JPH1038395A - 冷媒循環式熱移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非共沸冷媒を用いた冷媒循環式熱移動装置に
おいて、サブクール制御を効果的に行うことができるよ
うにしつつ、その制御に必要な循環冷媒の組成比及び飽
和液温度を正しく求めることができるようにする。 【解決手段】 蒸発器より下流の低圧側冷媒回路にアキ
ュムレータ２１を設けるとともに、低圧側圧力センサ３
９、低圧側飽和蒸気温度センサ４１、高圧側圧力センサ
４０、膨張弁上流側冷媒温度センサ４２，４３及び放熱
能力可変装置を設ける。そして、低圧側圧力センサ３９
の検知圧力及び低圧側飽和蒸気温度センサ４１の検知温
度から組成比データに基づいて循環冷媒の組成比を算出
し、この組成比と高圧側圧力センサ４０の検知圧力とか
ら高圧側飽和液温度を算出し、この高圧側飽和液温度よ
り上記膨張弁上流側冷媒温度センサ４２の検知温度の方
が低くなるように放熱能力可変装置を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷房専用空調装置
を含む冷凍装置、冷暖両方の空調装置を含む熱ポンプ装
置等として使用される冷媒循環式熱移動装置に関し、と
くに作動冷媒に非共沸混合冷媒を用いた装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】冷媒を循環させる回路に圧縮機、凝縮
器、膨張弁及び蒸発器を備え、圧縮機で圧縮された冷媒
が凝縮器で放熱しつつ凝縮、液化し、次いで膨張弁で膨
張されてから、蒸発器で吸熱しつつ蒸発した後、圧縮機
に戻されるようにした冷媒循環式熱移動装置は冷凍装置
または熱ポンプ装置として一般に知られている。

【０００３】また、このような冷媒循環式熱移動装置は
空調装置として広く用いられており、この空調装置は、
冷媒回路に圧縮機、室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交
換器を配設するとともに、冷媒循環経路を切替える四方
弁を設けている。そして、冷房時は、冷媒が圧縮機、四
方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、四方弁、
圧縮機の順に循環することにより、室外熱交換器が凝縮
器、室内熱交換器が蒸発器となって、室内熱交換器での
吸熱による冷房が行われ、一方、暖房時は、冷媒が圧縮
機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四
方弁、圧縮機の順に循環することにより、室内熱交換器
が凝縮器、室外熱交換器が蒸発器となって、室内熱交換
器での放熱による暖房が行われるように冷媒回路を構成
している。

【０００４】このような空調装置等として用いられる冷
媒循環式熱移動装置では、冷媒回路中の高圧側の圧力や
低圧側の圧力を圧力センサにより検知するとともに、飽
和温度マップからその圧力における飽和温度を算出し、
そのデータを各種制御に利用している。

【０００５】ところで、最近、作動冷媒として沸点温度
の異なる複数種の冷媒を混合させた非共沸混合冷媒が開
発されているが、この非共沸混合冷媒を使用する場合、
上記飽和温度は冷媒の組成比によっても変化する。そし
て、予め使用する冷媒の組成比（低沸点成分と高沸点成
分との初期割合）を定めておいても、アキュムレータ等
に高沸点成分を多く含む液冷媒が滞留してその滞留量が
運転状態によって変化すること等により、循環冷媒の組
成比が運転中に種々変動する。

【０００６】従って、非共沸混合冷媒を用いる場合に上
記飽和温度を正しく算出するには、運転中に上記循環冷
媒の組成比を調べる必要がある。

【０００７】このため、例えば特公平５−６６５０３号
公報に示されるように、冷凍サイクルにおいて、冷媒回
路中の凝縮器と減圧装置（膨張弁）との間に受液器（レ
シーバ）を設けるとともに、上記受液器内の飽和圧力及
び飽和温度を検知する検知器を設け、これらの検知器で
検知された飽和圧力及び飽和温度に基づいて非共沸混合
冷媒の組成比を算出するようにしたものが考えられてい
る。そして、この公報に示された冷凍装置では、上記の
ように非共沸混合冷媒の組成比を算出するとともに、蒸
発器出口の圧力及び温度を検知し、これらのデータに基
づき、圧縮機に吸入される冷媒の温度と上記飽和温度と
の差を加熱度として算出し、その加熱度が所定の大きさ
となるように上記減圧装置の開閉度を制御して、所謂ス
ーパーヒート制御を行うようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に示された装
置は、冷凍サイクルにおいて後記ＣＯＰの向上等を図る
手法として、専らスーパーヒート制御のみを行ってい
る。しかし、例えば空調装置においてスーパーヒート制
御を行うようにした場合、暖房時で外気温度が低いとき
に、室外熱交換器で充分吸熱して出口部の冷媒温度を飽
和温度以上に加熱するということができないため、暖房
能力が低下するとともにＣＯＰも低下する等の問題があ
る。

【０００９】ところで、この種の冷媒循環式熱移動装置
においてＣＯＰの向上等を図る手法として、上記スーパ
ーヒート制御のほかに、所謂サブクール制御があり、こ
の制御は、凝縮器の放熱能力の調節により過冷却を行う
ものであり、暖房時で外気温度が低い場合等にも有効に
ＣＯＰ向上を達成することができる。

【００１０】ただし、上記非共沸混合冷媒を使用しつつ
サブクール制御を行う場合、組成比の演算等を上記公報
に示されるような方法で行うことができない。すなわ
ち、このサブクール制御は、後にも詳述するように、凝
縮器と膨張弁との間の温度を高圧側の飽和液温度よりも
所定量低くするように制御するものであって、この制御
では上記公報に示される凝縮器と減圧装置（膨張弁）と
の間の受液器（レシーバ）は必要とせず、また凝縮器と
減圧装置（膨張弁）との間の部分の温度は飽和温度とな
らない。従って、上記受液器に設けられた温度センサに
よる検知温度から組成比や飽和液温度を求めるようにす
ることができず、サブクール制御に適用することができ
なかった。

【００１１】本発明は、上記の事情に鑑み、非共沸冷媒
を用いる場合において、サブクール制御を効果的に行う
ことができるようにしつつ、その制御に必要な循環冷媒
の組成比及び飽和液温度を正しく求めることができる冷
媒循環式熱移動装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機から吐
出した非共沸混合冷媒を凝縮器、膨張弁、蒸発器を経て
圧縮機に戻すように循環させる冷凍装置あるいは熱ポン
プ装置として使用される冷媒循環式熱移動装置におい
て、蒸発器出口から圧縮機の吸込み口までの低圧側冷媒
回路の途中で液冷媒を貯留するアキュムレータと、上記
低圧側冷媒回路の圧力を検知する低圧側圧力センサと、
上記低圧側冷媒回路の飽和蒸気温度を検知する低圧側飽
和蒸気温度センサと、圧縮機の吐出口から膨張弁までの
高圧側冷媒回路の圧力を検知する高圧側圧力センサと、
圧力及び温度の２つの要素に対応した飽和蒸気及び飽和
液の組成比データを記憶する記憶手段と、上記低圧側圧
力センサの検知圧力及び上記低圧側飽和蒸気温度センサ
の検知温度から上記組成比データに基づいて循環冷媒の
組成比を算出し、この組成比と上記高圧側圧力センサの
検知圧力とから上記組成比データに基づいて高圧側飽和
液温度を算出する演算手段と、凝縮器の放熱能力を変更
可能とする放熱能力可変装置と、上記高圧側冷媒回路の
うちで凝縮器出口から膨張弁までの部分の冷媒温度を検
知する膨張弁上流側冷媒温度センサと、上記演算手段に
より算出された高圧側飽和液温度より上記膨張弁上流側
冷媒温度センサの検知温度の方が低くなるように放熱能
力可変装置を制御する制御手段とを備えたものである。

【００１３】この装置によると、上記演算手段で算出さ
れた高圧側飽和液温度と上記膨張弁上流側冷媒温度セン
サの検知温度との差に応じ、放熱能力可変装置が制御さ
れることにより、ＣＯＰ向上等に有利なサブクール制御
が行われる。この場合に、非共沸混合冷媒が使用されて
いるので、運転中に循環冷媒の組成比が変動するのに伴
って高圧側飽和液温度が変動し、この組成比や高圧側飽
和液温度を直接的に検知することは困難であるが、低圧
側飽和蒸気温度センサによる検知温度と低圧側圧力セン
サの検知圧力、高圧側圧力センサの検知圧力から、上記
組成比及び高圧側飽和液温度が正しく算出される。

【００１４】この装置は、冷媒回路の途中に四方弁を配
置し、冷房時には非共沸冷媒が圧縮機から四方弁、凝縮
器として機能する室外熱交換器、膨張弁、蒸発器として
機能する室内熱交換器、四方弁を順に通って圧縮機に戻
るように循環し、暖房時には非共沸冷媒が圧縮機から四
方弁、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸
発器として機能する室外熱交換器、四方弁を順に通って
圧縮機に戻るように循環する構成とした空調装置に適用
する場合においては、圧縮機吸込み口と四方弁との間の
常時低圧側冷媒回路の途中で液冷媒を貯留するアキュム
レータと、蒸発器出口から圧縮機吸込み口までの低圧側
冷媒回路の圧力を検知する低圧側圧力センサと、上記常
時低圧側冷媒回路の飽和蒸気温度を検知する低圧側飽和
蒸気温度センサと、圧縮機の吐出口から膨張弁までの高
圧側冷媒回路の圧力を検知する高圧側圧力センサと、圧
力及び温度の２つの要素に対応した飽和蒸気及び飽和液
の組成比データを記憶する記憶手段と、上記低圧側圧力
センサの検知圧力及び上記低圧側飽和蒸気温度センサの
検知温度から上記組成比データに基づいて循環冷媒の組
成比を算出し、この組成比と上記高圧側圧力センサの検
知圧力とから上記組成比データに基づいて高圧側飽和液
温度を算出する演算手段と、凝縮器の放熱能力を変更可
能とする放熱能力可変装置と、上記高圧側冷媒回路のう
ちで凝縮器出口から膨張弁までの部分の冷媒温度を検知
する膨張弁上流側冷媒温度センサと、上記演算手段によ
り算出された高圧側飽和液温度より上記膨張弁上流側冷
媒温度センサの検知温度の方が低くなるように放熱能力
可変装置を制御する制御手段とを備える。

【００１５】このようにすると、空調装置において、非
共沸冷媒の組成比及び高圧側飽和液温度の算出とそれに
基づくサブクール制御が精度よく行われる。

【００１６】本発明の装置において、上記放熱能力可変
装置は、例えば凝縮器に対する送風用のファンと、この
ファンを回転数変更可能に駆動するファン駆動手段とで
構成し、あるいは、膨張弁を開度変更可能として、この
膨張弁とその開度を調節する手段とで構成すればよい。

【００１７】また、本発明の装置において、アキュムレ
ータ内の所定低位液面レベルを検知する低位液面レベル
検知手段と所定高位液面レベルを検知する高位液面レベ
ル検知手段とを設け、アキュムレータ内の液面レベルが
上記所定低位液面レベルと上記所定高位液面レベルとの
間にあるときに、上記低圧側飽和蒸気温度センサによる
温度検知を行うようにすることが好ましい。

【００１８】このようにすると、アキュムレータが設け
られている低圧側冷媒回路内の冷媒が飽和状態に保たれ
て、温度センサによる低圧側飽和蒸気温度の検知が適正
に行われる。

【００１９】この場合、アキュムレータ内に冷媒加熱手
段を配置し、少なくともアキュムレータ内の液面レベル
が上記所定高位液面レベルを越えるときに上記冷媒加熱
手段を作動させる一方、少なくともアキュムレータ内の
液面レベルが上記所定低位液面レベルを下回るときに上
記冷媒加熱手段の作動を停止させるようにしておけば、
アキュムレータ内の液面レベルが上記所定低位液面レベ
ルと上記所定高位液面レベルとの間となるように調節さ
れる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００２１】図１は、本発明の冷媒循環式熱移動装置の
一例としての空調装置を示す回路図である。この図に示
すように、空調装置１には、水冷式ガスエンジン２（以
下、エンジン２と略す）と、このエンジン２の出力軸３
にクラッチ４を介して連結された圧縮機５と、冷媒を循
環させる冷媒回路１０と、上記エンジン２を冷却するた
めの冷却水回路５０とが設けられている。冷媒として
は、沸点温度が異なる複数種の冷媒を混合した非共沸混
合冷媒が用いられており、例えば比較的低沸点の冷媒で
あるＲ３２及びＲ１２５と比較的高沸点の冷媒であるＲ
１３４ａを混合した冷媒が用いられている。

【００２２】上記圧縮機５は、一般に知られているよう
に、上記エンジン２により駆動されて回転することによ
り、吸込み口から吸入した低圧の気相冷媒を圧縮し、高
圧にして吐出口から吐出するものであり、図示の例では
２個の単位圧縮機５ａ，５ｂを有するマルチ型圧縮機か
らなっている。

【００２３】上記冷媒回路１０は、圧縮機５から吐出さ
れる冷媒を凝縮器、膨張弁、蒸発器を通して圧縮機５に
戻すように循環させるための閉回路を構成している。当
実施形態では、冷房と暖房とに切換可能で、複数室の冷
暖房が可能な空調装置を構成すべく、冷媒循環経路を切
替えるための四方弁１１と、複数台の室内熱交換器１２
Ａ〜１２Ｎと、これらにそれぞれ具備される膨張弁１３
Ａ〜１３Ｎと、２台の室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂ等が
冷媒回路１０に組み込まれている。

【００２４】すなわち、上記圧縮機５と四方弁１１との
間には吐出側ライン１５及び吸入側ライン１６が配設さ
れており、上記吐出側ライン１５は上流端側が圧縮機５
の吐出口に接続されるとともに下流端側が四方弁１１の
第１ポート１１ａに接続され、上記吸入側ライン１６は
上流端側が四方弁１１の第３ポート１１ｃに接続される
とともに下流端側が圧縮機５の吸込み口に接続されてい
る。

【００２５】上記四方弁１１の第２ポート１１ｂからは
ライン１７が導出され、このライン１７が分岐して各室
内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎに達しており、この各室内熱
交換器１２Ａ〜１Ｎにそれぞれライン１８を介して各膨
張弁１３Ａ〜１３Ｎが接続されている。また、上記四方
弁１１の第４ポート１１ｄからはライン１９が導出さ
れ、このライン１９が分岐して各室外熱交換器１４Ａ，
１４Ｂに達している。さらに、上記各室外熱交換器１４
Ａ，１４Ｂに連なるラインが集合されるとともに上記膨
張弁１３Ａ〜１３Ｎに連なるラインが集合され、これら
部分がライン２０を介して接続されている。

【００２６】そして、暖房時には、四方弁１１が第１ポ
ート１１ａと第２ポート１１ｂを連通するとともに第３
ポート１１ｃと第４ポート１１ｄを連通する状態とされ
ることにより、冷媒が圧縮機５から四方弁１１、室内熱
交換器１２Ａ〜１２Ｎ、膨張弁１３Ａ〜１３Ｎ、室外熱
交換器１４Ａ，１４Ｂ、四方弁１１を順に通って圧縮機
５に戻されるように循環し、室内熱交換器１２Ａ〜１２
Ｎが凝縮器、室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂが蒸発器とな
る。一方、冷房時には、四方弁１１が第１ポート１１ａ
と第４ポート１１ｄを連通するとともに第３ポート１１
ｃと第２ポート１１ｂを連通する状態とされることによ
り、冷媒が圧縮機５から四方弁１１、室外熱交換器１４
Ａ，１４Ｂ、膨張弁１３Ａ〜１３Ｎ、室内熱交換器１２
Ａ〜１２Ｎをこの順に通って圧縮機５に戻されるように
循環し、室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎが蒸発器、室外熱
交換器１４Ａ，１４Ｂが凝縮器となるように構成されて
いる。

【００２７】従ってこの冷媒回路１０では、暖房時は圧
縮機５の吐出口から室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎを経て
膨張弁１３Ａ〜１３Ｎに至るまでが高圧側冷媒回路、膨
張弁１３Ａ〜１３Ｎを過ぎてから室外熱交換器１４Ａ，
１４Ｂを経て圧縮機５の吸込み口に至るまでが低圧側冷
媒回路となり、一方、冷房時は圧縮機５の吐出口から室
外熱交換器１４Ａ，１４Ｂを経て膨張弁１３Ａ〜１３Ｎ
に至るまでが高圧側冷媒回路、膨張弁１３Ａ〜１３Ｎを
過ぎてから室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎを経て圧縮機５
の吸込み口に至るまでが低圧側冷媒回路となる。また、
圧縮機５の吐出口と四方弁１１との間の吐出側ライン１
５が常時高圧側冷媒回路を構成し、圧縮機５の吸込み口
と四方弁１１との間の吸入側ライン１６が常時低圧側冷
媒回路を構成する。

【００２８】蒸発器よりも下流の低圧側冷媒回路にはア
キュムレータが設けられ、当実施形態では、上記吸入側
ライン１６の途中にメインアキュムレータ２１が介設さ
れるとともに、その下流にサブアキュムレータ３４が介
設されている。

【００２９】上記メインアキュムレータ２１内には、冷
媒加熱手段としての熱交換器２２が設けられている。ま
た、アキュムレータ２１の所定高レベル位置と所定低レ
ベル位置とが、ストレーナ２３及び毛細管２４を有する
通路２５とストレーナ２６及び毛細管２７を有する通路
２８とによってそれぞれ下流側のラインに接続されると
ともに、これらの通路２５，２８に対して温度センサ２
９，３０が設けられており、メインアキュムレータ２１
内の液面レベルの上昇に応じて液相冷媒が通路２５，２
８に導出されると、それに伴う温度変化が上記温度セン
サ２９，３０で検出される。こうして、アキュムレータ
内の所定高位液面レベルを検知する高位液面レベル検知
手段及び所定低位液面レベルを検知する低位液面レベル
検知手段が構成されている。

【００３０】上記メインアキュムレータ２１の底部に
は、ストレーナ３２及び開閉弁３３を有する通路３１が
接続され、運転停止時等にメインアキュムレータ２１内
の液冷媒を導出可能し得るようになっている。

【００３１】上記サブアキュムレータ３４には、液面レ
ベルの検出のため、ストレーナ３５及び毛細管３６を有
する通路３７が所定レベル位置に接続されるとともに、
この通路３７中の冷媒の温度を検出する温度センサ３８
が設けられている。

【００３２】さらに冷媒回路１０には、低圧側圧力セン
サ３９と、高圧側圧力センサ４０と、低圧側飽和蒸気温
度センサ４１と、膨張弁上流側冷媒温度センサ４２，４
３が配設されている。上記低圧側圧力センサ３９は、低
圧側冷媒回路の圧力を検知するものであって、例えば吸
入側ライン１６の途中に設けられている。上記高圧側圧
力センサ４０は、高圧側冷媒回路の圧力を検知するもの
であり、例えば吐出側ライン１５の途中に設けられてい
る。

【００３３】上記低圧側飽和蒸気温度センサ４１は、低
圧側冷媒回路の飽和蒸気温度を検知するものであり、例
えば吸入側ライン１６におけるメインアキュムレータ２
１より上流部に配置されている。また、膨張弁上流側冷
媒温度センサは、凝縮器出口から膨張弁までの部分の冷
媒温度を検知するものであり、具体的には、各室内熱交
換器１２Ａ〜１２Ｎと各膨張弁１３Ａ〜１３Ｎとの間の
ライン１８に暖房時用の膨張弁上流側冷媒温度センサ４
２が設けられるとともに、室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂ
と膨張弁１３Ａ〜１３Ｎとの間のライン２０に冷房時用
の膨張弁上流側冷媒温度センサ４３が設けられている。

【００３４】４５は室内温度センサ、４６は室外熱交換
器１４及び後記ラジエータ５７に対して送風を行う室外
機側ファン、４７は外気温センサ、４８は圧縮機５に設
けられた圧縮機温度センサである。なお、上記吐出側ラ
イン１５の途中には、冷媒中に混入するオイルを分離す
るためのオイルセパレータ８０が介設されている。ま
た、室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂの冷媒の流量の調整等
のため、上記ライン２０と吸入側ライン１６との間に
は、制御弁８２及びストレーナ８３を有するライン８１
が設けられている。さらに、圧力が異常に上昇した場合
などに吐出側ライン１５から吸入側ライン１６に冷媒を
バイパスさせるため、これらのライン１５，１６の間
に、ストレーナ８５及び開閉弁８６を有するライン８４
が設けられている。

【００３５】また、上記冷却水回路５０は、ポンプ５２
の吐出側から冷却水ライン５１ａが導出され、この冷却
水ライン５１ａがエンジン側ポンプ５３を介してエンジ
ン２のウォータジャケット５４の冷却水導入口に接続さ
れるとともに、このウォータジャケット５４の冷却水導
出口からサーモスタット５５を介して冷却水ライン５１
ｂが導出され、これがリニア三方弁５６に接続されてい
る。

【００３６】上記リニア三方弁５６からは冷却水ライン
５１ｃ，５１ｅがそれぞれ導出されている。上記冷却水
ライン５１ｃはラジエータ５７に接続されており、ラジ
エータ５７から導出された冷却水ライン５１ｄは上記ポ
ンプ５２の吸入側に接続されている。一方、上記冷却水
ライン５１ｅは、上記アキュムレータ２１に設けられた
熱交換器２２に至り、この熱交換器２２を経て上記冷却
水ライン５１ｄに接続されている。

【００３７】上記リニア三方弁５６は、冷却水ライン５
１ｃ，５１ｅの冷却水量の割合をリニアに変えることが
できるようになっている。そして、冷却水回路１０にお
いて、エンジン２から熱を受け取った冷却水が上記リニ
ア三方弁５６に導かれ、さらにこのリニア三方弁５６の
作動位置に応じた量だけ冷却水ライン５１ｅを介して上
記熱交換器２２に導かれることにより、この熱交換器２
２でアキュムレータ２１内の冷媒に熱が供給され、その
供給熱量が上記リニア三方弁５６によって調節されるよ
うになっている。

【００３８】なお、上記エンジン２には吸気管９０を介
してエアクリーナ９１及びミキサー９２が接続され、こ
のミキサー９２には、流量制御弁９３、ガバナ９４等を
有する燃料供給管９５が接続されている。エンジン２の
排気管９６には排気ガス熱交換器９７、排気サイレンサ
９８及びミストセパレータ９９が介設されている。

【００３９】次に、上記空調装置１の制御系について図
３のブロック図を用いて説明する。なお、この図では主
に冷媒回路１０に関する制御系の構成を示している。

【００４０】同図に示すように、空調装置１の制御系
は、上記各室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎ及び膨張弁１３
Ａ〜１３Ｎ等が設けられている室内機６０Ａ〜６０Ｎを
制御する室内機制御装置６１Ａ〜６１Ｎと、上記圧縮機
５、室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂ、四方弁１１、アキュ
ムレータ２１，２２等が設けられている室外機ユニット
を制御する室外機制御装置６２とを備え、室内機制御装
置６１Ａ〜６１Ｎと室外機制御装置６２とが互いに関連
して制御を行なうことができるように電気的に接続され
ている。

【００４１】上記各室内機制御装置６１Ａ〜６１Ｎに
は、膨張弁１３Ａ〜１３Ｎ、暖房時用の膨張弁上流側冷
媒温度センサ４２及び室内温度センサ４５が接続され、
さらに、室内熱交換器に対する送風用のファン６４と、
オンオフスイッチや温度設定キーを備えた操作部６３が
接続されている。そして、例えば上記操作部６３を介し
て希望温度が入力されると、室内機制御装置６１によ
り、室内温度センサ４５で室内温度が求められるととも
に、この温度と上記希望温度との差が求められ、この温
度差を減少させるべく上記ファン６４の出力が制御され
るようになっている。

【００４２】一方、上記室外機制御装置６２には、エン
ジン２、四方弁１１、リニア三方弁５６、室外機側ファ
ン４６等の制御対象要素が接続されるとともに、低圧側
飽和蒸気温度センサ４１、冷房時用の膨張弁上流側冷媒
温度センサ４３、メインアキュムレータ２１の液面レベ
ルを検知するための温度センサ２９，３０、高圧側圧力
センサ４０、低圧側圧力センサ３９、外気温センサ４
７、圧縮機温度センサ４８等の制御入力要素が接続され
ている。さらに、非共沸混合冷媒の圧力及び温度に対応
した飽和蒸気及び飽和液の組成比データを記憶するとと
もに、制御のための各種データ及びプログラム等を記憶
する記憶手段６５が室外機制御装置６２に接続されてい
る。

【００４３】上記室外機制御装置６２は、各室内機６０
の冷暖切換えに応じて前述のように冷媒回路１０での冷
媒の循環方向を切換えるべく四方弁１１を切替制御す
る。さらに室外機制御装置６２は、低圧側圧力センサ３
９の検知圧力及び低圧側飽和蒸気温度センサ４１の検知
温度から上記組成比データに基づいて組成比を算出する
演算手段としての機能を有している。

【００４４】また、上記各制御装置６１Ａ〜６１Ｎ，６
２は、運転性能向上等のため、後に詳述するようなサブ
クール制御として、高圧側飽和液温度より膨張弁上流側
冷媒温度センサ４２または４３の検知温度の方が低くな
るように、凝縮器の放熱能力を変更可能とする放熱能力
可変装置を制御する。

【００４５】なお、上記放熱能力可変装置は、例えば上
記膨張弁１３とその開度を調節する手段とで構成され
る。あるいは、凝縮器対する送風用のファン（暖房時に
は室内機側のファン６４、冷房時には室外機側のファン
４６）と、このファン６４または４６を回転数変更可能
に駆動するファン駆動手段とで放熱能力可変装置を構成
してもよい。

【００４６】さらに上記制御装置６２は、液面レベル検
知のための温度センサ２９，３０の出力に応じてメイン
アキュムレータ２１内の熱交換器２２の作動（熱交換器
２２への冷却水の供給）をコントロールする。すなわ
ち、少なくとも、メインアキュムレータ２１内の液面レ
ベルが所定高位液面レベルとなったことを温度センサ２
９により検知したときには、上記熱交換器２２を作動状
態（冷却水供給状態）とするようにリニア三方弁５６を
制御し、少なくとも、メインアキュムレータ２１内の液
面レベルが所定低位液面レベルとなったことを温度セン
サ２９により検知したときには、上記熱交換器２２を作
動停止状態（冷却水を供給しない状態）とするようにリ
ニア三方弁５６を制御する。そして、上記液面レベルが
所定低位液面レベルと所定高位液面レベルとの間にある
状態において、上記低圧側飽和蒸気温度センサ４１によ
る温度検知が行われるようになっている。

【００４７】図４は、上記組成比検出とそれに基づく制
御を、フローチャートで示している。このフローチャー
トの処理がスタートすると、先ず低圧側飽和蒸気温度セ
ンサ４１により低圧側飽和蒸気温度Ｔ_P2が検知される
（ステップＳ１）とともに、低圧側圧力センサ３９によ
り低圧側圧力Ｐ₂ が検知され、これらの温度Ｔ_P2及び圧
力Ｐ₂ から、組成比データとしての第４図に示すような
気液平衡線図に基づき、循環冷媒の組成比ηが算出され
る（ステップＳ３）。さらに、高圧側圧力センサ４０に
より高圧側圧力Ｐ₁ が検知され（ステップＳ４）、この
高圧側圧力Ｐ₁ と上記の算出された組成比ηとから、気
液平衡線図に基づき、高圧側飽和液温度Ｔ_P1が算出され
る（ステップＳ５）。

【００４８】組成比η及び高圧側圧力Ｐ₁ の算出の仕方
を具体的に説明する。図４の気液平衡線図は、横軸を組
成比（ここでは非共沸混合冷媒中の高沸点成分の割合を
いう）、縦軸を冷媒温度とし、冷媒圧力Ｐが一定の高圧
側圧力Ｐ₁ の場合の飽和蒸気線Ｇ₁ 及び飽和液線Ｌ₁
と、冷媒圧力Ｐが一定の低圧側圧力Ｐ₂ の場合の飽和蒸
気線Ｇ₂ 及び飽和液線Ｌ₂ とを示している。そして、低
圧側冷媒回路のアキュムレータ２１の上流部に設けられ
ている温度センサ４３により検知される温度は低圧側圧
力Ｐ₂ での飽和蒸気温度となるので、飽和蒸気線Ｇ₂ 上
でこの温度Ｔ_P2に対応する点の横軸の値を求めれば、こ
れが循環冷媒の組成比ηとなる。

【００４９】さらに、高圧側圧力Ｐ₁ での飽和液線Ｌ₁
上で上記組成比ηに対応する点の縦軸の値を求めれば、
これが高圧側飽和液温度Ｔ_P1となる。

【００５０】なお、上述のように組成比η及び高圧側飽
和液温度Ｔ_P1は図４中に示す気液平衡線図に基づいて求
めることができるが、現実的な演算の手法としては、図
５に示すように組成比（η₀…η_j…η_n）及び圧力（Ｐ₀
…Ｐ_i…Ｐ_m）に対応させて飽和蒸気温度（Ｔ_G00……Ｔ
_Gmn）及び飽和液温度（Ｔ_L00……Ｔ_Lmn）を示す気液平
衡線図マップを予め作成して記憶手段６５に記憶させて
おき、このマップから、低圧側圧力Ｐ₂ と低圧側飽和蒸
気温度Ｔ_P2とに応じた組成比ηの算出、及び組成比ηと
高圧側圧力Ｐ₁ とに応じた高圧側飽和液温度Ｔ_P1の算出
を行うようにすればよい。

【００５１】図３中のステップＳ５での上記高圧側飽和
液温度Ｔ_P1の算出に続いては、冷房運転か暖房運転かの
判別が行なわれ（ステップＳ６）、暖房時には、冷媒温
度センサ４２により、室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎと膨
張弁１３Ａ〜１３Ｎとの間の冷媒温度が膨張弁上流側冷
媒温度Ｔ₁ として検知され（ステップＳ７）、一方、冷
房時には、冷媒温度センサ４３により、室外熱交換器１
４Ａ，１４Ｂと膨張弁１３Ａ〜１３Ｎとの間の冷媒温度
が膨張弁上流側冷媒温度Ｔ₁ として検知される（ステッ
プＳ８）。

【００５２】次に、上記高圧側飽和液温度Ｔ_P1と膨張弁
上流側冷媒温度Ｔ₁ との差が過冷却度ＳＣとして求めら
れ（ステップＳ９）、この過冷却度ＳＣが予め設定され
た目標値となるように放熱能力可変装置が制御される
（ステップＳ１０）。すなわち、例えば膨張弁１３Ａ〜
１３Ｎとその開度を調節する手段とで放熱能力可変装置
が構成される場合は上記過冷却度ＳＣと目標値との比較
に基づいて膨張弁開度が補正され、あるいは凝縮器に対
するファン及びファン駆動手段により放熱能力可変装置
が構成される場合は上記過冷却度ＳＣと目標値との比較
に基づいてファン回転数が補正されることにより、上記
高圧側飽和液温度Ｔ_P1よりも膨張弁上流側冷媒温度Ｔ₁
の方が所定量だけ低くなるように凝縮器の放熱能力が調
節される。

【００５３】以上のような当実施形態の空調装置の作用
を、次に説明する。

【００５４】空調装置１が暖房運転される場合には、前
述のように室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎが凝縮器、室外
熱交換器１４Ａ，１４Ｂが蒸発器として働くように冷媒
が循環されて、室内熱交換器１２での冷媒の凝縮に伴う
放熱で暖房が行われ、一方、空調装置１が冷房運転され
る場合には、前述のように室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂ
が凝縮器、室内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎが蒸発器として
働くように冷媒が循環されて、室内熱交換器１２Ａ〜１
２Ｎでの冷媒の蒸発に伴う吸熱で冷房が行われる。

【００５５】上記暖房時、冷房時のいずれにおいても、
図３のフローチャートに示す処理によりサブクール（過
冷却）制御が行なわれる。

【００５６】ここで、サブクール制御とは、高圧側の膨
張弁近傍の冷媒温度を飽和液温度よりも低くなるように
冷却すべく、凝縮器の放熱能力を制御することをいう。
具体的には、例えば膨張弁開度の調節により上記放熱能
力を制御する場合、膨張弁上流側冷媒温度の検出値に応
じ、この温度を飽和液温度以下の所定値にまで低下させ
るように膨張弁開度を絞る方向に補正することをいう。

【００５７】このサブクール制御によると、冷凍サイク
ルのＰ−ｈ線図が図６のようになる。すなわち、気相冷
媒が圧縮機５で圧縮されて圧力Ｐ及びエンタルピｈが上
昇（ａ→ｂ）した後、凝縮器（暖房時は室内熱交換器１
２Ａ〜１２Ｎ、冷房時は室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂ）
で凝縮、放熱されてエンタルピｈが低下するに伴い冷媒
が気相から液相へと変化し（ｂ→ｃ）、この際に飽和液
温度を大きく下回るように冷媒が過冷却され、サブクー
ル制御が行なわれる。次いで液相冷媒が膨張弁１３Ａ〜
１３Ｎで膨張されて低圧となり（ｃ→ｄ）、さらに蒸発
器（暖房時は室外熱交換器１４Ａ，１４Ｂ、冷房時は室
内熱交換器１２Ａ〜１２Ｎ）で凝縮、放熱されてエンタ
ルピｈが上昇する（ｄ→ａ）。なお、ＳＣｉは過冷却に
よるエンタルピ変化分である。

【００５８】このサブクール制御より、ＣＯＰ（成績係
数）が高められ、空調装置の性能が高められる。

【００５９】すなわち、上記ＣＯＰは、冷凍サイクルの
能率を表すものであって、圧縮機５での圧縮によるエン
タルピ上昇量をＡ、蒸発器での蒸発によるエンタルピ上
昇量をＢとすると（図６参照）、暖房時と冷房時におい
てそれぞれ次のようになる。

【００６０】 （暖房時） ＣＯＰ＝（Ａ＋Ｂ）／Ａ … （冷房時） ＣＯＰ＝Ｂ／Ａ … そして、サブクール制御が行われると、過冷却によるエ
ンタルピ変化分ＳＣｉだけ上記，式中のＢの値が大
きくなるため、暖房時、冷房時のいずれにおいてもＣＯ
Ｐが向上されることとなる。

【００６１】また、非共沸冷媒が用いられている空調装
置において上記サブクール制御が行われると、アキュム
レータ２１内に液冷媒が滞留し、この滞留した液冷媒中
には非共沸冷媒のうちで液化し易い高沸点成分（例えば
Ｒ１３４ａ）の割合が多くなることにより、圧縮機５に
吸入される気相冷媒中の低沸点成分（例えばＲ３２、Ｒ
１２５）の割合が初期充填割合よりも増大するというよ
うに、循環冷媒の組成比は運転中に変動する。そして、
組成比ηが変動するとそれに伴って飽和液温度Ｔ_P1が変
動するため、上記サブクール制御を適正に行うには、飽
和液温度Ｔ_P1と冷媒温度センサ４２による検知温度Ｔ₁
との偏差を所定値に保つべく膨張弁開度等の調整を行う
ことが要求される。

【００６２】このような要求を満足するため、温度及び
圧力の検知に基づいて上記組成比η及び飽和液温度Ｔ_P1
が算出される。

【００６３】この場合に、蒸発器出口より下流側の低圧
冷媒回路に設けられているアキュムレータ２１にある程
度の液冷媒が貯留している状態では、蒸発器出口より下
流側の低圧冷媒回路中の冷媒の状態は図６中に示す飽和
蒸気線上のａ点の状態となり、つまり飽和蒸気となって
いるので、蒸発器出口とメインアキュムレータ２１との
間の低圧冷媒回路に設けられた温度センサ４１による検
知温度Ｔ_P2は低圧側飽和蒸気温度となる。とくに熱交換
器２２への冷却水供給の制御によりメインアキュムレー
タ２１内の液面レベルが所定低位液面レベルと所定高位
液面レベルとの間に保たれるようにしておけば、低圧側
飽和蒸気温度が精度良く検知される。

【００６４】そして、この低圧側飽和蒸気温度に相当す
る検知温度Ｔ_P2と低圧側圧力センサ３９による検知圧力
Ｐ₂ とから循環冷媒の組成比ηが正しく算出され、さら
にこの組成比ηと高圧側圧力センサ４０による検知圧力
Ｐ₁ とから高圧側飽和液温度Ｔ_P1が正しく算出される。
従って、上記サブクール制御が精度良く行われることと
なる。

【００６５】なお、上記実施形態では暖房時、冷房時と
もサブクール制御を行うようにしているが、上記サブク
ール制御と、低圧側飽和蒸気温度よりも圧縮機吸込み口
温度が高くなるように膨張弁開度等を制御する所謂スー
パーヒート制御とを運転状態に応じて使い分け、例え
ば、図１に示すような構造に加えて、冷房時に凝縮器と
なる室外熱交換器と膨張弁との間にレシーバタンクを設
けるとともに、このレシーバタンクにも温度センサを配
置しておいて、暖房時にサブクール制御を行う一方、冷
房時にスーパーヒート制御を行うようにしてもよい。

【００６６】また、本発明は上記実施形態に示す空調装
置に限らず、冷凍装置あるいは各種熱ポンプ装置に適用
することができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明は、圧縮機から吐出した非共沸混
合冷媒を凝縮器、膨張弁、蒸発器を経て圧縮機に戻すよ
うに循環させる冷媒循環式熱移動装置において、蒸発器
より下流の低圧側冷媒回路にアキュムレータを設けると
ともに、低圧側圧力センサ、低圧側飽和蒸気温度セン
サ、高圧側圧力センサ、膨張弁上流側冷媒温度センサ及
び放熱能力可変装置を設け、低圧側圧力センサの検知圧
力及び低圧側飽和蒸気温度センサの検知温度から組成比
データに基づいて循環冷媒の組成比を算出し、この組成
比と高圧側圧力センサの検知圧力とから高圧側飽和液温
度を算出し、この高圧側飽和液温度より上記膨張弁上流
側冷媒温度センサの検知温度の方が低くなるように放熱
能力可変装置を制御するようにしているため、非共沸混
合冷媒を使用しつつＣＯＰ向上等に有利なサブクール制
御を効果的に行うことができる。とくに、上記低圧側飽
和蒸気温度、低圧側圧力及び高圧側圧力の検知に基づ
き、非共沸混合冷媒を使用した場合に運転中に変動する
組成比及び高圧側飽和液温度を適正に算出し、サブクー
ル制御を精度よく行うことができる。

【００６８】この装置において、アキュムレータ内の液
面レベルが上記所定低位液面レベルと上記所定高位液面
レベルとの間にあるときに低圧側飽和蒸気温度センサに
よる温度検知を行うようにすれば、低圧側飽和蒸気温度
を精度よく検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空調装置に適用した本発明の一実施形態を示す
全体回路図である。

【図２】空調装置の制御系統を示すブロック図である。

【図３】組成比検出及びそれに基づく制御の一例を示す
フローチャートである。

【図４】気液平衡線図である。

【図５】気液平衡線図マップを示す図である。

【図６】サブクール制御時のモリエール線図である。

【符号の説明】

５ 圧縮機 １０ 冷媒回路 １１ 四方弁 １２Ａ〜１２Ｎ 室内熱交換器 １３Ａ〜１３Ｎ 膨張弁 １４Ａ，１４Ｂ 室外熱交換器 ２１，３４ アキュムレータ ２２ 熱交換器 ３９ 低圧側圧力センサ ４０ 高圧側圧力センサ ４１ 低圧側飽和蒸気温度センサ ４２，４３ 膨張弁上流側冷媒温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ２５Ｂ 13/00 Ｆ２５Ｂ 13/00 Ｋ Ｎ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機から吐出した非共沸混合冷媒を凝
   縮器、膨張弁、蒸発器を経て圧縮機に戻すように循環さ
   せる冷凍装置あるいは熱ポンプ装置として使用される冷
   媒循環式熱移動装置において、 蒸発器出口から圧縮機の吸込み口までの低圧側冷媒回路
   の途中で液冷媒を貯留するアキュムレータと、 上記低圧側冷媒回路の圧力を検知する低圧側圧力センサ
   と、 上記低圧側冷媒回路の飽和蒸気温度を検知する低圧側飽
   和蒸気温度センサと、 圧縮機の吐出口から膨張弁までの高圧側冷媒回路の圧力
   を検知する高圧側圧力センサと、 圧力及び温度の２つの要素に対応した飽和蒸気及び飽和
   液の組成比データを記憶する記憶手段と、 上記低圧側圧力センサの検知圧力及び上記低圧側飽和蒸
   気温度センサの検知温度から上記組成比データに基づい
   て循環冷媒の組成比を算出し、この組成比と上記高圧側
   圧力センサの検知圧力とから上記組成比データに基づい
   て高圧側飽和液温度を算出する演算手段と、 凝縮器の放熱能力を変更可能とする放熱能力可変装置
   と、 上記高圧側冷媒回路のうちで凝縮器出口から膨張弁まで
   の部分の冷媒温度を検知する膨張弁上流側冷媒温度セン
   サと、 上記演算手段により算出された高圧側飽和液温度より上
   記膨張弁上流側冷媒温度センサの検知温度の方が低くな
   るように放熱能力可変装置を制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする冷媒循環式熱移動装置。
2. 【請求項２】 冷媒回路の途中に四方弁を配置し、冷房
   時には非共沸冷媒が圧縮機から四方弁、凝縮器として機
   能する室外熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室
   内熱交換器、四方弁を順に通って圧縮機に戻るように循
   環し、暖房時には非共沸冷媒が圧縮機から四方弁、凝縮
   器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として
   機能する室外熱交換器、四方弁を順に通って圧縮機に戻
   るように循環する構成とした、空調装置として使用され
   る冷媒循環式熱移動装置において、 圧縮機吸込み口と四方弁との間の常時低圧側冷媒回路の
   途中で液冷媒を貯留するアキュムレータと、 蒸発器出口から圧縮機吸込み口までの低圧側冷媒回路の
   圧力を検知する低圧側圧力センサと、 上記常時低圧側冷媒回路の飽和蒸気温度を検知する低圧
   側飽和蒸気温度センサと、 圧縮機の吐出口から膨張弁までの高圧側冷媒回路の圧力
   を検知する高圧側圧力センサと、 圧力及び温度の２つの要素に対応した飽和蒸気及び飽和
   液の組成比データを記憶する記憶手段と、 上記低圧側圧力センサの検知圧力及び上記低圧側飽和蒸
   気温度センサの検知温度から上記組成比データに基づい
   て循環冷媒の組成比を算出し、この組成比と上記高圧側
   圧力センサの検知圧力とから上記組成比データに基づい
   て高圧側飽和液温度を算出する演算手段と、 凝縮器の放熱能力を変更可能とする放熱能力可変装置
   と、 上記高圧側冷媒回路のうちで凝縮器出口から膨張弁まで
   の部分の冷媒温度を検知する膨張弁上流側冷媒温度セン
   サと、 上記演算手段により算出された高圧側飽和液温度より上
   記膨張弁上流側冷媒温度センサの検知温度の方が低くな
   るように放熱能力可変装置を制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする冷媒循環式熱移動装置。
3. 【請求項３】 凝縮器に対する送風用のファンと、この
   ファンを回転数変更可能に駆動するファン駆動手段とで
   放熱能力可変装置を構成したことを特徴とする請求項１
   または２記載の冷媒循環式熱移動装置。
4. 【請求項４】 膨張弁を開度変更可能とし、この膨張弁
   とその開度を調節する手段とで放熱能力可変装置を構成
   したことを特徴とする請求項１または２記載の冷媒循環
   式熱移動装置。
5. 【請求項５】 アキュムレータ内の所定低位液面レベル
   を検知する低位液面レベル検知手段と所定高位液面レベ
   ルを検知する高位液面レベル検知手段とを設け、アキュ
   ムレータ内の液面レベルが上記所定低位液面レベルと上
   記所定高位液面レベルとの間にあるときに、上記低圧側
   飽和蒸気温度センサによる温度検知を行うようにしたこ
   とを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷媒
   循環式熱移動装置。
6. 【請求項６】 アキュムレータ内に冷媒加熱手段を配置
   し、少なくともアキュムレータ内の液面レベルが上記所
   定高位液面レベルを越えるときに上記冷媒加熱手段を作
   動させる一方、少なくともアキュムレータ内の液面レベ
   ルが上記所定低位液面レベルを下回るときに上記冷媒加
   熱手段の作動を停止させるようにしたことを特徴とする
   請求項５記載の冷媒循環式熱移動装置。