JP2001227822A

JP2001227822A - 冷凍空調装置

Info

Publication number: JP2001227822A
Application number: JP2000040097A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakayama; 雅弘中山; Toshiaki Yoshikawa; 利彰吉川; Hiroaki Makino; 浩招牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｒ３２、Ｒ２９０等の冷媒のように、可燃性
を有するがオゾン層破壊の危険性が少なく、かつ、ＧＷ
Ｐが小さい冷媒を充填した冷凍空調装置であって、その
充填量を低減することにより安全性を確保した冷凍空調
装置を提供する。【解決手段】冷媒として燃焼性のある冷媒を用いると
ともに、制御装置により、凝縮器出口の冷媒過冷却度を
最適値（例えば、Ｒ３２の場合は５〜２０℃、Ｒ２９０
の場合は５〜１７℃）となるように、冷媒流量制御装置
の開度または圧縮機の容量を制御する。また、冷媒回路
中の冷媒を貯留する容器の廃止、凝縮器の出口側のパス
数を少なくする、凝縮器の出口側の伝熱管管径を小さく
するなどにより、液冷媒が溜まる部分の容積を低減す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地球温暖化を抑
制する冷媒を用いた空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫等の冷
凍空調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫等の
冷凍空調装置は、冷媒として主にハイドロクロロフルオ
ロカーボン（ＨＣＦＣ）系冷媒を用いてきたが、近年オ
ゾン層保護の環境問題の観点からＨＦＣ系冷媒への代替
化が図られている。ところが、現在このＨＦＣ系代替冷
媒のうち代表的冷媒と目されているＲ４１０Ａは、もう
一方の環境問題である地球温暖化への影響が懸念されて
いる。すなわち、Ｒ４１０Ａは、地球温暖化係数（地球
温暖化への影響度を表す指数、以下ＧＷＰという）が従
来のＨＣＦＣ系冷媒より大きく、必ずしも代替冷媒とす
るにふさわしいとは言えない。そこで、オゾン層破壊の
危険性が少なく、かつ、ＧＷＰがより小さい冷媒を使用
した冷凍空調装置の開発が求められている。

【０００３】これに対応するものとして、ＧＷＰの小さ
いＨＦＣ３２（以下Ｒ３２という）やＨＣ２９０（以下
Ｒ２９０という）を冷媒として用いる冷凍装置や空気調
和装置などの冷凍空調装置が考えられる。しかし、これ
ら冷媒は可燃性を有する。また、ＨＣＦＣ系冷媒を使用
している在来の冷凍空調装置、特に電動膨張弁等の冷媒
流量制御装置を使用している冷凍空調装置は、図１０に
その冷媒回路を示すように、高圧側に液冷媒を貯留する
液レシーバ１０１や、低圧側に液冷媒を貯留するアキュ
ムレータ１０２や圧縮機１のサクションマフラー１０３
が存在するなど、液冷媒を貯留する各種空間が存在する
構造となっている。なお、この図１０において、２は四
方弁、３は熱源側熱交換器としての室外側熱交換器、５
は膨張弁等の冷媒流量制御装置、６は利用側熱交換器と
しての室内側熱交換器である。また、冷媒流量制御装置
５は、通常、蒸発器として作用する熱交換器の出口側の
冷媒過熱度を一定にするように制御し、凝縮器として作
用する熱交換器出口の冷媒過冷却度を成り行きとしてお
り、冷媒回路における液冷媒量を制御して冷媒充填量を
低減するようなことは特には考慮されていなかった。し
たがって、このような従来の冷凍空調装置において、Ｈ
ＣＦＣ系冷媒に代えて、Ｒ３２やＲ２９０のようにＧＷ
Ｐは小さいが可燃性を有するような冷媒を使用すること
は、冷媒充填量が多く安全性が問題であると考えられて
いた。

【０００４】このようなことから、現在開発が進められ
ている冷凍空調装置は、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１４３
ａ、ＨＦＣ１３４ａ等のような不燃性の非共沸系混合冷
媒を用いたものが主となっている。ところが、このよう
な冷凍空調装置においては、ガス漏れに伴う冷媒ガスの
組成成分の確保等、特にサービス面における問題が未だ
充分に解決されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の技術に存在する問題点に着目してなされたもので
あって、その目的とするところは、Ｒ３２、Ｒ２９０等
の冷媒のように、可燃性を有するがオゾン層破壊の危険
性が少なく、かつ、ＧＷＰが小さい冷媒を充填した冷凍
空調装置であって、その充填量を低減することにより安
全性を確保した冷凍空調装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、冷媒流
量制御装置および蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路
を備えた冷凍空調装置において、冷媒として燃焼性のあ
る冷媒を用いるとともに、凝縮器出口の冷媒過冷却度を
直接的に検出する直接検出手段と、凝縮器出口の冷媒過
冷却度が略設定値となるように、前記直接検出手段によ
り検出した検出値に基づき冷媒流量制御装置の開度を制
御する制御装置とを備えている。このように構成するこ
とにより、冷媒充填量の決定に対し影響の大きい液冷媒
の余分な溜まり込みをなくし、ＣＯＰの向上により冷凍
空調装置を小型化し、冷媒充填量が低減される。また、
これにより、オゾン層の破壊や地球温暖化の危険性のな
い燃焼性のある冷媒を安全に使用可能としている。ここ
に、冷凍空調装置とは、冷房機、冷暖房機などの空気調
和装置、および、冷蔵庫、プロセス用冷却機などのあら
ゆる冷凍装置をすべて包含する概念を意味する。

【０００７】また、上記直接検知手段に代えて、凝縮器
出口の冷媒過冷却度に対応して変化する冷媒物性値を検
出する代替検出手段としても良い。また、前記検出手段
により検出した検出値に基づき冷媒流量制御装置の開度
を制御することに代えて、前記検出手段により検出した
検出値に基づき圧縮機容量を制御するようにしても良
い。

【０００８】また、前記凝縮器の出口と前記冷媒流量制
御装置との間、あるいは、前記蒸発器の出口と圧縮機吸
入側との間を、冷媒を貯留する容器を介することなく冷
媒配管のみで接続すれば、液冷媒の貯留する空間をなく
し、冷媒充填量をより一層低減することができる。

【０００９】また、前記凝縮器は、伝熱管の内部を高圧
冷媒が流通し、この高圧冷媒と伝熱管外部の冷却源とが
熱交換する形式の熱交換器とし、凝縮器出口側部の冷媒
流通面積を凝縮器入口側部の冷媒流通面積に比し小さく
構成する。このように構成することにより、液冷媒が溜
まる空間容積がさらに減少でき、冷媒流通速度が上昇し
て、効率が向上する。したがって、冷凍空調装置をその
分小型化でき、冷媒充填量を一層低減することができ
る。この具体的な手段としては、凝縮器出口側部の伝熱
管内径を凝縮器入口側部の伝熱管内径より小さくする、
凝縮器出口側部の冷媒流路数を凝縮器入口側部の冷媒流
路数より少なくするなどの方法を考えることができる。

【００１０】また、本発明においては、液冷媒が溜まる
空間容積をさらに減少させて液冷媒充填量を低減する方
策として、凝縮器出口と冷媒流量制御装置とを接続する
配管内径を凝縮器の伝熱管内径より小さく構成しても良
い。

【００１１】また、前記直接検出手段は、凝縮器中間部
の冷媒温度と凝縮器出口の冷媒温度差から冷媒過冷却度
を直接的に検出するものとして構成することができる。
また、前記代替検出手段が検出する冷媒物性値は、圧縮
機吸入ガスの過熱度、圧縮機吐出ガスの過熱度、圧縮機
吸入ガスの乾き度とすることができる。

【００１２】また、前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２
を充填した場合には、前記冷媒過冷却度の略設定値を５
〜２０℃の範囲内とする。これにより、冷媒放出による
オゾン層の破壊や地球温暖化への影響を防止することが
できる。また、凝縮器出口の冷媒過冷却度が最適値に制
御されるため、ＣＯＰを向上し、冷媒充填量を低減する
ことができる。

【００１３】また、前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２
を充填し、圧縮機吐出ガスの過熱度が４０℃以下の設定
値のときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜２０℃の
範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大き
さ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わされ、
前記制御装置により圧縮機吐出ガスの過熱度を前記圧縮
機吐出ガスの過熱度の設定値となるように冷媒流量制御
装置を制御するように構成してもよい。この場合、冷媒
過冷却度と吐出ガスの過熱度とを同時に制御することが
できるので、ＣＯＰがより一層向上し、冷媒充填量を低
減することができる。

【００１４】また、前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２
を充填し、圧縮機吸入ガスの乾き度が１以下の設定値の
ときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜２０℃の範囲
内となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大きさ、
蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わされ、前記
制御装置により圧縮機吸入ガスの乾き度が略前記乾き度
設定値となるように冷媒流量制御装置を制御するように
構成してもよい。この場合、凝縮器出口の冷媒過冷却度
の制御とともに、圧縮機吸入ガスの乾き度制御による圧
縮機吐出ガスの過熱度制御が同時に行われ、ＣＯＰがよ
り一層向上し、冷媒充填量を低減することができる。

【００１５】また、前記冷媒回路に冷媒としてＲ２９０
を充填し、前記冷媒過冷却度の略設定値を５〜１７℃の
範囲内とする。これにより、冷媒放出によるオゾン層の
破壊や地球温暖化への影響を防止することができる。ま
た、凝縮器出口の冷媒過冷却度が最適値に制御されるた
め、ＣＯＰを向上し、冷媒充填量を低減することができ
る。

【００１６】また、前記冷媒回路は、冷媒としてＲ２９
０を充填し、圧縮機吸入ガスの過熱度が０℃以上の設定
値のときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜１７℃の
範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大き
さ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わされ、
前記制御装置により圧縮機吸入ガスの過熱度を略前記圧
縮機吸入ガスの過熱度の設定値となるように冷媒流量制
御装置を制御するように構成してもよい。この場合、冷
媒過冷却度制御と圧縮機吸入ガスの過熱度制御との両方
が行えるので、運転効率がより一層向上し、その分冷媒
充填量を低減することができる。また、冷媒が２９０で
あっても吐出ガス温度を高く設定することができ暖房運
転する場合の温風温度を所定値に保持することができ
る。

【００１７】また、前記冷媒回路は、冷媒としてＲ２９
０を充填し、圧縮機吐出ガスの過熱度が１５〜４０℃の
設定値のときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜１７
℃の範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の
大きさ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わさ
れ、前記制御装置により圧縮機吐出ガスの過熱度を前記
圧縮機吐出ガスの過熱度の設定値となるように冷媒流量
制御装置を制御するように構成してもよい。この場合、
冷媒過冷却度制御と圧縮機吐出ガスの過熱度との両方が
行えるので、運転効率がより一層向上し、その分冷媒充
填量を低減することができる。

【００１８】また、前記冷媒過冷却度、前記圧縮機吸入
ガスの過熱度および圧縮機吐出ガスの過熱度は、その設
定値に対し略±１℃以下の範囲で制御される。このよう
に制御することにより、制御精度が高くなり、運転中の
必要冷媒量の変動を低減し、冷媒充填量をより一層低減
することができる。

【００１９】また、本発明のヒートポンプ式冷凍空調装
置は、圧縮機の吐出側に対し四方弁の高圧ポートを接続
し、前記圧縮機の吸入側に対し四方弁の低圧ポートを接
続し、この四方弁の二つの切換ポート間に熱源側熱交換
器、冷媒流量制御装置、利用側熱交換器を順次接続し、
前記冷媒流量制御装置は、前記四方弁を冷却サイクルと
して冷却運転するときには室外側熱交換器出口の冷媒過
冷却度を略設定値とするように制御され、前記冷媒流量
制御装置は、前記四方弁を加熱サイクルとして加熱運転
するときには室内側熱交換器出口の冷媒過冷却度を略設
定値とするように制御されるものである。このように構
成することにより、冷却または加熱いずれの運転におい
ても、凝縮器出口の冷媒過冷却度が適性値に制御され、
ＣＯＰが向上するので、冷媒充填量が低減される。な
お、ここに、ヒートポンプ式冷凍空調装置とは、冷媒回
路が可逆に切換可能とされ、冷却(冷房を含む)運転と加
熱(暖房を含む)運転とを可能としたヒートポンプ式冷凍
空調装置をいう。

【００２０】また、本発明のヒートポンプ式冷凍空調装
置は、上記構成において、前記冷媒流量制御装置の前後
いずれか一方にまたは前後それぞれに補助減圧器を設け
てもよい。このように構成すれば、冷媒流量制御装置が
不動作となり全開したままとなるような故障が発生した
場合においても、極端な液戻り運転を防止することがで
きる。

【００２１】また、本発明のヒートポンプ式冷凍空調装
置は、圧縮機の吐出側に対し四方弁の高圧ポートを接続
し、前記圧縮機の吸入側に対し四方弁の低圧ポートを接
続し、この四方弁の二つの切換ポート間に熱源側熱交換
器、この熱源側熱交換器からの冷媒流れを阻止する第１
逆止弁を並列に接続した第１冷媒流量制御装置、第１冷
媒流量制御装置からの冷媒流れを許容する第２逆止弁を
並列に接続した第２冷媒流量制御装置、利用側熱交換器
を順次接続し、前記第１冷媒流量制御装置は、前記四方
弁を冷却サイクルとして冷却運転するときに熱源側熱交
換器出口の冷媒過冷却度を略設定値とするように制御さ
れ、前記第２冷媒流量制御装置は、前記四方弁を加熱サ
イクルとして加熱運転するときに利用側熱交換器出口の
冷媒過冷却度を略設定値とするように制御されるもので
ある。このように構成することにより、熱源側熱交換器
と利用側熱交換器との間の液管が気液２層流の配管とな
り、冷媒充填量が低減される。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明を
冷凍空調装置としてのヒートポンプ式空気調和装置に具
体化した実施の形態１を、図面を参照しながら説明す
る。図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ式空気調
和装置の冷媒回路図である。この図において、回転数制
御による容量可変型圧縮機１の吐出側が四方弁２の高圧
ポート２ａに接続され、容量可変型圧縮機１の吸入側が
四方弁２の低圧ポート２ｂに接続されている。また、四
方弁２の切換ポート２ｃと２ｄとの間に熱源側熱交換器
としての外気と熱交換するプレートフィン型の室外側熱
交換器３、高圧液冷媒を等エンタルピー膨張させて減圧
する膨張機構としての冷媒流量制御装置（この場合具体
的には電動膨張弁）５、利用側熱交換器としての室内空
気と熱交換するプレートフィン型の室内側熱交換器６が
順次接続されている。なお、４は室外側熱交換器３用の
送風機、７は室内側熱交換器６用の送風機である。

【００２３】この図１から明らかなように、上記冷媒回
路は、四方弁２を切り換えることにより冷暖房に切換え
られるものである。すなわち、冷房運転時は冷媒が図中
の実線矢印の如く循環し、暖房運転時は冷媒が図中の点
線矢印の如く循環する。冷房運転時は室外側熱交換器３
が凝縮器、室内側熱交換器６が蒸発器として作用し、暖
房運転時は室内側熱交換器６が凝縮器、室外側熱交換器
３が蒸発器として作用する。また、この冷媒回路は、両
熱交換器３，６と冷媒流量制御装置５との間、および、
両熱交換器３，６と圧縮機１の吸入側との間にはそれぞ
れ液冷媒を貯留する容器（液溜め）を何ら設けていな
い。

【００２４】また、この冷媒回路中に封入される冷媒
は、低ＧＷＰである冷媒、例えば、ハイドロフルオロカ
ーボン（ＨＦＣ）系冷媒のＲ３２や、ハイドロカーボン
（ＨＣ）系冷媒のＲ２９０であり、圧縮機摺動部を潤滑
する冷凍機油は、アルキルベンゼン系のものである。

【００２５】上記構成において、前記室外側熱交換器３
および前記室内側熱交換器６は、いずれもプレートフィ
ン型熱交換器であって、凝縮器として作用するときは、
伝熱管の内部を高圧冷媒が流通し、この高圧冷媒と伝熱
管外部の冷却源とが熱交換する形式の熱交換器として構
成されている。また、前記室外側熱交換器３は、凝縮器
として作用する場合の出口側部３ｂの冷媒流路断面積
を、入口側部（四方弁２側の部分）３ａの冷媒流路断面
積に比し小さくしている。同様に、前記室内側熱交換器
６は、凝縮器として作用する場合の出口側部６ｂの冷媒
流路断面積を、入口側部（四方弁２側の部分）６ａの冷
媒流路断面積に比し小さくしている。

【００２６】すなわち、室外側熱交換器３が凝縮器とし
て作用する冷房サイクルにおける入口側部３ａのパス数
が４であるのに対し、その出口側部３ｂのパス数を２と
している。また、室内側熱交換器６が凝縮器として作用
する暖房サイクルにおける入口側部６ａのパス数が２で
あるのに対し、その出口側部６ｂのパス数を１としてい
る。

【００２７】さらに、室外側熱交換器３が凝縮器として
作用する冷房サイクルにおける入口側部３ａの伝熱管の
管径に対しその出口側部３ｂの伝熱管の管径を小さくす
るとともに、室内側熱交換器６が凝縮器として作用する
暖房サイクルにおける入口側部６ａの伝熱管の管径に対
しその出口側部６ｂの伝熱管の管径を小さくしている。
例えば、室外側熱交換器３の前記入口側部３ａにおける
伝熱管の外径を７ｍｍ、肉厚を０．２５ｍｍとするのに
対し、その出口側部３ｂにおける伝熱管の外径を５ｍ
ｍ、肉厚を０．２３ｍｍとしている。同様に、室内側熱
交換器６の前記入口側部６ａにおける伝熱管の外径を７
ｍｍ、肉厚を０．２５ｍｍとするのに対し、その出口側
部６ｂにおける伝熱管の外径を５ｍｍ、肉厚を０．２３
ｍｍとしている。

【００２８】また、室外側熱交換器３と室内側熱交換器
６とを連絡する配管を、室外側熱交換器３の前記出口側
部３ｂにおける伝熱管の管径、および、室内側熱交換器
６の前記出口側部６ｂにおける伝熱管の管径よりそれぞ
れ小さくしている。例えば、室外側熱交換器の前記出口
側部３ｂの伝熱管および室内側熱交換器６の前記出口側
部６ｂにおける伝熱管を、それぞれ管外径５ｍｍ、肉厚
０．２３ｍｍとするのに対し、室外側熱交換器３と室内
側熱交換器６とを連絡する配管を、管外径４ｍｍ、肉厚
０．２１ｍｍとしている。

【００２９】そして、容量可変型圧縮機１は、外気温度
検出器１２で検出された外気温度Ｔａｏおよび室内空気
温度検出器１３で検出された室内空気温度Ｔａｉが制御
装置２１に送信され、制御装置２１で算出された冷房ま
たは暖房負荷により回転数を変化させて圧縮容量を可変
に制御するように構成されている。

【００３０】さらに、上記冷媒流量制御装置は、凝縮器
出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓが所定値となるように、その
開度が制御されている。すなわち、冷房運転時は、室外
側熱交換器３の中間の中間温度検出器８により検出され
た冷媒凝縮温度Ｔｃと、室外側熱交換器３出口の出口温
度検出器９により検出された液冷媒温度Ｔｑとが制御装
置２１に送信され、この制御装置２１で室外側熱交換器
３の出口における高圧液冷媒の冷媒過冷却度Ｔｑｓが演
算され、この冷媒過冷却度Ｔｑｓが最適値となるように
冷媒流量制御装置５の開度が制御されている。また、暖
房運転時は、室内側熱交換器６の中間の中間温度検出器
１０により検出された冷媒凝縮温度Ｔｃと、室内側熱交
換器６出口の出口温度検出器１１により検出された液冷
媒温度Ｔｑとが制御装置２１に送信され、この制御装置
２１で室外側熱交換器３の出口における冷媒過冷却度Ｔ
ｑｓが演算され、この冷媒過冷却度Ｔｑｓが最適値とな
るように冷媒流量制御装置５の開度が制御されている。

【００３１】この冷媒過冷却度Ｔｑｓの最適値は、エネ
ルギー効率（消費電力に対する能力の比を示す指標、す
なわちCoefficient of Performanceを意味し、以下その
略称であるＣＯＰと記す）が高水準を示す値をいう。ま
た、このように冷媒過冷却度Ｔｑｓが上記最適値となる
ように冷媒流量を制御すると、凝縮機出口側での冷媒過
冷却度を大きくし過ぎることがなくなり、冷媒充填量を
低減できる効果があり、また、ＣＯＰが高くなり、冷凍
空調装置を小型化することができ、この分冷媒充填量を
低減することができる。

【００３２】図２は、この冷媒過冷却度Ｔｑｓの最適値
を、Ｒ２２、Ｒ３２およびＲ２９０について示したデー
タである。このデータは、冷媒としてＲ２２、Ｒ３２お
よびＲ２９０を使用したヒートポンプ式空気空気調和機
として、ＪＩＳ標準空気条件における定格冷房能力２．
８ｋｗの各ルームエアコンを使用し、このルームエアコ
ンをＪＩＳ暖房標準空気条件で運転して測定した結果で
ある。なお、この図２において、横軸は凝縮器出口の冷
媒過冷却度Ｔｑｓであり、縦軸はＣＯＰである。

【００３３】このデータから次のことがいえる。Ｒ３
２、Ｒ２９０の最大ＣＯＰは、従来冷媒Ｒ２２の最大Ｃ
ＯＰよりも大きく、最大ＣＯＰを示す冷媒過冷却度Ｔｑ
ｓもＲ３２、Ｒ２９０の方がＲ２２に比し大きい。さら
に、ＣＯＰが最大となる冷媒過冷却度より大きい冷媒過
冷却度領域において、冷媒過冷却度Ｔｑｓの低下率は、
Ｒ３２、Ｒ２９０の場合の方がＲ２２の場合に比し小さ
い。この結果、凝縮器出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓの最適
値は、Ｒ３２では略５〜２０℃で、Ｒ２９０では略５〜
１７℃であるといえる。

【００３４】以上のような結果となる理由については、
次のように考察される。一般的に、冷凍サイクルのＣＯ
Ｐは、ある値以下の冷媒過冷却度Ｔｑｓ領域において
は、モリエル線図からみて理論上、冷媒過冷却度Ｔｑｓ
が大きいほど高くなる。しかしながら、過冷却液部分の
伝熱管内表面における冷媒側熱伝達率は、気液２相流部
分よりも小さくなる。このことから、冷媒過冷却度を大
きくし過ぎると、ＣＯＰがかえって悪化すると考えられ
る。したがって、冷媒過冷却度を一定範囲の最適値に保
持することにより、冷凍空調装置のＣＯＰを最大値近辺
の高い値に保持することが可能と考えられる。なお、冷
媒側熱伝達率は、冷媒流速によってもその絶対値は異な
るが、本試験においては、過冷却液部分が１０００〜２
０００Ｗ／ｍ²・Ｋであったのに対し、２相流部分は５
０００Ｗ／ｍ²・Ｋ以上であった。

【００３５】また、Ｒ３２冷媒の熱物性上の特徴とし
て、Ｒ２２冷媒に対して液冷媒の熱伝導率が高い。すな
わち、凝縮温度を４４℃としたときの液冷媒の熱伝導率
は、Ｒ２２が０．０９１２６Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し
て、Ｒ３２は０．１４８２Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｒ２２の
約１．６倍以上となる。したがって、Ｒ３２の過冷却液
部分の冷媒側熱伝達率がＲ２２の場合よりも大きく、Ｃ
ＯＰが最大値となる冷媒過冷却度Ｔｑｓの最適値はＲ２
２場合よりも大きくなると考えられる。

【００３６】また、Ｒ２９０の場合について述べると、
冷媒の熱物性上の特徴として、液冷媒の比熱がＲ２２に
対して高い。例えば、凝縮温度が４５℃のとき、Ｒ２２
は１．１９３ｋＪ／ｋｇ・Ｋであるのに対して、Ｒ２９
０は２．５７３ｋＪ／ｋｇ・Ｋであり、約２．２倍以上
の値となる。したがって、冷媒過冷却度Ｔｑｓが大きく
なるほど、Ｒ２９０の冷凍サイクルの効率上昇度合いが
Ｒ２２の場合よりも高く、Ｒ２９０の冷媒過冷却度Ｔｑ
ｓの最適値はＲ２２の場合より大きくなったものと考え
られる。

【００３７】上記は、ＪＩＳ暖房空気条件についての冷
媒過冷却度Ｔｑｓの最適値を求めたものである。ヒート
ポンプ式空気調和機における最適冷媒過冷却度は、冷房
運転時と暖房運転時とでは大きな差がなく、また、年間
の運転時間で見ると冷房運転時よりも暖房運転時の方が
長くなることから暖房運転時のＣＯＰを冷房運転時のＣ
ＯＰに比し優先される。したがって、暖房運転時を基準
に最適冷媒過冷却度を設定する方が好ましい。また、こ
のようにして最適冷媒過冷却度を設定することにより、
暖房運転時の高ＣＯＰが向上し、冷媒充填量を低減する
ことができる。

【００３８】また、上述の冷媒過冷却度制御において
は、冷媒過冷却度Ｔｑｓを制御するときの冷媒過冷却度
の設定値に対する実際の冷媒過冷却度の偏差値が±１℃
になったときに、冷媒流量制御装置の開度を制御するよ
うに構成している。この±１℃のように、開度を制御す
るかどうかを決める判断基準となる偏差値のことを、以
下では閾値という。

【００３９】このような閾値は、一般的に冷凍空調装置
の冷媒過冷却度Ｔｑｓを制御するときに設定されてい
る。例えば、従来のＲ２２を充填した冷凍空調装置で
は、冷媒過冷却度Ｔｑｓの設定値を１０℃として制御す
るとき、各種センサーの測定誤差を考慮して閾値を±２
℃とし、結果として１０℃の設定値に対し８〜１２℃の
幅で制御してきたことになる。しかし、Ｒ３２、Ｒ２９
０の冷媒として充填した冷凍空調装置の場合は、液冷媒
の冷媒密度がＲ２２に比し小さいので、Ｒ２２冷媒の場
合と同様に閾値を±２℃と設定すると、冷媒循環量の変
動が大きくなるという問題が生ずる。

【００４０】すなわち、冷媒循環量が減少したときに
は、極端に圧縮機吸入ガスの過熱度が大きくなって圧縮
機の吐出ガス温度Ｔｄが上昇し、圧縮機用モータや制御
器等の機器の効率や信頼性に問題が生じる可能性があ
る。また、冷媒循環量が増加したときには、極端に圧縮
機吸入ガスの乾き度が低下して液圧縮運転となり、吐出
ガス温度が低下して機器の効率や信頼性に問題が生じる
可能性がある。例えば、凝縮温度が４４℃における液冷
媒の密度は、Ｒ２２が１１１０ｋｇ／ｍ³であるのに対
して、Ｒ３２は８７０ｋｇ／ｍ³であり、Ｒ２９０は４
６１ｋｇ／ｍ³であり、それぞれＲ２２のそれに対し７
８％、４１％となる。したがって、冷媒過冷却度Ｔｑｓ
が１℃異なると、冷媒循環量の変動は、Ｒ２２に対して
Ｒ３２では１．２８倍、Ｒ２９０では２．４倍となる。
このため、冷媒過冷却度Ｔｑｓの閾値は、Ｒ３２および
Ｒ２９０の場合は、Ｒ２２の場合よりも小さくし、±１
℃以下とするのが好ましい。また、このように制御幅を
小さくすることにより、冷凍空調運転をより目標値に近
づけて運転することができるので、冷凍空調装置を高Ｃ
ＯＰで運転することができ、冷媒充填量を低減すること
ができる。

【００４１】次に、実施の形態１の動作について述べ
る。実施の形態１のヒートポンプ式空気調和装置を冷房
運転する場合は、四方弁２を冷却サイクルの位置（図示
実線の接続状態）として運転を行う。これにより圧縮機
１から吐出された高圧ガス冷媒は、図中の実線矢印の如
く循環し、室外側熱交換器３で室外空気と熱交換して凝
縮される。このとき、室外側熱交換器３の中間温度検出
器８と出口温度検出器９とで検出された冷媒凝縮温度Ｔ
ｃ、液冷媒温度Ｔｑが制御装置２１に送信される。ま
た、この制御装置２１において、これら冷媒温度Ｔｃ、
Ｔｑから室外側熱交換器３出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓが
算出される。そして、冷媒流量制御装置５は、制御装置
２１により冷媒過冷却度ＴｑｓがＣＯＰの高い範囲に設
定された設定値に対し±１℃となるように開度制御され
る。この結果、室外側熱交換器３出口の冷媒過冷却度Ｔ
ｑｓは、最適値に保持される。また、室外側熱交換器３
出口の過冷却液冷媒は、冷媒流量制御装置５により減圧
され、室内側熱交換器６で室内空気と熱交換し、室内空
気を冷却し、冷媒自身は蒸発気化して、四方弁２を介し
圧縮機１に帰還する。

【００４２】次に、暖房運転時は、四方弁２を加熱サイ
クルの位置（図示点線の接続状態）として運転を行う。
これにより圧縮機１から吐出された高圧ガス冷媒は、図
中の点線矢印の如く循環し、室内側熱交換器６で室内空
気と熱交換し、室内空気を加熱し、冷媒自身は冷却され
て凝縮液化される。このとき、室内側熱交換器６の中間
温度検出器１０と出口温度検出器１１とで検出された冷
媒凝縮温度Ｔｃ、液冷媒温度Ｔｑが制御装置２１に送信
される。また、この制御装置２１において、これら冷媒
温度Ｔｃ、Ｔｑから室内側熱交換器６出口の冷媒過冷却
度Ｔｑｓが算出される。そして、冷媒流量制御装置５
は、制御装置２１により冷媒過冷却度ＴｑｓがＣＯＰの
高い範囲に設定された設定値に対し±１℃となるように
開度制御される。この結果、室内側熱交換器６出口の冷
媒過冷却度Ｔｑｓは、最適値に保持される。このように
制御された過冷却液冷媒は、冷媒流量制御装置５により
減圧され、室外側熱交換器３で室外空気と熱交換し、冷
媒は室外空気により加熱されて気化し、四方弁２を介し
圧縮機１に帰還する。

【００４３】また、上記冷暖房運転中、外気温度検出器
１２から室外空気温度Ｔａｏが、また、室内空気温度検
出器１３から室内空気温度Ｔａｉがそれぞれ制御装置２
１に送信され、これら空気温度Ｔａｏ、Ｔａｉから冷暖
房負荷が算出される。また、この冷暖房負荷に基づき圧
縮機１の回転数が制御され、圧縮容量が制御される。

【００４４】次に、実施の形態１の効果について述べ
る。凝縮器として作用する室外側熱交換器３または室内
側熱交換器６の出口における冷媒過冷却度Ｔｑｓにより
冷媒流量が制御されるので、冷媒充填量に大きな影響を
有する冷媒回路中の余計な液冷媒の溜まりをなくすこと
ができ、結果として冷媒充填量を低減することができ
る。

【００４５】また、冷媒過冷却度Ｔｑｓを、凝縮器とし
て作用する前記熱交換器３，６の中間温度検出器８，１
０により検出した凝縮温度Ｔｃと出口温度検出器９、１
１により検出した出口液冷媒温度Ｔｑとから算出するの
で、正確に冷媒過冷却度Ｔｑｓを測定することができ
る。

【００４６】また、冷媒過冷却度Ｔｑｓは、ＣＯＰが最
大値近辺となる最適値に制御されるので、冷媒充填量に
大きな影響を有する冷媒回路中の液冷媒量の比率を必要
最小限とするとともに、冷凍空調装置のＣＯＰを最大値
にすることによる冷媒充填量の低減とが同時に達成され
る。したがって、冷媒回路への冷媒充填量がより一層低
減され、冷凍空調装置の燃焼に対する安全性をより一層
向上することができる。

【００４７】また、Ｒ３２を使った場合には、冷媒過冷
却度Ｔｑｓの最適値を５〜２０℃とし、さらに、Ｒ２９
０を使った場合には、冷媒過冷却度Ｔｑｓの最適値を５
〜１７℃とすることにより、Ｒ３２、Ｒ２９０を使った
冷凍空調装置における冷媒充填量を必要最小限の量と
し、能力を最大限に発揮させることができる。

【００４８】また、この冷媒過冷却度Ｔｑｓを制御する
のための閾値を１℃としたので、実用性を保持しながら
運転条件の変動による所要冷媒量の変動量を低減するこ
とができ、冷媒変動量に伴う液圧縮や圧縮機吸入ガスの
過熱度の異常上昇を防止するとともに、冷媒充填量を低
減することができる。

【００４９】また、凝縮器となる熱交換器の出口と冷媒
流量制御装置とを接続する配管（すなわち、室外側熱交
換器３と冷媒流量制御装置５との間、および室内側熱交
換器６と冷媒流量制御装置５との間の配管）、および、
蒸発器となる熱交換器と圧縮機１の吸入側とを接続する
配管（すなわち、室外側熱交換器３と圧縮機１との間の
配管、および、室内側熱交換器６と圧縮機１との間の配
管）それぞれに、液冷媒を貯留する容器（液溜め）を設
けずに、配管または接手、弁等の配管用機具のみで接続
したので、液冷媒が溜まる部分の空間容積が小さくな
り、冷媒回路への冷媒充填量を低減することができる。

【００５０】また、パス数および伝熱管内径を、凝縮器
の出口側部（すなわち、室外側熱交換器３の冷房時にお
ける出口側部３ｂ、室内側熱交換器６の暖房運転時にお
ける出口側部６ｂ）の冷媒通過面積を、凝縮器の入口側
部（すなわち、室外側熱交換器３の冷房時における入口
側部３ａ、室内側熱交換器６の暖房運転時における入口
側部６ａ）の冷媒通過面積より小さくしたので、液冷媒
が通過する部分の通路容積が減少し、冷媒充填量を低減
することができる、また、これら液冷媒の通過断面積が
小さくなったことで、液冷媒の流速が早くなり、この部
分での冷媒側の熱伝達率が向上し、この能力向上により
さらに冷媒充填量を低減することができる。なお、この
場合、冷媒配管内圧力損失が増加するが、過冷却液部分
のため圧力損失の絶対値が小さく、冷凍空調装置のＣＯ
Ｐへの影響はほとんどない。

【００５１】また、室外側熱交換器３と室内側熱交換器
６とを連絡する配管を、室外側熱交換器３の前記出口側
部３ｂにおける伝熱管の管径、および、室内側熱交換器
６の前記出口側部６ｂにおける伝熱管の管径よりそれぞ
れ小さくしているので、液冷媒が通過する部分の通路容
積が減少し、冷媒充填量をさらに低減することができ
る。

【００５２】また、この実施の形態では冷媒としてＲ３
２またはＲ２９０を用いるが、この冷媒は、従来の冷媒
であるＲ２２よりも冷媒液密度が小さく、装置の冷媒充
填量が減るので、装置廃棄時などに行う冷媒回収に要す
る費用と時間を低減することができ、リサイクル性に優
れた冷凍空調装置となすことができる。

【００５３】実施の形態２．次に、実施の形態２につい
て、図３に基づき説明する。なお、実施の形態１と同一
または対応する部分には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。この実施の形態２は、実施の形態１がヒート
ポンプ式空気調和装置であったものを冷房運転専用の空
気調和装置にしたものである。したがって、この実施の
形態２は、実施の形態１と比較すると、実施の形態１に
おける暖房運転時に係る部分を取り除いた点で相違し、
その他の点では基本的に実施の形態１と同一である。

【００５４】すなわち、冷媒回路は、冷房運転時、圧縮
機１から吐出された冷媒が、図示実線矢印のごとく循環
し、室外側熱交換器３で凝縮液化し、冷媒流量制御装置
５により減圧され、室内側熱交換器６で室内空気を冷却
し、蒸発気化して圧縮機１に帰還するように構成されて
いる。上記のように構成された冷媒回路において、図示
しないが室外側熱交換器３は、前記実施の形態１におけ
るものと同様に、パス数および伝熱管の径を構成してい
る。また、冷媒過冷却度Ｔｑｓの測定方法、設定値およ
び閾値も実施の形態１と同一である。さらに、室外側熱
交換器３と冷媒流量制御装置５とを接続する配管も実施
の形態１の場合と同様の関係に構成されている。また、
圧縮機１の容量制御も実施の形態１に準じたものであ
る。

【００５５】したがって、この実施の形態２において
も、実施の形態１における冷房運転時と同様に運転制御
されるので、実施の形態１の場合と同様に冷媒充填量を
低減し、ＣＯＰを向上させることができる。

【００５６】実施の形態３．次に、実施の形態３につい
て、図４に基づき説明する。なお、実施の形態１および
２と同一または対応する部分には同一の符号を付しその
説明を簡略化する。

【００５７】この実施の形態３は、実施の形態２におい
て冷媒過冷却度Ｔｑｓに相関して変化する冷媒物性値と
して圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄｓを代替検出手段によ
り検出し、制御装置２３により、圧縮機吐出ガスの過熱
度Ｔｄｓを設定値に制御して、室外側熱交換器３の出口
における冷媒過冷却度Ｔｑｓを前記実施の形態１に記載
した最適値となるように冷媒流量制御装置５の開度を制
御するようにしたものである。

【００５８】この代替検出手段は、凝縮器として作用す
る室外側熱交換器３の中間温度検出器８により検出した
凝縮温度Ｔｃと、凝縮器として作用する室外側熱交換器
３入口の冷媒温度検出器１４により検出した圧縮機吐出
ガス温度Ｔｄとから構成されている。なお、図４におけ
る冷媒温度検出器１４は、圧縮機１の吐出配管上に設け
ても良い。そして、制御装置２３は、この検出された両
温度Ｔｃ、Ｔｄから圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄｓを算
出する。また、この実施の形態３における冷媒回路は、
外気温が高くなる場合を考慮して、Ｒ３２の冷媒を充填
する場合は、この吐出ガスの過熱度Ｔｄｓの設定値を４
０℃以下、その閾値を±１℃とし、吐出ガスの過熱度Ｔ
ｄｓがこの設定値になったときに、凝縮器として作用す
る室外側熱交換器３の出口における冷媒過冷却度Ｔｑｓ
が前記最適値、すなわち、５〜２０℃の範囲内となるよ
うに、圧縮機１の定格容量、室外側熱交換器３の大き
さ、室内側熱交換器６の大きさおよび冷媒充填量を組み
合わせている。なお、冷媒回路にＲ２９０の冷媒を充填
する場合は、この吐出ガスの過熱度Ｔｄｓの設定値を１
５〜４０℃、閾値を±１℃とし、吐出ガスの過熱度Ｔｄ
ｓがこの設定値になったときに、凝縮器として作用する
室外側熱交換器３の出口における冷媒過冷却度Ｔｑｓが
前記最適値、すなわち、５〜１７℃の範囲内となるよう
に、圧縮機１の定格容量、室外側熱交換器３の大きさ、
室内側熱交換器６の大きさおよび冷媒充填量を組み合わ
せる。

【００５９】したがって、この実施の形態３における場
合は、冷媒過冷却度Ｔｑｓが最適値に制御されるととも
に、吐出ガスの過熱度Ｔｄｓが設定値に制御されること
によりＣＯＰが改善されるので、冷媒充填量に大きな影
響を有する冷媒回路における液冷媒量の比率を必要最小
限とするとともに、冷凍空調装置のＣＯＰを最大値にす
ることによる冷媒充填量の低減が同時に達成される。し
たがって、冷媒回路への冷媒充填量がより一層低減さ
れ、冷凍空調装置の燃焼に対する安全性をより一層向上
することができる。また、圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄ
ｓが許容範囲の温度に制限されることにより、圧縮機モ
ータ等の電気機器の過熱損傷が防止される。また、圧縮
機吐出ガスの過熱度Ｔｄｓを制御するための閾値を±１
℃としたので、運転条件の変動による所要冷媒量の変動
量を低減することができ、冷媒変動量に伴う液圧縮や圧
縮機吸入ガスの過熱度の異常上昇を防止するとともに、
冷媒充填量を低減することができる。

【００６０】実施の形態４．次に、実施の形態４につい
て、図５に基づき説明する。なお、実施の形態１と同一
または対応する部分には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。

【００６１】この実施の形態４は、実施の形態１におい
て暖房運転時の冷媒流量制御装置５の制御を変更したも
ので、その他の点は実施の形態１と同一である。すなわ
ち、暖房運転時は、冷媒過冷却度Ｔｑｓに相関して変化
する冷媒物性値として圧縮機吸入ガスの過熱度Ｔｓｓを
代替検出手段により検出し、制御装置２４により、圧縮
機吸入ガスの過熱度Ｔｓｓを設定値に制御して、室内側
熱交換器６の出口における冷媒過冷却度Ｔｑｓが前記実
施の形態１に記載した最適値となるように冷媒流量制御
装置５の開度を制御するようにしたものである。

【００６２】この代替検出手段は、暖房運転時に蒸発器
として作用する室外側熱交換器３の冷媒蒸発温度Ｔｅを
検出する中間温度検出器８と、暖房運転時に蒸発器とし
て作用する室外側熱交換器３の出口における圧縮機吸入
ガス温度Ｔｓを検出する吸入ガス温度検出器１５とから
構成されている。なお、図５における吸入ガス温度検出
器１５は、圧縮機１の吸入配管上に設けても当然良い。
また、制御装置２４は、実施の形態１における制御装置
２１と比較すると暖房運転時における制御が異なるが、
この検出された両温度Ｔｅ、Ｔｓから圧縮機吸入ガスの
過熱度Ｔｓｓを演算する。また、この実施の形態４にお
ける冷媒回路は、Ｒ２９０の冷媒が充填されており，こ
の圧縮機吸入ガスの過熱度Ｔｓｓの設定値を０℃以上の
適宜の値とするとともに、その閾値を±１℃とし、暖房
運転時において、圧縮機吸入ガスの過熱度Ｔｓｓがこの
設定値になったときに、凝縮器として作用する室内側熱
交換器６の出口における冷媒過冷却度Ｔｑｓが前記最適
値、すなわち、５〜１７℃の範囲内となるように、圧縮
機１の定格容量、室外側熱交換器３の大きさ、室内側熱
交換器６の大きさおよび冷媒充填量を組み合わせてい
る。

【００６３】一般に、冷媒としてＲ２９０を用いた場
合、Ｒ２９０の熱物性上の特徴により、冷凍サイクルの
吐出圧力、吐出ガス温度が従来Ｒ２２冷媒より低くな
る。例えば、冷媒凝縮温度４５℃、冷媒蒸発温度５℃、
圧縮機吸入ガスの過熱度１０℃、凝縮器出口の冷媒過冷
却度Ｔｑｓ５℃とすると、そのときの凝縮圧力、吐出ガ
ス温度Ｔｄおよび吐出ガスの過熱度Ｔｄｓはそれぞれ、
従来のＲ２２を冷媒として使用している場合は１．７３
ＭＰａ、７２℃および２７℃であるのに対して、Ｒ２９
０を冷媒として使用している場合は１．５３ＭＰａ、５
８℃および１３℃となり、吐出圧力が約０．９倍、吐出
ガス温度Ｔｄが１４℃低下、吐出ガスの過熱度が１４℃
低下する。このように吐出ガス温度Ｔｄが低下すること
は、実際の冷凍空調装置では圧縮機モータの保護など装
置の信頼性確保には良いが、暖房運転における吹出し温
度の低下により吹き出し温風温度の低下が懸念される。

【００６４】本実施の形態４では、暖房運転時、前述の
ごとく、圧縮機吸入ガスの過熱度Ｔｓｓを０℃以上に制
御することにより圧縮機吐出ガス温度Ｔｄを適性に保持
するとともに、冷媒過冷却度Ｔｑｓが最適値に制御され
るので、ＣＯＰが改善され、その分冷凍空調装置を小型
化し冷媒充填量を低減することができ、さらに、暖房運
転時における温風の温度低下も防止することができる。
また、圧縮機吸入ガスの過熱度Ｔｓｓを制御するのため
の閾値を±１℃としたので、運転条件の変動による所要
冷媒量の変動量を低減することができ、冷媒変動量に伴
う液圧縮や圧縮機吸入ガスの過熱度の異常上昇を防止す
るとともに、冷媒充填量を低減することができる。

【００６５】実施の形態５．次に、実施の形態５につい
て、図６に基づき説明する。なお、実施の形態２と同一
または対応する部分には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。この実施の形態５は、実施の形態２において
冷媒流量制御装置５の制御を変更したもので、その他の
点は実施の形態２と同一である。すなわち、室外側熱交
換器３出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓに相関して変化する冷
媒物性値として圧縮機吸入ガスの乾き度ｉを代替検出手
段により検出し、制御装置２５により、圧縮機吸入ガス
の乾き度ｉを設定値に制御して、室外側熱交換器３の出
口における冷媒過冷却度Ｔｑｓを前記実施の形態１に記
載した最適値となるように冷媒流量制御装置５の開度を
制御するようにしたものである。

【００６６】この代替検出手段は、圧縮機１の吸入側に
設けた圧縮機吸入ガスの乾き度検出器１６により構成さ
れている。また、制御装置２５は、実施の形態２におけ
る制御装置２１と比較するとこの冷媒流量制御装置５の
制御が異なる。また、この実施の形態５における冷媒回
路は、Ｒ３２の冷媒が充填されており，乾き度ｉの設定
値を０．９５〜１の適宜の値とし、冷房運転時におい
て、圧縮機吸入ガスの乾き度ｉがこの設定値になったと
きに、凝縮器として作用する室外側熱交換器３の出口に
おける冷媒過冷却度Ｔｑｓが前記最適値、すなわち、５
〜１７℃の範囲内となるように、圧縮機１の定格容量、
室外側熱交換器３の大きさ、室内側熱交換器６の大きさ
および冷媒充填量を組み合わせている。

【００６７】一般に、冷媒としてＲ３２を用いた場合、
Ｒ３２の熱物性上の特徴により、冷凍サイクルの吐出圧
力、吐出ガス温度Ｔｄが従来のＲ２２冷媒より高くな
る。例えば、冷媒凝縮温度４５℃、冷媒蒸発温度５℃、
圧縮機吸入ガスの過熱度１０℃、冷媒過冷却度Ｔｑｓ５
℃としたとき、その凝縮圧力、吐出ガス温度Ｔｄおよび
吐出ガスの過熱度Ｔｄｓはそれぞれ、従来のＲ２２を使
用した場合には、１．７３ＭＰａ、７２℃および２７℃
であるのに対して、Ｒ３２を使用した場合には、２．７
９ＭＰａ、８６℃ および４１℃となり、吐出圧力は約
１．６倍、吐出ガス温度Ｔｄは１４℃、吐出ガス過熱度
は１４℃上昇する。また、実際の冷凍空調装置では、さ
らに凝縮温度が高い条件での運転も想定され、吐出圧
力、吐出ガス温度Ｔｄあるいは吐出ガスの過熱度Ｔｄｓ
はさらに上昇が見込まれる。このように、吐出ガス温度
Ｔｄが高くなると、冷凍機油の劣化、圧縮機モーター巻
き線の劣化、各種構造部品の劣化が進行し易くなり、機
器の耐圧設計や圧縮機モータの保護など、装置の信頼性
確保に十分留意する必要がある。

【００６８】しかし、この実施の形態５においては、前
述のごとく、圧縮機吸入ガスの乾き度ｉを０．９５〜１
として圧縮機吸入ガスを湿りとなるように制御すること
により、圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄｓを適性に保持す
ることができる。したがって、この実施の形態５におけ
る場合は、冷房運転時、冷媒過冷却度Ｔｑｓが最適値に
制御されるとともに、圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄｓが
設定値に制御されることによりＣＯＰが改善され、その
分冷凍空調装置を小型化し、冷媒充填量を低減すること
ができる。さらに、吐出ガスの過熱度Ｔｄｓを低く制御
するため、電気機器の過熱損傷が防止される。

【００６９】実施の形態６．次に、実施の形態６につい
て、図７に基づき説明する。なお、実施の形態２と同一
または対応する部分には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。この実施の形態６は、実施の形態２において
冷媒過冷却度Ｔｑｓの制御を変更したもので、その他の
点は実施の形態２と同一である。すなわち、制御装置２
６は、室外側熱交換器３の中間温度検出器８により検出
された凝縮温度Ｔｃと、室外側熱交換器３出口の出口温
度検出器９により検出された液冷媒温度Ｔｑとから、冷
媒過冷却度Ｔｑｓを演算する点については同一である
が、この冷媒過冷却度Ｔｑｓにより容量可変型圧縮機１
の回転数を制御して、室外側熱交換器３の出口における
冷媒過冷却度Ｔｑｓを前記実施の形態１に記載した最適
値となるようにしたものである。なお、この場合、冷媒
流量制御装置５１は、その開度を固定または、冷房負荷
により可変としたものを用いる。

【００７０】このように構成することにより、実施の形
態１の場合と同様の効果を奏することができる。したが
って、冷媒充填量に大きな影響を有する冷媒回路中にお
ける液冷媒の余計な溜まりをなくし、冷媒充填量を低減
することができる。

【００７１】実施の形態７．次に、実施の形態７につい
て、図８に基づき説明する。なお、実施の形態１と同一
または対応する部分には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。この実施の形態７は、実施の形態１における
ヒートポンプ式空気調和装置を分離型としたものであ
り、冷媒流量制御装置を冷房用と暖房用の二つに構成し
た点において基本的に相違する。

【００７２】すなわち、ヒートポンプ式空気調和装置
は、室外ユニットＡと室内ユニットＢとに分離されてい
る。室外ユニットＡには、圧縮機１、四方弁２、室外側
熱交換器３、後述する第１冷媒流量制御装置５ａおよび
第１逆止弁５２が収納されている。また、室内ユニット
Ｂには、室内側熱交換器６、第２冷媒流量制御装置５ｂ
および第２逆止弁５３が収納されている。

【００７３】この冷媒回路における冷媒流量制御装置
は、室外側熱交換器３からの冷媒流れを阻止する第１逆
止弁５２を並列に接続した第１冷媒流量制御装置５ａ
と、この第１冷媒流量制御装置５ａに直列に接続され、
かつ、この第１冷媒流量制御装置５ａからの冷媒流れを
許容する第２逆止弁５３を並列に接続した第２冷媒流量
制御装置５ｂとから構成されている。したがって、冷房
運転時の冷媒流れ方向は、実線の矢印方向であり、圧縮
機１によって圧縮された高圧ガス冷媒は室外側熱交換器
３で冷却され、第１冷媒流量制御装置５ａで減圧され
て、冷媒は液側接続配管３１内を気液２相状態で流れ
る。そして、室内ユニットＢ内に設置された第２冷媒流
量制御装置５ｂを流れずに第２逆止弁５３を流れ、室内
側熱交換器６に流入する。一方、暖房運転時の冷媒流れ
方向は、点線の矢印方向であり、圧縮機１によって圧縮
された高圧ガス冷媒はガス側接続配管３２内を流れ、室
内側熱交換器６で凝縮液化し、第２冷媒流量制御装置５
ｂで減圧されて、液側接続配管３１内を気液２相状態で
流れる。そして、室外ユニットＡ内に設置された第１冷
媒流量制御装置５ａを流れずに第１逆止弁５２を流れ、
室外側熱交換器３に流入する。

【００７４】上記冷暖房運転時において、冷媒流量制御
装置５ａ、５ｂは、前記実施の形態１の場合と同様に制
御される。つまり、冷房運転時は、室外側熱交換器３の
中間温度検出器８で検出された凝縮温度Ｔｃと出口温度
検出器９で検出された液冷媒温度Ｔｑとから凝縮器出口
の冷媒過冷却度Ｔｑｓが算出され、この冷媒過冷却度Ｔ
ｑｓが前述の設定値となるように、制御装置２７によ
り、この冷媒過冷却度Ｔｑｓに基づき第１冷媒流量制御
装置５ａを制御する。また、暖房運転時は、室内側熱交
換器６の中間温度検出器１０で検出された冷媒凝縮温度
Ｔｃと出口温度検出器１１で検出された液冷媒温度Ｔｑ
とから凝縮器出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓが算出され、こ
の冷媒過冷却度Ｔｑｓが前述の設定値となるように、制
御装置２７により、この冷媒過冷却度Ｔｑｓに基づき第
２冷媒流量制御装置５ｂを制御する。

【００７５】したがって、液側接続配管３１内は、冷暖
房いずれの運転においても常に冷媒が気液２相状態で流
れることになるので、液側配管内での冷媒量を低減する
ことができ、接続配管長が長い場合などに冷媒量を低減
する効果をさらに発揮することができる。

【００７６】実施の形態８．次に、実施の形態８につい
て、図９に基づき説明する。なお、実施の形態１と同一
または対応する部分には同一の符号を付しその説明を簡
略化する。この実施の形態８は、実施の形態１における
ヒートポンプ式空気調和装置において、冷媒流量制御装
置５（電動膨張弁）の前後にキャピラリチュ−ブ等の補
助減圧器５４，５５が設けられている。また、蒸発器と
して作用するときの室外側熱交換器３の入口には細い管
径の第１冷媒分配器５６が設けられ、さらに、蒸発器と
して作用するときの室内側熱交換器６の入口には細い管
径の第２冷媒分配器５７が設けられている。したがっ
て、この場合の冷媒流量制御装置５は実施の形態１の場
合に比較し口径の大きなものを使用することになる。

【００７７】以下、動作について説明する。実施の形態
１でも述べたように、Ｒ３２冷媒を使用した場合は、従
来のようにＲ２２を使用する場合より、冷凍サイクルの
吐出圧力、吐出ガス温度が高く、吐出圧力と吸入圧力と
の差圧が大きく、冷媒流量制御装置５での圧力降下も大
きくなる。したがって、実施の形態１の場合に、仮に電
動膨張弁である冷媒流量制御装置５が不動作を起こし
て、全開状態となった場合、この冷媒流量制御装置５に
おける所定の減圧降下が確保できず、圧縮機１に極端な
液戻りを発生する虞がある。しかし、本実施の形態の場
合には、第１補助減圧器５４、第２補助減圧器５５、第
１冷媒分配器５６および第２冷媒分配器５７を備えてい
るため、仮に冷媒流量制御装置５が不動作を起こして
も、ある値の範囲の冷媒流量制御機能を保有しており、
圧縮機１に対し極端な液戻り運転となることがなく、圧
縮機１を故障に追いやるような重大影響を及ぼす運転状
態を防止することができる。また、冷媒流量制御装置５
で減圧すべき値が小さくなるため、主たる冷媒流量制御
装置５の信頼性も向上する。

【００７８】本発明は、次のように変更して具体化する
こともできる。（１）実施の形態１において、室外側熱交換器３およ
び室内側熱交換器６の凝縮器として作用するときの入口
側部３ａ、６ａと出口側部３ｂ、６ｂとのパス数および
伝熱管の管径の差は前述のものに限定されずに適宜変更
することができる。

【００７９】（２）各実施の形態において、使用し得
る冷媒としては、Ｒ３２、Ｒ２９０以外に、ＧＷＰがＲ
３２以下のＲ４１、Ｒ１４３、Ｒ１５２ａ、Ｒ２４５ｃ
ａなどのＨＦＣ系冷媒や、ＧＷＰがＲ３２以下のブタ
ン、イソブタン、エタン、プロピレンなどのＨＣ系冷媒
や、さらには、ＧＷＰがＲ３２以下の空気、炭酸ガス、
アンモニアなどの自然冷媒でもよい。また、これら冷媒
の数種の混合冷媒を用いても、冷媒液密度が小さく、地
球温暖化係数が低く、低ＧＷＰの効果が発揮されるもの
であれば使用できる。また、ＧＷＰがＲ３２以下のＨＦ
Ｃ系冷媒、ＨＣ系冷媒、ＨＥ系冷媒、ＦＣ系冷媒、また
は自然系冷媒と、ＧＷＰがＲ３２以上の冷媒とを混合
し、この混合冷媒のＧＷＰを９００以下としたものであ
ってもよい。また、上記各種冷媒に対して冷凍機油は、
エステル油、エーテル油、フッ素油、鉱油などを用いて
もその信頼性は十分に確保される。

【００８０】（３）実施の形態１、２、６、７，８
は、凝縮器出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓを直接的に検出す
る直接検出手段を設けているが、これを凝縮器出口の冷
媒過冷却度Ｔｑｓに対応して変化する冷媒物性値、例え
ば、室外側熱交換器３あるいは室内側熱交換器６が蒸発
器として作用するときの圧縮機吸入ガスの過熱度Ｔｓ
ｓ、圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄｓまたは圧縮機吸入ガ
スの乾き度ｉ等を検出する代替検出手段とし、凝縮器出
口の冷媒過冷却度Ｔｑｓが略設定値となるように、前記
代替検出手段により検出した検出値に基づき冷媒流量制
御装置５の開度を制御するようにしてもよい。

【００８１】（４）実施の形態１、２、４、６、７，
８において、凝縮器出口の冷媒過冷却度Ｔｑｓを直接的
に検出する直接検出手段として、冷媒凝縮温度Ｔｃを検
出する中間温度検出器８と液冷媒温度Ｔｑを検出する出
口温度検出器９とを設けていたが、この中間温度検出器
８に代えて、凝縮圧力もしくは吐出圧力Ｐｄ測定手段
と、この圧力Ｐｄから飽和温度を演算する手段とを設け
てもよい。

【００８２】（５）実施の形態３において、この実施
の形態３に記載されている圧縮機吐出ガスの過熱度Ｔｄ
ｓの検出方法に代えて、圧縮機の吐出圧力Ｐｄと圧縮機
の吐出ガス温度Ｔｄとを検出して、これら検出値Ｐｄ、
Ｔｄから圧縮機の吐出ガス過熱度Ｔｄｓを算出するよう
にしてもよい。

【００８３】（６）実施の形態８において、冷媒流量
制御装置５の上流側と下流側それぞれに補助減圧器５
４、５５を設け、また、室外側熱交換器３および室内側
熱交換器６の蒸発器として作用するときの入口側に、第
１冷媒分配器５６と第２冷媒分配器５７とをそれぞれ設
けた例を示したが、各々、どちらかひとつだけでも良
い。

【００８４】（７）上記各実施の形態に示した冷凍空
調装置において、圧縮機はどんな形式のもの、例えば、
レシプロ圧縮機（単気筒、複数気筒）、ロータリー圧縮
機（単気筒、複数気筒）、スクロール圧縮機、リニア圧
縮機など、いずれを用いても良い。

【００８５】（８）上記各実施の形態に示した冷凍空
調装置において、室外側熱交換器３および室内側熱交換
器６はプレートフィンチューブタイプの例を示したが、
コルゲートフィンチューブタイプを用いても良い。この
熱交換器は、炉中ろう付けにより製造されるので、ろう
付けが一回で完了し、プレートフィンチューブタイプの
ように数回もろう付けをしないので、ろう付け不良によ
る冷媒漏れの確率が減少し、燃焼性のある冷媒を用いた
ときの安全性をより確保することができる。また、コル
ゲートフィンチューブタイプ熱交換器は、例えばアルミ
ニウムなど同一の材料でできているので、リサイクル性
に優れている。

【００８６】次に、上記各実施の形態に直接関係しない
が、その周辺技術について述べる。まず、燃焼性のある
冷媒を用いた場合の漏れ検出方法について述べる。Ｒ２
９０（プロパン）は、家庭用燃料として用いられてお
り、このガス漏れ検出器により家庭用冷凍空調装置から
の冷媒漏れを検出できるように、何らかの処置を施すこ
とができれば、家庭用冷凍空調装置専用の冷媒漏れ検出
装置を付加する必要がなくなるので、安全な冷凍空調装
置を安価に提供することができる。また、この場合の応
用システム例についてさらに述べる。家庭用電灯線を利
用した燃料用のガス漏れ検出器において、電灯線を通信
線として利用し、冷媒漏れ検出情報を電灯線通信インタ
ーフェースにより電灯線に乗せるようにする。このと
き、電灯線通信インターフェースにおいては、発信機器
のアドレス、送信先機器のアドレス、伝達したい情報を
含んだ内容を送信するものとし、これらデジタル信号を
電灯線に乗せるためのアナログ信号への変換手段を設け
る。また、電灯線に接続された家庭用冷凍空調装置は、
電灯線に乗せられた各種のアナログ信号から、発信機器
のアドレス、送信先機器のアドレス、伝達したい情報を
取り出す通信インターフェースを装備させる。そして、
この通信インターフェースには、アナログ信号をデジタ
ル信号に変換する機能も備えさせる。そして、このデジ
タル信号を基に冷凍空調装置の各アクチュエータを制御
する装置に信号を伝達することにより、圧縮機を停止し
たり、冷媒漏れを警告、表示するなどの冷媒漏れに対応
した処置をとることができる。

【００８７】次に、冷媒漏れ検出装置と燃料用のガス漏
れ検出器を兼用せず、冷媒漏れ検出専用装置を設置する
場合について述べる。冷媒漏れ検出装置は、冷媒が漏れ
たときにその部屋において冷媒が一番よどみやすい場所
に冷媒漏れ検出装置を配置すべきであるので、必ずしも
冷凍空調装置に内蔵、もしくは、冷凍空調装置の周辺に
設置されるとは限られない。したがって、冷媒漏れ検出
装置と冷凍空調装置との間で検出情報に対する情報のや
りとりをする必要が生じる。この場合、前述した電灯線
を通信線として用い、それに対応した前述の通信インタ
ーフェースを用いれば、新たに余分な配線をすることな
く、安全な冷凍空調装置を安価に提供することができ
る。なお、上記においては、電灯線を通信線として用い
る例を示したが、このような電灯線通信インターフェー
スに代わり、電話線通信インターフェースや、赤外線な
どによる無線通信インターフェースを備えてもよい。

【００８８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。本発明
の冷凍空調装置によれば、圧縮機、凝縮器、冷媒流量制
御装置および蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備
えた冷凍空調装置において、冷媒として燃焼性のある冷
媒を用いるとともに、凝縮器出口の冷媒過冷却度を直接
的に検出する直接検出手段と、凝縮器出口の冷媒過冷却
度が略設定値となるように、前記直接検出手段により検
出した検出値に基づき冷媒流量制御装置の開度を制御す
る制御装置とを備えているので、冷媒充填量の確定に対
し影響の大きい液冷媒の余計な溜まりがなくなり、冷媒
充填量が低減される。加えて、凝縮器出口で液冷媒が過
冷却されることによりＣＯＰが向上し、これによっても
冷媒充填量が低減される。したがって、オゾン破壊や地
球温暖化の危険性のない燃焼性冷媒を使用した場合の安
全性を向上させることができる。

【００８９】また、本発明の冷凍空調装置によれば、圧
縮機、凝縮器、冷媒流量制御装置および蒸発器を冷媒配
管で接続した冷媒回路を備えた冷凍空調装置において、
冷媒として燃焼性のある冷媒を用いるとともに、凝縮器
出口の冷媒過冷却度に対応して変化する冷媒物性値を検
出する代替検出手段と、凝縮器出口の冷媒過冷却度が略
設定値となるように、前記代替検出手段により検出した
検出値に基づき冷媒流量制御装置の開度を制御する制御
装置とを備えているので、前記と同様の効果を奏するこ
とができる。

【００９０】また、本発明の冷凍空調装置によれば、容
量可変型圧縮機、凝縮器、冷媒流量制御装置および蒸発
器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備えた冷凍空調装置
において、冷媒として燃焼性のある冷媒を用いるととも
に、凝縮器出口の冷媒過冷却度を直接的に検出する直接
検出手段と、凝縮器出口の冷媒過冷却度が略設定値とな
るように、前記検出手段により検出した検出値に基づき
圧縮機容量を制御する制御装置とを備えているので、こ
の場合も前記と前記と同様の効果を奏することができ
る。

【００９１】また、本発明の冷凍空調装置によれば、容
量可変型圧縮機、凝縮器、冷媒流量制御装置および蒸発
器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備えた冷凍空調装置
において、冷媒として燃焼性のある冷媒を用いるととも
に、凝縮器出口の冷媒過冷却度に対応して変化する冷媒
物性値を検出する代替検出手段と、凝縮器出口の冷媒過
冷却度が略設定値となるように、前記代替検出手段によ
り検出した検出値に基づき圧縮機容量を制御する制御装
置とを備えているので、この場合も前記と同様の効果を
奏することができる。

【００９２】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記凝縮器の出口と前記冷媒流量制御装置との間を、冷
媒を貯留する容器を介することなく冷媒配管のみで接続
したので、液冷媒が溜まる空間部の容積が小さくなり、
冷媒充填量をより一層低減することができる。

【００９３】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記蒸発器の出口と前記圧縮機吸入側との間を、冷媒を
貯留する容器を介することなく冷媒配管のみで接続した
ので、液冷媒が溜まる空間部の容積が小さくなり、冷媒
充填量を低減することができる。

【００９４】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記凝縮器を、伝熱管の内部を高圧冷媒が流通し、この
高圧冷媒と伝熱管外部の冷却源とが熱交換する形式の熱
交換器であり、かつ、凝縮器出口側部の冷媒流通面積を
凝縮器入口側部の冷媒流通面積に比し小さくした構成と
するので、過冷却液冷媒が溜まる部分の容積が小さくな
り、冷媒充填量をさらに減らすことができる。また、こ
れにより冷媒漏れの場合の着火確率を低くし、安全性を
高めた冷凍空調装置を得ることができる。また、凝縮器
出口側部においては、冷媒流速が上昇するので、伝熱管
内冷媒側熱伝達率が向上し、冷凍空調装置のＣＯＰを向
上することができる。したがって、液冷媒が溜まる部分
の容積が低減されることによる液冷媒充填量の低減と、
ＣＯＰが向上して冷凍空調装置が小型化されることによ
る冷媒充填量の低減とを、さらに奏することができる。

【００９５】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記凝縮器出口側部の冷媒流通面積を凝縮器入口側部の
冷媒流通面積に比し小さくした構成として、凝縮器出口
側部の伝熱管内径を凝縮器入口側部の伝熱管内径より小
さくし、あるいは、凝縮器出口側部の伝熱管内径を凝縮
器入口側部の伝熱管内径より小さくしているので、凝縮
器出口側部の冷媒流通面積を凝縮器入口側部の冷媒流通
面積に比し小さくした構成を容易に実現することができ
る。

【００９６】また、本発明の冷凍空調装置においては、
凝縮器出口と冷媒流量制御装置とを接続する配管内径を
凝縮器の伝熱管内径より小さくしているので、凝縮器と
蒸発器との間に形成される過冷却液冷媒の溜まる部分の
容積を小さくすることができ、冷媒充填量をさらに低減
することができ、冷媒が漏洩した場合の着火確率をより
一層低くして、安全性をより一層高めた冷凍空調装置を
得ることができる。

【００９７】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記直接検出手段は、凝縮器中間部の冷媒温度と凝縮器
出口の冷媒温度差から冷媒過冷却度を直接的に検出する
ものであるので、冷媒過冷却度を確実かつ正確に検出す
ることができる。

【００９８】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記直接検出手段に代えて、前記代替検出手段が検出す
る前記冷媒物性値として、圧縮機吸入ガスの過熱度、圧
縮機吐出ガスの過熱度あるいは圧縮機吸入ガスの乾き度
とすることもできる。

【００９９】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記冷媒回路にＲ３２を充填した場合に、前記冷媒過冷
却度の略設定値を５〜２０℃の範囲内としているので、
冷媒放出によるオゾン層の破壊や地球温暖化を防止する
ことができる。また、凝縮器出口の過冷却度が最適値に
制御されるため、冷媒充填量に大きな影響を有する冷媒
回路における液冷媒量の比率を必要最小限とするととも
に、冷凍空調装置のＣＯＰを向上する。この結果、冷媒
回路への冷媒充填量がより一層低減され、冷凍空調装置
の燃焼に対する安全性をより一層向上することができ
る。

【０１００】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２が充填されるととも
に、圧縮機吐出ガスの過熱度が４０℃以下の設定値のと
きに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜２０℃の範囲内
となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大きさ、蒸
発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わされ、前記制
御装置は、圧縮機吐出ガスの過熱度を略前記吐出ガスの
過熱度の設定値となるように冷媒流量制御装置を制御す
るので、冷媒放出によるオゾン層の破壊やや地球温暖化
を防止することができる。また、凝縮器出口の過冷却度
が最適値に制御され、吐出ガス温度が適性に制御され、
冷媒充填量に大きな影響を有する冷媒回路における液冷
媒量の比率を必要最小限にするとともに、冷凍空調装置
のＣＯＰを向上する。この結果、冷媒回路への冷媒充填
量がより一層低減され、冷凍空調装置の燃焼に対する安
全性をより一層向上することができる。併せて、圧縮機
モータ等の電気機器の過熱損傷を防止することができ
る。

【０１０１】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２が充填されていると
ともに、圧縮機吸入ガスの乾き度が１以下の設定値のと
きに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜２０℃の範囲内
となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大きさ、蒸
発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わされ、前記制
御装置は、圧縮機吸入ガスの乾き度が略前記乾き度設定
値となるように冷媒流量制御装置を制御するので、冷媒
放出によるオゾン層の破壊や地球温暖化を防止すること
ができる。また、圧縮機に湿り冷媒を戻すことにより吐
出ガスの温度上昇が抑制されるとともに、凝縮器出口の
過冷却度が最適値に制御されるため、冷媒充填量に大き
な影響を有する冷媒回路における液冷媒量の比率が必要
最小限とし、冷凍空調装置のＣＯＰを向上する。この結
果、冷媒回路への冷媒充填量がより一層低減され、冷凍
空調装置の燃焼に対する安全性をより一層向上すること
ができる。併せて、圧縮機モータ等の電気機器の過熱損
傷を防止することができる。

【０１０２】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記冷媒回路は冷媒としてＲ２９０が充填され、前記冷
媒過冷却度の略設定値が５〜１７℃の範囲内であるの
で、冷媒放出によるオゾン層の破壊や地球温暖化を防止
することができる。また、冷媒過冷却度が最適値に制御
されるので、冷媒充填量に大きな影響を有する冷媒回路
中の液冷媒量の比率を必要最小限とするとともに、冷凍
空調装置のＣＯＰを向上する。この結果、冷媒回路への
冷媒充填量がより一層低減され、冷凍空調装置の燃焼に
対する安全性をより一層向上することができる。

【０１０３】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記冷媒回路は、冷媒としてＲ２９０が充填されている
とともに、圧縮機吸入ガスの過熱度が０℃以上の設定値
で前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜１７℃の範囲内と
なるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大きさ、蒸発
器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わされ、前記制御
装置は、圧縮機吸入ガスの過熱度が略前記圧縮機吸入ガ
スの過熱度の設定値となるように冷媒流量制御装置を制
御するので、冷媒放出によるオゾン層の破壊や地球温暖
化を防止することができる。また、冷媒過冷却度が最適
値に制御されるとともに、圧縮機吐出ガス温度Ｔｄを適
性に保持されることにより、冷媒充填量に大きな影響を
有する冷媒回路中の液冷媒量の比率を必要最小限とし、
冷凍空調装置のＣＯＰを向上する。この結果、冷媒回路
への冷媒充填量がより一層低減され、冷凍空調装置の燃
焼に対する安全性をより一層向上することができる。ま
た、Ｒ２９０を使用しながら、暖房運転時における温風
の温度低下を防止することもできる。

【０１０４】また、本発明の冷凍空調装置においては、
前記冷媒回路は、冷媒としてＲ２９０が充填されている
とともに、圧縮機吐出ガスの過熱度が１５〜４０℃の設
定値のときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜１７℃
の範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝縮器の大
きさ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合わさ
れ、前記制御装置は、圧縮機吐出ガスの過熱度が略前記
吐出ガスの過熱度の設定値となるように冷媒流量制御装
置を制御するので、冷媒放出によるオゾン層の破壊や地
球温暖化を防止することができる。また、冷媒過冷却度
が最適値に制御されるとともに、圧縮機吐出ガス温度Ｔ
ｄを適性に保持されることにより、冷媒充填量に大きな
影響を有する冷媒回路中の液冷媒量の比率を必要最小限
とし、冷凍空調装置のＣＯＰを向上する。この結果、冷
媒回路への冷媒充填量がより一層低減され、冷凍空調装
置の燃焼に対する安全性をより一層向上することができ
る。また、Ｒ２９０を使用しながら、暖房運転時におけ
る温風の温度低下を防止することもできる。

【０１０５】また、前述の冷媒過冷却度、圧縮機吸入ガ
スの過熱度および圧縮機吐出ガスの過熱度は、その設定
値に対し略±１℃以下の範囲で制御されるので、冷媒回
路における必要冷媒量の変動が少なくなり、運転条件の
変化による必要冷媒量の変動を低減し、液戻りや、吸入
ガス過熱度の異常上昇を防止し、冷媒回路への冷媒充填
量をより一層低減することができる。

【０１０６】また、本発明のヒートポンプ式冷凍空調装
置によれば、圧縮機の吐出側に対し四方弁の高圧ポート
を接続し、前記圧縮機の吸入側に対し四方弁の低圧ポー
トを接続し、この四方弁の二つの切換ポート間に熱源側
熱交換器、冷媒流量制御装置、利用側熱交換器を順次接
続し、前記冷媒流量制御装置は、前記四方弁を冷却サイ
クルとして冷却運転するときには熱源側熱交換器出口の
冷媒過冷却度を略設定値とするように制御され、前記第
２冷媒流量制御装置は、前記四方弁を加熱サイクルとし
て加熱運転するときには利用側熱交換器出口の冷媒過冷
却度を略設定値とするように制御されるので、冷却また
は加熱のいずれの運転においても、前述の冷凍空調装置
と同様に、液冷媒が溜まる部分の容積が低減されるとと
もにＣＯＰが向上し、冷媒充填量を低減することができ
る。

【０１０７】また、本発明のヒートポンプ式冷凍空調装
置においては、前記冷媒流量制御装置の前後いずれか一
方にまたは前後それぞれに、補助減圧器を設けたので、
前述の効果に加え、冷媒流量制御装置が不作動となって
全開となるような事故が発生したとしても、極端な液戻
り運転を防止することができ、装置の信頼性が向上す
る。

【０１０８】また、本発明のヒートポンプ式冷凍空調装
置によれば、圧縮機の吐出側に対し四方弁の高圧ポート
を接続し、前記圧縮機の吸入側に対し四方弁の低圧ポー
トを接続し、この四方弁の二つの切換ポート間に熱源側
熱交換器、この熱源側熱交換器からの冷媒流れを阻止す
る第１逆止弁を並列に接続した第１冷媒流量制御装置、
第１冷媒流量制御装置からの冷媒流れ許容する第２逆止
弁を並列に接続した第２冷媒流量制御装置、利用側熱交
換器を順次接続し、前記第１冷媒流量制御装置は、前記
四方弁を冷却サイクルとして冷却運転するときに熱源側
熱交換器出口の冷媒過冷却度を略設定値とするように制
御され、前記第２冷媒流量制御装置は、前記四方弁を加
熱サイクルとして加熱運転するときに利用側熱交換器の
出口の冷媒過冷却度を略設定値とするように制御される
ので、前述のヒートポンプ式冷凍空調装置と同様に冷媒
充填量を低減する効果を奏することに加え、熱源側熱交
換器と利用側熱交換器とを接続する冷媒配管を気液２相
流化することにより、冷媒充填量をさらに低減し、冷媒
漏洩時の着火確立を低くして安全性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図２】この発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置
の最適過冷却度を示すデータを記載した図。

【図３】この発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図４】この発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図５】この発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図６】この発明の実施の形態５に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図７】この発明の実施の形態６に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図８】この発明の実施の形態７に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図９】この発明の実施の形態８に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図。

【図１０】従来の冷凍空調装置の冷媒回路図。

【符号の説明】

１圧縮機、２四方弁、２ａ高圧ポート、２ｂ低
圧ポート、２ｃ、２ｄ切換ポート、３室外側熱交換器
（熱源側熱交換器）、３ａ入口側部、３ｂ出口側部、
５、冷媒流量制御装置、５ａ第１冷媒流量制御装
置、５ｂ第２冷媒流量制御装置、６室内側熱交換器
（利用側熱交換器）、６ａ入口側部、６ｂ出口側
部、８、１０中間温度検出器、９、１１出口温度検
出器、１２外気温度検出器、１３室内空気温度検出
器、２１、２３〜２７制御装置、３１液側接続配
管、３２ガス側接続配管、５１冷媒流量制御装置、
５２，５３逆止弁、５４，５５補助減圧器、Ａ室
外ユニット、Ｂ室内ユニット、ｉ圧縮機吸入ガスの
乾き度、Ｔａｉ室内空気温度、Ｔａｏ室外空気温
度、Ｔｃ冷媒凝縮温度、Ｔｄ圧縮機吐出ガス温度、
Ｔｄｓ圧縮機吐出ガスの過熱度、Ｔｅ冷媒蒸発温
度、Ｔｑ液冷媒温度、Ｔｑｓ冷媒過冷却度、Ｔｓ
圧縮機吸入ガス温度、Ｔｓｓ圧縮機吸入ガスの過熱
度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧野浩招東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 3L092 AA11 AA14 BA01 BA15 DA14 EA04 EA06 FA03 FA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、冷媒流量制御装置およ
び蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備えた冷凍空
調装置において、冷媒として燃焼性のある冷媒を用いる
とともに、凝縮器出口の冷媒過冷却度を直接的に検出す
る直接検出手段と、凝縮器出口の冷媒過冷却度が略設定
値となるように、前記直接検出手段により検出した検出
値に基づき冷媒流量制御装置の開度を制御する制御装置
とを備えていることを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項２】圧縮機、凝縮器、冷媒流量制御装置およ
び蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備えた冷凍空
調装置において、冷媒として燃焼性のある冷媒を用いる
とともに、凝縮器出口の冷媒過冷却度に対応して変化す
る冷媒物性値を検出する代替検出手段と、凝縮器出口の
冷媒過冷却度が略設定値となるように、前記代替検出手
段により検出した検出値に基づき冷媒流量制御装置の開
度を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする
冷凍空調装置。
【請求項３】容量可変型圧縮機、凝縮器、冷媒流量制
御装置および蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備
えた冷凍空調装置において、冷媒として燃焼性のある冷
媒を用いるとともに、凝縮器出口の冷媒過冷却度を直接
的に検出する直接検出手段と、凝縮器出口の冷媒過冷却
度が略設定値となるように、前記検出手段により検出し
た検出値に基づき圧縮機容量を制御する制御装置とを備
えていることを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項４】容量可変型圧縮機、凝縮器、冷媒流量制
御装置および蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路を備
えた冷凍空調装置において、冷媒として燃焼性のある冷
媒を用いるとともに、凝縮器出口の冷媒過冷却度に対応
して変化する冷媒物性値を検出する代替検出手段と、凝
縮器出口の冷媒過冷却度が略設定値となるように、前記
代替検出手段により検出した検出値に基づき圧縮機容量
を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする冷
凍空調装置。
【請求項５】前記凝縮器の出口と前記冷媒流量制御装
置との間を、冷媒を貯留する容器を介することなく冷媒
配管のみで接続したことを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項６】前記蒸発器の出口と圧縮機吸入側との間
を、冷媒液溜めを介することなく冷媒配管のみで接続し
たことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
の冷凍空調装置。
【請求項７】前記凝縮器は、伝熱管の内部を高圧冷媒
が流通し、この高圧冷媒と伝熱管外部の冷却源とが熱交
換する形式の熱交換器であり、かつ、凝縮器出口側部の
冷媒流通面積を凝縮器入口側部の冷媒流通面積に比し小
さくした構成であることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項８】前記凝縮器出口側部の冷媒流通面積を凝
縮器入口側部の冷媒流通面積に比し小さくした構成は、
凝縮器出口側部の伝熱管内径が凝縮器入口側部の伝熱管
内径より小さいことを特徴とする請求項７に記載の冷凍
空調装置。
【請求項９】前記凝縮器出口側部の冷媒流通面積を凝
縮器入口側部の冷媒流通面積に比し小さくした構成は、
凝縮器出口側部の冷媒流路数が凝縮器入口側部の冷媒流
路数より少ないことを特徴とする請求項７に記載の冷凍
空調装置。
【請求項１０】凝縮器出口と冷媒流量制御装置とを接
続する配管内径が、凝縮器の伝熱管内径より小さいこと
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍
空調装置。
【請求項１１】前記直接検出手段は、凝縮器中間部の
冷媒温度と凝縮器出口の冷媒温度差から冷媒過冷却度を
直接的に検出するものであることを特徴とする請求項１
または３に記載の冷凍空調装置。
【請求項１２】前記代替検出手段が検出する前記冷媒
物性値は、圧縮機吸入ガスの過熱度であることを特徴と
する請求項２または４に記載の冷凍空調装置。
【請求項１３】前記代替検出手段が検出する前記冷媒
物性値は、圧縮機吐出ガスの過熱度であることを特徴と
する請求項２または４に記載の冷凍空調装置。
【請求項１４】前記代替検出手段が検出する前記冷媒
物性値は、圧縮機吸入ガスの乾き度であることを特徴と
する請求項２または４に記載の冷凍空調装置。
【請求項１５】前記冷媒回路は冷媒としてＲ３２が充
填され、前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜２０℃の範
囲内であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか
１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１６】前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２が
充填されるとともに、圧縮機吐出ガスの過熱度が４０℃
以下の設定値のときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５
〜２０℃の範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝
縮器の大きさ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み
合わされ、前記制御装置は、圧縮機吐出ガスの過熱度を
略前記吐出ガスの過熱度の設定値となるように冷媒流量
制御装置を制御することを特徴とする請求項１３に記載
の冷凍空調装置。
【請求項１７】前記冷媒回路は、冷媒としてＲ３２が
充填されているとともに、圧縮機吸入ガスの乾き度が１
以下の設定値のときに前記冷媒過冷却度の略設定値が５
〜２０℃の範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝
縮器の大きさ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み
合わされ、前記制御装置は、圧縮機吸入ガスの乾き度が
略前記乾き度設定値となるように冷媒流量制御装置を制
御することを特徴とする請求項１４に記載の冷凍空調装
置。
【請求項１８】前記冷媒回路は冷媒としてＲ２９０が
充填され、前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜１７℃の
範囲内であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれ
か１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１９】前記冷媒回路は、冷媒としてＲ２９０
が充填されているとともに、圧縮機吸入ガスの過熱度が
０℃以上の設定値で前記冷媒過冷却度の略設定値が５〜
１７℃の範囲内となるように、前記圧縮機の容量、凝縮
器の大きさ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填量が組み合
わされ、前記制御装置は、圧縮機吸入ガスの過熱度が略
前記圧縮機吸入ガスの過熱度の設定値となるように冷媒
流量制御装置を制御することを特徴とする請求項１２に
記載の冷凍空調装置。
【請求項２０】前記冷媒回路は、冷媒としてＲ２９０
が充填されているとともに、圧縮機吐出ガスの過熱度が
１５〜４０℃の設定値のときに前記冷媒過冷却度の略設
定値が５〜１７℃の範囲内となるように、前記圧縮機の
容量、凝縮器の大きさ、蒸発器の大きさおよび冷媒充填
量が組み合わされ、前記制御装置は、圧縮機吐出ガスの
過熱度が略前記吐出ガスの過熱度の設定値となるように
冷媒流量制御装置を制御することを特徴とすることを特
徴とする請求項１３に記載の冷凍空調装置。
【請求項２１】前記冷媒過冷却度は、その設定値に対
し略±１℃以下の範囲で制御されることを特徴とする請
求項１〜２０のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２２】前記圧縮機吸入ガスの過熱度は、その
設定値に対し略±１℃以下の範囲で制御されることを特
徴とする請求項１９に記載の冷凍空調装置。
【請求項２３】前記圧縮機吐出ガスの過熱度は、その
設定値に対し略±１℃以下の範囲で制御されることを特
徴とする請求項１６または１９に記載の冷凍空調装置。
【請求項２４】圧縮機の吐出側に対し四方弁の高圧ポ
ートを接続し、前記圧縮機の吸入側に対し四方弁の低圧
ポートを接続し、この四方弁の二つの切換ポート間に熱
源側熱交換器、冷媒流量制御装置、利用側熱交換器を順
次接続し、前記冷媒流量制御装置は、前記四方弁を冷却
サイクルとして冷却運転するときには熱源側熱交換器出
口の冷媒過冷却度を略設定値とするように制御され、前
記冷媒流量制御装置は、前記四方弁を加熱サイクルとし
て加熱運転するときには利用側熱交換器出口の冷媒過冷
却度を略設定値とするように制御されることを特徴とす
るヒートポンプ式冷凍空調装置。
【請求項２５】前記冷媒流量制御装置の前後いずれか
一方にまたは前後それぞれに補助減圧器を設けたことを
特徴とする請求項２４に記載のヒートポンプ式冷凍空調
装置。
【請求項２６】圧縮機の吐出側に対し四方弁の高圧ポ
ートを接続し、前記圧縮機の吸入側に対し四方弁の低圧
ポートを接続し、この四方弁の二つの切換ポート間に熱
源側熱交換器、この熱源側熱交換器からの冷媒流れを阻
止する第１逆止弁を並列に接続した第１冷媒流量制御装
置、第１冷媒流量制御装置からの冷媒流れを許容する第
２逆止弁を並列に接続した第２冷媒流量制御装置、利用
側熱交換器を順次接続し、前記第１冷媒流量制御装置
は、前記四方弁を冷却サイクルとして冷却運転するとき
に熱源側熱交換器出口の冷媒過冷却度を略設定値とする
ように制御され、前記第２冷媒流量制御装置は、前記四
方弁を加熱サイクルとして加熱運転するときに利用側熱
交換器出口の冷媒過冷却度を略設定値とするように制御
されることを特徴とするヒートポンプ式冷凍空調装置。