JPH08313070A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸込冷媒の乾き度Ｗｄを直接に把握可能と
し、これによって圧縮機１の信頼性を向上させると共
に、冷凍装置の保証運転エリアを拡大する。 【構成】 冷媒回路中を循環する冷媒として、３種類の
ＨＦＣ系冷媒を混合した非共沸冷媒を用いる。非共沸冷
媒では２相領域で等温度線に傾斜が生じることを利用し
て吸込冷媒温度Ｔｄと吸込冷媒圧力Ｐｄとから乾き度Ｗ
ｄを算出する算出手段２３と、これを基準値Ｗｓと比較
する比較手段２４と、その結果に基づいて電動膨張弁４
の弁開度及び圧縮機１の運転周波数を制御する制御手段
２５とをマイクロコンピュータ２０で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷媒回路を備えた冷
凍装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、冷凍装置の従来例（例えば特開
平５−２７２８２２号）の冷媒回路図である。この冷凍
装置は室外ユニットＸと室内ユニットＹとで構成された
空気調和機であって、圧縮能力可変形の圧縮機１の吐出
配管１ａと吸込配管１ｂとが四路切換弁２を介して冷媒
配管９に接続している。そしてこの冷媒配管９には、室
外ファン１６を備えた室外熱交換器３、電動膨張弁４、
液閉鎖弁６、室内ファン１７を備えた室内熱交換器５、
ガス閉鎖弁７が順次に介設され、また上記吸込配管１ｂ
にはアキュームレータ１５が介設されている。

【０００３】ところで上記のような冷凍装置の圧縮機１
に液冷媒が多量に吸い込まれると、液圧縮を生じて圧縮
機１が損傷する場合がある。しかし液圧縮を防止するた
めに吸込冷媒の過熱度を大きくしすぎると、圧縮機１に
過熱が生じてその寿命及び信頼性が低下することにな
る。そこで、室外熱交換器３、室内熱交換器５に、それ
ぞれ温度センサ１０、１１を設け、これら温度センサ１
０、１１の検出信号Ｔｃ、Ｔｅを目標吐出管温度設定手
段２１に入力している。そして目標吐出管温度設定手段
２１は後述する手順にて目標吐出管温度Ｔｍを算出する
一方、上記吐出配管１ａには冷媒吐出管温度Ｔｏを検出
する吐出温度センサ１３が付設されている。そしてこれ
ら冷媒吐出管温度Ｔｏ及び目標吐出管温度Ｔｍは開度制
御手段２２へ入力され、この開度制御手段２２は、上記
冷媒吐出管温度Ｔｏを目標吐出管温度Ｔｍへと近づける
ように上記電動膨張弁４の開度を調整する機能を備えて
いる。

【０００４】次に上記目標吐出管温度Ｔｍの算出手順及
び冷凍装置の制御について、図４に示すモリエル線図に
基づいて説明する。単一種類の冷媒を用いた冷凍装置で
は、２相領域においては冷媒の圧力によってその温度が
決まる。つまり上記２相領域では等温度線が等圧線と平
行となっているのであり、従って温度センサ１０、１１
で検出した凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅとによって同図
における直線Ｂ−Ｂ′直線Ａ−Ａ′を決定することがで
きる。そこで圧縮機１の使用基準から決定される適当な
乾き度Ｗｒ与えると、直線Ａ−Ａ′と乾き度Ｗｒを示す
等乾き度線Ｗ−Ｗ′との交点として、圧縮機１の吸込冷
媒の目標状態Ａを特定することができる。一方、圧縮機
１の単体のエネルギー効率ＥＥＲによって決定されるモ
リエル線図上の傾きＫを予め把握し、この傾斜特性線を
上記Ａ点から延長する。すると上記直線Ｂ−Ｂ′と傾斜
特性線との交点Ｂが、目標吐出管温度Ｔｍとなる。そし
て吐出管温度Ｔｏが上記目標吐出管温度Ｔｍに近づくよ
うに電動膨張弁４の開度を制御するのである。

【０００５】上記構成の冷凍装置では、圧縮機１の使用
基準から求めた乾き度Ｗｒを吐出管温度Ｔｏを制御する
ことによって確保できるので、その使用基準を逸脱する
ことによって発生する圧縮機１の過熱あるいは液圧縮を
防止することかでき、圧縮機１及び冷凍装置の動作の安
定性を確保することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記冷凍装置において
はその２相領域で等圧線と等温度線とが平行となってい
るため、図３に示すＡ点を直接に特定することができな
い。そのため上記の制御においては、目標吐出管温度Ｔ
ｍ及び吐出管温度Ｔｏから吸込冷媒の乾き度Ｗｒを推定
している。しかしながら使用時における圧縮機１のエネ
ルギ効率ＥＥＲが必ずしも常にモリエル線図上に引いた
傾斜特性線と一致しているとは限らず、例えばこのよう
な不一致が生じている場合には、吐出管温度Ｔｏから推
定される吸込冷媒の乾き度Ｗｒは、現実の値との間に誤
差を有するものとなる。従ってこのような誤差のために
圧縮機１に液圧縮や過熱が発生して損傷等の不具合が生
じるおそれがある一方、誤差が発生しても上記損傷等が
生じないようにある程度の余裕度をもたせて目標吐出管
温度Ｔｍを決定すると、圧縮機１を使用基準限界まで使
用することができず、そのため冷凍装置の保証運転エリ
アが狭くなるという問題があった。

【０００７】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、吸込冷媒の乾
き度を直接に把握可能とし、これによって圧縮機の信頼
性を向上させると共にその保証運転エリアを拡大するこ
とが可能な冷凍装置を提供することにある。

【０００８】

【問題を解決するための手段】そこで請求項１の冷凍装
置は、圧縮機１、凝縮器３、減圧機構４、蒸発器５を順
次に接続して成る冷媒回路を備えた冷凍装置において、
それぞれ沸点が異なる複数の冷媒を混合した非共沸冷媒
を用いると共に、圧縮機１の吸込冷媒温度Ｔｄを検出す
る温度検出手段１８と、圧縮機１の吸込冷媒圧力Ｐｄを
検出する圧力検出手段１９と、上記吸込冷媒温度Ｔｄと
吸込冷媒圧力Ｐｄとから吸込冷媒の乾き度Ｗｄを算出す
る算出手段２３と、上記乾き度Ｗｄを基準値Ｗｓと比較
する比較手段２４と、その比較結果に基づいて乾き度Ｗ
ｄを制御する制御手段２５とを設けたことを特徴として
いる。

【０００９】また請求項２の冷凍装置は、上記減圧機構
４は電動膨張弁であって、上記制御手段２５は、乾き度
Ｗｄが基準値Ｗｓ以下であるときに上記電動膨張弁４の
弁開度を減少させる制御を行うようにしたことを特徴と
している。

【００１０】さらに請求項３の冷凍装置は、上記圧縮機
１は圧縮能力可変であって、上記制御手段２５は、乾き
度Ｗｄが基準値Ｗｓ以下であるときに圧縮機１の圧縮能
力を増加させる制御を行うようにしたことを特徴として
いる。

【００１１】

【作用】上記請求項１の冷凍装置では、冷媒として非共
沸冷媒を用いている。非共沸冷媒は２相領域内で等温度
線が等圧線に対して傾斜するので、これを利用して乾き
度を直接に把握することが可能となる。そして直接に把
握した乾き度Ｗｄにもとづいて制御を行うので、圧縮機
１の信頼性が向上し、また圧縮機１は使用基準の限界ま
で使用できるので、冷凍装置の保証運転エリアを拡大す
ることが可能となる。

【００１２】また請求項２の冷凍装置では、直接に把握
した乾き度Ｗｄに基づいて電動膨張弁４の弁開度を減少
させるので、確実に信頼性を向上させ、また保証運転エ
リアを拡大することが可能となる。

【００１３】さらに請求項３の冷凍装置では、直接に把
握した乾き度Ｗｄに基づいて圧縮機１の圧縮能力を増加
させるので、確実に信頼性を向上させ、また保証運転エ
リアを拡大することが可能となる。

【００１４】

【実施例】次に、この発明の冷凍装置の具体的な実施例
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１５】図１は、上記冷凍装置を空気調和機に適用
した適用例の冷媒回路図である。この空気調和機の冷媒
回路は基本的に上記従来例の空気調和機の冷媒回路と同
じである。つまり、この空気調和機は室外ユニットＸと
室内ユニットＹとで構成され、圧縮能力可変形の圧縮機
１の吐出配管１ａと吸込配管１ｂとが四路切換弁２を介
して冷媒配管９に接続している。そしてこの冷媒配管９
には、室外ファン１６を備えた室外熱交換器３、電動膨
張弁４、液閉鎖弁６、室内ファン１７を備えた室内熱交
換器５、ガス閉鎖弁７が順次に介設され、また上記吸込
配管１ｂにはアキュームレータ１５が介設されている。
一方、この空気調和機では、圧縮機１の吸込配管１ｂ
に、吸込冷媒温度Ｔｄを検出する温度検出手段として機
能する吸込温度センサ１８と、吸込冷媒圧力Ｐｄを検出
する圧力検出手段として機能する吸込圧力センサ１９と
が設けられ、これらのセンサ１８、１９の検出信号Ｔ
ｄ、Ｐｄが算出手段２３に入力されて、後述する手順に
より吸込冷媒の乾き度Ｗｄが算出される。そしてこの乾
き度Ｗｄは比較手段２４に入力され、ここで圧縮機１の
使用基準に基づいて予め設定された所定の基準値Ｗｓと
比較される。さらにこの比較結果は制御手段２５に入力
され、この制御手段２５は上記比較結果に基づいて電動
膨張弁４の弁開度及び圧縮機１の圧縮能力を制御するよ
うになっている。また圧縮機１は、インバータ（図示せ
ず）によって容量制御されるものを使用し、その圧縮能
力の制御はインバータの運転周波数を変更することによ
って行っている。そして上記算出手段２３、比較手段２
４及び制御手段２５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタ
フェース等を備えたマイクロコンピュータ２０によって
構成されている。

【００１６】一方、上記空気調和機では、図１に示す冷
媒回路中を循環する冷媒として非共沸冷媒を用いてい
る。ここで非共沸冷媒とは沸点が異なる複数の冷媒を混
合したものをいい、具体的にはそれぞれＨＦＣ系冷媒で
あるＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５及びＨＦＣ１３４ａを重
量％で２３％：２５％：５２％に混合したものを用いて
いる。図２はこのような非共沸冷媒のモリエル線図であ
る。単一種類の冷媒あるいは共沸冷媒では、上記したよ
うに２相領域において等温度線と等圧線とは平行となっ
ていた。ところが上記非共沸冷媒では同図に示すよう
に、例えば温度Ｔｄを示す等温度線が破線で示す水平の
等圧線に対して傾斜している。従って非共沸冷媒を用い
た場合には、吸込冷媒温度Ｔｄと吸込冷媒圧力Ｐｄとに
対するモリエル線図上の位置は、これらを表わす等温度
線Ｔｄ−Ｔｄと等圧線Ｐｄ−Ｐｄとの交点Ｃを求めるこ
とによって特定可能である。そしてこの交点Ｃがどの等
乾き度線上にあるかを調べることによって、吸込冷媒の
乾き度Ｗｄが算出できるのである。

【００１７】そして上記算出手段２３では、非共沸冷媒
の上記性質を利用して吸込冷媒温度Ｔｄと吸込冷媒圧力
Ｐｄとから乾き度Ｗｄを算出している。すなわち、図２
に基づいて各吸込冷媒温度Ｔｄと各吸込冷媒圧力Ｐｄと
の組み合わせに対応する乾き度Ｗｄをそれぞれ求め、こ
れを上記マイクロコンピュータ２０のメモリ（図示せ
ず）に予め格納しておく。そして入力した吸込冷媒温度
Ｔｄと吸込冷媒圧力Ｐｄとから形成したメモリ読み出し
アドレスを用いてメモリの内容を読み出せば、そのとき
の乾き度Ｗｄが直接に得られるようになっているのであ
る。

【００１８】図３は、上記マイクロコンピュータ２０の
動作を示すフローチャートである。動作ルーチンが開始
すると、まずステップＳ１で吸込冷媒温度Ｔｄと吸込冷
媒圧力Ｐｄとをセンサ１８、１９から読み込む。そして
次にステップＳ２において、上記温度Ｔｄと圧力Ｐｄと
からメモリ読み出しアドレスを形成し、メモリからその
時の乾き度Ｗｄを読み出してくる。この実施例ではこれ
らのステップＳ１とステップＳ２とによって、算出手段
２３を構成している。次にステップＳ３では、上記乾き
度Ｗｄを予めメモリに格納されている基準値Ｗｓと比較
する。この基準値Ｗｓは圧縮機１の使用基準から得られ
る値であり、乾き度Ｗｄがこれ以下となると、圧縮機１
に液圧縮が生じ得る値として選択されている。ここで乾
き度Ｗｄが基準値Ｗｓ以下（あるいは未満としてもよ
い）であればステップＳ４に進む一方、そうでないとき
はステップＳ１に戻って引き続き乾き度Ｗｄの監視を行
う。そしてこのステップＳ３によって比較手段２４を構
成している。

【００１９】さらに次のステップＳ４からステップＳ８
までによって、制御手段２５を構成している。まずステ
ップＳ４では、電動膨張弁４の弁開度が現在最小値とな
っているか否かを判断する。もし最小値でなければステ
ップＳ５に進んで上記弁開度を所定値Ｖｏだけ減少させ
たのち、再びステップＳ１に戻る。このように弁開度を
減少させると、例えば冷房運転時に蒸発器として機能す
る室内熱交換器５内を流通する冷媒量が減少し、相対的
に蒸発を盛んとすることによって吸込冷媒の乾き度Ｗｄ
を上昇させることができる。一方、弁開度が既に最小値
であったときはステップＳ６に進み、圧縮機１の運転周
波数が現在最大値となっているか否かを判断する。もし
最大値でなければステップＳ７に進んで上記運転周波数
を所定値Ｆｏだけ上昇させたのち、再びステップＳ１に
戻る。そしてこのように上記運転周波数を上昇させるこ
とによってモリエル線図上の吸込冷媒の状態を示す位置
が高圧側に移動し、吸込冷媒の乾き度Ｗｄを上昇させる
ことができる。一方、ステップＳ６で上記運転周波数が
既に最大値であった場合には、ステップＳ８に進んで圧
縮機１の運転を停止し、この動作ルーチンを終了する。

【００２０】以上のように構成された冷凍装置では、非
共沸冷媒を用いたので２相領域においても等温度線と等
圧線とが互いに角度をもって交差している。そのため吸
込冷媒温度Ｔｄと吸込冷媒圧力Ｐｄとを把握することに
より、吸込冷媒の乾き度Ｗｄを直接に求めることができ
る。従って正確な乾き度Ｗｄに基づいて冷凍装置の運転
制御を行うことができるので、その誤差によって生じ得
る圧縮機１の液圧縮や過熱を防止して、圧縮機１の信頼
性を向上させることができる。また算出した乾き度Ｗｄ
は上記のように正確なものであるので、冷凍装置の制御
時に見込む余裕度は最小とすることができる。従って、
圧縮機１はその使用基準の限界まで使用することがで
き、これによって冷凍装置の保証運転エリアを拡大する
ことができる。さらに吸込冷媒の乾き度制御はまず電動
膨張弁４の弁開度を減少させて行い、そして上記弁開度
が最小となったときは、圧縮機１の運転周波数を上昇さ
せて行う。従って確実な制御を行うことによって、圧縮
機１の信頼性の向上及び冷凍装置の保証運転エリアの拡
大を図ることができる。しかも乾き度Ｗｄの低下に対す
る対応手段がすべて尽き、それでも基準値Ｗｓ以上の乾
き度Ｗｄが得られないときは、圧縮機１の運転を停止さ
せている。従って圧縮機１の信頼性は一層向上したもの
となっている。

【００２１】以上にこの発明の具体的な実施例について
説明したが、この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、この発明の範囲内で種々変更して実施すること
ができる。例えば上記実施例では電動膨張弁４の弁開度
が最小となった後に圧縮機１の運転周波数を上昇させる
ようにしたが、これは運転周波数が最大となった後に弁
開度を減少させるようにしてもよいし、また弁開度のみ
による制御や運転周波数のみによる制御としてもよい。
また上記実施例では採用しなかったが、圧縮機１の過熱
を防止する制御を行うために、従来例で用いていた吐出
温度センサ１３を圧縮機１の吐出配管１ａに設けるよう
にしてもよい。さらに上記実施例では冷凍装置を空気調
和機として構成したが、例えば給湯装置等に適用しても
よい。また冷媒についても上記実施例で使用したものに
限らず、非共沸冷媒であれば本発明を適用して同様の効
果を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】上記請求項１の冷凍装置では、冷媒とし
て非共沸冷媒を用いているが、非共沸冷媒は２相領域内
で等温度線が等圧線に対して傾斜するので、これを利用
して乾き度を直接に把握することが可能となる。そして
直接に把握した乾き度にもとづいて制御を行うので、圧
縮機の信頼性が向上し、また圧縮機は使用基準の限界ま
で使用できるので、冷凍装置の保証運転エリアを拡大す
ることが可能となる。

【００２３】また請求項２の冷凍装置では、直接に把握
した乾き度に基づいて電動膨張弁の弁開度を減少させる
ので、確実に信頼性を向上させ、また保証運転エリアを
拡大することが可能となる。

【００２４】さらに請求項３の冷凍装置では、直接に把
握した乾き度に基づいて圧縮機の圧縮能力を増加させる
ので、確実に信頼性を向上させ、また保証運転エリアを
拡大することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の冷凍装置の一実施例の冷媒回路図で
ある。

【図２】上記実施例に用いた非共沸冷媒のモリエル線図
である。

【図３】上記実施例におけるマイクロコンピュータの動
作ルーチンを示すフローチャートである。

【図４】冷凍装置の従来例の圧縮過程を示すモリエル線
図である。

【図５】上記従来例の冷媒回路図である。

【符号の説明】 １ 圧縮機 ３ 室外熱交換器 ４ 電動膨張弁 ５ 室内熱交換器 １８ 吸込温度センサ １９ 吸込圧力センサ ２３ 算出手段 ２４ 比較手段 ２５ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 高宏 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ ダイキン工業株式会社滋賀製作所内 (72)発明者 夏目 敏幸 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ ダイキン工業株式会社滋賀製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）、凝縮器（３）、減圧機構
   （４）、蒸発器（５）を順次に接続して成る冷媒回路を
   備えた冷凍装置において、それぞれ沸点が異なる複数の
   冷媒を混合した非共沸冷媒を用いると共に、圧縮機
   （１）の吸込冷媒温度（Ｔｄ）を検出する温度検出手段
   （１８）と、圧縮機（１）の吸込冷媒圧力（Ｐｄ）を検
   出する圧力検出手段（１９）と、上記吸込冷媒温度（Ｔ
   ｄ）と吸込冷媒圧力（Ｐｄ）とから吸込冷媒の乾き度
   （Ｗｄ）を算出する算出手段（２３）と、上記乾き度
   （Ｗｄ）を基準値（Ｗｓ）と比較する比較手段（２４）
   と、その比較結果に基づいて乾き度（Ｗｄ）を制御する
   制御手段（２５）とを設けたことを特徴とする冷凍装
   置。
2. 【請求項２】 上記減圧機構（４）は電動膨張弁であっ
   て、上記制御手段（２５）は、乾き度（Ｗｄ）が基準値
   （Ｗｓ）以下であるときに上記電動膨張弁（４）の弁開
   度を減少させる制御を行うようにしたことを特徴とする
   請求項１の冷凍装置。
3. 【請求項３】 上記圧縮機（１）は圧縮能力可変であっ
   て、上記制御手段（２５）は、乾き度（Ｗｄ）が基準値
   （Ｗｓ）以下であるときに圧縮機（１）の圧縮能力を増
   加させる制御を行うようにしたことを特徴とする請求項
   １又は請求項２の冷凍装置。