JPH11211242A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷房運転時も暖房運転時も室外機側のみで凝
縮器温度を測定でき、また、室外熱交換器の一部を利用
して安価でかつ場所を取らない非共沸冷媒の冷媒循環組
成検知回路を形成した空気調和機を得ること。 【解決手段】 冷房運転時は吐出圧力検出手段により読
み込まれた冷媒圧力と第１の冷媒温度検出手段により読
み込まれる冷媒温度とに基づいて、暖房運転時は吐出圧
力検出手段により読み込まれた冷媒圧力と第２の冷媒温
度検出手段により読み込まれる冷媒温度とに基づいて絞
り装置の開度を演算し制御する凝縮温度演算制御手段と
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空冷式の空気調
和機に関するもので、各種制御に必要な凝縮器温度の測
定を従来に比べ簡単で安価な冷媒回路で可能とするもの
である。また、非共沸冷媒を用いた空気調和機におい
て、室外熱交換器の一部を利用することにより、安価で
かつ場所を取ることなく組成検知回路を形成した冷媒回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば特公昭６３−１４３４６
３号公報に示された従来の空気調和機の冷媒回路を示し
たものである。図において、圧縮機１に四方弁３が接続
され、四方弁３の切り換えにより冷房運転時は凝縮器と
なる室外熱交換器５、絞り装置６、蒸発器となる室内熱
交換器７が順次接続され再度四方弁３を経てアキュムレ
ータ８を通り圧縮機１に戻り冷凍サイクルを完成させ
る。

【０００３】このとき絞り装置６の開度は吐出管に付け
られた圧力センサー（１）２により読み込まれた圧力
と、室外熱交換器５にとりつけられた温度センサー
（１）１１により読み込まれる温度とにより凝縮器温度
演算制御部１６で運転状態における凝縮器出口のサブク
ールを計算してその値により絞り部である膨張弁の開度
を演算し絞り装置６にその開度を出力する。

【０００４】暖房運転時は圧縮機１、四方弁３、室内熱
交換器７、絞り装置６、室外熱交換器５、四方弁３、ア
キュムレータ８が順次接続されて冷媒回路を形成し、絞
り装置６の開度は、室内熱交換器７に付けられた温度セ
ンサー（３）１２により読み込んだ温度と、圧力センサ
ー（１）２により読み込んだ圧力とを凝縮器温度演算制
御部１６でサブクールを算出し、その値により膨張弁開
度を演算し、絞り装置６を制御する。

【０００５】次に、非共沸冷媒を用いた場合について説
明する。図５は、例えば特開平８−７５２８０号公報に
示された、非共沸冷媒を用いた空気調和機の冷媒回路で
ある。また、図６は非共沸冷媒の特性を示すモリエル線
図である。図５の冷媒回路に非共沸冷媒として高沸点成
分のＲ１３４ａと低沸点成分のＲ３２が充填された場
合、圧縮機１より吐出された非共沸冷媒は冷房運転時は
室外熱交換器５、絞り装置６、室内熱交換器７を通り、
アキュムレータ８を経て圧縮機１に戻る。

【０００６】そのとき空調負荷に応じて上記冷媒回路内
を循環する冷媒量は異なるため、空調負荷により余剰冷
媒が発生し、アキュムレータ８に溜まりこむ。アキュム
レータ８の中では高沸点成分であるＲ１３４ａに富んだ
液相と低沸点成分であるＲ３１に富んだ気相に分かれ、
この成分比率はアキュムレータ８に溜まった余剰冷媒量
により異なる。また圧縮機１に吸い込まれ冷媒回路を循
環する冷媒の高沸点冷媒と低沸点冷媒の成分比率もアキ
ュムレータ８内の気相冷媒の成分比により変化する。

【０００７】このように高沸点冷媒と低沸点冷媒の成分
組成比が変化すると、同じ圧力における飽和液冷媒温度
などが変化するため、最適な冷媒制御ができなくなる。
そのため特開平８−７５２８０号公報においては、圧縮
機１と室外熱交換器５の間より分岐し減圧装置１７をと
おり圧縮機１とアキュムレータ８の間に戻るバイパス回
路を設け、バイパス回路上の減圧装置１７の入口と出口
部に圧力センサー（２）１９と温度センサー（４）１８
を設けたものである。

【０００８】このバイパス回路上の減圧装置１７の出口
冷媒状態は常に図６のＡ点に近い飽和液状態であり、こ
の状態の冷媒の圧力と温度を測定することにより、循環
してとる冷媒の高沸点冷媒成分の組成比が冷媒組成演算
制御部２２で計算される。また特開平８−７５２８０号
公報には、上記バイパス回路と冷媒組成演算制御部２２
において求めた循環冷媒の組成比により、絞り装置６の
開度を演算する際に組成比により補正するなどの冷凍サ
イクルの運転制御を行うことや、演算した組成比が当初
定めた範囲を逸脱している場合に警報信号を発し、機器
を保護する手段が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和機の冷
媒回路は以上のように構成されているので、冷房運転時
と暖房運転時において、制御に必要な凝縮器温度が、室
内機側と室外機側とに分かれるため、両方の熱交換器に
温度センサーを取り付ける必要があり、また室外機内に
位置する凝縮器温度演算制御部に室内機側の温度センサ
ーで測定したデータを送る必要があった。

【００１０】また、特開平８−７５２８０号公報に開示
されている従来の空気調和機は、図５に示す組成検知回
路により循環冷媒の組成を演算し、その演算値により循
環冷媒組成値に応じた圧縮機や膨張弁などの制御値を決
定したり、機器の保護のため警報装置を作動させること
が開示されているが、組成検知回路は二重管熱交換器な
どを含み高価でかつ機器内のスペース確保等の問題点が
あった。

【００１１】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、冷房運転時も暖房運転時も室外機側
のみで凝縮器温度を測定でき、また、室外熱交換器の一
部を利用して安価でかつ場所を取らない非共沸冷媒の冷
媒循環組成検知回路を形成した空気調和機を得ることを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空気調和
機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内
熱交換器が順次接続され、前記四方弁により冷暖房運転
を切り換える冷媒回路と、圧縮機の吐出圧力を検出する
吐出圧力検出手段と、圧縮機と四方弁との間から分岐
し、室外熱交換器の一部を通り、バイパス絞り装置を経
て室外熱交換器と絞り装置との間に接続されるバイパス
回路と、圧縮機と四方弁とを通り室外熱交換器に接続さ
れるパス上に取り付けられた第１の冷媒温度検出手段
と、バイパス回路により構成される室外熱交換器のパス
上に取り付けられた第２の冷媒温度検出手段と、室外機
に設けられ、冷房運転時は吐出圧力検出手段により読み
込まれた冷媒圧力と第１の冷媒温度検出手段により読み
込まれる冷媒温度とに基づいて、暖房運転時は吐出圧力
検出手段により読み込まれた冷媒圧力と第２の冷媒温度
検出手段により読み込まれる冷媒温度とに基づいて絞り
装置の開度を演算し制御する凝縮温度演算制御手段とを
備えたものである。

【００１３】また、非共沸冷媒を用い、圧縮機、四方
弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器が順次接続
され、四方弁により冷暖房運転を切り換える冷媒回路
と、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
圧縮機と四方弁との間から分岐し、室外熱交換器の一部
を通り、バイパス絞り装置を経て室外熱交換器と前記絞
り装置との間に接続されるバイパス回路と、圧縮機と四
方弁とを通り室外熱交換器に接続されるパス上に取り付
けられた第１の冷媒温度検出手段と、バイパス回路によ
り構成される室外熱交換器のパス上に取り付けられた第
２の冷媒温度検出手段と、室外機に設けられ、冷房運転
時は吐出圧力検出手段により読み込まれた冷媒圧力と第
１の冷媒温度検出手段により読み込まれる冷媒温度と第
１の冷媒温度検出手段の位置により決まる冷媒の乾き度
とにより、暖房運転時は吐出圧力検出手段により読み込
まれた冷媒圧力と第２の冷媒温度検出手段により読み込
まれる冷媒温度と第２の冷媒温度検出手段の位置により
決まる冷媒の乾き度とにより、循環している非共沸冷媒
の循環組成比率を演算する冷媒組成演算制御手段とを備
えたものである。

【００１４】また、冷媒組成演算制御手段により演算さ
れた非共沸冷媒の構成比率により、アクチュエータの制
御目標値を変更させるものである。

【００１５】また、第１の冷媒温度検出手段及び第２の
冷媒温度検出手段の取付位置と、冷媒の乾き度と、吐出
圧力との関係を冷媒組成演算制御部に予め書き込み、こ
のデータに基づいて冷媒の乾き度を推定するものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図面を参照して説明する。図１は、この
発明の実施の形態１による冷媒回路図である。図４に示
した従来の冷媒回路に、圧縮機吐出管より室外熱交換器
５の一部を通り、バイパス絞り装置２１を経て室外熱交
換器５と絞り装置６との間に接続されるバイパス回路９
を追加し、バイパス回路９上の室外熱交換器５に第２の
冷媒温度検出手段である温度センサー（２）１０を取り
付けたものである。

【００１７】圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検
出手段として図４と同様圧力センサー（１）２を用い、
圧縮機１と四方弁３とを通り室外熱交換器５に接続され
るパス上に取り付けられた第１の冷媒温度検出手段とし
て同じく温度センサー（１）１１を用いる。

【００１８】図２は、この発明の実施の形態１による室
外熱交換器の斜視図である。図に示すように、室外熱交
換器５のメインの流れで構成されるパス上には温度セン
サー（１）１１が取り付けられ、バイパス上には温度セ
ンサー（２）１０が取り付けられている。

【００１９】次に動作について説明する。冷房運転時の
動作は従来と同じである。暖房運転時は圧縮機１から吐
出された冷媒のほとんどは従来と同様室内熱交換器７で
凝縮され暖房効果をもたらした後、絞り装置６、室外機
熱交５、アキュムレータ８を経て圧縮機１に戻る。しか
し圧縮機１より吐出された冷媒の一部はバイパス回路９
に流れ、直接室外熱交換器５の一部に流れ室外空気によ
り凝縮され、バイパス回路９上に設けられた減圧装置２
１により低圧になつた後、室外熱交換器５と絞り装置６
の間に戻されメインの流れと合流し、再度室外熱交換器
５、四方弁３、アキュムレータ８を経て圧縮機１に戻
る。

【００２０】このとき、バイパス回路９上で室外熱交換
器５に取り付けられた温度センサー（２）１０は冷媒の
凝縮温度の測定が可能であり、この温度センサー（２）
１０と圧力センサー（１）２とにより読み込まれたデー
タを凝縮器温度演算制御部１６に送り、絞り装置６の開
度を演算し制御する。

【００２１】これにより、室内機熱交換器７に温度セン
サー１２を付ける必要がなく、またデータを室内機１３
より室外機１４に送る必要もなくなるため、制御をシン
プルにすることができる。また１台の室外機１４に複数
台の室内機１３を接続する場合はセンサーが１個ですむ
ことにより、従来の回路より安価にできる。

【００２２】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図面を参照して説明する。図３は、この発明の実
施の形態２による冷媒回路図である。圧力センサー
（１）２と、温度センサー（１）１１と、温度センサー
（２）１０とのそれぞれのセンサーで測定された圧力、
温度は冷媒組成演算制御部２２に送られ、冷媒組成演算
制御部２２は循環している非共沸冷媒の構成比率を演算
する。

【００２３】特開平８−７５２８０号公報によれば、非
共沸冷媒の循環冷媒組成比は凝縮圧力、温度、乾き度が
判れば演算できることが開示されている。冷房運転時に
おいては、圧力センサー（１）２で測定した吐出圧力は
凝縮圧力に凝縮器までの圧力損失を加えたものである
が、この圧力損失は充分小さいので圧力センサー（１）
２で測定した圧力を凝縮圧力として用いる。

【００２４】また、温度センサー（１）１１は室外熱交
換器５のパスの一部に取り付けられておりパスのどの位
置に取り付けられているかでほぼ冷媒の乾き度Ｘを想定
することが可能である。例えばパスの入り口から出口ま
での中間に取り付けた場合乾き度Ｘ＝０．５±０．１位
に入る。またこの乾き度は機器の特性により異なる場合
もあるが、取付位置と乾き度と吐出圧力の関係を開発時
に測定し、その値を冷媒組成演算制御部２２に事前に書
き込み、それと対比することで乾き度を推定する方法も
ある。このようにして、凝縮圧力と温度および乾き度よ
り循環冷媒の組成比を演算し、その値により冷凍サイク
ルを最適に制御することを得る。

【００２５】また、暖房運転時はバイパス回路９に取り
付けた温度センサー（２）１０の温度、圧力センサー
（１）２の圧力、および温度センサー（２）１０の取り
付けられた部分の冷媒の乾き度より循環冷媒の組成比を
演算する。このとき温度センサー（２）１０の乾き度は
バイパス絞り装置２１により乾き度０．５±０．１位に
なるように調整しておく。

【００２６】本実施の形態の組成検知回路によれば、二
重管熱交換器など高価な部品を用いることなく混合冷媒
の循環冷媒組成を演算し、循環組成比に応じた冷凍サイ
クル制御を安価で場所を取らない冷媒回路で実現するこ
とを得る。

【００２７】なお、上述の実施の形態では、２種類の沸
点の異なる冷媒を混合した場合を例にとり説明したが、
例えばＲ４０７Ｃなどのような３種類の冷媒を混合した
場合にも適用できる。

【００２８】

【発明の効果】この発明に係る空気調和機は、室内機熱
交換器に冷媒温度検出手段を設ける必要がなく、またデ
ータを室内機より室外機に送る必要もなくなるため、制
御を簡単にすることができる。また１台の室外機に複数
台の室内機を接続する場合は冷媒温度検出手段が１個で
よいので、従来の回路より安価にできる。

【００２９】また、二重管熱交換器など高価な部品を用
いることなく、非共沸冷媒の循環組成比率を演算し、循
環組成比率に応じた冷凍サイクル制御を安価で場所を取
らない冷媒回路で実現することができる。

【００３０】また、冷媒温度検出手段の取付位置と、冷
媒の乾き度と、吐出圧力との関係を冷媒組成演算制御部
に予め書き込み、このデータに基づいて冷媒の乾き度を
推定することにより、冷媒の乾き度を推定精度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による冷媒回路図で
ある。

【図２】 この発明の実施の形態１による室外熱交換器
の斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による冷媒回路図で
ある。

【図４】 従来の空気調和機の冷媒回路図である。

【図５】 従来の空気調和機の冷媒組成検知回路図であ
る。

【図６】 非共沸冷媒の温度ー圧力の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】 １ 圧縮機、２ 圧力センサー、３ 四方弁、５ 室外
熱交換器、６ 絞り装置、７ 室内熱交換器、８ アキ
ュムレータ、９ バイパス回路、１０ 温度センサー
（２）、１１ 温度センサー（１）、１２ 温度センサ
ー（３）、１３室内機、１４ 室外機、１５ 等温線、
１６ 凝縮器温度演算制御部、１７ 減圧装置、１８
温度センサー（４）、１９ 圧力センサー（２）、２０
熱交換部、２１ バイパス絞り装置、２２ 冷媒組成
演算制御部。

フロントページの続き (72)発明者 大森 崇言 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装
   置、室内熱交換器が順次接続され、前記四方弁により冷
   暖房運転を切り換える冷媒回路と、 前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、 前記圧縮機と前記四方弁との間から分岐し、前記室外熱
   交換器の一部を通り、バイパス絞り装置を経て前記室外
   熱交換器と前記絞り装置との間に接続されるバイパス回
   路と、 前記圧縮機と前記四方弁とを通り前記室外熱交換器に接
   続されるパス上に取り付けられた第１の冷媒温度検出手
   段と、 前記バイパス回路により構成される前記室外熱交換器の
   パス上に取り付けられた第２の冷媒温度検出手段と、 室外機に設けられ、冷房運転時は前記吐出圧力検出手段
   により読み込まれた冷媒圧力と前記第１の冷媒温度検出
   手段により読み込まれる冷媒温度とに基づいてて、暖房
   運転時は前記吐出圧力検出手段により読み込まれた冷媒
   圧力と前記第２の冷媒温度検出手段により読み込まれる
   冷媒温度とに基づいて前記絞り装置の開度を演算し制御
   する凝縮温度演算制御手段と、を備えたことを特徴とす
   る空気調和機。
2. 【請求項２】 非共沸冷媒を用い、圧縮機、四方弁、室
   外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器が順次接続され、
   前記四方弁により冷暖房運転を切り換える冷媒回路と、 前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、 前記圧縮機と前記四方弁との間から分岐し、前記室外熱
   交換器の一部を通り、バイパス絞り装置を経て前記室外
   熱交換器と前記絞り装置との間に接続されるバイパス回
   路と、 前記圧縮機と前記四方弁とを通り前記室外熱交換器に接
   続されるパス上に取り付けられた第１の冷媒温度検出手
   段と、 前記バイパス回路により構成される前記室外熱交換器の
   パス上に取り付けられた第２の冷媒温度検出手段と、 室外機に設けられ、冷房運転時は前記吐出圧力検出手段
   により読み込まれた冷媒圧力と前記第１の冷媒温度検出
   手段により読み込まれる冷媒温度と前記第１の冷媒温度
   検出手段の位置により決まる冷媒の乾き度とにより、暖
   房運転時は前記吐出圧力検出手段により読み込まれた冷
   媒圧力と第２の冷媒温度検出手段により読み込まれる冷
   媒温度と前記第２の冷媒温度検出手段の位置により決ま
   る冷媒の乾き度とにより、循環している前記非共沸冷媒
   の循環組成比率を演算する冷媒組成演算制御手段と、を
   備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 前記冷媒組成演算制御手段により演算さ
   れた前記非共沸冷媒の構成比率により、アクチュエータ
   の制御目標値を変更させることを特徴とする請求項２記
   載の空気調和機。
4. 【請求項４】 前記第１の冷媒温度検出手段及び第２の
   冷媒温度検出手段の取付位置と、前記冷媒の乾き度と、
   前記吐出圧力との関係を前記冷媒組成演算制御部に予め
   書き込み、このデータに基づいて前記冷媒の乾き度を推
   定することを特徴とする請求項２記載の空気調和機。