JP2007263383A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界冷凍サイクルの冷媒回路を備えた冷凍装置において、運転効率の最適な運転を行うようにする。
【解決手段】圧縮機構（30）と室外熱交換器（21）と膨張機構（40）と室内熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えている。膨張機構（40）は、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように絞り量の可変な第１絞り機構（41）と第２絞り機構（42）とを備えている。冷房運転時に室外熱交換器（21）の出口冷媒温度と、室外熱交換器（21）の入口空気温度とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出する。暖房運転時に室内熱交換器（23）の出口冷媒温度と、室内熱交換器（23）の入口空気温度とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出する。この高圧冷媒圧力が目標値になるように第１絞り機構（41）又は第２絞り機構（42）の絞り量を調整して高圧制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、超臨界冷凍サイクルの冷凍装置における運転効率対策に係るものである。

従来より冷凍装置には、二酸化炭素を冷媒として超臨界サイクルを利用した蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えたものがある（特許文献１参照）。

この冷凍装置は、低段側圧縮機と高段側圧縮機と放熱側熱交換器と第１減圧器と気液分離器と第２減圧器とが順に接続された冷媒回路を備え、気液分離器のガス冷媒を低段側圧縮機と高段側圧縮機との間に導くようにしている。

上記冷凍装置は、超臨界サイクルを利用しているため、放熱側熱交換器において、冷媒が超臨界状態となって凝縮温度が存在しない。そこで、上記放熱側熱交換器の出口冷媒温度又は放熱側熱交換器の周囲空気温度に基づいて第１減圧器と第２減圧器の少なくとも何れか一方の減圧量を制御し、上記冷媒回路の高圧冷媒圧力が最適になるように制御している。
特開２００１−１３３０５８号公報

しかしながら、従来の冷凍装置においては、放熱側熱交換器の出口冷媒温度及び放熱側熱交換器の周囲空気温度の何れか一方のみを用いているため、高圧冷媒圧力が必ずしも最適値になるなるとは限らず、運転効率（ＣＯＰ）が必ずしも最適とは言えないという問題があった。

つまり、冷媒回路の高圧冷媒圧力は、放熱側熱交換器の出口冷媒温度と放熱側熱交換器の周囲空気温度との双方が変化すると、この変化に伴って変化する。したがって、冷凍装置の運転効率（ＣＯＰ）は、冷媒回路の高圧冷媒圧力と放熱側熱交換器の出口冷媒温度と放熱側熱交換器の周囲空気温度とによって変化することになる。

従来の冷凍装置は、冷媒回路の高圧冷媒圧力と放熱側熱交換器の出口冷媒温度とに基づいて減圧量を調整するか、又は冷媒回路の高圧冷媒圧力と放熱側熱交換器の周囲空気温度とに基づいて減圧量を調整している。この結果、従来の冷凍装置は、運転効率（ＣＯＰ）の最適な運転を必ずしも行うとは言えなかった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、超臨界冷凍サイクルの冷媒回路を備えた冷凍装置において、運転効率（ＣＯＰ）の最適な運転を行うことを目的とする。

第１の発明は、圧縮機構（30）と熱源側熱交換器（21）と膨張機構（40）と利用側熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、上記膨張機構（40）が、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように絞り量の可変な高圧側絞り機構（41，42）と低圧側絞り機構（42，41）とを備えている冷凍装置を対象としている。

そして、上記熱源側熱交換器（21）と利用側熱交換器（23）のうち放熱器となる放熱側熱交換器の出口冷媒温度と、該放熱側熱交換器で冷媒と熱交換する媒体の放熱側熱交換器の入口媒体温度とに基づいて上記冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出し、該高圧冷媒圧力が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して高圧制御を行う高圧制御手段（61）を備えている。

上記第１の発明では、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力と放熱側熱交換器の出口冷媒温度との関係は放熱側熱交換器の入口媒体温度によって定まるので、放熱側熱交換器の入口媒体温度と放熱側熱交換器の出口冷媒温度とによって最適ＣＯＰとなる冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出する。そして、高圧冷媒圧力が目標値になるように膨張機構（40）の絞り量を調節する。

第２の発明は、圧縮機構（30）と熱源側熱交換器（21）と膨張機構（40）と利用側熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、上記膨張機構（40）は、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように絞り量の可変な高圧側絞り機構（42）と低圧側絞り機構（41）とを備えている冷凍装置を対象としている。

そして、上記冷媒回路（20）の加熱運転時において、利用側熱交換器（23）で冷媒と熱交換する媒体の利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値とに基づいて上記利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して出口温度制御を行う出口温度制御手段（63）を備えている。

上記第２の発明では、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力と利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度との関係は利用側熱交換器（23）の入口媒体温度によって定まるので、高圧冷媒圧力の設定値と利用側熱交換器（23）の入口媒体温度とによって最適ＣＯＰとなる利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出する。そして、出口冷媒温度が目標値になるように膨張機構（40）の絞り量を調節する。

第３の発明は、圧縮機構（30）と熱源側熱交換器（21）と膨張機構（40）と互いに並列接続された複数の利用側熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、上記膨張機構（40）は、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように、熱源側熱交換器（21）に対応した絞り量の可変な熱源側絞り機構（41）と各利用側熱交換器（23）に対応した絞り量の可変な複数の利用側絞り機構（42）とを備えている冷凍装置を対象としている。

そして、上記冷媒回路（20）の冷却運転時において、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒温度と、熱源側熱交換器（21）で冷媒と熱交換する媒体の熱源側熱交換器（21）の入口媒体温度とに基づいて上記冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出し、該高圧冷媒圧力が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して高圧制御を行う高圧制御手段（61）を備えている。

更に、上記冷媒回路（20）の加熱運転時において、利用側熱交換器（23）で冷媒と熱交換する媒体の利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値とに基づいて上記利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して出口温度制御を行う出口温度制御手段（63）を備えている。

上記第３の発明では、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力と放熱側熱交換器の出口冷媒温度との関係は放熱側熱交換器の入口媒体温度によって定まるので、冷却運転時は、熱源側熱交換器（21）の入口媒体温度と熱源側熱交換器（21）の出口冷媒温度とによって最適ＣＯＰとなる冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出する。そして、高圧冷媒圧力が目標値になるように膨張機構（40）の絞り量を調節する。

また、加熱運転時は、高圧冷媒圧力の設定値と利用側熱交換器（23）の入口媒体温度とによって最適ＣＯＰとなる利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出する。そして、出口冷媒温度が目標値になるように膨張機構（40）の絞り量を調節する。

第４の発明は、上記第１の発明において、上記高圧制御手段（61）が、高圧制御を行うために高圧側絞り機構（41，42）の絞り量を調整する第１制御部（6a）と、熱源側熱交換器（21）と利用側熱交換器（23）のうち吸熱器となる吸熱側熱交換器の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構（42，41）の絞り量を調整する第２制御部（6b）とを備えている。

上記第４の発明では、第１制御部（6a）が高圧側絞り機構（41，42）の絞り量を調整して高圧制御を行い、第２制御部（6b）が低圧側絞り機構（42，41）の絞り量を調整して過熱度制御を行う。

第５の発明は、上記第２の発明において、上記出口温度制御手段（63）が、出口温度制御を行うために高圧側絞り機構（42）の絞り量を調整する第１制御部（6c）と、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構（41）の絞り量を調整する第２制御部（6d）とを備えている。

上記第５の発明では、第１制御部（6c）が高圧側絞り機構（42）の絞り量を調整して出口温度制御を行い、第２制御部（6c）が低圧側絞り機構（41）の絞り量を調整して過熱度制御を行う。

第６の発明は、上記第３の発明において、上記高圧制御手段（61）が、高圧制御を行うために熱源側絞り機構（41）の絞り量を調整する第１制御部（6a）と、利用側熱交換器（23）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように利用側絞り機構（42）の絞り量を調整する第２制御部（6b）とを備えている。また、上記出口温度制御手段（63）が、出口温度制御を行うために利用側絞り機構（42）の絞り量を調整する第１制御部（6c）と、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように熱源側絞り機構（41）の絞り量を調整する第２制御部（6d）とを備えている。

上記第６の発明では、高圧制御手段（61）の第１制御部（6a）が熱源側絞り機構（41）の絞り量を調整して高圧制御を行い、第２制御部（6b）が利用側絞り機構（42）の絞り量を調整して過熱度制御を行う。

また、出口温度制御手段（63）の第１制御部（6c）が利用側絞り機構（42）の絞り量を調整して出口温度制御を行い、第２制御部（6c）が熱源側絞り機構（41）の絞り量を調整して過熱度制御を行う。

第７の発明は、上記第１〜３の発明の何れか１の発明において、上記冷媒回路（20）が、膨張機構（40）の２つの絞り機構（41，42）の間に設けられた気液分離器（22）と、該気液分離器（22）のガス冷媒を圧縮機構（30）の中間圧領域に導くインジェクション通路（25）とを備えている。

上記第７の発明では、気液分離器（22）で液冷媒とガス冷媒とが分離され、そのガス冷媒がインジェクション通路（25）を介して圧縮機構（30）の中間圧領域に導入される。

第８の発明は、上記第７の発明において、上記圧縮機構（30）が、低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）とを備える一方、上記インジェクション通路（25）が、低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）との間の中間圧領域にガス冷媒を導くように構成されている。

上記第８の発明では、冷媒を低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）とで２段圧縮し、この２段圧縮の中間圧領域に気液分離器（22）のガス冷媒を導く。

第９の発明は、上記第１の発明において、上記高圧制御手段（61）が、放熱側熱交換器の出口冷媒温度と、放熱側熱交換器の入口媒体温度とに、熱源側熱交換器（21）と利用側熱交換器（23）のうち吸熱器となる吸熱側熱交換器における冷媒温度相当飽和圧力を加え、上記出口冷媒温度と入口媒体温度と冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出するように構成されている。

上記第９の発明では、放熱側熱交換器の出口冷媒温度と、放熱側熱交換器の入口媒体温度と吸熱側熱交換器における冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値をより正確に導出する。

第１０の発明は、上記第３の発明において、上記高圧制御手段（61）が、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒温度と、熱源側熱交換器（21）の入口媒体温度とに、利用側熱交換器（23）における冷媒温度相当飽和圧力を加え、上記出口冷媒温度と入口媒体温度と冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出するように構成されている。

上記第１０の発明では、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒温度と、熱源側熱交換器（21）の入口媒体温度と利用側熱交換器（23）における冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値をより正確に導出する。

第１１の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記利用側熱交換器（23）が収納された利用側ユニット（1B）が出力する能力アップ信号と能力ダウン信号とに基づいて圧縮機構（30）の運転容量を増減制御する容量制御手段（62）を備えている。

上記第１１の発明では、容量制御手段（62）が別個に圧縮機構（30）の運転容量を増減制御する。

第１２の発明は、上記第１１の発明において、上記利用側ユニット（1B）が、利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と設定温度とに基づいて能力アップ信号及び能力ダウン信号を出力するように構成されている。

上記第１２の発明では、利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と設定温度とに基づいて圧縮機構（30）の運転容量を増減制御される。

第１３の発明は、上記第３の発明において、冷却運転時に冷媒回路（20）の低圧冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を制御すると共に、加熱運転時に冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を制御する容量制御手段（62）を備えている。

上記第１３の発明では、容量制御手段（62）が別個に冷媒回路（20）の冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を増減制御する。

第１４の発明は、上記第１３の発明において、上記容量制御手段（62）は、利用側熱交換器（23）が収納された利用側ユニット（1B）が出力する能力アップ信号に基づいて冷却運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させ、加熱運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させる一方、上記利用側ユニット（1B）が出力する能力ダウン信号に基づいて冷却運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させ、加熱運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させるように構成されている。

上記第１４の発明では、利用側ユニット（1B）の能力アップ信号及び能力ダウン信号に基づいて圧縮機構（30）の運転容量を増減制御する。

第１５の発明は、上記第１４の発明において、上記利用側絞り機構（42）が開度可変の膨張弁で構成され、上記利用側ユニット（1B）は、利用側絞り機構（42）の開度が所定の変更値より大きくなると能力アップ信号を出力し、利用側絞り機構（42）の開度が変更値以下に小さくなると能力ダウン信号を出力するように構成されている。

第１６の発明は、上記第１５の発明において、上記利用側ユニット（1B）は、利用側絞り機構（42）の開度が全開度の８０〜９０％以上となると能力アップ信号を出力し、利用側絞り機構（42）の開度が全開度の１０〜２０％以下になると能力ダウン信号を出力するように構成されている。

上記第１５及び第１６の発明では、利用側絞り機構（42）の開度に基づいて圧縮機構（30）の運転容量を増減制御する。

第１７の発明は、上記第１４の発明において、上記容量制御手段（62）は、能力アップ信号を出力する利用側ユニット（1B）の台数が所定割合になると設定圧力値を変更する一方、能力ダウン信号を出力する利用側ユニット（1B）の台数が所定割合になると設定圧力値を変更するように構成されている。

第１８の発明は、上記第１７の発明において、上記容量制御手段（62）は、設定圧力値を変更する利用側ユニット（1B）の台数の所定割合が２０〜４０％に設定されている。

上記第１７及び第１８の発明では、所定台数の利用側ユニット（1B）が能力アップ信号又は能力ダウン信号を出力すると、圧縮機構（30）の運転容量を増減する。

上記第１及び第３の発明によれば、放熱側熱交換器の入口媒体温度と放熱側熱交換器の出口冷媒温度とによって高圧冷媒圧力の目標値を導出し、上記高圧冷媒圧力が目標値になるように膨張機構（40）の絞り量を調節するようにしたために、運転効率（ＣＯＰ）が最適な運転状態で運転することができる。

また、上記第２及び第３の発明によれば、加熱運転時において、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値と利用側熱交換器（23）の入口媒体温度とによって利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように第２絞り機構（42）の絞り量を調節するようにしたために、暖房運転効率（ＣＯＰ）が最適な運転状態で運転することができる。

また、上記第４及び第６の発明によれば、一方の絞り機構（41，42）で高圧制御を行い、他方の絞り機構（（42，41）で過熱度制御を行うので、高圧冷媒と低圧冷媒とをそれぞれ最適な状態に保つことができる。

また、上記第５及び第６の発明によれば、加熱運転時に一方の絞り機構（42）で出口温度制御を行い、他方の絞り機構（41）で過熱度制御を行うので、高圧冷媒と低圧冷媒とをそれぞれ最適な状態に保つことができる。

また、上記第７の発明によれば、気液分離器（22）のガス冷媒をインジェクション通路（25）によって圧縮機構（30）の中間圧領域に導くようにしたために、高圧冷媒圧力を確実に調整することができる。

また、上記第９の発明によれば、上記放熱側熱交換器の出口冷媒温度と放熱側熱交換器の入口媒体温度と吸熱側熱交換器の冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出するようにしたために、より正確に高圧冷媒圧力の目標値を導出することができる。

また、上記第１１及び第１３の発明によれば、圧縮機構（30）の運転容量を別個に制御するので、最適な運転状態に確実に保つことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈発明の実施形態１〉
本実施形態の冷凍装置は、図１に示すように、冷却運転である冷房運転と加熱運転である暖房運転とを切り換えて行う空調機（10）に構成されている。該空調機（10）は冷媒回路（20）を備え、室外ユニット（1A）に１台の室内ユニット（1B）が接続されたいわゆるペア型空調機に構成されている。

上記冷媒回路（20）は、圧縮機構（30）と四路切換弁（2a）と室外熱交換器（21）と膨張機構（40）の１つである第１絞り機構（41）と気液分離器（22）と膨張機構（40）の１つである第２絞り機構（42）と室内熱交換器（23）とが冷媒配管（24）によって接続されて閉回路に構成されている。上記冷媒回路（20）は、冷媒として例えば二酸化炭素（ＣＯ2）が充填され、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクル（臨界温度以上の蒸気圧領域を含む冷凍サイクル）を行うように構成されている。

上記室外ユニット（1A）は、圧縮機構（30）と四路切換弁（2a）と室外熱交換器（21）と第１絞り機構（41）と気液分離器（22）と第２絞り機構（42）とが収納されて熱源側ユニットを構成している。また、上記室内ユニット（1B）は、室内熱交換器（23）が収納されて利用側ユニットを構成している。

上記圧縮機構（30）は、縦長円筒形のケーシングの内部に電動機（31）と該電動機（31）に接続された１台の圧縮機（32）とが収納されて構成されている。該圧縮機（32）は、例えば揺動ピストン型のロータリ圧縮機で構成されている。

上記室外熱交換器（21）は、冷媒と室外空気とが熱交換する熱源側熱交換器を構成する一方、上記室内熱交換器（23）は、冷媒と室内空気とが熱交換する利用側熱交換器を構成している。

更に、冷房運転時において、上記室外熱交換器（21）は、圧縮機構（30）から吐出された冷媒が室外空気に放熱する放熱器として機能する放熱側熱交換器を構成し、上記室内熱交換器（23）は、膨張機構（40）で減圧した冷媒が蒸発して室内空気から吸熱する吸熱器として機能する吸熱側熱交換器を構成する。

また、暖房運転時において、上記室内熱交換器（23）は、圧縮機構（30）から吐出された冷媒が室内空気に放熱する放熱器として機能する放熱側熱交換器を構成し、上記室外熱交換器（21）は、膨張機構（40）で減圧した冷媒が蒸発して室外空気から吸熱する吸熱器として機能する吸熱側熱交換器を構成する。

尚、上記室外空気及び室内空気は、冷媒と熱交換する媒体を構成している。

上記四路切換弁（2a）の４つのポートは、圧縮機構（30）の吐出側及び吸込側と、室外熱交換器（21）及び室内熱交換器（23）とが冷媒配管（24）によって接続されている。上記四路切換弁（2a）は、圧縮機構（30）の吐出側と室外熱交換器（21）とが連通し且つ室内熱交換器（23）と圧縮機構（30）の吸込側とが連通する冷房運転状態（図１に実線参照）と、圧縮機構（30）の吐出側と室内熱交換器（23）とが連通し且つ室外熱交換器（21）（21）と圧縮機構（30）の吸込側とが連通する暖房運転状態（図１に破線参照）とに切り換わる。

上記第１絞り機構（41）と第２絞り機構（42）とは膨張機構（40）を構成する一方、それぞれ開度の可変な膨張弁で構成され、つまり、絞り量が可変に構成されている。

更に、冷房運転時において、上記第１絞り機構（41）が高圧側絞り機構を構成し、第２絞り機構（42）が低圧側絞り機構を構成する。また、暖房運転時において、上記第２絞り機構（42）が高圧側絞り機構を構成し、第１絞り機構（41）が低圧側絞り機構を構成する。

また、上記第１絞り機構（41）が熱源側絞り機構を構成し、第２絞り機構（42）が利用側絞り機構を構成する。

上記気液分離器（22）は、第１絞り機構（41）と第２絞り機構（42）と間の冷媒配管（24）に設けられ、中間圧状態のガス冷媒と液冷媒とを分離するように構成されている。上記気液分離器（22）には、インジェクション通路（25）の一端が接続され、該インジェクション通路（25）の他端は、圧縮機（32）の中間圧領域に接続されている。上記インジェクション通路（25）は、気液分離器（22）で分離されたガス冷媒を圧縮機（32）の中間圧領域に導くように構成されている。

また、上記冷媒回路（20）には、各種のセンサが設けられている。具体的に、上記圧縮機構（30）の吐出側の冷媒配管（24）には、高圧冷媒圧力を検出する高圧圧力センサ（51）が設けられ、上記圧縮機構（30）の吸込側の冷媒配管（24）には、低圧冷媒圧力を検出する低圧圧力センサ（52）が設けられている。

上記室外熱交換器（21）の室内熱交換器（23）側の冷媒配管（24）には第１冷媒温度センサ（53）が設けられ、上記圧縮機構（30）の吸込側の冷媒配管（24）には第２冷媒温度センサ（54）が設けられ、上記室外熱交換器（21）の空気吸込側には、外気温度センサ（55）が設けられている。

上記室内熱交換器（23）の室外熱交換器（21）側の冷媒配管（24）には第３冷媒温度センサ（56）が設けられ、上記室内熱交換器（23）の空気吸込側には、室内温度センサ（57）が設けられている。

つまり、上記第１冷媒温度センサ（53）は、冷房運転時の室外熱交換器（21）の出口冷媒温度と暖房運転時の室外熱交換器（21）の入口冷媒温度とを検出する。上記第３冷媒温度センサ（56）は、暖房運転時の室内熱交換器（23）の出口冷媒温度と冷房運転時の室内熱交換器（23）の入口冷媒温度とを検出する。

上記第２冷媒温度センサ（54）は、圧縮機構（30）の吸込冷媒温度を検出し、つまり、冷房運転時の室内熱交換器（23）の出口冷媒温度を検出し、暖房運転時の室外熱交換器（21）の出口冷媒温度を検出する。

上記外気温度センサ（55）は、室外熱交換器（21）が吸い込む空気の温度を検出し、具体的に、室外熱交換器（21）の入口媒体温度である室外空気温度、つまり、外気温度を検出する。

上記室内温度センサ（57）は、室内熱交換器（23）が吸い込む空気の温度を検出し、具体的に、室内熱交換器（23）の入口媒体温度である室内空気温度、つまり、室内温度を検出する。

上記空調機（10）には、冷媒回路（20）を制御するコントローラ（60）が設けられている。該コントローラ（60）は、上記高圧圧力センサ（51）などのセンサ信号が入力されると共に、高圧制御部（61）と容量制御部（62）とを備えている。

上記高圧制御部（61）は、高圧制御手段を構成し、第１制御部（6a）と第２制御部（6b）とを備えている。

上記第１制御部（6a）は、冷房運転時に放熱器となる室外熱交換器（21）の出口冷媒温度と、該室外熱交換器（21）の吸込空気温度（入口媒体温度）である外気温度とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出し、該高圧冷媒圧力が目標値になるように高圧側絞り機構である第１絞り機構（41）の絞り量を調整して高圧制御を行う。

また、上記第１制御部（6a）は、暖房運転時に放熱器となる室内熱交換器（23）の出口冷媒温度と、該室内熱交換器（23）の吸込空気温度（入口媒体温度）である室内温度とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出し、該高圧冷媒圧力が目標値になるように高圧側絞り機構である第２絞り機構（42）の絞り量を調整して高圧制御を行う。

上記第２制御部（6b）は、冷房運転時に吸熱器となる室内熱交換器（23）の入口冷媒温度と、該室内熱交換器（23）の出口冷媒温度とに基づいて室内熱交換器（23）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構である第２絞り機構（42）の絞り量を調整する。

また、上記第２制御部（6b）は、暖房運転時に吸熱器となる室外熱交換器（21）の入口冷媒温度と、該室外熱交換器（21）の出口冷媒温度とに基づいて室外熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構である第１絞り機構（41）の絞り量を調整する。

上記容量制御部（62）は、容量制御手段を構成している。該容量制御部（62）は、室内ユニット（1B）が出力する能力アップ信号と能力ダウン信号とに基づいて圧縮機（32）の運転容量を増減制御するように構成されている。そして、上記室内ユニット（1B）は、室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内温度と室内の設定温度とに基づいて能力アップ信号及び能力ダウン信号を出力するように構成されている。

−制御の基本原理−
ここで、上記第１制御部（6a）が行う高圧制御の基本的原理について図４〜図９に基づいて説明する。尚、以下の説明は冷房運転を基本にしている。

冷媒に二酸化炭素を用いた場合、冷媒回路（20）は超臨界サイクルとなる。この場合、図４及び図５に示すように、冷媒回路（20）の冷房能力を一定とすると、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力が上昇すると、放熱器（ガスクーラ）である室外熱交換器（21）の出口冷媒温度は低下する。つまり、図４は、外気温度が３０℃の場合において、冷房能力毎の高圧冷媒圧力と出口冷媒温度との関係を示し、図５は、外気温度が３５℃の場合において、冷房能力毎の高圧冷媒圧力と出口冷媒温度との関係を示している。

したがって、室外熱交換器（21）の出口冷媒温度に基づいて最適ＣＯＰ（最適運転効率）を決定することができない。

具体的に、図６は、外気温度が３０℃の場合において、冷房能力毎の高圧冷媒圧力とＣＯＰとの関係を示し、図７は、外気温度が３５℃の場合において、冷房能力毎の高圧冷媒圧力とＣＯＰとの関係を示している。尚、ラインＡは最適ＣＯＰの高圧冷媒圧力を示している。

また、図８は、外気温度が３０℃の場合において、冷房能力毎の出口冷媒温度とＣＯＰとの関係を示し、図９は、外気温度が３５℃の場合において、冷房能力毎の出口冷媒温度とＣＯＰとの関係を示している。尚、ラインＢは最適ＣＯＰの出口冷媒温度を示している。

図４〜図９から分かるように、同じ外気温度の条件であっても、冷房能力を大きくすると、最適ＣＯＰとなる高圧冷媒圧力と出口冷媒温度とは上昇する。しかしながら、出口冷媒温度は外気温度が異なると大きく変動する（図８及び図９参照）。つまり、出口冷媒温度が異なるにも拘わらず、外気温度が３０℃で且つ冷房能力が１３０％の状態の最適高圧冷媒圧力と、外気温度が３５℃で且つ冷房能力が８０％の状態の最適高圧冷媒圧力とは同じの９．７Ｍｐａとなる。

このように、高圧冷媒圧力と出口冷媒温度との関係は外気温度によって定まる。つまり、外気温度と出口冷媒温度とによって、最適ＣＯＰの目標高圧冷媒圧力を決定する必要がある。換言すると、最適ＣＯＰは、外気温度と出口冷媒温度と高圧冷媒圧力とによって定まることになる。

そこで、本実施形態では、室外熱交換器（21）の吸込空気温度である外気温度と室外熱交換器（21）の出口冷媒温度とによって最適ＣＯＰとなる冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出する。そして、高圧冷媒圧力が目標値になるように第１絞り機構（41）の開度（絞り量）を調節するようにしている。

−運転動作−
次に、上述した空調機（10）の運転動作について説明する。

冷房運転時は、四路切換弁（2a）が図１の実線側に切り換わる。圧縮機（32）から吐出した冷媒は、室外熱交換器（21）で室外空気に放熱して冷却され、第１絞り機構（41）で減圧されて中間圧状態となって気液分離器（22）に流入する。この気液分離器（22）において、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒は第２絞り機構（42）で減圧されて室内熱交換器（23）に流れて蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、圧縮機（32）に戻り、再び圧縮される。一方、上記気液分離器（22）のガス冷媒は、圧縮機（32）の中間圧領域に導入される。この運転を繰り返して室内を冷房する。

暖房運転時は、四路切換弁（2a）が図１の破線側に切り換わる。圧縮機（32）から吐出した冷媒は、室内熱交換器（23）で室内空気に放熱して冷却され、第２絞り機構（42）で減圧されて中間圧状態となって気液分離器（22）に流入する。この気液分離器（22）において、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒は第１絞り機構（41）で減圧されて室外熱交換器（21）に流れて蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、圧縮機（32）に戻り、再び圧縮される。一方、上記気液分離器（22）のガス冷媒は、圧縮機（32）の中間圧領域に導入される。この運転を繰り返して室内を暖房する。

次に、第１絞り機構（41）及び第２絞り機構（42）の制御動作と圧縮機構（30）の運転容量の制御動作とについて図２及び図３の制御フローに基づいて説明する。

冷房運転時は、図２に示すように、スタートすると、ステップＳＴ１において、外気温度センサ（55）が室外熱交換器（21）の吸込空気温度である外気温度を検出すると共に、第１冷媒温度センサ（53）が室外熱交換器（21）の出口冷媒温度を検出する。続いて、ステップＳＴ２に移り、第１制御部（6a）が外気温度と出口冷媒温度とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出する。

その後、ステップＳＴ３に移り、第１制御部（6a）は、高圧圧力センサ（51）が検出する高圧冷媒圧力が目標値より大きいか否かを判定する。高圧冷媒圧力が目標値より小さい場合、ステップＳＴ３からステップＳＴ４に移り、第１絞り機構（41）の開度を小さくし、つまり、絞り量を大きくしてステップＳＴ１に戻る。

上記高圧冷媒圧力が目標値以上の場合、ステップＳＴ３からステップＳＴ５に移り、第１絞り機構（41）の開度を大きくし、つまり、絞り量を小さくしてステップＳＴ１に戻る。この動作を繰り返して第１絞り機構（41）の開度を調整する。

一方、ステップＳＴ６においては、第３冷媒温度センサ（56）が室内熱交換器（23）の入口冷媒温度を検出すると共に、第２冷媒温度センサ（54）が室内熱交換器（23）の出口冷媒温度、つまり、圧縮機構（30）の吸込冷媒温度を検出する。続いて、ステップＳＴ７に移り、第２制御部（6b）が入口冷媒温度と出口冷媒温度とに基づいて蒸発過熱度である室内熱交換器（23）の出口冷媒の過熱度を導出する。

その後、ステップＳＴ８に移り、第２制御部（6b）は、過熱度が所定値（目標過熱度）より大きいか否かを判定する。過熱度が所定値より小さい場合、ステップＳＴ８からステップＳＴ９に移り、第２絞り機構（42）の開度を小さくし、つまり、絞り量を大きくしてステップＳＴ６に戻る。

上記過熱度が所定値以上の場合、ステップＳＴ８からステップＳＴ１０に移り、第２絞り機構（42）の開度を大きくし、つまり、絞り量を小さくしてステップＳＴ６に戻る。この動作を繰り返して第２絞り機構（42）の開度を調整する。

また、ステップＳＴ１１においては、室内温度センサ（57）が室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内空気温度（室内温度）を検出すると共に、室内温度の設定温度を読み込む。続いて、ステップＳＴ１２に移り、室内ユニット（1B）は、室内温度が設定温度より高いと能力アップ信号を出力し、室内温度が設定温度以下であると能力ダウン信号を出力する。

その後、ステップＳＴ１３に移り、容量制御部（62）は、室内ユニット（1B）の出力が能力アップ信号であるか、能力ダウン信号であるかを判定する。上記室内ユニット（1B）の出力が能力アップ信号であると、ステップＳＴ１３からステップＳＴ１４に移り、圧縮機構（30）の運転容量を増大し、つまり、圧縮機（32）の回転数を大きくしてステップＳＴ１１に戻る。

上記室内ユニット（1B）の出力が能力ダウン信号であると、ステップＳＴ１３からステップＳＴ１５に移り、圧縮機構（30）の運転容量を低下し、つまり、圧縮機（32）の回転数を小さくしてステップＳＴ１１に戻る。この動作を繰り返して圧縮機構（30）の運転容量を調整する。

暖房運転時は、図３に示すように、スタートすると、ステップＳＴ２１において、室内温度センサ（57）が室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内温度を検出すると共に、第３冷媒温度センサ（56）が室内熱交換器（23）の出口冷媒温度を検出する。続いて、ステップＳＴ２２に移り、第１制御部（6a）が室内温度と出口冷媒温度とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出する。

その後、ステップＳＴ２３に移り、第１制御部（6a）は、高圧圧力センサ（51）が検出する高圧冷媒圧力が目標値より大きいか否かを判定する。高圧冷媒圧力が目標値より小さい場合、ステップＳＴ２３からステップＳＴ２４に移り、第２絞り機構（42）の開度を小さくし、つまり、絞り量を大きくしてステップＳＴ２１に戻る。

上記高圧冷媒圧力が目標値以上の場合、ステップＳＴ２３からステップＳＴ２５に移り、第２絞り機構（42）の開度を大きくし、つまり、絞り量を小さくしてステップＳＴ２１に戻る。この動作を繰り返して第２絞り機構（42）の開度を調整する。

一方、ステップＳＴ２６においては、第１冷媒温度センサ（53）が室外熱交換器（21）の入口冷媒温度を検出すると共に、第２冷媒温度センサ（54）が室外熱交換器（21）の出口冷媒温度、つまり、圧縮機構（30）の吸込冷媒温度を検出する。続いて、ステップＳＴ２７に移り、第２制御部（6b）が入口冷媒温度と吸込冷媒温度とに基づいて蒸発過熱度である室外熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度を導出する。

その後、ステップＳＴ２８に移り、第２制御部（6b）は、過熱度が所定値（目標過熱度）より大きいか否かを判定する。過熱度が所定値より小さい場合、ステップＳＴ２８からステップＳＴ２９に移り、第１絞り機構（41）の開度を小さくし、つまり、絞り量を大きくしてステップＳＴ２６に戻る。

上記過熱度が所定値以上の場合、ステップＳＴ２８からステップＳＴ３０に移り、第１絞り機構（41）の開度を大きくし、つまり、絞り量を小さくしてステップＳＴ２６に戻る。この動作を繰り返して第１絞り機構（41）の開度を調整する。

また、ステップＳＴ３１においては、室内温度センサ（57）が室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内温度を検出すると共に、室内温度の設定温度を読み込む。続いて、ステップＳＴ３２に移り、室内ユニット（1B）は、室内温度が設定温度より低いと能力アップ信号を出力し、室内温度が設定温度以上であると能力ダウン信号を出力する。

その後、ステップＳＴ３３に移り、容量制御部（62）は、室内ユニット（1B）の出力が能力アップ信号であるか、能力ダウン信号であるかを判定する。上記室内ユニット（1B）の出力が能力アップ信号であると、ステップＳＴ３３からステップＳＴ３４に移り、圧縮機構（30）の運転容量を増大し、つまり、圧縮機（32）の回転数を大きくしてステップＳＴ３１に戻る。

上記室内ユニット（1B）の出力が能力ダウン信号であると、ステップＳＴ３３からステップＳＴ３５に移り、圧縮機構（30）の運転容量を低下し、つまり、圧縮機（32）の回転数を小さくしてステップＳＴ３１に戻る。この動作を繰り返して圧縮機構（30）の運転容量を調整する。

−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態では、冷房運転時における室外熱交換器（21）の吸込空気温度（外気温度）と室外熱交換器（21）の出口冷媒温度とによって高圧冷媒圧力の目標値を導出し、また、暖房運転時における室内熱交換器（23）の吸込空気温度（室内温度）と室内熱交換器（23）の出口冷媒温度とによって高圧冷媒圧力の目標値を導出する。そして、上記高圧冷媒圧力が目標値になるように膨張機構（40）の絞り量を調節するようにしたために、運転効率（ＣＯＰ）が最適な運転状態で運転することができる。

また、冷房運転時に第１絞り機構（41）で高圧制御を行い、第２絞り機構（42）で過熱度制御を行う一方、暖房運転時に第２絞り機構（42）で高圧制御を行い、第１絞り機構（41）で過熱度制御を行うので、高圧冷媒と低圧冷媒とをそれぞれ最適な状態に保つことができる。

また、上記気液分離器（22）のガス冷媒をインジェクション通路（25）によって圧縮機構（30）の中間圧領域に導くようにしたために、高圧冷媒圧力を確実に調整することができる。

また、圧縮機構（30）の運転容量を別個に制御するので、最適な運転状態に確実に保つことができる。

〈発明の実施形態２〉
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、図１０に示すように、上記実施形態１の冷媒が膨張機構（40）及び気液分離器（22）を双方向に流れるのに代わり、冷媒が膨張機構（40）及び気液分離器（22）を常に一定方向に流れるようにしたものである。

具体的に、冷媒回路（20）は、整流回路（2b）を備えている。該整流回路（2b）は、一方向弁を備えた４つの流通路を備えたブリッジ回路に構成されている。そして、上記整流回路（2b）の第１接続点が室外熱交換器（21）に接続され、第２接続点が室内熱交換器（23）に接続されている。更に、上記整流回路（2b）の第３接続点と第４接続点との間には、一方向通路（2c）が接続されている。該一方向通路（2c）には、上流側から第１絞り機構（41）と気液分離器（22）と第２絞り機構（42）とが順に接続されている。

したがって、冷媒は、冷房運転時と暖房運転時の何れにおいても第１絞り機構（41）から気液分離器（22）を経て第２絞り機構（42）を流れることになる。

尚、上記気液分離器（22）の上部には、一方向通路（2c）の上流側が接続され、下部には、一方向通路（2c）の下流側が接続されている。

この結果、上記第１絞り機構（41）は常に高圧側絞り機構を構成し、第２絞り機構（42）は常に低圧側絞り機構を構成する。

また、高圧制御部（61）の第１制御部（6a）は、冷房運転時と暖房運転時の何れにおいても冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力が目標値になるように高圧側絞り機構である第１絞り機構（41）の絞り量を調整して高圧制御を行う。

高圧制御部（61）の第２制御部（6b）は、冷房運転時と暖房運転時の何れにおいても冷媒過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構である第２絞り機構（42）の絞り量を調整する。

また、圧縮機構（30）は、低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）とを備え、インジェクション通路（25）は、上記低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）との間に接続されている。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様である。

〈発明の実施形態３〉
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、図１１に示すように、上記実施形態１の冷媒が気液分離器（22）を双方向に流れるのに代わり、冷媒が気液分離器（22）を常に一定方向に流れるようにしたものである。

具体的に、冷媒回路（20）は、冷媒流れを切り換える切換機構（2d）を備えている。該切換機構（2d）は四路切換弁で構成され、４つのポートのうち２つのポートには、第１絞り機構（41）を介して室外熱交換器（21）に接続され、第２絞り機構（42）を介して室内熱交換器（23）に接続されている。

更に、上記切換機構（2d）の他の２つのポートの間には、一方向通路（2c）が接続されている。該一方向通路（2c）には、気液分離器（22）が設けられている。該気液分離器（22）の上部には、一方向通路（2c）の上流側が接続され、下部には、一方向通路（2c）の下流側が接続されている。

したがって、冷媒は、冷房運転時と暖房運転時の何れにおいても気液分離器（22）を一方向に流れることになる。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様である。

〈発明の実施形態４〉
次に、本発明の実施形態４を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、図１２に示すように、上記実施形態１〜３が１台の室内ユニット（1B）を備えていたのに代わり、複数台の室内ユニット（1B）備え、いわゆるマルチ型に構成されたのものである。尚、本実施形態は、上記実施形態２の整流回路（2b）を備えると共に、冷媒回路（20）に複数台の室内熱交換器（23）を設けたものである。

具体的に、上記複数台の室内ユニット（1B）は互いに並列に接続されると共に、各室内ユニット（1B）は室外ユニット（1A）に接続されている。上記各室内ユニット（1B）は、室内熱交換器（23）と該室内熱交換器（23）に直列に接続された第２絞り機構（42）とが収納されている。

室外ユニット（1A）の室外熱交換器（21）と整流回路（2b）との間の冷媒配管（24）には第１絞り機構（41）が設けられている。

実施形態１と同様に、上記第１絞り機構（41）は熱源側絞り機構であって、第２絞り機構（42）は利用側絞り機構であって、冷房運転時において、上記第１絞り機構（41）は、高圧側絞り機構を構成し、第２絞り機構（42）が低圧側絞り機構を構成する。また、暖房運転時において、上記第２絞り機構（42）が高圧側絞り機構を構成し、第１絞り機構（41）が低圧側絞り機構を構成する。

上記各室内ユニット（1B）は、実施形態１と同様に、第３冷媒温度センサ（56）と室内温度センサ（57）とが設けられる他、室内熱交換器（23）の圧縮機構（30）側の冷媒配管（24）に第４冷媒温度センサ（58）が設けられている。該第４冷媒温度センサ（58）は、暖房運転時の室内熱交換器（23）の出口冷媒温度を検出する。

一方、上記空調機（10）のコントローラ（60）には、高圧制御部（61）と容量制御部（62）の他、出口温度制御部（63）を備えている。

上記高圧制御部（61）は、冷房運転時において、実施形態１と同様に高圧制御及び過熱度制御を行う。

上記出口温度制御部（63）は、出口温度制御手段を構成し、第１制御部（6c）と第２制御部（6d）とを備えている。

上記第１制御部（6c）は、暖房運転時に放熱器となる室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内温度と、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値とに基づいて室内熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように高圧側絞り機構である第２絞り機構（42）の絞り量を調整して出口温度制御を行う。

上記第２制御部（6d）は、暖房運転時に吸熱器となる室外熱交換器（21）の入口冷媒温度と、該室外熱交換器（21）の出口冷媒温度とに基づいて室外熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構である第１絞り機構（41）の絞り量を調整する。

つまり、実施形態１で説明したとおり、最適ＣＯＰは、室内温度（実施形態１で説明した外気温度）と出口冷媒温度と高圧冷媒圧力とによって定まる。したがって、上記第１制御部（6c）は、暖房運転時において、室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内温度と冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値とによって最適ＣＯＰとなる室内熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出する。そして、出口冷媒温度が目標値になるように第２絞り機構（42）の開度（絞り量）を調節するようにしている。

上記容量制御部（62）は、容量制御手段を構成している。該容量制御部（62）は、冷房運転時に冷媒回路（20）の低圧冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を制御すると共に、暖房運転時に冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を制御する。

また、上記容量制御部（62）は、室内ユニット（1B）が出力する能力アップ信号に基づいて冷房運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させ、暖房運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させる一方、上記室内ユニット（1B）が出力する能力ダウン信号に基づいて冷房運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させ、暖房運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させる。

また、上記容量制御部（62）は、能力アップ信号を出力する室内ユニット（1B）の台数の割合が２０〜４０％になると設定圧力値を変更する一方、能力ダウン信号を出力する室内ユニット（1B）の台数の割合が２０〜４０％になると設定圧力値を変更する。

一方、上記各室内ユニット（1B）は、第２絞り機構（42）の開度が全開度の８０〜９０％以上となると能力アップ信号を出力し、第２絞り機構（42）の開度が全開度の１０〜２０％以下になると能力ダウン信号を出力するように構成されている。その他の構成は、実施形態１と同様である。

−運転動作−
次に、上述した空調機（10）の運転動作について説明する。

冷房運転時は、四路切換弁（2a）が図１２の実線側に切り換わる。そして、圧縮機（32）から吐出した冷媒は、室外熱交換器（21）で室外空気に放熱して冷却され、第１絞り機構（41）で減圧されて中間圧状態となって気液分離器（22）に流入する。この気液分離器（22）において、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。その後、液冷媒は各室内ユニット（1B）に流れ、第２絞り機構（42）で減圧されて複数の室内熱交換器（23）で蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、圧縮機（32）に戻り、再び圧縮される。一方、上記気液分離器（22）のガス冷媒は、圧縮機（32）の中間圧領域に導入される。この運転を繰り返して室内を冷房する。

暖房運転時は、四路切換弁（2a）が図１２の破線側に切り換わる。そして、圧縮機（32）から吐出した冷媒は、各室内ユニット（1B）に流れ、複数の室内熱交換器（23）で室内空気に放熱して冷却され、第２絞り機構（42）で減圧されて中間圧状態となって気液分離器（22）に流入する。この気液分離器（22）において、ガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒は第１絞り機構（41）で減圧されて室外熱交換器（21）に流れて蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、圧縮機（32）に戻り、再び圧縮される。一方、上記気液分離器（22）のガス冷媒は、圧縮機（32）の中間圧領域に導入される。この運転を繰り返して室内を暖房する。

次に、第１絞り機構（41）及び第２絞り機構（42）の制御動作と圧縮機構（30）の運転容量の制御動作とについて図１３及び図１４の制御フローに基づいて説明する。

冷房運転時は、図１３に示すように動作し、ステップＳＴ４１〜５０は、実施形態１の図２に示すステップＳＴ１〜１０と同様である。

つまり、外気温度センサ（55）が外気温度を検出すると共に、第１冷媒温度センサ（53）が室外熱交換器（21）の出口冷媒温度を検出する（ステップＳＴ４１）。続いて、高圧制御部（61）の第１制御部（6a）が外気温度と出口冷媒温度とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出する（ステップＳＴ４２）。その後、第１制御部（6a）は、高圧圧力センサ（51）が検出する高圧冷媒圧力が目標値より大きいか否かを判定し（ステップＳＴ４３）、高圧冷媒圧力が目標値より小さい場合、第１絞り機構（41）の開度を小さくし（ステップＳＴ４４）、上記高圧冷媒圧力が目標値以上の場合、第１絞り機構（41）の開度を大きくする（ステップＳＴ４５）。この動作を繰り返して第１絞り機構（41）の開度を調整する。

一方、第３冷媒温度センサ（56）が室内熱交換器（23）の入口冷媒温度を検出すると共に、第４冷媒温度センサ（58）が室内熱交換器（23）の出口冷媒温度を検出する（ステップＳＴ４６）。続いて、高圧制御部（61）の第２制御部（6b）が入口冷媒温度と出口冷媒温度とに基づいて蒸発過熱度である室内熱交換器（23）の出口冷媒の過熱度を導出する（ステップＳＴ４７）。その後、第２制御部（6b）は、過熱度が所定値より大きいか否かを判定し（ステップＳＴ４８）、過熱度が所定値より小さい場合、第２絞り機構（42）の開度を小さくし（ステップＳＴ４９）、上記過熱度が所定値以上の場合、第２絞り機構（42）の開度を大きくする（ステップＳＴ５０）。この動作を繰り返して第２絞り機構（42）の開度を調整する。

また、低圧圧力センサ（52）が低圧冷媒圧力を検出し（ステップＳＴ５１）、容量制御部（62）は、低圧冷媒圧力が設定圧力値より大きいか否かを判定し（ステップＳＴ５２）、低圧冷媒圧力が設定圧力値より小さい場合、圧縮機（32）の回転数を小さくし（ステップＳＴ５３）、低圧冷媒圧力が設定圧力値以上の場合、圧縮機（32）の回転数を大きくし（ステップＳＴ５４）、この動作を繰り返して圧縮機構（30）の運転容量を調整する。

暖房運転時は、図１４に示すように、高圧冷媒圧力の設定圧力値を読み込むと共に、各室内温度センサ（57）がそれぞれ各室内熱交換器（23）の吸込空気温度である室内温度を検出する（ステップＳＴ６１）。続いて、出口温度制御部（63）の第１制御部（6c）が高圧冷媒圧力の設定圧力値と室内温度とに基づいてそれぞれ各室内熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出する（ステップＳＴ６２）。

その後、上記出口温度制御部（63）の第１制御部（6c）は、第３冷媒温度センサ（56）が検出する室内熱交換器（23）の出口冷媒温度が目標値より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ６３）。出口冷媒温度が目標値より小さい場合、第２絞り機構（42）の開度を大きくし（ステップＳＴ６４）、つまり、絞り量を小さくしてステップＳＴ６１に戻る。

上記出口冷媒温度が目標値以上の場合、第２絞り機構（42）の開度を小さくし（ステップＳＴ６５）、つまり、絞り量を大きくしてステップＳＴ６１に戻る。この動作を繰り返して第２絞り機構（42）の開度を調整する。

一方、第１冷媒温度センサ（53）が室外熱交換器（21）の入口冷媒温度を検出すると共に、第２冷媒温度センサ（54）が室外熱交換器（21）の出口冷媒温度、つまり、圧縮機構（30）の吸込冷媒温度を検出する（ステップＳＴ６６）。続いて、上記出口温度制御部（63）の第２制御部（6d）が入口冷媒温度と吸込冷媒温度とに基づいて蒸発過熱度である室外熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度を導出する（ステップＳＴ６７）。

その後、上記出口温度制御部（63）の第２制御部（6d）は、過熱度が所定値（目標過熱度）より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ６８）。過熱度が所定値より小さい場合、第１絞り機構（41）の開度を小さくし（ステップＳＴ６５）、つまり、絞り量を大きくしてステップＳＴ２６に戻る。

上記過熱度が所定値以上の場合、第１絞り機構（41）の開度を大きくし（ステップＳＴ７０）、つまり、絞り量を小さくしてステップＳＴ６６に戻る。この動作を繰り返して第１絞り機構（41）の開度を調整する。

また、高圧圧力センサ（51）が高圧冷媒圧力を検出し（ステップＳＴ７１）、該高圧冷媒圧力が設定圧力値より大きいか否かを判定し（ステップＳＴ７２）、高圧冷媒圧力が設定圧力値より小さい場合、圧縮機（32）の回転数を大きくし（ステップＳＴ５１）、高圧冷媒圧力が設定圧力値以上の場合、圧縮機（32）の回転数を小さくし（ステップＳＴ５２）、この動作を繰り返して圧縮機構（30）の運転容量を調整する。

尚、上記ステップＳＴ５２及びステップＳＴ７２において、目標とする設定圧力値は、各室内ユニット（1B）が出力する能力アップ信号に基づいて冷房運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させ、暖房運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させる一方、上記室内ユニット（1B）が出力する能力ダウン信号に基づいて冷房運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させ、暖房運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させる。

その際、上記各室内ユニット（1B）は、第２絞り機構（42）の開度が全開度の８０〜９０％以上となると能力アップ信号を出力し、第２絞り機構（42）の開度が全開度の１０〜２０％以下になると能力ダウン信号を出力する。

そして、上記容量制御部（62）は、能力アップ信号を出力する室内ユニット（1B）の台数の割合が２０〜４０％になると設定圧力値を変更する一方、能力ダウン信号を出力する室内ユニット（1B）の台数の割合が２０〜４０％になると設定圧力値を変更する。

−実施形態４の効果−
以上のように、本実施形態では、暖房運転時において、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値と室内温度とによって各室内熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように第２絞り機構（42）の絞り量を調節するようにしたために、暖房運転効率（ＣＯＰ）が最適な運転状態で運転することができる。

また、冷房運転時に第１絞り機構（41）で高圧制御を行い、第２絞り機構（42）で過熱度制御を行う一方、暖房運転時に第２絞り機構（42）で出口温度制御を行い、第１絞り機構（41）で過熱度制御を行うので、高圧冷媒と低圧冷媒とをそれぞれ最適な状態に保つことができる。

また、圧縮機構（30）の運転容量を別個に制御するので、最適な運転状態に確実に保つことができる。その他の冷房運転時の制御等の効果は実施形態１と同様である。

〈発明の実施形態５〉
次に、本発明の実施形態５を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、図１５に示すように、上記実施形態４が１台の圧縮機（32）を設けたのに代わり、２台の圧縮機（32）を設けるようにしたものである。

具体的に、圧縮機構（30）は、低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）とを備えている。そして、インジェクション通路（25）は、上記低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）との間に接続されている。その他の構成及び作用効果は実施形態４と同様である。

〈発明の実施形態６〉
次に、本発明の実施形態６を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、図１６に示すように、上記実施形態４が整流回路（2b）を設けたのに代わり、切換機構（2d）を設けるようにしたものである。

具体的に、上記切換機構（2d）は、四路切換弁で構成され、４つのポートのうち２つのポートには、第１絞り機構（41）を介して室外熱交換器（21）に接続され、第２絞り機構（42）を介して各室内熱交換器（23）に接続されている。

更に、上記切換機構（2d）の他の２つのポートの間には、一方向通路（2c）が接続されている。該一方向通路（2c）には、気液分離器（22）が設けられている。該気液分離器（22）の上部には、一方向通路（2c）の上流側が接続され、下部には、一方向通路（2c）の下流側が接続されている。その他の構成及び作用効果は実施形態４と同様である。

〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態４について、各室内ユニット（1B）が出力する能力アップ信号及び能力ダウン信号の条件は実施形態４に限定されるものではない。

また、上記実施形態４において、圧縮機構（30）の容量制御は、設定圧力値の変更のみに限定されるものではない。

また、実施形態１〜３の空調機（10）は、冷房専用機であってもよく、また、暖房専用機であってもよい。その際、暖房専用機の場合、高圧制御部（61）に代えて実施形態４の出口温度制御部（63）を適用してもよい。

また、各実施形態における高圧制御部（61）は、放熱側熱交換器の出口冷媒温度と、放熱側熱交換器の入口媒体温度とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出するようにしている。しかし、上記高圧制御部（61）は、吸熱側熱交換器における冷媒温度相当飽和圧力をもパラメータに加え、上記出口冷媒温度と入口媒体温度と冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出するようにしてもよい。この場合、より正確に高圧冷媒圧力の目標値を導出することができる。

つまり、冷房運転時は、上記室外熱交換器（21）の出口冷媒温度と外気温度と室内熱交換器（23）における蒸発圧力又は蒸発温度とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出してもい。また、暖房運転時は、上記室内熱交換器（23）の出口冷媒温度と室内温度と室外熱交換器（21）における蒸発圧力又は蒸発温度とに基づいて高圧冷媒圧力の目標値を導出してもい。

また、各実施形態における第２制御部（6b，6d）は、過熱度制御を行うようにしたが、第１〜第３の発明においては、過熱度制御に限定されるものではない。

また、第１〜第３の発明において、高圧制御及び出口温度制御は第１絞り機構（41）と第２絞り機構（42）とで行うようにしてもよい。

また、各実施形態は空調機（10）について説明したが、本発明は、冷凍冷蔵などの冷却運転又は加熱運転を行う各種の冷凍装置に適用してもよい。

また、各実施形態の室外熱交換器（21）及び室内熱交換器（23）において、冷媒と熱交換する媒体は、空気に限られず、水やブラインなどであってもよい。

また、冷媒は二酸化炭素に限定されるものではなく、膨張機構（40）は、膨張弁に限定されるものではなく、絞り量が可変であればよい。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、超臨界冷凍サイクルの冷凍装置における運転効率対策について有用である。

図１は、実施形態１の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 図２は、実施形態１の冷房運転時の絞り機構の絞り量制御及び圧縮機構の容量制御を示す制御フロー図である。 図３は、実施形態１の暖房運転時の絞り機構の絞り量制御及び圧縮機構の容量制御を示す制御フロー図である。 図４は、外気温度が３０℃の場合における冷房能力毎の高圧冷媒圧力と出口冷媒温度との関係を示す特性図である。 図５は、外気温度が３５℃の場合における冷房能力毎の高圧冷媒圧力と出口冷媒温度との関係を示す特性図である。 図６は、外気温度が３０℃の場合における冷房能力毎の高圧冷媒圧力とＣＯＰとの関係を示す特性図である。 図７は、外気温度が３５℃の場合における冷房能力毎の高圧冷媒圧力とＣＯＰとの関係を示す特性図である。 図８は、外気温度が３０℃の場合における冷房能力毎の出口冷媒温度とＣＯＰとの関係を示す特性図である。 図９は、外気温度が３５℃の場合における冷房能力毎の出口冷媒温度とＣＯＰとの関係を示す特性図である。 図１０は、実施形態２の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 図１１は、実施形態３の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 図１３は、実施形態４の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 図１３は、実施形態４の冷房運転時の絞り機構の絞り量制御及び圧縮機構の容量制御を示す制御フロー図である。 図１４は、実施形態４の暖房運転時の絞り機構の絞り量制御及び圧縮機構の容量制御を示す制御フロー図である。 図１５は、実施形態５の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 図１６は、実施形態６の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１０ 空調機
２０ 冷媒回路
２１ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
２２ 気液分離器
２３ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
２５ インジェクション通路
３０ 圧縮機構
３１ 圧縮機
３３ 低段側圧縮機
３４ 高段側圧縮機
４０ 膨張機構
４１ 第１絞り機構
４２ 第２絞り機構
６０ コントローラ
６１ 高圧制御部（高圧制御手段）
６２ 容量制御部（容量制御手段）
６３ 出口温度制御部（出口温度制御手段）
６ａ，６ｃ 第１制御部
６ｂ，６ｄ 第２制御部

Claims (18)

1. 圧縮機構（30）と熱源側熱交換器（21）と膨張機構（40）と利用側熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、
   上記膨張機構（40）は、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように絞り量の可変な高圧側絞り機構（41，42）と低圧側絞り機構（42，41）とを備えている冷凍装置であって、
   上記熱源側熱交換器（21）と利用側熱交換器（23）のうち放熱器となる放熱側熱交換器の出口冷媒温度と、該放熱側熱交換器で冷媒と熱交換する媒体の放熱側熱交換器の入口媒体温度とに基づいて上記冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出し、該高圧冷媒圧力が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して高圧制御を行う高圧制御手段（61）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 圧縮機構（30）と熱源側熱交換器（21）と膨張機構（40）と利用側熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、
   上記膨張機構（40）は、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように絞り量の可変な高圧側絞り機構（42）と低圧側絞り機構（41）とを備えている冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（20）の加熱運転時において、利用側熱交換器（23）で冷媒と熱交換する媒体の利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値とに基づいて上記利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して出口温度制御を行う出口温度制御手段（63）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 圧縮機構（30）と熱源側熱交換器（21）と膨張機構（40）と互いに並列接続された複数の利用側熱交換器（23）とを有し、蒸気圧縮式超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、
   上記膨張機構（40）は、冷媒回路（20）の冷媒を２段膨張させるように、熱源側熱交換器（21）に対応した絞り量の可変な熱源側絞り機構（41）と各利用側熱交換器（23）に対応した絞り量の可変な複数の利用側絞り機構（42）とを備えている冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（20）の冷却運転時において、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒温度と、熱源側熱交換器（21）で冷媒と熱交換する媒体の熱源側熱交換器（21）の入口媒体温度とに基づいて上記冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出し、該高圧冷媒圧力が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して高圧制御を行う高圧制御手段（61）と、
   上記冷媒回路（20）の加熱運転時において、利用側熱交換器（23）で冷媒と熱交換する媒体の利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と、冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の設定圧力値とに基づいて上記利用側熱交換器（23）の出口冷媒温度の目標値を導出し、該出口冷媒温度が目標値になるように上記膨張機構（40）の絞り量を調整して出口温度制御を行う出口温度制御手段（63）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１において、
   上記高圧制御手段（61）は、高圧制御を行うために高圧側絞り機構（41，42）の絞り量を調整する第１制御部（6a）と、熱源側熱交換器（21）と利用側熱交換器（23）のうち吸熱器となる吸熱側熱交換器の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構（42，41）の絞り量を調整する第２制御部（6b）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項２において、
   上記出口温度制御手段（63）は、出口温度制御を行うために高圧側絞り機構（42）の絞り量を調整する第１制御部（6c）と、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように低圧側絞り機構（41）の絞り量を調整する第２制御部（6d）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項３において、
   上記高圧制御手段（61）は、高圧制御を行うために熱源側絞り機構（41）の絞り量を調整する第１制御部（6a）と、利用側熱交換器（23）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように利用側絞り機構（42）の絞り量を調整する第２制御部（6b）とを備え、
   上記出口温度制御手段（63）は、出口温度制御を行うために利用側絞り機構（42）の絞り量を調整する第１制御部（6c）と、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒の過熱度が所定値になるように熱源側絞り機構（41）の絞り量を調整する第２制御部（6d）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
7. 請求項１〜３の何れか１項において、
   上記冷媒回路（20）は、膨張機構（40）の２つの絞り機構（41，42）の間に設けられた気液分離器（22）と、該気液分離器（22）のガス冷媒を圧縮機構（30）の中間圧領域に導くインジェクション通路（25）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
8. 請求項７において、
   上記圧縮機構（30）は、低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）とを備える一方、
   上記インジェクション通路（25）は、低段側圧縮機（33）と高段側圧縮機（34）との間の中間圧領域にガス冷媒を導くように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
9. 請求項１において、
   上記高圧制御手段（61）は、放熱側熱交換器の出口冷媒温度と、放熱側熱交換器の入口媒体温度とに、熱源側熱交換器（21）と利用側熱交換器（23）のうち吸熱器となる吸熱側熱交換器における冷媒温度相当飽和圧力を加え、上記出口冷媒温度と入口媒体温度と冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出するように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
10. 請求項３において、
    上記高圧制御手段（61）は、熱源側熱交換器（21）の出口冷媒温度と、熱源側熱交換器（21）の入口媒体温度とに、利用側熱交換器（23）における冷媒温度相当飽和圧力を加え、上記出口冷媒温度と入口媒体温度と冷媒温度相当飽和圧力とに基づいて冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の目標値を導出するように構成されている
    ことを特徴とする冷凍装置。
11. 請求項１又は２において、
    上記利用側熱交換器（23）が収納された利用側ユニット（1B）が出力する能力アップ信号と能力ダウン信号とに基づいて圧縮機構（30）の運転容量を増減制御する容量制御手段（62）を備えている
    ことを特徴とする冷凍装置。
12. 請求項１１において、
    上記利用側ユニット（1B）は、利用側熱交換器（23）の入口媒体温度と設定温度とに基づいて能力アップ信号及び能力ダウン信号を出力するように構成されている
    ことを特徴とする冷凍装置。
13. 請求項３において、
    冷却運転時に冷媒回路（20）の低圧冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を制御すると共に、加熱運転時に冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力が設定圧力値になるように圧縮機構（30）の運転容量を制御する容量制御手段（62）を備えている
    ことを特徴とする冷凍装置。
14. 請求項１３において、
    上記容量制御手段（62）は、利用側熱交換器（23）が収納された利用側ユニット（1B）が出力する能力アップ信号に基づいて冷却運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させ、加熱運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させる一方、上記利用側ユニット（1B）が出力する能力ダウン信号に基づいて冷却運転時の低圧冷媒圧力の設定圧力値を上昇させ、加熱運転時の高圧冷媒圧力の設定圧力値を低下させるように構成されている
    ことを特徴とする冷凍装置。
15. 請求項１４において、
    上記利用側絞り機構（42）は、開度可変の膨張弁で構成され、
    上記利用側ユニット（1B）は、利用側絞り機構（42）の開度が所定の変更値より大きくなると能力アップ信号を出力し、利用側絞り機構（42）の開度が変更値以下に小さくなると能力ダウン信号を出力するように構成されている
    ことを特徴とする冷凍装置。
16. 請求項１５において、
    上記利用側ユニット（1B）は、利用側絞り機構（42）の開度が全開度の８０〜９０％以上となると能力アップ信号を出力し、利用側絞り機構（42）の開度が全開度の１０〜２０％以下になると能力ダウン信号を出力するように構成されている
    ことを特徴とする冷凍装置。
17. 請求項１４において、
    上記容量制御手段（62）は、能力アップ信号を出力する利用側ユニット（1B）の台数が所定割合になると設定圧力値を変更する一方、能力ダウン信号を出力する利用側ユニット（1B）の台数が所定割合になると設定圧力値を変更するように構成されている
    ことを特徴とする冷凍装置。
18. 請求項１７において、
    上記容量制御手段（62）は、設定圧力値を変更する利用側ユニット（1B）の台数の所定割合が２０〜４０％に設定されている
    ことを特徴とする冷凍装置。

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