WO2008059737A1

WO2008059737A1 - Climatiseur

Info

Publication number: WO2008059737A1
Application number: PCT/JP2007/071616
Authority: WO
Inventors: Takayuki Setoguchi
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2008-05-22
Also published as: AU2007320604B9; JP2008121986A; AU2007320604B2; CN102095267A; KR101101946B1; US20090301117A1; JP5055965B2; KR20090082235A; CN101535737A; AU2007320604A1; EP2085719A1; CN102095267B

Description

明細書

空気調和装置

技術分野

[0001] 超臨界域で作動する超臨界冷媒を利用した空気調和装置であって、冷凍能力の調整が容易な空気調和装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空気調和装置等として広く利用されている。この種の冷凍装置としては、例えば、特許文献 1に開示されているように、 C02を冷媒とし、冷凍サイクルの高圧を冷媒の臨界圧力以上に設定した、 V、わゆる超臨界冷凍サイクルを行うものがある。

特許文献 1 :特開平 10— 54617号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかしながら、 C02冷媒などの超臨界冷媒を用いた冷凍機では、高圧側の冷媒は、液体ではなく超臨界状態のため、レシーバを設けても冷媒を溜めることが難しい。このため、冷媒の蒸発量を調整する機能があまり働かず、能力制御や COP最適制御などが上手く機能しに《なる。

本発明の課題は、超臨界冷媒を利用した空気調和装置において、冷媒の循環量の調整が容易な空気調和装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0004] 第 1発明に係る冷凍装置は、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であつて、圧縮機と、第 1熱交換器と、第 1膨張機構と、過冷却熱交換器と、第 2膨張機構と、第 2熱交換器と、制御部とを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第 1熱交換器は、圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却する。第 1膨張機構は、冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる。過冷却熱交換器は、第 1膨張機構で減圧された冷媒を過冷却する。第 2膨張機構は、過冷却熱交換器で冷却された冷媒を低圧まで減圧させる。第 2 熱交換器は、第 2膨張機構で減圧された冷媒を加熱する。制御部は、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜めるように第 1膨張機構と第 2膨張機構とを調整する第 1制御を行う。

本発明では、ガスクーラとして機能する第 1熱交換器の出口側にさらに過冷却熱交換器を設け、その間にさらに冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる第 1膨張機構を設けている。

したがって、第 1膨張機構の開度を制御することができ、中間圧力を調整することができる。このため、過冷却熱交換器に液冷媒をため込むことができ、冷媒量の調整を行うこと力 Sできる。これにより、高圧を最適に制御することができ、効率の良い運転をすること力 Sでさる。

[0005] 第 2発明に係る冷凍装置は、第 1発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段をさらに備える。過冷却情報取得手段は、過冷却熱交換器における冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得可能である。制御部は、過冷却情報に基づいて過冷却度を算出する。第 1制御は、過冷却度に基づいて行われる。

本発明では、過冷却情報を取得可能な過冷却情報取得手段をさらに備えており、制御部は、過冷却情報から算出した過冷却度に基づ!/、て第 1制御を行う。したがつて、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第 1膨張機構と第 2膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。

[0006] 第 3発明に係る冷凍装置は、第 2発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段は、入口温度センサと出口温度センサとからなる。入口温度センサは、過冷却熱交換器にお!/、て、冷媒入口温度を検出可能である。出口温度センサは、冷媒出口温度を検出可能である。

本発明では、過冷却熱交換器の入口温度を入口温度センサで検出し、過冷却熱交換器の出口温度を出口温度センサで検出して!/、る。入口温度センサで検出する温度は、気液二相状態の冷媒であるために、飽和液温度と等しい。したがって、得られた飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。

[0007] 第 4発明に係る冷凍装置は、第 2発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段は、入口圧力センサと出口温度センサとからなる。入口圧力センサは、過冷却熱交換器において、冷媒入口圧力を検出可能である。出口温度センサは、過冷却熱交換器にお!/、て、冷媒出口温度を検出可能である。

本発明では、過冷却熱交換器の入口圧力を入口圧力センサで検出し、過冷却熱交換器の出口温度を出口温度センサで検出している。したがって、検出した入口圧力から飽和液温度を算出し、飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。

第 5発明に係る冷凍装置は、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であつて、圧縮機と、第 1熱交換器と、第 1膨張機構と、過冷却熱交換器と、第 2膨張機構と、第 2熱交換器と、切換機構と、制御部とを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第 1熱交換器は、冷媒を熱交換させる。第 1膨張機構は、冷媒を減圧させる。過冷却熱交換器は、冷媒を過冷却させる。第 2膨張機構は、冷媒を減圧させる。第 2熱交換器は、冷媒を熱交換させる。切換機構は、第 1状態と第 2状態とを切り換え可能である。第 1状態は、第 2熱交換器で蒸発された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が第 1熱交換器に流入する状態である。第 2状態は、第 1熱交換器で蒸発された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が第 2熱交換器に流入する状態である。制御部は、第 1制御と第 2制御とを行う。第 1制御は、切換機構が第 1状態の場合に、高圧の冷媒を第 1膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の冷媒を第 2膨張機構で低圧に減圧させることにより、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜める制御である。第 2制御は、切換機構が第 2状態の場合に、高圧の冷媒を第 2膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の冷媒を第 1膨張機構で低圧に減圧させることにより、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜める制御である。

本発明では、第 1熱交換器をガスクーラとして、かつ、第 2熱交換器を蒸発器として機能させる第 1状態と、第 1熱交換器を蒸発器として、かつ、第 2熱交換器をガスクーラとして機能させる第 2状態とを切り換え可能な切換機構を備えて!/、る。第 1熱交換器がガスクーラとして機能する場合に、第 1熱交換器の冷媒出口側に過冷却熱交換器をさらに設け、第 1熱交換器と過冷却熱交換器との間に冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる第 1膨張機構をさらに設けている。また、第 2熱交換器がガスクーラとして機能する場合の第 2熱交換器の冷媒出口側に過冷却熱交換器が接続されており、第 2熱交換器と過冷却熱交換器との間に冷媒を臨界圧力以下まで減圧する第 2膨張機構をさらに設けている。

したがって、例えば、冷房運転の場合には第 1膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができ、また、暖房運転の場合には第 3膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整すること力 Sできる。このため、室外過冷却熱交換器 (例えば冷房時)または室内過冷却熱交換器 (例えば暖房時）に液冷媒を溜め込んで冷媒量の調整を行うことができ、高圧を最適に制御することができる。

[0009] 第 6発明に係る冷凍装置は、第 5発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段をさらに備える。過冷却情報取得手段は、過冷却熱交換器における冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得可能である。制御部は、過冷却情報に基づいて過冷却度を算出する。第 1制御または第 2制御は、過冷却度に基づいて行われる本発明では、過冷却情報を取得可能な過冷却情報取得手段をさらに備えており、制御部は、過冷却情報から算出した過冷却度に基づいて第 1制御または第 2制御を行う。したがって、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第 1膨張機構と第 2膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。

[0010] 第 7発明にかかる冷凍装置は、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、熱源ユニットと、利用ユニットと、制御部とを備える。熱源ユニットは、圧縮機と、熱源側熱交換器と、第 1膨張機構と、熱源側補助熱交換器と、第 2膨張機構と、切換機構とを有する。圧縮機は、冷媒を圧縮する。熱源側熱交換器は、冷媒を第 1流体と熱交換させる。第 1膨張機構は、冷媒を減圧可能である。熱源側補助熱交換器は、冷媒を熱交換させる。第 2膨張機構は、冷媒を減圧可能である。切換機構は、第 1状態と第 2状態とを切り換え可能である。第 1状態は、利用側熱交換器で熱交換された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が熱源側熱交換器に流入する状態である。第 2状態は、熱源側熱交換器で熱交換された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が利用側熱交換器に流入する状態である。利用ユニットは、利用側熱交換器と、第 3膨張機構と、利用側補助熱交換器とを有する。利用側熱交換器は、冷媒を熱交換させる。第 3膨張機構は、冷媒を減圧可能である。利用側補助熱交換器は、冷媒を熱交換させる。制御部は、第 1制御と、第 2制御と、第 3制御を行う。第 1制御は、切換機構が第 1状態の場合、かつ、第 1流体の温度が冷媒の臨界温度未満の場合に、熱源側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の冷媒を熱源側補助熱交換器に溜めるように第 1膨張機構と第 2膨張機構とを調整する制御である。第 2制御は、切換機構が第 1状態の場合、かつ、第 1流体の温度が冷媒の臨界温度以上の場合に、利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の冷媒を利用側補助熱交換器に溜めるように第 2膨張機構と第 3膨張機構とを調整する制御である。第 3制御は、切換機構が第 2状態の場合に、利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の冷媒を利用側補助熱交換器に溜めるように第 2膨張機構と第 3膨張機構とを調整する制御である。

本発明では、熱源ユニットが、第 1状態と第 2状態とに切り換え可能な切換機構 (例えば四路切換弁）をさらに有している。また、制御部は、切換機構が第 1状態の場合に (例えば冷房運転の場合に)第 1膨張機構と第 2膨張機構とを制御し、切換機構が第 2状態に場合に (例えば暖房運転の場合に)第 2膨張機構と第 3膨張機構とを制御する。制御部は、例えば冷房運転で外気温が冷媒の臨界温度以上の場合に、液冷媒を熱源側過冷却熱交換器に溜めずに利用側過冷却熱交換器に溜めるように、第 2膨張機構と第 3膨張機構とを第 3制御する。

したがって、制御部は、冷房運転の場合には第 1膨張機構を制御して中間圧力を調整でき、暖房運転の場合には第 3膨張機構を制御して中間圧力を調整できる。また、制御部は、第 2膨張機構を制御して、冷房運転の場合には熱源側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整でき、暖房運転の場合には利用側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整できる。冷媒は、臨界点を超えると超臨界状態となり、冷媒量の制御が難しくなる。このため、第 1流体の温度が臨界温度以上の場合では、熱源側過冷却熱交換器に冷媒を溜めることは難しい。また、利用側熱交換器では蒸発器として機能しているため、第 2流体は、臨界温度以下である場合が多い。したがって、制御部が第 2膨張機構と第 3膨張機構とを第 3制御することで、利用側過冷却熱交換器に液冷媒を溜めることができる。

[0011] 第 8発明に係る冷凍装置は、第 7発明に係る冷凍装置であって、熱源ユニットは、熱源側過冷却情報取得手段をさらに有する。熱源側過冷却情報取得手段は、熱源側補助熱交換器の第 1過冷却度を検出可能である。利用ユニットは、利用側過冷却情報取得手段をさらに有する。利用側過冷却情報取得手段は、利用側補助熱交換器の第 2過冷却度を検出可能である。第 1制御は、第 1過冷却度に基づいて行われる。第 2制御および第 3制御は、第 2過冷却度に基づいて行われる。

本発明では、熱源ユニットは、過冷却度の検出のために、熱源側過冷却熱交換器の冷媒の出入口に第 2入口圧力検出手段と、第 2出口温度検出手段とをさらに有している。これらの検出手段により、中間圧力である第 2入口圧力と、第 2出口温度とが得られる。

したがって、制御部は、これらの第 2入口圧力と第 2出口温度とを基に過冷却度を算出すること力 Sできる。このため、制御部は、過冷却度に基づいて第 1過冷却熱交換器に液冷媒を溜めこんで冷媒量の調整を行うことができる。

[0012] 第 9発明に係る冷凍装置は、第 8発明に係る冷凍装置であって、熱源側過冷却情報取得手段は、第 1入口温度センサと、第 1出口温度センサとからなる。第 1入口温度センサは、熱源側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能である。第 1 出口温度センサは、熱源側補助熱交換器にお!/、て、冷媒出口温度を検出可能な第 1出口温度センサである。

本発明では、熱源側補助熱交換器の冷媒の出入口に、熱源側過冷却情報取得手段として、第 1入口温度センサと、第 1出口温度センサとが利用されている。したがつて、第 1入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第 1 出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第 1過冷却度を算出することができる。

[0013] 第 10発明に係る冷凍装置は、第 8発明または第 9発明に係る冷凍装置であって、利用側過冷却情報取得手段は、第 2入口温度センサと、第 2出口温度センサとからなる。第 2入口温度センサは、利用側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能である。第 2出口温度センサは、利用側補助熱交換器にお!/、て、冷媒出口温度を検出可能である。

本発明では、利用側補助熱交換器の冷媒の出入口に、利用側過冷却情報取得手段として、第 2入口温度センサと、第 2出口温度センサとが利用されている。したがつて、第 2入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第 2 出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第 2過冷却度を算出することができる。

[0014] 第 11発明に係る冷凍装置は、第 1発明から第 10発明のいずれかに係る冷凍装置であって、冷媒は、 C02冷媒である。

本発明では、冷媒に C02冷媒を利用している。 C02冷媒は、従来の冷媒、例えばフルォロカーボン冷媒などと比べて、地球温暖化係数が 1であり、数百から 1万程度のフルォロカーボン冷媒よりも遙かに低い。

環境負荷が小さレ、C〇2冷媒を利用することで、地球環境が悪化することを抑えること力 Sできる。

発明の効果

[0015] 第 1発明に係る冷凍装置では、第 1膨張機構の開度を制御することができ、中間圧力を調整することができる。このため、過冷却熱交換器に液冷媒をため込むことができ、冷媒量の調整を行うことができる。これにより、高圧を最適に制御することができ、効率の良い運転をすることができる。

第 2発明に係る冷凍装置では、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第 1膨張機構と第 2膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。

第 3発明に係る冷凍装置では、得られた飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出すること力 Sでさる。

第 4発明に係る冷凍装置では、検出した入口圧力から飽和液温度を算出し、飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。

[0016] 第 5発明に係る冷凍装置では、例えば、冷房運転の場合には第 1膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができ、また、暖房運転の場合には第 3 膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができる。このため、室外過冷却熱交換器 (例えば冷房時)または室内過冷却熱交換器 (例えば暖房時）に液冷媒を溜め込んで冷媒量の調整を行うことができ、高圧を最適に制御することができる。

第 6発明に係る冷凍装置では、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第 1膨張機構と第 2膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。

第 7発明に係る冷凍装置では、制御部は、冷房運転の場合には第 1膨張機構を制御して中間圧力を調整でき、暖房運転の場合には第 3膨張機構を制御して中間圧力を調整できる。また、制御部は、第 2膨張機構を制御して、冷房運転の場合には熱源側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整でき、暖房運転の場合には利用側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整できる。冷媒は、臨界点を超えると超臨界状態となり、冷媒量の制御が難しくなる。このため、第 1流体の温度が臨界温度以上の場合では、熱源側過冷却熱交換器に冷媒を溜めることは難しい。また、利用側熱交換器では蒸発器として機能しているため、第 2流体は、臨界温度以下である場合が多い。したがつて、制御部が第 2膨張機構と第 3膨張機構とを第 3制御することで、利用側過冷却熱交換器に液冷媒を溜めることができる。

第 8発明に係る冷凍装置では、制御部は、これらの第 2入口圧力と第 2出口温度とを基に過冷却度を算出することができる。このため、制御部は、過冷却度に基づいて第 1過冷却熱交換器に液冷媒を溜めこんで冷媒量の調整を行うことができる。

第 9発明に係る冷凍装置では、第 1入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第 1出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第 1過冷却度を算出することができる。

第 10発明に係る冷凍装置では、第 2入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第 2出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第 2過冷却度を算出することができる。

第 11発明に係る冷凍装置では、環境負荷が小さい C02冷媒を利用することで、地球環境が悪化することを抑えることができる。図面の簡単な説明

園 1]本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図。

園 2]本発明の空気調和装置における C02冷媒を利用した 2段膨張冷凍サイクルを示す p— h線図。

園 3]変形例（1)に係る空気調和装置の冷媒回路図。

園 4]変形例（5)に係る冷房専用の空気調和装置の冷媒回路図。

園 5]変形例（5)に係る暖房専用の空気調和装置の冷媒回路図。

[図 6]変形例（6)に係る空気調和装置の冷媒回路図。

符号の説明

1 , la〜； Id 空気調和装置

2, 2a, 2b 室外ユニット（熱源ユニット）

3, 3a〜3c, 3d 室内ユニット（利用ユニット）

21 圧縮機

23 室外熱交換器 (第 1熱交換器、熱源側熱交換器）

24 室外過冷却熱交換器 (過冷却熱交換器、熱源側補助熱交換器) 31 , 31a〜31c 室内熱交換器 (第 2熱交換器、利用側熱交換器）

32, 32a〜32c 室内過冷却熱交換器 (利用側補助熱交換器）

T1 第 1室外過冷却温度センサ（第 1入口温度センサ）

T2 第 2室外過冷却温度センサ（第 1出口温度センサ）

T1 第 1室内過冷却温度センサ（第 2入口温度センサ、第 2出口温度センサ）

T2 第 2室内過冷却温度センサ（第 2入口温度センサ、第 2出口温度センサ）

VI 四路切換弁 (切換機構）

V2 第 1室外膨張弁 (第 1膨張機構）

V3 第 2室外膨張弁 (第 2膨張機構）

V6, V6a〜V6c 室内膨張弁（第 3膨張機構)

発明を実施するための最良の形態 [0020] 以下、図面に基づいて、本発明に係る空気調和装置の実施形態について説明す

<空気調和装置の構成〉

図 1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置 1の概略構成図である。空気調和装置 1は、 2段膨張冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。本発明では、冷媒に超臨界冷媒である C02冷媒を利用している。空気調和装置 1は、主として、 1台の熱源ユニットとしての室外ユニット 2と、それに接続された利用ユニットとしての室内ユニット 3と、室外ユニット 2と室内ユニット 3 とを接続する冷媒連絡配管 4とを備えている。冷媒連絡配管 4は、液冷媒連絡配管 4 1とガス冷媒連絡配管 42とから構成される。すなわち、本実施形態の空気調和装置 1 の冷媒回路 10は、室外ユニット 2と、室内ユニット 3と、冷媒連絡配管 4とが接続されることによって構成されて!/、る。

[0021] (1)室外ユニット

室外ユニット 2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管 4を介して室内ュニット 3に接続されており、冷媒回路 10を構成している。

次に、室外ユニット 2の構成について説明する。室外ユニット 2は、主として、冷媒回路 10の一部を構成する室外側冷媒回路 20を有している。この室外側冷媒回路 20は、主として、圧縮機 21と、四路切換弁 VIと、熱源側熱交換器としての室外熱交換器 23と、膨張機構としての第 1室外膨張弁 V2と、熱源側の過冷却熱交換器としての室外過冷却熱交換器 24と、膨張機構としての第 2室外膨張弁 V3と、液側閉鎖弁 V4と、ガス側閉鎖弁 V5とを有している。

圧縮機 21は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数 Rmが制御されるモータ 22によって駆動される容積式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機 21は、 1台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、 2台以上の圧縮機が並列に接続されていても良い。

[0022] 四路切換弁 VIは、室外熱交換器 23をガスクーラおよび蒸発器として機能させるために設けられた弁である。四路切換弁 VIは、室外熱交換器 23と、圧縮機 21の吸入側と、圧縮機 21の吐出側と、ガス冷媒連絡配管 42とに接続されている。そして、室外熱交換器 23をガスクーラとして機能させる際には、圧縮機 21の吐出側と室外熱交換器 23とを接続するとともに、圧縮機 21の吸入側とガス冷媒連絡配管 42とを接続する (図 1の実線の状態)。逆に、室外熱交換器 23を蒸発器として機能させる際には、室外熱交換器 23と圧縮機 21の吸入側とを接続するとともに、圧縮機 21の吐出側とガス冷媒連絡配管 42とを接続する（図 1の破線の状態)。

室外熱交換器 23は、ガスクーラおよび蒸発器として機能させることが可能な熱交換器であり、本実施形態において、空気を熱源として冷媒と熱交換するクロスフィン式のフィン 'アンド ' ·チューブ型熱交換器である。室外熱交換器 23は、一方が四路切換弁 VIに接続され、他方が第 1室外膨張弁 V2を介して室外過冷却熱交換器 24に接続されている。

[0023] 第 1室外膨張弁 V2は、室外側冷媒回路 20内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器 23と室外過冷却熱交換器 24との間に接続された電動膨張弁である。この第 1室外膨張弁 V2は、冷房運転の際には、 2段膨張冷凍サイクルにおける 1段目の膨張機構として機能し、暖房運転の際には、全開になり冷媒をそのまま室外熱交換器 23に流入させる。第 1室外膨張弁 V2は、 1段目の膨張機構として機能する際には、高圧 Phの冷媒を臨界圧力 Pk以下の中間圧力 Pmに減圧させる。ただし、冷房運転において外気温が C02冷媒の臨界温度である 31°C以上である場合には、第 1室外膨張弁 V2は、全開になる。

室外過冷却熱交換器 24は、過冷却器および蒸発器として機能させることが可能な熱交換器であり、本実施形態において、空気を熱源として冷媒と熱交換するクロスフイン式のフィン 'アンド '·チューブ型熱交換器である。室外過冷却熱交換器 24は、一方が第 1室外膨張弁 V2を介して室外熱交換器 23に接続され、他方が第 2室外膨張弁 V3を介して液冷媒連絡配管 41に接続されている。ただし、冷房運転において外気温が C02冷媒の臨界温度である 31°C以上である場合には、室外熱交換器 23と同様にガスクーラとして機能する。

[0024] 第 2室外膨張弁 V3は、室外側冷媒回路 20内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外過冷却熱交換器 24の液側に接続された電動膨張弁である。この第 1室外膨張弁 V2は、冷房運転の際も、暖房運転の際も、 2段膨張冷凍サイクノレにおける 2段目の膨張機構として機能し、中間圧力 Pmの冷媒を低圧 P1に減圧させる。ただし、冷房運転において外気温が C02冷媒の臨界温度である 31°C以上である場合には、第 2室外膨張弁 V3は、 2段膨張冷凍サイクルにおける 1段目の膨張機構として機能し、高圧 Phの冷媒を臨界圧力 Pk以下の中間圧力 Pmに減圧させる。また、室外ユニット 2は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器 23において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン 25 を有している。この室外ファン 25は、室外熱交換器 23に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、 DCファンモータからなるモータ 26によって駆動されるプロペラファン等である。

[0025] また、室外ユニット 2には、各種のセンサが設けられている。室外過冷却熱交換器 2 4と第 1室外膨張弁 V2との間に、冷媒の温度を検出する第 1室外過冷却温度センサ T1が設けられている。また、室外過冷却熱交換器 24と第 2室外膨張弁 V3との間に、冷媒の温度を検出する第 2室外過冷却温度センサ T2が設けられて!/、る。本実施形態において、第 1室外過冷却温度センサ T1および第 2室外過冷却温度センサ T2は、サーミスタからなる。

また、室外ユニット 2は、室外ユニット 2を構成する各部の動作を制御する室外側制御部 27を有している。そして、室外側制御部 27は、室外ユニット 2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリ、モータ 22などを制御するインバータ回路等を有しており、後述する室内ユニット 3の室内側制御部 35との間で伝送線 51を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになつている。すなわち、室外側制御部 27と室内側制御部 35と各制御部間を接続する伝送線 51とによって、空気調和装置 1全体の運転制御を行う制御部 5が構成されている。

[0026] 制御部 5は、各種センサ（図示せず）の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器 21 , 25, 33および弁 VI , V 2, V3, V6を制御することができるように接続されている。

(2)室内ユニット

室内ユニット 3は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット 3は、冷媒連絡配管 4を介して室外ユニット 2に接続されており、冷媒回路 10の一部を構成している。

次に、室内ユニット 3の構成について説明する。室内ユニット 3は、主として、冷媒回路 10の一部を構成する室内側冷媒回路 30を有している。この室内側冷媒回路 30は、主として、利用側熱交換器としての室内熱交換器 31と、膨張機構としての室内膨張弁 V6と、利用側の過冷却器としての室内過冷却熱交換器 32とを有して!/、る。

[0027] 室内熱交換器 31は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン ·アンド ·チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒のガスクーラとして機能して室内空気を加熱する熱交換器である。

室内膨張弁 V6は、第 1室外膨張弁 V2と同様に、室内側冷媒回路 30内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室内熱交換器 31の液側に接続された電動膨張弁である。この室内膨張弁 V6は、冷房運転の際には、全開になり冷媒をそのまま室内熱交換器 31に流入させ、暖房運転の際には、 2段膨張冷凍サイクルにおける 1段目の膨張機構として機能する。この室内膨張弁 V6も第 1室外膨張弁 V2と同様に、 1段目の膨張機構として機能する際には、高圧 Phの冷媒を中間圧力 Pmに減圧させる。ただし、冷房運転において外気温が C02冷媒の臨界温度である 31°C以上である場合には、室内膨張弁 V6は、 2段膨張冷凍サイクルにおける 2段目の膨張機構として機能し、中間圧力 Pmの冷媒を低圧 P1に減圧させる。

[0028] 室内過冷却熱交換器 32は、過冷却器および蒸発器として機能させることが可能な熱交換器であり、本実施形態において、空気を熱源として冷媒と熱交換するクロスフイン式のフィン 'アンド '·チューブ型熱交換器である。室内過冷却熱交換器 32は、一方が室内膨張弁 V6を介して室内熱交換器 31に接続され、他方が液冷媒連絡配管 41に接続されている。ただし、冷房運転において外気温が C02冷媒の臨界温度である 31°C以上である場合には、室内熱交換器 31と同様に蒸発器として機能する。また、室内ユニット 3は、室内空気をユニット内に吸入して、室内熱交換器 31において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給する送風ファンとしての室内ファン 33を有している。室内ファン 33は、室内熱交換器 31に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、 DCファンモータからなるモータ 34によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

[0029] また、室内ユニット 3には、各種のセンサが設けられている。室内過冷却熱交換器 3 2と室内膨張弁 V6との間に、冷媒の温度を検出する第 1室内過冷却温度センサ T3 が設けられている。また、室内過冷却熱交換器 32の液冷媒連絡配管 41側に冷媒の温度を検出する第 2室内過冷却温度センサ T4が設けられている。本実施形態において、第 1室内過冷却温度センサ T3および第 2室内過冷却温度センサ T4は、サーミスタカ、らなる。

また、室内ユニット 3は、室内ユニット 3を構成する各部の動作を制御する室内側制御部 35を備えている。そして、室内側制御部 35は、室内ユニット 3の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット 3を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりや、室外ユニット 2との間で伝送線 51を介して制御信号等のやりとり等を行うことができるようになつている

[0030] (3)冷媒連絡配管

冷媒連絡配管 4は、空気調和装置 1をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニット 2と室内ユニット 3との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

<空気調和装置の動作〉

次に、本実施形態の空気調和装置 1の動作について説明する。

本実施形態の空気調和装置 1の運転モードとしては、室内ユニット 3の冷暖房の負荷に応じて、室内ユニット 3の冷房を行う冷房運転と、室内ユニット 3の暖房を行う暖房運転とがある。

以下、空気調和装置 1の各運転モードにおける動作について説明する。

[0031] (1)冷房運転

まず、冷房運転について、図 1および図 2を用いて説明する。冷房運転時は、室外ユニット 2の室外側冷媒回路 20において、四路切換弁 VIが図 1の実線で示される状態に切り換えられることによって、室外熱交換器 23がガスクーラとして機能し、かつ、室内熱交換器 31が蒸発器として機能するようになって!/、る。

この冷媒回路 10の状態で、圧縮機 21、室外ファン 25、および室内ファン 33を起動すると、低圧 P1のガス冷媒は、圧縮機 21に吸入されて圧縮されて高圧 Phのガス冷媒となる。高圧 Phに圧縮されたガス冷媒は、室外熱交換器 23に流入する。このとき室外熱交換器 23は、ガスクーラとして機能し室外ファン 25によって供給される室外空気に熱を放出して冷媒を冷却する。そして、第 1室外膨張弁 V2により高圧 Phの状態力、ら冷媒の臨界圧力 Pk以下の中間圧力 Pmまで減圧される。中間圧力 Pmに減圧された冷媒は、気液二相状態の冷媒となって、室外過冷却熱交換器 24に流入する。室外過冷却熱交換器 24では、冷媒は、さらに冷却されて液冷媒となり、過冷却状態となる。室外過冷却熱交換器 24では、液冷媒が溜められており、第 2室外膨張弁 V3 により室外過冷却熱交換器 24内の液冷媒の量が制御されている。この室外過冷却熱交換器 24内に溜められた液冷媒量の制御は、第 1室外過冷却温度センサ T1と第 2室外過冷却温度センサ T2とが検出した温度から算出された冷媒の過冷却度に基づいて行われる。ここで、過冷却状態となった冷媒は、第 2室外膨張弁 V3によって圧縮機 21の吸入圧力近くまで減圧されて低圧 P1の気液二相状態の冷媒となる。

そして、低圧 P1の冷媒は、液側閉鎖弁 V4および液冷媒連絡配管 41を経由して室内ユニット 3に送られる。この室内ユニット 3に送られた低圧 P1の液冷媒は、室内過冷却熱交換器 32と室内熱交換器 31とにおいて室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧 P1のガス冷媒となる。このとき、室内膨張弁 V6は、全開になっている。低圧 P1のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管 42を経由して室外ユニット 2に送られ、ガス側閉鎖弁 V 5を通じて、再び、圧縮機 21に吸入される。

なお、外気温が 31°C (C〇2冷媒の臨界温度）以上になる場合には、前述の場合とは異なる制御を行う。以下にその制御について説明する。第 1室外膨張弁 V2を全開にして、室外熱交換器 23および室外過冷却熱交換器 24をガスクーラとして機能させる。そして、第 2室外膨張弁 V3で室外熱交換器 23および室外過冷却熱交換器 24により冷却された高圧 Phの冷媒を臨界圧力 Pk以下の中間圧力 Pmまで減圧する。中間圧力 Pmまで減圧された冷媒は、室内ユニット 3に送られ、室内過冷却熱交換器 3 2でさらに冷却されて液冷媒となり、過冷却状態となる。室内過冷却熱交換器 32では、液冷媒が溜められており、室内膨張弁 V6により室内過冷却熱交換器 32内の液冷媒の量が制御されている。この室内過冷却熱交換器 32内に溜められた液冷媒量の制御は、第 1室内過冷却温度センサ T3と第 2室内過冷却温度センサ T4とが検出した温度から算出された冷媒の過冷却度に基づ!/、て行われる。過冷却状態となった冷媒は、室内膨張弁 V6によって圧縮機 21の吸入圧力近くまで減圧されて低圧 P1の気液二相状態の冷媒となる。そして、低圧 P1の冷媒は、室内熱交換器 31において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧 P1逃す冷媒となる。低圧 P1のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管 42を経由して室外ユニット 2に送られ、ガス側閉鎖弁 V5を通じて、再び、圧縮機 21に吸入される。

(2)暖房運転

暖房運転時は、室外ユニット 2の室外側冷媒回路 20において、四路切換弁 VIが図 1の破線で示される状態に切り換えられることによって、室外熱交換器 23が蒸発器として機能し、かつ、室内熱交換器 31がガスクーラとして機能するようになっている。この冷媒回路 10の状態で、圧縮機 21、室外ファン 25、および室内ファン 33を起動すると、低圧 P1のガス冷媒は、圧縮機 21に吸入されて圧縮されて高圧 Phのガス冷媒となり、四路切換弁 VI、ガス側閉鎖弁 V5を経由して、ガス冷媒連絡配管 42に送られる。

そして、ガス冷媒連絡配管 42に送られた高圧 Phのガス冷媒は、室内ユニット 3に送られる。この室内ユニット 3に送られた高圧 Phのガス冷媒は、室内熱交換器 31に送られる。この冷媒は、室内熱交換器 31において、室内空気と熱交換を行って冷却されて高圧 Phの液冷媒となった後、室内膨張弁 V6を通過する際に、室内膨張弁 V6の弁開度に応じて中間圧力 Pmまで減圧される。中間圧力 Pmに減圧された冷媒は、気液二相状態の冷媒となって、室内過冷却熱交換器 32に流入する。室内過冷却熱交換器 32では、冷媒は、さらに冷却されて液冷媒となり、過冷却状態となる。室内過冷却熱交換器 32では、液冷媒が溜められており、第 2室外膨張弁 V3により室内過冷却熱交換器 32内の液冷媒の量が制御されている。この室内過冷却熱交換器 32内に溜められた液冷媒量の制御は、第 1室内過冷却温度センサ T3と第 2室内過冷却温度センサ T4とが検出した温度から算出された冷媒の過冷却度に基づいて行われ [0034] そして、過冷却状態となった冷媒は、液冷媒連絡配管 41を経由して室外ユニット 2 に送られる。この冷媒は、液側閉鎖弁 V4を経由して、第 2室外膨張弁 V3によって圧縮機 21の吸入圧力近くまで減圧されて低圧 P1の気液二相状態の冷媒となる。低圧 P 1に減圧された冷媒は、室外過冷却熱交換器 24と室外熱交換器 23とにおいて外気と熱交換を行って蒸発して低圧 P1のガス冷媒となる。このとき、第 1室外膨張弁 V2は全開になっている。低圧 P1のガス冷媒は、四路切換弁 VIを経由して、再び、圧縮機 21 に吸入される。

< 2段膨張冷凍サイクル〉

図 2は、超臨界条件下における冷凍サイクルを p— h線図（モリエル線図）により示している。本発明では、冷媒に超臨界冷媒である C02冷媒を利用している。また、 2つの膨張機構を用いて 2段に分けて膨張させるようにした 2段膨張冷凍サイクルを採用している。前述のように、この冷媒回路 10は、主に、圧縮機 21、室外熱交換器 23、第 1室外膨張弁 V2、室外過冷却熱交換器 24、第 2室外膨張弁 V3、室内過冷却熱交換器 32、室内膨張弁 V6、および室内熱交換器 31から構成されている。図 2の A、 B、 C、 D、 E、および Fは、冷房運転の場合の、図 1におけるそれぞれの点に対応した冷媒の状態を表している。また、図 2の括弧書きの A、 B、 E、 F、 G、および Hは、暖房運転の場合の、図 1におけるそれぞれの点に対応した冷媒の状態を表している。なお、以下に冷房運転の場合 (外気温が C02冷媒の臨界温度以下の場合）の 2段膨張サイクルについて、図 1および図 2を用いて説明する。暖房運転については、 C を Hに、 Dを Gに、 Eを Fに、 Fを Eに置き換えることで説明できる。

[0035] この冷媒回路 10では、冷媒は、圧縮機 21により圧縮されて高温高圧 Phになる (A →B)。このとき、冷媒である C02は気体から超臨界状態となる。ここにいう「超臨界状態」とは、臨界点 K以上の温度および圧力下における物質の状態であり、気体の拡散性と液体の溶解性とを併せ持つている状態のことである。超臨界状態とは、図 2において、臨界温度等温線 Tkの右側で、かつ、臨界圧力 Pk以上の領域における冷媒の状態である。なお、冷媒 (物質）が超臨界状態になると、気相と液相との区別が無くなる。なお、ここにいう「気相」とは、飽和蒸気線 Svより右側で、かつ、臨界圧力 Pk以下の領域における冷媒の状態である。また、「液相」とは、飽和液線 S1より左側で、かつ、臨界温度等温線 Tkよりも左側の領域における冷媒の状態である。そして、圧縮機 21により圧縮されて高温高圧の超臨界状態となった冷媒は、ガスクーラとなっている室外熱交換器 23により放熱されて低温高圧の冷媒となる（B→C)。このとき、冷媒は、超臨界状態にあるため、室外熱交換器 23内部において顕熱変化（温度変化）を伴って作動している。そして、室外熱交換器 23において放熱した冷媒は、第 1室外膨張弁 V2が開放されることにより膨張して、圧力が高圧 Phから中間圧力 Pmへと減圧される（C→D)。そして、第 1室外膨張弁 V2により減圧された冷媒は、中間圧力 P mのまま室外過冷却熱交換器 24に流入し、さらに冷却されて過冷却状態となる（D→ E)。過冷却状態となった冷媒は、第 2室外膨張弁 V3でさらに膨張されて低圧 P1の冷媒となる (E→F)。低圧 PIの冷媒は、液冷媒連絡配管 41を通過し、室内熱交換器 31 および室内過冷却熱交換器 32において、熱を吸収し、蒸発してガス冷媒連絡配管 4 2を流通し圧縮機 21へ戻る（F→A)。

<特徴〉

(1)

本発明では、室外ユニット 2が、冷房運転と暖房運転とに切り換え可能な四路切換弁 VIをさらに有している。また、制御部 5は、四路切換弁 VIが図 1の実線の状態（冷房運転)の場合に第 1室外膨張弁 V2と第 2室外膨張弁 V3とを制御し、四路切換弁 V 1が図 1の破線の状態（暖房運転)の場合に第 2室外膨張弁 V3と室内膨張弁 V6とを制御する。制御部 5は、冷房運転で、かつ、外気温が冷媒の臨界温度以上の場合に、液冷媒を室外過冷却熱交換器 24内に溜めずに室内過冷却熱交換器 32内に溜めるように、第 2室外膨張弁 V3と室内膨張弁 V6とを制御する。

したがって、制御部 5は、冷房運転の場合には第 1室外膨張弁 V2を制御して中間圧力を調整でき、暖房運転の場合には室内膨張弁 V6を制御して中間圧力を調整できる。また、制御部 5は、第 2室外膨張弁 V3を制御して、冷房運転の場合には室外過冷却熱交換器 24の液冷媒の量を調整でき、暖房運転の場合には室内過冷却熱交換器 32の液冷媒の量を調整できる。冷媒は、臨界点を超えると超臨界状態となり、冷媒量の制御が難しくなる。このため、外気温が C02冷媒の臨界温度の 31°C以上の場合では、室外過冷却熱交換器 24に冷媒を溜めることは難しい。また、室内熱交換器 31では蒸発器として機能しているため、室内空気は、 C02冷媒の臨界温度の 3 1°C以下である場合が多い。したがって、制御部 5が第 2室外膨張弁 V3と室内膨張弁 V6とを制御することで、室内過冷却熱交換器 32に液冷媒を溜めることができる。

[0037] (2)

本発明では、室外ユニット 2は、過冷却度の検出のために、室外過冷却熱交換器 2 4の冷媒の出入口に第 1室外過冷却温度センサ T1と、第 2室外過冷却温度センサ T 2とを有している。これらの温度センサ Tl , T2により、冷房運転で外気温が 31°C未満の場合において、中間圧力 Pmと、室外過冷却熱交換器 24の出口温度が得られる。また、室内ユニット 3は、過冷却度の検出のために、室内過冷却熱交換器 32の冷媒の出入口に第 1室内過冷却温度センサ T3と、第 2室内過冷却温度センサ T4とを有している。これらの温度センサ T3, T4により、冷房運転で外気温が 31°C以上の場合および暖房運転の場合において、中間圧力 Pmと、室内過冷却熱交換器 32の出口温度が得られる。

したがって、制御部 5は、これらの中間圧力 Pmと室外過冷却熱交換器 24または室内過冷却熱交換器 32の出口温度とをもとに過冷却度を算出することができる。このため、制御部 5は、過冷却度に基づいて過冷却熱交換器として機能する室外過冷却熱交換器 24または室内過冷却熱交換器 32に液冷媒を溜め込むことができ、冷媒量の調整を行うことができる。

[0038] (3)

<変形例〉

(1)

本実施形態では、室内ユニット 3が 1台の室外ユニット 2に対して 1台接続されている、いわゆるペア式の空気調和装置 1であるが、これに限らずに、複数台の室内ュニットが 1台の室外ユニットに対して接続されているマルチ式の空気調和装置 laであつても良い。例えば、図 3のように、 1台の室外ユニット 2に対して 3台の室内ユニット 3a , 3b, 3cが並列に接続されているものである。図 3の室内ユニット 3a, 3b, 3cの構成は、本実施形態で説明した室内ユニット 3の各部に付した番号に、室内ユニット 3a, 3 b, 3cと対応するように、番号の末尾に a, b,および cを付している。例えば、室内ュニット 3の室内ファン 33は、室内ユニット 3a, 3b, 3cの室内ファン 33a, 33b, 33cと対応しており、室内ユニット 3と室内ユニット 3a, 3b, 3cとは同様の構成である。なお、図 3では室内ユニット 3a〜3cは 3台接続されている力 3台に限らずに、 2台、 4台、 5台などであっても構わない。

室内ユニット 3a〜3cを複数台設けているため、運転負荷が異なる箇所に対してそれぞれの負荷に応じて運転することができる。したがって、運転負荷が場所によって異なる場合に、室内ユニットが 1台の場合よりも効率よく運転することができる。

(2)

本実施形態では、膨張機構として室外ユニット 2内に第 1室外膨張弁 V2を設け、室内ユニット 3内に室内膨張弁 V6を設けている力これらの膨張弁に限らずに、例えば膨張機などでも構わない。

(3)

本実施形態では、過冷却度の算出のために室外過冷却熱交換器 24および室内過冷却熱交換器 32の入口と出口とにそれぞれ温度センサを設けていた力冷媒の入口側は温度センサに限らずに圧力センサでも構わない。すなわち、冷房運転時にお!/、て過冷却器として機能する室外過冷却熱交換器 24の冷媒流れ方向入口側の温度センサである第 1室外過冷却温度センサ T1と、暖房運転時において過冷却器として機能する室内過冷却熱交換器 32の冷媒流れ方向入口側の温度センサである第 1室内過冷却温度センサ T3とを圧力センサとしても構わない。ただし、冷房運転時の外気温が 31°C以上になる場合は、室外過冷却熱交換器 24ではなく室内過冷却熱交換器 32が過冷却器として機能するため、この場合の冷媒流れ方向出口側になる第 1室内過冷却温度センサ T3は温度センサでなければならない。したがって、本実施形態の場合には、第 1室外過冷却温度センサ Tlのみを圧力センサに変更可能である。

[0040] また、各過冷却熱交換器 24, 32の冷媒の流れ方向入口側に、圧力センサをさらに設けて温度センサと併用しても構わない。

(4)

本実施形態では、室外空気を熱源として利用している力これに限らずに、水などを熱源として利用しても構わなレ、。

(5)

本実施形態では、室外ユニット 2内に四路切換弁 VIが設けられ、冷房運転と暖房運転とが可能な空気調和装置 1である力これに限らず、図 4または図 5のように四路切換弁の無い冷房専用の空気調和装置 lb、あるいは暖房専用の空気調和装置 lc であっても良い。

[0041] 図 4の冷房専用の空気調和装置 lbでは、室外過冷却熱交換器 24に液冷媒を溜めるように第 1室外膨張弁 V2と第 2室外膨張弁 V3とを制御する。また、冷房専用の空気調和装置 lbと同様に図 5の暖房専用の空気調和装置 lcでは、室外過冷却熱交換器 24に液冷媒を溜めるように第 1室外膨張弁 V2と第 2室外膨張弁 V3とを制御す

(6)

本実施形態では、室外ユニット 2内に室外過冷却熱交換器 24が設けられ、また、室内ユニット 3内に室内過冷却熱交換器 32が設けられ、冷媒回路 10内に過冷却熱交換器として機能する機器を 2つ有している力 S、これに限らず、図 6の空気調和装置 Id ように過冷却熱交換器として機能する機器は 1つでも良い。

図 6の空気調和装置 Idでは、室外過冷却熱交換器 24が室外ユニット 2のみに設けられており、室外過冷却熱交換器 24を挟むように第 1室外膨張弁 V2と第 2室外膨張弁 V3とが設けられている。この空気調和装置 Idでは、冷房運転の場合も、暖房運転の場合も、室外過冷却熱交換器 24に液冷媒を溜めるように第 1室外膨張弁 V2と第 2 室外膨張弁 V3とを制御する。

産業上の利用可能性本発明に係る空気調和装置は、冷媒の循環量の調整を行って、高圧を最適に制御することができ、超臨界域で作動する超臨界冷媒を利用した空気調和装置であて超臨界冷媒の循環量の調整が容易な空気調和装置等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、

前記冷媒を圧縮する圧縮機 ( 21 )と、

前記圧縮機で圧縮された高圧の前記冷媒を冷却する第 1熱交換器 (23)と、前記冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる第 1膨張機構 (V2)と、

前記第 1膨張機構で減圧された前記冷媒を過冷却する過冷却熱交換器 (24)と、前記過冷却熱交換器で冷却された前記冷媒を低圧まで減圧させる第 2膨張機構（ V3)と、

前記第 2膨張機構で減圧された前記冷媒を加熱する第 2熱交換器 (31)と、前記過冷却熱交換器に液体の前記冷媒を溜めるように前記第 1膨張機構と前記第

2膨張機構とを調整する第 1制御を行う制御部（5)と、

を備える、

冷凍装置（lb)。

[2] 前記過冷却熱交換器における前記冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得する過冷却情報取得手段をさらに備え、

前記制御部は、前記過冷却情報に基づ!/、て前記過冷却度を算出し、

前記第 1制御は、前記過冷却度に基づいて行われる、

請求項 1に記載の冷凍装置（lb)。

[3] 前記過冷却情報取得手段は、前記過冷却熱交換器にお!/、て、冷媒入口温度を検出可能な入口温度センサ (T1)と、冷媒出口温度を検出可能な出口温度センサ (T2 )とからなる、

請求項 2に記載の冷凍装置（lb)。

[4] 前記過冷却情報取得手段は、前記過冷却熱交換器において、冷媒入口圧力を検出可能な入口圧力センサと、冷媒出口温度を検出可能な出口温度センサとからなる請求項 2に記載の冷凍装置。

[5] 超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、

前記冷媒を圧縮する圧縮機 ( 21 )と、前記冷媒を熱交換させる第 1熱交換器 (23)と、

前記冷媒を減圧させる第 1膨張機構 (V2)と、

前記冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器 (24)と、

前記冷媒を減圧させる第 2膨張機構 (V3)と、

前記冷媒を熱交換させる第 2熱交換器（31)と、

前記第 2熱交換器で蒸発された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記第 1熱交換器に流入する第 1状態と、前記第 1熱交換器で蒸発された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記第 2熱交換器に流入する第 2状態とを切り換え可能な切換機構（ VI)と、

前記切換機構が前記第 1状態の場合に、高圧の前記冷媒を前記第 1膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、前記過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の前記冷媒を前記第 2膨張機構で低圧に減圧させることにより、前記過冷却熱交換器に液体の前記冷媒を溜める第 1制御と、前記切換機構が前記第 2状態の場合に、高圧の前記冷媒を前記第 2膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、前記過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の前記冷媒を前記第 1膨張機構で低圧に減圧させることにより、前記過冷却熱交換器に液体の前記冷媒を溜める第 2制御とを行う制御部（5)と、

を備える、

冷凍装置（Id)。

[6] 前記過冷却熱交換器における前記冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得する過冷却情報取得手段をさらに備え、

前記制御部は、前記過冷却情報に基づ!/、て前記過冷却度を算出し、前記第 1制御または前記第 2制御は、前記過冷却度に基づ!/、て行われる、請求項 5に記載の冷凍装置（Id)。

[7] 超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、

前記冷媒を圧縮する圧縮機（21)と、前記冷媒を第 1流体と熱交換させる熱源側熱交換器 (23)と、前記冷媒を減圧可能な第 1膨張機構 (V2)と、前記冷媒を熱交換させる熱源側補助熱交換器 (24)と、前記冷媒を減圧可能な第 2膨張機構 (V3)と、前記利用側熱交換器で熱交換された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記熱源側熱交換器に流入する第 1状態と、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記利用側熱交換器に流入する第 2状態とを切り換え可能な切換機構 (VI)と、を有する熱源ユニット（2)と、

前記冷媒を熱交換させる利用側熱交換器 (31)と、前記冷媒を減圧可能である第 3 膨張機構 (V6)と、前記冷媒を熱交換させる利用側補助熱交換器 (32)とを有する利用ユニット（3)と、

前記切換機構が前記第 1状態の場合、かつ、前記第 1流体の温度が前記冷媒の臨界温度未満の場合に、前記熱源側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記熱源側補助熱交換器に溜めるように前記第 1膨張機構と前記第 2 膨張機構とを調整する第 1制御を行い、前記切換機構が前記第 1状態の場合、かつ、前記第 1流体の温度が前記冷媒の臨界温度以上の場合に、前記利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記利用側補助熱交換器に溜めるように前記第 2膨張機構と前記第 3膨張機構とを調整する第 2制御を行い、前記切換機構が前記第 2状態の場合に、前記利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記利用側補助熱交換器に溜めるように前記第 2膨張機構と前記第 3膨張機構とを調整する第 3制御を行う制御部（5)と、

を備える、

冷凍装置（1)。

前記熱源ユニットは、前記熱源側補助熱交換器の第 1過冷却度を検出可能な熱源側過冷却情報取得手段をさらに有し、

前記利用ユニットは、前記利用側補助熱交換器の第 2過冷却度を検出可能な利用側過冷却情報取得手段をさらに有し、

前記第 1制御は、前記第 1過冷却度に基づいて行われ、

前記第 2制御および前記第 3制御は、前記第 2過冷却度に基づ!/、て行われる、請求項 7に記載の冷凍装置（1)。 [9] 前記熱源側過冷却情報取得手段は、前記熱源側補助熱交換器にお!/、て、冷媒入口温度を検出可能な第 1入口温度センサ (T1)と、冷媒出口温度を検出可能な第 1 出口温度センサ (T2)とからなる、

請求項 8に記載の冷凍装置（ 1 )。

[10] 前記利用側過冷却情報取得手段は、前記利用側補助熱交換器にお!/、て、冷媒入口温度を検出可能な第 2入口温度センサと、冷媒出口温度を検出可能な第 2出口温度センサとからなる、

請求項 8または 9に記載の冷凍装置（1)。

[11] 前記冷媒は、 C02冷媒である、

請求項 1から 10のいずれかに記載の冷凍装置（1)。