CN101473173B - 冷冻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷冻装置。在热源侧回路(14)中，设置有将从膨胀机(31)流入的制冷剂分离成液态制冷剂和气态制冷剂的气液分离器(35)、和在冷却运转中对从气液分离器(35)流向利用侧回路(11)的液态制冷剂进行冷却的冷却部(36、45、53、55)。由于从气液分离器(35)流出的制冷剂为饱和液体状态，所以一旦被冷却部(36、45、53、55)冷却则必成为过冷却状态。

Description

冷冻装置
技术领域
本发明涉及一种冷冻装置，该冷冻装置能够进行在热源侧热交换器成为冷凝器而利用侧热交换器成为蒸发器的状态下使制冷剂在制冷剂回路中循环的冷却运转。
背景技术
迄今为止，在热源侧热交换器和利用侧热交换器连接而成的制冷剂回路中，能够进行在热源侧热交换器成为冷凝器而利用侧热交换器成为蒸发器的状态下使制冷剂循环的冷却运转的冷冻装置已为人所知。此种冷冻装置作为例如用设置有利用侧热交换器的室内机组进行室内温度调节的空调机而得到应用。
在专利文献1中，作为此种冷冻装置的一个示例，公开了一种用一根驱动轴将压缩机、膨胀机和马达连结起来的空调机。该空调机被构成为回收在膨胀机中由于制冷剂膨胀而获得的动力，将所回收的动力用作驱动压缩机。在该空调机的制冷剂回路中的膨胀机下游，设置有制冷剂调整器(tank)。在室内热交换器成为蒸发器而进行制冷循环的制冷运转中，从膨胀机流出的气液两相状态的制冷剂流入制冷剂调整器后分离为液态制冷剂和气态制冷剂。并且，制冷剂调整器内的液态制冷剂被送往室内热交换器。专利文献1：日本专利公开2006-71137号公报(发明所要解决的课题)
此外，在以往的冷冻装置中，由于冷却运转时供向利用侧回路的液态制冷剂是用制冷剂调整器气液分离出来的，所以成为饱和液体状态。因而，从制冷剂调整器流出来的制冷剂由于管道造成的压力损失而立即变成气液两相状态。也就是，无法将制冷剂以液体单相状态送往利用侧回路。
并且，在流向利用侧回路的过程中若制冷剂变成气液两相状态，则湿度将逐渐降低，制冷剂所蒙受的压力损失渐渐增大。还有，因为流入利用侧热交换器的制冷剂的湿度降低，所以利用侧热交换器的冷却能力下降。
发明内容
本发明是鉴于所述问题点的发明，其目的在于：在能够进行热源侧热交换器成为冷凝器而利用侧热交换器成为蒸发器的冷却运转的冷冻装置中，构成为在冷却运转时能够向利用侧回路供给液体单相制冷剂。(解决课题的方法)
第一方面的发明以下记所述的冷冻装置20为对象，该冷冻装置20为：包括设置有压缩机30、膨胀机31及热源侧热交换器44的热源侧回路14、和设置有利用侧热交换器41的利用侧回路11连接而成的制冷剂回路10，在该制冷剂回路10中使制冷剂循环而进行制冷循环；该冷冻装置20能够进行所述热源侧热交换器44成为冷凝器而所述利用侧热交换器41成为蒸发器的冷却运转。并且，该冷冻装置20为：在所述热源侧回路14中，设置有将从所述膨胀机31流入的制冷剂分离成液态制冷剂和气态制冷剂的气液分离器35、和在所述冷却运转中对从所述气液分离器35流向所述利用侧回路11的液态制冷剂进行冷却的冷却部36、45、53、55。
第二方面的发明是在第一方面发明的基础上的发明，在所述利用侧回路11中，所述冷却运转过程中的所述利用侧热交换器41的上游侧设置有开度可变的利用侧膨胀阀51；所述冷却部36、45包括：设置在用来将所述气液分离器35内的气态制冷剂送往所述压缩机30的气体供给管37上使该气体供给管37中的制冷剂减压的气态制冷剂用减压机构36、和在所述冷却运转中使从所述气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂与已由所述气态制冷剂用减压机构36减压的制冷剂进行热交换而冷却的冷却用热交换器45。
第三方面的发明是在第二方面发明的基础上的发明，所述冷却部36、45、53包括：设置在用来将从所述气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂的一部分送往所述冷却用热交换器45的液体供给管52上使该液体供给管52中的制冷剂减压的液态制冷剂用减压机构53；在所述冷却用热交换器45中，当处于所述冷却运转时从所述气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂也能与已由所述液态制冷剂用减压机构53减压的制冷剂进行热交换。
第四方面的发明是在第二或第三方面发明的基础上的发明，所述冷却部36、45、55包括：设置在用来将已在所述热源侧热交换器44中冷凝的制冷剂的一部分送往所述压缩机30的注入管42上使该注入管42中的制冷剂减压的回流制冷剂用减压机构55；在所述冷却用热交换器45中，当处于所述冷却运转时从所述气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂也能与已由所述回流制冷剂用减压机构55减压的制冷剂进行热交换。
第五方面的发明是在所述第一方面发明的基础上的发明，所述冷却部36、45包括：设置在用来将已在所述热源侧热交换器44中冷凝的制冷剂的一部分送往所述压缩机30的注入管42上使该注入管42中的制冷剂减压的回流制冷剂用减压机构55、和在所述冷却运转中使从所述气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂与已由所述回流制冷剂用减压机构55减压的制冷剂进行热交换而冷却的冷却用热交换器45。
第六方面的发明以下记所述的冷冻装置20为对象，该冷冻装置20为：包括设置有压缩机30、膨胀机31及热源侧热交换器44的热源侧回路14、和设置有利用侧热交换器41的利用侧回路11连接而成的制冷剂回路10，在该制冷剂回路10中使制冷剂循环而进行制冷循环；该冷冻装置20能够进行所述热源侧热交换器44成为冷凝器而所述利用侧热交换器41成为蒸发器的冷却运转。并且，在该冷冻装置20中，所述热源侧回路14中设有：设置在用来将所述冷却运转中所述热源侧热交换器44下游的制冷剂的一部分送往所述压缩机30的注入管42上使该注入管42中的制冷剂减压的回流制冷剂用减压机构55、和在所述冷却运转中使从所述膨胀机31流向利用侧回路11的制冷剂与已由所述回流制冷剂用减压机构55减压的制冷剂进行热交换而冷却成为过冷却状态的过冷却用热交换器28。
第七方面的发明是在第一至第六方面发明的任一发明的基础上的发明，所述压缩机30和所述膨胀机31由一根驱动轴相互连结。
第八方面的发明是在第一至第七方面发明的任一发明的基础上的发明，多个所述利用侧回路11设置在所述制冷剂回路10中，并且相对于所述热源侧回路14来说彼此并联连接。
第九方面的发明是在第一至第八方面发明的任一发明的基础上的发明，在所述制冷剂回路10中，在设定成为制冷循环的高压变得高于制冷剂临界压力的状态下使制冷剂循环。
第十方面的发明是在第九方面发明的基础上的发明，在所述制冷剂回路10中，填充二氧化碳作制冷剂。
-作用-在第一方面的发明中，在冷却运转时从膨胀机31流出来的制冷剂流入气液分离器35后分离成液态制冷剂和气态制冷剂。并且，从气液分离器35流出来的液态制冷剂在流向利用侧回路11的过程中被冷却部36、45、53、55冷却。从气液分离器35流出来的饱和状态的液态制冷剂由于被冷却部36、45、53、55冷却而成为过冷却状态。
在第二方面的发明中，在冷却运转时，气液分离器35内的气态制冷剂流入气体供给管37后被气态制冷剂用减压机构36减压，其温度降低。并且，在冷却用热交换器45中，经气态制冷剂用减压机构36减压而温度降低了的制冷剂、与从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂进行热交换。其结果是从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂被冷却成过冷却状态。在该第二方面的发明中，为了冷却从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂，而使用了气液分离器35内的气态制冷剂。
在第三方面的发明中，在冷却运转时，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂的一部分流入液体供给管52后被液态制冷剂用减压机构53减压，其温度降低。在冷却用热交换器45中，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂不仅能够与在气态制冷剂用减压机构36中温度降低了的制冷剂进行热交换，而且还能够与在液态制冷剂用减压机构53中温度降低了的液态制冷剂进行热交换。
在第四方面的发明中，在冷却运转时，已在热源侧热交换器44中冷凝了的制冷剂的一部分流入注入管42后被回流制冷剂用减压机构55减压，其温度降低。在冷却用热交换器45中，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂不仅能够与在气态制冷剂用减压机构36中温度降低了的制冷剂进行热交换，而且还能够与在回流制冷剂用减压机构55中温度降低了的制冷剂进行热交换。
在第五方面的发明中，在冷却运转过程中，已在热源侧热交换器44中冷凝了的制冷剂的一部分流入注入管42后被回流制冷剂用减压机构55减压，其温度降低。并且，在冷却用热交换器45中，已在回流制冷剂用减压机构55中温度降低了的制冷剂、与从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂进行热交换。其结果是从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂被冷却成过冷却状态。
在第六方面的发明中，在冷却运转时，热源侧热交换器44下游的制冷剂的一部分流入注入管42后被回流制冷剂用减压机构55减压，其温度降低。在过冷却用热交换器28中，从膨胀机31流出来的制冷剂由于与在回流制冷剂用减压机构55中温度降低了的制冷剂进行热交换而被冷却成过冷却状态。
在第七方面的发明中，用一根驱动轴将压缩机30和膨胀机31相互连结起来。因此，在膨胀机31中伴随制冷剂膨胀而回收的动力经由驱动轴传递给压缩机30。
在第八方面的发明中，多个利用侧回路11彼此并联连接在热源侧回路14上。在冷却运转时，由热源侧回路14的冷却部36、45、53、55冷却成过冷却状态的制冷剂被送往各个利用侧回路11。
在第九方面的发明中，在制冷剂回路10中所进行的制冷循环的高压被设定成比该制冷剂的临界压力高的值。也就是，从压缩机30喷出的制冷剂成为超临界状态。
在第十方面的发明中，作为填充在制冷剂回路10中的制冷剂而使用了二氧化碳。在制冷剂回路10中所进行的制冷循环的高压被设定成比二氧化碳的临界压力高的值。(发明的效果)
在本发明中，当在冷却运转时使从热源侧回路14流向利用侧回路11的液态制冷剂成为过冷却状态。过冷却状态的制冷剂即使产生压力损失也不会立即成为气液两相状态而将保持液体状态。因此，能够将制冷剂以液体单相状态供向利用侧回路11。由此，与到达利用侧回路11之前制冷剂就变化为气液两相状态的情况相比，制冷剂所受到的压力损失减少。还有，利用侧热交换器41的入口和出口处的制冷剂的焓差增加，同时流入利用侧热交换器41的液态制冷剂的比例提高，所以该利用侧热交换器41的每单位制冷剂流量的冷却能力升高。由此，能够使冷冻装置20的运转效率提高。
还有，在所述第二方面的发明中，为了对从气液分离器35送往利用侧回路11的液态制冷剂进行冷却，而使用了气液分离器35内的气态制冷剂。在气液分离器35内没有形成气态制冷剂不断积存下来的状态。因此，从膨胀机31流入的制冷剂在气液分离器35中变得容易分离成液态制冷剂和气态制冷剂。
还有，在所述第三方面的发明中，在冷却运转时，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂不仅能够与在气态制冷剂用减压机构36中温度降低了的制冷剂进行热交换，而且还能够与在液态制冷剂用减压机构53中温度降低了的液态制冷剂进行热交换。因此，在冷却用热交换器45中，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂能够与更多的制冷剂进行热交换，所以能够提高从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂的过冷度。由此，即使在到达利用侧回路11为止的压力损失比较大时，也能确实将液态制冷剂供向利用侧回路11。
还有，在所述第四方面的发明中，在冷却运转时，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂不仅能够与在气态制冷剂用减压机构36中温度降低了的制冷剂进行热交换，而且还能够与在回流制冷剂用减压机构55中温度降低了的制冷剂进行热交换。因此，在冷却用热交换器45中，从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂能够与更多的制冷剂进行热交换，所以能够提高从气液分离器35流向利用侧回路11的液态制冷剂的过冷度。由此，即使在到达利用侧回路11为止的压力损失比较大时，也能确实将液态制冷剂供向利用侧回路11。
还有，在所述第七方面的发明中，因为用一根驱动轴将压缩机30和膨胀机31相互连结起来，所以在膨胀机31中伴随制冷剂的膨胀而回收的动力被传递给压缩机30。由此，因为能够削减用来驱动压缩机30的动力，所以能够提高冷冻装置20的运转效率。
还有，在所述第八方面的发明中，在冷却运转时，由热源侧回路14的冷却部36、45、53、55冷却成过冷却状态的制冷剂被送往各个利用侧回路11。如上所述，过冷却状态的制冷剂即使产生压力损失也不会立即成为气液两相状态而将保持液体状态。因此，能够将制冷剂以液体单相状态供向各个利用侧回路11。
在此，因为以往从热源侧回路14送往各个利用侧回路11的制冷剂是气液分离后呈饱和状态的液态制冷剂，所以由于管道造成的压力损失而立即变为气液两相状态。气液两相状态的制冷剂以液态制冷剂和气态制冷剂的状态进行移动时所受到的重力和压力损失不同。由此，出现了流入各个利用侧回路11的制冷剂的状态(液态制冷剂和气态制冷剂的比例)产生偏差的情况。特别是当将多个利用侧回路11设置在彼此不同的高度时，液态制冷剂容易流入位于下侧的利用侧回路11，而由于液态制冷剂很难流入位于上侧的利用侧回路11，所以有时将无法使充足的冷却能力发挥出来。在该第八方面的发明中，因为能够将制冷剂以液体单相状态供向各个利用侧回路11，所以在各个利用侧回路11中不存在制冷剂状态产生偏差的情况。因此，不论利用侧回路11如何布置，都能够防止冷却运转时在任意利用侧回路11中出现制冷剂量不足的问题。
附图说明
图1是实施方式一所涉及的空调机的构成略图。图2是表示实施方式一所涉及的空调机的制冷运转过程中的制冷循环的莫里尔图(Mollier chart)。图3是实施方式一的变形例一所涉及的空调机的构成略图。图4是实施方式一的变形例二所涉及的空调机的构成略图。图5是实施方式一的变形例三所涉及的空调机的构成略图。图6是实施方式二所涉及的空调机的构成略图。图7是实施方式二的变形例所涉及的空调机的构成略图。图8是其它实施方式的第一变形例涉及的空调机的构成略图。图9是其它实施方式的第二变形例涉及的空调机的构成略图。图10是其它实施方式的第三变形例涉及的空调机的构成略图。图11是其它实施方式的第四变形例涉及的空调机的构成略图。图12是其它实施方式的第五变形例涉及的空调机的构成略图。图13是其它实施方式的第六变形例涉及的空调机的构成略图。(符号说明)
10制冷剂回路11室内回路(利用侧回路)14室外回路(热源侧回路)20空调机(冷冻装置)28内部热交换器(过冷却用热交换器)30压缩机30a低级侧压缩机构30b高级侧压缩机构31膨胀机35气液分离器36气态制冷剂用膨胀阀(冷却部、气态制冷剂用减压机构)37气体供给管41室内热交换器(利用侧热交换器)42注入管44室外热交换器(热源侧热交换器)45内部热交换器(冷却部、冷却用热交换器)51室内膨胀阀(利用侧膨胀阀)52液体供给管53液态制冷剂用膨胀阀(冷却部、液态制冷剂用减压机构)55回流制冷剂用膨胀阀(冷却部、回流制冷剂用减压机构)
具体实施方式
下面，根据附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
《发明的实施方式一》关于本发明的实施方式一进行说明。本实施方式一的空调机20由本发明所涉及的冷冻装置20构成。如图1所示，空调机20包括一台室外机组64和三台室内机组61a、61b、61c。此外，室内机组61a、61b、61c的台数仅为一个示例。
三台室内机组61a、61b、61c由第一室内机组61a、第二室内机组61b和第三室内机组61c构成。这些室内机组61a、61b、61c被设置在大楼内不同的层中，并且按照第一室内机组61a、第二室内机组61b、第三室内机组61c的顺序从上层一侧向下设置。室外机组64设置在大楼的最下层。
本实施方式一的空调机20包括填充了二氧化碳(CO2)作制冷剂的制冷剂回路10。在该制冷剂回路10中，使制冷剂(CO2)循环而进行蒸气压缩制冷循环。在该制冷循环中，制冷循环的高压被设定成比二氧化碳的临界压力高的值。
制冷剂回路10包括利用侧回路即三个室内回路11a、11b、11c、和热源侧回路即一个室外回路14。这些室内回路11a、11b、11c通过第一连接管15及第二连接管16并联连接在室外回路14上。具体来说，第一连接管15的一端连接在室外回路14的第一截止阀(stopvalve)17上，另一端分为三支而连接在各个室内回路11a、11b、11c的液体侧一端。第二连接管16的一端连接在室外回路14的第二截止阀18上，另一端分为三支而连接在各个室内回路11a、11b、11c的气体侧一端。
室外回路14收纳在室外机组64中。在室外回路14中，设置有压缩·膨胀机组26、室外热交换器44、气液分离器35、气态制冷剂用膨胀阀36、内部热交换器45、四通换向阀25以及桥接(bridge)回路24。冷却用热交换器即内部热交换器45、和气态制冷剂用减压机构即气态制冷剂用膨胀阀36构成本发明所涉及的冷却部36、45。在室外机组64中设置有用来将室外空气送到室外热交换器44的室外风扇(图示省略)。
压缩·膨胀机组26具有壳体21，该壳体21是纵长圆筒形的密封容器。在壳体21内收纳有压缩机30、膨胀机31以及电动机32。在壳体21内，由下向上依次配置了压缩机30、电动机32和膨胀机31，并且用一根驱动轴将它们相互连结起来。
压缩机30及膨胀机31都由容积型的流体机械(摇动活塞型旋转流体机械、滚动(rolling)活塞型旋转流体机械、涡旋流体机械等)构成。压缩机30将所吸入的制冷剂(CO2)压缩到其临界压力以上。膨胀机31使已流入的制冷剂(CO2)膨胀后回收动力(膨胀动力)。压缩机30被两个动力驱动旋转，这两个动力是在膨胀机31回收的动力、和向电动机32通电而获得的动力。无图示的变频器(inverter)将规定频率的交流电供向电动机32。压缩机30构成为通过改变供向电动机32的供电频率可使其容量产生变化。压缩机30和膨胀机31总以相同的旋转速度进行旋转。
热源侧热交换器即室外热交换器44由横向肋片型的肋片管热交换器构成。室外空气由室外风扇供向室外热交换器44。在室外热交换器44中，室外空气和制冷剂之间进行热交换。室外热交换器44的一端连接四通换向阀25的第三通口，另一端连接桥接回路24。
气液分离器35是纵长圆筒状的密封容器。气液分离器35是对在制冷剂回路10中循环的制冷剂的量进行调节的装置，并且通过制冷剂管道与膨胀机31的流出侧连接。该制冷剂管道在气液分离器35内靠上的位置开口，使得开口朝向气液分离器35内的气体空间。与桥接回路24连接的液体管道38连接在气液分离器35的底部。与压缩机30的吸入侧连接的气体供给管37连接在气液分离器35的顶部。此外，气态制冷剂用膨胀阀36设置在该气体供给管37上。气态制冷剂用膨胀阀36由开度可变的电子膨胀阀构成。
内部热交换器45被设置成为横跨气体供给管37和液体管道38。内部热交换器45具有设置在液体管道38中途的第一流路46、和设置在气体供给管37中途的第二流路47。在内部热交换器45中，第一流路46和第二流路47以彼此邻接的状态配置，并且构成为在第一流路46中的制冷剂和第二流路47中的制冷剂之间进行热交换。当在冷却运转即制冷运转时，在内部热交换器45中，从气液分离器35的底部流出后流经第一流路46的液态制冷剂、和从气液分离器35的顶部流出后经气态制冷剂用膨胀阀36减压而成为低温的流经第二流路47的制冷剂进行热交换。
桥接回路24是将四个止回阀CV-1～CV-4进行桥状连接而成的回路。液体管道38与该桥接回路24中的第一止回阀CV-1及第四止回阀CV-4的流入侧连接。第二止回阀CV-2及第三止回阀CV-3的流出侧与膨胀机31的流入侧连接。第一止回阀CV-1的流出侧及第二止回阀CV-2的流入侧与第一截止阀17连接。第三止回阀CV-3的流入侧及第四止回阀CV-4的流出侧与室外热交换器44连接。
四通换向阀25的第一通口与压缩机30的吸入侧连接。第二通口与第二截止阀18连接。第三通口与室外热交换器44连接。第四通口与压缩机30的喷出侧连接。四通换向阀25构成为自如地在第一通口与第二通口连通且第三通口与第四通口连通的状态(图1中实线所示的第一状态)、和第一通口与第三通口连通且第二通口与第四通口连通的状态(图1中虚线所示的第二状态)之间切换。
在各个室内机组61a、61b、61c中各收纳有一个室内回路11a、11b、11c。在各个室内回路11a、11b、11c中，按照从其气体侧一端向液体侧一端的顺序，设置有利用侧热交换器即室内热交换器41a、41b、41c、和利用侧膨胀阀即室内膨胀阀51a、51b、51c。在各个室内机组61a、61b、61c中设置有用来将室内空气送到各个室内热交换器41a、41b、41c的室内风扇(图示省略)。
室内热交换器41a、41b、41c由横向肋片型的肋片管热交换器构成。室内空气由室内风扇供向室内热交换器41a、41b、41c。在室内热交换器41a、41b、41c中，室内空气和制冷剂之间进行热交换。还有，室内膨胀阀51a、51b、51c由开度可变的电子膨胀阀构成。
-运转动作-关于所述空调机20的运转动作进行说明。该空调机20能够进行制冷运转(冷却运转)和供暖运转，并能够用四通换向阀33进行运转的切换。
《供暖运转》在供暖运转时，四通换向阀25被设定成图1中虚线所示的第二状态。个别调节各个室内膨胀阀51a、51b、51c的开度。气态制冷剂用膨胀阀36保持完全打开状态。在该状态下若驱动压缩机30，则在制冷剂回路10中制冷剂循环而进行制冷循环。此时，室内热交换器41a、41b、41c作为冷凝器发挥作用，室外热交换器44作为蒸发器发挥作用。
具体来说，从压缩机30喷出比临界压力高的高压制冷剂。该高压制冷剂经由第二连接管16分配给各个室内回路11a、11b、11c。已分配给室内回路11a、11b、11c的制冷剂在室内热交换器41a、41b、41c中与室内空气进行热交换。通过该热交换，制冷剂向室内空气放热而凝结，另一方面室内空气在加热后被供向室内。在室内热交换器41a、41b、41c中冷凝了的制冷剂在第一连接管15中合流后流入室外回路14。
已流入室外回路14的制冷剂在流入膨胀机31后被减压。在膨胀机31减压了的制冷剂流入气液分离器35后分离为液态制冷剂和气态制冷剂。气液分离器35内的液态制冷剂从液体管道38流出后流入室外热交换器44。在室外热交换器44中，已流入的制冷剂与室外空气进行热交换。通过该热交换，制冷剂从室外空气吸热而蒸发。在室外热交换器44中蒸发了的制冷剂被压缩机30吸入而再次压缩后喷出。
《制冷运转》在制冷运转时，四通换向阀25被设定成图1中实线所示的第一状态。个别调节各个室内膨胀阀51a、51b、51c的开度。还有，气态制冷剂用膨胀阀36的开度被适当调节。在该状态下若驱动压缩机30，则在制冷剂回路10中制冷剂循环而进行制冷循环。此时，室外热交换器44作为冷凝器发挥作用，室内热交换器41a、41b、41c作为蒸发器发挥作用。
具体来说，从压缩机30喷出比临界压力高的高压制冷剂。该高压制冷剂流入室外热交换器44后，向室外空气放热而凝结。在室外热交换器44中冷凝了的制冷剂在流入膨胀机31后被减压。在膨胀机31中减压了的制冷剂流入气液分离器35后分离为液态制冷剂和气态制冷剂。气液分离器35内的饱和状态的液态制冷剂从液体管道38流出后流入内部热交换器45的第一流路46。另一方面，气液分离器35内的饱和状态的气态制冷剂从气体供给管37流出，在经气态制冷剂用膨胀阀36减压后流入内部热交换器45的第二流路47。在内部热交换器45中，在第一流路46中的制冷剂和第二流路47中的制冷剂之间进行热交换。
在此，用图2对气液分离器35中的液态制冷剂和气态制冷剂在内部热交换器45中进行热交换为止的制冷剂状态的变化加以说明。点A状态的制冷剂流入气液分离器35。在气液分离器35中，已流入的制冷剂分离成为点B的饱和液体和点C的饱和气体。点B的制冷剂流入内部热交换器45的第一流路46。点C的制冷剂经气态制冷剂用膨胀阀36减压成为点D状态(气液两相状态)后流入内部热交换器45的第二流路47。在内部热交换器45中，点B状态的制冷剂、与点D状态的制冷剂之间进行热交换。流入第一流路46的制冷剂的温度比流入第二流路47的制冷剂的温度高。所以，第一流路46中的制冷剂被第二流路47中的制冷剂冷却，因而成为点E所示的过冷却状态。另一方面，第二流路47中的制冷剂被第一流路46中的制冷剂加热，因而成为点F所示的过热状态。
已通过第一流路46的液态制冷剂经由第一连接管15分配给各个室内回路11a、11b、11c。因为已通过第一流路46的液态制冷剂成为过冷却状态，所以虽然在被分配给各个室内回路11a、11b、11c之前由于制冷剂管道造成的压力损失而导致其压力下降，不过并没有成为气液两相状态。由此，并不是在越靠下层的室内回路11a、11b、11c中液态制冷剂的比例变得越高且在越靠上层的室内回路11a、11b、11c中气态制冷剂的比例变得越高，而是向所有的室内回路11a、11b、11c供给与室内膨胀阀51a、51b、51c的开度相对应的量的液体单相状态制冷剂。已分配给室内回路11a、11b、11c的液态制冷剂经室内膨胀阀51a、51b、51c减压后流入室内热交换器41a、41b、41c。
已流入室内热交换器41a、41b、41c的低压制冷剂与室内空气进行热交换。通过该热交换，制冷剂从室内空气吸热而蒸发，另一方面室内空气在冷却后被供向室内。在室内热交换器41a、41b、41c中蒸发了的制冷剂在第二连接管16中合流后流入室外回路14。
已流入室外回路14的制冷剂与从第二流路47流向压缩机30的制冷剂合流后，被吸入压缩机30。已吸入压缩机30的制冷剂被再次压缩后喷出。
此外，在本实施方式一的空调机20中，为了防止压缩机30中的液压缩(liquid compression)，而将压缩机30吸入的制冷剂调节成过热状态。当从气体供给管37没有过热状态的制冷剂流入时，则调节室内膨胀阀51a、51b、51c的开度，使得各个室内机组61a、61b、61c中室内热交换器41a、41b、41c出口处的制冷剂的过热度成为规定值(例如5度)。
另一方面，当过热状态的制冷剂(图2中点F状态的制冷剂)从气体供给管37流入时，即使减小从各个室内机组61a、61b、61c返回压缩机30的制冷剂的过热度，也在当来自气体供给管37的制冷剂合流时使压缩机30所吸入的制冷剂的过热度增大。因而，能够使各个室内热交换器41a、41b、41c出口处的制冷剂的过热度成为比所述规定值(例如5度)小的值。由此，因为在各个室内热交换器41a、41b、41c中气液两相状态的制冷剂所流经的流路变长，所以能够增加各个室内热交换器41a、41b、41c中的热交换量。
-实施方式一的效果-在该实施方式一中，当处于冷却运转时使从室外回路14流向室内回路11的液态制冷剂成为过冷却状态。过冷却状态的制冷剂即使产生压力损失也不会立即成为气液两相状态而将保持液体状态。因此，能够将制冷剂以液体单相状态供向室内回路11。由此，与到达室内回路11之前制冷剂就变化为气液两相状态的情况相比，制冷剂所受到的压力损失减少。还有，室内热交换器41的入口和出口处的制冷剂的焓差增加，同时流入室内热交换器41的液态制冷剂的比例提高，所以该室内热交换器41的每单位制冷剂流量的冷却能力升高。由此，能够使冷冻装置20的运转效率提高。
还有，在该实施方式一中，当处于冷却运转时，由于将过热状态的制冷剂从气体供给管37供向压缩机30的吸入侧，所以能够将各个室内热交换器41出口处的制冷剂的过热度设定为小的值。因此，由于能够使各个室内热交换器41中的热交换量增加，所以能够提高空调机20的运转效率。
还有，在该实施方式一中，为了对从气液分离器35送往室内回路11的液态制冷剂进行冷却，而使用了气液分离器35内的气态制冷剂。气液分离器35内没有成为气态制冷剂不断积存下来的状态。因此，从膨胀机31流入的制冷剂在气液分离器35中变得容易分离成液态制冷剂和气态制冷剂。
还有，在该实施方式一中，因为用一根驱动轴将压缩机30和膨胀机31相互连结起来，所以在膨胀机31中伴随制冷剂膨胀而回收的动力被传递给压缩机30。因此，由于能够削减用来驱动压缩机30的动力，所以能够提高空调机20的运转效率。
还有，在该实施方式一中，在冷却运转时，由室外回路14的冷却部36、45、53、55冷却成过冷却状态的制冷剂被送往各个室内回路11。如上所述，过冷却状态的制冷剂即使产生压力损失也不会立即成为气液两相状态而将保持液体状态。因此，能够将制冷剂以液体单相状态供向各个室内回路11，所以在各个室内回路11中不存在制冷剂状态产生偏差的情况。因此，不论室内回路11如何布置，都能够防止冷却运转时在任意室内回路11中出现制冷剂量不足的问题。
还有，在该实施方式一中，由于也可以将二氧化碳用作制冷剂，所以与其它制冷剂相比能够加大制冷循环的高低压差。因此，能够使膨胀机的回收动力增加，从而能够提高冷冻装置的效率。
-实施方式一的变形例一-关于实施方式一的变形例一进行说明。在该变形例一中，如图3所示，在热源侧回路14设置有注入管42。注入管42的一端连接在桥接回路24和膨胀机31的流入侧之间，另一端连接在压缩机30的吸入侧。在注入管42上设置有回流制冷剂用减压机构即回流制冷剂用膨胀阀55。回流制冷剂用膨胀阀55由开度可变的电子膨胀阀构成。内部热交换器45被设置成横跨液体管道38和注入管42。第二流路47成为注入管42的一部分。在该变形例一中，内部热交换器45和回流制冷剂用膨胀阀55构成本发明所涉及的冷却部45、55。
在制冷运转中，将回流制冷剂用膨胀阀55设定为开启状态。若将回流制冷剂用膨胀阀55设定为开启状态，则在室外热交换器44中冷凝了的制冷剂的一部分流入注入管42，在经回流制冷剂用膨胀阀55减压后流入内部热交换器45的第二流路47。在内部热交换器45中，已从气液分离器35的底部流入第一流路46的液态制冷剂、与已流入第二流路47的制冷剂进行热交换。由此，与所述实施方式一相同，第一流路46中的制冷剂被第二流路47中的制冷剂冷却成过冷却状态。
-实施方式一的变形例二-关于实施方式一的变形例二进行说明。如图4所示，在该变形例二中，与所述变形例一相同在热源侧回路14设置有注入管42。注入管42的一端连接在桥接回路24和膨胀机31的流入侧之间，另一端连接在气体供给管37的位于内部热交换器45的下游侧。在注入管42上设置有回流制冷剂用减压机构即回流制冷剂用膨胀阀55。回流制冷剂用膨胀阀55由开度可变的电子膨胀阀构成。
内部热交换器45设置为横跨气体供给管37、液体管道38和注入管42。内部热交换器45包括第一流路46、第二流路47和第三流路48，并且构成为第一流路46中的制冷剂与第二流路47中的制冷剂及第三流路48中的制冷剂都进行热交换。第三流路48成为注入管42的一部分。在该变形例二中，内部热交换器45、气态制冷剂用膨胀阀36和回流制冷剂用膨胀阀55构成本发明所涉及的冷却部36、45、55。
在制冷运转中，将气态制冷剂用膨胀阀36和回流制冷剂用膨胀阀55这两个膨胀阀或者这两个膨胀阀中的一个设为开启状态。若打开气态制冷剂用膨胀阀36，则与所述实施方式一相同，经气态制冷剂用膨胀阀36减压的制冷剂流入第二流路47。若打开回流制冷剂用膨胀阀55，则在室外热交换器44中冷凝了的制冷剂的一部分流入注入管42，在经回流制冷剂用膨胀阀55减压后流入第三流路48。
在该变形例二中，在冷却运转时，若将气态制冷剂用膨胀阀36和回流制冷剂用膨胀阀55这两个膨胀阀都打开，则流向室内回路11的第一流路46中的液态制冷剂不仅与在气态制冷剂用膨胀阀36中温度降低了的制冷剂进行热交换，还与在回流制冷剂用膨胀阀55中温度降低了的制冷剂进行热交换。因此，在冷却用热交换器45中，由于第一流路46中的液态制冷剂与更多的制冷剂进行热交换，所以能够提高流向室内回路11的第一流路46中的液态制冷剂的过冷度。由此，即使在到达室内回路11为止的压力损失比较大时，也能确实将液态制冷剂供向室内回路11。
还有，在该变形例二中，用一根驱动轴将压缩机30和膨胀机31相互连结起来，从而无法个别调节压缩机30的旋转速度和膨胀机31的旋转速度。由此，为了适当设定制冷循环的动作状态(例如，高压和低压)，而需要调节压缩机30的通过制冷剂量与膨胀机31的通过制冷剂量之比的装置。相对于适当运转状态的平衡状况来说当能够通过压缩机30的制冷剂量与能够通过膨胀机31的制冷剂量相比过少时，一旦打开回流制冷剂用膨胀阀55，就使得能够通过膨胀机31的制冷剂量减少。由此，能够将压缩机30的通过制冷剂量和膨胀机31的通过制冷剂量之比调节成适当的状态。另一方面，相对于适当运转状态的平衡状况来说当能够通过压缩机30的制冷剂量与能够通过膨胀机31的制冷剂量相比过多时，一旦打开气态制冷剂用膨胀阀36，就使得被压缩机30吸入的制冷剂的密度降低。由此，能够将压缩机30的通过制冷剂量和膨胀机31的通过制冷剂量之比调节成适当的状态。
此外，在该变形例二中，也可以将注入管42的另一端连接在内部热交换器45的上游，使得经气态制冷剂用膨胀阀36减压的制冷剂和经回流制冷剂用膨胀阀55减压的制冷剂流入内部热交换器45的第二流路47。此时，内部热交换器45设置成横跨气体供给管37和液体管道38这两个管道。内部热交换器45不具有第三流路48。
一实施方式一的变形例三-关于实施方式一的变形例三进行说明。在该变形例三中，如图5所示，在液体管道38和气体供给管37之间设置有液体供给管52。液体供给管52的一端连接在液体管道38的位于内部热交换器45的下游侧，另一端连接在气体供给管37的位于气态制冷剂用膨胀阀36与内部热交换器45之间的位置。在液体供给管52上设置有液态制冷剂用减压机构即液态制冷剂用膨胀阀53。液态制冷剂用膨胀阀53由开度可变的电子膨胀阀构成。在该变形例三中，内部热交换器45、气态制冷剂用膨胀阀36和液态制冷剂用膨胀阀53构成本发明所涉及的冷却部36、45、53。此外，液体供给管52的一端也可以连接在液体管道38的位于内部热交换器45的上游侧。
在制冷运转中，将气态制冷剂用膨胀阀36和液态制冷剂用膨胀阀53这两个膨胀阀或者这两个膨胀阀中的一个设定为开启状态。若打开气态制冷剂用膨胀阀36，则与所述实施方式一相同，经气态制冷剂用膨胀阀36减压的制冷剂流入第二流路47。若打开液态制冷剂用膨胀阀53，则从气液分离器35流向室内回路11的液态制冷剂的一部分流入液体供给管52。已流入液体供给管52的液态制冷剂在经液态制冷剂用膨胀阀53减压后流入第二流路47。
在该变形例三中，当处于冷却运转时，若将气态制冷剂用膨胀阀36和液态制冷剂用膨胀阀53这两个膨胀阀都打开，则流向室内回路11的第一流路46中的液态制冷剂不仅与在气态制冷剂用膨胀阀36中温度降低了的制冷剂进行热交换，还与在液态制冷剂用膨胀阀53中温度降低了的制冷剂进行热交换。因此，在冷却用热交换器45中，由于第一流路46中的液态制冷剂与更多的制冷剂进行热交换，所以能够提高流向室内回路11的第一流路46中的液态制冷剂的过冷度。由此，即使在到达室内回路11为止的压力损失比较大时，也能确实将液态制冷剂供向室内回路11。
还有，在该变形例三中，如上所述，有必要对压缩机30的通过制冷剂量和膨胀机31的通过制冷剂量之比进行调节。相对于适当运转状态的平衡状况来说当能够通过压缩机30的制冷剂量与能够通过膨胀机31的制冷剂量相比过少时，一旦打开液态制冷剂用膨胀阀53，就使得被压缩机30吸入的制冷剂的密度增大。由此，能够将压缩机30的通过制冷剂量和膨胀机31的通过制冷剂量之比调节成适当的状态。另一方面，相对于适当运转状态的平衡状况来说当能够通过压缩机30的制冷剂量与能够通过膨胀机31的制冷剂量相比过多时，一旦打开气态制冷剂用膨胀阀36，就使得被压缩机30吸入的制冷剂的密度降低。由此，能够将压缩机30的通过制冷剂量和膨胀机31的通过制冷剂量之比调节成适当的状态。
此外，在该变形例三中，也可以将液体供给管52的另一端连接在内部热交换器45的下游。此时，将内部热交换器45设置为横跨气体供给管37、液体管道38和液体供给管52。
还有，也可以在所述变形例二的空调机20中设置液体供给管52。此时，内部热交换器45、气态制冷剂用膨胀阀36、液态制冷剂用膨胀阀53和回流制冷剂用膨胀阀55则构成了本发明所涉及的冷却部36、45、53、55。在冷却运转时，若将气态制冷剂用膨胀阀36、液态制冷剂用膨胀阀53和回流制冷剂用膨胀阀55都打开，则流向室内回路11的第一流路46中的液态制冷剂与在气态制冷剂用膨胀阀36中温度降低了的制冷剂、在液态制冷剂用膨胀阀53中温度降低了的制冷剂、以及在回流制冷剂用膨胀阀55中温度降低了的制冷剂进行热交换。
《发明的实施方式二》本实施方式二的空调机20与所述实施方式一相同是由本发明所涉及的冷冻装置20构成的。下面，关于本发明的实施方式二与所述实施方式一的不同点进行说明。
如图6所示，在本实施方式二的室外回路14中没有设置气液分离器35。在室外回路14中，膨胀机31的流出侧经由穿过过冷却热交换器即内部热交换器28的冷却用管道49，与桥接回路24连接。
注入管42的一端连接在冷却用管道49的位于内部热交换器28的上游侧。注入管42的另一端连接在压缩机30的吸入侧。在注入管42上设置有回流制冷剂用减压机构即回流制冷剂用膨胀阀55。回流制冷剂用膨胀阀55由开度可变的电子膨胀阀构成。
内部热交换器28被设置成横跨注入管42和冷却用管道49。内部热交换器28具有冷却用管道49的一部分即第一流路46、和注入管42的一部分即第二流路47。内部热交换器28构成为通过让第一流路46中的制冷剂与第二流路47中的制冷剂进行热交换，从而使第一流路46中的制冷剂成为过冷却状态。
在制冷运转中，将回流制冷剂用膨胀阀55设定为开启状态。若打开回流制冷剂用膨胀阀55，则从膨胀机31流向室内回路11的液态制冷剂的一部分流入注入管42。已流入注入管42的液态制冷剂在经回流制冷剂用膨胀阀55减压后流入第二流路47。在内部热交换器28中，已从膨胀机31流出的第一流路46中的制冷剂与第二流路47中的制冷剂进行热交换。其结果是流向室内回路11的第一流路46中的制冷剂成为过冷却状态。
-实施方式二的变形例-关于实施方式二的变形例进行说明。在该变形例中，如图7所示，注入管42的一端连接在桥接回路24和膨胀机31的流入侧之间。
《其它的实施方式》也可以将所述实施方式构成为以下变形例所示的那样。
-第一变形例-在所述实施方式中，如图8所示也可以在室外热交换器44和桥接回路24之间设置开度可变的室外膨胀阀43。在该空调机20中，当在制冷运转时将室外膨胀阀43完全打开。当在供暖运转时，为了调节流向压缩机30的制冷剂的过热度，而对室外膨胀阀43的开度进行调节。
-第二变形例-在所述实施方式中，如图9所示也可以设置开度可变的室外膨胀阀43来取代止回阀CV-4。在该空调机20中，当在制冷运转时使室外膨胀阀43完全关闭起来。当在供暖运转时，则对室外膨胀阀43的开度进行调节，以使流向压缩机30的制冷剂的过热度成为一定。
-第三变形例-在所述实施方式中，如图10所示也可以将膨胀机31的流出侧连接在桥接回路24的第一止回阀CV-1及第四止回阀CV-4的流入侧，并将气液分离器35的底部连接在桥接回路24中的第一止回阀CV-1的流出侧及第二止回阀CV-2的流入侧。此时，使液体管道38与第一截止阀17连接。还有，在气液分离器35的底面设置了挡板39。挡板39设置在液体管道38的开口位置、和从桥接回路24延伸出来的制冷剂管道的开口位置之间。由此，在制冷运转时虽然气液两相状态的制冷剂从桥接回路24流入，不过由于具有挡板39因而能够防止气态制冷剂混入液态制冷剂后从液体管道38流出。
-第四变形例-在所述实施方式中，如图11所示也可以不将气体供给管37连接在压缩机30的吸入侧，而将该气体供给管37连接成朝压缩行程过程中的空间开口的形态。此外，虽然没有在图中加以表示，不过也可以按照同样的方法来连接注入管42。
-第五变形例-在所述实施方式中，如图12所示也可以用低级侧压缩机构30a和高级侧压缩机构30b来构成压缩机30。低级侧压缩机构30a和高级侧压缩机构30b彼此串联连接。也就是，压缩机30被构成为进行高级侧压缩机构30b将已被低级侧压缩机构30a压缩的制冷剂吸入后再次压缩的两级压缩。此时，也可以将气体供给管37连接在高级侧压缩机构30b的吸入侧。另外，虽然没有在图中加以表示，不过也可以按照同样的方法来连接注入管42。
-第六变形例-在所述实施方式中，如图13所示室内机组61的数量可以为一台而并非多台。
-第七变形例-在所述实施方式中，也可以不在室内机组61设置室内膨胀阀51。根据该第七变形例，液体单相制冷剂流入室内热交换器41。因此，能够防止当室内热交换器41由布置在多条通路(path)上的传热管构成时制冷剂状态由于传热管的位置而产生偏差的情况。
此外，所述实施方式是本质上理想的示例，不过并没有意图对本发明、它的适用物或者它的用途范围加以限定。
(产业上的利用可能性)
综上所述，本发明对于能够进行在热源侧热交换器成为冷凝器而利用侧热交换器成为蒸发器的状态下使制冷剂在制冷剂回路中循环的冷却运转的冷冻装置来说是有用的。

Claims (7)

1.一种冷冻装置，包括设置有压缩机(30)、膨胀机(31)及热源侧热交换器(44)的热源侧回路(14)、和设置有利用侧热交换器(41)的利用侧回路(11)连接而成的制冷剂回路(10)，在该制冷剂回路(10)中使制冷剂循环而进行制冷循环，
该冷冻装置能够进行所述热源侧热交换器(44)成为冷凝器而所述利用侧热交换器(41)成为蒸发器的冷却运转，其特征在于：
在所述热源侧回路(14)中，设置有将从所述膨胀机(31)流入的制冷剂分离成液态制冷剂和气态制冷剂的气液分离器(35)、和在所述冷却运转中对从所述气液分离器(35)流向所述利用侧回路(11)的液态制冷剂进行冷却的冷却部(36、45、53、55)，
在所述利用侧回路(11)中，所述冷却运转过程中的所述利用侧热交换器(41)的上游侧设置有开度可变的利用侧膨胀阀(51)，
所述冷却部(36、45)包括：设置在用来将所述气液分离器(35)内的气态制冷剂送往所述压缩机(30)的吸入侧的气体供给管(37)上使该气体供给管(37)中的制冷剂减压的气态制冷剂用减压机构(36)、和在所述冷却运转中使从所述气液分离器(35)流向利用侧回路(11)的液态制冷剂与已由所述气态制冷剂用减压机构(36)减压的制冷剂进行热交换而冷却的冷却用热交换器(45)。
2.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
所述冷却部(36、45、53)包括：设置在用来将从所述气液分离器(35)流向利用侧回路(11)的液态制冷剂的一部分送往所述冷却用热交换器(45)的液体供给管(52)上使该液体供给管(52)中的制冷剂减压的液态制冷剂用减压机构(53)，
在所述冷却用热交换器(45)中，当处于所述冷却运转时从所述气液分离器(35)流向利用侧回路(11)的液态制冷剂也能与已由所述液态制冷剂用减压机构(53)减压的制冷剂进行热交换。
3.根据权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于：
所述冷却部(36、45、55)包括：设置在用来将已在所述热源侧热交换器(44)中冷凝的制冷剂的一部分送往所述压缩机(30)的注入管(42)上使该注入管(42)中的制冷剂减压的回流制冷剂用减压机构(55)，
在所述冷却用热交换器(45)中，当处于所述冷却运转时从所述气液分离器(35)流向利用侧回路(11)的液态制冷剂也能与已由所述回流制冷剂用减压机构(55)减压的制冷剂进行热交换。
4.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
所述压缩机(30)和所述膨胀机(31)由一根驱动轴相互连结。
5.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
多个所述利用侧回路(11)设置在所述制冷剂回路(10)中，并且相对于所述热源侧回路(14)来说彼此并联连接。
6.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
在所述制冷剂回路(10)中，在设定成为制冷循环的高压变得高于制冷剂临界压力的状态下使制冷剂循环。
7.根据权利要求6所述的冷冻装置，其特征在于：
在所述制冷剂回路(10)中，填充二氧化碳作制冷剂。
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