JPH08145489A

JPH08145489A - 冷凍装置およびその運転方法

Info

Publication number: JPH08145489A
Application number: JP6290926A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Endo; 剛遠藤; Hirokiyo Terada; 浩清寺田; Naoto Katsumata; 直登勝又; Kensaku Kokuni; 研作小国; Kazumiki Urata; 和幹浦田; Masatoshi Muramatsu; 正敏村松; Michiko Endo; 道子遠藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-07
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: CN1132335A; US5709090A; JP3341500B2; CN1135329C

Abstract

(57)【要約】【目的】非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置の循環冷媒の
組成変更を、複雑な機器構成や制御方法を用いること無
く可能にして、冷凍サイクルの能力を可変にする。【構成】アキュムレータ２、冷媒圧縮装置１、四方弁
３、室外機熱交換器４、室外機膨張装置６、レシーバ
７、室内機膨張装置８、室内機熱交換器９を順次配管接
続して冷凍サイクルを形成する。そして、通常は余剰冷
媒をレシーバ７に貯溜し、低沸点冷媒組成の比率を上げ
る必要が生じたとき、冷房運転であれば室外機膨張装置
６を、暖房運転であれば室内機膨張装置８を絞って、冷
媒流量を減少させる。これにより、レシーバ７内の余剰
冷媒がアキュムレータ２へ移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非共沸混合冷媒を用い
た蒸気圧縮冷凍サイクルを有する冷凍装置およびその運
転方法に係り、特に余剰冷媒を貯溜するレシーバおよび
アキュムレータを有する冷凍装置を備えた空気調和機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】沸点の異なる２種類以上の物質を組み合
わせた非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクルの循環組成
可変方法としては、特開昭６２−５２３６８号公報や特
開平１−８８０６８号公報に記載されているように、熱
交換手段とともに冷媒精留塔あるいは冷媒分離器を設け
て蒸留するものがある。◆また、特開昭６１−５５５６
２号公報には、気液分離器へ液冷媒を貯溜することによ
り、冷暖房能力を制御する方法が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】快適性向上や省エネル
ギー化のため、空気調和機の能力可変機能の拡大のニー
ズが高い。能力可変の手段としては、圧縮機の回転数を
可変にできるインバータを用いた圧縮機の容量制御が多
く使用されているが、この方法には機器が高価になると
いう不具合がある。◆また、上記インバータを利用した
方法より容量可変幅は狭くなるものの前記公知技術で
は、非共沸混合冷媒を使用した冷凍サイクルにおいて、
運転中の循環冷媒の組成を変化させて能力を可変にする
方法が提案されている。しかし、これらの方法では、通
常の冷凍サイクルが備える構成要素の他に組成制御用の
特別な機構を必要とするため、機器構成および装置の制
御が複雑となり、機器のコストアップや制御の不安定さ
に起因する信頼性の低下という不具合があった。

【０００４】ところで、据え付け工事の省力化のために
空気調和機では予め最長配管分の冷媒を封入する方法が
採用され始めている。このような空気調和機や、１台の
室外機に複数の室内機を接続したマルチ空気調和機で容
量が変動した時には、空気調和機に余剰冷媒が発生す
る。そのため、余剰冷媒を吸収する冷媒貯溜タンクとし
て凝縮器出口にレシーバを設置したり、冷媒圧縮装置前
にアキュムレータを設けることが多い。そこで、冷凍サ
イクルで実績のある構成要素を用いて非共沸冷媒の組成
可変が実現できれば、特殊な要素を付加すること無く機
器を構成することができ、容易に冷凍サイクルの能力が
可変になる。

【０００５】ところで、冷凍・空調用途に広く使用され
てきたＨＣＦＣ２２は、オゾン層破壊に関与するため、
将来は全廃することが決定されており、年々規制が厳し
くなっている。そのためＨＣＦＣ２２の代替物が求めら
れており、その候補としてオゾン層を破壊しない非塩素
系フルオロカーボンであるＨＦＣの非共沸混合冷媒が有
力である。具体的にはＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５、ＨＦ
Ｃ１３４ａを２３：２５：５２（重量％）の割合で混合
した物質が、ＡＳＨＲＡＥにおいてＲ４０７Ｃの冷媒番
号を付与されて実用化に近づいている。また、可燃性の
問題が解決されれば、効率、地球温暖化および製造コス
トに優れるＨＦＣ３２とＨＦＣ１３４ａの２種混合冷媒
も使用できる。今後は、ＨＣＦＣ２２がこれらの新しい
非共沸混合冷媒へ置換されるから、益々循環組成の可変
技術を用いて空調機の能力可変機能を拡大することが必
要である。◆さらに、地球温暖化への影響の低減あるい
は機器のコスト低減のために、冷媒充填量を減らす必要
もある。上記従来の技術ではこの点への配慮が十分では
なかった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決することにあり、詳しくは冷媒に沸点の異なる少なく
とも２種類以上の物質を混合した非共沸混合冷媒を用い
た冷凍装置において、従来から冷凍サイクルに用いられ
ている構成要素を使用することにより、複雑な機器構成
や制御を用いること無く、冷凍装置内を循環する冷媒の
組成を容易に変更することにある。◆本発明の他の目的
は、冷媒として沸点の異なる少なくとも２種類以上の物
質を混合した非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置におい
て、冷媒の使用量を低減するとともに、冷凍装置内を循
環する冷媒の組成を容易に変更することにある。◆本発
明のさらに他の目的は、冷凍装置の運転範囲を確保しな
がら、冷凍装置内を循環する冷媒の組成を効果的かつ安
定的に変更できる冷凍装置の運転方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様は、室内機と室外機とを配管接続
した非共沸混合冷媒を用いる冷凍装置において、前記室
外機及び室内機は夫々絞り量可変の膨張手段を有し、室
内機の膨張手段と室外機の膨張手段間にはレシーバが設
けられ、前記室内機の膨張手段と前記室外機の膨張手段
の絞り量を制御して前記レシーバの入口冷媒流及び出口
冷媒流を共に気液二相流とする制御手段を設けたもので
ある。

【０００８】そして、好ましくは前記レシーバは液冷媒
取り出し配管を備え、この液冷媒取り出し配管にガス冷
媒混合手段を設けたものである。◆また、好ましくは前
記非共沸混合冷媒は、１，１，１，２−テトラフルオロ
エタンにジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタン
の少なくともいずれかを混合したものである。◆更にま
た好ましくは前記冷凍装置に外気温度を検出する外気温
度検出手段を設け、前記制御手段はこの外気温度に基づ
いて前記第１の膨張手段及び前記第２の膨張手段を制御
するようにしたものである。

【０００９】また、好ましくは前記室内機に室内機の吸
込み温度を検出する室内機温度検出手段を設け、この室
内気温度に基づいて前記第１の膨張手段及び前記第２の
膨張手段を制御するものである。◆好ましくは、前記室
内機に設けた室内機吹出し温度検出手段が検出した室内
機吹出し温度に基づいて前記制御手段が前記第１の膨張
手段及び前記第２の膨張手段を制御するものである。

【００１０】また、第２の態様は冷媒圧縮装置、熱交換
器、第１の膨張手段、レシーバ、第２の膨張手段、蒸発
器及びアキュムレータを順次配管接続して構成される蒸
気圧縮冷凍サイクルを有し、該冷凍サイクル内を流通す
る冷媒が沸点の異なる少なくとも２種類以上の物質を混
合した非共沸混合冷媒である冷凍装置において、前記第
１の膨張手段および第２の膨張手段は絞り量が可変であ
り、この第１の膨張手段及び第２の膨張手段の絞り量制
御して前記レシーバ入り口及びレシーバ出口の冷媒流を
ともに気液二相流とする制御手段を設けたものである。
◆好ましくは、前記制御手段は、前記冷媒圧縮装置に設
けた吐出圧力検出手段が検出した吐出圧力および前記冷
媒圧縮装置に設けた吐出温度検出手段が検出した吐出温
度の少なくとも何れかに基づいて前記第１の膨張手段及
び前記第２の膨張手段を制御するものである。

【００１１】更に第３の態様は、冷媒圧縮装置、熱交換
器、第１の膨張手段、レシーバ、第２の膨張手段、蒸発
器及びアキュムレータを順次配管接続して構成される蒸
気圧縮冷凍サイクルを有し、該冷凍サイクル内を流通す
る冷媒が沸点の異なる少なくとも２種類以上の物質を混
合した非共沸混合冷媒である冷凍装置において、前記第
１の膨張手段および第２の膨張手段は絞り量が可変であ
り、この第１の膨張手段及び第２の膨張手段の絞り量制
御して前記レシーバ内の液冷媒を減少させ前記アキュム
レータ内の液冷媒を増加させる制御手段を設けたもので
ある。

【００１２】第４の態様は、非共沸混合冷媒を作動冷媒
とし、室内機と室外機とを備えた冷凍装置の運転方法に
おいて、暖房運転時は外気温度が低下したときに前記室
外機に備えた冷媒圧縮装置に接続されたアキュムレータ
に貯溜される冷媒量を増すようにしたものである。◆第
５の態様は、非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、室外機と
室内機とを備えた冷凍装置の運転方法において、暖房運
転時は外気温度が低下したときに前記室外機及び室内機
に夫々設けられた膨張手段間に備えたレシーバに貯溜さ
れる冷媒量を減らすようにしたものである。

【００１３】第６の態様は、非共沸混合冷媒を作動冷媒
とし、室外機と室内機とを備えた冷凍装置の運転方法に
おいて、除霜運転時に前記室外機と前記室内機に夫々設
けられた膨張手段間に設けたレシーバと前記室外機に設
けたアキュムレータとの間で液冷媒の授受を行うように
したものである。◆また第７の態様は、非共沸混合冷媒
を作動冷媒とし、室外機と室内機とを備え冷凍サイクル
を有する冷凍装置の運転方法において、暖房運転時は外
気温度が低下したときに前記室外機及び室内機に夫々設
けられた膨張手段を制御して、冷凍サイクル中を流通す
る冷媒の低沸点成分を増すようにしたものである。◆そ
して好ましくは、上記何れかの態様において前記非共沸
混合冷媒をＲ４０７Ｃとしたものである。

【００１４】

【作用】レシーバを凝縮器出口に設置した冷凍装置を運
転した時、冷凍サイクル内に余剰冷媒が存在すると余剰
冷媒は飽和液の状態でレシーバに貯溜される。このと
き、レシーバの入口において冷媒には若干の気泡が混じ
り、その乾き度はほぼ０である。そして、この気泡程度
のガスがレシーバの放熱作用によって凝縮し、レシーバ
出口における冷媒の乾き度を０にする。このようにレシ
ーバ出口と入口においてガス冷媒および液冷媒のバラン
スが取られ、液面が一定に保たれる。その結果、冷凍サ
イクルが安定する。

【００１５】ところで、冷凍装置に封入される冷媒の選
定は最も過負荷となる外気温が高いときの暖房運転条件
より定まる。そのため、従来用いられてきたＨＣＦＣ２
２に代えてＲ４０７Ｃが採用されてきたのは上述の通り
である。しかしながら、このＲ４０７Ｃを用いても、外
気温が低いときの暖房運転の場合等には冷凍装置が十分
な能力を発揮していない。そこで、冷凍装置の能力を引
き出すために運転中の冷媒の組成を変更する方法が考え
られてきている。

【００１６】つまり、レシーバの上流側に設けた第１の
膨張手段の絞り量を絞ると、レシーバ入口では冷媒が飽
和域に入り、冷媒の流れは気液二相流となる。これによ
り、レシーバに流入または流出する冷媒の気液流量のバ
ランスがくずれ、流入するガス冷媒が液面を押し下げ、
冷凍サイクル内にレシーバに貯溜された余剰冷媒が放出
される。この余剰冷媒は、レシーバの下流側に設けた第
２の膨張手段および蒸発器を内を流通する。ところで、
蒸発器出口の冷媒が完全にガス化しない湿り状態となる
ように第１の膨張手段の動作に合わせて第２の膨張手段
の絞り量を制御する。蒸発器出口で湿り状態となった冷
媒は、気液二相状態でアキュムレータに流入する。この
二相冷媒中のガス冷媒では能力の高い低沸点冷媒が増し
ている。一方、二相冷媒中の液冷媒では高沸点冷媒が増
している。アキュムレータの出口諸元は、流入する余剰
液冷媒を貯溜できる大きさ及び耐圧等の設計をしてある
から、高沸点冷媒を多く含む液冷媒を貯溜できる。そし
て、アキュムレータに高沸点冷媒が増えた液冷媒が保有
されているため、冷凍サイクル中を循環する冷媒では逆
に低沸点冷媒が増している。この変化により、より高
圧、高能力の冷媒組成で冷凍サイクルが運転されること
になり、結果として空気調和機や冷凍装置の能力が大き
くなる作用がある。

【００１７】また、レシーバの液冷媒取り出し配管にガ
ス冷媒混合手段を設け、レシーバの入口および出口にお
ける冷媒状態を気液二相状態としたので、ヒートポンプ
式空気調和機のように冷媒が双方向に流れ、レシーバが
室外機側のみに設置されていても、室内機と室外機を連
結する液配管内流れを常に気液二相流とすることができ
る。その結果、配管内の冷媒量を低減でき、冷媒封入量
を低減できる。

【００１８】さらに、外気温度、室内機吸い込み温度、
吐出圧力、吐出温度、あるいは室内機吹き出し温度など
の情報から、所定の条件を満たしたときに冷媒の組成を
変更するようにしたので、低沸点冷媒を増して運転した
ときの運転圧力の上昇等による運転可能範囲の制限を少
なくし、冷媒組成可変機能を有効に使用できる。

【００１９】

【実施例】本発明の冷凍装置の一実施例を、図面を用い
て説明する。図１では冷凍装置として空気調和機を選ん
でいる。ここで、空気調和機は、冷媒圧縮装置１、四方
弁３、室外機熱交換器４、室外機膨張装置６、レシーバ
７、室内機膨張装置８、室内機熱交換器９およびアキュ
ムレータ２を順次配管接続して形成されている。そし
て、室内機熱交換器９の近傍には室内機送風機１０が配
置され、この室内機熱交換器９と室内機送風機１０とが
室内機１２の主要構成品となっている。また、室外機熱
交換器４の近傍には室外機送風機５が配置されている。
そして、空気調和機の室外機１１は、冷媒圧縮装置１、
四方弁３、室外機熱交換器４、室外機膨張装置６、レシ
ーバ７およびアキュムレータ２を有している。さらに、
前記配管の中で室内機熱交換器９と四方弁３との間はガ
ス冷媒接続配管であり、レシーバ７と室内機膨張装置８
との間は液冷媒接続配管１４となっている。これら室外
機１１および室内機１２の各構成要素は室外機１１に設
けた制御装置２０により制御されている。ここで、冷媒
圧縮装置１は例えば、スクロール圧縮機であり、室内機
膨張装置８及び室外機膨張装置６は電動膨張弁である。

【００２０】制御装置２０には、冷媒圧縮装置１の出口
部に設けた圧力検出装置２１が検出した吐出圧力、およ
び吐出温度センサ２３が検出した吐出温度、外気温度セ
ンサ２２が検出した外気温度、室外機熱交換器４に取り
付けた室外機熱交換器液温度センサ２４が検出した室外
機熱交換器液温度、室内機１２の吹出口近傍に設けた室
内機吹出温度センサ２５が検出した吹出温度、室内機１
２の吸込口近傍または空調機が取り付けられた室内に設
けた室内機吸込温度センサ２６が検出した吸込温度、ア
キュムレータ２に取り付けた液面計３０ａが検出した液
面高さ、およびレシーバ７に取り付けた液面計が検出し
た液面高さが入力される。

【００２１】図２は図１に示した実施例に用いられるレ
シーバの内部構造を示す縦断面図であり、容器５０の底
部から仕切り板が直立し、この仕切板によって仕切られ
た各室に冷媒導出入管５１ａ、５１ｂが導かれている。
そして、この仕切り板の頂部を超えて冷媒が容器５０内
に封入されている。

【００２２】以上のように構成した本実施例の空気調和
機には蒸気圧縮冷凍サイクルが形成されており、その作
動冷媒として、沸点の異なる少なくとも２種類以上の物
質を混合した非共沸混合冷媒が用いられている。非共沸
混合冷媒は、例えばジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、
ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）および１，１，
１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）を２
３：２５：５２（重量％）の割合で混合したＲ４０７Ｃ
（ＡＳＨＲＡＥ冷媒番号）である。この冷媒Ｒ４０７Ｃ
においては、ＨＦＣ１３４ａが高沸点冷媒であり、ＨＦ
Ｃ３２およびＨＦＣ１２５が低沸点冷媒である。そし
て、ＨＦＣ３２およびＨＦＣ１２５は、これらだけを混
合したときには共沸点が存在するとともに、比較的沸点
も近い性質を有する。

【００２３】この３種混合冷媒Ｒ４０７Ｃが気液平衡し
た状態では、ガス側に低沸点であるＨＦＣ３２およびＨ
ＦＣ１２５が混合比より多い比率で存在し、液側に高沸
点のＨＦＣ１３４ａが混合比より多い比率で存在する。
そこで、本実施例では空気調和機の冷媒封入量を、冷凍
サイクルの適正動作に必要な冷媒量よりも多くする。

【００２４】次に、上記構成の本発明の実施例について
その動作及び作用を説明する。まず通常の冷房運転につ
いて説明する。空気調和機を運転するために、冷媒圧縮
装置１、室外機送風機５および室内機送風機１０を始動
すると、冷媒圧縮装置１で圧縮された高温高圧の冷媒
が、四方弁３を介して室外機熱交換器４に流入し空気と
熱交換して凝縮する。その後、全開になっている室外機
膨張装置６（ここでは電動膨張弁）を通過するが、全開
状態ではほとんど圧力損失がないので、冷媒は状態をほ
とんど変えずレシーバ７に流入する。レシーバ７を通過
した冷媒は液冷媒接続配管１４を経て室内機膨張装置８
に達し、ここで減圧して低圧二相状態になる。

【００２５】次いで、室内機熱交換器９において室内の
空気と熱交換し蒸発する。ここで、室内機熱交換器９の
出口冷媒の乾き度が所定値となるように室内機膨張装置
６の絞り量を設定している。蒸発したガス冷媒はガス冷
媒接続配管１３から四方弁３を経てアキュムレータ２に
流入し、次いで冷媒圧縮装置１へ戻り、以後これを繰り
返す。このような運転状態では、レシーバ７の入口は若
干の気泡が混じったほぼ乾き度０の状態であり、この気
泡程度のガスがレシーバ７の放熱作用によって凝縮す
る。その結果、レシーバ出口における乾き度が０となる
ように、レシーバ出口及び入口のガス冷媒と液冷媒の間
で流量のバランスが図られる。そして、この調節機能に
より余剰冷媒がレシーバ７に溜り、アキュムレータ２に
は余剰冷媒がほとんど存在しなくなる。これにより、冷
凍サイクルが安定する。余剰冷媒がレシーバ７に存在す
ることで、冷凍サイクルを循環する冷媒の組成は封入時
の組成から大きく変化することはない。

【００２６】次に、冷凍サイクルを循環する冷媒の組成
を、低沸点冷媒成分であるＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５が
増えるように変更する場合の動作及び作用を示す。外気
温度センサ２２により検出された外気温度等に基づいて
制御装置２０が組成を変更すると判定した時、制御装置
２０からの信号により室外機膨張装置６の絞り量が絞ら
れる。すると、レシーバ７入口の冷媒状態は飽和域に入
り、気液二相流となる。そのため、レシーバ７に流入ま
たは流出する冷媒の気液流量のバランスがくずれ、流入
するガス冷媒が液面を押し下げ、レシーバ７容器内に保
有されていた余剰冷媒が冷凍サイクル中に放出される。
この放出された余剰冷媒は、室内機膨張装置８、室内機
熱交換器９およびガス冷媒接続配管１３を順次通過し
て、アキュムレータ２に流入する。制御装置２０は室外
機膨張装置６の動作に合わせて室内機膨張装置８の絞り
量を開く信号を室内機膨張装置８に送信し、室内機熱交
換器出口９の冷媒状態が、完全にはガス化しない湿り状
態となるように制御する。そして、アキュムレータ２に
流入する冷媒の乾き度は大きくなり、気液二相状態とな
る。この二相状態の冷媒中のガス冷媒では、能力の高い
低沸点冷媒が増している。アキュムレータ２の油戻し穴
口径やガス冷媒導出穴口径などの冷媒出口側の諸元は、
流入する余剰液冷媒が溜められる大きさに設計されてい
る。これにより、アキュムレータ２内には高沸点冷媒で
あるＨＦＣ１３４ａが増した液冷媒が貯溜される。そし
て、冷凍サイクル中を循環する冷媒は、逆にＨＦＣ３２
及びＨＦＣ１２５からなる低沸点成分が増すように変化
するのでより高圧状態となり、高能力な冷媒組成で冷凍
サイクルが運転される。その結果、空気調和機の冷房能
力が大きくなる。

【００２７】次に暖房運転について説明する。暖房運転
では四方弁３を切り替えて、冷媒圧縮装置１、四方弁
３、ガス冷媒接続配管１３、室内熱交換器９、室内膨張
装置８、液冷媒接続配管１４、レシーバ７、室外機膨張
装置６、室外機熱交換器４、四方弁３、アキュムレータ
２の順に冷媒を循環させる。通常は室内膨張装置８は全
開であるから、低沸点冷媒組成比を増すときは室内膨張
装置８の開度を絞り、レシーバ７の入口を飽和二相状態
にする。そして、余剰冷媒を室外機熱交換器４および四
方弁３を介してアキュムレータ２に移動させる。この動
作は上述の冷房運転と同様である。これにより、暖房能
力を向上させることができる。

【００２８】次に本発明の第２の実施例を説明する。こ
の第２の実施例の機器構成は第１の実施例の空気調和機
の機器構成と同様である。ただ、レシーバ７に図３に示
したレシーバを採用している点が第１の実施例と相違し
ている。つまり、レシーバ７ａでは、容器５０の底部か
ら仕切り板が直立し、この仕切板によって仕切られた各
室に冷媒導出入管５１ａ、５１ｂが導かれており、各冷
媒導出入管にはガス冷媒混合穴５２ａ、５２ｂが形成さ
れている。そして、仕切り板の頂部を超えて冷媒が容器
５０内に封入されている。

【００２９】このように形成した第２の実施例の動作及
び作用について説明する。本実施例のレシーバ７ａで
は、冷媒流出側の冷媒導出入管（冷房と暖房の切り換え
により５１ａと５１ｂのいずれかになる）の上方にある
ガス冷媒混合穴（５２ａ、５２ｂのいずれか）から吸い
込まれたガス冷媒と、冷媒導出入管により容器下部５０
から吸い上げられた液冷媒とが混合して、レシーバ７ａ
の出口における冷媒の状態を所定の乾き度の二相状態に
させる。通常運転時は、レシーバ７ａ入口における冷媒
の乾き度が前記所定の乾き度となるように、レシーバ７
ａ入口側の膨張装置すなわち冷房運転時には室外機膨張
装置６、暖房運転時には室内膨張装置８と、レシーバ７
ａ出口側の膨張装置すなわち冷房運転時には室内膨張装
置８、暖房運転時には室外機膨張装置６の双方の開度を
選定する。そして、レシーバ７ａに流出または流入する
冷媒量のバランスを保ち、レシーバ７ａ内の冷媒の液面
を安定させ余剰冷媒を確保する。このため、暖房運転時
に室内膨張装置８で膨張した結果、レシーバ７ａ入口に
おいて冷媒が飽和二相状態となっても、レシーバ７ａ内
に余剰冷媒を保有し、常に液冷媒接続配管１４を流れる
冷媒を飽和二相状態にするので、冷凍装置への冷媒封入
量を低減できる。

【００３０】次に、上述した本発明の第２の実施例にお
いて、冷凍サイクルを循環する冷媒の組成を変更する動
作を説明する。低沸点冷媒成分であるＨＦＣ３２および
ＨＦＣ１２５を封入比率より多くなるように変更する場
合には、第１の実施例と同様、レシーバ７ａ前の膨張装
置、すなわち冷房運転時にあっては室外機膨張装置６、
暖房運転時にあっては室内膨張装置８の開度をより小さ
くし、レシーバ７ａ出口側の膨張装置、すなわち冷房運
転時にあっては室内膨張装置８、暖房運転時にあっては
室外機膨張装置６の開度をより大きくする。これによ
り、レシーバ７ａ入口の冷媒乾き度が大きくなり、レシ
ーバ７ａ内の余剰冷媒を冷凍サイクル内に流出させる。
換言すると、凝縮圧力と蒸発圧力の中間の圧力にあるレ
シーバ７ａ内の圧力を、レシーバ７ａの入口側および出
口側に設けた膨張装置を連携して制御して変化させる。
これにより、レシーバ７ａの乾き度が変化し、レシーバ
７ａ内の冷媒がアキュムレータ２に移動するので、第１
の実施例と同様に冷凍サイクル内を循環する冷媒の組成
を変化させることができる。そして、冷媒量を低減でき
るとともに、循環する冷媒の組成を任意に変更させるこ
とができ、冷凍装置の能力を増大させた運転が可能とな
る。

【００３１】図４に、第２の実施例の変形例を示す。す
なわち、本変形例ではレシーバ７ｂのみを第２の実施例
と変更している。図４に示すように、レシーバ７ｂは第
２の実施例のレシーバ７ａを上下倒置した構造であり、
容器下部５０に冷媒導出入管５１ａ、５１ｂを設け、各
冷媒導出入管に設けた液冷媒混合穴５３ａ、５３ｂから
容器下部に滞留する液冷媒を吸い上げ、冷媒導出入管５
１ａ、５１ｂの端部から吸い込んだガス冷媒と混合して
二相流にしている。このレシーバ７ｂを用いることによ
っても、上記第２の実施例と同様の作用、効果が得られ
る。

【００３２】なお、上記いずれの実施例においても、低
沸点冷媒成分を増すように循環冷媒の組成を変更する場
合は、外気温度あるいは熱交換器吸込空気温度が設定値
に達したときに制御装置２０が冷媒組成を変更する信号
を発生する。冷媒組成を変更して能力を高めると、動作
圧力も高くなる。そのため、凝縮温度が高くなる場合、
すなわち冷房運転で外気温度が高い場合、あるいは暖房
運転で室内温度が高い場合には、機器の設計圧力を冷媒
圧力が超えないように予め制限する手段を設ける必要が
ある。この制限手段について以下に示す。

【００３３】図５に、第１の実施例における制御のフロ
ーチャートを示す。冷凍装置を運転中に、外気温度セン
サ２２または室内機吸込温度センサ２６により検出され
た温度検出値が設定温度より低い場合は、室外機膨張装
置６及び室内機膨張装置８の開度を変更して、冷凍サイ
クル内を循環する冷媒の組成を変化させる。なお、組成
変化量を、アキュムレータ２の液面高さ検出手段や循環
組成検出手段を用いて検出してもよい。そして、所定の
組成になるように膨張装置の開度を制御装置が決定する
ようにすればよい。

【００３４】また、圧力センサや圧力スイッチを利用し
た圧力検出装置２１、吐出温度センサ２３および室内機
吹出温度センサ２５等を用いて、機器の運転限界を逸脱
しないように各構成機器を監視することにより、上記循
環冷媒中の低沸点冷媒成分を増す制御を不要にできる。
さらに、暖房運転中において、室外機熱交換器４の着霜
を取り除く除霜運転に上記組成を変更する制御を組み込
むことにより、除霜運転を短時間で終了して快適性を高
めることもできる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、蒸留塔のような複雑な
構成および制御方法を不要とし、従来から冷凍サイクル
が備える構成要素を用いるだけで、冷凍サイクル中を循
環する冷媒の組成を変更できるので、従来は装置の圧力
レベルの制限から使用できなかった冷媒の組成比でも冷
凍装置を運転できる効果がある。特に、低沸点冷媒成分
を増す運転に移行できるので、安価な機構で空気調和機
の能力向上が図られる。また、簡素な機構であるため複
雑な制御を必要とせず、安定した冷凍サイクルを提供で
き、機器の信頼性が向する。

【００３６】さらに、本発明によれば、冷媒封入量を低
減することが可能であり、冷凍装置の各構成機器のコス
トをより安価にできるとともに、分解調整時等における
冷媒の大気中への放出量を極度に低下でき、地球温暖化
および環境汚染の原因をなくすることができる。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の冷凍装置の摸式図。

【図２】図１の実施例に用いるレシーバの縦断面図。

【図３】本発明の他の実施例に用いるレシーバの縦断面
図。

【図４】本発明の他の実施例の変形例に用いるレシーバ
の縦断面図。

【図５】本発明の他の実施例の制御フローチャート。

【符号の説明】

１…冷媒圧縮装置、２…アキュムレータ、３…四方弁、
４…室外機熱交換器、５…室外機送風機、６…室外機膨
張装置、７…レシーバ、８…室内機膨張装置、９…室内
機熱交換器、１０…室内機送風機、１１…室外機、１２
…室内機、１３…ガス冷媒接続配管、１４…液冷媒接続
配管、２０…制御装置、２１…圧力検出装置、２２…外
気温度センサ、２３…吐出温度センサ、２４…室外熱交
換器液温度センサ、２５…室内機吹出温度センサ、２６
…室内機吸込温度センサ、５０…容器、５１ａ、５１ｂ
…冷媒導出入管、５２ａ、５２ｂ…ガス冷媒混合穴、５
３ａ、５３ｂ…液冷媒混合穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小国研作茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者浦田和幹茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者村松正敏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者遠藤道子茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内機と室外機とを配管接続した非共沸混
合冷媒を用いる冷凍装置において、前記室外機及び室内
機は夫々絞り量可変の膨張手段を有し、室内機の膨張手
段と室外機の膨張手段間にはレシーバが設けられ、前記
室内機の膨張手段と前記室外機の膨張手段の絞り量を制
御して前記レシーバの入口冷媒流及び出口冷媒流を共に
気液二相流とする制御手段を有することを特徴とする冷
凍装置。
【請求項２】冷媒圧縮装置、熱交換器、第１の膨張手
段、レシーバ、第２の膨張手段、蒸発器及びアキュムレ
ータを順次配管接続して構成される蒸気圧縮冷凍サイク
ルを有し、該冷凍サイクル内を流通する冷媒が沸点の異
なる少なくとも２種類以上の物質を混合した非共沸混合
冷媒である冷凍装置において、前記第１の膨張手段およ
び第２の膨張手段は絞り量が可変であり、この第１の膨
張手段及び第２の膨張手段の絞り量制御して前記レシー
バ入り口及びレシーバ出口の冷媒流をともに気液二相流
とする制御手段を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】冷媒圧縮装置、熱交換器、第１の膨張手
段、レシーバ、第２の膨張手段、蒸発器及びアキュムレ
ータを順次配管接続して構成される蒸気圧縮冷凍サイク
ルを有し、該冷凍サイクル内を流通する冷媒が沸点の異
なる少なくとも２種類以上の物質を混合した非共沸混合
冷媒である冷凍装置において、前記第１の膨張手段およ
び第２の膨張手段は絞り量が可変であり、この第１の膨
張手段及び第２の膨張手段の絞り量制御して前記レシー
バ内の液冷媒を減少させ前記アキュムレータ内の液冷媒
を増加させる制御手段を有することを特徴とする冷凍装
置。
【請求項４】前記レシーバは液冷媒取り出し配管を備
え、この液冷媒取り出し配管にガス冷媒混合手段を設け
たことを特徴とする請求項２または３に記載の冷凍装
置。
【請求項５】前記非共沸混合冷媒は、１，１，１，２−
テトラフルオロエタンにジフルオロメタンまたはペンタ
フルオロエタンの少なくともいずれかを混合したもので
あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の冷凍装置。
【請求項６】前記冷凍装置に外気温度を検出する外気温
度検出手段を設け、前記制御手段はこの外気温度に基づ
いて前記第１の膨張手段及び前記第２の膨張手段を制御
することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項
に記載の冷凍装置。
【請求項７】前記室内機に室内機の吸込み温度を検出す
る室内機温度検出手段を設け、この室内気温度に基づい
て前記第１の膨張手段及び前記第２の膨張手段を制御す
ることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記冷媒圧縮装置に設け
た吐出圧力検出手段が検出した吐出圧力および前記冷媒
圧縮装置に設けた吐出温度検出手段が検出した吐出温度
の少なくとも何れかに基づいて前記第１の膨張手段及び
前記第２の膨張手段を制御することを特徴とする請求項
２ないし６の何れか１項に記載の冷凍装置。
【請求項９】前記室内機に設けた室内機吹出し温度検出
手段が検出した室内機吹出し温度に基づいて前記制御手
段が前記第１の膨張手段及び前記第２の膨張手段を制御
することを特徴とする請求項１または７に記載の冷凍装
置。
【請求項１０】前記非共沸混合冷媒はＲ４０７Ｃである
ことを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載
の冷凍装置。
【請求項１１】非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、室内機
と室外機とを備えた冷凍装置の運転方法において、暖房
運転時は前記室外機に備えた冷媒圧縮装置に接続された
アキュムレータに貯溜される冷媒量を、外気温度が低下
したときに増すことを特徴とする冷凍装置の運転方法。
【請求項１２】非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、室外機
と室内機とを備えた冷凍装置の運転方法において、暖房
運転時は前記室外機及び室内機に夫々設けられた膨張手
段間に備えたレシーバに貯溜される冷媒量を、外気温度
が低下したときに減らすことを特徴とする冷凍装置の運
転方法。
【請求項１３】非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、室外機
と室内機とを備えた冷凍装置の運転方法において、除霜
運転時に前記室外機と前記室内機に夫々設けられた膨張
手段間に設けたレシーバと前記室外機に設けたアキュム
レータとの間で液冷媒の授受を行うことを特徴とする冷
凍装置の運転方法。
【請求項１４】非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、室外機
と室内機とを備え冷凍サイクルを有する冷凍装置の運転
方法において、暖房運転時は外気温度が低下したときに
前記室外機及び室内機に夫々設けられた膨張手段を制御
して、冷凍サイクル中を流通する冷媒の低沸点成分を増
すことを特徴とする冷凍装置の運転方法。
【請求項１５】外気温度および室内機吸込み温度の少な
くとも何れかに基づいて前記膨張手段を制御することを
特徴とする請求項１４に記載の冷凍装置の運転方法。
【請求項１６】前記非共沸混合冷媒はＲ４０７Ｃである
ことを特徴とする請求項１１ないし１５の何れか１項に
記載の冷凍装置の運転方法。