JPH07146042A - 冷媒成分比検出装置及びこれを用いた空気調和装置 - Google Patents

冷媒成分比検出装置及びこれを用いた空気調和装置

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JPH07146042A
JPH07146042A JP18854394A JP18854394A JPH07146042A JP H07146042 A JPH07146042 A JP H07146042A JP 18854394 A JP18854394 A JP 18854394A JP 18854394 A JP18854394 A JP 18854394A JP H07146042 A JPH07146042 A JP H07146042A
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refrigerant
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mixed
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Tetsuji Yamashita
哲司 山下
Yasuhiro Arai
康弘 新井
Hideaki Motohashi
秀明 本橋
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、３種以上の混合冷媒を用いた場合
においても冷凍サイクル内のその成分比をリアルタイム
に検知し、その成分比により最適に冷凍サイクルを制御
することを目的とする。 【構成】 冷凍サイクルの所定の位置に、混合冷媒の比
誘電率を検出する静電容量検出手段５と、混合冷媒の圧
力を検出する圧力検出手段７と、静電容量検出手段５及
び圧力検出手段７の各設置位置における混合冷媒の温度
を検出する温度検出手段６，８とを設置し、これら検出
手段５，６，７，８の各検出値に基づいて混合冷媒の成
分比を演算する冷媒成分比演算手段９を設けたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、混合冷媒を用いた冷凍
サイクルにおいて、その混合冷媒が３種以上の冷媒を混
合したものであってもその各成分比をリアルタイムに検
出して最適な冷凍サイクル制御を可能とした冷媒成分比
検出装置及びこれを用いた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、空気調和装置等で使用されている
Ｒ２２等のＨＣＦＣ冷媒は、地球環境保護の観点から全
廃される方向にある。その代替用としてＨＦＣ冷媒があ
るが、一般的に数種の冷媒をある比率で混合して使用す
る。その際、その混合する冷媒が非共沸冷媒の場合は、
初めに封入した冷媒成分比と冷凍サイクル中での成分比
が一致しているとは限らないので最適に冷凍サイクルを
制御するためにはその成分比を把握する必要がある。
【０００３】このような冷凍サイクル中の非共沸混合冷
媒の成分比を検出する従来の装置としては、例えば２成
分からなる非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル内に温
度と圧力を検出するための温度検出部と圧力検出部を設
け、冷媒成分比の検知に際しては、装置を停止させしば
らく放置して装置内の混合冷媒が平衡状態になったのを
見はからってから冷媒温度と圧力を測定し、この２つの
測定値を基に冷媒成分比を検知するようにしたものがあ
る（特開昭６１−１３８０５８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、冷凍サイク
ルの成績係数の改善要求等に対し、３種以上の混合冷媒
を用いることが考えられており、さらに最適な冷凍サイ
クル制御を実現するためには、冷凍サイクル内における
その混合冷媒の成分比をリアルタイムで検知することが
求められる。しかしながら、冷凍サイクル内における３
種以上の混合冷媒の成分比をリアルタイムで検知するこ
とは難しく、従来の装置では、２成分からなる非共沸混
合冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて、その成分比検知
に際しては、冷凍サイクルを停止させてしばらく放置し
ておく必要があった。
【０００５】本発明は、以上の課題を克服すべくなされ
たもので、３種以上の混合冷媒を用いた場合においても
冷凍サイクル内におけるその成分比をリアルタイムに検
知し、その検知された成分比により最適に冷凍サイクル
を制御することができる冷媒成分比検出装置及びこれを
用いた空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１に、本発明に係る冷媒成分比検出装置は、混合
冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の位置に、前記混合冷
媒の比誘電率を検出する静電容量検出手段と、前記混合
冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、前記静電容量検
出手段及び圧力検出手段の各設置位置における前記混合
冷媒の温度を検出する温度検出手段とを設置し、前記静
電容量検出手段、圧力検出手段及び温度検出手段の各検
出値に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成
分比演算手段を有することを要旨とする。
【０００７】第２に、本発明に係る空気調和装置は、混
合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の位置に、前記混合
冷媒の比誘電率を検出する静電容量検出手段と、前記混
合冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、前記静電容量
検出手段及び圧力検出手段の各設置位置における前記混
合冷媒の温度を検出する温度検出手段とを設置し、前記
静電容量検出手段、圧力検出手段及び温度検出手段の各
検出値に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒
成分比演算手段を設け、該冷媒成分比演算手段の演算値
に応じて前記冷凍サイクルの運転制御パラメータを変更
する制御手段を有することを要旨とする。
【０００８】第３に、本発明の係る冷媒成分比検出装置
は、混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の位置に、前
記混合冷媒液の比誘電率を検出する静電容量検出手段
と、前記混合冷媒液の温度を検出する温度検出手段とを
設置し、前記静電容量検出手段並びに温度検出手段の各
検出値及び前記混合冷媒を構成する各冷媒成分のうち沸
点の近い何れか複数の冷媒成分の当初の封入成分比に基
づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比演算
手段を有することを要旨とする。
【０００９】第４に、本発明に係る冷媒成分比検出装置
は、３種の冷媒からなる混合冷媒を用いた冷凍サイクル
の所定の位置に、前記混合冷媒液の比誘電率を検出する
静電容量検出手段と、前記混合冷媒液の温度を検出する
温度検出手段とを設置し、前記静電容量検出手段並びに
温度検出手段の各検出値及び前記３種の冷媒成分のうち
沸点の近い何れか２種の冷媒成分の当初の封入成分比に
基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比演
算手段を有することを要旨とする。
【００１０】第５に、本発明に係る冷媒成分比検出装置
は、上記第４の構成において、前記冷媒成分比演算手段
は、次の（１）〜（４）式を演算することにより、前記
混合冷媒の成分比を演算することを要旨とする。
【００１１】
【数２】 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ …（１） Ｃr ＝（Ｘ・εx ＋Ｙ・εy ＋Ｚ・εz ）・Ｃo ＋Ｃt …（２） Ｚ＝ａ・Ｘ …（３） Ｘ＝［（（Ｃr −Ｃt ）／Ｃo ）−εy ］ ／［εx −（ａ＋１）・εy ＋ａ・εz ］ …（４） 但し、Ｘ，Ｙ，Ｚ：３種混合冷媒の各成分比、Ｃr ：３
種混合冷媒の測定静電容量、εx ，εy ，εz ：各冷媒
単体の比誘電率、Ｃt ：静電容量検出手段における絶縁
部の静電容量、ａ：冷媒Ｘと冷媒Ｚの沸点が近い場合の
冷媒Ｘと冷媒Ｚの当初の封入成分比で決る数値。
【００１２】第６に、本発明に係る冷媒成分比検出装置
は、前記第４の構成において、前記３種の冷媒は、Ｒ３
２，Ｒ１２５，Ｒ１３４ａからなり、該３種の冷媒成分
のうち沸点の近い２種の冷媒成分はＲ３２とＲ１２５で
あることを要旨とする。
【００１３】第７に、本発明に係る冷媒成分比検出装置
は、前記第４の構成において、前記３種の冷媒は、Ｒ１
２５，Ｒ１４３ａ，Ｒ１３４ａからなり、該３種の冷媒
成分のうち沸点の近い２種の冷媒成分はＲ１２５とＲ１
４３ａであることを要旨とする。
【００１４】第８に、本発明に係る空気調和装置は、混
合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の位置に、前記混合
冷媒液の比誘電率を検出する静電容量検出手段と、前記
混合冷媒液の温度を検出する温度検出手段とを設置し、
前記静電容量検出手段並びに温度検出手段の各検出値及
び前記混合冷媒を構成する各冷媒成分のうち沸点の近い
何れか複数の冷媒成分の当初の封入成分比に基づいて前
記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比演算手段を設
け、該冷媒成分比演算手段の演算値に応じて前記冷凍サ
イクルの運転制御パラメータを変更する制御手段を有す
ることを要旨とする。
【００１５】
【作用】上記構成において、第１に、冷媒成分比検出装
置は、静電容量検出手段及び温度検出手段で検出された
混合冷媒の比誘電率とその温度、圧力検出手段及び温度
検出手段で検出された混合冷媒の圧力とその温度が演算
手段にそれぞれ読み込まれる。演算手段には、混合冷媒
を構成する各冷媒単体の比誘電率の温度特性及び圧力
（飽和蒸気圧）の温度特性が予め格納されている。各冷
媒単体についてその比誘電率と成分比とを互いに乗じた
値の総和は、測定された混合冷媒の比誘電率に等しい。
これと同様に各冷媒単体についてその圧力と成分比とを
互いに乗じた値の総和は、測定された混合冷媒の圧力に
等しい。また各冷媒単体の成分比の総和は１（１００
％）であるという各関係式が成立つ。これらの関係式を
各成分比について解く演算処理を行うことにより、３種
以上の混合冷媒を用いた場合においても、冷凍サイクル
内における混合冷媒の成分比がリアルタイムに精度よく
検知される。
【００１６】第２に、空気調和装置では、冷媒成分比検
出装置でリアルタイムに検出される冷凍サイクル内の混
合冷媒の成分比に応じて運転制御パラメータを変更する
ことにより、最適に冷凍サイクルを制御して室内快適性
を維持することが可能となる。
【００１７】第３に、冷媒成分比検出装置は、静電容量
検出手段及び温度検出手段で検出された混合冷媒液の比
誘電率とその温度が演算手段に読み込まれる。演算手段
には、混合冷媒を構成する各液冷媒単体の比誘電率の温
度特性が予め格納されている。各冷媒単体についてその
比誘電率と成分比とを互いに乗じた値の総和は、測定さ
れた混合冷媒液の比誘電率に対応する。各冷媒単体の成
分比の総和は１（１００％）であり、また混合冷媒を構
成する各冷媒成分のうち沸点の近い何れか複数の冷媒成
分の成分比が冷凍サイクル中でシフトする割合は同じで
あるとすれば、これらの関係を各成分比について解く演
算処理を行うことにより３種以上の混合冷媒を用いた場
合においても冷凍サイクル内における混合冷媒の成分比
がリアルタイムに精度よく検知される。このように、混
合冷媒を構成する各冷媒成分中に、沸点の近い複数の冷
媒成分がある場合には、圧力検出手段を必要とすること
なく、冷凍サイクル内の混合冷媒の成分比を精度よく検
知することが可能となる。
【００１８】第４に、冷媒成分比検出装置は、混合冷媒
が３種の冷媒からなる場合、３種の冷媒単体についてそ
の比誘電率と成分比とを互いに乗じた値の総和は、測定
された混合冷媒液の比誘電率に対応する。３種の冷媒単
体の成分比の総和は１（１００％）であり、また混合冷
媒を構成する３種の冷媒成分のうち沸点の近い何れか２
種の冷媒成分の成分比が冷凍サイクル中でシフトする割
合は同じであるとすれば、これらの関係を各成分比につ
いて解く演算処理を行うことにより、冷凍サイクル内に
おける３種の冷媒からなる混合冷媒の成分比がリアルタ
イムに精度よく検知される。
【００１９】第５に、冷媒成分比検出装置は、混合冷媒
が３種の冷媒からなる場合、演算手段は、具体的には前
記（１）〜（４）式を解く演算処理を行うことにより、
冷凍サイクル内における３種の冷媒からなる混合冷媒の
成分比がリアルタイムに精度よく検知される。
【００２０】第６に、冷媒成分比検出装置は、混合冷媒
を構成する３種の冷媒が、具体的に、高温用空調装置用
としての使用が考えられるＲ３２，Ｒ１２５，Ｒ１３４
ａの場合は、沸点の近い２種の冷媒成分として沸点が−
５１．７℃のＲ３２と沸点が−４８．７℃のＲ１２５と
を選ぶことにより、高温用空調装置における冷凍サイク
ル内の３種の冷媒からなる混合冷媒の成分比がリアルタ
イムに精度よく検知される。
【００２１】第７に、冷媒成分比検出装置は、混合冷媒
を構成する３種の冷媒が、具体的に、低温用空調装置用
としての使用が考えられるＲ１２５，Ｒ１４３ａ，Ｒ１
３４ａの場合は、沸点の近い２種の冷媒成分として沸点
が−４８．７℃のＲ１２５と沸点が−４７．６℃のＲ１
４３ａとを選ぶことにより、低温用空調装置における冷
凍サイクル内の３種の冷媒からなる混合冷媒の成分比が
リアルタイムに精度よく検知される。
【００２２】第８に、空気調和装置では、前記第２の発
明と同様に、冷媒成分比検出装置でリアルタイムに検出
される冷凍サイクル内の混合冷媒の成分比に応じて運転
制御パラメータを変更することにより、最適に冷凍サイ
クルを制御して室内快適性を維持することが可能とな
る。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【００２４】図１ないし図６は、冷媒成分比検出装置の
第１実施例を示す図である。図１において、圧縮機１、
凝縮器２、膨張弁３及び蒸発器４が順次接続された冷凍
サイクルには、静電容量検出手段としての静電容量検出
装置５と温度検出手段としての第１の温度検出装置６が
凝縮器２出口の過冷却部に設置され、圧力検出手段とし
ての圧力検出装置７と温度検出手段としての第２の温度
検出装置８が圧縮機１吸込み部に設置されている。また
これら各検出器の出力信号に基づいて冷凍サイクル内に
おける混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比演算手段
としての成分比演算処理装置９が設けられている。
【００２５】いま、冷凍サイクルには３種の混合冷媒が
用いられているとしたとき、成分比演算処理装置９は、
各検出装置５，６，７，８から得られる出力信号を用い
て、次に示す式を連立する。
【００２６】
【数３】 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ …（１） εr ＝Ｘ・ε1 ＋Ｙ・ε2 ＋Ｚ・ε3 …（２）（温度Ｔ1 により補正） Ｐr ＝Ｘ・Ｐ1 ＋Ｙ・Ｐ2 ＋Ｚ・Ｐ3 …（３）（温度Ｔ2 により補正） 但し、Ｘ，Ｙ，Ｚ：３種混合冷媒の各成分比（０≦Ｘ，
Ｙ，Ｚ≦１）、εr ：測定比誘電率、ε1 ，ε2 ，
ε3 ：３種各冷媒単体の第１の温度Ｔ1 における比誘電
率、Ｐr ：測定圧力、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ：３種各冷媒単
体の第２の温度Ｔ2 における圧力である。各冷媒単体の
基礎特性値である比誘電率ε1 ，ε2 ，ε3 及び圧力Ｐ
1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 は、予め把握して成分比演算処理装置９
に格納されている。
【００２７】静電容量検出装置５と第１の温度検出装置
６の概略図を図２に示す。静電容量検出装置５は、少な
くとも１対の電極１０と静電容量演算器１１から構成さ
れており、第１の温度検出装置６で測定される温度Ｔ1
時の混合冷媒の測定比誘電率εr は、次式（４）で算出
される。
【００２８】Ｃr ＝ε0 ・εr ・（Ｓ／ｄ） εr ＝（Ｃr ／ε0 ）・（ｄ／Ｓ） …（４） 但し、Ｃr ：測定静電容量（図２の静電容量信号）、ε
0 ：真空の誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離をそ
れぞれ示し、ε0 は既知の値であり、Ｓ及びｄは電極構
造より求められる。
【００２９】ここで、３種の混合冷媒をＲ１，Ｒ２，Ｒ
３として、各冷媒単体の比誘電率及び圧力等を更に詳し
く述べる。まず各単体冷媒の液における比誘電率−温度
特性を図３に示す。この特性から前記式（２）で必要と
なる温度Ｔ1 における各冷媒単体の比誘電率ε1 ，
ε2 ，ε3 を求めることができる。次に各冷媒単体の圧
力特性について述べる。図４に各冷媒単体のＰ−ｈ線図
を示す。この線図から、第２の温度検出装置８で測定し
た温度Ｔ2 における飽和蒸気の各冷媒単体の圧力Ｐ1 ，
Ｐ2 ，Ｐ3 を求めることができる。また、Ｒ１を冷媒Ｒ
３２，Ｒ２を冷媒Ｒ１２５，Ｒ３を冷媒Ｒ１３４ａとし
て、前記式（３）の検証を試みた結果を図５に示す。図
５で示している特性は、比率（Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１
３４ａ）＝（４：１：５）と（３：１：６）と（２：
１：７）の場合の各特性である。図中、「物２：１：
７」などと示したものが冷媒物性値から求めた圧力特
性、また「比２：１：７」などと示したものが飽和蒸気
圧力に各成分比を掛けた値、つまり式（３）の右辺より
求めた圧力特性であり、両者はほぼ一致する結果を示し
ていることが分る。従って、図１の冷凍サイクルにおけ
るＰ−ｈ線図（図６）を考えた場合、式（３）の左辺は
圧縮機１の吸込み圧力Ｐs を用い、吸込み温度Ｔs から
スーパーヒート量ＳＨを差し引いた飽和蒸気温度Ｔsat
で補正することで式（３）が成立する。以上の求められ
た各測定値を式（１）〜（３）に代入し、Ｘ，Ｙ，Ｚに
ついて解くことで冷凍サイクル内における混合冷媒の各
成分比を算出することができる。上述のように、本実施
例の冷媒成分比検出装置によれば、例えば３種の混合冷
媒の各成分比をリアルタイムに精度よく計測することが
でき、検出された成分比により最適に冷凍サイクルを制
御することができる。これにより冷凍サイクルの信頼性
を更に向上することができる。
【００３０】次いで、図７ないし図９を用いて、上述の
冷媒成分比検出装置を搭載した空気調和装置の第１実施
例を説明する。本実施例では運転制御パラメータの例と
して、圧縮機１の運転Ｖ（電圧）／Ｆ（周波数）パター
ンを変更する場合を示す。図７中、１２は圧縮機１の運
転Ｖ（電圧）／Ｆ（周波数）パターンが記憶されている
制御手段としてのマイコン、１３は圧縮機１の回転数を
制御するインバータ装置である。前述したように冷凍サ
イクル内における３種の混合冷媒の各成分比が成分比演
算処理装置９より出力され、その出力信号がマイコン１
２に入力される。例えば成分比演算処理装置９から冷凍
サイクル中で能力の大きい低沸点冷媒の比率が多くなっ
た値が出力された場合には、運転負荷が大きくなり、大
きなモータトルクを必要とするため、図８及び図９に示
すように、マイコン１２内で運転指令コードに対するＶ
／Ｆパターン値を大きくする、つまり周波数Ｆに対する
電圧Ｖを大きくするように変更して圧縮機１を運転す
る。このように、冷凍サイクル中の混合冷媒の成分比に
合わせて、最適な運転制御パラメータに変更するので、
冷凍サイクルの能力を一定に保つことができ、室内快適
性を維持することができる。また、圧縮機１への入力電
力を低減できるため、省エネルギが図られる。
【００３１】次に、図１０及び図１１を用いて冷媒成分
比検出装置の第２実施例を説明する。本実施例は、冷凍
サイクルに例えば３種の冷媒からなる混合冷媒が用いら
れ、その３種の冷媒成分のうちの何れか２種の冷媒成分
の沸点が近い場合、その２種の冷媒成分の成分比が冷凍
サイクル中でシフトする割合は同じであると仮定するこ
とにより、圧力検出手段を必要とすることなく、冷凍サ
イクル内の混合冷媒の成分比を精度よく検知するように
したものである。図１０は、各種単体冷媒の液における
比誘電率−温度特性を示し、次の式（５）〜（８）は、
３種混合冷媒の成分比の測定原理を示している。
【００３２】
【数４】 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ …（５） Ｃr ＝（Ｘ・εx ＋Ｙ・εy ＋Ｚ・εz ）・Ｃo ＋Ｃt …（６） Ｚ＝ａ・Ｘ …（７） Ｘ＝［（（Ｃr −Ｃt ）／Ｃo ）−εy ］ ／［εx −（ａ＋１）・εy ＋ａ・εz ］ …（８） 但し、Ｘ，Ｙ，Ｚ：３種混合冷媒の各成分比、Ｃr ：３
種混合冷媒の測定静電容量、εx ，εy ，εz ：各冷媒
単体の比誘電率、Ｃt ：静電容量検出手段における絶縁
部の静電容量、ａ：冷媒Ｘと冷媒Ｚの沸点が近い場合の
冷媒Ｘと冷媒Ｚの当初の封入成分比で決る数値である。
式（５）〜（８）に示すように温度に対する各冷媒の比
誘電率εx 〜εz 、真空中の静電容量Ｃo 、絶縁部の静
電容量Ｃtが予め求められていれば、混合冷媒液の静電
容量Ｃr を測定することにより、２種混合冷媒の組成比
を容易に求め得ることが分る。この原理を基に、沸点の
近い冷媒、例えば冷媒Ｘと冷媒Ｚの成分比が冷凍サイク
ル中でシフトする割合が同じとすれば３種混合冷媒の成
分比を求めることが可能となる。３種混合冷媒の例とし
て、高温用空調装置用として有力なＲ３２（標準気圧の
沸点：−５１．７℃）、Ｒ１２５（−４８．７℃）、Ｒ
１３４ａ（−２６．５℃）の組み合わせを考えた場合に
は、Ｒ３２とＲ１２５の沸点が近いため、これをそれぞ
れ冷媒Ｘと冷媒Ｚとする。その結果、Ｒ３２／Ｒ１２５
／Ｒ１３４ａの封入冷媒組成比が３０／１０／６０ｗｔ
％の時、凝縮液中の測定したＲ３２の比率が１０％増加
して３３％ならＲ１２５も同様に１０％増加して１１％
になり、残りの成分比はＲ１３４ａである。また、低温
用空調装置用として有力なＲ１２５，Ｒ１４３ａ（標準
気圧の沸点−４７．６℃）、Ｒ１３４ａの組み合わせを
考えた場合には、Ｒ１２５とＲ１４３ａの沸点が近いた
め、これをそれぞれ冷媒Ｘと冷媒Ｚとし、同様に冷凍サ
イクル内凝縮液中の冷媒成分比を求めることができる。
【００３３】図１１は、上述の測定原理をもとに冷凍サ
イクル中に冷媒成分比センサ２５ａ，２５ｂを設けた例
を示している。本冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２
１、室内熱交換器２２、室外熱交換器２４、主絞り装置
３からなる冷暖房可能なサイクルであり、冷媒成分比セ
ンサ２５ａ，２５ｂは、冷暖それぞれの凝縮器となる熱
交換器と絞りの間の凝縮液中に相当する位置に設けてあ
る。冷媒成分比センサ２５ａ，２５ｂの部分に、混合冷
媒液の比誘電率を検出する静電容量検出装置及び混合冷
媒液の温度を検出する温度検出装置が設けられている。
また図１１中には図示省略されているが、前記図１に示
した成分比演算処理装置が設けられており、この成分比
演算処理装置に、図１０に示した各液冷媒単体の比誘電
率の温度特性が予め格納されている。上述のように、本
実施例の冷媒成分比検出装置によれば、例えば３種の混
合冷媒の凝縮液中の各成分比を、圧力検出手段を必要と
することなく、リアルタイムに精度よく検知することが
できる。したがって、成分比のシフトに応じた快適制
御、或いは省エネ制御等を図ることができるし、また、
冷媒漏れ等の検知が可能になるので信頼性を向上させた
冷凍サイクルを提供することが可能となる。さらには、
ガスクロサンプリング等の抜き取り方法とは違い、簡単
に低コストで連続的に冷凍サイクルをモニタリングでき
るので、成分比を把握する方法としては非常に有力な方
法である。
【００３４】第２実施例の空気調和装置は、上述の冷媒
成分比検出装置の第２実施例を搭載したものであり、前
記図７に示したと同様の、検出された混合冷媒の成分比
に応じて冷凍サイクルの運転制御パラメータを変更する
制御手段としてのマイコンが設けられている。この空気
調和装置によれば、冷凍サイクル中の混合冷媒の成分比
に合わせて、最適な運転制御パラメータに変更するの
で、冷凍サイクルの能力を一定に保つことができ、室内
快適性を維持することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、各請求項記載の発
明によれば、それぞれ次のような効果が得られる。
【００３６】請求項１記載の冷媒成分比検出装置の発明
によれば、冷凍サイクルの所定の位置に、混合冷媒の比
誘電率を検出する静電容量検出手段と、混合冷媒の圧力
を検出する圧力検出手段と、静電容量検出手段及び圧力
検出手段の各設置位置における混合冷媒の温度を検出す
る温度検出手段とを設置し、これらの検出手段の各検出
値に基づいて混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比演
算手段を設けたため、３種以上の混合冷媒を用いた場合
においても、冷凍サイクル内における混合冷媒の成分比
をリアルタイムに精度よく検知することができる。
【００３７】請求項２記載の空気調和装置の発明によれ
ば、上記請求項１記載の発明における冷媒成分比演算手
段の演算値に応じて冷凍サイクルの運転制御パラメータ
を変更するようにしたため、最適に冷凍サイクルを制御
することができて室内快適性を維持することができる。
【００３８】請求項３記載の冷媒成分比検出装置の発明
によれば、混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の位置
に、前記混合冷媒液の比誘電率を検出する静電容量検出
手段と、前記混合冷媒液の温度を検出する温度検出手段
とを設置し、前記静電容量検出手段並びに温度検出手段
の各検出値及び前記混合冷媒を構成する各冷媒成分のう
ち沸点の近い何れか複数の冷媒成分の当初の封入成分比
に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比
演算手段を設けたため、圧力検出手段が不要となって簡
易な構成で、３種以上の混合冷媒を用いた場合において
も、冷凍サイクル内における混合冷媒の成分比をリアル
タイムに精度よく検知することができる。
【００３９】請求項４記載の冷媒成分比検出装置の発明
によれば、３種の冷媒からなる混合冷媒を用いた冷凍サ
イクルの所定の位置に、前記混合冷媒液の比誘電率を検
出する静電容量検出手段と、前記混合冷媒液の温度を検
出する温度検出手段とを設置し、前記静電容量検出手段
並びに温度検出手段の各検出値及び前記３種の冷媒成分
のうち沸点の近い何れか２種の冷媒成分の当初の封入成
分比に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成
分比演算手段を設けたため、簡易な構成で冷凍サイクル
内における３種の冷媒からなる混合冷媒の成分比をリア
ルタイムに精度よく検知することができる。
【００４０】請求項５記載の冷媒成分比検出装置の発明
によれば、次の（１）〜（４）式
【数５】 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ …（１） Ｃr ＝（Ｘ・εx ＋Ｙ・εy ＋Ｚ・εz ）・Ｃo ＋Ｃt …（２） Ｚ＝ａ・Ｘ …（３） Ｘ＝［（（Ｃr −Ｃt ）／Ｃo ）−εy ］ ／［εx −（ａ＋１）・εy ＋ａ・εz ］ …（４） （但し、Ｘ，Ｙ，Ｚ：３種混合冷媒の各成分比、Ｃr ：
３種混合冷媒の測定静電容量、εx ，εy ，εz ：各冷
媒単体の比誘電率、Ｃt ：静電容量検出手段における絶
縁部の静電容量、ａ：冷媒Ｘと冷媒Ｚの沸点が近い場合
の冷媒Ｘと冷媒Ｚの当初の封入成分比で決る数値）を演
算することにより、混合冷媒の成分比を演算するように
したため、冷凍サイクル内における３種の冷媒からなる
混合冷媒の成分比をリアルタイムに確実且つ精度よく検
知することができる。
【００４１】請求項６記載の冷媒成分比検出装置の発明
によれば、混合冷媒を構成する３種の冷媒を具体的に高
温用空調装置用としての使用が考えれるＲ３２，Ｒ１２
５，Ｒ１３４ａとした場合、沸点の近い２種の冷媒成分
としてＲ３２とＲ１２５とを選ぶようにしたため、高温
用空調装置における冷凍サイクル内の３種の冷媒からな
る混合冷媒の成分比をリアルタイムに精度よく検知する
ことができる。
【００４２】請求項７記載の冷媒成分比検出装置の発明
によれば、混合冷媒を構成する３種の冷媒を具体的に低
温用空調装置用としての使用が考えれるＲ１２５，Ｒ１
４３ａ，Ｒ１３４ａとした場合、沸点の近い２種の冷媒
成分としてＲ１２５とＲ１４３ａとを選ぶようにしたた
め、低温用空調装置における冷凍サイクル内の３種の冷
媒からなる混合冷媒の成分比をリアルタイムに精度よく
検知することができる。
【００４３】請求項８記載の空気調和装置の発明によれ
ば、混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の位置に、前
記混合冷媒液の比誘電率を検出する静電容量検出手段
と、前記混合冷媒液の温度を検出する温度検出手段とを
設置し、前記静電容量検出手段並びに温度検出手段の各
検出値及び前記混合冷媒を構成する各冷媒成分のうち沸
点の近い何れか複数の冷媒成分の当初の封入成分比に基
づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成分比演算
手段を設け、該冷媒成分比演算手段の演算値に応じて前
記冷凍サイクルの運転制御パラメータを変更する制御手
段を設けたため、最適に冷凍サイクルを制御することが
できて室内快適性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷凍サイクルに組込んだ本発明に係る冷媒成分
比検出装置の第１実施例を示す構成図である。
【図２】上記冷媒成分比検出装置の第１実施例における
静電容量検出装置を詳細に示す構成図である。
【図３】上記冷媒成分比検出装置の第１実施例で用いる
各冷媒単体の液における比誘電率の温度特性を示す図で
ある。
【図４】上記冷媒成分比検出装置の第１実施例で用いる
各冷媒単体のＰ−ｈ線図である。
【図５】上記冷媒成分比検出装置の第１実施例において
成分比をパラメータとした混合冷媒の飽和気体圧力の温
度特性を示す図である。
【図６】上記冷媒成分比検出装置の第１実施例において
冷凍サイクル内における混合冷媒のＰ−ｈ線図である。
【図７】本発明に係る空気調和装置の第１実施例におけ
る冷凍サイクルを示す図である。
【図８】上記空気調和装置の第１実施例において運転制
御パラメータであるＶ／Ｆパターンの変更例を示す図で
ある。
【図９】上記空気調和装置の第１実施例において運転制
御パラメータであるＶ／Ｆパターンの変更例をＶ／Ｆ特
性で示す図である。
【図１０】本発明に係る冷媒成分比検出装置の第２実施
例で用いる各冷媒単体の液における比誘電率の温度特性
を示す図である。
【図１１】冷凍サイクルに組込んだ本発明に係る冷媒成
分比検出装置の第２実施例を示す図である。
【符号の説明】
５ 静電容量検出装置（静電容量検出手段） ６，８ 第１、第２の温度検出装置（温度検出手段） ７ 圧力検出装置（圧力検出手段） ９ 成分比演算処理装置（冷媒成分比演算手段） １２ マイコン（制御手段） ２５ａ，２５ｂ 冷媒成分比センサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｒ 29/24 Ｃ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の
    位置に、前記混合冷媒の比誘電率を検出する静電容量検
    出手段と、前記混合冷媒の圧力を検出する圧力検出手段
    と、前記静電容量検出手段及び圧力検出手段の各設置位
    置における前記混合冷媒の温度を検出する温度検出手段
    とを設置し、前記静電容量検出手段、圧力検出手段及び
    温度検出手段の各検出値に基づいて前記混合冷媒の成分
    比を演算する冷媒成分比演算手段を有することを特徴と
    する冷媒成分比検出装置。
  2. 【請求項２】 混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の
    位置に、前記混合冷媒の比誘電率を検出する静電容量検
    出手段と、前記混合冷媒の圧力を検出する圧力検出手段
    と、前記静電容量検出手段及び圧力検出手段の各設置位
    置における前記混合冷媒の温度を検出する温度検出手段
    とを設置し、前記静電容量検出手段、圧力検出手段及び
    温度検出手段の各検出値に基づいて前記混合冷媒の成分
    比を演算する冷媒成分比演算手段を設け、該冷媒成分比
    演算手段の演算値に応じて前記冷凍サイクルの運転制御
    パラメータを変更する制御手段を有することを特徴とす
    る空気調和装置。
  3. 【請求項３】 混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の
    位置に、前記混合冷媒液の比誘電率を検出する静電容量
    検出手段と、前記混合冷媒液の温度を検出する温度検出
    手段とを設置し、前記静電容量検出手段並びに温度検出
    手段の各検出値及び前記混合冷媒を構成する各冷媒成分
    のうち沸点の近い何れか複数の冷媒成分の当初の封入成
    分比に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成
    分比演算手段を有することを特徴とする冷媒成分比検出
    装置。
  4. 【請求項４】 ３種の冷媒からなる混合冷媒を用いた冷
    凍サイクルの所定の位置に、前記混合冷媒液の比誘電率
    を検出する静電容量検出手段と、前記混合冷媒液の温度
    を検出する温度検出手段とを設置し、前記静電容量検出
    手段並びに温度検出手段の各検出値及び前記３種の冷媒
    成分のうち沸点の近い何れか２種の冷媒成分の当初の封
    入成分比に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷
    媒成分比演算手段を有することを特徴とする冷媒成分比
    検出装置。
  5. 【請求項５】 前記冷媒成分比演算手段は、次の（１）
    〜（４）式を演算することにより、前記混合冷媒の成分
    比を演算することを特徴とする請求項４記載の冷媒成分
    比検出装置。 【数１】 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ …（１） Ｃr ＝（Ｘ・εx ＋Ｙ・εy ＋Ｚ・εz ）・Ｃo ＋Ｃt …（２） Ｚ＝ａ・Ｘ …（３） Ｘ＝［（（Ｃr −Ｃt ）／Ｃo ）−εy ］ ／［εx −（ａ＋１）・εy ＋ａ・εz ］ …（４） 但し、Ｘ，Ｙ，Ｚ：３種混合冷媒の各成分比、Ｃr ：３
    種混合冷媒の測定静電容量、εx ，εy ，εz ：各冷媒
    単体の比誘電率、Ｃt ：静電容量検出手段における絶縁
    部の静電容量、ａ：冷媒Ｘと冷媒Ｚの沸点が近い場合の
    冷媒Ｘと冷媒Ｚの当初の封入成分比で決る数値。
  6. 【請求項６】 前記３種の冷媒は、Ｒ３２，Ｒ１２５，
    Ｒ１３４ａからなり、該３種の冷媒成分のうち沸点の近
    い２種の冷媒成分はＲ３２とＲ１２５であることを特徴
    とする請求項４記載の冷媒成分比検出装置。
  7. 【請求項７】 前記３種の冷媒は、Ｒ１２５，Ｒ１４３
    ａ，Ｒ１３４ａからなり、該３種の冷媒成分のうち沸点
    の近い２種の冷媒成分はＲ１２５とＲ１４３ａであるこ
    とを特徴とする請求項４記載の冷媒成分比検出装置。
  8. 【請求項８】 混合冷媒を用いた冷凍サイクルの所定の
    位置に、前記混合冷媒液の比誘電率を検出する静電容量
    検出手段と、前記混合冷媒液の温度を検出する温度検出
    手段とを設置し、前記静電容量検出手段並びに温度検出
    手段の各検出値及び前記混合冷媒を構成する各冷媒成分
    のうち沸点の近い何れか複数の冷媒成分の当初の封入成
    分比に基づいて前記混合冷媒の成分比を演算する冷媒成
    分比演算手段を設け、該冷媒成分比演算手段の演算値に
    応じて前記冷凍サイクルの運転制御パラメータを変更す
    る制御手段を有することを特徴とする空気調和装置。
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