WO2022091722A1

WO2022091722A1 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2022091722A1
Application number: PCT/JP2021/036953
Authority: WO
Inventors: 新悟遠山; 健森田
Original assignee: 東芝キヤリア株式会社
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2022-05-05
Also published as: JPWO2022091722A1; EP4239262A1; KR20230074577A

Abstract

冷凍サイクル装置は、気相冷媒を吐出する圧縮機と、熱源側熱交換器と、第１の膨張弁と、利用側熱交換器と、液相冷媒の一部を分流させて圧縮機に注入するインジェクション流路とを含んで構成され、冷媒が循環する冷媒回路を備える。インジェクション流路には、該インジェクション流路における液相冷媒の流れ方向の上流側から順に電磁弁、逆止弁、第２の膨張弁が配置される。第２の膨張弁は、全閉とはならず、全閉よりも大きな開度で停止状態となる。

Description

冷凍サイクル装置

　本発明の実施形態は、冷凍サイクル装置に関する。

　冷凍サイクル装置は、主たる要素として、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含んで構成される。例えば、暖房運転時や加熱運転時において、冷凍サイクル装置は、外気の熱を蒸発器で吸熱し、その熱を凝縮器で室内空気や温水に供給する。その際、外気温度が高くなるほど、蒸発器の吸熱量が増大し、圧縮機に吸い込まれる冷媒の温度や圧力が上昇する。これに伴って圧縮機が過熱状態となると、圧縮機の吐出冷媒温度が過度に上昇するおそれがある。かかる吐出冷媒温度の上昇は、例えば圧縮機の圧縮機構部を潤滑する潤滑油の粘度を低下させ、圧縮機内のモータを損傷させるなどの要因となり得る。したがって、このような吐出冷媒温度の上昇を防ぐべく、各種の対策が図られている。

　その一例として、液相冷媒の一部を圧縮機に導くインジェクション流路を冷媒の循環路に増設することが挙げられる。インジェクション流路は、循環路における凝縮器と膨張弁との間に接続され、逆止弁、二方弁、膨張弁（インジェクション流路用膨張弁）などを含んで構成される。インジェクション流路を使用することで、凝縮器を通過した液相冷媒の一部が圧縮機のシリンダ室内に注入され、圧縮機に吸い込まれた気相冷媒が該液相冷媒によって冷却される。これにより、圧縮機が過熱状態となることが防止される。

　このようなインジェクション流路は、例えば外気温度などに応じて回路の開閉制御がなされる。インジェクション流路が開路後に閉路された場合、あるいは停電時などには、インジェクション流路で液相冷媒が密閉された状態（液封状態）となる。液封状態で外気温度（周囲温度）が上昇すると、インジェクション流路内で液相冷媒が膨張する。例えば、インジェクション流路の二方弁と逆止弁との間で液相冷媒が膨張すると、その程度によっては液封状態となっているこれら弁間で配管の破損などが生じるおそれがある。このため、インジェクション流路を設ける場合、このような液封状態を生じさせない配管構成とする必要がある。

特許第６５１４９６４号公報

　本発明は、これを踏まえてなされたものであり、その目的は、配管を複雑化させることなく、比較的簡易な配管で液封状態を回避可能なインジェクション流路を備えた冷凍サイクル装置を提供することにある。

　実施形態によれば、冷凍サイクル装置は、気相冷媒を吐出する圧縮機と、熱源側熱交換器と、第１の膨張弁と、利用側熱交換器と、液相冷媒の一部を分流させて前記圧縮機に注入するインジェクション流路とを含んで構成され、冷媒が循環する冷媒回路を備える。前記インジェクション流路には、該インジェクション流路における前記液相冷媒の流れ方向の上流側から順に電磁弁、逆止弁、第２の膨張弁が配置される。前記第２の膨張弁は、全閉とはならず、全閉よりも大きな開度で停止状態となる。

図１は、実施形態に係る冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）の冷凍サイクルを概略的に示す回路図である。図２は、実施形態に係る冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）におけるインジェクション流路の開閉制御時の制御フロー図である。図３は、実施形態に係る冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）の冷却モードにおいてインジェクション流路が開路された状態の液相冷媒の一部の流れを概略的に示す図である。図４は、実施形態に係る冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）の加熱モードにおいてインジェクション流路が開路された状態の液相冷媒の一部の流れを概略的に示す図である。図５は、実施形態に係る冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）においてインジェクション流路が閉路された状態の液相冷媒の一部の流れを概略的に示す図である。図６は、実施形態に係る冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）の別形態の冷凍サイクルを概略的に示す回路図である。

　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、実施形態に係る空冷式ヒートポンプチリングユニット（以下、単にチリングユニットという）１の冷凍サイクルを示す回路図である。チリングユニット１は、冷凍サイクル装置の一例であって、冷却モードおよび加熱モードでそれぞれ運転が可能である。なお、冷凍サイクル装置は、図１に示すような冷凍サイクルを有するチリングユニット１に限定されず、例えば空気調和機や水冷式熱源機などであってもよい。

　図１に示すように、チリングユニット１は、冷凍サイクルユニット２、水回路ユニット５、制御部７、操作部８を備えている。
　冷凍サイクルユニット２は、圧縮機２０、四方弁２１、空気熱交換器部２２、一対の膨張弁（第１の膨張弁）２３ａ，２３ｂ、レシーバ２４、水熱交換器（利用側熱交換器）２５、気液分離器２６を主たる要素として備えた冷媒回路Ｒにより構成されている。冷媒回路Ｒのこれらの各要素は、冷媒が循環する主配管２７を介して接続されている。

　例えば、圧縮機２０は能力可変型であり、吐出口から高温・高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機２０の吐出口は、吐出配管２８を介して四方弁２１の第１ポート２１ａに接続されている。吐出配管２８には、高温・高圧の気相冷媒の温度を検出する第１の温度センサ（検出部）Ｔ１および圧縮機２０から吐出された高温・高圧の気相冷媒の圧力を検出する第１の圧力センサＰ１が設けられている。

　四方弁２１の第２ポート２１ｂは、空気熱交換器部２２に接続されている。本実施形態では一例として、空気熱交換器部２２は、一対の空気熱交換器２９ａ，２９ｂおよびファン３０を備えている。空気熱交換器２９ａ，２９ｂは、熱源側熱交換器に相当する。空気熱交換器部２２において、空気熱交換器２９ａ，２９ｂは、遮蔽板との間で上下方向に延びた排気通路を構成している。ファン３０は、かかる排気通路の上端に開口する排気口に位置するように、空気熱交換器２９ａ，２９ｂの上端部に支持部材を介して支持されている。

　このような空気熱交換器部２２において、ファン３０が駆動されると、外気が空気熱交換器２９ａ，２９ｂを通過して排気通路に吸い込まれる。排気通路に吸い込まれた外気は、排気口に向けて吸い上げられるとともに、該排気口から空気熱交換器部２２の上方に排出される。

　空気熱交換器２９ａ，２９ｂの入口は、四方弁２１の第２ポート２１ｂに並列に接続されている。空気熱交換器２９ａ，２９ｂの入口付近には、空気熱交換器２９ａ，２９ｂに流入する気相冷媒の温度を検出する第２の温度センサＴ２がそれぞれ設けられている。なお、かかる入口は、後述する冷却モードでの空気熱交換器２９ａ，２９ｂに冷媒が流入する流入口であり、加熱モードでは冷媒が流出する流出口（空気熱交換器２９ａ，２９ｂの出口）になる。

　空気熱交換器２９ａ，２９ｂの出口は、膨張弁２３ａ，２３ｂを有する配管４１ａ，４１ｂに接続されている。配管４１ａ，４１ｂは、膨張弁２３ａ，２３ｂの下流で互いに合流して、一本の集合配管４２に接続されている。集合配管４２は、レシーバ２４および水熱交換器２５を介して四方弁２１の第３ポート２１ｃに接続されている。なお、かかる出口は、後述する冷却モードでの空気熱交換器２９ａ，２９ｂから冷媒が流出する流出口であり、加熱モードでは冷媒が流入する流入口（空気熱交換器２９ａ，２９ｂの入口）になる。

　四方弁２１の第４ポート２１ｄは、気液分離器２６を介して圧縮機２０の吸入側に接続されている。四方弁２１の第４ポート２１ｄと気液分離器２６の入口とを繋ぐ配管４３には、気液分離器２６に導かれる気液二相冷媒の温度を検出する第３の温度センサＴ３が設けられている。

　さらに、気液分離器２６の出口と圧縮機２０の吸入側とを繋ぐ配管４４には、圧縮機２０に吸い込まれる低温・低圧の気相冷媒の圧力を検出する第２の圧力センサＰ２が設けられている。

　また、気液分離器２６と四方弁２１との間には、配管４６が設けられている。配管４６は、気液分離器２６の入口と四方弁２１の第１ポート２１ａとの間を繋いでおり、該配管４６の途中に常閉形の電磁弁４７が設けられている。

　水熱交換器２５は、冷媒流路２５ａおよび水流路２５ｃを備えている。冷媒流路２５ａは、レシーバ２４に対して後述する冷却モードでは下流、後述する加熱モードでは上流で集合配管４２に接続されている。

　これらの構成に加えて、冷媒回路Ｒは、インジェクション流路６を備えている。インジェクション流路６は、三つの流路（以下、第１から第３のインジェクション流路という）６ａ，６ｂ，６ｃを含んで構成されている。第１のインジェクション流路６ａおよび第２のインジェクション流路６ｂは、冷媒回路Ｒをそれぞれ分岐する流路である。第３のインジェクション流路６ｃは、第１のインジェクション流路６ａおよび第２のインジェクション流路６ｂが合流する流路である。

　第１のインジェクション流路６ａは、空気熱交換器２９ａ，２９ｂを通過する外気と熱交換して凝縮した高圧の液相冷媒の流路である。第１のインジェクション流路６ａの一端は、空気熱交換器２９ｂと膨張弁２３ｂの間に接続されている。これにより、第１のインジェクション流路６ａは、空気熱交換器２９ｂと膨張弁２３ｂの間で、つまり液相冷媒の流れ方向における空気熱交換器２９ｂの下流側かつ膨張弁２３ｂの上流側で配管４１ｂから分岐している。

　第２のインジェクション流路６ｂは、水流路２５ｃを流れる水と熱交換して水熱交換器２５を通過した高圧の液相冷媒の流路である。第２のインジェクション流路６ｂの一端は、水熱交換器２５とレシーバ２４との間に接続されている。これにより、第２のインジェクション流路６ｂは、水熱交換器２５とレシーバ２４との間で、つまり液相冷媒の流れ方向における水熱交換器２５の下流側かつレシーバ２４（換言すれば膨張弁２３ａ，２３ｂ）の上流側で集合配管４２から分岐している。

　第３のインジェクション流路６ｃは、第１のインジェクション流路６ａおよび第２のインジェクション流路６ｂが合流して高圧の液相冷媒が流れる流路である。すなわち、液相冷媒の流れ方向において、第１のインジェクション流路６ａおよび第２のインジェクション流路６ｂは上流側、第３のインジェクション流路６ｃは下流側に配置されている。第３のインジェクション流路６ｃは、一端が第１のインジェクション流路６ａの他端および第２のインジェクション流路６ｂの他端と繋がり、他端が圧縮機２０のインジェクションポートに２０ａに接続されている。

　これらのインジェクション流路６ａ，６ｂ，６ｃを備えることで、液相冷媒の一部が圧縮機２０のシリンダ室（図示省略）に注入され、圧縮機２０に吸い込まれた高温の気相冷媒がかかる液相冷媒によって冷却される。これにより、圧縮機２０の過熱防止が図られている。インジェクション流路６には、液相冷媒の流れ方向の上流側から順に電磁弁６１ａ，６１ｂ、逆止弁６２ａ，６２ｂ、膨張弁（第２の膨張弁）６０ｃが配置されている。
　ここで、インジェクション流路６ａ，６ｂ，６ｃを介して液相冷媒を圧縮機２０のシリンダ室内に注入して冷却するための運転を液インジェクション運転とする。

　第１のインジェクション流路６ａには、電磁弁（以下、冷却用電磁弁という）６１ａおよび逆止弁（以下、冷却用逆止弁という）６２ａが設けられている。第１のインジェクション流路６ａにおける液相冷媒の流れ方向において、冷却用電磁弁６１ａは、冷却用逆止弁６２ａよりも上流側に配置されている。第１のインジェクション流路６ａには、チリングユニット１が冷却モードで運転（冷却運転）される場合、必要に応じて液相冷媒の一部が配管４１ｂから分岐して流れる。

　第２のインジェクション流路６ｂには、電磁弁（以下、加熱用電磁弁という）６１ｂおよび逆止弁（以下、加熱用逆止弁という）６２ｂが設けられている。第２のインジェクション流路６ｂにおける液相冷媒の流れ方向において、加熱用電磁弁６１ｂは、加熱用逆止弁６２ｂよりも上流側に配置されている。第２のインジェクション流路６ｂには、チリングユニット１が加熱モードで運転（加熱運転）される場合、必要に応じて液相冷媒の一部が集合配管４２から分岐して流れる。

　第３のインジェクション流路６ｃには、膨張弁（第２の膨張弁）６０ｃが設けられている。膨張弁６０ｃは、電子弁であり、閉弁レス弁である。閉弁レス弁は、全閉とはならず、全閉よりも大きな開度（以下、停止開度という）で停止状態となる弁構造を有する。すなわち、膨張弁６０ｃは、停止状態となっても停止開度だけ開いた状態に維持され、液相冷媒の流れを遮断させることがない。第３のインジェクション流路６ｃには、第１のインジェクション流路６ａもしくは第２のインジェクション流路６ｂを通過した高圧の液相冷媒が流入する。第３のインジェクション流路６ｃに流入した高圧の液相冷媒は、膨張弁６０ｃを通過する過程で減圧されて、圧縮機２０のインジェクションポートからシリンダ室内に注入される。

　水回路ユニット５は、水熱交換器２５において冷媒と熱交換する水の流路であり、主たる要素として、水循環ポンプ５０、第１から第３の水配管５１ａ，５１ｂ，５１ｃを備えている。

　水循環ポンプ５０は、例えば能力可変型であり、吸入口が第１の水配管５１ａの一端と接続され、吐出口が第２の水配管５１ｂの一端と接続されている。第１の水配管５１ａの他端は、チリングユニット１の利用機器側の水出口と接続されている。第２の水配管５１ｂの他端は、水熱交換器２５の水流路２５ｃの入口と接続されている。第２の水配管５１ｂには、水圧を検出する第３の圧力センサＰ３および水温を検出する第４の温度センサＴ４が設けられている。第３の水配管５１ｃは、一端が水流路２５ｃの出口と接続され、他端がチリングユニット１の利用機器側の水入口と接続されている。第３の水配管５１ｃには、水圧を検出する第４の圧力センサＰ４および水温を検出する第５の温度センサＴ５が設けられている。

　制御部７は、冷凍サイクルユニット２および水回路ユニット５の各要素の動作を制御し、チリングユニット１の運転を制御する。制御部７は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置（不揮発メモリ）、入出力回路、タイマなどを含み、冷凍サイクルユニット２および水回路ユニット５の各要素の動作を制御し、チリングユニット１の運転を制御する。例えば、制御部７は、チリングユニット１の運転開始、運転停止、冷却運転と加熱運転のモード選択、冷媒の温度および圧力、水温、水圧など、チリングユニット１の運転制御に必要な各種情報（データ）を取得する。取得した情報に応じて所定の演算処理を実行することで、制御部７は、上記各要素の動作を制御し、チリングユニット１の運転開始、運転停止、冷却運転および加熱運転の切り換え、インジェクション流路６の開閉などを行う。具体的には、圧縮機２０の作動・停止、四方弁２１のポート切り換え、膨張弁２３ａ，２３ｂ、膨張弁６０ｃ、冷却用電磁弁６１ａ、および加熱用電磁弁６１ｂの開閉などの各動作が制御部７によって制御される。

　操作部８は、例えば操作用のパネル、スイッチ、ボタン、表示用のディスプレイなどを含み、制御部７と有線もしくは無線で接続されている。操作部８は、ユーザによって所定の操作がなされるインターフェースであって、例えばチリングユニット１の運転開始、冷却運転と加熱運転のモード選択、給水温などの設定操作がなされる。

　かかるチリングユニット１における冷却モードおよび加熱モードでの運転時の動作について説明する。

　例えば、チリングユニット１が冷却モードで運転を行う場合、四方弁２１は、図１に実線で示すように、第１ポート２１ａが第２ポート２１ｂに連通し、第３ポート２１ｃが第４ポート２１ｄに連通するように切り換わる。

　そして、圧縮機２０が作動し、高温・高圧の気相冷媒が圧縮機２０から吐出配管２８に吐出される。圧縮機２０から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁２１を経由して空気熱交換器２９ａ，２９ｂに導かれる。

　空気熱交換器２９ａ，２９ｂに導かれた気相冷媒は、ファン３０の作動により空気熱交換器２９ａ，２９ｂを通過する外気と熱交換して凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張弁２３ａ，２３ｂを通過する過程で減圧されて、中間圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、レシーバ２４を経由して水熱交換器２５に導かれる。水熱交換器２５に導かれた気液二相冷媒は、水流路２５ｃを流れる水と熱交換する。これにより、水流路２５ｃ内の水は、潜熱を奪われることで冷水となる。冷水は、第３の水配管５１ｃから利用機器側に供給される。

　水熱交換器２５を通過した低温・低圧の気液二相冷媒は、四方弁２１を経由して気液分離器２６に導かれ、気液分離器２６で液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された気相冷媒は、圧縮機２０に吸い込まれ、再び高温・高圧の気相冷媒となって圧縮機２０から吐出される。

　一方、チリングユニット１が加熱モードで運転を行う場合、四方弁２１は、図１に破線で示すように、第１ポート２１ａが第３ポート２１ｃに連通し、第２ポート２１ｂが第４ポート２１ｄに連通するように切り換わる。

　加熱モードで運転が開始されると、圧縮機２０で圧縮された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁２１を経由して水熱交換器２５に導かれる。水熱交換器２５に導かれ、冷媒流路２５ａを流れる気相冷媒は、水流路２５ｃを流れる水と熱交換する。これにより、水流路２５ｃ内の水は、加熱されて温水となる。温水は、第３の水配管５１ｃから利用機器側に供給される。

　水熱交換器２５を通過した高圧の液相冷媒は、レシーバ２４および膨張弁２３ａ，２３ｂを通過する過程で中間圧の気液二相冷媒に変化するとともに、空気熱交換器２９ａ，２９ｂに導かれる。空気熱交換器２９ａ，２９ｂに導かれた気液二相冷媒は、ファン３０の作動により空気熱交換器２９ａ，２９ｂを通過する外気と熱交換して蒸発し、低温・低圧の気液二相冷媒に変化する。

　空気熱交換器２９ａ，２９ｂを通過した低温・低圧の気液二相冷媒は、四方弁２１を経由して気液分離器２６に導かれ、気液分離器２６で液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された気相冷媒は、圧縮機２０に吸い込まれ、再び高温・高圧の気相冷媒となって圧縮機２０から吐出される。

　ここで、チリングユニット１における運転制御の一例として、冷媒回路Ｒにおけるインジェクション流路６の開閉制御に着目した運転制御について、制御部７の制御フローに従って説明する。インジェクション流路６の開閉制御により、液相冷媒の圧縮機２０への注入が制御される。図２には、インジェクション流路６の開閉制御時における制御部７の制御フローを示す。

　チリングユニット１が運転開始された状態において、制御部７は、次のようにインジェクション流路６の開閉を制御する。インジェクション流路６の開閉制御にあたって、制御部７は、チリングユニット１の運転モードの判定を行う。図２の制御フローでは一例として、制御部７は、チリングユニット１の運転モードが冷却モードであるか否かを判定する（Ｓ１０１）。その際、制御部７は、例えば操作部８から運転モードを示す信号を受信し、受信した信号が冷却モードの選択信号である場合、運転モードは冷却モードであり、それ以外の信号である場合、運転モードは冷却モードではないと判定する。

　運転モードが冷却モードである場合、制御部７は、チリングユニット１を冷却モードで運転させる（Ｓ１０２）。この場合、制御部７は、四方弁２１を動作制御し、第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂを連通させるとともに、第３ポート２１ｃと第４ポート２１ｄを連通させ、圧縮機２０を作動させる。

　次いで、制御部７は、インジェクション流路６の開路可否条件を判定する（Ｓ１０３）。開路可否条件は、インジェクション流路６を開路させるか否かを判定するための条件である。ここでは、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度（Ｔｄ）が所定温度（Ｔ０）以下であるか否かに応じて、開路可否条件が判定される。圧縮機２０から吐出される冷媒の温度（以下、吐出冷媒温度Ｔｄという）は、第１の温度センサＴ１によって検出された冷媒の温度である。所定温度（以下、基準温度Ｔ０という）は、吐出冷媒温度Ｔｄが過度に上昇しているか否か、端的には圧縮機２０が過熱状態となっているか否かを判定するための閾値である。基準温度Ｔ０の値は、例えば圧縮機２０の性能などに応じて予め規定されており、制御部７の記憶装置に格納され、開路可否条件の判定時にパラメータとしてメモリに読み出される。本実施形態では一例として、基準温度Ｔ０の値は１００℃程度を想定するが、かかる値に限定されない。また、基準温度Ｔ０は、固定値であってもよいし、例えば設定された給水温などに応じて変動する変動値であってもよい。

　開路可否条件の判定にあたって、制御部７は、第１の温度センサＴ１から吐出冷媒温度Ｔｄの検出値を取得し、取得した値を基準温度Ｔ０と比較する。制御部７は、吐出冷媒温度Ｔｄが基準温度Ｔ０を超えている（Ｔｄ＞Ｔ０）場合、開路可否条件が成立すると判定し、吐出冷媒温度Ｔｄが基準温度Ｔ０以下である（Ｔｄ≦Ｔ０）場合、開路可否条件が成立しないと判定する。

　開路可否条件が成立しない場合（Ｔｄ≦Ｔ０）、制御部７は、インジェクション流路６を閉路する。この場合、制御部７は、第１のインジェクション流路６ａの冷却用電磁弁６１ａを閉じるとともに、第２のインジェクション流路６ｂの加熱用電磁弁６１ｂを閉じる（Ｓ１０４）。例えば、冷却用電磁弁６１ａもしくは加熱用電磁弁６１ｂが開いている場合、制御部７は当該弁を閉成させる。一方、冷却用電磁弁６１ａおよび加熱用電磁弁６１ｂが閉じている場合、制御部７はこの状態を維持する。また、制御部７は、膨張弁６０ｃを停止状態とする（Ｓ１０４）。例えば、膨張弁６０ｃが停止状態でない場合、制御部７は膨張弁６０ｃを停止状態とする。一方、膨張弁６０ｃが停止状態である場合、制御部７はこの状態を維持する。

　これに対し、開路可否条件が成立する場合（Ｔｄ＞Ｔ０）、制御部７は、インジェクション流路６を開路する。この場合、制御部７は、第１のインジェクション流路６ａの冷却用電磁弁６１ａを開くとともに、第２のインジェクション流路６ｂの加熱用電磁弁６１ｂを閉じる（Ｓ１０５）。例えば、冷却用電磁弁６１ａが閉じている場合、制御部７はこれを開成させる。一方、冷却用電磁弁６１ａが開いている場合、制御部７はこの状態を維持する。また、制御部７は、加熱用電磁弁６１ｂが閉じている場合にはこの状態を維持し、開いている場合には閉成させる。そして、制御部７は、膨張弁６０ｃを開く（開状態とする）（Ｓ１０５）。例えば、膨張弁６０ｃが停止状態である場合、制御部７はこれを開成させる。一方、膨張弁６０ｃが開いている場合、制御部７はこの状態を維持する。なお、制御部７は膨張弁６０ｃの開度を適宜調整する。

　図３には、このように冷却モードにおいてインジェクション流路６が開路された状態を示す。この場合、図３に白抜き矢印で示すように、液相冷媒の一部が配管４１ｂから分流して第１のインジェクション流路６ａを通り、第３のインジェクション流路６ｃを通って圧縮機２０のシリンダ室（図示省略）に注入される。

　また、Ｓ１０１において、運転モードが冷却モードではないと判定した場合、制御部７は、チリングユニット１の運転モードが加熱モードであるか否かを判定する（Ｓ１０６）。その際、制御部７は、例えば操作部８から運転モードを示す信号を受信し、受信した信号が加熱モードの選択信号である場合、運転モードは加熱モードであり、それ以外の信号である場合、運転モードは加熱モードではないと判定する。

　運転モードが加熱モードである場合、制御部７は、チリングユニット１を加熱モードで運転させる（Ｓ１０７）。この場合、制御部７は、四方弁２１を動作制御し、第１ポート２１ａと第３ポート２１ｃを連通させるとともに、第２ポート２１ｂと第４ポート２１ｄを連通させ、圧縮機２０を作動させる。

　次いで、制御部７は、開路可否条件を判定する（Ｓ１０８）。開路可否条件の判定にあたって、制御部７は、第１の温度センサＴ１から吐出冷媒温度Ｔｄの検出値を取得し、取得した値を基準温度Ｔ０と比較する。

　開路可否条件が成立しない場合（Ｔｄ≦Ｔ０）、制御部７は、インジェクション流路６を閉路する。この場合、制御部７は、第１のインジェクション流路６ａの冷却用電磁弁６１ａを閉じるとともに、第２のインジェクション流路６ｂの加熱用電磁弁６１ｂを閉じる（Ｓ１０４）。また、制御部７は、膨張弁６０ｃを停止状態とする（Ｓ１０４）。この場合における制御部７の制御は、運転モードが冷却モードである場合と同様である。

　これに対し、開路可否条件が成立する場合（Ｔｄ＞Ｔ０）、制御部７は、インジェクション流路６を開路する。この場合、制御部７は、第１のインジェクション流路６ａの冷却用電磁弁６１ａを閉じるとともに、第２のインジェクション流路６ｂの加熱用電磁弁６１ｂを開く（Ｓ１０９）。例えば、加熱用電磁弁６１ｂが閉じている場合、制御部７はこれを開成させる。一方、加熱用電磁弁６１ｂが開いている場合、制御部７はこの状態を維持する。また、制御部７は、冷却用電磁弁６１ａが閉じている場合にはこの状態を維持し、開いている場合には閉成させる。さらに、制御部７は、膨張弁６０ｃを開く（開状態とする）（Ｓ１０９）。この場合における制御部７の制御は、運転モードが冷却モードである場合と同様である。またこの場合も、制御部７は膨張弁６０ｃの開度を適宜調整する。

　図４には、このように加熱モードにおいてインジェクション流路６が開路された状態を示す。この場合、図４に白抜き矢印で示すように、液相冷媒の一部が集合配管４２から分流して第２のインジェクション流路６ｂを通り、第３のインジェクション流路６ｃを通って圧縮機２０のシリンダ室（図示省略）に注入される。

　そして、Ｓ１０４においてインジェクション流路６が閉路されると、制御部７は、チリングユニット１の運転停止条件を判定する（Ｓ１１０）。また、Ｓ１０５もしくはＳ１０９においてインジェクション流路６が開路されると、制御部７は、チリングユニット１の運転停止条件を判定する（Ｓ１１０）。運転停止条件は、チリングユニット１を運転停止させるか否かの判定条件であり、例えば、制御部７がチリングユニット１の運転停止を示す信号を受信したか否かなどに応じて判定される。運転停止を示す信号は、例えば操作部８において運転停止が選択されることで発信される。

　運転停止条件が成立しない場合、制御部７は、チリングユニット１の運転モードが冷却モードであるか否かを判定し（Ｓ１０１）、判定結果に応じて以降の処理（Ｓ１０２～Ｓ１０９）を選択的に繰り返す。
　これに対し、運転停止条件が成立する場合、制御部７は、チリングユニット１の運転を停止する（Ｓ１１１）。

　すなわち、チリングユニット１が運転されている間、一連のインジェクション流路６の開閉制御が繰り返される。そして、チリングユニット１が運転停止されると、一連のインジェクション流路６の開閉制御も終了する。

　なお、Ｓ１０６において、運転モードが加熱モードでないと判定した場合も、制御部７は、チリングユニット１の運転を停止する。この場合、チリングユニット１が冷却モードおよび加熱モードのいずれでも運転されていない状態（例えばエラー状態）であるものとして、不測の事態に備えてチリングユニット１の運転が停止される。その際、運転停止に加えてもしくは代えて、制御部７は所定の異常処理を実行してもよい。例えば、警告灯の点灯（点滅）、警告音の鳴動、警告メッセージの表示などを行うことで、エラー状態の周知徹底を図ることが可能となる。

　このように本実施形態によれば、インジェクション流路６における液封状態を回避できる。すなわち、インジェクション流路６が閉路された状態であっても、インジェクション流路６内の液相冷媒を次のように流動させることができる。

　図５には、このようにインジェクション流路６が閉路された状態を示す。例えば、インジェクション流路６が開路された後に閉路された場合、インジェクション流路６に流入した液相冷媒は、図５に示すように、対象流路Ｘ内にとどまる。対象流路Ｘは、インジェクション流路６において、第１のインジェクション流路６ａの冷却用逆止弁６２ａ、第２のインジェクション流路６ｂの加熱用逆止弁６２ｂ、および第３のインジェクション流路６ｃの膨張弁６０ｃで規定される流路である。

　ここで、上述したように膨張弁６０ｃは、停止状態となっても停止開度だけ開いた状態となる。したがって、対象流路Ｘ内の液相冷媒は、図５に白抜き矢印で示すように、膨張弁６０ｃを通過して圧縮機２０のシリンダ室（図示省略）に向けて流動可能な状態となっている。すなわち、液相冷媒は、対象流路Ｘ内に一時的にとどまるに過ぎず、対象流路Ｘ内で閉塞されることがない。このため、インジェクション流路６が開路された後に閉路された場合、インジェクション流路６に流入した液相冷媒が液封状態となることを回避できる。

　インジェクション流路６は、チリングユニット１が冷却モードで運転されている場合に液相冷媒の一部を圧縮機２０に注入する第１のインジェクション流路６ａと、加熱モードで運転されている場合に液相冷媒の一部を圧縮機２０に注入する第２のインジェクション流路６ｂに分岐されている。したがって、チリングユニット１が冷却モードおよび加熱モードのいずれで運転されているかに関わらず、インジェクション流路６の対象流路Ｘにおける液相冷媒の液封状態を回避できる。

　また、このような液封状態の回避は、停電状態においても同様になされる。停電状態では、チリングユニット１の各要素に対する電力供給が遮断される。したがって、停電状態において、インジェクション流路６では、冷却用電磁弁６１ａおよび加熱用電磁弁６１ｂが閉成し、膨張弁６０ｃが停止状態となる。このため、停電状態においても、インジェクション流路６に流入した液相冷媒は、対象流路Ｘ内にとどまる場合がある。しかしながらこの場合であっても、膨張弁６０ｃが停止開度だけ開いた状態を維持するため、対象流路Ｘ内にとどまった液相冷媒は、図５に示すように膨張弁６０ｃを通過して圧縮機２０のシリンダ室（図示省略）に向けて流動可能な状態となっている。したがって、停電状態においても、インジェクション流路６に流入した液相冷媒が液封状態となることを回避できる。

　すなわち、本実施形態によれば、例えば液封状態を回避するためのバイパス流路などをインジェクション流路６に設けることなく、インジェクション流路６を設けるだけで対象流路Ｘにおける液相冷媒の液封を回避できる。したがって、配管を複雑化させることなく、比較的簡易な配管であっても対象流路Ｘにおける液相冷媒の液封を回避可能となる。また、比較的簡易な配管とすることで、インジェクション流路６の省スペース化を図ることが可能となる。加えて比較的簡易な配管とすることで、コスト削減、あるいは振動による冷媒漏れのリスク低減などを図ることも可能となる。

　また、第１のインジェクション流路６ａに冷却用逆止弁６２ａを設けるとともに、第２のインジェクション流路６ｂに加熱用逆止弁６２ｂを設けることで、電磁弁６１ａ，６１ｂの何れか一方を閉じ、他方を開いて液インジェクション運転を行うことができる。この場合、電磁弁６１ａ，６１ｂの不良等によるインジェクション流路６ａ，６ｂ内での液相冷媒の逆流を逆止弁６２ａ，６２ｂで防止し、安定した液インジェクション運転とすることができ、冷凍サイクル運転を安定させることができる。

　特に、二方弁として用いられる電磁弁６１ａ，６１ｂは、電磁弁の形態や品質によって既定の順流路とは逆の圧力が作用すると逆流する場合があるが、それぞれの電磁弁６１ａ，６１ｂの下流側にそれぞれ逆止弁６２ａ，６２ｂを設けることで、インジェクション流路６ａ，６ｂの一方の流路で液インジェクション運転を行いつつ、一方の流路と並列に接続された他方のインジェクション流路に発生する圧力差に起因する逆流を防止でき、安定した冷凍サイクル運転を行うことができる。

　換言すれば、順方向への圧力に対しては電磁弁６１ａ，６１ｂで流れを制御し、逆方向の圧力に対しては逆止弁６２ａ，６２ｂで流れを制御することで、液インジェクション運転および冷凍サイクル運転を安定的に行うことができる。また、液インジェクション運転を行っている際に停止・再起動を行う場合であっても、比較的安定した運転を行うことができる。

　なお、上述した実施形態では、チリングユニット１の冷凍サイクルユニット２を一系統の冷媒回路Ｒを備えた構成としているが、冷媒回路は複数系統であってもよい。
　図６には、四系統の冷媒回路ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤを備えたチリングユニット１０（冷凍サイクルユニット２）の構成例を本発明の別形態として示す。第１の冷媒回路ＲＡ、第２の冷媒回路ＲＢ、第３の冷媒回路ＲＣ、第４の冷媒回路ＲＤの各構成は、上述した冷媒回路Ｒと同等であり、冷媒回路Ｒと共通する要素をそれぞれ備えている。

　図６に示す例において、水熱交換器２５は、第１の冷媒流路２５ａ、第２の冷媒流路２５ｂ、および水流路２５ｃを備えている。水熱交換器２５の第１の冷媒流路２５ａは、レシーバ２４に対して冷却モードでは下流、加熱モードでは上流で第１の冷媒回路ＲＡの集合配管４２に接続されている。水熱交換器２５の第２の冷媒流路２５ｂは、第２の冷媒回路ＲＢの集合配管４２に接続されている。すなわち、第１の冷媒回路ＲＡおよび第２の冷媒回路ＲＢが一つの水熱交換器２５に並列に接続され、該水熱交換器２５を共有している。同様に、第３の冷媒回路ＲＣおよび第４の冷媒回路ＲＤは、一つの水熱交換器２５に並列に接続され、該水熱交換器２５を共有している。このように、チリングユニット１０の冷凍サイクルユニット２は、二台の水熱交換器２５を備えている。

　水回路ユニット５は、主たる要素として、水循環ポンプ５０、第１から第４の水配管５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを備えている。
　第１の水配管５１ａは、チリングユニット１０の利用機器側の水出口と水循環ポンプ５０の吸入口との間を接続している。
　第２の水配管５１ｂは、水循環ポンプ５０の吐出口と第１の冷媒回路ＲＡおよび第２の冷媒回路ＲＢの水熱交換器２５の水流路２５ｃとの間を接続している。第２の水配管５１ｂには、水圧を検出する第３の圧力センサＰ３および水温を検出する第４の温度センサＴ４が設けられている。

　第３の水配管５１ｃは、第１の冷媒回路ＲＡおよび第２の冷媒回路ＲＢの水熱交換器２５の水流路２５ｃと、第３の冷媒回路ＲＣおよび第４の冷媒回路ＲＤの水熱交換器２５の水流路２５ｃとの間を直列に接続している。第３の水配管５１ｃには、水温を検出する第５の温度センサＴ５が設けられている。
　第４の水配管５１ｄは、第３の冷媒回路ＲＣおよび第４の冷媒回路ＲＤの水熱交換器２５の水流路２５ｃとチリングユニット１０の利用機器側の水入口との間を接続している。第４の水配管５１ｄには、水圧を検出する第４の圧力センサＰ４および水温を検出する第６の温度センサＴ６が設けられている。

　図６に示すチリングユニット１０において、制御部７は、冷凍サイクルユニット２および水回路ユニット５の各要素の動作を制御し、チリングユニット１０の運転を制御する。操作部８は、制御部７と有線もしくは無線で接続され、例えばチリングユニット１０の運転開始、冷却運転と加熱運転のモード選択、給水温などの設定操作がなされる。

　かかるチリングユニット１０が冷却モードで運転を行う場合、四方弁２１は、図６に実線で示すように、第１から第４の冷媒回路ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤの第１ポート２１ａが第２ポート２１ｂに連通し、第３ポート２１ｃが第４ポート２１ｄと連通するように切り換わる。以降の制御は、チリングユニット１の冷却モードでの運転時と同様である。冷却モードにおいて、この場合、第１の冷媒回路ＲＡおよび第２の冷媒回路ＲＢが共有する水熱交換器２５で冷やされた水は、第３の冷媒回路ＲＣおよび第４の冷媒回路ＲＤが共有する他の水熱交換器２５の水流路２５ｃを通過する過程で、他の水熱交換器２５の第１の冷媒流路２５ａおよび第２の冷媒流路２５ｂを流れる気液二相冷媒との熱交換により再度冷やされる。二段階に亘って冷やされた冷水は、第４の水配管５１ｄから利用機器側に供給される。

　一方、チリングユニット１０が加熱モードで運転を行う場合、四方弁２１は、図６に破線で示すように、第１から第４の冷媒回路ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤの第１ポート２１ａが第３ポート２１ｃに連通し、第２ポート２１ｂが第４ポート２１ｄと連通するように切り換わる。以降の制御は、チリングユニット１の加熱モードでの運転時と同様である。加熱モードにおいて、第１の冷媒回路ＲＡおよび第２の冷媒回路ＲＢが共有する水熱交換器２５で温められた水は、第３の冷媒回路ＲＣおよび第４の冷媒回路ＲＤが共有する他の水熱交換器２５の水流路２５ｃを通過する過程で、他の水熱交換器２５の第１の冷媒流路２５ａおよび第２の冷媒流路２５ｂを流れる気液二相冷媒との熱交換により再度温められる。二段階に亘って温められた温水は、第４の水配管５１ｄから利用機器側に供給される。

　また、第１から第４の冷媒回路ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤは、チリングユニット１と同等のインジェクション流路６（第１のインジェクション流路６ａ、第２のインジェクション流路６ｂ、第３のインジェクション流路６ｃ）をそれぞれ備えている。各インジェクション流路６には、チリングユニット１と同様に、冷却用電磁弁６１ａ、冷却用逆止弁６２ａ、加熱用電磁弁６１ｂ、加熱用逆止弁６２ｂ、膨張弁６０ｃがそれぞれ配置されている。

　したがって、チリングユニット１０においても、例えば液封状態を回避するためのバイパス流路などをインジェクション流路６に設けることなく、インジェクション流路６を設けるだけで対象流路ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ，ＸＤにおける液相冷媒の液封を回避できる。

　以上、本発明の実施形態を説明したが、かかる実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１，１０…冷凍サイクル装置（空冷式ヒートポンプチリングユニット）、２…冷凍サイクルユニット、５…水回路ユニット、６…バイパス流路（インジェクション流路）、６ａ…第１のインジェクション流路、６ｂ…第２のインジェクション流路、６ｃ…第３のインジェクション流路、７… 制御部、８…操作部、２０…圧縮機、２１…四方弁、２２…空気熱交換器部、２３ａ，２３ｂ…膨張弁（第１の膨張弁）、２４…レシーバ、２５…水熱交換器、２５ａ，２５ｂ…冷媒流路、２５ｃ…水流路、２６…気液分離器、２７…主配管、２８…吐出配管、２９ａ，２９ｂ…空気熱交換器、３０…ファン、４１ａ，４１ｂ…配管、４２…集合配管、４３，４４，４６…配管、４７…電磁弁、６０ｃ…膨張弁（第２の膨張弁）、６１ａ…電磁弁（冷却用電磁弁）、６１ｂ…電磁弁（加熱用電磁弁）、６２ａ…逆止弁（冷却用逆止弁）、６２ｂ…逆止弁（加熱用逆止弁）、Ｒ，ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤ…冷媒回路、Ｔ１…第１の温度センサ、Ｘ，ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ，ＸＤ…対象流路。

Claims

　気相冷媒を吐出する圧縮機と、熱源側熱交換器と、第１の膨張弁と、利用側熱交換器と、液相冷媒の一部を分流させて前記圧縮機に注入するインジェクション流路とを含んで構成され、冷媒が循環する冷媒回路を備え、
　前記インジェクション流路には、該インジェクション流路における前記液相冷媒の流れ方向の上流側から順に電磁弁、逆止弁、第２の膨張弁が配置され、
　前記第２の膨張弁は、全閉とはならず、全閉よりも大きな開度で停止状態となることを特徴とする
　冷凍サイクル装置。
　前記インジェクション流路は、前記冷媒回路をそれぞれ分岐する第１のインジェクション流路および第２のインジェクション流路と、前記第１のインジェクション流路および前記第２のインジェクション流路が合流する第３のインジェクション流路と、を含んで構成され、
　前記第１のインジェクション流路は、前記熱源側熱交換器と前記第１の膨張弁との間で前記冷媒回路から分岐し、前記熱源側熱交換器が凝縮器として機能するとともに前記利用側熱交換器が蒸発器として機能する冷却運転時に、前記熱源側熱交換器を通過した前記液相冷媒の一部を分流させ、
　前記第２のインジェクション流路は、前記利用側熱交換器と前記第１の膨張弁との間で前記冷媒回路から分岐し、前記熱源側熱交換器が蒸発器として機能するとともに前記利用側熱交換器が凝縮器として機能する加熱運転時に、前記利用側熱交換器を通過した前記液相冷媒の一部を分流させる
　請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記第１のインジェクション流路には、該第１のインジェクション流路における前記液相冷媒の流れ方向の上流側から順に冷却用電磁弁、冷却用逆止弁が配置され、
　前記第２のインジェクション流路には、該第２のインジェクション流路における前記液相冷媒の流れ方向の上流側から順に加熱用電磁弁、加熱用逆止弁が配置され、
　前記第３のインジェクション流路には、前記第２の膨張弁が配置されている
　請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記圧縮機から吐出される前記気相冷媒の温度を検出する検出部と、
　前記圧縮機、前記第１の膨張弁、前記電磁弁、および前記第２の膨張弁の動作を制御する制御部と、をさらに備え、
　前記制御部は、
　前記冷却運転時において、前記検出部が検出した前記気相冷媒の温度が所定温度を超えている場合、前記冷却用電磁弁を開くとともに前記加熱用電磁弁を閉じ、前記第２の膨張弁を開き、
　前記加熱運転時において、前記検出部が検出した前記気相冷媒の温度が所定温度を超えている場合、前記冷却用電磁弁を閉じるとともに前記加熱用電磁弁を開き、前記第２の膨張弁を開き、
　前記冷却運転時および前記加熱運転時において、前記検出部が検出した前記気相冷媒の温度が所定温度を以下である場合、前記冷却用電磁弁を閉じるとともに前記加熱用電磁弁を閉じ、前記第２の膨張弁を前記停止状態とする
　請求項３に記載の冷凍サイクル装置。