WO2008032645A1

WO2008032645A1 - dispositif de réfrigération

Info

Publication number: WO2008032645A1
Application number: PCT/JP2007/067470
Authority: WO
Inventors: Shinichi Kasahara; Toshiyuki Kurihara; Shuuji Fujimoto; Takahiro Yamaguchi; Atsushi Yoshimi; Yoshio Ueno
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2008-03-20
Also published as: JP5324749B2; EP2068096A1; EP2068096B1; US20100180612A1; US8181480B2; CN101512247A; JP2008096093A; EP2068096A4; CN101512247B

Description

明細書

冷凍装置

技術分野

[0001] 本発明は、冷凍装置、特に冷凍サイクル中に冷媒が超臨界状態となる冷凍装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、圧縮機と、圧縮機から吐出される冷媒を放熱する放熱器と、放熱器から流出する冷媒を減圧する第 1膨張弁と、第 1膨張弁から流出する冷媒の一部を貯蔵する受液器と、受液器から流出する冷媒を減圧する第 2膨張弁と、第 2膨張弁から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器と、および放熱器の出口側と第 1膨張弁の冷媒流入側とを接続する冷媒配管に流れる冷媒と蒸発器の出口側と圧縮機の冷媒吸入側とを接続する冷媒配管に流れる冷媒とを熱交換させる内部熱交換器とを順次接続した冷媒回路を備える冷凍装置が公に知られている（例えば、特許文献 1参照）。

特許文献 1 :特開 2002— 228282号公報（図 10)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかし、上記のように第 1膨張弁の冷媒流入側に単純に内部熱交換器を設けるだけでは、第 1膨張弁通過後の冷媒に十分な過冷却度を付与するのが難しいだけでなく圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が大きくなりすぎるおそれがある。

本発明の課題は、上記のような冷媒装置において第 1膨張機構通過後の冷媒に十分な過冷却度を付与することができ且つ圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことカでさるようにすることにある。

課題を解決するための手段

[0004] 第 1発明に係る冷凍装置は、圧縮機構、放熱器、第 1膨張機構、第 2膨張機構、蒸発器、第 1内部熱交換器、分岐配管、第 3膨張機構、および第 2内部熱交換器を備える。圧縮機構は、冷媒を圧縮する。放熱器は、圧縮機構の冷媒吐出側に接続される。第 1膨張機構は、放熱器の出口側に接続される。第 2膨張機構は、第 1膨張機構の冷媒流出側に接続される。蒸発器は、第 2膨張機構の冷媒流出側に接続されると共に圧縮機構の冷媒吸入側に接続される。第 1内部熱交換器は、放熱器の出口側と第 1膨張機構の流入側とを接続する第 1冷媒配管に流れる冷媒と、蒸発器の出口側と圧縮機構の冷媒吸入側とを接続する第 2冷媒配管に流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。分岐配管は、放熱器の出口側と第 2膨張機構の冷媒流入側とを接続する第 3冷媒配管から分岐し第 2冷媒配管に合流する。第 3膨張機構は、分岐配管に設けられる。第 2内部熱交換器は、第 1膨張機構から流出する冷媒と、第 3膨張機構から流出する冷媒との間で熱交換を行わせる。

[0005] この冷凍装置では、蒸発器の出口側と圧縮機構の冷媒吸入側とを接続する第 2冷媒配管に、放熱器の出口側と第 2膨張機構の冷媒流入側とを接続する第 3冷媒配管力、ら分岐する分岐配管が合流し、この分岐配管に第 3膨張機構が設けられる。このため、この冷凍装置では、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことができる。また、この冷凍装置では、第 2内部熱交換器において、第 1膨張機構力も流出する冷媒と、第 3膨張機構から流出する冷媒との間で熱交換が行われる。このため、この冷凍装置では、第 1膨張機構通過後の冷媒に十分な過冷却度を付与することができる。

[0006] 第 2発明に係る冷凍装置は、第 1発明に係る冷凍装置であって、分岐配管は、第 1 膨張機構の冷媒流出側と第 2膨張機構の冷媒流入側とを接続する第 4冷媒配管から分岐し第 2冷媒配管に合流する。

この冷凍装置では、蒸発器の出口側と圧縮機構の冷媒吸入側とを接続する第 2冷媒配管に、第 1膨張機構の冷媒流出側と第 2膨張機構の冷媒流入側とを接続する第 4冷媒配管から分岐する分岐配管が合流し、この分岐配管に第 3膨張機構が設けられる。このため、この冷凍装置では、第 1膨張機構通過後の冷媒にさらに十分な過冷却度を付与することができる。

[0007] 第 3発明に係る冷凍装置は、第 1発明又は第 2発明に係る冷凍装置であって、分岐配管は、第 3膨張機構力流出し第 2内部熱交換器において熱交換された冷媒が第 2冷媒配管を流れる冷媒であって第 1内部熱交換器に流入する前の冷媒と合流するように第 2冷媒配管に合流する。この冷凍装置では、分岐配管が、第 3膨張機構から流出し第 2内部熱交換器において熱交換された冷媒が第 2冷媒配管を流れる冷媒であって第 1内部熱交換器に流入する前の冷媒と合流するように第 2冷媒配管に合流する。このため、この冷凍装置では、第 1内部熱交換器の能力を調節することができる。

[0008] 第 4発明に係る冷凍装置は、第 1発明又は第 2発明に係る冷凍装置であって、分岐配管は、第 3膨張機構から流出し第 2内部熱交換器において熱交換された冷媒が、第 2冷媒配管を流れる冷媒であって第 1内部熱交換器を通過した後の冷媒と合流するように第 2冷媒配管に合流する。

この冷凍装置では、分岐配管が、第 3膨張機構から流出し第 2内部熱交換器において熱交換された冷媒が、第 2冷媒配管を流れる冷媒であって第 1内部熱交換器を通過した後の冷媒と合流するように第 2冷媒配管に合流する。このため、この冷凍装置では、例えば、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度が著しく大きくなつた場合に、第 3膨張機構によって湿り状態した冷媒を圧縮機構に吸入される冷媒に合流させることにより圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことができる。

[0009] 第 5発明に係る冷凍装置は、第 1発明又は第 2発明に係る冷凍装置であって、分岐配管は、第 1内部熱交換器の入口側に接続される第 2冷媒配管に合流する。

この冷凍装置では、分岐配管が、第 1内部熱交換器の入口側に接続される第 2冷媒配管に合流する。このため、この冷凍装置では、第 1内部熱交換器の能力を調節すること力 Sでさる。

[0010] 第 6発明に係る冷凍装置は、第 1発明又は第 2発明に係る冷凍装置であって、分岐配管は、第 1内部熱交換器の出口側に接続される第 2冷媒配管に合流する。

この冷凍装置では、分岐配管が、第 1内部熱交換器の出口側に接続される第 2冷媒配管に合流する。このため、この冷凍装置では、例えば、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度が著しく大きくなつた場合に、第 3膨張機構によって湿り状態した冷媒を圧縮機構に吸入される冷媒に合流させることにより圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことができる。

[0011] 第 7発明に係る冷凍装置は、第 1発明から第 6発明のいずれかに係る冷凍装置であって、第 1制御部をさらに備える。第 1制御部は、分岐配管と第 2冷媒配管との合流点から圧縮機構の冷媒吸入側に流れる冷媒の過熱度が所定の範囲内に収まるように第 3膨張機構を制御する。

この冷凍装置では、第 1制御部が、分岐配管と第 2冷媒配管との合流点から圧縮機構の冷媒吸入側に流れる冷媒の過熱度が所定の範囲内に収まるように第 3膨張機構を制御する。このため、この冷凍装置では、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことができる。

[0012] 第 8発明に係る冷凍装置は、第 1発明から第 7発明のいずれかに係る冷凍装置であって、受液器および第 2制御部をさらに備える。受液器は、第 1膨張機構の冷媒流出側と第 2内部熱交換器の第 1冷媒配管を流れる冷媒の流入口との間に配置される。第 2制御部は、第 1膨張機構から流出した冷媒の状態が臨界点近傍の状態にならないように第 1内部熱交換器により第 1冷媒配管を流れる冷媒を冷却する冷媒冷却制御を行う。

[0013] このように受液器が第 1膨張機構の冷媒流出側と第 2内部熱交換器の第 1冷媒配管を流れる冷媒の流入口との間に配置される場合、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張されると、設置環境によっては (例えば、夏季で過負荷となつた場合など)その冷媒が臨界点近傍の状態となってしまう場合がある。このように冷媒が臨界点近傍の状態となってしまうと、キヤビテーシヨンが生じ冷媒回路の構成部品に悪影響を及ぼすおそれがあるだけでなぐ受液器における冷媒の液面制御が困難になり、冷媒回路内の冷媒を適切な量に保つことができなくなるおそれがある。しかし、この冷凍装置では、第 2制御部が、第 1膨張機構から流出した冷媒の状態が臨界点近傍の状態にならないように第 1内部熱交換器により第 1冷媒配管を流れる冷媒を冷却する冷媒冷却制御を行う。このため、この冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避すること力 Sでさる。

[0014] 第 9発明に係る冷凍装置は、第 8発明に係る冷凍装置であって、冷媒冷却制御では、第 1膨張機構力流出した冷媒の状態が臨界点近傍の状態にならないように第 1 膨張機構と第 2膨張機構とが制御される。

この冷凍装置では、冷媒冷却制御において第 1膨張機構力流出した冷媒の状態が臨界点近傍の状態にならないように第 1膨張機構と第 2膨張機構とが制御される。このため、この冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避することができる。

[0015] 第 10発明に係る冷凍装置は、第 8発明または第 9発明に係る冷凍装置であって、冷媒冷却制御では、第 1膨張機構から流出した冷媒の圧力が {臨界圧力（MPa)— 0 . 3MPa}の圧力以下となるように第 1内部熱交換器により第 1冷媒配管を流れる冷媒が冷却される。

この冷凍装置では、冷媒冷却制御において第 1膨張機構力流出した冷媒の圧力が {臨界圧力（MPa)— 0. 3MPa}の圧力以下となるように第 1内部熱交換器により第 1冷媒配管を流れる冷媒が冷却される。このため、この冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状となることを回避すること力 Sでさる。

[0016] 第 11発明に係る冷凍装置は、第 10発明に係る冷凍装置であって、温度検知部をさらに備える。温度検知部は、放熱器の出口近傍または第 1膨張機構の冷媒流入口近傍に設けられる。そして、冷媒冷却制御では、温度検知部によって検知される温度が所定の温度以上である場合に、第 1膨張機構力も流出した冷媒の圧力が {臨界圧力（MPa)— 0. 3MPa}の圧力以下となるように第 1内部熱交換器により第 1冷媒配管を流れる冷媒が冷却される。

この冷凍装置では、冷媒冷却制御にぉレ、て温度検知部によって検知される温度が所定の温度以上である場合に、第 1膨張機構から流出した冷媒の圧力が {臨界圧力 (MPa) 0. 3MPa}の圧力以下となるように第 1内部熱交換器により第 1冷媒配管を流れる冷媒が冷却される。このため、この冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合であって冷媒が臨界点近傍の状態となるおそれのある場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避することができる。

[0017] 第 12発明に係る冷凍装置は、第 8発明から第 11発明のいずれかに係る冷凍装置であって、第 2制御部は、制御切換手段を有する。制御切換手段は、冷媒冷却制御と、通常制御とを切り換える。なお、ここにいう「通常制御」とは、例えば、 COPを優先する制御などである。制御切換手段は、冷媒冷却制御と通常制御とを切り換える。この冷凍装置では、制御切換手段が、冷媒冷却制御と通常制御とを切り換える。このため、この冷凍装置では、 COPを考慮した制御を実行することも可能となる。発明の効果

[0018] 第 1発明に係る冷凍装置では、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことができると共に第 1膨張機構通過後の冷媒に十分な過冷却度を付与することができる。

第 2発明に係る冷凍装置では、第 1膨張機構通過後の冷媒にさらに十分な過冷却度を付与することができる。

第 3発明に係る冷凍装置では、第 1内部熱交換器の能力を調節することができる。第 4発明に係る冷凍装置では、例えば、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度が著しく大きくなつた場合に、第 3膨張機構によって湿り状態した冷媒を圧縮機構に吸入される冷媒に合流させることにより圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つこと力 Sでさる。

第 5発明に係る冷凍装置では、第 1内部熱交換器の能力を調節することができる。第 6発明に係る冷凍装置では、例えば、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度が著しく大きくなつた場合に、第 3膨張機構によって湿り状態した冷媒を圧縮機構に吸入される冷媒に合流させることにより圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つこと力 Sでさる。

[0019] 第 7発明に係る冷凍装置では、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つこと力 Sでさる。

第 8発明に係る冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避することができる。第 9発明に係る冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避することができる。第 10発明に係る冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避することができる。第 11発明に係る冷凍装置では、第 1膨張機構によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合であって冷媒が臨界点近傍の状態となるおそれのある場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避することができる。

第 12発明に係る冷凍装置では、 COPを考慮した制御を実行することも可能となる。図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

[図 2]本発明の実施の形態に係る空気調和装置の制御装置による冷媒冷却制御を説明するための図である。

[図 3]変形例 (A)に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

[図 4]変形例 (D)に係る空気調和装置 (セパレート式)の冷媒回路図である。

[図 5]変形例 (D)に係る空気調和装置 (マルチ式)の冷媒回路図である。

[図 6]変形例 (G)に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

[図 7]変形例 (I)に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

[図 8]変形例 (J)に係る空気調和装置の冷媒回路図である。

符号の説明

[0021] 1 , 101 , 201 , 301 , 401 , 501 , 601 空気調和装置（冷凍装置）

4, 204, 504, 604 ノイノスライン（分岐酉己管）

11 圧縮機 (圧縮機構）

14 室外熱交換器 (放熱器）

15 第 1内部熱交換器

16 第 1電動膨張弁 (第 1膨張機構）

17 受液器

18 第 2内部熱交換器

19 第 3電動膨張弁 (第 3膨張機構）

20, 33a, 33b 第 2電動膨張弁（第 2膨張機構）

25 第 1温度センサ（温度検知部）

27 制御装置 (第 1制御部，第 2制御部）

31 , 31a, 31b 室内熱交換器 (蒸発器）

発明を実施するための最良の形態

[0022] <空気調和装置の構成〉本発明の実施の形態に係る空気調和装置 1の概略冷媒回路 2を図 1に示す。この空気調和装置 1は、二酸化炭素を冷媒として冷房運転および暖房運転が可能な空気調和装置であって、主に冷媒回路 2、送風ファン 23, 32、制御装置 27、高圧圧力センサ 24、中間圧圧力センサ 26、第 1温度センサ 25、および第 2温度センサ 2 9等から構成されている。

冷媒回路 2は、主に、主冷媒回路 3、第 1バイパスライン 4、ガス抜きライン 5、油戻しライン 6及び第 2バイパスライン 7から構成される。以下、それぞれの回路について詳述する。

(1)主冷媒回路

主冷媒回路 3には主に、圧縮機 11、油分離器 12、四路切換弁 13、室外熱交換器 14、第 1内部熱交換器 15、第 1電動膨張弁 16、受液器 17、第 2内部熱交換器 18、第 2電動膨張弁 20、および室内熱交換器 31が配備されており、各装置は図 1に示されるように冷媒配管を介して接続されて!/、る。

[0023] (2)バイパスライン

第ェバイパスライン 4は、図 1に示されるように、第 2内部熱交換器 18と第 2電動膨張弁 20とを接続する冷媒配管（以下、第 11冷媒配管という）から分岐し四路切換弁 13 と第 1内部熱交換器 15とを接続する冷媒配管 (以下、第 12冷媒配管という）に合流するラインであって、第 2内部熱交換器 18を通っている。そして、この第 1バイパスライン 4では、第 11冷媒配管との分岐点から第 2内部熱交換器 18までの間の部分に第 3電動膨張弁 19が配置される。

(3)ガス抜きライン

ガス抜きライン 5は、受液器 17の上部から延び第 1内部熱交換器 15と圧縮機 11の吸入側とを接続する冷媒配管（以下、第 13冷媒配管という）に合流するラインである。そして、このガス抜きライン 5には、開閉弁 51が配置される。なお、この開閉弁 51とは、例えば電磁弁などであり、後述する制御装置 27によってその開閉状態が制御され

[0024] (4)油戻しライン

油戻しライン 6は、油分離器 12から延び圧縮機 11の吸入管に合流するラインである。そして、この油戻しライン 6には、キヤピラリー 28が配置される。

(5)第 2バイパスライン

第 2バイパスライン 7は、油分離器 12と四路切換弁 13とを接続する冷媒配管から分岐し第 13冷媒配管のうち第 1内部熱交換器 15とガス抜きライン 5の合流点とに挟まれる部分に合流するラインである。そして、この第 2バイパスライン 7には開閉弁 52が配置される。なお、この開閉弁 52とは、例えば電磁弁などであり、後述する制御装置 27によってその開閉状態が制御される。また、この開閉弁は、圧縮機の吸入側を流れる冷媒に過熱をつけたり、圧縮機起動時に低圧側の圧力が下力^すぎた場合に高圧のガス冷媒を注入して低圧側を保護するために使用される。

[0025] 本実施の形態において、空気調和装置 1は、分離型の空気調和装置であって、室内ユニット 30、室外ユニット 10、室内ユニット 30の冷媒液等配管と室外ユニット 10の冷媒液等配管とを接続する第 1連絡配管 41、および室内ユニット 30の冷媒ガス等配管と室外ユニット 10の冷媒ガス等配管とを接続する第 2連絡配管 42から構成されているとも言える。なお、室外ユニット 10の冷媒液等配管と第 1連絡配管 41とは室外ュニット 10の第 1閉鎖弁 21を介して、室外ユニット 10の冷媒ガス等配管と第 2連絡配管 42とは室外ユニット 10の第 2閉鎖弁 22を介してそれぞれ接続されている。また、本実施の形態において、室内ユニット 30には、主に、室内熱交換器 31および室内ファン 32が配置される。一方、室外ユニット 10には、主に、圧縮機 11、油分離器 12、四路切換弁 13、室外熱交換器 14、第 1内部熱交換器 15、第 1電動膨張弁 16、受液器 17、第 2内部熱交換器 18、第 2電動膨張弁 20、第 3電動膨張弁 19、開閉弁 51. 52 、キヤピラリー 28、高圧圧力センサ 24、中間圧圧力センサ 26、第 1温度センサ 25、第 2温度センサ 29、制御装置 27、および室外ファン 23が配置される。

[0026] (1)室内ユニット

室内ユニット 30は、主に、室内熱交換器 31および室内ファン 32等を有している。室内熱交換器 31は、空調室内の空気である室内空気と冷媒との間で熱交換をさせるための熱交換器である。

室内ファン 32は、ユニット 30内に空調室内の空気を取り込み、室内熱交換器 31を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び空調室内への送り出すためそして、この室内ユニット 30は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファン 32により内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器 31を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気（冷気）を生成し、暖房運転時には室内ファン 32により内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器 31を流れる超臨界冷媒とを熱交換させて調和空気（暖気）を生成することが可能となって!/、る。

[0027] (2)室外ユニット

室外ユニット 10は、主に、圧縮機 11、油分離器 12、四路切換弁 13、室外熱交換器 14、室外ファン 23、第 1内部熱交換器 15、第 1電動膨張弁 16、受液器 17、第 2内部熱交換器 18、第 2電動膨張弁 20、第 3電動膨張弁 19、開閉弁 51 , 52、キヤビラリ 28、高圧圧力センサ 24、中間圧圧力センサ 26、第 1温度センサ 25、第 2温度センサ 29、および制御装置 27等を有している。

圧縮機 11は、吸入管を流れる低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して超臨界状態とした後、吐出管に吐出するための装置である。

油分離器 12は、圧縮機 11から吐出される冷媒に混入している冷凍機油を分離するための装置である。

[0028] 四路切換弁 13は、各運転に対応して、冷媒の流れ方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には圧縮機 11の吐出側と室外熱交換器 14の高温側とを接続するとともに圧縮機 11の吸入側と室内熱交換器 31のガス側とを第 1内部熱交換器 15を介して接続し、暖房運転時には圧縮機 11の吐出側と第 2閉鎖弁 22とを接続するとともに圧縮機 11の吸入側と室外熱交換器 14のガス側とを接続することが可能である。室外熱交換器 14は、冷房運転時にお!/、て圧縮機 11から吐出された高圧の超臨界冷媒を空調室外の空気を熱源として冷却させることが可能であり、暖房運転時には室内熱交換器 31から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。

室外ファン 23は、ユニット 10内に室外の空気を取り込み、室外熱交換器 14を介して冷媒と熱交換した後の空気を排気するためファンである。

[0029] 第 1内部熱交換器 15は、室外熱交換器 14の低温側（あるいは液側）と第 1電動膨張弁 16とを接続する冷媒配管（以下、第 14冷媒配管という）と、圧縮機 11の吸入側と四路切換弁 13とを接続する冷媒配管（以下、第 15冷媒配管という）とを近接配置することによって構成された熱交換器である。この第 1内部熱交換器 15では、冷房運転時において第 14冷媒配管に流れる高温高圧の超臨界冷媒と第 15冷媒配管に流れる低温低圧のガス冷媒との間で熱交換が行われる。

第 1電動膨張弁 16は、室外熱交換器 14の低温側から流出する超臨界冷媒 (冷房運転時)あるいは受液器 17を通って流入する液冷媒 (暖房運転時)を減圧するためのものである。

受液器 17は、運転モードや空調負荷に応じて余剰となる冷媒を貯蔵しておくためのものである。

[0030] 第 2内部熱交換器 18は、受液器 17と第 2電動膨張弁 20とを接続する冷媒配管 (以下、第 16冷媒配管という）と、第 1バイパスライン 4 (第 3電動膨張弁 19と第 12冷媒配管との合流点との間の部分）とを近接配置することによって構成された熱交換器である。この第 2内部熱交換器 18では、冷房運転時において第 16冷媒配管に流れる飽和状態の冷媒と第 1バイパスライン 4に流れる冷媒との間で熱交換が行われる。第 2電動膨張弁 20は、受液器 17から流出し第 2内部熱交換器 18を通過した液冷媒 (冷房運転時)あるいは室内熱交換器 31の低温側から流出する超臨界冷媒 (暖房運転時）を減圧するためのものである。

第 3電動膨張弁 19は、受液器 17から流出し第 2内部熱交換器 18を通過した液冷媒 (冷房運転時)を減圧するためのものである。

[0031] 開閉弁 51 , 52は、上述したように制御装置 27によってその開閉状態が制御されるキヤピラリー 28は、油分離器 12から流出する油リッチな冷媒を減圧して蒸発させるためのものである。

高圧圧力センサ 24は、圧縮機 11の吐出側に設けられて!/、る。

中間圧圧力センサ 26は、第 1電動膨張弁 16と受液器 17との間に設けられている。第 1温度センサ 25は、室外熱交換器 14の低温側（あるいは液側）近傍に設けられている。

第 2温度センサ 29は、圧縮機 11の吸入側に設けられて!/、る。制御装置 27は、高圧圧力センサ 24、中間圧圧力センサ 26、第 1温度センサ 25、第 2温度センサ 29、第 1電動膨張弁 16、第 2電動膨張弁 20、および第 3電動膨張弁 19等に通信接続されており、第 1温度センサ 25から送られてくる温度情報や、高圧圧力センサ 24から送られてくる高圧圧力情報、中間圧圧力センサ 26から送られてくる中間圧圧力情報に基づいて第 1電動膨張弁 16および第 2電動膨張弁 20の開度を制御したり、第 2温度センサ 29から送られてくる温度情報が所定の範囲内に収まるように第 3電動膨張弁 19の開度を制御したりする。また、この制御装置 27には、冷房時において第 1温度センサ 25の温度情報および高圧圧力情報に基づいて通常制御と冷媒冷却制御とを切り換える制御切換機能が搭載されている。通常制御では、 COP 等が向上するように第 1電動膨張弁 16、第 2電動膨張弁 20、および第 3電動膨張弁 19の開度が制御される。一方、冷媒冷却制御では、第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒の状態が飽和線上の状態になり且つ臨界点近傍の状態にならないように第 1電動膨張弁 16および第 2電動膨張弁 20の開度が制御され、受液器 17内の冷媒の状態が飽和状態に維持される。ここで、モリエ線図を利用して冷媒冷却制御につ!/、て詳述する。図 2には、二酸化炭素のモリエ線図上に本実施の形態に係る空気調和装置 1の冷凍サイクルを表した図が示されている。なお、図 2において、 A→Bは圧縮行程を示し、 B→C , Cは第 1冷却行程 (B→Cは室外熱交換器 14での冷却であり、 C

1 2 1

→Cは第 1内部熱交換器 15による冷却）を示し、 C , C→D , Dは第 1膨張行程（

1 2 1 2 1 2

第 1電動膨張弁 16による減圧）を示し、 D , D→F , Fは第 2冷却行程 (D→F及

1 2 1 2 1 1 び D→Fは第 2内部熱交換器 18による冷却）を示し、 F , F→Ε , Eは第 2膨張行

2 2 1 2 1 2

程 (第 2電動膨張弁 20による減圧）を示し、 E , E→Aは蒸発行程を示している。また

1 2

、 Kは臨界点を示している（なお、図 2において K点と D点とは重なっている）。また、 Tmは等温泉である。さて、ここで、 A→B→C (K)→D→F→E→Aの冷凍サイクルを見ると、第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒は臨界点近傍の状態となってしまう。しかし、本実施の形態に係る空気調和装置 1には圧縮機 11の吐出側に高圧圧力センサ 24、室外熱交換器 14の低温側近傍に第 1温度センサ 25が配置されているため、第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒が C点の状態になることを検知することができる。そこで、この空気調和装置 1において第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒が点の状態になると検知されると、第 1電動膨張弁 16および第 2電動膨張弁 20の開度を適宜調節して第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒を冷却しその冷媒を C点の

2 状態にする。このようにすると、その冷凍サイクルは、 A→B→C→D→F→E→A

2 2 2 2 の冷凍サイクルへと変更される。つまり、冷媒が C点の状態まで冷却されるため、冷

2

媒の状態が飽和線近傍の状態になり且つ臨界点近傍の状態にならないようにすること力 Sできる。なお、本実施の形態では、制御装置 27は、中間圧圧力センサ 26が示す圧力が {臨界圧力（MPa)— 0. 3 (MPa) }の圧力以下となるように第 1電動膨張弁 15 および第 2電動膨張弁 20を制御する。ここで、 {臨界圧力（MPa)— 0· 3 (MPa) }という圧力は、次のように決定されている。発明者の行った試験の結果から第 1電動膨張弁 16と第 2電動膨張弁 20との間の圧力（以下、中間圧力という）の制御は冷媒の場合で目標値から ± 0. IMPa以内の程度の範囲で制御できることが明らかとなっている。そして、中間圧力が臨界点近傍にならないようにするためには、安全率を 3として中間圧力の目標値を臨界圧力（MPa)— 0. 3 (MPa)とするのが好まし!/、。

[0032] なお、本実施の形態にお!/、て冷媒冷却制御の必要性がな!/、場合には自動的に通常制御が行われるようになつている。

<空気調和装置の動作〉

空気調和装置 1の運転動作について、図 1を用いて説明する。この空気調和装置 1 は、上述したように冷房運転および暖房運転を行うことが可能である。

(1)冷房運転

冷房運転時は、四路切換弁 13が図 1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機 11 の吐出側が室外熱交換器 14の高温側に接続され、かつ、圧縮機 11の吸入側が第 1 内部熱交換器 15を介して第 2閉鎖弁 22に接続された状態となる。また、このとき、第 1閉鎖弁 21および第 2閉鎖弁 22は開状態とされる。

[0033] この冷媒回路 2の状態で、圧縮機 11を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機 11に吸入され、圧縮されて超臨界状態となった後、油分離器 12および四路切換弁 13を経由して室外熱交換器 14に送られ、室外熱交換器 14において冷却される。なお、このとき、油分離器 12では、冷媒に混入している冷凍機油が分離される。そして、この分離された冷凍機油は、油戻しライン 6を通って再度圧縮機 11に吸入される。そして、この冷却された超臨界冷媒は、第 1内部熱交換器 15を経由して第 1電動膨張弁 16に送られる。なお、このとき、この超臨界冷媒は、第 1内部熱交換器 15の第 1 5冷媒配管に流れる低温のガス冷媒により冷却される。そして、第 1電動膨張弁 16に送られた超臨界冷媒は、減圧されて飽和状態とされた後に受液器 17および第 2内部熱交換器 18を経由して第 2電動膨張弁 20に送られると共に第 3電動膨張弁 19にも送られる。なお、このとき、この第 2電動膨張弁 20に流れる飽和状態の冷媒は、第 3 電動膨張弁 19により減圧され第 1バイパスライン 4に流入する冷媒により冷却される。第 2電動膨張弁 20に送られた飽和状態の冷媒は、減圧されて液冷媒となった後に第 1閉鎖弁 21を経由して室内熱交換器 31に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。

[0034] そして、そのガス冷媒は、第 2閉鎖弁 22および四路切換弁 13を通過した後、第 3電動膨張弁 19により減圧され第 1バイパスライン 4に流入した冷媒と合流し、第 1内部熱交換器 15に流入する。そして、この合流した冷媒は、第 1内部熱交換器 15の第 14 冷媒配管に流れる高温高圧の超臨界冷媒により加熱された後、再び、圧縮機 11に吸入される。

このようにして、冷房運転が行われる。なお、このとき、制御装置 27は、上述したように温度情報および高圧圧力情報に基づいて通常制御と冷媒冷却制御とを適宜切り換 X·る。

(2)暖房運転

暖房運転時は、四路切換弁 13が図 1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機 11 の吐出側が第 2閉鎖弁 22に接続され、かつ、圧縮機 11の吸入側が室外熱交換器 1 4のガス側に接続された状態となっている。また、このとき、第 1閉鎖弁 21および第 2 閉鎖弁 22は開状態とされる。

[0035] この冷媒回路 2の状態で、圧縮機 11を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機 11に吸入され、圧縮されて超臨界状態となった後、油分離器 12、四路切換弁 13、および第 2 閉鎖弁 22を経由して室内熱交換器 31に供給される。なお、このとき、油分離器 12では、冷媒に混入している冷凍機油が分離される。そして、この分離された冷凍機油は、油戻しライン 6を通って再度圧縮機 11に吸入される。そして、その超臨界冷媒は、室内熱交換器 31において室内空気を加熱するとともに冷却される。冷却された超臨界冷媒は、第 1閉鎖弁 21を通って第 2電動膨張弁 20 に送られる。なお、このとき、第 3電動膨張弁 19は閉状態とされるため、超臨界冷媒は第 1バイパスライン 4に流入しない。そして、第 2電動膨張弁 20に送られた超臨界冷媒は、減圧されて飽和状態とされた後に受液器 17を経由して第 1電動膨張弁 16 に送られる。第 1電動膨張弁 16に送られた飽和状態の冷媒は、減圧されて液冷媒となった後に室外熱交換器 14に送られて、室外熱交換器 14において蒸発されてガス冷媒となる。そして、このガス冷媒は、四路切換弁 13を経由して、再び、圧縮機 11に吸入される。

[0036] このようにして、暖房運転が行われる。

<空気調和装置の特徴〉

(1)

本実施の形態に係る空気調和装置 1では、冷房運転時、第 2内部熱交換器 18において第 1電動膨張弁 16から流出する冷媒と第 3電動膨張弁 19から流出する冷媒との間で熱交換が行われる。このため、この空気調和装置 1では、第 1電動膨張弁 16 通過後の冷媒に十分な過冷却度を付与することができる。

(2)

本実施の形態に係る空気調和装置 1では、第 11冷媒配管から分岐し第 12冷媒配管に合流する第 1バイパスライン 4が第 2内部熱交換器 18を通っている。そして、この第ェバイパスライン 4では、第 11冷媒配管との分岐点から第 2内部熱交換器 18までの間の部分に第 3電動膨張弁 19が配置される。このため、この空気調和装置 1では、第 1内部熱交換器 15の能力を調節して圧縮機 11に吸入される冷媒の過熱度を適正に保つことができる。

[0037] (3)

本実施の形態に係る空気調和装置 1では、第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒の状態が飽和線上の状態になり且つそのときの冷媒の圧力が {臨界圧力（MPa)— 0. 3 (MPa) }の圧力以下となるように第 1電動膨張弁 16および第 2電動膨張弁 20が制御される。このため、この空気調和装置 1では、第 1電動膨張弁 16によって冷媒が飽和線近傍の状態まで膨張される場合に冷媒が臨界点近傍の状態となることを回避すること力 Sでさる。

(4)

本実施の形態に係る空気調和装置 1では、冷媒冷却制御と通常制御とを切り換える機能が制御装置 27に搭載されている。このため、この空気調和装置 1では、 COP を考慮した制御を実行することも可能となる。

[0038] <変形例〉

(A)

先の実施の形態では、本願発明が 1台の室外ユニット 10に対して 1台の室内ュニット 30が設けられるセパレート式の空気調和装置 1に応用された力本願発明は図 3に示されるな 1台の室外ユニットに対して複数台の室内ユニットが設けられるマルチ式の空気調和装置 101に応用されてもよい。なお、図 3において、先の実施の形態に係る空気調和装置 1の構成部品と同じ部品については同一の符号を用いている。また、図 3において、符号 102は冷媒回路を示し、符号 103は主冷媒回路を示し、符号 110は室外ユニットを示し、符号 30a, 30bは室内ユニットを示し、符号 31a, 31bは室内熱交換器を示し、符号 32a, 32bは室内ファンを示し、符号 33a, 33bは第 2電動膨張弁を示し、符号 34a, 34bは室内制御装置を示し、符号 141 , 142は連絡配管を示している。なお、かかる場合、制御装置 27は、室内制御装置 34a, 34bを介して第 2電動膨張弁 33a, 33bを制御する。また、本変形例では第 2電動膨張弁 33a, 33b力 S室内ユニット 30a, 30bに収容された力第 2電動膨張弁 33a, 33bが室外ュニット 110に収容されてもかまわない。

[0039] (B)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では、第 14冷媒配管と第 15冷媒配管とが近接配置された第 1内部熱交換器 15が採用されたが、第 1内部熱交換器として二重管熱交換器が採用されてもよい。

(C)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では、第 16冷媒配管と第 1バイパスライン 4 とが近接配置された第 2内部熱交換器 18が採用されたが、第 2内部熱交換器として二重管熱交換器が採用されてもよい。

(D)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では、第 1バイパスライン 4が第 12冷媒配管に合流していた力これに代えて、第 1バイパスライン 4が図 4に示されるように第 1内部熱交換器 15と圧縮機 11の吸入側とを接続する冷媒配管に合流するようにしてもよい。なお、このとき、蒸発器 31から流出した冷媒は、第 1内部熱交換器 15を通過した後にバイパスライン 204から流入する冷媒と合流することになる。したがって、蒸発器 31から流出した冷媒が過熱されすぎているときに、バイパスライン 204に流れる冷媒を湿り状態にするように第 3電動膨張弁 19を制御すれば、冷媒の過熱度を下げ、適正な過熱度に収めることができる。

[0040] なお、図 4において、先の実施の形態に係る空気調和装置 1の構成部品と同一の部品については同一の符号を付している。そして、新たに付されている符号 201 , 20 2, 204, 210はそれぞれ空気調和装置、冷媒回路、バイパスライン、室外ユニットを示している。また、変形例 (A)と同様に、この技術をマルチ式空気調和装置 301に応用してもよい（図 5参照）。なお、図 5において先の実施の形態および上記に係る空気調和装置 1 , 201の構成部品と同一の部品については同一の符号を付している。そして、新たに付されている符号 302, 310はそれぞれ冷媒回路、室外ユニットを示している。

(E)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では圧縮機 11の吐出側に高圧圧力センサ 24が設けられた力 S、高圧圧力センサ 24は取り除いてもよい。かかる場合、室外熱交換器 14の低温側（あるいは液側）に配置される第 1温度センサ 25から得られる温度が所定の温度以上となった場合に第 1電動膨張弁 16から流出した冷媒の状態が飽和線上の状態になり且つそのときの冷媒の圧力が {臨界圧力（MPa) -0. 3 (MPa) }の圧力以下となるように第 1電動膨張弁 16、第 2電動膨張弁 20、および第 3電動膨張弁 19の開度を制御するようにすればよい。

[0041] (F)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では、第 1内部熱交換器 15や、第 2内部熱交換器 18、第 1電動膨張弁 16、受液器 17、第 2電動膨張弁 20などが室外ユニット 1 0に配置されていた力これらの配置は特に限定されない。例えば、第 2電動膨張弁 20が室内ユニット 30に配置されて!/、てもよ!/、。

(G)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では冷媒の減圧手段として電動膨張弁が採用されたが、これに代えて、図 6に示されるように膨張機 116などが採用されてもよい。なお、このような空気調和装置 401では、図 6に示されるように、室外機 410にお V、て膨張機 116の冷媒流入側にブリッジ回路 117を配置する必要がある。膨張機 11 6には方向性があるからである。

[0042] (H)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では温度センサ 25が室外熱交換器 14の低温側（あるいは液側）の口の近傍に設けられて!/、たが、温度センサ 25は第 1電動膨張弁 16の第 1内部熱交換器側の口の近傍に設けられてもよい。

(I)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では第 1バイパスライン 4が第 2内部熱交換器 18と第 2電動膨張弁 20とを接続する冷媒配管から分岐したが、第 1バイパスラインは図 7に示されるように室外熱交換器 14と第 1内部熱交換器 15とを接続する冷媒配管から分岐してもよい。なお、図 7において、符号 501は本変形例に係る空気調和装置を示し、符号 510は本変形例に係る室外機を示し、符号 504は本変形例に係る第 1バイパスラインを示してレ、る。

[0043] 0)

先の実施の形態に係る空気調和装置 1では第 1バイパスライン 4が第 2内部熱交換器 18と第 2電動膨張弁 20とを接続する冷媒配管から分岐したが、第 1バイパスラインは図 8に示されるように第 1内部熱交換器 15と第 1電動膨張弁 16とを接続する冷媒配管から分岐してもよい。なお、図 8において、符号 601は本変形例に係る空気調和装置を示し、符号 610は本変形例に係る室外機を示し、符号 604は本変形例に係る第 1バイパスラインを示してレ、る。

(K) 先の実施の形態に係る空気調和装置 1では第 1バイパスライン 4が第 2内部熱交換器 18と第 2電動膨張弁 20とを接続する冷媒配管から分岐したが、第 1バイパスラインは第 1電動膨張弁 16と第 2内部熱交換器 18とを接続する冷媒配管から分岐してもよい（図示せず)。なお、かかる場合、分岐点は受液器 17の前後いずれに位置してもかまわない。

産業上の利用可能性

本発明に係る冷凍装置は、第 1膨張機構通過後の冷媒に十分な過冷却度を付与することができるという特徴を有し、特に二酸化炭素などを冷媒として採用した冷凍装置に有益である。

Claims

請求の範囲

[1] 冷媒を圧縮するための圧縮機構（11)と、

前記圧縮機構の冷媒吐出側に接続される放熱器（14)と、

前記放熱器の出口側に接続される第 1膨張機構（16)と、

前記第 1膨張機構の冷媒流出側に接続される第 2膨張機構（20, 33a, 33b)と、前記第 2膨張機構の冷媒流出側に接続されると共に前記圧縮機構の冷媒吸入側に接続される蒸発器（31 , 31a, 31b)と、

前記放熱器の出口側と前記第 1膨張機構の流入側とを接続する第 1冷媒配管に流れる冷媒と、前記蒸発器の出口側と前記圧縮機構の冷媒吸入側とを接続する第 2冷媒配管に流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第 1内部熱交換器（15)と、

前記放熱器の出口側と前記第 2膨張機構の冷媒流入側とを接続する第 3冷媒配管力も分岐し前記第 2冷媒配管に合流する分岐配管（4, 204, 504, 604)と、前記分岐配管に設けられる第 3膨張機構（19)と、

前記第 1膨張機構から流出する冷媒と、前記第 3膨張機構から流出する冷媒との間で熱交換を行わせる第 2内部熱交換器（ 18)と

を備える、冷凍装置（1 , 101 , 201 , 301 , 401 , 501 , 601)。

[2] 前記分岐配管 (4, 204)は、前記第 1膨張機構の冷媒流出側と前記第 2膨張機構の冷媒流入側とを接続する第 4冷媒配管から分岐し前記第 2冷媒配管に合流する請求項 1に記載の冷凍装置（1 , 101 , 201 , 301 , 401)。

[3] 前記分岐配管（4, 504, 604)は、前記第 3膨張機構から流出し前記第 2内部熱交換器において熱交換された冷媒が前記第 2冷媒配管を流れる冷媒であって前記第 1 内部熱交換器に流入する前の冷媒と合流するように前記第 2冷媒配管に合流する請求項 1又は 2に記載の冷凍装置（1 , 101 , 401 , 501 , 601)。

[4] 前記分岐配管（204)は、前記第 3膨張機構から流出し前記第 2内部熱交換器にお

V、て熱交換された冷媒が前記第 2冷媒配管を流れる冷媒であって前記第 1内部熱交換器を通過した後の冷媒と合流するように前記第 2冷媒配管に合流する

請求項 1又は 2に記載の冷凍装置（201 , 301)。

[5] 前記分岐配管（4, 504, 604)は、前記第 1内部熱交換器の入口側に接続される前記第 2冷媒配管に合流する

請求項 1又は 2に記載の冷凍装置（1 , 101 , 401 , 501 , 601)。

[6] 前記分岐配管（204)は、前記第 1内部熱交換器の出口側に接続される前記第 2冷媒配管に合流する

請求項 1又は 2に記載の冷凍装置（201 , 301)。

[7] 前記分岐配管と前記第 2冷媒配管との合流点から前記圧縮機構の冷媒吸入側に流れる冷媒の過熱度が所定の範囲内に収まるように第 3膨張機構を制御する第 1制御部（27)をさらに備える

請求項 1から 6の!/、ずれかに記載の冷凍装置。

[8] 前記第 1膨張機構の冷媒流出側と前記第 2内部熱交換器の前記第 1冷媒配管を流れる冷媒の流入口との間に配置される受液器（17)と、

前記第 1膨張機構力流出した冷媒の状態が臨界点近傍の状態にならないように前記第 1内部熱交換器により前記第 1冷媒配管を流れる冷媒を冷却する冷媒冷却制御を行う第 2制御部（27)と

をさらに備える

請求項 1から 7の!/、ずれかに記載の冷凍装置。

[9] 前記冷媒冷却制御では、前記第 1膨張機構から流出した冷媒の状態が臨界点近傍の状態にならないように前記第 1膨張機構と前記第 2膨張機構とが制御される請求項 8に記載の冷凍装置。

[10] 前記冷媒冷却制御では、前記第 1膨張機構から流出した冷媒の圧力が {臨界圧力

(MPa) 0. 3MPa}の圧力以下となるように前記第 1内部熱交換器により前記第 1 冷媒配管を流れる冷媒が冷却される

請求項 8または 9に記載の冷凍装置。

[11] 前記放熱器の出口近傍または前記第 1膨張機構の冷媒流入口近傍に設けられる温度検知部（25)をさらに備え、

前記冷媒冷却制御では、前記温度検知部によって検知される温度が所定の温度以上である場合に、前記第 1膨張機構から流出した冷媒の圧力が {臨界圧力（MPa) 0. 3MPa}の圧力以下となるように前記第 1内部熱交換器により前記第 1冷媒配管を流れる冷媒が冷却される

請求項 10に記載の冷凍装置。

前記第 2制御部は、前記冷媒冷却制御と、通常制御とを切り換える制御切換手段を有する

請求項 8から 11の!/、ずれかに記載の冷凍装置。