WO2023042268A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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WO2023042268A1
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refrigerant
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compressor
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正典 佐藤
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三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • the present disclosure relates to an air conditioner.
  • Patent Document 1 discloses an air conditioner using an HC refrigerant with a low GWP, namely propane (R290) or isobutane, as a refrigerant in a refrigerant circuit. This air conditioner uses an internal heat exchanger to increase efficiency.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and is an air conditioner that can achieve further performance improvement of a refrigeration cycle using an internal heat exchanger while keeping the size of the internal heat exchanger small.
  • the purpose is to disclose an apparatus.
  • An air conditioner includes at least a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator.
  • a first heat exchanger having a second flow path for heat exchange between the refrigerant passing through the first flow path and the refrigerant passing through the second flow path, and the refrigerant directed from the outlet of the second flow path to the compressor.
  • a second heat exchanger having a third flow path through which the gas flows and a fourth flow path through which the heat medium flows, and for exchanging heat between the refrigerant passing through the third flow path and the heat medium passing through the fourth flow path;
  • a flow control device that adjusts the amount of medium supplied to the second heat exchanger, a temperature sensor that detects the temperature of the heat medium, and a control device that controls the flow control device according to the output of the temperature sensor.
  • the air conditioner of the present disclosure makes it possible to obtain the effect of increasing the enthalpy difference of the evaporator without reducing the density of refrigerant drawn into the compressor. This allows further performance improvements in refrigeration cycles using internal heat exchangers.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1000 according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the air conditioning apparatus 2000 of the example of examination.
  • FIG. 4 is a PH diagram of a refrigeration cycle using R290 refrigerant without an internal heat exchanger in the configuration of the study example.
  • FIG. 4 is a PH diagram in the case of a refrigeration cycle using R290 refrigerant with an internal heat exchanger in the configuration of the study example.
  • FIG. 4 is a PH diagram of a refrigeration cycle using R290 refrigerant with an internal heat exchanger and an external heat exchanger in the configuration of Embodiment 1;
  • 3 is a perspective view showing the appearance of an internal heat exchanger 250;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the internal heat exchanger 250 in cross-section F1 of FIG. 6; 4 is a perspective view showing the appearance of an external heat exchanger 400.
  • FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the external heat exchanger 400 in cross-section F2 of FIG. 8; 4 is a flow chart for explaining control of the flow regulating device 420 during cooling. 4 is a flowchart for explaining control of expansion valve 230 during cooling.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1001 to which a sensor used for heating is added; 4 is a flowchart for explaining control of the flow rate adjusting device 420 during heating.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1002 according to Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1002 according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1000 according to Embodiment 1.
  • the air conditioner 1000 shown in FIG. 1 includes a refrigerant circuit 500, an internal heat exchanger 250, an external heat exchanger 400, a flow rate adjusting device 420, and a control device 100.
  • the refrigerant circuit 500 includes at least a compressor 200, an outdoor heat exchanger 210, an expansion valve 230, and an indoor heat exchanger 110, and is configured to circulate refrigerant.
  • the refrigerant uses, for example, R290.
  • the refrigerant circuit 500 is composed of a compressor 200 , an outdoor heat exchanger 210 , an outdoor fan 220 , an expansion valve 230 , a four-way valve 240 , an indoor heat exchanger 110 and an indoor fan 120 .
  • the four-way valve 240 has ports P1-P4.
  • As the expansion valve 230 for example, an electronic expansion valve (LEV: Linear Expansion Valve) can be used.
  • LEV Linear Expansion Valve
  • the compressor 200 is configured to change the operating frequency according to a control signal received from the control device 100 .
  • the compressor 200 incorporates an inverter-controlled drive motor whose rotational speed is variable, and the rotational speed of the drive motor changes when the operating frequency is changed.
  • the output of compressor 200 is adjusted.
  • Various types such as rotary type, reciprocating type, scroll type, and screw type can be adopted for the compressor 200 .
  • the four-way valve 240 is controlled by a control signal received from the control device 100 to be in either the cooling operation state or the heating operation state.
  • the cooling operation state as indicated by broken lines, the ports P1 and P4 are in communication, and the ports P2 and P3 are in communication.
  • the heating operation state as indicated by solid lines, the port P1 and the port P3 are in communication, and the port P2 and the port P4 are in communication.
  • the internal heat exchanger 250 includes a flow path R1 and a flow path R2.
  • the high-pressure, high-temperature refrigerant that has passed through the condenser (outdoor heat exchanger 210) flows through the flow path R1.
  • the low-pressure, low-temperature refrigerant sucked by the compressor 200 flows through the flow path R2.
  • internal heat exchanger 250 exchanges heat between the high-pressure, high-temperature refrigerant that has passed through the condenser (outdoor heat exchanger 210) and the low-pressure, low-temperature refrigerant sucked by compressor 200.
  • the external heat exchanger 400 includes a flow path R3 and a flow path R4.
  • the refrigerant flowing toward the compressor 200 from the outlet of the second flow path R2 of the internal heat exchanger flows through the flow path R3.
  • An external cooling heat medium conveyed from the flow path 410 flows through the flow path R4.
  • External heat exchanger 400 is configured to perform heat exchange between the refrigerant passing through flow path R3 and the external cooling heat medium passing through flow path R4.
  • water is used as the heat medium for cooling.
  • the water may, for example, be circulated such that it is cooled in a cooling tower or the like after passing through the internal heat exchanger 250 and then re-supplied through the flow path 410 .
  • drain water from the evaporator, tap water, groundwater, or the like may flow without being circulated. It is sufficient that the internal heat exchanger can be cooled by the heat medium, and it is not always necessary to provide a flow path for passing the heat medium inside.
  • external heat exchanger 400 may be cooled by sprinkling water from the outside.
  • the flow rate adjusting device 420 adjusts the amount of heat medium such as water for cooling the external heat exchanger 400 supplied to the external heat exchanger 400 .
  • a control valve whose opening varies from 0 to 100% according to a control signal can be used.
  • the air conditioner 1000 further includes temperature sensors 260-263 and 411.
  • a temperature sensor 260 is arranged in a suction pipe of the compressor 200 and measures a refrigerant suction temperature T260.
  • the temperature sensor 261 is arranged in a pipe connecting the flow path R2 of the internal heat exchanger 250 and the flow path R3 of the external heat exchanger 400, and measures the refrigerant temperature T261.
  • the temperature sensor 262 is arranged in the indoor heat exchanger 110 and measures a refrigerant temperature T262 which is an evaporation temperature during cooling and a condensation temperature during heating.
  • the temperature sensor 263 is arranged in a pipe connecting the indoor heat exchanger 110 and the port P3 of the four-way valve 240, and measures the refrigerant temperature T263.
  • a temperature sensor 411 detects a temperature T411 of a heat medium such as water. If the water temperature is lower than the temperature of the low-pressure refrigerant at the inlet of the external heat exchanger 400 obtained by the temperature sensor 261, it can be cooled by water. As a result, the temperature of the low-pressure refrigerant whose temperature has risen due to heat exchange with the high-pressure refrigerant in the internal heat exchanger 250 can be lowered.
  • the control device 100 is configured to control the flow rate adjusting device 420 according to the output of the temperature sensor 411 . Further, the control device 100 controls the opening degree of the expansion valve 230 so as to adjust the SH (superheat: degree of heating) of the refrigerant at the outlet of the evaporator.
  • SH superheat: degree of heating
  • the control device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory 102 (ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)), an input/output buffer (not shown), and the like.
  • the CPU 101 develops a program stored in the ROM into a RAM or the like and executes it.
  • the program stored in the ROM is a program in which processing procedures of the control device 100 are described.
  • the control device 100 controls each device in the air conditioner 1000 according to these programs. This control is not limited to processing by software, and processing by dedicated hardware (electronic circuit) is also possible.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the air conditioner 2000 of the study example.
  • the air conditioner 1000 in FIG. 1 includes the external heat exchanger 400 that can be cooled with water, but the air conditioner 2000 differs from the air conditioner 1000 in that the external heat exchanger 400 is not provided.
  • the internal heat exchanger 550 shown in FIG. 2 exchanges heat between the high-temperature, high-pressure refrigerant flowing out from the outlet of the outdoor heat exchanger 210 and the low-temperature, low-pressure refrigerant sucked into the compressor 200 during cooling.
  • FIGS. 3 to 5 we will explain how the PH diagram changes due to such a difference in the internal heat exchanger.
  • FIG. 3 is a PH diagram of a refrigeration cycle using R290 refrigerant without an internal heat exchanger in the configuration of the study example.
  • FIG. 4 is a PH diagram in the case of a refrigeration cycle using R290 refrigerant with an internal heat exchanger in the configuration of the study example.
  • FIG. 5 is a PH diagram of a refrigeration cycle using R290 refrigerant with an internal heat exchanger and an external heat exchanger in the configuration of the first embodiment.
  • the COP of the air conditioner will increase.
  • the increase in the evaporator enthalpy difference ⁇ he acts more than the decrease in the suction density ⁇ s, so the use of an internal heat exchanger improves the COP of the air conditioner. Is possible.
  • the compressor suction point shifts to the right across the isothermal line, causing the gas temperature to rise and the suction density to decrease. For this reason, the effect of increasing the evaporator enthalpy difference cannot be maximized.
  • refrigerants such as R32 and R410
  • the reduction in suction density and the increase in enthalpy difference in the evaporator cancel each other out, so the effect of the internal heat exchanger cannot be obtained.
  • the refrigerant sucked into compressor 200 is cooled by external heat exchanger 400 .
  • the compressor suction point is shifted to the right across the isothermal line, but this shift can be eliminated. Therefore, a reduction in inhalation density can be avoided.
  • the enthalpy at the high pressure side refrigerant outlet of the internal heat exchanger 250 is smaller than when a normal internal heat exchanger 550 is used, and the evaporator enthalpy difference is h(D3)-h( A3).
  • FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the internal heat exchanger 250.
  • FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of internal heat exchanger 250 taken along section F1 in FIG.
  • the internal heat exchanger 250 shown in FIGS. 6 and 7 has a double tube structure including an inner tube 251 and an outer tube 252 .
  • the inner pipe 251 serves as a flow path R1 through which the low-pressure refrigerant returning to the suction portion of the compressor 200 flows.
  • the outer tube 252 serves as a flow path R2 through which the high-pressure refrigerant flowing out from the outlet of the outdoor heat exchanger 210 flows during cooling.
  • the coolant flowing through the flow path R1 and the coolant flowing through the flow path R2 have a countercurrent relationship.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the external appearance of the external heat exchanger 400.
  • FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of external heat exchanger 400 taken along section F2 in FIG.
  • the external heat exchanger 400 shown in FIGS. 8 and 9 has a double tube structure including an inner tube 401 and an outer tube 402 .
  • the inner pipe 401 serves as a flow path R3 through which the low-pressure refrigerant returning to the suction portion of the compressor 200 flows.
  • Flow path R3 is located between flow path R2 and the suction port of compressor 200 .
  • the outer pipe 402 serves as a channel R4 through which water transported from the outside flows through the channel 410 .
  • the coolant flowing through the flow path R3 and the water flowing through the flow path R4 have a countercurrent relationship.
  • the external heat exchanger 400 has the flow path R4, water is used as the cooling medium flowing through the flow path R4, and the external heat exchanger 400 is a double pipe.
  • the cooling medium does not have to be water.
  • the external heat exchanger 400 may not be a double tube, and may be a plate heat exchanger or the like.
  • the flow path through which the cooling medium such as water flows does not have to be a closed space.
  • the flow path R3 of the internal heat exchanger 250 may be a tube, and the tube may be immersed in a grooved water path to cool the refrigerant flowing through the flow path R3.
  • water may be sprayed to cool the piping to the suction of the compressor 200 .
  • the internal heat exchanger 250 is installed so as to function during cooling, there is no problem if it is installed so as to function during heating.
  • the internal heat exchanger 250 may not be a double pipe, but may be, for example, a plate heat exchanger or the like, or may have a form in which the low-pressure pipe and the high-pressure pipe are brought into contact with each other using solder or the like to exchange heat.
  • the suction temperature may be estimated from the amount of heat exchange on the water side by acquiring the outlet temperature on the water side.
  • the flow of refrigerant during heating is indicated by solid arrows
  • the flow of refrigerant during cooling is indicated by broken arrows.
  • the control device 100 changes the frequency of the compressor 200 so that the indoor temperature reaches the target (set) temperature, as in a normal air conditioner. Further, the control device 100 controls the flow rate adjusting device 420 during cooling as follows.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the control of the flow regulating device 420 during cooling.
  • the control device 100 acquires the outlet refrigerant temperature T ⁇ b>261 of the flow path R ⁇ b>2 of the internal heat exchanger 250 from the temperature sensor 261 and acquires the water temperature T ⁇ b>411 from the temperature sensor 411 .
  • control device 100 determines whether temperature T ⁇ b>261 obtained from temperature sensor 261 is higher than temperature T ⁇ b>411 obtained from temperature sensor 411 .
  • the control device 100 turns off the flow rate adjusting device 420 in step S13. It is controlled to be fully closed so that water does not flow to the external heat exchanger 400 .
  • the control device 100 controls the flow regulating device 420 to fully open in step S14.
  • step S15 the control device 100 determines whether the degree of superheat of the sucked refrigerant (hereinafter referred to as suction SH) is smaller than the judgment value ⁇ (>0).
  • the suction SH is calculated by subtracting the evaporation temperature obtained by the temperature sensor 262 from the suction temperature obtained by the temperature sensor 260 .
  • the judgment value ⁇ is set to a value, for example, 5K, at which it can be judged that the refrigerant sucked into the compressor 200 is sufficiently gasified.
  • the flow rate adjusting device 420 is used to adjust the flow rate of water to the internal heat exchanger 250, but a pump may be used to control the flow rate of water.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining control of expansion valve 230 during cooling.
  • Evaporator outlet SH is calculated by subtracting evaporation temperature T262 obtained by temperature sensor 262 from evaporator outlet temperature T263 obtained by temperature sensor 263 .
  • the judgment value ⁇ is assumed to be smaller than the judgment value ⁇ . For example, when the judgment value ⁇ is 5K, the judgment value ⁇ is set to 2K.
  • the reason why the judgment value ⁇ is set smaller than the judgment value ⁇ is that the heat exchange efficiency of the evaporator is good when it is used in gas-liquid two phases, so it is desirable to control the state of the refrigerant in the evaporator so that the amount of gaseous refrigerant is reduced as much as possible. be.
  • flow rate adjusting device 420 controls intake SH to an appropriate value as shown in steps S15 and S16 of FIG. , the processing of the flow chart of FIG. 11 is temporarily exited.
  • the flow regulating device 420 is fully closed (YES in S23)
  • the external heat exchanger 400 does not exchange heat with the water supplied from the outside, so the evaporator outlet SH ⁇ suction SH. .
  • the suction SH ⁇ ⁇ ( ⁇ ) the refrigerant sucked into the compressor 200 is not properly heated. Therefore, in step S24, the control device 100 increases the value of the intake SH by closing the opening of the expansion valve 230 by a constant value, and then executes the determination processing in step S25.
  • the device 100 closes the opening of the expansion valve 230 by a constant value in step S26. By controlling the opening degree of the expansion valve 230 in this manner, the value of the suction SH can be increased. After that, the process of step S25 is executed again.
  • the control flow of the flow control device 420 and the expansion valve 230 during cooling has been described above.
  • the flow regulating device 420 may be fully closed and controlled in the same manner as a normal air conditioner, but the flow regulating device 420 may be controlled as follows.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1001 to which a sensor used for heating is added. Specifically, air conditioner 1001 further includes temperature sensors 264 and 265 in addition to the configuration of air conditioner 1000 shown in FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining control of the flow rate adjusting device 420 during heating.
  • step S31 the control device 100 acquires the outlet refrigerant temperature T261 of the flow path R2 of the internal heat exchanger 250 from the temperature sensor 261, and acquires the water temperature T411 from the temperature sensor 411.
  • step S ⁇ b>32 control device 100 determines whether temperature T ⁇ b>261 obtained from temperature sensor 261 is higher than temperature T ⁇ b>411 obtained from temperature sensor 411 .
  • the control device 100 switches the flow rate adjusting device 420 to step S33. It is controlled to be fully closed so that water does not flow to the external heat exchanger 400 .
  • the control device 100 controls the flow rate adjusting device 420 to fully open in step S34.
  • step S35 the control device 100 determines whether the degree of superheat of the suctioned refrigerant (suction SH) is smaller than the determination value ⁇ (>0).
  • the suction SH is calculated by subtracting the evaporation temperature T264 obtained by temperature sensor 264 from the suction temperature T260 obtained by temperature sensor 260 .
  • the judgment value ⁇ is set to a value, for example, 5K, at which it can be judged that the refrigerant sucked into the compressor 200 is sufficiently gasified.
  • SH ⁇ YES in S35
  • the controller 100 closes the flow control device 420 by a certain degree of opening in step S36.
  • a pump may be used to control the flow rate of water.
  • evaporator outlet SH is calculated by subtracting the evaporating temperature obtained by temperature sensor 264 from the value of temperature sensor 265 .
  • the air conditioner of Embodiment 1 it is possible to improve the coefficient of performance COP of an air conditioner that uses R290 as a refrigerant and an internal heat exchanger. Also, the refrigerant is most effective when using R290, but even when using R32 or R410 as the refrigerant, the suction density changes from that shown in FIG. , and the COP can be improved.
  • the difference in evaporator enthalpy increases in the same way as during cooling, and performance improvement can be expected.
  • outdoor heat exchanger 210 is an air heat exchanger in consideration of the situation where the cooling source of the refrigeration cycle cannot always be used. For example, tap water may not be usable due to a water outage. Therefore, in order to ensure that the refrigerating cycle functions, it is appropriate that the heat exchange target of the outdoor heat exchanger 210 is outside air that can be used at any time. In addition, in order to use the outdoor heat exchanger 210 as a water-refrigerant heat exchanger, it is also necessary to route water pipes.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 1002 according to Embodiment 2. As shown in FIG. 14
  • outdoor heat exchanger 210 in FIG. 14 is configured to exchange heat with water, which is a cooling source from the outside.
  • the water may be circulated and cooled, for example, in a cooling tower, and then resupplied from a water supply pipe.
  • tap water or the like may be newly supplied.
  • Heat exchanger 270 is, for example, a plate heat exchanger.
  • the water used in heat exchanger 270 and internal heat exchanger 250 is supplied from the same water supply pipe.
  • the amount of heat exchanged by water is increased compared to the configuration shown in Embodiment 1, so the return of water is reduced.
  • the plate heat exchanger 270 is used as the outdoor heat exchanger, the heat exchange performance is improved.
  • the refrigerant circuit is provided with a four-way valve, but the external heat exchanger 400 may be used in a cooling-only air conditioner without a four-way valve.
  • the R290 refrigerant is used as the refrigerant circulating in the refrigerant circuit, but other refrigerants such as R32 and R410 may be used.
  • R32 refrigerant for example, there is no advantage in introducing the internal heat exchanger 550 shown in the example of study in FIG. 2 because the effect of the increase in the enthalpy difference in the evaporator and the effect of the decrease in the density of the sucked refrigerant cancel each other out.
  • the external heat exchanger 400 shown in FIG. 1 uses an external cooling source to suppress the decrease in the density of the sucked refrigerant, so that the performance of the air conditioner can be improved even when the R32 refrigerant is used.
  • the air conditioner 1000 shown in FIG. 1 includes at least a compressor 200, a condenser (outdoor heat exchanger 210), an expansion valve 230, and an evaporator (indoor heat exchanger 110). , a first flow path R1 through which the refrigerant that has passed through the condenser (outdoor heat exchanger 210) flows, and a second flow path R2 through which the refrigerant sucked into the compressor 200 flows, and the refrigerant passing through the first flow path R1 and a first heat exchanger (internal heat exchanger 250) that exchanges heat with the refrigerant passing through the second flow path R2, and a third flow path R3 through which refrigerant flows from the outlet of the second flow path R2 toward the compressor 200 and a fourth flow path R4 through which a heat medium flows, and a second heat exchanger (external heat exchanger 400 ), a flow rate adjusting device 420 for adjusting the amount of heat medium supplied to the second heat exchanger (external heat exchanger 400),
  • the control device 100 controls the second heat exchanger (external heat exchanger 400) when the temperature T411 of the heat medium is lower than the temperature T261 of the refrigerant flowing into the second heat exchanger (external heat exchanger 400).
  • the flow control device 420 is controlled so that the heat medium is supplied to the heat exchanger (external heat exchanger 400).
  • Control device 100 transfers heat to the second heat exchanger (external heat exchanger 400) when the temperature T411 of the heat medium is higher than the temperature T261 of the refrigerant flowing into the second heat exchanger (external heat exchanger 400). Control the flow regulator 420 so that no medium is supplied.
  • the second heat exchanger (external heat exchanger 400) is a double-tube heat exchanger in which an inner tube 401 and an outer tube 402 are arranged.
  • the inner tube 401 is the third flow path R3 through which the refrigerant passes
  • the outer tube 402 is the fourth flow path R4 through which the heat medium passes.
  • the condenser (outdoor heat exchanger 270) is configured such that heat is exchanged between the heat medium and the refrigerant.
  • the refrigerant is propane.
  • the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects.
  • the scope of the present disclosure is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
  • 100 control device 101 CPU, 102 memory, 110, 210, 250, 270, 325, 400, 550 heat exchanger, 120 indoor fan, 200 compressor, 220 outdoor fan, 230 expansion valve, 240 four-way valve, 251, 401 Inner tube, 252, 402 Outer tube, 260 to 265, 411 Temperature sensor, 410, R1 to R4 Flow path, 420 Flow control device, 500 Refrigerant circuit, 1000, 1001, 1002, 2000 Air conditioner, P1 to P4 port.

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Abstract

空気調和装置（１０００）は、冷媒が循環する冷媒回路（５００）と、凝縮器（２１０）を通過した冷媒が流れる第１流路（Ｒ１）および圧縮機（２００）に吸入される冷媒が流れる第２流路（Ｒ２）を有する第１熱交換器（２５０）と、第２流路（Ｒ２）の出口から圧縮機（２００）に向かう冷媒が流れる第３流路（Ｒ３）および熱媒体が流れる第４流路（Ｒ４）を有する第２熱交換器（４００）と、熱媒体を第２熱交換器（４００）に供給する量を調整する流量調整装置（４２０）と、熱媒体の温度を検出する温度センサ（４１１）と、温度センサ（４１１）の出力に応じて流量調整装置（４２０）を制御する制御装置（１００）とを備える。

Description

空気調和装置
　本開示は、空気調和装置に関する。
　欧州の冷媒規制等の要求により、空気調和装置の冷凍サイクルに使用される冷媒にも地球温暖化係数（GWP：Global　Warming　Potential）の低い冷媒を用いることが求められてきている。特開２００９－１６２４０３号公報（特許文献１）では、ＧＷＰの低いＨＣ冷媒、即ちプロパン（Ｒ２９０）またはイソブタンを冷媒回路の冷媒として用いた空気調和装置を開示する。この空気調和装置では、効率を上げるために内部熱交換器を使用している。
特開２００９－１６２４０３号公報
　しかしながら、内部熱交換器を用いると圧縮機に吸入される冷媒の密度が減少してしまう。このため、内部熱交換器を設けても、冷凍サイクルの性能が十分に向上しない場合も考えられる。また、内部熱交換器での熱交換量を大きくしようとすると、内部熱交換内での高温冷媒と低温冷媒の熱交換が進むに連れ、冷媒間の温度差が小さくなるため、熱交換効率が悪くなる。このため、内部熱交換器の熱交換する冷媒流路長を長くする必要があり、内部熱交換器が過剰に大きくなるといった課題があった。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、内部熱交換器のサイズを小さく保ちつつ、内部熱交換器を使用した冷凍サイクルのさらなる性能向上を実現できる空気調和装置を開示することを目的とする。
　本開示は、空気調和装置に関する。空気調和装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒が循環する冷媒回路と、凝縮器を通過した冷媒が流れる第１流路および圧縮機に吸入される冷媒が流れる第２流路を有し、第１流路を通過する冷媒と第２流路を通過する冷媒とを熱交換させる第１熱交換器と、第２流路の出口から圧縮機に向かう冷媒が流れる第３流路および熱媒体が流れる第４流路を有し、第３流路を通過する冷媒と第４流路を通過する熱媒体とを熱交換させる第２熱交換器と、熱媒体を第２熱交換器に供給する量を調整する流量調整装置と、熱媒体の温度を検出する温度センサと、温度センサの出力に応じて流量調整装置を制御する制御装置とを備える。
　本開示の空気調和装置は、圧縮機の吸入冷媒の密度を低下させることなく、蒸発器のエンタルピー差拡大による効果を得ることが可能になる。これによって、内部熱交換器を使用した冷凍サイクルでさらなる性能向上が可能となる。
実施の形態１に係る空気調和装置１０００の構成を示す図である。 検討例の空気調和装置２０００の構成を示す図である。 検討例の構成において、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルの内部熱交換器なしの場合のＰＨ線図である。 検討例の構成において、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルの内部熱交換器ありの場合のＰＨ線図である。 実施の形態１の構成において、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルの内部熱交換器および外部熱交換器ありの場合のＰＨ線図である。 内部熱交換器２５０の外観を示す斜視図である。 図６の断面Ｆ１における内部熱交換器２５０の断面図である。 外部熱交換器４００の外観を示す斜視図である。 図８の断面Ｆ２における外部熱交換器４００の断面図である。 冷房時の流量調整装置４２０の制御を説明するためのフローチャートである。 冷房時の膨張弁２３０の制御を説明するためのフローチャートである。 暖房時に使用するセンサが追加された空気調和装置１００１の構成を示す図である。 暖房時の流量調整装置４２０の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和装置１００２の構成を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、以下の図は各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１０００の構成を示す図である。図１に示す空気調和装置１０００は、冷媒回路５００と、内部熱交換器２５０と、外部熱交換器４００と、流量調整装置４２０と、制御装置１００とを備える。
　冷媒回路５００は、少なくとも圧縮機２００、室外熱交換器２１０、膨張弁２３０、および室内熱交換器１１０を含み、冷媒が循環するように構成される。冷媒は、たとえば、Ｒ２９０を使用する。図１の例では、冷媒回路５００は、圧縮機２００、室外熱交換器２１０、室外送風機２２０、膨張弁２３０、四方弁２４０、室内熱交換器１１０、室内送風機１２０によって構成される。四方弁２４０は、ポートＰ１～Ｐ４を有する。膨張弁２３０としては、たとえば電子膨張弁（LEV：Linear　Expansion　Valve）を用いることができる。
　圧縮機２００は、制御装置１００から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。具体的には、圧縮機２００は、インバータ制御された回転速度が可変の駆動モータを内蔵しており、運転周波数が変更されると駆動モータの回転速度が変化する。圧縮機２００の運転周波数を変更することにより圧縮機２００の出力が調整される。圧縮機２００には種々のタイプ、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用することができる。
　四方弁２４０は、制御装置１００から受ける制御信号によって冷房運転状態および暖房運転状態のいずれかになるように制御される。冷房運転状態は、破線で示すように、ポートＰ１とポートＰ４とが連通し、ポートＰ２とポートＰ３とが連通する状態である。暖房運転状態は、実線で示すように、ポートＰ１とポートＰ３とが連通し、ポートＰ２とポートＰ４とが連通する状態である。冷房運転状態で圧縮機２００を運転することによって、破線矢印に示す向きに冷媒が冷媒回路中を循環する。また、暖房運転状態で圧縮機２００を運転することによって、実線矢印に示す向きに冷媒が冷媒回路中を循環する。
　内部熱交換器２５０は、流路Ｒ１と流路Ｒ２とを含む。流路Ｒ１には、冷房時において、凝縮器（室外熱交換器２１０）を通過した高圧高温の冷媒が流れる。流路Ｒ２には、圧縮機２００が吸入する低圧低温の冷媒が流れる。内部熱交換器２５０は、冷房時において、凝縮器（室外熱交換器２１０）を通過した高圧高温の冷媒と圧縮機２００が吸入する低圧低温の冷媒とを熱交換させる。
　外部熱交換器４００は、流路Ｒ３と流路Ｒ４とを含む。流路Ｒ３には、内部熱交換器の第２流路Ｒ２の出口から圧縮機２００に向かう前記冷媒が流れる。流路Ｒ４には、流路４１０から搬送される外部の冷却用の熱媒体が流れる。外部熱交換器４００は、流路Ｒ３を通過する冷媒と流路Ｒ４を通過する外部の冷却用の熱媒体との熱交換を行なうように構成される。ここでは、冷却用の熱媒体を水とする。水は、たとえば、内部熱交換器２５０を通過した後にクーリングタワーなどで冷却された後に流路４１０から再供給されるように循環させても良い。また、蒸発器からのドレン水、水道水、地下水などを循環させずに流すようにしてもよい。なお、熱媒体によって内部熱交換器が冷却できれば良く、必ずしも内部に熱媒体を通過させる流路を設けなくても良い。たとえば、外部から散水して外部熱交換器４００を冷却しても良い。
　流量調整装置４２０は、外部熱交換器４００を冷却するための水などの熱媒体を外部熱交換器４００に供給する量を調整する。流量調整装置４２０としては、たとえば制御信号に応じて開度が０～１００％まで変化する制御弁などを用いることができる。
　空気調和装置１０００は、温度センサ２６０～２６３，４１１をさらに含む。温度センサ２６０は、圧縮機２００の吸入配管に配置され、冷媒の吸入温度Ｔ２６０を計測する。温度センサ２６１は、内部熱交換器２５０の流路Ｒ２と外部熱交換器４００の流路Ｒ３とを接続する配管に配置され、冷媒温度Ｔ２６１を計測する。温度センサ２６２は、室内熱交換器１１０に配置され、冷房時は蒸発温度、暖房時は凝縮温度となる冷媒温度Ｔ２６２を計測する。温度センサ２６３は、室内熱交換器１１０と四方弁２４０のポートＰ３とを接続する配管に配置され、冷媒の温度Ｔ２６３を計測する。
　温度センサ４１１は、水などの熱媒体の温度Ｔ４１１を検出する。水温が、温度センサ２６１で取得される外部熱交換器４００の入口部分の低圧冷媒の温度より低い温度であれば、水によって冷却することが可能である。これにより、内部熱交換器２５０で高圧冷媒と熱交換することによって温度が上昇した低圧冷媒の温度を低下させることができる。
　制御装置１００は、温度センサ４１１の出力に応じて流量調整装置４２０を制御するように構成される。また、制御装置１００は、蒸発器出口部の冷媒のＳＨ（スーパーヒート：加熱度）を調整するように膨張弁２３０の開度を制御する。
　制御装置１００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１０１と、メモリ１０２（ＲＯＭ（Read　Only　Memory）およびＲＡＭ（Random　Access　Memory））と、入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００は、これらのプログラムに従って、空気調和装置１０００における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
　図２は、検討例の空気調和装置２０００の構成を示す図である。図１の空気調和装置１０００は、水で冷却可能な外部熱交換器４００を備えていたが、空気調和装置２０００は、外部熱交換器４００を備えていない点が空気調和装置１０００と異なる。図２に示す内部熱交換器５５０は、冷房時に室外熱交換器２１０の出口から流出した高温高圧の冷媒と圧縮機２００に吸入される低温低圧の冷媒との間で熱交換をする。
　このような内部熱交換器の違いにより、ＰＨ線図がどのように変化するかを以下図３～図５を用いて説明する。
　図３は、検討例の構成において、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルの内部熱交換器なしの場合のＰＨ線図である。図４は、検討例の構成において、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルの内部熱交換器ありの場合のＰＨ線図である。図５は、実施の形態１の構成において、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルの内部熱交換器および外部熱交換器ありの場合のＰＨ線図である。
　図３に示した内部熱交換器なしの結果は、吸入過熱度（ＳＨ）５ｄｅｇ、過冷却度（ＳＣ）５ｄｅｇ、蒸発温度（ＥＴ）１７℃、凝縮温度（ＣＴ）４０℃、圧縮機効率は１として計算した。一方、図４に示した内部熱交換器ありの結果は、蒸発器出口の低温低圧冷媒が、内部熱交換器５５０によって凝縮器出口の高温高圧冷媒と熱交換した結果１０℃上昇するとして計算した結果である。図３、図４とも圧縮機の能力が同じであるため、蒸発器出口温度によらず蒸発温度（ＥＴ）は等しくなる。
　ここで、Ｒ２９０冷媒を用いた冷凍サイクルに外部熱交換器４００を使用することで冷凍サイクルの性能が向上する理由を説明する。図３、図４を比較すると、外部熱交換器４００を使用すると蒸発器の入口と出口のエンタルピー差がΔｈ［ｋＪ／ｋｇ］だけ増加することが分かる。実際、図３では蒸発器のエンタルピー差Δｈｅ＝ｈ（Ａ１）－ｈ（Ｄ１）＝３０９．７に対し、図４では、蒸発器のエンタルピー差Δｈｅ＝ｈ（Ａ２）－ｈ（Ｄ２）＝３２８．８と内部熱交換器での熱交換量Δｈ＝１９．１（６．２％）だけ蒸発器のエンタルピー差Δｈｅが増加している。
　一方、吸入密度ρｓ［ｋｇ／ｍ３］は、ρｓ（内部熱交換器なし）＝１６．２２に対し、ρｓ（内部熱交換器あり）＝１５．３８とΔρ＝０．８４（５．２％）減少する。能力Ｑは、循環流量Ｇｒを用いて、Ｑ＝ＧｒΔｈｅ（∝ρｓΔｈｅ）と表わされる。したがって、内部熱交換器を使用することによって、蒸発器エンタルピー差Δｈｅの増加分が吸入密度ρｓの減少分よりも大きく作用すれば、能力Ｑを増加できることが分かる。
　能力Ｑが増加すれば、空調機器のＣＯＰが増加する。実際、Ｒ２９０冷媒では、上記で説明したように、蒸発器エンタルピー差Δｈｅの増加分が吸入密度ρｓの減少分よりも大きく作用するため、内部熱交換器を用いることで空調機器のＣＯＰを向上させることが可能である。
　しかしながら、内部熱交換器５５０を用いると、圧縮機吸入点が等温線を横切るように右にずれガス温度が上昇し吸入密度が減少してしまう。このため、蒸発器エンタルピー差拡大による効果を最大限享受できるわけではない。たとえば、Ｒ３２，Ｒ４１０などの冷媒の場合は、吸入密度の減少と蒸発器のエンタルピー差の増加とが相殺し合うので、内部熱交換器の効果は得られない。また、内部熱交換器での熱交換量を大きくしようとすると、内部熱交換内での高温冷媒と低温冷媒の熱交換が進むに連れ、冷媒間の温度差が小さくなるため、熱交換効率が悪くなる。このため、内部熱交換器の熱交換する冷媒流路長を長くする必要があり、内部熱交換器が過剰に大きくなってしまう。
　これに対して、本実施の形態では、圧縮機２００に吸入される冷媒を、外部熱交換器４００によって冷却する。図４では、圧縮機吸入点が等温線を横切るように右にずれていたが、このズレをなくすことができる。したがって、吸入密度の減少を避けることができる。本実施の形態の冷媒回路のＰＨ線図を図４と同じ条件（蒸発温度１７℃、凝縮温度４０℃、蒸発器過熱度５deg、過冷却度５deg、圧縮機効率１）で計算すると、図５のようになる。なお、外部からの冷却源である水の温度は２２℃として計算した。
　図５に示した例では、内部熱交換器２５０の高圧側冷媒出口のエンタルピーが、通常の内部熱交換器５５０を使用した場合よりも小さくなり、蒸発器エンタルピー差がｈ（Ｄ３）－ｈ（Ａ３）に拡大している。
　吸入密度ρｓに関しては、通常の内部熱交換器５５０を使用した場合は、先に説明した通りρｓ＝１５．４ｋｇ／ｍ３であるのに対し、内部熱交換器２５０および外部熱交換器４００を使用した場合には、吸入温度も２２℃まで低下するため、ρｓ＝１６．２ｋｇ／ｍ３まで上昇する。
　以上説明したように、図１に示した構成では、蒸発器入口における比エンタルピーを小さくして、蒸発器におけるエンタルピー差Δｈｅを大きくし、ＣＯＰを向上させることが可能である。より好ましくは、温度センサ２６１で取得される低圧冷媒の温度より水の温度が低い場合に、外部熱交換器４００における水を用いた熱交換を実行させる。このようにすることで、蒸発器エンタルピー差拡大の効果に加え、外部の冷却媒体を使用しない内部熱交換器５５０を用いる場合よりも圧縮機２００の吸入密度を増加させることができ、さらにＣＯＰを向上させることが可能である。また、水の温度が高圧冷媒の内部熱交換器２５０の入口温度より高い温度である場合には、内部熱交換器２５０に水を送らないようにすることがより好ましい。
　図６は、内部熱交換器２５０の外観を示す斜視図である。図７は、図６の断面Ｆ１における内部熱交換器２５０の断面図である。図６、図７に示す内部熱交換器２５０は、内管２５１、外管２５２を備える２重管の構造を有する。内管２５１は、圧縮機２００の吸入部に戻る低圧冷媒が流れる流路Ｒ１となる。外管２５２は、冷房時に室外熱交換器２１０の出口から流出した高圧冷媒が流れる流路Ｒ２となる。図７の矢印に示すように、流路Ｒ１に流れる冷媒と、流路Ｒ２に流れる冷媒とは対向流の関係となる。
　図８は、外部熱交換器４００の外観を示す斜視図である。図９は、図８の断面Ｆ２における外部熱交換器４００の断面図である。図８、図９に示す外部熱交換器４００は、内管４０１、外管４０２を備える２重管の構造を有する。内管４０１は、圧縮機２００の吸入部に戻る低圧冷媒が流れる流路Ｒ３となる。流路Ｒ３は、流路Ｒ２と圧縮機２００の吸入口との間に位置する。外管４０２は、流路４１０を通って外部から搬送される水が流れる流路Ｒ４となる。図９の矢印に示すように、流路Ｒ３に流れる冷媒と、流路Ｒ４に流れる水とは対向流の関係となる。
　なお、水を内管４０１に流し、低圧冷媒を外管４０２に流してもよいが、水を外管４０２に流す方が以下のような利点がある。
　たとえば、仮に外管４０２の外周に亀裂が入った場合、外部熱交換器４００の外部に漏れるのが水になるため、外管４０２に冷媒が流れていた場合よりも問題が少ない。特に、冷媒に可燃性冷媒が使用されていた際は、可燃性冷媒が外部に放出されることを防ぐことができる。また、フロン系冷媒が使用されていた場合は、外部に冷媒が漏洩しにくいので、地球温暖化への影響を抑制することができる。
　本実施の形態では、外部熱交換器４００は流路Ｒ４を備え、流路Ｒ４を流れる冷却媒体は水とし、外部熱交換器４００は２重管とした。なお、冷却媒体は水でなくても良い。また、外部熱交換器４００は、２重管でなくてもよく、プレート型熱交換器などであってもよい。また、水等の冷却媒体を流す流路は、閉鎖空間でなくても良い。たとえば内部熱交換器２５０の流路Ｒ３を管とし、溝状の水路に管を浸漬させたりして流路Ｒ３を流れる冷媒を冷却しても良い。また、たとえば、散水して圧縮機２００の吸入への配管を冷却してもよい。また、内部熱交換器２５０は、冷房時に作用するように設置しているが、暖房時に作用するように設置しても問題ない。
　内部熱交換器２５０に関しても同様に、２重管でなくて、たとえば、プレート熱交換器等でもよいし、低圧配管と高圧配管とを半田等を使用して接触させ熱交換させる形態でもよい。
　また、吸入冷媒の温度を測定する温度センサ２６０を使用する代わりに水側の出口温度を取得することで、水側の熱交換量から吸入温度を推測しても良い。
　図１には、暖房時の冷媒の流れが実線矢印で示され、冷房時の冷媒の流れが破線矢印で示されている。制御装置１００は、通常の空気調和装置と同じように、室内温度が目標（設定）温度になるように圧縮機２００の周波数を変更する。また、制御装置１００は、冷房時に流量調整装置４２０を以下のように制御する。
　図１０は、冷房時の流量調整装置４２０の制御を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１１において、制御装置１００は、温度センサ２６１から内部熱交換器２５０の流路Ｒ２の出口冷媒温度Ｔ２６１を取得し、温度センサ４１１から水の温度Ｔ４１１を取得する。ステップＳ１２において、制御装置１００は、温度センサ２６１から取得した温度Ｔ２６１が温度センサ４１１から取得した温度Ｔ４１１より高いか否かを判断する。
　Ｔ２６１＞Ｔ４１１が成立しない場合（Ｓ１２でＮＯ）、水の温度の方が高く水を外部熱交換器４００における冷媒の冷却に使用できないため、制御装置１００は、ステップＳ１３で、流量調整装置４２０を全閉に制御し、外部熱交換器４００に水を流さないようにする。一方、Ｔ２６１＞Ｔ４１１が成立した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ１４で流量調整装置４２０を全開に制御する。
　次に、ステップＳ１５において、制御装置１００は、吸入冷媒の過熱度（以下、吸入ＳＨ）が判定値α（＞０）より小さいかを判断する。吸入ＳＨは、温度センサ２６０で取得された吸入温度から温度センサ２６２で取得された蒸発温度を引くことで計算される。ここで、判定値αは、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できる値、たとえば５Ｋに設定する。
　吸入ＳＨ＞＝αである場合（Ｓ１５でＮＯ）、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できるため、制御装置１００は、図１０のフローチャートから抜ける。一方、ＳＨ＜αである場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できない、つまり液冷媒が圧縮機２００に吸入されるおそれがあるため、制御装置１００は、ステップＳ１６において流量調整装置４２０を一定開度だけ閉める。このように水の流量を減少させ、熱交換量を低下させることによって、吸入ＳＨの値を増加させることができる。その後、ステップＳ１５の処理が再び実行される。
　なお、本実施の形態では、流量調整装置４２０を使用して内部熱交換器２５０への水の流量を調整したが、ポンプを用いて水の流量を制御してもよい。
　続いて、冷房時の膨張弁２３０の制御について説明する。図１１は、冷房時の膨張弁２３０の制御を説明するためのフローチャートである。
　まず、ステップＳ２１において制御装置１００は、蒸発器の出口部分における冷媒の過熱度（以下、蒸発器出口ＳＨ）が判定値β（＞＝０）より小さいか否かを判断する。蒸発器出口ＳＨは、温度センサ２６３で取得された蒸発器出口温度Ｔ２６３から温度センサ２６２で取得された蒸発温度Ｔ２６２を引くことによって計算される。ここで、判定値βは判定値αより小さい値とする。たとえば、判定値αが５Ｋであるとき、判定値βは２Ｋに設定する。判定値βを判定値αより小さくする理由は、蒸発器は気液２相で使用すると熱交換効率がよいため、ガス冷媒が極力少なくなるように蒸発器中の冷媒の状態を制御したいからである。
　蒸発器出口ＳＨ＞＝βである場合（Ｓ２１でＮＯ）、蒸発器出口の冷媒がガス化されていると判断できるため、制御装置１００は、ステップＳ２２で、膨張弁２３０の開度を一定値開ける。これにより、蒸発器出口ＳＨの値を減少させることができる。その後、ステップＳ２１の処理が再び実行される。
　一方、蒸発器出口ＳＨ＜βである場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、蒸発器出口の冷媒がガス化されておらず、蒸発器を効率良く使えていると判断されるので、制御装置１００は、ステップＳ２３で流量調整装置４２０が全閉か否かを判断する。
　流量調整装置４２０が全閉でない場合（Ｓ２３でＮＯ）は、図１０のステップＳ１５，Ｓ１６に示されたように流量調整装置４２０によって吸入ＳＨが適切な値に制御されるため、制御装置１００は、図１１のフローチャートの処理から一旦抜ける。一方、流量調整装置４２０が全閉である場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、外部熱交換器４００では、外部から供給される水との熱交換が行なわれないため、蒸発器出口ＳＨ≒吸入ＳＨとなる。すると、吸入ＳＨ≒β（＜α）となり、圧縮機２００の吸入冷媒が適切に加熱されていない状態になる。そのため、制御装置１００は、ステップＳ２４において、膨張弁２３０の開度を一定値だけ閉めることによって吸入ＳＨの値を増加させ、その後、ステップＳ２５の判定処理を実行する。
　制御装置１００は、ステップＳ２５において、吸入ＳＨが判定値α（＞０）より小さいか否かを判断する。吸入ＳＨ＞＝αである場合（Ｓ２５でＮＯ）、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できるため、制御装置１００は、図１１のフローチャートの処理から一旦抜ける。一方、吸入ＳＨ＜αである場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できない、つまり液冷媒が圧縮機２００に吸入されるおそれがあるため、制御装置１００は、ステップＳ２６において膨張弁２３０の開度を一定値だけ閉める。このように膨張弁２３０の開度を制御することによって、吸入ＳＨの値を増加させることができる。その後、ステップＳ２５の処理が再び実行される。
　以上、冷房時の流量調整装置４２０と膨張弁２３０の制御フローについて説明した。
　暖房時は、流量調整装置４２０を全閉とし、通常の空気調和装置と同様に制御してもよいが、以下のように流量調整装置４２０を制御しても良い。
　図１２は、暖房時に使用するセンサが追加された空気調和装置１００１の構成を示す図である。具体的には、空気調和装置１００１は、図１に示した空気調和装置１０００の構成に加えて、温度センサ２６４，２６５をさらに備える。図１３は、暖房時の流量調整装置４２０の制御を説明するためのフローチャートである。
　まず、ステップＳ３１において、制御装置１００は、温度センサ２６１から内部熱交換器２５０の流路Ｒ２の出口冷媒温度Ｔ２６１を取得し、温度センサ４１１から水の温度Ｔ４１１を取得する。ステップＳ３２において、制御装置１００は、温度センサ２６１から取得した温度Ｔ２６１が温度センサ４１１から取得した温度Ｔ４１１より高いか否かを判断する。
　Ｔ２６１＞Ｔ４１１が成立しない場合（Ｓ３２でＮＯ）、水の温度の方が高く水を外部熱交換器４００における冷媒の冷却に使用できないため、制御装置１００は、ステップＳ３３で、流量調整装置４２０を全閉に制御し、外部熱交換器４００に水を流さないようにする。一方、Ｔ２６１＞Ｔ４１１が成立した場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３４で流量調整装置４２０を全開に制御する。
　次に、ステップＳ３５において、制御装置１００は、吸入冷媒の過熱度（吸入ＳＨ）が判定値α（＞０）より小さいかを判断する。吸入ＳＨは、温度センサ２６０で取得された吸入温度Ｔ２６０から温度センサ２６４で取得された蒸発温度Ｔ２６４を引くことによって計算される。ここで、判定値αは、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できる値、たとえば５Ｋに設定する。
　吸入ＳＨ＞＝αである場合（Ｓ３５でＮＯ）、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できるため、制御装置１００は、図１３のフローチャートから一旦抜ける。一方、ＳＨ＜αである場合（Ｓ３５でＹＥＳ）、圧縮機２００の吸入冷媒が十分にガス化されていると判断できない、つまり液冷媒が圧縮機２００に吸入されるおそれがあるため、制御装置１００は、ステップＳ３６において流量調整装置４２０を一定開度だけ閉める。このように水の流量を減少させ、熱交換量を低下させることによって、吸入ＳＨの値を増加させることができる。その後、ステップＳ３５の処理が再び実行される。
　なお、暖房時においても、流量調整装置４２０に代えて、ポンプを用いて水の流量を制御してもよい。
　暖房時の膨張弁２３０の制御については、図１１に示した冷房時と同じ処理を実行すれば良い。ただし、蒸発器出口ＳＨは、温度センサ２６５の値から温度センサ２６４で取得された蒸発温度を引くことによって計算される。
　以上説明したように、実施の形態１の空気調和装置によれば、冷媒にＲ２９０を用い、内部熱交換器を使用した空気調和装置の成績係数ＣＯＰを向上させることができる。また冷媒は、Ｒ２９０を用いる場合に最も効果があるが、冷媒にＲ３２またはＲ４１０を使用する場合でも、図２に示した場合とは吸入密度が変わるので、内部熱交換器による効果が得られるようになり、ＣＯＰを改善することが可能となる。
　また、暖房時に内部熱交換器２５０を使用する場合も、冷房時と同様に蒸発器エンタルピー差が拡大し、性能向上が期待できる。
　実施の形態２．
　実施の形態１で説明した図１の構成では、冷凍サイクルの冷却源が常に使用できる状況にない場合も考慮し、室外熱交換器２１０を空気熱交換器とした。たとえば、水道水などでは断水などで使えない場合などがある。したがって、冷凍サイクルとして必ず機能させるためには、室外熱交換器２１０の熱交換対象をいつでも利用できる外気とすることが適切である。また、室外熱交換器２１０を水―冷媒熱交換器とするには水配管を引き回す必要もあり、シンプルな構成とするため図１のように構成した。
　しかし、安定して冷却源を確保できる場合には、室外熱交換器を小さくする方が良い場合もある。図１４は、実施の形態２に係る空気調和装置１００２の構成を示す図である。
　図１に示した構成との差異のみ説明する。図１４に示す空気調和装置１００２では、図１の室外熱交換器２１０が熱交換器２７０に変更された。熱交換器２７０は、室外熱交換器２１０と異なり、外部からの冷却源である水と熱交換するように構成される。水は、たとえば、クーリングタワーなどで循環させ冷却された後に給水管から再供給されるようにしてもよい。また、熱交換器２７０で暖められた温水を利用する場合は、新たに水道水などを供給するようにしてもよい。熱交換器２７０は、たとえばプレート熱交換器とする。また、熱交換器２７０と内部熱交換器２５０で使用される水は、同じ給水管から供給される。
　なお、流量調整装置４２０および膨張弁２３０の制御については、実施の形態１と同様であるため、説明は繰り返さない。
　実施の形態２の空気調和装置１００２は、実施の形態１と同様な効果が得られることに加え、実施の形態１に示した構成に比べ水による熱交換量が増加するため、水の戻りの温度が高くなり給湯等に使用できる。また、室外熱交換器がプレート熱交換器２７０になったことで、熱交換性能が向上するため実施の形態１と比べると熱交換器を小型化できる。
　（補足）
　以上説明した実施の形態１、２では、四方弁を備えた冷媒回路としたが、四方弁がない冷房専用の空気調和装置に、外部熱交換器４００を用いてもよい。
　また、実施の形態１、２では、冷媒回路を循環する冷媒として、Ｒ２９０冷媒を用いる例で説明したが、Ｒ３２，Ｒ４１０などの他の冷媒を用いてもよい。たとえばＲ３２冷媒では、図２の検討例に示した内部熱交換器５５０では蒸発器におけるエンタルピー差拡大の影響と吸入冷媒の密度低下の影響が相殺し合うため、導入するメリットがない。これに比べて図１に示した外部熱交換器４００は外部冷却源を使用し吸入冷媒の密度低下を抑制できるので、Ｒ３２冷媒を使用する場合でも空気調和装置の性能を向上させることができる。
　（まとめ）
　以下に、本実施の形態について再び図面を参照しながら総括する。なお、括弧内については、冷房時に該当するユニットを記載している。
　図１に示す空気調和装置１０００は、少なくとも圧縮機２００、凝縮器（室外熱交換器２１０）、膨張弁２３０、および蒸発器（室内熱交換器１１０）を含み、冷媒が循環する冷媒回路５００と、凝縮器（室外熱交換器２１０）を通過した冷媒が流れる第１流路Ｒ１および圧縮機２００に吸入される冷媒が流れる第２流路Ｒ２を有し、第１流路Ｒ１を通過する冷媒と第２流路Ｒ２を通過する冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（内部熱交換器２５０）と、第２流路Ｒ２の出口から圧縮機２００に向かう冷媒が流れる第３流路Ｒ３および熱媒体が流れる第４流路Ｒ４を有し、第３流路Ｒ３を通過する冷媒と第４流路Ｒ４を通過する熱媒体とを熱交換させる第２熱交換器（外部熱交換器４００）と、熱媒体を第２熱交換器（外部熱交換器４００）に供給する量を調整する流量調整装置４２０と、熱媒体の温度を検出する温度センサ４１１と、温度センサ４１１の出力に応じて流量調整装置４２０を制御する制御装置１００とを備える。
　好ましくは、図１０に示すように、制御装置１００は、第２熱交換器（外部熱交換器４００）に流入する冷媒の温度Ｔ２６１よりも熱媒体の温度Ｔ４１１が低い場合に、第２熱交換器（外部熱交換器４００）に熱媒体が供給されるように流量調整装置４２０を制御する。制御装置１００は、第２熱交換器（外部熱交換器４００）に流入する冷媒の温度Ｔ２６１よりも熱媒体の温度Ｔ４１１が高い場合に、第２熱交換器（外部熱交換器４００）に熱媒体が供給されないように流量調整装置４２０を制御する。
　好ましくは、図８，図９に示すように、第２熱交換器（外部熱交換器４００）は、内管４０１と外管４０２が配置された２重管式熱交換器である。内管４０１は、冷媒が通過する第３流路Ｒ３であり、外管４０２は、熱媒体が通過する第４流路Ｒ４である。
　好ましくは、図１４に示すように、凝縮器（室外熱交換器２７０）は、熱媒体と冷媒とが熱交換するように構成される。
　好ましくは、冷媒は、プロパンである。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１００　制御装置、１０１　ＣＰＵ、１０２　メモリ、１１０，２１０，２５０，２７０，３２５，４００，５５０　熱交換器、１２０　室内送風機、２００　圧縮機、２２０　室外送風機、２３０　膨張弁、２４０　四方弁、２５１，４０１　内管、２５２，４０２　外管、２６０～２６５，４１１　温度センサ、４１０，Ｒ１～Ｒ４　流路、４２０　流量調整装置、５００　冷媒回路、１０００，１００１，１００２，２０００　空気調和装置、Ｐ１～Ｐ４　ポート。

Claims (5)

  1. 　少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒が循環する冷媒回路と、
    　前記凝縮器を通過した前記冷媒が流れる第１流路および前記圧縮機に吸入される前記冷媒が流れる第２流路を有し、前記第１流路を通過する前記冷媒と前記第２流路を通過する前記冷媒とを熱交換させる第１熱交換器と、
    　前記第２流路の出口から前記圧縮機に向かう前記冷媒が流れる第３流路および熱媒体が流れる第４流路を有し、前記第３流路を通過する前記冷媒と前記第４流路を通過する前記熱媒体とを熱交換させる第２熱交換器と、
    　前記熱媒体を前記第２熱交換器に供給する量を調整する流量調整装置と、
    　前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    　前記温度センサの出力に応じて前記流量調整装置を制御する制御装置とを備える、空気調和装置。
  2. 　前記制御装置は、前記第２熱交換器に流入する前記冷媒の温度よりも前記熱媒体の温度が低い場合に、前記第２熱交換器に前記熱媒体が供給されるように前記流量調整装置を制御し、
    　前記制御装置は、前記第２熱交換器に流入する前記冷媒の温度よりも前記熱媒体の温度が高い場合に、前記第２熱交換器に前記熱媒体が供給されないように前記流量調整装置を制御する、請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 　前記第２熱交換器は、内管と外管が配置された２重管式熱交換器であり、
    　前記内管は、前記冷媒が通過する前記第３流路であり、
    　前記外管は、前記熱媒体が通過する前記第４流路である、請求項１または２に記載の空気調和装置。
  4. 　前記凝縮器は、前記熱媒体と前記冷媒とが熱交換するように構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
  5. 　前記冷媒は、プロパンである、請求項１～４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
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