(57)【要約】      （修正有）【課題】インジェクション配管の振動を抑制し、かつ、設計自由度を向上させたヒートポンプサイクル装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプサイクル装置１００は、水冷媒熱交換器３と第１膨張弁４との間と、圧縮機１の中間圧力部とを接続し第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３が直列に組み込まれたインジェクション配管１４を備えたものであって、インジェクション配管１４には、キャピラリーチューブ２３をバイパスし電磁弁２１を備えたバイパス管１５が設けられている。制御手段６０は、冷媒回路を暖房サイクルとして起動するときは、電磁弁２１を閉じるとともに第２膨張弁２２を最小開度とする起動時インジェクション制御を行い、冷媒回路を暖房サイクルとして運転しているときは、膨張弁／電磁弁制御テーブルを参照して電磁弁２１を開閉するとともに第２膨張弁２２の開度調整を行う運転時インジェクション制御を行う。【選択図】図１
2016133238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と利用側熱交換器と第１膨張弁と熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続し、一端が前記冷媒配管における前記水冷媒熱交換器と前記第１膨張弁の間に接続され他端が前記圧縮機の中間圧力部に接続され流量規制手段と第２膨張弁が直列に組み込まれたインジェクション配管を有する冷媒回路と、
凝縮圧力検出手段と、
前記圧縮機の回転数制御を行う制御手段と
を備えたヒートポンプサイクル装置であって、
前記インジェクション配管には、前記流量規制手段をバイパスし開閉手段を備えたバイパス管が設けられ、
前記制御手段は、
前記冷媒回路を暖房サイクルとして起動するときは、前記圧縮機の温度が予め定められた温度となるまで前記開閉手段を閉じ、
前記圧縮機の温度が予め定められた温度となった後前記冷媒回路を暖房サイクルとして運転しているときは、前記凝縮圧力検出手段で検出した凝縮圧力および前記圧縮機の回転数に応じて、前記開閉手段の開閉制御を行う、
ことを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置において、
前記流量規制手段はキャピラリーチューブであることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のヒートポンプサイクル装置において、
前記圧縮機は、ロータリー圧縮機であることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクル装置に係わり、詳細には、圧縮機の中間圧力部に液冷媒のインジェクションが行えるヒートポンプサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプサイクル装置としては、空気調和機が代表的な装置であり、圧縮機の吐出冷媒温度の上昇を抑制するために、圧縮機の中間圧力部に液冷媒をインジェクション（以下、液インジェクションと記載）するインジェクション配管を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されている空気調和機は、圧縮機と、四方弁と、利用側熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器とが順次冷媒配管で接続された冷媒回路を備え、利用側熱交換器と膨張弁とを接続する冷媒配管から分岐して圧縮機の中間圧力部と接続され、膨張弁を備えたインジェクション配管設けられている。
【０００４】
一方、ヒートポンプサイクル装置の１つであり、ヒートポンプ式温冷水空気調和機やヒートポンプ式給湯装置等、利用側熱交換器が水と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器であり、水と冷媒との熱交換により温水を生成するヒートポンプサイクル装置が存在する。このようなヒートポンプサイクル装置においても、圧縮機に液インジェクションを行うために膨張弁を備えたインジェクション配管を設けたものが提案されている。
【０００５】
一般に、ヒートポンプサイクル装置は、低外気温度（０℃以下）で暖房運転や給湯運転を行う場合等、圧縮機が高圧縮比運転となって圧縮機の吐出冷媒温度が上昇すると、吐出冷媒温度保護制御が働いて頻繁に圧縮機が停止／再起動を繰り返す恐れがあり、安定したヒートポンプサイクル装置の運転が行えない恐れがある。
【０００６】
インジェクション配管を備えたヒートポンプサイクル装置では、暖房運転や給湯運転を行っている際に吐出冷媒温度の上昇を抑えるため、インジェクション配管に備えられた膨張弁を所定開度で開き、利用側熱交換器あるいは水冷媒熱交換器で凝縮した液冷媒の一部を圧縮機の中間圧力部に注入する。このように、圧縮機に液インジェクションを行って圧縮機内部を冷却することで、圧縮機の吐出冷媒温度上昇を抑制できるので、吐出冷媒温度保護制御が働くことによって頻繁に圧縮機が停止／再起動することを防ぎ、ヒートポンプサイクル装置の運転を安定して行えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２１０７０９号公報（第４〜６頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような液インジェクションが行えるヒートポンプサイクル装置においては、一般的に、暖房運転を開始する際の圧縮機起動時は、膨張弁を全閉としてインジェクション配管での冷媒の流通を遮断する、つまり、圧縮機への液インジェクションを行わない。圧縮機の起動時は、冷媒とともに冷凍機油が吐出されることで、圧縮機内部の冷凍機油量が一時的に減少する。この状態で液インジェクションにより圧縮機内部に液冷媒が注入されると、冷凍機油が希釈されて圧縮機の機構部で潤滑不足となるためである。
【０００９】
また、ヒートポンプサイクル装置が暖房運転中で、暖房負荷が低い等の理由により圧縮機が低回転で駆動している場合も、圧縮機への液インジェクションを行わない。圧縮機が低回転で駆動しているときは、圧縮機内部の温度が高くならず吐出冷媒温度も高くならないので、圧縮機内部を冷却する必要がない（吐出冷媒温度保護制御が働いて頻繁に圧縮機が停止／再起動することがない）ためであり、この状態で多量の液インジェクションを行うことによって圧縮機の内部温度が必要以上に低下することを防ぐためである。
【００１０】
しかし、膨張弁が全閉とされてインジェクション配管での冷媒の流通が遮断されている場合は、圧縮機の運転によりインジェクション配管内部（インジェクション配管における、圧縮機のインジェクション配管接続口と膨張弁との間）に圧力変動が発生し、これに起因するインジェクション配管の振動が発生する恐れがある。
【００１１】
特に、圧縮機がロータリー圧縮機である場合は、機構部のロータの回転によって圧縮機のインジェクション配管内部の圧力が上昇／下降を繰り返す（ロータがインジェクション配管接続口付近にくればインジェクション配管内部の圧力が上昇し、ロータがインジェクション配管接続口から遠ざかればインジェクション配管内部の圧力が下降する）ため、インジェクション配管の振動が発生し、インジェクション配管の振動に起因する騒音が発生するという問題があった。また、インジェクション配管の振動によりインジェクション配管の接続部等の信頼性が低下するといった問題があった。
【００１２】
上述したインジェクション配管の振動を抑制するためには、インジェクション配管に備える膨張弁として、暖房運転の際に圧縮機起動時の冷凍機油の希釈や運転中の圧縮機内部温度の過度の低下を発生させない程度の、極少量の液冷媒が流せる開度とできるものを選択し、暖房運転の際の圧縮機起動時や圧縮機の低回転駆動時は、膨張弁を上記極少量の液冷媒が流せる開度としてインジェクション配管に冷媒が流れるようにすることで、インジェクション配管内部の圧力変動を抑制することも考えられる。しかし、膨張弁は、一般的に極少量の冷媒を安定して流すことが困難であるという問題があった。また、極少量の液冷媒が流せる開度とするためには呼び径の大きな膨張弁は使いにくく、膨張弁の選択幅が狭くなってヒートポンプサイクル装置の設計自由度が低下するという問題があった。
【００１３】
本発明は以上述べた問題点を解決し、インジェクション配管の振動を抑制し、かつ、設計自由度を向上させたヒートポンプサイクル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】
【００１４】
本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と利用側熱交換器と第１膨張弁と熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続し、一端が冷媒配管における水冷媒熱交換器と第１膨張弁の間に接続されるとともに他端が圧縮機の中間圧力部に接続され流量規制手段と第２膨張弁が直列に組み込まれたインジェクション配管を有する冷媒回路と、凝縮圧力検出手段と、圧縮機の回転数制御を行う制御手段とを備えたものであって、インジェクション配管には、流量規制手段をバイパスし開閉手段を備えたバイパス管が設けられている。そして、制御手段は、冷媒回路を暖房サイクルとして起動するときは、圧縮機の温度が予め定められた温度となるまで開閉手段を閉じ、圧縮機の温度が予め定められた温度となった後冷媒回路を暖房サイクルとして運転しているときは、凝縮圧力検出手段で検出した凝縮圧力および圧縮機の回転数に応じて、開閉手段の開閉制御を行うものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のヒートポンプサイクル装置は、暖房サイクルでの起動時や暖房運転中の、インジェクション配管内部での圧力変動に起因する振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における、ヒートポンプサイクル装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態における、膨張弁／電磁弁制御テーブルである。
【図３】本発明の実施形態における、制御手段で行うメインルーチンに関する処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における、サブルーチンの一つである起動時インジェクション制御に関する処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における、サブルーチンの一つである運転時インジェクション制御に関する処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、床暖房装置やラジエタ等の室内ユニットを有し、水冷媒熱交換器で水と冷媒との熱交換が行われるヒートポンプサイクル装置を例として説明することとする。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明によるヒートポンプサイクル装置の構成を示している。このヒートポンプサイクル装置１００は、ロータリー圧縮機１（以下、圧縮機１と記載する）、四方弁２、冷媒と水との熱交換を行う利用側熱交換器である水冷媒熱交換器３、第１膨張弁４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６が順に冷媒配管１１で接続されて冷媒回路１０が構成されており、四方弁２により冷媒回路１０における冷媒循環方向を切り換えるように構成されている。
【００１９】
冷媒回路１０には、一端が冷媒配管１１における水冷媒熱交換器３と第１膨張弁４の間に、他端が圧縮機１の中間圧力部１ａに各々接続され、流量規制手段であるキャピラリーチューブ２３と第２膨張弁２２が直列に組み込まれたインジェクション配管１４が設けられている。また、キャピラリーチューブ２３の両端には、開閉手段である電磁弁２１を備えたバイパス管１５が接続されている。
【００２０】
第１膨張弁４および第２膨張弁２２は、ステッピングモータを用いて弁の開度をパルス制御可能としたものである。また、キャピラリーチューブ２３は、第２膨張弁２２を最小開度としたときに第２膨張弁２２を通過する冷媒量よりも少ない冷媒量が流れるものが選択され、例えば、ヒートポンプサイクル装置１００を暖房運転で起動する際に、キャピラリーチューブ２３と最小開度とされた第２膨張弁２２によって、圧縮機１に液インジェクションされる液冷媒量を圧縮機１の冷凍機油の希釈がごく僅かとなる極少量とできるものが選択されている。
【００２１】
冷媒配管１１における圧縮機１の吐出口付近には、圧縮機１から吐出された冷媒の温度（吐出冷媒温度）を検出するための吐出冷媒温度センサ５１が備えられている。また、圧縮機１の密閉容器の下方には、圧縮機１の温度を検出するための圧縮機温度センサ５２が備えられている。
【００２２】
冷媒配管１１における水冷媒熱交換器３と第１膨張弁４との間には、第１膨張弁４付近の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ５３が、また、冷媒配管１１における第１膨張弁４と熱源側熱交換器５との間には、熱源側熱交換器５の温度を検出する熱交温度センサ５４が、それぞれ備えられている。
【００２３】
熱源側熱交換器５の近傍には、外気温度を検出するための外気温度センサ５５が設けられている。また、冷媒配管１１における圧縮機１の吐出側（四方弁２と水冷媒熱交換器３との間）には、凝縮圧力検出手段である圧力センサ５０が備えられている。
【００２４】
水冷媒熱交換器３には、冷媒配管１１と水配管１６が接続されており、水配管１６には室内ユニット４０に水を循環させるための循環ポンプ３０が設けられ、循環ポンプ３０の駆動により冷媒と熱交換された水が図１に示す矢印８０の方向に循環するように構成されている。また、水配管１６における水冷媒熱交換器３の水の入口側には、水冷媒熱交換器３に流入する水の温度を検出する戻り温度センサ５６が、水配管１６における水冷媒熱交換器３の水の出口側には、水冷媒熱交換器３から流出するする水の温度を検出する往き温度センサ５７が、それぞれ備えられている。
【００２５】
以上説明した構成の他に、ヒートポンプサイクル装置１００には制御手段６０が備えられている。制御手段６０は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ５０で検出した凝縮圧力を入力し、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求に応じて、圧縮機１や循環ポンプ３０の駆動制御、四方弁２の切り換え制御、電磁弁２１の開閉制御、第１膨張弁４および第２膨張弁２２の開度調整等といった、ヒートポンプサイクル装置１００の制御を行う。
【００２６】
また、図１では、ヒートポンプサイクル装置１００を、冷媒回路１０を暖房サイクルとして運転したときの冷媒流れ方向を矢印７０で、第２膨張弁２２を所定の開度としてインジェクション配管１４に冷媒が流れた場合の冷媒流れ方向を矢印９０で、それぞれ示している。尚、ヒートポンプサイクル装置１００において、冷媒回路１０を冷房サイクルとして運転したときの冷媒流れ方向は、圧縮機１と四方弁２との間を除いて暖房サイクルとして運転したときの冷媒流れ方向（矢印７０の方向）と逆方向となるが、冷房サイクル時の冷媒流れ方向の記載は省略している。また、冷媒回路１０を冷房サイクルとして運転しているときは、第２膨張弁２２が全閉とされる。冷房サイクル時は、インジェクション配管１４の両端における圧力の高低が暖房運転時と逆となる、すなわち、インジェクション配管１４における圧縮機１側の圧力が、冷媒配管１１との接続側の圧力より高くなる。この状態では、圧縮機１の中間圧力部１ａから冷媒配管１１に向かってインジェクション配管１４内を冷媒が流れるので、これを防ぐために第２膨張弁２２が全閉とされる。
【００２７】
次に、本発明のヒートポンプサイクル装置１００における、冷媒回路１０の動作やその作用・効果について、図１および図２を用いて説明する。尚、以下の説明では、ヒートポンプサイクル装置１００が暖房運転を行う場合、つまり、冷媒回路１０を暖房サイクルとして運転する場合を例に挙げて説明する。
【００２８】
制御手段６０の図示しない記憶部には、図２に示す膨張弁／電磁弁制御テーブル２００が記憶されている。この膨張弁／電磁弁制御テーブル２００は、後述する運転時インジェクション制御を行うためのものであり、冷媒回路１０を暖房サイクルとして運転しているときの電磁弁２１の開閉制御および第２膨張弁２２の開度調整を行うためのものである。尚、この膨張弁／電磁弁制御テーブル２００は、予め試験等による確認結果に基づいて作成し制御手段６０に記憶されている。
【００２９】
膨張弁／電磁弁制御テーブル２００には、圧力センサ５０で検出する凝縮圧力（以降、凝縮圧力ＨＰと記載）および圧縮機１の回転数（以降、圧縮機回転数Ｆと記載）に対応して、電磁弁２１の開閉および第２膨張弁２２の開度が定められている。尚、第２膨張弁２２の開度は、前述したようにステッピングモータで制御されるので、膨張弁／電磁弁制御テーブル２００には、各凝縮圧力ＨＰおよび圧縮機回転数Ｆにおける第２膨張弁２２の開度に対応した、ステッピングモータに加えるパルス数（単位：Ｐ）が定められている。また、第２膨張弁２２の開度とパルス数との関係は、パルス数が５０Ｐの時が第２膨張弁２２の最小開度（第２膨張弁２２を通過する冷媒量が最小量となる開度）、パルス数が５００Ｐの時が最大開度（第２膨張弁２２を通過する冷媒量が最大量となる開度）、となっている。尚、パルス数が０Ｐの時は、第２膨張弁２２は全閉（第２膨張弁２２を冷媒が通過できない状態）となる。また、圧縮機回転数Ｆは制御手段６０によって制御されており、制御手段６０は、現在の圧縮機回転数Ｆを記憶部に記憶し、圧縮機回転数Ｆを変更する毎に更新を行っている。
【００３０】
例えば、低外気温度における暖房運転時は要求される運転能力が高いため、圧縮機１の回転数を上昇させて水冷媒熱交換器３における冷媒流量を増加させる必要がある。しかし、圧縮機１の回転数を上昇させると、圧縮機１の内部温度が上昇し圧縮機１の吐出圧力が性能上限値に近づく恐れがある。そこで、圧縮機１に液インジェクションを行うことで、圧縮機１が冷却され、また、インジェクション配管１４から圧縮機１に戻る冷媒によって水冷媒熱交換器３における冷媒流量も増加する。一方、液インジェクション量が多すぎると、圧縮機１の内部温度が必要以上に低下するとともに、液冷媒によって圧縮機１の冷凍機油が希釈されて圧縮機１の潤滑不良が発生する恐れがある。
【００３１】
本実施例の膨張弁／電磁弁制御テーブル２００では、上述した圧縮機１の内部温度の上昇抑制や水冷媒熱交換器３での冷媒流量を調整するため、および、液インジェクションによる圧縮機１の潤滑不良発生を防ぐために、凝縮圧力ＨＰおよび圧縮機回転数Ｆに対応づけて電磁弁２１の開閉および第２膨張弁２２の開度が定められている。尚、第２膨張弁２２の開度は、予め試験等で確認して定められたものである。
【００３２】
膨張弁／電磁弁制御テーブル２００では、凝縮圧力ＨＰが３．５ＭＰａ以上である場合は、圧縮機回転数Ｆが３０ｒｐｓ未満で電磁弁が閉、パルス数が５０Ｐ（最小開度に相当）と定められている。また、圧縮機回転数Ｆが３０ｒｐｓ以上５０ｒｐｓ未満で電磁弁が開、パルス数が２００Ｐと定められている。また、圧縮機回転数Ｆが５０ｒｐｓ以上７０ｒｐｓ未満で電磁弁が開、パルス数が３５０Ｐと定められている。そして、圧縮機回転数Ｆが７０ｒｐｓ以上で電磁弁が開、パルス数が５００Ｐ（最大開度に相当）と定められている。
【００３３】
凝縮圧力ＨＰが３．５ＭＰａ以上である場合は、圧縮機１の吐出圧力が性能上限に達する可能性が高く、また、圧縮機回転数Ｆが高いほど圧縮機１の吐出圧力が高くなる。従って、凝縮圧力ＨＰが３．５ＭＰａ以上かつ圧縮機回転数Ｆが３０ｒｐｓ以上である場合は、インジェクション配管１４を流れて圧縮機１の中間圧力部１ａに注入される液冷媒量を多くして圧縮機１を冷却し吐出圧力の上昇を抑制するように、圧縮機回転数Ｆが高くなるほど第２膨張弁２２の開度が大きくなるようにパルス数が定められている。
【００３４】
尚、圧縮機回転数Ｆが３０ｒｐｓ未満である場合は、電磁弁２１を閉と定められるとともに第２膨張弁２２に加えるパルス数を５０Ｐとして第２膨張弁２２を最小開度と定められている。これは、凝縮圧力ＨＰが３．５ＭＰａ以上であっても、圧縮機回転数Ｆが３０ｒｐｓ以上である場合と比べて圧縮機１の吐出圧力が性能上限に達する可能性が低いこと、および、圧縮機１の内部温度が必要以上に低下することや液冷媒によって圧縮機１の冷凍機油が希釈されて圧縮機１の潤滑不良が発生することを防ぐことを考慮して、最小開度とした第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３により圧縮機１の中間圧力部１ａに注入される液冷媒量を極少とするためである。
【００３５】
上記と同様に、凝縮圧力ＨＰが２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ未満である場合や、３．０ＭＰａ以上３．５ＭＰａ未満である場合についても、圧縮機回転数Ｆに応じて電磁弁２１の開閉制御を行うとともに、圧縮機１を冷却し吐出圧力の上昇を抑制するような液インジェクション量となる第２膨張弁２２の開度に対応したパルス数が定められている。ここでも、圧縮機１の吐出圧力が性能上限に達する可能性が低いと考えられる場合や、圧縮機１の内部温度が必要以上に低下するとともに液冷媒によって冷凍機油が希釈されて圧縮機１の潤滑不良が発生する恐れがある場合は、電磁弁２１を閉とするとともに第２膨張弁２２に加えるパルス数を５０Ｐとして第２膨張弁２２を最小開度とすることで、圧縮機１の中間圧力部１ａに注入される液冷媒量を極少としている。
【００３６】
また、凝縮圧力ＨＰが２．５ＭＰａ未満である場合は、圧縮機回転数Ｆに関わらず全て電磁弁２１が閉、パルス数が５０Ｐと定められている。凝縮圧力ＨＰが２．５ＭＰａ未満である場合は、圧縮機回転数Ｆに関わらず圧縮機１の吐出圧力が性能上限に達する可能性が低い。従って、圧縮機１の内部温度が必要以上に低下することや液冷媒によって圧縮機１の冷凍機油が希釈されて圧縮機１の潤滑不良が発生することを防ぐことを考慮して、圧縮機回転数Ｆに関わらず電磁弁２１を閉とするとともに第２膨張弁２２に加えるパルス数を５０Ｐとして第２膨張弁２２を最小開度とすることで、圧縮機１の中間圧力部１ａに注入される液冷媒量を極少としている。
【００３７】
次に、ヒートポンプサイクル装置１００の具体的な動作について説明する。使用者が室内ユニット４０の図示しないリモコン等を操作して暖房運転開始を指示すると、制御手段６０は、循環ポンプ３０を回転させて水冷媒熱交換器３と室内ユニット４０との間で水を循環させるとともに、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換え、圧縮機１を起動してヒートポンプサイクル装置１００の暖房運転を開始する。尚、ヒートポンプサイクル装置１００が暖房運転を開始したときは、電磁弁２１は開、第２膨張弁２２は全閉とされている。
【００３８】
制御手段６０は、暖房運転を開始したときに後述する起動時インジェクション制御終了条件が成立していなければ、電磁弁２１を閉とするとともに第２膨張弁２２を最小開度（第２膨張弁２２に５０Ｐを加える）とする起動時インジェクション制御を行う。起動時インジェクション制御は、暖房運転が開始されて圧縮機１が起動する際に、圧縮機１に極少量の液インジェクションを行う制御であり、電磁弁２１を閉じるとともに第２膨張弁２２を最小開度とすることによって、最小開度とした第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３により圧縮機１の中間圧力部１ａに注入される液冷媒量を極少量となる。
【００３９】
背景技術で説明したように、膨張弁（今の場合、第２膨張弁２２）を最小開度としても、極少量の冷媒を安定して流すことは困難である。一方、キャピラリーチューブ２３は、一定量の冷媒を安定して流通させることができる。従って、起動時インジェクション制御において、最小開度としたときに第２膨張弁２２を通過する冷媒量よりも少ない冷媒量が流れるキャピラリーチューブ２３と、最小開度とされた第２膨張弁２２とによって、圧縮機１に安定して極少量の液インジェクションを行える。
【００４０】
このとき、インジェクション配管１４は、最小開度とされた第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３によって極少量の冷媒が流れる状態となるため、圧縮機１のロータの回転に起因するインジェクション配管１４内部の圧力変動が小さくなり、これに起因したインジェクション配管１４の振動を抑制することができる。また、圧縮機１には、最小開度とされた第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３によって極少量しか液インジェクションがなされないため、圧縮機１起動時に、多量の液冷媒がインジェクションされることによって、冷凍機油が希釈されて圧縮機１の機構部が潤滑不良となることを防ぐことができる。
【００４１】
制御手段６０は、起動時インジェクション制御を、以下に説明する起動時インジェクション制御終了条件が成立するまで行う。起動時インジェクション制御終了条件とは、圧縮機１の内部温度が上昇して圧縮機１内部に存在する液冷媒がガス冷媒となる所定の温度となることで、圧縮機１から吐出される冷媒によって圧縮機１の外部に持ち出される冷凍機油量が少なくなった、または、圧縮機１内部で凝縮した液冷媒による冷凍機油の希釈が少なくなったと考えられる条件である。制御手段６０は、吐出冷媒温度センサ５１で検出した吐出冷媒温度と、圧力センサ５０で検出した凝縮圧力から算出する水冷媒熱交換器３での凝縮温度との差が所定値以上（例えば、１０℃以上）となれば、あるいは、圧縮機温度センサ５２で検出した圧縮機１の温度と凝縮温度との差が所定値以上（例えば、５℃以上）となれば、圧縮機１の内部温度が上昇して冷媒によって圧縮機１の外部に持ち出される冷凍機油量が少なくなる所定の温度となったまたは圧縮機１内部で凝縮した液冷媒による冷凍機油の希釈が少なくなった、つまり、起動時インジェクション制御終了条件が成立したと判断する。尚、上記各温度差は、予め試験等で求めて制御手段６０の記憶部に記憶される。
【００４２】
制御手段６０は、起動時インジェクション制御終了条件が成立すれば、起動時インジェクション制御を終了して通常の暖房運転制御に移行する。具体的には、制御手段６０は、往き温度センサ５７で検出された現在の水温、つまり、水冷媒熱交換器３で暖められた水の温度が、使用者が設定した暖房運転の目標温度である設定温度に対応する水の温度となるように圧縮機１の駆動制御を行う。圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、水冷媒熱交換器３で水と熱交換して凝縮し、さらに第１膨張弁４で減圧されて熱源側熱交換器５で外気と熱交換して蒸発して再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。尚、起動時インジェクション制御を終了したときの電磁弁２１および第２膨張弁２２の状態は、起動時インジェクション制御を行っているときのまま（電磁弁２１は閉、第２膨張弁２２は最小開度）となっている。
【００４３】
制御手段６０は、上記暖房運転制御を行っているときに運転時インジェクション制御を行う。具体的には、制御手段６０は、圧力センサ５０で検出した凝縮圧力を取り込み、膨張弁／電磁弁制御テーブル２００を参照して取り込んだ凝縮圧力と記憶部から読み出した圧縮機回転数Ｆとに対応した、電磁弁２１の開閉と、第２膨張弁２２のステッピングモータに加えるパルス数を抽出する。制御手段６０は、抽出した電磁弁２１の開閉に応じて電磁弁２１を開くあるいは閉じる。また、制御手段６０は、抽出したパルス数に対応したパルス信号を第２膨張弁２２のステッピングモータに加えて第２膨張弁２２の開度を加えるパルス数に応じた開度とする。これにより、圧縮機１の中間圧力部１ａには第２膨張弁２２の開度に応じた量の液冷媒がインジェクションされる。
【００４４】
膨張弁／電磁弁制御テーブル２００に示すように、凝縮圧力ＨＰや圧縮機回転数Ｆが低い場合は、電磁弁２１が閉と定められているとともにパルス数が５０Ｐと定められている。このときは、上述した圧縮機１の起動時に行う起動時インジェクション制御の場合と同様に、最小開度としたときに第２膨張弁２２を通過する冷媒量よりも少ない冷媒量が流れるキャピラリーチューブ２３と、最小開度とされた第２膨張弁２２とによって、圧縮機１に安定して極少量の液インジェクションが行われる。
【００４５】
このとき、インジェクション配管１４は、最小開度とされた第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３によって極少量の冷媒が流れる状態となるため、圧縮機１のロータの回転に起因するインジェクション配管１４内部の圧力変動が小さくなり、これに起因したインジェクション配管１４の振動を抑制することができる。また、最小開度とされた第２膨張弁２２とキャピラリーチューブ２３によって、圧縮機１には極少量の液インジェクションしか行われないので、圧縮機１内部における冷凍機油の希釈がごく僅かとなって冷凍機油の粘度低下による圧縮機１の潤滑不良発生を抑制できる。また、極少量の液インジェクションとすることによって、圧縮機１は必要以上に冷却されず、圧縮機１の内部温度低下による暖房能力の低下を最小限とすることができる。
【００４６】
尚、以上説明した実施形態では、凝縮圧力を圧力センサ５０で検出する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、水冷媒熱交換器３に温度センサを設けて水冷媒熱交換器３での凝縮温度を検出し、検出した凝縮温度から凝縮圧力を算出してもよい。
【００４７】
次に、本発明のヒートポンプサイクル装置１００に関わる処理について、図３乃至図５に示すフローチャートを用いて説明する。図３はヒートポンプサイクル装置１００のメインルーチン、図４はヒートポンプサイクル装置１００の起動時インジェクション制御を示すサブルーチン、図５はヒートポンプサイクル装置１００の運転時インジェクション制御を示すサブルーチンである。これら各図において、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図３および図４では、本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、暖房運転時に使用者が指示した設定温度等の運転条件に応じた制御、といった、ヒートポンプサイクル装置１００に関わる一般的な処理については説明を省略する。
【００４８】
まず、図３を用いてヒートポンプサイクル装置１００のメインルーチンに関する処理の流れについて説明する。図３に示すように、ヒートポンプサイクル装置１００が運転を開始すると、制御手段６０は、使用者によって要求される運転モードが暖房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１）。要求される運転モードが暖房運転である場合は（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、冷媒回路１０が暖房サイクルとなっている場合はその状態を維持し、冷房サイクルとなっている場合は四方弁２を切り換えて冷媒回路１０を暖房サイクルとする。
【００４９】
次に、制御手段６０は、起動時インジェクション制御を行う（ＳＴ２）。起動時インジェクション制御が終了すれば、制御手段６０は、運転時インジェクション制御を行う（ＳＴ３）。
【００５０】
次に、制御手段６０は、ヒートポンプサイクル装置１００の運転終了指示があるか否かを判断する（ＳＴ４）。運転終了指示がなければ（ＳＴ４−Ｎｏ）、制御手段６０はＳＴ１に処理を戻し、運転終了指示があれば（ＳＴ４−Ｙｅｓ）、制御手段６０は処理を終了しヒートポンプサイクル装置１００を停止する。
【００５１】
尚、ＳＴ１において、要求される運転モードが暖房運転でない場合（ＳＴ１−Ｎｏ）、つまり、冷房運転あるいは除霜運転である場合は、制御手段６０は、冷媒回路１０が冷房サイクルとなっている場合はその状態を維持し、暖房サイクルとなっている場合は四方弁２を切り換えて冷媒回路１０を冷房サイクルとする。次に、制御手段６０は、第２膨張弁２２を全閉とする、あるいは、全閉である状態を維持する（ＳＴ５）。そして、制御手段６０は、冷房運転あるいは除霜運転に関する制御を行い（ＳＴ６）、ＳＴ４に処理を進める。
【００５２】
次に、図４を用いて、ヒートポンプサイクル装置１００のサブルーチンの一つである起動時インジェクション制御を行う際の処理の流れについて説明する。制御手段６０は、起動時インジェクション制御を行うとき、圧力センサ５０で検出した凝縮圧力ＨＰを取り込み、取り込んだ凝縮圧力ＨＰを用いて凝縮温度を算出する（ＳＴ２１）。また、制御手段６０は、吐出冷媒温度センサ５１で検出した圧縮機１の吐出冷媒温度あるいは圧縮機温度センサ５２で検出した圧縮機１の温度を取り込む（ＳＴ２２）。
【００５３】
次に、制御手段６０は、算出した凝縮温度と取り込んだ圧縮機１の吐出冷媒温度あるいは圧縮機１の温度を使用して、吐出冷媒温度と凝縮温度との差が所定値以上となったか、あるいは、圧縮機１の温度と凝縮圧力との差が所定値以上となったかを判断する。つまり、起動時インジェクション制御の終了条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ２３）。
【００５４】
起動時インジェクション制御の終了条件が成立していれば（ＳＴ２３−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、起動時インジェクション制御を終了する。起動時インジェクション制御の終了条件が成立していなければ（ＳＴ２３−Ｎｏ）、制御手段６０は、第２膨張弁２２を最小開度とし（ＳＴ２４）、電磁弁２１を閉とする（ＳＴ２５）。そして、制御手段６０は、ＳＴ２１に処理を戻す。
【００５５】
次に、図５を用いて、ヒートポンプサイクル装置１００のサブルーチンの一つである運転時インジェクション制御を行う際の処理の流れについて説明する。制御手段６０は、運転時インジェクション制御を行うとき、圧力センサ５０で検出した凝縮圧力ＨＰを取り込み（ＳＴ３１）、また、圧縮機回転数Ｆを記憶部から読み出す（ＳＴ３２）。
【００５６】
次に、制御手段６０は、膨張弁／電磁弁制御テーブル２００を参照し、取り込んだ凝縮圧力ＨＰと読み出した圧縮機回転数Ｆに応じた電磁弁２１の開閉と第２膨張弁２２に加えるパルス数を抽出する（ＳＴ３２）。
【００５７】
次に、制御手段６０は、抽出したパルス数を第２膨張弁２２に加えて第２膨張弁２２の開度を調整する（ＳＴ３４）とともに、抽出した電磁弁２１の開閉に応じて電磁弁２１を開くあるいは閉じる（ＳＴ３５）。そして、制御手段６０は、運転時インジェクション制御を終了する。
【００５８】
以上説明した通り、本発明のヒートポンプサイクル装置は、暖房サイクルでの起動時や暖房運転中の凝縮圧力と圧縮機の回転数によっては、開閉手段を閉じる。これにより、第２膨張弁と流量規制手段により極少量の液冷媒をインジェクション配管流すことができ、インジェクション配管内部での圧力変動に起因する振動を抑制することができる。また、第２膨張弁と流量規制手段によってインジェクション配管を流れる液冷媒量を極少量とできるので、極少量の液インジェクションを安定して行えるとともに、第２膨張弁の選択幅が広がって設計自由度が向上する。
【符号の説明】
【００５９】
１  圧縮機
１ａ  中間圧力部
２  四方弁
３  水冷媒熱交換器
４  第１膨張弁
５  熱源側熱交換器
６  アキュムレータ
１０  冷媒回路
１４  インジェクション配管
１５  バイパス管
２１  電磁弁
２２  第２膨張弁
２３  キャピラリーチューブ
３０  循環ポンプ
４０  室内ユニット
５０  圧力センサ
５１  吐出冷媒温度センサ
５２  圧縮機温度センサ
５３  冷媒温度センサ
５４  熱交温度センサ
５５  外気温度センサ
５６  戻り温度センサ
５７  往き温度センサ
６０  制御手段
７０  冷媒流れ
８０  水流れ
９０  インジェクション配管での冷媒流れ
１００  ヒートポンプサイクル装置
２００  膨張弁／電磁弁制御テーブル
ＨＰ  凝縮圧力
Ｆ  圧縮機回転数
【図１】
2016133238.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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