JP2013139924A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器の手前で冷媒が過冷却状態になり易い冷凍装置の過熱度制御を適切に行わせる。
【解決手段】冷凍装置１０の室内膨張弁４１は、冷房時に、低圧目標値及び室内熱交換器４２の流出側の過熱度目標値に基づいて室内熱交換器４２に流入する冷媒の膨張を制御する。室内液管温度センサ４４及び吸入圧力センサ３３により、室内熱交換器４２の流入側の冷媒の過冷却状態が検出される。室内制御装置４７は、室内液管温度センサ４４及び吸入圧力センサ３３の検出結果に基づいて室内熱交換器４２の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、過熱度目標値を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１から第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に上げる設定変更を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置、特に蒸発器を含む冷凍回路を有する冷凍装置に関する。

従来から、冷媒を循環させる冷凍回路を備え、冷凍回路の室内熱交換器と室外熱交換器との間で熱を移送する冷凍装置が適用された空気調和装置が知られている。このような空気調和装置において、室内熱交換器や室外熱交換器で適切な熱交換を行わせるため、例えば特許文献１（特開２００４−２７１０６６号公報）に記載されているように、蒸発器の出口の冷媒の過熱度を制御する過熱度制御が行われている。

ところで、近年、空気調和装置についても消費電力を抑制する省エネルギーに対する要求が高まっている。例えば、そのための対策の一つとして、冷凍サイクルにおける高圧と低圧の差が小さい低差圧にすることがある。このような空気調和装置において、冷媒充填量が多くかつ外気温が低い場合に蒸発温度を上げる運転を行うと、蒸発器として機能している室内熱交換器の手前で冷媒が過冷却状態となることがある。このように室内熱交換器において過冷却状態が発生すると、室内熱交換器の過熱度制御ができなくなるという問題が生じる。

本発明の課題は、蒸発器の手前で冷媒が過冷却状態になり易い冷凍装置の過熱度制御を適切に行わせることである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、圧縮機と放熱器と蒸発器とが順に接続されて冷媒が循環する冷凍回路が形成されている冷凍装置であって、蒸発器の流入側に設けられ、冷媒回路の高圧目標値、冷媒回路の低圧目標値及び蒸発器の流出側の過熱度目標値のうちの少なくとも一つに基づいて蒸発器に流入する冷媒の膨張を制御するための膨張機構と、蒸発器の流入側の冷媒の過冷却状態を検出するための検出器と、検出器の検出結果に基づいて蒸発器の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、高圧目標値を上げる設定変更、低圧目標値を下げる設定変更及び過熱度目標値を上げる設定変更のうちの少なくとも一つの設定変更を行い得る制御部と、を備える。

第１観点に係る冷凍装置では、蒸発器の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、高圧目標値を上げる、低圧目標値を下げる及び過熱度目標値を上げる設定変更のうちの少なくとも一つの設定変更を行って蒸発器の過熱度制御ができなくなる状況を回避できるので、蒸発器の過熱度の制御を適切に行なわせることができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置において、蒸発器は、利用側熱交換器であり、制御部は、検出器の検出結果に基づいて利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、低圧目標値を下げる設定変更及び過熱度目標値を上げる設定変更のうちの少なくとも一方を行い得る。

第２観点に係る冷凍装置では、利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、低圧目標値を下げる設定変更及び過熱度目標値を上げる設定変更のうちの少なくとも一方を行って過冷却状態を回避することができ、冷媒量が多いために、蒸発器として機能している利用側熱交換器の手前で冷媒が過冷却状態になり易い場合に十分な対応が可能になる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第２観点に係る冷凍装置において、検出器は、利用側熱交換器の流入側の圧力飽和温度を検出するための第1検出器と利用側熱交換器の流入側の冷媒の温度を検出するための第２検出器、又は第1検出器と膨張機構の流入側の冷媒の温度を検出するための第３検出器を含み、制御部は、第1検出器と第２検出器の検出結果の比較又は第１検出器と第３検出器の検出結果の比較に基づいて、利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かを判断し得る。

第３観点に係る冷凍装置では、利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かの判断を第1検出器と第２検出器の検出結果の比較又は第１検出器と第３検出器の検出結果の比較に基づいて行うので、利用側熱交換器の流入側の冷媒に過冷却がついていても、正確に過冷却状態の判断を行なうことができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第２観点又は第３観点の冷凍装置において、第３検出器は、放熱器の流出側に設けられている液管温度センサであり、制御部は、液管温度センサの取り付け位置から膨張機構までの熱損失に相当する補正値を液管温度センサの検出温度より差し引いて得られる温度を膨張機構の流入側の冷媒の温度として用いて利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かを判断し得る。

第４観点に係る冷凍装置では、利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かの判断に、従来からある熱源側液管温度センサを用いることができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第２観点又は第３観点の冷凍装置において、第１検出器は、圧縮機の吸入側の圧力を検知する吸入圧力センサであり、制御部は、吸入圧力センサによって検出される圧力から圧力飽和温度を算出し得る。

第５観点に係る冷凍装置では、制御部は、吸入圧力センサによって検出される圧力から圧力飽和温度を算出し得るので、従来からある吸入圧力センサを用いることができる。

第１観点に係る冷凍装置では、蒸発器の過熱度制御ができなくなる状況を回避して蒸発器の過熱度の制御を適切に行なわせることができ、蒸発器の手前で冷媒が過冷却状態になり易い冷凍装置の過熱度制御を適切に行わせることができる。

第２観点に係る冷凍装置では、利用側熱交換器の過熱度制御ができなくなる状況を回避して利用側熱交換器の過熱度の制御を適切に行なわせることができ、利用側熱交換器の手前で冷媒が過冷却状態になり易い冷凍装置の過熱度制御を適切に行わせることができる。

第３観点に係る冷凍装置では、正確に過冷却状態の判断を行なうことができ、蒸発器の手前で冷媒が過冷却状態になる冷凍装置の過熱度制御を適切に行わせることができる。

第４観点に係る冷凍装置では、従来からある熱源側液管温度センサを用いることができるので、コストの上昇を抑制できる。

第５観点に係る冷凍装置では、従来からある吸入圧力センサを用いることができるので、コストの上昇を抑制できる。

一実施形態に係る冷凍装置を含む空気調和装置の冷媒配管系統を示す図。 図１の空気調和装置の制御系統を示すブロック図。 冷凍回路の動作を説明するためのグラフ。

（１）空気調和装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含む空気調和装置の冷媒配管系統を示している。空気調和装置１は、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置であって、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって建物内の各室の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、熱源ユニットとしての空調室外機２と、利用ユニットとしての複数台（図１では、空調室内機４ａおよび空調室内機４ｂの２台）の空調室内機４と、空調室外機２と空調室内機４とを接続する冷媒連絡管としての第１冷媒連絡管６および第２冷媒連絡管７とを備えている。

空気調和装置１の冷凍装置１０は、空調室外機２と、空調室内機４と、冷媒連絡管６、７とが接続されることによって構成されている。そして、冷凍装置１０内には冷媒が封入されており、後述のように、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。

（２）空気調和装置の詳細構成
（２−１）空調室内機
空調室内機は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置される。空調室内機４は、冷媒連絡管６、７を介して空調室外機２に接続されており、冷凍装置１０の一部を構成している。

次に、空調室内機４の構成について説明する。なお、空調室内機４として、図１では空調室内機４ａ，４ｂの２台を示しているが、いずれの空調室内機４もほぼ同じ構成であるため、ここでは、空調室内機４ａの構成のみを説明する。

空調室内機４ａは、冷凍装置１０の一部を構成する室内側主冷媒回路１０ａを有している。室内側主冷媒回路１０ａは、主として、減圧器である室内膨張弁４１と、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２とを有している。

室内膨張弁４１は、冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室内膨張弁４１は、その一端が第１冷媒連絡管６に接続され、その他端が室内熱交換器４２に接続されている。

室内熱交換器４２は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４２は、その一端が室内膨張弁４１に接続され、その他端が第２冷媒連絡管７に接続されている。

空調室内機４ａは、ユニット内に室内空気を吸入して、再び室内に供給するための室内ファン４３を備えており、室内空気と室内熱交換器４２を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。室内ファン４３は、室内熱交換器４２に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、ＤＣファンモータ等からなる室内ファン用モータ４３ａによって回転駆動される。室内ファン４３では、室内熱交換器４２に送風するために室内ファン用モータ４３ａにより例えば遠心ファンや多翼ファン等が駆動される。

また、空調室内機４ａには、各種のセンサが設けられている。具体的には、サーミスタからなる室内液管温度センサ４４や室内ガス管温度センサ４５が設けられ、室内熱交換器４２に近接する冷媒配管の温度から冷媒の温度を測定する。また、室内温度センサ４６が設けられており、この室内温度センサ４６は熱交換が行われる前の空調室内機４に吸入される室内空気の温度を検出する。さらに、空調室内機４ａは、空調室内機４ａを構成する各部の動作を制御する室内制御装置４７を有している。室内制御装置４７は、空調室内機４ａの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、空調室内機４ａを個別に操作するためのリモートコントローラ（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、後述する空調室外機２の室外制御装置３０との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行ったりする。

（２−２）空調室外機
空調室外機２は、ビル等の室外に設置されており、第１冷媒連絡管６及び第２冷媒連絡管７を介して空調室内機４ａ、４ｂに接続されている。空調室外機２は、冷凍装置１０の一部を構成する室外側主冷媒回路１０ｃと冷凍装置１０から分岐する過冷却用冷媒流路６１とを有している。

（２−２−１）室外側主冷媒回路
室外側主冷媒回路１０ｃは、主として、圧縮機２１と、切換機構２２と、室外熱交換器２３と、室外第１膨張弁２５と、液ガス熱交換器２７と、液側閉鎖弁２８ａと、ガス側閉鎖弁２８ｂと、アキュムレータ２９とを有している。この室外側主冷媒回路１０ｃは、主として、圧縮機２１と、切換機構２２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、第２遮断機構又は熱源側膨張機構としての室外第１膨張弁２５と、温度調節機構としての液ガス熱交換器２７と、第１遮断機構としての液側閉鎖弁２８ａと、ガス側閉鎖弁２８ｂとを有している。

圧縮機２１は、圧縮機用モータ２１ａによって駆動される密閉式圧縮機である。圧縮機用モータ２１ａが例えばインバータにより回転数が制御され、圧縮機２１は、運転容量を可変することができるよう構成されている。

切換機構２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４２を室外熱交換器２３において冷却された冷媒の蒸発器として機能させる。このために、切換機構２２は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器２３の一端とを接続するとともに、圧縮機吸入側配管２９ａ（アキュムレータ２９を含む）とガス側閉鎖弁２８ｂとを接続する（図１の切換機構２２の実線を参照）。また、切換機構２２は、暖房運転時には、室内熱交換器４２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２において冷却された冷媒の蒸発器として機能させる。このために、切換機構２２は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管とガス側閉鎖弁２８ｂとを接続するとともに、圧縮機吸入側配管２９ａと室外熱交換器２３の一端とを接続する（図１の切換機構２２の破線を参照）。切換機構２２は、例えば四路切換弁である。

室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンとから構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、その一端が切換機構２２に接続されており、その他端が室外第１膨張弁２５に接続されている。

空調室外機２は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための室外ファン２６を有している。室外ファン２６は、室外空気と室外熱交換器２３を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。

室外第１膨張弁２５は、冷凍装置１０において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第１膨張弁２５は、室外側主冷媒回路１０ｃ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、冷房運転を行う際の冷凍装置１０における冷媒の流れ方向において室外熱交換器２３の下流側であって液ガス熱交換器２７の上流側に配置され、冷媒の通過を遮断することも可能である。室外第１膨張弁２５は、その一端が室外熱交換器２３に接続され、その他端が液ガス熱交換器２７を介して液側閉鎖弁２８ａに接続され、室内熱交換器４２の液側に接続されている。

空調室外機２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２６を有している。この室外ファン２６は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣファンモータ等からなるモータ２６ａによって駆動されるプロペラファン等である。

液ガス熱交換器２７は、室外第１膨張弁２５と液側閉鎖弁２８ａとの間に接続されている。液ガス熱交換器２７は、熱源側熱交換器において凝縮された冷媒が流れる冷媒管と後述の分岐管６４とを接触させる二重管構造を持つ配管熱交換器である。液ガス熱交換器２７は、冷凍装置１０を室外熱交換器２３から空調室内機４に向かって流れる冷媒と、過冷却用冷媒流路６１を室外第２膨張弁６２から圧縮機吸入側配管２９ａへと流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。それにより、液ガス熱交換器２７は、この熱交換によって、冷房運転時に室外熱交換器２３において凝縮された冷媒をさらに冷却し、空調室内機４へと向かう冷媒の過冷却度を大きくする。

アキュムレータ２９は、切換機構２２と圧縮機２１との間の圧縮機吸入側配管２９ａに配置されている。

（２−２−２）過冷却用冷媒流路
過冷却用冷媒流路６１は、室外第２膨張弁６２から液ガス熱交換器２７を経て、切換機構２２とアキュムレータ２９との間の圧縮機吸入側配管２９ａへ向かう冷媒管で構成されている。室外第２膨張弁６２は、過冷却用冷媒流路６１において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第２膨張弁６２は、過冷却用冷媒流路６１に設けられ、過冷却用冷媒流路６１において室外第１膨張弁２５から液側閉鎖弁２８ａにつながる配管から分岐して液ガス熱交換器２７に入るまでの間に配置されている。

液ガス熱交換器２７には、冷却源としての分岐管６４が設けられている。なお、冷凍装置１０から過冷却用冷媒流路６１を除いた部分が主冷媒回路である。過冷却用冷媒流路６１は、液ガス熱交換器２７と室外第１膨張弁２５との間で分岐される冷媒を圧縮機２１の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されている。過冷却用冷媒流路６１で分岐された冷媒は、減圧された後に、液ガス熱交換器２７に導入される。そして、過冷却用冷媒流路６１で分岐された冷媒は、室外熱交換器２３から第１冷媒連絡管６を通じて室内膨張弁４１に送られる冷媒と熱交換させた後に、圧縮機２１の吸入側に戻される。

さらに詳細に見ると、過冷却用冷媒流路６１は、分岐管６４と合流管６５と室外第２膨張弁６２を有している。分岐管６４は、室外第１膨張弁２５から室内膨張弁４１に送られる冷媒の一部を室外熱交換器２３と液ガス熱交換器２７との間の位置から分岐されるように接続されている。合流管６５は、液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口から圧縮機２１の吸入側に戻すように圧縮機２１の吸入側に接続されている。室外第２膨張弁６２は、電動膨張弁からなり、過冷却用冷媒流路６１を流れる冷媒の流量を調節するための連通管膨張機構として機能する。これにより、室外熱交換器２３から室内膨張弁４１に送られる冷媒は、液ガス熱交換器２７において、室外第２膨張弁６２によって減圧された後の過冷却用冷媒流路６１を流れる冷媒によって冷却される。すなわち、液ガス熱交換器２７は、室外第２膨張弁６２の開度調節によって能力制御が行われることになる。

また、過冷却用冷媒流路６１は、後述のように、冷凍装置１０のうち液側閉鎖弁２８ａと室外第１膨張弁２５との間の部分と圧縮機２１の吸入側の部分とを接続する連通管としても機能するようになっている。

液側閉鎖弁２８ａ及びガス側閉鎖弁２８ｂは、外部の機器・配管（具体的には、第１冷媒連絡管６及び第２冷媒連絡管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２８ａは、液ガス熱交換器２７に接続され、ガス側閉鎖弁２８ｂは、切換機構２２に接続され、これらによって冷媒の通過を遮断することができる。

（２−２−３）室外制御装置と各種センサ
空調室外機２は、空調室外機２を構成する各部の動作を制御する室外制御装置３０を有している。そして、室外制御装置３０は、空調室外機２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリやモータ２６ａを制御するインバータ回路等を有しており、空調室内機４ａ，４ｂの室内制御装置４７との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内制御装置４７と室外制御装置３０と室内制御装置４７間を接続する伝送線８ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う空調制御装置８が構成されている。

また、空調室外機２には、各種のセンサが設けられている。圧縮機２１の吐出側の冷媒配管には、圧縮機吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度センサ３２とが設けられている。圧縮機吸入側配管２９ａには、圧縮機２１に吸入されるガス冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４と、圧縮機吸入圧力を検出する吸入圧力センサ３３とが設けられている。室外制御装置３０は、圧縮機２１の運転容量を制御するように構成されており、冷房運転中における圧縮機２１の吸入圧力の目標値である低圧目標値及び暖房運転中における圧縮機２１の吐出圧力の目標値である高圧目標値を有している。そして、冷房運転時には吸入圧力センサ３３が低圧目標値となるように圧縮機２１の運転容量が制御され、暖房運転時には吐出圧力センサ３１が高圧目標値になるように圧縮機２１の運転容量が制御される。

また、液ガス熱交換器２７の主冷媒回路側の出口には、冷媒の温度（すなわち、液管温度）を検出する液管温度センサ３５が設けられている。空調室外機２の室外空気の吸込口側には、内部に流入する室外空気の温度（すなわち、室外温度）を検出する室外温度センサ３６が設けられている。液ガス熱交換器２７から、切換機構２２とアキュムレータ２９との間の低圧冷媒配管へ向かう、過冷却用冷媒流路６１の合流管６５には、液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口を流れる冷媒の温度を検出するためのバイパス温度センサ６３が設けられている。これら、吐出温度センサ３２、吸入温度センサ３４、液管温度センサ３５、室外温度センサ３６及びバイパス温度センサ６３は、サーミスタからなる。

（２−３）冷媒連絡管
冷媒連絡管６、７は、空調室外機２および空調室内機４を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。第１冷媒連絡管６は、空調室外機２及び空調室内機４ａ、４ｂに接続されており、冷房運転時には、液ガス熱交換器２７において過冷却度が大きくなった液冷媒を室内膨張弁４１および室内熱交換器４２に送り、暖房運転時には、室内熱交換器４２において凝縮した液冷媒を空調室外機２の室外熱交換器２３に送る冷媒管である。第２冷媒連絡管７は、空調室外機２及び空調室内機４ａ、４ｂに接続されており、冷房運転時には、室内熱交換器４２において蒸発したガス冷媒を空調室外機２の圧縮機２１に送り、暖房運転時には、圧縮機２１において圧縮されたガス冷媒を空調室内機４ａ，４ｂの室内熱交換器４２に送る冷媒管である。

（２−４）空調制御装置
図２に、空気調和装置１の制御ブロック図を示す。空気調和装置１の各種運転制御を行う制御手段としての空調制御装置８は、図２に示すように伝送線８ａを介して結ばれる室外制御装置３０および室内制御装置４７によって構成されている。空調制御装置８は、各種センサ３１〜３６，４４〜４６，６３の検出信号を受け、これらの検出信号等に基づいて各種機器２１，２２，２５、２６，４１，４３，６２を制御する。

（３）空気調和装置の動作
次に、本実施形態に係る空気調和装置１の基本的な動作について説明する。なお、以下に説明する各種運転における制御は空調制御装置８によって行われる。

（３−１）冷房運転
冷凍サイクルにおける高圧と低圧の差が小さい低差圧にて運転している空気調和装置においては、例えば冷媒充填量が多くかつ外気温が低い場合に蒸発温度を上げる運転を行うと、蒸発器として機能している室内熱交換器４２の手前で冷媒が過冷却状態となることがある。以下の説明では、室内熱交換器４２の手前で過冷却状態になっていないときの運転を通常時の冷房運転とよび、過冷却状態になっているときの運転を異常時の冷房運転とよんで両者を区別して説明する。

（３−１−１）通常時の冷房運転
冷房運転時は、切換機構２２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２３のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側がガス側閉鎖弁２８ｂ及び第２冷媒連絡管７を介して室内熱交換器４２のガス側に接続された状態となっている。冷房運転時、室外第１膨張弁２５は全開状態にされ、液側閉鎖弁２８ａ及びガス側閉鎖弁２８ｂは開状態にされている。

各室内膨張弁４１は、室内熱交換器４２の出口（すなわち、室内熱交換器４２のガス側）における冷媒の過熱度が第１過熱度目標値Ｔｓｈ１で一定になるように開度調節されるようになっている。例えば、図３において、圧力Ｐ１の点Ｃが室内膨張弁４１の流入側であり、圧力Ｐ２の点Ｂが室内膨張弁４１の流出側である。各室内熱交換器４２の出口における冷媒の過熱度は、室内制御装置４７において、室内ガス管温度センサ４５により検出される冷媒温度Ｔｈ１から室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２を差し引くことによって検出される。

このとき、室内熱交換器４２の手前で過冷却状態になっていないことは、室内制御装置４７において、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２よりも高くなっていないこと（Ｔｅｉｎ≦Ｔｈ２）を検出することにより判断される。この室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎは、例えば吸入圧力センサ３３により検出される圧縮機２１の吸入圧力ＬＰを蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度に換算することにより得られる。

また、室外第２膨張弁６２は、液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口における冷媒の過熱度が過熱度目標値になるように開度調節される（以下、過熱度制御という）。液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口における冷媒の過熱度は、吸入圧力センサ３３により検出される圧縮機２１の吸入圧力が蒸発温度に対応する飽和温度に換算され、バイパス温度センサ６３により検出される冷媒温度からこの冷媒の飽和温度を差し引くことによって検出される。

この冷凍装置１０の状態で、圧縮機２１、室外ファン２６及び室内ファン４３を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、切換機構２２を経由して室外熱交換器２３に送られて、室外ファン２６によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、この高圧の液冷媒は、室外第１膨張弁２５を通過した後に、液ガス熱交換器２７に流入し、過冷却用冷媒流路６１を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却されて過冷却状態になる。このとき、室外熱交換器２３において凝縮した高圧の液冷媒の一部は、過冷却用冷媒流路６１に分岐され、室外第２膨張弁６２によって減圧された後に、圧縮機２１の吸入側に戻される。ここで、室外第２膨張弁６２を通過する冷媒は、圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されることで、その一部が蒸発する。そして、過冷却用冷媒流路６１の室外第２膨張弁６２の出口から圧縮機２１の吸入側に向かって流れる冷媒は、液ガス熱交換器２７を通過して、主冷媒回路側の室外熱交換器２３から空調室内機４へ送られる高圧の液冷媒と熱交換を行う。

そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁２８ａ及び第１冷媒連絡管６を経由して、空調室内機４に送られる。

この空調室内機４に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁４１によって圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器４２に送られ、室内熱交換器４２において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。

この低圧のガス冷媒は、第２冷媒連絡管７を経由して空調室外機２に送られ、ガス側閉鎖弁２８ｂ及び切換機構２２を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。このように、空気調和装置１は、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器４２を室外熱交換器２３において凝縮された後に第１冷媒連絡管６及び室内膨張弁４１を通じて送られる冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を行う。

（３−１−２）異常時の冷房運転
通常時の冷房運転から異常時の冷房運転に切り換わるのは、室内制御装置４７において、室内熱交換器４２の手前が過冷却状態になっていると判断されたときである。室内制御装置４７は、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２よりも高くなっているとき（Ｔｅｉｎ＞Ｔｈ２）に、室内熱交換器４２の手前が過冷却状態になっていると判断する。

室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２よりも高くなっている状態とは、図３に示されているような冷凍サイクルで運転されている状態である。つまり、図３において、飽和液線Ｌ１が蒸発圧力Ｐ２と交わる点ＡのエンタルピｈＡよりも室内膨張弁４１によって膨張された後の点Ｂの冷媒のエンタルピｈＢが低くなっている状態である。このような状態では、室内熱交換器４２に流入する冷媒に過冷却度がついているため室内熱交換器４２前後の温度差をもとに過熱度制御を行うと、実際の過熱度を誤検知してしまう。その結果、室内熱交換器４２の出口で冷媒が二相状態であるにも関わらず過熱状態だと誤認し、室内膨張弁４１の開度を多少調節しても二相状態の冷媒の温度は変化せず、制御不能になることがある。

そこで、室内制御装置４７は、Ｔｅｉｎ＞Ｔｈ２と判断すると、冷媒の過熱度の目標値を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１から第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に切り換えて室内膨張弁４１の開度調節を行う。ここで、第２過熱度目標値Ｔｓｈ２は、第１過熱度目標値Ｔｓｈ１よりも大きい（Ｔｓｈ２＞Ｔｓｈ１）。

発生しうる室内熱交換器４２入口での過冷却度を評価し、第１過熱度目標値Ｔｓｈ１よりも高い温度に設定されている第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に変更することで、過熱度制御を行う際の室内熱交換器４２の出口の冷媒を確実に過熱冷媒とし、制御性の悪化を防ぐことができるようになる。

しかし、過熱度の目標値を第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に変更して運転することは、効率の低下につながる。そのため、第１過熱度目標値Ｔｓｈ１に戻せるような状態になれば、室内制御装置４７は、過熱度の目標値を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１に戻す。具体的には、例えば、室内制御装置４７は、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２よりも予め設定されている温度β（数度程度（例えば３℃））だけ低くなっていることが検出された時点で、過熱度の目標値を第２過熱度目標値Ｔｓｈ２から第１過熱度目標値Ｔｓｈ１に変更する。つまり、Ｔｅｉｎ＜Ｔｈ２−βの条件が満たされた時点で過熱度の目標値が切り換えられる。この温度βは、ハンチング防止のためのマージンである。

（３−２）暖房運転
暖房運転時は、切換機構２２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側がガス側閉鎖弁２８ｂ及び第２冷媒連絡管７を介して室内熱交換器４２のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２３のガス側に接続された状態となっている。室外第１膨張弁２５は、室外熱交換器２３に流入する冷媒を室外熱交換器２３において蒸発させることが可能な圧力（すなわち、蒸発圧力）まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、液側閉鎖弁２８ａ及びガス側閉鎖弁２８ｂは、開状態にされている。室内膨張弁４１は、室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている。室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷却度は、吐出圧力センサ３１により検出される圧縮機２１の吐出圧力が凝縮温度に対応する飽和温度に換算され、この冷媒の飽和温度から室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度が差し引かれることによって検出される。

この冷凍装置１０の状態で、圧縮機２１、室外ファン２６及び室内ファン４３を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、切換機構２２、ガス側閉鎖弁２８ｂ及び第２冷媒連絡管７を経由して、空調室内機４に送られる。

そして、空調室内機４に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４２において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、室内膨張弁４１を通過する際に、室内膨張弁４１の弁開度に応じて減圧される。

この室内膨張弁４１を通過した冷媒は、第１冷媒連絡管６を経由して空調室外機２に送られ、液側閉鎖弁２８ａ、液ガス熱交換器２７及び室外第１膨張弁２５を経由してさらに減圧された後に、室外熱交換器２３に流入する。そして、室外熱交換器２３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン２６によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、切換機構２２を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。

以上のような運転制御は、冷房運転及び暖房運転を含む通常運転を行う空調制御装置８（室内制御装置４７と室外制御装置３０とこれらの間を接続する伝送線８ａ）によって行われる。

（４）冷凍装置の特徴
（４−１）本実施形態に係る冷凍装置１０では、冷房運転時に、圧縮機２１と室外熱交換器２３（放熱器）と室内熱交換器４２（蒸発器）とが順に接続されて冷媒が循環する室内側主冷媒回路１０ａ及び室外側主冷媒回路１０ｃ（冷凍回路）が形成されている。室内熱交換器４２の流入側に設けられている室内膨張弁４１（膨張機構）は、室内熱交換器４２の流出側の過熱度目標値に基づいて室内熱交換器４２に流入する冷媒の膨張を制御する。室内液管温度センサ４４及び吸入圧力センサ３３（検出器）により、室内熱交換器４２の流入側の冷媒の過冷却状態が検出される。室内制御装置４７（制御部）は、室内液管温度センサ４４及び吸入圧力センサ３３の検出結果に基づいて室内熱交換器４２の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、過熱度目標値を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１から第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に上げる設定変更を行う。

室内熱交換器４２の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、過熱度目標値を上げる設定変更を行うので、室内熱交換器４２の過熱度制御ができなくなる状況を回避して室内熱交換器４２の過熱度の制御を適切に行なわせることができる。そのため、室内熱交換器４２の手前で冷媒が過冷却状態になり易い冷凍装置１０の過熱度制御を適切に行わせることができる。特に、冷媒量が多いために、蒸発器として機能している室内熱交換器４２（利用側熱交換器）の手前で冷媒が過冷却状態になり易い場合に十分な対応が可能になる。

（４−２）吸入圧力センサ３３は、室内熱交換器４２（利用側熱交換器）の流入側の圧力飽和温度を検出するための第1検出器であり、室内液管温度センサ４４は、室内熱交換器４２の流入側の冷媒の温度を検出するための第２検出器である。室内制御装置４７（制御部）は、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２よりも大きいか否か（第1検出器と第２検出器の検出結果の比較）に基づいて、室内熱交換器４２の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かを判断する。そのため、室内熱交換器４２の流入側の冷媒に過冷却がついていても、正確に過冷却状態の判断を行なうことができる。

このように室内熱交換器４２（利用側熱交換器）の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かの判断を行うための第２検出器に、従来からある室内液管温度センサ４４を用いることができるので、コストの上昇を抑制できる。同様に、室内熱交換器４２の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かの判断を行うための第１検出器に、従来からある吸入圧力センサ３３を用いることができるので、コストの上昇を抑制できる。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記実施形態の冷凍装置１０では、冷房運転時において、室内熱交換器４２（蒸発器）が過冷却状態にあると判断されたときに、室内制御装置４７が過熱度目標値を上げる場合について説明したが、室内制御装置４７で過冷却状態になっていると判断されたときに、室外制御装置３０が低圧目標値を下げるように設定を変更してもよい。冷凍装置１０の場合、低圧目標値は室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎである。このような場合には、空調制御装置８が制御部となる。空調制御装置８は、上述のように室内液管温度センサ４４と吸入圧力センサ３３の検出結果から、低圧目標値を第１低圧目標値ＰＬ１からそれよりも低い第２低圧目標値ＰＬ２に変更する。つまり、ＰＬ１＞ＰＬ２である。

低圧目標値が、第１低圧目標値ＰＬ１よりも低い第２低圧目標値ＰＬ２に変更されると、過熱度目標値が変わらないため、室内膨張弁４１における圧力低下が大きくなり、蒸発圧力が低下する。それにより、室内膨張弁４１を通過した時点Ｂ１での冷媒の状態が、図３に示すように蒸発圧力が例えばＰ３に低下して室内膨張弁４１の下流側（室内熱交換器４２の流入側）が気液二相状態に変化し、過熱度による制御が行えるようになる。

この第２低圧目標値Ｌ２に設定された場合、室内制御装置４７は、例えば、低圧目標上限値を、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎ目標値が室内機液管温度Ｔｈ２に等しいとして運転する。そして、このような条件で運転して、負荷率などの関係で低圧（Ｔｅｉｎ）が低下する場合には、自動的に上述の判定条件から外れて通常の制御に移行する。つまり、室内制御装置４７は、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４で検出される温度Ｔｈ２以下であること（Ｔｅｉｎ≦Ｔｈ２）を検出し、その検出結果に基づいて低圧目標値を第２低圧目標値ＰＬ２から第１低圧目標値ＰＬ１に変更する。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態の冷凍装置１０では、冷房時において、室内機液管圧力飽和温度Ｔｅｉｎが室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度Ｔｈ２よりも高くなっているとき（Ｔｅｉｎ＞Ｔｈ２）に、室内熱交換器４２の流入側が過冷却になっていると判断したが、室外機液管入口温度Ｔ１を用いて判断することもできる。室外機液管入口温度Ｔ１は、例えば液管温度センサ３５（第３検出器）により検出される温度である。室内制御装置４７は、熱損失分を考慮して、Ｔｅｉｎ＞Ｔ１−αの条件を満たすときに、室内熱交換器４２の流入側が過冷却になっていると判断する。そして、室内制御装置４７は、この条件を満たしたときに過熱度目標値を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１から第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に変更するか又は低圧目標値を第１低圧目標値ＰＬ１から第２低圧目標値ＰＬ２に変更する。ただし、αは、熱損失に係る値であって実験などから導かれる値であり、例えば３℃程度である。

室内熱交換器４２の流入側が過冷却になっていると判断されたときに室内制御装置４７が行う過熱度目標値の切り換えや低圧目標値の切り換えは、上記実施形態や変形例Ｂと同様である。

また、室内熱交換器４２の流入側が過冷却の状態から過冷却でない状態に変わって過熱度目標値や低圧目標値を元に戻してもよいか否かの判断も、室外機液管入口温度Ｔ１を用いて行われる。つまり、Ｔｅｉｎ≦Ｔ１−α−βという条件を満たすことが検出された時点で、熱温度目標値を第２過熱度目標値Ｔｓｈ２から第１過熱度目標値Ｔｓｈ１に変更するか又は低圧目標値を第２低圧目標値ＰＬ２から第１低圧目標値ＰＬ１に変更する。

このように室内熱交換器４２（利用側熱交換器）の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かの判断を行うための第３検出器に、従来からある液管温度センサ３５（熱源側液管温度センサ）を用いることができるので、コストの上昇を抑制できる。同様に、室内熱交換器４２の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かの判断を行うための第１検出器に、従来からある吸入圧力センサ３３を用いることができるので、コストの上昇を抑制できる。

（５−３）変形例Ｃ
上記の実施形態及び上記の変形例Ａでは、冷房運転時に、室内熱交換器４２が蒸発器として機能する場合について説明したが、暖房運転時に室外熱交換器２３の流入側の冷媒が過冷却状態になりやすい場合にも本願発明を適用できる。

室外熱交換器２３の流入側で過冷却状態が生じているかいなかは、上述の低圧Ｔｅｉｎと室外機液管入口温度Ｔ１とを用いて、Ｔｅｉｎ＞Ｔ１−αの条件を満たすようになっているか否かを検出することにより室外制御装置３０において判断することができる。

暖房運転時には、高圧目標値が設定されているため、室外熱交換器２３の流入側で過冷却状態が生じていると判断されたときには、高圧目標値を第１高圧目標値ＨＰ１から第２高圧目標値ＨＰ２に変更する。この場合、第１高圧目標値ＨＰ１よりも第２高圧目標値ＨＰ２が高く設定されている（ＨＰ２＞ＨＰ１）。

そして、上記実施形態や変形例Ａ，Ｂと同様に、Ｔｅｉｎ≦Ｔ１−α−βの条件を満たすようになっていることを検出すると、高圧目標値を通常の状態に戻す。つまり、室外熱交換器２３の流入側で過冷却状態が解消されたと判断されたときには、高圧目標値を第２高圧目標値ＨＰ２から第１高圧目標値ＨＰ１に変更する。

（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、空調室内機４の構成として、同じ空調室内機４ａ，４ｂが２台接続されている場合について説明したが、１台又は３台以上の空調室内機が接続されてもよい。また、複数台の空調室内機が接続される場合には、異なる構成の空調室内機が接続されてもよい。

（５−５）変形例Ｅ
上記実施形態では、過熱度目標値を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１よりも高い温度に設定されている第２過熱度目標値Ｔｓｈ２に変更する場合について説明した。しかし、第２過熱度目標値として、複数の異なる過熱度目標値を設定することもできる。例えば、第２過熱度目標値Ｔｓｈ２よりも高い第３過熱度目標値Ｔｓｈ３を設け、過冷却度Ｔｓｃが０＜Ｔｓｃ≦Ｔｓｃ１の条件を満たすときは第２過熱度目標値Ｔｓｈ２を用い、過冷却度ＴｓｃがＴｓｃ１＜Ｔｓｃの条件を満たすときは第３過熱度目標値Ｔｓｈ３を用いるように構成することもできる。また、予め第２過熱度目標値Ｔｓｈ２と過冷却度Ｔｓｃとの関係式を準備しておき、室内熱交換器４２入口での過冷却度を評価し、過冷却度の程度に応じて第２過熱度目標値Ｔｓｈ２を第１過熱度目標値Ｔｓｈ１よりも高い温度にするように変更することもできる。なお、第２過熱度目標値Ｔｓｈ２と過冷却度Ｔｓｃとの関係式は、例えば予め行う実験や試運転など通じて適宜決定すればよい。

１０ 冷凍装置
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
３０ 室外制御装置
３２ 吐出温度センサ
３３ 吸入圧力センサ
４１ 室内膨張弁
４２ 室内熱交換器
４４ 室内液管温度センサ
４７ 室内制御装置

特開２００４−２７１０６６号公報

Claims (5)

1. 圧縮機（２１）と放熱器（２３，４２）と蒸発器（４２，２３）とが順に接続されて冷媒が循環する冷凍回路が形成されている冷凍装置（１０）であって、
   前記蒸発器の流入側に設けられ、前記冷媒回路の高圧目標値、前記冷媒回路の低圧目標値及び前記蒸発器の流出側の過熱度目標値のうちの少なくとも一つに基づいて前記蒸発器に流入する冷媒の膨張を制御するための膨張機構（４１）と、
   前記蒸発器の流入側の冷媒の過冷却状態を検出するための検出器（２９，４４，３５，３１）と、
   前記検出器の検出結果に基づいて前記蒸発器の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、前記高圧目標値を上げる設定変更、前記低圧目標値を下げる設定変更及び前記過熱度目標値を上げる設定変更のうちの少なくとも一つの設定変更を行い得る制御部（４７，３０，８）と、
   を備える、冷凍装置。
2. 前記蒸発器は、利用側熱交換器（４２）であり、
   前記制御部（４７）は、前記検出器の検出結果に基づいて前記利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあると判断した場合に、前記低圧目標値を下げる設定変更及び前記過熱度目標値を上げる設定変更のうちの少なくとも一方を行い得る、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記検出器は、前記利用側熱交換器の流入側の圧力飽和温度を検出するための第1検出器（３３）と前記利用側熱交換器の流入側の冷媒の温度を検出するための第２検出器（４４）、又は前記第1検出器（３３）と前記膨張機構の流入側の冷媒の温度を検出するための第３検出器（３５）を含み、
   前記制御部は、前記第1検出器と前記第２検出器の検出結果の比較又は前記第１検出器と前記第３検出器の検出結果の比較に基づいて、前記利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かを判断し得る、
   請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記第３検出器は、前記放熱器の流出側に設けられている液管温度センサ（３５）であり、
   前記制御部は、前記液管温度センサの取り付け位置から前記膨張機構までの熱損失に相当する補正値を前記液管温度センサの検出温度より差し引いて得られる温度を前記膨張機構の流入側の冷媒の温度として用いて前記利用側熱交換器の流入側の冷媒が過冷却状態にあるか否かを判断し得る、
   請求項２又は請求項３に記載の冷凍装置。
5. 前記第１検出器は、前記圧縮機の吸入側の圧力を検知する吸入圧力センサ（３３）であり、
   前記制御部は、前記吸入圧力センサによって検出される圧力から前記圧力飽和温度を算出し得る、
   請求項３又は請求項４に記載の冷凍装置。

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