WO2015193952A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

　流路切替装置は、冷媒回路の流路が圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器の順に接続される第１の接続状態と、冷媒回路の流路が圧縮機、絞り装置、蒸発器及び凝縮器の順に接続される第２の接続状態とを切り替え、圧縮機は、第１の接続状態のときにガス冷媒を圧縮して吐出するガス冷媒圧縮機能と、第２の接続状態のときに液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプ機能とが切替可能に構成されている。　

Description

冷凍装置

　本発明は、冷凍装置に関する。

　従来の冷凍装置には、低外気温度時において、室外機に搭載された凝縮器に付設されている送風機の回転数を低減するように制御するものが知られている。これにより 凝縮器の熱交換量を低減させて高圧の値を所望の値まで上昇させ、圧縮機の運転を安定化させるようにしている。そして、この制御方法では、送風機の回転数を低減することができる分、消費電力を抑制することができる。

　このような冷凍装置以外にも、図１４に示すように、ガス冷媒圧縮機１とは別に液冷媒循環ポンプ１’を備え、ガス冷媒圧縮機１と液冷媒循環ポンプ１’のいずれか一方だけを運転するようにした冷凍装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の冷凍装置では、通常、ガス冷媒圧縮機圧縮機１、レシーバＤ１、凝縮器２、レシーバＤ２、逆止弁Ｄ５、絞り装置３、蒸発器４及びアキュムレーターＤ３の順に冷媒を循環させる。そして、低外気温度時おいて、液冷媒循環ポンプ１’、絞り装置３、蒸発器４、アキュムレーター、バイパス配管Ｄ５、レシーバＤ１、凝縮器２及びレシーバＤ２の順番に冷媒を循環させる。

　また、従来の冷凍装置には、凝縮器を蒸発器よりも物理的に上部に配置し、外気温度が冷房したい室内よりも低温の場合に圧縮機を停止するとともにバイパス回路を形成するようにした自然循環による冷房運転を実施できるものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の冷凍装置は、凝縮した液冷媒が重力により下部の蒸発器に移動し、蒸発した軽いガス冷媒が上部の凝縮器に移動する。

特開平１０－１８５３４２号公報（たとえば、第３－４頁及び第１図参照） 特開平１１－２８７５２５号公報（たとえば、第４－５頁及び第２図参照）

　低外気温度時の冷房運転において凝縮能力を調整するため凝縮器に付設されている送風機の風量を減らし、高圧を得る制御方法を採用している冷凍装置では、外風の影響により、凝縮器に供給される風量が変動してしまい、高効率に消費電力を抑制することができないという課題がある。

　特許文献１に記載の冷凍装置では、低外気温度時にはガス冷媒圧縮機１よりも消費電力の小さい液冷媒循環ポンプ１’を運転することで消費電力を抑制することができるが、ガス冷媒圧縮機１及び液冷媒循環ポンプ１’の両方を搭載する必要があり、その分、製造コストが増大してしまうという課題がある。

　特許文献２に記載の冷凍装置では、自然循環方式を採用しているため、循環する冷媒の量が多くできず、圧縮機を用いた運転に比べると冷房能力が低いという課題がある。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、製造コストの増大の抑制、及びより確実な冷房能力の確保を実現することができる冷凍装置を提供することを目的としている。

　本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を有し、これらが冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置において、冷媒回路に接続され、冷媒回路の流路を切り替える流路切替装置と、凝縮器の周囲の温度を検出する凝縮器周囲温度センサと、蒸発器の周囲の温度を検出する蒸発器周囲温度センサと、凝縮器周囲温度センサ及び蒸発器周囲温度センサの検出結果に基づいて圧縮機及び流路切替装置を制御する制御部と、を有し、流路切替装置は、冷媒回路の流路が圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器の順に接続される第１の接続状態と、冷媒回路の流路が圧縮機、絞り装置、蒸発器及び凝縮器の順に接続される第２の接続状態とを切り替え、圧縮機は、第１の接続状態のときにガス冷媒を圧縮して吐出するガス冷媒圧縮機能と、第２の接続状態のときに液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプ機能とが切替可能に構成されている。

　本発明に係る冷凍装置によれば、上記構成を有しているため、製造コストの増大の抑制、及びより確実な冷房能力の確保を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例を示す図である。 図１に示す冷凍装置の圧縮機の構成の一例である。 図２に示す圧縮機の吐出弁部などの説明図である。 図３に示す状態から開放圧力変更装置のバネ部を縮めるように動作させた様子の説明図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍装置の制御部などの説明図である。 ガス冷媒圧縮モードの温度範囲と液冷媒搬送ポンプモードの温度範囲についての説明図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍装置の切替弁が第１の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。 図７に示す第１の接続状態における冷媒回路を簡略化して示した図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍装置の切替弁が第２の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。 図９に示す第２の接続状態における冷媒回路を簡略化して示した図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍装置の切替弁の変形例である。 変形例に係る切替弁が第１の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。 変形例に係る切替弁が第２の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。 従来の冷凍装置の冷媒回路構成の説明図である。

　以下、本発明に係る冷凍装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態．
　図１は、本実施の形態に係る冷凍装置１００の冷媒回路構成などの一例を示す図である。図１を参照して冷凍装置１００の冷媒回路などについて説明する。
　本実施の形態に係る冷凍装置１００は、製造コストの増大の抑制、及び冷房能力を確保することができる改良が加えられたものである。

［冷凍装置１００の構成説明］
　冷凍装置１００は、冷媒を搬送するのに利用される圧縮機１と、冷媒流路を切り替える切替弁５Ａ及び切替弁５Ｂを有する流路切替装置５と、冷媒を凝縮する凝縮器２と、冷媒を減圧させる絞り装置３と、冷媒を蒸発させる蒸発器４とを有している。

　また、冷凍装置１００は、圧縮機１の冷媒流出側と切替弁５Ａとを接続する冷媒配管Ｐ１と、切替弁５Ａと凝縮器２とを接続する冷媒配管Ｐ２と、凝縮器２と切替弁５Ｂとを接続する冷媒配管Ｐ３と、切替弁５Ａと切替弁５Ｂとを接続する冷媒配管Ｐ４とを有している。また、冷凍装置１００は、切替弁５Ａと絞り装置３とを接続する冷媒配管Ｐ５と、絞り装置３と蒸発器４とを接続する冷媒配管Ｐ６と、蒸発器４と切替弁５Ｂとを接続する冷媒配管Ｐ７と、切替弁５Ｂと圧縮機１の冷媒流入側とを接続する冷媒配管Ｐ８とを有している。

　さらに、冷凍装置１００は、凝縮器２に付設される送風機２Ａと、凝縮器２の周囲の温度を検出する凝縮器周囲温度センサ２Ｂと、蒸発器４に付設される送風機４Ａと、蒸発器４の周囲の温度を検出する蒸発器周囲温度センサ４Ｂと、圧縮機１を動作させるインバータなどの回路を有する駆動回路２１と、各種機器の制御をする制御部２０とを有している。

（圧縮機１）
　圧縮機１は、流路切替装置５が後述する第１の接続状態のときには、ガス冷媒を高温、高圧に圧縮して吐出する機能を有し、流路切替装置５が後述する第２の接続状態のときには、液冷媒を搬送するポンプとしての機能を有するものである。つまり、圧縮機１は、第１の接続状態のときにガス冷媒を圧縮して吐出するガス冷媒圧縮機能と、第２の接続状態のときに液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプ機能とが切替可能に構成されているものである。圧縮機１の構成などについては、後述する図２～図４で詳しくする。

（流路切替装置５）
　流路切替装置５は、四方弁としての機能を有する切替弁５Ａと、四方弁としての機能を有し、切替弁５Ａと対となる切替弁５Ｂとを有しているものである。流路切替装置５は、第１の接続状態と、第２の接続状態とが切替自在となっているものである。なお、流路切替装置５は、四方弁を用いることに限定されるものではなく、たとえば、複数の２方弁などを複数組み合わせて構成することもできる。

　ここで、冷凍装置１００は、冷凍装置１００が通常の冷房運転を実施する場合に第１の接続状態での冷媒回路で運転し、外気温度が予め設定された温度よりも低くなると第２の接続状態での冷媒回路で運転する。

　第１の接続状態は、切替弁５Ａが、冷媒配管Ｐ１を介して圧縮機１の冷媒流出側と冷媒配管Ｐ２を介して凝縮器２とを接続するとともに、冷媒配管Ｐ４を介して切替弁５Ｂと冷媒配管Ｐ５を介して絞り装置３を接続する状態である（図５参照）。また、第１の接続状態では、切替弁５Ｂが、冷媒配管Ｐ８を介して圧縮機１の冷媒流入側と冷媒配管Ｐ７を介して蒸発器４とを接続するとともに、冷媒配管Ｐ４を介して切替弁５Ａと冷媒配管Ｐ３を介して凝縮器２とを接続する状態である。すなわち、第１の接続状態は、冷媒回路Ｃの流路が、圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３及び蒸発器４の順に接続される。

　第２の接続状態は、切替弁５Ａが、冷媒配管Ｐ１を介して圧縮機１の冷媒流出側と冷媒配管Ｐ５を介して絞り装置３とを接続するとともに、冷媒配管Ｐ２を介して凝縮器２と冷媒配管Ｐ４を介して切替弁５Ｂを接続する状態である（図９参照）。
　また、第２の接続状態では、切替弁５Ｂが、冷媒配管Ｐ８を介して圧縮機１の冷媒流入側と冷媒配管Ｐ３を介して凝縮器２とを接続するとともに、冷媒配管Ｐ４を介して切替弁５Ａと冷媒配管Ｐ７を介して蒸発器４とを接続する状態である。すなわち、第２の接続状態は、冷媒回路Ｃの流路が、圧縮機１、絞り装置３、蒸発器４及び凝縮器２の順に接続される。

　このように、冷凍装置１００は、圧縮機１及び流路切替装置５を備えているため、圧縮機１にガス冷媒圧縮機能を発揮させるとともに流路切替装置５が第１の接続状態とするガス冷媒圧縮運転モードと、圧縮機１に液冷媒搬送ポンプ機能を発揮させるとともに流路切替装置５を第２の接続状態とする液冷媒搬送ポンプモードとを実施することができる。

（凝縮器２）
　凝縮器２（放熱器）は、第１の接続状態のときに冷媒を凝縮させて高圧液冷媒にし、第２の接続状態のときに冷媒を凝縮させて液冷媒にするものである。凝縮器２は、第１の接続状態のときには圧縮機１の冷媒流出側と絞り装置３の冷媒流入側との間に設けられ（図８参照）、第２の接続状態のときには蒸発器４の冷媒流出側と圧縮機１の冷媒流入側との間に設けられる（図１０参照）。

（絞り装置３）
　絞り装置３は、冷媒を減圧させるものであり、たとえばキャピラリーチューブ、開度を調整することができる絞り弁などで構成することができる。本実施の形態では、図１において、絞り装置３が、キャピラリーチューブである場合を一例として示している。

（蒸発器４）
　蒸発器４は、第１の接続状態及び第２の接続状態のときに冷媒を蒸発させてガス冷媒にするものである。蒸発器４は、第１の接続状態のときには絞り装置３の冷媒流出側と圧縮機１の冷媒流入側との間に設けられ（図８参照）、第２の接続状態のときには絞り装置３の冷媒流出側と凝縮器２の冷媒流入側との間に設けられる（図１０参照）。

（送風機２Ａ及び送風機４Ａ）
　送風機２Ａは凝縮器２に付設され、送風機４Ａが蒸発器４に付設されているものである。冷凍装置１００がたとえば空気調和装置である場合には、送風機２Ａは凝縮器２とともに室外機に搭載され、送風機４Ａは蒸発器４とともに室内機に搭載される。送風機２Ａは、凝縮器２に空気を供給して凝縮器２を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するのに利用されるものである。また、送風機４Ａは、蒸発器４に空気を供給して蒸発器４を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するのに利用されるものである。

（凝縮器周囲温度センサ２Ｂ及び蒸発器周囲温度センサ４Ｂ）
　凝縮器周囲温度センサ２Ｂは、凝縮器２の周囲の温度、すなわち外気温度を検出するのに利用されるセンサである。凝縮器周囲温度センサ２Ｂは、冷凍装置１００がたとえば空気調和装置である場合には、室外機に設置されるものである。なお、凝縮器周囲温度センサ２Ｂは、室外機内に設置されていてもよいし、室外機外に設置されていてもよい。

　蒸発器周囲温度センサ４Ｂは、蒸発器４の周囲の温度を検出するのに利用されるセンサである。蒸発器周囲温度センサ４Ｂは、冷凍装置１００がたとえば空気調和装置である場合には、室内機に設置されるものである。なお、蒸発器周囲温度センサ４Ｂは、室内機内に設置されているとよい。

（駆動回路２１及び制御部２０）
　駆動回路２１は、たとえば、トランジスタなどのスイッチング素子などを構成されるインバータなどを有する回路である。駆動回路２１は、制御部２０によってスイッチング素子のスイッチング周波数の制御が実施される。これにより、図示省略の電源から固定子１Ｂ１（図２参照）に予め設定された電力が供給される。
　制御部２０は、凝縮器周囲温度センサ２Ｂ及び蒸発器周囲温度センサ４Ｂの検出結果に基づいて、圧縮機１の回転数、及び、圧縮機１のガス冷媒圧縮機能と液冷媒搬送ポンプ機能との切替、流路切替装置５の第１の接続状態と第２の接続状態との切替を行うものである。制御部２０の構成などについては、後述する図５で詳しくする。

［圧縮機１の詳細構成について］
　図２は、図１に示す冷凍装置１００の圧縮機１の構成の一例である。図２を参照して、まず、圧縮機１の全体構成について説明する。なお、本実施の形態では、圧縮機１がロータリー圧縮機である場合を一例として説明する。

　圧縮機１は、密閉容器１Ａ内に、電動機部１Ｂと圧縮機構部１Ｃとを収納している。また、密閉容器１Ａ内の底部には、冷凍機油（図示せず）が貯留されている。密閉容器１Ａには、アキュムレーター１Ｄと連通した１ｄが接続されており、アキュムレーター１Ｄから冷媒を取り込む。また、密閉容器１Ａの上部には、吐出管１ａが接続されており、圧縮された冷媒が排出される。電動機部１Ｂは、密閉容器１Ａに固定された固定子１Ｂ１と、クランク軸１Ｃ５に接続された回転子１Ｂ２とを有している。電動機部１Ｂと圧縮機構部１Ｃとは、クランク軸１Ｃ５を介して連結されている。

　圧縮機構部１Ｃは、シリンダ１Ｃ３と、２つの軸受である上軸受１Ｃ１及び下軸受８と、クランク軸１Ｃ５と、ローリングピストン１Ｃ６と、吐出マフラー１Ｃ２と、ベーン１Ｃ７とを備えている。圧縮機１がガス冷媒圧縮機能を有するように切り替えられたときに、シリンダ１Ｃ３は、ガス冷媒を圧縮する圧縮室Ｒ（シリンダー室）を有している（図３及び図４参照）。また、圧縮機１が液冷媒搬送ポンプ機能を有するように切り替えられたときに、圧縮室Ｒには液冷媒が供給され、この液冷媒は、ローリングピストン９の作用により、圧縮室Ｒから後段に搬送される。

　シリンダ１Ｃ３には、ベーン１Ｃ７が摺動自在に嵌入している。ベーン１Ｃ７は、圧縮室Ｒ内を吸入空間と吐出空間とに分ける機能を有している。シリンダ１Ｃ３は、図示省略のベーンスプリングによって、ローリングピストン１Ｃ６に押し付けられている。クランク軸１Ｃ５の偏心軸部１Ｃ５０には、ローリングピストン１Ｃ６が嵌入され、圧縮室Ｒ内を偏心回転（公転）する。ローリングピストン１Ｃ６は、リング状で、ローリングピストン１Ｃ６の内周がクランク軸１Ｃ５の偏心軸部１Ｃ５０に摺動自在に嵌合している。上軸受１Ｃ１は、圧縮室Ｒの一方の端面（電動機部１Ｂ側）を閉塞する。また、上軸受１Ｃ１には、シリンダ１Ｃ３の吐出ポート７ｄと平面視で同位置となる部位にバルブ溝１Ｃ１０が設けられ、バルブ溝１Ｃ１０に吐出弁部１Ｃ１１が取り付けられている。

　吐出弁部１Ｃ１１は、圧縮室Ｒ内の圧力と密閉容器１Ａ内の圧力を受け、圧縮室Ｒ内の圧力が密閉容器１Ａ内の圧力より低い時に、吐出穴Ｒ１に押し付けられて吐出穴Ｒ１を閉塞する。また、吐出弁部１Ｃ１１は、圧縮室Ｒ内の圧力が密閉容器１Ａ内の圧力より高くなった時に、圧縮室Ｒ内の圧力により上方向へ押し上げられ、バルブ溝１Ｃ１０を開放し、圧縮した冷媒を圧縮室Ｒ外へ導く。

　図３は、図２に示す圧縮機１の吐出弁部１Ｃ１１などの説明図である。図４は、図３に示す状態から開放圧力変更装置７０の弾性体７７を縮めるように動作させた様子の説明図である。
　本実施の形態では、吐出弁部１Ｃ１１は、吐出穴Ｒ１が開放されるときの開放圧力として、第１の開放圧力と第１の開放圧力よりも大きい第２の開放圧力とが切替自在に構成されているものである。図３及び図４を参照して、吐出弁部１Ｃ１１など複数の開放圧力が切替自在となる構成について説明する。

　吐出弁部１Ｃ１１は、圧縮室Ｒの吐出穴Ｒ１を閉塞するように配置された開閉自在のものである。吐出弁部１Ｃ１１は、圧縮室Ｒの出口となる吐出穴Ｒ１を閉塞するバルブ７１と、バルブ７１に重ねて設けられるバルブストッパー７２と、バルブ７１の一端部及びバルブストッパー７２の一端部をシリンダ１Ｃ３の上端面に固定する固定部材７３と、ガス冷媒圧縮モードと液冷媒搬送ポンプモードとを切替るのに利用される開放圧力変更装置７０とを有しているものである。

　バルブ７１は、バルブ溝１Ｃ１０に設けられ、一端部が固定部材７３でシリンダ１Ｃ３に固定され、固定部材７３を起点として撓み変形するものである。バルブ７１は、吐出穴Ｒ１を覆い冷媒の逆流を防ぐようになっている。バルブ７１には、バルブ７１のリフト量を制限するバルブストッパー７２が重ねて設けられている。バルブストッパー７２は、一端部が固定部材７３でシリンダ１２に固定されている。バルブストッパー７２も、規定部材３０を起点として撓み変形するものである。

　バルブ７１及びバルブストッパー７２は、吐出穴Ｒ１から流出する冷媒の力によって撓むと、吐出穴Ｒ１が開放される。これにより、冷媒が圧縮室Ｒからバルブ溝１Ｃ１０側に流出するようになっている。

　開放圧力変更装置７０は、駆動部７４と、上端側が駆動部７４に設けられた軸部７５と、下端側が軸部７５に接続された弾性体支持部７６と、弾性体支持部７６及びバルブストッパー７２に接続された弾性体７７とを有しているものである。
　駆動部７４は、制御部２０からの出力に基づいて軸部７５を回転させ、弾性体支持部７６の上下位置を移動させるものである。駆動部７４は、たとえば、小型のモータなどで構成することができる。本実施の形態では、上軸受１Ｃ１のバルブ溝１Ｃ１０の内周面には、バルブ溝１Ｃ１０の内径側に突出する突出部Ｒ２が形成されている。駆動部７４は、この突出部Ｒ２上に設置されている。

　軸部７５は、上端側が駆動部７４に接続され、下端側が弾性体支持部７６に接続されているものである。軸部７５の上端側には、図示省略のらせん状の溝が形成されている。そして、軸部７５は、駆動部７４に回転させられると、駆動部７４から徐々に飛び出す、或いは、引っ込むように構成されている。すなわち、駆動部７４及び軸部７５は、軸部７５が回転すると、軸部７５の先端部（弾性体支持部７６の位置）の上下位置が移動するように構成されている。

　弾性体支持部７６は、上下に移動自在な板状部材である。弾性体支持部７６は、上面側が軸部７５に接続され、下面側が弾性体７７に接続されている。弾性体支持部７６は、第１の位置（図４参照）と、第１の位置よりも上側の第２の位置（図３参照）とが切り替えられるものである。ガス冷媒圧縮モードを実施する場合には、弾性体支持部７６は第１の位置に配置される。また、液冷媒搬送ポンプモードを実施する場合には、弾性体支持部７６は第２の位置に配置される。

　弾性体７７は、たとえばバネ状の部材で構成されるものであり、上端側が弾性体支持部７６に接続され、下端側がバルブストッパー７２に接続されているものである。弾性体７７の作用により、バルブストッパー７２の撓みが規制されるようになっている。より詳細には、図３の状態では図４の状態と比較すると弾性体支持部７６の位置が上側になっている。このように、図４の状態では、弾性体支持部７６が下側に降りているため、弾性体７７が縮み、図３の状態と比較すると、より強くバルブストッパー７２を押さえつける。すなわち、図３の状態がガス冷媒圧縮モードに対応し、図４の状態が液冷媒搬送ポンプモードに対応している。

　このように、開放圧力変更装置７０は、駆動部７４が弾性体支持部７６の上下位置を変更することができる。すなわち、開放圧力変更装置７０は、弾性体支持部７６の上下位置の変更により、弾性体７７の長さが変わり、弾性体７７がバルブストッパー７２を押し付ける力を変更することができる。これにより、開放圧力変更装置７０は、吐出穴Ｒ１を開放するときにおける圧力を変更することができる。

［制御部２０の詳細構成について］
　図５は、実施の形態に係る冷凍装置１００の制御部２０などの説明図である。図６は、ガス冷媒圧縮モードの温度範囲と液冷媒搬送ポンプモードの温度範囲についての説明図である。なお、次に説明するＴｏｕｔは、凝縮器周囲温度センサ２Ｂの検出結果に対応し、
Ｔｉｎは、蒸発器周囲温度センサ４Ｂの検出結果に対応している。
　冷房運転としては、Ｔｏｕｔより高い凝縮器２の凝縮温度ＴｃおよびＴｉｎより低い蒸発器４の蒸発温度Ｔｅが存在する状態である。液冷媒搬送ポンプモードでは凝縮温度と蒸発温度がほぼ同等になっているので、Ｔｉｎ＞Ｔｃ≒Ｔｅ＞Ｔｏｕｔという状態が前提となる。すなわち、冷凍装置１００が空気調和装置である場合には、Ｔｉｎに対応する空調対象空間（たとえば、室内、ビルの一室、倉庫など）の温度よりも、Ｔｏｕｔに対応する外気温度の方が低いという状態が前提となる。
　本実施の形態では、制御部２０は、上記不等式に示す状態を確保するために第１の所定温度値△Ｔ１及び第２の所定温度値△Ｔ２というパラメータを用いて制御を実施する。

　すなわち、本実施の形態では、第１の所定温度値△Ｔ１（＞０）を用いて、ＴｏｕｔがＴｉｎ－△Ｔ１よりも低い場合（Ｔｏｕｔ＜Ｔｉｎ－△Ｔ１）には、液冷媒搬送ポンプモード（第２の接続状態）に切り替える。また、液冷媒搬送ポンプモード（第２の接続状態）からガス冷媒圧縮モード（第１の接続状態）に戻る条件としては、第１の所定温度値よりも小さな第２の所定温度値△Ｔ２（＞０）により、ＴｏｕｔがＴｉｎ－△Ｔ２（＞Ｔｉｎ－△Ｔ１）よりも高い（Ｔｏｕｔ＞Ｔｉｎ－△Ｔ２）場合とする。次に、具体的な制御部２０の構成について説明する。

　制御部２０は、凝縮器周囲温度センサ２Ｂ及び蒸発器周囲温度センサ４Ｂの検出結果に基づいて予め設定された演算を実施するモード判定手段２０Ａと、モード判定手段２０Ａの判定したモードに基づいて各種機器を制御する流路切替装置制御手段２０Ｂ、開放圧力変更手段２０Ｃ及び回転数制御手段２０Ｄとを有している。

（モード判定手段２０Ａ）
　モード判定手段２０Ａは、凝縮器周囲温度センサ２Ｂ及び蒸発器周囲温度センサ４Ｂの検出結果に基づいて、ガス冷媒圧縮モードと液冷媒搬送ポンプモードとのいずれを実施するかを判定するものである。
　具体的には、図６に示すように、モード判定手段２０Ａは、ガス冷媒圧縮モードを実施している場合において、凝縮器周囲温度センサ２Ｂの検出結果が、蒸発器周囲温度センサ４Ｂの検出結果から第１の所定温度値を減算した値よりも小さい場合（Ｔｏｕｔ＜Ｔｉｎ－△Ｔ１）に、液冷媒搬送ポンプモードに切り替える判定をする。
　また、モード判定手段２０Ａは、液冷媒搬送ポンプモードを実施している場合において、凝縮器周囲温度センサ２Ｂの検出結果が、蒸発器周囲温度センサ４Ｂの検出結果から第２の所定温度値を減算した値よりも大きい場合（Ｔｏｕｔ＞Ｔｉｎ－△Ｔ２）に、ガス冷媒圧縮モードに切り替える判定をする。

　制御部２０は、図６に示すように、各モードの切り替えを実施する閾値が２つ設定されているため、ガス冷媒圧縮モード（第１の接続状態）と液冷媒搬送ポンプモード（第２の接続状態）との間を短期間に繰り返して切り替えることを抑制して安定した冷房運転を実現することができる。すなわち、冷凍装置１００は、外気温度が低い場合において、ガス冷媒圧縮機運転ではなく液ポンプ運転に切り替えることで圧縮機１の回転数が低く入力（動力）を低く抑えた高効率な冷房運転を実現することができるだけでなく、第１の接続状態と第２の接続状態の間を短期間に繰り返して切り替えることを抑制して安定した冷房運転を実現することができる。

（流路切替装置制御手段２０Ｂ）
　流路切替装置制御手段２０Ｂは、モード判定手段２０Ａがガス冷媒圧縮モードを実施するとの判定をした場合に、流路切替装置５を第１の接続状態とするものである。また、流路切替装置制御手段２０Ｂは、モード判定手段２０Ａが液冷媒搬送ポンプモードを実施するとの判定をした場合に、流路切替装置５を第２の接続状態とするものである。

（開放圧力変更手段２０Ｃ）
　開放圧力変更手段２０Ｃは、モード判定手段２０Ａがガス冷媒圧縮モードを実施するとの判定をした場合に、弾性体支持部７６が第１の位置に配置されるように開放圧力変更装置７０（駆動部７４）を制御するものである。また、開放圧力変更手段２０Ｃは、モード判定手段２０Ａが液冷媒搬送ポンプモードを実施するとの判定をした場合に、弾性体支持部７６が第２の位置に配置されるように開放圧力変更装置７０（駆動部７４）を制御するものである。

（回転数制御手段２０Ｄ）
　回転数制御手段２０Ｄは、モード判定手段２０Ａがガス冷媒圧縮モードを実施するとの判定をした場合に、駆動回路２１のインバータのスイッチング周波数を制御し、圧縮機１の回転子１Ｂ２の回転数が第１の回転数範囲になるように制御するものである。また、回転数制御手段２０Ｄは、モード判定手段２０Ａが液冷媒搬送ポンプモードを実施するとの判定をした場合に、駆動回路２１のインバータのスイッチング周波数を制御し、圧縮機１の回転子１Ｂ２の回転数が第２の回転数範囲になるように制御するものである。
　ここで、第１の回転数範囲は、第２の回転数範囲よりも大きい。これは、液冷媒搬送ポンプモードでは、液冷媒を圧縮室Ｒから排出する運転を実施するため、圧縮機１の回転数をガス冷媒圧縮運転モードのときよりも落としてもよいからである。

　なお、第１の回転数範囲の上限値が第２の回転数範囲の上限値よりも大きく、第１の回転数範囲の下限値が第２の回転数範囲の下限値よりも大きいとよい。すなわち、第１の回転数範囲と第２の回転数範囲とに重複する回転数があってもよい。

　また、本実施の形態では、回転数として複数の数値を設定できる回転数範囲であるものとして説明したが、それに限定されるものではなく、一定値であってもよい。たとえば、液冷媒搬送ポンプモードを実施する場合には、第２の回転数範囲ではなく、一定値であってもよい。

［動作説明］
　図７は、本実施の形態に係る冷凍装置１００の切替弁５Ａ及び切替弁５Ｂが第１の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図８は、図７に示す第１の接続状態における冷媒回路を簡略化して示した図である。図７及び図８を参照して、ガス冷媒圧縮モード（第１の接続状態）における冷凍装置１００の動作について説明する。

　図７及び図８において、圧縮機１で圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機１から吐出される。圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器２で外気と熱交換して熱を捨てて凝縮し高圧液冷媒となる。凝縮器２で凝縮した液冷媒は、絞り装置３により低圧２相冷媒となる。絞り装置３を通過した冷媒は、蒸発器４で室内空気と熱交換し、蒸発する。なお、室内空気は冷媒に冷やされ、送風機４Ａの作用により、室内の冷房が実現される。蒸発器４で蒸発したガス冷媒は、圧縮機１に吸入される。

　図９は、本実施の形態に係る冷凍装置１００の切替弁が第２の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図１０は、図９に示す第２の接続状態における冷媒回路を簡略化して示した図である。図９及び図１０を参照して、液冷媒搬送ポンプモード（第２の接続状態）における冷凍装置１００の動作について説明する。

　図９及び図１０において、ガス冷媒が凝縮器２で冷媒温度より低温の外気と熱交換して熱を捨てて凝縮し液冷媒となる。そして、この液冷媒は、液ポンプとして機能する圧縮機１で搬送動力を得て圧縮機１から流出する。圧縮機１から流出した冷媒は、絞り装置３を通過して液又は２相冷媒となる。そして、絞り装置３を通過した冷媒は、蒸発器４で高温の室内空気と熱交換して熱を吸収して蒸発する。なお、室内空気は冷媒に冷やされ、送風機４Ａの作用により、室内の冷房が実現される。蒸発器４で蒸発したガス冷媒は、凝縮器２に戻る。

　圧縮機構部１Ｃは、液冷媒搬送運転モードを実施している場合に液冷媒を搬送する。すなわち、液冷媒搬送運転モード時には、吐出弁部１Ｃ１１が、第２の開放圧力よりも小さい第１の開放圧力で吐出穴Ｒ１を開放するため、ローリングピストン９の回転により、すみやかに圧縮室Ｒから液冷媒が押し出される（図２～図４参照）。

［本実施の形態に係る冷凍装置１００の有する効果］
　本実施の形態に係る冷凍装置１００は、ガス冷媒圧縮モード及び液冷媒搬送ポンプモードを切り替えることができるものである。すなわち、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、ガス冷媒圧縮モード及び液冷媒搬送ポンプモードのそれぞれに応じて、（１）吐出弁部１Ｃ１１の開放圧力を変更でき、（２）圧縮機１の回転数を変更し、（３）流路切替装置５の接続状態を切り替えることができるものである。したがって、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、低外気温度時には、液冷媒搬送ポンプモードを実施して圧縮機１の回転数を落とし、消費電力の増大の抑制を実現することができる。

　本実施の形態に係る冷凍装置１００は、従来の冷凍装置のように、圧縮機と液冷媒搬送ポンプとを別々に搭載する必要がない分、製造コストの増大の抑制をすることができる。

　本実施の形態に係る冷凍装置１００は、従来の冷凍装置のように、圧縮機と液冷媒搬送ポンプとを別々に搭載する必要がない分、部品点数が増加することを抑制することができるとともに、製品重量及び製品寸法が増大することも抑制することができる。

　本実施の形態に係る冷凍装置１００は、従来の冷凍装置のように、低外気温度時において、凝縮器に付設された送風機の回転数を低減する方式を採用せず、低外気温度時において圧縮機１のモードの切り替え、及び、流路切替装置５の接続状態の切り替えを実施するものである。このため、外風などの影響により冷房能力が変動してしまうことが抑制されている。

　本実施の形態に係る冷凍装置１００では、冷媒を自然循環させるのではなく、圧縮機１から高圧ガス冷媒を吐出する、或いは、液冷媒を搬送するように構成されたものである。すなわち、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、冷媒に圧縮機１で搬送動力を加えているものであるため、通常の冷媒運転においても低外気温度時の冷媒運転においても、冷房能力が低減してしまうことを抑制することができる。

　本実施の形態に係る冷凍装置１００では、自然循環方式ではないので、凝縮器２と蒸発器４の物理的な上下位置関係が規制されることも防止することができる。

　本実施の形態に係る冷凍装置１００では、凝縮器２及び蒸発器４が空気熱交換器であるものとして説明したが、それに限定されるものではない。たとえば、水と冷媒とが熱交換する水冷媒熱交換器であっても、本実施の形態に係る冷凍装置１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態に係る冷凍装置１００は、空冷（空気熱源）の空調機及び冷凍機のみならず、水冷（水熱源）の空調機及び冷凍機、水を介して冷房するチリングユニットシステムなどにも適用することができる。

　ここで、圧縮機１としては、ロータリー圧縮機である場合を例に説明したが、それに限定されるものではない。圧縮機１は、たとえばレシプロ圧縮機及びスクリュー圧縮機などであってもよい。すなわち、圧縮室が入口から出口まで１つの密閉空間を形成し、出口部に逆流通防止の開放弁を備えたものであり、圧縮動作の時には開放弁の開放圧力を高く設定し、ポンプ動作の時には低く設定するような構成を備えていれば、レシプロ圧縮機及びスクリュー圧縮機を用いることもできる。

　また、スクロール圧縮機のような複数の連続する密閉空間を備えた構造の圧縮機を用いることもできる。圧縮機１をスクロール圧縮機とする場合には、液ポンプ運転時に中間部から冷媒を抜き出す排出ポートを別途設けることで、ガス冷媒圧縮機能と液冷媒搬送ポンプ機能とを兼用とすることができる。

［実施の形態に係る冷凍装置１００の流路切替装置５の変形例］
　図１１は、本実施の形態に係る冷凍装置１００の切替弁の変形例（冷凍装置１０１）である。図１２は、冷凍装置１０１に係る流路切替装置５０が第１の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図１３は、冷凍装置１０１に係る流路切替装置５０が第２の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図１１～図１３を参照して、冷凍装置１００の冷凍装置１０１について説明する。冷凍装置１００の流路切替装置５では、２つの四方弁を有する態様であったが、冷凍装置１０１の流路切替装置５０では、複数の部屋を有する態様となっている。

　流路切替装置５０は、冷媒流路としての第１の部屋５０Ａ、第２の部屋５０Ｂ、第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄを有しているものである。また、流路切替装置５０は、最低圧になる冷媒配管Ｐ１と最高圧になる冷媒配管Ｐ８とが接続される構成となっている。そして、流路切替装置５は、たとえば、２点（冷媒配管Ｐ１及び冷媒配管Ｐ８）の圧力差を利用し、従来の４方弁のような機構（図示省略）を用いて内部の流通経路（第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄ）を移動させて、第１の接続状態と第２の接続状態を切り替えることができるように構成することができる。

　第１の部屋５０Ａ内には、第２の部屋５０Ｂ、第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄが設けられている。なお、第１の部屋５０Ａと第２の部屋５０Ｂとは冷媒が混じらないように区画されているとともに、第１の部屋５０Ａと第３の部屋５０Ｃとも冷媒が混じらないように区画されている。

　第２の部屋５０Ｂ内には、第４の部屋５０Ｄが設けられている。第２の部屋５０Ｂと第４の部屋５０Ｄとは冷媒が混じらないように区画されている。

　第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄは、たとえば半円状に形成される流路である。第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄは、図１２に示す接続状態と図１３に示す接続状態が切り替えられるように、移動自在に構成されているものである。たとえば、第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄは、冷媒配管Ｐ１と冷媒配管Ｐ８の圧力差により、移動自在に構成されているものである。この第３の部屋５０Ｃ及び第４の部屋５０Ｄを移動することで、第１の接続状態（図１２参照）と第２の接続状態（図１３参照）とを切り替えることができる。

　冷凍装置１０１であっても、本実施の形態に係る冷凍装置１００と同様の効果を得ることができる。

　１　圧縮機、１Ａ　密閉容器、１Ｂ　電動機部、１Ｂ１　固定子、１Ｂ２　回転子、１Ｃ　圧縮機構部、１Ｃ１　上軸受、１Ｃ１０　バルブ溝、１Ｃ１１　吐出弁部、１Ｃ２　吐出マフラー、１Ｃ３　シリンダ、１Ｃ５　クランク軸、１Ｃ５０　偏心軸部、１Ｃ６　ローリングピストン、１Ｃ７　ベーン、１Ｄ　アキュムレーター、１ａ　吐出管、２　凝縮器、２Ａ　送風機、２Ｂ　凝縮器周囲温度センサ、３　絞り装置、４　蒸発器、４Ａ　送風機、４Ｂ　蒸発器周囲温度センサ、５　流路切替装置、５Ａ　切替弁、５Ｂ　切替弁、７ｄ　吐出ポート、８　下軸受、９　ローリングピストン、１２　シリンダ、２０　制御部、２０Ａ　モード判定手段、２０Ｂ　流路切替装置制御手段、２０Ｃ　開放圧力変更手段、２０Ｄ　回転数制御手段、２１　駆動回路、３０　規定部材、５０　流路切替装置、５０Ａ　第１の部屋、５０Ｂ　第２の部屋、５０Ｃ　第３の部屋、５０Ｄ　第４の部屋、７０　開放圧力変更装置、７１　バルブ、７２　バルブストッパー、７３　固定部材、７４　駆動部、７５　軸部、７６　弾性体支持部、７７　弾性体、１００　冷凍装置、１０１　冷凍装置、Ｃ　冷媒回路、Ｐ１　冷媒配管、Ｐ２　冷媒配管、Ｐ３　冷媒配管、Ｐ４　冷媒配管、Ｐ５　冷媒配管、Ｐ６　冷媒配管、Ｐ７　冷媒配管、Ｐ８　冷媒配管、Ｒ　圧縮室、Ｒ１　吐出穴、Ｒ２　突出部。

Claims (7)

1. 　圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を有し、これらが冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置において、
   　前記冷媒回路に接続され、前記冷媒回路の流路を切り替える流路切替装置と、
   　前記凝縮器の周囲の温度を検出する凝縮器周囲温度センサと、
   　前記蒸発器の周囲の温度を検出する蒸発器周囲温度センサと、
   　前記凝縮器周囲温度センサ及び前記蒸発器周囲温度センサの検出結果に基づいて前記圧縮機及び前記流路切替装置を制御する制御部と、
   　を有し、
   　前記流路切替装置は、
   　前記冷媒回路の流路が前記圧縮機、前記凝縮器、前記絞り装置及び前記蒸発器の順に接続される第１の接続状態と、前記冷媒回路の流路が前記圧縮機、前記絞り装置、前記蒸発器及び前記凝縮器の順に接続される第２の接続状態とを切り替え、
   　前記圧縮機は、
   　前記第１の接続状態のときにガス冷媒を圧縮して吐出するガス冷媒圧縮機能と、前記第２の接続状態のときに液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプ機能とが切替可能に構成されている
   　冷凍装置。
2. 　前記制御部は、
   　前記凝縮器周囲温度センサ及び前記蒸発器周囲温度センサの検出結果に基づいて、前記圧縮機でガス冷媒の圧縮をさせるガス冷媒圧縮モードを実施するか、前記圧縮機で液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプモードを実施するかを判定するモード判定手段と、
   　前記モード判定手段が前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定した場合に前記流路切替装置を前記第１の接続状態とし、前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定した場合に前記流路切替装置を前記第２の接続状態とする流路切替装置制御手段とを有する
   　請求項１に記載の冷凍装置。
3. 　前記圧縮機は、
   　前記ガス冷媒圧縮モードを実施している場合にガス冷媒を圧縮する圧縮機構部を有し、
   　前記圧縮機構部は、
   　内部に形成された圧縮室の吐出穴を閉塞するように配置された開閉自在の吐出弁部を有し、
   　前記吐出弁部は、
   　前記吐出穴が開放されるときの開放圧力として、第１の開放圧力と前記第１の開放圧力よりも大きい第２の開放圧力とが切替自在に構成されている
   　請求項２に記載の冷凍装置。
4. 　前記制御部は、
   　前記モード判定手段が前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定した場合に前記吐出弁部の開放圧力を前記第２の開放圧力に切り替え、前記モード判定手段が前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定した場合に前記吐出弁部の開放圧力を前記第１の開放圧力に切り替える開放圧力切替手段とをさらに有する
   　請求項３に記載の冷凍装置。
5. 　前記制御部は、
   　前記モード判定手段が前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定した場合に前記圧縮機を第１の回転数範囲で運転するように制御し、前記モード判定手段が前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定した場合に前記第１の回転数範囲よりも小さい第２の回転数範囲で運転するように制御する回転数制御手段をさらに有する
   　請求項２～４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
6. 　前記モード判定手段は、
   　前記ガス冷媒圧縮モードを実施している場合において、前記凝縮器周囲温度センサの検出結果（Ｔｏｕｔ）が、前記蒸発器周囲温度センサの検出結果（Ｔｉｎ）から第１の所定温度値（△Ｔ１）を減算した値よりも低い場合に前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定し、
   　前記液冷媒搬送ポンプモードを実施している場合において、前記凝縮器周囲温度センサの検出結果（Ｔｏｕｔ）が、前記蒸発器周囲温度センサの検出結果（Ｔｉｎ）から前記第１の所定温度値（△Ｔ１）よりも小さい第２の所定温度値（ΔＴ２）を減算した値よりも大きい場合に前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定する
   　請求項２～５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
7. 　前記流路切替装置は、
   　前記圧縮機の冷媒流出側と前記圧縮機の冷媒流入側とにそれぞれ接続され、前記冷媒流出側と前記冷媒流入側との圧力差で動作するように構成されている
   　請求項１～６のいずれか一項に記載の冷凍装置。

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