(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体として２種類以上の冷媒からなる非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器及びアキュームレータを冷媒配管にて環状に連通させて構成される蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、前記アキュームレータに一端を接続し、また前記アキュームレータの出口管路に他端を接続して前記アキュームレータに貯留する液状冷媒を導く補助配管を有し、前記補助配管には前記アキュームレータ側から順に、冷媒流路を開閉する冷媒回路開閉弁と、前記補助配管内を通過する冷媒を加熱する冷媒加熱手段とを具備しており、更に冷凍サイクルの運転状態を検知する運転状態判定手段と、この運転状態に基づいて前記冷媒加熱手段の加熱量を制御する加熱量制御手段と、前記冷媒回路開閉弁の開閉を決定する弁開閉判定手段とを有してなることを特徴とする非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル。
【請求項２】
冷媒加熱手段の配設してある前記補助配管内の冷媒状態を検出する冷媒加熱状態検知手段を有しており、この冷媒状態及び運転状態判定手段で検知された運転状態に基づいて冷媒加熱手段での加熱量を決定することを特徴とする請求項１記載の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル。
【請求項３】
前記補助配管上で前記冷媒加熱手段の流路下側において、前記冷媒加熱手段により加熱された冷媒の状態を検知する第１冷媒状態検知手段と、前記補助配管内の冷媒を再熱するための再熱用冷媒加熱手段と、前記再熱用冷媒加熱手段通過後の冷媒状態を検知する第２冷媒状態検知手段とを前記冷媒加熱手段の方から順に配設してなり、さらに前記第１冷媒状態検知手段及び第２冷媒状態検知手段の信号と前記加熱量判定手段で判定された加熱量を検知し加熱量の補正を行う加熱量補正手段とを有してなることを特徴とする請求項１記載の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル。
【請求項４】
前記補助配管の管径は前記冷媒加熱手段配設部を境にして下流側で太くなることを特徴とする請求項１または３記載の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル。
【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冷凍サイクルに係るものであり、詳しくは圧縮機吸入部のアキュームレータ内部での気液分離による循環冷媒組成の封入冷媒組成に対する変位を防止するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、オゾン層破壊の観点からＣＦＣ系Ｒ１２、Ｒ１１３等を含む特定フロンの１９９５年末全廃が決定しており、またＣＦＣ系に比べてオゾン破壊係数が比較的小さいＨＣＦＣ系フロン類についても近い将来の全廃が唱えられている。そこで現在空気調和機用の冷媒として着目されているのがオゾン破壊を引き起こさないＨＦＣ系冷媒である。しかしながらＨＦＣ系冷媒単体で既存のＲ２２を性能的に上回るものはなく、従ってＨＦＣ混合系冷媒、なかでも非共沸の混合冷媒系が現冷媒の代替有力候補とされている。さて、凝縮器出口側に発生する過冷却域や、アキュームレータなどには冷媒が液状態で貯溜することがあるが、非共沸混合冷媒を冷凍サイクルの作動流体とした場合には、貯留する液冷媒の組成は高沸点成分の組成が相対的に高くなることが知られている。即ち、冷凍サイクル内部で液溜りを生じる場合、冷媒のサイクル内循環冷媒組成としては低沸点成分の組成が高くなるわけである。
【０００３】
現在一般に、家庭用または産業用に用いられている冷凍機のような蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成について図１４を用いて説明する。図１４において、５１は圧縮機、５２は凝縮器、５３は減圧装置、５４は蒸発器であり、５５はアキュームレータである。従来、前記のような蒸気圧縮式冷凍サイクルでは圧縮機５１に液冷媒が流入して、液圧縮のために圧縮機構が破損しないようにするため、気液分離を目的としてアキュームレータ５５を配設している。この構造を図１５を用いて説明する。冷凍サイクルを流れる冷媒は蒸発器を出たあと頂部からアキュームレータ５５に流入し、内部で気液分離され、液冷媒はアキュームレータ５５内部に貯溜し、ガス冷媒だけがアキュームレータ出口管５６により圧縮機５１に誘導され、圧縮機５１においては極力ガス冷媒だけが圧縮されるような構造がとられている。
【０００４】
しかしながら、従来のようにＲ２２のような単一冷媒を作動流体として場合はもちろん、Ｒ５０２のような共沸の混合冷媒を作動流体とした場合には液溜りの発生による循環冷媒の組成変化は生じなかったが、非共沸混合冷媒を作動流体とする冷凍サイクルの場合、アキュームレータ５５の内部に液溜りを生じると、低沸点成分組成の高いガス冷媒がアキュームレータ出口管５６へ導かれ冷凍サイクル内を循環する一方、高沸点成分組成の高い液冷媒はアキュームレータ５５の内部に貯溜することになる。即ちアキュームレータ内への貯溜液冷媒量の変化に応じて冷凍サイクル内を循環する混合冷媒の組成が変化してしまい次のような課題が生じることになる。
【０００５】
すなわち、まず第一に滞留液冷媒量の大小に応じ、冷媒物性の変化にともなう冷凍能力の変動が生じるのである。また第二に非共沸混合冷媒の成分にＲ３２のような低沸点の可燃性冷媒が含まれている場合には、万が一冷凍サイクルから冷媒がリークしてしまう場合、可燃性成分が漏洩することになり危険性大である。通常、可燃性を考慮して各成分の混合比が決定され、その組成に従って冷凍サイクル内に封入されているが、液溜りの発生のため循環組成が可燃性成分の低沸点冷媒の比率大となった場合に冷凍サイクルの途中でリークが発生すると低沸点成分がより多く含まれたガス冷媒が漏れる可能性があり、可燃性の危険が増大するということになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて作動流体の組成変化を防止する主旨の発明として、優先権主張番号、特願平５−２９０９８９（優先日は平成５年１１月１９日）なる「冷凍装置」がある。同発明によると、アキュームレータには流入する冷媒またはその内部に貯留する冷媒を加熱・気化させるための加熱器が配設されており、冷媒貯留に対応してフロートスイッチが入り、加熱作業を行うように構成されているものである。
【０００７】
しかしながら、上記冷凍装置ではアキュームレータでの液冷媒貯留量にかかわらず一定の加熱器への入力供給であるため、貯留量が少ない場合でも所定量の加熱をしてしまい、過剰なエネルギーを供給することになる可能性がある。また、多量の液冷媒が貯留している場合には極力早く気化させるべきところ、一定の入力のため時間がかかることになる。更には、液冷媒貯留を検知し加熱器を作動させるためにアキュームレータの中にフロートスイッチなどの複雑な構成を組み込む必要がある。
【０００８】
本発明は前記課題に鑑み、簡単な装置構成で、気液分離器としてはたらくアキュームレータの内部に貯溜する高沸点成分組成の高い液冷媒を冷凍サイクルの状態に応じて効率的に加熱、気化し、低沸点成分の組成の高いガス冷媒と混合したあと圧縮機に吸入されるように構成するため、液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が封入時の混合組成から変化しない非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、作動流体として２種類以上の冷媒からなる非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器及びアキュームレータを冷媒配管にて環状に連通させて構成される蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、前記アキュームレータの冷媒を加熱する冷媒加熱手段と、前記冷媒加熱手段の加熱量を制御する加熱量制御手段と、冷凍サイクルの運転状態を検知する運転状態検知手段と、冷凍サイクルの運転状態に基づいて前記冷媒加熱手段での加熱量を決定する加熱量判定手段とを有するものである。
【００１１】
また、本発明の他の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、前記アキュームレータに一端を接続し、また前記アキュームレータの出口管路に他端を接続しして前記アキュームレータに貯留する液状冷媒を導く補助配管を有し、前記補助配管には前記アキュームレータ側から順に、冷媒流路を開閉する冷媒回路開閉弁と、前記補助配管内を通過する冷媒を加熱する冷媒加熱手段とを具備しており、更に冷凍サイクルの運転状態を検知する運転状態判定手段と、この運転状態に基づいて前記冷媒加熱手段の加熱量を制御する加熱量制御手段と、前記冷媒回路開閉弁の開閉を決定する弁開閉判定手段とを有するものである。
【００１２】
また、本発明の他の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、冷媒加熱手段の配設された補助配管内の冷媒状態を検出する冷媒加熱状態検知手段を有しており、この冷媒状態及び運転状態判定手段で検知された運転状態に基づいて冷媒加熱手段での加熱量を決定することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の他の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、前記補助配管上で前記冷媒加熱手段の流路下側において、前記冷媒加熱手段により加熱された冷媒の状態を検知する第１冷媒状態検知手段と、前記補助配管内の冷媒を再熱するための再熱用冷媒加熱手段と、前記再熱用冷媒加熱手段通過後の冷媒状態を検知する第２冷媒状態検知手段とを前記冷媒加熱手段の方から順に配設してなり、さらに前記第１冷媒状態検知手段及び第２冷媒状態検知手段の信号と前記加熱量判定手段で判定された加熱量を検知し加熱量の補正を行う加熱量補正手段とを有してなるものである。
【００１４】
また、本発明の他の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、前記補助配管の管径は前記冷媒加熱手段配設部を境にして下流側で太くするものである。
【００１５】
【作用】
本発明は前記構成により次に示すような作用を有する。
【００１６】
すなわち、アキュームレータの内部に貯溜する高沸点成分組成の高い液冷媒を冷凍サイクルの運転状態に応じて所定の加熱量により気化させ、気相中の低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合して圧縮機に導くことにより、簡単で安価な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルで、アキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００１７】
また、圧縮機運転容量の検知により、その運転容量の場合には冷媒の圧縮機吸入への流入量はどれくらいであり、その場合どの程度の液冷媒を気化させれば循環冷媒組成を封入冷媒組成に維持することができるかということを予め実験などにより把握しておき、その圧縮機運転容量と液冷媒加熱量との相関をデータとして前記加熱量判定手段に保持し、逐次圧縮機運転容量に応じて加熱量を変化させることで、簡単で安価な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００１８】
また、補助配管を施してこの配管上で加熱しアキュームレータ出口管において低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することで、アキュームレータ内で直接液冷媒の加熱を行わないようにし、アキュームレータ内気液界面での気液平衡状態をより安定に保ち、アキュームレータ出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させることが可能となる。そして、上記のようにして安定した組成でアキュームレータ出口管に流れてくる低沸点成分組成の高いガス冷媒に対して高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量を前記冷媒加熱手段での加熱量で正確にコントロールして混合することにより、両ガス冷媒を混合したときの組成をより正確に制御できるため、簡単な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００１９】
また、補助配管を施してこの配管上で加熱しアキュームレータ出口管において低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することで、液冷媒の加熱を直接アキュームレータ内で行わないようにしてアキュームレータ内気液界面での気液平衡状態をより安定に保ち、アキュームレータ出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させることが可能となる。また、圧縮機運転容量と液冷媒加熱量との相関をデータとして前記加熱量判定手段に保持し、逐次圧縮機運転容量に応じて加熱量をコントロールし、さらに安定した組成でアキュームレータ出口管に流れてくる低沸点成分組成の高いガス冷媒に対して高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量に対して高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量を前記冷媒加熱手段での加熱量で正確にコントロールして混合することにより両ガス冷媒を混合したときの組成をより正確に制御できるため、簡単な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００２０】
また、前記第１及び第２冷媒状態検知手段の間の冷媒状態変化を検知することによりその状態変化の程度によって前記補助配管上の再熱用加熱手段の位置を通過している冷媒は完全に気化しているか、またはまだ未気化冷媒が存在するのかということを正確に判断し、未気化冷媒が存在すると判断された場合は液冷媒の圧縮機への吸入を防止するために前記加熱手段での加熱量を大きくするように制御することで、前記圧縮機での液圧縮を未然に防止することができる。
【００２１】
また、前記補助配管の管径を前記冷媒加熱手段位置で下流側が太くなるように変化させるようにすることにより、気化された冷媒の圧縮機吸入方向への輸送をスムーズに行うことができるようになると共に、前記冷媒加熱手段での液冷媒の気化膨張に伴うガス冷媒の逆流を防止し前記冷媒加熱手段の配管部分への液冷媒の供給を安定して行うことが可能となり、低沸点成分組成の高いガス冷媒との混合に対してより安定した低沸点成分組成の高いガス冷媒の供給を図ることが可能となる。
【００２２】
なお、前記冷媒加熱手段として電気ヒータを用いることにより、次に示すようなメリットが生じる。まず加熱部分を圧縮機や凝縮器と熱交換的に配設するといった複雑な構成を必要とせず、メンテナンスが容易になる。また加熱量は電気入力をコントロールすることで簡単な装置できめ細かく制御できるため、他の熱源に比べて優れた制御性を有することができ微妙な温度変化での冷媒気化量調整が可能となる。しかも火炎を伴わず燃料も使用しないので、作動流体である混合冷媒の一成分としてＲ３２、Ｒ１４３ａのような可燃性ガスが用いられた場合の加熱源としての使用においてバーナなどに比べて安全であり、さらにその加熱源（電力）の供給は通常冷凍機本体が電気により駆動されるため機器本体から簡単な配線によって容易に入手できるようになるため装置構成を複雑にしないようにするには電気ヒータが最適である。従って、電気ヒータを加熱手段として適用することにより、装置構成が簡単になり、制御性がよく、安全な加熱を行うことができるようになる。
【００２３】
【実施例】
以下添え付け図面を参照し、本発明の具体的実施例の説明を行う。なお、以下の実施例は本発明を具体化した一例であり、本発明の包括範囲を限定する内容のものではない。
【００２４】
まず本発明の第１の実施例について図１、図２および図３を用いて説明する。まず図１は本発明の冷凍サイクルの構成模式図であり、１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧装置、４は蒸発器、５はアキュームレータであり、これらの要素が冷媒接続配管により環状に連接されて冷凍サイクルを構成する。図２は本発明の第１の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図であり、６はアキュームレータ出口管、７はアキュームレータに貯溜した液冷媒を加熱気化させる冷媒加熱装置、８は冷媒加熱装置７の加熱量をコントロールする加熱量制御装置、９は圧縮機１のＯＮ／ＯＦＦや運転モード等の冷凍サイクル運転状態を検知して加熱量判定装置１０ａに対して検知した運転モード、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦの情報を送信するマイコンである。さらに加熱量判定装置１０ａは判定した加熱量情報を加熱量制御装置８に送信するように接続されている。一般に沸点の異なる２種類以上の成分からなる混合冷媒が冷凍サイクル内で液溜りを生じた場合、気液分離されたガス冷媒と液冷媒はそれぞれ低沸点成分、高沸点成分が相対的に高くなった組成になる。圧縮機吸入において一定の過熱度が保たれるような過熱度制御がされていない冷凍サイクルでアキュームレータ５に液冷媒が貯溜する場合、やはり液冷媒組成は高沸点成分組成が高くなり、従って循環冷媒組成は低沸点成分に富むことになる。従って、アキュームレータ内の高沸点成分に富む液冷媒を気化させ、高沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することにより循環冷媒組成を封入時の冷媒組成に保つことができる。この場合、冷凍サイクルの循環冷媒量が大きいほどアキュームレータへの液溜りが少なく、よって気化させるべき液冷媒量は少ないが、逆に循環冷媒量が小さいときはアキュームレータへの液溜りが多くなるため気化させるべき液冷媒量は多くなる。
【００２５】
図３は本発明の第１の実施例における制御フローチャートである。以下図３を用いて具体的に第１の実施例を説明する。まず冷凍サイクルが運転されるとマイコン９ａにより運転モード及び圧縮機の運転状態ＯＮ／ＯＦＦが検知されると、加熱量判定装置１０にその情報が送信された運転モードに対応する加熱量が判断される。ここで圧縮機の運転がＯＮの場合、加熱量制御装置８に加熱量データが引き渡されて冷媒加熱装置７がＯＮとなり加熱が開始される。また圧縮機がＯＦＦ状態の場合は冷媒加熱装置７への通電が絶たれて気化作業が停止される。
【００２６】
以上のようにして、アキュームレータの内部に貯溜する高沸点成分組成の高い液冷媒を所定の加熱量により気化させ、気相中の低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合して圧縮機に導くことにより、簡単で安価な構成により、しかも効率的に非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００２７】
次に本発明の第２の実施例について図４、図５を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図であり、図５は加熱量判定装置１０ｂに格納されている圧縮機運転周波数に対する冷媒加熱装置の加熱量の相関例を表すグラフである。図４において第１の実施例との相違点は容量可変型圧縮機を有する冷凍サイクルで、圧縮機運転周波数を検知する圧縮機周波数検出装置１１を有し、圧縮機運転周波数に対して例えば図５のような相関関係をもって加熱量を判定し、加熱量制御装置８に加熱量を引き渡す加熱量判定装置１０ｂを有することである。ここで図５のような圧縮機運転周波数に対する冷媒加熱量の相関は予め実験により適する値が表形式または線形化式のような形で用意され加熱量判定装置１０ｂに格納されている。また、この相関関係は各運転モード毎に相関が異なる場合は複数並列に存在することもある。操作については第１の実施例の場合運転モードに対してそれぞれ設定されている加熱量を加熱量判定装置１０ａにおいて判定するのに対し、本実施例では加熱量判定装置１０ｂは運転モードだけでなく、各運転モードに対して用意された運転周波数と加熱量の相関関係により加熱量を判定する点が異なっている。しかし、加熱量判定経過以外においては図２に示されるフローチャートでの操作と同様であるので省略する。
【００２８】
以上のようにして、圧縮機運転容量の検知により、その運転容量の場合冷媒の圧縮機吸入への流入量はどれくらいであり、その場合どの程度の液冷媒を気化させれば循環冷媒組成を封入冷媒組成に維持することができるかということを予め実験などにより把握しておき、その圧縮機運転容量と液冷媒加熱量との相関をデータとして前記加熱量判定手段に保持し、逐次圧縮機運転容量に応じて加熱量を変化させることで、簡単で安価な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施例について図６、図７を用いて説明する。図６は本発明の第３の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図であり、図７は本発明の第３の実施例における制御フローチャートである。１２は補助配管でありその一端はアキュームレータ５に接続され、アキュームレータ５内の液冷媒が誘導されるような位置に配設されており、また他端はアキュームレータ出口管６に接続されている。また１３はアキュームレータ５から補助配管１２に誘導される液冷媒の流路を開閉する電磁開閉弁であり、その開閉は電磁弁制御装置１４によって行われる。また７は補助配管１２を流れる液冷媒を加熱する冷媒加熱装置であり、その加熱量は加熱量制御装置８によって制御される。また、１５は冷媒加熱装置７の配設してある部分の補助配管の配管温度を検知するサーミスタである。９は冷凍サイクルの運転モードや圧縮機１のＯＮ／ＯＦＦの情報を検知するマイコンであり、１０ｃはマイコン９からの運転モードや圧縮機運転状態の情報を受信して加熱量を判定すると共に電磁弁の開閉を判断し、それぞれ加熱量制御装置８及び電磁弁制御手段１４に送信する加熱量及び弁開閉判定装置である。また電磁弁制御装置１４と加熱量制御装置８はサーミスタ１５で検知される温度Ｔ１が設定値ＴＨを越えるとそれぞれ電磁開閉弁１３は閉に、加熱量制御手段８は加熱量をゼロにするようにはたらくようになっている。ここで温度ＴＨとは補助配管１２に液冷媒が存在せずガス冷媒のみを加熱している状態であることを判定する基準温度であり経験的に一定の値が設定されている。また後述する温度基準ＴＬは液冷媒が蒸発するのに必要な最低熱量を確保するように経験的に設定された温度であり、電磁弁１３が開の場合と閉の場合とでは加熱状態が異なるため異なる値が設定されている。
【００３０】
以上のような装置構成により循環冷媒組成を封入冷媒組成に維持する操作方法及び作用について図７を用いて説明する。装置電源がＯＮされると圧縮機１の運転状態がマイコン９によって検知され、圧縮機がＯＦＦ状態の場合は液冷媒が圧縮機１の吸入に流れ込まないように電磁開閉弁１３が閉にするように加熱量及び弁開閉判定装置１０ｃから電磁弁制御装置１４に対して指令される。一方圧縮機１がＯＮの場合は加熱量及び弁開閉判定装置１０ｃは加熱量制御装置８に対して運転モードに対応した冷媒加熱量を出力するように制御信号を送信し、冷媒加熱装置７での加熱が開始される。いまサーミスタ１５で検知された温度が設定値ＴＬ未満であった場合は液冷媒が十分に気化される状態ではないと判断されて電磁開閉弁１３は閉にされ、一方設定値ＴＨ以上であった場合は現在補助配管１２を通過しているのは液冷媒ではなくガス冷媒であるという判断を下してアキュームレータ５には現在液冷媒がないことを検知すると共に電磁弁制御装置１４は電磁開閉弁１３を閉にし、加熱量制御装置８は加熱量を０にするようにはたらき冷媒加熱装置８での過熱を防止する。以上のようにして電磁開閉弁１３が閉にされ、冷媒加熱装置の出力が０になった状態は加熱量制御装置８の持つタイマーにより遅延がかけられ復帰信号の出力によって解除される。またＴ１がＴＬ以上ＴＨ未満であった場合は電磁弁制御手段１４は開信号を電磁開閉弁１３に対して出力することにより補助配管を液冷媒が流れるようになり、Ｔ１がＴＬ以上ＴＨ未満である限り加熱気化は行われる。
【００３１】
以上のようにして、補助配管を施してこの配管上で加熱しアキュームレータ出口管において低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することで、アキュームレータ内で直接液冷媒の加熱を行わないようにしてアキュームレータ内気液界面の気液平衡状態をより安定に保ち、アキュームレータ出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させることが可能となる。また、上記のようにして安定した組成でアキュームレータ出口管に流れてくる低沸点成分組成の高いガス冷媒に対して高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量を前記冷媒加熱手段での加熱量で正確にコントロールして混合することにより、両ガス冷媒を混合したときの組成をより正確に制御できるため、簡単な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００３２】
なお、前記タイマーは加熱量制御装置だけでなく電磁弁制御装置１７や加熱量及び弁開閉判定装置１０ｃにあっても同様である。
【００３３】
次に本発明の第４の実施例について図８、図９及び図１０を用いて説明する。図８は本発明の第４の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図であり、図９は本発明の第４の実施例における制御フローチャートであり、図１０は圧縮機運転周波数に対する流量可変弁の弁開度の相関例を表すグラフである。まず図８において第３の実施例との相違点は容量可変型圧縮機を有する冷凍サイクルで、図６における電磁開閉弁１３及びその駆動装置である電磁弁制御装置１４の代わりに、所定の可変幅でステップ的にその開度を連続可変することができる流量可変弁１６と、流量可変弁１６の駆動制御を行う流量可変弁制御装置１７と圧縮機運転周波数を検知する圧縮機運転周波数検出装置１１とを有し、さらに冷凍サイクルの運転モードや圧縮機１の運転周波数をそれぞれマイコン９及び圧縮機運転周波数検出装置１１より受信し、運転モード、圧縮機運転周波数に対応した冷媒過熱装置７での加熱量及び流量可変弁での弁開度をそれぞれ加熱量制御装置８及び流量可変弁制御装置１７に送信する加熱量及び弁開度判定装置１０ｄとを有することである。加熱量及び弁開度判定装置１０ｄは例えば図６に示されるような圧縮機運転周波数と加熱量の相関関係と図１０に示されるような圧縮機運転周波数と流量可変弁開度の相関関係を有しており、圧縮機の運転周波数に基づいて実験などによって得られた値が格納されている。
【００３４】
以上のような装置構成により循環冷媒組成を封入冷媒組成に維持する操作方法について図９を用いて説明する。運転が開始されるとマイコン９により運転モードが、また圧縮機運転周波数検出装置１１により圧縮機運転周波数が検知される。圧縮機運転周波数が０でない場合は加熱量及び弁開度判定装置１０ｄに運転モードおよび圧縮機運転周波数が送信されて運転周波数に対応する加熱量と流量可変弁開度がそれぞれ加熱量制御装置８と流量可変弁制御装置１７に送信され待機状態になる。次に加熱量制御装置８より最適冷媒加熱量での加熱が開始されサーミスタ１５で検知される温度Ｔ１が所定値ＴＬより小さいとき加熱量不足という判断で流量可変弁１６は全閉状態になるように流量可変弁制御装置１７によって駆動され、またＴ１がＴＬとＴＨの間であるとき、加熱量及び弁開度判定装置１０ｄから送信された弁開度になるように流量可変弁制御装置１７が流量可変弁１６を駆動する。さらにＴ１がＴＨ以上になった場合には液冷媒の供給不足の判定がくだされ流量制御弁１７は全閉に駆動され、冷媒加熱装置７はＯＦＦされる。圧縮機の運転がＯＦＦであると検知された場合も液冷媒供給不足の判定がなされた場合と同様の制御がなされる。この状態からの復帰は加熱量制御装置８の有するタイマーによって一定時間待機され、その後通常の制御ループに復帰する。
【００３５】
以上のようにして、補助配管を施してこの配管上で加熱しアキュームレータ出口管において低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することで、液冷媒の加熱を直接アキュームレータ内で行わないようにしてアキュームレータ内気液界面での気液平衡状態をより安定に保ち、アキュームレータ出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させることが可能となる。また、圧縮機運転容量と液冷媒加熱量との相関をデータとして前記加熱量判定手段に保持し、逐次圧縮機運転容量に応じて加熱量をコントロールし、さらに安定した組成でアキュームレータ出口管に流れてくる低沸点成分組成の高いガス冷媒に対して高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量に対して高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量を前記冷媒加熱手段での加熱量で正確にコントロールして混合することにより両ガス冷媒を混合したときの組成をより正確に制御できるため、簡単な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００３６】
次に本発明の第５の実施例について図１１、図１２を用いて説明する。図１１は本発明における未気化冷媒検出機構の模式図であり、図１２は検知された温度差と加熱量補正値との相関例を表すグラフである。図１１に示すように、第５の実施例においては基本構成は第３の実施例または第４の実施例で説明した構成に加えて、さらに補助配管１２上で冷媒加熱装置７より下流側において、冷媒加熱装置７によって加熱された冷媒温度を検知するサーミスタ１８と、所定の加熱量で加熱を行う再加熱装置１９と、加熱装置１９によって加熱された冷媒温度を検知するサーミスタ２０とを冷媒加熱装置７の側から順に配設し、またサーミスタ１８とサーミスタ２０の温度を比較して、温度差が所定値以下であれば未気化冷媒があると判断して加熱量制御装置８に対して所定量の加熱量を付加するように指令をおこなうマイコン２１とが配設されている。次に本発明の実施例における操作について説明する。冷媒加熱装置７で加熱された冷媒の温度Ｔ１をサーミスタ１９で測定し、またサーミスタ１９通過後の冷媒に対して再加熱装置２０で再加熱された冷媒の温度Ｔ２をサーミスタ２１で検知する。次にマイコン２１においてＴ１とＴ２が比較され、その差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１＞０）が未気化冷媒存在判別境界値ΔＴＪ以上であれば補助配管１２を通過している冷媒に未気化の液冷媒は存在しないと判定して、加熱量制御手段８において現状の加熱量を維持するが、ΔＴ＜ΔＴＪとなった場合、未気化冷媒の存在を判定して加熱量制御装置８に対して現在の加熱量Ｑに補正値δを加えた加熱量Ｑ’（＝Ｑ＋δ）で加熱を行うようにフィードバックする。ここで未気化冷媒存在判別境界値ＴＪは、例えば補助配管１２を通過する冷媒の乾き度が少なくとも圧縮機に吸入されるガスとして必要な乾き度になるように実験などに基づいて設定される。また加熱量補正値δは例えば図１２に示されるように温度差ΔＴに対して実験などに基づいて例えば線形式や表の形でマイコン２１に与えられている。
【００３７】
以上のように、前記第１及び第２冷媒状態検知手段の間の冷媒状態変化を検知することによりその状態変化の程度によって前記補助配管上の再熱用加熱手段の位置を通過している冷媒は完全に気化しているか、またはまだ未気化冷媒が存在するのかということを正確に判断し、未気化冷媒が存在すると判断された場合は液冷媒の圧縮機への吸入を防止するために前記加熱手段での加熱量を大きくするように制御することで、前記圧縮機での液圧縮を未然に防止することが可能となる。
【００３８】
次に本発明の第６の実施例について図１３を用いて説明する。構成としては補助配管１２において冷媒加熱装置の設置されている部分から下流側の配管径を上流よりも管径を大きくするように構成する。これにより補助配管における圧力損失を低減し、配管系が一定の場合に比べて冷媒加熱装置７において気化されたガス冷媒はよりスムーズに圧縮機１の方へ導かれる様になる。
【００３９】
以上のように、前記補助配管の管径を前記冷媒加熱手段位置で下流側が太くなるように変化させるようにすることにより、気化された冷媒の圧縮機吸入方向への輸送をスムーズに行うことができるようになると共に、前記冷媒加熱手段での液冷媒の気化膨張に伴うガス冷媒の逆流を防止し前記冷媒加熱手段の配管部分への液冷媒の供給を安定して行うことが可能となり、低沸点成分組成の高いガス冷媒との混合に対してより安定した低沸点成分組成の高いガス冷媒の供給を図ることが可能となる。
【００４０】
なお、本発明に適用しうる冷媒加熱装置としてはガスバーナ、ヒートパイプによる熱移動、圧縮機や凝縮器との熱交換的な配置による加熱などが考えられるが、冷媒加熱装置として電気ヒータを用いることにより以下のようなメリットが生まれる。すなわち、第１にヒートパイプによる熱移動、圧縮機や凝縮器との熱交換的な配置による加熱の場合に比べて装置の設置が簡単でありしかもメンテナンスに関しては取り外して交換するだけというように簡単な作業で済むように構成することが可能になる。また第２に電気回路上で電圧や抵抗値をコントロールするといった作業で加熱量がきめ細かくコントロールできるため補助配管での微妙な加熱量変化を必要とする場合など他の熱源に比べて格段に優れた制御性を有することができるようになる。また第３に燃料や火炎を伴わないので安全性はガスバーナなどに比べて高く、そして第４に熱源である電力は装置の電源部分や制御用プリント基板の端子などから簡単な配線で供給することができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
前記実施例より明らかなように、本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、アキュームレータの内部に貯溜する高沸点成分組成の高い液冷媒を、運転状態に応じて所定の加熱量により気化させ、気相中の低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合して圧縮機に導くことにより、簡単で安価な構成により、しかも効率的に非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００４２】
また、本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、圧縮機運転容量の検知により、その運転容量の場合冷媒の圧縮機吸入への流入量はどれくらいであり、その場合どの程度の液冷媒を気化させれば循環冷媒組成を封入冷媒組成に維持することができるかということを予め実験などにより把握しておき、その圧縮機運転容量と液冷媒加熱量との相関をデータとして前記加熱量判定手段に保持し、逐次圧縮機運転容量に応じて加熱量を変化させることで、簡単で安価な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００４３】
また、本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、補助配管を施してこの配管上で加熱しアキュームレータ出口管において低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することで、液冷媒の加熱を直接アキュームレータ内で行わないようにしてアキュームレータ内気液界面での気液平衡状態をより安定に保ち、アキュームレータ出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させることが可能となるため、これに対して混合させる高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量を前記冷媒加熱手段への入力で正確にコントロールすることにより、両ガス冷媒を混合したときの組成を正確に制御できるため、簡単な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００４４】
また、本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、補助配管を施してこの配管上で加熱しアキュームレータ出口管において低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合することで、液冷媒の加熱を直接アキュームレータ内で行わないようにしてアキュームレータ内気液界面での気液平衡状態をより安定に保ち、アキュームレータ出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させることが可能となるため、これに対して混合させる高沸点成分組成の高いガス冷媒の流量を前記冷媒加熱手段への入力で正確にコントロールすることで両ガス冷媒を混合したときの組成を正確に制御でき、さらに圧縮機運転容量の検知により、その運転容量の場合冷媒の圧縮機吸入への流入量はどれくらいであり、その場合どの程度の液冷媒を気化させれば循環冷媒組成を封入冷媒組成に維持することができるかということを予め実験などにより把握しておき、その圧縮機運転容量と液冷媒加熱量との相関をデータとして前記加熱量判定手段に保持し、逐次圧縮機運転容量に応じて加熱量をコントロールすることにより、簡単な構成により非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルでアキュームレータ内部に液冷媒の貯溜がある場合でも冷凍サイクル内の循環冷媒組成が高沸点成分組成大にならず、より精度よく封入冷媒組成に一定化することが可能になる。
【００４５】
また、本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、前記第１及び第２冷媒状態検知手段の間の冷媒状態変化を検知することによりその状態変化の程度によって前記補助配管上の再熱用加熱手段の位置を通過している冷媒は完全に気化しているか、またはまだ未気化冷媒が存在するのかということを正確に判断し、未気化冷媒が存在すると判断された場合は液冷媒の圧縮機への吸入を防止するために前記加熱手段での加熱量を大きくするように制御することで、前記圧縮機での液圧縮を未然に防止することが可能となる。
【００４６】
また、本発明の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルは、前記補助配管の管径を前記冷媒加熱手段位置で下流側が太くなるように変化させるようにすることにより、気化された冷媒の圧縮機吸入方向への輸送をスムーズに行うことができるようになると共に、前記冷媒加熱手段での液冷媒の気化膨張に伴うガス冷媒の逆流を防止し前記冷媒加熱手段の配管部分への液冷媒の供給を安定して行うことが可能となり、低沸点成分組成の高いガス冷媒との混合に対してより安定した低沸点成分組成の高いガス冷媒の供給を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍サイクル構成模式図
【図２】本発明の第１の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図
【図３】本発明の第１の実施例における制御フローチャート
【図４】本発明の第２の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図
【図５】本発明の第２の実施例における圧縮機運転周波数と冷媒加熱装置での加熱量の相関例を表すグラフ
【図６】本発明の第３の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図
【図７】本発明の第３の実施例における制御フローチャート
【図８】本発明の第４の実施例における循環冷媒組成一定化機構の構成模式図
【図９】本発明の第４の実施例における制御フローチャート
【図１０】本発明の第４の実施例における圧縮機運転周波数と流量可変弁の弁開度の相関例を表すグラフ
【図１１】本発明の第５の実施例における未気化冷媒検出機構の模式図
【図１２】本発明の第５の実施例における温度差と加熱量補正値の相関例を表すグラフ
【図１３】本発明の第８の実施例における補助配管概形図
【図１４】従来例説明のための冷凍サイクル構成模式図
【図１５】従来例の説明のためのアキュームレータ構造模式図
【符号の説明】
１    圧縮機
２    凝縮器
３    減圧装置
４    蒸発器
５    アキュームレータ
６    アキュームレータ出口管
７    冷媒加熱装置（冷媒加熱手段）
８    加熱量制御装置（加熱量制御手段）
９    マイコン（運転状態検知手段）
１０ａ〜ｃ 加熱量判定装置（加熱量判定手段）
１１    圧縮機運転周波数検出装置（運転容量検知手段）
１２    補助配管
１３    電磁開閉弁（冷媒回路開閉弁）
１４    電磁弁制御装置（開閉弁制御手段）
１５    サーミスタ（冷媒加熱状態検知手段）
１６    流量可変弁
１７    流量可変弁制御手段（流量可変弁制御手段）
１８    サーミスタ（第１冷媒状態検知手段）
１９    再加熱装置（再熱用冷媒加熱手段）
２０    サーミスタ（第２冷媒状態検知手段）
２１    マイコン（加熱量補正手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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