JP2022177312A - 室外ユニットおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転効率が改善された室外ユニットおよび冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】圧縮機（１０）から、凝縮器（２０）、熱交換器（３０）の第１通路（Ｈ１）、第２膨張弁（４０）に至る流路は、負荷装置（３）と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。室外ユニット（２）は、循環流路の第１通路（Ｈ１）の出口と第２膨張弁（４０）との間の部分から、第２通路（Ｈ２）の入口に冷媒を流す第１冷媒流路（９１～９４）と、第１冷媒流路（９１～９４）に配置される第３膨張弁（７１）と、第２通路（Ｈ２）の出口から圧縮機（１０）の吸入ポート（Ｇ１）または中間圧ポート（Ｇ３）に冷媒を流す第２冷媒流路（９６）と、流路切替部（７４）とを備える。流路切替部（７４）は、第２通路（Ｈ２）の出口と中間圧ポート（Ｇ３）との間に設けられた第１開閉弁（７５）と、第２通路（Ｈ２）の出口と吸入ポート（Ｇ１）との間に直列に配置された減圧装置（７７）および第２開閉弁（７６）とを含む。【選択図】図１

Description

この発明は、室外ユニットおよび冷凍サイクル装置に関する。

特開２０１４－０１９１７号公報（特許文献１）には、中間インジェクション流路と吸入インジェクション流路とを有する冷凍装置が開示されている。この冷凍装置では、凝縮器から蒸発器に向かって流れる冷媒の一部を、中間インジェクション流路を使って圧縮機の中間圧の冷媒に合流させることも、吸入インジェクション流路を使って吸入流路において圧縮機に吸入される低圧の冷媒に合流させることも可能である。このため、中間インジェクション流路を使うと運転効率が悪化する場合において、吸入インジェクション流路を使って圧縮機の吐出温度を低下させることができる。

特開２０１４－０１９１７号公報

特開２０１４－０１９１７号公報（特許文献１）に記載された冷凍装置は、圧縮機の吐出温度を下げる必要がある場合に中間インジェクション流路を吸入インジェクション流路に切り替える。このときに圧縮機の運転中に開閉弁によって流路を切り替えると、圧力変動が圧縮機に振動を発生させる。したがって、振動を抑制するために、圧縮機を停止させてから流路の切替を行なう必要がある。このため、圧縮機の停止と再始動に時間を要するとともに、運転効率を悪化させる要因となっている。

この発明の目的は、運転効率が改善された室外ユニットおよび冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示は、冷凍サイクル装置の室外ユニットに関する。室外ユニットは、第１膨張弁および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成される。室外ユニットは、吸入ポート、吐出ポート、中間圧ポートを有する圧縮機と、凝縮器と、第１通路および第２通路を有し、第１通路を流れる冷媒と第２通路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成された熱交換器と、第２膨張弁とを備える。圧縮機から、凝縮器、熱交換器の第１通路、第２膨張弁に至る流路は、負荷装置と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。室外ユニットは、循環流路の第１通路の出口と第２膨張弁との間の部分から、第２通路の入口に冷媒を流す第１冷媒流路と、第１冷媒流路に配置される第３膨張弁と、第２通路の出口から圧縮機の吸入ポートまたは中間圧ポートに冷媒を流す第２冷媒流路と、第２冷媒流路に配置され、第２通路の出口から流出する冷媒の行き先として吸入ポートおよび中間圧ポートのいずれか一方を選択可能な流路切替部とをさらに備える。流路切替部は、第２通路の出口と中間圧ポートとの間に設けられた第１開閉弁と、第２通路の出口と吸入ポートとの間に配置された第２開閉弁とを含む。

本開示の室外ユニットおよびそれを備える冷凍サイクル装置、冷凍機によれば、圧縮機を停止させることなくインジェクション流路の切替を行なうことが可能であるので、冷凍サイクルの運転効率を改善することができる。

実施の形態１に従う冷凍サイクル装置の全体構成図である。 図１に示した冷凍サイクル装置１に配置される各種センサと制御装置とを示した図である。 流路切替部７４の制御を説明するためのフローチャートである。 ポンプダウン運転時の制御を説明するためのフローチャートである。 油回収運転時の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 流路切替部７４Ａの制御を説明するためのフローチャートである。 変形例１の冷凍サイクル装置２０１の構成を示す図である。 変形例２の冷凍サイクル装置２０１Ａの構成を示す図である。 変形例３の冷凍サイクル装置２０１Ｂの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に従う冷凍サイクル装置の全体構成図である。なお、図１では、冷凍サイクル装置における各機器の接続関係および配置構成を機能的に示しており、物理的な空間における配置を必ずしも示すものではない。

図１を参照して、冷凍サイクル装置１は、室外ユニット２と、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。

室外ユニット２は、負荷装置３に接続されるように構成された冷凍サイクル装置１の室外ユニットである。室外ユニット２は、吸入ポートＧ１、吐出ポートＧ２、中間圧ポートＧ３を有する圧縮機１０と、凝縮器２０と、ファン２２と、熱交換器３０と、第２膨張弁４０と、配管８０～８３、８９とを備える。熱交換器３０は、第１通路Ｈ１および第２通路Ｈ２を有し、第１通路Ｈ１を流れる冷媒と第２通路Ｈ２を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。

負荷装置３は、第１膨張弁５０と、蒸発器６０と、配管８５、８６，８７とを含む。蒸発器６０は空気と冷媒の熱交換を行なう。冷凍サイクル装置１では、蒸発器６０は、冷媒を冷却対象空間の空気からの吸熱によって蒸発させる。第１膨張弁５０は冷媒を減圧することができる電子膨張弁である。なお、第１膨張弁５０は、例えば、室外ユニット２と独立して制御される温度膨張弁であってもよい。

圧縮機１０は、配管８９および９７から吸入される冷媒を圧縮して配管８０へ吐出する。圧縮機１０は、インバータ制御により駆動周波数を任意に変更することができる。また、圧縮機１０には中間圧ポートＧ３が設けられており中間圧ポートＧ３からの冷媒を圧縮工程の途中部分に流入させることができる。圧縮機１０は、制御装置１００からの制御信号に従って回転速度を調整するように構成される。圧縮機１０の回転速度を調整することで冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置１の能力を調整することができる。圧縮機１０には種々のタイプのものを採用可能であり、例えば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。

凝縮器２０は、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液相に変化する。圧縮機１０から配管８０に吐出された冷媒は、凝縮器２０において凝縮液化され配管８１へ流出する。熱交換の効率を上げるため外気を送るファン２２が凝縮器２０に取り付けられている。ファン２２は、凝縮器２０において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器２０に供給する。ファン２２の回転数を調整することにより、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力（高圧側圧力）を調整することができる。第２膨張弁４０は凝縮器２０から出てきた冷媒を減圧することができる電子膨張弁である。

ここで、冷凍サイクル装置１の冷媒回路に使用する冷媒はＣＯ_２とするが、過冷却度が確保しにくい状態が生じる場合は、他の冷媒を使用する場合であっても良い。

なお、本明細書では、説明の容易のため、超臨界状態のＣＯ_２のような冷媒を冷却する場合も凝縮器２０と呼ぶこととする。また、本明細書では、説明の容易のため、超臨界状態の冷媒の基準温度からの低下量も過冷却度と呼ぶこととする。

圧縮機１０から、凝縮器２０、熱交換器３０の第１通路Ｈ１、第２膨張弁４０に至る流路は、負荷装置３の第１膨張弁５０および蒸発器６０が配置される流路と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。以下、この循環流路を冷凍サイクルの「主冷媒回路」とも言う。

室外ユニット２は、循環流路の第１通路Ｈ１の出口と第２膨張弁４０との間の部分から、第２通路Ｈ２の入口に冷媒を流す第１冷媒流路（９１～９４）と、第２通路Ｈ２の出口から圧縮機１０の吸入ポートＧ１または中間圧ポートＧ３に冷媒を流す第２冷媒流路（９６～９８）と、第２冷媒流路に配置され、第２通路Ｈ２の出口から流出する冷媒の行き先として吸入ポートＧ１および中間圧ポートＧ３のいずれか一方を選択可能な流路切替部７４とをさらに備える。以下において、主冷媒回路から分岐して第２通路Ｈ２を経由して圧縮機１０に冷媒を送るこの流路を、「インジェクション流路」１０１と呼ぶ。

室外ユニット２は、さらに、第１冷媒流路に配置され、冷媒を貯留する受液器（レシーバ）７３を備える。第３膨張弁７１は、循環流路の第１通路Ｈ１の出口と第２膨張弁４０との間の部分と受液器７３の入口との間の配管９１，９２の間に配置される。室外ユニット２は、さらに、受液器７３の出口の配管９３と第２通路Ｈ２に通じる配管９４との間に配置された流量調整弁７２と、受液器７３のガス排出口と第２通路Ｈ２とを接続し受液器７３内の冷媒ガスを排出するガス抜き通路９５とを備える。

配管９１は、主冷媒回路から分岐し受液器７３へ冷媒を流入させる配管である。第３膨張弁７１は主冷媒回路の高圧部の冷媒を中間圧力まで低下させることができる電子膨張弁である。受液器７３は、減圧され二相となった冷媒を容器内で気液の分離を行ない、冷媒を貯蔵し主冷媒回路の冷媒量を調整することができる容器である。受液器７３の上部に接続されるガス抜き通路９５と受液器７３の下部に接続される配管９３は、受液器７３の中でガス冷媒と液冷媒に分離した冷媒を分離した状態で取り出すための配管である。流量調整弁７２は、配管９３から排出される液冷媒の循環量を調整することで受液器７３の冷媒量を調整することができる。

このようにインジェクション流路に受液器７３を設けることにより、液管である配管８２，８３における過冷却度を確保することが容易となる。受液器７３には一般にガス冷媒があるため、冷媒温度は飽和温度となるので、配管８２に受液器７３を配置すると過冷却度を確保できないからである。

熱交換器３０は、主冷媒回路の一部である第１通路Ｈ１を流れる冷媒と、インジェクション流路１０１の一部である第２通路Ｈ２を流れる冷媒との間の熱交換を行なう。

また、中間圧部分に受液器７３を設けると、主冷媒回路の高圧部の圧力が高く冷媒が超臨界状態である場合でも受液器７３の内部に中間圧の液冷媒を貯留することが可能となる。このため、受液器７３の容器の設計圧を高圧部よりも低くすることができ、容器の薄肉化によるコスト低減も図れる。

図２は、図１に示した冷凍サイクル装置１に配置される各種センサと制御装置とを示した図である。図２を参照して、室外ユニット２は、さらに、圧力センサ１１０～１１３と、温度センサ１２０～１２５と、流路切替部７４を制御する制御装置１００とを備える。

圧力センサ１１０は、圧縮機１０の吸入ポート部分の圧力ＰＬを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。圧力センサ１１１は、圧縮機１０の吐出圧力ＰＨを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。圧力センサ１１２は、第２膨張弁４０の出口の配管８３の圧力Ｐ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。また、圧力センサ１１３は第３膨張弁７１の後の配管９２の中間圧力ＰＭを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

室外ユニット２は、第２膨張弁４０を液管に備えることによって、負荷装置３の設計圧（例えば、４ＭＰａ）以下に冷媒圧力を減圧してから負荷装置３に送出することができる。これによりＣＯ_２などの超臨界を利用する冷媒を使用しても、負荷装置３として従来と同じ設計圧の汎用製品を使用することができる。

温度センサ１２０は、圧縮機１０の吐出温度ＴＨを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２１は、凝縮器２０の出口の配管８１の冷媒温度Ｔ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２２は、熱交換器３０の被冷却側の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

温度センサ１２３は室外ユニット２の周囲温度ＴＡを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２５は熱交換器３０の第２通路Ｈ２の出口の温度を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２４は圧縮機１０の吸入配管の温度ＴＬを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

第２冷媒流路は、熱交換器３０の第２通路Ｈ２の出口と流路切替部７４との間を接続する配管９６と、流路切替部７４とを含んで構成される。流路切替部７４は、配管９６が２分岐した配管９７，９８と、配管９７，９８の間に配置された減圧装置７７と、配管９７，９８にそれぞれ配置される開閉弁７５，７６とを含む。

開閉弁７５は、第２通路Ｈ２の出口と中間圧ポートＧ３との間に設けられる。減圧装置７７および開閉弁７６は、第２通路Ｈ２の出口と吸入ポートＧ１との間に直列に配置される。

配管９７は配管９６と中間圧ポートＧ３との間に接続される。開閉弁７５と開閉弁７６により冷媒のインジェクション先を圧縮機１０の中間圧ポートＧ３とするか、吸入ポートＧ１とするかを切り替えることができる。

本実施の形態ではインジェクション流路１０１は、減圧して二相となった冷媒を圧縮機１０へ流入させることによって圧縮機１０の吐出温度ＴＨを制御するものである。加えてインジェクション流路１０１上に設置した受液器７３によって主冷媒回路の冷媒量を調整することができる。さらに、インジェクション流路１０１は、熱交換器３０による熱交換による主冷媒回路の冷媒の過冷却の確保も担っている。制御装置１００は、各目的を各運転条件で実施できるように、開閉弁７５、開閉弁７６によるインジェクションの切り替えを実施する。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ１０４（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００は、これらのプログラムに従って、室外ユニット２における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

制御装置１００は、第３膨張弁７１を、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度に一致するようにフィードバック制御する。具体的には、制御装置１００は、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度より高い場合には、第３膨張弁７１の開度を増加させる。これによって、受液器７３を経由して中間圧ポートＧ３または吸入ポートＧ１に流入する冷媒が増えるため、吐出温度ＴＨが低下する。

一方、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度より低い場合には、制御装置１００は、第３膨張弁７１の開度を減少させる。これによって、受液器７３を経由して中間圧ポートＧ３または吸入ポートＧ１に流入する冷媒が減るため、吐出温度ＴＨが上昇する。

吐出温度ＴＨ＝目標温度であれば、制御装置１００は、第３膨張弁７１の開度を現在の状態に維持する。

このように、制御装置１００は、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度に近づくように第３膨張弁７１の開度を制御する。

また、制御装置１００は、凝縮器２０の出口の冷媒の過冷却度ＳＣを確保するため、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１が目標温度に一致するように流量調整弁７２をフィードバック制御する。具体的には、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１と凝縮器２０の圧力（ＰＨで近似）によって定まる過冷却度ＳＣが目標値より大きい場合には、制御装置１００は、流量調整弁７２の開度を減少させる。これによって、受液器７３を通過する液冷媒の量が減少し、受液器７３内の液冷媒量が増加するため、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少し、冷媒温度Ｔ１が上昇するので過冷却度ＳＣが減少する。

一方、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１と凝縮器２０の圧力（ＰＨで近似）によって定まる過冷却度ＳＣが目標値より小さい場合には、制御装置１００は、流量調整弁７２の開度を増加させる。これによって、受液器７３のガス冷媒量が増え、液冷媒量が減るため、主冷媒回路を循環する冷媒量が増加し、冷媒温度Ｔ１が低下するので過冷却度ＳＣが増加する。

過冷却度ＳＣ＝目標値であれば、制御装置１００は、流量調整弁７２の開度を現在の状態に維持する。

このように、制御装置１００は、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１が目標温度に近づくように流量調整弁７２の開度を制御する。

また、制御装置１００は、冷媒としてＣＯ_２を使用する場合には、冷媒の超臨界領域を使用するように、圧縮機１０および第２膨張弁４０の制御を行なう。例えば、夏季など外気温度が冷媒の超臨界温度よりも高い場合、制御装置１００は圧縮機１０の回転速度を春季または秋季よりも高めて高圧部の圧力を上昇させる。この場合、主冷媒回路の高圧部の圧力が高くなる。負荷装置３を通常冷媒で使用される装置と共用可能とするために、第２膨張弁４０で減圧が行なわれる。このとき第２膨張弁４０は以下のように制御される。

制御装置１００は、第２膨張弁４０を、圧力Ｐ１が目標圧力に一致するようにフィードバック制御する。具体的には、圧力Ｐ１が目標圧力より高い場合には、制御装置１００は、第２膨張弁４０の開度を減少させる。これによって、第２膨張弁４０による減圧量が増えるので、圧力Ｐ１は低下する。

一方、圧力Ｐ１が目標圧力より低い場合には、制御装置１００は、第２膨張弁４０の開度を増加させる。これによって、第２膨張弁４０による減圧量が減るので、圧力Ｐ１は上昇する。

圧力Ｐ１＝目標圧力であれば、制御装置１００は、第２膨張弁４０の開度を現在の状態に維持する。

このように圧力Ｐ１が制御されるため、負荷装置３内の圧力を通常冷媒で使用される装置の設計圧力以下にすることができ、Ｒ４１０Ａなどの冷媒を使用する従来機の負荷装置との共用化が可能となる。

（インジェクション流路の切替制御）
制御装置１００は、温度センサ１２０が圧縮機１０の吐出温度ＴＨの過剰な上昇を検知した場合、開閉弁７５を開いて、開閉弁７６を閉じることによって、圧縮機１０へのインジェクション量を増やし吐出温度のさらなる上昇を防ぐ。

このとき開閉弁７５が開いている状態で、蒸発温度の上昇などに伴い中間圧力ＰＭが上昇すると、冷媒の飽和温度が上昇するため、熱交換器３０の第２通路Ｈ２を通過する冷媒温度も上昇し、熱交換器３０における冷却が不十分となるので、第２膨張弁４０における冷媒の過冷却度が確保できなくなる場合がある。

そこで、制御装置１００は、開閉弁７５が開いている状態で、温度センサ１２２で冷媒温度Ｔ２を監視し、冷媒の過冷却度が確保できないことを検知した場合には、開閉弁７５を閉じて、開閉弁７６を開く。これにより、低圧側の冷媒とインジェクション流路１０１の冷媒とを合流させ、中間圧ＰＭを低下させて熱交換器３０での温度差を確保することができる。

インジェクション流路１０１に配置された受液器７３などの各機器は、主冷媒回路に対して第３膨張弁７１によって減圧しているため設計圧力を低くできるので、製造コストを下げることができる。設計圧力を低くした場合でも、冷媒の過充填または外気温度の上昇などで圧力センサ１１３が中間圧力ＰＭの上昇を運転中に検知したときには、開閉弁７６を開くことによって低圧側へ圧力を逃がす安全対策を行なうことができる。

図３は、流路切替部７４の制御を説明するためのフローチャートである。図２、図３を参照して、制御装置１００は、ステップＳ１において開閉弁７５が開状態かつ開閉弁７６が閉状態であるか否かを判断する。開閉弁７５が開状態かつ開閉弁７６が閉状態であれば（Ｓ１でＹＥＳ）、インジェクション流路１０１を流れる冷媒の行き先として、中間圧ポートＧ３が選択されている。逆に、インジェクション流路を流れる冷媒の行き先として、吸入ポートＧ１が選択されている場合は、開閉弁７５が閉状態かつ開閉弁７６が開状態である。

開閉弁７５が開状態である場合（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ２において、制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１以上であるか否かを判断する。これによって、配管８２を通過する冷媒の過冷却度が確保できているか否かが判断される。

制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも高い場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ３において、吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１よりも高いか否かを判断する。制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２＝第１温度Ｔｔｈ１である場合も（Ｓ２でＹＥＳ）同様に、ステップＳ３の処理を実行する。

開閉弁７６を開きインジェクション流路１０１をガス側の延長配管８８の低圧側へ接続した場合、受液器７３の液冷媒が圧縮機１０へ冷媒が流れ込んでしまう液バック状態になる場合がある。ステップＳ３では、そのような場合に開閉弁７６に流路を切り替えることを止めて液冷媒が圧縮機１０に流入することを防止する。

圧縮機１０が吸入する冷媒の圧力ＰＬにおける飽和温度に対して冷媒温度ＴＬが低い場合、圧縮機１０へ液冷媒が吸入されるおそれがある。このとき、圧縮機１０が液圧縮により故障してしまうため、液冷媒の吸入を検知した場合は開閉弁７６を閉じたままにする制御とする。開閉弁７５についても液冷媒の吸入が発生する場合には開閉弁７５も閉じてもよい。圧縮機１０が液冷媒を吸入するか否かの判定は、圧力センサ１１０が検出した圧力ＰＬにおける飽和温度と温度センサ１２４が検出する温度ＴＬとの差である過熱度がなくなっていることによって判定できる。

また、インジェクション流路１０１において、圧力センサ１１３の飽和圧力に対して温度センサ１２５の温度が低く過熱度が取れていないことを検知した場合も、開閉弁７６を閉じて液冷媒が圧縮機１０に吸入されることを防止しても良い。

具体的には、制御装置１００は、圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１以上である場合（Ｓ３でＹＥＳ）にステップＳ４～Ｓ５の処理を順次実行して冷媒の行き先を吸入ポートＧ１とするように流路切替部７４を制御する。制御装置１００は、ステップＳ４で開閉弁７５を閉止し、ステップＳ５で開閉弁７６を開いた後、ステップＳ１０においてメインルーチンに処理を戻す。

本実施の形態では、減圧装置７７を開閉弁７５と開閉弁７６の間に設けているため、流路切替部７４において流路を切り替える場合の圧力変動が緩和されて圧縮機１０に伝わる。このため、流路切替時の振動が低減されるので、圧縮機１０の運転を停止せずに開閉弁７５，７６の開閉を行なうことができる。したがって、流路切替が短時間で済むとともに、圧縮機１０の停止および再始動に伴うエネルギー損失を発生させずに済む。

なお、冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低い場合（Ｓ２でＮＯ）は過冷却度の確保ができており、また圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１より低い場合（Ｓ３でＮＯ）は、液冷媒が圧縮機１０に吸入されるおそれがあるので、制御装置１００は、ステップＳ４～Ｓ５の流路切替部７４の切替を行なわずに、ステップＳ１０においてメインルーチンに処理を戻す。

一方、開閉弁７５が閉状態である場合（Ｓ１でＮＯ）において、制御装置１００は、圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ２より低い場合（Ｓ６でＮＯ）にステップＳ８～Ｓ９の処理を順次実行して冷媒の行き先を中間圧ポートＧ３とするように流路切替部７４を制御する。なお、ＴＬｔｈ１＞ＴＬｔｈ２である。

また、圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ２以上である場合（Ｓ６でＹＥＳ）、制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２以上であるか否かによって、配管８２における冷媒の過冷却度を判断する。

冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２以上である場合（Ｓ７でＹＥＳ）には、過冷却度は確保できていない。この場合には、開閉弁７５が閉状態、開閉弁７６が開状態である現状が維持され、ステップＳ１０に処理が進められる。なお、Ｔｔｈ１＞Ｔｔｈ２である。

一方、冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２より低い場合（Ｓ７でＮＯ）には、過冷却度は確保できているので通常のインジェクション流路の状態に戻すため、ステップＳ８において開閉弁７６が閉状態、ステップＳ９において開閉弁７５が開状態とされた後に、ステップＳ１０に処理が進められる。

以上説明したように制御装置１００は、配管８２と配管９４の圧力差が小さい場合には、圧力差を拡大するように流路切替部７４を制御して中間圧ポートＧ３から吸入ポートＧ１に冷媒の送り先を切り替える。このため、第３膨張弁７１における減圧量が確保できるため、第３膨張弁７１での温度低下量が増える。これにより、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の冷媒温度と第２通路Ｈ２の冷媒温度との温度差を確保できる。したがって熱交換器３０での熱交換量が増加し、冷媒温度Ｔ２を下げることが可能となる。

さらに、減圧装置７７を開閉弁７５と開閉弁７６との間に配置したので、圧縮機１０を停止させずに流路の切り替えを行なっても、圧縮機１０の挙動が安定するため、切り替えの高速化が図れる。

（ポンプダウン運転時の制御）
次にポンプダウン運転時の制御について説明する。主冷媒回路において液冷媒が流れる配管８４または８５に開閉弁２８などを設置して、配管８３を遮断した状態で圧縮機１０を運転することで冷媒を負荷装置３から室外ユニット２へ移動させ、貯蔵することをポンプダウン運転という。ポンプダウン運転は、例えば、運転停止前または移設時に第２膨張弁４０を閉じたり、開閉弁２８を閉じたりした後に圧縮機１０を運転することなどによって行なわれる。

ポンプダウン運転時に室外ユニット２を停止させる際に、開閉弁７６を開いてインジェクション流路１０１と低圧部と接続していると、圧縮機１０の吸入ポート（低圧側）と吐出ポート（高圧側）とのバイパス経路となってしまい、圧縮機１０を運転しても負荷装置３の圧力（低圧圧力）が低下せず室外ユニット２を停止できない。

制御装置１００は、圧縮機１０と開閉弁７５および開閉弁７６とを制御するように構成される。制御装置１００は、受液器７３に冷媒を回収するポンプダウン運転を実行する場合には、圧縮機１０を運転しつつ、開閉弁７６を閉止するように構成される。

以下に、ポンプダウン時は開閉弁７６を閉じることで室外ユニット２を停止させる制御について説明する。

図４は、ポンプダウン運転時の制御を説明するためのフローチャートである。ポンプダウン運転では、開閉弁２８が閉止され圧力センサ１１０によって検出された低圧部の圧力ＰＬが設定値まで低下すると、制御装置１００は、圧縮機１０を停止してポンプダウンを停止する仕組みとなっている。圧縮機１０は、停止状態では冷媒が通過しないように構成されているので、負荷装置３には冷媒が逆流しない。しかし、ある条件下では、過冷却を優先していると開閉弁７６が開いた状態でポンプダウンを行なうこととなり、圧力ＰＬが下がりきらず室外機が停止しない場合があったり、ポンプダウン停止後に圧力ＰＬがすぐに上昇してしまい、短時間に圧縮機１０が始動と停止を繰返すことがあったりする。

そこで、制御装置１００は、ステップＳ２１において、低圧部の圧力ＰＬが設定値以下に急激に低下したことを検出すると、ステップＳ２２～Ｓ２５の処理を実行し、インジェクション流路１０１においてポンプダウン時に開閉弁７６を閉じることで高圧または中間圧へのバイパスを遮断し安定してポンプダウンを行なうことができる。

具体的には、ステップＳ２２において、制御装置１００は、開閉弁７６を閉じて、負荷装置３と高圧部とのバイパス経路を遮断する。

そして、制御装置１００は、ステップＳ２３では開閉弁７５を開くとともに、ステップＳ２４において、第３膨張弁７１の開度を増加させ、さらにステップＳ２５において、制御装置１００は、流量調整弁７２の開度を減少させることによって、受液器７３への冷媒の貯留量を増加させる。

なお、上記説明では、ポンプダウン運転中には開閉弁７５を開くこととしたが、開閉弁７５は閉じていても良い。

また、上記説明ではポンプダウン運転中は開閉弁７６を閉じるとしているが、圧力センサ１１１または１１３が冷媒の過充填などで圧力の過剰な上昇を検知した場合は、一時的に開閉弁７６を開けることによって液溜め７３の圧力を一時的に圧縮機の吸気側に逃がしても良い。これにより、ポンプダウン運転において受液器７３になるべく多くの冷媒を回収した後に圧縮機１０を停止させることができる。

（油回収運転の制御）
図１、図２に示す構成のようにインジェクション流路１０１に受液器７３を配置すると、冷凍機油と冷媒が非相溶である場合には、冷媒と分離した冷凍機油が受液器７３に蓄積され、圧縮機１０に冷凍機油が戻りにくくなる。このため、本実施の形態では、油回収運転が実行される。

油回収運転に関して、室外ユニット２は、受液器７３の出口と受液器７３との間に設けられ受液器７３内の冷媒ガスを排出するガス抜き通路９５と、受液器７３の液冷媒出口に配置された流量調整弁７２とを備える。また、室外ユニット２は、圧縮機１０および流量調整弁７２を制御するように構成された制御装置１００を備える。制御装置１００は、圧縮機１０における冷凍機油が減少する油回収条件が成立した場合には、第３膨張弁７１の開度を増加させ、流量調整弁７２の開度を減少させるように構成される。

図５は、油回収運転時の制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ３１において、制御装置１００は、油回収条件が成立したか否かを判断する。油回収条件は、例えば、運転時間が一定時間経過した場合、圧縮機１０の低速運転が一定時間以上続いた場合などに成立する。

油回収条件が成立しない場合（Ｓ３１でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ３５において一旦メインルーチンに処理を戻し、再びステップＳ３１において油回収条件が成立するか否かの監視を行なう。

一方、油回収条件が成立した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３２において開閉弁７６を閉じて、ステップＳ３３で開閉弁７５を開き、ステップＳ３４において流量調整弁７２の開度を減少させる。これにより、受液器７３からは液冷媒の出口から流出する冷媒量が減少し、受液器７３の液冷媒の貯留量が増加し、ガス抜き通路９５から液冷媒の上に分離貯留されていた冷凍機油が流出するようになる。

このように、冷凍機油と冷媒が非相溶であり受液器７３で分離する場合に、ポンプダウン運転により受液器７３内の冷媒量を増やし、液面を上昇させることによって、液面側に位置している冷凍機油をガス抜き通路９５から圧縮機１０へ回収することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、主冷媒回路にアキュムレータが設置されている場合に、条件により回路を切り替える冷凍サイクル装置について説明する。

図６は、実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図６に示す冷凍サイクル装置１Ａは、図１、図２に示した冷凍サイクル装置１の構成において、室外ユニット２に代えて室外ユニット２Ａを備える。負荷装置３については同じ構成であるので、説明は繰返さない。また、圧力センサおよび温度センサの配置については、図２と同様であるため、説明は繰返さない。

室外ユニット２Ａは、室外ユニット２の構成において、流路切替部７４に代えて流路切替部７４Ａを備えるとともに、アキュムレータ８９Ｂをさらに備える。

アキュムレータ８９Ｂは、循環流路において負荷装置３から圧縮機１０の吸入ポートＧ１に向かう冷媒を一旦蓄積するように構成される。

流路切替部７４Ａは、図１の流路切替部７４の構成に加えて、減圧装置７７を介在させて第２通路Ｈ２の出口とアキュムレータ８９Ｂの冷媒入口とを結ぶ流路を開閉する開閉弁７８をさらに含む。

このような構成とすれば、インジェクション流路１０１の接続先が、圧縮機１０の中間圧ポートＧ３と、吸入ポートＧ１と、アキュムレータ８９Ｂの上流の配管８９Ａとの３パターンとなる。

図７は、流路切替部７４Ａの制御を説明するためのフローチャートである。
図６、図７を参照して、制御装置１００は、ステップＳ３１において開閉弁７５が開状態かつ開閉弁７６，７８が閉状態であるか否かを判断する。開閉弁７５が開状態かつ開閉弁７６，７８が閉状態であれば（Ｓ３１でＹＥＳ）、インジェクション流路１０１を流れる冷媒の行き先として、中間圧ポートＧ３が選択されている。

開閉弁７５が開状態である場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、ステップＳ３２において、制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１以上であるか否かを判断する。これによって、配管８２を通過する冷媒の過冷却度が確保できているか否かが判断される。

制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも高い場合には（Ｓ３２でＹＥＳ）、ステップＳ３３において、吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１よりも高いか否かを判断する。制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２＝第１温度Ｔｔｈ１である場合も（Ｓ３２でＹＥＳ）同様に、ステップＳ３３の処理を実行する。

制御装置１００は、圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１以上である場合（Ｓ３３でＹＥＳ）に、ステップＳ３４において吐出温度ＴＨが目標温度ＴＨｔｈ１以上であるか否かを判断する。

吐出温度ＴＨが目標温度ＴＨｔｈ１以上であった場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３５～Ｓ３６の処理を順次実行して冷媒の行き先を吸入ポートＧ１とするように流路切替部７４Ａを制御する。制御装置１００は、ステップＳ３５で開閉弁７５，７８を閉止し、ステップＳ３６で開閉弁７６を開いた後、ステップＳ４８においてメインルーチンに処理を戻す。

吐出温度ＴＨが目標温度ＴＨｔｈ１より低い場合（Ｓ３４でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ３７～Ｓ３８の処理を順次実行して冷媒の行き先をアキュムレータ８９Ｂの入口の配管８９Ａとするように流路切替部７４Ａを制御する。制御装置１００は、ステップＳ３７で開閉弁７５，７６を閉止し、ステップＳ３８で開閉弁７８を開いた後、ステップＳ４８においてメインルーチンに処理を戻す。

本実施の形態では、減圧装置７７を開閉弁７５と開閉弁７６の間に設けているため、流路切替部７４Ａにおいて流路を切り替える場合の圧力変動が緩和されて圧縮機１０に伝わる。このため、流路切替時の振動が低減されるので、圧縮機１０の運転を停止せずに開閉弁７５，７６，７８の開閉を行なうことができる。したがって、流路切替が短時間で済むとともに、圧縮機１０の停止および再始動に伴うエネルギー損失を発生させずに済む。

なお、冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低い場合（Ｓ３２でＮＯ）は過冷却度の確保ができており、また圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１より低い場合（Ｓ３３でＮＯ）は、液冷媒が圧縮機１０に吸入されるおそれがあるので、制御装置１００は、ステップＳ３４～Ｓ３８の流路切替部７４Ａの切替を行なわずに、ステップＳ４８においてメインルーチンに処理を戻す。

一方、開閉弁７５が閉状態である場合（Ｓ３１でＮＯ）において、制御装置１００は、圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ２より低い場合（Ｓ３９でＮＯ）にステップＳ４６～Ｓ４７の処理を順次実行して冷媒の行き先を中間圧ポートＧ３とするように流路切替部７４Ａを制御する。なお、ＴＬｔｈ１＞ＴＬｔｈ２である。

また、圧縮機１０の吸入冷媒温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ２以上である場合（Ｓ３９でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ４０において、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２以上であるか否かによって、配管８２における冷媒の過冷却度を判断する。なお、Ｔｔｈ１＞Ｔｔｈ２である。

冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２以上である場合（Ｓ４０でＹＥＳ）には、過冷却度は確保できていない。この場合には、ステップＳ４１において、制御装置１００は、吐出温度ＴＨが目標温度ＴＨｔｈ２以上であるか否かを判断する。なお、ＴＨｔｈ１＜ＴＨｔｈ２である。

吐出温度ＴＨが目標温度ＴＨｔｈ２以上であった場合（Ｓ４１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ４２～Ｓ４３の処理を順次実行して冷媒の行き先を吸入ポートＧ１とするように流路切替部７４Ａを制御する。制御装置１００は、ステップＳ４２で開閉弁７８を閉止し、ステップＳ４３で開閉弁７６を開いた後、ステップＳ４８においてメインルーチンに処理を戻す。

吐出温度ＴＨが目標温度ＴＨｔｈ２より低い場合（Ｓ４１でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ４４～Ｓ４５の処理を順次実行して冷媒の行き先をアキュムレータ８９Ｂの入口の配管８９Ａとするように流路切替部７４Ａを制御する。制御装置１００は、ステップＳ４４で開閉弁７６を閉止し、ステップＳ４５で開閉弁７８を開いた後、ステップＳ４８においてメインルーチンに処理を戻す。

一方、冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２より低い場合（Ｓ４０でＮＯ）には、過冷却度は確保できているので通常のインジェクション流路の状態に戻すため、ステップＳ４６において開閉弁７６、７８が閉状態、ステップＳ４７において開閉弁７５が開状態とされた後に、ステップＳ４８に処理が進められる。

以上のように接続先を選択できることにより、例えば配管８２における過冷却度が確保されていない状態で圧縮機１０の液冷媒の吸入を検知した場合には、インジェクション流路１０１の接続先をアキュムレータ８９Ｂの手前に切り替えることで過冷却度の確保と圧縮機１０への液冷媒の吸入防止とを両立することができる。また過冷却度が確保できていない状態でアキュムレータ８９Ｂの後の吸入ポートＧ１にインジェクション流路１０１を接続し、冷却された冷媒を直接送り込むことで吐出温度ＴＨの抑制をすることができる。

図８は、変形例１の冷凍サイクル装置２０１の構成を示す図である。冷凍サイクル装置２０１は、インジェクション流路の接続先が吸入ポートＧ１単体のみとされた構成を有する。図９は、変形例２の冷凍サイクル装置２０１Ａの構成を示す図である。冷凍サイクル装置２０１Ａは、インジェクション流路の接続先がアキュムレータ８９Ｂの入口の配管８９Ａ単体のみとされた構成を有する。図１０は、変形例３の冷凍サイクル装置２０１Ｂの構成を示す図である。冷凍サイクル装置２０１Ｂは、インジェクション流路の接続先が中間圧ポートＧ３単体のみとされた構成を有する。

以上図８～図１０に示すように冷凍サイクル装置の使用条件により各接続先単体での構造とすることもできる。

例えば、冷凍サイクル装置を冷凍条件などが限られた条件で使用する場合、中間圧力を十分に低下させることができるため、過冷却度が常に確保できるようであれば図１０に示すように圧縮機１０への中間圧ポートＧ３のみの接続とすることもできる。同様に吐出温度の上昇しないような条件での使用に限られている場合は、図９に示すように配管８９Ａへの接続のみでの構成とすることができる。

以上、冷凍サイクル装置１を備える冷凍機を例示して本実施の形態を説明したが、冷凍サイクル装置１は、空気調和機などに利用されても良い。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ 冷凍サイクル装置、２，２Ａ 室外ユニット、３ 負荷装置、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、２２ ファン、２８，７５，７６，７８ 開閉弁、３０ 熱交換器、４０ 第２膨張弁、５０ 第１膨張弁、６０ 蒸発器、７１ 第３膨張弁、７２ 流量調整弁、７３ 受液器、７４，７４Ａ 流路切替部、８０～８５，８９，８９Ａ，９１～９４，９６～９８ 配管、７７ 減圧装置、８４，８８ 延長配管、８９Ｂ アキュムレータ、９５ ガス抜き通路、１００ 制御装置、１０１ インジェクション流路、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１１０～１１３ 圧力センサ、１２０～１２５ 温度センサ、Ｇ１ 吸入ポート、Ｇ２ 吐出ポート、Ｇ３ 中間圧ポート、Ｈ１ 第１通路、Ｈ２ 第２通路。

Claims (6)

1. 第１膨張弁および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の室外ユニットであって、
   吸入ポート、吐出ポート、中間圧ポートを有する圧縮機と、
   凝縮器と、
   第１通路および第２通路を有し、前記第１通路を流れる冷媒と前記第２通路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成された熱交換器と、
   第２膨張弁とを備え、
   前記圧縮機から、前記凝縮器、前記熱交換器の前記第１通路、前記第２膨張弁に至る流路は、前記負荷装置と共に、冷媒が循環する循環流路を形成し、
   前記循環流路の前記第１通路の出口と前記第２膨張弁との間の部分から、前記第２通路の入口に冷媒を流す第１冷媒流路と、
   前記第１冷媒流路に配置される第３膨張弁と、
   前記第２通路の出口から前記圧縮機の前記吸入ポートまたは前記中間圧ポートに冷媒を流す第２冷媒流路と、
   前記第２冷媒流路に配置され、前記第２通路の出口から流出する冷媒の行き先として前記吸入ポートおよび前記中間圧ポートのいずれか一方を選択可能な流路切替部とをさらに備え、
   前記流路切替部は、
   前記第２通路の出口と前記中間圧ポートとの間に設けられた第１開閉弁と、
   前記第２通路の出口と前記吸入ポートとの間に配置された第２開閉弁とを含み、
   前記第１冷媒流路に配置され、冷媒を貯留する受液器をさらに備え、
   前記第３膨張弁は、前記循環流路の前記第１通路の出口と前記第２膨張弁との間の部分と前記受液器の入口との間に配置される、室外ユニット。
2. 前記圧縮機と前記第１開閉弁および前記第２開閉弁とを制御するように構成された制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記受液器に冷媒を回収するポンプダウン運転を実行する場合には、前記圧縮機を運転しつつ、前記第２開閉弁を閉止するように構成される、請求項１に記載の室外ユニット。
3. 前記受液器のガス排出口と前記第２通路との間に設けられ前記受液器内の冷媒ガスを排出するガス抜き通路と、
   前記受液器の液冷媒出口に配置された流量調整弁とをさらに備える、請求項１に記載の室外ユニット。
4. 前記圧縮機および前記流量調整弁を制御するように構成された制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧縮機における冷凍機油が減少する油回収条件が成立した場合には、前記第３膨張弁の開度を増加させ、前記流量調整弁の開度を減少させるように構成される、請求項３に記載の室外ユニット。
5. 前記室外ユニットは、
   アキュムレータをさらに備え、
   前記アキュムレータは、前記循環流路において前記負荷装置から前記圧縮機の前記吸入ポートに向かう冷媒を一旦蓄積するように構成され、
   前記流路切替部は、前記第２通路の出口と前記アキュムレータの冷媒入口とを結ぶ流路を開閉する第３開閉弁をさらに含む、請求項１に記載の室外ユニット。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の室外ユニットと、前記負荷装置とを備える冷凍サイクル装置。
   

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