JPH11201596A - 冷凍サイクル装置の圧力検出手段および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧系のＲ２２代替冷媒を用いた冷凍サイク
ル装置の圧縮機の吐出部の吐出圧力を、低コストで、精
度良く検知する。 【解決手段】 冷凍サイクル装置の圧縮機１の吸入部の
吸入圧力を検知する吸入圧力センサ１０と、前記吸入部
の吸入温度を検知する吸入温度センサ１１と、圧縮機１
の吐出部の吐出温度を検知する吐出温度センサ１１と、
前記吸入圧力、前記吸入温度および前記吐出温度をもと
に、前記吐出部の吐出圧力を算出する吐出圧力算出部１
２とで構成されている圧力検出手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクル装置
の圧力検出手段および冷凍サイクル装置、例えば、高圧
系のＲ２２代替冷媒を用いた冷凍サイクル装置の圧力検
出手段および冷凍サイクル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発
器、アキュームレータ等からなる冷凍サイクル装置にお
ける作動媒体は、オゾン層に対する有害な影響があると
される従来のＣＦＣ冷媒やＨＣＦＣ冷媒から、オゾン層
に対する脅威がない代替冷媒とされるＨＦＣ冷媒への移
行が提案されている。

【０００３】特に空調機用の作動媒体は、ＨＣＦＣ冷媒
のＲ２２からの移行として、ＨＦＣ冷媒のＲ３２や、Ｒ
３２とＲ１２５からなる混合冷媒が注目されており、５
０±２重量％のＲ３２と５０±２重量％のＲ１２５から
なる混合冷媒は、Ｒ４１０Ａという一つの冷媒の如く扱
われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｒ３２やＲ４１０Ａの
欠点としては、動作圧力がＲ２２の約１．５倍と高いこ
とが挙げられる。したがって、Ｒ２２冷媒を用いた冷凍
サイクル装置そのまま、Ｒ３２やＲ４１０Ａ用として用
いることはできず、圧縮機や熱交換器などの空調機構成
要素の耐圧設計変更や能力調整変更が必要となる。特に
高圧系冷媒のＲ３２やＲ４１０Ａを含む冷凍サイクル装
置を運転するとき、ファンブロック等の異常作動条件に
おいては、静特性の蒸気圧以上に圧力が上昇し、安全性
に大きな影響を及ぼすものとなる。

【０００５】高圧安全対策のための圧力センサには、通
常半導体センサが用いられるが、Ｒ３２やＲ４１０Ａの
場合は、Ｒ２２の場合と比べて動作圧力が約１．５倍に
なるため、センサのセンシング部の耐圧特性を高めるこ
とが必要となり、その分感度が鈍くなる。また、圧力動
作範囲も約１．５倍になるため、分解能が低くなってし
まう。一方、これらの問題をセンサの精度を上げるとこ
とで解決するには、圧力センサのコストを引き上げるこ
とになってしまう。

【０００６】さらに、家庭用空調機の１対１エアコンや
マルチエアコンにおいては、低コスト化のために、高圧
安全対策の圧力センサやスイッチを設けていないのが普
通である。従ってこれらの家庭用空調機に高圧系冷媒の
Ｒ３２やＲ４１０Ａを用いる場合には、新たな安全対策
が必要となる。

【０００７】本発明は、従来の高圧系のＲ２２代替冷媒
を用いた冷凍サイクル装置のこの様な課題を考慮し、圧
縮機の吐出部の吐出圧力を、低コストで、精度良く検知
することを可能とする高圧系のＲ２２代替冷媒を用いた
冷凍サイクル装置の圧力検出手段およびそれを備える冷
凍サイクル装置を提供することを目的とするものであ
る。さらに、前記冷凍サイクル装置の圧力検出手段によ
って検出された吐出圧力を利用することによって、高い
安全性を有する冷凍サイクル装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の本発明は、冷凍サイクル装置の圧縮機の
吸入部の吸入圧力を検知する吸入圧力センサと、前記吸
入部の吸入温度を検知する吸入温度センサと、前記圧縮
機の吐出部の吐出温度を検知する吐出温度センサと、前
記吸入圧力、前記吸入温度および前記吐出温度をもと
に、前記吐出部の吐出圧力を算出する吐出圧力算出部と
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置の圧力検出
手段である。

【０００９】また、請求項２の本発明は、前記吐出圧力
算出部は、前記吸入圧力、前記吸入温度および前記吐出
温度をもとに、前記圧縮機において冷媒が理論断熱圧縮
されたと仮定した時の前記吐出部の圧力を吐出圧力候補
値として算出する吐出圧力候補値算出部と、前記吐出圧
力候補値を補正して前記吐出圧力を算出する吐出圧力補
正部とを有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍
サイクル装置の圧力検出手段である。

【００１０】請求項３の本発明は、前記吐出圧力補正部
は、前記圧縮機の放熱量および／または前記圧縮機のモ
ータ効率をもとに、前記吐出圧力候補値を補正し、前記
圧縮機の放熱量は、前記吐出温度および／または前記圧
縮機の運転状態から推定され、前記圧縮機のモータ効率
は、前記圧縮機の運転状態から推定されることを特徴と
する請求項２に記載の冷凍サイクル装置の圧力検出手段
である。

【００１１】請求項４の本発明は、前記圧縮機の運転状
態は、前記圧縮機の運転周波数であることを特徴とする
請求項３に記載の冷凍サイクル装置の圧力検出手段であ
る。

【００１２】請求項５の本発明は、請求項１〜４のいず
れかに記載の冷凍サイクル装置の圧力検出手段と、前記
圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを備えるこ
とを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００１３】請求項６の本発明は、前記吐出圧力が、あ
らかじめ定められた範囲に入るように前記圧縮機の運転
状態を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求
項５に記載の冷凍サイクル装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施の形態における冷
凍サイクル装置の圧力検出手段およびそれを備える冷凍
サイクル装置を示す模式図である。本実施の形態におけ
る冷凍サイクル装置は、高圧系のＲ２２代替混合冷媒で
あるＲ４１０Ａを冷媒とする空調用の冷凍サイクル装置
である。この冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器
２、膨張弁３、蒸発器４、アキュームレータ５、凝縮器
ファン６、蒸発器ファン７、インバータ８等からなる蒸
気圧縮冷凍サイクルで構成されており、冷暖房兼用とす
る場合には四方弁（図示せず）を挿入してもよい。

【００１６】通常の空調運転時においては、Ｒ４１０Ａ
混合冷媒は圧縮機１により吸引され圧縮された後、凝縮
器２に導かれて凝縮器ファン６によって供給される空気
と熱交換して凝縮液化する。膨張弁３は蒸発器４におけ
る混合冷媒の圧力を特定圧力以下まで下げ、蒸発器４に
おいて蒸発器ファン７によって供給される空気と熱交換
して液冷媒を蒸発させる。圧縮機１の圧縮能力は、イン
バータ８によって圧縮機周波数を操作することにより制
御される。

【００１７】また、圧縮機の吸入部には、温度を検知す
る吸入温度センサ９、圧力を検知する圧力センサ１０
が、圧縮機の吐出部には、温度を検知する吐出温度セン
サ１１が設置されており、各センサ９，１０，１１の出
力は吐出圧力算出部１２に入力される。各センサ９，１
０，１１および吐出圧力算出部１２は、本実施の形態に
おける冷凍サイクル装置の圧力検出手段１４を構成して
いる。

【００１８】吐出圧力算出部１２で行われる算出手順を
図２のモリエル線図による吐出圧力検知図を用いて説明
する。

【００１９】吐出圧力算出部１２は、吐出圧力候補値と
して算出する吐出圧力候補値算出部（図示せず）と、前
記吐出圧力候補値を補正して前記吐出圧力を算出する吐
出圧力補正部（図示せず）とから構成されている。ま
ず、吐出圧力候補値算出部において、吸入温度センサ９
が出力する吸入温度Ｔｓと、吸入圧力センサ１０の出力
する吸入圧力Ｐｓとより図２の点Ａを決定し、圧縮機の
吸入過熱度ＳＨを算出する。次に、圧縮機１が冷媒を理
論断熱圧縮したと仮定して、点Ａを通る等エントロピー
線と吐出温度センサ１１の出力する吐出温度Ｔｄとより
点Ｂを決定して、吐出圧力候補値Ｐdoを算出する。

【００２０】次に、吐出圧力補正部において、その時点
での吐出温度Ｔｄ、および、圧縮機周波数Ｆより、圧縮
機１内に具備されるモータの効率特性や圧縮機１の放熱
によりロスするエネルギー量ＨLを算出する。エネルギ
ー量ＨLは数１に示すような吐出温度Ｔｄと圧縮機周波
数Ｆとをパラメータとする関数ｆとして、あらかじめ実
験値などを元にして定義しておく。

【００２１】

【数１】

【００２２】そして、吐出圧力候補値Ｐdoを算出したエ
ネルギー量ＨLだけ右にシフトした等温線上の点Ｃの圧
力値をその時点の吐出圧力Ｐｄとして検知する。

【００２３】こうして吐出圧力算出部１２検知された吐
出圧力Ｐｄと吸入過熱度ＳＨは、制御手段１３に送られ
る。

【００２４】制御手段１３の制御手順を図３のフローチ
ャートを用いて説明する。制御手段１３内の圧縮機制御
部では、空調を行うための空調空間の温度と設定温度と
をセンサ（図示せず）により検知し、空調空間の温度を
設定温度に近づけるように室温制御用圧縮機周波数Ｆo
が演算される。その時、吐出圧力算出部１２により検知
された吐出圧力Ｐｄがあらかじめ定められた吐出圧力使
用上限値よりも小さい場合は、圧縮機周波数Ｆは室温制
御用圧縮機周波数Ｆoに設定される。一方、吐出圧力Ｐ
ｄが吐出圧力上限値よりも大きくなった場合は、吐出圧
力を低下させるために、現在の圧縮機周波数Ｆよりもあ
らかじめ定められた一定値ΔＦだけ小さくした値に圧縮
機周波数Ｆを設定し直す。

【００２５】また、膨張弁制御部では、吐出圧力算出部
１２で算出された吸入過熱度ＳＨがあらかじめ定められ
た使用下限値よりも小さい場合は、吸入過熱度ＳＨを大
きくするために膨張弁３の開度をＶLだけ閉じ、吸入過
熱度ＳＨがあらかじめ定められた使用上限値より大きい
場合には、吸入過熱度ＳＨを小さくするために膨張弁３
の開度をＶHだけ開く。

【００２６】以上のように、膨張弁３の開度を操作して
圧縮機の吸入過熱度ＳＨを使用下限値と使用上限値の間
の範囲に保つことにより、圧縮機への液冷媒の吸入を無
くすると共に、吐出圧力算出をより精度の高い物に保つ
ことができる。

【００２７】また、吸入圧力Ｐｓ、吸入温度Ｔｓ、吐出
温度Ｔｄから算出した吐出圧力候補値Ｐdoに対して、吐
出温度Ｔｄおよび圧縮機周波数Ｆに基づいた補正を行う
ことにより吐出圧力Ｐｄを低コストで、かつ、精度良く
検知することができる。そして、検知した吐出圧力Ｐｄ
を用いて吐出圧力が使用上限値を越えないように圧縮機
周波数を操作することにより、安全性に大きな影響を及
ぼす状況で冷凍サイクルの運転が継続することを回避す
ることが出来る。

【００２８】以上により、本実施の形態における冷凍サ
イクル装置の圧力検出手段は、圧縮機の吐出部の吐出圧
力を、低コストで、精度良く検知することを可能とする
ものであり、本実施の形態における冷凍サイクル装置
は、高い安全性を有するものである。

【００２９】なお、本実施の形態においては、吐出圧力
補正部は、吐出圧力候補値を補正するエネルギー量を算
出するのに、吐出温度および圧縮機周波数を用いて、圧
縮機の放熱量および圧縮機のモータ効率をもとに算出す
るとして説明したが、これに限らず、吐出温度または圧
縮機周波数のいずれかひとつ、もしくは、吐出温度およ
び／または圧縮機周波数と、検知した吸入圧力および／
または吸入温度とを合わせて用いて、圧縮機の放熱量お
よび／または圧縮機のモータ効率をもとに、エネルギー
量を算出するとしてもよい。

【００３０】また、本発明の吐出圧力算出部は、本実施
の形態においては、吐出圧力候補値算出部と吐出圧力補
正部とを有するとして説明したが、これに限らず、例え
ば、吐出温度、吸入圧力および吸入温度をもとに、蓄積
された実験データのみから吐出圧力を算出するものであ
ってもよい。

【００３１】さらに、本発明の冷凍サイクル装置の圧力
検出手段は、本実施の形態においては、高圧系のＲ２２
代替冷媒であるＲ４１０Ａ混合冷媒を冷媒として用いる
として説明したが、これに限らず、他の高圧系の冷媒の
みならず、Ｒ２２と同程度の圧力範囲を持つ冷媒や、共
沸混合冷媒、非共沸混合冷媒を用いても、吐出圧力を低
コストで、精度良く検知できるという効果は得られる。

【００３２】また、本実施の形態においては、制御手段
は、吐出圧力が、あらかじめ定められた範囲に入るよう
に圧縮機の運転状態を制御するとして説明したが、吐出
圧力が使用上限値を超えたときに圧縮機を停止する制御
を行うとしても、高い安全性を有する冷凍サイクル装置
を提供することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、請求項１の本発明は、圧縮機の吐出部の吐出圧力
を、低コストで、精度良く検知することを可能とする高
圧系のＲ２２代替冷媒を用いた冷凍サイクル装置の圧力
検出手段を提供することができる。

【００３４】また、請求項５の本発明は、圧縮機の吐出
部の吐出圧力を、低コストで、精度良く検知することを
可能とする高圧系のＲ２２代替冷媒を用いた冷凍サイク
ル装置を提供することができる。

【００３５】さらに、請求項６の本発明は、前記冷凍サ
イクル装置の圧力検出手段によって検出された吐出圧力
を利用することによって、高い安全性を有する冷凍サイ
クル装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の圧力検出手段およびそれを備える冷凍サイクル装置
を示す模式図。

【図２】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の圧力検出手段での吐出圧力検知手順を示すモリエル
線図。

【図３】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の制御手段の制御手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 膨張弁 ４ 蒸発器 ５ アキュームレータ ６ 凝縮器ファン ７ 蒸発器ファン ８ インバータ ９ 吸入温度センサ １０ 吸入圧力センサ １１ 吐出温度センサ １２ 吐出圧力算出部 １３ 制御手段 １４ 圧力検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝見 佳正 大阪府大阪市城東区今福西６丁目２番61号 松下精工株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍サイクル装置の圧縮機の吸入部の吸
   入圧力を検知する吸入圧力センサと、前記吸入部の吸入
   温度を検知する吸入温度センサと、前記圧縮機の吐出部
   の吐出温度を検知する吐出温度センサと、前記吸入圧
   力、前記吸入温度および前記吐出温度をもとに、前記吐
   出部の吐出圧力を算出する吐出圧力算出部とを備えるこ
   とを特徴とする冷凍サイクル装置の圧力検出手段。
2. 【請求項２】 前記吐出圧力算出部は、前記吸入圧力、
   前記吸入温度および前記吐出温度をもとに、前記圧縮機
   において冷媒が理論断熱圧縮されたと仮定した時の前記
   吐出部の圧力を吐出圧力候補値として算出する吐出圧力
   候補値算出部と、前記吐出圧力候補値を補正して前記吐
   出圧力を算出する吐出圧力補正部とを有することを特徴
   とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置の圧力検出手
   段。
3. 【請求項３】 前記吐出圧力補正部は、前記圧縮機の放
   熱量および／または前記圧縮機のモータ効率をもとに、
   前記吐出圧力候補値を補正し、前記圧縮機の放熱量は、
   前記吐出温度および／または前記圧縮機の運転状態から
   推定され、前記圧縮機のモータ効率は、前記圧縮機の運
   転状態から推定されることを特徴とする請求項２に記載
   の冷凍サイクル装置の圧力検出手段。
4. 【請求項４】 前記圧縮機の運転状態は、前記圧縮機の
   運転周波数であることを特徴とする請求項３に記載の冷
   凍サイクル装置の圧力検出手段。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サ
   イクル装置の圧力検出手段と、前記圧縮機と、凝縮器
   と、絞り装置と、蒸発器とを備えることを特徴とする冷
   凍サイクル装置。
6. 【請求項６】 前記吐出圧力が、あらかじめ定められた
   範囲に入るように前記圧縮機の運転状態を制御する制御
   手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サ
   イクル装置。