JP2020056516A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切に湿り吸入制御する。【解決手段】冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機と室外膨張弁とトップシェル温度センサと室外機制御回路とを備えている。スクロール圧縮機は、固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回させることにより、低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む冷媒を圧縮する。室外膨張弁は、開度に対応する冷媒量の冷媒が通過し、冷媒を減圧させる。トップシェル温度センサは、スクロール圧縮機が配置される内部空間を密閉する筐体のトップシェル温度を測定する。室外機制御回路は、冷媒が２相状態でスクロール圧縮機に吸入されるように、トップシェル温度に基づいて室外膨張弁の開度を制御する（ステップＳ５、Ｓ６）。【選択図】図３

Description

本開示の技術は、冷凍サイクル装置に関する。

例えば、空気調和機、冷蔵機器、給湯器等の冷凍サイクル装置には、冷媒が循環する冷媒回路に、圧縮機及びアキュムレータが接続されたものがある。このような冷凍サイクル装置で使用する冷媒は、ＧＷＰ（Global Warming Potential:地球温暖化係数）がより一層低い冷媒へ切り替えられている。

特開平７−２９４０６６号公報

ＧＷＰが低い冷媒としては、従来の冷媒と比べて分子間結合が弱い冷媒を含む混合冷媒の利用が検討されている。このような冷媒は、大気中で分解し易く、温暖化への影響も小さくなるので、環境への負荷を低減する観点において望ましい。しかしながら、分子間結合が弱い冷媒の一例として、単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒は、高温環境下で分解されたときや、冷媒回路に残留する水分や酸素と反応することで酸化や分解を起こしたときに、冷媒から酸が発生するおそれがある。冷凍サイクル装置内で酸が発生した場合には、その酸によって冷媒の分解が促進され、また、その酸で金属部品が酸で腐食するなどにより、冷凍サイクル装置の損傷を招くおそれがある。

所定の能力や冷媒循環量を確保しながら、冷媒温度（吐出温度）を所定の温度以下に抑制し、圧縮機の信頼性を担保する従来技術として、湿り吸入制御が知られている。この湿り吸入制御は、モータ温度の上限の制約への対応や、冷凍機油の劣化を防止することを主眼に置いたものである。湿り吸入制御では、吐出温度が予め定めた所定の上限温度以下になる様、膨張弁等の絞り機構等により、吸入冷媒の乾き度（密度）を低減（密度増加）させることにより、吐出温度を低下させている。吐出温度と圧縮部（機械部）の温度は、概ね相関性があるため、吐出温度を監視しながら、湿り吸入制御を行うことで、圧縮部の温度を下げる効果も得られる。

しかしながら、スクロール圧縮機は、構造的要因（冷凍機油貯留部と圧縮部位置の関係性）で、ロータリ圧縮機より、圧縮部温度が上昇しやすい。このため、スクロール圧縮機では、吐出温度を「湿り吸入制御」で制御しても、圧縮部温度の高い状態が継続するケースがある。したがって、従来冷媒よりGWPが低い安定性の低い冷媒をスクロール圧縮機で用いた場合は、従来の湿り吸入制御では、冷媒分解が生じてしまい、酸の生成、冷凍サイクル装置の金属部品の腐食が生じてしまうという課題があった。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、スクロール圧縮機を備えた場合において、冷媒の分解を抑制する冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本願が開示する冷凍サイクル装置の一態様は、スクロール圧縮機と膨張弁とシェル温度センサと制御回路とを備えている。前記スクロール圧縮機は、固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回させることにより、混合冷媒を圧縮する。前記混合冷媒は、炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒、炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒、エーテル結合を持つ冷媒、のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含んでいる。前記膨張弁は、前記混合冷媒を減圧する。前記シェル温度センサは、前記スクロール圧縮機の筐体の温度である圧縮機シェル温度を測定する。前記制御回路は、前記混合冷媒が２相状態で前記スクロール圧縮機に吸入されるように、前記圧縮機シェル温度に基づいて前記開度を制御する。

開示の冷凍サイクル装置は、冷媒の分解を抑制することができる。

図１は、実施例の冷凍サイクル装置全体を示す模式図である。 図２は、実施例の冷凍サイクル装置のスクロール圧縮機を示す部分断面図である。 図３は、実施例の冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートである。

以下に、本願の開示する冷凍サイクル装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する冷凍サイクル装置が限定されるものではない。

実施例の冷凍サイクル装置としては、空気調和装置を一例として、１台の室外機に１台の室内機が接続され、室内機が冷房運転または暖房運転を行うことが可能に構成されたものを説明する。図１は、実施例の冷凍サイクル装置全体を示す模式図である。

［冷媒］
まず、実施例の冷凍サイクル装置１で使用される冷媒について説明する。実施例の冷凍サイクル装置１は、「炭素原子間の結合として、単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒」、「炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒」、「エーテル結合を持つ冷媒」のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む混合冷媒を作動流体として用いる。炭素原子間に単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒は、例えば、炭素原子間の二重結合を有するＨＦＯ冷媒や、炭素原子間の三重結合を有するトリフルオロプロピンがある。また、炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒としては、トリフルオロヨードメタンがあり、エーテル結合（ＨＦＥ冷媒とも言う）を持つ冷媒としてはＨＦＥ−１４３ｍ等が挙げられる。これらの冷媒は、冷凍サイクル装置の中での安定性が低い。また、これらの冷媒は、大気中での安定性も低く、ＧＷＰが比較的低い傾向がある。その代わり、当該冷媒は、圧力が比較的低い。圧力の低い冷媒は、冷凍サイクル装置の作動流体として用いると、冷媒性能の指標の一つである体積能力（単位はｋＪ／ｍ^３）が低くなる。そのため、冷凍サイクル装置の作動流体として用いる場合は、他の冷媒性能の高い冷媒（例えば、Ｒ３２）と混合して用いることが考えられている。本実施例では、炭素原子間に単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒の「ＧＷＰが低い」という、環境負荷が小さいという特性を十分に発揮するため、炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒を少なくとも２０重量％以上含む混合冷媒を作動流体として用いる。

炭素原子間の結合として、単結合を持つ冷媒のうち、冷凍サイクル装置で使用された実績があり、不燃性、低毒性、かつ、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）＝０の冷媒でＧＷＰが一番低い単一冷媒はＲ１３４ａ（ＧＷＰ：１４３０）である。本実施例の「低ＧＷＰ冷媒」はＲ１３４ａよりもＧＷＰが低いものとする。
ハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒は、塩素（原子量：３５．５）と炭素との結合を有するＲ１２を代表としたクロロフルオロカーボン、臭素（原子量：７９．９）と炭素との結合を持つハロン１３０１、ヨウ素（原子量：１２６．９）と炭素との結合を持つトリフルオロヨードメタン（ＣＦ_３Ｉ）がある。
塩素を含むＲ１２は、ＧＷＰが１０９００である。臭素を含むハロン１３０１は、ＧＷＰが７１４０である。ヨウ素を含むトリフルオロヨードメタンは、ＧＷＰが１以下である。このことからわかるように、ハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒は、ハロゲン族元素の原子量が大きい程、ＧＷＰが低い。なお、上記した各冷媒のＧＷＰは、「フロン類の使用の合理化及び管理の適正化に関する法律施行規則第一条第三項及びフロン類算定漏えい量等の報告等に関する命令第二条第三号の規定に基づき、国際標準化機構の規格八一七等に基づき、環境大臣及び経済産業大臣が定める種類並びにフロン類の種類ごとに地球の温暖化をもたらす程度の二酸化炭素に係る当該程度に対する比を示す数値として国際的に認められた知見に基づき環境大臣及び経済産業大臣が定める係数（フロン類ＧＷＰ告示）（平成28年経済産業省・環境省告示第２号）」において定められたものである。トリフルオロヨードメタンのＧＷＰは、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、略称：NEDO（New Energy and Industrial Technology Development Organization）［平成30年8月13日検索］のインターネットサイト＜URL:http://www.nedo.go.jp/hyoukabu/articles/201207f_tech/index.html＞において定められたものである。

ハロゲン族元素の原子量と、当該ハロゲン族元素を含む代表的な冷媒のＧＷＰの関係は、以下の式で示すことができる。
（原子量）＝−４．０×１０^−８×（ＧＷＰ）^２−３．０×１０^−４×（ＧＷＰ）＋１０．５８
上記式から、ＧＷＰをＲ１３４ａ（ＧＷＰ：１４３０）よりも低くするためには、炭素（原子量：１２）の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒であることが必要だとわかる。
説明の便宜上、以下の説明において単に冷媒と称した場合には、上述した混合冷媒を指す。

［冷凍サイクル装置の構成］
図１に示すように、実施例の冷凍サイクル装置１は、室外機２と、室外機２に液管８及びガス管９を介して接続された室内機５と、を備えている。液管８は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に接続され、他端が分岐して室内機５の各液管接続部５３にそれぞれ接続されている。ガス管９は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に接続され、他端が分岐して室内機５の各ガス管接続部５４にそれぞれ接続されている。以上により、冷凍サイクル装置１が有する冷媒回路１００が構成されている。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、スクロール圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２４と、液管８の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管９の一端が接続された閉鎖弁２６と、冷媒貯留器であるアキュムレータ２８と、室外ファン２７と、を備えている。室外ファン２７を除くこれら各部は、後述する各冷媒配管を介して相互に接続されており、冷媒回路１００の一部をなす室外機冷媒回路２０を構成している。

スクロール圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御されるモータ（図示せず）によって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型の圧縮機である。スクロール圧縮機２１の冷媒吐出側は、後述する四方弁２２のポートａと吐出管４１を介して接続されている。スクロール圧縮機２１の冷媒吸入側は、アキュムレータ２８の冷媒流出側と図示されない吸入管を介して接続されている。このようにスクロール圧縮機２１は、冷媒が充填された冷媒回路１００に接続されている。また、スクロール圧縮機２１の内部には、図１に示すように、摺動部分（図示せず）を潤滑する潤滑油としての冷凍機油１０が貯留されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、４つのポートａ、ｂ、ｃ、ｄを有している。ポートａは、上述したようにスクロール圧縮機２１の冷媒吐出側に吐出管４１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口に冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２８の冷媒流入側に冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６に室外機ガス管４５で接続されている。

室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気を、冷媒と後述する室外ファン２７による送風によって熱交換させる。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述のように四方弁２２のポートｂに冷媒配管４３で接続されており、他方の冷媒出入口が室外機液管４４を介して閉鎖弁２５に接続されている。

膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。膨張弁２４は、電子膨張弁であり、その開度が調整されることにより、室外熱交換器２３に流入する冷媒量、または、室外熱交換器２３から流出する冷媒量が調整される。

室外ファン２７は、樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、吸込口（図示せず）から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を、吹出口（図示せず）から室外機２の外部へ放出する。

上述のように、アキュムレータ２８の冷媒流入側は四方弁２２のポートｃに冷媒配管４６を介して接続されるとともに、アキュムレータ２８の冷媒流出側がスクロール圧縮機２１の冷媒吸入側に接続されている。このように、アキュムレータ２８は、冷媒回路１００とスクロール圧縮機２１とに接続されている。アキュムレータ２８は、冷媒配管４６からアキュムレータ２８の内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離してガス冷媒をスクロール圧縮機２１に吸入させる。また、アキュムレータ２８は、スクロール圧縮機２１から冷媒回路１００を経て流入した冷凍機油１０を液冷媒と共に吸引し、ガス冷媒と共に液冷媒及び冷凍機油１０をスクロール圧縮機２１へ戻す。

また、室外機２は、上述した構成に加えて、各種のセンサを有している。図１に示すように、吐出管４１には、スクロール圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、スクロール圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２８の冷媒流入口の近傍には、スクロール圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、スクロール圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。

室外機液管４４における室外熱交換器２３と膨張弁２４との間には、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度、または室外熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出するための熱交温度センサ３５が設けられている。そして、室外機２の吸込口（図示せず）の近傍には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ３６が設けられている。

また、室外機２は、室外機制御回路２００を備えている。室外機制御回路２００は、コンピュータであり、室外機２の電装品箱（図示せず）に格納されている制御基板に搭載されている。室外機制御回路２００は、室外機２の各種センサが検出した検出結果及び制御信号に基づいて、スクロール圧縮機２１及び室外ファン２７の駆動制御を行う。また、室外機制御回路２００は、室外機２の各種センサが検出した検出結果及び制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行うと共に、膨張弁２４の開度を調整する。

次に、室内機５について説明する。室内機５は、室内熱交換器５１と、分岐した液管８の他端が接続された液管接続部５３と、分岐したガス管９の他端が接続されたガス管接続部５４と、室内ファン５５と、を備えている。そして、室内ファン５５を除くこれら各部は、後述する各冷媒配管を介して相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室内機冷媒回路５０を構成している。

室内熱交換器５１は、吸込口（図示せず）から室内機５の内部に取り込まれた室内空気を、冷媒と後述する室内ファン５５による送風によって熱交換させる。室内熱交換器５１は、一方の冷媒出入口と液管接続部５３が室内機液管７１で接続されており、他方の冷媒出入口とガス管接続部５４が室内機ガス管７２で接続されている。室内熱交換器５１は、室内機５が冷房運転を行う場合に蒸発器として機能し、室内機５が暖房運転を行う場合に凝縮器として機能する。

室内ファン５５は、樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１の近傍に配置されている。室内ファン５５は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、吸込口（図示せず）から室内機５の内に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１において冷媒と熱交換した室内空気を吹出口（図示せず）から室内へ供給する。

上述した構成に加えて、室内機５には各種のセンサが設けられている。室内機５の吸込口（図示せず）の近傍には、室内機５の内部に流入する室内空気の温度、すなわち吸込温度を検出する吸込温度センサ６３が設けられている。室内機５の吹出口（図示せず）の近傍には、室内熱交換器５１で冷媒と熱交換を行って室内機５から室内に放出される空気の温度、すなわち吹出温度を検出する吹出温度センサ６４が設けられている。室内熱交換器５１には、室内熱交換器５１の温度を検出する熱交中間温度センサ６１が設けられている。

また、室内機５は、室内機制御回路５００を備えている。室内機制御回路５００は、コンピュータであり、室内機５の電装品箱（図示せず）に格納された制御基板に搭載されている。室内機制御回路５００は、室内機５の各種センサが検出した検出結果やリモコン及び室外機２から送信された信号に基づいて、室内ファン５５の駆動制御を行う。なお、冷凍サイクル装置１の制御回路は、上述の室外機制御回路２００と室内機制御回路５００とによって構成される。

［スクロール圧縮機２１の構成］
図２は、実施例の冷凍サイクル装置のスクロール圧縮機を示す部分断面図である。スクロール圧縮機２１は、筐体２１１と圧縮部２１２とモータ２１３とトップシェル温度センサ２１４と圧縮部側面部温度センサ２１５とを備えている。筐体２１１は、概ね円筒形に形成され、圧縮部２１２を主とした機械部、およびモータ２１３を主としてモータ部を格納する。また、筐体２１１は、圧縮部２１２から高温高圧の冷媒が吐出される内部空間２１８を形成している。内部空間２１８は、概ね円柱状に形成されている。筐体２１１は、筐体２１１を水平面上に垂直に置いたとき内部空間２１８の円柱の軸が鉛直方向になるように、配置されている。筐体２１１は、さらに、内部空間２１８が吐出管４１に接続されるように、形成されている。モータ２１３は、内部空間２１８のうちの下部に配置されている。モータ２１３は、室外機制御回路２００に制御されることにより、所定の回転数の回転動力を圧縮部２１２に供給する。

圧縮部２１２は、内部空間２１８のうちのモータ２１３より上側に配置されている。圧縮部２１２は、スクロール圧縮機２１の内部に設けられ、固定スクロール２１６と旋回スクロール２１７とを備えている。固定スクロール２１６は、渦巻き状の凸部が形成され、筐体２１１に固定されている。旋回スクロール２１７は、渦巻き状の凸部形成されている。旋回スクロール２１７は、凸部が固定スクロール２１６の凸部に噛み合うように配置され、旋回可能に筐体２１１に支持されている。圧縮部２１２は、旋回スクロール２１７と固定スクロール２１６とに囲まれた複数の圧縮室が形成されている。圧縮部２１２は、旋回スクロール２１７が旋回することにより、複数の圧縮室の各々が内部空間２１８の中心軸の周りを回りながら中心軸に接近するように、かつ、複数の圧縮室の各々の容積が小さくなるように、形成されている。

内部空間２１８に流入した冷媒は、複数の圧縮室のうちの内部空間２１８の中心軸から一番遠い側に配置される圧縮室に充填される。圧縮部２１２は、圧縮部２１２から供給された回転動力を用いて旋回スクロール２１７を固定スクロール２１６に対して旋回させることにより、圧縮室が中心軸に向かって移動しながら容積が小さくなる。その結果、圧縮部２１２は圧縮室に充填された冷媒を圧縮する。圧縮部２１２により圧縮された冷媒は、内部空間２１８のうちの圧縮部２１２より上側の領域に吐出された後に、モータ２１３の内部に形成される流路を通過し、吐出管４１に吐出される。

トップシェル温度センサ２１４は、筐体２１１のうちの上部に取り付けられ、筐体２１１のうちの上部の温度を測定する。圧縮部側面部温度センサ２１５は、筐体２１１の側面うちの上部に取り付けられ、筐体２１１の側面うちの上部の圧縮部側面部温度を測定する。

［冷凍サイクル装置１の動作］
次に、本実施形態における冷凍サイクル装置１の空調運転時の冷媒回路１００における冷媒の流れや各部の動作について、図１を用いて説明する。図１における矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１に示すように、室内機５が暖房運転を行う場合、室外機制御回路２００は、四方弁２２を図１中に実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄを連通させ、ポートｂとポートｃを連通させるように切り換える。これにより、冷媒回路１００が、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器５１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

スクロール圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管４５、閉鎖弁２６、ガス管９、ガス管接続部５４の順に流れて室内機５に流入する。室内機５に流入した冷媒は、室内機ガス管７２を流れて室内熱交換器５１に流入し、室内ファン５５の回転によって室内機５の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器５１が凝縮器として機能し、室内熱交換器５１で冷媒と熱交換を行って加熱された室内空気が吹出口（図示せず）から室内に吹き出されることによって、室内機５が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器５１から流出した冷媒は室内機液管７１を流れ、室内機液管７１を流れて液管接続部５３を介して液管８に流入する。

液管８を流れる冷媒は、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機液管４４を流れ、膨張弁２４により減圧される。室外機液管４４から室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転によって室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒配管４３、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２８の順に流れ、スクロール圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

なお、室内機５が冷房／除霜運転を行う場合、室外機制御回路２００は、四方弁２２を図１中に破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとを連通させ、ポートｃとポートｄとを連通させるように切り換える。これにより、冷媒回路１００は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能すると共に室内熱交換器５１が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

すなわち、スクロール圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管４３を介して室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３は、スクロール圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒が流入されることにより、加熱され、除霜される。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転によって室外機２の内部に取り込まれた室外空気と熱交換され、凝縮する。冷却された冷媒は、膨張弁２４、閉鎖弁２５、液管８、液管接続部５３の順に流れて室内機５に流入する。室内機５に流入した冷媒は、室内機液管７１を流れ、室内機液管７１を介して室内熱交換器５１に流入し、室内ファン５５の回転によって室内機５の内部に取り込まれた室内空気と熱交換され、蒸発する。このとき、室内熱交換器５１で冷媒と熱交換を行って冷却された室内空気が吹出口（図示せず）から室内に吹き出されることによって、室内機５が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器５１から流出した冷媒は、室内機ガス管７２を流れ、ガス管接続部５４を介してガス管９に流入する。ガス管９を流れる冷媒は、閉鎖弁２６を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管４５を流れ、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２８の順に流れ、スクロール圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

図３は、実施例の冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートである。室外機制御回路２００は、所定のサンプリング周期ごとに、吐出温度センサ３３により測定された吐出温度Ｔｄを、吐出温度センサ３３から取得する（ステップＳ１）。室外機制御回路２００は、所定のサンプリング周期ごとに、さらに、圧縮機シェル温度Ｔｂをトップシェル温度センサ２１４または圧縮部側面部温度センサ２１５から取得する（ステップＳ２）。圧縮機シェル温度Ｔｂは、トップシェル温度センサ２１４により測定されたトップシェル温度、または、圧縮部側面部温度センサ２１５により測定された圧縮部側面部温度を示している。たとえば、室外機制御回路２００は、トップシェル温度センサ２１４と圧縮部側面部温度センサ２１５からそれぞれ検出値を取得した上でトップシェル温度と圧縮部側面部温度とのうちの高い方の温度を圧縮機シェル温度Ｔｂに設定している。

室外機制御回路２００は、冷凍サイクル装置１に設けられる各種センサが検出した検出結果に基づいて目標温度Ｔｇｔを算出する（ステップＳ３）。その検出結果は、吐出圧力センサ３１、吸入圧力センサ３２、吸入温度センサ３４、熱交温度センサ３５、外気温度センサ３６、熱交中間温度センサ６１の検出値を含んでいる。目標温度Ｔｇｔは、理論吐出温度に調整値が加算された値である。理論吐出温度は、冷媒回路１００の圧力損失や運転効率を加味せずに、その検出結果により特定された冷凍サイクル装置１の負荷状態に基づいて算出される理論値である。理論吐出温度は、冷凍サイクルの負荷状態（各部圧力、温度）、および目標過熱度Ｔｓｈから算出される。通常は、過熱度は０以上とするが、特定の閾値を超過する場合は、過熱度を０未満、すなわち、スクロール圧縮機２１に流入する冷媒が、液体と気体を含む２相状態で算出される。特に、安定性の低い冷媒を用いる場合は、理論吐出温度が、１００℃より小さくなるようにすることが望ましい。目標温度Ｔｇｔは、冷媒回路１００の圧力損失や運転効率が考慮されることにより、理論吐出温度に基づいて算出される。すなわち、目標温度Ｔｇｔは、スクロール圧縮機２１により圧縮された冷媒の温度が目標温度Ｔｇｔに等しいときに、スクロール圧縮機２１に流入する冷媒が、液体と気体を含む２相状態になるように、算出される。

室外機制御回路２００は、冷凍サイクル装置１に設けられる各種センサが検出した検出結果に基づいて、冷凍サイクル装置１に設けられる各部の運転状態を算出する。その検出結果は、吐出圧力センサ３１、吸入圧力センサ３２、吐出温度センサ３３、吸入温度センサ３４、熱交温度センサ３５、外気温度センサ３６、熱交中間温度センサ６１、吸込温度センサ６３または吹出温度センサ６４の検出値を含んでいる。室外機制御回路２００は、さらに、目標温度Ｔｇｔと閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔとを比較する（ステップＳ４）。閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔは、予め定められた数値を示し、冷媒制御温度が閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔを超えると、冷媒の圧力が所定の圧力範囲に含まれるときに、冷媒が著しく分解されやすくなる。つまり、閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔ以下の温度であれば、冷媒の分解を抑制できることを示している。所定の圧力範囲は、冷凍サイクル装置１の各部が、その算出された運転状態であるときに、スクロール圧縮機２１により圧縮される冷媒が取り得る圧力の範囲を示している。

室外機制御回路２００は、目標温度Ｔｇｔが閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔに等しいときに、または、目標温度Ｔｇｔが閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより小さいときに（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、目標温度Ｔｇｔに基づいて膨張弁操作を実行する（ステップＳ５）。すなわち、室外機制御回路２００は、冷媒制御温度が目標温度Ｔｇｔに近付くように、膨張弁２４の開度を制御する。冷媒制御温度は、圧縮機シェル温度Ｔｂを示している。たとえば、室外機制御回路２００は、冷媒制御温度が目標温度Ｔｇｔより小さいときに、膨張弁２４の開度を増加させ、冷媒制御温度が目標温度Ｔｇｔより大きいときに、膨張弁２４の開度を減少させる。室外機制御回路２００は、膨張弁２４の開度が調整された後に、ステップＳ１以降の処理を繰り返し実行する。

室外機制御回路２００は、目標温度Ｔｇｔが閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより大きいときに（ステップＳ４、Ｎｏ）、閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔに基づいて膨張弁操作を実行する（ステップＳ６）。すなわち、室外機制御回路２００は、冷媒制御温度が閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔに近付くように、膨張弁２４の開度を制御する。冷媒制御温度は、圧縮機シェル温度Ｔｂを示している。たとえば、室外機制御回路２００は、冷媒制御温度が閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより小さいときに、膨張弁２４の開度を増加させ、冷媒制御温度が閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより大きいときに、膨張弁２４の開度を減少させる。

室外機制御回路２００は、閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔが目標温度Ｔｇｔより小さい場合で（ステップＳ４、Ｎｏ）、圧縮機シェル温度Ｔｂが閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより小さいときに（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１〜ステップＳ６の処理を繰り返し実行する。室外機制御回路２００は、閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔが目標温度Ｔｇｔより小さい場合で（ステップＳ４、Ｎｏ）、圧縮機シェル温度Ｔｂが閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより大きいときに（ステップＳ７、Ｎｏ）、旋回スクロール２１７の旋回が停止するように、スクロール圧縮機２１を制御（冷媒分解保護動作）する（ステップＳ８）。すなわち、室外機制御回路２００は、モータ２１３から圧縮部２１２に回転動力が供給されないように、モータ２１３を制御する。

トップシェル温度センサ２１４は、吐出温度センサ３３より圧縮部２１２に近い位置に配置されている。また、圧縮部２１２により圧縮された冷媒が通過する流路のうちのトップシェル温度センサ２１４の近傍の部分は、その流路のうちの吐出温度センサ３３の近傍の部分より圧縮部２１２に近い上流側に配置されている。このため、トップシェル温度センサ２１４により測定されたトップシェル温度は、吐出温度センサ３３により測定された従来の吐出温度と比較して、圧縮部２１２により圧縮された冷媒の温度がより早く、より高精度に検出値に反映される。

また、圧縮部側面部温度センサ２１５は、吐出温度センサ３３より圧縮部２１２に近い位置に配置されている。圧縮部２１２により圧縮された冷媒が通過する流路のうちの圧縮部側面部温度センサ２１５の近傍の部分は、その流路のうちの吐出温度センサ３３の近傍の部分より圧縮部２１２に近い上流側に配置されている。このため、圧縮部側面部温度センサ２１５により測定された圧縮部側面部温度は、吐出温度センサ３３により測定された従来の吐出温度に比較して、圧縮部２１２により圧縮された冷媒の温度がより早く、より高精度に検出値に反映される。

このような動作によれば、冷凍サイクル装置１は、スクロール圧縮機２１により圧縮される冷媒が取り得る温度範囲の上限を所定の温度より低くすることができる。このため、冷凍サイクル装置１は、高温環境下での安定性が低い冷媒を用いた場合でも、冷媒の分解を防止し、酸が発生することによる冷凍サイクル装置の金属部品の腐食を防止することができる。

また、スクロール圧縮機２１により圧縮された冷媒の実際の温度は、理論吐出温度が１００℃を超過しているときに、スクロール圧縮機２１の回転数によらずに、１１０〜１２０℃程度となることがある。このとき、スクロール圧縮機２１の摺動部は、１５０℃を超過する状態となり、冷媒の分解が発生しやすい状態となる。このため、冷凍サイクル装置１は、理論吐出温度を１００℃より小さくすることにより、湿り吸入制御をするときに、冷媒が分解されるリスクを低減することができる。

スクロール圧縮機２１により圧縮される冷媒は、旋回スクロール２１７が旋回することによる摩擦熱により加熱される。このような動作によれば、冷凍サイクル装置１は、冷媒分解保護動作で旋回スクロール２１７の旋回が停止されることにより、旋回スクロール２１７の摩擦熱による冷媒の過熱を防止することができる。冷凍サイクル装置１は、旋回スクロール２１７の摩擦熱による冷媒の過熱が防止されることにより、高温環境下での安定性が低い冷媒を用いた場合でも、摩擦熱により冷媒が分解されることを防止することができる。

［冷凍サイクル装置の特徴的な構成］
実施例の冷凍サイクル装置１は、スクロール圧縮機２１と膨張弁２４とトップシェル温度センサ２１４と室外機制御回路２００とを備えている。スクロール圧縮機２１は、固定スクロール２１６に対して旋回スクロール２１７を旋回させることにより、低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む冷媒を圧縮する。膨張弁２４は、開度に対応した流量に絞ることで、冷媒を減圧する。トップシェル温度センサ２１４は、スクロール圧縮機２１が配置される内部空間２１８を密閉する筐体２１１のトップシェル温度を測定する。室外機制御回路２００は、冷媒が２相状態でスクロール圧縮機２１に吸入されるように、トップシェル温度に基づいて膨張弁２４の開度を制御する。トップシェル温度センサ２１４により測定されたトップシェル温度は、吐出温度センサ３３により測定された吐出温度に比較して、圧縮部２１２により圧縮された冷媒の温度がより早く、より高精度に反映される。このため、冷凍サイクル装置１は、膨張弁２４の膨張弁操作がトップシェル温度に基づいて実行されるときに、気体と液体との２相状態の冷媒をスクロール圧縮機２１に流入させる湿り吸入制御をより適切に行うことができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１の室外機制御回路２００は、トップシェル温度が閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより大きいときに、旋回スクロール２１７の旋回が停止するように、スクロール圧縮機２１を制御する。スクロール圧縮機２１により圧縮される冷媒は、旋回スクロール２１７が旋回することによる摩擦熱により加熱される。また、旋回スクロール２１７の旋回による摩擦熱は、旋回スクロール２１７が旋回する速さを遅くした場合でも、生成され続ける。冷凍サイクル装置１は、冷媒分解保護動作で旋回スクロール２１７の旋回が停止されることにより、旋回スクロール２１７の旋回による摩擦熱の発生を止め、旋回スクロール２１７の摩擦熱による冷媒の過熱を確実に防止することができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１の室外機制御回路２００は、冷媒がスクロール圧縮機２１から吐出されるときに冷媒の理論吐出温度が１００℃より小さくなるように、膨張弁２４の開度を調整する。スクロール圧縮機２１により圧縮された冷媒の実際の温度は、理論吐出温度が１００℃を超過しているときに、スクロール圧縮機２１の回転数によらずに、１１０〜１２０℃程度となることがある。このとき、スクロール圧縮機２１の摺動部は、３００℃を超過する状態となり、冷媒の分解が発生しやすい状態となる。このため、冷凍サイクル装置１は、理論吐出温度を１００℃より小さくすることにより、湿り吸入制御するときに、冷媒が分解されるリスクを低減することができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１は、冷凍サイクル装置１の運転状態を検出するセンサをさらに備えている。そのセンサは、吐出圧力センサ３１、吸入圧力センサ３２、吐出温度センサ３３、吸入温度センサ３４、熱交温度センサ３５、外気温度センサ３６、吸込温度センサ６３または吹出温度センサ６４を含んでいる。このとき、理論吐出温度は、検出された運転状態により特定された冷凍サイクル装置１の負荷状態に基づいて算出される。冷凍サイクル装置１は、理論吐出温度が冷凍サイクル装置１の負荷状態に基づいて算出されることにより、適切に湿り吸入制御することができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１は、スクロール圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度を測定する吐出温度センサ３３をさらに備えている。室外機制御回路２００は、吐出温度センサ３３により測定された吐出温度にさらに基づいて膨張弁２４の開度を制御する。

ところで、既述の実施例の冷凍サイクル装置１は、吐出温度センサ３３を備えているが、吐出温度センサ３３が省略されてもよい。冷凍サイクル装置１は、吐出温度センサ３３が省略されたときに、圧縮機シェル温度Ｔｂのみに基づいて膨張弁２４の開度が調整される。

ところで、既述の実施例の冷凍サイクル装置１は、トップシェル温度センサ２１４と圧縮部側面部温度センサ２１５とを備えているがトップシェル温度センサ２１４と圧縮部側面部温度センサ２１５とのうちの一方が省略されてもよい。このとき、圧縮機シェル温度Ｔｂは、トップシェル温度センサ２１４と圧縮部側面部温度センサ２１５とのうちの省略されていない他方により測定された温度を示している。

ところで、既述の実施例の冷凍サイクル装置１は、各種センサが検出した検出結果に基づいて目標温度Ｔｇｔが算出されているが、目標温度Ｔｇｔが定数であってもよい。

ところで、既述の実施例の冷凍サイクル装置１は、圧縮機シェル温度Ｔｂが閾値温度Ｔｂｌｉｍｉｔより大きいときに、旋回スクロール２１７の旋回を停止させているが、旋回スクロール２１７の旋回を停止させなくてもよい。この場合も、冷凍サイクル装置１は、圧縮機シェル温度Ｔｂに基づいて膨張弁２４の開度が調整されることにより、湿り吸入制御を適切に行うことができる。

以上、実施例を説明したが、前述した内容により実施例が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ ：冷凍サイクル装置
２１ ：スクロール圧縮機
２４ ：膨張弁
３１ ：吐出圧力センサ
３２ ：吸入圧力センサ
３３ ：吐出温度センサ
３４ ：吸入温度センサ
３５ ：熱交温度センサ
３６ ：外気温度センサ
６１ ：熱交中間温度センサ
６３ ：吸込温度センサ
６４ ：吹出温度センサ
２１１ ：筐体
２１２ ：圧縮部
２１３ ：モータ
２１４ ：トップシェル温度センサ
２１５ ：圧縮部側面部温度センサ
２１６ ：固定スクロール
２１７ ：旋回スクロール
２１８ ：内部空間

Claims (5)

1. 炭素原子間の結合として単結合以外の炭素間結合を持つ冷媒、炭素の１０倍を超える原子量のハロゲン族元素と炭素との単結合を持つ冷媒、エーテル結合を持つ冷媒、のうち、少なくとも一つを含む低ＧＷＰ冷媒を２０重量％以上含む混合冷媒を、固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回させることにより圧縮するスクロール圧縮機と、
   前記混合冷媒を減圧させる膨張弁と、
   前記スクロール圧縮機が配置される空間を密閉する筐体の圧縮機シェル温度を測定するシェル温度センサと、
   前記混合冷媒が２相状態で前記スクロール圧縮機に吸入されるように、前記圧縮機シェル温度に基づいて前記膨張弁の開度を調整する制御回路
   とを備える冷凍サイクル装置。
2. 前記制御回路は、前記圧縮機シェル温度が閾値温度より大きいときに、前記旋回スクロールの旋回が停止するように、前記スクロール圧縮機を制御する
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御回路は、前記混合冷媒が前記スクロール圧縮機から吐出されるときに前記混合冷媒の理論吐出温度が１００℃より小さくなるように、前記開度を調整する
   請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷凍サイクル装置の運転状態を検出するセンサをさらに備え、
   前記理論吐出温度は、前記運転状態により特定された前記冷凍サイクル装置の負荷状態に基づいて算出される
   請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記混合冷媒が前記スクロール圧縮機から吐出されるときの前記混合冷媒の吐出温度を測定する吐出温度センサをさらに備え、
   前記制御回路は、前記吐出温度にさらに基づいて前記開度を調整する
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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