特許 6136404 空調装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6136404

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】空調装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/10 20060101AFI20170522BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/10 B

   F25B1/10 E

   F25B1/00 361Z

   F25B1/00 311C

   F25B1/00 101Z

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-53268(P2013-53268)

(22)【出願日】2013年3月15日

(65)【公開番号】特開2014-178079(P2014-178079A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2016年2月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100155767

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 憲志

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 義実

【審査官】 鈴木 充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１７０４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２１８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７０７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５５６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３０７７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４４９７１（ＪＰ，Ａ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１吸入口および第１吐出口を有し、前記第１吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して前記第１吐出口から吐出する第１圧縮部と、
第２吸入口および第２吐出口を有し、前記第２吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して前記第２吐出口から吐出する第２圧縮部と、
前記第２圧縮部内に形成された圧縮室と前記第２吸入口とを結ぶ通路に設けられ、前記第２吸入口から前記圧縮室に向かうガス冷媒の流れを許容しその反対の流れを遮断するリード弁と、
前記第１吐出口に接続され、前記第１吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第１吐出配管と、
前記第２吐出口に接続され、前記第２吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第２吐出配管と、
前記第１吐出配管および前記第２吐出配管を流れる冷媒が流入されるとともに流入された冷媒を凝縮するよう構成される凝縮器と、
前記凝縮器から流出した冷媒を蒸発するよう構成される蒸発器と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する中間配管と、
前記蒸発器から流出した冷媒を前記第１吸入口に導くよう構成された第１吸入配管と、
前記蒸発器から流出した冷媒を前記第２吸入口に導くよう構成された第２吸入配管と、
前記第１吐出配管と前記第２吸入配管とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管の途中に介装されたバイパス弁と、
前記中間配管と前記バイパス配管とを接続するインジェクション配管と、
前記インジェクション配管の途中に介装されたインジェクション弁と、
定格容量に対する運転容量の比率を表す運転容量比が予め定められた閾値よりも大きいときに前記バイパス弁および前記インジェクション弁が閉弁し、前記運転容量比が前記閾値以下であるときに前記バイパス弁および前記インジェクション弁が開弁するように、前記バイパス弁の動作および前記インジェクション弁の動作を制御する弁制御部と、
を備える、空調装置。

【請求項2】

請求項１に記載の空調装置において、
前記弁制御部は、前記運転容量比が前記閾値以下であるときに、前記バイパス配管内を流れる冷媒の圧力に基づいて、前記インジェクション弁の開度を制御する、空調装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の空調機において、
前記閾値が５０％である、空調装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、２つの圧縮機が直列接続されてなる２段圧縮機構を有する空調装置が知られている。特許文献１は、低段側圧縮機および高段側圧縮機を備え、両方の圧縮機を駆動させた二段圧縮運転と、高段側圧縮機を停止させ低段側圧縮機のみを駆動させた単段圧縮運転とが切り換えられるように構成される空調装置を開示する。この空調装置は、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機の吸入口とを接続する直列接続配管と、高段側圧縮機の吐出口に接続された吐出配管と、直列接続配管と吐出配管とを接続するバイパス配管とを備える。二段圧縮運転時には、まず低段側圧縮機で冷媒が圧縮される。低段側圧縮機で圧縮された冷媒は直列接続配管を通って高段側圧縮機に吸入され、この高段側圧縮機でさらに圧縮される。そして、高段側圧縮機で圧縮された冷媒が吐出配管に吐出される。一方、単段圧縮運転時には、低段側圧縮機で圧縮された冷媒がバイパス配管を通って高段側圧縮機をバイパスする。高段側圧縮機をバイパスした冷媒はそのまま吐出配管に吐出される。

【0003】

特許文献２は、低段側圧縮機としての第１圧縮機構部および第２圧縮機構部と、高段側圧縮機としての第３圧縮機構部とにより２段圧縮機構が構成される空調装置を開示する。低段側圧縮機と高段側圧縮機は常時直列接続される。また、空調状態に応じて、第１圧縮機構部と第２圧縮機構部との接続状態が変化される。例えば、冷房時には第１圧縮機構部と第２圧縮機構部が直列接続され、暖房時には第１圧縮機構部と第２圧縮機構部が並列接続される。

【0004】

空調装置が２段圧縮機構を有する場合、凝縮器から流出された冷媒のうちのガス冷媒を高段側圧縮部の吸入口に流すための冷媒配管（インジェクション配管）を設けることにより、効率的な空調運転を行うことができる。特許文献１および特許文献２に記載の空調装置もインジェクション配管が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−１０２８２号公報

【特許文献2】特開２０１０−１５６４９９号公報

【発明の概要】

【0006】

（発明が解決しようとする課題）

【0007】

ところで、空調装置の効率を表す指標として、従来ではＣＯＰ（エネルギー消費効率：Coefficient of performance）が用いられてきた。ＣＯＰは、定格運転時の圧縮機動力（消費動力）に対する冷暖房能力を表す（ＣＯＰ＝定格運転時冷暖房能力／定格運転時圧縮機動力）。つまり、ＣＯＰは、定格運転時の性能を表すにすぎない。しかし、実際には外気温度の変化等によって、必要な運転容量は変化する。そこで、実際の使用時に近い状態での評価を行うため、近年ではＣＯＰに代わり、ＡＰＦが用いられるようになっている。ＡＰＦ（通年エネルギー消費効率：Annual performance Factor）は、１年を通して空調装置を使用した場合における、圧縮機動力（消費動力）に対する冷暖房能力を表す（ＡＰＦ＝１年で発揮した冷暖房能力／１年で消費した圧縮機動力）。

【0008】

１年を通じて空調装置の運転状況を見ると、定格運転（全負荷運転）時間よりも、むしろ部分負荷運転（低負荷運転）時間の方が長い。したがって、ＡＰＦの向上を図る上で、部分負荷運転での効率（部分負荷効率）を向上させることが有効である。この場合、空調装置に２段圧縮機構を設け、部分負荷運転時にインジェクション配管に冷媒を流すことにより、部分負荷効率を向上させることができる。

【0009】

また、２段圧縮機構は上述したように低段側圧縮機と高段側圧縮機とを直列接続して構成されているので、２台の圧縮部を有しているといえども、１台の圧縮部しか有していない圧縮機構と比較して冷媒の吐出流量が増加するわけではない。したがって、要求されている空調負荷が大きくなって、運転容量を増大させるために冷媒の流量を増加させる必要性が生じた場合には、例えば圧縮機回転数を増加させなければならない。しかしながら、圧縮機の回転数の増加には限界があるので、十分な流量の冷媒を冷媒回路に流すことが困難な場合が予想される。特に、圧縮機がエンジンで駆動される方式の空調装置（エンジン駆動式空調装置）である場合、圧縮機回転数がエンジン回転数に依存する。このためエンジンの上限回転数以上に圧縮機回転数を上げることができない。つまり、従来の２段圧縮機構を有する空調装置は、運転容量の小さい部分負荷運転時等にインジェクション配管に冷媒を流すことによって部分負荷効率を高めることはできるが、運転容量の大きい全負荷運転時（定格運転時）に十分な流量の冷媒を冷媒回路に流すことができないおそれがある。

【0010】

本発明は、運転容量の小さい部分負荷運転時等にインジェクション配管に冷媒を流すことにより部分負荷効率の向上を図ることができるとともに、運転容量の大きい全負荷運転時等には十分な流量の冷媒を冷媒回路に流すことができる空調装置を提供することを目的とする。

【0011】

（課題を解決するための手段）
本発明は、第１吸入口および第１吐出口を有し、第１吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第１吐出口から吐出する第１圧縮部と、第２吸入口および第２吐出口を有し、第２吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第２吐出口から吐出する第２圧縮部と、第２圧縮部内に形成された圧縮室と第２吸入口とを結ぶ通路に設けられ、第２吸入口から圧縮室に向かうガス冷媒の流れを許容しその反対の流れを遮断するリード弁と、第１吐出口に接続され、第１吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第１吐出配管と、第２吐出口に接続され、第２吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第２吐出配管と、第１吐出配管および第２吐出配管を流れる冷媒が流入されるとともに流入された冷媒を凝縮するよう構成される凝縮器と、凝縮器から流出した冷媒を蒸発するよう構成される蒸発器と、凝縮器と蒸発器とを接続する中間配管と、蒸発器から流出した冷媒を第１吸入口に導くよう構成された第１吸入配管と、蒸発器から流出した冷媒を第２吸入口に導くよう構成された第２吸入配管と、第１吐出配管と第２吸入配管とを接続するバイパス配管と、バイパス配管の途中に介装されたバイパス弁と、中間配管とバイパス配管とを接続するインジェクション配管と、インジェクション配管の途中に介装されたインジェクション弁と、定格容量に対する運転容量の比率を表す運転容量比が予め定められた閾値よりも大きいときにバイパス弁およびインジェクション弁が閉弁し、運転容量比が閾値以下であるときにバイパス弁およびインジェクション弁が開弁するように、バイパス弁の動作およびインジェクション弁の動作を制御する弁制御部と、を備える、空調機を提供する。

【0012】

本発明によれば、定格容量に対する運転容量の比率（運転容量比）が所定の閾値よりも大きいとき、つまり運転容量が大きいときに、バイパス弁およびインジェクション弁が閉弁する。このためバイパス配管およびインジェクション配管が閉鎖される。よって、第１圧縮部の吐出口から第１吐出配管に吐出された冷媒は、バイパス配管に流れることなく凝縮器側に流入する。また、第２圧縮部の吐出口から第２吐出配管に吐出された冷媒も凝縮器側に流入する。すなわち、運転容量が大きいときには、第１圧縮部と第２圧縮部が並列接続され、それぞれの圧縮部が冷媒を吐出する。つまり、１台の圧縮部が冷媒を吐出する場合と比較して、冷媒の吐出量が２倍にされる。このため例えば運転容量の大きい全負荷容量運転時等に十分な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。

【0013】

一方、運転容量比が所定の閾値以下であるとき、つまり運転容量が小さいときに、バイパス弁およびインジェクション弁が開弁する。バイパス弁が開弁することにより、第１圧縮部で圧縮された冷媒がバイパス配管を通って第２圧縮部の吸入口から第２圧縮部に吸入される。すなわち、運転容量が小さいときは、第１圧縮部と第２圧縮部が直列接続される。また、インジェクション弁が開弁することにより、凝縮器から流出した冷媒がインジェクション配管を流れる。インジェクション配管を流れた冷媒はインジェクション配管からバイパス配管に流れ、さらに第２圧縮部に吸入される。このように、運転容量が所定の閾値以下の部分負荷運転時に冷媒をインジェクションすることで、部分負荷効率を高めることができる。また、運転容量が小さいときは、冷媒回路に流す冷媒流量がさほど多くない。このため圧縮部を直列接続しても、十分に必要な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。

【0014】

本発明において、「運転容量」とは、空調負荷に応じて空調装置に要求される能力（熱量）を表し、その単位はｋＷである。運転容量は、例えば室内空調する場合における室内温度と設定温度との差、外気温度、冷媒回路内を流れる冷媒の圧力や温度等に基づいて求めることができる。

【0015】

前記弁制御部は、運転容量比が閾値以下であるときに、バイパス配管内を流れる冷媒の圧力に基づいて、インジェクション弁の開度を制御するのがよい。これによれば、第１圧縮部と第２圧縮部が直列接続されているときに、バイパス配管内を流れる冷媒の圧力（中間圧力）に基づいてインジェクション弁の開度を制御することにより、インジェクション配管内を流れる冷媒の流量が最適化される。このため運転容量比が所定の閾値以下である部分負荷運転時の効率をより高めることができる。

【0016】

また、前記閾値は５０％であるのがよい。運転容量比が５０％以下である部分負荷運転時間は、１年を通じた空調装置の運転時間の半分以上を占める。したがって、運転容量比が５０％以下であるときに２つの圧縮部を直列接続するとともにインジェクション配管に冷媒を流すことによって、運転容量比が５０％以下の場合の効率が高められ、ひいてはＡＰＦを大きく向上させることができる。

【0017】

また、本発明の空調装置は、インジェクション配管を流れる冷媒を加熱して蒸発させるためのサブ熱交換器を備えるとよい。また、本発明の空調装置は、第１圧縮部および第２圧縮部を駆動させるエンジンを備えるエンジン駆動式空調装置であるのがよい。そして、サブ熱交換器では、エンジンを冷却した冷却水（エンジン冷却水）とインジェクション配管を流れる冷媒とを熱交換させるとよい。この場合において、弁制御部は、暖房時の運転容量比が閾値以下であるときに、バイパス弁およびインジェクション弁が開弁するように、バイパス弁の動作およびインジェクション弁の動作を制御するとよい。これによれば、暖房運転中であって運転容量比が５０％以下の部分負荷運転時における効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係る空調装置の構成を示す概略図である。

【図2】制御装置が暖房運転中にバイパス弁およびインジェクション弁の動作を制御するために実行する弁制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図3】バイパス弁およびインジェクション弁が閉弁している状態で暖房運転している場合における、圧縮ユニット内の冷媒の流れを示す図である。

【図4】バイパス弁およびインジェクション弁が開弁している状態で暖房運転している場合における、ｐ−ｈ線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。

【図5】バイパス弁とインジェクション弁が閉弁している状態で空調装置が暖房運転を実施している場合における、ｐ−ｈ線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。

【図6】バイパス弁とインジェクション弁が開弁している状態で暖房運転している場合における、ｐ−ｈ線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。

【図7】インジェクション弁の開度を制御するために制御装置が実行する開度制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図8】本実施形態で用いたスクロール圧縮機の部分概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る空調装置１の構成を示す概略図である。この空調装置１は、ガスエンジンＥＧにより駆動するエンジン駆動式空調装置である。図１に示すように、この空調装置１は、圧縮ユニット１０と、室内に設置される室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂと、室外に設置される室外熱交換器３０と、冷媒を膨張させる膨張弁４０と、四方切換弁５０と、冷媒を気液分離させるアキュムレータ６０と、サブ熱交換器７０と、制御装置８０と、ガスエンジンＥＧとを備える。

【0020】

圧縮ユニット１０は、第１圧縮部１１と、第２圧縮部１２とを備える。第１圧縮部１１と第２圧縮部１２は、ガスエンジンＥＧの駆動力により駆動される。第１圧縮部１１は第１吸入口１１ａと第１吐出口１１ｂとを有し、第１吸入口１１ａから冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して第１吐出口１１ｂから吐出する。第２圧縮部１２は第２吸入口１２ａと第２吐出口１２ｂとを有し、第２吸入口１２ａから冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して第２吐出口１２ｂから吐出する。

【0021】

第１吐出口１１ｂに第１吐出配管１３１の一方端が接続され、第２吐出口１２ｂに第２吐出配管１３２の一方端が接続される。第１吐出配管１３１の他方端および第２吐出配管１３２の他方端は図１の点Ａで合流するとともに第１配管９１の一方端に接続される。また、第１吸入口１１ａに第１吸入配管１４１の一方端が接続され、第２吸入口１２ａに第２吸入配管１４２の一方端が接続される。第１吸入配管１４１と第２吸入配管１４２は図１の点Ｂで合流するとともに第５配管９５の一方端に接続される。

【0022】

第１吐出配管１３１と第２吸入配管１４２がバイパス配管１５１で接続される。このバイパス配管１５１の途中にバイパス弁１５２が介装される。また、バイパス配管１５１に中間圧力センサ１５３が取付けられる。中間圧力センサ１５３はバイパス配管１５１を流れるガス冷媒の圧力（中間圧力）Ｐｍを検出する。

【0023】

第１吐出配管１３１の途中に第１逆止弁１６１が介装される。第１逆止弁１６１により、第１圧縮部１１の第１吐出口１１ｂから点Ａに向かう冷媒の流れが許容され、その反対方向に向かう冷媒の流れが遮断される。また、第２吸入配管１４２の途中に第２逆止弁１６２が介装される。第２逆止弁１６２により、点Ｂから第２圧縮部１２の第２吸入口１２ａに向かう冷媒の流れが許容され、その反対方向に向かう冷媒の流れが遮断される。

【0024】

第２吸入配管１４２の途中であって、バイパス配管１５１が連通する部分よりも下流側（第２吸入口１２ａ側）の位置に、温度センサ１７１が取付けられる。温度センサ１７１は、第２吸入配管１４２を通って第２吸入口１２ａから第２圧縮部１２に吸入されるガス冷媒の温度Ｔｓを検出する。

【0025】

点Ａで第１吐出配管１３１と第２吐出配管１３２に接続した第１配管９１の途中に吐出圧力センサ１７２が取付けられる。吐出圧力センサ１７２は、第１配管９１を流れるガス冷媒の圧力（吐出圧力）Ｐｄを検出する。また、点Ｂで第１吸入配管１４１と第２吸入配管１４２に接続した第５配管９５の途中に吸入圧力センサ１７３が取付けられる。吸入圧力センサ１７３は、第５配管９５を流れるガス冷媒の圧力（吸入圧力）Ｐｓを検出する。

【0026】

また、第１配管９１の他方端は四方切換弁５０に接続される。四方切換弁５０は図１に示すように４つのポート（第１ポート５１、第２ポート５２、第３ポート５３、第４ポート５４）を有する。四方切換弁５０は、第１ポート５１が第２ポート５２に接続され且つ第３ポート５３が第４ポート５４に接続される暖房接続状態と、第１ポート５１が第３ポート５３に接続され且つ第２ポート５２が第４ポート５４に接続される冷房接続状態とに、その接続状態を切り換えることができるように構成される。上述の第１配管９１は四方切換弁５０の第１ポート５１に接続される。第２ポート５２には第２配管９２の一方端が接続される。第３ポート５３には第３配管９３の一方端が接続され、第４ポート５４には第４配管９４の一方端が接続される。

【0027】

第２配管９２の他方端側は分岐し、一方の分岐管に室内熱交換器２０Ａが接続され、他方の分岐管に室内熱交換器２０Ｂが接続される。各分岐管にはそれぞれ流量制御弁２１Ａ，２１Ｂが設けられている。また、第３配管９３の他方端に室外熱交換器３０が接続される。室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂと室外熱交換器３０とは中間配管９６で接続される。室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂは、第２配管９２または中間配管９６から内部に冷媒を流入するとともに、流入した冷媒と周囲空気とを熱交換させる。室外熱交換器３０は、中間配管９６または第３配管９３から内部に冷媒を流入するとともに、流入した冷媒と外気とを熱交換させる。図１からわかるように、中間配管９６の途中に膨張弁４０が介装される。膨張弁４０はそこを通る冷媒を膨張させる。

【0028】

第４配管９４の他方端はアキュムレータ６０に接続される。アキュムレータ６０はそこに流入した冷媒を気液分離する。アキュムレータ６０で気液分離された冷媒のうちのガス冷媒が第５配管９５を流れる。

【0029】

また、図１に示すように、中間配管９６の途中の部分であって膨張弁４０が介装されている部分よりも室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂ寄りの部分にインジェクション配管９７の一方端が連通する。このインジェクション配管９７の他方端は、バイパス配管１５１に連通する。つまり、中間配管９６とバイパス配管１５１がインジェクション配管９７で接続される。インジェクション配管９７の途中にインジェクション弁９８が介装される。インジェクション弁９８は開度が可変の流量調節弁である。したがって、インジェクション弁９８の開度を変化させることによりインジェクション配管９７内を流れる冷媒の流量が変化される。また、インジェクション配管９７の途中にサブ熱交換器７０が介装される。サブ熱交換器７０には、インジェクション配管９７を流れる冷媒が流入する。サブ熱交換器７０に流入した冷媒は、ガスエンジンＥＧを冷却した冷却水と熱交換する。このサブ熱交換器７０によって、インジェクション配管９７を流れる冷媒のうち液冷媒が蒸発される。

【0030】

制御装置８０は、各センサ（温度センサ１７１、中間圧力センサ１５３、吐出圧力センサ１７２、吸入圧力センサ１７３等）が検出した情報を入力する。また、制御装置８０はバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８に電気的に接続されていて、各種センサから入力した情報等に基づいて、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８の開閉状態や開度を制御する。

【0031】

次に、この空調装置１の空調運転（暖房運転、冷房運転）について簡単に説明する。まず、暖房運転について説明する。なお、暖房時には四方切換弁５０が暖房接続状態にされる。暖房時に圧縮ユニット１０が作動すると、圧縮ユニット１０で圧縮された高圧ガス冷媒が第１配管９１に吐出される。第１配管９１に吐出された高圧ガス冷媒は第１ポート５１から四方切換弁５０に入る。暖房時には四方切換弁５０の第１ポート５１が第２ポート５２に接続されており、第２ポート５２は第２配管９２に接続されているので、第１ポート５１から四方切換弁５０に入った高圧ガス冷媒は第２ポート５２から四方切換弁５０を出るとともに第２配管９２内を流れて室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂに流入する。室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂに流入した高圧ガス冷媒は室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂ内を流通する間に室内空気に熱を吐き出して凝縮する。このとき高圧ガス冷媒から吐き出された熱によって室内空気が暖められて、室内暖房される。

【0032】

室内空気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化して室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂから流出し、中間配管９６を流れる。そして、膨張弁４０で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化された後に室外熱交換器３０に流入する。室外熱交換器３０に流入した冷媒は室外熱交換器３０内を流通する間に外気の熱を奪って蒸発する。

【0033】

外気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化して室外熱交換器３０から流出し、第３配管９３を流れる。そして、第３ポート５３から四方切換弁５０に入る。暖房時には四方切換弁５０の第３ポート５３は第４ポートに接続されており、第４ポート５４は第４配管に接続されているので、第３ポート５３から四方切換弁５０に入った冷媒は第４ポート５４から四方切換弁５０を出て第４配管９４に流れる。そして、第４配管９４からアキュムレータ６０に流入する。アキュムレータ６０では冷媒が液冷媒と低圧のガス冷媒とに分離される。そして、低圧ガス冷媒のみが第５配管９５を流れて圧縮ユニット１０に帰還する。

【0034】

次に、冷房運転について説明する。なお、冷房時には四方切換弁５０が冷房接続状態にされる。冷房時に圧縮ユニット１０が作動すると、圧縮された高圧ガス冷媒が圧縮ユニット１０から第１配管９１に吐出される。第１配管９１に吐出された高圧ガス冷媒は第１ポート５１から四方切換弁５０に入る。冷房時には四方切換弁５０の第１ポート５１が第３ポートに接続されており、第３ポート５３は第３配管９３に接続されているので、第１ポート５１から四方切換弁５０に入ったガス冷媒は第３ポート５３から四方切換弁５０を出て第３配管９３を流れ、室外熱交換器３０に流入する。室外熱交換器３０に流入した高圧ガス冷媒は室外熱交換器３０内を流通する間に外気に熱を吐き出して凝縮する。

【0035】

外気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化して室外熱交換器３０から流出されて中間配管９６を流れる。そして、膨張弁４０で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化された後に室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂに流入する。室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂに流入した冷媒は室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂ内を流通する間に室内空気の熱を奪って蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされて、室内冷房される。

【0036】

室内空気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化して室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂから流出し、第２配管９２を流れる。そして、第２ポート５２から四方切換弁５０に入る。冷房時には四方切換弁５０の第２ポート５２は第４ポート５４に接続されており、第４ポート５４は第４配管９４に接続されているので、第３ポート５３から四方切換弁５０に入った冷媒は第４ポート５４から四方切換弁５０を出て第４配管９４に流れる。そして、第４配管９４からアキュムレータ６０に流入する。アキュムレータ６０では冷媒が液冷媒と低圧のガス冷媒とに分離される。そして、低圧ガス冷媒のみが第５配管９５を流れて圧縮ユニット１０に帰還する。

【0037】

このように、暖房時には、室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂが凝縮器となり室外熱交換器３０が蒸発器となる。一方、冷房時には、室外熱交換器３０が凝縮器となり、室内熱交換器２０Ａ、２０Ｂが凝縮器となる。なお、本実施形態では、圧縮ユニット１０から吐出した冷媒が圧縮ユニット１０に帰還するまでに流れた部分を冷媒回路と呼ぶ。したがって、圧縮ユニット１０から吐出された冷媒は冷媒回路を流れて圧縮ユニット１０に帰還する。冷媒が冷媒回路を流れることによって空調（冷暖房）が行われる。

【0038】

暖房運転中、制御装置８０は、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８の動作（開閉状態および開度）を制御する。図２は、制御装置８０が暖房運転中にバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８の動作を制御するために実行する弁制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、暖房運転中に所定の微小間隔ごとに実行される。

【0039】

弁制御ルーチンが起動すると、制御装置８０は、まず図２のステップ（以下、ステップをＳと略記する）１０にて運転容量比Ｒを計算する。運転容量比Ｒとは、空調装置の定格容量Ｖｍａｘ（ｋＷ）に対する運転容量Ｖ（ｋＷ）の比（Ｖ／Ｖｍａｘ）の百分率を表す（なお、容量を能力と称する場合もある）。運転容量Ｖは、空調負荷（暖房負荷）に応じて空調装置１に要求される運転容量（能力）である。例えば、運転容量比Ｒが５０％という場合、空調装置１は、定格容量の５０％の運転容量を発揮するように運転される。運転容量Ｖは、吐出圧力センサ１７２により検出された吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力センサ１７３により検出された吸入圧力Ｐｓ、空調する空間の温度、設定温度等に基づいて算出される。

【0040】

次いで、制御装置８０は、計算した運転容量比Ｒが５０％以下であるか否かを判断する（Ｓ１１）。運転容量比Ｒが５０％を越えている場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、制御装置８０はＳ１３に処理を進め、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８に閉作動信号を出力する。これによりバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が閉作動する。なお、既にバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が閉弁している場合は、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８は閉状態を維持する。制御装置８０はＳ１３にてバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８に閉作動信号を出力した後に、この制御ルーチンを終了する。

【0041】

図３は、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が閉弁している場合における、圧縮ユニット１０内の冷媒の流れを示す図である。バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が閉弁している場合、バイパス配管１５１およびインジェクション配管９７が閉鎖される。

【0042】

この場合、第５配管９５を流れる冷媒は点Ｂで第１吸入配管１４１を流れる冷媒と第２吸入配管１４２を流れる冷媒に分岐する。第１吸入配管１４１を流れる冷媒は第１吸入口１１ａから第１圧縮部１１に吸入され、第１圧縮部１１の内部で圧縮され、第１圧縮部１１の第１吐出口１１ｂから第１吐出配管１３１に吐出される。第１圧縮部１１の吐出口１１ｂから第１吐出配管１３１に吐出された冷媒は、バイパス配管１５１に流れることなく図１の点Ａに向かう。

【0043】

一方、第２吸入配管１４２を流れる冷媒は第２吸入口１２ａから第２圧縮部１２に吸入され、第２圧縮部１２の内部で圧縮され、第２圧縮部１２の第２吐出口１２ｂから第２吐出配管１３２に吐出される。第２吐出配管１３２に吐出された冷媒は図１の点Ａに向かう。

【0044】

第１圧縮部１１から第１吐出配管１３１に吐出された冷媒と第２圧縮部１２から第２吐出配管１３２に吐出された冷媒は点Ａで合流して第１配管９１に流れ、さらに四方切換弁５０、第２配管９２を通って室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂ（凝縮器）に流入する。すなわち、運転容量比Ｒが５０％を越えるようなとき、つまり必要な運転容量が大きい高部分負荷運転時あるいは全負荷運転時には、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が並列接続され、それぞれの圧縮部が冷媒を吐出する。

【0045】

第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が並列接続された状態で両圧縮部が駆動している場合は、圧縮部が１台の場合と比較して冷媒ガスの圧縮容積（圧縮部内における冷媒ガスの排除容積）が２倍となる。そのため一度の圧縮過程で圧縮ユニット１０から吐き出される冷媒ガス量が多い。よって、圧縮ユニット１０から冷媒回路内に十分な量の冷媒を流すことができるので、冷媒流量の不足に起因した空調能力不足の発生を回避できる。

【0046】

また、制御装置８０は、図２のＳ１１にて運転容量比Ｒが５０％以下であると判断した場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、Ｓ１２に処理を進める。運転容量比Ｒが５０％以下であるような場合は、例えば流量制御弁２１Ｂが閉鎖し、室内熱交換器２０Ｂに冷媒が流れず室内熱交換器２０Ａのみに冷媒が流れるような部分負荷運転を実施するような場合である。このような場合、制御装置８０は、Ｓ１２にて、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８に開作動信号を出力する。これによりバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が開作動する。なお、既にバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が開弁している場合は、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８は開状態を維持する。制御装置はＳ１２にてバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８に開作動信号を出力した後に、この制御ルーチンを終了する。

【0047】

図４は、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が開弁している場合における、圧縮ユニット１０内の冷媒の流れを示す図である。バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が開弁すると、バイパス配管１５１によって第１圧縮部１１の第１吐出口１１ｂと第２圧縮部１２の第２吸入口１２ａが連通する。このため第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が直列接続される。この場合、第１圧縮部１１が低段側圧縮機となり、第２圧縮部１２が高段側圧縮機となる。したがって、第５配管９５を流れる冷媒は点Ｂから第１吸入配管１４１を流れ、まず第１圧縮部１１に吸入される。第１圧縮部１１に吸収された冷媒は中間圧まで圧縮されてから第１吐出配管１３１に吐出される。第１吐出配管１３１に吐出された冷媒はバイパス配管１５１を流れ、さらに第２吸入配管１４２に入る。そして、第２圧縮部１２に吸入され、第２圧縮部１２で高圧まで圧縮されてから第２吐出配管１３２に吐出される。その後、点Ａから第１配管９１に流れる。このように、運転容量比Ｒが５０％以下の低部分負荷運転時には、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が直列接続され、冷媒は圧縮ユニット１０によって２段階に圧縮される。

【0048】

また、インジェクション弁９８が開弁しているため、バイパス配管１５１と中間配管９６がインジェクション配管９７で連通される。このため室内熱交換器（凝縮器）２０Ａ，２０Ｂから流出した冷媒の一部がインジェクション配管９７を流れる。そして、インジェクション配管９７の途中に介装されたサブ熱交換器７０を通過することによってエンジン冷却水と熱交換する。これにより、インジェクション配管９７を流れる冷媒のうち液冷媒が蒸発する。

【0049】

サブ熱交換器７０を通過したガス冷媒はインジェクション配管９７からバイパス配管１５１に流れる。そして、第１圧縮部１１で中間圧に昇圧されたガス冷媒と合流し、第２圧縮部１２に吸入される。

【0050】

このように、本実施形態によれば、運転容量比Ｒが５０％を越えている高部分負荷運転時あるいは全負荷容量運転時には、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が並列接続され、運転容量比Ｒが５０％以下である低部分負荷運転時には、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が直列接続されるとともに、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２との間にガス冷媒がインジェクションされる。

【0051】

図５は、バイパス弁１５２とインジェクション弁９８が閉弁している状態、すなわち第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が並列接続された状態で空調装置１が暖房運転を実施している場合における、ｐ−ｈ線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。図５において、圧縮ユニット１０に供給される直前の低圧ガス冷媒は点Ａに示す位置で表わされる。冷媒が圧縮ユニット１０に供給されて圧縮されると、点Ａに示す位置で表わされる低圧ガス冷媒が点Ｂに示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒に状態変化する。点Ａに示す位置から点Ｂに示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Ｌが、圧縮ユニット１０の仕事量（圧縮機動力）に相当する。

【0052】

また、点Ｂに示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒が室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂで凝縮されることにより、点Ｃに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒に変化する。点Ｂに示す位置から点Ｃに示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Φが、実際に室内熱交換器２０Ａ,２０Ｂで熱交換された熱交換量、すなわち空調装置１が発揮した暖房能力（運転容量）に相当する。ＬとΦとの比（Φ／Ｌ）により効率が表わされる。

【0053】

また、点Ｃに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒が膨張弁４０で膨張されることにより、点Ｄに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒に状態変化する。そして、点Ｄに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒が室外熱交換器３０で蒸発されることにより、点Ａに示す低圧ガス冷媒に状態変化する。このような冷凍サイクルが繰り返されることにより暖房運転が継続される。

【0054】

図６は、バイパス弁１５２とインジェクション弁９８が開弁している状態、すなわち第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が直列接続され、且つインジェクション配管９７に冷媒が流れている状態で暖房運転している場合における、ｐ−ｈ線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。図６において、圧縮ユニット１０に供給される直前の低圧ガス冷媒は点Ａに示す位置で表わされる。点Ａに示す位置で表わされる冷媒は、まず第１圧縮部１１で圧縮されることにより、点Ｂ１に示す位置で表わされる中圧ガス冷媒に状態変化する。点Ａに示す位置から点Ｂ１に示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Ｌ１が、第１圧縮部１１の仕事量（圧縮動力）に相当する。

【0055】

また、第１圧縮部１１で圧縮された冷媒は、バイパス配管１５１内でインジェクション配管９７から流入されるガス冷媒と合流されるが、このときインジェクション配管９７から流入するガス冷媒で冷却されることにより比エンタルピが低下する。したがって、点Ｂ１に示す位置で表わされる中圧ガス冷媒は、インジェクション配管９７からの冷媒と合流することにより点Ｂ２に示す位置まで状態変化する。つまり、圧力が変化しないまま、温度が若干低下する。

【0056】

また、点Ｂ２に示す位置で表わされる中圧ガス冷媒は、その後に第２圧縮部１２で圧縮されることにより、点Ｂ３に示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒に状態変化する。点Ｂ２に示す位置から点Ｂ３に示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Ｌ２が、第２圧縮部１２の仕事量（圧縮動力）に相当する。

【0057】

また、点Ｂ３に示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒が室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂ内で凝縮されることにより、点Ｃに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒に変化する。点Ｂ３に示す位置から点Ｃに示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Φが、実際に室内熱交換器２０Ａ,２０Ｂで熱交換された熱交換量、すなわち空調装置１が発揮した暖房能力（運転容量）に相当する。Ｌ１，Ｌ２およびΦにより効率が表わされる。

【0058】

また、点Ｃに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒の一部が、中間配管９６を流れる際の圧力損失によって若干圧力を低下させた点Ｃ’の位置で、インジェクション配管９７に流れる。インジェクション配管９７に流れた冷媒はサブ熱交換器７０で熱交換されることにより加熱されて蒸発した後に、第１圧縮部１１から吐出された冷媒（点Ｂ１に示す位置で表わされる冷媒）に合流する。一方、インジェクション配管９７に流れない冷媒は膨張弁４０で膨張されることにより、点Ｃ’に示す位置から点Ｄに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒に状態変化する。そして、点Ｄに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒が室外熱交換器３０で蒸発されることにより、点Ａに示す低圧ガス冷媒に状態変化する。このような冷凍サイクルが繰り返されることにより暖房運転が継続される。

【0059】

図６に示すように、バイパス弁１５２を開弁させて第１圧縮部１１と第２圧縮部１２とを直列接続させた場合、圧縮過程で冷媒が二段階に圧縮される。二段階目の圧縮開始時（点Ｂ２）の冷媒の状態は、一段階目の圧縮終了時（点Ｂ１）の冷媒の状態と異なる。具体的には、二段階目の圧縮開始時の冷媒の温度は、インジェクション配管９７から流入する冷媒に冷やされることによって、一段階目の圧縮終了時の冷媒の温度よりも低くされる。このため、二段階目の圧縮開始時の冷媒の状態を表す点（Ｂ２）を通過する等エントロピ線と一段階目の圧縮終了時の冷媒の状態を表す点（Ｂ１）を通過する等エントロピ線が異なる。この場合、図６からわかるように、二段階目の圧縮過程における比エンタルピに対する圧力上昇勾配が、一段階目の圧縮過程における比エンタルピに対する圧力上昇勾配よりも大きくなる。圧力上昇勾配が大きければ大きいほど、圧縮動力が少ない。つまり、冷媒ガスのインジェクションによる冷却効果によって、二段階目の圧縮時における圧縮機動力Ｌ２を大幅に減らすことができる。

【0060】

また、図６に示す場合においては、空調装置１の効率は、Ｌ１と、Ｌ２と、Φにより表わされる。また、第２圧縮部１２の圧縮機動力Ｌ２は第１圧縮部１１の圧縮機動力Ｌ１より、圧力差が小さいため、かなり小さい。第２圧縮部１２で圧縮される冷媒をより多くすれば、少ない圧縮機動力でより多くの冷媒を圧縮できることになり、効率を高めることができる。つまり、インジェクション配管９７に冷媒をより多く流すことによって、効率を高めることができる。

【0061】

また、図６に示す場合は、運転容量比Ｒが５０％以下の場合である。つまり、運転容量Ｖが少ない低部分負荷運転時に効率が高められている。１年を通して空調装置の運転状況を見た場合、運転容量比Ｒが５０％以下である低部分負荷運転時間が全運転時間の半分以上を占める。本実施形態によれば、運転容量比Ｒが５０％以下である場合における効率が高められるので、ＡＰＦを大きく向上させることができる。

【0062】

一方で、運転容量比Ｒが５０％を越える高部分負荷運転あるいは定格運転（全負荷運転）時には、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が並列接続されるために、圧縮ユニット１０から吐出される冷媒の流量を多くすることができる。このため、運転容量Ｖが大きいときに十分な量の冷媒を冷媒回路に流すことができ、冷媒流量の不足に起因した空調能力不足の発生を回避できる。

【0063】

ところで、インジェクション配管９７を流れる冷媒の流量（インジェクション流量）を多くすれば、一般的には効率の向上が期待できる。また、中間圧力Ｐｍが高過ぎるとインジェクション流量が減少するため第１圧縮部１１の動力低減効果が低下する。したがって、最も効率を高めることができるインジェクション流量および中間圧力Ｐｍが存在する。本実施形態では、運転容量比Ｒが５０％以下であるときに制御装置８０が中間圧力Ｐｍの大きさに基づいてインジェクション弁９８の開度を制御することによって、状況に応じて最適な冷媒流量をインジェクション配管９７に流すことができるようにされている。図７は、インジェクション弁９８の開度を制御するために制御装置８０が実行する開度制御ルーチンを示すフローチャートである。この開度制御ルーチンは、制御装置８０がインジェクション弁９８に開作動信号を出力したときに微小間隔ごとに実行される。

【0064】

開度制御ルーチンが起動すると、制御装置８０は、まず図７のＳ２１にて、目標中間圧力Ｐｍ＊を計算する。目標中間圧力Ｐｍ＊は、最も効率が高められるように設定されるバイパス配管１５１を流れる冷媒の圧力である。つまり、効率から見た中間圧力Ｐｍの最適値が目標中間圧力Ｐｍ＊である。この目標中間圧力Ｐｍ＊は、要求されている空調負荷、吸入圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄに基づいて算出される。本実施形態では、目標中間圧力Ｐｍ＊と、要求負荷量と、吸入圧力Ｐｓと、吐出圧力Ｐｄとの関係を示した目標中間圧力テーブルが制御装置８０に予め記憶されている。制御装置８０は、Ｓ２１にて、要求負荷量、吸入圧力Ｐｓおよび吐出圧力Ｐｄに基づいて、目標中間圧力テーブルから最適な目標中間圧力Ｐｍ＊を選択する。

【0065】

次いで、制御装置８０は、第２圧縮部１２に吸入される冷媒の過熱度ΔＴｓ（℃）を計算する（Ｓ２２）。過熱度ΔＴｓは、温度センサ１７１により検出される温度（第２圧縮部１２に吸入される冷媒の温度）Ｔｓと中間圧力センサ１５３により検出される中間圧力Ｐｍから求めることができる。この過熱度ΔＴｓは、図６の点Ｂ２の位置で表わされる冷媒が飽和蒸気圧曲線とどの程度離れているかを表す。過熱度ΔＴｓが小さいほど冷媒が飽和蒸気に近く、より湿りやすい。過熱度ΔＴｓが大きいほど冷媒の状態が飽和蒸気圧曲線から離れており、湿り難い。

【0066】

続いて、制御装置８０は、現在の中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊未満であるか否かを判断する（Ｓ２３）。中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊以上である場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、制御装置８０はＳ２５に処理を進め、中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊よりも大きいか否かを判断する。中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊よりも大きくない場合（Ｓ２５：Ｎｏ）、中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊と等しいということであり、この場合は制御装置８０はこのルーチンを終了する。一方、Ｓ２５にて中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊よりも大きいと判断した場合（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、制御装置８０は、開度減少信号をインジェクション弁９８に出力する（Ｓ２７）。これによりインジェクション弁９８の開度が減少されてインジェクション配管９７内を流れる冷媒の流量が減少するとともに、中間圧力Ｐｍが減少する。制御装置８０は、その後、このルーチンを終了する。

【0067】

また、Ｓ２３にて、中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊未満であると判断した場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、制御装置８０はＳ２４に処理を進め、過熱度ΔＴｓが５℃よりも大きいか否かを判断する。過熱度ΔＴｓが５℃以下である場合（Ｓ２４：Ｎｏ）は、第２圧縮部１２に吸入される冷媒が飽和蒸気に近い状態であることを表す。この場合、湿った冷媒が第２圧縮部１２に吸入されることを防止するために、制御装置８０はＳ２７に処理を進めて開度減少信号をインジェクション弁９８に出力する。これによりインジェクション弁９８の開度が減少されてインジェクション配管９７内を流れる冷媒の流量が減少するとともに中間圧力Ｐｍが減少する。また、インジェクション流量の減少によって、第２圧縮部１２に吸入される冷媒の冷却が抑えられるため過熱度ΔＴｓの極端な減少が抑えられ、その結果、第２圧縮部１２に湿った冷媒が吸入されることが効果的に防止される。その後、制御装置８０はこのルーチンを終了する。

【0068】

Ｓ２４にて過熱度ΔＴｓが５℃よりも大きいと判断した場合（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、制御装置８０は、開度増加信号をインジェクション弁９８に出力する（Ｓ２６）。これによりインジェクション弁９８が開度が増加されてインジェクション配管９７内を流れる冷媒の流量が増加する。制御装置８０はその後、この制御ルーチンを終了する。

【0069】

このような開度制御ルーチンを制御装置８０が実行することによって、運転容量比Ｒが５０％以下の低部分負荷運転時に、中間圧力Ｐｍおよびインジェクション配管９７を流れる冷媒の流量が最適化される。

【0070】

また、本実施形態では、第１圧縮部１１および第２圧縮部１２に、効率の良いスクロール圧縮機を用いている。図８は、本実施形態で用いたスクロール圧縮機の部分概略断面図である。図８に示すスクロール圧縮機１００は、冷媒ガスを圧縮する圧縮室１１０と、圧縮室１１０に冷媒ガスを供給する第１通路１０１および第２通路１０２と、圧縮室１１０で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための第３通路１０３とを有する。第１通路１０１および第２通路１０２はこの圧縮機の吸入口（１１ａ、１２ｂ）に連通する。第３通路１０３はこの圧縮機の吐出口（１１ｂ、１２ｂ）に連通する。

【0071】

なお、一般にスクロール圧縮機は、固定ラップ（固定スクロール）に対する旋回ラップ（旋回スクロール）の偏芯回転に伴って、両ラップ（両スクロール）間に形成される独立した２つの圧縮室が外周側から内周側に移動される。内周側への移動の過程で圧縮室の容積が徐々に狭められる。そして、圧縮室がほぼ中央に移動してきたときにその圧縮室（図８における圧縮室１１０ｃ）が第３通路１０３を介して吐出口（１１ｂ、１２ｂ）に連通することにより、その圧縮室内の冷媒が外部に吐出される。また、外周に形成された２つの圧縮室（図８における圧縮室１１０ａおよび１１０ｂ）は、あるタイミングで第１通路１０１および第２通路１０２に連通する。このときにこれらの圧縮室と吸入口（１１ａ，１２ａ）が連通されるので、これらの圧縮室に冷媒が供給される。つまり、第１通路１０１および第２通路１０２を介して外側の圧縮室１１０ａ、１１０ｂに冷媒が供給されるとともに、これらの圧縮室の容積が徐々に狭められながら外周側から内周側に移動していくことによりこれらの圧縮室の内部の冷媒が徐々に圧縮される。そして、中央に近づいた圧縮室が第３通路１０３を介して吐出口に連通したときに、その圧縮室内の冷媒ガスが吐出口から吐出される。

【0072】

また、図８からわかるように、第１通路１０１および第２通路１０２の途中にリード弁１０４，１０４が取付けられている。このリード弁１０４，１０４によって、吸入口（（１１ａまたは１２ａ）から圧縮室１１０に向かう方向に流れる冷媒ガスの流れが許容され、その反対方向に向かう方向に流れる冷媒ガスの流れが遮断される。このため、第１通路１０１および第２通路１０２内での冷媒ガスの逆流が防止される。

【0073】

スクロール圧縮機は、その内部の圧縮室が吐出口および吸入口に間歇的に接続されるように構成されているため、圧縮室が吐出口および吸入口に接続されるタイミングで圧力脈動が生じる。この圧力脈動がインジェクション配管９７に伝わった場合、インジェクション配管９７を流れる冷媒流量が変動する。よって、インジェクション流量を最適化するためには、圧力脈動および逆流を抑えなければならない。この点に関し、本実施形態で用いるスクロール圧縮機１００は、吸入口と圧縮室とを結ぶ通路（第１通路１０１、第２通路１０２）の途中にリード弁が取付けられている。したがって、このスクロール圧縮機１００が第２圧縮部１２に用いられた場合、第２圧縮部１２の吸入口１２ａに連通するインジェクション配管９７内を流れる冷媒に圧力脈動が伝達することおよび逆流が抑えられる。その結果、インジェクション流量を最適化することができる。

【0074】

以上のように、本実施形態の空調装置１は、第１吸入口１１ａおよび第１吐出口１１ｂを有し、第１吸入口１１ａからガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第１吐出口１１ｂから吐出する第１圧縮部１１と、第２吸入口１２ａおよび第２吐出口１２ｂを有し、第２吸入口１２ａからガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第２吐出口１２ｂから吐出する第２圧縮部１２と、第１吐出口１１ｂに接続され、第１吐出口１１ｂから吐出されたガス冷媒が流れる第１吐出配管１３１と、第２吐出口１２ｂに接続され、第２吐出口１２ｂから吐出されたガス冷媒が流れる第２吐出配管１３２と、第１吐出配管１３１および第２吐出配管１３２を流れる冷媒が流入されるとともに流入された冷媒を凝縮するよう構成される凝縮器（暖房運転時は室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂ）と、凝縮器から流出した冷媒を蒸発するよう構成される蒸発器（暖房運転時は室外熱交換器３０）と、凝縮器と蒸発器とを接続する中間配管９６と、蒸発器から流出した冷媒を第１吸入口１１ａに導くよう構成された第１吸入配管１４１と、蒸発器から流出した冷媒を第２吸入口１２ａに導くよう構成された第２吸入配管１４２と、第１吐出配管１３１と第２吸入配管１４２とを接続するバイパス配管１５１と、バイパス配管１５１の途中に介装されたバイパス弁１５２と、中間配管９６とバイパス配管１５１とを接続するインジェクション配管９７と、インジェクション配管９７の途中に介装されたインジェクション弁９８と、バイパス弁１５２およびインジェクション弁９８の動作を制御する弁制御部としての制御装置８０とを備える。また、制御装置８０は、暖房運転時に定格容量に対する運転容量の比率を表す運転容量比Ｒが５０％よりも大きいときにバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が閉弁し、運転容量比Ｒが５０％以下であるときにバイパス弁１５２およびインジェクション弁９８が開弁するように、バイパス弁１５２の動作およびインジェクション弁９８の動作を制御する。

【0075】

本実施形態の空調装置１によれば、暖房運転中であって運転容量が大きい場合、具体的には運転容量比Ｒが５０％を越える高部分負荷運転あるいは全負荷容量運転を実施する場合に、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が並列接続され、それぞれの圧縮部が冷媒を吐出する。これにより、１台の圧縮部が冷媒を吐出する場合と比較して、冷媒の吐出量が２倍にされる。このため冷媒の吐出量が増加する。その結果、必要な運転容量が大きいときに十分な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。

【0076】

一方、暖房運転中であって運転容量が小さい場合、具体的には運転容量比Ｒが５０％以下の低部分負荷運転を実施する場合、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２が直列接続される。また、インジェクション弁９８が開弁することにより、室内熱交換器２０Ａ，２０Ｂから流出した冷媒がインジェクション配管９７を流れる。インジェクション配管９７を流れた冷媒はインジェクション配管９７からバイパス配管１５１に流れ、さらに第２圧縮部１２に吸入される。このように冷媒をインジェクションすることで、効率を向上させることができる。つまり、運転容量が小さいときに効率を向上させることができる。また、運転容量が小さいときは、冷媒回路に流す冷媒流量がさほど多くない。このため圧縮部を直列接続しても、十分に必要な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。

【0077】

また、一般に、運転容量比Ｒが５０％以下である部分負荷運転時間は、１年を通じた空調装置の運転時間の半分以上を占める場合が多い。したがって、運転容量比Ｒが５０％以下であるときに２つの圧縮部を直列接続するとともにインジェクション配管９７に冷媒を流すことによって効率を高めることで、ＡＰＦを大きく向上させることができる。

【0078】

また、本実施形態に係る制御装置８０は、暖房運転時の運転容量比Ｒが５０％以下であるときに開度制御ルーチンを実行し、中間圧力Ｐｍに基づいてインジェクション弁９８の開度を制御している。より具体的には、制御装置８０は、暖房運転時の運転容量比Ｒが５０％以下であるときに、最も効率が高まるような目標中間圧力Ｐｍ＊を計算し、実際の中間圧力Ｐｍが目標中間圧力Ｐｍ＊に近づくように、インジェクション弁９８の開度を制御する。このような開度制御を実行することにより、最も効率的に部分負荷運転を行うことができる。

【0079】

また、制御装置８０は、暖房運転時の運転容量比Ｒが５０％以下であるときに、第２圧縮部１２に吸入される冷媒の過熱度ΔＴｓを計算し、過熱度ΔＴｓが５℃以下であるときにはインジェクション流量が低下するように、インジェクション弁９８の開度を制御している。このようにインジェクション弁９８を制御することにより、第２圧縮部１２に湿った冷媒が吸入されることを防止できる。

【0080】

また、本実施形態の空調装置１は、インジェクション配管９７を流れる冷媒を加熱して蒸発させるためのサブ熱交換器７０を備え、このサブ熱交換器７０でガスエンジンＥＧを冷却した冷却水（エンジン冷却水）とインジェクション配管９７を流れる冷媒とを熱交換させている。このようにエンジンの排熱をうまく利用してインジェクションさせる冷媒を蒸発させることができる。

【0081】

また、本実施形態で用いるスクロール圧縮機１００は、冷媒ガスが吸入される吸入口（１１ａ，１２ａ）と、冷媒ガスが吐出される吐出口（１１ｂ，１２ｂ）と、内部に形成される圧縮室１１０（１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）と、圧縮室１１０（１１０ａ，１１０ｂ）と吸入口とを接続する吸入側通路（第１通路１０１、第２通路１０２）と、圧縮室１１０（１１０ｃ）と吐出口とを接続する吐出側通路（第３通路１０３）と、吸入側通路に設けられ、吸入口から圧縮室１１０（１１０ａ，１１０ｂ）に向かう冷媒の流れを許容しその反対の流れを遮断するリード弁１０４とを備える。リード弁１０４の存在によって、スクロール圧縮機１００で発生する圧力脈動がインジェクション配管９７を流れる冷媒に伝達されることが防止される。よって、インジェクション流量を最適化することができ、これにより効率をより向上させることができる。

【0082】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、暖房運転中であって運転容量比Ｒが５０％以下の部分負荷運転時に、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２を直列接続するとともにインジェクション配管９７内に冷媒が流れるように構成したが、冷房運転中であって運転容量比Ｒが所定の閾値（例えば５０％）以下の部分負荷運転時に、第１圧縮部１１と第２圧縮部１２を直列接続するとともにインジェクション配管９７内に冷媒が流れるように構成してもよい。なお、この場合、サブ熱交換器７０で冷媒を蒸発させるのではなく、気液分離器によって凝縮器（室外熱交換器）を流出した冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離し、分離したガス冷媒のみをインジェクション配管９７内に流すように構成すればよい。また、上記実施形態では、運転容量比Ｒが５０％以下であるか否かによって第１圧縮部１１と第２圧縮部１２とを並列接続するか直列接続するかを切り換えているが、切り換えの閾値はこれに限定されない。例えば運転容量比Ｒが６０％以下であるか否かによって第１圧縮部１１と第２圧縮部１２とを並列接続するか直列接続するかを切り換えても良い。また、本発明が適用される圧縮部としては、スクロール圧縮機でもよいし、それ以外の圧縮機でもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

【符号の説明】

【0083】

１…空調装置、１０…圧縮ユニット、１１…第１圧縮部、１１ａ…第１吸入口、１１ｂ…第１吐出口、１２…第２圧縮部、１２ａ…第２吸入口、１２ｂ…第２吐出口、１３１…第１吐出配管、１３２…第２吐出配管、１４１…第１吸入配管、１４２…第２吸入配管、１５１…バイパス配管、１５２…バイパス弁、１５３…中間圧力センサ、１７１…温度センサ、１７２…吐出圧力センサ、１７３…吸入圧力センサ、２０Ａ，２０Ｂ…室内熱交換器（凝縮器、蒸発器）、２１Ａ，２１Ｂ…流量制御弁、３０…室外熱交換器（蒸発器、凝縮器）
４０…膨張弁、５０…四方切換弁、６０…アキュムレータ、７０…サブ熱交換器、８０…制御装置（弁制御部）、９１…第１配管、９２…第２配管、９３…第３配管、９４…第４配管、９５…第５配管、９６…中間配管、９７…インジェクション配管、９８…インジェクション弁、１００…スクロール圧縮機、１０１…第１通路、１０２…第２通路、１０３…第３通路、１０４…リード弁、１１０…圧縮室、ＥＧ…ガスエンジン、Ｐｄ…吐出圧力、Ｐｓ…吸入圧力、Ｐｍ…中間圧力、Ｐｍ…目標中間圧力、Ｒ…運転容量比、Ｖ…運転容量、Ｖｍａｘ…定格容量、ΔＴｓ…過熱度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】