装
置２７の間の圧力および温度を検出する圧力センサー３
１および温度センサー３２と、一定時間毎に第１の開閉
弁２６を開閉動作させる第１の開閉弁制御手段３４を備
え、圧力センサー３１および温度センサー３２で検出し
た圧力および温度に加え、その状態での乾き度を仮定す
ることにより一定の温度をさし引くだけその圧力での飽
和温度が推定でき、その圧力と飽和温度と組成比率の関
係から循環組成演算手段３３で冷凍サイクルを循環する
冷媒組成を安価な方法で検出でき、すべての運転モード
で、圧縮機およびサイクル制御の信頼性が高くかつ効率
よく運転を行うことができる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明は、精留分離器２３の底部の第１の配管と第１の絞り
装置２７の間の圧力および温度を検出する圧力センサー
３１および温度センサー３２とを備え、圧力センサー３
１および温度センサー３２で検出した圧力および温度に
加え、その状態での乾き度を仮定することにより一定の
温度をさし引くだけその圧力での飽和温度が推定でき、
その圧力と飽和温度と組成比率の関係から循環組成演算
手段３３で冷凍サイクルを循環する冷媒組成を安価な方
法で検出でき、圧縮機およびサイクル制御の信頼性が高
くかつ効率よく運転を行うことができる。

【０１０２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明に加えて、一定時間毎に第１の開閉弁２６
を開閉動作させる第１の開閉弁制御手段３４を備えるこ
とにより、冷凍サイクルを循環する冷媒組成を安価な方
法で検出でき、すべての運転モードで、圧縮機およびサ
イクル制御の信頼性が高くかつ効率よく運転を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の実施の形態１の冷凍
サイクル図

【図２】同実施の形態の空気調和機の動作を示すフロー
チャート

【図３】同実施の形態の空気調和機の循環組成演算手段
の原理を示す図

【図４】本発明による空気調和機の実施の形態２の冷凍
サイクル図

【図５】同実施の形態の空気調和機の動作を示すフロー
チャート

【図６】従来の空気調和機の冷凍サイクル図

【図７】従来の空気調和機のＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３
４ａの循環組成変化を表す図

【図８】従来の空気調和機の循環組成検知手段の動作を
表す図

【図９】従来の空気調和機の循環組成検知原理を表す図

【符号の説明】

１４圧縮機１５四方弁１６室外側熱交換器１７室外側膨張器１８室内側膨張器１９室内側熱交換器２１ガス管２２液管２３精留分離器２４冷却器２５貯留器２６第１の開閉弁２７第１の絞り装置２８第２の開閉弁２９第２の絞り装置３１圧力センサー３２温度センサー３３循環組成演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日下道美大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内 (72)発明者尾崎仁大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内Ｆターム(参考） 3L092 AA02 AA05 BA19 BA27 EA05 FA34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機，四方弁，室外側熱交換器，室外
側膨張弁，室内側膨張弁，室内側熱交換器をガス管及び
液管を介して環状に接続して冷凍サイクルの主回路を構
成し、精留分離器の上部，冷却器，貯留器を環状に接続
した回路を構成し、前記室外側膨張弁と前記室内側膨張
弁の間の配管と前記精留分離器の底部の第１の配管とを
第１の開閉弁および第１の絞り装置を介して接続し、前
記精留分離器の底部の第２の配管と前記圧縮機の吸入配
管とを第２の開閉弁、第２の絞り装置および前記冷却器
を介して接続するとともに、前記冷却器において、前記
精留分離器の底部の第２の配管から前記圧縮機の吸入配
管へ流れる冷媒と、前記精留分離器の上部から前記貯留
器へ流れる冷媒とが間接的に熱交換するように構成し、
前記精留分離器の底部の第１の配管と前記第１の絞り装
置の間の圧力および温度を検出する圧力検出手段および
温度検出手段とを備え、前記圧力検出手段および前記温
度検出手段で検出した圧力および温度に基づき冷凍サイ
クルの循環組成を検出する循環組成演算手段を備え、冷
媒として非共沸混合冷媒を充填した空気調和機。
【請求項２】一定時間毎に前記第１の開閉弁を開閉動
作させる第１の開閉弁制御手段を備えた請求項１に記載
の空気調和機。