JP2016223741A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の断続運転や運転停止を生じることなく圧縮機の過熱を防止できる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５を含む冷凍サイクルを備えるとともに、凝縮器３から流出する液冷媒の一部を圧縮機１内に注入する第１バイパス１０、および圧縮機１から吐出される冷媒の一部を減圧して圧縮機１の吸込側に戻す第２バイパス２０を備える。そして、蒸発器５における冷媒の過熱度に応じて膨張弁４の開度を制御する。圧縮機１から吐出される冷媒の温度に応じて第１バイパス１０の開閉および流量を制御し、蒸発器５の周囲温度に応じて第２バイパス２０の開閉を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含む冷凍サイクルでは、外気の熱を蒸発器で汲み上げその汲上げ熱を凝縮器で室内空気や温水に供給する暖房運転や加熱運転に際し、外気温度が高くなると、蒸発器の吸熱量が増大する。蒸発器の吸熱量が増大すると、圧縮機に吸込まれる冷媒の温度や圧力が上昇し、これに伴い圧縮機が過熱状態となって圧縮機の吐出冷媒温度が異常上昇することがある。吐出冷媒温度が異常上昇すると、圧縮機内のモータが損傷する可能性もある。

対策として、圧縮機の吐出冷媒温度が所定値以上に上昇した場合に圧縮機の回転数を減少させて蒸発器の吸熱量を低減し、これにより圧縮機の過熱を防ぐ制御が知られている。

特開平５−９９５１９号公報 特開平４−３６５５０号公報

上記のように圧縮機の回転数を減少させる制御では、外気条件によっては吸熱量を十分に低減することができないまま、保護制御が働いて圧縮機が断続運転したり運転停止することがある。圧縮機の断続運転や運転停止は、暖房運転や加熱運転を中断するものなのでできるだけ避けたい。

本発明の実施形態の目的は、圧縮機の断続運転や運転停止を生じることなく圧縮機の過熱を防止できる冷凍サイクル装置を提供することである。

請求項１の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含む冷凍サイクルと、前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機内に注入する第１バイパスと、前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を減圧して前記圧縮機の吸込側に戻す第２バイパスと、制御手段と、を備える。制御手段は、前記蒸発器における冷媒の過熱度に応じて前記膨張弁の開度を制御し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度に応じて前記第１バイパスの開閉および流量を制御し、前記蒸発器の周囲温度に応じて前記第２バイパスの開閉を制御する。

第１実施形態の構成を示すブロック図。 第１実施形態の制御を示すフローチャート。 図２における液インジェクション制御を具体的に示すタイムチャート。 図２におけるホットガスバイパス制御を具体的に示すタイムチャート。 第３実施形態の液インジェクション制御に関する開度制御条件を示す図。 第４実施形態の構成を示すブロック図。 第５実施形態の構成を示すブロック図。 図７における冷媒タンクの構成を具体的に示す断面図。

［１］第１実施形態
以下、第１実施形態として、空気調和機や熱源機に搭載される冷凍サイクル装置を例に説明する。
図１に示すように、圧縮機１の吐出口に四方弁２を介して利用側熱交換器３が配管接続され、その利用側熱交換器３に電動膨張弁（流量調整弁ともいう）４を介して熱源側熱交換器５が配管接続される。そして、熱源側熱交換器５が上記四方弁２およびアキュームレータ６を介して圧縮機１の吸込口に配管接続される。これら配管接続により、ヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成される。

利用側熱交換器３および熱源側熱交換器５として、例えば、フィンチューブ熱交換器に代表される冷媒―空気熱交換器を用いる。あるいは、利用側熱交換器３として冷媒―水熱交換器を用い、熱源側熱交換器５として冷媒―空気熱交換器を用いてもよい。

空気調和機の暖房運転時あるいは熱源機の加熱運転時は、矢印で示すように、圧縮機１から吐出されるガス冷媒が四方弁２を通って利用側熱交換器３に流れ、その利用側熱交換器３から流出する液冷媒が電動膨張弁４を通って熱源側熱交換器５に流れる。そして、熱源側熱交換器５から流出するガス冷媒が四方弁２およびアキュームレータ６を通って圧縮機１に吸込まれる。利用側熱交換器３が凝縮器として機能し、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能する。

空気調和機の冷房運転時あるいは熱源機の冷却運転時は、圧縮機１から吐出されるガス冷媒が四方弁２を通って熱源側熱交換器５に流れ、その熱源側熱交換器５から流出する液冷媒が電動膨張弁４を通って利用側熱交換器３に流れる。そして、利用側熱交換器３から流出するガス冷媒が四方弁２およびアキュームレータ６を通って圧縮機１に吸込まれる。熱源側熱交換器５が凝縮器として機能し、利用側熱交換器３が蒸発器として機能する。

利用側熱交換器３と電動膨張弁４との間の配管にバイパス（第１バイパス）１０の一端が接続され、そのバイパス１０の他端が圧縮機１のインジェクションポートに接続される。バイパス１０は、凝縮器から流出する液冷媒の一部を圧縮機１のインジェクションポートを通して圧縮機１内に注入する。

このバイパス１０の中途部に、かつ冷媒の流れ方向に沿って、冷媒の流量を調整するための流量調整弁１１および当該バイパス１０を開閉するための二方弁（第１開閉弁）１２が順に配置される。さらに、バイパス１０における流量調整弁１１および二方弁１２の位置よりも冷媒の流れ方向において下流側の位置に、圧縮機１内からの冷媒の逆流を阻止するための逆止弁１３が配置される。

なお、電動膨張弁４および流量調整弁１１は、入力される駆動パルス信号の数に応じて開度が連続的に変化する例えばパルスモータバルブである。

圧縮機１の吐出口と四方弁２との間の高圧側配管にバイパス（第２バイパス）２０の一端が接続され、そのバイパス２０の他端がアキュームレータ６と圧縮機１の吸込口との間の低圧側配管に接続される。バイパス２０は、圧縮機１から吐出される冷媒の一部を減圧して圧縮機１の吸込側に戻すもので、減圧手段としてキャピラリチューブ２２を含む。このバイパス２０の中途部に、かつ冷媒の流れ方向においてキャピラリチューブ２２より上流側の位置に、当該バイパス２０を開閉するための二方弁（第２開閉弁）２１が配置される。

圧縮機１の吐出口と四方弁２との間の高圧側配管に、かつバイパス２０の接続部よりも冷媒の流れ方向において上流側となる位置に、圧縮機１から吐出される冷媒の温度（吐出冷媒温度という）Ｔｄを検知する温度センサ３１が配置される。電動膨張弁４と熱源側熱交換器５との間の配管に、かつ熱源側熱交換器５の近傍に、冷媒の蒸発温度Ｔｅを検知する温度センサ３２が配置される。熱源側熱交換器５の周囲に、その熱源側熱交換器５に流入する熱源である例えば室外空気の温度（周囲温度または外気温度という）Ｔｏを検知する温度センサ３３が配置される。

四方弁２とアキュームレータ６との間の低圧側配管に、圧縮機１に吸込まれる冷媒の温度（吸込み冷媒温度という）Ｔｓを検知する温度センサ３４が配置される。アキュームレータ６と圧縮機１の吸込口との間の低圧側配管に、かつバイパス２０の接続部よりも冷媒の流れ方向において上流側となる位置に、圧縮機１に吸込まれる冷媒の圧力（吸込み冷媒圧力という）Ｐｓを検知する圧力センサ３５が配置される。

圧縮機１内のモータ（圧縮機モータという）にインバータ４０が配線接続される。インバータ４０は、交流電源４１の電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧をコントローラ５０からの指示に応じた周波数Ｆおよびその周波数Ｆに応じたレベルの交流電圧に変換し、その交流電圧を圧縮機モータに対する駆動電力として出力する。このインバータ４０の出力周波数Ｆの変化により、圧縮機モータの回転数つまり圧縮機１の能力が変化する。以下、出力周波数Ｆのことを運転周波数Ｆという。

コントローラ５０は、当該冷凍サイクル装置を制御する。このコントローラ５０に、四方弁２、電動膨張弁４、流量調整弁１１、二方弁１２、二方弁２１、温度センサ３１，３２，３３，３４、圧力センサ３５、インバータ４０が信号線接続される。また、運転条件設定用の操作部５１がコントローラ５０に信号線接続される。

コントローラ５０は、当該冷凍サイクル装置の運転を制御するもので、暖房運転時または加熱運転時の主要な機能として次の（１）〜（３）の手段を有する。
（１）熱源側熱交換器（蒸発器）５における冷媒の過熱度ＳＨ（＝Ｔｓ−Ｔｅ）に応じて電動膨張弁４の開度を制御する第１制御手段。

（２）圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄに応じてバイパス１０の開閉および流量を制御（液インジェクション制御）する第２制御手段。

（３）熱源側熱交換器（蒸発器）５の周囲温度Ｔｏに応じてバイパス２０の開閉を制御（ホットガスバイパス制御）する第３制御手段。

なお、上記（１）の第１制御手段は、具体的には、熱源側熱交換器（蒸発器）５における冷媒の過熱度ＳＨ（＝Ｔｓ−Ｔｅ）が予め定めた目標値となるように電動膨張弁４の開度を制御する。上記（２）の第２制御手段は、具体的には、圧縮機１の吐出冷媒度Ｔｄに応じて二方弁１２の開閉および流量調整弁１１の開度を制御する。上記（３）の第３制御手段は、具体的には、熱源側熱交換器（蒸発器）５の周囲温度Ｔｏに応じて二方弁２１の開閉を制御する。

つぎに、暖房運転時または加熱運転時にコントローラ５０が実行する制御を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
操作部５１で運転開始操作があった場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ５０は、電動膨張弁４および流量調整弁１１を所定の初期開度に設定し（ステップＳ２）、この状態で圧縮機１の運転を開始する（ステップＳ３）。そして、コントローラ５０は、タイムカウントｔを開始し（ステップＳ４）、そのタイムカウントｔに一定時間ｔ１とを比較する（ステップＳ５）。

一定時間ｔ１が経過すると（ステップＳ５のＹＥＳ）、コントローラ５０は、起動が安定したとの判断の下に、圧縮機１の運転周波数Ｆを負荷に応じて制御する（ステップＳ６）。負荷とは、利用側熱交換器３において冷媒と熱交換する媒体たとえば室内空気・冷媒・温水の温度である。

この運転周波数Ｆの制御に伴い、コントローラ５０は、温度センサ３４の検知温度Ｔｓと温度センサ３２の検知温度Ｔｅとの差を熱源側熱交換器（蒸発器）５における冷媒の過熱度ＳＨ（＝Ｔｓ−Ｔｅ）として検出し、その過熱度ＳＨが目標値ＳＨｔとなるように電動膨張弁４の開度を制御する（ステップＳ７）。そして、コントローラ５０は、タイムカウントｔと一定時間ｔ２（＞ｔ１）とを比較する（ステップＳ８）。タイムカウントｔが一定時間ｔ２未満の場合（ステップＳ８のＮＯ）、コントローラ５０は、上記ステップＳ６からの処理を繰り返す。

この過熱度制御については、過熱度ＳＨを検出するための温度センサ３４をホットガスバイパス用のバイパス２０の接続部より冷媒の流れ方向において上流側の配管に配置しているので、バイパス２０から流入するガス冷媒の温度の影響を受けることなく、過熱度ＳＨを正確に検出することができる。

タイムカウントｔが一定時間ｔ２に達した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、コントローラ５０は、過熱度制御が安定したとの判断の下に、液インジェクション制御を実行する（ステップＳ９）。この液インジェクション制御の中身ついては後述する。そして、コントローラ５０は、この液インジェクション制御の実行に伴い、タイムカウントｔと一定時間ｔ３（＞ｔ２）とを比較する（ステップＳ１０）。タイムカウントｔが一定時間ｔ３未満の場合（ステップＳ１０のＮＯ）、コントローラ５０は、上記ステップＳ６からの処理を繰り返す。

タイムカウントｔが一定時間ｔ３に達した場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）、コントローラ５０は、液インジェクション制御が安定したとの判断の下に、ホットガスバイパス制御を実行する（ステップＳ１１）。このホットガスバイパス制御の中身ついては後述する。そして、コントローラ５０は、操作部５１の運転停止操作を監視する（ステップＳ１２）。運転停止操作がない場合（ステップＳ１２のＮＯ）、コントローラ５０は、ステップＳ６からの処理を繰り返す。

運転停止操作があった場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、コントローラ５０は、圧縮機１の運転を停止し（ステップＳ１３）、かつ電動膨張弁４および流量調整弁１１を停止開度に設定する（ステップＳ１４）。

以下、上記ステップＳ９の液インジェクション制御を図３のフローチャートを参照しながら説明する。
圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２以上に上昇した場合（ステップＳ９ａ）、コントローラ５０は、二方弁１２を開くとともに（ステップＳ９ｂ）、流量調整弁１１の開度をその吐出冷媒温度Ｔｄに応じた開度に制御する（ステップＳ９ｃ）。そして、コントローラ５０は、液冷媒注入であることを表わす指標となるフラグｆ１を“１”セットし（ステップＳ９ｄ）、ステップＳ９ａの判定に戻る。

二方弁１２が開くと、利用側熱交換器３から流出する液冷媒の一部がバイパス１０に流入する。バイパス１０に流入した液冷媒は、流量調整弁１１を通り、さらに二方弁１２および逆止弁１３を通り、圧縮機１内に注入される。この液冷媒の注入により、圧縮機１の内部が冷却される。この場合、吐出冷媒温度Ｔｄが高いほど、流量調整弁１１の開度が大きく設定されて、多くの液冷媒が圧縮機１内に注入される。吐出冷媒温度Ｔｄの下降に伴い、流量調整弁１１の開度が縮小されて、液冷媒の注入量が低減される。こうして、吐出冷媒温度Ｔｄに見合う最適な量の液冷媒が圧縮機１内に注入される。

液冷媒の注入によって吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２未満に低下した場合（ステップＳ９ａのＮＯ）、コントローラ５０は、フラグｆ１が“１”であるか否かを判定する（ステップＳ９ｅ）。フラグｆ１が“１”の場合（ステップＳ９ｅのＹＥＳ）、コントローラ５０は、液冷媒注入中であるとの判断の下に、吐出冷媒温度Ｔｄと設定値Ｔｄ１（＜Ｔｄ２）とを比較する（ステップＳ９ｆ）。

吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１以上の場合（ステップＳ９ｆのＮＯ）、コントローラ５０は、ステップＳ９ａの判定に戻る。

吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１未満に低下した場合（ステップＳ９ｆのＹＥＳ）、コントローラ５０は、二方弁１２を閉じるとともに（ステップＳ９ｇ）、流量調整弁１１の開度を停止開度に設定する（ステップＳ９ｈ）。液冷媒の注入が終了となる。停止開度は、全閉より少しだけ大きい開度のことである。この停止開度の設定により、流量調整弁１１における少量の冷媒の流通が可能となり、液冷媒の溜まり込みなどを防ぐことができる。そして、コントローラ５０は、フラグｆ１を“０”リセットし（ステップＳ９ｉ）、ステップＳ９ａの判定に戻る。

一方、上記ステップＳ１１のホットガスバイパス制御を図４のフローチャートを参照しながら説明する。
周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ２以上に上昇した場合（ステップＳ１１ａ）、コントローラ５０は、二方弁２１を開く（ステップＳ１１ｂ）。そして、コントローラ５０は、ホットガスバイパス中であることの指標となるフラグｆ２を“１”セットし（ステップＳ１１ｃ）、ステップＳ１１ａの判定に戻る。

二方弁２１が開くと、圧縮機１から吐出されたガス冷媒の一部がバイパス２０に流入する。バイパス２０に流入したガス冷媒は、二方弁２１を通り、さらにキャピラリチューブ２２で減圧されて、圧縮機１の吸込み側に流れる。

周囲温度（外気温度）Ｔｏが設定値Ｔｏ２以上に上昇した場合、熱源側熱交換器５の吸熱量が増大する。熱源側熱交換器５の吸熱量が増大すると、圧縮機１に吸込まれる冷媒の温度や圧力が上昇し、これに伴い圧縮機１が過熱状態となって圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが異常上昇することがある。吐出冷媒温度Ｔｄが異常上昇すると、圧縮機１内の圧縮機構部が摩耗したり、圧縮機モータが損傷する可能性がある。

この不具合を防ぐべく、周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ２以上に上昇した場合、上記のように、圧縮機１から吐出されるガス冷媒の一部を圧縮機１の吸込み側に戻すいわゆるホットガスバイパスを行う。このホットガスバイパスを行うことで、圧縮機１の容量を低減できる。圧縮機１の容量を低減できれば、熱源側熱交換器５の吸熱量が低減する。熱源側熱交換器５の吸熱量を低減できれば、圧縮機１の過熱を防ぐことができる。これにより、吐出冷媒温度Ｔｄの異常上昇を防ぐことができる。ひいては、圧縮機１内の圧縮機モータの損傷を防ぐことができる。

周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ２未満に低下した場合（ステップＳ１１ａのＮＯ）、コントローラ５０は、フラグｆ２が“１”であるか否かを判定する（ステップＳ１１ｄ）。フラグｆ２が“１”の場合（ステップＳ１１ｄのＹＥＳ）、コントローラ５０は、ホットガスバイパス中であるとの判断の下に、周囲温度Ｔｏと設定値Ｔｏ１（＜Ｔｏ２）とを比較する（ステップＳ１１ｅ）。

周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ１以上の場合（ステップＳ１１ｅのＮＯ）、コントローラ５０は、ステップＳ１１ａの判定に戻る。

周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ１未満の場合（ステップＳ１１ｅのＹＥＳ）、コントローラ５０は、二方弁２１を閉じる（ステップＳ１１ｆ）。ホットガスバイパスが終了となる。そして、コントローラ５０は、フラグｆ２を“０”リセットし（ステップＳ１１ｇ）、ステップＳ１１ａの判定に戻る。

利用側熱交換器３において冷媒と熱交換する媒体（室内空気・冷媒・温水など）の温度が高い場合、利用側熱交換器３における冷媒の放熱量が少なくなる。利用側熱交換器３における冷媒の放熱量が少なくなると、ホットガスバイパスを行って圧縮機１の容量を低減しても、圧縮機１に吸込まれる冷媒の温度や圧力の上昇を抑えることが困難になることがある。このままでは、吐出冷媒温度Ｔｄが異常上昇してしまう。

そこで、ホットガスバイパスを行ったにもかかわらず、吐出冷媒温度Ｔｄの上昇が避けられない場合には、液インジェクション制御が有効に機能する。すなわち、吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２以上に上昇した場合、液冷媒がバイパス１０を通って圧縮機１内に注入される。この液冷媒の注入により、圧縮機１の内部が冷却される。

このように、ホットガスバイパス制御を液インジェクション制御がバックアップすることにより、利用側熱交換器３における冷媒の放熱量が少なくても、圧縮機１の過熱を防ぐことができる。これにより、吐出冷媒温度Ｔｄの異常上昇を防ぐことができる。ひいては、圧縮機１内の圧縮機構部の摩耗や圧縮機モータの損傷を防ぐことができる。高圧保護等の保護制御が働いて圧縮機１が断続運転したり運転停止することもなく、圧縮機１の継続的な運転が可能となる。圧縮機１の継続的な運転が可能となるので、暖房運転時は快適性が向上するとともに、加熱運転時は温水を早期に加熱することができる。

［２］第２実施形態
第２実施形態では、コントローラ５０は、液インジェクション制御による液冷媒の注入に際し、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１未満に低下しないまま流量調整弁の開度が所定開度以上となった場合、吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１未満に低下するまで圧縮機１の能力（運転周波数Ｆ）を低減する。

このように、ホットガスバイパス制御および液インジェクション制御のサポートとして圧縮機１の能力制御を加えることにより、吐出冷媒温度Ｔｄの異常上昇をさらに確実に防ぐことができる。
他の構成および制御については第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３実施形態
第３実施形態は、コントローラ５０の液インジェクション制御が第１実施形態の場合と少し異なる。
コントローラ５０は、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２以上に上昇した場合、二方弁１２を開くとともに、吐出冷媒温度Ｔｄの単位時間当たりの相対的な温度変化量ΔＴｄを求め、かつ基準設定値Ｔｄｘと吐出冷媒温度Ｔｄとの絶対的な温度変化量ＴＤを求め、これら温度変化量ΔＴｄおよび温度変化量ＴＤとに基づいて流量調整弁１１の開度を増減する。そして、コントローラ５０は、吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１（＜Ｔｄ２）未満に低下した場合、二方弁１２を閉じて流量調整弁１１の開度を停止開度に設定する。

具体的には、吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２以上に上昇した場合、コントローラ５０は、現時点の吐出冷媒温度Ｔｄnと所定時間前の吐出冷媒温度Ｔｄn-1との差ΔＴｄ（＝Ｔｄn−Ｔｄn-1）を単位時間当たりの相対的な温度変化量として求めるとともに、基準設定値Ｔｄｘと現時点の吐出冷媒温度Ｔｄnとの差ＴＤ（＝Ｔｄｘ−Ｔｄn）を単位時間当たりの絶対的な温度変化量として求める。基準設定値Ｔｄｘは、設定値Ｔｄ１と設定値Ｔｄ２との間の所定の値である。

コントローラ５０は、図５に示す開度制御条件を内部メモリに記憶している。この開度制御条件は、温度変化量ΔＴｄと流量調整弁１１の開度Ｑとの関係を、複数段の温度変化量ＴＤ１〜ＴＤ５をパラメータとして定めたものである。なお、このパラメータの段数については、５段階に限らず、もっと間隔が狭いより多くの段数を定めてもよいことはもちろんである。

コントローラ５０は、現時点で求めた温度変化量ΔＴｄおよび現時点で求めた温度変化量ＴＤに基づいてこの開度制御条件を参照することにより、現時点で設定すべき流量調整弁１１の開度Ｑを求める。そして、コントローラ５０は、流量調整弁１１の開度を求めた開度Ｑに設定する。

温度変化量ΔＴｄおよび温度変化量ＴＤが共に正側に大きい場合、コントローラ５０は、吐出冷媒温度Ｔｄが高いと判断し、かつ吐出冷媒温度Ｔｄが時間経過とともに更に上昇すると予測する。この場合、コントローラ５０は、流量調整弁１１の開度を増加する。

逆に、温度変化量ΔＴｄおよび温度変化量ＴＤが共に負側に小さい場合、コントローラ５０は、冷凍サイクルが液バックの運転状態であり、その液バックの傾向が時間経過とともに顕著になると予測する。この場合、コントローラ５０は、流量調整弁１１の開度を減少する。

温度変化量ΔＴｄが正側に大きくて、温度変化量ＴＤが負側に小さい場合、コントローラ５０は、吐出冷媒温度Ｔｄが時間経過とともに上昇するものの、吐出冷媒温度Ｔｄの絶対値は低いと判断する。この場合、コントローラ５０は、流量調整弁１１の開度を零または零に近い値に設定する。

以上の開度制御により、液冷媒注入に際しての吐出冷媒温度Ｔｄの変動をできるだけ抑えることができる。ひいては、利用側熱交換器３において冷媒と熱交換する媒体の不要な温度変動を防ぐことできる。
他の構成および制御については第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］第４実施形態
第４実施形態では、図６に示すように、バイパス１０において、流量調整弁１１および二方弁１２の位置と、逆止弁１３の位置との間に、流通抵抗手段としてキャピラリチューブ１４が配置される。

キャピラリチューブ１４は、内径が例えば1.0〜1.5mmの細い管を小径に巻回したもので、一般的には冷凍サイクルの減圧機構として用いられる。なお、流量調整弁１１の開口の内径は、例えば2.5mmである。二方弁１２の開口の内径は、例えば1.8mmである。

このキャピラリチューブ１４をバイパス１０に配置することにより、例えば流量調整弁１１の信号線断線や流路詰りなどの故障に起因して流量調整弁１１の開度制御が不可能な状況となっても、多量の液冷媒が圧縮機１内に流入して圧縮機１が故障する不具合を防ぐことができる。また、二方弁１２の信号線断線や流路詰りなどの故障に起因して二方弁１２を閉成できない状況となっても、多量の液冷媒が圧縮機１内に流入して圧縮機１が故障する不具合を防ぐことができる。

バイパス１０におけるキャピラリチューブ１４の位置が冷媒の流れ方向において逆止弁１３よりも上流側であることにより、圧縮機１のインジェクションポートからバイパス１０に逆流しようとする冷媒を逆止弁１３とインジェクションポートとの間の配管の容積分のみに抑えることができる。仮に、バイパス１０におけるキャピラリチューブ１４の位置が冷媒の流れ方向において逆止弁１３よりも下流側である場合には、キャピラリチューブ１４の容積分が圧縮機１のインジェクションポートからバイパス１０に逆流しようとする冷媒の収容域になるという不具合が生じる。このような不具合は生じない。
他の構成および制御については第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［５］第５実施形態
第５実施形態では、図７に示すように、利用側熱交換器３と電動膨張弁４との間の配管に冷媒タンク６０が配置され、この冷媒タンク６０にバイパス１０の一端が接続される。冷媒タンク６０は、暖房運転時や加熱運転時、利用側熱交換器３から電動膨張弁４に流れる液冷媒（冷凍機油を含む）を貯え、貯えた液冷媒の一部または貯えた液冷媒に含まれる潤滑油をバイパス１０に導く。

また、利用側熱交換器３と冷媒タンク６０との間の配管において、利用側熱交換器３の近傍に、利用側熱交換器３から流出する冷媒の凝縮温度Ｔｃを検知する温度センサ３６が配置される。そして、温度センサ３６がコントローラ５０に信号線接続される。

冷媒タンク６０の具体的な構成を図８に示す。
利用側熱交換器３とつながる配管６１は、冷媒タンク６０の上部を貫通して冷媒タンク６０内の上下方向における略中間位置まで入り込んで開口する。電動膨張弁４とつながる配管６２は、冷媒タンク６０の上部を貫通して冷媒タンク６０内の上下方向における略１／４ぐらいの位置まで入り込んで開口する。配管６２の開口位置が配管６１の開口位置よりも高いところに設定することにより、配管６１から冷媒タンク６０内に流入した液冷媒が配管６２に容易に入り込まないようにしている。バイパス１０の一端は、冷媒タンク６０の底部を貫通して冷媒タンク６０内に臨む。

コントローラ５０は、温度センサ３６で検知される凝縮温度Ｔｃが設定値Ｔｃ２以上に上昇した場合、吐出冷媒温度Ｔｄに基づく液インジェクション制御にかかわらず、二方弁１２を開いて流量調整弁１１を所定開度に設定する。そして、コントローラ５０は、凝縮温度Ｔｃが設定値Ｔｃ１未満に低下した場合、二方弁１２を閉じて流量調整弁１１を停止開度に設定する。

凝縮温度Ｔｃに対する設定値Ｔｃ２は、冷凍サイクルに充填される冷媒および冷凍機油（圧縮機１用の潤滑油）の物性に応じて選定される。

例えばR410A冷媒が使用され、かつ所定の物性を有する冷凍機油が使用される場合、例えば４５℃未満の温度域ではR410A冷媒の密度が冷凍機油の密度より高くなる。この場合、冷媒の流速が減少する冷媒タンク６０内では、R410A冷媒と冷凍機油とが分離して、R410A冷媒が下方に位置し、冷凍機油が上方に位置する。

４５℃以上の温度域では、R410A冷媒の密度が冷凍機油の密度より低くなる。この場合、冷媒の流速が減少する冷媒タンク６０内では、R410A冷媒と冷凍機油とが分離して、図８に示すように、R410A冷媒が上方に位置し、冷凍機油OILが下方に位置する。

この点に着目し、凝縮温度Ｔｃに対する設定値Ｔｃ２として上記４５℃が選定される。凝縮温度Ｔｃが４５℃以上に上昇して冷媒タンク６０内の下方に冷凍機油OILが存する状況になると、二方弁１２が開いて流量調整弁１１が所定開度に開き、冷媒タンク６０内の下方の冷凍機油OILが圧縮機１内に注入される。

このように、冷媒タンク６０内の下方に冷凍機油OILを集め、集めた冷凍機油OILを圧縮機１内に注入することにより、圧縮機１内の機械的な摺動部分の油膜が最適かつ十分な状態に確保され、その摺動部分の潤滑が良好となる。
他の構成および制御については第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［６］変形例
上記各実施形態では、温度センサ３４の検知温度Ｔｓと温度センサ３２の検知温度Ｔｅとの差を熱源側熱交換器（蒸発器）５における冷媒の過熱度ＳＨ（＝Ｔｓ−Ｔｅ）として検出する構成としたが、圧力センサ３５の検知圧力Ｐｓから飽和冷媒温度を算出し、算出した飽和冷媒温度と温度センサ３２の検知温度Ｔｅとの差を過熱度ＳＨとして検出してもよい。

温度センサよりも検知精度に優れる圧力センサ３５を過熱度検出に用いることにより、過熱度制御の精度および信頼性を高めることができる。
圧力センサ３５の配置位置はホットガスバイパス用のバイパス２０の接続部より冷媒の流れ方向において上流側にあるので、圧力センサ３５の検知圧力がバイパス２０から流入するガス冷媒の温度や圧力の影響を受けることもない。

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…圧縮機、２…四方弁、３…利用側熱交換器（凝縮器）、４…電動膨張弁、５…熱源側熱交換器（蒸発器）、６…アキュームレータ、１０…バイパス（第１バイパス）、１１…流量調整弁、１２…二方弁（第１開閉弁）、１３…逆止弁、１４…キャピラリチューブ（流通抵抗手段）、２０…バイパス（第２バイパス）、２１…二方弁（第２開閉弁）、２２…キャピラリチューブ（減圧手段）、３１，３２，３３，３４…温度センサ、３５…圧力センサ、４０…インバータ、５０…コントローラ、６０…冷媒タンク

Claims (7)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含む冷凍サイクルと、
   前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機内に注入する第１バイパスと、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を減圧して前記圧縮機の吸込側に戻す第２バイパスと、
   前記蒸発器における冷媒の過熱度に応じて前記膨張弁の開度を制御し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度に応じて前記第１バイパスの開閉および流量を制御し、前記蒸発器の周囲温度に応じて前記第２バイパスの開閉を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記第１バイパスに配置された流量調整弁および第１開閉弁と、
   前記第１バイパスにおける前記流量調整弁および前記第１開閉弁の位置よりも冷媒の流れ方向において下流側の位置に配置された逆止弁と、
   前記第２バイパスに配置された第２開閉弁および減圧手段と、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記蒸発器における冷媒の過熱度が目標値となるように前記膨張弁の開度を制御し、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の温度に応じて前記第１開閉弁の開閉および前記流量調整弁の開度を制御し、
   前記蒸発器の周囲温度に応じて前記第２開閉弁の開閉を制御する、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１バイパスにおける前記流量調整弁および前記第１開閉弁の位置と前記逆止弁の位置との間に配置された流通抵抗手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御手段は、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２以上に上昇した場合に前記第１開閉弁を開くとともに前記流量調整弁の開度をその吐出冷媒温度Ｔｄに応じた開度に制御し、その吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１（＜Ｔｄ２）未満に低下した場合に前記第１開閉弁を閉じて前記流量調整弁の開度を停止開度に設定する、
   前記蒸発器の周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ２以上に上昇した場合に前記第２開閉弁を開き、その周囲温度Ｔｏが設定値Ｔｏ１（＜Ｔｏ２）未満に低下した場合に前記第２開閉弁を閉じる、
   ことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御手段は、
   前記吐出冷媒温度Ｔｄが前記設定値Ｔｄ１未満に低下しないまま前記流量調整弁の開度が所定開度以上となった場合、前記吐出冷媒温度Ｔｄが前記設定値Ｔｄ１未満に低下するまで前記圧縮機の能力を低減する、
   ことを特徴とする請求項４記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御手段は、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の温度Ｔｄが設定値Ｔｄ２以上に上昇した場合、前記第１開閉弁を開くとともに、吐出冷媒温度Ｔｄの単位時間当たりの相対的な温度変化量ΔＴｄを求め、かつ基準設定値Ｔｄｘと吐出冷媒温度Ｔｄとの絶対的な温度変化量ＴＤを求め、これら温度変化量ΔＴｄおよび温度変化量ＴＤとに基づいて前記流量調整弁の開度を増減し、
   前記吐出冷媒温度Ｔｄが設定値Ｔｄ１（＜Ｔｄ２）未満に低下した場合、前記第１開閉弁を閉じて前記流量調整弁の開度を停止開度に設定する、
   ことを特徴とする請求項４記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記凝縮器から前記膨張弁に流れる液冷媒を貯え、貯えた液冷媒の一部または貯えた液冷媒に含まれる潤滑油を前記第１バイパスに導く冷媒タンクと、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記凝縮器から流出する冷媒の凝縮温度Ｔｃが設定値Ｔｃ２以上に上昇した場合に前記圧縮機から吐出される冷媒の温度Ｔｄにかかわらず前記第１開閉弁を開いて前記流量調整弁を所定開度に設定し、その凝縮温度Ｔｃが設定値Ｔｃ１未満に低下した場合に前記第１開閉弁を閉じて前記流量調整弁を停止開度に設定する、
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。

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