以往，公知有一种包括将压缩机、散热器、第一膨胀阀、受液器、第二膨 胀阀和蒸发器依次连接的制冷剂回路的制冷装置(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开平10—115470号公报(第4页第5栏第12行～ 第5页第7栏第39行，图3)
当在这种制冷装置的制冷剂回路中采用二氧化碳等超临界制冷剂作为制 冷剂时，若使从第一膨胀阀朝第二膨胀阀流动的制冷剂的压力(下面称作中间 压力)明显低于饱和压力，则常常会产生气体制冷剂，从而很难进行受液器的 制冷剂液面控制。

本发明的目的在于，在如上所述的制冷剂装置中，实现稳定的受液器的制 冷剂液面控制。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的制冷装置包括：压缩机构、散热器、第一膨胀机构、受液器、第 二膨胀机构、蒸发器、温度检测部、第一压力存储部、第二压力确定部、压力 检测部、以及控制部。压缩机构对制冷剂进行压缩。散热器与压缩机构的制冷 剂排出侧连接。第一膨胀机构与散热器的出口侧连接。受液器与第一膨胀机构 的制冷剂流出侧连接。第二膨胀机构与受液器的出口侧连接。蒸发器与第二膨 胀机构的制冷剂流出侧连接，并与压缩机构的制冷剂吸入侧连接。温度检测部 设置在散热器的出口侧与第一膨胀机构的制冷剂流入侧之间。第一压力存 储部存储第一压力的上限值和下限值。此处提到的“第一压力”，是指从 第一膨胀机构的制冷剂流出侧朝第二膨胀机构的制冷剂流入侧流动的制冷 剂的压力。第二压力确定部根据第一压力的上限值和下限值以及由温度检 测部检测出的温度，来确定第二压力的上限值和下限值。此处提到的“第 二压力”，是指从压缩机构的制冷剂排出侧朝第一膨胀机构的制冷剂流入 侧流动的制冷剂的压力。压力检测部设置在压缩机构的制冷剂排出侧与第 一膨胀机构的制冷剂流入侧之间。控制部对第一膨胀机构和第二膨胀机构 进行控制，以使由压力检测部检测出的压力成为第二压力的上限值以下、 下限值以上，并使第一压力成为第一压力的上限值以下、下限值以上。
在该制冷装置中，第二压力确定部根据第一压力的上限值和下限值以及 由温度检测部检测出的温度，来确定第二压力的上限值和下限值。另外， 控制部对第一膨胀机构和第二膨胀机构进行控制，以使由压力检测部检测 出的压力成为第二压力的上限值以下、下限值以上，并使第一压力成为第 一压力的上限值以下、下限值以上。因此，在该制冷装置中，可使第一压力 和第二压力同时保持合适的值。因此，在该空调装置中，若将第一压力的上限 值和下限值设定成使从第一膨胀机构流出的制冷剂成为饱和线附近的状态但 不成为临界点附近的状态，则可实现稳定的受液器的制冷剂液面控制。另外， 当在受液器与第二膨胀机构之间设置过冷却热交换器(也可以是内部热交换 器)时，需要在确保过冷却热交换器的高低压间的温差的基础上设定第一压力 的上限值和下限值。这样一来，可避免过冷却热交换器的大型化。
第二发明的制冷装置是在第一发明的制冷装置中，还包括制冷剂冷却用热 交换器。制冷剂冷却用热交换器配置在散热器的出口侧与第一膨胀机构的 制冷剂流入侧之间。另外，温度检测部设置在制冷剂冷却用热交换器的出 口侧与第一膨胀机构的制冷剂流入侧之间。
在该制冷装置中，温度检测部设置在制冷剂冷却用热交换器的出口侧与 第一膨胀机构的制冷剂流入侧之间。因此，在该该制冷装置中，即使在设置 有制冷剂冷却用热交换器时，也可进行本发明的控制。
发明效果
在第一发明的制冷装置中，可使第一压力和第二压力同时保持合适的值。 因此，在该空调装置中，若将第一压力的上限值和下限值设定成使从第一膨胀 机构流出的制冷剂成为饱和线附近的状态但不成为临界点附近的状态，则可实 现稳定的受液器的制冷剂液面控制。另外，在受液器与第二膨胀机构之间设置 过冷却热交换器(也可以是内部热交换器)时，需要在确保过冷却热交换器的 高低压间的温差的基础上设定第一压力的上限值和下限值。这样一来，可避免 过冷却热交换器的大型化。
在第二发明的制冷装置中，即使在设置有制冷剂冷却用热交换器时，也 可进行本发明的控制。
附图说明
图1是本发明实施方式的空调装置的制冷剂回路图。
图2是设置在本发明实施方式的空调装置中的控制装置的功能方框图。
图3是用于说明由本发明实施方式的空调装置的控制装置来进行的受液 器液面控制的图。
图4是变形例(A)的空调装置的制冷剂回路图。
图5是用于说明由变形例(B)的空调装置的控制装置来进行的受液器液 面控制的图。
(符号说明)
1、101空调装置(制冷装置)
11压缩机(压缩机构)
13室外热交换器
15第一电动膨胀阀(第一膨胀机构)
16受液器
17、33a、33b第二电动膨胀阀(第二膨胀机构)
21高压压力传感器(压力检测部)
22温度传感器(温度检测部)
23a存储部
23b运算部
23c控制部
31、31a、31b室内热交换器

<空调装置的结构>
图1表示了本发明实施方式的空调装置1的概略制冷剂回路2。
该空调装置1是将二氧化碳作为制冷剂、并能进行制冷运行和供暖运行的 空调装置，主要包括：制冷剂回路2；送风风扇26、32；控制装置23；高压压 力传感器21；以及温度传感器22等。
在制冷剂回路2中主要配备有：压缩机11、四通切换阀12、室外热交换 器13、第一电动膨胀阀15、受液器16、第二电动膨胀阀17、以及室内热交换 器31，如图1所示，各装置通过制冷剂配管连接。
在本实施方式中，空调装置1是分体型的空调装置，也可以说包括：主要 具有室内热交换器31和室内风扇32的室内单元30；主要具有压缩机11、四 通切换阀12、室外热交换器13、第一电动膨胀阀15、受液器16、第二电动膨 胀阀17、高压压力传感器21、温度传感器22和控制装置23的室外单元10； 将室内单元30的制冷剂液体管等配管与室外单元10的制冷剂液体管等配管彼 此连接的第一连通配管41；以及将室内单元30的制冷剂气体管等配管与室外 单元10的制冷剂气体管等配管彼此连接的第二连通配管42。另外，室外单元 10的制冷剂液体管等配管与第一连通配管41通过室外单元10的第一截止阀 18连接，室外单元10的制冷剂气体管等配管与第二连通配管42通过室外单元 10的第二截止阀19连接。
(1)室内单元
室内单元30主要具有室内热交换器31和室内风扇32等。
室内热交换器31是用于使空调室内的空气即室内空气与制冷剂彼此进行 热交换的热交换器。
室内风扇32是用于将空调室内的空气吸入单元30内、并将通过室内热交 换器31与制冷剂进行了热交换后的空气即调节空气再次朝空调室内送出的风 扇。
通过采用这种结构，该室内单元30能在制冷运行时使由室内风扇32吸入 内部的室内空气与在室内热交换器31中流动的液体制冷剂进行热交换来生成 调节空气(冷气)，并在供暖运行时使由室内风扇32吸入内部的室内空气与 在室内热交换器31中流动的超临界制冷剂进行热交换来生成调节空气(暖气)。
(2)室外单元
室外单元10主要具有：压缩机11、四通切换阀12、室外热交换器13、 第一电动膨胀阀15、受液器16、第二电动膨胀阀17、室外风扇26、控制装置 23、高压压力传感器21、以及温度传感器22等。
压缩机11是用于将在吸入管中流动的低压的气体制冷剂吸入并压缩成超 临界状态、之后将其朝排出管排出的装置。
四通切换阀12是对应各运行来切换制冷剂的流动方向的阀，在制冷运行 时，能将压缩机11的排出侧与室外热交换器13的高温侧彼此连接，并将压缩 机11的吸入侧与室内热交换器31的气体侧彼此连接，在供暖运行时，能将压 缩机11的排出侧与第二截止阀19彼此连接，并将压缩机11的吸入侧与室外 热交换器13的气体侧彼此连接。
室外热交换器13在制冷运行时能将空调室外的空气作为热源使从压缩机 11排出的高压的超临界制冷剂冷却，在供暖运行时能使从室内热交换器31返 回的液体制冷剂蒸发。
第一电动膨胀阀15用于对从室外热交换器13的低温侧流出的超临界制冷 剂(制冷运行时)或者经由受液器16流入的液体制冷剂(供暖运行时)进行 减压。
受液器16用于储藏根据运行模式和空调负载而剩余的制冷剂。
第二电动膨胀阀17用于对经由受液器16流入的液体制冷剂(制冷运行时) 或者从室内热交换器31的低温侧流出的超临界制冷剂(供暖运行时)进行减 压。
室外风扇26是用于将室外的空气吸入单元10内、并将通过室外热交换器 13与制冷剂进行了热交换后的空气排出的风扇。
高压压力传感器21设置在压缩机11的排出侧。
温度传感器22设置在第一电动膨胀阀15的入口附近。
控制装置23与高压压力传感器21、温度传感器22、第一电动膨胀阀15 和第二电动膨胀阀17等进行通信连接，根据从温度传感器22送来的温度信息、 从高压压力传感器21送来的高压压力信息，对第一电动膨胀阀15和第二电动 膨胀阀17的开度进行控制。如图2所示，该控制装置23主要包括：存储部23a、 运算部23b、以及控制部23c。在存储部23a内存储有制冷运行时在第一电动 膨胀阀15的制冷剂流出侧与第二电动膨胀阀17的制冷剂流入侧之间流动的制 冷剂(下面称作中间压制冷剂)的压力的上限值UL1的信息和下限值LL1的信 息。该上限值UL1和下限值LL1被确定成使从第一电动膨胀阀15流出的制冷 剂的状态成为饱和线附近的状态但不成为临界点附近的状态(参照图3)。如 图3所示，运算部23b根据从存储部23a送来的中间压制冷剂的压力的上限值 UL1的信息和下限值LL1的信息、以及从温度传感器22发送来的温度信息，计 算出在压缩机11的制冷剂排出侧与第一电动膨胀阀15的制冷剂流入侧之间流 动的制冷剂(下面称作高压侧制冷剂)的压力的上限值UL2和下限值LL2。如 图3所示，该高压侧制冷剂的压力的上限值UL2和下限值LL2通过求出中间压 制冷剂的压力的上限值UL1和下限值LL1各自与相对于临界点K而位于焓较低 的一侧的饱和线交叉的点、从该交点沿纵轴延长虚线并求出该虚线与对应于此 时的温度信息的等温线Tm交叉的点来确定。若是从业人员，则可利用函数化 技术和控制表生成技术容易地进行这样的运算。另外，控制部23c对第一电动 膨胀阀15和第二电动膨胀阀17的开度进行控制，以使高压压力传感器21显 示的值落在上面求出的高压侧制冷剂的压力的上限值UL2与下限值LL2之间， 并使中间压制冷剂的压力落在中间压制冷剂的压力的上限值UL1与下限值LL1 之间。此时，高压侧制冷剂的压力专门由第一电动膨胀阀15进行控制。中间 压制冷剂的压力由第一电动膨胀阀15的开度与第二电动膨胀阀17的开度的平 衡进行控制。此时的第二电动膨胀阀17的开度，例如可通过预先将第二电动 膨胀阀17的开度表示成以中间压制冷剂的压力和第一电动膨胀阀15的开度为 变量的函数而容易地确定。作为此时的中间压制冷剂的压力值，可使用上限值 UL1和下限值LL1的平均值等。
<空调装置的动作>
参照图1来说明空调装置1的运行动作。如上所述，该空调装置1可进行 制冷运行和供暖运行。
(1)制冷运行
在制冷运行时，四通切换阀12成为图1中实线所示的状态，即成为将压 缩机11的排出侧与室外热交换器13的高温侧连接、并将压缩机11的吸入侧 与第二截止阀19连接的状态。此时，第一截止阀18和第二截止阀19成为打 开状态。
当在该制冷剂回路2的状态下启动压缩机11时，气体制冷剂被压缩机11 吸入而压缩成超临界状态，之后，经由四通切换阀12送往室外热交换器13， 在室外热交换器13中被冷却。
接着，该被冷却的超临界制冷剂被送往第一电动膨胀阀15。然后，送往 第一电动膨胀阀15的超临界制冷剂被减压成饱和状态，之后，经由受液器16 送往第二电动膨胀阀17。送往第二电动膨胀阀17的饱和状态的制冷剂被减压 成液体制冷剂，之后，经由第一截止阀18朝室内热交换器31供给，对室内空 气进行冷却，并蒸发成气体制冷剂。
接着，该气体制冷剂经由第二截止阀19、内部热交换器14和四通切换阀 12，再次被压缩机11吸入。这样来进行制冷运行。
(2)供暖运行
在供暖运行时，四通切换阀12成为图1中虚线所示的状态，即成为将压 缩机11的排出侧与第二截止阀19连接、并将压缩机11的吸入侧与室外热交 换器13的气体侧连接的状态。此时，第一截止阀18和第二截止阀19成为打 开状态。
当在该制冷剂回路2的状态下启动压缩机11时，气体制冷剂被压缩机11 吸入而压缩成超临界状态，之后，经由四通切换阀113和第二截止阀19而朝 室内热交换器31供给。
接着，该超临界制冷剂在室内热交换器31中对室内空气进行加热并被冷 却。被冷却后的超临界制冷剂经由第一截止阀送往第二电动膨胀阀17。送往第 二电动膨胀阀17的超临界制冷剂被减压成饱和状态，之后，经由受液器16送 往第一电动膨胀阀15。送往第一电动膨胀阀15的饱和状态的制冷剂被减压而 成为液体制冷剂，之后，经由内热交换器14送往室外热交换器13，在室外热 交换器13中蒸发而成为气体制冷剂。然后，该气体制冷剂经由四通切换阀12， 再次被压缩机11吸入。这样来进行供暖运行。
<空调装置的特征>
在本实施方式的空调装置1中，使中间压制冷剂成为饱和线附近的状态但 不成为临界点附近的状态的上限值UL1的信息和下限值LL1的信息被存储在存 储部23a内，运算部23b根据上限值UL1的信息和下限值LL1的信息、以及从 温度传感器22发送来的温度信息，来计算高压侧制冷剂的压力的上限值UL2 和下限值LL2。另外，控制部23c对第一电动膨胀阀15和第二电动膨胀阀17 的开度进行控制，以使高压压力传感器21显示的值落在上面求出的高压侧制 冷剂的压力的上限值UL2与下限值LL2之间，并使中间压制冷剂的压力落在中 间压制冷剂的压力的上限值UL1与下限值LL1之间。因此，在该空调装置1中， 可使中间压制冷剂的压力和高压侧制冷剂的压力同时保持合适的值。因此，在 该空调装置1中，可实现稳定的受液器16的制冷剂液面控制。
<变形例>
(A)在上述实施方式中，是将本申请的发明应用于对一个室外单元10 设置一个室内单元30的分体式空调装置1，但也可将本申请的发明应用于对图 4所示的一个室外单元设置多个室内单元的多联式空调装置101。图4中，与 上述实施方式的空调装置1的构成零件相同的零件使用了相同的符号。图4中， 符号102表示制冷剂回路，符号110表示室外单元，符号130a、130b表示室 内单元，符号31a、31b表示室内热交换器，符号32a、32b表示室内风扇，符 号33a、33b表示第二电动膨胀阀，符号34a、34b表示室内控制装置，符号141、 142表示连通配管。这种情况下，控制装置23通过室内控制装置34a、34b对 第二电动膨胀阀33a、33b进行控制。另外，在本变形例中，第二电动膨胀阀 33a、33b收容在室内单元130a、130b中，但第二电动膨胀阀33a、33b也可收 容在室外单元110中。
(B)在上述实施方式的空调装置1中，虽未特别提及，但也可在受液器 16与第二电动膨胀阀17之间设置过冷却热交换器(也可以是内部热交换器)。 这种情况下，需要在确保过冷却热交换器的高低压间的温差的基础上设定中间 压制冷剂的压力的上限值UL1和下限值LL1。这样一来，可避免过冷却热交换 器的大型化。此时，制冷循环如图5所示。
(C)在上述实施方式的空调装置1中，第一电动膨胀阀15、受液器16、 第二电动膨胀阀17等是配置在室外单元10中，但它们的配置没有特别的限定。 例如，第二电动膨胀阀17也可配置在室内单元30中。
(D)在上述实施方式的空调装置1中，采用电动膨胀阀来作为制冷剂的 减压装置，但作为替代，也可采用膨胀机等。
(E)在上述实施方式的空调装置1中，虽未特别提及，但也可将受液器 16与压缩机11的吸入管连接，形成排气回路。这种情况下，最好在排气回路 上设置电动膨胀阀和电磁阀等。
(F)在上述实施方式的空调装置1中，虽未特别提及，但也可在第一电 动膨胀阀15的制冷剂流出侧与第二电动膨胀阀17的制冷剂流入侧之间的任一 位置上设置中间压压力传感器。这种情况下，控制部23c对第一电动膨胀阀15 和第二电动膨胀阀17的开度进行控制，以使高压压力传感器21显示的值落在 上面求出的高压侧制冷剂的压力的上限值UL2与下限值LL2之间，并使中间压 压力传感器显示的值落在中间压制冷剂的压力的上限值UL1与下限值LL1之 间。
(G)在上述实施方式的空调装置1中，虽未特别提及，但也可在室外热 交换器13的低温侧(或液体侧)与温度传感器22之间设置制冷剂冷却用热交 换器(也可以是内部热交换器)。这种情况下，可防止从第一电动膨胀阀15 流出的制冷剂成为临界点附近的状态。因此，在该空调装置1中，可稳定进行 受液器16的液面控制。
工业上的可利用性
本发明的制冷装置具有可稳定地进行受液器的制冷剂液面控制的特征，特 别适用于采用二氧化碳等作为制冷剂的制冷装置。