JP2006343017A

JP2006343017A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2006343017A
Application number: JP2005168140A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Otake; 雅久大竹; Koji Sato; 晃司佐藤; Ichiro Kamimura; 一朗上村; Hiroshi Mukoyama; 洋向山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-21
Also published as: US20060277932A1; EP1731853A2; CN1877220A

Abstract

【課題】外部温度や負荷条件等に応じて最適性能を維持できる冷凍装置を提供する。
【解決手段】２段圧縮機１、高圧ガス冷却器３、第１絞り装置５、中間圧レシーバ７、第２絞り装置９、蒸発器１１、中間圧冷媒バイパス回路１３、逆流防止装置１５を備え、通常の運転時には超臨界状態で運転され、高圧ガス冷却器３出口冷媒の比エンタルピが１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも小さい場合には、中間圧レシーバの圧力が圧縮機中圧部圧力よりも低くなるように、また高圧ガス冷却器３出口冷媒の比エンタルピが圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも大きい場合には、中間圧レシーバ７の圧力が高圧ガス冷却器３出口冷媒の比エンタルピとほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力よりも低く、かつ圧縮機中圧部圧力よりも高くなるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、中間圧レシーバを有し、この中間圧レシーバ内のガス冷媒を２段圧縮機の中間圧部に導入する冷凍装置に関する。

一般に、２段圧縮機、高圧ガス冷媒を冷却する高圧ガス冷却器、第１絞り装置、冷媒循環量を調節する中間圧レシーバ、第２絞り装置、蒸発器を順次接続して閉回路を形成し、中間圧レシーバ内の中間圧冷媒蒸気を圧縮機の中間圧部にバイパスする中間圧冷媒バイパス回路を備え、通常の運転時には高圧部が超臨界状態で運転される、冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。この種の冷凍装置では、中間圧レシーバで分離されたガス冷媒をガスの状態のまま、２段圧縮機の中間圧部に導入するため、いわゆる２段膨張エコノマイザサイクルとなり、蒸発器における冷媒流量が減少し、１段目圧縮機の圧縮動力が削減され、また、蒸発器での圧力損失が低減されるため冷凍サイクルの性能を向上させることができる。
特開２００３−１０６６９３号公報

しかし、従来の２段膨張エコノマイザサイクルでは、例えば外部温度や負荷条件等により中間圧レシーバ内の冷媒が液相だけになった場合、蒸発器に導入されるべき液相冷媒の一部が２段圧縮機の中間圧部に導入されることになり、圧縮効率が低下すると共に、液バックにより圧縮機の損傷等の問題がある。
そこで、本発明の目的は、外部温度や負荷条件等に応じて、最適な性能維持を可能にした冷凍装置を提供することにある。

本発明は、２段圧縮機、高圧ガス冷媒を冷却する高圧ガス冷却器、第１絞り装置、冷媒循環量を調節する中間圧レシーバ、第２絞り装置、蒸発器を順次接続して閉回路を形成し、中間圧レシーバ内の中間圧冷媒蒸気を圧縮機の中間圧部にバイパスする中間圧冷媒バイパス回路と、この中間圧冷媒バイパス回路に設けられ、圧縮機から中間圧レシーバへの冷媒蒸気の逆流を防止する逆流防止装置とを備え、通常の運転時には高圧部が超臨界状態で運転され、高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピが１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも小さい場合には、中間圧レシーバの圧力が前記圧縮機中圧部圧力よりも低くなるように、また、高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピが圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも大きい場合には、中間圧レシーバの圧力が高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピとほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力よりも低く、かつ圧縮機中圧部圧力よりも高くなるように、第１絞り装置及び第２絞り装置の少なくとも一方を制御する制御手段を備えた、ことを特徴とする。

この場合、圧縮機及び熱源側熱交換器としての室外熱交換器を備えた室外ユニットと、利用側熱交換器としての室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管により接続され、上記室外熱交換器の一端が、前記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧管と、前記室外熱交換器の他端に接続された中圧管とを有して構成され、前記各室内ユニットは、前記室内熱交換器の一端が前記高圧管と前記低圧管に択一的に接続され、他端が前記中圧管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、前記圧縮機は、吸込時の冷媒圧力よりも高く、吐出時の冷媒圧力よりも低い中間圧力を有する冷媒の導入が可能な中間圧部を有し、前記熱源側熱交換器の膨張弁と前記利用側熱交換器の膨張弁とを結ぶ流路に介挿され、前記熱源側熱交換器あるいは前記利用側熱交換器において熱交換後の気液混合冷媒を気液分離し、気相の冷媒を前記中間圧部に導く中間圧レシーバを備え、この中間圧レシーバから気相の冷媒を前記中間圧部に導く回路に設けられ、圧縮機から中間圧レシーバへの冷媒蒸気の逆流を防止する逆流防止装置を備え、てもよい。

また、通常の運転時には高圧部が超臨界状態で運転され、前記熱交換器が放熱側熱交換器として動作する場合、この放熱側熱交換器出口冷媒の比エンタルピが１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも小さい場合には、中間圧レシーバの圧力が前記圧縮機中圧部圧力よりも低くなるように、また、前記放熱側熱交換器出口冷媒の比エンタルピが前記圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも大きい場合には、中間圧レシーバの圧力が放熱側熱交換器出口冷媒の比エンタルピとほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力よりも低く、かつ前記圧縮機中圧部圧力よりも高くなるように、前記熱源側熱交換器の膨張弁及び前記利用側熱交換器の膨張弁の少なくとも一方を制御するようにしてもよい。

本発明では、外部温度の上昇や負荷変動等により高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピが大きくなった場合には２段膨張エコノマイザサイクルが形成され、これとは逆に、外部温度の低下や負荷変動等により高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピが小さくなった場合には１段膨張サイクルとなるため、シンプルな構成によって最適な性能維持が図られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置３０は、２段圧縮機１、高圧ガス冷媒を冷却する高圧ガス冷却器３、第１絞り装置５、冷媒循環量を調節する中間圧レシーバ７、第２絞り装置９、蒸発器１１を備え、これらを順次接続して閉回路を形成している。第１絞り装置５、第２絞り装置９は、例えば、絞りの開度を可変可能に構成される。この絞りの程度を変えることで、中間圧レシーバ７に至るまでに、圧力を低下し、多くのガス冷媒を発生させ、その状態で、中間圧レシーバ７に入れることにより、そこでの分離効率を変えることが可能になる。

２段圧縮機１は、１段圧縮部１Ａと、２段圧縮部１Ｂとを含んで構成されている。１段圧縮部１Ａと、２段圧縮部１Ｂとの間（中間圧部１Ｃ）、及び中間圧レシーバ７の上部は、中間圧レシーバ７内の中間圧冷媒蒸気を圧縮機１の中間圧部１Ｃにバイパスするための中間圧冷媒バイパス回路１３で接続され、この中間圧冷媒バイパス回路１３には圧縮機１から中間圧レシーバ７への冷媒蒸気の逆流を防止する機能を有する逆止弁（逆流防止装置）１５が設けられている。逆流防止装置としては、逆止弁１５に限定されず、例えば開閉弁等であってもよい。

上述した冷媒回路内には、通常の運転時に高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素冷媒が封入されている。高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒には例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。

また、本構成では、高圧ガス冷却器３の出口に冷媒温度センサ４０が取り付けられ、蒸発器１１に蒸発温度センサ４１が取り付けられ、２段圧縮機１の吸入側には吸入温度センサ４２が取り付けられ、２段圧縮機１の吐出側には吐出温度センサ４３が取り付けられ、中間圧レシーバ７には中間圧力温度センサ４４が取り付けられている。
そして、各センサ４０〜４４と、第１絞り装置５と、第２絞り装置９とが、コントローラ（制御手段）４５に接続されている。

本構成では、このコントローラ４５が、以下の制御を実行する。
すなわち、高圧ガス冷却器３の出口冷媒の比エンタルピが１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも小さい場合、中間圧レシーバ７の圧力が圧縮機中圧部圧力よりも低くなるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方を制御する。例えば、第１絞り装置５の弁開度が「小」、第２絞り装置９の弁開度が「大」になるように制御する。また、高圧ガス冷却器３の出口冷媒の比エンタルピが圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも大きい場合、中間圧レシーバ７の圧力が高圧ガス冷却器３の出口冷媒の比エンタルピとほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力よりも低く、かつ圧縮機中圧部圧力よりも高くなるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方を制御する。例えば、第１絞り装置５の弁開度が「大」、第２絞り装置９の弁開度が「小」になるように制御する。

図２は、２段圧縮を含む冷凍サイクルの圧力・エンタルピ（ｐｈ）線図であり、高圧側が超臨界状態で運転される。
図２中で圧力「Ｐ１」は、上記１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当し、エンタルピ「ｈ１」は、この圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピに相当する。ここで、外部温度の上昇等があった場合、高圧ガス冷却器３の出口「Ｅ」の比エンタルピ「ｈ２」は、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピ「ｈ１」よりも大きくなる。この場合、本構成では、中間圧レシーバ７内（図２中の「Ｆ」）の圧力「Ｐ２」が、高圧ガス冷却器３の出口冷媒の比エンタルピ「ｈ２」とほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力「Ｐ３」よりも低く、かつ圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」よりも高くなるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方が制御される。
具体的には、例えば、第１絞り装置５の弁開度が「大」、第２絞り装置９の弁開度が「小」になるように制御される。

ここで、「Ａ」は、１段圧縮部１Ａの吸い込み、「Ｂ」は、１段圧縮部１Ａの吐出、「Ｃ」は、２段圧縮部１Ｂの吸い込み、「Ｄ」は、２段圧縮部１Ｂの吐出状態である。圧縮機１から吐出された冷媒は、高圧ガス冷却器３を通って循環し冷却される。「Ｅ」は、上記のように、高圧ガス冷却器３の出口、すなわち第１絞り装置５の入口、「Ｆ」は、第１絞り装置５の出口であり、この状態では、ガス／液体の２相混合体になる。ここでのガスと液体の比率は、「Ｆ」〜「Ｇ」の線分（ガス）の長さと、「Ｆ」〜「Ｉ」の線分（液体）の長さとの比に相当する。

この冷媒は２相混合体の状態で中間圧レシーバ７に入る。中間圧レシーバ７で分離されたガス冷媒は、中間圧レシーバ７の圧力「Ｐ２」が圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」よりも高くなるように制御されているため、逆止弁１５を経て、圧縮機１の中間圧部１Ｃ、すなわち１段圧縮部１Ａと２段圧縮部１Ｂとの間に導入される。「Ｉ」は、中間圧レシーバ７の出口状態であり、この出口を経た冷媒は、「Ｃ」の２段圧縮部１Ｂの吸い込みに至り、２段圧縮部１Ｂで圧縮される。

また、中間圧レシーバ７で分離された液冷媒は、第２絞り装置９に至る。「Ｇ」は、中間圧レシーバ７の出口で、第２絞り装置９の入口、「Ｈ」は、第２絞り装置９の出口、「Ａ」は、蒸発器１１の出口であると共に、上記のように１段圧縮部１Ａの吸い込みである。蒸発器１１に入った液冷媒は、蒸発して熱を吸収し、ガス相の冷媒が、１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻される。

上記構成において、中間圧レシーバ７で分離されたガス冷媒は、蒸発器１１に循環させても、冷却に使用できない。従って、これを１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻すことは、圧縮効率を低下させる。
本構成は、いわゆる２段膨張エコノマイザサイクルであり、中間圧レシーバ７で分離されたガス冷媒を、２段圧縮機１の中間圧部１Ｃに導入するため、蒸発器１１における冷媒流量が減少し、１段圧縮部１Ａの圧縮動力が削減され、更に蒸発器１１での圧力損失が低減されるため冷凍サイクルの性能を向上させることができる。特に、本構成では、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、中間圧レシーバ７で分離されるガス及び液体の比率において、フロン系冷媒に比べ、ガス分（「Ｆ」〜「Ｇ」の線分）が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機１の中間圧部１Ｃに導入することで、より高い性能向上を図ることができる。

一方、外部温度の低下等があると、高圧ガス冷却器３の出口状態が「Ｅ１」に移動する。「Ｅ１」の比エンタルピ「ｈ３」は、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピ「ｈ１」よりも小さく、この状態では、中間圧レシーバ７内（「Ｆ１」）は液相だけとなり、ガス冷媒は存在しない。

この場合、本構成では、中間圧レシーバ７の圧力「Ｐ４」が、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」よりも低くなるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方が制御される。例えば、第１絞り装置５の弁開度が「小」、第２絞り装置９の弁開度が「大」に制御される。中間圧レシーバ７の圧力「Ｐ４」が上記圧力「Ｐ１」よりも低くなると、図１の逆止弁１５が機能し、中間圧レシーバ７と圧縮機１の中間圧部１Ｃとの連絡が断たれる。そして、中間圧レシーバ７内の液相冷媒のすべてが蒸発器１１を経由し、２段圧縮機１の１段圧縮部１Ａに導入される。

これを図２で見ると、「Ａ」は、１段圧縮部１Ａの吸い込み、「Ｂ」は、１段圧縮部１Ａの吐出、「Ｄ１」は、２段圧縮部１Ｂの吐出である。圧縮機１から吐出された冷媒は、高圧ガス冷却器３を通って循環し冷却される。「Ｅ１」は、上述したように、高圧ガス冷却器３の出口、すなわち第１絞り装置５の入口、「Ｆ１」は、第１絞り装置５の出口であり、この状態では、液相の冷媒だけになる。
この液冷媒は、そのすべてが、第２絞り装置９に至る。「Ｈ１」は、第２絞り装置９の出口、「Ａ」は蒸発器１１の出口であると共に、上記のように１段圧縮部１Ａの吸い込みである。蒸発器１１に入った液冷媒は、蒸発して熱を吸収し、ガス相の冷媒が、１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻される。

本実施形態では、外部温度の上昇や負荷変動等により、高圧ガス冷却器３の出口冷媒の比エンタルピ「ｈ２」が、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピ「ｈ１」よりも大きくなった場合、２段膨張エコノマイザサイクルが形成され、これとは逆に、外部温度の低下や負荷変動等により、高圧ガス冷却器３の出口冷媒の比エンタルピ「ｈ３」が、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピ「ｈ１」よりも小さくなった場合、１段膨張サイクルとなるため、シンプルな構成で外部温度や負荷条件等に応じた最適な性能維持が可能になる。

図３は、制御フローを示す。運転中に、蒸発温度センサ４１で蒸発温度Ｔevaが検出され（Ｓ１）、吸入温度センサ４２で吸入温度Ｔsucが検出される（Ｓ２）。また、吐出温度センサ４３で吐出温度Ｔdisが検出され（Ｓ３）、中間圧力温度センサ４４で中間圧レシーバ７内の冷媒温度Ｔmが検出され（Ｓ４）、冷媒温度センサ４０で高圧ガス冷却器３の出口冷媒温度Ｔoutが検出される（Ｓ５）。そして、蒸発温度Ｔevaから演算で吸入圧力Ｐsucが求められ（Ｓ６）、吸入温度Ｔsuc、吸入圧力Ｐsuc、吐出温度Ｔdisから演算で高圧圧力Ｐhが求められ（Ｓ７）、中間圧レシーバ７内の冷媒温度Ｔmから、中間圧レシーバ７内の実際の中圧圧力Ｐmが求められ（Ｓ８）、吸入圧力Ｐsuc、吸入温度Ｔsuc、高圧圧力Ｐhから本制御において基準となる中圧圧力（＝１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力）Ｐm1が求められる（Ｓ９）。

また、中圧圧力Ｐm1から当該中圧圧力Ｐm1に相当する飽和液のエンタルピｈLiq（「ｈ１」）が求められ（Ｓ１０）、高圧ガス冷却器３の出口冷媒温度Ｔoutと高圧圧力Ｐhとから当該出口での比エンタルピｈout（「ｈ２」）が求められる（Ｓ１１）。
ついで、比エンタルピｈoutがエンタルピｈLiqよりも大きいか否かが判定され（Ｓ１２）、大きい場合には、中圧圧力Ｐm＞中圧圧力Ｐm1となるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方が制御される（Ｓ１３）。具体的には、第１絞り装置５の弁開度が「大」、第２絞り装置９の弁開度が「小」になるように制御され、これにより、２段膨張エコノマイザサイクルが形成される。また、比エンタルピｈoutがエンタルピｈLiqよりも小さい場合には、中圧圧力Ｐm＜中圧圧力Ｐm1となるように、第１絞り装置５及び第２絞り装置９の少なくとも一方が制御される（Ｓ１４）。具体的には、第１絞り装置５の弁開度が「小」、第２絞り装置９の弁開度が「大」に制御され、これにより、１段膨張サイクルが形成される。
上記吸入圧力Ｐsuc、高圧圧力Ｐhは圧力センサで求めてもよく、また、中圧圧力Ｐm1は、予め設定した値をメモリに記憶してもよい。

図４は、別の実施形態を示す。
この冷凍装置（空調機）１３０は、冷暖同時混在運転が可能である。
冷凍装置１３０は、２段圧縮機１０２、室外熱交換器１０３ａ、１０３ｂ及び室外膨張弁１２７ａ、１２７ｂを備えた室外ユニット１０１と、室内熱交換器１０６ａ及び室内膨張弁１１８ａを備えた室内ユニット１０５ａと、室内熱交換器１０６ｂ及び室内膨張弁１１８ｂを備えた室内ユニット１０５ｂと、貯湯用熱交換器１４１、貯湯タンク１４３、循環ポンプ１４５及び膨張弁１４７を備えた給湯ユニット１５０とを備えている。

これら室外ユニット１０１と室内ユニット１０５ａ、１０５ｂと給湯ユニット１５０とがユニット間配管１１０により接続されて、冷凍装置１３０は、給湯ユニット１５０を運転しながら、室内ユニット１０５ａ、１０５ｂを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施可能となっている。
室外ユニット１０１では、室外熱交換器１０３ａの一端が、圧縮機１０２の吐出管１０７あるいは吸込管１０８に切換弁１０９ａあるいは切換弁１０９ｂを介して排他的に接続される。同様に室外熱交換器１０３ｂの一端が、圧縮機１０２の吐出管１０７あるいは吸込管１０８に切換弁１１９ａ、１１９ｂを介して排他的に接続されることとなる。また、吸込管１０８にアキュムレータ１０４が配設されている。

室外ユニット１０１は、図示しない室外制御装置を備え、この室外制御装置が、室外ユニット１０１内の圧縮機１０２、室外膨張弁１２７ａ、１２７ｂ、切換弁１０９ａ、１１９ａ、１０９ｂ、１１９ｂおよび冷凍装置１３０全体を制御する。また、冷凍装置１３０は、アキュムレータ１０４の入口における冷媒温度を検出する温度センサＳ１と、室内熱交換器１０６ａ、１０６ｂの冷媒温度を検出する温度センサＳ２と、室外熱交換器１０３ａ、１０３ｂの冷媒温度を検出する温度センサＳ３と、圧縮機１０２の出口における冷媒温度を検出する温度センサＳ４と、を備えている。

圧縮機１０２は、２段圧縮機であり、低圧吸込側で冷媒の圧縮を行う第１段圧縮部１０２Ａと、高圧吐出側で冷媒の圧縮を行う第２段圧縮部１０２Ｂと、を備えており、第１段圧縮部１０２Ａと第２段圧縮部１０２Ｂとの中間に冷媒を外部より導入可能な中間圧部１０２Ｍが設けられている。

ユニット間配管１１０は、高圧管（高圧ガス管）１１１、低圧管（低圧ガス管）１１２及び中圧管（液管）１１３を備えている。高圧管１１１が吐出管１０７に接続され、低圧管１１２が吸込管１０８に接続される。上記中圧管１１３は、室外膨張弁１２７ａ、１２７ｂを介して、室外熱交換器１０３ａ、１０３ｂの他端にそれぞれ接続される。
そして、中圧管１１３と室外膨張弁１２７ａ、１２７ｂとの間に中間圧レシーバ（気液分離器）１２８が接続されている。中間圧レシーバ１２８は、大別すると、レシーバ本体１２８Ａと、蒸気出口管１２８Ｂと、第１入出口管１２８Ｃと、第２入出口管１２８Ｄとを備え、この中間圧レシーバ１２８の蒸気出口管１２８Ｂが圧縮機１０２の中間圧部１０２Ｍに接続されており、気相の冷媒が蒸気出口管１２８Ｂから圧縮機１０２内に導入される。この中間圧レシーバ１２８は、室外熱交換器１０３ａ、１０３ｂ側および室内熱交換器１０６ａ、１０６ｂ側のいずれからも冷媒の流入が可能な双方向型気液分離装置として構成されている。

室内ユニット１０５ａ、１０５ｂの室内熱交換器１０６ａ、１０６ｂは、その一端が、吐出側弁１１６ａ、１１６ｂを介して、高圧管１１１に接続され、吸込側弁１１７ａ、１１７ｂを介して、低圧管１１２に接続される。また、それらの他端が、室内膨張弁１１８ａ、１１８ｂを介して中圧管１１３に接続される。吐出側弁１１６ａと吸込側弁１１７ａは、一方が開操作された時、他方が閉操作される。吐出側弁１１６ｂと吸込側弁１１７ｂも、同様に、一方が開操作された時、他方が閉操作される。これにより、各室内熱交換器１０６ａ、１０６ｂの一端は、ユニット間配管１１０の高圧管１１１と低圧管１１２とに択一的に接続される。

室内ユニット１０５ａ、１０５ｂは、更に室内ファン１２３ａ、１２３ｂ、リモートコントローラ及び室内制御装置を有する。各室内ファン１２３ａ、１２３ｂは、室内熱交換器１０６ａ、１０６ｂのそれぞれに近接配置されて、これらそれぞれの室内熱交換器１０６ａ、１０６ｂに送風する。また、各リモートコントローラは、室内ユニット１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ接続されて、各室内ユニット１０５ａ、１０５ｂのそれぞれの室内制御装置へ、冷房若しくは暖房運転指令、または停止指令等を出力する。

貯湯ユニット１５０では、貯湯用熱交換器１４１の一端が切替弁１４８を介して高圧管１１１に接続され、貯湯用熱交換器１４１の他端が膨張弁１４７を介して中圧管１１３に接続される。この貯湯用熱交換器１４１には、水配管１４６が接続され、この水配管１４６に、循環ポンプ１４５を介して、貯湯タンク１４３が接続される。

本実施形態では、室外ユニット１０１、室内ユニット１０５ａ、１０５ｂおよび貯湯ユニット１５０内の配管並びにユニット間配管１１０に二酸化炭素冷媒が封入される。
また、中間圧レシーバ１２８の蒸気出口管１２８Ｂに、圧縮機１０２から中間圧レシーバ１２８への冷媒蒸気の逆流を防止する機能を有する逆止弁（逆流防止装置）１５１が設けられている。この逆流防止装置としては、逆止弁１５１に限定されず、例えば開閉弁等であってもよい。

この冷凍装置１３０が、給湯ユニット１５０を運転しながら、室内ユニット１０５ａ、１０５ｂを同時に冷房運転もしくは暖房運転し、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して行う場合、いずれかの熱交換器１０３，１０６，１４１が、放熱側熱交換器として機能する。この放熱側熱交換器（図１の高圧ガス冷却器３に相当する。）の出口温度に応じ、上述したように、中間圧レシーバ１２８に入る前の冷媒中の気相あるいは液相成分が変動する。放熱側熱交換器の出口温度が上昇した場合等には、中間圧レシーバ１２８に入る前の冷媒中の気相成分が多くなり、圧縮機１０２の中間圧部１０２Ｍに導入される気相の冷媒量が多くなり、冷却に寄与しない気相成分を中圧管１１３以降の低圧回路に循環させない分だけ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
特に、本構成では、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、中間圧レシーバ１２８で分離される気相成分及び液相成分の比率において、従来のフロン系冷媒に比べ、気相成分が多くなり、その多くの気相成分を、圧縮機１０２の中間圧部１０２Ｍに導入することで、より高い効率向上が図られる。

これに対し、例えば放熱側熱交換器の出口温度が降下し、中間圧レシーバ１２８内がほとんど液相成分となった場合、この液相成分を圧縮機１０２の中間圧部１０２Ｍに導入しても、かえって冷凍サイクルの効率が低下する。
この場合、図２を参照し、中間圧レシーバ１２８の圧力「Ｐ４」が、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」よりも低くなるように、例えば室外膨張弁１２７ａ、１２７ｂ、膨張弁１４７、あるいは室内膨張弁１１８ａ、１１８ｂの少なくとも一方が制御される。中間圧レシーバ１２８の圧力「Ｐ４」が圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」よりも低くなると、図４の逆止弁１５１が機能し、中間圧レシーバ１２８と圧縮機１０２の中間圧部１０２Ｍとの連絡が断たれ、中間圧レシーバ１２８内の液相冷媒のすべてが蒸発器を経由し、２段圧縮機１０２の第１段圧縮部１０２Ａに導入される。

言い換えれば、外部温度の上昇や負荷変動等により、放熱側熱交換器の出口冷媒の比エンタルピ「ｈ２」が、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピ「ｈ１」よりも大きくなった場合、２段膨張エコノマイザサイクルが形成され、これとは逆に、外部温度の低下等により、放熱側熱交換器の出口冷媒の比エンタルピ「ｈ３」が、圧縮機中圧部圧力「Ｐ１」に相当する飽和液のエンタルピ「ｈ１」よりも小さくなった場合、１段膨張サイクルとなるため、シンプルな構成で外部温度や負荷条件等に応じた最適な性能維持が可能になる。この場合の外部温度とは、放熱側熱交換器において冷媒と熱交換を行う媒体の温度であり、具体的には、暖房運転を行っている場合の室内温度、室外熱交換器が放熱器として機能している場合の外気温度、又は貯湯運転を行っている場合の貯湯用熱交換器の入口水温等のことである。
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。

本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。冷凍サイクルの圧力・エンタルピ線図である。制御フローを示す図である。別の実施の形態を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１，１０２圧縮機
３高圧ガス冷却器
５，１２７第１絞り装置
７，１２８中間圧レシーバ
９，１１８，１４７第２絞り装置
１１蒸発器
１３，１２８Ｂ中間圧冷媒バイパス回路
１５，１５１逆流防止装置
４５コントローラ

Claims

２段圧縮機、高圧ガス冷媒を冷却する高圧ガス冷却器、第１絞り装置、冷媒循環量を調節する中間圧レシーバ、第２絞り装置、蒸発器を順次接続して閉回路を形成し、中間圧レシーバ内の中間圧冷媒蒸気を圧縮機の中間圧部にバイパスする中間圧冷媒バイパス回路と、この中間圧冷媒バイパス回路に設けられ、圧縮機から中間圧レシーバへの冷媒蒸気の逆流を防止する逆流防止装置とを備え、
通常の運転時には高圧部が超臨界状態で運転され、
前記高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピが１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも小さい場合には、中間圧レシーバの圧力が前記圧縮機中圧部圧力よりも低くなるように、また、前記高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピが前記圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも大きい場合には、中間圧レシーバの圧力が高圧ガス冷却器出口冷媒の比エンタルピとほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力よりも低く、かつ前記圧縮機中圧部圧力よりも高くなるように、第１絞り装置及び第２絞り装置の少なくとも一方を制御する制御手段を備えた、ことを特徴とする冷凍装置。
圧縮機及び熱源側熱交換器としての室外熱交換器を備えた室外ユニットと、利用側熱交換器としての室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管により接続され、上記室外熱交換器の一端が、前記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧管と、前記室外熱交換器の他端に接続された中圧管とを有して構成され、前記各室内ユニットは、前記室内熱交換器の一端が前記高圧管と前記低圧管に択一的に接続され、他端が前記中圧管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、
前記圧縮機は、吸込時の冷媒圧力よりも高く、吐出時の冷媒圧力よりも低い中間圧力を有する冷媒の導入が可能な中間圧部を有し、
前記熱源側熱交換器の膨張弁と前記利用側熱交換器の膨張弁とを結ぶ流路に介挿され、前記熱源側熱交換器あるいは前記利用側熱交換器において熱交換後の気液混合冷媒を気液分離し、気相の冷媒を前記中間圧部に導く中間圧レシーバを備え、
この中間圧レシーバから気相の冷媒を前記中間圧部に導く回路に設けられ、圧縮機から中間圧レシーバへの冷媒蒸気の逆流を防止する逆流防止装置を備えた、ことを特徴とする冷凍装置。
通常の運転時には高圧部が超臨界状態で運転され、
前記熱交換器が放熱側熱交換器として動作する場合、この放熱側熱交換器出口冷媒の比エンタルピが１段膨張させた場合の圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも小さい場合には、中間圧レシーバの圧力が前記圧縮機中圧部圧力よりも低くなるように、また、前記放熱側熱交換器出口冷媒の比エンタルピが前記圧縮機中圧部圧力に相当する飽和液のエンタルピよりも大きい場合には、中間圧レシーバの圧力が放熱側熱交換器出口冷媒の比エンタルピとほぼ等しいエンタルピの飽和液の圧力よりも低く、かつ前記圧縮機中圧部圧力よりも高くなるように、前記熱源側熱交換器の膨張弁及び前記利用側熱交換器の膨張弁の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。