特許 7570526 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-10

(45)【発行日】2024-10-21

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20241011BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 304H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023544925

(86)(22)【出願日】2021-09-03

(86)【国際出願番号】 JP2021032382

(87)【国際公開番号】W WO2023032138

(87)【国際公開日】2023-03-09

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100206081

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 央

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】成井 貴大

(72)【発明者】

【氏名】酒井 瑞朗

(72)【発明者】

【氏名】山下 哲矢

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 和也

(72)【発明者】

【氏名】秋友 郷志

【審査官】森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－８８６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－８６２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－３８８８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、熱源側の熱交換器、膨張弁、および利用側の熱交換器が冷媒配管で接続された冷媒回路を備える冷凍サイクル装置であって、
凝縮器として機能する前記熱交換器の伝熱管温度および出口管温度と、前記圧縮機の吐出温度とを検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて過冷却度制御と吐出温度制御または吐出過熱度制御とを行うことが可能な制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記冷凍サイクル装置の運転開始時は前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づいて制御し、前記冷凍サイクル装置の運転特性に基づいて過冷却度制御の継続が可能でないと判定した場合、前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づく制御から吐出温度制御または吐出過熱度制御に基づく制御へ切り替える、
冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記運転特性は、前記圧縮機の運転周波数であり、
前記制御部は、
前記圧縮機の運転周波数が所定の閾値よりも小さい場合、前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づく制御から吐出温度制御または吐出過熱度制御に基づく制御に切り替える、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記運転特性は、前記熱交換器の過冷却度であり、
前記制御部は、
前記熱交換器の過冷却度が所定の閾値よりも小さい場合、前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づく制御から吐出温度制御または吐出過熱度制御に基づく制御に切り替える、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記運転特性は、前記膨張弁の開度であり、
前記制御部は、
前記膨張弁の開度が所定の閾値よりも小さい場合、前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づく制御から吐出温度制御または吐出過熱度制御に基づく制御に切り替える、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記運転特性は、前記圧縮機の運転周波数、前記熱交換器の過冷却度、及び前記膨張弁の開度であり、
前記制御部は、
前記圧縮機の運転周波数が所定の閾値よりも小さく、かつ前記熱交換器の過冷却度が所定の閾値よりも小さく、かつ前記膨張弁の開度が所定の閾値よりも小さい場合に、前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づく制御から吐出温度制御または吐出過熱度制御に基づく制御に切り替える、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機、熱源側熱交換器、電子膨張弁、および利用側熱交換器を冷媒配管が接続された冷凍サイクル装置においては、凝縮器として機能する熱交換器の過冷却度の値が所定の値の範囲内に収まるように膨張弁開度を制御する過冷却度制御を備えた冷凍サイクル装置が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－９６４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されているような従来の冷凍サイクル装置においては、凝縮器として機能する熱交換器の伝熱管温度および出口管温度の値から過冷却度を算出して膨張弁開度を制御する。しかしながら、冷凍サイクル装置の据え付け環境や運転状態によっては、制御を行う上で十分な過冷却度を確保できないことがある。この場合、冷凍サイクル装置は、過冷却度を確保するために膨張弁開度を絞り続けるため、吐出温度や吐出過熱度が過昇することにより、例えば吐出温度異常の保護によって運転停止してしまう恐れがある。

【0005】

本開示は、上記した事情に鑑みてなされたもので、過冷却度がつきにくい運転状態であっても、吐出温度異常によって運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側の熱交換器、膨張弁、および利用側の熱交換器が冷媒配管で接続された冷媒回路を備える冷凍サイクル装置であって、凝縮器として機能する前記熱交換器の伝熱管温度および出口管温度と、前記圧縮機の吐出温度とを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて過冷却度制御と吐出温度制御または吐出過熱度制御とを行うことが可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記冷凍サイクル装置の運転開始時は前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づいて制御し、前記冷凍サイクル装置の運転特性に基づいて過冷却度制御の継続が可能でないと判定した場合、前記膨張弁の開度を過冷却度制御に基づく制御から吐出温度制御または吐出過熱度制御に基づく制御へ切り替える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、過冷却度がつきにくい運転状態であっても、吐出温度異常によって運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図。

【図2】第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時のＰ－ｈ線図。

【図3】第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置のＳＣ制御実行時のＰ－ｈ線図。

【図4】第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置のＴｄ制御実行時のＰ－ｈ線図。

【図5】第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置のＳＨｄ制御実行時のＰ－ｈ線図。

【図6】第１の実施形態に係るＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャート。

【図7】第２の実施形態に係るＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャート。

【図8】第３の実施形態に係るＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャート。

【図9】第４の実施形態に係るＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャート。

【図10】第５の実施形態に係るＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
［冷凍サイクル装置の構成］
図１は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成例を示すブロック図である。図示する冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路１０と、冷媒回路１０を制御する制御部２０とを備えている。冷媒回路１０は、圧縮機１０１と、冷媒の流れ方向を切り替える冷媒切り替え装置１０２と、熱源側熱交換器１０３と、膨張弁１０４（電子膨張弁）と、利用側熱交換器１０５と、それぞれを順次に接続する冷媒配管としての配管１１、１２、１３、１４とを含んで構成されている。

【0010】

配管１１は、圧縮機１０１から熱源側熱交換器１０３までの間を接続する冷媒配管である。配管１２は、熱源側熱交換器１０３から膨張弁１０４までの間を接続する冷媒配管である。配管１３は、膨張弁１０４から利用側熱交換器１０５までの間を接続する冷媒配管である。配管１４は、利用側熱交換器１０５から圧縮機１０１までの間を接続する冷媒配管である。

【0011】

冷媒切り替え装置１０２は、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁を含んで構成され、圧縮機１０１の下流側の配管１１と上流側の配管１４の間に接続されている。冷房運転では、冷媒切り替え装置１０２の接続が図１に示す実線の向きに接続され、暖房運転では、冷媒切り替え装置１０２の接続が図１に示す破線の向きに接続される。

【0012】

熱源側熱交換器１０３は、利用側熱交換器１０５に供給する熱を生成する熱源機または熱源側ユニットとして機能する。利用側熱交換器１０５は、熱源側熱交換器１０３から供給される熱を利用する負荷側ユニットとして機能する。

【0013】

熱源側熱交換器１０３および利用側熱交換器１０５それぞれの伝熱管および出口管（出口側の配管）と、圧縮機１０１の下流側の吐出配管および圧縮機１０１の容器表面とには、それぞれの冷媒温度を検出するための検出部の一例として温度検出器が設けられている。

【0014】

図１において、温度検出器１１１は、熱源側熱交換器１０３の伝熱管温度を検出するための温度検出器である。温度検出器１１２は、熱源側熱交換器１０３の出口管温度（出口側の配管温度）を検出するための温度検出器である。温度検出器１１３は、利用側熱交換器１０５の伝熱管温度を検出するための温度検出器である。温度検出器１１４は、利用側熱交換器１０５の出口管温度を検出するための温度検出器である。温度検出器１１５は、圧縮機１０１の下流側の吐出配管温度を検出するための温度検出器である。温度検出器１１６は、圧縮機１０１の容器表面温度を検出するための温度検出器である。

【0015】

冷媒温度を検出するための検出部は、温度センサなどの温度検出器を用いるほか、凝縮器として機能する熱交換器の伝熱管温度（以下、「凝縮温度」と称する）については温度検出器の代わりに圧力検出器を用いて、冷媒の圧力を検出し、その飽和温度を使用することにより冷媒温度を間接的に検出してもよい。

【0016】

制御部２０は、冷房運転、暖房運転などの運転状態に応じて冷媒回路１０の冷媒の流れや冷媒回路１０の各部を制御する。例えば、制御部２０は、上述した温度検出器の検出結果および運転特性などに基づいて膨張弁１０４の開度を制御する。

【0017】

図２は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転時のＰ－ｈ線図の一例である。この図において、縦軸が圧力Ｐ（ＭＰａ）、横軸が比エンタルピーｈ（ｋＪ／ｋｇ）を示す。なお、図２の点（ａ）～点（ｄ）は、図１において同一の記号を付した部分での冷媒の状態を示す。

【0018】

圧縮機１０１が運転を開始すると、低温低圧のガス冷媒が圧縮機１０１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機１０１の冷媒圧縮過程は、圧縮機１０１の断熱効率の分だけ、等エントロピ線で断熱圧縮される場合と比較して加熱されるように圧縮され、図２の点（ａ）から点（ｂ）に示す線で表される。

【0019】

圧縮機１０１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒切り替え装置１０２を通過して、熱源側熱交換器１０３へ流入する。熱源側熱交換器１０３へ流入した冷媒は、室外空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の液冷媒となる。熱源側熱交換器１０３内での冷媒変化は、熱交換器内の圧力損失を考慮すると、図２の点（ｂ）から点（ｃ）に示す水平から少し左下がりに傾いた線で表される。

【0020】

熱源側熱交換器１０３から流出した中温高圧の液冷媒は、膨張弁１０４を通り膨張および減圧され、低温低圧の気液二相流状態になる。この膨張弁１０４を通過した時の冷媒変化はエンタルピーが一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、図２の点（ｃ）から点（ｄ）に示す垂直線で表される。

【0021】

膨張弁１０４から流出した低温低圧の気液二相流状態の冷媒は、利用側熱交換器１０５へ流入する。利用側熱交換器１０５へ流入した冷媒は、室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。利用側熱交換器１０５での冷媒変化は、熱交換器内の圧力損失を考慮すると、図２の点（ｄ）から点（ａ）に示す水平から少し右に傾いた線で表される。

【0022】

利用側熱交換器１０５を流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒切り替え装置１０２を通って圧縮機１０１に流入し圧縮される。暖房運転時の場合には、制御部２０の制御により冷媒切り替え装置１０２の接続が切り替わり、蒸発器と凝縮器とが逆転するだけで、Ｐ－ｈ線図の動きは変わらない。

【0023】

従来は、凝縮器として機能する熱交換器の凝縮温度と出口管温度（以下、「凝縮器出口温度」と称する）の差分である過冷却度（以下、「ＳＣ」と称する）を用いて制御を行う過冷却度制御（以下、「ＳＣ制御」と称する）を行うことが一般的であった。冷凍サイクル装置１００においても、制御部２０は、通常の制御としては、ＳＣ制御を用いる。

【0024】

［過冷却度制御の説明］
図３は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００のＳＣ制御実行時のＰ－ｈ線図の一例である。制御部２０は、ＳＣ制御において、凝縮温度の実測値と凝縮器出口温度の実測値との差分であるＳＣの算出値（以下、「実働ＳＣ」と称する）が所定のＳＣ範囲（例えば、２～６度）に収まるように膨張弁１０４の開度を調整する。制御部２０は、ＳＣ制御の実行時に、実働ＳＣが所定のＳＣ範囲に足りていない場合には、膨張弁１０４を絞り込む。制御部２０は、膨張弁１０４を絞り込むことによって、冷媒循環量を減らし凝縮圧力を上昇させ、蒸発圧力を低下させることにより、ＳＣの値を大きくして所定のＳＣ範囲内に収まるように制御する。

【0025】

なお、図３に示す例とは反対に、制御部２０は、ＳＣ制御の実行時に、実働ＳＣが所定のＳＣ範囲を上回っている場合には、膨張弁１０４の開度を開く。制御部２０は、膨張弁１０４の開度を開くことによって、冷媒循環量を増やし凝縮圧力を低下させ、蒸発圧力を上昇させることにより、ＳＣの値を小さくして所定のＳＣ範囲内に収まるように制御する。

【0026】

ここで、ＳＣ制御を行う目的としては、性能の向上がある。ＳＣを所定のＳＣ範囲で制御することにより凝縮器として機能する熱交換器の入口エンタルピー（以下、「凝縮器入口エンタルピー」と称する）とその熱交換器の出口エンタルピー（以下、「凝縮器出口エンタルピー」と称する）との差分である凝縮器エンタルピー差を確保することにより、利用側熱交換器１０５の必要性能を実現している。

【0027】

［吐出温度制御の説明］
また、冷凍サイクル装置１００の制御を行う上で、制御部２０は、圧縮機１０１の下流側の吐出配管温度または圧縮機１０１の容器表面温度を吐出温度の代表温度として、この吐出温度（以下、「Ｔｄ」と称する）を用いて制御を行う吐出温度制御（以下、「Ｔｄ制御」と称する）を実行することも可能である。

【0028】

図４は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００のＴｄ制御実行時のＰ－ｈ線図の一例である。制御部２０は、Ｔｄ制御において、検出されたＴｄの実測値（以下、「実働Ｔｄ」と称する）が所定のＴｄ範囲（例えば、６０～１００度）に収まるように膨張弁１０４の開度を調整する。制御部２０は、Ｔｄ制御の実行時に、実働Ｔｄが所定のＴｄ範囲を上回っている場合には、膨張弁１０４の開度を開く。制御部２０は、膨張弁１０４の開度を開くことによって、冷媒循環量を増やし凝縮圧力を低下させ、蒸発圧力を上昇させることにより、Ｔｄの値を低下させて所定のＴｄ範囲内に収まるように制御する。

【0029】

なお、図４に示す例とは反対に、制御部２０は、Ｔｄ制御の実行時に、実働Ｔｄが所定のＴｄ範囲に足りていない場合には、膨張弁１０４を絞り込む。制御部２０は、膨張弁１０４を絞り込むことによって、冷媒循環量を減らし凝縮圧力を上昇させ、蒸発圧力を低下させることにより、Ｔｄの値を上昇させて所定のＴｄ範囲内に収まるように制御する。

【0030】

［吐出過熱度制御の説明］
なお、制御部２０は、Ｔｄと凝縮温度との差分である吐出過熱度（以下、「ＳＨｄ」と称する）を用いて制御する吐出過熱度制御（以下、「ＳＨｄ制御」と称する）を、Ｔｄ制御に代えて実行することも可能である。

【0031】

図５は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００のＳＨｄ制御実行時のＰ－ｈ線図の一例である。制御部２０は、ＳＨｄ制御において、実働Ｔｄと凝縮温度の実測値との差分であるＳＨｄの算出値（以下、「実働ＳＨｄ」と称する）が所定のＳＨｄ範囲（例えば、２０～３０度）に収まるように膨張弁１０４の開度を調整する。制御部２０は、ＳＨｄ制御の実行時に、実働ＳＨｄが所定のＳＨｄ範囲を上回っている場合は、膨張弁１０４の開度を開く。制御部２０は、膨張弁１０４の開度を開くことによって、冷媒循環量を増やし凝縮圧力を低下させ、蒸発圧力を上昇させることで、ＳＨｄの値を低下させて所定のＳＨｄ範囲内に収まるように制御する。

【0032】

なお、図５に示す例とは反対に、制御部２０は、ＳＨｄ制御の実行時に、実働ＳＨｄが所定のＳＨｄ範囲に足りていない場合は、膨張弁１０４を絞り込む。制御部２０は、膨張弁１０４を絞り込むことによって、冷媒循環量を減らし凝縮圧力を上昇させ、蒸発圧力を低下させることで、ＳＨｄの値を上昇させて所定の範囲内に収まるように制御する。

【0033】

ここで、Ｔｄ制御またはＳＨｄ制御を行う目的としては、運転の信頼性の確保がある。圧縮機１０１の運転中は圧縮された冷媒が高温となり、圧縮機１０１の構造部やモータなどが内蔵されている圧縮機１０１の容器が加熱される。制御部２０は、所定のＴｄ範囲内でＴｄを制御することにより、圧縮機１０１のモータ巻線を減磁させないようにすることができる。また、低負荷運転時などでは、圧縮機１０１に対して湿りガスが吸入され、液バック運転になることが考えられる。制御部２０は、ＴｄまたはＳＨｄを所定の範囲内に制御することにより圧縮機１０１の吸入状態を制御し、圧縮機１０１の信頼性を確保することができる。

【0034】

本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００において、制御部２０は、冷凍サイクル装置１００の運転特性に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替えて実行することが可能である。例えば、制御部２０は、検出部による検出結果と冷凍サイクル装置１００の運転特性とに基づいて、膨張弁１４０の開度をＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とのいずれかに基づいて制御する。

【0035】

［制御の切替処理の動作の説明］
次に、冷凍サイクル装置１００の制御部２０が運転特性に基づいてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の動作について説明する。
図６は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００において、運転特性に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャートである。なお、冷凍サイクル装置１００の運転開始時は、従来制御と同様に必要能力を確保するために、制御部２０はＳＣ制御を実行する。

【0036】

制御部２０は、運転中のＳＣを算出する（ステップＳ１１）。例えば、制御部２０は、温度検出器１１１により検出された凝縮温度と温度検出器１１２により検出された凝縮器出口温度とに基づいて運転時のＳＣを算出する。そして、ステップＳ１２へ進む。

【0037】

制御部２０は、冷凍サイクル装置１００の運転特性に基づいてＳＣ制御の継続が可能であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。冷凍サイクル装置１００の運転特性とは、例えば、運転中の空調負荷の大小、ＳＣの値、膨張弁１０４の開度などである。これらの具体的な運転特性の判定方法については、後述の第２から第４の実施形態にて説明する。制御部２０は、ステップＳ１２においてＳＣ制御の継続が可能であると判定した場合（ＹＥＳ）、ＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ１３）。

【0038】

一方、制御部２０は、ステップＳ１２においてＳＣ制御の継続が可能でないと判定した場合（ＮＯ）、Ｔｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える（ステップＳ１４）。例えば、制御部２０は、温度検出器１１５または温度検出器１１６を用いてＴｄ（吐出温度）を検出し、検出したＴｄに基づいてＴｄ制御を行う。或いは、制御部２０は、検出したＴｄと凝縮温度との差分であるＳＨｄ（吐出過熱度）を算出し、算出したＳＨｄに基づいてＳＨｄ制御を行ってもよい。

【0039】

制御部２０は、ステップＳ１３においてＳＣ制御を継続した場合、実働ＳＣが所定のＳＣ範囲（例えば、２～６度）内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１５）。例えば、制御部２０は、ステップＳ１５において実働ＳＣが閾値Ａ（例えば、２度）以上且つ閾値Ｂ（例えば、６度）以下であるか否かを判定する。制御部２０は、実働ＳＣが所定のＳＣ範囲内に収まっていないと判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻り、改めて運転特性に基づいて判定を行う。

【0040】

一方、制御部２０は、ステップＳ１５において実働ＳＣが所定のＳＣ範囲内に収まっていると判定した場合（ＹＥＳ）、冷凍サイクルが安定している状態であると判断して制御の切替処理を終了する。なお、制御部２０は、この冷凍サイクルが安定している状態であると判断する際には、実働ＳＣが所定のＳＣ範囲内に収まっていることが一定時間にわたって判定された後に判断してもよい。

【0041】

制御部２０は、ステップＳ１４においてＳＣ制御からＴｄ制御へ切り替えた場合、実働Ｔｄが所定のＴｄ範囲（例えば、６０～１００度）内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１６）。例えば、制御部２０は、実働Ｔｄが閾値Ｃ（例えば、６０度）以上且つ閾値Ｄ（例えば、１００度）以下であるか否かを判定する。制御部２０は、ステップＳ１６において実働Ｔｄが所定のＴｄ範囲内に収まっていないと判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻り、改めて運転特性に基づいて判定を行う。

【0042】

一方、制御部２０は、ステップＳ１６において実働Ｔｄが所定のＴｄ範囲内に収まっていると判定した場合（ＹＥＳ）、冷凍サイクルが安定している状態であると判断して制御の切替処理を終了する。例えば、制御部２０は、この冷凍サイクルが安定している状態であると判断する際には、実働Ｔｄが所定のＴｄ範囲内に収まっていることが一定時間にわたって判定された後に判断してもよい。

【0043】

また、制御部２０は、ステップＳ１４においてＳＣ制御からＳＨｄ制御へ切り替えた場合、実働ＳＨｄが所定のＳＨｄ範囲（例えば、２０～３０度）内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１６）。例えば、制御部２０は、実働ＳＨｄが閾値Ｅ（例えば、２０度）以上且つ閾値Ｆ（例えば、３０度）以下であるか否かを判定する。制御部２０は、ステップＳ１６において実働ＳＨｄが所定のＳＨｄ範囲内に収まっていないと判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻り、改めて運転特性に基づいて判定を行う。

【0044】

一方、制御部２０は、ステップＳ１６において実働ＳＨｄが所定のＳＨｄ範囲内に収まっていると判定した場合（ＹＥＳ）、冷凍サイクルが安定している状態であると判断して制御の切替処理を終了する。例えば、制御部２０は、この冷凍サイクルが安定している状態であると判断する際には、実働ＳＨｄが所定のＳＨｄ範囲内に収まっていることが一定時間にわたって判定された後に判断してもよい。

【0045】

なお、制御部２０は、冷凍サイクルの安定後も、このＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御との切替処理を繰り返し実行してもよい。それにより、冷凍サイクル装置１００は、運転特性（例えば、空調負荷など）の変動に対しても継続的に運転の信頼性を確保することができる。

【0046】

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、運転特性に応じて、膨張弁１０４の開度をＳＣ制御（過冷却度制御）とＴｄ制御（吐出温度制御）またはＳＨｄ制御（吐出過熱度制御）とのいずれかに基づいて制御することにより、必要能力の確保と運転保護の両面を実現する。よって、本実施形態によれば、ＳＣ（過冷却度）がつきにくい運転状態であっても、吐出温度異常によって運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置１００を提供することができる。

【0047】

例えば、冷凍サイクル装置１００には、環境規制などの社会動向もあり、低ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）冷媒に適用したものとしてもよい。低ＧＷＰ冷媒の特性としては、従来用いられている冷媒に比べてＧＷＰが低いことから環境影響度が低いというメリットがあることに対して、可燃性や微燃性を有しているというデメリットがある。その中で近年の環境規制によって冷凍サイクル装置の省冷媒化が進んでいることに加え、可燃性や微燃性がある冷媒の場合は、室内に冷媒漏れが発生すると安全面においても問題があるため、冷媒封入量を極力減らす傾向がある。このような冷媒封入量を減らしたい冷媒、例えば可燃性冷媒を用いる場合に、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００が特に有効である。

【0048】

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態において、冷凍サイクル装置１００の運転特性に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える例を説明したが、本実施形態では、運転特性の具体例として空調負荷の大小を用いる例について説明する。

【0049】

冷凍サイクル内の封入冷媒量を減らしている状態においては、空調負荷が小さい場合は、必要な空調能力が低下するため、圧縮機１０１の運転周波数を低下させる。それに伴い、冷凍サイクル装置１００内の冷媒循環量が減少することにより、ＳＣ制御を行う上で必要な所定のＳＣ範囲まで実測値が満たさない場合が想定される。そこで、制御部２０は、冷凍サイクル装置１００の空調負荷が小さいと判定した場合には、ＳＣ制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える。

【0050】

空調負荷の大小については、一例として、制御部２０は、運転中に制御している圧縮機１０１の実際の運転周波数（以下、「実働運転周波数」と称する）に基づいて判定することができる。例えば、制御部２０は、圧縮機１０１の実働運転周波数が所定の閾値（例えば、４０Ｈｚ）未満の場合、空調負荷が小さいと判定して、ＳＣ制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える。一方、制御部２０は、圧縮機１０１の実働運転周波数が所定の閾値（例えば、４０Ｈｚ）以上の場合、空調負荷が小さくないと判定して、ＳＣ制御を継続する。この所定の閾値を以下では、「閾値運転周波数」と称する。

【0051】

図７は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００において、圧縮機１０１の運転周波数に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャートである。この図７に示すステップＳ２１、Ｓ２５、Ｓ２６の各処理は、図６に示すステップＳ１１、Ｓ１５、Ｓ１６の各処理と同様の処理であり、その説明を省略する。ここでは、図６に示すステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４において運転特性に応じて制御を切り替える処理の一例として、ステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４において空調負荷（一例として、圧縮機１０１の運転周波数）に応じて制御を切り替える点が異なる。

【0052】

制御部２０は、冷凍サイクル装置１００の空調負荷の大小の判定を行う（ステップＳ２２）。例えば、制御部２０は、空調負荷の判定として、圧縮機１０１の実働運転周波数が閾値運転周波数（例えば、４０Ｈｚ）以上であるか否かを判定する。制御部２０は、ステップＳ２２において実働運転周波数が閾値運転周波数以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、空調負荷が小さくないと判定してＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２５へ進む。

【0053】

一方、制御部２０は、ステップＳ２２において実働運転周波数が閾値運転周波数未満であると判定した場合（ＮＯ）、空調負荷が小さいと判定してＴｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える（ステップＳ２４）。そして、ステップＳ２６へ進む。

【0054】

なお、図６に示す切替処理で説明したのと同様に、この図７に示す切替処理においても、制御部２０は、冷凍サイクルの安定後も、ＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御との切替処理を繰り返し実行してよい。それにより、冷凍サイクル装置１００は、運転特性（例えば、空調負荷など）の変動に対しても継続的に運転の信頼性を確保することができる。

【0055】

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１の運転周波数が所定の閾値よりも小さい場合、膨張弁１０４の開度をＳＣ制御（過冷却度制御）に基づく制御からＴｄ制御（吐出温度制御）またはＳＨｄ制御（吐出過熱度制御）に基づく制御に切り替える。

【0056】

これにより、冷凍サイクル装置１００は、ＳＣを確保しにくい運転状態、例えば、空調負荷が小さく圧縮機１０１の運転周波数が低下している運転状態において、圧縮機１０１の運転周波数の閾値をもとに膨張弁１０４の開度をＳＣ制御に基づく制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御に基づく制御へ切り替えることができる。そのため、本実施形態によれば、膨張弁１０４の過度な絞り込みを未然に抑制し、吐出温度異常などの保護動作によって、運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置１００を提供することができる。

【0057】

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
第１の実施形態において、冷凍サイクル装置１００の運転特性に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える例を説明したが、本実施形態では、運転特性の具体例としてＳＣの値を用いる例について説明する。

【0058】

冷凍サイクル内の封入冷媒量を減らしている状態においては、冷凍サイクル内の余剰冷媒が少なくなる運転状態が想定され、ＳＣ制御を行う上で必要な所定のＳＣ範囲まで実働ＳＣが満たさないことが考えられる。そこで、制御部２０は、実働ＳＣが所定の閾値（以下、「閾値ＳＣ」と称する）よりも小さい場合には、ＳＣ制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える。

【0059】

図８は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００において、ＳＣの値に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャートである。この図８に示すステップＳ３１、Ｓ３５、Ｓ３６の各処理は、図６に示すステップＳ１１、Ｓ１５、Ｓ１６の各処理と同様の処理であり、その説明を省略する。ここでは、図６に示すステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４において運転特性に応じて制御を切り替える処理の一例として、ステップＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４においてＳＣの値に応じて制御を切り替える点が異なる。

【0060】

制御部２０は、検出された凝縮温度と凝縮器出口温度とに基づいて算出した実働ＳＣが閾値ＳＣ（例えば、２度）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。制御部２０は、ステップＳ３２において実働ＳＣが閾値ＳＣ以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、冷媒が余剰気味であると判定してＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ３３）。そして、ステップＳ３５へ進む。

【0061】

一方、制御部２０は、ステップＳ２２において実働ＳＣが閾値ＳＣ未満であると判定した場合（ＮＯ）、冷媒が不足気味であると判定してＴｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える（ステップＳ３４）。そして、ステップＳ３６へ進む。

【0062】

なお、図６に示す切替処理で説明したのと同様に、この図８に示す切替処理においても、制御部２０は、冷凍サイクルの安定後も、ＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御との切替処理を繰り返し実行してよい。それにより、冷凍サイクル装置１００は、運転特性（例えば、空調負荷など）の変動に対しても継続的に運転の信頼性を確保することができる。

【0063】

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、凝縮器（例えば、熱源側熱交換器１０３）のＳＣ（過冷却度）が所定の閾値よりも小さい場合、膨張弁１０４の開度をＳＣ制御（過冷却度制御）に基づく制御からＴｄ制御（吐出温度制御）またはＳＨｄ制御（吐出過熱度制御）に基づく制御に切り替える。

【0064】

これにより、冷凍サイクル装置１００は、ＳＣを確保しにくい運転状態、例えば、据付環境や冷房、暖房の運転モードの違いによって、冷凍サイクル内の冷媒の割合が少なくなる運転状態が想定される領域においても、凝縮器のＳＣの閾値をもとに膨張弁１０４の開度をＳＣ制御に基づく制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御に基づく制御へ切り替えることができる。そのため、本実施形態によれば、膨張弁１０４の過度な絞り込みを未然に抑制し、吐出温度異常などの保護動作によって、運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置１００を提供することができる。

【0065】

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
第１の実施形態において、冷凍サイクル装置１００の運転特性に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える例を説明したが、本実施形態では、運転特性の具体例として、運転保護の判定のために膨張弁１０４の開度を用いる例について説明する。

【0066】

冷凍サイクル内の封入冷媒量を減らしている状態においては、冷凍サイクル内の余剰冷媒が少なくなる運転状態が想定され、ＳＣ制御を行う上で必要な所定のＳＣ範囲まで実働ＳＣが満たさないことが考えられる。そこで、制御部２０は、運転中に制御している膨張弁１０４の実際の開度（以下、「実働膨張弁開度」と称する）が所定の閾値（以下、「閾値膨張弁開度」と称する）よりも小さい場合には、ＳＣ制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える。

【0067】

図９は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００において、膨張弁１０４の開度に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャートである。この図９に示すステップＳ４１、Ｓ４５、Ｓ４６の各処理は、図６に示すステップＳ１１、Ｓ１５、Ｓ１６の各処理と同様の処理であり、その説明を省略する。ここでは、図６に示すステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４において運転特性に応じて制御を切り替える処理の一例として、ステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４において膨張弁１０４の開度に応じて制御を切り替える点が異なる。

【0068】

制御部２０は、実働膨張弁開度が閾値膨張弁開度（例えば、２０％）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。制御部２０は、ステップＳ４２において実働膨張弁開度が閾値膨張弁開度以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、膨張弁１０４は絞り込み可能と判定し、ＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ４３）。そして、ステップＳ４５へ進む。

【0069】

一方、制御部２０は、ステップＳ４２において実働膨張弁開度が閾値膨張弁開度未満であると判定した場合（ＮＯ）、膨張弁１０４の絞り込みによってＴｄまたはＳＨｄが高くなり、冷媒回路１０内の凝縮圧力が過昇することを予防する運転保護が必要であると判定する。そのため、制御部２０は、膨張弁１０４は絞り込みの予防が必要と判定し、Ｔｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える（ステップＳ４４）。そして、ステップＳ４６へ進む。

【0070】

なお、図６に示す切替処理で説明したのと同様に、この図９に示す切替処理においても、制御部２０は、冷凍サイクルの安定後も、ＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御との切替処理を繰り返し実行してよい。それにより、冷凍サイクル装置１００は、運転特性（例えば、空調負荷など）の変動に対しても継続的に運転の信頼性を確保することができる。

【0071】

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、膨張弁１０４の開度が所定の閾値よりも小さい場合、膨張弁１０４の開度をＳＣ制御（過冷却度制御）に基づく制御からＴｄ制御（吐出温度制御）またはＳＨｄ制御（吐出過熱度制御）に基づく制御に切り替える。

【0072】

これにより、冷凍サイクル装置１００は、ＳＣを確保しにくい運転状態においての運転保護、例えばＳＣが所定の制御範囲を満たさない状態においての膨張弁１０４の過度な絞り込みが想定される領域においても、膨張弁１０４の開度の閾値をもとに膨張弁１０４の開度をＳＣ制御に基づく制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御に基づく制御へ切り替えることできる。そのため、本実施形態によれば、膨張弁１０４の過度な絞り込みを未然に抑制し、吐出温度異常などの保護動作によって、運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。

【0073】

＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態について説明する。
本実施形態では、上記第２、第３、及び第４の実施形態のそれぞれで説明した空調負荷（圧縮機１０１の運転周波数）、ＳＣの値、及び膨張弁１０４の開度に応じて、ＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える例を説明する。

【0074】

図１０は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００において、空調負荷（圧縮機１０１の運転周波数）、ＳＣの値、及び膨張弁１０４の開度に応じてＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御とを切り替える切替処理の一例を示すフローチャートである。この図１０に示すステップＳ５１、Ｓ５８、Ｓ５９の各処理は、図６に示すステップＳ１１、Ｓ１５、Ｓ１６の各処理と同様の処理であり、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ５２～Ｓ５７において、空調負荷（例えば、圧縮機１０１の運転周波数）、ＳＣの値、及び膨張弁１０４の開度のそれぞれの判定結果に基づいて制御を切り替える点が図６に示す切替処理と異なる。

【0075】

制御部２０は、冷凍サイクル装置１００の空調負荷の大小の判定を行う（ステップＳ５２）。例えば、制御部２０は、空調負荷の判定として、圧縮機１０１の実働運転周波数が閾値運転周波数（例えば、４０Ｈｚ）以上であるか否かを判定する。制御部２０は、ステップＳ５２において実働運転周波数が閾値運転周波数以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、空調負荷が小さくないと判定してＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ５６）。そして、ステップＳ５８へ進む。

【0076】

一方、制御部２０は、ステップＳ５２において実働運転周波数が閾値運転周波数未満であると判定した場合（ＮＯ）、空調負荷が小さいと判定してステップＳ５３へ進む。

【0077】

制御部２０は、検出された凝縮温度と凝縮器出口温度とに基づいて算出した実働ＳＣが閾値ＳＣ（例えば、２度）以上であるか否かを判定する（ステップＳ５３）。制御部２０は、ステップＳ５３において実働ＳＣが閾値ＳＣ以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、冷媒が余剰気味であると判定してＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ５６）。そして、ステップＳ５８へ進む。

【0078】

一方、制御部２０は、ステップＳ５３において実働ＳＣが閾値ＳＣ未満であると判定した場合（ＮＯ）、冷媒が不足気味であると判定してステップＳ５４へ進む。

【0079】

制御部２０は、実働膨張弁開度が閾値膨張弁開度（例えば、２０％）以上であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。制御部２０は、ステップＳ５４において実働膨張弁開度が閾値膨張弁開度以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、膨張弁１０４は絞り込み可能と判定し、ＳＣ制御を継続して行う（ステップＳ５６）。そして、ステップＳ５８へ進む。

【0080】

一方、制御部２０は、ステップＳ５４において実働膨張弁開度が閾値膨張弁開度未満であると判定した場合（ＮＯ）、空調負荷が小さく、冷媒が不足気味であり、且つ膨張弁１０４は絞り込みの予防が必要であると判定し、Ｔｄ制御またはＳＨｄ制御へ切り替える（ステップＳ５７）。そして、ステップＳ５９へ進む。

【0081】

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１の運転周波数が所定の閾値よりも小さく、かつ凝縮器（例えば、熱源側熱交換器１０３）のＳＣ（過冷却度）が所定の閾値よりも小さく、かつ膨張弁１０４の開度が所定の閾値よりも小さい場合に、膨張弁１０４の開度をＳＣ制御（過冷却度制御）に基づく制御からＴｄ制御（吐出温度制御）またはＳＨｄ制御（吐出過熱度制御）に基づく制御に切り替える。

【0082】

これにより、冷凍サイクル装置１００は、ＳＣを確保しにくい運転状態、例えば空調負荷が小さく圧縮機１０１の運転周波数が低下している運転状態や据付環境や冷房、暖房の運転モードの違い、ＳＣが所定の制御範囲を満たさない状態においての膨張弁１０４の過度な絞り込みが起こり運転保護が必要な領域においても、圧縮機１０１の運転周波数、凝縮器のＳＣ、膨張弁１０４の開度の閾値のそれぞれを判定し、膨張弁１０４の開度をＳＣ制御に基づく制御からＴｄ制御またはＳＨｄ制御に基づく制御へ切り替えることができる。そのため、本実施形態によれば、膨張弁１０４の過度な絞り込みを未然に抑制し、吐出温度異常などの保護動作によって、運転停止する事態にならない信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。

【0083】

以上、各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、各実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

【0084】

上記実施形態において、熱源側熱交換器１０３のＳＣを用いる例を説明したが、利用側熱交換器１０５のＳＣを用いてもよい。また、熱源側熱交換器１０３のＳＣと利用側熱交換器１０５のＳＣの両方を用いてもよい。

【0085】

また、上記第１の実施形態において、図６に示す処理において、制御部２０は、冷凍サイクルの安定後も、ＳＣ制御とＴｄ制御またはＳＨｄ制御との切替処理を繰り返し実行してよいことを説明したが、図７、８、９、および１０に示す処理についても同様に、冷凍サイクルの安定後も繰り返し実行してよい。

【0086】

なお、制御部２０の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御部２０の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

【0087】

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。また、上記のプログラムを所定のサーバに記憶させておき、他の装置からの要求に応じて、当該プログラムを通信回線を介して配信（ダウンロード等）させるようにしてもよい。

【0088】

また、制御部２０の機能の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ ＳＣａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１０ 冷媒回路
１１、１２、１３、１４ 配管
２０ 制御部
１００ 冷凍サイクル装置
１０１ 圧縮機
１０２ 冷媒切り替え装置
１０３ 熱源側熱交換器
１０４ 膨張弁
１０５ 利用側熱交換器
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６ 温度検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】