(57)【要約】  冷凍装置は、圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、ガスクーラと受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、蒸発器と圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、受液器および低圧膨張弁の間とアキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、バイパス回路に設けられ、冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、圧縮機の吐出側から受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、を有するものである。
2019106764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、
前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、
前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、
前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、
を有する冷凍装置。
【請求項２】
前記圧縮機の吐出側の冷媒の吐出圧力を測定する圧力センサをさらに有し、
前記制御装置は、
前記吐出圧力が決められた閾値を超えた場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記圧縮機の冷凍機油の貯留量が決められた閾値以下である場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記圧縮機の運転時間が決められた設定時間を超えると、前記バイパス調整弁の開度を大きくする、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記アキュムレータの容積は前記受液器の容積以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記高圧膨張弁の冷媒出口側に設けられた第１の安全弁をさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、
前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、
前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、
前記高圧膨張弁の冷媒出口側に設けられた第１の安全弁と、
を有する冷凍装置。
【請求項８】
前記第１の安全弁が、前記受液器と前記低圧膨張弁との間に設けられた、請求項６または請求項７に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記高圧膨張弁と並列に設けられたキャピラリチューブをさらに有する、請求項６〜８のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記アキュムレータの冷媒入口側と前記高圧膨張弁の冷媒出口側とを接続する配管に設けられ、該アキュムレータの冷媒入口側から該高圧膨張弁の冷媒出口側への冷媒の流れを許容する逆止弁をさらに有する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１１】
前記圧縮機の吸入側に設けられた第２の安全弁をさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１２】
前記圧縮機の吐出側に設けられた第３の安全弁をさらに有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、
前記高圧膨張弁の冷媒出口側の圧力が４．１５ＭＰａ以下になるように、該高圧膨張弁および前記バイパス調整弁のうち、少なくともいずれかの弁の開度を制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１４】
圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路の、前記圧縮機、前記ガスクーラおよび前記受液器を有する室外機であって、
前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、
前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、
前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、
前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、
を有する室外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒が循環する冷媒回路を有する冷凍装置と、冷凍装置に含まれる室外機とに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調機器に使用される冷媒として、地球温暖化問題の対策、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低い自然冷媒が注目されている。自然冷媒のうち、Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒は、ＧＷＰが１で、かつ毒性のない冷媒である。Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒は、ＧＷＰが約４０００のＲ４０４Ａ冷媒およびＧＷＰが約２０００のＲ４１０Ａ冷媒などのＨＦＣ系冷媒に替わって、地球温暖化対策に貢献できる冷媒の一つとされている。【０００３】
Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒を使用した冷凍サイクルとして、ガスクーラの下流側に減圧装置が設けられた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の冷凍装置は、圧縮機、ガスクーラ、カスケード熱交換器、第２の減圧装置、受液器、第１の減圧装置および蒸発器が冷媒配管を介して順に接続された冷媒回路を有する。この冷凍装置には、受液器と圧縮機とを開閉弁を介して接続する回路が設けられている。【０００４】
Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒を使用する冷凍サイクルでは、特許文献１に開示されているように、冷媒は、室外機側で減圧されてから、延長配管を介して室内機に流入する。冷凍装置では、設置環境によって延長配管の長さが変化したり、延長配管の長さおよび使用環境（外気温度、庫内温度等）によって必要冷媒量が変わることがあるため、余剰冷媒量を貯留する受液器を設けて、冷媒量を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８４１２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された冷凍装置では、どんなに圧縮しても冷媒が液体にならない超臨界サイクルの運転となる場合がある。一方、周囲温度等の運転条件によって、冷媒圧力の変動および必要冷媒量の変化などがあるため、年間を通して冷凍装置を安定的に運転させることは困難である。冷媒がガスクーラを流出した後で減圧される場合、周囲温度などの使用条件によっては、受液器の中に冷媒が十分に貯留されにくくなる。受液器に冷媒が貯留されなくなると、冷凍サイクルとしての動作が不安定になることがある。例えば、受液器以外の箇所で冷媒過剰状態となる場合があるためである。特にＲ７４４（ＣＯ２）を冷媒として用いる場合、周囲温度によっては、超臨界サイクルになるため、動作が不安定になりやすい。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、周囲温度の変化など種々の使用条件下において安定的に運転を行う冷凍装置および室外機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、を有するものである。【０００９】
本発明に係る室外機は、圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路の、前記圧縮機、前記ガスクーラおよび前記受液器を有する室外機であって、前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、室外機は、周囲温度の変化など種々の運転条件下においても、受液器における余剰冷媒で運転が不安定になることが抑制され、安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】図１に示した冷凍装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。
【図４】図１に示した冷媒回路において、外気温度が低い場合の冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図である。
【図５】図１に示した冷媒回路において、外気温度が高い場合の冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図である。
【図６】本実施の形態１において、制御装置がバイパス調整弁に対して行う制御手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施の形態２において、制御装置がバイパス調整弁に対して行う制御手順を示すフローチャートである。
【図８】図１に示したアキュムレータの構成を説明するための模式図である。
【図９】図１に示した冷凍装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。
【図１０】図１に示した冷凍装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
本実施の形態１の室外機を含む冷凍装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。冷凍装置１は、冷媒回路５で接続される室外機１００および室内機２００と、冷媒回路５の各機器を制御する制御装置３００とを有する。室内機２００は、例えば、食品などを冷やすために用いられるものである。室内機２００は、スーパーマーケットなどのショーケースであってもよく、冷蔵倉庫および冷凍倉庫に設置されるユニットクーラであってもよい。
【００１３】
室外機１００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１０１と、冷媒を室外空気と熱交換させるガスクーラ１０２と、高圧の冷媒を中圧に減圧する高圧膨張弁１０３と、受液器１０４と、ファン１０２ａとを有する。高圧膨張弁１０３は、ガスクーラ１０２と受液器１０４との間に設けられている。圧縮機１０１の冷媒吸入側には、アキュムレータ１０８が設けられている。
【００１４】
圧縮機１０１は、例えば、運転回転数を変えることで容量を変えることができるインバータ型圧縮機である。ガスクーラ１０２は凝縮器として機能する熱交換器である。ガスクーラ１０２は、空冷式タイプに限らず、冷媒を水と熱交換させるタイプであってもよい。以下では、ガスクーラ１０２が空冷式タイプの場合で説明する。受液器１０４は、高圧の液冷媒を貯留する容器である。アキュムレータ１０８は、室内機２００から戻ってきた冷媒を貯留し、貯留した冷媒からガス冷媒を分離する。ファン１０２ａはガスクーラ１０２に室外空気を供給する。
【００１５】
また、室外機１００には、高圧膨張弁１０３と受液器１０４との間に第１の熱交換器１０５が設けられている。受液器１０４の冷媒出口側の冷媒配管に、第２の熱交換器１０６が設けられている。第１の熱交換器１０５は、冷媒と冷媒とを熱交換させて中圧の液冷媒にする熱交換器である。第２の熱交換器１０６は、冷媒と冷媒とをと熱交換させて過冷却液状態にする熱交換器である。なお、第１の熱交換器１０５および第２の熱交換器１０６は、例えば、プレート熱交換器または二重管等で形成されているが、冷媒同士を熱交換させるものであればよい。
【００１６】
さらに、室外機１００は、第２の熱交換器１０６の冷媒出口側とアキュムレータ１０８の冷媒入口側とを接続するバイパス回路７を有する。バイパス回路７は、第２の熱交換器１０６の冷媒出口側から第１の熱交換器１０５および第２の熱交換器１０６の二次側を経由して、アキュムレータ１０８の冷媒入口側と接続されている。バイパス回路７において、第２の熱交換器１０６の二次側の冷媒入口の上流には、バイパス調整弁１０７が設けられている。すなわち、バイパス調整弁１０７は、第２の熱交換器１０６の一次側の冷媒出口と、第２の熱交換器１０６の二次側の冷媒入口との間に設けられている。バイパス調整弁１０７は、冷媒回路５から分流した冷媒の流量を調整し、中圧の冷媒の圧力を低圧に減圧するものである。
【００１７】
第２の熱交換器１０６の一次側の冷媒出口と接続される冷媒配管は、延長配管３０１を介して室内機２００と接続されている。アキュムレータ１０８の冷媒入口と接続される冷媒配管は、延長配管３０２を介して室内機２００と接続されている。
【００１８】
室内機２００は、低圧膨張弁２０１と、蒸発器２０２とを有する。低圧膨張弁２０１は、中圧の液冷媒を膨張させて気化させる。蒸発器２０２は冷媒を空調対象空間の空気と熱交換させる熱交換器である。延長配管３０１は、室内機２００の低圧膨張弁２０１の冷媒入口側と接続されている。室内機２００において、低圧膨張弁２０１の冷媒出口は蒸発器２０２の冷媒入口と冷媒配管で接続されている。蒸発器２０２の冷媒出口側は延長配管３０２と接続されている。室内機２００から出た配管は延長配管３０２に接続され、室外機１００に戻る。延長配管３０１は、室外機１００に冷媒配管を介して、アキュムレータ１０８の冷媒入口側と接続されている。圧縮機１０１、ガスクーラ１０２、受液器１０４、低圧膨張弁２０１および蒸発器２０２が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路５が構成される。
【００１９】
図１に示すように、冷媒回路５には、冷媒の圧力を測定する圧力センサ１１２〜１１４が設けられている。圧力センサ１１２は、圧縮機１０１の冷媒吐出側の冷媒配管に設けられている。圧力センサ１１２は、圧縮機１０１から吐出される冷媒の吐出圧力を測定する。圧力センサ１１４は、アキュムレータ１０８の冷媒入口側の冷媒配管に設けられている。圧力センサ１１４は、圧縮機１０１に吸入されるガス冷媒の吸入圧力を測定する。圧力センサ１１３は、高圧膨張弁１０３と第１の熱交換器１０５との間に設けられている。圧力センサ１１３は、高圧膨張弁１０３から流出する冷媒の圧力を測定する。
【００２０】
図２は、図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
制御装置３００は、例えば、マイクロコンピュータである。制御装置３００は、図に示さない、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）およびメモリを有する。制御装置３００は、冷凍サイクル手段３１１と、滞留判定手段３１２と、開度制御手段３１３とを有する。メモリが記憶するプログラムをＣＰＵが実行することで、冷凍サイクル手段３１１、滞留判定手段３１２および開度制御手段３１３が冷凍装置１に構成される。制御装置３００は、室外機１００に設けられていてもよい。
【００２１】
制御装置３００は、圧力センサ１１２〜１１４、高圧膨張弁１０３、低圧膨張弁２０１、バイパス調整弁１０７、圧縮機１０１およびファン１０２ａと、有線または無線で接続される。図に示していない、冷媒の温度および圧力を測定するセンサが冷凍装置１に設けられていてもよく、これらのセンサは制御装置３００と有線または無線で接続される。例えば、蒸発器２０２の冷媒の温度を測定する温度センサまたは蒸発器２０２の冷媒の圧力を測定する圧力センサが設けられていてもよい。
【００２２】
冷凍サイクル手段３１１は、各種センサの情報とユーザが入力した設定情報とを基に、圧縮機１０１の運転回転数と、ファン１０２ａの回転数と、高圧膨張弁１０３および低圧膨張弁２０１の開度とを制御する。滞留判定手段３１２は、圧縮機の吐出側から受液器までの間に貯留する冷媒量と決められた閾値とを比較し、貯留する冷媒量が閾値を超えるか否かを判定する。本実施の形態１では、滞留判定手段３１２は、圧力センサ１１２の測定値を用いて判定する。開度制御手段３１３は、滞留判定手段３１２の判定結果にしたがって、バイパス調整弁１０７の開度を制御する。開度制御手段３１３は、圧力センサ１１２の測定値が閾値を超える場合、バイパス調整弁１０７の開度を大きくし、圧力センサ１１２の測定値が閾値以下である場合、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする。冷凍サイクル手段３１１が滞留判定手段３１２を介してバイパス調整弁１０７の開度を開度制御手段３１３に指示してもよい。
【００２３】
なお、図２は、制御装置３００が低圧膨張弁２０１を制御する場合を示しているが、室外機１００には、室外機１００の製造メーカとは異なる製造メーカで製造された室内機２００が接続されることがある。そのため、室内機２００に設けられた冷媒機器の制御が室外機１００側から行うことができない場合があることも想定する。
【００２４】
使用される冷媒がＲ７４４（ＣＯ２）冷媒などの自然冷媒である場合、周囲温度が高いと超臨界状態になり圧縮機１０１から吐出される冷媒の圧力が非常に高くなる。また、使用される冷媒がＲ７４４（ＣＯ２）冷媒などの自然冷媒である場合、高圧膨張弁１０３にて減圧された後の冷媒圧力によっては、圧縮機１０１が停止中に配管内圧力が上昇することがある。そのため、図１に示すように、第１の安全弁１０９、第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１が冷媒回路５に設けられていてもよい。
【００２５】
第１の安全弁１０９、第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１は冷媒回路５の内部の圧力が設定値以上になると、弁が閉状態から開状態に切り替わる。第１の安全弁１０９、第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１は、冷媒回路５の内部の圧力が設定値以上に上昇すると、圧力を大気に逃がし、冷媒配管および圧力容器の破裂を防ぐ役目を果たす。冷媒が自然冷媒なので、大気中に冷媒が放出されても問題はない。第１の安全弁１０９は、高圧膨張弁１０３の冷媒出口側に設けられている。第１の安全弁１０９は、例えば、受液器１０４と低圧膨張弁２０１との間に設けられており、液冷媒を放出することで速やかに圧力を低下させることができる。第２の安全弁１１０は、圧縮機１０１の吸入側に設けられている。第３の安全弁１１１は、圧縮機１０１の吐出側に設けられている。図１は、第１の安全弁１０９、第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１が冷媒回路５に設けられた場合の構成を示しているが、少なくともいずれか１つの安全弁が冷媒回路５に設けられていればよい。
【００２６】
なお、図１に示すバイパス調整弁１０７は、第２の熱交換器１０６および第１の熱交換器１０５を順に経由してアキュムレータ１０８の冷媒入口側と接続される構成であるが、第１の熱交換器１０５および第２の熱交換器１０６の順で接続されてもよい。
【００２７】
また、図１に示したバイパス調整弁１０７が２つ並列に設けられていてもよい。図３は、図１に示した冷凍装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。図３に示す冷凍装置１ａは、バイパス回路７の代わりに、２つのバイパス回路７ａおよび７ｂを有する。バイパス回路７ａは、第２の熱交換器１０６の冷媒出口側から第２の熱交換器１０６の二次側を経由してアキュムレータ１０８の冷媒入口側と接続される。バイパス回路７ｂは、第２の熱交換器１０６の冷媒出口側から第１の熱交換器１０５の二次側を経由してバイパス回路７ａと接続されている。バイパス回路７ａにおいて、第２の熱交換器１０６の冷媒出口側と第２の熱交換器１０６の二次側の冷媒入口との間にバイパス調整弁１０７ａが設けられている。バイパス回路７ｂにおいて、第２の熱交換器１０６の冷媒出口側と第１の熱交換器１０５の二次側の冷媒入口との間にバイパス調整弁１０７ｂが設けられている。
【００２８】
図３に示した冷凍装置１ａは、図１に示した冷凍装置１に比べて、バイパス回路７ａおよび７ｂに流出する冷媒に対する制御の精度がより向上する。一方、図１に示した冷凍装置１は、図３に示した冷凍装置１ａよりも、膨張弁の数が少ないので、装置の製造コストが高くなることが抑制され、膨張弁制御が複雑になることが抑制される。
【００２９】
次に、冷媒回路５における冷媒の流れについて説明する。圧縮機１０１が冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機１０１から吐出された高温高圧のガス冷媒はガスクーラ１０２に流入する。ガスクーラ１０２において、冷媒は室外空気と熱交換を行うことで熱が奪われ、高圧の液冷媒または超臨界状態となる。ガスクーラ１０２から流出した冷媒は、高圧膨張弁１０３において減圧され、中温中圧の液冷媒およびガス冷媒の気液二相状態となる。
【００３０】
高圧膨張弁１０３によって冷媒の圧力を低下させ、高圧膨張弁１０３の冷媒出口側の冷媒圧力を一定にすることで、受液器１０４、第１の熱交換器１０５、第２の熱交換器１０６、延長配管３０１および３０２などの配管および機器の設計耐圧を下げることができる。その結果、冷凍装置１に用いられる冷媒配管の厚みを小さくすることができ、冷凍装置１のコストダウンを図ることができる。また、高圧膨張弁１０３が冷媒の圧力を一旦減圧している。そのため、高圧膨張弁１０３が冷媒の圧力を、ＨＦＣ等の冷媒を用いた従来の冷凍装置と同等の冷媒圧力（例えば、４．１５ＭＰａ）まで低下させれば、延長配管３０１および３０２等の配管および機器として、従来の冷凍装置で使用されているものを使用できる。ＨＦＣで使用されている配管および機器は量産効果により値段が安いため、冷凍装置１の製造コストが高くなることを抑制できる。
【００３１】
高圧膨張弁１０３から流出した冷媒は、第１の熱交換器１０５で二次側の冷媒と熱交換し、中圧の液冷媒となり、受液器１０４に流入する。受液器１０４において、冷媒は気体と液体とに分離され、飽和液冷媒のみが第２の熱交換器１０６に流入する。第２の熱交換器１０６において、液冷媒は二次側の冷媒と熱交換を行って中圧の過冷却液状態になった後、第２の熱交換器１０６から流出する。
【００３２】
第２の熱交換器１０６から流出した冷媒は２つに分流する。分流した冷媒の一方はバイパス回路７に流入し、分流した冷媒の他方は室外機１００から流出する。バイパス回路７に流入した冷媒は、バイパス調整弁１０７において減圧され、低温低圧の液冷媒とガス冷媒の気液二相状態になる。気液二相の冷媒は、第２の熱交換器１０６および第１の熱交換器１０５の二次側を流通し、一次側の冷媒と熱交換を行う。第１の熱交換器１０５から流出した冷媒は、アキュムレータ１０８の冷媒入口に流入する。
【００３３】
室外機１００から流出した冷媒は、延長配管３０１を経由して室内機２００に流入する。室内機２００に流入した冷媒は、低圧膨張弁２０１において減圧され、低温低圧の液冷媒とガス冷媒との気液二相状態となる。気液二相の冷媒は、蒸発器２０２において、蒸発して低圧のガス冷媒となる。蒸発器２０２から流出するガス冷媒は、延長配管３０２を経由して室外機１００に戻る。室外機１００に戻った冷媒は、アキュムレータ１０８において気体と液体とに分離されたのち、ガス冷媒が圧縮機１０１に戻る。
【００３４】
次に、冷媒回路５に設けられた機器に対して、制御装置３００が行う制御を説明する。ここで説明する制御は、一例であり、冷凍装置１に異常などが発生した場合に行われる制御と異なる場合もある。
【００３５】
圧縮機１０１の制御について説明する。冷凍サイクル手段３１１は、圧力センサ１１４が測定する低圧圧力が一定になるように圧縮機１０１の回転数を制御する。低圧圧力が高くなる場合、冷凍サイクル手段３１１は圧縮機１０１の回転数を増速し、低圧圧力が低くなる場合、冷凍サイクル手段３１１は圧縮機１０１の回転数を減速する。この制御によって、低圧圧力が一定になる。低圧圧力は、ショーケース、冷蔵倉庫および冷凍倉庫等の冷却対象の負荷によって左右される。例えば、冷却対象の品物が多いなどの理由で冷却対象の負荷が高い場合、低圧圧力は高くなる傾向にある。反対に冷却対象の負荷が低い場合、低圧圧力が低くなる傾向にある。なお、冷凍サイクル手段３１１が監視する対象は、低圧圧力の代わりに蒸発温度であってもよい。
【００３６】
ファン１０２ａの制御について説明する。冷凍サイクル手段３１１は、凝縮温度に基づいてファン１０２ａの回転数を制御する。外気温度が高い場合などでは凝縮温度が高くなる傾向がある。この場合、冷凍サイクル手段３１１はファン１０２ａの回転数を大きくする。外気温度が低い場合などは凝縮温度が低くなる傾向がある。この場合、冷凍サイクル手段３１１はファン１０２ａの回転数を小さくする。
【００３７】
高圧膨張弁１０３の制御について説明する。冷凍サイクル手段３１１は、圧力センサ１１３が測定する圧力が一定になるように高圧膨張弁１０３の開度を制御する。圧力センサ１１３が測定する圧力が決められた閾値より高い場合、冷凍サイクル手段３１１は高圧膨張弁１０３の開度を小さくし、圧力センサ１１３が測定する圧力が閾値より低い場合、冷凍サイクル手段３１１は高圧膨張弁１０３の開度を大きくする。
【００３８】
ただし、高圧膨張弁１０３の開度を小さくしすぎると、冷媒の循環が制限されるため、高圧膨張弁１０３の冷媒入口側で冷媒が詰まるような状態になる。この場合、圧縮機１０１の吐出圧力が過剰に上昇してしまうことになる。そのため、高圧膨張弁１０３の開度を小さくし過ぎないようにする必要がある。圧縮機１０１の吐出圧力は、図１に示すように、圧力センサ１１２によって測定される。
【００３９】
なお、圧力センサ１１３が測定する圧力を一定にする制御として、高圧膨張弁１０３の開度を制御する場合に限らず、バイパス調整弁１０７の開度を制御してもよい。圧力センサ１１３が測定する圧力が閾値より高い場合、冷凍サイクル手段３１１はバイパス調整弁１０７の開度を大きくすることで、上昇した圧力を圧縮機１０１の吸入側に逃がす。この制御でも、圧力センサ１１３が測定する圧力を低下させることができるので、高圧膨張弁１０３およびバイパス調整弁１０７の制御を組み合わせて、圧力センサ１１３が測定する圧力を調整してもよい。
【００４０】
ここでは、冷凍サイクル手段３１１が圧縮機１０１およびファン１０２ａに対して個別に制御する場合を説明したが、それぞれの条件に合った制御を組み合わせて、各機器の最適な回転数を決めてもよい。
【００４１】
次に、本実施の形態１における冷凍サイクルの冷媒の状態を説明する。図４は、図１に示した冷媒回路において、外気温度が低い場合の冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図である。図５は、図１に示した冷媒回路において、外気温度が高い場合の冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図である。図４および図５に示すＰ−ｈ線図は、横軸がエンタルピｈ［ＫＪ／Ｋｇ］であり、縦軸が圧力Ｐ［ＭＰａ］である。図４および図５には、説明のために、Ｐ−ｈ線図における冷媒の状態に１〜７の番号を割り当てている。
【００４２】
状態１→状態２の工程は、圧縮機１０１による圧縮工程を表している。状態１→状態２の工程で冷媒は圧縮され、圧力が上昇し、圧縮機１０１の動力を得てエンタルピが増加している。状態２→状態３の工程は、ガスクーラ１０２による凝縮工程を表している。この工程では、高温高圧のガス冷媒は、ガスクーラ１０２で放熱し、エンタルピが減少している。ガスクーラ１０２の周囲温度が低い場合、図４に示すように、冷媒が凝縮し、液冷媒になる。ガスクーラ１０２の周囲温度が高い場合、図５に示すように、超臨界の状態になる。いずれの場合でも、ガスクーラ１０２では圧力はほとんど低下しない。
【００４３】
状態３→状態４の工程は、高圧膨張弁１０３による減圧工程を表している。高圧膨張弁１０３の減圧工程で冷媒は減圧されるため圧力が低下する。しかし、冷媒は外部に対して仕事をしていないのでエンタルピは変化しない。また、減圧された後の冷媒は液冷媒とガス冷媒との気液二相状態になる。状態４→状態５の工程では、第１の熱交換器１０５において、冷媒と冷媒とが熱交換して飽和液状態となり、受液器１０４に流入する。
【００４４】
状態５→状態６の工程は、第２の熱交換器１０６における熱交換を表している。受液器１０４を流出した飽和液冷媒が、第２の熱交換器１０６において、冷媒と熱交換して過冷却液の状態となる。冷凍機の場合、設置環境の違いに起因して、延長配管が長くなったり、室内機と室外機との高低差が大きくなることがある。このような場合、冷媒が飽和液状態（過冷却のない状態）のまま室外機を出て延長配管を通ると、圧力損失によって液冷媒とガス冷媒との気液二相状態となる。複数の室内機が設置されている場合など、気液二相状態の冷媒が複数の室内機に分配されると、各室内機への冷媒の分配不良が発生したり、室内機の膨張弁での膨張不良が発生することがある。したがって、第２の熱交換器１０６にて過冷却をつけた状態で室外機から冷媒を流出させることが望ましい。
【００４５】
状態６→状態７の工程は、室内機２００の低圧膨張弁２０１による減圧工程を表している。状態３→状態４の工程と同様に、低圧膨張弁２０１の減圧工程で、冷媒は減圧されるため圧力が低下する。しかし、冷媒は外部に対して仕事をしていないのでエンタルピは変化しない。最後に、状態７→状態１は、室内機２００の蒸発器２０２による蒸発工程を表している。蒸発工程では、蒸発器２０２において、冷媒が外部より熱を受け取り、蒸発する。その際、冷媒の圧力は変化しないが、冷媒は熱を受け取っているので、エンタルピは増加する。
【００４６】
上述したように、ガスクーラ１０２の周囲温度によって、図４および図５に示すようにＰ−ｈ線図が異なる。Ｐ−ｈ線図において、外気温度が高い場合（図５に示す場合）は、外気温度が低い場合（図４に示す場合）に比べて、状態２→状態３の工程の長さが短くなる。つまりエンタルピの減少が小さくなる。
【００４７】
状態２→状態３の工程を長くして、エンタルピの減少を大きくするためには、熱交換器を大きくしたり、熱交換器に空気を供給するファンの風量を大きくしたりすることが、一般的である。しかし、熱交換器とファンの風量とをどんなに大きくしても、ガスクーラ１０２を流通する冷媒の温度を、ガスクーラ１０２の周囲温度よりも低い温度まで下げることはできない。ガスクーラ１０２の周囲温度が高く、ガスクーラ１０２で冷媒が超臨界状態になる条件では、冷媒温度がガスクーラ１０２の周囲温度と同程度まで下がったとしても、冷媒の物性上、ガスクーラ１０２におけるエンタルピ差を大きくとることはできない。
【００４８】
上記のことから、外気温度が高い場合、状態２→状態３の工程の長さが短くならざるを得ない。そのため、高圧膨張弁１０３を冷媒が流出した後の状態４→状態５の工程を長くする必要がある。つまり、第１の熱交換器１０５において、冷媒と室外空気との熱交換効率を向上させ、エンタルピを下げる必要がある。
【００４９】
エンタルピを下げるためには、第１の熱交換器１０５を大きくするか、第１の熱交換器１０５の二次側の冷媒入口の温度を低くする必要がある。第１の熱交換器１０５の二次側の冷媒入口の温度を低くするには、バイパス調整弁１０７から流出する冷媒の温度が低くなるようにバイパス調整弁１０７を制御すればよい。しかし、第１の熱交換器１０５を大きくすることは、装置の製造コストが高くなることにつながる。また、バイパス調整弁１０７を流通する冷媒の温度は、低圧圧力の飽和温度(蒸発温度)と等しくなるので、冷蔵用途で使用する場合などは、蒸発温度が高くなる。そのため、バイパス調整弁１０７から流出する冷媒の温度を下げることは困難である。
【００５０】
したがって、ガスクーラ１０２の周囲温度が高く、蒸発温度が高い場合、状態４→状態５の工程で十分な熱交換ができず、受液器１０４に流入する冷媒が飽和液状態でない場合がある。この場合、受液器１０４に液冷媒を十分に貯留できなくなる。受液器１０４に液冷媒を貯留できなくなると、余剰冷媒を貯留しておく場所がなくなるため、冷凍サイクルが不安定になり、冷媒圧力の上昇など各部に異常が生じるおそれがある。特に、圧力センサ１１２が測定する吐出圧力が上昇すると、冷媒回路５に異常が生じるおそれがある。
【００５１】
図４および図５を参照して、冷媒回路５、冷媒回路５内における冷媒圧力、およびエンタルピの変化を基に、冷凍サイクルが不安定になる場合があることについて説明した。ガスクーラ１０２の周囲温度が高く、蒸発温度が高い条件では、第１の熱交換器１０５における熱交換が不十分なため、受液器１０４に液冷媒を十分に貯留できず、余剰冷媒を貯留しておく場所がない。このことが冷凍サイクルを不安定にする原因となる。本実施の形態１の冷凍装置１は、この原因を踏まえ、バイパス調整弁１０７を制御して、余剰冷媒の貯留場所を受液器１０４からアキュムレータ１０８に移すことで、冷凍サイクルが不安定になることを解消するものである。
【００５２】
本実施の形態１の冷凍装置１において、制御装置３００がバイパス調整弁１０７に対して行う制御を説明する。図６は、本実施の形態１において、制御装置がバイパス調整弁に対して行う制御手順を示すフローチャートである。
【００５３】
ステップＳＴ１において、滞留判定手段３１２は、圧力センサ１１２が測定する圧力が設定された閾値を超えているかどうかを判定する。閾値は、例えば、１０ＭＰａである。つまり、ステップＳＴ１において、滞留判定手段３１２は、圧縮機１０１の冷媒の吐出圧力が閾値を超えているか否かを判定する。
【００５４】
通常、圧力センサ１１２が測定する圧力の飽和温度は、ガスクーラ１０２の周囲温度と同等か少し高い温度である。飽和温度がガスクーラ１０２の周囲温度よりも高い場合、飽和温度と周囲温度との温度差は、例えば、５℃〜１０℃である。飽和温度がガスクーラ１０２の周囲温度よりも大幅に高い場合、制御装置３００は、受液器１０４に冷媒が貯留されておらず、余剰冷媒が圧縮機１０１の吐出口からガスクーラ１０２の間に溜まっていることで圧力センサ１１２が測定する圧力が上昇したと判断する。
【００５５】
ステップＳＴ１の判定の結果、圧力センサ１１２が測定する圧力が閾値よりも高い場合、開度制御手段３１３は、ステップＳＴ２の制御を行う。ステップＳＴ２において、開度制御手段３１３は、バイパス調整弁１０７の開度を大きくする。これにより、バイパス調整弁１０７を流通する冷媒の量が多くなり、アキュムレータ１０８の冷媒入口に戻す冷媒量が多くなる。その結果、アキュムレータ１０８に余剰冷媒を貯留することができる。制御装置３００は、ステップＳＴ２において、バイパス調整弁１０７の開度が最大開度の閾値以上にならないようにしてもよい。制御装置３００の図に示さないメモリが、全開よりも小さい最大開度の閾値を記憶している。
【００５６】
一方、ステップＳＴ１の判定の結果、圧力センサ１１２が測定する圧力が閾値以下である場合、開度制御手段３１３は、第１の熱交換器１０５で冷媒と室外空気との間で十分に熱交換がされており、受液器１０４に冷媒が貯留されていると判断する。そして、開度制御手段３１３は、ステップＳＴ３の制御を行う。ステップＳＴ３において、開度制御手段３１３は、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする。これにより、アキュムレータ１０８に流通している冷媒の量が少なくなる。ステップＳＴ２およびＳＴ３の後、制御装置３００は、再度、図６に示すステップＳＴ１に戻る（ステップＳＴ４）。
【００５７】
ステップＳＴ２の制御によりバイパス調整弁１０７の開度が大きくなることで、バイパス回路７を経由してアキュムレータ１０８側に流れる冷媒量が多くなりすぎると、延長配管３０１を経由して、室内機２００に流入する冷媒量が少なくなってしまう。室内機２００に流れる冷媒量が少なくなると、蒸発器２０２での熱交換量が低下し、冷却能力の低下につながる。したがって、受液器１０４に余剰冷媒が十分貯留されており、冷凍装置１を安定に運転できる場合、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする方が、冷却能力の向上につながる。ただし、バイパス調整弁１０７の開度を小さくして弁を完全に閉塞してしまうと、逆に第１の熱交換器１０５および第２の熱交換器１０６で熱交換ができなくなる。そのため、開度制御手段３１３が、図６に示すステップＳＴ３において、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする際、開度が最低開度の閾値以上になるように制御し、弁が全閉にはならないようにする。制御装置３００の図に示さないメモリが、最低開度の閾値を記憶している。
【００５８】
このようにして、受液器１０４が余剰冷媒を貯留できなくなると、制御装置３００がバイパス調整弁１０７の開度を大きくすることで、貯留できなくなった余剰冷媒をアキュムレータ１０８側に貯留させることができる。特に、圧縮機１０１の吐出圧力が想定外に上昇するような場合に、吐出圧力を低下させることができる。その結果、冷凍装置１の運転を安定にすることができる。なお、余剰冷媒をアキュムレータ１０８に貯留するために、アキュムレータ１０８の容積は受液器１０４の容積以上であることが望ましい。
【００５９】
本実施の形態１の室外機１００は、圧縮機１０１の吐出圧力が閾値を超える場合、受液器１０４の冷媒出口側とアキュムレータ１０８の冷媒入口側とを接続するバイパス回路７のバイパス調整弁１０７の開度を大きくする制御を行うものである。
【００６０】
本実施の形態１によれば、周囲温度が高く、圧縮機１０１の吐出圧力が想定外に上昇した場合であっても、受液器１０４が貯留できなくなった余剰冷媒をアキュムレータ１０８側に移動させることができる。そのため、冷凍装置１は、周囲温度の変化など種々の運転条件下においても、受液器１０４における余剰冷媒で運転が不安定になることが抑制され、安定して運転することができる。その結果、冷凍装置１の信頼性が向上する。
【００６１】
Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒は動作中の圧力が高いため、冷凍サイクルにおける配管および機器の耐圧強度を増す必要がある。これに対して、本実施の形態１の冷凍装置１は、ガスクーラ１０２から流出する冷媒を一度減圧してから室内機２００に流出する構成である。そのため、減圧された冷媒が流通する機器に従来の冷凍装置の機器を使用でき、延長配管および室内機の設計耐圧を下げることができる。よって、製造コストが高くなることが抑制され、高度な据付施工技術が必要とされない。さらに、本実施の形態１では、受液器１０４における余剰冷媒を抑制して、冷凍装置１を安定に運転するために複雑な制御を必要としない。そのため、冷凍装置１は、より安価で、シンプルな制御で安定して運転することができる。
【００６２】
実施の形態２．
実施の形態１では、制御装置３００がバイパス調整弁１０７を制御して受液器１０４の余剰冷媒をアキュムレータ１０８に移動させることで、圧縮機１０１の吐出圧力の上昇を抑制し、冷凍装置１を安定に運転する場合を説明した。本実施の形態２は、制御装置３００がバイパス調整弁１０７を制御して、圧縮機１０１から吐出された冷凍機油の圧縮機１０１への戻りを改善し、冷凍装置１の信頼性の向上も図るものである。なお、本実施の形態２の冷凍装置１は、実施の形態１で説明した冷凍装置１と同様な構成であるため、同様な構成についての詳細な説明を省略し、動作など異なる点について詳細に説明する。
【００６３】
冷凍装置にＲ７４４（ＣＯ２）などの自然冷媒を用いる場合、圧縮機の潤滑性を向上させるための冷凍機油は、使用される温度および圧力によっては、油と冷媒とが溶けあわず二相に分離することがある。一般的に、圧縮機から吐出される冷媒の中には、冷媒だけでなく冷凍機油も含まれる。したがって、圧縮機１０１から吐出された油はガスクーラ１０２などを流通した後、受液器１０４に溜まる。受液器１０４は、気液分離する役割があるため、容器の上側から冷媒が流入し、容器の下側から冷媒が流出する構造のものが多い。この場合、冷媒と冷凍機油とが二相に分離して、上層に油が溜まり、下層に冷媒が溜まることになる。そのため、受液器１０４の中に入った油は、圧縮機１０１に戻ることなく、受液器１０４の中に溜まっていくことになる。
【００６４】
そこで、本実施の形態２では、実施の形態１で説明した制御を応用して、制御装置３００が受液器１０４に溜まった油を圧縮機１０１に戻すことを説明する。図７は、本実施の形態２において、制御装置がバイパス調整弁に対して行う制御手順を示すフローチャートである。
【００６５】
ステップＳＴ１１において、滞留判定手段３１２は、圧縮機１０１の運転時間が設定時間を超えているかどうかを判定する。設定時間は、例えば、２時間である。滞留判定手段３１２は、圧縮機１０１の運転時間が設定時間を超えている場合、ある程度の量の冷凍機油が圧縮機１０１から吐出され、圧縮機１０１内の冷凍機油の貯留量が決められた閾値以下まで低下していると判断する。設定時間と冷凍機油の貯留量の閾値とを、制御装置３００の図に示さないメモリが記憶している。なお、圧縮機１０１内の冷凍機油の貯留量が閾値以下であるか否かの判定は、図７に示すステップＳＴ１１の判定に限らない。圧縮機１０１内に油面センサが設けられ、滞留判定手段３１２が圧縮機１０１内の冷凍機油の貯留量を油面センサの測定値から判断してもよい。また、運転時間は、継続運転時間であってもよく、断続運転時間の積分値でもよい。
【００６６】
ステップＳＴ１１の判定の結果、圧縮機１０１の運転時間が設定時間以上経過した場合、開度制御手段３１３は、ステップＳＴ１２の制御を行う。ステップＳＴ１２において、開度制御手段３１３は、図６に示すステップＳＴ２と同様に、バイパス調整弁１０７の開度を大きくする。これにより、バイパス調整弁１０７を流通する冷媒の量が多くなり、アキュムレータ１０８の冷媒入口に戻す冷媒量を多くなる。これにより、受液器１０４に溜まっている冷媒をアキュムレータ１０８側に移動し、受液器１０４に溜まっていた冷凍機油も冷媒と一緒にアキュムレータ１０８に移動する。
【００６７】
続いて、ステップＳＴ１３において、滞留判定手段３１２は、ステップＳＴ１２の制御から一定時間経過したか否かを判定する。一定時間とは、例えば、５分である。ステップＳＴ１３の判定の結果、一定時間経過していない場合、開度制御手段３１３は、バイパス調整弁１０７の開度を維持する。一方、ステップＳＴ１３の判定の結果、一定時間経過した場合、滞留判定手段３１２が受液器１０４に貯留していた冷媒および冷凍機油がアキュムレータ１０８に十分移動したと判定する。判定の結果、開度制御手段３１３がステップＳＴ１４の制御を行う。ステップＳＴ１４において、開度制御手段３１３は、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする。バイパス調整弁１０７の開度が小さくなることで、アキュムレータ１０８に貯留する冷媒は、再度、受液器１０４側に送り出される。
【００６８】
ここで、アキュムレータ１０８に溜まった冷凍機油が圧縮機１０１に戻る原理を説明する。図８は、図１に示したアキュムレータの構成を説明するための模式図である。
【００６９】
アキュムレータ１０８は、冷媒および冷凍機油の混合液が流入する流入管２１と、ガス冷媒を圧縮機１０１に流出する流出管２２とを有する。アキュムレータ１０８は冷媒を気液二相に分離し、容器の上方からガス冷媒のみを取り出すために、流出管２２の冷媒吸入口は、二相に分離した冷凍機油の油面よりも上にある。また、アキュムレータ１０８は、通常、底部に溜まった冷凍機油を、図に示さない配管を介して圧縮機１０１に戻すための小孔２３が設けられている。
【００７０】
ステップＳＴ１２〜ＳＴ１３において、受液器１０４に溜まっていた冷媒および冷凍機油がアキュムレータ１０８に移動する。アキュムレータ１０８内では、上層に冷凍機油が溜まり、下層に冷媒が溜まる状態になるので、冷凍機油はまだ圧縮機１０１に戻っていない。そのため、ステップＳＴ１３の後、ステップＳＴ１４において、開度制御手段３１３はバイパス調整弁１０７の開度を小さくする。これにより、アキュムレータ１０８に貯留した冷媒が受液器１０４側に送り出され、アキュムレータ１０８に溜まっている冷媒および冷凍機油の液面が低下する。アキュムレータ１０８の底部の小孔２３付近まで冷凍機油の下面の位置が下がれば、冷凍機油は再び圧縮機１０１に戻ることになる。
【００７１】
なお、ステップＳＴ１３の判定において、受液器１０４の冷媒がアキュムレータ１０８に貯留できたか否かを判断するパラメータが時間の場合で説明したが、パラメータは時間に限らない。パラメータとして、各部の冷媒の温度、圧力、および液面の高さを測定するセンサを設け、冷媒の温度、圧力、および液面の高さのうち、少なくともいずれか１つを用いてもよい。
【００７２】
図７に示すステップＳＴ１１の判定の結果、圧縮機１０１の運転時間が設定時間以上経過していない場合、開度制御手段３１３は、ステップＳＴ１５の制御を行う。ステップＳＴ１５において、開度制御手段３１３は、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする。ただし、図７に示すステップＳＴ１５において、実施の形態１で説明した図６のステップＳＴ３と同様に、開度制御手段３１３は、バイパス調整弁１０７の開度を小さくする際、開度が最低開度の閾値以上になるように制御し、弁が全閉にはならないようにする。ステップＳＴ１４およびＳＴ１５の後、制御装置３００は、再度、図７に示すステップＳＴ１１に戻る（ステップＳＴ１６）。
【００７３】
このようにして、本実施の形態２では、制御装置３００がバイパス調整弁１０７の開度を大きくすることで、受液器１０４に貯留する冷媒および冷凍機油をアキュムレータ１０８側に移動させる。そのため、圧縮機１０１での油枯渇を防ぎ、冷凍装置１の信頼性も向上させることができる。
【００７４】
なお、上述の実施の形態１および２において、図１および図３に示した構成例では、第１の安全弁１０９、第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１が冷媒回路５に設けられた場合を示しているが、安全弁は比較的高価なものである。そのため、これらの安全弁の一部を、他の構成に置き換えてもよい。
【００７５】
図９は、図１に示した冷凍装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。図９に示すように、冷凍装置１ｂには、高圧膨張弁１０３をバイパスする回路にキャピラリチューブ１１６が設けられている。また、アキュムレータ１０８の冷媒入口側と第２の熱交換器１０６の冷媒出口側とを接続する配管に逆止弁１１５が設けられている。逆止弁１１５は、該圧縮機の吸入側から該高圧膨張弁の冷媒出口側への冷媒の流れを許容し、その逆方向の冷媒の流れを防止する。高圧膨張弁１０３をバイパスする回路は第３の安全弁１１１の役目を果たし、逆止弁１１５は第２の安全弁１１０の役目を果たす。冷凍装置１ｂには、図１に示した第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１が設けられていない。冷凍装置１ｂでは、第２の安全弁１１０および第３の安全弁１１１の代わりに、キャピラリチューブ１１６および逆止弁１１５等の安価な部品が用いられている。
【００７６】
高圧膨張弁１０３は、例えば、開度を調整できる電子膨張弁等で形成されており、停電時など通電されていない場合に全閉となる。この実施の形態の例では、高圧膨張弁１０３に並列にキャピラリチューブ１１６が設けられているので、停電時など、通電されていない場合に、高圧膨張弁１０３が全閉になったときも、冷媒回路５のガスクーラ１０２と第１の熱交換器１０５とをバイパスすることができる。そのため、圧縮機１０１から高圧膨張弁１０３に至るまでの流路に溜まった冷媒は、高圧膨張弁１０３の冷媒出口側に流れる。また、図９に示すように逆止弁１１５を設けることで、低圧膨張弁２０１から圧縮機１０１の吸入側までの冷媒圧力が、高圧膨張弁１０３から低圧膨張弁２０１までの冷媒圧力より大きくなった場合に、第１の安全弁１０９の方へ冷媒が流れる。そのため、キャピラリチューブ１１６および逆止弁１１５を用いることで、冷媒回路５に圧力上昇が発生した際、冷媒が第１の安全弁１０９側に流れ込み、圧力が上昇したときの安全性が担保される。なお、キャピラリチューブ１１６の代わりに、通電時に閉状態で停電時に開状態になる電磁弁を用いてもよい。
【００７７】
また、この実施の形態の冷凍装置１ｂは、圧縮機１０１とガスクーラ１０２と低圧膨張弁２０１と蒸発器２０２が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路５と、ガスクーラ１０２と低圧膨張弁２０１との間に設けられた第１の安全弁１０９と、を有するものであってもよい。低圧膨張弁２０１および蒸発器２０２と並列に接続された配管に逆止弁１１５が設けられることで、冷媒の圧力が上昇したときの安全性が担保される。ガスクーラ１０２と低圧膨張弁２０１との間に高圧膨張弁１０３が設けられているときは、高圧膨張弁１０３と並列に設けられたキャピラリチューブ１１６を備える構成とすることで、冷媒の圧力が上昇したときの安全性が担保される。ガスクーラ１０２よりも冷媒の流れの下流に受液器１０４が設けられているときは、第１の安全弁１０９が受液器１０４よりも冷媒の流れの下流に設けられることで、速やかに圧力を低下させることができる。
【００７８】
さらに、図１、図３および図９に示した構成例では、受液器１０４の冷媒入口側に第１の熱交換器１０５が設けられた場合を示しているが、第１の熱交換器１０５を他の構成に置き換えてもよい。図１０は、図１に示した冷凍装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。
【００７９】
図１０に示すように、冷凍装置１ｃは、図１に示したバイパス回路７の代わりに、２つのバイパス回路７ａおよび７ｃを有する。バイパス回路７ａは、図３に示した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。バイパス回路７ｃには、受液器１０４の上部からガス冷媒を抜く配管が設けられ、その配管はバイパス回路７ａと合流した後、アキュムレータ１０８の冷媒入口側と接続されている。バイパス回路７ｃはバイパス調整弁１０７ｃを有する。冷凍装置１ｃには、図１に示した第１の熱交換器１０５が設けられていない。
【００８０】
図１０に示すバイパス回路７ｃは、受液器１０４の上部から冷媒ガスを抜く役目を果たし、第１の熱交換器１０５と同様の効果を得ることができる。つまり、制御装置３００がバイパス調整弁１０７ｃの開度を調整することで、受液器１０４内の冷媒および冷凍機油をアキュムレータ１０８側に移動することができる。図１０に示した冷凍装置１ｃは、図１に示した冷凍装置１に比べて、バイパス回路７ａおよび７ｃに流出する冷媒に対する制御の精度がより向上する。一方、図１に示した冷凍装置１は、図１０に示した冷凍装置１ｃよりも、膨張弁の数が少ないので、装置の製造コストが高くなることが抑制され、膨張弁制御が複雑になることが抑制される。
【符号の説明】
【００８１】
１、１ａ〜１ｃ  冷凍装置、５  冷媒回路、７、７ａ〜７ｃ  バイパス回路、２１  流入管、２２  流出管、２３  小孔、１００  室外機、１０１  圧縮機、１０２  ガスクーラ、１０２ａ  ファン、１０３  高圧膨張弁、１０４  受液器、１０５  第１の熱交換器、１０６  第２の熱交換器、１０７、１０７ａ〜１０７ｃ  バイパス調整弁、１０８  アキュムレータ、１０９  第１の安全弁、１１０  第２の安全弁、１１１  第３の安全弁、１１２〜１１４  圧力センサ、１１５  逆止弁、１１６  キャピラリチューブ、２００  室内機、２０１  低圧膨張弁、２０２  蒸発器、３００  制御装置、３０１、３０２  延長配管、３１１  冷凍サイクル手段、３１２  滞留判定手段、３１３  開度制御手段。
【図１】
2019106764.tif 000003
【図２】
2019106764.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019106764.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019106764.tif 000011
【図１０】
2019106764.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月9日(2020.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、前記高圧膨張弁と前記受液器との間に設けられ、前記高圧膨張弁から前記受液器に流通する冷媒と前記バイパス回路を流通する冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、を有するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る室外機は、圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路の、前記圧縮機、前記ガスクーラおよび前記受液器を有する室外機であって、前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、前記高圧膨張弁と前記受液器との間に設けられ、前記高圧膨張弁から前記受液器に流通する冷媒と前記バイパス回路を流通する冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、を有するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、
前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、
前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、
前記高圧膨張弁と前記受液器との間に設けられ、前記高圧膨張弁から前記受液器に流通する冷媒と前記バイパス回路を流通する冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、
前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、
を有する冷凍装置。
【請求項２】
前記受液器と前記低圧膨張弁との間に設けられ、前記受液器から前記低圧膨張弁に流通する冷媒と前記バイパス回路を流通する冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器をさらに有する、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記バイパス回路は、前記第２の熱交換器の冷媒出口側から前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器のうち、一方または両方を経由して、前記アキュムレータの前記冷媒入口側に接続されている、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記圧縮機の吐出側の冷媒の吐出圧力を測定する圧力センサをさらに有し、
前記制御装置は、
前記吐出圧力が決められた閾値を超えた場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記圧縮機の冷凍機油の貯留量が決められた閾値以下である場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記圧縮機の運転時間が決められた設定時間を超えると、前記バイパス調整弁の開度を大きくする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記アキュムレータの容積は前記受液器の容積以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記高圧膨張弁の冷媒出口側に設けられた第１の安全弁をさらに有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記第１の安全弁が、前記受液器と前記低圧膨張弁との間に設けられた、請求項８に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記高圧膨張弁と並列に設けられたキャピラリチューブをさらに有する、請求項８または９に記載の冷凍装置。
【請求項１１】
前記アキュムレータの冷媒入口側と前記高圧膨張弁の冷媒出口側とを接続する配管に設けられ、該アキュムレータの冷媒入口側から該高圧膨張弁の冷媒出口側への冷媒の流れを許容する逆止弁をさらに有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１２】
前記圧縮機の吸入側に設けられた第２の安全弁をさらに有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１３】
前記圧縮機の吐出側に設けられた第３の安全弁をさらに有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、
前記高圧膨張弁の冷媒出口側の圧力が４．１５ＭＰａ以下になるように、該高圧膨張弁および前記バイパス調整弁のうち、少なくともいずれかの弁の開度を制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項１５】
圧縮機、ガスクーラ、受液器、低圧膨張弁および蒸発器が冷媒配管に接続され、冷媒が循環する冷媒回路の、前記圧縮機、前記ガスクーラおよび前記受液器を有する室外機であって、
前記ガスクーラと前記受液器との間に設けられた高圧膨張弁と、
前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、冷媒を貯留するアキュムレータと、
前記受液器および前記低圧膨張弁の間と前記アキュムレータの冷媒入口側とを接続するバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記冷媒の流量を調整するバイパス調整弁と、
前記高圧膨張弁と前記受液器との間に設けられ、前記高圧膨張弁から前記受液器に流通する冷媒と前記バイパス回路を流通する冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、
前記圧縮機の吐出側から前記受液器までの間に貯留する冷媒量が決められた閾値を超える場合、前記バイパス調整弁の開度を大きくする制御を行う制御装置と、
を有する室外機。
【請求項１６】
前記受液器と前記低圧膨張弁との間に設けられ、前記受液器から前記低圧膨張弁に流通する冷媒と前記バイパス回路を流通する冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器をさらに有する、請求項１５に記載の室外機。
【請求項１７】
前記バイパス回路は、前記第２の熱交換器の冷媒出口側から前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器のうち、一方または両方を経由して、前記アキュムレータの前記冷媒入口側に接続されている、請求項１６に記載の室外機。
【国際調査報告】
2019106764.tif 000013
2019106764.tif 000014
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