(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となる冷凍装置において、冷凍サイクルの高圧を適切に設定可能としながら、冷凍装置の信頼性を向上させる。【解決手段】冷媒回路（１０）では、膨張機（２２）と電動膨張弁（２３）が直列に配置される。この冷媒回路（１０）には、膨張機（２２）と電動膨張弁（２３）をバイパスするバイパス管路（３５）を設けられる。また、バイパス管路（３５）には、バイパス弁（３６）が設けられる。コントローラ（７０）の高圧推定部（７３）は、放熱器出口での冷媒温度、電動機（２４）の回転速度、蒸発器での冷媒蒸発温度、及び電動機（２４）へ流れる電流の各値に基づき、圧縮機（２１）から吐出された冷媒の圧力を推定する。そして、コントローラ（７０）の制御部（７４）は、高圧推定部（７３）で推定された圧力の値に応じて、電動膨張弁（２３）やバイパス弁（３６）の開度を調節する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（２１）と放熱器と開度可変の膨張弁（２３）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、
上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、
上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、
上記放熱器から上記膨張弁（２３）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、
少なくとも上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、及び上記温度検出手段（６１，６３）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、
上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記膨張弁（２３）の開度を調節する制御手段（７４）と
を備えている冷凍装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷凍装置において、
蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）を備える一方、
圧力推定手段（７３）は、電流値検出手段（５２，７１）の検出値、回転速度検出手段（７２）の検出値、及び温度検出手段（６１，６３）の検出値だけでなく、上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値にも基づいて圧力の推定を行う冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機（２１）と放熱器と冷媒の膨張機構（４０）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、
上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
上記膨張機構（４０）は、上記電動機（２４）と共に上記圧縮機（２１）を駆動する膨張機（２２）と、該膨張機（２２）に直列に接続された開度可変の膨張弁（２３）とによって構成される一方、
上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、
上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、
上記放熱器から膨張機構（４０）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、
上記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）と、
上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、上記温度検出手段（６１，６３）の検出値、及び上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、
上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記膨張弁（２３）の開度を調節する制御手段（７４）と
を備えている冷凍装置。
【請求項４】
圧縮機（２１）と放熱器と冷媒の膨張機構（４０）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、
上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
上記冷媒回路（１０）には、上記膨張機構（４０）を構成して上記電動機（２４）と共に上記圧縮機（２１）を駆動する膨張機（２２）と、該膨張機（２２）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（３５）と、該バイパス管路（３５）における冷媒の流量を調節するための流量調節弁（３６）とが設けられる一方、
上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、
上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、
上記放熱器から膨張機構（４０）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、
上記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）と、
上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、上記温度検出手段（６１，６３）の検出値、及び上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、
上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記流量調節弁（３６）の開度を調節する制御手段（７４）と
を備えている冷凍装置。
【請求項５】
圧縮機（２１）と放熱器と冷媒の膨張機構（４０）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、
上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
上記膨張機構（４０）は、上記電動機（２４）と共に上記圧縮機（２１）を駆動する膨張機（２２）と、該膨張機（２２）に対して直列に接続された開度可変の膨張弁（２３）とによって構成され、
上記冷媒回路（１０）には、上記膨張機（２２）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（３５）と、該バイパス管路（３５）における冷媒の流量を調節するための流量調節弁（３６）とが設けられる一方、
上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、
上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、
上記放熱器から膨張機構（４０）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、
上記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）と、
上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、上記温度検出手段（６１，６３）の検出値、及び上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、
上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記膨張弁（２３）の開度及び上記流量調節弁（３６）の開度を調節する制御手段（７４）と
を備えている冷凍装置。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５記載の冷凍装置において、
冷媒回路（１０）には、二酸化炭素が冷媒として充填されている冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置に関し、特に、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となるものに係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、閉回路内で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、空調機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、例えば特開２０００−２３４８１４号公報に開示されているように、冷凍サイクルの高圧を冷媒の臨界圧力以上に設定したものが知られている。この冷凍装置は、冷媒の膨張機構として膨張機を備えている。そして、この膨張機と圧縮機を軸によって連結し、膨張機で得られた動力を圧縮機の駆動に利用してＣＯＰ（成績係数）の向上を図っている。
【０００３】
ここで、冷凍サイクルの高圧を冷媒の臨界圧力以上となる冷凍装置では、同公報にも開示されているように、その冷凍サイクルの高圧の値について、最も高いＣＯＰの得られる値が運転状態に応じて定まる。そこで、上記公報の冷凍装置では、ＣＯＰが最高となるように冷凍サイクルの高圧を設定すべく、冷媒回路に設けられた膨張弁の開度や、膨張機をバイパスする冷媒量を変更するための調節弁の開度を調節している。その際、この冷凍装置では、放熱器の出口において、冷媒の圧力を圧力センサで、冷媒の温度を温度センサでそれぞれ検出し、得られた検出値に基づいて膨張弁や調節弁の開度調節を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示された冷凍装置では、膨張弁や調節弁の開度制御を行うために、冷媒回路の配管に圧力センサを取り付ける必要がある。このため、冷媒回路から冷媒が漏洩する危険が増大し、冷凍装置の信頼性を損なうおそれがあった。
【０００５】
つまり、一般に、圧力センサで冷媒の圧力を検出するには、冷媒を直接に圧力センサと接触させる必要がある。一方、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となる上記冷凍装置において、例えば冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた場合、冷凍サイクルの高圧が１０ＭＰａ（約１００気圧）を超えることも希ではない。このため、このような極めて高圧の冷媒が流れる配管を加工して圧力センサを設置しなければならず、圧力センサの取付箇所からの冷媒漏洩が生じ易くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となる冷凍装置において、冷凍サイクルの高圧を適切に設定可能としながら、冷凍装置の信頼性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、圧縮機（２１）と放熱器と開度可変の膨張弁（２３）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、上記放熱器から上記膨張弁（２３）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、少なくとも上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、及び上記温度検出手段（６１，６３）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記膨張弁（２３）の開度を調節する制御手段（７４）とを備えるものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の冷凍装置において、蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）を備える一方、圧力推定手段（７３）は、電流値検出手段（５２，７１）の検出値、回転速度検出手段（７２）の検出値、及び温度検出手段（６１，６３）の検出値だけでなく、上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値にも基づいて圧力の推定を行うものである。
【０００９】
請求項３の発明は、圧縮機（２１）と放熱器と冷媒の膨張機構（４０）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記膨張機構（４０）は、上記電動機（２４）と共に上記圧縮機（２１）を駆動する膨張機（２２）と、該膨張機（２２）に直列に接続された開度可変の膨張弁（２３）とによって構成される一方、上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、上記放熱器から膨張機構（４０）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、上記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）と、上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、上記温度検出手段（６１，６３）の検出値、及び上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記膨張弁（２３）の開度を調節する制御手段（７４）とを備えるものである。
【００１０】
請求項４の発明は、圧縮機（２１）と放熱器と冷媒の膨張機構（４０）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記冷媒回路（１０）には、上記膨張機構（４０）を構成して上記電動機（２４）と共に上記圧縮機（２１）を駆動する膨張機（２２）と、該膨張機（２２）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（３５）と、該バイパス管路（３５）における冷媒の流量を調節するための流量調節弁（３６）とが設けられる一方、上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、上記放熱器から膨張機構（４０）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、上記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）と、上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、上記温度検出手段（６１，６３）の検出値、及び上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記流量調節弁（３６）の開度を調節する制御手段（７４）とを備えるものである。
【００１１】
請求項５の発明は、圧縮機（２１）と放熱器と冷媒の膨張機構（４０）と蒸発器とが設けられて冷媒が充填された冷媒回路（１０）と、上記圧縮機（２１）を駆動するための電動機（２４）とを備え、上記圧縮機（２１）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記膨張機構（４０）は、上記電動機（２４）と共に上記圧縮機（２１）を駆動する膨張機（２２）と、該膨張機（２２）に対して直列に接続された開度可変の膨張弁（２３）とによって構成され、上記冷媒回路（１０）には、上記膨張機（２２）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（３５）と、該バイパス管路（３５）における冷媒の流量を調節するための流量調節弁（３６）とが設けられる一方、上記電動機（２４）へ流れる電流の値を検出する電流値検出手段（５２，７１）と、上記電動機（２４）の回転速度を検出する回転速度検出手段（７２）と、上記放熱器から膨張機構（４０）へ送られる冷媒の温度を検出する温度検出手段（６１，６３）と、上記蒸発器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（６２，６４）と、上記電流値検出手段（５２，７１）の検出値、上記回転速度検出手段（７２）の検出値、上記温度検出手段（６１，６３）の検出値、及び上記蒸発温度検出手段（６２，６４）の検出値に基づいて、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を推定する圧力推定手段（７３）と、上記圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて上記膨張弁（２３）の開度及び上記流量調節弁（３６）の開度を調節する制御手段（７４）とを備えるものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１，２，３，４又は５記載の冷凍装置において、冷媒回路（１０）には二酸化炭素が冷媒として充填されるものである。
【００１３】
−作用−
請求項１の発明では、冷媒回路（１０）で冷媒が循環することによって冷凍サイクルが行われる。具体的に、電動機（２４）により駆動される圧縮機（２１）は、低圧の冷媒を吸入して圧縮し、その圧力が臨界圧力以上となった高圧の冷媒を吐出する。圧縮機（２１）から吐出された冷媒は、放熱器で空気等に対して放熱し、その後に膨張弁（２３）を通過して膨張する。膨張弁（２３）を通過した冷媒は、蒸発器で空気等から吸熱して蒸発し、その後に圧縮機（２１）へ吸入される。
【００１４】
この発明の冷凍装置には、圧力推定手段（７３）や制御手段（７４）が設けられている。この圧力推定手段（７３）は、少なくとも電流値検出手段（５２，７１）、回転速度検出手段（７２）、及び温度検出手段（６１，６３）において得られた各検出値に基づき、圧縮機（２１）の吐出圧力を推定する。一方、制御手段（７４）は、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて、膨張弁（２３）の開度を調節する。つまり、この冷凍装置では、圧縮機（２１）の吐出圧力を圧力センサで直接に測定しなくても、圧縮機（２１）の吐出圧力の推定値に応じて膨張弁（２３）の開度が制御される。
【００１５】
請求項２の発明では、蒸発温度検出手段（６２，６４）が冷凍装置に設けられる。この発明の冷凍装置において、圧力推定手段（７３）は、電流値検出手段（５２，７１）、回転速度検出手段（７２）、及び温度検出手段（６１，６３）において得られた各検出値に加え、蒸発温度検出手段（６２，６４）において得られた検出値をも考慮して、圧縮機（２１）の吐出圧力を推定する。つまり、この圧力推定手段（７３）は、４つの検出値に基づいて圧力の推定を行う。
【００１６】
請求項３，４，５の各発明では、冷媒回路（１０）で冷媒が循環することによって冷凍サイクルが行われる。具体的に、電動機（２４）により駆動される圧縮機（２１）は、低圧の冷媒を吸入して圧縮し、その圧力が臨界圧力以上となった高圧の冷媒を吐出する。圧縮機（２１）から吐出された冷媒は、放熱器で空気等に対して放熱し、その後に膨張機構（４０）へ送られて膨張する。膨張後の冷媒は、蒸発器で空気等から吸熱して蒸発し、その後に圧縮機（２１）へ吸入される。
【００１７】
これらの各発明の冷凍装置には、圧力推定手段（７３）が設けられる。この圧力推定手段（７３）は、電流値検出手段（５２，７１）、回転速度検出手段（７２）、温度検出手段（６１，６３）、及び蒸発温度検出手段（６２，６４）において得られた各検出値、即ち４つの検出値に基づき、圧縮機（２１）の吐出圧力を推定する。
【００１８】
請求項３の発明では、膨張機（２２）と膨張弁（２３）とが膨張機構（４０）として冷媒回路（１０）に設けられる。この冷媒回路（１０）において、膨張弁（２３）は膨張機（２２）に対して直列に配置されている。ただし、膨張弁（２３）は、膨張機（２２）の上流側に設置されていてもよいし、その下流側に設置されていてもよい。
【００１９】
膨張弁（２３）が膨張機（２２）の上流側に設置されている場合を例に説明すると、放熱器から膨張機構（４０）へ送られてきた冷媒は、先ず膨張弁（２３）を通過する際に膨張し、その後に膨張機（２２）へ送られて更に膨張する。この例において、膨張機構（４０）へ向かう冷媒の体積流量が膨張機（２２）の押しのけ量に対して過小である場合には、膨張弁（２３）の開度を絞って膨張機（２２）へ流入する冷媒の比体積を増大させる。
【００２０】
この発明の冷凍装置において、圧縮機（２１）は、電動機（２４）と膨張機（２２）の両方によって駆動される。また、この発明の冷凍装置には、制御手段（７４）が設けられている。制御手段（７４）は、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて、膨張弁（２３）の開度を調節する。つまり、この冷凍装置では、圧縮機（２１）の吐出圧力を圧力センサで直接に測定しなくても、圧縮機（２１）の吐出圧力の推定値に応じて膨張弁（２３）の開度が制御される。
【００２１】
請求項４の発明では、膨張機（２２）が膨張機構（４０）として冷媒回路（１０）に設けられる。また、この冷媒回路（１０）には、バイパス管路（３５）と流量調節弁（３６）とが設けられる。流量調節弁（３６）が開いた状態において、放熱器から送られてきた冷媒は、その一部がバイパス管路（３５）を通って膨張機（２２）をバイパスして流れ、残りの冷媒が膨張機（２２）へ流入する。例えば、膨張機構（４０）へ向かう冷媒の体積流量が膨張機（２２）の押しのけ量に対して過大である場合には、流量調節弁（３６）の開度を拡大してバイパス管路（３５）での冷媒流量を増大させ、膨張機（２２）へ流入する冷媒量を削減する。
【００２２】
この発明の冷凍装置において、圧縮機（２１）は、電動機（２４）と膨張機（２２）の両方によって駆動される。また、この発明の冷凍装置には、制御手段（７４）が設けられている。制御手段（７４）は、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて、流量調節弁（３６）の開度を調節する。つまり、この冷凍装置では、圧縮機（２１）の吐出圧力を圧力センサで直接に測定しなくても、圧縮機（２１）の吐出圧力の推定値に応じて流量調節弁（３６）の開度が制御される。
【００２３】
請求項５の発明では、膨張機（２２）と膨張弁（２３）とが膨張機構（４０）として冷媒回路（１０）に設けられる。この冷媒回路（１０）において、膨張弁（２３）は膨張機（２２）に対して直列に配置されている。ただし、膨張弁（２３）は、膨張機（２２）の上流側に設置されていてもよいし、その下流側に設置されていてもよい。
【００２４】
膨張弁（２３）が膨張機（２２）の上流側に設置されている場合を例に説明すると、放熱器から膨張機構（４０）へ送られてきた冷媒は、先ず膨張弁（２３）を通過する際に膨張し、その後に膨張機（２２）へ送られて更に膨張する。この例において、膨張機構（４０）へ向かう冷媒の体積流量が膨張機（２２）の押しのけ量に対して過小である場合には、膨張弁（２３）の開度を絞って膨張機（２２）へ流入する冷媒の比体積を増大させる。
【００２５】
また、この発明の冷媒回路（１０）には、バイパス管路（３５）と流量調節弁（３６）とが設けられる。流量調節弁（３６）が開いた状態において、放熱器から送られてきた冷媒は、その一部がバイパス管路（３５）を通って膨張機（２２）をバイパスして流れ、残りの冷媒が膨張機（２２）へ流入する。例えば、膨張機構（４０）へ向かう冷媒の体積流量が膨張機（２２）の押しのけ量に対して過大である場合には、流量調節弁（３６）の開度を拡大してバイパス管路（３５）での冷媒流量を増大させ、膨張機（２２）へ流入する冷媒量を削減する。
【００２６】
この発明の冷凍装置において、圧縮機（２１）は、電動機（２４）と膨張機（２２）の両方によって駆動される。また、この発明の冷凍装置には、制御手段（７４）が設けられている。制御手段（７４）は、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて、膨張弁（２３）の開度と流量調節弁（３６）の開度とを調節する。つまり、この冷凍装置では、圧縮機（２１）の吐出圧力を圧力センサで直接に測定しなくても、圧縮機（２１）の吐出圧力の推定値に応じて膨張弁（２３）や流量調節弁（３６）の開度が制御される。
【００２７】
請求項６の発明では、冷媒回路（１０）に充填される冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。冷媒回路（１０）では、冷媒として充填された二酸化炭素が循環し、冷凍サイクルが行われる。
【００２８】
【発明の実施の形態１】
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。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態１は、本発明に係る冷凍装置により構成された空調機である。この空調機は、冷媒回路（１０）で冷媒を循環させ、冷房運転と暖房運転を切り換えて行うように構成されている。また、この空調機は、コントローラ（７０）を備えている。
【００３０】
上記冷媒回路（１０）には、室内熱交換器（１１）、室外熱交換器（１２）、第１四路切換弁（１３）、第２四路切換弁（１４）、圧縮機（２１）、膨張機（２２）、電動膨張弁（２３）、及びレシーバタンク（３１）が設けられている。また、この冷媒回路（１０）には、バイパス管路（３５）とバイパス弁（３６）とが設けられている。
【００３１】
この冷媒回路（１０）では、膨張機（２２）と電動膨張弁（２３）が直列に配置されており、これらが冷媒の膨張機構（４０）を構成している。また、冷媒回路（１０）には、二酸化炭素（ＣＯ２）が冷媒として充填されている。
【００３２】
上記室内熱交換器（１１）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により構成されている。室内熱交換器（１１）へは、図外のファンによって室内空気が供給される。室内熱交換器（１１）では、供給された室内空気と冷媒回路（１０）の冷媒との熱交換が行われる。上記冷媒回路（１０）において、この室内熱交換器（１１）は、その一端が第１四路切換弁（１３）の第１のポートに配管接続され、その他端が第２四路切換弁（１４）の第１のポートに配管接続されている。この室内熱交換器（１１）は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に放熱器（即ち、ガスクーラ）として機能する。
【００３３】
上記室外熱交換器（１２）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により構成されている。室外熱交換器（１２）へは、図外のファンによって室外空気が供給される。室外熱交換器（１２）では、供給された室外空気と冷媒回路（１０）の冷媒との熱交換が行われる。上記冷媒回路（１０）において、この室外熱交換器（１２）は、その一端が第１四路切換弁（１３）の第２のポートに配管接続され、その他端が第２四路切換弁（１４）の第２のポートに配管接続されている。この室外熱交換器（１２）は、冷房運転時に放熱器（即ち、ガスクーラ）として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。
【００３４】
上記圧縮機（２１）は、ローリングピストン型の流体機械により構成されている。つまり、この圧縮機（２１）は、押しのけ容積が一定の容積形流体機械により構成されている。この圧縮機（２１）は、吸入した冷媒（ＣＯ２）をその臨界圧力以上にまで圧縮する。上記冷媒回路（１０）において、上記圧縮機（２１）は、その吐出側が第１四路切換弁（１３）の第３のポートに配管接続され、その吸入側が第１四路切換弁（１３）の第４のポートに配管接続されている。
【００３５】
上記膨張機（２２）は、スクロール型の流体機械により構成されている。つまり、この膨張機（２２）は、押しのけ容積が一定の容積形流体機械により構成されている。上記冷媒回路（１０）において、上記膨張機（２２）は、その流入側がレシーバタンク（３１）の下部に配管接続され、その流出側が第２四路切換弁（１４）の第４のポートに配管接続されている。このレシーバタンク（３１）は、縦長の円筒状に形成された密閉容器である。
【００３６】
上記電動膨張弁（２３）は、パルスモータ等で弁体を回転させることによって、その開度を変更できるように構成されている。電動膨張弁（２３）は、その流入側が第２四路切換弁（１４）の第３のポートに配管接続され、その流出側がレシーバタンク（３１）の上部に配管接続されている。このように、上記冷媒回路（１０）では、膨張機（２２）の上流側に電動膨張弁（２３）が設けられている。
【００３７】
上記バイパス管路（３５）は、その一端が第２四路切換弁（１４）の第３のポートと電動膨張弁（２３）との間に接続され、その他端が膨張機（２２）の流出側と第２四路切換弁（１４）の第４のポートとの間に接続されている。つまり、電動膨張弁（２３）と膨張機（２２）により構成される膨張機構（４０）の流入側と流出側とは、バイパス管路（３５）によって連通可能となっている。
【００３８】
上記バイパス弁（３６）は、流量調節弁を構成するものであって、バイパス管路（３５）に設けられている。このバイパス弁（３６）は、上記電動膨張弁（２３）と同様に、パルスモータ等で弁体を回転させることによって、その開度を変更できるように構成されている。バイパス弁（３６）の開度を変更すると、バイパス管路（３５）を流れる冷媒の流量が変化する。また、バイパス弁（３６）を全閉するとバイパス管路（３５）が遮断状態となり、冷媒回路（１０）を循環する冷媒の全てが電動膨張弁（２３）や膨張機（２２）へ送られる。
【００３９】
上述のように、第１四路切換弁（１３）は、第１のポートが室内熱交換器（１１）と、第２のポートが室外熱交換器（１２）と、第３のポートが圧縮機（２１）の吐出側と、第４のポートが圧縮機（２１）の吸入側とそれぞれ接続されている。この第１四路切換弁（１３）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。
【００４０】
一方、第２四路切換弁（１４）は、第１のポートが室内熱交換器（１１）と、第２のポートが室外熱交換器（１２）と、第３のポートが電動膨張弁（２３）と、第４のポートが膨張機（２２）の流出側とそれぞれ接続されている。この第１四路切換弁（１３）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。
【００４１】
本実施形態において、圧縮機（２１）の駆動軸には、膨張機（２２）と電動機（２４）とが連結されている。そして、この圧縮機（２１）は、膨張機（２２）での冷媒の膨張により得られた動力と、電動機（２４）へ通電することにより得られた動力との両方によって回転駆動される。また、本実施形態では、圧縮機（２１）と膨張機（２２）と電動機（２４）とが駆動軸によって互いに直結されている。従って、圧縮機（２１）の回転速度と、膨張機（２２）の回転速度と、電動機（２４）の回転速度とは、常に等しくなる。
【００４２】
上記電動機（２４）には、インバータ（５１）を介して商用電源（５３）が接続されている。商用電源（５３）からの交流電力は、インバータ（５１）において所定の周波数に変換され、その後に電動機（２４）へ供給される。電動機（２４）へ供給される電力の周波数を変更すると、電動機（２４）の回転数が変化し、それに伴って圧縮機（２１）の容量が変化する。
【００４３】
インバータ（５１）には、電動機（２４）へ流れる電流の値を検出するための電流センサ（５２）が設けられている。この電流センサ（５２）は、電動機（２４）へ流れる交流の瞬時値に応じた信号を出力する。
【００４４】
本実施形態において、圧縮機（２１）と膨張機（２２）とは、両者の押しのけ容積比が冷房標準条件に適した値となるように、それぞれの押しのけ容積が設定されている（図３参照）。つまり、冷房標準条件においては、電動膨張弁（２３）を全開してバイパス弁（３６）を全閉した状態で冷凍サイクルを行うことができるように、圧縮機（２１）及び膨張機（２２）が設計されている。
【００４５】
尚、本明細書において、「押しのけ量比」とは、ある運転状態において圧縮機（２１）に要求される押しのけ量と膨張機（２２）に要求される押しのけ量の比を意味する。また、「押しのけ量」は、圧縮機（２１）や膨張機（２２）の「押しのけ容積」にそれぞれの回転速度を乗じて得られる値である。
【００４６】
図１に示すように、本実施形態の冷媒回路（１０）には、第１室内側温度センサ（６１）、第２室内側温度センサ（６２）、第１室外側温度センサ（６３）、及び第２室外側温度センサ（６４）が取り付けられている。
【００４７】
第１室内側温度センサ（６１）は、室内熱交換器（１１）と第２四路切換弁（１４）の間の配管に取り付けられている。また、第１室内側温度センサ（６１）は、室内熱交換器（１１）の近傍に配置され、配管に密着するように固定されている。この第１室内側温度センサ（６１）は、配管の温度を、その配管内を流れる冷媒の温度として検出する。そして、第１室内側温度センサ（６１）は、暖房運転時に放熱器となる室内熱交換器（１１）から流出した冷媒の温度を検出する温度検出手段を構成している。
【００４８】
第２室内側温度センサ（６２）は、室内熱交換器（１１）を構成する伝熱管に取り付けられている。また、第２室内側温度センサ（６２）は、室内熱交換器（１１）の伝熱管と密着するように固定されている。この第２室内側温度センサ（６２）は、伝熱管の温度を、その伝熱管内を流れる冷媒の温度として検出する。そして、第２室内側温度センサ（６２）は、冷房運転時に蒸発器となる室内熱交換器（１１）の伝熱管内で蒸発する冷媒の温度、即ち冷房運転時の室内熱交換器（１１）における冷媒蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段を構成している。
【００４９】
第１室外側温度センサ（６３）は、室外熱交換器（１２）と第２四路切換弁（１４）の間の配管に取り付けられている。また、第１室外側温度センサ（６３）は、室外熱交換器（１２）の近傍に配置され、配管に密着するように固定されている。この第１室外側温度センサ（６３）は、配管の温度を、その配管内を流れる冷媒の温度として検出する。そして、第１室外側温度センサ（６３）は、冷房運転時に放熱器となる室外熱交換器（１２）から流出した冷媒の温度を検出する温度検出手段を構成している。
【００５０】
第２室外側温度センサ（６４）は、室外熱交換器（１２）を構成する伝熱管に取り付けられている。また、第２室外側温度センサ（６４）は、室外熱交換器（１２）の伝熱管と密着するように固定されている。この第２室外側温度センサ（６４）は、伝熱管の温度を、その伝熱管内を流れる冷媒の温度として検出する。そして、第２室外側温度センサ（６４）は、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器（１２）の伝熱管内で蒸発する冷媒の温度、即ち暖房運転時の室外熱交換器（１２）における冷媒蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段を構成している。
【００５１】
上記コントローラ（７０）には、電流値検出部（７１）と、回転速度検出手段を構成する回転速度検出部（７２）と、圧力推定手段を構成する高圧推定部（７３）と、制御手段を構成する制御部（７４）とが設けられている。
【００５２】
電流値検出部（７１）には、電流センサ（５２）の出力信号が入力されている。電流値検出部（７１）は、電流センサ（５２）と共に電流値検出手段を構成している。この電流値検出部（７１）は、電流センサ（５２）の出力信号に基づき、電動機（２４）へ流れる電流の実効値を計算する。そして、電流値検出部（７１）は、計算により得られた実効値を検出値として出力する。
【００５３】
回転速度検出部（７２）は、インバータ（５１）から電動機（２４）へ供給される交流の周波数と、電動機（２４）の特性とに基づき、その周波数の交流を供給されて回転する電動機（２４）の回転速度を導出するように構成されている。そして、回転速度検出部（７２）は、導出した回転速度の値を検出値として出力する。尚、回転速度検出部（７２）で電動機（２４）の回転速度を導出するための周波数の値としては、インバータ（５１）から電動機（２４）へ供給される交流の周波数の実測値を用いてもよいし、インバータ（５１）に対して指令された出力周波数の指令値を用いてもよい。
【００５４】
高圧推定部（７３）には、第１室内側温度センサ（６１）、第２室内側温度センサ（６２）、第１室外側温度センサ（６３）、及び第２室外側温度センサ（６４）の各検出値が入力されている。また、高圧推定部（７３）には、電流値検出部（７１）の検出値と、回転速度検出部（７２）の検出値とが入力されている。高圧推定部（７３）は、入力された複数の検出値に基づき、圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力の値、即ち冷凍サイクルの高圧の値を推定するように構成されている。そして、高圧推定部（７３）は、推定した圧力の値を出力する。
【００５５】
制御部（７４）には、高圧推定部（７３）で推定された圧力の値が入力されている。また、制御部（７４）には、第２室内側温度センサ（６２）及び第２室外側温度センサ（６４）の各検出値が入力されている。この制御部（７４）は、第２室内側温度センサ（６２）又は第２室外側温度センサ（６４）の検出値に基づき、冷凍サイクルのＣＯＰが最も高くなるような冷凍サイクルの高圧の値を制御目標値として定める。そして、制御部（７４）は、高圧推定部（７３）で推定された圧力の値が制御目標値となるように、電動膨張弁（２３）及びバイパス弁（３６）の開度調節を行うように構成されている。
【００５６】
−運転動作−
《暖房運転》
上記空調機の暖房運転時の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。尚、図２は、上記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力−エンタルピ線図）上に表したものである。
【００５７】
暖房運転時において、第１四路切換弁（１３）及び第２四路切換弁（１４）は、図１に実線で示す状態に切り換わる。また、暖房運転時において、コントローラ（７０）の制御部（７４）は、電動膨張弁（２３）及びバイパス弁（３６）の開度制御を行う。
【００５８】
尚、上述したように、圧縮機（２１）と膨張機（２２）とは、両者の押しのけ容積比が冷房標準条件に適した値となるように、それぞれの押しのけ容積が設定されている（図３参照）。従って、この暖房運転時において、通常はバイパス弁（３６）が全閉状態に保持される。
【００５９】
この状態で圧縮機（２１）を駆動すると、冷媒回路（１０）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器（１１）が放熱器として機能し、室外熱交換器（１２）が蒸発器として機能する。
【００６０】
具体的に、圧縮機（２１）からは、図２における点▲１▼の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（２１）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（１３）を通って室内熱交換器（１１）へ導入される。
【００６１】
室内熱交換器（１１）では、導入された高圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点▲１▼の状態から点▲２▼の状態にまで低下する。そして、室内熱交換器（１１）からは、点▲２▼の状態の高圧冷媒が流出する。一方、室内熱交換器（１１）で高圧冷媒により加熱された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【００６２】
室内熱交換器（１１）で放熱した後の点▲２▼の状態の冷媒は、電動膨張弁（２３）へ送られて減圧され、その圧力が点▲２▼の状態から点▲３▼の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（２３）を通過することで、高圧冷媒が減圧されて圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。そして、気液二相状態の中間圧冷媒が、電動膨張弁（２３）から流出し、レシーバタンク（３１）を通って膨張機（２２）へ送られる。
【００６３】
レシーバから送り込まれた点▲３▼の状態の冷媒は、膨張機（２２）において膨張し、その圧力及びエンタルピが点▲４▼の状態にまで低下する。つまり、膨張機（２２）では、中間圧冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。点▲４▼の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（１４）を通って室外熱交換器（１２）へ導入される。
【００６４】
室外熱交換器（１２）では、導入された低圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点▲４▼の状態から点▲７▼の状態にまで増大する。点▲７▼の状態の低圧冷媒は、室外熱交換器（１２）から流出し、第１四路切換弁（１３）を通って圧縮機（２１）へ送られる。
【００６５】
圧縮機（２１）に吸入された点▲７▼の状態の冷媒は、圧縮されて点▲１▼の状態となる。つまり、圧縮機（２１）では、圧力ＰＬの低圧冷媒が圧縮されて圧力ＰＨの高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（２１）から室内熱交換器（１１）へ送られる。
【００６６】
上述のように、膨張機（２２）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点▲３▼から点▲４▼の状態にまで低下する。そして、この膨張機（２２）では、点▲３▼と点▲４▼のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（２１）の駆動に利用される。
【００６７】
《冷房運転》
上記空調機の冷房運転時の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００６８】
冷房運転時において、第１四路切換弁（１３）及び第２四路切換弁（１４）は、図１に破線で示す状態に切り換わる。また、冷房運転時において、コントローラ（７０）の制御部（７４）は、電動膨張弁（２３）及びバイパス弁（３６）の開度制御を行う。
【００６９】
尚、上述したように、圧縮機（２１）と膨張機（２２）とは、両者の押しのけ容積比が冷房標準条件に適した値となるように、それぞれの押しのけ容積が設定されている（図３参照）。従って、この冷房運転時において、通常は電動膨張弁（２３）が全開状態に保持される。
【００７０】
この状態で圧縮機（２１）を駆動すると、冷媒回路（１０）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（１２）が放熱器として機能し、室内熱交換器（１１）が蒸発器として機能する。
【００７１】
具体的に、圧縮機（２１）からは、図２における点▲１▼の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（２１）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（１３）を通って室外熱交換器（１２）へ導入される。
【００７２】
室外熱交換器（１２）では、導入された高圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点▲１▼の状態から点▲２▼の状態にまで低下する。室外熱交換器（１２）から流出した点▲２▼の状態の冷媒は、第２四路切換弁（１４）を通過した後に二手に分流され、その一方が電動膨張弁（２３）へ送られて、残りがバイパス管路（３５）へ流入する。
【００７３】
電動膨張弁（２３）へ送られた冷媒は、全開状態の電動膨張弁（２３）を通過し、更にレシーバタンク（３１）を通過して膨張機（２２）へ導入される。膨張機（２２）へ流入した点▲２▼の状態の冷媒は、膨張して圧力及びエンタルピが低下し、点▲４▼の状態となる。つまり、膨張機（２２）では、圧力ＰＨの高圧冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。そして、膨張機（２２）からは、点▲４▼の状態の冷媒が流出する。
【００７４】
一方、バイパス管路（３５）へ流入した点▲２▼の状態の冷媒は、バイパス弁（３６）を通過する。その際、点▲２▼の状態の冷媒は、バイパス弁（３６）の絞り作用によって減圧され、その圧力が低下して点▲５▼の状態となる。
【００７５】
膨張機（２２）を通過した点▲４▼の状態の冷媒と、バイパス弁（３６）を通過した点▲５▼の状態とは、混合されて点▲６▼の状態となる。この点▲６▼の状態の冷媒は、第２四路切換弁（１４）を通過して室内熱交換器（１１）へ導入される。
【００７６】
室内熱交換器（１１）では、導入された低圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点▲６▼の状態から点▲７▼の状態にまで増大する。点▲７▼の状態の低圧冷媒は、室内熱交換器（１１）から流出し、第１四路切換弁（１３）を通って圧縮機（２１）へ送られる。一方、室内熱交換器（１１）で低圧冷媒により冷却された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【００７７】
圧縮機（２１）に吸入された点▲７▼の状態の冷媒は、圧縮されて点▲１▼の状態となる。つまり、圧縮機（２１）では、圧力ＰＬの低圧冷媒が圧縮されて圧力ＰＨの高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（２１）から室外熱交換器（１２）へ送られる。
【００７８】
上述のように、膨張機（２２）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点▲２▼から点▲４▼の状態にまで低下する。そして、この膨張機（２２）では、点▲２▼と点▲４▼のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（２１）の駆動に利用される。
【００７９】
また、上述した冷房運転時において、その時の運転条件で膨張機（２２）に要求される押しのけ容積が設計値と一致する場合には、バイパス弁（３６）が全閉される。この場合において、室外熱交換器（１２）から流出した点▲２▼の状態の冷媒は、その全てが膨張機（２２）及び電動膨張弁（２３）を通過し、点▲４▼の状態となって室内熱交換器（１１）へ流入する。
【００８０】
つまり、冷媒の一部をバイパス管路（３５）へ導入する場合には点▲６▼の状態の冷媒が室内熱交換器（１１）へ導入されるのに対し、この場合には、点▲６▼の状態よりもエンタルピの低い点▲４▼の状態の冷媒が室内熱交換器（１１）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交換器（１１）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。
【００８１】
《コントローラの動作》
ここでは、コントローラ（７０）の高圧推定部（７３）及び制御部（７４）の動作について、図１，図４，図５を適宜参照しながら説明する。尚、図４及び図５のグラフは、暖房能力が１４ｋＷの空調機を想定したシミュレーションにより得られた結果を示したものである。
【００８２】
図４に示すように、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅと、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣと、圧縮機（２１）を駆動する電動機（２４）の回転速度とがある一定の値となる状態では、電動機（２４）へ供給される電力Ｅと、電動機（２４）により駆動される圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈとの間に相関関係が成立する。つまり、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅと、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣと、圧縮機（２１）を駆動する電動機（２４）の回転速度とが既知の状態において、電動機（２４）へ供給される電力の値が分かれば、その電力の値に対応する圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値が一義的に定まる。
【００８３】
そこで、高圧推定部（７３）は、このような電力Ｅと吐出圧力Ｐｈとの相関関係を利用し、吐出圧力Ｐｈの値を推定する。この点について説明する。
【００８４】
先ず、高圧推定部（７３）には、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅ、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣ、及び電動機（２４）の回転速度の複数の組合せ毎に、電力Ｅと吐出圧力Ｐｈとの相関関係が記録されている。この電力Ｅと吐出圧力Ｐｈとの相関関係は、予めシミュレーションや実験により特定され、相関式や数値データとして高圧推定部（７３）に記録されている。
【００８５】
一方、高圧推定部（７３）には、電流値検出部（７１）の検出値、即ち電動機（２４）へ流れる電流の実効値が入力されている。本実施形態の空調機において電圧の実効値が一定であることを利用し、高圧推定部（７３）は、電流値検出部（７１）の検出値に基づいて、電動機（２４）へ供給される電力Ｅを導出する。そして、高圧推定部（７３）は、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅ、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣ、及び電動機（２４）の回転速度の各入力値と、導出された電力Ｅの値と、予め記録されている相関関係とを用いて、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値を推定する。
【００８６】
尚、上述のように、暖房運転時には、室内熱交換器（１１）が放熱器として機能し、室外熱交換器（１２）が蒸発器として機能する。従って、この暖房運転時において、高圧推定部（７３）は、第１室内側温度センサ（６１）の検出値を放熱器出口の冷媒温度ＴＧＣとして用い、第２室外側温度センサ（６４）の検出値を蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅとして用いて、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈ（即ち、冷凍サイクルの高圧）を推定する。
【００８７】
一方、冷房運転時には、室外熱交換器（１２）が放熱器として機能し、室内熱交換器（１１）が蒸発器として機能する。従って、この冷房運転時において、高圧推定部（７３）は、第１室外側温度センサ（６３）の検出値を放熱器出口の冷媒温度ＴＧＣとして用い、第２室内側温度センサ（６２）の検出値を蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅとして用いて、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈ（即ち、冷凍サイクルの高圧）を推定する。
【００８８】
制御部（７４）は、高圧推定部（７３）で推定された圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値に応じて、電動膨張弁（２３）及びバイパス弁（３６）の開度制御を行う。その際、制御部（７４）は、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅに応じて吐出圧力Ｐｈの制御目標値を設定する。
【００８９】
ここで、図５に示すように、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅが定まると、冷凍サイクルのＣＯＰが最高となるような吐出圧力Ｐｈの値が、その冷媒蒸発温度Ｔｅの値に対応して一義的に定まる。制御部（７４）には、このような関係が相関式や数値データとして予め記録されている。制御部（７４）は、記録されている関係と、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅの入力値とを用い、吐出圧力Ｐｈの制御目標値を設定する。そして、制御部（７４）は、高圧推定部（７３）で推定された吐出圧力Ｐｈの値が制御目標値となるように、電動膨張弁（２３）及びバイパス弁（３６）の開度を調節する。
【００９０】
尚、上述のように、暖房運転時には室外熱交換器（１２）が蒸発器として機能し、冷房運転時には室内熱交換器（１１）が蒸発器として機能する。そこで、制御部（７４）は、吐出圧力Ｐｈの制御目標値を設定する際において、暖房運転時であれば第２室外側温度センサ（６４）の検出値を冷媒蒸発温度Ｔｅとして用い、冷房運転時であれば第２室内側温度センサ（６２）の検出値を冷媒蒸発温度Ｔｅとして用いる。
【００９１】
制御部（７４）の動作について、具体例を示しながら説明する。
【００９２】
例えば、電動膨張弁（２３）が全開であってバイパス弁（３６）が開いている状態において、高圧推定部（７３）で推定された吐出圧力Ｐｈの値が制御目標値よりも低い場合、制御部（７４）は、バイパス弁（３６）の開度を次第に絞ってゆく。バイパス弁（３６）が全閉となっても吐出圧力Ｐｈの推定値が制御目標値より低ければ、制御部（７４）は、次に電動膨張弁（２３）の開度を次第に絞ってゆく。
【００９３】
また、バイパス弁（３６）が閉じている状態において、高圧推定部（７３）で推定された吐出圧力Ｐｈの値が制御目標値よりも高い場合、制御部（７４）は、電動膨張弁（２３）の開度を次第に拡大してゆく。電動膨張弁（２３）が全開となっても吐出圧力Ｐｈの推定値が制御目標値より高ければ、制御部（７４）は、次にバイパス弁（３６）の開度を次第に拡大してゆく。
【００９４】
−実施形態１の効果−
本実施形態の空調機では、高圧推定部（７３）で推定された吐出圧力Ｐｈの値に応じて、制御部（７４）が電動膨張弁（２３）の開度とバイパス弁（３６）の開度とを調節している。このため、冷媒の圧力を圧力センサによって直接に検出しなくても、電動膨張弁（２３）やバイパス弁（３６）の開度を調節することにより、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈ（即ち、冷凍サイクルの高圧）を適切な値に設定することが可能となる。従って、本実施形態によれば、電動膨張弁（２３）やバイパス弁（３６）を制御するために圧力センサを設ける必要が無くなり、圧力センサの設置に伴う冷媒漏洩の問題を確実に回避して空調機の信頼性を向上させることができる。
【００９５】
また、本実施形態において、第１室内側温度センサ（６１）、第２室内側温度センサ（６２）、第１室外側温度センサ（６３）、及び第２室外側温度センサ（６４）は、何れも配管又は伝熱管に密着して設けられ、配管又は伝熱管の温度をそれらの内部で流通する冷媒の温度として検出している。従って、本実施形態によれば、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値を得るために配管に加工を施す必要が全くなくなり、冷媒漏洩の危険性を一層低くすることができる。
【００９６】
また、本実施形態の空調機に設けられた温度センサ（６１，６２，６３，６４）や電流センサ（５２）は、例え圧縮機（２１）の吐出圧力を圧力センサで検出する場合であっても、空調機の運転制御に必要なものである。従って、本実施形態によれば、圧力センサを省略したにも拘わらず、圧縮機（２１）の吐出圧力に応じた電動膨張弁（２３）やバイパス弁（３６）の開度制御が可能となり、空調機の構成を簡素化することができる。
【００９７】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、上記実施形態１において、冷媒回路（１０）の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態について、上記実施形態１と異なる点を説明する。
【００９８】
図６に示すように、本実施形態の冷媒回路（１０）は、上記実施形態１の冷媒回路（１０）から、膨張機（２２）、第２四路切換弁（１４）、レシーバタンク（３１）、バイパス管路（３５）、及びバイパス弁（３６）を省略したものである。具体的に、この冷媒回路（１０）では、室外熱交換器（１２）と室内熱交換器（１１）が配管によって直接に接続されている。また、電動膨張弁（２３）は、室外熱交換器（１２）と室内熱交換器（１１）の間の配管に設置されている。そして、本実施形態の空調機において、圧縮機（２１）は、電動機（２４）だけによって駆動される。
【００９９】
上述のように、本実施形態の冷媒回路（１０）では、バイパス弁（３６）が省略されている。このため、本実施形態のコントローラ（７０）に設けられた制御部（７４）は、電動膨張弁（２３）の開度調節だけを行う。そして、本実施形態の制御部（７４）は、高圧推定部（７３）で推定された吐出圧力Ｐｈの値が制御目標値となるように、電動膨張弁（２３）の開度を調節する。
【０１００】
本実施形態の空調機では、圧縮機（２１）が電動機（２４）だけによって駆動される。この場合、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣ、圧縮機（２１）を駆動する電動機（２４）の回転速度、及び圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈが一定であるとすると、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅと電動機（２４）へ供給される電力Ｅとの間には、図７に示すような相関関係が成立する。尚、図７のグラフは、暖房能力が１４ｋＷの空調機を想定したシミュレーションにより得られた結果を示したものである。
【０１０１】
図７に示すような相関関係が成立するということは、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅと、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣと、圧縮機（２１）を駆動する電動機（２４）の回転速度とがある一定の値となる状態において、電動機（２４）へ供給される電力Ｅと、電動機（２４）により駆動される圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈとの間に相関関係が成立することを意味する。従って、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅと、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣと、圧縮機（２１）を駆動する電動機（２４）の回転速度とが既知の状態において、電動機（２４）へ供給される電力の値が分かれば、その電力の値に対応する圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値が一義的に定まる。
【０１０２】
そこで、高圧推定部（７３）は、上記実施形態１の場合と同様に、このような電力Ｅと吐出圧力Ｐｈとの相関関係を利用して吐出圧力Ｐｈの値を推定する。つまり、この高圧推定部（７３）には、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅ、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣ、及び電動機（２４）の回転速度の複数の組合せ毎に、電力Ｅと吐出圧力Ｐｈとの相関関係が記録されている。ただし、本実施形態の高圧推定部（７３）に記録されている相関関係は、上記実施形態１の高圧推定部（７３）に記録されている相関関係とは別のものである。そして、本実施形態の高圧推定部（７３）は、上記実施形態１の場合と同様に、入力された値と記録されている相関関係とを用い、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値を推定する。
【０１０３】
ここで、図７に示すように、放熱器出口での冷媒温度ＴＧＣ、圧縮機（２１）を駆動する電動機（２４）の回転速度、及び圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈが一定である状態では、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅが変動しても、電動機（２４）へ供給される電力は、それ程大きく変動しない。このため、圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値をそれほど高精度に推定する必要がなければ、高圧推定部（７３）において、蒸発器での冷媒蒸発温度Ｔｅを考慮せずに圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈの値を推定するようにしてもよい。
【０１０４】
−運転動作−
暖房運転時において、本実施形態の冷媒回路（１０）では、第１四路切換弁（１３）が図６に実線で示す状態に切り換わる。この状態において、電動機（２４）で圧縮機（２１）を駆動すると、圧縮機（２１）から吐出された冷媒が室内熱交換器（１１）へ送られる。室内熱交換器（１１）で室内空気へ放熱した冷媒は、電動膨張弁（２３）を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器（１２）へ送られる。室外熱交換器（１２）で室外空気から吸熱して蒸発した冷媒は、圧縮機（２１）へ吸入されて圧縮される。そして、圧縮機（２１）からは、圧縮された冷媒が吐出される。
【０１０５】
冷房運転時において、本実施形態の冷媒回路（１０）では、第１四路切換弁（１３）が図６に破線で示す状態に切り換わる。この状態において、電動機（２４）で圧縮機（２１）を駆動すると、圧縮機（２１）から吐出された冷媒が室外熱交換器（１２）へ送られる。室外熱交換器（１２）で室外空気へ放熱した冷媒は、電動膨張弁（２３）を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器（１１）へ送られる。室外熱交換器（１２）で室内空気から吸熱して蒸発した冷媒は、圧縮機（２１）へ吸入されて圧縮される。そして、圧縮機（２１）からは、圧縮された冷媒が吐出される。
【０１０６】
【発明のその他の実施の形態】
−第１変形例−
上記実施形態１では、電動膨張弁（２３）、バイパス管路（３５）、及びバイパス弁（３６）を冷媒回路（１０）に設け、コントローラ（７０）の制御部（７４）によって電動膨張弁（２３）とバイパス弁（３６）の開度を調節するようにしているが、これに代えて、次のような構成を採ってもよい。
【０１０７】
つまり、押しのけ量比が最も大きくなる運転条件に併せて圧縮機（２１）と膨張機（２２）の押しのけ容積を設定した場合には、冷媒回路（１０）から電動膨張弁（２３）を省略してもよい。この場合、コントローラ（７０）の制御部（７４）は、バイパス弁（３６）の開度調節を行うように構成される。一方、押しのけ量比が最も小さくなる運転条件に併せて圧縮機（２１）と膨張機（２２）の押しのけ容積を設定した場合には、冷媒回路（１０）からバイパス管路（３５）及びバイパス弁（３６）を省略してもよい。この場合、コントローラ（７０）の制御部（７４）は、電動膨張弁（２３）の開度調節を行うように構成される。
【０１０８】
−第２変形例−
上記の各実施形態において、高圧推定部（７３）は、電流値検出部（７１）の検出値から電動機（２４）へ供給される電力Ｅを導出し、この電力Ｅと圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈとの相関関係を利用して吐出圧力Ｐｈの値を推定しているが、これに代えて、高圧推定部（７３）を次のように構成してもよい。
【０１０９】
つまり、上記各実施形態の空調機のように、電動機（２４）に印加される電圧の実効値が一定であれば、電動機（２４）へ供給される電力Ｅと、電動機（２４）へ流れる電流の実効値との間には、一対一の対応関係が成立する。そこで、電動機（２４）へ供給される電力Ｅと圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈとの相関関係ではなく、電動機（２４）へ流れる電流の実効値と圧縮機（２１）の吐出圧力Ｐｈとの相関関係を高圧推定部（７３）に記録するようにしてもよい。この場合、高圧推定部（７３）は、電動機（２４）へ供給される電力Ｅを計算することなく、電流値検出部（７１）の検出値をそのまま用いて吐出圧力Ｐｈの値を推定する。
【０１１０】
−第３変形例−
上記の各実施形態では、本発明に係る冷凍装置を用いて空調機を構成しているが、これに代えて、例えば給湯器を本発明に係る冷凍装置によって構成してもよい。つまり、圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と水とを熱交換させ、得られた温水を給湯に利用してもよい。
【０１１１】
【発明の効果】
請求項１の発明では、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて制御手段（７４）が膨張弁（２３）の開度を調節している。このため、冷媒の圧力を圧力センサによって直接に検出しなくても、膨張弁（２３）の開度を調節することにより、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの高圧）を適切な値に設定することが可能となる。従って、請求項１の発明によれば、膨張弁（２３）を制御するために圧力センサを設ける必要が無くなり、圧力センサの設置に伴う冷媒漏洩の問題を確実に回避して冷凍装置の信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
請求項２の発明では、電流値検出手段（５２，７１）、回転速度検出手段（７２）、及び温度検出手段（６１，６３）において得られた各検出値に加え、蒸発温度検出手段（６２，６４）において得られた検出値をも考慮して、圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力を圧力推定手段（７３）が推定している。従って、請求項２の発明によれば、圧力推定手段（７３）において推定される圧力値の精度を高めることができ、膨張弁（２３）の開度を一層適切に調節することができる。
【０１１３】
請求項３の発明によれば、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて制御手段（７４）が膨張弁（２３）の開度を調節している。このため、冷媒の圧力を圧力センサによって直接に検出しなくても、膨張弁（２３）の開度を調節することにより、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの高圧）を適切な値に設定することが可能となる。従って、請求項３の発明によれば、膨張弁（２３）を制御するために圧力センサを設ける必要が無くなり、圧力センサの設置に伴う冷媒漏洩の問題を確実に回避して冷凍装置の信頼性を向上させることができる。
【０１１４】
請求項４の発明によれば、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて制御手段（７４）が流量調節弁（３６）の開度を調節している。このため、冷媒の圧力を圧力センサによって直接に検出しなくても、流量調節弁（３６）の開度を調節することにより、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの高圧）を適切な値に設定することが可能となる。従って、請求項４の発明によれば、流量調節弁（３６）を制御するために圧力センサを設ける必要が無くなり、圧力センサの設置に伴う冷媒漏洩の問題を確実に回避して冷凍装置の信頼性を向上させることができる。
【０１１５】
請求項５の発明によれば、圧力推定手段（７３）で推定された圧力の値に応じて制御手段（７４）が膨張弁（２３）の開度と流量調節弁（３６）の開度とを調節している。このため、冷媒の圧力を圧力センサによって直接に検出しなくても、膨張弁（２３）や流量調節弁（３６）の開度を調節することにより、上記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力（即ち、冷凍サイクルの高圧）を適切な値に設定することが可能となる。従って、請求項５の発明によれば、膨張弁（２３）や流量調節弁（３６）を制御するために圧力センサを設ける必要が無くなり、圧力センサの設置に伴う冷媒漏洩の問題を確実に回避して冷凍装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における空調機の概略構成図である。
【図２】実施形態１の空調機における冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【図３】空調機の運転条件を示す押しのけ量比と冷媒蒸発温度の関係図である。
【図４】放熱器出口の冷媒温度と電動機の回転数が一定の場合における冷媒蒸発温度ごとの電力Ｅと吐出圧力Ｐｈの関係図である。
【図５】冷媒蒸発温度ごとの吐出圧力Ｐｈと冷凍サイクルのＣＯＰの関係図である。
【図６】実施形態２における空調機の概略構成図である。
【図７】放熱器出口の冷媒温度と電動機の回転数が一定の場合における吐出圧力Ｐｈごとの冷媒蒸発温度と電力Ｅの関係図である。
【符号の説明】
（１０）　冷媒回路
（２１）　圧縮機
（２２）　膨張機
（２３）　電動膨張弁（膨張弁）
（２４）　電動機
（３５）　バイパス管路
（３６）　バイパス弁（流量調節弁）
（４０）　膨張機構
（５２）　電流センサ（電流値検出手段）
（６１）　第１室内側温度センサ（温度検出手段）
（６２）　第２室内側温度センサ（蒸発温度検出手段）
（６３）　第１室外側温度センサ（温度検出手段）
（６４）　第２室外側温度センサ（蒸発温度検出手段）
（７１）　電流値検出部（電流値検出手段）
（７２）　回転速度検出部（回転速度検出手段）
（７３）　高圧推定部（圧力推定手段）
（７４）　制御部（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004003692.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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