JP6393973B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来、圧縮機構で圧縮されて熱交換器で冷却された液冷媒を一時的に貯留するレシーバー、および、レシーバーで分離されたガス冷媒を圧縮機構の吸入側に間欠的に注入するためのガスインジェクション流路を備える冷凍装置が用いられている。このような冷凍装置では、例えば、特許文献１（特開２００６−２００８９０号公報）に開示されるように、レシーバーの上流側および下流側のそれぞれに開度調節可能な絞り機構が設けられ、ガスインジェクション流路の途中に開閉可能な二方弁が設けられている。特許文献１に開示される冷凍装置は、レシーバーに貯留される液冷媒が圧縮機構の吸入側に注入される現象である液戻りによる性能低下を防止するために、冷房運転時に外気温度が所定値より低い場合、または、暖房運転時に外気温度が所定値より高い場合に、ガスインジェクション流路の二方弁を閉じる制御を行う。また、この冷凍装置は、暖房運転時において、外気温度が低い場合に、下流側の熱交換器における冷媒の蒸発温度と、外気温度との間の差を確保するために、下流側の絞り機構の開度を抑える制御を行う。

しかし、下流側の絞り機構の開度を抑えると、ガスインジェクション流路の二方弁の開度が、下流側の絞り機構の開度より大きくなり、レシーバー内の冷媒がガスインジェクション流路を流れやすくなる。その結果、下流側の熱交換器に供給される冷媒の量が減少し、下流側の熱交換器が過熱運転するおそれがある。下流側の熱交換器に供給される冷媒の量を確保するためには、ガスインジェクション流路の二方弁を閉じる必要があるが、特許文献１に開示される冷凍装置では、外気温度が低い場合においても二方弁が開いた状態になっていることがあり、下流側の熱交換器の過熱運転を回避できないおそれがある。

本発明の目的は、暖房運転時における下流側の熱交換器の過熱運転を防止することができる冷凍装置を提供することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、圧縮機構、第１熱交換器、第１絞り機構、レシーバー、第２絞り機構および第２熱交換器が順次接続される冷媒回路を備える冷凍装置である。この冷凍装置は、切換機構と、ガスインジェクション流路と、ガスインジェクション弁と、制御部と、外気温度測定部とを備える。切換機構は、冷媒回路を循環する冷媒の流れ方向を切り換える。ガスインジェクション流路は、レシーバーと、圧縮機構の冷媒吸入側とを接続する。ガスインジェクション弁は、ガスインジェクション流路に設けられる。制御部は、ガスインジェクション弁の開閉状態を制御する。外気温度測定部は、外気温度を測定する。制御部は、暖房運転時において制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁を閉じる。制御条件は、外気温度測定部によって測定された外気温度が第１温度より低いことである。

この冷凍装置は、気液二相状態の冷媒を一時的に貯留するためのレシーバーを備える。気液二相状態では、液冷媒とガス冷媒とが混在している。ここで、第１熱交換器は、室外に設置される熱交換器であり、第２熱交換器は、室内に設置される熱交換器であるとする。切換機構は、冷房運転モードと暖房運転モードとを切り換える。冷房運転モードでは、冷媒は、圧縮機構、第１熱交換器、第１絞り機構、レシーバー、第２絞り機構、第２熱交換器冷媒、および圧縮機構の順に循環する。暖房運転モードでは、冷媒は、圧縮機構、第２熱交換器、第２絞り機構、レシーバー、第１絞り機構、第１熱交換器、および圧縮機構の順に循環する。ガスインジェクション流路は、レシーバー内の冷媒を圧縮機構の吸入側に間欠的に注入するための流路である。ガスインジェクション流路は、レシーバーと、圧縮機構の吸入管とを接続する配管である。

この冷凍装置は、暖房運転時において、外気温度が所定の第１温度より低い場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行う。暖房運転時において、外気温度が低い場合、第１熱交換器を流れる冷媒の蒸発温度と、外気温度との間の差を確保するために、冷媒の蒸発温度を低くする必要がある。冷媒の蒸発温度を低くするためには、第１絞り機構の開度を低くして、第１熱交換器に供給される冷媒の量を抑える必要がある。そのため、暖房運転時において、外気温度が低い場合、第１絞り機構の開度の低下によって、レシーバー内の冷媒が第１熱交換器に供給されにくくなる。しかし、この冷凍装置は、暖房運転時において、外気温度が所定の値より低い場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行うことで、レシーバー内の冷媒がガスインジェクション流路を介して圧縮機構の吸入側に供給されることを防止する。これにより、レシーバー内の冷媒は、レシーバーの下流側に位置する第１熱交換器に向かって流れやすくなる。そのため、この冷凍装置は、暖房運転時において、レシーバーから第１熱交換器に供給される冷媒の量が異常に低下して、第１熱交換器が過熱運転することを防止することができる。

従って、本発明の第１観点に係る冷凍装置は、外気温度に基づいて、暖房運転時における下流側の熱交換器の過熱運転を防止することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、第１冷媒温度測定部と、第２冷媒温度測定部とをさらに備える。第１冷媒温度測定部は、低圧側熱交換器に流入する冷媒の温度を測定する。第２冷媒温度測定部は、第１冷媒温度測定部によって温度が測定される冷媒より下流を流れる冷媒の温度を測定する。低圧側熱交換器は、第１熱交換器または第２熱交換器であって冷媒回路の低圧部に位置している熱交換器である。制御条件は、外気温度測定部によって測定された外気温度が第１温度より低く、かつ、第１冷媒温度測定部によって測定された冷媒の温度が第２冷媒温度測定部によって測定された冷媒の温度より低いことである。

この冷凍装置は、暖房運転時において、第１冷媒温度測定部は、第１熱交換器に流入する冷媒の温度を測定し、第２冷媒温度測定部は、第１冷媒温度測定部によって温度が測定される冷媒より下流を流れる冷媒の温度を測定する。第２冷媒温度測定部は、例えば、第１熱交換器を流れる冷媒の温度を測定する。

この冷凍装置は、暖房運転時において、外気温度が所定の第１温度より低く、かつ、第１熱交換器に流入する冷媒の温度である上流側冷媒温度が、その冷媒より下流側を流れる冷媒の温度である下流側冷媒温度と比べてより低い場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行う。第１熱交換器を通過する冷媒の量が適正である場合、第１熱交換器の内部で圧力損失により冷媒の温度が低下するので、上流側冷媒温度は下流側冷媒温度より高くなる。しかし、レシーバー内の冷媒がガスインジェクション流路を介して圧縮機構の吸入側に流れると、第１熱交換器を通過する冷媒の量が減少して、第１熱交換器の内部で冷媒がすぐに蒸発するので、下流側冷媒温度が徐々に外気温度に近付いていく。この傾向が続くと、下流側冷媒温度が上流側冷媒温度より高くなる。この冷凍装置は、暖房運転時において、外気温度が第１温度より低く、かつ、下流側冷媒温度が上流側冷媒温度より高い場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行うことで、レシーバー内の冷媒がガスインジェクション流路を介して圧縮機構の吸入側に供給されることを防止する。これにより、レシーバー内の冷媒は、レシーバーの下流側に位置する第１熱交換器に向かって流れやすくなる。そのため、この冷凍装置は、暖房運転時において、レシーバーから第１熱交換器に供給される冷媒の量が異常に低下して、第１熱交換器が過熱運転することを防止することができる。

従って、本発明の第２観点に係る冷凍装置は、外気温度、および、熱交換器を通過する冷媒の温度に基づいて、暖房運転時における下流側の熱交換器の過熱運転を防止することができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点または第２観点に係る冷凍装置であって、回転数測定部をさらに備える。回転数測定部は、圧縮機構の回転数を測定する。制御部は、暖房運転時において制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁を閉じる。制御条件は、回転数測定部によって測定された圧縮機構の回転数が第１回転数より低いことをさらに含む。

この冷凍装置は、暖房運転時において、圧縮機構の回転数（周波数）が所定の第１回転数より低い場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行う。圧縮機構の回転数が低い場合、ガスインジェクション流路を介してレシーバーから圧縮機構の吸入側に供給される冷媒の量は、圧縮機構の冷媒を圧縮する能力と比べて過剰になる。この場合、冷媒回路を循環する冷媒の量が適正でなくなり、冷凍装置の性能が低下するおそれがある。この冷凍装置は、暖房運転時において、圧縮機構の回転数が第１回転数より低い場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行うことで、レシーバー内の冷媒がガスインジェクション流路を介して圧縮機構の吸入側に過剰に供給されることを防止する。

従って、本発明の第３観点に係る冷凍装置は、圧縮機構の回転数に基づいて、暖房運転時における性能低下を抑制することができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第３観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、制御部は、少なくとも第１時間、制御条件が連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁を閉じる。

この冷凍装置は、制御部は、上記の各制御条件が、所定の第１時間連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁を閉じる制御を行う。複数の制御条件が存在する場合、制御部は、制御条件ごとに第１時間を設定することができる。この冷凍装置は、ガスインジェクション弁を開閉する制御を行う回数を抑えることができる。

従って、本発明の第４観点に係る冷凍装置は、ガスインジェクション弁の劣化を抑制することができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第４観点のいずれか１つに係る冷凍装置であって、制御部は、外気温度測定部によって測定された外気温度が、第１温度より高い第２温度以上であるという条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁を開ける制御をさらに行う。

第１観点に係る冷凍装置は、外気温度に基づいて、暖房運転時における下流側の熱交換器の過熱運転を防止することができる。

第２観点に係る冷凍装置は、外気温度、および、熱交換器を通過する冷媒の温度に基づいて、暖房運転時における下流側の熱交換器の過熱運転を防止することができる。

第３観点に係る冷凍装置は、圧縮機構の回転数に基づいて、暖房運転時における性能低下を抑制することができる。

第４観点に係る冷凍装置は、ガスインジェクション弁の劣化を抑制することができる。

第１実施形態に係る空気調和装置のブロック図である。 空気調和装置の冷凍サイクルを表す、冷媒のモリエル線図である。 参考例に係る空気調和装置のブロック図である。 変形例Ｂに係る空気調和装置のブロック図である。

―第１実施形態―
（１）空気調和装置の構成
本発明の第１実施形態に係る冷凍装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置１のブロック図である。空気調和装置１は、Ｒ４１０ＡおよびＲ３２等のフロン系冷媒を使用して、冷房運転および暖房運転を行う装置である。空気調和装置１は、主として、冷媒回路２、室内ファン３、室外ファン４、制御装置５、および外気温度測定装置６を備える。冷媒回路２は、主として、圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、第１電動膨張弁１４、レシーバー１５、第２電動膨張弁１６、室内熱交換器１７、ガスインジェクション管１８、ガスインジェクション弁１９、およびキャピラリーチューブ２１から構成される。冷媒回路２を構成する各装置は、冷媒配管を介して接続されている。

空気調和装置１は、室外ユニット１０と室内ユニット２０とから構成される、分離型の空気調和装置である。室外ユニット１０は、主として、圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、第１電動膨張弁１４、レシーバー１５、第２電動膨張弁１６、ガスインジェクション管１８、ガスインジェクション弁１９、キャピラリーチューブ２１、室外ファン４、制御装置５、および外気温度測定装置６を有する。室内ユニット２０は、主として、室内熱交換器１７、および室内ファン３を有する。図１に示されるように、室外ユニット１０は、第１連絡配管３１および第２連絡配管３２を介して室内ユニット２０と接続されている。次に、冷媒回路２を構成する各装置について、それぞれ説明する。

圧縮機１１は、冷媒配管の一部である吸入管１１ａおよび吐出管１１ｂに接続されている。圧縮機１１は、吸入管１１ａから低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、吐出管１１ｂに高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、モータの回転数が制御可能である、能力可変型の圧縮機である。

四方切換弁１２は、運転モードに応じて、冷媒回路２における冷媒の流れ方向を切り換えるための弁である。運転モードは、冷房運転を行う冷房運転モードと、暖房運転を行う暖房運転モードとからなる。図１に示される四方切換弁１２において、実線は冷房運転モードにおける流路を表し、点線は暖房運転モードにおける流路を表す。四方切換弁１２は、冷房運転モードにおいて、圧縮機１１の吐出管１１ｂと室外熱交換器１３とを接続し、圧縮機１１の吸入管１１ａと室内熱交換器１７とを接続する。四方切換弁１２は、暖房運転モードにおいて、圧縮機１１の吐出管１１ｂと室内熱交換器１７とを接続し、圧縮機１１の吸入管１１ａと室外熱交換器１３とを接続する。

冷房運転モードにおいて、冷媒は、圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、第１電動膨張弁１４、レシーバー１５、第２電動膨張弁１６、室内熱交換器１７、四方切換弁１２、および圧縮機１１の順に循環する。暖房運転モードにおいて、冷媒は、圧縮機１１、四方切換弁１２、室内熱交換器１７、第２電動膨張弁１６、レシーバー１５、第１電動膨張弁１４、室外熱交換器１３、四方切換弁１２、および圧縮機１１の順に循環する。

室外熱交換器１３は、冷房運転モードにおいて、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒と、室外ユニット１０が設置されている屋外の空気との間で熱交換を行う。冷房運転モードにおいて、室外熱交換器１３を流れる高温高圧の冷媒は冷却されて液冷媒となる。室外熱交換器１３は、暖房運転モードにおいて、第１電動膨張弁１４を通過して減圧された冷媒と、屋外の空気との間で熱交換を行う。暖房運転モードにおいて、室外熱交換器１３を流れる冷媒は加熱されて蒸発し、ガス冷媒となる。

第１電動膨張弁１４は、冷房運転モードにおいて、室外熱交換器１３から流入してくる冷媒を減圧する。第１電動膨張弁１４は、暖房運転モードにおいて、レシーバー１５から流入してくる冷媒を減圧する。

レシーバー１５は、運転モードおよび空調負荷に応じて、冷媒回路２にとって余剰となる冷媒を貯留する。

第２電動膨張弁１６は、冷房運転モードにおいて、レシーバー１５から流入してくる冷媒を減圧する。第２電動膨張弁１６は、暖房運転モードにおいて、室内熱交換器１７から流入してくる冷媒を減圧する。

室内熱交換器１７は、第１連絡配管３１を介して第２電動膨張弁１６に接続され、かつ、第２連絡配管３２を介して四方切換弁１２に接続されている。

室内熱交換器１７は、冷房運転モードにおいて、第２電動膨張弁１６を通過して減圧された冷媒と、室内ユニット２０が設置されている室内の空気との間で熱交換を行う。冷房運転モードにおいて、室内熱交換器１７を流れる冷媒は、熱交換により加熱されてガス冷媒となり、圧縮機１１の吸入管１１ａに送られる。冷房運転モードにおいて、室内の空気は、室内熱交換器１７での熱交換により冷却されて調和空気となる。

室内熱交換器１７は、暖房運転モードにおいて、圧縮機１１の吐出管１１ｂから流入してくる高温高圧の冷媒と、室内ユニット２０が設置されている室内の空気との間で熱交換を行う。暖房運転モードにおいて、室内熱交換器１７を流れる高温高圧の冷媒は、熱交換により冷却されて液冷媒となり、レシーバー１５に送られる。暖房運転モードにおいて、室内の空気は、室内熱交換器１７での熱交換により加熱されて調和空気となる。

ガスインジェクション管１８は、レシーバー１５と、圧縮機１１の吸入管１１ａとを接続する配管である。ガスインジェクション管１８は、レシーバー１５に貯留されているガス冷媒を、圧縮機１１の吸入管１１ａに注入するための配管である。ガスインジェクション管１８による冷媒の注入によって、レシーバー１５内の冷媒量、および、圧縮機１１に吸入される冷媒の乾き度や過熱度を調整することができる。

ガスインジェクション弁１９は、ガスインジェクション管１８に取り付けられる電磁弁である。空気調和装置１の運転時において、レシーバー１５に貯留されるガス冷媒の圧力は、圧縮機１１の吸入管１１ａを流れるガス冷媒の圧力より高い。ガスインジェクション弁１９が開いているとき、レシーバー１５に貯留されているガス冷媒は、ガスインジェクション管１８およびキャピラリーチューブ２１を経由して、圧縮機１１の吸入管１１ａに供給される。ガスインジェクション弁１９が閉じているとき、レシーバー１５に貯留されているガス冷媒は、圧縮機１１の吸入管１１ａに供給されない。空気調和装置１の運転起動前において、レシーバー１５に貯留されている冷媒が圧縮機１１に戻ることを防止するために、ガスインジェクション弁１９は閉じられている。

キャピラリーチューブ２１は、ガスインジェクション管１８に取り付けられる細管である。キャピラリーチューブ２１は、図１に示されるように、ガスインジェクション弁１９と、圧縮機１１の吸入管１１ａとの間に取り付けられている。キャピラリーチューブ２１は、冷媒の絞り膨張、および、冷媒の流れの抵抗として作用する。冷媒の圧力は、キャピラリーチューブ２１を通過することで低下する。

室内ファン３は、室内ユニット２０の内部において、室内熱交換器１７の近傍に設置される。室内ファン３は、室内ユニット２０の内部に室内の空気を送り込み、室内熱交換器１７を流れる冷媒と熱交換した空気を、室内に排気するためのファンである。室内ファン３が室内に排気する空気は、冷房運転モードでは冷却された調和空気であり、暖房運転モードでは加熱された調和空気である。

室外ファン４は、室外ユニット１０の内部において、室外熱交換器１３の近傍に設置される。室外ファン４は、室外ユニット１０の内部に室外の空気を送り込み、室外熱交換器１３を流れる冷媒と熱交換した空気を、室外に排気するためのファンである。

制御装置５は、圧縮機１１、四方切換弁１２、第１電動膨張弁１４、第２電動膨張弁１６、ガスインジェクション弁１９、室内ファン３、室外ファン４、および外気温度測定装置６等に通信線を介して接続されているコンピュータである。制御装置５は、圧縮機１１の能力、四方切換弁１２の状態、第１電動膨張弁１４の開度、第２電動膨張弁１６の開度、ガスインジェクション弁１９の開度、室内ファン３の回転数、および室外ファン４の回転数等を取得および制御することができる。圧縮機１１の能力は、例えば、単位時間当たりの冷媒の吐出量、または、圧縮機１１が備えるモータの回転数である。四方切換弁１２の状態は、空気調和装置１が冷房運転モードまたは暖房運転モードのいずれかにあるかを表す情報である。制御装置５は、冷媒回路２を構成する各装置から種種のデータを取得して、第１電動膨張弁１４の開度、および第２電動膨張弁１６の開度を制御する。制御装置５は、外気温度測定装置６によって測定された外気温度を取得する。

外気温度測定装置６は、例えば、室外ユニット１０のケーシングに取り付けられる温度計である。外気温度測定装置６は、室外ユニット１０が設置されている屋外の空気の温度である外気温度を測定する。なお、外気温度測定装置６は、屋外の空気の温度を測定するための装置であれば、室外ユニット１０から独立した装置であってもよい。

（２）空気調和装置の動作
冷房運転モードおよび暖房運転モードにおける、空気調和装置１の運転動作について、図１および図２を用いて説明する。図２は、空気調和装置１の冷凍サイクルを表す、冷媒のモリエル線図（圧力−エンタルピー線図）である。図２には、冷媒の乾き飽和蒸気線Ｌ１、および、冷媒の飽和液線Ｌ２が示されている。図２に示される符号Ａ〜Ｈにおける冷媒の状態は、それぞれ、図１において符号Ａ〜Ｈで示される冷房運転モードにおける冷媒の状態に対応する。

図２において、Ａ→Ｂはガス冷媒の圧縮行程を表し、Ｂ→Ｃは冷媒の冷却行程を表し、Ｃ→Ｄ１は冷媒の第１膨張行程を表し、Ｄ２→Ｅは冷媒の第２膨張行程を表し、Ｅ→Ｈは冷媒の蒸発行程を表す。空気調和装置１は、運転中において、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ１→Ｄ２→Ｅ→Ｈ→Ａの冷凍サイクルを繰り返す。

図２において、Ｄ１およびＤ２は、レシーバー１５内の冷媒の状態を表す。Ｄ１は、レシーバー１５に流入する気液二相状態の冷媒を表す。Ｄ２は、レシーバー１５内に貯留され、レシーバー１５から流出する飽和状態の液冷媒を表す。Ｄ２は、飽和液線Ｌ２上に位置している。

図２において、Ｆは、レシーバー１５から流出する気液二相状態の冷媒を表す。Ｆは、乾き飽和蒸気線Ｌ１上に位置している。Ｆ→Ｇは、ガスインジェクション弁１９における冷媒の蒸発工程を示す。室外熱交換器１３または室内熱交換器１７で蒸発した冷媒（図２の符号Ｈ）は、ガスインジェクション弁１９で蒸発した冷媒（図２の符号Ｇ）と合流して、圧縮機１１の吸入管１１ａに供給されるガス冷媒（図２の符号Ａ）となる。

（２−１）冷房運転モード
冷房運転モードでは、四方切換弁１２は、図１の実線で示される状態にある。すなわち、圧縮機１１の吐出側が室外熱交換器１３の高温側に接続され、かつ、圧縮機１１の吸入側が室内熱交換器１７の高温側に接続されている。

冷房運転モードでは、圧縮機１１を起動すると、低圧のガス冷媒が圧縮機１１に吸入されて圧縮され、高温高圧のガス冷媒が圧縮機１１から吐出される。次に、高温高圧のガス冷媒は、四方切換弁１２を経由して室外熱交換器１３に送られ、室外熱交換器１３において冷却されて液冷媒となる。次に、液冷媒は、第１電動膨張弁１４を通過して減圧され、気液二相状態の冷媒となる。次に、気液二相状態の冷媒は、レシーバー１５に送られ、冷媒の一部は液冷媒としてレシーバー１５に貯留される。次に、レシーバー１５から流出した液冷媒は、第２電動膨張弁１６を通過して減圧されて気液二相状態の冷媒となる。次に、減圧された気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器１７において加熱されて蒸発し、ガス冷媒となる。室内熱交換器１７において、冷媒と室内の空気との間の熱交換によって、室内の空気が冷却される。次に、ガス冷媒は、四方切換弁１２を経由して、再び、圧縮機１１に吸入される。制御装置２３は、冷房運転モードにおいて、上記制御を実行するために空気調和装置１の各装置を制御する。

冷房運転モードでは、ガスインジェクション管１８を流れる冷媒の量を増やして、圧縮機１１によって吸引される冷媒の温度を低下させることで、圧縮機１１の温度上昇を抑えることができる。

（２−２）暖房運転モード
暖房運転モードでは、四方切換弁１２は、図１の点線で示される状態にある。すなわち、圧縮機１１の吐出側が室内熱交換器１７の高温側に接続され、かつ、圧縮機１１の吸入側が室外熱交換器１３の高温側に接続されている。

暖房運転モードでは、圧縮機１１を起動すると、低圧のガス冷媒が圧縮機１１に吸入されて圧縮され、高温高圧のガス冷媒が圧縮機１１から吐出される。次に、高温高圧のガス冷媒は、四方切換弁１２を経由して室内熱交換器１７に送られ、室内熱交換器１７において冷却されて液冷媒となる。室内熱交換器１７において、冷媒と室内の空気との間の熱交換によって、室内の空気が加熱される。次に、液冷媒は、第２電動膨張弁１６を通過して減圧され、気液二相状態の冷媒となる。次に、気液二相状態の冷媒は、レシーバー１５に送られ、冷媒の一部は液冷媒としてレシーバー１５に貯留される。次に、レシーバー１５から流出した液冷媒は、第１電動膨張弁１４を通過して減圧されて気液二相状態の冷媒となる。次に、減圧された気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１３において加熱されて蒸発し、ガス冷媒となる。次に、ガス冷媒は、四方切換弁１２を経由して、再び、圧縮機１１に吸入される。制御装置２３は、暖房運転モードにおいて、上記制御を実行するために空気調和装置１の各装置を制御する。

暖房運転モードでは、ガスインジェクション管１８を流れる冷媒の量を抑えて、圧縮機１１によって吸引される冷媒の温度をできるだけ低下させないようにしつつ、室内熱交換器１７を通過する冷媒の流量をできるだけ増加させることで、室内熱交換器１７の熱交換の効率を向上させることができる。

（２−３）冷媒回路の制御
空気調和装置１の運転起動前において、第１電動膨張弁１４、第２電動膨張弁１６、およびガスインジェクション弁１９は閉じられている。空気調和装置１の運転起動時において、制御装置５は、最初に、冷媒回路２の高圧部に位置している高圧側電動弁を全開にし、次に、冷媒回路２の低圧部に位置している低圧側電動弁を全開にする制御を行う。高圧側電動弁は、高温高圧の冷媒が通過する電動膨張弁である。高圧側電動弁は、冷房運転モードでは第１電動膨張弁１４であり、暖房運転モードでは第２電動膨張弁１６である。制御装置５は、空気調和装置１の運転起動後、所定の時間が経過して冷媒回路２を循環する冷媒の状態が安定した後に、ガスインジェクション弁１９を開ける制御を行う。

空気調和装置１の運転時において、制御装置５は、外気温度測定装置６によって測定された外気温度を定期的に取得する。制御装置５は、所定の温度である第１温度を記憶している。第１温度は、例えば、空気調和装置１の管理者等によって予め設定されている。制御装置５は、暖房運転モードにおいて、外気温度と第１温度とを定期的に比較して、外気温度が第１温度より低いという第１制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行う。

なお、空気調和装置１の運転起動時から所定の時間が経過するまでの間、および、空気調和装置１のデフロスト運転起動時から所定の時間が経過するまでの間は、冷媒回路２を循環する冷媒の状態が安定していないので、上記のガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行わない。

（３）特徴
空気調和装置１は、気液二相状態の冷媒を一時的に貯留するためのレシーバー１５を備える。空気調和装置１の運転時において、ガスインジェクション弁１９が開いている場合、レシーバー１５に貯留されているガス冷媒は、ガスインジェクション管１８を介して、圧縮機１１の吸入管１１ａに注入される。

空気調和装置１は、暖房運転モードにおいて、外気温度測定装置６によって測定された外気温度が所定の第１温度より低い場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行う。ガスインジェクション弁１９が閉じている場合、レシーバー１５に貯留されているガス冷媒は、ガスインジェクション管１８を介して、圧縮機１１の吸入管１１ａに注入されない。これにより、レシーバー１５内の冷媒は、レシーバー１５の下流側に位置する室外熱交換器１３に向かって流れやすくなる。

暖房運転モードでは、外気温度が低いほど、室外熱交換器１３における冷媒の蒸発温度と、外気温度との差が小さくなる。そのため、暖房運転モードにおいて、外気温度が低い場合、室外熱交換器１３における冷媒の蒸発温度と、外気温度との差を確保して、室外熱交換器１３における熱交換効率を向上させるために、冷媒の蒸発温度を低くする必要がある。室外熱交換器１３における冷媒の蒸発温度を低くするためには、第１電動膨張弁１４の開度を低くして、室外熱交換器１３に供給される冷媒の量を抑える必要がある。このとき、ガスインジェクション弁１９が開いていると、レシーバー１５内の冷媒の一部は、ガスインジェクション管１８を流れて圧縮機１１の吸入管１１ａに注入されるので、レシーバー１５内の冷媒が、室外熱交換器１３に供給されにくくなる。

しかし、空気調和装置１は、暖房運転モードにおいて、外気温度が第１温度より低い場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行うことで、レシーバー１５内の冷媒がガスインジェクション管１８を流れて圧縮機１１の吸入管１１ａに供給されることを防止する。そのため、空気調和装置１は、暖房運転モードにおいて、室外熱交換器１３を流れる冷媒の量が異常に低下して、室外熱交換器１３が過熱運転することを防止することができる。

従って、本実施形態に係る空気調和装置１は、外気温度に基づいて、暖房運転モードにおける室外熱交換器１３の過熱運転を防止することができる。
―参考例―
本発明の参考例に係る冷凍装置について、図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置１０１のブロック図である。図３において、第１実施形態の空気調和装置１と共通する構成要素には、図１に示される参照符号と同じ参照符号が与えられている。以下、空気調和装置１０１と、第１実施形態の空気調和装置１との間の相違点について主に説明する。

空気調和装置１０１は、Ｒ４１０ＡおよびＲ３２等のフロン系冷媒を冷媒として使用し、冷房運転および暖房運転を行う装置である。空気調和装置１０１は、主として、冷媒回路２、室内ファン３、室外ファン４、制御装置５、第１冷媒温度測定装置７、および第２冷媒温度測定装置８を備える。冷媒回路２は、主として、圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、第１電動膨張弁１４、レシーバー１５、第２電動膨張弁１６、室内熱交換器１７、ガスインジェクション管１８、およびガスインジェクション弁１９から構成される。冷媒回路２を構成する各装置は、冷媒配管を介して接続されている。

空気調和装置１は、室外ユニット１０と室内ユニット２０とから構成される、分離型の空気調和装置である。室外ユニット１０は、主として、圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、第１電動膨張弁１４、レシーバー１５、第２電動膨張弁１６、ガスインジェクション管１８、ガスインジェクション弁１９、室外ファン４、制御装置５、第１冷媒温度測定装置７、および第２冷媒温度測定装置８を有する。室内ユニット２０は、主として、室内熱交換器１７、および室内ファン３を有する。図３に示されるように、室外ユニット１０は、第１連絡配管３１および第２連絡配管３２を介して室内ユニット２０と接続されている。圧縮機１１は、冷媒配管の一部である吸入管１１ａおよび吐出管１１ｂに接続されている。冷房運転モードおよび暖房運転モードにおける、空気調和装置１０１の運転動作は、第１実施形態の空気調和装置１の運転動作と同じである。

第１冷媒温度測定装置７は、室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度を測定する。第１冷媒温度測定装置７は、例えば、室外熱交換器１３に接続される冷媒配管の外周に取り付けられている。

第２冷媒温度測定装置８は、第１冷媒温度測定装置７によって温度が測定される冷媒より下流を流れる冷媒の温度を測定する。本実施形態において、第２冷媒温度測定装置８は、図３に示されるように、室外熱交換器１３内の冷媒流路の上流側を流れる冷媒の温度を測定する。第２冷媒温度測定装置８は、例えば、室外熱交換器１３の熱交換部の外周に取り付けられている。

制御装置５は、圧縮機１１、四方切換弁１２、第１電動膨張弁１４、第２電動膨張弁１６、ガスインジェクション弁１９、室内ファン３、室外ファン４、第１冷媒温度測定装置７、および第２冷媒温度測定装置８等に通信線を介して接続されているコンピュータである。制御装置５は、圧縮機１１の能力、四方切換弁１２の状態、第１電動膨張弁１４の開度、第２電動膨張弁１６の開度、ガスインジェクション弁１９の開度、室内ファン３の回転数、および室外ファン４の回転数等を取得および制御することができる。圧縮機１１の能力は、例えば、単位時間当たりの冷媒の吐出量、または、圧縮機１１が備えるモータの回転数である。四方切換弁１２の状態は、空気調和装置１が冷房運転モードまたは暖房運転モードのいずれかにあるかを表す情報である。制御装置５は、冷媒回路２を構成する各装置から種種のデータを取得して、第１電動膨張弁１４の開度、および第２電動膨張弁１６の開度を制御する。制御装置５は、第１冷媒温度測定装置７によって測定された冷媒の温度である第１冷媒温度、および、第２冷媒温度測定装置８によって測定された冷媒の温度である第２冷媒温度を取得する。

空気調和装置１０１の運転時において、制御装置５は、第１冷媒温度測定装置７によって測定された第１冷媒温度、および、第２冷媒温度測定装置８によって測定された第２冷媒温度を定期的に取得する。制御装置５は、暖房運転モードにおいて、第１冷媒温度と第２冷媒温度とを定期的に比較して、第１冷媒温度が第２冷媒温度より低いという第２制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行う。

空気調和装置１０１では、暖房運転モードにおいて、室外熱交換器１３を通過する冷媒の量が適正である場合、室外熱交換器１３の内部で圧力損失により冷媒の温度が低下するので、第１冷媒温度は第２冷媒温度より高くなる。しかし、レシーバー１５内の冷媒がガスインジェクション管１８を介して圧縮機１１の吸入管１１ａに過剰に流れると、室外熱交換器１３に供給される冷媒の量が減少して、室外熱交換器１３の内部で冷媒がすぐに蒸発するので、第２冷媒温度が徐々に外気温度に近付いていく。この傾向が続くと、最終的に、第１冷媒温度は第２冷媒温度より低くなる。空気調和装置１０１は、暖房運転モードにおいて、第１冷媒温度が第２冷媒温度より低い場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行うことで、レシーバー１５内の冷媒がガスインジェクション管１８を介して圧縮機１１の吸入管１１ａに流れることを防止する。そのため、空気調和装置１０１では、暖房運転モードにおいて、室外熱交換器１３を流れる冷媒の量が異常に低下して、室外熱交換器１３が過熱運転することを防止することができる。

従って、本実施形態に係る空気調和装置１０１は、室外熱交換器１３を通過する冷媒の温度に基づいて、暖房運転モードにおける室外熱交換器１３の過熱運転を防止することができる。

なお、冷媒の種類、および、第２冷媒温度測定装置８の取り付け位置等に応じて、第２制御条件は、第１冷媒温度および第２冷媒温度に基づく他の制御条件であってもよい。具体的には、第１冷媒温度に所定の温度を足した値が、第２冷媒温度より低い場合に、制御部５は、第２制御条件が満たされていると判断してもよい。
―変形例―
本実施形態の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本実施形態に適用可能な変形例について説明する。

（１）変形例Ａ
第１実施形態の空気調和装置１では、制御装置５は、暖房運転モードにおいて、外気温度が第１温度より低いという第１制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行う。参考例の空気調和装置１０１では、制御装置５は、暖房運転モードにおいて、第１冷媒温度が第２冷媒温度より低いという第２制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行う。

しかし、空気調和装置１の制御装置５は、第１制御条件および第２制御条件の両方が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。この場合、空気調和装置１は、外気温度測定装置６、第１冷媒温度測定装置７、および第２冷媒温度測定装置８を備える。

なお、空気調和装置１の制御装置５は、第１制御条件および第２制御条件の一方が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

（２）変形例Ｂ
第１実施形態の空気調和装置１の制御装置５は、第１制御条件が満たされ、かつ、圧縮機１１の回転数（周波数）が第１回転数より低いという第３制御条件がさらに満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。この場合、空気調和装置１は、圧縮機１１の回転数を測定する回転数測定部９をさらに備える。第１回転数としては、例えば、暖房運転モードにおける圧縮機１１の基準周波数の値が用いられる。

図４は、本変形例に係る冷凍装置である空気調和装置２０１のブロック図である。図４において、第１実施形態の空気調和装置１と共通する構成要素には、図１に示される参照符号と同じ参照符号が与えられている。図４に示されるように、圧縮機１１には、回転数測定部９が取り付けられている。制御装置５は、回転数測定部９に通信線を介して接続され、回転数測定部９によって測定された圧縮機１１の現在の回転数を取得する。

空気調和装置２０１では、暖房運転モードにおいて、圧縮機１１の回転数が所定の第１回転数より低い場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行う。圧縮機１１の回転数が低い場合、ガスインジェクション流路１８を介してレシーバー１５から圧縮機１１の吸入管１１ａに供給される冷媒の量は、圧縮機１１の冷媒を圧縮する能力と比べて過剰になる。この場合、冷媒回路２を循環する冷媒の量が適正でなくなり、空気調和装置２０１の性能が低下するおそれがある。空気調和装置２０１は、暖房運転モードにおいて第３制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行うことで、レシーバー１５内の冷媒がガスインジェクション流路１８を介して圧縮機１１の吸入管１１ａに過剰に供給されることを防止する。従って、空気調和装置２０１は、圧縮機１１の回転数に基づいて、暖房運転モードにおける性能低下を抑制することができる。

また、参考例の空気調和装置１０１は、回転数測定部９をさらに備えてもよい。この場合、制御装置５は、第２制御条件および第３制御条件の両方が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

また、変形例Ａの空気調和装置１は、回転数測定部９をさらに備えてもよい。この場合、制御装置５は、第１制御条件、第２制御条件、および第３制御条件のすべてが満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

また、本変形例の空気調和装置２０１は、第３制御条件のみが満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

（３）変形例Ｃ
第１実施形態の空気調和装置１の制御装置５は、第１制御条件が、少なくとも所定の時間、連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。例えば、制御装置５は、外気温度が第１温度より低いという状態が所定の時間連続して続いた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

また、参考例の空気調和装置１０１の制御装置５は、第２制御条件が、少なくとも所定の時間、連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。例えば、制御装置５は、第１冷媒温度が第２冷媒温度より低いという状態が所定の時間連続して続いた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

また、変形例Ｂの空気調和装置２０１の制御装置５は、第１制御条件が満たされ、かつ、第３制御条件が、少なくとも所定の時間、連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。例えば、制御装置５は、外気温度が第１温度より低いという状態、および、圧縮機１１の回転数が第１回転数より低いという状態が所定の時間連続して続いた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

なお、変形例ＡおよびＢに記載の各空気調和装置の制御装置５は、第１制御条件、第２制御条件および第３制御条件の内の少なくとも２つに基づいて、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行っている。この場合、制御条件ごとに、少なくとも連続して満たされるべき所定の時間が設定されてもよい。例えば、変形例Ａの空気調和装置１の制御装置５は、第１制御条件が所定の時間連続して満たされ、かつ、第２制御条件が所定の時間連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。また、変形例Ｂの空気調和装置２０１の制御装置５は、第１制御条件が所定の時間連続して満たされ、かつ、第３制御条件が所定の時間連続して満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行ってもよい。

（４）変形例Ｄ
本実施形態、および変形例Ａ〜Ｃでは、制御装置５は、所定の条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を閉じる制御を行い、室外熱交換器１３が過熱運転することを防止する。しかし、ガスインジェクション弁１９が閉じられた状態において、制御装置５は、所定の条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を開く制御をさらに行ってもよい。ガスインジェクション弁１９を開いて圧縮機１１の吸入管１１ａにレシーバー１５内の冷媒を供給することで、圧縮機１１に吸引される冷媒の温度を低下させて、圧縮機１１の温度上昇を抑制することができる。これにより、圧縮機１１の圧縮効率を向上させることができる。

第１実施形態に関する具体例として、制御装置５は、外気温度が第２温度以上であるという第４制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を開ける制御をさらに行ってもよい。第４制御条件の第２温度は、第１制御条件の第１温度より高いことが好ましい。例えば、制御装置５は、外気温度が所定の第１温度を下回ったときにガスインジェクション弁１９を閉じ、その後、外気温度が、第１温度より高い、所定の第２温度まで上昇したときにガスインジェクション弁１９を開ける。第２温度を第１温度より高い値に設定することで、ガスインジェクション弁１９のチャタリングが防止される。また、制御装置５は、外気温度と第２温度との差に応じて、ガスインジェクション弁１９の開度を調節してもよい。例えば、制御装置５は、外気温度と第２温度との差が大きいほど、ガスインジェクション弁１９の開度を大きくしてもよい。

参考例に関する具体例として、制御装置５は、第１冷媒温度が第２冷媒温度以上であるという第５制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を開ける制御をさらに行ってもよい。第５制御条件が満たされるとき第１冷媒温度は、第２制御条件が満たされるとき第１冷媒温度より高いことが好ましい。例えば、制御装置５は、第１冷媒温度が、第２冷媒温度より３℃低い温度未満である場合にガスインジェクション弁１９を閉じ、その後、第１冷媒温度が第２冷媒温度まで上昇したときにガスインジェクション弁１９を開ける。第２制御条件および第５制御条件をこのように設定することで、ガスインジェクション弁１９のチャタリングが防止される。また、制御装置５は、第１冷媒温度と第２冷媒温度との差に応じて、ガスインジェクション弁１９の開度を調節してもよい。例えば、制御装置５は、第１冷媒温度と第２冷媒温度との差が大きいほど、ガスインジェクション弁１９の開度を大きくしてもよい。

変形例Ｂに関する具体例として、制御装置５は、圧縮機１１の回転数が第２回転数以上という第６制御条件が満たされた場合に、ガスインジェクション弁１９を開ける制御をさらに行ってもよい。第６制御条件の第２回転数は、第３制御条件の第１回転数より高いことが好ましい。例えば、制御装置５は、圧縮機１１の周波数が０Ｈｚ（第１回転数）となった場合にガスインジェクション弁１９を閉じ、その後、圧縮機１１の周波数が所定の値（第２回転数）まで上昇したときにガスインジェクション弁１９を開ける。第２回転数を第１回転数より高い値に設定することで、ガスインジェクション弁１９のチャタリングが防止される。また、制御装置５は、圧縮機１１の現在の回転数と第２回転数との差に応じて、ガスインジェクション弁１９の開度を調節してもよい。例えば、制御装置５は、圧縮機１１の現在の回転数と第２回転数との差が大きいほど、ガスインジェクション弁１９の開度を大きくしてもよい。

本発明に係る冷凍装置は、暖房運転時における下流側の熱交換器の過熱運転を防止することができる。

１ 空気調和装置（冷凍装置）
２ 冷媒回路
５ 制御装置（制御部）
６ 外気温度測定装置（外気温度測定部）
７ 第１冷媒温度測定装置（第１冷媒温度測定部）
８ 第２冷媒温度測定装置（第２冷媒温度測定部）
９ 回転数測定装置（回転数測定部）
１１ 圧縮機（圧縮機構）
１２ 四方切換弁（切換機構）
１３ 室外熱交換器（第１熱交換器）
１４ 第１電動膨張弁（第１絞り機構）
１５ レシーバー
１６ 第２電動膨張弁（第２絞り機構）
１７ 室内熱交換器（第２熱交換器）
１８ ガスインジェクション管（ガスインジェクション流路）
１９ ガスインジェクション弁
１０１ 空気調和装置（冷凍装置）

特開２００６−２００８９０号公報

Claims (5)

1. 圧縮機構（１１）、第１熱交換器（１３）、第１絞り機構（１４）、レシーバー（１５）、第２絞り機構（１６）および第２熱交換器（１７）が順次接続される冷媒回路（２）を備える冷凍装置であって、
   前記冷媒回路を循環する冷媒の流れ方向を切り替える切替機構（１２）と、
   前記レシーバーと、前記圧縮機構の冷媒吸入側とを接続するガスインジェクション流路（１８）と、
   前記ガスインジェクション流路に設けられるガスインジェクション弁（１９）と、
   前記ガスインジェクション弁の開閉状態を制御する制御部（５）と、
   外気温度を測定する外気温度測定部（６）と、
   を備え、
   前記制御部は、暖房運転時において制御条件が満たされた場合に、前記ガスインジェクション弁を閉じ、
   前記制御条件は、前記外気温度測定部によって測定された前記外気温度が第１温度より低いことである、
   冷凍装置（１）。
2. 前記第１熱交換器または前記第２熱交換器であって前記冷媒回路の低圧部に位置している熱交換器である低圧側熱交換器に関して、前記低圧側熱交換器に流入する冷媒の温度を測定する第１冷媒温度測定部（７）と、
   前記第１冷媒温度測定部によって温度が測定される冷媒より下流を流れる冷媒の温度を測定する第２冷媒温度測定部（８）と、
   をさらに備え、
   前記制御条件は、前記外気温度測定部によって測定された前記外気温度が前記第１温度より低く、かつ、前記第１冷媒温度測定部によって測定された冷媒の温度が前記第２冷媒温度測定部によって測定された冷媒の温度より低いことである、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記圧縮機構の回転数を測定する回転数測定部（９）をさらに備え、
   前記制御条件は、前記回転数測定部によって測定された前記圧縮機構の回転数が第１回転数より低いことをさらに含む、
   請求項１または２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御部は、少なくとも第１時間、前記制御条件が連続して満たされた場合に、前記ガスインジェクション弁を閉じる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
5. 前記制御部は、前記外気温度測定部によって測定された前記外気温度が、前記第１温度より高い第２温度以上であるという条件が満たされた場合に、前記ガスインジェクション弁を開ける制御をさらに行う、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置。

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