JPH11230626A

JPH11230626A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JPH11230626A
Application number: JP2943898A
Authority: JP
Inventors: Noriho Okakura; 典穂岡座; Shozo Funakura; 正三船倉; Mitsuharu Matsuo; 光晴松尾; Yuji Yoshida; 雄二吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｒ３２とＨＣ冷媒からなる混合冷媒の吐出温
度が信頼性を損なうほど高温となることを防止する冷凍
サイクル装置を提供する。【解決手段】ＨＦＣ冷媒のＲ３２（ジフルオロメタ
ン）と、ＨＣ冷媒のＲ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６０
０（ブタン）、ＲＣ２７０（シクロプロパン）、Ｒ２９
０（プロパン）から選択された少なくとも一つのＨＣ冷
媒を主成分とする混合冷媒を封入し、吐出温度検知部５
の検知温度があらかじめ設定された設定温度Ａより高い
場合には、膨張弁開度変更手段６により膨張弁開度を順
次大きくし、膨張弁開度が最大となった状態で、かつ、
吐出温度検知部５の検知温度があらかじめ設定された設
定温度Ｂより高い場合には、周波数変更手段８により圧
縮機駆動周波数を下げる制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジフルオロメタン
と、ＨＣ冷媒とからなる混合冷媒の冷凍サイクル装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エアコン、冷凍機等の冷凍サイク
ル装置は、圧縮機、必要に応じて四方弁、凝縮器、キャ
ピラリーチューブや膨張弁等の絞り装置、蒸発器、アキ
ュームレータ等を配管接続して冷凍サイクルを構成し、
その内部に冷媒を循環させることにより、冷却または加
熱作用を行っている。これらの冷凍サイクル装置におけ
る冷媒としては、ＣＦＣ冷媒やＨＣＦＣ冷媒が用いられ
ている。

【０００３】しかし、従来のＣＦＣ冷媒やＨＣＦＣ冷媒
はオゾン層に対して有害な影響があることから、オゾン
層に対する脅威がないＨＦＣ冷媒やＨＣ冷媒が代替冷媒
として提案されている。

【０００４】例えば冷蔵庫用の作動媒体は、ＣＦＣ冷媒
のＲ１２から、ＨＦＣ冷媒のＲ１３４ａ（１，１，１，
２−テトラフルオロエタン、CF₃-CH₂F、沸点−２６．１
℃）や、ＨＣ冷媒のＲ６００ａ（イソブタン、(CH₃)₂-C
H-CH₃、沸点−１１．８℃）、ＲＣ２７０（シクロプロ
パン、-CH₂-CH₂-CH₂-、沸点−３３．５℃）、Ｒ２９０
（プロパン、CH₃-CH₂-CH₃、沸点−４２．１℃）の各単
一冷媒やこれらの混合冷媒への移行が提案されている。

【０００５】また空調機用の作動媒体は、ＨＣＦＣ冷媒
のＲ２２から、ＨＦＣ冷媒のＲ３２（ジフルオロメタ
ン、CH₂F₂、沸点−５１．７℃）、Ｒ１２５（ペンタフ
ルオロエタン、CF₃-CHF₂、沸点−４８．１℃）、Ｒ１３
４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン、CF₃-CH
₂F、沸点−２６．１℃）等からなる混合冷媒や、ＨＣ冷
媒のＲ２９０、Ｒ１２７０（プロピレン、CH₃-CH=CH₂、
沸点−４７．７℃）や、Ｒ１７０（エタン、CH₃-CH₃、
沸点−８８．８℃）との混合冷媒への移行が提案されて
いる。例えば、Ｒ３２とＲ１２５からなる混合冷媒が注
目されており、５０±２重量％のＲ３２と５０±２重量
％のＲ１２５からなる混合冷媒は、共沸様混合物とな
り、Ｒ４１０Ａの番号が付与されている。

【０００６】しかし、Ｒ１２５やＲ１３４ａなどのＨＦ
Ｃ冷媒を用いることでオゾン層に対する脅威はなくなる
が、他の地球環境問題である地球温暖化に対する影響を
示す地球温暖化係数は、従来のＨＣＦＣ冷媒のＲ２２と
同程度であり改善することができない。またＨＣ冷媒
は、オゾン層に対する脅威もなく地球温暖化係数も小さ
いが、従来のＨＣＦＣ冷媒のＲ２２にはなかった強い可
燃性を持つ。

【０００７】ここで、ＨＦＣ冷媒のＲ３２は、鉱油やア
ルキルベンゼン油等の従来の圧縮機用潤滑油との相溶性
が小さく、弱い可燃性があるという欠点があるものの、
地球温暖化係数を、Ｒ２２やＲ４１０Ａに比べて約１／
３に小さくできる利点がある。そこで、従来の圧縮機用
潤滑油を用いた圧縮機へのオイルリターンを確保するた
めに、化学構造が鉱油やアルキルベンゼン油と近く、し
かもＲ３２と共沸性の高いＨＣ冷媒を少量、弱可燃性を
確保できる範囲でＲ３２と混合することが考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、Ｒ３２とＲ６
００ａ、Ｒ６００、ＲＣ２７０、Ｒ２９０から選択され
た少なくとも一つのＨＣ冷媒とを主成分とした、共沸様
混合冷媒を冷凍サイクルに用いたところ、Ｒ４１０Ａに
比べて、吐出圧力は、ほぼ同等となるものの、吐出温度
は高くなることが判明した。これについて以下に説明す
る。

【０００９】まず、ＨＣ冷媒から選択されたＲ６００ａ
またはＲ６００またはＲＣ２７０またはＲ２９０と、Ｈ
ＦＣ冷媒のＲ３２からなる２成分系の理想的な冷凍性能
と、これらのＨＣ冷媒がＲ３２と共沸様組成を形成する
ことを以下に説明する。

【００１０】Ｒ３２とＨＣ冷媒からなる２成分系の、Ｒ
３２が８０重量％から１００重量％の混合冷媒の理想的
な冷凍性能を（表１）から（表４）に示す。Ｒ４１０Ａ
の理想的な冷凍性能と比較して示している。条件は、凝
縮平均温度が５０℃、蒸発平均温度が０℃、凝縮器出口
過冷却度が０ｄｅｇ、蒸発器出口過熱度が０ｄｅｇの場
合である。（表１）はＲ３２とＲ６００ａからなる２成
分系、（表２）はＲ３２とＲ６００からなる２成分系、
（表３）はＲ３２とＲＣ２７０からなる２成分系、（表
４）はＲ３２とＲ２９０からなる２成分系、の理想的な
冷凍性能を示している。また、上記条件下での、Ｒ４１
０Ａの凝縮圧力は３．０３８ＭＰａ、蒸発圧力は０．７
９７ＭＰａ、吐出温度は７３．５℃である。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【表３】

【００１４】

【表４】

【００１５】共沸様混合物であるかどうかは、次の２点
から確認することができる。第１は、もし共沸様混合物
でなければ、Ｒ３２に高沸点のＨＣ冷媒を混合するにつ
れて、同一の凝縮平均温度や蒸発平均温度において圧力
特性が順次低下するものであり、逆に共沸様混合物であ
れば、Ｒ３２に高沸点のＨＣ冷媒を混合しても、ほとん
ど圧力が変化しなかったり、ある共沸様組成で圧力特性
が極大値をもつことでわかる。第２は、凝縮過程と蒸発
過程における温度勾配がほとんどゼロに近いかどうかで
ある。

【００１６】（表１）の圧力特性や凝縮過程と蒸発過程
における温度勾配からは、Ｒ３２とＲ６００ａからなる
混合冷媒では、約１０重量％のＲ６００ａまで共沸様組
成となることがわかる。同様に（表２）から、Ｒ３２と
Ｒ６００からなる混合冷媒では、約５重量％のＲ６００
まで共沸様組成となることがわかる。同様に（表３）か
ら、Ｒ３２とＲＣ２７０からなる混合冷媒では、約２０
重量％のＲＣ２７０まで共沸様組成となることがわか
る。同様に（表４）からＲ３２とＲ２９０からなる混合
冷媒では、高沸点のＲ２９０の混合割合を多くするにつ
れて逆に圧力が上昇しており、少なくとも約２０重量％
のＲ２９０まで共沸様組成となることがわかる。

【００１７】なお、表中のＲ３２／Ｒ６００ａなどは、
Ｒ３２とＲ６００ａからなる混合冷媒であることを示し
ている。また、組成割合の欄の８０／２０等は、対応す
る組成割合の重量割合の値であり、表１ではＲ３２が８
０重量％、Ｒ６００ａが２０重量％であることを示して
いる。

【００１８】次に、前記混合冷媒の共沸様混合組成を実
際の冷凍サイクルに用いたときの吐出温度について説明
する。ルームエアコンを用いた実験およびシミュレーシ
ョンから得られた外気温度３５℃、および４３℃での冷
房運転時の吐出温度を（表５）に示す。

【００１９】

【表５】

【００２０】（表５）から、Ｒ６００ａ、Ｒ６００、Ｒ
Ｃ２７０、Ｒ２９０から選択された少なくとも一つのＨ
Ｃ冷媒と、ＨＦＣ冷媒のＲ３２からなる２成分系の共沸
様組成に近い組成での吐出温度は、Ｒ４１０Ａに比べて
約４度から１０度程度高くなる傾向にあり、特に、外気
温が高い場合には、この傾向が強くなることがわかる。

【００２１】吐出温度が高すぎると圧縮機潤滑油の劣化
および炭化、圧縮機の加熱による電動機巻き線の絶縁劣
化、構成部品の劣化等により、冷凍サイクル装置の信頼
性を低下させるという問題が生じる。

【００２２】本発明は、冷媒としてイソブタン、ブタ
ン、シクロプロパン、プロパンから選択された少なくと
も一つのＨＣ冷媒とジフルオロメタンとを主成分とする
混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置が有する吐出温度が
高くなるという課題を考慮し、冷媒としてイソブタン、
ブタン、シクロプロパン、プロパンから選択された少な
くとも一つのＨＣ冷媒とジフルオロメタンとを主成分と
する混合冷媒を用い、吐出温度が信頼性を損なうほど高
温となることを防止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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、圧
縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁を有する冷凍サイク
ルと、前記圧縮機の吐出温度を検知する温度検知部と、
前記膨張弁の開度を変更する膨張弁開度変更手段と、前
記膨張弁開度変更手段を制御する制御手段とを備え、冷
媒としてイソブタン、ブタン、シクロプロパン、プロパ
ンから選択された少なくとも一つのＨＣ冷媒とジフルオ
ロメタンとを主成分とする混合冷媒を用い、前記制御手
段は、前記吐出温度があらかじめ設定された設定温度以
下になるように、前記膨張弁開度変更手段を制御するこ
とを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００２４】請求項２の本発明は、圧縮機、凝縮器、蒸
発器および膨張弁を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機
の吐出温度を検知する温度検知部と、前記圧縮機の駆動
周波数を変更する周波数変更手段と、前記周波数変更手
段を制御する制御手段とを備え、冷媒としてイソブタ
ン、ブタン、シクロプロパン、プロパンから選択された
少なくとも一つのＨＣ冷媒とジフルオロメタンとを主成
分とする混合冷媒を用い、前記制御手段は、前記吐出温
度があらかじめ設定された設定温度以下になるように、
前記周波数変更手段を制御することを特徴とする冷凍サ
イクル装置である。

【００２５】請求項３の本発明は、圧縮機、凝縮器、蒸
発器および膨張弁を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機
の吐出温度を検知する温度検知部と、前記膨張弁の開度
を変更する膨張弁開度変更手段と、前記圧縮機の駆動周
波数を変更する周波数変更手段と、前記膨張弁開度変更
手段および前記周波数変更手段を制御する制御手段とを
備え、冷媒としてイソブタン、ブタン、シクロプロパ
ン、プロパンから選択された少なくとも一つのＨＣ冷媒
とジフルオロメタンとを主成分とする混合冷媒を用い、
前記制御手段は、前記吐出温度があらかじめ設定された
第一の設定温度以下になるように、前記膨張弁開度変更
手段を制御し、前記制御により前記膨張弁開度が最大と
なった状態で、かつ、前記吐出温度があらかじめ設定さ
れた第二の設定温度より高い場合には、前記吐出温度が
前記第二の設定温度以下になるように、前記周波数変更
手段を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置であ
る。

【００２６】請求項４の本発明は、圧縮機、凝縮器、蒸
発器および膨張弁を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機
の吐出温度を検知する温度検知部と、前記膨張弁の開度
を変更する膨張弁開度変更手段と、前記圧縮機の駆動周
波数を変更する周波数変更手段と、前記膨張弁開度変更
手段および前記周波数変更手段を制御する制御手段とを
備え、冷媒としてイソブタン、ブタン、シクロプロパ
ン、プロパンから選択された少なくとも一つのＨＣ冷媒
とジフルオロメタンとを主成分とする混合冷媒を用い、
前記制御手段は、前記吐出温度があらかじめ設定された
第一の設定温度より高く、かつ、前記第一の設定温度よ
り高い温度に設定された第二の設定温度より低い場合に
は、前記吐出温度が前記第一の設定温度以下になるよう
に、前記膨張弁開度変更手段を制御し、前記吐出温度が
前記第二の設定温度より高く、かつ、前記第二の設定温
度より高い温度に設定された第三の設定温度より低い場
合には、前記吐出温度が前記第二の設定温度以下になる
ように、前記周波数変更手段を制御し、前記吐出温度が
前記第三の設定温度より高い場合には、前記圧縮機の運
転を停止させるように、前記周波数変更手段を制御する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置である。

【００２７】請求項５の本発明は、前記設定温度、前記
第一の設定温度、前記第二の設定温度、前記第三の設定
温度のいずれかは、５０±２重量％のジフルオロメタン
と５０±２重量％のペンタフルオロエタンからなる別の
混合冷媒を前記冷凍サイクルで用いた場合の通常運転時
における前記圧縮機の吐出温度の最大値に実質的に等し
いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷
凍サイクル装置である。

【００２８】請求項６の本発明は、前記設定温度、前記
第一の設定温度、前記第二の設定温度、前記第三の設定
温度のいずれかは、前記圧縮機で用いる潤滑油の性能劣
化が実質的に起こらない最高の温度であることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置
である。

【００２９】

【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。

【００３０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成を示す
概念図である。図１において、１は圧縮機、２は凝縮
器、３は膨張弁、４は蒸発器であり、蒸気圧縮式の冷凍
サイクルを構成している。また、５は圧縮機の吐出管に
設置された吐出温度検知部、６は膨張弁３の開度を変更
する膨張弁開度変更手段であり、制御手段７によって制
御される。冷媒としては、ＨＦＣ冷媒のＲ３２を９５重
量％と、ＨＣ冷媒のＲ６００を５重量％からなる共沸様
混合冷媒を用いている。

【００３１】つぎに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置の動作について説明する。Ｒ３２とＲ６００の混
合冷媒は圧縮機１により吸引されて圧縮された後、凝縮
器２に導かれて凝縮液化し、液冷媒となる。液冷媒は、
膨張弁３に導かれ、膨張弁３によって特定圧力以下に下
げられ、蒸発器４において、蒸発させられてガス冷媒と
なり、再び圧縮機１に吸引される。

【００３２】制御手段７は、通常の運転時には、圧縮機
１の吸入するガス冷媒の温度を検知する吸入温度検知部
（図示せず）の出力と、ガス冷媒の圧力を検知する圧力
検知部（図示せず）の出力および／または蒸発温度を検
知する蒸発温度検知部（図示せず）の出力とから算出さ
れた、冷媒の過熱度や、要求されている冷凍能力に応じ
て、膨張弁開度変更手段６や周波数変更手段（図示せ
ず）を制御し、膨張弁開度や、圧縮機駆動周波数の変更
を行う。

【００３３】しかし、Ｒ３２とＲ６００の混合冷媒を用
いた場合には、吐出温度が高くなり、特に、外気温度が
変化した場合などに吐出温度が高くなる傾向が強い。こ
のため、吐出温度が高くなりすぎると圧縮機潤滑油の劣
化および炭化、圧縮機１の加熱による電動機巻き線の絶
縁劣化、構成部品の劣化等により、冷凍サイクル装置の
信頼性が確保できないという問題が起こる。

【００３４】そこで、制御手段７は、吐出温度検知部５
により検知される吐出温度があらかじめ設定された設定
温度より高いと判定される場合には、膨張弁開度変更手
段６により、膨張弁３の開度を順次大きくする制御を行
う。

【００３５】これにより、膨張弁流量が増加するため、
吐出温度が下げられ、圧縮機１および冷媒の循環経路な
どを保護し、冷凍サイクル装置の信頼性を確保できる。

【００３６】また、この制御方法では、圧縮機駆動周波
数は下げていないため、冷凍能力はそれほど低下させる
ことなく、すなわち、快適性を損なわずに吐出温度を下
げることができる。さらに、Ｒ３２／Ｒ６００混合冷媒
は、（表２）に示されるようにＲ４１０Ａに比べて、冷
凍能力、成績係数が良いので、運転効率の最も良くなる
膨張弁開度より、多少大きい膨張弁開度で運転しても、
効率の良い運転が可能である。

【００３７】上記設定温度を、上記冷凍サイクルに従来
の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａを用いた場合の通常運転時
における、前記圧縮機の吐出温度の最大値（許容範囲の
最大値）に実質的に等しくすれば、Ｒ４１０Ａを冷媒と
して使用している従来の冷凍サイクル装置で使用してい
る圧縮機潤滑油、圧縮機の電動機巻き線、構成部品等
を、本実施の形態における冷凍サイクル装置にそのまま
使用しても、上述した高温の吐出温度による性能劣化を
回避できる。また、上記設定温度を、本実施の形態にお
ける冷凍サイクル装置において使用しようとしている圧
縮機潤滑油の性能劣化が実質的に起こらない最高の温度
（許容範囲の最大値）とすれば、少なくとも、圧縮機潤
滑油の劣化および炭化は確実に回避できる。

【００３８】なお、図１に示した本実施の形態における
冷凍サイクル装置では、冷媒として、Ｒ３２／Ｒ６００
混合冷媒を用いたが、Ｒ３２／Ｒ６００ａやＲ３２／Ｒ
Ｃ２７０、またはＲ３２／Ｒ２９０などの混合冷媒を用
いた場合にも、同様の効果が得られる。

【００３９】さらに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置に、冷暖兼用の空調機として利用するために、四
方弁（図示せず）を追加しても同様の効果が得られる。

【００４０】また、本実施の形態における冷凍サイクル
装置では、温度検知部５を吐出管に設けて説明したが、
圧縮機１と凝縮器２の間の配管に設けたり、圧縮機１の
シェルに設けて、吐出温度の検知を行ってもよい。

【００４１】（第２の実施の形態）図２は、本発明の第
２の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成を示す
概念図である。なお、図２において、図１と同じ構成要
素は図１と同じ符号を付す。また、８は圧縮機１の駆動
周波数を変更する周波数変更手段であり、制御手段７に
よって制御される。冷媒としては、ＨＦＣ冷媒のＲ３２
を９５重量％と、ＨＣ冷媒のＲ６００を５重量％からな
る共沸様混合冷媒を用いている。

【００４２】つぎに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置の動作について説明する。通常時の動作は、上述
した第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の動作
と同様であるので、説明を省略する。

【００４３】Ｒ３２とＲ６００の混合冷媒を用いた場合
には、吐出温度が高くなり、特に、外気温度が変化した
場合などに吐出温度が高くなる傾向が強い。このため、
吐出温度が高くなりすぎると圧縮機潤滑油の劣化および
炭化、圧縮機１の加熱による電動機巻き線の絶縁劣化、
構成部品の劣化等により、冷凍サイクル装置の信頼性が
確保できないという問題が起こる。

【００４４】そこで、制御手段７は、吐出温度検知部５
により検知される吐出温度があらかじめ設定された設定
温度より高いと判定される場合には、周波数変更手段８
により圧縮機駆動周波数を下げる制御を行う。

【００４５】これにより、圧縮比が低下するため、吐出
温度が下げられ、圧縮機１および冷媒の循環経路などを
保護し、冷凍サイクル装置の信頼性を確保できる。

【００４６】また、この制御方法では、冷凍能力は低下
するものの、確実に吐出温度を下げることができる。

【００４７】上記設定温度を、上記冷凍サイクルに従来
の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａを用いた場合の通常運転時
における、前記圧縮機の吐出温度の最大値（許容範囲の
最大値）に実質的に等しくすれば、Ｒ４１０Ａを冷媒と
して使用している従来の冷凍サイクル装置で使用してい
る圧縮機潤滑油、圧縮機の電動機巻き線、構成部品等
を、本実施の形態における冷凍サイクル装置にそのまま
使用しても、上述した高温の吐出温度による性能劣化を
回避できる。また、上記設定温度を、本実施の形態にお
ける冷凍サイクル装置において使用しようとしている圧
縮機潤滑油の性能劣化が実質的に起こらない最高の温度
（許容範囲の最大値）とすれば、少なくとも、圧縮機潤
滑油の劣化および炭化は確実に回避できる。

【００４８】なお、図２に示した本実施の形態における
冷凍サイクル装置では、冷媒として、Ｒ３２／Ｒ６００
混合冷媒を用いたが、Ｒ３２／Ｒ６００ａやＲ３２／Ｒ
Ｃ２７０、またはＲ３２／Ｒ２９０などの混合冷媒を用
いた場合にも、同様の効果が得られる。

【００４９】さらに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置に、冷暖兼用の空調機として利用するために、四
方弁（図示せず）を追加しても同様の効果が得られる。

【００５０】また、本実施の形態における冷凍サイクル
装置では、温度検知部５を吐出管に設けて説明したが、
圧縮機１と凝縮器２の間の配管に設けたり、圧縮機１の
シェルに設けて、吐出温度の検知を行ってもよい。

【００５１】（第３の実施の形態）図３は、本発明の第
３の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成を示す
概念図である。なお、図３において、図１、２と同じ構
成要素は図１、２と同じ符号を付す。冷媒としては、Ｈ
ＦＣ冷媒のＲ３２を９５重量％と、ＨＣ冷媒のＲ６００
を５重量％からなる共沸様混合冷媒を用いている。

【００５２】つぎに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置の動作について説明する。通常時の動作は、上述
した第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の動作
と同様であるので、説明を省略する。

【００５３】Ｒ３２とＲ６００の混合冷媒を用いた場合
には、吐出温度が高くなり、特に、外気温度が変化した
場合などに吐出温度が高くなる傾向が強い。このため、
吐出温度が高くなりすぎると圧縮機潤滑油の劣化および
炭化、圧縮機１の加熱による電動機巻き線の絶縁劣化、
構成部品の劣化等により、冷凍サイクル装置の信頼性が
確保できないという問題が起こる。

【００５４】そこで、制御手段７は、吐出温度検知部５
により検知される吐出温度があらかじめ設定された設定
温度Ａより高いと判定される場合には、膨張弁開度変更
手段６により、膨張弁３の開度を順次大きくする制御を
行う。さらに、膨張弁３の開度を順次大きくしていき、
膨張弁３の開度が最大となった状態で、かつ吐出温度検
知部５により検知される吐出温度があらかじめ設定され
た設定温度Ｂより高いと判定される場合には、周波数変
更手段８により圧縮機駆動周波数を下げる制御を行う。

【００５５】膨張弁３の開度を順次大きくしていくこと
で、膨張弁流量が増加するため、吐出温度は低下する。
ここでは、圧縮機駆動周波数は下げていないため、冷凍
能力はそれほど低下させることなく、すなわち、快適性
を損なわずに吐出温度を下げることができる。さらに、
膨張弁３の開度が最大となっても、吐出温度があらかじ
め設定された設定温度Ｂ以下に低下しない場合には、圧
縮機駆動周波数を下げることで、圧縮比が低下するた
め、確実に吐出温度が下げられ、圧縮機１および冷媒の
循環経路などを保護し、冷凍サイクル装置の信頼性を確
保できる。

【００５６】また、この制御方法では、膨張弁開度が最
大となった状態で、吐出温度が設定温度Ｂ以下に低下し
ない場合に限って、駆動周波数を下げるため、冷凍能力
はそれほど低下させることなく、すなわち、快適性を損
なわず、かつ、確実に吐出温度を下げることができる。
さらに、Ｒ３２／Ｒ６００混合冷媒は、（表２）に示さ
れるようにＲ４１０Ａに比べて、冷凍能力、成績係数が
良いので、運転効率の最も良くなる膨張弁開度より、多
少大きい膨張弁開度で運転しても、効率の良い運転が可
能である。

【００５７】上記設定温度Ａ、Ｂのいずれかを、上記冷
凍サイクルに従来の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａを用いた
場合の通常運転時における、前記圧縮機の吐出温度の最
大値（許容範囲の最大値）に実質的に等しくすれば、Ｒ
４１０Ａを冷媒として使用している従来の冷凍サイクル
装置で使用している圧縮機潤滑油、圧縮機の電動機巻き
線、構成部品等を、本実施の形態における冷凍サイクル
装置にそのまま使用しても、上述した高温の吐出温度に
よる性能劣化を回避できる。また、上記設定温度Ａ、Ｂ
のいずれかを、本実施の形態における冷凍サイクル装置
において使用しようとしている圧縮機潤滑油の性能劣化
が実質的に起こらない最高の温度（許容範囲の最大値）
とすれば、少なくとも、圧縮機潤滑油の劣化および炭化
は確実に回避できる。

【００５８】なお、図３に示した本実施の形態における
冷凍サイクル装置では、冷媒として、Ｒ３２／Ｒ６００
混合冷媒を用いたが、Ｒ３２／Ｒ６００ａやＲ３２／Ｒ
Ｃ２７０、またはＲ３２／Ｒ２９０などの混合冷媒を用
いた場合にも、同様の効果が得られる。

【００５９】また、設定温度Ｂは、設定温度Ａと同じ温
度に設定しても、設定温度Ａより低い温度に設定しても
よい。

【００６０】さらに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置に、冷暖兼用の空調機として利用するために、四
方弁（図示せず）を追加しても同様の効果が得られる。

【００６１】また、本実施の形態における冷凍サイクル
装置では、温度検知部５を吐出管に設けて説明したが、
圧縮機１と凝縮器２の間の配管に設けたり、圧縮機１の
シェルに設けて、吐出温度の検知を行ってもよい。

【００６２】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における冷凍サイクル装置の構成は、上述した第３の実
施の形態おける冷凍サイクル装置の構成と同じである。
したがって、本実施の形態においても図３を参照して説
明する。なお、本実施の形態における冷凍サイクル装置
の冷媒としては、ＨＦＣ冷媒のＲ３２を９５重量％と、
ＨＣ冷媒のＲ６００を５重量％からなる共沸様混合冷媒
を用いている。

【００６３】つぎに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置の動作について説明する。通常時の動作は、上述
した第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の動作
と同様であるので、説明を省略する。

【００６４】Ｒ３２とＲ６００の混合冷媒を用いた場合
には、吐出温度が高くなり、特に、外気温度が変化した
場合などに吐出温度が高くなる傾向が強い。このため、
吐出温度が高くなりすぎると圧縮機潤滑油の劣化および
炭化、圧縮機１の加熱による電動機巻き線の絶縁劣化、
構成部品の劣化等により、冷凍サイクル装置の信頼性が
確保できないという問題が起こる。

【００６５】そこで、制御手段７は、吐出温度検知部５
により検知される吐出温度があらかじめ設定された設定
温度Ａより高いと判定される場合には、膨張弁開度変更
手段６により、膨張弁３の開度を順次大きくする制御を
行う。また、吐出温度検知部５により検知される吐出温
度が、設定温度Ａより高い温度に設定された設定温度Ｂ
より高いと判定される場合には、周波数変更手段８によ
り圧縮機駆動周波数を下げる制御を行う。また、吐出温
度検知部５により検知される吐出温度が、設定温度Ｂよ
り高い温度に設定された設定温度Ｃより高いと判定され
る場合には、圧縮機１を停止する制御を行う。

【００６６】吐出温度が、比較的低い設定温度Ａより、
高温となった場合には、膨張弁３の開度を順次大きくし
ていくことで、膨張弁流量が増加するため、吐出温度は
低下する。ここでは、圧縮機駆動周波数は下げていない
ため、冷凍能力はそれほど低下させることなく、すなわ
ち、快適性を損なわずに吐出温度を下げることができ
る。また、吐出温度が、設定温度Ａよりも高い設定温度
Ｂより、高温となった場合には、圧縮機駆動周波数を下
げることで、圧縮比が低下するため、吐出温度が下げら
れる。また、吐出温度が、さらに高い設定温度Ｃより、
高温となった場合には、圧縮機１を停止することによ
り、圧縮機１および冷媒の循環経路などを保護し、冷凍
サイクル装置の信頼性を確保できる。

【００６７】この制御方法では、設定温度Ａよりも高い
設定温度Ｂより、高温となった場合に限って、駆動周波
数を下げるため、冷凍能力はそれほど低下させることな
く、すなわち、快適性を損なわず、かつ、確実に吐出温
度を下げることができる。さらに、Ｒ３２／Ｒ６００混
合冷媒は、（表２）に示されるようにＲ４１０Ａに比べ
て、冷凍能力、成績係数が良いので、運転効率の最も良
くなる膨張弁開度より、多少大きい膨張弁開度で運転し
ても、効率の良い運転が可能である。

【００６８】また、何らかの異常により、吐出温度が急
激に上昇した場合にも、駆動周波数を下げることで、吐
出温度を下げるか、あるいは圧縮機１を停止することに
より、圧縮機１および冷媒の循環経路などを保護し、冷
凍サイクル装置の信頼性を確保できる。

【００６９】上記設定温度Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかを、上
記冷凍サイクルに従来の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａを用
いた場合の通常運転時における、前記圧縮機の吐出温度
の最大値（許容範囲の最大値）に実質的に等しくすれ
ば、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用している従来の冷凍サ
イクル装置で使用している圧縮機潤滑油、圧縮機の電動
機巻き線、構成部品等を、本実施の形態における冷凍サ
イクル装置にそのまま使用しても、上述した高温の吐出
温度による性能劣化を回避できる。また、上記設定温度
Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかを、本実施の形態における冷凍サ
イクル装置において使用しようとしている圧縮機潤滑油
の性能劣化が実質的に起こらない最高の温度（許容範囲
の最大値）とすれば、少なくとも、圧縮機潤滑油の劣化
および炭化は確実に回避できる。

【００７０】なお、本実施の形態における冷凍サイクル
装置では、冷媒として、Ｒ３２／Ｒ６００混合冷媒を用
いたが、Ｒ３２／Ｒ６００ａやＲ３２／ＲＣ２７０、ま
たはＲ３２／Ｒ２９０などの混合冷媒を用いた場合に
も、同様の効果が得られる。

【００７１】さらに、本実施の形態における冷凍サイク
ル装置に、冷暖兼用の空調機として利用するために、四
方弁（図示せず）を追加しても同様の効果が得られる。

【００７２】また、本実施の形態における冷凍サイクル
装置では、温度検知部５を吐出管に設けて説明したが、
圧縮機１と凝縮器２の間の配管に設けたり、圧縮機１の
シェルに設けて、吐出温度の検知を行ってもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、冷媒としてオゾン層に対する脅威がないイソ
ブタン、ブタン、シクロプロパン、プロパンから選択さ
れた少なくとも一つのＨＣ冷媒とジフルオロメタンとを
主成分とする混合冷媒を用い、吐出温度が信頼性を損な
うほど高温となることを防止する冷凍サイクル装置を提
供することができる。

【００７４】すなわち、請求項１の本発明は、吐出温度
があらかじめ設定された設定温度以下になるように、膨
張弁開度を変更する制御を行うことにより、膨張弁流量
が増加するため、冷凍能力はそれほど低下させることな
く、吐出温度が下げられ、圧縮機および冷媒の循環経路
などを保護し、冷凍サイクル装置の信頼性を確保するこ
とが可能になる。

【００７５】また、請求項２の本発明は、吐出温度があ
らかじめ設定された設定温度以下になるように、圧縮機
駆動周波数を変更する制御を行うことにより、圧縮比が
低下するため、確実に吐出温度が下げられ、圧縮機およ
び冷媒の循環経路などを保護し、冷凍サイクル装置の信
頼性を確保することが可能になる。

【００７６】また、請求項３の本発明は、吐出温度があ
らかじめ設定された第一の設定温度以下になるように、
膨張弁開度を変更する制御を行い、前記制御により前記
膨張弁開度が最大となった状態で、かつ、前記吐出温度
があらかじめ設定された第二の設定温度より高い場合に
は、前記吐出温度が前記第二の設定温度以下になるよう
に、圧縮機駆動周波数を変更する制御を行うことによ
り、膨張弁の開度が最大となるまでは、膨張弁流量が増
加するため、冷凍能力はそれほど低下させることなく、
吐出温度は低下させることができ、また、膨張弁の開度
が最大となっても、吐出温度があらかじめ設定された設
定温度以下に低下しない場合には、圧縮機駆動周波数を
下げることにより、圧縮比が低下するため、確実に吐出
温度が下げられる。このために、冷凍能力はそれほど低
下させることなく、かつ、確実に吐出温度が下げられ、
圧縮機および冷媒の循環経路などを保護し、冷凍サイク
ル装置の信頼性を確保することが可能になる。

【００７７】また、請求項４の本発明は、吐出温度があ
らかじめ設定された第一の設定温度より高く、かつ、前
記第一の設定温度より高い温度に設定された第二の設定
温度より低い場合には、前記吐出温度が前記第一の設定
温度以下になるように、膨張弁開度を変更する制御を行
い、前記吐出温度が前記第二の設定温度より高く、か
つ、前記第二の設定温度より高い温度に設定された第三
の設定温度より低い場合には、前記吐出温度が前記第二
の設定温度以下になるように、圧縮機駆動周波数を変更
する制御を行い、前記吐出温度が前記第三の設定温度よ
り高い場合には、前記圧縮機の運転を停止させるように
制御を行うことにより、吐出温度が、比較的低い設定温
度Ａより、高温となった場合には、膨張弁開度を順次大
きくしていくことで、膨張弁流量が増加するため、冷凍
能力はそれほど低下させることなく、吐出温度は低下さ
せることができ、また、吐出温度が、比較的高い設定温
度Ｂより、高温となった場合には、圧縮機駆動周波数を
下げることで、圧縮比が低下するため、確実に吐出温度
が下げられる。このために冷凍能力はそれほど低下させ
ることなく、かつ、何らかの異常により、吐出温度が急
激に上昇した場合にも、駆動周波数を下げることで、吐
出温度を下げるか、あるいは圧縮機を停止することによ
り、圧縮機および冷媒の循環経路などを保護し、冷凍サ
イクル装置の信頼性を確保することが可能になる。

【００７８】さらに、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において、設定
温度、第一の設定温度、第二の設定温度、第三の設定温
度のいずれかを、Ｒ４１０Ａを前記冷凍サイクル装置と
同じ冷凍サイクルで用いた場合の通常運転時における圧
縮機の吐出温度の最大値に実質的に等しいとすることに
よって、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用している従来の冷
凍サイクル装置で使用している圧縮機潤滑油、圧縮機の
電動機巻き線、構成部品等を、本実施の形態における冷
凍サイクル装置にそのまま使用しても、上述した高温の
吐出温度による性能劣化を回避できる。

【００７９】さらに、請求項６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において、設定
温度、第一の設定温度、第二の設定温度、第三の設定温
度のいずれかを、使用する圧縮機潤滑油の性能劣化が実
質的に起こらない最高の温度とすることによって、少な
くとも、圧縮機潤滑油の劣化および炭化を確実に回避で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における冷凍サイク
ル装置の構成を示す概念図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における冷凍サイク
ル装置の構成を示す概念図である。

【図３】本発明の第３、第４の実施の形態における冷凍
サイクル装置の構成を示す概念図である。

【符号の説明】

１圧縮機２凝縮器３膨張弁４蒸発器５吐出温度検知部６膨張弁開度変更手段７制御手段８周波数変更手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田雄二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁を
有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出温度を検知す
る温度検知部と、前記膨張弁の開度を変更する膨張弁開
度変更手段と、前記膨張弁開度変更手段を制御する制御
手段とを備え、冷媒としてイソブタン、ブタン、シクロ
プロパン、プロパンから選択された少なくとも一つのＨ
Ｃ冷媒とジフルオロメタンとを主成分とする混合冷媒を
用い、前記制御手段は、前記吐出温度があらかじめ設定
された設定温度以下になるように、前記膨張弁開度変更
手段を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁を
有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出温度を検知す
る温度検知部と、前記圧縮機の駆動周波数を変更する周
波数変更手段と、前記周波数変更手段を制御する制御手
段とを備え、冷媒としてイソブタン、ブタン、シクロプ
ロパン、プロパンから選択された少なくとも一つのＨＣ
冷媒とジフルオロメタンとを主成分とする混合冷媒を用
い、前記制御手段は、前記吐出温度があらかじめ設定さ
れた設定温度以下になるように、前記周波数変更手段を
制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁を
有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出温度を検知す
る温度検知部と、前記膨張弁の開度を変更する膨張弁開
度変更手段と、前記圧縮機の駆動周波数を変更する周波
数変更手段と、前記膨張弁開度変更手段および前記周波
数変更手段を制御する制御手段とを備え、冷媒としてイ
ソブタン、ブタン、シクロプロパン、プロパンから選択
された少なくとも一つのＨＣ冷媒とジフルオロメタンと
を主成分とする混合冷媒を用い、前記制御手段は、前記
吐出温度があらかじめ設定された第一の設定温度以下に
なるように、前記膨張弁開度変更手段を制御し、前記制
御により前記膨張弁開度が最大となった状態で、かつ、
前記吐出温度があらかじめ設定された第二の設定温度よ
り高い場合には、前記吐出温度が前記第二の設定温度以
下になるように、前記周波数変更手段を制御することを
特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁を
有する冷凍サイクルと、前記圧縮機の吐出温度を検知す
る温度検知部と、前記膨張弁の開度を変更する膨張弁開
度変更手段と、前記圧縮機の駆動周波数を変更する周波
数変更手段と、前記膨張弁開度変更手段および前記周波
数変更手段を制御する制御手段とを備え、冷媒としてイ
ソブタン、ブタン、シクロプロパン、プロパンから選択
された少なくとも一つのＨＣ冷媒とジフルオロメタンと
を主成分とする混合冷媒を用い、前記制御手段は、前記
吐出温度があらかじめ設定された第一の設定温度より高
く、かつ、前記第一の設定温度より高い温度に設定され
た第二の設定温度より低い場合には、前記吐出温度が前
記第一の設定温度以下になるように、前記膨張弁開度変
更手段を制御し、前記吐出温度が前記第二の設定温度よ
り高く、かつ、前記第二の設定温度より高い温度に設定
された第三の設定温度より低い場合には、前記吐出温度
が前記第二の設定温度以下になるように、前記周波数変
更手段を制御し、前記吐出温度が前記第三の設定温度よ
り高い場合には、前記圧縮機の運転を停止させるよう
に、前記周波数変更手段を制御することを特徴とする冷
凍サイクル装置。
【請求項５】前記設定温度、前記第一の設定温度、前
記第二の設定温度、前記第三の設定温度のいずれかは、
５０±２重量％のジフルオロメタンと５０±２重量％の
ペンタフルオロエタンからなる別の混合冷媒を前記冷凍
サイクルで用いた場合の通常運転時における前記圧縮機
の吐出温度の最大値に実質的に等しいことを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】前記設定温度、前記第一の設定温度、前
記第二の設定温度、前記第三の設定温度のいずれかは、
前記圧縮機で用いる潤滑油の性能劣化が実質的に起こら
ない最高の温度であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の冷凍サイクル装置。