JP2017141987A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成を簡素化すると共に運転効率の低下を抑制しつつ、パワー素子の過剰な冷却や結露を防ぐ冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクルにおける室外熱交換器と室内熱交換器との間の冷媒の一部を圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管８１と、冷却用分岐配管８１に介在されており圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子８５を冷媒の一部により冷却する冷媒ジャケット８３と、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁８７と、パワー素子８５の温度を検出する素子温度検出器９１と、素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁８７を開制御または閉制御する制御部８９と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。

冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機では、圧縮機の電動機の運転状態を制御するために、インバータ回路などの電気回路が搭載される。一般的にこのインバータ回路には高熱を生ずるパワー素子が用いられ、従来の空気調和機ではこのパワー素子が動作可能な温度よりも高温にならないように、パワー素子を冷却する手段が設けられている。

従来、例えば、特許文献１は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機構と利用側熱交換器とが接続されて冷凍サイクルを行う主回路と該主回路を流れる高圧液冷媒の一部を分岐させて上記主回路の高圧圧力状態よりも低い圧力状態の冷媒中に導く分岐回路とを有する冷媒回路と、パワー素子を有して冷媒回路の構成部品の駆動部に電力を供給する電力供給装置と、分岐回路に接続されて該分岐回路を流れる冷媒によってパワー素子を冷却する冷却器とを備えた冷凍装置であって、分岐回路を流れる冷媒の状態を調節して冷却器を通過する冷媒の温度を目標温度に調節する調節機構を備えることが記載されている。

また、従来、例えば、特許文献２は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えると共に、圧縮機の駆動用モータに電力を供給する電力供給装置、および凝縮器から出た冷媒により電力供給装置を冷却する冷却器とを備えた冷凍装置において、電力供給装置の結露の可能性がある温度範囲になったことを検出する温度範囲検出手段と、温度範囲検出手段の検出信号を受けて、凝縮器の出口の冷媒の温度を上昇させる制御手段と、を備えることが記載されている。

特許第５５１６６０２号公報 特開２０１４−０８９０２４号公報

特許文献１は、分岐回路の冷却器の上流側に接続された絞り機構（絞り弁）と、分岐回路の冷却器の下流側に接続された開度調節可能な絞り弁と、備える構成であるため、作動させる弁が多く構成が複雑化すると共に、故障要因が多くなり故障発生のリスクが高くなるおそれがある。

特許文献２は、凝縮器の出口の冷媒の温度を上昇させるが、凝縮器の温度の上昇は、圧力を上昇させるため、冷凍装置としての運転効率の悪化に繋がる。また、凝縮器の温度を上昇させると、冷凍サイクルの運転点が変わり、冷房時に室内機側の温度も変動して室内機からの吹き出し温度の変化が発生し、室内機側の快適性が一時的に悪化するおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、構成を簡素化すると共に運転効率の低下を抑制しつつ、パワー素子の過剰な冷却や結露を防ぐことのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、前記冷却用分岐配管に介在されており前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側にのみ設けられた絞り弁と、前記パワー素子の温度を検出する素子温度検出器と、前記素子温度検出器の検出温度に基づき前記絞り弁を開制御または閉制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子の冷却をパワー素子の温度に基づいて行うため、パワー素子の過剰な冷却や結露の発生を防ぐことができる。特に、この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子の冷却に作動する構成が冷却器よりも上流側にのみ設けられた絞り弁だけであるため、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。しかも、この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子の冷却に作動する構成が冷却器よりも上流側にのみ設けられた絞り弁であるため、凝縮器となる熱交換器の出口の冷媒の温度を上昇させることがなく、運転効率の悪化を抑制することができる。

また、第２の発明の冷凍サイクル装置は、第１の発明において、前記熱源側熱交換器が熱交換する周囲の空気温度を検出する空気温度検出器をさらに備え、前記制御部は、前記素子温度検出器の検出温度または前記空気温度検出器の検出温度に基づき前記絞り弁を開制御する一方、前記素子温度検出器の検出温度および前記空気温度検出器の検出温度に基づき前記絞り弁を閉制御することを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、素子温度検出器に加えて空気温度検出器の検出温度に基づき絞り弁を制御することで、パワー素子の冷却を確実に行うことができ、かつパワー素子の過剰な冷却や結露の発生を確実に防ぐことができる。

また、第３の発明の冷凍サイクル装置は、第１または２の発明において、前記絞り弁は、開閉弁であることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、絞り弁を開閉弁とすることで、構成が簡素でありかつ故障が少ないため、構成を簡素化し故障発生のリスクを低減する効果を顕著に得ることができる。

また、第４の発明の冷凍サイクル装置は、第３の発明において、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側に前記絞り弁と並列して設けられた固定絞り部を備えることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部を絞り弁と並列して設けることで、絞り弁が閉止されている状態でも、冷媒を冷却用分岐配管に流通させるため、パワー素子の他、パワー素子を有する電気回路や電気回路が収容されるコントロールボックスなどにおける過度の温度上昇を防ぐことができる。

また、第５の発明の冷凍サイクル装置は、第１の発明において、前記絞り弁は、膨張弁であることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、絞り弁を膨張弁とすることで、パワー素子の温度調整を精度よく行うことができる。

また、第６の発明の冷凍サイクル装置は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも下流側に固定絞り部を備えることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部を冷却器よりも下流側に設けることで、冷却器よりも下流側において圧縮機の入口側の圧力が上昇し、冷却器の温度が上昇するため、結露の発生を防ぐことができる。

また、第７の発明の冷凍サイクル装置は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側であって前記絞り弁よりも下流側に固定絞り部を備えることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部を冷却器よりも上流側であって絞り弁よりも下流側に設けることで、液相で固定絞りに入るため、効果的に適切な流量に調整することができる。また，固定絞り部により、冷却器での圧力を、入口圧力よりも下げられるため、冷媒の温度も低下し、パワー素子との温度差がつくことにより、冷却効果を上げることができる。

また、第８の発明の冷凍サイクル装置は、第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記冷媒回路における各前記熱交換器との間の前記冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる過冷却用分岐配管と、前記過冷却用分岐配管に設けられて前記冷媒の一部を膨張させる過冷却用膨張弁と、前記過冷却用分岐配管の前記過冷却用膨張弁の下流側に設けられて前記過冷却用膨張弁を経た前記冷媒と前記冷媒回路の前記冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器と、を含む過冷却回路を含み、前記冷却用分岐配管は、前記過冷却回路よりも前記利用側熱交換器寄りにて前記冷媒の一部を導入する位置に設けられることを特徴とする。

この冷凍サイクル装置によれば、過冷却回路よりも利用側熱交換器側から冷媒を導入することにより、冷却器の冷媒が、過冷却が付いた状態になる。同一圧力において、過冷却が多くついている冷媒は、過冷却が低い状態と比較し、冷媒としてより低いエンタルピー状態（より冷えた状態）であるため、冷却器に導入したときにより冷却効果が高まる。

本発明によれば、構成を簡素化すると共に運転効率の低下を抑制しつつ、パワー素子の過剰な冷却や結露を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図３は、本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図４は、本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図５は、本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図６は、本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図７は、本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図８は、本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。 図９は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の他の例の冷媒回路図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

図１では、冷凍サイクル装置の適用の一例としてマルチ形空気調和装置１を示している。なお、冷凍サイクル装置は、図には明示しないが、ヒートポンプに適用可能である。マルチ形空気調和装置１は、１台の室外機３と、室外機３から導出されるガス側配管５および液側配管７と、このガス側配管５および液側配管７間に分岐器９を介して並列に接続されている複数台の室内機１１Ａ，１１Ｂと、から構成されている。

室外機３は、冷媒を圧縮するインバータ駆動の圧縮機１３と、冷媒の循環方向を切り換える四方切換弁１７と、冷媒と外気とを熱交換させる熱源側熱交換器としての室外熱交換器１９と、暖房用の室外膨張弁（ＥＥＶＨ）２３と、液冷媒を貯留するレシーバ２５と、液冷媒に過冷却を与える過冷却熱交換器２７と、過冷却熱交換器２７に分流される冷媒量を制御する過冷却用膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２９と、圧縮機１３に吸入される冷媒ガスから液分を分離し、ガス分のみを圧縮機１３に吸入させるアキュムレータ３１と、ガス側操作弁３３と、液側操作弁３５と、を備えている。

室外機３側の上記各機器は、吐出配管３７Ａ、ガス配管３７Ｂ、液配管３７Ｃ、ガス配管３７Ｄ、吸入配管３７Ｅ、および過冷却用の過冷却用分岐配管３７Ｆなどの冷媒配管を介して公知の如く接続され、室外側冷媒回路３９を構成している。また、室外機３には、室外熱交換器１９に対して外気を送風する室外ファン４１が設けられている。

ガス側配管５および液側配管７は、室外機３のガス側操作弁３３および液側操作弁３５に接続される冷媒配管であり、現場での据え付け施工時に、室外機３とそれに接続される室内機１１Ａ，１１Ｂとの間の距離に応じてその長さが設定されるようになっている。ガス側配管５および液側配管７の途中には、適宜数の分岐器９が設けられ、この分岐器９を介してそれぞれ適宜台数の室内機１１Ａ，１１Ｂが接続されている。これによって、密閉された１系統の冷凍サイクル４５が構成されている。

室内機１１Ａ，１１Ｂは、冷媒と室内空気とを熱交換させて室内の空調に供する利用側熱交換器としての室内熱交換器４７と、冷房用の室内膨張弁（ＥＥＶＣ）４９と、室内熱交換器４７を通して室内空気を循環させる室内ファン５１と、を備えており、室内側の分岐ガス側配管５Ａ，５Ｂおよび分岐液側配管７Ａ，７Ｂを介して分岐器９に接続されている。

上記マルチ形空気調和装置１において、暖房運転は、以下のように行われる。圧縮機１３により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管３７Ａに吐出された後、四方切換弁１７によりガス配管３７Ｄ側に循環される。この冷媒は、ガス側操作弁３３、ガス側配管５を経て室外機３から導出され、更に分岐器９、室内側の分岐ガス側配管５Ａ，５Ｂを経て室内機１１Ａ，１１Ｂへと導入される。

室内機１１Ａ，１１Ｂに導入された高温高圧の冷媒ガスは、室内ファン５１により循環される室内空気と熱交換される。この熱交換によって室内空気は加熱されて室内の暖房に供される。一方、冷媒は凝縮され、室内膨張弁（ＥＥＶＣ）４９、分岐液側配管７Ａ，７Ｂを経て分岐器９に至り、他の室内機からの冷媒と合流された後、液側配管７を経て室外機３に戻される。

室外機３に戻った冷媒は、液側操作弁３５、液配管３７Ｃを経て過冷却熱交換器２７に至り、冷房時の場合と同様に過冷却が付与された後、レシーバ２５に流入され、いったん貯留されることにより循環量が調整される。この液冷媒は、液配管３７Ｃを介して室外膨張弁（ＥＥＶＨ）２３に供給され、そこで断熱膨張された後、室外熱交換器１９へと流入される。

室外熱交換器１９では、室外ファン４１から送風される外気と冷媒とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して蒸発ガス化される。この冷媒は、室外熱交換器１９からガス配管３７Ｂ、四方切換弁１７、吸入配管３７Ｅを経て過冷却用分岐配管３７Ｆからの冷媒と合流され、アキュムレータ３１に導入される。アキュムレータ３１では、冷媒ガス中に含まれている液分が分離されてガス分のみが圧縮機１３へと吸入され、圧縮機１３において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって暖房運転が行われる。

一方、冷房運転は、以下のように行われる。圧縮機１３で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管３７Ａに吐出される。その後、冷媒ガスは、四方切換弁１７によりガス配管３７Ｂ側に循環され、室外熱交換器１９で室外ファン４１により送風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、室外膨張弁２３を通過し、レシーバ２５にいったん貯留される。

レシーバ２５で循環量が調整された液冷媒は、液配管３７Ｃを介して過冷却熱交換器２７を流通される過程で、過冷却用分岐配管３７Ｆに一部が分流され、過冷却用膨張弁（ＥＥＶＳＣ）２９で断熱膨張された冷媒と熱交換されて過冷却度が付与される。この液冷媒は、液側操作弁３５を経て室外機３から液側配管７へと導出され、更に液側配管７に導出された液冷媒は、分岐器９により各室内機１１Ａ，１１Ｂの分岐液側配管７Ａ，７Ｂへと分流される。

分岐液側配管７Ａ，７Ｂに分流された液冷媒は、各室内機１１Ａ，１１Ｂに流入し、室内膨張弁（ＥＥＶＣ）４９で断熱膨張され、気液二相流となって室内熱交換器４７へと流入される。室内熱交換器４７では、気液二相流となった冷媒は、室内ファン５１により循環される室内空気とが熱交換される。この熱交換により室内空気は冷却されて室内の冷房に供される。一方、冷媒はガス化され、分岐ガス側配管５Ａ，５Ｂを経て分岐器９に至り、他の室内機からの冷媒ガスとガス側配管５で合流される。

ガス側配管５で合流された冷媒ガスは、再び室外機３に戻り、ガス側操作弁３３、ガス配管３７Ｄ、四方切換弁１７を経て吸入配管３７Ｅに至り、過冷却用分岐配管３７Ｆからの冷媒ガスと合流された後、アキュムレータ３１に導入される。アキュムレータ３１では、冷媒ガス中に含まれている液分が分離され、ガス分のみが圧縮機１３へと吸入される。この冷媒は、圧縮機１３において再び圧縮され、以上のサイクルを繰り返すことによって冷房運転が行われる。このように冷媒サイクル装置としてのマルチ形空気調和装置１は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。

このような冷凍サイクル装置において、圧縮機１３の運転を制御するため、インバータ回路などの電気回路が設けられている。そして、電気回路は冷却装置により冷却される。以下、電気回路を冷却する冷却装置の各実施形態について説明する。

［実施形態１］
図２〜図５は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。

図２に示すように、冷却装置８０は、冷却用分岐配管８１と、冷媒ジャケット（冷却器）８３と、絞り弁８７と、制御部８９と、素子温度検出器９１と、空気温度検出器９３と、を含み構成されている。

冷却用分岐配管８１は、図１に示すように、上述した室外機３において、室外熱交換器１９と室内熱交換器４７とを接続するために各熱交換器１９，４７の間に設けられた液配管３７Ｃと、圧縮機１３の入口側に接続される吸入配管３７Ｅとをバイパスして接続する。すなわち、冷却用分岐配管８１は、冷媒回路における各熱交換器１９，４７の間の液冷媒の一部を圧縮機１３の入口側にバイパスさせる。

冷媒ジャケット８３は、冷却用分岐配管８１に介在されており、例えば、伝熱性の高いアルミブロックなどにより構成され、内部に冷却用分岐配管８１が貫通して設けられている。冷媒ジャケット８３は、電気回路に設けられたパワー素子８５が取り付けられており、当該パワー素子８５をバイパスした液冷媒の一部により冷却する。

絞り弁８７は、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ単一で設けられている。本実施形態において、絞り弁８７は、冷却用分岐配管８１を、冷媒ジャケット８３よりも上流側にて開放または閉止する開閉弁（電磁弁）として構成されている。

制御部８９は、絞り弁８７を開制御または閉制御するものである。制御部８９は、素子温度検出器９１や空気温度検出器９３の検出温度を入力し、当該入力に基づき絞り弁８７を制御する。

素子温度検出器９１は、パワー素子８５の温度を検出する。素子温度検出器９１は、パワー素子８５の表面に取り付けられてパワー素子８５の表面温度を検出する。または、素子温度検出器９１は、パワー素子８５の近傍に取り付けられてパワー素子８５の表面から放射される温度を検出する。

空気温度検出器９３は、室外機３の外部温度であって、室外熱交換器１９が熱交換する周囲の空気温度である外気温度を検出する。この空気温度検出器９３は、制御部８９による絞り弁８７の制御に用いない場合がある。

制御部８９は、絞り弁８７を開制御する設定温度、および絞り弁８７を閉制御する設定温度が記憶部（図示せず）に予め記憶されている。例えば、素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁８７を開制御する設定上限温度は５０℃であり、素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁８７を閉制御する設定下限温度は４５℃である。また、例えば、空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁８７を開制御する設定上限温度は３５℃であり、空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁８７を閉制御する設定下限温度は３０℃である。

制御部８９による絞り弁８７の制御について説明する。素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁８７を制御する場合、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度が設定上限温度の場合に絞り弁８７を開制御する。一方、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度が設定下限温度の場合に絞り弁８７を閉制御する。

従って、この制御により、素子温度検出器９１の検出温度が設定上限温度の場合に、絞り弁８７が開放されて液冷媒が冷却用分岐配管８１を流通して冷媒ジャケット８３を経ることでパワー素子８５を冷却できる。一方、素子温度検出器９１の検出温度が設定下限温度の場合に、絞り弁８７が閉止されて液冷媒が冷却用分岐配管８１に流通しないことでパワー素子８５が冷却されず、過度な冷却や結露の発生を防止できる。

また、素子温度検出器９１の検出温度および空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁８７を制御する場合、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度が設定上限温度の場合、または空気温度検出器９３の検出温度が設定上限温度の場合に、絞り弁８７を開制御する。一方、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度が設定下限温度であって、かつ空気温度検出器９３の検出温度が設定下限温度の場合に、絞り弁８７を閉制御する。

従って、この制御により、素子温度検出器９１の検出温度が設定上限温度の場合、または空気温度検出器９３の検出温度が設定上限温度の場合に、絞り弁８７が開放されて液冷媒が冷却用分岐配管８１を流通して冷媒ジャケット８３を経ることでパワー素子８５を冷却できる。一方、素子温度検出器９１の検出温度が設定下限温度であって、かつ空気温度検出器９３の検出温度が設定下限温度の場合に、絞り弁８７が閉止されて液冷媒が冷却用分岐配管８１に流通しないことでパワー素子８５が冷却されず、過度な冷却や結露の発生を防止できる。

このように、本実施形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機１３、室外熱交換器（熱源側熱交換器）１９、膨張弁２３，４９および室内熱交換器（利用側熱交換器）４７が配管（吐出配管３７Ａ、ガス配管３７Ｂ、液配管３７Ｃ、ガス配管３７Ｄ、吸入配管３７Ｅ、ガス側配管５、分岐ガス側配管５Ａ，５Ｂ、液側配管７、分岐液側配管７Ａ，７Ｂ）にて接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクル（冷媒回路）４５と、冷凍サイクル４５における各熱交換器１９，４７の間の液冷媒の一部を圧縮機１３の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管８１と、冷却用分岐配管８１に介在されており圧縮機１３の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子８５を液冷媒の一部により冷却する冷媒ジャケット（冷却器）８３と、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁８７と、パワー素子８５の温度を検出する素子温度検出器９１と、素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁８７を開制御または閉制御する制御部８９と、を備える。

この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子８５の冷却をパワー素子８５の温度に基づいて行うため、パワー素子８５の過剰な冷却や結露の発生を防ぐことができる。特に、この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子８５の冷却に作動する構成が冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁８７だけであるため、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。しかも、この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子８５の冷却に作動する構成が冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁８７であるため、凝縮器となる熱交換器１９，４７の出口の冷媒の温度を上昇させることがなく、運転効率の悪化を抑制することができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、室外熱交換器１９が熱交換する周囲の空気温度を検出する空気温度検出器９３をさらに備え、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度または空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁８７を開制御する一方、素子温度検出器９１の検出温度および空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁８７を閉制御する。

この冷凍サイクル装置によれば、素子温度検出器９１に加えて空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁８７を制御することで、パワー素子８５の冷却を確実に行うことができ、かつパワー素子８５の過剰な冷却や結露の発生を確実に防ぐことができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、絞り弁８７は、開閉弁からなる。

この冷凍サイクル装置によれば、絞り弁８７を開閉弁とすることで、構成が簡素でありかつ故障が少ないため、構成を簡素化し故障発生のリスクを低減する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、図３に示すように、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側に絞り弁８７と並列して設けられた固定絞り部９５を備えることが好ましい。

固定絞り部９５は絞り量が固定の絞り部であり、例えば、キャピラリーチューブがある。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部９５を絞り弁８７と並列して設けることで、絞り弁８７が閉止されている状態でも、液冷媒を冷却用分岐配管８１に流通させるため、パワー素子８５の他、パワー素子８５を有する電気回路や電気回路が収容されるコントロールボックスなどにおける過度の温度上昇を防ぐことができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、図４に示すように、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも下流側に固定絞り部９７を備えることが好ましい。

固定絞り部９７は絞り量が固定の絞り部であり、例えば、キャピラリーチューブがある。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部９７を冷媒ジャケット８３よりも下流側に設けることで、冷媒ジャケット８３よりも下流側において圧縮機１３の入口側の圧力が上昇し、冷媒ジャケット８３の温度が上昇するため、結露の発生を防ぐことができる。なお、図４では、固定絞り部９７を固定絞り部９５と共に設けた例を示しているが、このように構成することで固定絞り部９５を設けた効果をも得ることができるが、固定絞り部９５を設けない構成としてもよい。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、図５に示すように、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側であって絞り弁８７よりも下流側に固定絞り部９９を備えることが好ましい。

固定絞り部９９は絞り量が固定の絞り部であり、例えば、キャピラリーチューブがある。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部９９を冷媒ジャケット８３よりも上流側であって絞り弁８７よりも下流側に設けることで、液相で固定絞りに入るため、効果的に適切な流量に調整することができる。また，固定絞り部９９により、冷媒ジャケット８３での圧力を、入口圧力よりも下げられるため、冷媒の温度も低下し、パワー素子８５との温度差がつくことにより、冷却効果を上げることができる。冷媒の相状態によるが、冷媒ジャケット８３の上流側は冷媒は液相（もしくは液相に近い２相）、下流側は冷媒が過熱されることによりガス相もしくはガス相に近い２相になる。液相は冷媒密度が大きく、２相、ガス相になるほど密度が小さくなる（同一質量であれば、密度が小さいほど体積が大きくなる）。これにより，上流側の液相のところで絞るのであれば、絞り弁８７の口径（サイズ）が小さくても，十分絞ることができる。下流側のガス相のところで絞る場合には、絞り弁８７のサイズを大きくする必要がある。小さいサイズだと、そこで圧力損失が付き過ぎてしまい、冷却に必要な冷媒が流れなくなってしまう。この結果、十分な冷却効果と、絞り効果を安価に両立するためには、冷媒ジャケット８３の上流側に絞り弁８７を付けて絞るほうが小さいサイズの弁で効果的に絞ることができる。上流を絞り弁８７として下流側を固定絞り部９９にすると、固定絞り部９９であるキャピラリ自体は配管のため、コストが大きいサイズの弁に比べると断然安いため、絞り効果を安価に両立することができる。なお、図５では、固定絞り部９９を固定絞り部９５および固定絞り部９７と共に設けた例を示しているが、このように構成することで固定絞り部９５や固定絞り部９７を設けた効果をも得ることができるが、固定絞り部９５や固定絞り部９７の少なくとも一方を設けない構成としてもよい。

［実施形態２］
図６〜図８は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置における冷却装置の拡大図である。

図６に示すように、冷却装置８０は、冷却用分岐配管８１と、冷媒ジャケット（冷却器）８３と、絞り弁１０３と、制御部８９と、素子温度検出器９１と、を含み構成されている。

冷却用分岐配管８１は、図１に示すように、上述した室外機３において、室外熱交換器１９と室内熱交換器４７とを接続するために各熱交換器１９，４７の間に設けられた液配管３７Ｃと、圧縮機１３の入口側に接続される吸入配管３７Ｅとをバイパスして接続する。すなわち、冷却用分岐配管８１は、冷媒回路における各熱交換器１９，４７の間の液冷媒の一部を圧縮機１３の入口側にバイパスさせる。

冷媒ジャケット８３は、冷却用分岐配管８１に介在されており、例えば、伝熱性の高いアルミブロックなどにより構成され、内部に冷却用分岐配管８１が貫通して設けられている。冷媒ジャケット８３は、電気回路に設けられたパワー素子８５が取り付けられており、当該パワー素子８５をバイパスした液冷媒の一部により冷却する。

絞り弁１０３は、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ単一で設けられている。本実施形態において、絞り弁１０３は、冷却用分岐配管８１を、冷媒ジャケット８３よりも上流側にて開度が調整可能な膨張弁として構成されている。

制御部８９は、絞り弁１０３を開度を変えるように開制御または閉制御するものである。制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度を入力し、当該入力に基づき絞り弁１０３を制御する。

素子温度検出器９１は、パワー素子８５の温度を検出する。素子温度検出器９１は、パワー素子８５の表面に取り付けられてパワー素子８５の表面温度を検出する。または、素子温度検出器９１は、パワー素子８５の近傍に取り付けられてパワー素子８５の表面から放射される温度を検出する。

制御部８９は、絞り弁１０３を開制御や閉制御する目標温度が記憶部（図示せず）に予め記憶されている。例えば、素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁１０３を開閉制御する目標温度は６０℃である。また、例えば、空気温度検出器９３の検出温度に基づき絞り弁１０３を開閉制御する目標温度は３５℃である。

制御部８９による絞り弁１０３の制御について説明する。素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁１０３を制御する場合、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度が目標温度になるように、目標温度を超える場合に絞り弁１０３を開制御する。一方、制御部８９は、素子温度検出器９１の検出温度が目標温度に満たない場合に絞り弁１０３を閉制御する。

従って、この制御により、絞り弁１０３が開制御されると冷却用分岐配管８１における液冷媒の流通量が増加して冷媒ジャケット８３を経ることでパワー素子８５の温度を低下させる。一方、絞り弁１０３が閉制御されると冷却用分岐配管８１における液冷媒の流通量が減少して冷媒ジャケット８３を経ることでパワー素子８５の温度を上昇させる。これにより、パワー素子８５の温度を目標温度に調整でき、過度な冷却や結露の発生を防止できる。

このように、本実施形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機１３、室外熱交換器（熱源側熱交換器）１９、膨張弁２３，４９および室内熱交換器（利用側熱交換器）４７が配管（吐出配管３７Ａ、ガス配管３７Ｂ、液配管３７Ｃ、ガス配管３７Ｄ、吸入配管３７Ｅ、ガス側配管５および液側配管７）にて接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクル（冷媒回路）４５と、冷凍サイクル４５における各熱交換器１９，４７の間の液冷媒の一部を圧縮機１３の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管８１と、冷却用分岐配管８１に介在されており圧縮機１３の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子８５を液冷媒の一部により冷却する冷媒ジャケット（冷却器）８３と、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁１０３と、パワー素子８５の温度を検出する素子温度検出器９１と、素子温度検出器９１の検出温度に基づき絞り弁１０３を開制御または閉制御する制御部８９と、を備える。

この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子８５の冷却をパワー素子８５の温度に基づいて行うため、パワー素子８５の過剰な冷却や結露の発生を防ぐことができる。特に、この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子８５の冷却に作動する構成が冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁１０３だけであるため、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。しかも、この冷凍サイクル装置によれば、パワー素子８５の冷却に作動する構成が冷媒ジャケット８３よりも上流側にのみ設けられた絞り弁１０３であるため、凝縮器となる熱交換器１９，４７の出口の冷媒の温度を上昇させることがなく、運転効率の悪化を抑制することができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、絞り弁１０３は、膨張弁からなる。

この冷凍サイクル装置によれば、絞り弁１０３を膨張弁とすることで、パワー素子８５の温度調整を精度よく行うことができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、図７に示すように、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも下流側に固定絞り部９７を備えることが好ましい。

固定絞り部９７は絞り量が固定の絞り部であり、例えば、キャピラリーチューブがある。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部９７を冷媒ジャケット８３よりも下流側に設けることで、冷媒ジャケット８３よりも下流側において圧縮機１３の入口側の圧力が上昇し、冷媒ジャケット８３の温度が上昇するため、結露の発生を防ぐことができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置では、図８に示すように、冷却用分岐配管８１の冷媒ジャケット８３よりも上流側であって絞り弁１０３よりも下流側に固定絞り部９９を備えることが好ましい。

固定絞り部９９は絞り量が固定の絞り部であり、例えば、キャピラリーチューブがある。

この冷凍サイクル装置によれば、固定絞り部９９を冷媒ジャケット８３よりも上流側であって絞り弁１０３よりも下流側に設けることで、液相で固定絞りに入るため、効果的に適切な流量に調整することができる。また，固定絞り部９９により、冷媒ジャケット８３での圧力を、入口圧力よりも下げられるため、冷媒の温度も低下し、パワー素子８５との温度差がつくことにより、冷却効果を上げることができる。冷媒の相状態によるが、冷媒ジャケット８３の上流側は冷媒は液相（もしくは液相に近い２相）、下流側は冷媒が過熱されることによりガス相もしくはガス相に近い２相になる。液相は冷媒密度が大きく、２相、ガス相になるほど密度が小さくなる（同一質量であれば、密度が小さいほど体積が大きくなる）。これにより，上流側の液相のところで絞るのであれば、絞り弁８７の口径（サイズ）が小さくても，十分絞ることができる。下流側のガス相のところで絞る場合には、絞り弁１０３のサイズを大きくする必要がある。小さいサイズだと、そこで圧力損失が付き過ぎてしまい、冷却に必要な冷媒が流れなくなってしまう。この結果、十分な冷却効果と、絞り効果を安価に両立するためには、冷媒ジャケット８３の上流側に絞り弁１０３を付けて絞るほうが小さいサイズの弁で効果的に絞ることができる。上流を絞り弁１０３として下流側を固定絞り部９９にすると、固定絞り部９９であるキャピラリ自体は配管のため、コストが大きいサイズの弁に比べると断然安いため、絞り効果を安価に両立することができる。なお、図８では、固定絞り部９９を固定絞り部９７と共に設けた例を示しているが、このように構成することで固定絞り部９７を設けた効果をも得ることができるが、固定絞り部９７を設けない構成としてもよい。

ところで、図９は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置の他の例の冷媒回路図である。図１に示す冷凍サイクル装置においては、過冷却熱交換器２７と、過冷却用膨張弁２９と、過冷却用分岐配管３７Ｆとで構成された過冷却回路を含む。この図１に示す構成の場合、冷却用分岐配管８１は、液配管３７Ｃにおいて過冷却用分岐配管３７Ｆを接続した位置よりも室内熱交換器４７寄りであって液側操作弁３５寄りの位置に接続される。一方、図９に示す冷凍サイクル装置は、過冷却回路である過冷却熱交換器２７と、過冷却用膨張弁２９と、過冷却用分岐配管３７Ｆとを含まない構成であり、過冷却回路に係わらず液配管３７Ｃに接続される。

すなわち、図９に示す冷凍サイクル装置では、冷凍サイクル（冷媒回路）４５における各熱交換器１９，４７との間の液冷媒の一部を圧縮機１３の入口側にバイパスさせる過冷却用分岐配管３７Ｆと、過冷却用分岐配管３７Ｆに設けられて液冷媒の一部を膨張させる過冷却用膨張弁２９と、過冷却用分岐配管３７Ｆの過冷却用膨張弁２９の下流側に設けられて過冷却用膨張弁２９を経た液冷媒と冷凍サイクル４５の液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器２７と、を含む過冷却回路を含み、冷却用分岐配管８１は、過冷却回路よりも室内熱交換器４７寄りにて液冷媒の一部を導入する位置に設けられる。

この冷凍サイクル装置によれば、過冷却回路よりも室内熱交換器４７側から冷媒を導入することにより、冷媒ジャケット８３の冷媒が、過冷却が付いた状態になる。同一圧力において、過冷却が多くついている冷媒は、過冷却が低い状態と比較し、冷媒としてより低いエンタルピー状態（より冷えた状態）であるため、冷媒ジャケット８３に導入したときにより冷却効果が高まる。

５ ガス側配管（配管）
５Ａ，５Ｂ 分岐ガス側配管（配管）
７ 液側配管（配管）
７Ａ，７Ｂ 分岐液側配管（配管）
１３ 圧縮機
１９ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
２３ 室外膨張弁（膨張弁）
４９ 室内膨張弁（膨張弁）
２７ 過冷却熱交換器
２９ 過冷却用膨張弁
３７Ａ 吐出配管（配管）
３７Ｂ ガス配管（配管）
３７Ｃ 液配管（配管）
３７Ｄ ガス配管（配管）
３７Ｅ 吸入配管（配管）
３７Ｆ 過冷却用分岐配管
４５ 冷凍サイクル（冷媒回路）
４７ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
８０ 冷却装置
８１ 冷却用分岐配管
８３ 冷媒ジャケット
８５ パワー素子
８７ 絞り弁（開閉弁）
８９ 制御部
９１ 素子温度検出器
９３ 空気温度検出器
９５ 固定絞り部
９７ 固定絞り部
９９ 固定絞り部
１０３ 絞り弁（膨張弁）

Claims (8)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁および利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、
   前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、
   前記冷却用分岐配管に介在されており前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、
   前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側にのみ設けられた絞り弁と、
   前記パワー素子の温度を検出する素子温度検出器と、
   前記素子温度検出器の検出温度に基づき前記絞り弁を開制御または閉制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記熱源側熱交換器が熱交換する周囲の空気温度を検出する空気温度検出器をさらに備え、
   前記制御部は、前記素子温度検出器の検出温度または前記空気温度検出器の検出温度に基づき前記絞り弁を開制御する一方、前記素子温度検出器の検出温度および前記空気温度検出器の検出温度に基づき前記絞り弁を閉制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記絞り弁は、開閉弁であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側に前記絞り弁と並列して設けられた固定絞り部を備えることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記絞り弁は、膨張弁であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも下流側に固定絞り部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側であって前記絞り弁よりも下流側に固定絞り部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記冷媒回路における各前記熱交換器との間の前記冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる過冷却用分岐配管と、前記過冷却用分岐配管に設けられて前記冷媒の一部を膨張させる過冷却用膨張弁と、前記過冷却用分岐配管の前記過冷却用膨張弁の下流側に設けられて前記過冷却用膨張弁を経た前記冷媒と前記冷媒回路の前記冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器と、を含む過冷却回路を含み、
   前記冷却用分岐配管は、前記過冷却回路よりも前記利用側熱交換器寄りにて前記冷媒の一部を導入する位置に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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