JP2017036881A

JP2017036881A - 冷凍・空調装置

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Publication number: JP2017036881A
Application number: JP2015158200A
Authority: JP
Inventors: 容之山田; Hiroyuki Yamada
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-10
Also published as: EP3130870B1; AU2016213701B2; AU2016213701A1; JP6594698B2; EP3130870A1

Abstract

【課題】電子膨張弁の開度制御のみで運転状況や運転点の変化に対し、適切な運転状態を確保できるとともに、圧縮機を使用制限内で運転し、信頼性を確保できる冷凍・空調装置を提供することを目的とする。【解決手段】Ｒ３２冷媒を充填した冷凍サイクル２９と、吐出温度Ｔｄが上限値以下のとき、電子膨張弁９，１１を吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御し、吐出温度Ｔｄが上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御する膨張弁制御手段３５とを備え冷凍・空調装置で、膨張弁制御手段３５は、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中、目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度と、吐出温度Ｔｄの上限値とのいずれか低い方を目標値、あるいは圧縮機回転数と高圧圧力飽和温度との演算から得られた目標吐出温度Ｔｄと上限値とを比較し、いずれか低い方を目標吐出温度Ｔｄに採用する目標値切替え手段３６を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、吐出温度Ｔｄが上昇し易い冷媒、例えばＲ３２冷媒を用いた冷凍・空調装置に関するものである。

各種冷凍機、空気調和機、ヒートポンプ等（以下、総称して冷凍・空調装置という。）等では、膨張弁の開度を吸入過熱度ＳＨが一定となるように制御することにより圧縮機への液バックを防止し、信頼性を確保していた。一方、環境負荷を低減するため、昨今、地球温暖化係数（ＧＷＰ）がＲ４１０Ａ冷媒に対比で１／３程度と低く、かつオゾン破壊係数（ＯＤＰ）が零であるＲ３２冷媒またはＲ３２冷媒リッチの混合冷媒（以下、本願発明においては、単にＲ３２冷媒という。）が用いられている。

しかし、Ｒ３２冷媒は、物性によりＲ４１０Ａ冷媒に対して吐出温度Ｔｄが１０〜２０℃程高く、冷媒の高低圧差が大きくなるほど、吐出温度Ｔｄが高くなる傾向がある。このため、Ｒ４１０Ａ冷媒の場合、図６のモリエル線図に示すとおり、通常の使用範囲では吐出温度Ｔｄが圧縮機モータの絶縁を破壊しない温度範囲内に制御できるが、Ｒ３２冷媒を用いた場合、図７のモリエル線図に示すとおり、吸入過熱度ＳＨ一定の制御では、吐出温度Ｔｄが圧縮機モータの絶縁を破壊する温度を超えてしまい、吐出温度Ｔｄが上昇し易い条件下（高低圧差大）において、モータ効率の低下や能力の確保ができなくなる等の虞があった。また、かかる問題を解消して運転範囲を確保しようとすると、モータ巻腺の絶縁グレードを上げる必要があり、コスト高となる等の問題があった。

そこで、吸入過熱度ＳＨが所定温度となるように電子膨張弁（ＥＥＶ）の開度を制御する一方、圧縮機の吐出温度Ｔｄが上限値を超えると、吐出温度Ｔｄに基づいて電子膨張弁（ＥＥＶ）の開度を制御する構成としたものが特許文献１に示されている。また、特許文献２には、圧縮機入口の冷媒乾き度を０．８５以上とすべく、圧縮機の圧縮比が上限値よりも小さくなるように、圧縮機回転数を調節するとともに、吐出過熱度ＴｄＳＨが目標値に近づくように電子膨張弁（ＥＥＶ）の開度を調節する構成としたものが示されている。

特開２００１−１７４０７５号公報特開２０１４−１９０６３２号公報

しかしなから、特許文献１，２に示すものでは、吐出温度Ｔｄの過上昇やそれに伴うモータ効率の低下等を防止することができるものの、運転状況や運転点の変化に伴う吸入過熱度ＳＨの増大、それに起因する運転効率の低下、過剰な液バック発生による安定運転の阻害、あるいは外気温の変化による吐出温度Ｔｄの限界値超え等に対して十分な対応ができないばかりか、電子膨張弁の開度制御に加えて圧縮機の回転数制御をも併用しなければならず、制御系が複雑化する等の課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電子膨張弁の開度制御のみで運転状況や運転点の変化に対し、適切な運転状態を確保することができるとともに、圧縮機を使用制限内で運転し、信頼性を確保することができる冷凍・空調装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の冷凍・空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷凍・空調装置は、少なくとも圧縮機、熱源側熱交換器、電子膨張弁および利用側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、内部に吐出温度ＴｄがＲ４１０Ａ冷媒よりも上昇し易い冷媒が充填された冷凍サイクルと、前記吐出温度Ｔｄが上限値以下のとき、前記電子膨張弁の開度を吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御し、前記吐出温度Ｔｄが前記上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で前記電子膨張弁の開度を制御する膨張弁制御手段と、を備え、前記膨張弁制御手段は、前記吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは前記吐出温度Ｔｄ一定で制御中、前記吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御を行っている場合、圧縮機回転数の演算から得られた目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度と、前記吐出温度Ｔｄの上限値とのいずれか低い方を目標値とした前記吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御か前記吐出温度Ｔｄ一定制御に切替え、前記吐出温度Ｔｄ一定制御を行っている場合、圧縮機回転数と前記高圧圧力飽和温度との演算から得られた目標吐出温度Ｔｄと、前記上限値とを比較し、いずれか低い方を目標吐出温度Ｔｄに採用する目標値切替え手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、運転中に圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｄが予め設定されている上限値以下のとき、電子膨張弁の開度は吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御され、吐出温度Ｔｄが上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で電子膨張弁の開度が制御されるため、吐出温度Ｔｄが上昇し易いＲ３２冷媒を用いた場合においても、吐出温度Ｔｄが使用上限値を超えるのを防止し、圧縮機モータの絶縁グレードをそのままで使用可能とすることでコストアップを回避することができるとともに、吐出温度Ｔｄを上がりにくくすることで冷凍機油の劣化を防ぐことができる。また、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御を行っている場合、圧縮機回転数の演算から得られた目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度と、吐出温度Ｔｄの上限値とのいずれか低い方を目標値とした吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御か吐出温度Ｔｄ一定制御に切替え、目標吐出温度Ｔｄ一定制御を行っている場合、圧縮機回転数と高圧圧力飽和温度との演算から得られた目標吐出温度Ｔｄと、上限値とを比較し、いずれか低い方を目標吐出温度Ｔｄに採用するようにしているため、圧縮機回転数が変化せずに運転点が変化した場合でも、許容される吐出温度Ｔｄの使用上限値と目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度とのいずれか低い方の値を目標値として電子膨張弁の開度を制御することができ、吐出温度Ｔｄを圧縮機の使用上限値以下に抑えて、確実に使用制限を守ることができる。

さらに、本発明の冷凍・空調装置は、上記の冷凍・空調装置において、前記膨張弁制御手段は、更に前記圧縮機の回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは目標吐出温度Ｔｄを可変する目標値可変手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、膨張弁制御手段が、更に圧縮機の回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは目標吐出温度Ｔｄを可変する目標値可変手段を備えているため、電子膨張弁の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、圧縮機回転数が低下して圧縮比が小さくなると、電子膨張弁の開度を絞り過ぎる結果、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎて熱交換性能が悪化するが、圧縮機回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄを可変することによって、電子膨張弁の絞り過ぎを防止し、適切な運転状態を維持することができる。従って、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎることによる熱交換性能の悪化を抑制し、効率のよい運転を行わせることができる。

さらに、本発明にかかる冷凍・空調装置は、少なくとも圧縮機、熱源側熱交換器、電子膨張弁および利用側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、内部に吐出温度ＴｄがＲ４１０Ａ冷媒よりも上昇し易い冷媒が充填された冷凍サイクルと、前記吐出温度Ｔｄが上限値以下のとき、前記電子膨張弁の開度を吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御し、前記吐出温度Ｔｄが前記上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で前記電子膨張弁の開度を制御する膨張弁制御手段と、を備え、前記膨張弁制御手段は、更に前記圧縮機の回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは目標吐出温度Ｔｄを可変する目標値可変手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、運転中に圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｄが予め設定されている上限値以下のとき、電子膨張弁の開度は吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御され、吐出温度Ｔｄが上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で電子膨張弁の開度が制御されるため、吐出温度Ｔｄが上昇し易いＲ３２冷媒を用いた場合においても、吐出温度Ｔｄが使用上限値を超えるのを防止し、圧縮機モータの絶縁グレードをそのままで使用可能とすることでコストアップを回避することができるとともに、吐出温度Ｔｄを上がりにくくすることで冷凍機油の劣化を防ぐことができる。また、電子膨張弁の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、圧縮機回転数が低下して圧縮比が小さくなると、電子膨張弁の開度を絞り過ぎる結果、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎて熱交換性能が悪化するが、圧縮機回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄを可変することにより、電子膨張弁の絞り過ぎを防止し、適切な運転状態を維持することができる。従って、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎることによる熱交換性能の悪化を抑制し、効率のよい運転を行わせることができる。

本発明によると、吐出温度Ｔｄが上昇し易いＲ３２冷媒を用いた場合においても、吐出温度Ｔｄが使用上限値を超えるのを防止し、圧縮機モータの絶縁グレードをそのままで使用可能とすることでコストアップを回避することができるとともに、吐出温度Ｔｄを上がりにくくすることで冷凍機油の劣化を防ぐことができる。また、圧縮機回転数が変化せずに運転点が変化した場合でも、許容される吐出温度Ｔｄの使用上限値と目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度とのいずれか低い方の値を目標値として電子膨張弁の開度を制御することができ、吐出温度Ｔｄを圧縮機の使用上限値以下に抑えて、確実に使用制限を守ることができる。

また、本発明によると、電子膨張弁の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、圧縮機回転数が低下して圧縮比が小さくなると、電子膨張弁の開度を絞り過ぎる結果、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎて熱交換性能が悪化するが、圧縮機回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄを可変することにより、電子膨張弁の絞り過ぎを防止し、適切な運転状態を維持することができるため、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎることによる熱交換性能の悪化を抑制し、効率のよい運転を行わせることができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍・空調装置の冷媒回路図である。上記装置の電子膨張弁を吸入過熱度ＳＨ制御と吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄとで切替え制御する意義を説明するモリエル線図（Ａ），（Ｂ）である。上記電子膨張弁を圧縮機の運転上限吐出温度Ｔｄと演算による目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄとで目標値切替え制御する意義を説明するモリエル線図である。上記電子膨張弁を圧縮機の回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄを可変して制御する意義を説明するモリエル線図である。上記圧縮機回転数とそれに応じて可変する目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄとの関係を示すグラフである。Ｒ４１０Ａ冷媒を用いた冷凍サイクルのモリエル線図である。Ｒ３２冷媒を用いた冷凍サイクルのモリエル線図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る冷凍・空調装置の冷媒回路図が示されている。
本実施形態に係る冷凍・空調装置１は、屋外に設置される熱源側ユニット（室外ユニット）２と、屋内の被空調空間内に設置される利用側ユニット（室内ユニット）３とを備えており、両ユニット２，３間を液側配管４およびガス側配管５を介して接続した構成とされている。

熱源側ユニット（室外ユニット）２は、冷媒を圧縮する圧縮機６、冷媒の循環方向を切換える四方切換弁７、冷媒と外気とを熱交換する熱源側熱交換器（室外熱交換器）８、暖房時、冷媒を減圧する暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）９、液冷媒を一時的に貯留するレシーバ１０、冷房時、冷媒を減圧する冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１１、液側配管４を接続する液側操作弁１２、ガス側配管５を接続するガス側操作弁１３、液分を分離して圧縮機６にガス冷媒のみを吸入させるアキュームレータ１４等を備えており、それらの機器類を冷媒配管１５により図示の如く接続し、熱源側冷媒回路１６を構成している。

この熱源側ユニット２の熱源側冷媒回路１６には、圧縮機６からの冷媒吐出配管１５Ａに対して、圧縮機６から吐出された高圧冷媒ガスの圧力が設定高圧で開閉する高圧圧力開閉器１７および圧縮機６から吐出された冷媒ガスの温度を検出する吐出温度センサ（Ｔｄ温度センサ）１８が設けられるとともに、圧縮機６の冷媒吸入配管１５Ｂに対して、圧縮機６に吸入される低圧冷媒ガスの圧力を検出する低圧圧力センサ１９および圧縮機６に吸入される冷媒ガスの温度を検出する吸入温度センサ２０が設けられている。

また、熱源側熱交換器８には、中間部位の温度を検出する熱交温度センサ２１および一端部位の温度を検出する熱交温度センサ２２が設けられるとともに、熱源側熱交換器８に対して、図示省略した室外送風機を介して通風される外気の温度を検出する外気温センサ２３が設けられている。

一方、利用側ユニット（室内ユニット）３は、利用側冷媒回路２４に設けられ、冷媒と図示省略した室内送風機を介して循環される室内空気とを熱交換し、室内空気を冷却または加熱する利用側熱交換器（室外熱交換器）２５を備えており、該利用側熱交換器２５で冷却または加熱された空気を室内に吹出すことにより、室内の冷房または暖房に供されるものである。

利用側熱交換器２５には、中間部位の温度を検出する熱交温度センサ２６および一端部位の温度を検出する熱交温度センサ２７が設けられているとともに、利用側熱交換器２５に室内送風機を介して吸込まれる室内空気の温度を検出する吸込み温度センサ２８が設けられている。

そして、上記熱源側冷媒回路１６と利用側冷媒回路２４とを液側操作弁１２およびガス側操作弁１３を用い、液側配管４およびガス側配管５をフレア接続することにより、閉サイクルの冷凍サイクル２９を構成しており、その冷凍サイクル２９の内部に、Ｒ３２冷媒のように吐出温度ＴｄがＲ４１０Ａ冷媒よりも上昇し易い冷媒を所要量充填することによって、冷凍・空調装置１を構成している。

上記冷凍サイクル２９において、圧縮機６で圧縮された冷媒を、四方切換弁７により実線矢印で示すように、熱源側熱交換器８、レシーバ１０、冷房用電子膨張弁１１、液側配管４、利用側熱交換器２５、ガス側配管５、四方切換弁７、アキュームレータ１４、圧縮機６の順に循環させることにより冷却・冷房サイクルを形成し、熱源側熱交換器８を凝縮器、利用側熱交換器２５を蒸発器として機能させ、その蒸発器での冷媒の吸熱作用で冷却された空気を室内に吹出すことにより、冷却・冷房運転が行えるようにしている。

また、圧縮機６で圧縮された冷媒を、四方切換弁７により破線矢印で示すように、ガス側配管５、利用側熱交換器２５、液側配管４、レシーバ１０、暖房用電子膨張弁９、液側配管４、熱源側熱交換器８、四方切換弁７、アキュームレータ１４、圧縮機６の順に循環させることにより加熱・暖房サイクルを形成し、利用側熱交換器２５を凝縮器、熱源側熱交換器８を蒸発器として機能させ、その凝縮器での冷媒の放熱作用で加熱された空気を室内に吹出すことにより、加熱・暖房運転が行えるようにしている。

熱源側ユニット（室外ユニット）２および利用側ユニット（室内ユニット）３には、各ユニット２，３の運転を制御する熱源側および利用側コントローラ３０，３１が設けられており、各コントローラ３０，３１は互いに通信線３２を介して接続されている。このコントローラ３０，３１は、上記各センサ類からの検出信号が入力され、その検出値とリモコン（図示省略）等から入力された運転信号、設定信号等に基づき、記憶部３３，３４に記憶されている制御プログラムに従い、マイコン等を介して圧縮機６のオンオフおよび回転数、四方切換弁７の切換え、図示省略した室外送風機のオンオフおよび回転数、暖房用電子膨張弁９および冷房用電子膨張弁１１の開度、図示省略した室内送風機のオンオフおよび回転数等を適宜制御することにより、冷凍・空調装置１の運転をコントロールするものである。

また、本実施形態において、熱源側コントローラ３０には、通常の冷房運転時、吸入温度センサ２０の検出値と、熱交温度センサ２６の検出値または低圧圧力センサ１９で検出される圧力の飽和温度との差から求められる一方、暖房運転時、吸入温度センサ２０の検出値と熱交温度センサ２１の検出値または低圧圧力センサ１９で検出される圧力の飽和温度との差から求められる吸入過熱度ＳＨが一定となるように、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１１または暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）９の開度を制御する膨張弁制御手段３５が設けられている。

この膨張弁制御手段３５は、通常の冷・暖房運転中に、吐出温度センサ（Ｔｄ温度センサ）１８で検出される圧縮機６から吐出された冷媒の温度（吐出温度）Ｔｄが予め設定された温度（例えば、９５℃）を超えたとき、吸入過熱度ＳＨ一定制御から吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御もしくは吐出温度Ｔｄ一定制御に切替える機能を有するものとされている。
なお、吐出過熱度ＴｄＳＨは、吐出温度センサ１８の検出値と冷房時は熱交温度センサ２１の検出値、暖房時は熱交温度センサ２６の検出値との差（高圧圧力センサを備えているものでは、その検出圧力の飽和温度（高圧圧力飽和温度）を用いてもよい。）から求めることができる。

上記切替え制御は、図２（Ａ）に示されるように、吸入過熱度ＳＨ一定制御中に、例えば圧縮機６の回転数が上昇し、圧縮比が白抜き矢印で示すように大きくなった場合、吸入過熱度ＳＨ一定をキープしたままだと、吐出温度Ｔｄが使用上限値（太い一点鎖線）を超える場合が発生する。そこで、吐出温度Ｔｄが予め設定されている温度（使用上限値；例えば９５℃）を超えた場合、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度制御を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御もしくは吐出温度Ｔｄ一定制御に切替えるものである。

このように、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御もしくは吐出温度Ｔｄ一定制御に切替えることにより、図２（Ｂ）に示すように、圧縮機６による圧縮作用を白抜き矢印の如く制御し、吐出温度Ｔｄを圧縮機６のモータ巻線の絶縁を破壊しない使用制限内の温度に抑制することができる。この場合、図２（Ｂ）に示すように、吸入過熱度ＳＨが０以下（飽和ガス線よりも左側領域）となり、湿りガスが吸入され、若干の液バック気味運転となるが、吐出過熱度ＴｄＳＨを十分高く保つことにより、信頼性を確保することができる。

さらに、上記膨張弁制御手段３５により、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、圧縮機回転数が変わらないまま運転点が変化した場合（例えば、冷房運転中に外気温が上昇し、高圧が上昇した場合等）、図３に破線で示すように運転点が変化することがあり、この場合、吐出過熱度ＴｄＳＨを一定に制御したとしても、吐出温度Ｔｄが使用上限値を超える可能性がある。

かかる事態を回避するため、膨張弁制御手段３５に対し目標値切替え手段３６を設けている。目標値切替え手段３６は、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定で制御を行っている場合、圧縮機回転数から演算により得られる目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度と、圧縮機６として許容される吐出温度Ｔｄの使用上限値とを比較し、いずれか低い方の値を目標値として吐出過熱度ＴｄＳＨ一定で制御するか、吐出温度Ｔｄ一定で制御するかを切替えるものである。

また、上記目標値切替え手段３６は、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、吐出温度Ｔｄ一定で制御を行っている場合、圧縮機回転数と高圧圧力飽和温度から演算により得られる目標吐出温度Ｔｄと、圧縮機６として許容される吐出温度Ｔｄの使用上限値とを比較し、いずれか低い方の値を目標値として吐出温度Ｔｄ一定で制御を行う構成とされている。

更に、本実施形態においては、膨張弁制御手段３５に対して、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、圧縮機６の回転数に応じて吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄの目標値を可変する目標値可変手段３７が設けられている。

一般的に、圧縮機６の回転数が低下してくると、熱交換器の性能が余ってくることから高圧が低下、低圧が上昇し、圧縮比が小さくなる。このため、図４に示すように、目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは目標吐出温度Ｔｄが一定のままだと、結果として細かい破線で示すように、吸入過熱度ＳＨが吸入過熱度ＳＨ一定制御している時の制御値よりも大きくなる可能性がある。そこで、圧縮機６の回転数に応じて吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄの目標値を可変する目標値可変手段３７を設け、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の絞り過ぎを防止するようにしている。

この際、圧縮機回転数と吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄとの関係は、図５に示すように、一定の回転数範囲で吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄの目標値がリニアに変化するように設定すればよく、吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄが小さくなり過ぎると、液バック状態となることから、一定値以上の目標値（吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄ）を確保し、吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄが大きくなり過ぎると、吐出温度Ｔｄが使用上限値を超えることから、或る値で頭打ちとなるように設定している。

また、図４に示すように、吸入過熱度ＳＨが大きくなってきた場合、基本的には吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御もしくは吐出温度Ｔｄ一定制御から、吸入過熱度ＳＨ一定制御に戻すことになるが、頻繁に制御が切替わると安定運転が阻害されることになるので、ヒステリシスを設け、一度制御が切替わったら、ある程度吸入過熱度ＳＨが上昇するか、吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄが規定値以上低下するまで、制御を切替えないようにすればよい。

以上に説明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記冷凍・空調装置１において、圧縮機６から吐出された高温高圧の冷媒ガスを、四方切換弁７により実線矢印方向に循環させて冷却・冷房サイクルを形成し、熱源側熱交換器８を凝縮器、利用側熱交換器２５を蒸発器として機能させることにより、冷却・冷房運転を行うことができる一方、圧縮機６から吐出された高温高圧の冷媒ガスを、四方切換弁７により破線矢印方向に循環させて加熱・暖房サイクルを形成し、利用側熱交換器２５を凝縮器、熱源側熱交換器８を蒸発器として機能させることにより、加熱・暖房運転を行うことができる。

これらの冷却・冷房および加熱・暖房運転中、冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１１または暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）９は、膨張弁制御手段３５を介して吸入過熱度ＳＨが一定となるように開度が制御される。そして、かかる運転中に吐出温度センサ１８により検出された冷媒の吐出温度Ｔｄが予め設定されている使用上限値（本実施形態の場合、９５℃）を超えると、吸入過熱度ＳＨ一定から吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御もしくは吐出温度Ｔｄ一定制御に切替えられる。

これによって、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べ吐出温度Ｔｄが上昇し易いＲ３２冷媒を用いた場合でも、低圧縮比領域では、吸入過熱度ＳＨを一定に制御することにより、液バックを確実に防止して信頼性の高い運転を行うことができ、また、高圧縮比で吐出温度Ｔｄが上昇し易い領域では、若干液バック気味で運転することにより、吐出温度Ｔｄが使用上限値を超えるのを防止し、圧縮機モータの絶縁グレードをそのままで使用可能とすることでコストアップを回避することができる。しかも、吐出温度Ｔｄを上がりにくくすることで冷凍機油の劣化を防止することができる。

また、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御している場合において、運転中の高圧レベルによって吐出温度Ｔｄが変化することがある。例えば、冷房中に外気温が上昇して高圧が上昇することによって、圧縮機回転数が変わらないまま運転点が変化し、図３に示すように、吐出過熱度ＴｄＳＨだけを制御していると、吐出温度Ｔｄが許容されている使用上限値を超える可能性がある。

しかし、上記の如く吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中は、目標値切替え手段３６により、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定で制御を行っている場合、圧縮機回転数から演算により得られる目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度と、圧縮機６として許容される吐出温度Ｔｄの使用上限値とを比較し、いずれか低い方の値を目標値として吐出過熱度ＴｄＳＨ一定で制御するか、吐出温度Ｔｄ一定で制御するかを切替える。また、吐出温度Ｔｄ一定で制御を行っている場合、圧縮機回転数と高圧圧力飽和温度から演算により得られる目標吐出温度Ｔｄと、圧縮機６として許容される吐出温度Ｔｄの使用上限値とを比較し、いずれか低い方の値を目標値として採用し、吐出温度Ｔｄ一定で制御するようにしている。

このため、上記の如く、圧縮機６の回転数が変わらずに運転点が変化した場合でも、許容される吐出温度Ｔｄの上限値と目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度とのいずれか低い方の値を目標値として、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度を制御することにより、吐出温度Ｔｄを圧縮機６の使用上限値以下に抑え、その使用制限を守ることができる。

さらに、本実施形態においては、膨張弁制御手段３５に対して圧縮機６の回転数に応じて吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄの目標値を可変する目標値可変手段３７を設けている。つまり、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度を吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で制御中に、圧縮機６の回転数が低下して圧縮比が小さくなると、目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄが一定の場合、冷房用電子膨張弁１１または暖房用電子膨張弁９の開度を絞り過ぎる結果、吸入過熱度ＳＨが大きくなり過ぎて熱交換性能が悪化する。

しかるに、目標値可変手段３７により圧縮機６の回転数に応じて、図５に示すように目標値の吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄを可変することにより、適切な運転状態を維持して効率のよい運転を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、制御目標値である吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは吐出温度Ｔｄを圧縮機６の回転数に応じて可変する形態について、吐出過熱度ＴｄＳＨと吐出温度Ｔｄとを便宜的に同列で扱い、吐出過熱度ＴｄＳＨを可変とし、吐出温度Ｔｄを一定としている例について説明をしたが、吐出過熱度ＴｄＳＨを使わずに、高圧圧力飽和温度と目標吐出温度Ｔｄとの関係をマップとして持っている構成としてもよいことはもちろんである。

さらに、上記実施形態では、暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）９と冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１１とを別個に設けた冷凍・空調装置１の例について説明したが、単一の電子膨張弁（ＥＥＶ）を用いた構成としてもよく、あるいは冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）１１を利用側ユニット（室内ユニット）３内に配設した構成としてもよい。また、冷凍サイクル２９は、圧縮機、熱源側熱交換器、電子膨張弁および利用側熱交換器を備えた基本サイクルを有するものであればよく、上記実施形態の冷凍サイクルに限らず、様々な構成のサイクルに変形可能なことは云うまでもない。

１冷凍・空調装置
６圧縮機
８熱源側熱交換器
９暖房用電子膨張弁（ＥＥＶＨ）
１１冷房用電子膨張弁（ＥＥＶＣ）
１５冷媒配管
１８吐出温度センサ
１９低圧圧力センサ
２０吸入温度センサ
２１，２２，２６，２７熱交温度センサ
２９冷凍サイクル
３０熱源側コントローラ
３１利用側コントローラ
３５膨張弁制御手段
３６目標値切替え手段
３７目標値可変手段

Claims

少なくとも圧縮機、熱源側熱交換器、電子膨張弁および利用側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、内部に吐出温度ＴｄがＲ４１０Ａ冷媒よりも上昇し易い冷媒が充填された冷凍サイクルと、
前記吐出温度Ｔｄが上限値以下のとき、前記電子膨張弁の開度を吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御し、前記吐出温度Ｔｄが前記上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で前記電子膨張弁の開度を制御する膨張弁制御手段と、を備え、
前記膨張弁制御手段は、前記吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは前記吐出温度Ｔｄ一定で制御中、前記吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御を行っている場合、圧縮機回転数の演算から得られた目標吐出過熱度ＴｄＳＨ＋高圧圧力飽和温度と、前記吐出温度Ｔｄの上限値とのいずれか低い方を目標値とした前記吐出過熱度ＴｄＳＨ一定制御か前記吐出温度Ｔｄ一定制御に切替え、前記吐出温度Ｔｄ一定制御を行っている場合、圧縮機回転数と前記高圧圧力飽和温度との演算から得られた目標吐出温度Ｔｄと、前記上限値とを比較し、いずれか低い方を目標吐出温度Ｔｄに採用する目標値切替え手段を備えていることを特徴とする冷凍・空調装置。
前記膨張弁制御手段は、更に前記圧縮機の回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは目標吐出温度Ｔｄを可変する目標値可変手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍・空調装置。
少なくとも圧縮機、熱源側熱交換器、電子膨張弁および利用側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、内部に吐出温度ＴｄがＲ４１０Ａ冷媒よりも上昇し易い冷媒が充填された冷凍サイクルと、
前記吐出温度Ｔｄが上限値以下のとき、前記電子膨張弁の開度を吸入ガス過熱度ＳＨ一定で制御し、前記吐出温度Ｔｄが前記上限値を超えたとき、吐出過熱度ＴｄＳＨ一定もしくは吐出温度Ｔｄ一定で前記電子膨張弁の開度を制御する膨張弁制御手段と、を備え、
前記膨張弁制御手段は、更に前記圧縮機の回転数に応じて目標吐出過熱度ＴｄＳＨもしくは目標吐出温度Ｔｄを可変する目標値可変手段を備えていることを特徴とする冷凍・空調装置。