JP6242321B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

一般的な空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、電子膨張弁及び室内熱交換器が接続された冷媒回路構成を有する。圧縮機、四方弁及び室外熱交換器は、室外熱交換器に送風する室外機側送風機と共に、室外機に収容されている。電子膨張弁及び室内熱交換器は、室内熱交換器に送風する室内機側送風機と共に、室内機に収容されている。室外機と室内機との間は、複数本の延長配管で接続される。

また、室外機には、圧縮機の吐出圧力を検出する高圧センサーと、圧縮機の吸入圧力を検出する低圧センサーと、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、が設けられている。室内機には、暖房運転時に室内熱交換器を通過した冷媒の温度を検出する室内熱交換器出口温度センサーが設けられている。制御装置は、例えば、上記のセンサー類から取得した情報等に基づいて、圧縮機、四方弁、電子膨張弁、室外側送風機及び室内側送風機を制御する。

上記の冷媒回路において、暖房運転時には、圧縮機から吐出された高圧の冷媒が室内熱交換器に流入するような流路が構成される。これにより、暖房運転時には、室内熱交換器が凝縮器として機能し、室外熱交換器が蒸発器として機能する。

特許文献１には、回転数調整可能な低段側圧縮機、低段側圧縮機とは独立に回転数調整可能な高段側圧縮機、凝縮器、第１減圧装置及び蒸発器を順次接続して冷凍サイクルを構成する空気調和機が記載されている。この空気調和機の凝縮器と第１減圧装置との間には、中間冷却器（内部熱交換器）が設けられている。凝縮器から流出した冷媒の一部は、主流の冷媒から分岐した分岐流となり、第２減圧装置を介して中間圧力に減圧される。減圧された分岐流は、中間冷却器で主流の冷媒と熱交換した後、高段側圧縮機の吸入側に流入する。

また、特許文献２には、インジェクション圧縮機、凝縮器、第１の減圧装置及び蒸発器が順次環状に接続された冷凍サイクル回路と、凝縮器と第１の減圧装置との間の分岐部で分岐され、第２の減圧装置を介してインジェクション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と、を備えた空気調和機が記載されている。この空気調和機には、第２の減圧装置で減圧されたインジェクション回路の冷媒と、分岐部と第１の減圧装置との間を流れる冷凍サイクル回路の冷媒と、の熱交換を行う内部熱交換器が設けられている。

特開２００４−１８３９１３号公報 特開２００８−２４１０６９号公報

一般的な空気調和機では、暖房運転時の必要冷媒量は、冷房運転時の必要冷媒量よりも少ない。特に、延長配管の長さが長い場合には、冷房運転時の必要冷媒量と暖房運転時の必要冷媒量との差が大きくなる。この必要冷媒量の差を吸収できる冷媒回路構成として、室内機の膨張弁（室内膨張弁）に加えて、室外機にも膨張弁（主回路膨張弁）が設けられる構成がある。主回路膨張弁は、特許文献１及び２に記載された空気調和機の内部熱交換器と同様に、室内膨張弁と室外熱交換器との間に配置される。暖房運転時には、主回路膨張弁の開度を適切に絞り、延長配管内に液相の冷媒を蓄える。これにより、必要冷媒量の差を吸収することができる。

図９は、室内膨張弁及び主回路膨張弁を備えた空気調和機における暖房運転時の運転状態の例を示すモリエル線図である。主回路膨張弁１０３の開度は、暖房運転時に上流側の膨張弁となる室内膨張弁１０１での減圧量（圧力差ａ）と、下流側の膨張弁となる主回路膨張弁１０３での減圧量（圧力差ｂ）とが、所定の比率ｘ：ｙを保つように制御される。比率ｘ：ｙは任意に設定することができるが、図９に示すように圧力差ａを小さく圧力差ｂを大きくすることで、室内機と室外機とを接続する液側延長配管１０２内の冷媒がより液相に近づき、冷房運転時の必要冷媒量と暖房運転時の必要冷媒量との差が吸収しやすくなる。例えば、主回路膨張弁１０３の開度は、圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力と冷媒循環量とに基づいて制御される。

図１０は、室内膨張弁及び主回路膨張弁に加えて、特許文献１又は２に記載されているようなインジェクション回路をさらに備えた空気調和機における暖房運転時の運転状態の例を示すモリエル線図である。ここで、インジェクション回路に設けられたインジェクション回路膨張弁１０４は、圧縮機の吐出スーパーヒートが一定の値に収束するように制御される。

インジェクション回路膨張弁１０４が開状態になると、下流側の圧力差ｂは、主回路膨張弁１０３のみの開度ではなく、主回路膨張弁１０３及びインジェクション回路膨張弁１０４の双方の開度に依存する。このため、図９に示した場合とは異なり、主回路膨張弁１０３の開度制御によって所定の比率ｘ：ｙを維持することが困難になる。具体的には、図１０に示すように、圧力差ａが増加し、圧力差ｂが減少する傾向となる。この場合、液側延長配管１０２内において二相冷媒が占める割合が多くなり、暖房運転時に液側延長配管１０２内に蓄えられる冷媒量が減少してしまう。このため、冷房運転時の必要冷媒量と暖房運転時の必要冷媒量との差を吸収するのが困難になるという問題点があった。

上記の空気調和機において、所定の比率ｘ：ｙを維持するためには、室内膨張弁１０１を通過した冷媒の圧力（中圧）を検出する中圧センサーを追加することが考えられる。具体的には、吐出圧力と中圧との圧力差ａと、中圧と吸入圧力との圧力差ｂとに基づいて、圧力差ａと圧力差ｂが比率ｘ：ｙを維持するように主回路膨張弁１０３の開度をフィードバック制御することが考えられる。しかしながらこの場合、中圧センサーの追加が必要となるため、空気調和機の製造コストが増加してしまうという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、製造コストを抑えつつ、暖房運転時において冷媒配管内により多くの冷媒を蓄えることができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、インジェクションポートを有する圧縮機、室内熱交換器、第１の減圧装置、第２の減圧装置、室外熱交換器が冷媒配管を介して接続された冷凍サイクル回路と、前記冷凍サイクル回路の前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の間に設けられた分岐部と前記インジェクションポートとの間を接続するインジェクション回路と、前記インジェクション回路に設けられた第３の減圧装置と、前記分岐部及び前記第２の減圧装置の間を流れる冷媒と前記第３の減圧装置で減圧された冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、少なくとも前記第２の減圧装置の開度を制御する制御部と、を備え、前記冷凍サイクル回路は、前記室内熱交換器が凝縮器として機能し前記室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転が可能であり、前記制御部は、前記第２の減圧装置の開度Ａと、前記第３の減圧装置の開度Ｃと、前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力に基づき決定される係数Ｂと、前記冷凍サイクル回路の冷媒循環量Ｇｒとが、関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒを満たすように前記第２の減圧装置の開度Ａを制御するものであり、係数Ｂは、前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧力差ΔＰと、定数ｅ、ｆ及びｇと、を用いて、Ｂ＝ｅ×ΔＰ ^２ ＋ｆ×ΔＰ＋ｇで表されるものである。

本発明によれば、暖房運転時において第２の減圧装置の開度を適切に制御することができるため、冷媒配管内により多くの冷媒を蓄えることができる。また、第１の減圧装置を通過した冷媒の圧力を検出する圧力センサーを追加する必要がないため、空気調和機の製造コストを抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機における暖房運転時の運転状態の例を示すモリエル線図である。 本発明の実施の形態１における係数Ｂと圧力差ΔＰとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機制御装置１８で実行される暖房運転処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機制御装置１８で実行される暖房運転処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の第１変形例に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１の第２変形例に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１の第３変形例に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。 室内膨張弁及び主回路膨張弁を備えた空気調和機における暖房運転時の運転状態の例を示すモリエル線図である。 インジェクション回路をさらに備えた空気調和機における暖房運転時の運転状態の例を示すモリエル線図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る空気調和機について説明する。図１は、本実施の形態に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和機は、例えば室外に設置される室外機７と、例えば室内に設置される室内機１３と、を有している。また、空気調和機は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路３０（主回路）を有している。冷凍サイクル回路３０は、暖房運転時の流れにおいて、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器１１、室内膨張弁１０（第１の減圧装置の一例）、主回路膨張弁２２（第２の減圧装置の一例）及び室外熱交換器３が冷媒配管を介して順次環状に接続された構成を有している。

圧縮機１は、吸入した低圧冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。本例の圧縮機１は、インジェクションポート１ａを有している。これにより、圧縮機１は、圧縮行程途中の圧縮室内にインジェクションポート１ａを介して中圧の気液二相冷媒を注入することが可能な構造となっている。ここで、中圧とは、冷凍サイクル回路３０の高圧側圧力（例えば、凝縮圧力）よりも低く、低圧側圧力（例えば、蒸発圧力）よりも高い圧力のことである。四方弁２は、暖房運転時と冷房運転時とで冷凍サイクル回路３０内の冷媒の流れ方向を切り替えるものである。暖房運転とは、室内熱交換器１１に高温高圧の冷媒を供給する運転のことであり、冷房運転とは、室内熱交換器１１に低温低圧の冷媒を供給する運転のことである。

室内熱交換器１１は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する熱交換器である。室内熱交換器１１では、内部を流通する冷媒と、後述する室内送風機１２により送風される空気との熱交換が行われる。室内膨張弁１０は、少なくとも暖房運転時の流れにおいて、室内熱交換器１１で凝縮した液冷媒を減圧膨張させるものである。本例では、室内膨張弁１０として、後述する室内機制御装置１９の制御により開度を連続的に調節可能な電子式リニア膨張弁が用いられている。

主回路膨張弁２２は、少なくとも暖房運転時の流れにおいて、室内膨張弁１０を通過した液冷媒又は二相冷媒を減圧膨張させるものである。本例では、主回路膨張弁２２として、後述する室外機制御装置１８の制御により開度を連続的に調節可能な電子式リニア膨張弁が用いられている。室外熱交換器３は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する熱交換器である。室外熱交換器３では、内部を流通する冷媒と、後述する室外送風機４により送風される空気（外気）との熱交換が行われる。

冷凍サイクル回路３０の圧縮機１、四方弁２、主回路膨張弁２２及び室外熱交換器３は、室外機７に収容されている。また、室外機７には、室外熱交換器３に空気を送風する室外送風機４が設けられている。冷凍サイクル回路３０の室内熱交換器１１及び室内膨張弁１０は、室内機１３に収容されている。また、室内機１３には、室内熱交換器１１に空気を送風する室内送風機１２が設けられている。室外機７と室内機１３との間は、冷凍サイクル回路３０の冷媒配管の一部である複数本の延長配管（本例では、液側延長配管８、ガス側延長配管９）を介して接続されている。室外機７内の冷凍サイクル回路３０において、四方弁２とガス側延長配管９との間には、ガス側延長配管接続用バルブ６が設けられている。また、室外機７内の冷凍サイクル回路３０において、主回路膨張弁２２と液側延長配管８との間には、液側延長配管接続用バルブ５が設けられている。

また、空気調和機は、インジェクションポート１ａを介して圧縮機１の圧縮室内に中圧の二相冷媒を注入するインジェクション回路４０を有している。インジェクション回路４０は、室内膨張弁１０と主回路膨張弁２２との間（本例では、液側延長配管接続用バルブ５と主回路膨張弁２２との間）に位置する分岐部３１で冷凍サイクル回路３０から分岐し、当該分岐部３１と圧縮機１のインジェクションポート１ａとの間を接続している。インジェクション回路４０には、インジェクション回路膨張弁２１が設けられている。本例では、インジェクション回路膨張弁２１として、後述する室外機制御装置１８の制御により開度を連続的に調節可能な電子式リニア膨張弁が用いられている。

さらに、空気調和機は、冷凍サイクル回路３０のうち分岐部３１と主回路膨張弁２２との間を流れる冷媒と、インジェクション回路４０のインジェクション回路膨張弁２１で減圧された冷媒（インジェクション回路膨張弁２１とインジェクションポート１ａとの間を流れる冷媒）と、の熱交換を行う内部熱交換器２０を有している。本例の内部熱交換器２０は、内管の内部に形成された内側流路と、内管と外管との間に形成された外側流路と、を備えた二重管熱交換器である。例えば内側流路には、インジェクション回路膨張弁２１で減圧された中圧又は低圧の冷媒が流通する。

空気調和機は、冷凍サイクル回路３０の凝縮器側の冷媒の圧力（吐出圧力）Ｐｄ［ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ（ゲージ圧）］を検出する高圧センサー１４と、吸入側の冷媒の圧力（吸入圧力）Ｐｓ［ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ］を検出する低圧センサー１５と、圧縮機１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）Ｔｄ［℃］として、圧縮機１のシェルの温度を検出する圧縮機シェル温度センサー１６と、を有している。飽和凝縮温度Ｃｔ［℃］は、圧力Ｐｄに対応する飽和温度から導出できる。また、空気調和機は、暖房運転時において室内熱交換器１１から流出する冷媒の温度（室内熱交換器出口温度）Ｔｃｏｕｔとして、室内熱交換器１１の出口配管の温度を検出する室内熱交換器出口温度センサー１７を室内機１３に有する。圧縮機シェル温度センサー１６及び室内熱交換器出口温度センサー１７等の温度センサーとしては、サーミスタを用いることができる。

空気調和機は、室外機７の制御を行う室外機制御装置１８（制御部の一例）と、室内機１３の制御を行う室内機制御装置１９と、を有している。室外機制御装置１８及び室内機制御装置１９のそれぞれは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。室外機制御装置１８は、高圧センサー１４、低圧センサー１５及び圧縮機シェル温度センサー１６から受信した検出情報等に基づき、圧縮機１、インジェクション回路膨張弁２１及び主回路膨張弁２２等を含む各種アクチュエータの動作制御を行う。室内機制御装置１９は、室内熱交換器出口温度センサー１７から受信した検出情報等に基づき、室内膨張弁１０を含む各種アクチュエータの動作制御を行う。また、室内機制御装置１９は、室外機制御装置１８と通信を行い、各種センサーの検出情報等を相互に共有する。

図２は、本実施の形態に係る空気調和機における暖房運転時の運転状態の例を示すモリエル線図である。図２では、インジェクション回路４０を介して中圧の二相冷媒が圧縮機１に注入されるインジェクションが行われている状態を示している。室内膨張弁１０、インジェクション回路膨張弁２１及び主回路膨張弁２２の動作制御の例については後述する。

暖房運転時において圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒（図２の点Ａ）は、四方弁２及びガス側延長配管９等を通って室内熱交換器１１に流入する。暖房運転時には、室内熱交換器１１は凝縮器として機能する。すなわち、室内熱交換器１１では、内部を流通するガス冷媒と、室内送風機１２により送風される空気（室内空気）との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が送風空気に放熱される。これにより、室内熱交換器１１に流入した冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる（図２の点Ｂ）。また、室内送風機１２により送風される空気は、冷媒の放熱作用によって加熱され、温風となる。室内熱交換器１１で凝縮した高圧の液冷媒は、室内膨張弁１０に流入し、減圧されて中圧の液冷媒となる（図２の点Ｃ）。室内膨張弁１０から流出した中圧の液冷媒は、液側延長配管８を通過して圧力損失により減圧され、液冷媒又は二相冷媒として室外機７に流入する（図２の点Ｄ）。液側延長配管８内の冷媒は、ほぼ全体が液相となる。

室外機７に流入した液冷媒又は二相冷媒は、室外機７内の冷媒配管の圧力損失により減圧され、二相冷媒として分岐部３１に到達する（図２の点Ｅ）。分岐部３１では、一部の二相冷媒がインジェクション回路４０に分流し、残りの二相冷媒は内部熱交換器２０（本例では、外側流路）に流入する。内部熱交換器２０の外側流路に流入した二相冷媒は、インジェクション回路４０に分流して低温となった二相冷媒との熱交換により比エンタルピーを低下させ、液冷媒となる（図２の点Ｆ）。

この液冷媒は、主回路膨張弁２２で減圧されて低圧の二相冷媒となる（図２の点Ｇ）。低圧の二相冷媒は、室外熱交換器３に流入する。暖房運転時には、室外熱交換器３は蒸発器として機能する。すなわち、室外熱交換器３では、内部を流通する冷媒と、室外送風機４により送風される空気（外気）との熱交換が行われ、冷媒の蒸発熱が送風空気から吸熱される。これにより、室外熱交換器３に流入した冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる（図２の点Ｈ）。低圧のガス冷媒は、四方弁２を通って圧縮機１に吸入され、圧縮機１で圧縮される。

一方、インジェクション回路４０に分流した二相冷媒は、インジェクション回路膨張弁２１で減圧され、内部熱交換器２０（本例では、内側流路）に流入する（図２の点Ｉ）。内部熱交換器２０の内側流路に流入した二相冷媒は、外側流路を流通する高温の二相冷媒との熱交換により比エンタルピーを増大させ、乾き度の高い二相冷媒となる（図２の点Ｊ）。

圧縮機１の圧縮室には、低圧のガス冷媒（図２の点Ｈ）が圧縮される圧縮行程の途中（図２の点Ｋ）で、インジェクション回路４０を介して二相冷媒が注入される（図２のα部）。これにより、圧縮途中のガス冷媒と注入された二相冷媒とが混合される（図２の点Ｌ）。混合された冷媒は、圧縮機１で高温高圧に圧縮される（図２の点Ａ）。暖房運転では、これらのサイクルが繰り返される。

次に、暖房運転時における各種アクチュエータの動作制御の例について説明する。室内膨張弁１０は、室内機制御装置１９又は室外機制御装置１８の制御により、室内熱交換器１１で実際に確保されるサブクールＳＣ［ｄｅｇ］が予め設定される所望の値ＳＣｍ［ｄｅｇ］に近づくように開閉動作を行う。サブクールＳＣは、飽和凝縮温度Ｃｔから室内熱交換器出口温度Ｔｃｏｕｔを減算することにより求められる。室内機制御装置１９又は室外機制御装置１８は、サブクールＳＣと所望の値ＳＣｍとの差に基づいて、室内膨張弁１０の開度を制御する。

インジェクション回路膨張弁２１は、室外機制御装置１８の制御により、通常時（インジェクション開始条件が成立していないとき）には全閉状態（開度Ｃ＝０）に維持される。インジェクション開始条件が成立した場合には、インジェクション回路膨張弁２１は、室外機制御装置１８の制御により開状態（０＜開度Ｃ）となる。インジェクション回路膨張弁２１が開状態になると、インジェクション回路４０を介して中圧の二相冷媒が圧縮機１に注入されるインジェクションが開始される。インジェクション開始条件としては、例えば、外気温度が予め設定された所定値よりも低いこと、圧力Ｐｄが予め設定された所定値よりも低いこと、圧縮機１の運転開始からの経過時間が予め設定された所定時間以上になったこと、等の条件が挙げられる。

インジェクションが開始された後におけるインジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃは、吐出スーパーヒートＳＨｄに基づいて制御される。具体的には、インジェクションが開始された後におけるインジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃは、吐出スーパーヒートＳＨｄがｃ≦ＳＨｄ≦ｄとなるようにフィードバック制御される。すなわち、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃは、後述する主回路膨張弁２２の開度Ａの関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒを用いることなく、開度Ａとは独立して決定される。吐出スーパーヒートＳＨｄは、吐出温度Ｔｄから飽和凝縮温度Ｃｔを減算することにより求められる。ｃ［ｄｅｇ］及びｄ［ｄｅｇ］は、予め設定された所望の吐出スーパーヒートＳＨｄの範囲の下限値及び上限値である。

主回路膨張弁２２の開度は、暖房運転時の膨張行程において上流側の膨張弁となる室内膨張弁１０での減圧量ａ［ｋｇｆ／ｃｍ^２］と、下流側の膨張弁となる主回路膨張弁２２での減圧量ｂ［ｋｇｆ／ｃｍ^２］とが、予め設定されたｘ：ｙという絞り比率を保つように制御される。減圧量ａは、より正確には、室内熱交換器１１から流出した冷媒の圧力と、液側延長配管８に流入する冷媒の圧力と、の圧力差である。減圧量ｂは、より正確には、室内膨張弁１０を通過した冷媒の圧力と、室外熱交換器３に流入する冷媒の圧力と、の圧力差である。絞り比率ｘ：ｙは任意に設定することができるが、図２に示したように、減圧量ａを小さめに設定し、減圧量ｂを大きめに設定することが望ましい。こうすることにより、液側延長配管８内に液単相の冷媒をより多く存在させることができる。結果として、暖房運転時には、余剰冷媒を液側延長配管８内に多く蓄えることができる。

具体的には、主回路膨張弁２２の開度Ａ（０≦開度Ａ）は、Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒという関係式に基づいて導出される。ここで、Ｃはインジェクション回路膨張弁２１の開度であり、Ｂ［開度／（ｋｇ／ｈ）］は後述する係数であり、Ｇｒ［ｋｇ／ｈ］は冷媒循環量である。なお、インジェクションが行われていないときには開度Ｃが０であるため、主回路膨張弁２２の開度Ａは、実質的にはＡ＝Ｂ×Ｇｒという関係式に基づいて導出される。

室内膨張弁１０を通過した後の減圧量ｂは、インジェクションを行っていないとき、すなわちインジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃが０であるときには、ｂ＝（Ｇｒ／２７．１／Ａ）^２／ρｓとなる。ここで、Ｇｒ［ｋｇ／ｈ］は冷媒循環量であり、Ａは主回路膨張弁２２の開度であり、ρｓ［ｋｇ／ｍ^３］は圧縮機１の吸入ガス密度である。インジェクション回路膨張弁２１と主回路膨張弁２２とは並列に設けられているため、インジェクションを行っているとき、すなわちインジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃが０よりも大きいときには、減圧量ｂは、ｂ＝（Ｇｒ／２７．１／（Ａ＋Ｃ））^２／ρｓとなる。したがって、インジェクションを行っているときの主回路膨張弁２２の開度Ａは、インジェクションを行っていないときの関係式Ａ＝Ｂ×Ｇｒの左辺をＡ＋Ｃとした関係式により、適切に導出できる。

係数Ｂは、絞り比率ｘ：ｙを保つために必要な単位冷媒循環量あたりの主回路膨張弁２２の開度を表している。係数Ｂは、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの圧力差ΔＰに基づいて、実験式により決定される。図３は、本実施の形態における係数Ｂと圧力差ΔＰとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は圧力差ΔＰ［ｋｇｆ／ｃｍ^２］（＝Ｐｄ［ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ］−Ｐｓ［ｋｇｆ／ｃｍ^２Ｇ］）を表しており、縦軸は係数Ｂ［開度／（ｋｇ／ｈ）］を表している。図３に示すように、係数Ｂは、圧力差ΔＰの二次式Ｂ＝ｅ×ΔＰ^２＋ｆ×ΔＰ＋ｇで表される。ここで、ｅ、ｆ及びｇは定数である。

冷媒循環量Ｇｒは、圧縮機１のストロークボリュームｖｓｔ［ｃｃ］、圧縮機１の運転周波数ｆｚ［ｒｐｓ］、圧縮機１の吸入ガス密度ρｓ［ｋｇ／ｍ^３］及び圧縮機１の体積効率ηｖ（無次元数）を用い、Ｇｒ＝ｖｓｔ×ｆｚ×３６００×１０^−６×ρｓ×ηｖで導出することができる。吸入ガス密度ρｓは、吸入圧力Ｐｓからおおよその値が求められる。

図４及び図５は、室外機制御装置１８で実行される暖房運転処理の一例を示すフローチャートである。この暖房運転処理は、室内機１３（例えば、室内機制御装置１９）からの暖房運転指令を受信したときに開始されるものである。ここで、初期状態では、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃは０（閉状態）であるものとする。

まず、ステップＳ１では、暖房運転を開始する。例えば、室外機制御装置１８は、室内熱交換器１１に高温高圧の冷媒が供給されるように四方弁２の流路を切り替える制御を行う。また、室外機制御装置１８は、タイマーをリセットして時間の計測を開始する。

次に、関係式Ｇｒ＝ｖｓｔ×ｆｚ×３６００×１０^−６×ρｓ×ηｖに基づいて、冷凍サイクル回路３０の冷媒循環量Ｇｒを導出する（ステップＳ２）。

次に、関係式Ａ＝Ｂ×Ｇｒに基づいて主回路膨張弁２２の開度Ａを導出し、主回路膨張弁２２の開度を開度Ａにする通常制御を実行する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ３では、関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒに基づいて開度Ａを導出してもよい。ステップＳ３の時点ではインジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃが０であるため、関係式Ａ＝Ｂ×Ｇｒ及び関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒのいずれに基づいても同一の開度Ａが導出される。

次に、上述のインジェクション開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ４）。インジェクション開始条件が成立していると判定した場合にはステップＳ５に進み、インジェクション開始条件が成立していないと判定した場合にはステップＳ２に戻る。

ステップＳ５の初回処理（暖房運転処理開始後の１回目の処理）では、インジェクション回路膨張弁２１を予め設定された所定開度まで開く制御を行う。ステップＳ５の２回目以降の処理では、インジェクション回路膨張弁２１の開度をそのまま維持する。

次に、吐出圧力Ｐｄに基づき飽和凝縮温度Ｃｔを導出する（ステップＳ６）。

次に、関係式ＳＨｄ＝Ｔｄ−Ｃｔに基づいて、吐出スーパーヒートＳＨｄを導出する（ステップＳ７）。

次に、吐出スーパーヒートＳＨｄがｃ≦ＳＨｄ≦ｄの関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ８）。吐出スーパーヒートＳＨｄがｃ≦ＳＨｄ≦ｄの関係を満たすと判定した場合にはステップＳ１２に進み、吐出スーパーヒートＳＨｄがｃ≦ＳＨｄ≦ｄの関係を満たさないと判定した場合にはステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、吐出スーパーヒートＳＨｄがＳＨｄ＜ｃの関係を満たすか否かを判定する。吐出スーパーヒートＳＨｄがＳＨｄ＜ｃの関係を満たすと判定した場合にはステップＳ１１に進み、吐出スーパーヒートＳＨｄがＳＨｄ＜ｃの関係を満たさないと判定した場合（すなわち、ＳＨｄ＞ｄの場合）にはステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃを所定量増加させる処理を行う。すなわち、ＳＨｄ＞ｄの場合には、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃを所定量増加させる。増加後の開度Ｃの情報は、ＲＡＭの記憶領域に記憶される。その後、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃを所定量減少させる処理を行う。すなわち、ＳＨｄ＜ｃの場合には、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃを所定量減少させる。減少後の開度Ｃの情報は、ＲＡＭの記憶領域に記憶される。その後、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、関係式ΔＰ＝Ｐｄ−Ｐｓに基づいて圧力差ΔＰを演算する。

次に、関係式Ｂ＝ｅ×ΔＰ^２＋ｆ×ΔＰ＋ｇに基づいて係数Ｂを演算する（ステップＳ１３）。

次に、関係式Ｇｒ＝ｖｓｔ×ｆｚ×３６００×１０^−６×ρｓ×ηｖに基づいて、冷凍サイクル回路３０の冷媒循環量Ｇｒを再度導出する（ステップＳ１４）。

次に、関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒに基づいて、主回路膨張弁２２の開度Ａを再度導出し、主回路膨張弁２２の開度を新たな開度Ａにする制御を行う（ステップＳ１５）。

次に、室内機１３（例えば、室内機制御装置１９）からの暖房運転指令が継続しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。暖房運転指令が継続していると判定した場合にはステップＳ１７に進み、暖房運転指令が継続していないと判定した場合には暖房運転処理を終了する。

ステップＳ１７では、タイマーがリセットされてからの経過時間が予め設定された時間ｈを越えたか否かを判定する。経過時間が時間ｈを越えたと判定した場合には、タイマーをリセットし、ステップＳ４に戻る。経過時間が時間ｈを越えていないと判定した場合には、経過時間が時間ｈを越えるまで待機する。

図６は、本実施の形態の第１変形例に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。図６に示すように、本変形例では、図１に示した構成と異なり、室内機１３に室内膨張弁１０が設けられていない。本変形例では、室外機７及び室内機１３とは別体で膨張弁格納キット２５（減圧装置収容部の一例）が設けられており、膨張弁格納キット２５内に収容された膨張弁２３が室内膨張弁１０の代わりに用いられる。

また、膨張弁格納キット２５には、膨張弁２３を制御する制御装置２４が設けられている。制御装置２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御装置２４は、室内機制御装置１９及び室外機制御装置１８と通信を行い、各種センサーの検出情報等を相互に共有する。膨張弁２３は、制御装置２４の制御により、室内熱交換器１１で実際に確保されるサブクールＳＣが所望の値ＳＣｍに近づくように開閉動作を行う。

膨張弁格納キット２５と室内機１３との間は、冷凍サイクル回路３０の冷媒配管の一部である液側延長配管２６及びガス側延長配管２７を介して接続されている。また、膨張弁格納キット２５と室外機７との間は、冷凍サイクル回路３０の冷媒配管の一部である液側延長配管２８及びガス側延長配管２９を介して接続されている。

図７は、本実施の形態の第２変形例に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。図７に示すように、本変形例では、複数台の室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎが設けられたマルチ型の空気調和機を例示している。各室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎのそれぞれは、図１に示した室内機１３と同様の構成を有している。各室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎのそれぞれに設けられた室内熱交換器１１及び室内膨張弁１０は、冷凍サイクル回路３０において互いに並列に接続されている。本変形例においても、図１に示した構成と同様に各種アクチュエータが制御される。

図８は、本実施の形態の第３変形例に係る空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。図８に示すように、本変形例では、複数台の室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎが設けられたマルチ型の空気調和機を例示している。各室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎのそれぞれは、図６に示した室内機１３と同様の構成を有している。各室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎのそれぞれに設けられた室内熱交換器１１は、冷凍サイクル回路３０において互いに並列に接続されている。

また、膨張弁格納キット２５には、各室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎのそれぞれに対応する複数の膨張弁２３が収容されている。複数の膨張弁２３は、制御装置２４の制御により、それぞれ対応する室内熱交換器１１で実際に確保されるサブクールＳＣが所望の値ＳＣｍに近づくように開閉動作を行う。

膨張弁格納キット２５と各室内機１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎとの間は、液側延長配管２６−１、２６−２、・・・、２６−ｎ及びガス側延長配管２７−１、２７−２、・・・、２７−ｎを介してそれぞれ接続されている。また、膨張弁格納キット２５と室外機７との間は、液側延長配管２８及びガス側延長配管２９を介して接続されている。本変形例においても、図１に示した構成と同様に各種アクチュエータが制御される。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和機は、インジェクションポート１ａを有する圧縮機１、室内熱交換器１１、室内膨張弁１０（又は膨張弁２３）、主回路膨張弁２２、室外熱交換器３が環状に接続された冷凍サイクル回路３０と、冷凍サイクル回路３０の室内膨張弁１０及び主回路膨張弁２２の間に設けられた分岐部３１とインジェクションポート１ａとの間を接続するインジェクション回路４０と、インジェクション回路４０に設けられたインジェクション回路膨張弁２１と、分岐部３１及び主回路膨張弁２２の間を流れる冷媒とインジェクション回路膨張弁２１で減圧された冷媒との熱交換を行う内部熱交換器２０と、少なくとも主回路膨張弁２２の開度Ａを制御する室外機制御装置１８と、を備え、冷凍サイクル回路３０は、室内熱交換器１１が凝縮器として機能し室外熱交換器３が蒸発器として機能する暖房運転が可能であり、室外機制御装置１８は、主回路膨張弁２２の開度Ａと、インジェクション回路膨張弁２１の開度Ｃと、圧縮機１の吐出圧力及び吸入圧力に基づき決定される係数Ｂと、冷凍サイクル回路３０の冷媒循環量Ｇｒとが、関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒを満たすように主回路膨張弁２２の開度Ａを制御するものである。

この構成によれば、暖房運転時においてインジェクションを行っているときに、主回路膨張弁２２の開度Ａを適切に制御することができ、室内膨張弁１０と分岐部３１との間（例えば、液側延長配管８）での液冷媒の比率を高めることができる。このため、暖房運転時において、冷媒配管内により多くの冷媒を蓄えることができる。したがって、冷房運転時の必要冷媒量と暖房運転時の必要冷媒量との差を吸収することができる。これにより、暖房運転時の余剰冷媒による圧縮機１への液バック現象を防ぐことができるため、圧縮機１の信頼性及び耐久性を向上させることができる。

また、この構成によれば、室内膨張弁１０と分岐部３１との間での冷媒の圧力（中圧）を検出する圧力センサーを追加する必要がないため、空気調和機の製造コストを抑えることができる。

特に、室内機１３が複数台設けられたマルチ型の空気調和機においては、液側延長配管８、２８の長さが長くなる場合が多いため、冷房運転時の必要冷媒量と暖房運転時の必要冷媒量との差が大きくなりやすい。したがって、図７及び図８に示した構成のように、マルチ型の空気調和機に本実施の形態を適用することによって、より高い効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、暖房運転時の余剰冷媒を冷媒配管内に多く蓄えることが可能になるため、低圧側液溜め（アキュムレータ）の容積を小型化することができ、アキュムレータの形成材料（例えば、鉄）の使用量を削減することができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態では、室外機７と室内機１３との間が２本の延長配管（液側延長配管８及びガス側延長配管９）を介して接続されているが、室外機７と室内機１３との間は３本以上の延長配管を介して接続されていてもよい。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ 圧縮機、１ａ インジェクションポート、２ 四方弁、３ 室内熱交換器、４ 室外送風機、５ 液側延長配管接続用バルブ、６ ガス側延長配管接続用バルブ、７ 室外機、８、２６、２６−１、２６−２、２６−ｎ、２８、１０２ 液側延長配管、９、２７、２７−１、２７−２、２７−ｎ、２９ ガス側延長配管、１０、１０１ 室内膨張弁、１１ 室内熱交換器、１２ 室内送風機、１３、１３−１、１３−２、１３−ｎ 室内機、１４ 高圧センサー、１５ 低圧センサー、１６ 圧縮機シェル温度センサー、１７ 室内熱交換器出口温度センサー、１８ 室外機制御装置、１９ 室内機制御装置、２０ 内部熱交換器、２１、１０４ インジェクション回路膨張弁、２２、１０３ 主回路膨張弁、２３ 膨張弁、２４ 制御装置、２５ 膨張弁格納キット、３０ 冷凍サイクル回路、３１ 分岐部、４０ インジェクション回路。

Claims (5)

1. インジェクションポートを有する圧縮機、室内熱交換器、第１の減圧装置、第２の減圧装置、室外熱交換器が冷媒配管を介して接続された冷凍サイクル回路と、
   前記冷凍サイクル回路の前記第１の減圧装置及び前記第２の減圧装置の間に設けられた分岐部と前記インジェクションポートとの間を接続するインジェクション回路と、
   前記インジェクション回路に設けられた第３の減圧装置と、
   前記分岐部及び前記第２の減圧装置の間を流れる冷媒と前記第３の減圧装置で減圧された冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、
   少なくとも前記第２の減圧装置の開度を制御する制御部と、を備え、
   前記冷凍サイクル回路は、前記室内熱交換器が凝縮器として機能し前記室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転が可能であり、
   前記制御部は、前記第２の減圧装置の開度Ａと、前記第３の減圧装置の開度Ｃと、前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力に基づき決定される係数Ｂと、前記冷凍サイクル回路の冷媒循環量Ｇｒとが、関係式Ａ＋Ｃ＝Ｂ×Ｇｒを満たすように前記第２の減圧装置の開度Ａを制御するものであり、
   係数Ｂは、前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧力差ΔＰと、定数ｅ、ｆ及びｇと、を用いて、Ｂ＝ｅ×ΔＰ ^２ ＋ｆ×ΔＰ＋ｇで表されることを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御部は、前記圧縮機の吐出スーパーヒートに基づいて前記第３の減圧装置の開度Ｃを制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 少なくとも前記室外熱交換器を収容する室外機と、
   少なくとも前記室内熱交換器及び前記第１の減圧装置を収容する室内機と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
4. 少なくとも前記室外熱交換器を収容する室外機と、
   少なくとも前記室内熱交換器を収容する室内機と、
   前記室外機及び前記室内機とは別に設けられ、少なくとも前記第１の減圧装置を収容する減圧装置収容部と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
5. 前記室内機は複数台設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の空気調和機。

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