(57)【要約】【課題】中間冷却器の冷却能力を十分に確保しつつ、圧縮機の信頼性を向上させるための技術を提供する。【解決手段】本開示の冷凍サイクル装置（１００）は、蒸発器（２１）、第１圧縮機（２２）、冷却器（２４）、第２圧縮機（２３）、流路（４０）、開閉弁（２７）及びセンサ（２８）を備えている。流路（４０）は、蒸発器（２１）と冷却器（２４）とを接続している。開閉弁（２７）は、流路（４０）に配置されている。センサ（２８）は、冷却器（２４）に設けられ、冷却器（２４）の内部に冷媒液が滞留したことを検出する。開閉弁（２７）は、例えば、センサ（２８）によって冷却器（２４）の内部に冷媒液が滞留したことが検出された場合に開放される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させる蒸発器と、
前記蒸発器で発生した前記冷媒蒸気を吸入して圧縮する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気を冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却された前記冷媒蒸気を吸入して圧縮する第２圧縮機と、
前記蒸発器と前記冷却器とを接続している流路と、
前記流路に配置された開閉弁と、
前記冷却器に設けられ、前記冷却器の内部に前記冷媒液が滞留したことを検出するセンサと、
を備えた、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記流路に配置され、前記冷却器から前記蒸発器に向かう方向にのみ前記冷媒液の流れを許容する逆止弁をさらに備えた、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記開閉弁は、前記センサによって前記冷却器の内部に前記冷媒液が滞留したことが検出された場合に開放される、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記開閉弁は、前記冷凍サイクル装置を起動すべきときに所定時間開放される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記開閉弁は、前記冷凍サイクル装置の運転を停止すべきときに所定時間開放される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷却器の底面は、鉛直方向に関して、前記蒸発器の上面よりも上方に位置している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置には、フロン、代替フロンなどのハロゲン化炭化水素が冷媒として広く使用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層の破壊、地球温暖化などの問題を有している。そこで、地球環境に対する負荷が極めて小さい水を冷媒に用いた冷凍サイクル装置が提案されている。
【０００３】
図２は、特許文献１に記載された複合冷凍装置の構成図である。特許文献１に記載された複合冷凍装置は、蒸発器１、低段圧縮機２、中間冷却器３、高段圧縮機４、凝縮器５及び減圧装置６を備えている。低段圧縮機２の吐出配管及び高段圧縮機４の吸入配管は、中間冷却器３に接続されている。低段圧縮機２から吐出された冷媒蒸気は、中間冷却器３で冷却される。これにより、高段圧縮機４に吸入されるべき冷媒蒸気の温度が低下し、高段圧縮機４の吐出冷媒の温度の過度な上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−３０２５６５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／１０８６３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術によれば、例えば、夜間のように外気温が低下したとき、中間冷却器の内部で冷媒が液化して滞留する可能性がある。中間冷却器における冷媒液の滞留量が一定量以上になると冷媒液が高段圧縮機に吸入される可能性が高まり、高段圧縮機に悪影響がおよぶ可能性がある。
【０００６】
本開示は、中間冷却器の冷却能力を十分に確保しつつ、圧縮機の信頼性を向上させるための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本開示は、
冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させる蒸発器と、
前記蒸発器で発生した前記冷媒蒸気を吸入して圧縮する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気を冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却された前記冷媒蒸気を吸入して圧縮する第２圧縮機と、
前記蒸発器と前記冷却器とを接続している流路と、
前記流路に配置された開閉弁と、
前記冷却器に設けられ、前記冷却器の内部に前記冷媒液が滞留したことを検出するセンサと、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の技術によれば、冷却器の冷却能力を十分に確保しつつ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の一実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】図２は、特許文献１に記載された複合冷凍装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の第１態様の冷凍サイクル装置は、
冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させる蒸発器と、
前記蒸発器で発生した前記冷媒蒸気を吸入して圧縮する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気を冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却された前記冷媒蒸気を吸入して圧縮する第２圧縮機と、
前記蒸発器と前記冷却器とを接続している流路と、
前記流路に配置された開閉弁と、
前記冷却器に設けられ、前記冷却器の内部に前記冷媒液が滞留したことを検出するセンサと、
を備えたものである。
【００１１】
第１態様によれば、冷却器の冷却能力を十分に確保しつつ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記流路に配置され、前記冷却器から前記蒸発器に向かう方向にのみ前記冷媒液の流れを許容する逆止弁をさらに備えている。第２態様によれば、万が一、開閉弁が開放状態で故障したとしても、蒸発器から冷却器への冷媒液の逆流を防止することができる。
【００１３】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる冷凍サイクル装置の前記開閉弁は、前記センサによって前記冷却器の内部に前記冷媒液が滞留したことが検出された場合に開放される。第３態様によれば、冷却器に過剰な量の冷媒液が滞留することを防止できる。そのため、第２圧縮機に冷媒液が吸入されることを防止でき、第２圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記開閉弁は、前記冷凍サイクル装置を起動すべきときに所定時間開放される。第４態様によれば、第１圧縮機及び第２圧縮機の起動直後に冷却器から第２圧縮機に冷媒液が急激に流入することを防止できる。
【００１５】
本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記開閉弁は、前記冷凍サイクル装置の運転を停止すべきときに所定時間開放される。第５態様によれば、冷却器に滞留した冷媒液を蒸発器に移動させた状態、すなわち、冷却器に冷媒液が滞留していない状態で冷凍サイクル装置を停止させることができる。
【００１６】
本開示の第６態様において、例えば、第１〜第５態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記冷却器の底面は、鉛直方向に関して、前記蒸発器の上面よりも上方に位置している。第６態様によれば、水頭差によって、冷却器から蒸発器に冷媒液をスムーズに移動させることができる。
【００１７】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、蒸発器２１、蒸気経路２０及び凝縮器２５を備えている。蒸発器２１で生成された冷媒蒸気（気相の冷媒）が蒸気経路２０を経由して凝縮器２５に供給される。蒸気経路２０には、第１圧縮機２２、中間冷却器２４及び第２圧縮機２３が設けられている。中間冷却器２４は、第１圧縮機２２と第２圧縮機２３との間に配置されている。冷媒蒸気は、第１圧縮機２２で圧縮された後、中間冷却器２４で冷却され、第２圧縮機２３でさらに圧縮される。
【００１９】
また、冷凍サイクル装置１００は、蒸発器２１と中間冷却器２４とを接続している流路４０を備えている。流路４０は、中間冷却器２４に滞留した冷媒液を蒸発器２１に戻すために使用される流路である。流路４０には、逆止弁２６及び開閉弁２７が配置されている。流路４０は、逆止弁２６及び開閉弁２７を介して、中間冷却器２４の底部を蒸発器２１に接続している。逆止弁２６は、中間冷却器２４から蒸発器２１に向かう方向にのみ冷媒液の流れを許容する。
【００２０】
冷凍サイクル装置１００には、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の物質を主成分として含む冷媒が充填されている。このような冷媒としては、水を主成分として含む冷媒が挙げられる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００２１】
冷凍サイクル装置１００の運転時において、冷凍サイクル装置１００の内部の圧力は大気圧よりも低い。第１圧縮機２２の吸入口の圧力は、例えば、０．５〜５ｋＰａＡの範囲にある。第２圧縮機２３の吐出口の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡの範囲にある。
【００２２】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、散水回路１０、循環回路３０、吸熱回路１１及び放熱回路１２を備えている。
【００２３】
散水回路１０は、散水ポンプ１３、流路１０ａ及び流路１０ｂを有する。散水回路１０の両端はそれぞれ蒸発器２１に接続されている。具体的には、流路１０ａの一端が蒸発器２１の下部（液面よりも下の部分）に接続され、流路１０ａの他端が散水ポンプ１３の吸入口に接続されている。流路１０ｂの一端が散水ポンプ１３の吐出口に接続され、流路１０ｂの他端が蒸発器２１の上部に接続されている。散水ポンプ１３は、当該散水ポンプ１３の吸入口から蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。
【００２４】
吸熱回路１１は、蒸発器２１で冷却された冷媒液を使用するための回路であり、ポンプ、室内熱交換器などの必要な機器を有している。吸熱回路１１の一部は蒸発器２１の内部に位置している。蒸発器２１の内部において、吸熱回路１１の一部は、冷媒液の液面よりも上に位置していてもよいし、冷媒液の液面よりも下に位置していてもよい。吸熱回路１１には、水、ブラインなどの熱媒体が充填されている。
【００２５】
冷媒液は、散水回路１０を通じて蒸発器２１の上部から散布され、吸熱回路１１を構成する部材（配管）に接触する。これにより、冷媒液と吸熱回路１１の内部の熱媒体との間で熱交換が行われ、冷媒液が蒸発する。吸熱回路１１の内部の熱媒体は、冷媒液の蒸発潜熱によって冷却される。例えば、冷凍サイクル装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、吸熱回路１１の熱媒体によって室内の空気が冷却される。
【００２６】
循環回路３０は、循環ポンプ１６及び流路３０ａ〜３０ｃを有する。循環回路３０の両端はそれぞれ凝縮器２５に接続されている。本実施形態において、循環回路３０は、凝縮器２５から中間冷却器２４に冷媒液を導くために使用される回路である。具体的には、流路３０ａの一端が凝縮器２５の下部（液面よりも下の部分）に接続され、流路３０ａの他端が循環ポンプ１６の吸入口に接続されている。流路３０ｂの一端が循環ポンプ１６の吐出口に接続され、流路３０ｂの他端が中間冷却器２４の冷媒液入口に接続されている。流路３０ｃの一端が中間冷却器２４の冷媒液出口に接続され、流路３０ｃの他端が凝縮器２５に接続されている。循環ポンプ１６は、当該循環ポンプ１６の吸入口から凝縮器２５に貯留された冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。
【００２７】
中間冷却器２４は、例えば、シェルチューブ熱交換器の構造を有する。中間冷却器２４の底部にドレーン（流路４０）を接続するための構造が設けられている。例えば、冷媒液が底部に貯まりやすいように、中間冷却器２４の底部がすり鉢の形状を有していてもよい。中間冷却器２４の内部の伝熱管３１に循環回路３０が接続されており、伝熱管３１に冷媒液が流れる。中間冷却器２４で冷媒蒸気を冷却するために使用される流体は、凝縮器２５に貯留された冷媒液に限定されない。例えば、蒸発器２１に貯留された冷媒液を使用してもよい。ただし、本実施形態によれば、蒸発器２１に貯留された低温の冷媒液を消費することを回避できるので、冷凍サイクル装置１００の効率面で有利である。また、中間冷却器２４は、冷凍サイクル装置１００の外部から供給された熱媒体（例えば、空気又は水）を使用して冷媒蒸気を冷却するように構成されていてもよい。さらに、中間冷却器２４は、複数の種類の流体によって冷媒蒸気を冷却するように構成されていてもよい。「複数の種類の流体」は、例えば、冷凍サイクル装置１００の冷媒液と外部から供給された熱媒体との組み合わせである。
【００２８】
中間冷却器２４の底面は、鉛直方向に関して、蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面よりも上方に位置している。中間冷却器２４の底面は、鉛直方向に関して、蒸発器２１の上面よりも上方に位置していてもよい。このような位置関係によれば、水頭差によって、中間冷却器２４から蒸発器２１に冷媒液をスムーズに移動させることができる。
【００２９】
放熱回路１２は、凝縮器２５の内部の冷媒から熱を奪うために使用される回路であり、ポンプ、冷却塔などの必要な機器を有している。放熱回路１２の一部は蒸発器２１の内部に位置している。詳細には、凝縮器２５の内部において、放熱回路１２の一部は、冷媒液の液面よりも上に位置している。放熱回路１２には、水、ブラインなどの熱媒体が充填されている。
【００３０】
第２圧縮機２３から吐出された高温の冷媒蒸気は、凝縮器２５の内部において、放熱回路１２を構成する部材（配管）に接触する。これにより、冷媒蒸気と放熱回路１２の内部の熱媒体との間で熱交換が行われ、冷媒蒸気が凝縮する。放熱回路１２の内部の熱媒体は、冷媒蒸気の凝縮潜熱によって加熱される。冷媒蒸気によって加熱された熱媒体は、例えば、放熱回路１２の冷却塔（図示せず）において外気又は冷却水によって冷却される。
【００３１】
なお、冷凍サイクル装置１００は、凝縮器２５と蒸発器２１とを接続する戻し経路を備えていてもよい。このような戻し経路によれば、凝縮器２５から蒸発器２１に冷媒液を導くことができるため、蒸発器２１に冷媒液を補給する必要がなくなる。
【００３２】
蒸発器２１は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。蒸発器２１は、冷媒液を貯留するとともに、冷媒液を内部で蒸発させる。すなわち、吸熱回路１１から熱を吸収することによって加熱された冷媒液が蒸発器２１の中で沸騰及び蒸発する。本実施形態において、蒸発器２１に貯留された冷媒液は、吸熱回路１１を循環する熱媒体と間接的に接触する。つまり、蒸発器２１に貯留された冷媒液の一部は、吸熱回路１１の熱媒体によって加熱され、飽和状態の冷媒液を加熱するために使用される。
【００３３】
蒸気経路２０は、蒸発器２１から凝縮器２５に冷媒蒸気を導くための経路である。蒸気経路２０は、流路２０ａ〜２０ｄを有する。流路２０ａによって蒸発器２１の上部が第１圧縮機２２の吸入口に接続されている。流路２０ｂによって第１圧縮機２２の吐出口が中間冷却器２４の蒸気入口に接続されている。流路２０ｃによって中間冷却器２４の蒸気出口が第２圧縮機２３の吸入口に接続されている。流路２０ｄによって第２圧縮機２３の吐出口が凝縮器２５の上部に接続されている。第１圧縮機２２及び第２圧縮機２３は、それぞれ、ターボ型圧縮機又は容積型圧縮機でありうる。第１圧縮機２２は、流路２０ａを通じて蒸発器２１から冷媒蒸気を吸い込み、断熱的に圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は、流路２０ｂを通じて中間冷却器２４に流入し、冷却される。冷却された冷媒蒸気は、流路２０ｃを通じて第２圧縮機２３に吸入され、さらに断熱的に圧縮される。その後、圧縮された冷媒蒸気は、流路２０ｄを通じて凝縮器２５に供給される。
【００３４】
蒸気経路２０には、３台以上の圧縮機が設けられていてもよい。また、複数の中間冷却器が蒸気経路２０に設けられていてもよい。例えば、蒸気経路２０にｎ台（ｎは３以上の整数）の圧縮機が設けられているとき、（ｎ−１）台の中間冷却器が蒸気経路２０に配置されうる。
【００３５】
凝縮器２５は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。凝縮器２５は、冷媒蒸気を凝縮させるとともに、冷媒蒸気を凝縮させることによって生じた冷媒液を貯留する。本実施形態では、過熱状態の冷媒蒸気が、外部環境に熱を放出することによって冷却された熱媒体に間接的に接触して凝縮する。つまり、冷媒蒸気は、放熱回路１２の熱媒体によって冷却され、凝縮する。
【００３６】
また、冷凍サイクル装置１００は、液面センサ２８及び制御器５０を備えている。液面センサ２８は、中間冷却器２４に設けられている。液面センサ２８は、中間冷却器２４の内部に冷媒液が滞留したことを検出するためのセンサである。液面センサ２８は、所定量の冷媒液が中間冷却器２４に滞留したことを検出できるものであってもよいし、中間冷却器２４の内部に滞留した冷媒液の液面の位置を検出できるものであってもよい。液面センサ２８は、例えば、中間冷却器２８の底部に配置されている。液面センサ２８として、静電容量式レベルセンサ、光学式レベルセンサ、超音波式レベルセンサ、フロート式レベルセンサなどの公知のレベルセンサを使用することができる。
【００３７】
制御器５０は、第１圧縮機２２、第２圧縮機２３、ポンプ１３、ポンプ１６及び開閉弁２７を制御する。制御器５０として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。制御器５０には、冷凍サイクル装置１００を適切に運転するためのプログラムが格納されている。具体的に、制御器５０は、液面センサ２８に電気的に接続されており、液面センサ２８から出力されたセンサ信号を取得する。センサ信号に基づき、制御器５０は開閉弁２７を制御する。
【００３８】
本実施形態において、第１圧縮機２２の吸入口は、蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面よりも上方に位置している。詳細には、第１圧縮機２２の吸入口は、蒸発器２１の上面よりも上方に位置している。これにより、蒸発器２１から第１圧縮機２２に液冷媒が流入することを防止できる。
【００３９】
次に、冷凍サイクル装置１００の運転について説明する。
【００４０】
圧縮機２２及び２３を起動すると、蒸発器２１において冷媒の蒸発が進行して冷媒蒸気が発生する。冷媒蒸気は、第１圧縮機２２に吸入及び圧縮される。これにより、冷媒蒸気の圧力及び温度が上昇する。高温の冷媒蒸気は、中間冷却器２４に流入し、伝熱管３１を流れる冷媒液（凝縮液）と熱交換し、冷却される。冷却された冷媒蒸気は、第２圧縮機２３に吸入され、さらに圧縮された後、凝縮器２５に流入する。凝縮器２５において、高温の冷媒蒸気は、放熱回路１２を流れる熱媒体によって冷却され、液化する。放熱回路１２の熱媒体に与えられた熱は、外部環境（大気など）に放出される。
【００４１】
図２を参照して説明したように、従来の冷凍装置によれば、その運転を停止した後、外気温が低下して冷媒蒸気の露点温度以下となった場合、中間冷却器３の内壁面に接する冷媒蒸気が凝縮し、中間冷却器３の内部に冷媒液が滞留する。中間冷却器３の内部に冷媒液が過剰に滞留すると、冷媒液が中間冷却器３をオーバーフローして高段圧縮機４に吸入され、高段圧縮機４が水没する可能性がある。また、低段圧縮機２から吐出された冷媒蒸気が中間冷却器３を通過する際に冷媒液がまきあげられ、冷媒液の液滴を含んだ冷媒蒸気が高段圧縮機４に吸入され、高段圧縮機４の運転停止を招く可能性がある。さらに、中間冷却器３の内部の伝熱面が冷媒液で覆われると、中間冷却器３の伝熱面積が減少して冷却能力が低下する。
【００４２】
本実施形態では、中間冷却器２４に過剰な量の冷媒液が滞留することを防ぐために、次のような制御を実行する。すなわち、制御器５０は、液面センサ２８からセンサ信号を取得し、取得したセンサ信号に基づいて中間冷却器２４に所定量を超える量の冷媒液が滞留しているかどうかを判断する。中間冷却器２４に所定量を超える量の冷媒液が滞留している場合、制御器５０は、開閉弁２７を開くための信号を開閉弁２７に送信する。開閉弁２７を開くと、中間冷却器２４と蒸発器２１との間の圧力差によって、冷媒液が中間冷却器２４から蒸発器２１へと移動する。その後、中間冷却器２４の内部における冷媒液の量が十分に少ない量に達したこと（又は中間冷却器２４の内部から冷媒液が消失したこと）を液面センサ２８が検出した場合、制御器５０は、開閉弁２７を閉じるための信号を開閉弁２７に送信する。これにより、開閉弁２７が閉鎖される。
【００４３】
中間冷却器２４において発生した冷媒液は、自重によって伝熱管３１から滴下し、中間冷却器２４の底部に移動する。開閉弁２７が開いている場合、冷媒液は、中間冷却器２４と蒸発器２１との間の圧力差によって中間冷却器２４から蒸発器２１へと移動する。中間冷却器２４の内部に冷媒液が溜まることを防止できるので、第２圧縮機２３に冷媒蒸気のみが吸入されうる。
【００４４】
本実施形態によれば、開閉弁２７は、液面センサ２８によって中間冷却器２４の内部に冷媒液が滞留したことが検出された場合に開放される。このような制御によれば、中間冷却器２４に過剰な量の冷媒液が滞留することを防止できる。そのため、第２圧縮機２３に冷媒液が吸入されることを防止でき、第２圧縮機２３の信頼性を向上させることができる。さらに、開閉弁２７の開放時間を必要最低限に抑えることができるので、ノーマルクローズタイプの開閉弁２７の消費電力を最小にすることができる。このことは、冷凍サイクル装置１００の省エネルギー性能の向上に寄与する。
【００４５】
開閉弁２７を開放する際の閾値である「所定量」は、中間冷却器２４の構造を考慮して十分に少ない量に設定されうる。詳細には、第２圧縮機２３に冷媒液が吸い込まれることを防止でき、中間冷却器２４の冷却能力の低下を防止できる量が「所定量」に設定されうる。
【００４６】
本実施形態において、少なくとも第１圧縮機２２が動作している場合、中間冷却器２４の内部の圧力は、蒸発器２１の内部の圧力を上回る。この場合、開閉弁２７を開くことによって中間冷却器２４から蒸発器２１への冷媒（気相の冷媒又は液相の冷媒）の流れが発生する。一方、開閉弁２７を閉じることによって中間冷却器２４から蒸発器２１への冷媒の流れは遮断される。開閉弁２７を自由に開閉できるため、圧縮機２２及び２３を圧縮比が大きくなる高回転域で運転する場合であっても、冷媒蒸気の急激な移動を防止することができる。このため、第２圧縮機２３だけでなく、第１圧縮機２２も保護することができる。具体的には、蒸発器２１に貯留された低温の冷媒液に高温の冷媒蒸気が接触して、蒸発器２１において冷媒が突沸することを防止できる。したがって、本実施形態によれば、高圧力比で運転される圧縮機２２及び２３の信頼性も向上させることができる。
【００４７】
本実施形態のごとく、液面センサ２８を使用すれば、冷媒液が中間冷却器２４に滞留したときだけ、必要最低限の開閉弁２７の操作で冷媒液を中間冷却器２４から蒸発器２１に移動させることができる。そのため、開閉弁２７を開閉する際に生じる圧力変動の回数を必要最小限に抑えることができる。その結果、冷媒液が第２圧縮機２３に吸入されることを防止できるだけでなく、高圧力比で圧縮機２２及び２３を運転する場合でも圧力変動の頻度を抑制することができる。これにより、圧縮機２２及び２３の寿命を延ばすことができる。
【００４８】
本実施形態によれば、鉛直方向に関し、中間冷却器２４の底面は、蒸発器２１の冷媒液の液面よりも上方に位置している。中間冷却器２４の底面は、鉛直方向に関して、蒸発器２１の上面よりも上方に位置していてもよい。この場合、中間冷却器２４と蒸発器２１との間に圧力差が無い場合であっても、開閉弁２７を開くだけで、水頭差によって、中間冷却器２４から蒸発器２１に冷媒液を移動させることができる。中間冷却器２４と蒸発器２１との間の圧力差を必要としないので、冷凍サイクル装置１００の起動時に開閉弁２７の開閉制御を有効に実行することが可能である。
【００４９】
具体的には、圧縮機２２及び２３が停止している状態（回転数がゼロ）で、圧縮機２２及び２３の運転を開始すべき旨の指令が制御器５０に与えられたとき（運転スイッチがオンにされたとき）、制御器５０は、開閉弁２７を所定時間開放する制御を実行する。開閉弁２７を所定時間開放した後、開閉弁２７を閉じるとともに、圧縮機２２及び２３を起動する。このような制御は、典型的には、冷凍サイクル装置１００の運転を開始する際に実行される。冷凍サイクル装置１００の停止中に中間冷却器２４に滞留した冷媒液を水頭差によって中間冷却器２４から蒸発器２１に移動させることができる。そのため、圧縮機２２及び２３の起動直後に中間冷却器２４から第２圧縮機２３に冷媒液が急激に流入することを防止できる。その結果、冷凍サイクル装置１００の信頼性が向上する。なお、開閉弁２７を開くべき「所定時間」は、中間冷却器２４の大きさ、冷凍サイクル装置１００の能力、冷凍サイクル装置１００の運転条件などに応じて適切に設定される。一例において、「所定時間」は、３０〜４０秒間である。また、開閉弁２７を開くべき「所定時間」は、冷凍サイクル装置１００の負荷の大きさに応じて変更されてもよい。
【００５０】
また、冷凍サイクル装置１００の運転を停止する際に上記の制御を実行してもよい。具体的には、冷凍サイクル装置１００の運転を停止すべき旨の指令が制御器５０に与えられたとき（運転スイッチがオフにされたとき）、制御器５０は、開閉弁２７を所定時間開放する制御を実行する。例えば、圧縮機２２及び２３の回転数がゼロになった後に開閉弁２７を所定時間開く制御を実行してもよいし、冷凍サイクル装置１００の運転を停止すべき旨の指令が制御器５０に与えられたら直ちに開閉弁２７を所定時間開く制御を実行してもよい。
【００５１】
運転停止時に上記の制御を実行すると、中間冷却器２４に滞留した冷媒液を蒸発器２１に移動させた状態、すなわち、中間冷却器２４に冷媒液が滞留していない状態で冷凍サイクル装置１００を停止させることができる。これにより、冷凍サイクル装置１００の再起動直後に中間冷却器２４から第２圧縮機２３に冷媒液が急激に流入することを防止できる。その結果、冷凍サイクル装置１００の信頼性が向上する。
【００５２】
また、本実施形態によれば、流路４０に逆止弁２６が設けられている。そのため、万が一、開閉弁２７が開放状態で故障したとしても、蒸発器２１から中間冷却器２４への冷媒液の逆流を防止することができる。中間冷却器２４への冷媒液の逆流を防止することができるため、中間冷却器２４の位置を比較的自由に決めることができる。このことは、冷凍サイクル装置１００の設計自由度を大幅に向上させる。例えば、冷凍サイクル装置１００の運転を停止したとき、蒸発器２１における冷媒液の液面が中間冷却器２４の底面よりも鉛直方向の上方に位置している可能性がある。この場合、蒸発器２１から中間冷却器２４に向かって圧力がかかる。しかし、逆止弁２６によれば、蒸発器２１から中間冷却器２４に向かう冷媒液の流れを遮断することができる。つまり、逆止弁２６によれば、第２圧縮機２３への冷媒液の流入を確実に防止でき、冷凍サイクル装置１００の再起動時における圧縮機２２及び２３の信頼性をさらに向上させることができる。なお、逆止弁２６は、開閉弁２７と中間冷却器２４との間に配置されていてもよいし、開閉弁２７と蒸発器２１との間に配置されていてもよい。
【００５３】
また、本実施形態によれば、中間冷却器２４に滞留した冷媒液を蒸発器２１に速やかに戻すことができる。蒸発器２１の冷媒液の量も常に適切な量に維持されうる。ポンプ１３の必要吸込ヘッドを常に確保できるので、ポンプ１３による送水が不可能になることも防止される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、家庭用エアコン、業務用エアコンなどの空気調和装置に特に有用である。本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
２１  蒸発器
２２  第１圧縮機
２３  第２圧縮機
２４  中間冷却器
２６  逆止弁
２７  開閉弁
２８  液面センサ
４０  流路
１００  冷凍サイクル装置
【図１】
2017110864.tif 000003
【図２】
2017110864.tif 000004