JPWO2017094172A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

吐出冷媒温度の過昇状態を回避して、正常な空調運転を行うことができる空気調和装置を提供する。圧縮機の吸入側に接続する吸入配管に設置され、吸入配管を流れる冷媒と、凝縮器と減圧装置との間の冷媒とで熱交換させる内部熱交換器と、一方が内部熱交換器の入口側に配置された吸入配管に接続され、他方が内部熱交換器の出口側に配置された吸入配管に接続されたバイパス配管と、バイパス配管に設置された第１流量調整弁と、圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度に基づいて、第１流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備えている。

Description

本発明は、吐出冷媒温度の過昇状態を回避して、正常な空調運転を行うことができる空気調和装置に関するものである。

従来、空気調和装置には、高い制御性と高効率運転を実現するレシーバ回路が採用されている。例えば下記特許文献１〜３に開示された空気調和装置は、圧縮機、四方弁、凝縮器、第１膨張弁、第２膨張弁及び蒸発器とを順次、冷媒配管で接続した冷媒回路において、第１膨張弁と第２膨張弁との間の冷媒配管上に、レシーバが設置されている。
前記レシーバの内部には、四方弁と圧縮機の吸入側とを接続する吸入配管の一部が配置されると共に、吸入配管を流れる冷媒とレシーバ内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器が設置されている。前記レシーバを設置することで、圧縮機の吸入側に液冷媒が流れ込んでしまう液バックを抑制すると共に、冷凍サイクルの効率を向上させている。

特開２００１−１７４０９１号公報 特開２０１５−０７８８００号公報 特開２０１４−２０２３８５号公報

上記特許文献１〜３では、レシーバと蒸発器との間に設置された第１膨張弁及び第２膨張弁を開閉制御することにより、圧縮機の吐出温度を制御する構成であるが、レシーバ内に設置された内部熱交換器で中圧冷媒又は低圧冷媒の熱交換量を調整する構成ではない。そのため、例えば冷媒回路を循環する冷媒にＲ３２が使用された場合、内部熱交換器において、運転状況に合った適切な熱交換量の制御ができず、圧縮機の吸入側の冷媒加熱度が過大になることに起因する吐出冷媒温度の過昇により、保護装置作動する異常停止が発生する問題があった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機の吸入冷媒加熱度が過大になることに起因する吐出冷媒温度過昇状態を回避して、正常な空調運転を行うことができる、空気調和装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決する手段として、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器と、を順次配管で接続し、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた空気調和装置であって、前記圧縮機の吸入側に接続する吸入配管に設置され、前記吸入配管を流れる冷媒と、前記凝縮器と前記減圧装置との間の冷媒とで熱交換させる内部熱交換器と、一方が前記内部熱交換器の入口側に配置された前記吸入配管に接続され、他方が前記内部熱交換器の出口側に配置された前記吸入配管に接続されたバイパス配管と、前記バイパス配管に設置された第１流量調整弁と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度に基づいて、前記第１流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備えている。

本発明に係る空気調和装置は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出した前記圧縮機の吐出冷媒温度に基づいて前記バイパス配管の前記第１流量調整弁を制御することにより、前記内部熱交換器の交換熱量を調整することができるので、冷媒回路を循環する冷媒にＲ３２を使用した場合であっても、確実に吐出冷媒温度過昇状態を回避させることができ、正常な空調運転を実現できる。

この発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成図である。 この発明の実施形態１に係る空気調和装置の制御ブロック図である。 この発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒の状態遷移を示すＰ−ｈ線図である。 この発明の実施形態１に係る空気調和装置の流量調整弁の制御動作の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成図である。 この発明の実施形態２に係る空気調和装置の流量調整弁の制御動作の流れを示すフローチャートである。

実施形態１．
《機器構成》
次に、本発明に係る空気調和装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成図である。図２は、この発明の実施形態１に係る空気調和装置の制御ブロック図である。
空気調和装置は、図１に示すように、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、第１減圧装置５ａ、第２減圧装置５ｂ、室内熱交換器７を順に、冷媒配管で接続した冷媒回路を備えており、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の冷暖房に使用される。この空気調和装置は、屋外に設置される室外ユニットＡと、屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、または屋内の壁面に壁掛け等により設置される室内ユニットＢとで構成されている。室外ユニットＡと室内ユニットＢは、液接続配管６及びガス接続配管９を介して並列に接続されている。
なお、図１に示す実施形態１の空気調和装置では、室内ユニットＢを１台とした構成であるが、これに限定されるものではなく、複数台とした構成であってもよい。また、室外ユニットＡと室内ユニットＢのいずれも複数のユニットで構成した場合、それぞれの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量であっても良い。

空気調和装置に用いられる冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒、Ｒ１２３４ｙｆ／ｚｅなどのＨＦＯ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、もしくは二酸化炭素（ＣＯ_２）や炭化水素、ヘリウム、プロパン等のような自然冷媒などがあるが、実施形態１においては、Ｒ３２冷媒を使用した場合を前提に説明する。

＜室外ユニットＡ＞
室外ユニットＡは、冷媒回路の一部である室外側冷媒回路を構成するものであり、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、第１減圧装置５ａ、レシーバ１１、第２減圧装置５ｂ、及び室外送風装置４を有している。四方弁２の切り換えや室外熱交換器３の動作は、空気調和装置に設置された制御部３０によって制御される。

圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の状態にして吐出するものであり、冷媒吐出側が四方弁２に接続され、冷媒吸入側がレシーバ１１に接続されている。圧縮機１は、一例として、運転容量（周波数）を可変させることが可能とした構成であり、例えばインバータにより制御されるモータ（図示することは省略）によって駆動される容積式圧縮機を使用する。
なお、圧縮機１は、図１に示す実施形態では１台であるが、これに限定されず、室内ユニットＢの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機を並列又は直列に接続した構成であってもよい。

四方弁２は、冷媒の流路を切り換える機能を有するものである。四方弁２は、冷房運転時には、図１の破線で示すように、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３のガス側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側とガス接続配管９側とを接続するように冷媒流路を切り換える。四方弁２は、暖房運転時には、図１の実線で示すように、圧縮機１の吐出側とガス接続配管９側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３のガス側とを接続するように冷媒流路を切り換える。
なお、実施形態１では、四方弁２を設置して冷房運転と暖房運転とを切り換え可能な冷媒回路を構成する場合を示すが、四方弁２を設置せずに、冷房運転のみ又は暖房運転のみを行う構成としてもよい。

室外熱交換器３は、冷房運転時には凝縮器として機能し、圧縮機１から吐出された冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。また、室外熱交換器３は、暖房運転時には蒸発器として機能し、第１減圧装置５ａから流出した冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。室外熱交換器３は、一方が四方弁２に接続され、他方が第１減圧装置５ａに接続されている。
なお、室外熱交換器３は、一例として、伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型の熱交換器である。

室外送風装置４は、室外ユニットＡ内に室外空気を吸入し、室外熱交換器３により冷媒との間で熱交換した空気を室外に排出する機能を有するものである。
なお、室外送風装置４は、室外熱交換器３に供給する空気の流量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣモータ（図示せず）によって駆動されるプロペラファンから構成されている。

第１減圧装置５ａ及び第２減圧装置５ｂは、室外ユニットＡの液側に配置され、冷媒回路内を流れる冷媒の流量調整等を行う機能を有する。第１減圧装置５ａは、一方が室外熱交換器３に接続され、他方がレシーバ１１に接続されている。第２減圧装置５ｂは、一方が液接続配管６を介して室内熱交換器７に接続され、他方がレシーバ１１に接続されている。

レシーバ１１は液冷媒を貯溜する冷媒容器であり、運転中に余剰となった液冷媒を貯溜するとともに気液分離機能を合わせて有している。レシーバ１１は、前記第１減圧装置５ａと前記第２減圧装置５ｂとの間の冷媒配管上に設置されている。
レシーバ１１の内部には、四方弁２と圧縮機１の吸入側とを接続する吸入配管１５の一部が配置されており、吸入配管１５を流れる冷媒と、第１減圧装置５ａと第２減圧装置５ｂの間の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器１４が設置されている。

吸入配管１５には、吸入配管１５を循環する冷媒を一部バイパスする機能を有するバイパス配管１２が設けられている。
バイパス配管１２は、一方が四方弁２と内部熱交換器１４とを接続する側の吸入配管１５に接続され、他方が内部熱交換器１４と圧縮機１とを接続する側の吸入配管１５に接続されている。バイパス配管１２には、バイパス配管１２を流れる冷媒の流量を調整する第１流量調整弁１３ａが設置されている。第１流量調整弁１３ａの開度は、制御部３０によって制御されている。なお、第１流量調整弁１３ａとして電子膨張弁が好適であるが、同様の開度調整が可能なものであれば他の方式の流量調整弁を用いてもよい。

また、室外ユニットＡには、各種温度センサが設置されている。
先ず、圧縮機１に、吐出冷媒温度Ｔｄを検出する吐出冷媒温度検出手段として吐出温度センサ２０１とシェル温度センサ２０８が設置されている。
次に、室外熱交換器３に、気液二相状態の冷媒温度を検出するガス側温度センサ２０２が設置されている。気液二相状態の冷媒温度とは、冷房運転時では凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度、暖房運転時では蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度である。
次に、室外熱交換器３の液側に、液状態または気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２０４が設置されている。
最後に、室外ユニットＡの室外空気の吸入口側に、室外ユニットＡ内に流入する室外空気の温度すなわち外気温度Ｔａを検出する室外温度センサ２０３が設置されている。
なお、吐出温度センサ２０１、ガス側温度センサ２０２、室外温度センサ２０３、液側温度センサ２０４及びシェル温度センサ２０８は、一例としていずれもサーミスタで構成される。

＜室内ユニットＢ＞
室内ユニットＢは、冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成するものであり、室内熱交換器７と室内送風装置８とを備えている。室内送風装置８の動作は、空気調和装置に設置された制御部３０によって制御される。

室内熱交換器７は、冷房運転時には蒸発器として機能し、第２減圧装置５ｂから流出した冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。また、室内熱交換器７は、暖房運転時には凝縮器として機能し、圧縮機１から吐出された冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。室内熱交換器７は、一方がガス接続配管９を介して四方弁２に接続され、他方が液接続配管６を介して第２減圧装置５ｂに接続されている。
なお、室内熱交換器７は、一例として、伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型の熱交換器である。

室内送風装置８は、室内ユニットＢ内に室内空気を吸入し、室内熱交換器７により冷媒との間で熱交換した空気を室内に供給する機能を有する。
なお、室内送風装置８は、室内熱交換器７に供給する空気の流量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣモータ（図示することは省略）によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等で構成されている。

また、室内ユニットＢには、各種温度センサが設置されている。
先ず、室内熱交換器７の液側に、液状態または気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２０５が設置されている。液状態または気液二相状態の冷媒温度とは、暖房運転時では過冷却液温度Ｔｃｏに対応する冷媒温度、冷房運転時では蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度である。
次に、室内ユニットＢの室内空気の吸入口側に、室内ユニットＢ内に流入する室内空気の温度を検出する室内温度センサ２０６が設置されている。
最後に、室内熱交換器７に、気液二相状態の冷媒の温度を検出するガス側温度センサ２０７が設置されている。ここで気液二相状態の冷媒温度とは、暖房運転時では凝縮温度Ｔｃに対応する冷媒温度、冷房運転時では蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度である。
なお、液側温度センサ２０５、ガス側温度センサ２０７、及び室内温度センサ２０６は一例としていずれもサーミスタで構成される。

＜制御部＞
次に、実施形態１の制御部３０を図２に基づいて説明する。
制御部３０は、空気調和装置の計測制御を行うものであり、圧縮機１、四方弁２、室内送風装置８、室外送風装置４、第１減圧装置５ａ、第２減圧装置５ｂ、第１流量調整弁１３ａの動作を制御する。制御部３０は、入力側にセンサ類が接続され、出力側にアクチュエータ類が接続されている。

制御部３０は、例えば室外ユニットＡに内蔵されており、例えばマイコンにより構成された測定部３０ａ、演算部３０ｂ、駆動部３０ｃ、及び判定部３０ｅと、例えば半導体メモリ等によって構成された記憶部３０ｄと、を備えている。

測定部３０ａには、圧力センサ及び温度センサ２０１〜２０８より検出された運転状態量が入力されて、圧力や温度の測定を行う。測定部３０ａで計測された運転状態量は演算部３０ｂに入力される。

演算部３０ｂは、測定部３０ａで測定された運転状態量に基づき、予め与えられた式等を用いて例えば冷媒物性値（飽和圧力、飽和温度、エンタルピなど）を演算する。また、演算部３０ｂは測定部３０ａで測定された運転状態量に基づき、演算処理を行う。

駆動部３０ｃは、演算部３０ｂの演算結果に基づき、圧縮機１、四方弁２、室外送風装置４、第１減圧装置５ａ、第２減圧装置５ｂ、室内送風装置８、第１流量調整弁１３ａ等を駆動させたり、停止させたりする。

記憶部３０ｄは、演算部３０ｂによって得られた結果や予め定められた定数、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度、乾き度等）を計算する関数式や関数表（テーブル）などを記憶する。記憶部３０ｄ内のこれらの記憶内容は、必要に応じて参照、書き換えることが可能である。記憶部３０ｄには、更に制御プログラムが記憶されており、記憶部３０ｄ内のプログラムに従って制御部３０が空気調和装置を制御する。

判定部３０ｅは、演算部３０ｂによって得られた結果に基づいて大小の比較、判定等の処理を行う。

なお、実施形態１では制御部３０を空気調和装置に内蔵する構成としたが、本発明はこれに限るものではない。詳細に図示することは省略したが、室外ユニットＡにメイン制御部を、室内ユニットＢに制御部の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成や、室内ユニットＢに全ての機能を持つ制御部を設置する構成、あるいはこれらの外部に制御部を別置する構成等で実施することもできる。

《空気調和装置の基本運転動作》
次に、上記構成からなる空気調和装置の冷房運転時及び暖房運転時の動作を、図１及び図３に基づいて説明する。図３は、この発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒の状態遷移を示すＰ−ｈ線図である。

先ず、冷房運転時における空気調和装置の動作について説明する。冷房運転時では、四方弁２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３に接続され、圧縮機１の吸入側が室内熱交換器７に接続された状態となっている。

圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器である室外熱交換器３へ至り、室外送風装置４の送風作用により凝縮液化し、高圧低温の液冷媒となる。凝縮液化した高温低圧の冷媒は、第１減圧装置５ａで減圧されて中圧二相冷媒となり、レシーバ１１を経由し、第２減圧装置５ｂでさらに減圧され、液接続配管６を経由して蒸発器である室内熱交換器７へ送られる。減圧された二相冷媒は、室内熱交換器７にて室内送風装置８の送風作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、低圧ガス冷媒は、四方弁２を経由して、内部熱交換器１４にて第１減圧装置５ａ、第２減圧装置５ｂとの間の中圧二相冷媒と熱交換した後に、再び圧縮機１へ吸入される。

上記冷房運転時における空気調和装置の動作において、内部熱交換器１４では、図３に示すように、第１減圧装置５ａで減圧された高温の中圧二相冷媒が、四方弁２と圧縮機１の吸入側の間を循環する低温の低圧冷媒により飽和液冷媒まで冷却される（点Ｄ→点Ｅの変化）。これと同時に、室内熱交換器７から吐出された低圧のガス冷媒は、過熱されて低圧の過熱ガス冷媒となって圧縮機１へ流入する（点Ｇ→点Ａの変化）。この内部熱交換器１４における熱交換作用により、室内熱交換器７に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、室内熱交換器７の出入口のエンタルピ差が大きくなる。よって、所定能力を得るために必要な冷媒循環量が小さくなり、圧力損失が低減するので、冷凍サイクルのＣＯＰを向上させることができる。また、それと同時に、圧縮機１へ流入する低圧冷媒は過熱ガス状態となるため、圧縮機１への液冷媒過剰流入による液バック状態を回避することができる。

ここで、第１減圧装置５ａは、室外熱交換器３の出口における冷媒過冷却度が目標値になるように、制御部３０によって開度が調整されて室外熱交換器３に流れる冷媒の流量が制御されている。そのため、室外熱交換器３において凝縮された液冷媒は、目標の過冷却度を有する状態となる。なお、室外熱交換器３の出口における冷媒過冷却度は、液側温度センサ２０４による検出値からガス側温度センサ２０２による検出値（冷媒の凝縮温度Ｔｃに相当）を引いた値である。

また、第２減圧装置５ｂは、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが目標値になるように、制御部３０によって開度が調整され、室内熱交換器７を循環する冷媒の流量が制御されている。つまり、室内熱交換器７には室内ユニットＢが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。なお、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄは、吐出温度センサ２０１もしくはシェル温度センサ２０８で検出される。

次に、暖房運転時の動作について図１及び図３を用いて説明する。
暖房運転時は四方弁２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室内熱交換器７に接続され、圧縮機１の吸入側が室外熱交換器３に接続された状態となっている。

圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２及びガス接続配管９を経由して凝縮器である室内熱交換器７へ至り、室内送風装置８の送風作用により冷媒は凝縮液化し、高圧低温となる。凝縮液化した高温低圧の冷媒は、液接続配管６を経由して、第２減圧装置５ｂで減圧されて中圧二相冷媒となり、レシーバ１１を経由し、第１減圧装置５ａでさらに減圧され、蒸発器である室外熱交換器３へ送られる。減圧された二相冷媒は、室外熱交換器３にて室外送風装置４の送風作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、低圧ガス冷媒は四方弁２を経由して、内部熱交換器１４にて第１減圧装置５ａ、第２減圧装置５ｂとの間の中圧二相冷媒と熱交換した後に、再び圧縮機１へ吸入される。

上記暖房運転時における空気調和装置の動作において、内部熱交換器１４では、第２減圧装置５ｂで減圧された高温の中圧二相冷媒が、四方弁２と圧縮機１吸入側の間を循環する低温の低圧冷媒により飽和液冷媒まで冷却される（点Ｄ→点Ｅの変化）。これと同時に、室外熱交換器３から吐出された低圧のガス冷媒は、過熱されて低圧の過熱ガス冷媒となって圧縮機１へ流入する（点Ｇ→点Ａの変化）。この内部熱交換器１４における熱交換作用により、室内熱交換器７に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、室内熱交換器７の出入口のエンタルピ差が大きくなる。よって、所定能力を得るために必要な冷媒循環量が小さくなり、圧力損失が低減するので、冷凍サイクルのＣＯＰを向上させることができる。また、それと同時に、圧縮機１へ流入する低圧冷媒は過熱ガス状態となるため、圧縮機１への液冷媒過剰流入による液バック状態を回避することができる。

ここで、第２減圧装置５ｂは、室内熱交換器７の出口における冷媒過冷却度が目標値になるように、制御部３０によって開度が調整されて室内熱交換器７を流れる冷媒の流量が制御されている。そのため、室内熱交換器７において凝縮された液冷媒は、目標の過冷却度を有する状態となる。なお、室内熱交換器７の出口における冷媒過冷却度は、液側温度センサ２０５の検出値からガス側温度センサ２０７による検出値（冷媒の凝縮温度Ｔｃに相当）を引いた値である。

また、第１減圧装置５ａは、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが目標値になるように、制御部３０によって開度が調整され、室外熱交換器３を循環する冷媒の流量が制御されている。そのため、圧縮機１より吐出された吐出ガス冷媒は目標の温度状態となる。このように、室内熱交換器７には室内ユニットＢが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。なお、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄは、吐出温度センサ２０１もしくはシェル温度センサ２０８で検出される。

なお、実施形態１は冷媒の凝縮温度Ｔｃとして各熱交換器に設置された温度センサの検出値を用いたが、圧縮機１の吐出側に圧力センサを設置して冷媒の吐出圧力を検出し、その吐出圧力の検出値を飽和温度換算して冷媒の凝縮温度Ｔｃとして用いてもよい。

《第１流量調整弁の制御方法》
実施形態１の空気調和装置における第１流量調整弁１３ａの動作を、図４に基づいて説明する。図４は、この発明の実施形態１に係る空気調和装置の流量調整弁の制御動作の流れを示すフローチャートである。

（ステップＳ１１）
制御部３０は、制御フロー開始後、測定部３０ａで、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する。吐出冷媒温度Ｔｄは、吐出温度センサ２０１もしくはシェル温度センサ２０８の検出値を用いる。

（ステップＳ１２）
制御部３０は、判定部３０ｅで、検出した吐出冷媒温度Ｔｄと、記憶部３０ｄにあらかじめ記憶しておいた吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏとを比較して、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが過昇状態かどうかを判定する。具体的には、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高いか否かを判定する。なお、吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏは、圧縮機１の製品仕様により決定されるものであり、例えば圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄの動作保証範囲上限値である１２０度として設定する。
制御部３０は、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高いと判定した場合ステップＳ１３に移行し、そうでないと判定した場合はステップＳ１４に移行する。

（ステップＳ１３）
制御部３０は、ステップＳ１２において、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高いと判定した場合、駆動部３０ｃで第１流量調整弁１３ａを全開し、ステップＳ１５に移行する。

（ステップＳ１４）
制御部３０は、ステップＳ１２において、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高くないと判定した場合、駆動部３０ｃで第１流量調整弁１３ａを全閉し、制御フローを終了する。

（ステップＳ１５）
制御部３０は、ステップＳ１３において第１流量調整弁１３ａを全開した後、演算部３０ｂで、冷媒の蒸発温度Ｔｅに基づき、圧縮機１の吸入冷媒状態として吸入冷媒過熱度ＳＨｓを求める。吸入冷媒過熱度ＳＨｓは、吸入冷媒温度Ｔｓから冷媒の蒸発温度Ｔｅを引いて算出される。

ここで、冷媒の蒸発温度Ｔｅは、冷房運転時では室内熱交換器７に設置されたガス側温度センサ２０７、暖房運転時では室外熱交換器３に設置されたガス側温度センサ２０２の検出値である。
吸入冷媒温度Ｔｓは、冷媒の蒸発温度Ｔｅを飽和圧力換算した吸入冷媒圧力Ｐｓ（圧縮機の吸入圧力相当）と、冷媒の凝縮温度Ｔｃを飽和圧力換算した高圧圧力Ｐｄ（圧縮機の吐出圧力相当）と、吐出冷媒温度Ｔｄとを用いて、圧縮機１の圧縮工程はポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定して、下記数１より算出することができる。

ここで、Ｔｓ、Ｔｄは温度［Ｋ］、Ｐｓ、Ｐｄは圧力［ＭＰａ］、ｎはポリトロープ指数［―］である。ポリトロープ指数は一定値（例えばｎ＝１．２）としてもよいが、Ｐｓ、Ｐｄの関数として定義することで、より精度よく吸入冷媒温度Ｔｓを推測することができる。

なお、冷媒の高圧圧力Ｐｄや吸入冷媒圧力Ｐｓを算出するのに、ここでは冷媒の凝縮温度Ｔｃや蒸発温度Ｔｅにより換算しているが、圧縮機１の吸入側、吐出側に圧力センサを設置して直接検出してもよい。また、圧縮機１の吸入側に温度センサを設置し、吸入冷媒温度Ｔｓを直接検出してもよい。

（ステップＳ１６）
制御部３０は、ステップＳ１５において検出した吸入冷媒過熱度ＳＨｓを基づいて、判定部３０ｅで、圧縮機１の吸入冷媒が液バック状態かどうかを判定する。過熱ガス状態（吸入冷媒過熱度ＳＨｓ＞０）であれば、液バック状態でないと判定して、そのまま制御フローを終了する。過熱ガス状態（吸入冷媒過熱度ＳＨｓ＞０）でなければ、液バック状態であると判定してステップＳ１７に移行する。

（ステップＳ１７）
制御部３０は、ステップＳ１６において、液バック状態であると判定すると、駆動部３０ｃで第１流量調整弁１３ａの開度を閉じる方向へ調整し、開度調整後、再びステップＳ１５へ戻る。
ここで、第１流量調整弁１３ａの開度調整は、例えば電子膨張弁を用いた場合、弁の仕様や開度特性に合わせて、一定開度（例えば２０パルス）ずつ小さくする方法で調整する。

なお、実施形態１では、圧縮機１の吸入冷媒過熱度ＳＨｓに基づいて第１流量調整弁１３ａの開度調整する方法を説明したが、吸入冷媒過熱度ＳＨｓの代わりに吸入冷媒乾き度に基づいて第１流量調整弁１３ａの開度調整する方法であってもよい。この場合、冷媒乾き度Ｘ＝１で飽和ガス状態、Ｘ＞１で過熱ガス状態となるため、Ｘ≧１となるように第１流量調整弁１３ａの開度を調整するとよい。吸入冷媒乾き度は冷媒の物性情報としてあらかじめ記憶しておき、吸入冷媒温度Ｔｓや吸入冷媒圧力Ｐｓを用いて求めることができる。

《作用効果》
実施形態１の空気調和装置は、吐出冷媒温度検出手段により検出した圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄに基づいてバイパス配管１２の第１流量調整弁１３ａを制御することにより、内部熱交換器１４の交換熱量を調整することができるので、冷媒回路を循環する冷媒にＲ３２を使用場合であっても、吐出冷媒温度過昇状態を回避させることができ、正常な空調運転を実現できる。

また、実施形態１に係る空気調和装置は、圧縮機１の吸入側の吸入冷媒状態に基づいて第１流量調整弁１３ａの開度を制御することにより、圧縮機１の吸入側に液冷媒が過度に流入する液バック状態を回避して、圧縮機１の摺動部の焼きつき等による圧縮機故障を回避することができ、高い信頼性を実現できる。

実施形態２．
《機器構成》
図５は、この発明の実施形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成図である。なお、実施形態２では実施形態１との相違点を中心に説明し、同様の箇所については同一の符号を付して、その説明を省略する。
実施形態２の空気調和装置では、図５に示すように、バイパス配管１２に、同バイパス配管１２を流れる流量を調整する第１流量調整弁１３ａが設置されていると共に、四方弁２と内部熱交換器１４とを接続する吸入配管１５のうち、吸入配管１５とバイパス配管１２の接続地点と、内部熱交換器１４と間に、吸入配管１５を流れる流量を調整する第２流量調整弁１３ｂが設置されている。第１流量調整弁１３ａ及び第２流量調整弁１３ｂは、制御部３０によって、開閉制御される。

《第１流量調整弁及び第２流量調整弁の制御方法》
次に、実施形態２の空気調和装置における第１流量調整弁１３ａと第２流量調整弁１３ｂの動作を、図６に基づいて説明する。図６は、この発明の実施形態２に係る空気調和装置の流量調整弁の制御動作の流れを示すフローチャートである。

（ステップＳ２１）
制御部３０は、制御フロー開始後、測定部３０ａで、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する。吐出冷媒温度Ｔｄは、吐出温度センサ２０１もしくはシェル温度センサ２０８の検出値を用いる。

（ステップＳ２２）
制御部３０は、判定部３０ｅで、検出した吐出冷媒温度Ｔｄと、記憶部３０ｄにあらかじめ記憶しておいた吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏとを比較して、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが過昇状態かどうかを判定する。具体的には、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高いか否かを判定する。なお、吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏは、圧縮機１の製品仕様により決定されるものであり、例えば圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄの動作保証範囲上限値である１２０度として設定する。
制御部３０は、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高いと判定した場合ステップＳ２３に移行し、そうでないと判定した場合はステップＳ２４に移行する。

（ステップＳ２３）
制御部３０は、ステップＳ２２において、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高いと判定した場合、駆動部３０ｃで第１流量調整弁１３ａを全開し、且つ第２流量調整弁１３ｂを全閉して、ステップＳ２５に移行する。

（ステップＳ２４）
制御部３０は、ステップＳ２２において、吐出冷媒温度Ｔｄが吐出冷媒温度過昇状態判定値Ｔｄｏよりも高くないと判定した場合、駆動部３０ｃで第１流量調整弁１３ａを全閉し、第２流量調整弁１３ｂを全開して制御フローを終了する。

（ステップＳ２５）
制御部３０は、ステップＳ２３において第１流量調整弁１３ａを全開し、第２流量調整弁１３ｂを全閉した後、演算部３０ｂで、冷媒の蒸発温度Ｔｅに基づき、圧縮機１の吸入冷媒状態として吸入冷媒過熱度ＳＨｓを求める。吸入冷媒過熱度ＳＨｓは、吸入冷媒温度Ｔｓから冷媒の蒸発温度Ｔｅを引いて算出される。

（ステップＳ２６）
制御部３０は、ステップＳ２５において検出した吸入冷媒過熱度ＳＨｓを基づいて、判定部３０ｅで、圧縮機１の吸入冷媒が液バック状態かどうかを判定する。過熱ガス状態（吸入冷媒過熱度ＳＨｓ＞０）であれば、液バック状態でないと判定して、そのまま制御フローを終了する。過熱ガス状態（吸入冷媒過熱度ＳＨｓ＞０）でなければ、液バック状態であると判定してステップＳ２７に移行する。

（ステップＳ２７）
制御部３０は、ステップＳ２６において、液バック状態であると判断すると、駆動部３０ｃで第１流量調整弁１３ａの開度を閉じる方向へ調整し、且つ第２流量調整弁１３ｂの開度を開く方向へ調整して、再びステップＳ２５へ戻る。
ここで、第１流量調整弁１３ａ及び第２流量調整弁１３ｂの開度調整は、例えば電子膨張弁を用いた場合、弁の仕様や開度特性に合わせて、一定開度（例えば２０パルス）ずつ小さくする方法で調整する。

なお、実施形態２では、圧縮機１の吸入冷媒過熱度ＳＨｓに基づいて第１流量調整弁１３ａ及び第２流量調整弁１３ｂの開度調整する方法を説明したが、吸入冷媒過熱度ＳＨｓの代わりに吸入冷媒乾き度に基づいて第１流量調整弁１３ａ及び第２流量調整弁１３ｂの開度調整する方法であってもよい。この場合、冷媒乾き度Ｘ＝１で飽和ガス状態、Ｘ＞１で過熱ガス状態となるため、Ｘ≧１となるように第１流量調整弁１３ａ及び第２流量調整弁１３ｂの開度を調整するとよい。吸入冷媒乾き度は冷媒の物性情報としてあらかじめ記憶しておき、吸入冷媒温度Ｔｓや吸入冷媒圧力Ｐｓを用いて求めることができる。

《作用効果》
実施形態２の空気調和装置は、吐出冷媒温度検出手段により検出した圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄに基づいてバイパス配管１２の第１流量調整弁１３ａと、吸入配管１５の第２流量調整弁１３ｂを制御することにより、内部熱交換器１４の交換熱量を調整することができるので、冷媒回路を循環する冷媒にＲ３２を使用した場合であっても、吐出冷媒温度過昇状態を回避させることができ、正常な空調運転を実現できる。

また、実施形態２に係る空気調和装置は、圧縮機１の吸入側の吸入冷媒状態に基づいて第１流量調整弁１３ａと第２流量調整弁１３ｂの開度を制御することにより、圧縮機１の吸入側に液冷媒が過度に流入する液バック状態を回避して、圧縮機１の摺動部の焼きつき等による圧縮機故障を回避することができ、高い信頼性を実現できる。

《空気調和装置の変形例》
以上に本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、冷媒の流路構成（配管接続）、圧縮機、熱交換器、減圧装置等の冷媒回路要素の構成、等の内容は、各実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の技術の範囲内で適宜変更が可能である。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本発明の要旨（技術的範囲）に含むことを念のため申し添える。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 室外送風装置、５ａ 第１減圧装置、５ｂ 第２減圧装置、６ 液接続配管、７ 室内熱交換器、８ 室内送風装置、９ ガス接続配管、１１ レシーバ、１２ バイパス配管、１３ａ 第１流量調整弁、１３ｂ 第２流量調整弁、１４ 内部熱交換器、１５ 吸入配管、３０ 制御部、３０ａ 測定部、３０ｂ 演算部、３０ｃ 駆動部、３０ｄ 記憶部、３０ｅ 判定部、２０１ 吐出温度センサ、２０２ ガス側温度センサ、２０３ 室外温度センサ、２０４ 液側温度センサ、２０５ 液側温度センサ、２０６ 室内温度センサ、２０７ ガス側温度センサ、２０８ シェル温度センサ、Ａ 室外ユニット、Ｂ 室内ユニット。

上記の課題を解決する手段として、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器と、を順次配管で接続し、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた空気調和装置であって、前記圧縮機の吸入側に接続する吸入配管に設置され、前記吸入配管を流れる冷媒と、前記凝縮器と前記減圧装置との間の冷媒とで熱交換させる内部熱交換器と、一方が前記内部熱交換器の入口側に配置された前記吸入配管に接続され、他方が前記内部熱交換器の出口側に配置された前記吸入配管に接続されたバイパス配管と、前記バイパス配管に設置された第１流量調整弁と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記圧縮機の吸入冷媒加熱度又は吸入冷媒乾き度を検出する吸入冷媒状態検出手段と、前記第１流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出した吐出冷媒温度が過昇状態か否かを判定し、前記吐出冷媒温度が過昇状態であると判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度を全開し、その後、前記吸入冷媒状態検出手段により検出した吸入冷媒過熱度又は吸入冷媒乾き度に基づいて、液バック状態か否かを判定し、液バック状態と判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度が閉じる方向に制御を行い、前記吐出冷媒温度が過昇状態ではないと判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度を全閉する制御を行うものである。

Claims (8)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器と、を順次配管で接続し、冷媒を循環させる冷媒回路を備えた空気調和装置であって、
   前記圧縮機の吸入側に接続する吸入配管に設置され、前記吸入配管を流れる冷媒と、前記凝縮器と前記減圧装置との間の冷媒とで熱交換させる内部熱交換器と、
   一方が前記内部熱交換器の入口側に配置された前記吸入配管に接続され、他方が前記内部熱交換器の出口側に配置された前記吸入配管に接続されたバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設置された第１流量調整弁と、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、
   前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度に基づいて、前記第１流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備えている、空気調和装置。
2. 前記減圧装置は、第１減圧装置と第２減圧装置を有し、
   前記第１減圧装置と前記第２減圧装置との間の冷媒配管上にレシーバが設置され、
   前記内部熱交換器は、前記レシーバの内部において、前記吸入配管を流れる冷媒と、前記第１減圧装置と前記第２減圧装置との間の冷媒とを熱交換する、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御部は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出した吐出冷媒温度が過昇状態か否かを判定し、
   前記吐出冷媒温度が過昇状態であると判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度を全開する制御を行い、
   前記吐出冷媒温度が過昇状態ではないと判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度を全閉する制御を行う、請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 前記圧縮機の吸入冷媒加熱度又は吸入冷媒乾き度を検出する吸入冷媒状態検出手段を備え、
   前記制御部は、前記吸入冷媒状態検出手段により検出した吸入冷媒加熱度又は吸入冷媒乾き度に基づいて、液バック状態か否かを判定し、液バック状態と判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度が閉じる方向に制御を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
5. 前記内部熱交換器の入口側に配置された前記吸入配管のうち、前記吸入配管と前記バイパス配管の接続地点と、前記内部熱交換器との間に設置された第２流量調整弁を備え、
   前記制御部は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度に基づいて、前記第１流量調整弁及び前記第２流量調整弁の開度を制御する、請求項１又は２に記載の空気調和装置。
6. 前記制御部は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出した吐出冷媒温度が過昇状態か否かを判定し、
   前記吐出冷媒温度が過昇状態であると判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度を全開し、かつ前記第２流量調整弁の開度を全閉する制御を行い、
   前記吐出冷媒温度が過昇状態ではないと判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度を全閉し、かつ前記第２流量調整弁の開度を全開する制御を行う、請求項５に記載の空気調和装置。
7. 前記圧縮機の吸入冷媒加熱度又は吸入冷媒乾き度を検出する吸入冷媒状態検出手段を備え、
   前記制御部は、前記吸入冷媒状態検出手段により検出した吸入冷媒加熱度又は吸入冷媒乾き度に基づいて、液バック状態か否かを判定し、液バック状態と判定した場合には、前記第１流量調整弁の開度が閉じる方向に制御を行い、かつ前記第２流量調整弁の開度が開く方向に制御を行う、請求項５又は６に記載の空気調和装置。
8. 前記冷媒回路を循環する冷媒はＲ３２である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気調和装置。

Images