JP6390688B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来より、圧縮機における潤滑剤としての冷凍機油が枯渇しないように、圧縮機に対して油分離器および油戻し管が設けられた冷凍装置が提案されている。

例えば、特許文献１（特開２０１１−２０８８６０号公報）に記載されている冷凍装置では、圧縮機の吐出側において冷媒から冷凍機油を分離するための油分離器が設けられており、当該油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入側に設けられた気液分離器の上流側に戻す油戻し回路が設けられている。また、この油戻し回路の途中には、絞り開度を制御可能な電子膨張弁が設けられている。そして、この電子膨張弁の開度を、圧縮機の運転周波数と、圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差に応じて開度制御することにより、圧縮機に対して適切な量の冷凍機油を戻すことができるとしている。

ところが、上記特許文献１に記載の冷凍装置では、油戻し回路に設けられた電子膨張弁の開度制御について、圧縮機の運転周波数と、圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差に応じて制御することのみが開示されており、これ以外の制御方法については、なんら検討されていない。

また、油戻し回路において、油分離器において冷凍機油があまり分離されない状況になった場合には、油戻し回路には冷凍機油がほとんど流れず、実質的に圧縮機からの吐出ガス冷媒のみが流れてしまうおそれがある。このように油戻し回路において吐出ガス冷媒のみが流れてしまうと、冷凍装置の成績係数が悪化してしまうおそれがある。

本願発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本願発明の課題は、油分離器から冷凍機油が十分に戻されずに吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻されることを抑制することが可能な新規な制御方法を実行可能な冷凍装置を提供することにある。

第１観点に係る冷凍装置は、圧縮機と、油分離器と、冷媒供給管と、油戻し管と、流量調整機構と、制御部と、を備えている。油分離器は、圧縮機の吐出側に設けられている。冷媒供給管は、圧縮機に冷媒を供給する。油戻し管は、油分離器と冷媒供給管とを接続する。流量調整機構は、油戻し管に設けられている。制御部は、冷媒供給管を流れる冷媒の圧力、または、圧縮機から吐出される冷媒の吐出冷媒温度および冷媒供給管を流れる冷媒の圧力が所定条件を満たした場合に、低流量化させるように流量調整機構を制御する。

なお、冷媒供給管は、圧縮機の吸入側に冷媒を供給するものであってもよいし、圧縮機の圧縮工程の途中に冷媒を供給するものであってもよい。

また、所定条件としては、特に限定されるものではなく、例えば、圧縮機の吐出温度の上昇率が所定値を超えた場合（吐出温度の上昇速度が所定上昇速度を超えた場合）や、冷媒供給管を流れる冷媒の圧力の降下率が所定値を超えた場合（冷媒供給管を流れる冷媒の圧力の降下速度が所定降下速度を超えた場合）等挙げられる。

この冷凍装置では、圧縮機から吐出される冷媒の吐出冷媒温度または冷媒供給管を流れる冷媒の圧力が所定条件を満たした場合に、通過する流体（冷媒および／または冷凍機油）の量を低流量化させるように流量調整機構を制御する。

ここで、油戻し管を流れる流体に含まれる冷凍機油が少なく、油戻し管を流れる流体に吐出ガス冷媒が多く含まれており、吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機に戻される状態では、圧縮機におけるガス冷媒の圧縮動作が繰り返されることで圧縮機から吐出される冷媒の温度が上昇していくことになる。

また、油戻し管の流量調整機構において冷凍機油が多く通過している状況では、流量調整機構の前後において冷凍機油は相変化することなく液状態のまま存在し、冷凍機油の粘性は吐出ガス冷媒の粘性よりも高いため、流量調整機構を通過する際の流速が上がりにくい。したがって、油戻し管の流量調整機構において冷凍機油が多く通過している状況では、通過抵抗が生じにくいため、流量調整機構において大きな減圧は生じにくい。

これに対して、油戻し管の流量調整機構において冷凍機油が少なく吐出ガス冷媒が多く通過する状況になると、吐出ガス冷媒の粘性は冷凍機油の粘性よりも低いため、流量調整機構を通過する際の流速が上がりやすい。したがって、油戻し管の流量調整機構において吐出ガス冷媒が多く通過している状況では、通過抵抗が生じやすく、流量調整機構において減圧が生じやすい。このため、油戻し管の流量調整機構に冷凍機油が多く通過している状況からガス冷媒が多く通過している状況に変化した場合には、油戻し管の接続先である冷媒供給管を流れる冷媒の圧力が低下することとなる。

したがって、冷媒供給管を流れる冷媒の圧力の低下を検知すること、または、圧縮機から吐出される冷媒の温度の上昇および冷媒供給管を流れる冷媒の圧力の低下を検知することで、冷凍機油ではなくてガス冷媒ばかりが圧縮機に戻される状況となっていることを把握することができる。

このため、例えば、圧縮機の吐出温度の上昇率が所定値を超えた場合（吐出温度の上昇速度が所定上昇速度を超えた場合）や冷媒供給管を流れる冷媒の圧力の下降率が所定値を超えた場合（冷媒供給管を流れる冷媒の圧力の下降速度が所定下降速度を超えた場合）等において、流量調整機構を通過する流体の量を低流量化させることにより、油戻し管において冷凍機油ではなくガス冷媒がそのまま戻ってしまうことを防ぐため、油分離器から冷凍機油が十分に戻されずに吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻されることを抑制することが可能になる。

第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、制御部は、圧縮機における冷媒循環量に圧縮機の油上がり率を乗じて得られる圧縮機の油上がり量に基づいて流量調整機構の制御を行う通常制御を行う。制御部は、通常制御時に所定条件を満たした場合に、通常制御時の流量調整機構の状態からさらに低流量化させるように流量調整機構を制御する。

なお、冷媒循環量は、質量循環量であってもよいし体積循環量であってもよいが、質量循環量のほうが好ましい。

油上がり率は、圧縮機が吐出する冷媒の単位循環量当たりに含まれる冷凍機油の量であり、特に限定されないが、例えば、圧縮機の駆動周波数と、冷凍サイクルにおける高圧圧力と中間圧力と低圧圧力と、に基づいて算出してもよいし、さらに圧縮機が吸入する冷媒の過熱度をも考慮して算出してもよい。

この冷凍装置では、通常制御時に所定条件を満たした場合に、通常制御時の流量調整機構の状態からさらに低流量化させるように流量調整機構が制御される。このように、通常制御だけでなく、低流量化させる制御も行うことができるため、通常制御を継続すると吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻される状況になったとしても、流量調整機構による低流量化によって、油分離器から冷凍機油が十分に戻されずに吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻されることを抑制することが可能になる。

第３観点に係る冷凍装置は、第１観点または第２観点に係る冷凍装置であって、熱源側熱交換器と、中間膨張弁と、をさらに備えている。熱源側熱交換器は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる。冷媒供給管は、熱源側熱交換器で凝縮した冷媒の一部を圧縮機における圧縮工程の途中に導くインジェクション管である。中間膨張弁は、インジェクション管の途中に設けられている。

この冷凍装置では、油戻し管は、油分離器で分離された冷凍機油等を、インジェクション管を介して圧縮機の圧縮工程の途中に導くことができる。このように、圧縮機から油分離器に向けて吐出された高温の流体の一部が、圧縮機の吸入側に導かれるのではなく圧縮機における圧縮工程の途中に導かれるため、圧縮機から吐出された高温の流体の一部の熱エネルギーが圧縮機の吸入冷媒の温度を上昇させるために用いられてしまうことを抑制することが可能になる。

第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、制御部は、圧縮機の起動時に流量調整機構において冷媒が通過しないように流量調整機構を制御する。

なお、圧縮機の起動時に流量調整機構において冷媒が通過しないように流量調整機構を制御することには、圧縮機の周波数を上昇させている期間における少なくとも一時期において行われればよく、当該圧縮機の周波数を上昇させている全期間で行われていなくてもよい。例えば、圧縮機の周波数を上昇させ始めた時に流量調整機構において冷媒が通過可能な状況となっており、その後に、圧縮機の周波数をさらに上昇させている段階で流量調整機構において冷媒が通過しないように制御されている場合も、ここでいう制御に含まれる。

この冷凍装置では、圧縮機の起動時のように、停止していた圧縮機の周波数が上昇している際には、流量調整機構において冷媒を通過させない。このため、圧縮機の起動時において、流量調整機構において冷媒を通過させないことで、圧縮機の吐出側と圧縮機の冷媒供給管が接続されている側との差圧を効率的に増大させることができる。

第５観点に係る冷凍装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る冷凍装置であって、制御部は、圧縮機の起動前に流量調整機構において冷媒が通過可能な状態となるように流量調整機構を制御する。

この冷凍装置では、圧縮機の起動前に、流量調整機構において冷媒が通過可能な状態とされるため、圧縮機の吐出側と圧縮機の冷媒供給管が接続されている側との差圧を小さくして均圧化させることができるとともに、油分離器における冷凍機油を油戻し管および冷媒供給管を介して圧縮機における冷媒に溶け込ませることが可能になるため、圧縮機をより確実に起動させることが可能になる。

第１観点に係る冷凍装置では、油分離器から冷凍機油が十分に戻されずに吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻されることを抑制することが可能になる。

第２観点に係る冷凍装置では、通常制御を継続すると吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻される状況になったとしても、流量調整機構による低流量化によって、油分離器から冷凍機油が十分に戻されずに吐出ガス冷媒ばかりが圧縮機側に戻されることを抑制することが可能になる。

第３観点に係る冷凍装置では、圧縮機から吐出された高温の流体の一部の熱エネルギーが圧縮機の吸入冷媒の温度を上昇させるために用いられてしまうことを抑制することが可能になる。

第４観点に係る冷凍装置では、圧縮機の起動時において、流量調整機構において冷媒を通過させないことで、圧縮機の吐出側と圧縮機の冷媒供給管が接続されている側との差圧を効率的に増大させることができる。

第５観点に係る冷凍装置では、圧縮機をより確実に起動させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図。 コントローラの概略構成と、コントローラに接続される各部と、を模式的に示したブロック図。 油戻し弁を通常制御およびホットガスバイパス抑制制御する場合におけるコントローラの処理の流れの一例を示したフローチャート。 変形例Ａに係る冷媒回路を有する冷凍装置の全体構成図。 変形例Ｂに係る冷媒回路を有する冷凍装置の全体構成図。 変形例Ｃに係る冷媒回路を有する冷凍装置の全体構成図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１００について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

（１）冷凍装置１００
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１００の概略構成図である。冷凍装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、冷蔵倉庫や店舗のショーケースの庫内等の利用側空間の冷却を行う装置である。

冷凍装置１００は、主として、熱源ユニット２と、複数（ここでは２台）の利用ユニット（第１利用ユニット５０、第２利用ユニット６０）と、熱源ユニット２と第１利用ユニット５０、第２利用ユニット６０とを接続する液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７と、入力装置および表示装置としての複数のリモコン（第１リモコン５０ａ、第２リモコン６０ａ）と、冷凍装置１００の動作を制御するコントローラ７０と、を有している。

冷凍装置１００では、１台の熱源ユニット２に対して、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７を介して、第１利用ユニット５０と第２利用ユニット６０とが互いに並列に接続されることで、冷媒回路１０が構成されている。冷凍装置１００では、冷媒回路１０内に封入された冷媒が、圧縮され、冷却又は凝縮され、減圧され、加熱又は蒸発された後に、再び圧縮される、という冷凍サイクルが行われる。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、冷媒回路１０には、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うための冷媒としてＲ３２が充填されている。

（１−１）熱源ユニット２
熱源ユニット２は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７を介して第１利用ユニット５０および第２利用ユニット６０が並列に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。熱源ユニット２は、主として、圧縮機２１と、油分離器２３、四路切換弁２４と、熱源側熱交換器２５と、熱源側ファン４５と、レシーバ２７と、過冷却器３１と、熱源側膨張弁２８と、インジェクション管３０と、過冷却膨張弁３２と、インジェクション弁３３と、油戻し管３８と、油戻し弁３９と、第１分岐管３４と、第２分岐管３６と、液側閉鎖弁４８と、ガス側閉鎖弁４９と、を有している。

また、熱源ユニット２は、圧縮機２１の吐出側から四路切換弁２４の接続ポートの１つを接続しており途中に油分離器２３が設けられている吐出側配管４１と、圧縮機２１の吸入側から四路切換弁２４の接続ポートの１つとを接続する吸入側配管４２と、熱源側熱交換器２５の液側とレシーバ２７とを接続する第１熱源液側配管４３と、レシーバ２７の熱源側熱交換器２５側とは反対側の端部と液側閉鎖弁４８とを接続する第２熱源液側配管４４と、を有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。特に限定されないが、本実施形態の圧縮機２１は、互いに並列に接続された第１圧縮機２１ａと、第２圧縮機２１ｂと、第３圧縮機２１ｃと、によって構成されている。これらの第１圧縮機２１ａ、第２圧縮機２１ｂおよび第３圧縮機２１ｃは、本実施形態では、いずれも全密閉式高圧ドーム型のスクロール圧縮機である。このうち、第１圧縮機２１ａは、容量可変（回転数が可変）の圧縮機であり、インバータが設けられている。第２圧縮機２１ｂおよび第３圧縮機２１ｃは、容量固定（回転数が固定）の圧縮機であり、インバータは設けられていない。

第１圧縮機２１ａ、第２圧縮機２１ｂ、第３圧縮機２１ｃのそれぞれの吸入側には、個別吸入管が接続されている。これらの個別吸入管は、最上流側において１つにまとまっている。これらの個別吸入管の最上流側のまとまった箇所と、四路切換弁２４とは、吸入側配管４２によって接続されている。

第１圧縮機２１ａ、第２圧縮機２１ｂ、第３圧縮機２１ｃのそれぞれの吐出側には、個別吐出管が接続されている。これらの個別吐出管は、最下流側において１つにまとまっている。これらの個別吐出管の最下流側のまとまった箇所と、四路切換弁２４とは、吐出側配管４１によって接続されている。なお、第１圧縮機２１ａの吐出側には、吐出流れのみを許容する逆止弁２２ａが設けられている。第２圧縮機２１ｂの吐出側にも同様に、吐出流れのみを許容する逆止弁２２ｂが設けられており、第３圧縮機２１ｃの吐出側にも同様に、吐出流れのみを許容する逆止弁２２ｃが設けられている。

油分離器２３は、圧縮機２１から吐出された冷媒から主として冷凍機油を分離するための容器であり、吐出側配管４１の途中に設けられている。この油分離器２３は、圧縮機２１を構成する複数の圧縮機である第１圧縮機２１ａと第２圧縮機２１ｂと第３圧縮機２１ｃから吐出された流体（冷媒と冷凍機油を含む）をまとめて流入させ、主として冷凍機油を分離する（なお、運転状況によってはガス冷媒も多少混ざり込む）。このため、例えば、第１圧縮機２１ａと第２圧縮機２１ｂと第３圧縮機２１ｃとのそれぞれの吐出側に１体１で対応させるように設けられる油分離器と比べると、本実施形態の油分離器２３は容量が大きいものとなっている。

この吐出側配管４１の途中に設けられた油分離器２３からは、油戻し管３８が分岐するようにして延び出している。この油戻し管３８の他端は、後述するインジェクション管３０の途中であって、過冷却器３１と第１〜第３インジェクション分流管３３ｘ、３３ｙ、３３ｚとの間に接続されている。また、油戻し管３８の途中には、弁開度を制御可能な電子膨張弁によって構成された油戻し弁３９が設けられている。

四路切換弁２４は、吐出側配管４１の下流側端部に接続されている。この四路切換弁２４は、接続状態を切り換えることにより、圧縮機２１の吐出側と熱源側熱交換器２５とが接続されてガス側閉鎖弁４９と圧縮機２１の吸入側とが接続された冷却運転状態と、圧縮機２１の吐出側とガス側閉鎖弁４９とが接続されて熱源側熱交換器２５と圧縮機２１の吸入側とが接続された加温運転状態と、を切り換えることが可能になっている。

熱源側熱交換器２５は、冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器として機能すると共に、低圧の冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器２５は、一端が四路切換弁２４側から伸びた冷媒配管に接続されており、他端が第１熱源液側配管４３に接続されている。

熱源側ファン４５は、熱源ユニット２内に庫外空気（熱源側空気）を取り込んで、熱源側熱交換器２５において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出させるための空気流れを形成する。熱源側ファン４５は、熱源側ファンモータＭ４５によって回転駆動される。熱源側ファン４５の風量は、熱源側ファンモータＭ４５の回転数を調節することにより制御される。

第１熱源液側配管４３の途中には、熱源側熱交換器２５側からレシーバ２７側に向かう冷媒流れのみを許容する第１熱源液側逆止弁２６が設けられている。

レシーバ２７は、冷媒を一時的に溜める容器であり、第１熱源液側配管４３の熱源側熱交換器２５側とは反対側に設けられている。ここで、第１熱源液側配管４３は、レシーバ２７の上方における気相部分に接続されている。

熱源側膨張弁２８は、弁開度を制御可能な電動膨張弁によって構成されており、第２熱源液側配管４４に（より詳細には過冷却器３１の下流側の部分に）配置されている。

過冷却器３１は、レシーバ２７において一時的に溜められた冷媒を第１、第２利用ユニット５０、６０に送る前にさらに冷却する熱交換器であり、第２熱源液側配管４４のレシーバ２７と熱源側膨張弁２８との間に配置されている。

インジェクション管３０は、第２熱源液側配管４４の過冷却器３１と熱源側膨張弁２８との間から分岐するように伸び出しており、圧縮機２１の圧縮工程の途中に接続されている。

過冷却膨張弁３２は、弁開度を制御可能な電動膨張弁によって構成されており、インジェクション管３０の途中であって、過冷却器３１よりも上流側に設けられている。過冷却器３１では、レシーバ２７から流れ出た第２熱源液側配管４４を流れる冷媒と、インジェクション管３０を流れる冷媒であって過冷却膨張弁３２によって減圧された冷媒と、の間で熱交換が行われる。これにより、第２熱源液側配管４４を流れる冷媒は過冷却されて、熱源側膨張弁２８に向けて流れる。他方、インジェクション管３０において過冷却器３１を通過した冷媒は、さらにインジェクション管３０の下流側に向けて流れる。

インジェクション管３０における油戻し管３８との合流部分よりもさらに下流側（圧縮機２１側）は、第１〜第３インジェクション分流管３３ｘ、３３ｙ、３３ｚを介して、圧縮機２１まで伸びている。具体的には、インジェクション管３０における油戻し管３８との合流部分よりもさらに下流側（圧縮機２１側）は、第１圧縮機２１ａの圧縮工程の途中に合流するように流れる第１インジェクション分流管３３ｘと、第２圧縮機２１ｂの圧縮工程の途中に合流するように流れる第２インジェクション分流管３３ｙと、第３圧縮機２１ｃの圧縮工程の途中に合流するように流れる第３インジェクション分流管３３ｚと、に分岐している。

インジェクション弁３３は、弁開度を制御可能な電動膨張弁によって構成されており、インジェクション管３０における第１〜第３インジェクション分流管３３ｘ、３３ｙ、３３ｚの途中にそれぞれ設けられている。具体的には、第１インジェクション分流管３３ｘの途中には第１インジェクション弁３３ａが設けられ、第２インジェクション分流管３３ｙの途中には第２インジェクション弁３３ｂが設けられ、第３インジェクション分流管３３ｚの途中には第３インジェクション弁３３ｃが設けられている。

第２熱源液側配管４４には、熱源側膨張弁２８と液側閉鎖弁４８との間において、熱源側膨張弁２８側から液側閉鎖弁４８側に向かう冷媒流れのみを許容する第２熱源液側逆止弁２９が設けられている。

第１分岐管３４は、第２熱源液側配管４４の途中であって、第２熱源液側逆止弁２９と液側閉鎖弁４８との間から分岐し、第１熱源液側配管４３の途中であって第１熱源液側逆止弁２６とレシーバ２７との間の部分に合流するように設けられた冷媒配管である。この第１分岐管３４の途中には、第２熱源液側配管４４側から第１熱源液側配管４３側に向かう冷媒流れのみを許容する第１分岐逆止弁３５が設けられている。

第２分岐管３６は、第２熱源液側配管４４の途中であって、熱源側膨張弁２８と第２熱源液側逆止弁２９との間から分岐し、第１熱源液側配管４３の途中であって熱源側熱交換器２５と第１熱源液側逆止弁２６との間の部分に合流するように設けられた冷媒配管である。この第２分岐管３６の途中には、第２熱源液側配管４４側から第１熱源液側配管４３側に向かう冷媒流れのみを許容する第２分岐逆止弁３７が設けられている。

液側閉鎖弁４８は、第２熱源液側配管４４と液側冷媒連絡配管６との接続部分に配置された手動弁である。

ガス側閉鎖弁４９は、四路切換弁２４から伸びる配管とガス側冷媒連絡配管７との接続部分に配置された手動弁である。

熱源ユニット２には、各種センサが配置されている。具体的には、吸入側配管４２には、圧縮機２１の吸入側における冷媒の圧力である吸入圧力を検出する低圧センサ４０ａが設けられている。また、第１圧縮機２１ａの個別吐出管の途中には、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力である吐出圧力を検出する高圧センサ４０ｃが設けられている。さらに、インジェクション管３０の途中であって、インジェクション管３０と油戻し管３８との合流部分と、過冷却器３１と、の間には、冷凍サイクルにおける中間圧力を検出する中間圧センサ４０ｂが設けられている。さらに、熱源側熱交換器２５又は熱源側ファン４５の周辺には、熱源ユニット２内に吸入される熱源側空気の温度を検出する熱源側空気温度センサ４６が配置されている。そして、圧縮機２１から吐出された冷媒の温度を検知するための吐出温度センサ４７が、吐出側配管４１の途中（本実施形態では油分離器２３の上流側であって、第１圧縮機２１ａと第２圧縮機２１ｂと第３圧縮機２１ｃの吐出冷媒の合流後の位置）に設けられている。

熱源ユニット２は、熱源ユニット２を構成する各部の動作を制御する熱源ユニット制御部２０を有している。熱源ユニット制御部２０は、ＣＰＵやメモリ等を含むマイクロコンピュータを有している。熱源ユニット制御部２０は、各利用ユニット５０の利用ユニット制御部５７、６７と通信線を介して接続されており、制御信号等の送受信を行う。

（１−２）第１利用ユニット５０
第１利用ユニット５０は、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７を介して熱源ユニット２と接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

第１利用ユニット５０は、第１利用側膨張弁５４と、第１利用側熱交換器５２と、を有している。また、第１利用ユニット５０は、第１利用側熱交換器５２の液側端と液側冷媒連絡配管６とを接続する第１利用側液冷媒管５９と、第１利用側熱交換器５２のガス側端とガス側冷媒連絡配管７とを接続する第１利用側ガス冷媒管５８と、を有している。

第１利用側膨張弁５４は、弁開度を制御可能な電動膨張弁によって構成されており、第１利用側液冷媒管５９の途中に設けられている。

第１利用側熱交換器５２は、冷凍サイクルにおける冷却運転時には低圧の冷媒の蒸発器として機能して庫内空気（利用側空気）を冷却し、デフロスト運転等の加温運転時には冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。

ここで、第１利用ユニット５０は、第１利用ユニット５０内に利用側空気を吸入して、第１利用側熱交換器５２において冷媒と熱交換させた後に、利用側空間に供給するための第１利用側ファン５３を有している。第１利用側ファン５３は、第１利用側熱交換器５２を流れる冷媒の加熱源としての利用側空気を第１利用側熱交換器５２に供給するためのファンである。第１利用側ファン５３は、第１利用側ファンモータＭ５３によって回転駆動される。

また、第１利用ユニット５０は、第１利用ユニット５０を構成する各部の動作を制御する第１利用ユニット制御部５７を有している。第１利用ユニット制御部５７は、ＣＰＵやメモリ等を含むマイクロコンピュータを有している。第１利用ユニット制御部５７は、熱源ユニット制御部２０と通信線を介して接続されており、制御信号等の送受信を行う。

（１−３）第２利用ユニット６０
第２利用ユニット６０は、第１利用ユニット５０と同様の構成であり、液側冷媒連絡配管６およびガス側冷媒連絡配管７を介して熱源ユニット２と接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。この第２利用ユニット６０は、第１利用ユニット５０に対して並列に接続されている。

第２利用ユニット６０は、第２利用側膨張弁６４と、第２利用側熱交換器６２と、を有している。また、第２利用ユニット６０は、第２利用側熱交換器６２の液側端と液側冷媒連絡配管６とを接続する第２利用側液冷媒管６９と、第２利用側熱交換器６２のガス側端とガス側冷媒連絡配管７とを接続する第２利用側ガス冷媒管６８と、を有している。

第２利用側膨張弁６４は、弁開度を制御可能な電動膨張弁によって構成されており、第２利用側液冷媒管６９の途中に設けられている。

第２利用側熱交換器６２は、冷凍サイクルにおける冷却運転時には低圧の冷媒の蒸発器として機能して庫内空気（利用側空気）を冷却し、デフロスト運転等の加温運転時には冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。

ここで、第２利用ユニット６０も、第１利用ユニット５０と同様に、第２利用側ファンモータＭ６３によって回転駆動される第２利用側ファン６３を有している。

また、第２利用ユニット６０は、第２利用ユニット６０を構成する各部の動作を制御する第２利用ユニット制御部６７を有している。第２利用ユニット制御部６７は、ＣＰＵやメモリ等を含むマイクロコンピュータを有している。第２利用ユニット制御部６７は、熱源ユニット制御部２０と通信線を介して接続されており、制御信号等の送受信を行う。

（１−４）第１リモコン５０ａ、第２リモコン６０ａ
第１リモコン５０ａは、第１利用ユニット５０のユーザが冷凍装置１００の運転状態を切り換えるための各種指示を入力するための入力装置である。また、第１リモコン５０ａは、冷凍装置１００の運転状態や所定の報知情報を表示するための表示装置としても機能する。第１リモコン５０ａは、第１利用ユニット制御部５７と通信線を介して接続されており、相互に信号の送受信を行っている。

第２リモコン６０ａも、第１リモコン５０ａと同様であり、第２利用ユニット６０のユーザが冷凍装置１００の運転状態を切り換えるための各種指示を入力するための入力装置、表示装置である。第２リモコン６０ａは、第２利用ユニット制御部６７と通信線を介して接続されており、相互に信号の送受信を行っている。

（２）コントローラ７０の詳細
冷凍装置１００では、熱源ユニット制御部２０と、第１利用ユニット制御部５７および第２利用ユニット制御部６７と、が通信線を介して接続されることで、冷凍装置１００の動作を制御するコントローラ７０が構成されている。

図２は、コントローラ７０の概略構成と、コントローラ７０に接続される各部と、を模式的に示したブロック図である。

コントローラ７０は、複数の制御モードを有し、遷移している制御モードに応じて冷凍装置１００の運転を制御する。例えば、コントローラ７０は、制御モードとして、平常時に行われる冷却運転モードと、逆サイクルデフロスト時に行われる加温運転モードと、を有している。また、コントローラ７０は、冷却運転モードと加温運転モードとのいずれにおいても油戻し弁３９の通常制御と油戻し弁３９のホットガスバイパス抑制制御と、を選択的に実行する。この油戻し弁３９の通常制御は、冷凍サイクルの運転状況に応じて適切な冷凍機油の量を圧縮機２１に返油させるための制御である。そして、油戻し弁３９のホットガスバイパス抑制制御は、油戻し弁３９において冷凍機油を十分に通過させることができていないにも関わらず大量のホットガスが油戻し弁３９を通過してしまうことを抑制するために行われる制御である。

コントローラ７０は、熱源ユニット２に含まれる各アクチュエータ（具体的には、圧縮機２１、四路切換弁２４、熱源側膨張弁２８、過冷却膨張弁３２、インジェクション弁３３、油戻し弁３９、および熱源側ファン４５（熱源側ファンモータＭ４５））と、各種センサ（低圧センサ４０ａ、中間圧センサ４０ｂ、高圧センサ４０ｃ、および熱源側空気温度センサ４６、吐出温度センサ４７等）と、電気的に接続されている。また、コントローラ７０は、第１利用ユニット５０に含まれるアクチュエータ（具体的には、第１利用側ファン５３（第１利用側ファンモータＭ５３）、第１利用側膨張弁５４）と電気的に接続されている。また、コントローラ７０は、第２利用ユニット６０に含まれるアクチュエータ（具体的には、第２利用側ファン６３（第２利用側ファンモータＭ６３）、第２利用側膨張弁６４）と電気的に接続されている。また、コントローラ７０は、第１リモコン５０ａ、第２リモコン６０ａと、電気的に接続されている。

コントローラ７０は、主として、記憶部７１と、通信部７２と、モード制御部７３と、アクチュエータ制御部７４と、表示制御部７５と、を有している。なお、コントローラ７０内におけるこれらの各部は、熱源ユニット制御部２０および／又は利用ユニット制御部５７に含まれる各部が一体的に機能することによって実現されている。

（２−１）記憶部７１
記憶部７１は、例えば、ROM、RAM、およびフラッシュメモリ等で構成されており、揮発性の記憶領域と不揮発性の記憶領域を含む。記憶部７１には、コントローラ７０の各部における処理を定義した制御プログラムが格納されている。また、記憶部７１は、コントローラ７０の各部によって、所定の情報（例えば、各センサの検出値、第１リモコン５０ａ、第２リモコン６０ａに入力されたコマンド等）を、所定の記憶領域に適宜格納される。

（２−２）通信部７２
通信部７２は、コントローラ７０に接続される各機器と、信号の送受信を行うための通信インターフェースとしての役割を果たす機能部である。通信部７２は、アクチュエータ制御部７４からの依頼を受けて、指定されたアクチュエータに所定の信号を送信する。また、通信部７２は、各種センサ、第１リモコン５０ａ、および第２リモコン６０ａから出力された信号を受けて、記憶部７１の所定の記憶領域に格納する。

（２−３）モード制御部７３
モード制御部７３は、制御モードの切り換え等を行う機能部である。モード制御部７３は、第１、第２利用側熱交換器５２、６２における霜の付着に関する所定デフロスト条件が満たされていない状態で運転を行う場合には、冷却運転モードとする。また、モード制御部７３は、冷却運転モードにおいて、所定デフロスト条件が満たされた場合には、加温運転モードに切り換える。また、モード制御部７３は、冷却運転モードと加温運転モードとのいずれにおいても、基本的には油戻し弁３９の通常制御を行うが、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（吐出温度センサ４７によって検知される温度）の上昇速度が所定上昇速度を超えた場合には、モード制御部７３は、油戻し弁３９の通常制御から油戻し弁３９のホットガスバイパス抑制制御に切り換える。

（２−４）アクチュエータ制御部７４
アクチュエータ制御部７４は、制御プログラムに沿って、状況に応じて、冷凍装置１００に含まれる各アクチュエータ（例えば圧縮機２１等）の動作を制御する。

アクチュエータ制御部７４は、冷却運転モード時には、四路切換弁２４の接続状態を圧縮機２１の吐出側と熱源側熱交換器２５とが接続されてガス側閉鎖弁４９と圧縮機２１の吸入側とが接続された状態として、熱源側膨張弁２８が全開状態となるように制御しつつ、設定温度や各種センサの検出値等に応じて、圧縮機２１の回転数、熱源側ファン４５、過冷却膨張弁３２の開度、油戻し弁３９の開度、第１〜第３インジェクション弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃの各弁開度、利用側膨張弁５４、６４の開度、利用側ファン５３、６３の回転数等をリアルタイムに制御する。なお、冷却運転モード実行中は、第１〜第３インジェクション弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、いずれも全閉状態以外の状態に制御される。

また、アクチュエータ制御部７４は、加温運転モード時には、四路切換弁２４の接続状態を圧縮機２１の吐出側とガス側閉鎖弁４９とが接続されて熱源側熱交換器２５と圧縮機２１の吸入側とが接続された状態として、過冷却膨張弁３２は全閉状態となるように制御し、利用側膨張弁５４、６４は全開状態となるように制御し、利用側ファン５３、６３を停止させるように制御しつつ、各種センサの検出値等に応じて、圧縮機２１の回転数、熱源側ファン４５、熱源側膨張弁２８の開度、油戻し弁３９の開度、第１〜第３インジェクション弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃの各弁開度等をリアルタイムに制御する。なお、加温運転モード実行中においても、第１〜第３インジェクション弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、いずれも全閉状態以外の状態に制御される。

ここで、冷却運転モード時および加温運転モード時には、油戻し弁３９の通常制御と、油戻し弁３９のホットガスバイパス抑制制御とが選択的に行われる。

―― 油戻し弁３９の通常制御 ――
油戻し弁３９の通常制御（ホットガスバイパス抑制制御が実行される時以外の制御）では、圧縮機２１からの油上がり量と同じ通過循環量を実現できる開度となるようにアクチュエータ制御部７４が制御する。すなわち、「圧縮機２１からの油上がり量」が、「油戻し弁３９における通過循環量」と等しくなるように、アクチュエータ制御部７４が油戻し弁３９の弁開度を制御する。

ここで、「圧縮機の油上がり量」＝「圧縮機の冷媒循環量」×「圧縮機の油上がり率」の関係にある。ここで、圧縮機２１を構成する複数の圧縮機（第１圧縮機２１ａ、第２圧縮機２１ｂ、第３圧縮機２１ｃ）が駆動している場合には、駆動している圧縮機それぞれについて「圧縮機の冷媒循環量」と「圧縮機の油上がり率」を用いて「圧縮機の油上がり量」を算出し、これらを合計することで、「圧縮機２１の油上がり量」を算出することができる。

なお、「圧縮機の循環量」は、特に限定されないが、例えば、圧縮機のピストン押しのけ量、圧縮機の駆動周波数、圧縮機の吸入冷媒密度に基づいて算出するようにしてもよいし、圧縮機２１の入力電力を圧縮機２１の出口と入口のエンタルピー差で除することによって算出するようにしてもよい。

また、上記「圧縮機の油上がり率」は、圧縮機の駆動周波数と、冷凍サイクルにおける高圧圧力と中間圧力と低圧圧力と、必要に応じて圧縮機が吸入する冷媒の過熱度と、に基づいて、駆動している圧縮機毎に算出することができる。

また、「油戻し弁３９における通過循環量」は、油戻し弁３９における弁開度と、油戻し弁３９の前後における冷媒圧力の差（高圧圧力−中間圧圧力）と、予め記憶部７１に記憶されている所定の関係値テーブルデータと、を用いて算出することができる。ここで、所定の関係値テーブルデータは、油戻し弁３９の弁開度が大きいほど通過循環量が大きくなり、油戻し弁３９の前後の冷媒圧力の差が大きいほど通過循環量が大きくなるという関係に基づいて、予め得られているデータである。

以上にしたがって、油戻し弁３９の弁開度は、実質的に、「圧縮機２１の油上がり量」と「油戻し弁３９の前後における冷媒圧力の差（高圧圧力−中間圧圧力）」と、に応じた開度に制御されることになる。

―― 油戻し弁３９のホットガスバイパス抑制制御 ――
油戻し弁３９のホットガスバイパス抑制制御では、アクチュエータ制御部７４は、直前まで行われていた冷却運転モードや加温運転モードでの油戻し弁３９の通常制御時の弁開度よりもさらに小さな弁開度となるように、油戻し弁３９の開度を絞る。油戻し弁３９の開度を絞る程度は、特に限定されないが、例えば、直前まで行われていた冷却運転モードや加温運転モードでの油戻し弁３９の通常制御による弁開度の半分の弁開度としてもよいし、全閉状態にしてもよい。このように油戻し弁３９の弁開度を絞ることにより、油戻し管３８を通じてホットガスが圧縮機２１の吸入側に多く戻されることによる能力低下を抑制させることができる。

なお、上記油戻し弁３９の開度を絞る制御を行う際には、第１〜第３インジェクション弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃの各弁開度の制御については特に変更することなく、同じ制御状態を続ける。

（２−５）表示制御部７５
表示制御部７５は、表示装置としての第１リモコン５０ａおよび第２リモコン６０ａの動作を制御する機能部である。

表示制御部７５は、運転状態や状況に係る情報を管理者に対して表示すべく、第１リモコン５０ａおよび第２リモコン６０ａに所定の情報を出力させる。

例えば、表示制御部７５は、冷却運転実行中には、設定温度等の各種情報を第１リモコン５０ａおよび第２リモコン６０ａに表示させる。

また、表示制御部７５は、ホットガスバイパス抑制制御時には、当該モード中である旨を表す情報を、第１リモコン５０ａおよび第２リモコン６０ａに表示させる。

（３）冷却運転モードの冷媒の流れ
以下、冷却運転モードにおける冷媒回路１０における冷媒の流れについて説明する。

冷凍装置１００では、運転時に、冷媒回路１０に充填された冷媒が、主として、圧縮機２１、熱源側熱交換器２５、レシーバ２７、過冷却器３１、熱源側膨張弁２８、利用側膨張弁５４、６４、利用側熱交換器５２、６２の順に循環する冷却運転（冷凍サイクル運転）が行われる。

冷却運転が開始されると、冷媒回路１０内において、冷媒が圧縮機２１に吸入されて圧縮された後に吐出される。ここで、冷凍サイクルにおける低圧は、低圧センサ４０ａによって検出される吸入圧力であり、冷凍サイクルにおける高圧は、高圧センサ４０ｃによって検出される吐出圧力であり、冷凍サイクルにおける中間圧は、中間圧センサ４０ｂによって検出される吐出圧力である。

圧縮機２１では、第１利用ユニット５０および第２利用ユニット６０で要求される冷却負荷に応じた容量制御が行われる。具体的には、吸入圧力の目標値が第１利用ユニット５０および第２利用ユニット６０で要求される冷却負荷に応じて設定され、吸入圧力が目標値になるように圧縮機２１の運転周波数が制御される。

圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は、吐出側配管４１を経て、熱源側熱交換器２５のガス側端に流入する。ここで、吐出側配管４１の途中に設けられた油分離器２３は、圧縮機２１から吐出された冷媒から冷凍機油を分離し、油戻し管３８側に導く。なお、冷却運転モード時には、油戻し弁３９は通常制御またはホットガスバイパス抑制制御が行われる。

熱源側熱交換器２５のガス側端に流入したガス冷媒は、熱源側熱交換器２５において、熱源側ファン４５によって供給される熱源側空気と熱交換を行って放熱して凝縮し、液冷媒となって熱源側熱交換器２５の液側端から流出する。

熱源側熱交換器２５の液側端から流出した液冷媒は、第２分岐管３６側に分岐して流れることなく、第１熱源液側配管４３および第１熱源液側逆止弁２６を通過して、レシーバ２７の入口に流入する。レシーバ２７に流入した液冷媒は、レシーバ２７において飽和状態の液冷媒として一時的に溜められた後に、レシーバ２７の出口から流出する。

レシーバ２７の出口から流出した液冷媒は、第２熱源液側配管４４を流れて過冷却器３１に流入する。

過冷却器３１に流入した液冷媒は、過冷却器３１において、インジェクション管３０を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却されて過冷却状態の液冷媒になり、過冷却器３１の熱源側膨張弁２８側の出口から流出する。なお、ここで、過冷却膨張弁３２の弁開度は、コントローラ７０によって、過冷却器３１から熱源側膨張弁２８に向けて流れる冷媒が所定の正の過冷却度を有するようにしつつ、中間圧センサの検知値が所定の中間圧条件を満たすように制御される。

過冷却器３１の熱源側膨張弁２８側の出口から流出した液冷媒は、第２熱源液側配管４４における過冷却器３１と熱源側膨張弁２８との間の部分を経て、熱源側膨張弁２８に流入する。このとき、過冷却器３１の熱源側膨張弁２８側の出口から流出した液冷媒の一部は、第２熱源液側配管４４における過冷却器３１と熱源側膨張弁２８との間の部分から分岐しているインジェクション管３０に向けて流れるようになっている。

インジェクション管３０を流れる冷媒は、過冷却膨張弁３２によって冷凍サイクルにおける中間圧になるまで減圧される。過冷却膨張弁３２によって減圧された後のインジェクション管３０を流れる冷媒は、過冷却器３１のインジェクション管３０側の入口に流入する。過冷却器３１のインジェクション管３０側の入口に流入した冷媒は、過冷却器３１において、第２熱源液側配管４４側を流れる冷媒と熱交換を行って加熱されてガス冷媒になる。そして、過冷却器３１において加熱された冷媒は、インジェクション管３０の下流側まで流れ、油戻し管３８を介して流れてきた冷凍機油と合流することで混合され、第１〜第３インジェクション分流管３３ｘ、３３ｙ、３３ｚにそれぞれ分流されて、第１〜第３圧縮機２１ａ、２１ｂ、２１ｃの圧縮工程の途中に合流する。ここで、第１〜第３インジェクション分流管３３ｘ、３３ｙ、３３ｚを流れる冷媒量は、第１〜第３インジェクション弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃの各弁開度によって調整される。

熱源側膨張弁２８は、冷却運転モードでは全開状態に制御されているため、第２熱源液側配管４４から熱源側膨張弁２８に流入した液冷媒は、減圧されることなく熱源側膨張弁２８を通過し、その後に、液側閉鎖弁４８、および液側冷媒連絡配管６を経て、運転中の第１利用ユニット５０および第２利用ユニット６０に流入する。

第１利用ユニット５０に流入した冷媒は、第１利用側液冷媒管５９の一部を経て、第１利用側膨張弁５４に流入する。第１利用側膨張弁５４に流入した冷媒は、第１利用側膨張弁５４によって冷凍サイクルにおける低圧になるまで減圧されて、第１利用側液冷媒管５９を経て第１利用側熱交換器５２の液側端に流入する。第１利用側熱交換器５２の液側端に流入した冷媒は、第１利用側熱交換器５２において、第１利用側ファン５３によって供給される利用側空気と熱交換を行って蒸発し、ガス冷媒となって第１利用側熱交換器５２のガス側端から流出する。第１利用側熱交換器５２のガス側端から流出したガス冷媒は、第１利用側ガス冷媒管５８を介して、ガス側冷媒連絡配管７に流れていく。

第２利用ユニット６０に流入した冷媒は、第１利用ユニット５０と同様に、第２利用側液冷媒管６９の一部を経て、第２利用側膨張弁６４に流入する。第２利用側膨張弁６４に流入した冷媒は、第２利用側膨張弁６４によって冷凍サイクルにおける低圧になるまで減圧されて、第２利用側液冷媒管６９を経て第２利用側熱交換器６２の液側端に流入する。第２利用側熱交換器６２の液側端に流入した冷媒は、第２利用側熱交換器６２において、第２利用側ファン６３によって供給される利用側空気と熱交換を行って蒸発し、ガス冷媒となって第２利用側熱交換器６２のガス側端から流出する。第２利用側熱交換器６２のガス側端から流出したガス冷媒は、第２利用側ガス冷媒管６８を介して、ガス側冷媒連絡配管７に流れていく。

このようにして、第１利用ユニット５０から流出した冷媒と、第２利用ユニット６０から流出した冷媒とは、ガス側冷媒連絡配管７において合流し、ガス側閉鎖弁４９、四路切換弁２４および吸入側配管４２を経て、再び、圧縮機２１に吸入される。

（４）加温運転モードの冷媒の流れ
以下、利用側熱交換器５２、６２に付着した霜を除去するため等に行われる加温運転モードにおける冷媒回路１０における冷媒の流れについて説明する。

加温運転は、コントローラ７０が冷却運転時に所定の加温運転開始条件を満たしたと判断した場合に（例えば、冷却運転が所定時間の間実行された場合または除霜対象の熱交換器の温度が所定温度以下に低下した場合）、開始される。

冷凍装置１００では、加温運転時に、冷媒回路１０に充填された冷媒が、主として、圧縮機２１、利用側熱交換器５２、６２、利用側膨張弁５４、６４、レシーバ２７、熱源側膨張弁２８、熱源側熱交換器２５の順に循環する加温運転（冷凍サイクル運転）が行われる。

加温運転が開始されると、冷媒回路１０内において、冷媒が圧縮機２１に吸入されて圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１では、特に限定されないが、例えば最大周波数となるように制御される。

圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は、吐出側配管４１を経て、利用側熱交換器５２、６２のガス側端に流入する。ここで、冷却運転と同様に、油戻し弁３９は、通常制御またはホットガスバイパス抑制制御が行われる。

利用側熱交換器５２、６２のガス側端に流入したガス冷媒は、放熱することで凝縮しつつ、利用側熱交換器５２、６２に付着している霜を融解させる。なお、このとき、利用側ファン５３、６３の駆動は停止している。

利用側熱交換器５２、６２で霜を融解させて凝縮した冷媒は、全開状態に制御されている利用側膨張弁５４、６４を通過し、液側冷媒連絡配管６を介して熱源ユニット２の液側に流入する。

熱源ユニット２の液側閉鎖弁４８を通過した冷媒は、第１分岐管３４における第１分岐逆止弁３５を通過するように流れ（第２熱源液側配管４４には第２熱源液側逆止弁２９が設けられているため、当該方向には流れない。）、レシーバ２７に流入する。レシーバ２７に流入した冷媒は、第２熱源液側配管４４を流れ、過冷却器３１を通過して、熱源側膨張弁２８において冷凍サイクルにおける低圧になるまで減圧された後、第２分岐管３６の第２分岐逆止弁３７を通過するように流れる。なお、加温運転時には過冷却膨張弁３２は全閉状態に制御されているため、インジェクション管３０の上流側には冷媒は流れない。また、加温運転時には油戻し弁３９は開度制御されているため、油戻し管３８を流れた冷凍機油は、インジェクション管３０の下流側部分を介して第１〜第３圧縮機２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれに送られる。

上述の第２分岐管３６の第２分岐逆止弁３７を通過するように流れた冷媒は、第１熱源液側配管４３を介して熱源側熱交換器２５に流入する。熱源側熱交換器２５の液側端に流入した冷媒は、熱源側熱交換器２５において、熱源側ファン４５によって供給される熱源側空気と熱交換を行って蒸発し、ガス冷媒となって熱源側熱交換器２５のガス側端から流出する。

熱源側熱交換器２５から流出したガス冷媒は、四路切換弁２４および吸入側配管４２を経て、再び、圧縮機２１に吸入される。

なお、加温運転は、コントローラ７０が加温運転開始から所定の加温運転終了条件を満たしたと判断した場合に（例えば、所定時間の経過または除霜対象の熱交換器の温度が所定温度以上となること等）、終了され、通常の冷却運転が再開される。

（５）油戻し弁３９を通常制御およびホットガスバイパス抑制制御する場合のコントローラ７０による処理の流れ
以下、油戻し弁３９を通常制御およびホットガスバイパス抑制制御する場合におけるコントローラ７０の処理の流れの一例を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

なお、油戻し弁３９の通常制御とホットガスバイパス抑制制御は、冷却運転モードにおいても加温運転モードにおいても同様に切り換えて行われるため、以下では、冷却運転モード時を例に挙げて、圧縮機２１を停止状態から起動させる場合を含めて説明する。

ステップＳ１１では、コントローラ７０は、圧縮機２１が停止している状態から冷却運転モードを開始するために、圧縮機２１の起動前に、油戻し弁３９の弁開度を所定時間の間一時的に全開状態にする。これにより、圧縮機２１の吐出側の圧力と圧縮機２１のインジェクション管３０の接続側の圧力とを均圧化させることができ、圧縮機２１をより確実に起動させることが可能になる。

ステップＳ１２では、コントローラ７０は、油戻し弁３９の弁開度を全閉状態にする。これにより、圧縮機２１の駆動を開始した場合に、圧縮機２１の吐出側と圧縮機２１のインジェクション管３０の接続側との冷媒の差圧を生じさせやすくすることが可能になる。

ステップＳ１３では、コントローラ７０は、圧縮機２１を起動させて、圧縮機２１の周波数を上昇させる。ここでは、ステップＳ１１で油戻し弁３９の弁開度を全閉状態としたため、圧縮機２１から吐出された冷媒や冷凍機油が油戻し管３８を介して圧縮機２１のインジェクション管３０の接続箇所に向けて流れることが無く、差圧を確保させやすい。

ステップＳ１４では、コントローラ７０は、圧縮機２１の周波数が所定の周波数を超えるまで上昇しているか否かを判断する。ここで、所定の周波数を超えている場合にはステップＳ１５に移行し、所定の周波数を超えていない場合にはステップＳ１３に戻って周波数を上昇させる処理を続ける。なお、圧縮機２１の周波数が所定の周波数を超えると、そのまま上述の冷却運転モードを実行していくことになる。

ステップＳ１５では、コントローラ７０は、運転状況に応じて適正な量の冷凍機油を油分離器２３から圧縮機２１に戻すために油戻し弁３９を通常制御する。具体的には、上述したように、「圧縮機２１からの油上がり量」が「油戻し弁３９における通過循環量」と等しくなるように、コントローラ７０が油戻し弁３９の弁開度を制御する。

ステップＳ１６では、コントローラ７０は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（吐出温度センサ４７の検知温度）の上昇速度が所定上昇速度を超えたか否かを判断する。ここで、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度上昇速度が所定上昇速度を超えている場合には、油戻し弁３９において多くのホットガスが通過しており、油戻し管３８とインジェクション管３０を介して圧縮機２１に多くのホットガスが流れ込んでしまっているために吐出冷媒温度が急激に上昇している状態であると推定されることから、油戻し弁３９におけるホットガスの通過量を抑制させるためにステップＳ１７に移行する。他方、吐出冷媒温度の上昇速度が所定上昇速度を超えない状況であれば、ステップＳ１５に戻って油戻し弁３９について通常制御を続ける。

ステップＳ１７では、コントローラ７０は、油戻し弁３９におけるホットガスの通過量を抑制させるために、油戻し弁３９をホットガスバイパス抑制制御する。具体的には、ステップＳ１６において圧縮機２１から吐出される冷媒の温度の上昇速度が所定上昇速度を超えたと判断された際の油戻し弁３９の弁開度よりもさらに狭い開度となるように、コントローラ７０が油戻し弁３９の弁開度を制御する。具体的には、コントローラ７０は、ステップＳ１６において圧縮機２１から吐出される冷媒の温度の上昇速度が所定上昇速度を超えたと判断された際の油戻し弁３９の弁開度の半分の弁開度等となるように、油戻し弁３９の弁開度を制御する。

ステップＳ１８では、コントローラ７０は、油戻し弁３９がホットガスバイパス抑制制御されている状況で、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（吐出温度センサ４７の検知温度）が所定温度以下である状態が所定時間継続したか否かを判断する。すなわち、油戻し弁３９をホットガスバイパス抑制制御することにより、吐出冷媒温度が低い状況で落ち着いていたか否かを判断する。ここで、吐出冷媒温度が所定温度以下である状態が所定時間継続した場合には、油戻し弁３９がホットガスバイパス抑制制御を終了させてステップＳ１５に戻る。他方、吐出冷媒温度が所定温度以下である状態が所定時間継続していない場合には、ステップＳ１９に移行する。

ステップＳ１９では、コントローラ７０は、油戻し弁３９の弁開度をさらに下げた状態でホットガスバイパス抑制制御を続け、ステップＳ１８に移行する。

以上のように、冷却運転モード時における油戻し弁３９の制御が行われ、冷却運転モードが終了するまで続けられる。なお、上記油戻し弁３９の通常制御とホットガスバイパス抑制制御は、加温運転モードにおいても同様に行われる。

また、冷却運転モードが終了して運転が停止される際には、コントローラ７０は、油戻し弁３９の弁開度は全閉状態とはせずに、全開状態に制御する。これにより、運転停止時において、油分離器２３における冷凍機油を油戻し管３８およびインジェクション管３０を介して圧縮機２１の冷媒に溶け込ませることが可能になるため、圧縮機２１の次の起動をより確実に行うことが可能になっている。

（６）冷凍装置１００の特徴
（６−１）
本実施形態に係る冷凍装置１００では、冷却運転モードおよび加温運転モードにおいて、油戻し弁３９を通常制御することにより、圧縮機２１の冷媒循環量や油上がり率に応じた、すなわち、圧縮機２１の周波数や冷凍サイクルにおける高圧圧力と中間圧力と低圧圧力等の冷凍サイクルの状況に応じた適切な量の冷凍機油を圧縮機２１に返油させることが可能になっている。これにより、圧縮機２１の信頼性を高めることが可能になっている。

しかも、本実施形態の冷凍装置１００では、油戻し弁３９を通常制御している状況においても、過渡的な運転状況の変化等に起因して、圧縮機２１の吐出冷媒温度が急激に上昇することがあると（吐出冷媒温度の上昇速度が所定上昇速度を超えると）、油戻し弁３９において冷凍機油だけでなく圧縮機２１から吐出されたホットガス冷媒が多く通過することで高温のホットガスが圧縮機２１に多く供給される状況になっていると推定し、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換えることで、弁開度を絞り気味に制御する。これにより、油戻し弁３９を通過するホットガスの量を低減させることができ、圧縮機２１が吐出させたホットガスが直ぐに圧縮機２１に吸入されてしまうという能力低下の要因を小さく抑えることが可能になっている。

しかも、本実施形態の冷凍装置１００では、複数の圧縮機（第１圧縮機２１ａ、第２圧縮機２１ｂ、第３圧縮機２１ｃ）に対して油分離器２３が１つだけ設けられている。したがって、本実施形態の冷凍装置１００では、複数の圧縮機それぞれに１対１で設けられるような油分離器よりも容量が大きい油分離器２３が用いられている。このように、容量の大きな油分離器２３が複数の圧縮機に対して１つ設けられている場合には、油分離器２３には冷凍機油だけでなくホットガス冷媒も多く存在することとなる。さらに、油分離器２３から伸びる油戻し管３８は、複数の圧縮機の数に対応するように複数本に分岐して設けられているのではなく、１つだけ設けられている。このため、複数の圧縮機毎に油戻し管が設けられているような構成と比べて油戻し管３８の内径は大きめに構成されることとなる。したがって、本実施形態の冷凍装置１００では、油分離器２３内にホットガスが多く存在しており、多くのホットガス冷媒が油戻し管３８を通過しやすい状況になっている。このような構成では、油戻し弁３９を通常制御していたとしても、過渡的な運転状況の変化等に起因して、多くのホットガス冷媒が油戻し管３８を通過してしまうことが起こりやすい。このような構成であっても、本実施形態の冷凍装置１００では、油戻し弁３９がホットガスバイパス抑制制御されることで、冷凍装置１００の能力低下を抑制させることが可能になっている。

（６−２）
本実施形態の冷凍装置１００では、油戻し管３８は、圧縮機２１の吸入側ではなく、圧縮機２１の圧縮工程の途中に接続されているインジェクション管３０に合流するように設けられている。このため、圧縮機２１から吐出された高温の流体（冷媒および冷凍機油）の一部の熱エネルギーが圧縮機２１の吸入冷媒の温度を上昇させるために用いられてしまうことを抑制することが可能になっている。

（６−３）
本実施形態に係る冷凍装置１００では、圧縮機２１の起動時の圧縮機２１の周波数を上げていく制御を行う際には、油戻し弁３９を閉じる制御を行っている。このため、圧縮機２１の起動時において、圧縮機２１の吐出側と圧縮機２１のインジェクション管３０の接続側との差圧を効率的に増大させることができている。

（６−４）
本実施形態に係る冷凍装置１００では、圧縮機２１の停止時から圧縮機２１を起動させる前の段階で、油戻し弁３９を閉じない（実施形態では全開状態とする）制御を行っている。このため、圧縮機２１の吐出側と圧縮機２１のインジェクション管３０が接続されている側との差圧を小さくして均圧化させることができるとともに、油分離器２３における冷凍機油を油戻し管３８およびインジェクション管３０を介して圧縮機２１の冷媒に溶け込ませることが可能になるため、圧縮機２１をより確実に起動させることが可能になる。

（７）変形例
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。

（７−１）変形例Ａ
上記実施形態では、油戻し管３８の油分離器２３側とは反対側の端部がインジェクション管３０の途中に接続されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、油戻し管の接続先としては、これに限られるものではなく、例えば、図４に示す冷凍装置２００の油戻し管３８ａのように、油分離器２３とは反対側の端部が吸入側配管４２の途中に接続されるようにしてもよい。

この場合には、油分離器２３で分離された冷凍機油は、圧縮機２１の吸入側に送られることになるが、この場合であっても、油戻し管３８ａの油戻し弁３９をホットガスが多く通過する場合には、圧縮機２１の吐出冷媒温度が上昇するものと考えられるため、油戻し管３８ａの油戻し弁３９についても上記実施形態と同様に通常制御とホットガスバイパス抑制制御を行うことができる。

（７−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、インジェクション管３０の下流側が圧縮機２１の圧縮工程の途中に合流される場合を例に挙げて説明した。

これに対して、図５に示す冷凍装置３００のように、下流側が圧縮機２１の吸入側に接続されたインジェクション管３０ａを用いるようにしてもよい（なお、上記実施形態のインジェクション管３０は、圧縮機２１の圧縮工程の途中に接続されているため、インジェクション管３０を流れる冷媒によって圧縮機２１が吸入する冷媒量が減少しにくい）。

なお、この場合についても、変形例Ａと同様に、油分離器２３で分離された冷凍機油は、インジェクション管３０ａの下流側を介して圧縮機２１の吸入側に送られることになるが、この場合であっても、油戻し弁３９をホットガスが多く通過する場合には、圧縮機２１の吐出冷媒温度が上昇するものと考えられるため、上記実施形態と同様に油戻し弁３９を通常制御とホットガスバイパス抑制制御することができる。

（７−３）変形例Ｃ
上記変形例Ｂにおいては、下流側の端部が圧縮機２１の吸入側に接続されたインジェクション管３０ａを備えた冷凍装置３００を例に挙げて説明した。

これに対して、図６に示す冷凍装置４００のように、下流側が圧縮機２１の吸入側に接続されたインジェクション管３０ａを備えつつ、変形例Ａと同様に、油分離器２３とは反対側の端部が吸入側配管４２の途中に接続された油戻し管３８ａを備えた構成としてもよい。

（７−４）変形例Ｄ
上記実施形態の冷凍装置１００では、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換える条件として、圧縮機２１の吐出冷媒温度の上昇速度が所定上昇速度を超えた場合を例に挙げて説明した。

これに対して、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換える条件としては、これに限られるものではなく、例えば、油戻し弁３９を通常制御している際に油戻し弁３９を通過するホットガスの量が増大した場合には、冷凍サイクルにおける中間圧力（中間圧センサ４０ｂによる検知圧力）が下降するものと考えられるため、中間圧力の下降速度が所定の圧力下降速度を超えた場合（急激に中間圧力が低下した場合）を条件とするようにしてもよい。

ここで、油戻し弁３９において冷凍機油が多く通過している状況では、冷凍機油は油戻し弁３９の前後において液状態のまま維持されている。この冷凍機油は、ガス冷媒と比較して、粘性が高く、流動性が低いため、油戻し弁３９を通過する際の冷凍機油の流速は上がりにくい。したがって、油戻し弁３９において冷凍機油が多く通過している状況では、油戻し弁３９を低い流速で通過する冷凍機油の通過時の通過抵抗は小さいため、油戻し弁３９において大きな減圧は生じにくい。

これに対して、吐出ガス冷媒の粘性は冷凍機油の粘性よりも低く、流動性が高いため、油戻し弁３９を吐出ガス冷媒が通過する際のガス冷媒の流速は上がりやすい。したがって、油戻し弁３９において冷凍機油が少なく吐出ガス冷媒が多く通過する状況になると、油戻し弁３９を速い流速で通過するガス冷媒の通過時の通過抵抗は大きくなり、油戻し弁３９において大きな減圧が生じやすい。

以上により、油戻し弁３９に冷凍機油が多く通過している状況からガス冷媒が多く通過している状況に変化した場合には、油戻し弁３９の下流側における圧力が低下することから、油戻し管３８の接続先であるインジェクション管３０を流れる冷媒の圧力が低下することとなる。

したがって、上述したように、インジェクション管３０に設けられた中間圧センサ４０ｂによって検知される中間圧力の下降速度が所定の圧力降下速度を超えた場合に、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換えるようにしてもよい。

なお、油戻し管３８ａが吸入側配管４２に接続された例である変形例Ａの冷凍装置２００および変形例Ｃの冷凍装置４００においては、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換える条件としては、例えば、冷凍サイクルの低圧圧力（低圧センサ４０ａ）の降下速度が所定の圧力降下速度を超えた場合を条件とするようにしてもよい。

なお、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換える条件としては、圧縮機２１の吐出冷媒温度の上昇速度が所定上昇速度を超えつつ、且つ、冷凍サイクルの中間圧力／低圧圧力の降下速度が所定の圧力降下速度を超えた場合を条件とするようにしてもよい。

さらに、例えば、冷凍サイクルにおける中間圧力に対して妥当な吐出冷媒温度の関係データを予め有している場合には、中間圧力に対する妥当な吐出冷媒温度を超えることを、油戻し弁３９の制御を通常制御からホットガスバイパス抑制制御に切り換える条件としてもよい。

（７−５）変形例Ｅ
上記実施形態および各変形例では、インジェクション管３０が過冷却器３１の熱源側膨張弁２８側で分岐している例を挙げて説明した。

これに対して、インジェクション管３０は、過冷却器３１の熱源側膨張弁２８側とは反対側において分岐した構成であってもよい。

（７−６）変形例Ｆ
上記実施形態では、冷蔵倉庫や店舗のショーケースの庫内の冷却を行う冷凍装置１００を例に挙げて説明した。

しかし、これに限定されず、輸送コンテナ内の冷却を行う冷凍装置としてもよいし、建物内の冷房等を行うことで空気調和を実現する空調システム（エアコン）としてもよい。

本発明は、冷凍装置に利用可能である。

２ ：熱源ユニット
６ ：液側冷媒連絡配管
７ ：ガス側冷媒連絡配管
１０ ：冷媒回路
２０ ：熱源ユニット制御部
２１ ：圧縮機
２１ａ ：第１圧縮機
２１ｂ ：第２圧縮機
２１ｃ ：第３圧縮機
２３ ：油分離器
２５ ：熱源側熱交換器
２６ ：第１熱源液側逆止弁
２７ ：レシーバ
２８ ：熱源側膨張弁
２９ ：第２熱源液側逆止弁
３０ ：インジェクション管（冷媒供給管、インジェクション管）
３０ａ ：吸入インジェクション管（冷媒供給管）
３１ ：過冷却器
３２ ：過冷却膨張弁（中間膨張弁）
３３ ：インジェクション弁
３３ａ ：第１インジェクション弁
３３ｂ ：第２インジェクション弁
３３ｃ ：第３インジェクション弁
３４ ：バイパス管
３５ ：バイパス逆止弁
３６ ：分岐管
３７ ：分岐逆止弁
３８ ：油戻し管
３８ａ ：油戻し管
３９ ：油戻し弁（流量調整機構）
４０ａ ：低圧センサ
４０ｂ ：中間圧センサ
４０ｃ ：高圧センサ
４１ ：吐出側配管
４２ ：吸入側配管（冷媒供給管）
４３ ：第１熱源液側配管
４４ ：第２熱源液側配管
４５ ：熱源側ファン
４７ ：吐出温度センサ
５０ ：第１利用ユニット
５２ ：第１利用側熱交換器
５４ ：第１利用側膨張弁
５７ ：第１利用ユニット制御部
５８ ：第１利用側ガス冷媒管
５９ ：第１利用側液冷媒管
６０ ：第２利用ユニット
６２ ：第２利用側熱交換器
６４ ：第２利用側膨張弁
６７ ：第２利用ユニット制御部
６８ ：第２利用側ガス冷媒管
６９ ：第２利用側液冷媒管
７０ ：コントローラ（制御部）
１００、２００、３００、４００ ：冷凍装置

特開２０１１−２０８８６０号公報

Claims (5)

1. 圧縮機（２１）と、
   前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器（２３）と、
   前記圧縮機に冷媒を供給する冷媒供給管（３０、３０ａ、４２）と、
   前記油分離器（２３）と前記冷媒供給管（３０、３０ａ、４２）とを接続する油戻し管（３８、３８ａ）と、
   前記油戻し管に設けられた流量調整機構（３９）と、
   前記冷媒供給管を流れる冷媒の圧力、または、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出冷媒温度および前記冷媒供給管を流れる冷媒の圧力が所定条件を満たした場合に、低流量化させるように前記流量調整機構（３９）を制御する制御部（７０）と、
   を備えた冷凍装置（１００、２００、３００、４００）。
2. 前記制御部は、冷媒循環量に前記圧縮機の油上がり率を乗じて得られる前記圧縮機の油上がり量に基づいて前記流量調整機構の制御を行う通常制御を行い、
   前記制御部は、前記通常制御時に前記所定条件を満たした場合に、前記通常制御時の前記流量調整機構の状態からさらに低流量化させるように前記流量調整機構を制御する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる熱源側熱交換器（２５）をさらに備え、
   前記冷媒供給管は、前記熱源側熱交換器で凝縮した冷媒の一部を前記圧縮機における圧縮工程の途中に導くインジェクション管（３０）であり、
   前記インジェクション管の途中に設けられた中間膨張弁（３２）をさらに備えた、
   請求項１または２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御部は、前記圧縮機の起動時に前記流量調整機構において冷媒が通過しないように前記流量調整機構を制御する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
5. 前記制御部は、前記圧縮機の起動前に前記流量調整機構において冷媒が通過可能な状態となるように前記流量調整機構を制御する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
   

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