JP4200532B2

JP4200532B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP4200532B2
Application number: JP35749297A
Authority: JP
Inventors: 大祐嶋本; 智彦河西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: DE69821893T2; EP0926454A3; EP0926454A2; US6192696B1; JPH11182951A; ES2216245T3; DE69821893D1; EP0926454B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非共沸混合冷媒等を用いた冷凍装置の冷媒回路や冷媒回路制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は例えば特開平８−７５２８０に示された従来の非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置である。圧縮機１、凝縮器３、第１毛細管４、蒸発器５、アキュムレータ６を順番に配管で接続した非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路及び、上記圧縮機１と凝縮器３の間からバイパスし、冷却手段９、第２毛細管１０、上記圧縮機と蒸発器との間の配管に至るまでを順番に接続したバイパス配管８と上記第２毛細管出口部の温度及び圧力を検知する温度検知器１２と圧力検知器１３、上記温度検知器１２と圧力検知器１３で検知した信号から、上記冷媒回路内を循環する冷媒組成を演算する組成演算器１４を設けている冷凍装置である。この冷凍装置によって、冷媒回路内を循環する冷媒組成が演算可能で、この冷媒組成によって、冷凍装置の運転制御を実施する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の技術では、低外気の運転では圧縮機を出る冷媒が冷えた冷媒配管に凝縮するため、一時的に圧縮機に供給される冷媒が圧縮機を出る冷媒より少なくなり、圧縮機吸入部の圧力が低下して圧縮機不具合につながっていた。
【０００４】
本発明は、上記諸問題を解決することを目的とするものであって、非共沸混合冷媒（擬似共沸混合冷媒も含む）を冷凍装置に不具合なく使うことを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る冷凍装置は、冷媒回路内を循環する組成が変化する非共沸混合冷媒、又は擬似共沸混合冷媒を使用する冷凍装置であって、圧縮機、熱源機側熱交換器、絞り装置、及び利用側熱交換器を配管接続した冷媒回路と、圧縮機の吸入圧力を検知する圧力検知器と、圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータと、開閉弁及び減圧装置を有し、一端が圧縮機の吐出配管に他端がアキュムレータに接続されるとともに熱源機側熱交換器、絞り装置及び利用側熱交換器を迂回して、圧縮機の吸入側に非共沸混合冷媒又は擬似共沸混合冷媒を供給するバイパス配管と、圧力検知器の検知圧力が所定値未満では開閉弁を開とし所定値以上では開閉弁を閉とする開閉出力装置と、を備え、バイパス配管は、開閉弁が開いたときに減圧装置で減圧された冷媒をアキュムレータ内の冷媒液に吐出して低沸点成分を多く含んだ冷媒を蒸発させることにより吸入圧力を上昇させることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
参考例１
以下、この参考例を説明する。
図１はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８１を示すもので、容量可変の圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器には能力可変のファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン、圧縮機能力可変手段であるファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７を有する。能力可変手段は、ファン能力可変手段、圧縮機能力可変手段と別々のものとしてもよい。
また、この図１の冷凍装置８１内には、Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａが２３／２５／５２ｗｔ％の割合で混合されている非共沸混合冷媒であるＲ４０７Ｃが充填されている。
図において、点線は矢印方向へ制御値を出力することを示している。
【０００７】
次に冷凍装置８１の作用について説明する。暖房時は圧縮機１から吐出される高温、高圧の冷媒ガスは、四方弁２を経て室内機熱交換器３へ流入し、常温の空気などにより冷却されて凝縮液化する。室内機熱交換器３から出た冷媒は第一絞り装置４で減圧され、室外機熱交換器５へ流入する。室外機熱交換器５で低温を発生するとともに冷媒は蒸発しガス化して流出し、ガス冷媒が四方弁２を経てアキュムレータ６へ流入し、通過した後圧縮機１に吸入される。冷凍装置８１内の余剰冷媒は液冷媒の形でアキュムレータ６に存在する。この時ファン７の回転数を変えたり圧縮機１の周波数を変え回転数を変えることによって室内機熱交換器の凝縮温度と室外機熱交換器の蒸発温度を変えることができる。
冷房時は、圧縮機１から吐出される高温、高圧の冷媒ガスは、四方弁２を経て室外機熱交換器５へ流入し、常温の空気などにより冷却されて凝縮液化する。室外機熱交換器５から出た冷媒は絞り装置４で減圧され、室内機熱交換器３へ流入する。室内機熱交換器で低温を発生するとともに冷媒は蒸発しガス化して流出し、ガス冷媒が四方弁２を経てアキュムレータ６へ流入し、通過した後圧縮機１へ吸入される。この時ファン７の回転数を変えたり圧縮機１の周波数を変え回転数を変えることによって室外機熱交換器の凝縮温度と室内機熱交換器の蒸発温度を変えることができる。
【０００８】
次に循環組成検知装置１５の作用を説明する。図１において８は圧縮機１の吐出配管と圧縮機の吸入配管をバイパスするバイパス配管であり、９は第一二重管熱交換器、１０は第一減圧装置、１１は第一温度検知器、１２は第二温度検知器、１３は第二圧力検知器、１４は組成演算器であり、これらバイパス配管８、第一二重熱交換器９、第一減圧装置１０、第一温度検知器１１、第二温度検知器１２、第二圧力検知器及び組成演算器１４とで循環組成検知装置１５を構成する。圧縮機１を出た高圧のガス冷媒の一部は、バイパス配管８を通り、第一二重管熱交換器９で低圧の冷媒と熱交換し、液化した後、第一減圧装置１０で減圧し、低圧の二相冷媒となる。その後第一二重管熱交換器９で高圧の冷媒と熱交換して蒸発し、ガス化した後圧縮機１の吸入に戻る。この装置において、第一温度検知器１１の液冷媒の温度、第二温度検知器１２と第二圧力検知器１３の二相冷媒の温度と圧力を検知し（第二圧力検知器１３の値と第一減圧装置１０出口圧力はほぼ等しいため、第一減圧装置１０出口圧力を第二圧力検知器１３の値とする）、その温度と圧力に基づいて冷凍装置８１内の非共沸混合冷媒の冷媒循環組成を組成演算装置１４で演算、検知する。またこの循環組成検知は、冷凍空調装置に電源が投入されている間、常時行われる。
ここで、冷媒循環組成の演算の方法を説明する。Ｒ４０７Ｃは非共沸三種混合冷媒であり、三種類の冷媒循環組成は未知数であるため、３つの方程式を立てて、これを解けば未知である循環組成がわかる。しかし、三種類の各循環組成をたせば１となるため、Ｒ３２はα３２、Ｒ１２５はα１２５、Ｒ１３４ａはα１３４ａと表すと、
α３２＋α１２５＋α１３４ａ＝１（１）
が常に成り立つので、未知である二種類の循環組成に対して２つの方程式（上記α３２＋α１２５＋α１３４ａ＝１は除く）をたてて、これを解けば循環組成がわかる。例えばα３２とα１２５を未知とする方程式が２つできれば循環組成がわかる。
それでは、このα３２とα１２５を未知とする方程式の立て方について説明する。
まず一つ目の方程式は、図１の循環組成検知装置１５から立てることができる。図２は循環組成検知装置１５における冷媒の状態変化を表したモリエル線図であるが、この図のなかで１）は圧縮機１を出た高圧のガス冷媒の状態、２）は二重管熱交換器９で低圧の冷媒と熱交換し、液化した状態、３）は減圧装置１０で減圧し、低圧の二相冷媒となった状態、４）は二重管熱交換器９で高圧の冷媒と熱交換して蒸発し、ガス化した状態を示す。この図２の２）及び３）は同じエンタルピであるために、α３２とα１２５を未知数とする２）エンタルピ及び３）のエンタルピが等しいとする方程式が立てることができる。すなわち２）のエンタルピをｈｌ、３）のエンタルピをｈｔ、第一温度検知器１１の温度をＴ１１、第二温度検知器１２の温度をＴ１２、圧力検知器１３の圧力をＰ１３とすると、ｈｌ（α３２，α１２５，Ｔ１１）＝ｈｔ（α３２，α１２５，Ｔ１２，Ｐ１３）（２）
と立てることができる。
二つ目の方程式は、冷凍装置に最初に入れる充填組成がＲ４０７Ｃである限りにおいては、気液平衡が成り立ち、アキュムレータに液が滞留したり、冷媒漏れした後でも循環組成の各組成成分間には一定の関係がある。すなわち、Ａ及びＢを定数とすると
α３２＝Ａ×α１２５＋Ｂ（３）
とする気液平衡組成実験式を立てることができる。
以上のようにして立てた二つの式（２）、（３）を解くことで、α３２、α１２５及びα１３４ａがわかる。
そして、α３２＝Ａ×α１２５＋Ｂの式及びα３２＋α１２５＋α１３４ａ＝１の式から、循環組成の三種類の成分の内一つの組成の値が既知であれば、他の組成の値もこれらの式からわかるので、以後α３２を循環組成の代表値αとしても表現する。
【０００９】
また、本参考例では非共沸三種混合冷媒を使用しているが、非共沸二種混合冷媒では、気液平衡組成実験式以外の残りの式だけで循環組成が求まる。
【００１０】
次に冷凍装置８１における組成について説明する。アキュムレータ６内のガス冷媒の組成を含め冷凍サイクルを循環する冷媒の組成は、冷凍サイクル内を循環しているがために同じ組成の冷媒となる。従って暖房時には、アキュムレータ６内のガス冷媒、圧縮機１から吐出されたガス冷媒、室内機熱交換器３出口の液冷媒は同じ組成となる。また、冷房時でも、アキュムレータ６内のガス冷媒、圧縮機１から吐出されたガス冷媒、室外機熱交換器５出口の液冷媒は同じ組成となる。一方アキュムレータ６のガス冷媒、液冷媒を考えると、アキュムレータ６で気液平衡関係が成立する。非共沸の混合冷媒において気液平衡が成立するとき、ガスは液よりも低沸点成分を多く含む冷媒となる。従って、アキュムレータ６内のガス冷媒は液冷媒よりも低沸点の冷媒Ｒ３２、Ｒ１２５が多く含まれる冷媒となる。逆にアキュムレータ６内の液冷媒はガス冷媒よりも高沸点の冷媒Ｒ１３４ａが多く含まれる冷媒となる。冷凍装置８１内の全冷媒は冷凍装置８１内を循環している冷媒とアキュムレータ６内の液冷媒を合わせた冷媒となり、合わせた冷媒の組成が充填した冷媒Ｒ４０７Ｃの組成と同じになるので、アキュムレータ６内に液冷媒が存在する場合は、アキュムレータ６内のガス冷媒の組成を含め、図１の冷凍サイクルを循環する冷媒の組成は充填した冷媒よりも低沸点の冷媒Ｒ３２，Ｒ１２５が多く含まれる冷媒となり、アキュムレータ６内の液冷媒の組成は、充填した冷媒Ｒ４０７Ｃの組成よりも高沸点の冷媒Ｒ１３４ａが多く含まれる冷媒となる。また、アキュムレータ６内に液冷媒が存在しない場合は、図１の冷凍装置８１内を循環する冷媒の組成はＲ４０７Ｃと同じ組成となる。
【００１１】
次にこの参考例の冷媒回路の凝縮温度及び蒸発温度のファン回転数、圧縮機周波数出力装置１７の運転制御方法について説明する。冷凍装置運転中、ファン回転数、圧縮機周波数出力装置１７は、第一圧力検知器１６の検出値Ｐ１６及び組成演算器１４の演算、検知した循環組成検出値αを基にＰ１６のガス飽和温度と液飽和温度の平均値を求め、この値を凝縮温度とし、第二圧力検知器１３の検出値Ｐ１３及び循環組成検出値αを基にＰ１３のガス飽和温度と液飽和温度の平均値を求め、この値を蒸発温度とする。ただし、第二温度検知器１２の値Ｔ１２を蒸発温度としてもかまわない。ファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７は、このようにして求まった凝縮温度及び蒸発温度を内蔵するそれぞれの目標値と比較演算して、目標の値になるようにファン７の回転数及び圧縮機１の周波数をそれぞれファン７と圧縮機１に出力する。
ファン回転数、圧縮機周波数出力装置１７の具体的な制御例としては、圧縮機１の周波数を増加（回転数増加）することによる凝縮温度の増加及び蒸発温度の低下または圧縮機１の周波数の低下（回転数低下）することによる凝縮温度の低下及び蒸発温度の増加と、ファン７の回転数の増加（ファン風量増加）による冷房時の凝縮温度の低下、暖房時の蒸発温度の増加またはファン７の回転数の低下（ファン風量低下）による冷房時の凝縮温度の増加、暖房時の蒸発温度の低下との組合わせで行う。
また、圧縮機１の周波数により回転数を変化させる制御は、いわゆる容量制御機構を付の圧縮機で容量制御してもよい。
また、前記参考例では、ファン回転数、圧縮機周波数出力装置１７が凝縮温度及び蒸発温度を決定しているが、別途にそれぞれを決定する装置または両者を決定する装置を設けて、これらの装置により凝縮温度及び蒸発温度を決定し、ファン回転数、圧縮機周波数出力装置１７へ出力するようにしてもよい。
また凝縮温度または蒸発温度の変化が大きくない定周波数・定室内機容量の運転をするユニットのような場合には、ファンのみの制御または圧縮機のみの制御をするといったように片方の制御のみでよい。
【００１２】
参考例２
参考例１は、一定の冷凍空調装置の能力を確保するために凝縮温度及び蒸発温度を一定にする制御であったが、冷媒循環組成が変化すると凝縮温度及び蒸発温度は一定であるが凝縮圧力及び蒸発圧力が変化する。このため第一絞り装置４の入り口出口の圧力差が変化し、冷媒回路の流量、第一絞り装置４の冷媒の流れ方向入り口サブクールが変化する。よって冷媒循環組成の変化によって第一絞り装置４の開度が一定のもとで冷媒回路の流量、第一絞り装置４の冷媒の流れ方向入り口サブクールが変化するので、最適な第一絞り装置４の開度の範囲は冷媒循環組成によって変化する。そこで参考例２として、冷媒回路の流量及び第一絞り装置４の冷媒の流れ方向入り口サブクールが確保できるような第一絞り装置４の最小開度を冷媒循環組成毎もしくは、冷媒循環組成の変化によって変化する第一絞り装置４の圧力差によって設定してもよい。
【００１３】
図３はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８２を示すもので、容量可変の圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３、第一絞り装置４の前後に第五温度検知器３５及び第六温度検知器３６、室内機熱交換器に室内温度を検知する第七温度検知器３７を有する。さらに室外熱交換器５には能力可変のファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン、圧縮機能力制御手段であるファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７及び、第一絞り装置４の最小開度を計算・出力する絞り装置最小開度計算器１８、第一絞り装置４の前後の過冷却度を計算・出力するサブクール計算器３８を有する。図３は、絞り装置最小開度計算器１８、第五温度検知器３５、第六温度検知器３６、第七温度検知器３７、サブクール計算器３８が付いている以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００１４】
つぎに、サブクール計算器３８、絞り装置最小開度計算器１８について説明する。サブクール計算器３８は、冷房運転時は第一圧力検知器１６の値Ｐ１６及び冷媒循環組成αでの凝縮温度から第五温度検知器３５の値を引いた温度差、暖房運転時は第一圧力検知器１６の値Ｐ１６及び冷媒循環組成αでの凝縮温度から第六温度検知器３６の値を引いた温度差を計算し、第一絞り装置４のサブク−ルを算出し、このサブク−ルを所定の目標の値にするように第一絞り装置４の開度を制御する。しかし、サブクール計算器３８によって第一絞り装置４を制御すると、サブクールは確保できても冷媒流量が少なくなり、能力不足となる可能性があるため第一絞り装置４には最小開度を規定する必要がある。そのため絞り装置最小開度計算器１８は、第一圧力検知器１６の値Ｐ１６と第二圧力検知器１３の値Ｐ１３、冷媒循環組成αを入力とし、以下の式によって絞り装置最小開度Ｘを出力し、第一絞り装置４がこのＸ以下にならないように制御し、絞り過ぎによる冷媒流量不足が生じることを防止する。即ち、絞り装置最小開度出力装置１８は、前記のサブク−ル計算器３８の第一絞り装置４の開度指令を受け、この開度指令がＸより大であれば、サブク−ル計算器３８の決めた開度指令の値とし、Ｘ以下である場合は、Ｘとする指令を第一絞り装置４に出力する。この冷媒循環組成αを考慮した制御により、冷媒量が少な過ぎず、かつサブクールが確保できる最適な第一絞り装置４の開度を確保する。
暖房時：Ｘ＝Ｋ・（Tc−T37）／√（P16−P13）（４）
冷房時：Ｘ＝Ｋ・（T37−Te）／√（P16−P13）（５）
ここで、Ｋは絞り装置最小開度係数、TcはＰ１６及びαから計算される凝縮温度、Teは
Ｐ１３及びαから計算される蒸発温度、T37は第七温度検知器３７の検知する室内機熱交
換器の室内温度である。
上記（４）及び（５）の式は、次のようにして導かれる。室内機熱交換器３と室内機熱交換器３を流れる冷媒との熱交換量をＱ１、室内機熱交換器３と室内機側空気との熱交換量をＱ２、第一絞り装置４の開度をＸaとすると、
Ｑ１∝Ｘa・√（P16−P13）（６）
暖房時：Ｑ２∝（Tc−T37）（７）
冷房時：Ｑ２∝（T37−Te）（８）
となり、またＱ１＝Ｑ２となるため、
暖房時：Ｘa・√（P16−P13）∝（Tc−T37）（９）
冷房時：Ｘa・√（P16−P13）∝（T37−Te）（１０）
が成立する。この（９）、（１０）を基に、最低レベルの冷媒流量が流れるＸの式として、
（４）、（５）を立てることができる。
また、蒸発温度Te、凝縮温度Tcを一定とする制御では、√（P16−P13）がαの関数となる
ため、Ｋをαの関数Ｋ(α)として、
暖房時：Ｘ＝Ｋ(α)・（Tc−T37）（１１）
冷房時：Ｘ＝Ｋ(α)・（T37−Te）（１２）
のようにしてもよい。
また、本参考例では、サブク−ル計算器３８が凝縮温度を決定しているが、別途に凝縮温度決定装置を設け、サブク−ル計算器３８へ出力するようにしてもよい。また、サブク−ル計算器３８の開度指令と絞り装置最小開度計算器１８の算出最小開度の出力を受けて両者を比較し、第一絞り装置４へ開度指令または算出最小開度の出力をする装置を別途に設けてもよい。
【００１５】
実施の形態１
図４はこの発明に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８３を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、圧縮機１の吐出管とアキュムレータ６を結ぶ開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだバイパス配管、第二圧力検知器１３の値によって開閉弁１９の開閉を出力する第一開閉出力装置２１を有する。図４は開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管及び第一開閉出力装置２１以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００１６】
次に本発明の制御及び作用について説明する。第一開閉出力装置２１は、圧縮機１が運転中に第二圧力検知器１３の値が吸入圧力が低下過ぎとみなされる所定値、例えば１ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ未満では開閉弁１９を開で、１ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以上では開閉弁１９は閉の信号を開閉弁１９に出し、開閉弁１９はこの信号により開閉する。この制御により、圧縮機１の吐出部の高温・高圧ガスが第二減圧装置２０装置で減圧された後にアキュムレータ内に供給される。この時アキュムレータ内に滞留した冷媒Ｒ４０７Ｃの内低沸点成分Ｒ３２を多く含んだ冷媒が蒸発し、圧縮機１に冷媒が供給される。このＲ３２を多く含んだ冷媒は同一温度での飽和圧力がＲ４０７Ｃ成分の冷媒より高い。このため、圧縮機１に冷媒を供給できるという点と供給する冷媒が飽和圧力の高い冷媒であるという二つの効果で、圧縮機１の吸入部の圧力を上昇させることができる。
【００１７】
また、開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管とアキュムレータ６との接点を図５のようにバイパス管の先端部を横に曲げ、上に向かって開口するのではなく、横に向かって開口すると、開閉弁１９及び第二減圧装置２０を含むバイパス管にアキュムレータ内の液冷媒が入り込みにくく、アキュムレータに滞留した冷媒内に高温ガス冷媒を供給し易くなる。これによりアキュムレータに滞留した冷媒を発泡させ、効率的に滞留冷媒を蒸発させることができる。
なお、前記バイパス配管の一端はアキュムレ−タ６に接続されているが、圧縮機の吸入配管であればアキュムレ−タ６の上流側または下流側配管に接続してもよい。
【００１８】
参考例３
温度が同じ場合のＲ２２とＲ４０７Ｃの飽和圧力は温度５０℃では、Ｒ４０７Ｃの方が２ｋｇｆ／ｃｍ２以上高いので、Ｒ４０７Ｃでは圧縮機１の吐出部圧力が高くなる。そこでこの参考例では、第二圧力検知器１３の値が一定値未満で開閉弁１９を開くことで、圧縮機１の吸入部圧力を上昇させたが、開閉弁１９を開くことで圧縮機１の吐出部圧力を下げるようにして圧縮機１の保護を行っても良い。
【００１９】
図６はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８４を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、圧縮機１の吐出管とアキュムレータ６を結ぶ開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管、第一圧力検知器１６の値によって開閉弁１９の開閉を出力する第二開閉出力装置２２を有する。図６は開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管及び第二開閉出力装置２２以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００２０】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。第二開閉出力装置２２は、圧縮機１が運転中に第一圧力検知器１６の値がユニットの耐圧を考慮して決定した所定の圧力、例えば２７ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ未満では開閉弁１９は閉で、２７ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以上では開閉弁１９を開く信号を開閉弁１９に出し、開閉弁１９はこの信号により開閉する。この制御により、圧縮機１の吐出部の高温・高圧ガスの一部が開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管を通ってアキュムレータにバイパスするために、圧縮機１の吐出部の圧力が減少する。
【００２１】
また、別の参考例では、冷媒循環組成によって飽和圧力が変化することを考慮して、ユニットの耐圧の範囲内で開閉弁１９の開閉圧力を冷媒循環組成αの関数としても良い。即ち、飽和圧力の大小により、開閉圧力を大小とし、特に、飽和圧力大の組成でのメイン回路への冷媒量の不足による能力低下を防止できる。
本実施の形態では、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒で、Ｒ２２より同一温度での飽和圧力が高い冷媒が有効である。
【００２２】
参考例４
冷媒Ｒ４０７Ｃは冷媒Ｒ２２に比べて非誘電率が低いため圧縮機が真空運転をした場合には、Ｒ４０７Ｃの方がコロナ放電し易く（モ−タ部のショ−ト等）、この現象により圧縮機の損傷が起こり易い。
【００２３】
図７はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８５を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、第二圧力検知器１３の値によって圧縮機１を停止する信号を出力する第一圧縮機停止出力装置２３を有する。図７は第一圧縮機停止出力装置２３以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００２４】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。第二圧力検知器１３の値が圧縮機が真空運転を行うことを示す圧力である、例えば０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以下になった場合に、第一圧縮機停止出力装置２３は圧縮機１の運転を停止する信号を出し、これを受けて圧縮機１が停止する。これにより、Ｒ４０７Ｃでは起こり易いコロナ放電による圧縮機の損傷は起こらない。
本参考例における冷媒としては、ＨＦＣ系の冷媒でＲ２２よりコロナ放電の起こり易い冷媒が有効である。
【００２５】
参考例５
冷媒回路に絞り装置のつまり等の悪影響を及ぼすスラッジは、圧縮機の吐出温度が高いと増加し、冷媒にＲ４０７Ｃ、冷凍機油にエステル油またはエーテル油を使用している場合に多く発生する。
そこで、本参考例では圧縮機の吐出温度を一定値以上にならない制御を行う。
【００２６】
図８はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８６を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６と第三温度検知器２４、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、圧縮機１の吐出管とアキュムレータ６を結ぶ開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管を有する。また、第三温度検知器２４の値によって開閉弁１９の開閉を出力する第三開閉出力装置２５を有する。図８は開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管、第三温度検知器２４及び第三開閉出力装置２５以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００２７】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。第三開閉出力装置２５は、圧縮機１が運転中に第三温度検知器２４の値が例えば１２０℃未満では開閉弁１９は閉で、１２０℃以上では開閉弁１９を開く信号を開閉弁１９に出し、開閉弁１９はこの信号により開閉する。この制御により、圧縮機１の吐出部の高温・高圧ガスの一部が開閉弁１９及び第二減圧装置２０装置を直列つないだ配管を通ってアキュムレータにバイパスするために、圧縮機１の吐出部の圧力・温度が減少し、スラッジの発生が減少する。
【００２８】
また別の方法として、圧縮機１が運転中に第三温度検知器２５の値が１２０℃以上となった場合は圧縮機の運転を停止しても良い。
【００２９】
参考例６
圧縮機の運転中に圧縮機吐出部の過熱度が低い場合は、圧縮機は冷媒を液圧縮しており、圧縮機が損傷する可能性がある。そこで、本参考例では圧縮機吐出部の過熱度を、圧縮機吐出管の圧力検知器及び温度検知器と冷媒循環組成の値から計算し、この値が一定値未満にならない制御を行う。
【００３０】
図９はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８７を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６と第三温度検知器２４、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、第三温度検知器２４の値と第一圧力検知器１６のガス飽和温度（液冷媒が全てガス冷媒になった時の温度で冷媒循環組成α及び第一圧力検知器１６の値を入力）との差の値ＴｄＳＨの値を計算し、この値によって圧縮機１の停止を出力する第二圧縮機停止出力装置２６を有する。図９は第三温度検知器２４、第二圧縮機停止出力装置２６以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００３１】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。第二圧縮機停止出力装置２６は、圧縮機１が運転中に第三温度検知器２４の値と第一圧力検知器１６の圧力でガス飽和温度（液冷媒が全てガス冷媒になった時の温度で冷媒循環組成α及び第一圧力検知器１６の値を入力）との差の値ＴｄＳＨを計算し、この値が、所定の過熱度が得られない、即ち液圧縮があるとみなされる所定の値である２０度以下の状態が所定の時間、例えば１０分間続く場合には圧縮機１の運転を停止することで、圧縮機の損傷を防ぐ。
【００３２】
また別の方法として図１０のような冷凍装置に図１１のような制御にしても良い。
図１０はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８８を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６と第三温度検知器２４、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、第三温度検知器２４の値と第一圧力検知器１６のガス飽和温度（液冷媒が全てガス冷媒になった時の温度で冷媒循環組成α及び第一圧力検知器１６の値を入力）との差の値ＴｄＳＨの値を計算し、この値によって第一絞り装置４の開度を減少させる出力をする絞り装置開度減少出力装置２７を有する。図１０は第三温度検知器２４、絞り装置開度減少出力装置２７以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００３３】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。図１１において制御の内容は、絞り装置開度減少出力装置２７が圧縮機１が運転中に第三温度検知器２４の値と第一圧力検知器１６のガス飽和温度（液冷媒が全てガス冷媒になった時の温度で冷媒循環組成α及び第一圧力検知器１６の値を入力）との差の値ＴｄＳＨを計算し（ステップ１）、その値が、所定の過熱度が得られない、即ち液圧縮があるとみなされる所定の値である、例えば２０度以下の状態が１０分間続くかを判断し（ステップ２）、その値が２０度以下の状態が１０分間続く場合に第一絞り装置４の開度を所定量、例えば１０ｐｕｌｓｅ閉じる（ステップ３）。そしてＴｄＳＨが２０度より大きくなるまで第一の絞り装置４を閉じる。第一の絞り装置４を閉じることにより、圧縮機の吐出、吸入圧力の差を大きくし、圧縮機から冷媒に供給されるエネルギ−を大きくすることにより、冷媒をガス化し易くする。
【００３４】
参考例７
圧縮機内の冷凍機油の温度が高くなると冷凍機油の潤滑性が低下し、圧縮機が損傷する可能性がある。しかし参考例５のような冷媒回路では、正確な冷凍機油の温度を把握できない（特にＲ４０７Ｃでは、冷媒循環組成の誤差の分冷凍機油検知の誤差に影響するためＲ２２より冷凍機油の温度を把握しにくい）。そこで、本参考例では圧縮機本体の冷凍機油の温度が測ることのできる位置に温度検知器を設け、この温度検知器の温度が一定値以上長時間運転しないようにして、圧縮機を保護する制御を行う。
【００３５】
図１２はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８９を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６と圧縮機１本体下部の冷凍機油の温度が検知可能な位置に第四温度検知器２８、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、第四温度検知器２８の値によって圧縮機１の停止を出力する第三圧縮機停止出力装置２９を有する。また、図１２は第四温度検知器２８及び第三圧縮機停止出力装置２９以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００３６】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。第三圧縮機停止出力装置２９は、圧縮機１が運転中に第四温度検知器２２の値が所定の値、例えば１００℃以上になり、この状態が６０分連続で続いたことを検知し、この場合に、圧縮機１の運転を停止する信号を出力し、圧縮機１は停止する。
【００３７】
参考例８
圧縮機内の冷凍機油の濃度が低くなると冷凍機油の潤滑性が低下し、圧縮機が損傷する可能性がある。そこで、本参考例では圧縮機本体の冷凍機油の濃度を冷凍機油の温度と圧縮機吸入側の圧力での冷媒のガス飽和温度との差として表現し、この値が一定値以上長時間運転しないようにして、圧縮機を保護する制御を行う。
【００３８】
図１３はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８９を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６と圧縮機１本体下部の冷凍機油の温度が検知可能な位置に第四温度検知器２８、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器５にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また、第四温度検知器２８の値と第二圧力検知器１３のガス飽和温度（液冷媒が全てガス冷媒になった時の温度で冷媒循環組成α及び第二圧力検知器１３の値を入力）との差の値ＴｓＳＨの値を計算し、この値によって圧縮機１の運転を停止する出力をする第四圧縮機停止出力装置３０を有する。また、図１３は第四温度検知器２８及び第四圧縮機停止出力装置３０以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００３９】
次に本参考例の制御及び作用について説明する。第四圧縮機停止出力装置３０は、圧縮機１が運転中に第四温度検知器２８の値と第二圧力検知器１３のガス飽和温度（液冷媒が全てガス冷媒になった時の温度で冷媒循環組成α及び第二圧力検知器１３の値を入力）との差の値ＴｓＳＨが冷凍機油中に冷媒が多く混入していることを示す所定の値である、例えば１０度以下になりこの状態が６０分連続で続いたことを検知し、この場合に、圧縮機１の運転を停止する信号を出力し、圧縮機１は停止する。
【００４０】
参考例９
図１４はこの参考例に関わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置の一例である冷凍装置８５を示すもので、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器である室内機熱交換器３、第一絞り装置４、熱源機側熱交換器である室外機熱交換器５、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成し、かつ四方弁の切り替えにより圧縮機１、四方弁２、室外機熱交換器５、第一絞り装置４、室内機熱交換器３、アキュムレータ６、圧縮機１をこの順で配管により直列に接続した冷媒回路を構成する。またその他に循環組成検知装置１５及び圧縮機１の吐出管に第一圧力検知器１６、圧縮機１の吸入管に第二圧力検知器１３を有する。さらに室外熱交換器にはファン７が付いていて、このファン７の回転数と圧縮機１の周波数を出力するファン回転数・圧縮機周波数出力装置１７によってファン７の回転数及び圧縮機１の周波数を計算・変更する。また室外機熱交換器５と第一絞り装置４の間に存在する第一の分岐点３１及び四方弁２とアキュムレータ６の間に存在する第二の分岐点３２を結び、第二の絞り装置３３及び室外機熱交換器５と第一分岐点３１の間の一部と熱交換する第二二重管熱交換器３４を直列に配管でつないだ冷媒回路を有する。前記の第一の分岐点３１、第二の分岐点３２、第二の絞り装置３３及び第二二重管熱交換器３４とで過冷却装置を構成する。図１４では、室外機熱交換器５と第一絞り装置４の間に存在する第一の分岐点３１及び四方弁２とアキュムレータ６の間に存在する第二の分岐点３２を結び、第二の絞り装置３３及び室外機熱交換器５と第一分岐点３１の間の一部と熱交換する第二二重管熱交換器３４を直列に配管でつないだ冷媒回路以外は、参考例１と同じなので説明を省略する。
【００４１】
次に本参考例の作用について説明する。冷房時に室外機熱交換器５で熱交換した冷媒は、第一分岐点から第二絞り装置を通って減圧された低圧二相冷媒と二重管熱交換器２６で熱交換することで、過冷却度を確保する。このとき過冷却度は、Ｒ４０７Ｃの場合その場の圧力での液飽和温度からその場の温度を引いた値となり、Ｒ２２ではその場の圧力での飽和温度からその場の温度を引いた値となる。このため、Ｒ４０７Ｃでは過冷却度が確保しにくいので本参考例が効果的となる。過冷却度を確保することにより、室内機絞り装置（第一絞り装置４）で冷媒音の発生を防止できる。
【００４２】
前記の各実施の形態では冷媒として主としてＲ４０７Ｃの場合で説明したが、本発明は、例えば非共沸混合冷媒であるＲ４０４Ａ、Ｒ４０７Ａにおいても、また、擬似共沸混合冷媒であるＲ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂでも成立する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係わる冷凍装置は、圧力検知器の検知圧力が所定値未満では開閉弁を開とし、所定値以上では開閉弁を閉とする開閉出力装置を備え、非共沸混合冷媒 ( 擬似共沸混合冷媒を含む ) を圧縮機吸入側に供給するようにしたので、高い効率で圧縮機吸入圧力を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本参考例１における冷媒回路図である。
【図２】本参考例１における循環組成検知回路内の冷媒の変化を示すモリエル線図である。
【図３】本参考例２における冷媒回路図である。
【図４】本発明の実施の形態１における冷媒回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるアキュムレータ及び高温ガス冷媒バイパス管の接続部の図である。
【図６】本参考例３における冷媒回路図である。
【図７】本参考例４における冷媒回路図である。
【図８】本参考例５における冷媒回路図である。
【図９】本参考例６における冷媒回路図である。
【図１０】本参考例６における別の冷媒回路図である。
【図１１】本参考例６における制御フローチャート図である。
【図１２】本参考例７における冷媒回路図である。
【図１３】本参考例８における冷媒回路図である。
【図１４】本参考例９における冷媒回路図である。
【図１５】従来の技術における冷媒回路である。
【符号の説明】
１圧縮機、３利用側熱交換器、４絞り装置、５熱源機側熱交換器、７ファン、１３第二圧力検知器、１５循環組成検知装置、１６第一圧力検知器、１７ファン、圧縮機能力制御手段、１８絞り装置最小開度出力装置、１９開閉弁、２０減圧装置、２１第一開閉出力装置、２２第二開閉出力装置、２３第一圧縮機停止出力装置、２４第三温度検知器、２５第三開閉出力装置、２６第二圧縮機停止出力装置、２７絞り装置開度減少出力装置、２８第四温度検知器、２９第三圧縮機停止出力装置、３０第四圧縮機停止出力装置、３１〜３４過冷却装置、３５、３６温度検知器、３８サブク−ル計算器、

Claims

非共沸混合冷媒、又は擬似共沸混合冷媒を使用する冷凍装置であって、
圧縮機、熱源機側熱交換器、絞り装置、及び利用側熱交換器を配管接続した冷媒回路と、
前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力検知器と、
前記圧縮機の吸入側配管に設けられたアキュムレータと、
開閉弁及び減圧装置を有し、一端が前記圧縮機の吐出配管に他端が前記アキュムレータに接続されるとともに、前記熱源機側熱交換器、前記絞り装置及び前記利用側熱交換器を迂回して、前記圧縮機の吸入側に前記非共沸混合冷媒又は前記擬似共沸混合冷媒を供給するバイパス配管と、
前記圧力検知器の検知圧力が所定値未満では前記開閉弁を開とし、所定値以上では前記開閉弁を閉とする開閉出力装置と、
を備え
前記バイパス配管は、前記開閉弁が開いたときに前記減圧装置で減圧された冷媒を前記アキュムレータ内の冷媒液に吐出して低沸点成分を多く含んだ冷媒を蒸発させることにより前記吸入圧力を上昇させることを特徴とする冷凍装置。
前記バイパス配管は、前記アキュムレータの吸入管上端及び流出管上端よりも下方に、吐出口が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記バイパス配管は、前記アキュムレータに挿入された先端部が曲げられ横に向かって開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。