专利名称：制冷空调机及求制冷空调机的制冷剂组成的方法
技术领域：
本发明涉及使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机，特别是，涉及高精度地检测出在使用由3种以上制冷剂混合构成的非共沸混合制冷剂的制冷循环系统内循环的制冷剂组成，可靠性高地、并且，效率高地进行运转的制冷空调机。
首先，说明在使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机的循环系统内进行循环的制冷剂组成的特征。
图15为表示把2种制冷剂混合起来的非共沸混合制冷剂的特性的气液平衡图，纵轴表示温度，横轴表示循环组成(低沸点成分的组成比)，参数为压力。如图15所示，在非共沸2种混合制冷剂中，通过压力确定饱和蒸气线、饱和液线。从饱和蒸气线起，其上侧表示过热蒸气状态；从饱和液线起，其下侧表示过冷状态；由饱和蒸气线及饱和液线包围起来的区域表示气液2相状态。Z表示制冷循环系统内的循环组成，点1表示压缩机出口部，点2表示冷凝器出口部，点3表示蒸发器入口部，点4表示压缩机入口部。
一般，在使用非共沸混合制冷剂的制冷循环中，在循环系统内进行循环的制冷剂组成与在循环中所填充的制冷剂组成不一定一致。这是因为在以图15的A点表示的制冷循环的气液2相部内，液组成成为比循环组成Z小的X，蒸气组成成为比循环组成大的Y。特别是，在蒸发器出口与压缩机入口之间的配管上设置了储液器的循环中，当液体制冷剂在该储液器中储存时，与填充组成相比，循环组成表示出低沸点成分增加的倾向。这是因为与填充组成相比，低沸点成分的液体制冷剂在储液器中储存得较少(高沸点成分储存得较多)。
还有，在制冷循环系统内的制冷剂漏泄到外部的情况下，循环系统内的循环组成也发生变化。例如，当在图15的A点表示的气液2相部内发生液体制冷剂漏泄时，成为比循环组成小的组成X的制冷剂漏泄，表示出循环组成具有变大的倾向。另一方面，当在气液2相部中蒸气制冷剂漏泄时，因比循环组成大的组成Y的制冷剂漏泄，表示出循环组成具有变小的倾向。这样，在使用非共沸混合制冷剂的循环中，在循环系统内进行循环的制冷剂组成，通过循环的运转状况及制冷剂漏泄等发生显著变化。
从图15可以清楚地知道，当循环系统内的循环组成发生变化时，制冷剂的压力与饱和温度的关系发生变化，同时，冷却能力大幅度地发生变化。因而，为了使循环稳定地进行，并且，还能够发挥给定的能力，必须正确地检测出循环系统内的循环组成，根据循环组成，最佳地控制压缩机的转速及减压装置的开度等。
图16示出使用例如在特公平5-24417号公报中示出的现有的非共沸混合制冷剂的制冷空调机的构成。图中，1为压缩机，2为冷凝器，33为储存罐，3为减压装置，4为蒸发器，用配管把它们顺序地连接起来构成制冷循环，作为制冷剂使用由高沸点成分及低沸点成分构成的非共沸2种混合制冷剂。还有，在冷凝器2出口的储存罐33中，设置温度检测器34及压力检测器35，把它们的信号输入到组成运算器10中。
在上述那样构成的现有的使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机中，在压缩机1中压缩了的高温高压非共沸混合制冷剂的蒸气在冷凝器2中冷凝液化，流入储存罐33中。该液体制冷剂通过减压装置3变成低温低压的气液2相制冷剂，流入蒸发器4中。蒸发后，再次返回压缩机1。在组成运算器10内，利用通过温度检测器34及压力检测器35检测的流入储存罐33中液体制冷剂的温度及压力信息，检测出在循环系统内的循环组成。即，根据所填充的非共沸2种混合制冷剂的种类及通过压力检测器35检测的压力pH，可以得到图17所示那样的气液平衡图。如果假定储存罐33内的制冷剂状态为饱和液的话，则如图17那样，根据通过温度检测器34检测的温度TH与饱和液线的交点，能够检测出循环系统内的循环组成Z。
如果扩展这种循环组成检测原理的话，则在非共沸2种混合制冷剂的情况下，如果已知制冷剂的干燥度X(=制冷剂蒸气质量流量/制冷剂总质量流量)、该干燥度X的制冷剂温度及压力，就能够检测出循环组成。即，在非共沸2种混合制冷剂中，在压力p恒定的条件下，也包括干燥度X=1的饱和蒸气线及干燥度X=0的饱和液线，在干燥度X上的制冷剂的温度与循环组成Z之间存在着在表示现有的2种混合制冷剂的循环组成检测原理的图18中用一点划线表示的那样的关系。因而，在使用这种关系时，如果已知包括饱和蒸气及饱和液的气液2相状态的制冷剂的压力、温度、干燥度，就能够检测出循环系统内的循环组成。
然而，该方法虽然能够应用于把2种制冷剂混合起来的2种混合制冷剂上，但是，不能应用于把3种以上的制冷剂混合起来的混合制冷剂上。在2种混合制冷剂的情况下，如果已知第1成分的组成Z1，则第2成分的组成Z2可以作为(1-Z1)确定；与此相反，在3种混合制冷剂的情况下，即使只已知第1成分的组成Z1，第2成分的组成Z2与第3成分的组成Z3的组合也有无限多种，因此，不能确定全部的组成。
以图19中所示的3种混合制冷剂的气液平衡图为基础，对这一点加以说明。图19为在压力p恒定及温度T恒定的条件下，3种混合制冷剂的气液平衡图，横轴表示第1成分的组成Z1，纵轴表示第2成分的组成Z2。图中，2条实线表示饱和蒸气线及饱和液线；从饱和蒸气线起，其上侧表示过蒸气状态；从饱和液线起，其下侧表示过冷状态；由饱和蒸气线及饱和液线包围起来的区域表示气液2相状态。图中，一点划线表示在气液2相状态下干燥度X恒定的状态。正如从图19也可以弄清楚地那样，在3种混合制冷剂的情况下对循环组成进行确定时，即使已知气液2相状态的制冷剂压力p、温度T、干燥度X，也只能知道循环组成存在于图19中的一点划线上，即，不能确定循环组成的第1成分、第2成分的组成。再者，在3种混合制冷剂的情况下，如果已知第1成分的组成Z1及第2成分的组成Z2，则其余的第3成分的组成Z3根据(1-Z1-Z2)唯一地确定。
作为这种非共沸3种混合制冷剂的现有的循环组成检测法，例如有在特开平8-261576公报中公开了的方法。图20为使用了这种现有的非共沸3种混合制冷剂的制冷空调机的构成图，图中，1为压缩机，2为冷凝器，3为减压装置，4为蒸发器，5为储液器，用配管把它们顺次连接起来构成制冷循环，作为制冷剂使用由沸点不同的3种制冷剂构成的非共沸3种混合制冷剂。还有，41为冷凝器2出口与储液器5之间的旁通配管，在该配管途中设有毛细管42。进而，在压缩机1的吸入配管中，设置温度检测器43及压力检测器46，还有，在旁通配管41的毛细管42的前后，设有温度检测器44、45。把这3个温度检测器43、44、45及压力检测器46的信号输入到组成运算器10中。
对上述那样构成的现有的使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机的循环组成检测原理，加以说明。储液器5内为在压力p1上的饱和状态，在其上部，存在着组成y1/y2/y3的3种混合制冷剂的饱和蒸气；在其下部，存在着组成x1/x2/x3的饱和液。这时，循环系统内的循环组成与y1/y2/y3相同，根据3个温度检测器43、44、45及1个压力检测器46的信号计算该循环组成。首先从温度检测器43及压力检测器46检测出储液器5内的温度T1及压力P1。可知该温度T1、压力P1的饱和蒸气组成存在于3种混合制冷剂气液平衡图(图21)中用实线表示的饱和蒸气线上，循环组成也存在于该饱和蒸气线上。
其次，从温度检测器44、45检测出旁通配管41的毛细管42入口温度T2及出口温度T3。因为在毛细管部进行等焓变化，所以，毛细管42前后的焓相等，根据毛细管42入口温度T2可知这一部分的焓。因而，毛细管42出口部的气液2相制冷剂的温度、压力、焓成为已知量，能够求制冷剂干燥度X3。即，毛细管出口部的气液2相制冷剂的温度T3、压力P1、干燥度X3成为已知量。3种混合制冷剂的气液平衡图(图22)用虚线表示在温度T3、压力P1上的干燥度X3的气液2相制冷剂的组成，可知循环组成也存在于该虚线上。
从上述可知循环组成存在于图21中的温度T1、压力P1的饱和蒸气线上，并且，存在于3种混合制冷剂的气液平衡图即图22中所示在温度T3、压力P1上的干燥度X3恒定的线上。因而，如表示3种混合制冷剂的循环组成检测原理的图即图23中所示，把这2张图重合起来，作为这两条曲线的交点能够确定循环组成的第1成分y1及第2成分y2，第3成分y3作为(1-y1-y2)求出，能够确定循环组成y1/y2/y3。
然而，在这样的循环组成检测法中，需要3个温度检测器及1个压力检测器，而且，正如从图23也可以弄清楚地那样，温度T1、压力p1的饱和蒸汽线的斜度与在温度T3、压力P1上的干燥度X3恒定的线的斜率之差在原理上非常小，为了作为这2条曲线的交点求出循环组成，必须使这2条曲线正确地同时确定。即，为了使这2条曲线正确地同时确定，需要高精度的3个温度检测器及1个压力检测器，存在着使装置成本高的缺点。还有，在使用通常的制冷空调机中所使用的精度的温度检测器及压力检测器的情况下，2条曲线的误差大，结果是，在作为其交点求出的循环组成中也包括大的误差，存在着不能使制冷空调机稳定地、并且，可靠性高地运转等问题。
在上述那样的现有的使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机中，大部分是虽然能够检测2种混合制冷剂的循环组成，但是，不能检测3种以上的混合制冷剂的循环组成。还有，虽然也提出了一部分能够检测3种混合制冷剂的循环组成的装置，但是，因为所需要的传感器的个数多，对这些传感器还要求高精度，所以，存在着使装置成本高的缺点。还有，在使用通常的制冷空调机中所使用的精度的温度检测器及压力检测器的情况下，在所检测的循环组成中具有大的误差，存在着不能使制冷空调机稳定地、并且可靠性高地运转等问题。
本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于，提供廉价地、而且高精度地检测把3种以上的制冷剂混合起来构成的非共沸混合制冷剂的循环组成，即使循环系统内的循环组成发生变化，也可靠性高地、并且，效率高地进行运转的，使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机。
本发明第1方案涉及的制冷空调机，它至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环，在制冷空调机中，包括组成检测装置，检测出制冷剂的温度及压力，得到1个或多个非共沸混合制冷剂的成分组成间的关系；同时，利用预先设定的非共沸混合制冷剂的成分组成间的关系，确定在上述制冷循环中循环的制冷剂的循环组成。
本发明第2方案涉及的制冷空调机，预先预定的非共沸混合制冷剂的组成比的关系，根据从实验或模拟中得到的循环组成信息求出。
本发明第3方案涉及的制冷空调机，预先设定的非共沸混合制冷剂的组成比的关系，根据填充组成及与与填充组成相同的液组成平衡的蒸气组成、与与填充组成相同的蒸气组成平衡的液组成等气液平衡组成的信息求出。
本发明第4方案涉及的使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机，使用由R32、R125、R134a这3种制冷剂构成的非共沸混合制冷剂。
本发明第5方案涉及的制冷空调机，它至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，使包含N(N≥3)种的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环，在制冷空调机中，使用非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式，确定循环组成。
本发明第6方案涉及的制冷空调机，根据从实验或模拟中得到的循环组成信息，设定非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式。
本发明第7方案涉及的制冷空调机，根据填充组成及与与填充组成相同的液组成平衡的蒸气组成、与与填充组成相同的蒸气组成平衡的液体组成等气液平衡组成的信息，设定非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式。
本发明第8方案涉及的求出制冷空调机的制冷剂组成的方法，在制冷空调机中，至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，还包括组成检测装置，在使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环的同时，检测出制冷剂的循环组成，该方法包括以下步骤输入步骤，输入高压的液体制冷剂的温度、使高压的液体制冷剂等焓膨胀的低压的气液2相制冷剂的温度、压力；假定步骤，假定非共沸混合制冷剂的一种成分的组成；另一假定步骤，利用假定了非共沸混合制冷剂的组成的成分与另一成分之间的组成的关系，假定另一循环组成；计算步骤，利用循环组成的假定值及高压的液体制冷剂温度，计算高压液体制冷剂的焓；比较步骤，根据气液2相制冷剂的温度、压力及高压液体制冷剂焓，运算循环组成，与循环组成的假定值进行比较。
本发明第9方案涉及的求出制冷空调机的制冷剂组成的方法，在制冷空调机中，至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，还包括组成检测装置，在使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环的同时，检测出制冷剂的循环组成，该方法包括以下步骤输入步骤，输入高压的液体制冷剂的温度、使高压的液体制冷剂等焓膨胀的低压的气液2相制冷剂的温度、压力；计算步骤，利用高压的液体制冷剂温度，计算高压液体制冷剂的焓；另一计算步骤，根据气液2相制冷剂的温度、压力及高压液体制冷剂焓，计算非共沸混合制冷剂的一种成分的组成；求出步骤，利用计算了非共沸混合制冷剂的组成的成分与另一成分之间的组成的关系，求出另一成分的组成。
附图的简单说明图1为示出本发明实施形态的制冷剂回路构成图；图2为表示R32/R125/R134a的循环组成变化的图3为表示循环组成检测装置的动作的图；图4为表示循环组成检测原理的图；图5为示出本发明另一实施形态的循环组成检测流程图；图6为表示制冷剂液体温度与焓、组成的关系图；图7为表示焓与压力、干燥度、组成的关系图；图8为表示2相制冷剂温度与压力、干燥度、组成的关系的图；图9为示出本发明又一实施形态的循环组成检测流程图；图10为表示温度与压力、干燥度、组成的关系的图；图11为表示R32/R125/R134a的气液平衡组成的图；图12为表示R32/R125/R134a的气液平衡组成的图；图13为表示根据气液平衡组成同时确定了的R32与R125的组成关系式的图；图14为R32与R125的组成关系式的比较图；图15为表示现有的，使用非共沸混合制冷剂的制冷空调机的动作的图；图16为现有的非共沸2种混合制冷剂的制冷剂回路构成图；图17为表示现有的2种混合制冷剂的循环组成检测原理的图；图18为表示现有的2种混合制冷剂的循环组成检测原理的图；图19为3种混合制冷剂的气液平衡图；图20为现有的非共沸3种混合制冷剂的制冷剂回路构成图；图21为3种混合制冷剂的气液平衡图；图22为3种混合制冷剂的气液平衡图；图23为表示现有的3种混合制冷剂的循环组成检测原理的图。
实施形态1图1为示出本发明实施形态之一例的制冷剂线路图，与现有装置相同的部分用同一标号示出。图1中，1为压缩机，2为冷凝器，3为减压装置，4为蒸发器，5为储液器，用配管把它们顺序地连接起来构成制冷循环，作为制冷剂例如使用由R32、R125、R134a构成的非共沸3种混合制冷剂(填充组成R32为重量23％,R125为重量25％,R134a为重量52％)。还有，20为组成检测装置，例如，利用特开平8-75280号公报中所述的方法。11为把压缩机1的输出配管与吸入配管旁通的旁通配管，在该配管途中设有毛细管12。13为对从旁通配管11的高压侧流入毛细管12的非共沸混合制冷剂进行冷却的热交换器，由旁通配管11的低压侧及其双重管热交换器构成。还有，在毛细管12的出口部中，设置温度检测器21及压力检测器22，在毛细管入口部中，设置温度检测器23，把它们的信号输入到使用微算机的组成运算器10中，进行运算。
其次，表示循环组成变化的图2中示出，把非共沸3种混合制冷剂R32/R125/R134a以组成重量为23/25/52％填充了的制冷循环的循环组成实测结果之一例。图2是使储液器5中储存的液体制冷剂量发生变化，利用气体色谱法对蒸气制冷剂及液体制冷剂由于循环而被漏泄时的循环组成进行测定所得结果之一例，横轴表示R32的循环组成，纵轴表示R125(图中，空白点)及R134a(图中，涂黑点)的循环组成。对于填充组成为重量23/25/52％，循环组成变化很大，从重量11/15/74％一直到重量33/33/34％。还有，可知在R32的循环组成与R125的循环组成之间，图中用虚线A示出的恒定关系基本成立。即，当使用用该虚线A示出的关系式时，如果只检测出R32的循环组成Z1，就能够根据虚线A的关系式确定R125的循环组成Z2，借助于根据(1-Z1-Z2)求出R134a的循环组成Z3，能够确定R32/R125/R134a的循环组成。
本发明检测出制冷剂的温度及压力，得到一种制冷剂的组成比或多种的非共沸混合制冷剂的制冷剂组成比的关系，同时，因为非共沸混合制冷剂的组成比的关系(如图2所示)根据从实验或模拟得到的循环组成信息求出，预先可以设定，所以，只通过使用该数据求出二条曲线的交点就能够确定在制冷循环中进行循环的制冷剂的循环组成，能够高精度地，简单并廉价地使用有关可靠性高的循环组成的数据。
下面，对本发明的3种混合制冷剂R32/125/134a的循环组成检测原理，加以说明。利用图3中所示的压力～焓图，说明图1中所示的循环组成检测装置的动作。流入旁通配管11的、压缩机1输出的制冷剂的一部分(图中，A点)在双重管热交换器13中冷却并液化(图中，B点)，在毛细管12中减压后，成为低压的气液2相制冷剂(图中，C点)。该2相制冷剂在双重管热交换器13中加热，蒸发后在压缩机1的吸入配管中汇合(图中，D点)。用温度检测器23检测出B点毛细管入口部的制冷剂温度T2，根据该温度可知该点的焓H2。因为在毛细管部的制冷剂的变化为等焓变化，所以，也与C点毛细管出口部的焓H2相等。用压力检测器22检测出C点毛细管出口部的压力P1，根据该压力P1及焓H2可知C点的干燥度X1(=制冷剂蒸气质量流量/制冷剂总质量流量)。即，根据2个温度检测器21、23及1个压力检测器22的信息，能够检测出毛细管出口部的气液2相制冷剂的温度T1、压力P1及干燥度X1。
图4表示循环组成检测原理，示出在温度T1、压力P1时的R32/125/134a的气液平衡状态，纵轴为R125的组成，横轴为R32的组成。图中，2条实线分别表示饱和蒸气线及饱和液线，由这2条曲线夹着的区域表示气液2相状态。还有，图中的一点划线为表示干燥度X1恒定的气液2相状态。根据从组成检测装置20检测出的毛细管12出口部的气液2相制冷剂的温度T1、压力P1及干燥度X1的信息，可知循环系统内的循环组成存在于图4的一点划线上。再者，在组成运算器10中，上述运算根据检测出的温度及压力从微机存储装置中存储的制冷剂物性，能够求出焓等。
另一方面，图4中的虚线示出根据图2中所示R32/R125/R134a的循环组成信息得到的R32及R125的组成关系式，循环组成存在于该虚线上。因而，作为图4中所示的一点划线与虚线的交点确定R32的循环组成21及R125的循环组成Z2，根据(1-Z1-Z2)求出R134a的循环组成Z3，能够确定R32/R125/R134a的循环组成。
再者，图4为根据相应于3种的组成比的制冷剂的物理特性值确定的图，因为纵轴及横轴都是以0～1之比示出的，即，横轴为只有R125为零，纵轴为只有R32为零，所以，在右上半部的三角形区域中虚线不存在，结果成为左下半部的区域的图3。
如图4所示，在温度T1、压力P1上的干燥度X1恒定的线(图4中，一点划线)、与R32与R125的组成关系式(图4中，虚线)，这2条曲线的斜率明显不同，与图23所示现有的方法相比，容易确定曲线的交点。即，即使在确定各曲线中所需的温度检测器及压力检测器不使用精度特别高的装置，也能够精度高地确定循环组成。还有，因为所需的传感器只有2个温度检测器及1个压力检测器，所以，与现有的方法相比，传感器的个数少也可，还有，因为所需的精度也不高，所以，具有使装置廉价的优点。
再者，在本实施形态中，说明了使用组成运算器的微机中存储的R32与R125的组成关系式确定循环组成的方法，但是，即使使用R32与R134a的组成关系式或者R125与R134a的组成关系式，也能够发挥同样的效果。以上的说明是以特定的制冷剂为例说明的，但是，如果是包含3种以上的非共沸混合制冷剂的组合的混合制冷剂也是可以的，当然使用什么样的制冷剂均可。在本实施形态中，是对3种混合制冷剂的情况进行了说明，但是，即使在把4种混合制冷剂等3种以上的制冷剂混合起来构成的非共沸混合制冷剂中，借助于使用组成关系式也能够发挥同样的效果。例如，在4种混合制冷剂的情况下，借助于使用第1成分与第2成分的组成关系式及第1成分与第3成分的组成关系式，进行与2种混合制冷剂同样的处理，就能够简单地检测出循环组成。
还有，在本实施形态中，说明了根据在组成检测装置20内的毛细管12出口部的气液2相制冷剂的温度、压力、干燥度的信息确定循环组成的方法，但是，并不局限于此，也可以根据在包含饱和蒸气状态及饱和液状态的循环系统内的气液2相状态的制冷剂的温度、压力、干燥度的信息求出循环组成所存在的曲线，根据该曲线与组成关系式的交点确定循环组成。上述说明示出了在旁通管中设置毛细管，根据其前后的温度及压力求出循环组成所存在的曲线之例，但是，也可以检测出在例如LEV即减压装置3的前后，在冷气设备及暖气设备中不同的上流侧的温度、下流侧的温度及压力。或者，也可以利用在下流侧上的冷凝器出口及蒸发器出口的温度、压力。
一般，当循环组成变化时，热特性值发生变化。例如，当液在储液器中积存过多而使循环组成发生变化时，对压力的饱和温度变化，不能把冷凝温度控制成恒定，热交换器的能力降低，暖气设备运转的能力降低。
特别是，在对于使室内机可以多个同时运转的多系统进行控制的制冷循环的情况下，把冷凝温度及蒸发温度控制成恒定是重要的，而且，以此为基础进行过热控制等。本发明即使在这样的多构成中也能够高精度地检测出循环组成，能够稳定地确保对制冷装置预期的性能，在进行任何方式运转的情况下都能够进行可靠性高的运转。
再者，在上述说明中，在R32/R125/R134a的循环组成中，对各非共沸混合制冷剂的成分组成之间的关系作了描述，但是，当然，并不局限于此。例如，考虑到地球趋向温暖化的影响、制冷循环、特别是热交换器性能的提高等，可以有各种制冷剂的组合R32/R134a/R290、R32/R134a/R600a、R32/R125/R134a/R290、R32/R125/R134a/R143a、R32/R125/R134a/R600a等，作为R32/R125/R134a的循环组成，与所说明的填充组成为重量23/25/52％相对，也可以有重量25/15/60％的成分组成之间等的关系。
实施形态2图5为示出本发明实施形态的另一例的循环组成检测流程图。当组成运算器10的动作开始时，首先，在步骤S1中，分别把毛细管出口温度T1、毛细管入口温度T2及毛细管出口压力P1从组成检测装置20内的温度检测器21、23及压力检测器22取入到组成运算器10中。其次，在步骤S2中，在R32/R125/R134a的循环组成内，假定R32的循环组成Z1。在步骤S3中，把图2或图4中所示的R32及R125的组成关系式近似为Z2=aZ1+b(a,b为常数)，使用在步骤S2中假定了的R32的循环组成，计算R125的循环组成Z2，进而，根据(1-Z1-Z2)计算R134a的循环组成Z3。在步骤S4中，根据输入了的毛细管入口温度T及循环组成Z1/Z2/Z3，计算毛细管12入口部的制冷剂焓。即，在液体制冷剂的温度、组成、焓中存在着图6中所示那样的关系，如果把该关系作为H2=f1(T2,Z1,Z2,Z3)预先存储到组成运算器10中，就能够利用该关系式根据毛细管入口部的温度T2及循环组成Z1/Z2/Z3计算毛细管入口部的焓H2。在步骤S5中，根据毛细管12出口压力P1、在步骤S4中求出的焓H2及循环组成假定值Z1/Z2/Z3，计算毛细管出口部的制冷剂干燥度X1。即，在非共沸混合制冷剂的压力、焓、组成、干燥度中存在着图7中所示那样的关系，如果把该关系作为X1=f2(P1,H2,Z1,Z2,Z3)预先存储到组成运算器10中，就能够利用该关系式计算毛细管12出口部的制冷剂干燥度X1。进而，在步骤S6中，根据毛细管12出口部的温度T1、压力P1及干燥度X1计算R32的循环组成Z1*。即，在气液2相状态的非共沸混合制冷剂中，在压力、温度、干燥度、组成中存在着图8中所示那样的关系，如果把该关系作为Z1*=f3(T1,P1,X1)预先存储到组成运算器10中，就能够利用该关系式根据毛细管出口部的温度T1、压力P1、干燥度X1计算R32的循环组成Z1*。在步骤S7中，把该R32的循环组成Z1*与在步骤S2中假定了的R32的循环组成Z1进行比较，如果在给定的范围内它们一致，就作为Z1/Z2/Z3求出循环组成。如果两者不一致，就在步骤S8中修改对R32的循环组成的假定，再一次返回到步骤S3进行上述计算，一直继续计算到两者在给定的范围内一致。
再者，如果使在S7上的精度不劣化，在减少计算重复的范围内，即在给定的范围内它们一致了，就能够确定循环组成，但是，如果脱离该范围，也可以例如，以R32的循环组成Z1*与在步骤S2中假定了的R32的循环组成Z1的平均值(即，把两者相加后，用2除所得之值)作为新的Z1假定值，继续进行计算。在图7、图8上的P1′、P1″示出与P1的大小关系。根据本发明，通过利用R32与R125的组成关系式，能够只用R32的组成确定具有2个自由度的3种混合制冷剂的循环组成，借助于与2种混合制冷剂相同的、比较简单的检测算法，就能够检测循环组成。
借助于使用运算处理装置等，对检测出了的输入信号及在微机内的存储装置中存储的设定数据进行运算，可以很容易地求出上述运算。
再者，在上述说明中，通过利用R32与R125的组成关系式，能够只用R32的组成确定具有2个自由度的3种混合制冷剂的循环组成，借助于与2种混合制冷剂相同的、比较简单的检测算法，就能够检测循环组成，但使用哪一种制冷剂都可以，甚至上述以外的制冷剂也一样。
实施形态3图9为示出本发明实施形态的又一例的循环组成检测流程图。当组成运算器10的运作开始时，首先，在步骤S11中，分别把毛细管出口温度T1、毛细管入口温度T2及毛细管出口压力P1从组成检测装置20内的温度检测器21、23及压力检测器22取入到组成运算器10中，其次，在步骤S12中，根据输入了的毛细管入口温度T2及已知量即填充组成Z10/Z20/Z30，计算毛细管12入口部的制冷剂焓。即，如果把已知量即在填充组成上的液体制冷剂的温度与焓的关系作为H2=f1(T2,Z10,Z20,Z30)预先存储到组成运算器10中，就能够利用该关系式根据毛细管入口部的温度T2及填充组成Z10/Z20/Z30计算毛细管入口部的焓H2。在步骤S13中，根据毛细管12出口压力P1、在步骤S12中求出的焓H2及填充组成Z10/Z20/Z30，计算毛细管出口部的制冷剂干燥度X1。即，如果把在填充组成Z10/Z20/Z30上的混合制冷剂的干燥度、压力、焓的关系作为X1=f2(P1,H2,Z10,Z20,Z30)预先存储到组成运算器10中，就能够利用该关系式计算毛细管12出口部分的制冷剂干燥度X1。进而，在步骤S14中，根据毛细管12出口部的温度T1、压力P1及干燥度X1计算R32的循环组成Z1。即，当对3种混合制冷剂R32/R125/R134a利用图2中所示的R32与R125的组成关系式时，组成的自由度为1个，可以进行与2种混合制冷剂同样的处理。在2种混合制冷剂中，在压力、温度、干燥度、组成中存在着图10中所示那样的关系，如果把该关系作为Z1=f3(T1,P1,X1)预先存储到组成运算器10中，就能够利用该关系式根据毛细管出口部的温度T1、压力P1、干燥度X1计算R32的循环组成Z1。在步骤S15中，根据该R32的循环组成Z1，把R32及R125的组成关系式近似为Z2=aZ1+b(a,b为常数)，计算R125的循环组成Z2，进而，根据(1-Z1-Z2)计算R134a的循环组成Z3，确定循环组成Z1/Z2/Z3。
因而，根据本发明，利用R32与R125的组成关系式，而且，借助于把求制冷剂焓及制冷剂干燥度等物理特性值时的组成作为填充组成，与图5中所示的循环组成检测流程图相比，不需要判断假定了的循环组成是否收敛的这一环，能够大幅度地缩短在循环组成检测中所需的计算时间。
再者，在上述实施形态中，为了简单化，通过把求制冷剂焓及制冷剂干燥度等物理特性值时的组成作为已知量即填充组成，对进行计算的方法作了说明，但是，并不局限于此，也可以预先求出在制冷循环运转上频繁产生的循环组成，使用该循环组成求出制冷剂焓及制冷剂干燥度等物理特性值。还有，也可以通过冷气设备及暖气设备等运转方式，变更求制冷剂焓及制冷剂干燥度等物理特性值时的组成。例如，可以把在制冷剂量变动少的冷气设备时简单地弄清楚的已知量即填充组成假定为Z10/Z20/Z30，借助于把根据在暖气设备时液体积存的余量能够推定的组成比作为Z10/Z20/Z30，得到精度更高的计算结果。
实施形态4图11、图12为表示R32/R125/R134a的气液平衡组成的图，R32/R125/R134a用于示出示出本发明实施形态再一例的R32与R125的组成关系式的同时确定方法。与具有非共沸混合制冷剂的组成的饱和液平衡的蒸气组成，或者，与所具有的组成的饱和蒸气平衡的液组成可借助于压力唯一地确定。图11为在压力恒定于1000Kpa的条件下，首先，在左端的图中，求与R32/R125/R134a的填充组成即重量23/25/52％的饱和液平衡的蒸气组成；进而，在中央的图中，求与与该蒸气组成相同的饱和液平衡的蒸气组成；接着，在右端的图中，以同样的顺序求蒸气组成。还有，图12为在压力恒定于1000Kpa的条件下，首先，在左端的图中，求与R32/R125/R134a的填充组成即重量23/25/52％的饱和蒸气平衡的液组成；进而，在中央的图中，求与与该液组成相同的饱和蒸气平衡的液组成；接着，在右端的图中，以同样的顺序求液组成。只用图11及图12左端的图也能够得到来自图3的气液平衡组成信息的组成比的关系，但是，作为用于得到在制冷循环的运转范围及异常时的组成比的区域内的组成比关系的区域的方法是从图11及图12得到简单、可靠的数据。图13为表示根据气液平衡组成同时确定了的R32与R125的组成关系式的图，在压力为500～2500KPa的范围内进行同样的计算，把这些蒸气组成及液组成绘图，横轴作为R32的组成，纵轴作为R125的组成。从图可以清楚，在这些平衡组成上的R32的组成与R125的组成中，存在着恒定的关系。图中，实线为借助于最小二乘法求该组成关系式。
图14为把根据图2中所示实例的循环组成信息求出的R32与R125的组成关系式(图14中，虚线)、与在图13中所示气液平衡组成上的R32与R125的组成关系式(图14中，实线)加以比较的图。因而，两个组成关系约在2％内一致。作为在检测出R32/R125/R134a的循环组成时使用的R32与R125的组成关系式，使用哪一个关系式，在实用上都有足够的精度。
在根据循环组成信息对R32与R125的组成关系式进行同时确定时需要实验等的实测信息，但是，在根据气液平衡组成对组成关系式进行同时确定时不需要实验等，能够把所使用的混合制冷剂的构成制冷剂及填充组成的信息存储起来，即借助于各制冷剂的物理特性值，通过微机的运算装置进行运算，高效率地求出。如上述那样根据本发明，例如，在检测出制冷剂的温度及压力后，利用组成运算器的运算装置，得到1种制冷剂的组成比或者多种的非共沸混合制冷剂的制冷剂组成比的关系，与在组成运算器的存储器装置中预先设定非共沸混合制冷剂组成比的关系，是分开的作业；而且，在事前，借助于实验或模拟简单地把后者求出，预先存储起来，在进入运转后，基于输入，利用运算装置对特定的制冷剂成分组成进行运算，与存储装置中所存储的制冷剂成分组成之间的关系进行比较，能够求出全部制冷剂的循环组成。进而，即使在后者中存在着多种制冷剂，如果事前分别设定像图2那样2种的关系(例如，R32与R125,R32与R134a，或者R125与R134a的2种成分组成的关系)，则在包含接着的第4种，即，例如R290的制冷剂成分组成后，因为利用本发明的方法，能够判别全部制冷剂的循环组成，所以，即使有4种以上的非共沸制冷剂，也能够简单地确定在制冷循环中进行循环的制冷剂的循环组成。即，在使包含N种(N≥3)的非共沸混合制冷剂的制冷剂进行循环的制冷空调机中，使用在非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式，确定循环组成。
如上所说明了的那样，本发明第1方案涉及的制冷空调机，它至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环，因为在制冷空调机中，包括组成检测装置，检测出制冷剂的温度及压力，得到1个或多个非共沸混合制冷剂的成分组成间的关系；同时，利用预先设定的非共混混合制冷剂的成分组成间的关系，确定在上述制冷循环中循环的制冷剂的循环组成，所以，这种空调机能够高精度地检测出在制冷循环中循环的制冷剂的组成，可靠性高、并且运转效率高。
还有，本发明第2方案涉及的制冷空调机，因为其预先设定的非共混混合制冷剂的组成比的关系根据从实验或模拟中得到的循环组成信息求出，所以，这种空调机能够廉价、而且，高精度地检测出在制冷循环中循环的制冷剂组成，能够可靠性高、并且效率高地进行运转。
还有，本发明第3方案涉及的制冷空调机，因为其预先设定的非共沸混合制冷剂的组成比的关系，根据填充组成及与与填充组成相同的液组成平衡的蒸气组成、与与填充组成相同的蒸气组成平衡的液组成等气液平衡组成的信息求出，所以，这种空调机即使没有循环组成的实测信息，也能够廉价、而且高精度地检测出在制冷循环中循环的制冷剂组成。
还有，本发明第4方案涉及的制冷空调机，因为把由R32、R125、R134a这3种制冷剂构成的非共沸混合制冷剂作为工作媒体，所以，作为R22的代替制冷剂机能够可靠性高、并且，效率高地进行运转。
还有，本发明第5方案涉及的制冷空调机，它由压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器构成，把由N(N≥3)种制冷剂构成的非共沸混合制冷剂作为工作媒体使用；同时，在设置了检测出非共沸混合制冷剂的循环组成的组成检测装置的制冷循环中，因为使用非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式，确定循环组成，所以，这种空调机能够廉价、而且高精度地检测出在制冷循环中循环的制冷剂组成，能够可靠性高、并且效率高地进行运转。
还有，本发明第6方案涉及的制冷空调机，因为根据从实验或模拟中得到的循环组成信息，设定非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式，所以，这种空调机能够廉价、而且高精度地检测出在制冷循环中循环的制冷剂组成，能够可靠性高、并且效率高地进行运转。
还有，本发明第7方案涉及的制冷空调机，因为根据填充组成及与与填充组成相同的液组成平衡的蒸气组成、与与填充组成相同的蒸气组成平衡的液组成等气液平衡组成的信息，设定非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式，所以，这种空调机即使没有循环组成的实测信息，也能够廉价、而且高精度地检测出在制冷循环中循环的制冷剂组成。
本发明第8方案涉及的求出制冷空调机的制冷剂组成的方法，在制冷空调机中，至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，还包括组成检测装置，在使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环的同时，检测出制冷剂的循环组成，因为该方法包括以下步骤输入步骤，输入高压的液体制冷剂的温度、使高压的液体制冷剂等焓膨胀的低压的气液2相制冷剂的温度、压力；假定步骤，假定非共沸混合制冷剂的一种成分的组成；另一假定步骤，利用假定了非共沸混合制冷剂的组成的成分与另一成分之间的组成的关系，假定另一循环组成；计算步骤，利用循环组成的假定值及高压的液体制冷剂温度，计算高压液体制冷剂的焓；比较步骤，根据气液2相制冷剂的温度、压力及高压液体制冷剂焓，运算循环组成，与循环组成的假定值进行比较，所以，无论是什么样的制冷循环的组合装置，都能够进行高效率的运转。
本发明第9方案涉及的求出制冷空调机的制冷剂组成的方法，在制冷空调机中，至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，还包括组成检测装置，在使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环的同时，检测出制冷剂的循环组成，因为该方法包括以下步骤输入步骤，输入高压的液体制冷剂的温度、使高压的液体制冷剂等焓膨胀的低压的气液2相制冷剂的温度压力；计算步骤，利用高压的液体制冷剂温度，计算高压液体制冷剂的焓；另一计算步骤，根据气液2相制冷剂的温度、压力及高压液体制冷剂焓，计算非共沸混合制冷剂的一种成分的组成；求出步骤，利用计算了非共沸混合制冷剂的组成的成分与另一成分之间的组成的关系，求出另一成分的组成，所以，这种空调机以简单的装置就能够可靠性高、并且，效率高地进行运转。
权利要求
1．一种制冷空调机，它至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环，其特征在于具有组成检测装置，检测出制冷剂的温度及压力，得到1个或多个非共沸混合制冷剂的成分组成间的关系；同时，利用预先设定的非共沸混合制冷剂的成分组成间的关系，确定在所述制冷循环中循环的制冷剂的循环组成。
2．根据权利要求1所述的制冷空调机，其特征在于预先设定的非共沸混合制冷剂的组成比的关系，根据从实验或模拟中得到的循环组成信息求出。
3．根据权利要求1所述的制冷空调机，其特征在于预先设定的非共沸混合制冷剂的组成比的关系，根据填充组成及与与填充组成相同的液组成平衡的蒸气组成、与与填充组成相同的蒸气组成平衡的液组成等气液平衡组成的信息求出。
4．根据权利要求1、2或3所述的制冷空调机，其特征在于使用由R32、R125、R134a这3种制冷剂构成的非共沸混合制冷剂。
5．一种制冷空调机，它至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，使包含N(≥3)种的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环，其特征在于使用所述非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式，确定循环组成。
6．根据权利要求5所述的制冷空调机，其特征在于根据从实验或模拟中得到的循环组成信息，设定非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式。
7．根据权利要求5所述的制冷空调机，其特征在于根据填充组成及与与填充组成相同的液组成平衡的蒸气组成、与与填充组成相同的蒸气组成平衡的液组成等气液平衡组成的信息，设定非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N-1)成分之间的至少(N-2)个组成关系式。
8．一种求制冷空调机的制冷剂组成的方法，所述制冷空调机至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，还具有组成检测装置，在使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环的同时，检测出制冷剂的循环组成，其特征在于，所述方法包括以下步骤输入步骤，输入高压的液体制冷剂的温度、使所述高压的液体制冷剂等焓膨胀的低压的气液2相制冷剂的温度、压力；假定步骤，假定所述非共沸混合制冷剂的一种成分的组成；另一假定步骤，利用假定了所述非共沸混合制冷剂的组成的成分与另一成分之间的组成的关系，假定另一循环组成；计算步骤，利用所述循环组成的假定值及所述高压的液体制冷剂温度，计算所述高压液体制冷剂的焓；比较步骤，根据所述气液2相制冷剂的温度、压力及高压液体制冷剂焓，运算循环组成，与所述循环组成的假定值进行比较。
9．一种求制冷空调机的制冷剂组成的方法，所述制冷空调机至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器，还具有组成检测装置，在使包含3种以上的非共沸混合制冷剂的制冷剂循环的同时，检测出制冷剂的循环组成，其特征在于，该方法包括下列步骤输入步骤，输入高压的液体制冷剂的温度、使所述高压的液体制冷剂等焓膨胀的低压的气液2相制冷剂的温度、压力；计算步骤，利用所述高压的液体制冷剂温度，计算所述高压液体制冷剂的焓；另一计算步骤，根据所述气液2相制冷剂的温度、压力及所述高压液体制冷剂焓，计算所述非共沸混合制冷剂的一种成分的组成；求出步骤，利用计算了所述非共沸混合制冷剂的组成的成分与其他成分之间的组成的关系，求出其他成分的组成。
全文摘要
一种制冷空调机,可检测由3种以上的制冷剂构成的非共沸混合制冷剂的循环组成,所需传感器个数少,检测的循环组成误差小,至少包括压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器,把由N(N≥3)种制冷剂构成的非共沸混合制冷剂作为工作媒体使用;同时设置检测出制冷剂的循环组成的检测装置,制冷循环使用非共沸混合制冷剂的第1成分与第j(2≤j≤N－1)成分之间的(N－2)个组成关系式,确定循环组成。
文档编号F25B1/00GK1208841SQ98109369
公开日1999年2月24日 申请日期1998年5月29日 优先权日1997年8月20日
发明者隅田嘉裕, 冈崎多佳志, 森本修, 河西智彦, 上野嘉夫 申请人:三菱电机株式会社