(57)【要約】【課題】冷凍装置において、冷凍サイクルの能力を増大すると共に、二段圧縮機の信頼性の向上を図ること。【解決手段】冷凍装置は、高段圧縮機部１−２及び低段圧縮機部１−１を有する二段圧縮機１と、高圧側熱交換器３と、気液分離器５と、低圧側熱交換器７と、高圧側熱交換器３と気液分離器５との間に設けた第１の減圧装置４と、気液分離器５と低圧側熱交換器７との間に設けた第２の減圧装置６と、気液分離器５のガス出口５ｇから中間圧冷媒を高段圧縮機部１−２の吸込側に導く導入配管８と、気液分離器５のガス出口近傍の温度を検出する第１の温度検出器２２と、高段圧縮機部１−２の吸込側の中間圧冷媒導入口近傍の温度を検出する第２の温度検出器２４と、第１の温度検出器２２で検出した温度と第２の温度検出器２４で検出した温度とに基づいて第１の減圧装置４及び第２の減圧装置６の少なくとも何れかを制御する制御装置１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高段圧縮機部及び低段圧縮機部を有する二段圧縮機と、
高圧側熱交換器と、
気液分離器と、
低圧側熱交換器と、
前記高圧側熱交換器と前記気液分離器との間に設けた第１の減圧装置と、
前記気液分離器と前記低圧側熱交換器との間に設けた第２の減圧装置と、
前記気液分離器のガス出口から中間圧冷媒を前記高段圧縮機部の吸込側に導く導入配管と、
前記気液分離器のガス出口近傍の温度を検出する第１の温度検出器と、
前記高段圧縮機部の吸込側の中間圧冷媒導入口近傍の温度を検出する第２の温度検出器と、
前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度とに基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかを制御する制御装置とを備える
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差を演算し、この演算された温度差に基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷凍装置において、前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差が所定温度以上となるように、前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであり、前記所定温度は前記高段圧縮機部に吸込まれる冷媒がガス領域温度になる温度に設定されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷凍装置において、前記導入配管の途中にその管路を開閉する二方弁をさらに備え、前記温度差に基づいて絞り量を調節される前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置は膨張弁で構成されており、前記制御装置は、前記演算結果に基づいて前記膨張弁の絞り開度を所定開度以上に開いても、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差が所定値以上にならない場合に、前記二方弁を閉路するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項３に記載の冷凍装置において、前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差が所定範囲内となるように、前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１に記載の冷凍装置において、運転状態を検出する第３の温度検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記第３の温度検出器で検出した温度に基づいて前記第１の減圧装置を制御すると共に、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差に基づいて前記第２の減圧装置を制御するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項６に記載の冷凍装置において、第３の温度検出器は前記二段圧縮機の吐出側温度を検出するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項１に記載の冷凍装置において、前記二段圧縮機は、ロータリ式高段圧縮機部及びロータリ式低段圧縮機部を密閉容器内に収納し、前記低段圧縮機部の吐出部と前記高段圧縮機部の吸込部とを接続する接続配管を前記密閉容器の外部に露出するように設けたものであり、前記導入配管は、前記中間圧冷媒導入口を前記接続配管の密閉容器外側に露出する部分に接続したものであり、前記第２の温度検出器は前記中間圧冷媒導入口と前記接続配管との接続部の近傍の温度を検出するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項８に記載の冷凍装置において、前記第２の温度検出器は前記中間圧冷媒導入口と前記接続配管との接続部の近傍の導入配管における温度を検出するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項１０】
高段圧縮機部及び低段圧縮機部を有する二段圧縮機と、
室外側熱交換器と、
前記室外側熱交換器に室外空気を通風する室外送風機と、
気液分離器と、
室内側熱交換器と、
前記室内側熱交換器に室内空気を通風する室内側熱交換器と、
前記室外側熱交換器と前記気液分離器との間に設けた第１の減圧装置と、
前記気液分離器と前記室内側熱交換器との間に設けた第２の減圧装置と、
前記気液分離器のガス出口から中間圧冷媒を前記高段圧縮機部の吸込側に導く導入配管と、
前記気液分離器のガス出口近傍の温度を検出する第１の温度検出器と、
前記高段圧縮機部の吸込側の中間圧冷媒導入口近傍の温度を検出する第２の温度検出器と、
前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度とに基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかを制御する制御装置とを備える
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空気調和機において、前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差を演算し、この演算された温度差に基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであることを特徴とする空気調和機。
【請求項１２】
請求項１０に記載の空気調和機において、前記二段圧縮機から吐出された冷媒を室外側熱交換器、第１の減圧装置、気液分離器、第２の減圧装置及び室内側熱交換器の順に流す冷房サイクルと、前記二段圧縮機から吐出された冷媒を室内側熱交換器、第２の減圧装置、気液分離器、第１の減圧装置及び室外側熱交換器の順に流す暖房サイクルと、に切換える冷媒流路切換弁をさらに備え、運転状態を検出する第３の温度検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記第３の温度検出器で検出した温度に基づいて前記第１の減圧装置を制御すると共に、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差に基づいて前記第２の減圧装置を制御するものであることを特徴とする空気調和機。
【請求項１３】
請求項１０に記載の空気調和機において、前記室内側熱交換器は室内機に収納し、前記二段圧縮機、前記室外側熱交換器、前記第１の減圧装置、前記気液分離器、前記第２の減圧装置及び前記制御装置は室外機に収納し、前記室内機と前記室外機とは冷媒配管を介して接続されていることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置及び空気調和機に係り、特に気液分離器で分離したガス冷媒を二段圧縮機の高段圧縮機部の吸込側に導入する冷凍サイクルを用いた冷凍装置及び空気調和機に好適なものである。なお、冷凍装置は、冷凍サイクルを用いた装置のことであり、空気調和機を含むものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置において、二段圧縮機の高段圧縮機部の吸込部や単段圧縮機の圧縮行程途中などに気液分離器で分離したガス冷媒を導入して冷凍サイクルの能力を増大しようとする試みが種々行なわれている。
【０００３】
二段圧縮機と気液分離器を用い、冷媒ガスを気液分離器から圧縮機にインジェクションする冷凍サイクルとし、減圧装置として１個の絞り量の制御可能な膨張弁と２個のキャピラリチューブとブリッジを組んだ４個の逆止弁を使用し、膨張弁が冷房時も暖房時も気液分離器の下流側になるようにして、１個の膨張弁で冷房時も暖房時も低圧側の熱交換器の過熱度の調整をする二段圧縮式冷凍サイクル装置が特開平５−２１５４２０号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
また、二段圧縮機と気液分離器を用い、冷媒ガスを気液分離器から圧縮機にインジェクションする冷凍サイクル構成とし、高圧側の減圧装置として絞り量の制御可能な膨張弁を使用し、暖房始動時の急速暖房が必要な時に暖房負荷の大きさ（目標温度と室内の温度の差）に応じて高圧側の膨張弁を制御するヒートポンプ式暖房装置が特開平８−２００８５９号公報（特許文献２）に記載されている。
【０００５】
また、単段圧縮機と気液分離器を用い、冷媒ガスを気液分離器から圧縮機にインジェクションする冷凍サイクル構成とし、低圧側の減圧装置として絞り量の制御可能な膨張弁を使用し、圧縮機の回転数と外気温度に応じて、下流側の膨張弁の開度を制御すると共に、液インジェクション状態の場合に低圧側の膨張弁の開度を増す空気調和機が特開２００２−８１７６９号公報（特許文献３）に記載されている。
【０００６】
また、単段圧縮機と気液分離器を用い、冷媒ガスを気液分離器から圧縮機にインジェクションする冷凍サイクル構成とし、減圧装置として膨張弁と二方弁を並列に設置し、気液分離器内の冷媒圧力が高い場合に低圧側の二方弁を開いて、膨張弁をバイパスする空気調和機が特開２００３−４２５８５号公報（特許文献４）に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１５４２０号公報
【特許文献２】特開平８−２００８５９号公報
【特許文献３】特開２００２−８１７６９号公報
【特許文献４】特開２００３−４２５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
気液分離器で分離したガス冷媒を二段圧縮機の高段圧縮機部吸込部や単段圧縮機の圧縮行程途中へ導入する冷凍装置においては、ガス冷媒に液が混入されて圧縮機に導入されると、圧縮機の信頼性が低下してしまうという問題が生ずる。
【０００９】
しかし、上述した特許文献１〜４には、ガス冷媒に液が混入されて圧縮機に導入されることに対して十分な配慮がなされているとは言えなかった。すなわち、気液分離器を用いてガス冷媒を分離して圧縮機に導入するようにしたものであっても、冷凍サイクルの運転条件によっては、気液分離器から圧縮機に導入されるガス冷媒に液が混入することがあり、特許文献１〜４にはこの点に対する配慮について何ら言及されていない。
【００１０】
本発明の目的は、気液分離器で分離したガス冷媒を二段圧縮機の高段側圧縮機の吸込み部に導入して冷凍サイクルの能力を増大すると共に、二段圧縮機の高段側圧縮機に液冷媒が導入されることを防止して二段圧縮機の信頼性の向上を図ることができる冷凍装置及び空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、高段圧縮機部及び低段圧縮機部を有する二段圧縮機と、高圧側熱交換器と、気液分離器と、低圧側熱交換器と、前記高圧側熱交換器と前記気液分離器との間に設けた第１の減圧装置と、前記気液分離器と前記低圧側熱交換器との間に設けた第２の減圧装置と、前記気液分離器のガス出口から中間圧冷媒を前記高段圧縮機部の吸込側に導く導入配管と、前記気液分離器のガス出口近傍の温度を検出する第１の温度検出器と、前記高段圧縮機部の吸込側の中間圧冷媒導入口近傍の温度を検出する第２の温度検出器と、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度とに基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかを制御する制御装置とを備える冷凍装置である。
【００１２】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）：前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差を演算し、この演算された温度差に基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであること。
（２）：前記（１）において、前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差が所定温度以上となるように、前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであり、
前記所定温度は前記高段圧縮機部に吸込まれる冷媒がガス領域温度になる温度に設定されていること。
（３）：前記（２）において、前記導入配管の途中にその管路を開閉する二方弁をさらに備え、前記温度差に基づいて絞り量を調節される前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置は膨張弁で構成されており、前記制御装置は、前記演算結果に基づいて前記膨張弁の絞り開度を所定開度以上に開いても、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差が所定値以上にならない場合に、前記二方弁を閉路するものであること。
（４）：前記（２）において、前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差が所定範囲内となるように、前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであること。
（５）：運転状態を検出する第３の温度検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記第３の温度検出器で検出した温度に基づいて前記第１の減圧装置を制御すると共に、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差に基づいて前記第２の減圧装置を制御するものであること。
（６）：前記（５）において、第３の温度検出器は前記二段圧縮機の吐出側温度を検出するものであること。
（７）：前記二段圧縮機は、ロータリ式高段圧縮機部及びロータリ式低段圧縮機部を密閉容器内に収納し、前記低段圧縮機部の吐出部と前記高段圧縮機部の吸込部とを接続する接続配管を前記密閉容器の外部に露出するように設けたものであり、前記導入配管は、前記中間圧冷媒導入口を前記接続配管の密閉容器外側に露出する部分に接続したものであり、前記第２の温度検出器は前記中間圧冷媒導入口と前記接続配管との接続部の近傍の温度を検出するものであること。
（８）：前記（７）において、前記第２の温度検出器は前記中間圧冷媒導入口と前記接続配管との接続部の近傍の導入配管における温度を検出するものであること。
【００１３】
前述の目的を達成するための本発明の第２の態様は、高段圧縮機部及び低段圧縮機部を有する二段圧縮機と、室外側熱交換器と、前記室外側熱交換器に室外空気を通風する室外送風機と、気液分離器と、室内側熱交換器と、前記室内側熱交換器に室内空気を通風する室内側熱交換器と、前記室外側熱交換器と前記気液分離器との間に設けた第１の減圧装置と、前記気液分離器と前記室内側熱交換器との間に設けた第２の減圧装置と、前記気液分離器のガス出口から中間圧冷媒を前記高段圧縮機部の吸込側に導く導入配管と、前記気液分離器のガス出口近傍の温度を検出する第１の温度検出器と、前記高段圧縮機部の吸込側の中間圧冷媒導入口近傍の温度を検出する第２の温度検出器と、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度とに基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかを制御する制御装置とを備える空気調和機である。
【００１４】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）：前記制御装置は、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差を演算し、この演算された温度差に基づいて前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の少なくとも何れかの絞り量を調節するものであること。
（２）：前記二段圧縮機から吐出された冷媒を室外側熱交換器、第１の減圧装置、気液分離器、第２の減圧装置及び室内側熱交換器の順に流す冷房サイクルと、前記二段圧縮機から吐出された冷媒を室内側熱交換器、第２の減圧装置、気液分離器、第１の減圧装置及び室外側熱交換器の順に流す暖房サイクルと、に切換える冷媒流路切換弁をさらに備え、運転状態を検出する第３の温度検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記第３の温度検出器で検出した温度に基づいて前記第１の減圧装置を制御すると共に、前記第１の温度検出器で検出した温度と前記第２の温度検出器で検出した温度との温度差に基づいて前記第２の減圧装置を制御するものであること。
（３）前記室内側熱交換器は室内機に収納し、前記二段圧縮機、前記室外側熱交換器、前記第１の減圧装置、前記気液分離器、前記第２の減圧装置及び前記制御装置は室外機に収納し、前記室内機と前記室外機とは冷媒配管を介して接続されていること。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の冷凍装置及び空気調和機よれば、気液分離器で分離したガス冷媒を二段圧縮機の高段側圧縮機の吸込み部に導入して冷凍サイクルの能力を増大すると共に、二段圧縮機の高段側圧縮機に液冷媒が導入されることを防止して二段圧縮機の信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例に係る空気調和機について図１から図３を用いて説明する。本実施例の空気調和機は冷凍装置の一例として説明するものである。
【００１７】
まず、本実施例の空気調和機５０の全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例に係る空気調和機の構成図である。
【００１８】
空気調和機５０は、冷凍サイクルと、送風装置と、これらを制御する制御系とを備えて構成されている。なお、この空気調和機５０は、室内機と室外機とを冷媒配管、電気配線、信号配線などを介して接続されたセパレート形空気調和機である。
【００１９】
冷凍サイクルは、二段圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器３、第１の減圧装置４、気液分離器５、第２の減圧装置６、室内側熱交換器７、二方弁９を備え、これらを冷媒配管を介して接続することにより構成されている。室内側熱交換器７は室内機に収納され、二段圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器３、第１の減圧装置４、気液分離器５、第２の減圧装置６、二方弁９は室外機に収納されている。
【００２０】
二段圧縮機１は低段圧縮機部１−１と高段圧縮機部１−２とからなる二段の圧縮機構を有している。低段圧縮機部１−１及び高段圧縮機部１−２は、シリンダ、ロータ、ベーン、端板からなるロータリ式圧縮機部で構成されている。低段圧縮機部１−１と高段圧縮機部１−２とは、密閉容器１−３内に並置された状態で収納されている。
【００２１】
低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂと高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃは、各シリンダの側面に開口するように設けられ、互いに近接するように円周方向で同じ位置に設けられている。低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂと高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃとは、接続配管１−４を介して連通されている。この接続配管１−４は、略Ｕ字状に構成され、その両端部が密閉容器１−３を貫通して低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂ及び高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃに接続され、その中央部分が密閉容器１−３の外部に露出するように設けられている。係る接続配管１−４を設けることによって、低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂから高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃへの流通抵抗が小さいものとすることができる
四方弁２は冷媒流路切換弁の一例である。この四方弁２は、二段圧縮機１から吐出された冷媒を室外側熱交換器３、第１の減圧装置４、気液分離器５、第２の減圧装置６及び室内側熱交換器７の順に流す冷房サイクルと、二段圧縮機１から吐出された冷媒を室内側熱交換器７、第２の減圧装置６、気液分離器５、第１の減圧装置４及び室外側熱交換器３の順に流す暖房サイクルとに切換えるものである。従って、室外側熱交換器３は、冷房サイクル時に高圧側熱交換器を構成し、暖房サイクル時に低圧側熱交換器を構成する。また、室内側熱交換器７は、暖房サイクル時に高圧側熱交換器を構成し、冷房サイクル時に低圧側熱交換器を構成する。
【００２２】
第１の減圧装置４は、室外側熱交換器３と気液分離器５との間に設けられ、冷房サイクル時に室外側熱交換器３からの冷媒を減圧する高圧側減圧装置を構成し、暖房サイクル時に気液分離器５からの冷媒を減圧する低圧側減圧装置を構成する。第２の減圧装置６は、気液分離器５と室内側熱交換器７との間に設けられ、冷房サイクル時に気液分離器５からの冷媒を減圧する低圧側減圧装置を構成し、暖房サイクル時に室内側熱交換器７からの冷媒を減圧する高圧側減圧装置を構成する。なお、本実施例では、第１の減圧装置４及び第２の減圧装置６は絞り開度が制御可能な膨張弁、例えば電動式などで構成されている。
【００２３】
気液分離器５は、第１の減圧装置４と第２の減圧装置６との間に設けられ、通過する冷媒の気液を分離するためのものである。気液分離器５は、冷房サイクル時に、第１の減圧装置４からの気液混合冷媒の気液を分離して、液冷媒を第２の減圧装置６に流し、ガス冷媒を導入配管８に流すように構成されている。また、気液分離器５は、暖房サイクル時に、第２の減圧装置６からの気液混合冷媒の気液を分離して、液冷媒を第１の減圧装置４に流し、ガス冷媒を導入配管８に流すように構成されている。このように機能させるために、導入配管８が気液分離器５の上部空間に連通されるように設けられ、第１の減圧装置４からの冷媒配管と第２の減圧装置６からの冷媒配管とが気液分離器５の下部空間の両側に連通されるように設けられている。
【００２４】
気液分離器５のガス出口５ｇと高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃとは、導入配管８及び二方弁９を介して連通されている。導入配管８は、気液分離器５のガス出口から中間圧冷媒を高段圧縮機部１−２の吸込側に導いて（即ち、ガスインジェクションして）、低段圧縮機部１−１から吐出される冷媒ガスを気液分離器５のガス出口５ｇからの冷媒で冷却し、適正な過熱度にして高段圧縮機部１−２に吸込ませるためのものである。そして、導入配管８は、接続配管１−４の密閉容器外側に位置する部分（接続配管１−４の途中部分）に接続され、接続配管１−４に導入配管８の先端開口である中間圧冷媒導入口１ｊが設けられている。係る接続配管１−４と導入配管８とを組合せる構成によって、低段圧縮機部１−１から高段圧縮機部１−２への冷媒流路と気液分離器５から高段圧縮機部１−２への冷媒流路とを容易に形成することができる。そして、二方弁９は、電磁式開閉弁で構成され、導入配管８の途中に設けられて導入配管８を開閉するものである。
【００２５】
空気調和機５０における送風装置は、室外機に収納された室外送風装置と、室内機に収納された室内送風装置とからなっている。室外送風装置は、室外側熱交換器３に室外空気を流通させる室外送風機１１と、室外送風機１１を駆動する室外送風機モーター１２とを備えている。室内送風装置は、室内側熱交換器７に室内の空気を流通させる室内送風機１３と、室内送風機１３を駆動する室内送風機モーター１４とを備えている。本実施例では、室外送風機１１として軸流ファンを使用し、室内送風機１３として横流ファンを使用している。
【００２６】
空気調和機５０における制御系は、温度検出器２０〜２４と、室外機に収納された制御装置１０とを備えて構成されている。温度検出器２０〜２４は、高段圧縮機部１−２の吐出部ｄの温度を検出する温度検出器２０と、室内空気の吸込温度を検出する温度検出器２１と、気液分離器５のガス出口５ｇ近傍の温度を検出する温度検出器（第１の温度検出器）２２と、室外空気の吸込温度を検出する温度検出器２３と、高段圧縮機部１−２吸込側の中間圧冷媒導入口１ｊ近傍の温度を検出する温度検出器（第２の温度検出器）２４とから構成されている。温度検出器２０、２１、２３は第３の温度検出器を構成するものである。なお、近傍の温度には当該部分の温度も当然に含まれる。
【００２７】
そして、第２の温度検出器２４は中間圧冷媒導入口１ｊと接続配管１−４との接続部の近傍の導入配管８における温度を検出するようになっている。これによって、接続配管１−４に第２の温度検出器２４を設ける場合に比較して、中間圧冷媒導入口１ｊに導入される中間圧冷媒の温度を迅速に検出することができ、この温度に基づく制御の精度を向上することができる。
【００２８】
制御装置１０は、温度検出器２４、２２の検出結果に基づき、中間圧冷媒導入口１ｊ近傍の温度と気液分離器５のガス出口５ｇ近傍の温度との温度差を演算する機能を有している。これによって、温度センサーとして空気調和機に広く使われている信頼性の高いサーミスタなどを使用することができ、簡単な構成で確実に湿り圧縮、過剰過熱圧縮を起こさない空気調和機５０を得ることができる。
【００２９】
また、制御装置１０は、各部の温度検出器２０〜２４の検出温度や使用者の運転指令に基づいて、二段圧縮機１、四方弁２、室外送風機モーター１２、室内送風機モーター１４、第１の減圧装置４、第２の減圧装置６、二方弁９などを制御する。なお、本実施例では、制御装置１０は、演算する機能を有する制御装置と、各機器を制御する機能を有する制御装置とを一つで示してあるが、これらが分けて構成されていても良く、或いは各機器を制御する機能を有する制御装置がさらに分けて構成されていても良い。
【００３０】
次に、空気調和機５０の運転動作を図１及び図２を参照しながら説明する。図２は本実施例の空気調和機の冷凍サイクルを流れる冷媒の状態を示すモリエル線図である。この図２では、本実施例のガスインジェクションを用いた場合のモリエル線図を実線で示すと共に、ガスインジェクションを用いない比較例の場合のモリエル線図を点線で示してある。
【００３１】
まず、空気調和機５０の暖房運転について説明する。暖房運転する際には、四方弁２を図１の破線のように切換えて暖房サイクルを形成すると共に、二段圧縮機１、室外送風機モーター１２及び室内送風機モーター１４を運転する。
【００３２】
二段圧縮機１に吸込まれたガス冷媒ａは、二段圧縮機１で圧縮され、高温高圧のガス冷媒ｄとなって、図１の破線矢印の方向に流れ、四方弁２を通って暖房サイクル時に凝縮器となる室内側熱交換器７に入り、室内空気と熱交換し冷却されて凝縮され、液または気液混合の冷媒ｉとなる。図２は液冷媒ｉの場合を示す。
【００３３】
凝縮して液または気液混合の冷媒となった冷媒ｉは、第２の減圧装置６に入り、第２の減圧装置６により膨張されて減圧され、気液混合の冷媒ｈとなる。この気液混合冷媒ｈは気液分離器５に入って気液が分離される。分離された液冷媒は、気液分離器５の下部空間に溜まり、液冷媒ｆとなって第１の減圧装置４に流出される。また、分離されたガス冷媒は、気液分離器５の上部空間に溜まり、ガス冷媒ｇとなって導入配管８に流出される。
【００３４】
気液分離器５から流出された液冷媒ｆは、第１の減圧装置４で膨張されてさらに減圧され、気液混合冷媒ｅとなる。この気液混合冷媒ｅは、暖房サイクル時に蒸発器となる室外側熱交換器３に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒ａとなって二段圧縮機１に戻る。
【００３５】
係る暖房運転時に導入配管８の二方弁９を開くことにより、気液分離器５で液と分離され気液分離器５から出たガス冷媒ｇは導入配管８を通って中間圧冷媒導入口１ｊから低段圧縮機部１−１の吐出冷媒ｂと混合され、吐出冷媒ｂはガス冷媒ｇにより冷却され温度を下げられる。混合されたガス冷媒ｃは、高段圧縮機部１−２に吸込まれ、高段圧縮機部１−２で圧縮されて上述した吐出冷媒ｄとなる。
【００３６】
上述した暖房サイクルにおける動作を繰り返すことにより、暖房運転が継続される。
【００３７】
空気調和機５０の冷房運転をする際には、四方弁２を図１の実線のように切換えて冷房サイクルを形成すると共に、二段圧縮機１、室外送風機モーター１２及び室内送風機モーター１４を運転する。冷房サイクルのモリエル線図は、冷媒の流れが逆になっている点を除いて、暖房サイクルのモリエル線図と基本的には同じであるので、括弧内にその符号を示すことにより、重複する説明を省略する。
【００３８】
ここで、上述した気液分離器５及び導入配管８によるガスインジェクションサイクルを用いた本実施例の場合と、ガスインジェクションサイクルを用いない比較例の場合との暖房能力及び冷房能力について、図２を参照しながら説明する。
【００３９】
暖房運転において、比較例の場合の凝縮器７の冷媒流量をＧとし、本実施例の場合のインジェクションされる冷媒流量をＧ１とすると、本実施例で凝縮器７を流れる冷媒流量はＧ＋Ｇ１となる。従って、凝縮器出入口のエンタルピ差と冷媒流量の積である暖房能力が比較例よりも増加する。
【００４０】
一方、冷房運転おいて、比較例の蒸発能力（即ち、冷房能力）は、ａ点とｅ'点とのエンタルピの差で表され、本実施例の蒸発能力（即ち、冷房能力）はａ点とｅ点のエンタルピの差で表される。本実施例のｅ点のエンタルピは比較例のｅ'点のエンタルピよりも小さいので、本実施例においては比較例よりも蒸発能力（即ち、冷房能力）が増加する。
【００４１】
次に、空気調和機５０の第１の減圧装置４、第２の減圧装置６及び二方弁９の制御に関して、図１から図３を参照しながら説明する。図３は本実施例の空気調和機５０の暖房運転時における第１の減圧装置４の開度と運転特性を示す線図である。図３（ａ）は気液分離器５の圧力特性を示し、図３（ｂ）は第１の温度検出器２２と第２の温度検出器２４との温度差の特性を示し、図３（ｃ）はＣＯＰ比率の特性を示すものである。
【００４２】
本実施例の空気調和機５０では、運転状態を検出する温度検出器２０、２１、２３で検出した温度に基づいて高圧側減圧装置４または６を制御し、気液分離器５で分離された中間圧冷媒が高段圧縮機部１−２の吸込側に導入される状態を検出する温度検出器２２、２４で検出された温度に基づいて低圧側減圧装置６または４を制御するようになっている。このように運転状態に応じて制御する減圧装置とガスインジェクション状態に応じて制御する減圧装置とを特定することにより、制御装置１０による制御を極めて簡単なものとすることができる。なお、制御装置１０の制御が複雑であっても良い場合には、ガスインジェクション状態に応じて制御する減圧装置を特定することなく、何れか或いは両方の減圧装置を制御するようにしても良い。
【００４３】
そして、ガスインジェクションを用いた運転をする場合には、二方弁９を開路すると共に、第１の減圧装置４の絞り量を制御して気液分離器５の圧力、即ち中間圧力Ｐｍを低段圧縮機部１−１の吐出部ｂの圧力Ｐｄｌ及び高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃの圧力Ｐｓｈよりも高くする。これによって、気液分離器５で気液分離された中間圧力のガス冷媒は、導入配管８を通って中間圧冷媒導入口１ｊで低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂからのガス冷媒と合流され、高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃに流入される。なお、中間圧力Ｐｍが低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂの圧力より低くなると、低段圧縮機部１−１の吐出部１ｂからのガス冷媒が導入配管８を通って気液分離器５に流入することとなるので、この場合には二方弁９を閉じることが必要である。
【００４４】
本実施例のような２段圧縮２段膨張サイクルにおいて、中間圧力Ｐｍが高いほど、中間圧冷媒導入口１ｊにインジェクションされる飽和ガス冷媒ｇに対して飽和液冷媒ｈの割合が多くなる。この中間圧力Ｐｍは、二つの膨張弁（第１の減圧装置４及び第２の減圧装置６）により任意に調整できるが、二段圧縮機１の低段圧縮機部１−１の出口部１ｂの圧力は一定であるので、中間圧力Ｐｍを高くするほど中間圧力Ｐｍと低段圧縮機部１−１の出口部１ｂとの圧力差が大きくなり、インジェクションされる冷媒量は増加する。したがって、中間圧力Ｐｍを増加させるほど、インジェクションによる冷凍能力を増大することができる。
【００４５】
しかし、ある中間圧力Ｐｍ以上になると、中間圧冷媒導入口１ｊの比エンタルピは飽和ガス線の比エンタルピよりも小さくなる。即ち、この場合、中間圧冷媒導入口１ｊにはインジェクションする中間圧ガス冷媒中に液冷媒が存在することになる。これによって、高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃから液冷媒が吸込まれることとなり、二段圧縮機１に悪影響を及ぼして信頼性を低下させてしまう。
【００４６】
そこで、本実施例では、中間圧ガス冷媒中に液冷媒が存在するようになる中問圧力Ｐｍとならないように（換言すれば、高段圧縮機部１−２に吸込まれる冷媒がガス領域温度以上になるように）、膨張弁制御を行っている。即ち、制御装置１０は、第１の温度検出器２２で検出した温度と第２の温度検出器２４で検出した温度とに基づいて第１の減圧装置４または第２の減圧装置６を制御するようになっている。具体的には、制御装置１０は、第１の温度検出器２２で検出した温度と第２の温度検出器２４で検出した温度との温度差を演算し、この演算された温度差に基づいて第１の減圧装置４または第２の減圧装置６の絞り量を調節するようになっている。
【００４７】
第１の減圧装置４または第２の減圧装置６を上述したように制御することにより、中間圧ガス冷媒中に液冷媒が存在しない中間圧力Ｐｍ以下とすることができるので、二段圧縮機１の高段側圧縮機１−２に液冷媒が導入されることを防止して二段圧縮機１の信頼性の向上を図ることができる。
【００４８】
ガスインジェクションを行う場合において、高段圧縮機部１−２に吸込まれる冷媒の状態としては、高段圧縮機部１−２の吸込みガスに液冷媒が含まれず且つ温度が最も低いガス冷媒が最適である。このことから、過熱度０Ｋ（ケルビン）のガス冷媒を高段圧縮機部１−２の吸込部１ｃから吸込むようにすることが理想的であるが、過熱度０Ｋ（ケルビン）は気液混合状態と同じ温度であるため、実現は困難である。発明者らはこれに近い適正な過熱度を得るため種々検討を重ねた結果、上述したように気液分離器５から高段圧縮機部１−２の吸込側に導入される中間圧冷媒の二箇所の温度に基づいて減圧装置４または６を制御することにより、実用上十分に満足できる空気調和機５０を実現できたのである。
【００４９】
図３に示す暖房運転時における各特性を用いてさらに具体的に説明する。低圧側膨張弁４の開度と中間圧力Ｐｍとの相関を調べると、図３（ａ）のグラフの如く、負の１次相関特性を有していることが分かった。従って、低圧側膨張弁４の開度を制御することにより、中間圧力Ｐｍを容易に制御することができる。
【００５０】
また、低圧側膨張弁４の開度と導入配管温度差（中間圧冷媒導入口１ｊ近傍の温度と気液分離器５のガス出口５ｇ近傍の温度との温度差）との関係を調べると、図３（ｂ）のグラフの如く、低圧側膨張弁４の開度が小さいところから低圧側膨張弁４の開度を上げて行くに従って、導入配管８の温度差は大きくなって行くが、途中僅かな開度の差で導入配管温度差が大きく変わる部分があることが分かった。
【００５１】
また、低圧側膨張弁４の開度とＣＯＰ比率（中間圧冷媒導入無しの場合のＣＯＰと中間圧冷媒導入時のＣＯＰの比率）の関係を調べると、図３（ｃ）の如く、ＣＯＰ比率の良好な低圧側膨張弁４の開度範囲があることが分かった。
【００５２】
この結果を考察してみるに、低圧側膨張弁４の開度の小さいところで導入配管温度差が負になっていることから、この部分では中間圧力Ｐｍが上がりすぎて、液冷媒が過度に供給され、二段圧縮機１の効率が低下していると考えられる。更には、低圧側膨張弁４の開度を大きくし過ぎると、導入配管温度差が大きくなり、ＣＯＰ比率も下がることから、この部分では高段吸込冷媒の過熱度が大きくなり過ぎ、高段吸込冷媒の比容積が大きくなって冷媒循環量が減少すると共に、高段吐出温度が上がり過ぎて、二段圧縮機１の効率が低下していると考えられる。
【００５３】
これらのことから、本実施例では、低圧側膨張弁４の開度を導入配管温度差で制御することで良好な二段圧縮二段膨張冷凍サイクルを得られるようにしている。即ち、制御装置１０は、第１の温度検出器２２で検出した温度と第２の温度検出器２４で検出した温度との温度差が所定範囲内となるように、低圧側膨張弁４の絞り量を調節するようにしている。特に、導入配管温度差を２Ｋ（ケルビン）〜１２Ｋ（ケルビン）に制御すると、低圧側膨張弁４の開度変化に対する温度差変化も大きく、制御が容易であると共に、適切な加熱度のガス冷媒が吸込まれることとなってＣＯＰ比率も最高点に近く、効率の良い冷凍サイクルを得ることができる。
【００５４】
また、制御装置１０は、温度差の演算結果に基づいて、低圧側膨張弁４の絞り開度を所定開度以上に開いても、第１の温度検出器２２で検出した温度と第２の温度検出器２４で検出した温度との温度差が所定値以上にならない場合に、二方弁９を閉路するように制御するようになっている。これによって、二段圧縮機１の高段側圧縮機１−２に液冷媒が導入されることを防止して二段圧縮機１の信頼性の向上を図ることができる。
【００５５】
図３における各運転特性を得るため、同様の運転を冷房サイクルでも行った結果、冷房運転時も類似の運転特性が得られることが分かった。従って、冷房運転時も暖房運転時と同様の制御が可能である。本実施例では、冷房サイクルと暖房サイクルを切換可能な四方弁２を備えることにより、冷房サイクルと暖房サイクルを切換えた逆サイクル運転時にも、気液分離器５と低圧側熱交換器３または７との間に設けた膨張弁４または６の開度を調整可能となり、冷房サイクルと暖房サイクルのどちらのサイクルでも高段圧縮機部１−２の吸込み温度を中間圧力Ｐｍに応じた適正な温度に制御することができ、冷房サイクル、暖房サイクルの両方のサイクルで適正な冷凍サイクル運転を行うことができる空気調和機５０を得ることができる。
【００５６】
また、本実施例の空気調和機５０では、二段圧縮機１と、室外側熱交換器３と、気液分離器５と、減圧装置４、６と、導入配管８と、制御装置１０とを室外機に纏めて収納しているので、室内機への収納部品を増やすことが無く、制御装置１０を用いて室外機に収納した機器の動作の確認ができる。これによって、室内機を簡単な構成で小型に維持することができ、室外機を信頼性の高いものとしたセパレート型空気調和機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例に係る空気調和機の構成図である。
【図２】本実施例の空気調和機の冷凍サイクルを流れる冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】本実施例の空気調和機の暖房運転時における第１の減圧装置の開度と運転特性を示す線図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…二段圧縮機、１−１…低段圧縮機部、１−２…高段圧縮機部、１−３…密閉容器、１−４…接続配管、１ａ…低段圧縮機部の吸込部、１ｂ…低段圧縮機部の吐出部、１ｃ…高段圧縮機部の吸込部、１ｄ…高段圧縮機部の吐出部、１ｊ…中間圧冷媒導入口、２…四方弁、３…室外側熱交換器、３ｅ…冷房時凝縮器出口、４…第１の減圧装置（膨張弁）、５…気液分離器、５ｆ…冷房時気液分離器入口、５ｇ…気液分離器ガス出口、５ｈ…冷房時気液分離器液出口、６…第２の減圧装置（膨張弁）、７…室内側熱交換器、７ｉ…冷房時蒸発器入口、８…導入配管、９…二方弁、１０…制御装置、１１…室外送風機、１２…室外送風機モーター、１３…室内送風機、１４…室内送風機モーター、２０…高段吐出温度検出器（第３の温度検出器）、２１…室内温度検出器（第３の温度検出器）、２２…気液分離器ガス出口温度検出器（第１の温度検出器）、２３…室外温度検出器（第３の温度検出器）、２４…中間圧冷媒導入口温度検出器（第２の温度検出器）、
ａ…低段圧縮機部の吸込冷媒、ｂ…低段圧縮機部の吐出冷媒、ｃ…高段圧縮機部の吸込冷媒、ｄ…高段圧縮機部の吐出冷媒、ｅ…室外側熱交換器と第１の減圧装置との間の冷媒、ｆ…第１の減圧装置と気液分離器との間の冷媒、ｇ…気液分離器のガス出口冷媒、ｈ…気液分離器と第２の減圧装置との間の冷媒、ｉ…第２の減圧装置と室内側熱交換器との間の冷媒、
Ｐｓ…低段吸込圧力、Ｐｄ…高段吐出圧力、Ｐｍ…中間圧力（気液分離器の圧力）、Ｐｄｌ…低段吐出圧力、Ｐｓｈ…高段吸込圧力。
【図１】
2006138525.tif 000003
【図２】
2006138525.tif 000004
【図３】
2006138525.tif 000005