WO2020208752A1 - 室外ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機 - Google Patents

室外ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機 Download PDF

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智隆 石川
悠介 有井
素 早坂
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Definitions

  • the present invention relates to an outdoor unit, a refrigeration cycle device and a refrigerator.
  • Patent Document 1 prevents the temperature of the refrigerant discharged from the compressor from becoming excessively high by controlling the torque of the motor built in the compressor. Refrigeration equipment is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide an outdoor unit, a refrigerating cycle device, and a refrigerator capable of ensuring the degree of supercooling of the refrigerant at the inlet portion of the load device even when the evaporation temperature is high.
  • the outdoor unit of the present disclosure is an outdoor unit of a refrigeration cycle device configured to be connected to a load device including a first expansion valve and an evaporator.
  • the outdoor unit includes a compressor having a suction port, a discharge port, and an intermediate pressure port, a condenser, a heat exchanger, and a second expansion valve.
  • the heat exchanger has a first passage and a second passage, and is configured to exchange heat between the refrigerant flowing through the first passage and the refrigerant flowing through the second passage.
  • the flow path from the compressor to the condenser, the first passage of the heat exchanger, and the second expansion valve forms a circulation flow path through which the refrigerant circulates together with the load device.
  • the outdoor unit is arranged in the first refrigerant flow path and the first refrigerant flow path, in which the refrigerant flows from the portion between the outlet of the first passage and the second expansion valve of the circulation flow path to the inlet of the second passage.
  • the degree of supercooling of the liquid refrigerant sent from the outdoor unit to the load device can be ensured even when the evaporation temperature changes, so that the refrigerating capacity is reduced. Can be prevented.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to the embodiment of the present disclosure. It should be noted that FIG. 1 functionally shows the connection relationship and the arrangement configuration of each device in the refrigeration cycle apparatus, and does not necessarily show the arrangement in the physical space.
  • the refrigeration cycle device 1 includes an outdoor unit 2, a load device 3, and extension pipes 84 and 88.
  • the outdoor unit 2 is an outdoor unit of the refrigeration cycle device 1 configured to be connected to the load device 3.
  • the outdoor unit 2 includes a compressor 10 having a suction port G1, a discharge port G2, and an intermediate pressure port G3, a condenser 20, a fan 22, a heat exchanger 30, a second expansion valve 40, and pipes 80 to 83. , 89 and.
  • the heat exchanger 30 has a first passage H1 and a second passage H2, and is configured to exchange heat between the refrigerant flowing through the first passage H1 and the refrigerant flowing through the second passage H2.
  • the load device 3 includes a first expansion valve 50, an evaporator 60, and pipes 85, 86, 87.
  • the first expansion valve 50 is, for example, a temperature expansion valve that is controlled independently of the outdoor unit 2.
  • the compressor 10 compresses the refrigerant sucked from the pipes 89 and 97 and discharges it to the pipe 80.
  • the compressor 10 is configured to adjust the rotation speed according to a control signal from the control device 100. By adjusting the rotation speed of the compressor 10, the circulation amount of the refrigerant is adjusted, and the capacity of the refrigeration cycle device 1 can be adjusted.
  • Various types of compressors 10 can be adopted, and for example, scroll type, rotary type, screw type and the like can be adopted.
  • the condenser 20 condenses the refrigerant discharged from the compressor 10 to the pipe 80 and flows it to the pipe 81.
  • the condenser 20 is configured such that a high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 exchanges heat (heat dissipation) with the outside air. By this heat exchange, the refrigerant is condensed and changed to a liquid phase.
  • the fan 22 supplies the condenser 20 with outside air through which the refrigerant exchanges heat in the condenser 20. By adjusting the rotation speed of the fan 22, the refrigerant pressure (high pressure side pressure) on the discharge side of the compressor 10 can be adjusted.
  • the condenser 20 is also referred to when cooling the refrigerant in the supercritical state. Further, in the present specification, for the sake of simplicity, the amount of decrease of the refrigerant in the supercritical state from the reference temperature is also referred to as the degree of supercooling.
  • the flow path from the compressor 10 to the condenser 20, the first passage H1 of the heat exchanger 30, and the second expansion valve 40 is together with the flow path in which the first expansion valve 50 and the evaporator 60 of the load device 3 are arranged. , Form a circulation flow path through which the refrigerant circulates.
  • this circulation flow path is also referred to as a "main circuit" of the refrigeration cycle.
  • the outdoor unit 2 includes a first refrigerant flow path (91 to 94) in which a refrigerant flows from a portion between the outlet of the first passage H1 and the second expansion valve 40 of the circulation flow path to the inlet of the second passage H2.
  • a flow path switching unit 74 for switching the destination of the refrigerant flowing out from the suction port G1 or the intermediate pressure port G3 is provided.
  • this flow path that branches from the main circuit and sends the refrigerant to the compressor 10 via the second passage H2 is referred to as an “injection flow path”.
  • the outdoor unit 2 is further arranged in the first refrigerant flow path, and is a portion between the receiver (receiver) 73 for storing the refrigerant and the outlet of the first passage H1 of the circulation flow path and the second expansion valve 40.
  • the third expansion valve 71 arranged in the pipe 91 between the receiver 73 and the inlet of the receiver 73, and the liquid receiver provided between the outlet pipe 94 of the receiver 73 and the gas discharge port of the receiver 73.
  • a gas vent passage 93 for discharging the refrigerant gas in the vessel 73 and a fourth expansion valve 72 arranged in the gas vent passage 93 are provided.
  • the liquid receiver 73 By providing the liquid receiver 73 in the injection flow path in this way, it becomes easy to secure the degree of supercooling in the pipes 82 and 83 which are liquid pipes. This is because the receiver 73 generally has a gas refrigerant, so that the refrigerant temperature becomes a saturation temperature. Therefore, if the receiver 73 is arranged in the pipe 82, the degree of supercooling cannot be ensured.
  • the intermediate pressure liquid refrigerant can be stored inside the receiver 73 even when the high pressure portion of the main circuit is in the supercritical state. Therefore, the design pressure of the container of the receiver 73 can be made lower than that of the high pressure portion, and the cost can be reduced by thinning the container.
  • the outdoor unit 2 further includes pressure sensors 110, 111, 112, temperature sensors 120, 121, 122, and a control device 100 that controls the flow path switching unit 74.
  • the pressure sensor 110 detects the suction pressure PL of the compressor 10 and outputs the detected value to the control device 100.
  • the pressure sensor 111 detects the discharge pressure PH of the compressor 10 and outputs the detected value to the control device 100.
  • the pressure sensor 112 detects the pressure P1 of the pipe 83 at the outlet of the second expansion valve 40, and outputs the detected value to the control device 100.
  • the outdoor unit 2 can reduce the refrigerant pressure to or less than the design pressure of the load device 3 (for example, 4 MPa) before sending it to the load device 3.
  • the design pressure of the load device 3 for example, 4 MPa
  • a general-purpose product having the same design pressure as the conventional one can be used as the load device 3.
  • the temperature sensor 120 detects the discharge temperature TH of the compressor 10 and outputs the detected value to the control device 100.
  • the temperature sensor 121 detects the refrigerant temperature T1 of the pipe 81 at the outlet of the condenser 20, and outputs the detected value to the control device 100.
  • the temperature sensor 122 detects the refrigerant temperature T2 at the outlet of the first passage H1 on the cooled side of the heat exchanger 30, and outputs the detected value to the control device 100.
  • the second refrigerant flow path includes a pipe 96 that connects the outlet of the second passage H2 of the heat exchanger 30 and the flow path switching portion 74, and the flow path switching portion 74.
  • the flow path switching unit 74 includes pipes 97 and 98 in which the pipe 96 is branched into two, and on-off valves 75 and 76 arranged in the pipes 97 and 98, respectively.
  • the pipe 97 is connected between the pipe 96 and the intermediate pressure port G3.
  • the pipe 98 is connected between the pipe 96 and the suction port G1.
  • the control device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 102, a memory 104 (ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)), an input / output buffer (not shown) for inputting / outputting various signals, and the like. Consists of including.
  • the CPU 102 expands the program stored in the ROM into a RAM or the like and executes the program.
  • the program stored in the ROM is a program in which the processing procedure of the control device 100 is described.
  • the control device 100 executes control of each device in the outdoor unit 2 according to these programs. This control is not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuit).
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the control of the flow path switching unit 74.
  • the control device 100 determines in step S1 whether the on-off valve 75 is in the open state and the on-off valve 76 is in the closed state. If the on-off valve 75 is in the open state and the on-off valve 76 is in the closed state (YES in S1), the intermediate pressure port G3 is selected as the destination of the refrigerant flowing through the injection flow path. On the contrary, when the suction port G1 is selected as the destination of the refrigerant flowing through the injection flow path, the on-off valve 75 is in the closed state and the on-off valve 76 is in the open state.
  • step S2 the control device 100 determines whether or not the refrigerant temperature T2 at the outlet of the first passage H1 of the heat exchanger 30 is equal to or higher than the first temperature Tth1. To judge.
  • the control device 100 When the refrigerant temperature T2 at the outlet of the first passage H1 of the heat exchanger 30 is higher than the first temperature Tth1 (YES in S2), the control device 100 sucks the destination of the refrigerant in the processes of steps S3 to S7.
  • the flow path switching unit 74 is controlled so as to.
  • the control device 100 sequentially executes the processes of steps S4 to S7 to set the destination of the refrigerant to the suction port G1.
  • the flow path switching unit 74 is controlled so as to.
  • the intake air temperature TL of the compressor 10 can be obtained by converting from the intake pressure PL detected by the pressure sensor 110.
  • the operation of the compressor 10 is stopped in step S4, the on-off valve 75 is closed in step S5, the on-off valve 76 is opened in step S6, and the operation of the compressor 10 is restarted in step S7.
  • the control device 100 controls the flow path switching unit 74 so that the destination of the refrigerant is the intermediate pressure port G3.
  • Tth1 Tth2.
  • the control device 100 sequentially executes the processes of steps S10 to S13 to set the destination of the refrigerant to the intermediate pressure port.
  • the flow path switching unit 74 is controlled so as to be G3.
  • the operation of the compressor 10 is stopped in step S10, the on-off valve 76 is closed in step S11, the on-off valve 75 is opened in step S12, and the operation of the compressor 10 is restarted in step S13.
  • the control device 100 controls the flow path switching unit 74 so as to increase the pressure difference, and the refrigerant is transferred from the intermediate pressure port G3 to the suction port G1. Switch the destination of. Therefore, since the amount of decompression in the third expansion valve 71 can be secured, the amount of temperature decrease in the third expansion valve 71 increases. Thereby, the temperature difference between the refrigerant temperature of the first passage H1 and the refrigerant temperature of the second passage H2 of the heat exchanger 30 can be secured. Therefore, the amount of heat exchanged by the heat exchanger 30 increases, and the refrigerant temperature T2 can be lowered.
  • the flowchart may be modified to switch the flow path. Similarly, the flowchart may be modified so that the flow path is switched during operation without performing the processes of steps S10 and S13 among the processes of steps S10 to S13.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the control of the third expansion valve 71.
  • the third expansion valve 71 is feedback-controlled so that the discharge temperature TH of the compressor 10 matches the target temperature.
  • the control device 100 increases the opening degree of the third expansion valve 71 in step S22.
  • the amount of refrigerant flowing into the intermediate pressure port G3 or the suction port G1 via the liquid receiver 73 increases, so that the discharge temperature TH decreases.
  • the control device 100 reduces the opening degree of the third expansion valve 71 in step S24. As a result, the amount of refrigerant flowing into the intermediate pressure port G3 or the suction port G1 via the liquid receiver 73 is reduced, so that the discharge temperature TH rises.
  • the opening degree of the third expansion valve 71 maintains the current state.
  • control device 100 controls the opening degree of the third expansion valve 71 so that the discharge temperature TH of the compressor 10 approaches the target temperature.
  • the frequency of changing the opening degree of the third expansion valve 71 may be reduced by setting the target temperature in step S21> the target temperature in step S23.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the control of the fourth expansion valve 72.
  • the refrigerant temperature T1 at the outlet of the condenser 20 matches the target temperature. Feedback is controlled.
  • step S31 when the supercooling degree SC determined by the refrigerant temperature T1 at the outlet of the condenser 20 and the pressure of the condenser 20 (approximate by PH) is larger than the target value (YES in S31), control is performed.
  • the device 100 increases the opening degree of the fourth expansion valve 72 in step S32.
  • the gas refrigerant is discharged from the receiver 73 and the amount of liquid refrigerant increases, so that the amount of refrigerant circulating in the main circuit decreases, so that the refrigerant temperature rises as a whole and the refrigerant temperature T1 rises. Cooling degree SC decreases.
  • the control device 100 is set in step S34.
  • the opening degree of the fourth expansion valve 72 is reduced.
  • the amount of gas refrigerant in the receiver 73 increases and the amount of liquid refrigerant decreases, so that the amount of refrigerant circulating in the main circuit increases, so that the refrigerant temperature as a whole decreases and the refrigerant temperature T1 decreases. Cooling degree SC increases.
  • the opening degree of the fourth expansion valve 72 maintains the current state.
  • control device 100 controls the opening degree of the fourth expansion valve 72 so that the refrigerant temperature T1 at the outlet of the condenser 20 approaches the target temperature.
  • the frequency of changing the opening degree of the fourth expansion valve 72 may be reduced by setting the target value in step S31> the target value in step S33.
  • the control device 100 controls the compressor 10 and the second expansion valve 40 so as to use the supercritical region of the refrigerant. For example, when the outside air temperature is higher than the supercritical temperature of the refrigerant, such as in summer, the control device 100 increases the rotation speed of the compressor 10 to be higher than in spring or autumn to increase the pressure in the high pressure portion. In this case, the pressure in the high voltage portion of the main circuit becomes high. Depressurization is performed by the second expansion valve 40 so that the load device 3 can be shared with a device normally used as a refrigerant. At this time, the second expansion valve 40 is controlled as follows.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the control of the second expansion valve 40.
  • the second expansion valve 40 is feedback-controlled so that the pressure P1 matches the target pressure.
  • the control device 100 reduces the opening degree of the second expansion valve 40 in step S42. As a result, the amount of decompression by the second expansion valve 40 increases, so that the pressure P1 decreases.
  • the control device 100 increases the opening degree of the second expansion valve 40 in step S44. As a result, the amount of decompression by the second expansion valve 40 is reduced, so that the pressure P1 rises.
  • the opening degree of the second expansion valve 40 maintains the current state.
  • the pressure in the load device 3 can be set to be equal to or lower than the design pressure of the device normally used as a refrigerant, and the load device of the conventional machine using a refrigerant such as R410A can be shared. Is possible.
  • the refrigeration cycle device 1 may be used as an air conditioner or the like.
  • Refrigeration cycle device 2 Outdoor unit, 3 Load device, 10 Compressor, 20 Condenser, 22 Fan, 30 Heat exchanger, 40 2nd expansion valve, 50 1st expansion valve, 60 Evaporator, 71 3rd expansion valve , 72 4th expansion valve, 73 receiver, 74 flow path switching part, 75,76 on-off valve, 80,81,82,83,85,89,91,94,96,97,98 piping, 84,88 Extension piping, 93 degassing passage, 100 control device, 102 CPU, 104 memory, 110, 111, 112 pressure sensor, 120, 121, 122 temperature sensor, G1 suction port, G2 discharge port, G3 intermediate pressure port, H1 first Passage, H2 2nd passage.

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Abstract

室外ユニット（２）は、圧縮機（１０）と、凝縮器（２０）と、第１通路（Ｈ１）を流れる冷媒と第２通路（Ｈ２）を流れる冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器（３０）と、第２膨張弁（４０）とを備える。室外ユニット（２）は、循環流路の第１通路（Ｈ１）の出口と第２膨張弁（４０）との間の部分から、第２通路（Ｈ２）の入口に冷媒を流す第１冷媒流路（９１～９４）と、第２通路（Ｈ２）の出口から圧縮機（１０）の吸入ポート（Ｇ１）または中間圧ポート（Ｇ３）に冷媒を流す第２冷媒流路（９６～９８）と、第２冷媒流路に配置され、第２通路（Ｈ２）の出口から流出する冷媒の行き先を吸入ポート（Ｇ１）および中間圧ポート（Ｇ３）のいずれか一方に切り替える流路切替部（７４）とをさらに備える。

Description

室外ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機
　この発明は、室外ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機に関する。
　特開２０１７－１８７１８９号公報（特許文献１）には、圧縮機に内蔵されたモータに対してトルクを制御することにより圧縮機から吐出される冷媒の温度が過度に高温になるのを防止する冷凍装置が開示されている。
特開２０１７－１８７１８９号公報
　近年、冷媒としてＣＯ２などの自然冷媒が注目を集めている。ＣＯ２の臨界温度は３１℃で低いため、ＣＯ２を用いた冷凍サイクル装置の凝縮過程は外気が高温となる夏場などでは超臨界圧力状態で行なわれる。このため、システム全体が高圧になってしまうという問題がある。システム全体を高圧に耐えるように設計すると、従来のフロンまたは代替フロンのシステムよりもコストが上昇する。コストダウンのためには、負荷装置だけでも従来使用されてきた装置がそのまま使用できることが望ましい。
　しかし、負荷装置の設計圧を低くすると、室外ユニットから負荷装置に液冷媒を送る液管において予め膨張弁で減圧することが必要となる。このとき、負荷装置の膨張弁の手前で液冷媒にガス冷媒が混入すると、膨張弁の流量が著しく低下するため、能力低下を回避するために十分な過冷却度（ＳＣ：Ｓｕｂｃｏｏｌ）の確保が必要である。
　また、性能向上のため、内部熱交換器を設けて過冷却度を高め、冷却側の冷媒を圧縮機の中間圧ポートに戻す中間圧インジェクション回路を採用することも考えられるが、蒸発温度が高い場合には中間圧も高いため、内部熱交換器で過冷却度を確保することが困難となる。このため、冷凍サイクル装置の能力が低下する可能性もある。
　この発明の目的は、蒸発温度が高い場合でも負荷装置の入口部分の冷媒の過冷却度を確保することが可能な室外ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機を提供することである。
　本開示の室外ユニットは、第１膨張弁および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の室外ユニットである。室外ユニットは、吸入ポート、吐出ポート、中間圧ポートを有する圧縮機と、凝縮器と、熱交換器と、第２膨張弁とを備える。熱交換器は、第１通路および第２通路を有し、前記第１通路を流れる冷媒と前記第２通路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。圧縮機から、凝縮器、熱交換器の第１通路、第２膨張弁に至る流路は、負荷装置と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。室外ユニットは、循環流路の第１通路の出口と第２膨張弁との間の部分から、第２通路の入口に冷媒を流す第１冷媒流路と、第１冷媒流路に配置される第３膨張弁と、第２通路の出口から圧縮機の吸入ポートまたは中間圧ポートに冷媒を流す第２冷媒流路と、第２冷媒流路に配置され、第１通路の出口から流出する冷媒の行き先を吸入ポートおよび中間圧ポートのいずれか一方に切り替える流路切替部とをさらに備える。
　本開示の室外ユニットおよびそれを備える冷凍サイクル装置、冷凍機によれば、蒸発温度が変化した場合でも室外ユニットから負荷装置に送出される液冷媒の過冷却度が確保できるので、冷凍能力の低下を防ぐことができる。
本開示の実施の形態１に従う冷凍サイクル装置の全体構成図である。 流路切替部７４の制御を説明するためのフローチャートである。 第３膨張弁７１の制御について説明するためのフローチャートである。 第４膨張弁７２の制御について説明するためのフローチャートである。 第２膨張弁４０の制御について説明するためのフローチャートである。
　以下、本発明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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一また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。
　図１は、本開示の実施の形態に従う冷凍サイクル装置の全体構成図である。なお、図１では、冷凍サイクル装置における各機器の接続関係および配置構成を機能的に示しており、物理的な空間における配置を必ずしも示すものではない。
　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、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。
　室外ユニット２は、負荷装置３に接続されるように構成された冷凍サイクル装置１の室外ユニットである。室外ユニット２は、吸入ポートＧ１、吐出ポートＧ２、中間圧ポートＧ３を有する圧縮機１０と、凝縮器２０と、ファン２２と、熱交換器３０と、第２膨張弁４０と、配管８０～８３、８９とを備える。熱交換器３０は、第１通路Ｈ１および第２通路Ｈ２を有し、第１通路Ｈ１を流れる冷媒と第２通路Ｈ２を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。
　負荷装置３は、第１膨張弁５０と、蒸発器６０と、配管８５、８６，８７とを含む。第１膨張弁５０は、たとえば、室外ユニット２と独立して制御される温度膨張弁である。
　圧縮機１０は、配管８９および９７から吸入される冷媒を圧縮して配管８０へ吐出する。圧縮機１０は、制御装置１００からの制御信号に従って回転速度を調整するように構成される。圧縮機１０の回転速度を調整することで冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置１の能力を調整することができる。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へ流す。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の吐出側の冷媒圧力（高圧側圧力）を調整することができる。
　なお、本明細書では、説明の容易のため、超臨界状態の冷媒を冷却する場合も凝縮器２０と呼ぶこととする。また、本明細書では、説明の容易のため、超臨界状態の冷媒の基準温度からの低下量も過冷却度と呼ぶこととする。
　圧縮機１０から、凝縮器２０、熱交換器３０の第１通路Ｈ１、第２膨張弁４０に至る流路は、負荷装置３の第１膨張弁５０、蒸発器６０が配置される流路と共に、冷媒が循環する循環流路を形成する。以下、この循環流路を冷凍サイクルの「メイン回路」とも言う。
　室外ユニット２は、循環流路の第１通路Ｈ１の出口と第２膨張弁４０との間の部分から、第２通路Ｈ２の入口に冷媒を流す第１冷媒流路（９１～９４）と、第２通路Ｈ２の出口から圧縮機１０の吸入ポートＧ１または中間圧ポートＧ３に冷媒を流す第２冷媒流路（９６～９８）と、第２冷媒流路に配置され、第２通路Ｈ２の出口から流出する冷媒の行き先を吸入ポートＧ１および中間圧ポートＧ３のいずれか一方に切り替える流路切替部７４とをさらに備える。以下において、メイン回路から分岐して第２通路Ｈ２を経由して圧縮機１０に冷媒を送るこの流路を、「インジェクション流路」と呼ぶである。
　室外ユニット２は、さらに、第１冷媒流路に配置され、冷媒を貯留する受液器（レシーバ）７３と、循環流路の第１通路Ｈ１の出口と第２膨張弁４０との間の部分と受液器７３の入口との間の配管９１に配置された第３膨張弁７１と、受液器７３の出口の配管９４と受液器７３のガス排出口との間に設けられ受液器７３内の冷媒ガスを排出するガス抜き通路９３と、ガス抜き通路９３に配置された第４膨張弁７２とを備える。
　このようにインジェクション流路に受液器７３を設けることにより、液管である配管８２，８３における過冷却度を確保することが容易となる。受液器７３には一般にガス冷媒があるため、冷媒温度は飽和温度となるので、配管８２に受液器７３を配置すると過冷却度を確保できないからである。
　また、中間圧部分に受液器７３を設けると、メイン回路の高圧部が超臨界状態である場合でも受液器７３の内部に中間圧の液冷媒を貯留することが可能となる。このため、受液器７３の容器の設計圧を高圧部よりも低くすることができ、容器の薄肉化によるコスト低減も図れる。
　室外ユニット２は、さらに、圧力センサ１１０，１１１，１１２と、温度センサ１２０，１２１，１２２と、流路切替部７４を制御する制御装置１００を備える。
　圧力センサ１１０は、圧縮機１０の吸入圧力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の吐出圧力ＰＨ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１１２は、第２膨張弁４０の出口の配管８３の圧力Ｐ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。
　室外ユニット２は、第２膨張弁４０を液管に備えることによって、負荷装置３の設計圧（例えば、４ＭＰａ）以下に冷媒圧力を減圧してから負荷装置３に送出することができる。これによりＣＯ２などの超臨界を利用する冷媒を使用しても、負荷装置３として従来と同じ設計圧の汎用製品を使用することができる。
　温度センサ１２０は、圧縮機１０の吐出温度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の出口の配管８１の冷媒温度Ｔ１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１２２は、熱交換器３０の被冷却側の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。
　第２冷媒流路は、熱交換器３０の第２通路Ｈ２の出口と流路切替部７４との間を接続する配管９６と、流路切替部７４とを含んで構成される。流路切替部７４は、配管９６が２分岐した配管９７，９８と、配管９７，９８にそれぞれ配置される開閉弁７５，７６とを含む。配管９７は配管９６と中間圧ポートＧ３との間に接続される。配管９８は配管９６と吸入ポートＧ１との間に接続される。開閉弁７５，７６の一方を選択的に開くことによって、インジェクション流路を流れる冷媒の行き先が切り替えられる。
　制御装置１００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１０２と、メモリ１０４（ＲＯＭ（Read　Only　Memory）およびＲＡＭ（Random　Access　Memory））と、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００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。この制御については、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２は、流路切替部７４の制御を説明するためのフローチャートである。図１、図２を参照して、制御装置１００は、ステップＳ１において開閉弁７５が開状態かつ開閉弁７６が閉状態であるか否かを判断する。開閉弁７５が開状態かつ開閉弁７６が閉状態であれば（Ｓ１でＹＥＳ）、インジェクション流路を流れる冷媒の行き先として、中間圧ポートＧ３が選択されている。逆にインジェクション流路を流れる冷媒の行き先として、吸入ポートＧ１が選択されている場合は、開閉弁７５が閉状態かつ開閉弁７６が開状態である。
　開閉弁７５が開状態である場合（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ２において、制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１以上であるか否かを判断する。
　制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも高い場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ３～Ｓ７の処理において、冷媒の行き先を吸入ポートＧ１とするように流路切替部７４を制御する。制御装置１００は、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２＝第１温度Ｔｔｈ１である場合も（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ３～Ｓ７の処理において、冷媒の行き先を吸入ポートＧ１とするように流路切替部７４を制御する。
　具体的には、制御装置１００は、圧縮機１０の吸気温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１以上である場合（Ｓ３でＹＥＳ）にステップＳ４～Ｓ７の処理を順次実行して冷媒の行き先を吸入ポートＧ１とするように流路切替部７４を制御する。なお、圧縮機１０の吸気温度ＴＬは、圧力センサ１１０で検出した吸入圧力ＰＬから換算して得ることができる。ステップＳ４では圧縮機１０の運転が停止され、ステップＳ５では開閉弁７５が閉止され、ステップＳ６では開閉弁７６が開かれ、ステップＳ７において圧縮機１０の運転が再開される。
　なお、冷媒温度Ｔ２が第１温度Ｔｔｈ１よりも低い場合（Ｓ２でＮＯ）は過冷却度の確保ができており、また圧縮機１０の吸気温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１より低い場合（Ｓ３でＮＯ）は、蒸発温度が低いので中間圧も低くなるため、制御装置１００は、ステップＳ４～Ｓ７の流路切替部７４の切替を行なわない。
　一方、開閉弁７５が閉状態である場合（Ｓ１でＮＯ）において、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の出口の冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２よりも低い場合には（Ｓ８でＹＥＳ）、ステップＳ９～Ｓ１３の処理において、制御装置１００は、冷媒の行き先を中間圧ポートＧ３とするように流路切替部７４を制御する。制御装置１００は、冷媒温度Ｔ２＝第２温度Ｔｔｈ２である場合も（Ｓ２でＹＥＳ）、冷媒の行き先を中間圧ポートＧ３とするように流路切替部７４を制御する。なお、Ｔｔｈ１＞Ｔｔｈ２である。
　具体的には、制御装置１００は、圧縮機１０の吸気温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ１以下である場合（Ｓ９でＹＥＳ）にステップＳ１０～Ｓ１３の処理を順次実行して冷媒の行き先を中間圧ポートＧ３とするように流路切替部７４を制御する。なお、ＴＬｔｈ１＞ＴＬｔｈ２である。ステップＳ１０では圧縮機１０の運転が停止され、ステップＳ１１では開閉弁７６が閉止され、ステップＳ１２では開閉弁７５が開かれ、ステップＳ１３において圧縮機１０の運転が再開される。
　なお、冷媒温度Ｔ２が第２温度Ｔｔｈ２よりも高い場合（Ｓ８でＮＯ）は過冷却度の確保ができておらず、また圧縮機１０の吸気温度ＴＬがしきい値ＴＬｔｈ２より高い場合（Ｓ９でＮＯ）は、蒸発温度が高いので中間圧も高くなっているため、制御装置１００は、流路切替部７４は冷媒の行き先を吸入ポートＧ１としたまま維持し、流路切替を行なわない。
　以上説明したように制御装置１００は、配管８２と配管９４の圧力差が小さい場合には、圧力差を拡大するように流路切替部７４を制御して中間圧ポートＧ３から吸入ポートＧ１に冷媒の送り先を切り替える。このため、第３膨張弁７１における減圧量が確保できるため、第３膨張弁７１での温度低下量が増える。これにより、熱交換器３０の第１通路Ｈ１の冷媒温度と第２通路Ｈ２の冷媒温度との温度差を確保できる。したがって熱交換器３０での熱交換量が増加し、冷媒温度Ｔ２を下げることが可能となる。
　なお、図２のフローチャートのように運転停止中に流路の切替を行なう方が挙動が安定するので好ましいが、ステップＳ４～Ｓ７の処理のうちステップＳ４およびＳ７の処理を行なわずに運転中に流路の切替を行なうようにフローチャートを変形しても良い。同様に、ステップＳ１０～Ｓ１３の処理のうちステップＳ１０およびＳ１３の処理を行なわずに運転中に流路の切替を行なうようにフローチャートを変形しても良い。
　図３は、第３膨張弁７１の制御について説明するためのフローチャートである。図１、図３を参照して、第３膨張弁７１は、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度に一致するようにフィードバック制御される。具体的には、制御装置１００は、ステップＳ２１において、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度より高い場合には（Ｓ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２において第３膨張弁７１の開度を増加させる。これによって、受液器７３を経由して中間圧ポートＧ３または吸入ポートＧ１に流入する冷媒が増えるため、吐出温度ＴＨが低下する。
　一方、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度より低い場合には（Ｓ２１でＮＯかつＳ２３でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ２４において第３膨張弁７１の開度を減少させる。これによって、受液器７３を経由して中間圧ポートＧ３または吸入ポートＧ１に流入する冷媒が減るため、吐出温度ＴＨが上昇する。
　吐出温度ＴＨ＝目標温度であれば（Ｓ２１でＮＯ、かつＳ２３でＮＯ）、第３膨張弁７１の開度は現在の状態を維持する。
　このように、制御装置１００は、圧縮機１０の吐出温度ＴＨが目標温度に近づくように第３膨張弁７１の開度を制御する。
　なお、ステップＳ２１の目標温度＞ステップＳ２３の目標温度として、第３膨張弁７１の開度の変更の頻度を減らすようにしても良い。
　図４は、第４膨張弁７２の制御について説明するためのフローチャートである。図１、図４を参照して、第４膨張弁７２は、凝縮器２０の出口の冷媒の過冷却度を確保するため、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１が目標温度に一致するようにフィードバック制御される。具体的には、ステップＳ３１において、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１と凝縮器２０の圧力（ＰＨで近似）によって定まる過冷却度ＳＣが目標値より大きい場合には（Ｓ３１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３２において第４膨張弁７２の開度を増加させる。これによって、受液器７３からガス冷媒が抜け、液冷媒量が増加するため、メイン回路を循環する冷媒量が減少するので、冷媒温度が全体的に上昇し、冷媒温度Ｔ１が上昇するので過冷却度ＳＣが減少する。
　一方、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１と凝縮器２０の圧力（ＰＨで近似）によって定まる過冷却度ＳＣが目標値より小さい場合には（Ｓ３３でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３４において第４膨張弁７２の開度を減少させる。これによって、受液器７３のガス冷媒量が増え、液冷媒量が減るため、メイン回路を循環する冷媒量が増加するので、冷媒温度が全体的に低下し、冷媒温度Ｔ１が低下するので過冷却度ＳＣが増加する。
　過冷却度ＳＣ＝目標値であれば（Ｓ３１でＮＯ、かつＳ３３でＮＯ）、第４膨張弁７２の開度は現在の状態を維持する。
　このように、制御装置１００は、凝縮器２０の出口の冷媒温度Ｔ１が目標温度に近づくように第４膨張弁７２の開度を制御する。
　なお、ステップＳ３１の目標値＞ステップＳ３３の目標値として、第４膨張弁７２の開度の変更の頻度を減らすようにしても良い。
　制御装置１００は、冷媒の超臨界領域を使用するように、圧縮機１０および第２膨張弁４０の制御を行なう。たとえば、夏季など外気温度が冷媒の超臨界温度よりも高い場合、制御装置１００は圧縮機１０の回転速度を春季または秋季よりも高めて高圧部の圧力を上昇させる。この場合、メイン回路の高圧部の圧力が高くなる。負荷装置３を通常冷媒で使用される装置と共用可能とするために、第２膨張弁４０で減圧が行なわれる。このとき第２膨張弁４０は以下のように制御される。
　図５は、第２膨張弁４０の制御について説明するためのフローチャートである。図１、図５を参照して、第２膨張弁４０は、圧力Ｐ１が目標圧力に一致するようにフィードバック制御される。具体的には、ステップＳ４１において、圧力Ｐ１が目標圧力より高い場合には（Ｓ４１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ４２において第２膨張弁４０の開度を減少させる。これによって、第２膨張弁４０による減圧量が増えるので、圧力Ｐ１は低下する。
　一方、圧力Ｐ１が目標圧力より低い場合には（Ｓ４１でＮＯかつＳ４３でＹＥＳ）、ステップＳ４４において制御装置１００は、第２膨張弁４０の開度を増加させる。これによって、第２膨張弁４０による減圧量が減るので、圧力Ｐ１は上昇する。
　圧力Ｐ１＝目標圧力であれば（Ｓ４１でＮＯ、かつＳ４３でＮＯ）、第２膨張弁４０の開度は現在の状態を維持する。
　このように圧力Ｐ１が制御されるため、負荷装置３内の圧力を通常冷媒で使用される装置の設計圧力以下にすることができ、Ｒ４１０Ａなどの冷媒を使用する従来機の負荷装置の共用化が可能となる。
　以上、本実施の形態を冷凍サイクル装置１を備える冷凍機を例示して説明したが、冷凍サイクル装置１は、空気調和機などに利用されても良い。
　今回開示された実施の形態は、すべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　冷凍サイクル装置、２　室外ユニット、３　負荷装置、１０　圧縮機、２０　凝縮器、２２　ファン、３０　熱交換器、４０　第２膨張弁、５０　第１膨張弁、６０　蒸発器、７１　第３膨張弁、７２　第４膨張弁、７３　受液器、７４　流路切替部、７５，７６　開閉弁、８０，８１，８２，８３，８５，８９，９１，９４，９６，９７，９８　配管、８４，８８　延長配管、９３　ガス抜き通路、１００　制御装置、１０２　ＣＰＵ、１０４　メモリ、１１０，１１１，１１２　圧力センサ、１２０，１２１，１２２　温度センサ、Ｇ１　吸入ポート、Ｇ２　吐出ポート、Ｇ３　中間圧ポート、Ｈ１　第１通路、Ｈ２　第２通路。

Claims (9)

  1. 　第１膨張弁および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の室外ユニットであって、
    　吸入ポート、吐出ポート、中間圧ポートを有する圧縮機と、
    　凝縮器と、
    　第１通路および第２通路を有し、前記第１通路を流れる冷媒と前記第２通路を流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成された熱交換器と、
    　第２膨張弁とを備え、
    　前記圧縮機から、前記凝縮器、前記熱交換器の前記第１通路、前記第２膨張弁に至る流路は、前記負荷装置と共に、冷媒が循環する循環流路を形成し、
    　前記循環流路の前記第１通路の出口と前記第２膨張弁との間の部分から、前記第２通路の入口に冷媒を流す第１冷媒流路と、
    　前記第１冷媒流路に配置される第３膨張弁と、
    　前記第２通路の出口から前記圧縮機の前記吸入ポートまたは前記中間圧ポートに冷媒を流す第２冷媒流路と、
    　前記第２冷媒流路に配置され、前記第２通路の出口から流出する冷媒の行き先を前記吸入ポートおよび前記中間圧ポートのいずれか一方に切り替える流路切替部とをさらに備える、室外ユニット。
  2. 　前記第１冷媒流路に配置され、冷媒を貯留する受液器と、
    　前記受液器の出口と前記受液器との間に設けられ前記受液器内の冷媒ガスを排出するガス抜き通路と、
    　前記ガス抜き通路に配置された第４膨張弁とをさらに備え、
    　前記第３膨張弁は、前記循環流路の前記第１通路の出口と前記第２膨張弁との間の部分と前記受液器の入口との間に配置される、請求項１に記載の室外ユニット。
  3. 　前記流路切替部を制御する制御装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記熱交換器の第１通路の出口の温度が第１温度よりも高い場合には、冷媒の行き先を前記吸入ポートとするように前記流路切替部を制御する、請求項２に記載の室外ユニット。
  4. 　前記制御装置は、前記熱交換器の第１通路の出口の温度が第２温度よりも低い場合には、冷媒の行き先を前記中間圧ポートとするように前記流路切替部を制御する、請求項３に記載の室外ユニット。
  5. 　前記制御装置は、前記圧縮機の吐出ポートの冷媒温度が目標温度に近づくように前記第３膨張弁の開度を制御する、請求項３に記載の室外ユニット。
  6. 　前記制御装置は、前記凝縮器の出口の冷媒温度が目標温度に近づくように前記第４膨張弁の開度を制御する、請求項３に記載の室外ユニット。
  7. 　前記制御装置は、前記冷媒の超臨界領域を使用するように、前記圧縮機および前記第２膨張弁の制御を行なう、請求項３～６のいずれか１項に記載の室外ユニット。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の室外ユニットと、前記負荷装置とを備える冷凍サイクル装置。
  9. 　請求項８に記載の冷凍サイクル装置を備える冷凍機。
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