JP3214390B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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
使用した冷凍装置に関し、特に、飽和温度の検出対策に
係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、Ｒ２２等の単一冷媒を使用し
た空気調和装置等の冷凍装置が用いられている。この種
の空気調和装置の制御方法としては、例えば、膨張弁の
開度を調整することにより蒸発器出口のスーパーヒート
を一定にするスーパーヒート制御や、凝縮器出口のサブ
クールを一定にするサブクール制御が知られている。

【０００３】上記スーパーヒート制御やサブクール制御
の概要を説明する。図９（ａ）のモリエル線図に示すよ
うに、単一冷媒においては、湿り蒸気の状態では破線で
示す等温線と実線で示す等圧線とが平行になる。従っ
て、一定の圧力に対する相当飽和ガス温度と相当飽和液
温度とは等しくなる。そのため、高圧及び低圧を検知
し、これらの圧力に相当する飽和温度を演算することに
よって、凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅは一義的に求め
られる。

【０００４】そして、蒸発器出口のガス冷媒の温度Ｔｇ
を検知することにより、蒸発器出口スーパーヒートＳＨ
は、ＳＨ＝Ｔｇ−Ｔｅで計算される。また、凝縮器出口
の液冷媒の温度Ｔｌを検知することにより、凝縮器出口
サブクールＳＣは、ＳＣ＝Ｔｃ−Ｔｌで計算される。

【０００５】従って、従来の単一冷媒を使用した空気調
和装置では、上記のようにしてスーパーヒートＳＨまた
はサブクールＳＣを計算し、これらが所定値になるよう
に膨張弁の開度を調整することにより、冷房運転または
暖房運転の制御を行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、地球
環境問題に鑑み、従来のＲ２２等の単一冷媒からＲ４０
７Ｃを始めとする非共沸混合冷媒への代替が進められて
いる。ところが、非共沸混合冷媒を使用する場合には、
下記のような理由により、上記の従来の制御方法をその
まま適用することができないという問題があった。

【０００７】すなわち、図９（ｂ）のモリエル線図に示
すように、非共沸混合冷媒においては、湿り蒸気の状態
では、等温線と等圧線とは平行にならず、等温線は傾い
た状態になる。従って、一定の圧力Ｐ１に対する相当飽
和ガス温度Ｔｓｇと相当飽和液温度Ｔｓｌとは異なり、
圧力に対する相当飽和温度が２種類存在することにな
る。そのため、相当飽和ガス温度Ｔｓｇを基準に相当飽
和温度を計算することにすると、サブクールの計算を正
確に行うことができなくなる。一方、相当飽和液温度Ｔ
ｓｌを基準に計算することにすると、スーパーヒートの
計算を正確に行うことができなくなる。従って、検知し
た圧力から相当飽和温度を計算してスーパーヒートまた
はサブクールを計算する従来の方法は、非共沸混合冷媒
を使用する空気調和装置には適用することができなかっ
た。

【０００８】そのため、非共沸混合冷媒を使用する空気
調和装置に対して、精度の良い制御を十分に行うことが
できなかった。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、非共沸混合冷媒を使
用する冷凍装置に対して、スーパーヒートやサブクール
を正確に算出し、精度の良い制御を行うことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、冷媒圧力に対して相当飽和ガス温度及び
相当飽和液温度の２種類の飽和温度を算出することとし
た。

【００１１】このことにより、スーパーヒートの計算に
際しては相当飽和ガス温度を基準とする一方、サブクー
ルの計算に際しては相当飽和液温度を基準とすることに
より、スーパーヒート及びサブクールが正確に計算され
ることになる。そして、これらスーパーヒートまたはサ
ブクールを基にして、高精度で安定した制御が行われ
る。

【００１２】具体的には、請求項１に記載の発明が講じ
た手段は、圧縮機(1)、四路切換弁(2)、熱源側熱交換器
(3)、熱源側膨張弁(4)、利用側膨張弁(6)、及び利用側
熱交換器(7)が順に接続されて構成され非共沸混合冷媒
が循環する冷媒回路(20)を備え、少なくとも該利用側熱
交換器(7)で冷媒が凝縮する暖房運転を行う冷凍装置で
あって、高圧側の冷媒圧力を検出する高圧検知手段(11)
と、上記圧縮機(1)の吐出冷媒温度を検出する吐出温度
検知手段(13)と、上記利用側膨張弁(6)と上記利用側熱
交換器(7)との間に設けられた第１温度検知手段(14)
と、上記非共沸混合冷媒の圧力を相当飽和ガス温度及び
相当飽和液温度に換算するための情報を記憶している記
憶部(44)と、上記高圧検知手段(11)から高圧冷媒圧力を
受け取り、該記憶部(44)の該情報から該高圧冷媒圧力に
対する相当飽和液温度および相当飽和ガス温度を演算
し、暖房運転時には上記吐出温度検知手段(13)で検出し
た吐出冷媒温度と該高圧冷媒圧力に対する相当飽和ガス
温度とから吐出スーパーヒートを演算する演算部(42)
と、該演算部(42)から吐出スーパーヒートを受け取り、
該吐出スーパーヒートが予め定められた所定値になるよ
うに上記熱源側膨張弁(4)の開度を制御する制御部(43)
とを有する熱源側制御手段(40)と、暖房運転時に、上記
第１温度検知手段(14)から上記利用側熱交換器(7)の出
口冷媒温度を受け取るとともに、上記記憶部(44)から高
圧冷媒圧力に対する相当飽和液温度を受け取り、該利用
側熱交換器(7)の出口冷媒温度と該相当飽和液温度とか
ら利用側熱交換器(7)出口のサブクールを演算する演算
部(52)と、該演算部(52)から該サブクールを受け取り、
該サブクールが予め定められた所定値になるように上記
利用側膨張弁(6)の開度を制御する制御部(53)とを有す
る利用側制御手段(50)とを備えているものである。

【００１３】上記発明特定事項により、暖房運転時に、
凝縮圧力に対する相当飽和ガス温度に基づいて吐出スー
パーヒートが正確に算出され、さらに、凝縮圧力に対す
る相当飽和液温度に基づいて凝縮器出口のサブクールが
正確に算出され、これら吐出スーパーヒート及びサブク
ールに基づいて精度の良い安定した運転が行われる。ま
た、暖房運転時に熱源側制御手段(40)から利用側制御手
段(50)へは、相当飽和液温度の情報のみが伝達されるこ
とになる。

【００１４】請求項２に記載の発明が講じた手段は、請
求項１に記載の冷凍装置において、熱源側制御手段(40)
の演算部(42)は、吐出スーパーヒート(SH)が予め定めら
れた所定値(SH1)よりも小さいときには該吐出スーパー
ヒート(SH)が該所定値(SH1)以上になるように熱源側膨
張弁(4)または利用側膨張弁(6)の開度を制御するもので
ある。

【００１５】上記発明特定事項により、圧縮機(1)に液
冷媒が吸入されて吸入スーパーヒートの算出が困難にな
った場合であっても、吐出スーパーヒート(SH)を検知す
ることにより、圧縮機(1)に吸入されている液冷媒の量
が推定される。つまり、吐出スーパーヒート(SH)が所定
値(SH1)以上のときは、吸入されている液冷媒は少量で
あると判断してそのままの運転状態を継続する一方、所
定値(SH1)よりも小さいときは、吸入されている液冷媒
が多いと判断して熱源側膨張弁(4)または利用側膨張弁
(6)の開度を制御することにより、吸入液冷媒の量を減
少させることになる。その結果、圧縮機(1)へ大量の液
冷媒が流れ込むことはなく、圧縮機(1)の信頼性が向上
し、ひいては冷凍装置の信頼性が向上することになる。

【００１６】請求項３に記載の発明が講じた手段は、請
求項１に記載の冷凍装置において、冷房運転時に蒸発器
となる利用側熱交換器(7)の出口冷媒温度(Tout)を検出
する第２温度検知手段(16)を備え、利用側制御手段(50)
の演算部(52)は、冷房運転時に第１及び第２温度検知手
段(14,16)で検出した利用側熱交換器(7)の入口冷媒温度
(Tin)及び出口冷媒温度(Tout)を受け取り、該出口冷媒
温度(Tout)から入口冷媒温度(Tin)を引いて演算される
出入口冷媒温度差から、上記非共沸混合冷媒の蒸発に伴
う温度変化分として予め定められた一定温度(ΔTA)を引
くことにより、蒸発器出口スーパーヒート(SH)を演算
し、利用側制御手段(50)の制御部(53)は、冷房運転時に
蒸発器出口スーパーヒート(SH)が予め定められた所定値
になるように利用側膨張弁(6)の開度を制御するもので
ある。

【００１７】上記発明特定事項により、演算部(52)は、
一定圧力下において相変化を行う際に温度が変化すると
いう非共沸混合冷媒の特性を考慮した上で、蒸発器出口
スーパーヒートを演算することになる。そのため、蒸発
器出口スーパーヒートが正確に算出される。そして、こ
の正確に算出された蒸発器出口スーパーヒートに基づい
てスーパーヒート制御が行われ、冷凍装置は精度の良い
安定した冷房運転を行うことになる。また、利用側熱交
換器(7)及び利用側膨張弁(6)を収容する利用側ユニット
(U2)に圧力センサを設けることなく、利用側膨張弁(6)
をスーパーヒート制御することができる。

【００１８】請求項４に記載の発明が講じた手段は、請
求項１に記載の冷凍装置において、冷房運転時に蒸発器
となる利用側熱交換器(7)の出口冷媒温度(Tout)を検出
する第２温度検知手段(16)を備え、利用側制御手段(50)
の演算部(52)は、冷房運転時に第１及び第２温度検知手
段(14,16)で検出した利用側熱交換器(7)の入口冷媒温度
(Tin)及び出口冷媒温度(Tout)を受け取り、該出口冷媒
温度(Tout)から入口冷媒温度(Tin)を引いて演算される
出入口冷媒温度差から、上記非共沸混合冷媒の蒸発に伴
う温度変化分として予め該入口冷媒温度(Tin)と出口冷
媒温度(Tout)の関数として定められた所定温度(ΔTA)を
引くことにより、蒸発器出口スーパーヒート(SH)を演算
し、利用側制御手段(50)の制御部(53)は、冷房運転時に
蒸発器出口スーパーヒート(SH)が予め定められた所定値
になるように利用側膨張弁(6)の開度を制御するもので
ある。

【００１９】上記発明特定事項により、演算部(52)は、
一定圧力下において相変化を行う際に温度が変化すると
いう非共沸混合冷媒の特性を、その運転状態に応じて考
慮した上で、蒸発器出口スーパーヒートを演算すること
になる。そのため、蒸発器出口スーパーヒートが正確に
算出される。そして、この正確に算出された蒸発器出口
スーパーヒートに基づいてスーパーヒート制御が行わ
れ、冷凍装置は精度の良い安定した冷房運転を行うこと
になる。また、利用側熱交換器(7)及び利用側膨張弁(6)
を収容する利用側ユニット(U2)に圧力センサを設けるこ
となく、利用側膨張弁(6)をスーパーヒート制御するこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】−空気調和装置(30)の構成− 空気調和装置(30)は、図１に示すような冷媒回路(20)、
室外側制御手段(40)及び室内側制御手段(50)を備えてい
る。

【００２２】冷媒回路(20)は、圧縮機(1)、四路切換弁
(2)、熱源側熱交換器である室外側熱交換器(3)、熱源側
膨張弁である室外側電子膨張弁(4)、レシーバ(5)、利用
側膨張弁である複数の室内側電子膨張弁(6,6,…)、利用
側熱交換器である複数の室内側熱交換器(7,7,…)、及び
アキュムレータ(8)が配管によって接続されて構成され
ている。この冷媒回路(20)には、非共沸混合冷媒である
Ｒ４０７Ｃが充填されている。複数の室内側電子膨張弁
(6,6,…)及び室内側熱交換器(7,7,…)は、互いに並列に
設けられ、それぞれが室内ユニット(U2,U2,…)に収納さ
れて各部屋に設置されている。一方、圧縮機(1)、四路
切換弁(2)、室外側熱交換器(3)、室外側電子膨張弁
(4)、レシーバ(5)、及びアキュムレータ(8)は、室外ユ
ニット(U1)に収納されている。

【００２３】そして、冷媒回路(20)には、以下に説明す
る圧力センサ及び温度センサが取り付けられている。

【００２４】すなわち、圧縮機(1)の吐出側配管には、
高圧検知手段である高圧センサ(11)が設けられている。
一方、圧縮機(1)の吸入側配管には、低圧検知手段であ
る低圧センサ(12)が設けられている。

【００２５】また、圧縮機(1)の吐出側配管には、圧縮
機の吐出冷媒温度を検出する温度検知手段である吐出温
度センサ(13)が取り付けられている。圧縮機(1)の吸入
側配管には、圧縮機の吸入冷媒温度を検出する温度検知
手段である吸入温度センサ(15)が取り付けられている。
室内側電子膨張弁(6)と室内側熱交換器(7)との間には、
暖房運転時に凝縮器出口の冷媒の温度検知手段となる第
１温度センサ(14)が設けられている。室内側熱交換器
(7)と四路切換弁(2)との間には、室内側熱交換器(7)が
蒸発器となるときに蒸発器出口の冷媒温度を検出する第
２温度センサ(16)が設けられている。

【００２６】図２に示すように、室外側制御手段(40)
は、主に入力部(41)、演算部(42)、制御部(43)、及び記
憶部(44)から構成されている。

【００２７】入力部(41)は、高圧センサ(11)、低圧セン
サ(12)、吐出温度センサ(13)、及び吸入温度センサ(15)
と電気的に接続され、高圧Ｐｄ、低圧Ｐｓ、吐出温度Ｔ
ｄ、及び吸入温度Ｔｓの情報を受け取るように構成され
ている。

【００２８】記憶部(44)には、非共沸混合冷媒について
の圧力に対する相当飽和ガス温度及び相当飽和液温度が
記憶されている。本形態では、予め相当飽和ガス温度及
び相当飽和液温度を圧力の関数として定式化しておき、
その関数式を記憶部(44)に記憶させている。

【００２９】演算部(42)は、入力部(41)から圧力及び温
度情報を受け取り、記憶部(44)の関数式を参照しながら
冷媒のスーパーヒートまたはサブクールを演算する部分
である。

【００３０】制御部(43)は、室外側電子膨張弁(4)と接
続されており、演算部(42)の演算結果を基にして、室外
側電子膨張弁(4)に信号を与え、その開度を調整する部
分である。

【００３１】一方、図３に示すように、室内側制御手段
(50)は、主に入力部(51)、演算部(52)及び制御部(53)か
ら構成されている。

【００３２】入力部(51)は、第１温度センサ(14)及び第
２温度センサ(16)と接続されている。また、入力部(51)
は、室外側制御手段(40)の演算部(42)とも電気的に接続
されており、暖房運転時に演算部(42)から凝縮圧力の相
当飽和液温度の情報を入手するように構成されている。

【００３３】演算部(52)は、入力部(51)からの入力情報
に基づいて、冷媒のスーパーヒートまたはサブクールを
演算する部分である。

【００３４】制御部(53)は、演算部(52)の演算結果に基
づき、室内側電子膨張弁(6)に制御信号を与えてその開
度を調整する部分である。

【００３５】−空気調和装置(30)の運転− 次に、空気調和装置(30)の冷房運転及び暖房運転につい
て説明する。

【００３６】−暖房運転− 暖房運転においては、四路切換弁(2)は、図１に示す破
線側に設定される。

【００３７】まず、冷媒回路(20)における冷媒の循環動
作について説明する。圧縮機(1)から吐出された冷媒
は、四路切換弁(2)を通過し、室内側熱交換器(7,7,…)
に流入する。この冷媒は、室内側熱交換器(7,7,…)で室
内空気と熱交換して凝縮する。この際、室内空気は加熱
され、室内の暖房が行われる。凝縮した冷媒は、室内側
熱交換器(7,7,…)を流出後、室内側電子膨張弁(6,6,…)
及び室外側電子膨張弁(4)で減圧され、膨張して気液二
相冷媒となる。この際、室内側熱交換器(7)出口の冷媒
のサブクールが所定値になるように室内側電子膨張弁
(6)の開度が制御され、圧縮機(1)の吸入スーパーヒート
が所定値になるように室外側電子膨張弁(4)の開度が制
御される。室外側電子膨張弁(4)を通過した気液二相冷
媒は、室外側熱交換器(3)で室外空気と熱交換して蒸発
する。蒸発した冷媒は、四路切換弁(2)及びアキュムレ
ータ(8)を経た後、圧縮機(1)に吸入される。

【００３８】−サブクール制御− 次に、図４を参照しながら、各室内ユニット(U2,U2,…)
におけるサブクール制御について説明する。

【００３９】まず、室外側制御手段(40)の入力部(41)
が、高圧センサ(11)から高圧Ｐｄ、つまり凝縮圧力の情
報を受け取る（ステップＳ１）。また、室内側制御手段
(50)の入力部(51)は、第１温度センサ(14)から、凝縮器
たる室内側熱交換器(7)出口の液冷媒の温度Ｔｌを受け
取る（ステップＳ２）。

【００４０】そして、室外側制御手段(40)の演算部(42)
は、記憶部(44)に記憶された混合冷媒の圧力と相当飽和
ガス温度及び相当飽和液温度との関係式を参照して、凝
縮圧力に対する相当飽和液温度Ｔｃｌを演算する（ステ
ップＳ３）。そして、この相当飽和液温度Ｔｃｌの情報
を室内側制御手段(50)の入力部(51)に伝達する。

【００４１】室内側制御手段(50)の入力部(51)は、相当
飽和液温度Ｔｃｌ及び凝縮器出口温度Ｔｌを演算部(52)
に伝達する。

【００４２】演算部(52)は、入力部(51)から送られてき
た情報に基づき、凝縮器出口のサブクールを演算する
（ステップＳ４）。なお、凝縮器出口サブクールＳＣは
ＳＣ＝Ｔｌ−Ｔｃｌから求められる。そして、演算部(5
2)は、凝縮器出口サブクールの情報を、制御部(53)に伝
達する。

【００４３】制御部(53)は、凝縮器出口サブクールが予
め設定された制御目標値になるように室内側電子膨張弁
(6)の開度を制御する（ステップＳ５）。例えば、上記
サブクールが目標値よりも小さい場合には室内側電子膨
張弁(6)の開度を小さくし、目標値よりも大きいときは
開度を大きくする。

【００４４】以上のようにして、各室内ユニット(U2,U
2,…)における凝縮器出口のサブクールが一定に制御さ
れ、空気調和装置(30)は精度の良い安定した暖房運転を
行う。なお、本制御にあっては、室外側制御手段(40)か
ら室内側制御手段(50)には、相当飽和液温度Ｔｃｌのみ
が伝達される。

【００４５】−吸入スーパーヒート制御− 次に、図４を参照しながら、室外ユニット(U1)における
吸入スーパーヒート制御について説明する。

【００４６】まず、室外側制御手段(40)の入力部(41)
が、低圧センサ(12)から低圧、つまり蒸発圧力の情報を
受け取る（ステップＳ１１）とともに、吸入温度センサ
(15)から吸入温度Ｔｓの情報を受け取る（ステップＳ１
２）。そして、蒸発圧力及び吸入温度Ｔｓの情報を演算
部(42)に伝達する。

【００４７】次に、演算部(42)は、記憶部(44)に記憶さ
れた混合冷媒の圧力と相当飽和ガス温度及び相当飽和液
温度との関係式を参照して、蒸発圧力に対する相当飽和
ガス温度Ｔｅｇを演算する（ステップＳ１３）。そし
て、相当飽和ガス温度Ｔｅｇ及び吸入温度Ｔｓから、吸
入スーパーヒートＳＨを演算する（ステップＳ１４）。
なお、吸入スーパーヒートＳＨは、ＳＨ＝Ｔｓ−Ｔｅｇ
から算出される。その後、演算部(42)は、演算した吸入
スーパーヒートの情報を制御部(43)に伝達する。

【００４８】制御部(43)は、吸入スーパーヒートが予め
設定した所定値、つまり制御目標値になるように、室外
側電子膨張弁(4)の開度を調整する（ステップＳ５）。
例えば、吸入スーパーヒートが目標値よりも小さいとき
は室外側電子膨張弁(4)の開度を小さくし、目標値より
も大きいときはその開度を大きくする。

【００４９】以上のようにして、吸入スーパーヒートが
所定値になるように制御が行われ、空気調和装置(30)は
精度の良い安定した暖房運転を行う。

【００５０】−吐出スーパーヒート検知による圧縮機
(1)の保護制御− 本空気調和装置(30)では、上記のサブクール制御及び吸
入スーパーヒート制御に加え、圧縮機(1)への液バック
を防止して圧縮機(1)を保護するため、以下に説明する
吐出スーパーヒートの検知及び制御を行っている。

【００５１】上記の吸入スーパーヒート制御では、吸入
温度センサ(15)で検出した吸入冷媒温度が飽和ガス温度
よりも小さい場合には、どの程度の液冷媒が圧縮機(1)
に吸入されているかは不明である。そのため、本空気調
和装置(30)では、このような場合に、吸入される液冷媒
は問題にならないほど微量なのか、または運転を継続す
ると液圧縮等の問題を起こす程度に大量なのかを判断す
ることとしている。

【００５２】すなわち、圧縮機(1)の吐出冷媒のスーパ
ーヒートを演算し、この吐出スーパーヒートが所定値以
上であれば、圧縮機(1)に吸入される液冷媒は微量であ
ると判断し、そのままの運転状態を継続する。一方、吐
出スーパーヒートが所定値よりも小さければ、大量の液
冷媒が吸入されていると判断し、室外側電子膨張弁(4)
の開度を小さく設定して、液冷媒の流入を防止してい
る。

【００５３】具体的には、図６に示すように、まず、高
圧センサ(11)から凝縮圧力が検知され（ステップＳ２
１）、室外側制御手段(40)の入力部(41)に伝達される。
また、入力部(41)は吐出温度センサ(13)から吐出温度Ｔ
ｄを受け取る（ステップＳ２２）。そして、入力部(41)
は凝縮圧力を演算部(42)に伝達し、演算部(42)は記憶部
(44)に蓄えられた情報を参照して、凝縮圧力に対する相
当飽和ガス温度Ｔｃｇを演算する（ステップＳ２３）。
さらに、演算部(42)は、この相当飽和ガス温度Ｔｃｇ及
び吐出温度Ｔｄから、吐出スーパーヒートＳＨ＝Ｔｄ−
Ｔｃｇを演算する（ステップＳ２４）。そして、吐出ス
ーパーヒートＳＨと予め定めた所定値ＳＨ１との大小を
比較し（ステップＳ２５）、吐出スーパーヒートＳＨが
所定値ＳＨ１以上であれば、吸入されている液冷媒は微
量であると判断し、そのままの運転状態を継続する（ス
テップＳ２６）。一方、吐出スーパーヒートＳＨが所定
値ＳＨ１よりも小さいときは、相当量の液冷媒が吸入さ
れていると判断し、吐出スーパーヒートＳＨが所定値Ｓ
Ｈ１以上となるように、室外側電子膨張弁(4)の開度を
絞り気味に制御する（ステップＳ２７）。

【００５４】このようにして、液冷媒の大量の吸い込み
は防止され、圧縮機(1)は確実に保護される。

【００５５】以上が空気調和装置(30)の暖房運転であ
る。

【００５６】なお、記憶部(44)の情報から高圧冷媒圧力
または低圧冷媒圧力に対する相当飽和液温度または相当
飽和ガス温度を演算するのは、それぞれの対応関係を記
憶しておき、その記憶から対応する相当飽和液温度また
は相当飽和ガス温度を導出するものであってもよく、ま
た、それぞれの対応関係を数式化しておいて、数式から
対応する相当飽和液温度または相当飽和ガス温度を導出
するものであってもよい。つまり、入力に対して対応す
る出力ができるものであれば何でもよい。

【００５７】−冷房運転− 冷房運転においては、四路切換弁(2)は、図１に示す実
線側に設定される。

【００５８】圧縮機(1)から吐出された冷媒は、四路切
換弁(2)を通過し、室外側熱交換器(3)で外気と熱交換し
て凝縮する。そして、凝縮した液冷媒は、室外側電子膨
張弁(4)及びレシーバ(5)を通過し、各室内ユニット(U2)
に分流する。分流した冷媒は、室内側電子膨張弁(6)で
減圧されて膨張し、二相状態となって室内側熱交換器
(7)に流入する。室内側熱交換器(7)において、二相冷媒
は室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空
気は冷却され、室内の冷房が行われる。蒸発した冷媒
は、室内側熱交換器(7)を流出後、四路切換弁(2)及びア
キュムレータ(8)を通過し、圧縮機(1)に吸入される。

【００５９】室内ユニット(U2)においては、室内側電子
膨張弁(6)の制御は以下のように行われている。

【００６０】すなわち、図７に示すように、まず、室内
側制御手段(50)の入力部(51)が、第１温度検知手段たる
第１温度センサ(14)から蒸発器入口の冷媒温度Ｔｉｎを
検出し、第２温度検知手段たる第２温度センサ(16)から
蒸発器出口の冷媒温度Ｔｏｕｔを検出する（ステップＳ
３１）。

【００６１】次に、演算部(52)が入力部(51)から入口冷
媒温度Ｔｉｎ及び出口冷媒温度Ｔｏｕｔの情報を受け取
り、蒸発器出入口での冷媒温度差Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎから
所定温度ΔＴＡを引くことにより、蒸発器出口における
冷媒のスーパーヒート(SH)を演算する（ステップＳ３
２）。つまり、蒸発器出口スーパーヒートＳＨ＝Ｔｏｕ
ｔ−Ｔｉｎ−ΔＴＡを演算する。ここで、ΔＴＡは、図
８に示すように、圧力一定の下での冷媒のエンタルピ変
化に伴う温度変化である。言い換えれば、非共沸混合冷
媒の蒸発に伴う温度変化である。本空気調和装置では運
転条件が大きく変わることはないので、便宜的に、予め
実験等に基づいて定めた一定値をΔＴＡとしている。

【００６２】そして、この蒸発器出口スーパーヒート(S
H)と予め定めた制御目標値である所定値との比較を行
い、蒸発器出口スーパーヒート(SH)が制御目標値になる
ように室内側電子膨張弁(6)の開度を制御する（ステッ
プＳ３３）。

【００６３】以上のようにして、室内側電子膨張弁(6)
の開度が制御され、空気調和装置(30)は精度の良い安定
した冷房運転を行う。

【００６４】なお、この冷房運転においても、暖房運転
と同様に、吐出スーパーヒートの検知による圧縮機(1)
の保護制御が行われている。

【００６５】−空気調和装置(30)の効果− このように、本空気調和装置(30)においては、室外側制
御手段(40)の記憶部(44)が混合冷媒の圧力に対する相当
飽和ガス温度及び相当飽和液温度の２種類の相当飽和温
度を記憶しているので、冷媒のスーパーヒートの演算に
際しては相当飽和ガス温度を、サブクールの演算に際し
ては相当飽和液温度を相当飽和温度として用いることが
できる。従って、スーパーヒート及びサブクールの演算
を正確に行うことができる。

【００６６】そして、正確に演算されたスーパーヒート
またはサブクールに基づいて室外側電子膨張弁(4)また
は室内側電子膨張弁(6,6,…)の開度を制御しているの
で、非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置(30)に対し
て、精度の良い安定した暖房運転または冷房運転を行う
ことが可能となる。

【００６７】さらに、室外側制御手段(40)から室内側制
御手段(50)へは、相当飽和液温度のみが伝達されるの
で、制御手段の構成が簡単になり、また、制御の信頼性
が向上する。

【００６８】また、吐出スーパーヒートを検知すること
により、圧縮機(1)の保護制御を行っているので、圧縮
機(1)に大量の液冷媒が流れ込むことはなく、圧縮機(1)
の信頼性が向上する。その結果、空気調和装置(30)の信
頼性を向上することができる。

【００６９】また、冷房運転において、蒸発器入口温度
(Tin)及び蒸発器出口温度(Tout)のみから、蒸発器出口
スーパーヒートを演算している。そのため、蒸発器出口
スーパーヒートを簡易に算出することができる。その
際、所定温度ΔＴＡを導入しているので、蒸発に伴い温
度が変化するという非共沸混合冷媒の特性を考慮するこ
とができる。従って、非共沸混合冷媒の蒸発器出口スー
パーヒートを容易かつ正確に算出することが可能とな
る。

【００７０】（本発明の実施形態） 上記の空気調和装置の暖房運転では、サブクール制御及
び吸入スーパーヒート制御により運転制御を行っていた
が、吸入スーパーヒート制御の代わりに吐出スーパーヒ
ート制御を行っても良い。つまり、サブクール制御及び
吐出スーパーヒート制御により、運転制御を行っても良
い。

【００７１】すなわち、通常の条件では、吐出スーパー
ヒートと吸入スーパーヒートとの間には一定の関係があ
り、吐出スーパーヒートが大きくなれば吸入スーパーヒ
ートも大きくなり、吐出スーパーヒートが小さくなれば
吸入スーパーヒートも小さくなる。そこで、吐出スーパ
ーヒートを予め定めておいた所定値になるように室外側
電子膨張弁(4)の開度を制御することにより、吸入スー
パーヒート制御と同様の効果を得ることができる。

【００７２】この場合、圧力の検出は高圧側だけで足
り、低圧センサ(12)を設ける必要がない。そのため、空
気調和装置(30)を安価に構成することができる。

【００７３】（変形例） 上記空気調和装置の冷房運転では、蒸発器出口スーパー
ヒートの演算に際し、冷媒の蒸発に伴う温度変化ΔＴＡ
を一定値にしていた。しかし、ΔＴＡは一定値に限られ
ず、運転状態に応じて変化するものであってもよい。例
えば、ΔＴＡを、蒸発器入口温度(Tin)または蒸発器出
口温度(Tout)の関数として設定してもよい。具体的に
は、ΔＴＡをそれら温度（Tin,Tout)の関数式として定
式化しておいてもよい。また、予め蒸発圧力(Pe)、蒸発
器入口温度(Tin)または蒸発器出口温度(Tout)等に応じ
てテーブル（対応表）を作成しておき、このテーブルに
基づいて変化するように設定してもよい。このように、
ΔＴＡを運転状態に応じて変化するように設定すること
により、蒸発器出口スーパーヒートをより正確に演算す
ることができ、運転制御の精度を一層向上させることが
できる。

【００７４】なお、上記の実施形態において、冷媒回路
(20)に充填する冷媒はＲ４１０Ａ等の他の非共沸混合冷
媒であってもよいことは勿論である。

【００７５】また、本発明でいうところの冷凍装置は、
狭義の冷凍装置に限られず、ヒートポンプ式空気調和装
置、冷房専用機、暖房専用機、冷蔵装置等を含む広い意
味での冷凍装置である。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、記憶手段が非共沸混合
冷媒の圧力に対する相当飽和ガス温度及び相当飽和液温
度の情報を記憶しており、演算手段はこの情報に基づい
て、凝縮圧力に対する相当飽和液温度から凝縮器出口の
サブクールを演算するので、凝縮器出口のサブクールを
正確に算出することができる。その結果、冷凍装置の機
器の制御等を精度良く行うことが可能となる。

【００７７】正確に算出されたサブクールに基づいてサ
ブクール制御を行うことができ、精度の良い安定した暖
房運転を行うことが可能となる。

【００７８】記憶手段が非共沸混合冷媒の圧力に対する
相当飽和ガス温度及び相当飽和液温度の情報を記憶して
おり、演算手段はこの情報に基づいて、凝縮圧力に対す
る相当飽和ガス温度から吐出スーパーヒートを演算する
ので、吐出スーパーヒートを正確に算出することができ
る。その結果、冷凍装置の機器の制御等を精度良く行う
ことが可能となる。

【００７９】正確に算出された吐出スーパーヒートに基
づいて吐出スーパーヒート制御等を行うことができ、精
度の良い安定した運転を行うことが可能となる。

【００８０】室外側制御手段から室内側制御手段に伝達
される情報は相当飽和液温度のみで足りるので、制御手
段の構成を簡単化することができる。

【００８１】請求項２記載の発明によれば、圧縮機に液
冷媒が吸入されて吸入スーパーヒートの算出が困難にな
った場合であっても、吐出スーパーヒートを検知するこ
とにより、圧縮機に吸入されている液冷媒の量を推定す
ることができる。そして、吐出スーパーヒートが所定値
以上のときは、吸入されている液冷媒は少量であると判
断してそのままの運転状態を継続する一方、所定値より
も小さいときは、吸入されている液冷媒が多いと判断し
て熱源側膨張弁または利用側膨張弁の開度を制御するこ
とにより、吸入液冷媒の量を減少させることができる。
そのため、圧縮機への大量の液冷媒の吸入を防止するこ
とができ、圧縮機の信頼性及び冷凍装置の信頼性を向上
することができる。

【００８２】請求項３記載の発明によれば、一定圧力下
において相変化を行う際に温度が変化するという非共沸
混合冷媒の特性を考慮した上で、蒸発器出口スーパーヒ
ートを演算することが可能になる。そのため、蒸発器出
口スーパーヒートを正確に算出することができ、冷凍装
置の機器の制御等を正確に行うことが可能となる。

【００８３】請求項４記載の発明によれば、さらに、運
転状態に伴って変化する蒸発器入口温度や蒸発器出口温
度に応じて、蒸発器出口スーパーヒートを演算すること
ができる。つまり、運転状態に応じて、蒸発器出口スー
パーヒートをより正確に算出することが可能となる。

【００８４】正確に算出された蒸発器出口スーパーヒー
トに基づいてスーパーヒート制御を行うことができ、精
度の良い安定した冷房運転を行うことが可能となる。

【００８５】利用側ユニットに圧力センサを設けなくて
も、利用側膨張弁をスーパーヒート制御することが可能
となる。従って、冷凍装置の低コスト化を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和装置の冷媒回路図である。

【図２】室外側制御手段の構成図である。

【図３】室内側制御手段の構成図である。

【図４】サブクール制御のフローチャートである。

【図５】吸入スーパーヒート制御のフローチャートであ
る。

【図６】吐出スーパーヒート検知による圧縮機保護制御
のフローチャートである。

【図７】冷房運転時の室内側電子膨張弁の制御のフロー
チャートである。

【図８】非共沸混合冷媒のモリエル線図である。

【図９】（ａ）は単一冷媒のモリエル線図、（ｂ）は非
共沸混合冷媒のモリエル線図である。

【符号の説明】

(1) 圧縮機 (3) 室外側熱交換器 (4) 室外側電子膨張弁 (6) 室内側電子膨張弁 (7) 室内側熱交換器 (11) 高圧センサ (12) 低圧センサ (13) 吐出温度センサ (14) 第１温度センサ (15) 吸入温度センサ (16) 第２温度センサ (40) 室外側制御手段 (42) 演算部 (44) 記憶部 (43) 制御部 (50) 室内側制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古田 真 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社 堺製作所 金岡工場内 (56)参考文献 特開 平９−138021（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−60988（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−60987（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−208835（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−145484（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 49/02 F25B 13/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機(1)、四路切換弁(2)、熱源側熱交
   換器(3)、熱源側膨張弁(4)、利用側膨張弁(6)、及び利
   用側熱交換器(7)が順に接続されて構成され非共沸混合
   冷媒が循環する冷媒回路(20)を備え、少なくとも該利用
   側熱交換器(7)で冷媒が凝縮する暖房運転を行う冷凍装
   置であって、 高圧側の冷媒圧力を検出する高圧検知手段(11)と、 上記圧縮機(1)の吐出冷媒温度を検出する吐出温度検知
   手段(13)と、 上記利用側膨張弁(6)と上記利用側熱交換器(7)との間に
   設けられた第１温度検知手段(14)と、 上記非共沸混合冷媒の圧力を相当飽和ガス温度及び相当
   飽和液温度に換算するための情報を記憶している記憶部
   (44)と、上記高圧検知手段(11)から高圧冷媒圧力を受け
   取り、該記憶部(44)の該情報から該高圧冷媒圧力に対す
   る相当飽和液温度および相当飽和ガス温度を演算し、暖
   房運転時には上記吐出温度検知手段(13)で検出した吐出
   冷媒温度と該高圧冷媒圧力に対する相当飽和ガス温度と
   から吐出スーパーヒートを演算する演算部(42)と、該演
   算部(42)から吐出スーパーヒートを受け取り、該吐出ス
   ーパーヒートが予め定められた所定値になるように上記
   熱源側膨張弁(4)の開度を制御する制御部(43)とを有す
   る熱源側制御手段(40)と、 暖房運転時に、上記第１温度検知手段(14)から上記利用
   側熱交換器(7)の出口冷媒温度を受け取るとともに、上
   記記憶部(44)から高圧冷媒圧力に対する相当飽和液温度
   を受け取り、該利用側熱交換器(7)の出口冷媒温度と該
   相当飽和液温度とから利用側熱交換器(7)出口のサブク
   ールを演算する演算部(52)と、該演算部(52)から該サブ
   クールを受け取り、該サブクールが予め定められた所定
   値になるように上記利用側膨張弁(6)の開度を制御する
   制御部(53)とを有する利用側制御手段(50)とを備えてい
   ることを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷凍装置であって、 熱源側制御手段(40)の演算部(42)は、吐出スーパーヒー
   ト(SH)が予め定められ た所定値(SH1)よりも小さいとき
   には該吐出スーパーヒート(SH)が該所定値(SH1)以上に
   なるように熱源側膨張弁(4)または利用側膨張弁(6)の開
   度を制御することを特徴とする冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の冷凍装置であって、 冷房運転時に蒸発器となる利用側熱交換器(7)の出口冷
   媒温度(Tout)を検出する第２温度検知手段(16)を備え、 利用側制御手段(50)の演算部(52)は、冷房運転時に第１
   及び第２温度検知手段(14,16)で検出した利用側熱交換
   器(7)の入口冷媒温度(Tin)及び出口冷媒温度(Tout)を受
   け取り、該出口冷媒温度(Tout)から入口冷媒温度(Tin)
   を引いて演算される出入口冷媒温度差から、上記非共沸
   混合冷媒の蒸発に伴う温度変化分として予め定められた
   一定温度(ΔTA)を引くことにより、蒸発器出口スーパー
   ヒート(SH)を演算し、 利用側制御手段(50)の制御部(53)は、冷房運転時に蒸発
   器出口スーパーヒート(SH)が予め定められた所定値にな
   るように利用側膨張弁(6)の開度を制御することを特徴
   とする冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の冷凍装置であって、 冷房運転時に蒸発器となる利用側熱交換器(7)の出口冷
   媒温度(Tout)を検出する第２温度検知手段(16)を備え、 利用側制御手段(50)の演算部(52)は、冷房運転時に第１
   及び第２温度検知手段(14,16)で検出した利用側熱交換
   器(7)の入口冷媒温度(Tin)及び出口冷媒温度(Tout)を受
   け取り、該出口冷媒温度(Tout)から入口冷媒温度(Tin)
   を引いて演算される出入口冷媒温度差から、上記非共沸
   混合冷媒の蒸発に伴う温度変化分として予め該入口冷媒
   温度(Tin)と出口冷媒温度(Tout)の関数として定められ
   た所定温度(ΔTA)を引くことにより、蒸発器出口スーパ
   ーヒート(SH)を演算し、 利用側制御手段(50)の制御部(53)は、冷房運転時に蒸発
   器出口スーパーヒート(SH)が予め定められた所定値にな
   るように利用側膨張弁(6)の開度を制御することを特徴
   とする冷凍装置。