JP2014153036A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過冷却した液冷媒が流れる配管に断熱施工をせずに、この配管に生じる結露を抑制すること、及び、冷凍能力の低下を抑制することを実現する冷凍装置を提供することを目的としている。
【解決手段】熱源装置と負荷装置とを接続している冷媒配管が凝縮器から流出した冷媒によって結露することを抑制する結露抑制優先モード、及び凝縮器から流出した冷媒に過冷却度をつけることを優先する冷凍能力優先モードのいずれかを設定する設定装置と、設定装置において設定された結露抑制優先モード、又は冷凍能力優先モードに応じて、過冷却装置の過冷却量を調整する制御装置と、を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関するものである。

従来の冷凍装置には、放熱器から流出する冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器を備え、放熱器から流出する液冷媒がフラッシュガスとなることを抑制しているものが各種提案されている（たとえば、特許文献１参照）。なお、フラッシュガスが発生すると、その分、放熱器の下流側の絞り装置に流入する冷媒の流量が低減し、冷凍装置の冷凍能力が低下してしまう。
そこで、特許文献１に記載の技術は、冷凍能力が低下してしまうことを抑制するため、二重管熱交換器などで構成した過冷却熱交換器を放熱器の下流側に設置し、放熱器で凝縮液化した冷媒の温度を小さくして過冷却をつけるようにしている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、過冷却熱交換器で冷媒を冷却することで、その冷却分の過冷却度をとり、室内機（負荷装置）に搭載された蒸発器に流入する冷媒と蒸発器から流出する冷媒とのエンタルピ差を確保して、予め設定された冷凍能力を出すことができるようにしている。

特許第３８５８２７６号公報（たとえば、図１参照）

特許文献１に記載の技術のように、冷媒を冷却して過冷却をつけると、放熱器から流出した液冷媒の温度が、外気温度以下になる場合がある。
すなわち、特許文献１に記載の技術は、この液冷媒の温度が、外気温度以下となっていると、液冷媒の熱が外気に伝達されて、冷媒の温度が上昇して過冷却度の値が小さくなり、冷凍装置の冷凍能力が低下してしまうという課題があった。

また、特許文献１に記載の技術では、この液冷媒の温度が外気温度以下となっていると、この液冷媒が流れる高圧液配管の温度も外気温度以下となり、高圧液配管の表面に結露が生じてしまう可能性がある。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、室外機（熱源装置）と室内機（負荷装置）とを接続する高圧液配管の配管表面が結露し、結露が室内などに滴下してしまい、ユーザーの快適性を損ねてしまう可能性がある。

なお、この結露が生じてしまうこと、及び、上述の液冷媒の熱が外気に伝達されて過冷却度の値が小さくなることを抑制するために高圧液配管に断熱材を巻く方法がある。しかし、この方法では、断熱材を巻く分、冷凍装置を設置するサービスマンの作業負担が大きくなったり、コストアップしてしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、過冷却した液冷媒が流れる配管に断熱施工をせずに、この配管に生じる結露を抑制すること、及び、過冷却度が小さくならないようにして冷凍能力の低下を抑制することを実現する冷凍装置を提供することを目的としている。

本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、第１膨張装置、及び蒸発器を冷媒配管で接続した冷凍サイクルを有し、圧縮機及び凝縮器が搭載される熱源装置と、蒸発器が搭載される負荷装置とを備えている冷凍装置において、凝縮器の下流側であって第１膨張装置の上流側に接続され、凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却装置と、熱源装置と負荷装置とを接続している冷媒配管が凝縮器から流出した冷媒によって結露することを抑制する結露抑制優先モード、及び凝縮器から流出した冷媒に過冷却度をつけることを優先する冷凍能力優先モードのいずれかを設定する設定装置と、設定装置において設定された結露抑制優先モード、又は冷凍能力優先モードに応じて、過冷却装置の過冷却量を調整する制御装置と、を有するものである。

本発明に係る冷凍装置によれば、上記構成を有しているため、過冷却した液冷媒が流れる配管に断熱施工をせずに、この配管に生じる結露を抑制すること、及び、過冷却度が小さくならないようにして冷凍能力の低下を抑制することを実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路構成の一例である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の制御フローの一例である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置のモリエル線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷媒回路構成の一例である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置のモリエル線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷凍能力優先モードの制御フローの一例である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の結露抑制優先モードの制御フローの一例である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍装置の制御フローの一例である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍装置５００の冷媒回路構成の一例である。
冷凍装置５００は、過冷却した液冷媒が流れる配管３００に断熱施工をせずに、この配管３００に生じる結露を抑制すること、及び、過冷却度が小さくならないようにして冷凍能力の低下を抑制することができる改良が加えられたものである。

［構成説明］
冷凍装置５００は、たとえば冷蔵庫などに該当するものであり、たとえば室内などに設置され、庫内に食品などの貯蔵品を載置する空間を冷却する負荷装置２００と、たとえば室外などに設置される熱源装置１００と、負荷装置２００と熱源装置１００とを接続する配管３００及び配管４００を有している。
なお、本実施の形態１では、冷凍装置５００が冷蔵庫である場合を一例に説明するが、たとえばヒートポンプ装置などに採用してもよい。

冷凍装置５００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、冷媒を凝縮させる熱交換器２（放熱器）と、液冷媒とガス冷媒とに分離する液溜め３と、液溜め３から流出した冷媒を冷却して過冷却する過冷却装置４と、冷媒を減圧させる膨張装置５と、冷媒を蒸発させる熱交換器６（蒸発器）とを有している。そして、冷凍装置５００は、圧縮機１、熱交換器２、液溜め３、過冷却装置４、膨張装置５、及び熱交換器６が冷媒配管で接続されて構成された第１冷凍サイクルを有している。
また、冷凍装置５００は、冷媒温度を検出する温度センサー及び圧力センサー（図示省略）などの各種センサーと、配管３００を流れる冷媒温度を変化させるのに利用される設定装置９１と、上述のセンサーの検出結果及び設定装置９１などの出力に基づいて、過冷却装置４及び圧縮機１の回転数などを制御する制御装置９０とを有している。

（熱源装置１００）
熱源装置１００は、圧縮機１、熱交換器２、液溜め３、過冷却装置４、設定装置９１及び制御装置９０が搭載されているものである。熱源装置１００は、配管４００及び配管３００を介して負荷装置２００に接続されている。また、熱源装置１００には、熱交換器２に空気を供給し、当該供給した空気と熱交換器２を流れる冷媒との熱交換を促進させる送風機（図示省略）などが搭載される。

（配管３００及び配管４００）
配管３００は、過冷却装置４の冷媒流出側から膨張装置５の冷媒流入側までを接続する配管である。配管４００は、熱交換器６の冷媒流出側から圧縮機１の吸入側までを接続する配管である。

（圧縮機１及び熱交換器２）
圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機１は、冷媒吐出側が熱交換器２に接続され、冷媒吸入側が配管４００に接続されている。なお、圧縮機１は、たとえばインバーター圧縮機などで構成するとよい。
なお、本実施の形態１では、圧縮機１が一台設置された場合を例に説明したが、それに限定されるものではなく、複数台の圧縮機が直列又は並列に設けられていてもよい。
熱交換器２は、圧縮機１から吐出された冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。熱交換器２は、上流側が圧縮機１の吐出側に接続され、下流側が液溜め３に接続されている。なお、熱交換器２は、たとえば、熱交換器２を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。

（液溜め３）
液溜め３は、冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するものであり、上流側が熱交換器２に接続され、下流側が過冷却装置４に接続されている。より詳細には、液溜め３は、熱交換器２から流出する気液２相冷媒を、液冷媒とガス冷媒とに分離する。そして、液溜め３は、過冷却装置４に液冷媒を供給し、ガス冷媒については液溜め３内に留まるように構成されている。

（過冷却装置４）
過冷却装置４は、液溜め３から供給された冷媒を冷却して配管３００に流す機能を有するものであり、冷媒の過冷却度をとって冷凍装置５００の冷凍能力を確保するのに利用されるものである。過冷却装置４は、上流側が液溜め３に接続され、下流側が配管３００を介して膨張装置５に接続されている。
過冷却装置４は、熱源装置１００及び負荷装置２００を循環する冷媒の冷却方法については特に限定されるものではないが、たとえば、２重管熱交換器、プレート型熱交換器、空冷式熱交換器、水冷式熱交換器などを採用するとよい。なお、本実施の形態１では、一例として、過冷却装置４がプレート型熱交換器を有している場合を例に説明する。

過冷却装置４のプレート型熱交換器には、２つの冷媒が流れる流路が形成されている。すなわち、熱源装置１００及び負荷装置２００を循環する冷媒が流れる第１流路と、この流路を流れる冷媒を冷却する冷媒が流れる第２流路である。
なお、第２流路については、図１では図示を省略しているが、たとえば、圧縮機、凝縮器、及び膨張装置などに接続されて構成された第２冷凍サイクルに接続されており、この第２冷凍サイクルにおいて蒸発器として機能している。
このように、過冷却装置４は、第２冷凍サイクルの第２流路を流れる冷媒の冷熱が、第１冷凍サイクルの第１流路を流れる冷媒に供給することができるプレート型熱交換器を有するため、第１冷凍サイクルを流れる冷媒に過冷却度をつけることができるようになっている。

過冷却装置４は、第１冷凍サイクルを流れる冷媒に対して、液溜め３から流出した冷媒の有する過冷却度より過冷却度を大きくつけるように制御装置９０から出力がなされた場合（後述の図２のＳ２参照）には、たとえば、次のように動作する。
すなわち、制御装置９０は、たとえば、第２流路を流れる冷媒の温度が、第１流路を流れる冷媒の温度よりも予め設定された温度だけ小さくなるように、第２冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度を設定する。これにより、第２冷凍サイクルの冷媒の冷熱が、第１冷凍サイクルの冷媒に伝達されて第１冷凍サイクルの冷媒が冷却され、その冷却された分だけ、過冷却度を大きくつけることができる。
なお、以下の説明では、冷凍装置５００が、このように過冷却度を大きくつける運転モードを、冷凍能力優先モードと称する。

過冷却装置４は、第１冷凍サイクルを流れる冷媒に対して、過冷却装置４で過冷却度をとらないように制御装置９０から出力がなされた場合（後述の図２のＳ３参照）には、たとえば、次のように動作する。
すなわち、過冷却装置４は、たとえば、第２流路を流れる冷媒の温度が、第１流路を流れる冷媒の温度と等しくなるように、第２冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度を設定する。これにより、第１冷凍サイクルの冷媒が過冷却装置４で冷却されることはないので、その分、過冷却度を大きくつけることはない。しかし、第１冷凍サイクルの冷媒が過冷却装置４で冷却されない分だけ、配管３００の冷却が抑制されるため、配管３００に結露が生じてしまうことを抑制することができる。
なお、以下の説明では、冷凍装置５００が、このように過冷却度を大きくつけることはしない運転モードを、結露抑制優先モードと称する。

なお、本実施の形態１では、結露抑制優先モードを実施した際において、第２流路を流れる冷媒の温度が、第１流路を流れる冷媒の温度と等しくなるように、第２冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度を設定するものとして説明するが、それに限定されるものではない。たとえば、第１冷凍サイクルの冷媒の温度が外気温度よりも低く、第１冷凍サイクルの冷媒の温度を上昇させないと、配管３００に結露が生じてしまう場合などには、第２流路を流れる冷媒の温度を、第１流路を流れる冷媒の温度よりも大きくなるように、第２冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度を設定してもよい。
なお、第１冷凍サイクルの冷媒の温度を上昇させるのにあたり、過冷却装置４のプレート型熱交換器における第１流路の冷媒と第２流路の冷媒との熱交換だけでは足りない場合も考えられる。この場合には、第１流路を流れる冷媒を加熱するヒーターなどを過冷却装置４に設置すればよい。

（設定装置９１）
設定装置９１は、冷凍能力優先モードと、結露抑制優先モードとを切り替えるのに利用されるものであり、たとえば、スイッチなどで構成されるものである。設定装置９１は、たとえば、ユーザーがスイッチを押圧できるように、室外機である熱源装置１００に取り付けられるものである。設定装置９１は、制御装置９０と電気的に接続されており、設定装置９１の出力が制御装置９０に出力されるように構成されている。
なお、設定装置９１は、スイッチであるものとして説明したが、それに限定されるものではなく、ボタンでもよいし、タッチ式のパネルなどで構成してよい。
また、設定装置９１は、熱源装置１００に設置される制御基板９２上に設置されている場合を例に説明するが、それに限定されるものではなく、負荷装置２００に設置してもよいし、或いはリモコンなど別装置に備え付けていてもよい
また、設定装置９１及び制御装置９０は、制御基板９２に設置されている同体であるものとして説明するがそれに限定されるものではなく、別々の基板に設置してもよい。たとえば、設定装置９１は負荷装置２００に設けられた基板に設置し、制御装置９０は熱源装置１００に設けられた基板に設置し、設定装置９１と制御装置９０とを電気的に接続する構成を採用してもよい。

（制御装置９０）
制御装置９０は、図示省略の温度センサー、圧力センサーなどの検出結果及び設定装置９１の出力などに基づいて、圧縮機１の回転数（運転及び停止含む）、熱交換器２や熱交換器６に付設される図示省略の送風機の回転数（運転及び停止含む）、膨張装置５の開度、及び過冷却装置４などを制御するものである。なお、この制御装置９０は、たとえばマイコンなどで構成されるものである。
なお、制御装置９０は、設定装置９１とともに熱源装置１００の制御基板９２に搭載されているものとして説明したが、それに限定されるものではなく、たとえば、熱源装置１００に搭載されていてもよい。

制御装置９０には、設定装置９１における設定内容が出力され、過冷却装置４から配管３００に供給される冷媒の過冷却度を大きくするか否かを切り替えるものである。
すなわち、制御装置９０は、設定装置９１で冷凍能力優先モードが設定されたか、或いは結露抑制優先モードが設定されたか、に応じて過冷却装置４を制御し、過冷却装置４から配管３００に供給される冷媒の過冷却度を大きくするか否かを切り替えるものである。
より詳細には、制御装置９０は、冷凍能力優先モードが設定装置９１において設定されている場合には、過冷却装置４に流れ込む第１冷凍サイクルの冷媒を冷却するように過冷却装置４を制御する。また、制御装置９０は、結露抑制優先モードが設定されている場合には、過冷却装置４に流れ込んだ冷媒を冷却しないように過冷却装置４を制御する。
このように、制御装置９０は、過冷却装置４を制御して、配管３００に流入する冷媒の温度を調整することで、液溜め３から流出して配管３００に流れる冷媒の過冷却度の大小を調整することができ、冷凍装置５００の冷凍能力の低下を抑制と、配管３００の結露の抑制とを両立することができるようになっている。

（負荷装置２００）
負荷装置２００は、膨張装置５及び熱交換器６が搭載されているものである。負荷装置２００は、熱源装置１００と配管３００及び配管４００を介して接続されている。また、負荷装置２００には、熱交換器６に空気を供給し、当該供給した空気と熱交換器６を流れる冷媒とを熱交換させて庫内に供給する送風機（図示省略）が搭載される。

（膨張装置５及び熱交換器６）
膨張装置５は、冷媒を膨張させるためのものであり、上流側が配管３００を介して過冷却装置４に接続され、下流側が熱交換器６に接続されている。なお、膨張装置５は、たとえば開度が可変である電子膨張弁、キャピラリーチューブなどで構成するとよい。
熱交換器６は、膨張装置５で減圧された冷媒と、空気との間で熱交換を行わせるものである。なお、熱交換器６は、熱交換器２と同様に、たとえば、熱交換器６を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。

なお、図１では図示を省略しているが、冷凍装置５００の第１冷凍サイクルには、たとえば、冷媒に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機１に戻すのに利用される油分離器、液冷媒とガス冷媒とを分離する気液分離器などを設置してもよい。

［冷凍装置５００の第１冷凍サイクルの冷媒の流れ］
図１を参照しながら、同図で示される冷媒回路を流れる冷媒の流れについて説明する。
圧縮機１によって圧縮され吐出された気体の冷媒は、熱交換器２へ流入する。この熱交換器２に流入した気体の冷媒は、熱交換器２に付設された送風機から供給される空気と熱交換がなされて凝縮し、高圧の液冷媒となって熱交換器２から流出する。この熱交換器２から流出した高圧の液冷媒は、液溜め３に流入して液冷媒とガス冷媒とに分離させられる。

冷凍能力優先モード時においては、液溜め３から流出した液冷媒が、過冷却装置４に流入して冷却されて過冷却度が大きくなる。すなわち、液溜め３から流出した液冷媒が、流出した時点で過冷却度を有していたならば、その過冷却度がさらに大きくなるということである。
結露抑制優先モード時においては、液溜め３から流出した液冷媒が、過冷却装置４に流入しても、冷却されることなく、過冷却装置４から流出する。すなわち、液溜め３から流出した液冷媒は、流出した時点で有している過冷却度のまま、過冷却装置４から流出するということである。

過冷却装置４から流出した液冷媒は、配管３００を介して膨張装置５に流入して減圧される。そして、膨張装置５で減圧された冷媒は、熱交換器６に付設された送風機から供給される空気と熱交換を実施して蒸発し、熱交換器６から流出する。熱交換器６から流出した冷媒は、配管４００を介して圧縮機１に吸引される。

［冷凍装置５００の制御フロー］
図２は、実施の形態１に係る冷凍装置５００の制御フローの一例である。図２を参照して、制御装置９０などの動作について説明する。
ユーザーは、設定装置９１のスイッチを切り替えることにより、過冷却装置４における過冷却量を調整することができる。すなわち、ユーザーは、ユーザーの使用状況に応じて設定装置９１のスイッチを切り替えて、冷凍装置５００の冷凍能力を優先する冷凍能力優先モードと、冷凍装置５００の液側配管である配管３００の結露を抑制することを優先する結露抑制優先モードとを切り替えることができる。この冷凍能力優先モードと結露抑制優先モードとの切り替え時の制御装置９０の制御フローは次の通りである。

（ステップＳ０）
制御装置９０は、冷凍能力優先モードと結露抑制優先モードとの切り替えを行う制御フローを開始する。

（ステップＳ１）
制御装置９０は、設定装置９１においてなされた設定が冷凍能力優先モードであるか、結露抑制優先モードであるかを判定する。
冷凍能力優先モードの設定である場合には、ステップＳ２に移行する。
結露抑制優先モードの設定である場合には、ステップＳ３に移行する。

（ステップＳ２）
制御装置９０は、冷凍能力優先モードを実施するように、過冷却装置４を制御する。
本実施の形態１においては、制御装置９０は、過冷却装置４に対して、図示省略の第２冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度などを制御させるように出力する。これにより、過冷却装置４において、第１流路の第１冷凍サイクルの冷媒が、第２流路の第２冷凍サイクルの冷媒によって冷却されるようにし、過冷却度をつける。

（ステップＳ３）
制御装置９０は、結露抑制優先モードを実施するように、過冷却装置４を制御する。
本実施の形態１においては、第１流路の第１冷凍サイクルの冷媒の温度と、第２流路の第２冷凍サイクルの冷媒の温度とが等しくなるように、過冷却装置４を制御する。

［冷凍装置５００のモリエル線図］
図３は、実施の形態１に係る冷凍装置５００のモリエル線図である。
図３には、冷凍能力優先モードおよび結露抑制優先モードのそれぞれの制御を実施した場合のモリエル線図（圧力ｐ−エンタルピｈの相関線図）を示している。
たとえば、冷凍能力優先モードの過冷却度を多くつける制御を実施した場合には、過冷却装置４出口での冷媒温度が低下することで、蒸発器として機能する熱交換器６の冷媒流入側と冷媒流出側とでのエンタルピ差が大きくなる。
冷凍装置５００の冷凍能力は、熱交換器６の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差×冷媒循環量で表される。このため、熱交換器６の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差が大きくなるということは冷凍能力の向上につながるということを意味している。

一方で過冷却装置４の冷媒流出側の冷媒温度が低下するということは、図１で示す配管３００の温度が低下するということになる。この温度が外気温度以下である場合には、配管３００が結露する可能性があることを意味している。
また、せっかく過冷却装置４でとった過冷却が配管３００内で小さくなってしまい、冷凍装置５００の冷凍能力の向上につながらなくなる可能性がある。
そのため、従来の冷凍装置では、配管３００に対応する液配管の結露の抑制と、冷凍能力の低下の抑制との両方を実現するためには、この液配管に断熱材などを巻くなどの措置が必要となっており、サービスマンの作業負担及びユーザーの負担するコストの増大などが生じていた。

冷凍装置５００においては、冷凍能力優先モード及び結露抑制優先モードを実施することができるため、配管３００に断熱材などを巻くなどの措置を行わないでも、配管３００の結露の抑制と、冷凍能力の低下の抑制との両方を実現することができる。
すなわち、冷凍装置５００は、結露抑制優先モードを実施した場合には、冷凍能力優先モードの場合と比較すると、冷凍能力は小さくなるが、配管３００での温度はより外気温度に近い温度、もしくは外気温度以上となるように制御を行うことができ、配管３００が結露してしまうことを抑制することができる。
また、冷凍装置５００は、冷凍能力優先モードを実施した場合には、結露抑制優先モードの場合と比較すると、配管３００の結露抑制の効果は小さくなるが、過冷却装置４で冷媒を冷却して過冷却度を大きくすることができ、冷凍能力が低下することを抑制することができる。

［実施の形態１に係る冷凍装置５００の有する効果］
本実施の形態１に係る冷凍装置５００は、冷凍能力優先モード及び結露抑制優先モードを実施することができるため、配管３００に断熱施工をせずに、配管３００に生じる結露を抑制すること、及び、過冷却度が小さくならないようにして冷凍装置５００の冷凍能力の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る冷凍装置５０１の冷媒回路構成の一例である。なお、実施の形態２では、実施の形態１に対する相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態２に係る冷凍装置５０１は、実施の形態１の過冷却装置４の代わりに、二重管熱交換器４Ａと、二重管熱交換器４Ａと圧縮機１とを接続する配管４３と、配管４３に設けられた膨張装置４２とを備えた点で実施の形態１に係る冷凍装置５００の構成とは異なっている。

（二重管熱交換器４Ａ）
二重管熱交換器４Ａは、液溜め３から流れてきた冷媒が流れる第１流路と、膨張装置４２から流れてきた冷媒が流れる第２流路とを有し、第１流路と第２流路とが熱交換できるように構成されたものである。
二重管熱交換器４Ａの第１流路は、上流側が液溜め３に接続され、下流側が配管３００及び配管４３に接続されている。二重管熱交換器４Ａの第２流路は、上流側が膨張装置４２に接続され、下流側が圧縮機１に接続されている。

（配管４３）
配管４３は、上流側の端部が配管３００に接続され、下流側の端部が圧縮機１に接続されている配管である。すなわち、配管４３は、二重管熱交換器４Ａの第１流路、膨張装置４２、及び二重管熱交換器４Ａの第２流路を介して圧縮機１に冷媒をインジェクションする配管である。配管４３には、上流側から順番に、膨張装置４２及び二重管熱交換器４Ａの第２流路が接続されている。
なお、圧縮機１は、圧縮機１の吸入側から取り入れたときにおける圧力である低圧から、この低圧よりも高い圧力である高圧へと圧縮する途中の工程となる中間ポートを有しており、配管４３の下流側の端部はこの中間ポートに接続されている。

（膨張装置４２）
膨張装置４２は、冷媒を膨張させるためのものであり、上流側が配管３００に接続され、下流側が二重管熱交換器４Ａの第２流路に接続されているものである。膨張装置４２は、たとえば開度が可変である電子膨張弁などで構成するとよい。
なお、膨張装置４２の開度は、制御装置９０により制御される。

なお、本実施の形態２では、膨張装置４２が電子膨張弁であるものとして説明するが、それに限定されるものではなく、複数個並列に接続されたキャピラリーチューブにおいてキャピラリーの上流もしくは下流に電磁弁などの流路を制御する弁などを設置し、キャピラリーチューブを通過するパス数を制御することにより、膨張装置における絞り量を制御する構成を採用してもよい。

［冷凍装置５０１の第１冷凍サイクルの冷媒の流れ］
図４を参照しながら、二重管熱交換器４Ａなどを流れる冷媒の流れについて説明する。
液溜め３から流出した高圧の冷媒は、二重管熱交換器４Ａの第１流路に流入する。そして、この第１流路に流入した冷媒は、第２流路に流入した冷媒と熱交換を行って冷却され、過冷却をつける。

二重管熱交換器４Ａの第１流路から流出し、過冷却がとられた冷媒の一部は、配管３００を介して熱源装置１００から流出し、負荷装置２００へと流入する。
二重管熱交換器４Ａの第１流路から流出した冷媒の残りは、配管４３に流入して配管３００の流れから分岐し、膨張装置４２を通り減圧されて温度が低下する。そして、この温度が低下した冷媒は、二重管熱交換器４Ａの第２流路に流入し、第１流路の冷媒と熱交換する。

二重管熱交換器４Ａの第２流路から流出した冷媒は、配管４３を通って、圧縮機１の中間ポートに流入し圧縮機１から吐出するガス冷媒の温度を下げるのに利用される。すなわち、二重管熱交換器４Ａの第２流路から流出した冷媒は、圧縮機１にインジェクションされて、圧縮機１から吐出されるガス冷媒の温度上昇を抑制し、冷凍機油の劣化の抑制などに利用される。

膨張装置４２の開度を大きくすると、配管３００から分岐して配管４３に供給される冷媒の流量が多くなる一方で、減圧量が小さいため冷媒圧力（中間圧圧力）は高くなり、冷媒温度も高くなる傾向にある。それに伴い、圧縮機１から吐出されるガスの圧力（高圧圧力）も上昇する。
逆に、膨張装置４２の開度を小さくすると、配管３００から分岐して配管４３に供給される冷媒の流量が小さくなり、冷媒圧力（中間圧圧力）は低くなり冷媒温度も小さくなる。それに伴い、圧縮機１から吐出されるガスの圧力（高圧圧力）も低下する。

［冷凍装置５０１のモリエル線図］
図５は、実施の形態２に係る冷凍装置５０１のモリエル線図である。図５のモリエル線図を参照して膨張装置４２の開度に応じた冷媒状態を説明する。
なお、図５の説明では、膨張装置４２の開度を（１）小さくした場合、及び（２）この（１）よりも相対的に大きくした場合、について定性的な説明をするものとする。
また、（１）及び（２）のいずれの場合においても、膨張装置５で減圧した後の圧力である「低圧圧力」が同じとした場合について説明する。
なお、（１）の場合が、図５の実線に対応しており、（２）の場合が、図５の点線に対応している。

まず、（１）の場合について説明する。
膨張装置４２の開度を（２）の場合よりも小さくすると、図５の実線に示すように、中間圧圧力及び高圧圧力（冷媒凝縮温度＝冷媒飽和液温度）は低くなる。
この（１）の場合には、凝縮器として機能する熱交換器２に流入する冷媒及び流出する冷媒の圧力である「高圧圧力」が、（２）の場合よりも相対的に低くなる。このため、熱交換器２での放熱性能が同じである場合には、熱交換器２から流出する冷媒温度（≒冷媒凝縮温度＝冷媒飽和液温度となる）は、（２）の場合よりも相対的に低くなる。

また、（１）の場合には、膨張装置４２を通過し、配管４３を流れる冷媒の圧力である「中間圧圧力」も、（２）の場合よりも相対的に低くなる。
すなわち、（２）の場合と比較すると、（１）の場合には、「高圧圧力の低下」及び「二重管熱交換器４Ａの第１流路を通過し、膨張装置４２に流入する前の冷媒温度の低下（高圧液冷媒の温度の低下）」をしており（Ｐ１参照）、膨張装置４２で減圧される「中間圧圧力」の冷媒の温度も低下する（Ｐ２参照）。
したがって、（１）の場合には、二重管熱交換器４Ａで熱交換された後の液冷媒が、（２）の場合と比較すると、低い温度で流出することとなる。すなわち、膨張装置５には、低い温度の冷媒が流れることになり、蒸発器として機能する熱交換器６の冷媒流入側と冷媒流出側とでのエンタルピ差が大きくすることができ、冷凍装置５０１の冷凍能力が向上する。

さらに、（１）の場合には、「高圧圧力」が低下することにより、圧縮機１の必要動力も小さくなることから、消費電力も低下する。したがって、ＣＯＰ（冷凍能力と消費電力の比）が大きくなり省エネルギーとなる。

なお、（１）の場合のように、膨張装置４２の開度を小さくすると、（２）の場合と比較すると、「高圧液冷媒の温度の低下」をすると述べたが、必要以上に膨張装置４２の開度を小さくしすぎると、配管４３における冷媒流量が小さくなりすぎ、二重管熱交換器４Ａで熱交換が行われなくなり、高圧液冷媒の温度が逆に高くなる場合があることに注意する必要がある。
また、膨張装置４２は、圧縮機１の吐出冷媒の温度を下げるインジェクションとしての役割も兼ねている。このため、必要以上に膨張装置４２の開度を小さくしすぎると、圧縮機１の吐出冷媒温度が上昇し圧縮機１が故障にいたる可能性もある。そこで、圧縮機１が故障しない最低限の開度を維持しておく必要があることにも注意する。

次に、（２）の場合について説明する。
膨張装置４２の開度を大きくした場合は、（１）とは逆となる。すなわち、（１）と比較して、「高圧圧力の上昇」及び「二重管熱交換器４Ａの第１流路を通過し、膨張装置４２に流入する前の冷媒温度の上昇」をしており（Ｑ１参照）、膨張装置４２で減圧される「中間圧圧力」の冷媒の温度も上昇している（Ｑ２参照）。
なお、（２）の場合の注意点としては、圧縮機１の中間ポートに流入する冷媒流量が、（１）と比較すると相対的に多くなり、吐出冷媒温度が低くなり、圧縮機１の故障の原因となることである。

このように、膨張装置４２の開度に応じて冷媒状態を変化させることができる。
冷凍装置５０１の冷凍能力優先モードを実行することは、図５の実線に示すモリエル線図に近づけることに対応し、冷凍装置５０１の結露抑制優先モードを実行することは、図５の点線に示すモリエル線図に近づけることに対応している。
図５に基づいて冷凍能力優先モード及び結露抑制優先モードの定性的な説明をしたが、次に、具体的な制御方法について説明する。

［冷凍装置５０１の制御フロー］
図６は、実施の形態２に係る冷凍装置５０１の冷凍能力優先モードの制御フローの一例である。なお、図６の制御開始（ＳＴＡＲＴ）は、図２のステップＳ２から移行する制御である。図６を参照して、冷凍装置５０１の冷凍能力優先モードの動作について説明する。

（ステップＴ０）
制御装置９０は、冷凍能力優先モードの制御に移行する。

（ステップＴ１）
制御装置９０は、圧縮機１の吐出冷媒温度が、予め設定された値（規定値）以下であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、１２０℃などに設定される。
予め設定された値以下である場合には、ステップＴ２に移行する。
予め設定された値以下でない場合には、ステップＴ４に移行する。

（ステップＴ２）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度が、予め設定された開度（最低開度）以上であるか否かを判定する。
予め設定された開度以上である場合には、ステップＴ３に移行する。
予め設定された開度以上でない場合には、ステップＴ４に移行する。

（ステップＴ３）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を小さくする。
圧縮機１の吐出冷媒温度が規定値（たとえば１２０℃）以下の場合であって、膨張装置４２の開度が最低開度以下の場合には、膨張装置４２の開度を小さくすることで、「高圧圧力の低下」及び「二重管熱交換器４Ａの第１流路を通過し、膨張装置４２に流入する前の冷媒温度の低下（高圧液冷媒の温度の低下）」をさせ、膨張装置４２で減圧される「中間圧圧力」の冷媒の温度も低下させる。
これにより、二重管熱交換器４Ａで熱交換された後の高圧液冷媒の温度を低下させ、蒸発器として機能する熱交換器６の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差が大きくし、冷凍装置５０１の冷凍能力を向上させることができる。
なお、本ステップＴ３における膨張装置４２の開度は、後述のステップＴ４における膨張装置４２の開度よりも小さい。

（ステップＴ４）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を大きくする。
圧縮機１の吐出冷媒温度が規定値以下の場合であって、膨張装置４２の開度が最低開度以下の場合には、膨張装置４２の後の冷媒流量が小さく、二重管熱交換器４Ａにて十分な熱交換ができない。そこで、制御装置９０は、膨張装置４２の開度を大きくするということである。
また、圧縮機１の吐出冷媒温度が、規定値（たとえば１２０℃）以上の場合には、圧縮機１の吐出冷媒温度が上昇し圧縮機１が故障にいたる可能性もある。そこで、制御装置９０は、膨張装置４２の開度を大きくし、圧縮機１にインジェクションする冷媒の流量を大きくすることにより、吐出冷媒温度を低下させている。
ただし、本ステップＴ４では、たとえば、結露抑制優先モード時よりも、開度が大きくならない範囲で、開度を大きくするとよい。これにより、冷凍能力を向上の効果を得ながらも、吐出冷媒温度を低下させることができるからである。

図７は、実施の形態２に係る冷凍装置５０１の結露抑制優先モードの制御フローの一例である。また、図７の制御開始（ＳＴＡＲＴ）は、図２のステップＳ３から移行する制御である。図７を参照して、結露抑制優先モードについて説明する。

（ステップＵ０）
制御装置９０は、結露抑制優先モードの制御に移行する。

（ステップＵ１）
制御装置９０は、圧縮機１の吐出冷媒温度が、予め設定された値（規定値）以上であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、７０℃などに設定される。
予め設定された値以上である場合には、ステップＵ２に移行する。
予め設定された値以上でない場合には、ステップＵ３に移行する。

（ステップＵ２）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を大きくする。
圧縮機１の吐出冷媒温度が規定値（たとえば７０℃）以上の場合には、膨張装置４２の開度を大きくし、「高圧圧力」及び「中間圧圧力」を大きくすることで、「高圧液冷媒」の温度を大きくする。この「高圧液冷媒」が配管３００を流れる冷媒であるが、「高圧液冷媒」の温度が大きくなる分、配管３００の温度も上昇し、結露が抑制される。
なお、本ステップＵ２における膨張装置４２の開度は、後述のステップＵ３における膨張装置４２の開度よりも大きい。

（ステップＵ３）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を小さくする。
圧縮機１の吐出冷媒温度が規定値以下の場合には、圧縮機１の吐出冷媒温度が低すぎて故障の原因となる。そこで、膨張装置４２の開度を小さくし、圧縮機１にインジェクションされる冷媒の流量を小さくし、吐出冷媒温度を上昇させる。
ただし、本ステップＵ３では、たとえば、冷凍能力優先モード時よりも、開度が小さくならない範囲で、開度を小さくするとよい。これにより、配管３００の結露の抑制の効果を得ながらも、吐出冷媒温度を上昇させることができるからである。

なお、図６及び図７における膨張装置４２の開度について整理すると、開度の小さい順番に並べると、ステップＴ３の開度、ステップＴ４の開度、ステップＵ３の開度、及びステップＵ２の開度とするとよい。
ただし、圧縮機１の吐出冷媒温度が高すぎるというような場合などには、圧縮機１の保護を優先するように膨張装置４２の開度を変更してもよい。すなわち、ステップＴ３の開度、ステップＴ４の開度、ステップＵ３の開度、及びステップＵ２の開度の大小関係よりも、圧縮機１の保護を優先する開度設定としてもよい。

［実施の形態２に係る冷凍装置５０１の有する効果］
実施の形態２に係る冷凍装置５０１は、実施の形態１に係る冷凍装置５０１の有する効果と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る冷凍装置の制御フローの一例である。なお、実施の形態３では、実施の形態１、２に対する相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態３に係る冷凍装置は、結露抑制優先モードにおいて、高圧液冷媒温度、すなわち熱源装置１００から負荷装置２００へと冷媒を流す配管３００の配管温度が外気温度よりも高い場合についても考慮に入れたものである。

実施の形態３に係る冷凍装置は、図示省略であるが、配管３００が設置される室外などの温度（以下、外気温度とも称する）を検出する外気温度センサーと、配管３００を流れる高圧液冷媒の温度を検出する冷媒温度センサーとを有している。
そして、制御装置９０は、この外気温度センサー及び冷媒温度センサーが接続されており、外気温度センサー及び冷媒温度センサーの検出結果に基づいて膨張装置４２の開度を制御する。
以下に、実施の形態３の結露抑制優先モードについて説明する。

（ステップＶ０）
制御装置９０は、結露抑制優先モードの制御に移行する。

（ステップＶ１）
制御装置９０は、外気温度センサーの検出温度よりも、冷媒温度センサーの検出温度の方が高いか否かを判定する。
高い場合には、ステップＶ２に移行する。
高くない場合には、ステップＶ４に移行する。

（ステップＶ２）
制御装置９０は、圧縮機１の吐出冷媒温度が、予め設定された値（規定値）以下であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、１２０℃などに設定される。
予め設定された値以下である場合には、ステップＶ３に移行する。
予め設定された値以下でない場合には、ステップＶ６に移行する。

（ステップＶ３）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度が、予め設定された開度（最低開度）以上であるか否かを判定する。
予め設定された開度以上である場合には、ステップＶ５に移行する。
予め設定された開度以上でない場合には、ステップＶ６に移行する。

（ステップＶ４）
制御装置９０は、圧縮機１の吐出冷媒温度が、予め設定された値（規定値）以上であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、７０℃などに設定される。
予め設定された値以上である場合には、ステップＶ６に移行する。
予め設定された値以上でない場合には、ステップＶ７に移行する。

（ステップＶ５）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を小さくする。
これにより、二重管熱交換器４Ａで熱交換された後の高圧液冷媒の温度を低下させ、蒸発器として機能する熱交換器６の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差が大きくし、冷凍装置５０１の冷凍能力を向上させることができる。
ただし、本ステップＶ５の膨張装置４２の開度は、配管３００を流れる冷媒温度が、外気温度を下回らないように過冷却度を確保する開度としている。これにより、冷凍能力の向上の効果を得ながらも、結露抑制優先モードの本来的な目的である結露の抑制も維持することができる。

（ステップＶ６）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を大きくする。
圧縮機１の吐出冷媒温度が、規定値以上の場合（ステップＶ２）及び圧縮機１の吐出冷媒温度が規定値以上の場合（ステップＶ４）には、圧縮機１の吐出冷媒温度が上昇し圧縮機１が故障にいたる可能性もある。
そこで、制御装置９０は、膨張装置４２の開度を大きくし、圧縮機１にインジェクションする冷媒の流量を大きくすることにより、吐出冷媒温度を低下させる。
ただし、ステップＶ１からステップＶ４を経由して本ステップＶ６に至った場合には、高圧液冷媒温度が外気温度以下の状態となっている。この場合には、高圧液冷媒温度が外気温度よりも高くなるように、膨張装置４２の開度を設定する。これにより、配管３００の結露を抑制することができる。
なお、ステップＶ１からステップＶ２を経由して本ステップＶ６に至った場合には、高圧液冷媒温度が、既に外気温度より高い状態であるので、上述のような膨張装置４２の開度を設定の制約はなくてもよい。

（ステップＶ７）
制御装置９０は、膨張装置４２の開度を小さくする。
圧縮機１の吐出冷媒温度が規定値以下の場合には、圧縮機１の吐出冷媒温度が低すぎて故障の原因となる。そこで、膨張装置４２の開度を小さくし、圧縮機１にインジェクションされる冷媒の流量を小さくし、吐出冷媒温度を上昇させる。
ただし、本ステップＶ７では、たとえば、冷凍能力優先モード時よりも、開度が小さくならない範囲で、開度を小さくするとよい。これにより、配管３００の結露の抑制の効果を得ながらも、吐出冷媒温度を上昇させることができるからである。
また、本ステップＶ７では、高圧液冷媒温度が外気温度以下の状態となっているにもかかわらず、膨張装置４２の開度を小さくしている。すなわち、結露が生じやすい状態であるが、膨張装置４２の開度を小さくして高圧液冷媒温度を下げる方向に作用させている。これは、圧縮機１が故障してしまわないようにすることの方が、結露の抑制よりも優先度が高いためである。

ただし、圧縮機１の吐出冷媒温度が高すぎるというような場合などには、圧縮機１の保護を優先するように膨張装置４２の開度を変更してもよい。すなわち、ステップＶ５の開度、ステップＶ６の開度、及びステップＶ７の開度の大小関係よりも、圧縮機１の保護を優先する開度設定としてもよい。

なお、実施の形態２及び実施の形態３においては、膨張装置４２の開度を制御することにより、中間圧圧力（配管４３内の圧力）を変化させ、それにより高圧圧力（凝縮温度）を変化させているが、それに限定されるものではない。
たとえば、高圧圧力（凝縮温度）を変化させる手段としては、熱交換器（凝縮器）に付設された送風機の風量を調整して熱交換量を制御することによっても実施することができる。

［実施の形態３に係る冷凍装置の有する効果］
実施の形態３に係る冷凍装置は、実施の形態１、２に係る冷凍装置５００、５０１の有する効果と同様の効果を奏する。

１ 圧縮機、２ 熱交換器（凝縮器）、３ 液溜め、４ 過冷却装置、４Ａ 二重管熱交換器、５ 膨張装置（第１膨張装置）、６ 熱交換器（蒸発器）、４２ 膨張装置（第２膨張装置）、４３ 配管（インジェクション配管）、９０ 制御装置、９１ 設定装置、９２ 制御基板、１００ 熱源装置、２００ 負荷装置、３００ 配管、４００ 配管、５００ 冷凍装置、５０１ 冷凍装置。

Claims (7)

1. 圧縮機、凝縮器、第１膨張装置、及び蒸発器を冷媒配管で接続した冷凍サイクルを有し、前記圧縮機及び前記凝縮器が搭載される熱源装置と、前記蒸発器が搭載される負荷装置とを備えている冷凍装置において、
   前記凝縮器の下流側であって前記第１膨張装置の上流側に接続され、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却装置と、
   前記熱源装置と前記負荷装置とを接続している前記冷媒配管が前記凝縮器から流出した冷媒によって結露することを抑制する結露抑制優先モード、及び前記凝縮器から流出した冷媒に過冷却度をつけることを優先する冷凍能力優先モードのいずれかを設定する設定装置と、
   前記設定装置において設定された前記結露抑制優先モード、又は前記冷凍能力優先モードに応じて、前記過冷却装置の過冷却量を調整する制御装置と、
   を有する
   ことを特徴とした冷凍装置。
2. 一端が前記圧縮機に接続され、他端が前記過冷却装置と前記第１膨張装置との間に接続されているインジェクション配管と、
   前記インジェクション配管を流れる冷媒を減圧させる第２膨張装置と、
   を有し、
   前記過冷却装置は、
   上流側が前記凝縮器に接続され、下流側が前記第１膨張装置及び前記インジェクション配管の他端に接続される第１流路と、
   前記第２膨張装置の下流側の前記インジェクション配管に接続される第２流路とを有し、
   前記第１流路を流れる冷媒と前記第２流路を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器で構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記制御装置は、
   前記冷凍能力優先モード時において、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される上限値以下であって、前記第２膨張装置の開度が予め設定される下限値以上である場合には、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される上限値以上、或いは前記第２膨張装置の開度が予め設定される下限値未満である場合よりも、
   前記第２膨張装置の開度を小さくする
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御装置は、
   前記結露抑制優先モード時において、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される下限値以上である場合には、
   前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される下限値未満である場合よりも、
   前記第２膨張装置の開度を大きくする
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍装置。
5. 前記制御装置は、
   前記冷凍能力優先モード時には、前記結露抑制優先モード時よりも前記第２膨張装置の開度を小さくする
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
6. 前記制御装置は、
   前記結露抑制優先モード時において、
   前記過冷却装置から前記負荷装置に供給される冷媒温度が、
   前記熱源装置と前記負荷装置とを接続する前記冷媒配管が設置される空間温度より大きい場合には、
   前記過冷却装置から前記負荷装置に供給される冷媒温度が、前記空間温度を下回らない範囲内で前記第２膨張装置の開度を小さくする
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
7. 前記凝縮器に付設され、前記凝縮器に空気を送風する送風機を有し、
   前記制御装置は、
   前記送風機の回転数を制御して前記凝縮器における空気と冷媒との熱交換量を調整し、前記過冷却装置から前記負荷装置に供給される冷媒温度を調整する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍装置。

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