JP6441000B2 - 蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

例えば特許文献１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、前段側圧縮要素及び後段側圧縮要素を有する二段圧縮式の圧縮機を複数備えるとともに、それら複数の圧縮機を並列に接続した状態で、熱負荷に応じて稼働させる圧縮機の台数を制御している。

そして、稼働中の圧縮機に対しては、常に、放熱器から流出して中間圧まで減圧された中間圧冷媒が、前段側圧縮要素の吐出口と後段側圧縮要素の吸入口とを繋ぐ中間冷媒管に注入（インジェクション）されている。つまり、特許文献１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、熱負荷によらず、常に、中間圧冷媒が圧縮機に注入されるインジェクション運転が実行される。

特開２００９−２７０７７７号

インジェクション運転では、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入するので、圧縮機の消費動力を低減することができる。このため、外気温度が高い状態で冷熱を利用する場合等の高圧冷媒の圧力が高くなる場合に、インジェクション運転を用いると特に有効である。

しかし、冬等の外気温度が低い状態では高圧側冷媒の圧力が低くなるので、インジェクション運転が有効とならない場合がある。すなわち、高圧側冷媒の圧力が低くなると、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入することにより見込まれる消費動力の低減量により、中間圧冷媒を注入することにより必要とされる消費動力の方が大きくなる場合が発生する。

本発明は、上記点に鑑み、圧縮機の消費動力を更に低減可能なインジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、高温側の冷媒を冷却する高圧熱交換器（３）と、低温側の冷媒を加熱・蒸発させる低圧熱交換器（７）と、高圧熱交換器（３）から流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる第１減圧器（５Ａ）と、第１減圧器（５Ａ）にて減圧された中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器（１１）と、気液分離器（１１）にて分離された液相冷媒を減圧・膨張させて低圧熱交換器（７）に供給する第２減圧器（５Ｂ）と、低圧熱交換器（７）側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を高圧熱交換器（３）側に吐出する第１圧縮機（９Ａ）と、気液分離器（１１）から気相冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を第１圧縮機（９Ａ）の吐出側に吐出する第２圧縮機（９Ｂ）と、第２圧縮機（９Ｂ）の作動を制御するインジェクション制御部（２１）であって、第２圧縮機（９Ｂ）を稼働させるインジェクション運転と第２圧縮機（９Ｂ）を停止させる非インジェクション運転とを切替制御可能なインジェクション制御部（２１）と、第２圧縮機（９Ｂ）の吸入側圧力に対する当該第２圧縮機（９Ｂ）の吐出側圧力の比を圧力比としたとき、非インジェクション運転からインジェクション運転に移行する場合であって圧力比が予めから設定された所定の範囲外の場合に、圧力比を所定の範囲内にする圧力比制御システム（２１）と、非インジェクション運転時に、第１圧縮機（９Ａ）の吐出側と第２圧縮機（９Ｂ）の吐出側とが連通することを阻止する第１バルブ（１９）とを備えることを特徴とする。

これにより、本発明では、インジェクション運転と非インジェクション運転とを切り替えることが可能であるので、圧縮機の消費動力を更に低減可能なインジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍サイクルを得ることができる。

すなわち、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入することにより見込まれる消費動力の低減量により、中間圧冷媒を注入することにより必要とされる消費動力の方が大きくなる場合には、インジェクション運転から非インジェクション運転に切り替えることにより、消費動力を低減でき得る。

ところで、非インジェクション運転においては、第２圧縮機（９Ｂ）が停止し、第１圧縮機（９Ａ）が稼働しているので、第２圧縮機（９Ｂ）の吸入側圧力に対する当該第２圧縮機（９Ｂ）の吐出側圧力の比が、「第２圧縮機（９Ｂ）について予め設定された圧力比の範囲（以下、仕様圧力比という。）」を超えている場合がある。

仕様圧力比とは、第２圧縮機（９Ｂ）の設計仕様（スペック）である。このため、現実の圧力比が仕様圧力比を越えていると、第２圧縮機（９Ｂ）を起動させることができず、非インジェクション運転からインジェクション運転に切り替えることができない。これに対して、本発明では、圧力比制御システム（２１）を備えているので、非インジェクション運転からインジェクション運転に確実に切り替えることができる。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの制御系のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第２実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの制御系のブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第４実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの制御系のブロック図である。 本発明の第５実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの制御系のブロック図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

本実施形態は、サーバ室の冷房を行う空調装置用の蒸気圧縮式冷凍サイクルに本発明を適用したものである。サーバ室には、ＩＣＴ機器や非常用電源装置（バッテリー）等の電気機器が設置されている。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

（第１実施形態）
１．蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成
本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクル１は、図１に示すように、高圧熱交換器３、第１減圧器５Ａ、第２減圧器５Ｂ、低圧熱交換器７、第１圧縮機９Ａ、第２圧縮機９Ｂ、及び気液分離器１１等を備えている。

高圧熱交換器３は、第１圧縮機９Ａ及び第２圧縮機９Ｂのうち少なくとも一方から吐出された高圧の冷媒（以下、吐出冷媒ともいう。）を冷却する。つまり、高圧熱交換器３は、室外空気と吐出冷媒とを熱交換して、吐出冷媒を冷却する。

なお、本実施形態では、吐出冷媒の圧力は、冷媒の臨界圧力より小さい。このため、気相状態の吐出冷媒は、高圧熱交換器３にて冷却されて凝縮（液化）する。
第１減圧器５Ａは、高圧熱交換器３から流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる。第１減圧器５Ａにて減圧された冷媒（以下、中間圧冷媒という。）は、気液分離器１１にて気相冷媒と気相冷媒とに分離される。

気液分離器１１は、気相冷媒と液相冷媒との密度差を利用して冷媒を分離する。このため、気液分離器１１の下方側に液相冷媒が溜まり、かつ、気液分離器１１の上方側に気相冷媒が溜まる。

因みに、高圧熱交換器３から流出する冷媒の過冷却度は、過冷却器等を備えている場合等を除き、通常、小さい。このため、第１減圧器５Ａにて減圧された冷媒は、気液二相状態となる。

第２減圧器５Ｂは、気液分離器１１にて分離された液相冷媒を減圧・膨張させて低圧熱交換器７に供給する。低圧熱交換器７は、第２減圧器５Ｂにて減圧された低圧の液相冷媒を蒸発させる。つまり、低圧熱交換器７では、第２減圧器５Ｂにて減圧された冷媒を室内に供給される空気にて加熱することにより、主に液相冷媒を蒸発（気化）させて当該空気を冷却する。

第１圧縮機９Ａは、低圧熱交換器７側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を高圧熱交換器３側に吐出する。第２圧縮機９Ｂは、気液分離器１１から気相冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を第１圧縮機９Ａの吐出側に吐出する。

第１アキュムレータ１７Ａは、低圧熱交換器７から流出する冷媒から気相冷媒を分離抽出して気相冷媒を第１圧縮機９Ａの吸入側に供給する。第２アキュムレータ１７Ｂは、気液分離器１１から第２圧縮機９Ｂに供給される冷媒から気相冷媒を分離抽出して気相冷媒を第２圧縮機９Ｂの吸入側に供給する。

第１バルブ１９は、後述する非インジェクション運転時に、第１圧縮機９Ａの吐出側と第２圧縮機９Ｂの吐出側とが連通することを阻止する。なお、本実施形態に係る第１バルブ１９は、第１圧縮機９Ａから吐出された高圧の冷媒が第２圧縮機９Ｂに逆流することを規制する逆止弁にて構成されている。

第１送風機３Ａは、高圧熱交換器３に冷却用空気（室外空気）を送風する。第２送風機７Ａは、低圧熱交換器７に室内空気を送風する。
２．蒸気圧縮式冷凍サイクルの制御
２．１ 制御系の構成
第１圧縮機９Ａ、第２圧縮機９Ｂ、第１減圧器５Ａ、及び第２減圧器５Ｂ等の作動は、図２に示すように、制御装置２１により制御されている。制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。

第１圧縮機９Ａ等の制御を実行するためのプログラム（ソフトウェア）は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。第１圧縮機９Ａ等の制御が実行される際には、当該プログラムが読み込まれてＣＰＵにて実行される。

制御装置２１には、第１吐出圧センサＳ１、第２吐出圧センサＳ２、中間圧センサＳ３、低圧温度センサＳ４、蒸発温度センサＳ５、外気温度センサＳ６、及び室内温度センサＳ７からの検出信号が入力されている。

第１吐出圧センサＳ１は、第１圧縮機９Ａの吐出冷媒の圧力（以下、第１吐出圧Ｐｄ１という。）を検出する。第２吐出圧センサＳ２は、第２圧縮機９Ｂの吐出冷媒の圧力（以下、第２吐出圧Ｐｄ２という。）を検出する。なお、本実施形態に係る制御装置２１は、第１吐出圧センサＳ１が検出した冷媒圧力を、高圧熱交換器３内の冷媒圧力とみなしている。

中間圧センサＳ３は、第２圧縮機９Ｂの吸入側冷媒圧力、つまり中間圧冷媒の圧力を検出する。低圧温度センサＳ４は、低圧熱交換器７の冷媒出口側の冷媒温度を検出する。蒸発温度センサＳ５は、低圧熱交換器７の温度、つまり低圧熱交換器７での冷媒蒸発温度を検出する。

外気温度センサＳ６は、高圧熱交換器３に供給される冷却用空気、つまり外気の温度を検出する。室内温度センサＳ７はサーバ室内の空気の温度を検出する。なお、本実施形態に係る室内温度センサＳ７は、低圧熱交換器７側に吸い込まれる室内空気の温度を検出する。

なお、低圧温度センサＳ４及び蒸発温度センサＳ５は、低圧熱交換器７の冷媒出口側の冷媒加熱度、つまり低圧熱交換器７での冷却負荷（熱負荷）を検出するためのセンサである。したがって、蒸発温度センサＳ５に代えて、低圧熱交換器７での蒸発圧力を検出してもよい。

２．２ 第１圧縮機の制御
制御装置２１は、低圧熱交換器７にて必要な冷凍能力（冷房能力）が発生するように、第１圧縮機９Ａの回転数を制御する。具体的には、制御装置２１は、室内温度（室内温度センサＳ７の検出温度）が予め設定された温度範囲（例えば、１０℃〜３０℃）となるように、第１圧縮機９Ａの作動を制御する。

なお、室内温度を低下させる際には、制御装置２１は、第１圧縮機９Ａの回転数を増大させて低圧熱交換器７で発生する冷凍能力を増大させる。このとき、制御装置２１は、少なくとも低圧熱交換器７の表面温度が露点より高くなるまで第２送風機７Ａの送風量を増大させる。

つまり、第１圧縮機９Ａの回転数が増大すると、蒸発温度が低下して低圧熱交換器７の表面温度が露点以下となる可能性がある。表面温度が露点以下となると、低圧熱交換器７で発生する冷凍能力の多くが、空気中の蒸気を凝縮させるために消費される。このため、室内温度を低下させるに必要な消費電力が大きくなる。

そこで、本実施形態では、第１圧縮機９Ａの回転数を増大させた場合には、第２送風機７Ａの送風量、つまり低圧熱交換器７の熱負荷を増大させて顕熱比（ＳＨＦ）が予め設定された値（例えば、０．９５）以上となるようにしている。

冷房能力を低下させる際には、制御装置２１は、第１圧縮機９Ａの回転数を低下させて低圧熱交換器７で発生する冷凍能力を低下させるとともに、低下した冷凍能力に応じて第２送風機７Ａの送風量を低下させる。

２．３ 第２圧縮機の制御
制御装置２１は、低圧熱交換器７での熱負荷の大きさ及び外気温度に基づいて、第２圧縮機９Ｂを稼働させるインジェクション運転と第２圧縮機９Ｂを停止させる非インジェクション運転とを切替制御する。

つまり、夏場のように熱負荷が大きく、外気温度も高い場合には、制御装置２１はインジェクション運転を実行する。逆に、冬場のように熱負荷が小さく、外気温度も低い場合には、制御装置２１は非インジェクション運転を実行する。

具体的には、本実施形態では、外気温度が予め決められた温度（以下、第１外気温度という。）以上となった場合、及び室内温度が予め決められた温度（以下、第１室内温度という。）以上のなった場合のうちいずれかの場合にインジェクション運転が実行される。

本実施形態では、外気温度が予め決められた温度（以下、第２外気温度という。）より低くなった場合、及び室内温度が予め決められた温度（以下、第２室内温度という。）より低くなった場合のうちいずれかの場合に非インジェクション運転が実行される。

なお、第１外気温度と第２外気温度とは、同一の温度及び異なる温度のうちいずれであってもよい。第１室内温度と第２室内温度とは、同一の温度及び異なる温度のうちいずれであってもよい。

インジェクション運転の実行時においては、制御装置２１は、中間圧冷媒に含まれる気相冷媒量と第２圧縮機９Ｂの吸引冷媒量とが同一となるように第２圧縮機９Ｂの回転数を制御する。これにより、低圧熱交換器７に流入する冷媒に含まれる気相冷媒を減らして、低圧熱交換器７で発生する冷凍能力を大きくする。

２．２ 第１減圧器の制御について
第１減圧器５Ａは可変絞り装置にて構成されている。可変絞り装置は、絞り開度を変更調節する電気式のアクチュエータ（図示せず。）を有する。制御装置２１は、上記アクチュエータの作動を制御して第１減圧器５Ａの絞り開度を変更する。

制御装置２１は、第１減圧器５Ａの絞り開度の制御モードとして、少なくとも通常制御モード及び移行制御モードを実行することができる。このため、制御装置２１は、通常制御部、及び移行制御部を有している。

通常制御部は通常制御モードを実行する。移行制御部は移行制御モードを実行する。なお、本実施形態に係る通常制御部、及び移行制御部は、プログラム（ソフトウェア）にて実現されている。当該プログラムは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。

＜通常制御モード＞
本実施形態に係る通常制御モードは、移行制御モードが実行されていないときに実行される。制御装置２１は、通常制御モード時には、第１吐出圧センサＳ１及び中間圧センサＳ３からの検出信号を利用して第１減圧器５Ａの絞り開度を制御する。つまり、制御装置２１は、第１減圧器５Ａから流出する冷媒の湿り度（液相冷媒の割合）が大きくなるように絞り開度を制御する。

＜移行制御モード＞
移行制御モードは、非インジェクション運転からインジェクション運転に移行する場合であって、第２圧縮機９Ｂの圧力比が予めから設定された所定の範囲（以下、仕様圧力比という。）外の場合に実行される。

圧力比とは、第２圧縮機９Ｂの吸入側圧力Ｐｓに対する圧縮機の吐出側圧力Ｐｄの比（＝Ｐｄ／Ｐｓ）をいう。仕様圧力比とは、圧縮機の設計仕様（スペック）である。このため、圧縮機を起動させる時の圧力比が当該圧縮機の仕様圧力比を越えていると、当該圧縮機を起動させることができない。

制御装置２１は、第１吐出圧センサＳ１及び中間圧センサＳ３の検出信号を利用して第２圧縮機９Ｂの圧力比が仕様圧力比を越えていると判断したときには、第１減圧器５Ａの絞り開度を大きくして中間圧冷媒の圧力、つまり第２圧縮機９Ｂの吸入側圧力Ｐｓを上昇させる。

つまり、制御装置２１は、移行制御モード時には、第２圧縮機９Ｂの吸入側圧力Ｐｓを上昇させて第２圧縮機９Ｂの圧力比が仕様圧力比以下にする制御モードを実行する。そして、制御装置２１は、第２吐出圧Ｐｄ２が第１吐出圧Ｐｄ１に基づいて決定された圧力（以下、停止圧力Ｐｄｓという。）になったときに、移行制御モードを停止させる。

本実施形態に係る停止圧力Ｐｄｓは第１吐出圧Ｐｄ１である。つまり、本実施形態に係る制御装置２１は、第２吐出圧Ｐｄ２が第１吐出圧Ｐｄ１と同一となったとき、換言すれば、第１バルブ１９が開くときに移行制御モードを停止させる。なお、移行制御モードが停止された後は、通常制御モードが実行される。

２．３ 第２減圧器の制御について
第２減圧器５Ｂは、可変絞り装置（図示せず。）にて構成されている。可変絞り装置は、絞り開度を変更調節する電気式のアクチュエータ（図示せず。）を有する。制御装置２１は、上記アクチュエータの作動を制御して第２減圧器５Ｂの絞り開度を変更する。具体的には、制御装置２１は、低圧熱交換器７の冷媒出口側の冷媒加熱度が、０以上の値であって予め設定された所定の値となるように第２減圧器５Ｂの絞り開度を制御する。

３．本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの特徴
本実施形態では、インジェクション運転と非インジェクション運転とを切り替えることが可能であるので、第１圧縮機９Ａ及び第２圧縮機９Ｂの消費動力を更に低減可能なインジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍サイクル１を得ることができる。

すなわち、圧縮行程途中に中間圧冷媒を注入することにより見込まれる消費動力の低減量により、中間圧冷媒を注入することにより必要とされる消費動力の方が大きくなる場合には、インジェクション運転から非インジェクション運転に切り替えることにより、消費動力を低減でき得る。

ところで、非インジェクション運転においては、第２圧縮機９Ｂが停止し、第１圧縮機９Ａが稼働しているので、第２圧縮機９Ｂの吸入側圧力に対する当該第２圧縮機９Ｂの吐出側圧力の比が第２圧縮機９Ｂの仕様圧力比を超えている場合がある。

第２圧縮機９Ｂを起動させる直前の圧力比が仕様圧力比を越えていると、第２圧縮機９Ｂを起動させることができず、非インジェクション運転からインジェクション運転に切り替えることができない。

これに対して、本実施形態に係る移行制御部は、第２圧縮機９Ｂの圧力比を仕様圧力比以下にする圧力比制御システムとして機能するので、非インジェクション運転からインジェクション運転に確実に切り替えることができる。

（第２実施形態）
本実施形態に係る移行制御モードは、第２圧縮機９Ｂの吐出圧Ｐｄ２を第２圧縮機９Ｂの吸入側に導入することにより、第２圧縮機９Ｂの吸入圧Ｐｓ２を上昇させるものである。

すなわち、図３に示すように、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、均圧回路１５及び第２バルブ１５Ａを有している。均圧回路１５は、第２圧縮機９Ｂの吐出側と第２圧縮機９Ｂの吸入側とを繋ぐ圧力導入回路である。

第２バルブ１５Ａは均圧回路１５の連通状態を調節する。第２バルブ１５Ａの作動は、図４に示すように、制御装置２１により制御される。制御装置２１は、移行制御モード時には、第２バルブ１５Ａを開いて吐出圧Ｐｄ２少なくとも一部を吸入側に導く。

制御装置２１は、第２吐出圧Ｐｄ２が停止圧力Ｐｄｓになったときに、第２バルブ１５Ａを閉じて移行制御モードを停止させた後、通常制御モードを実行する。これにより、第２圧縮機９Ｂの吸入側圧力を上昇させることができるので、現実の圧力比を仕様圧力比以内とすることができる。

（第３実施形態）
本実施形態は第２実施形態の変形例である。すなわち、第２実施形態では、移行制御モード時における第２バルブ１５Ａの開度は、予め設定された圧力損失が発生する一定の開度であった。これに対して、本実施形態は、第２吐出圧Ｐｄ２が停止圧力Ｐｄｓに近づくほど第２バルブ１５Ａの開度を小さくするものである。

具体的には、制御装置２１は、第２吐出圧Ｐｄ２の上昇変化、現実の圧力比（Ｐｄ２／Ｐｓ２）の低下変化、及び第２吐出圧Ｐｄ２と第２吸入圧Ｐｓ２との差圧（Ｐｄ２−Ｐｄｓ２）の縮小変化のうち少なくとも１つの変化に応じて第２バルブ１５Ａの開度を小さくするように可変制御する。

（第４実施形態）
上述の実施形態に係る移行制御モードは、第２吸入圧Ｐｓ２を上昇させることにより、第２圧縮機９Ｂの圧力比を仕様圧力比以内にするものであった。これに対して、本実施形態は、現実の圧力比が仕様圧力比以内になるように高圧冷媒の圧力を制御するものである。

すなわち、本実施形態に係る移行制御モード時においては、制御装置２１は、（ａ）高圧熱交換器３の放熱能力を増大させる制御、及び（ｂ）通常制御モード時に比べて第１圧縮機９Ａの吐出冷媒量を減少させる制御（以下、第１制御という。）のうち少なくとも一方の制御を実行する。

具体的には、図５及び図６に示すように、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、高圧熱交換器３に水を散水する散水器２３を有している。散水器２３の作動は制御装置２１により制御される。

高圧熱交換器３の放熱能力を増大させる制御においては、制御装置２１は、（ａ）第１送風機３Ａの送風量を増大させる制御（以下、第２制御という。）、及び（ｂ）散水器２３にて高圧熱交換器３に水を散水する制御（以下、第３制御という。）のうち少なくとも一方の制御を実行する。

本実施形態に係る制御装置２１は、第２圧縮機９Ｂを起動する直前の圧力比に基づいて、第１〜第３制御のうちいずれの制御を実行するかを決定する。例えば、圧力比が所定圧力比より大きい場合には、第１〜第３制御の全てを実行する。そして、第２吐出圧Ｐｄ２の上昇に応じていずれかの制御を停止させる。

なお、本実施形態においては、（ａ）第２吐出圧Ｐｄ２の上昇に応じて第１送風機３Ａの送風量を低下させる可変制御、（ｂ）第２吐出圧Ｐｄ２の上昇に応じて散水器２３の散水量を低下させる可変制御、及び（ｃ）第２吐出圧Ｐｄ２の上昇に応じて第１圧縮機９Ａの回転数制御を通常制御モード時の回転数制御に近づける可変制御のうち少なくとも１つの可変制御を併用してもよい。

ところで、第２圧縮機９Ｂの圧力比が仕様圧力比以内であっても、高圧冷媒の圧力が第２圧縮機９Ｂの仕様最大吐出圧を越えている場合には、非インジェクション運転からインジェクション運転に移行する際に、第２圧縮機９Ｂを起動させることができない。

これに対して、本実施形態では、上記（ａ）〜（ｃ）のいずれの可変制御を用いても、高圧冷媒の圧力を低下させることが可能である。このため、本実施形態では、非インジェクション運転からインジェクション運転に移行する際に、高圧冷媒の圧力が第２圧縮機９Ｂの仕様最大吐出圧を越える可能性が高い場合であっても第２圧縮機９Ｂを起動させることができる。

因みに、第１送風機３Ａ及び散水器２３は、高圧熱交換器３の放熱能力を調整する放熱力調整部として機能する。移行制御部、つまり制御装置２１は、高圧冷媒の圧力を制御する高圧制御部、及び熱力調整部の作動を制御する放熱力制御部として機能する。

（第５実施形態）
本実施形態に係る制御装置２１は、低圧熱交換器７から室内に供給される吹出空気の温度が予め設定された温度範囲となるように第１圧縮機９Ａの作動を制御する。このため、図７に示すように、制御装置２１には、吹出空気の温度を検出する吹出温度センサＳ８からの出力信号が入力される。

そして、本実施形態においては、第２送風機７Ａの送風量は、室内温度（室内温度センサＳ７の検出温度）と吹出空気温度（吹出温度センサＳ８の検出温度）との差に基づいて制御される。

なお、図７は、第１実施形態に本発明を適用したものであるが、本実施形態に係る第１圧縮機９Ａ及び第２送風機７Ａの制御手法は、第２〜第４実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルにも適用可能である。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとは、冷媒流れに対して並列に配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとは、冷媒流れに対して直列に配置してもよい。

なお、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとを冷媒流れに対して直列に配置した場合には、非インジェクション運転時に第１圧縮機９Ａから吐出された冷媒を、第２圧縮機９Ｂを迂回させて高圧熱交換器３に導く迂回路を設ける必要がある。

上述の実施形態では、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力より低くかったが、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍機にも適用できる。なお、超臨界冷凍機においては、高圧熱交換器３にて冷媒は凝縮しない。

上述の実施形態では、第１圧縮機９Ａと第２圧縮機９Ｂとが独立した圧縮機であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、インジェクションポートを備える１台の圧縮機等にて構成してもよい。なお、圧縮機の形式は、不問である。つまり、レシプロ方式、ロータリ方式、ベーン方式及びスクロール方式等のいずれの方式であってもよい。

上述の実施形態では、第２アキュムレータ１７Ｂを設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、気液分離器１１から第２圧縮機９Ｂに至る冷媒通路における圧力損失は小さい場合や当該冷媒通路で冷却が小さい場合等、当該冷媒通路にて気相冷媒が凝縮（液化）するおそれが無い場合には、第２アキュムレータ１７Ｂを廃止してもよい。

上述の実施形態では、第１アキュムレータ１７Ａを設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２減圧器５Ｂにて低圧熱交換器７の出口における冷媒過熱度を０以上に確保できる場合、つまり過渡的な変化に対しても第２減圧器５Ｂが追従できる場合には、第１アキュムレータ１７Ａを廃止してもよい。

上述の実施形態では、第１圧縮機９Ａの回転数を制御することより高圧熱交換器３で発生する冷凍能力を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えは、第２減圧器５Ｂの絞り開度、及び第１圧縮機９Ａの回転数を調整して冷凍能力を制御する、第２送風機７Ａの回転数を制御して室内に吹き出す空気の温度を制御する等してもよい。

本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。したがって、第１〜第５実施形態に示された蒸気圧縮機式冷凍サイクルのうち、少なくとも２つの蒸気圧縮機式冷凍サイクルを組み合わせてもよい。特に、第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。

１… 蒸気圧縮式冷凍サイクル ３… 高圧熱交換器 ５Ａ… 第１減圧器
５Ｂ… 第２減圧器 ７… 低圧熱交換器 ９Ａ… 第１圧縮機
９Ｂ… 第２圧縮機 １１… 気液分離器 １９… 第１バルブ

Claims (11)

1. 低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
   高温側の冷媒を冷却する高圧熱交換器と、
   低温側の冷媒を加熱・蒸発させる低圧熱交換器と、
   前記高圧熱交換器から流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる第１減圧器と、
   前記第１減圧器にて減圧された中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器と、
   前記気液分離器にて分離された液相冷媒を減圧・膨張させて前記低圧熱交換器に供給する第２減圧器と、
   前記低圧熱交換器側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を前記高圧熱交換器側に吐出する第１圧縮機と、
   前記気液分離器から気相冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を前記第１圧縮機の吐出側に吐出する第２圧縮機と、
   前記第２圧縮機の作動を制御するインジェクション制御部であって、前記第２圧縮機を稼働させるインジェクション運転と前記第２圧縮機を停止させる非インジェクション運転とを切替制御可能なインジェクション制御部と、
   前記第２圧縮機の吸入側圧力に対する当該第２圧縮機の吐出側圧力の比を圧力比としたとき、前記非インジェクション運転から前記インジェクション運転に移行する場合であって前記圧力比が予め設定された所定の範囲外の場合に、前記圧力比を前記所定の範囲内にする圧力比制御システムと、
   前記非インジェクション運転時に、前記第１圧縮機の吐出側と前記第２圧縮機の吐出側とが連通することを阻止する第１バルブと
   を備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
2. 前記圧力比制御システムは、
   前記圧力比が前記所定の範囲内になるように前記第１減圧器の開度を制御する移行制御部
   を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
3. 前記移行制御部は、前記第２圧縮機の吐出圧が、前記第１圧縮機の吐出圧に基づいて決定される圧力になったときに停止することを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
4. 前記圧力比制御システムは、
   前記第２圧縮機の吐出側と前記第２圧縮機の吸入側とを繋ぐ均圧回路に設けられ、当該均圧回路の連通状態を調節する第２バルブ、及び
   前記第２バルブの作動を制御する第２バルブ制御部であって、前記均圧回路を連通させて前記第２圧縮機の吐出圧を前記吸入側に導く第２バルブ制御部
   を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
5. 前記第２バルブ制御部は、前記第２圧縮機の吐出圧が、前記第１圧縮機の吐出圧に基づいて決定される圧力（以下、停止圧力という。）になったときに、前記第２バルブを閉じることを特徴とする請求項４に蒸気圧縮式冷凍サイクル。
6. 前記第２バルブ制御部は、前記第２圧縮機の吐出圧が前記停止圧力に近づくほど前記第２バルブの開度を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
7. 前記圧力比制御システムは、
   前記圧力比が前記所定の範囲内になるように前記高圧冷媒の圧力を制御する高圧制御部
   を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
8. 前記高圧制御部は、
   前記高圧熱交換器の放熱能力を調整する放熱力調整部、及び
   前記高圧熱交換器の放熱能力を増大させるように前記放熱力調整部の作動を制御する放熱力制御部
   を有することを特徴とする請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
9. 前記放熱力調整部は、前記高圧熱交換器に冷却風を送風する送風機であることを特徴とする請求項８に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
10. 前記放熱力調整部は、前記高圧熱交換器に水を散水する散水器であることを特徴とする請求項８に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
11. 前記非インジェクション運転から前記インジェクション運転に移行する場合であって前記圧力比が前記所定の範囲外の場合に実行される制御モードを移行制御モードとしたとき、
    前記高圧制御部は、前記移行制御モード時に当該移行制御モードが実行されていない場合に比べて前記第１圧縮機の吐出冷媒量を減少させることを特徴とする請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。