JP2006177598A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
気液分離器５で分離したガス冷媒を圧縮機１にインジェクションするインジェクション回路を備えた冷凍サイクル装置において、室内温度と外気温度の温度差が小さい場合は、気液分離器５内の冷媒の乾き度が小さくなるため、多量の液冷媒がインジェクションされて、性能が低下したり、圧縮機の信頼性が低下する。
【解決手段】
外気温度検知手段２１と、室内空気温度検知手段２２と、インジェクション回路９の気液分離器５と圧縮機１との間に設けられた全閉が可能な開閉弁８と、外気温度と室内空気温度を検知し、外気温度と室内空気温度との差が所定値以下のときに前記開閉弁を全閉にする制御手段を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、電動膨張弁等の絞り量が変更可能な第１の絞り装置、気液分離器、電動膨張弁等の絞り量が変更可能な第２の絞り装置、室内熱交換器を冷媒配管によって順次接続して冷凍サイクルを構成し、気液分離器によって分離された凝縮圧力と蒸発圧力との中間の圧力となった気体冷媒を圧縮機の中間圧力部分にインジェクション配管によって注入する冷凍サイクルを備えた空気調和機が特許文献１に記載されている。

この特許文献１には、冷房運転時に、圧縮機回転数が設定値以下の場合、外気温度が所定温度以下の場合、若しくは室内温度が所定値以上の場合に液インジェクションがされていると判断して、インジェクション配管に設けた二方弁を閉じてインジェクションを止めることが記載されている。また、暖房運転時に、圧縮機回転数が所定値以下の場合、外気温度が所定温度以上の場合、若しくは室内温度が所定値以下の場合に液インジェクションがされていると判断して、インジェクション回路に設けた二方弁を閉じてインジェクションを止めることが記載されている。

特開２００２−８１７６９号公報

特許文献１に記載の従来技術は、例えば冷房運転時に外気温度が所定温度よりも低い場合には、室内空気温度に関わらずニ方弁を閉じてインジェクションを止めるようにすることにより、液冷媒をインジェクションすることを防止して、性能低下や圧縮機の信頼性低下を防止している。

しかしながら、冷房運転時、外気温度が低くても室内空気温度がある程度低い場合、ガス冷媒を分離して十分にインジェクションの効果を上げることが可能である。従来技術において、冷房運転時の外気温が低い場合、室外熱交換器の凝縮が進みサブクールが多くなり気液分離器内が液リッチとなりインジェクションするガス冷媒が少なくなってしまうため、液インジェクションとなりやすいので、インジェクションを止めるのである。しかし、外気温度が低いが室内空気温度も低い場合は、室外熱交換器に液冷媒が集まりこのため室内熱交換器の圧力（蒸発圧力）が低下することから、気液分離器内の気体冷媒が増えるので、ガスインジェクションが可能となる。

このように、従来技術では外気温度や室内空気温度のそれぞれによってインジェクションを行うかどうかを決めていたため、インジェクションが可能であるにも関わらずインジェクションを止めることにより性能が低下するという問題があった。すなわち、従来技術は、簡便な手法で液インジェクションを防止するという点では有効であったが、最大限ガスインジェクションの効果を享受するにはまだ改善の余地があった。

本発明の目的は、ガスインジェクションを行う冷凍サイクル装置において、多量の液冷媒がインジェクションされることによる性能の低下や圧縮機信頼性の低下を防止しつつ、ガスインジェクションを行う領域を拡大することにより性能を向上させることにある。

上記目的は、圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、第１の膨張手段と、気液分離器と、第２の膨張手段と、室内側熱交換器とを順次配管にて接続した冷凍サイクルと、前記気液分離器で分離された冷媒を前記圧縮機に導くインジェクション配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記気液分離器と前記圧縮機との間の前記インジェクション配管に設けられた全閉が可能な開閉弁と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、室内の空気温度を検知する室内空気温度検知手段と、前記外気温度検知手段の検知した外気温度と前記室内空気温度の検知した室内空気温度との差が所定値以下のときに前記開閉弁を全閉にする制御手段とを備えた冷凍サイクル装置とすることにより達成される。

また、上記目的は、低圧側圧縮機構から吐出された冷媒を高圧側圧縮機構に吸込み吐出する二段圧縮機と、室外側熱交換器と、開度が調整可能な第１の膨張手段と、気液分離器と、開度が調整可能な第２の膨張手段と、室内側熱交換器とを配管にて接続した冷凍サイクルと、気液分離器で分離されたガス冷媒を二段圧縮機における低圧側圧縮機構と高圧側圧縮機構との間に設けられた中間圧力空間に導くインジェクション配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記インジェクション配管に設けられた全閉が可能な開閉弁と、前記室外側熱交換器の冷媒温度を検知する室外側熱交換器冷媒温度検知手段と、前記室内側熱交換器の冷媒温度を検知する室内側熱交換器冷媒温度検知手段と、前記室外側熱交換器冷媒温度検知手段の検知した室外側熱交換器冷媒温度と前記室内側熱交換器冷媒温度検知手段の検知した前記室内側熱交換器冷媒温度との差が所定値以下のときに前記開閉弁を全閉にする制御手段とを備えた冷凍サイクル装置とすることにより達成される。

また、上記目的は、低圧側圧縮機構から吐出された冷媒を高圧側圧縮機構に吸込み吐出する二段圧縮機と、室外側熱交換器と、開度が調整可能な第１の膨張手段と、気液分離器と、開度が調整可能な第２の膨張手段と、室内側熱交換器とを配管にて接続した冷凍サイクルと、気液分離器で分離されたガス冷媒を二段圧縮機における低圧側圧縮機構と高圧側圧縮機構との間に設けられた中間圧力空間に導くインジェクション配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記インジェクション配管に設けられた全閉が可能な開閉弁と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度検知手段と、前記圧縮機の吐出冷媒温度の目標値を設定する吐出温度目標値設定手段と、前記吐出温度検知手段の検知した温度が前記吐出温度目標値設定手段の設定した温度よりも所定値以上低いときに前記開閉弁を全閉にする制御手段とを備えた冷凍サイクル装置とすることにより達成される。

本発明によれば、ガスインジェクションを行う冷凍サイクル装置において、多量の液冷媒がインジェクションされることによる性能の低下や圧縮機信頼性の低下を防止しつつ、ガスインジェクションを行う領域を拡大することにより性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例ではルームエアコンディショナ（空気調和機）を適用対象の一実施例として説明する。図１は、本発明の一実施例における冷凍サイクル装置のサイクル構成図である。図２は室内外温度差の違いによる冷凍サイクルの違いを示すモリエル線図である。図３は外気温度が同じときの室内空気温度の違いによる冷凍サイクルの違いを示すモリエル線図である。図４は室内空気温度も外気温度も異なるが、室内外温度差は比較的近い場合の冷凍サイクルの違いを示すモリエル線図である。図５は冷房運転時において、室内空気温度と外気温度に応じて、インジェクション回路に設けた開閉弁の開閉を決める条件を示す図である。図６は暖房運転時において、室内空気温度と外気温度に応じて、インジェクション回路に設けた開閉弁の開閉を決める条件を示す図である。図７は室内空気温度と外気温度の差に応じて開閉弁を制御する制御装置のブロック図である。図８はインジェクションされる液冷媒の流量による冷凍サイクルの変化と、インジェクション制御用に設けた２つの冷媒温度センサの温度差の変化を示すモリエル線図である。図９は下流側電動膨張弁開度と２つの冷媒温度センサの温度差の関係を示す図である。

図１において、１は圧縮機で本実施例では二段圧縮機を適用している。２は四方弁、３は室外側熱交換器、４は第１の電動膨張弁、５は気液分離器、６は第２の電動膨張弁、７は室内側熱交換器、８は開閉弁、９はインジェクション配管、１０は二段圧縮機の一段目の出口と二段目の入口を連通する冷媒配管である。２１は外気の温度を検知する外気温度センサ、２２は室内の空気温度を検知する室内空気温度センサ、２３は圧縮機の１段目の出口と２段目の入口を連通する冷媒配管１０の近傍のインジェクション配管９に設けられたインジェクション冷媒温度センサ、２４は第１の電動膨張弁４と気液分離器５の間に設けられた中間温度センサ、２５は圧縮機１の吐出冷媒温度を検知する吐出冷媒温度センサ、３０は制御装置、３１は制御装置３０の中に備えられたマイクロコンピュータ等の演算装置、３２は制御装置３０に備えられた記憶装置、４１は二段圧縮機の１段目の圧縮部、４２は２段目の圧縮部である。

冷房運転時においては、四方弁２を実線のように切り換え、図１の実線の矢印の方向に冷媒が流れて、冷房サイクルを構成する。冷房運転時、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室外側熱交換器３において空気に放熱して凝縮し、次に第１の電動膨張弁４で膨張・減圧して凝縮圧力と蒸発圧力との中間圧力となり、気液分離器５においてガス冷媒と液冷媒とに分離される。液冷媒は、第２の電動膨張弁６で更に膨張・減圧して、室内側熱交換器７において空気から吸熱して蒸発し、圧縮機１に吸込まれる。一方、気液分離器で分離されたガス冷媒は、インジェクション配管９を通り、圧縮機１にインジェクションされる。この実施例では圧縮機１に二段圧縮を行う圧縮機、たとえば２シリンダのロータリ圧縮機を用いており、１段目の圧縮部４１で圧縮されて吐き出された冷媒は１段目の出口と２段目の入口を連通する冷媒配管１０を経て２段目の圧縮部４２に吸い込まれて再び圧縮されて吐き出される。冷媒配管１０は密閉容器外に設けられている。なお、この冷媒配管１０を中間圧力空間と呼ぶこともある。インジェクション配管９は冷媒配管１０に接続されている。インジェクション配管９には開閉弁８を設け、開閉弁８の開閉によってインジェクションを行う運転とインジェクションを行わない運転とを切り替える。

暖房運転時においては、四方弁２を破線のように切り換え、図１の破線の矢印方向に冷媒が流れて、暖房サイクルを構成する。暖房運転時、圧縮機１で圧縮された冷媒は、室内側熱交換器７において空気に放熱して凝縮し、次に第２の電動膨張弁６で膨張・減圧して凝縮圧力と蒸発圧力との中間圧力となり、気液分離器５においてガス冷媒と液冷媒とに分離される。液冷媒は、第１の電動膨張弁４で更に膨張・減圧して、室外側熱交換器３において空気から吸熱して蒸発し、圧縮機１に吸込まれる。一方、気液分離器５で分離されたガス冷媒は、インジェクション配管９を通り、圧縮機１の中間圧力空間１０にインジェクションされる。インジェクション配管９に設けられた開閉弁８の開閉によってインジェクションを行う運転とインジェクションを行わない運転とを切り替えるのは冷房運転と同様である。

第１の電動膨張弁４と第２の電動膨張弁６は以下のように制御される。冷房運転では第１の電動膨張弁４が上流側、第２の電動膨張弁６が下流側となり、暖房運転では第２の電動膨張弁６が上流側、第１の電動膨張弁４が下流側となるので、冷房運転では第１の電動膨張弁４を上流側電動膨張弁、第２の電動膨張弁６を下流側電動膨張弁と呼び、暖房運転では第２の電動膨張弁６を上流側電動膨張弁、第１の電動膨張弁４を下流側電動膨張弁と呼ぶことにする。制御装置３０は圧縮機吐出冷媒温度センサ２５からの信号に基づいて、吐出冷媒温度が所定の値となるように上流側電動膨張弁を制御する一方、圧縮機の一段目の出口と二段目の入口を連通する冷媒流路１０の近傍のインジェクション配管９に設けられたインジェクション冷媒温度センサ２３の検知した冷媒温度と、第１の電動膨張弁４と気液分離器５を接続する冷媒配管に設けられた中間冷媒温度センサ２４の検知した温度との温度差に基づき、その温度差が所定値となるように下流側電動膨張弁６を制御する。インジェクション冷媒温度センサ２３の検知する温度は、二段圧縮機の１段目圧縮部４１の出口からの冷媒とインジェクション配管９からインジェクションされる冷媒とが合流する点の温度に近い。中間冷媒温度センサ２４の検知する温度は、気液分離器５内の冷媒温度にほぼ等しい。

気液分離器５内の冷媒の圧力（中間圧力）が低くインジェクションされるガス冷媒の流量が少ないときは、これらの２つのセンサ間の温度差（以下、インジェクションセンサ間温度差と呼ぶ）は大きく、中間圧力が高くなってインジェクションされるガス冷媒の流量が多くなると、インジェクションセンサ間温度差が小さくなってくる。更に中間圧力が高くなると液冷媒が多くインジェクションされるようになり、インジェクションセンサ間温度差はゼロに近くなる。

図８のモリエル線図において、ガス冷媒がインジェクションされているときの破線の冷凍サイクル（ＡＢＣＤＥＦＧＨ）でのインジェクション冷媒温度センサ２３の温度は点Ｃの温度で表される。また、中間温度センサ２４の温度は点Ｆの温度で表される。等温線を見ると分かるように、点Ｃの温度は点Ｆの温度よりも高い。

一方、液冷媒が多くインジェクションされている実線の冷凍サイクル（Ａ'Ｂ'Ｃ'Ｄ'Ｅ'Ｆ'Ｇ'Ｈ'）の状態では、インジェクション冷媒温度センサ２３の温度は点Ｃ'になり、中間温度センサ２４の温度は点Ｆ'になるため、両者の温度差は小さくなる。逆にインジェクション冷媒温度センサ間の温度差が大きいときは、インジェクションされる冷媒の流量が小さくなり、性能が低下する。そこで、図９に示すように、インジェクションセンサ間温度差がある範囲に入るように制御することにより、液冷媒をインジェクションしない範囲で性能を高く保つようにする。なお本実施例では、中間温度センサ２４の位置を第１の電動膨張弁４と気液分離器５の間としたが、気液分離器５と第２の電動膨張弁６の間や、インジェクション配管９の気液分離器５付近に設けてもよい。

ところで、特許文献１に記載の技術は、例えば冷房運転時、外気温度が所定温度以下の場合、室内空気温度に関わらずニ方弁を閉じてインジェクションを止めるようにすることにより、液冷媒をインジェクションすることを防止して、性能低下や圧縮機の信頼性低下を防止している。

しかしながら、例え、冷房運転で外気温度が高い場合であっても、室内空気温度が高い場合には、気液分離器５に入る冷媒の乾き度が小さくなり、ガス冷媒の分離が困難になる。図３のモリエル線図において、外気温度が高く、室内空気温度が低い場合の冷凍サイクルを破線（ＡＢＣＤＥＦＧＨ）で、外気温度が高く、室内空気温度も高い場合の冷凍サイクルを実線（Ａ'Ｂ'Ｃ'Ｄ'Ｅ'Ｆ'Ｇ'Ｈ'）で示す。室内空気温度が高くなると、蒸発器として作用する室内熱交換器７の蒸発量が増し圧力が高くなる。このため、気液分離器５に入る冷媒の状態がＦ点からＦ'点に移り、冷媒の乾き度が小さくなる。したがって、この場合は気液分離器５の乾き度が小さいので、液冷媒がインジェクションされる可能性が高くなるのでインジェクションを中止させる必要がある。

反対に、外気温度が低くても室内空気温度がある程度低く室内外の温度差が大きければ、ガス冷媒を分離して十分にインジェクションの効果を上げることが可能である。図４のモリエル線図において、外気温度が高く、室内空気温度が低い場合の冷凍サイクルを破線（ＡＢＣＤＥＦＧＨ）で、外気温度が低いが室内空気温度も低い場合の冷凍サイクルを実線（Ａ'Ｂ'Ｃ'Ｄ'Ｅ'Ｆ'Ｇ'Ｈ'）で示している。それぞれの気液分離器５に入る冷媒の状態がＦ点とＦ'点で示されているが、それらの乾き度は同程度である。従って、この場合は、ガス冷媒を分離して十分にインジェクションの効果を上げることが可能である。

このように、特許文献１においては、外気温度や室内空気温度のそれぞれによってインジェクションを行うかどうかを決めていたため、液冷媒をインジェクションすることによる性能の低下や、インジェクションが可能であるにも関わらずインジェクションを止めることにより性能が低下するという問題があった。

このような問題を解決する実施例を以下に説明する。室内空気温度は図１の室内空気温度センサ２１により、外気温度は外気温度センサ２２によって検知される。室内空気温度には、室内機の吸込み空気温度を検知した温度を用いてもよい。冷房運転において、図２のモリエル線図に示すように、外気温度と室内空気温度の差が大きいときのサイクル（破線ＡＢＣＤＥＦＧＨ）における気液分離器５に入る冷媒の状態が点Ｆで示されるのに対して、外気温度と室内空気温度の差が小さいときのサイクル（実線Ａ'Ｂ'Ｃ'Ｄ'Ｅ'Ｆ'Ｇ'Ｈ'）における気液分離器５に入る冷媒の状態は点Ｆ'で示されるので、外気温度と室内空気温度の差が小さいと、気液分離器に入る冷媒の乾き度が小さくなるため、気液分離器５における冷媒の乾き度が小さくなり、インジェクションできるガス冷媒の量が少なくなる。

また、図３のモリエル線図において、外気温度が高く、室内空気温度が低い場合の冷凍サイクルを破線（ＡＢＣＤＥＦＧ）で、外気温度が高く、室内空気温度も高い場合の冷凍サイクルを実線（Ａ'Ｂ'Ｃ'Ｄ'Ｅ'Ｆ'Ｇ'Ｈ'）で示している。室内空気温度が高くなると、外気温度と室内空気温度の差は小さくなり、気液分離器に入る冷媒の状態が点Ｆから点Ｆ'に移るため、冷媒の乾き度が小さくなることが分かる。このような場合、液冷媒が多くインジェクションされてしまい、圧縮機１の二段目（高圧側）の吸入部で液冷媒が気化することによって圧縮機１の効率が大きく低下したり、蒸発器に流れる冷媒流量が大きく減少して冷凍サイクルの性能が低下する恐れがある。また、液冷媒によって圧縮室内の潤滑油が持ち去られて潤滑不良になる等、圧縮機の信頼性が低下する恐れもある。

そこで、外気温度と室内空気温度の温度差を求め、この差が所定値以下の場合、例えば２℃以下（冷房運転）の場合は、開閉弁８を全閉にしてインジェクションを止めるように制御する。

図４のモリエル線図において、外気温度が高く、室内空気温度が低い場合の冷凍サイクルを破線（ＡＢＣＤＥＦＧ）で、外気温度が低いが室内空気温度も低い場合の冷凍サイクルを実線（Ａ'Ｂ'Ｃ'Ｄ'Ｅ'Ｆ'Ｇ'Ｈ'）で示している。この例ではいずれの冷凍サイクルでも外気温度と室内空気温度の温度差は同程度である。それぞれの気液分離器に入る冷媒の状態が点Ｆと点Ｆ'で示されているが、それらの乾き度も同程度である。従って、ガス冷媒を分離して十分にインジェクションの効果を上げることが可能である。

室内外の温度差が十分大きければ、気液分離器内の冷媒の乾き度はある程度以上に保たれるので、開閉弁８を開いてインジェクションを行うように制御する。

図５に、冷房運転時において室内空気温度と外気温度に応じてインジェクション回路に設けた開閉弁８の開閉を決める条件を示す。図５の直線は、外気温度と室内空気温度の差が一定の条件を示している。すなわち、この直線は外気温度が室内温度よりも２℃よりも高い場合にインジェンクションを行い、２℃以下の場合はインジェクションを行わない（開閉弁８を閉とする）。この２℃という数値は実験値であり、各種条件により変更しても構わない。

暖房運転の場合も同様で、室内空気温度と外気温度の温度差（暖房運転の場合は室内空気温度の方が外気温度よりも高い）が小さいときには気液分離器５における冷媒の乾き度が小さく、インジェクションできるガス冷媒の量が少ないために液冷媒が多くインジェクションされやすくなる。そのため、室内空気温度と外気温度の温度差が所定値以下、例えば１０℃以下（これも実験値であり各種条件によって変更できる）の場合には、開閉弁８を全閉にしてインジェクションを止めるように制御する。

図６に、暖房運転時において室内空気温度と外気温度に応じてインジェクション回路に設けた開閉弁８の開閉を決める条件を示す。図６の直線は、外気温度と室内空気温度の差が一定の条件を示している。この直線は、室内空気温度が室外空気温度よりも１０℃より高い時にインジェクションを行い、１０℃以下のときはインジェクションを止めることを意味している。

図７に室内空気温度と外気温度の差に応じて開閉弁を制御する制御装置のブロック図を示す。外気温度検知手段２１と室内空気温度検知手段２２によってそれぞれの温度を検知し、温度差算出手段５１によってそれらの温度差を算出する。その温度差と、室内外温度差基準値記憶手段５２に記憶された基準値（冷房時は２℃、暖房時は１０℃）とを比較手段５３において比較し、その結果に基づいて開閉弁駆動手段５４において開閉弁を駆動する。実際には、温度差の算出や温度差と温度差基準値の比較は、図１の制御装置３０に設けられたマイクロコンピュータ等の演算装置３１により行い、室内外温度差基準値は制御装置３０に設けられた記憶装置３２に記憶されるようにする。以上のように、室内空気温度と外気温度の差に応じて開閉弁を制御することにより、性能の低下や圧縮機の信頼性の低下を防止することができる。

下流側電動膨張弁を所定値以上に開いてもインジェクションセンサ間温度差が所定値より小さい場合には、気液分離器内の冷媒圧力（中間圧力）が高く、液冷媒が多くインジェクションされていると見られるので、開閉弁８を閉じる制御を行う。例えば室内機と室外機の距離が大きく接続配管が長いような場合、接続配管の流路抵抗が大きく、冷房運転において気液分離器内の冷媒圧力（中間圧力）が高くなって液冷媒が多くインジェクションされることがあるが、このような場合にも対応して開閉弁８が閉じられる。このような制御により、液冷媒が多くインジェクションされることによる性能の低下や圧縮機の信頼性の低下を防止することができる。

運転開始から冷凍サイクルがある程度安定するまでの間等、圧縮機の吐出冷媒温度が低いときは、上流側の電動膨張弁開度が大きいために中間圧力が高く、液冷媒が多くインジェクションされる場合がある。これを避けるために、図１における圧縮機吐出冷媒温度検知手段２５の検知した冷媒温度が圧縮機吐出冷媒温度目標値よりも所定値以上低いときには開閉弁８を閉じるように制御することにより、性能の低下や圧縮機の信頼性の低下を防止することができる。圧縮機吐出冷媒温度目標値は、圧縮機回転速度や外気温度に応じて設定する。例えば、圧縮機回転速度と外気温度の１次式によって圧縮機吐出冷媒温度目標値を算出する。圧縮機吐出冷媒温度目標値の設定は、実際には制御装置３０に設けられた演算装置３１及び記憶装置３２によって行われる。冷凍サイクルの安定時には、圧縮機吐出冷媒温度はこの目標値付近で安定する。

開閉弁８は電動式のニ方弁でもよいが、全閉が可能な電動膨張弁としたほうが動作が確実である。特に消費電力を低減するために切換時以外は通電しない状態で使用する方式の二方弁の場合、弁を閉じているときに圧力が高い圧縮機側と圧力が低い気液分離器側との差圧が大きいと、弁が差圧によって開いて圧縮機から気液分離器へ冷媒が逆流し、性能が低下する恐れがある。全閉が可能な電動膨張弁を用いることにより、差圧で弁が開くことがなくなり、性能低下を防止することができる。

開閉弁８を閉じる条件として、外気温度と室内空気温度の差を用いる替わりに、室外熱交換器の冷媒温度と室内熱交換器の冷媒温度の差を用いても良い。図１０に示すように、冷房運転時においては、室外熱交換器冷媒温度と室内熱交換器冷媒温度との差が所定値以下のときは、開閉弁８を全閉にしてインジェクションを止めるように制御する。図１１に示すように、暖房運転時においては、室内熱交換器冷媒温度と室外熱交換器冷媒温度との差が所定値以下のときは、開閉弁８を全閉にしてインジェクションを止めるように制御する。これらの基準となる室外熱交換器冷媒温度と室内熱交換器冷媒温度との差は、圧縮機回転速度の関数として設定しても良い。このような制御を行うことにより、性能の低下や圧縮機の信頼性の低下を防止することができる。

以上本実施例によれば、気液分離器５で分離されたガス冷媒を圧縮機１に導くインジェクション回路９の気液分離器５と圧縮機２との間に設けられた全閉が可能な開閉弁８と、外気温度検知手段２１と、室内空気温度検知手段２２と、外気温度検知手段２１の検知した外気温度と室内空気温度２２の検知した室内空気温度との差が所定値以下のときに開閉弁８を全閉にする制御手段３０を備えた。これにより、冷房運転において、図２のモリエル線図に示すように、外気温度と室内空気温度の差が大きいときのサイクル（破線）における気液分離器５に入る冷媒の状態が点Ｆで示されるのに対して、外気温度と室内空気温度の差が小さいときのサイクル（実線）における気液分離器５に入る冷媒の状態は点Ｆ'で示されるので、外気温度と室内空気温度の差が小さいと、気液分離器５に入る冷媒の乾き度が小さくなるため、多量に液冷媒が混合してインジェクションされる恐れがある。多量の液冷媒がインジェクションされると、冷凍サイクルの性能が低下したり、圧縮機の信頼性が低下したりするので望ましくない。そこで、このような場合には開閉弁８を閉じてインジェクションを停止するように制御する。先に述べた図３の実線のような場合もこの条件に当てはまる。一方、図４に示した２つの冷凍サイクルのように、室内外の温度差が大きい場合には、開閉弁８を開いてインジェクションを行うように制御する。

また、二段圧縮機２と、気液分離器５と、気液分離器５で分離されたガス冷媒を二段圧縮機１における一段目の出口と二段目の入口とを連通する冷媒流路１０に導くインジェクション回路９とを備えた冷凍サイクル装置において、インジェクション回路９の冷媒配管に設けられた全閉が可能な開閉弁８と、圧縮機１の一段目の出口と二段目の入口とを連通する冷媒流路１０の近傍のインジェクション回路９の冷媒配管に設けられた冷媒温度検知手段２３と、第１の膨張手段と気液分離器５を接続する冷媒配管又は気液分離器と第２の電動膨張弁を接続する冷媒配管又は気液分離器の近傍のインジェクション回路の冷媒配管のいずれかに設けられた冷媒温度検知手段２４とを備え、の２つの冷媒温度検知手段が検知した冷媒温度の差が所定値以下で、かつ下流側の電動膨張弁等の膨張手段の開度が所定値以上のときに前記開閉弁を閉じる制御手段を設けた。図８のモリエル線図に示すように、インジェクションされる液冷媒の量が多くなると圧縮機側の冷媒の状態は図８の点Ｃから点Ｃ'に移り、気液分離器側の冷媒の状態は点Ｆから点Ｆ'へ移るため、両者の温度差が小さくなる傾向がある。そこで、この温度差を利用してインジェクションされる冷媒に液冷媒が多く混入している場合を検知することが可能である。下流側の電動膨張弁等の膨張手段の開度が所定値以上であるにも関わらず、温度差が所定値以下のときには液冷媒が多く混入しているとみなし、インジェクション回路の開閉弁を閉じてインジェクションを止めるように制御する。

また、室外側熱交換器の冷媒温度を検知する室外側熱交換器冷媒温度検知手段２１と、室内側熱交換器の冷媒温度を検知する室内側熱交換器冷媒温度検知手段２２と、インジェクション回路９の気液分離器５と圧縮機１との間に設けられた全閉が可能な開閉弁８と、室外側熱交換器冷媒温度検知手段２１の検知した室外熱側交換器冷媒温度と室内側熱交換器冷媒温度検知手段２２の検知した室内側熱交換器冷媒温度との差が所定値以下のときに開閉弁８を全閉にする制御手段とを備えた。室内側熱交換器７と室外側熱交換器３の冷媒温度の差が小さい場合、冷凍サイクルの高圧側の圧力と低圧側の圧力との差が小さくなり、気液分離器５内の冷媒の乾き度が小さくなるため、多量に液が混合してインジェクションされる恐れがあるので、インジェクション回路に設けた開閉弁８を閉じてインジェクションを停止させるようにした。

さらに、気液分離器５で分離されたガス冷媒を圧縮機１に導くインジェクション回路９を備えた冷凍サイクル装置において、インジェクション回路９に設けられた全閉が可能な開閉弁８と、圧縮機１の吐出冷媒温度を検知する吐出温度検知手段２５と、圧縮機１の吐出冷媒温度の目標値を設定する吐出温度目標値設定手段と、吐出温度検知手段２５の検知した温度が吐出温度目標値設定手段の設定した温度よりも所定値以上低いときに開閉弁８を全閉にする制御手段とを備えた。圧縮機吐出冷媒温度が低いときは、上流側の膨張手段が開き気味になっているので、気液分離器内の冷媒圧力が高く、液が多く混合した状態でインジェクションされる恐れがあるので、開閉弁８を閉じてインジェクションを停止させるようにした。
さらに、インジェクション回路９に設けられた開閉弁８を全閉が可能な電動膨張弁とした。二方弁の場合、弁を閉じているときに圧力が高い圧縮機側と圧力が低い気液分離器５側との差圧が大きいと、弁が開いて圧縮機１から気液分離器５へ冷媒が逆流し、性能が低下する恐れがある。全閉が可能な電動膨張弁を用いることにより差圧で弁が開くことがなくなる。
以上本実施例によれば、詳細に説明したように、液冷媒が多量に圧縮機にインジェクションされることによる性能の低下や圧縮機の信頼性の低下を防止することができ、インジェクションの効果があるときにはインジェクションを行うことにより性能を向上させることができる。

本発明における冷凍サイクル装置の構成図である。 室内外温度差の違いによる冷凍サイクルの違いを示すモリエル線図である。 同じ外気温度で室内空気温度が違う場合の冷凍サイクルの違いを示すモリエル線図である。 室内空気温度も外気温度も異なるが、室内外温度差は比較的近い場合の冷凍サイクルの違いを示すモリエル線図である。 冷房運転時における外気温度と室内空気温度によるインジェクション回路に設けた開閉弁の開閉条件を示す図である。 暖房運転時における外気温度と室内空気温度によるインジェクション回路に設けた開閉弁の開閉条件を示す図である。 室内空気温度と外気温度の差に応じて開閉弁を制御する制御装置のブロック図である。 インジェクション制御用に設けた２つの冷媒温度センサの温度差の変化を示すモリエル線図である。 下流側電動膨張弁開度と２つの冷媒温度センサの温度差の関係を示す図である。 冷房運転時における室外熱交換器冷媒温度と室内熱交換器冷媒温度によるインジェクション回路に設けた開閉弁の開閉条件を示す図である。 暖房運転時における室外熱交換器冷媒温度と室内熱交換器冷媒温度によるインジェクション回路に設けた開閉弁の開閉条件を示す図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外側熱交換器、４…第１の膨張装置、５…気液分離器、６…第２の膨張装置、７…室内側熱交換器、８…開閉弁、９…インジェクション配管、２１…外気温度センサ、２２…室内空気温度センサ。

Claims (3)

1. 圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、第１の膨張手段と、気液分離器と、第２の膨張手段と、室内側熱交換器とを順次配管にて接続した冷凍サイクルと、前記気液分離器で分離された冷媒を前記圧縮機に導くインジェクション配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記気液分離器と前記圧縮機との間の前記インジェクション配管に設けられた全閉が可能な開閉弁と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、室内の空気温度を検知する室内空気温度検知手段と、前記外気温度検知手段の検知した外気温度と前記室内空気温度の検知した室内空気温度との差が所定値以下のときに前記開閉弁を全閉にする制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
2. 低圧側圧縮機構から吐出された冷媒を高圧側圧縮機構に吸込み吐出する二段圧縮機と、室外側熱交換器と、開度が調整可能な第１の膨張手段と、気液分離器と、開度が調整可能な第２の膨張手段と、室内側熱交換器とを配管にて接続した冷凍サイクルと、気液分離器で分離されたガス冷媒を二段圧縮機における低圧側圧縮機構と高圧側圧縮機構との間に設けられた中間圧力空間に導くインジェクション配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記インジェクション配管に設けられた全閉が可能な開閉弁と、前記室外側熱交換器の冷媒温度を検知する室外側熱交換器冷媒温度検知手段と、前記室内側熱交換器の冷媒温度を検知する室内側熱交換器冷媒温度検知手段と、前記室外側熱交換器冷媒温度検知手段の検知した室外側熱交換器冷媒温度と前記室内側熱交換器冷媒温度検知手段の検知した前記室内側熱交換器冷媒温度との差が所定値以下のときに前記開閉弁を全閉にする制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
3. 低圧側圧縮機構から吐出された冷媒を高圧側圧縮機構に吸込み吐出する二段圧縮機と、室外側熱交換器と、開度が調整可能な第１の膨張手段と、気液分離器と、開度が調整可能な第２の膨張手段と、室内側熱交換器とを配管にて接続した冷凍サイクルと、気液分離器で分離されたガス冷媒を二段圧縮機における低圧側圧縮機構と高圧側圧縮機構との間に設けられた中間圧力空間に導くインジェクション配管とを備えた冷凍サイクル装置において、前記インジェクション配管に設けられた全閉が可能な開閉弁と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度検知手段と、前記圧縮機の吐出冷媒温度の目標値を設定する吐出温度目標値設定手段と、前記吐出温度検知手段の検知した温度が前記吐出温度目標値設定手段の設定した温度よりも所定値以上低いときに前記開閉弁を全閉にする制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
   

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