JP6972369B2 - 冷凍サイクル装置の室外機、冷凍サイクル装置、及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍サイクル装置の室外機、冷凍サイクル装置、及び空気調和装置に関する。

地球温暖化への影響に配慮して、低ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）の非共沸冷媒を用いる冷凍サイクル装置が注目されている。たとえば、特開平８−７５２８０号公報には、非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置が開示されている。この冷凍空調装置では、蒸発器の蒸発圧力が目標値に一致するように、室外機のファンの回転数が制御される。蒸発圧力の目標値は、蒸発温度が０℃となる圧力として設定される。

非共沸混合冷媒は、圧力一定の下で、冷媒の乾き度に応じて飽和温度（蒸発温度）が勾配を有する。そこで、この冷凍空調装置では、非共沸混合冷媒の蒸発温度を、飽和ガス温度と飽和液温度との平均値として定義し、この蒸発温度が０℃となる圧力目標値に蒸発圧力が制御される（特許文献１参照）。

特開平８−７５２８０号公報

特許文献１に記載の冷凍空調装置では、飽和ガス温度と飽和液温度との平均値で蒸発温度を代表しているが、飽和液温度と蒸発器入側の冷媒温度とが乖離すると、上記の平均値と実際の蒸発温度との乖離が大きくなり、蒸発温度の制御の精度が低下する。この場合に、たとえば、蒸発器入側の冷媒温度を温度センサで検出し、当該温度センサの検出値を飽和液温度に代えて用いることも考えられるが、そのような温度センサを設けることは、装置のコスト増を招く。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、冷凍サイクル装置において非共沸冷媒が用いられる場合に、蒸発温度の制御の精度向上を低コストで実現することである。

本開示の室外機は、冷凍サイクル装置の室外機であって、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から出力される冷媒を凝縮する凝縮器と、制御装置と、過冷却器とを備える。制御装置は、室外機に接続される室内機の蒸発器に対して設定される蒸発温度に基づいて、蒸発器を流れる冷媒の圧力を目標圧力に制御する。制御装置は、冷媒の圧力と、その圧力における冷媒の飽和液温度と飽和ガス温度との平均を示す露沸平均温度との関係を用いて、露沸平均温度が設定蒸発温度であるときの圧力を目標圧力として設定する。過冷却器は、凝縮器の出側に設けられ、凝縮器から出力される冷媒を冷却するように構成される。

この室外機においては、露沸平均温度が設定蒸発温度であるときの圧力が目標圧力として設定され、蒸発器を流れる冷媒の圧力がその目標圧力に制御される。これにより、圧力一定の下で冷媒の乾き度に応じて蒸発温度が勾配を有する非共沸冷媒が用いられる場合においても、蒸発温度の制御を行なうことができる。

ここで、蒸発器入側の冷媒は、通常、気液二相状態となっており、蒸発器入側の冷媒は、飽和液温度よりも高い。そして、蒸発器入側の冷媒温度と飽和液温度とが乖離すると、上述のように蒸発温度の制御の精度が低下する。そこで、この室外機では、凝縮器の出側に過冷却器が設けられる。過冷却器を設けることによって、蒸発器入側の冷媒温度を低下させて飽和液温度に近づけることができる。これにより、蒸発器入側の冷媒温度と飽和液温度との乖離を抑制し、蒸発温度の制御の精度向上を図ることができる。また、この室外機によれば、蒸発器入側の冷媒温度を検出する温度センサを設ける必要がないので、装置のコストも抑制される。

本開示の室外機、冷凍サイクル装置、及び空気調和装置によれば、非共沸冷媒が用いられる場合に、蒸発温度の制御の精度向上を低コストで実現することができる。

本開示の実施の形態１に従う室外機が用いられる冷凍装置の全体構成図である。 共沸冷媒の性質を説明するｐ−ｈ線図である。 非共沸冷媒の性質を説明するｐ−ｈ線図である。 本開示の冷凍装置において、非共沸冷媒が用いられる場合の冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。 図１に示す制御装置により実行される蒸発温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 圧力−露沸平均温度マップの一例を示す図である。 変形例における蒸発温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に従う室外機が用いられる冷凍装置の全体構成図である。 実施の形態１に従う室外機が用いられる冷凍サイクルを備える空気調和装置の全体構成図である。 実施の形態２に従う室外機が用いられる冷凍サイクルを備える空気調和装置の全体構成図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に従う室外機が用いられる冷凍装置の全体構成図である。図１を参照して、冷凍装置１は、室外機２と、室内機３とを備える。室外機２は、圧縮機１０と、凝縮器２０と、ファン２２と、過冷却器４０と、ファン４２と、配管８０，８１，８３，８５と、圧力センサ９０と、制御装置１００とを含む。室内機３は、膨張弁５０と、蒸発器６０と、ファン６２と、配管８４とを含む。室内機３は、配管８３，８５を通じて室外機２に接続されている。

配管８０は、圧縮機１０の吐出ポートと凝縮器２０とを接続する。配管８１は、凝縮器２０と過冷却器４０とを接続する。配管８３は、過冷却器４０と膨張弁５０とを接続する。配管８４は、膨張弁５０と蒸発器６０とを接続する。配管８５は、蒸発器６０と圧縮機１０の吸入ポートとを接続する。

圧縮機１０は、配管８５から吸入される冷媒を圧縮して配管８０へ出力する。圧縮機１０は、制御装置１００からの制御信号に従って回転数を調整するように構成される。圧縮機１０の回転数を調整することで冷媒の循環量が調整され、冷凍装置１の能力を調整することができる。なお、後述のように、この実施の形態１では、圧縮機１０の回転数を調整することで、冷凍装置１の低圧側圧力（膨張弁５０の出側から圧縮機１０の入側の冷媒圧力）が制御される。圧縮機１０には種々のタイプのものを採用可能であり、たとえば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。

凝縮器２０は、圧縮機１０から配管８０に出力された冷媒を凝縮して配管８１へ出力する。凝縮器２０は、圧縮機１０から出力された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液相に変化する。ファン２２は、凝縮器２０において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器２０に供給する。ファン２２の回転数を調整することにより、圧縮機１０出側の冷媒圧力（高圧側圧力）を調整することができる。

過冷却器４０は、凝縮器２０から配管８１に出力された液冷媒がさらに外気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。冷媒は、過冷却器４０を通過することによって、過冷却度がさらに高められた液冷媒となる。ファン４２は、過冷却器４０において冷媒が熱交換を行なう外気を過冷却器４０に供給する。過冷却器４０が設けられることにより、室内機３に供給される冷媒の温度を低下させ、蒸発器６０の入側の冷媒温度を飽和液温度に近づけることができる。

なお、過冷却器４０は、上記のようなファン４２を用いた空冷のものに限定されず、水冷のものであってもよいし、別の冷凍サイクルによって冷却された冷媒を用いるものであってもよい。なお、凝縮器２０と過冷却器４０との間に、凝縮器２０から出力された液冷媒を一時的に貯留する液溜器を設けてもよい。

膨張弁５０は、過冷却器４０から配管８３へ出力された冷媒を減圧して配管８４へ出力する。膨張弁５０の開度を閉方向に変化させると、膨張弁５０出側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。膨張弁５０の開度を開方向に変化させると、膨張弁５０出側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。

蒸発器６０は、膨張弁５０から配管８４へ出力された冷媒を蒸発させて配管８５へ出力する。蒸発器６０は、膨張弁５０により減圧された冷媒が室内機３内の空気と熱交換（吸熱）を行なうように構成される。冷媒は、蒸発器６０を通過することにより蒸発して過熱蒸気となる。ファン６２は、蒸発器６０において冷媒が熱交換を行なう外気を蒸発器６０に供給する。圧力センサ９０は、圧縮機１０の吸入側の冷媒圧力（低圧側圧力）ＬＰを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ１０４（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００は、これらのプログラムに従って、室外機２における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

＜共沸冷媒と非共沸冷媒の説明＞
本開示における冷凍装置１は、共沸冷媒と非共沸冷媒とのいずれを用いても動作するように構成される。共沸冷媒は、組成が単一の冷媒（単一冷媒）であってもよいし、複数の冷媒を混合した冷媒（混合冷媒）であってもよい。共沸冷媒は、たとえばＲ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ等であるが、これらに限定されるものではない。

非共沸冷媒は、混合冷媒であり、一定の圧力の下で、冷媒の乾き度（湿り度）に応じて飽和温度が勾配を有する。具体的には、一定の圧力の下で、乾き度が増加するとともに蒸発温度が上昇する。非共沸冷媒は、たとえば、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４４８Ａ、Ｒ４６３Ａ等であるが、これらに限定されるものではない。

図２は、共沸冷媒の性質を説明するｐ−ｈ線図である。図２において、縦軸は圧力ｐを示し、横軸は比エンタルピｈ（ｋＪ／ｋｇ）（以下、単に「エンタルピ」と称する。）を示す。なお、この図２は、本開示の冷凍装置１における冷媒の状態を示すものではなく、共沸冷媒が用いられた一般的な冷凍装置における冷媒の状態を説明するものである。

図２を参照して、点Ｐ１１〜Ｐ１４を結ぶ実線は、冷媒装置を循環する冷媒の圧力及びエンタルピの変化を示す。点Ｐ１４→点Ｐ１１は、圧縮機における冷媒の圧縮を示し（等エントロピ変化）、点Ｐ１１→点Ｐ１２は、凝縮器における等圧冷却を示す。また、点Ｐ１２→点Ｐ１３は、膨張弁における減圧を示し、点Ｐ１３→点Ｐ１４は、蒸発器における等圧加熱を示す。点線は、冷媒の等温線を示し、圧力が低いほど温度は低い。

共沸冷媒は、圧力一定の下で、冷媒の相変化の間、飽和温度が一定となる。たとえば、図示されるように、冷凍装置の低圧側圧力（蒸発圧力）が一定の圧力ｐｅの下では、蒸発温度は、冷媒の相変化の間、冷媒の乾き度に拘わらず一定の温度Ｔｅとなる。

図３は、非共沸冷媒の性質を説明するｐ−ｈ線図である。この図３も、本開示の冷凍装置１における冷媒の状態を示すものではなく、非共沸冷媒が用いられた一般的な冷凍装置における冷媒の状態を説明するものである。

図３を参照して、点Ｐ１１〜Ｐ１４を結ぶ実線は、図２に示したものと同じである。非共沸冷媒は、圧力一定の下で、冷媒の相変化の間、冷媒の乾き度（湿り度）に応じて飽和温度が勾配を有する。たとえば、図示されるように、冷凍装置の低圧側圧力（蒸発圧力）が一定の圧力ｐｅの下で、飽和液温度ＴＬと飽和ガス温度ＴＧとは互いに異なり、飽和ガス温度ＴＧは、飽和液温度ＴＬよりも高い。蒸発器入側の冷媒の温度Ｔｉと、出側の冷媒の温度Ｔｏとも互いに異なり、蒸発器出側の過熱度が０であったとしても、温度Ｔｏは温度Ｔｉよりも高くなる。

＜蒸発温度制御の説明＞
冷凍装置においては、要求される冷凍能力に応じて蒸発器の蒸発温度（低圧側の飽和温度）の目標値が設定され、蒸発温度が目標値に一致するように低圧側圧力（蒸発器を流れる冷媒の圧力）が制御される。より詳しくは、蒸発温度の目標値に対応する目標圧力が決定され、低圧側圧力が目標圧力に一致するように、圧縮機の回転数等が調整される。

共沸冷媒が用いられる場合は、蒸発温度の目標値に対応する目標圧力は一定値となり、その目標圧力からの圧力偏差に基づくフィードバック制御が行なわれる。低圧側圧力が目標圧力に制御されることにより、蒸発温度が目標値に制御される（以下では、このような蒸発温度の制御を「蒸発温度制御」と称する。）。

一方、非共沸冷媒が用いられる場合は、上述のように、一定の圧力の下で、冷媒の相変化の間、冷媒の乾き度に応じて蒸発温度が勾配を有する。言い換えると、冷媒の相変化の間、蒸発温度の目標値に対応する目標圧力が変化する。具体的には、冷媒の乾き度が高くなるにつれて目標圧力は低下する。

このような圧力変化を考慮して、蒸発器での蒸発過程において冷媒に圧力損失を与えることで蒸発温度を維持することも考えられる。しかしながら、このような構成は、圧縮機の吸入圧を低下させるため、圧縮機の負荷が増大し、冷凍装置の性能が低下する。

そこで、この実施の形態１に従う冷凍装置１では、ある圧力における冷媒の飽和液温度と飽和ガス温度との平均を示す露沸平均温度で、その圧力における蒸発温度を代表する。そして、露沸平均温度が蒸発温度の目標値となる圧力を目標圧力とし、その目標圧力からの圧力偏差に基づくフィードバック制御が行なわれる。これにより、共沸冷媒の使用時に行なわれる上記の蒸発温度制御を非共沸冷媒の使用時にも適用することができる。

しかしながら、冷媒の飽和液温度と蒸発器入側の冷媒温度とが乖離していると、蒸発温度制御の精度が低下する。蒸発器入側の冷媒は、膨張弁を通過することで気液二相状態となっており、蒸発器入側の冷媒温度は、飽和液温度よりも高い。そして、蒸発器入側の冷媒温度が飽和液温度と乖離していると、露沸平均温度と実際の蒸発温度との乖離が大きくなり、蒸発温度制御の精度が低下する。

この場合に、蒸発器入側の冷媒温度を温度センサで検出し、当該温度センサの検出値を飽和液温度に代えて用いることも考えられるが、そのような温度センサを設けることは、装置のコスト増を招く。

そこで、この実施の形態１に従う冷凍装置１では、凝縮器２０の出側に過冷却器４０が設けられており、室内機３に供給される冷媒の過冷却度が高められている。これにより、蒸発器６０の入側の冷媒温度が低下し、飽和液温度に近づく。したがって、蒸発器入側の冷媒温度と飽和液温度との乖離が抑制され、蒸発温度制御の精度が向上する。また、蒸発器６０の入側の冷媒温度を検出する温度センサを設ける必要がないので、装置のコストも抑制される。

図４は、本実施の形態１における冷凍装置１において非共沸冷媒が用いられる場合の冷媒の状態を示すｐ−ｈ線図である。図４を参照して、点Ｐ２１〜Ｐ２５を結ぶ実線は、冷媒装置１を循環する冷媒の圧力及びエンタルピの変化を示す。点Ｐ２５→点Ｐ２１は、圧縮機１０における冷媒の圧縮を示し（等エントロピ変化）、点Ｐ２１→点Ｐ２２は、凝縮器２０における等圧冷却を示す。点Ｐ２２→点Ｐ２３は、過冷却器４０における等圧冷却を示す。点Ｐ２３→点Ｐ２４は、膨張弁５０における減圧を示し、点Ｐ２４→点Ｐ２５は、蒸発器６０における等圧加熱を示す。

この冷凍装置１では、過冷却器４０が設けられることにより、冷媒の過冷却度ＳＣが増加し、その結果、蒸発器６０の入側の冷媒温度Ｔｉ（点Ｐ２４）を飽和液温度ＴＬに近づけることができている。蒸発器６０の入側の冷媒温度Ｔｉが飽和液温度ＴＬに近づくことで、飽和液温度ＴＬと飽和ガス温度ＴＧとの平均を示す露沸平均温度Ｔｅは、蒸発器６０を流れる冷媒の温度の平均値（入側温度Ｔｉと出側温度Ｔｏとの平均）に近づく。したがって、この冷凍装置１では、露沸平均温度Ｔｅによって、蒸発器６０を流れる冷媒の温度を精度良く代表することができているといえる。

図５は、図１に示した制御装置１００により実行される蒸発温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、冷凍装置１の運転中、繰り返し実行される。

図５を参照して、制御装置１００は、設定された蒸発温度を取得する（ステップＳ１０）。この蒸発温度は、冷凍装置１のユーザが直接設定するものであってもよいし、ユーザが設定した温度設定（たとえば、冷凍装置１が設置される倉庫内の温度設定）に基づいて設定されるものであってもよいし、予め設定されているものであってもよい。

次いで、制御装置１００は、冷凍装置１で使用されている冷媒の圧力−露沸平均温度マップを読込む（ステップＳ２０）。このマップは、使用されている冷媒の圧力とその圧力における露沸平均温度との関係を示す一覧表であり、このマップを用いて、ある露沸平均温度に対応する圧力を取得することができる。冷凍装置１において使用可能な冷媒（共沸冷媒及び非共沸冷媒の双方を含む）毎に、マップが予め準備されてメモリ１０４のＲＯＭに記憶されている。

図６は、圧力−露沸平均温度マップの一例を示す図である。図６を参照して、ある冷媒について、飽和液温度ＴＬ及び飽和ガス温度ＴＧは、圧力ｐｅによって一意に定まる物性値である。露沸平均温度Ｔｅは、飽和液温度ＴＬと飽和ガス温度ＴＧとの平均値であり、この露沸平均温度Ｔｅも、圧力ｐｅによって一意に定まる。圧力−露沸平均温度マップでは、圧力Ｐｅ毎に露沸平均温度Ｔｅが対応付けられている。このような圧力−露沸平均温度マップが、冷凍装置１において使用可能な冷媒毎に予め準備されている。

再び図５を参照して、制御装置１００は、ステップＳ２０において読込まれた圧力−露沸平均温度マップを用いて、ステップＳ１０において取得された設定蒸発温度に相当する露沸平均温度に対応する圧力を、蒸発温度制御の目標圧力として決定する（ステップＳ３０）。なお、ステップＳ１０において取得された設定蒸発温度に一致する露沸平均温度がマップに示されていない場合は、制御装置１００は、設定蒸発温度に近い露沸平均温度を用いて補間計算を行なうことにより、目標圧力を決定する。

次いで、制御装置１００は、圧力センサ９０から圧力ＬＰの検出値を取得する（ステップＳ４０）。そして、制御装置１００は、取得された圧力ＬＰの検出値が、ステップＳ３０において決定された目標圧力よりも高いか否かを判定する（ステップＳ５０）。

圧力ＬＰが目標圧力よりも高ければ（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、圧縮機１０の回転数を上げるように圧縮機１０を制御する（ステップＳ６０）。一方、ステップＳ５０において圧力ＬＰが目標圧力以下であると判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、制御装置１００は、圧縮機１０の回転数を下げるように圧縮機１０を制御する（ステップＳ７０）。

なお、圧力ＬＰと目標圧力との偏差量に応じて圧縮機１０の回転数の変更量を可変としてもよい。このように、圧力ＬＰと目標圧力との偏差に基づいて圧縮機１０の回転数を調整することにより、圧力ＬＰが目標圧力近傍に調整される。その結果、露沸平均温度で代表される蒸発温度が設定蒸発温度に制御される。

なお、上記では、圧縮機１０の回転数を調整することにより圧力ＬＰを調整するものとしたが、圧縮機１０の回転数に代えて、蒸発器６０のファン６２の回転数、或いは膨張弁５０の開度を調整することにより、圧力ＬＰを調整してもよい。なお、蒸発器６０のファン６２の回転数、或いは膨張弁５０の開度を調整する場合には、制御装置１００が設けられる室外機２と、ファン６２及び膨張弁５０が設けられる室内機３との間で通信を行なう必要がある。

なお、上記のフローチャートでは、冷凍装置１に使用される冷媒が非共沸冷媒であるか共沸冷媒であるかの判断を行なっていない。冷媒が共沸冷媒の場合には、露沸平均温度は蒸発温度そのものであるので、このフローチャートは、共沸冷媒が用いられる場合にもそのまま適用することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、ある圧力における露沸平均温度で、その圧力における蒸発温度を代表する。そして、露沸平均温度が設定蒸発温度となる圧力を目標圧力とし、その目標圧力からの圧力偏差に基づくフィードバック制御が行なわれる。これにより、共沸冷媒の使用時に行なわれる蒸発温度制御を非共沸冷媒の使用時にも適用することができる。

そして、この実施の形態１では、凝縮器２０の出側に過冷却器４０が設けられ、冷媒の過冷却度が高められている。これにより、蒸発器６０の入側の冷媒温度と飽和液温度との乖離が抑制され、蒸発温度制御の精度を向上させている。また、蒸発器６０の入側の冷媒温度を検出する温度センサを設ける必要がないので、装置のコストも抑制される。

変形例．
上記の実施の形態１では、使用されている冷媒が共沸冷媒であるか非共沸冷媒であるかを判別することなく、共沸冷媒の使用時も圧力−露沸平均温度マップを用いて目標圧力を決定するものとした。この変形例では、冷媒が共沸冷媒であるか非共沸冷媒であるかが判別され、共沸冷媒の使用時は、設定された蒸発温度から一意に定まる圧力（蒸発圧力）が目標圧力として設定される。

図７は、変形例における蒸発温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、図５のフローチャートに対応するものであり、このフローチャートに示される一連の処理も、冷凍装置１の運転中、繰り返し実行される。

図７を参照して、ステップＳ１１０，Ｓ１４０〜Ｓ１９０の処理は、それぞれ図５に示したステップＳ１０〜Ｓ７０の処理と同じである。この変形例では、ステップＳ１１０において、設定された蒸発温度が取得されると、制御装置１００は、冷凍装置１において使用されている冷媒が非共沸冷媒であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。冷媒が非共沸冷媒であるか否かは、たとえば、ユーザにより設定される使用冷媒の種類に基づいて判定することができる。

ステップＳ１２０において、使用されている冷媒は非共沸冷媒ではない、すなわち共沸冷媒であると判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御装置１００は、設定された蒸発温度に基づいて目標圧力を設定する（ステップＳ１３０）。共沸冷媒では、圧力と蒸発温度との関係は１対１の関係にあり、設定された蒸発温度に基づいて目標圧力を決定することができる。なお、圧力と蒸発温度との関係は、マップとしてメモリ１０４のＲＯＭに記憶されている。そして、ステップＳ１３０の実行後、制御装置１００は、ステップＳ１６０へ処理を移行し、圧力センサ９０から圧力ＬＰの検出値を取得する。

一方、ステップＳ１２０において、使用されている冷媒は非共沸冷媒であると判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ１４０へ処理を移行し、使用されている冷媒の圧力−露沸平均温度マップをメモリ１０４から読込む。ステップＳ１５０以降の処理は、図５に示したフローチャートのステップＳ３０以降と同じであるので、説明を繰り返さない。

以上のように、この変形例によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
実施の形態２．
この実施の形態２は、過冷却器の構成が実施の形態１と異なる。

図８は、実施の形態２に従う室外機が用いられる冷凍装置の全体構成図である。図８を参照して、この冷凍装置１Ａは、室外機２Ａと、室内機３とを備える。室外機２Ａは、図１に示した実施の形態１の室外機２において、過冷却器４０及び圧縮機１０に代えて、それぞれ過冷却器４０Ａ及び圧縮機１０Ａを含むとともに、配管８３から分岐して圧縮機１０Ａに冷媒を戻すバイパス回路をさらに含む。

過冷却器４０Ａは、内部熱交換器４４と、膨張弁４６とを含む。内部熱交換器４４は、凝縮器２０の出側の配管８１を流れる冷媒と、バイパス回路を構成する配管８７を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。

膨張弁４６は、配管８３から分岐する配管８６を流れる冷媒を減圧して配管８７へ出力する。膨張弁４６を通過した冷媒は、膨張弁４６により減圧されるとともに温度が低下する。これにより、過冷却器４０Ａにおいて、配管８７を流れる冷媒によって、凝縮器２０から出力される冷媒をさらに冷却することができる。すなわち、凝縮器２０から配管８１へ出力された冷媒は、過冷却器４０Ａを通過することによって、過冷却度が高められる。

圧縮機１０Ａは、インジェクションポートを有する。配管８７をインジェクションポートに接続してバイパス回路を流れる冷媒をインジェクションポートに戻すことにより、圧縮機１０Ａから吐出される冷媒の温度を下げることができる。なお、この例では、インジェクションの効果を得るために、冷媒の過冷却を必要としない共沸冷媒の使用時においても、バイパス回路に冷媒が流される。

なお、この実施の形態２に従う室外機２Ａ及びそれが用いられる冷凍装置１Ａの構成は、上述した構成を除いて、図１に示した構成と同じである。制御装置１００により実行される蒸発温度制御の処理手順についても、図５に示したフローチャートと同じであり、変形例として、図７に示したフローチャートを採用することもできる。

なお、上記においては、バイパス回路を流れる冷媒は、圧縮機１０Ａのインジェクションポートに戻されるものとしたが、圧縮機１０Ａに代えて、インジェクションポートを有さない圧縮機１０を採用し、バイパス回路を流れる冷媒を圧縮機１０の吸入側の配管８５に戻してもよい。この場合、共沸冷媒が用いられるときは、膨張弁４６を全閉にしてバイパス回路を遮断し、非共沸冷媒が用いられるときは、膨張弁４６を開にして（絞り有）バイパス回路及び過冷却器４０Ａを機能させるようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、内部熱交換器４４によって過冷却器４０Ａを構成することができるので、外部熱源を用いるための構成を別途設けることなく、冷媒の過冷却を拡大させることができる。そして、このような過冷却器４０Ａが設けられることによって、蒸発器６０の入側の冷媒温度と飽和液温度との乖離が抑制され、蒸発温度制御の精度を向上させることができる。

上記の実施の形態１，２及び変形例では、倉庫やショーケース等に主に用いられる室外機及び冷凍装置について代表的に説明したが、本開示に従う室外機は、図９，１０に示されるように、冷凍サイクルを用いた空気調和装置２００，２００Ａにも適用可能である。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 冷凍装置、２，２Ａ 室外機、３ 室内機、１０，１０Ａ 圧縮機、２０ 凝縮器、２２，４２，６２ ファン、４０，４０Ａ 過冷却器、４４ 内部熱交換器、４６，５０ 膨張弁、６０ 蒸発器、８０〜８７ 配管、９０ 圧力センサ、１００ 制御装置、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、２００，２００Ａ 空気調和装置。

Claims (5)

1. 冷凍サイクル装置の室外機であって、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から出力される冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記室外機に接続される室内機の蒸発器に対して設定される蒸発温度に基づいて、前記蒸発器を流れる冷媒の圧力を目標圧力に制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記圧力と、前記圧力における冷媒の飽和液温度と飽和ガス温度との平均を示す露沸平均温度との関係を用いて、前記露沸平均温度が前記蒸発温度であるときの前記圧力を前記目標圧力として設定し、さらに、
   前記凝縮器の出側に設けられ、前記凝縮器から出力される冷媒を冷却するように構成された過冷却器を備え、
   前記制御装置は、冷媒が共沸冷媒であるか非共沸冷媒であるかに拘わらず、前記露沸平均温度が前記蒸発温度であるときの前記圧力を前記目標圧力として設定する、冷凍サイクル装置の室外機。
2. 前記過冷却器は、
   前記過冷却器の出側の冷媒の一部を、前記室内機を通過することなく前記圧縮機へ戻すように構成されたバイパス回路と、
   前記バイパス回路に設けられる膨張弁と、
   前記膨張弁から出力される冷媒と前記凝縮器から出力される冷媒との間で熱交換を行なうように構成された内部熱交換器とを含む、請求項１に記載の冷凍サイクル装置の室外機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の室外機と、
   前記室外機に接続される室内機とを備える冷凍サイクル装置。
4. 請求項３に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和装置。
5. 前記制御装置は、前記冷凍サイクル装置において使用可能な冷媒毎に予め準備される、前記圧力と前記圧力における前記露沸平均温度との関係を示すマップを記憶する記憶部を含み、
   前記制御装置は、冷媒が共沸冷媒であるか非共沸冷媒であるかに拘わらず、前記冷凍サイクル装置において使用されている冷媒の前記マップを用いて、前記露沸平均温度が前記蒸発温度であるときの前記圧力を前記目標圧力として設定する、請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置の室外機。

Images