(57)【要約】【課題】ＣＯ２冷媒を使用した冷凍サイクル装置において、圧縮機の効率が低下するため、理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、冷凍サイクル装置全体の効率は低下してしまうという課題を回避しつつ、高効率な運転が可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】ＣＯ２冷媒を使用した冷凍サイクル装置において、圧縮機の入力電流が最小となるように減圧器の開度を決定する。【選択図】　図１
2004053150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する減圧器最小入力制御器を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知器と、前記吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて前記減圧器の開度を操作し吐出温度を調整する減圧器吐出温度制御器と、前記吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて前記減圧器吐出温度制御器と前記減圧器最小入力制御器とを切り替えて前記減圧器の開度を操作する減圧器開度操作器とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記吸熱器の温度を検知する蒸発温度検知器と、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を操作し能力を調整する圧縮機能力制御器とをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を操作し前記吸熱器の凍結を防止する圧縮機フロスト制御器と、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機能力制御器と前記圧縮機フロスト制御器とを切り替えて前記圧縮機の回転数を操作する圧縮機回転数操作器とをさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記減圧器最小入力制御器は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度と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。
【請求項６】
二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を制御することをを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項７】
前記減圧器の開度を拡大したときに前記入力電流が大きくなった場合、もしくは、前記減圧器の開度を減少したときに前記入力電流が小さくなった場合には、前記減圧器の開度を減少させ、前記減圧器の開度を減少したときに前記入力電流が大きくなった場合、もしくは、前記減圧器の開度を拡大したときに前記入力電流が小さくなった場合には、前記減圧器の開度を拡大させることを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項８】
二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項９】
二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御し、かつ、前記吸熱器の蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項１０】
冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度となるように制御することを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調機、カーエアコン、給湯器等には、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等を接続してなる冷凍サイクル装置が使われているが、この冷凍サイクル装置内に封入される冷媒としては、フッ素原子を含有する炭化水素類（フロン類）が用いられてきた。しかし、フロン類は、オゾン層を破壊する性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室効果が大きいので地球温暖化に影響を与えたりと、必ずしも満足な冷媒とはいえない。
【０００３】
そこでフロン類の代わりに、オゾン破壊係数がゼロであり、かつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素（以下、ＣＯ２冷媒という）を冷媒として用いる冷凍サイクル装置の可能性が検討されつつある。例えば、特許第２９３１６６８号公報には、ＣＯ２冷媒を使用した冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００４】
本従来例には、放熱器出口側の冷媒圧力である高圧が、例えば、放熱器出口側の冷媒温度に基づいてあらかじめ設定された目標圧力となるように、減圧器の開度を制御することにより、成績係数（ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ））を高く維持しながら冷凍サイクル装置を運転する旨が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に記載の冷凍サイクル装置について、試験検討を行ったところ、減圧器の開度を放熱器出口側の冷媒温度に基づいて制御するのみでは、冷凍サイクル装置の効率を必ずしも高く維持することができないことが明らかになった。
【０００６】
すなわち、減圧器の開度は、理論ＣＯＰが最大となるように、放熱器出口側の冷媒温度に基づいて決定される。したがって、冷凍サイクルの状態によって変化する圧縮機の効率は考慮されていない。ここで、理論ＣＯＰとは、冷媒のモリエル線図上で読み取ることができる、圧縮機の吸入側と吐出側との比エンタルピ差であるΔＬに対する蒸発器入口側と出口側との比エンタルピ差であるΔｉの比（＝Δｉ／ΔＬ）を示すものである。
【０００７】
これに対して、実際の冷凍サイクル装置では、冷凍能力は圧縮機の回転数（蒸発器を流通する質量流量）を増減することにより制御される。ここで、圧縮機の効率は、周知のごとく、所定回転数で最大となるように、回転数の変化に対して上向きに凸となるように変化する。なお、圧縮機の効率とは、圧縮機に与えたエネルギ（例えば電動モータにて圧縮機を駆動するときは、電動モータの消費電力）Ｗｉｎに対する圧縮機が実際にした圧縮仕事（ΔＬ×冷媒流量）Ｗｏｕｔ　の比（＝Ｗｏｕｔ　／Ｗｉｎ）を示すものである。
【０００８】
このため、冷凍能力を小さくすべく圧縮機の回転数を単純に小さくすると、圧縮機の効率が低下するために理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、冷凍サイクル装置全体の効率は低下してしまうという問題が発生する。本発明は、上記点に鑑み、高い効率を維持した運転が可能なＣＯ２冷媒を使用した冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する減圧器最小入力制御器を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知器と、前記吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて前記減圧器の開度を操作し吐出温度を調整する減圧器吐出温度制御器と、前記吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて前記減圧器吐出温度制御器と前記減圧器最小入力制御器とを切り替えて前記減圧器の開度を操作する減圧器開度操作器とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記吸熱器の温度を検知する蒸発温度検知器と、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を操作し能力を調整する圧縮機能力制御器とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を操作し前記吸熱器の凍結を防止する圧縮機フロスト制御器と、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機能力制御器と前記圧縮機フロスト制御器とを切り替えて前記圧縮機の回転数を操作する圧縮機回転数操作器とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の冷凍サイクル装置は、前記減圧器最小入力制御器は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度とすることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を制御することをを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、前記減圧器の開度を拡大したときに前記入力電流が大きくなった場合、もしくは、前記減圧器の開度を減少したときに前記入力電流が小さくなった場合には、前記減圧器の開度を減少させ、前記減圧器の開度を減少したときに前記入力電流が大きくなった場合、もしくは、前記減圧器の開度を拡大したときに前記入力電流が小さくなった場合には、前記減圧器の開度を拡大させることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御し、かつ、前記吸熱器の蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を制御すること特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度となるように制御することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する減圧器最小入力制御器を備えている。本実施の形態によれば、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２０】
本発明の第２の実施の形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知器と、吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて減圧器の開度を操作し吐出温度を調整する減圧器吐出温度制御器と、吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて減圧器吐出温度制御器と減圧器最小入力制御器とを切り替えて減圧器の開度を操作する減圧器開度操作器とをさらに備えている。本実施の形態によれば、減圧器開度操作器によって減圧器吐出温度制御器と減圧器最小入力制御器が決定した減圧器開度を切り替えあるいは融合して減圧器を操作することにより、吐出温度が圧縮機の許容使用範囲をはずれて、圧縮機の信頼性を著しく損なうことなく、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２１】
本発明の第３の実施の形態による冷凍サイクル装置は、吸熱器の温度を検知する蒸発温度検知器と、蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて圧縮機の回転数を操作し能力を調整する圧縮機能力制御器とをさらに備えている。本実施の形態によれば、圧縮機能力制御器によって利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２２】
本発明の第４の実施の形態による冷凍サイクル装置は、蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて圧縮機の回転数を操作し吸熱器の凍結を防止する圧縮機フロスト制御器と、蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて圧縮機能力制御器と圧縮機フロスト制御器とを切り替えて圧縮機の回転数を操作する圧縮機回転数操作器とをさらに備えているため、圧縮機回転数操作器によって圧縮機フロスト制御器と圧縮機能力制御器とが決定した圧縮機の回転数を切り替えあるいは融合して圧縮機を操作することにより、吸熱器の凍結を防止しつつ、利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２３】
本発明の第５の実施の形態による冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、減圧器最小入力制御器は、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度とする。本実施の形態によれば、冷凍サイクルが安定していない場合において、減圧器開度が激しく変化してしまい冷凍サイクルが安定するのに長時間かかるといった恐れがなくなり、結果的には冷凍サイクル装置全体の効率を向上させることができ、かつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２４】
本発明の第６の実施の形態による冷凍サイクル装置の制御方法は、圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する。本実施の形態によれば、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２５】
本発明の第７の実施の形態による冷凍サイクル装置の制御方法は、減圧器と圧縮機の入力電流により減圧器の開度を最終決定するものである。本実施の形態によれば、より圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２６】
本発明の第８の実施の形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機の入力電流と圧縮機の吐出温度から減圧器の開度を決定するものである。本実施の形態によれば、吐出温度が圧縮機の許容使用範囲をはずれて、圧縮機の信頼性を著しく損なうことなく、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２７】
本発明の第９の実施の形態による冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御し、かつ、前記吸熱器の蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を制御するものである。本実施の形態によれば、吸熱器の凍結を防止しつつ、利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２８】
本発明の第１０の実施の形態による冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度とする。本実施の形態によれば、冷凍サイクルが安定していない場合において、減圧器開度が激しく変化してしまい冷凍サイクルが安定するのに長時間かかるといった恐れがなくなり、結果的には冷凍サイクル装置全体の効率を向上させることができ、かつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例における冷凍サイクル装置の概略を示す構成図である。図１の冷凍サイクル装置は、冷媒としてＣＯ２を用い、圧縮機１１、放熱器１２、低圧側流路１３ａと高圧側流路１３ｂが熱交換するように構成された内部熱交換器１３、減圧器１４、吸熱器１５を基本構成要素としている。内部熱交換器１３の低圧側流路１３ａは吸熱器１５から圧縮機１１吸入の間の冷媒が流れるように、高圧側流路１３ｂは放熱器１２から減圧器１４の間の冷媒が流れるように構成されている。さらに、２１は圧縮機１１のモータに印加される入力電流を検知する電流検知器、２２は電流検知器２１で検知された入力電流に基づき、圧縮機入力が最小となる減圧器１４の開度を制御する減圧器最小入力制御器である。
【００３１】
この冷凍サイクル装置の動作について説明する。なお、図中において、実線の矢印は冷媒の流れ方向を示している。圧縮機１１で圧縮されたＣＯ２冷媒は高温高圧状態となり、放熱器１２へ導入される。放熱器１２では、ＣＯ２冷媒は超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後、ＣＯ２冷媒は、内部熱交換器１３の高圧側流路１３ｂにおいてさらに冷却される。さらに、減圧器１４では減圧されて、低圧の気液二相状態となり、吸熱器１５へ導入される。吸熱器１５では、空気や水などの外部流体を冷却し、ＣＯ２冷媒は吸熱する。その後、内部熱交換器１３の低圧側流路１３ａにおいてガス状態となり、再び圧縮機１１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、放熱器１２で放熱による加熱作用、例えば、暖房や水加熱、吸熱器１５で吸熱による冷却作用、例えば、冷房や除湿を行うことができる。
【００３２】
次に、減圧器最小入力制御器２２について説明する。減圧器最小入力制御器２２における減圧器開度（パルス数）の演算方法（以下、最小入力制御という）を図２のフローチャートを用いて説明する。まず初期設定として、繰り返し数ｎは０とし、減圧器開度ＳｎおよびＳｎ＋１にはあらかじめ定められた減圧器開度の初期値Ｓ０（例えば減圧器の最小開度に設定）、電流検知値Ｉｎにはあらかじめ定められた電流検知値の初期値Ｉ０を（例えばシステムが許容する最大電流値に設定）、それぞれ設定する（ステップ１０１）。つぎに、繰り返し数ｎに１を加えて繰り返し数を更新し（ステップ１０２）、圧縮機１１のモータに印加される入力電流を電流検知器２１で検知し、その値を電流検知値Ｉｎとする（ステップ１０３）。ｎ回目の電流検知値Ｉｎとｎ−１回目の電流検知値Ｉｎ−１とを比較し（ステップ１０４）、ｎ回目の電流検知値Ｉｎがｎ−１回目の電流検知値Ｉｎ−１より大きい場合には、さらに、ｎ−１回目で決定された減圧器開度Ｓｎ−１とｎ回目で決定されたの減圧器開度Ｓｎとを比較し（ステップ１０５）、減圧器開度Ｓｎが減圧器開度Ｓｎ−１より大きい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎからあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳ（例えば減圧器の最小可変パルス数に設定）を減じた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１０６）。あるいは、減圧器開度Ｓｎが減圧器開度Ｓｎ−１より小さい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎにあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳを加えた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１０７）。一方、（ステップ１０４）で、ｎ回目の電流検知値Ｉｎがｎ−１回目の電流検知値Ｉｎ−１より小さい場合には、さらに、ｎ−１回目で決定された減圧器開度Ｓｎ−１とｎ回目で決定された減圧器開度Ｓｎとを比較し（ステップ１０８）、減圧器開度Ｓｎが減圧器開度Ｓｎ−１より大きい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎにあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳを加えた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１０９）。あるいは、減圧器開度Ｓｎ−１が減圧器開度Ｓｎより小さい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎからあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳを減じた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１１０）。以上のような操作を一定時間間隔で繰り返し行う。なお、ΔＳはあらかじめ定められた一定値として説明しているが、減圧器開度Ｓｎ＋１やＳｎの偏差によって変化する値（関数）として与えても良い。さらに、電流検知値Ｉｎは、ある一定時間、例えば１０秒間の平均電流検知値としてもよい。
【００３３】
上記の最小入力制御は、ステップ１０４で、電流検知器２１で検知された入力電流の値が前回検出された電流値より大きく、かつ、ステップ１０５で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より大きい場合には、ステップ１０６で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より小さくなるように決定し、ステップ１０４で、電流検知器２１で検知された電流値が前回検出された電流値より大きく、かつ、ステップ１０５で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より小さい場合には、ステップ１０７で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より大きくなるように決定する。あるいは、電流検知器２１で検知された電流値が、ステップ１０４で前回検出された電流値より小さく、かつ、ステップ１０８で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より大きい場合には、ステップ１０９で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より大きくなるように決定し、ステップ１０４で電流検知器２１で検知された電流値が、前回検出された電流値より小さく、かつ、ステップ１０８で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より小さい場合には、ステップ１１０で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より小さくなるように決定する。
【００３４】
すなわち、減圧器最小入力制御器２２は、減圧器開度を拡大したときに入力電流が大きくなった場合、もしくは、減圧器開度を減少したときに入力電流が小さくなった場合には、減圧器開度を減少させ、減圧器開度を減少したときに入力電流が大きくなった場合、もしくは、減圧器開度を拡大したときに入力電流が小さくなった場合には、減圧器開度を拡大させることで、常に電流値が小さくなるように減圧器開度を調整することができる。つまり、同程度の圧縮機周波数における印加電圧はほぼ一定であるので、印加電圧と電流の積である圧縮機入力は電流値にほぼ比例関係にあるため、常に電流値を小さくなるように減圧器を調整することで、圧縮機入力が最小となるように制御できる。
【００３５】
以上のような操作を一定時間間隔で繰り返し行うことで、理論ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が最大となるように減圧器の開度を制御しても、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化するために冷凍サイクル装置全体の効率が低下してしまうという課題を解消でき、実際に圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００３６】
なお、本実施例では圧縮機入力を検知する手段として圧縮機のモータに印加される入力電流を電流検知センサによって検知するとして説明したが、これ以外の手段で圧縮機入力を検知しても良い。さらに、圧縮機に印加される電流値のみでなく、電圧値も検知して、圧縮機入力の予測精度を向上させてもよい。
【００３７】
また、内部熱交換器１３は必須の構成要素ではなく、省略することも可能である。
【００３８】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例における冷凍サイクル装置の概略を示す構成図である。本実施例においては、上記と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図３において、２３は圧縮機１１の吐出温度を検知する吐出温度検知器、２４は吐出温度検知器２３で検知された吐出温度が設定温度となるように減圧器１４の開度を制御する減圧器吐出温度制御器、２５は減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２の出力を吐出温度検知器２３で検知された吐出温度に応じて切り替えあるいは融合して減圧器１４の開度を操作する減圧器開度操作器である。
【００３９】
本実施例においては、減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度に基づき減圧器開度操作器２５によって減圧器１４が適切に操作される。
【００４０】
減圧器最小入力制御器２２における最小入力制御については実施例１で説明したので説明を省略し、減圧器吐出温度制御器２４における減圧器開度（パルス数）の演算方法（以下、吐出温度制御という）を説明する。吐出温度制御は、吐出温度検知器２３で検知された温度が、あらかじめ定められた吐出温度設定値より高い場合には、次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より大きくなるように操作し、あらかじめ定められた吐出温度設定値より低い場合には、次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より小さくなるように操作することで、冷凍サイクルを制御するものである。
【００４１】
さらに、減圧器開度操作器２５における減圧器１４の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。まず、吐出温度検知器２３で検知された温度と第１吐出温度閾値Ｔｄ１（例えば圧縮機１１の許容使用範囲上限をもとに設定）との比較を行い（ステップ２０１）、温度が第１吐出温度閾値Ｔｄ１よりも高い場合には吐出温度メンバシップ値を０に設定し（ステップ２０２）、温度が第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低い場合には第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低い第２吐出温度閾値Ｔｄ２（例えば圧縮機１１の常用使用範囲上限をもとに設定）と吐出温度検知器２３で検知された温度との比較を行い（ステップ２０３）、温度が第２吐出温度閾値Ｔｄ２よりも高い場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調で連続した変化をする吐出温度メンバシップ値を設定し（ステップ２０４）、温度が第２吐出温度閾値Ｔｄ２より低い場合には吐出温度メンバシップ値を１に設定する（ステップ２０５）。
【００４２】
その後、最小入力制御を行う減圧器最小入力制御器２２による減圧器１４の開度と吐出温度メンバシップ値との積量と、吐出温度制御を行う減圧器吐出温度制御器２４による減圧器１４の開度と１から吐出温度メンバシップ値を減じた値との積量の和として減圧器１４の開度を決定して減圧器１４の開度を操作する（ステップ２０６）。
【００４３】
すなわち、吐出温度検知器２３で検知される温度Ｔｄがステップ２０１で第１吐出温度閾値Ｔｄ１より高いと判断されたときは、吐出温度が圧縮機１１の許容使用範囲をはずれており圧縮機１１の信頼性を著しく損なう状態であることから、ステップ２０６では減圧器吐出温度制御器２４による減圧器開度を最優先にして、減圧器１４の開度を増加させることにより高圧を低下させ、吐出温度を低下させる。
【００４４】
また、吐出温度検知器２３で検知される温度Ｔｄがステップ２０１で第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低いと判断され、かつステップ２０３で第２吐出温度閾値Ｔｄ２より高いと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１１の使用許容範囲内ではあるが常用使用範囲外であり圧縮機１１の信頼性の面からはあまり好ましくない状態であるので、ステップ２０６では減圧器吐出温度制御器２４による減圧器１４の開度と減圧器最小入力制御器２２による減圧器１４の開度とを混合して減圧器１４を操作することから、吐出温度を圧縮機１４の常用使用範囲内に収めつつ、圧縮機入力が最小となるように減圧器開度を決定する。
【００４５】
また、吐出温度検知器２３で検知される温度Ｔｄがステップ２０１で第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低いと判断され、かつステップ２０３で第２吐出温度閾値Ｔｄ２より低いと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１１の常用使用範囲内であり圧縮機１１の信頼性には問題ない状態であることから、ステップ２０６では減圧器最小入力制御器２２による減圧器開度を最優先にして、圧縮機入力が最小となるように減圧器開度を決定する。
【００４６】
なお、圧縮機の許容使用範囲上限とは、圧縮機に使用されている材料（特に樹脂材料）から制限される圧縮機の異常運転時も含めた使用上限の温度を指すものとする。また、常用使用範囲上限とは、圧縮機が通常運転時に上限とすべき温度であり、通常、許容使用範囲上限から２０〜３０Ｋ低い温度に設定されるものである。　以上のような操作を一定時間間隔で繰り返し行うことで、理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化するために冷凍サイクル装置全体の効率が低下してしまうという課題を解消でき、実際に圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。それと同時に、減圧器開度操作器２５によって減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度を切り替えあるいは融合して減圧器１４を操作することにより、吐出温度が圧縮機１１の許容使用範囲をはずれて、圧縮機１１の信頼性を著しく損なうことなく、実際に圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００４７】
なお、吐出温度検知器２３は、圧縮機１１や吐出配管の温度を直接検知しても良いし、冷凍サイクルの状態の一部を検知して推定するようにしても良い。
【００４８】
（実施例３）
図５は、本発明の他の実施例における冷凍サイクル装置の概略を示す構成図である。本実施例においては、上記と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図５において、３１は吸熱器１５での冷媒蒸発温度を検知する蒸発温度検知器、３２は蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が吸熱器１５が凍結する恐れのある蒸発温度より若干高めの温度となるようにあらかじめ定められた第一設定温度以下にならないように圧縮機１１の回転数を制御する圧縮機フロスト制御器、３３は蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が利用者等から要求された能力に応じてあらかじめ定められた第二設定温度となるように圧縮機１１の回転数を制御する圧縮機能力制御器、３４は圧縮機フロスト制御器３２と圧縮機能力制御器３３の出力を蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度に応じて切り替えあるいは融合して圧縮機１１の回転数を操作する圧縮機回転数操作器である。
【００４９】
本実施例では、圧縮機回転数制御器３４によって圧縮機１１が、減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度に基づき減圧器開度操作器２５によって減圧器１４が適切に操作される。
【００５０】
圧縮機回転数操作器３４および減圧器開度操作器２５による圧縮機１１および減圧器１４の操作方法を図６のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
まず、圧縮機１１の動作について説明する。蒸発温度検知器３１で検知された温度と第１蒸発温度閾値Ｔｅ１（例えば吸熱器１５が凍結する蒸発温度をもとに設定）との比較を行い（ステップ３０１）、温度が第１蒸発温度閾値Ｔｅ１よりも低い場合には蒸発温度メンバシップ値を０に設定し（ステップ３０２）、温度が第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高い場合には第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高い第２蒸発温度閾値Ｔｅ２（例えば吸熱器１５が凍結する蒸発温度より若干高い温度に設定）と蒸発温度検知器３１で検知された温度との比較を行い（ステップ３０３）、温度が第２蒸発温度閾値Ｔｅ２よりも低い場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調で連続した変化をする蒸発温度メンバシップ値を設定し（ステップ３０４）、温度が第２蒸発温度閾値Ｔｅ２より高い場合には蒸発温度メンバシップ値を１に設定する（ステップ３０５）。
【００５２】
それから、圧縮機能力制御器３３による圧縮機１１の回転数と蒸発温度メンバシップ値との積量と、圧縮機フロスト制御器３２による圧縮機１１の回転数と１から蒸発温度メンバシップ値を減じた値との積量の和として圧縮機回転数を決定して圧縮機１１を操作する（ステップ３０６）。
【００５３】
すなわち、蒸発温度検知器３１で検知される温度がステップ３０１で第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より低いと判断されたときは、蒸発温度が低く吸熱器１５が凍結してしまう恐れがあることから、ステップ３０６では圧縮機フロスト制御器３２による圧縮機回転数を最優先にして、圧縮機１１の回転数を低下させて第一設定温度となるように蒸発温度を上昇させる。また蒸発温度検知器３１で検知される温度がステップ３０１で第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高いと判断され、かつステップ３０３で第２蒸発温度閾値Ｔｅ２より高いと判断されたときには、蒸発温度は吸熱器１５が凍結してしまう恐れのない状態であることから、ステップ３０６では圧縮機能力制御器３３による圧縮機回転数を最優先にして、利用者等から要求された能力を供給するあらかじめ定められた蒸発温度（第二設定温度）となるように、圧縮機回転数を決定する。つまり、蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が第二設定温度よりも高いときには、能力が不足していると判断し圧縮機能力制御器３３により圧縮機回転数を増加方向に決定し、冷媒循環量を増大させる。逆に蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が第二設定温度よりも低いときには、能力が過剰であると判断し圧縮機能力制御器３３により圧縮機回転数を減少方向に決定し、冷媒循環量を減少させる。また蒸発温度検知器３１で検知される温度がステップ３０１で第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高いと判断され、かつステップ３０３で第２蒸発温度閾値Ｔｅ２より低いと判断されたときには、蒸発温度が低く吸熱器１５がすぐに凍結してしまう恐れはないが、あまり好ましくない状態であるので、ステップ３０６では圧縮機フロスト制御器３２による圧縮機回転数と圧縮機能力制御器３３による圧縮機回転数とを混合して圧縮機１１を操作することから、吸熱器１５の凍結を防止しつつ、利用者等から要求された能力に応じた蒸発温度となるような運転が実現できる。
【００５４】
さらに、本実施例においては、減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度に基づき減圧器開度操作器２５によって減圧器１４が適切に操作される。
【００５５】
減圧器開度操作器２５による減圧器１４による操作は、実施例２で説明した操作と同様であるので説明を省略するが、このような一連の操作を一定時間間隔で繰り返し行うことで、理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、圧縮機の回転数が変化することで圧縮機の効率が変化するために冷凍サイクル装置全体の効率が低下してしまうという課題を解消できる。したがって、圧縮機回転数制御器３４によって利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。それと同時に、圧縮機回転数操作器３４によって圧縮機フロスト制御器３２と圧縮機能力制御器３３とが決定した圧縮機１１の回転数を切り替えあるいは融合して圧縮機１１を操作することにより、吸熱器１５の凍結を防止しつつ、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００５６】
なお、吸熱器２５が水冷式などの熱交換器であって、吸熱器２５が凍結する恐れがない場合などでは、圧縮機フロスト制御器３２を省略し、上記説明した操作から圧縮機フロスト制御器３２にまつわる部分を省略することも可能である。さらに、吐出温度検知器２３、蒸発温度検知器３１は、圧縮機１１や熱交換器の温度を直接検知しても良いし、圧縮機２１や熱交換器の周囲温度や吹出空気温度を検知して間接的に、吐出温度や、放熱器出口温度、蒸発温度を検知しても良い。また、本実施例では圧縮機２１の操作による冷媒循環量の変更を、圧縮機１１の回転数で行うものとして説明したが、圧縮機１１により冷媒循環量を変更する他の手段、例えば、往復型圧縮機のピストンのストローク量の増減などで行っても良い。
【００５７】
（実施例４）
本発明の他の実施例における冷凍サイクル装置の概略を説明する。本実施例の定常運転時の動きは、上述の実施例で説明した動きと同様であるため説明を省略する。本実施例では、圧縮機１１の起動時など冷凍サイクルが安定していないと判断された場合には、一定時間の間、上述の実施例で説明した減圧器最小入力制御器２２における減圧器開度（パルス数）の決定に最小入力制御を行わず、あらかじめ定められたテーブル、例えば、（表１）に示すような圧縮機１１の回転数に応じて定められた減圧器開度を用いるものである。
【００５８】
【表１】
2004053150.tif 000003
【００５９】
本実施例によれば、電流検知器２１が検出する入力電流の変化が一様でない場合、たとえば、圧縮機１１の起動時など冷凍サイクルが安定していない場合において、その一定時間の間には減圧器最小入力制御器２２が決定する減圧器開度（パルス数）は最小入力となる減圧器開度でなくなるものの、減圧器開度が変化が大きすぎることにより冷凍サイクルが安定するのに長時間かかるといった課題が解消できるため、結果的に冷凍サイクル装置全体の効率を向上させることができる。
【００６０】
なお、冷凍サイクルが安定と判断されている場合には、上述の実施例で説明したように圧縮機回転数制御器３４によって利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００６１】
また、冷凍サイクルが安定していないと判断する基準として、圧縮機が起動してからの経過時間や、吐出温度検知器２３や蒸発温度検知器３１で検知される温度の変化割合や、電流検知器２１で検知された入力電流の変化割合から判断するとよい。
【００６２】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による冷凍サイクル装置の概略を示す構成図
【図２】本発明の一実施例による減圧器開度の演算方法を示すフローチャート
【図３】本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置の概略を示す構成図
【図４】本発明のさらに他の実施例による減圧器の動作を示すフローチャート
【図５】本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置の概略を示す構成図
【図６】本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１１　　圧縮機
１２　　放熱器
１３　　内部熱交換器
１４　　減圧器
１５　　吸熱器
２１　　電流検知器
２２　　減圧器最小入力制御器
２３　　吐出温度検知器
２４　　減圧器吐出温度制御器
２５　　減圧器開度操作器
３１　　蒸発温度検知器
３２　　圧縮機フロスト制御器
３３　　圧縮機能力制御器
３４　　圧縮機回転数操作器
【図１】
2004053150.tif 000004
【図２】
2004053150.tif 000005
【図３】
2004053150.tif 000006
【図４】
2004053150.tif 000007
【図５】
2004053150.tif 000008
【図６】
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