JP5353167B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置、特に、非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置に関する。

近年、非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置が広く普及している。非共沸混合冷媒とは、沸点が異なる複数種類の冷媒が混合された冷媒である。単一冷媒の場合、凝縮温度及び蒸発温度が一定であるので、それらの温度をセンサで検知して凝縮圧力および蒸発圧力を推定することができるが、非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置は、冷媒回路内で凝縮温度及び蒸発温度が一定でないため、凝縮温度および蒸発温度から凝縮圧力および蒸発圧力を推定するのは困難である。そのため、凝縮器に複数の温度センサを配置し、温度センサ間の距離と温度差から凝縮圧力および蒸発圧力を推定する方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、複雑な冷媒流路を有し且つ通過する空気流の風速が不均等な熱交換器に適用した場合、実際の圧力と推定圧力との差が大きくなるという短所がある。
特開平７−２６０２６４号公報

本発明の課題は、冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置において、凝縮圧力および蒸発圧力の推定精度を向上させることにある。

第１発明に係る冷凍装置は、冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、冷媒回路と、吐出管温度センサと、第１温度センサと、制御部とを備えている。冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順で冷媒が循環する。吐出管温度センサは、圧縮機の吐出管に取り付けられ冷媒の吐出温度を測定する。第１温度センサは、凝縮器から減圧器に流れる冷媒の温度、及び減圧器から蒸発器に流れる冷媒の温度のいずれか一方を測定する。制御部は、圧縮機の運転周波数から冷媒循環量を推定し、且つ凝縮圧力を算出するための仮凝縮温度、及び蒸発圧力を算出するための仮蒸発温度のいずれか一方を設定して他方を推定する。また、制御部は、第１温度センサの測定値と仮凝縮温度とからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予め記憶したメモリを有している。さらに、制御部は、吐出管温度センサの測定値及び第１温度センサの測定値から、冷媒物性テーブルに基づいて圧縮機の仕事に相当するエンタルピ差を算出し、そのエンタルピ差と冷媒循環量とから算出される圧縮機の仕事量と、圧縮機の実際の入力値とが一致するまで、仮凝縮温度、及び仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定するプロセスを繰り返す。

非共沸混合冷媒は、冷媒回路内で凝縮温度及び蒸発温度が一定でないため、凝縮温度および蒸発温度から凝縮圧力および蒸発圧力を推定するのは困難であるが、この冷凍装置では、算出した圧縮機の仕事量と圧縮機の実際の入力値とが一致するまで、仮凝縮温度または仮蒸発温度の設定を繰り返すので、凝縮圧力および蒸発圧力の推定精度が高くなる。

第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、制御部が、凝縮器から減圧器に流れる冷媒の温度、及び減圧器から蒸発器に流れる冷媒の温度のうち、第１温度センサで測定しない側の温度を、第１温度センサの測定値から推定する。この冷凍装置では、凝縮器の冷媒出口温度および蒸発器の冷媒入口温度のいずれか一方だけ測定すればよいので、温度センサの使用数量が低減される。

第３発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、制御部が、第１温度センサの測定値から圧縮機の吸入温度を推定するための吸入温度テーブルを有している。圧縮機の仕事に相当するエンタルピ差は、吸入温度および吐出管温度センサの測定値から算出される。この冷凍装置では、圧縮機の吸入温度が推定されるので、吸入管温度センサを廃止することができ、温度センサの使用数量が低減される。

第４発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、外気の温度を測定する外気温センサをさらに備えている。制御部は、外気温センサの測定値と冷媒循環量とから凝縮温度を推定するための凝縮温度推定テーブルを有している。この冷凍装置では、仮凝縮温度、及び仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定する必要がなく、凝縮温度を直接推定することができる。

第５発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、蒸発器が、第１熱交換器と、第２熱交換器と、電磁弁とを有している。冷媒は、先に第１熱交換器を流れ、第１熱交換器を通過した冷媒が第２熱交換器を流れる。電磁弁は、第１熱交換器と第２熱交換器との間に接続されている。制御部は、電磁弁を動作させて冷媒を凝縮器と第１熱交換器とで凝縮させ冷媒を第２熱交換器で蒸発させる除湿運転を実行する。制御部は、除湿運転を実行するために、冷媒循環量、仮蒸発温度、及び仮凝縮温度から電磁弁前後の圧力差を推定する差圧推定テーブルをさらに有している。この冷凍装置では、電磁弁出口の冷媒温度を推定することができるので、電磁弁出口に温度センサを設ける必要がなく、温度センサの使用数量が低減される。

第６発明に係る冷凍装置は、冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、冷媒回路と、凝縮器温度センサと、蒸発器温度センサと、制御部とを備えている。冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順で冷媒が循環する。凝縮器温度センサは、凝縮器の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される。蒸発器温度センサは、蒸発器の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される。制御部は、圧縮機の運転周波数、凝縮器温度センサの測定値および蒸発器温度センサの測定値から冷媒のエンタルピを推定するエンタルピ推定テーブルを有する。そして、制御部は、エンタルピ推定テーブルから推定したエンタルピと中間値との差から、冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を推定する。この冷凍装置では、凝縮器温度センサおよび蒸発器温度センサで凝縮圧力および蒸発圧力を推定することができるので、推定精度が高まる。

第７発明に係る冷凍装置は、第１発明から第６発明のいずれか１つに係る冷凍装置であって、冷媒が、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒を含む非共沸混合冷媒である。この冷凍装置では、地球温暖化係数の低い非共沸混合冷媒であるので、地球環境保護に適した冷凍装置が提供される。

第１発明に係る冷凍装置では、算出した圧縮機の仕事量と圧縮機の実際の入力値とが一致するまで、仮凝縮温度または仮蒸発温度の設定を繰り返すので、凝縮圧力および蒸発圧力の推定精度が高くなる。

第２発明に係る冷凍装置では、凝縮器の冷媒出口温度および蒸発器の冷媒入口温度のいずれか一方だけ測定すればよいので、温度センサの使用数量が低減される。

第３発明に係る冷凍装置では、圧縮機の吸入温度が推定されるので、吸入管温度センサを廃止することができ、温度センサの使用数量が低減される。

第４発明に係る冷凍装置では、仮凝縮温度、及び仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定する必要がなく、凝縮温度を直接推定することができる。

第５発明に係る冷凍装置では、電磁弁出口の冷媒温度を推定することができるので、電磁弁出口に温度センサを設ける必要がなく、温度センサの使用数量が低減される。

第６発明に係る冷凍装置では、凝縮器温度センサおよび蒸発器温度センサで凝縮圧力および蒸発圧力を推定することができるので、推定精度が高まる。

第７発明に係る冷凍装置では、地球温暖化係数の低い非共沸混合冷媒であるので、地球環境保護に適した冷凍装置が提供される。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
＜空調機の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図である。図１において、空調機１は、室外ユニット２と室内ユニット３とを備えている。なお、室内ユニット３は複数台であってもよい。

この空調機１は、非共沸混合冷媒が充填された冷媒回路１０を備えている。本実施形態では、Ｒ１２３４＋Ｒ３２が冷媒として使用されている。冷媒回路１０は、室外ユニット２に収容された室外側回路と、室内ユニット３に収容された室内側回路とを備えている。室外側回路と室内側回路とは、ガス側連絡配管１７ａ及び液側連絡配管１７ｂによって接続されている。

＜室内ユニットの構成＞
室内側回路には、室内熱交換器１５が設けられている。室内熱交換器１５は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。この室内熱交換器１５の近傍には、室内熱交換器１５に室内空気を送るための室内ファン３３が設けられている。

＜室外ユニットの構成＞
室外ユニット２における室外側回路には、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、及び膨張弁１４が接続されている。室外側回路の一端には、液側連絡配管１７ｂが接続される液側閉鎖弁１９が設けられている。室外側回路の他端には、ガス側連絡配管１７ａが接続されるガス側閉鎖弁１８が設けられている。

圧縮機１１の吐出側は、四路切換弁１２の第１ポートＰ１に接続されている。圧縮機１１の吸入側は、アキュムレータ２０を挟んで四路切換弁１２の第３ポートＰ３に接続されている。アキュムレータ２０は、液冷媒とガス冷媒とを分離する。

室外熱交換器１３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。この室外熱交換器１３の近傍には、室外空気を送るための室外ファン２３が設けられている。室外熱交換器１３の一端側は、四路切換弁１２の第４ポートＰ４に接続されている。室外熱交換器１３の他端側は、減圧手段である膨張弁１４に接続されている。

膨張弁１４は、開度可変の電子膨張弁であり、液側閉鎖弁１９に接続されている。また、四路切換弁１２の第２ポートＰ２はガス側閉鎖弁１８に接続されている。

四路切換弁１２は、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４が互いに連通して第２ポートＰ２と第３ポートＰ３が互いに連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２が互いに連通して第３ポートＰ３と第４ポートＰ４が互いに連通する第２状態（図１の点線で示す状態）とが切り換え可能となっている。

（各種センサ）
空調機１には、サーミスタから成る室外温度センサ１０２、室内温度センサ１０３、吐出管温度センサ１１１、室外熱交換器温度センサ１１３、室内熱交換器温度センサ１１５、液管温度センサ１１６、第２液管温度センサ１１７、及び吸入管温度センサ１１８が設けられている。室外温度センサ１０２は、室外ユニット２の周囲温度を検知する。室内温度センサ１０３は、室内温度を検知する。

吐出管温度センサ１１１は、圧縮機１１の吐出配管に取付けられ冷媒の吐出温度を検知する。室外熱交換器温度センサ１１３は、室外熱交換器１３に取付けられ、室外熱交換器１３の所定領域を流れる冷媒の温度を検知する。室内熱交換器温度センサ１１５は、室内熱交換器１５に取付けられ、室内熱交換器１５の所定領域を流れる冷媒の温度を検知する。

液管温度センサ１１６は、室外熱交換器１３の出口側（冷房運転時）に取付けられ、室外熱交換器１３から膨張弁１４まで流れる液冷媒の温度を検知する。第２液管温度センサ１１７は、室内熱交換器１５の入口側（冷房運転時）に取付けられ、膨張弁１４から室内熱交換器１５まで流れる液冷媒の温度を検知する。

吸入管温度センサ１１８は、圧縮機１１の吸入配管に取付けられ冷媒の吸入温度を検知する。そして、これらの温度センサの測定値に基づき、制御部４が空調機１を運転制御する。

なお、空調機１には、圧縮機１１に入力される電力を測定するために、電力センサ１１９が設けられており、制御部４が、適時、電力センサ１１９を介して圧縮機１１の電力を測定する。

＜空調機の動作＞
図２は、第１実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図である。空調機１では、四路切換弁１２によって、図２の冷凍サイクルに従った冷房運転および暖房運転のいずれか一方に切り換えることが可能である。

（冷房運転）
冷房運転では、四路切換弁１２が第１状態（図１の実線）に設定される。この状態で圧縮機１１を運転すると、冷媒回路１０では室外熱交換器１３が凝縮器となり、室内熱交換器１５が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、膨張弁１４を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器１５で室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器１５を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

（暖房運転）
暖房運転では、四路切換弁１２が第２状態（図１の点線）に設定される。そして、この状態で圧縮機１１を運転すると、冷媒回路１０では、室外熱交換器１３が蒸発器となり、室内熱交換器１５が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室内熱交換器１５で室内空気と熱交換して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁１４を通過する際に減圧された後、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

（凝縮圧力および蒸発圧力の推定方法）
制御部４は、冷房運転時、又は暖房運転時、冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力に異常がないか否かを監視しながら空調機１を制御している。しかし、図２のモリエル線図に示すように、非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置は、単一冷媒を使用した冷凍装置と異なり、冷媒回路内で凝縮温度及び蒸発温度が一定でないため、凝縮温度および蒸発温度から凝縮圧力および蒸発圧力を推定するのは困難である。そこで、本実施形態では、制御部４が、所定方法で凝縮圧力および蒸発圧力を推定している。以下、制御フローを参照しながら、その所定方法について、冷房運転時の動作を例にして説明する。

図３は、凝縮圧力および蒸発圧力の推定制御のフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ１で、制御部４は、仮凝縮温度Ｔｃを設定する。仮凝縮温度Ｔｃの初回の設定値は、どんな値でもよく、適当に設定する。本実施形態では、室外熱交換器温度センサ１１３の検知温度を初回の仮凝縮温度Ｔｃに設定する。室外熱交換器温度センサ１１３を備えていない場合は、室内温度を初回の仮凝縮温度Ｔｃに設定すればよい。

ステップＳ２で、制御部４は、液管温度センサ１１６を介して凝縮器出口温度Ｔｃｏを測定する。

ステップＳ３で、制御部４は、液冷媒出口温度ＴｃｏとステップＳ１で設定した仮凝縮温度Ｔｃとから、室外熱交換器１３出口の凝縮器出口エンタルピｈｃｏを求める。なお、制御部４は、液冷媒出口温度Ｔｃｏと仮凝縮温度Ｔｃとからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予めメモリに記憶している。

ステップＳ４で、制御部４は、第２液管温度センサ１１７を介して蒸発器入口温度Ｔｅｉを測定する。

ステップＳ５で、制御部４は、蒸発器入口温度ＴｅｉとステップＳ３で求めたエンタルピｈｃｏとから蒸発温度Ｔｅを推算する。

ステップＳ６で、制御部４は、吸入管温度センサ１１８を介して圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃを測定する。

ステップＳ７で、制御部４は、圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃから冷媒物性テーブルに基づいて、圧縮機吸入エンタルピｈｓｕｃを求める。

ステップＳ８で、制御部４は、吐出管温度センサ１１１を介して圧縮機吐出温度Ｔｄｉｓを測定する。

ステップＳ９で、制御部４は、蒸発温度Ｔｅ、圧縮機吸入エンタルピｈｓｕｃ、圧縮機吐出温度Ｔｄｉｓ、及び仮凝縮温度Ｔｃから、圧縮機１１の仕事に相当するエンタルピ差ｄｈｃｏｍｐを推算する。

ステップＳ１０で、制御部４は、エンタルピ差ｄｈｃｏｍｐ、圧縮機１１の運転周波数Ｈｖ、仮凝縮温度Ｔｃ、及び蒸発温度Ｔｅから冷媒循環量Ｇｒを推定する。なお、制御部４は、循環量Ｇｒを求めるための循環量推定テーブルを有している。

ステップＳ１１で、制御部４は、ステップＳ１０で推定した冷媒循環量ＧｒとステップＳ９で推算したｄｈｃｏｍｐとから、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐ＝Ｇｒ×ｄｈｃｏｍｐを算出し、電力に換算する。

ステップＳ１２で、制御部４は、電力センサ１１９を介して実際の圧縮機電力Ｅｒを測定する。

ステップＳ１３で、制御部４は、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐと圧縮機電力Ｅｒとが一致したか否かを判定する。一致していない場合、ステップＳ１へ戻り圧縮機入力Ｅｃｏｍｐと圧縮機電力Ｅｒとの差に基づいて、仮凝縮温度Ｔｃを修正する。一致している場合は、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４で、制御部４は、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐから推定できる凝縮圧力と蒸発圧力をメモリの所定記憶領域に記憶する。

以上、ステップＳ１〜ステップＳ１４までのフローが必要に応じて実行される。ステップＳ１４で記憶された凝縮圧力と蒸発圧力は、他の制御において、空調機１の運転制御に利用される。

（第１実施形態の第１変形例）
第１実施形態では、制御部４は第２液管温度センサ１１７を介して蒸発器入口温度Ｔｅｉを測定しているが、それに限定されるものではない。制御部４は、凝縮器出口温度Ｔｃｏから蒸発器入口温度Ｔｅｉを推定する第３テーブルをメモリに記憶させておき、そこから蒸発器入口温度Ｔｅｉを推定してもよい。

つまり、冷媒物性テーブルに従えば、凝縮器出口温度Ｔｃｏから凝縮器出口エンタルピｈｃｏが推定されるので、そこからさらに、その凝縮器出口エンタルピｈｃｏに対応する蒸発温度範囲を推定することも可能である。メモリは、その蒸発温度範囲を第３テーブルとしてさらに記憶すればよい。そして、制御部４は、例えば、その蒸発温度範囲の中央値を蒸発温度Ｔｅｉとして推定してもよい。これによって、第２液管温度センサ１１７が廃止され、コストが低減される。

（第１実施形態の第２変形例）
第１実施形態では、制御部４は吸入管温度センサ１１８を介して圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃを測定しているが、それに限定されるものではない。制御部４は、仮凝縮温度Ｔｃと圧縮機吐出温度Ｔｄｉｓから圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃを推定する第４テーブルをメモリに記憶させておき、そこから圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃを推定してもよい。

つまり、冷媒物性テーブルに従えば、圧縮機吐出温度Ｔｄｉｓに対応する圧縮機吸入温度範囲を推定することも可能である。メモリは、その圧縮機吸入温度範囲を第４テーブルとして記憶すればよい。そして、制御部４は、例えば、その圧縮機吸入温度範囲の中央値を圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃとして推定してもよい。これによって、吸入管温度センサ１１８が廃止され、コストが低減される。

＜第１実施形態の特徴＞
空調機１では、制御部４が、先ず、仮凝縮温度Ｔｃを設定してから蒸発温度Ｔｅを推定する。次に、仮凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅを用いて圧縮機１１の仕事量を算出する。そして、算出した圧縮機１１の仕事量と圧縮機１１の実際の入力値とが一致するまで仮凝縮温度を修正する、という操作を繰り返す。算出した圧縮機１１の仕事量と圧縮機１１の実際の入力値とが一致したときは、仮凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅから凝縮圧力および蒸発圧力がもとまる。その結果、温度センサの使用数量が低減される。

〔第２実施形態〕
＜空調機の構成＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図である。なお、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号及び名称を付けて説明を省略する。図４において、室内側回路には、室内熱交換器１５が設けられている。室内熱交換器１５は、補助熱交換器１５ａと、主熱交換器１５ｂとを有している。補助熱交換器１５ａと主熱交換器１５ｂとの間には、第２膨張弁１６が接続されている。

冷房運転時、及び暖房運転時、第２膨張弁１６は全開しており、補助熱交換器１５ａと主熱交換器１５ｂとは一つの蒸発器および凝縮器として機能する。しかし、除湿運転時、第２膨張弁１６は、補助熱交換器１５ａと主熱交換器１５ｂとの間の冷媒流路を絞り、室外熱交換器１３と補助熱交換器１５ａとを凝縮器として機能させ、主熱交換器１５ｂを蒸発器として機能させる。なお、本実施形態では、第２膨張弁１６は電磁弁である。

（センサ）
空調機１には、第３液管温度センサ１２０と第４液管温度センサ１２１がさらに設けられている。第３液管温度センサ１２０は、補助熱交換器１５ａの出口側（除湿運転時）に取付けられ、補助熱交換器１５ａ出口から出てくる液冷媒の温度を検知する。第４液管温度センサ１２１は、主熱交換器１５ｂの入口側（除湿運転時）に取付けられ、主熱交換器１５ｂ入口に入る液冷媒の温度を検知する。

＜空調機の動作＞
図５は、第２実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図である。空調機１では、四路切換弁１２および第２膨張弁１６によって、図５の冷凍サイクルに従った除湿運転に切り換えることが可能である。

（除湿運転）
除湿運転では、四路切換弁１２が第１状態（図１の実線）に設定される。この状態で圧縮機１１を運転すると、冷媒回路１０では室外熱交換器１３が１次凝縮器となり、補助熱交換器１５ａが２次凝縮器となり、主熱交換器１５ｂが蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して一部分が凝縮する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、膨張弁１４を通過する際に、所定圧力まで減圧され、その後に補助熱交換器１５ａに入り、凝縮しきれなかった冷媒が補助熱交換器１５ａで凝縮する。

補助熱交換器１５ａを通過した冷媒は、第２膨張弁１６を通過する際に減圧され、その後に主熱交換器１５ｂで室内空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器１５を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

通常の冷房運転による除湿では室内温度が低下するが、上記除湿運転によれば補助熱交換器１５ａで暖められた空気を主熱交換器１５ｂで除湿するので、室内温度が低下することが抑制される。

（凝縮圧力および蒸発圧力の推定方法）
制御部４は、除湿運転時、冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力に異常がないか否かを所定方法で監視しながら空調機１を制御している。以下、その所定方法について除湿運転時の動作を例にして説明する。

ステップＳ１０１で、制御部４は、補助熱交換器１５ａでの仮凝縮温度Ｔｃを設定する。仮凝縮温度Ｔｃの初回の推定値は、どんな値でもよく、適当に設定する。本実施形態では、室内温度を初回の仮凝縮温度Ｔｃに設定する。

ステップＳ１０２で、制御部４は、第３液管温度センサ１２０を介して凝縮器出口温度Ｔｃｏを測定する。

ステップＳ１０３で、制御部４は、凝縮器出口温度ＴｃｏとステップＳ１０１で設定した仮凝縮温度Ｔｃとから、補助熱交換器１５ａ出口の凝縮器出口エンタルピｈｃｏを求める。なお、制御部４は、液冷媒出口温度Ｔｃｏと仮凝縮温度Ｔｃとからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予めメモリに記憶している。

ステップＳ１０４で、制御部４は、第４液管温度センサ１２１を介して蒸発器入口温度Ｔｅｉを測定する。

ステップＳ１０５で、制御部４は、蒸発器入口温度ＴｅｉとステップＳ１０３で求めたエンタルピｈｃｏとから主熱交換器１５ｂでの蒸発温度Ｔｅを推算する。

ステップＳ１０６で、制御部４は、吸入管温度センサ１１８を介して圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃを測定する。

ステップＳ１０７で、制御部４は、圧縮機吸入温度Ｔｓｕｃから冷媒物性テーブルに基づいて、圧縮機吸入エンタルピｈｓｕｃを求める。

ステップＳ１０８で、制御部４は、吐出管温度センサ１１１を介して圧縮機吐出温度Ｔｄｉｓを測定する。

ステップＳ１０９で、制御部４は、蒸発温度Ｔｅ、圧縮機吸入エンタルピｈｓｕｃ、圧縮機吐出温度Ｔｄｉｓ、及び仮凝縮温度Ｔｃから、圧縮機１１の仕事に相当するエンタルピ差ｄｈｃｏｍｐを推算する。

ステップＳ１１０で、制御部４は、エンタルピ差ｄｈｃｏｍｐ、圧縮機１１の運転周波数Ｈｖ、仮凝縮温度Ｔｃ、及び蒸発温度Ｔｅから冷媒循環量Ｇｒを推定する。なお、制御部４は、循環量Ｇｒを求めるための循環量推定テーブルを有している。

ステップＳ１１１で、制御部４は、ステップＳ１１０で推定した冷媒循環量ＧｒとステップＳ１０９で推算したｄｈｃｏｍｐとから、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐ＝Ｇｒ×ｄｈｃｏｍｐを算出し、電力に換算する。

ステップＳ１１２で、制御部４は、電力センサ１１９を介して実際の圧縮機電力Ｅｒを測定する。

ステップＳ１１３で、制御部４は、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐと圧縮機電力Ｅｒとが一致したか否かを判定する。一致していない場合、ステップＳ１０１へ戻り圧縮機入力Ｅｃｏｍｐと圧縮機電力Ｅｒとの差に基づいて、仮凝縮温度Ｔｃを修正する。一致している場合は、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１４で、制御部４は、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐから推定できる凝縮圧力と蒸発圧力をメモリの所定記憶領域に記憶する。

以上、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１４までのフローが必要に応じて実行される。ステップＳ１１４で記憶された凝縮圧力と蒸発圧力は、他の制御において、空調機１の運転制御に利用される。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、制御部４は第４液管温度センサ１２１を介して蒸発器入口温度Ｔｅｉを測定しているが、それに限定されるものではない。制御部４は、冷媒循環量Ｇｒ、仮凝縮温度Ｔｃおよび蒸発温度Ｔｅから凝縮圧力と蒸発圧力との差（第２膨張弁１６前後の差圧）を推定することができるので、その差圧から蒸発器入口温度Ｔｅｉを求めるための第５テーブルをメモリに記憶させておき、そこから蒸発器入口温度Ｔｅｉを推定してもよい。

つまり、冷媒物性テーブルに従えば、冷媒循環量、凝縮温度および蒸発温度から第２膨張弁１６前後の差圧が推定され、そこからさらに、蒸発器入口温度Ｔｅｉを推定することも可能である。これによって、第４液管温度センサ１２１を廃止することができ、コストが低減される。

〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機では、制御部４が、室外温度Ｔａと冷媒循環量Ｇｒから凝縮温度を推定する第６テーブルをメモリに記憶している。つまり、室外温度と冷媒循環量とが把握できれば、凝縮温度と室外温度との差を推定することが可能であるので、そこから凝縮温度が推定される。その結果、第１実施形態および第２実施形態のような、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐと圧縮機電力Ｅｒとが一致するまで仮凝縮温度Ｔｃを修正するという収束計算が不要になる。

〔第４実施形態〕
第４実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機では、図１において、室外熱交換器温度センサ１１３は、室外熱交換器１３の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置されている。室内熱交換器温度センサ１１５は、室内熱交換器１５の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置されている。

制御部４は、圧縮機１１の運転周波数と、室外熱交換器温度センサ１１３及び室内熱交換器温度センサ１１５の測定値とからエンタルピを推定する第７テーブルをメモリに記憶している。そして、制御部４は、推定したエンタルピと上記中間値との差から、凝縮圧力と蒸発圧力を推定している。その結果、第１実施形態および第２実施形態のような、圧縮機入力Ｅｃｏｍｐと圧縮機電力Ｅｒとが一致するまで仮凝縮温度Ｔｃを修正するという収束計算が必要でなくなるので、温度センサの数量が低減される。

〔その他の実施形態〕
第１実施形態、及び第２実施形態では、冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２の２種類の有機化合物からなる混合冷媒を使用しているが、ＨＦＣ−３２の割合は、２２質量％のＨＦＣ−３２との混合冷媒である。ＨＦＣ−３２の割合は、６質量％以上３０質量％以下であればよく、好ましくは、１３質量％以上２３質量％以下であればよく、更に好ましくは、２１質量％以上２３質量％以下であればよい。

また、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒と、１０質量％以上のＨＦＣ−１２５（ペンタフルオロエタン、ＣＦ_３−ＣＨＦ_２）との混合冷媒でもよい。ＨＦＣ−１２５の割合は、１０質量％以上２０質量％以下であれば好ましい。

また、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒と、ＨＦＣ−１３４（１，１，２，２−テトラフルオロエタン、ＣＨＦ_２−ＣＨＦ_２）、ＨＦＣ−１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン、ＣＨ_２Ｆ−ＣＦ_３）、ＨＦＣ−１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン、ＣＨ_３ＣＦ_３）、ＨＦＣ−１５２ａ（１，１−ジフルオロエタン、ＣＨＦ_２−ＣＨ_３）、ＨＦＣ−１６１（フルオロエタン、ＣＨ_３−ＣＨ_２Ｆ）、ＨＦＣ−２２７ｅａ（１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン、ＣＦ_３−ＣＨＦ−ＣＦ_３）、ＨＦＣ−２３６ｅａ（１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン、ＣＦ_３−ＣＨＦ−ＣＨＦ_２）、ＨＦＣ−２３６ｆａ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロエタン、ＣＦ_３−ＣＨ_２−ＣＦ_３）、及びＨＦＣ−３６５ｍｆｃ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン、ＣＦ_３−ＣＨ_２ＣＦ_２−ＣＨ_３）のいずれか１つとの混合冷媒でもよい。

また、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒と、炭化水素系冷媒との混合冷媒であってもよい。

具体的には、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒と、メタン（ＣＨ_４）、エタン（ＣＨ_３−ＣＨ_３）、プロパン（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_３）、プロペン（ＣＨ_３−ＣＨ＝ＣＨ_２）、ブタン（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_３）、イソブタン（ＣＨ_３−ＣＨ（ＣＨ_３）−ＣＨ_３）、ペンタン（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_３）、２−メチルブタン（ＣＨ_３−ＣＨ（ＣＨ_３）−ＣＨ_２−ＣＨ_３）、及びシクロペンタン（ｃｙｃｌｏ−Ｃ_５Ｈ_１０）のいずれか１つとの混合冷媒でもよい。

また、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒と、ジメチルエーテル（ＣＨ_３−Ｏ−ＣＨ_３）、ビス−トリフルオロメチル−サルファイド（ＣＦ_３−Ｓ−ＣＦ_３）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、及びヘリウム（Ｈｅ）のいずれか１つとの混合冷媒でもよい。

また、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒と、上記第２成分のいずれか２つとから成る混合冷媒を使用してもよい。例えば、５２質量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆと、２３質量％のＨＦＣ−３２と、２５質量％のＨＦＣ−１２５から成る混合冷媒が好ましい。

以上のように、本発明によれば、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒を含む非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置を備えた空調機に有用である。

本発明に第１実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図。 第１実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図。 凝縮圧力および蒸発圧力の推定制御のフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る冷凍装置を用いた空調機の構成図。 第２実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクルを併記したモリエル線図。 凝縮圧力および蒸発圧力の推定制御のフローチャート。

１ 空調機（冷凍装置）
４ 制御部
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１３ 室外熱交換器（凝縮器）
１４ 膨張弁（減圧器）
１５ 室内熱交換器（蒸発器）
１５ａ 補助熱交換器（第１熱交換器）
１５ｂ 主熱交換器（第２熱交換器）
１６ 第２膨張弁（電磁弁）
１０２ 室外温度センサ（外気温センサ）
１１１ 吐出管温度センサ
１１３ 室外熱交換器温度センサ（凝縮器温度センサ）
１１５ 室内熱交換器温度センサ（蒸発器温度センサ）
１１６ 液管温度センサ（第１温度センサ）

Claims (7)

1. 冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、
   圧縮機（１１）、凝縮器（１３）、減圧器（１４）、蒸発器（１５）の順で前記冷媒が循環する冷媒回路（１０）と、
   前記圧縮機（１１）の吐出管に取り付けられ前記冷媒の吐出温度を測定する吐出管温度センサ（１１１）と、
   前記凝縮器（１３）から前記減圧器（１４）に流れる冷媒の温度、及び前記減圧器（１４）から前記蒸発器（１５）に流れる冷媒の温度のいずれか一方を測定する第１温度センサ（１１６）と、
   前記圧縮機（１１）の運転周波数から冷媒循環量を推定し、且つ凝縮圧力を算出するための仮凝縮温度、及び蒸発圧力を算出するための仮蒸発温度のいずれか一方を設定して他方を推定する制御部（４）と、
   を備え、
   前記制御部（４）は、
   前記第１温度センサ（１１６）の測定値と前記仮凝縮温度とからエンタルピを求めるための冷媒物性テーブルを予め記憶したメモリを有し、
   前記吐出管温度センサ（１１１）の測定値及び前記第１温度センサ（１１６）の測定値から、前記冷媒物性テーブルに基づいて前記圧縮機（１１）の仕事に相当するエンタルピ差を算出し、
   前記エンタルピ差と前記冷媒循環量とから算出される前記圧縮機（１１）の仕事量と、前記圧縮機（１１）の実際の入力値とが一致するまで、前記仮凝縮温度、及び前記仮蒸発温度のいずれか一方を仮定して他方を推定するプロセスを繰り返す、
   冷凍装置。
2. 前記制御部（４）は、前記凝縮器（１３）から前記減圧器（１４）に流れる冷媒の温度、及び前記減圧器（１４）から前記蒸発器（１５）に流れる冷媒の温度のうち、前記第１温度センサ（１１６）で測定しない側の温度を、前記第１温度センサ（１１６）の測定値から推定する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記制御部（４）は、前記第１温度センサ（１１６）の測定値から前記圧縮機（１１）の吸入温度を推定するための吸入温度テーブルを有し、
   前記圧縮機（１１）の仕事に相当する前記エンタルピ差は、前記吸入温度及び前記吐出管温度センサ（１１１）の測定値から算出される、
   請求項１に記載の冷凍装置。
4. 外気の温度を測定する外気温センサ（１０２）をさらに備え、
   前記制御部（４）は、前記外気温センサ（１０２）の測定値と前記冷媒循環量とから凝縮温度を推定するための凝縮温度推定テーブルを有している、
   請求項１に記載の冷凍装置。
5. 前記蒸発器（１５）は、
   先に冷媒が流れる第１熱交換器（１５ａ）と、
   前記第１熱交換器（１５ａ）を通過した冷媒が流れる第２熱交換器（１５ｂ）と、
   前記第１熱交換器（１５ａ）と前記第２熱交換器（１５ｂ）との間に接続される電磁弁（１６）と、
   を有し、
   前記制御部（４）は、前記電磁弁（１６）を動作させて前記冷媒を前記凝縮器（１３）と前記第１熱交換器（１５ａ）とで凝縮させ前記冷媒を前記第２熱交換器（１５ｂ）で蒸発させる除湿運転を実行するために、前記冷媒循環量、前記仮蒸発温度、及び前記仮凝縮温度から前記電磁弁（１６）前後の圧力差を推定する差圧推定テーブルをさらに有している、
   請求項１に記載の冷凍装置。
6. 冷媒に非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置であって、
   圧縮機（１１）、凝縮器（１３）、減圧器（１４）、蒸発器（１５）の順で前記冷媒が循環する冷媒回路（１０）と、
   前記凝縮器（１３）の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される凝縮器温度センサ（１１３）と、
   前記蒸発器（１５）の入口および出口における冷媒のエンタルピの差の中間値に相当する場所に配置される蒸発器温度センサ（１１５）と、
   前記圧縮機（１１）の運転周波数、前記凝縮器温度センサ（１１３）の測定値および前記蒸発器温度センサ（１１５）の測定値から前記冷媒のエンタルピを推定するエンタルピ推定テーブルを有する制御部（４）と、
   を備え、
   前記制御部（４）は、
   前記エンタルピ推定テーブルから推定したエンタルピと前記中間値との差から、前記冷媒の凝縮圧力および蒸発圧力を推定する、
   冷凍装置。
7. 前記冷媒は、分子式がＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ＝１〜５，ｎ＝１〜５、且つｍ＋ｎ＝６）で示され且つ分子構造中に二重結合を１個有する有機化合物から成る冷媒を含む非共沸混合冷媒である、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
   

Images