JPH08121880A - 蒸気圧縮式冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、冷媒漏れによる混合比変化を検
出し、最適な冷媒流量制御を行い、冷凍機性能を低下を
抑制する蒸気圧縮式冷凍機を提供することを目的とす
る。 【構成】 蒸気圧縮式冷凍機において、一定時間毎の膨
張弁４の操作量に対する蒸発器１の冷媒吐出側付近での
検出冷媒温度の変化量および圧縮機３の駆動周波数を含
む混合比算出用データに基づいて、混合冷媒の混合比を
算出する混合比算出手段１０７、ならびに混合比算出手
段１０７によって算出された混合冷媒の混合比に基づい
て、膨張弁４の開閉度を制御する制御手段１０１を備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数種類の冷媒を混
合させた混合冷媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機に関
し、特にその混合冷媒の混合比変化の検出および冷媒流
量制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、室内空調に利用する蒸気圧縮式冷
凍機では、室内温度が設定温度となるように制御され
る。また、冷凍機自身が所有する冷房能力を最大限に活
用し、かつ冷凍機内部の冷媒状態を安定に保つために、
冷媒流量の制御が行われている。

【０００３】たとえば、冷房の場合では、蒸発器によっ
て室内の熱が冷媒に吸収され、冷媒に吸収された熱は凝
縮器によって室外に放出されることにより、室内外の熱
交換が行なわれる。室内温度が設定温度より高いときに
は圧縮機が運転され、室内温度が設定温度より低くなっ
たときに圧縮機の運転が停止させられる。

【０００４】冷凍機の冷媒流量の制御は、蒸発器および
凝縮器の間に設けられた電子膨張弁の開閉度を制御する
ことにより行なわれている。この種の制御には、過熱度
制御と呼ばれている制御がある。過熱度制御では、蒸発
器出口における過熱度が制御目標値に収束するように、
電子膨張弁の開閉度が制御される。

【０００５】図７は、過熱度制御が行なわれている従来
の蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路を示している。

【０００６】蒸気圧縮式冷凍機は、室外機５および室内
機６を備えている。室外機５には、圧縮機３、四方弁９
および室外熱交換器２が設けられている。室内機６に
は、電子膨張弁４および室内熱交換器１が設けられてい
る。これらの各機器は、冷媒配管７によって接続されて
いる。

【０００７】電子膨張弁４は例えばステッピングモータ
により電動式でその開閉度が調整可能となっている。四
方弁９は、室内熱交換器１および室外熱交換器２との間
に冷媒配管７を介して接続される圧縮機３の接続を運転
状態に応じて切り換える。冷房運転時には、室内熱交換
器１から四方弁９、圧縮機３、四方弁９、室外熱交換器
２の順に冷媒が流れるように、四方弁９が切り換えられ
る。暖房運転時には、室外熱交換器２から四方弁９、圧
縮機３、四方弁９、室内熱交換器１の順に冷媒が流れる
ように四方弁９が切り換えられる。図７は冷房運転の場
合を示しており、冷媒は配管７の中を図示矢印の方向に
流れている。

【０００８】冷房運転時には、室内熱交換器１は蒸発器
として、室外熱交換器２は凝縮器として動作し、暖房運
転時にはその逆となる。室内熱交換器１内部の配管にお
ける冷房運転時の冷媒流入側から中間位置までの適当な
位置には、サーミスタからなる第１温度検出手段１０が
設けられている。室内熱交換器１の冷房運転時の冷媒吐
出側には、サーミタスからなる第２温度検出手段１１が
設けられている。

【０００９】室外熱交換器２内部の配管における暖房運
転時の冷媒流入側から中間位置までの適当な位置には、
サーミスタからなる第３温度検出手段１２が設けられて
いる。また、室外熱交換器２の暖房運転時の冷媒吐出側
には、サーミスタからなる第４温度検出手段１３が設け
られている。

【００１０】冷房運転時には、第１および第２温度検出
手段１０、１１の検出温度に基づいて、蒸発器として動
作する室内熱交換器１の出口の冷媒の過熱度が算出され
る。過熱度とは、一般には、冷媒の飽和蒸気温度からの
温度上昇分を指す。従来の冷凍機においては、通常動作
中において蒸発器の冷媒流入側の冷媒温度が飽和蒸気温
度より略一定温度低い値となるため、第１および第２温
度検出手段１０、１１の検出温度の温度差に基づいて蒸
発器出口における過熱度が算出されている。同様に、暖
房運転時には第３および第４温度検出手段１２、１３の
検出温度に基づいて、蒸発器として動作する室外熱交換
器２の出口の冷媒の過熱度が算出される。

【００１１】図８は、冷媒として冷凍機内に単一冷媒が
封入されている場合の蒸発器内部における理想的な冷媒
温度変化を示している。図８において、横軸は蒸発器内
部に配設されている冷媒配管の冷媒流入口からの距離を
示し、縦軸はその距離に位置する冷媒の温度を示してい
る。

【００１２】図８から分かるように、冷媒温度は冷媒が
外気から熱を奪うことにより、冷媒流入口から離れるに
つれて徐々に上昇し（ａ領域）、冷媒温度が変化しない
状態（ｂ領域）を経た後、蒸発器の冷媒吐出口まで冷媒
温度が再び上昇する（ｃ領域）。

【００１３】すなわち、ａ領域では、冷媒が液体状態の
ままで温度上昇しており、その圧力下での飽和蒸気温度
に達すると、ｂ領域に示すように温度が上昇せず、液体
から気体への蒸発が行われ、冷媒として気体状態のもの
と液体状態のものが混ざりあった気液２相状態となる。
そして、冷媒がすべて気体状態となると、ｃ領域に示す
ように再び冷媒温度が上昇する。蒸発器出口での冷媒温
度が飽和蒸気温度より高い場合、すなわち、蒸発器出口
で冷媒が完全に気体状態になっていることを、一般に過
熱状態にあるという。なお、図８における過熱度をｘと
して図示している。

【００１４】過熱度制御では、冷凍機自身が所有する冷
凍能力を最大限に活用し、かつ冷凍機内部の冷媒状態を
最も安定に保つことになる制御目標値に、蒸発器出口に
おける過熱度が収束するように、電子膨張弁４の開閉度
が制御される。このような、過熱度制御が行われること
により、単一冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて、精度
の高い冷媒流量制御を行うことが可能となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】近年フロンによる成層
圏オゾン層破壊が地球規模の環境問題となっており、成
層圏オゾン層の破壊能力が大であるフロン類（以下、特
定フロンという）については、すでに国際条約によって
使用量および生産量の規制がなされ、さらに将来的には
特定フロンの使用および生産を廃止しようという動きが
ある。

【００１６】そして、従来の蒸気圧縮式冷凍機において
幅広く用いられているクロロジフルオロエタン（Ｒ２
２）についても、特定フロンではないものの若干の成層
圏オゾン層の破壊能力があるため、特定フロンと同様に
将来的には使用および生産を廃止しようという動きがあ
る。

【００１７】このため、最近ではＲ２２と同程度の冷凍
能力を有する代替冷媒が盛んに研究されており、その中
でも有望な冷媒として２種、あるいは３種の非共沸混合
冷媒が提案されている。

【００１８】しかしながら、冷媒として混合冷媒を用い
た場合には、冷凍機内に封入された混合冷媒の混合比
が、経時変化などによる冷媒漏れによって変化する。混
合冷媒の混合比が変化すると、初期設定された制御パラ
メータ値では、安定した冷媒流量制御を行うことが困難
になるという問題がある。また、その混合比変化が大き
い場合には、冷凍機性能を十分に発揮できないため、冷
媒の再充填を行なうことが必要となる。ここで、制御パ
ラメータとは、冷媒流量制御が、たとえば、ＰＩＤ制御
によって行なわれている場合には、比例ゲイン、積分時
間（リセットタイム）および微分時間（レートタイム）
を指す。

【００１９】この発明は、冷媒漏れによる混合比変化を
検出し、最適な冷媒流量制御を行い、冷凍機性能の低下
を抑制できる蒸気圧縮式冷凍機を提供することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明による第１の蒸
気圧縮式冷凍機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発
器を備えた冷凍サイクル中に、２種類以上の冷媒を含む
混合冷媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機において、一定
時間毎の膨張弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側付
近での検出冷媒温度の変化量および圧縮機の駆動周波数
を含む混合比算出用データに基づいて、混合冷媒の混合
比を算出する混合比算出手段、ならびに混合比算出手段
によって算出された混合冷媒の混合比に基づいて、膨張
弁の開閉度を制御する制御手段を備えていることを特徴
とする。

【００２１】この発明による第２の蒸気圧縮式冷凍機
は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍
サイクル中に、２種類以上の冷媒を含む混合冷媒が封入
された蒸気圧縮式冷凍機において、蒸発器の冷媒吐出側
付近での検出冷媒温度を検出する温度検出手段、一定時
間毎の膨張弁の操作量に対する検出冷媒温度の変化量お
よび圧縮機の駆動周波数を含む混合比算出用データに基
づいて、混合冷媒の混合比を算出する混合比算出手段、
温度検出手段による検出冷媒温度に基づいて、過熱状態
への移行温度を算出する移行温度算出手段、温度検出手
段による検出冷媒温度および移行温度算出手段による算
出移行温度に基づいて、蒸発器出口の過熱度を算出する
過熱度算出手段、ならびに過熱度算出手段により求めら
れた過熱度と混合比算出手段によって算出された混合冷
媒の混合比とに基づいて、膨張弁の開閉度を制御する制
御手段を備えていることを特徴とする。

【００２２】混合比算出手段としては、たとえば、一定
時間毎の膨張弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側付
近での検出冷媒温度の変化量、蒸発器の吸い込み空気温
度、蒸発器の設定送風量、膨張弁の開閉度、過熱度状態
であるか否かの情報および圧縮機の駆動周波数からなる
混合比算出用データに基づいて、混合冷媒の混合比を算
出するものが用いられる。

【００２３】混合比算出手段の主要部は、たとえば、ニ
ューラルネットワークにより構成される。

【００２４】移行温度算出手段としては、たとえば、一
定時間毎の膨張弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側
付近での検出冷媒温度の変化量に基づいて、非過熱状態
から過熱状態への移行温度を算出するものが用いられ
る。

【００２５】制御手段としては、たとえば、圧縮機起動
時に蒸発器出口が非過熱状態である間と、非過熱状態と
なった後とで、膨張弁の開閉度の制御に用いられる制御
パラメータ値を切り替えるものが用いられる。

【００２６】混合比算出手段により算出された混合冷媒
の混合比が、初期の混合比より所定以上変化している場
合に、その状態を報知する報知手段を設けることが好ま
しい。

【００２７】この発明による第３の蒸気圧縮式冷凍機
は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍
サイクル中に、３種類以上の冷媒を含む混合冷媒が封入
された蒸気圧縮式冷凍機において、所定時間毎の膨張弁
の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側付近での検出冷媒
温度の変化量を含む複数の混合比算出データに基づい
て、混合冷媒の混合比を算出する混合比算出手段、なら
びに混合比算出手段によって算出された混合冷媒の混合
比に基づいて、膨張弁の開閉度を制御する制御手段を備
えており、混合比算出手段は、混合比算出用データの１
つの組み合わせパターンに対して、２種類以上の混合比
が対応する可能性がある場合には、そのような混合比算
出用データの組み合わせパターンに対して、混合冷媒に
含まれる冷媒のうち、最も蒸発温度が低い冷媒の比が小
さくなる混合比が算出されるように構成されていること
を特徴とする。

【００２８】混合比算出手段の主要部がニューラルネッ
トワークにより構成されている場合には、混合比算出用
データの１つの組み合わせパターンに対して、２種類以
上の混合比が対応する場合には、そのような混合比算出
用データの組み合わせパターンに対応する２種類以上の
混合比のうち、混合冷媒に含まれる冷媒の中で最も蒸発
温度が低い冷媒の比が小さくなる混合比のみがニューラ
ルネットワークの学習に用いられるようにしてもよい。

【００２９】また、混合比算出手段の主要部がニューラ
ルネットワークにより構成されている場合には、混合比
算出用データの１つの組み合わせパターンに対して、２
種類以上の混合比が対応する場合には、そのような混合
比算出用データの組み合わせパターンに対応する２種類
以上の混合比のうち、混合冷媒に含まれる冷媒の中で最
も蒸発温度が低い冷媒の比が小さくなる混合比を用いた
ニューラルネットワークの学習回数を、他の混合比を用
いたニューラルネットワークの学習回数よりも多くする
ようにしてもよい。

【００３０】

【作用】この発明による第１の蒸気圧縮式冷凍機では、
一定時間毎の膨張弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出
側付近での検出冷媒温度の変化量および圧縮機の駆動周
波数を含む混合比算出用データに基づいて、混合冷媒の
混合比が算出される。そして、算出された混合冷媒の混
合比に基づいて、膨張弁の開閉度が制御される。

【００３１】この発明による第２の蒸気圧縮式冷凍機で
は、蒸発器の冷媒吐出側付近での検出冷媒温度が検出さ
れる。一定時間毎の膨張弁の操作量に対する検出冷媒温
度の変化量および圧縮機の駆動周波数を含む混合比算出
用データに基づいて、混合冷媒の混合比が算出される。
温度検出手段による検出冷媒温度に基づいて、過熱状態
への移行温度が算出される。検出された冷媒温度および
算出された移行温度に基づいて、蒸発器出口の過熱度が
算出される。そして、求められた過熱度と算出された混
合冷媒の混合比とに基づいて、膨張弁の開閉度が制御さ
れる。

【００３２】この発明による第３の蒸気圧縮式冷凍機で
は、混合比算出手段により、一定時間間隔における膨張
弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側付近での検出冷
媒温度の変化量を含む複数の混合比算出用データに基づ
いて、混合冷媒の混合比が算出される。そして、算出さ
れた混合冷媒の混合比に基づいて、膨張弁の開閉度が制
御される。

【００３３】混合比算出手段では、混合比算出用データ
の１つの組み合わせパターンに対して、２種類以上の混
合比が対応する可能性がある場合には、そのような混合
比算出用データの組み合わせパターンに対して、混合冷
媒を構成する冷媒成分のうち、最も蒸発温度が低い冷媒
の比が小さくなる混合比が算出される。

【００３４】

【実施例】以下、図１〜図６を参照して、この発明の実
施例について説明する。

【００３５】図１は蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路を示し
ている。図１において、図７と同じものには、同じ符号
を付してその説明を省略する。この実施例における蒸気
圧縮式冷凍機としては、インバータエアコンのように、
圧縮機の駆動周波数が変化するものが用いられている。
冷凍サイクルの基本的な動作原理は、上述した従来例と
同じである。

【００３６】この蒸気圧縮式冷凍機では、室内機６に
は、室内の空気を吸い込んで室内熱交換器１に送る室内
送風機１４が設けられている。また、室内送風機１４の
吸い込み空気温度を検出するための室内吸い込み温度検
出手段１６が設けられている。

【００３７】室外機５には、外気を吸い込んで室外熱交
換器２に送る室外送風機１５が設けられている。また、
室外送風機１５の吸い込み空気温度を検出するための室
外吸い込み温度検出手段１７が設けられている。

【００３８】図２は、冷媒として沸点の異なる２種類以
上の冷媒成分を混合した混合冷媒を用いた場合の蒸発機
内部における冷媒温度変化を示している。

【００３９】冷媒として非共沸混合冷媒を用いた場合に
は、蒸発器内部における個々の冷媒の同一圧力下での飽
和蒸気温度が異なるため、上述した単一冷媒のように温
度一定の気液２相状態の部分（図８のｂ領域）が存在し
ない。このため、個々の冷媒が全て蒸発して過熱状態
（図８のｃ領域）となる前に、何種類かの冷媒のみが完
全に蒸発している冷媒状態が存在することになる。

【００４０】したがって、混合冷媒を用いた場合には、
図２に示すように、気液２相状態においては、単一冷媒
のように一定温度とはならず、温度上昇を示すことにな
る（図２のｂ’領域）。図２のａ’領域は図８のａ領域
に対応し、図２のｃ’領域は図８のｃ領域に対応してい
る。図２に、混合冷媒を用いた場合の過熱度をｙで示
す。

【００４１】電子膨張弁４の一定操作量に対する、気液
２相状態での温度上昇度と過熱状態での温度上昇度とで
は大きな差があり、気液２相状態から過熱状態に移行す
る際に、電子膨張弁４の一定操作量に対する冷媒温度の
温度上昇度が高くなる。この場合の状態変化点を図２に
Ａ点として示す。

【００４２】また、封入冷媒の混合比が経時変化によっ
て変化した場合には、気液２相状態および過熱状態それ
ぞれにおける電子膨張弁４の一定操作量に対する冷媒温
度の温度上昇度が変化する。

【００４３】この実施例では、２種類以上の非共沸混合
冷媒を用いた蒸発器内の冷媒特性に基づいて、封入冷媒
の混合比変化が検出される。以下に、封入冷媒の混合比
検出と冷媒流量制御について詳述する。

【００４４】図３は本発明の蒸気圧縮式冷凍機の概略構
成ブロック図である。

【００４５】蒸気圧縮式冷凍機は、各種入出力機器を制
御する制御部１０１を備えている。

【００４６】制御部１０１には、タイミング信号発生部
１０２から、所定時間毎（本実施例では３０秒毎）にタ
イミング信号が送られる。温度データ記憶部１０３に
は、第２温度検出手段１１または第４温度検出手段１３
によって検出された蒸発器出口温度が入力され、３０秒
前の冷媒温度Ｔ１と現在の冷媒温度Ｔ２とが記憶され
る。

【００４７】移行温度算出手段１０４は、温度データ記
憶部１０３に記憶された冷媒温度から求められた冷媒温
度の変化量ｔ（＝（Ｔ２−Ｔ１））と、その間における
電子膨張弁４の操作量ｖとの比ｔ／ｖに基づいて、蒸発
器出口において過熱状態（冷媒の全てが蒸発している状
態）へ移行した温度（図２のＡ点の温度に相当する）を
算出する。

【００４８】具体的には、移行温度算出手段１０４で
は、今回のｔ／ｖ値が前回のｔ／ｖ値より、所定のしき
い値以上増加したか否かによって、蒸発器出口における
過熱状態への移行温度が算出される。

【００４９】過熱度算出手段１０５は、第２温度検出手
段１１または第４温度検出手段１３によって検出された
蒸発器出口温度と、移行温度算出手段１０４において算
出された移行温度とに基づいて蒸発器出口での過熱度
（図２のｙに相当する）を算出する。

【００５０】運転状態記憶部１０６には、室内吸い込み
温度検出手段１６または室外吸い込み温度検出手段１７
によって検出された蒸発器の吸い込み空気温度と、室内
送風機１４または室外送風機１５において設定された蒸
発器の設定送風量と、電子膨張弁４の開閉度と、蒸発器
出口において過熱状態となっているか否かを示すデータ
と、圧縮機３の駆動周波数とが記憶される。

【００５１】混合比算出手段１０７は、運転状態記憶部
１０６に記憶されている各種運転状態データと、移行温
度算出手段１０４で算出されたｔ／ｖ値とに基づいて、
混合冷媒の混合比を算出する。ｔ／ｖ値に加えて、運転
状態記憶部１０６に記憶されている各種運転状態データ
をも考慮して混合冷媒の混合比が算出されているのは、
同一混合比であっても各種運転状態データの値によって
ｔ／ｖ値が変化するためである。

【００５２】混合比記憶部１０８には、冷凍機に初期封
入された混合冷媒の混合比（初期混合比）が記憶される
とともに、混合比算出手段１０７によって算出された現
在の混合冷媒の混合比（算出混合比）が記憶される。な
お、初期時には算出混合比として、初期封入された混合
冷媒の混合比が記憶される。

【００５３】報知手段１０９は、混合比算出手段１０７
によって算出された混合比が初期混合比から大幅に変化
し、サービスマンによる保守点検作業が必要な場合に、
操作表示部１１１に設けられたサービスマンコールラン
プを点灯させるととともに、操作表示部１１１に設けら
れた表示器に現在の混合冷媒の混合比を表示させる。こ
れにより、冷凍機性能を十分に発揮できない状態での冷
凍機の使用を中止させ、サービスマンに各冷媒の再充填
を行わせることができる。また、表示器に現在の混合比
が表示されるので、初期混合比となるように、各冷媒を
再充填することができる。

【００５４】ＲＯＭ１１０には、制御部１０１のプログ
ラム等が格納されている。したがって、制御部１０１
は、このプログラムに基づいて電子膨張弁４等の各機器
を制御する。

【００５５】電子膨張弁４は、制御部１０１から送られ
る制御パルスにより、その開閉度が調整される。この実
施例では完全閉状態での開閉度を”０”、完全開状態で
の開閉度を”５００”とし、その間の開閉度を５００ス
テップに分割された値で制御されており、開閉度の初期
値は”１００”に設定されている。

【００５６】また、制御部１０１は、冷房運転時か暖房
運転時かを判断し、タイミング信号発生部１０２からの
入力信号に基づいて、冷房運転時には第２温度検出手段
１１によって検出された冷媒温度を蒸発器出口温度とし
て取り込んで温度データ記憶部１０３に記憶させ、暖房
運転時には第４温度検出手段１３によって検出された冷
媒温度を蒸発器出口温度として取り込んでんで温度デー
タ記憶部１０３に記憶させる。

【００５７】また、制御部１０１は、タイミング信号発
生部１０２からの入力信号に基づいて、冷房運転時には
蒸発器として動作する室内熱交換器１の吸い込み空気温
度および設定送風量を取り込んで運転状態記憶部１０６
に記憶させ、暖房運転時には蒸発器として動作する室外
熱交換器２の吸い込み空気温度および設定送風量を取り
込んで運転状態記憶部１０６に記憶させる。

【００５８】ＲＯＭ１１０には、圧縮機起動時に非過熱
状態にある間に用いられる制御パラメータ値と、過熱状
態になった後に用いられる制御パラメータ値とが別々に
記憶されている。各パラメータ値には、初期混合比に対
する初期制御パラメータ値と、混合比が変化した場合で
の各混合比に対する制御パラメータ値とがある。ＲＯＭ
１１０に格納される各制御パラメータ値は、予め実験に
より求められたそれぞれ適切な制御パラメータ値であ
る。制御部１０１は、ＲＯＭ１１０に格納されている制
御パラメータ値から、圧縮機起動時の非過熱状態である
間かまたは過熱状態になった後であるかどうかおよび混
合冷媒の混合比に応じた制御パラメータ値を読み出し
て、冷媒流量制御の制御パラメータ値として用いる。

【００５９】これにより、従来の課題、すなわち、圧縮
機起動時に過熱状態となる前となった後とにおいて、同
一の制御パラメータ値を利用すると制御結果にハンチン
グが発生し、素早く所望の過熱度に安定させることがで
きないという課題を解消することができる。また、冷媒
漏れにより混合冷媒の混合比が変化したとしても、その
混合比に応じた適切な制御パラメータ値が再設定される
ので、安定した冷媒流量制御を行うことができ、冷凍機
性能を低下を抑制することができる。

【００６０】図４は、混合比算出手段１０７の主要部の
構成を示している。

【００６１】混合比算出手段１０７の主要部は、ニュー
ロコンピュータの多層ニューラルネットワーク４１で構
成されている。このニューラルネットワーク４１は、入
力層４２、中間層４３および出力層４４からなる。

【００６２】入力層４２は、６個の入力ユニットＩ１〜
Ｉ６から構成されている。入力ユニットＩ１には、運転
状態記憶部１０６に記憶されている吸い込み空気温度が
入力される。入力ユニットＩ２には、運転状態記憶部１
０６に記憶されている膨張弁開度が入力される。入力ユ
ニットＩ３には、運転状態記憶部１０６に記憶されてい
る送風量が入力される。入力ユニットＩ４には、運転状
態記憶部１０６に記憶されている過熱状態か否かのデー
タ（過熱状態の有無）が入力される。入力ユニットＩ５
には、移行温度算出手段１０４によって算出されたｔ／
ｖ値が入力される。入力ユニットＩ６には、運転状態記
憶部１０６に記憶されている圧縮機３の駆動周波数が入
力される。

【００６３】中間層４３は、入力層４２の各ユニットＩ
１〜Ｉ６と相互に結合された１５個の中間ユニットＭ１
〜Ｍ１５から構成されている。

【００６４】出力層４４は、中間層４３の各ユニットＭ
１〜Ｍ１５と相互に結合され、冷凍機内に封入された３
種の冷媒からなる混合冷媒の混合比をそれぞれ出力する
３個の出力ユニットＯ１〜Ｏ３から構成されている。

【００６５】この実施例では、３種の非共沸混合冷媒が
混合冷媒として用いられている場合について説明した
が、２種以上の冷媒からなる混合冷媒であれば、特に３
種の冷媒からなる混合冷媒に特定される必要はない。２
種の冷媒からなる混合冷媒が用いられる場合には、出力
ユニット数は２個になる。また、中間層のユニット数を
15個としているが、特にこの数に特定される必要はな
い。また、中間層が複数あってもよい。

【００６６】このニューラルネットワーク４１の学習
は、次のように行なわれる。まず、予め実験により、混
合冷媒の混合比の多数の組み合わせのそれぞれについ
て、吸い込み空気温度、膨張弁開度、送風量、過熱状態
の有無、圧縮機３の駆動周波数の代表的な組み合わせに
対するｔ／ｖ値を求める。そして、吸い込み空気温度、
膨張弁開度、送風量、過熱状態の有無、圧縮機３の駆動
周波数およびｔ／ｖ値を入力パターンとし、各入力パタ
ーンに対する混合冷媒の混合比の組み合わせを教師デー
タとして、バックプロパゲーション法により、ニューラ
ルネットワーク４１を学習させる。

【００６７】学習後のニューラルネットワーク４１に、
運転状態記憶部１０６に記憶されている各種運転状態デ
ータと、移行温度算出手段１０４によって算出されたｔ
／ｖ値が入力されることにより、混合冷媒の混合比が得
られる。

【００６８】ところで、３種類以上の冷媒からなる混合
冷媒の場合には、異なる２種類の混合比に対して、ｔ／
ｖ値と上記各種運転状態データとのある１つの組み合わ
せパターンが対応することがある。つまり、ｔ／ｖ値と
上記各種運転状態データとの１つの組み合わせのパター
ンに対して、異なる２種類の混合比が対応する場合があ
る。

【００６９】３種類の冷媒ａ、ｂ、ｃが混合された混合
冷媒を例にとると、ｔ／ｖ値と上記各種運転状態データ
とのある１つの組み合わせパターンに対して、混合冷媒
の混合比（ａ：ｂ：ｃ）が、２：３：５である場合と、
４：１：５の場合の２種類が対応する場合がある。この
ような場合には、異なる２種類の混合比に対応するよう
な入力パターンがニューラルネットワーク４１に入力さ
れた場合には、異なる２種類の混合比のうちいずれが出
力されるか分からないので、誤った混合比が算出される
おそれがある。

【００７０】混合冷媒の混合比が変化するのは、冷凍機
内部に封入されている冷媒が漏れることが大きな原因で
ある。この漏れは、蒸発温度の低い冷媒、すなわち蒸発
しやすい冷媒ほど、起こりやすいと考えることができ
る。つまり、３種類の冷媒ａ、ｂ、ｃが混合された混合
冷媒において最も蒸発温度の低い冷媒をａとし、初期状
態での混合冷媒の混合比（ａ：ｂ：ｃ）が３：３：４で
あるとすると、混合冷媒の全体に対する冷媒ａの比が、
３／１０以下になる可能性が高いと予想できる。

【００７１】そこで、ｔ／ｖ値と上記各種運転状態デー
タとの１つの組み合わせのパターンに対して、異なる２
種類の混合比が対応することが実験等によって分かって
いる場合には、上記１つの組み合わせのパターンに対し
て、異なる２種類の混合比のうち、初期状態に対して漏
れやすい冷媒の比が小さくなるような混合比が算出され
るようにしておくことが好ましい。

【００７２】具体的には、ある入力パターンに対して２
種類の混合比が対応する場合には、異なる２種類の混合
比のうち初期状態に対して漏れやすい冷媒の比が小さく
なるような混合比を用いたニューラルネットワークの学
習回数が、他方の混合比を用いたニューラルネットワー
クの学習回数よりも多くされる。

【００７３】あるいは、上記異なる２種類の混合比のう
ち初期状態に対して漏れやすい冷媒の比が小さくなるよ
うな混合比のみをニューラルネットワークの学習に用
い、他方の混合比を学習に用いないようにする。この場
合には、学習に用いられなかった混合比を、学習に用い
られた混合比の第２候補として、メモリに蓄積してお
き、ニューラルネットワークから上記学習に用いられた
混合比（以下、第１候補の混合比という）が出力された
ときには、第２候補の混合比が存在することがわかるよ
うにしておく。そして、混合比が第１候補の混合比に変
化したとして膨張弁４の制御を行い、その結果良い結果
が得られなかったときには、第２候補の混合比を採用す
るようにする。

【００７４】図５および図６は、蒸気圧縮式冷凍機によ
る冷媒流量制御処理手順を示している。

【００７５】先ず冷凍機の報知手段１０８が動作してい
るかいないかが判別される（ステップＳ１）。報知手段
１０８が動作中でなければ、冷凍機の運転モードが、冷
房運転モードに設定されているか暖房運転モードに設定
されているかが判断され、設定されている運転モードで
冷凍機の運転が開始される（ステップＳ３）。

【００７６】運転モードが冷房運転モードの場合には、
室内熱交換器１が蒸発器として特定され、暖房運転モー
ドの場合には、室外熱交換器２が蒸発器として特定され
る（ステップＳ５）。ここでは、運転モードが冷房運転
モードに設定されており、室内熱交換器１が蒸発器とし
て特定された場合について説明する。

【００７７】次に、タイミング信号発生部１０２が起動
せしめられる（ステップＳ７）。これにより、タイミン
グ信号発生部１０２から、３０秒間隔でタイミング信号
が出力される。次に、電子膨張弁４の制御パラメータ
が、圧縮機起動時の非過熱状態の場合の初期値に設定さ
れる（ステップＳ９）。

【００７８】この後、タイミング信号発生部１０２から
タイミング信号が入力されると（ステップＳ１１）、電
子膨張弁４が制御される（ステップＳ１２）。この電子
膨張弁４の制御では、現在設定されている、圧縮機起動
時の非過熱状態の対する制御パラメータ値を用いて、電
子膨張弁４の開閉度が制御される。

【００７９】また、第２温度検出手段１１によって検出
された蒸発器出口温度が取り込まれて温度データ記憶部
１０３に格納される（ステップＳ１３）。次に、温度デ
ータ記憶部１０３から現在の検出冷媒温度と前回の検出
冷媒温度とが読み出され、移行温度算出手段１０４によ
って、前回から今回までの間の電子膨張弁４の操作量ｖ
に対する蒸発器出口温度の変化量ｔの割合ｔ／ｖ値が算
出される（ステップＳ１５）。

【００８０】そして、混合比算出手段１０６によって、
ステップＳ１５で算出されたｔ／ｖ値と、運転状態記憶
部１０６に記憶されている蒸発器の吸い込み空気温度、
設定送風量、電子膨張弁４の開閉度、蒸発器出口におけ
る過熱状態の有無および圧縮機３の駆動周波数とに基づ
いて封入混合冷媒の混合比が算出される（ステップＳ１
７）。

【００８１】次に、ステップＳ１７で算出された混合比
と、混合比記憶部１０８に格納されている前回の混合比
とが比較され、混合比が変化したか否かが判別される
（ステップＳ１９）。

【００８２】混合比が変化した場合には、ステップＳ１
７で算出された混合比が、混合比記憶部１０８に、現在
の混合冷媒の混合比として記憶される（ステップＳ２
１）。そして、圧縮機起動時の非過熱状態に対する制御
パラメータ値であって、現在の混合冷媒の混合比に対す
る電子膨張弁４の制御パラメータ値がＲＯＭ１１０から
読み出され、読み出された値に制御パラメータ値が再設
定される（ステップＳ２１）。次に、今回算出された混
合比が初期混合比に対して、予め設定された許容範囲以
上変化しているか否かが判別される（ステップＳ２
５）。この許容範囲は予め実験により求められて、ＲＯ
Ｍ１１０に記憶されている。

【００８３】今回算出された混合比が初期混合比に対し
て許容範囲以上変化している場合には、冷凍機の報知手
段１０９が作動され（ステップＳ２９）、冷凍機の運転
が停止される。また、現在の混合比が操作表示部１１１
の表示器に表示される。

【００８４】上記ステップＳ１９において混合比が変化
していないと判別されたときまたは上記ステップＳ２５
において今回算出された混合比が初期混合比に対して許
容範囲以上変化していないと判別された場合には、ステ
ップＳ２７に進む。

【００８５】ステップＳ２７では、上記ステップＳ１５
で算出されたｔ／ｖ値が、前回算出されたｔ／ｖ値に比
べて一定値以上増加したか否かが判別される。今回算出
されたｔ／ｖ値が、前回算出されたｔ／ｖ値に比べて一
定値以上増加していない場合には、ステップＳ１１に戻
って、タイミング信号発生部１０２からのタイミング信
号の入力待ち状態となる。そして、タイミング信号発生
部１０２からタイミング信号が入力されると、ステップ
Ｓ１２〜Ｓ２７の処理が再度実行される。

【００８６】今回算出されたｔ／ｖ値が、前回算出され
たｔ／ｖ値に比べて一定値以上増加している場合には、
移行温度算出手段１０４によって、今回検出された蒸発
器出口温度が過熱状態への移行温度であると判別される
（ステップＳ３１）。そして、電子膨張弁４の制御パラ
メータが、圧縮機起動時に過熱状態になった後に用いら
れる制御パラメータ値であって、現在の混合冷媒の混合
比に対する電子膨張弁４の制御パラメータ値がＲＯＭ１
１０から読み出され、読み出された値に制御パラメータ
値が再設定される（ステップＳ３３）。

【００８７】この後、タイミング信号発生部１０２から
タイミング信号が入力されると（ステップＳ３５）、第
２温度検出手段１１によって検出された蒸発器出口温度
が取り込まれて温度データ記憶部１０３に格納される
（ステップＳ３７）。

【００８８】また、蒸発器の膨張弁が過熱度制御により
制御される（ステップＳ３８）。この過熱度制御では、
第２温度検出手段１１によって検出された蒸発器出口温
度とステップＳ３１で求められた移行温度とに基づい
て、現在の蒸発器の過熱度ＳＨ（ＳＨ＝現在の蒸発器出
口温度−移行温度）と目標過熱度ＳＨｏ（この実施例で
は、ＳＨｏは４℃に設定されている）との偏差ｅ（＝Ｓ
Ｈｏ−ＳＨ）が求められる。そして、求められた偏差ｅ
および現在設定されている制御パラメータ値に基づいて
電子膨張弁４の弁操作量ｄｖが決定され、決定された弁
操作量ｄｖにより電子膨張弁４の開閉度が制御される。

【００８９】次に、温度データ記憶部１０３から現在の
検出冷媒温度と前回の検出冷媒温度とが読み出され、移
行温度算出手段１０４によって、前回から今回までの間
の電子膨張弁４の操作量ｖに対する蒸発器出口温度の変
化量ｔの割合ｔ／ｖ値が算出される（ステップＳ３
９）。

【００９０】そして、混合比算出手段１０６によって、
ステップＳ３９で算出されたｔ／ｖ値と、運転状態記憶
部１０６に記憶されている蒸発器の吸い込み空気温度、
設定送風量、電子膨張弁４の開閉度、蒸発器出口におけ
る過熱状態の有無および圧縮機３の駆動周波数とに基づ
いて封入混合冷媒の混合比が算出される（ステップＳ４
１）。

【００９１】次に、ステップＳ４１で算出された混合比
と、混合比記憶部１０８に格納されている混合比とが比
較され、混合比が変化したか否かが判別される（ステッ
プＳ４３）。

【００９２】混合比が変化した場合には、ステップＳ４
１で算出された混合比が、混合比記憶部１０８に、現在
の混合冷媒の混合比として記憶される（ステップＳ４
５）。そして、現在の混合冷媒の混合比に対する電子膨
張弁４の制御パラメータがＲＯＭ１１０から読み出さ
れ、読み出された値に制御パラメータ値が再設定される
（ステップＳ４７）。次に、今回算出された混合比が初
期混合比に対して、予め設定された許容範囲以上変化し
ているか否かが判別される（ステップＳ４９）。

【００９３】今回算出された混合比が初期混合比に対し
て許容範囲以上変化している場合には、冷凍機の報知手
段１０９が作動され（ステップＳ２９）、冷凍機の運転
が停止される。また、現在の混合比が操作表示部１１１
の表示器に表示される。

【００９４】上記ステップＳ４３において混合比が変化
していないと判別されたときまたは上記ステップＳ４９
において今回算出された混合比が初期混合比に対して許
容範囲以上変化していないと判別された場合には、ステ
ップＳ５１に進む。

【００９５】ステップＳ５１では、冷凍機の運転停止指
令が入力されたか否かが判別される。冷凍機の運転停止
指令が入力された場合には冷凍機の運転が停止せしめら
れ、この処理は終了する。

【００９６】冷凍機の運転停止指令が入力されていない
場合には、圧縮機３が停止しているか否かが判別される
（ステップ５３）。圧縮機３が停止していない場合に
は、ステップＳ３５に戻り、タイミング信号発生部１０
２からのタイミング信号の入力待ち状態となる。そし
て、タイミング信号発生部１０２からタイミング信号が
入力されると、ステップＳ３７以降の処理が再度実行さ
れる。

【００９７】上記ステップ５３で圧縮機３が停止してい
ると判別されたときには、圧縮機３の再起動指令が入力
されたかどうかが判断される（ステップＳ５５）。圧縮
機３の再起動指令が入力されているときには、ステップ
Ｓ７に戻る。圧縮機３の再起動指令が入力されていない
ときには、ステップＳ５１に戻る。

【００９８】以上のように、この実施例では、内部に非
共沸混合冷媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機において、
冷媒漏れによる混合比変化が検出され、最適な冷媒流量
制御が行われるので、冷凍機性能の低下を抑制すること
ができる。また、蒸発器の過熱状態への移行温度が正確
に検出され、圧縮機起動時に非過熱状態である間と過熱
状態になった後とを区別して制御パラメータを調整でき
るので、高精度の冷媒流量制御を行うことができる。

【００９９】上記実施例では、混合冷媒の混合比を求め
るためにニューラルネットワークが用いられているが、
ファジイ推論等の他の手法によって混合冷媒の混合比を
求めるようにしてもよい。

【０１００】

【発明の効果】この発明によれば、内部に非共沸混合冷
媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機において、蒸発器出口
温度の変化量に基づいて混合冷媒の混合比を算出するこ
とができ、最適な冷媒流量制御が可能となる。したがっ
て、混合冷媒の混合比が変化した場合においても、冷凍
機性能の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路を示す模式図であ
る。

【図２】非共沸混合冷媒を使用した蒸発器内部における
理想的な冷媒温度変化を示すグラフである。

【図３】蒸気圧縮式冷凍機の電気的構成を示すブロック
図である。

【図４】混合比算出手段の主要部であるニューラルネッ
トワークの構成を示す模式図である。

【図５】冷媒流量制御処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図６】冷媒流量制御処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図７】従来の蒸気圧縮式冷凍機の冷媒回路を示す模式
図である。

【図８】単一冷媒を使用した蒸発器内部における理想的
な冷媒温度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 室内熱交換器 ２ 室外熱交換器 ３ 圧縮機 ４ 電子膨張弁 ５ 室外機 ６ 室内機 ７ 冷媒配管 ８ 配管 ９ 四方弁 １０ 第１温度検出手段 １１ 第２温度検出手段 １２ 第３温度検出手段 １２ 第４温度検出手段 １０１ 制御部 １０２ タイミング信号発生部 １０３ 温度データ記憶部 １０４ 移行温度算出手段 １０５ 過熱度算出手段 １０６ 運転状態記憶部 １０７ 混合比算出手段 １０８ 混合比記憶部 １０９ 報知手段 １１０ ＲＯＭ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】 これにより、従来の課題、すなわち、圧
縮機起動時に過熱状態となる前となった後とにおいて、
同一の制御パラメータ値を利用すると制御結果にハンチ
ングが発生し、素早く所望の過熱度に安定させることが
できないという課題を解消することができる。また、冷
媒漏れにより混合冷媒の混合比が変化したとしても、そ
の混合比に応じた適切な制御パラメータ値が再設定され
るので、安定した冷媒流量制御を行うことができ、冷凍
機性能の低下を抑制することができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７８】 この後、タイミング信号発生部１０２か
らタイミング信号が入力されると（ステップＳ１１）、
電子膨張弁４が制御される（ステップＳ１２）。この電
子膨張弁４の制御では、現在設定されている、圧縮機起
動時の非過熱状態に対する制御パラメータ値を用いて、
電子膨張弁４の開閉度が制御される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８０】 そして、混合比算出手段１０７によっ
て、ステップＳ１５で算出されたｔ／ｖ値と、運転状態
記憶部１０６に記憶されている蒸発器の吸い込み空気温
度、設定送風量、電子膨張弁４の開閉度、蒸発器出口に
おける過熱状態の有無および圧縮機３の駆動周波数とに
基づいて封入混合冷媒の混合比が算出される（ステップ
Ｓ１７）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 一朗 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 蛇川 則男 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を
   備えた冷凍サイクル中に、２種類以上の冷媒を含む混合
   冷媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機において、 一定時間毎の膨張弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出
   側付近での検出冷媒温度の変化量および圧縮機の駆動周
   波数を含む混合比算出用データに基づいて、混合冷媒の
   混合比を算出する混合比算出手段、ならびに混合比算出
   手段によって算出された混合冷媒の混合比に基づいて、
   膨張弁の開閉度を制御する制御手段、 を備えていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
2. 【請求項２】 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を
   備えた冷凍サイクル中に、２種類以上の冷媒を含む混合
   冷媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機において、 蒸発器の冷媒吐出側付近での検出冷媒温度を検出する温
   度検出手段、 一定時間毎の膨張弁の操作量に対する検出冷媒温度の変
   化量および圧縮機の駆動周波数を含む混合比算出用デー
   タに基づいて、混合冷媒の混合比を算出する混合比算出
   手段、 温度検出手段による検出冷媒温度に基づいて、過熱状態
   への移行温度を算出する移行温度算出手段、 温度検出手段による検出冷媒温度および移行温度算出手
   段による算出移行温度に基づいて、蒸発器出口の過熱度
   を算出する過熱度算出手段、ならびに過熱度算出手段に
   より求められた過熱度と混合比算出手段によって算出さ
   れた混合冷媒の混合比とに基づいて、膨張弁の開閉度を
   制御する制御手段、 を備えていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
3. 【請求項３】 混合比算出手段は、一定時間毎の膨張弁
   の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側付近での検出冷媒
   温度の変化量、蒸発器の吸い込み空気温度、蒸発器の設
   定送風量、膨張弁の開閉度、過熱度状態であるか否かの
   情報および圧縮機の駆動周波数からなる混合比算出用デ
   ータに基づいて、混合冷媒の混合比を算出することを特
   徴とする請求項１および２のいずれかに記載の蒸気圧縮
   式冷凍機。
4. 【請求項４】 混合比算出手段の主要部が、ニューラル
   ネットワークにより構成されていることを特徴とする請
   求項１、２および３のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍
   機。
5. 【請求項５】 移行温度算出手段は、一定時間毎の膨張
   弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出側付近での検出冷
   媒温度の変化量に基づいて、非過熱状態から過熱状態へ
   の移行温度を算出することを特徴とする請求項２に記載
   の蒸気圧縮式冷凍機。
6. 【請求項６】 制御手段は、圧縮機起動時に蒸発器出口
   が非過熱状態である間と、過熱状態となった後とで、膨
   張弁の開閉度制御に用いられる制御パラメータ値を切り
   替えることを特徴とする請求項１、２、３、４および５
   のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
7. 【請求項７】 混合比算出手段により算出された混合冷
   媒の混合比が、初期の混合比に対して、所定以上変化し
   ているときには、その状態を報知する報知手段を備えて
   いることを特徴とする請求項１、２、３、４、５および
   ６のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
8. 【請求項８】 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を
   備えた冷凍サイクル中に、３種類以上の冷媒を含む混合
   冷媒が封入された蒸気圧縮式冷凍機において、 一定時間毎の膨張弁の操作量に対する蒸発器の冷媒吐出
   側または中間位置での検出冷媒温度の変化量を含む混合
   比算出用データに基づいて、混合冷媒の混合比を算出す
   る混合比算出手段、ならびに混合比算出手段によって算
   出された混合冷媒の混合比に基づいて、膨張弁の開閉度
   を制御する制御手段を備えており、 混合比算出手段は、混合比算出用データの１つの組み合
   わせパターンに対して、２種類以上の混合比が対応する
   可能性がある場合には、そのような混合比算出用データ
   の組み合わせパターンに対して、混合冷媒に含まれる冷
   媒のうち、最も蒸発温度が低い冷媒の比が小さくなる混
   合比が算出されるように構成されていることを特徴とす
   る蒸気圧縮式冷凍機。
9. 【請求項９】 混合比算出手段の主要部がニューラルネ
   ットワークにより構成されており、混合比算出用データ
   の１つの組み合わせパターンに対して、２種類以上の混
   合比が対応する場合には、そのような混合比算出データ
   の組み合わせパターンに対応する２種類以上の混合比の
   うち、混合冷媒に含まれる冷媒の中で最も蒸発温度が低
   い冷媒の比が小さくなる混合比のみがニューラルネット
   ワークの学習に用いられることを特徴とする請求項８に
   記載の蒸気圧縮式冷凍機。
10. 【請求項１０】 混合比算出手段の主要部がニューラル
    ネットワークにより構成されており、混合比算出用デー
    タの１つの組み合わせパターンに対して、２種類以上の
    混合比が対応する場合には、そのような混合比算出デー
    タの組み合わせパターンに対応する２種類以上の混合比
    のうち、混合冷媒に含まれる冷媒の中で最も蒸発温度が
    低い冷媒の比が小さくなる混合比を用いたニューラルネ
    ットワークの学習回数を、他の混合比を用いたニューラ
    ルネットワークの学習回数よりも多くすることを特徴と
    する請求項８に記載の蒸気圧縮式冷凍機。