JP2011257094A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクル装置の立ち上げ時間を短縮できる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】冷凍サイクル装置１は、主冷媒回路１０と、インジェクション流路１７と、主冷媒回路１０の熱を熱媒体を介して暖房端末２２に供給する暖房回路２６と、主冷媒回路１０の熱を熱媒体を介してインジェクション流路１７に供給する熱交換回路２１と、流路切替部１８と、を備える。流路切替部１８は、冷凍サイクル装置１は、起動モードで運転されているときは、熱媒体が暖房回路２６と熱交換回路２１との間を交互に循環するように暖房回路２６と熱交換回路２１とを接続し、冷凍サイクル装置１が定常モードで運転されているときは、熱媒体が暖房回路２６および熱交換回路２１を個別に循環するように暖房回路２６と熱交換回路２１とを分断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

寒冷地で用いられる冷凍サイクル装置の能力を確保するための１つの手段として、冷媒を圧縮機にインジェクションする技術が知られている。例えば、特許文献１は、第１の熱交換器と、インジェクション流路と、第２の熱交換器と、冷媒加熱用熱源と、を備えた冷凍サイクル装置を開示する。第１の熱交換器は、圧縮機の吸入冷媒と高圧液冷媒を熱交換する。インジェクション流路は、ガス冷媒を圧縮機にインジェクションする。第２の熱交換器は、高圧液冷媒と圧縮機にインジェクションされるガス冷媒を熱交換させる。冷媒加熱用熱源は、圧縮機にインジェクションされるガス冷媒を加熱する。特許文献１に開示された冷凍サイクル装置は、外気が−１０℃以下となるような寒冷地においても十分な暖房能力を発揮できる。

特開２００６−１１２７５３号公報

ところで、寒冷地で用いられる冷凍サイクル装置にとって最も重要な課題の１つとして、起動契機の発生から、十分な能力を発揮できる状態に到達するまでに必要な時間（いわゆる立ち上げ時間）を短縮することが挙げられる。

圧縮機に冷媒をインジェクションすれば、冷凍サイクルのＣＯＰ（coefficient of performance）は確かに改善する。しかし、この技術は、立ち上げ時間の短縮化に直接的に寄与するものではなく、立ち上げ時間の短縮化に関して言えば、改善の余地がある。

本発明は、冷凍サイクル装置の立ち上げ時間を短縮できる技術を提供することを目的とする。

本発明は、インジェクション部を含む圧縮機と、第１放熱器と、第２放熱器と、第１膨張機構と、第２膨張機構と、蒸発器とを有し、これらがこの順番で環状に接続されている主冷媒回路と、前記主冷媒回路における前記第１膨張機構と前記第２膨張機構の間の部分から前記インジェクション部に冷媒を供給するインジェクション流路と、暖房端末を有し、前記暖房端末と前記第１放熱器との間で熱媒体を循環させる暖房回路と、熱交換器を有し、前記第２放熱器を流れる冷媒の熱が前記インジェクション流路を流れる冷媒に伝わるように前記第２放熱器と前記熱交換器との間で熱媒体を循環させる熱交換回路と、当該冷凍サイクル装置が起動モードで運転されているときは、前記暖房回路の熱媒体および前記熱交換回路の熱媒体が前記暖房回路と前記熱交換回路との間を交互に循環するように前記暖房回路と前記熱交換回路とを接続し、当該冷凍サイクル装置が定常モードで運転されているときは、前記暖房回路の熱媒体および前記熱交換回路の熱媒体が前記暖房回路および前記熱交換回路を個別に循環するように前記暖房回路と前記熱交換回路とを分断する流路切替部と、を備えた、冷凍サイクル装置、を提供する。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、起動モードにおいて、圧縮機から吐出された高圧冷媒の熱が、第２放熱器のみならず第１放熱器において熱媒体に伝わり、その熱媒体からインジェクション流路を流れる冷媒に伝わる。特に、第１放熱器を流れる冷媒は、第２放熱器を流れる冷媒よりも高温であるため、起動モードではインジェクション流路を流れる冷媒に伝わる熱量が定常モードでの同熱量よりも相対的に大きくなる。したがって、起動契機の発生から、圧縮機にインジェクションされる冷媒が所望の温度に達するまでの時間（換言すると、所望の過熱度に達するまでの時間）を短縮することができる。これにより、起動契機の発生から、圧縮機へのインジェクションが効果を発揮するまでの時間を短縮することができる。すなわち、冷凍サイクル装置の立ち上げ時間を短縮できる。

本発明の実施形態の冷凍サイクル装置の概略構成図 本発明の実施形態の冷凍サイクル装置のモリエル線図 本発明の実施形態における制御方法を示すフローチャート 本発明の実施形態における制御方法を示すフローチャート 本発明の実施形態における制御方法を示すフローチャート 本発明の実施形態における制御方法を示すフローチャート 本発明の実施形態における制御方法を示すフローチャート 本発明の実施形態における制御方法を示すフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態における冷凍サイクル装置の構成図である。図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１は、主冷媒回路１０と、インジェクション流路１７と、暖房回路２６と、熱交換回路２１と、流路切替部１８と、制御装置４０とを備える。主冷媒回路１０およびインジェクション流路１７を流れる冷媒として、高圧側で超臨界域となる二酸化炭素を用いているが、その他、Ｒ４０７Ｃなどの非共沸混合冷媒およびＲ４１０Ａなどの擬似共沸混合冷媒などを用いてもよい。また、暖房回路２６および熱交換回路２１を流れる熱媒体として、本実施形態では水を用いているが、熱媒体はこれに限定されない。

主冷媒回路１０は、インジェクション部１１ｃを含む圧縮機１１と、第１放熱器１２ａと、第２放熱器１２ｂと、第１流量調整弁（第１膨張機構）１３ａと、気液分離器１５と、第２流量調整弁（第２膨張機構）１３ｂと、蒸発器１４とを有する。これらはこの順番で環状に接続されている。

圧縮機１１は、インジェクション部１１ｃよりも上流側の第１圧縮機構１１ａと、インジェクション部１１ｃよりも下流側の第２圧縮機構１１ｂとを有する。圧縮機１１は、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒にする。なお、本実施形態においては、第１圧縮機構１１ａおよび第２圧縮機構１１ｂは単一の圧縮機１１を構成しているが、第１圧縮機構１１ａおよび第２圧縮機構１１ｂは、それぞれが個別の圧縮機であってもよい。

第１放熱器１２ａは、圧縮機１１から吐出された冷媒と、暖房回路２６を流れる熱媒体とを熱交換させる。第２放熱器１２ｂは、第１放熱器１２ａから流出した冷媒と、熱交換回路２１を流れる熱媒体とを熱交換させる。

第１流量調整弁１３ａは、第２放熱器１２ｂから流出した冷媒を減圧膨張させて中間圧力の冷媒にする。気液分離器１５は、第１流量調整弁１３ａから流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。第２流量調整弁１３ｂは、気液分離器１５で分離された液相冷媒を減圧膨張させて低圧圧力の冷媒にする。

蒸発器１４は、大気の熱を奪い、第２流量調整弁１３ｂから流出した冷媒を温める。

インジェクション流路１７は、主冷媒回路１０の気液分離器１５から分岐している。インジェクション流路１７には、主冷媒回路１０の気液分離器１５から気相冷媒が優先的に供給される。供給された気相冷媒は、熱交換器１２ｃおよび第３流量調整弁（第３膨張機構）１３ｃを経て圧縮機１１におけるインジェクション部１１ｃに供給される。

暖房回路２６は、第１ポンプ１６ａを有し、暖房端末２２と第１放熱器１２ａとの間で熱媒体を循環させる。また、暖房回路２６は、暖房端末２２と並列に接続されたバイパス路２７を有する。暖房端末２２を流れる熱媒体の流量は第１開閉弁２８ａによって、バイパス路２７を流れる熱媒体の流量は第２開閉弁２８ｂによって、それぞれ調整される。なお、第１開閉弁２８ａおよび第２開閉弁２８ｂは、後述するように制御装置４０によって制御される流量調整機構である。この流量調整機構は、三方弁などの開閉弁以外の部材によって構成してもよい。

熱交換回路２１は、第２ポンプ１６ｂを有し、第２放熱器１２ｂと熱交換器１２ｃとの間で熱媒体を循環させる。第２放熱器１２ｂを流れる冷媒の熱が熱媒体に伝わり、温められた熱媒体の熱が熱交換器１２ｃを介してインジェクション流路１７を流れる冷媒に伝わる。

本実施形態では、流路切替部１８によって、起動モードと定常モードとを切り替える。すなわち、冷凍サイクル装置１が起動モードで運転されているときは、流路切替部１８は暖房回路２６の熱媒体および熱交換回路２１の熱媒体が暖房回路２６と熱交換回路２１の間を交互に循環するように暖房回路２６と熱交換回路２１とを接続する（すなわち、図１の流路切替部１８の実線を熱媒体が流れる）。他方、冷凍サイクル装置１が定常モードで運転されているときは、流路切替部１８は、暖房回路２６の熱媒体および熱交換回路２１の熱媒体が暖房回路２６と熱交換回路２１の間を個別に循環するように暖房回路２６と熱交換回路２１とを分断する（すなわち、図１の流路切替部１８の破線を熱媒体が流れる）。

次に、主冷媒回路１０およびインジェクション流路１７を流れる冷媒の状態について、図１および図２を用いて説明する。なお、図２のモリエル線図におけるＡ〜Ｊは、図１のＡ〜Ｊの位置を流れる定常モードにおける冷媒の状態に対応している。第２圧縮機構１１ｂから吐出された高温高圧の冷媒（状態Ａ）は、第１放熱器１２ａおよび第２放熱器１２ｂにおいて熱媒体と熱交換して冷やされ、エンタルピが低下する（状態Ｂ）。第２放熱器１２ｂから流出した冷媒は、第１流量調整弁１３ａを通過し、中間圧力になった後（状態Ｃ）、気液分離器１５において気相冷媒を主成分とする冷媒（状態Ｉ）と、液相成分を主成分とする冷媒（状態Ｄ）とに分離される。気相成分を主成分とする冷媒は、インジェクション流路１７に流入し、熱交換器１２ｃにおいて熱交換回路２１を流れる熱媒体と熱交換して温められた後（状態Ｊ）、圧縮機１１におけるインジェクション部１１ｃに吸入される。他方、気液分離器１５において分離された液相冷媒を主成分とする冷媒は、第２流量調整弁１３ｂによって低圧圧力にまで減圧膨張され（状態Ｅ）、蒸発器１４において外気によって温められ、エンタルピが上昇する（状態Ｆ）。蒸発器１４から流出した冷媒は、第１圧縮機構１１ａに吸入される。第１圧縮機構１１ａから吐出された冷媒は（状態Ｇ）、インジェクション部１１ｃに吸入された冷媒と合流後（状態Ｈ）、第２圧縮機構１１ｂに吸入される。なお、起動モードの冷媒の状態は、定常モードの冷媒の状態と基本的には同様であるが、起動モードでは、定常モードに比べると、気液分離器１５において分離された気相冷媒を主成分とする冷媒中の液相成分が多くなることがある。すなわち、起動モードでは、図２において、状態Ｉが左側に移動することがある。

ここで、熱交換回路２１の効果について説明する。第２放熱器１２ｂを流れる冷媒は、第２放熱器１２ｂを流れる熱媒体によって冷やされる。これにより、第２放熱器１２ｂがない場合に比べて、第２圧縮機構１１ｂから吐出された冷媒のエンタルピと第１流量調整弁１３ａの入口の冷媒のエンタルピとの差（図２のＡとＢの長さ）が大きくなる。これに対応して、第２流量調整弁１３ｂの出口の冷媒のエンタルピと第１圧縮機構１１ａに吸入される冷媒のエンタルピとの差（図２のＥとＦの長さ）も大きくなる。すなわち、蒸発器１４をより有効活用できるようになり、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。また、インジェクション流路１７内の熱交換器１２ｃを流れる冷媒は、熱交換器１２ｃを流れる熱媒体によって温められる。これにより、圧縮機１１のインジェクション部１１ｃに吸入される冷媒の過熱度が高くなり、インジェクションの効果が向上する。

次に、起動モードにおける熱媒体の流れについて説明する。起動モードにおいては、流路切替部１８は、暖房回路２６の熱媒体および熱交換回路２１の熱媒体が暖房回路２６と熱交換回路２１との間を交互に循環するように暖房回路２６と熱交換回路２１とを接続する。第２開放弁２８ｂは、熱媒体の少なくとも一部がバイパス路２７を流れるように開いた状態となっている。このとき、第１開閉弁２８ａは全閉、第２開閉弁２８ｂは全開とすることが好ましい。第２放熱器１２ｂおよび第１放熱器１２ａにおいて冷媒と熱交換して温められた熱媒体は、その一部または全部が暖房端末２２を流れずバイパス路２７を流れ、熱交換器１２ｃに流入し、インジェクション流路１７を流れる冷媒と熱交換して冷やされ、第２放熱器１２ｂおよび第１放熱器１２ａで再度温められる。

次に、定常モードにおける熱媒体の流れについて説明する。定常モードにおいては、流路切替部１８は、暖房回路２６の熱媒体および熱交換回路２１の熱媒体が暖房回路２６と熱交換回路２１との間を個別に循環するように暖房回路２６と熱交換回路２１とを分断する。このとき、第１開閉弁２８ａは全開、第２開閉弁２８ｂは全閉となっている（換言すると、流量調整機構が熱媒体がバイパス路２７を流れず暖房端末２２を流れるように暖房回路２６における熱媒体の流れを調整している）。暖房回路２６を循環する熱媒体は、第１放熱器１２ａにおいて冷媒と熱交換して温められ、バイパス路２７を流れず暖房端末２２を流れ、室内空気に放熱して冷やされる。中温水となった熱媒体は、第１放熱器１２ａにおいて再度温められる。他方、熱交換回路２１を流れる熱媒体は、第２放熱器１２ｂにおいて冷媒と熱交換して温められ、熱交換器１２ｃにおいて、インジェクション流路１７を流れる冷媒と熱交換することで冷やされる。

上記のように制御すれば、起動モードにおいて、熱媒体が暖房回路２６と熱交換回路２１との間を交互に循環するため、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が、第２放熱器１２ｂだけではなく、第１放熱器１２ａにおいても熱交換回路２１を流れる熱媒体を温めることができる。したがって、定常モードに比べると、熱媒体が熱交換器１２ｃにおいてインジェクション流路１７を流れる冷媒に伝えることができる熱量を大きくすることができる。これにより、起動契機の発生から、圧縮機１１にインジェクションされる冷媒が所望の温度に達するまでの時間（換言すると、所望の過熱度に達するまでの時間）を短縮できる。第２圧縮機構１１ｂの吸入温度が高くなると、第２圧縮機構１１ｂの吐出温度も高くなる。吸入温度および吐出温度が高くなり所望の温度に近づけば、第２圧縮機構１１ｂの加熱能力が向上する。したがって、冷凍サイクル装置１が有する全体の熱量の増加に要する時間が短縮される。これにより、冷凍サイクル装置１の立ち上げ時間を短縮できる。

起動モードにおいて、熱媒体が暖房端末２２を流れないようにすると、熱媒体は、室内空気との熱交換によって冷やされない。すなわち、熱媒体は、より大きな熱をインジェクション流路１７を流れる冷媒に伝えることができる。

定常モードにおいては、暖房回路２６における熱媒体は、バイパス路２７を流れず暖房端末２２を流れるため、第１放熱器１２ａにおいて、冷媒と熱交換して熱媒体が得た熱を効率的に室内空気の暖房に用いることができる。なお、第２開閉弁２８ｂを全閉にせず、第２開閉弁２８ｂの開度をある程度まで絞ってもよい。これにより、定常モードにおいて、効率的に室内空気を暖房できるとともに、熱交換回路２１によるインジェクション流路１７への熱の供給量を第２開閉弁２８ｂを完全に閉じた場合よりも大きくすることができる。ただし、この場合は、室内空気の暖房を優先させるために、第１放熱器１２ａを流れる熱媒体の流量に対する暖房端末２２を流れる熱媒体の流量の比率が起動モードにおける同比率よりも大きくなるように流量調整機構を制御することが好ましい。

次に、制御装置４０が行う流路切替部１８の制御について、図３〜図６のフローチャートを用いて説明する。

図３は、起動モードと定常モードとを切り替えるためのフローチャートの一例である。まず、ステップ１０１で、暖房回路２６内の第１放熱器１２ａの出口に設けられた第１温度センサ３１によって、第１放熱器１２ａの出口の熱媒体の温度Ｔｎを検出する。ステップ１０２では、熱媒体の温度Ｔｎと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｎ１とを比較する。熱媒体の温度Ｔｎが閾値Ｔｎ１よりも大きければ、制御装置４０は、定常モードを選択する。定常モードにおいては、流路切替部１８が暖房回路２６と熱交換回路２１とを分断するように、流路切替部１８を制御し（ステップ１０３）、第１開閉弁２８ａを全開、第２開閉弁２８ｂを全閉とする（ステップ１０４）。他方、熱媒体の温度Ｔｎが閾値Ｔｎ１以下であれば、制御装置４０は、起動モードを選択する。起動モードにおいては、流路切替部１８が暖房回路２６と熱交換回路２１とを接続するように、流路切替部１８を制御し（ステップ１０５）、第１開閉弁２８ａを全閉、第２開閉弁２８ｂを全開とする（ステップ１０６）。

図３のフローチャートに基づいて流路切替部１８を制御することによって、起動モードと定常モードとを、熱媒体の温度Ｔｎに基づいて適切に切り替えることができる。なお、本実施形態においては第１放熱器１２ａの出口の熱媒体の温度Ｔｎに基づいて流路切替部１８を（すなわち運転モードを）切り替えているが、第１放熱器１２ａの出口以外の熱媒体の温度に基づいて流路切替部１８を切り替えてもよい。たとえば、熱交換回路２１内の熱交換器１２ｃの出口に第２温度センサ３２を設け、熱交換器１２ｃの出口で熱媒体の温度Ｔｅを検出し、熱媒体の温度Ｔｅに基づいて流路切替部１８を切り替えてもよい。また、インジェクション流路１７などを流れる冷媒の温度に基づいて流路切替部１８を切り替えてもよい。図３を参照して説明したように、第１開放弁２８ａと第２開放弁２８ｂとからなる流量調整機構は、起動モードにおいては熱媒体の少なくとも一部（好ましくは全部）がバイパス路２７を流れるように暖房端末２２を流れる熱媒体の量とバイパス路２７を流れる熱媒体の量とを調整する。流量調整機構は、定常モードにおいては、基本的に、熱媒体がバイパス路２７を流れず暖房端末２２を流れるように熱媒体の流れを制御する。

図４Ａは、起動モードにおいて第１ポンプ１６ａの出力Ｐｗａを調整するためのフローチャートである。まず、ステップ２０１で、暖房回路２６内の第１放熱器１２ａの出口に設けられた第１温度センサ３１によって、第１放熱器１２ａの出口で熱媒体の温度Ｔｎを検出する。ステップ２０２では、熱媒体の温度Ｔｎと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｎ２とを比較する。熱媒体の温度Ｔｎが閾値Ｔｎ２よりも大きければ、第１ポンプ１６ａの出力ＰｗａをＰｗａ１だけ大きくする（ステップ２０３）。他方、熱媒体の温度Ｔｎが閾値Ｔｎ２以下であれば、ステップ２０４に進む。ステップ２０４では、熱媒体の温度Ｔｎと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｎ３とを比較する。熱媒体の温度Ｔｎが閾値Ｔｎ３よりも大きければ、ステップ２０１に戻る。他方、熱媒体の温度Ｔｎが閾値Ｔｎ３以下であれば、第１ポンプ１６ａの出力ＰｗａをＰｗａ２だけ小さくする（ステップ２０５）。なお、上記のように第１ポンプ１６ａを制御しているときに、第２ポンプ１６ｂの出力を一定としてもよいが、第２ポンプ１６ｂも第１放熱器１２ａの出口で熱媒体の温度Ｔｎに基づいて第１ポンプ１６ａと同様に制御してもよい。また、起動モードでは、第２ポンプ１６ｂを停止させ、第１ポンプ１６ａのみを動作させてもよい。

図４Ａのフローチャートに基づいた制御によると、インジェクション流路１７を流れる冷媒の温度の上昇速度を速めることができる。なお、Ｔｎ１、Ｔｎ２およびＴｎ３の大小関係は、Ｔｎ１＞Ｔｎ２＞Ｔｎ３である。

また、第１ポンプ１６ａの出力Ｐｗａの代わりに第２ポンプ１６ｂの出力Ｐｗｂを制御することによっても図４Ａのフローチャートに基づく制御と同様の効果を得ることができる。すなわち、図４Ｂに示すように、まず、ステップ２５１で、熱交換回路２１内の熱交換器１２ｃの出口に設けられた第２温度センサ３２によって、熱交換器１２ｃの出口で熱媒体の温度Ｔｅを検出する。次に、ステップ２５２で、熱媒体の温度Ｔｅと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｅ１とを比較する。熱媒体の温度Ｔｅが閾値Ｔｅ１よりも大きければ、第２ポンプ１６ｂの出力ＰｗｂをＰｗｂ１だけ大きくする（ステップ２５３）。他方、熱媒体の温度Ｔｅが閾値Ｔｅ２以下であれば、ステップ２５４に進む。ステップ２５４では、熱媒体の温度Ｔｅと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｅ２とを比較する。熱媒体の温度Ｔｅが閾値Ｔｅ２よりも大きければ、ステップ２５１に戻る。他方、熱媒体の温度Ｔｅが閾値Ｔｅ２以下であれば、第２ポンプ１６ｂの出力ＰｗｂをＰｗｂ２だけ小さくする（ステップ２５５）。これにより、インジェクション流路１７を流れる冷媒の温度の上昇速度を速めることができる。なお、Ｔｎ１、Ｔｅ１およびＴｅ２の大小関係は、Ｔｎ１＞Ｔｅ１＞Ｔｅ２である。また、第１ポンプ１６ａの制御と第２ポンプ１６ｂの制御とを同時に行ってもよい。また、起動モードでは、第１ポンプ１６ａを停止させ、第２ポンプ１６ｂのみを動作させてもよい。

図５は、第１流量調整弁１３ａの弁開度Ｖａを調整するためのフローチャートである。まず、ステップ３０１で、インジェクション流路１７内の熱交換器１２ｃの入口に設けられた第３温度センサ３３によって、熱交換器１２ｃの入口で冷媒の温度Ｔｓを検出する。ステップ３０２では、冷媒の温度Ｔｓと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｓ１とを比較する。冷媒の温度Ｔｓが閾値Ｔｓ１よりも大きければ、第１流量調整弁１３ａの弁開度ＶａをＶａ１だけ小さくする（ステップ３０３）。他方、冷媒の温度Ｔｓが閾値Ｔｓ１以下であれば、ステップ３０４に進む。ステップ３０４では、冷媒の温度Ｔｓと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｓ２とを比較する。冷媒の温度Ｔｓが閾値Ｔｓ２よりも大きければ、ステップ３０１に戻る。他方、冷媒の温度Ｔｓが閾値Ｔｓ２以下であれば、第１流量調整弁１３ａの弁開度ＶａをＶａ２だけ大きくする（ステップ３０５）。

図５のフローチャートに基づいて第１流量調整弁１３ａの弁開度Ｖａを制御することによって、インジェクション流路１７に流れる冷媒の圧力（中間圧）を適切に制御することができる。これにより、インジェクション部１１ｃに供給される冷媒の圧力を、第１圧縮機構１１ａおよび第２圧縮機構１１ｂが高効率に動作するような圧力にすることができる。これにより、冷凍サイクル装置１が定常状態に至るまでに要する時間を短縮できる。なお、本実施形態においては、熱交換器１２ｃの入口の冷媒の温度Ｔｓに基づいて第１流量調整弁１３ａの弁開度を制御しているが、熱交換器１２ｃの入口の冷媒の圧力Ｐｓに基づいて、第１流量調整弁１３ａの弁開度Ｖａを制御してもよい。また、第２流量調整弁１３ｂも併せて制御すると、より効果的にインジェクション流路１７に流れる冷媒の圧力（中間圧）を制御することができる。

図６は、第３流量調整弁１３ｃの弁開度Ｖｃを調整するためのフローチャートである。まず、ステップ４０１で、第２圧縮機構１１ｂとインジェクション流路１１ｃとの間の第２圧縮機構１１ｂの吸入配管に設けられた第４温度センサ３４によって、第２圧縮機構１１ｂの吸入配管で冷媒の温度（換言すると、第２圧縮機構１１ｂに吸入される冷媒の温度）Ｔｈを検出する。ステップ４０２では、冷媒の温度Ｔｈと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｈ１とを比較する。冷媒の温度Ｔｈが閾値Ｔｈ１よりも大きければ、第３流量調整弁１３ｃの弁開度ＶｃをＶｃ１だけ大きくする（ステップ４０３）。他方、冷媒の温度Ｔｈが閾値Ｔｈ１以下であれば、ステップ４０４に進む。ステップ４０４では、冷媒の温度Ｔｈと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔｈ２とを比較する。冷媒の温度Ｔｈが閾値Ｔｈ２よりも大きければ、ステップ４０１に戻る。他方、冷媒の温度Ｔｈが閾値Ｔｈ２以下であれば、第３流量調整弁１３ｃの弁開度ＶｃをＶｃ２だけ小さくする（ステップ４０５）。

図６のフローチャートに基づいて第３流量調整弁１３ｃの弁開度Ｖｃを制御することによって、インジェクション部１１ｃに供給される冷媒を、第２圧縮機構１１ｂが高効率に動作するような過熱度にすることができる。これにより、冷凍サイクル装置１が定常状態に至るまでに要する時間を短縮できる。なお、本実施形態においては、第２圧縮機構１１ｂに吸入される冷媒の温度に基づいて第３流量調整弁１３ｃの弁開度を制御しているが、他の部分の温度に基づいて第３流量調整弁１３ｃの弁開度を制御してもよい。たとえば、インジェクション流路１７内の熱交換器１３ｃの出口の冷媒の温度に基づいて、第３流量調整弁１３ｃの弁開度Ｖｃを制御してもよい。また、第２圧縮機構１１ｂに吸入される冷媒の圧力に基づいて、第３流量調整弁１３ｃの弁開度Ｖｃを制御してもよい。

図７は、外気温度Ｔａにより、図３〜図６のフローチャートで用いられる熱媒体の温度の閾値Ｔｎ１、Ｔｎ２およびＴｎ３、ならびに冷媒の温度の閾値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｈ１およびＴｈ２を変化させるシステムの制御フローである。ステップ５０１で、外気温度センサ３５によって、外気温度Ｔａを検出する。ステップ５０２では、外気温度Ｔａと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔａ１とを比較する。外気温度Ｔａが閾値Ｔａ１よりも小さければ、閾値Ｔｎ１をＴｎ１１に、Ｔｎ２をＴｎ２１に、Ｔｎ３をＴｎ３１に、Ｔｓ１をＴｓ１１に、Ｔｓ２をＴｓ２１に、Ｔｈ１をＴｈ１１に、Ｔｈ２をＴｈ２１に、それぞれ設定する（ステップ５０３）。他方、外気温度Ｔａが閾値Ｔａ１以上であれば、ステップ５０４に進む。ステップ５０４では、ステップ５０１で検出した外気温度Ｔａと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔａ２とを比較する。外気温度Ｔａが閾値Ｔａ２よりも小さければ、閾値Ｔｎ１をＴｎ１２に、Ｔｎ２をＴｎ２２に、Ｔｎ３をＴｎ３２に、Ｔｓ１をＴｓ１２に、Ｔｓ２をＴｓ２２に、Ｔｈ１をＴｈ１２に、Ｔｈ２をＴｈ２２に、それぞれ設定する（ステップ５０５）。他方、外気温度Ｔａが閾値Ｔａ２以上であれば、ステップ５０６に進む。ステップ５０６では、ステップ１で検出した外気温度Ｔａと、あらかじめ制御装置４０に格納されている閾値Ｔａ３とを比較する。外気温度Ｔａが閾値Ｔａ３よりも小さければ、閾値Ｔｎ１をＴｎ１３に、Ｔｎ２をＴｎ２３に、Ｔｎ３をＴｎ３３に、Ｔｓ１をＴｓ１３に、Ｔｓ２をＴｓ２３に、Ｔｈ１をＴｈ１３に、Ｔｈ２をＴｈ２３に、それぞれ設定する（ステップ５０７）。他方、外気温度Ｔａが閾値Ｔａ３以上であれば、閾値Ｔｎ１をＴｎ１４に、Ｔｎ２をＴｎ２４に、Ｔｎ３をＴｎ３４に、Ｔｓ１をＴｓ１４に、Ｔｓ２をＴｓ２４に、Ｔｈ１をＴｈ１４に、Ｔｈ２をＴｈ２４に、それぞれ設定する（ステップ５０８）。

図７のフローチャート示すように、外気温Ｔａに対応する群に含まれる閾値をＴｎ１、Ｔｎ２、Ｔｎ３、Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｈ１およびＴｈ２に当てはめることによって、外気温度に応じて冷凍サイクル装置１を効率的に運転させることができる。すなわち、図７のフローチャートに基づいた制御によれば、年間を通じて冷凍サイクル装置１の運転効率を向上させることができる。これにより、年間を通じて冷凍サイクル装置１が起動契機から定常状態に至るまでに要する時間を短縮できる。なお、制御において閾値Ｔｅ１およびＴｅ２が必要であれば、閾値Ｔｅ１およびＴｅ２を定めることができるように、図７のフローチャートに閾値Ｔｅ１およびＴｅ２に対応する閾値を追加すればよい。また、図７には各群に複数の閾値が格納されている形態を示したが、たとえば図３に示した制御のみを行う場合は、各群に一の閾値が格納されていれば足りる。

本発明にかかる冷凍サイクル装置は、特に寒冷地で運転される高温暖房システムの効率を向上させることができる。また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、給湯器、冷凍機器、空調機器など、多様な用途のシステムに採用することができる。

１ 冷凍サイクル装置
１０ 主冷媒回路
１１ 圧縮機
１１ａ，１１ｂ 圧縮機構
１１ｃ インジェクション部
１２ａ 放熱器
１２ｂ 放熱器
１２ｃ 熱交換器
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 流量調整弁
１４ 蒸発器
１５ 気液分離器
１６ａ，１６ｂ ポンプ
１７ インジェクション流路
１８ 流路切替部
２１ 熱交換回路
２２ 暖房端末
２６ 暖房回路
２７ バイパス路
２８ａ，２８ｂ 開閉弁
３１，３２，３３，３４ 温度センサ
３５ 外気温度センサ
４０ 制御装置

Claims (12)

1. インジェクション部を含む圧縮機と、第１放熱器と、第２放熱器と、第１膨張機構と、第２膨張機構と、蒸発器とを有し、これらがこの順番で環状に接続されている主冷媒回路と、
   前記主冷媒回路における前記第１膨張機構と前記第２膨張機構の間の部分から前記インジェクション部に冷媒を供給するインジェクション流路と、
   暖房端末を有し、前記暖房端末と前記第１放熱器との間で熱媒体を循環させる暖房回路と、
   熱交換器を有し、前記第２放熱器を流れる冷媒の熱が前記インジェクション流路を流れる冷媒に伝わるように前記第２放熱器と前記熱交換器との間で熱媒体を循環させる熱交換回路と、
   当該冷凍サイクル装置が起動モードで運転されているときは、前記暖房回路の熱媒体および前記熱交換回路の熱媒体が前記暖房回路と前記熱交換回路との間を交互に循環するように前記暖房回路と前記熱交換回路とを接続し、当該冷凍サイクル装置が定常モードで運転されているときは、前記暖房回路の熱媒体および前記熱交換回路の熱媒体が前記暖房回路および前記熱交換回路を個別に循環するように前記暖房回路と前記熱交換回路とを分断する流路切替部と、
   を備えた、冷凍サイクル装置。
2. 前記主冷媒回路が、前記第１膨張機構と前記第２膨張機構の間に設けられた気液分離器をさらに備え、
   前記気液分離器から気相冷媒が前記インジェクション流路に優先的に供給されるように前記インジェクション流路が前記気液分離器において前記主冷媒回路から分岐している、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記暖房回路が、前記暖房端末と並列に設けられたバイパス路と、前記起動モードにおいて熱媒体の少なくとも一部が前記バイパス路を流れるように前記暖房端末を流れる熱媒体の量と前記バイパス路を流れる熱媒体の量とを調整する流量調整機構と、をさらに備えた、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記流量調整機構が、前記定常モードにおいて熱媒体が前記バイパス路を流れず前記暖房端末を流れるように前記暖房回路における熱媒体の流れを調整する、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記流路切替部を制御する制御装置をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記暖房回路が、前記第１放熱器の出口で熱媒体の温度を検出する第１温度センサをさらに備え、
   前記制御装置が、前記第１温度センサで検出された温度Ｔｎと閾値Ｔｎ１とを対比し、Ｔｎ＞Ｔｎ１の関係が成立すれば前記定常モードを選択し、Ｔｎ≦Ｔｎ１の関係が成立すれば起動モードを選択するように前記流路切替部を制御する、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記暖房回路が、前記第１放熱器の出口で熱媒体の温度を検出する第１温度センサと、第１ポンプと、をさらに備え、
   前記制御装置が前記第１温度センサで検出された温度Ｔｎと閾値Ｔｎ２とを対比し、Ｔｎ＞Ｔｎ２の関係が成立すれば前記第１ポンプの出力を大きくし、前記第１温度センサで検出された温度Ｔｎと閾値Ｔｎ３とを対比し、Ｔｎ≦Ｔｎ３の関係が成立すれば前記第１ポンプの出力を小さくするように前記第１ポンプを制御する、請求項５または６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記熱交換回路が、前記熱交換器の出口で熱媒体の温度を検出する第２温度センサと、第２ポンプと、をさらに備え、
   前記制御装置が前記第２温度センサで検出された温度Ｔｅと閾値Ｔｅ１とを対比し、Ｔｅ＞Ｔｅ１の関係が成立すれば前記第２ポンプの出力を大きくし、前記第２温度センサで検出された温度Ｔｅと閾値Ｔｅ２とを対比し、Ｔｅ≦Ｔｅ２の関係が成立すれば前記第２ポンプの出力を小さくするように前記第２ポンプを制御する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記インジェクション流路が、前記熱交換器の入口で冷媒の温度を検出する第３温度センサをさらに備え、
   前記第１膨張機構が第１流量調整弁を含み、
   前記制御装置が前記第３温度センサで検出された温度Ｔｓと閾値Ｔｓ１とを対比し、Ｔｓ＞Ｔｓ１の関係が成立すれば前記第１流量調整弁の開度を小さくし、前記第３温度センサで検出された温度Ｔｓと閾値Ｔｓ２とを対比し、Ｔｓ≦Ｔｓ２の関係が成立すれば前記第１流量調整弁の開度を大きくするように前記第１流量調整弁を制御する、請求項５〜８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記熱交換器の出口での冷媒の温度または前記圧縮機における前記インジェクション部よりも下流側の圧縮機構に吸入される冷媒の温度を検出する第４温度センサをさらに備え、
    前記インジェクション流路が、第３流量調整弁を含む第３膨張機構をさらに備え、
    前記制御装置が前記第４温度センサで検出された温度Ｔｈと閾値Ｔｈ１とを対比し、Ｔｈ＞Ｔｈ１の関係が成立すれば前記第３流量調整弁の開度を大きくし、前記第４温度センサで検出された温度Ｔｈと閾値Ｔｈ２とを対比し、Ｔｈ≦Ｔｈ２の関係が成立すれば前記第３流量調整弁の開度を小さくするように前記第３流量調整弁を制御する、請求項５〜９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 外気温度を検出する外気温度センサをさらに備え、
    前記制御装置が前記外気温度センサで検出された温度Ｔａと閾値Ｔａ１とを対比し、Ｔａ＜Ｔａ１の関係が成立すれば、前記制御装置に格納されている第１群に含まれる一または複数の閾値を用いて当該冷凍サイクル装置を制御し、Ｔａ≧Ｔａ１の関係が成立すれば、前記制御装置に格納されている別の群に含まれる一または複数の閾値を用いて当該冷凍サイクル装置を制御する、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 冷媒が二酸化炭素である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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