JPH0960988A

JPH0960988A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH0960988A
Application number: JP24241695A
Authority: JP
Inventors: Naoto Sakamoto; 直人坂本; Takashi Watabe; 岳志渡部; Kazuhiro Shimura; 一廣志村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】温度グライドを有する混合冷媒を用いて、蒸
発器の液バックの状態を正確に検出し、液バックを解消
する制御を行なうことができるとともに、蒸発器の正し
い過熱度を算出することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】温度グライドを有する混合冷媒を蒸発器
１５ａ，１５ｂに循環させてなる冷凍装置において、蒸
発器１５ａ，１５ｂの出口の温度を検出する第一の温度
センサ４６ａ，４６ｂと、蒸発器１５ａ，１５ｂの入口
の温度を検出する第二の温度センサ４４ａ，４４ｂと、
第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の温度
センサで検出した入口の温度との温度差に、温度グライ
ド相当分の温度を加算して、蒸発器の過熱度を演算する
演算手段１００とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度グライドを有
する混合冷媒を圧縮機、蒸発器に循環させてなる冷凍装
置に係り、特に蒸発器の過熱度（以下、「スーパーヒー
ト」ともいう。）の算出をほぼ正確に行うことのできる
冷凍装置（空気調和機）に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ヒートポンプ式空気調和機の冷
媒回路は、図４に示すように、圧縮機１、室内熱交換器
２、流量制御弁３、室外熱交換器４、四方弁５、アキユ
ームレータ６等から構成されており、暖房運転時には四
方弁５は破線状態となり、破線矢印で示すように冷媒が
循環され、冷房運転時には暖房運転時と逆方向（実線矢
印）に冷媒が循環される。

【０００３】かかるヒートポンプ式空気調和機におい
て、冷媒として単一冷媒（例えば、Ｒ−２２）が使用さ
れるときには、この単一冷媒の圧力が一定で且つ気液混
合時はその冷媒の温度は一定となる。すなわち、図５の
モリエル線図に示すように、単一冷媒の圧力が一定なら
飽和温度も一定であり、つまり温度グライド（ｇｌｉｄ
ｅ）がないので、室内熱交換器２の入口温度（蒸発温
度）を測定すると、その検出データを蒸発温度として採
用することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第一
に、単一冷媒のように、室内熱交換器２の入口側と出口
側との間に温度グライド（ｇｌｉｄｅ）がないと、出口
温度Ｔ１２と入口温度Ｔ１１との温度差Δｔ（＝Ｔ１２
−Ｔ１１）をとっても、温度差Δｔ＝０であり、室内熱
交換器（蒸発器）２の乾き度合い、すなわち室内熱交換
器（蒸発器）２の液バックの状態は正確に検出すること
ができないという問題がある。

【０００５】また、第二に、図４の冷媒回路に、冷媒と
して単一冷媒ではなく、例えば高沸点冷媒と低沸点冷媒
とからなる温度グライドを有する非共沸混合冷媒を用い
る場合には、沸点の低い冷媒が先に蒸発するので、図５
の単一冷媒を使用する場合のモリエル線図とは異なると
いう問題がある。つまり、この非共沸混合冷媒の圧力が
一定で且つ気液混合時はその非共沸混合冷媒の等温線
は、飽和液線から飽和蒸気線に向かって右下りになる
（例えば温度グライド：約５°Ｃ）。この温度グライド
があるために、室内熱交換器２の入口温度がその蒸発温
度であるとは限らない。つまり、非共沸混合冷媒を用い
る場合には、室内熱交換器２の正しい蒸発温度を検知す
ることができず、そのために、室内熱交換器（蒸発器）
２の過熱度を正確に算出できなくなるという問題があ
る。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、温度グライドを有する混合冷媒を用い
て、蒸発器の液バックの状態を正確に検出し、液バック
を解消する制御を行なうことができるとともに、蒸発器
の正しい過熱度を算出することができる冷凍装置を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、温度グライドを有する混合冷媒を蒸発器に循環させ
てなる冷凍装置において、蒸発器の出口の温度を検出す
る第一の温度センサと、蒸発器の入口の温度を検出する
第二の温度センサと、第一の温度センサで検出した出口
の温度と、第二の温度センサで検出した入口の温度との
温度差に、温度グライド相当分の温度を加算して、前記
蒸発器の過熱度を演算する演算手段とを備えたことを特
徴とするものである。

【０００８】請求項２に記載の発明は、温度グライドを
有する混合冷媒を蒸発器に循環させてなる冷凍装置にお
いて、蒸発器の出口の温度を検出する第一の温度センサ
と、蒸発器の入口の温度を検出する第二の温度センサ
と、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の
温度センサで検出した入口の温度との温度差に、温度グ
ライド相当分の温度を加算して、前記蒸発器の過熱度を
演算する演算手段と、この演算手段で演算した結果に基
づいて前記蒸発器に流入する混合冷媒の流量を調整する
調整手段とを備えたことを特徴とするものである。

【０００９】これらの発明によれば、温度グライド相当
分が補正されるので、蒸発器のスーパーヒート（過熱
度）をほぼ正確に算出することができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、温度グライドを
有する混合冷媒を蒸発器に循環させてなる冷凍装置にお
いて、蒸発器の出口の温度を検出する第一の温度センサ
と、蒸発器の入口の温度を検出する第二の温度センサ
と、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の
温度センサで検出した入口の温度との温度差を演算し、
この温度差を温度グライド相当分の温度と比較し、温度
差が温度グライド相当分の温度よりも大きいときには、
蒸発器に流入する混合冷媒の流量を増大し、温度グライ
ド相当分の温度よりも小さいときには、蒸発器に流入す
る混合冷媒の流量を減少する制御手段とを備えたことを
特徴とするものである。

【００１１】請求項４に記載の発明は、複数の室内ユニ
ットを有し、当該室内ユニットの設置される室を夫々冷
房するために、温度グライドを有する混合冷媒を夫々の
室内熱交換器に循環させてなる冷凍装置において、室内
熱交換器の出口の温度を検出する第一の温度センサと、
室内熱交換器の入口の温度を検出する第二の温度センサ
と、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の
温度センサで検出した入口の温度との温度差を演算し、
この温度差を温度グライド相当分の温度と比較し、前記
温度差が温度グライド相当分の温度よりも大きいときに
は、前記室内熱交換器に流入する混合冷媒の流量を増大
し、温度グライド相当分の温度よりも小さいときには、
前記室内熱交換器に流入する混合冷媒の流量を減少する
制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１２】これらの発明によれば、混合冷媒の温度グ
ライドを利用することにより、その温度グライド相当分
の温度よりも、蒸発器の前後の温度差が大であれば、過
熱度（乾き）が大きいと判断し、蒸発器の前後の温度差
が小であれば、過熱度がマイナス（湿り）であると判断
する。この過熱度の判断は正確であり、この判断を利用
して、蒸発器への流量制御を行なうことにより、液バッ
クを防止できるとともに、圧縮機の吐出温度を正確に制
御することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を添
付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の冷
凍装置にかかる実施の形態の冷媒回路図である。この実
施の形態では、冷媒回路を循環する冷媒として、例え
ば、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ＝２３／２５／５２
ｗｔ％組成の、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる非共沸
混合冷媒が用いられる。Ｒ１３４ａの沸点は摂氏−２６
度、Ｒ１２５の沸点は摂氏−４８度、Ｒ３２の沸点は摂
氏−５２度である。図１の冷媒回路においては、一台の
室外ユニット５１に対して、二台の室内ユニット５３，
５５が並列につながれている。一台の室外ユニット５１
には、圧縮機１３、四方弁３１、室外熱交換器１９、流
量制御弁１７、アキュムレータ３３が収容され、二台の
室内ユニット５３，５５には、夫々室内熱交換器１５
ａ，１５ｂ、流量制御弁１６ａ，１６ｂが収容されてい
る。

【００１４】冷房運転時には、図１を参照し、四方弁３
１が実線で示すように切り換えられる。すると、圧縮機
１３、室外熱交換器１９、流量制御弁１７，１６、夫々
の室内熱交換器１５ａ，１５ｂ、四方弁３１、アキュム
レータ３３の順に冷媒が循環される。このときに、流量
制御弁１７は開度が全開で、流量制御弁１６は開度が負
荷に応じて調整される。この冷房運転時には、室外熱交
換器１９は凝縮器として作用し、室内熱交換器１５ａ，
１５ｂは蒸発器として作用する。

【００１５】暖房運転時には、四方弁３１は図１の破線
で示すように切り換えられ、圧縮機１３、室内熱交換器
１５ａ，１５ｂ、流量制御弁１６，１７、室外熱交換器
１９、四方弁３１、アキュムレータ３３の順で冷媒が循
環される。このときに、流量制御弁１６ａ，１６ｂ、及
び流量制御弁１７は開度が負荷に応じて調整される。こ
の暖房運転時には、室外熱交換器１９は蒸発器として作
用し、室内熱交換器１５は凝縮器として作用する。

【００１６】この実施の形態によれば、冷房運転時にお
ける室内熱交換器（蒸発器）１５ａ，１５ｂの出口に
は、冷媒温度を検出する第一の温度センサ４６ａ，４６
ｂが夫々設けられ、室内熱交換器（蒸発器）１５ａ，１
５ｂの入口には、冷媒温度を検出する第二の温度センサ
４４ａ，４４ｂが夫々設けられる。また、暖房運転時に
おける室外熱交換器（蒸発器）１９の出口には、冷媒温
度を検出する第一の温度センサ４２が設けられ、室外熱
交換器（蒸発器）１９の入口には、冷媒温度を検出する
第二の温度センサ４０が設けられる。

【００１７】次に、この実施の形態の作用を説明する。
この実施の形態によれば、温度グライドを有する混合冷
媒を蒸発器に循環させるときに、過熱度制御が行なわれ
る。すなわち、暖房運転時では室外熱交換器１９に冷媒
を循環させるとき、冷房運転時では室内熱交換器１５
ａ，１５ｂに冷媒を循環させるときに過熱度制御が行な
われる。

【００１８】冷房運転時について説明すると、第一の温
度センサ４６ａ，４６ｂは、室内熱交換器（蒸発器）１
５ａ，１５ｂの出口の冷媒温度を検出する。また、第二
の温度センサ４４ａ，４４ｂは、室内熱交換器（蒸発
器）１５ａ，１５ｂの入口の温度を検出する。冷房運転
時に、室内熱交換器（蒸発器）１５ａ，１５ｂでは、図
２に示すように、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる非共
沸混合冷媒は、沸点の低い冷媒が先に蒸発するので、非
共沸混合冷媒の等温線は、飽和液線から飽和蒸気線に向
かって右下がりであり、室内熱交換器（蒸発器）１５
ａ，１５ｂの入口と出口とでは、温度グライド（例え
ば、温度グライド：約５°Ｃ）が生じる。この温度グラ
イドがあるために、室内熱交換器（蒸発器）１５ａ，１
５ｂの入口の温度Ｅ１は、出口温度Ｅ３と一致しなくな
る。

【００１９】要するに、高沸点冷媒と低沸点冷媒からな
る温度グライドを有する非共沸混合冷媒を蒸発器に循環
させるときには、この温度グライドの分だけ、第二の温
度センサ４４ａ，４４ｂで検出する室内熱交換器（蒸発
器）１５ａ，１５ｂの入口の温度Ｅ１と、第一の温度セ
ンサ４６ａ，４６ｂで検出する室内熱交換器（蒸発器）
１５ａ，１５ｂの出口の温度Ｅ３とが一致しなくなる。

【００２０】そこで、この実施の形態では、蒸発器の出
口の温度Ｅ３と、蒸発器の入口の温度Ｅ１との温度差
（Ｅ３−Ｅ１）に、温度グライド相当分の温度Δｔ１
（例えば、５℃）を加算して、過熱度（スーパーヒート）＝（Ｅ３−Ｅ１）＋Δｔ１ …（１）（１）式に従って、温度データ（過熱度）を求める。こ
の過熱度の演算はコントローラ（演算手段）１００が司
る。つぎに、蒸発器１５ａ，１５ｂの目標とする過熱度
と、演算で求められる温度データ（過熱度）とが一致す
るように過熱度制御が行なわれる。

【００２１】この過熱度制御とは、具体的には、過熱度
が大きい場合に、流量制御弁１６ａ，１６ｂの開度を開
いて、蒸発器１５ａ，１５ｂへの冷媒循環量を増大し、
この制御によって過熱度が小さくなった場合には、流量
制御弁１６ａ，１６ｂの開度を閉じて冷媒循環量を減少
させる制御であり、この制御は、図１を参照して、コン
トローラ（調整手段）１００が司る。この過熱度制御が
適切に行なわれると、圧縮機１３の吐出温度Ｔｄは、適
切に維持されるし、液バックも防止されるので、圧縮機
１３は保護される。

【００２２】この実施の形態では、室内ユニット５３，
５５は二つであるが、夫々の室内ユニット５３，５５
に、コントローラ（調整手段）１００が接続されるの
で、室内ユニット５３，５５を個別に過熱度制御するこ
とができる。なお、室内ユニットは二つに限定されるも
のではなく、それ以上であっても、一つであってもよ
い。

【００２３】以上は、冷房運転について説明したが、暖
房運転においては、室外熱交換器１９において、上述の
過熱度制御が行なわれる。なお、これら過熱度制御に関
して、蒸発器の熱源は空気に限定されるものではなく、
例えば、蒸発器が水熱源であってもよいことは言うまで
もない。

【００２４】つぎに、図３を参照して、別の実施の形態
を説明する。従来の単一冷媒であれば、温度グライドを
有しないので、蒸発器の出口温度Ｅ３´が、飽和蒸気線
の内側に位置したときには、出口温度Ｅ３´と入口温度
Ｅ１との間に温度差Δｔが生じないため、この領域にお
ける過熱度（マイナスの過熱度（湿り））を検出するこ
とはできない。この領域に過熱度が入ると、液バックを
起こすので、従来では、圧縮機１３の吐出温度Ｔｄ（図
１）を検出し、この温度Ｔｄに基づく経験則に従って、
液バック状態を推定制御するようにしている。

【００２５】この実施の形態によれば、図３に示すよう
に、温度グライドを有する混合冷媒を用いているため
に、飽和蒸気線の内側に、蒸発器の出口温度Ｅ３´が位
置したとしても、この出口温度Ｅ３´と入口温度Ｅ１と
の間には、温度グライドに起因する温度差Δｔが必ず生
じる。

【００２６】この温度グライドに起因する温度差Δｔ
を、温度グライド相当分の温度Δｔ１（例えば、５℃）
と比較すれば、蒸発器の出口温度Ｅ３´が飽和蒸気線の
内側に位置するか、外側に位置するかを判定できる。具
体的には、温度差Δｔ＞温度グライド相当分の温度（例えば、５℃） …（２）温度差Δｔ＜温度グライド相当分の温度（例えば、５℃） …（３）のいずれかになるが、（２）の場合には出口温度Ｅ３´
が飽和蒸気線の外側に位置し、（３）の場合には内側に
位置する。これらの演算、判定は、図１を参照して、コ
ントローラ（制御手段）が司る。

【００２７】要するに、この実施の形態では、蒸発器に
おける「湿り」・「乾き」の状態を、ほぼ正確に検出す
ることができるので、その検出されたデータに従い、
（２）の場合には、図１を参照して、流量制御弁１６
ａ，１６ｂの開度を開いて、蒸発器１５ａ，１５ｂへの
冷媒循環量を増大し、（３）の場合には、流量制御弁１
６ａ，１６ｂの開度を閉じて、冷媒循環量を減少させる
制御を行なうので、これによれば、圧縮機１３の吐出温
度Ｔｄは、適切に維持されるし、液バックも防止される
ので、圧縮機１３は保護される。

【００２８】以上、一実施の形態に基づいて本発明を説
明したが、本発明は、この実施の形態に限定されないこ
とは明らかである。例えば、上記実施の形態では、三種
混合冷媒について説明したが、これに限定されるもので
はなく、温度グライドを有する混合冷媒であれば、例え
ば、二種混合冷媒であってもこれを適用できることは言
うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】これらの発明によれば、第一の温度セン
サで検出した入口の温度と第二の温度センサで検出した
出口の温度との温度差に、温度グライド相当分の温度を
加算するので、温度グライド相当分が補正されるので、
蒸発器の過熱度をほぼ正確に算出することができる。そ
して、その算出結果に基づいて、蒸発器に流入する混合
冷媒の流量を調整するので、単一冷媒とほぼ同様の条件
下において、蒸発器の過熱度制御を行うことができる。
更に、従来の単一冷媒では制御できなかった領域の過熱
度制御も行なうことができるので、圧縮機の吐出温度
は、適切に維持されるし、液バックも防止されるので、
圧縮機を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置（空気調和機）の実施の形態
を示す冷媒回路図である。

【図２】図１の実施の形態におけるモリエル線図であ
る。

【図３】別の実施の形態におけるモリエル線図である。

【図４】従来の冷凍装置を示す冷媒回路図である。

【図５】図４の従来の冷凍装置におけるモリエル線図で
ある。

【符号の説明】

１３圧縮機１５室内熱交換器１６，１７流量制御弁（メカ弁）１９室外熱交換器４０，４４第二の温度センサ４２，４６第一の温度センサ１００コントローラ（演算手段；調整手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度グライドを有する混合冷媒を蒸発器
に循環させてなる冷凍装置において、蒸発器の出口の温度を検出する第一の温度センサと、蒸発器の入口の温度を検出する第二の温度センサと、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の温度
センサで検出した入口の温度との温度差に、温度グライ
ド相当分の温度を加算して、前記蒸発器の過熱度を演算
する演算手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】温度グライドを有する混合冷媒を蒸発器
に循環させてなる冷凍装置において、蒸発器の出口の温度を検出する第一の温度センサと、蒸発器の入口の温度を検出する第二の温度センサと、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の温度
センサで検出した入口の温度との温度差に、温度グライ
ド相当分の温度を加算して、前記蒸発器の過熱度を演算
する演算手段と、この演算手段で演算した結果に基づいて前記蒸発器に流
入する混合冷媒の流量を調整する調整手段とを備えたこ
とを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】温度グライドを有する混合冷媒を蒸発器
に循環させてなる冷凍装置において、蒸発器の出口の温度を検出する第一の温度センサと、蒸発器の入口の温度を検出する第二の温度センサと、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の温度
センサで検出した入口の温度との温度差を演算し、この
温度差を温度グライド相当分の温度と比較し、前記温度
差が温度グライド相当分の温度よりも大きいときには、
前記蒸発器に流入する混合冷媒の流量を増大し、温度グ
ライド相当分の温度よりも小さいときには、前記蒸発器
に流入する混合冷媒の流量を減少する制御手段とを備え
たことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】複数の室内ユニットを有し、当該室内ユ
ニットの設置される室を夫々冷房するために、温度グラ
イドを有する混合冷媒を夫々の室内熱交換器に循環させ
てなる冷凍装置において、室内熱交換器の出口の温度を検出する第一の温度センサ
と、室内熱交換器の入口の温度を検出する第二の温度センサ
と、第一の温度センサで検出した出口の温度と、第二の温度
センサで検出した入口の温度との温度差を演算し、この
温度差を温度グライド相当分の温度と比較し、前記温度
差が温度グライド相当分の温度よりも大きいときには、
前記室内熱交換器に流入する混合冷媒の流量を増大し、
温度グライド相当分の温度よりも小さいときには、前記
室内熱交換器に流入する混合冷媒の流量を減少する制御
手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。