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1. (WO2015140950) 空気調和装置
Document

明 細 書

発明の名称 空気調和装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085  

符号の説明

0086  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22  

明 細 書

発明の名称 : 空気調和装置

技術分野

[0001]
 本発明は、R32冷媒単体又はR32冷媒を含む混合冷媒を用いた空気調和装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 近年、環境保全の観点より、冷凍空調機器及びヒートポンプ等の空気調和装置の作動媒体として、R410A冷媒やR407c冷媒、R134a冷媒などの地球温暖化係数(GWP)が高い冷媒から、自然冷媒である二酸化炭素、炭化水素系冷媒、もしくはHFO系冷媒、R32冷媒などGWPの低い冷媒への転換が検討されている。このうち、R32冷媒は、作動圧力が現行のR410A冷媒とほぼ同等であり、単位体積あたりの冷凍能力がR410A冷媒よりも大きい。このため、機器の小型化が可能であり、R32冷媒単体もしくはR32冷媒とHFO系冷媒とを混合させた混合冷媒を空気調和装置に採用することが考えられている。
[0003]
 R32冷媒はR410A冷媒に比べて比熱比が大きい。このため、冷媒の吐出温度が高くなり、例えば蒸発温度0℃、凝縮温度50℃であって圧縮機吸入時の冷媒の過熱度が2℃の場合、R32冷媒はR410A冷媒よりも吐出温度が20℃程度上昇する。吐出温度が高くなると冷凍機油やシール材の保障温度を超えるため、吐出温度を低減する対策が必要となる。
[0004]
 ここで、従来から吐出温度を低減するために圧縮機の吸入側に液インジェクションする手法が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。特許文献1には、液冷媒を流通する液配管と圧縮機とが接続され、液配管上に流量制御のための流量調整弁を設けたインジェクション回路を有し、インジェクション回路から圧縮機に液インジェクションを行う冷凍装置が開示されている。また、特許文献2には、アキュムレータと圧縮機との間の吸入配管に接続されたインジェクション配管と、インジェクション配管上に設けられた冷媒流量を制御するための流量制御手段とを設け、吸入配管に液インジェクションする冷凍装置が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2005-282972号公報
特許文献2 : 特開平4-161758号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 特許文献1、2は、冷房運転時及び暖房運転時において、圧縮機の吸入側に液インジェクションすることにより、冷媒の吐出温度を下げ圧縮機を安定的に運転させている。しかし、冷房運転時及び暖房運転時において、外気温度や室内機の負荷状況などにより、インジェクション流路に流入する冷媒の乾き度が変化する場合がある。インジェクション流路に流入する冷媒の乾き度が変化した場合、インジェクションに起因して振動等が発生し圧縮機を安定的に運転することが困難となるという課題がある。
[0007]
 また、特許文献2は、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が所定温度以上になったとき、インジェクション回路に付属の流量制御装置を開くように制御しているため、インジェクション開始時から吐出温度が低減し始めるまでの間の吐出温度上昇が避けられない。R32冷媒の場合、能力が低下するといった理由から制御開始温度(目標温度)を低く設定することができないため、インジェクション開始時から吐出温度が低減し始めるまでの間の吐出温度上昇により、圧縮機の保護のために減速もしくは運転停止する必要が生じ、安定的に運転することが困難となるという課題がある。
[0008]
 本発明に係る空気調和装置は、上記の課題に対応してなされたもので、圧縮機にインジェクションを行う際に、圧縮機を安定的に運転させる空気調和装置を提供することを目的としている。

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、暖房運転及び冷房運転の流路の切替を行う流路切替装置、熱源側熱交換器、複数の利用側熱交換器、複数の利用側熱交換器に対応設置されている複数の絞り装置が配管を介して接続された冷媒回路を有し、冷媒としてジフルオロメタン(R32)単体もしくはジフルオロメタン(R32)の質量比率が40wt%よりも大きい混合冷媒を用いた空気調和装置であって、圧縮機の吸入側に液冷媒をインジェクションするためのインジェクション配管と、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間に設けられ、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒のうち、液冷媒をインジェクション配管に供給する液冷媒供給装置と、インジェクション配管上に設けられ、液冷媒供給装置から供給される液冷媒を減圧して気液二相状態にするとともに、圧縮機の吸入側へ供給する流量調整器と、圧縮機から吐出される冷媒の温度を吐出温度として検出する吐出温度センサと、吐出温度センサにより検出された吐出温度に基づいて流量調整器の開度を制御し、かつ複数の利用側熱交換器のうち暖房運転をしている台数が減少した場合に、運転台数の変化割合に応じて、流量調整器の開度を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

発明の効果

[0010]
 本発明に係る空気調和装置によれば、液冷媒供給装置から供給される液冷媒を気液二相状態にして圧縮機にインジェクションを行うことにより、圧縮機からの吐出温度が高くなるR32冷媒を用いた場合であっても、圧縮機からの吐出温度を低減させながら圧縮機を安定的に運転させることができる。また、運転台数の変化割合に応じて、流量調整器の開度を制御する制御手段を有することにより、圧縮機の吐出温度を低減し、冷媒や冷凍機油の劣化及び圧縮機のシール材等の疲労を低減でき、信頼性の高い状態で運転できる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 本発明の空気調和装置の実施形態1を示す冷媒回路図である。
[図2] 図1の空気調和装置の冷房運転時にインジェクションしない場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図3] 図2の空気調和装置の冷房運転時にインジェクションしない場合のP-h線図である。
[図4] 図1の空気調和装置の冷房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図5] 図4の空気調和装置の冷房運転時にインジェクションする場合のP-h線図である。
[図6] 図1の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションしない場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図7] 図6の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションしない場合のP-h線図である。
[図8] 図1に示す空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図9] 図8の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線図である。
[図10] R32冷媒の混合比率に対する圧縮機から吐出される冷媒の温度を示すグラフである。
[図11] 室内機の運転台数が減少した場合の圧縮機1から吐出される冷媒の温度について示すグラフである。
[図12] 流量調整器の制御のフローチャートである。
[図13] 本発明の空気調和装置の実施形態2を示す冷媒回路図である。
[図14] 図13の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図15] 図14の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線を示すグラフである。
[図16] 本発明の空気調和装置の実施形態3を示す冷媒回路図である。
[図17] 図16の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図18] 図16の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線を示すグラフである。
[図19] 本発明の空気調和装置の実施形態4を示す冷媒回路図である。
[図20] 図19の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
[図21] 図19の空気調和装置の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線を示すグラフである。
[図22] 本発明の空気調和装置500の実施形態5を示す冷媒回路図である。

発明を実施するための形態

[0012]
実施形態1.
 以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の空気調和装置の実施形態1を示す冷媒回路図であり、図1を用いて空気調和装置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を利用して冷房運転及び暖房運転を行なうものであって、空気調和装置100の冷媒回路を流れる冷媒として、ジフルオロメタン(以下、「R32」という)単体、R32とテトラフルオロプロペン(以下、「HFO-1234yf」又は「HFO-1234ze(E)」という)の混合冷媒が用いられている。
[0013]
 図1の空気調和装置100は、室外機(熱源機)10と複数の室内機20A、20Bとが配管101、102で接続された構成を有している。なお、図1において、1台の室外機10と2台の室内機20A、20Bとが接続された場合について例示するが、2台以上の室内機20A、20Bを接続してもよい。また、配管101、102は、室外機10と室内機20A、20Bとを接続するものであればよく、途中に延長配管を用いたものであっても良い。
[0014]
 室外機10は、圧縮機1、流路切替器2、熱源側熱交換器3、アキュムレータ5を備えている。圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出するものである。この圧縮機1は、吐出側が流路切替器2に接続され、吸入側が吸入配管9に接続されている。なお、以下に圧縮機1が低圧シェル構造の圧縮機であるものとして説明するが、高圧シェル構造の圧縮機であっても良い。
[0015]
 流路切替器2は、冷房運転もしくは暖房運転の運転モードの切替に応じて暖房流路と冷房流路との切替を行うものであって、例えば四方弁からなっている。冷房運転時において、流路切替器2は、配管101とアキュムレータ5とを接続させるとともに、圧縮機1の吐出側と熱源側熱交換器3とを接続させる。すると、圧縮機1から吐出された冷媒は熱源側熱交換器3側へ流れるとともに、室内機20A、20Bから流出した冷媒は配管101を介して室外機10側へ流入する。一方、暖房運転時において、流路切替器2は熱源側熱交換器3とアキュムレータ5とを接続させるとともに、圧縮機1の吐出側と配管101とを接続させる。すると、圧縮機1から吐出された冷媒は室内機20A、20B側へ流れるとともに、室内機20A、20Bから流出した冷媒は配管102を介して室外機10へ流入する。なお、流路切替器2として四方弁を用いた場合について例示しているが、これに限らず例えば複数の二方弁等を組み合わせて構成してもよい。
[0016]
 熱源側熱交換器3は、冷媒と空気(外気)との間で熱交換を行うものであって、例えば冷媒を通過させる伝熱管と、伝熱管を流れる冷媒と外気との間の伝熱面積を大きくするためのフィンとを備えた構造を有している。また、熱源側熱交換器3に送風を行う送風機3aが配置されており、送風機3aの駆動により冷媒が空気と熱交換を行うようになっている。熱源側熱交換器3は流路切替器2と流量制御装置4との間に接続されており、冷房運転時には冷媒を凝縮して液化させる凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて気化させる蒸発器として機能する。
[0017]
 流量制御装置4は、熱源側熱交換器3と室内機20A、20Bとの間に配置されており、例えば電子式膨張弁等の開度が可変に制御可能なものからなっている。流量制御装置4は、冷媒を減圧して膨張させる減圧弁又は膨張弁としての機能を有し、流量制御装置4の開度を調整することにより、暖房運転時において室内機20A、20Bから室外機10に流入する冷媒の中間温度(中間圧力)を制御することができる。
[0018]
 アキュムレータ5は、圧縮機1の吸引側に設けられたものであって、冷房運転時と暖房運転時との違いによる余剰冷媒又は過渡的な運転の変化(例えば室内機20A、20Bのうちいずれを運転するか)に対する余剰冷媒を蓄えるものである。アキュムレータ5において、流路切替器2側から冷媒が流入されるとともに、吸入配管9を介して圧縮機1の吸入側に冷媒が供給されるようになっている。なお、アキュムレータ5は必ずしも必須ではなく、アキュムレータ5を設けずに流路切替器2と吸入配管9とを直接接続するようにしてもよい。
[0019]
 さらに、室外機10には、室内機20A、20Bに連結された配管102と流量制御装置4との間にインジェクション回路が設けられており、インジェクション回路は、液冷媒供給装置6、インジェクション配管7、流量調整器8を備えている。液冷媒供給装置6は、熱源側熱交換器3との間を流れる冷媒のうち、液相の冷媒を圧縮機1に供給するものであって、気相の冷媒と液相の冷媒が混在する二相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器からなっている。また、液冷媒供給装置6の下部側(液相側)にはインジェクション配管7が接続されており、液冷媒供給装置6はインジェクション配管7に液冷媒を供給する。また、液冷媒供給装置6はインジェクション配管7に供給される液冷媒以外の冷媒を熱源側熱交換器3と室内機20A、20Bとの間を配管102を介して流通させるようになっている。
[0020]
 インジェクション配管7は、液冷媒供給装置6と圧縮機1の吸入配管9とを接続し、液冷媒供給装置6から圧縮機1の吸入側へインジェクションを行うための配管である。このインジェクション配管7上には流量調整器8が設けられている。流量調整器8は、液冷媒供給装置6から供給される液冷媒を減圧して気相と液相の気液二相状態にするとともに、圧縮機1の吸入配管9に流入する冷媒流量を制御するものであって、例えば開度が可変に制御可能な電子式膨張弁からなっている。
[0021]
 各室内機20A、20Bは、それぞれ利用側熱交換器21A、21B、絞り装置22A、22B、送風機23A、23Bを備えている。利用側熱交換器21A、21Bは、冷房運転時には蒸発器(吸熱器)として機能し、暖房運転時には凝縮器(放熱器)として機能する。そして、利用側熱交換器21A、21Bは、送風機23A、23Bから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内空間の冷房及び暖房を行う。
[0022]
 絞り装置22A、22Bは、たとえば開度を変化させることができる電子式膨張弁等で構成されており、利用側熱交換器21A、21Bにそれぞれ直列的に接続されている。絞り装置22A、22Bは、減圧弁や膨張弁として機能し利用側熱交換器21A、21Bを通過する冷媒の圧力を調整する。
[0023]
 さらに、空気調和装置100は、室外機制御手段30、室内機制御手段40、吐出温度センサ51、中間温度センサ52を備えている。吐出温度センサ51は、圧縮機1の吐出側に設けられており、圧縮機1から吐出される冷媒の温度を吐出温度T1として検出する。中間温度センサ52は、絞り装置22A、22Bと流量制御装置4との間に設けられており、暖房運転時に流量制御装置4に流入する冷媒の中間温度T2を検出するものである。
[0024]
 室外機制御手段30は、室外機10の動作を制御するものであって、吐出温度センサ51、中間温度センサ52、もしくは図示しない各種検出器で検出された冷媒圧力情報、冷媒温度情報、室外温度情報、室内温度情報等に基づいて、圧縮機1の駆動、流路切替器2の切替、熱源側熱交換器3に付随する送風機3aの送風機モータ駆動、各流量制御装置の開度等を制御する。
[0025]
 室内機制御手段40は、室内機20A、20Bの動作を制御するものであって、利用側熱交換器21A、21Bに付随する送風機23A、23Bの送風機モータの駆動、絞り装置22A、22Bの開度等を制御する。
[0026]
 室外機制御手段30は、室内機制御手段40に接続され、冷房運転、暖房運転、熱負荷(暖房負荷)のないサーモオフ運転、停止等の各室内機20A、20Bの運転状態情報に基づいて、圧縮機1の駆動、流路切替器2の切替、熱源側熱交換器3に付随する送風機3aの駆動、流量調整器8の開度、その他の流量制御装置の開度等を制御する。各室内機20A、20Bには、容量(冷房能力または暖房能力)に応じて決められた機種コードが付与されており、室外機制御手段30は、運転している各室内機2A、2Bの機種コードに対応する容量の総和を運転状態情報として保有する。
[0027]
 例えば、室内機20Aが5.0馬力の容量で機種コードが50、室内機20Bが2.5馬力の容量で機種コードが25の場合、室内機20A、20Bがともに停止している場合の運転状態情報は0、室内機20Aのみ運転の場合の運転状態情報は50、室内機20Bのみ運転の場合の運転状態情報は25、室内機20A、20Bのいずれも運転している場合の運転状態情報は75になる。なお、容量が馬力である場合について例示しているが、冷房能力もしくは暖房能力(kW)であってもよい。
[0028]
 上述した空気調和装置100の運転動作には、冷房運転と暖房運転と2種類の運転モードがある。冷房運転とは、室内機20A、20Bの双方もしくはいずれか一方が冷房運転を行う運転モードであり、暖房運転とは、室内機20A、20Bの双方もしくはいずれか一方が暖房運転を行う運転モードである。以下に、冷房運転及び暖房運転のそれぞれについて、インジェクションしない場合とした場合の冷媒の流れをP-h線図とともに説明する。
[0029]
[冷房運転時にインジェクションしない場合]
 図2は図1の空気調和装置100の冷房運転時にインジェクションしない場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図3は図2の空気調和装置100の冷房運転時におけるP-h線図である。なお、図2において冷房運転時に冷媒が流れる部分を太線とし、冷媒が流れない部分を細線とし、図3の点(a)~点(d)は図2の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。冷房運転時には、流路切替器2は圧縮機1から吐出された冷媒が熱源側熱交換器3へ流入させるように切り替えられる。また、流量制御装置4は全開に設定されているとともに、流量調整器8は全閉に設定され圧縮機1へ冷媒がインジェクションされないようになっている。
[0030]
 まず、圧縮機1の運転を開始した際、低温低圧のガス冷媒が圧縮機1によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。この圧縮機1の冷媒圧縮過程は、圧縮機1の断熱効率の分だけ等エントロピー線で断熱圧縮される場合と比較して加熱されるように圧縮される(点(a)→(b))。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替器2を通過して熱源側熱交換器3に流入する。熱源側熱交換器3に流入した冷媒は、室外空気と熱交換して冷却され、中温高圧の液冷媒となる。熱源側熱交換器3での冷媒変化は、熱源側熱交換器3の圧力損失を考慮すると、やや傾いた水平に近い線で表される(点(b)→(c))。
[0031]
 熱源側熱交換器3から流出した中温高圧の液冷媒は、全開状態の流量制御装置4、液冷媒供給装置6及び配管102を通過した後、各室内機20A、20Bの絞り装置22A、22Bに流入する。そして、冷媒は絞り装置22A、22Bにおいて絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。絞り装置22A、22Bでの冷媒の変化はエンタルピーが一定の下で行われる(点(c)→(d))。絞り装置22A、22Bから流出した低温低圧の気液二相状態の冷媒は、利用側熱交換器21A、21Bに流入する。
[0032]
 利用側熱交換器21A、21Bに流入した冷媒は、室内空気と熱交換間しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。この熱交換により室内空気が冷却されることになる。なお、絞り装置22A、22Bは、低温低圧のガス冷媒のスーパーヒート(過熱度)が2~5K程度になるように室内機制御手段40により制御されている。利用側熱交換器21A、21Bでの冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、やや傾いた水平に近い直線で表される(点(d)→(a))。利用側熱交換器21A、21Bを流出した低温低圧のガス冷媒は、配管101を通過した後に室外機10内に入り、流路切替器2及びアキュムレータ5を通って圧縮機1に流入し圧縮される。
[0033]
[冷房運転時にインジェクションする場合]
 図4は図1の空気調和装置100の冷房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図5は図4の空気調和装置100の冷房運転時にインジェクションする場合におけるP-h線図である。なお、図4において冷房運転時に冷媒が流れる部分を太線、冷媒が流れない部分を細線とし、図5の点(a)~点(g)は図4の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。流量制御装置4及び流量調整器8のいずれも全開に設定されている。また、以下にインジェクションに関する点(e)~(g)の冷媒の流れについて説明し、点(a)~点(d)の動作は図2及び図3の冷房運転時にインジェクションしない場合の点(a)~点(d)の動作と同一であるため、その説明を省略する。
[0034]
 圧縮機1から吐出して流路切替器2を通過し熱源側熱交換器3で冷却された液冷媒は流量制御装置4を通過し液冷媒供給装置6に流入する。液冷媒供給装置6に流入した液冷媒は、インジェクション配管7側に流入する液冷媒と、配管102を介して室内機20A、20B側に流入する冷媒とに分岐する。インジェクション配管7側に流入した液冷媒は、流量調整器8により減圧される(点(f)→(g))。そして、流量調整器8により減圧され気液二相となった冷媒が吸入配管9にインジェクションされる。その後、インジェクションされた気液二相の冷媒は、吸入配管9を流れるガス冷媒と合流し、ガス冷媒を冷却しながら加熱される(気液二相の冷媒:図5の点(g)→(a)、ガス冷媒:点(e)→(a))。
[0035]
[暖房運転時にインジェクションしない場合]
 図6は、図1の空気調和装置100の暖房運転時にインジェクションしない場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図であり、図7は図6の空気調和装置100の暖房運転時にインジェクションしない場合のP-h線図である。なお、図6において暖房運転時に冷媒が流れる部分を太線、冷媒が流れない部分を細線とし、図7の点(a)~点(e)は図6の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。また、暖房運転時には、流路切替器2は圧縮機1から吐出された冷媒が室内機20A、20B側へ流入させるように切り替えられるとともに、流量調整器8は冷媒が流れないように全閉に設定される。
[0036]
 まず、低温低圧のガス冷媒が圧縮機1によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される(点(a)→(b))。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替器2、配管101を通過した後に各室内機20A、20Bの利用側熱交換器21A、21Bにそれぞれ流入する。利用側熱交換器21A、21Bに流入した冷媒は、室外空気を加熱しながら冷却され、中温高圧の液冷媒となる。利用側熱交換器21A、21Bでの冷媒変化は、利用側熱交換器21A、21Bの圧力損失を考慮すると、やや傾いた水平に近い線で表される(点(b)→(c))。
[0037]
 利用側熱交換器21A、21Bから流出した中温高圧の液冷媒は、絞り装置22A、22Bにおいて絞られて膨張、減圧され、中圧の気液二相状態になる。この絞り装置22A、22Bでの冷媒の変化はエンタルピーが一定の下で行われ(点(c)→(d))、絞り装置22A、22Bは、例えば中温高圧の液冷媒のサブクール(過冷却度)が5K~20K程度になるように制御される。
[0038]
 絞り装置22A、22Bを流出した中圧の気液二相状態の冷媒は、配管102を通過した後、室外機10内の液冷媒供給装置6を通って流量制御装置4に流入する。流量制御装置4において中圧の気液二相状態の冷媒は絞られて膨張、減圧し、低温低圧の気液二相状態になる。流量制御装置4での冷媒の変化はエンタルピーが一定の下で行われる(点(d)→(e))。この際、流量制御装置4は、例えば全開の状態で固定される、もしくは配管102などの中間圧の飽和温度が0~20℃程度になるように制御される。
[0039]
 流量制御装置4から流出した低温低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器3に流入する。熱源側熱交換器3に流入した冷媒は、室内空気を冷却しながら加熱され、低温低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器3での冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、やや傾いた水平に近い直線で表される(点(e)→(a))。その後、熱源側熱交換器3を流出した低温低圧のガス冷媒は、流路切替器2及びアキュムレータ5を通って圧縮機1に流入し、圧縮される。
[0040]
[暖房運転時にインジェクションする場合]
 図8は、本発明の実施形態1に係る空気調和装置100の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図9は、本発明の実施形態1に係る空気調和装置100の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線図である。なお、図8において暖房運転時に冷媒が流れる部分を太線とし、冷媒が流れない部分を細線とし、図9の点(a)~点(i)は図8の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。また、以下にインジェクションに関する点(e)~(g)の冷媒の流れについて説明し、点(a)~点(d)の動作は図6及び図7の暖房運転時にインジェクションしない場合の点(a)~点(d)の動作と同一であるため、その説明を省略する。
[0041]
 室内機20A、20Bに流入した冷媒が利用側熱交換器21A、21Bで冷却され、絞り装置22A、22Bにおいて中圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、中圧の気液二相状態の冷媒は、絞り装置22A、22Bから配管102を介して液冷媒供給装置6に流入する。液冷媒供給装置6において、気液二相状態の冷媒は気相と液相とに分離され、分離された液冷媒の一部がインジェクション配管7に流入する(点(h))。なお、残りの冷媒は液冷媒供給装置6から流出し、流量制御装置4で減圧され(点(e)→(f))、熱源側熱交換器3に流入する。
[0042]
 インジェクション配管7を通過した液冷媒は流量調整器8に流入して減圧され気液二相状態になり(点(h)→(i))、気液二相状態の冷媒が吸入配管9にインジェクションされる。インジェクションされた気液二相の冷媒は、吸入配管9を流れるガス冷媒と合流し、ガス冷媒を冷却しながら加熱される(気液二相の冷媒:点(i)→(a)、ガス冷媒:点(g)→(a))。
[0043]
 以上のように、R32冷媒を用いた空気調和装置100の冷房運転時及び暖房運転時において、液冷媒供給装置6から供給される液冷媒を吸入配管9にインジェクションすることにより、圧縮機1の吐出温度を低減することができるため、冷媒や冷凍機油の劣化や圧縮機1のシール材などの疲労を低減できる。すなわち、上述したように、空気調和装置100の冷媒回路を流れる冷媒として、R32冷媒単体、R32冷媒とHFO-1234yf冷媒との混合冷媒もしくはR32冷媒とHFO-1234ze(E)冷媒との混合冷媒が用いられている。R32冷媒はR410A冷媒等の冷媒に比べて比熱比が大きい。
[0044]
 具体的には、図10は、R32冷媒の混合比率に対する圧縮機1から吐出される冷媒の温度について示すグラフである。図10において、R410A冷媒単体、R32冷媒とHFO-1234yf冷媒との混合冷媒、R32冷媒とHFO-1234ze(E)冷媒との混合冷媒における圧縮機1から吐出される冷媒の温度のシミュレーション結果を示している。この際、圧縮機吸入の蒸発温度0℃、凝縮温度50℃、吸入過熱度2℃、圧縮機1の断熱効率を65%と仮定している。図10に示すように、R32の混合比率が高くなればなるほど、圧縮機1から吐出される冷媒の吐出温度が高くなる。冷媒としてR32冷媒が単体で使用された場合、吐出温度はR410A冷媒が単体で使用された場合に比べて20℃程度上昇する。特に、暖房運転時に外気温度が低い場合もしくは室内温度が高い場合等において、圧縮機1での冷媒の圧縮比が大きくなり、例えば冷媒の吐出温度が120℃を超えるというように、圧縮機1から吐出される冷媒温度が高くなる可能性がある。
[0045]
 圧縮機1から吐出される冷媒の吐出温度が高い場合、圧縮機1のシール材、冷凍機油の劣化や冷媒の安定性が悪化する。したがって、冷媒の吐出温度は例えば120℃以下に抑えることが要求される。具体的には、R410A冷媒単体で使用した場合と同程度の信頼性を保つためには、R32とHFO-1234yfの混合冷媒では、R32冷媒が40wt%以上、R32とHFO-1234ze(E)の混合冷媒では、R32が50wt%以上の場合に吐出温度を低減する必要がある。また、R410A冷媒よりも5℃程度の上昇まで許容できるとした場合、R32冷媒とHFO-1234yf冷媒との混合冷媒ではR32冷媒が60wt%以上、R32冷媒とHFO-1234ze(E)冷媒との混合冷媒では、R32冷媒が50wt%以上の場合に吐出温度を低減する必要がある。
[0046]
 また、図11は、R32冷媒とR410A冷媒の室内機の運転台数が減少した場合の圧縮機1から吐出される冷媒の温度について示すグラフである。図11において、R410A冷媒、R32冷媒における吐出温度の変化の概略である。配管101、102の長さ、室内機20A、20Bの運転状態、室内空気温度及び室外空気温度の条件によっては、図11に示すような状況が発生する場合がある。図11に示すように、例えばR410Aのインジェクション開始温度が95℃とした場合、暖房運転が行われている室内機の台数が減少した後、80℃から110℃まで吐出温度T1が上昇する。95℃でインジェクションが開始されるが、インジェクションの効果が表れるまで時間を要し、その間に吐出温度T1が110℃まで上昇した後、吐出温度T1は下がる。R32冷媒の場合、能力低下抑制や圧縮機1の保護の観点からインジェクション量を少なくする必要があり、インジェクション開始温度はR410Aよりも高く設定する必要がある。R32冷媒のインジェクション開始温度が110℃とした場合、暖房運転台数が減少した後、110℃でインジェクションが開始される。但し、インジェクションの効果が表れるまで時間を要し、その間に吐出温度T1が120℃まで上昇し、保護制御により圧縮機1が停止する。なお、インジェクション開始温度及び保護制御の温度は、これに限定するものではない。
[0047]
 そこで、上述のように冷媒回路内にインジェクション回路を設け、冷房運転時及び暖房運転時において、液または気液二相冷媒を吸入配管9にインジェクションする。これにより、圧縮機1の吐出温度を低減することができるため、冷媒や冷凍機油の劣化や圧縮機1のシール材などの疲労を低減できる。また、上述したインジェクション回路内に流量調整器8を有し、冷房運転時及び暖房運転時において、吸入配管9に流入する液または気液二相冷媒の流量を制御する。これにより、圧縮機1の吐出温度を制御することができるため、圧縮機1の安定的な運転ができる。
[0048]
 一方で、上述したインジェクション配管7上の流量調整器8に気液二相状態の冷媒が流入すると、気体と液体とが交互に流入することで大きな圧力振動が発生する場合がある。また、外気温度や室内機20A、20Bの負荷状況などにより、インジェクション流路に流入する冷媒の乾き度が変化した場合、インジェクションに起因して振動等が発生し圧縮機1を安定的に運転することが困難となる。さらに、流量調整器8に気液二相状態の冷媒が流入すると、冷媒のエンタルピーが液冷媒に比べて大きくなり冷媒流量が増える。そのため、気液二相状態の冷媒をインジェクションする場合を想定して、流量調整器8を大型化する必要がある。
[0049]
 このとき、上述したインジェクション回路内に液冷媒供給装置6を有し、冷房運転時及び暖房運転時において、流量調整器8に液単相状態の冷媒を流量調整器8に供給するようになっている。これにより、外気温度や負荷状況によらず、ほぼ同一の冷媒状態の冷媒をインジェクション配管7に供給することができる。さらに、流量調整器8に液状態の冷媒が流入すると、冷媒のエンタルピーが気液二相冷媒に比べて小さくなり冷媒流量を低減することができる。
[0050]
 また、上述したインジェクション回路内に液冷媒供給装置6及び流量調整器8を有することにより、流量調整器8に液単相状態の冷媒を流量調整器8に供給するため、圧力振動の発生を抑制することができるとともに、冷媒流量を抑制して流量調整器8を小型化することができる。
[0051]
 特に、空気調和装置100の室外機制御手段30は、インジェクションが必要な吐出温度であると判断した場合にインジェクションを開始するように制御する機能を有している。具体的には、室外機制御手段30は、吐出温度センサ51により検出される吐出温度T1に基づいて流量調整器8を制御する機能を有している。室外機制御手段30は、冷媒の吐出温度T1が目標吐出温度T1refを超えた場合(T1>Tref)、流量調整器8を開放しインジェクションを行う。一方、冷媒の吐出温度T1が目標吐出温度T1ref以下である場合(T≦Tref)、室外機制御手段30は流量調整器8を閉止しインジェクションを行わない。
[0052]
 なお、目標吐出温度T1refは、予め冷媒や冷凍機油の劣化や圧縮機1のシール材などの疲労が発生しないような温度が設定されたものであり、例えばTref=90℃~110℃の範囲内の温度が設定される。また、目標吐出温度T1refは、所定の温度であってもよいし所定の範囲の温度であってもよい。目標吐出温度T1refが所定の範囲の温度である場合、室外機制御手段30は上限目標吐出温度を超えた場合に流量調整器8を開放し、下限目標吐出温度を下回った場合に流量調整器8を閉止するように制御することになる。
[0053]
 このように、冷房運転時及び暖房運転時において、吐出温度T1に基づいてインジェクションを行うことにより、圧縮機1の吐出温度T1が高くなり上述した不具合が生じると判断した場合にインジェクションを開始するため、過度の冷却による運転効率の低下を防止することができる。
[0054]
 さらに、室外機制御手段30は、暖房運転時において、室内機制御手段40により送信される室内機運転情報(容量)に基づいて流量調整器8の開度を制御する機能を有している。具体的には、室外機制御手段30は、暖房運転を行っている室内機20A、20Bの台数を検知し、暖房運転の台数が減少した場合に、下記式(1)のように、流量調整器8の開度を補正する。
[0055]
   開度補正量=C×
(変化前機種コードの総和―変化後の機種コードの総和)   ・・・(1)
[0056]
 ここで、Cは補正係数であり、流量調整器8の抵抗係数等に応じて決定される。なお、上記では機種コードの総和の変化により開度補正量を決定するとしたが、これに限定するものではなく、室内機20A、20Bの運転台数の変化割合であっても良い。
[0057]
 図12は、動作例を示すフローチャートであり、図1から図12を参照して流量調整器8の開度を制御する際の動作例について説明する。まず、吐出温度センサ51において圧縮機1の吐出温度T1が検出される(ステップST1)。その後、室外機制御手段30において、吐出温度T1に基づいて流量調整器8の開度が演算されるとともに(ステップST2)、室内機20A、20Bの運転台数が検知される(ステップST3)。そして、運転台数が減少しているか否かが判断され(ステップST4)、運転台数が減少している場合には、上記式(1)に基づいて開度補正量が演算される(ステップST5)。そして、演算した流量調整器8の開度が開度補正量に基づいて補正され(ステップST6)、流量調整器8の開度が演算した開度になるように制御される(ステップST7)
[0058]
 このように、運転台数変化時において、それとほぼ同時に運転台数の変化割合に応じた流量調整器8の開度を補正する制御を行うことにより、冷媒回路の負荷状態が変化しても吐出温度を上昇させることなくインジェクションを行い、安定的に運転させることができる。特に、式(1)に示すように、運転台数の変化割合が、室内機20A、20Bの容量に基づいて決定される機種コードの変化前の総和と変化後の総和の差分からなる場合、容量の異なる種類の室内機20A、20Bを用いた場合であっても、室内機20A、20Bの運転台数変化に応じて流量調整器8の開度を開くことができるため、最適なインジェクションを行い、吐出温度T1を低減することができる。
[0059]
 また、室内機制御手段40は、利用側熱交換器21A、21Bが暖房運転をしている場合、利用側熱交換器21A、21Bから液冷媒が流出するように、絞り装置22及び利用側熱交換器に付属の送風機23の制御を行う。そのため、インジェクション回路入口には液冷媒が流入する。しかしながら、複数の利用側熱交換器21A、21Bのうち一部が停止状態にあり、残りが暖房運転をしている部分暖房運転時は、例えば停止状態にある利用側熱交換器21Aからガス冷媒または二相状態の冷媒が流出し、暖房運転をしている利用側熱交換器21Bから液冷媒が流出するように、絞り装置22A、22B及び送風機23A、23Bの制御を行う。そのため、インジェクション回路入口には二相冷媒が流入する。インジェクション回路内に液冷媒供給装置6を有することにより、室内機2A、2Bの運転台数が減少した場合においても、インジェクション回路に液冷媒を供給することができるため、冷媒回路の負荷状態が変化しても吐出温度T1を上昇させることなくインジェクションを行い、安定的に運転させることができる。特に、停止状態の利用側熱交換器21Aが存在する場合においても、液冷媒が流出し、インジェクションに必要な液冷媒を生成することができる。
[0060]
 さらに、室外機制御手段30は、暖房運転時において、中間温度センサ52により検出される中間温度T2に基づいて流量制御装置4の開度を制御する機能を有している。具体的には、室外機制御手段30は、中間温度センサ52から気液二相である中圧の領域の中間温度(飽和温度)T2を測定し、下記式(2)のように、中間温度T2が設定範囲内に収まるよう制御する。
[0061]
        Tref-ΔT≦T2≦Tref+ΔT   ・・・(2)
[0062]
なお、例えば中圧のしきい値Tref=0℃~20℃の範囲内の温度に設定されΔTは5℃に設定されている。
[0063]
 このように、暖房運転時において液冷媒供給装置6に流入する冷媒の中間温度T2が目標温度T2refになるように流量制御装置4を制御することにより、圧縮機1にインジェクションする冷媒の圧力を上昇させ、インジェクション量の調整を行いやすくすることができる。つまり、暖房運転時にインジェクションされる冷媒は中圧となり、中圧と吸入圧力で差圧を確保し、安定的に吸入配管にインジェクションを行い、吐出温度T1を低減することができる。
[0064]
実施形態2.
 図13は、本発明の空気調和装置200の実施形態2を示す冷媒回路図である。なお、図13の空気調和装置200において、図1の空気調和装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付し、その説明を省略する。図11の空気調和装置200が、図1の空気調和装置100と異なる点は液冷媒供給装置206の構成である。
[0065]
 図13の液冷媒供給装置206は、冷媒間熱交換器からなっており、一方が流量制御装置4と絞り装置22A、22Bとの間に接続され、他方が熱源側熱交換器3と流量制御装置4に接続されている。そして、液冷媒供給装置206は、暖房運転時に、中圧の気液二相状態の冷媒と、低温低圧の気液二相状態の冷媒を熱交換するようになっている。インジェクション配管7は、流量制御装置4と液冷媒供給装置206との間に接続されており、インジェクション配管7には、絞り装置22A、22Bから液冷媒供給装置206を流通した後に流量制御装置4側へ流れる冷媒が供給される。
[0066]
 [暖房運転・インジェクションする場合]
 図14は図13の空気調和装置200の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図15は図14の空気調和装置200の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線を示すグラフである。なお、図14において暖房運転時に冷媒が流れる部分を太線、冷媒が流れない部分を細線とし、図15の点(a)~点(i)は図14の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。また、以下にインジェクションに関する点(e)~(g)の冷媒の流れについて説明し、点(a)~点(d)の動作は図6及び図7の暖房運転時にインジェクションしない場合の点(a)~点(d)の動作と同一であるため、その説明を省略する。
[0067]
 室内機20A、20Bに流入した冷媒が利用側熱交換器21A、21Bで冷却され、絞り装置22A、22Bにおいて中圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、中圧の気液二相状態の冷媒は、絞り装置22A、22Bから配管102を介して液冷媒供給装置6に流入し、流量制御装置4で減圧される。すると、冷媒は低温低圧の気液二相状態の冷媒を加熱しながら冷却され、中圧の液冷媒となる(点(d)→(e))。液冷媒供給装置206で冷却された液冷媒は、一部の冷媒がインジェクション配管7へ流入し、残りの冷媒は流量制御装置4で減圧され(点(e)→(f))、冷媒間熱交換器で加熱された後(点(f)→(g))、熱源側熱交換器3に流入する。
[0068]
 一方、分岐された液冷媒は、インジェクション配管7を通過後、流量調整器8に流入して減圧される(点(e)→(i))。この流量調整器8により減圧され気液二相となった冷媒が、吸入配管9にインジェクションされる。インジェクションされた気液二相の冷媒は、吸入配管9を流れるガス冷媒と合流し、ガス冷媒を冷却しながら加熱される(気液二相の冷媒:点(i)→(a)、ガス冷媒:点(h)→(a))。つまり、空気調和装置200においては、暖房運転時にインジェクションする際に、気液二相状態の冷媒が液冷媒供給装置206に流入して中圧の液冷媒となった後、インジェクション配管7に液冷媒を供給するようになっている。
[0069]
 上記実施形態2の場合であっても、冷房運転時及び暖房運転時において、液冷媒供給装置6から供給される液冷媒を減圧し気液二相状態にした後に吸入配管9にインジェクションすることにより、圧縮機1の吐出温度を低減することができるため、冷媒や冷凍機油の劣化や圧縮機1のシール材などの疲労を低減できる。また、液冷媒供給装置206が液単相状態の冷媒を流量調整器8に供給するようにしているため、外気温度や負荷状況によらず、ほぼ同一の冷媒状態の冷媒をインジェクション配管7に供給することができる。これにより、圧力振動の発生を抑制することができるとともに、冷媒流量を抑制して流量調整器8を小型化することができる。さらに、流量調整器8において、減圧し気液二相状態にすることにより、圧縮機1へ吸入される冷媒の過度の冷却を防止することができる。
[0070]
実施形態3.
 図16は、本発明の空気調和装置300の実施形態3を示す冷媒回路図である。なお、図16の空気調和装置300において、図1の空気調和装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付し、その説明を省略する。図16の空気調和装置300が、図1の空気調和装置100と異なる点は液冷媒供給装置306の構成である。
[0071]
 図16の液冷媒供給装置306は、冷媒間熱交換器からなっており、一方がインジェクション配管7の入口側と流量調整器8の入口側との間に接続され、他方が流量調整器8の出口側とインジェクション配管7の出口側に接続されている。そして、液冷媒供給装置306は、暖房運転時に、中圧の気液二相状態の冷媒と、低温低圧の気液二相状態の冷媒を熱交換するようになっている。
[0072]
 [暖房運転・インジェクションする場合]
 図17は図16の空気調和装置300の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図18は図16の空気調和装置300の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線を示すグラフである。なお、図17において暖房運転時に冷媒が流れる部分を太線、冷媒が流れない部分を細線とし、図18の点(a)~点(i)は図17の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。また、以下にインジェクションに関する点(e)~(i)の冷媒の流れについて説明し、点(a)~点(d)の動作は図6及び図7の暖房運転時にインジェクションしない場合の点(a)~点(d)の動作と同一であるため、その説明を省略する。
[0073]
 室内機20A、20Bに流入した冷媒が利用側熱交換器21A、21Bで冷却され、絞り装置22A、22Bにおいて中圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、中圧の気液二相状態の冷媒は、絞り装置22A、22Bから配管102を介した後、気液二相状態の冷媒の一部がインジェクション配管7に流入し、液冷媒供給装置306で冷却され、中圧の液冷媒となる(点(d)→点(g))。液冷媒は、流量調整器8に流入して減圧される(点(g)→(h))。この流量調整器8により減圧され気液二相となった冷媒は、液冷媒供給装置306に流入して加熱され、低圧の気液二相状態の冷媒となり(点(g)→点(h))、吸入配管9にインジェクションされる。インジェクションされた気液二相の冷媒は、吸入配管9を流れるガス冷媒と合流し、ガス冷媒を冷却しながら加熱される(気液二相の冷媒:点(h)→(a)、ガス冷媒:点(f)→(a))。つまり、空気調和装置300においては、暖房運転時にインジェクションする際に、インジェクション配管7に流入した冷媒同士で熱交換を行うことで、中圧の液冷媒を生成し、流量調整器8に液冷媒を供給するようになっている。
[0074]
 上記実施形態3の場合であっても、冷房運転時及び暖房運転時において、インジェクション配管7に流入した冷媒同士で熱交換を行うことで、中圧の液冷媒を生成し、流量調整器8に液冷媒を供給した後に吸入配管9にインジェクションすることにより、圧縮機1の吐出温度を低減することができるため、冷媒や冷凍機油の劣化や圧縮機1のシール材などの疲労を低減できる。また、液冷媒供給装置306が液単相状態の冷媒を流量調整器8に供給するようにしているため、外気温度や負荷状況によらず、ほぼ同一の冷媒状態の冷媒をインジェクション配管7に供給することができる。これにより、圧力振動の発生を抑制することができるとともに、冷媒流量を抑制して流量調整器8を小型化することができる。さらに、流量調整器8において、減圧し気液二相状態にすることにより、圧縮機1へ吸入される冷媒の過度の冷却を防止することができる。
[0075]
実施形態4.
 図19は、本発明の空気調和装置400の実施形態4を示す冷媒回路図である。なお、図19の空気調和装置400において、図1の空気調和装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付し、その説明を省略する。図18の空気調和装置400が、図1の空気調和装置100と異なる点は液冷媒供給装置406の構成である。
[0076]
 図19の液冷媒供給装置406は、冷媒間熱交換器からなっており、一方が熱源側熱交換器3と流量制御装置4との間に接続され、他方がインジェクション配管7の入口側と流量調整器8の入口側との間に接続されている。そして、液冷媒供給装置406は、暖房運転時に、中圧の気液二相状態の冷媒と、低温低圧の気液二相状態の冷媒を熱交換するようになっている。
[0077]
 [暖房運転・インジェクションする場合]
 図20は図19の空気調和装置400の暖房運転時にインジェクションする場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図21は図19の空気調和装置400の暖房運転時にインジェクションする場合のP-h線を示すグラフである。なお、図20において暖房運転時に冷媒が流れる部分を太線、冷媒が流れない部分を細線とし、図21の点(a)~点(i)は図20の同じ記号を付した部分での冷媒の状態を示す。また、以下にインジェクションに関する点(e)~(i)の冷媒の流れについて説明し、点(a)~点(d)の動作は図6及び図7の暖房運転時にインジェクションしない場合の点(a)~点(d)の動作と同一であるため、その説明を省略する。
[0078]
 室内機20A、20Bに流入した冷媒が利用側熱交換器21A、21Bで冷却され、絞り装置22A、22Bにおいて中圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、中圧の気液二相状態の冷媒は、絞り装置22A、22Bから配管102を介した後、気液二相状態の冷媒の一部がインジェクション配管7に流入し、残りは流量制御装置4で減圧され、低温低圧の気液二相状態の冷媒となる(点(d)→(e))。低温低圧の冷媒は、液冷媒供給装置406に流入して加熱された後(点(e)→点(f))、熱源側熱交換器3に流入する。
[0079]
 一方、分岐された液冷媒は、インジェクション配管7を通過後、液冷媒供給装置406に流入して冷却され、中圧の液冷媒となる(点(d)→点(h))。液冷媒は、流量調整器8に流入して減圧され(点(h)→(i))、吸入配管9にインジェクションされる。インジェクションされた気液二相の冷媒は、吸入配管9を流れるガス冷媒と合流し、ガス冷媒を冷却しながら加熱される(気液二相の冷媒:点(i)→(a)、ガス冷媒:点(f)→(a))。つまり、空気調和装置400においては、暖房運転時にインジェクションする際に、インジェクション配管7に流入した冷媒と流量制御装置4で減圧された冷媒とで熱交換を行うことで、中圧の液冷媒を生成し、流量調整器8に液冷媒を供給するようになっている。
[0080]
 上記実施形態4の場合であっても、冷房運転時及び暖房運転時において、インジェクション配管7に流入した冷媒と流量制御装置4で減圧された冷媒とで熱交換を行うことで、中圧の液冷媒を生成し、流量調整器8に液冷媒を供給した後に吸入配管9にインジェクションすることにより、圧縮機1の吐出温度を低減することができるため、冷媒や冷凍機油の劣化や圧縮機1のシール材などの疲労を低減できる。また、液冷媒供給装置406が液単相状態の冷媒を流量調整器8に供給するようにしているため、外気温度や負荷状況によらず、ほぼ同一の冷媒状態の冷媒をインジェクション配管7に供給することができる。これにより、圧力振動の発生を抑制することができるとともに、冷媒流量を抑制して流量調整器8を小型化することができる。さらに、流量調整器8において、減圧し気液二相状態にすることにより、圧縮機1へ吸入される冷媒の過度の冷却を防止することができる。
[0081]
実施形態5.
 図22は、本発明の空気調和装置500の実施形態5を示す冷媒回路図である。なお、図22の空気調和装置500において、図1の空気調和装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付し、その説明を省略する。図22の空気調和装置500が、図1の空気調和装置100と異なる点は熱源側熱交換器3の構成である。
[0082]
 図22の熱源側熱交換器503は、水冷媒熱交換器からなっており、冷媒と水との間で熱交換を行うものであって、たとえばプレート式熱交換器のようなもので構成される。熱源側熱交換器503の一方に水を供給する回路に接続され、他方が冷媒回路に接続され、冷媒が水と熱交換を行うようになっている。そして、冷房運転時には冷媒を凝縮して液化させる凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて気化させる蒸発器として機能する。実施形態5の動作は実施形態1と同一であるため、その説明を省略する。
[0083]
 上記実施形態5の場合、熱源側熱交換器503に水を用いることにより、水の熱伝達率が向上し、熱源側熱交換器503の性能向上により、吐出温度が低減可能となる。また、水温は凍結防止のため、0℃以上に維持されるため、吐出温度が低減し、必要インジェクション量が少なくなるため、流量調整器8の小型化とコスト低減が可能となる。
[0084]
 なお、図22の空気調和装置500は、気液分離器を液冷媒供給装置6として用いた場合について例示しているが、図13~図21に示すように、冷媒間熱交換器からなる液冷媒供給装置206、306、406を適用したものであってもよい。
[0085]
 本発明の実施形態は、上記各実施形態に限定されない。例えば上記各実施形態1~5において、配管101、102に流れる冷媒流路の向きが冷房運転と暖房運転とにおいて逆向きになる場合について例示しているが、例えば4つの逆止弁を用いた流路形成部等の公知の手法により、配管101、102に流れる冷媒流路の向きが冷房運転と暖房運転とにおいて同一方向になる空気調和装置についても適用することができる。

符号の説明

[0086]
 1 圧縮機、2 流路切替器、3、503 熱源側熱交換器、3a 送風機、4 流量制御装置、5 アキュムレータ、6、206、306、406 液冷媒供給装置、7 インジェクション配管、8 流量調整器、9 吸入配管、10 室外機、20A、20B 室内機、21A、21B 利用側熱交換器、22A、22B 絞り装置、23A、23B 送風機、30 室外機制御手段、40 室内機制御手段、51 吐出温度センサ、52 中間温度センサ、100、200、300、400、500 空気調和装置、101、102 配管、206 液冷媒供給装置、T1 吐出温度、T1ref 目標吐出温度、T2 中間温度、T2ref しきい値。

請求の範囲

[請求項1]
 圧縮機、暖房運転及び冷房運転の流路の切替を行う流路切替装置、熱源側熱交換器、複数の利用側熱交換器、前記複数の利用側熱交換器に対応設置されている複数の絞り装置が配管を介して接続された冷媒回路を有し、冷媒としてジフルオロメタン(R32)単体もしくはジフルオロメタン(R32)の質量比率が40wt%よりも大きい混合冷媒を用いた空気調和装置であって、
 前記圧縮機の吸入側に液冷媒をインジェクションするためのインジェクション配管と、
 前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間に設けられ、前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間を流れる冷媒のうち、液冷媒を前記インジェクション配管に供給する液冷媒供給装置と、
 前記インジェクション配管上に設けられ、液冷媒供給装置から供給される液冷媒を減圧して気液二相状態にするとともに、前記圧縮機の吸入側へ供給する流量調整器と、
 前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を吐出温度として検出する吐出温度センサと、
 前記吐出温度センサにより検出された前記吐出温度に基づいて前記流量調整器の開度を制御し、かつ前記複数の利用側熱交換器のうち暖房運転をしている台数が減少した場合に、運転台数の変化割合に応じて、前記流量調整器の開度を制御する制御手段と、
 を有することを特徴とする空気調和装置。
[請求項2]
 前記制御手段は、前記複数の利用側熱交換器のうち全台数が暖房運転をしている全台数暖房運転時は、すべての前記利用側熱交換器から液冷媒が流出するように、前記複数の絞り装置及び前記複数の利用側熱交換器に付属の複数の送風機を制御し、前記複数の利用側熱交換器のうち一部が停止状態にあり、残りが暖房運転をしている部分暖房運転時は、停止状態にある前記利用側熱交換器からガス冷媒または二相状態の冷媒が流出し、暖房運転をしている前記利用側熱交換器から液冷媒が流出するように前記複数の絞り装置及び前記複数の送風機を制御することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
[請求項3]
 前記制御手段は、前記吐出温度が予め設定された目標吐出温度よりも大きいと判断した場合、前記圧縮機への液冷媒のインジェクションを開始するように前記流量調整器を制御するものである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と前記液冷媒供給装置との間に設けられた流量制御装置と、
 暖房運転時において前記流量制御装置に流入される冷媒の温度を中間温度として検出する中間温度センサと
 をさらに備え、
 前記制御手段は、前記中間温度センサにより検出された前記中間温度を用いて前記流量制御装置の開度を制御することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の空気調和装置。
[請求項5]
 前記液冷媒供給装置は、暖房運転時に、前記利用側熱交換器から前記流量制御装置へ流れる冷媒と、前記流量制御装置から前記熱源側熱交換器へ流れる冷媒との間で熱交換を行う冷媒間熱交換器からなるものであって、
 前記インジェクション配管には、前記利用側熱交換器から前記冷媒間熱交換器を流通した後に前記流量制御装置側へ流れる冷媒が供給され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]
 前記利用側熱交換器及び前記絞り装置は、複数の室内機毎にそれぞれ設置されたものであり、
 前記圧縮機、前記流路切替装置及び前記熱源側熱交換器は、前記複数の室内機に冷媒配管を介して接続された室外機に設置されたものであり、
 前記複数の室内機には、容量に応じて機種コードが付与されており、
 前記制御手段は、前記室内機の機種コードと前記室内機の容量とを対応付けて記憶しており、運転している前記室内機の前記機種コードから運転台数の総容量を算出し、算出した総容量の変化割合を運転台数の変化割合として算出するものであることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の空気調和装置。
[請求項7]
 前記圧縮機の吸入側と流路切替器の間に設けられたアキュムレータをさらに備えたことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の空気調和装置。
[請求項8]
 冷媒は、ジフルオロメタン(R32)とハイドロフルオロオレフィン(HFO-1234yf)の混合冷媒、もしくはジフルオロメタン(R32)とテトラフルオロプロペン(HFO-1234ze(E))との混合冷媒であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の空気調和装置。
[請求項9]
 前記液冷媒供給装置は、前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間を流れる冷媒を気相の冷媒と液冷媒とに分離し、液冷媒を前記インジェクション配管に供給する気液分離器からなることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の空気調和装置。
[請求項10]
 前記熱源側熱交換器は、水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器からなることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の空気調和装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]