JP7331822B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機を冷媒で冷却する冷凍サイクル装置に関する。

引用文献１には、冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機であって、モータを冷媒で冷却するように構成された電動圧縮機が記載されている。

この従来技術の圧縮機は、ハウジングとモータと圧縮ユニットとを有している。ハウジングは、モータと圧縮ユニットとを収容している。ハウジングには、冷凍サイクル装置の蒸発器で蒸発した冷媒が流入する。ハウジングに流入した冷媒は、モータから吸熱した後、圧縮ユニットに吸入されて圧縮される。冷媒がモータから吸熱することにより、モータが冷却される。

特開２００６－２０７４２２号公報

ハウジングには、蒸発器で蒸発した冷媒が流入する圧縮機に吸入されるので、冷媒がモータから吸熱すると圧縮ユニットに吸入される冷媒の密度が低下する。

圧縮ユニットに吸入される冷媒の密度が低下した分、圧縮ユニットが吐出する冷媒の流量（具体的には重量流量）が減少する。そのため、冷凍サイクル装置に循環する冷媒の流量が減少するので、冷凍サイクル装置の能力が低下してしまう。

特に、冷凍サイクル装置の熱負荷が高いほど圧縮機に要求される動力が大きくなりモータの発熱量が大きくなるので、圧縮ユニットに吸入される冷媒の密度が大幅に低下して冷凍サイクル装置の能力が大幅に低下してしまう。

本発明は、上記点に鑑みて、冷凍サイクル装置の能力が低下することを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の冷凍サイクル装置は、
冷媒を圧縮する圧縮室（１１５）を形成する圧縮機構（１１１）と、圧縮機構で圧縮される前の冷媒によって冷却される被冷却部（１１２）とを有する圧縮機（１１）と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
放熱器で放熱された冷媒を減圧させる蒸発器用減圧部（１３）と、
冷媒減圧部で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
被冷却部を冷却した後、かつ圧縮室に流入する前の冷媒の状態を取得する取得部（６８、２０３）と、
取得部が取得した冷媒の状態に基づいて、圧縮室に流入する冷媒の過熱度を制御する制御部（２０２）とを備え、
被冷却部は、蒸発器で蒸発された後、かつ圧縮機構で圧縮される前の冷媒によって冷却される。

これにより、圧縮機構に吸入される冷媒の密度が低下することを抑制できるので、被冷却部を冷却することに伴って冷凍サイクル装置の能力が低下することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態の冷凍サイクル装置を示す全体構成図である。 第１実施形態の圧縮機を示す断面図である。 第１実施形態の電気制御部を示すブロック図である。 第１実施形態の制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の冷凍サイクル装置における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。 第２実施形態の冷凍サイクル装置を示す全体構成図である。 第２実施形態の制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の冷凍サイクル装置を示す全体構成図である。 第４実施形態の冷凍サイクル装置を示す全体構成図である。 第５実施形態の制御装置による過熱度の算出手順を示す説明図である。 第５実施形態の制御装置による圧縮機吸入冷媒密度の算出の仕方を説明する説明図である。 第６実施形態の冷凍サイクル装置を示す全体構成図である。 第６実施形態の制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第６実施形態の冷凍サイクル装置における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。

（第１実施形態）
図１に示す冷凍サイクル装置１０は、空調装置において、空調対象空間へ送風される空気を加熱する機能を果たす。

冷凍サイクル装置１０は、圧縮機１１と放熱器１２と蒸発器用膨張弁１３と蒸発器１４とを備える蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。圧縮機１１は、冷媒を圧縮して吐出する。

放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒と、空調対象空間へ送風される空気とを熱交換させて放熱させる。

蒸発器用膨張弁１３は、放熱器１２から流出した冷媒を減圧させる蒸発器用減圧部である。蒸発器用膨張弁１３は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。

蒸発器１４は、蒸発器用膨張弁１３にて減圧された冷媒を熱交換させて蒸発させる。本例では、蒸発器１４は、冷媒を外気と熱交換させて外気から吸熱する。送風機３０は、蒸発器１４へ外気を送風する外気送風部である。送風機３０は、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。

冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。冷媒としてＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。冷媒には圧縮機１１内の摺動部位を潤滑するための冷凍機油（以下では、オイルと言う。）が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

圧縮機１１は、圧縮機構部１１１と電動機部１１２とシャフト１１３とハウジング１１４とを有する電動圧縮機である。圧縮機構部１１１は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。電動機部１１２は、圧縮機構部１１１を回転駆動する回転駆動源である。電動機部１１２は、電力を供給されることによって回転駆動力を出力する電気モータである。電動機部１１２は、冷媒によって冷却される被冷却部である。

シャフト１１３は、電動機部１１２から出力された回転駆動力を圧縮機構部１１１へ伝達する回転軸である。ハウジング１１４は、圧縮機１１の外殻を形成している。圧縮機構部１１１、電動機部１１２およびシャフト１１３は、ハウジング１１４を介して一体化されている。

圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０に搭載した状態で、シャフト１１３が略水平方向に延びる、いわゆる横置きタイプとして構成されている。

圧縮機構部１１１は、可動スクロールと固定スクロールとを有している。可動スクロールは、シャフト１１３から伝達される回転駆動力によって公転運動する。固定スクロールは、ハウジング１１４に固定されていて、可動スクロールと噛み合う。可動スクロールと固定スクロールとの間に、冷媒を圧縮する圧縮室１１５が形成される。

ハウジング１１４のうち電動機部１１２の近傍部位には、吸入ポート１１４ａが形成されている。吸入ポート１１４ａは、蒸発器１４から流出した冷媒をハウジング１１４内に吸入する。

図２中の矢印に示すように、吸入ポート１１４ａからハウジング１１４内に吸入された冷媒は、電動機部１１２の周りを流れて電動機部１１２から吸熱した後、圧縮機構部１１１の圧縮室１１５に吸入される。

ハウジング１１４のうち圧縮機構部１１１の近傍部位には、吐出ポート１１４ｂが形成されている。吐出ポート１１４ｂは、圧縮機構部１１１から吐出された冷媒を放熱器１２の冷媒入口側へ吐出する。

次に、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。図３に示す制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置２０は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。制御対象機器は、圧縮機１１、蒸発器用膨張弁１３および送風機３０等である。

制御装置２０の入力側には、内気温センサ６１、外気温センサ６２、日射センサ６３、吐出冷媒圧力センサ６４、吐出冷媒温度センサ６５、放熱器温度センサ６６、吸入冷媒圧力センサ６７、圧縮室前温度センサ６８等が接続されている。そして、制御装置２０には、これらのセンサ群の検出信号が入力される。

内気温センサ６１は、車室内温度Ｔｒ（以下では、内気温Ｔｒと言う。）を検出する内気温検出部である。外気温センサ６２は、車室外温度Ｔａｍ（以下では、外気温Ｔａｍと言う。）を検出する外気温検出部である。日射センサ６３は、車室内へ照射される日射量Ａｓを検出する日射量検出部である。

吐出冷媒圧力センサ６４は、圧縮機１１から吐出された冷媒の圧力Ｐｄを検出する吐出冷媒圧力検出部である。吐出冷媒温度センサ６５は、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度Ｔｄを検出する吐出冷媒温度検出部である。放熱器温度センサ６６は、放熱器１２の温度（以下、放熱器温度と言う。）を検出する放熱器温度検出部である。

吸入冷媒圧力センサ６７は、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力Ｐｓを検出する吸入冷媒圧力検出部である。すなわち、吸入冷媒圧力センサ６７は、冷凍サイクル装置１０の低圧側圧力を検出する。

圧縮室前温度センサ６８は、圧縮機１１の圧縮室１１５に吸入される冷媒の温度Ｔｉｎを検出する。すなわち、圧縮室前温度センサ６８は、電動機部１１２から吸熱した後、かつ圧縮機構部１１１に吸入される前の冷媒の温度Ｔｉｎを検出する。圧縮室前温度センサ６８は、電動機部１１２を冷却した後、かつ圧縮室１１５に流入する前の冷媒の状態を取得する取得部である。

制御装置２０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル７０が接続されている。制御装置２０には、操作パネル７０に設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。

操作パネル７０に設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、オートスイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ等がある。

オートスイッチは、車両用空調装置の自動制御運転を設定あるいは解除する操作部である。温度設定スイッチは、車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する操作部である。

本実施形態の制御装置２０は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものである。制御装置２０のうち、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部である。

例えば、制御装置２０のうち、圧縮機１１の冷媒吐出能力（具体的には、圧縮機１１の回転数）を制御する構成は、圧縮機制御部２０１である。蒸発器用膨張弁１３の作動を制御する構成は、膨張弁制御部２０２である。制御装置２０は、種々の演算を行う演算部２０３を有している。

次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。制御装置２０は、圧縮機１１の回転数の増減量ΔＩＶＯを決定する。増減量ΔＩＶＯは、目標放熱器温度と実際の放熱器温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、実際の放熱器温度が目標放熱器温度に近づくように決定される。

目標放熱器温度は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、目標放熱器温度が上昇するように決定される。目標吹出温度ＴＡＯは、車室内へ吹き出される空気の目標温度である。目標吹出温度ＴＡＯは、内気温センサ６１によって検出された内気温Ｔｒ、外気温センサ６２によって検出された外気温Ｔａｍ、日射センサ６３によって検出された日射量Ａｓ、温度設定スイッチによって設定された設定温度Ｔｓｅｔ等を用いて算定される。

冷凍サイクル装置１０では、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が、放熱器１２へ流入し、空調対象空間へ送風される空気と熱交換して放熱する。これにより、空気が加熱される。放熱器１２から流出した冷媒は、蒸発器用膨張弁１３にて低圧冷媒となるまで減圧されて蒸発器１４へ流入する。蒸発器１４へ流入した冷媒は、外気から吸熱して蒸発する。蒸発器１４から流出した冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。

本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、以上の如く作動して、空調装置において、室内空気を加熱することができる。

制御装置２０は、図４のフローチャートに示すように、蒸発器用膨張弁１３の開度を決定する。ステップＳ１００では、吸入冷媒圧力センサ６７の検出信号、および圧縮室前温度センサ６８の検出信号を読み込む。すなわち、吸入冷媒圧力センサ６７が検出した冷媒圧力Ｐｓ（以下、吸入圧力Ｐｓと言う。）、および圧縮室前温度センサ６８が検出した冷媒温度Ｔｉｎ（以下、圧縮室前温度Ｔｉｎと言う。）を読み込む。

ステップＳ１１０では、読み込んだ吸入圧力Ｐｓおよび圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいて圧縮室１１５前の冷媒の過熱度ＳＨを算出し、算出した過熱度ＳＨが５ｄｅｇ未満であるか、５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満であるか、または１０ｄｅｇ以上であるか、を判定する。ステップＳ１１０において、５ｄｅｇは第１基準温度であり、１０ｄｅｇは第２基準温度である。

算出した過熱度ＳＨが５ｄｅｇ未満である場合、ステップＳ１２０へ進み、蒸発器用膨張弁１３の開度を小さくする。これにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量が減少するので、蒸発器１４から流出した冷媒の過熱度が高くなる。

算出した過熱度ＳＨが５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満である場合、ステップＳ１３０へ進み、蒸発器用膨張弁１３の開度をそのまま維持する。これにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量がほぼ変化しないので、蒸発器１４から流出した冷媒の過熱度もほぼ変化しない。

算出した過熱度ＳＨが１０ｄｅｇ以上である場合、ステップＳ１４０へ進み、蒸発器用膨張弁１３の開度を大きくする。これにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量が増加するので、蒸発器１４から流出した冷媒の過熱度が低くなる。

したがって、圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度ＳＨを５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満に極力維持できる。これにより、電動機部１１２を冷却して圧縮室１１５に流入する冷媒の密度低下を抑制できる。

図５は、本実施形態における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。点ａ１は圧縮機１１に流入して電動機部１１２を冷却する前の冷媒の状態、点ｂ１は圧縮機１１内において電動機部１１２を冷却して圧縮室１１５に流入する前の冷媒の状態、点ｃ１は圧縮機１１から吐出された冷媒の状態を示している。

点ｂ１での冷媒（すなわち、電動機部１１２を冷却した後の冷媒）の過熱度を５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満に極力維持することから、点ａ１での冷媒（すなわち、電動機部１１２を冷却する前の冷媒）は気液二相状態となる。

圧縮機１１に流入した気液二相冷媒は電動機部１１２から吸熱するが、吸熱した熱量は液冷媒の蒸発に費やされるため、吸熱した後の冷媒の過熱度は小さく抑えられる。したがって、冷媒が過熱度を持つことによる冷媒の体積膨張を小さく抑えることができるので、圧縮機１１が吐出する冷媒の重量流量低下を小さく抑えることができる。

本実施形態では、圧縮室前温度センサ６８は、圧縮機１１の電動機部１１２を冷却した後、かつ圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する前の冷媒の温度Ｔｉｎを検出する。制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８が取得した冷媒の温度Ｔｉｎに基づいて、圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度ＳＨを制御する。

これにより、圧縮機構１１１に吸入される冷媒の密度が低下することを抑制できるので、電動機部１１２を冷却することに伴って冷凍サイクル装置の能力が低下することを抑制できる。

本実施形態では、制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいて蒸発器用膨張弁１３を制御することによって、圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度ＳＨを制御する。これにより、圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を精度良く制御できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度に基づいて蒸発器用膨張弁１３の開度を制御するが、本実施形態では、図６～７に示すように、圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度に基づいてバイパス膨張弁１５の開度を制御する。

図６に示すバイパス膨張弁１５は、放熱器１２から流出してバイパス流路１６を流れる冷媒を減圧させる。バイパス膨張弁１５は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。

バイパス流路１６は、放熱器１２から流出した冷媒を、蒸発器用膨張弁１３および蒸発器１４をバイパスさせて圧縮機１１の吸入側へ導くバイパス部である。

バイパス膨張弁１５を通過した冷媒には、気相冷媒よりも液相冷媒が多く含まれている（いわゆる、液リッチな状態）。バイパス膨張弁１５を通過した液リッチな冷媒が、蒸発器１４を通過した気相冷媒と混合されることで、圧縮機１１に気液二相冷媒を供給できる。

制御装置２０は、図７のフローチャートに示すように、バイパス膨張弁１５の開度を決定する。ステップＳ２００では、圧縮室前温度センサ６８の検出信号および吸入冷媒圧力センサ６７の検出信号を読み込む。すなわち、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎおよび吸入冷媒圧力センサ６７が検出した吸入圧力Ｐｓを読み込む。

ステップＳ２１０では、読み込んだ吸入圧力Ｐｓおよび圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいて圧縮室１１５前の冷媒の過熱度を算出し、算出した過熱度が５ｄｅｇ未満であるか、５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満であるか、または１０ｄｅｇ以上であるか、を判定する。ステップＳ２１０において、５ｄｅｇは第１基準温度であり、１０ｄｅｇは第２基準温度である。

算出した過熱度が５ｄｅｇ未満である場合、ステップＳ２２０へ進み、バイパス膨張弁１５の開度を小さくする。これにより、バイパス膨張弁１５を通過する冷媒の流量が減少するので、圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度が高くなる。

算出した過熱度が５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満である場合、ステップＳ２３０へ進み、バイパス膨張弁１５の開度をそのまま維持する。これにより、バイパス膨張弁１５を通過する冷媒の流量がほぼ変化しないので、圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度もほぼ変化しない。

算出した過熱度が１０ｄｅｇ以上である場合、ステップＳ１４０へ進み、バイパス膨張弁１５の開度を大きくする。これにより、バイパス膨張弁１５を通過する冷媒の流量が増加するので、圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度が低くなる。

したがって、圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満に極力維持できるので、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本実施形態では、制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいてバイパス減圧部１５を制御することによって、圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を制御する。

これにより、圧縮機１１に液相冷媒を確実に供給できるので、圧縮機構１１１に吸入される冷媒の密度が低下することを確実に抑制できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、蒸発器用膨張弁１３の開度を制御することによって、圧縮機１１に流入する液冷媒の流量を調整する。本実施形態では、図８に示すように、アキュムレータ１７のオイル戻し穴の開口面積を制御することによって、圧縮機１１に戻される圧縮機１１に流入する液冷媒の流量を調整する。

アキュムレータ１７は、蒸発器１４から流出した冷媒の気液を分離する気液分離部である。アキュムレータ１７は、分離された気相冷媒と液相冷媒とを別々に流出させることが可能になっている。

アキュムレータ１７は、パイプ１７ａを有している。本例では、パイプ１７ａはＵ字状に形成されている。パイプ１７ａは、屈曲部が下方側に位置するように、アキュムレータ１７の内部空間に配置されている。パイプ１７ａの一端は、圧縮機１１の吸入口側に接続されている。アキュムレータ１７内の気相冷媒は、パイプ１７ａの他端から吸入される。

パイプ１７ａの下端部には微小なオイル戻し穴が形成されている。オイル戻し穴は、アキュムレータ１７の底部に溜まったオイルをパイプ１７ａの下端部に吸い込み、このオイルを、パイプ１７ａを流れる気相冷媒に混合して圧縮機１１へと流出させる油戻し部である。従って、アキュムレータ１７は、圧縮機１１に液相冷媒が吸入されることを抑制し、圧縮機１１における液圧縮を防止する機能を果たす。

アキュムレータ１７のオイル戻し穴には、オイル戻し調整弁１７ｂが配置されている。オイル戻し調整弁１７ｂは、オイル戻し穴の開口面積を調整する油戻し調整部である。オイル戻し調整弁１７ｂは、開度を変更可能に構成された弁体と、弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の開口面積調整機構である。オイル戻し調整弁１７ｂの作動は制御装置２０によって制御される。
制御装置２０がオイル戻し調整弁１７ｂの開度を大きくすることによって、圧縮機１１に流入する液冷媒の流量（換言すれば潜熱量）が増加する。

制御装置２０がオイル戻し調整弁１７ｂの開度を小さくすることによって、圧縮機１１に流入する液冷媒の流量（換言すれば潜熱量）が減少する。

したがって、上記実施形態と同様に圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を制御できるので、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本実施形態では、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいてアキュムレータ１７のオイル戻し調整弁１７ｂを制御することによって、圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を制御する。

これにより、アキュムレータ１７を利用して圧縮機１１に液相冷媒を確実に供給できるので、圧縮機構１１１に吸入される冷媒の密度が低下することを簡素な構成によって抑制できる。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、アキュムレータ１７のオイル戻し穴の開口面積をオイル戻し調整弁１７ｂで制御することによって、圧縮機１１に戻される圧縮機１１に流入する液冷媒の流量を調整する。本実施形態では、図９に示すように、アキュムレータ１７の底面と圧縮機１１の吸入口との間に設けられた液冷媒流路１８の流路面積を液冷媒調整弁１９で制御することによって、圧縮機１１に戻される圧縮機１１に流入する液冷媒の流量を調整する。

液冷媒流路１８は、アキュムレータ１７で分離された液冷媒を圧縮機１１に導く液戻し部である。液冷媒調整弁１９は、液冷媒流路１８の流路面積を調整する液流路調整部である。液冷媒調整弁１９は、開度を変更可能に構成された弁体と、弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の開口面積調整機構である。液冷媒調整弁１９の作動は制御装置２０によって制御される。
制御装置２０が液冷媒調整弁１９の開度を大きくすることによって、圧縮機１１に流入する液冷媒の流量（換言すれば潜熱量）が増加する。制御装置２０が液冷媒調整弁１９の開度を小さくすることによって、圧縮機１１に流入する液冷媒の流量（換言すれば潜熱量）が減少する。したがって、上記第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本実施形態では、制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいて液冷媒調整弁１９を制御することによって、圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を制御する。

これにより、圧縮機１１に液相冷媒を確実に供給できるので、圧縮機構１１１に吸入される冷媒の密度が低下することを確実に抑制できる。

（第５実施形態）
上記実施形態では、制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８によって検出した圧縮室前温度Ｔｉｎを用いて過熱度ＳＨを算出する。本実施形態では、制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８によって検出した圧縮室前温度Ｔｉｎを用いることなく過熱度ＳＨを算出する。

制御装置２０の演算部２０３は、過熱度ＳＨを算出する過熱度算出部である。換言すれば、演算部２０３は、電動機部１１２を冷却した後、かつ圧縮室１１５に流入する前の冷媒の状態を取得する取得部である。

演算部２０３は、図１０に示す手順によって過熱度ＳＨを算出する。制御装置２０は、圧縮機１１の回転数ＮＣ、圧縮機１１の吐出容量、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓ、および予め記憶された制御マップに基づいて、圧縮機１１の体積効率ηｖおよび圧縮効率ηｃを算出する。

制御装置２０の演算部２０３は、圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓ、吐出温度Ｔｄ、吐出圧力Ｐｄおよび圧縮効率ηｃに基づいて、圧縮機１１に吸入される冷媒の密度ρｓ（以下、圧縮機吸入冷媒密度ρｓと言う。）を算出する。

すなわち、図１１に示すモリエル線図上の点ｃ５の位置が吐出温度Ｔｄおよび吐出圧力Ｐｄよりわかる。圧縮行程の線Ｌｃは、圧縮効率ηｃが小さいほど等エントロピ線Ｌｉに対して寝ることとなる。したがって、圧縮行程の線Ｌｃが圧縮効率ηｃよりわかる。圧縮行程の線Ｌｃおよび吸入圧力Ｐｓより、図１１に示すモリエル線図上の点ａ５の位置がわかるので、圧縮室１１５に吸入される冷媒の乾き度がわかる。したがって、圧縮機吸入冷媒密度ρｓを算出できる。

制御装置２０の演算部２０３は、圧縮機１１の回転数ＮＣ、吐出容量および体積効率ηｖ、並びに圧縮機吸入冷媒密度ρｓに基づいて、圧縮機１１に吸入される冷媒の流量Ｇｃ（以下、圧縮機吸入冷媒流量Ｇｃと言う。）を算出する。

制御装置２０の演算部２０３は、モータ電力に基づいてモータ発熱量Ｑｍを算出する。制御装置２０の演算部２０３は、モータ発熱量Ｑｍと圧縮機吸入冷媒流量Ｇｃとに基づいて、圧縮室１１５に吸入される冷媒と圧縮機１１に吸入される冷媒とのエンタルピ差ΔＩを算出する。具体的には、圧縮室１１５に吸入される冷媒の流量は圧縮機吸入冷媒流量Ｇｃと同じであることから、モータ発熱量Ｑｍを圧縮機吸入冷媒流量Ｇｃで除することによってエンタルピ差ΔＩを算出できる。

制御装置２０の演算部２０３は、圧縮機１１の吐出温度Ｔｄ、吐出圧力Ｐｄおよび圧縮効率ηｃに基づいて、圧縮機１１に吸入される冷媒のエンタルピＩｃ（以下、実吸入エンタルピＩｃと言う。）を算出する。具体的には、図１１の点ａ５の位置より実吸入エンタルピＩｃがわかる。

制御装置２０の演算部２０３は、圧縮機１１に吸入される冷媒のエンタルピＩｃにエンタルピ差ΔＩを加えることによって、圧縮室１１５に吸入される冷媒のエンタルピＩｉｎを算出する（図５を参照）。

制御装置２０の演算部２０３は、エンタルピＩｉｎと圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓとに基づいて、圧縮室１１５に吸入される冷媒の過熱度ＳＨを算出する。具体的には、エンタルピＩｉｎに基づいて圧縮室１１５に吸入される冷媒の温度（すなわち、圧縮室前温度Ｔｉｎ）を算出する。そして、圧縮室前温度Ｔｉｎと圧縮機１１の吸入圧力Ｐｓとに基づいて冷媒の過熱度ＳＨを算出する。

本実施形態によると、圧縮室前温度センサ６８を用いることなく、圧縮室前温度Ｔｉｎを取得できるので、部品点数を削減できる。

本実施形態では、制御装置２０の演算部２０３は、電動モータを駆動する電力量と、電動モータの回転数と、圧縮機１１が吸い込む冷媒の圧力Ｐｓと、圧縮機１１が吐出した冷媒の圧力Ｐｄおよび温度Ｔｄとに基づいて、圧縮室前温度Ｔｉｎを算出する。

これによると、圧縮室前温度センサ６８を用いることなく圧縮室前温度Ｔｉｎを算出できるので、構成を簡素化できる。

（第６実施形態）
本実施形態では、図１２に示すように、上記第１実施形態に対して、ホットガス流路３１と流量調整弁３２とが追加されている。

ホットガス流路３１は、圧縮機１１から吐出された冷媒を、放熱器１２、蒸発器用膨張弁１３および蒸発器１４をバイパスさせて圧縮機１１の吸入側へ導くホットガス流路部である。

流量調整弁３２は、圧縮機１１から吐出されてホットガス流路３１を流れる冷媒を減圧させるとともにホットガス流路３１を流れる冷媒の流量（質量流量）を調整する流量調整部である。流量調整弁３２は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。流量調整弁３２は、ホットガス流路３１を全閉可能になっている。流量調整弁３２は、制御装置２０によって制御される。

ホットガス流路３１を通過した冷媒は、蒸発器１４を通過した気相冷媒よりも過熱度が高くなっている。ホットガス流路３１を通過した過熱度の高い冷媒が、蒸発器１４を通過した冷媒と混合されることで、圧縮機１１に供給される冷媒の過熱度を高めることができる。

本実施形態では、圧縮機１１から吐出された冷媒が、放熱器１２、蒸発器用膨張弁１３、蒸発器１４、圧縮機１１の吸入口の順に循環する。同時に、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部が、ホットガス流路３１を介して、流量調整弁３２、圧縮機１１の吸入口の順に循環する。

制御装置２０は、蒸発器用膨張弁１３および流量調整弁３２については、圧縮室１１５前の冷媒の過熱度ＳＨが所定範囲内になるように開度を制御する。具体的には、制御装置２０は、図１３のフローチャートに示すように、蒸発器用膨張弁１３および流量調整弁３２の開度を決定する。ステップＳ３００では、圧縮室前温度センサ６８の検出信号および吸入冷媒圧力センサ６７の検出信号を読み込む。すなわち、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎおよび吸入冷媒圧力センサ６７が検出した吸入圧力Ｐｓを読み込む。

ステップＳ３１０では、読み込んだ吸入圧力Ｐｓおよび圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいて圧縮室１１５前の冷媒の過熱度を算出し、算出した過熱度が５ｄｅｇ未満であるか、５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満であるか、または１０ｄｅｇ以上であるか、を判定する。ステップＳ２１０において、５ｄｅｇは第１基準温度であり、１０ｄｅｇは第２基準温度である。

算出した過熱度が５ｄｅｇ未満である場合、ステップＳ３２０へ進み、蒸発器用膨張弁１３の開度を小さくする、または流量調整弁３２の開度を大きくする。これにより、圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度が高くなる。蒸発器１４に対する風量（すなわち、送風機３０の風量）を大きくしてもよい。これにより、蒸発器１４での熱交換量が増加するので、蒸発器１４から流出した冷媒の過熱度が増加し、ひいては圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度が高くなる。

算出した過熱度が５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満である場合、ステップＳ３３０へ進み、蒸発器用膨張弁１３および流量調整弁３２の開度をそのまま維持する。これにより、流量調整弁３２を通過する冷媒の流量がほぼ変化しないので、圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度もほぼ変化しない。さらに、蒸発器１４に対する風量（すなわち、送風機３０の風量）をそのまま維持する。

算出した過熱度が１０ｄｅｇ以上である場合、ステップＳ３４０へ進み、蒸発器用膨張弁１３の開度を大きくする、または流量調整弁３２の開度を小さくする。これにより、圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度が低くなる。蒸発器１４に対する風量（すなわち、送風機３０の風量）を小さくしてもよい。例えば、送風機３０を停止させて送風機３０の風量をゼロにしてもよい。これにより、蒸発器１４での熱交換量が減少するので、蒸発器１４から流出した冷媒の過熱度が減少し、ひいては圧縮機１１に流入する冷媒の過熱度が低くなる。

したがって、圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度が５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満に極力維持される。

本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、図１４のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。すなわち、圧縮機１１から吐出された冷媒（図１４のａ１４点）は、放熱器１２側と流量調整弁３２側とに分岐される。放熱器１２側に分岐された冷媒は、放熱器１２へ流入して空気に放熱する（図１４のａ１４点からｂ１４点へ）。これにより、空調対象空間へ送風される空気が加熱される。

放熱器１２から流出した冷媒は、蒸発器用膨張弁１３へ流入して減圧される（図１４のｂ１４点からｃ１４点へ）。蒸発器用膨張弁１３から流出した比較的エンタルピの低い冷媒は、蒸発器１４へ流入する。蒸発器１４へ流入した冷媒は、外気と熱交換する。

一方、流量調整弁３２側に分岐された冷媒は、ホットガス流路３１へ流入する。ホットガス流路３１へ流入した冷媒は、流量調整弁３２にて流量調整されて減圧される（図１４のａ１４点からｄ１４点へ）。流量調整弁３２にて減圧された比較的エンタルピの高い冷媒は、蒸発器１４で熱交換された冷媒と混合されて圧縮機１１に吸入される（図１４のｃ１４点からｅ１４点へ、およびｄ１４点からｅ１４点へ）。

この際、圧縮機１１に吸入される冷媒の過熱度ＳＨは、所定範囲内（５ｄｅｇ以上かつ１０ｄｅｇ未満）に近づく。混合された冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。

このように、本実施形態では、制御装置２０は、圧縮室前温度センサ６８が検出した圧縮室前温度Ｔｉｎに基づいて蒸発器用膨張弁１３および流量調整弁３２のうち少なくとも一方を制御することによって、圧縮機構１１１の圧縮室１１５に流入する冷媒の過熱度を制御する。これにより、冷凍サイクル装置１０に循環する冷媒の流量を増やすことができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、制御装置２０が実行する制御処理において、第１基準温度を５ｄｅｇとし、第２基準温度を１０ｄｅｇとした例を示したが、第１基準温度および第２基準温度を異なる値としてもよい。

（２）上述の実施形態では、圧縮機１１の電動機部１１２が冷媒によって冷却されるが、圧縮機１１の種々の発熱機器が冷媒によって冷却されてもよい。例えば、圧縮機１１のインバータが冷媒によって冷却されてもよい。

（３）上述の実施形態では、圧縮機１１はスクロール式圧縮機であるが、圧縮機１１は
種々の形式の圧縮機であってもよい。例えば、圧縮機１１は、ピストン式圧縮機やベーン式圧縮機等であってもよい。

（４）上述の実施形態では、放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒と、空調対象空間へ送風される空気とを熱交換させる熱交換器であるが、放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒と熱媒体とを熱交換させる熱交換器であってもよい。そして、放熱器１２で加熱された熱媒体と、空調対象空間へ送風される空気とを熱交換させる熱交換器によって、空調対象空間へ送風される空気を加熱してもよい。

（５）上述の実施形態では、冷凍サイクル装置１０を、空調対象空間へ送風される空気を加熱する空調装置に適用した例を説明したが、冷凍サイクル装置１０の用途はこれに限定されない。例えば、冷凍サイクル装置１０を、空調対象空間へ送風される空気を冷却する空調装置に適用してもよい。例えば、冷凍サイクル装置１０をヒートポンプ式給湯機に適用してもよい。

（６）上述の第６実施形態において、流量調整弁３２がホットガス流路３１を開いている場合、送風機３０を停止させて、蒸発器１４で熱交換させなくしてもよい。すなわち、ホットガス流路３１を通過した冷媒を蒸発器１４を通過した冷媒に混合させる場合、蒸発器１４での熱交換量をゼロにしてもよい。

（７）上記実施形態において、吸入冷媒圧力センサ６７は、吸入圧力Ｐｓとして、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力Ｐｓを検出するが、吸入冷媒圧力センサ６７は、吸入圧力Ｐｓとして、電動機部１１２から吸熱した後、かつ圧縮機構部１１１に吸入される前の冷媒の圧力を検出してもよい。これによると、吸入冷媒圧力センサ６７と圧縮室前温度センサ６８とを一体化して構造の簡素化を図ることが可能になる。

１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１３ 蒸発器用膨張弁（蒸発器用減圧部）
１４ 蒸発器
６８ 圧縮室前温度センサ（取得部）
１１１ 圧縮機構
１１２ 電動機部（被冷却部）
１１５ 圧縮室
２０２ 膨張弁制御部（制御部）

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮室（１１５）を形成する圧縮機構（１１１）と、
   前記圧縮機構で圧縮される前の前記冷媒によって冷却される被冷却部（１１２）とを有する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる蒸発器用減圧部（１３）と、
   前記蒸発器用減圧部で減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
   前記被冷却部を冷却した後、かつ前記圧縮室に流入する前の前記冷媒の状態（Ｔｉｎ）を取得する取得部（６８、２０３）と、
   前記取得部が取得した前記冷媒の状態に基づいて、前記圧縮室に流入する前記冷媒の過熱度（ＳＨ）を制御する制御部（２０２）とを備え、
   前記被冷却部は、前記蒸発器で蒸発された後、かつ前記圧縮機構で圧縮される前の前記冷媒によって冷却される冷凍サイクル装置。
2. 前記制御部は、前記取得部が取得した前記冷媒の状態に基づいて前記蒸発器用減圧部を制御することによって、前記過熱度を制御する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記放熱器で放熱された前記冷媒を、前記蒸発器用減圧部および前記蒸発器をバイパスして前記圧縮機に導くバイパス部（１６）と、
   前記バイパス部を流れる前記冷媒を減圧させるバイパス減圧部（１５）とを備え、
   前記制御部は、前記取得部が取得した前記冷媒の状態に基づいて前記バイパス減圧部を制御することによって前記過熱度を制御する請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を、前記放熱器、前記蒸発器用減圧部および前記蒸発器をバイパスさせて前記圧縮機に導くホットガス流路部（３１）と、
   前記ホットガス流路部を流れる前記冷媒を減圧させるとともに前記ホットガス流路部を流れる前記冷媒の流量を調整する流量調整部（３２）とを備え、
   前記制御部は、前記取得部が取得した前記冷媒の状態に基づいて前記蒸発器用減圧部および前記流量調整部のうち少なくとも一方を制御することによって前記過熱度を制御する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記蒸発器で蒸発し、前記圧縮機に吸入される前の前記冷媒の気液を分離する気液分離部（１７）を備え、
   前記気液分離部は、前記冷媒に混入されている冷凍機油を前記気液分離部から前記圧縮機に戻す油戻し部の流路面積を調整する油戻し調整部（１７ｂ）とを有しており、
   前記制御部は、前記取得部が取得した前記冷媒の状態に基づいて前記油戻し調整部を制御することによって前記過熱度を制御する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記蒸発器で蒸発し、前記圧縮機に吸入される前の前記冷媒の気液を分離する気液分離部（１７）と、
   前記気液分離部で分離された液相の前記冷媒を前記圧縮機に導く液戻し部（１８）と、
   前記液戻し部の流路面積を調整する液流路調整部（１９）とを備え、
   前記制御部は、前記取得部が取得した前記冷媒の状態に基づいて前記液流路調整部を制御することによって前記過熱度を制御する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記被冷却部は、前記圧縮機構を駆動する電動モータであり、
   前記取得部（２０３）は、前記電動モータを駆動する電力量と、前記電動モータの回転数と、前記圧縮機が吸い込む前記冷媒の圧力（Ｐｓ）と、前記圧縮機が吐出した前記冷媒の圧力（Ｐｄ）および温度（Ｔｄ）とに基づいて、前記被冷却部を冷却した後、かつ前記圧縮室に流入する前の前記冷媒の状態（Ｔｉｎ）を算出する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記取得部（６８）は、前記被冷却部を冷却した後、かつ前記圧縮室に流入する前の前記冷媒の温度および圧力を検出する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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