JP2019203536A - 四路切換弁及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】四路切換弁を切り換えるときの衝撃で四路切換弁の構成部品が損傷するのを抑える。【解決手段】四路切換弁７１のパイロット弁７７に高圧流体を導入する高圧導入用パイロット管７７ａに開度調節弁７８を設け、冷媒回路における四路切換弁７１の切り換え時に、開度調節弁７８を閉じた状態でパイロット弁７７を切り換えた後に、開度調節弁７８を徐々に開く制御を行う。【選択図】図２

Description

本開示は、四路切換弁及び冷凍装置に関するものである。

四路切換弁は、例えば、圧縮機（圧縮部）、室外熱交換器（熱源熱交換器）、冷設熱交換器（第１利用熱交換器）、室内熱交換器（第２利用熱交換器）が接続される冷媒回路を備えた特許文献１の冷凍装置で用いられている。この冷媒回路には、２つの四路切換弁が設けられている。この冷凍装置では、２つの四路切換弁の状態をそれぞれ切り換えることで、複数の運転の切り換えを可能としている。四路切換弁は、冷媒の高圧圧力と低圧圧力の圧力差を利用して切り換え動作を行うものである。

特開２００４−４４９２１号公報

上記の冷凍装置では、特に冷媒回路の高圧圧力と低圧圧力の圧力差が大きい場合など、その圧力差により、四路切換弁を切り換えるときに四路切換弁の構成部品が大きな衝撃を受けて損傷するおそれがあった。

本開示の目的は、四路切換弁を切り換えるときの衝撃で四路切換弁の構成部品が損傷するのを抑制することである。

本開示の第１の態様は、四路切換弁（71，72）であって、４つのポート（P1〜P4）と、４つのポート（P1〜P4）が２つずつ連通する２種類の連通状態を切り換える弁体（76a）とを有する四路切換弁本体（76）と、四路切換弁本体（76）に複数のパイロット管（77a〜77d）を介して接続されたパイロット弁（77）と、パイロット弁（77）に高圧流体を導入する高圧導入用パイロット管（77a）に設けられた開度調節弁（78）と、を備えていることを特徴とする。

本開示の第２の態様は、冷媒の循環方向を切り換える切換機構（70）を有する冷媒回路（11）を備えた冷凍装置において、上記切換機構（70）が、請求項１に記載の四路切換弁（71，72）により構成されていることを特徴とする。

第１，第２の態様では、四路切換弁（71，72）を切り換えるときに、開度調節弁（78）を予め絞っておくか閉じておき、その後に徐々に開くようにすれば、パイロット弁（77）を流れる冷媒の圧力が徐々に上昇し、切り換え時の大きな衝撃を弱められるから、四路切換弁（71，72）の損傷を抑制できる。

本開示の第３の態様は、第２の態様において、四路切換弁（71，72）の切り換え時に、開度調節弁（78）を閉じた状態でパイロット弁（77）を切り換えた後に、該開度調節弁（78）を徐々に開く制御を行う制御部（100）を備えていることを特徴とする。

第３の態様では、四路切換弁（71，72）を切り換えるときに、開度調節弁（78）を予め閉じておき、その後に徐々に開くことにより、切り換え開始時に生じる四路切換弁（71，72）の構成部品への衝撃を最小限に抑えられる。

本開示の第４の態様は、第２または第３の態様において、上記冷媒回路（11）に充填される冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。

第４の態様では、冷媒回路（11）の冷媒が二酸化炭素である場合に高圧圧力が高くなり、四路切換弁（71，72）の構成部品に作用する衝撃が大きくなりやすいのに対して、その衝撃を弱められる。

図１は、実施形態に係る冷凍装置の配管系統図である。 図２は、四路切換弁の概略構造図である。 図３は、冷設運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図４は、冷房運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図５は、冷房/冷設運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図６は、暖房運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図７は、暖房/冷設運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図８は、暖房/冷設熱回収運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図９は、暖房/冷設余熱運転の冷媒の流れを示した図１相当図である。 図１０は、その他の実施形態に係る冷凍装置の配管系統図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

〈全体構成〉
実施形態に係る冷凍装置（10）は、主に業務用に用いられる冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの冷蔵設備や冷凍設備（以下、総称として冷設という）の庫内空間の空気の冷却と、室内の空調とを同時に行う。図１に示すように、冷凍装置（10）は、室外に設置される室外ユニット（20）と、庫内の空気を冷却する冷設ユニット（80）と、室内の空調を行う室内ユニット（90）と、コントローラ（100）とを備える。冷設ユニット（80）及び室内ユニット（90）の数量は、１つに限らず、２つ以上であってもよい。これらのユニット（20,80,90）が４本の連絡配管（12,13,14,15）によって相互に接続されることで、冷媒回路（11）が構成される。冷媒回路（11）では、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。本実施形態の冷媒回路（11）では、冷媒として二酸化炭素が充填され、冷媒が臨界圧力より高い圧力まで圧縮される。

〈室外ユニット〉
室外ユニット（20）は、屋外に設置される。室外ユニット（20）には、室外回路（21）が設けられる。室外回路（21）には、第１圧縮機（31）と、第２圧縮機（41）と、室外熱交換器（22）と、室外膨張弁（23）と、レシーバ（24）と、過冷却熱交換器（25）とが接続される。

第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）は、冷媒を圧縮する圧縮部（30）を構成している。第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）は、二段圧縮式に構成されている。第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）は、回転数が可変な可変容量式に構成される。

第１圧縮機（31）は、第１低段圧縮機構（31a）と第１高段圧縮機構（31b）とを有する。第１圧縮機（31）では、第１低段圧縮機構（31a）で圧縮された冷媒が、第１高段圧縮機構（31b）で更に圧縮される。第１圧縮機（31）には、第１吸入管（32）、第１中継管（33）、第１吐出管（34）、及び第１油戻し管（35）が接続される。第１吸入管（32）は、第１低段圧縮機構（31a）の吸入ポートに連通する。第１中継管（33）の流入端は、第１低段圧縮機構（31a）の吐出ポートに連通する。第１中継管（33）の流出端は、第１高段圧縮機構（31b）の吸入ポートに連通する。第１吐出管（34）は、第１高段圧縮機構（31b）の吐出ポートに連通する。第１中継管（33）には、第１インタークーラ（36）が接続される。第１油戻し管（35）には、開度が可変な第１流量調節弁（37）が接続される。

第２圧縮機（41）は、第２低段圧縮機構（41a）と第２高段圧縮機構（41b）とを有する。第２圧縮機（41）では、第２低段圧縮機構（41a）で圧縮された冷媒が、第２高段圧縮機構（41b）で更に圧縮される。第２圧縮機（41）には、第２吸入管（42）、第２中継管（43）、第２吐出管（44）、及び第２油戻し管（45）が接続される。第２吸入管（42）は、第２低段圧縮機構（41a）の吸入ポートに連通する。第２中継管（43）の流入端は、第２低段圧縮機構（41a）の吐出ポートに連通する。第２中継管（43）の流出端は、第２高段圧縮機構（41b）の吸入ポートに連通する。第２吐出管（44）は、第２高段圧縮機構（41b）の吐出ポートに連通する。第２中継管（43）には、第２インタークーラ（46）が接続される。第２油戻し管（45）には、開度が可変な第２流量調節弁（47）が接続される。

第１吐出管（34）には、第１油分離器（38）が接続される。第２吐出管（44）には、第２油分離器（48）が接続される。第１油分離器（38）で分離された油、及び第２吐出管（44）で分離された油は、油クーラ（39）で冷却される。油クーラ（39）で冷却された油は、第１油戻し管（35）を経由して第１圧縮機（31）に戻される。油クーラ（39）で冷却された油は、第２油戻し管（45）を経由して第２圧縮機（41）に戻される。

第１吸入管（32）及び第２吸入管（42）の間には、吸入連通管（50）が接続される。吸入連通管（50）には、開度が可変な圧力調節弁（V5）が設けられる。第１吐出管（34）の流出端及び第２吐出管（44）の流出端は、合流吐出管（52）に接続する。

室外ユニット（20）には、冷媒回路（11）における冷媒の循環方向を切り換える切換機構（70）が設けられている。切換機構（70）は、第１四路切換弁（71）と第２四路切換弁（72）により構成されている。第１及び第２四路切換弁（71，72）は、それぞれ、第１ポート（P1）が第３ポート（P3）に連通し且つ第２ポート（P2）が第４ポート（P4）に連通する第１連通状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）が第４ポート（P4）に連通し且つ第２ポート（P2）が第３ポート（P3）に連通する第２連通状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。

第１四路切換弁（71）の第１ポート（P1）には、合流吐出管（52）から分岐した第１吐出分岐管（52a）が接続されている。第１四路切換弁（71）の第２ポート（P2）は、連通管（75）を介して第２四路切換弁（72）の第３ポート（P3）に接続されている。第１四路切換弁（71）の第３ポート（P3）は、室外第１ガス管（73）を介して第２ガス連絡配管（15）に接続されている。第１四路切換弁（71）の第４ポート（P4）は、室外第２ガス管（74）を介して室外熱交換器（22）のガス側端に接続されている。

第２四路切換弁（72）の第１ポート（P1）には、合流吐出管（52）から分岐した第２吐出分岐管（52b）が接続されている。第２四路切換弁（72）の第２ポート（P2）は、吸入中継管（58）に接続されている。第２四路切換弁（72）の第３ポート（P3）は、上述したように連通管（75）を介して第１四路切換弁（71）の第２ポート（P2）に接続されている。第２四路切換弁（72）の第４ポート（P4）は閉鎖された閉鎖ポートになっている。

図２に示すように、各四路切換弁（71，72）は、四路切換弁本体（76）とパイロット弁（77）とを有している。第１，第２四路切換弁（71，72）の基本構成は同じであり、図２には第１四路切換弁（71）を代表例として示している。パイロット弁（77）は、四路切換弁本体（76）に複数のパイロット管（77a〜77d）を介して接続されている。四路切換弁（71）は、上記の４つのポート（P1〜P4）に対応するパイロット管（77a〜77d）の２つの連通状態を切り換える弁体（76a）を有する。パイロット弁（77）に高圧流体を導入する高圧導入用パイロット管（77a）には、開度調節弁（78）が設けられている。

この四路切換弁（71，72）は、開度調節弁（78）を設けていることを除いては、一般的な構成の四路切換弁である。具体的には、四路切換弁本体（76）は、シリンダ（76c）の中にピストン（76b）が収容され、ピストン（76b）に上記弁体（76a）が設けられている。シリンダ（76c）内には、第１弁室（S1）と第２弁室（S2）が形成される。パイロット弁（77）は、ソレノイドコイル（79a）と、ソレノイドコイル（79a）のオン／オフにより図の左右へ移動するプランジャ（79b）とを有する。プランジャ（79b）の位置が変化することにより、第１弁室（S1）と第２弁室（S2）が高圧または低圧に切り換わって弁体（76a）が移動し、第１連通状態と第２連通状態が切り換わる。

室外熱交換器（22）は、熱源熱交換器を構成している。室外熱交換器（22）は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器である。室外熱交換器（22）の近傍には、室外ファン（22a）が設けられている。室外熱交換器（22）を流れる冷媒と、室外ファン（22a）が送風する空気とが熱交換する。第１インタークーラ（36）、第２インタークーラ（46）、油クーラ（39）、及び室外熱交換器（22）は、室外ファン（22a）及びフィン（図示省略）を共有するように互いに隣接して配置される。

室外熱交換器（22）とレシーバ（24）との間には、第１配管（61）が接続される。第１配管（61）には、室外膨張弁（23）が接続される。室外膨張弁（23）は、開度が可変な電子膨張弁で構成される。

レシーバ（24）は、冷媒を貯留する容器である。過冷却熱交換器（25）は、高圧側流路（25a）と低圧側流路（25b）とを有する。過冷却熱交換器（25）では、高圧側流路（25a）を流れる冷媒と、低圧側流路（25b）を流れる冷媒とが熱交換する。

レシーバ（24）と過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）との間には、第２配管（62）が接続される。過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）の流出部には、第３配管（63）の一端が接続される。第３配管（63）の他端には、第１液分岐管（63a）と第２液分岐管（63b）とが接続される。第１液分岐管（63a）は、第１液連絡配管（12）を介して冷設熱交換器（83）の液側端部と繋がる。第２液分岐管（63b）は、第２液連絡配管（14）を介して室内熱交換器（93）の液側端部と繋がる。

第３配管（63）には、導入管（53）の一端が接続される。導入管（53）の途中には、減圧弁（54）と低圧側流路（25b）とが接続される。減圧弁（54）は、逆流防止機構を有している。減圧弁（54）は、図１の矢印で示す方向の冷媒の流通を許容し、その逆方向の冷媒の流通を禁止する。

導入管（53）の他端には、第１導入分岐管（53a）の流入端と、第２導入分岐管（53b）の流入端とが接続される。第１導入分岐管（53a）の流出端は、第１中継管（33）に接続する。第２導入分岐管（53b）の流出端は、第２中継管（43）に接続する。第１導入分岐管（53a）には、開度が可変な第３流量調節弁（55）が接続される。第２導入分岐管（53b）には、開度が可変な第４流量調節弁（56）が接続される。

第１配管（61）と第３配管（63）との間には、第４配管（64）が接続される。第１配管（61）と第２液分岐管（63b）との間には、第５配管（65）が接続される。レシーバ（24）の頂部には、ガス抜き管（67）の一端が接続される。ガス抜き管（67）の他端は、導入管（53）に接続される。ガス抜き管（67）には、ガス抜き弁（68）が接続される。ガス抜き弁（68）は、開度が可変な膨張弁で構成される。

上述した第１吐出管（34）、第２吐出管（44）、第１配管（61）、第４配管（64）、第５配管（65）、第２液分岐管（63b）には、それぞれ逆止弁（CV）が設けられる。各逆止弁（CV）は、図１の各矢印で示す方向の冷媒の流通を許容し、その逆方向の冷媒の流通を禁止する。

〈冷設ユニット〉
冷設ユニット（80）は、例えば冷蔵倉庫に設置される。冷設ユニット（80）には、冷設回路（81）が設けられる。冷設回路（81）の液側端部には、第１液連絡配管（12）が接続される。冷設回路（81）のガス側端部には、第１ガス連絡配管（13）が接続される。冷設回路（81）には、液側端から順に、冷設膨張弁（82）及び冷設熱交換器（83）が設けられる。冷設膨張弁（82）は、開度が可変な電子膨張弁で構成される。

冷設熱交換器（83）は、第１利用熱交換器を構成している。冷設熱交換器（83）は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器である。冷設熱交換器（83）の近傍には、庫内ファン（83a）が設けられている。冷設熱交換器（83）を流れる冷媒と、庫内ファン（83a）が送風する空気とが熱交換する。冷設熱交換器（83）のガス側端部は、第１ガス連絡配管（13）を介して第１圧縮機（31）の第１吸入管（32）に繋がる。

〈室内ユニット〉
室内ユニット（90）は、屋内に設置される。室内ユニット（90）には、室内回路（91）が設けられる。室内回路（91）のガス側端部には、第２ガス連絡配管（15）が接続される。室内回路（91）の液側端部には、第２液連絡配管（14）が接続される。室内回路（91）には、液側端から順に、室内膨張弁（92）及び室内熱交換器（93）が設けられる。室内膨張弁（92）は、開度が可変な電子膨張弁で構成される。

室内熱交換器（93）は、第２利用熱交換器を構成している。室内熱交換器（93）は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器である。室内熱交換器（93）の近傍には、室内ファン（93a）が設けられている。室内熱交換器（93）を流れる冷媒と、室内ファン（93a）が送風する空気とが熱交換する。室内熱交換器（93）のガス側端部は、第２ガス連絡配管（15）、第１四路切換弁（71）、第２四路切換弁（72）、及び吸入中継管（58）を介して、第２圧縮機（41）の第２吸入管（42）に繋がる。

〈センサ〉
冷凍装置（10）には、各種のセンサ（図示せず）が設けられる。これらのセンサが検出する指標の一例として、冷媒回路（11）の高圧冷媒の温度／圧力、低圧冷媒の温度／圧力、中間圧冷媒の温度／圧力、室外熱交換器（22）の冷媒の温度、冷設熱交換器（83）の冷媒の温度、室内熱交換器（93）の冷媒の温度、各圧縮機（31,41）の吸入過熱度、各圧縮機（31,41）の吐出過熱度、室外空気の温度、庫内空気の温度、室内空気の温度が挙げられる。

〈コントローラ〉
制御部であるコントローラ（100）は、制御基板上に搭載されたマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス（具体的には半導体メモリ）とを含む。コントローラ（100）は、運転指令やセンサの検出信号に基づいて、冷凍装置（1）の各機器を制御する。コントローラ（100）による各機器の制御により、冷凍装置（1）の運転が切り換えられる。

−運転動作−
冷凍装置（1）の運転動作について詳細に説明する。冷凍装置の運転は、冷設運転、冷房運転、冷房/冷設運転、暖房運転、暖房/冷設運転、暖房/冷設熱回収運転、暖房/冷設余熱運転、及びデフロスト運転を含む。

冷設運転では、冷設ユニット（80）が運転され、室内ユニット（90）は停止する。冷房運転では、冷設ユニット（80）が停止し、室内ユニット（90）が冷房を行う。冷房/冷設運転では、冷設ユニット（80）が運転され、室内ユニット（90）が冷房を行う。暖房運転では、冷設ユニット（80）が停止し、室内ユニット（90）が暖房を行う。暖房/冷設運転、暖房/冷設熱回収運転、及び暖房/冷設余熱運転のいずれにおいても、冷設ユニット（80）が運転され、室内ユニット（90）が暖房を行う。デフロスト運転では、冷設ユニット（80）が運転され、室外熱交換器（22）の表面の霜を融かす動作が行われる。

暖房/冷設運転は、室内ユニット（90）の必要な暖房能力が比較的大きい条件下で実行される。暖房/冷設余熱運転は、室内ユニット（90）の必要な暖房能力が比較的小さい条件下で実行される。暖房/冷設熱回収運転は、室内ユニット（90）の必要な暖房能力が、暖房/冷設運転の間である条件下（冷設と暖房がバランスする条件下）で実行される。

各運転では、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）の一方又は両方が運転される。第１圧縮機（31）のみ運転する場合、圧力調節弁（V5）が閉状態となる。第２圧縮機（41）のみ運転する場合、圧力調節弁（V5）が開状態となる。第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）を運転する場合、冷房/冷設運転と暖房/冷設運転を除いて圧力調節弁（V5）が開状態となる。以下の各運転の説明では、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）を運転する場合を例示する。

〈冷設運転〉
図３に示す冷設運転では、第１四路切換弁（71）及び第２四路切換弁（72）が第２連通状態となる。室外膨張弁（23）は全開状態となり、冷設膨張弁（82）の開度が過熱度制御により調節され、室内膨張弁（92）が全閉状態となる。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室外熱交換器（22）で放熱し、冷設熱交換器（83）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１四路切換弁（71）を経由して室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒の熱が室外空気へ放出される。室外熱交換器（22）で放熱した冷媒は、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して冷設熱交換器（83）を流れる。冷設熱交換器（83）では、蒸発する冷媒によって庫内空気が冷やされる。冷設熱交換器（83）で蒸発した冷媒は、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）に吸入される。

冷設運転や、他の運転では、次のように中間圧の冷媒を冷却する冷媒冷却動作が適宜行われる。第１圧縮機（31）の第１低段圧縮機構（31a）で圧縮された冷媒の少なくとも一部は、第１中継管（33）を経由して第１インタークーラ（36）を流れる。第１インタークーラ（36）では、冷媒の熱が室外空気へ放出される。第１インタークーラ（36）で冷却された冷媒は、第１圧縮機（31）の第１高段圧縮機構（31b）で更に圧縮される。同様に、第２圧縮機（41）の第２低段圧縮機構（41a）で圧縮された冷媒の少なくとも一部は、第２中継管（43）を経由して第２インタークーラ（46）を流れる。第２インタークーラ（46）では、冷媒の熱が室外空気へ放出される。第２インタークーラ（46）で冷却された冷媒は、第２圧縮機（41）の第２高段圧縮機構（41b）で更に圧縮される。

冷設運転や、他の運転では、過冷却熱交換器（25）の低圧側流路（25b）を流れた冷媒を各圧縮機（31,41）へ導入するインジェクション動作が適宜行われる。なお、各図においては、インジェクション動作時の冷媒の流れの図示は省略している。第２配管（62）の冷媒の一部は、導入管（53）に流入する。また、レシーバ（24）内のガス冷媒は、ガス抜き管（67）を経由して導入管（53）に流入する。導入管（53）に流入した冷媒は、減圧弁（54）で減圧された後、低圧側流路（25b）を流れる。冷設熱交換器（83）では、高圧側流路（25a）を流れる冷媒の熱が、低圧側流路（25b）を流れる冷媒に付与される。低圧側流路（25b）を流出した冷媒は、第１導入分岐管（53a）及び第２導入分岐管（53b）に分流する。第１導入分岐管（53a）の冷媒は、第１中継管（33）を経由して第１圧縮機（31）の第１高段圧縮機構（31b）に導入される。第２導入分岐管（53b）の冷媒は、第２中継管（43）を経由して第２圧縮機（41）の第２高段圧縮機構（41b）に導入される。

〈冷房運転〉
図４に示す冷房運転では、第１四路切換弁（71）及び第２四路切換弁（72）が第１連通状態となる。室外膨張弁（23）は全開状態となり、冷設膨張弁（82）が全閉状態となり、室内膨張弁（92）の開度が過熱度制御により制御される。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室外熱交換器（22）で放熱し、冷設熱交換器（83）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１四路切換弁（71）を経由して室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒の熱が室外空気へ放出される。室外熱交換器（22）で放熱した冷媒は、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して室内熱交換器（93）を流れる。室内熱交換器（93）では、蒸発する冷媒によって室内空気が冷やされる。室内熱交換器（93）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（71），第２四路切換弁（72）及び吸入中継管（58）を経由して第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）に吸入される。

〈冷房/冷設運転〉
図５に示す冷房/冷設運転では、第１四路切換弁（71）及び第２四路切換弁（72）が第２連通状態となる。室外膨張弁（23）は全開状態となり、冷設膨張弁（82）及び室内膨張弁（92）の開度が過熱度制御により制御される。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室外熱交換器（22）で放熱し、冷設熱交換器（83）及び室内熱交換器（93）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１四路切換弁（71）を経由して室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒の熱が室外空気へ放出される。室外熱交換器（22）で放熱した冷媒は、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して冷設熱交換器（83）及び室内熱交換器（93）を流れる。冷設熱交換器（83）では、蒸発する冷媒によって庫内空気が冷やされる。冷設熱交換器（83）で蒸発した冷媒は、第１ガス連絡配管（13）を経由して第１圧縮機（31）に吸入される。室内熱交換器（93）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（71），第２四路切換弁（72）及び吸入中継管（58）を経由して第２圧縮機（41）に吸入される。

〈暖房運転〉
図６に示す暖房運転では、第１四路切換弁（71）が第１連通状態となり、第２四路切換弁（72）が第２連通状態となる。室外膨張弁（23）の開度が過熱度制御され、冷設膨張弁（82）が全閉状態となり、室内膨張弁（92）が全開状態となる。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室内熱交換器（93）で放熱し、室外熱交換器（22）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１四路切換弁（71）及び第２ガス連絡配管（15）を経由して室内熱交換器（93）を流れる。室内熱交換器（93）では、放熱する冷媒によって室内空気が加熱される。室内熱交換器（93）で放熱した冷媒は、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（22）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（71），第２四路切換弁（72）及び吸入中継管（58）を経由して第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）に吸入される。

〈暖房/冷設運転〉
図７に示す暖房/冷設運転では、第１四路切換弁（71）が第１連通状態となり、第２四路切換弁（72）が第２連通状態となる。室外膨張弁（23）及び冷設膨張弁（82）の開度が過熱度制御され、室内膨張弁（92）が全開状態となる。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室内熱交換器（93）で放熱し、室外熱交換器（22）及び冷設熱交換器（83）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１四路切換弁（71）及び第２ガス連絡配管（15）を経由して室内熱交換器（93）を流れる。室内熱交換器（93）では、放熱する冷媒によって室内空気が加熱される。室内熱交換器（93）で放熱した冷媒は、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して室外熱交換器（22）及び冷設熱交換器（83）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（22）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（71），第２四路切換弁（72）及び吸入中継管（58）を経由して第２圧縮機（41）に吸入される。冷設熱交換器（83）では、蒸発する冷媒によって庫内空気が冷やされる。冷設熱交換器（83）で蒸発した冷媒は、第１ガス連絡配管（13）を経由して第１圧縮機（31）に吸入される。

〈暖房/冷設熱回収運転〉
図８に示す暖房/冷設熱回収運転では、第１四路切換弁（71）が第１連通状態となり、第２四路切換弁（72）が第２連通状態となる。室外膨張弁（23）が全閉状態となり、冷設膨張弁（82）の開度が過熱度制御され、室内膨張弁（92）が全開状態となる。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室内熱交換器（93）で放熱し、冷設熱交換器（83）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。この際、室外熱交換器（22）は、停止状態となる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１四路切換弁（71）及び第２ガス連絡配管（15）を経由して室内熱交換器（93）を流れる。室内熱交換器（93）では、放熱する冷媒によって室内空気が加熱される。室内熱交換器（93）で放熱した冷媒は、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して冷設熱交換器（83）を流れる。冷設熱交換器（83）では、蒸発する冷媒によって庫内空気が冷やされる。冷設熱交換器（83）で蒸発した冷媒は、第１ガス連絡配管（13）を経由して第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）に吸入される。

〈暖房/冷設余熱運転〉
図９に示す暖房/冷設余熱運転では、第１四路切換弁（71）及び第２四路切換弁（72）が第１連通状態となる。室外膨張弁（23）及び室内膨張弁（92）が全開状態となり、冷設膨張弁（82）の開度が過熱度制御される。圧縮部（30）で圧縮された冷媒が、室外熱交換器（22）及び室内熱交換器（93）で放熱し、冷設熱交換器（83）で蒸発する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、第１吐出分岐管（52a）及び第２吐出分岐管（52b）に分流する。第１吐出分岐管（52a）を流出した冷媒は、第１四路切換弁（71）及び第２ガス連絡配管（15）を経由して室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒の熱が室外空気へ放出される。第２吐出分岐管（52b）を流出した冷媒は、第２四路切換弁（72）及び第１四路切換弁（71）を経由して室内熱交換器（93）を流れる。室内熱交換器（93）では、放熱する冷媒によって室内空気が加熱される。室内熱交換器（93）で放熱した冷媒は、室外熱交換器（22）で放熱した冷媒と合流し、レシーバ（24）、過冷却熱交換器（25）の高圧側流路（25a）を経由して冷設熱交換器（83）を流れる。冷設熱交換器（83）では、蒸発する冷媒によって庫内空気が冷やされる。冷設熱交換器（83）で蒸発した冷媒は、第１ガス連絡配管（13）を経由して第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）に吸入される。

〈デフロスト運転〉
デフロスト運転の冷媒の流れは、図４に示す冷房運転と同様である。つまり、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）で圧縮された冷媒は、室外熱交換器（22）で放熱する。これにより、室外熱交換器（22）の表面の霜が融ける。室外熱交換器（22）の除霜に利用された冷媒は、室内熱交換器（93）で蒸発した後、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）に吸入される。

〈四路切換弁の切り換え動作〉
本実施形態のように冷媒が臨界圧力より高い圧力まで圧縮される冷凍サイクルでは、冷媒回路の高圧圧力と低圧圧力の圧力差が大きく、そのままの状態で四路切換弁（71，72）の連通状態を切り換えると、パイロット弁（77）や四路切換弁本体（76）の弁体（76a）が、冷媒の大きな圧力差により衝撃を受け、損傷するおそれがある。そこで、本実施形態では、四路切換弁（71，72）の切り換え時には、コントローラ（100）により、まず、開度調節弁（78）を閉じた状態にしてパイロット弁（77）を切り換え、その後に、開度調節弁（78）を徐々に開く制御を行う。

こうすると、四路切換弁（71，72）切り換え時に、パイロット弁（77）に流入する冷媒の圧力は、ゼロから徐々に上昇していく。したがって、パイロット弁（77）や四路切換弁本体（76）の弁体（76a）が一気に強い衝撃を受ける状態になるのが抑制され、四路切換弁（71，72）の連通状態が徐々に切り換わる。

四路切換弁（71，72）切り換え時は、圧縮機（31，41）の停止と同時に開度調節弁（78）を閉じてからパイロット弁（77）を切り換えた後に圧縮機（31，41）を再起動してもよいし、圧縮機（31，41）の停止前や停止後に同様の制御を行ってもよい。また、運転条件によっては圧縮機（31，41）を停止させずに開度調節弁（78）を閉じてからパイロット弁（77）を切り換えた後に開度調節弁（78）を徐々に開いてもよい。

−実施形態の効果−
本実施形態の冷凍装置では、二酸化炭素を冷媒とする冷媒回路（11）における冷媒の循環方向を切り換える切換機構（70）である四路切換弁（71，72）が、４つのポート（P1〜P4）と、４つのポート（P1〜P4）が２つずつ連通する２種類の連通状態を切り換える弁体（76a）とを有する四路切換弁本体（76）と、四路切換弁本体（76）に複数のパイロット管（77a〜77d）を介して接続されたパイロット弁（77）と、パイロット弁（77）に高圧流体を導入する高圧導入用パイロット管（77a）に設けられた開度調節弁（78）と、を備えている。

従来であれば、臨界圧力より高い圧力まで圧縮される冷凍サイクルでは、冷媒回路の高圧圧力と低圧圧力の圧力差が大きく、そのままの状態で四路切換弁（71，72）の連通状態を切り換えると、パイロット弁（77）や四路切換弁本体（76）の弁体（76a）が高い冷媒圧力により衝撃を受け、損傷するおそれがあった。また、配管に振動が生じたり、配管が損傷したりするおそれもあった。さらに、四路切換弁を高強度の材料で構成することも考えられるが、そうすると四路切換弁が大型化したり、高コストになったりするおそれがある。

これに対して、本実施形態では、四路切換弁（71，72）を切り換えるときに、開度調節弁（78）を閉じた状態にしてパイロット弁（77）を切り換え、その後に、該開度調節弁（78）を徐々に開く制御を行うようにしているので、切り換え開始時に生じる四路切換弁（71，72）の構成部品への衝撃を最小に抑えられる。したがって、四路切換弁（71，72）の損傷を抑制できる。

特に、本実施形態では、冷媒回路（11）の冷媒が二酸化炭素である場合に高圧圧力が高くなって低圧圧力との圧力差が大きくなり、四路切換弁（71，72）の構成部品に作用する衝撃が大きくなりやすいのに対して、その衝撃を弱められるとともに、四路切換弁（71，72）の大型化や高コスト化、さらには配管の損傷などの問題も抑制できる。

−実施形態の変形例−
上記実施形態では、開度調節弁（78）を閉じた状態にしてパイロット弁（77）を切り換え、その後に、開度調節弁（78）を徐々に開くように四路切換弁（71，72）の動作を制御しているが、四路切換弁（71，72）の切り換え時に開度調節弁（78）を必ずしも閉じる必要はなく、予め所定開度まで絞った状態から徐々に開く制御を行うようにしてもよい。

このようにしても、四路切換弁（71，72）の構成部品が切り換え時の衝撃で損傷するのを抑制できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態は、以下のような構成としてもよい。

冷凍装置（10）は、第２利用熱交換器として水などの熱媒体と冷媒とを熱交換させる熱交換器（85）を用いてもよい。図１０に示す変形例の冷凍装置（10）では、実施形態の室内熱交換器（93）に替えて温水及び冷水を生成するための熱交換器（85）が設けられる。熱交換器（85）は、室外回路（21）に接続される。熱交換器（85）の液側には、実施形態の室内膨張弁（92）と同様に機能する膨張弁（86）が接続される。熱交換器（85）は、冷媒流路（85a）と熱媒体流路（85b）とを有する。熱交換器（85）では、冷媒と熱媒体（水）とが熱交換する。熱交換器（85）が放熱器として機能すると、冷媒流路（85a）の冷媒によって、熱媒体流路（85b）の水が加熱される。この水は、温水としてタンク（87）に貯留される。熱交換器（85）が蒸発器として機能すると、冷媒流路（85a）の冷媒によって、熱媒体流路（85b）の水が冷却される。この水は、冷水としてタンク（87）に貯留される。タンク（87）に貯留された温水及び冷水は、ポンプ（88）によって対象へ供給される。

開度調節弁（78）は無段階または段階的に開度を調節できる弁であってもよいし、小開度と全開に開度を調節できる弁であってもよい。

冷媒回路（11）の冷媒は、必ずしも二酸化炭素に限らず、ＨＦＣ系の冷媒などの他の冷媒を用いてもよい。冷凍サイクルは、冷媒を臨界圧力以上にまで圧縮する、いわゆる臨界サイクルであってもよいし、冷媒を臨界圧力よりも低い圧力まで圧縮する、いわゆる亜臨界サイクルであってもよい。

第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（41）は、単段式であってもよい。

第１利用熱交換器及び第２利用熱交換器は、それぞれ２つ以上あってもよい。第１利用熱交換器は、冷凍庫の庫内を冷却するものであってもよいし、冷房専用の室内ユニットに設けられてもよい。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能である。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。以上に述べた「第１」、「第２」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

以上説明したように、本開示は、四路切換弁及び冷凍装置について有用である。

10 冷凍装置
11 冷媒回路
70 切換機構
71 第１四路切換弁
72 第２四路切換弁
76 四路切換弁本体
76a 弁体
77 パイロット弁
77a 高圧導入用パイロット管
77b パイロット管
77c パイロット管
77d パイロット管
78 開度調節弁
100 コントローラ（制御部）
P1 第１ポート
P2 第２ポート
P3 第３ポート
P4 第４ポート

Claims (4)

1. ４つのポート（P1〜P4）と、４つのポート（P1〜P4）が２つずつ連通する２種類の連通状態を切り換える弁体（76a）とを有する四路切換弁本体（76）と、
   四路切換弁本体（76）に複数のパイロット管（77a〜77d）を介して接続されたパイロット弁（77）と、
   パイロット弁（77）に高圧流体を導入する高圧導入用パイロット管（77a）に設けられた開度調節弁（78）と、
   を備えていることを特徴とする四路切換弁。
2. 冷媒の循環方向を切り換える切換機構（70）を有する冷媒回路（11）を備えた冷凍装置であって、
   上記切換機構（70）が、請求項１に記載の四路切換弁（71，72）により構成されていることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項２において、
   四路切換弁（71，72）の切り換え時に、開度調節弁（78）を閉じた状態でパイロット弁（77）を切り換えた後に、該開度調節弁（78）を徐々に開く制御を行う制御部（100）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項２または３において、
   上記冷媒回路（11）に充填される冷媒が二酸化炭素である
   ことを特徴とする冷凍装置。
   

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