JPWO2015140883A1 - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

空気調和機は、不均化反応が起こり得る冷媒を含む混合冷媒が流通し、圧縮機、第１の熱交換器、膨張部及び第２の熱交換器が、配管により接続された冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得する組成取得手段と、組成取得手段において取得された組成と、吐出温度及び吐出圧力の関係を示す温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力を決定する閾値決定手段と、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力を、閾値決定手段において決定された閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせて、混合冷媒の不均化反応を抑制する不均化抑制手段と、を有する。

Description

本発明は、制御部を備える空気調和機に関する。

冷凍空調用途の冷媒として、沸点が異なる複数の冷媒が混合された非共沸混合冷媒が使用されている。非共沸混合冷媒が使用される冷凍空調装置は、非共沸混合冷媒に含まれる複数の冷媒における沸点が夫々異なるため、冷媒の濃度、即ち組成が、冷媒回路を循環するときに変動する。冷凍空調装置が大型化した場合は、より顕著に、組成が変動する。冷媒の組成が変動すると、同一の圧力であっても、凝縮温度、蒸発温度等が変化し、これにより、熱交換器の熱交換効率が低下したり、冷媒音が発生したりする虞がある。そこで、このような熱交換器の熱交換効率の低下を抑制し、冷媒音の発生を抑制することを目的として、種々の技術が提案されている。

特許文献１には、非共沸混合冷媒が流通する冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの内部を循環する冷媒の組成を演算する組成演算器とを備える冷凍空調装置が開示されている。この特許文献１は、圧縮機をバイパスするバイパス回路に流通する非共沸混合冷媒の温度及び圧力に基づいて、組成演算器が冷媒の組成を演算している。これにより、冷凍空調装置が使用されている途中での冷媒漏れ、又は冷媒充填時の誤動作等が原因で循環組成が変化した場合でも、冷凍サイクル内の循環組成を正確に検知して、熱交換器の熱交換効率の低下を抑制し、冷媒音の発生を抑制しようとするものである。

特許第２９４８１０５号公報（第１頁〜第４頁）

冷凍空調装置に使用される非共沸混合冷媒に、不均化反応が発生し得る冷媒が含まれる場合、高温高圧ガスの条件下といった冷媒の組成が大きいときに、不均化反応が起こる虞がある。ここで、不均化反応とは、同一種類の分子が互いに反応し、異なる生成物を与える化学反応である。特許文献１に開示された冷凍空調装置は、冷媒として、Ｒ３２冷媒とＲ１３４ａ冷媒との非共沸混合冷媒が使用されており、この特許文献１では、不均化反応が起こり得る冷媒を使用した場合に、この不均化反応の発生を防止することについては配慮されていない。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、不均化反応が起こり得る冷媒が添加された非共沸混合冷媒が使用されても、不均化反応の発生を防止する空気調和機を提供するものである。

本発明に係る空気調和機は、不均化反応が起こり得る冷媒を含む混合冷媒が流通し、圧縮機、第１の熱交換器、膨張部及び第２の熱交換器が、配管により接続された冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得する組成取得手段と、組成取得手段において取得された組成と、吐出温度及び吐出圧力の関係を示す温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力を決定する閾値決定手段と、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力を、閾値決定手段において決定された閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせて、混合冷媒の不均化反応を抑制する不均化抑制手段と、を有する。

本発明によれば、組成取得手段において取得された組成から、閾値決定手段が閾値温度及び閾値圧力を決定し、不均化抑制手段が、吐出温度及び吐出圧力を、閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせる。このため、不均化反応が起こり得る冷媒の不均化反応を抑制することができる。

実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。 実施の形態１における制御部５０を示すブロック図である。 組成テーブルを示すグラフである。 組成テーブルの圧力変動について示すグラフである。 温度圧力テーブルを示すグラフである。 実施の形態１に係る空気調和機１の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和機１００を示す回路図である。 実施の形態２における制御部１５０を示すブロック図である。 実施の形態２に係る空気調和機１００の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る空気調和機２００を示す回路図である。 実施の形態３における制御部２５０を示すブロック図である。 組成テーブルを示すグラフである。 実施の形態３に係る空気調和機２００の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る空気調和機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。この図１に基づいて、空気調和機１について説明する。図１に示すように、空気調和機１は、冷媒回路２と制御部５０とを備えている。

冷媒回路２は、不均化反応が起こり得る冷媒を含む混合冷媒が流通し、圧縮機３、四方弁４、第１の熱交換器５、膨張部６、第２の熱交換器７が、配管により接続されたものである。圧縮機３は、この混合冷媒を圧縮するものであり、四方弁４は、冷媒回路２において混合冷媒が流通する方向を切り替えるものである。また、第１の熱交換器５は、混合冷媒と例えば室外空気とを熱交換する室外熱交換器である。ここで、冷媒回路２には、第１の送風機５ａが設けられており、この第１の送風機５ａは、室外空気を第１の熱交換器５に送風するものである。

混合冷媒は、上記のとおり、不均化反応が起こり得る冷媒が含まれている。本実施の形態１は、不均化反応が起こり得る冷媒として、ＨＦＯ１１２３冷媒が使用されている。このＨＦＯ１１２３冷媒は、不均化反応が発生し得る冷媒である。不均化反応が発生し得る冷媒が含まれる場合、高温高圧ガスの条件下といった冷媒の組成が大きいときに、不均化反応が起こる虞がある。ここで、不均化反応とは、同一種類の分子が互いに反応し、異なる生成物を与える化学反応である。また、ＨＦＯ１１２３冷媒に添加される冷媒は、例えばＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒、ＨＦＯ１２３４ｚｅ冷媒とすることができる。これらのＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒、ＨＦＯ１２３４ｚｅ冷媒は、ＨＦＯ１１２３冷媒よりも高い沸点を備える冷媒である。

また、膨張部６は、混合冷媒を膨張するものである。そして、第２の熱交換器７は、混合冷媒と例えば室内空気とを熱交換する室内熱交換器である。ここで、冷媒回路２には、第２の送風機７ａが設けられており、この第２の送風機７ａは、室内空気を第２の熱交換器７に送風するものである。

また、冷媒回路２は、吐出圧力検出部２０と第１の凝縮温度検出部２２ａ及び第２の凝縮温度検出部２２ｂとを備えている。吐出圧力検出部２０は、圧縮機３の吐出側に設けられ、混合冷媒の吐出圧力を検出するものである。

また、第１の凝縮温度検出部２２ａ及び第２の凝縮温度検出部２２ｂは、いずれも、混合冷媒の凝縮温度を検出するものである。そして、第１の凝縮温度検出部２２ａ及び第２の凝縮温度検出部２２ｂは、第１の熱交換器５及び第２の熱交換器７のうち、凝縮器として作用する側の出口側に設けられている。例えば、第１の凝縮温度検出部２２ａは、冷房運転時に凝縮器として作用する第１の熱交換器５の出口側に設けられ、また、第２の凝縮温度検出部２２ｂは、暖房運転時に凝縮器として作用する第２の熱交換器７の出口側に設けられている。即ち、冷房運転のときは、第１の凝縮温度検出部２２ａが使用され、また、暖房運転のときは、第２の凝縮温度検出部２２ｂが使用される。

更に、冷媒回路２は、吐出温度検出部２１を備えている。この吐出温度検出部２１は、圧縮機３の吐出側に設けられ、混合冷媒の吐出温度を検出するものである。

図２は、実施の形態１における制御部５０を示すブロック図である。図２に示すように、制御部５０は、冷媒回路２の動作を制御するものである。この制御部５０は、組成取得手段６０と、閾値決定手段７０と、不均化抑制手段８０とを備えている。

組成取得手段６０は、不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得するものである。具体的には、組成取得手段６０は、吐出圧力検出部２０において検出された吐出圧力と、第１の凝縮温度検出部２２ａ又は第２の凝縮温度検出部２２ｂにおいて検出された凝縮温度と、吐出圧力、凝縮温度及び組成の関係を示す組成テーブルとに基づいて、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成を取得するものである。

図３は、組成テーブルを示すグラフであり、図４は、組成テーブルの圧力変動について示すグラフである。図３において、横軸はＨＦＯ１１２３冷媒の組成、縦軸は二相域温度を示す。組成とは、混合冷媒に混合された各冷媒の組成比（割合）のことである。また、この図３においては、吐出圧力を一定として、乾き度ｘ＝０（飽和液線）及び乾き度ｘ＝１（飽和蒸気線）が示されている。図３に示すように、第１の凝縮温度検出部２２ａ又は第２の凝縮温度検出部２２ｂにおいて検出された凝縮温度Ｔ_１において、乾き度ｘ＝０（飽和液線）のとき、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成は、最小値αｍｉｎを示す。そして、第１の凝縮温度検出部２２ａ又は第２の凝縮温度検出部２２ｂにおいて検出された凝縮温度Ｔ_１において、乾き度ｘ＝１（飽和蒸気線）のとき、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成は、最大値αｍａｘを示す。即ち、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成は、最小値αｍｉｎから最大値αｍａｘまでの範囲で変動する。

また、図４において、横軸はＨＦＯ１１２３冷媒の組成、縦軸は飽和蒸気温度を示す。図４に示すように、吐出圧力が大きくなると、乾き度ｘ＝１（飽和蒸気線）は上昇し、吐出圧力が小さくなると、乾き度ｘ＝０（飽和液線）は下降する。これらの図３、図４に示すような組成テーブルを用いて、凝縮温度と吐出圧力とから、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成が取得される。

閾値決定手段７０は、組成取得手段６０において取得された組成と、吐出温度及び吐出圧力の関係を示す温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力を決定するものである。図５は、温度圧力テーブルを示すグラフである。図５において、横軸は吐出圧力、縦軸は凝縮温度を示す。図５に示すように、グラフ曲線の上方の斜線部は、不均化反応発生領域であり、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成が小さくなると、グラフ曲線が上昇し、この不均化反応発生領域が狭まる。このため、吐出圧力及び吐出温度の選択幅が増える。一方、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成が大きくなると、グラフ曲線が下降し、不均化反応発生領域が広がる。このため、吐出圧力及び吐出温度の選択幅が減る。

本実施の形態１では、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成として、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘを使用して、閾値温度及び閾値圧力が決定される。前述の如く、ＨＦＯ１１２３冷媒は、不均化反応が発生し得る冷媒である。混合冷媒に、不均化反応が発生し得る冷媒が含まれる場合、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成が大きいときに、不均化反応が起こり易い。このため、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘを使用して、閾値温度及び閾値圧力を決定して、より不均化反応を起こし難くして、安全性を高めている。図５に示すように、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成が最大値αｍａｘのときのグラフ曲線を下回るように、閾値決定手段７０が、閾値温度及び閾値圧力を決定する。

不均化抑制手段８０は、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力を、閾値決定手段７０において決定された閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせて、混合冷媒の不均化反応を抑制するものである。具体的には、不均化抑制手段８０は、圧縮機３の回転数を調整するものであり、また、膨張部６の開度を調整するものである。これらの圧縮機３の回転数又は膨張部６の開度は、いずれか一方が調整されてもよいし、いずれもが調整されてもよい。なお、混合冷媒の吐出温度は、吐出温度検出部２１によって検出される。また、吐出圧力は、吐出温度検出部２１において検出された吐出温度に基づいて算出することができる。

なお、図５に示すように、不均化反応は、高温高圧のガスの状態で発生し易い。このため、冷媒回路２において、混合冷媒がもっとも高温高圧となる圧縮機３の吐出側における吐出温度及び吐出圧力が制御されている。例えば、混合冷媒の吐出温度又は吐出圧力が、閾値温度又は閾値圧力以上である場合には、不均化抑制手段８０は、圧縮機３の回転数を下げるか、又は膨張部６の開度を大きくすることによって、混合冷媒の吐出温度又は吐出圧力を下げる。

次に、本実施の形態１に係る空気調和機１の冷房運転及び暖房運転の動作について説明する。

先ず、冷房運転における動作について説明する。圧縮機３は、混合冷媒を吸入し、この混合冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された混合冷媒は、四方弁４を通過して、第１の熱交換器５に流入し、第１の熱交換器５は、第１の送風機５ａから供給される室外空気との熱交換により、混合冷媒を凝縮する。この凝縮された混合冷媒は、膨張部６に流入し、膨張部６は、凝縮された混合冷媒を減圧する。そして、減圧された混合冷媒は、第２の熱交換器７に流入し、第２の熱交換器７は、第２の送風機７ａから供給される室内空気との熱交換により、混合冷媒を蒸発する。そして、蒸発された混合冷媒は、四方弁４を通過して、圧縮機３に吸入される。

次に、暖房運転における動作について説明する。圧縮機３は、混合冷媒を吸入し、この混合冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された混合冷媒は、四方弁４を通過して、第２の熱交換器７に流入し、第２の熱交換器７は、第２の送風機７ａから供給される室内空気との熱交換により、混合冷媒を凝縮する。この凝縮された混合冷媒は、膨張部６に流入し、膨張部６は、凝縮された混合冷媒を減圧する。そして、減圧された混合冷媒は、第１の熱交換器５に流入し、第１の熱交換器５は、第１の送風機５ａから供給される室外空気との熱交換により、混合冷媒を蒸発する。そして、蒸発された混合冷媒は、四方弁４を通過して、圧縮機３に吸入される。

次に、本実施の形態１に係る空気調和機１の動作について説明する。図６は、実施の形態１に係る空気調和機１の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、空気調和機１の制御が開始されてから、一定時間が経過したか否かが判定される（ステップＳ１）。ステップＳ１にて、一定時間が経過したと判定されると、次に、冷媒回路２の運転状態が検知される（ステップＳ２）。具体的には、吐出圧力検出部２０において吐出圧力が検出され、また、第１の凝縮温度検出部２２ａ又は第２の凝縮温度検出部２２ｂにおいて凝縮温度が検出される。

次に、吐出圧力検出部２０において検出された吐出圧力と、第１の凝縮温度検出部２２ａ又は第２の凝縮温度検出部２２ｂにおいて検出された凝縮温度と、組成テーブルとに基づいて、循環する混合冷媒のうち、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘが、組成取得手段６０によって取得される（ステップＳ３）。そして、組成取得手段６０において取得されたＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘと、温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力が、閾値決定手段７０によって決定される（ステップＳ４）。

その後、不均化抑制手段８０によって、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力が、閾値決定手段７０において決定された閾値温度及び閾値圧力を下回るか否かが判定される（ステップＳ５）。吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力を下回っていることが判定された場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、制御が終了される。一方、吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力以上であることが判定された場合（ステップＳ５のＮｏ）、不均化抑制手段８０によって、圧縮機３の回転数が下げられるか、又は膨張部６が開かれる（ステップＳ６）。これにより、吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力を下回る。その後、制御が終了される。

以上説明したように、本実施の形態１に係る空気調和機１は、組成取得手段６０において取得された組成から、閾値決定手段７０が閾値温度及び閾値圧力を決定し、不均化抑制手段８０が、吐出温度及び吐出圧力を、閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせる。このため、不均化反応が起こり得る冷媒の不均化反応を抑制することができる。

また、本実施の形態１は、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘを使用して、閾値温度及び閾値圧力を決定しているため、より不均化反応を起こし難くして、安全性を高めている。更に、本実施の形態１は、混合冷媒が、ＨＦＯ１１２３冷媒、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒、ＨＦＯ１２３４ｚｅ冷媒といった地球温暖化係数（ＧＷＰ）が０である冷媒が混合されたものである。このため、環境性能が高い。また、冷媒回路２にバイパス回路等を設ける必要がないため、冷媒回路２が収容される室外機の小型化とコスト低減を図ることができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る空気調和機１００について説明する。図７は、実施の形態２に係る空気調和機１００を示す回路図である。本実施の形態２は、図７に示すように、冷媒回路１０２が、吐出温度検出部２１と、凝縮温度検出部２２と、蒸発温度検出部２３と、電力検出部２４とを備えており、吐出圧力検出部２０を備えていない点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

凝縮温度検出部２２は、第１の熱交換器５及び第２の熱交換器７のうち、凝縮器として作用する側の出口側に設けられている。また、蒸発温度検出部２３は、第１の熱交換器５及び第２の熱交換器７のうち、蒸発器として作用する側の出口側に設けられている。

冷房運転の場合、第１の熱交換器５が凝縮器として作用し、第２の熱交換器７が蒸発器として作用する。図６においては、冷房運転の場合を想定し、凝縮温度検出部２２が、第１の熱交換器５の出口側に設けられ、また、蒸発温度検出部２３が、第２の熱交換器７の出口側に設けられている。なお、暖房運転の場合、第１の熱交換器５が蒸発器として作用し、第２の熱交換器７が凝縮器として作用するため、図７においては、凝縮温度検出部２２によって蒸発温度が検出され、また、蒸発温度検出部２３によって凝縮温度が検出される。また、電力検出部２４は、圧縮機３の消費電力を検出するものである。

図８は、実施の形態２における制御部１５０を示すブロック図である。図８に示すように、制御部１５０における組成取得手段１６０は、仮定値決定手段１６１と、密度算出手段１６２と、組成算出手段１６３と、判定手段１６４と、組成決定手段１６５とを備えている。

仮定値決定手段１６１は、不均化反応が起こり得る冷媒の組成仮定値を決定するものである。

密度算出手段１６２は、吐出温度検出部２１において検出された吐出温度と、凝縮温度検出部２２において検出された凝縮温度と、蒸発温度検出部２３において検出された蒸発温度と、電力検出部２４において検出された消費電力と、仮定値決定手段１６１において決定された組成仮定値とに基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒が圧縮機３に吸入される吸入密度を算出するものである。先ず、圧縮機３の吐出側における混合冷媒の吐出圧力が算出される。凝縮温度をＴ_２、組成仮定値をαｓとすると、乾き度Ｘ＝１である吐出圧力Ｐｄは、下記式（１）から算出される。

［数１］
Ｐｄ＝Ｐ（Ｔ_２，αｓ，Ｘ＝１）・・・・・（１）

次に、圧縮機３の吸入側における混合冷媒の吸入圧力Ｐｓが算出される。蒸発温度をＴ_３とすると、乾き度Ｘ＝１である吸入圧力Ｐｓは、下記式（２）から算出される。

［数２］
Ｐｓ＝Ｐ（Ｔ_３，αｓ，Ｘ＝１）・・・・・（２）

そして、上記式（１）で算出された吐出圧力Ｐｄと、吐出温度検出部２１において検出された吐出温度とを用いて、圧縮機３の吐出側における混合冷媒のエントロピーＳｄが算出される。吐出温度をＴｄとすると、エントロピーＳｄは、下記式（３）から算出される。

［数３］
Ｓｄ＝Ｓ（Ｐｄ，Ｔｄ，αｓ）・・・・・・（３）

その後、上記式（１）で算出された吐出圧力Ｐｄと、上記式（２）で算出された吸入圧力Ｐｓと、上記式（３）で算出されたエントロピーＳｄと、吐出温度Ｔｄと、組成仮定値αｓとを用いて、混合冷媒が圧縮機３によって圧縮される前後のエンタルピー差が算出される。圧縮機３の吐出側におけるエンタルピーをｈｄ、圧縮機３の吸入側におけるエンタルピーをｈｓとすると、エンタルピー差Δｈは、下記式（４）から算出される。

［数４］
Δｈ＝ｈｄ−ｈｓ＝ｈ（Ｐｄ，Ｔｄ，αｓ）−ｈ（Ｐｓ，Ｓｄ，αｓ）・・（４）

また、上記式（１）で算出された吐出圧力Ｐｄと、上記式（２）で算出された吸入圧力Ｐｓと、吐出温度Ｔｄと、組成仮定値αｓと、圧縮機３の回転数Ｎとを用いて、圧縮機効率ηｃが、下記式（５）から算出される。

［数５］
ηｃ＝ｆ１（Ｐｄ，Ｐｓ，Ｔｄ，Ｎ，αｓ）・・・・（５）

また、上記式（１）で算出された吐出圧力Ｐｄと、上記式（２）で算出された吸入圧力Ｐｓと、吐出温度Ｔｄと、組成仮定値αｓと、圧縮機３の回転数Ｎとを用いて、圧縮機体積効率ηｖが、下記式（６）から算出される。

［数６］
ηｖ＝ｆ２（Ｐｄ，Ｐｓ，Ｔｄ，Ｎ，αｓ）・・・・（６）

なお、圧縮機効率ηｃと、圧縮機体積効率ηｖとは、シミュレーション、圧縮機３の単体評価試験、又は、シミュレーションと単体評価試験との両方によって得てもよい。ここで、圧縮機３の消費電力Ｗ及び混合冷媒の循環量Ｇｒは、圧縮機３のストロークボリュームをＶｓｔ、混合冷媒が圧縮機３に吸入される吸入密度をρｓとすると、下記式（７）、式（８）から求められる。

［数７］
Ｗ＝Ｇｒ・Δｈ／ηｃ・・・・（７）

［数８］
Ｇｒ＝ρｓ・Ｎ・Ｖｓｔ・ηｖ・・・・（８）

そして、上記式（７）、式（８）を変換すると、下記式（９）が得られる。電力検出部２４において検出された消費電力Ｗと、上記式（４）で算出されたエンタルピー差Δｈと、圧縮機３の回転数Ｎと、圧縮機３のストロークボリュームＶｓｔと、上記式（６）で算出されたηｖと、上記式（５）で算出されたηｃとを用いて、吸入密度ρｓは、下記式（９）から算出される。

［数９］
ρｓ＝Ｗ／（Δｈ・Ｎ・Ｖｓｔ・ηｖ／ηｃ）・・・・（９）

このように、密度算出手段１６２は、ＨＦＯ１１２３冷媒が圧縮機３に吸入される吸入密度ρｓを算出する。ここで、ＨＦＯ１１２３冷媒の密度をρｌ、ＨＦＯ１１２３冷媒に混入される冷媒の密度をρｈとする。本実施の形態１は、ＨＦＯ１１２３冷媒の密度ｐｌを求めており、即ち、ρｓ＝ρｌである。なお、ＨＦＯ１１２３冷媒の吸入密度ρｓを算出する上で、感度が低い値を定数として、計算を省略してもよい。

組成算出手段１６３は、密度算出手段１６２において算出された吸入密度ρｓに基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒の組成算出値αｃを算出するものである。具体的には、上記式（９）で算出された吸入密度ρｓと、上記式（２）で算出された吸入圧力Ｐｓとを用いて、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成算出値αｃが、下記式（１０）から算出される。

［数１０］
ρｓ＝ｆ３（Ｐｓ，αｃ）・・・・・（１０）

判定手段１６４は、仮定値決定手段１６１において決定された組成仮定値αｓと、組成算出手段１６３において算出された組成算出値αｃとが一致するか否かを判定するものである。具体的には、仮定値決定手段１６１において決定された組成仮定値αｓと、上記式（１０）から算出された組成算出値αｃとが一致するか否かが判定される。なお、ここで、一致とは、必ずしも完全に一致することを必要とするものではなく、幅をもたせてもよい。

組成決定手段１６５は、判定手段１６４において、組成仮定値αｓと組成算出値αｃとが一致すると判定された場合、組成仮定値αｓを不均化反応が起こり得る冷媒の組成として決定するものである。

そして、閾値決定手段１７０は、組成取得手段１６０において取得された組成と、温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力を決定するが、本実施の形態２においても、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成として、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘが使用される。

次に、本実施の形態２に係る空気調和機１００の動作について説明する。図９は、実施の形態２に係る空気調和機１００の動作を示すフローチャートである。図９に示すように、空気調和機１００の制御が開始されてから、一定時間が経過したか否かが判定される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１にて、一定時間が経過したと判定されると、次に、冷媒回路１０２の運転状態が検知される（ステップＳ１２）。具体的には、吐出温度検出部２１において吐出温度が検出され、凝縮温度検出部２２において凝縮温度が検出され、蒸発温度検出部２３において蒸発温度が検出され、電力検出部２４において消費電力が検出される。

次に、仮定値決定手段１６１によって、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成仮定値αｓが決定される（ステップＳ１３）。そして、吐出圧力と吸入圧力とが算出され（ステップＳ１４）、密度算出手段１６２によって、圧縮機３の消費電力、算出された吐出圧力及び吸入圧力から、吸入密度が算出される（ステップＳ１５）。

その後、組成算出手段１６３によって、密度算出手段１６２において算出された吸入密度に基づいて、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成算出値αｃが算出される（ステップＳ１６）。そして、判定手段１６４によって、仮定値決定手段１６１において決定された組成仮定値αｓと、組成算出手段１６３において算出された組成算出値αｃとが一致するか否かが判定される（ステップＳ１７）。組成仮定値αｓと組成算出値αｃとが一致していないことが、判定手段１６４によって判定されると（ステップＳ１７のＮｏ）、ステップＳ１３に戻り、組成仮定値αｓが再び決定される。そして、ステップＳ１３からステップＳ１７までが、組成仮定値αｓと組成算出値αｃとが一致するまで、繰り返される。

一方、組成仮定値αｓと組成算出値αｃとが一致していることが、判定手段１６４によって判定されると（ステップＳ１７のＹｅｓ）、組成決定手段１６５によって、組成仮定値αｓがＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘとして決定され、組成取得手段１６０において取得されたＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘと、温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力が、閾値決定手段１７０によって決定される（ステップＳ１８）。

その後、不均化抑制手段８０によって、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力が、閾値決定手段１７０において決定された閾値温度及び閾値圧力を下回るか否かが判定される（ステップＳ１９）。吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力を下回っていることが判定された場合（ステップＳ１９のＹｅｓ）、制御が終了される。一方、吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力以上であることが判定された場合（ステップＳ１９のＮｏ）、不均化抑制手段８０によって、圧縮機３の回転数が下げられるか、又は膨張部６が開かれる（ステップＳ２０）。これにより、吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力を下回る。その後、制御が終了される。

以上説明したように、本実施の形態２に係る空気調和機１００は、組成取得手段１６０において取得された組成から、閾値決定手段１７０が閾値温度及び閾値圧力を決定し、不均化抑制手段８０が、吐出温度及び吐出圧力を、閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせる。このため、ＨＦＯ１１２３冷媒の不均化反応を抑制することができる。

また、本実施の形態２は、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成の最大値αｍａｘを使用して、閾値温度及び閾値圧力を決定しているため、より不均化反応を起こし難くして、安全性を高めている。更に、本実施の形態２は、混合冷媒が、ＨＦＯ１１２３冷媒、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅといった地球温暖化係数（ＧＷＰ）が０である冷媒が混合されたものである。このため、環境性能が高い。また、冷媒回路１０２にバイパス回路等を設ける必要がないため、冷媒回路１０２が収容される室外機の小型化とコスト低減を図ることができる。

更にまた、本実施の形態２は、圧力検出部を使用せずに、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成が取得される。このため、圧力検出部を不要とする分だけ、コストを削減することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る空気調和機２００について説明する。図１０は、実施の形態３に係る空気調和機２００を示す回路図である。本実施の形態３は、バイパス回路３０を備えている点で、実施の形態１、２と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１、２と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１、２との相違点を中心に説明する。

図１０に示すように、空気調和機２００は、圧縮機３の吐出側と圧縮機３の吸入側とをバイパスするバイパス回路３０を備えている。バイパス回路３０は、冷却器３２、バイパス膨張部３３が、バイパス配管３１により接続されたものである。冷却器３２は、圧縮機３から吐出された混合冷媒を冷却するものであり、例えば二重管熱交換器である。また、バイパス膨張部３３は、冷却器３２において冷却された混合冷媒を膨張するものである。バイパス回路３０に流入した混合冷媒は、冷却器３２及びバイパス膨張部３３によって、飽和液の状態となる。

更に、バイパス回路３０は、バイパス圧力検出部４０とバイパス温度検出部４１とを備えている。バイパス圧力検出部４０は、バイパス膨張部３３の出口側に設けられ、混合冷媒のバイパス圧力を検出するものである。また、バイパス温度検出部４１は、バイパス膨張部３３の出口側に設けられ、混合冷媒のバイパス温度を検出するものである。

図１１は、実施の形態３における制御部２５０を示すブロック図である。図１１に示すように、制御部２５０における組成取得手段２６０は、バイパス圧力検出部４０において検出されたバイパス圧力と、バイパス温度検出部４１において検出されたバイパス温度と、吐出圧力、凝縮温度及び組成の関係を示す組成テーブルとに基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得するものである。

図１２は、組成テーブルを示すグラフである。図１２において、横軸は、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成、縦軸は飽和液温度を示す。この図１２においては、吐出圧力を一定として、乾き度ｘ＝０（飽和液線）が示されている。図１２に示すように、バイパス温度検出部４１で検出されたバイパス温度Ｔ_４のときの組成が、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成αである。本実施の形態３は、冷却器３２及びバイパス膨張部３３によって、混合冷媒が飽和液となっているため、乾き度ｘ＝０（飽和液線）のみに着目すればよい。これにより、本実施の形態３では、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成αは一義に求まる。

次に、本実施の形態３に係る空気調和機２００のバイパス回路３０における動作について説明する。圧縮機３は、混合冷媒を吸入し、この混合冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された混合冷媒の一部は、バイパス配管３１を通って、バイパス回路３０に流入する。そして、冷却器３２に流入し、冷却器３２は、この混合冷媒を冷却する。冷却された混合冷媒は、バイパス膨張部３３に流入し、バイパス膨張部３３は、冷却された混合冷媒を減圧する。これにより、混合冷媒は、飽和液の状態となる。そして飽和液となった混合冷媒は、二重熱交換器である冷却器３２に流入し、バイパス回路３０に流入したばかりの混合冷媒、即ち、高温高圧のガス冷媒と熱交換されて、加熱される。そして、加熱された混合冷媒は、バイパス回路３０から流出して、圧縮機３に吸入される。

次に、本実施の形態３に係る空気調和機２００の動作について説明する。図１３は、実施の形態３に係る空気調和機２００の動作を示すフローチャートである。図１３に示すように、空気調和機２００の制御が開始されてから、一定時間が経過したか否かが判定される（ステップＳ２１）。ステップＳ２１にて、一定時間が経過したと判定されると、次に、冷媒回路２０２におけるバイパス回路３０の運転状態が検知される（ステップＳ２２）。具体的には、バイパス圧力検出部４０においてバイパス圧力が検出され、また、バイパス温度検出部４１においてバイパス温度が検出される。

次に、バイパス圧力検出部４０において検出されたバイパス圧力と、バイパス温度検出部４１において検出されたバイパス温度と、組成テーブルとに基づいて、循環する混合冷媒のうち、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成αが、組成取得手段２６０によって取得される（ステップＳ２３）。そして、組成取得手段２６０において取得されたＨＦＯ１１２３冷媒の組成αと、温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力が、閾値決定手段２７０によって決定される（ステップＳ２４）。

その後、不均化抑制手段８０によって、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力が、閾値決定手段２７０において決定された閾値温度及び閾値圧力を下回るか否かが判定される（ステップＳ２５）。吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力を下回っていることが判定された場合（ステップＳ２５のＹｅｓ）、制御が終了される。一方、吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力以上であることが判定された場合（ステップＳ２５のＮｏ）、不均化抑制手段８０によって、圧縮機３の回転数が下げられるか、又は膨張部６が開かれる（ステップＳ２６）。これにより、吐出温度及び吐出圧力が、閾値温度及び閾値圧力を下回る。その後、制御が終了される。

以上説明したように、本実施の形態３に係る空気調和機２００は、組成取得手段２６０において取得された組成αから、閾値決定手段２７０が閾値温度及び閾値圧力を決定し、不均化抑制手段８０が、吐出温度及び吐出圧力を、閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせる。このため、ＨＦＯ１１２３冷媒の不均化反応を抑制することができる。

また、本実施の形態３は、ＨＦＯ１１２３冷媒の組成αを一義に求めている。このため、不均化反応が発生する吐出圧力及び吐出温度を、より正確に把握することができる。従って、空気調和機２００を使用する上での安全性が向上する。更に、本実施の形態３は、混合冷媒が、ＨＦＯ１１２３冷媒、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅといった地球温暖化係数（ＧＷＰ）が０である冷媒が混合されたものである。このため、環境性能が高い。

なお、実施の形態１に係る空気調和機１、実施の形態２に係る空気調和機１００、実施の形態３に係る空気調和機２００は、適宜組み合わせて使用することも可能である。

１ 空気調和機、２ 冷媒回路、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 第１の熱交換器、５ａ 第１の送風機、６ 膨張部、７ 第２の熱交換器、７ａ 第２の送風機、２０ 吐出圧力検出部、２１ 吐出温度検出部、２２ 凝縮温度検出部、２２ａ 第１の凝縮温度検出部、２２ｂ 第２の凝縮温度検出部、２３ 蒸発温度検出部、２４ 電力検出部、３０ バイパス回路、３１ バイパス配管、３２ 冷却器、３３ バイパス膨張部、４０ バイパス圧力検出部、４１ バイパス温度検出部、５０ 制御部、６０ 組成取得手段、７０ 閾値決定手段、８０ 不均化抑制手段、１００ 空気調和機、１０２ 冷媒回路、１５０ 制御部、１６０ 組成取得手段、１６１ 仮定値決定手段、１６２ 密度算出手段、１６３ 組成算出手段、１６４ 判定手段、１６５ 組成決定手段、１７０ 閾値決定手段、２００ 空気調和機、２０２ 冷媒回路、２５０ 制御部、２６０ 組成取得手段、２７０ 閾値決定手段。

本発明に係る空気調和機は、不均化反応が起こり得る冷媒を含む混合冷媒が流通し、圧縮機、第１の熱交換器、膨張部及び第２の熱交換器が、配管により接続された冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力を制御して、混合冷媒の不均化反応を抑制する不均化抑制手段を有する。

Claims (8)

1. 不均化反応が起こり得る冷媒を含む混合冷媒が流通し、圧縮機、第１の熱交換器、膨張部及び第２の熱交換器が、配管により接続された冷媒回路と、
   前記冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得する組成取得手段と、
   前記組成取得手段において取得された組成と、吐出温度及び吐出圧力の関係を示す温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力を決定する閾値決定手段と、
   前記混合冷媒の吐出温度及び吐出圧力を、前記閾値決定手段において決定された閾値温度及び閾値圧力よりも下回らせて、前記混合冷媒の不均化反応を抑制する不均化抑制手段と、を有する
   空気調和機。
2. 前記不均化抑制手段は、
   前記圧縮機の回転数を調整するものである
   請求項１記載の空気調和機。
3. 前記不均化抑制手段は、
   前記膨張部の開度を調整するものである
   請求項１又は２記載の空気調和機。
4. 前記冷媒回路は、
   前記圧縮機の吐出側に設けられ、前記混合冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力検出部と、
   前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器のうち、凝縮器として作用する側の出口側に設けられ、前記混合冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出部と、を有し、
   前記組成取得手段は、
   前記吐出圧力検出部において検出された吐出圧力と、前記凝縮温度検出部において検出された凝縮温度と、吐出圧力、凝縮温度及び組成の関係を示す組成テーブルとに基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得するものである
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。
5. 前記冷媒回路は、
   前記圧縮機の吐出側に設けられ、前記混合冷媒の吐出温度を検出する吐出温度検出部と、
   前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器のうち、凝縮器として作用する側の出口側に設けられ、前記混合冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度検出部と、
   前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器のうち、蒸発器として作用する側の出口側に設けられ、前記混合冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部と、
   前記圧縮機の消費電力を検出する電力検出部と、を有し、
   前記組成取得手段は、
   不均化反応が起こり得る冷媒の組成仮定値を決定する仮定値決定手段と、
   前記吐出温度検出部において検出された吐出温度と、前記凝縮温度検出部において検出された凝縮温度と、前記蒸発温度検出部において検出された蒸発温度と、前記電力検出部において検出された消費電力と、前記仮定値決定手段において決定された組成仮定値とに基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒が前記圧縮機に吸入される吸入密度を算出する密度算出手段と、
   前記密度算出手段において算出された吸入密度に基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒の組成算出値を算出する組成算出手段と、
   前記仮定値決定手段において決定された組成仮定値と、前記組成算出手段において算出された組成算出値とが一致するか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段において、前記組成仮定値と前記組成算出値とが一致すると判定された場合、前記組成仮定値を不均化反応が起こり得る冷媒の組成として決定する組成決定手段と、を有する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和機。
6. 前記閾値決定手段は、
   前記組成取得手段において取得された組成の最大値と、前記温度圧力テーブルとに基づいて、閾値温度及び閾値圧力を決定するものである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気調和機。
7. 前記圧縮機の吐出側と前記圧縮機の吸入側とをバイパスするバイパス回路を更に有し、
   前記バイパス回路は、
   前記圧縮機から吐出された前記混合冷媒を冷却する冷却器と、
   前記冷却器において冷却された前記混合冷媒を膨張するバイパス膨張部と、
   前記バイパス膨張部の出口側に設けられ、前記混合冷媒のバイパス圧力を検出するバイパス圧力検出部と、
   前記バイパス膨張部の出口側に設けられ、前記混合冷媒のバイパス温度を検出するバイパス温度検出部と、を有し、
   前記組成取得手段は、
   前記バイパス圧力検出部において検出されたバイパス圧力と、前記バイパス温度検出部において検出されたバイパス温度と、吐出圧力、凝縮温度及び組成の関係を示す組成テーブルとに基づいて、不均化反応が起こり得る冷媒の組成を取得するものである
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和機。
8. 不均化反応が起こり得る冷媒は、ＨＦＯ１１２３冷媒である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の空気調和機。

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