JP6334320B2 - 蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、冷媒中に冷凍機油を混入させることにより、圧縮機の潤滑を図っている。そして、特許文献１に記載の発明では、並列に接続された第１圧縮機及び第２圧縮機を備えるとともに、第１圧縮機側で分離抽出された冷凍機油を第１圧縮機の吸入側に導入している。

特開２０１０−１３９１５５号

ところで、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入する（以下、インジェクション運転という。）と、圧縮機の消費動力を低減することができる。このため、外気温度が高い状態で冷熱を利用する場合等の高圧冷媒の圧力が高くなる場合に、インジェクション運転を用いると特に有効である。

しかし、冬等の外気温度が低い状態では高圧側冷媒の圧力が低くなるので、インジェクション運転が有効とならない場合がある。すなわち、高圧側冷媒の圧力が低くなると、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入することにより見込まれる消費動力の低減量により、中間圧冷媒を注入することにより必要とされる消費動力の方が大きくなる場合が発生する。

本発明は、上記点に鑑み、圧縮機の消費動力を更に低減可能なインジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高温側の冷媒を冷却する高圧熱交換器（３）と、低温側の冷媒を加熱・蒸発させる低圧熱交換器（７）と、高圧熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる第１減圧器（５Ａ）と、第１減圧器（５Ａ）にて減圧された中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１１）と、気液分離器（１１）にて分離された液相冷媒を減圧・膨張させて低圧熱交換器（７）に供給する第２減圧器（５Ｂ）と、低圧熱交換器（７）側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を高圧熱交換器（３）側に吐出する第１圧縮機（９Ａ）と、気液分離器（１１）から気相冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を第１圧縮機（９Ａ）の吐出側に吐出する第２圧縮機（９Ｂ）と、第２圧縮機（９Ｂ）の作動を制御するインジェクション制御部（２１）であって、第２圧縮機（９Ｂ）を稼働させるインジェクション運転と第２圧縮機（９Ｂ）を停止させる非インジェクション運転とを切替制御可能なインジェクション制御部（２１）と、第１圧縮機（９Ａ）の吐出側に設けられ、冷媒中から冷凍機油を分離抽出するオイル分離器（１３Ａ）と、オイル分離器（１３Ａ）にて分離抽出された冷凍機油を第２圧縮機（９Ｂ）に導くオイル供給回路（Ｌｏ）に設けられ、当該オイル供給回路（Ｌｏ）の連通状態を調整するバルブ（１５）と、第２圧縮機（９Ｂ）の稼働状態に応じてバルブ（１５）の作動を制御する制御部（２１）とを備えることを特徴とする。

これにより、本発明では、インジェクション運転と非インジェクション運転とを切り替えることが可能であるので、圧縮機の消費動力を更に低減可能なインジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍サイクルを得ることができる。

すなわち、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入することにより見込まれる消費動力の低減量により、中間圧冷媒を注入することにより必要とされる消費動力の方が大きくなる場合には、インジェクション運転から非インジェクション運転に切り替えることにより、消費動力を低減でき得る。

ところで、冷凍機油は、気相冷媒より液相冷媒に溶け込み易い。このため、気相冷媒を吸引する第２圧縮機（９Ｂ）において冷凍機油が不足する可能性が高い。なお、冷媒に混入する冷凍機油量を増大させることにより、第２圧縮機（９Ｂ）での冷凍機油不足を解消する方法も考えられる。しかし、冷凍機油量を増大させると、高圧熱交換器（３）及び低圧熱交換器（７）での熱交換能力が低下し、発生する冷凍能力が低下するおそれがある。

これに対して、本発明では、第２圧縮機（９Ｂ）の稼働状態に応じてオイル供給回路（Ｌｏ）の連通状態を制御するので、冷凍機油量を大きく増大させることなく、第２圧縮機（９Ｂ）において冷凍機油が不足することを抑制できる。

以上のように、本発明によれば、インジェクション運転と非インジェクション運転とを切替可能として圧縮機の消費動力を更に低減しつつ、第２圧縮機（９Ｂ）において冷凍機油が不足することを抑制できる。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る蒸気圧縮機式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の実施形態に係る蒸気圧縮機式冷凍サイクルの制御系を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る「バルブ１５の制御」を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る「バルブ１５の制御」を示すフローチャートである。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る「バルブ１５の制御」を示すフローチャートである。（ｂ）は開度Ｘと圧力差ΔＰとの関係を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る「バルブ１５の制御」を示すフローチャートである。（ｂ）は停止時間と圧力差ΔＰとの関係を示すグラフである。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

本実施形態は、サーバ室の冷房を行う空調装置用の蒸気圧縮式冷凍サイクルに本発明を適用したものである。サーバ室には、ＩＣＴ機器や非常用電源装置（バッテリー）等の電気機器が設置されている。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

（第１実施形態）
１．蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成
本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクル１は、図１に示すように、高圧熱交換器３、第１減圧器５Ａ、第２減圧器５Ｂ、低圧熱交換器７、第１圧縮機９Ａ、第２圧縮機９Ｂ、及び気液分離器１１等を備えている。

高圧熱交換器３は、第１圧縮機９Ａ及び第２圧縮機９Ｂのうち少なくとも一方から吐出された高圧の冷媒（以下、吐出冷媒ともいう。）を冷却する。つまり、高圧熱交換器３は、室外空気と吐出冷媒とを熱交換して、吐出冷媒を冷却する。

なお、本実施形態では、吐出冷媒の圧力は、冷媒の臨界圧力より小さい。このため、気相状態の吐出冷媒は、高圧熱交換器３にて冷却されて凝縮（液化）する。
第１減圧器５Ａは、高圧熱交換器３から流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる。第１減圧器５Ａにて減圧された冷媒（以下、中間圧冷媒という。）は、気液分離器１１にて気相冷媒と気相冷媒とに分離される。

気液分離器１１は、気相冷媒と液相冷媒との密度差を利用して冷媒を分離する。このため、気液分離器１１の下方側に液相冷媒が溜まり、かつ、気液分離器１１の上方側に気相冷媒が溜まる。

因みに、高圧熱交換器３から流出する冷媒の過冷却度は、過冷却器等を備えている場合等を除き、通常、小さい。このため、第１減圧器５Ａにて減圧された冷媒は、気液二相状態となる。

第２減圧器５Ｂは、気液分離器１１にて分離された液相冷媒を減圧・膨張させて低圧熱交換器７に供給する。低圧熱交換器７は、第２減圧器５Ｂにて減圧された低圧の液相冷媒を蒸発させる。つまり、低圧熱交換器７では、第２減圧器５Ｂにて減圧された冷媒を室内に供給される空気にて加熱することにより、主に液相冷媒を蒸発（気化）させて当該空気を冷却する。

第１圧縮機９Ａは、低圧熱交換器７側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を高圧熱交換器３側に吐出する。第２圧縮機９Ｂは、気液分離器１１から気相冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を第１圧縮機９Ａの吐出側に吐出する。

第１圧縮機９Ａの吐出側には第１オイル分離器１３Ａが設けられている。第１オイル分離器１３Ａは、第１圧縮機９Ａから吐出された冷媒中から冷凍機油を分離抽出する。オイル供給回路Ｌｏは、第１オイル分離器１３Ａにて分離抽出された冷凍機油を第２圧縮機９Ｂの吸入側に導くための回路である。

オイル供給回路Ｌｏにはバルブ１５が設けられている。バルブ１５は、オイル供給回路Ｌｏの連通状態を調整する。オイル供給回路Ｌｏを介して第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の油量及び供給タイミング等は、バルブ１５の作動が制御されることにより調整される。

第２圧縮機９Ｂの吐出側にもオイル分離器１３Ｂ（以下、第２オイル分離器１３Ｂという。）が設けられている。第２オイル分離器１３Ｂは、第２圧縮機９Ｂから吐出された冷媒中から冷凍機油を分離抽出する。

なお、第１オイル分離器１３Ａには、分離抽出された冷凍機油を第１圧縮機９Ａの吸入側に戻す戻し回路Ｌ１が設けられている。第２オイル分離器１３Ｂには、分離抽出された冷凍機油を第２圧縮機９Ｂの吸入側に戻す戻し回路Ｌ２が設けられている。

第２圧縮機９Ｂの吐出側（本実施形態では、第２オイル分離器１３Ｂより高圧熱交換器３側）に逆止弁１９が設けられている。逆止弁１９は、第１圧縮機９Ａから吐出された高圧の冷媒が第２圧縮機９Ｂに逆流することを規制する。

第１アキュムレータ１７Ａは、低圧熱交換器７から流出する冷媒から気相冷媒を分離抽出して気相冷媒を第１圧縮機９Ａの吸入側に供給する。第２アキュムレータ１７Ｂは、気液分離器１１から第２圧縮機９Ｂに供給される冷媒から気相冷媒を分離抽出して気相冷媒を第２圧縮機９Ｂの吸入側に供給する。

２．蒸気圧縮式冷凍サイクルの制御
第１圧縮機９Ａ、第２圧縮機９Ｂ、第１減圧器５Ａ、第２減圧器５Ｂ及びバルブ１５等の作動は、図２に示すように、制御装置２１により制御されている。制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。

第１圧縮機９Ａ等の制御を実行するためのプログラム（ソフトウェア）は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。第１圧縮機９Ａ等の制御が実行される際には、当該プログラムが読み込まれてＣＰＵにて実行される。

制御装置２１には、高圧センサＳ１、中間圧センサＳ２、低圧温度センサＳ３、蒸発温度センサＳ４、及び外気温度センサＳ５からの検出信号が入力されている。高圧センサＳ１は、第２圧縮機９Ｂの吐出側冷媒圧力を検出する。なお、本実施形態に係る高圧センサＳ１は、高圧熱交換器３の冷媒入口側で冷媒圧力を検出する。

中間圧センサＳ２は、第２圧縮機９Ｂの吸入側冷媒圧力、つまり中間圧冷媒の圧力を検出する。低圧温度センサＳ３は、低圧熱交換器７の冷媒出口側の冷媒温度を検出する。蒸発温度センサＳ４は、低圧熱交換器７の温度、つまり低圧熱交換器７での冷媒蒸発温度を検出する。外気温度センサＳ５は、高圧熱交換器３に供給される冷却用空気、つまり外気の温度を検出する。

なお、低圧温度センサＳ３及び蒸発温度センサＳ４は、低圧熱交換器７の冷媒出口側の冷媒加熱度、つまり低圧熱交換器７での冷却負荷（熱負荷）を検出するためのセンサである。したがって、蒸発温度センサＳ４に代えて、低圧熱交換器７での蒸発圧力を検出してもよい。

２．１ 第１減圧器及び第２減圧器について
第１減圧器５Ａは可変絞り装置にて構成されている。可変絞り装置は、絞り開度を変更調節する電気式のアクチュエータ（図示せず。）を有する。制御装置２１は、上記アクチュエータの作動を制御して第１減圧器５Ａの絞り開度を変更する。

具体的には、制御装置２１は、高圧センサＳ１及び中間圧センサＳ２からの検出信号を利用して第１減圧器５Ａから流出する冷媒の湿り度（液相冷媒の割合）が大きくなるように絞り開度を制御する。

第２減圧器５Ｂは、可変絞り装置（図示せず。）にて構成されている。可変絞り装置は、絞り開度を変更調節する電気式のアクチュエータ（図示せず。）を有する。制御装置２１は、上記アクチュエータの作動を制御して第２減圧器５Ｂの絞り開度を変更する。

具体的には、制御装置２１は、低圧熱交換器７の冷媒出口側の冷媒加熱度が、０以上の値であって予め設定された所定の値となるように第２減圧器５Ｂの絞り開度を制御する。
２．２ 第１圧縮機及び第２圧縮機の制御
制御装置２１は、低圧熱交換器７にて必要な冷凍能力（冷房能力）が発生するように、第１圧縮機９Ａの回転数を制御する。すなわち、室内に供給する空気の温度（蒸発温度）を下げる際には、制御装置２１は第１圧縮機９Ａの回転数を増大させる。

制御装置２１は、熱負荷の大きさ及び外気温度に基づいて、第２圧縮機９Ｂを稼働させるインジェクション運転と第２圧縮機９Ｂを停止させる非インジェクション運転とを切替制御する。

つまり、夏場のように熱負荷が大きく、外気温度も高い場合には、制御装置２１はインジェクション運転を実行する。逆に、冬場のように熱負荷が小さく、外気温度も低い場合には、制御装置２１は非インジェクション運転を実行する。

インジェクション運転の実行時においては、制御装置２１は、中間圧冷媒に含まれる気相冷媒が第２圧縮機９Ｂに吸引されるように第２圧縮機９Ｂの回転数を制御する。これにより、低圧熱交換器７に流入する冷媒に含まれる気相冷媒を減らして、低圧熱交換器７で発生する冷凍能力を大きくする。

２．３ バルブの制御
＜概要＞
制御装置２１は、インジェクション運転時において、第２圧縮機９Ｂの稼働状態に応じてバルブ１５の開閉作動を制御する。すなわち、制御装置２１は、第２圧縮機９Ｂの停止時（非インジェクション運転時）にはバルブ１５を閉じる。

そして、制御装置２１は、第２圧縮機９Ｂの稼働時（インジェクション運転時）においてバルブ１５が閉じている時間が予め設定された所定時間（以下、起動時間という。）を経過したときにバルブ１５を開く。バルブ１５が開いた後、予め設定された所定時間（以下、停止時間という。）が経過したときに、制御装置２１はバルブ１５を閉じる。

つまり、バルブ１５は、第２圧縮機９Ｂが起動した時から起動時間が経過したときに開き、かつ、開いた時から停止時間が経過したときに閉じる。そして、当該閉じた時から起動時間が経過したときに再びバルブ１５が開く。以降、第２圧縮機９Ｂが稼働している間、つまりインジェクション運転中は、起動時間と停止時間との和を周期としてバルブ１５の開閉が繰り返される。

なお、本実施形態に係るバルブ１５の開度は、「全閉」及び「全開」の二値であり、任意の中間開度を設定することはできないバルブである。つまり、本実施形態に係るバルブ１５が開かれるとは、その開度が全開となることを意味する。

＜詳細＞
第２圧縮機９Ｂが起動してインジェクション運転が開始されると、バルブ１５の作動を制御するための制御プログラム（図３）が不揮発性記憶部から読み込まれてＣＰＵにて実行される。

第２圧縮機９Ｂが起動されると、第２圧縮機９Ｂが起動した時から起動時間が経過したか否か判定される（Ｓ１）。起動時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ１：ＮＯ）、Ｓ１が実行される。

起動時間が経過したと判定された場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、バルブ１５が開かれた後（Ｓ３）、開いた時から停止時間が経過したか否かが判定される（Ｓ５）。停止時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ５：ＮＯ）、Ｓ５が実行される。

停止時間が経過したと判定された場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、バルブ１５が閉じられた後（Ｓ７）、閉じた時から起動時間が経過したか否か判定される（Ｓ１）。そして、第２圧縮機９Ｂが停止したときに、本制御も停止する。

３．本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの特徴
本実施形態では、インジェクション運転と非インジェクション運転とを切り替えることが可能であるので、第１圧縮機９Ａ及び第２圧縮機９Ｂの消費動力を更に低減可能なインジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍サイクル１を得ることができる。

すなわち、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入することにより見込まれる消費動力の低減量により、中間圧冷媒を注入することにより必要とされる消費動力の方が大きくなる場合には、インジェクション運転から非インジェクション運転に切り替えることにより、消費動力を低減でき得る。

ところで、冷凍機油は、気相冷媒より液相冷媒に溶け込み易い。このため、気相冷媒を吸引する第２圧縮機９Ｂにおいて冷凍機油が不足する可能性が高い。なお、冷媒に混入する冷凍機油量を増大させることにより、第２圧縮機９Ｂでの冷凍機油不足を解消する方法も考えられる。しかし、冷凍機油量を増大させると、高圧熱交換器３及び低圧熱交換器７での熱交換能力が低下し、発生する冷凍能力が低下するおそれがある。

これに対して、本実施形態はでは、第２圧縮機９Ｂの稼働状態に応じてオイル供給回路Ｌｏの連通状態を制御するので、冷凍機油量を大きく増大させることなく、第２圧縮機９Ｂにおいて冷凍機油が不足することを抑制できる。

以上のように、本実施形態によれば、インジェクション運転と非インジェクション運転とを切替可能として圧縮機の消費動力を更に低減しつつ、第２圧縮機９Ｂにおいて冷凍機油が不足することを抑制できる。

ところで、起動時間は、第２圧縮機９Ｂから吐出される冷媒の積算量（以下、積算流量）に基づいて決定される時間である。
すなわち、第２圧縮機９Ｂ中の冷凍機油は、冷媒と共に吐出される。このため、積算流量が大きくなるほど、第２圧縮機９Ｂに残存する冷凍機油の量が減少する。そこで、本実施形態では、様々な条件にて第２圧縮機９Ｂを稼働させて適切な起動時間を決定している。

停止時間は、第２圧縮機９Ｂの吐出側と吸入側との圧力差に基づいて決定される時間である。
すなわち、オイル供給回路Ｌｏから第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の量は、第１圧縮機９Ａの吐出側と第２圧縮機９Ｂの吸入側との圧力差に応じて増減する。このため、当該圧力差が大きくなるほど、第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の流量が大きくなる。

逆に、圧力差が小さくなるほど、第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の流量が小さくなる。そこで、本実施形態では、様々な条件にて第２圧縮機９Ｂを稼働させて適切な停止時間を決定している。

（第２実施形態）
第１実施形態では、バルブ１５を開くタイミングを時間（起動時間）で制御した。これに対して本実施形態に係る制御装置２１は、起動時間は積算流量で決定されることから、積算流量が予め設定された所定積算量に達したときにバルブ１５を開く。つまり、本実施形態は、積算流量が起動時間に相当する積算値となったきにバルブ１５を開くものである。

なお、本実施形態に係るバルブ１５も「全閉」及び「全開」の二値であり、任意の中間開度を設定することはできないバルブである。積算流量は、（ａ）流量計を用いた手法、並びに（ｂ）第２圧縮機９Ｂの回転数、冷媒の温度及び圧力等に基づいて演算（推定）する手法等、その計測手法は不問である。

以下、図４に基づいて、本実施形態に係るバルブ制御を説明する。
第２圧縮機９Ｂが起動してインジェクション運転が開始されると、バルブ１５の作動を制御するための制御プログラム（図４）が不揮発性記憶部から読み込まれてＣＰＵにて実行される。

第２圧縮機９Ｂが起動されると、第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が予め設定された規定値を超えたか否か判定される（Ｓ１１）。積算流量が規定値を越えていないと判定された場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ１１が実行される。

積算流量が規定値を越えたと判定された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、バルブ１５が開かれた後（Ｓ１３）、開いた時から停止時間が経過したか否かが判定される（Ｓ１５）。停止時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１５が実行される。

停止時間が経過したと判定された場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、バルブ１５が閉じられた後（Ｓ１７）、閉じた時からの積算流量が規定値を越えたか否か判定される（Ｓ１１）。そして、第２圧縮機９Ｂが停止したときに、本制御も停止する。

（第３実施形態）
＜概要＞
上述の実施形態に係るバルブ１５は、その開度が任意の中間開度を設定することはできないバルブであったが、本実施形態に係るバルブ１５は、全閉から全開までの間において、任意の中間開度を設定可能なバルブ１５を採用している。

そして、制御装置２１は、停止時間を予め設定された固定時間とするとともに、第２圧縮機９Ｂの吐出側と吸入側との圧力差ΔＰに基づいて決定される開度Ｘでバルブ１５を開く。開度Ｘと圧力差ΔＰとの関係は、図５（ｂ）に示すように、圧力差ΔＰが大きくなるほど、開度Ｘが大きくなるように決定される。

つまり、本実施形態に係る制御装置２１は、第２圧縮機９Ｂにて必要な冷凍機油の量が、停止時間内で第２圧縮機９Ｂに供給されるような開度Ｘを圧力差ΔＰに基づいて決定する。

圧力差ΔＰは、（ａ）バルブ１５を開く直前の圧力差、及び（ｂ）バルブ１５を予め設定された開度Ｘｏで開いた後、圧力差ΔＰが安定したときの圧力差のうちいずれを使用してもよい。なお、「圧力差ΔＰが安定したとき」とは、例えば、バルブ１５を開度Ｘｏで開いた時から予め設定された時間（例えば、１秒）が経過したとき等をいう。

＜詳細＞
図５（ａ）に基づいて、本実施形態に係るバルブ制御を説明する。なお、図５（ａ）は、バルブ１５を開く直前の圧力差ΔＰを、開度Ｘを決定するための圧力差ΔＰとした場合の制御を示すフローチャートである。

第２圧縮機９Ｂが起動してインジェクション運転が開始されると、バルブ１５の作動を制御するための制御プログラム（図５（ａ）参照）が不揮発性記憶部から読み込まれてＣＰＵにて実行される。

第２圧縮機９Ｂが起動されると、第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が規定値を超えたか否か、又は第２圧縮機９Ｂが起動した時からの経過時間が起動時間を越えたか否かが判定される（Ｓ２１）。積算流量が規定値を越えておらず、かつ、経過時間が起動時間を越えていないと判定された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、Ｓ２１が実行される。

積算流量が規定値を越えた、又は経過時間が起動時間を越えたと判定された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、圧力差ΔＰに基づいて開度Ｘが決定された後（Ｓ２２）、その決定された開度Ｘにてバルブ１５が開かれる（Ｓ２３）。

バルブ１５が開かれると、バルブ１５が開いた時から停止時間が経過したか否かが判定される（Ｓ２５）。停止時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ２５：ＮＯ）、Ｓ２５が実行される。

停止時間が経過したと判定された場合には（Ｓ２５：ＹＥＳ）、バルブ１５が閉じられた後（Ｓ２７）、第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が規定値を超えたか否か、又は第２圧縮機９Ｂが起動した時からの経過時間が起動時間を越えたか否かが判定される（Ｓ２１）。そして、第２圧縮機９Ｂが停止したときに、本制御も停止する。

なお、本実施形態に係るＳ２１では、（ａ）第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が規定値を超えたか否か、又は（ｂ）第２圧縮機９Ｂが起動した時からの経過時間が起動時間を越えたか否かが判定されたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、（ａ）及び（ｂ）のうちいずれか一方のみを判定してもよい。

（第４実施形態）
＜概要＞
停止時間は、第２圧縮機９Ｂの吐出側と吸入側との圧力差に基づいて決定される時間である。すなわち、オイル供給回路Ｌｏから第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の量は、第１圧縮機９Ａの吐出側と第２圧縮機９Ｂの吸入側との圧力差に応じて増減する。

このため、当該圧力差が大きくなるほど、第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の流量が大きくなり、逆に、圧力差が小さくなるほど、第２圧縮機９Ｂに供給される冷凍機油の流量が小さくなる。

そこで、本実施形態に係る制御装置２１は、第２圧縮機９Ｂにて必要な冷凍機油の量が、第２圧縮機９Ｂに供給されるような停止時間を圧力差ΔＰに基づいて決定する。「圧力差ΔＰと停止時間との関係（図６（ｂ）参照）」は、予め試験等により求められた後、不揮発性記憶部に記憶されている。

停止時間と圧力差ΔＰとの関係は、圧力差ΔＰが大きくなるほど、停止時間が長くなるように決定される。なお、本実施形態に係るバルブ１５は、その開度が「全閉」及び「全開」の二値である。

圧力差ΔＰは、第３実施形態と同様に、（ａ）バルブ１５を開く直前の圧力差、及び（ｂ）バルブ１５を予め設定された開度Ｘｏで開いた後、圧力差ΔＰが安定したときの圧力差のうちいずれを使用してもよい。

＜詳細＞
図６（ａ）に基づいて、本実施形態に係るバルブ制御を説明する。なお、図６（ａ）は、バルブ１５を開く直前の圧力差ΔＰを、停止時間を決定するための圧力差ΔＰとした場合の制御を示すフローチャートである。

第２圧縮機９Ｂが起動してインジェクション運転が開始されると、バルブ１５の作動を制御するための制御プログラム（図６（ａ）参照）が不揮発性記憶部から読み込まれてＣＰＵにて実行される。

第２圧縮機９Ｂが起動されると、第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が規定値を超えたか否か、又は第２圧縮機９Ｂが起動した時からの経過時間が起動時間を越えたか否かが判定される（Ｓ３１）。積算流量が規定値を越えておらず、かつ、経過時間が起動時間を越えていないと判定された場合には（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｓ３１が実行される。

積算流量が規定値を越えた、又は経過時間が起動時間を越えたと判定された場合には（Ｓ３１：ＹＥＳ）、圧力差ΔＰに基づいて停止時間が決定された後（Ｓ３２）、バルブ１５が開かれる（Ｓ３３）。

バルブ１５が開かれると、バルブ１５が開いた時からの経過時間がＳ３２にて決定された停止時間を経過したか否かが判定される（Ｓ３５）。停止時間が経過していないと判定された場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３５が実行される。

停止時間が経過したと判定された場合には（Ｓ３５：ＹＥＳ）、バルブ１５が閉じられた後（Ｓ３７）、第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が規定値を超えたか否か、又は第２圧縮機９Ｂが起動した時からの経過時間が起動時間を越えたか否かが判定される（Ｓ３１）。そして、第２圧縮機９Ｂが停止したときに、本制御も停止する。

なお、本実施形態に係るＳ３１では、（ａ）第２圧縮機９Ｂが起動した時からの積算流量が規定値を超えたか否か、又は（ｂ）第２圧縮機９Ｂが起動した時からの経過時間が起動時間を越えたか否かが判定されたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、（ａ）及び（ｂ）のうちいずれか一方のみを判定してもよい。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとは、冷媒流れに対して並列に配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとは、冷媒流れに対して直列に配置してもよい。

なお、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとを冷媒流れに対して直列に配置した場合には、非インジェクション運転時に第１圧縮機９Ａから吐出された冷媒を、第２圧縮機９Ｂを迂回させて高圧熱交換器３に導く迂回路を設ける必要がある。

上述の実施形態では、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力より低くかったが、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍機にも適用できる。なお、超臨界冷凍機においては、高圧熱交換器３にて冷媒は凝縮しない。

上述の実施形態では、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとが独立した圧縮機であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、インジェクションポートを備える１台の圧縮機等にて構成してもよい。なお、圧縮機の形式は、不問である。つまり、レシプロ方式、ロータリ方式、ベーン方式及びスクロール方式等のいずれの方式であってもよい。

上述の実施形態では、第２アキュムレータ１７Ｂを設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、気液分離器１１から第２圧縮機９Ｂに至る冷媒通路における圧力損失は小さい場合や当該冷媒通路で冷却が小さい場合等、当該冷媒通路にて気相冷媒が凝縮（液化）するおそれが無い場合には、第２アキュムレータ１７Ｂを廃止してもよい。

上述の実施形態では、第１オイル分離器１３Ａ及び第２オイル分離器１３Ｂそれぞれが、第１圧縮機９Ａ及び第２圧縮機９Ｂと独立して設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１オイル分離器１３Ａ及び第２オイル分離器１３Ｂそれぞれが、第１圧縮機９Ａ及び第２圧縮機９Ｂそれぞれに一体化されていてもよい。

第３実施形態及び第４実施形態においては、圧力差ΔＰを検出して開度Ｘ又は停止時間を決定した後は、バルブ１５が閉じるまでその決定された値が不変であったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、バルブ１５が開かれた後、圧力差ΔＰを連続的又は所定周期にて検出し、圧力差ΔＰが変動した場合には、これに応じて開度Ｘ又は停止時間を逐次変更してもよい。

上述の実施形態に係るオイル供給回路Ｌｏは、第２圧縮機９Ｂの吸入側に接続されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、（ａ）オイル供給回路Ｌｏを第２圧縮機９Ｂのハウジング内に直接的に接続する、（ｂ）オイル供給回路Ｌｏを第２オイル分離器１３Ｂに接続して間接的に第２圧縮機９Ｂに接続する等の構成としてもよい。

上述の実施形態では、第１圧縮機９Ａの回転数を制御することより高圧熱交換器３で発生する冷凍能力を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えは、第２減圧器５Ｂの絞り開度、及び第１圧縮機９Ａの回転数を調整して冷凍能力を制御する、第２送風機７Ａの回転数を制御して室内に吹き出す空気の温度を制御する等してもよい。

本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、第１〜第４実施形態に示された蒸気圧縮機式冷凍サイクルのうち、少なくとも２つの蒸気圧縮機式冷凍サイクルを組み合わせてもよい。特に、第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。

１… 蒸気圧縮式冷凍サイクル ３… 高圧熱交換器 ５Ａ… 第１減圧器
５Ｂ… 第２減圧器 ７… 低圧熱交換器 ９Ａ… 第１圧縮機
９Ｂ… 第２圧縮機 １１… 気液分離器 １３Ａ… 第１オイル分離器
１３Ｂ… 第２オイル分離器 １５… バルブ １７Ａ… 第１アキュムレータ
１７Ｂ… 第２アキュムレータ １９… 逆止弁 ２１… 制御装置
Ｌｏ… オイル供給回路 Ｓ１… 高圧センサ Ｓ２… 中間圧センサ
Ｓ３… 低圧温度センサ Ｓ４… 蒸発温度センサ Ｓ５… 外気温度センサ

Claims (6)

1. 低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
   高温側の冷媒を冷却する高圧熱交換器と、
   低温側の冷媒を加熱・蒸発させる低圧熱交換器と、
   前記高圧熱交換器から流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる第１減圧器と、
   前記第１減圧器にて減圧された中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器と、
   前記気液分離器にて分離された液相冷媒を減圧・膨張させて前記低圧熱交換器に供給する第２減圧器と、
   前記低圧熱交換器側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を前記高圧熱交換器側に吐出する第１圧縮機と、
   前記気液分離器から気相冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を前記第１圧縮機の吐出側に吐出する第２圧縮機と、
   前記第２圧縮機の作動を制御するインジェクション制御部であって、前記第２圧縮機を稼働させるインジェクション運転と前記第２圧縮機を停止させる非インジェクション運転とを切替制御可能なインジェクション制御部と、
   前記第１圧縮機の吐出側に設けられ、冷媒中から冷凍機油を分離抽出するオイル分離器と、
   前記オイル分離器にて分離抽出された冷凍機油を前記第２圧縮機に導くオイル供給回路に設けられ、当該オイル供給回路の連通状態を調整するバルブと、
   前記第２圧縮機の稼働状態に応じて前記バルブの作動を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
2. 前記制御部は、前記第２圧縮機の停止時には前記バルブを閉じ、かつ、前前記第２圧縮機の稼働時において前記バルブが閉じている時間が予め設定された所定時間を経過したときに前記バルブを開くことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
3. 前記バルブが閉じているときに前記第２圧縮機から吐出された冷媒の積算量を積算流量としたとき、
   前記制御部は、前記第２圧縮機の停止時には前記バルブを閉じ、かつ、前記積算流量が予め設定された所定積算量に達したときに前記バルブを開くことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
4. 前記制御部は、前記第２圧縮機の吐出側と吸入側との圧力差に基づいて前記バルブの開度を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
5. 前記制御部は、前記第２圧縮機の吐出側と吸入側との圧力差に基づいて前記バルブを開く時間を決定することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
6. 前記制御部は、前記バルブが開いた後、予め設定された所定時間が経過したときに前記バルブを閉じることを特徴とする請求項２ないし４に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。

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