JP2006003023A

JP2006003023A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2006003023A
Application number: JP2004180772A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Otake; 雅久大竹; Hiroshi Mukoyama; 洋向山; Koji Sato; 晃司佐藤; Kunimori Sekigami; 邦衛関上; Kazuaki Shikichi; 千明式地
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Air Conditioners Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Air Conditioners Co Ltd
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05
Also published as: CN1710353A; EP1607696A2; US20050279126A1; US7533539B2; CN1321298C

Abstract

【課題】放熱側熱交換器出口の冷媒温度が上昇した場合でも性能を維持、向上する。
【解決手段】圧縮機２は、吸込時の冷媒圧力よりも高く、吐出時の冷媒圧力よりも低い中間圧力を有する冷媒の導入が可能な中間圧部２Ｍを有し、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器との間に形成され、いずれか一方の熱交換器から他方の熱交換器に流れる冷媒を分流し、分流後の一方の冷媒と、分流後の他方の冷媒あるいは分流前の冷媒のいずれかとの間で熱交換を行わせ、前記一方の冷媒を気相とし、当該気相の冷媒を中間圧部２Ｍに導く熱交換回路２８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、室外ユニットと複数台の室内ユニットを有し、複数台の室内ユニットを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの暖房運転と冷房運転を混在して実施可能とする冷凍装置に関する。

一般に、室外ユニットと複数台の室内ユニットとを、高圧ガス管と低圧ガス管と液管からなるユニット間配管で接続し、複数台の室内ユニットを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの暖房運転と冷房運転を混在して実施可能とする冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。なお、本明細書において、冷凍装置は、ヒートポンプを含むものとする。
特許２８０４５２７号公報

この種の冷凍装置において、放熱器として利用している熱交換器（以下、放熱側熱交換器という。）の出口温度が上昇した場合には、放熱側熱交換器出口の比エンタルピーが上昇し、蒸発器として利用している熱交換器（以下、蒸発側熱交換器という。）入口の冷媒湿り度が減少し、性能が低下するという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、外気温が高い場合などのように冷媒の放熱側熱交換器出口温度が上昇した場合でも性能を維持、向上することが可能な冷凍装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、冷凍装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器としての室外熱交換器を備えた室外ユニットと、利用側熱交換器としての室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管により接続され、上記室外熱交換器の一端が、前記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧管と、前記室外熱交換器の他端に接続された低温高圧管とを有して構成され、前記各室内ユニットは、前記室内熱交換器の一端が前記高圧管と前記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が前記低温高圧管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、前記圧縮機は、吸込時の冷媒圧力よりも高く、吐出時の冷媒圧力よりも低い中間圧力を有する冷媒の導入が可能な中間圧部を有し、前記熱源側熱交換器と前記利用側交換器との間の前記低温高圧管上に形成され、いずれか一方の熱交換器から他方の熱交換器に流れる冷媒を分流し、前記分流後の一方の冷媒と、分流後の他方の冷媒あるいは分流前の冷媒のいずれかとの間で熱交換を行わせ、前記一方の冷媒を気相とし、当該気相の冷媒を前記圧縮機の中間圧部または前記冷媒吸込管に導く熱交換回路を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、熱交換回路は、熱源側熱交換器及び利用側交換器のうち、いずれか一方から他方に流れる冷媒を分流し、分流後の一方の冷媒と、分流後の他方の冷媒あるいは分流前の冷媒のうちいずれか一方と、の間で熱交換を行わせ、一方の冷媒を気相とし、当該気相の冷媒を中間圧部または冷媒吸込管に導く。
この場合において、前記一方の冷媒は、減圧装置により前記熱交換前に膨張されるようにしてもよい。
また、前記減圧装置は、膨張弁を有し、前記膨張弁の開度は、当該膨張弁の出口温度あるいは前記熱交換回路における前記分流後の他方の冷媒側の出口温度により調整するようにしてもよい。
さらに前記熱交換の対象となる２系統の冷媒の冷媒配管内の流れが対向流となるように前記冷媒配管が配置されているようにしてもよい。
さらにまた、少なくとも冷房運転時には前記冷媒配管内の流れが対向流となるように前記冷媒配管が配置されているようにしてもよい。
また、前記冷媒吐出管に接続された高圧管内が当該冷凍装置の運転中に超臨界圧力で運転されるようにしてもよい。
また、前記冷媒として、前記冷媒配管中に二酸化炭素冷媒を封入するようにしてもよい。

本発明によれば、放熱側熱交換器出口の冷媒温度が上昇した場合等のように、蒸発側熱交換器において熱交換に寄与しない冷媒の気相成分が多くなった場合でも性能を維持、向上させることができる。

次に本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
冷凍装置３０は、圧縮機２、室外熱交換器３ａ、３ｂ及び室外膨張弁２７ａ、２７ｂを備えた室外ユニット１と、室内熱交換器６ａ及び室内膨張弁１８ａを備えた室内ユニット５ａと、室内熱交換器６ｂ及び室内膨張弁１８ｂを備えた室内ユニット５ｂと、貯湯用熱交換器４１、貯湯タンク４３、循環ポンプ４５及び膨張弁４７を備えた給湯ユニット５０とを備えている。

これら室外ユニット１と室内ユニット５ａ、５ｂと給湯ユニット５０とがユニット間配管１０により接続されて、冷凍装置３０は、給湯ユニット５０を運転しながら、室内ユニット５ａ、５ｂを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施可能となっている。
室外ユニット１では、室外熱交換器３ａの一端が、圧縮機２の吐出管７あるいは吸込管８に切換弁９ａあるいは切換弁９ｂを介して排他的に接続される。同様に室外熱交換器３ｂの一端が、圧縮機２の吐出管７あるいは吸込管８に切換弁１９ａ、１９ｂを介して排他的に接続されることとなる。また、吸込管８にアキュムレータ４が配設されている。

室外ユニット１は、図示しない室外制御装置を備え、この室外制御装置が、室外ユニット１内の圧縮機２、室外膨張弁２７ａ、２７ｂ、切換弁９ａ、１９ａ、９ｂ、１９ｂおよび冷凍装置３０全体を制御する。
また、冷凍装置３０は、アキュムレータ４の入口における冷媒温度を検出する温度センサＳ１と、室内熱交換器６ａ、６ｂの冷媒温度を検出する温度センサＳ２と、室外熱交換器３ａ、３ｂの冷媒温度を検出する温度センサＳ３と、圧縮機２の出口における冷媒温度を検出する温度センサＳ４と、高圧管１１内の冷媒圧力である高圧側圧力を検出する圧力センサＳｐと、中圧部（熱交換膨張弁２８Ｆの出口）の冷媒温度を検出する温度センサＳ５と、を備えている。
図２は圧縮機の概要構成ブロック図である。
圧縮機２は、２段圧縮機であり、図２に示すように、低圧吸込側で冷媒の圧縮を行う第１段圧縮部２Ａと、高圧吐出側で冷媒の圧縮を行う第２段圧縮部２Ｂと、第１段圧縮部２Ａの吐出した冷媒を冷却して第２段圧縮部２Ｂ側に吐出する中間冷却器２Ｃと、を備えており、第２段圧縮部（高圧吐出側）２Ｂと、中間冷却器２Ｃとの中間に冷媒を外部より導入可能な中間圧部２Ｍが設けられている。

ユニット間配管１０は、高圧管（高圧ガス管）１１、低圧管（低圧ガス管）１２及び低温高圧管（液管）１３を備えている。高圧管１１が吐出管７に接続され、低圧管１２が吸込管８に接続される。上記低温高圧管１３は、室外膨張弁２７ａ、２７ｂを介して、室外熱交換器３ａ、３ｂの他端にそれぞれ接続される。
そして、低温高圧管１３と室外膨張弁２７ａ、２７ｂとの間に熱交換回路（気液分離器）２８が接続され、この熱交換回路２８の蒸気出口管２８Ｂが圧縮機２の中間圧部２Ｍに接続されており、主として気相の冷媒が蒸気出口管２８Ｂから圧縮機２内に導入される。この熱交換回路２８は、室外熱交換器３ａ、３ｂ側および室内熱交換器６ａ、６ｂ側のいずれからも冷媒の流入が可能な双方向型気液分離装置として構成されている。

図３は、第１実施形態の熱交換回路の構成説明図である。
ここで、熱交換回路２８の具体的構成について説明する。
熱交換回路２８は、大別すると、熱交換部２８Ａと、蒸気出口管２８Ｂと、第１入出口管２８Ｃと、第２入出口管２８Ｄと、を備えている。
熱交換部２８Ａは、第１入出口管２８Ｃから分岐される分岐管２８Ｅと、分岐管２８Ｅに接続された熱交換膨張弁２８Ｆと、一端が熱交換膨張弁２８Ｆに接続され、他端が蒸気出口管２８Ｂに連通し、実際の熱交換を行う第１熱交換部２８Ｇと、第１入出口管２８Ｃから分岐され第２入出口管２８Ｄに連通し、第１熱交換部２８Ｇと熱交換を行う第２熱交換部２８Ｈと、を備えている。
この場合において、冷房運転時には、第１熱交換部２８Ｇ内の冷媒の流れＦ１と第２熱交換部２８Ｈ内の冷媒の流れＦ２とは、図３に示すように、その流れが逆方向の対交流となるように第１熱交換部２８Ｇおよび第２熱交換部２８Ｈを構成する配管が配置されている。
また、第１入出口管２８Ｃおよび第２入出口管２８Ｄは、低温高圧管１３内の冷媒の流れ方向に応じて、いずれか一方が、高圧冷媒が流入する入口管として機能し、いずれか他方が気液分離後に冷却された冷媒が流出する液出口管として機能する。

室内ユニット５ａ、５ｂの室内熱交換器６ａ、６ｂは、その一端が、吐出側弁１６ａ、１６ｂを介して、高圧管１１に接続され、吸込側弁１７ａ、１７ｂを介して、低圧管１２に接続される。また、それらの他端が、室内膨張弁１８ａ、１８ｂを介して低温高圧管１３に接続される。
吐出側弁１６ａと吸込側弁１７ａは、一方が開操作された時、他方が閉操作される。吐出側弁１６ｂと吸込側弁１７ｂも、同様に、一方が開操作された時、他方が閉操作される。

これにより、各室内熱交換器６ａ、６ｂの一端は、ユニット間配管１０の高圧管１１と低圧管１２とに択一的に接続される。
室内ユニット５ａ、５ｂは、更に室内ファン２３ａ、２３ｂ、リモートコントローラ及び室内制御装置を有する。各室内ファン２３ａ、２３ｂは、室内熱交換器６ａ、６ｂのそれぞれに近接配置されて、これらそれぞれの室内熱交換器６ａ、６ｂに送風する。また、各リモートコントローラは、室内ユニット５ａ、５ｂにそれぞれ接続されて、各室内ユニット５ａ、５ｂのそれぞれの室内制御装置へ、冷房若しくは暖房運転指令、または停止指令等を出力する。

貯湯ユニット５０では、貯湯用熱交換器４１の一端が切替弁４８を介して高圧管１１に接続され、貯湯用熱交換器４１の他端が膨張弁４７を介して低温高圧管１３に接続される。この貯湯用熱交換器４１には、水配管４６が接続され、この水配管４６に、循環ポンプ４５を介して、貯湯タンク４３が接続される。
本実施形態では、室外ユニット１、室内ユニット５ａ、５ｂおよび貯湯ユニット５０内の配管並びにユニット間配管１０に二酸化炭素冷媒が封入される。

図４は、エンタルピ・圧力線図である。
二酸化炭素冷媒が封入された場合、図４に示すように、高圧管１１内は運転中に超臨界圧力で運転される。
高圧管１１内が、超臨界圧力で運転される冷媒には、二酸化炭素冷媒のほかに、例えばエチレン、ジボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。

図４において、圧縮機２の出口における冷媒の状態は、状態ａで示される。冷媒は、熱交換器を通って循環し、そこで状態ｂまで冷却され、熱を冷却空気に放出する。ついで、冷媒は、熱交換回路２８において分岐され、その一方が熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて膨張して、気相／液相の２相混合状態の状態ｄとなり、第１熱交換部２８Ｇにおいて、第２熱交換部２８Ｈと熱交換し、気化する。この結果、熱交換回路２８に流入した高圧単層冷媒の一部が気相冷媒として分離され、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに戻される。状態ｊは、圧縮機２の第２段目圧縮部２Ｂの入口の状態である。

一方、分岐後の他方の冷媒は、熱交換回路２８内で冷却され状態ｃとなる。
そして、冷媒は、減圧装置である膨張弁での圧力低下により、状態ｆとなり、蒸発器に入り、蒸発器において蒸発し、熱を吸収する。ここで、状態ｈは、蒸発器出口、即ち圧縮機２の第１段目圧縮部２Ａの入口の状態であり、状態ｉは、圧縮機２の第１段目圧縮部２Ａの出口の状態である。

上記超臨界サイクルにおいて、圧縮機２から吐出される高圧気相冷媒は、凝縮されないが、熱交換器において温度低下が起こる。そして、高圧気相冷媒は冷却空気の温度よりも数度高い状態ｂまで冷却されることとなる。

つぎに、冷凍装置３０の動作を説明する。
冷房運転
まず、冷房運転時の動作について説明する。
室内ユニット５ａ、５ｂで冷房を行う場合は、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを開くとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを閉じる。加えて、吐出側弁１６ａ、１６ｂを閉じるとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを開く。また、室外ファン２９ａ、２９ｂ、室内ファン２３ａ、２３ｂを駆動状態とし、循環ポンプ４５は停止状態とする。

この場合において、室外膨張弁２７ａ、２７ｂは冷媒を減圧させないように全開とし、室内膨張弁１８ａ、１８ｂの開度は、温度センサＳ１の検出温度と温度センサＳ２の検出温度との差（＝過熱度に相当）が一定の値で、かつ、圧力センサＳｐで検出される高圧側圧力が所定の値となるように制御され、熱交換回路２８の膨張弁２８Ｆは、温度センサＳ５で検出された熱交換膨張弁２８Ｆの出口温度が所定の値となるように制御される。
圧縮機２を駆動すると、圧縮機２から吐出された冷媒は、吐出管７、切換弁９ａ、１９ａ、室外熱交換器３ａ、３ｂへと順次流れる。
そして冷媒は、室外熱交換器３ａ、３ｂで熱交換した後、室外膨張弁２７ａ、２７ｂで減圧されずに熱交換回路２８の第１入出口管２８Ｃ（＝入口管として機能）に至る。
熱交換回路２８の第１入出口管２８Ｃに至った液冷媒は、熱交換回路２８内で分岐され、一部が分岐管２８Ｅに流れ、他の一部が第２熱交換部２８Ｈに流れる。
分岐管２８Ｅに流れ込んだ液冷媒は、熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて第１熱交換部２８Ｇに至る。

これらの結果、第１熱交換部２８Ｇと、第２熱交換部２８Ｈとの間で熱交換が行われ、第１熱交換部２８Ｇは、蒸発器として機能する。そして、第１熱交換部２８Ｇ内の気液混合冷媒は、ほぼ気相の冷媒となり、蒸気出口管２８Ｂを介して、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに供給され、圧縮機２により圧縮されることとなる。
また第２熱交換部２８Ｈを流れる液相の冷媒は、第２入出口管２８Ｄを介して低温高圧管１３に流入し、各室内ユニット５ａ、５ｂの室内膨張弁１８ａ、１８ｂに分配され、ここで減圧される。
しかる後、冷媒は、各室内熱交換器６ａ、６ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁１７ａ、１７ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。このように、蒸発器として機能する各室内熱交換器６ａ、６ｂの作用で全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に冷房される。

暖房運転
次に、暖房運転時の動作について説明する。
室内ユニット５ａ、５ｂで暖房を行う場合、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを閉じるとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを開く。これに加えて吐出側弁１６ａ、１６ｂを開くとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを閉じる。
この場合において、室内膨張弁１８ａ、１８ｂは冷媒を減圧させないように全開として、室外膨張弁２７ａ、２７ｂの開度は、温度センサＳ１の検出温度と温度センサＳ３の検出温度との差（＝過熱度に相当）と、圧力センサＳｐで検出された高圧側圧力と、が所定の値となるように制御される。

これにより、圧縮機２から吐出された冷媒は、吐出管７、高圧管１１を順次経て吐出側弁１６ａ、１６ｂ、室内熱交換器６ａ、６ｂへと流れ、ここでそれぞれ凝縮せずに熱交換し、室内膨張弁１８ａ、１８ｂにより減圧されずに、低温高圧管１３を介して熱交換回路２８の第２入出口管２８Ｄ（＝入口管として機能）に至り、第２熱交換部２８Ｈに流れ込み、その一部が分岐管２８Ｅに流れる。
分岐管２８Ｅに流れ込んだ液冷媒は、熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて第１熱交換部２８Ｇに至る。
これらの結果、第１熱交換部２８Ｇと、第２熱交換部２８Ｈとの間で熱交換が行われ、第１熱交換部２８Ｇは、蒸発器として機能する。そして、第１熱交換部２８Ｇ内の気液混合冷媒は、ほぼ気相の冷媒となり、蒸気出口管２８Ｂを介して、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに供給され、圧縮機２により圧縮されることとなる。

また第２熱交換部２８Ｈを流れる液相の冷媒は、第１入出口管２８Ｃ（液出口管として機能）を介して、各室外ユニット３ａ、３ｂの室内膨張弁２７ａ、２７ｂに分配され、ここで減圧される。
しかる後、液相の冷媒は、各室外熱交換器３ａ、３ｂで蒸発気化し、それぞれ吐出側弁９ｂ、１９ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。
このように、各室内熱交換器６ａ、６ｂの凝縮ではない熱交換作用で全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に暖房される。

冷暖混在運転
次に冷暖混在運転時の動作について説明する。
室内ユニット５ａで暖房し、室内ユニット５ｂで冷房し、暖房負荷の方が冷房負荷よりも大きい場合には、室外熱交換器３の一方の切換弁９ａ、１９ａを閉じるとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを開き、且つ冷房する室内ユニット５ｂに対応する吐出側弁１６ｂを閉じるとともに、吸込側弁１７ｂを開き、且つ暖房する室内ユニット５ａに対応する吐出側弁１６ａを開き、吸込側弁１７ａを閉じる。すると、圧縮機２から吐出された冷媒が吐出管７、高圧管１１を順次経て吐出側弁１６ａへと分配され、室内熱交換器６ａで凝縮ではない熱交換が行われる。この熱交換された冷媒は、全開とされた室内膨張弁１８ａを経て減圧されずに低温高圧管１３に流れる。この液管中の液冷媒の一部が、室内膨張弁１８ｂで減圧された後に室内熱交換器６ｂで蒸発気化し、吸込側弁１７ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。また、残りの液冷媒が熱交換回路２８の第２入出口管２８Ｄ（＝入口管として機能）に至り、第２熱交換部２８Ｈに流れ込み、その一部が分岐管２８Ｅに流れる。
分岐管２８Ｅに流れ込んだ液冷媒は、熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて第１熱交換部２８Ｇに至る。

これらの結果、第１熱交換部２８Ｇと、第２熱交換部２８Ｈとの間で熱交換が行われ、第１熱交換部２８Ｇは、蒸発器として機能する。そして、第１熱交換部２８Ｇ内の気液混合冷媒は、ほぼ気相の冷媒となり、蒸気出口管２８Ｂを介して、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに供給され、圧縮機２により圧縮されることとなる。
また液相の冷媒は、第１入出口管２８Ｃ（＝液出口管として機能）を介して室外膨張弁２７ａ、２７ｂで減圧されて室外熱交換器３ａ、３ｂで熱交換し、それぞれ吸込側弁９ｂ、１９ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。
このように、室内熱交換器６ａの凝縮ではない熱交換作用で室内ユニット５ａが暖房され、蒸発器として機能する室内熱交換器６ｂの作用で室内ユニット５ｂが冷房される。

冷房＋貯湯運転（その１）
次に、冷房＋貯湯運転時の第１の動作について説明する。
冷房＋貯湯運転を行う場合には、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを開くとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを閉じる。加えて、吐出側弁１６ａ、１６ｂを閉じるとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを開く。また、室外ファン２９ａ、２９ｂ、室内ファン２３ａ、２３ｂを駆動状態とし、循環ポンプ４５は駆動状態とする。さらに、高圧管１１と貯湯用熱交換器４１とをつなぐ切替弁４８を開く。

この場合において、室外膨張弁２７ａ、２７ｂは冷媒を減圧させないように全開とし、室内膨張弁１８ａ、１８ｂの開度は、圧力センサＳｐで検出される高圧側圧力が所定の圧力となるとともに、温度センサＳ１の検出温度と温度センサＳ２の検出温度との差（＝過熱度に相当）が一定の値となるように制御され、熱交換膨張弁２８Ｆは、当該熱交換膨張弁２８Ｆの出口の温度センサＳ５が所定の値となるように制御される。
この状態で圧縮機２を駆動すると、圧縮機２から吐出された冷媒の一部は、吐出管７、高圧管１１、切替弁４８を介して貯湯用熱交換器４１に導かれる。そして、貯湯用熱交換器４１で、水配管４６を通る水が加熱されて、高温となった水が貯湯タンク４３に貯えられる。冷媒として二酸化炭素冷媒が使用されており、高圧の超臨界サイクルとなるため、ここに貯えられた湯は、約８０℃以上の高温になる。この貯湯タンク４３に貯えられた湯は、図示を省略した配管を介して各種設備へ送られる（貯湯運転）。

熱交換後の冷媒は、全開となるように制御された膨張弁４７を介して減圧されずに低温高圧管１３に至り、各室内ユニット５ａ、５ｂの室内膨張弁１８ａ、１８ｂに分配され、ここで減圧される。さらに冷媒は、各室内熱交換器６ａ、６ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁１７ａ、１７ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。
一方、圧縮機２から吐出された冷媒の他の一部は、吐出管７、切換弁９ａ、１９ａ、室外熱交換器３ａ、３ｂへと順次流れる。
そして冷媒は、室外熱交換器３ａ、３ｂで熱交換した後、室外膨張弁２７ａ、２７ｂで減圧されずに熱交換回路２８の第１入出口管２８Ｃ（＝入口管として機能）に至る。
熱交換回路２８の第１入出口管２８Ｃに至った液冷媒は、熱交換回路２８内で分岐され、一部が分岐管２８Ｅに流れ、他の一部が第２熱交換部２８Ｈに流れる。
分岐管２８Ｅに流れ込んだ液冷媒は、熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて第１熱交換部２８Ｇに至る。

これらの結果、第１熱交換部２８Ｇと、第２熱交換部２８Ｈとの間で熱交換が行われ、第１熱交換部２８Ｇは、蒸発器として機能する。そして、第１熱交換部２８Ｇ内の気液混合冷媒は、ほぼ気相の冷媒となり、蒸気出口管２８Ｂを介して、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに供給され、圧縮機２により圧縮されることとなる。
また液相の冷媒は、第２入出口管２８Ｄを介して低温高圧管１３に流入し、各室内ユニット５ａ、５ｂの室内膨張弁１８ａ、１８ｂに分配され、ここで減圧される。
しかる後、冷媒は、各室内熱交換器６ａ、６ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁１７ａ、１７ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。このように、蒸発器として機能する各室内熱交換器６ａ、６ｂの作用で全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に冷房される。

冷房＋貯湯運転（その２）
次に、冷房＋貯湯運転時の第２の動作について説明する。
冷房＋貯湯運転を行う場合には、室外熱交換器３ａ、３ｂの切換弁９ａ、１９ａ、９ｂ、１９ｂを閉じる。加えて、吐出側弁１６ａ、１６ｂを閉じるとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを開く。また、室外ファン２９ａ、２９ｂは停止状態とし、室内ファン２３ａ、２３ｂを駆動状態とし、循環ポンプ４５は駆動状態とする。さらに、高圧管１１と貯湯用熱交換器４１とをつなぐ切替弁４８を開く。
この状態で圧縮機２を駆動すると、圧縮機２から吐出された冷媒は、吐出管７、高圧管１１、切替弁４８を介して貯湯用熱交換器４１に導かれる。そして、貯湯用熱交換器４１で、水配管４６を通る水が加熱されて、高温となった水が貯湯タンク４３に貯えられる。冷媒として二酸化炭素冷媒が使用されており、高圧の超臨界サイクルとなるため、ここに貯えられた湯は、約８０℃以上の高温になる。この貯湯タンク４３に貯えられた湯は、図示を省略した配管を介して各種設備へ送られる（貯湯運転）。

熱交換後の冷媒は、全開となるように制御された膨張弁４７を介して減圧されずに低温高圧管１３に至り、各室内ユニット５ａ、５ｂの室内膨張弁１８ａ、１８ｂに分配され、ここで再度減圧される。さらに冷媒は、各室内熱交換器６ａ、６ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁１７ａ、１７ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。

貯湯運転
次に、貯湯運転時の動作について説明する。
貯湯運転を行う場合には、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを閉じるとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを開く。加えて、吐出側弁１６ａ、１６ｂおよび吸込側弁１７ａ、１７ｂを閉じる。また、室外ファン２９ａ、２９ｂを駆動状態とし、室内ファン２３ａ、２３ｂを停止状態とし、循環ポンプ４５は駆動状態とする。さらに、高圧管１１と貯湯用熱交換器４１とをつなぐ切替弁４８を開く。
この状態で圧縮機２を駆動すると、圧縮機２から吐出された冷媒の一部は、吐出管７、高圧管１１、切替弁４８を介して貯湯用熱交換器４１に導かれる。そして、貯湯用熱交換器４１で、水配管４６を通る水が加熱されて、高温となった水が貯湯タンク４３に貯えられる。冷媒として二酸化炭素冷媒が使用されており、高圧の超臨界サイクルとなるため、ここに貯えられた湯は、約８０℃以上の高温になる。この貯湯タンク４３に貯えられた湯は、図示を省略した配管を介して各種設備へ送られる（貯湯運転）。

熱交換後の冷媒は、全開となるように制御された膨張弁４７を介して減圧されずに低温高圧管１３に至り、熱交換回路２８の第２入出口管２８Ｄ（＝入口管として機能）に至り、第２熱交換部２８Ｈに流れ込み、その一部が分岐管２８Ｅに流れる。
分岐管２８Ｅに流れ込んだ液冷媒は、熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて第１熱交換部２８Ｇに至る。
これらの結果、第１熱交換部２８Ｇと、第２熱交換部２８Ｈとの間で熱交換が行われ、第１熱交換部２８Ｇは、蒸発器として機能する。そして、第１熱交換部２８Ｇ内の液冷媒は、ほぼ気相の冷媒となり、蒸気出口管２８Ｂを介して、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに供給され、圧縮機２により圧縮されることとなる。

また第２熱交換部２８Ｈを流れる液相の冷媒は、第１入出口管２８Ｃ（液出口管として機能）を介して、各室外ユニット３ａ、３ｂの室内膨張弁２７ａ、２７ｂに分配され、ここで減圧される。
しかる後、液相の冷媒は、各室外熱交換器３ａ、３ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁９ｂ、１９ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。

ところで、熱交換回路２８に入る前の冷媒を、そのまま蒸発圧力まで蒸発させたとすると、蒸発器入口での気相成分と液相成分との比率は、図４におけるＬ１（気相成分）とＬ２（液相成分）との比に相当する。
従って、放熱側熱交換器の出口温度が上昇した場合等には、蒸発側熱交換器に入る冷媒中の気相成分が多くなり、蒸発側熱交換器の性能が低下する。一方、熱交換回路２８がある場合、蒸発側熱交換器に入る冷媒中の気相成分と液相成分の比率はＬ１’（気相）と、Ｌ２’（液相）との比に相当し、冷却に寄与しない気相成分を低温高圧管１３以降の低圧回路に循環させない分だけ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。特に、本構成では、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、熱交換回路２８で分離される気相成分及び液相成分の比率において、従来のフロン系冷媒に比べ、気相成分が多くなり、その多くの気相成分を、圧縮機２の中間圧部２Ｍに導入することで、より高い効率向上が図られる。

また、上述したように、冷暖房混在運転する場合（一方の室内ユニットが冷房運転し、他方の室内ユニットが暖房運転する場合等。）、あるいは、貯湯運転する場合、冷媒は、室内熱交換器、室外熱交換器、給湯用熱交換器同士がいわゆる熱バランスするように循環する。これによれば、室内、室外の熱を効率的に利用した運転が可能となる。特に、室内ユニットによる冷房運転と、貯湯運転との混在運転時には、室内の熱によって貯湯（給湯）を行うことができるので、極めて有効な熱の利用となり、室外ユニットの放熱によるヒートアイランド現象の発生を少なく抑えることができる等の効果が得られる。

［２］第２実施形態
図５は、第２実施形態の冷凍装置の主要部を示す冷媒回路図である。図５において、図１の第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態の冷凍装置３０-1が第１実施形態の冷凍装置３０と異なる点は、室外膨張弁２７ａと熱交換回路２８との間及び、室外膨張弁２７ｂと熱交換回路２８との間にそれぞれ、暖房時に熱交換回路２８を通過した液層の冷媒を結氷防止熱交換器６０ａ、６０ｂを熱源側熱交換器である室外熱交換器３ａ、３ｂとそれぞれ一体に設けた点である。

次に、暖房運転時の動作について説明する。
室内ユニット５ａ、５ｂで暖房を行う場合、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを閉じるとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを開く。これに加えて吐出側弁１６ａ、１６ｂを開くとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを閉じる。
この場合において、室内膨張弁１８ａ、１８ｂは冷媒を減圧させないように全開とされ、室外膨張弁２７ａ、２７ｂの開度は、温度センサＳ１の検出温度と温度センサＳ３の検出温度との差（＝過熱度に相当）と、圧力センサＳｐで検出される高圧側圧力と、が所定の値となるように制御され、熱交換膨張弁２８Ｆは、当該熱交換膨張弁２８Ｆの出口の温度センサＳ５が所定の値となるように制御される。

これにより、圧縮機２から吐出された冷媒は、吐出管７、高圧管１１を順次経て吐出側弁１６ａ、１６ｂ、室内熱交換器６ａ、６ｂへと流れ、ここでそれぞれ凝縮せずに熱交換し、全開状態の室内膨張弁１８ａ、１８ｂにより減圧されずに、低温高圧管１３を介して熱交換回路２８の第２入出口管２８Ｄ（＝入口管として機能）に至り、第２熱交換部２８Ｈに流れ込み、その一部が分岐管２８Ｅに流れる。
分岐管２８Ｅに流れ込んだ液混合冷媒は、熱交換膨張弁２８Ｆにより減圧されて第１熱交換部２８Ｇに至る。
これらの結果、第１熱交換部２８Ｇと、第２熱交換部２８Ｈとの間で熱交換が行われ、第１熱交換部２８Ｇは、蒸発器として機能する。そして、第１熱交換部２８Ｇ内の気液混合冷媒は、ほぼ気相の冷媒となり、蒸気出口管２８Ｂを介して、圧縮機２の中間圧力部２Ｍに供給され、圧縮機２により圧縮されることとなる。

また第２熱交換部２８Ｈを流れる液相の冷媒は、第１入出口管２８Ｃ（液出口管として機能）を介して、結氷防止熱交換器６０ａ、６０ｂに分配される。
結氷防止熱交換器６０ａ、６０ｂは、周囲空気と冷媒との間で熱交換を行い、熱を放出して周囲空気を暖め、冷媒を追加冷却する。
この結果、熱源側熱交換器である室外熱交換器３ａ、３ｂは暖められ、結氷を防止することが可能となる。
また、追加冷却された冷媒は、各室外ユニット３ａ、３ｂの室内膨張弁２７ａ、２７ｂに至り、ここで減圧される。しかる後、液相の冷媒は、各室外熱交換器３ａ、３ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁９ｂ、１９ｂを流れた後、低圧管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入されることとなる。
以上の説明のように、本第２実施形態によれば、暖房時に熱源側熱交換器である室外熱交換器３ａ、３ｂにおいて、結氷を防止することができる。

以上の説明では、熱交換回路２８として一つの態様について説明したが、以下のような態様も考えられる。
図６は、他の態様の熱交換回路の構成説明図である。図６において、図３の熱交換回路と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
他の態様の熱交換回路２８-1は、大別すると、熱交換部２８Ａ-1と、蒸気出口管２８Ｂと、第１入出口管２８Ｃと、第２入出口管２８Ｄと、を備えている。

熱交換部２８Ａ-1は、第２入出口管２８Ｄから分岐される分岐管２８Ｅ-1と、分岐管２８Ｅ-1に接続された熱交換膨張弁２８Ｆ-1と、一端が熱交換膨張弁２８Ｆ-1に接続され、他端が蒸気出口管２８Ｂに連通し、実際の熱交換を行う第１熱交換部２８Ｇと、第２入出口管２８Ｄから分岐され第１入出口管２８Ｃに連通し、第１熱交換部２８Ｇと熱交換を行う第２熱交換部２８Ｈと、を備えている。
この場合において、冷房運転時には、第１熱交換部２８Ｇ内の冷媒の流れＦ１と第２熱交換部２８Ｈ内の冷媒の流れＦ２とは、図６に示すように、その流れが逆方向の対交流となるように第１熱交換部２８Ｇおよび第２熱交換部２８Ｈを構成する配管が配置されている。
本態様の動作及び効果については、図３の熱交換回路と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

以上の説明では、熱交換回路において冷媒を流す方向は、冷房運転時に対向流となる場合について説明したが、暖房運転を重視する場合であれば、暖房運転時に対向流となるように配管を配設するようにすることも可能である。
以上の説明では、蒸発器として利用している熱交換器の中央部に設置した温度センサと、出口部に設置した温度センサとの温度差（いわゆる過熱度）を一定の値にし、かつ、高圧管１１に設置した圧力センサＳｐによって検出される高圧側圧力が所定の値となるように、蒸発側熱交換器側の膨張弁を制御し、中圧部温度が所定の値となるように熱交換回路の膨張弁を制御し、高圧側圧力及び中圧部温度の所定の値とは、放熱側熱交換器として利用している熱交換器の出口温度（例えば、温度センサＳ６あるいは温度センサＳ７で検出された温度）と、蒸発側熱交換器として機能している熱交換器の温度（例えば、温度センサＳ２あるいは温度センサＳ３で検出された温度）から求められ、サイクル効率が最適となるようにあらかじめ定められた値を用い、圧縮機は負荷に応じて容量制御（回転数制御）を行うようにしていたが、制御量は、以下に示すように、同様の制御を可能とする別の値を用いることも可能である。
（１）中圧部温度は、中圧部圧力、熱交換回路出口の液冷媒温度で代用が可能である。
（２）蒸発器温度は、蒸発器圧力、外気温度若しくは室内温度で代用が可能である。
（３）放熱側熱交換器の出口温度は、外気温度、室内温度、給水温度で代用が可能である。
（４）高圧側圧力は、吐出温度で代用が可能である。

以上の説明では、蓄熱ユニットとして貯湯ユニットの場合について説明したが、水を蓄熱体とする蓄熱ユニットとしては、冷水（氷）蓄熱ユニットも考えられる。
この場合において、冷水（氷）蓄熱ユニットは、貯湯ユニットに代えて用いたり、貯湯ユニットに加えて用いたり、あるいは、貯湯ユニットと兼用して用いることも可能である。
これらの場合において、冷水（氷）蓄熱ユニットを貯湯ユニットに代えて用いる場合には、高圧管１１に接続されている切替弁４８を低圧管１２に接続するようにすればよい。

また、冷水（氷）蓄熱ユニットを貯湯ユニットに加えて用いる場合には、貯湯ユニットと同様の構成で、切替弁を低圧管１２に接続するようにすればよい。
さらに、冷水（氷）蓄熱ユニットを貯湯ユニットと兼用する場合には、切替弁４８と排他的に開状態とされる第２の切替弁を設け、この第２の切替弁を定圧間１２に接続するようにすればよい。

第１実施形態の冷凍装置を示す冷媒回路図である。圧縮機の概要構成ブロック図である。第１実施形態の熱交換回路の構成説明図である。実施形態のエンタルピ・圧力線図である。第２実施形態の冷凍装置の要部を示す冷媒回路図である。他の態様の熱交換回路の構成説明図である。

符号の説明

１室外ユニット
２圧縮機
２Ｍ中間圧部
３室外熱交換器
５ａ、５ｂ室内ユニット
６ａ、６ｂ室内熱交換器
９ａ、９ｂ、１９ａ、１９ｂ切換弁
１０ユニット間配管
１１高圧管
１２低圧管
１３低温高圧管
１６ａ、１６ｂ吐出側弁
１７ａ、１７ｂ吸込側弁
２８、２８-1 熱交換回路
２８Ａ、２８Ａ-1 熱交換部
２８Ｂ蒸気出口管
２８Ｃ第１入出口管
２８Ｄ第２入出口管
２８Ｅ、２８Ｅ-1 分岐管
２８Ｆ、２８Ｆ-1 熱交換膨張弁
２８Ｇ第１熱交換部
２８Ｈ第２熱交換部
３０、３０-1 冷凍装置
５０給湯ユニット

Claims

圧縮機及び熱源側熱交換器としての室外熱交換器を備えた室外ユニットと、利用側熱交換器としての室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管により接続され、上記室外熱交換器の一端が、前記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、前記ユニット間配管が、前記冷媒吐出管に接続された高圧管と、前記冷媒吸込管に接続された低圧管と、前記室外熱交換器の他端に接続された低温高圧管とを有して構成され、前記各室内ユニットは、前記室内熱交換器の一端が前記高圧管と前記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が前記低温高圧管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、
前記圧縮機は、吸込時の冷媒圧力よりも高く、吐出時の冷媒圧力よりも低い中間圧力を有する冷媒の導入が可能な中間圧部を有し、
前記熱源側熱交換器と前記利用側交換器との間の前記低温高圧管上に形成され、いずれか一方の熱交換器から他方の熱交換器に流れる冷媒を分流し、前記分流後の一方の冷媒と、分流後の他方の冷媒あるいは分流前の冷媒のいずれかとの間で熱交換を行わせ、前記一方の冷媒を気相とし、当該気相の冷媒を前記圧縮機の中間圧部または前記冷媒吸込管に導く熱交換回路を備えたことを特徴とする冷凍装置。
請求項１記載の冷凍装置において、
前記一方の冷媒は、減圧装置により前記熱交換前に膨張されることを特徴とする冷凍装置。
請求項２記載の冷凍装置において、
前記減圧装置は、膨張弁を有し、
前記膨張弁の開度は、当該膨張弁の出口温度あるいは前記熱交換回路における前記分流後の他方の冷媒側の出口温度により調整する、
ことを特徴とする冷凍装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷凍装置において、
前記熱交換の対象となる２系統の冷媒の冷媒配管内の流れが対向流となるように前記冷媒配管が配置されていることを特徴とする冷凍装置。
請求項４記載の冷凍装置において、
少なくとも冷房運転時には前記冷媒配管内の流れが対向流となるように前記冷媒配管が配置されていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の冷凍装置において、
前記冷媒吐出管に接続された高圧管内が当該冷凍装置の運転中に超臨界圧力で運転されることを特徴とする冷凍装置。
請求項６記載の冷凍装置において、
前記冷媒として、前記冷媒配管中に二酸化炭素冷媒を封入したことを特徴とする冷凍装置。