JP7444199B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本開示の技術は、空気調和機に関する。

圧縮機の吐出側の冷媒を圧縮機の吸入側に供給するホットガスバイパスのためのバイパス路が設けられた空気調和機が知られている（特許文献１～３）。このような空気調和機は、バイパス路を介して圧縮機の吐出側の冷媒を圧縮機の吸入側に供給することにより、吸入側の冷媒のエンタルピーを増加させて液バック防止や冷媒の寝込み防止を図ることができる。

特開２０１８－１１２３９６号公報 特開２００４－０２００６４号公報 特開２００３－１５６２５８号公報

圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度は、冷媒が同じ圧縮比で圧縮された場合でも、冷媒の種類が異なると、異なることがある。たとえば、Ｒ２９０冷媒は、その性質から、同じ圧縮比で圧縮された場合でも、Ｒ３２冷媒に比較して、吐出温度が低い。空気調和機は、吐出温度が低くなることにより、凝縮器において空気との温度差が小さくなるため熱交換量が低下する。空気調和機は、圧縮機の回転数を大きくすることで、吐出温度を高くすることができ、凝縮器における熱交換量の低下を抑制することができる。しかしながら、圧縮機の回転数を大きくすると圧縮比が大きくなることがあり、圧縮機の摺動部に加わる負荷が増大し、圧縮機の信頼性が低下するという問題がある。特許文献１～３のように、圧縮機の吐出側の冷媒を圧縮機の吸入側に供給するホットガスバイパスのためのバイパス路を設けることで圧縮機の回転数を大きくすることなく吐出温度を上昇させることが可能だが、何れも吐出温度の過昇を抑制する目的であるため、制御方法に改善の余地がある。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、圧縮機の負荷の増大を抑制しつつ、圧縮機から吐出される冷媒の温度を高くする空気調和機を提供することを目的とする。

本開示の一態様による空気調和機は、圧縮機と、吐出管を介して前記圧縮機に接続される凝縮器と、吸入管を介して前記圧縮機に接続される蒸発器と、前記凝縮器から供給される冷媒を減圧して前記蒸発器に供給するメイン膨張弁と、前記吐出管と前記吸入管とを接続するバイパス路の途中に設けられるバイパス膨張弁と、前記圧縮機から吐出される吐出冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサと、前記凝縮器を流れる冷媒の圧力である凝縮圧力を算出する凝縮圧力算出部と、前記バイパス膨張弁を制御し、冷媒が前記バイパス路を流れない第１状態と、冷媒が前記バイパス路を介して前記吐出管から前記吸入管に流れる第２状態とを切り替える制御部とを備え、前記制御部は、冷媒が前記バイパス路を流れないとき、前記吐出温度が所定の目標吐出温度となるように前記メイン膨張弁の開度を制御し、冷媒が前記バイパス路を流れるとき、前記凝縮圧力が所定の目標凝縮圧力となるように前記メイン膨張弁の開度を制御し、かつ、前記吐出温度が前記目標吐出温度となるように前記バイパス膨張弁の開度を制御する。

開示の空気調和機は、圧縮機の負荷の増大を抑制しつつ、圧縮機から吐出される冷媒の温度を高くすることができる。

図１は、実施例１の空気調和機を示す回路図である。 図２は、実施例１の空気調和機を示すブロック図である。 図３は、メイン膨張弁とバイパス膨張弁との制御を示すフローチャートである。 図４は、バイパス路に冷媒が流れるときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。 図５は、バイパス路に冷媒が流れるときの冷媒の他の状態変化を示すモリエル線図である。 図６は、実施例２の空気調和機のメイン膨張弁とバイパス膨張弁との制御を示すフローチャートである。

以下に、本願が開示する実施形態にかかる空気調和機について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載により本開示の技術が限定されるものではない。また、以下の記載においては、同一の構成要素に同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。

実施例１の空気調和機１は、図１に示されているように、室外機２と室内機３とを備えている。図１は、実施例１の空気調和機１を示す回路図である。室外機２は、屋外に設置されている。室内機３は、空気調和機１により冷暖房される室内に設置されている。空気調和機１は、冷媒回路５と水回路６とをさらに備えている。冷媒回路５は、室外機２の内部に配置されている。冷媒回路５は、圧縮機１１と四方弁１２と室外熱交換器１４とメイン膨張弁１５と中間熱交換器１６とを備えている。

冷媒回路５は、吸入管１７と吐出管１８とを備えている。圧縮機１１は、回転体を備え、回転体が回転することにより、吸入管１７を介して圧縮機１１に供給される気相冷媒を圧縮し、圧縮された気相冷媒を吐出管１８に吐出する。圧縮機１１が単位時間あたりに冷媒を吐出する量は、回転体の回転数が大きいほど大きい。圧縮機１１の内部には、冷凍機油が貯留されている。冷凍機油は、圧縮機１１の内部に設けられる摺動部を潤滑し、摺動部に摩耗、焼き付きが発生することを防止する。冷凍機油はさらに、圧縮機１１の内部に形成されるクリアランス（微小な隙間）をシールし、クリアランスを介して圧縮機１１内部の高圧側から低圧側へ冷媒が漏洩することを防止する。

四方弁１２は、第１接続口１２１と第２接続口１２２と第３接続口１２３と第４接続口１２４とを備えている。第１接続口１２１には、吸入管１７が接続され、吸入管１７を介して圧縮機１１に接続されている。第２接続口１２２には、吐出管１８が接続され、吐出管１８を介して圧縮機１１に接続されている。第３接続口１２３には、室外熱交換器１４が接続されている。第４接続口１２４には、冷媒管を介して中間熱交換器１６に接続されている。四方弁１２は、弁体を備え、弁体が暖房位置に配置されることにより暖房位置に切り替えられ、弁体が冷房位置に配置されることにより冷房位置に切り替えられる。四方弁１２が暖房位置に切り替えられているときに、第２接続口１２２は、第４接続口１２４と接続され、第３接続口１２３は、第１接続口１２１と接続される。四方弁１２が冷房位置に切り替えられているときに、第２接続口１２２は、第３接続口１２３と接続され、第４接続口１２４は、第１接続口１２１と接続される。

室外熱交換器１４は、冷媒管を介してメイン膨張弁１５と接続されている。中間熱交換器１６は、冷媒管を介してメイン膨張弁１５と接続されている。すなわち、室外熱交換器１４は、メイン膨張弁１５を介して中間熱交換器１６と接続されている。メイン膨張弁１５は、開度が調節されることにより、メイン膨張弁１５を介して室外熱交換器１４と中間熱交換器１６との間を流れる冷媒の流量を変える。単位時間あたりに冷媒がメイン膨張弁１５を流れる流量は、メイン膨張弁１５の開度が大きいほど大きい。

冷媒回路５は、バイパス回路２１をさらに備えている。バイパス回路２１には、バイパス路２２が形成されている。バイパス路２２の一端は、吐出管１８に接続されている。バイパス路２２の他端は、吸入管１７に接続されている。バイパス回路２１は、バイパス膨張弁２３を備えている。バイパス膨張弁２３は、バイパス路２２の途中に設けられている。バイパス膨張弁２３は、バイパス路２２に冷媒が流れるように吐出管１８と吸入管１７とを接続したり、バイパス路２２に冷媒が流れないようにバイパス路２２を遮断したりする。バイパス膨張弁２３は、さらに、開度が変更されることにより、単位時間あたりに冷媒がバイパス路２２を流れる流量を変更する。単位時間あたりに冷媒がバイパス路２２を流れる流量は、バイパス膨張弁２３の開度が大きいほど大きい。

水回路６は、室内熱交換器２５とポンプ２６とを備えている。室内熱交換器２５は、室内機３の内部に配置されている。室内熱交換器２５は、中間熱交換器１６に接続されている。ポンプ２６は、室外機２の内部に配置されている。ポンプ２６は、中間熱交換器１６に接続され、室内熱交換器２５に接続されている。ポンプ２６は、水回路６に水を循環させ、室内熱交換器２５から供給される水を中間熱交換器１６に供給する。

空気調和機１は、吐出温度センサ３１と中間熱交温度センサ３２と室外熱交温度センサ３３と室外熱交ガス側温度センサ３４と吸込温度センサ３５と戻り温度センサ３６と往き温度センサ３７と室内温度センサ３８と吹出し温度センサ３９とをさらに備えている。吐出温度センサ３１は、圧縮機１１から吐出管１８に吐出される吐出冷媒の温度を計測する。中間熱交温度センサ３２は、中間熱交換器１６を流れる冷媒の温度を計測する。室外熱交温度センサ３３は、室外熱交換器１４を流れる冷媒の温度を計測する。室外熱交ガス側温度センサ３４は、暖房運転時における室外熱交換器１４から四方弁１２に供給される室外熱交出口冷媒の温度を計測する。吸込温度センサ３５は、吸入管１７を介して圧縮機１１に供給される吸入冷媒の温度を計測する。戻り温度センサ３６は、ポンプ２６から中間熱交換器１６に供給される水の温度を計測する。往き温度センサ３７は、中間熱交換器１６から室内熱交換器２５に供給される水の温度を計測する。室内温度センサ３８は、室内機３が配置される室内の温度を計測する。吹出し温度センサ３９は、室内機３が室内に吹出す空気の温度を計測する。

空気調和機１は、吐出圧力センサ４１をさらに備えている。吐出圧力センサ４１は、圧縮機１１から吐出管１８に吐出される吐出冷媒の圧力を計測する。

図２は、実施例１の空気調和機１を示すブロック図である。空気調和機１は、入力装置４２と制御装置４３とをさらに備えている。入力装置４２は、ユーザに操作されることにより冷房運転、暖房運転の開始、及び、停止指示や、設定温度の変更等の情報を生成し、その生成された情報を制御装置４３に出力する。

制御装置４３は、コンピュータであり、記憶装置４４とＣＰＵ４５（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とを備えている。記憶装置４４は、制御装置４３にインストールされるコンピュータプログラムを記憶し、ＣＰＵ４５により利用される情報を記憶する。ＣＰＵ４５は、制御装置４３にインストールされるコンピュータプログラムを実行することにより、情報処理し、記憶装置４４からデータの読み取りを行う。ＣＰＵ４５は、さらに、圧縮機１１と四方弁１２とメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３とポンプ２６と吐出温度センサ３１と中間熱交温度センサ３２と室外熱交温度センサ３３と室内温度センサ３８と吐出圧力センサ４１と入力装置４２とから情報を受け取る。

空気調和機１が実行する動作は、暖房運転と冷房運転とを含んでいる。
［暖房運転］
暖房運転は、たとえば、空気調和機１がユーザにより暖房運転を実行するように操作されたときに実行される。制御装置４３は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、四方弁１２を制御し、四方弁１２を第１接続口１２１と第３接続口１２３とが接続され第２接続口１２２と第４接続口１２４とが接続される（暖房位置）ように切り替える。制御装置４３は、圧縮機１１を制御し、吸入管１７を介して供給された低圧気相冷媒を圧縮する。低圧気相冷媒は、圧縮機１１により圧縮され、高圧気相冷媒になる。圧縮機１１は、さらに、高圧気相冷媒を吐出管１８に吐出する。吐出管１８に吐出された高圧気相冷媒は、四方弁１２が暖房位置に切り替えられていることにより、中間熱交換器１６に供給される。

中間熱交換器１６は、四方弁１２から供給された高圧気相冷媒と、水回路６を循環する水とを熱交換する。高圧気相冷媒は、中間熱交換器１６で水に放熱して、過冷却状態の高圧液相冷媒になる。すなわち、中間熱交換器１６は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、凝縮器として機能する。中間熱交換器１６から流出した高圧液相冷媒は、メイン膨張弁１５に供給される。

メイン膨張弁１５は、中間熱交換器１６から室外熱交換器１４に流れる冷媒の流量を調節し、中間熱交換器１６から供給された高圧液相冷媒を減圧させる。高圧液相冷媒は、メイン膨張弁１５により減圧され、低圧気液二相冷媒になる。メイン膨張弁１５から流出した低圧気液二相冷媒は、室外熱交換器１４に供給される。

室外熱交換器１４は、メイン膨張弁１５から供給された低圧気液二相冷媒と外気とを熱交換する。低圧気液二相冷媒は、室外熱交換器１４で外気に放熱し、低圧気相冷媒になる。すなわち、室外熱交換器１４は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、蒸発器として機能する。室外熱交換器１４から流出した低圧気相冷媒は、四方弁１２に供給される。四方弁１２に供給された低圧気相冷媒は、四方弁１２が暖房位置に切り替えられていることにより、吸入管１７に供給され、吸入管１７を介して圧縮機１１に吸入される。

制御装置４３は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、さらに、ポンプ２６を制御し、水を中間熱交換器１６に供給し、水を水回路６に循環させる。中間熱交換器１６で加熱された水は、室内熱交換器２５に供給される。室内熱交換器２５は、室内熱交換器２５を流れる加熱された水と、室内機３が設置された室内の空気とを熱交換する。室内機３は、室内熱交換器２５で、加熱された水と熱交換した空気を室内に吹き出すことにより、室内を暖房する。

制御装置４３は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、さらに、圧縮機１１の回転数制御を実行する。圧縮機１１の回転数制御では、制御装置４３は、入力装置４２を介して入力された設定温度と、室内温度センサ３８により計測された室内温度との温度差に基づいて目標回転数を算出する。たとえば、目標回転数は、温度差の絶対値が大きいほど大きい。制御装置４３は、圧縮機１１の回転数が目標回転数に等しくなるように、圧縮機１１を制御する。

制御装置４３は、空気調和機１が暖房運転を実行するときに、さらに、メイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御を実行する。図３は、メイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御を示すフローチャートである。本制御は暖房運転中に実行される。制御装置４３は、メイン膨張弁１５の吐出温度制御を実行し、バイパス膨張弁２３を閉鎖して、バイパス路２２に冷媒が流れないようにバイパス路２２を遮断する（ステップＳ１）。メイン膨張弁１５の吐出温度制御では、制御装置４３は、吐出温度センサ３１を用いて、圧縮機１１から吐出管１８に吐出される吐出冷媒の温度を計測する。

制御装置４３は、吐出温度センサ３１により計測された吐出温度が、予め定められた目標吐出温度より高いときに、メイン膨張弁１５の開度を小さくする。メイン膨張弁１５の開度が小さくなることにより、室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の流量は、減少し、室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の圧力は、低下する。目標吐出温度は、中間熱交温度センサ３２の検出値（凝縮温度）と、室外熱交温度センサ３３の検出値（蒸発温度）とに基づいて算出される。室外熱交換器１４を流れる冷媒の温度を示す蒸発温度は、室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の圧力が低下することにより、低下する。室外熱交換器１４から吸入管１７に供給される蒸発器出口冷媒の温度は、蒸発温度が低下することにより、低下する。吸入管１７から圧縮機１１に供給される吸入冷媒の温度は、蒸発器出口冷媒の温度が低下することにより、低下する。圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度は、吸入冷媒の温度が低下することにより、低下する。

制御装置４３は、吐出温度センサ３１により計測された吐出温度が目標吐出温度より低いときに、メイン膨張弁１５の開度を大きくする。メイン膨張弁１５の開度が大きくなることにより、室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の流量は増加し、室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の圧力は、上昇する。蒸発温度は、室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の圧力が上昇することにより、上昇する。蒸発器出口冷媒の温度は、蒸発温度が上昇することにより、上昇する。吸入管１７から圧縮機１１に供給される吸入冷媒の温度は、蒸発器出口冷媒の温度が上昇することにより、上昇する。圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度は、吸入冷媒の温度が上昇することにより、上昇する。すなわち、吐出冷媒の温度は、吐出温度が目標吐出温度より高いときを含めてメイン膨張弁１５の吐出温度制御が実行されることにより、目標吐出温度に接近する。

制御装置４３は、メイン膨張弁１５の吐出温度制御が実行されているときに、吐出温度センサ３１を用いて、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度を計測し、中間熱交温度センサ３２を用いて、中間熱交換器１６を流れる冷媒の凝縮温度を計測する。制御装置４３は、吐出温度センサ３１により計測された吐出温度と凝縮温度に基づいて、吐出冷媒の過熱度である吐出過熱度を算出する。制御装置４３は、中間熱交温度センサ３２により計測された凝縮温度が、凝縮温度閾値より小さいときに、または、吐出過熱度が、第１過熱度閾値より大きいときに（ステップＳ２、Ｎｏ）、バイパス路２２が遮断された状態のまま、メイン膨張弁１５の吐出温度制御を継続して実行する。凝縮温度閾値は、予め試験等により定められた圧縮機１１の信頼性に影響を与える圧縮比になるおそれがある凝縮温度である。また、第１過熱度閾値は、予め試験等により定められた中間熱交換器１６において水との熱交換量を十分に確保するために必要な吐出過熱度である。

制御装置４３は、中間熱交温度センサ３２により計測された凝縮温度が凝縮温度閾値以上であるときで、かつ、吐出過熱度が第１過熱度閾値より以下であるときに（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、メイン膨張弁１５の圧力制御を実行し、バイパス膨張弁２３の吐出温度制御を実行する（ステップＳ３）。

メイン膨張弁１５の圧力制御では、制御装置４３は、吐出圧力センサ４１を用いて、圧縮機１１から吐出管１８に吐出される吐出冷媒の圧力を計測する。制御装置４３は、吐出圧力センサ４１により計測された吐出圧力に基づいて、中間熱交換器１６を流れる冷媒の圧力を示す凝縮圧力を算出する。制御装置４３は、凝縮圧力が、予め定められた目標凝縮圧力より高いときに、メイン膨張弁１５の開度を大きくする。メイン膨張弁１５の開度が大きくなることにより、中間熱交換器１６から室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の流量は増加するため、凝縮圧力は、低下する。

制御装置４３は、凝縮圧力が目標凝縮圧力より低いときに、メイン膨張弁１５の開度を小さくする。メイン膨張弁１５の開度が小さくなることにより、中間熱交換器１６から室外熱交換器１４に供給される低圧気液二相冷媒の流量は、減少するため、凝縮圧力は、上昇する。すなわち、凝縮圧力は、凝縮圧力が目標凝縮圧力より高いときを含めてメイン膨張弁１５の圧力制御が実行されることにより、目標凝縮圧力に接近する。

バイパス膨張弁２３の吐出温度制御では、制御装置４３は、バイパス膨張弁２３を開放し、バイパス路２２に冷媒が流れるように吐出管１８と吸入管１７とを接続する。圧縮機１１は、バイパス膨張弁２３が開放される前に、図４に示されているように、室外熱交換器１４から吸入管１７に供給された蒸発器出口冷媒５１を圧縮する。図４は、バイパス路２２に冷媒が流れるときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図中にはメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３による減圧過程を模式的に示している。蒸発器出口冷媒５１から流出した低圧の気相冷媒は、圧縮機１１により圧縮され、吐出冷媒５２になる。圧縮機１１から吐出された吐出冷媒５２の一部は、バイパス膨張弁２３が開放されることにより、バイパス膨張弁２３に供給される。バイパス膨張弁２３は、バイパス路２２を流れる冷媒の流量を調節し、バイパス膨張弁２３に供給された一部の吐出冷媒５２を減圧させる。一部の吐出冷媒５２は、バイパス膨張弁２３により減圧され、バイパス冷媒５３になる。蒸発器出口冷媒５１は、バイパス路２２を流れて吸入管１７に供給されたバイパス冷媒５３と吸入管１７で混合され、吸入冷媒５４になる。吸入冷媒５４の過熱度は、蒸発器出口冷媒５１の過熱度より高い。圧縮機１１は、吸入冷媒５４を圧縮する。吸入冷媒５４は、圧縮機１１により圧縮され、他の吐出冷媒５５になる。吐出冷媒５５の温度は、吸入冷媒５４の過熱度が蒸発器出口冷媒５１の過熱度より高いことにより、バイパス膨張弁２３が開放される前の吐出冷媒５２の温度より高くなる。

バイパス膨張弁２３の吐出温度制御では、制御装置４３は、さらに、吐出温度センサ３１を用いて、圧縮機１１から吐出管１８に吐出される吐出冷媒の温度を計測する。制御装置４３は、吐出温度センサ３１により計測された吐出温度が目標吐出温度より低いときに、バイパス膨張弁２３の開度を大きくする。バイパス路２２を介して吸入管１７に供給されるバイパス冷媒の流量は、バイパス膨張弁２３の開度が大きくなることにより、増加する。圧縮機１１に供給される吸入冷媒には、バイパス路２２を介して吸入管１７に供給されるバイパス冷媒の流量が増加することにより、より多くのバイパス冷媒が混合される。圧縮機１１に供給される吸入冷媒の過熱度は、吸入冷媒に混合されるバイパス冷媒が多くなることにより、上昇する。圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度は、吸入冷媒の過熱度が上昇することにより、上昇する。

制御装置４３は、吐出温度センサ３１により計測された吐出温度が目標吐出温度より高いときに、バイパス膨張弁２３の開度を小さくする。バイパス路２２を介して吸入管１７に供給されるバイパス冷媒の流量は、バイパス膨張弁２３の開度が小さくなることにより、減少する。圧縮機１１に供給される吸入冷媒には、バイパス路２２を介して吸入管１７に供給されるバイパス冷媒の流量が減少することにより、より少ないバイパス冷媒が混合される。圧縮機１１に供給される吸入冷媒の過熱度は、吸入冷媒に混合されるバイパス冷媒が少なくなることにより、低下する。圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度は、吸入冷媒の過熱度が低下することにより、低下する。すなわち、吐出冷媒の温度は、吐出温度が目標吐出温度より低いときを含めてバイパス膨張弁２３の吐出温度制御が実行されることにより、目標吐出温度に接近する。

制御装置４３は、メイン膨張弁１５の圧力制御とバイパス膨張弁２３の吐出温度制御とが実行されているときに、吐出温度センサ３１を用いて、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度を計測し、中間熱交温度センサ３２を用いて、中間熱交換器１６を流れる冷媒の温度を計測する。制御装置４３は、吐出温度センサ３１により計測された吐出温度と中間熱交温度センサ３２により計測された凝縮温度に基づいて、吐出冷媒の過熱度である吐出過熱度を算出する。

制御装置４３は、中間熱交温度センサ３２により計測された凝縮温度が凝縮温度閾値より高いときに、または、吐出過熱度が、予め定められた第２過熱度閾値より低いときに（ステップＳ４、Ｎｏ）、メイン膨張弁１５の圧力制御とバイパス膨張弁２３の吐出温度制御とを継続して実行する。第２過熱度閾値は、第１過熱度閾値より大きく、バイパス膨張弁２３を閉鎖しても中間熱交換器１６において水との熱交換量を十分に確保するために必要な吐出過熱度を確保できる吐出過熱度が設定される。制御装置４３は、凝縮温度が凝縮温度閾値以下であるときで、かつ、吐出過熱度が第２過熱度閾値以上であるときに（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、バイパス膨張弁２３を閉鎖して、メイン膨張弁１５の吐出温度制御を実行する（ステップＳ１）。

メイン膨張弁１５の開度が大きくなったときに、図５に示されているように、室外熱交換器１４を流れる冷媒６１の圧力は、メイン膨張弁１５の開度が大きくなる前に室外熱交換器１４から吸入管１７に供給される蒸発器出口冷媒６２の圧力より高くなる。図５は、バイパス路２２に冷媒が流れるときの冷媒の他の状態変化を示すモリエル線図である。冷媒６１の温度は、メイン膨張弁１５の開度が大きくなる前に室外熱交換器１４を流れる冷媒６３の温度より高い状態にある。冷媒６１の温度が高くなることにより、冷媒６１の温度と外気との温度差の絶対値が小さくなり、室外熱交換器１４が冷媒６１と外気とを熱交換する性能が小さくなる。室外熱交換器１４が熱交換する性能が小さくなることにより、室外熱交換器１４から吸入管１７に供給される蒸発器出口冷媒６４の過熱度は、低下し、または、冷媒６１が蒸発し切らずに、蒸発器出口冷媒６４は、過熱状態でない湿り状態になることがある。

蒸発器出口冷媒６４は、バイパス路２２を流れて吸入管１７に供給されたバイパス冷媒６５と吸入管１７で混合され、吸入冷媒６６になる。すなわち、蒸発器出口冷媒６４が過熱状態であったときに、吸入冷媒６６の過熱度は、蒸発器出口冷媒６４の過熱度より高く、蒸発器出口冷媒６４が過熱状態でなかったとしても、蒸発器出口冷媒６４は、過熱状態の吸入冷媒６６になる。圧縮機１１は、吸入冷媒６６を圧縮する。すなわち、空気調和機１は、室外熱交換器１４から吸入管１７に供給される蒸発器出口冷媒が蒸発し切らなかった場合でも、湿り状態の冷媒が圧縮機１１に供給されることを防止することができ、過熱状態の冷媒を圧縮機１１に供給することができる。空気調和機１は、湿り状態の冷媒が圧縮機１１に供給されることが防止されることにより、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

空気調和機１は、ステップＳ１の処理で冷媒の吐出温度を目標吐出温度に上昇させることができないときでも、ステップＳ２の処理が実行されることにより、冷媒の吐出温度を目標吐出温度に上昇させることができる。たとえば、空気調和機１は、Ｒ３２冷媒に比較して吐出温度が低くなるＲ２９０冷媒が用いられるときに、圧縮機１１の回転数を大きくすることなく、冷媒の吐出温度を目標吐出温度に上昇させることができる。空気調和機１は、冷媒の吐出温度が目標吐出温度に上昇することにより、室内を適切に暖房することができる。

［冷房運転］
冷房運転は、たとえば、空気調和機１が冷房運転を実行するようにユーザにより操作されたときに実行される。制御装置４３は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、四方弁１２を制御し、四方弁１２を冷房位置に切り替える。制御装置４３は、圧縮機１１を制御し、吸入管１７を介して供給された低圧気相冷媒を圧縮する。低圧気相冷媒は、圧縮機１１により圧縮され、高圧気相冷媒になる。圧縮機１１は、さらに、高圧気相冷媒を吐出管１８に吐出する。吐出管１８に吐出された高圧気相冷媒は、四方弁１２が冷房位置に切り替えられていることにより、室外熱交換器１４に供給される。

室外熱交換器１４は、四方弁１２から供給された高圧気相冷媒と、外気を熱交換し、高圧気相冷媒から外気へ放熱する。高圧気相冷媒は、室外熱交換器１４で放熱して、過冷却状態の高圧液相冷媒になる。すなわち、室外熱交換器１４は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、凝縮器として機能する。高圧液相冷媒は、メイン膨張弁１５に供給される。

メイン膨張弁１５は、室外熱交換器１４から中間熱交換器１６に流れる冷媒の流量を調節し、室外熱交換器１４から供給された高圧液相冷媒を減圧させる。高圧液相冷媒は、メイン膨張弁１５により減圧され、低圧気液二相冷媒になる。低圧気液二相冷媒は、中間熱交換器１６に供給される。

中間熱交換器１６は、メイン膨張弁１５から供給された低圧気液二相冷媒と、水回路６を循環する水とを熱交換する。低圧気液二相冷媒は、中間熱交換器１６で水から吸熱して、低圧気相冷媒になる。すなわち、中間熱交換器１６は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、蒸発器として機能する。低圧気相冷媒は、四方弁１２に供給される。低圧気相冷媒は、四方弁１２が冷房位置に切り替えられていることにより、吸入管１７に供給され、吸入管１７を介して圧縮機１１に供給される。

制御装置４３は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、さらに、ポンプ２６を制御し、水が水回路６を循環するように、水を中間熱交換器１６に供給する。中間熱交換器１６により冷却された水は、室内熱交換器２５に供給される。室内熱交換器２５は、水回路６を循環する水と、室内機３が設置された室内の空気とを熱交換する。室内機３は、室内熱交換器２５で水と熱交換した空気を室内に吹き出すことにより、室内を冷房する。

制御装置４３は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、さらに、空気調和機１が暖房運転を実行するときと同様に、圧縮機１１の回転数制御を実行する。制御装置４３は、空気調和機１が冷房運転を実行するときに、さらに、空気調和機１が暖房運転を実行するときと同様に、図３のメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御を実行する。

空気調和機１は、冷房運転が実行される場合でも、暖房運転が実行されるときと同様に、冷媒の吐出温度を目標吐出温度に上昇させることができる。空気調和機１は、冷媒の吐出温度が目標吐出温度に上昇することにより、室内を適切に冷房することができる。

［実施例１の空気調和機１の効果］
実施例１の空気調和機１は、圧縮機１１と中間熱交換器１６と室外熱交換器１４とメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３と吐出温度センサ３１と吐出圧力センサ４１と制御装置４３とを備えている。中間熱交換器１６は、吐出管１８を介して圧縮機１１に接続されている。室外熱交換器１４は、吸入管１７を介して圧縮機１１に接続されている。メイン膨張弁１５は、中間熱交換器１６から供給される冷媒を減圧して室外熱交換器１４に供給する。バイパス膨張弁２３は、吐出管１８と吸入管１７とを接続するバイパス路２２の途中に設けられている。吐出温度センサ３１は、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度である吐出温度を計測する。吐出圧力センサ４１は、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の圧力を計測する。制御装置４３は、圧縮機１１が吸入管１７の冷媒を圧縮して吐出管１８に吐出している最中にバイパス膨張弁２３を制御し、冷媒がバイパス路２２を流れない第１状態と、冷媒がバイパス路２２を介して吐出管１８から吸入管１７に流れる第２状態とを切り替える。制御装置４３は、さらに、吐出圧力センサ４１により計測された吐出圧力に基づいて、中間熱交換器１６を流れる冷媒の圧力である凝縮圧力を算出する。制御装置４３は、冷媒がバイパス路２２を流れないとき、吐出温度が所定の目標吐出温度となるようにメイン膨張弁１５の開度を制御し、冷媒がバイパス路２２を流れるとき、凝縮圧力が所定の目標凝縮圧力となるようにメイン膨張弁１５の開度を制御する。

このとき、実施例１の空気調和機１は、吐出冷媒の一部が吸入管１７に供給されるときに、吸入冷媒の過熱度を高くすることができ、圧縮機１１が冷媒を圧縮する圧縮比を増加させることなく吐出冷媒の温度を高くすることができる。このため、実施例１の空気調和機１は、吐出冷媒の温度を高くするときに、圧縮機１１に加わる負荷を低減することができ、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

また、実施例１の空気調和機１の制御装置４３は、冷媒がバイパス路２２を流れないときで、かつ、中間熱交換器１６を流れる冷媒の温度である凝縮温度が凝縮温度閾値以上であるときで、かつ、吐出冷媒の過熱度が第１過熱度閾値以下であるときに、冷媒がバイパス路２２を流れるように、バイパス膨張弁２３を制御する。制御装置４３は、冷媒がバイパス路２２を流れるときで、かつ、凝縮温度が凝縮温度閾値以下であるときで、かつ、吐出冷媒の過熱度が、第１過熱度閾値より大きい第２過熱度閾値以上であるときに、冷媒がバイパス路２２を流れないように、バイパス膨張弁２３を制御する。

また、実施例１の空気調和機１の制御装置４３は、冷媒がバイパス路２２を流れるときに、吐出温度が閾値以下になるように、バイパス膨張弁２３を制御する。

実施例２の空気調和機１は、既述の図３のメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御が、他の制御に置換され、他の部分は、実施例１の空気調和機と同じである。図６は、実施例２の空気調和機のメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御を示すフローチャートである。本制御は暖房運転中に実行される。制御装置４３は、実施例２の空気調和機が暖房運転を実行するときに、既述の実施例１の空気調和機１と同様に、メイン膨張弁１５の吐出温度制御を実行し、バイパス膨張弁２３を閉鎖して、バイパス路２２に冷媒が流れないようにバイパス路２２を遮断する（ステップＳ１１）。

制御装置４３は、メイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御が実行されているときに、中間熱交温度センサ３２の検出値である凝縮温度と室外熱交温度センサ３３の検出値である蒸発温度とに基づいて、圧縮機１１が冷媒を圧縮する圧縮比を算出する。制御装置４３は、圧縮比が、第１圧縮比閾値より小さいときに（ステップＳ１２、Ｎｏ）、バイパス路２２が遮断された状態のまま、メイン膨張弁１５の吐出温度制御を継続して実行する。第１圧縮比閾値は、予め試験等により定められたこの圧縮比を超えて圧縮機１１が動作すると圧縮機１１の信頼性が低下することがわかっている圧縮比である。制御装置４３は、圧縮比が第１圧縮比閾値以上であるときに（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）、メイン膨張弁１５の圧力制御を実行し、バイパス膨張弁２３の吐出温度制御を実行する（ステップＳ１３）。

制御装置４３は、圧縮比が、第２圧縮比閾値より大きいときに（ステップＳ１４、Ｎｏ）、メイン膨張弁１５の圧力制御と、バイパス膨張弁２３の吐出温度制御とを継続して実行する。第２圧縮比閾値は、第１圧縮比閾値より小さく、バイパス膨張弁２３を閉鎖しても圧縮比が増加したとしても圧縮機１１の信頼性に影響を与えない圧縮比が設定される。制御装置４３は、圧縮比が第２圧縮比閾値以下であるときに（ステップＳ１４、Ｙｅｓ）、バイパス膨張弁２３を閉鎖して、メイン膨張弁１５の吐出温度制御を実行する（ステップＳ１１）。

制御装置４３は、実施例２の空気調和機が冷房運転を実行するときに、実施例２の空気調和機が暖房運転を実行するときと同様に、図６のメイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３との制御を実行する。このような制御によれば、実施例２の空気調和機は、既述の実施例１の空気調和機１と同様に、圧縮比を所定値より大きくすることなく、冷媒の吐出温度を目標吐出温度に上昇させることができ、室内を適切に冷暖房することができる。

実施例２の空気調和機は、さらに、バイパス路２２に冷媒を流すか否かを圧縮比に基づいて切り替えることにより、圧縮比が所定値より大きくなることをより確実に防止することができる。実施例２の空気調和機は、圧縮比が大きくなることが防止されることにより、圧縮機１１に加わる負荷を低減することができ、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

ところで、既述の実施例１、２の空気調和機１の水回路６には、水が循環しているが、水と異なる他の熱媒体が循環してもよい。熱媒体としては、不凍液が例示される。空気調和機は、水と異なる他の熱媒体が水回路６に循環する場合でも、実施例１、２の空気調和機と同様に、圧縮機１１の負荷の増大を抑制しつつ、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度を高くすることができる。

実施例３の空気調和機は、既述の実施例１、２の空気調和機１の水回路６が省略され、中間熱交換器１６が他の室内熱交換器に置換され、他の部分は、既述の実施例１の空気調和機１と同じである。室内熱交換器は、室内機３の内部に配置されている。室内熱交換器の一端は、四方弁１２の第４接続口１２４に接続され、室内熱交換器の他端は、メイン膨張弁１５に接続されている。室内熱交換器は、冷媒回路５を循環する冷媒と、室内の空気とを熱交換する。

実施例３の空気調和機の制御装置４３は、既述の実施例１の空気調和機１と同様に、または、既述の実施例１の空気調和機１と同様に、メイン膨張弁１５とバイパス膨張弁２３とを制御する。このため、実施例３の空気調和機は、既述の実施例１、２の空気調和機と同様に、圧縮機１１の負荷の増大を抑制しつつ、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度を高くすることができる。

ところで、既述の制御装置４３は、吐出圧力センサ４１により計測された吐出圧力に基づいて凝縮圧力を算出しているが、吐出圧力と異なる他の物理量に基づいて凝縮圧力を算出してもよい。その物理量としては、暖房運転時の中間熱交温度センサ３２により計測された凝縮温度が例示される。空気調和機は、このように凝縮圧力が算出された場合でも、既述の実施例の空気調和機と同様に、圧縮機１１の負荷の増大を抑制しつつ、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度を高くすることができる。

以上、実施例を説明したが、前述した内容により実施例が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ ：空気調和機
５ ：冷媒回路
６ ：水回路
１１：圧縮機
１４：室外熱交換器
１５：メイン膨張弁
１６：中間熱交換器
１７：吸入管
１８：吐出管
２１：バイパス回路
２２：バイパス路
２３：バイパス膨張弁
３１：吐出温度センサ
４３：制御装置

Claims (4)

1. 圧縮機と、
   吐出管を介して前記圧縮機に接続される凝縮器と、
   吸入管を介して前記圧縮機に接続される蒸発器と、
   前記凝縮器から供給される冷媒を減圧して前記蒸発器に供給するメイン膨張弁と、
   前記吐出管と前記吸入管とを接続するバイパス路の途中に設けられるバイパス膨張弁と、
   前記圧縮機から吐出される吐出冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサと、
   前記凝縮器を流れる冷媒の圧力である凝縮圧力を算出する凝縮圧力算出部と、
   前記バイパス膨張弁を制御し、冷媒が前記バイパス路を流れない第１状態と、冷媒が前記バイパス路を介して前記吐出管から前記吸入管に流れる第２状態とを切り替える制御部とを備え、
   前記制御部は、
   冷媒が前記バイパス路を流れないとき、前記吐出温度が所定の目標吐出温度となるように前記メイン膨張弁の開度を制御し、
   冷媒が前記バイパス路を流れるとき、前記凝縮圧力が所定の目標凝縮圧力となるように前記メイン膨張弁の開度を制御し、かつ、前記吐出温度が前記目標吐出温度となるように前記バイパス膨張弁の開度を制御する、
   空気調和機。
2. 前記制御部は、
   冷媒が前記バイパス路を流れないときで、かつ、前記凝縮器を流れる冷媒の温度である凝縮温度が凝縮温度閾値以上であるときで、かつ、前記吐出冷媒の過熱度が第１過熱度閾値以下であるときに、冷媒が前記バイパス路を流れるように、前記バイパス膨張弁を制御し、
   冷媒が前記バイパス路を流れるときで、かつ、前記凝縮温度が前記凝縮温度閾値以下であるときで、かつ、前記吐出冷媒の過熱度が、前記第１過熱度閾値より大きい第２過熱度閾値以上であるときに、冷媒が前記バイパス路を流れないように、前記バイパス膨張弁を制御する
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御部は、
   冷媒が前記バイパス路を流れないときで、かつ、前記圧縮機が冷媒を圧縮する圧縮比が第１閾値より大きくなったときに、冷媒が前記バイパス路を流れるように、前記バイパス膨張弁を制御し、
   冷媒が前記バイパス路を流れるときで、かつ、前記第１閾値より小さい第２閾値より前記圧縮比が小さくなったときに、冷媒が前記バイパス路を流れないように、前記バイパス膨張弁を制御する
   請求項１に記載の空気調和機。
4. 室内機と室外機とを循環する他の冷媒と室内の空気とを熱交換する室内熱交換器をさらに備え、
   前記凝縮器と前記蒸発器とのうちの一方は、前記冷媒と外気とを熱交換し、
   前記凝縮器と前記蒸発器とのうちの他方は、前記冷媒と前記他の冷媒とを熱交換する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。

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