JP2022083089A - 熱源システムおよび冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路の冷媒が余ることを抑制できる熱源システム、および冷凍装置を提供する。【解決手段】熱源システムは、第２圧縮要素（113）、第２放熱器（114）、および蒸発する冷媒により前記第１液流路（L1）の冷媒を冷却する冷却熱交換器（116）を有する第２冷媒回路（111）と、前記第１液流路（L1）と前記第２液流路（L2）とを接続する第１配管（130）と、前記第１配管（130）に設けられる第１弁（131）とを備えている。【選択図】図１０

Description

本開示は、熱源システムおよび冷凍装置に関する。

従来より、冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。特許文献１の冷凍装置の冷媒回路では、圧縮機で圧縮した冷媒が放熱器で放熱した後、利用ユニットへ送られる。利用ユニットは、蒸発する冷媒によって空気を冷却する。

特開２０１９－６６１５８号公報

特許文献１の冷凍装置では、運転状態によっては、冷媒回路の冷媒が余剰となる。

本開示の目的は、冷媒回路の冷媒が余ることを抑制できる熱源システム、および冷凍装置を提供することである。

第１の態様は、第１圧縮要素（20）および第１放熱器（24）を有し、蒸発器（74）を含む利用ユニット（70）に接続されることにより、第１液流路（L1）を含む第１冷媒回路（6）を構成する熱源回路（11）と、第２圧縮要素（113）、第２放熱器（114）、および蒸発する冷媒により前記第１液流路（L1）の冷媒を冷却する冷却熱交換器（116）を有する第２冷媒回路（111）と、前記第１液流路（L1）と前記第２液流路（L2）とを接続する第１配管（130）と、前記第１配管（130）に設けられる第１弁（131）とを備えている熱源システムである。

ここで、「第１液流路」および「第２液流路」は、放熱した後の液状態の冷媒が流れる流路に加え、放熱した後の臨界状態の冷媒が流れる流路も含む意味である。

第１の態様の熱源システムには、第１冷媒回路（6）に加えて、冷却熱交換器（116）を有する第２冷媒回路（111）が設けられる。冷却熱交換器（116）は、第２液流路（L2）の冷媒によって第１液流路（L1）の冷媒を冷却する。第１液流路（L1）と第２液流路（L2）とは、第１配管（130）によって接続される。第１冷媒回路（6）の冷媒が余る運転状態において、第１配管（130）の第１弁（131）を開けることで、第１冷媒回路（6）の第１液流路（L1）の冷媒を、第１配管（130）を通じて、第２冷媒回路（111）の第２液流路（L2）へ送ることができる。これにより、第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることを抑制できる。

第２の態様は、第１の態様において、前記第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることを示す第１条件を満たす場合に、前記第１弁（131）を開ける制御部（100）を備えている。

第２の態様では、第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることを示す第１条件が満たされると、制御部（100）が第１弁（131）を開ける。

第３の態様は、第２の態様において、前記第１条件は、前記第１冷媒回路（6）の高圧圧力が第１値より高い条件を含む。

第３の態様では、第１冷媒回路（6）の高圧圧力が第１値より高い条件が満たされると、制御部（100）が第１弁（131）を開ける。

第４の態様は、第２または第３の態様において、前記熱源回路（11）は、前記第１液流路（L1）に接続する第１レシーバ（25）を有し、前記第１条件は、前記第１レシーバ（25）の内部の圧力が第２値より高い条件を含む。

第４の態様では、第１冷媒回路（6）の第１レシーバ（25）の内部の圧力が第２値より高い条件が満たされると、制御部（100）が第１弁（131）を開ける。

第５の態様は、第１～第４のいずれか１つの態様において、前記熱源回路（11）は、前記第１圧縮要素（20）の吸入側に接続する第１吸入流路（5）を有し、前記第２冷媒回路（111）は、ガス冷媒が流れるガス流路（120）を有し、前記第１吸入流路（5）と前記ガス流路（120）とを接続する第２配管（140）と、前記第２配管（140）に設けられる第２弁（141）とをさらに備えている。

第５の態様では、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足する運転状態において、第２配管（140）の第２弁（141）を開けることで、第２冷媒回路（111）のガス流路（120）のガス冷媒を、第２配管（140）を通じて、第１冷媒回路（6）の第１吸入流路（5）へ送ることができる。これにより、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することを抑制できる。

第６の態様は、第５の態様において、前記第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することを示す第２条件を満たす場合に、前記第２弁（141）を開ける制御部（100）を備えている。

第６の態様では、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することを示す第１条件が満たされると、制御部（100）が第２弁（141）を開ける。

第７の態様は、第６の態様において、前記ガス流路は、前記第２圧縮要素（113）の吸入側に接続する第２吸入流路（120）である。

第７の態様では、第２弁（141）が開くと、第２冷媒回路（111）の第２吸入流路（120）の低圧ガス冷媒を、第１冷媒回路（6）の第１吸入流路（5）へ送ることができる。

第８の態様は、第７の態様において、前記制御部（100）は、前記第１吸入流路（5）の冷媒の圧力が前記第２吸入流路（120）の圧力より小さくなるように、前記第１圧縮要素（20）および前記第２圧縮要素（113）を制御する。

第８の態様は、第２条件を満たす場合に、第１圧縮要素（20）および第２圧縮要素（113）の制御により、第１吸入流路（5）の冷媒の圧力が第２吸入流路（120）の圧力より小さくなる。これにより、第２冷媒回路（111）の冷媒が第１冷媒回路（6）に送られやすくなる。

第９の態様は、第７または第８の態様において、前記第２冷媒回路（111）は、前記第２液流路（L2）に接続する第２レシーバ（115）と、前記第２レシーバ（115）内のガス冷媒を前記第２吸入流路（120）に送る第３配管（122）と、前記第３配管（122）に設けられる第３弁（123）とを有し、前記制御部（100）は、前記第２条件を満たす場合に、前記第３弁（123）を開ける。

第９の態様では、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することを示す第２条件を満たす場合に、制御部（100）が第３弁（123）を開ける。すると、第２レシーバ（115）のガス冷媒は、第３配管（122）を通じて第２吸入流路（120）に送られる。この結果、第２吸入流路（120）の圧力が高くなるので、第２冷媒回路（111）の冷媒が第１冷媒回路（6）に送られやすくなる。

第１０の態様は、第６～第９のいずれか１つの態様において、前記第２条件は、前記第１圧縮要素（20）から吐出される冷媒の温度が第３値より高い条件を含む。

第１０の態様では、第１圧縮要素（20）から吐出される冷媒の温度が第３値より高い条件が満たされると、制御部（100）が第２弁（141）を開ける。

第１１の態様は、第６～第１０のいずれか１つの態様において、前記第２条件は、前記第１圧縮要素（20）に吸入される冷媒の過熱度が第４値より大きい条件を含む。

第１１の態様では、第１圧縮要素（20）に吸入される冷媒の過熱度が第４値より大きい条件が満たされると、制御部（100）が第２弁（141）を開ける。

第１２の態様は、第１～第１１のいずれか１つの熱源システム（S）を備えた冷凍装置である。

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、コントローラと各種のセンサと各種の機器との関係を示すブロック図である。 図３は、冷設運転の冷媒の流れを示した図１に相当する図である。 図４は、冷房運転の冷媒の流れを示した図１に相当する図である。 図５は、冷房冷設運転の冷媒の流れを示した図１に相当する図である。 図６は、暖房運転の冷媒の流れを示した図１に相当する図である。 図７は、暖房冷設運転の冷媒の流れを示した図１に相当する図である。 図８は、冷設運転において冷却ユニットを動作させたときの冷媒の流れを付した図１に相当する図である。 図９は、排出動作のフローチャートである。 図１０は、冷設運転において排出動作を行ったときの冷媒の流れを付した図１相当する図である。 図１１は、補充動作のフローチャートである。 図１２は、冷房冷設運転において補充動作を行ったときの冷媒の流れを付した図１に相当する図である。 図１３は、変形例１に係る冷凍装置の図９に相当する図である。 図１４は、変形例２に係る冷凍装置の配管系統図である。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《実施形態》
〈全体構成〉
実施形態に係る冷凍装置（1）は、冷却対象の冷却と、室内の空調とを同時に行う。ここでいう冷却対象は、冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの設備内の空気を含む。以下では、このような設備を冷設と称する。

図１に示すように、冷凍装置（1）は、室外に設置される熱源ユニット（10）と、室内を空調する空調ユニット（60）と、庫内の空気を冷却する冷設ユニット（70）とを備える。図２に示すように、冷凍装置（1）は、第１冷媒回路（6）を制御するコントローラ（100）（制御部）を備える。図１では、１つの空調ユニット（60）を図示している。冷凍装置（1）は、並列に接続される２つ以上の空調ユニット（60）を有してもよい。図１では、１つの冷設ユニット（70）を図示している。冷凍装置（1）は、並列に接続される２つ以上の冷設ユニット（70）を有してもよい。これらのユニット（10,60,70）が４本の連絡配管（2,3,4,5）によって接続されることで、第１冷媒回路（6）が構成される。

４本の連絡配管（2,3,4,5）は、第１液連絡配管（2）、第１ガス連絡配管（3）、第２液連絡配管（4）、および第２ガス連絡配管（5）で構成される。第１液連絡配管（2）および第１ガス連絡配管（3）は、空調ユニット（60）に対応する。第２液連絡配管（4）および第２ガス連絡配管（5）は、冷設ユニット（70）に対応する。

第１冷媒回路（6）は、充填された冷媒を含む。第１冷媒回路（6）は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。第１冷媒回路（6）の冷媒は二酸化炭素である。第１冷媒回路（6）は、冷媒が臨界圧力以上となる冷凍サイクルを行う。冷媒は二酸化炭素以外の自然冷媒であってもよい。

冷凍装置（1）は、冷却ユニット（110）を備える。冷却ユニット（110）は、冷設ユニット（70）の冷却能力を増大させる。熱源ユニット（10）および冷却ユニット（110）は、熱源システム（S）に含まれる。

冷却ユニット（110）は、第２冷媒回路（111）を備える。第２冷媒回路（111）は、充填された冷媒を含む。第２冷媒回路（111）は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。第２冷媒回路（111）の冷媒は二酸化炭素である。第１冷媒回路（6）の冷媒と第２冷媒回路（111）の冷媒は同じ種類である。第２冷媒回路（111）は、冷媒が臨界圧力以上となる冷凍サイクルを行う。冷媒は二酸化炭素以外の自然冷媒であってもよい。

〈熱源ユニットの概要〉
熱源ユニット（10）は、熱源回路（11）と第１室外ファン（12）とを有する。熱源回路（11）は、第１圧縮要素（20）、第１室外熱交換器（24）、および第１気液分離器（25）を有する。熱源回路（11）は、第１室外膨張弁（26）および第２室外膨張弁（27）を有する。熱源回路（11）は、さらに熱源側冷却熱交換器（28）および中間冷却器（29）を有する。

熱源回路（11）は、４つの閉鎖弁（13,14,15,16）を有する。４つの閉鎖弁は、第１ガス閉鎖弁（13）、第１液閉鎖弁（14）、第２ガス閉鎖弁（15）、および第２液閉鎖弁（16）で構成される。

第１ガス閉鎖弁（13）には、第１ガス連絡配管（3）が接続される。第１液閉鎖弁（14）には、第１液連絡配管（2）が接続される。第２ガス閉鎖弁（15）には、第２ガス連絡配管（5）が接続される。第２液閉鎖弁（16）には、第２液連絡配管（4）が接続される。

〈第１圧縮要素〉
第１圧縮要素（20）は、冷媒を圧縮する。第１圧縮要素（20）は、第１圧縮機（21）、第２圧縮機（22）、および第３圧縮機（23）を有する。第１圧縮要素（20）は、冷媒を単段で圧縮する運転と、冷媒を二段で圧縮する運転とを行う。

第１圧縮機（21）は、空調ユニット（60）に対応する空調圧縮機である。第２圧縮機（22）は、冷設ユニット（70）に対応する冷設圧縮機である。第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）は、低段側の圧縮機である。第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）は、並列に接続される。

第３圧縮機（23）は、高段側の圧縮機である。第３圧縮機（23）は、第１圧縮機（21）と直列に接続される。第３圧縮機（23）は、第２圧縮機（22）と直列に接続される。

第１圧縮機（21）、第２圧縮機（22）、および第３圧縮機（23）は、モータによって圧縮機構が駆動される回転式圧縮機である。第１圧縮機（21）、第２圧縮機（22）、および第３圧縮機（23）は、可変容量式である。第１圧縮機（21）、第２圧縮機（22）、および第３圧縮機（23）は、インバータ装置によって回転数が調節される。

第１圧縮機（21）には、第１吸入管（21a）および第１吐出管（21b）が接続される。第２圧縮機（22）には、第２吸入管（22a）および第２吐出管（22b）が接続される。第３圧縮機（23）には、第３吸入管（23a）および第３吐出管（23b）が接続される。

〈中間流路〉
熱源回路（11）は、中間流路（18）を含む。中間流路（18）は、第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）の吐出部と、第３圧縮機（23）の吸入部とを繋ぐ。中間流路（18）は、第１吐出管（21b）、第２吐出管（22b）、および第３吸入管（23a）を含む。

〈流路切換機構〉
流路切換機構（30）は、冷媒の流路を切り換える。流路切換機構（30）は、第１流路（C1）、第２流路（C2）、第３流路（C3）、および第４流路（C4）を含む。第１流路（C1）、第２流路（C2）、第３流路（C3）、および第４流路（C4）は、ブリッジ状に接続される。

第１流路（C1）の一端と第３流路（C3）の一端とは、第３吐出管（23b）を介して第３圧縮機（23）の吐出部に接続する。第２流路（C2）の一端と第４流路（C4）の一端とは、第１吸入管（21a）を介して第１圧縮機（21）の吸入部に接続する。第１流路（C1）の他端と第２流路（C2）の他端とは、第１ガス連絡配管（3）を介して空調ユニット（60）に接続する。第３流路（C3）の他端と第４流路（C4）の他端とは、第１室外熱交換器（24）のガス側端に接続する。

流路切換機構（30）は、第１開閉弁（31）、第２開閉弁（32）、第３開閉弁（33）、および第４開閉弁（34）を有する。第１開閉弁（31）は、第１流路（C1）を開閉する。第２開閉弁（32）は、第２流路（C2）を開閉する。第３開閉弁（33）は、第３流路（C3）を開閉する。第４開閉弁（34）は、第４流路（C4）を開閉する。各開閉弁（31,32,33,34）は、電磁開閉弁で構成される。各開閉弁（31,32,33,34）は、その開度が調節可能な電子膨張弁であってもよい。

〈第１室外熱交換器および第１室外ファン〉
第１室外熱交換器（24）は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。第１室外ファン（12）は、第１室外熱交換器（24）の近傍に配置される。第１室外ファン（12）は、室外空気を搬送する。第１室外熱交換器（24）は、その内部を流れる冷媒と、第１室外ファン（12）が搬送する室外空気とを熱交換させる。

〈液管〉
熱源回路（11）は、液管（40）を有する。液管（40）は、第１冷媒回路（6）の第１液流路（L1）に含まれる。第１液流路（L1）の一端は、第１室外熱交換器（24）の液側と繋がる。第１液流路（L1）の他端は、第２利用ユニット（70）の液側端と繋がる。言い換えると、第１液流路（L1）は、第２液連絡配管（4）を含んでいる。

熱源回路（11）の液管（40）は、第１から第５までの液管部（40a,40b,40c,40d,40e）を含む。

第１液管部（40a）の一端は、第１室外熱交換器（24）の液側端に接続する。第１液管部（40a）の他端は、第１気液分離器（25）の頂部に接続する。第２液管部（40b）の一端は、第１気液分離器（25）の底部に接続する。第２液管部（40b）の他端は、第２液閉鎖弁（16）に接続する。第３液管部（40c）の一端は、第２液管部（40b）の中途部に接続する。第３液管部（40c）の他端は、第１液閉鎖弁（14）に接続する。第４液管部（40d）の一端は、第１液管部（40a）における第１室外膨張弁（26）と第１気液分離器（25）の間に接続する。第４液管部（40d）の他端は、第３液管部（40c）の中途部に接続する。第５液管部（40e）の一端は、第１液管部（40a）における第１室外熱交換器（24）と第１室外膨張弁（26）の間に接続する。第５液管部（40e）の他端は、第２液管部（40b）における第１気液分離器（25）と第３液管部（40c）の接続部との間に接続する。

〈室外膨張弁〉
第１室外膨張弁（26）は、第１液管部（40a）に設けられる。第１室外膨張弁（26）は、第１液管部（40a）において、第１室外熱交換器（24）の液側端と、第４液管部（40d）の接続部との間に設けられる。第１室外膨張弁（26）は、第１気液分離器（25）の内部の圧力を調節する。第２室外膨張弁（27）は、第５液管部（40e）に設けられる。第１室外膨張弁（26）および第２室外膨張弁（27）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第１室外膨張弁（26）および第２室外膨張弁（27）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

〈第１気液分離器〉
第１気液分離器（25）は、第１液流路（L1）に接続される。第１気液分離器（25）は、冷媒を貯留する密閉容器である。第１気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第１気液分離器（25）の内部には、ガス層と液層とが形成される。ガス層は、第１気液分離器（25）の頂部側に形成される。液層は第１気液分離器（25）の底部側に形成される。

〈第１ガス抜き管および第１ガス抜き弁〉
熱源回路（11）は、第１ガス抜き管（41）を有する。第１ガス抜き管（41）の一端は、第１気液分離器（25）の頂部に接続する。第１ガス抜き管（41）の他端は、中間流路（18）に接続する。第１ガス抜き管（41）は、第１気液分離器（25）内のガス冷媒を中間流路（18）に送る。

第１ガス抜き管（41）には、第１ガス抜き弁（42）が設けられる。第１ガス抜き管（41）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第１ガス抜き弁（42）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

〈熱源側冷却熱交換器〉
熱源側冷却熱交換器（28）は、高圧側流路（28a）と低圧側流路（28b）とを有する。熱源側冷却熱交換器（28）は、高圧側流路（28a）の冷媒と、低圧側流路（28b）の冷媒とを熱交換する。言い換えると、熱源側冷却熱交換器（28）は、低圧側流路（28b）を流れる冷媒により、高圧側流路（28a）を流れる冷媒を冷却する。

低圧側流路（28b）は、インジェクション流路（43）の一部を構成する。インジェクション流路（43）は、上流流路（44）と下流流路（45）とを含む。

上流流路（44）の一端は、第３液管部（40c）における第４液管部（40d）の接続部によりも上流側に接続する。上流流路（44）の他端は、低圧側流路（28b）の流入端に接続する。上流流路（44）には、インジェクション弁（46）が設けられる。インジェクション弁（46）は、その開度が調節可能な膨張弁である。インジェクション弁（46）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

下流流路（45）の一端は、低圧側流路（28b）の流出端に接続する。下流流路（45）の他端は、中間流路（18）に接続する。

〈中間冷却器〉
中間冷却器（29）は、中間流路（18）に設けられる。中間冷却器（29）は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。中間冷却器（29）の近傍には、冷却ファン（29a）が配置される。中間冷却器（29）は、その内部を流れる冷媒と、冷却ファン（29a）が搬送する室外空気とを熱交換させる。

〈油分離回路〉
熱源回路（11）は、油分離回路を含む。油分離回路は、第１油分離器（50）と、第１油戻し管（51）と、第２油戻し管（52）とを有する。

第１油分離器（50）は、第３吐出管（23b）に接続される。第１油分離器（50）は、第１圧縮要素（20）から吐出された冷媒中から油を分離する。第１油戻し管（51）および第２油戻し管（52）の流入端は、第１油分離器（50）に連通する。第１油戻し管（51）の流出端は、中間流路（18）に接続する。第１油戻し管（51）には、第１油量調節弁（53）が設けられる。

第２油戻し管（52）の流出側は、第１分岐管（52a）と第２分岐管（52b）とに分離する。第１分岐管（52a）は、第１圧縮機（21）の油貯留部に接続する。第２分岐管（52b）は、第２圧縮機（22）の油貯留部に接続する。第１分岐管（52a）には、第２油量調節弁（54）が設けられる。第２分岐管（52b）には、第３油量調節弁（55）が設けられる。

〈空調ユニット〉
空調ユニット（60）は、室内に設置される利用ユニットである。空調ユニット（60）は、冷設ユニット（70）よりも冷媒の蒸発温度が高い。空調ユニット（60）は、室内回路（61）と室内ファン（62）とを有する。室内回路（61）の液側端には、第１液連絡配管（2）が接続される。室内回路（61）のガス側端には、第１ガス連絡配管（3）が接続される。

室内回路（61）は、液側端からガス側端に向かって順に、室内膨張弁（63）および室内熱交換器（64）を有する。室内膨張弁（63）は、その開度が調節可能な膨張弁である。室内膨張弁（63）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

室内熱交換器（64）は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。室内ファン（62）は、室内熱交換器（64）の近傍に配置される。室内ファン（62）は、室内空気を搬送する。室内熱交換器（64）は、その内部を流れる冷媒と、室内ファン（62）が搬送する室内空気とを熱交換させる。

〈冷設ユニット〉
冷設ユニット（70）は、庫内を冷却する利用ユニットである。冷設ユニット（70）は、冷設回路（71）と冷設ファン（72）とを有する。冷設回路（71）の液側端には、第２液連絡配管（4）が接続される。冷設回路（71）のガス側端には、第２ガス連絡配管（5）が接続される。

冷設回路（71）は、液側端からガス側端に向かって順に、冷設膨張弁（73）および冷設熱交換器（74）を有する。冷設膨張弁（73）は、その開度が調節可能な膨張弁である。冷設膨張弁（73）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

冷設熱交換器（74）は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。冷設ファン（72）は、冷設熱交換器（74）の近傍に配置される。冷設ファン（72）は、庫内空気を搬送する。冷設熱交換器（74）は、その内部を流れる冷媒と、冷設ファン（72）が搬送する庫内空気とを熱交換させる。

〈冷却ユニットの概要〉
冷却ユニット（110）は、第２冷媒回路（111）と、第２室外ファン（112）とを有する。第２冷媒回路（111）は、第４圧縮機（113）、第２室外熱交換器（114）、第２気液分離器（115）、および冷却熱交換器（116）を有する。第２冷媒回路（111）は、第１冷却膨張弁（117）および第２冷却膨張弁（118）を有する。第２冷媒回路（111）は、第２液流路（L2）を有する。

〈第４圧縮機〉
第４圧縮機（113）は、第２圧縮要素に含まれる。第２圧縮要素は、直列または並列に接続される複数の圧縮機で構成されてもよい。第４圧縮機（113）は、インバータ装置によって回転数が調節される。

第４圧縮機（113）には、第４吸入管（120）および第４吐出管（121）が接続される。第４吸入管（120）の一端は、冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）のガス端に接続する。第４吸入管（120）の他端は、第４圧縮機（113）の吸入部に接続する。第４吐出管（121）の一端は、第４圧縮機（113）の吐出部に接続する。第４圧縮機（113）の他端は、第２室外熱交換器（114）のガス側端に接続する。第４吸入管（120）は、ガス冷媒が流れるガス流路である。第４吸入管（120）は、第２圧縮要素（第４圧縮機（113））の吸入側に接続する第２吸入流路である。

〈第２室外熱交換器および第２室外ファン〉
第２室外熱交換器（114）は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。第２室外ファン（112）は、第２室外熱交換器（114）の近傍に配置される。第２室外ファン（112）は、室外空気を搬送する。第２室外熱交換器（114）は、その内部を流れる冷媒と、第２室外ファン（112）が搬送する室外空気とを熱交換させる。

〈第２液流路〉
第２冷媒回路（111）は、第２液流路（L2）を有する。第２液流路（L2）は、第２室外熱交換器（114）の液側と繋がる。具体的には、第２液流路（L2）は、第２室外熱交換器（114）の液側端と、冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）のガス側端との間に接続される。

〈第２気液分離器〉
第２気液分離器（115）は、第２液流路（L2）に接続される。第２気液分離器（115）は、冷媒を貯留する密閉容器である。第２気液分離器（115）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第２気液分離器（115）の内部には、ガス層と液層とが形成される。ガス層は、第２気液分離器（115）の頂部側に形成される。液層は第２気液分離器（115）の底部側に形成される。

〈第２ガス抜き管および第２ガス抜き弁〉
第２冷媒回路（111）は、第２ガス抜き管（122）を有する。第２ガス抜き管（122）の一端は、第２気液分離器（115）の頂部に接続する。第２ガス抜き管（122）の他端は、第４吸入管（120）に接続する。第２ガス抜き管（122）は、第２気液分離器（115）内のガス冷媒を第４吸入管（120）に送る。

第２ガス抜き管（122）には、第２ガス抜き弁（123）が設けられる。第２ガス抜き管（122）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第２ガス抜き弁（123）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

〈冷却熱交換器〉
冷却熱交換器（116）は、異なる冷媒を互いに熱交換させる。冷却熱交換器（116）は、プレート型の熱交換器である。冷却熱交換器（116）は、一次側流路（P1）と二次側流路（P2）とを有する。一次側流路（P1）の液側端は、第２液流路（L2）と繋がる。一次側流路（P1）のガス側端は、第４吸入管（120）と繋がる。二次側流路（P2）は、第１液流路（L1）の一部である第２液連絡配管（4）に接続される。

冷却熱交換器（116）は、第２液流路（L2）を流出した冷媒により第１液流路（L1）の冷媒を冷却する。具体的には、冷却熱交換器（116）は、一次側流路（P1）で蒸発する冷媒により第２液連絡配管（4）の冷媒を冷却する。

〈冷却膨張弁〉
第１冷却膨張弁（117）は、第２液流路（L2）における第２室外熱交換器（114）と第２気液分離器（115）との間に設けられる。第１冷却膨張弁（117）は、第２気液分離器（115）の内部の圧力を調節する。第２冷却膨張弁（118）は、第２液流路（L2）における第２気液分離器（115）と冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）との間に設けられる。第１冷却膨張弁（117）および第２冷却膨張弁（118）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第１冷却膨張弁（117）および第２冷却膨張弁（118）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

〈第２油分離器および第３油戻し管〉
第２冷媒回路（111）は、第２油分離器（124）と、第３油戻し管（125）とを有する。第２油分離器（124）は、第４吐出管（121）に接続される。第２油分離器（124）は、第４圧縮機（113）から吐出された冷媒中から油を分離する。第３油戻し管（125）の流入端は、第２油分離器（124）に連通する。第３油戻し管（125）の流出端は、第４吸入管（120）に接続する。第３油戻し管（125）には、第４油量調節弁（126）が設けられる。

〈逆止弁〉
熱源回路（11）は、複数の逆止弁を有する。複数の逆止弁は、第１から第８までの逆止弁（CV1～CV8）を含む。これらの逆止弁（CV1～CV8）は、図１の矢印方向の冷媒の流れを許容し、その逆方向の冷媒の流れを禁止する。

第１逆止弁（CV1）は、第１吐出管（21b）に設けられる。第２逆止弁（CV2）は、第２吐出管（22b）に設けられる。第３逆止弁（CV3）は、第３吐出管（23b）に設けられる。第４逆止弁（CV4）は、第１液管部（40a）に設けられる。第５逆止弁（CV5）は、第３液管部（40c）に設けられる。第６逆止弁（CV6）は、第４液管部（40d）に設けられる。第７逆止弁（CV7）は、第５液管部（40e）に設けられる。第８逆止弁（CV8）は、第４吐出管（121）に設けられる。

〈センサ〉
冷凍装置（1）は、複数の冷媒圧力センサを有する。複数の冷媒圧力センサは、第１圧力センサ（81）、第２圧力センサ（82）、第３圧力センサ（83）、第４圧力センサ（84）、第５圧力センサ（85）、第６圧力センサ（86）、および第７圧力センサ（87）を含む。

第１圧力センサ（81）は、第１圧縮機（21）に吸入される冷媒の圧力を検出する。第２圧力センサ（82）は、第２圧縮機（22）に吸入される冷媒の圧力を検出する。第３圧力センサ（83）は、第３圧縮機（23）に吸入される冷媒の圧力を検出する。第４圧力センサ（84）は、第３圧縮機（23）から吐出される冷媒の圧力を検出する。言い換えると、第４圧力センサ（84）は、第１冷媒回路（6）の高圧圧力を検出する。第５圧力センサ（85）は、第１気液分離器（25）から流出する冷媒の圧力を検出する。言い換えると、第５圧力センサ（85）は、第１気液分離器（25）の内部の圧力を検出する。第６圧力センサ（86）は、第４圧縮機（113）から吐出される冷媒の圧力を検出する。第７圧力センサ（87）は、第２気液分離器（115）から流出する冷媒の圧力を検出する。

冷凍装置（1）は、複数の冷媒温度センサを有する。複数の冷媒温度センサは、第１温度センサ（91）、第２温度センサ（92）、第３温度センサ（93）、第４温度センサ（94）、および第５温度センサ（95）を含む。

第１温度センサ（91）は、第１圧縮機（21）に吸入される冷媒の温度を検出する。第２温度センサ（92）は、第２圧縮機（22）に吸入される冷媒の温度を検出する。第３温度センサ（93）は、第１圧縮機（21）から吐出される冷媒の温度を検出する。第４温度センサ（94）は、第２圧縮機（22）から吐出される冷媒の温度を検出する。第５温度センサ（95）は、第３圧縮機（23）から吐出される冷媒の温度を検出する。

〈第１配管および第１弁〉
熱源システム（S）は、第１配管（130）を備える。第１配管（130）は、第１冷媒回路（6）の冷媒が余る運転状態において、第１冷媒回路（6）の冷媒を第２冷媒回路（111）に送る。第１配管（130）は、第１液流路（L1）と第２液流路（L2）とを接続する。第１配管（130）は、第１液流路（L1）における高圧液ラインと、第２液流路（L2）における低圧液ラインとを接続する。本実施形態では、第１配管（130）の流入端が第２液連絡配管（4）に接続する。第１配管（130）の流出端は、第２液流路（L2）における第２冷却膨張弁（118）と冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）との間に接続する。

第１配管（130）には、第１弁（131）が設けられる。本実施形態の第１弁（131）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第１弁（131）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

〈第２配管および第２弁〉
熱源システム（S）は、第２配管（140）を備える。第２配管（140）は、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足する運転状態において、第２冷媒回路（111）の冷媒を第１冷媒回路（6）に送る。第２配管（140）は、第１冷媒回路（6）の第１吸入流路と、第２冷媒回路（111）のガス流路とを接続する。言い換えると、第２配管（140）は、第１冷媒回路（6）の低圧ガスラインと、第２冷媒回路（111）の低圧ガスラインとを接続する。

具体的には、第２配管（140）の流入端は、第２吸入流路としての第４吸入管（120）に接続する。より詳細には、第２配管（140）の流入端は、第４吸入管（120）における冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）と、第２ガス抜き管（122）の接続部との間に接続する。第２配管（140）の流出端は、ガス流路としての第２ガス連絡配管（5）に接続する。第２ガス連絡配管（5）は、第１圧縮要素（20）の吸入側に接続する第１吸入流路である。

第２配管（140）には、第２弁（141）が設けられる。本実施形態の第２弁（141）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第２弁（141）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

〈コントローラ〉
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、各種のセンサの検出信号に基づいて、冷凍装置（1）の各種の機器を制御する。

図２に示すように、コントローラ（100）は、室外コントローラ（101）と、室内コントローラ（102）と、冷設コントローラ（103）と、冷却コントローラ（104）とを有する。図１に示すように、室外コントローラ（101）は、熱源ユニット（10）に設けられる。室内コントローラ（102）は、空調ユニット（60）に設けられる。冷設コントローラ（103）は、冷設ユニット（70）に設けられる。冷却コントローラ（104）は、冷却ユニット（110）に設けられる。室外コントローラ（101）は、室内コントローラ（102）、冷設コントローラ（103）、および冷却コントローラ（104）と通信可能である。なお、冷却コントローラ（104）を室外コントローラ（101）に組み込んでもよい。

コントローラ（100）（厳密には、室外コントローラ（101））は、第１弁（131）および第２弁（141）を制御する。コントローラ（100）が第１弁（131）を開けると、第１冷媒回路（6）の冷媒が第２冷媒回路（111）へ送られる第１動作（以下、排出動作という）が行われる。コントローラ（100）が第２弁（141）を開けると、第２冷媒回路（111）の冷媒が第１冷媒回路（6）へ送られる第２動作（以下、補充動作という）が行われる。これらの動作の詳細は後述する。

－運転動作－
冷凍装置（1）の運転動作について説明する。冷凍装置（1）の運転は、冷設運転、冷房運転、冷房冷設運転、暖房運転、暖房冷設運転を含む。

冷設運転では、冷設ユニット（70）が庫内の空気を冷却し、空調ユニット（60）は停止する。冷房運転では、冷設ユニット（70）が停止し、空調ユニット（60）が室内を冷房する。冷房冷設運転では、冷設ユニット（70）が庫内の空気を冷却し、空調ユニット（60）が室内を冷房する。暖房運転では、冷設ユニット（70）が停止し、空調ユニット（60）が室内を暖房する。暖房冷設運転では、冷設ユニット（70）が庫内の空気を冷却し、空調ユニット（60）が室内を暖房する。

なお、冷設運転、冷房冷設運転、および暖房冷設運転の間には、冷却ユニット（110）を動作させることで、冷設ユニット（70）の冷却能力を増大できる（詳細は後述する）。

各運転の基本的な動作について図３～図７を参照しながら説明する。なお、図中において、冷媒が流れを破線矢印で示すとともに冷媒の流れる流路を太くしている。図中において、放熱器として機能する熱交換器にハッチングを付し、蒸発器として機能する熱交換器にドットを付している。

〈冷設運転〉
図３に示す冷設運転では、コントローラ（100）が第１開閉弁（31）、第２開閉弁（32）、および第４開閉弁（34）を閉じ、第３開閉弁（33）を開ける。コントローラ（100）は、第１圧縮機（21）を停止し、第２圧縮機（22）および第３圧縮機（23）を運転する。コントローラ（100）は、第１室外膨張弁（26）およびインジェクション弁（46）を所定開度で開放し、第２室外膨張弁（27）を閉じる。コントローラ（100）は、室内膨張弁（63）を閉じ、冷設膨張弁（73）の開度を調節する。コントローラ（100）は、第１室外ファン（12）および冷設ファン（72）を運転し、室内ファン（62）を停止する。

冷設運転では、第１室外熱交換器（24）が放熱器として機能し、室内熱交換器（64）の機能が実質的に停止し、冷設熱交換器（74）が蒸発器として機能する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第２圧縮機（22）によって圧縮された冷媒は、中間冷却器（29）で冷却された後、第３圧縮機（23）に吸入される。第３圧縮機（23）によって臨界圧力以上まで圧縮された冷媒は、第１室外熱交換器（24）で放熱した後、第１室外膨張弁（26）を通過する。第１室外膨張弁（26）は、冷媒を臨界圧力より低い圧力まで減圧する。

亜臨界状態となった冷媒は、第１気液分離器（25）に流入する。第１気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。

第１気液分離器（25）で分離された液冷媒は、熱源側冷却熱交換器（28）において、インジェクション流路（43）を流れる冷媒によって冷却される。インジェクション流路（43）の冷媒は、中間流路（18）に送られる。

熱源側冷却熱交換器（28）によって冷却された冷媒は、冷設ユニット（70）に送られる。冷設ユニット（70）に送られた冷媒は、冷設膨張弁（73）によって減圧された後、冷設熱交換器（74）で蒸発する。この結果、庫内の空気が冷却される。熱源側冷却熱交換器（28）で蒸発した冷媒は、第２圧縮機（22）に吸入され、再び圧縮される。

〈冷房運転〉
図４に示す冷房運転では、コントローラ（100）が第１開閉弁（31）および第４開閉弁（34）を閉じ、第２開閉弁（32）および第３開閉弁（33）を開ける。コントローラ（100）は、第２圧縮機（22）を停止し、第１圧縮機（21）および第３圧縮機（23）を運転する。コントローラ（100）は、第１室外膨張弁（26）およびインジェクション弁（46）を所定開度で開放し、第２室外膨張弁（27）を閉じる。コントローラ（100）は、冷設膨張弁（73）を閉じ、室内膨張弁（63）の開度を調節する。コントローラ（100）は、第１室外ファン（12）および室内ファン（62）を運転し、冷設ファン（72）を停止する。

冷房運転では、第１室外熱交換器（24）が放熱器として機能し、室内熱交換器（64）が蒸発器として機能し、冷設熱交換器（74）の機能が実質的に停止する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（21）によって圧縮された冷媒は、中間冷却器（29）で冷却された後、第３圧縮機（23）に吸入される。第３圧縮機（23）によって臨界圧力以上まで圧縮された冷媒は、第１室外熱交換器（24）で放熱した後、第１室外膨張弁（26）を通過する。第１室外膨張弁（26）は、冷媒を臨界圧力より低い圧力まで減圧する。

亜臨界状態となった冷媒は、第１気液分離器（25）に流入する。第１気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。

第１気液分離器（25）で分離された液冷媒は、熱源側冷却熱交換器（28）において、インジェクション流路（43）を流れる冷媒によって冷却される。インジェクション流路（43）の冷媒は、中間流路（18）に送られる。

熱源側冷却熱交換器（28）によって冷却された冷媒は、空調ユニット（60）に送られる。空調ユニット（60）に送られた冷媒は、室内膨張弁（63）によって減圧された後、室内熱交換器（64）で蒸発する。この結果、室内の空気が冷却される。室内熱交換器（64）で蒸発した冷媒は、第１圧縮機（21）に吸入され、再び圧縮される。

〈冷房冷設運転〉
図５に示す冷房冷設運転では、コントローラ（100）が第１開閉弁（31）および第４開閉弁（34）を閉じ、第２開閉弁（32）および第３開閉弁（33）を開ける。コントローラ（100）は、第１圧縮機（21）、第２圧縮機（22）、および第３圧縮機（23）を運転する。コントローラ（100）は、第１室外膨張弁（26）およびインジェクション弁（46）を所定開度で開放し、第２室外膨張弁（27）を閉じる。コントローラ（100）は、冷設膨張弁（73）および室内膨張弁（63）の開度を調節する。コントローラ（100）は、第１室外ファン（12）、室内ファン（62）、および冷設ファン（72）を運転する。

冷設冷設運転では、第１室外熱交換器（24）が放熱器として機能し、室内熱交換器（64）および冷設熱交換器（74）が蒸発器として機能する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）によって圧縮された冷媒は、中間冷却器（29）で冷却された後、第３圧縮機（23）に吸入される。第３圧縮機（23）によって臨界圧力以上まで圧縮された冷媒は、第１室外熱交換器（24）で放熱した後、第１室外膨張弁（26）を通過する。第１室外膨張弁（26）は、冷媒を臨界圧力より低い圧力まで減圧する。

亜臨界状態となった冷媒は、第１気液分離器（25）に流入する。第１気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。

第１気液分離器（25）で分離された液冷媒は、熱源側冷却熱交換器（28）において、インジェクション流路（43）を流れる冷媒によって冷却される。インジェクション流路（43）の冷媒は、中間流路（18）に送られる。

熱源側冷却熱交換器（28）によって冷却された冷媒は、空調ユニット（60）および冷設ユニット（70）に送られる。空調ユニット（60）に送られた冷媒は、室内膨張弁（63）によって減圧された後、室内熱交換器（64）で蒸発する。この結果、室内の空気が冷却される。室内熱交換器（64）で蒸発した冷媒は、第１圧縮機（21）に吸入され、再び圧縮される。

冷設ユニット（70）に送られた冷媒は、冷設膨張弁（73）によって減圧された後、冷設熱交換器（74）で蒸発する。この結果、庫内の空気が冷却される。熱源側冷却熱交換器（28）で蒸発した冷媒は、第２圧縮機（22）に吸入され、再び圧縮される。

〈暖房運転〉
図６に示す暖房運転では、コントローラ（100）が第２開閉弁（32）および第３開閉弁（33）を閉じ、第１開閉弁（31）および第４開閉弁（34）を開ける。コントローラ（100）は、第２圧縮機（22）を停止し、第１圧縮機（21）および第３圧縮機（23）を運転する。コントローラ（100）は、第２室外膨張弁（27）およびインジェクション弁（46）を所定開度で開放し、第１室外膨張弁（26）を閉じる。コントローラ（100）は、冷設膨張弁（73）を閉じ、室内膨張弁（63）の開度を調節する。コントローラ（100）は、第１室外ファン（12）および室内ファン（62）を運転し、冷設ファン（72）を停止する。

暖房運転では、室内熱交換器（64）が放熱器として機能し、第１室外熱交換器（24）が蒸発器として機能し、冷設熱交換器（74）の機能が実質的に停止する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（21）によって圧縮された冷媒は、中間冷却器（29）で冷却された後、第３圧縮機（23）に吸入される。第３圧縮機（23）によって圧縮された冷媒は、空調ユニット（60）に送られる。

空調ユニット（60）に送られた冷媒は、室内熱交換器（64）で放熱する。この結果、室内の空気が加熱される。室内熱交換器（64）で放熱した冷媒は、第１気液分離器（25）に流入する。第１気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。

第１気液分離器（25）で分離された液冷媒は、熱源側冷却熱交換器（28）において、インジェクション流路（43）を流れる冷媒によって冷却される。インジェクション流路（43）の冷媒は、中間流路（18）に送られる。

熱源側冷却熱交換器（28）によって冷却された冷媒は、第２室外膨張弁（27）によって減圧された後、第１室外熱交換器（24）で蒸発する。第１室外熱交換器（24）で蒸発した冷媒は、第１圧縮機（21）に吸入され、再び圧縮される。

〈暖房冷設運転〉
図７に示す暖房冷設運転では、コントローラ（100）が第２開閉弁（32）および第３開閉弁（33）を閉じ、第１開閉弁（31）および第４開閉弁（34）を開ける。コントローラ（100）は、第１圧縮機（21）、第２圧縮機（22）、および第３圧縮機（23）を運転する。コントローラ（100）は、第２室外膨張弁（27）およびインジェクション弁（46）を所定開度で開放し、第１室外膨張弁（26）を閉じる。コントローラ（100）は、室内膨張弁（63）および冷設膨張弁（73）の開度を調節する。コントローラ（100）は、第１室外ファン（12）、室内ファン（62）、および冷設ファン（72）を運転する。

暖房冷設運転では、室内熱交換器（64）が放熱器として機能し、第１室外熱交換器（24）および冷設熱交換器（74）が蒸発器として機能する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）によって圧縮された冷媒は、中間冷却器（29）で冷却された後、第３圧縮機（23）に吸入される。第３圧縮機（23）によって圧縮された冷媒は、空調ユニット（60）に送られる。

空調ユニット（60）に送られた冷媒は、室内熱交換器（64）で放熱する。この結果、室内の空気が加熱される。室内熱交換器（64）で放熱した冷媒は、第１気液分離器（25）に流入する。第１気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。

第１気液分離器（25）で分離された液冷媒は、熱源側冷却熱交換器（28）において、インジェクション流路（43）を流れる冷媒によって冷却される。インジェクション流路（43）の冷媒は、中間流路（18）に送られる。

熱源側冷却熱交換器（28）によって冷却された冷媒の一部は、第２室外膨張弁（27）によって減圧された後、第１室外熱交換器（24）で蒸発する。第１室外熱交換器（24）で蒸発した冷媒は、第１圧縮機（21）に吸入され、再び圧縮される。

熱源側冷却熱交換器（28）によって冷却された冷媒の残部は、冷設ユニット（70）に送られる。冷設ユニット（70）に送られた冷媒は、冷設膨張弁（73）によって減圧された後、冷設熱交換器（74）で蒸発する。この結果、庫内の空気が冷却される。熱源側冷却熱交換器（28）で蒸発した冷媒は、第２圧縮機（22）に吸入され、再び圧縮される。

－冷却ユニットの動作－
冷設運転、冷房冷設運転、および暖房冷設運転の間には、コントローラ（100）が、冷設ユニット（70）の冷却負荷に応じて冷却ユニット（110）を動作させる。以下には、冷却ユニット（110）が動作する冷設運転において、図８を参照しながら説明する。

冷設ユニット（70）の動作を開始する際には、コントローラ（100）が第４圧縮機（113）を運転する。コントローラ（100）は、第１冷却膨張弁（117）および第２冷却膨張弁（118）を所定開度で開放する。コントローラ（100）は、第２室外ファン（112）を運転する。この結果、第２冷媒回路（111）では、第２室外熱交換器（114）が放熱器として機能し、冷却熱交換器（116）が蒸発器として機能する冷凍サイクルが行われる。

具体的には、第４圧縮機（113）によって臨界圧力以上まで圧縮された冷媒は、第２室外熱交換器（114）で放熱した後、第１冷却膨張弁（117）を通過する。第１冷却膨張弁（117）は、冷媒を臨界圧力より低い圧力まで減圧する。

亜臨界状態となった冷媒は、第２気液分離器（115）に流入する。第２気液分離器（115）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第２気液分離器（115）で分離された液冷媒は、第２冷却膨張弁（118）で減圧された後、冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）を流れる。

冷設運転では、第２液連絡配管（4）を流れる液冷媒が、冷却熱交換器（116）の二次側流路（P2）を流れる。冷却熱交換器（116）では、一次側流路（P1）の冷媒が、二次側流路（P2）の冷媒から吸熱し、蒸発する。これにより、二次側流路（P2）の冷媒が冷却される。冷設熱交換器（74）では、蒸発する冷媒のエンタルピ差が増大するので、冷設ユニット（70）の冷却能力が増大する。その結果、冷設ユニット（70）の冷却負荷が高い状況においても、この冷却負荷を十分に処理できる。

冷却熱交換器（116）の二次側流路（P2）で蒸発した冷媒は、第４圧縮機（113）に吸入され、再び圧縮される。

なお、冷房冷設運転および暖房冷設運転においても、図８と同様にして、冷却ユニット（110）を動作できる。

－排出動作－
冷凍装置（1）では、第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることがある。特に冷凍装置（1）では、上述した複数の運転を切り換えて行う。このため、第１冷媒回路（6）では、運転毎に第１冷媒回路（6）の冷媒量が変化するため、運転によっては冷媒が過剰になる。加えて、本実施形態の第１冷媒回路（6）では、冷媒として二酸化炭素を用いている。二酸化炭素は、いわゆる高圧冷媒であるため、運転毎に第１冷媒回路（6）の冷媒量が変化しやすい。

第１冷媒回路（6）の冷媒量が余ると、特に外気温度が高い条件下において、高圧圧力が過剰に高くなってしまう。これに対し、余った冷媒を十分に貯留できるように第１気液分離器（25）を大きくすることも考えられる。しかし、この場合には、第１気液分離器（25）の設置スペースが大きくなったり、第１気液分離器（25）の耐圧性能を確保するのが困難となったりする。

そこで、本実施形態の冷凍装置（1）は、第１冷媒回路（6）の冷媒が余る運転状態において、第１冷媒回路（6）の冷媒を第２冷媒回路（111）へ排出させる排出動作を行う。

排出動作について、図９および図１０を参照しながら詳細に説明する。以下では、冷却ユニット（110）が動作する冷設運転において、冷媒が余る場合について例示する。

図９に示すように、ステップST1において第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることを示す第１条件を満たされる場合、ステップST2において、コントローラは、第１配管（130）の第１弁（131）を開ける。第１条件は、以下の条件1aおよび条件1bの少なくとも一方を含む。

条件1aは、第１冷媒回路（6）の高圧圧力（HP）が第１値より高い条件である。高圧圧力（HP）は、第４圧力センサ（84）の検出値である。

条件1bは、第１気液分離器（25）の内部の圧力（RP）が第２値より高い条件である。第１気液分離器（25）の内部の圧力（RP）は、第５圧力センサ（85）の検出値である。

ステップST2において、第１弁（131）が開くと、図１０に示すように、第１液流路（L1）の冷媒が第１配管（130）を経由して第２液流路（L2）へ流れる。厳密には、第２液連絡配管（4）の冷媒が、第２液流路（L2）における第２冷却膨張弁（118）の下流側へ流れる。

第２液連絡配管（4）は、冷設膨張弁（73）で減圧される前の冷媒が流れており、この冷媒の圧力は、第２液流路（L2）における第２冷却膨張弁（118）の下流側の冷媒の圧力よりも高い。よって、両者の冷媒の圧力差により、第１液流路（L1）の冷媒を第２液流路（L2）に送ることができる。

ステップST2において、第１冷媒回路（6）の余剰の冷媒が第２冷媒回路（111）へ送られると、第１冷媒回路（6）の高圧圧力（HP）や第１気液分離器（25）の内部の圧力（RP）が低下する。ステップST3において第１条件が解消する場合、ステップST4において、コントローラ（100）は第１配管（130）の第１弁（131）を閉じる。ここで、第１条件が解消する場合とは、条件1aおよび条件1bの少なくとも一方が成立しなくなる場合をいう。

ステップST4において第１弁（131）が閉じると、第１冷媒回路（6）の冷媒は第２冷媒回路（111）へ送られない。

以上の排出動作により、第１冷媒回路（6）では、冷媒の量が過剰となることが抑制され、再び通常の冷凍サイクルが行われる。

－補充動作－
冷凍装置（1）では、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することがある。特に冷凍装置（1）では、上述した複数の運転を切り換えて行う。このため、第１冷媒回路（6）では、運転毎に第１冷媒回路（6）の冷媒量が変化するため、運転によっては冷媒が不足してしまうことがある。加えて、本実施形態の第１冷媒回路（6）では、冷媒として二酸化炭素を用いている。二酸化炭素は、いわゆる高圧冷媒であるため、運転毎に第１冷媒回路（6）の冷媒量が変化しやすい。

第１冷媒回路（6）の冷媒量が不足すると、冷設ユニット（70）の冷却能力や、空調ユニット（60）の空調能力が不足してしまう。そこで、本実施形態の冷凍装置（1）は、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足する運転状態において、第２冷媒回路（111）の冷媒を第１冷媒回路（6）へ送る補充動作を行う。

補充動作について、図１１および図１２を参照しながら詳細に説明する。以下では、冷却ユニットが動作する冷房冷設運転において、冷媒が不足する場合について例示する。

図１１に示すように、ステップST11において第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することを示す第２条件が満たされる場合、コントローラ（100）は、第２ガス抜き管（122）の第２ガス抜き弁（123）を開け（ステップST12）、第２配管（140）の第２弁（141）を開ける（ステップST13）。第２条件は、以下の条件2aおよび条件2bの少なくとも一方を含む。なお、ステップST12とステップST13の順序を逆にしてもよい。

条件2aは、第１圧縮要素（20）から吐出される冷媒の温度（Td）が第３値より高い条件である。温度（Td）としては、第３温度センサ（93）、第４温度センサ（94）、および第５温度センサ（95）の少なくとも１つの検出値、またはこれらの２つ以上の検出値の平均値などが用いられる。

条件2bは、第１圧縮要素（20）に吸入される冷媒の過熱度（SH）が第４値より大きい条件である。過熱度（SH）としては、第２圧縮機（22）に吸入される冷媒の過熱度（SH2）や、第３圧縮機（23）に吸入される冷媒の過熱度（SH3）が用いられる。過熱度（SH2）は、第２圧力センサ（82）および第２温度センサ（92）の検出値によって求められる。過熱度（SH3）は、第３圧力センサ（83）および第３温度センサ（93）の検出値によって求められる。

ステップST12において、第２ガス抜き弁（123）が開くと、図１２に示すように、第２気液分離器（115）内のガス層のガス冷媒が、第２ガス抜き管（122）を経由して第４吸入管（120）に送られる。この結果、第４吸入管（120）の圧力が上昇する。

ステップST13において、第２弁（141）が開くと、第２冷媒回路（111）の冷媒が第２配管（140）を経由して第１冷媒回路（6）へ流れる。厳密には、第４吸入管（120）の冷媒が、第２ガス連絡配管（5）へ流れる。

その後、ステップST14において第２条件が解消される場合、コントローラ（100）は、第２配管（140）の第２弁（141）を閉じ（ステップST15）、第２ガス抜き管（122）の第２ガス抜き弁（123）を閉じる（ステップST16）。ここで、第２条件が解消する場合とは、具体的には、条件2aおよび条件2bの少なくとも一方が成立しなくなる場合をいう。なお、ステップST14とステップST15の順序を逆にしてもよい。

ステップST15において第２弁（141）が閉じると、第２冷媒回路（111）の冷媒は第１冷媒回路（6）へ送られない。

ステップST14において第２条件が解消されない場合、ステップST17において、コントローラ（100）は第１圧縮要素（20）および第２圧縮要素（113）を制御する。ステップST17では、第１吸入流路である第２ガス連絡配管（5）の圧力（LP1）が、第２吸入流路である第４吸入管（120）の圧力（LP2）よりも低くなるように、コントローラ（100）が第１圧縮要素（20）および第２圧縮要素（113）を制御する。厳密には、コントローラ（100）は、圧力（LP1）が圧力（LP2）よりも低くなるように、第２圧縮機（22）および第４圧縮機（113）の少なくとも一方の回転数を制御する。ここで、圧力（LP1）は、第２圧力センサ（82）の検出値であり、圧力（LP2）は第６圧力センサ（86）の検出値である。

ステップST17において、圧力（LP1）が圧力（LP2）よりも小さくなると、両者の差圧により第２冷媒回路（111）の冷媒を第１冷媒回路（6）へ確実に送ることができる。したがって、冷媒が不足する第２条件を速やか且つ確実に解消できる。

以上の補充動作により、第１冷媒回路（6）では、冷媒の量が不足することが抑制され、再び通常の冷凍サイクルが行われる。

－実施形態の特徴－
本実施形態では、第１室外熱交換器（24）が第１放熱器に対応し、冷設熱交換器（74）が蒸発器に対応し、冷設ユニット（70）が利用ユニットに対応する。第２室外熱交換器（114）が第２放熱器に対応し、第１気液分離器（25）が第１レシーバに対応し、第２ガス連絡配管（5）が第１吸入流路に対応し、第４吸入管（120）がガス流路および第２吸入流路に対応する。第２気液分離器（115）が第２レシーバに対応し、第２ガス抜き管（122）が第３配管に対応し、第２ガス抜き弁（123）が第３弁に対応する。

実施形態では、第１冷媒回路（6）の冷媒が余る運転状態において、コントローラ（100）が閉状態の第１弁（131）を開ける。このため、第１冷媒回路（6）の冷媒を、第１配管（130）を介して第２冷媒回路（111）へ送ることができ、第１冷媒回路（6）の冷媒量を適切に調節できる。したがって、第１冷媒回路（6）の高圧圧力の上昇を抑制できる。

冷設ユニット（70）の冷却能力を増大させる冷却ユニット（110）に、第１冷媒回路（6）の余剰の冷媒を貯める機能を兼用させている。このため、別途、冷媒を貯留する容器を追加したり、第１気液分離器（25）を大型化したりせずとも、第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることを抑制できる。

排出動作では、第１冷媒回路（6）の液冷媒が、冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）の上流側へ送られる。このため、この液冷媒を冷却熱交換器（116）において蒸発させることができる。よって、第４圧縮機（113）が液冷媒を圧縮してしまうことを回避できる。

本実施形態では、第１冷媒回路（6）の冷媒が不足する運転状態において、コントローラ（100）が閉状態の第２弁（141）を開ける。このため、第２冷媒回路（111）の冷媒を、第２液管部（40b）を介して第１冷媒回路（6）へ送ることができ、第１冷媒回路（6）の冷媒量を適切に調節できる。したがって、冷媒量の不足に起因して、冷設ユニット（70）の冷却能力や、空調ユニット（60）の空調能力が低下してしまうことを抑制できる。

第２配管（140）は、第２冷媒回路（111）のガス流路である第４吸入管（120）に接続する。このため、第２冷媒回路（111）から第１冷媒回路（6）へ液冷媒が送られることを回避でき、第４圧縮機（113）が液冷媒を圧縮してしまうことを回避できる。加えて、第１冷媒回路（6）には、低圧のガス冷媒が送られる。このため、第１圧縮要素（20）から吐出される冷媒の温度が高くなりすぎるのを抑制できる。

補充動作では、第２条件を満たす場合に、コントローラ（100）が第２ガス抜き弁（123）を開ける。これにより、第４吸入管（120）の冷媒の圧力を、第２ガス連絡配管（5）の圧力よりも高くできる。この結果、第２冷媒回路（111）の冷媒を第１冷媒回路（6）へ送りやすくできる。

補充動作では、第２圧縮機（22）に吸入される冷媒の圧力が、第４圧縮機（113）に吸入される冷媒の圧力よりも小さくなるように、コントローラ（100）が第２圧縮機（22）および第４圧縮機（113）の少なくとも一方の回転数を調節する。この結果、第２冷媒回路（111）の冷媒を第１冷媒回路（6）へ送りやすくできる。

－変形例－
上述した実施形態においては、以下のような変形例の構成としてもよい。

〈変形例１〉
図13に示す変形例１の冷凍装置（1）は、実施形態の冷凍装置（1）において、第１冷媒回路（6）が調節弁（56）と第８圧力センサ（88）とが付加される。

調節弁（56）は、第１液流路（L1）における第１配管（130）の接続部の上流側に設けられる。具体的には、調節弁（56）は、第２液管部（40b）における、第３液管部（40c）の接続部と第２液閉鎖弁（16）の間に設けられる。調節弁（56）は、その開度が調節可能な膨張弁である。第２弁（141）は、パルス信号に基づき開度を調節する電子膨張弁である。

第８圧力センサ（88）は、第１液流路（L1）における調節弁（56）と、第１配管（130）の接続部との間に設けられる。具体的には、第８圧力センサ（88）は、第２液連絡配管（4）における第２液閉鎖弁（16）と、第１配管（130）の接続部の間に設けられる。第８圧力センサ（88）は、第１配管（130）へ送られる冷媒の圧力を検出する。

変形例１の排出動作では、第１弁（131）が開放されたときに、コントローラ（100）が調節弁（56）の開度を調節する。具体的には、コントローラ（100）は、第８圧力センサ（88）で検出した圧力が目標値となるように調節弁（56）の開度を調節する。このように、排出動作において、調節弁（56）の開度を制御すると、第１冷媒回路（6）の冷媒が第２冷媒回路（111）に過剰に送られることを抑制できる。

〈変形例２〉
変形例２は、実施形態の冷凍装置（1）において、一部の構成要素を削除している。第１冷媒回路（6）は、１つの圧縮機からなる第１圧縮要素（20）と、第１放熱器（24）と、第１膨張弁（73A）と、第１蒸発器（74）とを有する。第１圧縮要素（20）および第１放熱器（24）は、熱源ユニット（10）に設けられ、第１膨張弁（73A）と第１蒸発器（74）とは利用ユニット（70）に設けられる。第１放熱器（24）と第１蒸発器（74）との間に第１液流路（L1）が設けられる。

第２冷媒回路（111）は、１つの圧縮機からなる第２圧縮要素（113）と、第２放熱器（114）と、冷却膨張弁（118A）と、冷却熱交換器（116）とを有する。第２圧縮要素（113）、第２放熱器（114）、冷却膨張弁（118A）、および冷却熱交換器（116）は、冷却ユニット（110）に設けられる。第２放熱器（114）と冷却熱交換器（116）の一次側流路（P1）との間に第２液流路（L2）が設けられる。

変形例２においても、熱源システム（S）は、第１配管（130）と第１弁（131）とを有する。第１配管（130）は、第１液流路（L1）と第２液流路（L2）とを接続する。第１条件を満たす場合に、コントローラ（100）が第１弁（131）を開けることで、第１冷媒回路（6）の冷媒を第２冷媒回路（111）へ送る排出動作が行われる。変形例２に係る排出動作の作用および効果は上述した実施形態と同様である。

変形例２においても、熱源システム（S）は、第２配管（140）と第２弁（141）とを有する。第２配管（140）は、第１圧縮要素（20）の第１吸入流路（5）と、第２圧縮要素（113）の第２吸入流路（120）（ガス流路）とを接続する。第２条件を満たす場合に、コントローラ（100）が第２弁（141）を開けることで、第２冷媒回路（111）の冷媒を第１冷媒回路（6）へ送る補充動作が行われる。変形例２に係る排出動作の作用および効果は上述した実施形態と同様である。

〈変形例３〉
実施形態に係る第１配管（130）の接続状態は以下のような構成であってもよい。

第１配管（130）の流入端は、第１液流路（L1）のうち熱源回路（11）の液管（40）に接続されてもよい。具体的には、第１配管（130）の流入端は、第２液管部（40b）に接続されてもよい。

〈変形例４〉
実施形態に係る第２配管（140）の接続状態は以下のような構成であってもよい。

第２配管（140）の流出端は、熱源回路（11）の第１吸入流路に接続されてもよい。具体的には、第２配管（140）の流出端は、第１圧縮要素（20）の吸入管（第２吸入管（22a））に接続されてもよい
第２配管（140）の流入端は、第２ガス抜き管（122）における第２ガス抜き弁（123）の下流側に接続されてもよい。

第２配管（140）の流入端は、第３油戻し管（125）における第４油量調節弁（126）の下流側に接続されてよい。この構成では、第２冷媒回路（111）の油を、第２配管（140）を介して第１冷媒回路（6）へ送ることができる。

第２配管（140）の流入端は、第２圧縮要素（113）の吐出側のガス流路に接続されてもよい。

《その他の実施形態》
上記実施形態および変形例については以下のような構成としてもよい。

冷却熱交換器（116）は、第１液流路（L1）のうち熱源回路（11）の液ラインの冷媒を冷却してもよい。具体的には、冷却熱交換器（116）の二次側流路（P2）を液管（40）に接続してもよい。

熱源ユニット（10）と冷却ユニット（110）とを一体に構成してもよい。この場合、第２冷媒回路（111）は、第１冷媒回路（6）とともに熱源ユニット（10）に組み込まれる。

第１弁（131）は、第１配管（130）を開閉する開閉弁であってもよい。この場合、第１弁（131）は、電磁開閉弁で構成される。同様に、第２弁（141）は、第２配管（140）を開閉する開閉弁であってもよい。この場合、第２弁（141）は、電磁開閉弁で構成される。

冷却ユニット（110）の停止状態において、第１条件を満たす場合に、コントローラ（100）が冷却ユニット（110）の動作を開始させ、第１弁（131）を開けてよい。同様に、冷却ユニット（110）の停止状態において、第１条件を満たす場合に、コントローラ（100）が冷却ユニット（110）の動作を開始させ、第２弁（141）を開けてもよい。

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なことが理解されるであろう。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」、「第３」…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、熱源システムおよび冷凍装置について有用である。

Ｓ 熱源システム
１ 冷凍装置
Ｌ１ 第１液流路
Ｌ２ 第２液流路
５ 第１吸入流路
６ 第１冷媒回路
１１ 熱源回路
２０ 第１圧縮要素
２４ 第１室外熱交換器（第１放熱器）
２５ 第１気液分離器（第１レシーバ）
７０ 冷設ユニット（利用ユニット）
７４ 冷設熱交換器（蒸発器）
１００ コントローラ（制御部）
１１１ 第２冷媒回路
１１３ 第４圧縮機（第２圧縮要素）
１１４ 第２室外熱交換器（第２放熱器）
１１５ 第２気液分離器（第２レシーバ）
１１６ 冷却熱交換器
１２０ 第４吸入管（ガス流路、第２吸入流路）
１２２ 第２ガス抜き管（第３配管）
１２３ 第２ガス抜き弁（第３弁）
１３０ 第１配管
１３１ 第１弁
１４０ 第２配管
１４１ 第２弁

Claims (12)

1. 第１圧縮要素（20）および第１放熱器（24）を有し、蒸発器（74）を含む利用ユニット（70）に接続されることにより、第１液流路（L1）を含む第１冷媒回路（6）を構成する熱源回路（11）と、
   第２圧縮要素（113）、第２放熱器（114）、第２液流路（L2）、および蒸発する冷媒により前記第１液流路（L1）の冷媒を冷却する冷却熱交換器（116）を有する第２冷媒回路（111）と、
   前記第１液流路（L1）と前記第２液流路（L2）とを接続する第１配管（130）と、
   前記第１配管（130）に設けられる第１弁（131）とを備えている
   ことを特徴とする熱源システム。
2. 請求項１において、
   前記第１冷媒回路（6）の冷媒が余ることを示す第１条件を満たす場合に、前記第１弁（131）を開ける制御部（100）を備えている
   ことを特徴とする熱源システム。
3. 請求項２において、
   前記第１条件は、前記第１冷媒回路（6）の高圧圧力が第１値より高い条件を含む
   ことを特徴とする熱源システム。
4. 請求項２または３において、
   前記熱源回路（11）は、前記第１液流路（L1）に接続する第１レシーバ（25）を有し、
   前記第１条件は、前記第１レシーバ（25）の内部の圧力が第２値より高い条件を含む
   ことを特徴とする熱源システム。
5. 請求項１～４のいずれか１つにおいて、
   前記第１冷媒回路（6）は、前記第１圧縮要素（20）の吸入側に接続する第１吸入流路（5）を有し、
   前記第２冷媒回路（111）は、ガス冷媒が流れるガス流路（120）を有し、
   前記第１吸入流路（5）と前記ガス流路（120）とを接続する第２配管（140）と、
   前記第２配管（140）に設けられる第２弁（141）とをさらに備えている
   ことを特徴とする熱源システム。
6. 請求項５において、
   前記第１冷媒回路（6）の冷媒が不足することを示す第２条件を満たす場合に、前記第２弁（141）を開ける制御部（100）を備えている
   ことを特徴とする熱源システム。
7. 請求項６において、
   前記ガス流路は、前記第２圧縮要素（113）の吸入側に接続する第２吸入流路（120）である
   ことを特徴とする熱源システム。
8. 請求項７において、
   前記制御部（100）は、前記第２条件を満たす場合に、前記第１吸入流路（5）の冷媒の圧力が前記第２吸入流路（120）の圧力より小さくなるように、前記第１圧縮要素（20）および前記第２圧縮要素（113）を制御する
   ことを特徴とする熱源システム。
9. 請求項７または８において、
   前記第２冷媒回路（111）は、
   前記第２液流路（L2）に接続する第２レシーバ（115）と、
   前記第２レシーバ（115）のガス冷媒を前記第２吸入流路（120）に送る第３配管（122）と、
   前記第３配管（122）に設けられる第３弁（123）とを有し、
   前記制御部（100）は、前記第２条件を満たす場合に、前記第３弁（123）を開ける
   ことを特徴とする熱源システム。
10. 請求項６～９のいずれか１つにおいて、
    前記第２条件は、前記第１圧縮要素（20）から吐出される冷媒の温度が第３値より高い条件を含む
    ことを特徴とする熱源システム。
11. 請求項６～１０のいずれか１つにおいて、
    前記第２条件は、前記第１圧縮要素（20）に吸入される冷媒の過熱度が第４値より大きい条件を含む
    ことを特徴とする熱源システム。
12. 請求項１～１１のいずれか１つの熱源システム（S）を備えた冷凍装置。
    

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