(57)【要約】【課題】本発明の課題は、超臨界冷媒を利用した空気調和装置において、冷媒の循環量の調整が容易な空気調和装置を提供することにある。【解決手段】冷凍装置１ｂは、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、圧縮機２１と、第１熱交換器２３と、第１膨張機構Ｖ２と、過冷却熱交換器２４と、第２膨張機構Ｖ３と、第２熱交換器３１と、制御部５とを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第１熱交換器は、圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却する。第１膨張機構は、冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる。過冷却熱交換器は、第１膨張機構で減圧された冷媒を過冷却する。第２膨張機構は、過冷却熱交換器で冷却された冷媒を低圧まで減圧させる。第２熱交換器は、第２膨張機構で減圧された冷媒を加熱する。制御部は、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜めるように第１膨張機構と第２膨張機構とを調整する第１制御を行う。【選択図】図１
2008121986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、
前記冷媒を圧縮する圧縮機（２１）と、
前記圧縮機で圧縮された高圧の前記冷媒を冷却する第１熱交換器（２３）と、
前記冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる第１膨張機構（Ｖ２）と、
前記第１膨張機構で減圧された前記冷媒を過冷却する過冷却熱交換器（２４）と、
前記過冷却熱交換器で冷却された前記冷媒を低圧まで減圧させる第２膨張機構（Ｖ３）と、
前記第２膨張機構で減圧された前記冷媒を加熱する第２熱交換器（３１）と、
前記過冷却熱交換器に液体の前記冷媒を溜めるように前記第１膨張機構と前記第２膨張機構とを調整する第１制御を行う制御部（５）と、
を備える、
冷凍装置（１ｂ）。
【請求項２】
前記過冷却熱交換器における前記冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得する過冷却情報取得手段をさらに備え、
前記制御部は、前記過冷却情報に基づいて前記過冷却度を算出し、
前記第１制御は、前記過冷却度に基づいて行われる、
請求項１に記載の冷凍装置（１ｂ）。
【請求項３】
前記過冷却情報取得手段は、前記過冷却熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能な入口温度センサ（Ｔ１）と、冷媒出口温度を検出可能な出口温度センサ（Ｔ２）とからなる、
請求項２に記載の冷凍装置（１ｂ）。
【請求項４】
前記過冷却情報取得手段は、前記過冷却熱交換器において、冷媒入口圧力を検出可能な入口圧力センサと、冷媒出口温度を検出可能な出口温度センサとからなる、
請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項５】
超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、
前記冷媒を圧縮する圧縮機（２１）と、
前記冷媒を熱交換させる第１熱交換器（２３）と、
前記冷媒を減圧させる第１膨張機構（Ｖ２）と、
前記冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器（２４）と、
前記冷媒を減圧させる第２膨張機構（Ｖ３）と、
前記冷媒を熱交換させる第２熱交換器（３１）と、
前記第２熱交換器で蒸発された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記第１熱交換器に流入する第１状態と、前記第１熱交換器で蒸発された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記第２熱交換器に流入する第２状態とを切り換え可能な切換機構（Ｖ１）と、
前記切換機構が前記第１状態の場合に、高圧の前記冷媒を前記第１膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、前記過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の前記冷媒を前記第２膨張機構で低圧に減圧させることにより、前記過冷却熱交換器に液体の前記冷媒を溜める第１制御と、前記切換機構が前記第２状態の場合に、高圧の前記冷媒を前記第２膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、前記過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の前記冷媒を前記第１膨張機構で低圧に減圧させることにより、前記過冷却熱交換器に液体の前記冷媒を溜める第２制御とを行う制御部（５）と、
を備える、
冷凍装置（１ｄ）。
【請求項６】
前記過冷却熱交換器における前記冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得する過冷却情報取得手段をさらに備え、
前記制御部は、前記過冷却情報に基づいて前記過冷却度を算出し、
前記第１制御または前記第２制御は、前記過冷却度に基づいて行われる、
請求項５に記載の冷凍装置（１ｄ）。
【請求項７】
超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、
前記冷媒を圧縮する圧縮機（２１）と、前記冷媒を第１流体と熱交換させる熱源側熱交換器（２３）と、前記冷媒を減圧可能な第１膨張機構（Ｖ２）と、前記冷媒を熱交換させる熱源側補助熱交換器（２４）と、前記冷媒を減圧可能な第２膨張機構（Ｖ３）と、前記利用側熱交換器で熱交換された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記熱源側熱交換器に流入する第１状態と、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記利用側熱交換器に流入する第２状態とを切り換え可能な切換機構（Ｖ１）と、を有する熱源ユニット（２）と、
前記冷媒を熱交換させる利用側熱交換器（３１）と、前記冷媒を減圧可能である第３膨張機構（Ｖ６）と、前記冷媒を熱交換させる利用側補助熱交換器（３２）とを有する利用ユニット（３）と、
前記切換機構が前記第１状態の場合、かつ、前記第１流体の温度が前記冷媒の臨界温度未満の場合に、前記熱源側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記熱源側補助熱交換器に溜めるように前記第１膨張機構と前記第２膨張機構とを調整する第１制御を行い、前記切換機構が前記第１状態の場合、かつ、前記第１流体の温度が前記冷媒の臨界温度以上の場合に、前記利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記利用側補助熱交換器に溜めるように前記第２膨張機構と前記第３膨張機構とを調整する第２制御を行い、前記切換機構が前記第２状態の場合に、前記利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記利用側補助熱交換器に溜めるように前記第２膨張機構と前記第３膨張機構とを調整する第３制御を行う制御部（５）と、
を備える、
冷凍装置（１）。
【請求項８】
前記熱源ユニットは、前記熱源側補助熱交換器の第１過冷却度を検出可能な熱源側過冷却情報取得手段をさらに有し、
前記利用ユニットは、前記利用側補助熱交換器の第２過冷却度を検出可能な利用側過冷却情報取得手段をさらに有し、
前記第１制御は、前記第１過冷却度に基づいて行われ、
前記第２制御および前記第３制御は、前記第２過冷却度に基づいて行われる、
請求項７に記載の冷凍装置（１）。
【請求項９】
前記熱源側過冷却情報取得手段は、前記熱源側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能な第１入口温度センサ（Ｔ１）と、冷媒出口温度を検出可能な第１出口温度センサ（Ｔ２）とからなる、
請求項８に記載の冷凍装置（１）。
【請求項１０】
前記利用側過冷却情報取得手段は、前記利用側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能な第２入口温度センサと、冷媒出口温度を検出可能な第２出口温度センサとからなる、
請求項８または９に記載の冷凍装置（１）。
【請求項１１】
前記冷媒は、ＣＯ２冷媒である、
請求項１から１０のいずれかに記載の冷凍装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
超臨界域で作動する超臨界冷媒を利用した空気調和装置であって、冷凍能力の調整が容易な空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空気調和装置等として広く利用されている。この種の冷凍装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、ＣＯ２を冷媒とし、冷凍サイクルの高圧を冷媒の臨界圧力以上に設定した、いわゆる超臨界冷凍サイクルを行うものがある。
【特許文献１】特開平１０−５４６１７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、ＣＯ２冷媒などの超臨界冷媒を用いた冷凍機では、高圧側の冷媒は、液体ではなく超臨界状態のため、レシーバを設けても冷媒を溜めることが難しい。このため、冷媒の蒸発量を調整する機能があまり働かず、能力制御やＣＯＰ最適制御などが上手く機能しにくくなる。
【０００４】
本発明の課題は、超臨界冷媒を利用した空気調和装置において、冷媒の循環量の調整が容易な空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る冷凍装置は、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、圧縮機と、第１熱交換器と、第１膨張機構と、過冷却熱交換器と、第２膨張機構と、第２熱交換器と、制御部とを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第１熱交換器は、圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却する。第１膨張機構は、冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる。過冷却熱交換器は、第１膨張機構で減圧された冷媒を過冷却する。第２膨張機構は、過冷却熱交換器で冷却された冷媒を低圧まで減圧させる。第２熱交換器は、第２膨張機構で減圧された冷媒を加熱する。制御部は、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜めるように第１膨張機構と第２膨張機構とを調整する第１制御を行う。
【０００６】
本発明では、ガスクーラとして機能する第１熱交換器の出口側にさらに過冷却熱交換器を設け、その間にさらに冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる第１膨張機構を設けている。
【０００７】
したがって、第１膨張機構の開度を制御することができ、中間圧力を調整することができる。このため、過冷却熱交換器に液冷媒をため込むことができ、冷媒量の調整を行うことができる。これにより、高圧を最適に制御することができ、効率の良い運転をすることができる。
【０００８】
第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段をさらに備える。過冷却情報取得手段は、過冷却熱交換器における冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得可能である。制御部は、過冷却情報に基づいて過冷却度を算出する。第１制御は、過冷却度に基づいて行われる。
【０００９】
本発明では、過冷却情報を取得可能な過冷却情報取得手段をさらに備えており、制御部は、過冷却情報から算出した過冷却度に基づいて第１制御を行う。したがって、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第１膨張機構と第２膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。
【００１０】
第３発明に係る冷凍装置は、第２発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段は、入口温度センサと出口温度センサとからなる。入口温度センサは、過冷却熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能である。出口温度センサは、冷媒出口温度を検出可能である。
【００１１】
本発明では、過冷却熱交換器の入口温度を入口温度センサで検出し、過冷却熱交換器の出口温度を出口温度センサで検出している。入口温度センサで検出する温度は、気液二相状態の冷媒であるために、飽和液温度と等しい。したがって、得られた飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。
【００１２】
第４発明に係る冷凍装置は、第２発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段は、入口圧力センサと出口温度センサとからなる。入口圧力センサは、過冷却熱交換器において、冷媒入口圧力を検出可能である。出口温度センサは、過冷却熱交換器において、冷媒出口温度を検出可能である。
【００１３】
本発明では、過冷却熱交換器の入口圧力を入口圧力センサで検出し、過冷却熱交換器の出口温度を出口温度センサで検出している。したがって、検出した入口圧力から飽和液温度を算出し、飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。
【００１４】
第５発明に係る冷凍装置は、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、圧縮機と、第１熱交換器と、第１膨張機構と、過冷却熱交換器と、第２膨張機構と、第２熱交換器と、切換機構と、制御部とを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第１熱交換器は、冷媒を熱交換させる。第１膨張機構は、冷媒を減圧させる。過冷却熱交換器は、冷媒を過冷却させる。第２膨張機構は、冷媒を減圧させる。第２熱交換器は、冷媒を熱交換させる。切換機構は、第１状態と第２状態とを切り換え可能である。第１状態は、第２熱交換器で蒸発された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が第１熱交換器に流入する状態である。第２状態は、第１熱交換器で蒸発された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が第２熱交換器に流入する状態である。制御部は、第１制御と第２制御とを行う。第１制御は、切換機構が第１状態の場合に、高圧の冷媒を第１膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の冷媒を第２膨張機構で低圧に減圧させることにより、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜める制御である。第２制御は、切換機構が第２状態の場合に、高圧の冷媒を第２膨張機構で超臨界圧力以下の中間圧力に減圧させ、かつ、過冷却熱交換器で過冷却された中間圧力の冷媒を第１膨張機構で低圧に減圧させることにより、過冷却熱交換器に液体の冷媒を溜める制御である。
【００１５】
本発明では、第１熱交換器をガスクーラとして、かつ、第２熱交換器を蒸発器として機能させる第１状態と、第１熱交換器を蒸発器として、かつ、第２熱交換器をガスクーラとして機能させる第２状態とを切り換え可能な切換機構を備えている。第１熱交換器がガスクーラとして機能する場合に、第１熱交換器の冷媒出口側に過冷却熱交換器をさらに設け、第１熱交換器と過冷却熱交換器との間に冷媒を臨界圧力以下まで減圧させる第１膨張機構をさらに設けている。また、第２熱交換器がガスクーラとして機能する場合の第２熱交換器の冷媒出口側に過冷却熱交換器が接続されており、第２熱交換器と過冷却熱交換器との間に冷媒を臨界圧力以下まで減圧する第２膨張機構をさらに設けている。
【００１６】
したがって、例えば、冷房運転の場合には第１膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができ、また、暖房運転の場合には第３膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができる。このため、室外過冷却熱交換器（例えば冷房時）または室内過冷却熱交換器（例えば暖房時）に液冷媒を溜め込んで冷媒量の調整を行うことができ、高圧を最適に制御することができる。
【００１７】
第６発明に係る冷凍装置は、第５発明に係る冷凍装置であって、過冷却情報取得手段をさらに備える。過冷却情報取得手段は、過冷却熱交換器における冷媒の過冷却度を算出可能な過冷却情報を取得可能である。制御部は、過冷却情報に基づいて過冷却度を算出する。第１制御または第２制御は、過冷却度に基づいて行われる。
【００１８】
本発明では、過冷却情報を取得可能な過冷却情報取得手段をさらに備えており、制御部は、過冷却情報から算出した過冷却度に基づいて第１制御または第２制御を行う。したがって、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第１膨張機構と第２膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。
【００１９】
第７発明にかかる冷凍装置は、超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、熱源ユニットと、利用ユニットと、制御部とを備える。熱源ユニットは、圧縮機と、熱源側熱交換器と、第１膨張機構と、熱源側補助熱交換器と、第２膨張機構と、切換機構とを有する。圧縮機は、冷媒を圧縮する。熱源側熱交換器は、冷媒を第１流体と熱交換させる。第１膨張機構は、冷媒を減圧可能である。熱源側補助熱交換器は、冷媒を熱交換させる。第２膨張機構は、冷媒を減圧可能である。切換機構は、第１状態と第２状態とを切り換え可能である。第１状態は、利用側熱交換器で熱交換された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が熱源側熱交換器に流入する状態である。第２状態は、熱源側熱交換器で熱交換された冷媒が圧縮機に流入し、かつ、圧縮機で圧縮された冷媒が利用側熱交換器に流入する状態である。利用ユニットは、利用側熱交換器と、第３膨張機構と、利用側補助熱交換器とを有する。利用側熱交換器は、冷媒を熱交換させる。第３膨張機構は、冷媒を減圧可能である。利用側補助熱交換器は、冷媒を熱交換させる。制御部は、第１制御と、第２制御と、第３制御を行う。第１制御は、切換機構が第１状態の場合、かつ、第１流体の温度が冷媒の臨界温度未満の場合に、熱源側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の冷媒を熱源側補助熱交換器に溜めるように第１膨張機構と第２膨張機構とを調整する制御である。第２制御は、切換機構が第１状態の場合、かつ、第１流体の温度が冷媒の臨界温度以上の場合に、利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の冷媒を利用側補助熱交換器に溜めるように第２膨張機構と第３膨張機構とを調整する制御である。第３制御は、切換機構が第２状態の場合に、利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の冷媒を利用側補助熱交換器に溜めるように第２膨張機構と第３膨張機構とを調整する制御である。
【００２０】
本発明では、熱源ユニットが、第１状態と第２状態とに切り換え可能な切換機構（例えば四路切換弁）をさらに有している。また、制御部は、切換機構が第１状態の場合に（例えば冷房運転の場合に）第１膨張機構と第２膨張機構とを制御し、切換機構が第２状態に場合に（例えば暖房運転の場合に）第２膨張機構と第３膨張機構とを制御する。制御部は、例えば冷房運転で外気温が冷媒の臨界温度以上の場合に、液冷媒を熱源側過冷却熱交換器に溜めずに利用側過冷却熱交換器に溜めるように、第２膨張機構と第３膨張機構とを第３制御する。
【００２１】
したがって、制御部は、冷房運転の場合には第１膨張機構を制御して中間圧力を調整でき、暖房運転の場合には第３膨張機構を制御して中間圧力を調整できる。また、制御部は、第２膨張機構を制御して、冷房運転の場合には熱源側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整でき、暖房運転の場合には利用側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整できる。冷媒は、臨界点を超えると超臨界状態となり、冷媒量の制御が難しくなる。このため、第１流体の温度が臨界温度以上の場合では、熱源側過冷却熱交換器に冷媒を溜めることは難しい。また、利用側熱交換器では蒸発器として機能しているため、第２流体は、臨界温度以下である場合が多い。したがって、制御部が第２膨張機構と第３膨張機構とを第３制御することで、利用側過冷却熱交換器に液冷媒を溜めることができる。
【００２２】
第８発明に係る冷凍装置は、第７発明に係る冷凍装置であって、熱源ユニットは、熱源側過冷却情報取得手段をさらに有する。熱源側過冷却情報取得手段は、熱源側補助熱交換器の第１過冷却度を検出可能である。利用ユニットは、利用側過冷却情報取得手段をさらに有する。利用側過冷却情報取得手段は、利用側補助熱交換器の第２過冷却度を検出可能である。第１制御は、第１過冷却度に基づいて行われる。第２制御および第３制御は、第２過冷却度に基づいて行われる。
【００２３】
本発明では、熱源ユニットは、過冷却度の検出のために、熱源側過冷却熱交換器の冷媒の出入口に第２入口圧力検出手段と、第２出口温度検出手段とをさらに有している。これらの検出手段により、中間圧力である第２入口圧力と、第２出口温度とが得られる。
【００２４】
したがって、制御部は、これらの第２入口圧力と第２出口温度とを基に過冷却度を算出することができる。このため、制御部は、過冷却度に基づいて第１過冷却熱交換器に液冷媒を溜めこんで冷媒量の調整を行うことができる。
【００２５】
第９発明に係る冷凍装置は、第８発明に係る冷凍装置であって、熱源側過冷却情報取得手段は、第１入口温度センサと、第１出口温度センサとからなる。第１入口温度センサは、熱源側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能である。第１出口温度センサは、熱源側補助熱交換器において、冷媒出口温度を検出可能な第１出口温度センサである。
【００２６】
本発明では、熱源側補助熱交換器の冷媒の出入口に、熱源側過冷却情報取得手段として、第１入口温度センサと、第１出口温度センサとが利用されている。したがって、第１入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第１出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第１過冷却度を算出することができる。
【００２７】
第１０発明に係る冷凍装置は、第８発明または第９発明に係る冷凍装置であって、利用側過冷却情報取得手段は、第２入口温度センサと、第２出口温度センサとからなる。第２入口温度センサは、利用側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能である。第２出口温度センサは、利用側補助熱交換器において、冷媒出口温度を検出可能である。
【００２８】
本発明では、利用側補助熱交換器の冷媒の出入口に、利用側過冷却情報取得手段として、第２入口温度センサと、第２出口温度センサとが利用されている。したがって、第２入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第２出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第２過冷却度を算出することができる。
【００２９】
第１１発明に係る冷凍装置は、第１発明から第１０発明のいずれかに係る冷凍装置であって、冷媒は、ＣＯ２冷媒である。
【００３０】
本発明では、冷媒にＣＯ２冷媒を利用している。ＣＯ２冷媒は、従来の冷媒、例えばフルオロカーボン冷媒などと比べて、地球温暖化係数が１であり、数百から１万程度のフルオロカーボン冷媒よりも遙かに低い。
【００３１】
環境負荷が小さいＣＯ２冷媒を利用することで、地球環境が悪化することを抑えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
第１発明に係る冷凍装置では、第１膨張機構の開度を制御することができ、中間圧力を調整することができる。このため、過冷却熱交換器に液冷媒をため込むことができ、冷媒量の調整を行うことができる。これにより、高圧を最適に制御することができ、効率の良い運転をすることができる。
【００３３】
第２発明に係る冷凍装置では、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第１膨張機構と第２膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。
【００３４】
第３発明に係る冷凍装置では、得られた飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。
【００３５】
第４発明に係る冷凍装置では、検出した入口圧力から飽和液温度を算出し、飽和液温度と出口温度とから過冷却度を算出することができる。
【００３６】
第５発明に係る冷凍装置では、例えば、冷房運転の場合には第１膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができ、また、暖房運転の場合には第３膨張機構の開度を制御することにより中間圧力を調整することができる。このため、室外過冷却熱交換器（例えば冷房時）または室内過冷却熱交換器（例えば暖房時）に液冷媒を溜め込んで冷媒量の調整を行うことができ、高圧を最適に制御することができる。
【００３７】
第６発明に係る冷凍装置では、過冷却熱交換器内の冷媒が過冷却状態であるように第１膨張機構と第２膨張機構とを制御でき、過冷却熱交換器内の冷媒が液冷媒であるように制御できる。このため、冷媒量の調整を行うことができる。
【００３８】
第７発明に係る冷凍装置では、制御部は、冷房運転の場合には第１膨張機構を制御して中間圧力を調整でき、暖房運転の場合には第３膨張機構を制御して中間圧力を調整できる。また、制御部は、第２膨張機構を制御して、冷房運転の場合には熱源側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整でき、暖房運転の場合には利用側過冷却熱交換器の液冷媒の量を調整できる。冷媒は、臨界点を超えると超臨界状態となり、冷媒量の制御が難しくなる。このため、第１流体の温度が臨界温度以上の場合では、熱源側過冷却熱交換器に冷媒を溜めることは難しい。また、利用側熱交換器では蒸発器として機能しているため、第２流体は、臨界温度以下である場合が多い。したがって、制御部が第２膨張機構と第３膨張機構とを第３制御することで、利用側過冷却熱交換器に液冷媒を溜めることができる。
【００３９】
第８発明に係る冷凍装置では、制御部は、これらの第２入口圧力と第２出口温度とを基に過冷却度を算出することができる。このため、制御部は、過冷却度に基づいて第１過冷却熱交換器に液冷媒を溜めこんで冷媒量の調整を行うことができる。
【００４０】
第９発明に係る冷凍装置では、第１入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第１出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第１過冷却度を算出することができる。
【００４１】
第１０発明に係る冷凍装置では、第２入口温度センサにより冷媒の飽和液温度を検出でき、その飽和液温度と第２出口温度センサにより検出された冷媒出口温度とから第２過冷却度を算出することができる。
【００４２】
第１１発明に係る冷凍装置では、環境負荷が小さいＣＯ２冷媒を利用することで、地球環境が悪化することを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面に基づいて、本発明に係る空気調和装置の実施形態について説明する。
【００４４】
＜空気調和装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、２段膨張冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。本発明では、冷媒に超臨界冷媒であるＣＯ２冷媒を利用している。空気調和装置１は、主として、１台の熱源ユニットとしての室外ユニット２と、それに接続された利用ユニットとしての室内ユニット３と、室外ユニット２と室内ユニット３とを接続する冷媒連絡配管４とを備えている。冷媒連絡配管４は、液冷媒連絡配管４１とガス冷媒連絡配管４２とから構成される。すなわち、本実施形態の空気調和装置１の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット３と、冷媒連絡配管４とが接続されることによって構成されている。
【００４５】
（１）室外ユニット
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管４を介して室内ユニット３に接続されており、冷媒回路１０を構成している。
【００４６】
次に、室外ユニット２の構成について説明する。室外ユニット２は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室外側冷媒回路２０を有している。この室外側冷媒回路２０は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁Ｖ１と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、膨張機構としての第１室外膨張弁Ｖ２と、熱源側の過冷却熱交換器としての室外過冷却熱交換器２４と、膨張機構としての第２室外膨張弁Ｖ３と、液側閉鎖弁Ｖ４と、ガス側閉鎖弁Ｖ５とを有している。
【００４７】
圧縮機２１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数Ｒｍが制御されるモータ２２によって駆動される容積式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機２１は、１台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていても良い。
【００４８】
四路切換弁Ｖ１は、室外熱交換器２３をガスクーラおよび蒸発器として機能させるために設けられた弁である。四路切換弁Ｖ１は、室外熱交換器２３と、圧縮機２１の吸入側と、圧縮機２１の吐出側と、ガス冷媒連絡配管４２とに接続されている。そして、室外熱交換器２３をガスクーラとして機能させる際には、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３とを接続するとともに、圧縮機２１の吸入側とガス冷媒連絡配管４２とを接続する（図１の実線の状態）。逆に、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させる際には、室外熱交換器２３と圧縮機２１の吸入側とを接続するとともに、圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡配管４２とを接続する（図１の破線の状態）。
【００４９】
室外熱交換器２３は、ガスクーラおよび蒸発器として機能させることが可能な熱交換器であり、本実施形態において、空気を熱源として冷媒と熱交換するクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室外熱交換器２３は、一方が四路切換弁Ｖ１に接続され、他方が第１室外膨張弁Ｖ２を介して室外過冷却熱交換器２４に接続されている。
【００５０】
第１室外膨張弁Ｖ２は、室外側冷媒回路２０内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器２３と室外過冷却熱交換器２４との間に接続された電動膨張弁である。この第１室外膨張弁Ｖ２は、冷房運転の際には、２段膨張冷凍サイクルにおける１段目の膨張機構として機能し、暖房運転の際には、全開になり冷媒をそのまま室外熱交換器２３に流入させる。第１室外膨張弁Ｖ２は、１段目の膨張機構として機能する際には、高圧Ｐｈの冷媒を臨界圧力Ｐｋ以下の中間圧力Ｐｍに減圧させる。ただし、冷房運転において外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度である３１℃以上である場合には、第１室外膨張弁Ｖ２は、全開になる。
【００５１】
室外過冷却熱交換器２４は、過冷却器および蒸発器として機能させることが可能な熱交換器であり、本実施形態において、空気を熱源として冷媒と熱交換するクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室外過冷却熱交換器２４は、一方が第１室外膨張弁Ｖ２を介して室外熱交換器２３に接続され、他方が第２室外膨張弁Ｖ３を介して液冷媒連絡配管４１に接続されている。ただし、冷房運転において外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度である３１℃以上である場合には、室外熱交換器２３と同様にガスクーラとして機能する。
【００５２】
第２室外膨張弁Ｖ３は、室外側冷媒回路２０内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外過冷却熱交換器２４の液側に接続された電動膨張弁である。この第１室外膨張弁Ｖ２は、冷房運転の際も、暖房運転の際も、２段膨張冷凍サイクルにおける２段目の膨張機構として機能し、中間圧力Ｐｍの冷媒を低圧Ｐｌに減圧させる。ただし、冷房運転において外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度である３１℃以上である場合には、第２室外膨張弁Ｖ３は、２段膨張冷凍サイクルにおける１段目の膨張機構として機能し、高圧Ｐｈの冷媒を臨界圧力Ｐｋ以下の中間圧力Ｐｍに減圧させる。
【００５３】
また、室外ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２５を有している。この室外ファン２５は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ２６によって駆動されるプロペラファン等である。
【００５４】
また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。室外過冷却熱交換器２４と第１室外膨張弁Ｖ２との間に、冷媒の温度を検出する第１室外過冷却温度センサＴ１が設けられている。また、室外過冷却熱交換器２４と第２室外膨張弁Ｖ３との間に、冷媒の温度を検出する第２室外過冷却温度センサＴ２が設けられている。本実施形態において、第１室外過冷却温度センサＴ１および第２室外過冷却温度センサＴ２は、サーミスタからなる。
【００５５】
また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部２７を有している。そして、室外側制御部２７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリ、モータ２２などを制御するインバータ回路等を有しており、後述する室内ユニット３の室内側制御部３５との間で伝送線５１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室外側制御部２７と室内側制御部３５と各制御部間を接続する伝送線５１とによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部５が構成されている。
【００５６】
制御部５は、各種センサ（図示せず）の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器２１，２５，３３および弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ６を制御することができるように接続されている。
【００５７】
（２）室内ユニット
室内ユニット３は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット３は、冷媒連絡配管４を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。
【００５８】
次に、室内ユニット３の構成について説明する。室内ユニット３は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室内側冷媒回路３０を有している。この室内側冷媒回路３０は、主として、利用側熱交換器としての室内熱交換器３１と、膨張機構としての室内膨張弁Ｖ６と、利用側の過冷却器としての室内過冷却熱交換器３２とを有している。
【００５９】
室内熱交換器３１は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒のガスクーラとして機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
【００６０】
室内膨張弁Ｖ６は、第１室外膨張弁Ｖ２と同様に、室内側冷媒回路３０内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室内熱交換器３１の液側に接続された電動膨張弁である。この室内膨張弁Ｖ６は、冷房運転の際には、全開になり冷媒をそのまま室内熱交換器３１に流入させ、暖房運転の際には、２段膨張冷凍サイクルにおける１段目の膨張機構として機能する。この室内膨張弁Ｖ６も第１室外膨張弁Ｖ２と同様に、１段目の膨張機構として機能する際には、高圧Ｐｈの冷媒を中間圧力Ｐｍに減圧させる。ただし、冷房運転において外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度である３１℃以上である場合には、室内膨張弁Ｖ６は、２段膨張冷凍サイクルにおける２段目の膨張機構として機能し、中間圧力Ｐｍの冷媒を低圧Ｐｌに減圧させる。
【００６１】
室内過冷却熱交換器３２は、過冷却器および蒸発器として機能させることが可能な熱交換器であり、本実施形態において、空気を熱源として冷媒と熱交換するクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内過冷却熱交換器３２は、一方が室内膨張弁Ｖ６を介して室内熱交換器３１に接続され、他方が液冷媒連絡配管４１に接続されている。ただし、冷房運転において外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度である３１℃以上である場合には、室内熱交換器３１と同様に蒸発器として機能する。
【００６２】
また、室内ユニット３は、室内空気をユニット内に吸入して、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給する送風ファンとしての室内ファン３３を有している。室内ファン３３は、室内熱交換器３１に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ３４によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。
【００６３】
また、室内ユニット３には、各種のセンサが設けられている。室内過冷却熱交換器３２と室内膨張弁Ｖ６との間に、冷媒の温度を検出する第１室内過冷却温度センサＴ３が設けられている。また、室内過冷却熱交換器３２の液冷媒連絡配管４１側に冷媒の温度を検出する第２室内過冷却温度センサＴ４が設けられている。本実施形態において、第１室内過冷却温度センサＴ３および第２室内過冷却温度センサＴ４は、サーミスタからなる。
【００６４】
また、室内ユニット３は、室内ユニット３を構成する各部の動作を制御する室内側制御部３５を備えている。そして、室内側制御部３５は、室内ユニット３の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット３を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりや、室外ユニット２との間で伝送線５１を介して制御信号等のやりとり等を行うことができるようになっている。
【００６５】
（３）冷媒連絡配管
冷媒連絡配管４は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニット２と室内ユニット３との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。
【００６６】
＜空気調和装置の動作＞
次に、本実施形態の空気調和装置１の動作について説明する。
【００６７】
本実施形態の空気調和装置１の運転モードとしては、室内ユニット３の冷暖房の負荷に応じて、室内ユニット３の冷房を行う冷房運転と、室内ユニット３の暖房を行う暖房運転とがある。
【００６８】
以下、空気調和装置１の各運転モードにおける動作について説明する。
【００６９】
（１）冷房運転
まず、冷房運転について、図１および図２を用いて説明する。冷房運転時は、室外ユニット２の室外側冷媒回路２０において、四路切換弁Ｖ１が図１の実線で示される状態に切り換えられることによって、室外熱交換器２３がガスクーラとして機能し、かつ、室内熱交換器３１が蒸発器として機能するようになっている。
【００７０】
この冷媒回路１０の状態で、圧縮機２１、室外ファン２５、および室内ファン３３を起動すると、低圧Ｐｌのガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧Ｐｈのガス冷媒となる。高圧Ｐｈに圧縮されたガス冷媒は、室外熱交換器２３に流入する。このとき室外熱交換器２３は、ガスクーラとして機能し室外ファン２５によって供給される室外空気に熱を放出して冷媒を冷却する。そして、第１室外膨張弁Ｖ２により高圧Ｐｈの状態から冷媒の臨界圧力Ｐｋ以下の中間圧力Ｐｍまで減圧される。中間圧力Ｐｍに減圧された冷媒は、気液二相状態の冷媒となって、室外過冷却熱交換器２４に流入する。室外過冷却熱交換器２４では、冷媒は、さらに冷却されて液冷媒となり、過冷却状態となる。室外過冷却熱交換器２４では、液冷媒が溜められており、第２室外膨張弁Ｖ３により室外過冷却熱交換器２４内の液冷媒の量が制御されている。この室外過冷却熱交換器２４内に溜められた液冷媒量の制御は、第１室外過冷却温度センサＴ１と第２室外過冷却温度センサＴ２とが検出した温度から算出された冷媒の過冷却度に基づいて行われる。ここで、過冷却状態となった冷媒は、第２室外膨張弁Ｖ３によって圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧Ｐｌの気液二相状態の冷媒となる。
【００７１】
そして、低圧Ｐｌの冷媒は、液側閉鎖弁Ｖ４および液冷媒連絡配管４１を経由して室内ユニット３に送られる。この室内ユニット３に送られた低圧Ｐｌの液冷媒は、室内過冷却熱交換器３２と室内熱交換器３１とにおいて室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧Ｐｌのガス冷媒となる。このとき、室内膨張弁Ｖ６は、全開になっている。低圧Ｐｌのガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管４２を経由して室外ユニット２に送られ、ガス側閉鎖弁Ｖ５を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。
【００７２】
なお、外気温が３１℃（ＣＯ２冷媒の臨界温度）以上になる場合には、前述の場合とは異なる制御を行う。以下にその制御について説明する。第１室外膨張弁Ｖ２を全開にして、室外熱交換器２３および室外過冷却熱交換器２４をガスクーラとして機能させる。そして、第２室外膨張弁Ｖ３で室外熱交換器２３および室外過冷却熱交換器２４により冷却された高圧Ｐｈの冷媒を臨界圧力Ｐｋ以下の中間圧力Ｐｍまで減圧する。中間圧力Ｐｍまで減圧された冷媒は、室内ユニット３に送られ、室内過冷却熱交換器３２でさらに冷却されて液冷媒となり、過冷却状態となる。室内過冷却熱交換器３２では、液冷媒が溜められており、室内膨張弁Ｖ６により室内過冷却熱交換器３２内の液冷媒の量が制御されている。この室内過冷却熱交換器３２内に溜められた液冷媒量の制御は、第１室内過冷却温度センサＴ３と第２室内過冷却温度センサＴ４とが検出した温度から算出された冷媒の過冷却度に基づいて行われる。過冷却状態となった冷媒は、室内膨張弁Ｖ６によって圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧Ｐｌの気液二相状態の冷媒となる。そして、低圧Ｐｌの冷媒は、室内熱交換器３１において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧Ｐｌ逃す冷媒となる。低圧Ｐｌのガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管４２を経由して室外ユニット２に送られ、ガス側閉鎖弁Ｖ５を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。
【００７３】
（２）暖房運転
暖房運転時は、室外ユニット２の室外側冷媒回路２０において、四路切換弁Ｖ１が図１の破線で示される状態に切り換えられることによって、室外熱交換器２３が蒸発器として機能し、かつ、室内熱交換器３１がガスクーラとして機能するようになっている。
【００７４】
この冷媒回路１０の状態で、圧縮機２１、室外ファン２５、および室内ファン３３を起動すると、低圧Ｐｌのガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧Ｐｈのガス冷媒となり、四路切換弁Ｖ１、ガス側閉鎖弁Ｖ５を経由して、ガス冷媒連絡配管４２に送られる。
【００７５】
そして、ガス冷媒連絡配管４２に送られた高圧Ｐｈのガス冷媒は、室内ユニット３に送られる。この室内ユニット３に送られた高圧Ｐｈのガス冷媒は、室内熱交換器３１に送られる。この冷媒は、室内熱交換器３１において、室内空気と熱交換を行って冷却されて高圧Ｐｈの液冷媒となった後、室内膨張弁Ｖ６を通過する際に、室内膨張弁Ｖ６の弁開度に応じて中間圧力Ｐｍまで減圧される。中間圧力Ｐｍに減圧された冷媒は、気液二相状態の冷媒となって、室内過冷却熱交換器３２に流入する。室内過冷却熱交換器３２では、冷媒は、さらに冷却されて液冷媒となり、過冷却状態となる。室内過冷却熱交換器３２では、液冷媒が溜められており、第２室外膨張弁Ｖ３により室内過冷却熱交換器３２内の液冷媒の量が制御されている。この室内過冷却熱交換器３２内に溜められた液冷媒量の制御は、第１室内過冷却温度センサＴ３と第２室内過冷却温度センサＴ４とが検出した温度から算出された冷媒の過冷却度に基づいて行われる。
【００７６】
そして、過冷却状態となった冷媒は、液冷媒連絡配管４１を経由して室外ユニット２に送られる。この冷媒は、液側閉鎖弁Ｖ４を経由して、第２室外膨張弁Ｖ３によって圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧Ｐｌの気液二相状態の冷媒となる。低圧Ｐｌに減圧された冷媒は、室外過冷却熱交換器２４と室外熱交換器２３とにおいて外気と熱交換を行って蒸発して低圧Ｐｌのガス冷媒となる。このとき、第１室外膨張弁Ｖ２は全開になっている。低圧Ｐｌのガス冷媒は、四路切換弁Ｖ１を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。
【００７７】
＜２段膨張冷凍サイクル＞
図２は、超臨界条件下における冷凍サイクルをｐ−ｈ線図（モリエル線図）により示している。本発明では、冷媒に超臨界冷媒であるＣＯ２冷媒を利用している。また、２つの膨張機構を用いて２段に分けて膨張させるようにした２段膨張冷凍サイクルを採用している。前述のように、この冷媒回路１０は、主に、圧縮機２１、室外熱交換器２３、第１室外膨張弁Ｖ２、室外過冷却熱交換器２４、第２室外膨張弁Ｖ３、室内過冷却熱交換器３２、室内膨張弁Ｖ６、および室内熱交換器３１から構成されている。図２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦは、冷房運転の場合の、図１におけるそれぞれの点に対応した冷媒の状態を表している。また、図２の括弧書きのＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨは、暖房運転の場合の、図１におけるそれぞれの点に対応した冷媒の状態を表している。なお、以下に冷房運転の場合（外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度以下の場合）の２段膨張サイクルについて、図１および図２を用いて説明する。暖房運転については、ＣをＨに、ＤをＧに、ＥをＦに、ＦをＥに置き換えることで説明できる。
【００７８】
この冷媒回路１０では、冷媒は、圧縮機２１により圧縮されて高温高圧Ｐｈになる（Ａ→Ｂ）。このとき、冷媒であるＣＯ２は気体から超臨界状態となる。ここにいう「超臨界状態」とは、臨界点Ｋ以上の温度および圧力下における物質の状態であり、気体の拡散性と液体の溶解性とを併せ持っている状態のことである。超臨界状態とは、図２において、臨界温度等温線Ｔｋの右側で、かつ、臨界圧力Ｐｋ以上の領域における冷媒の状態である。なお、冷媒（物質）が超臨界状態になると、気相と液相との区別が無くなる。なお、ここにいう「気相」とは、飽和蒸気線Ｓｖより右側で、かつ、臨界圧力Ｐｋ以下の領域における冷媒の状態である。また、「液相」とは、飽和液線Ｓｌより左側で、かつ、臨界温度等温線Ｔｋよりも左側の領域における冷媒の状態である。そして、圧縮機２１により圧縮されて高温高圧の超臨界状態となった冷媒は、ガスクーラとなっている室外熱交換器２３により放熱されて低温高圧の冷媒となる（Ｂ→Ｃ）。このとき、冷媒は、超臨界状態にあるため、室外熱交換器２３内部において顕熱変化（温度変化）を伴って作動している。そして、室外熱交換器２３において放熱した冷媒は、第１室外膨張弁Ｖ２が開放されることにより膨張して、圧力が高圧Ｐｈから中間圧力Ｐｍへと減圧される（Ｃ→Ｄ）。そして、第１室外膨張弁Ｖ２により減圧された冷媒は、中間圧力Ｐｍのまま室外過冷却熱交換器２４に流入し、さらに冷却されて過冷却状態となる（Ｄ→Ｅ）。過冷却状態となった冷媒は、第２室外膨張弁Ｖ３でさらに膨張されて低圧Ｐｌの冷媒となる（Ｅ→Ｆ）。低圧Ｐｌの冷媒は、液冷媒連絡配管４１を通過し、室内熱交換器３１および室内過冷却熱交換器３２において、熱を吸収し、蒸発してガス冷媒連絡配管４２を流通し圧縮機２１へ戻る（Ｆ→Ａ）。
【００７９】
＜特徴＞
（１）
本発明では、室外ユニット２が、冷房運転と暖房運転とに切り換え可能な四路切換弁Ｖ１をさらに有している。また、制御部５は、四路切換弁Ｖ１が図１の実線の状態（冷房運転）の場合に第１室外膨張弁Ｖ２と第２室外膨張弁Ｖ３とを制御し、四路切換弁Ｖ１が図１の破線の状態（暖房運転）の場合に第２室外膨張弁Ｖ３と室内膨張弁Ｖ６とを制御する。制御部５は、冷房運転で、かつ、外気温が冷媒の臨界温度以上の場合に、液冷媒を室外過冷却熱交換器２４内に溜めずに室内過冷却熱交換器３２内に溜めるように、第２室外膨張弁Ｖ３と室内膨張弁Ｖ６とを制御する。
【００８０】
したがって、制御部５は、冷房運転の場合には第１室外膨張弁Ｖ２を制御して中間圧力を調整でき、暖房運転の場合には室内膨張弁Ｖ６を制御して中間圧力を調整できる。また、制御部５は、第２室外膨張弁Ｖ３を制御して、冷房運転の場合には室外過冷却熱交換器２４の液冷媒の量を調整でき、暖房運転の場合には室内過冷却熱交換器３２の液冷媒の量を調整できる。冷媒は、臨界点を超えると超臨界状態となり、冷媒量の制御が難しくなる。このため、外気温がＣＯ２冷媒の臨界温度の３１℃以上の場合では、室外過冷却熱交換器２４に冷媒を溜めることは難しい。また、室内熱交換器３１では蒸発器として機能しているため、室内空気は、ＣＯ２冷媒の臨界温度の３１℃以下である場合が多い。したがって、制御部５が第２室外膨張弁Ｖ３と室内膨張弁Ｖ６とを制御することで、室内過冷却熱交換器３２に液冷媒を溜めることができる。
【００８１】
（２）
本発明では、室外ユニット２は、過冷却度の検出のために、室外過冷却熱交換器２４の冷媒の出入口に第１室外過冷却温度センサＴ１と、第２室外過冷却温度センサＴ２とを有している。これらの温度センサＴ１，Ｔ２により、冷房運転で外気温が３１℃未満の場合において、中間圧力Ｐｍと、室外過冷却熱交換器２４の出口温度が得られる。また、室内ユニット３は、過冷却度の検出のために、室内過冷却熱交換器３２の冷媒の出入口に第１室内過冷却温度センサＴ３と、第２室内過冷却温度センサＴ４とを有している。これらの温度センサＴ３，Ｔ４により、冷房運転で外気温が３１℃以上の場合および暖房運転の場合において、中間圧力Ｐｍと、室内過冷却熱交換器３２の出口温度が得られる。
【００８２】
したがって、制御部５は、これらの中間圧力Ｐｍと室外過冷却熱交換器２４または室内過冷却熱交換器３２の出口温度とをもとに過冷却度を算出することができる。このため、制御部５は、過冷却度に基づいて過冷却熱交換器として機能する室外過冷却熱交換器２４または室内過冷却熱交換器３２に液冷媒を溜め込むことができ、冷媒量の調整を行うことができる。
【００８３】
（３）
本発明では、冷媒にＣＯ２冷媒を利用している。ＣＯ２冷媒は、従来の冷媒、例えばフルオロカーボン冷媒などと比べて、地球温暖化係数が１であり、数百から１万程度のフルオロカーボン冷媒よりも遙かに低い。
【００８４】
環境負荷が小さいＣＯ２冷媒を利用することで、地球環境が悪化することを抑えることができる。
【００８５】
＜変形例＞
（１）
本実施形態では、室内ユニット３が１台の室外ユニット２に対して１台接続されている、いわゆるペア式の空気調和装置１であるが、これに限らずに、複数台の室内ユニットが１台の室外ユニットに対して接続されているマルチ式の空気調和装置１ａであっても良い。例えば、図３のように、１台の室外ユニット２に対して３台の室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃが並列に接続されているものである。図３の室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃの構成は、本実施形態で説明した室内ユニット３の各部に付した番号に、室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃと対応するように、番号の末尾にａ，ｂ，およびｃを付している。例えば、室内ユニット３の室内ファン３３は、室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃの室内ファン３３ａ，３３ｂ，３３ｃと対応しており、室内ユニット３と室内ユニット３ａ，３ｂ，３ｃとは同様の構成である。なお、図３では室内ユニット３ａ〜３ｃは３台接続されているが、３台に限らずに、２台、４台、５台などであっても構わない。
【００８６】
室内ユニット３ａ〜３ｃを複数台設けているため、運転負荷が異なる箇所に対してそれぞれの負荷に応じて運転することができる。したがって、運転負荷が場所によって異なる場合に、室内ユニットが１台の場合よりも効率よく運転することができる。
【００８７】
（２）
本実施形態では、膨張機構として室外ユニット２内に第１室外膨張弁Ｖ２を設け、室内ユニット３内に室内膨張弁Ｖ６を設けているが、これらの膨張弁に限らずに、例えば膨張機などでも構わない。
【００８８】
（３）
本実施形態では、過冷却度の算出のために室外過冷却熱交換器２４および室内過冷却熱交換器３２の入口と出口とにそれぞれ温度センサを設けていたが、冷媒の入口側は温度センサに限らずに圧力センサでも構わない。すなわち、冷房運転時において過冷却器として機能する室外過冷却熱交換器２４の冷媒流れ方向入口側の温度センサである第１室外過冷却温度センサＴ１と、暖房運転時において過冷却器として機能する室内過冷却熱交換器３２の冷媒流れ方向入口側の温度センサである第１室内過冷却温度センサＴ３とを圧力センサとしても構わない。ただし、冷房運転時の外気温が３１℃以上になる場合は、室外過冷却熱交換器２４ではなく室内過冷却熱交換器３２が過冷却器として機能するため、この場合の冷媒流れ方向出口側になる第１室内過冷却温度センサＴ３は温度センサでなければならない。したがって、本実施形態の場合には、第１室外過冷却温度センサＴ１のみを圧力センサに変更可能である。
【００８９】
また、各過冷却熱交換器２４，３２の冷媒の流れ方向入口側に、圧力センサをさらに設けて温度センサと併用しても構わない。
【００９０】
（４）
本実施形態では、室外空気を熱源として利用しているが、これに限らずに、水などを熱源として利用しても構わない。
【００９１】
（５）
本実施形態では、室外ユニット２内に四路切換弁Ｖ１が設けられ、冷房運転と暖房運転とが可能な空気調和装置１であるが、これに限らず、図４または図５のように四路切換弁の無い冷房専用の空気調和装置１ｂ、あるいは暖房専用の空気調和装置１ｃであっても良い。
【００９２】
図４の冷房専用の空気調和装置１ｂでは、室外過冷却熱交換器２４に液冷媒を溜めるように第１室外膨張弁Ｖ２と第２室外膨張弁Ｖ３とを制御する。また、冷房専用の空気調和装置１ｂと同様に図５の暖房専用の空気調和装置１ｃでは、室外過冷却熱交換器２４に液冷媒を溜めるように第１室外膨張弁Ｖ２と第２室外膨張弁Ｖ３とを制御する。
【００９３】
（６）
本実施形態では、室外ユニット２内に室外過冷却熱交換器２４が設けられ、また、室内ユニット３内に室内過冷却熱交換器３２が設けられ、冷媒回路１０内に過冷却熱交換器として機能する機器を２つ有しているが、これに限らず、図６の空気調和装置１ｄように過冷却熱交換器として機能する機器は１つでも良い。
【００９４】
図６の空気調和装置１ｄでは、室外過冷却熱交換器２４が室外ユニット２のみに設けられており、室外過冷却熱交換器２４を挟むように第１室外膨張弁Ｖ２と第２室外膨張弁Ｖ３とが設けられている。この空気調和装置１ｄでは、冷房運転の場合も、暖房運転の場合も、室外過冷却熱交換器２４に液冷媒を溜めるように第１室外膨張弁Ｖ２と第２室外膨張弁Ｖ３とを制御する。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る空気調和装置は、冷媒の循環量の調整を行って、高圧を最適に制御することができ、超臨界域で作動する超臨界冷媒を利用した空気調和装置であって超臨界冷媒の循環量の調整が容易な空気調和装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図。
【図２】本発明の空気調和装置におけるＣＯ２冷媒を利用した２段膨張冷凍サイクルを示すｐ−ｈ線図。
【図３】変形例（１）に係る空気調和装置の冷媒回路図。
【図４】変形例（５）に係る冷房専用の空気調和装置の冷媒回路図。
【図５】変形例（５）に係る暖房専用の空気調和装置の冷媒回路図。
【図６】変形例（６）に係る空気調和装置の冷媒回路図。
【符号の説明】
【００９７】
１，１ａ〜１ｄ        空気調和装置
２，２ａ，２ｂ        室外ユニット（熱源ユニット）
３，３ａ〜３ｃ，３ｄ  室内ユニット（利用ユニット）
２１                  圧縮機
２３                  室外熱交換器（第１熱交換器、熱源側熱交換器）
２４                  室外過冷却熱交換器（過冷却熱交換器、熱源側補助熱交換器）
３１，３１ａ〜３１ｃ  室内熱交換器（第２熱交換器、利用側熱交換器）
３２，３２ａ〜３２ｃ  室内過冷却熱交換器（利用側補助熱交換器）
Ｔ１                  第１室外過冷却温度センサ（第１入口温度センサ）
Ｔ２                  第２室外過冷却温度センサ（第１出口温度センサ）
Ｔ１                  第１室内過冷却温度センサ（第２入口温度センサ、第２出口温度センサ）
Ｔ２                  第２室内過冷却温度センサ（第２入口温度センサ、第２出口温度センサ）
Ｖ１                  四路切換弁（切換機構）
Ｖ２                  第１室外膨張弁（第１膨張機構）
Ｖ３                  第２室外膨張弁（第２膨張機構）
Ｖ６，Ｖ６ａ〜Ｖ６ｃ  室内膨張弁（第３膨張機構）
【図１】
2008121986.tif 000003
【図２】
2008121986.tif 000004
【図３】
2008121986.tif 000005
【図４】
2008121986.tif 000006
【図５】
2008121986.tif 000007
【図６】
2008121986.tif 000008