JP6958658B2

JP6958658B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP6958658B2
Application number: JP2020064512A
Authority: JP
Inventors: 和志久山; 正倫浮舟; 岡本　哲也; 大野　正雄; 柯壁陳
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: EP4113032A4; WO2021201141A1; EP4113032A1; CA3171973A1; JP2021162235A; US20230014957A1; CN115362338A

Description

本開示は、冷凍装置に関するものである。

特許文献１には、第１圧縮機と、第１圧縮機の吐出側に接続される第２圧縮機とを含む冷媒回路を備えた冷凍装置が開示されている。この冷凍装置では、第１圧縮機が停止され、第２圧縮機が駆動される第１運転と、第１圧縮機と第２圧縮機とが駆動される第２運転とを切り換えることが可能である。

特開２００８−６４４２１号公報

本願発明者らは、第１運転と第２運転とを切り換えるために、第１圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管を設ける構成を創出した。第１運転では、蒸発器から流出した冷媒が、バイパス配管を経由して駆動中の第２圧縮機に吸入される。これにより、蒸発後の冷媒は、停止中の第１圧縮機をバイパスして第２圧縮機に送られる。

このような冷凍装置では、第１運転時において、蒸発器の蒸発温度が過渡的に上昇すると、停止側の第１圧縮機の機内温度が蒸発器の蒸発温度よりも低くなることがある。この状態では、停止側の第１圧縮機の機内圧力が蒸発器の蒸発圧力よりも低くなり、バイパス配管を流出した冷媒の一部が、停止側の第１圧縮機に吸い込まれてしまうという問題が生じる。

本開示の目的は、第１圧縮機を停止し、第２圧縮機を駆動する第１運転において、バイパス管を流出した冷媒が、停止中の第１圧縮機に吸い込まれることを抑制できる冷凍装置を提供することである。

本開示の第１の態様は、
第１圧縮機（21）と、該第１圧縮機（21）の吐出側に接続される第２圧縮機（22）と、蒸発器（24，27）とを含み、前記第１圧縮機（21）が停止され、前記第２圧縮機（22）が駆動される冷凍サイクルを行う第１運転と、前記第１圧縮機（21）と前記第２圧縮機（22）とが駆動される冷凍サイクルを行う第２運転とを切り換え可能な冷媒回路（20）を備える冷凍装置であって、
前記冷媒回路（20）は、前記第１圧縮機（21）の吸入側と吐出側とを繋ぐバイパス配管（PB）を有し、
前記第１運転において、前記第１圧縮機（21）の機内の圧力が前記蒸発器（24，27）の蒸発圧力よりも低いことを示す第１条件が成立するときに、前記第１圧縮機（21）への冷媒の流入を抑制する抑制機構（50）を備える。

第１の態様では、第１運転中に第１条件が成立するとき、抑制機構（50）が、停止側の第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを抑制する。

本開示の第２の態様は、第１の態様において、
前記第１条件は、前記第１圧縮機（21）の機内温度が前記蒸発器（24，27）の蒸発温度よりも低くなる条件である。

第２の態様では、第１圧縮機（21）の機内温度が蒸発器（24，27）の蒸発温度より低くなると、抑制機構（50）が、停止側の第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを抑制する。

本開示の第３の態様は、第２の態様において、
第１温度センサ（48）を備え、
前記第１温度センサ（48）は、前記第１圧縮機（21）のケーシング（21a）の外面、前記第１圧縮機（21）のケーシング（21a）の内部、前記第１圧縮機（21）の吸入配管（51）、前記第１圧縮機（21）の吐出配管（52）、及び室外空気の少なくとも１つの温度を検出し、
前記第１圧縮機（21）の機内温度は、前記第１温度センサ（48）が検出した検出値に基づく値である。

第３の態様では、第１温度センサ（48）の検出値に基づいて第１圧縮機（21）の機内の温度を推測できる。第１温度センサ（48）の検出値に基づいて第１条件が成立するか否かを判定できる。

本開示の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、
前記抑制機構（50）は、前記第１圧縮機（21）と前記バイパス配管（PB）の流出端との間に接続される弁（33）を有し、
前記弁（33）は、前記第１条件が成立するときに閉状態となる。

第４の態様では、第１条件が成立するとき、弁（33）は閉状態となる。このことにより、バイパス配管（PB）を流出した冷媒が、第１圧縮機（21）の吐出側から該第１圧縮機（21）の機内に流入することを抑制できる。

本開示の第５の態様は、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、
前記抑制機構（50）は、前記第１条件が成立するときに、前記第１圧縮機（21）を加熱する加熱部（36）を含む。

第５の態様では、第１条件が成立すると、加熱部（36）が第１圧縮機（21）を加熱する。このことにより第１圧縮機（21）の機内温度は上昇する。その結果、第１圧縮機（21）の機内温度が蒸発器（24，27）の蒸発温度を下回ることを抑制できる。

本開示の第６の態様は、第５の態様において、
前記加熱部（36）は、前記第１圧縮機（21）に設けられるとともに前記第１条件が成立するときに通電するヒータ（37）を含む。

第６の態様では、ヒータ（37）は、通電されることによって発熱する。このことにより、第１圧縮機（21）を加熱できる。

本開示の第７の態様は、第５の態様において、
前記加熱部（36）は、前記第１圧縮機（21）に設けられるとともに前記第１条件が成立するときに欠相通電されるモータ（21b）を含む。

第７の態様では、欠相通電により、モータ（21b）は停止した状態で発熱する。このことにより第１圧縮機（21）を加熱できる。

本開示の第８の態様は、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、
前記抑制機構は、前記第１条件が成立するときに、前記蒸発器（24，27）の蒸発圧力を低下させる減圧機構（26）を含む。

第８の態様では、減圧機構（26）によって蒸発器（24，27）の蒸発圧力を第１圧縮機（21）の機内の圧力以下となるように調節できる。

図１は、実施形態１の冷凍装置の構成を例示する配管図である。図２は、制御部と各種のセンサと冷媒回路の構成機器との関係を示すブロック図である。図３は、第１加熱運転時の冷媒の流れを示す図１相当図である。図４は、第２加熱運転時の冷媒の流れを示す図１相当図である。図５は、第１冷却運転（デフロスト運転）時の冷媒の流れを示す図１相当図である。図６は、第２冷却運転時の冷媒の流れを示す図１相当図である。図７は、第１条件が成立していることを示す温度と時間との関係図である。図８は、第１加熱運転において、制御部が行う動作のフローチャートである。図９は、デフロスト運転において、制御部が行う動作のフローチャートである。図１０は、変形例１に係る冷凍装置の図１相当図である。図１１は、変形例１に係る冷凍装置の制御部が行う動作のフローチャートである。図１２は、変形例２に係る冷凍装置の制御部が行う動作のフローチャートである。図１３は、その他の実施形態に係る冷凍装置の第１温度センサの配置を示す第１相当図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。なお、図中の矢印は、冷媒回路における冷媒の流れを示す。

《実施形態１》
図１に示すように、本実施形態１の冷凍装置（10）は、対象となる流体を加熱する。対象となる流体は水である。冷凍装置（10）は、加熱された水を、給湯タンク、暖房用のコイル、床暖房用のコイルなどの利用機器へ供給する。冷凍装置（10）は、対象となる流体を冷却する。対象となる流体は水である。冷凍装置（10）は、冷却された水を、冷房用のコイルなどの利用機器へ供給する。冷凍装置（10）は、冷媒回路（20）と、抑制機構（50）と、制御部（100）とを備える。

〔冷媒回路〕
冷媒回路（20）は、第１圧縮機（21）と、第２圧縮機（22）と、四路切換弁（23）と、熱源側熱交換器（24）と、逆止弁ブリッジ（25）と、膨張弁（26）と、利用側熱交換器（27）と、アキュムレータ（28）と、バイパス逆止弁（29）とを有する。冷媒回路（20）には、冷媒が充填されており、冷媒回路（20）において冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ，Ｒ３２，Ｒ４０７Ｃなどである。

冷媒回路（20）は、第１運転と第２運転とを行うことが可能である。第１運転では、第２圧縮機（22）の一方が駆動され、第１圧縮機（21）が停止する。第２運転では、第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）の両方が駆動される。なお、第１運転と第２運転とについては、後で詳しく説明する。

〈第１圧縮機〉
第１圧縮機（21）は、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。第１圧縮機（21）には、第１吸入管（51）および第１吐出管（52）が接続される。

第１圧縮機（21）は、例えばスクロール式圧縮機である。第１圧縮機（21）は、ケーシング（21a）と、モータ（21b）と、駆動軸（21c）と、圧縮機構（21d）と、ヒータ（37）とを有する。

ケーシング（21a）は、円筒状に形成される。ケーシング（21a）は圧力容器である。ケーシング（21a）の内部は、第１圧縮機（21）の機内である。

モータ（21b）は、ケーシング（21a）内に配置される。モータ（21b）は、図示しない固定子及び回転子を有する。固定子は、ケーシング（21a）の内周面に固定されている。固定子の内側には、回転子が設けられている。回転子にはコイルが巻かれている。

駆動軸（21c）は、ケーシング（21a）内に配置される。駆動軸（21c）は、回転子の内側に固定される。駆動軸（21c）は、モータ（21b）に電力が供給されると、回転子が回転して、駆動軸が回転する。

圧縮機構（21d）は、ケーシング（21a）内に配置される。圧縮機構（21d）は、図示しない固定スクロールと可動スクロールとを有する。圧縮機構（21d）は、駆動軸（21c）に接続されている。圧縮機構（21d）は、駆動軸の回転により駆動される。圧縮機構（21d）が駆動されると第１圧縮機（21）機内に吸入される低圧のガス冷媒が圧縮され、高圧のガス冷媒が吐出される。

第１圧縮機（21）の回転数は、可変である。例えば、第１圧縮機（21）に接続されるインバータ（図示を省略）の出力周波数を変化させることで、モータ（21b）の回転数が変化する。その結果、第１圧縮機（21）の回転数（運転周波数）が変化するようになっている。

〈第２圧縮機〉
第２圧縮機（22）は、第１圧縮機（21）の吐出側に設けられる。第２圧縮機（22）は、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。第２圧縮機（22）は、第１圧縮機（21）よりも容量が大きい。第２圧縮機（22）は、第２吸入管（53）と第２吐出管（54）とが接続される。第２吸入管（53）は、吸入配管に対応する。第２吸入管（53）の流入端と、第１吐出管（52）の流出端とが接続される。第１圧縮機（21）と第２圧縮機（22）とは直列に接続される。

第２圧縮機（22）は、例えば、スクロール式圧縮機である。第２圧縮機（22）は、第１圧縮機（21）と同様に図示しないケーシングと、駆動軸と、圧縮機構とを有する。

第２圧縮機（22）の回転数は、可変である。例えば、第２圧縮機（22）に接続されるインバータ（図示を省略）の出力周波数を変化させることで、モータ（21b）の回転数が変化する。その結果、第２圧縮機（22）の回転数（運転周波数）が変化するようになっている。

〈四路切換弁〉
四路切換弁（23）は、電動式の切換弁である。四路切換弁（23）は、第１状態（図１の実線で示す状態）と第２状態（図１の破線で示す状態）とに切り換えられる。第１状態では、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）とが連通し、第２ポート（P2）と第３ポート（P3）とが連通する。第２状態では、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）とが連通し、第２ポート（P2）と第４ポート（P4）とが連通する。

第１ポート（P1）は、第２吐出管（54）の流出端に接続される。第２ポート（P2）は、第１吸入管（51）の流入端に接続される。第３ポート（P3）は、熱源側熱交換器（24）のガス側端部に連通する。第４ポート（P4）は、利用側熱交換器（27）のガス側端部に連通する。

〈熱源側熱交換器〉
熱源側熱交換器（24）は、冷媒と室外空気（熱源側流体の一例）とを熱交換させる。熱源熱側交換器（24）は、室外熱交換器である。

〈逆止弁ブリッジ〉
逆止弁ブリッジ（25）は、４つの配管と、それぞれの配管に接続される４つの逆止弁（C）とを有する。４つの逆止弁（C）は、第１逆止弁（C1）と第２逆止弁（C2）と第３逆止弁（C3）と第４逆止弁（C4）とを有する。

逆止弁ブリッジ（25）には、主液管（55）が接続される。具体的に、主液管（55）の一端は、第２逆止弁（C2）の流入側と第４逆止弁（C4）の流入側とに接続される。主液管（55）の他端は、第１逆止弁（C1）の流出側と第３逆止弁（C3）の流出側とに接続される。

逆止弁ブリッジ（25）は、熱源側熱交換器（24）の液側端部と利用側熱交換器（27）の液側端部に連通する。具体的に、第２逆止弁（C2）の流出側および第１逆止弁（C1）の流入側は、熱源側熱交換器（24）の液側端部に連通する。第４逆止弁（C4）の流出側および第３逆止弁（C3）の流入側は、利用側熱交換器（27）の液側端部に連通する。

第１〜第４逆止弁（C1〜C4）の各々は、図１の矢印で示した方向への冷媒の流れを許容し、その逆方向の冷媒の流れを制限する。

〈膨張機構〉
膨張弁（26）は、冷媒を膨張させて冷媒の圧力を低下させる。膨張弁（26）は減圧機構に対応する。この例では、膨張弁（26）は、開度を調節可能な膨張弁（例えば電子膨張弁）により構成される。膨張弁（26）は、主液管（55）に接続される。

〈利用側熱交換器〉
利用側熱交換器（27）は、冷媒と水とを熱交換させる。利用側熱交換器（27）は、第１流路（27a）と第２流路（27b）とを有する。第１流路（27a）は、冷媒が流れる流路である。第２流路（27b）は、水が流れる流路である。第２流路（27b）は、利用機器が備える利用側回路（61）の途中に接続される。利用側熱交換器（27）では、第１流路（27a）を流れる冷媒と、第２流路（27b）を流れる水とが熱交換する。

〈アキュムレータ〉
アキュムレータ（28）は、第１吸入管（51）の途中に接続される。アキュムレータ（28）は、気液分離器である。アキュムレータ（28）内では、液冷媒とガス冷媒とに分離されている。アキュムレータ（28）は、ガス冷媒のみがアキュムレータ（28）から流出されるように構成される。

〈バイパス回路〉
バイパス回路（60）は、バイパス配管（PB）とバイパス逆止弁（29）を有する。バイパス配管（PB）の一端は、第１吐出管（52）の流出端と第２吸入管（53）の流入端に接続される。バイパス配管（PB）の他端は、第１吸入管（51）におけるアキュムレータ（28）と第１圧縮機（21）との間に接続される。

バイパス逆止弁（29）は、第１吸入管（51）から第２吸入管（53）の流入端へ向かう方向の冷媒の流れを許容し、その逆方向の冷媒の流れを制限する。

〔インジェクション回路〕
インジェクション回路（30）は、第２運転において、主液管（55）を流れる冷媒の一部を第２圧縮機（22）の吸入側に供給する回路である。インジェクション回路（30）は、インジェクション配管（PJ）とインジェクション膨張弁（31）とを有する。

インジェクション配管（PJ）の一端は、主液管（55）における膨張弁（26）と逆止弁ブリッジ（25）との間に接続される。インジェクション配管（PJ）の他端は、第２吸入管（53）に接続される。

インジェクション膨張弁（31）は、インジェクション配管（PJ）における中間熱交換器（40）の上流側に接続される。インジェクション膨張弁（31）は、インジェクション配管（PJ）を流れる冷媒を減圧する。

〔中間熱交換器〕
中間熱交換器（40）は、第３流路（40a）と第４流路（40b）とを有する。第３流路（40a）は、主液管（55）の途中に接続される。第４流路（40b）はインジェクション配管（PJ）の途中に接続される。中間熱交換器（40）では、主液管（55）を流れる冷媒と、第４流路（40b）を流れる冷媒とが熱交換する。

〔センサ〕
冷凍装置（10）は、冷媒などの温度を検出する温度センサや、冷媒などの圧力を検出する圧力センサなどの各種のセンサを有する。各種のセンサの検出結果（信号）は、制御部（100）に送信される。例えば、冷凍装置（10）は、機内温度センサ（43）と、第１冷媒温度センサ（41）と、第２冷媒温度センサ（42）と、外気温センサ（44）とを有する。

機内温度センサ（43）は、第１温度センサ（48）に対応する。機内温度センサ（43）は、第１圧縮機（21）のケーシング（21a）の外面に設けられる。機内温度センサ（43）は、ケーシング（21a）外面の温度を検出する。第１圧縮機（21）の機内温度Th1は、ケーシング（21a）外面の温度に基づいて求められる。第１圧縮機（21）の機内温度Th1は、機内温度センサ（43）が検出した検出値に基づく。

第１冷媒温度センサ（41）は、熱源側熱交換器（24）に設けられる。第１冷媒温度センサ（41）は、熱源側熱交換器（24）の内部の冷媒の温度を検出する。熱源側熱交換器（24）が蒸発器として機能するとき、第１冷媒温度センサ（41）は、熱源側熱交換器（24）の蒸発温度Te1を検出する。

第２冷媒温度センサ（42）は、利用側熱交換器（27）に設けられる。第２冷媒温度センサ（42）は、利用側熱交換器（27）の第１流路（27a）を流通する冷媒の温度を検出する。利用側熱交換器（27）が蒸発器として機能するとき、第２冷媒温度センサ（42）は、利用側熱交換器（27）の蒸発温度Te2を検出する。

外気温センサ（44）は、冷凍装置（10）周囲の室外空気である外気温Toを検出する。外気温センサ（44）は、室外に配置される。

〔抑制機構〕
冷凍装置（10）は、抑制機構（50）を有する。抑制機構（50）は、電磁弁（33）と、制御部（100）とを有する。電磁弁（33）は、本開示の弁に対応する。電磁弁（33）は、第１圧縮機（21）とバイパス配管（PB）の流出端との間に接続される。制御部（100）は、電磁弁（33）を制御する。電磁弁（33）は、制御部（100）により開状態と閉状態とに切り換えられる。

〔制御部〕
図２に示すように、冷凍装置（10）は、制御部（100）を有する。制御部（100）はマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイスとを有する。

制御部（100）は、各種のセンサの信号や外部からの制御信号に基づいて、冷媒回路（20）を制御する。制御部（100）は、第１圧縮機（21）と、第２圧縮機（22）と、四路切換弁（23）と、膨張弁（26）と、インジェクション膨張弁（31）と、電磁弁（33）と、各種のセンサと接続する複数の通信線を含む。

制御部（100）は、少なくとも、第１圧縮機（21）と、第２圧縮機（22）と、四路切換弁（23）と、膨張弁（26）と、インジェクション膨張弁（31）と、膨張弁（26）と、電磁弁（33）とに制御信号を出力する出力部を有する。制御部（100）は、各センサの検出値が入力される入力部を有する。

〔冷凍装置の運転動作〕
実施形態１の冷凍装置（10）では、第１運転と、第２運転とが行われる。第１運転は、第１加熱運転と、第１冷却運転とを含む。第２運転は、第２加熱運転と、第２冷却運転とを含む。第２運転では、第２圧縮機（22）は高段側圧縮機として機能し、第１圧縮機（21）は低段側圧縮機として機能する。冷凍装置（10）は、デフロスト運転を行う。

〈第１加熱運転〉
図３に示すように、第１加熱運転では、利用側熱交換器（27）が凝縮器（放熱器）となり熱源側熱交換器（24）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。具体的には、四路切換弁（23）が第１状態に設定される。膨張弁（26）の開度が適宜調節される。インジェクション膨張弁（31）が全閉状態に設定される。第１圧縮機（21）が停止し、第２圧縮機（22）が駆動する。

第２圧縮機（22）から吐出された冷媒は、四路切換弁（23）を通過し、利用側熱交換器（27）において水に放熱して凝縮する。利用側熱交換器（27）から流出した冷媒は、逆止弁ブリッジ（25）を通過し、主液管（55）を流れる。主液管（55）を流れる冷媒は、膨張弁（26）により減圧され、再び逆止弁ブリッジ（25）を通過した後、熱源側熱交換器（24）において蒸発する。熱源側熱交換器（24）から流出した冷媒は、四路切換弁（23）とアキュムレータ（28）とバイパス配管（PB）とを順に通過し、第２圧縮機（22）に吸入されて圧縮される。

〈第２加熱運転〉
図４に示すように、第２加熱運転では、利用側熱交換器（27）が凝縮器（放熱器）となり熱源側熱交換器（24）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。具体的には、四路切換弁（23）が第１状態に設定される。膨張弁（26）の開度と、インジェクション膨張弁（31）の開度とが適宜調節される。第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）の両方が駆動する。

第２圧縮機（22）から吐出された冷媒は、四路切換弁（23）を通過し、利用側熱交換器（27）において水に放熱して凝縮する。利用側熱交換器（27）から流出した冷媒は、逆止弁ブリッジ（25）を通過し、主液管（55）を流通する。主液管（55）を流通する冷媒は、中間熱交換器（40）の第３流路（40a）において、第４流路（40b）を流れる冷媒に放熱して過冷却される。その後、主液管（55）を流れる冷媒の一部は、インジェクション配管（PJ）に流入し、残りの冷媒は主液管（55）の膨張弁（26）により減圧される。

減圧された冷媒は、逆止弁ブリッジ（25）を通過し、熱源側熱交換器（24）において蒸発する。熱源側熱交換器（24）から流出した冷媒は、四路切換弁（23）とアキュムレータ（28）とを順に通過し、第１圧縮機（21）に吸入されて圧縮される。第１圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第２圧縮機（22）に吸入されて圧縮される。

一方、インジェクション配管（PJ）に流入した冷媒は、インジェクション膨張弁（31）により減圧され、中間熱交換器（40）の第４流路（40b）において第３流路（40a）を流れる冷媒から吸熱して蒸発する。その後、インジェクション配管（PJ）を流れる冷媒は、第２圧縮機（22）の第２吸入管（53）に導入される。

〈第１冷却運転〉
図５に示すように、第１冷却運転では、熱源側熱交換器（24）が凝縮器（放熱器）となり利用側熱交換器（27）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。具体的には、四路切換弁（23）が第２状態に設定される。膨張弁（26）の開度が適宜調節される。インジェクション膨張弁（31）が全閉状態に設定される。第１圧縮機（21）が停止し、第２圧縮機（22）が駆動する。

第２圧縮機（22）から吐出された冷媒は、四路切換弁（23）を通過し、熱源側熱交換器（24）において凝縮する。熱源側熱交換器（24）から流出した冷媒は、逆止弁ブリッジ（25）を通過し、主液管（55）を流れる。主液管（55）を流れる冷媒は、膨張弁（26）により減圧され、再び逆止弁ブリッジ（25）を通過した後、利用側熱交換器（27）において水から吸熱して蒸発する。利用側熱交換器（27）から流出した冷媒は、四路切換弁（23）とアキュムレータ（28）とバイパス配管（PB）とを順に通過し、第２圧縮機（22）に吸入されて圧縮される。

〈第２冷却運転〉
図６に示すように、第２冷却運転では、熱源側熱交換器（24）が凝縮器（放熱器）となり利用側熱交換器（27）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。具体的には、四路切換弁（23）が第２状態に設定される。膨張弁（26）の開度と、インジェクション膨張弁（31）の開度とが適宜調節される。第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）の両方が駆動する。

第２圧縮機（22）から吐出された冷媒は、四路切換弁（23）を通過し、熱源側熱交換器（24）において凝縮する。熱源側熱交換器（24）から流出した冷媒は、逆止弁ブリッジ（25）を通過し、主液管（55）を流通する。主液管（55）を流通する冷媒は、中間熱交換器（40）の第３流路（40a）において、第４流路（40b）を流れる冷媒に放熱して過冷却される。その後、主液管（55）を流れる冷媒の一部は、インジェクション配管（PJ）に流入し、残りの冷媒は主液管（55）の膨張弁（26）により減圧される。

減圧された冷媒は、逆止弁ブリッジ（25）を通過し、利用側熱交換器（27）において水から吸熱して蒸発する。利用側熱交換器（27）から流出した冷媒は、四路切換弁（23）とアキュムレータ（28）とを順に通過し、第１圧縮機（21）に吸入されて圧縮される。第１圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第２圧縮機（22）に吸入されて圧縮される。

〈デフロスト運転〉
図５に示すように、デフロスト運転では、第１冷却運転と同じ動作が行われる。デフロスト運転では、熱源側熱交換器（24）が凝縮器（放熱器）となり利用側熱交換器（27）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。この結果、熱源側熱交換器（24）の表面の下が内部から加熱される。熱源側熱交換器（24）の除霜に利用された冷媒は、利用側熱交換器（27）で蒸発した後、第１圧縮機（21）に吸入されて、再び圧縮される。

−第１運転における課題−
冷凍装置（10）が、第１加熱運転を行っているとき、停止している第１圧縮機（21）の機内温度は外気温とほぼ等しい。通常の運転状態では、熱源側熱交換器（24）の蒸発温度よりも外気温度の方が高いため、熱源側熱交換器（24）の蒸発圧力は、停止中の第１圧縮機（21）の機内圧力よりも低い。そのため、バイパス配管（PB）を流通する冷媒は駆動中の第２圧縮機（22）の吸入側へ流入し、停止中の第１圧縮機（21）の吐出側へ冷媒は流入しにくい。

しかし、図７に示すように、第１加熱運転において、例えば外気温が極めて低い朝方などにおいて、急な日射により外気温が急に上昇すると、熱源側熱交換器（24）の蒸発圧力が急に上昇する。これに対し、停止中の第１圧縮機（21）の機内温度は、その熱容量の影響により、外気温と同程度にまで上昇するまで時間を要する。このとき、第１圧縮機（21）の機内温度が熱源側熱交換器（24）の蒸発温度よりも低くなる状態が生じる場合がある。図７では、時間t1から時間t2までの期間Δtにおいて、熱源側熱交換器（24）の蒸発温度Te1が第１圧縮機（21）の機内温度Th1より高い状態を示している。

この状態では、第１圧縮機（21）の機内圧力は、熱源側熱交換器（24）の蒸発圧力よりも低くなるため、バイパス配管（PB）を流通する冷媒の一部は、圧力が低い方の第１圧縮機（21）の吐出側へ流入してしまう。停止中の第１圧縮機（21）へ冷媒が流入すると、冷媒回路（20）全体の冷媒が不足し冷凍装置（10）の能力が低下する。また、第１加熱運転時に第１圧縮機（21）を駆動させる（第２加熱運転に切り換える）と、第１圧縮機（21）の圧縮機構（21d）の潤滑が損なわれ、第１圧縮機（21）の信頼性が低下する。

デフロスト運転においても同様の現象が生じうる。極低温時にデフロスト運転を行うと熱源側熱交換器（24）で放熱した冷媒は、膨張弁（26）で減圧され利用側熱交換器（27）で蒸発する。このときの利用側熱交換器（27）の蒸発温度は第１圧縮機（21）の機内温度よりも過渡的に高くなるため、デフロスト運転（第１冷却運転）中に、冷媒が第１圧縮機（21）へ流入する。

本実施形態の冷凍装置（10）は、このような課題を考慮し、第１運転中に停止中の第１圧縮機（21）の機内圧力が、蒸発器として機能する熱交換器（24，27）の蒸発圧力よりも低くなる第１条件が成立するときに、第１圧縮機（21）へ冷媒が流入することを抑制する。具体的に、抑制機構（50）は、第１条件が成立するときに、バイパス配管（PB）を流出した冷媒が第１圧縮機（21）の吐出側へ流入することを抑制する。

第１加熱運転における抑制機構（50）の動作について、図８を参照しながら具体的に説明する。

ステップST1では、制御部（100）は、第１加熱運転を開始する。具体的に、制御部（100）は、四路切換弁（23）を第１状態に切り換える。制御部（100）は、第１圧縮機（21）を停止状態にし、第２圧縮機（22）を駆動させる。制御部（100）は、膨張弁（26）の開度を適宜調節し、インジェクション膨張弁（31）を全閉状態に設定する。第１加熱運転が開始されるとステップST2が行われる。

ステップST2では、制御部（100）は、第１条件が成立したか否かを判定する。第１条件は、第１圧縮機（21）の機内圧力が、熱源側熱交換器の（24）の蒸発圧力よりも低いことを示す条件である。ここで、第１圧縮機（21）の機内圧力と熱源側熱交換器（24）の蒸発圧力との関係は、第１圧縮機（21）の機内温度と熱源側熱交換器（24）の蒸発温度との関係に相関する。そのため、第１圧縮機（21）の機内温度Th1が、熱源側熱交換器（24）の蒸発温度Te1よりも低くなると、制御部（100）は、第１条件が成立したとみなす。第１条件が成立したと判定された場合、ステップST3が行われる。第１条件が成立しないと判定された場合、ステップST4が行われる。

ステップST3では、抑制機構（50）が作動する。具体的に、制御部（100）は、電磁弁（33）を閉状態にする。電磁弁（33）を閉状態にすると、第１圧縮機（21）の吐出側は、第２圧縮機（22）の吸入側、及びバイパス配管（PB）の流出端と遮断される。これにより、第１条件が成立する条件下において、バイパス配管（PB）から流出した冷媒が、第１圧縮機（21）に吸い込まれることを抑制できる。ステップST3が行われた後、ステップST2が再び行われる。

ステップST4では、抑制機構（50）の作動が解除される。具体的に、制御部（100）は、電磁弁（33）を開状態にする。ステップST4が行われた後、ステップST5が行われる。

ステップST5では、制御部（100）は、第２加熱運転を開始するか否かを判定する。第２加熱運転を開始しないと判定された場合、第１加熱運転は継続され、ステップST2が再び行われる。第２加熱運転を開始すると判例された場合、制御部（100）は、第１圧縮機（21）を駆動させる。

次に、デフロスト運転における抑制機構（50）の動作について、図９を参照しながら具体的に説明する。

ステップST11では、制御部（100）は、第１冷却運転であるデフロスト運転を開始する。具体的に、制御部（100）は、四路切換弁（23）を第２状態に切り換える。制御部（100）は、第１圧縮機（21）を停止状態にし、第２圧縮機（22）を駆動させる。制御部（100）は、膨張弁（26）の開度を適宜調節し、インジェクション膨張弁（31）を全閉状態に設定する。デフロスト運転が開始されるとステップST12が行われる。

ステップST12では、制御部（100）は、第１条件が成立したか否かを判定する。上記ステップST2と同様に、第１圧縮機（21）の機内温度Th1が、利用側熱交換器（27）の蒸発温度Te2よりも低くなると、制御部（100）は、第１条件が成立したとみなす。第１条件が成立したと判定された場合、ステップST13が行われる。第１条件が成立しないと判定された場合、ステップST14が行われる。

ステップST13では、抑制機構（50）が作動される。具体的に、制御部（100）は、電磁弁（33）を閉状態にする。ステップST13が行われた後、ステップST12が再び行われる。

ステップST14では、抑制機構（50）の作動が解除される。具体的に、制御部（100）は、電磁弁（33）を開状態にする。ステップST14が行われた後、ステップST15が行われる。

ステップST15では、制御部（100）は、デフロスト運転を終了するか否かを判定する。デフロスト運転を終了しないと判定された場合、デフロスト運転は継続され、ステップST12が再び行われる。デフロスト運転を終了すると判定された場合、このフローは終了する。

−実施形態の効果−
実施形態の特徴（１）では、冷凍装置（10）は、第１圧縮機（21）が停止され、第２圧縮機（22）が駆動される冷凍サイクルを行う第１運転において、第１圧縮機（21）の機内の圧力が前記蒸発器（24，27）の蒸発圧力よりも低いことを示す第１条件が成立するときに、第１圧縮機（21）への冷媒の流入を抑制する抑制機構（50）を備える。

実施形態の特徴（１）によれば、第１加熱運転において、第１条件が成立するとき、バイパス配管（PB）を流通する冷媒が第１圧縮機（21）の吐出側に流入することを抑制する。停止中の第１圧縮機（21）に冷媒が流入することが抑えられるため、第１運転中における冷媒不足を抑えることができる。その結果、第１加熱運転時に、例えば、外気温が極めて低い朝方などにおいて、急な日射により外気温が急に上昇しても冷凍装置（10）の能力の低下を抑制できる。

加えて、冷媒が停止中の第１圧縮機（21）に流入することが抑えられるため、停止中の第１圧縮機（21）内の油が冷媒に溶け込むことを抑制できる。その結果、第１加熱運転から第２加熱運転の起動時において、第１圧縮機（21）機内の圧縮機構（21d）の潤滑が損なわれることを抑制できる。

実施形態の特徴（２）では、第１条件は、第１圧縮機（21）の機内温度が熱源側熱交換器（24）（蒸発器）の蒸発温度よりも低くなる条件である。

実施形態の特徴（２）によれば、第１圧縮機（21）の機内温度Th1、及び熱源側熱交換器（24）の蒸発温度Te1を検出することによって、第１条件が成立するか否かを判定できる。

実施形態の特徴（３）では、機内温度センサ（43）は、第１圧縮機（21）のケーシング（21a）の外面の温度を検出し、第１圧縮機（21）の機内温度は、機内温度センサ（43）が検出した検出値に基づく値である。

実施形態の特徴（３）によれば、機内温度センサ（43）の検出値に基づいて第１圧縮機（21）の機内温度Th1を推測できる。

実施形態の特徴（４）では、抑制機構（50）は、第１圧縮機（21）とバイパス配管（PB）の流出端との間に接続される電磁弁（33）（弁）を有し、電磁弁（33）は、第１条件が成立するときに閉状態となる。

実施形態の特徴（４）によれば、第１条件が成立するとき、制御部（100）は電磁弁（33）を閉状態にする。このことにより、第１条件が成立するときバイパス配管（PB）から第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを抑制できる。

《実施形態１の変形例１》
図１０に示すように、実施形態１の変形例１の冷凍装置（10）では、第１圧縮機（21）はヒータ（37）を有し、電磁弁（33）を有さない。ヒータ（37）は、ケーシング（21a）の図示しない油溜まりに配置される。油溜まりは、ケーシング（21a）の底部に形成される。ヒータ（37）は、電源（S）から通電されることにより発熱する電気ヒータである。ヒータ（37）は、油溜まりを加熱することで、冷媒中に油が溶け込むことを抑制する。

本変形例では、抑制機構（50）は、ヒータ（37）と制御部（100）とを有する。ヒータ（37）は、加熱部（36）に対応する。ヒータ（37）は、第１条件が成立すると第１圧縮機（21）を加熱する。具体的に、制御部（100）により通電されたヒータ（37）は発熱し、第１圧縮機（21）の機内を加熱する。図１１を参照しながら、変形例２における抑制機構（50）の動作について説明する。

ステップST21では、制御部（100）は、実施形態１のステップST1と同様の動作を行う。

ステップST22では、実施形態１のステップST2と同様に、制御部（100）は第１条件が成立したか否かを判定する。第１条件が成立したと判定された場合、ステップST23が行われる。第１条件が成立しないと判定された場合、ステップST24が行われる。

ステップST23では、抑制機構（50）が作動される。具体的に、制御部（100）は、ヒータ（37）に通電する。通電されたヒータ（37）は発熱し、第１圧縮機（21）の機内を加熱する。ステップST23が行われた後、ステップST22が再び行われる。

ステップST24では、抑制機構（50）の作動が解除される。具体的に、制御部（100）は、ヒータ（37）へ通電を停止する。

ステップST25では、制御部（100）は、第２加熱運転を開始するか否かを判定する。第２加熱運転を開始しないと判定された場合、第１加熱運転は継続され、ステップST22が再び行われる。第２加熱運転を開始すると判例された場合、制御部（100）は、第１圧縮機（21）を駆動させる。

本変形例によれば、第１運転中に第１条件が成立すると、ヒータ（37）の発熱により第１圧縮機（21）の機内温度が上昇する。このことにより、第１圧縮機（21）の機内温度Th1が、蒸発器として機能する熱源側熱交換器（24）の蒸発温度Te1より下回ることを抑制できる。その結果、第１運転中に第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを抑制できる。

加えて、ヒータ（37）を、油溜まりの加熱と、抑制機構（50）とに兼用できる。抑制機構（50）として実施形態１の電磁弁（33）のような部材を冷凍装置（10）に設ける必要がないため、冷凍装置（10）の製造コストの増大を抑えることができる。

加えて、第１条件が成立するときのみ通電すればよいため、使用電力量の増大を抑制できると共に、冷凍装置（10）の使用コストの増大も抑えることができる。

《実施形態１の変形例２》
実施形態１の変形例２の冷凍装置（10）は、電磁弁（33）を有さない。本変形例では、抑制機構（50）は、膨張弁（26）と制御部（100）を有する。膨張弁（26）は、減圧機構に対応する。第１条件が成立するときに蒸発器の蒸発圧力を低下させる。図１２を参照しながら、本変形例における制御部（100）の動作について説明する。

ステップST31では、制御部（100）は、実施形態１のステップST1と同様の動作を行う。

ステップST32では、実施形態１のステップST2と同様に、制御部（100）は第１条件が成立したか否かを判定する。第１条件が成立したと判定された場合、ステップST33が行われる。第１条件が成立しないと判定された場合、ステップST34が行われる。

ステップST33では、抑制機構（50）が作動される。具体的に、制御部（100）は、膨張弁（26）の開度が小さくなるように調節して冷媒を減圧する。ステップST33が行われた後、ステップST32が再び行われる。

ステップST34では、抑制機構（50）が解除される。具体的に、制御部（100）は、膨張弁（26）の開度調節を停止する。ステップST34の後、ステップST35が行われる。

ステップST35では、制御部（100）は、第２加熱運転を開始するか否かを判定する。第２加熱運転を開始しないと判定された場合、第１加熱運転は継続され、ステップST32が再び行われる。第２加熱運転を開始すると判例された場合、制御部（100）は、第１圧縮機（21）を駆動させる。

本変形例によれば、第１条件が成立したときに、制御部（100）により膨張弁（26）の開度が小さくなるように調節される。このことにより、冷媒は減圧されて、熱源側熱交換器（24）での蒸発温度Te1が低下する。蒸発温度Te1が低下すると、熱源側熱交換器（24）の蒸発圧力も低下する。その結果、該蒸発圧力を第１圧縮機（21）の機内圧力よりも低下させることができるため、第１運転中に冷媒が第１圧縮機（21）に流入することを抑制できる。

加えて、膨張弁（26）を、冷凍装置（10）の冷凍サイクル運転と抑制機構（50）とに兼用できる。そのため、抑制機構（50）として、実施形態１の電磁弁（33）のような部材を冷凍装置（10）に設ける必要がないため、冷凍装置（10）の製造コストの増大を抑えることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

図１３に示すように冷凍装置（10）の第１温度センサ（48）は、機内温度センサ（43）、内部温度センサ（45）、吸入管温度センサ（47）、および外気温センサ（44）の少なくとも１つであってもよい。

内部温度センサ（45）は、ケーシング（21a）の内部に配置される。内部温度センサ（45）は、ケーシング（21a）の内部の温度を検出する。吸入管温度センサ（47）は、第１吸入管（51）に接続される。吸入管温度センサ（47）は、第１吸入管（51）の温度を検出する。吐出管温度センサ（46）は、第１吐出管（52）に接続される。吐出管温度センサ（46）は、第１吐出管（52）の温度を検出する。

言い換えると、第１温度センサ（48）は、実施形態１のケーシング（21a）の外面を含め、ケーシング（21a）の内部、第１吸入管（51）、第１吐出管（52）、及び室外空気の少なくとも１つの温度を検出するものであってもよい。第１圧縮機（21）の機内温度は、第１温度センサ（48）が検出した検出値に基づく。

加熱部（36）は、第１圧縮機（21）に設けられるモータ（21b）であってもよい。モータ（21b）は、第１条件が成立するときに欠相通電される。欠相通電は、例えば、三相電源Sにおいて１つ以上の層が動作していない通電状態をいう。これにより、モータ（21b）は駆動されないが、通電された状態となる。この状態が続くと、モータ（21b）が有するコイルが発熱し、第１圧縮機（21）の機内温度が上昇する。このことにより、第１圧縮機（21）の機内温度が、蒸発器（24，27）の蒸発温度より下回ることを抑制できる。その結果、第１運転中に第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを抑制できる。

制御部（100）は、冷媒回路（20）の蒸発圧力を検出する冷媒圧力センサ（図示省略）と、第１圧縮機（21）の機内圧力を検出する機内圧力センサ（図示省略）とを備えていてもよい。第１運転中に、機内圧力センサにより検出される圧力値が、冷媒圧力センサにより検出される蒸発圧力の値を下回ったとき、制御部（100）は第１条件が成立したと判定できる。蒸発器の蒸発圧力、および第１圧縮機（21）の機内圧力を直接検出するため、蒸発圧力が機内圧力を上回ることを確実に抑制できる。

制御部（100）は、蒸発器の圧力を第１温度センサ（48）が検出する温度に基づいて求めてもよい。具体的に、制御部（100）は、熱源側熱交換器（24）の蒸発圧力を、第１冷媒温度センサ（41）により検出される温度に相当する飽和圧力に基づいて求めてよい。制御部（100）は、利用側熱交換器（27）の蒸発圧力を、第２冷媒温度センサ（42）により検出される温度に相当する飽和圧力に基づいて求めてもよい。制御部（100）は、第１圧縮機（21）の機内温度と第１圧縮機（21）との関係を示すデータ（情報）に基づいて、第１圧縮機（21）の機内圧力の値を求めてよい。

抑制機構（50）は、第１条件の成立前から作動されてもよい。この場合、制御部（100）は、例えば、外気温の上昇の度合いに基づいて、蒸発器の蒸発温度と、第１圧縮機（21）の機内温度とを予測し、第１条件が成立するか否かを推測する。例えば図７において、時間t1で第１条件が成立すると推測された場合、抑制機構（50）は、時間t1の前に作動される。このことにより、第１条件が成立時点（時間t1）で、第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを確実に抑制できる。

第１条件が成立する期間Δｔ、または成立期間Δｔの一部において、抑制機構（50）は作動されてもよい。抑制機構（50）が、期間Δｔの間作動される場合、第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを確実に抑制できる。

抑制機構（50）の作動は、期間Δｔ以降（時間ｔ２以降）も継続されてもよい。このことにより、第１圧縮機（21）に冷媒が流入することを確実に抑制できる。

弁（33）は、流量調節弁または膨張弁であってもよい。

減圧機構（26）は、膨張機や、キャピラリーチューブなどであってもよい。減圧機構（26）がキャピラリーチューブである場合、冷媒回路（20）の主液管（55）には弁（図示省略）と該弁をバイパスする分岐配管（図示省略）とが設けられる。キャピラリーチューブは該分岐配管に接続される。

第１圧縮機（21）および第２圧縮機（22）は、ロータリ式、揺動ピストン式、ターボ式、スクリュー式などの他の圧縮機であってもよい。

冷媒回路（20）には、第２圧縮機（22）の吐出側にさらに圧縮機が接続されてもよい。言い換えると、冷媒回路（20）は、３つ以上の圧縮機を有する多段圧縮式の冷凍サイクルを行うものであってもよい。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。以上に述べた「第１」、「第２」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

以上説明したように、本開示は、冷凍装置について有用である。

１０冷凍装置
２０冷媒回路
２１第１圧縮機
２１ａケーシング
２１ｂモータ
２２第２圧縮機
２６膨張弁（減圧機構）
３３電磁弁（弁）
３６加熱部
３７ヒータ
４８第１温度センサ
５０抑制機構
５１第１吸入管（吸入配管）
５２第１吐出管（吐出配管）

Claims

第１圧縮機（21）と、該第１圧縮機（21）の吐出側に接続される第２圧縮機（22）と、蒸発器（24，27）とを含み、前記第１圧縮機（21）が停止され、前記第２圧縮機（22）が駆動される冷凍サイクルを行う第１運転と、前記第１圧縮機（21）と前記第２圧縮機（22）とが駆動される冷凍サイクルを行う第２運転とを切り換え可能な冷媒回路（20）を備える冷凍装置であって、
前記冷媒回路（20）は、前記第１圧縮機（21）の吸入側と吐出側とを繋ぐバイパス配管（PB）を有し、
前記第１運転において、前記第１圧縮機（21）の機内の圧力が前記蒸発器（24，27）の蒸発圧力よりも低いことを示す第１条件が成立するときに、前記第１圧縮機（21）の吐出配管（52）から該第１圧縮機（21）への冷媒の流入を抑制する抑制機構（50）を備えることを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、
前記第１条件は、前記第１圧縮機（21）の機内温度が前記蒸発器（24，27）の蒸発温度よりも低くなる条件であることを特徴とする冷凍装置。
請求項２において、
第１温度センサ（48）を備え、
前記第１温度センサ（48）は、前記第１圧縮機（21）のケーシング（21a）の外面、前
記第１圧縮機（21）のケーシング（21a）の内部、前記第１圧縮機（21）の吸入配管（51
）、前記第１圧縮機（21）の吐出配管（52）、及び室外空気の少なくとも１つの温度を検出し、
前記第１圧縮機（21）の機内温度は、前記第１温度センサ（48）が検出した検出値に基づく値であることを特徴とする冷凍装置。
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
前記抑制機構（50）は、前記第１圧縮機（21）と前記バイパス配管（PB）の流出端との間に接続される弁（33）を有し、
前記弁（33）は、前記第１条件が成立するときに閉状態となることを特徴とする冷凍装置。
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
前記抑制機構（50）は、前記第１条件が成立するときに、前記第１圧縮機（21）を加熱する加熱部を含むことを特徴とする冷凍装置。
請求項５において、
前記加熱部（36）は、前記第１圧縮機（21）に設けられるとともに前記第１条件が成立するときに通電するヒータ（37）を含むことを特徴とする冷凍装置。
請求項５おいて、
前記加熱部（36）は、前記第１圧縮機（21）に設けられるとともに前記第１条件が成立するときに欠相通電されるモータ（21b）を含むことを特徴とする冷凍装置。
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
前記抑制機構は、前記第１条件が成立するときに、前記蒸発器（24，27）の蒸発圧力を低下させる減圧機構（26）を含むことを特徴とする冷凍装置。