JP2014129941A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機に吸入される冷媒の湿り度を的確に制御することにより、運転周波数の変更が可能な圧縮機における液圧縮の発生を防止する。
【解決手段】吐出温度センサ６４は、圧縮機３１から吐出される冷媒の吐出温度を検出する。室外熱交換器温度センサ６５と室内熱交換器温度センサ７５は、冷媒の蒸発温度ＴＥと冷媒の凝縮温度ＴＣを検出する。制御装置５０は、予め設定されている目標湿り度に圧縮機３１の吸入湿り度が維持される圧縮機３１の目標吐出温度を、圧縮機３１の回転数及び冷凍回路２０の冷媒循環量のうちの少なくとも一方と蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣとをパラメータとする演算により取得し、吐出温度が目標吐出温度ＴＴｄになるように膨張機構３４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置、特に、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍回路を備える冷凍装置に関する。

圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器を有し、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍回路を備える冷凍装置においては、冷凍回路の所定箇所の冷媒の状態が所望の状態になるように冷凍回路を制御する方法がある。例えば、特許文献１（特公昭５９−１２９４２号公報）に記載されている冷凍装置は、圧縮機に吸入される冷媒の湿り度が、予め設定されている値を維持するように、圧縮機から吐出される冷媒の温度に基づいた制御がなされている。

しかし、特許文献１に記載されている冷凍装置では、圧縮機の運転周波数が固定されている場合を前提にしているため、圧縮機の運転周波数を変更可能な冷凍装置に特許文献１記載の技術を単に適用すると圧縮機において液圧縮を生じる恐れがあり、場合によっては圧縮機が破損することも考えられる。

本発明の課題は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍装置において、圧縮機に吸入される冷媒の湿り度を的確に制御することにより、運転周波数の変更が可能な圧縮機における液圧縮の発生を防止することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器を有し、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍回路と、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検出するための吐出温度検出器と、蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出するための蒸発温度検出器と、凝縮器における冷媒の凝縮温度を検出するための凝縮温度検出器と、予め設定されている目標湿り度に圧縮機の吸入湿り度が維持される圧縮機の目標吐出温度を、圧縮機の回転数及び冷凍回路の冷媒循環量のうちの少なくとも一方と蒸発温度と凝縮温度とをパラメータとする演算により取得し、吐出温度が目標吐出温度になるように膨張機構を制御する制御装置と、を備える、ものである。

第１観点の冷凍装置においては、制御装置が、圧縮機の回転数及び冷媒循環量のうちの少なくとも一方と蒸発温度と凝縮温度とをパラメータとする演算を実行して目標吐出温度を得る。そして、制御装置は、取得した目標吐出温度を用いて膨張機構を制御することによって圧縮機の吸入湿り度をその目標湿り度に制御することができる。

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、制御装置は、圧縮機の回転数又は冷凍回路の冷媒循環量ごとに蒸発温度及び凝縮温度をパラメータとする関数式によって目標吐出温度を算出する、ものである。

第２観点の冷凍装置においては、制御装置が圧縮機及び膨張機構を制御しているので、制御装置は、圧縮機の回転数又は冷凍回路の循環冷媒量を把握して、目標吐出温度を算出する関数式に、蒸発温度検出器及び凝縮温度検出器で検出される蒸発温度及び凝縮温度を代入することで簡単に目標吐出温度を取得することができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点に係る冷凍装置において、冷媒は、Ｒ３２単成分の冷媒であり、制御装置は、Ｒ３２の圧力とエンタルピに関する物性情報を保持し、物性情報に従って目標吐出温度を算出する、ものである。

第３観点の冷凍装置においては、圧縮機の回転数や冷媒循環量の変化によって目標吐出温度が大きく変化する冷媒であるＲ３２について、Ｒ３２の圧力とエンタルピに関する物性情報に従って制御装置が目標吐出温度を算出するので、目標吐出温度を冷媒の物性に則して適確に決めることができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置において、制御装置は、冷凍回路を循環する冷媒の物性に基づき、回転数及び冷媒循環量のうちの少なくとも一方と蒸発温度と凝縮温度とをパラメータとして圧縮機の入力エネルギーを演算可能に構成され、回転数及び冷媒循環量のうちの少なくとも一方と入力エネルギーと目標湿り度におけるエンタルピとを用いて目標吐出温度の吐出エンタルピを算出し、吐出エンタルピを使って目標吐出温度を定める、ものである。

第４観点の冷凍装置においては、制御装置が目標吐出温度を定めるために吐出エンタルピを使っており、その吐出エンタルピを回転数及び冷媒循環量のうちの少なくとも一方と入力エネルギーと目標湿り度におけるエンタルピとを用いて算出することから、目標吐出温度の決定を簡単に実現できる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第４観点に係る冷凍装置において、制御装置は、冷凍回路を循環する冷媒の物性に基づき、回転数と蒸発温度と凝縮温度とをパラメータとして冷凍回路の空調能力を演算可能に構成され、空調能力を用いて冷媒循環量を算出する、ものである。

第５観点の冷凍装置においては、制御装置が、冷媒循環量の算出に空調能力を用い、その空調能力の演算に圧縮機の回転数と蒸発温度と凝縮温度とをパラメータとしているので、制御装置は、圧縮機、蒸発温度検出器及び凝縮温度検出器から得る情報を使って冷凍装置を運転しながら冷媒循環量を求めることができる。

本発明の第６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、制御装置は、圧縮機が吸入する冷媒の状態が湿り状態から過熱状態になるように圧縮機の回転数及び冷凍回路の冷媒循環量のうちの少なくとも一方を一時的に変更し、圧縮機が吸入湿り状態及び吸入過熱状態のときに得られる実測値を用いて、圧縮機の回転数及び冷凍回路の冷媒循環量のうちの少なくとも一方と蒸発温度と凝縮温度とをパラメータとする演算を実行し、目標吐出温度を算出する、ものである。

第６観点の冷凍装置においては、制御装置は、圧縮機の吸入湿り状態及び吸入過熱状態のときに得られる実測値を用いて目標吐出温度が算出されるので、実測値によって冷凍装置の実情を制御に反映させ易くなる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍装置であるにもかかわらず、圧縮機に吸入される冷媒の湿り度を圧縮機の回転数を考慮に入れながら的確に制御することができ、吸入側が湿り状態に調節されかつ運転周波数が変更される圧縮機における液圧縮の発生を防止することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、関数式を用いて制御装置における演算を簡素化でき、制御装置の構成や操作を簡素化できる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置では、圧縮機の回転数や冷媒循環量の変化によって目標吐出温度が大きく変化するＲ３２を用いているので、液圧縮の発生を防止する効果が特に顕著に現れる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置では、目標吐出温度の決定を簡単に実現でき、制御装置における制御が簡単に行なえる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置では、運転中に冷媒循環量を簡単に求められ、制御装置における圧縮機の吸入側を湿り状態に維持する制御が容易になる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置では、実測値によって冷凍装置の実情を制御に反映させ、冷凍装置の実情に合わせて圧縮機の吸入側を湿り状態に制御できる。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の構成を説明するための回路図。 図１の冷凍装置の制御の一例を説明するためのｐ‐ｈ線図。 第１実施形態の冷凍回路の制御の一例を説明するためのフローチャート。 第２実施形態の冷凍回路の制御の一例を説明するためのフローチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る冷凍装置について図を用いて説明する。図１には、第１実施形態に係る冷凍装置の全体構成の概略が示されている。また、図２には、この冷凍装置における目標吐出温度の算出を説明するためのモリエル線図が示されている。そして、図３に示されているフローは、目標吐出温度を算出するときの手順である。

（１）全体構成
図１に示されている冷凍装置１０は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍回路２０と冷凍回路を制御するための制御装置５０とを備えている空気調和装置である。冷凍回路２０は、室外ユニット３０と室内ユニット４０とを液側連絡配管２１とガス側連絡配管２２とによって接続して形成されている。冷凍回路２０は、室外ユニット３０内に圧縮機３１と四路切換弁３２と室外熱交換器３３と膨張機構３４とを有し、室内ユニット４０内に室内熱交換器４１を有している。この冷凍回路２０を循環する冷媒はＲ３２である。

（２）詳細構成
（２−１）室外ユニット
室外ユニット３０に収納されている圧縮機３１は、吸入側を吸入管３５の一端に接続され、吐出側を吐出管３６の一端に接続されている。吐出管３６すなわち圧縮機３１の吐出側が四路切換弁３２の第１ポートＰｏ１に接続され、吸入管３５すなわち圧縮機３１の吸入側が四路切換弁３２の第３ポートＰｏ３に接続されている。この圧縮機３１は、内蔵しているモータ３１ａが制御装置５０からの指示に応じて運転周波数すなわち回転数を変更できるように構成されている。圧縮機３１は、モータ３１ａの回転数の変化によって運転容量を変更できるように構成されている。圧縮機３１の回転数の変化は、冷凍回路２０の冷媒循環量の変化をもたらす。

室外ユニット３０に収納されている室外熱交換器３３は、一方の出入口を四路切換弁３２の第４ポートＰｏ４に接続され、他方の出入口を膨張機構３４に接続されている。室外ユニット３０には、室外熱交換器３３に室外空気を送風するための室外ファン３７が収納されている。室外熱交換器３３は、室外ファン３７によって送風される室外空気と冷凍回路２０を循環する冷媒との間で熱交換を行なう。室外ファン３７は、回転数が制御装置５０によって制御されており、回転数を変えることにより送風量を変更できる。

室外ユニット３０に収納されている膨張機構３４は、一端を室外熱交換器３３の他方の出入口に接続され、他端を液側連絡配管２１に接続されている。膨張機構３４は、絞り膨張によって冷凍回路２０を循環する冷媒を減圧する。この膨張機構３４は、制御装置５０の指示に応じて開度を調整できるように構成されている。従って、制御装置５０は、膨張機構３４の開度を調整することによって、冷媒循環量を調整することができる。

室外ユニット３０に収納されている四路切換弁３２は、第１ポートＰｏ１に吐出管３６の他端が接続され、第２ポートＰｏ２にガス側連絡配管２２を介して室内熱交換器４１の一方の出入口が接続され、第３ポートＰｏ３に吸入管３５の他端が接続され、第４ポートＰｏ４に室外熱交換器３３の一方の出入口が接続されている。四路切換弁３２は、制御装置５０によって冷房時と暖房時で接続を切り替えられるように構成されている。暖房時には、図１に実線で示されているように、第１ポートＰｏ１と第２ポートＰｏ２の間が開通するとともに、第３ポートＰｏ３と第４ポートＰｏ４との間が開通する。一方、冷房時には、図１に破線で示されているように、第１ポートＰｏ１と第４ポートＰｏ４との間が開通し、第２ポートＰｏ２と第３ポートＰｏ３の間が開通する。

吸入管３５には管内の冷媒の圧力を測定する吸入圧力センサ６１が取り付けられている。吸入圧力センサ６１で測定される圧縮機３１の吸入圧力の値は、制御装置５０に送信される。また、吸入管３５には管内の冷媒の温度を測定する吸入温度センサ６３が取り付けられ、吐出管３６には管内の冷媒の温度を測定する吐出温度センサ６４が取り付けられている。吸入温度センサ６３及び吐出温度センサ６４で測定される圧縮機３１の吸入温度及び吐出温度の値は、制御装置５０に送信される。

室外熱交換器３３には、室外熱交換器３３の伝熱管内で相変化しつつある冷媒の温度を測定する室外熱交換器温度センサ６５が取り付けられるとともに、室外熱交換器３３に送風される室外空気の温度を測定する室外温度センサ６６が取り付けられている。室外熱交換器温度センサ６５及び室外温度センサ６６で測定される温度の値は、制御装置５０に送信される。室外熱交換器温度センサ６５で測定される冷媒の温度は、冷房運転時には凝縮温度であり、暖房運転時には蒸発温度である。さらに、室外熱交換器３３の他方の出入口には室外熱交換器３３の他方の出入口を通る液冷媒の温度を測定する室外液側温度センサ６７が取り付けられている。室外液側温度センサ６７で測定される温度の値は、制御装置５０に送信される。

（２−２）室内ユニット
室内ユニット４０に収納されている室内熱交換器４１は、一方の出入口が四路切換弁３２の第２ポートＰｏ２に接続され、他方の出入口が液側連絡配管２１に接続されている。室内ユニット４０には、室内熱交換器４１に室内空気を送風するための室内ファン４２が収納されている。室内熱交換器４１は、室内ファン４２によって送風される室内空気と冷凍回路２０を循環する冷媒との間で熱交換を行なう。この室内ファン４２は、回転数が制御装置５０によって制御されており、回転数を変えることにより送風量を変更できる。

また、室内熱交換器４１の他方の出入口には室内熱交換器４１の他方の出入口を通る液冷媒の温度を測定する室内液側温度センサ７４が取り付けられている。室内液側温度センサ７４で測定される温度の値は、制御装置５０に送信される。

室内熱交換器４１には、室内熱交換器４１の伝熱管内で相変化しつつある冷媒の温度を測定する室内熱交換器温度センサ７５が取り付けられるとともに、室内熱交換器４１に送風される室内空気の温度を測定する室内温度センサ７６が取り付けられている。室内熱交換器温度センサ７５及び室内温度センサ７６で測定される温度の値は、制御装置５０に送信される。室内熱交換器温度センサ７５で測定される冷媒の温度は、暖房運転時には凝縮温度であり、冷房運転時には蒸発温度である。

（３）全体動作
冷凍装置１０において、冷媒は、圧縮機３１と室外熱交換器３３と膨張機構３４と室内熱交換器４１とを含む冷凍回路２０を循環する。そして、冷凍回路２０では、蒸気圧縮冷凍サイクルが行なわれる。すなわち、冷房運転時には、圧縮機３１で圧縮して吐出されたガス冷媒が四路切換弁３２を経由して室外熱交換器３３に送られる。室外ユニット３０の室外熱交換器３３では、高温高圧の冷媒が室外空気と熱交換され、高圧のガス冷媒から凝縮熱が放出されて冷媒の液化が起きる。室外へ熱を放出して冷えた冷媒は、膨張機構３４によって低温でも蒸発しやすい状態になるまで圧力が下げられる。低圧になった冷媒は、室内ユニット４０の室内熱交換器４１に流れ、室内熱交換器４１で冷媒は室内空気と熱交換され、低圧の液冷媒が蒸発熱を取り込むことによって室内空気から熱を奪う。室内熱交換器４１で熱を奪って気化（若しくは相変化）した冷媒は、四路切換弁３２を経由して圧縮機３１に吸入される。

暖房運転時には、冷房運転時とは逆に、冷媒は、圧縮機３１で圧縮して吐出されたガス冷媒が四路切換弁３２を経由して室内熱交換器４１に送られる。室内熱交換器４１では、高温高圧のガス冷媒が室内空気と熱交換され、高圧のガス冷媒から凝縮熱が放出されて冷媒の液化が起きる。室内へ熱を放出して冷えた冷媒は、膨張機構３４によって低温でも蒸発しやすい状態になるまで圧力が下げられる。そして、低圧になった冷媒は、室外熱交換器３３で室外空気と熱交換されて低圧の液冷媒から蒸発熱を取り込む。室外熱交換器３３で熱を奪って気化（若しくは相変化）した冷媒は、四路切換弁３２を経由して圧縮機３１に吸入される。

この蒸気圧縮冷凍サイクルが、図２に示されている。図２の曲線Ｌ１は飽和液線であり、曲線Ｌ２は乾き飽和蒸気線である。図２において、点Ｃ１及び点Ｃ１１の状態が圧縮機３１の吐出側すなわち吐出管３６の状態に対応する。言い換えると、点Ｃ１及び点Ｃ１１の状態は凝縮器すなわち暖房運転時の室内熱交換器４１又は冷房運転時の室外熱交換器３３の入口の状態に対応する。次の点Ｃ２の状態は、凝縮器の出口の状態に対応しおり、膨張機構３４の入口の状態に対応している。次の点Ｃ３の状態は、膨張機構３４の出口の状態に対応している。言い換えると、点Ｃ３の状態は、蒸発器すなわち冷房運転時の室内熱交換器４１又は暖房運転時の室外熱交換器３３の入口の状態に対応する。点Ｃ４及び点Ｃ４１の状態は、圧縮機３１の吸入側すなわち吸入管３５の状態に対応する。

（４）制御装置における目標吐出温度の算出
制御装置５０における目標吐出温度ＴＴｄの算出について説明する。目標吐出温度ＴＴｄは、圧縮機３１の吸入側の湿り度が予め設定された目標湿り度（１−ｘ_ｓ）になるときの吐出温度である。言い換えると、図２の点Ｃ４１の状態を圧縮機３１の吸入側つまり吸入管３５内の冷媒が維持するような吐出温度である。さらに言えば、このとき、冷凍回路２０が図２の点Ｃ４１の状態を維持して蒸気圧縮冷凍サイクルを繰り返すことになるので、目標吐出温度ＴＴｄは、点Ｃ１１の状態のときの圧縮機３１の吐出温度ということになる。なお、このｘ_ｓは目標吸入乾き度である。

この目標吐出温度ＴＴｄを算出するために、制御装置５０には、図２に示されている、冷凍装置１０で用いられている過熱度の設定値ＳＨ０と過冷却度の設定値ＳＣ０とが予め入力されている。

次に、制御装置５０では、過熱度ＳＨ及び過冷却度ＳＣがそれぞれ設定値ＳＨ０，ＳＣ０に設定された状態で、コンプレッサーカーブに係る情報５１から空調能力Ｑ（ｋＷ）が求められる。空調能力Ｑは、圧縮機３１の入口と出口の冷媒の状態と回転数からコンプレッサーカーブに係る情報５１を用いて求められ、ここでは関数ｆｃｑ（ＴＥ，ＴＣ，Ｆｔ）を用いて算出される。つまり、空調能力Ｑは、蒸発器の蒸発温度ＴＥと凝縮器の凝縮温度ＴＣと圧縮機３１の回転数Ｆｔを後述の〈１〉式に代入して制御装置５０において計算される。

そのため、制御装置５０には、コンプレッサーカーブに係る情報５１が格納されている。また、蒸発温度ＴＥ及び凝縮温度ＴＣは、室外熱交換器温度センサ６５及び室内熱交換器温度センサ７５の測定結果として、制御装置５０が取得している。

同様に、コンプレッサーカーブに係る情報５１を用いて圧縮機３１の入力エネルギーＰ（ｋＷ）が求められる。ここでは、関数ｆｃｐ（ＴＥ，ＴＣ，Ｆｔ）を用いて算出される。つまり、入力エネルギーＰは、蒸発器の蒸発温度ＴＥと凝縮器の凝縮温度ＴＣと圧縮機３１の回転数Ｆｔを後述の〈２〉式に代入して制御装置５０において計算される。

次に、制御装置５０は、Ｒ３２冷媒の物性情報５２を使って、設定値ＳＨ０を用いて圧縮機３１の吸入エンタルピｈ１（２）を求める。具体的には、例えばＲ３２冷媒の簡易な物性式から吸入エンタルピｈ１（２）が求められる。この吸入エンタルピｈ１（２）は、圧縮機３１の吸入側が乾き状態のときの比エンタルピの値である。

次に、制御装置５０は、Ｒ３２冷媒の物性情報５２から、設定値ＳＣ０を用いて蒸発器の入口つまり図２の点Ｃ３の比エンタルピｈ３を計算する。

次に、既に求められている空調能力Ｑ及び比エンタルピｈ１（２），ｈ３を後述の〈３〉式に代入して冷媒循環量Ｇを求める。

次に、制御装置５０に格納されているＲ３２冷媒の物性情報５２を用いて、制御装置５０は、蒸発温度ＴＥにおける飽和ガスエンタルピｈ５、蒸発温度ＴＥにおける飽和液エンタルピｈ４、及び凝縮温度ＴＣにおける飽和ガスエンタルピｈ６を計算する。

そして、制御装置５０は、目標湿り度（１−ｘ_ｓ）を満たす比エンタルピｈ１（１）を〈４〉式から求める。つまり、制御装置５０は、点Ｃ４１の状態の比エンタルピｈ１（１）を計算によって取得する。

さらに、制御装置５０は、点Ｃ１１の状態の比エンタルピｈ２（１）を、既に求めた比エンタルピｈ１（１）、冷媒循環量Ｇ及び入力エネルギーＰを用いて後述の〈５〉式より求める。

最後に、制御装置５０は、上述の点Ｃ１１の状態の比エンタルピｈ２（１）と凝縮温度ＴＣにおける飽和ガスエンタルピｈ６との差Δｈから、Ｒ３２冷媒の物性情報５２を用いて目標吐出温度ＴＴｄを算出する。

（５）圧縮機の吐出温度の制御
圧縮機３１の吐出温度の制御について図３のフローチャートに沿って説明する。まず、制御装置５０は、吐出温度センサ６４で計測される圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度を吐出温度センサ６４から取得し、室外熱交換器温度センサ６５で計測される室外熱交換器３３の内部の冷媒の温度を室外熱交換器温度センサ６５から取得し、室内熱交換器温度センサ７５で計測される室内熱交換器４１の内部の冷媒の温度を室内熱交換器温度センサ７５から取得する（ステップＳＴ１）。冷房運転時には、室外熱交換器温度センサ６５で計測される温度を凝縮温度ＴＣとして用い、室内熱交換器温度センサ７５で計測される温度を蒸発温度ＴＥとして用いる。暖房運転時には、室外熱交換器温度センサ６５で計測される温度を蒸発温度ＴＥとして用い、室内熱交換器温度センサ７５で計測される温度を凝縮温度ＴＣとして用いる。

次に、制御装置５０は、圧縮機３１の制御の情報から圧縮機３１の回転数Ｆｔを取得する（ステップＳＴ２）。

次に、ステップＳＴ１，ＳＴ２で取得した蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣと圧縮機３１の回転数Ｆｔとをパラメータとする上記（４）で説明した演算により、制御装置５０は、目標吐出温度ＴＴｄを算出する（ステップＳＴ３）。

そして、制御装置５０は、吐出温度センサ６４で計測される圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度が上述の目標吐出温度ＴＴｄになるように膨張機構３４の開度を調節する。そのために、圧縮機３１の吐出温度と目標吐出温度ＴＴｄとを比較する（ステップＳＴ４）。吐出温度センサ６４の計測値が目標吐出温度ＴＴｄよりも小さいときには、膨張機構３４の開度を小さくする（ステップＳＴ６）。逆に、吐出温度センサ６４の計測値が目標吐出温度ＴＴｄよりも大きいときには、膨張機構３４の開度を大きくして圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度を下げる方向に制御する（ステップＳＴ５）。

（６）特徴
（６−１）
以上説明したように、制御装置５０は、圧縮機３１の回転数Ｆｔと蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣとをパラメータとする演算を実行して目標吐出温度ＴＴｄを得る。そして、制御装置５０は、取得した目標吐出温度ＴＴｄを用いて膨張機構３４を制御することによって圧縮機３１の吸入湿り度をその目標湿り度（１−ｘ_ｓ）に制御することができる。

その結果、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍装置１０であるにもかかわらず、圧縮機３１に吸入される冷媒の湿り度を圧縮機３１の回転数Ｆｔを考慮に入れながら的確に制御することができ、吸入側が湿り状態（目標湿り度（１-ｘ_ｓ））に調節されかつ運転周波数すなわち回転数Ｆｔが変更可能な圧縮機３１における液圧縮の発生を防止することができる。

この制御装置５０が圧縮機３１及び膨張機構３４を制御しているので、制御装置５０は、圧縮機３１の回転数を把握して、目標吐出温度ＴＴｄを算出する関数式ｆｃｑ，ｆｃｐに、室外熱交換器温度センサ６５と室内熱交換器温度センサ７５（蒸発温度検出器及び凝縮温度検出器の一例）で検出される蒸発温度ＴＥ及び凝縮温度ＴＣを代入することで簡単に目標吐出温度ＴＴｄを取得することができる。

（６−２）
上述の冷凍回路２０には、圧縮機３１の回転数Ｆｔや冷媒循環量Ｇの変化によって目標吐出温度ＴＴｄが大きく変化する冷媒であるＲ３２が充填されている。制御装置５０は、Ｒ３２の圧力とエンタルピに関する物性情報５２に従って制御装置５０が目標吐出温度ＴＴｄを算出するので、目標吐出温度ＴＴｄを冷媒の物性に則して適確に決めることができる。このような圧縮機３１の回転数Ｆｔや冷媒循環量Ｇの変化によって目標吐出温度ＴＴｄが大きく変化するＲ３２冷媒を用いている冷凍装置１０においては、液圧縮の発生を防止する効果が特に顕著に現れる。

（６−３）
制御装置５０が目標吐出温度ＴＴｄを定めるために点Ｃ１１の状態の比エンタルピｈ２（１）（吐出エンタルピの一例）を使っており、その比エンタルピｈ２（１）を回転数Ｆｔと入力エネルギーＰと目標湿り度（１−ｘ_ｓ）における比エンタルピｈ１（１）とを用いて算出することから、目標吐出温度ＴＴｄの決定を簡単に実現できる。上記第１実施形態では、回転数Ｆｔと蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣ及び比エンタルピｈ１（２），ｈ３とを用いて冷媒循環量Ｇを計算して求めている。それにより、冷媒循環量Ｇの計測などを省くことができ、目標吐出温度ＴＴｄの決定を簡単に実現でき、制御装置５０における制御が簡単に行なえる。

（６−４）
制御装置５０は、冷媒循環量Ｇの算出に空調能力Ｑを用い、その空調能力Ｑの演算に圧縮機３１の回転数Ｆｔと蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣとをパラメータとしているので、制御装置５０は、圧縮機３１、室外熱交換器温度センサ６５及び室内熱交換器温度センサ７５から得る情報を使って冷凍装置１０を運転しながら冷媒循環量Ｇを求めることができ、圧縮機３１の吸入側を湿り状態に維持する制御が容易になる。

（７）変形例
（７−１）変形例１Ａ
上述の冷凍装置１０では、目標吐出温度ＴＴｄを求めるために、制御装置５０が検知し得る圧縮機３１の回転数Ｆｔをパラメータとして用いているが、例えば冷媒循環量Ｇを直接に又は間接的に測定できるような冷凍装置１０であれば、冷媒循環量Ｇをパラメータとして用いてもよい。その場合には、例えば、回転数Ｆｔをパラメータとする関数が冷媒循環量Ｇをパラメータとする関数に書き換えられていれば、上記実施形態と同様に目標吐出温度ＴＴｄが制御装置５０において算出される。

（７−２）変形例１Ｂ
上述の冷凍装置１０では、冷媒の吐出温度、蒸発温度及び凝縮温度が直接測定される場合について説明したが、これらは間接的に測定されてもよく、これらを間接的に検出する機器も吐出温度検出器、蒸発温度検出器及び凝縮温度検出器となり得る。

（７−３）変形例１Ｃ
上述の制御装置５０が圧縮機３１及び膨張機構３４を制御しているので、制御装置５０は、圧縮機３１の回転数を把握して、目標吐出温度ＴＴｄを算出する関数式ｆｃｑ，ｆｃｐに、室外熱交換器温度センサ６５と室内熱交換器温度センサ７５で検出される蒸発温度ＴＥ及び凝縮温度ＴＣを代入することで簡単に目標吐出温度ＴＴｄを取得している。

制御装置５０が格納するコンプレッサーカーブに係る情報５１を少なくして、演算を簡素化するために、この関数を回転数ごとに、又は冷媒循環量ごとに関数式を準備していてもよい。例えば、回転数Ｆｔ１については、関数式ｆｃｑ1（ＴＥ，ＴＣ），ｆｃｐ1（ＴＥ，ＴＣ）を準備し、回転数Ｆｔ２については、関数式ｆｃｑ２（ＴＥ，ＴＣ），ｆｃｐ２（ＴＥ，ＴＣ）を準備するなどである。そして、回転数Ｆｔ１と回転数Ｆｔ２の間の回転数Ｆｔｍについては、補間による演算が行なわれる。補間は、例えば、Ｑ１＝ｆｃｑ1（ＴＥ，ＴＣ）、Ｑ２＝ｆｃｐ1（ＴＥ，ＴＣ）、Ｐ１＝ｆｃｑ２（ＴＥ，ＴＣ）、及びＰ２＝ｆｃｐ２（ＴＥ，ＴＣ）とすると、Ｑｍ＝ｆｃｑ（ＴＥ，ＴＣ，Ｆｔｍ）とＰｍ＝ｆｃｐ（ＴＥ，ＴＣ，Ｆｔｍ）は、〈６〉式や〈７〉式によって計算される。

このように、回転数ごとに関数式ｆｃｑ１、ｆｃｑ２，ｆｃｐ１，ｆｃｐ２…を準備することで、制御装置５０における演算を簡素化でき、制御装置５０の構成や操作を簡素化できる。また、回転数の代わりに冷媒循環量を用いる場合についても同様の効果を奏する。

＜第２実施形態＞
（１）全体構成
上記第１実施形態の冷凍装置１０では、制御装置５０に格納されているコンプレッサーカーブに係る情報５１やＲ３２の物性情報５２を用いて目標吐出温度ＴＴｄを求めている。しかし、第１実施形態において目標吐出温度ＴＴｄを算出する際に用いたパラメータの一部を実測値から得られる値に置き換えることもできる。第２実施形態による冷凍装置が第１実施形態の冷凍装置１０と異なる点は、圧縮機３１が吸入する冷媒の状態が湿り状態から過熱状態になるように一時的に冷凍回路２０の状態を変更して、実測値を取得する点だけである。そのため、第２実施形態に係る冷凍装置は、図１を用いて説明した冷凍装置１０と同様の構成を有している。

（２）制御装置における目標吐出温度の算出
第２実施形態に係る冷凍装置１０においては、制御装置５０は、吸入圧力センサ６１及び吸入温度センサ６３の測定値に基づいて、膨張機構３４の開度を調整して、圧縮機３１に吸入される冷媒を一時的に過熱状態にする。制御装置５０は、過熱状態において、吸入冷媒の比エンタルピｈ１（２）と、冷房運転時に室外熱交換器３３から流出する冷媒又は暖房運転時に室内熱交換器４１から流出する冷媒の比エンタルピｈ７とを検出する。

具体的には、制御装置５０において、吸入圧力センサ６１及び吸入温度センサ６３の測定値に基づいて圧縮機３１の吸入側の比エンタルピｈ１（２）が算出される。また、暖房時には、室内熱交換器温度センサ７５及び室内液側温度センサ７４の測定値に基づいて室内熱交換器４１の他方の出入口に流れる冷媒の比エンタルピｈ７が算出される。冷房時には、室外熱交換器温度センサ６５及び室外液側温度センサ６７の測定値に基づいて室外熱交換器３３の他方の出入口に流れる冷媒の比エンタルピｈ７が算出される。

このようにして実測された圧縮機３１の吸入エンタルピｈ１（２）を用いる。また、比エンタルピｈ７を上述の点Ｃ３の比エンタルピｈ３として用いる。さらに、上述の過冷却度ＳＣの設定値も、ここで求められた比エンタルピｈ１（２），ｈ３に加えてＲ３２冷媒の物性情報５２から求まる凝縮温度ＴＣにおける飽和液エンタルピと蒸発温度ＴＥにおける飽和ガスエンタルピｈ５を用いて算出される。

（３）圧縮機の吐出温度の制御
圧縮機３１の吐出温度の制御について図４のフローチャートに沿って説明する。まず、制御装置５０は、第１実施形態と同様に、圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度を吐出温度センサ６４から取得し、室外熱交換器３３の内部の冷媒の温度を室外熱交換器温度センサ６５から取得し、室内熱交換器４１の内部の冷媒の温度を室内熱交換器温度センサ７５から取得する（ステップＳＴ１）。次に、制御装置５０は、圧縮機３１の制御の情報から圧縮機３１の回転数Ｆｔを取得する（ステップＳＴ２）。

そして、制御装置５０は、膨張機構３４の開度を小さくし、吸入圧力センサ６１及び吸入温度センサ６３の測定値に基づいて、圧縮機３１の吸入側の過熱度を設定値ＳＨ０に調整する。冷凍回路２０がこのような状態で安定したら、上述の実測を行なって実測値を取得する（ステップＳＴ１０）。

次に、ステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ１０で取得した蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣと圧縮機３１の回転数Ｆｔと実測値をパラメータとする上記（２）で説明した演算により、制御装置５０は、目標吐出温度ＴＴｄを算出する（ステップＳＴ１１）。

そして、ステップＳＴ４〜ＳＴ６の制御装置５０の動作は、第１実施形態と同様に行なわれ、圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度が上述の目標吐出温度ＴＴｄに調節される。

（４）特徴
制御装置５０は、圧縮機３１が吸入する冷媒の状態が湿り状態から過熱状態になるように、膨張機構３４を制御して冷凍回路２０の冷媒循環量を一時的に変更し、圧縮機３１が吸入湿り状態及び吸入過熱状態のときに実測値を得る。ここでは、上述の蒸発温度ＴＥ及び凝縮温度ＴＣが吸入湿り状態のときに実測された値である。また、吸入圧力センサ６１、吸入温度センサ６３、室外熱交換器温度センサ６５、室外液側温度センサ６７、室内熱交換器温度センサ７５及び室内液側温度センサ７４が吸入過熱状態のときに実測された値である。このような実測値を用いて、圧縮機３１の回転数Ｆｔと蒸発温度ＴＥと凝縮温度ＴＣとをパラメータとする演算を実行し、目標吐出温度ＴＴｄを算出している。

このように、制御装置５０が、圧縮機３１の吸入湿り状態に得られる実測値だけでなく、吸入過熱状態のときに得られる実測値を用いて目標吐出温度ＴＴｄを算出するので、実測値によって冷凍装置１０の実情を制御に反映させ易くなり、冷凍装置１０の実情に合わせて圧縮機３１の吸入側を湿り状態に制御できる。

（５）変形例
（５−１）変形例２Ａ
上述のステップＳＴ１０，ＳＴ１１では、過熱状態での実測値として、吸入圧力センサ６１、吸入温度センサ６３、室内熱交換器温度センサ７５及び室内液側温度センサ７４で実測された値を用いたが、目標吐出温度ＴＴｄを算出するために過熱状態で実測する実測値はこれらに限られるものではなく、目標吐出温度ＴＴｄを算出するための実測値であれば、過熱状態で他の実測が行なわれてもよい。

１０ 冷凍装置
２０ 冷凍回路
３１ 圧縮機
３３ 室外熱交換器
３４ 膨張機構
４１ 室内熱交換器
６１ 吸入圧力センサ
６３ 吸入温度センサ
６４ 吐出温度センサ
６５ 室外熱交換器温度センサ
６７ 室外液側温度センサ
７４ 室内液側温度センサ
７５ 室内熱交換器温度センサ

特公昭５９−１２９４２号公報

Claims (6)

1. 圧縮機（３１）、凝縮器（３３，４１）、膨張機構（３４）及び蒸発器（４１，３３）を有し、蒸気圧縮冷凍サイクルを行なう冷凍回路（２０）と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検出するための吐出温度検出器（６４）と、
   前記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出するための蒸発温度検出器（６５，７５）と、
   前記凝縮器における冷媒の凝縮温度を検出するための凝縮温度検出器（７５，６５）と、
   予め設定されている目標湿り度に前記圧縮機の吸入湿り度が維持される前記圧縮機の目標吐出温度を、前記圧縮機の回転数及び前記冷凍回路の冷媒循環量のうちの少なくとも一方と前記蒸発温度と前記凝縮温度とをパラメータとする演算により取得し、前記吐出温度が前記目標吐出温度になるように前記膨張機構を制御する制御装置（５０）と、
   を備える、冷凍装置。
2. 前記制御装置は、前記圧縮機の回転数又は前記冷凍回路の冷媒循環量ごとに前記蒸発温度及び前記凝縮温度をパラメータとする関数式によって前記目標吐出温度を算出する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記冷媒は、Ｒ３２単成分の冷媒であり、
   前記制御装置は、Ｒ３２の圧力とエンタルピに関する物性情報を保持し、前記物性情報に従って前記目標吐出温度を算出する、
   請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御装置は、前記冷凍回路を循環する冷媒の物性に基づき、前記回転数及び前記冷媒循環量のうちの少なくとも一方と前記蒸発温度と前記凝縮温度とをパラメータとして前記圧縮機の入力エネルギーを演算可能に構成され、前記回転数及び前記冷媒循環量のうちの少なくとも一方と前記入力エネルギーと前記目標湿り度におけるエンタルピとを用いて前記目標吐出温度の吐出エンタルピを算出し、前記吐出エンタルピを使って前記目標吐出温度を定める、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
5. 前記制御装置は、前記冷凍回路を循環する冷媒の物性に基づき、前記回転数と前記蒸発温度と前記凝縮温度とをパラメータとして前記冷凍回路の空調能力を演算可能に構成され、前記空調能力を用いて前記冷媒循環量を算出する、
   請求項４に記載の冷凍装置。
6. 前記制御装置は、前記圧縮機が吸入する冷媒の状態が湿り状態から過熱状態になるように前記圧縮機の回転数及び前記冷凍回路の冷媒循環量のうちの少なくとも一方を一時的に変更し、前記圧縮機が吸入湿り状態及び吸入過熱状態のときに得られる実測値を用いて、前記圧縮機の回転数及び前記冷凍回路の冷媒循環量のうちの少なくとも一方と前記蒸発温度と前記凝縮温度とをパラメータとする演算を実行し、前記目標吐出温度を算出する、
   請求項１に記載の冷凍装置。

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