JP6328269B2 - 熱源側ユニットおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、熱源側ユニットおよび冷凍サイクル装置に関するものである。

従来から、油分離器で分離した油を冷却し、冷却した油を圧縮機に戻す構成を備えた冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。例えば、特許文献１の冷凍装置では、油分離器で分離した油が、凝縮器の一部を利用した空冷式油冷却器で冷却され、その後に冷媒冷却油冷却器で冷却されている。

特開平４−２０３７６４号公報（第２頁、第１図）

特許文献１の冷凍装置では、凝縮器の一部が空冷式油冷却器として構成されているため、例えば油の冷却が不要な場合等においては、凝縮器の一部が機能せず、凝縮器の伝熱面積が有効に利用されていない。さらに、特許文献１の冷凍装置では、空冷式油冷却器のみでは、油の冷却を十分に行えない場合があるため、冷媒で油の冷却を行う冷媒冷却油冷却器が設けられている。特許文献１の冷媒冷却油冷却器は、油の冷却が不要な場合または空冷式油冷却器のみで油の冷却を行うことができる場合等には、不必要な構成となっている。

この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、熱源側熱交換器の伝熱面積を有効に利用して、冷媒または油を熱交換させることによって、冷凍サイクル装置の成績係数を向上させることができる熱源側ユニットおよび冷凍サイクル装置を得ることを目的としている。

この発明に係る熱源側ユニットは、圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒と油とを分離して、冷媒を冷媒流出部から流出させ、油を油流出部から流出させる、油分離器と、冷媒流出部に連通した第１流路と、油流出部に連通した第２流路と、第１流路に接続され、冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器と、第１流路および第２流路に接続され、冷媒または油を熱交換させるマルチ熱交換器と、を有する熱源側熱交換器と、マルチ熱交換器と第１流路または第２流路との連通を切り替える流路切替装置と、を備え、マルチ熱交換器は、第１流路と連通したときに冷媒熱交換器として機能し、第２流路と連通したときに油熱交換器として機能するものである。

また、この発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱源側ユニットを備えている。

この発明によれば、熱源側熱交換器の伝熱面積を有効に利用して、冷媒または油を熱交換させているため、冷凍サイクル装置の成績係数を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態１に係るマルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。 通常外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作の例を説明する図である。 高外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作の例を説明する図である。 低外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作の例を説明する図である。 実施の形態１の変形例１に関する図であって、通常外気温度のときの開閉装置の動作の例を説明する図である。 実施の形態１の変形例１に関する図であって、高外気温度のときの開閉装置の動作の例を説明する図である。 実施の形態１の変形例１に関する図であって、低外気温度のときの開閉装置の動作の例を説明する図である。 実施の形態１の変形例２に関する図であって、マルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。 実施の形態１の変形例３に関する図であって、冷凍サイクル装置の例を模式的に記載した図である。 実施の形態１の変形例３に関する図であって、マルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。 実施の形態１の変形例４に関する図であって、マルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の例を模式的に記載した図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
［冷凍サイクル装置］
図１は、この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の例を模式的に記載した図である。図１に示すように、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置３００は、利用側ユニット１００と熱源側ユニット２００とを備えている。利用側ユニット１００と熱源側ユニット２００とは配管で接続されており、冷媒が循環する冷媒循環回路４００が形成されている。なお、この実施の形態の冷凍サイクル装置３００では、例えばＲ３２またはＲ４１０Ａ等の断熱圧縮時のエンタルピーの差が大きい冷媒が使用されている。また、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置３００の熱源側ユニット２００は、油が流れる油流路４１０と、冷媒または油が選択的に流れるマルチ熱交換流路４２０と、冷媒循環回路４００に流れる冷媒の一部を圧縮機１にインジェクションするインジェクション流路４３０とを備えている。なお、図１において、冷媒循環回路４００は実線で図示されており、油流路４１０は点線で図示されており、マルチ熱交換流路４２０は一点鎖線で図示されている。

［利用側ユニット］
利用側ユニット１００は、開閉装置１３と、膨張装置１２と、利用側熱交換器２とを備え、これらが配管で接続されている。開閉装置１３は、開閉を切り替えて、膨張装置１２および利用側熱交換器２への冷媒の通過を制御するものであり、例えば電磁弁等で構成されている。なお、開閉装置１３は、省略されていてもよい。膨張装置１２は、冷媒を膨張させるものであり、例えば、開度を変更することができる電子式膨張弁、またはキャピラリーチューブ等で構成されている。利用側熱交換器２は、例えば冷媒と空気との熱交換を行わせるものである。例えば、利用側熱交換器２の近傍には、利用側熱交換器２へ空気を導く送風機（図示を省略）が設置されており、利用側熱交換器２での熱交換を促進するようになっている。

［熱源側ユニット］
熱源側ユニット２００は、圧縮機１と、油分離器４と、熱源側熱交換器５と、レシーバ７とを備え、これらが配管で接続されている。圧縮機１は、冷媒を圧縮するものであり、例えば低段圧縮部１ａと高段圧縮部１ｂとを含む二段スクリュー圧縮機である。低段圧縮部１ａと高段圧縮部１ｂとの間には、冷媒を注入することができる中間段１ｃが設けられている。低段圧縮部１ａは、利用側熱交換器２から冷媒ガスを吸い込み、第１段の圧縮を行って、中間段１ｃへ吐出する。高段圧縮部１ｂは、中間段１ｃから冷媒ガスを吸い込み、第２段の圧縮を行って、油分離器４へ吐出する。なお、この実施の形態に適用される圧縮機１は、上記の二段スクリュー圧縮機に限定されるものではない。例えば、圧縮機１は、スクロール圧縮機等の他の原理を利用した圧縮機であってもよく、一段または三段以上で構成された圧縮機であってもよい。圧縮機１で使用されているパーツには、温度に制約があるものがある。そのため、圧縮機１から吐出される冷媒の温度には制約が設けられている。圧縮機１から吐出される吐出冷媒の制約温度は、例えば８５度であるが、制約温度は、圧縮機１の仕様等によって変わるものであり、８５度に限定されるものではない。圧縮機１は、吐出冷媒の温度を例えば制約温度以下とするように制御されている。なお、圧縮機１は、例えば、図示を省略してあるインバータ等によって駆動され、回転数を調整することができるものであってもよい。また、熱源側ユニット２００は、熱源側ユニット２００の外部の外気温度を検出する温度センサ７０および熱源側ユニット２００の全体の制御を行う制御装置７２を備えている。制御装置７２は、例えば、温度センサ７０が検出した外気温度等を利用して、圧縮機１、インジェクション用膨張装置５０、ならびに開閉装置５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂおよび５５等の制御を行う。

油分離器４は、圧縮機１から吐出された冷媒と油とを分離するものである。油分離器４は、分離した冷媒を流出させる冷媒流出部４ａと、分離した油を流出させる油流出部４ｂとを有する。熱源側熱交換器５は、冷媒熱交換器５ａと１つ以上のマルチ熱交換器５ｂとを備えている。冷媒熱交換器５ａは、油分離器４で分離された冷媒と空気との熱交換を行わせるものである。マルチ熱交換器５ｂは、油分離器４で分離された冷媒または油と空気との熱交換を行わせるものである。この実施の形態では、１つの冷媒熱交換器５ａと、冷媒熱交換器５ａの下方に設けられた２つのマルチ熱交換器５ｂ（第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２）と、が一体的に形成された熱源側熱交換器５の例について説明する。なお、マルチ熱交換器５ｂが冷媒熱交換器５ａの上方に設けられていてもよく、マルチ熱交換器５ｂが冷媒熱交換器５ａの上方および下方に設けられていてもよいが、マルチ熱交換器５ｂを冷媒熱交換器５ａの下方に設置することによって、マルチ熱交換器５ｂが油と空気との熱交換を行わせる油熱交換器として作用するときに、油の放熱が効率良く行われる。冷媒熱交換器５ａとマルチ熱交換器５ｂとは、異なる伝熱面積を有している。冷媒熱交換器５ａは、マルチ熱交換器５ｂと比較して、小さい伝熱面積を有するものであってもよいが、冷媒熱交換器５ａが、マルチ熱交換器５ｂと比較して、大きい伝熱面積を有することによって、冷媒を熱交換させる伝熱面積を確実に確保することができる。送風機６は、熱源側熱交換器５へ空気を導くものであり、熱源側熱交換器５の近傍に設置されている。レシーバ７は、熱源側熱交換器５から流出した冷媒液を溜める機能を有するものである。なお、レシーバ７は、省略されていてもよい。

［冷媒循環回路］
冷媒循環回路４００は、圧縮機１と、油分離器４の冷媒流路と、熱源側熱交換器５の冷媒熱交換器５ａと、レシーバ７と、開閉装置１３と、膨張装置１２と、利用側熱交換器２とが、配管で環状に接続され、内部に冷媒が循環するものである。圧縮機１で圧縮された冷媒は、油分離器４で冷媒と油とに分離される。油分離器４で分離された冷媒は、冷媒流出部４ａから流出して、冷媒熱交換器５ａに流入する。冷媒熱交換器５ａで熱交換されて凝縮した冷媒は、レシーバ７および開閉装置１３を介して、膨張装置１２に流入する。膨張装置１２で膨張された冷媒は、利用側熱交換器２で熱交換されて蒸発し、圧縮機１に流入し再び圧縮される。

［油流路］
油流路４１０は、油分離器４の油流出部４ｂと圧縮機１とを接続するものである。油流路４１０の途中部には、開閉装置５５と逆止弁５６と逆止弁５８とが設置されている。油分離器４で分離された油は、例えば、開閉装置５５を通過し、その後に逆止弁５６を通過して、圧縮機１にインジェクションされる。この実施の形態の例では、逆止弁５６を通過した油は、圧縮機１の手前で分岐され、圧縮機１の低段圧縮部１ａと高段圧縮部１ｂとにインジェクションされるようになっている。低段圧縮部１ａと高段圧縮部１ｂとの間には、逆止弁５８が設置されており、油流路４１０を通って、高段圧縮部１ｂから低段圧縮部１ａに油が流れないように構成されている。開閉装置５５は、開閉を切り替えて、油流路４１０に流れる油の通過を制御するものであり、例えば電磁弁等で構成されている。逆止弁５６は、圧縮機１から第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２へ油が逆流することを防止するものである。

［インジェクション流路］
インジェクション流路４３０は、熱源側熱交換器５で熱交換された冷媒の一部を、圧縮機１にインジェクションするものである。インジェクション流路４３０は、冷媒循環回路４００のレシーバ７と開閉装置１３との間から分岐して、圧縮機１の中間段１ｃに接続されている。インジェクション流路４３０の途中部には、インジェクション用膨張装置５０が設置されている。インジェクション用膨張装置５０は、開度を変更することができる電子式膨張弁で構成されており、冷媒液の冷媒インジェクションを必要とするときに、冷媒の一部を圧縮機１にインジェクションできるように構成されている。この実施の形態では、油をインジェクションする油インジェクションのみでは、圧縮機１から吐出される冷媒の温度が制約温度を超えてしまう場合にのみ、冷媒インジェクションを行う。例えば、冷凍サイクル装置３００が過渡的に運転しているとき、または熱源側ユニット２００の外側の外気温度が非常に高いときに、油インジェクションのみでは吐出ガス冷媒温度の上昇を抑制できない場合があり、このような場合に冷媒インジェクションを行う。なお、冷凍サイクル装置３００が過渡的に運転しているときとは、例えば、冷凍サイクル装置３００の運転開始直後または冷凍サイクル装置３００の運転状態が急激に変化したとき等である。

［マルチ熱交換流路］
マルチ熱交換流路４２０は、途中部に「流路切替装置」およびマルチ熱交換器５ｂが設置されており、油分離器４の冷媒流出部４ａから流出した冷媒または油流出部４ｂから流出した油が、マルチ熱交換器５ｂに選択的に流れるようになっている。油分離器４の冷媒流出部４ａには、第１流路４０ａが連通しており、油分離器４の油流出部４ｂには、第２流路４０ｂが連通している。そして、マルチ熱交換器５ｂは、第１流路４０ａおよび第２流路４０ｂに接続されている。マルチ熱交換器５ｂと第１流路４０ａおよび第２流路４０ｂとの間には「流路切替装置」が接続されている。「流路切替装置」は、マルチ熱交換器５ｂと第１流路４０ａまたは第２流路４０とを選択的に連通させる。この実施の形態の例では、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２のそれぞれに、冷媒または油が選択的に流れるようになっている。

第１マルチ熱交換器５ｂ１は、開閉装置５３ｂを介して、第１流路４０ａと接続されている。また、第１マルチ熱交換器５ｂ１は、開閉装置５１ｂを介して、第２流路４０ｂと接続されている。開閉装置５３ｂおよび開閉装置５１ｂは、この発明の「流路切替装置」に相当するものである。開閉装置５３ｂおよび開閉装置５１ｂは、三方弁等に置き換えられてもよい。

第２マルチ熱交換器５ｂ２は、開閉装置５３ａを介して、第１流路４０ａと接続されている。また、第２マルチ熱交換器５ｂ２は、開閉装置５１ａを介して、第２流路４０ｂと接続されている。開閉装置５３ａおよび開閉装置５１ａは、この発明の「流路切替装置」に相当するものである。開閉装置５３ａおよび開閉装置５１ａは、三方弁等に置き換えられてもよい。

第１マルチ熱交換器５ｂ１で冷媒と空気との熱交換が行われた場合には、熱交換が行われた冷媒は開閉装置５４ｂを介して冷媒循環回路４００を流れる冷媒と合流する。また、第１マルチ熱交換器５ｂ１で油と空気との熱交換が行われた場合には、熱交換が行われた油は開閉装置５２ｂを介して油流路４１０に流れる。開閉装置５４ｂおよび開閉装置５２ｂは、三方弁等に置き換えられてもよい。

第２マルチ熱交換器５ｂ２で冷媒と空気との熱交換が行われた場合には、熱交換が行われた冷媒は開閉装置５４ａを介して冷媒循環回路４００を流れる冷媒と合流する。また、第２マルチ熱交換器５ｂ２で油と空気との熱交換が行われた場合には、熱交換が行われた油が開閉装置５２ａを介して油流路４１０に流れる。開閉装置５４ａおよび開閉装置５２ａは、三方弁等に置き換えられてもよい。なお、開閉装置５４ａまたは開閉装置５４ｂを流れた冷媒は、逆止弁５７を通って冷媒循環回路４００を流れる冷媒と合流するようになっており、冷媒循環回路４００から第１マルチ熱交換器５ｂ１または第２マルチ熱交換器５ｂ２側に冷媒が逆流しないようになっている。

［実施の形態１の冷凍サイクル装置の動作例］
次に、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置３００の動作の例について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るマルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。なお、図２に示す例では、通常外気温度の範囲が２５度〜３５度となっており、高外気温度の範囲が３５度〜４０度となっており、低外気温度の範囲が２５度以下となっているが、通常外気温度、高外気温度および低外気温度の範囲は、冷凍サイクル装置３００の仕様等に応じて適宜定められるものであり、上記の例に限定されるものではない。

図２に示すように、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置３００では、外気温度に応じて、マルチ熱交換器５ｂの機能を変更する。すなわち、外気温度が通常外気温度である場合には、第１マルチ熱交換器５ｂ１が冷媒熱交換器として機能し、第２マルチ熱交換器５ｂ２が油熱交換器として機能する。また、外気温度が通常外気温度と比較して高い高外気温度である場合には、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２が、油熱交換器として機能する。また、外気温度が通常外気温度と比較して低い低外気温度である場合には、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２が、冷媒熱交換器として機能する。

［通常外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作］
まず、外気温度が通常外気温度のときの冷凍サイクル装置３００の動作の例について説明する。図３は、通常外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作の例を説明する図である。なお、図３において、実線の矢印は冷媒の流れを示しており、点線の矢印は油の流れを示している。図３に示すように、外気温度が通常外気温度である場合には、開閉装置５１ａ、５２ａ、５３ｂおよび５４ｂを“開”とし、開閉装置５１ｂ、５２ｂ、５３ａ、５４ａおよび５５を“閉”とする。このときに、油分離器４で分離された冷媒および油は、以下のように流れる。すなわち、油分離器４で分離された冷媒は、冷媒熱交換器５ａに流入し熱交換されるとともに、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５３ｂを通って第１マルチ熱交換器５ｂ１に流入し熱交換される。第１マルチ熱交換器５ｂ１で熱交換された冷媒は、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５４ｂを通って、冷媒循環回路４００を流れる冷媒と合流する。冷媒熱交換器５ａで熱交換された冷媒および第１マルチ熱交換器５ｂ１で熱交換された冷媒は、レシーバ７を通って膨張装置１２に流入する。

また、油分離器４で分離された油は、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５１ａを通って第２マルチ熱交換器５ｂ２に流入し熱交換される。第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換された油は、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５２ａを通って、油流路４１０を流れ、圧縮機１にインジェクションされる。つまり、この実施の形態の例では、第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換されて冷却された油は、逆止弁５６を通って低段圧縮部１ａにインジェクションされ、逆止弁５６および逆止弁５８を通って高段圧縮部１ｂにインジェクションされる。

上記のように、この実施の形態では、外気温度が通常外気温度である場合には、第２マルチ熱交換器５ｂ２が油を熱交換させる油熱交換器として機能し、第１マルチ熱交換器５ｂ１が冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器として機能している。外気温度が通常外気温度である場合には、第２マルチ熱交換器５ｂ２のみで油を冷却し、冷却した油で圧縮機１を冷却することによって、圧縮機１が吐出する冷媒の温度を制約温度以下に抑えることができる。そして、第１マルチ熱交換器５ｂ１は、冷媒と熱交換を行う冷媒熱交換器として機能しているため、熱源側熱交換器５の広い伝熱面積を使用して冷媒と空気との熱交換を行うことができる。その結果、この実施の形態では、外気温度が通常外気温度である場合には、冷媒の凝縮温度を低くすることができるため、圧縮機１の圧縮動力を低減することができる。したがって、この実施の形態では、冷凍サイクル装置３００の成績係数（冷凍サイクル装置の冷却能力／圧縮機の圧縮動力）が向上されている。

［高外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作］
次に、外気温度が通常外気温度と比較して高い高外気温度であるときの冷凍サイクル装置３００の動作の例について説明する。図４は、高外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作の例を説明する図である。なお、図４において、実線の矢印は冷媒の流れを示しており、点線の矢印は油の流れを示している。図４に示すように、外気温度が高外気温度である場合には、開閉装置５１ａ、５１ｂ、５２ａおよび５２ｂを“開”として、開閉装置５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂおよび５５を“閉”とする。このときに、油分離器４で分離された冷媒および油は、以下のように流れる。すなわち、油分離器４で分離された冷媒は、冷媒熱交換器５ａに流入し熱交換され、レシーバ７を通って膨張装置１２に流入する。

また、油分離器４で分離された油は、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５１ａおよび開閉装置５１ｂを通って、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換される。第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換された油は、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５２ａおよび開閉装置５２ｂを通って、油流路４１０に合流し、圧縮機１にインジェクションされる。つまり、この実施の形態の例では、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換されて冷却された油は、逆止弁５６を通って低段圧縮部１ａにインジェクションされ、逆止弁５６および逆止弁５８を通って高段圧縮部１ｂにインジェクションされる。

上記のように、この実施の形態では、外気温度が高外気温度である場合には、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２が、油を熱交換させる油熱交換器として機能している。外気温度が高外気温度である場合には、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２で油を冷却し、冷却した油で圧縮機１を冷却することによって、圧縮機１の吐出ガス冷媒の温度を制約温度以下に抑えることができる。

なお、この実施の形態では、外気温度が高外気温度である場合に、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２を、油を熱交換させる油熱交換器として機能させているため、熱源側熱交換器５の冷媒を熱交換させる伝熱面積が狭くなっており、冷媒の凝縮温度が高くなっている。そのため、圧縮機１の圧縮動力が増加している。しかしながら、この実施の形態では、外気温度が高外気温度である場合に、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２を、油を熱交換させる油熱交換器として機能させているため、冷凍サイクル装置３００の成績係数が向上されている。その理由を以下の比較例と比較して説明する。

［比較例］
比較例では、外気温度が高外気温度である場合に、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２のうちの少なくとも一方を、冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器として機能させる。比較例では、熱源側熱交換器５の冷媒と熱交換させる伝熱面積が大きくなり、冷媒の凝縮温度が低くなる。しかしながら、比較例では、熱源側熱交換器５の油を放熱させる伝熱面積が小さくなっているため、油を十分に冷却することができない。その結果、比較例では、油インジェクションのみでは、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を制約温度以下に抑えることができない。そこで、比較例では、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を制約温度以下に抑えるために、冷媒インジェクションを行う。冷媒インジェクションを行う場合には、圧縮機１の低段圧縮部１ａと高段圧縮部１ｂとの間の中間段１ｃの圧力が上昇する。中間段１ｃの圧力が上昇すると、低段圧縮部１ａの圧縮比［（低段圧縮部１ａの吐出圧力＝中間段１ｃの圧力）／低段圧縮部１ａの吸込圧力］が大きくなる。低段圧縮部１ａでの圧縮比が大きくなると、低段圧縮部１ａでの体積効率が悪化し、冷却能力が低下する。さらに、高段圧縮部１ｂでは、吸込む冷媒の量が増加するため、圧縮動力が増大する。それらの結果、外気温度が高外気温度である場合に、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２のうちの少なくとも一方を、冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器として機能させた場合には、冷凍サイクル装置３００の成績係数が低下する。

［実施の形態１と比較例との比較］
外気温度が高外気温度である場合に、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２を油熱交換器として機能させた場合（実施の形態１）と、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２のうちの少なくとも一方を冷媒熱交換器として機能させて且つ冷媒インジェクションを行った場合（比較例）と、を比較すると、実施の形態１のように、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２を油熱交換器として機能させた場合の方が、圧縮機１の圧縮動力を小さくすることができるため、冷凍サイクル装置３００の成績係数が良好である。

なお、例えば、外気温度が高外気温度よりも高くなった場合等には、油インジェクションのみでは、油を十分に冷却できなくなることがあるため、油インジェクションと液インジェクションとが併用される場合もある。

［低外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作］
次に、外気温度が通常外気温度と比較して低い低外気温度であるときの冷凍サイクル装置３００の動作の例について説明する。図５は、低外気温度のときの冷凍サイクル装置の動作の例を説明する図である。なお、図５において、実線の矢印は冷媒の流れを示しており、点線の矢印は油の流れを示している。図５に示すように、外気温度が低外気温度である場合には、開閉装置５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５４ａおよび５４ｂを“閉”として、開閉装置５５を“開”とする。このときに、油分離器４で分離された冷媒および油は、以下のように流れる。すなわち、油分離器４で分離された冷媒は、冷媒熱交換器５ａに流入し熱交換されるとともに、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５３ａおよび開閉装置５３ｂを通って、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換される。第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換された冷媒は、マルチ熱交換流路４２０の開閉装置５４ａおよび開閉装置５４ｂを通って、冷媒循環回路４００に流れる冷媒と合流する。冷媒熱交換器５ａで熱交換された冷媒、第１マルチ熱交換器５ｂ１で熱交換された冷媒および第２マルチ熱交換器５ｂ２で熱交換された冷媒は、レシーバ７を通って膨張装置１２に流入する。

また、油分離器４で分離された油は、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２へは流れず、油流路４１０の開閉装置５５を通って圧縮機１に直接インジェクションされる。すなわち、外気温度が低外気温度である場合には、油分離器４で分離された油は、第１マルチ熱交換器５ｂ１または第２マルチ熱交換器５ｂ２で冷却されることなく、逆止弁５６を通って低段圧縮部１ａにインジェクションされ、逆止弁５６および逆止弁５８を通って高段圧縮部１ｂにインジェクションされる。

上記のように、この実施の形態では、外気温度が低外気温度である場合には、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２が冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器として機能している。外気温度が低い場合には、冷媒の凝縮温度が低くなるため、圧縮機１から吐出される冷媒の温度が低くなる。さらに、この場合には、冷媒から分離された油の温度も高くならない。したがって、外気温度が低外気温度である場合には、油分離器４で分離した油を圧縮機１に直接インジェクションすることで、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を制約温度以下に抑えることができる。この実施の形態では、外気温度が低外気温度である場合に、第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２が冷媒と熱交換を行う冷媒熱交換器として機能しているため、熱源側熱交換器５の広い伝熱面積を使用して冷媒と空気との熱交換を行うことができる。その結果、この実施の形態では、外気温度が低外気温度である場合には、冷媒の凝縮温度を低くすることができるため、圧縮機１の圧縮動力を低減することができる。したがって、この実施の形態では、冷凍サイクル装置３００の成績係数が向上されている。

上記のように、この実施の形態では、熱源側熱交換器５の伝熱面積を有効に利用して、冷媒または油を熱交換させることによって、冷凍サイクル装置３００の成績係数を向上させることができる。

さらに、上記の、低外気温度のときの冷凍サイクル装置３００の動作と、通常外気温度のときの冷凍サイクル装置３００の動作と、高外気温度のときの冷凍サイクル装置３００の動作と、の切り替えを、冷凍サイクル装置３００が動作している間において定期的に行うことによって、冷凍サイクル装置３００の動作中の成績係数をさらに向上させることができる。

また、この実施の形態では、Ｒ３２またはＲ４１０Ａ等の断熱圧縮時のエンタルピーの差が大きい冷媒が使用される場合に、上記の効果が顕著となる。なぜなら、断熱圧縮時のエンタルピーの差が大きい冷媒を圧縮機１で圧縮したときに、圧縮機１から吐出される冷媒ガスの温度が高温になる。

また、この実施の形態では、通常は、油インジェクションのみによって、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を制約温度以下に抑えているため、冷凍サイクル装置３００の成績係数が向上されている。

なお、実施の形態１は、上記で説明した例に限定されるものではない。

［変形例１］
例えば、上記の実施の形態１の説明では、全ての開閉装置の開閉制御を行う例についての説明を行ったが、開閉装置５２ａ、５２ｂ、５４ａおよび５４ｂは、一次側（開閉装置（電磁弁）の上流側）の圧力が二次側（開閉装置（電磁弁）の下流側）の圧力を超えたときに、“開”となる機能を有するものであってもよい。変形例１における開閉装置５２ａ、５２ｂ、５４ａおよび５４ｂの動作を以下に説明する。図６は、実施の形態１の変形例１に関する図であって、通常外気温度のときの開閉装置の動作の例を説明する図であり、図７は、実施の形態１の変形例１に関する図であって、高外気温度のときの開閉装置の動作の例を説明する図であり、図８は、実施の形態１の変形例１に関する図であって、低外気温度のときの開閉装置の動作の例を説明する図である。図６〜図８に示すように、起動時制御で開閉装置の開閉制御を行ったのちに、対応する開閉装置が連動して開閉する。また、停止時制御で開閉装置の開閉制御を行ったのちに、対応する開閉装置が連動して開閉する。つまり、変形例１の構成とすることによって、開閉制御を行う開閉装置の数量を低減することができる。

［変形例２］
また、例えば、図９は、実施の形態１の変形例２に関する図であって、マルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。変形例２では、第１マルチ熱交換器５ｂ１の伝熱面積と第２マルチ熱交換器５ｂ２の伝熱面積とを異ならせてある。すなわち、変形例２では、第１マルチ熱交換器５ｂ１の伝熱面積が、第２マルチ熱交換器５ｂ２の伝熱面積と比較して、大きく形成されている。このように、第１マルチ熱交換器５ｂ１の伝熱面積と第２マルチ熱交換器５ｂ２の伝熱面積とを異ならせることによって、変形例２では、熱源側熱交換器５の伝熱面積をさらに効率良く利用することができる。

すなわち、変形例２では、図９に示すように、通常外気温度Ａの場合と、通常外気温度Ａよりも低い外気温度である通常外気温度Ｂとで、油を熱交換させる伝熱面積と冷媒を熱交換させる伝熱面積との割合を調整している。通常外気温度Ａの場合には、通常外気温度Ｂと比較して、外気温度が高いため、油を熱交換させる伝熱面積を大きくして、冷媒を熱交換させる伝熱面積を小さくしている。つまり、通常外気温度Ａの場合には、伝熱面積が大きい第１マルチ熱交換器５ｂ１を油熱交換器として機能させ、伝熱面積が小さい第２マルチ熱交換器５ｂ２を冷媒熱交換器として機能させている。また、通常外気温度Ｂの場合には、通常外気温度Ａと比較して、外気温度が低いため、油を熱交換させる伝熱面積を小さくして、冷媒を熱交換させる伝熱面積を大きくしている。つまり、通常外気温度Ｂの場合には、伝熱面積が大きい第１マルチ熱交換器５ｂ１を冷媒熱交換器として機能させ、伝熱面積が小さい第２マルチ熱交換器５ｂ２を油熱交換器として機能させている。変形例２では、熱源側熱交換器５の伝熱面積を、効率良く利用することができるため、冷凍サイクル装置３００の成績係数を向上させることができる。

［変形例３］
また、例えば、図１０は、実施の形態１の変形例３に関する図であって、冷凍サイクル装置の例を模式的に記載した図である。なお、上記の実施の形態１の説明では、熱源側熱交換器５が、２つのマルチ熱交換器５ｂ（第１マルチ熱交換器５ｂ１および第２マルチ熱交換器５ｂ２）を備えた例についての説明を行ったが、実施の形態１は、２つのマルチ熱交換器５ｂを備えたものに限定されるものではない。すなわち、熱源側熱交換器５は、１つのマルチ熱交換器５ｂを備えたものであってもよく、３つ以上のマルチ熱交換器５ｂを備えたものであってもよい。図１０に記載の変形例３では、冷凍サイクル装置３００Ａ１の熱源側ユニット２００Ａ１の熱源側熱交換器５１は、３つのマルチ熱交換器５ｂ（第１マルチ熱交換器５ｂ１、第２マルチ熱交換器５ｂ２および第３マルチ熱交換器５ｂ３）を備えている。

図１１は、実施の形態１の変形例３に関する図であって、マルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。変形例３では、通常外気温度Ａの場合と、通常外気温度Ａよりも低い外気温度である通常外気温度Ｂとで、熱交換を行わせるマルチ熱交換器５ｂの数量を変更することによって、油を熱交換させる伝熱面積と冷媒を熱交換させる伝熱面積との割合を調整している。通常外気温度Ａの場合には、通常外気温度Ｂと比較して、外気温度が高いため、油を熱交換させる伝熱面積を大きくして、冷媒を熱交換させる伝熱面積を小さくしている。つまり、この場合には、油を熱交換させるマルチ熱交換器５ｂの数量を増やして、冷媒を熱交換させるマルチ熱交換器５ｂの数量を減らしている。また、通常外気温度Ｂの場合には、通常外気温度Ａと比較して、外気温度が低いため、油を熱交換させる伝熱面積を小さくして、冷媒を熱交換させる伝熱面積を大きくしている。つまり、この場合には、油を熱交換させるマルチ熱交換器５ｂの数量を減らして、冷媒を熱交換させるマルチ熱交換器５ｂの数量を増やしている。変形例３では、マルチ熱交換器５ｂの伝熱面積が、さらに効率良く利用されており、冷凍サイクル装置３００の成績係数が向上されている。なお、上記の説明からも明らかなように、マルチ熱交換器５ｂの数量を多くした分、熱源側熱交換器５の伝熱面積を効率良く利用することができるため、冷凍サイクル装置３００の成績係数を向上させることができる。

［変形例４］
また、例えば、変形例２と変形例３とを組み合わせて、変形例４とすることもできる。図１２は、実施の形態１の変形例４に関する図であって、マルチ熱交換器の機能と外気温度との関係の例を示す図である。図１２に示す変形例４の例では、３つのマルチ熱交換器５ｂ（第１マルチ熱交換器５ｂ１、第２マルチ熱交換器５ｂ２および第３マルチ熱交換器５ｂ３）を備えている。また、第１マルチ熱交換器５ｂ１の伝熱面積が最も大きく形成されており、第３マルチ熱交換器５ｂ３の伝熱面積が最も小さく形成されており、第２マルチ熱交換器５ｂ２の伝熱面積が第１マルチ熱交換器５ｂ１の伝熱面積よりも小さく且つ第３マルチ熱交換器５ｂ３の伝熱面積よりも大きく形成されている。変形例４の構成とすることによって、熱源側熱交換器５の伝熱面積がさらに効率良く利用されるため、冷凍サイクル装置３００の成績係数をさらに向上させることができる。なお、３つ以上のマルチ熱交換器５ｂを備え、３つ以上のマルチ熱交換器５ｂのそれぞれの伝熱面積を異ならせてもよい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２では、実施の形態１のインジェクション流路４３０に代えて、冷凍サイクル装置３００Ａ２の熱源側ユニット２００Ａ２がエコノマイザ流路４３０Ａを備えている点で異なる。以下の説明では、実施の形態１と重複する部分については、説明を省略する。図１３は、この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の例を模式的に記載した図である。

［エコノマイザ流路］
エコノマイザ流路４３０Ａは、熱源側熱交換器５で熱交換された冷媒の一部を、エコノマイザ４９ｂを介して、圧縮機１にインジェクションするものである。エコノマイザ流路４３０Ａは、冷媒循環回路４００のレシーバ７と開閉装置１３との間から分岐して、圧縮機１の中間段１ｃに接続されている。エコノマイザ４９ｂは、冷媒循環回路４００を流れる冷媒と、エコノマイザ流路４３０Ａのエコノマイザ膨張装置４９ａを通った冷媒とを熱交換させるものである。エコノマイザ膨張装置４９ａは、開度を変更することができる電子式膨張弁で構成されている。エコノマイザ流路４３０Ａのエコノマイザ膨張装置４９ａを通ってエコノマイザ４９ｂで熱交換された冷媒は、圧縮機１の中間段１ｃにインジェクションされる。

上記のように、この実施の形態では、実施の形態１と同様に液インジェクションを不要とすることで、圧縮機１の中間段１ｃの圧力を低下させることができる。そのため、この実施の形態では、冷媒循環回路４００を流れる冷媒が、エコノマイザ４９ｂで過冷却される際の冷凍効果（冷媒の単位質量当たりのエンタルピーの変化量）が増大し、冷凍能力が増加されている。圧縮機１の中間段１ｃの圧力が低くなっているため、エコノマイザ４９ｂでの熱交換量が増大するからである。したがって、この実施の形態によれば、冷凍サイクル装置３００の成績係数が向上されている。

この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

例えば、上記の実施の形態では、熱源側熱交換器５が、冷媒熱交換器５ａとマルチ熱交換器５ｂとを備えた例についての説明を行ったが、熱源側熱交換器は、複数のマルチ熱交換器５ｂを備えたものであってもよい。このように、冷媒熱交換器５ａを省略した場合であっても、熱源側熱交換器のマルチ熱交換器５ｂを利用して、熱源側熱交換器の伝熱面積を有効に利用することができるため、上記の実施の形態と同様の効果が得られる。

また、例えば、上記の実施の形態では、利用側ユニット１００と熱源側ユニット２００とが別体で構成され、これらが配管で接続された冷凍サイクル装置３００についての説明を行ったが、冷凍サイクル装置３００は、利用側ユニット１００と熱源側ユニット２００とが一体的に構成されたものであってもよい。この場合には、例えば、熱源側ユニット２００が、開閉装置１３と膨張装置１２と利用側熱交換器２とを備えて構成されていればよい。

また、冷媒循環回路４００に四方弁等の流路切替手段を設けてある場合には、冷媒が流れる向きを変えて、利用側熱交換器２を凝縮器として機能させ、熱源側熱交換器５の冷媒熱交換器５ａを蒸発器として機能させることもできる。この場合には、油分離器４で分離された冷媒が、利用側熱交換器２または熱源側熱交換器５の冷媒熱交換器５ａに流れるように、流路切替手段を設置すればよい。利用側熱交換器２を凝縮器として機能させ、熱源側熱交換器５の冷媒熱交換器５ａを蒸発器として機能させる場合には、例えば、圧縮機１、利用側熱交換器２、膨張装置１２、熱源側熱交換器５の冷媒熱交換器５ａの順に冷媒を循環させればよい。

１ 圧縮機、１ａ 低段圧縮部、１ｂ 高段圧縮部、１ｃ 中間段、２ 利用側熱交換器、４ 油分離器、４ａ 冷媒流出部、４ｂ 油流出部、５ 熱源側熱交換器、５ａ 冷媒熱交換器、５ｂ マルチ熱交換器、５ｂ１ 第１マルチ熱交換器、５ｂ２ 第２マルチ熱交換器、５ｂ３ 第３マルチ熱交換器、６ 送風機、７ レシーバ、１２ 膨張装置、１３ 開閉装置、４０ａ 第１流路、４０ｂ 第２流路、４９ａ エコノマイザ膨張装置、４９ｂ エコノマイザ、５０ インジェクション用膨張装置、５１ マルチ熱交換器、５１ａ 開閉装置、５１ｂ 開閉装置、５２ａ 開閉装置、５２ｂ 開閉装置、５３ａ 開閉装置、５３ｂ 開閉装置、５４ａ 開閉装置、５４ｂ 開閉装置、５５ 開閉装置、５６ 逆止弁、５７ 逆止弁、５８ 逆止弁、７０ 温度センサ、７２ 制御装置、１００ 利用側ユニット、２００ 熱源側ユニット、２００Ａ１ 熱源側ユニット、２００Ａ２ 熱源側ユニット、３００ 冷凍サイクル装置、３００Ａ１ 冷凍サイクル装置、３００Ａ２ 冷凍サイクル装置、４００ 冷媒循環回路、４１０ 油流路、４２０ マルチ熱交換流路、４３０ インジェクション流路、４３０Ａ エコノマイザ流路。

Claims (12)

1. 圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒と油とを分離して、冷媒を冷媒流出部から流出させ、油を油流出部から流出させる、油分離器と、
   前記冷媒流出部に連通した第１流路と、
   前記油流出部に連通した第２流路と、
   前記第１流路に接続され、冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器と、前記第１流路および前記第２流路に接続され、冷媒または油を熱交換させるマルチ熱交換器と、を有する熱源側熱交換器と、
   前記マルチ熱交換器と前記第１流路または前記第２流路との連通を切り替える流路切替装置と、を備え、
   前記マルチ熱交換器は、前記第１流路と連通したときに冷媒熱交換器として機能し、前記第２流路と連通したときに油熱交換器として機能する、
   熱源側ユニット。
2. 前記熱源側熱交換器は、複数の前記マルチ熱交換器を有し、
   複数の前記マルチ熱交換器のそれぞれは、前記第１流路および前記第２流路を介して、前記冷媒流出部および前記油流出部に並列に接続されており、
   前記流路切替装置は、複数の前記マルチ熱交換器のそれぞれの、前記第１流路または前記第２流路との連通を切り替える、
   請求項１記載の熱源側ユニット。
3. 複数の前記マルチ熱交換器は、伝熱面積が異なるものを含んでいる、
   請求項２記載の熱源側ユニット。
4. 前記冷媒熱交換器は、前記マルチ熱交換器とは伝熱面積が異なる、
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱源側ユニット。
5. 前記冷媒熱交換器は、前記マルチ熱交換器と比較して伝熱面積が大きい、
   請求項４記載の熱源側ユニット。
6. 前記マルチ熱交換器と前記冷媒熱交換器とが一体的に形成された、
   請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の熱源側ユニット。
7. 前記マルチ熱交換器は、前記冷媒熱交換器の下方に設けられている、
   請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の熱源側ユニット。
8. 前記圧縮機は、低段圧縮部と中間段と高段圧縮部とを含んでいる、
   請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の熱源側ユニット。
9. 前記圧縮機の中間段に前記熱源側熱交換器で凝縮された冷媒の一部をインジェクションするエコノマイザ流路を備え、
   前記エコノマイザ流路の途中部に、前記熱源側熱交換器で凝縮された冷媒の一部を膨張させるエコノマイザ膨張装置と、前記エコノマイザ膨張装置で膨張された冷媒と前記熱源側熱交換器で凝縮された冷媒とを熱交換させるエコノマイザと、が設置された、
   請求項８記載の熱源側ユニット。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の熱源側ユニットと、
    前記熱源側熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させる膨張装置および前記膨張装置で膨張された冷媒を熱交換させる利用側熱交換器を備えた利用側ユニットと、を備えた、
    冷凍サイクル装置。
11. 前記熱源側ユニットの外部の外気温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサの検出結果を利用して、前記流路切替装置の制御を行う制御装置と、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記外気温度が高くなるほど、前記マルチ熱交換器の前記油を熱交換させる面積を広くするように、前記流路切替装置を制御する、
    請求項１０記載の冷凍サイクル装置。
12. 圧縮機と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒と油とを分離して、冷媒を冷媒流出部から流出させ、油を油流出部から流出させる、油分離器と、
    前記冷媒流出部に連通した第１流路と、
    前記油流出部に連通した第２流路と、
    前記第１流路に接続され、冷媒を熱交換させる冷媒熱交換器と、前記第１流路および前記第２流路に接続され、冷媒または油を熱交換させるマルチ熱交換器と、を有する熱源側熱交換器と、
    前記マルチ熱交換器と前記第１流路または前記第２流路との連通を切り替える流路切替装置と、
    前記熱源側熱交換器で熱交換された冷媒を膨張させる膨張装置と、
    前記膨張装置で膨張された冷媒を熱交換させる利用側熱交換器と、を備え、
    前記マルチ熱交換器は、前記第１流路と連通したときに冷媒熱交換器として機能し、前記第２流路と連通したときに油熱交換器として機能する、
    冷凍サイクル装置。

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