JP7154426B2 - 室外ユニット及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍サイクル装置の室外ユニット、及びそれを備える冷凍サイクル装置に関する。

凝縮器の出側の冷媒の一部を、減圧装置及び蒸発器を通過することなく圧縮機へ戻すインジェクション回路を備える冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、実開昭５９－１７５９６１号公報（特許文献１）には、上記のようなインジェクション回路としてレリース回路を備える空気調和機（冷凍サイクル装置）が開示されている。レリース回路は、レリースバルブと、レリースバルブの低圧側に設けられるアブソーバタンク（レシーバ）と、アブソーバタンクの出側に並列に設けられる複数のレリース用キャピラリチューブとを備える。

この冷凍サイクル装置では、中程度の負荷状態では、レリースバルブの開度は小さく、アブソーバタンク内に貯留される液冷媒量も少なく、アブソーバタンクの底部に接続されるレリース用キャピラリチューブを経て液冷媒が低圧側へ流れる。高負荷状態では、冷凍サイクルの高圧側圧力が上昇するに伴なってレリースバルブの開度が大きくなり、アブソーバタンク内に貯留される液冷媒量が増加する。そして、液面位が上昇することによって、アブソーバタンクの上部に接続される他のレリース用キャピラリチューブにも液冷媒が流れ、低圧側へ流れる液冷媒量が増加する。

このように、この冷凍サイクル装置では、アブソーバタンクの出側に複数のレリース用キャピラリチューブを設けることによって、負荷変動に応じて冷媒のレリース量を段階的に設定することができる（特許文献１参照）。

実開昭５９－１７５９６１号公報

実開昭５９－１７５９６１号公報に記載の冷凍サイクル装置では、負荷変動に応じて冷媒のレリース量を段階的に設定することができるが、負荷変動により高圧側圧力（圧縮機出側の圧力）が上昇した場合に、その圧力上昇を抑制できない可能性がある。すなわち、上記の冷凍サイクル装置では、高負荷状態では、レシーバ（アブソーバタンク）から圧縮機へ戻る液冷媒量が増加するので、圧縮機出側の圧力が上昇する。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、圧縮機出側の圧力上昇を適切に抑制可能な冷凍サイクル装置の室外ユニット及びそれを備える冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示の室外ユニットは、冷凍サイクル装置の室外ユニットである。冷凍サイクル装置は、室外ユニットと室外ユニットに接続される負荷ユニットとを冷媒が循環するように構成される。室外ユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から出力される冷媒を凝縮する凝縮器と、インジェクション回路と、制御装置を備える。インジェクション回路は、凝縮器から出力される冷媒の一部を、負荷ユニットを通過することなく圧縮機へ戻すように構成される。インジェクション回路は、膨張弁と、レシーバと、流量調整弁とを含む。膨張弁は、凝縮器の出側から分岐した第１配管に設けられる。レシーバは、膨張弁の低圧側に設けられ、冷媒を気液二相に分離して蓄積可能である。流量調整弁は、レシーバの下流の第２配管に設けられる。制御装置は、膨張弁及び流量調整弁を制御する。そして、制御装置は、圧縮機から出力される冷媒の圧力がしきい値を超えた場合に、圧力がしきい値以下である場合よりも、膨張弁の開度を大きくするとともに、レシーバから圧縮機へ戻される冷媒のガス流量比が高くなるように流量調整弁の開度を調整する。

この室外ユニットでは、圧縮機から出力される冷媒の圧力がしきい値を超えた場合に、インジェクション回路の膨張弁の開度が大きくなるので、レシーバに流れ込む冷媒量が増加する。さらに、レシーバから圧縮機へ戻される冷媒のガス流量比が高くなるので、レシーバからの液冷媒の持出量が減少する。これにより、圧縮機から出力される冷媒の圧力がしきい値を超えた場合に、レシーバ内の液冷媒の貯留量が効果的に増加し、冷凍サイクル装置を循環する冷媒量が効果的に減少する。したがって、この室外ユニットによれば、圧縮機出側の圧力上昇を適切に抑制することができる。

本開示の実施の形態１に従う室外ユニットが用いられる冷凍サイクル装置の全体構成図である。 制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 制御装置により実行される圧力抑制制御の処理手順の一例を説明するフローチャートである。 図３のステップＳ３０において実行されるＴＨ制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図３のステップＳ４０において実行されるＳＣ制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１の変形例における制御装置により実行される制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に従う室外ユニットが用いられる冷凍サイクル装置の全体構成図である。 実施の形態２における制御装置により実行される圧力抑制制御の処理手順の一例を説明するフローチャートである。 実施の形態２の変形例における制御装置により実行される制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に従う室外ユニットが用いられる冷凍サイクル装置の全体構成図である。図１を参照して、冷凍サイクル装置１は、室外ユニット２と、負荷ユニット３とを備える。負荷ユニット３は、たとえば室内に設けられる。

室外ユニット２は、冷媒出口ポートＰＯ２と、冷媒入口ポートＰＩ２とを備える。負荷ユニット３は、冷媒出口ポートＰＯ３と、冷媒入口ポートＰＩ３とを備える。配管８４は、冷媒出口ポートＰＯ２と冷媒入口ポートＰＩ３とを接続する。配管８８は、冷媒入口ポートＰＩ２と冷媒出口ポートＰＯ３とを接続する。これにより、室外ユニット２と負荷ユニット３とが配管８４，８８によって接続され、室外ユニット２及び負荷ユニット３を冷媒が循環する。

室外ユニット２は、圧縮機１０と、凝縮器２０と、ファン２２と、配管８０，８１，８９とを備える。負荷ユニット３は、膨張弁５０と、蒸発器６０と、配管８５～８７とを備える。

配管８０は、圧縮機１０の吐出ポートＧ２と凝縮器２０とを接続する。配管８１は、凝縮器２０と冷媒出口ポートＰＯ２とを接続する。配管８５は、冷媒入口ポートＰＩ３と膨張弁５０とを接続する。配管８６は、膨張弁５０と蒸発器６０とを接続する。配管８７は、蒸発器６０と冷媒出口ポートＰＯ３とを接続する。配管８９は、冷媒入口ポートＰＩ２と圧縮機１０の吸入ポートＧ１とを接続する。

圧縮機１０は、吸入ポートＧ１から吸入される冷媒を圧縮して吐出ポートＧ２から出力する。圧縮機１０は、インバータ制御により駆動周波数を変更して回転速度を調整することができる。圧縮機１０の回転速度を調整することによって冷媒の循環量を調整し、冷凍サイクル装置１の能力を調整することができる。この圧縮機１０は、インジェクションポートＧ３を備えており、インジェクションポートＧ３から吸入される冷媒を圧縮工程の途中部分に流入させることができる。圧縮機１０には種々のタイプのものを採用可能であり、たとえば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。

凝縮器２０は、圧縮機１０から配管８０に吐出された冷媒を凝縮して配管８１へ出力する。凝縮器２０は、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換（放熱）を行なうように構成される。この熱交換により、冷媒は凝縮されて液相に変化する。ファン２２は、凝縮器２０において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器２０に供給する。ファン２２の回転数を調整することにより、圧縮機１０出側の冷媒圧力（高圧側圧力）を調整することができる。

膨張弁５０は、凝縮器２０から出力されて冷媒入口ポートＰＩ３を通じて配管８５に流入した冷媒を減圧して配管８６へ出力する。膨張弁５０の開度を小さくすると、膨張弁５０出側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。膨張弁５０の開度を大きくすると、膨張弁５０出側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。膨張弁５０は、たとえば電子リニア膨張弁（ＬＥＶ：Linear Expansion Valve）によって構成される。

蒸発器６０は、膨張弁５０から配管８６へ出力された冷媒を蒸発させて配管８７へ出力する。蒸発器６０は、膨張弁５０により減圧された冷媒が負荷ユニット３内の空気と熱交換（吸熱）を行なうように構成される。冷媒は、蒸発器６０を通過することにより蒸発して過熱蒸気となる。そして、蒸発器６０から配管８７へ出力された冷媒は、冷媒出口ポートＰＯ３、冷媒入口ポートＰＩ２及び配管８９を通じて圧縮機１０に吸入される。

以下では、圧縮機１０の吐出ポートＧ２から、凝縮器２０、冷媒出口ポートＰＯ２及び冷媒入口ポートＰＩ３、膨張弁５０、蒸発器６０、並びに冷媒出口ポートＰＯ３及び冷媒入口ポートＰＩ２を通じて圧縮機１０の吸入ポートＧ１へ至る冷媒の循環流路を、冷凍サイクル装置１の「主冷媒回路」と称する。

本実施の形態１に従う室外ユニット２は、膨張弁７０と、レシーバ７１と、流量調整弁７２と、絞り装置７３と、配管９１～９５とをさらに備える。配管９１は、配管８１から分岐し、膨張弁７０に接続される。配管９２は、膨張弁７０とレシーバ７１とを接続する。配管９３は、レシーバ７１の下部（たとえば下面）に設けられる液冷媒排出口と流量調整弁７２とを接続する。配管９４は、流量調整弁７２と圧縮機１０のインジェクションポートＧ３とを接続する。配管９５は、レシーバ７１の上部（たとえば上面）に設けられるガス冷媒排出口と絞り装置７３とを接続する。そして、絞り装置７３の他端は、配管９４に接続される。

膨張弁７０、レシーバ７１、流量調整弁７２、絞り装置７３、及び配管９１～９５は、凝縮器２０から出力される冷媒の一部を、負荷ユニット３を通過することなく圧縮機１０へ戻す「インジェクション回路」を構成する。

膨張弁７０は、配管８１から配管９１に流入した冷媒を減圧してレシーバ７１へ出力する。膨張弁７０の開度を増加させると、レシーバ７１に流入する冷媒量が増加する。一方、膨張弁７０の開度を減少させると、レシーバ７１に流入する冷媒量が減少する。膨張弁７０は、たとえばＬＥＶによって構成される。

レシーバ７１は、膨張弁７０の低圧側に設けられ、膨張弁７０を通過することにより減圧された冷媒を気液二相に分離して蓄積する。すなわち、レシーバ７１内では、冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離した状態で貯留され、液冷媒は、レシーバ７１の下方に貯留される。

配管９３は、レシーバ７１の下部に設けられる液冷媒排出口に接続され、レシーバ７１から液冷媒を排出する。流量調整弁７２は、配管９３に設けられ、レシーバ７１から配管９３へ排出される液冷媒の量を調整する。流量調整弁７２は、たとえばＬＥＶによって構成される。

配管９５は、レシーバ７１の上部に設けられるガス冷媒排出口に接続され、レシーバ７１からガス冷媒を排出する。絞り装置７３は、配管９５に設けられ、レシーバ７１から配管９５へ排出されるガス冷媒の量を調整する。絞り装置７３は、たとえばキャピラリチューブによって構成される。そして、流量調整弁７２を通過した液冷媒、及び絞り装置７３を通過したガス冷媒は、配管９４で合流して圧縮機１０のインジェクションポートＧ３に戻される。なお、インジェクションポートＧ３は、圧縮機１０のシェル内部の吸入室に設けられてもよいし、シェル内部の圧縮室に設けられてもよい。

このようなインジェクション回路が設けられることにより、冷凍サイクル装置１の効率を向上させることができる。そして、この冷凍サイクル装置１では、インジェクション回路にレシーバ７１が設けられている。

負荷ユニットの負荷変動に応じて主冷媒回路の必要冷媒量は変動するところ、レシーバは、負荷変動に応じて主冷媒回路の冷媒量を調整することができる。そして、このようなレシーバは、主冷媒回路の高圧側に設けることも可能である。しかしながら、主冷媒回路にレシーバが設けられる場合、レシーバ内には一般にガス冷媒が存在するため、レシーバ内の冷媒温度は飽和温度となる。そのため、レシーバ出側において冷媒の過冷却度を確保することができず、過冷却度を確保するためにレシーバの出側にサブクール熱交等を別途設けたりしなければならなくなる。

また、ＣＯ₂のような超臨界冷媒が用いられる場合には、超臨界状態での使用が予定され、超臨界冷媒は、高圧側で気液分離しない。そのため、主冷媒回路の高圧側に設けられるレシーバでは、超臨界状態の冷媒を液貯留することができず、負荷変動に応じて冷媒量を調整することができない。

本実施の形態１に従う室外ユニット２では、レシーバ７１は、インジェクション回路に設けられ、膨張弁７０によって減圧された冷媒を貯留する。このような構成により、凝縮器２０の出側において冷媒の過冷却度を確保することができるとともに、ＣＯ₂冷媒のような超臨界冷媒が用いられる場合においても、冷媒をレシーバ７１に液貯留することができる。

なお、本開示では、説明を容易にするため、ＣＯ₂のような超臨界冷媒を冷却する場合についても「凝縮器２０」と称する。また、超臨界状態の冷媒の基準温度からの低下量についても「過冷却度」と称することとする。

室外ユニット２においては、負荷ユニット３の負荷変動により、圧縮機１０の出側の圧力（高圧側圧力）が急激に上昇する場合がある。高圧側圧力が過度に上昇した場合は、圧縮機１０の運転を継続しつつ速やかに圧力を低下させることが求められる。特に、ＣＯ₂のような超臨界冷媒が用いられる場合は、フロン類に比べて冷媒圧力が高いため、速やかな圧力抑制が要求される。

そこで、本実施の形態１に従う室外ユニット２では、高圧側圧力がしきい値を超えた場合に、高圧側圧力を速やかに抑制するための制御が実行される（以下「圧力抑制制御」と称する。）。具体的には、膨張弁７０の開度を増加させるとともに、流量調整弁７２の開度を減少させる。膨張弁７０の開度が増加することにより、主冷媒回路からレシーバ７１に流れ込む冷媒量が増加する。さらに、流量調整弁７２の開度が減少することにより、レシーバ７１から圧縮機１０へ戻される冷媒のガス流量比が上昇し、レシーバ７１からの液冷媒の持出量が減少する。これにより、高圧側圧力がしきい値を超えた場合に、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量が増加し、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少する。その結果、高圧側圧力の上昇を効果的に抑制することができる。

室外ユニット２は、上記の圧力抑制制御を実行する制御装置１００をさらに備える。また、室外ユニット２は、圧力センサ１１０，１１１と、温度センサ１２０，１２１とをさらに備える。

圧力センサ１１０は、圧縮機１０の吸入側の冷媒圧力（低圧側圧力）ＰＬを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。圧力センサ１１１は、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力（高圧側圧力）ＰＨを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２０は、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度ＴＨを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２１は、凝縮器２０出側の冷媒の温度Ｔ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

制御装置１００は、圧力センサ１１０，１１１及び温度センサ１２０，１２１の各検出値を受け、それらの検出値に基づいて、室外ユニット２における各機器の制御を実行する。具体的には、制御装置１００は、各センサの検出値に基づいて、圧縮機１０、膨張弁７０、及び流量調整弁７２の動作を制御する。そして、制御装置１００により実行される主要な制御として、制御装置１００は、高圧側圧力がしきい値を超える場合に、上昇した高圧側圧力を速やかに抑制するための圧力抑制制御を実行する。圧力抑制制御については、後ほど詳しく説明する。

図２は、制御装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２を参照して、制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３４と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３６と、入力部１３８と、表示部１４０と、Ｉ／Ｆ部１４２とを含んで構成される。ＲＡＭ１３４、ＲＯＭ１３６、入力部１３８、表示部１４０、及びＩ／Ｆ部１４２は、バス１４４を通じてＣＰＵ１３２に接続されている。

ＣＰＵ１３２は、ＲＯＭ１３６に格納されているプログラムをＲＡＭ１３４に展開して実行する。ＲＯＭ１３６に格納されているプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。この室外ユニット２では、これらのプログラムに従って、室外ユニット２における各機器の制御を実行する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

図３は、制御装置１００により実行される圧力抑制制御の処理手順の一例を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、室外ユニット２が運転を行なっている間、繰り返し実行される。

図３を参照して、制御装置１００は、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力ＰＨ（高圧側圧力）を圧力センサ１１１から取得し、圧力ＰＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１０）。このしきい値は、室外ユニット２を保護するための高圧保護設定値に対して適当なマージンを有する値である。たとえば、ＣＯ₂冷媒の使用を予定して室外ユニット２が設計されている場合には、しきい値は、１０ＭＰａ程度の高圧保護設定値に対して９ＭＰａ程度に設定することができる。或いは、Ｒ４１０Ａ冷媒の使用を予定して室外ユニット２が設計されている場合には、しきい値は、４．１５ＭＰａの高圧保護設定値に対して３．９ＭＰａ程度に設定することができる。

そして、ステップＳ１０において圧力ＰＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、インジェクション回路の膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７２の開度を減少方向に変化させる（ステップＳ２０）。これにより、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量が増加し、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少する。その結果、圧力ＰＨを速やかにしきい値以下に抑制することができる。

一方、ステップＳ１０において圧力ＰＨがしきい値以下であると判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置１００は、通常制御を実行する。すなわち、制御装置１００は、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度ＴＨを目標範囲に調整するためのＴＨ制御を実行するとともに（ステップＳ３０）、凝縮器２０出側の冷媒の過冷却度ＳＣを目標値（たとえば５Ｋ程度）に調整するためのＳＣ制御を実行する（ステップＳ４０）。なお、このフローチャートでは、ＴＨ制御の実行後にＳＣ制御が実行されるものとされているが、実際には、ＴＨ制御とＳＣ制御とは、並列又は並行して実行され得る。

図４は、図３のステップＳ３０において実行されるＴＨ制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図４を参照して、制御装置１００は、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度ＴＨを温度センサ１２０から取得し、温度ＴＨが目標範囲上限よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この目標範囲上限は、たとえば１００℃に設定することができる。

温度ＴＨが目標範囲上限よりも高いと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、インジェクション回路の膨張弁７０の開度を増加方向に変化させる（ステップＳ１２０）。膨張弁７０の開度が増加すると、インジェクション回路を通じて圧縮機１０へ戻される低温の冷媒量（インジェクション量）が増加するため、圧縮機１０出側の冷媒の温度ＴＨを低下させることができる。

一方、ステップＳ１１０において温度ＴＨが目標範囲上限以下であると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御装置１００は、温度ＴＨが目標範囲下限よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１３０）。この目標範囲下限は、たとえば７０℃に設定することができる。

温度ＴＨが目標範囲下限よりも低いと判定されると（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、膨張弁７０の開度を減少方向に変化させる（ステップＳ１４０）。膨張弁７０の開度が減少すると、上記のインジェクション量が減少するため、圧縮機１０出側の冷媒の温度ＴＨを上昇させることができる。

図５は、図３のステップＳ４０において実行されるＳＣ制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５を参照して、制御装置１００は、凝縮器２０出側の冷媒の過冷却度ＳＣを取得し、過冷却度ＳＣが目標範囲上限よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２１０）。この目標範囲上限及び後述の目標範囲下限は、過冷却度ＳＣの制御目標値に対して適当に設定される上下限値であり、過冷却度ＳＣの制御目標値は、たとえば５Ｋに設定される。

なお、過冷却度ＳＣは、たとえば、圧力センサ１１１により検出される圧力ＰＨで代替される凝縮器２０の出側の冷媒圧力を冷媒の飽和温度値に換算し、この飽和温度値から温度センサ１２１によって検出される凝縮器２０出側の冷媒の温度Ｔ１を差引くことによって算出することができる。

そして、過冷却度ＳＣが目標範囲上限よりも高いと判定されると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、インジェクション回路の流量調整弁７２の開度を減少方向に変化させる（ステップＳ２２０）。流量調整弁７２の開度が減少すると、レシーバ７１からの液冷媒の持出量が減少する。そのため、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量が増加し、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少する。その結果、凝縮器２０出側の冷媒の温度Ｔ１が上昇し、過冷却度ＳＣは小さくなる。

一方、ステップＳ２１０において過冷却度ＳＣが目標範囲上限以下であると判定されると（ステップＳ２１０においてＮＯ）、制御装置１００は、過冷却度ＳＣが目標範囲下限よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２３０）。

過冷却度ＳＣが目標範囲下限よりも低いと判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、流量調整弁７２の開度を増加方向に変化させる（ステップＳ２４０）。流量調整弁７２の開度が増加すると、レシーバ７１からの液冷媒の持出量が増加する。そのため、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量が減少し、主冷媒回路を循環する冷媒量が増加する。その結果、凝縮器２０出側の冷媒の温度Ｔ１が低下し、過冷却度ＳＣは大きくなる。

なお、ステップＳ２３０において過冷却度ＳＣが目標範囲下限以上であると判定されると（ステップＳ２３０においてＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ２４０を実行することなくリターンへ処理を移行する。

以上のように、この実施の形態１においては、高圧側の圧力ＰＨがしきい値を超えた場合に、インジェクション回路の膨張弁７０の開度を増加させるので、レシーバ７１に流れ込む冷媒量が増加する。さらに、レシーバ７１から圧縮機１０へ戻される冷媒のガス流量比が高くなるので、レシーバ７１からの液冷媒の持出量が減少する。これにより、圧力ＰＨがしきい値を超えた場合に、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量が効果的に増加し、主冷媒回路の冷媒量が効果的に減少する。したがって、この実施の形態１によれば、高圧側の圧力上昇を適切に抑制することができる。

また、この実施の形態１によれば、高圧側の圧力ＰＨがしきい値以下のときは、圧縮機１０の出側の温度ＴＨが目標範囲内に制御され、凝縮器２０出側の冷媒の過冷却度ＳＣが目標値に制御される。したがって、この実施の形態１によれば、圧力ＰＨがしきい値以下のときは、温度ＴＨ及び過冷却度ＳＣを目標に制御することによって、効率のよい運転を行なうことができる。

実施の形態１の変形例．
上記の実施の形態１では、圧縮機１０出側の冷媒圧力ＰＨ（高圧側圧力）がしきい値を超えると、膨張弁７０の開度を増加させるとともに、流量調整弁７２の開度を減少させるものとした。これにより、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量を増加させて、主冷媒回路を循環する冷媒量を減少させることができ、その結果、圧力ＰＨをしきい値以下に抑制することができる。

しかしながら、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少することにより、圧縮機１０から出力される冷媒の温度ＴＨが上昇し、上限のしきい値を超える可能性がある。そこで、この変形例では、圧力ＰＨがしきい値を超えている場合に、すなわち圧力抑制制御の実行中に、温度ＴＨがしきい値を超えたときは、流量調整弁７２の開度変化（減少方向）を停止して流量調整弁７２の開度を維持する。これにより、温度ＴＨを低下させることまではできないけれども、温度ＴＨの上昇を抑えることができる。

図６は、実施の形態１の変形例における制御装置１００により実行される制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理も、室外ユニット２が運転を行なっている間、繰り返し実行される。

図６を参照して、制御装置１００は、圧力センサ１１１から圧力ＰＨを取得し、圧力ＰＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３１０）。圧力ＰＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、温度センサ１２０から温度ＴＨを取得し、温度ＴＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３２０）。

温度ＴＨがしきい値以下のときは（ステップＳ３２０においてＮＯ）、制御装置１００は、実施の形態１で説明したように、インジェクション回路の膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７２の開度を減少方向に変化させる（ステップＳ３３０）。これにより、圧力ＰＨを速やかにしきい値以下に抑制することができる。

一方、ステップＳ３２０において温度ＴＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７２の開度変化（減少方向）を停止して流量調整弁７２の開度を維持する（ステップＳ３４０）。これにより、圧縮機１０に戻される冷媒のガス流量比がさらに増加するのを抑止して、温度ＴＨが上昇するのを抑制することができる。

なお、温度ＴＨがしきい値を超えた場合に、流量調整弁７２の開度を増加方向に変化させることも考えられる。流量調整弁７２の開度を増加させると、圧縮機１０に戻される冷媒の液流量比が増加するため、流量調整弁７２の開度増加は、温度ＴＨを低下させる効果がある。しかしながら、圧縮機１０に戻される冷媒量が増加するため、高圧側の圧力ＰＨが上昇してしまう。したがって、この変形例では、圧力ＰＨがしきい値よりも高く（ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、かつ、温度ＴＨもしきい値よりも高い場合には（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、流量調整弁７２の開度を維持することとしている。

一方、ステップＳ３１０において圧力ＰＨがしきい値以下であると判定された場合にも（ステップＳ３１０においてＮＯ）、制御装置１００は、温度ＴＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３５０）。このしきい値は、ＴＨ制御における目標範囲上限と同等であってもよいし、目標範囲上限よりも高い設定値であってもよい。

ステップＳ３５０において温度ＴＨがしきい値以下であると判定されると（ステップＳ３５０においてＮＯ）、制御装置１００は、通常制御を実行する。すなわち、制御装置１００は、温度ＴＨを目標範囲に調整するためのＴＨ制御を実行するとともに（ステップＳ３６０）、過冷却度ＳＣを目標値に調整するためのＳＣ制御を実行する（ステップＳ３７０）。なお、ＴＨ制御及びＳＣ制御については、実施の形態１で説明したとおりである。

ステップＳ３５０において温度ＴＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ３５０においてＹＥＳ）、制御装置１００は、膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７２の開度も増加方向に変化させる（ステップＳ３８０）。膨張弁７０の開度が増加すると、インジェクション回路を通じて圧縮機１０へ戻される低温の冷媒量（インジェクション量）が増加するため、圧縮機１０から出力される冷媒の温度ＴＨは低下する。さらに、流量調整弁７２の開度が増加すると、圧縮機１０に戻される冷媒の液流量比が増加するため、温度ＴＨはさらに低下傾向となる。

なお、流量調整弁７２の開度が増加すると、圧力ＰＨは増加傾向となる。しかしながら、この場合は、圧力ＰＨがしきい値以下であるので（ステップＳ３１０においてＮＯ）、圧力ＰＨがしきい値を超えない限りは、温度ＴＨを低下させるために流量調整弁７２の開度を増加させることができる。

以上のように、この変形例においては、圧力ＰＨがしきい値を超えている場合に、すなわち圧力抑制制御の実行中に、温度ＴＨがしきい値を超えたときは、流量調整弁７２の開度が維持される。これにより、温度ＴＨの上昇を抑えることができる。

また、この変形例によれば、圧力ＰＨがしきい値以下である場合に、温度ＴＨがしきい値を超えたときは、膨張弁７０及び流量調整弁７２の開度をともに増加させるので、温度ＴＨを効果的に低下させることができる。

実施の形態２．
上記の実施の形態１及びその変形例では、流量調整弁７２は、レシーバ７１の下部に設けられる液冷媒排出口に接続される配管９３に設けられ、レシーバ７１の上部に設けられるガス冷媒排出口に接続される配管９５に絞り装置７３が設けられるものとした。この実施の形態２では、配管９５に流量調整弁が設けられ、配管９３に絞り装置が設けられる。

図７は、実施の形態２に従う室外ユニットが用いられる冷凍サイクル装置の全体構成図である。図７を参照して、冷凍サイクル装置１Ａは、室外ユニット２Ａと、負荷ユニット３とを備える。室外ユニット２Ａは、図１に示した実施の形態１に従う室外ユニット２の構成において、流量調整弁７２及び絞り装置７３に代えて、それぞれ流量調整弁７５及び絞り装置７６を含み、制御装置１００に代えて制御装置１００Ａを含む。

流量調整弁７５は、レシーバ７１の上部（たとえば上面）に設けられるガス冷媒排出口に接続される配管９５に設けられ、レシーバ７１から配管９５へ排出されるガス冷媒の量を調整する。絞り装置７６は、レシーバ７１の下部（たとえば下面）に設けられる液冷媒排出口に接続される配管９３に設けられ、レシーバ７１から配管９３へ排出される液冷媒を減圧して配管９４へ出力する。

制御装置１００Ａも、実施の形態１における制御装置１００と同様に、圧縮機１０の吐出側の冷媒圧力ＰＨ（高圧側圧力）がしきい値を超える場合に、上昇した圧力ＰＨを速やかに抑制するための圧力抑制制御を実行する。なお、制御装置１００Ａのハードウェア構成は、図２に示した構成と同様である。

図８は、実施の形態２における制御装置１００Ａにより実行される圧力抑制制御の処理手順の一例を説明するフローチャートである。このフローチャートは、図３に示したフローチャートに対応するものである。このフローチャートに示される一連の処理も、室外ユニット２Ａが運転を行なっている間、繰り返し実行される。

図８を参照して、制御装置１００Ａは、圧力センサ１１１から圧力ＰＨの検出値を取得し、圧力ＰＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ４１０）。なお、しきい値は、図３のステップＳ１０において用いられるしきい値と同じである。

そして、ステップＳ４１０において圧力ＰＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ４１０においてＹＥＳ）、制御装置１００Ａは、インジェクション回路の膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７５の開度を増加方向に変化させる（ステップＳ４２０）。流量調整弁７５の開度が増加することにより、レシーバ７１から圧縮機１０へ戻される冷媒のガス流量比が上昇し、レシーバ７１からの液冷媒の持出量は減少する。これにより、圧力ＰＨがしきい値を超えた場合に、レシーバ７１内の液冷媒の貯留量が増加し、主冷媒回路を循環する冷媒量が減少する。その結果、圧力ＰＨの上昇を効果的に抑制することができる。

一方、ステップＳ４１０において圧力ＰＨがしきい値以下であると判定されると（ステップＳ４１０においてＮＯ）、制御装置１００Ａは、通常制御を実行する。すなわち、制御装置１００Ａは、温度ＴＨを目標範囲に調整するためのＴＨ制御を実行するとともに（ステップＳ４３０）、過冷却度ＳＣを目標値に調整するためのＳＣ制御を実行する（ステップＳ４４０）。なお、ＴＨ制御及びＳＣ制御については、実施の形態１で説明したとおりである。

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２の変形例．
実施の形態２についても、実施の形態１の変形例と同様に、圧力ＰＨがしきい値を超えている場合に、すなわち圧力抑制制御の実行中に、温度ＴＨがしきい値を超えたときは、流量調整弁７５の開度変化（増加方向）を停止して流量調整弁７５の開度を維持する。これにより、温度ＴＨを低下させることまではできないけれども、温度ＴＨの上昇を抑えることができる。

図９は、実施の形態２の変形例における制御装置１００Ａにより実行される制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理も、室外ユニット２Ａが運転を行なっている間、繰り返し実行される。

図９を参照して、制御装置１００Ａは、圧力センサ１１１から圧力ＰＨを取得し、圧力ＰＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ５１０）。圧力ＰＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ５１０においてＹＥＳ）、制御装置１００Ａは、温度センサ１２０から温度ＴＨを取得し、温度ＴＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ５２０）。

温度ＴＨがしきい値以下のときは（ステップＳ５２０においてＮＯ）、制御装置１００Ａは、実施の形態２で説明したように、インジェクション回路の膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７５の開度を増加方向に変化させる（ステップＳ５３０）。これにより、圧力ＰＨを速やかにしきい値以下に抑制することができる。

ステップＳ５２０において温度ＴＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ５２０においてＹＥＳ）、制御装置１００Ａは、膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７５の開度変化（増加方向）を停止して流量調整弁７５の開度を維持する（ステップＳ５４０）。これにより、圧縮機１０に戻される冷媒のガス流量比がさらに増加するのを抑止して、温度ＴＨが上昇するのを抑制することができる。

一方、ステップＳ５１０において圧力ＰＨがしきい値以下であると判定された場合にも（ステップＳ５１０においてＮＯ）、制御装置１００Ａは、温度ＴＨがしきい値よりも高いか否かを判定する（ステップＳ５５０）。温度ＴＨがしきい値以下であると判定されると（ステップＳ５５０においてＮＯ）、制御装置１００Ａは、通常制御を実行する。すなわち、制御装置１００Ａは、温度ＴＨを目標範囲に調整するためのＴＨ制御を実行するとともに（ステップＳ５６０）、過冷却度ＳＣを目標値に調整するためのＳＣ制御を実行する（ステップＳ５７０）。なお、ＴＨ制御及びＳＣ制御については、実施の形態１で説明したとおりである。

ステップＳ５５０において温度ＴＨがしきい値よりも高いと判定されると（ステップＳ５５０においてＹＥＳ）、制御装置１００Ａは、膨張弁７０の開度を増加方向に変化させるとともに、流量調整弁７５の開度を減少方向に変化させる（ステップＳ５８０）。膨張弁７０の開度が増加すると、インジェクション回路を通じて圧縮機１０へ戻される低温の冷媒量（インジェクション量）が増加するため、圧縮機１０から出力される冷媒の温度ＴＨは低下する。さらに、流量調整弁７５の開度が減少すると、圧縮機１０に戻される冷媒のガス流量比が低下し、液流量比が増加するため、温度ＴＨはさらに低下傾向となる。

なお、流量調整弁７５の開度が減少すると、圧力ＰＨは増加傾向となる。しかしながら、この場合は、圧力ＰＨがしきい値以下であるので（ステップＳ５１０においてＮＯ）、圧力ＰＨがしきい値を超えない限りは、温度ＴＨを低下させるために流量調整弁７５の開度を減少させることができる。

以上のように、この実施の形態２の変形例によっても、実施の形態１の変形例と同様の効果を得ることができる。

なお、上記の各実施の形態及び各変形例においては、インジェクション回路を流れる冷媒は、圧縮機１０のインジェクションポートＧ３に戻されるものとしたが、圧縮機１０の吸入側の配管８９に戻されるようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態及び各変形例において、絞り装置７３，７６は、キャピラリチューブによって構成されるものとしたが、キャピラリチューブに代えてＬＥＶ等の流量調整弁を用いてもよい。

また、上記の実施の形態１及びその変形例では、レシーバ７１の上部に配管９５が接続され、配管９５に絞り装置７３が設けられるものとしたが、配管９５及び絞り装置７３を設けない構成であってもよい。或いは、配管９５に絞り装置７３を設けない構成であってもよい。

また、上記の各実施の形態及び各変形例では、倉庫やショーケース等に主に用いられる室外ユニット及び冷凍サイクル装置について代表的に説明したが、本開示に従う室外ユニットは、冷凍サイクルを用いた空気調和機にも適用可能である。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 冷凍サイクル装置、２，２Ａ 室外ユニット、３ 負荷ユニット、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、２２ ファン、５０，７０ 膨張弁、６０ 蒸発器、７１ レシーバ、７２，７５ 流量調整弁、７３，７６ 絞り装置、８０～９５ 配管、１００，１００Ａ 制御装置、１１０，１１１ 圧力センサ、１２０，１２１ 温度センサ、１３２ ＣＰＵ、１３４ ＲＡＭ、１３６ ＲＯＭ、１３８ 入力部、１４０ 表示部、１４２ Ｉ／Ｆ部、１４４ バス、Ｇ１ 吸入ポート、Ｇ２ 吐出ポート、Ｇ３ インジェクションポート、ＰＩ２，ＰＩ３ 冷媒入口ポート、ＰＯ２，ＰＯ３ 冷媒出口ポート。

Claims (6)

1. 冷凍サイクル装置の室外ユニットであって、
   前記冷凍サイクル装置は、前記室外ユニットと前記室外ユニットに接続される負荷ユニットとを冷媒が循環するように構成され、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から出力される冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器から出力される冷媒の一部を、前記負荷ユニットを通過することなく前記圧縮機へ戻すように構成されたインジェクション回路とを備え、
   前記インジェクション回路は、
   前記凝縮器の出側から分岐した第１配管に設けられる膨張弁と、
   前記膨張弁の低圧側に設けられ、冷媒を気液二相に分離して蓄積可能なレシーバと、
   前記レシーバの下流の第２配管に設けられる流量調整弁とを含み、さらに、
   前記膨張弁及び前記流量調整弁を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記圧縮機から出力される冷媒の圧力が第１しきい値を超えた場合に、前記圧力が前記第１しきい値以下である場合よりも、前記膨張弁の開度を大きくするとともに、前記レシーバから前記圧縮機へ戻される冷媒のガス流量比が高くなるように前記流量調整弁の開度を調整する、冷凍サイクル装置の室外ユニット。
2. 前記制御装置は、前記圧力が前記第１しきい値を超えている場合に、前記圧縮機から出力される冷媒の温度が第２しきい値を超えたときは、前記流量調整弁の開度を維持する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置の室外ユニット。
3. 前記第２配管は、前記レシーバから液冷媒を排出するように構成された配管であり、
   前記制御装置は、前記圧力が前記第１しきい値を超えた場合に、前記圧力が前記第１しきい値以下である場合よりも前記流量調整弁の開度を小さくする、請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置の室外ユニット。
4. 前記第２配管は、前記レシーバからガス冷媒を排出するように構成された配管であり、
   前記制御装置は、前記圧力が前記第１しきい値を超えた場合に、前記圧力が前記第１しきい値以下である場合よりも前記流量調整弁の開度を大きくする、請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置の室外ユニット。
5. 前記制御装置は、前記圧力が前記第１しきい値以下である場合には、
   前記圧縮機から出力される冷媒の温度が第１目標範囲内となるように前記膨張弁の開度を調整し、
   前記凝縮器を通過した冷媒の過冷却度が第２目標範囲内となるように前記流量調整弁の開度を調整する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の室外ユニット。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の室外ユニットと、
   前記室外ユニットに接続され、前記室外ユニットから冷媒を受けて前記室外ユニットへ出力する負荷ユニットとを備える冷凍サイクル装置。

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