JP5981376B2 - 空気調和機、および空気調和機の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機、および空気調和機の運転方法に関する。

例えば特許文献１には、「圧縮機(１)が、乾き度０.６５以上かつ０．８５以下のＲ３２冷媒、もしくは、Ｒ３２を少なくとも７０重量％以上含む乾き度が０.６５以上かつ０．８５以下の混合冷媒を吸入して圧縮する」と記載されている（特許請求の範囲参照）。

特許第３９５６５８９号公報

空気調和機の冷凍サイクルでは、蒸発器として作用する熱交換器出口での冷媒状態を飽和ガス付近に制御することによって蒸発潜熱を最大限に活用し、運転効率を高めている。一方、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２＋Ｒ１２５：５０＋５０ｗｔ％）などに比べて地球温暖化係数ＧＷＰが低いＲ３２（ＨＦＣ３２：ジフルオロメタン）を冷媒として使用する場合、Ｒ３２は比熱比が大きいため、蒸発器出口での冷媒状態が飽和ガス付近になるように冷凍サイクルを運転すると、圧縮機吐出の冷媒温度がＲ４１０Ａに比べて１０〜１５℃程度高くなる。したがって、Ｒ３２を冷媒として使用する場合、圧縮機入口側で冷媒の乾き度をＲ４１０Ａを使用するときよりも小さくすることが必要になる。
特許文献１には、圧縮機入口側における冷媒（Ｒ３２）の乾き度を０．６５から０．８５に設定する空気調和機（冷凍機）が記載されている。

しかしながら、圧縮機入口側における乾き度を小さくすると吐出温度の上昇を抑えることはできるが、圧縮機入口側から吸い込まれる冷媒の液体成分が多くなる。そして、圧縮機内の冷凍機油が冷媒の液体成分で希釈されて粘度が低下し、潤滑性能が劣化して機構部の磨耗が促進されるなど、圧縮機の寿命が短くなるという問題が生じる。

そこで本発明は、Ｒ３２を冷媒に使用して、圧縮機に対する負荷を小さくできる空気調和機、および空気調和機の運転方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、Ｒ３２が７０重量％以上含まれる冷媒が循環する冷凍サイクルを有し、圧縮機の入口側における冷媒の乾き度が０．８５より高くなるように圧縮機の圧力比を規制する上限値が設定されている空気調和機、および空気調和機の運転方法とする。そして、圧力比が上限値よりも小さくなるように運転されるという特徴を有する。

本発明によると、Ｒ３２を冷媒に使用して、圧縮機に対する負荷を小さくできる空気調和機、および空気調和機の運転方法を提供できる。

本実施例に係る空気調和機の構成を示す図である。 Ｒ３２を冷媒に使用する空気調和機のモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。 圧縮機の入口側での冷媒の圧力と出口側での冷媒の圧力と、が変化する場合のモリエル線図である。 吸入乾き度が０．８５となる吸入圧力と圧力比の関係を示すグラフである。 吸入乾き度の推定に使用される変数を示す図である。 制御装置が演算によって吸入乾き度を推定する手順を示すフローチャートである。 吐出温度と凝縮温度と吐出過熱度の関係を示すグラフである。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本実施例に係る空気調和機の構成を示す図である。
本実施例の空気調和機１は、室外機１０、室内機２０、および制御装置１ａを含んで構成される。室外機１０は、室外熱交換器１１（熱源側熱交換器）、室外ファン１２、室外膨張弁１３、圧縮機１４、アキュムレータ１５、および四方弁１６を含んで構成される。一方、室内機２０は、室内熱交換器２１（利用側熱交換器）、室内ファン２２、室内膨張弁２３を含んで構成される。
そして、室外機１０と室内機２０は、配管３０，３１で接続される。
また、本実施例の空気調和機１は、圧縮機１４、室外熱交換器１１（熱源側熱交換器）、室外膨張弁１３、室内熱交換器２１（利用側熱交換器）、室内膨張弁２３で冷凍サイクルが構成され、この冷凍サイクルを循環する冷媒としてＲ３２（ジフルオロメタン）が使用される。

なお、例えば前記した特許文献１には、Ｒ３２を少なくとも７０％（７０重量％）以上含んだ冷媒であれば、Ｒ３２が１００％含まれる冷媒と同様のメリットを発揮できる旨が記載されている。したがって、本実施例の空気調和機１に使用される冷媒は、Ｒ３２が１００％含まれるものに限定されず、Ｒ３２が７０重量％以上含まれる冷媒（混合冷媒）であってもよい。

制御装置１ａは、室外機１０の室外ファン１２の起動や停止、室外膨張弁１３の弁開度の調節、圧縮機１４の回転速度Ｆｒの調節、四方弁１６の制御、などによって室外機１０を制御する。また、制御装置１ａは、室内ファン２２の起動や停止、室内膨張弁２３の弁開度の調節、などによって室内機２０を制御する。

冷房運転時、制御装置１ａは四方弁１６を制御して、圧縮機１４の出口側と室外熱交換器１１を接続するとともに、アキュムレータ１５と配管３１を接続する。そして、制御装置１ａは圧縮機１４、室外ファン１２、室内ファン２２を駆動する。
圧縮機１４で圧縮された冷媒（気体）は、四方弁１６を経由して室外熱交換器１１に流入し、室外ファン１２で送風される外気との熱交換で冷却されて凝縮する。室外熱交換器１１で凝縮した冷媒（液体）は、室外膨張弁１３を経由し配管３０を流通して室内機２０に導入される。

室内機２０に導入された冷媒（液体）は室内膨張弁２３で減圧されて室内熱交換器２１に流入する。室内熱交換器２１に流入した冷媒（液体、または気液二相状態）は、室内ファン２２で送風される室内空気との熱交換で気化する。このとき、室内熱交換器２１で気化する冷媒（液体）が室内空気から気化熱を奪って室内空気を冷却する。
室内熱交換器２１で気化した冷媒（気体）は、配管３１を流通して室外機１０に導入され、四方弁１６を流通してアキュムレータ１５に流入する。アキュムレータ１５は、過渡的に液冷媒が過剰に流入した際に冷媒（液体）を貯留するバッファタンクとして機能し、これによって圧縮機１４での液圧縮が防止される。したがって、アキュムレータ１５において冷媒の乾き度が高まり、圧縮機１４には乾き度の高い冷媒が流入する。

暖房運転時、制御装置１ａは四方弁１６を制御して、圧縮機１４の出口側と配管３１を接続するとともに、室外熱交換器１１とアキュムレータ１５を接続する。そして、制御装置１ａは圧縮機１４、室外ファン１２、室内ファン２２を駆動する。
圧縮機１４で圧縮された冷媒（気体）は、四方弁１６を経由して配管３１を流通し、室内機２０に導入される。室内機２０に導入された冷媒（気体）は室内熱交換器２１に流入し、室内ファン２２で送風される室内空気との熱交換で冷却されて凝縮する。このとき、室内熱交換器２１で凝縮する冷媒（気体）が凝縮熱を室内空気に与えて室内空気を加熱する。室内熱交換器２１で凝縮した冷媒（液体）は室内膨張弁２３を経由して配管３０を流通し、室外機１０に導入される。室外機１０に導入された冷媒（液体）は、室外膨張弁１３で減圧されて室外熱交換器１１に流入する。室外熱交換器１１に流入した冷媒（液体）は、室外ファン１２で送風される外気との熱交換で気化し、四方弁１６を経由してアキュムレータ１５に流入する。そして、アキュムレータ１５で乾き度が高まった冷媒（気体、または気液二相状態）が圧縮機１４に流入する。

なお、室外機１０には、圧縮機１４で吐出される冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）を計測する吐出温度センサ１０ｔａと、圧縮機１４の出口側での冷媒の圧力（吐出圧力Ｐｄ）を計測する吐出圧力センサ１０ｐａと、圧縮機１４の入口側での冷媒の圧力（吸入圧力Ｐｓ）を計測する吸入圧力センサ１０ｐｂと、が備わっている。
また、室外機１０には、室外熱交換器１１での冷媒の凝縮温度Ｔｃ（冷房運転時）、または蒸発温度Ｔｅ（暖房運転時）を計測するための温度センサ１０ｔｂが備わり、室内機２０には、室内熱交換器２１での冷媒の蒸発温度Ｔｅ（冷房運転時）、または凝縮温度Ｔｃ（暖房運転時）を計測するための温度センサ２０ｔａが備わっている。
なお、吐出温度Ｔｄに替えて、圧縮機１４のチャンバー上部温度を計測して使用する構成としてもよい。

図２はＲ３２を冷媒に使用する空気調和機のモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。
例えば、空気調和機１（図１参照）が暖房運転されるとき、点Ａ１の状態にある冷媒（気体）は、圧縮機１４で圧縮されて温度（比エンタルピ）と圧力が上昇して点Ａ２の状態になり室内機２０に導入される。室内機２０に導入された冷媒（気体）は、室内熱交換器２１においてほぼ等圧で凝縮して点Ａ３の状態（液体）になり、室外機１０に導入される。点Ａ３の状態で室外機１０に導入された冷媒（液体）は室外膨張弁１３で減圧されて点Ａ４の状態になり、室外熱交換器１１で気化して点Ａ１の状態（気体）になる。このように、暖房運転する空気調和機１では、冷媒（Ｒ３２）が点Ａ１〜Ａ４の状態を遷移しながら循環する。つまり、圧縮機１４で圧縮（点Ａ１→Ａ２）された冷媒（気体）が室内機２０の室内熱交換器２１で凝縮（点Ａ２→Ａ３）するときに室内空気を加熱する。

このとき、Ｒ３２はＲ４１０Ａに比べて比熱比が大きいため、圧縮機１４で圧縮されるときに（点Ａ１→Ａ２）、圧縮機１４の出口側における冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）が高くなる（Ｔｄ１）。例えば、吐出温度ＴｄはＲ４１０Ａに比べて、１０〜１５℃程度高くなる。このことによって、圧縮された冷媒の吐出温度Ｔｄが圧縮機１４の許容上限温度を超えて、圧縮機１４に過大な負荷がかかってしまう場合がある。そこで、冷媒にＲ３２を使用するときには、圧縮機１４の出口側での吐出温度Ｔｄを低くすることが要求される（例えば、Ｔｄ１→Ｔｄ２）。

例えば、室外膨張弁１３の弁開度が大きくなると、室外膨張弁１３における温度低下が促進され、図２に破線で示すように、圧縮機１４の入口側での冷媒の温度または乾き度を低くすることができる（点Ａ１’）。これによって、圧縮機１４の出口側における冷媒の吐出温度Ｔｄが低くなる（点Ａ２→Ａ２’）。
しかしながら、圧縮機１４の入口側における冷媒の状態（点Ａ１’）が飽和線Ｃ１００よりも低い温度（または比エンタルピ）になると圧縮機１４の入口側における冷媒の乾き度が１．００よりも低くなる。

乾き度が低い冷媒は液体成分の含有率が多く、乾き度の低い冷媒が圧縮機１４に流入すると、この冷媒に含まれる液体成分によって圧縮機１４の冷凍機油が希釈され、機構部の磨耗が促進されるなどの影響が生じる。つまり、乾き度の低い冷媒が圧縮機１４に流入すると、圧縮機１４に対する負荷が大きくなる。よって、圧縮機１４の入口側における冷媒の乾き度が過剰に低い状態は好ましくない。

そこで、圧縮機１４の機械的性能の変化（磨耗の促進状態など）と、圧縮機１４の入口側における冷媒の乾き度（以下、「吸入乾き度Ｘｓ」と称する）と、圧縮機１４における冷凍機油の粘度低下と、の相関関係を調べる実験により、圧縮機１４の機械的性能を劣化させない（あるいは、劣化が許容範囲になる）吸入乾き度Ｘｓの境界値を０．８５とした。換言すると、吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高ければ（Ｘｓ＞０．８５）、圧縮機１４に与える影響が許容できる範囲になり、圧縮機１４に対する負荷を小さくできることが分かった。
そこで、本実施例の空気調和機１は、吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高い状態で運転される構成とする。なお、図２に示す二点鎖線は、乾き度が０．８５になる「等乾き度線Ｃ８５」を示す。

図３は、圧縮機の入口側での冷媒の圧力（吸入圧力Ｐｓ）と出口側での冷媒の圧力（吐出圧力Ｐｄ）と、が変化する場合のモリエル線図である。
例えば、図３に示すように、圧縮機１４の出口側における冷媒の吐出温度Ｔｄを圧縮機１４の許容上限温度以下の上限温度（Ｔｄｍａｘ）に維持する場合、圧縮機１４の出口側における冷媒の状態を示す点（点Ａ２−ｎ：ｎ＝１，２，３，・・・）が、吐出温度Ｔｄが上限温度（Ｔｄｍａｘ）を示す等温線上（一点鎖線）になるように状態変化させる。
例えば、圧縮機１４の許容上限温度が１２０℃の場合、冷媒の吐出温度Ｔｄの上限温度を１００℃程度に設定する（「Ｔｄｍａｘ＝１００［℃］」とする）。

また、飽和線Ｃ１００は乾き度が１．００になる線であり、乾き度０．８５を示す「等乾き度線Ｃ８５」は飽和線Ｃ１００よりも比エンタルピが低くなる（二点鎖線で図示）。そして、吸入乾き度Ｘｓを０．８５とするには、圧縮機１４の入口における冷媒の温度（比エンタルピ）が、乾き度０．８５を示す等乾き度線Ｃ８５上で吸入圧力Ｐｓとなる点（点Ａ１−ｎ：ｎ＝１，２，３，・・・）が示す温度になるようにすればよい。
このようにして決定される点Ａ１−ｎと、点Ａ２−ｎから圧縮機１４の圧力比ε（吐出圧力Ｐｄ／吸入圧力Ｐｓ）が決定される。つまり、吸入圧力Ｐｓに対する圧力比εが決定される。
図３に示すように、吸入圧力Ｐｓが高いほど（Ｐｓ１→Ｐｓ２→Ｐｓ３）、吐出圧力Ｐｄを高くすることができるが（Ｐｄ１→Ｐｄ２→Ｐｄ３）、吸入圧力Ｐｓが上昇する割合よりも吐出圧力Ｐｄが上昇する割合が小さくなる。つまり、吸入圧力Ｐｓが高いほど圧力比εを小さくする必要がある。

図４は、吸入乾き度が０．８５となる吸入圧力と圧力比の関係を示すグラフであり、横軸が吸入圧力Ｐｓ、縦軸が圧力比ε（吐出圧力Ｐｄ／吸入圧力Ｐｓ）を示す。
なお、図４に示される「εＵ」は圧力比εの最大値である。また、実線は、吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなる圧力比εの上限値（圧力比上限εｍａｘ）を示している。圧力比上限εｍａｘは、吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように圧力比εを規制する上限値であり、圧力比εが圧力比上限εｍａｘ以下となるように冷媒の圧縮（圧縮機１４の回転速度Ｆｒ）が制限されることによって、吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなる。
そして「ＰｓＬ」は、吸入乾き度Ｘｓを０．８５にする圧力比εが最大値「εＵ」となる吸入圧力Ｐｓである。つまり、吸入圧力Ｐｓが「ＰｓＬ」以下の領域は、吸入乾き度Ｘｓを０．８５にするための圧力比εが最大値「εＵ」を超える領域である。
また、「ＰｓＵ」は空気調和機１における吸入圧力Ｐｓの上限値である。そして、図４に示す吸入圧力Ｐｓの下限値「ＰｓＬ」および上限値「ＰｓＵ」、圧力比εの最大値「εＵ」は空気調和機１の特性値であり、空気調和機１ごとに決定されている設計値である。

図４に示すように、圧力比上限εｍａｘは、吸入圧力Ｐｓが下限値「ＰｓＬ」以下の領域（Ｐｓ≦ＰｓＬ）では圧力比の最大値「εＵ」となり（εｍａｘ＝εＵ）、吸入圧力Ｐｓが下限値「ＰｓＬ」より高い領域（Ｐｓ＞ＰｓＬ）では次式（１）で示される。

εｍａｘ＝εＵ−（εＵ−εＬ）／（ＰｓＵ−ＰｓＬ）×（Ｐｓ−ＰｓＬ）
・・・（１）

図３に示すように、吸入圧力Ｐｓが高いほど圧力比εは小さくなるため、図４に示すように、圧力比上限εｍａｘも吸入圧力Ｐｓが高いほど低くなる。

そして、本実施例の空気調和機１（図１参照）において、制御装置１ａ（図１参照）は、圧力比εが式（１）で示される圧力比上限εｍａｘよりも小さくなるように冷媒（Ｒ３２）を圧縮する回転速度Ｆｒで圧縮機１４（図１参照）を運転する。つまり、制御装置１ａは、圧力比εが圧力比上限εｍａｘよりも小さくなるように圧縮機１４の回転速度Ｆｒを調節する。これによって、空気調和機１の吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高く維持される。

また、制御装置１ａ（図１参照）は、圧力比εが圧力比上限εｍａｘに近づくように圧縮機１４の回転速度Ｆｒを調節する構成であってもよい。例えば、圧力比εが圧力比上限εｍａｘより小さく、かつ、空調能力の増加を要求されるとき、制御装置１ａは圧縮機１４の回転速度Ｆｒを上昇して圧力比εを高める構成であってもよい。制御装置１ａがこのように構成される場合、空気調和機１（図１参照）は、吸入乾き度Ｘｓが０．８５に近い状態で運転される。

図１に示す空気調和機１では、吐出圧力センサ１０ｐａが吐出圧力Ｐｄを計測するとともに、吸入圧力センサ１０ｐｂが吸入圧力Ｐｓを計測する。そして、制御装置１ａは、吸入圧力センサ１０ｐｂが計測する吸入圧力Ｐｓの計測値と、吐出圧力センサ１０ｐａが計測する吐出圧力Ｐｄの計測値から演算する圧力比ε（吐出圧力Ｐｄ（計測値）／吸入圧力Ｐｓ（計測値））が、式（１）で演算される圧力比上限εｍａｘとなるように、圧縮機１４の回転速度Ｆｒを調節して空気調和機１を暖房運転する。

ここで、吐出圧力センサ１０ｐａおよび吸入圧力センサ１０ｐｂの一方あるいは双方に替えて、凝縮温度Ｔｃおよび蒸発温度Ｔｅを計測するセンサ（温度センサ）が備わる構成であってもよい。
暖房運転時に凝縮温度Ｔｃは、室内熱交換器２１に備わる温度センサ２０ｔａ（図１参照）で計測可能であり、蒸発温度Ｔｅは、室外熱交換器１１に備わる温度センサ１０ｔｂ（図１参照）で計測可能である。
一般的に、温度センサは圧力センサよりも安価であり、圧力センサ（吐出圧力センサ１０ｐａ，吸入圧力センサ１０ｐｂ）に替えて温度センサ（温度センサ１０ｔｂ，温度センサ２０ｔａ）を用いることで安価な空気調和機１とすることができる。

また、本実施例の空気調和機１（図１参照）は、制御装置１ａ（図１参照）が吸入乾き度Ｘｓを演算によって推定するように構成されていてもよい。そして、制御装置１ａは、推定した吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように圧縮機１４（図１参照）を制御する構成であってもよい。
図５は吸入乾き度の推定に使用される変数を示す図、図６は制御装置が演算によって吸入乾き度を推定する手順を示すフローチャートである。

本実施例の空気調和機１に備わる制御装置１ａは吸入乾き度Ｘｓを推定する場合、図６に示す手順で、吐出温度Ｔｄと、吐出圧力Ｐｄと、吸入圧力Ｐｓと、圧縮機１４の回転速度Ｆｒと、冷媒（Ｒ３２）の物性値と、に基づいた演算によって吸入乾き度Ｘｓを推定する。そして、制御装置１ａは、推定した吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように空気調和機１を運転（例えば暖房運転）する。なお、制御装置１ａは、空気調和機１を運転するときに、所定のサイクルで吸入乾き度Ｘｓを推定（演算）するように構成される。

図６を参照して、制御装置１ａが演算によって吸入乾き度Ｘｓを推定する手順を説明する（適宜、図１〜５参照）。
制御装置１ａは、吐出温度センサ１０ｔａが計測する吐出温度Ｔｄの計測値と、吐出圧力センサ１０ｐａが計測する吐出圧力Ｐｄの計測値と、吸入圧力センサ１０ｐｂが計測する吸入圧力Ｐｓの計測値と、圧縮機１４に備わる図示しない回転速度計が計測する回転速度Ｆｒの計測値と、に基づいて、吐出温度Ｔｄと、吐出圧力Ｐｄと、吸入圧力Ｐｓと、圧縮機１４の回転速度Ｆｒと、を取得する（ステップＳ１）。
そして、制御装置１ａは取得した吐出温度Ｔｄと、吐出圧力Ｐｄに基づいて、吐出ガス比エンタルピｈｄを演算する（ステップＳ２）。
図５に示すように、吐出ガス比エンタルピｈｄは、圧縮機１４の出口側における冷媒の比エンタルピを示す。

また、制御装置１ａは、吸入乾き度Ｘｓを仮定し（ステップＳ３）、さらに、吸入圧力Ｐｓと冷媒の物性値（Ｒ３２の物性値）に基づいて、吸入圧力Ｐｓにおける飽和液比エンタルピｈｓＬ、および吸入圧力Ｐｓにおける飽和ガス比エンタルピｈｓＧを演算する（ステップＳ４）。
例えばステップＳ３で、制御装置１ａは、前のサイクルで演算した吸入乾き度Ｘｓの推定値を吸入乾き度Ｘｓの仮定値とする。
また、制御装置１ａは、あらかじめ設定されている近似式に基づいて、吸入圧力Ｐｓにおける飽和液比エンタルピｈｓＬ、および飽和ガス比エンタルピｈｓＧを算出する（ステップＳ４）。この近似式は、Ｒ３２の特性式として予め設定されているものであることが好ましい。

そして、制御装置１ａは、仮定した吸入乾き度Ｘｓと、演算した飽和液比エンタルピｈｓＬと、演算した飽和ガス比エンタルピｈｓＧと、を使用して、下式（２）に基づいて、吸入比エンタルピｈｓを演算する（ステップＳ５）。

Ｘｓ＝（ｈｓ−ｈｓＬ）／（ｈｓＧ−ｈｓＬ） ・・・（２）

また、制御装置１ａは、吸入圧力Ｐｓと、演算した吸入比エンタルピｈｓと、Ｒ３２の物性値と、に基づいて吸入比エントロピＳｓを演算し（ステップＳ６）、さらに、演算した吸入比エントロピＳｓと、吐出圧力Ｐｄと、Ｒ３２の物性値と、に基づいて、断熱圧縮吐出ガス比エンタルピｈｄ’を演算する（ステップＳ７）。
ステップＳ６で制御装置１ａは、予め設定されている近似式に基づいて、吸入圧力Ｐｓと吸入比エンタルピｈｓにおける吸入比エントロピＳｓを演算するように構成される。この近似式は、Ｒ３２の特性式として予め設定されているものであることが好ましい。

また、制御装置１ａがステップＳ７で演算する断熱圧縮吐出ガス比エンタルピｈｄ’は、図５に示すように、制御装置１ａがステップＳ３で仮定した吸入乾き度Ｘｓの冷媒を、圧縮機１４の効率（圧縮機効率ηｔ）を「１」とする等エントロピ圧縮（ηｔ＝１）した場合の、吐出圧力Ｐｄにおける比エンタルピを示す。図５には、等エントロピ圧縮を破線で示している。

この場合、制御装置１ａがステップＳ３で仮定した吸入乾き度Ｘｓに対する、圧縮機１４の圧縮機効率（仮効率）ηｔ_ｒｅａｌ’は次式（３）で示される。

ηｔ_ｒｅａｌ’＝（ｈｄ’−ｈｓ）／（ｈｄ−ｈｓ） ・・・（３）

制御装置１ａは、ステップＳ２で演算した吐出ガス比エンタルピｈｄ、ステップＳ５で演算した吸入比エンタルピｈｓ、およびステップＳ７で演算した断熱圧縮吐出ガス比エンタルピｈｄ’に基づいて式（３）から、仮効率ηｔ_ｒｅａｌ’を演算する（ステップＳ８）。

また、圧縮機１４の実際の効率（実効率）ηｔ_ｒｅａｌは、次式（４）で示される。

ηｔ_ｒｅａｌ＝ｆ（Ｘｓ，Ｐｄ，Ｐｓ，Ｆｒ） ・・・（４）

なお、「ｆ（Ｘｓ，Ｐｄ，Ｐｓ，Ｆｒ）」は、吸入乾き度Ｘｓ、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、および圧縮機１４の回転速度Ｆｒを変数として圧縮機１４の特性を表す関数であり、圧縮機１４の形式ごとに予め設定されている関数である。
そして、制御装置１ａは、ステップＳ３で仮定した吸入乾き度Ｘｓ、ステップＳ１で取得した、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、および圧縮機１４の回転速度Ｆｒに基づいて式（４）から、実効率ηｔ_ｒｅａｌを演算する（ステップＳ９）。

制御装置１ａは、ステップＳ８で演算した仮効率ηｔ_ｒｅａｌ’を、ステップＳ９で演算した実効率ηｔ_ｒｅａｌで除した比（ηｔ_ｒｅａｌ’／ηｔ_ｒｅａｌ）を演算し（ステップＳ１０）、この値が所定の下限値以上、かつ、所定の上限値以下であれば（ステップＳ１０→Ｙｅｓ）、ステップＳ３で仮定した吸入乾き度Ｘｓを吸入乾き度Ｘｓの推定値に決定する。

一方、ステップＳ１０で演算した比（ηｔ_ｒｅａｌ’／ηｔ_ｒｅａｌ）の値が所定の下限値未満であるか、所定の上限値より大きい場合（ステップＳ１０→Ｎｏ）、制御装置１ａは、手順をステップＳ３に戻し、新たに吸入乾き度Ｘｓを仮定してステップＳ３〜ステップＳ１０の手順を実行する。
例えば、ステップＳ１０で演算した比（ηｔ_ｒｅａｌ’／ηｔ_ｒｅａｌ）の値が所定の下限値未満の場合、制御装置１ａは、仮効率ηｔ_ｒｅａｌ’が大きくなる方向に吸入乾き度Ｘｓを変化させた値を、新たな吸入乾き度Ｘｓの仮定値とする。

なお、ステップＳ１０で制御装置１ａが「ηｔ_ｒｅａｌ’／ηｔ_ｒｅａｌ」と比較する所定の下限値および上限値は、要求される吸入乾き度Ｘｓの演算精度等に基づいて適宜設定されることが好ましい。例えば、下限値を「０．９９９」、上限値を「１．００１」とすれば、制御装置１ａは、「±０．１％」の誤差で吸入乾き度Ｘｓを推定（演算）可能になる。

そして、制御装置１ａ（図１参照）は、図６に示す手順で吸入乾き度Ｘｓを推定（演算）しながら空気調和機１（図１参照）を運転する（例えば暖房運転する）。このとき、制御装置１ａは、推定した吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように空気調和機１を制御する。具体的に制御装置１ａは、演算によって推定した吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように圧縮機１４の回転速度Ｆｒを調節して圧力比εを調節する。
制御装置１ａは、演算によって推定した吸入乾き度Ｘｓが下がって０．８５に近づいたときには、圧縮機１４の回転速度Ｆｒを低下して圧力比εを低くする。例えば、制御装置１ａは、圧力比上限εｍａｘとなる回転速度Ｆｒで運転されている圧縮機１４の回転速度Ｆｒを低下するように圧縮機１４を制御する。これによって吐出圧力Ｐｄが低下し、圧縮機１４の入口側における冷媒は湿りにくくなって吸入乾き度Ｘｓが上昇する。

このように制御装置１ａ（図１参照）が吸入乾き度Ｘｓを推定するとともに、推定した吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように空気調和機１（図１参照）を運転することによって、より確実に吸入乾き度Ｘｓを０．８５より高く維持できる。

また、本実施例の制御装置１ａ（図１参照）は、凝縮温度Ｔｃと吐出温度Ｔｄの差である吐出過熱度ＴｄＳＨ（＝Ｔｄ−Ｔｃ）が、予め設定される目標値を超えないように空気調和機１（図１参照）を暖房運転する構成であってもよい。

図７は、吐出温度と凝縮温度と吐出過熱度の関係を示すグラフであり、縦軸を温度（吐出温度Ｔｄ，凝縮温度Ｔｃ，吐出過熱度ＴｄＳＨ）、横軸を吐出圧力Ｐｄとする。
また、図７の実線は凝縮温度Ｔｃを示し、一点鎖線は吐出温度Ｔｄを示す。そして、破線は、吐出圧力Ｐｄごとの吐出過熱度ＴｄＳＨの目標値（目標過熱度ＳＨｔｇｔ）を示す。前記したように、吐出過熱度ＴｄＳＨは、同じ吐出圧力Ｐｄにおける吐出温度Ｔｄと凝縮温度Ｔｃの差（Ｔｄ−Ｔｃ）であり、その目標過熱度ＳＨｔｇｔは、例えば、図７に破線で示すように設定される。

凝縮温度Ｔｃは吐出圧力Ｐｄに対応して決定される冷媒固有の値（物性値）であり、制御装置１ａは吐出圧力センサ１０ｐａ（図１参照）が計測する吐出圧力Ｐｄの計測値に基づいて凝縮温度Ｔｃを演算可能である。
例えば、制御装置１ａは、吐出圧力センサ１０ｐａが計測する吐出圧力Ｐｄに基づいて、吐出圧力Ｐｄと凝縮温度Ｔｃの関係を示す近似式から凝縮温度Ｔｃを演算できる。この近似式は、Ｒ３２の特性式として予め設定されているものであることが好ましい。

また、図７に示す一例では、吐出圧力Ｐｄが所定値（境界吐出圧：Ｐｄａ）のときに吐出温度Ｔｄが圧縮機１４の上限温度（Ｔｄｍａｘ）となるため、吐出圧力Ｐｄが境界吐出圧（Ｐｄａ）より高い領域では、吐出温度Ｔｄが上限温度（Ｔｄｍａｘ）となるように、目標過熱度ＳＨｔｇｔが設定されている。

制御装置１ａ（図１参照）は吐出温度センサ１０ｔａ（図１参照）が計測する吐出温度Ｔｄと、吐出圧力Ｐｄの計測値に基づいて演算する凝縮温度Ｔｃと、から吐出過熱度ＴｄＳＨを演算する。そして、制御装置１ａは、演算する吐出過熱度ＴｄＳＨが、図７に破線で示す目標過熱度ＳＨｔｇｔに近づくように空気調和機１（図１参照）を暖房運転する。
例えば、演算する吐出過熱度ＴｄＳＨが目標過熱度ＳＨｔｇｔより低くなった場合、制御装置１ａは、室外膨張弁１３の弁開度を小さくする。室外膨張弁１３における冷媒の温度低下が抑制されて吐出温度Ｔｄは上昇する。一方、吸入圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄはそれほど変化しないため凝縮温度Ｔｃの変化は小さい。よって、吐出過熱度ＴｄＳＨ（Ｔｄ−Ｔｃ）は上昇して目標過熱度ＳＨｔｇｔに近づく。
このように、制御装置１ａは、演算する吐出過熱度ＴｄＳＨが目標過熱度ＳＨｔｇｔの近傍に維持されるように室外膨張弁１３を制御して、その弁開度を調節する。

例えば、吐出温度Ｔｄの上限（上限温度）が設定され、吐出温度Ｔｄが上限温度になるように圧縮機１４（図１参照）の回転速度Ｆｒが調節される場合、圧縮機１４の回転速度Ｆｒの変化にともなって吐出圧力Ｐｄと吐出温度Ｔｄが変化する。そして、吸入乾き度Ｘｓは、吐出圧力Ｐｄと吐出温度Ｔｄの両方に対応して変化する。よって、吸入乾き度Ｘｓを０．８５より高く維持するために、制御装置１ａ（図１参照）は、吐出圧力Ｐｄと吐出温度Ｔｄを統合的に調整することになり空気調和機１（図１参照）の制御が複雑になる。

これに対し、目標過熱度ＳＨｔｇｔが設定されて、吐出過熱度ＴｄＳＨが目標過熱度ＳＨｔｇｔに近づくように室外膨張弁１３（図１参照）の弁開度が調節される場合、吐出圧力Ｐｄはそれほど変化せずに吐出温度Ｔｄが変化する。したがって、吸入乾き度Ｘｓは吐出圧力Ｐｄに対応して変化する。
よって、制御装置１ａ（図１参照）は、吸入乾き度Ｘｓを０．８５より高く維持するように室外膨張弁１３の弁開度を調節すればよく、空気調和機１（図１参照）の制御が簡単になる。

なお、前記したように、圧力比εが圧力比上限εｍａｘに近づくように制御装置１ａ（図１参照）が圧縮機１４の回転速度Ｆｒを調節する構成とし、さらに、吐出過熱度ＴｄＳＨが目標過熱度ＳＨｔｇｔに近づくように、制御装置１ａが室外膨張弁１３の弁開度を調節する構成であってもよい。
例えば、圧力比εが圧力比上限εｍａｘより小さく、演算する吐出過熱度ＴｄＳＨが目標過熱度ＳＨｔｇｔより小さいとき、制御装置１ａは圧縮機１４の回転速度Ｆｒを上昇して圧力比εを高めるとともに、室外膨張弁１３の弁開度を小さくして吐出過熱度ＴｄＳＨを上昇させる。
この構成によると、圧力比εは圧力比上限εｍａｘの近傍に維持され、吐出過熱度ＴｄＳＨは目標過熱度ＳＨｔｇｔの近傍に維持される。このことによって、制御装置１ａ（図１参照）は、空気調和機１（図１参照）の吸入乾き度Ｘｓを０．８５に近い状態で維持することができ、吐出温度Ｔｄを高く設定できる。これによって、空気調和機１は、吐出温度Ｔｄが可能な限り高い状態で運転されることになり、蒸発潜熱が最大限に活用され、効率の高い運転状態を実現できる。

以上のように、図１に示す本実施例の制御装置１ａは、空気調和機１を暖房運転するとき、圧縮機１４および室外膨張弁１３を制御して、吐出温度Ｔｄ、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、圧縮機１４の回転速度ｆｒを調節し、吸入乾き度Ｘｓを０．８５より高く維持する。これによって、冷媒としてＲ３２が使用される場合においても吐出温度Ｔｄを圧縮機１４の上限温度（Ｔｄｍａｘ）以下に維持することができる。また、冷媒に含まれる液体成分が圧縮機１４に与える負荷を小さくできる。

なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではない。例えば、前記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

例えば、以上の説明は、空気調和機１（図１参照）が暖房運転される場合であるが、空気調和機１が冷房運転される場合も、制御装置１ａ（図１参照）は空気調和機１を同様に制御する。
制御装置１ａは、空気調和機１を冷房運転する場合、圧縮機１４の回転速度Ｆｒおよび室内膨張弁２３の弁開度を調節して、吸入乾き度Ｘｓを０．８５より高く維持し、さらに、吐出過熱度ＴｄＳＨを上限値近傍に維持する。
つまり、制御装置１ａは、圧力比εが、式（１）に基づいて算出する圧力比上限εｍａｘとなるように圧縮機１４の回転速度Ｆｒを調節する。
また、制御装置１ａは、図６に示す手順で吸入乾き度Ｘｓを演算して推定し、推定した吸入乾き度Ｘｓが０．８５より高くなるように空気調和機１を制御する。
さらに制御装置１ａは、吐出過熱度ＴｄＳＨが予め設定される目標過熱度ＳＨｔｇｔに近づくように室内膨張弁２３の弁開度を調節する。
このように制御装置１ａは、圧縮機１４および室内膨張弁２３を制御して空気調和機１を冷房運転する。

また、本実施例の制御装置１ａ（図１参照）は、図６に示すステップＳ４で、予め設定されている近似式によって飽和液比エンタルピｈｓＬを演算する構成であるが、例えば、吸入圧力Ｐｓと飽和液比エンタルピｈｓＬとの関係を示すマップが図示しない記憶部に記憶されている構成であってもよい。
このような構成にすると、制御装置１ａは図６に示すステップＳ４で、吸入圧力Ｐｓに基づいて当該マップを参照して飽和液比エンタルピｈｓＬを演算できる。これによって、制御装置１ａが飽和液比エンタルピｈｓＬを演算するときの負荷を軽減できる。

同様に、吸入圧力Ｐｓと飽和ガス比エンタルピｈｓＧの関係を示すマップが図示しない記憶部に記憶されている構成であってもよいし、吸入圧力Ｐｓと吸入比エントロピＳｓの関係を示すマップが図示しない記憶部に記憶されている構成であってもよい。
また、吐出圧力Ｐｄと凝縮温度Ｔｃの関係を示すマップが図示しない記憶部に記憶されている構成であってもよい。

この他、本発明は、前記した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、図１に示すように、本実施例の空気調和機１は圧縮機１４が室外機１０に配設されているが、圧縮機１４が室内機２０に配設される構成であってもよい。
また、四方弁１６に替えて、複数の開閉弁（図示せず）が備わる構成であってもよい。複数の開閉弁が備わる構成の場合、圧縮機１４の出口側と室外熱交換器１１を接続する配管を開閉する開閉弁と、アキュムレータ１５と配管３１を接続する配管を開閉する開閉弁と、圧縮機１４の出口側と配管３１を接続する配管を開閉する開閉弁と、室外熱交換器１１とアキュムレータ１５を接続する配管を開閉する開閉弁と、の少なくとも４つの開閉弁が備わる構成とすればよい。

１ 空気調和機
１ａ 制御装置
１１ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
１３ 室外膨張弁（膨張弁）
１４ 圧縮機
２１ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
２３ 室内膨張弁（膨張弁）
Ｆｒ 回転速度
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 吸入圧力
ＳＨｔｇｔ 目標過熱度（吐出過熱度の目標値）
Ｔｃ 凝縮温度
Ｔｄ 吐出温度
ＴｄＳＨ 吐出過熱度
Ｘｓ 吸入乾き度（圧縮機の入口側における冷媒の乾き度）
ε 圧力比
εｍａｘ 圧力比上限（圧力比の上限値）

Claims (5)

1. 少なくとも圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁が接続されてＲ３２が７０重量％以上含まれる冷媒が循環する冷凍サイクルと、
   制御装置と、を有し、
   前記圧縮機の入口側における前記冷媒の乾き度が０．８５より高くなるように当該圧縮機の圧力比を規制する上限値が、前記圧縮機における前記冷媒の吸入圧力が高いほど低くなるように設定され、
   運転時に、前記制御装置は、
   前記圧力比が前記上限値よりも小さくなるように前記圧縮機の回転速度を調節することを特徴とする空気調和機。
2. 前記圧縮機における前記冷媒の吐出温度から、前記圧縮機における前記冷媒の吐出圧力に対応する凝縮温度を減算した吐出過熱度の目標値が設定され、
   運転時に、前記制御装置は、
   前記圧力比が前記上限値に近づくように前記圧縮機の回転速度を調節するとともに、前記吐出過熱度が前記目標値に近づくように前記膨張弁の弁開度を調節することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 運転時に、前記制御装置は、
   少なくとも、前記圧縮機における前記冷媒の吐出温度と、
   前記圧縮機における前記冷媒の吐出圧力と、
   前記圧縮機における前記吸入圧力と、
   前記圧縮機の回転速度と、
   に基づいた演算で前記乾き度を推定し、
   さらに、推定した前記乾き度が０．８５より高くなるように、前記圧縮機の回転速度を調節することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 少なくとも圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁が接続されてＲ３２が７０重量％以上含まれる冷媒が循環する冷凍サイクルを有し、前記圧縮機の入口側における前記冷媒の乾き度が０．８５より高くなるように当該圧縮機の圧力比を規制する上限値が、前記圧縮機における前記冷媒の吸入圧力が高いほど低くなるように設定されている空気調和機の制御装置が実行し、
   前記圧縮機における前記冷媒の吐出圧力と、前記圧縮機における前記冷媒の吸入圧力と、に基づいて圧力比を演算する手順と、
   演算した前記圧力比が前記上限値よりも小さくなるように前記圧縮機の回転速度を調節する手順と、を有することを特徴する空気調和機の運転方法。
5. 少なくとも、前記圧縮機における前記冷媒の吐出温度と、前記圧縮機における前記冷媒の吐出圧力と、前記圧縮機における前記吸入圧力と、前記圧縮機の回転速度と、に基づいた演算で前記冷媒の乾き度を推定する手順と、
   推定した前記冷媒の乾き度が０．８５より高くなるように前記圧縮機の回転速度を調節する手順と、をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の運転方法。

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