JPH07280366A - 冷凍サイクルの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルで、所
定の過熱状態にすることが簡単な構成で実現できる冷凍
サイクルの制御方法を提供する。 【構成】 圧縮機２の吸入口４が設けられた吸入部での
非共沸混合冷媒の検知圧力に応じた気相側飽和蒸発温度
及び検知温度にもとづいて冷媒の流量を予め設定した過
熱度となるように調整するもので、圧縮機２の吸入部で
の検知圧力及び検知温度が配管の状態や配管長、圧力損
失等の影響を受けることなく得られる。また、検知温度
と検知圧力から得た気相側飽和蒸発温度とから求められ
た過熱度を冷媒の流量を調整して予め設定した過熱度と
することで、圧縮機２に吸入される冷媒を適正な所定の
過熱状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機等に用いら
れる冷凍サイクルの制御方法に関し、特に冷媒に非共沸
混合冷媒を用いて構成される冷凍サイクルでの過熱状態
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和機に用いられている冷凍
サイクルでは、例えば単一の冷媒を圧縮機から凝縮器、
膨張弁、蒸発器、そして再び圧縮機に戻すように流し、
空調室内の冷房を行う場合には室内熱交換器を蒸発器と
し、室外熱交換器を凝縮器とするようにして運転を行っ
ている。そして、空調室内が設定された空気調和条件と
なるよう運転する過程において、圧縮機の吸入口に戻る
ガス化した冷媒が所定の過熱（スーパーヒート）状態に
なるように膨張弁の弁開度を調節し、冷媒の流量を調整
する制御が行われている。

【０００３】これには、蒸発器の中間部に設けられた蒸
発温度センサや飽和温度検出キャピラリに設けられた蒸
発飽和温度センサ等によって冷媒の飽和蒸発温度を検出
すると共に、圧縮機の吸入部に設けられた吸入温度セン
サによって吸入温度を検出し、これら検出された飽和蒸
発温度と吸入温度との差を算出し、この算出された温度
差が設定した一定の温度差となるように膨張弁の弁開度
の調節が行われる。これにより冷媒の流量が調整され、
吸入温度が所定の温度となるように加熱されて所定の過
熱状態となる。

【０００４】一方、近年になって空気調和機等の冷凍サ
イクルに用いられる冷媒も、単一冷媒だけでなく非共沸
混合冷媒が使用されるようになってきている。このよう
な非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルにおいても、圧
縮機の吸入部での冷媒が所定の過熱状態になるように、
吸入温度の調整が同様に温度センサを設けることにより
膨張弁の弁開度を調節し、冷媒の流量が調整されて行わ
れる。

【０００５】しかしながら上記の従来技術においては、
蒸発器に蒸発温度センサを設けた場合、蒸発温度センサ
の検出温度は蒸発温度センサから圧縮機の吸入部に至る
圧力損失が考慮されたものとなっておらず、また配管長
にも影響されるために配管の状態によって検出温度が異
なってくる。このため、冷媒の吸入温度を適正な温度と
し所定の過熱状態にすることが困難なものとなってい
た。

【０００６】さらに、非共沸混合冷媒を用いたもので
は、サイクル中の多くの箇所で冷媒成分比率に対応して
蒸発温度が異なるために正確な飽和蒸発温度が求められ
ず、吸入温度を適正な温度としても冷媒が所定の過熱状
態になっているか定かでなく、所定の過熱状態にするこ
とは困難なものとなっていた。

【０００７】また、飽和温度検出キャピラリに蒸発飽和
温度センサを設けた場合にも、非共沸混合冷媒を用いた
ものでは、同様に正確な飽和蒸発温度が求められず、所
定の過熱状態にすることは困難なものとなっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の冷
凍サイクルでは、冷媒の圧縮機の吸入温度と蒸発器及び
飽和温度検出キャピラリでの蒸発飽和温度との差から膨
張弁の弁開度を調節しているために、単一冷媒に限らず
非共沸混合冷媒を用いたものにおいても検出された蒸発
飽和温度が適正なものであるとはいい難く、圧縮機の吸
入部で冷媒を所定の過熱状態にすることが困難なものと
なっていた。このような状況に鑑みて本発明はなされた
もので、その目的とするところは非共沸混合冷媒を用い
た冷凍サイクルにおいても圧縮機の吸入部での冷媒温度
を適正なものとしながらも、所定の過熱状態にすること
が簡単にできる冷凍サイクルの制御方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍サイクルの
制御方法は、冷媒を圧縮機から凝縮器、膨張弁、蒸発器
と流し循環させ、蒸発器から圧縮機の吸入口へ戻る冷媒
が所定の過熱状態となるよう制御する冷凍サイクルの制
御方法において、冷媒に非共沸混合冷媒を用いると共
に、圧縮機の吸入部での冷媒の検知圧力に応じた気相側
飽和蒸発温度及び検知温度にもとづいて冷媒の流量を予
め設定した過熱度となるように調整することを特徴とす
るものである。

【００１０】さらに、予め設定した封入時の非共沸混合
冷媒の冷媒組成比率をもとに検知圧力における気相側飽
和蒸発温度を算出すると共に、この算出した気相側飽和
蒸発温度と検知温度との差が、予め設定した過熱度とな
るよう膨張弁の弁開度を調節して冷媒の流量を調整する
ようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】上記のように構成された冷凍サイクルの制御方
法は、圧縮機の吸入部での非共沸混合冷媒の検知圧力及
び検知温度にもとづいて冷媒の流量を予め設定した過熱
度となるように調整するもので、圧縮機の吸入部での検
知圧力及び検知温度が配管の状態や配管長、圧力損失等
の影響を受けることなく得られる。また、検知温度と検
知圧力から得た気相側飽和蒸発温度とから求められた過
熱度を冷媒の流量の調整によって予め設定した過熱度と
することで、圧縮機に吸入される冷媒を適正な所定の過
熱状態とする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図４を参
照して説明する。図１は冷凍サイクル図であり、図２は
制御部におけるフローチャートであり、図３は非共沸混
合冷媒の乾き度に対する蒸発温度の特性図であり、図４
は非共沸混合冷媒の初期成分比率に対する気相側蒸発飽
和温度の特性図である。

【００１３】図１において、空気調和機は空調室内に据
え付けられる室内ユニットと屋外に設置される室外ユニ
ットによって構成され、冷凍サイクル１は、圧縮機２の
吐出口３及び吸入口４に四方弁５を介して室内熱交換器
６と室外熱交換器７の夫々の片側接続口が連通するよう
に接続されており、室内熱交換器６と室外熱交換器７の
夫々の他側接続口の間には膨脹弁８が接続されている。

【００１４】このような冷凍サイクル１に実線矢印Ａの
方向に非共沸混合冷媒を流すことで冷房運転が行われ、
この運転の際には室内熱交換器６が蒸発器として、室外
熱交換器７が凝縮器として機能する。さらに、四方弁５
を点線で示すように切り替えて実線矢印Ａとは逆の方向
に非共沸混合冷媒を流すことで暖房運転が行われ、この
運転の際には、室内熱交換器６が凝縮器として、室外熱
交換器７が蒸発器として機能する。

【００１５】こうした冷凍サイクル１に挿入されている
圧縮機２の吸入口４には、運転中の冷凍サイクル１にお
ける圧縮機２の吸入部での非共沸混合冷媒の圧力を検知
する圧力センサ９と、同じく非共沸混合冷媒の温度を検
知する温度センサ１０が設けられている。さらに圧力セ
ンサ９及び温度センサ１０は、それぞれの検知出力が制
御部１１に入力するように接続されている。

【００１６】制御部１１はマイコンを搭載してなるもの
で、これには予め冷凍サイクル１の運転条件等の設定が
なされていると共に、運転に際して設定された空調室内
の空気調和条件や圧力センサ９及び温度センサ１０、他
の図示しないセンサー等の検知出力を基に冷凍サイクル
１の運転を制御するようになっている。

【００１７】そして膨脹弁８の弁開度の調節も制御部１
１による制御によって行われ、冷凍サイクル１を流れる
非共沸混合冷媒の流量の調整が行われる。このため、制
御部１１による制御で膨脹弁８の弁開度が調節され冷媒
流量の調整が行われ、圧縮機２の吸入口４に戻るガス化
した非共沸混合冷媒は、設定された空気調和条件を満足
させる過程で適正な所定の過熱（スーパーヒート）状態
となる。

【００１８】この吸入口４に戻る非共沸混合冷媒を所定
の過熱状態とするための制御部１１での制御は、図２に
制御のフローチャートを示すように、先ず、吸入口４に
設けた圧力センサ９及び温度センサ１０によって圧縮機
２の吸入部での非共沸混合冷媒の圧力及び温度が検知さ
れ、検知圧力Ｐ_s と検知温度ｔ_s が制御部１１に入力さ
れる。

【００１９】次に制御部１１では入力された検知圧力Ｐ
_s に基づき、非共沸混合冷媒の気相飽和温度ｔ₂ を算出
する。この非共沸混合冷媒の気相飽和温度ｔ₂ は、図３
に示す非共沸混合冷媒の乾き度に対する蒸発温度の特性
図のように、圧力Ｐ（＝Ｐ_s）一定のもとに横軸に乾き
度ｘ、縦軸に蒸発温度ｔを取って示すとき、乾き度１の
気相状態の蒸発温度である。また非共沸混合冷媒の気相
飽和温度ｔ₂ は、図４に示す非共沸混合冷媒の初期成分
比率に対する気相側蒸発飽和温度の特性図のように、圧
力Ｐ（＝Ｐ_s ）一定のもとに横軸に初期成分比率、縦軸
に気相側蒸発飽和温度ｔを取って示すとき、使用してい
る非共沸混合冷媒の初期成分比率Ｒに対する気相側蒸発
飽和温度である。なお、図４は非共沸混合冷媒が２成分
の場合を示すものであるが、これに限るものではなく、
多成分であっても良い。

【００２０】このことから、予め使用している非共沸混
合冷媒の冷媒成分比率Ｒ及び各圧力Ｐに対する気相側蒸
発飽和温度ｔの特性を制御部１１に記憶させておき、入
力された検知圧力Ｐ_s に対応して気相飽和温度ｔ₂ を算
出する。

【００２１】続いて、検知温度ｔ_s と気相飽和温度ｔ₂
との差ＳＨ_s を算出する。この差ＳＨ_s が温度ｔ_s を検
知した時点での過熱度で、気相飽和温度ｔ₂ よりも非共
沸混合冷媒が圧縮機２の吸入部でＳＨ_s だけ温度が高く
なるように加熱された過熱状態となっていることを示し
ている。

【００２２】次に、温度ｔ_s を検知した時点での過熱度
ＳＨ_s と、予め設定された所定の過熱度ＳＨとの比較が
行われる。そしてＳＨ_s ＝ＳＨでない場合には、膨脹弁
８の弁開度の調節が行われる。弁開度の調節が行われて
非共沸混合冷媒の流量が調整されると、再び圧力センサ
９及び温度センサ１０によって圧縮機２の吸入部での非
共沸混合冷媒の圧力及び温度が検知され、過熱度ＳＨ_s
と過熱度ＳＨの比較が繰り返し行われ、ＳＨ_s ＝ＳＨと
なるまで膨脹弁８の弁開度の調節が行われる。

【００２３】そして、ＳＨ_s ＝ＳＨである場合には、圧
縮機２の吸入口４に戻る非共沸混合冷媒が、所定の過熱
度ＳＨにまで加熱された状態となったとして制御部１１
による過熱状態の制御は終了する。

【００２４】以上のように構成され、過熱状態の制御が
行われるため、圧力センサ９及び温度センサ１０によっ
て圧縮機２の吸入部の圧力や温度が、配管の状態や配管
長、圧力損失等の影響を受けることなく検知圧力Ｐ_s 、
検知温度ｔ_s として測定できる。また、非共沸混合冷媒
であっても、構成する冷媒の数にかかわらず初期成分比
率と検知圧力Ｐ_s とから気相飽和温度ｔ₂ が容易に求め
られ、さらに、この気相飽和温度ｔ₂ と検知温度ｔ_s と
の差を算出することで、その時点での過熱度ＳＨ_s を容
易に求めることができる。

【００２５】そして、この過熱度ＳＨ_s を所定の過熱度
ＳＨとするように膨脹弁８の弁開度の調節を行い冷媒流
量の調整を行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、圧縮機の吸入部での非共沸混合冷媒の検知圧力及び
検知温度にもとづいて冷媒の流量を予め設定した過熱度
となるように調整する構成としたことにより、圧縮機に
吸入される冷媒温度を適正なものとし、且つ冷媒を所定
の過熱状態にすることが簡単に実現できる等の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る冷凍サイクル図であ
る。

【図２】本発明の一実施例に係る制御部におけるフロー
チャートである。

【図３】本発明の一実施例に係る非共沸混合冷媒の乾き
度に対する蒸発温度の特性図である。

【図４】本発明の一実施例に係る非共沸混合冷媒の初期
成分比率に対する気相側蒸発飽和温度の特性図である。

【符号の説明】

１…冷凍サイクル ２…圧縮機 ４…吸入口 ６…室内熱交換器（蒸発器） ７…室外熱交換器（凝縮器） ８…膨張弁 ９…圧力センサ １０…温度センサ １１…制御部 Ｐ_S …検知圧力 ｔ_S …検知温度 ＳＨ…過熱度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮機から凝縮器、膨張弁、蒸発
   器と流し循環させ、前記蒸発器から前記圧縮機の吸入口
   へ戻る前記冷媒が所定の過熱状態となるよう制御する冷
   凍サイクルの制御方法において、前記冷媒に非共沸混合
   冷媒を用いると共に、前記圧縮機の吸入部での前記冷媒
   の検知圧力に応じた気相側飽和蒸発温度及び検知温度に
   もとづいて前記冷媒の流量を予め設定した過熱度となる
   ように調整することを特徴とする冷凍サイクルの制御方
   法。
2. 【請求項２】 予め設定した封入時の非共沸混合冷媒の
   冷媒組成比率をもとに検知圧力における気相側飽和蒸発
   温度を算出すると共に、この算出した気相側飽和蒸発温
   度と検知温度との差が、予め設定した過熱度となるよう
   膨張弁の弁開度を調節して前記冷媒の流量を調整するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル
   の制御方法。