(57)【要約】【課題】圧縮機の信頼性を向上させる空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１は、冷媒が、暖房運転時に、圧縮機２１、室内熱交換器３１、上流側膨張弁２４、下流側膨張弁２８、室外熱交換器２３の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路１０，１３と、室内熱交換器３１の下流側から全閉可能なインジェクション膨張弁２９を介して圧縮機２１に接続されたインジェクション回路６５と、上流側膨張弁２４、下流側膨張弁２８及びインジェクション膨張弁２９を制御する制御手段２００を備え、制御手段２００は、圧縮機２１の停止指示がなされた場合であってインジェクション膨張弁２９が開いているとき、インジェクション膨張弁２９の開度が全閉となるように制御される過程において所定の開度に到達してから圧縮機２１を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、暖房運転時に、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路と、
前記凝縮器の下流側からインジェクション膨張弁を介して前記圧縮機に接続されたインジェクション回路と、
前記膨張弁及び前記インジェクション膨張弁を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機の停止指示がなされた場合であって前記インジェクション膨張弁が開いているとき、前記インジェクション膨張弁の開度が全閉となるように制御される過程において所定の開度に到達してから前記圧縮機を停止させる、ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記インジェクション膨張弁の開度が全閉となるように制御される過程において、前記圧縮機の回転数を最低回転数まで低下させ、その状態で前記インジェクション膨張弁が所定の開度に到達してから前記圧縮機を停止させる、ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記所定の開度は、全閉となる開度である、ことを特徴とする請求項1又は２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インジェクション（ＩＮＪ）回路を有する冷媒回路を備えた空気調和機において、圧縮機停止と同時にインジェクション回路の膨張弁、又は、電磁弁を閉じることで、液冷媒が圧縮機へ流入するのを防止するものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の制御では、圧縮機の停止と同時にインジェクション回路の膨張弁を閉じる場合、実際には膨張弁に全閉指示を行ってから全閉に到達するまでの間（例：４８０ｐｌｓ（全開）→０ｐｌｓ（全閉））に閉動作のための時間が必要であるため、その閉動作中は圧縮機の停止時にインジェクション回路を冷媒が流れてしまう。
【０００４】
その結果、液冷媒が圧縮機へ導かれてしまい、圧縮機の内部におけるピストン等の摺動部に存在するオイルが洗い流されて潤滑不良を起こすという課題があった。また、圧縮機おけるシリンダの内部に液冷媒が滞留することによって、圧縮機の起動時に液圧縮が起こり、圧縮機の信頼性が損なわれるという課題があった。
【０００５】
この課題に対して、瞬時に閉じることが可能な電磁開閉弁をインジェクション回路に設け、圧縮機の停止と同時に電磁開閉弁を閉じる方法が考えらえるが、電磁開閉弁を新たに搭載すると製品コストが高くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、インジェクション回路を備えたものにおいて、圧縮機の信頼性を向上させる空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、以下のように把握される。
（１）本発明の第１の観点は、空気調和機であって、冷媒が、暖房運転時に、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路と、前記凝縮器の下流側からインジェクション膨張弁を介して前記圧縮機に接続されたインジェクション回路と、前記膨張弁及び前記インジェクション膨張弁を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記圧縮機の停止指示がなされた場合であって、前記インジェクション膨張弁が開いているとき、前記インジェクション膨張弁の開度が全閉となるように制御される過程において所定の開度に到達してから前記圧縮機を停止させる、ことを特徴とする。
【０００９】
（２）上記（１）において、前記制御手段は、前記インジェクション膨張弁の開度が全閉となるように制御される過程において、前記圧縮機の回転数を最低回転数まで低下させ、その状態で前記インジェクション膨張弁が所定の開度に到達してから前記圧縮機を停止させる。
【００１０】
（３）上記（１）又は（２）において、前記所定の開度は、全閉となる開度である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧縮機の信頼性を向上させる空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の空気調和機を説明する図であって、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。
【図２】基本的な冷媒回路を説明する図である。
【図３】図２の冷媒回路に係るモリエル線図（ｐｈ線図）である。
【図４】インジェクション回路を有する冷媒回路を説明する図である。
【図５】図４の冷媒回路に係るモリエル線図（ｐｈ線図）である。
【図６】本発明の実施形態の空気調和機において、中圧レシーバを備えた冷媒回路を説明する図である。
【図７】図６の冷媒回路に係るモリエル線図（ｐｈ線図）である。
【図８】本発明の実施形態の空気調和機において、インジェクション回路及び中圧レシーバを有する冷媒回路を説明する図である。
【図９】図８の冷媒回路に係るモリエル線図（ｐｈ線図）である。
【図１０】本発明の実施形態の空気調和機における動作を示すタイミングチャート（その１）である。
【図１１】本発明の実施形態の空気調和機における動作を示すタイミングチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００１４】
＜冷媒回路の構成＞
まず、図１（Ａ）を参照して、室外機２を含む空気調和機１の冷媒回路について説明する。図１（Ａ）に示すように、本実施形態における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室内に設置され、室外機２に液管４及びガス管５で接続された室内機３を備えている。詳細には、室外機２の液側閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３が液管４で接続されている。また、室外機２のガス側閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４がガス管５で接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が形成される。
【００１５】
＜＜室外機の冷媒回路＞＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、暖房運転時における上流側膨張弁２４と、液管４が接続された液側閉鎖弁２５と、ガス管５が接続されたガス側閉鎖弁２６と、室外ファン２７と、暖房運転時における下流側膨張弁２８と、インジェクション膨張弁２９と、中圧レシーバ８１と、冷媒間熱交換器８２を備えている。そして、室外ファン２７を除くこれら各装置が後述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。なお、圧縮機２１の冷媒吸入側には、アキュムレータ（不図示）が設けられてもよい。また、本明細書では「インジェクション」を「ＩＮＪ」と表記することがある。
【００１６】
圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａと吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、四方弁２２のポートｃと吸入管６６で接続されている。
【００１７】
中圧レシーバ８１は、液側閉鎖弁２５と室外熱交換器２３との間の室外機液管６３に、上流側膨張弁２４と下流側膨張弁２８に挟まれて設けられている。中圧レシーバ８１は、大小様々な室内機３が接続されても、適切な冷媒量に調整するためのものである。中圧レシーバ８１の下流側ではインジェクション配管（インジェクション回路ともいう）６５が分岐しており、インジェクション配管６５は、インジェクション膨張弁２９を介して圧縮機２１内部の図示しないシリンダの中間部に接続されている。インジェクション配管６５は、凝縮器（暖房運転時には室内熱交換器３１）の冷媒循環量を増やしたり、圧縮機２１の吐出温度を下げたりするため、圧縮機２１に冷媒をインジェクションするものである。インジェクション配管６５の途中には、インジェクション配管６５を流れる冷媒と室外機液管６３を流れる冷媒との間で熱交換を行う冷媒間熱交換器８２が設けられている。
【００１８】
インジェクション配管６５、インジェクション膨張弁２９を含む一連の回路をインジェクション回路という（なお、本明細書では、インジェクション配管６５で代表させてインジェクション回路ということがある。また、ここで示すインジェクション回路は一例であって、他の態様であってもよい）。インジェクション膨張弁２９は、全閉可能であって、インジェクション配管６５の開閉手段として設けられ、圧縮機２１の吐出温度又は吐出ＳＨを制御する。
【００１９】
四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。そして、ポートｄは、ガス側閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。なお、四方弁２２が、本発明の流路切替手段である。
【００２０】
室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は液側閉鎖弁２５と室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、後述する四方弁２２の切替えによって、冷房時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。
【００２１】
暖房運転時における上流側膨張弁２４及び下流側膨張弁２８は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁である。具体的には、パルスモータに加えられるパルス数によりその開度が調整される。上流側膨張弁２４は、ＳＣが所定の目標値になるように、その開度が調整される。また、下流側膨張弁２８は、暖房運転時は圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように、その開度が調整される。
【００２２】
室外ファン２７は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、その中心部が図示しないファンモータの回転軸に接続されている。ファンモータが回転することで室外ファン２７が回転する。室外ファン２７の回転によって、室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を、室外機２の図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。
【００２３】
以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（上述した吐出温度）を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４が、室外機液管６３には、暖房運転時に上流側膨張弁２４から流出した冷媒の温度を検出する室外機液管温度センサ７７ｂが設けられている。
【００２４】
室外熱交換器２３の図示しない冷媒パスの略中間部には、室外熱交換器２３の温度である室外熱交温度を検出する熱交温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。
【００２５】
また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０を備えている（なお、本明細書では、室外機制御手段２００を単に制御手段ということがある）。
【００２６】
記憶部２２０は、フラッシュメモリで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２７等の制御状態等を記憶している。また、図示は省略するが、記憶部２２０には室内機３から受信する要求能力に応じて圧縮機２１の回転数を定めた回転数テーブルが予め記憶されている。
【００２７】
通信部２３０は、室内機３との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。
【００２８】
ＣＰＵ２１０は、前述した室外機２の各センサでの検出結果を、センサ入力部２４０を介して取り込む。さらには、ＣＰＵ２１０は、室内機３から送信される制御信号を、通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号等に基づいて、圧縮機２１や室外ファン２７の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切替制御を行う。さらには、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、上流側膨張弁２４及び下流側膨張弁２８の開度調整、インジェクション膨張弁２９の開閉制御及び開度調整を行う。ＣＰＵ２１０には、中圧レシーバ８１内に液冷媒が貯まっているか否かを判定する液貯留判定部が設けられており、液貯留判定部は、詳しくは後述するように、中圧レシーバ８１内に液冷媒が貯まっていると判定すると、インジェクション膨張弁２９を開いて冷媒を圧縮機２１の中圧へインジェクションを行う。
【００２９】
＜＜室内機の冷媒回路＞＞
次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを形成している。
【００３０】
室内熱交換器３１は、冷媒と後述する室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器３１の一方の冷媒出入口は、液管接続部３３と室内機液管６７で接続されている。室内熱交換器３１の他方の冷媒出入口は、ガス管接続部３４と室内機ガス管６８で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。
【００３１】
室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３２は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機３の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。
【００３２】
以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管６７には、室内熱交換器３１に流入あるいは室内熱交換器３１から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ７７ａが設けられている。室内機ガス管６８には、室内熱交換器３１から流出あるいは室内熱交換器３１に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ７９が備えられている。
【００３３】
＜冷媒回路の動作の概要＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、より詳しくは図２から図１１を用いて説明するが、図１（Ａ）を用いてその概要をまず説明する。以下では、図中、実線で示した冷媒の流れに基づいて、室内機３が暖房運転を行う場合について説明する。なお、破線で示した冷媒の流れが冷房運転を示している。
【００３４】
室内機３が暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。
【００３５】
圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入する。四方弁２２のポートａに流入した冷媒は、四方弁２２のポートｄから室外機ガス管６４を流れて、ガス側閉鎖弁２６を介してガス管５に流入する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。
【００３６】
室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管６８を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。
【００３７】
室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機液管６７を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流入する。液管４を流れ、液側閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れて上流側膨張弁２４、中圧レシーバ８１、下流側膨張弁２８を通過する際に減圧される。上述したように、暖房運転時において、上流側膨張弁２４の開度は、室内熱交換器３１流出後の冷媒の過冷却度（ＳＣ）が所定の目標値となるように、下流側膨張弁２８の開度は、圧縮機２１の吐出温度が所定の目標値となるように調整されるか、若しくは、圧縮機２１に吸入される冷媒の吸入過熱度（吸入ＳＨ）が所定の目標値となるように調整される。
【００３８】
上流側膨張弁２４、中圧レシーバ８１、下流側膨張弁２８を通過して室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２のポートｂ及びポートｃ、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。
【００３９】
＜冷媒回路の動作の詳細＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図２から図１１を用いて詳しく説明する。説明にあたっては、基本的な冷媒回路１１、インジェクション回路６５を有する冷媒回路１２、中圧レシーバ８１を有する冷媒回路１３、そして、本実施形態に係るインジェクション回路６５及び中圧レシーバ８１を有する冷媒回路１０を順に説明する。
【００４０】
＜＜基本的な冷媒回路＞＞
図２及び図３を用いて、基本的な冷媒回路１１について説明する。図２に示すように、冷媒回路１１における基準点として、点Ａは圧縮機２１と凝縮器（暖房運転時の室内熱交換器３１に対応。以下、凝縮器３１と表記）の間、点Ｂは凝縮器３１と膨張弁（暖房運転時の下流側膨張弁２８に対応。以下、膨張弁２８と表記）の間、点Ｃは膨張弁２８と蒸発器（暖房運転時の室外熱交換器２３に対応。以下、蒸発器２３と表記）の間、点Ｄは蒸発器２３と圧縮機２１の間を指す（以下同様）。
【００４１】
点Ａから点Ｄ、又は各点間における冷媒の状態は、図３に示すように、以下のとおりとなる。（１）圧縮機２１での圧縮過程の冷媒（点Ｄ〜Ａ間）は、圧縮され、圧力（縦軸）・温度共に上昇して高温高圧の過熱蒸気となる（周囲空気との熱交換で凝縮しやすい状態になる）。（２）圧縮機２１から吐出された冷媒（点Ａ）は、過熱状態の高圧気相冷媒である。（３）凝縮器３１での凝縮過程の冷媒（点Ａ〜Ｂ間）は、周囲空気と熱交換（放熱）することで、圧力が一定のまま、過熱蒸気、飽和蒸気、湿り蒸気、飽和液の各状態を経て高圧の過冷却液となる。（４）凝縮器３１から流出した冷媒（点Ｂ）は、過冷却状態の高圧液相冷媒である。（５）膨張弁２８での膨張過程の冷媒（点Ｂ〜Ｃ間）は、膨張し、圧力（縦軸）・温度共に下降して湿り蒸気となる（周囲空気との熱交換で蒸発しやすい状態になる）。（６）膨張弁２８から流出した冷媒（点Ｃ）は、液リッチ（＝液相比率が高い）状態の低圧二相冷媒である。（７）蒸発器２３での蒸発過程の冷媒（点Ｃ〜Ｄ間）は、周囲空気と熱交換（吸熱）することで、圧力が一定のまま、湿り蒸気、飽和蒸気、の各状態を経て低圧の過熱蒸気となる。（８）蒸発器２３から流出した冷媒（点Ｄ）は、過熱状態の低圧気相冷媒である。
【００４２】
この基本的な冷媒回路１１における制御対象である圧縮機２１、室内ファン３２、膨張弁２８及び室外ファン２７の制御方法は、次のとおりである。圧縮機２１は、室内機３側の要求される能力に基づいて制御される（要求される能力：室内熱交換器３１（暖房運転時：凝縮器、冷房時：蒸発器）の周囲温度（＝室温）と目標温度の差に応じて設定）。室内ファン３２は、暖房運転時（凝縮器が室内熱交換器３１の場合）冷房運転時（凝縮器が室外熱交換器２３の場合）ともに室温と設定温度の差に応じて制御、若しくはユーザによって好みの風量となるように設定される。膨張弁２８は、点Ａの温度（吐出温度）が目標値となるように制御（吐出温度制御）、又は、圧縮機２１の回転数の変化量に応じて予め定めた制御量（パルス）で膨張弁２８の開度を調整する制御（回転数パルス制御）によって制御される。なお、吐出温度制御は、室内温度や外気温等の外乱が吐出温度の変化に現れてから開度調整を行うフィードバック制御であるのに対し、回転数パルス制御は、回転数の変化量から循環量の変化量を予測して予め膨張弁２８が適正な開度となるように調整を行うフィードフォワード制御である。室外ファン２７は、暖房運転時（蒸発器が熱源側の場合）冷房運転時（蒸発器が利用側の場合）ともに圧縮機２１の回転数に基づいて制御される。
【００４３】
基本的な冷媒回路１１における運転上の制約は、次のとおりである。点Ｂでは冷媒が液相状態である（＝過冷却が取れている）ことが求められる。なぜならば、膨張弁２８に二相冷媒が流入すると、冷媒流動音の発生や、制御性の悪化などの不都合が生じるからである。点Ｄでは冷媒が気相状態である（＝過熱が取れている）ことが求められる。なぜならば、圧縮機２１に液相冷媒が流入すると液圧縮（液相冷媒は非圧縮性であるため、圧縮機２１が破損する。）し、信頼性が低下するからである。
【００４４】
＜＜インジェクション回路を有する冷媒回路＞＞
図４及び図５を用いて、インジェクション回路６５を有する冷媒回路１２について説明する。図４に示すように、インジェクション回路６５を有する冷媒回路１２では、凝縮器３１からの流出後の冷媒の一部を圧縮機２１の中間圧へ流入させる。インジェクション回路６５には、圧縮機２１へインジェクションする冷媒量を調整するインジェクション膨張弁２９を備えるとともに、インジェクションする冷媒の乾き度を上げるため、冷媒間熱交換器８２（ＳＣ熱交換器）を備える。
【００４５】
図４に示すように、冷媒回路１２の基準点としては、点Ａ〜Ｄのほかに点Ｅ〜Ｇが加えられ、点Ｅは冷媒間熱交換器８２の室外機液管６３側流路出口と膨張弁２８の間、点Ｆはインジェクション膨張弁２９と冷媒間熱交換器８２のインジェクション回路６５側流路入口の間、点Ｇは冷媒間熱交換器８２のインジェクション回路６５側流路出口と圧縮機２１の間を指す（以下同様）。
【００４６】
インジェクション回路６５の目的は、凝縮器３１の冷媒循環量を増やす（低外気（−２０〜−３０℃）暖房運転時等、暖房能力を上昇させる）こと、また、圧縮機２１の吐出温度を下げる（低外気暖房運転時等、蒸発温度を外気温度よりも低くすることで、高圧（凝縮圧力）と低圧（蒸発圧力）の圧力差が大きくなっても、圧縮機２１の温度が異常温度とならないようにする）ことである。
【００４７】
冷媒回路１２における冷媒の状態は、図５に示すようになるが、冷媒回路１１と異なる点は以下のとおりとなる。（１）圧縮機２１での圧縮過程の点Ｄ〜Ａ間において、インジェクション回路６５を介して凝縮過程の冷媒の一部が二相状態で圧縮機２１の中間圧に流入することにより、圧縮機２１で圧縮される冷媒の温度が圧縮途中で低下し、インジェクション回路６５に冷媒を循環させない場合と比較して点Ａにおける吐出温度が下がる。（２）冷媒は、凝縮過程の点Ａ〜Ｂ間を通過して液相状態になった後、点Ｂ〜Ｅ間においてインジェクション回路６５の点Ｆ〜Ｇ間を流れる冷媒と冷媒間熱交換器８２によって熱交換され過冷却される。（３）点Ａ〜Ｂ間から分岐したインジェクション回路６５に流入した冷媒は、点Ｂ〜Ｆ間でインジェクション膨張弁２９を介して低圧の二相状態になり、その後、点Ｆ〜Ｇ間において点Ｂ〜Ｅ間を流れる冷媒と冷媒間熱交換器８２によって熱交換されて乾き度が上昇し、点Ｇから圧縮過程の点Ｄ〜Ａ間にインジェクションされる。
【００４８】
この冷媒回路１２における特徴的な制御対象である膨張弁２８及びインジェクション膨張弁２９の制御方法は、次のとおりである。膨張弁２８は、インジェクションをしない場合は、点Ａの温度（吐出温度）が目標値となるように制御（吐出温度制御）し、また、圧縮機２１の回転数の変化量に応じて予め定めた制御量（パルス）で膨張弁２８の開度を調整するように制御（回転数パルス制御）する。インジェクションを行う場合は、吸入ＳＨ（＝点Ｄの温度−点Ｃの温度）が目標値となるように制御（吸入ＳＨ制御）し、圧縮機２１の回転数の変化量に応じて予め定めた制御量（パルス）で膨張弁２８の開度を調整するように制御（回転数パルス制御）する。インジェクション膨張弁２９は、インジェクションをしない場合は、閉じる。インジェクションを行う場合は、点Ａの温度（吐出温度）又は吐出ＳＨが目標値となるように制御（吐出温度制御又は吐出ＳＨ制御）する。
【００４９】
＜＜中圧レシーバを有する冷媒回路＞＞
図６及び図７を用いて、中圧レシーバ８１を有する冷媒回路１３について説明する。図６に示すように、冷媒回路１３の基準点は、基本的な冷媒回路１１と同様に点Ａ〜Ｄである。
【００５０】
中圧レシーバ８１の目的は、接続される室内機３の大きさを問わず、適切な冷媒量に調整することである。これは、室内熱交換器３１の大きさや、各所の配管の長さ（管内容積）によって冷媒回路１３に必要な冷媒量が異なることに対応するものである。ここで、「必要な冷媒量が異なる」とは、効率の良い、信頼性的に問題ない運転（適性吸入ＳＨ、ＳＣ）を行うために必要な冷媒量は室内熱交換器大きさや接続配管長さといった容積差で異なることを意味しており、中圧レシーバ８１内は、その内部の冷媒を冷媒回路１３内に出入りさせることで調整する。
【００５１】
中圧レシーバ８１を有する冷媒回路１３では、凝縮器３１と蒸発器２３の間に中圧レシーバ８１を備えており、中圧レシーバ８１の上流側と下流側にはそれぞれ、上流側膨張弁２４と下流側膨張弁２８が設けられている。冷媒回路１３における冷媒の状態は、図７に示すように、基本的な冷媒回路１１と実質的に同様である。
【００５２】
この冷媒回路１３における特徴的な制御対象である上流側膨張弁２４及び下流側膨張弁２８の制御方法は、次のとおりである。上流側膨張弁２４は、ＳＣ、すなわち、過冷却度（＝点Ａ〜Ｂ間の二相域の温度−点Ｂの温度）が目標値となるように制御（ＳＣ制御）する。下流側膨張弁２８は、点Ａの温度（吐出温度）が目標値となるように制御（吐出温度制御）、若しくは、吸入ＳＨ、すなわち、吸入過熱度（＝点Ｄの温度−点Ｃの温度）が目標値となるように制御（吸入ＳＨ制御）する。
【００５３】
＜＜インジェクション回路及び中圧レシーバを有する冷媒回路＞＞
本実施形態に係る冷媒回路１０について、図８及び図９を用いて説明する。図１に示したように、冷媒回路１０は、上記で説明したインジェクション回路６５及び中圧レシーバ８１の双方を備えている。図８は、図１を簡略化して冷媒回路１０を図示したものであり、図４のインジェクション回路６５を有する冷媒回路１２において、インジェクション回路６５が分岐する手前（上流側）に上流側膨張弁２４と中圧レシーバ８１を設けた態様となる。図４における膨張弁２８は、下流側膨張弁２８となる。図８に示すように、冷媒回路１０の基準点としては、点Ａ〜Ｄ、点Ｅ〜Ｇのほかに点Ｈが加えられ、点Ｈは上流側膨張弁２４と中圧レシーバ８１の間を指す。
【００５４】
冷媒回路１０における冷媒の状態は、図９に示すようになるが、冷媒回路１２と異なる点は以下のとおりとなる。（１）冷媒は、凝縮過程の点Ａ〜Ｂ間を経た後、点Ｂ〜Ｈ間で上流側膨張弁２４を介して圧力が下がり、その後、点Ｈ〜Ｅ間においてインジェクション回路６５の点Ｆ〜Ｇ間と冷媒間熱交換器８２によって熱交換される。（２）点Ａ〜Ｅ間の点Ｈから分岐したインジェクション回路６５に流入した冷媒は、点Ｈ〜Ｆ間でインジェクション膨張弁２９を介して圧力が下がり、その後、点Ｆ〜Ｇ間において点Ｂ〜Ｅ間と冷媒間熱交換器８２によって熱交換されて乾き度が上昇し、点Ｇから圧縮過程の点Ｄ〜Ａ間にインジェクションされる。
【００５５】
＜＜暖房運転時の処理の流れ＞＞
次に、図１０及び図１１に示すタイミングチャートを用いて、暖房運転を行う際に、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が実行する処理について説明する。
【００５６】
図１０及び図１１に示すタイミングチャート（その１、その２）は、ＣＰＵ２１０が暖房運転を行う際の処理の流れについて、空気調和機１の冷媒回路１０を構成する関連要素の動作（Ｒ）のタイミングを示している。図１０は、圧縮機２１への停止指示（Ｒ１）、圧縮機２１の回転数（Ｒ２）、室外ファン２７の回転数（Ｒ３）、凝縮器（暖房運転時には室内熱交換器３１）ＥＥＶ（暖房運転時の上流側膨張弁２４）の開度（Ｒ４）について、図１１は、蒸発器（暖房運転時には室外熱交換器２３）ＥＥＶ（暖房運転時の下流側膨張弁２８）の開度（Ｒ５）、ＩＮＪＥＥＶ（インジェクション膨張弁２９）の開度（Ｒ６）、室内ファン３２の回転数（Ｒ７）について、それぞれの動作のタイミングを示している。
【００５７】
なお、図１０及び図１１では、本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、使用者の指示した設定温度や風量等の運転条件に対応した冷媒回路１００の制御といった、空気調和機１に関わる一般的な処理については説明を省略している
【００５８】
図１０及び図１１に示すように、圧縮機２１への停止指示がなされるタイミング（Ｔ１）よりも前の段階では、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）、室外ファン２７の回転数（Ｒ２）、上流側膨張弁２４及び下流側膨張弁２８の開度（Ｒ３）、インジェクション膨張弁２９（Ｒ４）、室内ファン３２の回転数（Ｒ５）は、通常制御がなされている。ここで、圧縮機２１の回転数の通常制御とは、前述の通り、室内機３側で要求される能力に基づいて定めた回転数で圧縮機２１を駆動させる制御である。また、室外ファン２７の回転数の通常制御とは、前述の通り、室外ファン２７の回転数を圧縮機２１の回転数に応じた回転数にする制御である（ファン回転数制御）。また、上流側膨張弁２４及び下流側膨張弁２８の開度の通常制御とは、圧縮機２１の回転数変化量に応じて予め定めた制御量（パルス）で開度を調節する制御である（回転数パルス制御）。また、インジェクション膨張弁２９の開度の通常制御とは、前述の通り、吐出温度制御又は吐出ＳＨ制御である。また、室内ファン３２は、前述の通り、室温と設定温度の差に応じた制御、若しくは、ユーザによって好みの風量となるように設定する制御である。ここで、圧縮機２１への停止指示がタイミングＴ１においてなされると、Ｒ２〜Ｒ７は、それぞれ次のとおり制御される。圧縮機２１の回転数（Ｒ１）は、ＯＦＦ制御によって最低回転数（Ａｒｐｓ）に制御され、後述するインジェクション膨張弁２９の開度（Ｒ６）が所定の開度（図１１では、全閉パルス）となるタイミングＴ２において、０ｒｐｓ、すなわち、停止する。この点については、詳しくは後述する。
【００５９】
室外ファン２７の回転数（Ｒ２）は、前述のファン回転数制御によって、タイミングＴ１における圧縮機２１の停止指示に伴って低下する。この際、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）が最低回転数（Ａｒｐｓ）となるタイミングで、室外ファン２７の回転数（Ｒ２）は、圧縮機２１の回転数に対応する一定の回転数を維持し、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）がタイミングＴ２において０ｒｐｓとなった後、一定時間後に０ｒｐｍ、すなわち、停止となる。この一定時間は、冷媒回路１０の均圧が完了する目安となる時間である。室外ファン２７を回転させることで、冷媒回路１０の低圧側（暖房運転時における室外熱交換器２３側）における冷媒の圧力を上昇させ、冷媒回路１０が均圧することを促進している。一定時間は、冷媒回路１０の管内容積が大きくなる程長く設定される。なお、一定時間は任意に設定され得るが、図１０では、例として６０秒としている。
【００６０】
上流側膨張弁２４及び下流側膨張弁２８の開度（Ｒ３）は、前述の回転数パルス制御によって、タイミングＴ１における圧縮機２１の停止指示に伴って小さくする。この際、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）が最低回転数（Ａｒｐｓ）となるタイミングで、各膨張弁の開度（Ｒ３）は、圧縮機２１の回転数に対応する開度となり、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）がタイミングＴ２において０ｒｐｓとなった後もその開度を一定時間維持する。この一定時間は、圧縮機２１のＯＦＦ時制御ということで任意に設定され得るが、図１０では、室外ファン２７の回転数（Ｒ２）が維持される時間よりも長い数十秒間にわたって開度のパルスが固定される。タイミングＴ２では、冷媒回路の高圧側（暖房運転時における室内熱交換器３１側）における冷媒の圧力と、冷媒回路１０の低圧側における冷媒の圧力との差が大きい。そのため、各膨張弁の開度（Ｒ３）を大きくすると、圧力差によって多量の冷媒が各膨張弁を通過するため、冷媒流動音による騒音が問題になる。よって、一定時間は、少なくとも室外ファン２７の回転数（Ｒ２）が維持される時間（冷媒回路１０の均圧が完了する目安となる時間）よりも長い時間が設定される。これにより、圧縮機２１の停止中において、室外熱交換器２３に液冷媒が溜まりにくくなる。そのため、圧縮機２１が停止した後、次回の暖房運転を開始する際に、室外熱交換器２３から圧縮機２１へ多量の液冷媒が吸入されることで生じる液圧縮を抑制できる。なお、各膨張弁の開度（Ｒ３）は、一定時間経過後、全開の状態に移行させて、冷媒回路１０の均圧を更に促進させる。
【００６１】
インジェクション膨張弁２９の開度（Ｒ４）は、タイミングＴ１における圧縮機２１の停止指示に伴って、ＯＦＦ制御によって低下する。そして、タイミングＴ２において、インジェクション膨張弁２９の開度が所定の開度に到達する（図１１では、全閉パルス）。このタイミングＴ２において、前述したように、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）は０ｒｐｓすなわち停止となる。この点については、詳しくは後述する。
【００６２】
室内ファン３２の回転数（Ｒ５）は、タイミングＴ１における圧縮機２１の停止指示に伴って、通常制御の一環としてタイミングＴ１において停止する。
【００６３】
上記のうち、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）とインジェクション膨張弁２９の開度（Ｒ４）との関係について、詳述する。
【００６４】
本実施形態では、上記したとおり、圧縮機２１への停止指示がなされた場合であってインジェクション膨張弁２９が開いているとき、圧縮機２１の回転数（Ｒ１）を最低回転数（Ａｒｐｓ）まで低下させ、その後にインジェクション膨張弁２９の開度が全閉となるように制御される過程において、インジェクション膨張弁２９の開度が所定の開度に到達してから圧縮機２１を停止させる。
【００６５】
ここで、最低回転数（Ａｒｐｓ）は、圧縮機２１への停止指示を受けて回転数が低下中の圧縮機２１を、停止指示を受ける前の回転数で動作させた場合、暖房運転時において、次のような課題が生じることを考慮し、設定される。すなわち、室内ファン３２の回転数（Ｒ５）も順次低下させると、室内機３に冷媒が流れていることから、室内の暖まり過ぎなど、快適性が低下する。他方、前述したように、室内ファン３２の回転数（Ｒ５）を０ｒｐｍとして停止させると、高圧が上昇し、部品の耐久性を損なう可能性がある。そこで、インジェクション膨張弁２９の開度が全閉となるように制御される過程において所定の開度に到達するまで、圧縮機２１の運転可能範囲内での最低回転数（Ａｒｐｓ）に維持することが望ましい。
【００６６】
圧縮機２１の回転数（Ｒ１）が最低回転数（Ａｒｐｓ）から０ｒｐｓになる、すなわち圧縮機２１を停止させるタイミングＴ２は、インジェクション膨張弁２９の開度が全閉となるように制御される過程において、インジェクション膨張弁２９の開度が所定の開度に到達したタイミングである。このタイミングとしては、インジェクション膨張弁２９は前述のとおり全閉可能であることから、所定の開度として全閉状態を採用してもよいし、圧縮機２１を停止させても問題ない程度であれば、所定の開度として全閉前状態を採用してもよい。
【００６７】
この所定の開度は、空気調和機１に搭載される圧縮機２１の信頼性を確保できる冷媒の量とインジェクション膨張弁２９の開度との関係に基づいて予め設定しておく。すなわち、インジェクション膨張弁２９が全閉になるまでに圧縮機２１に流入する冷媒の量が、圧縮機２１の信頼性を確保できる程度の少量であると推定できるようなインジェクション膨張弁２９の開度であればよい。そして、制御手段２００は、タイミングＴ１において圧縮機２１への停止指示がなされた場合、インジェクション膨張弁２９の開度が予め設定された所定の開度となったことを検知して、タイミングＴ２に到達したと認識し圧縮機２１を停止する。
【００６８】
なお、本実施例の空気調和機１は、中圧レシーバ８１を備え、且つ、上流側膨張弁２４と下流側膨張弁２８の二つの膨張弁を備えたものだが、図４に示すように、中圧レシーバ８１を設けず、且つ、インジェクション配管６５の上流側に膨張弁（上流側膨張弁２４）を設けない空気調和機であっても本発明を実施できる。
【符号の説明】
【００６９】
１  空気調和機
２  室外機
３  室内機
４  液管
５  ガス管
１０  冷媒回路
１０ａ  室外機冷媒回路
１０ｂ  室内機冷媒回路
２１  圧縮機
２２  四方弁
２３  室外熱交換器
２４  （暖房運転時）上流側膨張弁
２５  液側閉鎖弁
２６  ガス側閉鎖弁
２７  室外ファン
２８  （暖房運転時）下流側膨張弁
２９  インジェクション膨張弁
３１  室内熱交換器
３２  室内ファン
３３  液管接続部
３４  ガス管接続部
６１  吐出管（圧縮機〜四方弁）
６２  冷媒配管（四方弁〜室外熱交換器）
６３  室外機液管（室外熱交換器〜液側閉鎖弁）
６４  室外機ガス管（ガス側閉鎖弁〜四方弁）
６５  インジェクション配管（中圧レシーバ、冷媒間熱交換器〜圧縮機）
６６  吸入管（四方弁〜圧縮機）
６７  室内機液管（液側閉鎖弁〜室内熱交換器）
６８  室内機ガス管（室内熱交換器〜ガス側閉鎖弁）
７１  吐出圧力センサ
７２  吸入圧力センサ
７３  吐出温度センサ
７４  吸入温度センサ
７５  熱交温度センサ
７６  外気温度センサ
７７ａ  液側温度センサ
７７ｂ  室外機液管温度センサ
７８  ガス側温度センサ
７９  室温センサ
８１  中圧レシーバ
８２  冷媒間熱交換器
２００  室外機制御手段
２１０  ＣＰＵ
２２０  記憶部
２３０  通信部
２４０  センサ入力部
【図１】
2020133954.tif 000003
【図２】
2020133954.tif 000004
【図３】
2020133954.tif 000005
【図４】
2020133954.tif 000006
【図５】
2020133954.tif 000007
【図６】
2020133954.tif 000008
【図７】
2020133954.tif 000009
【図８】
2020133954.tif 000010
【図９】
2020133954.tif 000011
【図１０】
2020133954.tif 000012
【図１１】
2020133954.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月11日(2020.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、暖房運転時に、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路と、
前記室内熱交換器の下流側からインジェクション膨張弁を介して前記圧縮機に接続されたインジェクション回路と、
前記膨張弁及び前記インジェクション膨張弁を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記圧縮機の停止指示がなされた場合であって前記インジェクション膨張弁が開いているとき、前記インジェクション膨張弁の開度が全閉となるように制御される過程において前記開度が所定の開度に到達したことを検知し、前記開度が前記所定の開度に到達したタイミングで前記圧縮機を停止させる、ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記インジェクション膨張弁の開度が全閉となるように制御される過程において、前記圧縮機の回転数を最低回転数まで低下させ、その状態で前記インジェクション膨張弁が所定の開度に到達してから前記圧縮機を停止させる、ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記所定の開度は、全閉となる開度である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記所定の開度は、前記圧縮機の信頼性を確保可能な冷媒量と、前記インジェクション膨張弁の開度との関係に基づいて予め設定される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。