JP6521018B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍装置に関する。
従来より、冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている。
特許文献1に開示された冷凍装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、利用側熱交換器をそれぞれ有する利用ユニットとが連絡配管で接続される。複数の利用ユニットは、例えば空調ユニットと、複数の冷設ユニットとで構成される。この冷凍装置では、空調ユニットによって暖房が行われると同時に、冷設ユニットによって庫内の冷蔵/冷凍が行われる。
より詳細には、この冷凍装置のある運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、空調ユニットの室内熱交換器(第1利用側熱交換器)と、室外熱交換器(熱源側熱交換器)とに送られ、両者で凝縮する。凝縮後の冷媒は、複数の冷設ユニットの熱交換器(第2利用側熱交換器)で蒸発し、圧縮機で再び圧縮される。つまり、この運転では、熱源側熱交換器と第1利用側熱交換器とが凝縮器となり、第2利用側熱交換器が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。
特開2004−44921号公報
上記の運転では、熱源側熱交換器と第1利用側熱交換器との双方が凝縮器となる。このため、これらの凝縮器の内部に液冷媒が溜まっていくと、第2利用側熱交換器に送られる冷媒の量を十分に確保できなくなる可能性がある。従って、例えば冷設ユニットにおける冷媒の蒸発量が不足し、冷設ユニットの冷却能力が低下してしまうという問題が生じる。
本発明は、このような課題に着目したものであり、その目的は、熱源側熱交換器及び第1利用側熱交換器における液冷媒の溜まり込みを抑制できる冷凍装置を提供することである。
第1の発明は、圧縮機(13a,13b,13c)、熱源側熱交換器(12)、第1利用側熱交換器(22)、第2利用側熱交換器(32,42)が接続される冷媒回路(2)を備え、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)で冷媒がそれぞれ凝縮し且つ前記第2利用側熱交換器(32,42)で冷媒が蒸発する運転が可能な冷凍装置であって、前記冷媒回路(2)には、前記熱源側熱交換器(12)の流出側に設けられる第1流量調節弁(14)と、前記第1利用側熱交換器(22)の流出側に設けられる第2流量調節弁(23)とが接続され、前記運転中に前記熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)に溜まった液冷媒の量を示す指標に基づいて各流量調節弁(14,23)の開度を調節する制御部(100)とを備え、前記冷媒回路(2)には、蒸発器としての第2利用側熱交換器(32,42)の流入側に膨張弁(33,43)が接続され、前記制御部(100)は、前記運転中に前記膨張弁(33,43)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも低い条件が成立すると、前記膨張弁(33,43)の流入側の冷媒の圧力を増大させることを特徴とする冷凍装置である。
第1の発明では、圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒が、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)でそれぞれ放熱し凝縮する。凝縮した冷媒は、第2利用側熱交換器(32,42)で蒸発し、圧縮機(13a,13b,13c)に吸入される。この運転において、制御部(100)は、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)に溜まった液冷媒の量を示す指標に基づいて、各流量調節弁(14,23)の開度を調節する。
具体的に、上記の指標により、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)のうちのどちらが、液冷媒が溜まっている傾向にあるかを把握できる。このため、例えば熱源側熱交換器(12)の液冷媒の量や熱交換器全体に占める液冷媒の割合が大きいときには、熱源側熱交換器(12)を流れる冷媒の流量が増大するように各流量調節弁(14,23)の開度を調節する。これにより、熱源側熱交換器(12)での液冷媒の溜まり込みを回避できる。同様に、例えば第1利用側熱交換器(22)の液冷媒の量や熱交換器全体に占める液冷媒の割合が大きいときには、第1利用側熱交換器(22)を流れる冷媒の流量が増大するように各流量調節弁(14,23)の開度を調節する。これにより、第1利用側熱交換器(22)での液冷媒の溜まり込みを回避できる。
以上の制御により、第2利用側熱交換器(32,42)へ供給される冷媒の量を確保できる。従って、第2利用側熱交換器(32,42)の冷却能力の低下を回避できる。
の発明では、上記のように各流量調節弁(14,23)の開度を調節することに起因して、膨張弁(33,43)の前後の差圧が小さくなると、膨張弁(33,43)の流入側の冷媒の圧力を増大する制御が行われる。つまり、各流量調節弁(14,23)の開度が比較的小さい条件下で運転が行われると、膨張弁(33,43)の流入側の圧力が比較的小さくなり、該膨張弁(33,43)を通過するための冷媒の差圧を確保できない可能性がある。そうすると、蒸発器となる第2利用側熱交換器(32,42)に冷媒を送ることができず、第2利用側熱交換器(32,42)の冷却能力が低下する。
これに対し、本発明では、膨張弁(33,43)の前後の圧力差(ΔP)が所定値より低い条件が成立すると、制御部(100)が膨張弁(33,43)の流入側の圧力を上昇させる制御を行う。これにより、膨張弁(33,43)の前後の圧力差を確保でき、冷媒を第2利用側熱交換器(32,42)へ確実に送ることができる。
第2の発明は、第1の発明において、前記制御部(100)は、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)を流出する冷媒の過冷却度(SC1,SC2)を前記指標として用いるとともに、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記過冷却度(SC1,SC2)が大きい方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を大きくする制御と、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記過冷却度(SC1,SC2)が小さい方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を小さくする制御との少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする冷凍装置である。
第2の発明の制御部(100)は、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)をそれぞれ流出する冷媒の過冷却度(SC1,SC2)を用いる。つまり、冷媒の過冷却度(SC1,SC2)は、熱交換器に溜まり込む液冷媒の量や熱交換器全体に占める液冷媒の割合が多くなると大きくなる。従って、冷媒の過冷却度(SC1,SC2)は、熱源側熱交換器(12)や第1利用側熱交換器(22)に溜まった冷媒の量を示す指標となる。
例えば熱源側熱交換器(12)に対応する冷媒の過冷却度(SC1)が、第1利用側熱交換器(22)に対応する冷媒の過冷却度(SC2)よりも大きい場合、熱源側熱交換器(12)の方に多くの液冷媒が溜まっていると判断できる。そこで、この場合、制御部(100)は、第1流量調節弁(14)の開度を大きくする、又は第2流量調節弁(23)の開度を小さくする、又は両者を同時に行う制御を行う。これにより、熱源側熱交換器(12)を流れる冷媒の流量を増大できるので、該熱源側熱交換器(12)での冷媒の溜まり込みを抑制できる。
例えば第1利用側熱交換器(22)に対応する冷媒の過冷却度(SC2)が、熱源側熱交換器(12)に対応する冷媒の過冷却度(SC1)よりも大きい場合、第1利用側熱交換器(22)の方に多くの液冷媒が溜まっていると判断できる。そこで、この場合、制御部(100)は、第2流量調節弁(23)の開度を大きくする、又は第1流量調節弁(14)の開度を小さくする、又は両者を同時に行う制御を行う。これにより、第1利用側熱交換器(22)を流れる冷媒の流量を増大できるので、該第1利用側熱交換器(22)での冷媒の溜まり込みを抑制できる。
第3の発明は、第1の発明において、前記制御部(100)は、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)を流出する冷媒の温度(T1,T2)を前記指標として用いるとともに、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記冷媒の温度(T1,T2)が低い方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を大きくする制御と、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記冷媒の温度(T1,T2)が高い方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を小さくする制御との少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする冷凍装置である。
第3の発明の制御部(100)は、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)をそれぞれ流出する冷媒の温度(T1,T2)を用いる。熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)の冷媒の凝縮温度は、冷媒回路(2)の高圧に相当する飽和温度であり、両者は等しいとみなすことができる。このため、各冷媒の温度(T1,T2)は、冷媒の過冷却度を間接的に示す指標となる。即ち、冷媒の温度(T1,T2)が小さいということは、過冷却度が大きいことを意味し、熱交換器に液冷媒が多く溜まっていると判断できる。
例えば熱源側熱交換器(12)に対応する冷媒の温度(T1)が、第1利用側熱交換器(22)に対応する冷媒の温度(T2)よりも小さい場合、熱源側熱交換器(12)を流出する冷媒の過冷却度が大きく、熱源側熱交換器(12)の液冷媒の量が大きいと判断できる。そこで、この場合、制御部(100)は、第1流量調節弁(14)の開度を大きくする、又は第2流量調節弁(23)の開度を小さくする、又は両者を同時に行う制御を行う。これにより、熱源側熱交換器(12)を流れる冷媒の流量を増大できるので、該熱源側熱交換器(12)での冷媒の溜まり込みを抑制できる。
例えば第1利用側熱交換器(22)に対応する冷媒の温度(T2)が、熱源側熱交換器(12)に対応する冷媒の温度(T1)よりも小さい場合、第1利用側熱交換器(22)を流出する冷媒の過冷却度が大きく、第1利用側熱交換器(22)の液冷媒の量が大きいと判断できる。そこで、この場合、制御部(100)は、第2流量調節弁(23)の開度を大きくする、又は第1流量調節弁(14)の開度を小さくする、又は両者を同時に行う制御を行う。これにより、第1利用側熱交換器(22)を流れる冷媒の流量を増大できるので、該第1利用側熱交換器(22)での冷媒の溜まり込みを抑制できる。
の発明は、第1乃至3のいずれか1つの発明において、前記熱源側熱交換器(12)に対応する熱源側ファン(12a)と、前記第1利用側熱交換器(22)に対応する第1利用側ファン(22a)とを備え、前記制御部(100)は、前記条件が成立すると前記熱源側ファン(12a)及び第1利用側ファン(22a)の少なくとも一方の風量を低下させることを特徴とする冷凍装置である。
の発明では、膨張弁(33,43)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも低い条件が成立すると、制御部(100)は、熱源側ファン(12a)及び第1利用側ファン(22a)の少なくとも一方の風量を低下させる。これにより、熱源側熱交換器(12)や第1利用側熱交換器(22)での冷媒の放熱量が小さくなり、冷媒回路(2)の高圧を上昇できる。この結果、膨張弁(33,43)の前後の圧力差(ΔP)を増大できる。
の発明は、第1乃至第4のいずれか1つの発明において、前記冷媒回路(2)には、前記熱源側熱交換器(12)をバイパスして前記圧縮機(13a,13b,13c)の吐出側と前記膨張弁(33,43)の流入側とを繋ぐバイパス流路(65)が接続され、前記制御部(100)は、前記条件が成立すると、前記圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒を前記バイパス流路(65)を介して前記膨張弁(33,43)の流入側へ送ることを特徴とする冷凍装置である。
の発明では、膨張弁(33,43)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも低い条件が成立すると、制御部(100)は、圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒をバイパス流路(65)を経由して膨張弁(33,43)の流入側へ送る。この結果、膨張弁(33,43)の前後の差圧を増大できる。
本発明によれば、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)を凝縮器とする運転において、これらの凝縮器に溜まった液冷媒を示す指標に基づいて各流量調節弁(14,23)を調節する。これにより、液冷媒の溜まり込みが大きい方の凝縮器から、液冷媒を速やかに排出できる。この結果、熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)での液冷媒の溜まり込みを抑制でき、第2利用側熱交換器(32,42)の蒸発能力、ないし冷却能力を十分に確保できる。
図1は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 図2は、図1の冷凍装置における冷房冷却運転時の冷媒流れを示す図である。 図3は、図1の冷凍装置における第1暖房冷却運転時の冷媒流れを示す図である。 図4は、図1の冷凍装置における第2暖房冷却運転時の冷媒流れを示す図である。 図5は、図1の冷凍装置における第3暖房冷却運転時の冷媒流れを示す図である。 図6は、図1の冷凍装置で冷房時に冷蔵熱交換器を逆サイクルでデフロストする冷媒の流れを示す図である。 図7は、図1の冷凍装置で暖房時に冷蔵熱交換器を逆サイクルでデフロストする冷媒の流れを示す図である。 図8は、実施形態のコントローラの概略の構成を示すブロック図である。 図9は、第2暖房冷却運転時の詳細な制御を説明するフローチャートである。 図10は、変形例1に係る第2暖房冷却運転時の詳細な制御を説明するフローチャートである。 図11は、変形例3に係る第2暖房冷却運転時の詳細な制御を説明するフローチャートである。 図12は、変形例4に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 図13は、変形例4に係る第2暖房冷却運転時の詳細な制御を説明するフローチャートである。 図14は、変形例4に係る第2暖房冷却運転時の詳細な制御を説明するフローチャートである。 図15は、変形例4に係る第2暖房冷却運転時にバイパス流路を開放した状態の冷媒の流れを示す図である。 図16は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《発明の実施形態》
〈冷凍装置の概略構成〉
実施形態に係る冷凍装置(1)は、複数の冷蔵倉庫や冷凍倉庫、及びそれらに隣接する事務所に設けられ、商品の冷蔵や冷凍と室内の空調とを行うものである。
図1に示すように、冷凍装置(1)は、室外に設置される室外ユニット(10)と、室内空間を空調する室内ユニット(20)と、冷蔵倉庫の庫内を冷却する冷蔵ユニット(30)(図では1台のみ表示)と、冷凍倉庫の庫内を冷却する冷凍ユニット(40)(図では1台のみ表示)と、コントローラ(100)とを備えている。冷凍ユニット(40)には、ブースタユニット(45)が接続されている。そして、これらのユニットが接続されて冷媒回路(2)が構成されている。冷媒回路(2)には、大きく分けて、上記室内を空調するための空調系統回路(2a)と、上記冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の庫内を冷却するための冷却系統回路(2b)とが形成されている。
室外ユニット(10)には、室外熱交換器(12)を有する熱源側回路としての室外回路(11)が設けられている。室内ユニット(20)には、室内熱交換器(22)を有する室内回路(利用側回路)(21)が設けられている。冷蔵ユニット(30)には、冷蔵熱交換器(32)を有する冷蔵用回路(利用側回路)(31)が設けられている。冷凍ユニット(40)には、冷凍熱交換器(42)を有する冷凍用回路(利用側回路)(41)が設けられている。また、ブースタユニット(45)にはブースタ回路(46)が設けられている。
冷凍装置(1)では、室外回路(11)と複数の利用側回路(21,26,31,41)が、第1ガス側連絡配管(51)、第1液側連絡配管(52)、第2ガス側連絡配管(53)、及び第2液側連絡配管(54)からなる4本の連絡配管(51〜54)で互いに接続され、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路(2)が構成されている。冷蔵用回路(31)と冷凍用回路(41)は並列に接続されている。また、冷凍用回路(41)とブースタ回路(46)は直列に接続されている。
第1ガス側連絡配管(51)は、一端が室外回路(11)の第1ガス側閉鎖弁(71)に接続され、他端が室内回路(21)のガス側端に接続されている。第1液側連絡配管(52)は、一端が室外回路(11)の第1液側閉鎖弁(72)に接続され、他端が室内回路(21)の液側端に接続されている。第2ガス側連絡配管(53)は、一端が室外回路(11)の第2ガス側閉鎖弁(73)に接続され、他端が第1分岐ガス管(53a)と第2分岐ガス管(53b)に分岐して冷蔵用回路(31)のガス側端と(ブースタ回路(46)を介して)冷凍用回路(41)のガス側端とに接続されている。第2液側連絡配管(54)は、一端が室外回路(11)の第2液側閉鎖弁(74)に接続され、他端が第1分岐液管(54a)と第2分岐液管(54b)に分岐して冷蔵用回路(31)の液側端と冷凍用回路(41)の液側端に接続されている。
〈室外ユニット〉
室外ユニット(10)は、屋外に設置され、上記室外回路(11)と、該室外回路(11)を収容する室外ケーシング(10a)とを有している。室外回路(11)は、上記室外熱交換器(12)と、圧縮機構(13)と、室外膨張弁(膨張機構)(14)と、レシーバ(15)と、油分離器(16)と、第1,第2及び第3四路切換弁(切り換え機構)(17,18,19)と、上記の4つの閉鎖弁(71,72,73,74)とを備えている。
圧縮機構(13)は、第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)を有している。第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)は、いずれも固定スクロール及び可動スクロールが噛み合って圧縮室が形成される全密閉型のスクロール圧縮機である。第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)では、各圧縮室の吸入位置において吸入ポート(図示省略)が開口し、吐出位置において吐出ポート(図示省略)が開口し、中間位置において中間ポート(図示省略)が開口している。
上記第1圧縮機(冷却側圧縮機)(13a)及び第3圧縮機(空調側圧縮機)(13c)は、可変容量型の圧縮機である。つまり、第1圧縮機(13a)及び第3圧縮機(13c)は、インバータ制御によって回転速度が可変に構成されている。一方、第2圧縮機(13b)は、回転速度が一定の固定容量型の圧縮機であり、主に第1圧縮機(13a)の補助に用いられるが、第3圧縮機(13c)の補助に用いることもできる。なお、第2圧縮機(13b)は、可変容量型の圧縮機であってもよい。また、上記第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)には、吸入側に吸入配管(55)が接続される一方、吐出側に吐出配管(56)が接続されている。吐出配管(56)には、異常高圧時に圧縮機(13a,13b,13c)を緊急停止させるための高圧圧力スイッチ(110)が設けられている。
吸入配管(55)は、流入側が第1流入分岐管(55a)と第2流入分岐管(55b)とに分岐している。第1流入分岐管(55a)は上記第2ガス側閉鎖弁(73)に第3四路切換弁(19)を介して接続される一方、第2流入分岐管(55b)は第2四路切換弁(18)の第2ポート(P2)に接続されている。第1流入分岐管(55a)と第2流入分岐管(55b)は、流入連通管(66)によって互いに接続され、流入連通管(66)には、上記第3圧縮機(空調側圧縮機)(13c)の吸入冷媒量と上記第1圧縮機(冷却側圧縮機)(13a)の吸入冷媒量を調整可能な圧力調整弁(流量調整弁)(67)が設けられている。
また、吸入配管(55)は、流出側が第1流出分岐管(第1吸入分岐管)(55c)と第2流出分岐管(第2吸入分岐管)(55d)と第3流出分岐管(第3吸入分岐管)(55e)とに分岐している。第1流出分岐管(55c)は上記第1圧縮機(13a)の吸入側端に接続され、第2流出分岐管(55d)は上記第2圧縮機(13b)の吸入側端に接続され、第3流出分岐管(55e)は上記第3圧縮機(13c)の吸入側端に接続されている。
吐出配管(56)は、流入側が第1流入分岐管(56a)と第2流入分岐管(56b)と第3流入分岐管(56c)とに分岐している。第1流入分岐管(56a)は上記第1圧縮機(13a)の吐出側端に接続され、第2流入分岐管(56b)は上記第2圧縮機(13b)の吐出側端に接続され、第3流入分岐管(56c)は上記第3圧縮機(13c)の吐出側端に接続されている。第1〜第3流入分岐管(56a,56b,56c)には、それぞれに逆止弁(CV1,CV2,CV3)が設けられている。これらの逆止弁(CV1,CV2,CV3)は、第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)から四路切換弁(17,18,19)へ向かう冷媒の流通を許容し、逆方向への冷媒の流通を阻止する。また、吐出配管(56)は、流出側が第1流出分岐管(56d)と第2流出分岐管(56e)と第3流出分岐管(56f)とに分岐している。第1流出分岐管(56d)は第1四路切換弁(17)の第1ポート(P1)に接続され、第2流出分岐管(56e)は第2四路切換弁(18)の第1ポート(P1)に接続され、第3流出分岐管(56f)は第3四路切換弁(19)の第1ポート(P1)に接続されている。
油分離器(16)は、吐出配管(56)の中途部に設けられている。油分離器(16)は、第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)から吐出される冷媒に混じった潤滑油を分離し、該潤滑油を第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)に返送する。具体的には、油分離器(16)において冷媒から分離された潤滑油は、油分離器(16)に接続された油戻し配管(50)を介して後述するインジェクション配管(81)の流入端側に返送される。油戻し配管(50)には流量調整弁(48)が設けられている。
第1,第2及び第3四路切換弁(17,18,19)は、第1ポート(P1)が第3ポート(P3)に連通し且つ第2ポート(P2)が第4ポート(P4)に連通する第1状態(図1に実線で示す状態)と、第1ポート(P1)が第4ポート(P4)に連通し且つ第2ポート(P2)が第3ポート(P3)に連通する第2状態(図1に破線で示す状態)とに切り換わる。上記冷凍装置は、この第1,第2及び第3四路切換弁(17,18,19)の切換動作によって、様々な運転を行うことができる。
第1四路切換弁(第1切換弁)(17)の第1ポート(P1)には第1流出分岐管(56d)が接続されている。第1四路切換弁(17)の第2ポート(P2)は、第2四路切換弁(18)の第3ポート(P3)に接続されている。第1四路切換弁(17)の第3ポート(P3)は、冷媒配管を介して第1ガス側閉鎖弁(71)に接続されている。第1四路切換弁(17)の第4ポート(P4)は、室外ガス配管(58)を介して室外熱交換器(12)のガス側端に接続されている。
第2四路切換弁(第2切換弁)(18)の第1ポート(P1)には第2流出分岐管(56e)が接続されている。第2四路切換弁(18)の第2ポート(P2)は、上述したように第2流入分岐管(55b)に接続されている。第2四路切換弁(18)の第3ポート(P3)は、上述したように第1四路切換弁(17)の第2ポート(P2)に接続されている。第2四路切換弁(18)の第4ポート(P4)は閉鎖された閉鎖ポートになっている。
第3四路切換弁(第3切換弁)(19)の第1ポート(P1)には第3流出分岐管(56f)が接続されている。第3四路切換弁(19)の第2ポート(P2)は、第1流入分岐管(55a)に接続されている。第3四路切換弁(19)の第3ポート(P3)は、開閉弁(64)が設けられた接続配管(65)を介して、レシーバ(15)への冷媒流入管である後述の第2分岐管(79)に接続され、第3四路切換弁(19)の第4ポート(P4)は、冷媒配管を介して第2ガス側閉鎖弁(73)に接続されている。接続配管(65)は、室外熱交換器(12)をバイパスして圧縮機(13a,13b,13c)の吐出側と膨張弁(冷蔵膨張弁(33))の流入側とを繋ぐバイパス流路を構成する。開閉弁(64)は、開度が調節可能な流量調節弁、ないし膨張弁であってもよいし、開閉が切り換えられる電磁開閉弁であってもよい。
室外熱交換器(12)は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器であり、近傍に室外ファン(12a)が設けられている。この室外熱交換器(12)では、内部を流れる冷媒と室外ファン(12a)が送風する外気との間で熱交換が行われる。室外ファン(12a)は、室外回路(11)と共に室外ケーシング(10a)内に収容されている。
室外熱交換器(12)は、詳細は後述する第2暖房冷却運転において、凝縮器となる熱源側熱交換器を構成する。室外ファン(12a)は、熱源側熱交換器である室外熱交換器(12)に対応する熱源側ファンを構成する。
室外熱交換器(12)は、液側端が第1液管(59)を介してレシーバ(15)の頂部に接続されている。レシーバ(15)の底部は、室外熱交換器(12)の底部の凍結防止管(57)と、この凍結防止管(57)に接続された過冷却熱交換器(76)が設けられた第2液管(60)とを介して第2液側閉鎖弁(74)に接続されている。また、第2液管(60)における凍結防止管(57)と過冷却熱交換器(76)との間の部分は、第3液管(62)を介して第1液側閉鎖弁(72)に接続されている。
第1液管(59)には室外膨張弁(14)が設けられている。室外膨張弁(14)は、開度が調節可能な電子膨張弁によって構成されている。室外膨張弁(14)は、詳細は後述する第2暖房冷却運転において、凝縮器となる室外熱交換器(12)の流出側に設けられる第1流量調節弁を構成する。
第1液管(59)及び第3液管(62)には、それぞれ逆止弁(CV4,CV5)が設けられている。第1液管(59)の逆止弁(CV4)は、室外熱交換器(12)からレシーバ(15)の頂部へ向かう冷媒の流通を許容し、逆方向への冷媒の流通を阻止する。第3液管(60)の逆止弁(CV5)は、凍結防止管(57)から第1液側閉鎖弁(72)に向かう冷媒の流通を許容し、逆方向への冷媒の流通を阻止する。
第1液管(59)と第2液管(60)との間には、バイパス管(61)が設けられている。バイパス管(61)は、一端が第1液管(59)の逆止弁(CV4)の上流側に接続され、他端が第2液管(60)の逆止弁(CV9)の上流側に接続されている。バイパス管(61)には逆止弁(CV8)が設けられ、室外熱交換器(12)へ向かう冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを禁止する。バイパス管(61)と第2液側閉鎖弁(74)との間には、バイパス管(61)から第2液側閉鎖弁(74)へ向かう冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを禁止する逆止弁(CV9)が設けられている。
過冷却熱交換器(76)は、高圧側流路(76a)と低圧側流路(76b)とを備えている。過冷却熱交換器(76)は、高圧側流路(76a)及び低圧側流路(76b)を流れる冷媒同士が熱交換して高圧側流路(76a)の冷媒が過冷却されるように構成されている。低圧側流路(76b)は、第2液管(60)の逆止弁(CV9)の上流側と後述するインジェクション配管(81)の流入端とを接続する第1分岐管(77)の一部を構成している。第1分岐管(77)の低圧側流路(76b)の上流側には過冷却用膨張弁(78)が設けられている。過冷却用膨張弁(78)は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。
第3液管(62)の逆止弁(CV5)の下流側と第1液管(59)の逆止弁(CV4)の下流側との間には、第2分岐管(79)が設けられている。第2分岐管(79)には、逆止弁(CV6)が設けられている。逆止弁(CV6)は、第2液管(60)から第1液管(59)へ向かう冷媒の流通を許容し、逆方向への冷媒の流通を阻止する。
室外回路(11)には、逆サイクルデフロスト運転時の冷媒戻り配管(80)が設けられている。冷媒戻り配管(80)は、一端が第2液側閉鎖弁(74)とバイパス管(61)との間に接続され、他端が第2分岐管(79)に第1液管(59)と接続配管(65)との間で接続されている。冷媒戻り配管(80)には、レシーバ(15)へ向かう冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを禁止する逆止弁(CV10)が設けられている。
インジェクション配管(81)は、上述のように流入端が上記第1分岐管(77)に接続され、流出端は3つに分岐している。具体的には、インジェクション配管(81)の流出端は、第1〜第3インジェクション管(81a,81b,81c)に分岐している。各インジェクション管(81a,81b,81c)は、各圧縮機(13a,13b,13c)の中間圧の圧縮室に連通する中間圧ポートに接続されている。第1インジェクション管(81a)には第1膨張弁(82a)が、第2インジェクション管(81b)には第2膨張弁(82b)が、第3インジェクション管(81c)には第3膨張弁(82c)がそれぞれ接続される。各膨張弁(82a,82b,82c)は、開度可変の電子膨張弁によって構成されている。各インジェクション管(81a,81b,81c)は、過冷却熱交換器(76)から各圧縮機(13a,13b,13c)の中間圧の圧縮室へガス冷媒を導入するインジェクション回路を構成している。
室外回路(11)には、各種センサが設けられている。例えば、吐出配管(56)には、各圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒の温度をそれぞれ検出する吐出温度センサ(111a, 111b, 111c)と、各圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ(112)とが設けられている。これらの吐出温度センサ(111a,111b, 111c)は、第1圧縮機(13a)に対応する第1吐出温度センサ(111a)と、第2圧縮機(13b)に対応する第2吐出温度センサ(111b)と、第3圧縮機(13c)に対応する第3吐出温度センサ(111c)とで構成される。また、吸入配管(55)には、各圧縮機(13a,13b,13c)の吸入冷媒の温度を検出する吸入温度センサ(113)と、各圧縮機(13a,13b,13c)の吸入冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ(114)が設けられている。
室外熱交換器(12)の近傍には、室外の外気温度を検出する室外温度センサ(115)が設けられている。室外熱交換器(12)の液側端部には、第1温度センサ(118)が設けられている。過冷却熱交換器(76)の低圧側流路(76b)の下流側には、圧力センサ(117)が設けられている。また、第2液管(60)には、レシーバ(15)の圧力を検出する圧力センサ(119)が設けられている。これらのセンサの検出値は、後述するコントローラ(100)に入力される。
詳細は後述する第2暖房冷却運転では、吐出圧力センサ(112)及び第1温度センサ(118)の検出値に基づいて室外熱交換器(12)を流出する液冷媒の過冷却度(SC1)が求められる。つまり、吐出圧力センサ(112)で検出される冷媒の吐出圧力(Pd)は、室外熱交換器(12)を流れる冷媒の圧力に相当する。従って、この吐出圧力(Pd)に対応する飽和温度が、室外熱交換器(12)の凝縮温度(Te1)となる。従って、この凝縮温度(Te1)から、第1温度センサ(118)で検出した冷媒の温度(T1)を差し引くことで、室外熱交換器(12)を流出する冷媒の過冷却度(SC1)(SC1=Te1−T1)を求めることができる。
〈室内ユニット〉
室内ユニット(20)は、室内に設置され、室内回路(21)と、室内回路(21)を収容する室内ケーシング(20a)とを有している。室内回路(21)は、ガス側端が第1ガス側連絡配管(51)に接続され、液側端が第1液側連絡配管(52)に接続されている。室内回路(21)には、ガス側端から順に、室内熱交換器(22)及び室内膨張弁(膨張機構)(23)が設けられている。室内熱交換器(22)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器によって構成され、近傍に室内ファン(22a)が設けられている。室内ファン(22a)は、室内回路(21)と共に室内ケーシング(20a)内に収容されている。室内熱交換器(22)では、内部を流れる冷媒と室内ファン(22a)が送風する室内空気との間で熱交換が行われる。
室内膨張弁(23)は、開度が調節可能な電子膨張弁によって構成されている。室内熱交換器(22)の近傍には、室内空気の温度を検出する室内温度センサ(121)が設けられている。室内回路(21)では、室内熱交換器(22)の伝熱管に、第2温度センサ(122)が設けられている。また、室内回路(21)におけるガス側端の近傍に、蒸発温度センサ(123)が設けられている。
室内熱交換器(22)は、詳細は後述する第2暖房冷却運転において、凝縮器としての第1利用側熱交換器を構成する。
詳細は後述する第2暖房冷却運転では、吐出圧力センサ(112)及び第2温度センサ(122)の検出値に基づいて室外熱交換器(12)を流出する液冷媒の過冷却度(SC2)が求められる。つまり、吐出圧力センサ(112)で検出される冷媒の吐出圧力(Pd)は、室内熱交換器(22)を流れる冷媒の圧力に相当する。従って、この吐出圧力(Pd)に対応する飽和温度が、室内熱交換器(22)の凝縮温度(Te2)(Te2≒Te1)となる。従って、この凝縮温度(Te2)から、第2温度センサ(122)で検出した冷媒の温度(T2)を差し引くことで、室外熱交換器(12)を流出する冷媒の過冷却度(SC2)(SC2=Te2−T2)を求めることができる。
〈冷蔵ユニット〉
冷蔵ユニット(30)は、上記冷蔵用回路(31)と、該冷蔵用回路(31)を収容する冷蔵庫(30a)とを有している。
冷蔵ユニット(30)の冷蔵用回路(31)は、ガス側端が第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)に接続され、液側端が第2液側連絡配管(54)の第1分岐液管(54a)に接続されている。冷蔵用回路(31)には、ガス側端から順に、冷蔵熱交換器(32)及び冷蔵膨張弁(膨張機構)(33)が設けられている。冷蔵熱交換器(32)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器によって構成され、近傍に庫内ファン(32a)が設けられている。庫内ファン(32a)は、冷蔵用回路(31)と共に冷蔵庫(30a)内に収容されている。冷蔵熱交換器(32)では、内部を流れる冷媒と庫内ファン(32a)が送風する冷蔵庫(30a)内の庫内空気との間で熱交換が行われる。冷蔵膨張弁(33)は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。また、冷蔵熱交換器(32)の近傍には、庫内空気の温度を検出する庫内温度センサ(131)が設けられている。また、冷蔵熱交換器(32)の伝熱管に、蒸発温度センサ(132)が設けられている。また、冷蔵用回路(31)におけるガス側端の近傍に、ガス温度センサ(133)が設けられている。
冷蔵熱交換器(32)は、詳細は後述する第2暖房冷却運転において、蒸発器となる第2利用側熱交換器を構成する。
〈冷凍ユニット〉
冷凍ユニット(40)は、上記冷凍用回路(41)と、該冷凍用回路(41)を収容する冷凍庫(40a)とを有している。
冷凍ユニット(40)の冷凍用回路(41)は、ガス側端が後述するブースタユニット(45)を介して第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)に接続され、液側端が第2液側連絡配管(54)の第1分岐液管(54a)に接続されている。冷凍用回路(41)には、ガス側端から順に、冷凍熱交換器(42)及び冷凍膨張弁(膨張機構)(43)が設けられている。冷凍熱交換器(42)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器によって構成され、近傍に庫内ファン(42a)が設けられている。庫内ファン(42a)は、冷凍用回路(41)と共に冷凍庫(40a)内に収容されている。冷凍熱交換器(42)では、内部を流れる冷媒と庫内ファン(42a)が送風する冷凍庫(40a)内の庫内空気との間で熱交換が行われる。冷凍膨張弁(43)は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。冷凍熱交換器(42)の近傍には、庫内空気の温度を検出する庫内温度センサ(141)が設けられている。また、冷凍熱交換器(42)の伝熱管に、蒸発温度センサ(142)が設けられている。冷凍用回路(41)におけるガス側端の近傍に、ガス温度センサ(143)が設けられている。
冷凍熱交換器(42)は、詳細は後述する第2暖房冷却運転において、蒸発器となる第2利用側熱交換器を構成する。
〈ブースタユニット〉
ブースタ回路(46)には、運転容量が可変のブースタ圧縮機(47)が設けられている。ブースタ圧縮機(47)の吐出管(91)には、ブースタ圧縮機(47)側から順に、油分離器(92)、高圧圧力スイッチ(93)、逆止弁(CV11)が設けられている。油分離器(92)には、キャピラリーチューブ(95)が設けられた油戻し管(96)が接続されている。また、ブースタ回路(46)には、ブースタ圧縮機(47)をバイパスするバイパス管(97)が設けられている。バイパス管(97)には、逆止弁(CV12)が設けられている。
第2分岐ガス管(53b)と第2分岐液管(54b)は、ブースタユニット(45)内で接続管(98)により接続される。接続管(98)には調整弁(99)が設けられている。
〈コントローラ〉
コントローラ(100)(制御部)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを用いて構成されている。コントローラ(100)は、冷凍装置(1)の各機器を制御する。
コントローラ(100)による各機器の制御により、冷凍装置(1)の各運転が切り換えられる。冷凍装置(1)は、室内ユニット(20)で室内を冷房する冷房運転と、室内ユニット(20)で室内を暖房する暖房運転とを行う。
冷房運転では、室内ユニット(20)で室内空気を冷却すると同時に冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)で庫内空気を冷却する冷房冷却運転を含む。暖房運転は、第1暖房冷却運転、第2暖房冷却運転、及び第3暖房冷却運転を含む。第1暖房冷却運転では、室外熱交換器(12)が実質的に停止状態となると同時に冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)で庫内空気を冷却する。第2暖房冷却運転では、室外熱交換器(12)が凝縮器になると同時に冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)で庫内空気を冷却する。第3暖房冷却運転では、室外熱交換器(12)が蒸発器になると同時に冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)で庫内空気を冷却する。
また、冷房運転及び暖房運転では、冷蔵ユニット(30)の冷蔵熱交換器(32)を除霜するデフロスト運転がそれぞれ実行される。
コントローラ(100)は、第2暖房冷却運転において、室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(22)に溜まった液冷媒の量を示す指標に基づいて、室外膨張弁(14)の開度を調節する制御を行う。本実施形態のコントローラ(100)は、上記液冷媒の指標として、室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(22)を流出する冷媒の過冷却度(SC1,SC2)をそれぞれ用いる。
図8に示すように、コントローラ(100)は、入力部(101)、演算部(102)、判定部(103)、及び出力部(104)を有している。
入力部(101)には、各センサの検出値や各機器の状態を示す信号が入力される。より詳細には、本実施形態の入力部(101)には、第2暖房冷却運転において、吐出圧力センサ(112)で検出した冷媒の吐出圧力(Pd)と、第1温度センサ(118)で検出した冷媒の温度(T1)(室外熱交換器(12)を流出する冷媒の温度)と、第2温度センサ(122)で検出した冷媒の温度(T2)(室内熱交換器(22)を流出する冷媒の温度)とが入力される。
演算部(102)は、入力部(101)に入力された検出値に基づいて、室外熱交換器(12)に対応する過冷却度((SC1)、第1過冷却度ともいう)と、室内熱交換器(22)に対応する過冷却度((SC2)、第2過冷却度ともいう)とを算出する。ここで、第1過冷却度(SC1)は、吐出圧力(Pd)に対応する飽和温度(室外熱交換器(12)の冷媒の凝縮温度(Te1))から室外熱交換器(12)を流出する冷媒の温度(T1)を差し引くことで得られる。また、第2過冷却度(SC2)は、吐出圧力(Pd)に対応する飽和温度(室内熱交換器(22)の冷媒の凝縮温度(Te2))から室内熱交換器(22)を流出する冷媒の温度(T2)を差し引くことで得られる。
判定部(103)は、演算部(102)で求めた第1過冷却度(SC1)及び第2過冷却度(SC2)に基づき、室外膨張弁(14)及び室内膨張弁(23)の開度を調節するための判定を行う。この判定では、第1過冷却度(SC1)及び第2過冷却度(SC2)の大小を比較する(詳細は後述する)。
出力部(104)は、判定部(103)の判定結果に基づいて、室外膨張弁(14)の開度を制御するための信号を出力する。
−運転動作−
冷凍装置(1)では、冷房冷却運転、第1暖房冷却運転、第2暖房冷却運転、第3暖房冷却運転の各運転モードが、各四路切換弁(17,18,19)を切り換えることにより実行される。
〈冷房冷却運転〉
図2に示す冷房冷却運転は、室内ユニット(20)の冷房と冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却を行う運転である。コントローラ(100)は、第1,第2四路切換弁(17,18)を第2状態に切り換え、第3四路切換弁(19)を第1状態に切り換え、室外膨張弁(14)を全開状態に制御し、冷蔵膨張弁(33)、冷凍膨張弁(43)及び室内膨張弁(23)の開度を適宜調節する。また、開閉弁(64)と圧力調整弁(67)は全閉に制御される。
冷媒回路(2)では以下のように冷媒が循環する。
第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒は、吐出配管(56)において合流してから油分離器(16)において潤滑油が分離され、第1四路切換弁(17)及び室外ガス配管(58)を通過して室外熱交換器(12)に流入する。室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器(12)で凝縮した液冷媒は、第1液管(59)を介してレシーバ(15)に流入し、該レシーバ(15)に貯留される。
レシーバ(15)に貯留された液冷媒は、レシーバ(15)から流出して凍結防止管(57)を通過し、第2液管(60)を第1液側閉鎖弁(72)及び第2液側閉鎖弁(74)に向かって分流する。その際に、液冷媒は過冷却熱交換器(76)を通過する。
高圧の液冷媒は、過冷却熱交換器(76)の高圧側流路(76a)に流入する。一方、過冷却熱交換器(76)の低圧側流路(76b)には高圧側流路(76a)を通過後に第2液管(60)から第1分岐管(77)に分岐して過冷却用膨張弁(78)で減圧された冷媒が流入する。低圧側流路(76b)を流れる冷媒は、高圧側流路(76a)を流れる高圧の液冷媒と熱交換して蒸発する一方、高圧側流路(76a)の高圧の液冷媒は、低圧側流路(76b)の冷媒に放熱することによって過冷却状態となる。第2液側閉鎖弁(74)を通過した冷媒は、第2液側連絡配管(54)に流入する。第1液側閉鎖弁(72)を通過した冷媒は、第1液側連絡配管(52)に流入する。蒸発した低圧側流路(76b)の冷媒は、インジェクション配管(81)に流入する。
第2液側連絡配管(54)に流入した液冷媒は、2つに分流して第1分岐液管(54a)及び第2分岐液管(54b)のそれぞれに流入する。第1分岐液管(54a)に流入した液冷媒は、冷蔵ユニット(30)の冷蔵用回路(31)に流入する一方、第2分岐液管(54b)に流入した液冷媒は、冷凍ユニット(40)の冷凍用回路(41)に流入する。冷蔵用回路(31)及び冷凍用回路(41)に流入した液冷媒は、冷蔵膨張弁(33)及び冷凍膨張弁(43)で減圧された後、冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)に流入する。冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、庫内空気が冷却される。
冷蔵熱交換器(32)で蒸発した冷媒は、冷蔵用回路(31)から第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)に流入する。冷凍熱交換器(42)で蒸発した冷媒は、冷凍用回路(41)からブースタ回路(46)を介して第2ガス側連絡配管(53)の第2分岐ガス管(53b)に流入する。第2ガス側連絡配管(53)において合流した冷媒は、第2ガス側閉鎖弁(73)を通過した後、第3四路切換弁(19)を介して吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入する。
一方、第1液側連絡配管(52)に流入した液冷媒は、室内膨張弁(23)で減圧された後、室内熱交換器(22)に流入する。室内熱交換器(22)では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷却される。室内熱交換器(22)で蒸発した冷媒は、第1ガス側連絡配管(51)、第1四路切換弁(17)、及び第2四路切換弁(18)を通過して吸入配管(55)の第2流入分岐管(55b)に流入する。
上述のようにして吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)及び第2流入分岐管(55b)のそれぞれに流入した冷媒は、合流した後、第1流出分岐管(55c)、第2流出分岐管(55d)及び第3流出分岐管(55e)にそれぞれ分流する。そして、第1〜第3流出分岐管(55c,55d,55e)に流入した冷媒は、それぞれ対応する第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)に吸入されて圧縮される(3台の圧縮機をすべて運転している場合)。
一方、インジェクション配管(81)に流入した冷媒は、第1〜第3インジェクション管(81a,81b,81c)に分流した後、対応する第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)の中間圧の圧縮室に導入される。これにより、第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)の吐出ガス温度が低下する。また、油分離器(16)において第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒から分離された潤滑油は、油戻し配管(50)を通ってインジェクション配管(81)に返送される。
〈第1暖房冷却運転〉
図3に示す第1暖房冷却運転は、室外熱交換器(12)を用いずに、室内ユニット(20)の暖房と冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却を行う運転である。第1冷房冷却運転では、冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却能力(蒸発熱量)と、室内ユニット(20)の暖房能力(凝縮熱量)とがバランスし、100%の熱回収が行われる。
コントローラ(100)は、第1四路切換弁(17)及び第3四路切換弁(19)を第1状態に切り換えると共に第2四路切換弁(18)を第2状態に切り換え、室外膨張弁(14)を全閉状態に制御し、冷蔵膨張弁(33)及び冷凍膨張弁(43)を所定開度に制御し、室内膨張弁(23)の開度を全開状態に制御する。また、圧力調整弁(67)の開度は全開に制御され、開閉弁(64)は全閉に制御される。
冷媒回路(2)では以下のように冷媒が循環する。
第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒は、吐出配管(56)において合流してから油分離器(16)において潤滑油が分離され、第1四路切換弁(17)、及び第1ガス側連絡配管(51)を通過して室内熱交換器(22)に流入する。室内熱交換器(22)では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。室内熱交換器(22)で凝縮した液冷媒は、第1液側連絡配管(52)を流れる。
第1液側連絡配管(52)を流れる液冷媒は、室外ユニット(10)に流入し、第2分岐管(79)を通ってレシーバ(15)へ流入する。レシーバ(15)の冷媒は凍結防止管(57)を通過して第2液管(60)を流れ、さらに過冷却熱交換器(76)を通って第2液側連絡配管(54)に流入する。
第2液側連絡配管(54)に流入した液冷媒は、2つに分岐して第1分岐液管(54a)及び第2分岐液管(54b)のそれぞれに流入する。第1分岐液管(54a)に流入した液冷媒は、冷蔵ユニット(30)の冷蔵用回路(31)に流入する一方、第2分岐液管(54b)に流入した液冷媒は、冷凍ユニット(40)の冷凍用回路(41)に流入する。冷蔵用回路(31)及び冷凍用回路(41)に流入した液冷媒は、冷蔵膨張弁(33)及び冷凍膨張弁(43)で減圧された後、冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)に流入する。冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、庫内空気が冷却される。
冷蔵熱交換器(32)で蒸発した冷媒は、冷蔵用回路(31)から第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)に流入する。冷凍熱交換器(42)で蒸発した冷媒は、冷凍用回路(41)からブースタ回路(46)を介して第2ガス側連絡配管(53)の第2分岐ガス管(53b)に流入する。第2ガス側連絡配管(53)において合流した冷媒は、第2ガス側閉鎖弁(73)を通過した後、第3四路切換弁(19)を介して吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入する。
上述のようにして吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入した冷媒は、第1流出分岐管(55c)、第2流出分岐管(55d)及び第3流出分岐管(55e)にそれぞれ分流する。そして、第1〜第3流出分岐管(55c,55d,55e)に流入した冷媒は、それぞれ対応する第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)に吸入されて圧縮される。
この第1暖房冷却運転におけるインジェクション配管(81)による第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)への中間圧冷媒の注入は、冷房冷却運転時と基本的に同様に行われる。
〈第2暖房冷却運転〉
図4に示す第2暖房冷却運転は、第1暖房冷却運転の際に室内ユニット(20)の暖房能力が余る場合に、室外熱交換器(12)を凝縮器として用いて室内ユニット(20)の暖房と冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却とを行う運転である。つまり、第2暖房冷却運転では、冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却能力(蒸発熱量)と、室内ユニット(20)の暖房能力(凝縮熱量)とがバランスせず、余る凝縮熱を室外熱交換器(12)で室外に放出する。
コントローラ(100)は、第1四路切換弁(17),第2四路切換弁(18)及び第3四路切換弁(19)を第1状態に切り換える。また、室外膨張弁(14)、室内膨張弁(23)、冷蔵膨張弁(33)、及び冷凍膨張弁(43)を所定開度に制御する。また、圧力調整弁(67)は全開に制御され、開閉弁(64)は原則として全閉に制御される。
冷媒回路(2)では以下のように冷媒が循環する。
第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒は、吐出配管(56)において合流してから油分離器(16)において潤滑油が分離された後、2つに分流する。分流した冷媒の一方は第2四路切換弁(18)、第1四路切換弁(17)及び室外ガス配管(58)を介して室外熱交換器(12)に流入し、他方は第1四路切換弁(17)、及び第1ガス側連絡配管(51)を通過して室内熱交換器(22)に流入する。
室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器(12)で凝縮した液冷媒は、レシーバ(15)に流入する。室内熱交換器(22)では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。室内熱交換器(22)で凝縮した液冷媒は、第1液側連絡配管(52)を流れる。
第1液側連絡配管(52)を流れる液冷媒は、室外ユニット(10)に流入し、第2分岐管(79)を通ってレシーバ(15)へ流入する。レシーバ(15)で合流した冷媒は凍結防止管(57)を通過して第2液管(60)を流れ、さらに過冷却熱交換器(76)を通って第2液側連絡配管(54)に流入する。
第2液側連絡配管(54)に流入した液冷媒は、2つに分流して第1分岐液管(54a)及び第2分岐液管(54b)のそれぞれに流入する。第1分岐液管(54a)に流入した液冷媒は、冷蔵ユニット(30)の冷蔵用回路(31)に流入する一方、第2分岐液管(54b)に流入した液冷媒は、冷凍ユニット(40)の冷凍用回路(41)に流入する。冷蔵用回路(31)及び冷凍用回路(41)に流入した液冷媒は、冷蔵膨張弁(33)及び冷凍膨張弁(43)で減圧された後、冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)に流入する。冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、庫内空気が冷却される。
冷蔵熱交換器(32)で蒸発した冷媒は、冷蔵用回路(31)から第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)に流入する。冷凍熱交換器(42)で蒸発した冷媒は、冷凍用回路(41)からブースタ回路(46)を介して第2ガス側連絡配管(53)の第2分岐ガス管(53b)に流入する。第2ガス側連絡配管(53)において合流した冷媒は、第2ガス側閉鎖弁(73)を通過した後、第3四路切換弁(19)を介して吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入する。
上述のようにして吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入した冷媒は、第1流出分岐管(55c)、第2流出分岐管(55d)、及び第3流出分岐管(55e)にそれぞれ分流する。そして、第1〜第3流出分岐管(55c,55d,55e)に流入した冷媒は、それぞれ対応する第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)に吸入されて圧縮される。
第2暖房冷却運転におけるインジェクション配管(81)による第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)への中間圧冷媒の注入は、冷房冷却運転時と基本的に同様に行われる。
〈第3暖房冷却運転〉
図5に示す第3暖房冷却運転は、第1暖房冷却運転の際に室内ユニット(20)の暖房能力が不足する場合に、室外熱交換器(12)を蒸発器として用いて室内ユニット(20)の暖房と冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却を行う運転である。つまり、第3暖房冷却運転では、冷蔵ユニット(30)及び冷凍ユニット(40)の冷却能力(蒸発熱量)と、室内ユニット(20)の暖房能力(凝縮熱量)とがバランスせず、不足する蒸発熱を室外熱交換器(12)において吸収する。
コントローラ(100)は、第1四路切換弁(17)及び第3四路切換弁(19)を第1状態に切り換え、第2四路切換弁(18)を第2状態に切り換え、室外膨張弁(14)の開度を適宜調整する。また、冷蔵膨張弁(33)及び冷凍膨張弁(43)を所定開度に制御し、室内膨張弁(23)の開度を全開状態に制御する。また、開閉弁(64)と圧力調整弁(67)の開度は全閉状態に制御される。
冷媒回路(2)では以下のように冷媒が循環する。
第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒は、吐出配管(56)において合流してから油分離器(16)において潤滑油が分離された後、第1四路切換弁(17)、及び第1ガス側連絡配管(51)を通過して室内熱交換器(22)に流入する。室内熱交換器(22)では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。室内熱交換器(22)で凝縮した液冷媒は、第1液側連絡配管(52)を流れる。
第1液側連絡配管(52)を流れる液冷媒は、室外ユニット(10)に流入し、第2分岐管(79)を通ってレシーバ(15)へ流入する。レシーバ(15)に流入した液冷媒は、レシーバ(15)から流出して第2液管(60)を流れ、過冷却熱交換器(76)を通ってから第2液側連絡配管(54)とバイパス管(61)に分流する。
第2液側連絡配管(54)に流入した液冷媒は、2つに分岐して第1分岐液管(54a)及び第2分岐液管(54b)のそれぞれに流入する。第1分岐液管(54a)に流入した液冷媒は、冷蔵ユニット(30)の冷蔵用回路(31)に流入する。第2分岐液管(54b)に流入した液冷媒は、冷凍ユニット(40)の冷凍用回路(41)に流入する。冷蔵用回路(31)及び冷凍用回路(41)に流入した液冷媒は、冷蔵膨張弁(33)及び冷凍膨張弁(43)で減圧された後、冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)に流入する。冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、庫内空気が冷却される。
冷蔵熱交換器(32)で蒸発した冷媒は、冷蔵用回路(31)から第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)に流入する。冷凍熱交換器(42)で蒸発した冷媒は、冷凍用回路(41)からブースタ回路(46)を介して第2ガス側連絡配管(53)の第2分岐ガス管(53b)に流入する。第2ガス側連絡配管(53)において合流した冷媒は、第2ガス側閉鎖弁(73)を通過した後、第3四路切換弁(19)を介して吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入する。
上述のようにして吸入配管(55)の第1流入分岐管(55a)に流入した冷媒は、第1流出分岐管(55c)及び第2流出分岐管(55d)にそれぞれ分流する。そして、第1,第2流出分岐管(55c,55d)に流入した冷媒は、それぞれ対応する第1,第2圧縮機(13a,13b)に吸入されて圧縮される。
一方、レシーバ(15)及び過冷却熱交換器(76)を流出してからバイパス管(61)に流入した液冷媒は、室外膨張弁(14)で減圧された後、室外熱交換器(12)に流入する。室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(12)で蒸発した冷媒は、室外ガス配管(58)、第1四路切換弁(17)及び第2四路切換弁(18)を介して吸入配管(55)の第2流入分岐管(55b)に流入する。第2流入分岐管(55b)に流入した冷媒は、第3流出分岐管(55e)を通り、第3圧縮機(13c)に吸入されて圧縮される。
第3暖房冷却運転におけるインジェクション配管(81)による第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)への中間圧冷媒の注入は、冷房冷却運転時と基本的に同様に行われる。
〈デフロスト運転〉
上述した冷房運転や暖房運転では、冷蔵熱交換器(32)に付着した霜を融かすデフロスト運転が行われる。
〈冷房時のデフロスト運転〉
図6に示す冷房時のデフロスト運転では、室内を冷房すると同時に、冷蔵庫(30a)の冷蔵熱交換器(32)に付着した霜が除去される。コントローラ(100)は、第1四路切換弁(17),第2四路切換弁(18)及び第3四路切換弁(19)を第2状態に切り換え、室外膨張弁(14)を全開状態に制御し、室内膨張弁(23)の開度を適宜調節し、冷蔵膨張弁(33)の開度を全閉にする。また、コントローラ(100)は、冷凍膨張弁(43)と開閉弁(64)を全閉に制御し、圧力調整弁(67)を全開に制御し、ブースタユニット(45)を停止状態とする。
冷媒回路(2)では以下のように冷媒が循環する。
第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒は、吐出配管(56)において合流してから油分離器(16)において潤滑油が分離され、第1流出分岐管(56d)と第3流出分岐管(56f)に分流する。
第1流出分岐管(56d)を流れる冷媒は、第1四路切換弁(17)及び室外ガス配管(58)を通過して室外熱交換器(12)に流入する。室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器(12)で凝縮した液冷媒は、第1液管(59)を介してレシーバ(15)に流入し、該レシーバ(15)に貯留される。
吐出配管(56)の第3流出分岐管(56f)に流入した冷媒は、第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)を通って冷蔵熱交換器(31)へ流入し、冷蔵熱交換器(31)に付着した霜に熱を与えて霜を溶かす。冷蔵熱交換器(31)から流出した冷媒は、第2液側連絡配管(54)の第1分岐液管(54a)を流れて室外ユニット(10)へ流入し、冷媒戻り配管(80)を通ってレシーバ(15)に流入し、室外熱交換器(12)からレシーバ(15)へ流入した冷媒と合流する。
レシーバ(15)に貯留された液冷媒は、レシーバ(15)から流出して凍結防止管(57)を通過し、第3液管(62)を介して第1液側連絡配管(52)に流入する。
第1液側連絡配管(52)に流入した冷媒は、室内膨張弁(23)で減圧された後、室内熱交換器(22)に流入する。室内熱交換器(22)では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷却される。室内熱交換器(22)で蒸発した冷媒は、第1ガス側連絡配管(51)、第1四路切換弁(17)及び第2四路切換弁(18)を通過して吸入配管(55)の第2流入分岐管(55b)に流入する。
上述のようにして吸入配管(55)の第2流入分岐管(55b)に流入した冷媒は、第1流出分岐管(55c)、第2流出分岐管(55d)及び第3流出分岐管(55e)にそれぞれ分流する。そして、第1〜第3流出分岐管(55c,55d,55e)に流入した冷媒は、それぞれ対応する第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)に吸入されて圧縮される。
〈暖房時のデフロスト運転〉
図7に示す暖房時のデフロスト運転では、室内を暖房すると同時に、冷蔵庫(30a)の冷蔵熱交換器(32)に付着した霜が除去される。コントローラ(100)は、第1四路切換弁(17)を第1状態に切り換え、第2四路切換弁(18)及び第3四路切換弁(19)を第2状態に切り換え、室外膨張弁(14)の開度を適宜調節し、室内膨張弁(23)と冷蔵膨張弁(33)の開度を全開にする。また、コントローラ(100)は、冷凍膨張弁(43)と開閉弁(64)を全閉に制御し、圧力調整弁(67)を全開に制御し、ブースタユニット(45)を停止状態とする。
冷媒回路(2)では以下のように冷媒が循環する。
第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)で圧縮された冷媒は、吐出配管(56)において合流してから油分離器(16)において潤滑油が分離され、第1流出分岐管(56d)と第3流出分岐管(56f)に分流する。
第1流出分岐管(56d)を流れる冷媒は、第1四路切換弁(17)、及び第1ガス側連絡配管(51)を通過して室内熱交換器(22)に流入する。室内熱交換器(22)では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。室内熱交換器(22)で凝縮した液冷媒は、第1液側連絡配管(52)を流れる。第1液側連絡配管(52)を流れる液冷媒は、室外ユニット(10)に流入し、第2分岐管(79)を通ってレシーバ(15)へ流入する。
吐出配管(56)の第3流出分岐管(56f)に流入した冷媒は、第2ガス側連絡配管(53)の第1分岐ガス管(53a)を通って冷蔵熱交換器(31)へ流入し、冷蔵熱交換器(31)に付着した霜に熱を与えて霜を溶かす。冷蔵熱交換器(31)から流出した冷媒は、第2液側連絡配管(54)の第1分岐液管(54a)を流れて室外ユニット(10)へ流入し、冷媒戻り配管(80)を通ってレシーバ(15)に流入し、室内熱交換器(22)からレシーバ(15)へ流入した冷媒と合流する。
レシーバ(15)に流入した液冷媒は、レシーバ(15)から流出して第2液管(60)を流れ、過冷却熱交換器(76)を通ってからバイパス管(61)に流入する。過冷却熱交換器(76)を流出してからバイパス管(61)に流入した冷媒は、室外膨張弁(14)で減圧された後、室外熱交換器(12)に流入する。室外熱交換器(12)では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(12)で蒸発した冷媒は、室外ガス配管(58)、第1四路切換弁(17)及び第2四路切換弁(18)を介して吸入配管(55)の第2流入分岐管(55b)に流入する。
上述のようにして吸入配管(55)の第2流入分岐管(55b)に流入した冷媒は、第1流出分岐管(55c)、第2流出分岐管(55d)及び第3流出分岐管(55e)にそれぞれ分流する。そして、第1〜第3流出分岐管(55c,55d,55e)に流入した冷媒は、それぞれ対応する第1〜第3圧縮機(13a,13b,13c)に吸入されて圧縮される。
〈第2暖房冷却運転時において蒸発能力の低下を抑制するための制御〉
上述したように、第2暖房冷却運転では、室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(22)が凝縮器となり、冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。この第2暖房冷却運転において、室外熱交換器(12)や室内熱交換器(22)に多くの液冷媒が溜まり込んでしまうと、冷蔵熱交換器(32)及び冷凍熱交換器(42)に供給される冷媒の量が不足し、冷蔵熱交換器(32)や冷凍熱交換器(42)の蒸発能力が低下してしまうおそれがある。
そこで、本実施形態の第2暖房冷却運転では、室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(22)のうち液冷媒が多く溜まっていると判断される方の熱交換器から、液冷媒を排出するように、各流量調節弁(室外膨張弁(14)及び室内膨張弁(23))の開度を調節する制御が行われる。この制御の詳細について図9のフローチャートを参照しながら説明する。
第2暖房冷却運転では、ステップST11及びステップST13において、判定部(103)が第1過冷却度(SC1)と第2過冷却度(SC2)の大小関係の比較を行う。ステップST11において、室外熱交換器(12)に対応する第1過冷却度(SC1)が室内熱交換器(22)に対応する第2過冷却度(SC2)よりも大きい場合、室外膨張弁(14)の開度を所定開度(例えば10パルス)大きくする(ST12)。つまり、SC1>SC2の条件が成立する場合、室外熱交換器(12)の全体に占める液冷媒の割合が大きく、室外熱交換器(12)に多くの液冷媒が溜まっていると判断できる。そこで、ST11の条件が成立する場合、ステップST12へ移行し、室外膨張弁(14)の開度を大きくする。この結果、室外熱交換器(12)側の冷媒の流路の抵抗が小さくなり、室外熱交換器(12)の冷媒の流量が大きくなる。これにより、室外熱交換器(12)に溜まった液冷媒を排出できる。
一方、ステップST13において、室内熱交換器(22)に対応する第2過冷却度(SC2)が室外熱交換器(12)に対応する第1過冷却度(SC1)よりも大きい場合、室外膨張弁(14)の開度を所定開度(例えば10パルス)小さくする(ST14)。つまり、SC2>SC1の条件が成立する場合、室内熱交換器(22)の全体に占める液冷媒の割合が大きく、室内熱交換器(22)に多くの液冷媒が溜まっていると判断できる。そこで、ST13の条件が成立する場合、ステップST14へ移行し、室外膨張弁(14)の開度を小さくする。この結果、室外熱交換器(12)側の冷媒の流路の抵抗が大きくなり、室内熱交換器(22)の冷媒の流量が大きくなる。これにより、室内熱交換器(22)に溜まった液冷媒を排出できる。
このように室外膨張弁(14)の開度を制御することで、室内熱交換器(22)及び室外熱交換器(12)のうち液冷媒が多く溜まっている方の熱交換器から、液冷媒を速やかに排出できる。この結果、蒸発器となる冷蔵熱交換器(32)や冷凍熱交換器(42)に送られる冷媒の量を十分に確保できる。
一方、このように室外膨張弁(14)の開度を適宜調節すると、室外膨張弁(14)及び室内膨張弁(23)の下流側の液ラインの圧力が過剰に低くなる可能性もある。このように液ラインの圧力が低下すると、例えば冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差が小さくなり、冷蔵膨張弁(33)を冷媒が通過するための圧力差を十分に確保できない可能性がある。そこで、本実施形態では、冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差が所定値よりも低い場合に、該冷蔵膨張弁(33)の流入側(液ライン)の冷媒の圧力を増大させる制御を行う。
具体的には、ステップST15において、圧力差(ΔP)が所定値よりも小さいか否かの判定が行われる。ここで、圧力差(ΔP)は、冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差である。冷蔵膨張弁(33)の流入側の圧力は、例えば第2液管(60)の圧力センサ(119)の検出値によって得ることができる。また、冷蔵膨張弁(33)の流出側の圧力は、冷蔵熱交換器(32)の蒸発圧力に相当する。この蒸発圧力は、冷蔵熱交換器(32)の蒸発温度センサ(123)の検出温度に相当する飽和圧力である。
ステップST15において、圧力差(ΔP)が所定値よりも低い場合、冷蔵膨張弁(33)を通過する冷媒の圧力が不足していると判断できる。そこで、この条件が成立する場合、本実施形態のコントローラ(100)は、室外ファン(12a)の風量を増大させる制御を行う。室外ファン(12a)の風量が小さくなると、冷媒回路(2)の高圧圧力が上昇するため、冷蔵膨張弁(33)の流入側の圧力も上昇する。この結果、圧力差(ΔP)を増大でき、冷蔵膨張弁(33)を通過する冷媒の圧力を確保できる。
−実施形態の効果−
上記実施形態では、室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(22)が凝縮器となる第2暖房冷却運転において、室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(22)のうち過冷却度が大きい方の熱交換器に対応する室外膨張弁(14)の開度を大きくする。これにより、室外熱交換器(12)や室内熱交換器(22)に溜まった液冷媒を速やかに排出でき、冷蔵熱交換器(32)や冷凍熱交換器(42)へ供給される冷媒の量を十分に確保できる。この結果、冷蔵熱交換器(32)や冷凍熱交換器(42)の蒸発能力、ひいては冷却能力を十分に確保でき、冷凍装置(1)の信頼性を向上できる。
上記実施形態では、室外に設けられる室外膨張弁(14)の開度を制御するため、室外熱交換器(12)を流れる冷媒の流量が変化したとしても、室内の暖房には直接的な影響がない。従って、室内の暖房の快適性を確保できる。
上記実施形態では、冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差(ΔP)が小さい条件下において、室外ファン(12a)の風量を低下させる。これにより、冷蔵膨張弁(33)を冷媒が流れるための差圧を速やかに確保でき、冷蔵熱交換器(32)に冷媒を供給できる。この結果、冷凍装置(1)の信頼性を更に向上できる。
このように室外ファン(12a)の風量を低下させたとしても、室内の暖房には直接的な影響がない。従って、室内の暖房の快適性を確保できる。
《変形例》
上記実施形態においては、以下のような変形例の構成としてもよい。
〈変形例1〉
上記実施形態のコントローラ(100)は、第1過冷却度(SC1)が第2過冷却度(SC2)よりも大きい条件(第1条件)が成立すると、第1流量調節弁としての室外膨張弁(14)の開度を増大させている。また、上記実施形態のコントローラ(100)は、第2過冷却度(SC2)が第1過冷却度(SC1)よりも大きい条件(第2条件)が成立すると、第1流量調節弁としての室外膨張弁(14)の開度を減少させている。
しかし、図10に示すように、変形例1のコントローラ(100)は、第1条件が成立する場合に、第1流量調節弁としての室外膨張弁(14)の開度を増大させ(ステップST12)、且つ第2流量調節弁としての室内膨張弁(23)の開度を減少させる(ステップST17)。これにより、室外熱交換器(12)側により多くの冷媒を流すことができ、室外熱交換器(12)の内部の液冷媒を速やかに排出できる。
同様に、変形例1のコントローラ(100)は、第2条件が成立する場合に、第1流量調節弁としての室外膨張弁(14)の開度を減少させ(ステップST14)、且つ第2流量調節弁(23)としての室内膨張弁(23)の開度を増大させる(ステップST18)。これにより、室内熱交換器(22)側により多くの冷媒を流すことができ、室内熱交換器(22)の内部の液冷媒を速やかに排出できる。
〈変形例2〉
図示は省略するが、変形例2のコントローラ(100)は、第1過冷却度(SC1)が第2過冷却度(SC2)よりも大きい条件(第1条件)が成立すると、第2流量調節弁としての室内膨張弁(23)の開度を減少させる一方、第1流量調節弁としての室外膨張弁(14)の開度は調節しない。この制御によっても、室外熱交換器(12)の内部の液冷媒を排出できる。同様に、変形例2のコントローラ(100)は、第2過冷却度(SC2)が第1過冷却度(SC1)よりも大きい条件(第2条件)が成立すると、第2流量調節弁としての室内膨張弁(23)の開度を増大させる一方、第1流量調節弁としての室外膨張弁(14)の開度は調節しない。この制御によっても、室内熱交換器(22)の内部の液冷媒を排出できる。
〈変形例3〉
変形例3は、液冷媒を示す指標が上述した各形態と異なる。図11に示すように、変形例3では、室外熱交換器(12)を流出する冷媒の温度((T1)、以下、第1冷媒温度ともいう)と、室内熱交換器(22)を流出する冷媒の温度((T2)、以下、第2冷媒温度ともいう)とが、上記指標として用いられる。変形例3では、判定部(103)が、第1温度センサ(118)で検出した第1冷媒温度(T1)と、第2温度センサ(122)で検出した第2冷媒温度(T2)との大小の比較を行う。
つまり、室外熱交換器(12)の凝縮温度(Te1)と、室内熱交換器(22)の凝縮温度(Te2)とは、上述したように等しいとみなすことができる。このため、第2冷媒温度(T2)が第1冷媒温度(T2)よりも高い場合、実質的には第1過冷却度(SC1)が第2過冷却度(SC2)よりも大きいと判断できる。また、第1冷媒温度(T1)が第2冷媒温度(T2)よりも高い場合、実質的には第2過冷却度(SC2)が第1過冷却度(SC1)よりも小さいと判断できる。
そこで、変形例3では、ステップS21において、第2冷媒温度(T2)が第1冷媒温度(T1)よりも高い条件(第3条件)が成立する場合に、室外熱交換器(12)の過冷却度が大きく、室外熱交換器(12)に液冷媒が溜まっていると判断し、室外膨張弁(14)の開度を増大させる(ステップST12)。また、ステップST23において、第1冷媒温度(T1)が第2冷媒温度(T2)よりも高い条件(第4条件)が成立する場合に、室内熱交換器(22)の過冷却度が大きく、室内熱交換器(22)に液冷媒が溜まっていると判断し、室外膨張弁(14)の開度を減少させる(ステップST14)。
〈変形例4〉
変形例4は、液冷媒を示す指標が上述した各形態と異なる。変形例4では、室外熱交換器(12)を流出した冷媒の圧力((P1)、以下、第1冷媒圧力ともいう)と、室内熱交換器(22)を流出した冷媒の圧力((P2)、以下、第2冷媒圧力ともいう)とが、上記指標として用いられる。
具体的には、図12に示す変形例4の冷媒回路(2)の室外回路(11)には、第1圧力センサ(151)と第2圧力センサ(152)とが設けられる。第1圧力センサ(151)は、第1液管(59)と第2分岐管(79)の合流部(C)を基準とした場合に、第1液管(59)における合流部(C)のやや上流側に設けられる。第2圧力センサ(152)は、第2分岐管(79)のうち合流部(C)のやや上流側に設けられる。合流部(C)から第1圧力センサ(151)までの配管長L1と、合流部(C)から第2圧力センサ(152)までの配管長L2とは概ね等しくなっている。第1圧力センサ(151)は、室外熱交換器(12)を流出した冷媒の圧力((P1)、以下、第1冷媒圧力ともいう)を検出する。第2圧力センサ(152)は、室内熱交換器(22)を流出した冷媒の圧力((P2)、以下、第2冷媒圧力ともいう)を検出する。
変形例4の判定部(103)は、第2冷媒圧力(P2)が第1冷媒圧力(P1)よりも大きくなると、室外熱交換器(12)に液冷媒が溜まっていると判断する。逆に、第1冷媒圧力(P1)が第2冷媒圧力(P2)よりも大きくなると、室内熱交換器(22)に液冷媒が溜まっていると判断する。この点について詳細に説明する。
第1圧力センサ(151)から合流部(C)までを冷媒が流れる際の圧力降下((ΔPd1)、第1圧力降下ともいう)は、第1冷媒圧力(P1)と、合流部(C)での冷媒の圧力(Pc)との差分(P1−Pc)で表すことができる。一方、第2圧力センサ(152)から合流部(C)までを冷媒が流れる際の圧力降下((ΔPd2)、第2圧力降下ともいう)は、第2冷媒圧力(P2)と、合流部(C)での冷媒の圧力(PC)との差分(P2-Pc)で表すことができる。ここで、例えば室外熱交換器(12)側に液冷媒が溜まると、第1圧力センサ(151)から合流部(C)までを流れる液冷媒の流量が小さくなり、第1圧力降下(ΔPd1)が第2圧力降下(ΔPd2)よりも小さくなる。ここで、圧力降下を求める両者の差分(P1−Pc)、(P2−Pc)の式において、合流部(C)の圧力(Pc)は互いに等しい。従って、室外熱交換器(12)に液冷媒が溜まり込んだ状態では、第2冷媒圧力(P2)が第1冷媒圧力(P1)よりも大きくなる。逆に、室内熱交換器(22)に液冷媒が溜まり込んだ状態では、第1冷媒圧力(P1)が第2冷媒圧力(P2)よりも大きくなる。
そこで、変形例4では、図13に示すステップS31において、第2冷媒圧力(P2)が第1冷媒圧力(P1)よりも高い条件(第5条件)が成立する場合に、室外熱交換器(12)に液冷媒が溜まっていると判断し、室外膨張弁(14)の開度を増大させる(ステップST12)。また、ステップST33において、第1冷媒圧力(P1)が第2冷媒圧力(P2)よりも高い条件(第6条件)が成立する場合に、室内熱交換器(22)に液冷媒が溜まっていると判断し、室外膨張弁(14)の開度を減少させる(ステップST14)。
〈変形例5〉
上述した各形態では、冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも小さい場合に室外ファン(12a)の風量を低下させる。これに対し、変形例5では、冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも小さい場合に、圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒を接続配管(65)を介して冷蔵膨張弁(33)の流入側へ送る(図15を参照)。具体的には、図14のステップST15において、冷蔵膨張弁(33)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも小さい場合に、閉状態であった開閉弁(64)を開状態とする。これにより、圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒の一部は第3流出分岐管(56f)、第3四路切換弁(19)、及び接続配管(65)を流れ、冷蔵膨張弁(33)の流入側の液ラインへ送られる。この結果、冷蔵膨張弁(33)の流入側の圧力が増大し、ひいては圧力差(ΔP)が大きくなる。従って、冷蔵膨張弁(33)を通過する冷媒の圧力を十分に確保できる。
《その他の実施形態》
図16に示すように、上記実施形態において、給湯ユニット(25)を付与してもよい。この例では、室内ユニット(20)と並列に給湯ユニット(25)が設けられている。給湯ユニット(25)は、室内に設置され、給湯回路(26)と該給湯回路(26)を収容する給湯ケーシング(25a)とを有している。給湯回路(26)は、ガス側端が第1ガス側連絡配管(51)に接続され、液側端が第1液側連絡配管(52)に接続されている。給湯回路(26)には、ガス側端から順に、給湯熱交換器(27)及び給湯膨張弁(膨張機構)(28)が設けられている。給湯熱交換器(27)は、冷媒回路(2)の冷媒が流れる冷媒通路(27a)と、温水回路(29)の水が流れる水通路(27b)とを有し、冷媒と水とが熱交換をする熱交換器である。この例では、暖房運転時において、給湯熱交換器(27)が凝縮器となることで、水通路(27b)を流れる水が加熱される。この結果、温水回路(29)において温水が生成される。
上記実施形態の冷媒回路(2)は、連絡配管が4本のいわゆる4管式である。しかし、連絡配管が4本のいわゆる3管式において本発明を適用することもできる。
室外熱交換器(12)の冷媒の凝縮温度、及び流出する冷媒の温度とから第1過冷却度(SC1)を求めてもよい。同様に、室内熱交換器(22)の冷媒の凝縮温度、及び流出する冷媒の温度とから第2過冷却度(SC2)を求めてもよい。
図8等のステップST15において、冷蔵膨張弁(33)でなく、冷凍膨張弁(43)の前後の圧力差(ΔP)を検出し、この圧力差(ΔP)が所定値よりも小さい場合に、室外ファン(12a)の風量を低下させたり、バイパス流路(65)を開放したりしてもよい。また、室内ファン(22a)の風量を低下させることで圧力差(ΔP)を増大させることもできる。
上述した実施形態、変形例、及びその他の実施形態の各構成は、冷凍装置(1)の機能を損なわない限りにおいて、適宜組み合わせることができる。
本発明は、冷凍装置について有用である。
2 冷媒回路
12 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
12a 室外ファン(熱源側ファン)
13a 第1圧縮機(圧縮機)
13b 第2圧縮機(圧縮機)
13c 第3圧縮機(圧縮機)
14 室外膨張弁(第1流量調節弁)
22 室内熱交換器(第1利用側熱交換器)
22a 室内ファン(第1利用側ファン)
23 室内膨張弁(第2流量調節弁)
32 冷蔵熱交換器(第2利用側熱交換器)
42 冷凍熱交換器(第2利用側熱交換器)
33 冷蔵膨張弁(膨張弁)
43 冷凍膨張弁(膨張弁)
65 接続配管(バイパス流路)
100 コントローラ(制御部)

Claims (5)

  1. 圧縮機(13a,13b,13c)、熱源側熱交換器(12)、第1利用側熱交換器(22)、第2利用側熱交換器(32,42)が接続される冷媒回路(2)を備え、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)で冷媒がそれぞれ凝縮し且つ前記第2利用側熱交換器(32,42)で冷媒が蒸発する運転が可能な冷凍装置であって、
    前記冷媒回路(2)には、前記熱源側熱交換器(12)の流出側に設けられる第1流量調節弁(14)と、前記第1利用側熱交換器(22)の流出側に設けられる第2流量調節弁(23)とが接続され、
    前記運転中に前記熱源側熱交換器(12)及び第1利用側熱交換器(22)に溜まった液冷媒の量を示す指標に基づいて各流量調節弁(14,23)の開度を調節する制御部(100)とを備え
    前記冷媒回路(2)には、蒸発器としての第2利用側熱交換器(32,42)の流入側に膨張弁(33,43)が接続され、
    前記制御部(100)は、前記運転中に前記膨張弁(33,43)の前後の圧力差(ΔP)が所定値よりも低い条件が成立すると、前記膨張弁(33,43)の流入側の冷媒の圧力を増大させることを特徴とする冷凍装置。
  2. 請求項1において、
    前記制御部(100)は、
    前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)を流出する冷媒の過冷却度(SC1,SC2)を前記指標として用いるとともに、
    前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記過冷却度(SC1,SC2)が大きい方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を大きくする制御と、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記過冷却度(SC1,SC2)が小さい方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を小さくする制御との少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする冷凍装置。
  3. 請求項1において、
    前記制御部(100)は、
    前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)を流出する冷媒の温度(T1,T2)を前記指標として用いるとともに、
    前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記冷媒の温度(T1,T2)が低い方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を大きくする制御と、前記熱源側熱交換器(12)及び前記第1利用側熱交換器(22)のうち前記冷媒の温度(T1,T2)が高い方に対応する流量調節弁(14,23)の開度を小さくする制御との少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする冷凍装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、
    前記熱源側熱交換器(12)に対応する熱源側ファン(12a)と、
    前記第1利用側熱交換器(22)に対応する第1利用側ファン(22a)とを備え、
    前記制御部(100)は、前記条件が成立すると前記熱源側ファン(12a)及び第1利用側ファン(22a)の少なくとも一方の風量を低下させることを特徴とする冷凍装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1つにおいて、
    前記冷媒回路(2)には、前記熱源側熱交換器(12)をバイパスして前記圧縮機(13a,13b,13c)の吐出側と前記膨張弁(33,43)の流入側とを繋ぐバイパス流路(65)が接続され、
    前記制御部(100)は、前記条件が成立すると、前記圧縮機(13a,13b,13c)の吐出冷媒を前記バイパス流路(65)を介して前記膨張弁(33,43)の流入側へ送ることを特徴とする冷凍装置。
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