(57)【要約】【課題】最適な成績係数で運転を行うことである。【解決手段】蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えている。そして、圧縮機（31）には、冷媒を運転条件に応じた最適な成績係数となる湿り状態で吸入させる。また、その運転条件が変化すると、膨張弁（23）の開度調整によって圧縮機（31）の吸入冷媒を新たな運転条件に応じた最適な成績係数となる湿り状態に調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（31）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置であって、
冷媒をその時の運転状態において最適な成績係数（ＣＯＰ）となる湿り状態で上記圧縮機（31）へ吸入させる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機（31）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置であって、
冷房運転時は冷媒を過熱状態で上記圧縮機（31）へ吸入させ、暖房運転時は冷媒を湿り状態で上記圧縮機（31）へ吸入させる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機（31）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置であって、
その時の運転状態において成績係数（ＣＯＰ）が最適となる上記圧縮機（31）の目標吐出温度を設定し、冷媒を上記圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度となる湿り状態で上記圧縮機（31）へ吸入させる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項において、
上記冷媒回路（20）は、膨張弁（23）が設けられ、
上記膨張弁（23）の開度を調節することによって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調節する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項において、
上記冷媒回路（20）は、蒸発器（22,24）と圧縮機（31）の吸入側との間に気液分離器（25）が設けられ、
上記気液分離器（25）は、流量調整弁（27）を有して気液分離器（25）の液冷媒を圧縮機（31）の吸入側へ導く液インジェクション管（26）を備える一方、
上記流量調整弁（27）を調節することによって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調節する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項において、
上記冷媒回路（20）は、圧縮機（31）に該圧縮機（31）のモータ（32）を介して機械的に接続された膨張機（33）が設けられると共に、
上記冷媒回路（20）は、膨張機（33）へ向かう冷媒の一部が膨張機（33）をバイパスして流れるバイパス管（44）と、該バイパス管（44）に設けられる流量調整弁（45）とを備え、
上記流量調整弁（45）を調節することによって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調節する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項１〜３の何れか１項において、
上記冷媒回路（20）は、冷凍サイクルの高圧圧力が冷媒の臨界圧力より高くなるように構成されている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項７において、
上記冷媒は、二酸化炭素である
ことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関し、特に、最適なＣＯＰ（成績係数）で運転可能な冷凍装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍装置には、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続されてなる冷媒回路が形成されている。そして、上記膨張弁は、圧縮機へ所定の過熱度のついたガス冷媒を吸入させるように開度調整される。これにより、圧縮機が湿り圧縮して損傷するのを防止している。
【特許文献１】特開２００３−１０６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の冷凍装置では、過熱状態の高温のガス冷媒が圧縮機へ吸入されるため、吐出温度が高温となって圧縮機の効率が低下してしまい、冷凍装置の成績係数（ＣＯＰ）を考慮すると最適とはいえなかった。
【０００４】
一方、圧縮機は、本来、損傷しない限り湿り状態の冷媒を吸入させても問題はないものであり、従来では安全を見越して過剰に乾き状態とした冷媒を吸入させるようにしている。
【０００５】
そこで、本発明者らは、圧縮機へ吸入させる冷媒の乾き度（湿り状態）と成績係数との関係について調べたところ、成績係数が最高となる冷媒の乾き度（湿り状態）を見出した。したがって、本発明は、最高またはそれに近い成績係数となる適正な湿り状態の冷媒を圧縮機へ吸入させ、省エネ運転を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
具体的に、第１の発明は、圧縮機（31）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置を前提としている。そして、本発明は、冷媒をその時の運転状態において最適な成績係数（ＣＯＰ）となる湿り状態で上記圧縮機（31）へ吸入させる。
【０００７】
上記の発明では、冷媒回路（20）において冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。そして、例えば図３および図４に示すように、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力、また圧縮機（31）の圧縮効率などが運転条件として設定された運転状態ごとに最適な成績係数（ＣＯＰ）となる冷媒の乾き度（湿り状態）が設定される。上記圧縮機（31）へは、設定された乾き度の冷媒が吸入されるので、確実に最高の成績係数で運転が行われる。
【０００８】
また、第２の発明は、圧縮機（31）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置を前提としている。そして、本発明は、冷房運転時は冷媒を過熱状態で上記圧縮機（31）へ吸入させ、暖房運転時は冷媒を湿り状態で上記圧縮機（31）へ吸入させる。
【０００９】
上記の発明では、冷媒回路（20）において冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。そして、少なくとも通常の暖房運転時において、常時圧縮機（31）へ湿り状態、すなわち乾き度が１．００未満の冷媒が吸入されるので、図３および図４に示すシミュレーションの結果から分かるように、乾き度が１．００以上の過熱状態の冷媒を吸入させる場合と比べて明らかに成績係数（ＣＯＰ）が向上する。この結果、装置の省エネが図られる。また、運転条件ごとに成績係数が最高となる最適な乾き度の冷媒を圧縮機（31）へ吸入させれば、一層の省エネが図られる。
【００１０】
また、第３の発明は、圧縮機（31）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置を前提としている。そして、本発明は、その時の運転状態において成績係数（ＣＯＰ）が最適となる上記圧縮機（31）の目標吐出温度を設定し、冷媒を上記圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度となる湿り状態で上記圧縮機（31）へ吸入させる。
【００１１】
上記の発明では、冷媒回路（20）において冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。そして、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力、また圧縮機（31）の圧縮効率などの運転条件に応じて成績係数が最適となる圧縮機（31）の目標吐出温度が設定される。つまり、冷媒の乾き度が低いと、圧縮機（31）の吐出温度が低くなり、逆に冷媒の乾き度が高くなると、圧縮機（31）の吐出温度が高くなるので、各運転条件の下で冷媒の乾き度に対応する圧縮機（31）の吐出温度が定められる。このことから、図３および図４に示すように、各運転条件において成績係数が最適となる冷媒の乾き度（湿り状態）が定められ、その冷媒の乾き度に対応する圧縮機（31）の目標吐出温度が設定されることになる。したがって、上記圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度となる湿り状態で冷媒を圧縮機（31）へ吸入させれば、確実に最適な成績係数で運転が行われる。
【００１２】
さらに、上記第１〜第３の発明では、圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒が吸入されるので、過熱状態の冷媒が吸入される場合に比べて、圧縮機（31）の吐出温度が低下する。したがって、上記圧縮機（31）のモータが異常に加熱されるのを防止でき、また冷凍機油の高温による劣化が抑制される。この結果、圧縮機（31）への信頼性が向上する。
【００１３】
また、第４の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記冷媒回路（20）に膨張弁（23）が設けられている。そして、本発明は、上記膨張弁（23）の開度を調節することによって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調節する。
【００１４】
上記の発明では、例えば、圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り加減を増大させる場合、すなわち吸入冷媒の乾き度を低くする場合、膨張弁（23）の開度を大きくして蒸発器へ流す冷媒流量を増大させる。これにより、蒸発器において蒸発しきれない冷媒量が増大し、圧縮機（31）へより湿った状態の冷媒が吸入される。逆に、上記圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り加減を減少させる場合、すなわち吸入冷媒の乾き度を高くする場合には、膨張弁（23）の開度を小さくして蒸発器へ流す冷媒流量を低減する。これにより、蒸発器において蒸発しきれない冷媒量が減少し、圧縮機（31）へ湿り加減の少ない冷媒が吸入される。したがって、各運転条件に応じて成績係数が最高となる冷媒の乾き度を設定し、その乾き度に基づいて膨張弁（23）を開度調整すれば、各運転条件において成績係数が最高となる省エネ運転が行われる。
【００１５】
また、第５の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記冷媒回路（20）は、蒸発器（22,24）と圧縮機（31）の吸入側との間に気液分離器（25）が設けられている。そして、上記気液分離器（25）は、流量調整弁（27）を有して気液分離器（25）の液冷媒を圧縮機（31）の吸入側へ導く液インジェクション管（26）を備えている。さらに、本発明は、上記流量調整弁（27）を調節することによって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調節する。
【００１６】
上記の発明では、例えば、圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り加減を増大させる場合、すなわち吸入冷媒の乾き度を低くする場合、流量調整弁（27）の開度を大きくして圧縮機（31）へ吸入させる液冷媒の流量を増大させる。逆に、上記圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り加減を減少させる場合、すなわち吸入冷媒の乾き度を高くする場合には、流量調整弁（27）の開度を小さくして圧縮機（31）へ吸入させる液冷媒の流量を低減する。したがって、各運転条件に応じて成績係数が最高となる冷媒の乾き度を設定し、その乾き度に基づいて流量調整弁（27）を開度調整すれば、各運転条件において成績係数が最高となる省エネな運転が行われる。
【００１７】
また、第６の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記冷媒回路（20）は、圧縮機（31）に該圧縮機（31）のモータ（32）を介して機械的に接続された膨張機（33）が設けられている。また、上記冷媒回路（20）は、膨張機（33）へ向かう冷媒の一部が膨張機（33）をバイパスして流れるバイパス管（44）と、該バイパス管（44）に設けられる流量調整弁（45）とを備えている。そして、本発明は、上記流量調整弁（45）を調節することによって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調節する。
【００１８】
上記の発明では、例えば、圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り加減を増大させる場合、すなわち吸入冷媒の乾き度を低くする場合、流量調整弁（45）の開度を大きくし、つまり膨張機（33）をバイパスして流れる冷媒量を増大させて蒸発器へ流す冷媒流量を増大させる。これにより、蒸発器において蒸発しきれない冷媒量が増大し、圧縮機（31）へより湿った状態の冷媒が吸入される。逆に、上記圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り加減を減少させる場合、すなわち吸入冷媒の乾き度を高くする場合には、流量調整弁（45）の開度を小さくし、つまり膨張機（33）をバイパスして流れる冷媒量を減少させて蒸発器へ流す冷媒流量を低減する。これにより、蒸発器において蒸発しきれない冷媒量が減少し、圧縮機（31）へ湿り加減の少ない冷媒が吸入される。したがって、各運転条件に応じて成績係数が最高となる冷媒の乾き度を設定し、その乾き度に基づいて流量調整弁（45）を開度調整すれば、各運転条件において成績係数が最高となる省エネ運転が行われる。
【００１９】
また、上記の発明では、膨張機（33）で冷媒が膨張することによって発生したエネルギが回転動力に変換され、モータ（32）を介して圧縮機（31）の動力として回収される。この種の圧縮機（31）および膨張機（33）は、容積型のものが用いられることが通例であるため、運転条件の変化によって圧縮機（31）と膨張機（33）における冷媒流通量のバランスが崩れることがある。その場合でも、上述したように、圧縮機（31）へ吸入される冷媒の乾き度を最適とすることを前提として流量調整弁（27）を開度調整を行うことによって膨張機（33）へ流す冷媒流量を調整することにより、圧縮機（31）と膨張機（33）とにおける冷媒流量がバランスする。したがって、一層効率の高い運転が行われる。
【００２０】
また、第７の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記冷媒回路（20）が、冷凍サイクルの高圧圧力が冷媒の臨界圧力より高くなるように構成されている。
【００２１】
上記の発明では、圧縮機（31）によって冷媒がその臨界圧力より高い圧力まで圧縮される。すなわち、上記圧縮機（31）の吐出冷媒は、超臨界状態となっている。これにより、圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒が吸入されても、少なくとも吐出部では液冷媒が存在しなくなり、いわゆる液圧縮が確実に回避される。
【００２２】
また、第８の発明は、上記第７の発明において、上記冷媒が二酸化炭素である。
【００２３】
上記の発明では、冷媒が二酸化炭素（ＣＯ2）であるので、地球環境に優しい装置が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
したがって、本発明によれば、圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒を吸入させるようにしたので、過熱状態の冷媒を吸入させる場合に比べて、成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。さらに、圧縮機（31）の吸入冷媒を成績係数が最高となる湿り状態にすれば、運転の省エネを最大限に図ることができる。また、圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒を吸入させることから、圧縮機（31）の吐出温度を過熱状態の冷媒を吸入させる場合に比べて低下させることができると共に、圧縮機（31）における冷凍機油の高温による劣化を抑制することができる。したがって、機器の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
特に、第２の発明によれば、暖房運転時において、圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒を吸入させるようにしたので、少なくとも暖房運転を最適な成績係数で行うことができる。また、第３の発明によれば、各運転条件において、圧縮機（31）の吐出温度が最適な成績係数となる所定温度になるように冷媒を湿り状態で圧縮機（31）へ吸入させるようにしたので、確実に最適な成績係数で運転を行うことができる。また、圧縮機（31）の吐出温度に基づいて冷媒の湿り状態を調節すればよいので、容易に冷凍サイクルの成績係数を制御することができる。
【００２６】
また、第４〜第６の発明によれば、膨張弁（23）、各流量調整弁（27,45）の開度調整によって圧縮機（31）の吸入冷媒の湿り状態を調整するようにしたので、各種運転条件に応じて最適な成績係数に対応する冷媒の乾き度を設定すれば、幅広い運転条件において確実に成績係数が最高となる運転を行うことができる。
【００２７】
特に、第６の発明によれば、運転条件の変化によって膨張機（33）を流通する冷媒量と圧縮機（31）を流通する冷媒量とのバランスが崩れた場合でも、圧縮機（31）の吸入冷媒が最適な乾き度となることを前提として、流量調整弁（45）の開度調整によって膨張機（33）へ流す冷媒流量を調整できるので、膨張機（33）と圧縮機（31）の流通冷媒量をバランスさせることができる。これにより、一層の効率改善を図ることができる。
【００２８】
また、第７の発明によれば、冷媒回路（20）を冷凍サイクルの高圧圧力が冷媒の臨界圧力より高い超臨界サイクルを行うように構成したので、圧縮機（31）の吐出冷媒が確実に過熱状態となる。したがって、圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒を吸入させても、圧縮機（31）の吐出部では既に冷媒が過熱状態となるので、圧縮機（31）における液圧縮を確実に防止することができる。この結果、信頼性の高い装置を提供することができる。
【００２９】
また、第８の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いるようにしたので、地球環境に優しい装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
《発明の実施形態１》
本実施形態の空調機（10）は、本発明に係る冷凍装置を構成している。図１に示すように、上記空調機（10）は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機（11）と室内機（12）とを備えている。上記室外機（11）には、圧縮機（31）、四路切換弁（21）、室外熱交換器（24）、膨張弁（23）および気液分離器（25）が収納されている。上記室内機（12）には、室内熱交換器（22）が収納されている。上記室外機（11）は屋外に設置され、室内機（12）は屋内に設置されている。また、この室外機（11）と室内機（12）とは、一対の連絡配管（13,14）で接続されている。
【００３２】
上記空調機（10）には、冷媒回路（20）が設けられている。この冷媒回路（20）は、圧縮機（31）や室内熱交換器（22）などが接続されて閉回路に構成されている。また、この冷媒回路（20）は、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が充填され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。
【００３３】
上記圧縮機（31）は、機械的に接続されたモータ（32）によって駆動し、例えば全密閉型で高圧ドーム型のスクロール圧縮機により構成されている。そして、この圧縮機（31）は、冷媒をその臨界圧力より高い圧力まで圧縮するように構成されている。すなわち、上記冷媒回路（20）では、蒸気圧縮式冷凍サイクルの高圧圧力が二酸化炭素の臨界圧力より高くなる。上記室外熱交換器（24）および室内熱交換器（22）は、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外空気と熱交換する。一方、上記室内熱交換器（22）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内空気と熱交換する。
【００３４】
上記四路切換弁（21）は、４つのポートを備えている。この四路切換弁（21）は、その第１のポートが圧縮機（31）の吐出管（3a）に、第２のポートが気液分離器（25）を介して圧縮機（31）の吸入管（3b）に、第３のポートが室外熱交換器（24）の一端に、第４のポートが連絡配管（13）を介して室内熱交換器（22）の一端にそれぞれ接続されている。上記室内熱交換器（22）の他端は、連絡配管（14）および膨張弁（23）を介して室外熱交換器（24）の他端に接続されている。この四路切換弁（21）は、第１のポートと第３のポートとが連通し且つ第２のポートと第４のポートとが連通する状態（図１に示す破線側の状態）と、第１のポートと第４のポートとが連通し且つ第２のポートと第３のポートとが連通する状態（図１に示す実線側の状態）とに切り換わるように構成されている。
【００３５】
上記冷媒回路（20）は、四路切換弁（21）の切換によって冷房運転と暖房運転とに切り換わるように構成されている。つまり、上記四路切換弁（23）が図１の破線側の状態に切り換わると、冷媒回路（20）は、室外熱交換器（24）で冷媒が放熱し、室内熱交換器（22）で冷媒が蒸発する冷房運転で冷媒が循環する。また、上記四路切換弁（23）が図１の実線側の状態に切り換わると、冷媒回路（20）は、室内熱交換器（22）で冷媒が放熱し、室外熱交換器（24）で冷媒が蒸発する暖房運転で冷媒が循環する。すなわち、冷房運転時には室内熱交換器（22）が蒸発器として、室外熱交換器（24）が放熱器としてそれぞれ機能し、一方暖房運転時には室外熱交換器（24）が蒸発器として、室内熱交換器（22）が放熱器としてそれぞれ機能するように構成されている。
【００３６】
上記気液分離器（25）には、液インジェクション管（26）が設けられている。具体的に、この液インジェクション管（26）は、一端が気液分離器（25）の液貯留部に接続され、他端が圧縮機（31）の吸入管（3b）に接続されている。そして、この液インジェクション管（26）は、気液分離器（25）に貯留された液冷媒を圧縮機（31）の吸入側へ導くように構成されている。この液インジェクション管（26）には、該液インジェクション管（26）を流れる液冷媒の流量を調整するための電動弁により構成された流量調整弁（27）が設けられている。
【００３７】
上記空調機（10）は、本発明の特徴として、通常の冷房運転時には圧縮機（31）へ所定の過熱状態のガス冷媒を吸入させ、通常の暖房運転時には圧縮機（31）へ所定の乾き度（湿り状態）の冷媒を吸入させるように構成されている。すなわち、本発明は、デフロスト運転や、冷凍サイクルにおける高圧圧力が異常高圧となった場合や、圧縮機（31）の吐出温度が異常高温になった場合などの特別な運転および条件を除いた通常運転時を対象としている。
【００３８】
具体的に、冷房運転の場合、室内熱交換器（22）において冷媒が蒸発して所定の過熱状態（例えば、過熱度０〜５℃）のガス冷媒となるように、膨張弁（23）の開度が設定される。一方、暖房運転の場合、室外熱交換器（24）において冷媒が蒸発して所定の乾き度（例えば、０．８３〜０．８９）となるように、膨張弁（23）の開度が設定される。
【００３９】
この所定の乾き度は、シミュレーションによって見出されたものであり、暖房運転時における空調機（10）の成績係数（ＣＯＰ）が最適となる数値に設定されている。つまり、このシミュレーションでは、図３の上段の表および図４のＦ線のグラフに示すように、圧縮機（31）へ吸入させる冷媒の乾き度が０．８３〜０．８９をピークとして、その領域から低くなるに従っても、逆に高くなるに従っても成績係数が低下し、さらに乾き度が１．００を越えて過熱度が高くなるに従っても、同様に成績係数が一層低下していることが分かる。このことから、少なくとも乾き度が１．００未満、すなわち湿り状態の冷媒を圧縮機（31）へ吸入させることで成績係数が最適点に近づくことが分かる。
【００４０】
上記シミュレーションは、冷凍サイクルの高圧圧力が１０ＭＰａに、低圧圧力が３．５ＭＰａに設定され、室内熱交換器（22）の出口温度が２５℃に設定され、圧縮機（31）の圧縮効率が７０％に設定された運転条件の下で行ったものである。また、このシミュレーションは、冷媒に二酸化炭素（ＣＯ2）を用いて行った。したがって、上述した各種運転条件を変えながら、成績係数が最適となる乾き度を見つけ出すことによって運転条件に応じた最適な乾き度が設定される。これにより、外気温度等が変化した場合、それに基づく運転条件が設定され、その運転条件に応じた冷媒の乾き度（湿り状態）を設定すればよいことになる。
【００４１】
上記空調機（10）では、主として膨張弁（23）の開度調整によって室外熱交換器（24）における蒸発能力を調整することにより、冷媒の乾き度を調整するように構成されている。つまり、冷媒の乾き度を高くする場合には、膨張弁（23）の開度を小さくし、冷媒の乾き度を低くする場合には、膨張弁（23）の開度を大きくする。また、上記空調機（10）では、液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）の開度を調整することによっても冷媒の乾き度を調整するように構成されている。つまり、上記流量調整弁（27）の開度調整によって気液分離器（25）から圧縮機（31）へ導く液冷媒の流量を調整し、冷媒の湿り状態を調整している。
【００４２】
また、上記圧縮機（31）へ吸入させる冷媒の乾き度は、圧縮機（31）の吐出温度に基づいて判定される。すなわち、上記空調機（10）では、圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度となるように膨張弁（23）や流量調整弁（27）の開度を調節して冷媒の乾き度を調節するように構成されている。上記目標吐出温度は、成績係数が最適となる温度に設定されている。これは、圧縮機（31）へ吸入される冷媒の乾き度が低くなると、圧縮機（31）の吐出温度も低くなり、逆に冷媒の乾き度が高くなると、圧縮機（31）の吐出温度が高くなり、運転条件ごとに冷媒の乾き度に対応する圧縮機（31）の吐出温度が定められる。したがって、運転条件ごとに最適な成績係数となる冷媒の乾き度が設定され、その冷媒の乾き度に対応する圧縮機（31）の吐出温度を目標吐出温度として設定する。これにより、運転条件が変化しても、その運転条件に応じた圧縮機（31）の目標吐出温度が設定されるので、その時の運転状態で得られる最適な成績係数で運転を行うことができる。
【００４３】
−運転動作−
上記空調機（10）の運転動作について説明する。ここでは、通常の冷房運転時および暖房運転時の動作について説明する。
【００４４】
〈冷房運転〉
上記冷房運転時には、四路切換弁（21）が図１に示す破線側の状態に設定される。この状態でモータ（32）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が図１に示す一点鎖線の矢示の方向に循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。なお、上記液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）は、全閉状態に設定されている。
【００４５】
上記圧縮機（31）で圧縮された冷媒は、吐出管（3a）より吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（24）へ流れ、室外空気と熱交換して放熱する。この室外熱交換器（24）で放熱した冷媒は、膨張弁（23）で所定圧力まで減圧された後、室内熱交換器（22）にて室内空気と熱交換して蒸発し、過熱状態のガス冷媒となる。その際、室内空気が冷却される。この過熱状態のガス冷媒は、四路切換弁（21）を通って吸入管（3b）より圧縮機（31）へ吸入され、再び圧縮されて吐出される。
【００４６】
〈暖房運転〉
上記暖房運転時には、四路切換弁（21）が図１に示す実線側の状態に設定される。この状態でモータ（32）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が図１に示す実線の矢示の方向に循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。その循環の際の冷媒状態は、図２に一点鎖線で示すように、Ａ１→Ｂ１→Ｃ→Ｄのサイクルとなる。また、上記液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）は、全閉状態に設定されている。なお、図２におけるＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄのサイクルは、圧縮機（31）の吸入冷媒の過熱度がゼロである従来の冷凍サイクルを示したものである。この従来の冷凍サイクルでは、圧縮機より吐出されたＢ点の冷媒が放熱器で放熱してＣ点の冷媒となり、続いて膨張機構で減圧されてＤ点の冷媒となり、その後蒸発器で蒸発して過熱度ゼロのガス冷媒（Ａ点）となって圧縮機へ吸入される。
【００４７】
この暖房運転において、圧縮機（31）で圧縮された冷媒は、吐出管（3a）より吐出される（図２のＢ１点）。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、四路切換弁（21）を通って室内熱交換器（22）へ流れ、室内空気と熱交換して放熱する（図２のＣ点）。その際、室内空気が加熱される。この室内熱交換器（22）で放熱した冷媒は、膨張弁（23）で所定圧力まで減圧された後（図２のＤ点）、室外熱交換器（24）にて室外空気と熱交換して蒸発する（図２のＡ１点）。この状態で、蒸発した冷媒は、成績係数が最適となる所定の乾き度（湿り状態）になっている。この湿り状態の冷媒は、四路切換弁（21）を通って吸入管（3b）より圧縮機（31）へ吸入され、再び圧縮されて過熱状態の冷媒となり、吐出される。このように、暖房運転時には、最適な成績係数で運転を行うことができ、省エネ運転を図ることができる。
【００４８】
次に、上述した状態で外気温度等が変化すると、冷凍サイクルの高圧圧力や低圧圧力等が変更されて新たな運転条件が設定され、その運転条件に応じた圧縮機（31）の目標吐出温度が設定される。そして、上記圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度となるように膨張弁（23）の開度が調整され、もしくは液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）の開度が調整される。これにより、圧縮機（31）へ吸入される冷媒の乾き度が最適な乾き度となり、運転条件に応じた最適な成績係数で運転を行うことができる。
【００４９】
また、この暖房運転では、常に圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒が吸入されるので、従来のように過熱状態の冷媒を吸入させる場合と比べて、圧縮機（31）の吐出温度が著しく低下する。したがって、上記モータ（32）が異常高温となるのを防止することができ、また圧縮機（31）内の冷凍機油が高温に加熱されて劣化するのを抑制することができる。この結果、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
また、通常、上記圧縮機（31）より冷媒と共に吐出された冷凍機油の一部は、蒸発器まで流れるが、蒸発器から流出する冷媒が完全なガス状態であるために蒸発器に溜まり易くなる。ところが、本実施形態の場合、蒸発器である室外熱交換器（24）から流出する冷媒が湿り状態、つまり気液二相状態であるため、ガス状態の冷媒よりも熱交換器より冷凍機油を連行し易い。したがって、従来に比べて、圧縮機（31）へ戻される冷凍機油が多くなるので、圧縮機（31）における潤滑不良を抑制することができる。
【００５１】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態によれば、通常の暖房運転時に圧縮機（31）へ湿り状態の冷媒を吸入させるようにしたので、過熱状態の冷媒を吸入させる場合に比べて、成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。特に、運転条件に応じて成績係数が最適となる湿り状態の冷媒を圧縮機（31）へ吸入させているので、確実に最適な成績係数で運転を行うことができる。この結果、省エネ運転を一層図ることができる。
【００５２】
また、例えば、デフロスト運転や、圧縮機（31）の吐出温度が異常高温になった場合における従来の液インジェクションなどとは全く異なり、通常運転の下で成績係数を最適とすることができる。
【００５３】
さらに、成績係数が最適となる冷媒の乾き度に対応する圧縮機（31）の目標吐出温度を設定し、圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度になるように圧縮機（31）の吸入冷媒の乾き度（湿り状態）を調整するようにしたので、確実に成績係数が最適となる運転を行うことができる。
【００５４】
また、上記膨張弁（23）または流量調整弁（27）の開度調整によって圧縮機（31）の吸入冷媒の乾き度を調整するようにしたので、確実に且つ容易に最適な成績係数で運転を行うことができる。
【００５５】
また、圧縮機（31）へは湿り状態の冷媒が吸入されることから、圧縮機（31）の吐出温度が著しく低下し、モータ（32）や冷凍機油を保護することができる。この結果、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５６】
また、蒸発器である室外熱交換器（24）から流出する冷媒が気液二相の湿り状態であることから、その冷媒によって熱交換器内の冷凍機油が除去され易いので、圧縮機（31）へ戻される冷凍機油が多くなり、圧縮機（31）における潤滑不良を抑制することができる。したがって、上述した効果と相まって圧縮機（31）をより一層保護することができる。
【００５７】
《発明の実施形態２》
本実施形態の空調機（10）は、図５に示すように、上記実施形態１が冷凍サイクルの膨張機構として膨張弁（23）を備えるようにしたのに代えて、圧縮機（31）にモータ（32）を介して機械的に接続された膨張機（33）を用いるようにしたものである。
【００５８】
具体的に、上記圧縮機（31）とモータ（32）と膨張機（33）とは、ケーシングに収納されて１つのユニットを構成している。上記圧縮機（31）は、例えば、ロータリ式圧縮機やスクロール式圧縮機などの容積型圧縮機で構成されている。上記膨張機（33）は、例えば、ロータリ式膨張機やスクロール式膨張機などの容積型膨張機で構成されている。
【００５９】
上記膨張機（33）は、図示しないが、２つのシリンダを備え、前段のシリンダで膨張した後、続いて後段のシリンダでさらに膨張する、いわゆる２段式膨張機により構成されている。そして、上記膨張機（33）は、動力を回収するように構成されている。つまり、上記膨張機（33）において冷媒が膨張することにより発生するエネルギを回転動力として圧縮機（31）の駆動に利用し、動力を回収するようにしている。
【００６０】
上記圧縮機（31）や膨張機（33）のケーシングには、圧縮機（31）用の吐出管（3a）および吸入管（3b）の他に、冷媒が膨張機（33）の前段のシリンダに流入する流入ポート（3c）と、後段のシリンダから膨張後の冷媒がケーシング外に流出する流出ポート（3d）とが設けられている。
【００６１】
上記冷媒回路（20）は、室外機（11）における連絡配管（14）と室外熱交換器（24）との間にブリッジ回路（41）が設けられている。このブリッジ回路（41）は、４つの逆止弁（CV1〜CV4）をブリッジ状に接続したものである。具体的に、このブリッジ回路（41）は、第１逆止弁（CV1）および第４逆止弁（CV4）の流入側が膨張機（33）の流出ポート（3d）に、第２逆止弁（CV2）および第３逆止弁（CV3）の流出側が膨張機（33）の流入ポート（3c）に、第１逆止弁（CV1）の流出側および第２逆止弁（CV2）の流入側が連絡配管（14）を介して室内熱交換器（22）の他端に、第３逆止弁（CV3）の流入側および第４逆止弁（CV4）の流出側が室外熱交換器（24）の他端にそれぞれ接続されている。
【００６２】
上記冷媒回路（20）には、インジェクション管（42）が設けられている。このインジェクション管（42）は、一端がブリッジ回路（41）と膨張機（33）の流入ポート（3c）との間に、他端が膨張機（33）における前段および後段のシリンダの中間ポート（図示せず）にそれぞれ接続されている。上記インジェクション管（42）には、インジェクション弁（43）が設けられている。このインジェクション弁（43）は、インジェクション管（42）における冷媒流量を調節するための電動弁であって、流量調節弁を構成している。
【００６３】
また、上記冷媒回路（20）には、バイパス管（44）が設けられている。このバイパス管（44）は、一端がブリッジ回路（41）と膨張機（33）の流入ポート（3c）との間に、他端が膨張機（33）の流入ポート（3c）とブリッジ回路（41）との間にそれぞれ接続されている。上記バイパス管（44）には、バイパス弁（45）が設けられている。このバイパス弁（45）は、バイパス管（44）における冷媒流量を調節するための電動弁であって、流量調整弁を構成している。すなわち、上記バイパス管（44）は、バイパス弁（45）が開状態において、ブリッジ回路（41）から膨張機（33）へ向かう冷媒の一部が膨張機（33）をバイパスして流れるように構成されている。
【００６４】
本実施形態の空調機（10）では、上記実施形態１と同様に、冷房運転時には圧縮機（31）へ所定の過熱状態のガス冷媒を吸入させ、暖房運転時には圧縮機（31）へ所定の湿り状態の冷媒を吸入させるように構成されている。具体的に、冷房運転の場合、室内熱交換器（22）において冷媒が蒸発して所定の過熱状態（例えば、過熱度０〜５℃）のガス冷媒となるように、インジェクション弁（43）の開度が設定される。一方、暖房運転の場合、室外熱交換器（24）において冷媒が蒸発して所定の乾き度（例えば、０．７１〜０．７７）の冷媒となるようにインジェクション弁（43）の開度が設定される。この所定の乾き度は、図３の下段の表および図４のＥ線のグラフに示すように、成績係数が最適となる数値に設定されている。なお、このシミュレーションも、実施形態１と同様に、冷凍サイクルの高圧圧力が１０ＭＰａに、低圧圧力が３．５ＭＰａに設定され、室内熱交換器（22）の出口温度が２５℃に設定され、圧縮機（31）の圧縮効率が７０％に設定された運転条件の下で行ったものである。
【００６５】
そして、本実施形態の空調機（10）では、主としてインジェクション弁（43）およびバイパス弁（45）の開度調整によって冷媒の乾き度を調整するように構成されている。具体的には、上記バイパス弁（45）が全閉状態のままで、インジェクション弁（43）のみを開度調整するようになっており、例えば、冷媒の乾き度を高くする場合にはインジェクション弁（43）の開度を小さくし、冷媒の乾き度を低くする場合にはインジェクション弁（43）の開度を大きくする。そして、上記インジェクション弁（43）の開度が全開となり、インジェクション管（42）における冷媒流量がそれ以上増やせない状態になった場合には、インジェクション弁（43）の開度が全開状態のままで上記バイパス弁（45）の開度を調整するように構成されている。また、上記空調機（10）では、実施形態１と同様に、液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）の開度を調整することによっても冷媒の乾き度を調整するように構成されている。
【００６６】
−運転動作−
上記空調機（10）の動作について説明する。なお、ここでは、上記実施形態１の運転動作と異なる点について説明する。
【００６７】
〈冷房運転〉
上記冷房運転時には、四路切換弁（21）が図５に示す破線側の状態に設定される。この状態でモータ（32）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が図５に示す一点鎖線の矢示の方向に循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。なお、上記バイパス弁（45）および流量調整弁（27）は、全閉状態に設定されている。
【００６８】
上記室外熱交換器（24）で放熱した冷媒は、ブリッジ回路（41）の第３逆止弁（CV3）を通過した後、一部が流入ポート（3c）を通って膨張機（33）の前段のシリンダへ流入し、残りがインジェクション管（42）を通って膨張機（33）の中間ポートに流入する。この膨張機（33）では、冷媒が膨張し、その内部エネルギがモータ（32）の回転動力に変換されて圧縮機（31）の動力として回収される。そして、この膨張後の冷媒は、流出ポート（3d）から流出し、ブリッジ回路（41）の第１逆止弁（CV1）を通って室内熱交換器（22）へ流れる。この室内熱交換器（22）では、冷媒が室内空気と熱交換して蒸発し、過熱状態のガス冷媒となる。
【００６９】
〈暖房運転〉
上記暖房運転時には、四路切換弁（21）が図５に示す実線側の状態に切り換えられる。この状態でモータ（32）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が図５に示す実線の矢示の方向に循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。その循環の際の冷媒状態は、図２に実線で示すように、Ａ２→Ｂ２→Ｃ→Ｄ２のサイクルとなる。なお、上記バイパス弁（45）および流量調整弁（27）は、全閉状態に設定されている。
【００７０】
上記圧縮機（31）の吐出冷媒（図２のＢ２点）は、室内熱交換器（22）で放熱する（図２のＣ点）。この冷媒は、ブリッジ回路（41）の第２逆止弁（CV2）を通過した後、一部が流入ポート（3c）を通って膨張機（33）の前段のシリンダへ流入し、残りがインジェクション管（42）を通って膨張機（33）の中間ポートに流入する。この膨張機（33）では、冷媒が膨張し、その内部エネルギがモータ（32）の回転動力に変換されて圧縮機（31）の動力として回収される（図２のＤ２点）。そして、この膨張後の冷媒は、流出ポート（3d）から流出し、ブリッジ回路（41）の第４逆止弁（CV4）を通って室外熱交換器（24）へ流れる。この室外熱交換器（24）では、冷媒が室外空気と熱交換して蒸発する（図２のＡ２点）。この状態で、蒸発した冷媒は、成績係数が最適となる所定の乾き度（湿り状態）になっている。
【００７１】
次に、上述した状態で外気温度等が変化すると、冷凍サイクルの高圧圧力や低圧圧力等が変更されて新たな運転条件が設定され、その運転条件に応じた圧縮機（31）の目標吐出温度が設定される。そして、上記圧縮機（31）の吐出温度が目標吐出温度となるようにインジェクション弁（43）の開度が調整され、その開度が全開になるとバイパス弁（45）の開度が調整される。もしくは、上記液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）の開度が適宜調整される。これにより、圧縮機（31）へ吸入される冷媒の乾き度が最適な乾き度となり、運転条件に応じた最適な成績係数で運転を行うことができる。
【００７２】
また、本実施形態の空調機（10）では、運転条件の変化により、膨張機（33）を流通する冷媒量と圧縮機（31）を流通する冷媒量とのバランスが崩れた場合、圧縮機（31）の吸入冷媒が最適な乾き度となることを前提として、インジェクション管（42）から冷媒の一部を導入することにより、さらにバイパス管（44）によって冷媒の一部を膨張機（33）に対してバイパスさせることにより、膨張機（33）と圧縮機（31）の流通冷媒量をバランスさせることができる。これにより、動力回収率を向上させることができるので、一層省エネ運転を行うことができる。なお、その他の構成、作用および効果は、実施形態１と同様である。
【００７３】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７４】
例えば、上記各実施形態において、気液分離器（25）における液インジェクション管（26）の流量調整弁（27）の開度調整のみで冷媒の乾き度を調整するようにしてもよい。
【００７５】
また、上記各実施形態において、気液分離器（25）の液インジェクション管（26）を省略するようにしてもよい。つまり、各実施形態において、膨張弁（23）やインジェクション弁（43）のみを開度調整して冷媒の乾き度を調整するようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態２では、バイパス管（44）およびインジェクション管（42）の両方を設けるようにしたが、本発明は、何れか一方のみを設けてその流量調整弁で冷媒の乾き度を調整するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記各実施形態では、冷房運転および暖房運転が切換可能な空調機（10）を空調機（10）を構成するようにしたが、本発明は、暖房機能のみを備えた暖房装置に適用するようにしてもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態１に係る冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【図２】暖房運転時の冷媒回路における冷媒挙動を示すモリエル線図である。
【図３】暖房運転時における冷媒の乾き度と成績係数との関係について示すシミュレーションのデータ表である。
【図４】暖房運転時における冷媒の乾き度と成績係数との関係について示すシミュレーションのデータグラフである。
【図５】実施形態２に係る冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００８０】
10         空調機（冷凍装置）
20         冷媒回路
22         室内熱交換器（蒸発器）
24         室外熱交換器（蒸発器）
23         気液分離器
26         液インジェクション管
27         流量調整弁
31         圧縮機
32         モータ
33         膨張機
44         バイパス管
45         バイパス弁（流量調整弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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