JPH09119720A

JPH09119720A - 非共沸冷媒使用のヒートポンプ装置

Info

Publication number: JPH09119720A
Application number: JP27927895A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Kawai; 康成河合; Hajime Kyogoku; 肇京極; Akira Kitai; 明北井
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-05-06
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JP3356601B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非共沸冷媒を使用したヒートポンプ装置にお
いて、性能の向上を図るとともに、蒸発器の入口近くに
着霜あるいは凍結が発生するのを防止することを目的と
する。【解決手段】圧縮機２０、四方弁３３、室内熱交換器
４２ａ〜４２ｎ、膨張弁４３ａ〜４３ｎ、室外熱交換器
４７ａ，４７ｂを備え、冷媒として非共沸冷媒を使用す
る空調用のヒートポンプ装置において、冷房時には圧縮
機吸込み側冷媒温度が低圧側回路の冷媒の飽和蒸気温度
より高くなるように膨張弁開度を制御するスーパーヒー
ト制御を実行するとともに、高圧側または低圧側の圧力
に応じて圧縮機の回転数を制御する。さらに、低圧側回
路の途中に二重管熱交換器３４を設け、低圧側圧力が低
いときに低圧側回路の冷媒を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非共沸冷媒を使用
したヒートポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷媒を循環させる回路に圧縮機、凝縮
器、膨張弁及び蒸発器を備え、圧縮機で圧縮された冷媒
が凝縮器で放熱しつつ凝縮、液化し、次いで膨張弁で膨
張されてから、蒸発器で吸熱しつつ蒸発した後、圧縮機
に戻されるようにしたヒートポンプ装置は一般に知られ
ている。例えば空調装置に適用する場合、冷媒回路に圧
縮機、室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器を配設す
るとともに、冷媒循環経路を切替える四方弁を設けてい
る。そして、冷房時は室外熱交換器が凝縮器、室内熱交
換器が蒸発器となるように冷媒が循環されて、室内熱交
換器での吸熱による冷房が行われ、一方、暖房時は室内
熱交換器が凝縮器、室外熱交換器が蒸発器となるように
冷媒が循環されて、室内熱交換器での放熱による暖房が
行われる。

【０００３】従来、この種の空調装置において、冷房時
及び暖房時にそれぞれ、圧縮機吸入側の冷媒温度を飽和
蒸気温度よりも高い温度とするように膨張弁等を制御す
る、所謂スーパーヒート制御を行うことにより、後に詳
述するようなＣＯＰ（成績係数）の向上、性能の向上を
図るようにしたものがある。

【０００４】この装置は、冷媒回路にレシーバタンクを
組み込んで、このレシーバタンクが凝縮器と膨張弁との
間に位置するように、つまり冷房時は室外熱交換器と膨
張弁との間、暖房時は室内熱交換器と膨張弁との間に位
置するように冷媒回路を構成するとともに、四方弁と圧
縮機吸込み口との間に小容量のアキュムレータを設けて
いる。そして、冷房時及び暖房時とも、負荷が小となる
につれて圧縮機の回転数を低下させるとともに、膨張弁
開度を絞ることにより、蒸発器（冷房時は室内熱交換
器、暖房時は室外熱交換器）において冷媒を完全に気化
させるだけでなく飽和蒸気温度以上に加熱するスーパー
ヒート制御を行うようにし、圧縮機の回転数低下に伴い
循環流量が減少することにより多量に発生する余剰冷媒
（充填冷媒量とヒートポンプ機能のための必要とされる
循環冷媒量との差に相当する冷媒）を凝縮器及び上記レ
シーバタンクに内にゆっくり循環する液冷媒として溜め
るようにしている。

【０００５】なお、上記アキュムレータは、過渡時に一
時的に蒸発器で蒸発しきれない液冷媒が生じた場合にこ
れを蓄えて、この液冷媒が圧縮機に吸われることを防止
するために設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、この
種の空調装置における冷媒として、オゾン層破壊の防止
及び冷媒能力向上などの要求を満足すべく、沸点温度の
異なる複数種の冷媒を混合させた非共沸冷媒が開発され
ているが、この非共沸冷媒を使用する場合、従来の装置
では次のような問題があった。

【０００７】非共沸冷媒を循環させるとき、等温線を追
加したモリエル線図は図６のようになる。すなわち、後
に詳述するように低圧側の同一圧力における飽和液温度
（Ｔｅ：ｅ点の温度）と飽和蒸気温度（Ｔｆ：ｆ点の温
度）とは、Ｔｅ＜Ｔｆの関係となり、このような温度の
格差は一般に温度すべりと称される。

【０００８】このように非共沸冷媒を使用した場合に上
記温度すべりが生じるため、蒸発器の出口温度をスーパ
ーヒート状態となるように膨張弁の開度を制御しても、
あるいは蒸発器出口から圧縮機までの間の低圧側圧力を
検知し、この検知圧力が飽和蒸気圧以上となるように膨
張弁開度や圧縮機回転数を制御しても、蒸発器の入口側
の温度は出口側の温度と比べて上記温度すべり分だけ低
くなることにより、この蒸発器の入口近くに着霜、ある
いは凍結が発生するという問題があった。

【０００９】本発明は、上記の事情に鑑み、非共沸冷媒
を使用するヒートポンプ装置において、蒸発器の入口近
くに着霜あるいは凍結が発生するのを防止することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に非共沸冷媒を循
環させ、蒸発器出口付近から圧縮機吸込み口までの間の
冷媒温度である圧縮機吸込み側冷媒温度を、膨張弁から
蒸発器を経て圧縮機に至る低圧側回路の冷媒圧力に応じ
た飽和蒸気温度以上になるように、膨張弁開度を制御す
る一方、圧縮機から凝縮器を経て膨張弁に至る高圧側回
路と上記低圧側回路とのうちの少なくとも一方の圧力を
検出して、所定の圧力範囲になるように上記圧縮機の回
転数を増減させるようにした非共沸冷媒使用のヒートポ
ンプ装置において、上記低圧側回路に冷媒加熱手段を配
置するとともに、上記低圧側回路の冷媒圧力を所定値以
上、または蒸発器入口側の冷媒温度を所定値以上にする
ように上記冷媒加熱手段により冷媒を加熱するよう制御
する制御手段を備えたものである。

【００１１】この装置によると、上記圧縮機吸込み側冷
媒温度が上記飽和蒸気温度以上になるスーパーヒート制
御が行なわれることにより、ＣＯＰの向上等が図られ、
また、このようなスーパーヒート状態でも、非共沸冷媒
が使用されているために上記温度すべりにより蒸発器の
入口近くの温度が出口温度と比べてかなり低くなること
があるが、上記低圧側回路の冷媒圧力等が低いときに、
低圧側回路に配置された冷媒加熱手段によって冷媒が加
熱される。これにより、低圧側の圧力が上昇し、それに
伴い、飽和蒸気温度だけでなく蒸発器の入口側の冷媒温
度が上昇し、着霜やドレン水の凍結の発生が防止される
こととなる。

【００１２】請求項２に係る発明は、圧縮機、凝縮器、
膨張弁、蒸発器の順に非共沸冷媒を循環させ、蒸発器出
口付近から圧縮機吸込み口までの間の冷媒温度である圧
縮機吸込み側冷媒温度を、膨張弁から蒸発器を経て圧縮
機に至る低圧側回路の冷媒圧力に応じた飽和蒸気温度以
上になるように、上記圧縮機吸込み側冷媒温度と上記飽
和蒸気温度との差が小さいとき膨張弁開度を小さくし、
上記差が大きいとき膨張弁開度を大きくするスーパーヒ
ート制御を実行する一方、圧縮機から凝縮器を経て膨張
弁に至る高圧側回路と上記低圧側回路とのうちの少なく
とも一方の圧力を検出して、所定の圧力範囲になるよう
に上記圧縮機の回転数を増減させるようにした非共沸冷
媒使用のヒートポンプ装置において、上記低圧側回路に
冷媒加熱手段を配置するとともに、上記低圧側回路の冷
媒圧力を所定値以上、または蒸発器入口側の冷媒温度を
所定値以上にするように上記冷媒加熱手段により冷媒を
加熱するよう制御する制御手段を備えたものである。

【００１３】この装置によると、圧縮機回転数の制御に
よって冷媒圧力が調整されつつ、上記圧縮機吸込み側冷
媒温度が上記飽和蒸気温度以上になるスーパーヒート制
御が行なわれることにより、ＣＯＰの向上等が図られ、
また、このようなスーパーヒート状態でも、非共沸冷媒
が使用されているために上記温度すべりにより蒸発器の
入口近くの温度が出口温度と比べてかなり低くなること
があるが、上記低圧側回路の冷媒圧力等が低いときに、
低圧側回路に配置された冷媒加熱手段によって冷媒が加
熱される。これにより、低圧側の圧力が上昇し、それに
伴い、飽和蒸気温度だけでなく蒸発器の入口側の冷媒温
度が上昇し、着霜やドレン水の凍結の発生が防止される
こととなる。

【００１４】請求項３に係る発明は、圧縮機、凝縮器、
膨張弁、蒸発器の順に非共沸冷媒を循環させ、凝縮器出
口付近から膨張弁までの間の冷媒温度である膨張弁上流
側冷媒温度を、圧縮機から凝縮器を経て膨張弁に至る高
圧側回路の冷媒圧力に応じた飽和液温度以下になるよう
に、上記飽和液温度と上記膨張弁上流側冷媒温度との差
が小さいとき膨張弁開度を小さくし、上記差が大きいと
き膨張弁開度を大きくするサブクール制御を実行する一
方、上記高圧側回路と上記膨張弁から蒸発器を経て圧縮
機に至る低圧側回路とのうちの少なくとも一方の圧力を
検出して、所定の圧力範囲になるように上記圧縮機の回
転数を増減させるようにした非共沸冷媒使用のヒートポ
ンプ装置において、上記低圧側回路に冷媒加熱手段を配
置するとともに、上記低圧側回路の冷媒圧力を所定値以
上、または蒸発器入口側の冷媒温度を所定値以上にする
ように上記冷媒加熱手段により冷媒を加熱するよう制御
する制御手段を備えたものである。

【００１５】この装置によると、圧縮機回転数の制御に
よって冷媒圧力が調整されつつ、上記膨張弁上流側冷媒
温度が上記飽和液温度以下になるようなサブクール制御
が行なわれることにより、ＣＯＰの向上等が図られ、ま
た、このような制御状態において、上記低圧側回路の冷
媒圧力等が低いときに、低圧側回路に配置された冷媒加
熱手段によって冷媒が加熱されることにより、蒸発器の
入口側の冷媒温度が上昇し、着霜等の発生が防止される
こととなる。

【００１６】請求項４に係る発明は、圧縮機、四方弁、
室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配備し、冷房運
転時に圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱
交換器、四方弁、圧縮機の順に非共沸冷媒を循環させる
ようにするとともに、この冷房運転時に、室内熱交換器
出口付近から四方弁を経て圧縮機吸込み口に至るまでの
間の冷媒温度である圧縮機吸込み側冷媒温度を、膨張弁
から室内熱交換器、四方弁を経て圧縮機に至る低圧側回
路の冷媒圧力に応じた飽和蒸気温度以上になるように、
上記圧縮機吸込み側冷媒温度と上記飽和蒸気温度との差
が小さいとき膨張弁開度を小さくし、上記差が大きいと
き膨張弁開度を大きくするスーパーヒート制御を実行す
る一方、上記低圧側回路の圧力が高いとき上記圧縮機の
回転数を減少し、この圧力が低いときに上記圧縮機の回
転数を増加させるようにした非共沸冷媒使用の空調用の
ヒートポンプ装置において、上記低圧側回路に冷媒加熱
手段を配置するとともに、上記低圧側回路の冷媒圧力を
所定値以上、または蒸発器入口側の冷媒温度を所定値以
上にするように上記冷媒加熱手段により冷媒を加熱する
よう制御する制御手段を備えたものである。

【００１７】この装置によると、冷房運転時に上記スー
パーヒート制御が行なわれて、冷房時の運転性能が向上
されるとともに、この運転状態において、上記低圧側回
路の冷媒圧力等が低いときに、低圧側回路に配置された
冷媒加熱手段によって冷媒が加熱されることにより、蒸
発器の入口側の冷媒温度が上昇し、着霜やドレン水の凍
結の発生が防止されることとなる。

【００１８】請求項５に係る発明は、圧縮機、四方弁、
室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を配備し、暖房運
転時に圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱
交換器、四方弁、圧縮機の順に非共沸冷媒を循環させる
ようにするとともに、この暖房運転時に、室内熱交換器
出口付近から膨張弁までの間の冷媒温度である膨張弁上
流側冷媒温度を、圧縮機から四方弁、室内熱交換器を経
て膨張弁に至る高圧側回路の冷媒圧力に応じた飽和液温
度以下になるように、上記飽和液温度と上記膨張弁上流
側冷媒温度との差が小さいとき膨張弁開度を小さくし、
上記差が大きいとき膨張弁開度を大きくするサブクール
制御を実行する一方、上記高圧側回路の圧力が低いとき
上記圧縮機の回転数を増加し、この圧力が高いときに上
記圧縮機の回転数を減少させるようにした非共沸冷媒使
用の空調用のヒートポンプ装置において、上記低圧側回
路に冷媒加熱手段を配置するとともに、上記低圧側回路
の冷媒圧力を所定値以上、または蒸発器入口側の冷媒温
度を所定値以上にするように上記冷媒加熱手段により冷
媒を加熱するよう制御する制御手段を備えたものであ
る。

【００１９】この装置によると、暖房運転時に上記サブ
クール制御が行なわれて、暖房時の運転性能が向上され
るとともに、この運転状態において、上記低圧側回路の
冷媒圧力等が低いときに、低圧側回路に配置された冷媒
加熱手段によって冷媒が加熱されることにより、蒸発器
の入口側の冷媒温度が上昇し、着霜等の発生が防止され
ることとなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００２１】図１は、本発明のヒートポンプ装置を空調
装置に適用した実施形態を示す回路図である。この図に
示すように、空調装置１には、水冷式ガスエンジン２
（以下、エンジン２と略す）と、これによって駆動され
る圧縮機２０と、冷媒を循環させる冷媒回路３０と、上
記エンジン２を冷却するための冷却水回路５０とが設け
られている。冷媒としては、沸点温度が異なる複数種の
冷媒を混合した非共沸冷媒が用いられており、例えば比
較的低沸点の冷媒であるＲ３２及びＲ１２５と比較的高
沸点の冷媒であるＲ１３４ａを混合した冷媒が用いられ
ている。

【００２２】上記エンジン２と圧縮機２０とは、エンジ
ン２の出力軸３に取付けられたプーリ４と圧縮機２０の
入力軸２１に取付けられたプーリ２２とに亘ってベルト
５が装着されることにより連結されており、エンジン２
で発生された回転が上記ベルト５を介して圧縮機２０に
伝動されることによって圧縮機２０が駆動されるように
なっている。

【００２３】上記エンジン２には、吸気系として吸気管
６が接続されるとともに、この吸気管６にエアクリーナ
７及びミキサー８が接続されている。ミキサー８には、
図外の燃料ガス供給源に接続された燃料供給管９が接続
されており、この燃料供給管９に燃料ガス電磁弁１０と
燃料ガスの減圧調整をするゼロガバナ１１が接続されて
いる。

【００２４】エンジン２のクランク室には、オイル供給
管１２を介してオイルタンク１３が接続されている。ま
た、エンジン２からはブリーザ管１４が導出されてお
り、このブリーザ管１４にオイルセパレータ１５が接続
されるとともに、このオイルセパレータ１５からガスラ
イン１６及びオイルライン１７がそれぞれ導出され、ガ
スライン１６が吸気管６のミキサー８の上流側に接続さ
れる一方、オイルライン１７がエンジン２のクランク室
に接続されている。すなわち、エンジン２から排出され
たブリーザガスがオイルセパレータ１５においてそのオ
イル分を除去されて吸気管６に戻される一方で、除去さ
れたオイルがエンジン２のクランク室に戻されるように
なっている。

【００２５】また、上記エンジン２には、排気系として
排気管１８が導出されるとともに、この排気管１８に排
ガス熱交換器１９が設けられている。

【００２６】上記冷媒回路３０は、圧縮機２０から吐出
される冷媒を凝縮器、膨張弁、蒸発器を通して圧縮機２
０に戻すように循環させるための閉回路を構成してい
る。

【００２７】当実施形態では、複数台の室内熱交換器４
２ａ〜４２ｎと、これらにそれぞれ具備される膨張弁４
３ａ〜４３ｎと、２台の室外熱交換器４７ａ，４８ｂ等
が冷媒回路３０に組み込まれ、かつ冷媒循環経路を切替
える手段としての四方弁３３が設けられている。そし
て、暖房時には、冷媒が圧縮機２０から室内熱交換器４
２ａ〜４２ｎ、膨張弁４３ａ〜４３ｎ、室外熱交換器４
７ａ，４７ｂをこの順に通って圧縮機２０に戻されるこ
とにより、室内熱交換器４２ａ〜４２ｎが凝縮器、室外
熱交換器４７ａ，４７ｂが蒸発器となり、一方、冷房時
には、冷媒が圧縮機２０から室外熱交換器４７ａ，４７
ｂ、膨張弁４３ａ〜４３ｎ、室内熱交換器４２ａ〜４２
ｎをこの順に通って圧縮機２０に戻されることにより、
室内熱交換器４２ａ〜４２ｄが蒸発器、室外熱交換器４
７ａ，４７ｂが凝縮器となるように構成されている。

【００２８】従ってこの冷媒回路３０では、暖房時は圧
縮機２０の吐出部から室内熱交換器４２ａ〜４２ｎを経
て膨張弁４３ａ〜４３ｎに至るまでが高圧側回路、膨張
弁４３ａ〜４３ｎを過ぎてから室外熱交換器４７ａ，４
７ｂを経て圧縮機２０の吸入部に至るまでが低圧側回路
となり、一方、冷房時は圧縮機２０の吐出部から室外熱
交換器４７ａ，４７ｂを経て膨張弁４３ａ〜４３ｎに至
るまでが高圧側回路、膨張弁４３ａ〜４３ｎを過ぎてか
ら室内熱交換器４２ａ〜４２ｄを経て圧縮機２０の吸入
部に至るまでが低圧側回路となる。

【００２９】またこの冷媒回路３０には、冷媒が蒸発器
から圧縮機２０に戻る経路中にアキュムレータ３７が配
置されている。このアキュムレータ３７は、蒸発器を経
た冷媒中の液状成分を分離して、気相冷媒のみを圧縮機
２０に戻すものである。さらに、膨張弁４３ａ〜４３ｎ
から蒸発器（冷房時は室内熱交換器４２ａ〜４２ｎ、暖
房時は室外熱交換器４７ａ，４７ｂ）を経て圧縮機２０
に至る低圧側回路の途中に、加熱手段としての二重管熱
交換器３４が設けられている。

【００３０】この冷媒回路３０の構成を具体的に説明す
ると、上記圧縮機２０の吐出側からライン３１ａが導出
され、これがオイルセパレータ３２を介して四方弁３３
の第１ポート３３ａに接続されている。一方、上記四方
弁３３において、第３ポート３３ｃからはライン３１ｂ
が導出されており、このライン３１ｂが二重管熱交換器
３４、液ガス熱交換器３５、サイレンサ３６及びアキュ
ムレータ３７を介して圧縮機２０の吸入側に導入されて
いる。また、上記オイルセパレータ３２から導出された
オイル戻りライン３８が上記アキュムレータ３７よりも
下流側においてライン３１ｂに接続されており、このオ
イル戻りライン３８には毛細管３８ａが設けられてい
る。

【００３１】上記アキュムレータ３７には、アキュムレ
ータ３７内に蓄えられる液相冷媒の組成比を検出する組
成比検出器６１が設けられるとともに、アキュムレータ
３７内の液面のレベルを検出する行為液面レベルセンサ
６２及び低位液面レベルセンサ６３が設けられている。
また、圧縮機２０には圧縮機温度センサ６４が設けら
れ、ライン３１ａには、圧縮機２０から吐出された冷媒
の圧力を検出する高圧側圧力センサ６５が設けられ、ラ
イン３１ｂには、圧縮機２０に吸入される冷媒の温度を
検出する吸込み冷媒温度センサ６７及びこの冷媒の圧力
を検出する低圧側圧力センサ６６が設けられている。

【００３２】また、上記ライン３１ａにおいて上記オイ
ルセパレータ３２の下流側には、ライン３１ａから分岐
して上記サイレンサ３６に至るガスバイパスライン３９
が設けられるとともに、このガスバイパスライン３９に
流量調整用の制御弁４０が接続されている。

【００３３】上記四方弁３３の第２ポート３３ｂからは
ライン３１ｃが導出されており、このライン３１ｃがス
トレーナ４１を介して各室内熱交換器４２ａ〜４２ｎに
至っている。

【００３４】各室内熱交換器４２ａ〜４２ｎは同図に示
すように互いに並列に配置されており、各々片方側（同
図では下側）の入出力部分が上記ライン３１ｃに接続さ
れるとともに、他方側（同図では上側）の入出力部分が
各々膨張弁４３ａ〜４３ｎを介してライン３１ｄに接続
されている。なお、６８ａ〜６８ｎは暖房時に膨張弁上
流側部分の冷媒温度を検出する膨張弁上流側温度センサ
であり、このセンサ６８ａ〜６８ｎは冷房時に蒸発器と
なる室内熱交換器４２ａ〜４２ｎの入口近傍の冷媒温度
を検出する蒸発器入口温度センサを兼ねている。また、
７６は暖房時に室外熱交換器４７ａ，４７ｂ上流側部分
の冷媒温度を検出する温度センサである。

【００３５】ライン３１ｄは、ストレーナ４４、サイト
グラス４５及びドライヤ４６を介して上記液ガス熱交換
器３５に至り、この液ガス熱交換器３５を経て室外熱交
換器４７ａに接続されている。室外熱交換器４７ａから
はライン３１ｇが導出され、このライン３１ｇが上記四
方弁３３の第４ポート３３ｄに接続されている。また、
上記ライン３１ｄから分岐したライン３１ｅが室外熱交
換器４７ｂに接続されるとともに、室外熱交換器４７ｂ
から導出されたライン３１ｆが上記ライン３１ｇに接続
されている。なお、７０は外気温センサである。

【００３６】また、上記冷却水回路５０は、図１中に示
すように、ポンプ５２の吐出側から冷却水ライン５１ａ
が導出され、この冷却水ライン５１ａが上記排ガス熱交
換器１９を経てエンジン２のウォータジャケット５３の
冷却水導入口に接続されるとともに、上記のウォータジ
ャケット５３の冷却水導出口から冷却水ライン５１ｂが
導出され、これがリニア三方弁５４に接続されている。

【００３７】上記リニア三方弁５４からは冷却水ライン
５１ｃ，５１ｅがそれぞれ導出されており、冷却水ライ
ン５１ｃがラジエータ５５の入力側に接続されている。
ラジエータ５５の出力側からは冷却水ライン５１ｄが導
出されており、この冷却水ライン５１ｄが上記ポンプ５
２の吸入側に接続されるとともに、上記冷却水ライン５
１ｅが二重管熱交換器３４を介してこの冷却水ライン５
１ｄに接続されている。

【００３８】上記リニア三方弁５４は、上記冷却水ライ
ン５１ｃ及び５１ｅへの冷却水の流量を調節するように
なっている。具体的には、図４に示すようにこの三方弁
５４の作動位置に応じ、この三方弁５４に導かれる冷却
水を冷却水ライン５１ｃに１００％流す状態から冷却水
ライン５１ｅへ１００％流す状態にまでわたり、両冷却
水ライン５１ｃ，５１ｅの冷却水量の割合をリニアに変
えることができるようになっている。そして、冷却水回
路５０において、排ガス熱交換器１９等から熱を受け取
った冷却水が上記リニア三方弁５４に導かれ、さらにこ
のリニア三方弁５４の作動位置に応じた量だけ冷却水ラ
イン５１ｅを介して上記二重管熱交換器３４に導かれる
ことにより、暖房時に、二重管熱交換器３４で冷媒に熱
が供給され、その供給熱量が上記リニア三方弁５４によ
って調節されるようになっている。

【００３９】次に、上記空調装置１の制御系について図
２のブロック図を用いて説明する。なお、この図では主
に冷媒回路３０に関する制御系の構成を示している。

【００４０】同図に示すように、空調装置の制御系は、
前記室内熱交換器４２ａ〜４２ｎ及び膨張弁４３ａ〜４
３ｎ等が設けられている室内機８０ａ〜８０ｎを個々に
制御する室内機制御装置８１ａ〜８１ｎと、前記圧縮機
２０、室外熱交換器４７ａ，４７ｂ、四方弁３３、アキ
ュムレータ３７等が設けられている室外機ユニットを制
御する室外機制御装置８２とを備え、各室内機制御装置
８１ａ〜８１ｎと室外機制御装置８２とが互いに関連し
て制御を行なうことができるように電気的に接続されて
いる。

【００４１】上記室内機８０ａ〜８０ｎには、それぞれ
送風用のファン７１ａ〜７１ｎと、膨張弁４３ａ〜４３
ｎと、膨張弁上流側（暖房時）冷媒温度センサ６８ａ〜
６８ｎと、オンオフスイッチや温度設定キーを備えた操
作部７２ａ〜７２ｎと、各室内温度を検出する室内温度
センサー７３ａ〜７３ｎ等が設けられている。そして、
例えば室内機８０ａにおいて操作部７２ａを介して希望
温度が入力されると、室内機制御装置８１ａにより、室
内温度センサー７３ａで室内温度が求められるととも
に、この温度と上記希望温度との差が求められ、この温
度差を減少させるべく上記ファン７１ａの出力が制御さ
れるようになっている。

【００４２】一方、上記室外機制御装置８２には、エン
ジン２、四方弁３３、リニア三方弁５４、開閉弁４０、
室外機側ファン７７等の制御対象要素が接続されるとと
もに、吸込み冷媒温度センサー６７、圧縮機温度センサ
６４、アキュムレータ液面レベルセンサ６２，６３、高
圧側圧力センサ６５、低圧側圧力センサ６６、外気温セ
ンサ７０、組成比検出器６１等の制御入力要素が接続さ
れ、さらに、制御のための各種データ及びプログラム等
を記憶する記憶装置７５が接続されている。

【００４３】上記室外機制御装置８２は、各室内機８０
ａ〜８０ｎの冷暖切換えに応じて前述のように冷媒回路
３０での冷媒の循環方向を切換えるべく四方弁３３を切
替制御する。さらに室外機制御装置８２は、冷房時及び
暖房時にそれぞれ、例えば室内機運転台数やその他の運
転状態によって変化する負荷を調べ、その負荷に応じて
エンジン２の駆動を制御することにより圧縮機２０の回
転数を調節し、負荷が低くなるほど圧縮機２０の回転数
を低下させるように制御する。

【００４４】さらに、上記各制御装置８１ａ〜８１ｎ，
８２は、後に詳述する如く、冷房時にスーパーヒート制
御、暖房時にサブクール制御を実行するように上記膨張
弁４３ａ〜４３ｎ等を制御するとともに、冷房時には後
述の低圧側圧力検出値と目標低圧値との比較に基づく圧
縮機回転数の制御を行ない、暖房時には後述の高圧側圧
力検出値と目標高圧値との比較に基づく圧縮機回転数の
制御を行なう。また、このような制御とともに、冷房時
及び暖房時にそれぞれ、低圧側圧力検出値と目標低圧値
との比較に基づき、二重管熱交換器３４の熱交換量を調
節するように上記三方弁５４を制御する。

【００４５】なお、このほかに制御装置８１ａ〜８１
ｎ，８２は、上記室内熱交換器４２ａ〜４２ｎの作動状
況、つまり運転されている室内熱交換器４２ａ〜４２ｎ
の数等に応じて制御弁４０の開度を制御してガスバイパ
スライン３９を流れる冷媒の量を調整するようになって
おり、具体的には、運転される室内熱交換器４２ａ〜４
２ｎの数が少なくなるにつれて制御弁４０の開度を大き
くしてガスバイパスライン３９に流れる冷媒の量を増大
させるようになっている。

【００４６】上記制御装置８１ａ〜８１ｎ，８２による
暖房時と冷房時とに応じた制御は、具体的には図３に示
すように行なわれる。

【００４７】この制御では、先ず室内機の冷房運転か暖
房運転かの判別が行なわれ（ステップＳ１）、冷房時に
は、ステップＳ２〜Ｓ１１のメインルーチン処理と、メ
インルーチン中のステップＳ４のときに開始されるステ
ップＳ１２〜Ｓ１４の並列ルーチン処理とが行なわれ、
一方、暖房時には、ステップＳ１５〜Ｓ２３のメインル
ーチン処理と、メインルーチン中のステップＳ１７のと
きに開始されるステップＳ２５〜Ｓ２７の並列ルーチン
処理とが行なわれる。

【００４８】冷房時には、室内機側の負荷（使用室内機
の数）及び温度条件が検出され、温度条件としては室内
温度が室内温度センサ７３ａ〜７３ｎにより、希望温度
が操作部７２ａ〜７２ｎの操作データにより、室外温度
が外気温センサ７０によりそれぞれ検出される（ステッ
プＳ２）。この負荷及び温度条件に対する各室内機の膨
張弁開度、三方弁開度、圧縮機回転数、目標高圧値、目
標ＳＨ値等の冷房運転時の好ましい対応関係が予め記憶
装置７５内に記憶され、この対応関係からそのときの負
荷及び温度条件に応じた各室内機の膨張弁開度、三方弁
開度、圧縮機回転数、目標低圧値及び目標ＳＨ値等が求
められ、膨張弁４３ａ〜４３ｎ、三方弁５４、圧縮機２
０がそれらの初期設定値を取るように制御されるととも
に、目標低圧値、目標ＳＨ値等が記憶装置７５内にデー
タ保持される（ステップＳ３）。ここで、目標低圧値と
は、膨張弁４３ａ〜４３ｎから蒸発器である室外熱交換
器４７ａ，４７ｂを経て圧縮機２０の吸込み口に至るま
での低圧側冷媒回路内の圧力である低圧側圧力の目標値
をいう。

【００４９】続いてメインルーチンと並列同時に処理さ
れるステップＳ１２〜Ｓ１５の並列ルーチンを開始させ
る（ステップＳ４）。また、メインルーチン側では引き
続いて低圧側圧力センサ６６により低圧側圧力が検出さ
れ（ステップＳ５）、上記ステップＳ３にて設定されて
記憶装置７５内にデータ保持されている目標低圧値との
比較が行なわれる（ステップＳ６）。検出値の方が目標
低圧値よりも所定値以上低い場合には圧縮機２０の回転
数が増加補正され、検出値の方が目標低圧値よりも所定
値以上高い場合には圧縮機２０の回転数が減少補正され
る（ステップＳ７）。この回転数補正の実行後に再度低
圧側圧力が検出され（ステップＳ８）、この検出値と上
記目標低圧値との比較が行なわれる（ステップＳ９）。

【００５０】ここでまだ検出値の方が目標低圧値より所
定値以上低い場合には、三方弁５４の開度が増加補正さ
れることにより低圧側冷媒への加熱量が増加され、ま
た、検出値の方が目標低圧値よりも所定量以上高い場合
には、三方弁５４の開度が減少補正されることにより低
圧側冷媒への加熱量が減少される（ステップＳ１０）。
そして、再度低圧側圧力が検出され、検出値と上記目標
低圧値との差の絶対値が所定値以下でない場合はステッ
プＳ１０の処理が繰り返される。ステップＳ６，Ｓ９に
おいて検出値と目標低圧値との差の絶対値が所定値以下
となった場合は、並列ルーチン処理の終了をまってステ
ップＳ１に戻る（ステップＳ１１）。

【００５１】また、ステップＳ４で開始される並列ルー
チン処理においては、先ずＳＨ（加熱度）が検出される
（ステップＳ１２）。ここで、ＳＨとは、圧縮機２０入
口温度（吸込冷媒温度センサ６７により検出）と、低圧
側圧力（低圧側圧力センサ６６にて検出）と冷媒組成
（主に組成比検出器６９にて検出）に基づき算出される
飽和蒸気温度との差をいう。この圧縮機２０入口温度と
飽和蒸気温度との差を算出することにより求められるＳ
Ｈ検出値と、上記ステップＳ３にて設定される目標ＳＨ
値との比較がされる（ステップＳ１３）。ＳＨ検出値の
方が目標ＳＨ値より所定値以上小さければ、膨張弁開度
を減少する補正が行なわれる。これにより蒸発器に流入
する冷媒量が減少し、その分、単位冷媒量当りの受熱量
が増加し、実際のＳＨ値が上昇する。また、ＳＨ検出値
の方が目標ＳＨ値より所定値以上大きければ、膨張弁開
度を増大する補正が行なわれる（ステップＳ１４）。そ
して、再度ＳＨ検出値が求められてこれと目標ＳＨ値と
の比較が行なわれ、ＳＨ検出値と目標ＳＨ値との差の絶
対値が所定値以上であればステップＳ１４の処理が繰り
返され、上記差の絶対値が所定値以下となれば並列ルー
チンの処理を終了し、メインルーチンのステップＳ１１
に戻る。

【００５２】一方、暖房時には、室内機側の負荷（使用
室内機の数）及び温度条件が検出され、温度条件として
は室内温度が室内温度センサ７３ａ〜７３ｎにより、希
望温度が操作部７２ａ〜７２ｎの操作データにより、室
外温度が外気温センサ７０によりそれぞれ検出される
（ステップＳ１５）。この負荷及び温度条件に対する各
室内機の膨張弁開度、三方弁開度、圧縮機回転数、目標
高圧値、目標低圧値、目標ＳＨ値等の冷房運転時の好ま
しい対応関係が予め記憶装置７５内に記憶され、この対
応関係からそのときの負荷及び温度条件に応じた各室内
機の膨張弁開度、三方弁開度、圧縮機回転数、目標高圧
値、目標低圧値及び目標ＳＨ値等が求められ、膨張弁４
３ａ〜４３ｎ、三方弁５４、圧縮機２０がそれらの初期
設定値を取るように制御されるとともに、目標高圧値、
目標低圧値、目標ＳＨ値等が記憶装置７５内にデータ保
持される（ステップＳ１６）。ここで、目標高圧値と
は、圧縮機２０の圧縮室出口から膨張弁４３ａ〜４３ｎ
までの高圧側回路内の圧力である高圧側圧力の目標値を
いう。

【００５３】続いてメインルーチンと並列同時に処理さ
れるステップＳ２５〜Ｓ２７の並列ルーチンを開始させ
る（ステップＳ１７）。また、メインルーチン側では引
き続いて高圧側圧力センサ６５により高圧側圧力が検出
され（ステップＳ１８）、上記ステップＳ１６にて設定
されて記憶装置７５内にデータ保持されている目標高圧
値との比較が行なわれる（ステップＳ１９）。検出値の
方が目標高圧値より所定値以上低い場合には圧縮機２０
の回転数が増加補正され、検出値の方が目標高圧値より
所定値以上高い場合には圧縮機２０の回転数が減少補正
される（ステップＳ２０）。この回転数補正の実行後に
再度高圧側圧力が検出されて上記目標高圧値との比較が
行なわれ、ここでまだ検出値と目標高圧値との差の絶対
値が所定値以上の場合はステップＳ２０による圧縮機回
転数の補正が繰り返される。

【００５４】上記検出値と目標高圧値との差の絶対値が
所定値以下となった場合は、低圧側圧力センサ６６によ
り低圧側圧力が検出され（ステップＳ２１）、この検出
値と上記目標低圧値との比較が行なわれる（ステップＳ
２２）。ここで、検出値の方が目標低圧値より所定値以
上低い場合には、三方弁５４の開度が増加補正されるこ
とにより低圧側冷媒への加熱量が増加され、また、検出
値の方が目標低圧値よりも所定値以上高い場合には、三
方弁５４の開度が減少補正されることにより低圧側冷媒
への加熱量が減少される（ステップＳ２３）。そして、
再度低圧側圧力が検出され、検出値と上記目標低圧値と
の差の絶対値が所定値以下でない場合はステップＳ２３
の処理が繰り返される。ステップＳ２２において検出値
と目標低圧値との差の絶対値が所定値以下となった場合
は、並列ルーチン処理の終了をまってステップＳ１に戻
る（ステップＳ２４）。

【００５５】また、ステップＳ１７で開始される並列ル
ーチン処理においては、先ずＳＣ（過冷却度）が検出さ
れる（ステップＳ２５）。ここで、ＳＣとは、高圧側圧
力（高圧側圧力センサ６５にて検出）と冷媒組成（主に
組成比検出器６９にて検出）に基づき算出される飽和液
温度と、膨張弁４３ａ〜４３ｎの上流側近傍の冷媒温度
（温度センサ６８ａ〜６８ｎにて検出）との差をいう。
この飽和液温度と膨張弁上流側近傍の冷媒温度との差を
算出することにより求められるＳＣ検出値が、上記ステ
ップＳ１６にて設定される目標ＳＣ値と比較される（ス
テップＳ２６）。ＳＣ検出値の方が目標ＳＣ値より所定
値以上小さければ、膨張弁開度を減少する補正が行なわ
れる。これにより凝縮器である室内熱交換器４２ａ〜４
２ｎに滞留する液冷媒量が増加し、実際のＳＣ値が上昇
する。また、ＳＣ検出値の方が目標ＳＣ値より所定値以
上大きければ、膨張弁開度を増加する補正が行なわれる
（ステップＳ２７）。そして、再度ＳＣ検出値が求めら
れてこれと目標ＳＣ値との比較が行なわれ、ＳＣ検出値
と目標ＳＣ値との差の絶対値が所定値以上であればステ
ップＳ２７の処理が繰り返され、上記差の絶対値が所定
値以下となれば並列ルーチンの処理を終了し、メインル
ーチンのステップＳ２４に戻る。

【００５６】以上のような当実施形態の空調装置の作用
を、次に説明する。

【００５７】空調装置が冷房運転される場合、上記四方
弁３３が第１ポート３３ａと第４ポート３３ｄとを連通
するとともに第２ポート３３ｂと第３ポート３３ｃとを
連通する状態とされる。この状態では、図１中に破線矢
印で示すように、圧縮機２０から吐出された冷媒が四方
弁３３、室外熱交換器４７ａ，４７ｂ、液ガス熱交換器
３５、膨張弁４３ａ〜４３ｎ、室内熱交換器４２ａ〜４
２ｎ、四方弁３３、二重管熱交換器３４、液ガス熱交換
器３５、アキュムレータ３７をこの順に通って圧縮機２
０に循環される。そして、室外熱交換器４７ａ，４７ｂ
が凝縮器として働いてここで放熱が行なわれる一方、室
内熱交換器４２ａ〜４２ｎが蒸発器として働いてここで
吸熱が行なわれることにより室内が冷房される。

【００５８】ところで、非共沸冷媒が上記のように循環
されると、低圧側回路における蒸発器（室内熱交換器４
２ａ〜４２ｎ）の出口側と入口側とでは同一圧力でも温
度差が生じる。この現象を図５及び図６によって説明す
る。

【００５９】図５は、横軸に非共沸冷媒中の低沸点成分
の組成比、縦軸に温度をとり、一定圧力下での飽和蒸気
線（上記組成比と飽和蒸気温度との関係を表すライン）
及び飽和液線（上記組成比と飽和液温度との関係を表す
ライン）を示している。同図中に示すように、例えば低
沸点成分が０％または１００％の場合（つまり一沸点冷
媒に相当する場合）は飽和蒸気温度と飽和液温度とが等
しいが、低沸点成分と高沸点成分とが混在している場
合、例えば組成比がＸ＝Ｘ２のところでは、飽和蒸気温
度と飽和液温度とに格差（所謂温度すべり）が生じる。
従って、非共沸冷媒を使用した場合、図６のモニエル線
図（冷凍サイクルの圧力−エンタルピ特性図）中に等温
線を示すと破線のようになり、飽和液線と飽和蒸気線と
の間で等温線は等圧のラインに対して傾斜し、低圧側の
同一圧力における飽和液温度（Ｔｅ：ｅ点の温度）と飽
和蒸気温度（Ｔｆ：ｆ点の温度）とは、Ｔｅ＜Ｔｆの関
係となる。このため、蒸発器の入口側の温度が出口側の
温度と比べて低くなる。

【００６０】これに対し、図３のフローチャート中の冷
房時のメインルーチン処理（ステップＳ２〜Ｓ１０）に
おいて、低圧側圧力の検出値と目標低圧値との比較に基
づき、圧縮機回転数の制御とともに、三方弁５４の開度
の制御により、二重管熱交換器３４から冷媒への供給熱
量がコントロールされ、低圧側回路中の冷媒が加熱され
る。

【００６１】このように低圧側圧力の検出に基づいて冷
媒の加熱が行なわれることにより、低圧側圧力が高くな
り、蒸発器となる室内熱交換器４２ａ〜４２ｎの入口側
圧力が所定値以上となり、その分、室内熱交換器４２ａ
〜４２ｎの入口部の冷媒温度が上昇し、室内熱交換器４
２ａ〜４２ｎを通過する大気中の水蒸気の結露、水の凍
結、着霜が防止される。

【００６２】また、従来では外気温度が低い場合に室外
熱交換器４７ａ，４７ｂでの放熱量が過大となり、室外
熱交換器４７ａ，４７ｂ出口での冷媒温度はその圧力に
おける飽和液温度よりも低くなりすぎてしまい、高圧側
圧力が低下し膨張弁開度増大の補正を行なっても冷媒循
環量が低下し、冷房運転が不能となってしまうことがあ
ったが、当実施形態の装置によると冷媒を低圧側で加熱
することにより低圧側圧力が上昇し、これに伴い高圧側
圧力が上昇するため、膨張弁開度増大の補正により冷媒
循環量を増加させることが可能となり、冷房運転が可能
となる。

【００６３】また、図３のフローチャート中の冷房時の
並列ルーチン処理（ステップＳ１２〜Ｓ１４）により、
スーパーヒート（加熱）制御運転が行なわれる。

【００６４】ここでスーパーヒート制御とは、圧縮機吸
込み部の冷媒温度を蒸発温度以上に加熱する制御であ
る。具体的には、上記吸込み冷媒温度あるいは圧縮機温
度に応じ、この温度を所定高温度にまで上昇させるよう
に膨張弁開度を絞る方向に補正することをいう。

【００６５】このような制御によると、冷凍サイクルの
モニエル線図が図６のようになる。すなわち、気相冷媒
が圧縮機２０で圧縮されて圧力Ｐ及びエンタルピｈが上
昇（ａ→ｂ）した後、室外熱交換器４７ａ，４７ｂで凝
縮されてエンタルピｈが低下するに伴い冷媒が気相から
気液二相ないし液相へと変化し（ｂ→ｃ）、次いで液相
冷媒が膨張弁４３ａ〜４３ｎで膨張されて低圧となり
（ｃ→ｄ）、さらに室内熱交換器４２ａ〜４２ｎでの吸
熱によりエンタルピｈが上昇するが（ｄ→ａ）、この際
に飽和蒸気温度を大きく上回るように過剰に冷媒が加熱
され、スーパーヒート制御が行なわれる。なお、ＳＨi
は過剰加熱によるエンタルピ変化分である。

【００６６】このスーパーヒート制御により、ＣＯＰ
（成績係数）が高められ、空調装置の性能が高められ
る。

【００６７】すなわち、上記ＣＯＰは、冷凍サイクルの
能率を表すものであって、圧縮機２０での圧縮によるエ
ンタルピ上昇量をＡ、蒸発器での蒸発によるエンタルピ
上昇量をＢとすると（図６参照）、暖房時と冷房時にお
いてそれぞれ次のようになる。

【００６８】（冷房時）ＣＯＰ＝Ｂ／Ａ … （暖房時）ＣＯＰ＝（Ａ＋Ｂ）／Ａ … そして、上記スーパーヒート制御により、過剰加熱によ
るエンタルピ変化分ＳＨi だけ上記式中のＢの値が大
きくなるため、冷房時にＣＯＰが向上されることとな
る。

【００６９】しかも、この制御によってアキュムレータ
３７中での余剰冷媒の貯留量が冷房時の定常運転状態で
零とされることにより、アキュムレータ３７に高沸点成
分が滞留することがなく、従って圧縮機２０に吸入され
る気相冷媒中の低沸点成分の割合が増大してＣＯＰの低
下を招くといった事態が生じることはない。

【００７０】また、負荷が減少したときに余剰冷媒が膨
張弁上流側に滞留するが、気液を分離するアキュムレー
タとは異なり、凝縮後の低沸点成分と高沸点成分とがと
もに滞留し、順次膨張弁を通過するので、ここでの滞留
により循環冷媒の組成比が変化することはなく、従って
ＣＯＰの低下を招くことはない。

【００７１】一方、空調装置が暖房運転される場合に
は、上記四方弁３３が第１ポート３３ａと第２ポート３
３ｂとを連通するとともに第３ポート３３ｃと第４ポー
ト３３ｄとを連通する状態とされる。この状態では、図
１中に実線矢印で示すように、圧縮機２０から吐出され
た冷媒が四方弁３３、室内熱交換器４２ａ〜４２ｎ、膨
張弁４３ａ〜４３ｎ、液ガス熱交換器３５、室外熱交換
器４７ａ，４７ｂ、四方弁３３、二重管熱交換器３４、
液ガス熱交換器３５、アキュムレータ３７をこの順に通
って圧縮機２０に循環される。そして、室内熱交換器４
２ａ〜４２ｎが凝縮器として働いてここで放熱が行なわ
れることにより室内が暖房され、また室外熱交換器４７
ａ，４７ｂが蒸発器として働いてここで吸熱が行なわれ
る。

【００７２】この場合に、図３のフローチャート中の暖
房時のメインルーチン処理（ステップＳ１５〜Ｓ２３）
において、高圧側圧力の検出値と目標高圧値との比較に
基づいた圧縮機回転数の制御に加え、低圧側圧力の検出
値と目標低圧値との比較に基づいて三方弁５４の開度の
制御が行なわれることにより、二重管熱交換器３４から
冷媒への供給熱量がコントロールされる。

【００７３】こうして、低圧側回路中の冷媒が加熱され
ることにより、低圧側圧力が高くなり、蒸発器となる室
外熱交換器４７ａ，４７ｂの入口側圧力が所定値以上と
なり、その分、室外熱交換器４７ａ，４７ｂの入口部の
冷媒温度が上昇し、室外熱交換器４７ａ，４７ｂを通過
する大気中の水蒸気の結露、水の凍結、着霜が防止され
る。

【００７４】また、従来では外気温度が低い場合に室外
熱交換器４７ａ，４７ｂでの吸熱量が減少あるいは吸熱
不能となり、室外熱交換器４７ａ，４７ｂ出口での冷媒
温度はその圧力における飽和蒸気温度よりも低いままと
なり、低圧側圧力に液冷媒が滞留してしまう。また、吸
熱量の減少に対応して放熱量を減少すべく、目標ＳＣ値
を０とし、さらには飽和液温度以上の温度で膨張弁４３
ａ〜４３ｎを通過させるべく膨張弁開度を絞り膨張弁４
３ａ〜４３ｎの上流側に冷媒を滞留させるようにして
も、室外熱交換器４７ａ，４７ｂ出口での冷媒温度はそ
の圧力における飽和蒸気温度よりも低いままとなり、暖
房が不能となってしまうことがあった。しかし、当実施
形態の装置では上記のように低圧側圧力に基づいて低圧
側回路の冷媒を加熱しているため、吸熱量の不足による
暖房不能が防止され、暖房運転が可能となる。

【００７５】また、図３のフローチャート中の暖房時の
並列ルーチン処理（ステップＳ２５〜Ｓ２７）により、
サブクール（過冷却）制御運転が行なわれる。

【００７６】ここで、サブクール制御とは、高圧側の膨
張弁近傍の冷媒温度を凝縮温度以下となるように冷却す
る制御である。具体的には、膨張弁上流側冷媒温度の検
出値に応じ、この温度を凝縮温度以下の所定値にまで低
下させるように膨張弁開度を拡げる方向に補正すること
をいう。このサブクール制御状態では、室外熱交換器４
７ａ，４７ｂと圧縮機２０との間において余剰冷媒がア
キュムレータ３７に滞留する。

【００７７】この暖房時のサブクール制御を図６を参照
しつつ説明すると、気相冷媒が圧縮機２０で圧縮されて
圧力Ｐ及びエンタルピｈが上昇（ａ→ｂ）した後、室内
熱交換器４２ａ〜４２ｎで凝縮、放熱されてエンタルピ
ｈが低下するに伴い冷媒が気相から液相へと変化し（ｂ
→ｃ）、この際に飽和液線を下回るように冷媒が過冷却
され、次いで液相冷媒が膨張弁４３ａ〜４３ｎで膨張さ
れて低圧となり（ｃ→ｄ）、さらに室外熱交換器４７
ａ，４７ｂでの蒸発によりエンタルピｈが上昇する（ｄ
→ａ）。なお、ＳＣi は過冷却によるエンタルピ変化分
である。

【００７８】このサブクール制御よっても、過冷却によ
るエンタルピ変化分ＳＣi だけ上記式中のＢの値が大
きくなるため、ＣＯＰ（成績係数）が高められ、空調装
置の性能が高められる。

【００７９】また、非共沸冷媒が用いられている空調装
置において上記サブクール制御が行われると、上記アキ
ュムレータ３７内には時間経過とともに高沸点成分（例
えばＲ１３４ａ）が高い割合で滞留することにより、圧
縮機２０に吸入される気相冷媒中の低沸点成分（例えば
Ｒ３２、Ｒ１２５）の割合が初期充填割合よりも増大す
る傾向が生じる。図５を参照しつつこれを説明すると、
サブクール制御によってアキュムレータ３７内に導かれ
る冷媒温度が比較的低くなった場合、アキュムレータ３
７内に滞留する液相の非共沸冷媒中の低沸点成分の組成
比が低い値Ｘ１になる（高沸点成分の割合が多くなる）
一方、アキュムレータ３７から圧縮機２０に送られる気
相の非共沸冷媒の低沸点成分の組成比が高い値Ｘ２にな
る（低沸点成分の割合が多くなる）。

【００８０】しかし、暖房時に室外熱交換器４７ａ，４
７ｂを通過した後の冷媒がアキュムレータ３７に導かれ
る経路中に二重管熱交換器３４が設けられ、この二重管
熱交換器３４により冷媒が加熱されるため、アキュムレ
ータ３７内に滞留する高沸点成分の量が低減され、上記
傾向が是正される。とくに、アキュムレータ３７の液面
レベルに応じて上記二重管熱交換器３４からの供給熱量
が制御されることにより、上記液面レベルが適度に調整
され、高沸点成分が多量にアキュムレータ３７に滞留す
ることが避けられる。従って、循環冷媒の組成比の変動
（低沸点成分の増大）によるＣＯＰの低下が小さくされ
る。

【００８１】また、上記サブクール制御状態でも少なく
とも低沸点成分は充分に循環することから、外気温度が
低い場合でも室外熱交換器４７ａ，４７ｂでの吸熱が可
能となり、暖房能力が確保される。

【００８２】なお、上記実施形態では室内熱交換器４２
ａ〜４２ｎを複数台設けるとともに、室外熱交換器４７
ａ，４７ｂを２台設けているが、室内熱交換器及び室外
熱交換器はそれぞれ１台ずつであってもよい。

【００８３】また、上記実施形態の処理の中で、ステッ
プＳ１０あるいはステップＳ２３での三方弁開度補正に
おいては、室内熱交換器４２ａ〜４２ｎの出口付近から
四方弁３３を経て圧縮機２０の吸込み口に至るまでの間
の冷媒温度である圧縮機吸込み側冷媒温度、例えば吸込
み冷媒温度センサ６７の検出温度に基づき、この温度が
低い程三方弁開度を大きくするように補正してもよい。

【００８４】また、ステップＳ１０では、膨張弁４３ａ
〜４３ｎから室内熱交換器４２ａ〜４２ｎ内の入口近傍
までの冷媒回路中の冷媒温度の検出（温度センサ６８ａ
〜６８ｎによる検出）に基づき、その温度が低いほど三
方弁開度を大きくするように補正してもよい。さらにま
た、ステップＳ２３において、温度センサ７６による温
度検出に基づき、その温度が低い程三方弁の開度を大き
くするように補正してもよい。

【００８５】

【発明の効果】請求項１に係る発明のヒートポンプ装置
は、非共沸冷媒を使用してこれを圧縮機、凝縮器、膨張
弁、蒸発器の順に循環させ、かつ、圧縮機吸込み側冷媒
温度が低圧側回路の冷媒の飽和蒸気温度以上になるよう
に膨張弁開度を制御する一方、高圧側または低圧側の圧
力が所定範囲になるように圧縮機回転数を増減するよう
にしたものにおいて、上記低圧側回路に冷媒加熱手段を
配置し、低圧側の圧力または蒸発器入口側の冷媒温度を
所定値以上にするように上記冷媒加熱手段により冷媒を
加熱し、低圧側の圧力を上昇させることができるように
している。このため、スーパーヒート制御により運転性
能の向上を図るとともに、非共沸冷媒が使用されている
ことで蒸発器の入口付近の温度が出口温度よりも低くな
るという傾向に対し、蒸発器の出口温度をスーパーヒー
ト状態とすることに加えて、上記冷媒加熱手段の作動に
より低圧側の圧力を上昇させることで蒸発器の入口側の
冷媒温度を高め、蒸発器の入口付近に着霜や凍結が生じ
ることを防止することができる。

【００８６】請求項２に係る発明のヒートポンプ装置に
よっても、スーパーヒート制御により運転性能の向上を
図るとともに、蒸発器の入口付近に着霜や凍結が生じる
ことを防止することができる。

【００８７】このヒートポンプ装置を空調装置に適用す
る場合は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室
内熱交換器、四方弁、圧縮機の順に非共沸冷媒を循環さ
せる冷房運転時に、上記スーパーヒート制御を実行する
一方、高圧側または低圧側の圧力に応じて圧縮機の回転
数を制御し、かつ、低圧側回路の冷媒圧力等のデータが
低いときに、低圧側回路に設けた冷媒加熱手段により冷
媒を加熱するように構成すること（請求項４）により、
冷房運転時に、スーパーヒート制御によって運転性能の
向上を図ることができるとともに、蒸発器の入口付近に
着霜や凍結が生じることを防止することができる。

【００８８】また、請求項３に係る発明のヒートポンプ
装置は、非共沸冷媒を使用してこれを圧縮機、凝縮器、
膨張弁、蒸発器の順に循環させ、かつ、膨張弁上流側冷
媒温度が高圧側回路の冷媒の飽和液温度以下になるよう
に膨張弁開度を制御するサブクール制御を実行する一
方、高圧側または低圧側の圧力に応じて圧縮機回転数を
制御するようにしたものにおいて、上記低圧側回路に冷
媒加熱手段を配置し、低圧側の圧力または蒸発器入口側
の冷媒温度を所定値以上にするように上記冷媒加熱手段
により冷媒を加熱し、低圧側の圧力を上昇させることが
できるようにしている。このため、上記サブクール制御
により運転性能の向上を図るとともに、上記冷媒加熱手
段の作動により低圧側の圧力を上昇させることで蒸発器
の入口側の冷媒温度を高め、蒸発器の入口付近に着霜等
が生じることを防止することができる。

【００８９】このヒートポンプ装置を空調装置に適用す
る場合は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室
外熱交換器、四方弁、圧縮機の順に非共沸冷媒を循環さ
せる暖房運転時に、上記サブクール制御を実行する一
方、高圧側または低圧側の圧力に応じて圧縮機の回転数
を制御し、かつ、低圧側回路の冷媒圧力等のデータが低
いときに、低圧側回路に設けた冷媒加熱手段により冷媒
を加熱するように構成すること（請求項５）により、暖
房運転時に、サブクール制御によって運転性能の向上を
図ることができるとともに、蒸発器の入口付近に着霜等
が生じることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるヒートポンプ装置の
構造を示す回路図である。

【図２】上記ヒートポンプ装置の制御系統を示す図であ
る。

【図３】暖房時と冷房時とに応じた制御の一例を示すフ
ローチャートである。

【図４】上記ヒートポンプ装置の冷却水回路に組み込ま
れた三方弁の作動特性を示す図である。

【図５】非共沸冷媒の組成比と飽和蒸気温度及び飽和液
温度との関係を示す図である。

【図６】等温線を追加したモニエル線図である。

【符号の説明】

１冷媒回路２０圧縮機３０冷媒回路３３四方弁３４二重管熱交換器４２ａ〜４２ｎ室内熱交換器４３ａ〜４３ｎ膨張弁４７ａ，４７ｂ室外熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２５Ｂ 13/00 ３４１Ｆ２５Ｂ 13/00 ３４１Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に
非共沸冷媒を循環させ、蒸発器出口付近から圧縮機吸込
み口までの間の冷媒温度である圧縮機吸込み側冷媒温度
を、膨張弁から蒸発器を経て圧縮機に至る低圧側回路の
冷媒圧力に応じた飽和蒸気温度以上になるように、膨張
弁開度を制御する一方、圧縮機から凝縮器を経て膨張弁
に至る高圧側回路と上記低圧側回路とのうちの少なくと
も一方の圧力を検出して、所定の圧力範囲になるように
上記圧縮機の回転数を増減させるようにした非共沸冷媒
使用のヒートポンプ装置において、上記低圧側回路に冷
媒加熱手段を配置するとともに、上記低圧側回路の冷媒
圧力を所定値以上、または蒸発器入口側の冷媒温度を所
定値以上にするように上記冷媒加熱手段により冷媒を加
熱するよう制御する制御手段を備えたことを特徴とする
非共沸冷媒使用のヒートポンプ装置。
【請求項２】圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に
非共沸冷媒を循環させ、蒸発器出口付近から圧縮機吸込
み口までの間の冷媒温度である圧縮機吸込み側冷媒温度
を、膨張弁から蒸発器を経て圧縮機に至る低圧側回路の
冷媒圧力に応じた飽和蒸気温度以上になるように、上記
圧縮機吸込み側冷媒温度と上記飽和蒸気温度との差が小
さいとき膨張弁開度を小さくし、上記差が大きいとき膨
張弁開度を大きくするスーパーヒート制御を実行する一
方、圧縮機から凝縮器を経て膨張弁に至る高圧側回路と
上記低圧側回路とのうちの少なくとも一方の圧力を検出
して、所定の圧力範囲になるように上記圧縮機の回転数
を増減させるようにした非共沸冷媒使用のヒートポンプ
装置において、上記低圧側回路に冷媒加熱手段を配置す
るとともに、上記低圧側回路の冷媒圧力を所定値以上、
または蒸発器入口側の冷媒温度を所定値以上にするよう
に上記冷媒加熱手段により冷媒を加熱するよう制御する
制御手段を備えたことを特徴とする非共沸冷媒使用のヒ
ートポンプ装置。
【請求項３】圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に
非共沸冷媒を循環させ、凝縮器出口付近から膨張弁まで
の間の冷媒温度である膨張弁上流側冷媒温度を、圧縮機
から凝縮器を経て膨張弁に至る高圧側回路の冷媒圧力に
応じた飽和液温度以下になるように、上記飽和液温度と
上記膨張弁上流側冷媒温度との差が小さいとき膨張弁開
度を小さくし、上記差が大きいとき膨張弁開度を大きく
するサブクール制御を実行する一方、上記高圧側回路と
上記膨張弁から蒸発器を経て圧縮機に至る低圧側回路と
のうちの少なくとも一方の圧力を検出して、所定の圧力
範囲になるように上記圧縮機の回転数を増減させるよう
にした非共沸冷媒使用のヒートポンプ装置において、上
記低圧側回路に冷媒加熱手段を配置するとともに、上記
低圧側回路の冷媒圧力を所定値以上、または蒸発器入口
側の冷媒温度を所定値以上にするように上記冷媒加熱手
段により冷媒を加熱するよう制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする非共沸冷媒使用のヒートポンプ装置。
【請求項４】圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張
弁、室外熱交換器を配備し、冷房運転時に圧縮機、四方
弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、四方弁、圧
縮機の順に非共沸冷媒を循環させるようにするととも
に、この冷房運転時に、室内熱交換器出口付近から四方
弁を経て圧縮機吸込み口に至るまでの間の冷媒温度であ
る圧縮機吸込み側冷媒温度を、膨張弁から室内熱交換
器、四方弁を経て圧縮機に至る低圧側回路の冷媒圧力に
応じた飽和蒸気温度以上になるように、上記圧縮機吸込
み側冷媒温度と上記飽和蒸気温度との差が小さいとき膨
張弁開度を小さくし、上記差が大きいとき膨張弁開度を
大きくするスーパーヒート制御を実行する一方、上記低
圧側回路の圧力が高いとき上記圧縮機の回転数を減少
し、この圧力が低いときに上記圧縮機の回転数を増加さ
せるようにした非共沸冷媒使用の空調用のヒートポンプ
装置において、上記低圧側回路に冷媒加熱手段を配置す
るとともに、上記低圧側回路の冷媒圧力を所定値以上、
または蒸発器入口側の冷媒温度を所定値以上にするよう
に上記冷媒加熱手段により冷媒を加熱するよう制御する
制御手段を備えたことを特徴とする非共沸冷媒使用のヒ
ートポンプ装置。
【請求項５】圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張
弁、室外熱交換器を配備し、暖房運転時に圧縮機、四方
弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四方弁、圧
縮機の順に非共沸冷媒を循環させるようにするととも
に、この暖房運転時に、室内熱交換器出口付近から膨張
弁までの間の冷媒温度である膨張弁上流側冷媒温度を、
圧縮機から四方弁、室内熱交換器を経て膨張弁に至る高
圧側回路の冷媒圧力に応じた飽和液温度以下になるよう
に、上記飽和液温度と上記膨張弁上流側冷媒温度との差
が小さいとき膨張弁開度を小さくし、上記差が大きいと
き膨張弁開度を大きくするサブクール制御を実行する一
方、上記高圧側回路の圧力が低いとき上記圧縮機の回転
数を増加し、この圧力が高いときに上記圧縮機の回転数
を減少させるようにした非共沸冷媒使用の空調用のヒー
トポンプ装置において、上記低圧側回路に冷媒加熱手段
を配置するとともに、上記低圧側回路の冷媒圧力を所定
値以上、または蒸発器入口側の冷媒温度を所定値以上に
するように上記冷媒加熱手段により冷媒を加熱するよう
制御する制御手段を備えたことを特徴とする非共沸冷媒
使用のヒートポンプ装置。