JP2016191548A - 冷凍装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量調整弁の初期開度を適切に決定等することができる冷凍装置等を提供する。【解決手段】インジェクション配管１３の一端を接続し、インジェクション配管１３を流れる冷媒を圧縮行程の中間部分に流入させて吐出可能な圧縮機１と、外気と冷媒の熱交換を行う凝縮器３と、凝縮器３から流出する冷媒の一部をインジェクション配管１３に調整して流す中間膨張弁６と、インジェクション配管１３を流れる冷媒の圧縮機１への流入を制御する電磁弁７と、圧縮機１の駆動開始前における吐出圧力及び吸入圧力の少なくとも一方の圧力に基づいて、中間膨張弁６の初期開度を決定する処理を行うコントローラ１１とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は冷凍装置等に関するものである。特に圧縮機に冷媒をインジェクション可能な冷凍装置に係るものである。

例えば、冷凍サイクルを利用した冷凍装置（冷蔵装置）等を有する冷凍サイクル装置では、基本的に、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、絞り装置（膨張弁）及び蒸発器（熱交換器）が配管接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。そして、冷媒が、蒸発、凝縮時に、熱交換対象となる空気等から吸熱、放熱することを利用し、管内の圧力を変化させながら冷却動作等を行っている。

ここで、冷媒を分岐し、冷媒同士を過冷却する過冷却器を冷媒回路に備える冷凍サイクル装置がある。そして、従来、受液器の後にある過冷却器の下流側配管からインバータ圧縮機の吸入側に液冷媒の一部を導入する液バイパス回路を備えた冷凍装置において、インバータ圧縮機の駆動周波数に応じて流量調整弁の初期開度を決定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、本文献では、駆動周波数の代わりに、インバータ圧縮機の起動時又は起動直前のインバータ圧縮機の吐出温度により決定するようにもしている。

特許第４３０１５４６号公報（図１）

上記のような冷凍サイクル装置では、運転の条件によっては流量調整弁の初期開度が大きすぎるような決定をする場合がある。初期開度が大きいと、圧縮機にインジェクションされる冷媒量が多くなる。このため、吐出温度が低下しすぎて圧縮機の消費電力が多くなる。また、最悪の場合、圧縮機内においてバイパスした冷媒が液圧縮し、圧縮機の負荷が大きくなって、異常停止、圧縮機破損等してしまう可能性がある。

一方、初期開度が小さすぎると、圧縮機から吐出する冷媒の温度（吐出温度）が急激に上昇し、圧縮機保護のために停止（異常停止）させなければならないという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、流量調整弁の初期開度を適切に決定等することができる冷凍装置等を得るものである。

この発明に係る冷凍装置は、インジェクション配管の一端を接続し、インジェクション配管を流れる冷媒を圧縮行程の中間部分に流入させて吐出可能な、吐出容量可変の圧縮機と、通過する冷媒に熱交換させて冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器から流出する冷媒をインジェクション配管に量を調整して通過させる流量調整装置と、インジェクション配管における冷媒通過を制御する流路開閉装置と、圧縮機起動前の圧縮機吐出側の冷媒圧力及び吸入側の冷媒圧力の少なくとも一方の圧力に基づいて、流量調整装置の初期開度を決定する処理を行う制御装置とを備えるものである。

この発明の冷凍装置によれば、圧縮機起動前における吐出圧力及び吸入圧力の少なくとも一方の圧力並びに圧縮機が起動するときの駆動周波数に基づいて、流量調整装置の初期開度を決定するようにしたので、適切な初期開度でインジェクション配管に冷媒を流すことができる。そして、適量の冷媒をインジェクション（冷媒導入）し、適切な吐出温度での冷媒吐出を行うことができるので、冷媒回路における消費電力低減、信頼性の向上をはかることができる。

この発明の実施の形態１における冷凍装置を有する冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における中間膨張弁６の初期開度の決定等の手順を示す図である。 起動前後における圧縮機１の駆動周波数、吐出温度、吐出圧力、吸入圧力の関係を示す図である。 この発明の実施の形態２における中間膨張弁６の初期開度の決定等の手順を示す図である。 この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の処理の構成を説明する図である。 実施の形態４に係る冷凍装置内の冷媒の状態を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における冷凍装置を有する冷凍サイクル装置の構成を示す図である。以下、この発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態では、冷凍サイクル装置の代表として例えば対象を冷却する装置について説明する。ここで、図１を含め、以下の図面では各構成機器等の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

本実施の形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器２、過冷却器３、主膨張弁４、蒸発器５を冷媒配管で接続し、主となる冷媒回路を構成している。また、凝縮器ファン２Ａ、蒸発器ファン５Ａを有している。ここで、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機１、凝縮器２及び過冷却器３並びに後述するインジェクション流路における中間膨張弁６、電磁弁７及びインジェクション配管１３を有する冷凍装置（コンデンシングユニット）１００と、主膨張弁４及び蒸発器５を有する負荷側装置２００とを配管接続することで構成されている。

圧縮機１は、冷媒を吸入して圧縮し、高温・高圧のガス状態にして吐出する。ここで、本実施の形態の圧縮機１は、圧縮室（図示せず）にインジェクション（冷媒導入）をするための中間圧ポートを有している。例えば液状の冷媒をインジェクションすることで、吐出温度を抑える等することができる。また、例えばインバータ回路等により回転数（駆動周波数）を制御し、冷媒の吐出量（吐出容量）を変化させることができるタイプの圧縮機である。凝縮器２は、圧縮機１が吐出した冷媒と例えば屋外の空気（外気）との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。また、凝縮器ファン２Ａは、凝縮器２に外気を送り込み、凝縮器２を流れる冷媒との熱交換を促す。過冷却器３は、例えば二重管式熱交換機等の冷媒間熱交換器で構成する。主冷媒回路を流れる冷媒を分岐部１２において分岐した冷媒と熱交換させて過冷却する。分岐部１２において分岐した冷媒はインジェクション流路を流れ、圧縮機１の中間ポートに流入する。インジェクション流路については後述する。

減圧装置（絞り装置）となる主膨張弁４は過冷却器３を通過した冷媒を減圧する。開度を変化させることで、冷媒の圧力、流量を調整することができる。蒸発器５は、例えば冷却対象（熱交換対象）となる空気と主膨張弁４により減圧された冷媒との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させる。蒸発器ファン５Ａは、蒸発器５に冷却対象となる空気を送り込み、蒸発器５を流れる冷媒との熱交換を促す。ここで、図１では、主膨張弁４と蒸発器５（蒸発器ファン５Ａ）とを１台ずつ示しているが、例えば、主膨張弁４と蒸発器５との組み合わせを複数台並列に配管接続するようにしてもよい。

次にインジェクション流路側の構成について説明する。インジェクション流路は、中間膨張弁６、電磁弁７及びインジェクション配管１３を有している。インジェクション配管１３は分岐部１２から圧縮機１の中間ポートに至る流路を形成する配管である。また、インジェクション流量調整装置となる中間膨張弁６は、分岐部１２から分岐して、過冷却器３を通過し、圧縮機１の中間ポートに流入する冷媒を減圧し、冷媒量を調整する。また、通過する冷媒を減圧する。ここで、本実施の形態の中間膨張弁６は、リニア（線形的）に通過する冷媒量を調整できるように開度を変化させることができる電子膨張弁を用いるものとする。電磁弁７は、冷媒をインジェクション流路に通過させるかどうかを制御する開閉弁である。

サーミスタ等の温度検知手段である吐出温度センサ８は、圧縮機１の吐出側における冷媒の温度（吐出温度）を検知する。また、圧力検知手段である高圧センサ９は圧縮機１の吐出側における冷媒の圧力（吐出圧力）を検知する。そして、低圧センサ１０は圧縮機１の吸入側における冷媒の圧力（吸入圧力）を検知する。

制御装置となるコントローラ１１は、例えば吐出温度センサ８、高圧センサ９、低圧センサ１０等の検知に係る温度、圧力等に基づいて、冷凍サイクル装置を構成する機器を制御する。本実施の形態では、インジェクション流路における中間膨張弁６の初期開度の決定等を行う。ここで、コントローラ１１は、例えば計時手段（タイマー等）を複数有しており、それぞれ計時（カウント）を行うことができる。

次に、本実施の形態の冷凍サイクル装置の動作を冷媒の流れに基づいて説明する。まず、主冷媒回路の冷媒の流れについて説明する。圧縮機１が圧縮して吐出した高温高圧のガス冷媒は凝縮器２に流入する。凝縮器２においては、凝縮器２に供給される熱媒体との熱交換により放熱することで高圧の液冷媒となり、凝縮器２から流出する。凝縮器２から流出した高圧の液冷媒は、過冷却器３に流入する。ここで、電磁弁７が開いており、冷媒流路側に冷媒が流れていれば、その冷媒との熱交換により過冷却される。過冷却器３から流出した冷媒は、主膨張弁４において減圧される。減圧された冷媒は蒸発器５において蒸発ガス化され、ガス冷媒又は気液二相冷媒となって蒸発器５から流出する。蒸発器５を流出した冷媒は圧縮機１に再度吸入される。

次にインジェクション流路の冷媒の流れについて説明する。過冷却器３から流出した液冷媒は分岐部１２において分岐し、一方は主冷媒回路を流れ、他方はインジェクション流路を流れる。インジェクション流路側に流入した冷媒は、中間膨張弁６により減圧され、過冷却器３にて主冷媒回路を流れる液冷媒と熱交換する。前述したように、主冷媒回路を流れる冷媒は過冷却される。その後、電磁弁７を通過した冷媒は圧縮機１の中間ポートから圧力室内にインジェクションされる。

上記の冷凍サイクル装置の動作を行う際、コントローラ１１は、圧縮機１が起動後に所定の駆動周波数になったものと判断すると、電磁弁７を開く（開放する）。そして、圧縮機１を停止させたときに閉止する。冷凍サイクル装置の運転中、コントローラ１１は各センサの検知に係る温度、圧力に基づいて中間膨張弁６の開度を変化させ、中間膨張弁６の制御を行うが、圧縮機１の駆動中は常に開放状態とする。これは、圧縮機１から吐出する冷媒の温度が低下した場合でも過冷却器３で液冷媒を過冷却する必要があるためである。また、圧縮機１の停止中において、例えば数回の停止に１回、ゼロ点調整のため、一時的に開度がゼロであってもさらに閉じさせるようにする制御を行うが、すぐに開かせるように制御する。そして、中間膨張弁６は圧縮機１の停止中も若干開いた状態にする。

図２はこの発明の実施の形態１における中間膨張弁６の初期開度の決定等の手順を示す図である。本処理はコントローラ１１が行う。まず、コントローラ１１は、圧縮機１に駆動周波数とともに起動を指示する（Ｓ１）。また、指示した駆動周波数、目標とする吐出温度、高圧センサ９及び低圧センサ１０の検知に係る圧力（吐出圧力、吸入圧力）等に基づいて、圧縮機１の起動における中間膨張弁６の初期開度を決定する（Ｓ２）。

図３は起動前後における圧縮機１の駆動周波数、吐出温度、吐出圧力、吸入圧力の関係を示す図である。コントローラ１１は圧縮機１を起動させる（Ｓ３）。そして、圧縮機１が起動してから所定時間（例えば１０秒）における吐出温度センサ８の検知に係る吐出温度の変化速度（単位時間あたりの温度変化）を計測する（Ｓ４）。変化速度の求め方については、特に限定するものはない。例えば所定時間における温度差を所定時間で割って１つの変化速度を求める、所定時間内において求めた複数の変化速度を平均して変化速度とする等してもよい。そして、吐出温度センサ８の検知に係る吐出温度の上昇スピード（変化速度）が第１所定スピードより大きい（速い）かどうかを判断する（Ｓ５）。大きいと判断すると、電磁弁７を開く際の中間膨張弁６の初期開度を、決定した開度から所定の開度アップさせた開度となるように中間膨張弁６に補正の指示をする（Ｓ７）。上昇スピードが第１所定スピードより大きくないと判断すると、さらに吐出温度の上昇スピードが第２所定スピードより小さく（遅く）、かつ吐出温度センサ８の検知に係る温度が第１所定温度より低いかどうかを判断する（Ｓ６）。上昇スピードが第２所定スピードより小さく、吐出温度センサ８の検知に係る温度が第１所定温度より小さい（Ｓ６を満たす）と判断すると、電磁弁７を開く段階における中間膨張弁６の初期開度を、決定した開度から所定の開度ダウンさせた開度となるように中間膨張弁６に補正の指示をする（Ｓ８）。Ｓ６を満たさないと判断すると、電磁弁７を開く段階における中間膨張弁６の初期開度をそのままの開度となるようにする（Ｓ９）。そして、駆動周波数が所定駆動周波数（例えば４５Ｈｚ）になったものと判断すると（Ｓ１０）、電磁弁７を開放する（Ｓ１１）。

電磁弁７を開放した後、図３に示すように、運転状況によっては圧縮機１の吐出温度が急激に低下し、また、高圧センサ９の検知に係る圧力の下降スピードが大となる場合がある。そこで、吐出温度の変化速度を計測する（Ｓ１２）。変化速度の求め方については前述したものと同様である。そして、吐出温度センサ８の検知に係る温度の下降スピードが第３所定スピードより大きいかどうかを判断する（Ｓ１３）。大きいと判断すると、所定の開度ダウンさせるように中間膨張弁６に指示し（Ｓ１４）、通常の中間膨張弁６の制御に移行する（Ｓ１６）。大きくないと判断すると、開度変更を行わず（Ｓ１５）、通常の中間膨張弁６の制御に移行する（Ｓ１６）。

以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置によれば、コントローラ１１が、中間膨張弁６の初期開度を指示した駆動周波数、高圧センサ９、低圧センサ１０の検知に係る圧力により圧縮機起動時の中間膨張弁６の初期開度を決定するようにしたので、適切な初期開度を設定することができる。このため、吐出温度を最適に制御し、消費電力を低減することができる。また、圧縮機１を起動してから電磁弁７を開くまでの吐出温度及び上昇スピードに基づいて初期開度の補正を行い、また、電磁弁７を開いた後も吐出温度の下降スピードにより開度補正を行うようにしたので、さらに信頼性を高め、省エネルギーをはかることができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における中間膨張弁６の初期開度の決定等の手順を示す図である。上述の実施の形態１においては、コントローラ１１が、吐出温度センサ８の検知に係る温度の下降スピードが第３所定スピードより大きくないと判断すると、開度変更を行わなかった。

しかしながら、場合によっては吐出温度が上昇していることもある。そこで、本実施の形態では、実施の形態１で説明したＳ１３において、吐出温度センサ８の検知に係る温度の下降スピードが第３所定スピードより大きくないと判断すると、さらに、吐出温度の上昇スピードが第４所定スピードより大きく、かつ第２所定温度より高いかどうかを判断する（Ｓ１７）。Ｓ１７を満たすと判断すると、所定の開度アップさせるように中間膨張弁６に指示し（Ｓ１８）、通常の中間膨張弁６の制御に移行する（Ｓ１６）。Ｓ１７を満たさないと判断すると、開度変更を行わず（Ｓ１５）、通常の中間膨張弁６の制御に移行する（Ｓ１６）。

以上のように、実施の形態２の冷凍サイクル装置によれば、電磁弁７を開放した後も吐出温度が上昇して高くなっているものと判断すると、中間膨張弁６の開度をアップさせるようにしたので、圧縮機１にインジェクションする冷媒量が少な過ぎることによる吐出温度上昇を防止し、異常停止、圧縮機１の破損を防止することができ、信頼性をさらに向上させることができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の処理に係る構成を説明する図である。処理手順の内容については、実施の形態１で説明したことと同様である。例えば上述した実施の形態１及び実施の形態２で説明したように、コントローラ１１が圧縮機１の起動時に行う処理は、処理内容に基づいて大きく次の３つに分けることができる。
１ 初期開度決定処理（Ｓ２）
２ 電磁弁７開放前の初期開度補正処理（Ａ部）
３ 電磁弁７開放後の開度補正処理（Ｂ部）

上述の実施の形態では、Ａ部、Ｂ部を処理の一連の処理手順として説明したが、例えば信頼性、省エネルギー等に大きな影響がないような場合には、Ａ部若しくはＢ部、又はＡ部及びＢ部の処理を省略することができる。例えば、圧縮機１において、駆動周波数幅が狭いような場合には、吐出温度も急激な変動はせず、最初に初期開度を決定しておけば、設定した吐出温度範囲内での駆動が期待できるため、省略することができる。

以上のように、実施の形態３では、初期開度の補正等の処理を省略することができるので、処理を単純にすることができ、例えば開発評価期間を短縮することができる。また、開発にかかるコストを低減することができる。

実施の形態４．
上述した実施の形態では、コントローラ１１が中間膨張弁６の初期開度決定処理を行っている。そこで、本実施の形態では、中間膨張弁６の初期開度を決定する手順について説明する。

ここで、以下の説明で用いるパラメータは、以下のようになる。
Ｇinj：インジェクション流路を通過する冷媒量［ｋｇ／ｈ］
Ｇlow：蒸発器５を通過した冷媒量［ｋｇ／ｈ］
Ｃｖ：中間膨張弁６の容量係数（電子膨張弁開度により決まる値）
ρｅ：過冷却器３の主冷媒回路側の冷媒流出口における冷媒密度［ｋｇ／ｍ^３］
ＨＰ：圧縮機１の吐出圧力［ＭＰａＧ］
ＭＰ：圧縮機１の中間圧力［ＭＰａＧ］
ＬＰ：圧縮機１の吸入圧力［ＭＰａＧ］
ρａ：圧縮機１の吸入側における冷媒密度［ｋｇ／ｍ^３］
Ｈａ：圧縮機１の吸入側におけるエンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｈｂ：圧縮機１内の中間ポート前における理論エンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｈｂ’：圧縮機１内の中間ポート前における実際のエンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｈｃ：圧縮機１内の中間ポート部分におけるエンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｈｄ：圧縮機１の吐出側における冷媒の理論エンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｈｄ’：圧縮機１の吐出側における冷媒の実際のエンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｈｅ：過冷却器３の主冷媒回路側の冷媒流出口におけるエンタルピー［ＫＪ／ｋｇ］
Ｔａ：圧縮機１の吸入側の冷媒温度［℃］
Ｔｃ：圧縮機１の中間ポート部分における冷媒温度［℃］
Ｔｅ：過冷却器３の主冷媒回路側の冷媒流出口における冷媒温度［℃］
ηｃ：圧縮機断熱効率［−］
ηｍ：圧縮機機械効率［−］
ηｖ：圧縮機体積効率［−］
ＨＺ：圧縮機周波数［Ｈｚ］
Ｖ：圧縮機押しのけ量［ｍ^３／Ｓ］

図６は実施の形態４に係る冷凍装置内の冷媒の状態を示す図である。図６（ａ）は本実施の形態の冷凍装置における冷凍サイクルのＰ−ｈ線図を示す。また、図６（ｂ）は冷凍サイクルの冷媒状態と冷媒回路内の位置との対応を示す図である。

まず、インジェクション流路を流れる冷媒量Ｇinj は、中間膨張弁６の容量係数Ｃｖ、圧縮機１の吐出圧力ＨＰ、中間圧力ＭＰ、過冷却器３の主冷媒回路における冷媒の冷媒流出口（ｅ点）における冷媒密度ρｅを用いて次式（１）で表すことができる。
Ｇinj＝８６．５×Ｃｖ×（（ＨＰ−ＭＰ）×ρｅ）^１／２ …（１）

（１）式を容量係数Ｃｖについて解くと、次式（２）で表すことができる。
Ｃｖ＝Ｇinj／（８６．５×（（ＨＰ−ＭＰ）×ρｅ）^１／２） …（２）

ここで、圧縮機１の中間圧力ＭＰは、吐出圧力ＨＰと吸入圧力ＬＰとを用いて次式（３）で表すことができる。また、冷媒密度ρｅは吐出圧力ＨＰと過冷却器３の冷媒流出口における冷媒温度Ｔｅに基づいて冷媒物性により決定される（式（４））。
ＭＰ＝（（ＨＰ＋０．１０１）×（ＬＰ＋０．１０１））^１／２−０．１０１ …（３）
ρｅ（ＨＰ，Ｔｅ） …（４）

インジェクション流路を通過した冷媒は、圧縮機１の中間ポートから圧力室内にインジェクションされる。圧縮機１の吸入側であるａ点を通過して圧縮機１に流入した冷媒は、圧縮されて、圧力、温度が上昇してｂ点に至る。また、インジェクション流路を通過した冷媒は、圧縮機１の中間ポートから圧力室内のｃ点においてインジェクションされる。インジェクションされた冷媒は、ｃ点において、ｂ点を通過した冷媒を冷却する。ｃ点（中間ポート部分）における冷媒のエンタルピーはＨｃとなる。ここで、ｃ点における熱収支は次式（５）で表される。
（Ｈｃ−Ｈｅ）×Ｇinj＝（Ｈｂ’−Ｈｃ）×Ｇlow …（５）

式（５）をＧinjについて解くと、次式（６）で表すことができる。また、過冷却器３の冷媒流出口におけるエンタルピーＨｅは、吐出圧力ＨＰと冷媒温度Ｔｅとに基づいて、冷媒物性により決定される（式（６））。
Ｇinj＝（Ｈｂ’−Ｈｃ）×Ｇlow／（Ｈｃ−Ｈｅ） …（６）
Ｈｅ（ＨＰ，Ｔｅ） …（７）

また、蒸発器５を通過した冷媒量（ａ点を通過する冷媒量）Ｇlowは、圧縮機１の駆動周波数ＨＺ、圧縮機押しのけ量Ｖ、圧縮機１の吸入側（ａ点）における冷媒密度ρａ、圧縮機体積効率ηｖを用いて、次式（８）で表すことができる。ここで、冷媒密度ρａは、吸入圧力ＬＰと圧縮機１の吸入側の冷媒温度Ｔａとに基づいて、冷媒物性により決定される（式（９））。
Ｇlow＝ＨＺ×Ｖ×ρａ×ηｖ×３６００ …（８）
ρａ（ＬＰ，Ｔａ） …（９）

圧縮機１の吸入側（ａ点）におけるエンタルピーＨａは、吸入圧力ＬＰと圧縮機１の吸入側の冷媒温度Ｔａとに基づいて、冷媒物性により決定される（式（１０））。冷媒は、エンタルピーＨａの状態から、理想的には、等エントロピー線に沿って断熱圧縮されて中間圧力ＭＰとなる。このため、圧縮機１内の中間ポート前（ｂ点）における理論エンタルピーＨｂは、吸入圧力ＬＰ、中間圧力ＭＰ及び圧縮機１の吸入側の冷媒温度Ｔａに基づいて、冷媒物性により決定される（式（１１））。また、冷媒は過熱度が大きくなる。
Ｈａ（ＬＰ，Ｔａ） …（１０）
Ｈｂ（ＭＰ，ＬＰ，Ｔａ） …（１１）

ｂ点における実際のエンタルピーＨｂ’は、エンタルピーＨａ、理想のエンタルピーＨｂ並びに圧縮機１の断熱効率ηｃ及び機械効率ηｍにより次式（１２）で表される。
Ｈｂ’＝Ｈａ＋（Ｈｂ−Ｈａ）／（ηｃ×ηｍ） …（１２）

また、圧縮機１内のｃ点におけるエンタルピーＨｃは、中間圧力ＭＰとｃ点における冷媒温度Ｔｃとに基づいて、冷媒物性により決定される（式（１３））。冷媒は、エンタルピーＨｃの状態から、理想的には、等エントロピー線に沿って断熱圧縮されて吐出圧力ＨＰとなる。このため、圧縮機１の吐出側（ｄ点）における冷媒の理論エンタルピーＨｄは、中間圧力ＭＰ、吐出圧力ＨＰ及び圧縮機１内のｃ点における冷媒温度Ｔｃに基づいて、冷媒物性により決定される（式（１４））。また、冷媒は過熱度が大きくなる。
Ｈｃ（ＭＰ，Ｔｃ） …（１３）
Ｈｄ（ＨＰ，ＭＰ，Ｔｃ） …（１４）

ｄ点における実際のエンタルピーＨｄ’は、吐出圧力ＨＰと圧縮機１の吐出側における吐出温度Ｔｄとに基づいて、冷媒物性により決定される（式（１５））。また、エンタルピーＨｃ、理想のエンタルピーＨｄ並びに圧縮機１の断熱効率ηｃ及び機械効率ηｍによっても次式（１６）で表すことができる。
Ｈｄ’（ＨＰ，Ｔｄ） …（１５）
Ｈｄ’＝Ｈｃ＋（Ｈｄ−Ｈｃ）／（ηｃ×ηｍ） …（１６）

ここで、式（１３）〜式（１６）並びに吐出圧力ＨＰ、吸入圧力ＬＰ、圧縮機１の断熱効率ηｃ、機械効率ηｍ及びあらかじめ目標設定した吐出温度Ｔｄ（例えば１００℃）に基づいて、冷媒温度Ｔｃを決定することができる（式（１７））。
Ｔｃ（ＭＰ，ＨＰ，Ｔｄ，ηｃ，ηｍ） …（１７）

そして、式（２）に式（６）、（８）、（１２）を代入すると、中間膨張弁６の容量係数Ｃｖは、次式（１８）のようになる。そして、容量係数Ｃｖに基づいて中間膨張弁６の初期開度を決定する。
Ｃｖ＝（（（Ｈａ（ＬＰ，Ｔａ）＋（Ｈｂ（ＭＰ，ＬＰ，Ｔａ）
−Ｈａ（ＬＰ，Ｔａ））／（ηｃ×ηｍ））−Ｈｃ（ＭＰ，Ｔｃ））
／（Ｈｃ（ＭＰ，Ｔｃ）−Ｈｅ（ＨＰ，Ｔｅ）））
×（ＨＺ×Ｖ×ρａ（ＬＰ，Ｔａ）×ηｖ×３６００）
／（８６．５×（（ＨＰ−ＭＰ）×ρｅ（ＨＰ，Ｔｅ））^１／２） …（１８）

式（１７）、式（１８）におけるパラメータのうち、圧縮機１の断熱効率ηｃ、機械効率ηｍ及び圧縮機押しのけ量Ｖは、圧縮機１に特有な定数である。また、吸入圧力ＬＰ、吐出圧力ＨＰ、吐出温度Ｔｄ及び駆動周波数ＨＺは中間膨張弁６の初期開度決定の際に得ることができる。また、中間圧力ＭＰ及び冷媒温度Ｔｃは、式（３）、式（１６）から導くことができる。

ここで、残りのパラメータにおいて、過冷却器３の冷媒流出口における冷媒温度Ｔｅについては、温度センサのコストに対する効果が小さいため、ここでは定数とする。また、圧縮機１の吸入側の冷媒温度Ｔａについては、起動前後、運転状況により温度が大幅に変化するため、初期開度の決定の際には定数とする。ただ、冷媒温度Ｔａ及び冷媒温度Ｔｅを正確に検知することができればさらに精度が上がる。

また、吐出圧力ＨＰ、中間圧力ＭＰ、吸入圧力ＬＰについても、圧縮機１起動後に変化するが、前回運転停止後の数分後までの起動であれば、前回の運転における圧力を維持できている場合が多い。また、圧縮機１を、複数台設置した場合、２台目以降の圧縮機起動においては、圧力変動はそれほど大きくない。このため、検知に係る吐出圧力ＨＰ、中間圧力ＭＰ、吸入圧力ＬＰを用いれば、初期開度決定において、十分な目安となる。吐出圧力ＨＰ、吸入圧力ＬＰのいずれかが検知によって得られない場合には、定数を用いるようにしてもよい。

以上のようにして、中間膨張弁６の初期開度を決定することにより、適切な初期開度を設定することができる。

圧縮機１が起動すると、パラメータは変化するため、電磁弁７開放前の初期開度補正、電磁弁７開放後の開度補正処理において、吐出温度の上昇スピード、下降スピード（変化速度）による補正を行うとよい。

実施の形態５．
上述の実施の形態１等では、高圧センサ９の検知に係る圧力を直接利用して吐出圧力を得るようにしたが、例えば、凝縮器２と過冷却器３との間を流れる気液二相冷媒又は液冷媒の温度を検知し、温度に基づく演算等により吐出圧力を得るようにしてもよい。

また、凝縮器２に流入する冷媒の温度を検知する温度センサ（サーミスタ）を備えている場合は、コントローラ１１は、凝縮器２に流入する冷媒の温度、指示した駆動周波数、低圧センサ１０の検知に係る圧力に基づいて初期開度を決定してもよい。

さらに、低圧センサ１０の読み取り値で説明したが、主膨張弁４〜蒸発器５のガス／液二層部をサーミスタで検知し圧力に変換してもよい。

例えば、高圧センサ９又は低圧センサ１０を有していない場合でも、指示した駆動周波数及び高圧センサ９の検知に係る圧力、又は指示した駆動周波数及び低圧センサ１０の検知に係る圧力に基づいて初期開度を決定することで、従来の初期開度決定よりも、より適正に初期開度を決定することができる。

上述した実施の形態では、冷凍装置を有して冷却を行う装置に冷凍サイクル装置を適用する形態について説明した。この発明は、これらの装置に限定することなく、例えば空気調和装置、給湯機等のヒートポンプ装置等、冷媒回路を構成する他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、２Ａ 凝縮器ファン、３ 過冷却器、４ 主膨張弁、５ 蒸発器、５Ａ 蒸発器ファン、６ 中間膨張弁、７ 電磁弁、８ 吐出温度センサ、９ 高圧センサ、１０ 低圧センサ、１１ コントローラ、１２ 分岐部、１３ インジェクション配管、１００ 冷凍装置、２００ 負荷側装置。

Claims (7)

1. インジェクション配管の一端を接続し、該インジェクション配管を流れる冷媒を圧縮行程の中間部分に流入させて吐出可能な、吐出容量可変の圧縮機と、
   通過する前記冷媒に熱交換させて前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
   該凝縮器から流出する前記冷媒を前記インジェクション配管に量を調整して通過させる流量調整装置と、
   前記インジェクション配管における冷媒通過を制御する流路開閉装置と、
   圧縮機起動前の圧縮機吐出側の冷媒圧力及び吸入側の冷媒圧力の少なくとも一方の圧力に基づいて、前記流量調整装置の初期開度を決定する処理を行う制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記制御装置は、圧縮機起動前の圧縮機吐出側の冷媒圧力及び吸入側の冷媒圧力の少なくとも一方の圧力と、前記圧縮機を起動させる駆動周波数と、に基づいて、前記流量調整装置の初期開度を決定する請求項１記載の冷凍装置。
3. 前記流量調整装置を通過した前記冷媒により前記凝縮器から流れる冷媒を過冷却する過冷却器をさらに備える請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御装置は、前記圧縮機の起動後で前記流路開閉装置を開く前における前記圧縮機が吐出する冷媒温度及び該冷媒温度の変化速度に基づいて、決定した前記流量調整装置の初期開度を補正する処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
5. 前記制御装置は、前記流路開閉装置を開いた後の前記圧縮機が吐出する冷媒温度の変化速度に基づいて、前記流量調整装置の開度を補正する処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
6. 前記制御装置は、圧縮機起動前の圧縮機吐出側の冷媒圧力に代えて、凝縮器流入側における冷媒温度により前記流量調整装置の初期開度を決定する処理を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
7. 熱交換対象と冷媒とを熱交換する蒸発器及び該蒸発器に流入させる冷媒を減圧する減圧装置を有する負荷側装置と、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍装置と
   を配管接続して冷媒回路を構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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