JP3463710B2

JP3463710B2 - 非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置

Info

Publication number: JP3463710B2
Application number: JP06794995A
Authority: JP
Inventors: 文雄松岡; 史武畝▲崎▼; 次郎岡島; 誠司井上; 節中村; 秀一谷; 智彦河西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JPH08261576A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷凍サイクルの作動
媒体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図３は例えば特開平６−１０１９１２号
公報に開示された従来の非共沸二種混合冷媒の特性を表
す気液平衡線図であり、図４は同冷凍装置の図であり、
図５は静電容量型組成検知センサーである。なお、一般
的に非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒を二種類類以
上の冷媒を混合したものである。

【０００３】次に、この図３について説明すると、この
図３の横軸は冷媒の組成比Ｘを表し、縦軸は温度を表
し、圧力をパラメータとしている。即ち、この図３にお
いて、組成比Ｘ＝０は、高沸点冷媒のみの組成特性を表
し、また、組成比Ｘ＝１．０は、低沸点冷媒のみの組成
特性を表す。また、混合冷媒の初期組成比が決まると、
図３に示すように、それぞれの温度および圧力に対する
飽和液線、飽和蒸気線が決まり、この飽和液線より下は
過冷却状態、飽和蒸気線より上は過熱状態、飽和液線と
飽和蒸気線で囲まれた部分は気・液二相状態と決まる。
従って、図３から初期冷媒組成比における冷凍サイクル
内の各部位の冷媒特性を読み出すことができるようにな
る。即ち、図４に示した冷凍装置の各部位の記号を、例
えば、点１は圧縮機出口部、点２は凝縮器出口部、点３
は蒸発器入口部、点４は圧縮機入口部の記号とすれば、
この点１から点４で表された各部位の初期組成比Ｘ０で
封入された冷媒特性は、図３の初期組成比Ｘ０線上の点
１から点４で表される。

【０００４】次に、非共沸混合冷媒を熱媒体とした冷凍
装置の動作について説明する。一般に、エアコンや冷凍
機等の密閉式冷凍サイクル装置では、冷媒が装置の熱交
換器の伝熱管や、あるいは各機器の接続部から外部への
漏れるのは、皆無ではない。例えば、組成Ｘａ１の液
と、組成Ｘａ２の蒸気が存在する図３の点Ａで漏れた場
合、液で漏れると組成Ｘａ１の冷媒が漏れ、蒸気で漏れ
ると組成Ｘａ２の冷媒が漏れることになる。このよう
に、冷媒が液で漏れるか、蒸気で漏れるかで、冷凍装置
内に残る冷媒の組成は、大きく相違する。即ち、冷媒が
液状態で漏れると、残された混合冷媒の組成は、低沸点
冷媒比率の多いＸａ２に近づいた状態の組成となり、冷
媒が蒸気状態で漏れると、高沸点冷媒比率の多いＸａ１
に近づいた状態の組成となる。なお、冷媒が気・液混合
状態で漏れたときは、気・液冷媒の漏れ比率によって残
存組成が決まる。

【０００５】また、この図３からもわかる通り、同ー圧
力で、設計（初期）冷媒組成Ｘ０と低沸点冷媒比率の多
いＸａ２の組成とを比較すると、組成Ｘａ２の方が温度
は低くなり、また、設計冷媒組成Ｘ０と高沸点冷媒比率
の多いＸａ１の組成とを比較すると、組成Ｘａ１の方が
温度は高くなる。また、一般的に、低沸点冷媒の組成比
率が多くなると、吐出圧力および吸入圧力が高くなり、
冷却能力も大きくなる。逆に、高沸点冷媒組成比率が多
くなると、吐出圧力および吸入圧力が低くなり、冷却能
力も小さくなる。

【０００６】このように、冷媒が液状態で漏れるか、蒸
気状態で漏れるかによって初期冷媒の組成が変化し、冷
凍サイクルの各部の温度や、圧力や、冷却能力が大幅に
変化するため、図５に示す静電容量型の循環組成検知セ
ンサーを、全てガス一相の飽和ガス、もしくは全て液一
相の飽和液ラインの部位に設置し、この循環組成検知セ
ンサーの検出結果に基づいて冷凍装置内の各機器を制御
したり、漏れた冷媒組成に対応して冷媒を補給したりし
て、冷凍サイクルの各種不具合を防止していた。なお、
組成検知センサーの原理は、各混合冷媒、例えば、ＨＦ
Ｃ１３４ａとＨＦＣ３２とからなる混合冷媒のそれぞれ
の静電容量の変化値を利用したものである。即ち、同一
漏量に対し、静電容量変化値の大きいＨＦＣ３２と小さ
いＨＦＣ１３４ａとの混合比に対応した静電容量変化値
を予め設定し、この設定した静電容量変化値と、検出し
た静電容量変化値とを比較して、冷媒の漏れ量を検出す
るものである。

【０００７】しかし、このような組成検知センサーで
は、図３からもわかるように、冷媒が気・液混合状態で
は、その冷媒の温度・圧力がわかっても、この温度・圧
力に対する組成比に幅があるため、組成比を特定するこ
とができないと言う欠点がある。従って、前述したよう
に、全てガス一相冷媒、もしくは全て液一相冷媒である
部分に設置していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の非
共沸二種混合冷媒搭載の冷凍装置では、二種混合冷媒は
検出できるものの、三種混合冷媒の組成を考慮していな
いために、三種混合冷媒の組成に応じた制御を行えな
い、即ち、三種混合冷媒を搭載できないという問題点が
あった。また、二種混合冷媒においても、全てガス一相
の飽和ガス、または全て液一相の飽和液の部位では冷媒
組成を検出できるものの、それ以外の部位では冷媒組成
を検出できない。即ち、比熱の小さい飽和ガスの部位は
外気変動や各機器の制御状態によって、直ズレて確定で
きない。また、全て液一相の飽和液で満たされた部位で
ある高圧液ラインも、冷媒が漏れて、気・液混合状態に
なった時（冷媒が漏れて、冷媒組成を最も知りたい時）
に、冷媒組成を検出できないため、冷凍サイクルの運転
を制御できないという問題点があった。

【０００９】この発明は、以上説明したような課題を解
決するためになされたもので、第１の目的は、非共沸混
合冷媒搭載の冷凍装置において、その循環組成を検知
し、その検知した組成から冷凍サイクルの運転を制御し
て、循環冷媒組成が変化した場合でも、安定した冷凍サ
イクで運転する信頼性の高い冷凍装置を得る。

【００１０】また、第２の目的は、非共沸混合冷媒搭載
の冷凍装置において、その循環組成を検知し、その検知
組成から冷凍サイクルの循環組成を制御して、冷媒組成
が変化した場合でも、安定した冷凍サイクルで運転する
信頼性の高い冷凍装置を得る。

【００１１】また、第３の目的は、非共沸混合冷媒搭載
の冷凍装置において、熱源側熱交換器の周囲温度を検出
し、その検出した周囲温度から冷媒の循環組成を決定
し、この決定した冷媒循環組成で冷凍サイクルを制御
し、周囲温度が変化した場合でも、安定した冷凍サイク
ルで運転する信頼性の高い冷凍装置を得る。

【００１２】また、第４の目的は、非共沸混合冷媒搭載
の冷凍装置において、その循環組成を検知し、その検知
組成と設定組成ゾーンとを比較して、検知組が設定ゾー
ンからはずれた時に、冷凍装置内の滞留冷媒を回収して
循環させ、冷媒が漏洩した場合でも、冷媒を補填しなが
ら安定した冷凍サイクルで運転する信頼性の高い冷凍装
置を得る。

【００１３】また、第５の目的は、非共沸混合冷媒搭載
の冷凍装置において、その循環組成を検知し、その組成
に基づいて冷凍サイクル内の残存冷媒トータル組成を求
め、この求めた組成を表示して、冷凍サイクルの運転状
況を的確に把握できる信頼性の高い冷凍装置を得る。

【００１４】また、第６の目的は、、非共沸混合冷媒搭
載の冷凍装置において、その循環組成を検知し、その検
知した組成と基準組成とを比較してその差を求め、その
結果を表示し、冷媒が漏洩した場合でも、残存冷媒トー
タル組成から適切な冷媒の再充填が簡単に行える使い勝
手の良い冷凍装置を得る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る非共沸混
合冷媒搭載の冷凍装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨
張装置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で
接続され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍
装置において、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュ
ムレータに低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け
少なくとも前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入
される低圧の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環
組成を検出する循環組成検知手段と、この循環組成検知
手段の検出結果に基づいて前記冷凍装置の冷凍サイクル
を制御する演算制御手段と、を備えたものである。

【００１６】また、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装
置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続
され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置
において、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレ
ータに低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け少な
くとも前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入され
る低圧の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成
を検出する循環組成検知手段と、この循環組成検知手段
の検出結果に基づいて前記非共沸混合冷媒の循環組成を
制御する循環組成制御手段と、を備えたものである。

【００１７】また、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装
置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続
され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置
において、前記熱源側熱交換器の周囲温度を検出する検
出手段と、この検出手段の検出結果に基づいて前記非共
沸混合冷媒の循環組成を決定する目標循環組成決定手段
と、高圧液冷媒の一部を減圧および熱交換して前記アキ
ュムレータに低圧ガス又は気・液二相としてバイパスさ
せる第２のバイパス回路を設けこのバイパスさせる冷媒
量を増減させて前記目標循環組成決定手段の決定結果に
基づいて前記非共沸混合冷媒の循環組成を制御する循環
組成制御手段と、を備えたものである。

【００１８】また、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装
置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続
され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置
において、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレ
ータに低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け少な
くとも前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入され
る低圧の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成
を検出する循環組成検知手段と、この循環組成検知手段
の検出結果と設定組成ゾーンを比較して、前記検出結果
が設定ゾーンから外れたときに、前記冷凍装置内の滞留
冷媒を回収する冷媒回収制御装置と、を備えたものであ
る。

【００１９】また、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装
置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続
され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置
において、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレ
ータに低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け少な
くとも前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入され
る低圧の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成
を検出する循環組成検知手段と、この循環組成検知手段
の検出結果に基づいて前記非共沸混合冷媒の残存トータ
ル組成を演算する残存トータル組成演算手段と、この残
存トータル組成演算手段の演算結果を表示する残存トー
タル組成残存トータル組成表示装置と、を備えたもので
ある。

【００２０】また、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装
置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続
され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置
において、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレ
ータに低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け、前
記低圧二相冷媒の温度と、前記低圧二相冷媒のエンタル
ピと等価なエンタルピとなる前記高圧側の冷媒液温度
と、前記非共沸混合冷媒の低圧飽和ガス温度を検出する
低圧飽和ガス温度と、前記圧縮機に吸入される低圧の圧
力と、を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を求め
る循環組成検知手段と、この循環組成検知手段の検出結
果に基づいて前記冷凍装置の冷凍サイクルを制御する演
算制御手段と、を備えたものである。

【００２１】また、高圧液冷媒の一部を減圧および熱交
換して前記アキュムレータに低圧ガス又は気・液二相と
してバイパスさせる第２のバイパス回路を設け、この第
２のバイパス回路を流れる前記共沸混合冷媒を断熱膨張
させる可変絞り弁と、この可変絞り弁通過後の冷媒と前
記熱源側熱交換器通過後の冷媒とを熱交換させるサブク
ールコイルとを備え、前記循環組成検知手段の検出結果
から前記可変絞り弁の開度を制御して前記冷凍装置の冷
媒循環組成を制御するものである。

【００２２】また、前記圧縮機と前記利用側熱交換器と
の間のアキュームレータの吸入配管、および前記圧縮機
の吐出配管との間に設けられ、前記圧縮機が吐出した高
温高圧の冷媒ガスを流すバイパス配管と、このバイパス
配管に取り付けられ、その弁の開閉により前記高温高圧
の冷媒ガスの流れを制御する電磁弁と、前記バイパス配
管に設けられ、前記圧縮機からの高温高圧の冷媒ガスを
高温低圧のガスにする絞り機構と、を備え、前記循環組
成検知手段の検出結果から前記電磁弁を開閉して前記冷
凍装置の冷媒循環組成を制御するものである。

【００２３】また、前記バイパス配管の途中に設けら
れ、前記圧縮機が吐出した高温高圧の冷媒ガスと前記ア
キュームレータの吸入冷媒ガスとを熱交換させる高低圧
熱交換器を備えたものである。

【００２４】また、前記圧縮機と前記利用側熱交換器と
の間に設けられたアキュームレータを備え、前記循環組
成検知手段は、前記アキュームレータ内の冷媒の液面レ
ベルから前記非共沸混合冷媒の循環組成を検出するもの
である。

【００２５】また、前記残存トータル組成演算手段の演
算結果と予め設定された残存トータル組成基準とを比較
して前記冷凍装置内の非共沸混合冷媒の残存トータル組
成を監視する運転状況監視手段を備えたものである。

【００２６】

【作用】上記のように構成された非共沸混合冷媒搭載の
冷凍装置においては、循環組成検知手段が冷凍装置内の
非共沸混合冷媒の循環組成を検出し、この検知した組成
から演算制御手段が冷凍サイクルを制御する。

【００２７】また、循環組成検知手段が冷凍装置内の非
共沸混合冷媒の循環組成を検出し、この検出した組成か
ら循環組成制御手段が非共沸混合冷媒の循環組成を制御
して、冷凍サイクルを安定させる。

【００２８】また、検出手段が熱源側熱交換器の周囲温
度を検出し、この検出結果から目標循環組成決定手段が
非共沸混合冷媒の循環組成を制御して、冷凍サイクルを
安定させる。

【００２９】また、循環組成検知手段が冷凍装置内の非
共沸混合冷媒の循環組成を検知し、この検知した組成と
設定組成ゾーンとを比較して、検知組が設定ゾーンから
はずれた時に、冷凍装置内の滞留冷媒を冷媒回収制御装
置が回収して循環させる。

【００３０】また、循環組成検知手段が冷凍装置内の非
共沸混合冷媒の循環組成を検知し、この検知した循環組
成から残存トータル組成演算手段が冷凍サイクル内の残
存冷媒トータル組成を求め、この求めた組成を残存トー
タル組成表示装置が表示する。

【００３１】また、この循環組成検知手段は、圧縮機と
利用側熱交換器との間のアキュームレータの吸入配管と
熱源側熱交換器の出口配管との間を接続するバイパス回
路に設けられた毛細管の出口温度を検出する低圧二相温
度センサと、熱源側熱交換器からの高圧側冷媒を冷却す
るサブクールコイルの出口温度を検出する液温度センサ
ーと、圧縮機に吸入される非共沸混合冷媒の飽和ガス温
度を検出する低圧飽和ガス温度センサーと、圧縮機の吸
入圧力を検出する低圧圧力センサーとからの各検出結果
から冷凍サイクルの非共沸混合冷媒の循環組成を演算し
て求める。

【００３２】また、この循環組成制御手段は、アキュー
ムレータの吸入配管と熱源側熱交換器の出口側配管との
間を接続するバイパス配管と、このバイパス配管を流れ
る非共沸混合冷媒を断熱膨張させる可変絞り弁と、この
可変絞り弁通過後の冷媒と熱源側熱交換器通過後の冷媒
とを熱交換させるサブクールコイルとで構成され、循環
組成検知手段の検出結果から可変絞り弁の開度を制御し
て冷凍装置の冷媒循環組成を制御する。

【００３３】また、この循環組成制御手段は、アキュー
ムレータの吸入配管と圧縮機の吐出配管との間に設けら
れ、圧縮機が吐出した高温高圧の冷媒ガスを流すバイパ
ス配管と、このバイパス配管に取り付けられ、その弁の
開閉により高温高圧の冷媒ガスの流れを制御する電磁弁
と、このバイパス配管に設けられ、圧縮機からの高温高
圧の冷媒ガスを高温低圧のガスにする絞り機構部と、で
構成され、循環組成検知手段の検出結果から電磁弁を開
閉して冷凍装置の冷媒循環組成を制御する

【００３４】また、この循環組成制御手段は、バイパス
配管の途中に設けられ、圧縮機が吐出した高温高圧の冷
媒ガスとアキュームレータの吸入冷媒ガスとを熱交換さ
せる高低圧熱交換器を備え、高低圧熱交換器が圧縮機か
らの高温の冷媒ガスを最適な温度にしてアキュームレー
タへ供給する。

【００３５】また、この循環組成検知手段は、圧縮機と
利用側熱交換器との間に設けられたアキュームレータ内
の冷媒の液面レベルから非共沸混合冷媒の循環組成を検
出する。

【００３６】また、循環組成検知手段が冷凍装置内の非
共沸混合冷媒の循環組成を検知し、この検知した循環組
成から残存トータル組成演算手段が冷凍サイクル内の残
存冷媒トータル組成を求め、この求めた残存組成と予め
設定された残存トータル組成基準とを運転状況監視手段
が比較して、冷凍装置内の非共沸冷媒混合冷媒の残存ト
ータル組成を監視する。

【００３７】

【実施例】実施例１．以下に、本発明の実施例１について説明する。図１はマ
ルチ型空調機に実施した例である。この図１において、
冷房運転モードの場合、冷媒は実線方向に流れ、暖房モ
ードの場合、冷媒は点線方向に流れる。また、図１にお
いて、１は圧縮機、２は四方弁、３は熱源側熱交換器、
４１、４２は利用側熱交換器制御用の側の膨張装置（Ｌ
ＥＶ４１、ＬＥＶ４２）、４３は熱源側熱交換器制御用
の膨張装置、５１、５２は利用側熱交換器、６はアキュ
ームレータ、７は毛細管、８は可変絞り弁（ＬＥＶ
８）、９はサブクールコイル、１０は冷房運転時、サブ
クールコイル出口の高圧液温度センサー（ＴＨ１０）、
１１は低圧飽和ガス温度センサー（ＴＨ１１）、１２は
低圧圧力センサー（Ｐ１２）、１３は低圧二相温度セン
サー（ＴＨ１３）である。

【００３８】なお、１４は熱源側熱交換器の熱交換能力
を可変にする送風機（図示せず）を示す。水冷式熱交換
器ならポンプに相当する。また、熱交換能力を可変にす
る方法としては、熱交換器の伝熱面積を可変にする電磁
弁を開閉して熱交換能力を可変してもよい。また、１５
はサブクールコイル９出口の低圧冷媒温度センサーであ
る。１６１、１６２は冷房時の利用側熱交換器入口温度
センサー（ＴＨ１６１、ＴＨ１６２）、１７１、１７２
は利用側熱交換器周りの空気温度センサー（ＴＨ１７
１、ＴＨ１７２）、１８１、１８２は冷房時の利用側熱
交換器出口温度センサー（ＴＨ１８１、ＴＨ１８２）、
１９は熱源側熱交換器周りの空気温度センサー（ＴＨ１
９）、２０は冷房運転時、サブクールコイル入口の高圧
液温度センサー（ＴＨ２０）である。この図１では、マ
ルチ型空調機の例で示したが、熱源側熱交換器と利用側
熱交換器との関係が一対一になった空調機でもよい。

【００３９】次に、冷凍サイクルの制御系について説明
する。まず１０１は、圧縮機１、熱源側熱交換器３、膨
張装置４３、および可変絞り弁８の各能力制御を行う第
１の演算制御装置があり、この第１の演算制御装置は、
液温度センサー１０、液温度センサー２０、低圧飽和ガ
ス温度センサー１１、低圧圧力センサー１２、低圧二相
温度センサー１３、サブクールコイル出口の低圧冷媒温
度センサー１５、および熱源側熱交換器周りの空気温度
センサー１９からの信号を受けて、各機器（１、３、４
３、８）の能力または容量を演算し、この演算結果から
圧縮機の回転数、熱源側熱交換器の熱交換能力、および
可変絞り弁の開度を制御する。また、１０２は各利用側
熱交換器の各能力制御を行う第２の演算制御装置があ
り、この第２の演算制御装置は、利用側熱交換器冷媒入
口温度センサー１６１、１６２、出口温度センサー１８
１、１８２、および利用側熱交換器周りの空気温度セン
サー１７１、１７２、から信号を受けて、各膨張装置４
１、４２の能力を演算し、この演算結果に基づいて各膨
張装置４１、４２の開度を制御する。なお、圧縮機１、
熱源側熱交換器３、膨張装置４３、可変絞り弁８の制御
を行う第１の演算制御装置と、各利用側熱交換器の制御
を行う第２の演算制御装置とは信号線で接続され、互い
に連動しながら冷凍サイクルを制御するようになってい
る。

【００４０】次に、冷房運転モード時における循環冷媒
組成の検知動作について説明する。図１に示す冷凍サイ
クルが定常運転状態にある時の冷媒の動作点を図２に示
す。図１及び図２を参照しながら次の条件で説明する。
アキュームレータ６内はＰ₁₂という低圧圧力における飽
和状態にあり、この上部には三種混合冷媒の飽和ガス
（組成ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ ）が存在し、下部に飽和液（組
成ｘ₁ ／ｘ₂ ／ｘ₃ ）が存在するとし、また、圧縮機１
の吸入ガス組成、吐出ガス組成はアキュームレータ６内
飽和ガス組成（ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ ）と同一であるとし、
また、熱源側熱交換器３、３ａ、３ｃ内も利用側熱交換
器５１、５２、４１０、４２０、５２０もガス部、二相
部いづれの配管内も任意の断面を単位時間当たり通過す
る質量流量組成はすべて同一循環組成（ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ
₃ ）であるとする。従って、この条件下で、この循環組
成（ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ ）のモリエル線図上における冷凍
サイクルは図２のように表現できる。ただし、二相部は
別途説明する。

【００４１】また、図１と図２に示したように、圧縮機
１の吸入冷媒ガスは飽和状態ＴＨ₁₁であり、この飽和状
態ＴＨ₁₁の冷媒ガスは圧縮機１で高温高圧に圧縮され、
四方弁２を経由して熱源側熱交換器３に至る。このため
飽和冷媒ガスは３ａまで冷却され、更に飽和液温点３ｂ
を経過して過冷却液温３ｃにまで冷却される。次に、こ
の過冷却冷媒３ｃはサブクールコイル９で更にＴＨ₁₀ま
で冷却され、この冷却された高圧冷媒液ＴＨ₁₀は三方に
わかれて流れる。この内の一部は膨張装置４１，４２で
断熱膨張されて低圧二相冷媒４１_O ，４２_O になる。こ
の低圧二相冷媒は利用側熱交換器５１，５２で蒸発して
飽和ガス５２_O となり、その後配管による圧損を伴ない
つつ四方弁２を経てアキュームレータ６に至る。また一
方の、サブクールコイル９を出た他の高圧冷媒液ＴＨ₁₀
の一部は可変絞り弁８で減圧され、再びサブクールコイ
ル９と熱交換して低圧の飽和ガスＴＨ₁₅となりアキュー
ムレータ６に帰る。さらにもう一方の、サブクールコイ
ル９を出た他の高圧冷媒液ＴＨ₁₀の一部は毛細管７を経
て低圧の二相冷媒ＴＨ₁₃となってアキュームレータ６に
帰る。

【００４２】なお、ここで説明した毛細管７を含むバイ
パス回路と、それに関係する各センサー、即ち、サブク
ールコイル出口の高圧液温度センサーＴＨ₁₀、低圧二相
温度センサーＴＨ₁₃、低圧飽和ガス温度センサーＴ
Ｈ₁₁、および低圧圧力センサーＰ₁₂の検出した値から後
述する段欄（００４５〜００４７）の演算をする手段ま
でのことを循環組成検知手段と呼び。また、可変絞り弁
８およびアキュムレータに接続するサブクールコイル９
を含んだバイパス回路と、センサーＴＨ₁₅とで構成され
たものを循環組成制御手段と呼んでいる。

【００４３】図６は、圧力一定時の三種混合冷媒の組成
立体図である。図６の三角柱の三本の辺Ｔｘ₁、Ｔｘ₂、
Ｔｘ₃は単一冷媒の圧力Ｐ＝Ｐ₁₂に対する飽和温度であ
り、各面（Ｔｘ₁ｘ₂Ｔ，Ｔｘ₂ｘ₃Ｔ，Ｔｘ₃ｘ₁Ｔ）は二
種混合冷媒の組成線図であり、実線が飽和ガス線（Ｌ
_12g，Ｌ_23g，Ｌ_31g）、破線が飽和液線（Ｌ _12l ，
Ｌ _23l ，Ｌ _31l ）である。また、三角柱の内部が三種混合
冷媒の組成立体であり、３本の実線を含む曲面
（Ｌ_12g，Ｌ_23g，Ｌ_31g）が飽和ガス曲面であり、３本
の破線を含む曲面（Ｌ _12l ，Ｌ _23l ，Ｌ _31l ）が飽和液曲
面である。また、飽和ガス曲面の上方が過熱ガスゾーン
であり、飽和液曲面の下方が過冷却液ゾーンである。両
曲面の間に挟まれた空間が二相域のゾーンである。

【００４４】図７は熱交換器内の冷媒の二相部の状態図
を示す。この図７の（ａ）に示すように、二相のα部分
を取り出す。この取り出したα部分をモリエル線図上
（組成比ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ ）に表現すると、図７の
（ｂ）のように表現される。このα部分の温度をＴ_SMと
すると、このＴ_SMは当然飽和ガス温度Ｔ_SHと飽和液温度
Ｔ_SLとの中間に位置する。それを組成立体図で表わした
のが図７の（ｃ）である。また、この図の（ｃ）の飽和
ガス曲面β_g とＴ＝Ｔ_SMの平面との交線（実線）L _SMg
が二相部のガス組成成曲線であり、飽和液曲面β_e とＴ
＝Ｔ_SMの平面との交線（破線）L _SMe が二相部の液組成
曲線である。なお、これら実線L _SMg と破線L _SMe との
関係を平面的に表したのが、図７の（ｄ）である。ま
た、この図７中のＰ_i （ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ ）は循環組成
を表わしている。

【００４５】ところで、混合物における気液平衡条件は
文献斎藤孝基著「応用熱力学」東京大学出版会にある
ように各成分ｘ₁ ｘ₂ ｘ₃ のガスフガシティ＝液フガシ
ティである。図８にフガシティの等しくなるガスと液の
ペアーを表現する。各Ａ_i ＝Ｂ_i が実線の結んだペアー
がフガシティの等しいペアーである。また、ガス部組
成Ａ_i （ｙ_1i／ｙ_2i／ｙ_3i）液部組成Ｂ_i （ｘ_1i／ｘ_2i／ｘ_3i）循環組成Ｐ_i （ｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ ）として、かわき
度Ｘ＝（ガス質量流量／全質量流量）と定義すると質
量保存則より、以下の式がそれぞれ成立する。１の成分
は、下記の（１）式で表され、ｙ_1i・Ｘ＋ｘ_1i（１−Ｘ）＝ｙ₁ ・・・・（１）上記（１）式を変形すると、Ｘ＝（ｙ₁ −ｘ_1i）／
（ｙ_1i−ｘ_1i）となる。また、２の成分は、下記の
（２）式で表され、ｙ_2i・Ｘ＋ｘ_2i（１−Ｘ）＝ｙ₂ ・・・・（２）上記（１）式を変形すると、Ｘ＝（ｙ₂ −ｘ_2i）／（ｙ
_2i−ｘ_2i）となる。以上の関係結果から、（ｙ₁ −ｘ_1i）／（ｙ_1i−ｘ_1i）＝（ｙ₂ −ｘ_2i）／
（ｙ_2i−ｘ_2i）となり、この式を変形すると（ｙ₁ −ｘ_1i）／（ｙ₂ −ｘ_2i）＝（ｙ_1i−ｘ_1i）／
（ｙ_2i−ｘ_2i）となる。従って、この結果より、Ｂ_i Ｐ_i ／／Ｂ_i Ａ
_i であり、Ｐ_i Ａ_i Ｂ_i が一直線にあることを示してい
る。よって、図８の中の実現可能なガス組成と液組成は
それぞれＡ_i 、Ｂ_i である。更に、かわき度Ｘは、図８
中のＰ_i Ｂ_i のキョリであるから、Ｐ_i Ａ_i は（１−
Ｘ）になる。

【００４６】以上に基づいて、循環組成検知のアルゴリ
ズムを示す。Ｉ．吸入圧力Ｐ１２と毛細管出口二相冷媒温度Ｔｈ１
３を検知する。これより明らかになることは、図７の
（ｄ）に示すように毛細管出口二相冷媒のうち、ガス組
成は飽和ガス曲線上ｌｓＭｇ上にあり、液組成は飽和液
線上ｌｓｍｌ上にある。循環組成は２つの曲線に挟まれ
たゾーン内（点々表示部）にあることがわかる。ＩＩ．吸入圧力Ｐ１２での飽和ガス温度Ｔｈ１１を検
知する。この場合飽和ガス温度Ｔｈ１１＞二相温度Ｔｈ
１３となる。これより同一立体組成図上で図７の
（ｃ）、（ｄ）に示すように飽和ガス曲線ｌｓｇに循環
組成が存在することが解る。ＩＩＩ．飽和ガス曲線ｌｓｇ上の中から循環組成Ｐｉ
を仮定し、気液平衡関係ならびに質量保存則より、毛細
管出口での液組成Ａ、ガス組成Ｂ、乾き度Ｘを求める。ＩＶ．液温度Ｔｈ１０を検出する。→Ｔｈ１０でのエ
ンタルピＨ１０がわかる。Ｖ．絞り部では断熱膨張するので、Ｔｈ１０でのエ
ンタルピと毛細管出口でのエンタルピは等しくなる。そ
こでＴｈ１０でのエンタルピＨ１０毛細管出口のエンタルピＸ・ＨＡ＋（１−Ｘ）・ＨＢ（ＨＡ、ＨＢは組成Ａ、Ｂでのエンタルピ）この両者が等しくなるかを比較する。この両者の値が等
しければ、ＩＩＩで仮定した循環組成Ｐｉが正しい値と
いうことになり、循環組成を求めることができる。な
お、この両者の値が等しくなければ、ＩＩＩに戻り循環
組成Ｐｉを再仮定し、両者の値が等しくなるまで仮定を
繰り返し、冷媒の循環組成を検出する。

【００４７】次に、冷房運転時の能力制御について説明
する。圧縮機１に吸入される低圧は圧縮機１の回転数で
制御されるが、この冷凍サイクルを決定する低圧の目標
値は、制御プログラムが検知された冷媒の循環組成値に
応じて決定する。即ち、圧縮機１の回転数は、低圧圧力
センサー１２により検出された圧力値と制御プログラム
が決定した目標低圧値との差に応じて圧縮機１の回転数
を第１の演算制御装置が制御する。例えば、図１で利用
側熱交換器の運転台数が増加し、利用側熱交換器の熱交
能力が増大すると、低圧が上昇するため、低圧が目標低
圧値よりも高くなるので、第１の演算制御装置が圧縮機
１の回転数を増大させて、低圧を下げ、目標低圧値に落
ちつかせる。

【００４８】次に、冷凍サイクルを決定するサブクール
コイル９前後（出・入口）の温度差（ＴＨ２０−ＴＨ１
０）の制御目標値も、検知された循環組成値から制御プ
ログラムで決定され、この決定された制御目標値の温度
差と検知された温度差との差に応じて、第１の演算制御
装置が可変絞り弁８の開度を制御して目標温度差にす
る。

【００４９】例えば、冷房運転で熱源側熱交換器周りの
空気温度が低くなると、冷凍サイクルの高圧が低くな
り、サブクールコイルでの高圧側（絞り弁８手前側）と
低圧側（絞り弁８の後）との間の圧力差が小さくなり、
温度差も小さくなる。このため、サブクールコイルでの
高圧側と低圧側の熱交換量が減少し、サブクールコイル
での高圧側前後（出・入口）の冷媒温度差が小さくな
る。このサブクールコイル高圧側での温度差が制御目標
温度差より小さくなった場合には、可変絞り弁８の開度
を絞って、サブクールコイルでの低圧側の温度を下げ、
高圧側と低圧側との温度差を大きくし、サブクールコイ
ルでの高圧側と低圧側との熱交換量を増加させ、サブク
ールコイルでの高圧側前後（出・入口）の温度差が大き
くなるよにして、第１の演算制御装置が目標温度差にす
る。

【００５０】次に、冷凍サイクルを決定する熱源側熱交
換器３の能力制御であるが、熱源側熱交換器の目標能力
は、運転されている利用側熱交換器の熱交換器能力に応
じて決定され、この決定結果に基づいて、第１の演算制
御装置が送風機１４の回転数を制御する。

【００５１】次に、暖房運転時に熱源側熱交換器の熱交
換能力を制御する膨張装置４３の弁開度制御であるが、
冷房運転時には膨張装置４３の弁開度を、第１の演算制
御装置が全開で固定する。

【００５２】次に、冷凍サイクルを決定する各利用側熱
交換器５１、５２の能力制御であるが、利用側熱交換器
周りの空気温度として設定された目標温度（設定室内温
度）が制御プログラムに入力され、この入力された設定
目標温度と、利用側熱交換器周りの空気温度センサー１
７１、１７２で検出される温度との差に応じて、第２の
演算制御装置が利用側熱交換器制御用の各膨張装置４
１、４２の弁開度を制御して、各利用側熱交換器の能力
を制御して、圧縮機の吸入ガス温度を制御する。

【００５３】以上説明したとおり、循環組成検知手段が
検出した冷媒循環組成値に基づいて、第１および第２の
演算制御装置からなる演算制御装置が、圧縮機１の回転
数（即ち、低圧）、サブクールコイル９前後（出・入
口）の温度差、熱源側熱交換器の熱交換能力（即ち、高
圧）、各膨張装置４１と４２の弁開度を介して各利用側
熱交換器５１と５２の熱交換能力（即ち、圧縮機の吸入
ガス温度が御御される）御して、安定した冷凍サイクル
にする。

【００５４】次に、循環組成の検出結果から循環組成の
目標値を変更する場合の動作について説明する。なお、
ここでは冷媒をＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１３
４ａからなる三種混合冷媒の例で説明する。図９は、こ
の三種混合冷媒の飽和温度を表した飽和温度線図であ
る。図９にあるように、３種のうち、ＨＦＣ３２、ＨＦ
Ｃ１２５は沸点が低く、ＨＦＣ１３４ａは沸点が高い。
従って、同じ飽和温度でも、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５
の圧力は高く、ＨＦＣ１３４ａの圧力が低くなることは
前述したとおりである。また、冷媒の物性値からＨＦＣ
３２は蒸発潜熱が３種の中で最も大きく、以下、ＨＦＣ
１３４ａ、ＨＦＣ１２５の順となる。従って、同一循環
量の冷媒を流した場合、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１３４ａ、
ＨＦＣ１２５の順に高い冷却能力が得られる。

【００５５】以下に、低圧の目標値の設定について説明
する。冷媒の誤充填や、漏洩状態での非定常運転時にお
いて、例えば、循環組成内におけるＨＦＣ３２の組成が
設計（初期目標）循環組成値より過剰になった場合、冷
媒の特性より、設計時点で考えられた冷凍サイクルより
も、高い圧力で、かつ高能力の冷凍サイクルとなる。こ
の高い圧力のサイクルになることを考慮して、初期に設
定した目標低圧を高く再設定しなおす。また、高能力サ
イクルとなるので、圧縮機を初期の設定回転数で運転し
た場合、冷却能力が設計目標値よりも過大になる。その
ため、能力が過大とならないように圧縮機を低回転数で
運転させる。なお、このとき、圧縮機は低い回転数で運
転されるため、低圧圧力が上昇するので、この低圧上昇
を考慮して、前述の再設定した目標低圧を、再度、さら
に高く設定しなおす。

【００５６】冷媒の誤充填や、漏洩状態での非定常運転
時において、循環組成内におけるＨＦＣ１２５の組成が
設計循環組成より過剰になった場合、冷媒の特性より、
設計時点で考えられた冷凍サイクルよりも、高い圧力
で、かつ低能力のサイクルとなる。この高い圧力のサイ
クルになることを考慮して、初期に設定した目標低圧を
高く再設定仕直す。また、低能力のサイクルとなるの
で、圧縮機を初期の設定回転数で運転した場合、冷却能
力が設計目標値よりも小さくなるため、能力が小さくな
らないように圧縮機を高い回転数で運転させる。なお、
このとき、圧縮機は高い回転数で運転されるため、低圧
圧力が降下するので、この圧力降下を考慮して、前述の
再設定した目標低圧を、さらに低く再設定しなおす。

【００５７】また、冷媒の誤充填や、漏洩状態での非定
常運転時において、循環組成内のＨＦＣ１３４ａ組成が
設計（初期目標）循環組成より過剰になった場合、冷媒
の特性により、設計時点で考えられた冷凍サイクルより
も、低い圧力のサイクル運転となる。このため、低い圧
力のサイクルになることを考慮して、初期に設定した目
標低圧を低く再設定する。

【００５８】次に、循環組成制御装置の動作について説
明する。前述したように、過冷却液配管（高圧力液ライ
ン）の冷媒が可変絞り弁８を経てサブクールコイル９で
蒸発して低圧ガスとなり、この低圧ガスがアキュームレ
ータ６にバイパスするまでの回路が循環組成制御装置で
ある。従って、この循環組成制御装置の可変絞り弁８の
開度を小さくして、冷媒のバイパス流量を少なくすると
共に、弁８通過後の冷媒温度を下げて、サブクールコイ
ル９内での冷媒液の蒸発を促進させ、過熱ガスになり易
いようにすれば、温度Ｔｈ１５＞Ｔｈ１１となり、この
過熱ガスがアキュームレータ６内に滞留した冷媒液をガ
ス化することになる。なお、前述したように、アキュー
ムレータ６内の冷媒が気液平衡状態にある場合、アキュ
ームレータ６内のガス、液の冷媒組成は、図６（三種混
合冷媒の場合）に示すように、アキュームレータ内のガ
スには、低沸点冷媒ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５が多く含
まれ、逆に、液には高沸点冷媒ＨＦＣ１３４ａが多く含
まれる。従って、アキュームレータ６内の冷媒液をガス
化した場合、すなわち、アキュームレータ６の液面を低
下させた場合、高沸点冷媒ＨＦＣ１３４ａを多く含む冷
媒が冷凍サイクル内を循環するようになる。

【００５９】また逆に、可変絞り弁８の開度を大きくし
てバイパス流量を増やし、温度Ｔｈ１５＜Ｔｈ１１とな
るようにすると、バイパス路からアキュームレータ６に
は気・液二相の冷媒が流入し、そのうちの液冷媒がアキ
ュームレータ６内に滞留し、アキュームレータ内の液面
を上昇させ、高沸点冷媒ＨＦＣ１３４ａを多く含んだ冷
媒をアキュームレータ内にとりこみ、貯めることになる
ので、液面を上昇させる前と比べると、低沸点冷媒ＨＦ
Ｃ３２、ＨＦＣ１２５の多い冷媒が循環する。従って、
循環組成の組成検出値が目標循環組成となるように制御
する場合には、循環組成制御装置を駆動させ、組成制御
を行う。例えば、循環組成の組成検出値が目標循環組成
よりも高沸点冷媒ＨＦＣ１３４ａを多く含んでいる場合
には、循環組成制御装置が可変絞り弁８の開度を大きく
させて、循環組成検出値内の高沸点冷媒ＨＦＣ１３４ａ
を減少させ、目標循環組成にする。なお、可変絞り弁８
の開閉に伴いアキュームレータの液面が上下し、この液
面上下に応じて循環組成も変化するので、可変絞り弁９
の開度をアキュームレータの液面で制御してもよい。

【００６０】次に、外気温の変化に対応した循環組成の
目標値を決定する動作について説明する。まず、熱源側
熱交換器周りの空気温度を温度センサー１９が検出す
る。この検出した外気温が想定外気温よりも高い場合
は、冷凍サイクルの圧力が設計目標圧力よりも高くな
り、この高い圧力が各種機器の動作や安全性に影響する
ことがある。従って、外気温が想定外気温よりも高い場
合は、冷凍サイクルの圧力が高くならないように、目標
循環組成決定装置が想定外気温と外気温との差から目標
冷媒循環組成を決定し、この決定した目標冷媒循環組成
で循環組成制御装置が、初期に想定した冷媒循環組成
を、高沸点冷媒ＨＦＣ１３４ａが多くなった冷媒循環組
成になるように変更する。また、外気温が想定外気温よ
りも低い場合は、冷凍サイクルの圧力、特に、高圧が初
期想定圧力よりも低くなり、高低圧間での適性な圧力差
が得られなくなり、圧縮機の運転に支障をきたすので、
高低圧力差が適度に得られるように、目標循環組成値を
初期に設定した循環組成値よりも高沸点冷媒ＨＦＣ１３
４ａが少なくなるようにする。

【００６１】また、アキュームレータ６内の滞留冷媒
や、暖房運転時に運転されなかった利用側熱交換器５１
内の滞留冷媒によって、冷凍サイクル内を循環する冷媒
組成が初期設定組成から大きく偏よった場合には、冷凍
サイクルの安定した運転が維持できなくなるので、この
場合は、滞留している冷媒が冷凍サイクル内を循環する
ように冷媒回収制御装置が各機器内の滞留冷媒を制御す
る。なお、ここで言う冷媒回収制御装置とは、アキュー
ムレータから冷媒を回収する場合の冷媒回収制御装置と
は、図１の過冷却液配管の冷媒が、可変絞り弁８を経て
サブクールコイル９で蒸発して、低圧の過熱ガスとな
り、この低圧の過熱ガスがアキュームレータ６にバイパ
スするまでの回路および後述する冷媒回収判断手段（図
示せず）とで構成されたものを指す。また、運転してい
ない利用側熱交換器５１内の滞留冷媒を回収する場合の
冷媒回収制御装置とは、図１の利用側熱交換器の膨張装
置４１を指す。

【００６２】また、アキュームレータ６から冷媒を回収
する場合には、冷媒回収制御装置が可変絞り弁８の開度
を絞り、前述したように、冷媒を過熱ガス化し、この過
熱ガスをアキュームレータ６に流入させ、これにより、
アキュームレータ６内に滞留している液冷媒を蒸発させ
て、滞留冷媒を冷凍サイクル内に循環させる。

【００６３】また、運転していない利用側熱交換器５１
内の滞留冷媒を回収する場合には、冷媒回収制御装置が
利用側熱交換器の膨張装置４１の弁を開き、その冷媒を
回収する。即ち、利用側熱交換器５１内の滞留冷媒を冷
凍サイクル内へ循環させる。

【００６４】また、冷媒回収を行うかどうかは、検知さ
れた循環組成が設計上で定められた設定組成ゾーンから
はずれたかどうかを、冷媒回収判断手段が判断して決定
する。なお、検知された循環組成が設定組成ゾーンから
はずれたときには、当然、冷媒回収を行う。

【００６５】次に、利用側熱交換器５１の能力制御の他
の例について説明する。この例では、まず、利用側熱交
換器出口の温度Ｔｈ１８１を検知し、この検知結果と利
用側熱交換器の冷媒飽和温度との差に基づいて利用側熱
交換器の膨張装置４１の弁開度を制御して、利用側熱交
換器の能力を制御するものについて説明する。これを具
体的に説明すると、一般的に、低圧圧力Ｐ１２と循環組
成からその低圧ガスの飽和温度は演算できるので、ま
ず、利用側熱交換器の冷媒飽和温度を低圧センサー１２
が検出し、この検出した低圧Ｐ１２と検知された循環組
成値とから第２の演算制御手段が演算して飽和温度を求
める。次に、この求めた飽和温度と、検知センサ１８１
が検知した利用側熱交換器の出口温度Ｔｈ１８１との温
度差に基づいて利用側熱交換器の膨張装置４１の弁開度
を制御して、利用側熱交換器５１の能力を制御する。こ
のように制御すると、蒸発器出口の冷媒の過熱温度も適
切に制御できるようになるので、さらに安定した冷凍サ
イクルを維持することが可能となる。なお利用側熱交換
器５２も同様に能力制御が可能である。

【００６６】またさらに、利用側熱交換器５１のその他
の能力制御例について説明する。まず、利用側熱交換器
出口の温度Ｔｈ１８１と入口の温度Ｔｈ１６１とのそれ
ぞれの温度をそれぞれの検知センサ１８１、１６１が検
知し、この検知した利用側熱交換器出口の温度Ｔｈ１８
１と入口の温度Ｔｈ１６１の温度差（Ｔｈ１８１−Ｔｈ
１６１）に基づいて演算制御手段が利用側熱交換器の膨
張装置４１の弁開度を制御して、利用側熱交換器の能力
を制御するようにしても良い。なお、利用側熱交換器出
入口の温度差は循環する冷媒の組成を考慮して決定され
ることは、冷媒の漏れに対して望ましいのは前述したと
おりである。なお利用側熱交換器５２も同様に能力制御
が可能である。

【００６７】次に、第１および第２の演算制御手段の動
作について説明する。これらの演算制御手段内には、演
算をするための予め設定された各種データを記憶したプ
ログラムが入力されており、このプログラムに基づいて
各機器を前述したように制御する。なお、このプログラ
ムとしては、ＰＩＤアルゴリズムあるいはファジイ制御
法に基づいた各種データなどが考えられるが、特に限定
するものではない。

【００６８】実施例２．次に、この実施例２の循環組成
制御装置について説明する。この実施例２での循環組成
制御装置とは、図１０に示すように、この図１０の圧縮
機１からの吐出高温・高圧ガスを電磁弁２１を介して、
毛細管２２を経由させ、この毛細管２２で高温・低圧の
ガスにしてアキュームレータ６に供給する回路を指す。
即ち、この実施例２の循環組成制御装置は、前述したよ
うに、電磁弁２１を開いて、圧縮機１から毛細管２２を
介してアキュームレータ６内に高温・低圧の加熱ガスを
投入し、アキューム内の液冷媒（高沸点冷媒）を蒸発さ
せて、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成が高沸点冷媒
を多く含んだ組成になるように制御するものである。

【００６９】以上説明したように、この実施例２の循環
組成制御装置は、圧縮機の高温・高圧の吐出ガスを利用
しているため、実施例１で説明した循環組成制御装置よ
り、少ない構成部品で、循環冷媒組成のコントロールを
スピーディにコントロールできる。なお、この実施例２
の循環組成制御装置に実施例１の循環組成制御装置に付
加したものであってもよい。このようにすると、循環冷
媒組成のコントロールを更にスピーディにコントロール
できる。

【００７０】実施例３．次に、この実施例３の循環組成制御装置について説明す
る。この実施例３の循環組成制御装置は、図１１に示す
ように、まず、循環組成を検知するため、圧縮機１吐出
バイパス管に設けられた電磁弁（図示せず）、この電磁
弁を通過した圧縮機１の高温・高圧吐出ガスを冷却する
高低圧熱交換器２３、および毛細管２４を介してアキュ
ームレータ６の入るまでのバイパス管までを指す。この
循環組成制御装置は、吐出バイパス管からバイパスした
高温・高圧ガスを最初に、高低圧熱交換器２３で中温・
高圧液にし、その後、毛細管２４で低圧の二相冷媒に
し、この低圧の二相冷媒をアキュームレータ６に流入さ
せるように制御する。なお、このバイパス回路において
は、高圧の液温度をセンサー２５が、低圧の二相冷媒の
温度をセンサー２６が、アキュームレータでの飽和温度
をセンサー１１が、低圧をセンサー１２が、それぞれ検
知するようになっている。

【００７１】実施例４．次に、図１２に、この実施例４
の冷凍サイクル構成図を示す。図１２において残存トー
タル組成演算装置は検出された循環組成値をもとに、冷
凍サイクル内に残存する冷媒のトータル組成、残存する
冷媒量を演算する。この演算した残存トータル組成およ
び残存冷媒量を、表示装置が表示するもので、その他の
構成・符号は実施例１で説明したとおりである。

【００７２】なお、冷媒の漏洩や誤充填により、冷凍サ
イクル内に残存する冷媒のトータル組成が設計時点の組
成と相違するときは、冷凍サイクルの運転を適切に行え
ない恐れがある。この場合、残存トータル組成表示装置
に示された冷凍サイクル内の残存冷媒のトータル組成、
および残存冷媒量から冷媒の充填組成、および充填量を
追加冷媒量決定装置で決定し、この決定結果を残存トー
タル組成表示装置が表示するので、この表示に基づいて
冷媒追加充填を行うようにする。このようにすると、こ
の追加充填で、冷凍サイクル内に残存する冷媒のトータ
ル組成を設計時点の初期目標値と一致させ、冷凍サイク
ルの適切な運転を維持する難しい作業を、専門家かでな
くとも、間違えことなく簡単にできるようになるので、
使い勝手が良く、信頼性の高い冷凍装置が得られる。

【００７３】また、残存トータル組成表示装置に表示さ
れた冷凍サイクル内に残存する冷媒のトータル組成およ
び残存冷媒量と予め設定された残存冷媒トータル組成お
よび残存冷媒量基準とを比較しながら運転状況監視装置
が監視するので、冷凍サイクル内の残存トータル組成、
残存冷媒量が適切かどうかチェックするできるため、残
存する冷媒のトータル組成や残存冷媒量の異常をスピー
ディにみつけ、冷凍サイクルの異常運転を未然に防い
で、常に、冷凍装置を正常に運転させることができる。

【００７４】以上、３種混合冷媒を搭載した冷凍装置の
例について説明したが、これ以外の混合冷媒（例えば、
２種や、４種）の冷凍装置に用いても同じような効果が
得られる。

【００７５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００７６】非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置において、
その循環組成を検知し、その検知した循環組成から冷凍
サイクルの運転を制御しているので、非共沸混合冷媒の
循環冷媒組成が変化した場合でも安定した冷凍サイクの
運転をさせる信頼性の高い冷凍装置が得られる。

【００７７】また、非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置にお
いて、その循環組成を検知し、その検知組成から冷凍サ
イクルの循環組成を制御し、この冷媒制御組成で冷凍サ
イクルの運転をしているので、非共沸混合冷媒の循環組
成が変化した場合でも、安定した冷凍サイクルで運転す
る信頼性の高い冷凍装置が得られる。

【００７８】また、非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置にお
いて、熱源側熱交換器の周囲温度を検出し、その検出し
た周囲温度から冷媒の循環組成を決定し、この決定した
冷媒循環組成で冷凍サイクルを制御しているので、周囲
温度が変化した場合でも、安定した冷凍サイクルで運転
する信頼性の高い冷凍装置が得られる。

【００７９】また、非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置にお
いて、その循環組成を検知し、その検知組成と設定組成
ゾーンとを比較して、検知組が設定ゾーンからはずれた
時に、冷凍装置内の滞留冷媒を回収して循環させるの
で、冷媒が漏洩した場合でも、冷媒を補填しながら安定
した冷凍サイクルで運転する信頼性の高い冷凍装置が得
られる。

【００８０】また、非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置にお
いて、その循環組成を検知し、その組成に基づいて冷凍
サイクル内の残存冷媒トータル組成を求め、この求めた
組成を表示するので、冷凍サイクルの運転状況を的確に
把握できる信頼性の高い冷凍装置が得られる。

【００８１】また、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装
置、利用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続
され、作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置
において、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレ
ータに低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け、前
記低圧二相冷媒の温度と、前記低圧二相冷媒のエンタル
ピと等価なエンタルピとなる前記高圧側の冷媒液温度
と、前記非共沸混合冷媒の低圧飽和ガス温度を検出する
低圧飽和ガス温度と、前記圧縮機に吸入される低圧の圧
力と、を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を求め
る循環組成検知手段と、この循環組成検知手段の検出結
果に基づいて前記冷凍装置の冷凍サイクルを制御する演
算制御手段と、を備えたので、非共沸混合冷媒の循環組
成が変化しても、循環組成を正確に把握する信頼性の高
い循環組成検知手段を有する冷凍装置が得られる。

【００８２】また、高圧液冷媒の一部を減圧および熱交
換して前記アキュムレータに低圧ガス又は気・液二相と
してバイパスさせる第２のバイパス回路を設け、この第
２のバイパス回路を流れる前記共沸混合冷媒を断熱膨張
させる可変絞り弁と、この可変絞り弁通過後の冷媒と前
記熱源側熱交換器通過後の冷媒とを熱交換させるサブク
ールコイルとを備え、前記循環組成検知手段の検出結果
から前記可変絞り弁の開度を制御して前記冷凍装置の冷
媒循環組成を制御するので、循環組成を正確に制御する
信頼性の高い循環組成制御手段を有する冷凍装置が得ら
れる。

【００８３】また、この循環組成制御手段は、アキュー
ムレータの吸入配管と圧縮機の吐出配管との間に設けら
れたバイパス配管と、このバイパス配管に取り付けら
れ、その弁の開閉により高温高圧の冷媒ガスの流れを制
御する電磁弁と、このバイパス配管に設けられ、圧縮機
からの高温高圧の冷媒ガスを高温低圧のガスにする絞り
機構部と、で構成され、循環組成検知手段の検出結果か
ら電磁弁を開閉して冷凍装置の冷媒循環組成を制御する
ので、循環組成を正確に制御する信頼性の高い循環組成
制御手段を有する冷凍装置が得られる。

【００８４】また、この循環組成制御手段は、バイパス
配管の途中に設けられ、圧縮機が吐出した高温高圧の冷
媒ガスとアキュームレータの吸入冷媒ガスとを熱交換さ
せる高低圧熱交換器を備え、高低圧熱交換器が圧縮機か
らの高温の冷媒ガスを最適な温度してアキュームレータ
へ供給するので、アキュームレータ内の冷媒の沸騰蒸発
を抑えながら、循環組成を正確に制御する信頼性の高い
循環組成制御手段を有する冷凍装置が得られる。

【００８５】また、この循環組成検知手段は、圧縮機と
利用側熱交換器との間に設けられたアキュームレータ内
の冷媒の液面レベルから非共沸混合冷媒の循環組成を検
出するので、少ない構成部品で、循環組成を正確に把握
する信頼性の高い循環組成検知手段を有する経済的な冷
凍装置が得られる。

【００８６】また、循環組成検知手段が検知した冷凍装
置内の非共沸混合冷媒の循環組成から、残存トータル組
成演算手段が冷凍サイクル内の残存冷媒トータル組成を
求め、この求めた残存組成と予め設定された残存トータ
ル組成基準とを運転状況監視手段が比較して、冷凍装置
内の非共沸冷媒混合冷媒の残存トータル組成を監視する
ので、適切な冷媒の再充填が簡単に行える使い勝手の良
い冷凍装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の三種混合冷媒搭載の冷凍サイクル
装置の構成図。

【図２】冷媒循環組成がｙ₁ ／ｙ₂ ／ｙ₃ 時のモリエ
ル線図。

【図３】二種非共沸混合冷媒の特性を示す従来の冷媒
特性図。

【図４】従来実施例の冷凍サイクル図。

【図５】従来実施例の静電容量形組成検知センサー。

【図６】三種混合冷媒の組成立体図。

【図７】三種混合冷媒二相部のガスと液の組成を示す
組成図。

【図８】二相部でのガス、液分離組成のペアを示す
図。

【図９】三種混合冷媒の飽和温度線図。

【図１０】実施例２の三種混合冷媒搭載サイクル図。

【図１１】実施例３の三種混合冷媒搭載サイクル図。

【図１２】実施例４の三種混合冷媒搭載サイクル図。

【符号の説明】

１圧縮機、２四方弁、３熱源側熱交換器、４１，
４２，４３膨張装置、５１，５２利用側熱交換器、
６アキュームレータ、７毛細管、８可変絞り弁、
９サブクールコイル、１０，１１，１３，１５，１６
１，１６２，１７１７２，１８１，１８２，１９，２
０，２５，２６温度センサー、１２圧力センサー、
１４送風機、２１電磁弁、２２毛細管、２３高
低圧熱交換器、２４毛細管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上誠司鎌倉市大船二丁目14番40号三菱電機株式会社住環境研究開発センター内 (72)発明者中村節和歌山市手平６丁目５番66号三菱電機株式会社和歌山製作所内 (72)発明者谷秀一和歌山市手平６丁目５番66号三菱電機株式会社和歌山製作所内 (72)発明者河西智彦和歌山市手平６丁目５番66号三菱電機株式会社和歌山製作所内 (56)参考文献特開平７−146042（ＪＰ，Ａ) 特開平７−12411（ＪＰ，Ａ) 特開平４−369369（ＪＰ，Ａ) 特開平７−55278（ＪＰ，Ａ) 特開平６−337176（ＪＰ，Ａ) 特公平４−78901（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 395

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利
用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続され、
作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレータに
低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け少なくとも
前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入される低圧
の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を検出
する循環組成検知手段と、この循環組成検知手段の検出
結果に基づいて前記冷凍装置の冷凍サイクルを制御する
演算制御手段と、を備えたことを特徴とする非共沸混合
冷媒搭載の冷凍装置。
【請求項２】圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利
用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続され、
作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレータに
低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け少なくとも
前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入される低圧
の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を検出
する循環組成検知手段と、この循環組成検知手段の検出
結果に基づいて前記非共沸混合冷媒の循環組成を制御す
る循環組成制御手段と、を備えたことを特徴とする非共
沸混合冷媒搭載の冷凍装置。
【請求項３】圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利
用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続され、
作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、前記熱源側熱交換器の周囲温度を検出する検出手段
と、この検出手段の検出結果に基づいて前記非共沸混合
冷媒の循環組成を決定する目標循環組成決定手段と、高
圧液冷媒の一部を減圧および熱交換して前記アキュムレ
ータに低圧ガス又は気・液二相としてバイパスさせる第
２のバイパス回路を設けこのバイパスさせる冷媒量を増
減させて前記目標循環組成決定手段の決定結果に基づい
て前記非共沸混合冷媒の循環組成を制御する循環組成制
御手段と、を備えたことを特徴とする非共沸混合冷媒搭
載の冷凍装置。
【請求項４】圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利
用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続され、
作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレータに
低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け少なくとも
前記低圧二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入される低圧
の圧力を検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を検出
する循環組成検知手段と、この循環組成検知手段の検出
結果と設定組成ゾーンを比較して、前記検出結果が設定
ゾーンから外れたときに、前記冷凍装置内の滞留冷媒を
回収する冷媒回収制御装置と、を備えたことを特徴とす
る非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置。
【請求項５】圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利
用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続され、
作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、高圧液冷媒の一部を前記アキュムレータに低圧二相
冷媒として帰すバイパス回路を設け少なくとも前記低圧
二相冷媒の温度と前記圧縮機に吸入される低圧の圧力を
検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を検出する循環
組成検知手段と、この循環組成検知手段の検出結果に基
づいて前記非共沸混合冷媒の残存トータル組成を演算す
る残存トータル組成演算手段と、この残存トータル組成
演算手段の演算結果を表示する残存トータル組成残存ト
ータル組成表示装置と、を備えたことを特徴とする非共
沸混合冷媒搭載の冷凍装置。
【請求項６】圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利
用側熱交換器、アキュムレータが順次配管で接続され、
作動流体として非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、高圧液冷媒の一部を減圧して前記アキュムレータに
低圧二相冷媒として帰すバイパス回路を設け、前記低圧
二相冷媒の温度と、前記低圧二相冷媒のエンタルピと等
価なエンタルピとなる前記高圧側の冷媒液温度と、前記
非共沸混合冷媒の低圧飽和ガス温度を検出する低圧飽和
ガス温度と、前記圧縮機に吸入される低圧の圧力と、を
検知して前記非共沸混合冷媒の循環組成を求める循環組
成検知手段と、この循環組成検知手段の検出結果に基づ
いて前記冷凍装置の冷凍サイクルを制御する演算制御手
段と、を備えたことを特徴とする非共沸混合冷媒搭載の
冷凍装置。
【請求項７】高圧液冷媒の一部を減圧および熱交換し
て前記アキュムレータに低圧ガス又は気・液二相として
バイパスさせる第２のバイパス回路を設け、この第２の
バイパス回路を流れる前記共沸混合冷媒を断熱膨張させ
る可変絞り弁と、この可変絞り弁通過後の冷媒と前記熱
源側熱交換器通過後の冷媒とを熱交換させるサブクール
コイルとを備え、前記循環組成検知手段の検出結果から
前記可変絞り弁の開度を制御して前記冷凍装置の冷媒循
環組成を制御することを特徴とする請求項１または２ま
たは３または４または５または６記載の非共沸混合冷媒
搭載の冷凍装置。
【請求項８】前記圧縮機と前記利用側熱交換器との間
の前記アキュムレータの吸入配管、および前記圧縮機の
吐出配管との間に設けられ、前記圧縮機が吐出した高温
高圧の冷媒ガスを流すバイパス配管と、このバイパス配
管に取り付けられ、その弁の開閉により前記高温高圧の
冷媒ガスの流れを制御する電磁弁と、前記バイパス配管
に設けられ、前記圧縮機からの高温高圧の冷媒ガスを高
温低圧のガスにする絞り機構と、を備え、前記循環組成
検知手段の検出結果から前記電磁弁を開閉して前記冷凍
装置の冷媒循環組成を制御することを特徴とする請求項
項２または３記載の非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置。
【請求項９】前記バイパス配管の途中に設けられ、前
記圧縮機が吐出した高温高圧の冷媒ガスと前記アキュム
レータの吸入冷媒ガスとを熱交換させる高低圧熱交換器
を備えたことを特徴とする請求項８記載の非共沸混合冷
媒搭載の冷凍装置。
【請求項１０】前記圧縮機と前記利用側熱交換器との
間に設けられたアキュムレータを備え、前記循環組成検
知手段は、前記アキュムレータ内の冷媒の液面レベルか
ら前記非共沸混合冷媒の循環組成を検出したことを特徴
とする請求項１または２または４または５に記載の非共
沸混合冷媒搭載の冷凍装置。
【請求項１１】前記残存トータル組成演算手段の演算
結果とあらかじめ設定された残存トータル組成基準とを
比較して前記冷凍装置内の非共沸混合冷媒の残存トータ
ル組成を監視する運転状況監視手段を備えたことを特徴
とする請求項５記載の非共沸混合冷媒搭載の冷凍装置。