(57)【要約】  インジェクションポートを有し、圧縮した冷媒を吐出する圧縮機と、空気と冷媒とを熱交換させる空気熱交換器と、第１膨張弁と、水と冷媒とを熱交換させる水熱交換器と、圧縮機の冷媒の吐出側に設けられ、圧縮機から吐出された冷媒を水熱交換器に流入させる第１状態と、圧縮機から吐出された冷媒を空気熱交換器に流入させる第２状態と、に切り替えられる流路切替装置と、水熱交換器と第１膨張弁とを接続する冷媒配管にある分岐部から分岐し、インジェクションポートに接続されるインジェクション配管と、インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、水熱交換器と分岐部との間を流れる冷媒と、インジェクション配管において第２膨張弁を流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器とを備え、分岐部は、流路切替装置が第１状態で運転されているときの冷媒の流れ方向において、内部熱交換器の下流側かつ第１膨張弁の上流側に設けられている。
2020179005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクションポートを有し、圧縮した冷媒を吐出する圧縮機と、
空気と前記冷媒とを熱交換させる空気熱交換器と、
第１膨張弁と、
水と前記冷媒とを熱交換させる水熱交換器と、
前記圧縮機の前記冷媒の吐出側に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記水熱交換器に流入させる第１状態と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記空気熱交換器に流入させる第２状態と、に切り替えられる流路切替装置と、
前記水熱交換器と前記第１膨張弁とを接続する冷媒配管にある分岐部から分岐し、前記インジェクションポートに接続されるインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、
前記水熱交換器と前記分岐部との間を流れる前記冷媒と、前記インジェクション配管において前記第２膨張弁を流出した前記冷媒とを熱交換させる内部熱交換器とを備え、
前記分岐部は、前記流路切替装置が前記第１状態で運転されているときの冷媒の流れ方向において、前記内部熱交換器の下流側かつ前記第１膨張弁の上流側に設けられている
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
前記流路切替装置が前記第１状態で運転されているときに、前記温度センサの検出値及び前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第２膨張弁の開度を制御する制御装置とを備えた
請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記温度センサの検出値及び前記圧力センサの検出値から得られる吐出過熱度が、目標吐出過熱度に近づくように、前記第２膨張弁の開度を制御する
請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記圧力センサの検出値の値が大きいほど、前記目標吐出過熱度の値を大きい値とする
請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記水熱交換器から流出する水の温度を検出する水温センサを備え、
前記制御装置は、前記水温センサの検出値と、前記水熱交換器から流出する水の温度の目標値との差に基づいて、前記目標吐出過熱度を調整する
請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記流路切替装置が前記第１状態にあって、前記水熱交換器が前記冷媒の凝縮器として機能する暖房運転のときの前記第２膨張弁の開度を、前記流路切替装置が前記第２状態にあって、前記空気熱交換器が前記冷媒の凝縮器として機能する除霜運転のときの前記第２膨張弁の開度よりも、小さい値に制御する
請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクル回路を循環する冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器を備えた冷凍サイクル装置が知られている。例えば特許文献１には、圧縮機と、四方弁と、水熱交換器と、第１の減圧装置と、空気熱交換器とが配管で接続された冷凍サイクル回路が開示されている。この特許文献１の冷凍サイクル回路には、水熱交換器と第１の減圧装置との間に第１の内部熱交換器としての中圧レシーバが設けられている。そして、中圧レシーバにおいて、水熱交換器と第１の減圧装置との間を流れる冷媒と、空気熱交換器と圧縮機との間を流れる冷媒とが熱交換される。また、中圧レシーバと第１の減圧装置との間から分岐し、第２の減圧装置を介して圧縮機に冷媒をインジェクションするインジェクション回路が設けられている。さらに、中圧レシーバと第１の減圧装置との間を流れる冷媒と、インジェクション回路において第２の減圧装置と圧縮機との間を流れる冷媒を熱交換させる、第２の内部熱交換器が設けられている。このように特許文献１では、第１の内部熱交換器としての中圧レシーバに流入した気液二相冷媒を、圧縮機の吸入側の冷媒と熱交換させることで、液冷媒としている。そして、この液冷媒をインジェクション回路に分岐させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０４２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、中圧レシーバによって液化された冷媒をインジェクション回路に流入させているため、第２減圧装置を構成する電子膨張弁の開度を調整することで、圧縮機のインジェクションポートに流入させる冷媒量を安定的に制御することができる。しかし、冷凍サイクル装置の構造の簡易化のため、中圧レシーバを用いることなく、圧縮機のインジェクションポートに流入させる冷媒量の制御を安定的に行える冷凍サイクル装置が望まれていた。【０００５】
本発明は、上記のような課題を背景としたものであり、中圧レシーバを用いることなく、圧縮機のインジェクションポートに流入させる冷媒量の制御の安定性を向上させることのできる冷凍サイクル装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、インジェクションポートを有し、圧縮した冷媒を吐出する圧縮機と、空気と前記冷媒とを熱交換させる空気熱交換器と、第１膨張弁と、水と前記冷媒とを熱交換させる水熱交換器と、前記圧縮機の前記冷媒の吐出側に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記水熱交換器に流入させる第１状態と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記空気熱交換器に流入させる第２状態と、に切り替えられる流路切替装置と、前記水熱交換器と前記第１膨張弁とを接続する冷媒配管にある分岐部から分岐し、前記インジェクションポートに接続されるインジェクション配管と、前記インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、前記水熱交換器と前記分岐部との間を流れる前記冷媒と、前記インジェクション配管において前記第２膨張弁を流出した前記冷媒とを熱交換させる内部熱交換器とを備え、前記分岐部は、前記流路切替装置が前記第１状態で運転されているときの冷媒の流れ方向において、前記内部熱交換器の下流側かつ前記第１膨張弁の上流側に設けられているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧縮機から吐出された冷媒を水熱交換器に流入させる運転状態での冷媒の流れ方向において、内部熱交換器の下流側から分岐させた冷媒をインジェクション配管に流入させている。すなわち、水熱交換器から第１膨張弁に向かって内部熱交換器を流れる冷媒は、インジェクション配管の第２膨張弁で減圧された冷媒と熱交換されて液化し、この液化した冷媒が、インジェクション配管に流入する。インジェクション配管に液冷媒を流入させることができるため、圧縮機のインジェクションポートへ流入させる冷媒量を、第２膨張弁を用いて安定的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転制御を説明するフローチャートである。
【図３】比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの構成図である。
【図４】比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの暖房運転時のモリエル線図である。
【図５】比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの、冷媒量が不足した状態での暖房運転時のモリエル線図である。
【図６】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転時の冷媒の状態を説明するモリエル線図である。
【図７】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の、冷媒量が不足した状態での暖房運転時の冷媒の状態を説明するモリエル線図である。
【図８】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の、延長配管９、１０が長い場合の暖房運転時の冷媒の状態を説明するモリエル線図である。
【図９】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の構成図である。
【図１０】実施の形態２に係る目標吐出過熱度ＳＨｄｍの調整制御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】
【０００９】
以下、本発明に係る冷凍サイクル装置を、空気調和装置に適用した実施の形態を説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又は相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。なお、各図面では、各構成部材の相対的な寸法関係又は形状等が実際のものとは異なる場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成図である。冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と、流路切替装置２と、空気熱交換器３と、第１膨張弁６と、内部熱交換器５と、水熱交換器４とを備え、これらが冷媒配管７で接続されている。圧縮機１は、インジェクションポート１６を有する。インジェクションポート１６には、内部熱交換器５と第１膨張弁６との間にある分岐部１５から分岐したインジェクション配管１７が接続されている。インジェクション配管１７には、第２膨張弁１８が設けられている。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、流路切替装置２、第１膨張弁６及び第２膨張弁１８を制御する制御装置２４と、温度センサ２１と、圧力センサ２２とを有する。
【００１１】
水熱交換器４は、室内機１０２に収容されて空調対象空間に設置される。圧縮機１、流路切替装置２、空気熱交換器３、第１膨張弁６及び内部熱交換器５は、室外機１０１に収容される。冷凍サイクル装置１００において冷媒が流れる配管の全体を、冷媒配管７と総称する。冷媒配管７のうち、水熱交換器４と第１膨張弁６とを接続するものを、第１冷媒配管８と区別して称する。室内などの空調対象空間に設置される水熱交換器４を有する室内機１０２と、室外機１０１とは、離れた場所に設置される場合がある。冷媒配管７のうち、室内機１０２と室外機１０１との間を接続する配管を、延長配管９及び延長配管１０と称する。延長配管９は、冷媒配管７のうち、流路切替装置２と水熱交換器４とを接続する配管の一部である。延長配管１０は、冷媒配管７のうち、水熱交換器４と内部熱交換器５とを接続する配管の一部である。延長配管９は、継手１１を介して室内機１０２に接続され、継手１２を介して室外機１０１に接続される。延長配管１０は、継手１３を介して室内機１０２に接続され、継手１４を介して室外機１０１に接続される。
【００１２】
圧縮機１は、制御装置２４から出力される駆動周波数の信号によって回転速度が制御され、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機１は、圧縮室内に通じるインジェクションポート１６を有している。
【００１３】
流路切替装置２は、複数の弁を組み合わせて構成された装置であり、複数の弁の開閉状態によって、冷媒が流れる方向を切り替える。流路切替装置２は、圧縮機１から吐出された冷媒を水熱交換器４に流入させる第１状態と、圧縮機１から吐出された冷媒を空気熱交換器３に流入させる第２状態と、に切り替えられる。流路切替装置２が第１状態にあるとき、空気熱交換器３から流出した冷媒が圧縮機１に吸入される流路が形成される。流路切替装置２が第２状態にあるとき、水熱交換器４から流出した冷媒が圧縮機１に吸入される流路が形成される。図１では、第１状態のときの冷媒の流れを実線矢印で示し、第２状態のときの冷媒の流れを破線矢印で示している。
【００１４】
空気熱交換器３は、冷媒と空気とを熱交換させる。空気熱交換器３の近傍に設けられた送風機から、空気熱交換器３に対して空気が送られる。空気熱交換器３は、流路切替装置２が第１状態にあるときは冷媒の蒸発器として機能し、流路切替装置２が第２状態にあるときには冷媒の凝縮器として機能する。
【００１５】
第１膨張弁６は、冷媒を膨張させて減圧する。第１膨張弁６は、弁開度が調節可能である。第１膨張弁６は、例えば電子制御式膨張弁である。
【００１６】
水熱交換器４は、水配管３０を流れる水と冷媒とを熱交換させる。水配管３０は、例えば床暖房などの間接式の空調に利用される水が流れる配管である。本実施の形態の水熱交換器４は、間接式の空調に温熱又は冷熱を供給する熱源として機能する。水熱交換器４は、流路切替装置２が第１状態にあるときには冷媒の凝縮器として機能し、流路切替装置２が第２状態にあるときには冷媒の蒸発器として機能する。
【００１７】
内部熱交換器５は、第１冷媒配管８を流れる冷媒と、インジェクション配管１７において第２膨張弁１８の下流側を流れる冷媒とを熱交換させる。
【００１８】
インジェクション配管１７は、第１冷媒配管８のうち、内部熱交換器５と第１膨張弁６との間にある分岐部１５から分岐した配管である。インジェクション配管１７は、圧縮機１のインジェクションポート１６に接続される。分岐部１５は、流路切替装置２が第１状態にあるとき、すなわち水熱交換器４が冷媒の凝縮器として機能する運転状態において、内部熱交換器５よりも下流側かつ第１膨張弁６よりも上流側に位置している。流路切替装置２が第２状態にあるとき、すなわち空気熱交換器３が冷媒の凝縮器として機能する運転状態においては、第１膨張弁６の下流側かつ内部熱交換器５の上流側に、分岐部１５が位置する。
【００１９】
第２膨張弁１８は、冷媒を膨張させて減圧する。第２膨張弁１８は、弁開度が調節可能である。第２膨張弁１８は、例えば電子制御式膨張弁である。第２膨張弁１８は、インジェクション配管１７において、内部熱交換器５よりも冷媒の流れ方向の上流側、すなわち内部熱交換器５と分岐部１５との間に設けられている。
【００２０】
温度センサ２１は、圧縮機１の吐出側の冷媒配管７に設けられ、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する。
【００２１】
圧力センサ２２は、圧縮機１の吐出側の冷媒配管７に設けられ、圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を検出する。
【００２２】
制御装置２４は、圧縮機１の駆動周波数、第１膨張弁６の開度、及び第２膨張弁１８の開度を制御する。制御装置２４は、専用のハードウェア、又は、プログラム及び制御データを記憶するメモリ並びにプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するマイクロコンピュータで構成される。制御装置２４が専用のハードウェアである場合、制御装置２４は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置２４が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
【００２３】
制御装置２４には、温度センサ２１の検出値と、圧力センサ２２の検出値とが入力される。制御装置２４は、圧力センサ２２が検出した圧縮機１の吐出冷媒の圧力に基づいて、冷媒の高圧圧力飽和温度を得る。そして、高圧圧力飽和温度と、温度センサ２１が検出した圧縮機１の吐出冷媒の温度との差により算出される、冷媒の吐出過熱度ＳＨｄを得る。制御装置２４は、吐出過熱度ＳＨｄに基づいて、第２膨張弁１８の開度を制御する。
【００２４】
次に、冷凍サイクル装置１００の動作の概要を説明する。冷凍サイクル装置１００は、暖房運転と除霜運転とを行う。さらに好ましくは、冷凍サイクル装置１００は、冷房運転を行う。
【００２５】
＜暖房運転＞
暖房運転時の冷媒の流れは、図１において実線矢印で示されている。流路切替装置２は、暖房運転時には、第１状態に切り替えられている。以下、圧縮機１に冷媒がインジェクションされる場合の動作を説明する。
【００２６】
圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置２及び延長配管９を経て、水熱交換器４の冷媒流路に流入する。暖房運転時には、水熱交換器４は凝縮器として機能する。すなわち、水熱交換器４では、冷媒流路を流れる冷媒と水配管３０を流れる水との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が水に放熱される。これにより、水熱交換器４の冷媒流路を流れる冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。また、水熱交換器４の水流路を流れる水は、冷媒からの放熱によって加熱される。
【００２７】
水熱交換器４で凝縮した高圧の冷媒は、延長配管１０を経て内部熱交換器５に流入する。ここで、暖房運転時の冷媒の流れ方向において内部熱交換器５の下流側に位置する、第１冷媒配管８の分岐部１５からは、インジェクション配管１７が分岐している。インジェクション配管１７に流入した冷媒は、第２膨張弁１８によって減圧されて、気液二相冷媒となって内部熱交換器５に流入する。内部熱交換器５において、第１冷媒配管８を分岐部１５に向かって流れる冷媒は、第２膨張弁１８にて減圧された気液二相冷媒と熱交換して、過冷却されて液状態となる。すなわち、水熱交換器４を出て内部熱交換器５に流入した第１冷媒配管８を流れる冷媒は、内部熱交換器５において第２膨張弁１８にて減圧された冷媒と熱交換することで液状態となり、液状態の冷媒がインジェクション配管１７に流入する。
【００２８】
液状態の冷媒をインジェクション配管１７の第２膨張弁１８に流入させることができるため、第２膨張弁１８から吐出される冷媒量を安定的に制御することができる。例えば、インジェクション配管１７から第２膨張弁１８に流入する冷媒が気液二相状態である場合、気相と液相との割合によって、第２膨張弁１８から吐出される冷媒量が変動しうる。しかし、本実施の形態によれば、液状態の冷媒が第２膨張弁１８に流入するため、第２膨張弁１８の開度に応じた所期の冷媒量を、第２膨張弁１８から吐出させることができる。
【００２９】
第２膨張弁１８から吐出された気液二相の冷媒は、内部熱交換器５で冷媒と熱交換することで乾き度が上昇する。インジェクション配管１７を流れ内部熱交換器５を流出した気液二相の冷媒は、インジェクションポート１６から圧縮機１の圧縮室に流入する。圧縮機１は、インジェクションポート１６から流入する二相冷媒によって冷却されるが、インジェクションされる冷媒は乾き度の高い冷媒であるため、圧縮機１の吐出温度の過度な低下を抑制しつつ、水熱交換器４を循環する冷媒量を増加させることができる。これにより、高い暖房能力を得ることができる。
【００３０】
第１冷媒配管８においてインジェクション配管１７に流入することなく第１膨張弁６に向かって流れた冷媒は、第１膨張弁６によって減圧されて低圧の二相冷媒となり、空気熱交換器３に流入する。暖房運転時には、空気熱交換器３は蒸発器として機能する。空気熱交換器３内を流通する冷媒は、空気熱交換器３の周囲の空気と熱交換し、冷媒の蒸発熱が空気から吸熱される。これにより、空気熱交換器３に流入した冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、流路切替装置２を経由して、圧縮機１に吸入される。
【００３１】
圧縮機１に吸入された冷媒は、インジェクションポート１６から流入した冷媒と合流し、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。暖房運転では、以上のサイクルが連続的に繰り返される。
【００３２】
例えば、−１５℃程度の低外気温度の環境下で、目標水温５０℃程度の高負荷暖房運転を行う場合、圧縮機１から吐出される冷媒の温度は高くなる。吐出冷媒の温度が高くなって例えば１２０℃を超えると、圧縮機１及びその周辺の部材を構成する樹脂部品及び金属部品の強度低下を招きうる。このような事象を回避して冷凍サイクル装置１００の信頼性を確保するため、乾き度が１未満の冷媒を圧縮機１の吸入側へ戻すのが好ましい。本実施の形態では、内部熱交換器５において、インジェクション配管１７の第２膨張弁１８で減圧された冷媒によって、空気熱交換器３に向かって第１冷媒配管８を流れる冷媒が、過冷却される。すなわち、過冷却された冷媒が蒸発器として機能する空気熱交換器３に供給される。このため、蒸発器として機能する空気熱交換器３の温度効率を改善することができる。圧縮機１に冷媒がインジェクションされることで、圧縮機１の冷媒の吐出温度の過度な上昇が抑制され、乾き度が１前後の冷媒を、圧縮機１の吸入側へ戻すことが可能となる。
【００３３】
＜除霜運転＞
暖房運転時に蒸発器として機能する空気熱交換器３の表面には、霜が付着しうる。特に、空気熱交換器３が室外に配置される場合、外気温度が低いと空気熱交換器３に霜が付着しやすい。空気熱交換器３に霜が付着すると、暖房能力の低下及び成績係数の低下を招く。このような事象を回避すべく、空気熱交換器３の表面に付着した霜を溶かすための運転が、除霜運転である。除霜運転時の冷媒の流れは、図１において破線矢印で示されている。除霜運転時には、流路切替装置２が第２状態に切り替えられて、いわゆるリバースサイクルでの運転が行われる。以下、圧縮機１に冷媒がインジェクションされる場合の動作を説明する。
【００３４】
圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置２を経て、空気熱交換器３に流入する。除霜運転時には、空気熱交換器３は凝縮器として機能する。すなわち、空気熱交換器３では、内部を流通する冷媒の凝縮熱が、空気熱交換器３の表面に付着した霜に放熱される。これにより、空気熱交換器３の内部を流通する冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。また、空気熱交換器３の表面に付着した霜は、冷媒からの放熱によって溶融する。
【００３５】
空気熱交換器３で凝縮した高圧の液冷媒は、第１膨張弁６に流入する。第１膨張弁６に流入した冷媒は、減圧されて低圧の二相冷媒として第１膨張弁６から吐出される。
【００３６】
第１膨張弁６から吐出された低圧の冷媒の一部は、第１冷媒配管８を流れて内部熱交換器５に流入する。第１膨張弁６から吐出された低圧の冷媒の残りは、分岐部１５からインジェクション配管１７に流入し、第２膨張弁１８によってさらに減圧される。内部熱交換器５において、第１冷媒配管８を流れる冷媒は、第２膨張弁１８で減圧された冷媒と熱交換して、過冷却されて液状態となる。液冷媒として内部熱交換器５を出て第１冷媒配管８を流れる冷媒は、延長配管１０を経て、水熱交換器４の冷媒流路に流入する。他方、第２膨張弁１８で減圧された二相冷媒は、内部熱交換器５で冷媒と熱交換した後、インジェクションポート１６から圧縮機１の圧縮室に流入する。
【００３７】
除霜運転時には、水熱交換器４は蒸発器として機能する。すなわち、水熱交換器４では、冷媒流路を流れる冷媒と水配管３０を流れる水との熱交換が行われ、冷媒の蒸発熱が水から吸熱される。これにより、水熱交換器４の冷媒流路を流れる冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。このガス冷媒は、延長配管９及び流路切替装置２を経由して、圧縮機１に吸入される。
【００３８】
圧縮機１に吸入された冷媒は、インジェクションポート１６から流入した冷媒と合流し、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。除霜運転では、以上のサイクルが連続的に繰り返される。
【００３９】
＜冷房運転＞
冷房運転時には、第２膨張弁１８の開度は０、すなわち全閉状態に制御される。このため、インジェクション配管１７を冷媒が流れず、圧縮機１には冷媒がインジェクションされない。その他の冷媒の流れは、除霜運転時と同じである。
【００４０】
＜運転制御＞
次に、冷凍サイクル装置１００の運転制御を説明する。図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転制御を説明するフローチャートである。本実施の形態では、図２に示す運転制御は、制御装置２４によって実行される。
【００４１】
ステップＳ１では、冷凍サイクル装置１００の運転状態が判定される。暖房運転であればステップＳ２へ、除霜運転であればステップＳ１２へ、冷房運転であればステップＳ１４へ進む。
【００４２】
暖房運転の場合（ステップＳ２）、ステップＳ３では、吐出過熱度ＳＨｄが演算される。吐出過熱度ＳＨｄは、圧縮機１から吐出される冷媒の温度から、高圧圧力飽和温度を減算することで、算出される。吐出冷媒の温度は、本実施の形態では温度センサ２１によって検出される。制御装置２４には、例えば吐出冷媒の圧力とそれに対応する高圧圧力飽和温度とが対応づけられて記憶されており、圧力センサ２２によって検出された吐出冷媒の圧力に対応した高圧圧力飽和温度の値が、吐出過熱度ＳＨｄの演算に用いられる。
【００４３】
ステップＳ４では、第２膨張弁１８の現在の開度が０より大きいか、すなわち第２膨張弁１８が開いているかが判定される。第２膨張弁１８の現在の開度が０より大きい場合には（ステップＳ４；ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。第２膨張弁１８の現在の開度が０より大きくない場合、すなわち第２膨張弁１８が全閉状態である場合には（ステップＳ４；ＮＯ）、ステップＳ６へ進む。
【００４４】
ステップＳ５では、第２膨張弁１８の開度目標値が演算される。第２膨張弁１８の開度目標値は、次式（１）により演算される。
開度目標値＝現在の開度＋（ＳＨｄ−ＳＨｄｍ）×α・・・（１）
ここで、目標吐出過熱度ＳＨｄｍは、吐出過熱度ＳＨｄの目標値である。αは、補正係数である。補正係数αは、冷凍サイクル装置１００の仕様に合わせて設定される。
【００４５】
目標吐出過熱度ＳＨｄｍは、必ずしも一つの値でなくてもよく、ある範囲の値をとりうる。例えば、冷媒がＲ３２又はＲ４１０Ａの場合、１０℃〜４０℃の範囲の値をとることができる。さらに、圧縮機１の圧力センサ２２で検出される吐出冷媒の圧力が大きい場合ほど、目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値を大きな値としてもよい。このように目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値を大きくすると、式（１）を参照して分かるように、第２膨張弁１８の開度目標値は小さな値となる。第２膨張弁１８の開度を小さくすることで、内部熱交換器５において第１冷媒配管８を流れる冷媒の過冷却度を大きくできるので、空気熱交換器３の冷媒の入口と出口との間の比エンタルピー差を大きくすることができる。なお、圧力センサ２２で検出される吐出冷媒の圧力が大きいほど、直線的に目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値を大きな値としてもよいし、段階的に目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値を大きな値としてもよい。
【００４６】
ステップＳ６では、第２膨張弁１８の開度目標値が初期値に設定される。暖房運転開始時における第２膨張弁１８の開度は、０である。したがって、暖房運転を開始した後の１回目のステップＳ４での判定はＮＯとなり、ステップＳ６において第２膨張弁１８の開度目標値として初期値（０より大）が設定される。
【００４７】
ステップＳ７では、前回ステップＳ７を実行したときと比べて、圧縮機１の周波数に変動が生じたかが判定される。圧縮機１の変動が生じている場合には（ステップＳ７；ＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、変動が生じていない場合には（ステップＳ７；ＮＯ）、ステップＳ９に進む。なお、暖房運転を開始した後に１回目にステップＳ７を実行する際には、比較対象となる周波数がないため、ステップＳ７はＮＯとなる。
【００４８】
ステップＳ８では、ステップＳ５又はステップＳ６で設定された第２膨張弁１８の開度目標値が補正される。第２膨張弁１８の開度目標値は、例えば次式（２）により補正される。
補正後の開度目標値＝補正前の開度目標値＋（１−前回の周波数／現在の周波数）×β・・・（２）
ここで、βは、補正係数である。補正係数βは、冷凍サイクル装置１００の仕様に合わせて設定される。
【００４９】
ステップＳ９では、第２膨張弁１８の開度が開度目標値に制御され、その状態がＸ秒保持される。Ｘ秒の具体的な値は、限定されないが、例えば６０秒である。第２膨張弁１８の開度が維持されているＸ秒の間に、図１で示したようにインジェクション配管１７を冷媒が流れ、インジェクションポート１６へ冷媒がインジェクションされる。ステップＳ５にて第２膨張弁１８の開度目標値が設定された場合、ステップＳ９実行中に、吐出過熱度ＳＨｄが、目標吐出過熱度ＳＨｄｍに近づいていくことになる。また、ステップＳ８にて第２膨張弁１８の開度目標値が補正された場合、ステップＳ９実行中に、吐出過熱度ＳＨｄの値がより安定的に制御されることになる。Ｘ秒が経過すると、ステップＳ１０へ進む。
【００５０】
ステップＳ１０では、運転終了か否かが判定され、運転終了でなければ（ステップＳ１０；ＮＯ）、ステップＳ１へ戻る。運転終了であれば（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、ステップＳ１１に進む。
【００５１】
ステップＳ１１では、第２膨張弁１８の開度が０に設定される。すわなち、第２膨張弁１８が全閉状態に制御される。このようにすると、インジェクション配管１７を冷媒が流れない状態となる。続けて、運転を停止する。
【００５２】
除霜運転の場合（ステップＳ１２）、ステップＳ１３では、第２膨張弁１８の開度目標値が、除霜運転用の値に設定される。第２膨張弁１８の開度の除霜運転用の値は、暖房運転時の第２膨張弁１８の開度目標値よりも、大きな値とする。このようにするのは、除霜運転時の高圧冷媒の飽和温度は水の融解温度と等しくなるため、暖房運転時と比べて高圧冷媒（吐出冷媒）の圧力が低く、それに伴ってインジェクションポート１６の圧力もさらに低くなるからである。
【００５３】
なお、圧縮機１の信頼性を確保するために、第２膨張弁１８の開度目標値を、吐出過熱度ＳＨｄが１０℃を下回らないような値としてもよい。具体的には例えば、ステップＳ１３に続けて、ステップＳ３と同様に吐出過熱度ＳＨｄが演算される。そして、この吐出過熱度ＳＨｄの値に応じて、第２膨張弁１８の開度目標値が補正される。
【００５４】
ステップＳ１３で第２膨張弁１８の開度目標値が設定されると、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９以降の処理は、前述のとおりである。
【００５５】
冷房運転の場合（ステップＳ１４）、ステップＳ１５では、第２膨張弁１８の開度が０に設定される。すなわち、第２膨張弁１８が全閉状態に制御される。インジェクション配管１７を冷媒が流れず、圧縮機１には冷媒がインジェクションされない。このように冷房運転時には圧縮機１へのインジェクションを行わないことで、圧縮機１の圧力脈動による入力増加が抑制されるので、冷凍サイクル装置１００の成績係数を改善させることができる。
【００５６】
なお、図２では、暖房運転の際に圧縮機１への冷媒のインジェクションを行うことを説明した。しかし、低負荷状態で暖房運転を行うときには、第２膨張弁１８を全閉状態として圧縮機１への冷媒のインジェクションを行わないようにしてもよい。このように圧縮機１へのインジェクションを行わないことで、圧縮機１の圧力脈動による入力増加が抑制されるので、冷凍サイクル装置１００の成績係数を改善させることができる。
【００５７】
＜冷凍サイクル装置１００の作用＞
次に、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００の作用を説明する。本実施の形態では、前述のように暖房運転時の冷媒の流れ方向において内部熱交換器５の下流側から分岐させた冷媒を、インジェクション配管１７に流入させている。この本実施の形態との作用を説明するために、まず、比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒ及びそのモリエル線図を説明する。
【００５８】
図３は、比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの構成図である。冷凍サイクル装置１００Ｒを構成する部材のうち、図１で示したものに対応する構成には、図１と同じ数字と添え字Ｒからなる符号を付している。また、図１では、暖房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。冷凍サイクル装置１００Ｒは、暖房運転時の冷媒の流れ方向において、水熱交換器４Ｒの下流側かつ内部熱交換器５Ｒの上流側に、分岐部１５Ｒが設けられている。水熱交換器４Ｒの下流側かつ分岐部１５Ｒの上流側には、第３膨張弁１９Ｒが設けられている。
【００５９】
図４は、比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの暖房運転時のモリエル線図である。図４において、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、それぞれ図３における点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの冷媒の状態を示している。圧縮機１から吐出された冷媒は（点Ａ）、水熱交換器４Ｒにおいて高圧のまま凝縮される（点Ｂ）。水熱交換器４を出た高圧低温の冷媒は、第３膨張弁１９Ｒにて減圧される（点Ｃ）。第３膨張弁１９Ｒから吐出された冷媒のうち、一部は第１冷媒配管８Ｒを流れて内部熱交換器５Ｒに流入し、残りはインジェクション配管１７Ｒに流入して第２膨張弁１８Ｒによって減圧される（点Ｅ）。内部熱交換器５Ｒにおいて第１冷媒配管８Ｒを流れる冷媒は、インジェクション配管１７Ｒを流れる冷媒との熱交換によって過冷却されて比エンタルピーが減少する。図３では、内部熱交換器５Ｒにおいて第１冷媒配管８Ｒを流れる冷媒の状態変化が、点Ｃから点Ｄへの状態変化として表現されている。他方、内部熱交換器５Ｒにおいてインジェクション配管１７Ｒを流れる冷媒は、第１冷媒配管８Ｒを流れる冷媒との熱交換によって比エンタルピーが増加する。図３では、内部熱交換器５Ｒにおいてインジェクション配管１７Ｒを流れる冷媒の状態変化が、点Ｅから点Ｆへの状態変化として表現されている。
【００６０】
比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの場合、理想的な運転状態であれば、図４に示されたように冷媒の状態が遷移する。しかし、冷媒量が不足している場合には、図４に示す状態の運転が安定的に行われない。冷凍サイクル装置１００Ｒに必要とされる冷媒量は、延長配管９及び延長配管１０の長さによって異なる。そして、延長配管９及び延長配管１０の長さは、冷凍サイクル装置１００Ｒが設置される環境毎に異なり、封入される冷媒量も冷凍サイクル装置１００Ｒの設置の際に任意に設定されうるものである。そうすると、冷凍サイクル装置１００Ｒの冷媒量が不足することも考えられる。
【００６１】
図５は、比較例に係る冷凍サイクル装置１００Ｒの、冷媒量が不足した状態での暖房運転時のモリエル線図である。冷媒量が不足している場合、インジェクション配管１７Ｒに流入する冷媒（点Ｃ）が二相状態となり、インジェクション配管１７Ｒを介してインジェクションポート１６Ｒに流入する冷媒量が不安定となる。そのため、点Ｅ−Ｆ間、及び点Ｃ−Ｄ間の冷媒量が不安定となり、それに伴って点Ａ−Ｂ間の冷媒量も不安定になる。ここで、点Ａ−Ｂ間での比エンタルピー差及び凝縮器である水熱交換器４Ｒの冷媒循環量が、暖房能力である。そうすると、比較例の冷凍サイクル装置１００Ｒにおいて、図５で示したような運転状態になると、空調対象空間の快適性が低下し、またエネルギー効率が低下してしまう。
【００６２】
図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転時の冷媒の状態を説明するモリエル線図である。図６において、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、それぞれ図１における点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの冷媒の状態を示している。インジェクションを開始して第２膨張弁１８が開かれた直後は、内部熱交換器５において第１冷媒配管８を流れる冷媒とインジェクション配管１７を流れる冷媒との熱交換が十分でないため、実質的に点Ｃと点Ｂの冷媒の状態は同じである。しかし、インジェクションを継続していると、図５に示すように、水熱交換器４を出て分岐部１５へ向かって内部熱交換器５を流れる冷媒は過冷却された点Ｃの状態となる。過冷却された点Ｃの冷媒をインジェクション配管１７に流入させることで、圧縮機１にインジェクションされる冷媒量を安定させることができる。これにより、凝縮器である水熱交換器４の冷媒循環量を安定させることができる。
【００６３】
図７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の、冷媒量が不足した状態での暖房運転時の冷媒の状態を説明するモリエル線図である。冷凍サイクル装置１００の冷媒量が不足している場合であっても、前述のように、水熱交換器４を出て分岐部１５へ向かって内部熱交換器５を流れる冷媒は過冷却された点Ｃの状態となり、インジェクション配管１７へと流入する。このため、冷媒量が不足している場合であっても、冷凍サイクル装置１００は安定した暖房能力を発揮することができ、快適性及びエネルギー効率の低下を抑制することができる。
【００６４】
図８は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の、延長配管９、１０が長い場合の暖房運転時の冷媒の状態を説明するモリエル線図である。図８では、図６、７で示した例よりも長い延長配管９、１０を備えている場合の作用を説明する。
【００６５】
延長配管９、１０が長くなると、延長配管９、１０を流れる過程における冷媒の圧力損失も大きくなる。水熱交換器４を出て延長配管１０に入る前の点Ｂの冷媒の圧力と、延長配管１０を経て内部熱交換器５を通過した後の点Ｃの冷媒の圧力とを比較すると、点Ｃの冷媒の圧力の方が低くなる。ここで、図３〜図５で示した比較例に係る構成の場合、前述のようにインジェクション配管１７Ｒに流入する冷媒は、二相状態である。このため、インジェクションポート１６Ｒに供給する冷媒量を第２膨張弁１８Ｒで安定的に制御するのは、困難である。しかし、本実施の形態によれば、暖房運転時の冷媒の流れ方向において、内部熱交換器５の下流側であって第１膨張弁６の上流側に、第１冷媒配管８からインジェクション配管１７を分岐させる分岐部１５を設けている。このため、図８に示すように、分岐部１５からインジェクション配管１７に流入する冷媒を液状態とすることができる。したがって、延長配管９、１０が長い場合であっても、インジェクションポート１６から圧縮機１にインジェクションされる冷媒量の安定性の低下が生じにくく、凝縮器である水熱交換器４の冷媒循環量を安定させることができる。
【００６６】
また、図１における点Ａの吐出過熱度ＳＨｄは、延長配管９、１０の長さの影響を受ける。このため、目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値を、第２膨張弁１８の開度を調整することによって制御することで、圧縮機１の信頼性を確保し、安定した暖房能力を供給し、また安定度の高い冷凍サイクルを実現することができる。
【００６７】
次に、除霜運転時の作用を説明する。図１に示すように、除霜運転時の冷媒の流れ方向において、内部熱交換器５よりも上流側に位置する分岐部１５から、インジェクション配管１７が分岐している。このため、内部熱交換器５で過冷却される前の二相状態の冷媒を、インジェクション配管１７を介して圧縮機１のインジェクションポート１６に流入させることができる。内部熱交換器５を通過した後の冷媒をインジェクション配管１７に流入させるとすると、内部熱交換器５を通過する過程において圧力損失が生じた冷媒が、インジェクション配管１７に流入することとなり、インジェクションされる冷媒量も低下してしまう。しかし、本実施の形態では、内部熱交換器５を通過することによる圧力損失が生じていない冷媒を、インジェクション配管１７に流入させることができる。このようにすることで、除霜対象である空気熱交換器３に循環する冷媒量を増加させ、除霜時間を短縮することができる。除霜時間が長引くと、水熱交換器４において低温の冷媒と熱交換する水配管３０の水温が低下して、水配管３０が凍結し、冷凍サイクル装置１００の故障につながるおそれがある。しかし、本実施の形態によれば、除霜運転時に、空気熱交換器３を循環する冷媒量を増やして除霜時間を短縮することができるので、水熱交換器４の凍結を抑制することができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、インジェクションポート１６を有し、圧縮した冷媒を吐出する圧縮機１と、空気と冷媒とを熱交換させる空気熱交換器３と、第１膨張弁６と、水と冷媒とを熱交換させる水熱交換器４とを有する。圧縮機１の冷媒の吐出側には、圧縮機１から吐出された冷媒を水熱交換器４に流入させる第１状態と、圧縮機１から吐出された冷媒を空気熱交換器３に流入させる第２状態と、に切り替えられる流路切替装置２が設けられている。また、水熱交換器４と第１膨張弁６とを接続する第１冷媒配管８にある分岐部１５から分岐し、インジェクションポート１６に接続されるインジェクション配管１７が設けられている。インジェクション配管１７には、第２膨張弁１８が設けられている。また、水熱交換器４と分岐部１５との間を流れる冷媒と、インジェクション配管１７を流れ第２膨張弁１８で膨張した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器５が設けられている。そして、第１冷媒配管８からインジェクション配管１７への分岐部１５は、流路切替装置２が第１状態で運転されているときの冷媒の流れ方向において、内部熱交換器５の下流側かつ第１膨張弁６の上流側に設けられているものである。
【００６９】
本実施の形態によれば、圧縮機１から吐出された冷媒を水熱交換器４に流入させる運転状態での冷媒の流れ方向において、内部熱交換器５の下流側から分岐させた冷媒をインジェクション配管１７に流入させている。すなわち、水熱交換器４から第１膨張弁６に向かって内部熱交換器５を流れる際に、インジェクション配管１７の第２膨張弁１８で減圧された冷媒と熱交換されて、液化した冷媒を、インジェクション配管１７に流入させることができる。インジェクション配管１７に液冷媒を流入させることができるため、圧縮機１のインジェクションポート１６へ流入させる冷媒量を、第２膨張弁１８を用いて安定的に制御することができる。
【００７０】
また、制御装置２４は、流路切替装置２が第１状態で運転されている暖房運転時に、温度センサ２１の検出値及び圧力センサ２２の検出値から得られる吐出過熱度ＳＨｄが、目標吐出過熱度ＳＨｄｍに近づくように、第２膨張弁１８の開度を制御する。このため、冷凍サイクル装置１００の設置環境によって延長配管９、１０の長さが異なる場合であっても、また冷凍サイクル装置１００の冷媒量が異なる場合であっても、安定した暖房能力を得ることができる。
【００７１】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１で説明した目標吐出過熱度ＳＨｄｍの他の制御方法を説明する。また本実施の形態では、目標吐出過熱度ＳＨｄｍの他の制御方法に加えて、除霜運転時の第２膨張弁１８の開度制御の他の例も説明する。本実施の形態は、実施の形態１と組み合わせて用いられ得る。本実施の形態では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００７２】
図９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の構成図である。本実施の形態の冷凍サイクル装置１００には、第１水温センサ２５が設けられている。第１水温センサ２５は、水配管３０の水熱交換器４の出口側に設けられている。第１水温センサ２５は、水熱交換器４から流出した水の温度を検出する。すなわち第１水温センサ２５は、水熱交換器４において、冷媒と熱交換した後の水の温度を検出する。第１水温センサ２５が検出した値は、制御装置２４に入力される。制御装置２４は、入力された第１水温センサ２５の検出値に基づいて、後述のように目標吐出過熱度ＳＨｄｍを調整する。
【００７３】
さらに本実施の形態の冷凍サイクル装置１００には、第２水温センサ２６が設けられている。第２水温センサ２６は、水配管３０の水熱交換器４の入口側に設けられている。第２水温センサ２６は、水熱交換器４に流入する水の温度を検出する。すなわち第２水温センサ２６は、水熱交換器４において冷媒と熱交換する前の水の温度を検出する。第２水温センサ２６が検出した値は、制御装置２４に入力される。制御装置２４は、入力された第２水温センサ２６の検出値に基づいて、後述のように除霜運転時の第２膨張弁１８の開度を制御する。
【００７４】
＜目標吐出過熱度ＳＨｄｍの調整＞
前述の実施の形態１において、暖房運転では、図２のステップＳ５にて第２膨張弁１８の開度目標値を演算することを説明した。そして、第２膨張弁１８の開度目標値の演算にあたり、目標吐出過熱度ＳＨｄｍを用いることを式（１）にて例示した。本実施の形態では、この目標吐出過熱度ＳＨｄｍを、水熱交換器４から流出する水の温度を用いて調整することを説明する。図１０は、実施の形態２に係る目標吐出過熱度ＳＨｄｍの調整制御を説明するフローチャートである。
【００７５】
ステップＳ２０では、目標吐出過熱度ＳＨｄｍの初期値が設定され、ステップＳ２１に進む。
【００７６】
ステップＳ２１では、水熱交換器４を流出する水の温度の目標値である目標水温の値と、第１水温センサ２５の検出値との差が、第１閾値以上であるかが判定される。第１閾値の具体的な値は限定されないが、例えば、３℃である。差が第１閾値以上であれば（Ｓ２１；ＹＥＳ）、ステップＳ２２に進み、差が第１閾値未満であれば（Ｓ２１；ＮＯ）、ステップＳ２５に進む。
【００７７】
ステップＳ２２では、目標吐出過熱度ＳＨｄｍが下方修正される。ただし、目標吐出過熱度ＳＨｄｍが下限値を下回らないようにする必要がある。このため、ステップＳ２３では、ステップＳ２２で設定した目標吐出過熱度ＳＨｄｍと下限値とが比較され、目標吐出過熱度ＳＨｄｍが下限値を下回っていれば（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、ステップＳ２４にて目標吐出過熱度ＳＨｄｍが下限値に変更される。目標吐出過熱度ＳＨｄｍが下限値を下回っていなければ（ステップＳ２３；ＮＯ）、ステップＳ２９に進む。目標吐出過熱度ＳＨｄｍの下限値は、例えば１０℃である。
【００７８】
このように、ステップＳ２２〜Ｓ２４において目標吐出過熱度ＳＨｄｍを低下させることで、実施の形態１で示した式（１）を参照して分かるように、第２膨張弁１８の開度目標値を大きくすることができる。第２膨張弁１８の開度を大きくすると、圧縮機１の吐出過熱度ＳＨｄが低下するため、圧縮機１の入力が増加する。ここで、ステップＳ２１において目標水温と第１水温センサ２５の検出値との差が第１閾値よりも大きい場合とは、水配管３０によって水熱交換器４から空調対象空間に供給される水の温度が目標値を大きく下回っている状況といえる。すなわち、冷凍サイクル装置１００に求められる暖房能力が不足している状況である。このため、第２膨張弁１８の開度を大きくして圧縮機１にインジェクションされる冷媒量を増加させることで、暖房能力を増やす。このようにすることで、空調対象空間に所望の温度の水を供給することができる。
【００７９】
ステップＳ２５では、目標水温の値と、第１水温センサ２５の検出値との差が、第２閾値を下回っているかが判定される。第２閾値は、第１閾値よりも小さい値である。第２閾値の具体的な値は限定されないが、例えば、第１閾値が３℃である場合には第２閾値は１．５℃である。差が第２閾値未満であれば（Ｓ２５；ＹＥＳ）、ステップＳ２６に進み、差が第２閾値以上であれば（Ｓ２５；ＮＯ）、ステップＳ２９に進む。
【００８０】
ステップＳ２６では、目標吐出過熱度ＳＨｄｍが上方修正される。ただし、目標吐出過熱度ＳＨｄｍが上限値を上回らないようにする必要がある。このため、ステップＳ２７では、ステップＳ２６で設定した目標吐出過熱度ＳＨｄｍが上限値を上回っていれば（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、ステップＳ２８にて目標吐出過熱度ＳＨｄｍが上限値に変更される。目標吐出過熱度ＳＨｄｍが上限値を上回っていなければ（ステップＳ２７；ＮＯ）、ステップＳ２９に進む。目標吐出過熱度ＳＨｄｍの上限値は、例えば３５℃である。
【００８１】
このように、ステップＳ２６〜Ｓ２８において目標吐出過熱度ＳＨｄｍを上昇させることで、実施の形態１で示した式（１）を参照して分かるように、第２膨張弁１８の開度目標値を小さくすることができる。第２膨張弁１８の開度を小さくすると、圧縮機１にインジェクションされる冷媒量が減少する。ここで、ステップＳ２５において目標水温と第１水温センサ２５の検出値との差が第２閾値未満である場合とは、水配管３０によって水熱交換器４から空調対象空間に供給される水の温度が目標値に近い状況といえる。すなわち、冷凍サイクル装置１００の暖房能力が、求められる暖房能力を満たしているかあるいはそれに近い状況である。このため、第２膨張弁１８の開度を小さくして圧縮機１にインジェクションされる冷媒量を減少させることで、冷凍サイクル装置１００の成績係数を向上させることができる。
【００８２】
ステップＳ２９では、現在の目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値が、Ｙ秒保持される。このＹ秒の間、図２で示したステップＳ５の第２膨張弁１８の開度の目標値の演算は、ステップＳ２９で保持されている目標吐出過熱度ＳＨｄｍの値を用いて行われる。
【００８３】
ステップＳ３０では、運転終了か否かが判定され、運転終了でなければ（ステップＳ３０；ＮＯ）、ステップＳ２１へ戻る。運転終了であれば（ステップＳ３０；ＹＥＳ）、運転を停止する。
【００８４】
なお、図１０で示した目標吐出過熱度ＳＨｄｍの調整処理においては、図９に示した第２水温センサ２６の検出値を用いない。このため、目標吐出過熱度ＳＨｄｍの調整を目的とする場合には、第２水温センサ２６を設けなくてもよい。
【００８５】
＜除霜運転時の第２膨張弁１８の開度制御＞
前述の実施の形態１において、除霜運転では、図２のステップＳ１３にて第２膨張弁１８の開度目標値を除霜運転用の値に設定することを説明した。以下では、除霜運転時の第２膨張弁１８の開度目標値を、さらに第２水温センサ２６の検出値を用いて制御する例を説明する。
【００８６】
図２のステップＳ１３に続けて、第２水温センサ２６の検出値が閾値と比較される。第２水温センサ２６の検出値が閾値よりも低ければ、制御装置２４は第２膨張弁１８の開度を大きくする。第２水温センサ２６の検出値が閾値よりも低い場合、水熱交換器４において低温冷媒と熱交換した水は低温化し、除霜時間が長引くと水配管３０内において水が凍結しやすい。このため、第２膨張弁１８の開度を大きくして圧縮機１へインジェクションされる冷媒量を増やし、空気熱交換器を流れる冷媒量を増やす。このようにすることで、除霜能力が向上して除霜時間を短縮することができる。したがって、水熱交換器４における水の凍結を抑制することができる。
【００８７】
なお、実施の形態１、２では、本発明の冷凍サイクル装置を空気調和装置に適用した例を説明したが、本発明の冷凍サイクル装置は、水熱交換器４で冷媒によって加熱された温水を使用者に供給する給湯装置にも適用されうる。
【符号の説明】
【００８８】
１  圧縮機、２  流路切替装置、３  空気熱交換器、４  水熱交換器、４Ｒ  水熱交換器、５  内部熱交換器、５Ｒ  内部熱交換器、６  第１膨張弁、７  冷媒配管、８  第１冷媒配管、８Ｒ  第１冷媒配管、９  延長配管、１０  延長配管、１１  継手、１２  継手、１３  継手、１４  継手、１５  分岐部、１５Ｒ  分岐部、１６  インジェクションポート、１６Ｒ  インジェクションポート、１７  インジェクション配管、１７Ｒ  インジェクション配管、１８  第２膨張弁、１８Ｒ  第２膨張弁、１９Ｒ  第３膨張弁、２１  温度センサ、２２  圧力センサ、２４  制御装置、２５  第１水温センサ、２６  第２水温センサ、３０  水配管、１００  冷凍サイクル装置、１００Ｒ  冷凍サイクル装置、１０１  室外機、１０２  室内機。
【図１】
2020179005.tif 000003
【図２】
2020179005.tif 000004
【図３】
2020179005.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020179005.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020179005.tif 000009
【図８】
2020179005.tif 000010
【図９】
2020179005.tif 000011
【図１０】
2020179005.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月18日(2021.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、インジェクションポートを有し、圧縮した冷媒を吐出する圧縮機と、空気と前記冷媒とを熱交換させる空気熱交換器と、第１膨張弁と、水と前記冷媒とを熱交換させる水熱交換器と、前記圧縮機の前記冷媒の吐出側に設けられ、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記水熱交換器に流入させる第１状態と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記空気熱交換器に流入させる第２状態と、に切り替えられる流路切替装置と、前記水熱交換器と前記第１膨張弁とを接続する冷媒配管にある分岐部から分岐し、前記インジェクションポートに接続されるインジェクション配管と、前記インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、前記水熱交換器と前記分岐部との間を流れる前記冷媒と、前記インジェクション配管において前記第２膨張弁を流出した前記冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、前記空気熱交換器及び前記内部熱交換器を収容する室外機と、前記水熱交換器を収容する室内機と、前記水熱交換器と前記内部熱交換器とを接続する冷媒配管の一部であって、前記室外機と前記室内機とを接続する延長配管とを備え、前記分岐部は、前記流路切替装置が前記第１状態で運転されているときの前記冷媒の流れ方向において、前記内部熱交換器の下流側かつ前記第１膨張弁の上流側に設けられているものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクションポートを有し、圧縮した冷媒を吐出する圧縮機と、
空気と前記冷媒とを熱交換させる空気熱交換器と、
第１膨張弁と、
水と前記冷媒とを熱交換させる水熱交換器と、
前記圧縮機の前記冷媒の吐出側に設けられ、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記水熱交換器に流入させる第１状態と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記空気熱交換器に流入させる第２状態と、に切り替えられる流路切替装置と、
前記水熱交換器と前記第１膨張弁とを接続する冷媒配管にある分岐部から分岐し、前記インジェクションポートに接続されるインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられた第２膨張弁と、
前記水熱交換器と前記分岐部との間を流れる前記冷媒と、前記インジェクション配管において前記第２膨張弁を流出した前記冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、
前記空気熱交換器及び前記内部熱交換器を収容する室外機と、
前記水熱交換器を収容する室内機と、
前記水熱交換器と前記内部熱交換器とを接続する冷媒配管の一部であって、前記室外機と前記室内機とを接続する延長配管とを備え、
前記分岐部は、前記流路切替装置が前記第１状態で運転されているときの前記冷媒の流れ方向において、前記内部熱交換器の下流側かつ前記第１膨張弁の上流側に設けられている
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
前記流路切替装置が前記第１状態で運転されているときに、前記温度センサの検出値及び前記圧力センサの検出値に基づいて、前記第２膨張弁の開度を制御する制御装置とを備えた
請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記温度センサの検出値及び前記圧力センサの検出値から得られる吐出過熱度が、目標吐出過熱度に近づくように、前記第２膨張弁の開度を制御する
請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記圧力センサの検出値の値が大きいほど、前記目標吐出過熱度の値を大きい値とする
請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記水熱交換器から流出する水の温度を検出する水温センサを備え、
前記制御装置は、前記水温センサの検出値と、前記水熱交換器から流出する水の温度の目標値との差が第１閾値以上であれば、前記目標吐出過熱度の値を低下させ、前記差が前記第１閾値未満であれば、前記目標吐出過熱度の値を上昇させる
請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記流路切替装置が前記第１状態にあって、前記水熱交換器が前記冷媒の凝縮器として機能する暖房運転のときの前記第２膨張弁の開度を、前記流路切替装置が前記第２状態にあって、前記空気熱交換器が前記冷媒の凝縮器として機能する除霜運転のときの前記第２膨張弁の開度よりも、小さい値に制御する
請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
2020179005.tif 000013
2020179005.tif 000014
2020179005.tif 000015
2020179005.tif 000016