JP5831134B2 - 熱源ユニットセット及び冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱源ユニット、熱源ユニットセット及び冷凍装置に関する。

従来、利用ユニットと熱源ユニットとを備えた冷凍装置が知られている。熱源ユニットは、圧縮機構、熱源側熱交換器、レシーバなどを備えている（例えば特許文献１参照）。レシーバは、液冷媒を貯留する容器と、熱源側熱交換器の冷媒流路において凝縮された液冷媒が容器内に導入される導入経路と、容器内の液冷媒を容器から導出する導出経路とを備えている。導入経路は、容器内において開口する開口部（開口端）を有し、導出経路は、容器内において開口する開口部（開口端）を有している。通常のレシーバでは、容器内に貯留可能な液冷媒の量をできるだけ大きくするために、導入経路の開口部は容器内の上部に設けられている。これにより、レシーバは、液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たす。

一般に、熱源側熱交換器は、冷媒流路を構成する冷媒管を有している。ファンなどによって熱源側熱交換器に空気を送ることにより、冷媒流路（冷媒管内）を流れる冷媒は、空気と熱交換して凝縮する。熱源側熱交換器の冷媒流路に溜まる液冷媒の量が変化すると、冷媒の凝縮に使われる冷媒流路の実質的な容積が変わるので、熱源側熱交換器の凝縮能力が増減する。したがって、熱源側熱交換器の冷媒流路に溜まる液冷媒の量を調節することにより、熱源ユニットの高圧側の冷媒状態量（冷媒圧力、冷媒温度など）を制御することができる。

特開２００８−１６４２２５号公報

ところで、熱源側熱交換器の冷媒流路に溜まる液冷媒の量を増加させる場合には、容器内における液冷媒の液面高さが導入経路の開口部の高さ以上になっている必要がある。

しかしながら、通常のレシーバでは、上述したようにバッファとしての役割を果たすために導入経路の開口部は容器内の上部に設けられているので、液面高さが導入経路の開口部の高さに達するまでに比較的長い時間を要する場合がある。そして、液面高さが導入経路の開口部の高さに達する前の状態では熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量の制御がうまくできない。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レシーバが液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たしつつ、熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量を制御する際の応答性を向上させることである。

１）本発明の熱源ユニットは、熱源側熱交換器（３３）と、レシーバ（３４）とを備えている。前記レシーバ（３４）は、液冷媒を貯留する容器（５０）と、前記熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路において凝縮された液冷媒を前記容器（５０）内に導入する主経路（５１）と、前記主経路（５１）から分岐する分岐経路（５２）と、前記容器（５０）内の液冷媒を前記容器（５０）から導出する導出経路（５３）とを備えている。前記主経路（５１）は、前記容器（５０）内において開口する第１開口部（５１ａ）を有している。前記分岐経路（５２）は、前記容器（５０）内において前記第１開口部（５１ａ）よりも低い位置で開口する第２開口部（５２ａ）を有している。前記熱源ユニットは、前記第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許す第１モードと前記第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許さない第２モードとを切り換え可能な切換機構（ＳＶ１）と、前記切換機構（ＳＶ１）を制御して高圧側の冷媒状態量を調節する制御部（４）と、をさらに備えている。

この構成では、レシーバ（３４）は、主経路（５１）だけでなく分岐経路（５２）を備え、この分岐経路（５２）の第２開口部（５２ａ）は、主経路（５１）の第１開口部（５１ａ）よりも低い位置において開口しており、制御部（４）は、切換機構（ＳＶ１）を制御して第１モードと第２モードを切り換えることにより熱源ユニットの高圧側の冷媒状態量（冷媒圧力、冷媒温度など）を調節する。したがって、レシーバ（３４）が液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たしつつ、熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量の制御の応答性を向上させることができる。以下、高圧側の冷媒状態量として冷媒圧力を調節する場合を例に挙げて具体的に説明する。

例えば熱源ユニットの高圧側の冷媒圧力が適正である場合には、制御部（４）は、切換機構（ＳＶ１）を制御して、主経路（５１）の第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許す第１モードに設定する。レシーバ（３４）の容器（５０）内における液冷媒の液面が第１開口部（５１ａ）の高さより低い位置で変動している状態では、レシーバ（３４）は、熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に溜まる液冷媒量の増減に影響を与えない。この第１モードでは、レシーバ（３４）は、液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たす。

一方、熱源ユニットの高圧側の冷媒圧力を上昇させる必要がある場合には、制御部（４）は、切換機構（ＳＶ１）を制御して、主経路（５１）の第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許さない第２モードに切り換える。この第２モードでは、容器（５０）内における液冷媒の液面高さが第１開口部（５１ａ）よりも低い位置であっても第２開口部（５２ａ）の高さ以上であれば、熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に溜める液冷媒の量を増加させることが可能になる。このような液面高さになると、導出経路（５３）を通じて容器（５０）から導出される液冷媒の量よりも熱源側熱交換器（３３）において凝縮して生じる液冷媒の量の方が多い場合には、熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に溜まる液冷媒の量が増加し始める。熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に溜まる液冷媒の量が増加すると、冷媒流路の実質的な容積が減少して熱源側熱交換器（３３）の凝縮能力が小さくなる。凝縮能力が小さくなると、熱源側熱交換器（３３）においてガス冷媒が凝縮しにくくなるので、高圧側の冷媒状態量（冷媒圧力、冷媒温度など）が大きくなる。

以上のように第２モードでは、第１モードに比べて熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に液冷媒を溜める時間を短縮することができるので、熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量の制御の応答性を向上させることができる。

２）前記熱源ユニットにおいて、前記導出経路（５３）は、前記容器（５０）内において開口する第３開口部（５３ａ）を有し、前記第３開口部（５３ａ）は、前記第１開口部（５１ａ）よりも低い位置にあり、前記第２開口部（５２ａ）よりも高い位置にあるのが好ましい。

この構成では、導出経路（５３）の第３開口部（５３ａ）が分岐経路（５２）の第２開口部（５２ａ）よりも高い位置にあるので、レシーバ（３４）の容器（５０）内における液冷媒の液面は、常時、第２開口部（５２ａ）の高さよりも上方に位置している。したがって、第１モードから第２モードに切り換えられた時点で既に、レシーバ（３４）は、熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に溜める液冷媒の量を増加させることが可能な状態にある。したがって、熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量の制御の応答性をさらに向上させることができる。

３）本発明の熱源ユニットセットは、冷媒回路（１０）において互いに並列に接続される第１熱源ユニット（３ａ）及び第２熱源ユニット（３ｂ）と、制御部（４）とを備えている。各熱源ユニットは、熱源側熱交換器（３３）と、レシーバ（３４）とを備えている。各熱源ユニットの前記レシーバ（３４）は、液冷媒を貯留する容器（５０）と、前記熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路において凝縮された液冷媒を前記容器（５０）内に導入する主経路（５１）と、前記主経路（５１）から分岐する分岐経路（５２）と、前記容器（５０）内の液冷媒を前記容器（５０）から導出する導出経路（５３）とを備えている。各熱源ユニットの前記主経路（５１）は、前記容器（５０）内において開口する第１開口部（５１ａ）を有している。各熱源ユニットの前記分岐経路（５２）は、前記容器（５０）内において前記第１開口部（５１ａ）よりも低い位置で開口する第２開口部（５２ａ）を有している。各熱源ユニットは、前記第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許す第１モードと前記第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許さない第２モードとを切り換え可能な切換機構（ＳＶ１）をさらに備えている。前記制御部（４）は、各熱源ユニットの前記切換機構（ＳＶ１）を制御して高圧側の冷媒状態量を調節する。各熱源ユニットは、高圧側の冷媒状態量を検出するための検出部（ＰＨ）をさらに備え、前記制御部（４）は、前記第１熱源ユニット（３ａ）の前記検出部（ＰＨ）による検出値と前記第２熱源ユニット（３ｂ）の前記検出部（ＰＨ）による検出値との差が予め定められた基準値（ＰＳ１）よりも大きい場合に、検出値の大きい方の熱源ユニットを前記第１モードに設定する一方で、検出値の小さい方の熱源ユニットを前記第２モードに設定する。

この構成では、各熱源ユニットにおいて、レシーバ（３４）が液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たしつつ、各熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量の制御の応答性を向上させることができる。またこの構成では、熱源ユニット間において高圧側の冷媒状態量の差が生じるのを抑制できる。以下に、高圧側の冷媒状態量として冷媒圧力を調節する場合を例に挙げて具体的に説明する。

例えば、熱源ユニット間における高圧側の冷媒圧力の差が基準値（ＰＳ１）よりも大きくなった場合には、冷媒圧力の小さい方の熱源ユニットが第２モードに設定され、冷媒圧力の大きい方の熱源ユニットが第１モードに設定される。第２モードに設定された冷媒圧力の小さい方の熱源ユニットでは、第１モードの場合に比べて熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に液冷媒を溜める時間を短縮することができるので、高圧側の冷媒圧力の制御の応答性が高められる。第２モードに設定された熱源ユニットにおいて、熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に液冷媒が溜まると、冷媒流路の実質的な容積が減少して熱源側熱交換器（３３）の凝縮能力が小さくなる。これにより、高圧側の冷媒圧力が大きくなるので、熱源ユニット間における高圧側の冷媒圧力の差が小さくなる。

また、高圧側の冷媒圧力差が基準値（ＰＳ１）以下の状態、すなわち両方の熱源ユニットにおける高圧側の冷媒圧力を調節する必要がない状態では、例えば両方の熱源ユニットを第１モードに設定すればよい。これにより、各レシーバ（３４）は液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たす。

５）前記熱源ユニットセットにおいて、各熱源ユニットでは、前記導出経路（５３）は、前記容器（５０）内において開口する第３開口部（５３ａ）を有し、前記第３開口部（５３ａ）は、前記第１開口部（５１ａ）よりも低い位置にあり、前記第２開口部（５２ａ）よりも高い位置にあるのが好ましい。

この構成では、導出経路（５３）の第３開口部（５３ａ）が分岐経路（５２）の第２開口部（５２ａ）よりも高い位置にあるので、各レシーバ（３４）の容器（５０）内における液冷媒の液面は、常時、第２開口部（５２ａ）の高さよりも上方に位置している。したがって、第１モードから第２モードに切り換えられた時点で既に、レシーバ（３４）は、熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路に溜める液冷媒の量を増加させることが可能な状態にある。したがって、各熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量の制御の応答性をさらに向上させることができる。

６）本発明の冷凍装置は、利用ユニット（２）と、前記冷媒回路（１０）において前記第１熱源ユニット（３ａ）及び前記第２熱源ユニット（３ｂ）が前記利用ユニット（２）に対して並列に接続される前記熱源ユニットセットと、を備えている。

本発明によれば、レシーバが液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たしつつ、熱源ユニットにおける高圧側の冷媒状態量を制御する際の応答性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る熱源ユニットセットを備えた冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、前記熱源ユニットセットの熱源ユニットにおける熱源側熱交換器、レシーバ及びファンを示す概略図である。 前記冷凍装置の制御例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１について図面を参照して説明する。

＜冷凍装置の全体構成＞
図１に示すように、冷凍装置１は、２つの熱源ユニット３（第１熱源ユニット３ａ及び第２熱源ユニット３ｂ）と、利用ユニット２と、制御部４とを備えている。冷凍装置１は、冷媒回路１０を備えている。この冷媒回路１０において、第１熱源ユニット３ａと第２熱源ユニット３ｂは、利用ユニット２に対して互いに並列に接続されている。なお、図１において、２つの熱源ユニット３ａ，３ｂは同一の構成であるので、第２熱源ユニット３ｂにおける各部の記載を省略している。

各熱源ユニット３は、熱源ユニット回路３０を備えている。利用ユニット２は、利用ユニット回路２０を備えている。各熱源ユニット回路３０の一端には閉鎖弁１３が設けられており、各熱源ユニット回路３０の他端には閉鎖弁１４が設けられている。冷媒回路１０は、２つの熱源ユニット回路３０と、利用ユニット回路２０と、これらを接続する液側連絡配管１１及びガス側連絡配管１２とを備えている。

液側連絡配管１１は、利用ユニット回路２０の液側の端部に接続されている連絡配管１１ａｂと、連絡配管１１ａｂが分岐した連絡配管１１ａ及び連絡配管１１ｂとを含む。連絡配管１１ａは、第１熱源ユニット３ａの熱源ユニット回路３０における閉鎖弁１３に接続されている。連絡配管１１ｂは、第２熱源ユニット３ｂの熱源ユニット回路における閉鎖弁に接続されている。

ガス側連絡配管１２は、利用ユニット回路２０のガス側の端部に接続されている連絡配管１２ａｂと、連絡配管１２ａｂが分岐した連絡配管１２ａ及び連絡配管１２ｂとを含む。連絡配管１２ａは、第１熱源ユニット３ａの熱源ユニット回路３０における閉鎖弁１４に接続されている。連絡配管１２ｂは、第２熱源ユニット３ｂの熱源ユニット回路における閉鎖弁に接続されている。

＜熱源ユニット＞
上述したように２つの熱源ユニット３ａ，３ｂは同一の構成であるので、以下では第２熱源ユニット３ｂの説明は省略し、主に第１熱源ユニット３ａについて説明する。

熱源ユニット３ａの熱源ユニット回路３０は、圧縮機構３１と、熱源側熱交換器３３と、レシーバ３４と、過冷却熱交換器３５と、過冷却用膨張弁３６と、膨張弁３７とを備えている。

圧縮機構３１は、３つ圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒを含む。圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒとしては、例えば全密閉式高圧ドーム型のスクロール圧縮機を用いることができる。これらの圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒは、熱源ユニット回路３０において互いに並列に接続されている。圧縮機３１Ｌは、インバータの出力周波数を変化させて電動機の回転数を変化させることによって容量が可変な可変容量圧縮機である。圧縮機３１Ｍ，３１Ｒは、電動機が常時一定の所定回転数で運転され、容量が変更不能な固定容量圧縮機である。

圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒは、吸入管６１Ｌ，６１Ｍ，６１Ｒから流入した冷媒を圧縮し、圧縮した高圧の冷媒を吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒへ吐出する。吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒには、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒから吐出合流管６２に向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁ＣＶがそれぞれ設けられている。吐出合流管６２は、熱源側熱交換器３３の一端（ガス側の端部）に接続されている。

熱源側熱交換器３３としては、例えばフィンと冷媒管とを有するクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いることができる。熱源側熱交換器３３の近傍には、ファン３８が配置されている。このファン３８により送られる室外空気と熱源側熱交換器３３の冷媒流路（冷媒管内）を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

レシーバ３４は、熱源側熱交換器３３と過冷却熱交換器３５との間に配置され、熱交換器３３で凝縮した高圧の液冷媒を一時的に貯留する。レシーバ３４は、液冷媒を貯留する容器５０と、熱源側熱交換器３３の冷媒流路において凝縮された液冷媒を容器５０内に導入する主経路５１と、主経路５１から分岐する分岐経路５２と、容器５０内の液冷媒を容器５０から導出する導出経路５３とを備えている。

主経路５１の一端は、熱源側熱交換器３３における液側の端部に接続されている。主経路５１は、容器５０の頂部に設けられた図略の孔を通じて容器５０内に挿入されている。主経路５１の他端は、容器５０内の上部に位置している。導出経路５３は、容器５０の底部に設けられた図略の孔を通じて容器５０内に挿入されている。導出経路５３の一端は、容器５０内の下部（主経路５１の他端よりも下）に位置している。導出経路５３の他端は、サイトグラス５４を介して液管６６に接続されている。

過冷却熱交換器３５としては、例えばプレート型熱交換器を用いることができる。過冷却熱交換器３５は、高圧側流路３５Ｈ及び低圧側流路３５Ｌを流れる冷媒同士を熱交換させる。

高圧側流路３５Ｈの流入端は、液管６６に接続されている。高圧側流路３５Ｈの流出端は、液管６７を介して閉鎖弁１３に接続されている。液管６６には、レシーバ３４の底部から高圧側流路３５Ｈの流入端に向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁ＣＶが設けられている。液管６６には、逆止弁ＣＶとレシーバ３４の底部との間から分岐管６３が分岐している。分岐管６３は、さらに３つの分岐管６３ａ，６３ｂ，６３ｃに分岐している。

分岐管６３ａは、低圧側流路３５Ｌの流入端に接続されている。過冷却用膨張弁３６は、分岐管６３ａに設けられている。過冷却用膨張弁３６としては、例えば開度が調整可能な電子膨張弁を用いることができる。低圧側流路３５Ｌの流出端は、インジェクション管６８の一端（流入端）に接続されている。

分岐管６３ｂは、インジェクション管６８に接続されている。膨張弁３７は、分岐管６３ｂに設けられている。分岐管６３ｃは、液管６７に接続されている。分岐管６３ｃには、液管６７から分岐管６３に向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁ＣＶが設けられている。

インジェクション管６８の他端（流出端）は、３つの分岐インジェクション管６８Ｌ，６８Ｍ，６８Ｒに分岐している。分岐インジェクション管６８Ｌ，６８Ｍ，６８Ｒは、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒの中間圧の圧縮室にそれぞれ接続されている。インジェクション管６８，６８Ｌ，６８Ｍ，６８Ｒは、過冷却熱交換器３５から圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒにおける中間圧の圧縮室にガス冷媒を注入する。

可変容量の圧縮機３１Ｌに接続される分岐インジェクション管６８Ｌには、膨張弁ＥＶが設けられている。固定容量の圧縮機３１Ｍ，３１Ｒに接続される分岐インジェクション管６８Ｍ，６８Ｒには、逆止弁ＣＶ及び電磁弁ＳＶが設けられている。これらの逆止弁ＣＶは、圧縮機３１Ｍ，３１Ｒに向かう冷媒の流れのみを許容する。

吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒには、逆止弁ＣＶの上流側に油セパレータ９１Ｌ，９１Ｍ，９１Ｒが設けられている。油セパレータ９１Ｌ，９１Ｍ，９１Ｒは、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒから吐出された冷媒から冷凍機油を分離させる。油セパレータ９１Ｌ，９１Ｍ，９１Ｒには、それぞれ油戻し管９２Ｌ，９２Ｍ，９２Ｒが接続されている。

油戻し管９２Ｌ，９２Ｍ，９２Ｒは、油戻し合流管９２の一端（流入端）に合流している。油戻し合流管９２の他端（流出端）は、インジェクション管６８に接続されている。したがって、油戻し合流管９２は、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒの中間圧の圧縮室に連通している。

油戻し管９２Ｌには、キャピラリチューブＣＰが設けられている。油戻し管９２Ｍには、油セパレータ９１Ｍから順に、逆止弁ＣＶとキャピラリチューブＣＰが設けられている。油戻し管９２Ｒには、油セパレータ９１Ｒから順に、逆止弁ＣＶとキャピラリチューブＣＰが設けられている。油戻し管９２Ｍ，９２Ｒに設けられた逆止弁ＣＶは、油戻し合流管９２へ向かう冷凍機油の流れのみを許容する。

油セパレータ９１Ｌ，９１Ｍ，９１Ｒで分離された冷凍機油は、油戻し管９２Ｌ，９２Ｍ，９２Ｒを介して油戻し合流管９２に合流した後、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒの中間圧の圧縮室に流入する。つまり、油セパレータ９１Ｌ，９１Ｍ，９１Ｒからの冷凍機油は、吸入管６１Ｌ，６１Ｍ，６１Ｒを介さずに、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒの中間圧の圧縮室へ戻されるため、低圧冷媒で冷却されることによって粘度が上昇することが回避される。

熱源ユニット回路３０は、各種センサを備えている。具体的に、吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒには、それぞれ吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒの温度を検出する吐出管温度センサＴＬ，ＴＭ，ＴＲが設けられている。吸入管６１には、吸入管６１の温度を検出する吸入管温度センサＴ３が設けられている。液管６７には、液冷媒の温度を検出する温度センサＴ４が設けられている。

ファン３８の近傍には、外気温度を検出するための外気温センサＴｏｕｔが設けられている。分岐管６３ａにおける過冷却用膨張弁３６の下流側には、過冷却熱交換器３５に流入される冷媒の温度を検出する温度センサＴ１が設けられている。インジェクション管６８には、過冷却熱交換器３５から流出される冷媒の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。

吸入管６１には、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒに分かれて吸入される低圧冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサＰＬが設けられている。吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒの合流箇所即ち、吐出合流管６２の流入端には、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒから吐き出されて合流された高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサ（検出部）ＰＨが設けられている。

図２（Ａ）は、熱源側熱交換器３３、レシーバ３４及びファン３８を示す概略図である。図２（Ａ）に示すように、レシーバ３４の主経路５１は、容器５０内において開口する第１開口部（開口端）５１ａを有している。分岐経路５２は、容器５０内において開口する第２開口部（開口端）５２ａを有している。導出経路５３は、容器５０内において開口する第３開口部（開口端）５３ａを有している。

容器５０内において、第３開口部５３ａの位置（容器５０の底面からの高さｈ３）は、第１開口部５１ａの位置（容器５０の底面からの高さｈ１）よりも低く、第２開口部５２ａの位置（容器５０の底面からの高さｈ２）よりも高い。第１開口部５１ａは、容器５０の高さ方向の真ん中よりも上に位置している。具体的に、第１開口部５１ａは、容器５０内の上面近傍に位置している。第２開口部５２ａ及び第３開口部５３ａは、容器５０の高さ方向の真ん中よりも下に位置している。具体的に、第２開口部５２ａ及び第３開口部５３ａは、容器５０内の底面近傍に位置している。

主経路５１には、切換機構としての電磁弁ＳＶ１が設けられている。分岐経路５２は、主経路５１における電磁弁ＳＶ１よりも熱源側熱交換器３３側の位置から分岐している。

電磁弁ＳＶ１は、第１開口部５１ａにおける液冷媒の流通を許す第１モードと第１開口部５１ａにおける液冷媒の流通を許さない第２モードとを切り換え可能である。すなわち、第１モードでは、電磁弁ＳＶ１が開状態とされ、第２モードでは、電磁弁ＳＶ１が閉状態とされる。

＜利用ユニット＞
利用ユニット２としては、スーパーマーケット、コンビニエンスストアなどに設置されるショーケース、冷蔵庫、冷凍庫などが例示できるが、これらに限定されず、空気調和装置の室内機などであってもよい。空気調和装置の室内機として用いる場合、例えば熱源ユニット３に四路切換弁を設け、この四路切換弁を切り換えることによって冷房運転と暖房運転の切り換えが可能になる。

利用ユニット２の利用ユニット回路２０は、利用側熱交換器２３と、利用側膨張弁２７とを備えている。利用側熱交換器２３の液側の端部は、液管７１を介して連絡配管１１ａｂに接続されている。利用側熱交換器２３のガス側の端部は、ガス管７２を介して連絡配管１２ａｂに接続されている。

利用側熱交換器２３としては、例えばクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いることができる。利用側熱交換器２３の近傍にはファン２８が設けられている。利用側熱交換器２３は、ファン２８によって送られる室内空気と利用側熱交換器２３内に循環される冷媒との間で熱交換を行う。利用側膨張弁２７は、液管７１に設けられている。利用側膨張弁２７としては、例えば開度が調整可能な電子膨張弁を用いることができる。室内ファン２８の近傍には、室内の温度を検出する室内温度センサＴｉｎが設けられている。ガス管７２には、ガス冷媒の温度を検出する温度センサＴｅが設けられている。

＜制御部＞
制御部４は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを備えたマイクロコンピュータで構成されている。制御部４には、温度センサＴ１〜Ｔ４，Ｔｅ，ＴＬ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔｏｕｔ，Ｔｉｎ及び圧力センサＰＬ，ＰＨの検出値を示す制御信号が入力される。制御部４は、これらの制御信号に基づいて圧縮機構３１の運転制御、各膨張弁の開度制御、各電磁弁の開閉制御などを行う。前記メモリには、後述する基準値ＰＳ１，ＰＳ２などが記憶されている。

＜冷凍装置の動作＞
次に、冷凍装置１の動作について説明する。まず、冷凍装置１において利用ユニット２の庫内（冷蔵庫内、冷凍庫内など）が冷却される流れについて説明する。

制御部４は、各熱源ユニット３における圧縮機構の３つの圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒのうちの少なくとも１つを運転させ、各膨張弁、各電磁弁ＳＶ、各ファンなどを利用ユニット２の負荷に応じて適宜調節する。これにより、図１における矢印方向に冷媒が循環する。具体的には、以下の通りである。

圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒによって圧縮された高圧の冷媒は、吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒ及び吐出合流管６２を通って熱源側熱交換器３３に流入する。

吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒに設けられた油セパレータ９１Ｌ，９１Ｍ，９１Ｒは、吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒを流れる高圧の冷媒から冷凍機油を分離して貯留する。貯留された冷凍機油は、油戻し管９２Ｌ，９２Ｍ，９２Ｒ及び油戻し合流管９２を通ってインジェクション管６８に流入する。

熱源側熱交換器３３は、流入した高圧冷媒を室外空気に放熱させ、高圧冷媒を凝縮させる。凝縮した液冷媒は、主経路５１を通ってレシーバ３４に導入され、導出経路５３を通じてレシーバ３４から導出され、液管６６に流入する。液管６６に流入した冷媒は、一部が分岐管６３に流入し、残りは過冷却熱交換器３５の高圧側流路３５Ｈに流入する。

分岐管６３に流入した冷媒は、分岐管６３ａ，６３ｂに分流する。分岐管６３ａに流入した冷媒は、膨張弁３６により減圧された後、過冷却熱交換器３５の低圧側流路３５Ｌに流入する。分岐管６３ｂに流入した冷媒は、膨張弁３７により減圧された後、インジェクション管６８に流入する。

過冷却熱交換器３５では、高圧側流路３５Ｈを流れる冷媒と低圧側流路３５Ｌを流れる冷媒とが熱交換して、高圧側流路３５Ｈを流れる冷媒が過冷却され、低圧側流路３５Ｌを流れる冷媒が蒸発する。低圧側流路３５Ｌにおいて蒸発したガス冷媒は、インジェクション管６８に流入する。高圧側流路３５Ｈにおいて過冷却された液冷媒は、液管６７に流入する。液管６７に流入した液冷媒の一部は、分岐管６３ｃに流入して分岐管６３に戻り、残りは液側連絡配管１１に流入する。

第１熱源ユニット３ａの液管６７から連絡配管１１ａに流入した液冷媒と第２熱源ユニット３ｂの液管６７から連絡配管１１ｂに流入した液冷媒とは、連絡配管１１ａｂにおいて合流し、利用ユニット２の利用ユニット回路２０に流入する。

利用ユニット回路２０に流入した液冷媒は、膨張弁２７によって減圧された後、利用側熱交換器２３に流入する。利用側熱交換器２３に流入した低圧冷媒は、庫内空気から吸熱して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。蒸発したガス冷媒は、連絡配管１２ａｂに流入し、連絡配管１２ａと連絡配管１２ｂに分流する。連絡配管１２ａを流れるガス冷媒は、第１熱源ユニット３ａの熱源ユニット回路３０に流入し、連絡配管１２ｂを流れるガス冷媒は、第２熱源ユニット３ｂの熱源ユニット回路３０に流入する。

各熱源ユニット回路３０に流入した冷媒は、吸入管６１に流入した後、吸入管６１Ｌ，６１Ｍ，６１Ｒに分流する。吸入管６１Ｌ，６１Ｍ，６１Ｒに流入した冷媒は、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒに吸入され、圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒにおいて圧縮された後、再び吐出管６２Ｌ，６２Ｍ，６２Ｒに吐出される。

一方、インジェクション管６８に流入したガス冷媒は、油戻し合流管９２に流入した冷凍機油とともに、分岐インジェクション管６８Ｌ，６８Ｍ，６８Ｒを通って圧縮機３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｒにおける中間圧の圧縮室に導入される。ガス冷媒のインジェクション量は、過冷却用膨張弁３６の開度によって調整される。冷凍装置１では、冷媒が冷媒回路１０を上記のように循環する。

次に、冷媒回路１０における高圧側の冷媒圧力の制御例について説明する。本実施形態では、制御部４は、電磁弁ＳＶ１を制御して高圧側の冷媒圧力を調節する。制御部４は、第１熱源ユニット３ａの高圧圧力センサＰＨによる検出値と第２熱源ユニット３ｂの高圧圧力センサＰＨによる検出値との差が予め定められた基準値ＰＳ１よりも大きい場合に、検出値の大きい方の熱源ユニット３のレシーバ３４を第１モードに設定する一方で、検出値の小さい方の熱源ユニット３のレシーバ３４を第２モードに設定する。具体的には次の通りである。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、レシーバ３４が第１モードに設定されている状態を示しており、図２（Ｃ）は、レシーバ３４が第２モードに設定されている場合を示している。図３は、高圧側の冷媒圧力の制御例を示すフローチャートである。

制御部４は、冷凍装置１の冷却運転が開示されると、第１熱源ユニット３ａ及び第２熱源ユニット３ｂを両方とも第１モードに設定するように制御する（ステップＳ１）。具体的に、制御部４は、第１熱源ユニット３ａにおける電磁弁ＳＶ１及び第２熱源ユニット３ｂにおける電磁弁ＳＶ１が両方とも開状態になるように各電磁弁ＳＶ１を制御する。

各熱源ユニット３のレシーバ３４が第１モードに設定されている場合、図２（Ａ）に示すように容器５０内における液冷媒の液面Ｌの高さが第１開口部５１ａの高さｈ１よりも低い位置で変動している状態では、レシーバ３４は、熱源側熱交換器３３の冷媒流路に溜まる液冷媒量の増減に影響を与えない。

この第１モードでは、図２（Ｂ）に示すように液冷媒の液面Ｌの高さが第１開口部５１ａの高さｈ１以上になると、導出経路５３を通じて容器５０から導出される液冷媒の量よりも熱源側熱交換器３３において凝縮して生じる液冷媒の量の方が多い場合には、熱源側熱交換器３３の冷媒流路に溜まる液冷媒の量が増加し始める。

次に、制御部４は、第１熱源ユニット３ａにおける高圧圧力センサＰＨによる検出値ＰＨ１（冷媒圧力ＰＨ１）と、第２熱源ユニット３ｂにおける高圧圧力センサＰＨによる検出値ＰＨ２（冷媒圧力ＰＨ２）との差の絶対値が予め定められた基準値ＰＳ１よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２）。冷媒圧力ＰＨ１と冷媒圧力ＰＨ２の差の絶対値が基準値ＰＳ１以下である場合には、制御部４はステップＳ２の判別を繰り返す。

一方、冷媒圧力ＰＨ１と冷媒圧力ＰＨ２の差の絶対値が基準値ＰＳ１よりも大きい場合には、制御部４は、冷媒圧力の小さい方の熱源ユニット３のレシーバ３４を第２モードに設定し、冷媒圧力の大きい方の熱源ユニット３のレシーバ３４を第１モードに設定する（ステップＳ３）。

冷媒回路１０において第１熱源ユニット３ａと第２熱源ユニット３ｂは利用ユニットに対して並列に接続されている。したがって、高圧側の冷媒圧力差が大きくなると、冷媒圧力の小さい方の熱源ユニット３の液冷媒は、冷媒圧力の大きい方の熱源ユニット３の液冷媒に比べて液側連絡配管１１に流れ込み難くなり、レシーバ３４の容器５０内に貯留される液冷媒の量は次第に増加する。

冷媒圧力差を小さくする手段としては、冷媒圧力の小さい方の熱源ユニット３における熱源側熱交換器３３の冷媒流路に溜まる液冷媒の量を増やす方法が挙げられる。例えば図２（Ｃ）において一点鎖線で囲まれた下部領域に液冷媒が溜まると、冷媒流路の実質的な容積（ガス冷媒が空気と熱交換可能な領域の容積）が小さくなるので、熱源側熱交換器３３の凝縮能力が低下する。凝縮能力が小さくなると、熱源側熱交換器３３においてガス冷媒が凝縮しにくくなるので、高圧側の冷媒圧力を上げることができる。これにより、冷媒圧力差を小さくすることができる。

このように熱源側熱交換器３３の冷媒流路に溜める液冷媒を増加させるには、レシーバ３４が第１モードに設定されている場合には、図２（Ｂ）に示すように液冷媒の液面Ｌが第１開口部５１ａの高さｈ１以上になる必要がある。一方、レシーバ３４が第２モードに設定されている場合には、図２（Ｃ）に示すように液冷媒の液面Ｌの高さが第１開口部５１ａの高さｈ１よりも低い位置であっても第２開口部５２ａの高さｈ２以上であれば、熱源側熱交換器３３の冷媒流路に溜める液冷媒の量を増加させることができる。したがって、第２モードに設定された冷媒圧力の小さい方の熱源ユニット３では、第１モードに設定されている場合に比べて、高圧側の冷媒圧力の制御の応答性が高められる。

次に、制御部４は、第１熱源ユニット３ａにおける冷媒圧力ＰＨ１と、第２熱源ユニット３ｂにおける冷媒圧力ＰＨ２との差の絶対値が予め定められた第２基準値ＰＳ２よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ４）。第２基準値ＰＳ２は、基準値ＰＳ１よりも小さい値であり、ハンチング現象を抑制するための基準値である。冷媒圧力差の絶対値が第２基準値ＰＳ２以上である場合には、制御部４はステップＳ４の判別を繰り返す。

一方、冷媒圧力差の絶対値が第２基準値ＰＳ２よりも小さい場合には、制御部４は、ステップＳ１に戻り、両方の熱源ユニット３のレシーバ３４を第１モードに設定し、上述した制御を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態では、レシーバ３４は、主経路５１だけでなく分岐経路５２を備え、この分岐経路５２の第２開口部５２ａは、主経路５１の第１開口部５１ａよりも低い位置において開口しており、制御部４は、電磁弁ＳＶ１を制御して第１モードと第２モードを切り換えることにより熱源ユニット３の高圧側の冷媒圧力を調節する。したがって、レシーバ３４が液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たしつつ、熱源ユニット３における高圧側の冷媒圧力の制御の応答性を向上させることができる。

また、本実施形態では、導出経路５３の第３開口部５３ａが分岐経路５２の第２開口部５２ａよりも高い位置にあるので、レシーバ３４の容器５０内における液冷媒の液面Ｌは、常時、第２開口部５２ａの高さｈ２よりも上方に位置している。したがって、第１モードから第２モードに切り換えられた時点で既に、レシーバ３４は、熱源側熱交換器３３の冷媒流路に溜める液冷媒の量を増加させることが可能な状態にある。したがって、熱源ユニット３における高圧側の冷媒状態量の制御の応答性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、各熱源ユニット３において、レシーバ３４が液冷媒を一時的に貯留するバッファとしての役割を果たしつつ、熱源ユニット３における高圧側の冷媒圧力の制御の応答性を向上させることができる。また、第２モードでは、高圧側の冷媒状態量を調節するのに必要な液冷媒の量が少なくて済むので、冷媒の循環量を少なくすることができ、省冷媒化を図ることができる。

また、本実施形態では、各熱源ユニット３は、高圧側の冷媒圧力を検出するための高圧圧力センサＰＨを備え、制御部４は、第１熱源ユニット３ａにおける高圧圧力センサＰＨによる検出値と第２熱源ユニット３ｂにおける高圧圧力センサＰＨによる検出値との差が予め定められた基準値よりも大きい場合に、検出値の大きい方の熱源ユニット３を第１モードに設定する一方で、検出値の小さい方の熱源ユニット３を第２モードに設定する。したがって、熱源ユニット３間において高圧側の冷媒圧力の差が生じるのを抑制できる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

例えば、前記実施形態では、熱源ユニット３間において、圧力センサＰＨにより検出される高圧側の冷媒圧力を比較してレシーバ３４の電磁弁を制御しているが、高圧側の冷媒温度などの他の冷媒状態量に基づいて制御してもよい。

また、前記実施形態では、レシーバ３４を第１モードから第２モードに切り換えることによって高圧側の冷媒状態量を調節する場合を例示したが、例えば第２モードに切り換えるとともに、ファン３８の回転数、圧縮機構３１の回転数、膨張弁の開度などを制御して熱源側熱交換器３３の冷媒流路に液冷媒を溜める時間をさらに短縮させてもよい。

また、前記実施形態では、切換機構として電磁弁ＳＶ１を用いる場合を例示したが、これに限定されない。切換機構としては、電磁弁以外の開閉弁を用いることもできる。また、切換機構としては、分岐経路５２が主経路５１から分岐する分岐点に設けられた切換弁を用いることもできる。この場合、前記切換弁は、熱源側熱交換器３３とレシーバ３４との間を、主経路５１のみで連通する第１経路と、主経路５１における熱源側熱交換器３３から前記分岐点までの部分と分岐経路５２で連通する第２経路とを切り換えることができる。さらに、切換機構としては、第１開口部５１ａにおける液冷媒の流通を許す第１モードと第１開口部５１ａにおける液冷媒の流通を許さない第２モードとを切り換え可能なものであればよく、弁に限定されない。

また、前記実施形態では、冷凍装置１が複数の熱源ユニット３を備えている場合を例示したが、本発明は、単一の熱源ユニット３を備えた冷凍装置１にも適用できる。この場合、次のような制御例が挙げられる。例えば、熱源ユニット３における高圧側の冷媒圧力の基準値（例えば下限値）が予め設定されており、制御部４は、冷媒圧力が前記基準値よりも小さいか否かを判断し、冷媒圧力が前記基準値よりも小さい場合には第２モードに設定し、冷媒圧力が前記基準値以上である場合には第１モードに設定すればよい。

また、前記実施形態では、第３開口部５３ａが第２開口部５２ａよりも高い位置に設けられている場合を例示したが、第３開口部５３ａが第２開口部５２ａと同じ高さ又は第２開口部５２ａよりも低い位置に設けられていてもよい。

また、前記実施形態では、冷凍装置１が過冷却熱交換器３５を備えている場合を例示したが、この過冷却熱交換器３５は省略してもよい。また、圧縮機構３１への中間インジェクションを省略してもよい。

１ 冷凍装置
１０ 冷媒回路
２ 利用ユニット
２０ 利用ユニット回路
３ 熱源ユニット
３ａ 第１熱源ユニット
３ｂ 第２熱源ユニット
３０ 熱源ユニット回路
３１ 圧縮機構
３３ 熱源側熱交換器
３４ レシーバ
４ 制御部
５０ 容器
５１ 主経路
５１ａ 第１開口部
５２ 分岐経路
５２ａ 第２開口部
５３ 導出経路
５３ａ 第３開口部
ＳＶ１ 電磁弁

Claims (3)

1. 冷媒回路（１０）において互いに並列に接続される第１熱源ユニット（３ａ）及び第２熱源ユニット（３ｂ）と、制御部（４）とを備えた熱源ユニットセットであって、
   各熱源ユニットは、熱源側熱交換器（３３）と、レシーバ（３４）とを備えており、
   各熱源ユニットの前記レシーバ（３４）は、液冷媒を貯留する容器（５０）と、前記熱源側熱交換器（３３）の冷媒流路において凝縮された液冷媒を前記容器（５０）内に導入する主経路（５１）と、前記主経路（５１）から分岐する分岐経路（５２）と、前記容器（５０）内の液冷媒を前記容器（５０）から導出する導出経路（５３）とを備え、
   各熱源ユニットの前記主経路（５１）は、前記容器（５０）内において開口する第１開口部（５１ａ）を有し、
   各熱源ユニットの前記分岐経路（５２）は、前記容器（５０）内において前記第１開口部（５１ａ）よりも低い位置で開口する第２開口部（５２ａ）を有し、
   各熱源ユニットは、前記第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許す第１モードと前記第１開口部（５１ａ）における液冷媒の流通を許さない第２モードとを切り換え可能な切換機構（ＳＶ１）をさらに備え、
   前記制御部（４）は、各熱源ユニットの前記切換機構（ＳＶ１）を制御して高圧側の冷媒状態量を調節し、
   各熱源ユニットは、高圧側の冷媒状態量を検出するための検出部（ＰＨ）をさらに備え、
   前記制御部（４）は、前記第１熱源ユニット（３ａ）の前記検出部（ＰＨ）による検出値と前記第２熱源ユニット（３ｂ）の前記検出部（ＰＨ）による検出値との差が予め定められた基準値（ＰＳ１）よりも大きい場合に、検出値の大きい方の熱源ユニットを前記第１モードに設定する一方で、検出値の小さい方の熱源ユニットを前記第２モードに設定する、熱源ユニットセット。
2. 各熱源ユニットにおいて、
   前記導出経路（５３）は、前記容器（５０）内において開口する第３開口部（５３ａ）を有し、
   前記第３開口部（５３ａ）は、前記第１開口部（５１ａ）よりも低い位置にあり、前記第２開口部（５２ａ）よりも高い位置にある、請求項１に記載の熱源ユニットセット。
3. 利用ユニット（２）と、
   前記冷媒回路（１０）において前記第１熱源ユニット（３ａ）及び前記第２熱源ユニット（３ｂ）が前記利用ユニット（２）に対して並列に接続される請求項１または２に記載の熱源ユニットセットと、を備えている冷凍装置。

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