(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された前記冷媒が放熱して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器において凝縮された前記冷媒を減圧する膨張機構と、前記膨張機構において減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、が接続されて前記冷媒の循環回路を構成する主回路と、
前記蒸発器と前記圧縮機の間において、前記主回路に並列に設けられ、前記蒸発器で蒸発された前記冷媒を、前記凝縮器を流れる前記冷媒と熱交換させてから前記主回路に戻す過熱回路と、
冷房運転時には前記凝縮器として機能するとともに、暖房運転時には前記蒸発器として機能する室外熱交換器と、
前記冷房運転時には前記蒸発器として機能するとともに、前記暖房運転時には前記凝縮器として機能する室内熱交換器と、を備え、
前記過熱回路は、
前記冷房運転時に、前記凝縮器として機能する前記室外熱交換器から集熱する第１過熱回路と、
前記暖房運転時に、前記凝縮器として機能する前記室内熱交換器から集熱する第２過熱回路と、
を備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記蒸発器で蒸発された前記冷媒が、前記主回路を経由して前記圧縮機に吸入される通常運転と、
前記蒸発器で蒸発された前記冷媒が、前記過熱回路を経由し、前記主回路に戻されてから前記圧縮機に吸入される過熱運転と、を選択的に行う運転切替え機構を備える、
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記運転切替え機構は、
前記圧縮機に吸入される前記冷媒、及び、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の一方又は双方の状態に応じて、前記通常運転と前記過熱運転を切り替える、
請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記過熱回路は、前記凝縮器への送風の下流側に配置され、前記送風を介する前記冷媒からの放熱を受けて、前記主回路に戻す前記冷媒を過熱する熱交換器を備える、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを実行する冷凍装置に関し、例えばＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）冷媒を用いる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置の分野において、冷媒によるオゾン層破壊、地球温暖化が問題として挙げられ、オゾン層破壊係数を有する冷媒の消費量規制や地球温暖化係数（ＧＷＰ）の高い冷媒の代替化、あるいは冷媒漏洩の防止策など要素ごとに検討が進められている。特に自動車空調用の代替冷媒として、HFO-1234yf（２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン）が有望とされている。
【０００３】
ＨＦＯ冷媒は物性上、高圧ガス温度が低くなる傾向にあり、圧縮機から吐出される冷媒の過熱度が小さくなりやすく、これにより、圧縮機に吸入される冷媒に液相が含まれる湿り状態になると、液圧縮による圧縮機の信頼性を損なうことになる。これを回避するためには、冷媒を十分に過熱させた上で圧縮機に吸入させればよいが、冷凍装置が備える熱交換器において冷媒を過熱すると、熱交換器の能力が低下したり、冷房時の除湿性能低下により熱交換器に付随するファンに結露が生じ、水飛びを発生させたりする問題が生じうる。
【０００４】
そこで、特許文献１は、蒸発器から圧縮機に送られる冷媒を過熱する過熱機構を冷凍装置に設けることを提案している。この過熱機構は、放熱器（凝縮器）から膨張機構に送られる冷媒によって蒸発器から圧縮機に送られる冷媒を加熱するというものである。
特許文献１の提案によると、過熱機構によって蒸発器から圧縮機に送られる冷媒を加熱することで、圧縮機に吸入される冷媒が湿り状態になるのを防ぐようにしているため、圧縮機において液圧縮が生じるのを回避できる。特許文献１は、過熱機構によって冷媒を加熱するので、熱交換器の能力や冷房時の除湿性能に悪影響を与えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２２３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、放熱器から膨張機構に送られる冷媒は温度が低くなっているので、特許文献１の提案では蒸発器から圧縮機に送られる冷媒に十分な過熱を与えることができないおそれがある。
そこで本発明は、蒸発器から圧縮機に送られる冷媒に十分な過熱を与えることのできる冷凍装置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】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された冷媒が放熱して凝縮させる凝縮器と、凝縮器において凝縮された冷媒を減圧する膨張機構と、膨張機構において減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、が接続されて冷媒の循環回路を構成する主回路と、蒸発器と圧縮機の間において、主回路に並列に設けられ、蒸発器で蒸発された冷媒を、凝縮器を流れる冷媒と熱交換させてから主回路に戻す過熱回路と、を備えることを特徴とする。
本発明の冷凍装置は、高温の冷媒が導入される凝縮器を流れる冷媒と蒸発器で蒸発された冷媒を熱交換させるので、蒸発器で蒸発された冷媒に十分な過熱を与えることができる。
【０００８】
本発明の冷凍装置において、蒸発器で蒸発された冷媒が、主回路を経由して圧縮機に吸入される通常運転と、蒸発器で蒸発された冷媒が、過熱回路を経由し、主回路に戻されてから圧縮機に吸入される過熱運転と、を選択的に行う運転切替え機構を備えることができる。
この冷凍装置によると、通常運転と過熱運転を切り替えるので、熱負荷に応じた運転制御が可能である。
【０００９】
本発明の冷凍装置において、運転切替え機構は、圧縮機に吸入される冷媒、及び、圧縮機から吐出される冷媒の一方又は双方の状態に応じて、通常運転と過熱運転を切り替えることができる。
この冷凍装置によると、冷媒の状態に応じて通常運転と過熱運転を切り替えるので、適切なタイミングで運転の切り替えを行うことができる。
【００１０】
本発明の冷凍装置において、過熱回路は、凝縮器を介して冷媒の放熱を受けて、主回路に戻す冷媒を過熱する熱交換器を備えることが、過熱を効率よく行うために好ましい。
【００１１】
本発明の冷凍装置において、冷房運転時には凝縮器として機能するとともに、暖房運転時には蒸発器として機能する室外熱交換器と、冷房運転時には蒸発器として機能するとともに、暖房運転時には凝縮器として機能する室内熱交換器と、を備える。この冷房及び暖房を切替えて使用される冷凍装置において、過熱回路は、冷房運転時に、凝縮器として機能する室外熱交換器から集熱する第１過熱回路と、暖房運転時に、凝縮器として機能する室内熱交換器から集熱する第２過熱回路と、を備える。
この冷凍装置によると、冷房と暖房を切り替えて運転できる装置において、冷房運転時と暖房運転時の双方において、蒸発器で蒸発された冷媒に過熱を与えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蒸発器で蒸発された冷媒と高温の冷媒が導入される凝縮器を流れる冷媒とを熱交換させるので、蒸発器で蒸発された冷媒に十分な過熱を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１の冷凍装置を冷房として動作しているときの冷媒の流れを示し、（ａ）は冷媒の過熱を行っていない通常運転を、（ｂ）は冷媒の過熱を行っている過熱運転を示す。
【図３】図１の冷凍装置を暖房として動作しているときの冷媒の流れを示し、（ａ）は冷媒の過熱を行っていない通常運転を、（ｂ）は冷媒の過熱を行っている過熱運転を示す。
【図４】図１の冷凍装置における過熱用熱交換器の配置例を示し、（ａ）は凝縮器よりも風下に配置した例を示し、（ｂ）は凝縮器よりも風上に配置した例を示す。
【図５】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の回路構成を示す図である。
【図６】図５の冷凍装置を（冷房として）動作しているときの冷媒の流れを示し、（ａ）は冷媒の過熱を行っていない通常運転を、（ｂ）は冷媒の過熱を行っている過熱運転を示す。
【図７】図５の冷凍装置における過熱用熱交換器の配置例を示し、（ａ）は凝縮器よりも風下に配置した例を示し、（ｂ）は凝縮器よりも風上に配置した例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、第１実施形態にかかる冷凍装置１は、圧縮機１０と、室外熱交換器１３と、膨張弁１５と、室内熱交換器１６と、四方弁１８と、を備え、冷凍サイクルを実行する主回路が構成される。
冷凍装置１は、ＨＦＯ冷媒を冷媒として用いることを前提としており、主回路に加えて第１過熱回路２０と第２過熱回路３０を備え、この第１過熱回路２０又は第２過熱回路３０を稼働させることにより、圧縮機１０に吸入される冷媒を過熱する。本実施形態は、ＨＦＯ冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン）からなる単一冷媒を使用して、冷凍サイクルを行う装置である。ここで、ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、ＣＦ３−ＣＦ＝ＣＨ２の化学式で表される。
以下、冷凍装置１の構成、冷凍装置１の動作及び効果の順に説明する。
【００１５】
［冷凍装置１の構成］
主回路の構成は以下の通りである。
圧縮機１０には、圧縮された高温・高圧の冷媒（気体）が吐出される冷媒配管Ｌ１の一端が接続されている。冷媒配管Ｌ１の他端は、四方弁１８の第１ポートＰ１に接続されている。四方弁１８は、第１ポートＰ１〜第４ポートＰ４と４つのポートが設けられており、冷凍装置１の冷房運転、暖房運転に応じて、内部の流路を切り替える。
四方弁１８の第２ポートＰ２には、冷媒配管Ｌ２の一端が接続されている。冷媒配管Ｌ２の他端は、室外熱交換器１３に接続されている。
四方弁１８の第３ポートＰ３には、冷媒配管Ｌ９の一端が接続されている。冷媒配管Ｌ９の他端は、圧縮機１０の吸入側に接続されている。
四方弁１８の第４ポートＰ４には、冷媒配管Ｌ４の一端が接続されている。冷媒配管Ｌ４の他端は、室内熱交換器１６に接続されている。
室外熱交換器１３には、冷媒配管Ｌ３の一端が接続され、冷媒配管Ｌ３の他端は室内熱交換器１６に接続されている。冷媒配管Ｌ３には、膨張弁１５が設けられており、冷媒配管Ｌ３を通過する冷媒を断熱膨張させる。
【００１６】
圧縮機１０は、冷媒を圧縮する装置であり、外部の駆動源により圧縮動作を行う密閉式圧縮機及び駆動モータを内蔵する密閉式圧縮機のいずれも適用することができる。また、圧縮機構の方式についても制約はなく、ロータリー式、スクロール式のいずれをも適用することができる。また、ここでは一台の圧縮機１０を用いる例を示しているが、圧縮機１０を複数台が並列に接続して用いることもできる。
【００１７】
室外熱交換器１３は、通過する冷媒と室外空気との間で熱交換を行う空気熱交換器として構成されており、例えばフィン・アンド・チューブ型の熱交換器が適用される。室外熱交換器１３には室外ファン１４が付随して設けられており、室外ファン１４を動作させることにより吸引される室外空気を、室外熱交換器１３を送風にして通過させることで、室外空気と冷媒との間で熱交換を行なわせる。
【００１８】
室内熱交換器１６は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行う空気熱交換器として構成されており、例えばフィン・アンド・チューブ型の熱交換器が適用される。室内熱交換器１６には室内ファン１７が付随して設けられており、室内ファン１７を動作させることにより吸引される室内空気を、室内熱交換器１６を送風にして通過させることで、室内空気と冷媒との間で熱交換を行なわせる。
【００１９】
膨張弁１５は、冷房運転時に、室外熱交換器１３から室内熱交換器１６に送られる冷媒を減圧する機構であり、例えば、電子膨張弁が適用される。
【００２０】
以上の主回路構成を備える冷凍装置１は、冷房運転の際には、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒が、冷媒配管Ｌ１、四方弁１８、冷媒配管Ｌ２、室外熱交換器１３、冷媒配管Ｌ３、室内熱交換器１６、冷媒配管Ｌ４、四方弁１８及び冷媒配管Ｌ９の順に通過して、圧縮機１０に吸入される。また、暖房運転の際には、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒が、冷媒配管Ｌ１、四方弁１８、冷媒配管Ｌ４、室内熱交換器１６、冷媒配管Ｌ３、室外熱交換器１３、冷媒配管Ｌ２、四方弁１８及び冷媒配管Ｌ９の順に通過して、圧縮機１０に吸入される。ただし、以下説明する第１過熱回路２０又は第２過熱回路３０が動作する場合には、冷媒の流れの一部が変更される。
【００２１】
第１過熱回路２０は、冷房運転時に機能するものであり、図１に示すように、第１過熱熱交換器２１と、一端が第１過熱熱交換器２１に繋がり、他端が冷媒配管Ｌ４に繋がる冷媒配管Ｌ５と、一端が第１過熱熱交換器２１に繋がり、他端が冷媒配管Ｌ４に繋がる冷媒配管Ｌ６と、を備え、冷媒配管Ｌ４、冷媒配管Ｌ５、第１過熱熱交換器２１及び冷媒配管Ｌ６により、冷媒の循環回路が構成される。
【００２２】
第１過熱熱交換器２１は、室外熱交換器１３に近接して設けられ、冷媒が通過する過程で室外熱交換器１３を流れる冷媒との間で熱交換することにより、圧縮機１０に吸入される冷媒を過熱する。第１過熱熱交換器２１は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器から構成される。後述する第２過熱熱交換器３１も同様である。
【００２３】
第１過熱回路２０は、冷媒配管Ｌ４上であって、冷媒配管Ｌ５と冷媒配管Ｌ４の接続部位と冷媒配管Ｌ６と冷媒配管Ｌ４の接続部位との間に開閉弁Ｖ１を、また、冷媒配管Ｌ５上に開閉弁Ｖ２を備える。第１過熱回路２０は、また、冷媒配管Ｌ６上に逆止弁Ｖ５を備える。逆止弁Ｖ５は、第１過熱熱交換器２１から冷媒配管Ｌ４に向けた冷媒の流れを許容するが、この逆、つまり冷媒配管Ｌ４から第１過熱熱交換器２１に向けた冷媒の流れを阻止する。
第１過熱回路２０は、開閉弁Ｖ１及び開閉弁Ｖ２の開閉を制御することにより、冷媒を循環回路に引き込み第１過熱熱交換器２１にて過熱する過熱運転と、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転と、のいずれかが選択的に行われる。この選択は、後述するように、コントローラ５０が担う。
【００２４】
第１過熱熱交換器２１は室外熱交換器１３と熱交換が可能なように、室外熱交換器１３に近接して配置する。具体的には、図４（ａ）に示すように室外ファン１４による室外空気の送風の向きＡを基準にして、室外熱交換器１３より下流側、又は、図４（ｂ）に示すように、室外熱交換器１３より上流側に第１過熱熱交換器２１を配置できる。下流側及び上流側のいずれであっても、室外熱交換器１３の周囲の空気は冷媒からの放熱により例えば４０〜５０℃に暖められるので、第１過熱熱交換器２１を通る冷媒を過熱することができる。図４（ａ）に示す下流側に第１過熱熱交換器２１を設ける場合には、室外熱交換器１３を通過して暖められた空気が第１過熱熱交換器２１を通過する。図４（ｂ）に示す上流側に第１過熱熱交換器２１を設ける場合には、室外熱交換器１３に吸い込まれる前の空気が第１過熱熱交換器２１を通過する。
この配置は、室内熱交換器１６に対する第２過熱熱交換器３１の配置位置についても同様に適用することができる。
【００２５】
第２過熱回路３０は、暖房運転時に機能するものであり、図１に示すように、第２過熱熱交換器３１と、一端が第２過熱熱交換器３１に繋がり、他端が冷媒配管Ｌ２に繋がる冷媒配管Ｌ７と、一端が第２過熱熱交換器３１に繋がり、他端が冷媒配管Ｌ２に繋がる冷媒配管Ｌ８と、を備え、冷媒配管Ｌ２、冷媒配管Ｌ７、第２過熱熱交換器３１及び冷媒配管Ｌ８により、冷媒の循環回路が構成される。
【００２６】
第２過熱熱交換器３１は、室内熱交換器１６に近接して設けられ、冷媒が通過する過程で室内熱交換器１６を流れる冷媒との間で熱交換することにより、圧縮機１０に吸入される冷媒を過熱する。
【００２７】
第２過熱回路３０は、冷媒配管Ｌ２上であって、冷媒配管Ｌ７と冷媒配管Ｌ２の接続部位と冷媒配管Ｌ８と冷媒配管Ｌ２の接続部位との間に開閉弁Ｖ３を、また、冷媒配管Ｌ７上に開閉弁Ｖ４を備える。第２過熱回路３０は、また、冷媒配管Ｌ８上に逆止弁Ｖ６を備える。逆止弁Ｖ６は、第２過熱熱交換器３１から冷媒配管Ｌ２に向けた冷媒の流れを許容するが、この逆、つまり冷媒配管Ｌ２から第２過熱熱交換器３１に向けた冷媒の流れを阻止する。
第２過熱回路３０は、開閉弁Ｖ３及び開閉弁Ｖ４の開閉を制御することにより、冷媒を循環回路に引き込み第２過熱熱交換器３１にて過熱する過熱運転と、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転と、のいずれかが選択的に行われる。
【００２８】
冷凍装置１は、冷凍装置１の動作を司るコントローラ５０を備えている。
具体的には、圧縮機１０、室外ファン１４及び室内ファン１７の運転、停止、膨張弁１５の開度、四方弁１８の流路切替えを制御する。また、コントローラ５０は、第１過熱回路２０及び第２過熱回路３０に設けられる開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉動作を制御する。
コントローラ５０は、冷媒配管Ｌ１に付設された温度センサＳにより、圧縮機１０により圧縮された冷媒の温度（Ｔ）を検知する。コントローラ５０は、検知した温度Ｔと閾値温度ＴＲを比較することにより、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉動作を制御する。
【００２９】
［冷凍装置１の動作］
次に、冷凍装置１の動作について、図２を参照して冷房運転を、図３を参照して暖房運転の順に説明する。なお、図２において、コントローラ５０及び温度センサＳの記載は省略する。
冷凍装置１は、冷房運転又は暖房運転を行いながら、第１過熱回路２０又は第２過熱回路３０を機能させることにより、冷媒を過熱することができる。
なお、本願明細書において、「高圧」とは冷凍サイクルにおける高圧を意味し、「低圧」とは冷凍サイクルにおける低圧を意味している。また、図２、図３の白抜きの矢印は、冷媒が流れる向きを示している。図６も同様である。
【００３０】
［冷房運転］
冷房運転は、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転（図２（ａ））と、第１過熱回路２０の循環回路に冷媒を引き込む過熱運転（図２（ｂ））と、があるので、以下この順に説明する。なお、冷凍装置１は、コントローラ５０からの指示により、通常運転から過熱運転に切り替えること、また、過熱運転から通常運転に切り替えることができる。コントローラ５０は、温度センサＳにより検知した冷媒の温度Ｔが閾値温度ＴＲを超えていれば通常運転（ＴＲ＜Ｔ）を行うように開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉を制御し、温度Ｔが閾値温度ＴＲ以下であれば通常運転（ＴＲ≧Ｔ）を行うように開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉を制御する。
【００３１】
［通常運転：図２（ａ）］
冷凍装置１は、冷房運転時には、四方弁１８の第１ポートＰ１と第２ポートＰ２が繋がれて、また、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４が繋がれている。つまり、冷房運転時には、冷媒配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ２が繋がれ、また、冷媒配管Ｌ４と冷媒配管Ｌ９が繋がれている。
また、第１過熱回路２０及び第２過熱回路３０の開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開（ＯＮ）・閉（ＯＦＦ）の状態は、以下の通りである。なお、図２において、開いている開閉弁Ｖ１〜Ｖ４は白抜きで示し、また、閉じている開閉弁Ｖ１〜Ｖ４は黒塗りで示している。図３及び図６も同様である。
Ｖ１：開（ＯＮ）    Ｖ２：閉（ＯＦＦ）    Ｖ３：閉（ＯＦＦ）    Ｖ４：開（ＯＮ）
【００３２】
さて、圧縮機１０が運転されると、圧縮機１０で圧縮された高温高圧の冷媒（気体）は冷媒配管Ｌ１に吐出され、四方弁１８を通って冷媒配管Ｌ２を流れる。開閉弁Ｖ３が開いているので、高温高圧の冷媒は、室外熱交換器１３に流入し、室外ファン１４により送風される室外空気へ放熱して凝縮する。また、開閉弁Ｖ４が閉じられ、かつ、逆止弁Ｖ６が設けられているために、冷媒は第２過熱回路３０に流入できない。
室外熱交換器１３で凝縮して生成された常温高圧の冷媒（液体）は、室外熱交換器１３から冷媒配管Ｌ３を流れる過程で膨張弁１５により減圧されて、低温低圧の気液二相状態となり、室内熱交換器１６に向けて流れる。
室内熱交換器１６に流入した冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発する。室内ファン１７の動作により室内熱交換器１６を通過する室内空気は、冷却されて室内へ供給される。
室内熱交換器１６で蒸発して低温低圧とされた冷媒（気体）は、冷媒配管Ｌ４、四方弁１８及び冷媒配管Ｌ９を順に通ってから圧縮機１０に吸入され、圧縮機１０により高温高圧にされた後に、冷媒配管Ｌ１に吐出される。このとき、開閉弁Ｖ２が閉じられ、かつ、逆止弁Ｖ５が設けられているために、冷媒は第１過熱回路２０に流入できない。
冷凍装置１は、以上のサイクルが繰り返される間、室内の冷房が実現される。
ここで、室内熱交換器１６で蒸発して低温低圧とされた冷媒は、理想的には気体であるが、液相が混じることがある。その場合には、以下説明する過熱運転を実行する。これは暖房運転時でも同じである。
【００３３】
［過熱運転：図２（ｂ）］
次に、過熱運転について、図２（ｂ）を参照して説明する。
過熱運転の際にも圧縮機１０から高温高圧の冷媒が吐出され、室外熱交換器１３、膨張弁１５及び室内熱交換器１６を通過した後に圧縮機１０に吸入されるという基本的な冷媒の流れは変わらないので、以下では、通常運転との相違点を中心に説明する。
【００３４】
はじめに、第１過熱回路２０及び第２過熱回路３０の開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開（ＯＮ）・閉（ＯＦＦ）の状態は、以下の通りである。
Ｖ１：閉（ＯＦＦ）    Ｖ２：開（ＯＮ）    Ｖ３：開（ＯＮ）    Ｖ４：閉（ＯＦＦ）
【００３５】
室内熱交換器１６を通過した低温低圧の冷媒（気体）は、開閉弁Ｖ１が閉じているとともに開閉弁Ｖ２が開いているので、開閉弁Ｖ１の手前で冷媒配管Ｌ５に流入し、第１過熱熱交換器２１を通過してから冷媒配管Ｌ６を流れる。冷媒配管Ｌ６に設けられる逆止弁Ｖ５はこの冷媒の流れに対して順方向を向いているので、逆止弁Ｖ５を通過してから冷媒配管Ｌ４に流入し、以下は、通常運転と同様にして圧縮機１０に吸入される。
【００３６】
第１過熱回路２０を以上の順番で流れる冷媒は、第１過熱熱交換器２１を通過する際に、室内熱交換器１６を流れる高温高圧の冷媒との間の熱交換により過熱されてから、冷媒配管Ｌ６を通って冷媒配管Ｌ４に戻される。このように、第１過熱回路２０を通過してから圧縮機１０に吸入される冷媒は、第１過熱熱交換器２１において過熱される。
【００３７】
［暖房運転］
暖房運転についても、冷媒を第２過熱回路３０の循環回路に引き込まない通常運転（図３（ａ））と、第１過熱回路２０の循環回路に冷媒を引き込む過熱運転（図３（ｂ））と、があるので、以下この順に説明する。なお、暖房運転についても冷房運転と同様に、コントローラ５０が温度センサＳにより検知した冷媒の温度Ｔと閾値温度ＴＲの比較結果に基づいて、通常運転から過熱運転への切り替え、過熱運転から通常運転への切り替えることができる。
【００３８】
［通常運転：図３（ａ）］
冷凍装置１は、暖房運転時には、四方弁１８の第１ポートＰ１と第４ポートＰ４が繋がれ、また、第２ポートＰ２と第３ポートＰ３が繋がれている。つまり、暖房運転時には、冷媒配管Ｌ１と冷媒配管Ｌ４が繋がれ、また、冷媒配管Ｌ３と冷媒配管Ｌ９が繋がれている。
また、第１過熱回路２０及び第２過熱回路３０の開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開（ＯＮ）・閉（ＯＦＦ）の状態は、以下の通りであり、冷房運転と同じである。
Ｖ１：開（ＯＮ）    Ｖ２：閉（ＯＦＦ）    Ｖ３：開（ＯＮ）    Ｖ４：閉（ＯＦＦ）
【００３９】
さて、圧縮機１０が運転されると、圧縮機１０で圧縮された高温高圧の冷媒（気体）は冷媒配管Ｌ１に吐出され、四方弁１８を通って冷媒配管Ｌ４を流れる。開閉弁Ｖ１が開いているので、高温高圧の冷媒は、室内熱交換器１６に流入し、室内ファン１７により送風される室内空気と熱交換され、室内側に放熱することにより、凝縮液化される。また、開閉弁Ｖ２が閉じられ、かつ、逆止弁Ｖ５が設けられているために、冷媒は第１過熱回路２０に流入できない。
室内熱交換器１６で凝縮して生成された常温高圧の冷媒（液体）は、室内熱交換器１６から冷媒配管Ｌ３を流れる過程で膨張弁１５により減圧されて、低温低圧の気液二相状態の冷媒となり、室外熱交換器１３に向けて流れる。
室外熱交換器１３に流入した冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発する。
室外熱交換器１３で蒸発して低温低圧とされた冷媒（気体）は、冷媒配管Ｌ２、四方弁１８及び冷媒配管Ｌ９を順に通ってから圧縮機１０に吸入され、圧縮機１０により高温高圧にされた後に、冷媒配管Ｌ１に吐出される。このとき、開閉弁Ｖ４が閉じられ、かつ、逆止弁Ｖ６が設けられているために、冷媒は第２過熱回路３０に流入できない。
冷凍装置１は、以上のサイクルが繰り返される間、室内の暖房が実現される。
【００４０】
［過熱運転：図３（ｂ）］
次に、過熱運転について、図３（ｂ）を参照して説明する。
過熱運転の際にも圧縮機１０から高温高圧の冷媒が吐出され、室内熱交換器１６、膨張弁１５及び室外熱交換器１３を通過した後に圧縮機１０に吸入されるという基本的な冷媒の流れは変わらないので、以下では、通常運転との相違点を中心に説明する。
【００４１】
はじめに、第１過熱回路２０及び第２過熱回路３０の開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開（ＯＮ）・閉（ＯＦＦ）の状態は、以下の通りである。
Ｖ１：開（ＯＮ）    Ｖ２：閉（ＯＦＦ）    Ｖ３：閉（ＯＦＦ）    Ｖ４：開（ＯＮ）
【００４２】
室外熱交換器１３を通過した低温低圧の冷媒（気体）は、開閉弁Ｖ２が閉じているとともに開閉弁Ｖ４が開いているので、開閉弁Ｖ２の手前で冷媒配管Ｌ７に流入し、第２過熱熱交換器３１を通過してから冷媒配管Ｌ７を流れる。冷媒配管Ｌ７に設けられる逆止弁Ｖ６はこの冷媒の流れに対して順方向を向いているので、逆止弁Ｖ６を通過してから冷媒配管Ｌ２に流入し、以下は、通常運転と同様にして圧縮機１０に吸入される。
【００４３】
第２過熱回路３０を以上の順番で流れる冷媒は、第２過熱熱交換器３１を通過する際に、室内熱交換器１６を流れる高温高圧の冷媒との間の熱交換により過熱されてから、冷媒配管Ｌ８から冷媒配管Ｌ２に戻される。このように、第２過熱回路３０を通過してから圧縮機１０に吸入される冷媒は、第２過熱熱交換器２１において過熱される。
【００４４】
［冷凍装置１の効果］
以上説明したように、冷凍装置１は第１過熱回路２０と第２過熱回路３０を備え、冷房運転時には第１過熱回路２０を用いて冷媒を過熱してから、また、暖房運転時には第２過熱回路３０を用いて冷媒を過熱してから、圧縮機１０に吸入させる。したがって、高圧のガス温度が低くなる傾向にあるＨＦＯ冷媒を用いても、圧縮機１０に吸入される冷媒が湿り状態になるのを防ぎ、液圧縮による圧縮機１０の信頼性を損なうのを防止することができる。
【００４５】
冷凍装置１は、冷房運転時に適用される第１過熱回路２０が高温の冷媒が流れる室外熱交換器１３からの放熱される熱との間で熱交換させる。したがって、第１過熱回路２０を流れる冷媒（過熱対象冷媒）と室外熱交換器１３を流れる冷媒の温度差を大きくすることができるので、過熱対象冷媒を過熱する程度を大きくすることができる。また、冷房運転時において、室内熱交換器１６を用いて冷媒を過熱させることがないので、室内熱交換器１６の性能を落とすおそれがない。このことは、暖房運転時に適用される第２過熱回路３０についても同様である。
これに対して引用文献１の過熱機構は、冷房運転時の室外熱交換器１３を通過して液化された冷媒と過熱対象冷媒を熱交換させるものであるから、両者の温度差は小さいために、本実施形態に比べると、過熱対象冷媒を過熱する程度が小さい。
【００４６】
冷凍装置１は、四方弁１８を用いて冷媒を逆向きにして流すことにより、冷房と暖房を選択的に運転できるが、冷房運転時に対応する第１過熱回路２０と暖房運転時に対応する第２過熱回路３０を設けている。したがって、圧縮機１０は、冷房運転及び暖房運転のいずれであっても、ＨＦＯ冷媒を用いると生じやすい液圧縮を避けることができる。
【００４７】
また、冷凍装置１は、温度センサＳによる冷媒の吐出温度の検出結果に基づいて、通常運転と過熱運転を切り替えることができる。したがって、常に過熱運転を行うのに対して、熱負荷に応じた運転制御が可能という利点がある。つまり、常に過熱運転を行って熱負荷が高いと過度な過熱運転となり、冷凍機油の劣化が生たり、最悪の場合には圧縮機１０の駆動源である電動機が過熱する恐れがある。これに対して、熱負荷に応じて運転を切り換えることで、上記のような問題を防ぐことができる。
【００４８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る冷凍装置２ついて、図５〜図７を参照して説明する。
冷凍装置２は冷房専用の装置であり、冷房運転と暖房運転を切り替えるための四方弁１８を備えていないことを除くと、冷凍装置１と基本的な構成は一致する。したがって、冷凍装置１と同様の構成要素には冷凍装置１と同じ符号を付けるとともに、以下では、冷凍装置１との相違点を中心に説明する。
【００４９】
［構成］
冷凍装置２における主回路の構成について、図５を参照して説明する。
圧縮機１０には、冷媒の吐出側に冷媒配管Ｌ２の一端が接続されており、冷媒配管Ｌ２の他端は、室外熱交換器１３に接続されている。
室外熱交換器１３には、冷媒配管Ｌ３の一端が接続されている。冷媒配管Ｌ３の他端は、室内熱交換器１６に接続されている。冷媒配管Ｌ３には、膨張弁１５が設けられており、冷媒配管Ｌ３を通過する冷媒を断熱膨張させる。
室内熱交換器１６には、冷媒配管Ｌ４の一端が接続されており、冷媒配管Ｌ４の他端は、圧縮機１０の吸入側に接続されている。
【００５０】
以上の回路構成を備える冷凍装置２は、冷房運転の際に、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒（気体）は、冷媒配管Ｌ１、室外熱交換器１３、冷媒配管Ｌ３、室内熱交換器１６及び冷媒配管Ｌ４の順に通過して、圧縮機１０に吸入される。ただし、以下説明する第３過熱回路４０が動作する場合には、冷媒の流れの一部が変更される。
なお、冷凍装置２は冷房専用であるから、冷凍装置１が備える第２過熱回路３０に対応する冷媒の循環回路を備えていない。
【００５１】
第３過熱回路４０は、第３過熱熱交換器４１と、一端が第３過熱熱交換器４１に繋がり、他端が冷媒配管Ｌ４に繋がる冷媒配管Ｌ１５と、一端が第３過熱熱交換器４１に繋がり、他端が冷媒配管Ｌ４に繋がる冷媒配管Ｌ１６と、を備え、冷媒配管Ｌ４、冷媒配管Ｌ１５、第３過熱熱交換器４１及び冷媒配管Ｌ１６により、冷媒の循環回路が構成される。
【００５２】
第３過熱熱交換器４１は、第１過熱熱交換器２１と同様に機能する部材であり、室外熱交換器１３に近接して設けれ、冷媒が通過する過程で室外熱交換器１３を流れる冷媒との間で熱交換することにより、圧縮機１０に吸入される冷媒を過熱する。
【００５３】
第３過熱回路４０は、冷媒配管Ｌ４上であって、冷媒配管Ｌ１５と冷媒配管Ｌ４の接続部位と冷媒配管Ｌ１６と冷媒配管Ｌ４の接続部位との間に開閉弁Ｖ１１を、また、冷媒配管Ｌ５上に開閉弁Ｖ１２を備える。第３過熱回路４０は、また、冷媒配管Ｌ１６上に逆止弁Ｖ１５を備える。逆止弁Ｖ１５は、第３過熱熱交換器４１から冷媒配管Ｌ４に向けた冷媒の流れを許容するが、この逆、つまり冷媒配管Ｌ４から第３過熱熱交換器４１に向けた冷媒の流れを阻止する。
第３過熱回路４０は、開閉弁Ｖ１１及び開閉弁Ｖ１２の開閉を制御することにより、冷媒を循環回路に引き込み第３過熱熱交換器４１にて過熱する過熱運転と、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転と、のいずれかが選択的に行われる。
なお、図５において示す、冷媒配管Ｌ１５と冷媒配管Ｌ１６の冷媒配管Ｌ４に対する接続位置は一例であり、圧縮機１０に近接する位置にて冷媒配管Ｌ１５と冷媒配管Ｌ１６を冷媒配管Ｌ４に接続することができる。
【００５４】
第３過熱熱交換器４１は室外熱交換器１３と熱交換が可能なように、室外熱交換器１３に近接して配置する。具体的には、図７（ａ）に示すように室外ファン１４による室外空気の送風の向きＡを基準にして、室外熱交換器１３より下流側、又は、図７（ｂ）に示すように、室外熱交換器１３より上流側に第３過熱熱交換器４１を配置できる。下流側及び上流側のいずれであっても、第３過熱熱交換器４１を通る冷媒を過熱することができる。
第３過熱熱交換器４１は、図７に示すように、例えば銅製の冷媒配管を蛇行させた形態を有しているだけで、冷却フィンを備えていないが、この形態であっても、過熱するのに必要な熱を室外熱交換器１３から得る熱交換器として機能する。つまり、本発明において、機能として熱交換をし得る部材を広く熱交換器として用いることができる。なお、第３過熱熱交換器４１は、冷却フィンを備えていないので、低コスト化に寄与する。これに対して冷却フィンを備える第１過熱熱交換器２１及び第２過熱熱交換器３１は、第３過熱熱交換器４１よりも熱交換量を大きくできる。
【００５５】
［冷凍装置２の動作］
次に、冷凍装置２の動作について、図６を参照して説明する。
冷凍装置２は、冷房運転を行いながら、第３過熱回路４０を動作させることにより、冷媒を過熱することができる。
【００５６】
冷凍装置２の冷房運転においても、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転（図６（ａ））と、第３過熱回路４０の循環回路に冷媒を引き込む過熱運転（図６（ｂ））と、があるので、以下この順に説明する。なお、第１実施形態と同様に、コントローラ５０が温度センサＳにより検知した冷媒の温度Ｔと閾値温度ＴＲの比較結果に基づいて、通常運転から過熱運転への切り替え、過熱運転から通常運転への切り替えを行う。
【００５７】
［通常運転：図６（ａ）］
冷凍装置２は、通常運転を行う際の開閉弁Ｖ１１，Ｖ１２の開（ＯＮ）・閉（ＯＦＦ）は以下の通りである。
Ｖ１１：開（ＯＮ）    Ｖ１２：閉（ＯＦＦ）
【００５８】
さて、圧縮機１０の運転が行われると、圧縮機１０で圧縮された高温高圧（気体）の冷媒は冷媒配管Ｌ２に吐出され、室外熱交換器１３に流入し、室外ファン１４により送風される室外空気へ放熱して凝縮する。
室外熱交換器１３で凝縮して生成された常温高圧の冷媒（液体）は、室外熱交換器１３から冷媒配管Ｌ３を流れる過程で膨張弁１５により減圧されて、低温低圧の気液二相状態となり、室内熱交換器１６に向けて流れる。
室内熱交換器１６に流入した冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発する。室内ファン１７の動作により室内熱交換器１６を通過する室内空気は、冷却されて室内へ供給される。
室内熱交換器１６で蒸発して低温低圧とされた冷媒（気体）は、冷媒配管Ｌ４を通ってから圧縮機１０に吸入され、圧縮機１０により高温高圧にされた後に、冷媒配管Ｌ２に吐出される。このとき、開閉弁Ｖ１２が閉じられ、かつ、逆止弁Ｖ１５が設けられているために、冷媒は第３過熱回路４０に流入できない。
冷凍装置２は、以上のサイクルが繰り返される間、室内の冷房が実現される。
【００５９】
［過熱運転：図６（ｂ）］
次に、過熱運転について、図６（ｂ）を参照して説明する。
過熱運転の際にも圧縮機１０から高温高圧の冷媒が吐出され、室外熱交換器１３、膨張弁１５及び室内熱交換器１６を通過した後に圧縮機１０に吸入されるという基本的な冷媒の流れは変わらないので、以下では、通常運転との相違点を中心に説明する。
【００６０】
はじめに、第３過熱回路４０の開閉弁Ｖ１１，Ｖ１２の開（ＯＮ）・閉（ＯＦＦ）の状態は、以下の通りである。
Ｖ１１：開（ＯＮ）    Ｖ１２：閉（ＯＦＦ）
【００６１】
室内熱交換器１６を通過した低温低圧の冷媒（気体）は、開閉弁Ｖ１１が閉じているとともに開閉弁Ｖ１２が開いているので、開閉弁Ｖ１１の手前で冷媒配管Ｌ１５に流入し、第３過熱熱交換器４１を通過してから冷媒配管Ｌ１６を流れる。冷媒配管Ｌ１６に設けられる逆止弁Ｖ１５はこの冷媒の流れに対して順方向を向いているので、逆止弁Ｖ１５を通過してから冷媒配管Ｌ４に流入し、圧縮機１０に吸入される。
【００６２】
第３過熱回路４０を以上の順番で流れる冷媒は、第３過熱熱交換器４１を通過する際に、室内熱交換器１６を流れる高温高圧の冷媒との間の熱交換により過熱されてから、冷媒配管Ｌ１６を通り冷媒配管Ｌ４に戻される。このように、第３過熱回路４０を通過してから圧縮機１０に吸入される冷媒は、第３過熱熱交換器４１において過熱される。
【００６３】
［冷凍装置２の効果］
以上説明したように、冷凍装置２は第３過熱回路４０を備え、冷房運転時に第３過熱回路４０を用いて冷媒を過熱してから、圧縮機１０に吸入させる。したがって、高圧のガス温度が低くなる傾向にあるＨＦＯ冷媒を用いても、圧縮機１０に吸入される冷媒が湿り状態になるのを防ぎ、液圧縮による圧縮機１０の信頼性を損なうのを防止することができる。
【００６４】
冷凍装置２は、第３過熱回路４０が高温の冷媒が流れる室外熱交換器１３からの放熱される熱との間で熱交換させる。したがって、冷凍装置１と同様に、過熱対象冷媒を過熱する程度を大きくすることができるとともに、室内熱交換器１６の性能を落とすおそれがない。
【００６５】
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
上記実施形態は、冷媒の状態を検出するのに、冷媒配管Ｌ１に付設された温度センサＳを用いたが、本発明はこれに限定されない。検出する対象は温度に限らず、例えば冷媒の圧力を検出することによって冷媒の状態を知ることができるし、検出の位置も圧縮機１０の吐出側に限らず、吸入側で検出することもできる。
【符号の説明】
【００６６】
１，２    冷凍装置
１０      圧縮機
１３      室外熱交換器
１４      室外ファン
１５      膨張弁
１６      室内熱交換器
１７      室内ファン
１８      四方弁
２０      第１過熱回路
２１      第１過熱熱交換器
３０      第２過熱回路
３１      第２過熱熱交換器
４０      第３過熱回路
４１      第３過熱熱交換体
Ｌ１〜Ｌ９，Ｌ１５，Ｌ１６  冷媒配管
Ｐ１      第１ポート
Ｐ２      第２ポート
Ｐ３      第３ポート
Ｐ４      第４ポート
Ｓ        温度センサ
Ｖ１〜Ｖ４，Ｖ１１，Ｖ１２  開閉弁
Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１５  逆止弁
【図１】
0006522295.tif 000002
【図２】
0006522295.tif 000003
【図３】
0006522295.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006522295.tif 000007
【図７】
0006522295.tif 000008