(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、受液器、第１過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒回路における過冷却度を算出し、前記過冷却度とあらかじめ設定された閾値とを比較して、前記凝縮器における凝縮温度を上げるかどうかを判定する制御部と、
前記第１過冷却器の冷媒流入口に設置されて温度を検出する過冷却器入口温度センサと、
前記第１過冷却器において前記冷媒と熱交換する外気の温度を検出する外気温度センサとを備え、
前記制御部は、前記過冷却器入口温度センサが検出した温度と外気温度センサが検出した温度との温度差を前記過冷却度として、前記判定を行う冷凍サイクル装置。
【請求項２】
圧縮機、凝縮器、受液器、第１過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒回路における過冷却度を算出し、前記過冷却度とあらかじめ設定された閾値とを比較して、前記凝縮器における凝縮温度を上げるかどうかを判定する制御部と、
前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサと、
前記第１過冷却器において前記冷媒と熱交換する外気の温度を検出する外気温度センサとを備え、
前記制御部は、前記吐出圧力センサが検出した圧力と前記外気温度センサが検出した温度とから前記過冷却度を演算して、前記判定を行う冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒と熱交換させる空気を、前記凝縮器に送るファンを備え、
前記制御部は、前記ファンの回転数を下げる制御を行い、前記凝縮温度を上げる請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧縮機の駆動周波数を上げる制御を行い、前記凝縮温度を上げる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
圧縮機、凝縮器、受液器、第１過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒回路における過冷却度を算出し、前記過冷却度とあらかじめ設定された閾値とを比較して、前記凝縮器における凝縮温度を上げるかどうかを判定する制御部と、
前記凝縮器および前記第１過冷却器となる、内容積が異なる第１熱交換器および第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との冷媒通過順序を切り替える流路切替装置とを備え、
前記制御部は、前記過冷却度と前記閾値との比較に基づいて、前記流路切替装置を切り替える制御を行う冷凍サイクル装置。
【請求項６】
圧縮機、凝縮器、受液器、第１過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
前記冷媒回路における過冷却度を算出し、前記過冷却度とあらかじめ設定された閾値とを比較して、前記凝縮器における凝縮温度を上げるかどうかを判定する制御部と、
前記第１過冷却器の冷媒流出口に設置されて温度を検出する過冷却器出口温度センサと、
分岐した前記冷媒間の熱交換を行って前記冷媒を過冷却する第２過冷却器と、
分岐した前記冷媒の一方を減圧して前記第２過冷却器に通過させる流量調整装置と、
前記流量調整装置が減圧した前記冷媒の温度を検出する減圧冷媒温度センサと
を備え、
前記制御部は、前記過冷却器出口温度センサが検出した温度と前記減圧冷媒温度センサとが検出した温度との温度差を前記過冷却度として、前記判定を行う冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１過冷却器を通過した前記冷媒と、前記蒸発器を通過した前記冷媒とを熱交換する冷媒間熱交換器を備える請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置を備える冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍サイクル装置および冷凍装置に関するものである。特に、過冷却度の確保に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば冷凍サイクル装置である冷蔵または冷凍用途の冷凍機（冷凍装置）は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を配管で順に接続して基本的な冷媒回路を構成する。さらに、凝縮器と膨張弁との間に過冷却器が設置されている冷凍サイクル装置がある。過冷却器を設置することで、冷媒を飽和液から過冷却状態へさらに冷却し、蒸発器でのエンタルピ差を拡大し、能力増大、性能改善などを実現する（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０９０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、室外の空気（以下、外気という）との熱交換によって過冷却を行う過冷却器は、外気の温度近くまで冷媒を過冷却することができる。しかしながら、凝縮器から流出する冷媒の温度と外気の温度との温度差が小さいと、過冷却度が小さくなる。過冷却度が小さいと、過冷却器から膨張弁に到る配管の状態によっては、液状の冷媒を膨張弁に流入させることができない。このため、圧損が大きくならないように、冷媒回路における配管長、配管径などの制限が厳しくなる。【０００５】
この発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、過冷却度が小さくなるような場合に、過冷却度を確保することができる冷凍サイクル装置および冷凍装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、受液器、第１過冷却器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管で接続され、温度勾配のある冷媒が含まれる冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、冷媒回路における過冷却度を算出し、過冷却度とあらかじめ設定された閾値とを比較して、凝縮器における凝縮温度を上げるかどうかを判定する制御部と、第１過冷却器の冷媒流入口に設置されて温度を検出する過冷却器入口温度センサと、第１過冷却器において冷媒と熱交換する外気の温度を検出する外気温度センサとを備え、制御部は、過冷却器入口温度センサが検出した温度と外気温度センサが検出した温度との温度差を過冷却度として、判定を行うものである。
【０００７】
また、この発明に係る冷凍装置は、上記のような冷凍サイクル装置を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の冷凍サイクル装置および冷凍装置によれば、制御部が、過冷却度と閾値とを比較し、凝縮器の凝縮温度を上げるかどうかを判定するようにしたので、凝縮温度を上げて過冷却度を大きくすることで、冷媒回路の配管長、配管径などの制限を緩やかにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の制御を行う制御部３に係る構成の一例を模式的に記載した図である。
【図３】温度勾配の小さい冷媒と温度勾配の大きい冷媒との比較を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒のｐ−ｈ線図の一例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の流路Ａの場合における冷媒の流れと流路切替装置５０の動作とを説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の流路Ｂの場合における冷媒の流れと流路切替装置５０の動作とを説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る冷凍装置１の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る冷凍装置１の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図１に記載の冷凍装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷凍サイクル装置である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、冷凍装置１について説明する。
【００１２】
冷凍装置１は、たとえば、部屋、倉庫、ショーケース、冷蔵庫などにおける冷却対象空間となる室内の冷却を行う。冷凍装置１は、熱源側ユニット１００と利用側ユニット２００とを有している。図１に示すように、実施の形態１の冷凍装置１は、１台の熱源側ユニット１００と１台の利用側ユニット２００とを有しているが、これらの台数を限定するものではない。たとえば、熱源側ユニット１００が、２台以上であってもよい。また、利用側ユニット２００が、２台以上が並列に接続されるなどの構成であってもよい。
【００１３】
冷凍装置１において、熱源側ユニット１００と利用側ユニット２００とが、液冷媒延長配管６およびガス冷媒延長配管７で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０が構成される。実施の形態１の冷凍装置１において、冷媒回路１０に充填される冷媒は、過冷却度が小さくなる傾向を有する温度勾配の大きい冷媒である。以下の説明においては、外気と冷媒とが熱交換する冷凍装置１についての説明を行う。
【００１４】
実施の形態１の冷凍装置１に用いられる冷媒は、Ｒ４６３Ａなどの温度勾配が大きい冷媒であるものとする。温度勾配が大きい冷媒である場合、同じ圧力の場合でも、ガス飽和温度と液飽和温度との間で温度差が生じる。したがって、ガス飽和温度と液飽和温度との平均の温度を凝縮温度とした場合、同じ凝縮温度でも、温度勾配がないとみなすことができる冷媒と温度勾配が大きい冷媒とでは、温度勾配が大きい冷媒の方が、凝縮器から流出する冷媒の温度が低くなる。温度勾配が大きい冷媒の場合、凝縮温度に対して、凝縮器から流出する冷媒の温度が低いので、過冷却度が小さくなりやすい。
【００１５】
ここで、同一圧力における飽和ガス温度と飽和液温度との差（温度勾配）が、３Ｋ以上ある冷媒を、温度勾配の大きい冷媒とする。たとえば、凝縮温度が、５０［℃］で、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａのような冷媒は、温度勾配が１．０Ｋ未満である。したがって、これらの冷媒は、温度勾配が小さい冷媒である。一方で、Ｒ４６３Ａの冷媒は、温度勾配が約５Ｋある。また、Ｒ４４８Ａ、Ｒ４４９Ａなどの冷媒は、温度勾配が約３Ｋ以上ある。したがって、これらの冷媒は、温度勾配が大きい冷媒となる。
【００１６】
利用側ユニット２００は、たとえば、冷却対象空間となる室内に設置されるユニットである。利用側ユニット２００は、冷媒回路１０の一部となる利用側冷媒回路１０ａ、利用側ファン４３および利用側制御部３２を備えている。
【００１７】
利用側冷媒回路１０ａ上には、利用側膨張弁４１と利用側熱交換器４２とが設置されている。利用側膨張弁４１は、利用側冷媒回路１０ａを流れる冷媒の流量を調整する。利用側膨張弁４１は、たとえば、電子膨張弁、温度自動膨張弁などの絞り装置で構成されている。ここで、実施の形態１では、利用側膨張弁４１は、利用側ユニット２００に設置されているが、熱源側ユニット１００内に配設されていてもよい。利用側膨張弁４１が熱源側ユニット１００内にある場合には、利用側膨張弁４１は、たとえば、熱源側ユニット１００の第２熱交換器２３と液側閉鎖弁２８との間に配設される。
【００１８】
利用側熱交換器４２は、室内の空気との熱交換により、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。利用側熱交換器４２は、たとえば、複数の伝熱管および複数のフィンを有して構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器である。
【００１９】
また、利用側ファン４３は、利用側熱交換器４２に空気を送風する送風機である。利用側ファン４３は、利用側熱交換器４２の近傍に配設されている。利用側ファン４３は、たとえば、遠心ファン、多翼ファンなどを含んで構成されている。利用側ファン４３は、図示を省略してあるモータによって駆動される。ここで、利用側ファン４３は、モータの回転数が制御されることで、利用側熱交換器４２への送風量を調整することができる。
【００２０】
熱源側ユニット１００は、利用側ユニット２００に熱供給を行うユニットである。熱源側ユニット１００は、たとえば、冷媒回路１０の一部となる熱源側冷媒回路１０ｂ、熱源側ファン２７および熱源側制御部３１を有している。
【００２１】
熱源側冷媒回路１０ｂには、圧縮機２１、第１熱交換器２２、受液器２５、第２熱交換器２３、液側閉鎖弁２８、ガス側閉鎖弁２９およびアキュムレータ２４が設置されている。圧縮機２１は、たとえば、インバータ回路を有し、インバータ制御が行われるインバータ圧縮機である。このため、圧縮機２１は、駆動周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。また、実施の形態１では、図１に示すように、１台の圧縮機２１を有する例を記載する。しかしながら、利用側ユニット２００の負荷の大きさなどに応じて、２台以上の圧縮機２１が並列に接続された構成であってもよい。
【００２２】
第１熱交換器２２は、実施の形態１においては、室外の空気との熱交換により、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。第１熱交換器２２は、たとえば、複数の伝熱管および複数のフィンを有して構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器である。
【００２３】
第２熱交換器２３は、実施の形態１においては、室外の空気との熱交換により、冷媒を過冷却させる第１過冷却器として機能する。実施の形態１の冷凍装置１においては、第２熱交換器２３は、第１熱交換器２２と一体的に形成されている。したがって、実施の形態１の冷凍装置１では、熱交換器の一部を、第１熱交換器２２として構成し、熱交換器の他の部分を、第２熱交換器２３として構成することになる。そして、第２熱交換器２３は、第１熱交換器２２よりも内容積が少ない。ここで、第２熱交換器２３と第１熱交換器２２とが別々に構成されていてもよい。その場合には、第２熱交換器２３の近傍に、第２熱交換器２３へ空気を送風するファン（図示せず）が配設される。
【００２４】
また、熱源側ファン２７は、第１熱交換器２２および第２熱交換器２３に空気を送風する送風機である。熱源側ファン２７は、第１熱交換器２２の近傍に配設されている。熱源側ファン２７は、たとえば、遠心ファン、多翼ファンなどを含んで構成されている。熱源側ファン２７は、図示を省略してあるモータによって駆動される。ここで、熱源側ファン２７は、モータの回転数が制御されることで、第１熱交換器２２への送風量を調整することができる。
【００２５】
受液器２５は、たとえば、余剰液冷媒を溜める容器である。受液器２５は、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３との間に配設される。ここで、余剰液冷媒は、たとえば、利用側ユニット２００の負荷の大きさ、冷媒の凝縮温度、室外の温度である外気温度、圧縮機２１の容量などに応じて冷媒回路１０内に発生する。
【００２６】
液側閉鎖弁２８およびガス側閉鎖弁２９は、たとえば、ボールバルブ、開閉弁、操作弁などの開閉動作する弁を有している。液側閉鎖弁２８およびガス側閉鎖弁２９は、たとえば、冷凍装置１を運転しない場合などに、弁を閉止して利用側ユニット２００との間における冷媒の流入出を遮断する。
【００２７】
次に、実施の形態１の冷凍装置１が備える制御系の装置およびセンサ類について説明する。熱源側ユニット１００は、冷凍装置１の全体の制御を行う熱源側制御部３１を備えている。熱源側制御部３１は、たとえば、マイクロコンピュータ、メモリなどを含んで構成されている。また、利用側ユニット２００は、利用側ユニット２００の制御を行う利用側制御部３２を備えている。利用側制御部３２についても、たとえば、マイクロコンピュータ、メモリなどを含んで構成されている。たとえば、利用側制御部３２と熱源側制御部３１とは、通信を行って制御信号の送受を行うことができる。
【００２８】
実施の形態１に係る冷凍装置１において、熱源側ユニット１００は、吸入温度センサ３３ａ、吐出温度センサ３３ｂ、吸込外気温度センサ３３ｃ、受液器出口温度センサ３３ｈおよび過冷却器出口温度センサ３３ｄを有している。また、熱源側ユニット１００は、吸入圧力センサ３４ａおよび吐出圧力センサ３４ｂを有している。そして、たとえば、利用側ユニット２００は、利用側熱交入口温度センサ３３ｅ、利用側熱交出口温度センサ３３ｆおよび吸込空気温度センサ３３ｇを有している。吸入温度センサ３３ａ、吐出温度センサ３３ｂ、吸込外気温度センサ３３ｃ、受液器出口温度センサ３３ｈおよび過冷却器出口温度センサ３３ｄ並びに吸入圧力センサ３４ａおよび吐出圧力センサ３４ｂは、熱源側制御部３１に接続されている。利用側熱交入口温度センサ３３ｅ、利用側熱交出口温度センサ３３ｆおよび吸込空気温度センサ３３ｇは、利用側制御部３２に接続されている。
【００２９】
吸入温度センサ３３ａは、圧縮機２１が吸入する冷媒の温度を検出する。吐出温度センサ３３ｂは、圧縮機２１が吐出する冷媒の温度を検出する。受液器出口温度センサ３３ｈは、受液器２５の冷媒流出口における冷媒温度を検出する。ここで、受液器２５の冷媒流出口における冷媒温度は、第１熱交換器２２を通過した冷媒の温度である。また、受液器２５の冷媒流出口における冷媒温度は、第２熱交換器２３の冷媒流入口側における冷媒の温度となる。したがって、受液器出口温度センサ３３ｈは、過冷却器入口温度センサともなる。過冷却器出口温度センサ３３ｄは、第２熱交換器２３を通過した冷媒の温度を検出する。利用側熱交入口温度センサ３３ｅは、利用側熱交換器４２に流入する気液二相冷媒の温度を検出する。利用側熱交出口温度センサ３３ｆは、利用側熱交換器４２から流出した冷媒の温度を検出する。ここで、上記の冷媒の温度を検出するセンサは、たとえば、冷媒配管に当接させてまたは冷媒配管に挿入して配設されて、冷媒の温度を検出する。
【００３０】
吸込外気温度センサ３３ｃは、第１熱交換器２２を通過する前の空気の温度を検出することによって、室外の周囲温度を検出する。吸込空気温度センサ３３ｇは、利用側熱交換器４２を通過する前の空気の温度を検出することによって、利用側熱交換器４２が設置された室内の周囲温度を検出する。
【００３１】
吸入圧力センサ３４ａは、圧縮機２１の吸入側に配設されており、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する。ここで、吸入圧力センサ３４ａは、ガス側閉鎖弁２９と圧縮機２１との間に配設されていればよい。吐出圧力センサ３４ｂは、圧縮機２１の吐出側に配設されており、圧縮機２１が吐出した冷媒の圧力を検出する。
【００３２】
実施の形態１においては、第１熱交換器２２の凝縮温度は、吐出圧力センサ３４ｂの圧力を飽和温度に換算して得ることができる。また、第１熱交換器２２の凝縮温度は、受液器２５の冷媒流出口に設置した受液器出口温度センサ３３ｈの検出した温度となる飽和液温度から圧力を逆算する。その圧力より飽和ガス温度を算出し、飽和ガス温度と飽和液温度との平均より凝縮温度を算出することができる。吐出圧力センサ３４ｂと受液器出口温度センサ３３ｈとのいずれか一方があれば、飽和液温度から凝縮温度を得ることができる。以下の実施の形態でも同様である。
【００３３】
図２は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の制御を行う制御部３に係る構成の一例を模式的に記載した図である。制御部３は、冷凍装置１の全体の制御を行う。実施の形態１における制御部３は、図１における熱源側制御部３１に含まれている。
【００３４】
取得部３ａは、圧力センサ、温度センサなどのセンサ類からの信号に基づき、センサ類が検出した温度および圧力などをデータとして取得する。演算部３ｂは、取得部３ａが取得したデータを用いて、演算、比較、判定などの処理を行う。駆動部３ｄは、演算部３ｂが演算した結果を用いて、圧縮機２１、弁類、ファンなどの機器を駆動制御する。記憶部３ｃは、たとえば、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度など）、演算部３ｂが演算を行うためのデータなどを記憶している。演算部３ｂは、必要に応じて、記憶部３ｃが記憶するデータの内容を参照または更新することができる。
【００３５】
また、制御部３は、入力部３ｅおよび出力部３ｆを含んでいる。入力部３ｅは、リモートコントローラ、スイッチ類など（図示せず）からの操作入力に係る信号を処理するまたは電話回線もしくはＬＡＮ回線などの通信手段（図示せず）から送られる通信データの信号を処理する。出力部３ｆは、制御部３の処理結果を、ＬＥＤ、モニタなどの表示手段（図示せず）に出力する、スピーカなどの報知手段（図示せず）に出力するまたは電話回線、ＬＡＮ回線などの通信手段（図示せず）に出力する。ここで、通信手段によって遠隔地へデータを含む信号を出力する場合には、冷凍装置１と遠隔装置（図示せず）との双方に、同一の通信プロトコルを有する通信手段（図示せず）を設けるとよい。
【００３６】
ここで、制御部３は、前述したように、マイクロコンピュータを有している。マイクロコンピュータは、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの制御演算処理装置を有している。制御演算処理装置が、取得部３ａ、演算部３ｂおよび駆動部３ｄの機能を実現する。また、入出力を管理するＩ／Ｏポートを有している。Ｉ／Ｏポートが入力部３ｅおよび出力部３ｆの機能を実現する。また、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）を有している。これらの記憶装置が、記憶部３ｃの機能を実現する。たとえば、記憶装置は、制御演算処理装置が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて処理を実行して、取得部３ａ、演算部３ｂおよび駆動部３ｄの機能を実現している。ただし、これに限定するものではなく、各部をそれぞれ専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。
【００３７】
ここで、上記の説明では、制御部３が、熱源側制御部３１に含まれる例について説明した。ただし、これに限定するものではない。たとえば、制御部３は、利用側制御部３２に含まれていてもよい。また、制御部３は、熱源側制御部３１および利用側制御部３２とは別の装置として構成してもよい。
【００３８】
図３は、温度勾配の小さい冷媒と温度勾配の大きい冷媒との比較を説明する図である。図３（ａ）は、温度勾配の小さい冷媒におけるｐ−ｈ線図を示している。また、図３（ｂ）は、温度勾配の大きい冷媒におけるｐ−ｈ線図を示している。
【００３９】
温度勾配の小さい冷媒の場合、第１熱交換器２２の冷媒流出側における冷媒の温度Ｂ１は、凝縮温度、飽和液温度および飽和ガス温度とほぼ同じ温度である。また、第２熱交換器２３の冷媒流出側における冷媒の温度Ｃ１は、外気温度とほぼ同じ温度である。そして、過冷却度ＳＣ１は、ＳＣ１＝Ｂ１−Ｃ１となる。
【００４０】
一方、温度勾配の大きい冷媒の場合、第１熱交換器２２の冷媒流出側における冷媒の温度Ｂ２は、凝縮温度よりも低い温度である。また、また、第２熱交換器２３の冷媒流出側における冷媒の温度Ｃ２は、外気温度とほぼ同じ温度である。そして、過冷却度ＳＣ２は、ＳＣ２＝Ｂ２−Ｃ２となる。以上より、ＳＣ２＜ＳＣ１となり、温度勾配の大きい冷媒の過冷却度は小さくなる。
【００４１】
図４は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置１の冷媒回路１０内における冷媒のｐ−ｈ線図の一例を示す図である。熱源側制御部３１は、受液器出口温度センサ３３ｈの検出に係る温度Ｂと過冷却器出口温度センサ３３ｄの検出に係る温度Ｃとの温度差で得られる過冷却度ＳＣが、あらかじめ設定された閾値となる基準過冷却度ＳＣＲより低いかどうか（ＳＣ＜ＳＣＲ）を判定する。そして、過冷却度ＳＣが基準過冷却度ＳＣＲより低いと判定すると、第１熱交換器２２を通過する冷媒の高圧側圧力が高くなるようにし、凝縮温度を上げるようにする。
【００４２】
実施の形態１では、熱源側制御部３１は、冷媒の高圧側圧力および凝縮温度を上げるため、熱源側ファン２７の回転数を少なくする制御を行う。熱源側ファン２７の回転数を少なくし、風量を少なくすることで、第１熱交換器２２における外気と冷媒との熱交換量を少なくし、高圧側圧力が高くなるようにする。このため、第１熱交換器２２の冷媒流出側における冷媒の温度Ｂが、それよりも温度が高いＢ３となる。第２熱交換器２３の冷媒流出側における冷媒の温度Ｃは、外気温度とほぼ同じ温度Ｃ３となる。そして、過冷却度ＳＣ３（＝Ｂ３−Ｃ３）＞ＳＣＲとなるようにする。
【００４３】
以上のように、実施の形態１の冷凍装置１によれば、過冷却度ＳＣが基準過冷却度ＳＣＲより低いと判定すると、第１熱交換器２２を通過する冷媒の凝縮温度を上げるようにした。このため、第１熱交換器２２の冷媒流出側における冷媒の温度と外気の温度と同程度の温度である第２熱交換器２３の冷媒流出側における冷媒の温度との温度差である過冷却度ＳＣを大きくすることができる。したがって、冷媒回路１０における配管長、配管径などの制限を緩やかにすることができる。
【００４４】
前述した例では、第１熱交換器２２における冷媒の凝縮温度を上げるために、熱源側ファン２７の回転数を下げるようにした。他にも、熱源側制御部３１が、圧縮機２１の駆動周波数を高く制御し、凝縮温度を上げるようにしてもよい。ただし、圧縮機２１の駆動周波数制御は、主として、利用側ユニット２００における負荷に基づいて行われる。このため、凝縮温度の調整には、熱源側ファン２７の回転数を制御する方が効率がよい。
【００４５】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図５において、図１などを同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１で説明したことと同様の機能および動作を行う。
【００４６】
図５に示すように、実施の形態２の冷凍装置１は、流路切替装置５０を有している。流路切替装置５０は、熱源側制御部３１からの指示に基づいて流路を切り替え、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３との間の冷媒通過順序を変更する装置である。実施の形態１では、特に限定しなかったが、実施の形態２の冷凍装置１においては、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３とにおける内容積の比が異なる。そこで、過冷却度を大きくしたい場合に、内容積の大きい第１熱交換器２２を過冷却器として用いることにより、過冷却度を大きくすることができる。流路切替装置５０によって流路を切り替えることで、第１熱交換器２２を過冷却器とするか、または第２熱交換器２３を過冷却器とするかを選択することができる。ここで、第１熱交換器２２を凝縮器とし、第２熱交換器２３を過冷却器として冷媒が流れる流路を流路Ａとする。また、第１熱交換器２２を過冷却器とし、第２熱交換器２３を凝縮器として冷媒が流れる流路を流路Ｂとする。
【００４７】
流路切替装置５０は、三方弁５１および三方弁５２、二方弁５３、二方弁５４および二方弁５５並びに逆止弁５６および逆止弁５７を有している。また、切替配管５８および切替配管５９を有している。
【００４８】
三方弁５１は、圧縮機２１から吐出された冷媒が、流路Ａの場合には、第１熱交換器２２側に流れるようにし、流路Ｂの場合には、切替配管５８側に流れるように切り替える弁である。また、三方弁５２は、流路Ａの場合には、第２熱交換器２３から流出した冷媒を、利用側ユニット２００側に流すようにし、流路Ｂの場合には、切替配管５８から流れる冷媒を、利用側ユニット２００側に流すように切り替える弁である。
【００４９】
二方弁５３は、流路Ａの場合には開放されて第１熱交換器２２から受液器２５に冷媒が流れ、流路Ｂの場合には閉止される弁である。また、二方弁５４は、流路Ａの場合には閉止され、流路Ｂの場合には開放されて第２熱交換器２３から受液器２５に冷媒が流れる弁である。そして、二方弁５５は、切替配管５９に設置される。二方弁５５は、流路Ａの場合には閉止され、流路Ｂの場合には開放されて第２熱交換器２３から流出した冷媒が切替配管５９を流れるようにする弁である。
【００５０】
逆止弁５６は、流路Ａの場合には、第１熱交換器２２側からの冷媒の流れを止め、流路Ｂの場合には、受液器２５からの冷媒を通過させる。逆止弁５７は、流路Ａの場合には、受液器２５からの冷媒を通過させ、流路Ｂの場合には、第２熱交換器２３側からの冷媒の流れを止める。切替配管５８および切替配管５９は、流路Ｂの場合に冷媒が流れる。
【００５１】
図６は、この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の流路Ａの場合における冷媒の流れと流路切替装置５０の動作とを説明する図である。流路Ａにおいては、圧縮機２１が吐出した冷媒は、三方弁５１を通過して、第１熱交換器２２側に流れる。そして、冷媒は、第１熱交換器２２および開放された二方弁５３を通過して、受液器２５に流れる。受液器２５の冷媒は、二方弁５４が閉止しているため、逆止弁５７を通過して、第２熱交換器２３に流れる。第２熱交換器２３を通過した冷媒は、三方弁５２を通過して、熱源側ユニット１００から流出する。
【００５２】
図７は、この発明の実施の形態２に係る冷凍装置１の流路Ｂの場合における冷媒の流れと流路切替装置５０の動作とを説明する図である。流路Ｂにおいては、圧縮機２１が吐出した冷媒は、三方弁５１を通過して、切替配管５８を流れる。そして、冷媒は、三方弁５２を通過して、第２熱交換器２３側に流れる。第２熱交換器２３および開放された二方弁５４を通過して、受液器２５に流れる。受液器２５の冷媒は、二方弁５３が閉止しているため、逆止弁５６を通過して、第１熱交換器２２に流れる。第１熱交換器２２を通過した冷媒は、切替配管５９を通過して、熱源側ユニット１００から流出する。
【００５３】
以上のように、実施の形態２の冷凍装置１によれば、流路切替装置５０を有し、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３との間の冷媒通過順序を変更できるようにした。このため、熱源側制御部３１が、過冷却度が小さいと判定すると、過冷却器となる熱交換器の内容積を変更し、過冷却度を大きくすることができる。したがって、冷媒回路１０における配管長、配管径などの制限を緩やかにすることができる。ここで、熱源側制御部３１は、過冷却度に基づいて、流路切替装置５０の流路を切り替えるようにしたが、たとえば、冷媒の種類に基づいて、流路切替装置５０の流路を切り替えるようにしてもよい。冷媒の種類に係る設定は、ユーザなどが行うようにする。
【００５４】
ここでは、流路切替装置５０で流路を切り替えることで、過冷却度が大きくなるようにしたが、これに限定するものではない。第１熱交換器２２と第２熱交換器２３とにおけるパス数を任意に変更することで、内容積の割合が異なるようにしてもよい。
【００５５】
実施の形態３．
前述した実施の形態１において、熱源側制御部３１は、受液器出口温度センサ３３ｈの検出に係る温度Ｂと過冷却器出口温度センサ３３ｄの検出に係る温度Ｃとの温度差を過冷却度ＳＣとして、基準過冷却度ＳＣＲと比較して判定を行った。過冷却器出口温度センサ３３ｄの検出に係る温度Ｃの代わりに、吸込外気温度センサ３３ｃの検出に係る室外の周囲温度Ｚを用いて、ＳＣ＝Ｂ−Ｚとして、過冷却度ＳＣを算出して判定を行うようにしてもよい。
【００５６】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図８において、図１などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１で説明したことと同様である。図８に示すように、実施の形態４の冷凍装置１は、熱源側ユニット１００に、第２過冷却器となる冷媒間過冷却器２６をさらに有している。冷媒間過冷却器２６は、冷媒の流れにおいて、第２熱交換器２３の下流側に設置されている。冷媒間過冷却器２６は、たとえば、二重管またはプレート熱交換器を含んで構成される。そして、冷媒間過冷却器２６は、熱源側冷媒回路１０ｂに流れる高圧の冷媒とバイパス流路７１に流れる中間圧の冷媒とを熱交換させる熱交換器である。
【００５７】
また、バイパス流路７１は、バイパス流量調整装置７２およびバイパス配管７３を有している。バイパス配管７３は、一端が第２熱交換器２３の冷媒流出口と液側閉鎖弁２８との間に接続されている。また、バイパス配管７３は、他端が圧縮機２１の冷媒吸入側の配管に接続されている。バイパス配管７３は、第１熱交換器２２側から利用側熱交換器４２側へ送られる冷媒の一部を、熱源側冷媒回路１０ｂから分岐させ、圧縮機２１の冷媒吸入側の配管にバイパスさせる配管である。バイパス流量調整装置７２は、バイパス配管７３を流れる冷媒を減圧し、冷媒量を調整する弁である。そして、減圧冷媒温度センサ３３ｉは、バイパス配管７３に設置され、バイパス流量調整装置７２を通過した熱交換用冷媒温度を検出する。
【００５８】
冷媒間過冷却器２６を通過した冷媒の一部は、バイパス流量調整装置７２で膨張されて中間圧の冷媒となる。そして、冷媒間過冷却器２６を通過する冷媒と熱交換することになる。その結果、第２熱交換器２３から流出し、冷媒間過冷却器２６で熱交換された高圧の冷媒は、さらに過冷却される。また、バイパス流量調整装置７２から流入して、冷媒間過冷却器２６で熱交換された中間圧の冷媒は、乾き度が高い冷媒となり、圧縮機２１の吐出温度を下げるために圧縮機２１の吸入側にインジェクションが行われる。
【００５９】
実施の形態４の冷凍装置１において、冷媒間過冷却器２６では、バイパス流量調整装置７２を通過した冷媒の減圧冷媒温度Ｆとの熱交換となる。したがって、熱源側制御部３１は、過冷却器出口温度センサ３３ｄの検出に係る温度Ｃと減圧冷媒温度センサ３３ｉの検出に係る減圧冷媒温度Ｆとを用いて、ＳＣ４＝Ｃ−Ｆとなる過冷却度ＳＣ４を算出する。実施の形態４の冷凍装置１では、冷媒間過冷却器２６に流入する冷媒同士の温度差を過冷却度ＳＣ４とすることで、冷媒間過冷却器２６における過冷却の状態に基づく判定を行うことができる。
【００６０】
実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５に係る冷凍装置１の構成を示す図である。図９において、図１、図８などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１〜実施の形態４で説明したことと同様である。図９に示すように、実施の形態５の冷凍装置１は、冷媒間熱交換器８０を有している。冷媒間熱交換器８０は、熱源側ユニット１００を流出する冷媒と利用側ユニット２００から熱源側ユニット１００に流入する冷媒との間で熱交換を行って、過冷却を行うものである。ここでは、第２熱交換器２３を通過して熱源側ユニット１００から流出しようとする冷媒と、利用側ユニット２００からガス冷媒延長配管７を介して、熱源側ユニット１００に流入した冷媒との間で熱交換を行う。利用側ユニット２００から熱源側ユニット１００に流入した冷媒は、低圧および低温の冷媒であるため、過冷却度を大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
上述の実施の形態１〜実施の形態５では、冷凍サイクル装置の例として冷凍装置１について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、空気調和装置、冷蔵装置など、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。【００６２】
また、上述した実施の形態１〜実施の形態５において、冷凍サイクル装置に用いる冷媒は、温度勾配が大きい冷媒であるものとして説明した。しかしながら、実施の形態１〜実施の形態５の構成は、温度勾配が小さいおよび温度勾配がない冷媒にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  冷凍装置、３  制御部、３ａ  取得部、３ｂ  演算部、３ｃ  記憶部、３ｄ  駆動部、３ｅ  入力部、３ｆ  出力部、６  液冷媒延長配管、７  ガス冷媒延長配管、１０  冷媒回路、１０ａ  利用側冷媒回路、１０ｂ  熱源側冷媒回路、２１  圧縮機、２２  第１熱交換器、２３  第２熱交換器、２４  アキュムレータ、２５  受液器、２６  冷媒間過冷却器、２７  熱源側ファン、２８  液側閉鎖弁、２９  ガス側閉鎖弁、３１  熱源側制御部、３２  利用側制御部、３３ａ  吸入温度センサ、３３ｂ  吐出温度センサ、３３ｃ  吸込外気温度センサ、３３ｄ  過冷却器出口温度センサ、３３ｅ  利用側熱交入口温度センサ、３３ｆ  利用側熱交出口温度センサ、３３ｇ  吸込空気温度センサ、３３ｈ  受液器出口温度センサ、３３ｉ  減圧冷媒温度センサ、３４ａ  吸入圧力センサ、３４ｂ  吐出圧力センサ、４１  利用側膨張弁、４２  利用側熱交換器、４３  利用側ファン、５０  流路切替装置、５１，５２  三方弁、５３，５４，５５  二方弁、５６，５７  逆止弁、５８，５９  切替配管、７１  バイパス流路、７２  バイパス流量調整装置、７３  バイパス配管、８０  冷媒間熱交換器、１００  熱源側ユニット、２００  利用側ユニット。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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