(57)【要約】【課題】特に低外気の場合において、暖房能力及び除霜能力の低下防止を両立可能にした空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１００は、圧縮機１１、四方弁１３、負荷側熱交換器５２、負荷側絞り装置５１、冷媒熱交換器１６、熱源側絞り装置１５及び熱源側交換器１４を順次ガス配管２及び液配管１で接続した主回路と、冷媒熱交換器１６と負荷側絞り装置５１との間で液配管１を分岐させたインジェクション管２０でバイパス用絞り装置２１、冷媒熱交換器１６、開閉弁２３（第１開閉弁）及び圧縮機１１のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路と、四方弁１３と負荷側熱交換器５０との間でガス配管２を分岐させたバイパス管３０で熱源側熱交換器１４、開閉弁３１（第２開閉弁）及び圧縮機１１を順次接続した除霜回路とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、流路切替弁、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置、冷媒熱交換器、熱源側絞り装置及び熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続した主回路と、
前記冷媒熱交換器と前記負荷側絞り装置との間で前記冷媒配管を分岐させたインジェクション管でバイパス用絞り装置、前記冷媒熱交換器、第１開閉弁及び前記圧縮機のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路と、
前記流路切替弁と前記負荷側熱交換器との間で前記冷媒配管を分岐させたバイパス管で前記熱源側熱交換器、第２開閉弁及び前記圧縮機を順次接続した除霜回路とを備えた
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
圧縮機、流路切替弁、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置、冷媒熱交換器、熱源側絞り装置及び熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続した主回路と、
前記冷媒熱交換器と前記負荷側絞り装置との間で前記冷媒配管を分岐させたインジェクション管でバイパス用絞り装置、前記冷媒熱交換器、第１開閉弁及び前記圧縮機のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路と、
前記圧縮機と前記流路切替弁との間で前記冷媒配管を分岐させたバイパス管で前記熱源側熱交換器、第２開閉弁及び前記圧縮機を順次接続した除霜回路とを備えた
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
前記熱源側熱交換器に設置されている最下部の前記冷媒配管よりも下方となるように前記バイパス管の一部を設置した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記熱源側熱交換器の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサからの温度情報が予め設定されている所定値以下となった場合に、前記流路切替弁を切り替えて前記圧縮機から吐出された冷媒を前記熱源側熱交換器に供給する除霜運転を開始させる制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記温度センサからの温度情報が予め設定されている所定値以上となると前記除霜運転を終了させ、前記第１開閉弁及び前記バイパス用絞り装置を開放状態に制御し前記インジェクション管に冷媒を導通させるとともに、前記第２開閉弁を開放状態に制御し前記バイパス管に冷媒を導通させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記第１開閉弁及び前記バイパス用絞り装置を開放状態にする制御と、前記第２開閉弁を開放状態にする制御とを、前記除霜運転を終了させた直後、または、前記除霜運転の終了と同時に実行する
ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記第１開閉弁及び前記バイパス用絞り装置を開放状態にする制御と、前記第２開閉弁を開放状態にする制御とを、前記温度センサからの温度情報が予め設定されている所定値以下となったとき、または、定期的に実行する
ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関し、特に熱源側ユニットに搭載される熱源側熱交換器に付着する霜を高効率で溶解できる空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機と、負荷側熱交換器（室内熱交換器）と、熱源側絞り装置（減圧弁）と、熱源側熱交換器（室外熱交換器）とを順次接続し、圧縮機に接続されている吐出側配管を分岐させ熱源側絞り装置と熱源側熱交換器との間に接続させたバイパス管（除霜回路）を備えた空気調和装置が存在する。このような空気調和装置では、バイパス管に圧縮機からの吐出冷媒（ホットガス）を熱源側熱交換器に導くことで熱源側熱交換器に付着した霜を溶解するようにした除霜運転が行われるようになっている。
【０００３】
そのようなものとして、「圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り及び室内熱交換器による冷媒回路を形成するとともに上記室外熱交換器の下部のサーキットを利用して冷却器を構成し、上記圧縮機の吐出ガスの一部を上記冷却器、電磁開閉弁、絞りを経て上記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路を形成してなるヒートポンプ式空気調和機において、上記圧縮機の温度上昇時には上記バイパス回路中の電磁開閉弁を開とし、上記冷却器で液化した冷媒を上記圧縮機の吸入側へバイパスさせて上記圧縮機を冷却し、デフロスト運転時には上記バイパス回路中の電磁開閉弁を開とし、上記冷却器に導入される吐出冷媒ガスで上記室外熱交換器下部の霜を溶かすヒートポンプ式空気調和機の運転方法」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、「空調用冷媒回路が、コンプレッサー、冷暖房切換バルブ、室外熱交換器、膨張弁、複数の室内熱交換器、アキュムレータを有する空調装置において、前記コンプレッサーと前記冷暖房切換バルブを連結する配管の途中から分岐し、前記室外熱交換器を通り、前記複数の室内熱交換器を通らずに前記アキュムレータに帰還するバイパス回路を設け、該バイパス回路の途中に設けたバイパスバルブを、前記室内熱交換器の運転台数の減少に応じて開き、前記バイパス回路を通る冷媒は前記室外熱交換器で外部に熱を放出して熱交換される空調装置」が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４１７４０号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特許第３７９１０１９号（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のヒートポンプ式空気調和機の運転方法は、暖房運転時において、冷却器で液化した冷媒を圧縮機にバイパスし、圧縮機の温度の異常上昇を防ぐとともに、冷却器に流入する冷媒で室外熱交換器の下部及びドレンパンに付着した霜を確実に溶融するようにしたものである。しかしながら、外気温度がマイナス１０℃以下（以下、低外気という）となるような寒冷地では、圧縮機に吸入される冷媒の流量が外気の低下に伴って減少することになるために、暖房能力及び除霜能力がともに低下してしまうという問題があった。つまり、低外気の場合においては、この低外気と冷媒とで熱交換することとなり、冷媒の蒸発温度及び低圧が低下することによって冷媒の密度が低下してしまうことになるからである。
【０００７】
特許文献２に記載の空調装置は、バイパス回路によって冷媒を室外熱交換器に流入させて、この室外熱交換器で冷媒に蓄えられている熱を外部に放出するようにしたものである。確かに、室外熱交換器で放出する熱を除霜運転に利用することは可能である。しかしながら、特許文献１に記載の技術と同様に、低外気となるような寒冷地では、圧縮機に吸入される冷媒の流量が外気の低下に伴って減少することになるために、暖房能力及び除霜能力がともに低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、特に低外気の場合において、暖房能力及び除霜能力の低下防止を両立可能にした空気調和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】
【０００９】
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、流路切替弁、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置、冷媒熱交換器、熱源側絞り装置及び熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続した主回路と、前記冷媒熱交換器と前記負荷側絞り装置との間で前記冷媒配管を分岐させたインジェクション管でバイパス用絞り装置、前記冷媒熱交換器、第１開閉弁及び前記圧縮機のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路と、前記流路切替弁と前記負荷側熱交換器との間で前記冷媒配管を分岐させたバイパス管で前記熱源側熱交換器、第２開閉弁及び前記圧縮機を順次接続した除霜回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、流路切替弁、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置、冷媒熱交換器、熱源側絞り装置及び熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続した主回路と、前記冷媒熱交換器と前記負荷側絞り装置との間で前記冷媒配管を分岐させたインジェクション管でバイパス用絞り装置、前記冷媒熱交換器、第１開閉弁及び前記圧縮機のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路と、前記圧縮機と前記流路切替弁との間で前記冷媒配管を分岐させたバイパス管で前記熱源側熱交換器、第２開閉弁及び前記圧縮機を順次接続した除霜回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る空気調和装置は、インジェクション回路と除霜回路とを備えたので、インジェクション回路及び除霜回路を利用することにより暖房能力及び除霜能力の低下防止を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、空気調和装置１００の回路構成について説明する。この空気調和装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して、冷房運転及び暖房運転を行なうものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１３】
空気調和装置１００は、大きく分けて熱源側ユニット（室外ユニット）１０と、負荷側ユニット（室内ユニット）５０とで構成されている。この熱源側ユニット１０及び負荷側ユニット５０は、冷媒配管である液配管１と冷媒配管であるガス配管２とで接続されて連絡するようになっている。空気調和装置１００は、圧縮機１１、流路切替弁としての四方弁１３、負荷側熱交換器５２、負荷側絞り装置５１、冷媒熱交換器１６、熱源側絞り装置１５及び熱源側交換器１４を液配管１及びガス配管２で順次接続した冷媒回路である主回路を備えている。つまり、主回路を冷媒が循環することによって、空気調和装置１００は冷房運転及び暖房運転することができるようになっているのである。
【００１４】
熱源側ユニット１０には、メイン冷媒回路と、インジェクション回路と、除霜回路とが搭載されている。メイン冷媒回路は、圧縮機１１、油分離機器１２と、四方弁１３と、熱源側熱交換器１４と、熱源側絞り装置１５と、冷媒熱交換器１６と、アキュムレータ１８とが順次接続されて構成されている。圧縮機１１は、液配管１を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえばインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプのもので構成するとよい。また、圧縮機１１は、その内部の圧縮室内にインジェクション回路から供給される冷媒をインジェクション（注入）することができる構造となっている。
【００１５】
油分離機器１２は、冷凍機油が混在している冷媒ガスから冷凍機油成分を分離する機能を有している。なお、分離した冷凍機油は、油分離器１２と圧縮機１１に接続している吸入側配管とを連絡する冷媒配管に設けられている毛細管１７で流量がコントロールされて圧縮機１１に戻されるようになっている。四方弁１３は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替えるものである。
【００１６】
熱源側熱交換器１４は、冷房運転時には凝縮器、暖房運転時には蒸発器として機能し、図示省略のファン等から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。熱源側絞り装置１５は、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この熱源側絞り装置１５は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成されているものとする。冷媒熱交換器１６は、メイン冷媒回路を流れる冷媒と、インジェクション回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうようになっている。アキュムレータ１８は、過剰な冷媒を貯留するものである。
【００１７】
インジェクション回路は、冷媒熱交換器１６と負荷側ユニット５０の負荷側絞り装置５１との間で液配管１を分岐させたインジェクション管２０を圧縮機１１のインジェクションポートに接続することで構成されている。また、液配管１との分岐した部分と、冷媒熱交換器１６との間におけるインジェクション管２０には、バイパス用絞り装置２１が備えられている。このインジェクション管２０を、冷媒熱交換器１６と圧縮機１１との間で更に分岐させ、一方を開閉弁２２を介してアキュムレータ１８に接続し、他方を第１開閉弁である開閉弁２３を介して圧縮機１１のインジェクションポートに接続させている。
【００１８】
バイパス用絞り装置２１は、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。このバイパス用絞り装置２１は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成されているものとする。つまり、メイン冷媒回路を流れる冷媒の一部をインジェクション回路に流入させることによって、冷媒熱交換器１６において、メイン冷媒回路（液配管１）を流れる冷媒と、インジェクション管２０を流れバイパス用絞り装置２１で減圧され低温となった冷媒とで熱交換するようになっているのである。
【００１９】
開閉弁２２は、制御手段４０に開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする機能を有する。なお、この開閉弁２２は、制御手段４０に開閉制御されることによって、冷凍サイクル内の液封（圧力異常上昇）の防止のため圧力を調整するように設置されている。開閉弁２３も、制御手段４０に開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする機能を有する。つまり、開閉弁２３を開放状態にすることよって、インジェクション管２０に冷媒を導通させ、インジェクション回路を形成するのである。
【００２０】
除霜回路は、四方弁１３と負荷側ユニット５０の負荷側熱交換器５２との間のガス配管２を分岐させたバイパス管３０を、熱源側熱交換器１４を経由させた後に、第２開閉弁である開閉弁３１を介してアキュムレータ１８の吸入側に接続することで構成されている。開閉弁３１は、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりするものである。なお、このバイパス管３０は、熱源側熱交換器１４の霜取りを効率よく実行できるように熱源側熱交換器１４の下部に導かれるようになっている。
【００２１】
制御手段４０は、空気調和装置１００の全体を統括制御する機能を有する。具体的には、制御手段４０は、圧縮機１１の駆動周波数を制御したり、熱源側絞り装置１５、バイパス用絞り装置２１及び負荷側絞り装置５１の開度や、開閉弁２２、開閉弁２３及び開閉弁３１の開閉を制御したりするようになっている。ここでは、制御手段４０が、熱源側ユニット１０内に備えられている場合を例に説明しているが、これに限定するものでない。たとえば、制御手段４０を負荷側ユニット５０内に備えてもよく、熱源側ユニット１０及び負荷側ユニット５０の外部に備えてもよい。
【００２２】
また、熱源側ユニット１０内には、温度センサ３及び圧力センサ４が設置されている。温度センサ３は、熱源側熱交換器１４と熱源側絞り装置１５との間に設置されており、主に熱源側熱交換器１４を導通する冷媒の温度を検知するようになっている。圧力センサ４は、圧縮機１１と四方弁１３との間における吐出側配管に設置されており、圧縮機１１から吐出された冷媒の圧力を検知するようになっている。この温度センサ３及び圧力センサ４で検知された温度情報及び圧力情報は、制御手段４０に送られるようになっている。なお、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を検知する温度センサや、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を検知する圧力センサ、冷媒熱交換器１６で熱交換した後のインジェクション管２０を流れる冷媒の温度を検知する温度センサ等を設置しておき、それらの情報を制御手段４０に送るようにしておくとよい。
【００２３】
負荷側ユニット５０には、負荷側絞り装置５１と、負荷側熱交換器５２とが搭載されている。負荷側絞り装置５１は、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この負荷側絞り装置５１は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成されているものとする。負荷側熱交換器５２は、冷房運転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷媒と空気との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。なお、実施の形態１では、空気調和装置１００に負荷側ユニット５０が１台搭載されている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、複数台搭載してもよい。
【００２４】
液配管１及びガス配管２は、冷凍サイクルを循環する冷媒を導通させる冷媒配管である。なお、インジェクション管２０及びバイパス管３０も冷媒を導通する冷媒配管である。また、圧縮機１１の駆動周波数や、熱源側絞り装置１５、バイパス用絞り装置２１及び負荷側絞り装置５１の開度、開閉弁２２、開閉弁２３及び開閉弁３１の開閉の制御は、制御手段４０が行なうようになっている。つまり、制御手段４０は、各温度センサや各圧力センサから送られる情報に基づいて、各機器を制御するようになっているのである。
【００２５】
空気調和装置１００に使用可能な冷媒について説明する。
空気調和装置１００の冷凍サイクルに使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒であるＲ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５）やＲ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａ）等がある。この擬似共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒と同様の特性の他、Ｒ２２の約１．６倍の動作圧力という特性を有している。
【００２６】
また、単一冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒であるＲ２２やＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ等がある。この単一冷媒は、混合物ではないので、取扱いが容易であるという特性を有している。その他、自然冷媒である二酸化炭素やプロパン、イソブタン、アンモニア等を使用することもできる。なお、Ｒ２２はクロロジフルオロメタン、Ｒ３２はジフルオロメタンを、Ｒ１２５はペンタフルオロエタンを、Ｒ１３４ａは１，１，１，２−テトラフルオロエタンを、Ｒ１４３ａは１，１，１−トリフルオロエタンをそれぞれ示している。したがって、空気調和装置１００の用途や目的に応じた冷媒を使用するとよい。
【００２７】
ここで、空気調和装置１００の動作について説明する。
まず、比較的外気温度が高い場合の暖房運転について説明する。図１に基づいて、空気調和装置１００の暖房運転時における冷媒状態について説明する。空気調和装置１００が暖房運転を開始すると、まず圧縮機１１が駆動される。そして、圧縮機１１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、油分離器１２及び四方弁１３を経由して熱源側ユニット１０から流出し、ガス配管２を流れて負荷側ユニット５０内の負荷側熱交換器５２に到達する。この負荷側熱交換器５２では、ガス冷媒は、空気や水に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。つまり、冷媒に蓄えられていた熱を負荷側の空気や水に与えることで暖房運転を行なうようになっているのである。
【００２８】
また、凝縮液化した液冷媒は、負荷側絞り装置５１で中間圧力まで減圧され、中間圧力の液冷媒もしくは気液二相冷媒となる。この中間圧力の液冷媒もしくは気液二相冷媒は、負荷側ユニット５０から流出し、液配管１を流れて熱源側ユニット１０に到達する。ここでは、比較的外気温度が高いので、インジェクション回路に冷媒が流入しないようになっている。つまり、バイパス用絞り装置２１及び開閉弁２３を閉止状態とするように制御されるのである。なお、開閉弁２２は、冷凍サイクル内の液封（圧力異常上昇）の防止のため圧力を調整するように開閉制御されるようにしておけばよい。
【００２９】
このような状態では、熱源側ユニット１０に流入した冷媒は、冷媒熱交換器１６を経由した後、熱源側絞り装置１５で減圧されて低圧・低温の液冷媒もしくは気液二相冷媒となる。この冷媒は、熱源側熱交換器１４で空気と熱交換することによって、蒸発ガス化してガス冷媒となる。つまり、熱源側熱交換器１４に供給される空気から吸熱することで気体に状態変化するのである。そして、ガス冷媒は、四方弁１３及びアキュムレータ１８を経由した後、圧縮機１１に吸入される。なお、インジェクション回路に冷媒が流入しないため、冷媒熱交換器１６では熱交換は行われない。
【００３０】
次に、比較的外気温度が低い、つまり外気温度がマイナス１０℃以下（低外気）となるような場合の暖房運転について説明する。図２は、比較的外気温度が低いときの暖房運転の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。図１及び図２に基づいて、空気調和装置１００の比較的外気温度が低い場合における暖房運転時の冷媒状態について説明する。図２では、縦軸が絶対圧力（Ｐ）を、横軸が比エンタルピ（Ｈ）をそれぞれ示している。また、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。なお、このモリエル線図は、Ｒ４１０Ａ冷媒の状態を表している。
【００３１】
空気調和装置１００が暖房運転を開始すると、まず圧縮機１１が駆動される。そして、圧縮機１１から吐出した高温・高圧のガス冷媒（状態（ａ））は、油分離器１２及び四方弁１３を経由して熱源側ユニット１０から流出し、ガス配管２を流れて負荷側ユニット５０内の負荷側熱交換器５２に到達する。この負荷側熱交換器５２では、ガス冷媒は、空気や水に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる（状態（ｂ））。つまり、冷媒に蓄えられていた熱を負荷側の空気や水に与えることで暖房運転を行なうようになっているのである。
【００３２】
また、凝縮液化した液冷媒は、負荷側絞り装置５１で中間圧力まで減圧され、中間圧力の液冷媒もしくは気液二相冷媒となる（状態（ｃ））。この中間圧力の液冷媒もしくは気液二相冷媒は、負荷側ユニット５０から流出し、液配管１を流れて熱源側ユニット１０に到達する。ここでは、低外気であるので、冷媒の一部をインジェクション回路に流入させるようになっている。制御手段４０は、バイパス用絞り装置２１及び開閉弁２３を開放状態に制御して、熱源側ユニット１０に流入した冷媒を分流させる。つまり、熱源側ユニット１０に流入した冷媒は、メイン冷媒回路とインジェクション回路とに分流されるのである。なお、開閉弁２２は、インジェクション回路に冷媒を導通させるため閉止状態に制御するとよい。
【００３３】
メイン冷媒回路に分流された冷媒は、冷媒熱交換器１６で、インジェクション回路に分流され、バイパス用絞り装置２１で若干減圧された低温・低圧の冷媒（状態（ｇ））と熱交換し、更に冷却され低温・高圧の液冷媒となる（状態（ｄ））。この液冷媒は、冷媒熱交換器１６を経由した後、熱源側絞り装置１５で減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となる（状態（ｅ））。この気液二相冷媒は、熱源側熱交換器１４で空気と熱交換することによって、蒸発ガス化してガス冷媒となる（状態（ｆ））。つまり、熱源側熱交換器１４に供給される空気から吸熱することで気体に状態変化するのである。そして、このガス冷媒は、四方弁１３及びアキュムレータ１８を経由した後、圧縮機１１に吸入される。
【００３４】
一方、インジェクション回路に分流された冷媒は、バイパス用絞り装置２１で減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となる（状態（ｇ））。この気液二相冷媒は、冷媒熱交換器１６に流入し、メイン冷媒回路を流れる中間圧力の液冷媒または気液二相冷媒（状態（ｃ））と熱交換し、加熱される（状態（ｈ））。つまり、インジェクション回路を流れる冷媒は、冷媒熱交換器１６でメイン冷媒回路を流れる冷媒と熱交換することで、若干、高乾き度の冷媒となるのである。そして、この冷媒は、開閉弁２３を介して圧縮機１１のインジェクションポートにインジェクションされる。
【００３５】
圧縮機１１では、メイン冷媒回路を経て吸入された冷媒（状態（ｆ））が中間圧力まで圧縮、加熱された（状態（ｉ））後で、インジェクション回路からインジェクションされる冷媒（状態（ｈ））と合流させる。そして、合流した冷媒は、温度が若干低下した（状態（ｊ））後で、高圧まで圧縮され（状態（ａ））、再度吐出される。比較的外気温度が低い場合の暖房運転では、その外気と熱交換しなければならないために、冷媒の蒸発温度が低下し、それに伴って蒸発圧力（低圧）が低下する。
【００３６】
したがって、インジェクション回路を備えていない冷凍サイクルでは、圧縮機に吸入される冷媒の密度が低下することになるため、冷媒流量が減少することになり、圧縮比が大きくなろうとする。つまり、冷凍サイクルの能力が低下してしまうのである。これに比べて、この実施の形態１に係る空気調和装置１００のようにインジェクション回路を備えている冷凍サイクルでは、圧縮機１１の圧縮過程で中間圧の冷媒（状態（ｇ））をインジェクションして冷媒流量を増加（冷媒の密度を向上）させることができる。つまり、圧縮機１１からの吐出温度を異常上昇させることなく、低外気であっても暖房能力を維持することができるのである。
【００３７】
ここで、低外気時における除霜運転について説明する。空気調和装置１００が暖房運転しているとき、熱源側熱交換器１４の温度が低下し、熱源側熱交換器１４に霜が付着することがある。熱源側熱交換器１４に付着した霜をそのままにしておくと、冷凍サイクルの能力を低下させることになる。そこで、この実施の形態１に係る空気調和装置１００では、除霜回路を設けて効率良く熱源側熱交換器１４の除霜を行なうようにしている。つまり、この空気調和装置１００は、インジェクション回路を活用することで、より効果的な除霜運転をすることが可能となっている。
【００３８】
制御手段４０は、温度センサ３が検知した温度情報が予め設定してある所定の値以下であるとき、熱源側熱交換器１４に霜が堆積していると判断して除霜運転を実行する。つまり、制御手段４０は、冷媒の流れを反転させるように四方弁１３を切り替えるのである。このとき、バイパス用絞り装置２１を開放制御してもよいし、閉止制御してもよい。この状態で圧縮機１１から吐出された冷媒は、四方弁１３を介して熱源側熱交換器１４に流入して霜を溶解するとともに、凝縮液化する。
【００３９】
この液化した冷媒は、冷媒熱交換器１６、負荷側絞り装置５１及び負荷側熱交換器５２の順に液配管１を流れて、その後四方弁１３、アキュムレータ１８の順にガス配管２を流れて圧縮機１１に流入するようになっている。つまり、圧縮機１１から吐出された直後の高温・高圧の冷媒を熱源側熱交換器１４に供給することで除霜運転を行なうようになっているのである。除霜運転の終了は、温度センサ３が検知した温度情報が予め設定してある所定の値以上となったかどうかや、圧力センサ４が検知した圧力情報が予め設定してある所定の値以上となったかどうか、除霜運転開始から予め設定してある所定の時間が経過したかどうか等によって実行すればよい。そして、制御手段４０は、除霜運転の終了を判断した場合には、暖房運転時の冷媒の流れとなるように四方弁１３を切り替え制御する。
【００４０】
次に、空気調和装置１００の除霜運転の効果について説明する。
図３は、熱源側熱交換器１４を正面から見たときの概略透視図である。まず、図３に基づいて、熱源側熱交換器１４の概略構成について説明する。熱源側熱交換器１４には、冷媒配管である液配管１及びガス配管２が内部に設けられている。これらの液配管１及びガス配管２は、内部に導通している冷媒が図示省略のファン等から供給される空気と効率良く熱交換できるように複数回折り曲げられて熱源側熱交換器１４内に設置されている。
【００４１】
また、熱源側熱交換器１４は、液配管１及びガス配管２とは別に、下部にバイパス管３０の一部を設置するようになっている。これは、熱源側熱交換器１４に付着した霜は下部に堆積しやすいので、予め熱源側熱交換器１４の下部にバイパス管３０の一部を設置し、除霜運転の効率化を図るためである。なお、図３に示すように、熱源側熱交換器１４の下部にバイパス管３０の一部を設置するために、その部分に液配管１及びガス配管２を設置しないようになっている。つまり、熱源側熱交換器１４に設置されている最下部の液配管１及びガス配管２よりも下方となるようにバイパス管３０の一部を設置しているのである。
【００４２】
図４は、熱源側熱交換器１４の着霜状態を示す概略図である。図４に基づいて、熱源側熱交換器１４の着霜状態及び除霜運転の効果について説明する。なお、図４（ａ）が除霜運転前の熱源側熱交換器１４の着霜状態を示す概略図を、図４（ｂ）が除霜運転中の熱源側熱交換器１４の着霜状態を示す概略図を、図４（ｃ）が除霜運転後の熱源側熱交換器１４の着霜状態を示す概略図をそれぞれ示している。
【００４３】
空気調和装置１００が暖房運転を行なっているときであって、除霜運転前の熱源側熱交換器１４には、図４（ａ）に示すように、液配管１及びガス配管２が設置されている場所に対応する部分に霜５が付着する。これは、熱源側熱交換器１４の温度が低下するからである。なお、外気温度が極めて低い、たとえばマイナス１０℃以下のような場合、熱源側熱交換器１４の底部のベース１４ａにドレンの氷結した残氷６が堆積しやすくなっている。このままの状態を放置すると、空気調和装置１００の暖房能力が低下してしまう。
【００４４】
そこで、空気調和装置１００は、熱源側熱交換器１４に付着した霜５を除去するための除霜運転を実行する。除霜運転を開始すると、図４（ｂ）に示すように、熱源側熱交換器１４の上方に付着していた霜５は溶解してみぞれ状態となって熱源側熱交換器１４のフィンの間を落下するが、熱源側熱交換器１４の最下部及びベース１４ａと熱源側熱交換器１４との間に付着した霜５は溶解しきれずに残ってしまう。このとき、ドレンの温度は、霜５を溶解できるほど高くはないためにベース１４ａ上の残氷６まで溶解することができない。また、降雪時には、雪よけのフード等を設置したとしても、フードの隙間から雪が入り込み、熱源側熱交換器１４の下部に雪が堆積することもある。
【００４５】
つまり、圧縮機１１から吐出される高温・高圧の冷媒（ホットガス）を単純に熱源側熱交換器１４に供給するだけでは、熱源側熱交換器１４に付着した霜５を完全に溶解することができないのである。したがって、この空気調和装置１００は、図４（ｃ）に示すように、除霜運転を終了させ、暖房運転を再開させた後において、高温・高圧の冷媒をバイパス管３０を介して熱源側熱交換器１４の下部に供給することによって、熱源側熱交換器１４の下部の霜５及びベース１４ａ上の残氷６を溶解するようにしている。
【００４６】
具体的には、制御手段４０は、除霜運転を終了させて暖房運転を再開させると、開閉弁２３を閉止状態、開閉弁２２を開放状態及びバイパス用絞り装置２１を開放状態に制御することによって、インジェクション回路に冷媒を流入させる。そして、制御手段４０は、圧縮機１１から吐出される冷媒の高圧の上昇が早いこと（及び、到達する高圧が高いこと）を利用して、除霜運転終了後早いタイミング（または除霜運転終了と同じタイミング）で開閉弁３１を開放状態に制御する。
【００４７】
この開閉弁３１を開放状態にすることで、バイパス管３０に冷媒が流入し、冷媒が除霜回路を循環することになる。したがって、圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒がバイパス管３０を介して熱源側熱交換器１４の下部に供給されることで、熱源側熱交換器１４の下部に付着した霜５及びベース１４ａ上に体積している残氷６を効果的に溶解することができる。また、インジェクション回路を利用することによって、急速に温度を上昇させた冷媒をバイパス管３０に流通させることができるため、残氷６を溶解してできたドレンがベース１４ａに体積して氷結してしまった残氷６も溶解することができる。このように、暖房運転の効率を低下させることなく、熱源側熱交換器１４の下部に堆積している残氷６を効果的に溶解することができる。
【００４８】
なお、インジェクション回路を有していない空気調和装置においては、圧縮機から吐出される冷媒の高圧の上昇が遅い（及び、到達する高圧が低い）ために、除霜回路に設置してある開閉弁を開放制御すると、負荷側ユニットに流入する冷媒流量が減少してしまうことになる。このような空気調和装置では、除霜運転を行なうと、暖房能力が低下するとともに、除霜能力も低下してしまう。しかしながら、実施の形態１に係る空気調和装置１００は、除霜運転に流入させる冷媒の流量以上の量をインジェクション回路で補うことができるのである。
【００４９】
また、インジェクション回路を有していない空気調和装置の除霜運転においては、冷媒が主回路を循環する。それは、除霜運転の冷媒の流れが冷房運転と同様な冷媒の流れとなっているからである。特に、低外気で暖房運転を行うような場合には、熱源側熱交換器に供給される空気が低く、それに伴って蒸発温度も低くなり、低温・低圧の気液二相冷媒が十分に気化できなくなるため、圧縮機への液バックが発生することがある。また、この液バックを減少させるためには、大型のアキュムレータを搭載する必要が生じる。
【００５０】
このような液バックが生じると、冷凍機油に液冷媒が溶け込んだ状態となって圧縮機に吸入される冷媒の冷凍機油の含有率が低下する。これにより、圧縮機の圧縮機構に十分な冷凍機油が供給されないことになり、圧縮機の起動不良や圧縮機の破損等が発生しやすくなる。また、大型のアキュムレータを搭載しなければならず、熱源側ユニットが大型化しなければならない。そこで、この実施の形態１にかかる空気調和装置１００は、除霜運転中において、バイパス用絞り装置２１の開閉を制御すれば、アキュムレータ１８に流入する冷媒の流量を調節できるようになっているのである。したがって、アキュムレータ１８の小型化を実現できる。また、液配管１及びガス配管２が長くても液バックの発生を低減することができる。
【００５１】
また、開閉弁３１を開放制御するタイミングとしては、除霜運転の終了後であって暖房運転再開後の比較的早いタイミングもしくは除霜運転終了と同じタイミングであることが望ましいが、除霜運転終了してから熱源側熱交換器１４に霜５で熱源側熱交換器１４が目づまりするまでの間であればよい。このタイミングであれば、負荷側熱交換器５２の性能低下による影響が小さいからである。つまり、温度センサ３が検知した温度情報が予め設定してある所定の値以下となったとき、もしくは定期的に、開閉弁３１を開放制御して、除霜回路に冷媒を導通させるようにすれば、除霜運転の事前に熱源側熱交換器１４の目づまりや下部の根氷（残氷６）を溶かすことができる。以上より、実施の形態１に係る空気調和装置１００は、インジェクション回路及び除霜回路を利用することによって、暖房能力及び除霜能力の低下防止を両立することができるのである。なお、開閉弁３１は、開放一定時間経過後に閉止状態にする。
【００５２】
負荷側熱交換器５２の運転台数を増加させた場合には、圧縮機１１の駆動周波数を負荷側熱交換器５２の総容量に応じて上げるように制御するとともに、バイパス用絞り装置２１の開度を大きくするように制御するとよい。このように制御すれば、圧縮機１１から吐出される冷媒の流量を負荷側熱交換器５２の総容量に応じて変更することができ、高圧圧力を適正に維持することができる。つまり、冷媒の高圧の維持は、凝縮温度の維持につながるので、負荷側熱交換器５２の運転台数が変化しても凝縮温度が一定となり、暖房能力は安定するのである。
【００５３】
一方、負荷側熱交換器５２の運転台数を減少させた場合、圧縮機１１の駆動周波数を負荷側熱交換器５２の総容量に応じて下げるように制御するとともに、バイパス用絞り装置２１の開度を小さくするように制御するとよい。このように制御すれば、圧縮機１１から吐出される冷媒の流量を負荷側熱交換器５２の総容量に応じて変更することができ、高圧圧力を適正に維持することができる。つまり、冷媒の高圧の維持は、凝縮温度の維持につながるので、負荷側熱交換器５２の運転台数が変化しても凝縮温度が一定となり、暖房能力は安定するのである。
【００５４】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置２００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図５に基づいて、空気調和装置２００の回路構成について説明する。この空気調和装置２００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して、冷房運転及び暖房運転を行なうものである。なお、実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００５５】
空気調和装置２００は、除霜回路が実施の形態１に係る空気調和装置１００と相違する。つまり、空気調和装置２００の除霜回路は、油分離器１２と四方弁１３との間のガス配管２を分岐させ、一方を四方弁１３に接続し、他方のバイパス管３０’を、熱源側熱交換器１４を経由させた後に、開閉弁３１を介してアキュムレータ１８の吸入側に接続することで構成されている。つまり、実施の形態１に係る除霜回路は、四方弁１３と負荷側ユニット５０との間でガス配管２を分岐させたが、実施の形態２にかかる除霜回路は、油分離器１２と四方弁１３との間でガス配管２を分岐させているのである。
【００５６】
空気調和装置２００をこのような構成としても、実施の形態１に係る空気調和装置１００と同様な効果を得ることができる。したがって、実施の形態２に係る空気調和装置２００は、インジェクション回路を設けることによって、圧縮機１１から吐出する冷媒の温度を異常上昇させることなく、冷媒流量を増加（冷媒密度を向上）させることができ、低外気であっても暖房能力を維持することができる。それに加えて、この空気調和装置２００は、除霜運転終了後、インジェクション回路により高圧の上昇度が早く、かつ到達度が高い冷媒を除霜回路を介して熱源側熱交換器１４に供給することによって、熱源側熱交換器１４に付着した霜をより効果的に除霜することができる。
【００５７】
なお、空気調和装置１００及び空気調和装置２００は、冷凍装置やルームエアコン、パッケージエアコン、冷蔵庫や、加湿器、調湿装置、ヒートポンプ給湯機等に適用することが可能である。したがって、空気調和装置１００及び空気調和装置２００の適用される目的・用途に応じて使用する冷媒や、負荷側ユニット５０の台数、温度センサ及び圧力センサの個数を決定するとよい。また、制御手段４０は、空気調和装置１００及び空気調和装置２００の全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
【図２】低外気時の暖房運転の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。
【図３】熱源側熱交換器を正面から見たときの概略透視図である。
【図４】熱源側熱交換器の着霜状態を示す概略図である。
【図５】実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  液配管、２  ガス配管、３  温度センサ、４  圧力センサ、５  霜、６  残氷、１０  熱源側ユニット、１１  圧縮機、１２  油分離器、１３  四方弁、１４  熱源側熱交換器、１４ａ  ベース、１５  熱源側絞り装置、１６  冷媒熱交換器、１７  毛細管、１８  アキュムレータ、２０  インジェクション管、２１  バイパス用絞り装置、２２  開閉弁、２３  開閉弁（第１開閉弁）、３０  バイパス管、３０’  バイパス管、３１  開閉弁（第２開閉弁）、４０  制御手段、５０  負荷側ユニット、５１  負荷側絞り装置、５２  負荷側熱交換器、１００  空気調和装置、２００  空気調和装置。
【図１】
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【図２】
2008138921.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008138921.tif 000006
【図５】
2008138921.tif 000007