空调装置的制作方法

专利名称：空调装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用在超临界域内工作的超临界制冷剂、且容易调整制冷能力的
空调装置。
背景技术：
以往，已知有一种使制冷剂循环来进行蒸汽压缩式制冷循环的制冷装置，其作为 空调装置等得到了广泛利用。作为这种制冷装置，例如像专利文献1披露的那样，有一种将 二氧化碳作为制冷剂并将制冷循环的高压设定成制冷剂的临界压力以上的、进行所谓的超 临界制冷循环的制冷装置。专利文献1 日本专利特开平10-54617号公报然而，在使用二氧化碳制冷剂等超临界制冷剂的冷冻机中，由于高压侧的制冷剂 处于超临界状态而不是液态，因此即便设置储液罐也很难积存制冷剂。因此，对制冷剂的蒸 发量进行调整的功能几乎不起作用，能力控制和COP(性能系数)最佳控制等很难奏效。

发明内容
本发明的目的在于提供一种利用超临界制冷剂并容易对制冷剂的循环量进行调 整的空调装置。解决技术问题所采用的技术方案第一发明的制冷装置是一种利用在超临界区域内工作的制冷剂的制冷装置，包 括压缩机、第一热交换器、第一膨胀机构、过冷却热交换器、第二膨胀机构、第二热交换器、 以及控制部。压缩机对制冷剂进行压缩。第一热交换器对被压缩机压缩后的高压的制冷剂 进行冷却。第一膨胀机构使制冷剂减压至临界压力以下。过冷却热交换器对被第一膨胀机 构减压后的制冷剂进行过冷却。第二膨胀机构使被过冷却热交换器冷却后的制冷剂减压至 低压。第二热交换器对被第二膨胀机构减压后的制冷剂进行加热。控制部进行第一控制， 该第一控制是对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行调整，以在过冷却热交换器内积存液体 制冷剂的控制。在本发明中，在作为气体冷却器起作用的第一热交换器的出口侧追加设置过冷却 热交换器，并在它们之间追加设置使制冷剂减压至临界压力以下的第一膨胀机构。因此，可控制第一膨胀机构的开度，并调整中间压力。因此，可在过冷却热交换器 中积存液体制冷剂，并调整制冷剂量。由此，可将高压控制成最佳值，并进行高效的运行。
第二发明的制冷装置是在第一发明的制冷装置中，还包括过冷信息获取装置。过 冷信息获取装置能获得可计算出过冷却热交换器中的制冷剂的过冷度的过冷信息。控制部基于过冷信息来计算过冷度。第一控制是基于过冷度来进行的。在本发明中，还包括能获得过冷信息的过冷信息获取装置，控制部基于根据过冷 信息计算出的过冷度来进行第一控制。因此，可对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行控制， 以使过冷却热交换器内的制冷剂处于过冷状态，可控制成使过冷却热交换器内的制冷剂成 为液体制冷剂。因此，可对制冷剂量进行调整。第三发明的制冷装置是在第二发明的制冷装置中，过冷信息获取装置包括入口温 度传感器和出口温度传感器。在过冷却热交换器中，入口温度传感器可检测出制冷剂入口 温度。出口温度传感器可检测出制冷剂出口温度。在本发明中，用入口温度传感器来检测过冷却热交换器的入口温度，并用出口温 度传感器来检测过冷却热交换器的出口温度。由于是气液两相状态的制冷剂，因此用入口 温度传感器检测出的温度与饱和液温度相等。因此，可根据获得的饱和液温度和出口温度 来计算过冷度。第四发明的制冷装置是在第二发明的制冷装置中，过冷信息获取装置包括入口压 力传感器和出口温度传感器。入口压力传感器可检测出过冷却热交换器的制冷剂入口压 力。出口温度传感器可检测出过冷却热交换器的制冷剂出口温度。在本发明中，用入口压力传感器来检测过冷却热交换器的入口压力，并用出口温 度传感器来检测过冷却热交换器的出口温度。因此，可根据检测出的入口压力来计算饱和 液温度，并根据饱和液温度和出口温度来计算过冷度。第五发明的制冷装置是一种利用在超临界区域内工作的制冷剂的制冷装置，包 括压缩机、第一热交换器、第一膨胀机构、过冷却热交换器、第二膨胀机构、第二热交换器、 切换机构、以及控制部。压缩机对制冷剂进行压缩。第一热交换器使制冷剂进行热交换。第 一膨胀机构使制冷剂减压。过冷却热交换器使制冷剂过冷却。第二膨胀机构使制冷剂减压。 第二热交换器使制冷剂进行热交换。切换机构可在第一状态与第二状态之间进行切换。第 一状态是指在第二热交换器中蒸发的制冷剂流入压缩机、且被压缩机压缩后的制冷剂流入 第一热交换器的状态。第二状态是指在第一热交换器中蒸发的制冷剂流入压缩机、且被压 缩机压缩后的制冷剂流入第二热交换器的状态。控制部进行第一控制和第二控制。第一控 制是指在切换机构处于第一状态时，用第一膨胀机构使高压的制冷剂减压成超临界压力以 下的中间压力，并用第二膨胀机构使被过冷却热交换器过冷却的中间压力的制冷剂减压成 低压，由此在过冷却热交换器中积存液体制冷剂的控制。第二控制是指在切换机构处于第 二状态时，用第二膨胀机构使高压的制冷剂减压成超临界压力以下的中间压力，并用第一 膨胀机构使被过冷却热交换器过冷却的中间压力的制冷剂减压成低压，由此在过冷却热交 换器中积存液体制冷剂的控制。在本发明中，包括切换机构，该切换机构可在使第一热交换器作为气体冷却器并 使第二热交换器作为蒸发器起作用的第一状态与使第一热交换器作为蒸发器并使第二热 交换器作为气体冷却器起作用的第二状态之间切换。在第一热交换器作为气体冷却器起作 用时，在第一热交换器的制冷剂出口侧追加设置有过冷却热交换器，并在第一热交换器与 过冷却热交换器之间追加设置有使制冷剂减压至临界压力以下的第一膨胀机构。另外，在 第二热交换器作为气体冷却器起作用时，在第二热交换器的制冷剂出口侧连接有过冷却热 交换器，在第二热交换器与过冷却热交换器之间追加设置有使制冷剂减压至临界压力以下的第二膨胀机构。因此，例如在制冷运行时，可通过控制第一膨胀机构的开度来调整中间压力，在供 暖运行时，可通过控制第三膨胀机构的开度来调整中间压力。因此，可在室外过冷却热交换 器(例如制冷时)或室内过冷却热交换器(例如供暖时)中积存液体制冷剂，对制冷剂量 进行调整，可将高压控制成最佳值。第六发明的制冷装置是在第五发明的制冷装置中，还包括过冷信息获取装置。过 冷信息获取装置能获得可计算出过冷却热交换器中的制冷剂的过冷度的过冷信息。控制部 基于过冷信息来计算过冷度。第一控制或第二控制是基于过冷度来进行的。在本发明中，还包括能获得过冷信息的过冷信息获取装置，控制部基于根据过冷 信息计算出的过冷度来进行第一控制或第二控制。因此，可对第一膨胀机构和第二膨胀机 构进行控制以使过冷却热交换器内的制冷剂处于过冷状态，可控制成使过冷却热交换器内 的制冷剂成为液体制冷剂。因此，可对制冷剂量进行调整。第七发明的制冷装置是一种利用在超临界区域内工作的制冷剂的制冷装置，包 括热源单元、利用单元、以及控制部。热源单元具有压缩机、热源侧热交换器、第一膨胀 机构、热源侧辅助热交换器、第二膨胀机构、以及切换机构。压缩机对制冷剂进行压缩。热 源侧热交换器使制冷剂与第一流体进行热交换。第一膨胀机构可使制冷剂减压。热源侧辅 助热交换器使制冷剂进行热交换。第二膨胀机构可使制冷剂减压。切换机构可在第一状态 与第二状态之间进行切换。第一状态是指在利用侧热交换器中进行热交换后的制冷剂流入 压缩机、且被压缩机压缩后的制冷剂流入热源侧热交换器的状态。第二状态是指在热源侧 热交换器中进行热交换后的制冷剂流入压缩机、且被压缩机压缩后的制冷剂流入利用侧热 交换器的状态。利用单元具有利用侧热交换器、第三膨胀机构、以及利用侧辅助热交换器。利用 侧热交换器使制冷剂进行热交换。第三膨胀机构可使制冷剂减压。利用侧辅助热交换器使 制冷剂进行热交换。控制部进行第一控制、第二控制和第三控制。第一控制是指在切换机 构处于第一状态且第一流体的温度未达到制冷剂的临界温度时，使热源侧辅助热交换器作 为过冷却器起作用，并对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行调整，以使液体制冷剂积存在 热源侧辅助热交换器中的控制。第二控制是指在切换机构处于第一状态且第一流体的温度 为制冷剂的临界温度以上时，使利用侧辅助热交换器作为过冷却器起作用，并对第二膨胀 机构和第三膨胀机构进行调整，以使液体制冷剂积存在利用侧辅助热交换器中的控制。第 三控制是指在切换机构处于第二状态时，使利用侧辅助热交换器作为过冷却器起作用，并 对第二膨胀机构和第三膨胀机构进行调整，以使液体制冷剂积存在利用侧辅助热交换器中 的控制。在本发明中，热源单元还具有可在第一状态与第二状态之间切换的切换机构(例 如四通切换阀)。控制部在切换机构处于第一状态时(例如制冷运行时)对第一膨胀机构和 第二膨胀机构进行控制，在切换机构处于第二状态时(例如供暖运行时)对第二膨胀机构 和第三膨胀机构进行控制。例如当制冷运行中外部气体温度为制冷剂的临界温度以上时， 控制部对第二膨胀机构和第三膨胀机构进行第三控制，以使液体制冷剂不积存在热源侧过 冷却热交换器中，而是积存在利用侧过冷却热交换器中。因此，控制部可在制冷运行时通过控制第一膨胀机构来调整中间压力，在供暖运
5行时通过控制第三膨胀机构来调整中间压力。控制部通过控制第二膨胀机构，可在制冷运 行时对热源侧过冷却热交换器中的液体制冷剂的量进行调整，在供暖运行时对利用侧过冷 却热交换器中的液体制冷剂的量进行调整。制冷剂一旦超过临界点便会成为超临界状态， 很难对制冷剂量进行控制。因此，在第一流体的温度为临界温度以上时，在热源侧过冷却热 交换器中不容易积存制冷剂。另外，由于利用侧热交换器作为蒸发器起作用，因此第二流体 常常为临界温度以下。因此，通过控制部对第二膨胀机构和第三膨胀机构进行第三控制，可 在利用侧过冷却热交换器中积存液体制冷剂。第八发明的制冷装置是在第七发明的制冷装置中，热源单元还具有热源侧过冷信 息获取装置。热源侧过冷信息获取装置可检测出热源侧辅助热交换器的第一过冷度。利用 单元还具有利用侧过冷信息获取装置。利用侧过冷信息获取装置可检测出利用侧辅助热交 换器的第二过冷度。第一控制是基于第一过冷度来进行的。第二控制和第三控制是基于第 二过冷度来进行的。在本发明中，为了检测过冷度，热源单元在热源侧过冷却热交换器的制冷剂的出 入口还具有第二入口压力检测装置以及第二出口温度检测装置。利用这些检测装置，可获 得中间压力即第二入口压力以及第二出口温度。因此，控制部可基于这些第二入口压力和第二出口温度来计算过冷度。因此，控制 部可基于过冷度在第一过冷却热交换器中积存液体制冷剂，对制冷剂量进行调整。第九发明的制冷装置是在第八发明的制冷装置中，热源侧过冷信息获取装置包 括第一入口温度传感器、以及第一出口温度传感器。第一入口温度传感器可检测出热源侧 辅助热交换器的制冷剂入口温度。第一出口温度传感器是可检测出热源侧辅助热交换器的 制冷剂出口温度的第一出口温度传感器。在本发明中，在热源侧辅助热交换器的制冷剂的出入口利用第一入口温度传感器 和第一出口温度传感器作为热源侧过冷信息获取装置。因此，可利用第一入口温度传感器 来检测制冷剂的饱和液温度，并可基于该饱和液温度和由第一出口温度传感器检测出的制 冷剂出口温度来计算第一过冷度。第十发明的制冷装置是在第八发明或第九发明的制冷装置中，利用侧过冷信息获 取装置包括第二入口温度传感器、以及第二出口温度传感器。第二入口温度传感器可检测 出利用侧辅助热交换器的制冷剂入口温度。第二出口温度传感器可检测出利用侧辅助热交 换器的制冷剂出口温度。在本发明中，在利用侧辅助热交换器的制冷剂的出入口利用第二入口温度传感器 和第二出口温度传感器作为利用侧过冷信息获取装置。因此，可利用第二入口温度传感器 来检测制冷剂的饱和液温度，并可基于该饱和液温度和由第二出口温度传感器检测出的制 冷剂出口温度来计算第二过冷度。第十一发明的制冷装置是在第一发明至第十发明的任一个制冷装置中，制冷剂是 二氧化碳制冷剂。在本发明中，制冷剂利用的是二氧化碳制冷剂。与以往的制冷剂、例如碳氟化合物 制冷剂等相比，二氧化碳制冷剂的地球气候变暖系数为1，远低于地球气候变暖系数为几百 到一万左右的碳氟化合物制冷剂。通过利用环境负载小的二氧化碳制冷剂，可抑制地球环境恶化。
发明效果在第一发明的制冷装置中，可控制第一膨胀机构的开度，并调整中间压力。因此， 可在过冷却热交换器中积存液体制冷剂，并对制冷剂量进行调整。由此，可将高压控制成最 佳值，并进行高效的运行。在第二发明的制冷装置中，可对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行控制以使过冷 却热交换器内的制冷剂处于过冷状态，并可控制成使过冷却热交换器内的制冷剂成为液体 制冷剂。因此，可对制冷剂量进行调整。在第三发明的制冷装置中，可根据获得的饱和液温度和出口温度来计算过冷度。在第四发明的制冷装置中，可根据检测出的入口压力来计算饱和液温度，并根据 饱和液温度和出口温度来计算过冷度。在第五发明的制冷装置中，例如在制冷运行时，可通过控制第一膨胀机构的开度 来调整中间压力，另外，在供暖运行时，可通过控制第三膨胀机构的开度来调整中间压力。 因此，可在室外过冷却热交换器(例如制冷时)或室内过冷却热交换器(例如供暖时)中 积存液体制冷剂，对制冷剂量进行调整，可将高压控制成最佳值。在第六发明的制冷装置中，可对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行控制以使过冷 却热交换器内的制冷剂处于过冷状态，并可控制成使过冷却热交换器内的制冷剂成为液体 制冷剂。因此，可对制冷剂量进行调整。在第七发明的制冷装置中，控制部可在制冷运行时通过控制第一膨胀机构来调整 中间压力，在供暖运行时通过控制第三膨胀机构来调整中间压力。控制部通过控制第二膨 胀机构，可在制冷运行时对热源侧过冷却热交换器中的液体制冷剂的量进行调整，在供暖 运行时对利用侧过冷却热交换器中的液体制冷剂的量进行调整。制冷剂一旦超过临界点便 会成为超临界状态，很难对制冷剂量进行控制。因此，当第一流体的温度为临界温度以上 时，在热源侧过冷却热交换器中不容易积存制冷剂。另外，由于利用侧热交换器作为蒸发器 起作用，因此第二流体常常为临界温度以下。因此，通过控制部对第二膨胀机构和第三膨胀 机构进行第三控制，可在利用侧过冷却热交换器中积存液体制冷剂。在第八发明的制冷装置中，控制部可基于这些第二入口压力和第二出口温度来计 算过冷度。因此，控制部可基于过冷度在第一过冷却热交换器中积存液体制冷剂，对制冷剂 量进行调整。在第九发明的制冷装置中，可利用第一入口温度传感器来检测制冷剂的饱和液温 度，并可根据该饱和液温度和由第一出口温度传感器检测出的制冷剂出口温度来计算第一 过冷度。在第十发明的制冷装置中，可利用第二入口温度传感器来检测制冷剂的饱和液温 度，并可根据该饱和液温度和由第二出口温度传感器检测出的制冷剂出口温度来计算第二 过冷度。在第十一发明的制冷装置中，通过利用环境负载小的二氧化碳制冷剂，可抑制地 球环境恶化。


图1是本发明的一实施方式所涉及的空调装置的制冷剂回路图。
图2是表示本发明的空调装置的利用二氧化碳制冷剂的两级膨胀制冷循环的p_h 线图。图3是变形例(1)所涉及的空调装置的制冷剂回路图。图4是变形例(5)所涉及的制冷专用的空调装置的制冷剂回路图。图5是变形例(5)所涉及的供暖专用的空调装置的制冷剂回路图。图6是变形例(6)所涉及的空调装置的制冷剂回路图。(符号说明)1、Ia Id空调装置2、2a、2b室外单元(热源单元)3、3a 3c,3d室内单元(利用单元)21压缩机23室外热交换器(第一热交换器、热源侧热交换器)24室外过冷却热交换器(过冷却热交换器、热源侧辅助热交换器)31、31a 31c室内热交换器(第二热交换器、利用侧热交换器)32,32a 32c室内过冷却热交换器(利用侧辅助热交换器)Tl第一室外过冷却温度传感器(第一入口温度传感器)T2第二室外过冷却温度传感器(第一出口温度传感器)Tl第一室内过冷却温度传感器(第二入口温度传感器、第二出口温度传感器)T2第二室内过冷却温度传感器(第二入口温度传感器、第二出口温度传感器)Vl四通切换阀(切换机构)V2第一室外膨胀阀(第一膨胀机构)V3第二室外膨胀阀(第二膨胀机构)V6、V6a V6c室内膨胀阀(第三膨胀机构)
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的空调装置的实施方式进行说明。<空调装置的结构>图1是本发明的一实施方式所涉及的空调装置1的概略结构图。空调装置1是通 过进行两级膨胀制冷循环运行来对大楼等的室内进行制冷、供暖用的装置。在本发明中，制 冷剂利用的是作为超临界制冷剂的二氧化碳制冷剂。空调装置1主要包括一个作为热源 单元的室外单元2、与其连接的作为利用单元的室内单元3、以及将室外单元2与室内单元 3连接的制冷剂连通配管4。制冷剂连通配管4包括液体制冷剂连通配管41和气体制冷剂 连通配管42。即，本实施方式的空调装置1的制冷剂回路10由室外单元2、室内单元3和 制冷剂连通配管4连接而构成。(1)室外单元室外单元2设置在大楼等的室外，通过制冷剂连通配管4与室内单元3连接，构成 制冷剂回路10。下面，对室外单元2的结构进行说明。室外单元2主要具有构成制冷剂回路10的 一部分的室外侧制冷剂回路20。该室外侧制冷剂回路20主要具有压缩机21、四通切换
8阀VI、作为热源侧热交换器的室外热交换器23、作为膨胀机构的第一室外膨胀阀V2、作为 热源侧的过冷却热交换器的室外过冷却热交换器对、作为膨胀机构的第二室外膨胀阀V3、 液体侧截止阀V4、以及气体侧截止阀V5。压缩机21是可改变运行容量的压缩机，在本实施方式中，是由电动机22驱动的容 积式压缩机，电动机22的转速Rm受逆变器控制。在本实施方式中，压缩机21只有一台，但 并不局限于此，也可根据室内单元的连接个数等，将两台以上的压缩机并列连接。四通切换阀Vl是为了使室外热交换器23作为气体冷却器和蒸发器起作用而设置 的阀。四通切换阀Vl与室外热交换器23、压缩机21的吸入侧、压缩机21的排出侧、气体 制冷剂配管42连接。在使室外热交换器23作为气体冷却器起作用时，四通切换阀Vl将压 缩机21的排出侧与室外热交换器23连接，并将压缩机21的吸入侧与气体制冷剂连通配管 42连接(图1中的实线的状态)。反之，在使室外热交换器23作为蒸发器起作用时，四通 切换阀Vl将室外热交换器23与压缩机21的吸入侧连接，并将压缩机21的排出侧与气体 制冷剂连通配管42连接(图1中的虚线的状态)。室外热交换器23是可作为气体冷却器和蒸发器起作用的热交换器，在本实施方 式中，是将空气作为热源与制冷剂进行热交换的交叉翅片式的翅片管式热交换器。室外热 交换器23的一侧与四通切换阀Vl连接，另一侧通过第一室外膨胀阀V2与室外过冷却热交 换器M连接。第一室外膨胀阀V2是为了对在室外侧制冷剂回路20内流动的制冷剂的压力和流 量等进行调节而连接在室外热交换器23与室外过冷却热交换器M之间的电动膨胀阀。该 第一室外膨胀阀V2在制冷运行时作为两级膨胀制冷循环中的第一级膨胀机构起作用，在 供暖运行时完全打开，使制冷剂直接流入室外热交换器23。第一室外膨胀阀V2在作为第一 级膨胀机构起作用时，使高压Wi的制冷剂减压成临界压力1 以下的中间压力Rii。但是， 当制冷运行中外部气体温度为二氧化碳制冷剂的临界温度即31°C以上时，第一室外膨胀阀 V2完全打开。室外过冷却热交换器M是可作为过冷却器和蒸发器起作用的热交换器，在本实 施方式中，是将空气作为热源与制冷剂进行热交换的交叉翅片式的翅片管式热交换器。室 外过冷却热交换器M的一侧通过第一室外膨胀阀V2与室外热交换器23连接，另一侧通过 第二室外膨胀阀V3与液体制冷剂连通配管41连接。但是，当制冷运行中外部气体温度为 作为二氧化碳制冷剂的临界温度的31°C以上时，室外过冷却热交换器M与室外热交换器 23同样作为气体冷却器起作用。第二室外膨胀阀V3是为了对在室外侧制冷剂回路20内流动的制冷剂的压力和流 量等进行调节而与室外过冷却热交换器M的液体侧连接的电动膨胀阀。该第一室外膨胀 阀V2无论在制冷运行时还是在供暖运行时均作为两级膨胀制冷循环中的第二级膨胀机构 起作用，使中间压力Rn的制冷剂减压成低压Pl。但是，当制冷运行中外部气体温度为作为 二氧化碳制冷剂的临界温度的31°C以上时，第二室外膨胀阀V3作为两级膨胀制冷循环中 的第一级膨胀机构起作用，使高压Wi的制冷剂减压成临界压力1 以下的中间压力Rii。另外，室外单元2具有作为送风风扇的室外风扇25，该室外风扇25用于将室外空 气吸入单元内，使其在室外热交换器23中与制冷剂进行热交换，之后将其朝室外排出。该 室外风扇25是可改变朝室外热交换器23供给的空气的风量的风扇，在本实施方式中，是受由直流风扇电动机形成的电动机26驱动的螺旋桨风扇等。另外，在室外单元2上设置有各种传感器。在室外过冷却热交换器M与第一室外 膨胀阀V2之间设置有检测制冷剂的温度的第一室外过冷却温度传感器Tl。在室外过冷却 热交换器M与第二室外膨胀阀V3之间设置有检测制冷剂的温度的第二室外过冷却温度传 感器T2。在本实施方式中，第一室外过冷却温度传感器Tl和第二室外过冷却温度传感器 T2由热敏电阻形成。另外，室外单元2具有室外侧控制部27，该室外侧控制部27对构成室外单元2的 各部分的动作进行控制。室外侧控制部27具有为了控制室外单元2而设置的微型计算机、 存储器、控制电动机22等的变换器电路等，可通过传输线51与后述的室内单元3的室内侧 控制部35进行控制信号等的交换。S卩，由室外侧控制部27、室内侧控制部35以及将各控制 部彼此连接的传输线51构成了进行空调装置1整体的运行控制的控制部5。控制部5连接成可接收各种传感器(未图示)的检测信号，并连接成可根据这些 检测信号等来控制各种设备21、25、33*_V1、V2、V3、V6。(2)室内单元室内单元3通过埋入大楼等的室内的天花板中或从天花板上吊下等、或者挂在室 内的壁面上等进行设置。室内单元3通过制冷剂连通配管4与室外单元2连接，构成制冷 剂回路10的一部分。下面，对室内单元3的结构进行说明。室内单元3主要具有构成制冷剂回路10的 一部分的室内侧制冷剂回路30。该室内侧制冷剂回路30主要具有作为利用侧热交换器 的室内热交换器31、作为膨胀机构的室内膨胀阀V6、以及作为利用侧的过冷却器的室内过 冷却热交换器32。室内热交换器31是由传热管和许多翅片构成的交叉翅片式的翅片管式热交换 器，是在制冷运行时作为制冷剂的蒸发器起作用而将室内空气冷却、在供暖运行时作为制 冷剂的气体冷却器起作用而将室内空气加热的热交换器。室内膨胀阀V6与第一室外膨胀阀V2—样，是为了对在室内侧制冷剂回路30内流 动的制冷剂的压力和流量等进行调节而与室内热交换器31的液体侧连接的电动膨胀阀。 该室内膨胀阀V6在制冷运行时完全打开，使制冷剂直接流入室内热交换器31，在供暖运行 时作为两级膨胀制冷循环中的第一级膨胀机构起作用。该室内膨胀阀V6与第一室外膨胀 阀V2 —样，也在作为第一级膨胀机构起作用时使高压Wi的制冷剂减压成中间压力Rii。但 是，当制冷运行中外部气体温度为作为二氧化碳制冷剂的临界温度的31°C以上时，室内膨 胀阀V6作为两级膨胀制冷循环中的第二级膨胀机构起作用，使中间压力Rn的制冷剂减压 成低压Pl。室内过冷却热交换器32是可作为过冷却器和蒸发器起作用的热交换器，在本实 施方式中，是将空气作为热源与制冷剂进行热交换的交叉翅片式的翅片管式热交换器。室 内过冷却热交换器32的一侧通过室内膨胀阀V6与室内热交换器31连接，另一侧与液体制 冷剂连通配管41连接。但是，当制冷运行中外部气体温度为作为二氧化碳制冷剂的临界温 度的31°C以上时，室内过冷却热交换器32与室内热交换器31同样作为蒸发器起作用。另外，室内单元3具有作为送风风扇的室内风扇33，该室内风扇33将室内空气吸 入单元内，使其在室内热交换器31内与制冷剂进行热交换，之后将其作为供给空气朝室内供给。室内风扇33是可改变朝室内热交换器31的空气的风量的风扇，在本实施方式中，是 受由直流风扇电动机形成的电动机；34驱动的离心式风扇和多翼风扇等。另外，在室内单元3上设置有各种传感器。在室内过冷却热交换器32与室内膨胀 阀V6之间设置有检测制冷剂的温度的第一室内过冷却温度传感器T3。另外，在室内过冷却 热交换器32的液体制冷剂连通配管41侧设置有检测制冷剂的温度的第二室内过冷却温度 传感器T4。在本实施方式中，第一室内过冷却温度传感器T3和第二室内过冷却温度传感器 T4由热敏电阻形成。另外，室内单元3包括室内侧控制部35，该室内侧控制部35对构成室内单元3的 各部分的动作进行控制。室内侧控制部35具有为了控制室内单元3而设置的微型计算机 和存储器等，可与用于单独操作室内单元3的遥控器(未图示)彼此进行控制信号等的交 换，可通过传输线51与室外单元2彼此进行控制信号等的交换等。(3)制冷剂连通配管制冷剂连通配管4是在大楼等设置场所设置空调装置1时进行现场施工的制冷剂 配管，根据设置场所、室外单元2与室内单元3的组合等设置条件，使用具有各种长度和管 径的制冷剂配管。<空调装置的动作>下面，对本实施方式的空调装置1的动作进行说明。作为本实施方式的空调装置1的运行模式，根据室内单元3的制冷、供暖的负载， 有进行室内单元3的制冷的制冷运行以及进行室内单元3的供暖的供暖运行。下面，对空 调装置1在各运行模式下的动作进行说明。(1)制冷运行首先，参照图1和图2对制冷运行进行说明。制冷运行时，在室外单元2的室外侧 制冷剂回路20中，四通切换阀Vl被切换成图1的实线所示的状态，使室外热交换器23作 为气体冷却器起作用，并使室内热交换器31作为蒸发器起作用。在该制冷剂回路10的状态下启动压缩机21、室外风扇25和室内风扇33时，低压 Pl的气体制冷剂被吸入压缩机21而压缩成高压Wi的气体制冷剂。被压缩成高压Wi的气 体制冷剂流入室外热交换器23。此时，室外热交换器23作为气体冷却器起作用，朝由室外 风扇25供给来的室外空气放出热量，将制冷剂冷却。接着，制冷剂被第一室外膨胀阀V2从 高压Wi的状态减压至制冷剂的临界压力1 以下的中间压力Rn的状态。被减压成中间压 力Pm的制冷剂成为气液两相状态的制冷剂，流入室外过冷却热交换器24。在室外过冷却热 交换器M中，制冷剂被进一步冷却成液体制冷剂，成为过冷却状态。在室外过冷却热交换 器M中，液体制冷剂积存，室外过冷却热交换器M内的液体制冷剂的量受第二室外膨胀阀 V3控制。对该积存在室外过冷却热交换器M内的液体制冷剂量进行的控制是基于制冷剂 的过冷度来进行的，制冷剂的过冷度根据由第一室外过冷却温度传感器Tl和第二室外过 冷却温度传感器T2检测出的温度计算得出。此处，成为过冷却状态的制冷剂被第二室外膨 胀阀V3减压至压缩机21的吸入压力附近，成为低压Pl的气液两相状态的制冷剂。接着，低压Pl的制冷剂经由液体侧截止阀V4和液体制冷剂连通配管41被送往室 内单元3。被送往该室内单元3的低压Pl的液体制冷剂在室内过冷却热交换器32和室内 热交换器31中与室内空气进行热交换而蒸发，成为低压Pl的气体制冷剂。此时，室内膨胀阀V6处于完全打开状态。低压Pl的气体制冷剂经由气体制冷剂连通配管42被送往室外 单元2，通过气体侧截止阀V5而再次被压缩机21吸入。另外，在外部气体温度达到31°C (二氧化碳制冷剂的临界温度)以上时，进行与上 述场合不同的控制。下面对该控制进行说明。将第一室外膨胀阀V2完全打开，使室外热交 换器23和室外过冷却热交换器M作为气体冷却器起作用。在第二室外膨胀阀V3中，将被 室外热交换器23和室外过冷却热交换器M冷却的高压Wi的制冷剂减压至临界压力1 以 下的中间压力Rii。被减压至中间压力Rn的制冷剂送往室内单元3，在室内过冷却热交换器 32中被进一步冷却成液体制冷剂，成为过冷状态。在室内过冷却热交换器32中，液体制冷 剂积存，室内过冷却热交换器32内的液体制冷剂的量受室内膨胀阀V6控制。对该积存在 室内过冷却热交换器32内的液体制冷剂量进行的控制是基于制冷剂的过冷度来进行的， 制冷剂的过冷度根据由第一室内过冷却温度传感器T3和第二室内过冷却温度传感器T4检 测出的温度计算得出。成为过冷状态的制冷剂被室内膨胀阀V6减压至压缩机21的吸入压 力附近，成为低压Pl的气液两相状态的制冷剂。接着，低压Pl的制冷剂在室内热交换器31 中与室内空气进行热交换而蒸发，成为低压Pl的气体制冷剂。低压Pl的气体制冷剂经由 气体制冷剂连通配管42被送往室外单元2，通过气体侧截止阀V5而再次被压缩机21吸入。(2)供暖运行供暖运行时，在室外单元2的室外侧制冷剂回路20中，四通切换阀Vl被切换成图 1的虚线所示的状态，使室外热交换器23作为蒸发器起作用，并使室内热交换器31作为气 体冷却器起作用。在该制冷剂回路10的状态下启动压缩机21、室外风扇25和室内风扇33时，低压 Pl的气体制冷剂被压缩机21吸入而压缩成高压Wi的气体制冷剂，经由四通切换阀VI、气 体侧截止阀V5被送往气体制冷剂连通配管42。接着，被送往气体制冷剂连通配管42的高压W1的气体制冷剂被送往室内单元3。 被送往该室内单元3的高压W1的气体制冷剂被送往室内热交换器31。该制冷剂在室内热 交换器31中与室内空气进行热交换，被冷却成高压Wi的液体制冷剂，之后，在流过室内膨 胀阀V6时，对应于室内膨胀阀V6的阀开度而被减压至中间压力Rii。被减压成中间压力Rn的制冷剂成为气液两相状态的制冷剂，流入室内过冷却热 交换器32。在室内过冷却热交换器32中，制冷剂被进一步冷却成液体制冷剂，成为过冷状 态。在室内过冷却热交换器32中，液体制冷剂积存，室内过冷却热交换器32内的液体制冷 剂的量受第二室外膨胀阀V3控制。对该积存在室内过冷却热交换器32内的液体制冷剂量 进行的控制是基于制冷剂的过冷度来进行的，制冷剂的过冷度根据由第一室内过冷却温度 传感器T3和第二室内过冷却温度传感器T4检测出的温度计算得出。接着，成为过冷状态的制冷剂经由液体制冷剂连通配管41被送往室外单元2。该 制冷剂经由液体侧截止阀V4，被第二室外膨胀阀V3减压至压缩机21的吸入压力附近，成为 低压Pl的气液两相状态的制冷剂。被减压成低压Pl的制冷剂在室外过冷却热交换器M 与室外热交换器23中与外部气体进行热交换而蒸发，成为低压Pl的气体制冷剂。此时，第 一室外膨胀阀V2处于完全打开状态。低压Pl的气体制冷剂经由四通切换阀Vl而再次被 压缩机21吸入。〈两级膨胀制冷循环〉
图2利用ρ-h线图(焓-熵图)来表示超临界条件下的制冷循环。在本发明中， 制冷剂利用的是作为超临界制冷剂的二氧化碳制冷剂。另外，采用了使用两个膨胀机构来 分两级进行膨胀的两级膨胀制冷循环。如上所述，该制冷剂回路10主要由压缩机21、室外 热交换器23、第一室外膨胀阀V2、室外过冷却热交换器M、第二室外膨胀阀V3、室内过冷却 热交换器32、室内膨胀阀V6以及室内热交换器31构成。图2中的A、B、C、D、E和F表示 的是制冷运行时与图1中的各点对应的制冷剂的状态。图2中的带括号的A、B、E、F、G和 H表示的是供暖运行时与图1中的各点对应的制冷剂的状态。下面参照图1和图2，对制冷 运行时(外部气体温度为二氧化碳制冷剂的临界温度以下时)的两级膨胀循环进行说明。 至于供暖运行，可通过将C替换成H、将D替换成G、将E替换成F、将F替换成E进行说明。在该制冷剂回路10中，制冷剂被压缩机21压缩成高温高压Wi (A — B)。此时，作 为制冷剂的二氧化碳从气体成为超临界状态。此处所谓的“超临界状态”，是指物质在临界 点K以上的温度和压力下的状态，是同时拥有气体的扩散性和液体的溶解性的状态。所谓 超临界状态，在图2中是指位于临界温度等温线Tk的右侧、且位于临界压力1 以上的区域 内的制冷剂的状态。在制冷剂(物质)成为超临界状态时，气相与液相的区别消失。此处 所谓的“气相”，是指位于饱和蒸汽线Sv的右侧、且位于临界压力1 以下的区域内的制冷剂 的状态。所谓“液相”，是指位于饱和液线Sl的左侧、且位于临界温度等温线Tk的左侧的区 域内的制冷剂的状态。被压缩机21压缩成高温高压的超临界状态的制冷剂被成为气体冷 却器的室外热交换器23散热，成为低温高压的制冷剂(B —C)。此时，制冷剂处于超临界状 态，因此，在室外热交换器23的内部伴随着显热变化(温度变化)进行工作。接着，在室外 热交换器23中散热后的制冷剂因第一室外膨胀阀V2被开放而膨胀，压力从高压Wi朝中间 压力Rii减压(C —D)。接着，被第一室外膨胀阀V2减压后的制冷剂在保持中间压力Rii的 状态下流入室外过冷却热交换器M，被进一步冷却而成为过冷状态(D —E)。成为过冷状 态的制冷剂在第二室外膨胀阀V3中进一步膨胀而成为低压Pl的制冷剂(E — F)。低压Pl 的制冷剂流过液体制冷剂连通配管41，在室内热交换器31和室内过冷却热交换器32中吸 收热量并蒸发，然后流过气体制冷剂连通配管42并返回压缩机21 (F — A)。〈特征〉(1)在本发明中，室外单元2还具有可在制冷运行与供暖运行之间切换的四通切 换阀VI。控制部5在四通切换阀Vl为图1中的实线的状态(制冷运行)时对第一室外膨 胀阀V2和第二室外膨胀阀V3进行控制，在四通切换阀Vl为图1中的虚线的状态(供暖运 行)时对第二室外膨胀阀V3和室内膨胀阀V6进行控制。在制冷运行中，在外部气体温度 为制冷剂的临界温度以上时，控制部5对第二室外膨胀阀V3和室内膨胀阀V6进行控制，以 使液体制冷剂不积存在室外过冷却热交换器M内，而是积存在室内过冷却热交换器32内。因此，控制部5可在制冷运行时控制第一室外膨胀阀V2来调整中间压力，并在供 暖运行时控制室内膨胀阀V6来调整中间压力。另外，控制部5通过控制第二室外膨胀阀 V3，可在制冷运行时对室外过冷却热交换器M的液体制冷剂的量进行调整，并在供暖运行 时对室内过冷却热交换器32的液体制冷剂的量进行调整。制冷剂一旦超过临界点便会成 为超临界状态，很难对制冷剂量进行控制。因此，当外部气体温度为作为二氧化碳制冷剂的 临界温度的31°C以上时，在室外过冷却热交换器M中不容易积存制冷剂。另外，由于室内 热交换器31作为蒸发器起作用，因此室内空气常常为作为二氧化碳制冷剂的临界温度的
1331°C以下。因此，通过控制部5对第二室外膨胀阀V3和室内膨胀阀V6进行控制，可在室内 过冷却热交换器32内积存液体制冷剂。(2)在本发明中，为了检测过冷度，室外单元2在室外过冷却热交换器M的制冷剂 的出入口具有第一室外过冷却温度传感器Tl和第二室外过冷却温度传感器T2。利用这些 温度传感器Tl、T2，当制冷运行中外部气体温度未达到31°C时，可获得中间压力Rii和室外 过冷却热交换器M的出口温度。另外，为了检测过冷度，室内单元3在室内过冷却热交换 器32的制冷剂的出入口具有第一室内过冷却温度传感器T3和第二室内过冷却温度传感器 T4。利用这些温度传感器T3、T4，当制冷运行中外部气体温度为31°C以上时以及供暖运行 时，可获得中间压力Rn和室内过冷却热交换器32的出口温度。因此，控制部5可根据这些中间压力Rn以及室外过冷却热交换器M或室内过冷 却热交换器32的出口温度来计算过冷度。因此，控制部5可基于过冷度在作为过冷却热交 换器起作用的室外过冷却热交换器M或室内过冷却热交换器32内积存液体制冷剂，对制 冷剂量进行调整。(3)在本发明中，制冷剂利用的是二氧化碳制冷剂。与以往的制冷剂、例如碳氟化 合物制冷剂等相比，二氧化碳制冷剂的地球气候变暖系数为1，远低于地球气候变暖系数为 几百到一万左右的碳氟化合物制冷剂。通过利用环境负载小的二氧化碳制冷剂，可抑制地球环境恶化。〈变形例〉(1)在本实施方式中，是在一个室外单元2上连接有一个室内单元3的、所谓的成 对式空调装置1，但并不局限于此，也可以是在一个室外单元上连接有多个室内单元的多联 式空调装置la。例如像图3那样，在一个室外单元2上并列连接有三个室内单元3a、3b、3c。 图3的室内单元3a、3b、3c的结构，是在对本实施方式中说明的室内单元3的各部分标注的 号码上，与室内单元3a、3b、3c对应地在号码的末尾标注a、b和C。例如，室内单元3的室 内风扇33与室内单元3a、3b、3c的室内风扇33a、33b、33c对应，室内单元3和室内单元3a、 3b,3c是相同的结构。另外，在图3中连接有三个室内单元3a 3c，但并不局限于三个，也 可以是两个、四个、五个等。由于设置有多个室内单元3a 3c，因此可针对运行负载不同的部位，根据各负载 进行运行。因此，在运行负载因场所而有差异时，与一个室内单元时相比，可高效地进行运 行。(2)在本实施方式中，作为膨胀机构，在室外单元2内设置有第一室外膨胀阀V2， 在室内单元3内设置有室内膨胀阀V6，但并不局限于这些膨胀阀，例如也可以是膨胀机等。(3)在本实施方式中，为了计算过冷度，在室外过冷却热交换器M和室内过冷却 热交换器32的入口和出口分别设置有温度传感器，但在制冷剂的入口侧也可设置压力传 感器，而不局限于温度传感器。即，在制冷运行时作为过冷却器起作用的室外过冷却热交换 器M的靠近制冷剂流动方向入口侧的温度传感器即第一室外过冷却温度传感器Tl、以及 在供暖运行时作为过冷却器起作用的室内过冷却热交换器32的靠近制冷剂流动方向入口 侧的温度传感器即第一室内过冷却温度传感器T3也可以是压力传感器。但是，当制冷运行 时的外部气体温度达到31°C以上时，是室内过冷却热交换器32而不是室外过冷却热交换 器M作为过冷却器起作用，因此，此时靠近制冷剂流动方向出口侧的第一室内过冷却温度传感器T3必须是温度传感器。因此，在本实施方式的情况下，仅可将第一室外过冷却温度 传感器Tl变更为压力传感器。另外，也可在各过冷却热交换器M、32的制冷剂的流动方向入口侧追加设置压力 传感器并与温度传感器一起使用。(4)在本实施方式中，是利用室外空气作为热源，但并不局限于此，也可利用水等 作为热源。(5)在本实施方式中，是在室外单元2内设置有四通切换阀VI、并可进行制冷运行 和供暖运行的空调装置1，但并不局限于此，也可像图4或图5那样，是没有四通切换阀的制 冷专用的空调装置Ib或者供暖专用的空调装置lc。在图4的制冷专用的空调装置Ib中，对第一室外膨胀阀V2和第二室外膨胀阀V3 进行控制，以在室外过冷却热交换器M中积存液体制冷剂。另外，与制冷专用的空调装置 Ib 一样，在图5的供暖专用的空调装置Ic中，对第一室外膨胀阀V2和第二室外膨胀阀V3 进行控制，以在室外过冷却热交换器M中积存液体制冷剂。(6)在本实施方式中，在室外单元2内设置有室外过冷却热交换器M，并在室内单 元3内设置有室内过冷却热交换器32，在制冷剂回路10内具有两个作为过冷却热交换器起 作用的设备，但并不局限于此，也可以像图6的空调装置Id那样，作为过冷却热交换器起作 用的设备是一个。在图6的空调装置Id中，室外过冷却热交换器M仅设置在室外单元2上，且夹着 室外过冷却热交换器M设置第一室外膨胀阀V2和第二室外膨胀阀V3以。在该空调装置 Id中，无论是在制冷运行时还是在供暖运行时，均对第一室外膨胀阀V2和第二室外膨胀阀 V3进行控制，以在室外过冷却热交换器M中积存液体制冷剂。工业上的可利用性本发明的空调装置通过对制冷剂的循环量进行调整，可将高压控制成最佳值，适 用于利用在超临界域内工作的超临界制冷剂、容易对超临界制冷剂的循环量进行调整的空
调装置等。
权利要求
1.一种制冷装置(1)，该制冷装置(1)利用在超临界区域内工作的制冷剂，其特征在 于，包括热源单元O)、利用单元(3)、以及控制部(5)，所述热源单元( 具有压缩所述制冷剂的压缩机(21)、使所述制冷剂与第一流体进 行热交换的热源侧热交换器(23)、可使所述制冷剂减压的第一膨胀机构(V2)、使所述制冷 剂进行热交换的热源侧辅助热交换器(M)、可使所述制冷剂减压的第二膨胀机构(V3)、以 及切换机构(VI)，该切换机构(Vl)可在第一状态与第二状态之间进行切换，所述利用单元C3)具有使所述制冷剂进行热交换的利用侧热交换器(31)、可使所述 制冷剂减压的第三膨胀机构(V6)、以及使所述制冷剂进行热交换的利用侧辅助热交换器 (32)，所述第一状态是指在所述利用侧热交换器中进行热交换后的所述制冷剂流入所述压 缩机、且被所述压缩机压缩后的所述制冷剂流入所述热源侧热交换器的状态，所述第二状 态是指在所述热源侧热交换器中进行热交换后的所述制冷剂流入所述压缩机、且被所述压 缩机压缩后的所述制冷剂流入所述利用侧热交换器的状态，所述控制部( 进行第一控制、第二控制和第三控制，所述第一控制是指在所述切换 机构处于所述第一状态且所述第一流体的温度未达到所述制冷剂的临界温度时，使所述热 源侧辅助热交换器作为过冷却器起作用，并对所述第一膨胀机构和所述第二膨胀机构进行 调整，以使液体状态的所述制冷剂积存在所述热源侧辅助热交换器中的控制；所述第二控 制是指在所述切换机构处于所述第一状态且所述第一流体的温度为所述制冷剂的临界温 度以上时，使所述利用侧辅助热交换器作为过冷却器起作用，并对所述第二膨胀机构和所 述第三膨胀机构进行调整，以使液体状态的所述制冷剂积存在所述利用侧辅助热交换器中 的控制；所述第三控制是指在所述切换机构处于所述第二状态时，使所述利用侧辅助热交 换器作为过冷却器起作用，并对所述第二膨胀机构和所述第三膨胀机构进行调整，以使液 体状态的所述制冷剂积存在所述利用侧辅助热交换器中的控制。
2.如权利要求1所述的制冷装置(1)，其特征在于，所述热源单元还具有热源侧过冷信息获取装置，该热源侧过冷信息获取装置可检测出 所述热源侧辅助热交换器的第一过冷度，所述利用单元还具有利用侧过冷信息获取装置，该利用侧过冷信息获取装置可检测出 所述利用侧辅助热交换器的第二过冷度，基于所述第一过冷度来进行所述第一控制，基于所述第二过冷度来进行所述第二控制和所述第三控制。
3.如权利要求2所述的制冷装置(1)，其特征在于，所述热源侧过冷信息获取装置由在 所述热源侧辅助热交换器中可检测出制冷剂入口温度的第一入口温度传感器(Tl)、以及可 检测出所述热源侧辅助热交换器的制冷剂出口温度的第一出口温度传感器0 构成。
4.如权利要求2或3所述的制冷装置(1)，其特征在于，所述利用侧过冷信息获取装置 由在所述利用侧辅助热交换器中可检测出制冷剂入口温度的第二入口温度传感器、以及可 检测出所述利用侧辅助热交换器的制冷剂出口温度的第二出口温度传感器构成。
5.如权利要求1至3中任一项所述的制冷装置(1)，其特征在于，所述制冷剂是二氧化 碳制冷剂。
全文摘要
一种空调装置，利用超临界制冷剂，容易对制冷剂的循环量进行调整。制冷装置(1b)是一种利用在超临界区域内工作的制冷剂的制冷装置，包括压缩机(21)、第一热交换器(23)、第一膨胀机构(V2)、过冷却热交换器(24)、第二膨胀机构(V3)、第二热交换器(31)、以及控制部(5)。压缩机压缩制冷剂。第一热交换器对被压缩机压缩后的高压的制冷剂进行冷却。第一膨胀机构使制冷剂减压至临界压力以下。过冷却热交换器对被第一膨胀机构减压后的制冷剂进行过冷却。第二膨胀机构使被过冷却热交换器冷却后的制冷剂减压至低压。第二热交换器对被第二膨胀机构减压后的制冷剂进行加热。控制部进行第一控制，对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行调整，以在过冷却热交换器中积存液体制冷剂。
文档编号F25B49/02GK102095267SQ20111004654
公开日2011年6月15日 申请日期2007年11月7日 优先权日2006年11月13日
发明者濑户口隆之 申请人:大金工业株式会社