JP6540666B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、利用側熱交換器及び機械式膨張弁を有する利用ユニットと、を含む冷媒回路において冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。このような冷凍装置には、例えば特許文献１（特開２００９−２５７７５９号公報）に開示される冷凍装置のように、利用ユニット内において機械式膨張弁の上流側に配置された開閉弁を開閉することで、利用側熱交換器に液冷媒を送り利用側熱交換器内に滞留する冷凍機油を回収する油回収運転を所定のタイミングで行うものがある。

特許文献１のような態様で油回収運転を行う冷凍装置では、利用ユニット外に各アクチュエータを制御するためのコントローラが配置される場合、施工時やメンテナンス時において、利用ユニット内の開閉弁とコントローラとを電気的に接続するための電気配線が必要となる。このため、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが生じるため、施工性・メンテナンス性・経済性に優れない。

そこで、本発明の課題は、施工性・メンテナンス性・経済性に優れる冷凍装置を提供することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、熱源ユニットと利用ユニットとを含む冷媒回路において冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、機械式膨張弁と、電動弁と、コントローラと、を備える。熱源ユニットは、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する。圧縮機は、冷媒を圧縮する。熱源側熱交換器は、冷媒の凝縮器として機能する。利用ユニットは、利用側熱交換器を有する。利用側熱交換器は、冷媒の蒸発器として機能する。機械式膨張弁は、利用側熱交換器の冷媒流れの上流側に配置される。機械式膨張弁は、開度に応じて通過する冷媒を減圧する。電動弁は、機械式膨張弁の冷媒流れの上流側に配置される。電動弁は、開度に応じて通過する冷媒の流量又は圧力を調整する。コントローラは、各アクチュエータの動作を制御する。アクチュエータには、電動弁が含まれる。機械式膨張弁は、機械式膨張弁の上流側を流れる冷媒の流量又は圧力の増減に応じて開度が変化する。コントローラは、所定のタイミングで油回収運転を実行する。油回収運転には、第１制御及び第２制御が含まれる。第１制御及び第２制御は、利用ユニット内で滞留する冷凍機油を圧縮機に回収するための制御である。コントローラは、第１制御においては、電動弁の開度を所定の第１開度に制御して、電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力を減少させる。第１開度は、電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに関連して機械式膨張弁の開度を増大させる開度である。コントローラは、第２制御においては、第１制御の後に、電動弁の開度を第２開度に制御して、電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力を増大させる。第２開度は、電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が増大することに関連して機械式膨張弁の開度が小さくなる前に、利用側熱交換器に液冷媒を流入させる開度である。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、コントローラは、油回収運転において、電動弁の開度を第１開度に制御して電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力を減少させた後に、電動弁の開度を第２開度に制御して電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力を増大させる。これにより、油回収運転においては、第１制御実行時に、電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに関連して機械式膨張弁の開度が増大する。その後、第２制御実行時に、電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が増大することに関連して機械式膨張弁の開度が小さくなる前に、利用側熱交換器に液冷媒が流入することとなる。その結果、利用側熱交換器に流入した液冷媒が、利用側熱交換器内に滞留する冷凍機油と相溶して熱源ユニット側へ流れることとなり、冷凍機油が圧縮機に回収されることとなる。

すなわち、利用ユニット内（又は熱源ユニットより下流側であって機械式膨張弁の上流側の冷媒流路、以下同様）に油回収運転用の開閉弁を配置されなくても利用ユニット内の冷凍機油を圧縮機に回収する油回収運転を行うことが可能となる。換言すると、機械式膨張弁が利用側熱交換器の上流側に配置される冷媒回路において油回収運転を行ううえで、開閉弁を機械式膨張弁の上流側に配置される必要がなくなる。このため、施工時やメンテナンス時においてコントローラと開閉弁とを電気的に接続するための電気配線が省略可能となり、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが削減されうる。よって、施工性・メンテナンス性・経済性に優れる。

なお、ここでの「冷媒」は、特に限定されないが、例えば、Ｒ４１０ＡやＲ３２のようなＨＦＣ冷媒が想定される。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、コントローラは、第１制御実行後、所定時間が経過してから第２制御を実行する。ここでの所定時間は、第１制御によって電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに伴い機械式膨張弁の開度が増大するのに要する時間である。

これにより、第１制御が実行されることに関連して機械式膨張弁の開度が増大した後に、第２制御によって電動弁の開度が増大されることとなり、冷凍機油を回収するのに適した流量の液冷媒が利用側熱交換器に流入することとなる。その結果、利用ユニット内に油回収運転用の開閉弁を配置されなくても油回収運転が実現可能となる。よって、施工時やメンテナンス時においてコントローラと開閉弁とを電気的に接続するための電気配線が不要となり、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが削減される。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点に係る冷凍装置であって、機械式膨張弁は、感温筒を含む。感温筒は、利用側熱交換器の冷媒流れの下流側に配置される。機械式膨張弁は、感温筒の感知温度に応じて開度が変化する。

これにより、感温筒を含む機械式膨張弁の特性を利用して、利用側熱交換器に液冷媒が送られ冷凍機油の回収が行われる。すなわち、機械式膨張弁は、上流側における冷媒の流量変化に対して即時に開度が変化するわけではなく、上流側における冷媒の流量変化（つまり電動弁の開度変化）に対して応答時間に相当する分遅れて開度が変化する。換言すると、機械式膨張弁は、応答性に優れないという特性を有する。係る特性により、第１制御実行後、第２制御が実行されても、機械式膨張弁の開度は直ちに絞られない。よって、第２制御によって電動弁が第２開度に制御された後、機械式膨張弁が追従して開度が絞られるまでの間に利用側熱交換器へ冷凍機油を回収するのに適した流量の液冷媒を流入させることが可能である。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷凍装置であって、電動弁は、熱源ユニット内に配置される。これにより、互いに離れて設置されることが一般的である熱源ユニット及び利用ユニット間における電気配線が省略可能となる。このため、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減されうる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る冷凍装置であって、コントローラは、熱源ユニットに配置され、利用ユニットに配置される機器とは電気的に接続されない。これにより、互いに離れて設置されることが一般的である熱源ユニット及び利用ユニット間における電気配線が省略可能となる。このため、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減されうる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第１観点から第５観点のいずれかに係る冷凍装置であって、冷媒回路は、複数台の利用ユニットを含む。これにより、利用ユニットが複数台設置される場合（すなわち、熱源ユニット及び利用ユニット間において電気配線が必要となる場合に、工事やメンテナンスに係る作業が特に煩雑となりうる場合）であっても、各利用ユニット内に油回収運転用の開閉弁が配置される場合に必要となる電気配線が省略可能となる。このため、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減される。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、利用ユニット内に油回収運転用の開閉弁を配置されなくても利用ユニット内の冷凍機油を圧縮機に回収する油回収運転を行うことが可能となる。換言すると、機械式膨張弁が利用側熱交換器の上流側に配置される冷媒回路において油回収運転を行ううえで、開閉弁を機械式膨張弁の上流側に配置される必要がなくなる。このため、施工時やメンテナンス時においてコントローラと開閉弁とを電気的に接続するための電気配線が省略可能となり、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが削減されうる。よって、施工性・メンテナンス性・経済性に優れる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、施工時やメンテナンス時においてコントローラと開閉弁とを電気的に接続するための電気配線が不要となり、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが削減される。

本発明の第３観点に係る冷凍装置では、感温筒を含む機械式膨張弁の特性を利用して、利用側熱交換器に液冷媒が送られ冷凍機油の回収が行われる。

本発明の第４観点又は第５観点に係る冷凍装置では、互いに離れて設置されることが一般的である熱源ユニット及び利用ユニット間における電気配線が省略可能となり、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減されうる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置では、利用ユニットが複数台設置される場合であっても、各利用ユニット内に油回収運転用の開閉弁が配置される場合に必要となる電気配線が省略可能となり、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減される。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置の概略構成図。 コントローラの概略構成と、コントローラに接続される各部と、を模式的に示したブロック図。 コントローラの処理の流れの一例を示したフローチャート。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１００について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

（１）冷凍装置１００
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１００の概略構成図である。冷凍装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、例えば冷蔵倉庫内、店舗のショーケースの庫内、或いは輸送コンテナ内等に形成される利用側空間（対象空間）の冷却を行う装置である。冷凍装置１００は、主として、熱源ユニット１０と、複数台（ここでは２台）の利用ユニット３０（３０ａ、３０ｂ）と、冷凍装置１００の動作を制御するコントローラ５０と、を有している。

冷凍装置１００では、１台の熱源ユニット１０と各利用ユニット３０とが、ガス側連絡配管Ｇ１及び液側連絡配管Ｌ１を介して接続されることで、冷媒回路ＲＣが構成されている。冷凍装置１００では、冷媒回路ＲＣ内に封入された冷媒が、圧縮され、冷却又は凝縮され、減圧され、加熱又は蒸発された後に、再び圧縮される、という冷凍サイクルが行われる。冷媒回路ＲＣには、例えば、Ｒ３２やＲ４１０ＡのようなＨＦＣ冷媒が封入されている。

（１−１）熱源ユニット１０
（１−１−１）熱源ユニット１０に配置される回路要素
熱源ユニット１０は、ガス側連絡配管Ｇ１及び液側連絡配管Ｌ１を介して各利用ユニット３０と接続されており、冷媒回路ＲＣの一部を構成している。熱源ユニット１０は、冷媒回路ＲＣを構成する回路要素として、主として、複数（ここでは３台）の圧縮機１１（第１圧縮機１１ａ、第２圧縮機１１ｂ、第３圧縮機１１ｃ）と、熱源側熱交換器１２と、レシーバ１３と、過冷却熱交換器１４と、第１膨張弁１５と、第２膨張弁１６と、圧縮機１１と同数（ここでは３つ）のインジェクション弁１７（第１インジェクション弁１７ａ、第２インジェクション弁１７ｂ、第３インジェクション弁１７ｃ）と、ガス側閉鎖弁ＳＶ１と、液側閉鎖弁ＳＶ２と、を有している。

各圧縮機１１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入して圧縮し高圧冷媒として吐出する。圧縮機１１は、例えばスクロール型式の圧縮機であり、ケーシング内において圧縮要素（図示省略）が圧縮機モータ（図示省略）連動して回転駆動される密閉式構造を有している。本実施形態において、第１圧縮機１１ａ、第２圧縮機１１ｂ及び第３圧縮機１１ｃのそれぞれは、運転時に圧縮機モータの回転数がインバータによって適宜制御される運転容量可変の「容量可変圧縮機」、又は第２圧縮機１１ｂ及び第３圧縮機１１ｃは、運転時における圧縮機モータの回転数が一定であり運転容量が一定の「容量一定圧縮機」である。第１圧縮機１１ａ、第２圧縮機１１ｂ及び第３圧縮機１１ｃは、互いに並列に配置されている。

なお、冷凍機油（圧縮機１１の潤滑油）については、特に限定されないが、例えば、エステル結合を有するエステル油、カーボネート油、エーテル結合を有するポリアルキレングリコール油（ＰＡＧ）、又はポリビニールエーテル油等が用いられる。

熱源側熱交換器１２は、冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器又は凝縮器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器１２は、冷媒が流れる伝熱管（図示省略）を含んでおり、伝熱管内の冷媒と熱源側ファン１９（後述）によって生成される空気流とが熱交換を行うように構成されている。

レシーバ１３は、熱源側熱交換器１２から流出した冷媒を一時的に溜める容器である。レシーバ１３の内部には、冷媒回路ＲＣに封入されている冷媒量に応じた容量の冷媒貯留空間が形成されている。

過冷却熱交換器１４は、例えば二重管熱交換器である。過冷却熱交換器１４は、２つの冷媒流路（第１流路１４１及び第２流路１４２）を形成されている。第１流路１４１は、レシーバ１３から流出した冷媒が通過する流路である。第２流路１４２は、第１流路１４１を通過後、第２膨張弁１６によって減圧された中間圧冷媒が通過する流路である。過冷却熱交換器１４は、第１流路１４１内の冷媒と、第２流路１４２内の冷媒と、が熱交換を行うように構成されている。

第１膨張弁１５（特許請求の範囲記載の「電動弁」に相当）は、開度制御が可能な電動弁であり、開度に応じて、通過する冷媒を減圧する、若しくは通過する冷媒の流量を増減させる。第１膨張弁１５は、過冷却熱交換器１４の第１流路１４１を通過した高圧の液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒とする。第１膨張弁１５は、利用ユニット３０まで延びる液側連絡配管Ｌ１の上流側に配置され、液側連絡配管Ｌ１を介して利用ユニット３０に送られる冷媒の圧力及び流量を調整する。

第２膨張弁１６は、開度制御が可能な電動弁である。第２膨張弁１６は、開度に応じて通過する冷媒を減圧する、若しくは通過する冷媒の流量を増減させる。第２膨張弁１６は、過冷却熱交換器１４の第１流路１４１を通過した高圧の液冷媒を減圧して中間圧の気液二相冷媒／液冷媒（中間圧冷媒）とする。第２膨張弁１６は、インジェクション弁１７の上流側を流れる冷媒配管（後述する第１２配管Ｐ１２）の冷媒流れ上流側に配置される。

各インジェクション弁１７は、開度制御が可能な電動膨張弁である。各インジェクション弁１７は、開度に応じて通過する冷媒を減圧する、若しくは通過する冷媒の流量を増減させる。各インジェクション弁１７は、対応する圧縮機１１のインジェクション管（後述する第４配管Ｐ４）に一端が接続され、通過する中間圧冷媒の流量を調整する。ここで、第１インジェクション弁１７ａは、第１圧縮機１１ａ及び第４配管Ｐ４ａ（後述）に対応する。第２インジェクション弁１７ｂは、第２圧縮機１１ｂ及び第４配管Ｐ４ｂ（後述）に対応する。第３インジェクション弁１７ｃは、第３圧縮機１１ｃ及び第４配管Ｐ４ｃ（後述）に対応する。

ガス側閉鎖弁ＳＶ１は、ガス側連絡配管Ｇ１の一端に接続された手動弁である。液側閉鎖弁ＳＶ２は、液側連絡配管Ｌ１の一端に接続された手動弁である。

（１−１−２）熱源ユニット１０に配置される冷媒配管
熱源ユニット１０は、各回路要素を接続する複数の冷媒配管を有している。具体的には、熱源ユニット１０は、第１配管Ｐ１と、圧縮機１１の数と同数（３本）の第２配管Ｐ２（Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ２ｃ）、第３配管Ｐ３（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ）及び第４配管Ｐ４（Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ、Ｐ４ｃ）と、第５配管Ｐ５−第１２配管Ｐ１２と、を有している。

第１配管Ｐ１は、ガス側閉鎖弁ＳＶ１の一端と、各第２配管Ｐ２（吸入配管）の一端と、を個別に接続する。

各第２配管Ｐ２は、いずれかの圧縮機１１に対応し、対応する圧縮機１１の吸入ポートに接続され、対応する圧縮機１１に流入する低圧冷媒が流れる吸入配管として機能する。第２配管Ｐ２ａは第１圧縮機１１ａに対応し、第２配管Ｐ２ｂは第２圧縮機１１ｂに対応し、第２配管Ｐ２ｃは第３圧縮機１１ｃに対応している。

各第３配管Ｐ３は、いずれかの圧縮機１１に対応し、対応する圧縮機１１の吐出ポートに接続され、対応する圧縮機１１から吐出される高圧冷媒が流れる吐出配管として機能する。第３配管Ｐ３ａは第１圧縮機１１ａに対応し、第３配管Ｐ３ｂは第２圧縮機１１ｂに対応し、第３配管Ｐ３ｃは第３圧縮機１１ｃに対応している。

各第４配管Ｐ４は、いずれかの圧縮機１１に対応し、対応する圧縮機１１のインジェクションポートに接続され、対応する圧縮機１１の圧縮室内に中間圧冷媒を流入させるインジェクション管として機能する。第４配管Ｐ４ａは第１圧縮機１１ａに対応し、第４配管Ｐ４ｂは第２圧縮機１１ｂに対応し、第４配管Ｐ４ｃは第３圧縮機１１ｃに対応している。

第５配管Ｐ５は、各第３配管Ｐ３の一端と、熱源側熱交換器１２のガス側と、を個別に接続する。

第６配管Ｐ６は、熱源側熱交換器１２の液側と、レシーバ１３の冷媒流入口と、を接続する。

第７配管Ｐ７は、レシーバ１３の冷媒流出口と、過冷却熱交換器１４の第１流路１４１の一端と、を接続する。

第８配管Ｐ８は、過冷却熱交換器１４の第１流路１４１の他端と、第１膨張弁１５の一端と、を接続する。

第９配管Ｐ９は、第１膨張弁１５の一端と、液側閉鎖弁ＳＶ２の一端と、を接続する。

第１０配管Ｐ１０は、第８配管Ｐ８の両端間から延びて第２膨張弁１６の一端に接続される。

第１１配管Ｐ１１は、第２膨張弁１６の他端と、過冷却熱交換器１４の第２流路１４２の一端と、を接続する。

第１２配管Ｐ１２は、過冷却熱交換器１４の第２流路１４２の他端と、各インジェクション弁１７の他端と、を個別に接続する。より詳細には、第１２配管Ｐ１２は、一端が第２流路１４２に接続され、他端が３つに分岐しており各インジェクション弁１７に個別に接続されている。

なお、冷媒回路ＲＣにおいては、第１０配管Ｐ１０、第２膨張弁１６、第１１配管Ｐ１１、過冷却熱交換器１４の第２流路１４２、第１２配管Ｐ１２、各インジェクション弁１７、及び各第４配管Ｐ４によって、インジェクションラインＪ１が構成されている。インジェクションラインＪ１は、第８配管Ｐ８を流れる冷媒の一部を分岐して各圧縮機１１に流入させる（インジェクションさせる）ための冷媒流路である。

（１−１−３）熱源ユニット１０に配置される他の機器
熱源ユニット１０は、熱源ユニット１０外から熱源ユニット１０内に流入して熱源側熱交換器１２を通過した後に熱源ユニット１０外へ流出する空気流を生成する熱源側ファン１９を有している。熱源側ファン１９は、熱源側熱交換器１２を流れる冷媒の冷却源としての空気を熱源側熱交換器１２に供給するための送風機である。熱源側ファン１９は、例えばプロペラファンやシロッコファンであり、熱源側ファンモータ（図示省略）に連動して回転駆動する。

また、熱源ユニット１０は、低圧側圧力センサ２１、高圧側圧力センサ２２、中間圧力センサ２３、及び複数の吐出温度センサ２５（第１吐出温度センサ２５ａ、第２吐出温度センサ２５ｂ、第３吐出温度センサ２５ｃ）等、各種センサを有している。

低圧側圧力センサ２１は、各圧縮機１１の吸入配管（Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ２ｃ）の冷媒流れ上流側に位置する第１配管Ｐ１（低圧側冷媒配管）に配置される。低圧側圧力センサ２１は、第１配管Ｐ１を通過する冷媒（すなわち、各圧縮機１１の吸入側における低圧冷媒）の圧力である低圧側圧力ＬＰを検出する。

高圧側圧力センサ２２は、各圧縮機１１の吐出配管（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ）の冷媒流れ下流側に位置する第５配管Ｐ５に配置される。高圧側圧力センサ２２は、第５配管Ｐ５を通過する冷媒（すなわち、各圧縮機１１の吐出側における高圧冷媒）の圧力である高圧側圧力ＨＰを検出する。

中間圧力センサ２３は、各圧縮機１１のインジェクション管（Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ、Ｐ４ｃ）の冷媒流れ上流側に位置する第１２配管Ｐ１２（上流側共通配管）に配置される。中間圧力センサ２３は、第１２配管Ｐ１２を通過する冷媒（すなわち、各インジェクション弁１７に流入する中間圧冷媒）の圧力である中間圧力ＭＰを検出する。

吐出温度センサ２５は、対応する圧縮機１１に接続される吐出配管（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、又はＰ３ｃ）に配置され、対応する圧縮機１１から吐出される高圧冷媒の温度（吐出冷媒温度ＨＴ）を検出する。第１吐出温度センサ２５ａは第１圧縮機１１ａに対応し、第２吐出温度センサ２５ｂは第２圧縮機１１ｂに対応し、第３吐出温度センサ２５ｃは第３圧縮機１１ｃに対応している。

（１−２）利用ユニット３０
利用ユニット３０は、ガス側連絡配管Ｇ１及び液側連絡配管Ｌ１を介して熱源ユニット１０と接続されており、冷媒回路ＲＣの一部を構成している。本実施形態においては、１台の熱源ユニット１０に対して２台の利用ユニット３０（３０ａ及び３０ｂ）が接続されている。各利用ユニット３０は、互いに並列に配置されている。

各利用ユニット３０は、冷媒回路ＲＣを構成する回路要素として、主として、利用側膨張弁３１と、利用側熱交換器３２と、を有している。

（１−２−１）利用側膨張弁３１
利用側膨張弁３１（特許請求の範囲記載の「機械式膨張弁」に相当）は、熱源ユニット１０から送られる冷媒の減圧手段（膨張手段）として機能する絞り機構である。利用側膨張弁３１は、開度に応じて通過する冷媒を減圧する。利用側膨張弁３１は、弁体やダイヤフラム等を含む弁本体部３１１と、冷媒回路ＲＣを流れる冷媒と同種の冷媒を封入された感温筒３１２と、弁本体部３１１及び感温筒３１２を連通するキャピラリーチューブ３１３と、を含む感温式膨張弁である。利用側膨張弁３１は、例えば特開平１０−１８４９８２号公報に開示されるような公知の汎用品が用いられる。利用側膨張弁３１の詳細については後述する。

（１−２−２）利用側熱交換器３２
利用側熱交換器３２は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒の蒸発器として機能して利用側空間の空気を冷却する熱交換器である。利用側熱交換器３２は、冷媒が流れる伝熱管（図示省略）を含んでおり、伝熱管内の冷媒と利用側ファン３５（後述）によって生成される空気流とが熱交換を行うように構成されている。

（１−２−３）利用ユニット３０に配置される冷媒配管
利用ユニット３０は、各回路要素を接続する複数の冷媒配管を有している。具体的には、利用ユニット３０は、第１３配管Ｐ１３と、第１４配管Ｐ１４と、第１５配管Ｐ１５と、を有している。

第１３配管Ｐ１３は、液側連絡配管Ｌ１の他端と、利用側膨張弁３１の一端と、を接続する。なお、液側連絡配管Ｌ１の他端は、利用ユニット３０の台数に応じて分岐しており、各利用ユニット３０の第１３配管Ｐ１３と接続されている。

第１４配管Ｐ１４は、利用側膨張弁３１の他端と、利用側熱交換器３２の液側出入口と、を接続する。

第１５配管Ｐ１５は、利用側熱交換器３２のガス側出入口と、ガス側連絡配管Ｇ１の他端と、を接続する。なお、ガス側連絡配管Ｇ１の他端は、利用ユニット３０の台数に応じて分岐しており、各利用ユニット３０の第１５配管Ｐ１５と接続されている。

（１−２−４）利用ユニット３０に配置される他の機器
利用ユニット３０は、利用側熱交換器３２を通過する空気流を生成する利用側ファン３５を有している。利用側ファン３５は、利用側熱交換器３２を流れる冷媒の加熱源としての空気を利用側熱交換器３２に供給するためのファンである。利用側ファン３５は、例えば遠心ファンやシロッコファンであり、利用側ファンモータ（図示省略）に連動して回転駆動する。利用側ファン３５は、独立した電源（商用電源や蓄電池等）と電気的に接続されており、電源を供給されることで駆動する。

（１−３）コントローラ５０
コントローラ５０は、冷凍装置１００に含まれる各アクチュエータの動作を制御することで、冷凍装置１００の運転状態を制御する制御ユニットである。コントローラ５０は、ＣＰＵやメモリ等を含むマイクロコンピュータを含んでいる。本実施形態において、コントローラ５０は、熱源ユニット１０に配置されている。コントローラ５０は、冷凍装置１００に含まれる各アクチュエータと電気的に接続されており、所定のインターフェースを介して信号の入出力を行う。また、コントローラ５０は、冷凍装置１００に含まれる各種センサと電気的に接続されており、検出結果に相当する信号を適宜入力される。コントローラ５０の詳細については後述する。

（２）冷却運転時の冷媒回路ＲＣにおける冷媒の流れ
以下、運転時における冷媒回路ＲＣ内の冷媒の流れについて説明する。冷凍装置１００では、運転時に、利用ユニット３０において要求される冷却負荷に応じて、各圧縮機１１のうち容量可変圧縮機が容量制御され、容量一定圧縮機が定格運転される。具体的には、低圧側圧力ＬＰ、高圧側圧力ＨＰ、及び／又は中間圧力ＭＰに関し、それぞれの目標値が利用ユニット３０で要求される冷却負荷に応じて設定され、設定された各目標値が実現されるように圧縮機１１の駆動台数及び容量可変圧縮機の運転容量が制御される。これにより、冷媒回路ＲＣに充填された冷媒が、主として、運転中のいずれかの圧縮機１１、熱源側熱交換器１２、レシーバ１３、過冷却熱交換器１４（第１流路１４１）、第１膨張弁１５、利用側膨張弁３１、利用側熱交換器３２の順に循環する冷却運転（冷凍サイクル運転）が行われる。

冷却運転中、冷媒が吸入配管（Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ又はＰ２ｃ）を介して駆動している圧縮機１１に吸入されて圧縮された後、高圧冷媒として吐出される。ここで、冷凍サイクルにおける低圧は低圧側圧力センサ２１によって検出される低圧側圧力ＬＰであり、高圧は高圧側圧力センサ２２によって検出される高圧側圧力ＨＰであり、中間圧は中間圧力センサ２３によって検出される中間圧力ＭＰである。

各圧縮機１１から吐出されたガス冷媒は、対応する吐出配管（Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ３ｃ）を経て、第５配管Ｐ５において他の圧縮機１１から吐出された冷媒と合流して流れ、熱源側熱交換器１２のガス側出入口に流入する。なお、運転中の各圧縮機１１においては、インジェクション管（第４配管Ｐ４）を介して圧縮室内に中間圧冷媒がインジェクションされ、吐出される高圧冷媒の温度が目標値となるように制御される。

熱源側熱交換器１２のガス側出入口に流入したガス冷媒は、熱源側熱交換器１２において、熱源側ファン１９によって供給される空気と熱交換を行って放熱して凝縮し、高圧の液冷媒／気液二相冷媒となって熱源側熱交換器１２の液側出入口から流出する。熱源側熱交換器１２の液側出入口から流出した冷媒は、第６配管Ｐ６を経て、レシーバ１３の冷媒流入口に流入する。レシーバ１３に流入した冷媒は、レシーバ１３において飽和状態の液冷媒として一時的に溜められた後に、レシーバ１３の冷媒流出口から流出する。

レシーバ１３の出口から流出した液冷媒は、第７配管Ｐ７を経て、過冷却熱交換器１４の第１流路１４１に流入する。過冷却熱交換器１４の第１流路１４１に流入した液冷媒は、過冷却熱交換器１４において、第２流路１４２を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却され、過冷却状態の液冷媒となって過冷却熱交換器１４から流出する。

過冷却熱交換器１４から流出した過冷却状態の液冷媒は、第８配管Ｐ８を流れる。第８配管Ｐ８を流れる冷媒は、二手に分岐する。第８配管Ｐ８において二手に分岐した冷媒のうち、一方は第１膨張弁１５に流入する。第１膨張弁１５に流入した冷媒は、第１膨張弁１５の開度に応じて減圧され低圧の気液二相冷媒となる。第１膨張弁１５を通過した気液二相冷媒は、第９配管Ｐ９を経て液側閉鎖弁ＳＶ２を通過して、熱源ユニット１０から流出する。

一方、第８配管Ｐ８において二手に分岐した冷媒のうち、他方はインジェクションラインＪ１に流入する。インジェクションラインＪ１に流入した冷媒は、第１０配管Ｐ１０を経て第２膨張弁１６に流入する。第２膨張弁１６に流入した冷媒は、第２膨張弁１６の開度に応じて減圧され中間圧の液冷媒／気液二相冷媒となる。第２膨張弁１６を通過した冷媒は、第１１配管Ｐ１１を経て過冷却熱交換器１４の第２流路１４２に流入する。なお、インジェクションラインＪ１を流れる冷媒の流量及び圧力は、主として、第２膨張弁１６の開度や各インジェクション弁１７の開度、又は駆動中の圧縮機１１の周波数等に基づき変動する。

過冷却熱交換器１４の第２流路１４２に流入した液冷媒は、過冷却熱交換器１４において、第１流路１４１を流れる冷媒と熱交換を行って加熱され、中間圧の気液二相冷媒／ガス冷媒となって過冷却熱交換器１４から流出する。過冷却熱交換器１４から流出した中間圧の気液二相冷媒／ガス冷媒は、第１２配管Ｐ１２を流れる。なお、過冷却熱交換器１４の第２流路１４２及び第１２配管Ｐ１２を流れる冷媒の流量及び圧力は、第２膨張弁１６の開度に応じて増減する。

第１２配管Ｐ１２を流れる冷媒は、３つに分岐して各インジェクション弁１７に流入する。各インジェクション弁１７に流入した冷媒は、インジェクション弁１７の開度に応じて減圧／流量調整され、インジェクション管（第４配管Ｐ４）を経て圧縮機１１の圧縮室内にインジェクションされる。なお、係るインジェクションは、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を目標値に制御することを目的として行われる。

熱源ユニット１０から流出した低圧の二相冷媒は、液側連絡配管Ｌ１を経て運転中の利用ユニット３０に流入する。利用ユニット３０に流入した冷媒は、第１３配管Ｐ１３を経て利用側膨張弁３１の弁本体部３１１に流入し、弁本体部３１１の開度に応じて減圧／流量調整される。なお、弁本体部３１１の開度は、感温筒３１２が配置される第１５配管Ｐ１５における冷媒の過熱度に応じて増減する。利用側膨張弁３１の弁本体部３１１を通過した冷媒は、第１４配管Ｐ１４を経て利用側熱交換器３２の液側出入口に流入する。

利用側熱交換器３２の液側出入口に流入した冷媒は、利用側熱交換器３２において、利用側ファン３５によって供給される空気と熱交換を行って蒸発し、低圧のガス冷媒となって利用側熱交換器３２のガス側出入口から流出する。利用側熱交換器３２のガス側出入口から流出したガス冷媒は、第１５配管Ｐ１５を経て、利用ユニット３０から流出する。

利用ユニット３０から流出した冷媒は、ガス側連絡配管Ｇ１及びガス側閉鎖弁ＳＶ１を経て、熱源ユニット１０に流入する。熱源ユニット１０に流入した冷媒は、第１配管Ｐ１及び第２配管Ｐ２を経て、再び駆動中の圧縮機１１に吸入される。

（３）利用側膨張弁３１の詳細
利用側膨張弁３１は、弁本体部３１１が利用側熱交換器３２の液側出入口側（冷媒流れの上流側）に配置され、感温筒３１２が利用側熱交換器３２のガス側出入口側（冷媒流れの下流側）に配置されている。換言すると、利用側膨張弁３１は、第１膨張弁１５の冷媒流れの下流側に配置されている、ともいえる。

感温筒３１２内の冷媒の状態は、感温筒３１２における感知温度（ここでは利用側熱交換器３２のガス側出入口から流出する冷媒の温度）に応じて変化する。弁本体部３１１と感温筒３１２とはキャピラリーチューブ３１３を介して連通しており、感温筒３１２内の冷媒の状態変化に応じて弁本体部３１１内のダイヤフラムが作動しこれに連動して弁体の開度が決まる。なお、弁本体部３１１内には弁体を付勢するバネが含まれ、係るバネの付勢力は調整ネジにより調整可能である。

利用ユニット３０に流入する冷媒の流量が減少すると、弁本体部３１１を通過する冷媒の流量が低減し、これに関連して利用側熱交換器３２における過熱度が増大する。これに応じて、弁本体部３１１の開度は増大することとなる。この点、利用ユニット３０に流入する冷媒の流量は、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量が減少することに伴い減少する。すなわち、利用ユニット３０に流入する冷媒の流量は、第１膨張弁１５の開度が絞られることで減少し、これに関連して利用側熱交換器３２における過熱度が増大し、弁本体部３１１の開度が増大することとなる。

また、第１膨張弁１５の開度が絞られることで第１膨張弁１５を通過する冷媒の圧力が減少し、利用ユニット３０に流入する冷媒の圧力が減少する。すなわち、第１膨張弁１５の開度が絞られると、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力が減少し、利用側熱交換器３２における過熱度が増大して、弁本体部３１１の開度が増大することとなる。換言すると、利用側膨張弁３１は、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに応じて開度が増大するように配置されている、ともいえる。

一方、利用ユニット３０に流入する冷媒の流量が増大すると、弁本体部３１１を通過する冷媒の流量が増大し、これに関連して利用側熱交換器３２における過熱度が低減する。これに応じて、弁本体部３１１の開度は絞られることとなる。この点、利用ユニット３０に流入する冷媒の流量は、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量が増大すること（つまり第１膨張弁１５の開度が増大すること）に伴い増大する。また、第１膨張弁１５の開度が増大することで第１膨張弁１５を通過する冷媒の圧力が増大し、利用ユニット３０に流入する冷媒の圧力が増大する。すなわち、利用ユニット３０に流入する冷媒の流量及び圧力は、第１膨張弁１５の開度が増大することで増大し、これに関連して利用側熱交換器３２における過熱度が低減し、弁本体部３１１の開度が絞られることとなる。

このように、利用側膨張弁３１は、直接的には、利用側熱交換器３２から流出する冷媒の過熱度の増減（すなわち、利用ユニット３０に流入する冷媒の流量の増減）に応じて、開度が変化する。また、より広い観点では、利用側膨張弁３１は、利用ユニット３０に流入する冷媒の圧力の増減に応じて開度が変化する、ともいえる。すなわち、利用側膨張弁３１の開度は、第１膨張弁１５の開度の増減に応じて変化する。

なお、利用側膨張弁３１は、その構造上、第１膨張弁１５の開度変化が生じた場合に直ちに開度が変化するわけではなく、第１膨張弁１５の開度変化に伴い利用側熱交換器３２における過熱度の増減が生じた後、係る過熱度の変化を感温筒３１２で感知してから開度が変化する。すなわち、利用側膨張弁３１は、第１膨張弁１５の開度変化に対して、所定の応答時間に相当する時間、遅れて開度が変化する。係る応答時間は、利用側膨張弁３１の構成態様、各冷媒配管の配管長、利用側熱交換器３２の容量、利用側ファン３５の風量、及び／又は冷媒の種類等に応じて変化する。

（４）コントローラ５０の詳細
図２は、コントローラ５０の概略構成と、コントローラ５０に接続される各部と、を模式的に示したブロック図である。

コントローラ５０は、複数の制御モードを有し、遷移している制御モードに応じて冷凍装置１００の運転を制御する。例えば、コントローラ５０は、制御モードとして、平常時に遷移する通常モードや、通常モードに遷移している場合に油回収運転開始条件（後述）が満たされた時に遷移する油回収制御モードを有している。

コントローラ５０は、熱源ユニット１０に含まれる各アクチュエータ（具体的には、各圧縮機１１、第１膨張弁１５、第２膨張弁１６、各インジェクション弁１７、及び熱源側ファン１９等）と、各種センサ（各低圧側圧力センサ２１、高圧側圧力センサ２２、中間圧力センサ２３、及び各吐出温度センサ２５等）と、電気的に接続されている。また、コントローラ５０は、図示しないリモコン等のコマンド入力装置と、電気的に接続されている。なお、本実施形態において、コントローラ５０は、利用ユニット３０内に配置される機器とは電気的に接続されていない。

コントローラ５０は、主として、記憶部５１と、入力制御部５２と、モード制御部５３と、アクチュエータ制御部５４と、を有している。なお、コントローラ５０内におけるこれらの各部は、コントローラ５０を構成する各要素（ＣＰＵ、各種メモリ、通信モジュール、各種インターフェース、及び各種電気部品等）が有機的に機能することによって実現されている。

（４−１）記憶部５１
記憶部５１は、例えば、ROM、RAM、及び／又はフラッシュメモリ等の各種メモリで構成されており、複数の記憶領域を含む。例えば、記憶部５１には、コントローラ５０の各部における処理を定義した制御プログラムを記憶するためのプログラム記憶領域５１１が含まれている。

また、記憶部５１には、各種センサの検出値を記憶するための検出値記憶領域５１２や、入力されたコマンドを記憶するためのコマンド記憶領域５１３が含まれている。

また、記憶部５１には、利用側膨張弁３１の特性を記憶するための特性情報記憶領域５１４が設けられている。特性情報記憶領域５１４は、例えば、利用側膨張弁３１の開度特性（利用側熱交換器３２を流出する冷媒の過熱度や第１膨張弁１５の開度等と、利用側膨張弁３１の開度と、の相関関係）や、応答特性（例えば、第１膨張弁１５の開度変化に対する利用側膨張弁３１の応答時間）等に係る情報（利用側膨張弁特性情報）が記憶されている。

また、記憶部５１には、所定のビット数を有する複数のフラグが設けられている。例えば、記憶部５１には、コントローラ５０が遷移している制御モードを判別可能な制御モード判別フラグ５１５が設けられている。制御モード判別フラグ５１５は、制御モードの数に応じたビット数を含み、遷移する制御モードに対応するビットを立てられる。これにより、各部は、遷移している制御モードを判別可能である。

また、記憶部５１には、利用ユニット３０から圧縮機１１に冷凍機油を回収するための油回収運転の実行開始条件（油回収運転開始条件）が満たされているか否か（すなわち、油回収運転を実行すべきか否か）を判別するための油回収運転第１フラグ５１６が設けられている。油回収運転第１フラグ５１６は、油回収運転開始条件が満たされた場合に立てられる。

また、記憶部５１には、油回収運転における油回収第１制御（後述）が完了して油回収第２制御（後述）の実行開始条件（第２制御開始条件）が満たされているか否か（すなわち、油回収第２制御を実行すべきか否か）を判別するための油回収運転第２フラグ５１７が設けられている。油回収運転第２フラグ５１７は、第２制御開始条件が満たされた場合に立てられる。

（４−２）入力制御部５２
入力制御部５２は、コントローラ５０に接続された各機器からの信号を入力するためのインターフェースとしての役割を果たす機能部である。例えば、入力制御部５２は、各種センサ（２１−２３、２５等）から出力された検出結果に相当する信号を受け、所定の識別データを付加して検出値記憶領域５１２に個別に格納する。また、例えば、入力制御部５２は、図示しないコマンド入力装置から出力された信号を受けて、コマンド記憶領域５１３に個別に格納する。

（４−３）モード制御部５３
モード制御部５３は、制御モードを切り換える機能部である。モード制御部５３は、通常モードに遷移している場合に、油回収運転開始条件が満たされると、油回収運転第１フラグ５１６を立てる。これにより、制御モードが油回収制御モードに遷移し、油回収第１制御（後述）が実行される。

ここでの油回収運転開始条件は、満たされることで、利用ユニット３０内（特に利用側熱交換器３２）において冷凍機油の滞留が生じていることが想定される条件である。例えば、油回収運転開始条件は、冷却運転中、予め定められた所定の時間（利用ユニット３０内における冷凍機油の滞留が生じていることが想定される時間）が経過したことをもって満たされたものとされる。また、例えば、油回収運転開始条件は、冷却運転中、各種センサ（２１、２２、２３、又は２５）の検出値が、所定の基準値（利用ユニット３０内における冷凍機油の滞留が生じていることが想定される値）となることをもって満たされたものとされる。

また、モード制御部５３は、油回収制御モードに遷移している場合に、所定の第２制御開始条件が満たされることを契機として、油回収運転第２フラグ５１７を立てる。これにより、油回収運転における油回収第１制御が実行終了され、油回収第２制御（後述）が実行される。

ここでの第２制御開始条件は、満たされることで油回収第１制御が完了したことが想定される条件である。具体的には、後述の油回収第１制御によって第１膨張弁１５が第１開度に制御されたことに応じて、利用側膨張弁３１の開度が増大したことが想定される条件である。本実施形態において、油回収運転終了条件は、油回収運転の油回収第１制御実行中、予め定められた所定の時間（利用側膨張弁３１の開度が最大開度となったことが想定される所定の第１時間ｔ１）が経過したことをもって満たされたものとされる。第１時間ｔ１は、油回収第１制御によって第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに伴い利用側膨張弁３１の開度が増大するのに要する時間であり、利用側膨張弁特性情報に基づき設定される。本実施形態において第１時間ｔ１は３分に設定されている。

また、モード制御部５３は、油回収制御モードに遷移している場合に、所定の油回収運転終了条件が満たされることを契機として、油回収運転第１フラグ５１６及び油回収運転第２フラグ５１７をクリアする。これにより、油回収運転が終了する。

ここでの油回収運転終了条件は、満たされることで利用ユニット３０（特に利用側熱交換器３２）における冷凍機油の各圧縮機１１への回収が終了したことが想定される条件である。本実施形態において、油回収運転終了条件は、後述する油回収第２制御実行中、予め定められた所定の時間（第２時間ｔ２）が経過したことをもって満たされたものとされる。第２時間ｔ２は、油回収第２制御によって、利用側膨張弁３１の開度が大きい状態から利用側膨張弁３１の開度が絞られ利用側熱交換器３２に液冷媒が流入しにくい状態となるのに要する時間であり、利用側膨張弁特性情報に基づき設定される。本実施形態において第２時間ｔ２は３分に設定されている。

モード制御部５３は、制御モードが油回収制御モードにある時以外の場合には、制御モードを通常モードに切り換える。

（４−４）アクチュエータ制御部５４
アクチュエータ制御部５４は、制御プログラムに沿って、状況に応じて、冷凍装置１００（熱源ユニット１０及び利用ユニット３０）に含まれる各アクチュエータの動作を制御する。例えば、アクチュエータ制御部５４は、設定温度や各種センサの検出値等に応じて、圧縮機１１の回転数、熱源側ファン１９及び各利用側ファン３５の回転数、第１膨張弁１５の開度、第２膨張弁１６の開度、及び各利用側膨張弁３１の開度を、コマンドの種別、冷却負荷の大きさ、及び各センサ（２１、２２、２３、２５）の検出値等に応じてリアルタイムに制御する。

アクチュエータ制御部５４は、複数の機能部を含んでいる。例えば、アクチュエータ制御部５４は、駆動信号出力部５５や第１膨張弁制御部５６を含んでいる。

（４−４―１）駆動信号出力部５５
駆動信号出力部５５は、各アクチュエータ（１１ａ―１１ｃ、１５、１６、１７ａ―１７ｃ、１９等）に対して所定の駆動信号（駆動電圧）を出力する機能部である。駆動信号出力部５５は、複数のインバータ（図示省略）を含み、第１圧縮機１１ａや熱源側ファン１９に対しては、対応するインバータを介して駆動信号を出力する。

（４−４―２）第１膨張弁制御部５６
第１膨張弁制御部５６は、第１膨張弁１５の開度を制御する機能部である。第１膨張弁制御部５６は、油回収運転第１フラグ５１６及び油回収運転第２フラグ５１７のいずれも立てられていない場合（すなわち、制御モードが通常モードに遷移している場合）には、制御プログラムに沿って、利用ユニット３０の設定温度や負荷等に応じて、開度をリアルタイムに制御する。

また、第１膨張弁制御部５６は、油回収運転第１フラグ５１６が立てられた場合（すなわち、制御モードが油回収制御モードに遷移した場合）には、油回収第１制御を実行する。油回収第１制御は、利用側膨張弁３１の開度を増大させるための制御である。第１膨張弁制御部５６は、油回収第１制御において、第１膨張弁１５の開度を第１開度に制御する。

第１開度は、通常モード時における第１膨張弁１５の開度よりも小さい開度である。第１膨張弁１５が第１開度に制御されると、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力が減少するとともに、第１膨張弁１５を通過して利用ユニット３０に流入する冷媒の流量及び圧力が減少し、利用側熱交換器３２における過熱度が増大する。これに伴い、利用側膨張弁３１の開度が増大する。本実施形態においては、油回収第１制御によって利用側膨張弁３１の開度を最大開度とさせるべく、第１開度は最小開度に設定されている。換言すると、第１開度は、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに関連して利用側膨張弁３１の開度を増大させる開度である、ともいえる。

また、第１膨張弁制御部５６は、油回収運転第２フラグ５１７が立てられた場合（すなわち、油回収第１制御が完了した場合）には油回収第２制御を実行する。油回収第２制御は、利用側熱交換器３２に対し冷凍機油と相溶させる液冷媒を送るための制御である。第１膨張弁制御部５６は、油回収第２制御において、第１膨張弁１５の開度を第２開度に制御する。

第２開度は、油回収第１制御時における第１膨張弁１５の開度よりも大きい開度である。第１膨張弁１５が第２開度に制御されると、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力が増大するとともに、第１膨張弁１５を通過して利用ユニット３０に流入する冷媒の流量及び圧力が増大し、利用側熱交換器３２における過熱度が低減する。これに伴い、利用側膨張弁３１の開度が絞られることとなる。

ここで、利用側膨張弁３１は、第１膨張弁１５の開度変化に対して、応答時間に相当する分、遅れて開度が変化する。すなわち、第１膨張弁１５が第１開度から第２開度に切り換えられてから係る応答時間が経過するまでは、利用側膨張弁３１の開度は、油回収第１制御によって増大した開度のままである。このため、油回収第２制御によって第１膨張弁１５が第１開度から第２開度に切り換えられた後、係る応答時間が経過するまでは、第１膨張弁１５を通過した液冷媒又は気液二相冷媒が利用側膨張弁３１を通過して利用側熱交換器３２に送られることとなる。係る液冷媒又は気液二相冷媒は、利用側熱交換器３２に滞留する冷凍機油と相溶し、熱源ユニット１０のガス側（第１配管Ｐ１）へと流れる。これにより、利用側熱交換器３２に滞留する冷凍機油が各圧縮機１１に回収されることとなる。

本実施形態においては、油回収第２制御によって液冷媒又は気液二相冷媒が利用側熱交換器３２に送られやすいように、第１膨張弁１５の第２開度は最大開度に設定されている。第２開度は、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が増大することに関連して利用側膨張弁３１の開度が小さくなる前に、利用側熱交換器３２に冷凍機油と相溶させる液冷媒を流入させる開度である、ともいえる。

（５）コントローラ５０の処理の流れ
以下、コントローラ５０の処理の流れの一例について、図３を参照しながら説明する。図３は、コントローラ５０の処理の流れの一例を示したフローチャートである。

コントローラ５０は、電源を投入され運転開始コマンドを入力されると、図３のステップＳ１０１からＳ１０８に示すような流れで処理を行う。図３では、ステップＳ１０２からＳ１０６において油回収運転（油回収制御モード）に係る処理が示されており、ステップＳ１０７からＳ１０８において冷却運転（通常モード）に係る処理が示されている。なお、図３に示す処理の流れは、一例であり、適宜変更可能である。例えば、矛盾のない範囲でステップの順序が変更されてもよいし、一部のステップが他のステップと並列的に実行されてもよい。

ステップＳ１０１において、コントローラ５０は、油回収運転開始条件が満たされない場合（すなわちＮＯの場合）には、ステップＳ１０７へ進む。一方、油回収運転開始条件が満たされる場合（すなわちＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２において、コントローラ５０は、油回収制御モードに遷移する。その後、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３において、コントローラ５０は、油回収運転を開始し、油回収第１制御を実行する。具体的に、コントローラ５０は、油回収第１制御として、第１膨張弁１５を第１開度に制御する。これにより、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力が減少するとともに、第１膨張弁１５を通過して利用ユニット３０に流入する冷媒の流量及び圧力が減少し、利用側熱交換器３２における過熱度が増大する。これに伴い、利用側膨張弁３１の開度が増大する（ここでは最大開度となる）。油回収第１制御の実行開始後、コントローラ５０は、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４において、コントローラ５０は、第２制御開始条件が満たされない場合（ここでは油回収第１制御の実行開始から第１時間ｔ１が経過しない場合、すなわちＮＯの場合）には、ステップＳ１０４に留まる。一方、第２制御開始条件が満たされる場合（ここでは油回収第１制御の実行開始から第１時間ｔ１が経過した場合、すなわちＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５において、コントローラ５０は、油回収第１制御を完了し、油回収第２制御を実行する。具体的に、コントローラ５０は、油回収第２制御として、第１膨張弁１５を第２開度に制御する。これにより、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力が増大するとともに、第１膨張弁１５を通過して利用ユニット３０に流入する冷媒の流量及び圧力が増大し、利用側熱交換器３２における過熱度が低減する。これに伴い、利用側膨張弁３１は、開度が絞られることとなるが、第１膨張弁１５が第１開度から第２開度に切り換えられてから応答時間が経過するまでは油回収第１制御によって増大した開度（ここでは最大開度）のままである。よって、第１膨張弁１５が第１開度から第２開度に切り換えられた後、応答時間が経過するまでは、第１膨張弁１５を液冷媒又は気液二相冷媒が通過し、利用側熱交換器３２に液冷媒又は気液二相冷媒が流入することとなる。利用側熱交換器３２に流入した液冷媒又は気液二相冷媒は、利用側熱交換器３２に滞留する冷凍機油と相溶し、熱源ユニット１０のガス側（第１配管Ｐ１及び第２配管Ｐ２）へと流れる。これにより、利用側熱交換器３２に滞留する冷凍機油が各圧縮機１１に回収されることとなる。油回収第２制御の実行開始後、コントローラ５０は、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６において、コントローラ５０は、油回収運転終了条件が満たされない場合（ここでは油回収第２制御の実行開始から第２時間ｔ２が経過しない場合、すなわちＮＯの場合）には、ステップＳ１０６に留まる。一方、油回収運転終了条件が満たされる場合（ここでは油回収第２制御の実行開始から第２時間ｔ２が経過した場合、すなわちＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７において、コントローラ５０は、通常モードに遷移する。その後、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８において、コントローラ５０は、設定されている設定温度及び各種センサ（２０〜２３、２５）の検出値等に応じて、各アクチュエータ（１１、１５、１６、１７、１９）の状態をリアルタイムに制御し、冷却運転を行わせる。その後、ステップＳ１０１に戻る。

（６）油回収運転について
上述のように、冷凍装置１００では、運転中、利用ユニット３０内で滞留する冷凍機油を圧縮機１１に回収するための油回収運転が、所定のタイミング（具体的には油回収運転開始条件が満たされたタイミング）で行われる。油回収運転では、コントローラ５０によって油回収第１制御と油回収第２制御とが順次実行される。

油回収第１制御では、第１膨張弁１５が第１開度に制御され開度が絞られることで、第１膨張弁１５を通過する冷媒（すなわち、利用ユニット３０に送られる冷媒）の流量及び圧力が低減する。これに関連して、利用側膨張弁３１を通過する冷媒の流量及び圧力が低減し、利用側熱交換器３２に流入する冷媒の流量及び圧力が低減する。これに伴い利用側熱交換器３２における冷媒の過熱度が増大する。その結果、利用側膨張弁３１の開度が増大する。

油回収第２制御では、第１膨張弁１５が第２開度に制御され開度が大きくなることで、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力が増大する。これに関連して、利用側膨張弁３１を通過する冷媒の流量及び圧力が増大し、利用側熱交換器３２に流入する冷媒の流量及び圧力が増大する。これに伴い利用側熱交換器３２における冷媒の過熱度が低減する。これに応じて利用側膨張弁３１の開度が絞られることとなるが、利用側膨張弁３１の開度が絞られるタイミングは、第１膨張弁が第２開度に制御されてから所定の応答時間に相当する分遅れる。すなわち、第１膨張弁１５が第２開度に制御されるタイミングと、利用側膨張弁３１の開度が絞られるタイミングと、の間には利用側膨張弁３１の応答時間に相当するタイムラグが存在する。

このため、第１膨張弁１５が第２開度に制御されてから利用側膨張弁３１の開度が絞られるまでの間において、利用側膨張弁３１の開度は油回収第１制御によって増大した状態である。一方で、第１膨張弁１５が第２開度に制御されることで利用側膨張弁３１に送られる冷媒の流量は増大するため、利用側膨張弁３１の開度が絞られるまでに、利用側熱交換器３２にレシーバ１３から流出した液冷媒が送られることとなる。係る液冷媒によって、利用側熱交換器３２に滞留する冷凍機油が熱源ユニット１０まで搬送されて圧縮機１１に回収される。

冷凍装置１００では、このような油回収第１制御及び油回収第２制御を含む油回収運転が実行されることで、利用側膨張弁３１の冷媒流れ上流側に開閉弁が配置されなくても、利用側熱交換器３２に滞留する冷凍機油を圧縮機１１に回収することが可能となっている。

（７）冷凍装置１００の特徴
（７−１）
上記実施形態に係る冷凍装置１００は、施工性・メンテナンス性・経済性に優れている。

すなわち、従来、機械式膨張弁の上流側に配置された開閉弁を開閉することで、利用側熱交換器に液冷媒を送り利用側熱交換器内に滞留する冷凍機油を回収する油回収運転を所定のタイミングで行う冷凍装置があるところ、係る冷凍装置では、利用ユニット外に各アクチュエータを制御するためのコントローラが配置される場合、施工時やメンテナンス時において、利用ユニット内の開閉弁とコントローラとを電気的に接続するための電気配線が必要となる。このため、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが生じるため、施工性・メンテナンス性・経済性に優れなかった。

この点、冷凍装置１００では、コントローラ５０は、冷凍機油を圧縮機１１に回収するための油回収運転を所定のタイミングで実行し、油回収運転において、第１膨張弁１５の開度を第１開度に制御して第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力を減少させた後に、第１膨張弁１５の開度を第２開度に制御して第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量及び圧力を増大させている。これにより、油回収運転においては、油回収第１制御実行時に、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに関連して利用側膨張弁３１の開度が増大するようになっている。そして、その後、油回収第２制御実行時に、第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が増大することに関連して利用側膨張弁３１の開度が小さくなる前に、利用側熱交換器３２に液冷媒が流入するようになっている。その結果、利用側熱交換器３２に流入した液冷媒が、利用側熱交換器３２内に滞留する冷凍機油と相溶して熱源ユニット１０側へ流れるようになっており、冷凍機油が圧縮機１１に回収されるようになっている。

すなわち、冷凍装置１００では、利用ユニット３０内（又は熱源ユニット１０より下流側であって利用側膨張弁３１の上流側の冷媒流路；ここでは液側連絡配管Ｌ１、以下同様）に油回収運転用の開閉弁を配置されなくても利用ユニット３０内の冷凍機油を圧縮機１１に回収する油回収運転を行うことが可能となっている。換言すると、冷凍装置１００では、利用側膨張弁３１が利用側熱交換器３２の上流側に配置される冷媒回路ＲＣにおいて油回収運転を行ううえで、開閉弁を利用側膨張弁３１の上流側に配置される必要がない。このため、冷凍装置１００では、施工時やメンテナンス時においてコントローラ５０と開閉弁とを電気的に接続するための電気配線について省略可能であり、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが削減されうる。よって、施工性・メンテナンス性・経済性に優れている。

（７−２）
上記実施形態に係る冷凍装置１００では、コントローラ５０は、油回収第１制御実行後、第１時間ｔ１が経過してから油回収第２制御を実行する。ここでの第１時間ｔ１は、油回収第１制御によって第１膨張弁１５を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに伴い利用側膨張弁３１の開度が増大するのに要する時間である。

これにより、油回収第１制御が実行されることに関連して利用側膨張弁３１の開度が増大した後に、油回収第２制御によって第１膨張弁１５の開度が増大するようになっており、冷凍機油を回収するのに適した流量の液冷媒が利用側熱交換器３２に流入するようになっている。その結果、利用ユニット３０内に油回収運転用の開閉弁を配置されなくても油回収運転が実現可能となっている。よって、施工時やメンテナンス時においてコントローラ５０と開閉弁とを電気的に接続するための電気配線が不要となっており、係る電気配線に関する工事やメンテナンスに要する手間やコストが削減されている。

（７−３）
上記実施形態に係る冷凍装置１００では、利用側膨張弁３１は、利用側熱交換器３２の冷媒流れの下流側に配置される感温筒３１２を含み、感温筒３１２の感知温度に応じて開度が変化するようになっている。

これにより、感温筒３１２を含む利用側膨張弁３１の特性を利用して、利用側熱交換器３２に液冷媒が送られ冷凍機油の回収が行われるようになっている。すなわち、利用側膨張弁３１は上流側から送られる冷媒の流量変化（つまり第１膨張弁１５の開度変化）に対して即時に開度が変化するわけではなく、上流側から送られる冷媒の流量変化に対して応答時間に相当する分遅れて開度が変化する。換言すると、利用側膨張弁３１は、応答性に優れないという特性を有する。係る特性により、油回収第１制御実行後、油回収第２制御が実行されても、利用側膨張弁３１の開度は直ちに減少されない。よって、油回収第２制御によって第１膨張弁１５が第２開度に制御された後、利用側膨張弁３１が追従して開度が絞られるまでの間に利用側熱交換器３２へ冷凍機油を回収するのに適した流量の液冷媒を流入させることが可能となっている。

（７−４）
上記実施形態に係る冷凍装置１００では、第１膨張弁１５は、熱源ユニット１０内に配置されている。これにより、互いに離れて設置される熱源ユニット１０及び利用ユニット３０間における電気配線が省略可能となっている。このため、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減されている。

（７−５）
上記実施形態に係る冷凍装置１００では、コントローラ５０は、熱源ユニット１０に配置され、利用ユニット３０に配置される機器とは電気的に接続されない。これにより、互いに離れて設置される熱源ユニット１０及び利用ユニット３０間における電気配線が省略可能となっている。このため、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減されている。

（７−６）
上記実施形態に係る冷凍装置１００では、冷媒回路ＲＣは、複数台の利用ユニット３０を含んでいる。これにより、利用ユニット３０が複数台設置される場合（すなわち、熱源ユニット１０及び利用ユニット３０間において電気配線が必要となる場合に、工事やメンテナンスに係る作業が特に煩雑となりうる場合）であっても、各利用ユニット３０内に油回収運転用の開閉弁が配置される場合に必要となる電気配線が省略可能となっている。このため、施工時やメンテナンス時における工数やコストが特に削減されている。

（８）変形例
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。

（８−１）変形例Ａ
上記実施形態では、油回収運転における第２制御開始条件は、油回収第１制御実行中、第１時間ｔ１が経過したことをもって満たされたものとされた。しかし、第２制御開始条件は、満たされることで油回収第１制御に応じて利用側膨張弁３１の開度が増大したことが想定される条件である限り、設計仕様や設置環境に応じて適宜変更が可能である。例えば、第２制御開始条件は、油回収第１制御実行中、各種センサ（２１、２２、２３、又は２５）の検出値が、所定の基準値（利用側膨張弁３１の開度が増大したことが想定される値）となることをもって満たされたものとされてもよい。

（８−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、油回収運転における油回収運転終了条件は、油回収第２制御実行中、第２時間ｔ２が経過したことをもって満たされたものとされた。しかし、油回収運転終了条件は、満たされることで利用ユニット３０（特に利用側熱交換器３２）に滞留する冷凍機油の回収が終了したことが想定される条件である限り、設計仕様や設置環境に応じて適宜変更が可能である。例えば、油回収運転終了条件は、油回収第２制御実行中、各種センサ（２１、２２、２３、又は２５）の検出値が、所定の基準値（利用ユニット３０に滞留する冷凍機油の回収が終了したことが想定される値）となることをもって満たされたものとされてもよい。

（８−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、第１時間ｔ１及び第２時間ｔ２は、３分に設定されていた。しかし、第１時間ｔ１及び第２時間ｔ２は、設置環境や設計仕様に応じて適宜変更が可能である。例えば第１時間ｔ１又は第２時間ｔ２は、３分より短い値（例えば１分）に設定されてもよいし、３分より長い値（例えば５分）に設定されてもよい。また、第１時間ｔ１及び第２時間ｔ２は、必ずしも同じ値に設定される必要はなく、異なる値を設定されてもよい。

（８−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、油回収第１制御において、利用側膨張弁３１の開度を最大開度とさせるべく、第１膨張弁１５が第１開度として最小開度に制御される場合について説明した。しかし、第１開度は、通常モード時の第１膨張弁１５の開度よりも小さい開度であり利用側膨張弁３１の開度を増大させるものである限り、必ずしも最小開度である必要はない。

また、油回収第２制御において、第１膨張弁１５は、第２開度として最大開度に制御される場合について説明した。しかし、第２開度は、第１開度よりも大きい開度であり利用側熱交換器３２に液冷媒を流入させるものである限り、必ずしも最大開度である必要はない。

すなわち、油回収第１制御及び油回収第２制御の目的が達成される限り、第１開度及び第２開度については、設計仕様や設置環境に応じて適宜設定されればよい。

（８−５）変形例Ｅ
上記実施形態では、油回収運転は、冷却運転中、油回収運転開始条件が満たされた時に行われていた。しかし、油回収運転が行われる契機については、必ずしもこれに限定されず、適宜変更が可能である。例えば、油回収運転は、油回収運転の開始を指示する所定のコマンドをユーザによって入力された場合に行われるようにしてもよい。

（８−６）変形例Ｆ
上記実施形態における冷媒回路ＲＣの構成態様は、必ずしも図１に示す態様には限定されず、設計仕様や設置環境に応じて適宜変更が可能である。

例えば、第１膨張弁１５は、必ずしも熱源ユニット１０内に配置される必要はない。例えば、第１膨張弁１５は、液側連絡配管Ｌ１に配置されてもよい。

また、例えば、圧縮機１１は全部で３台配置されたが、圧縮機１１の台数については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。例えば、圧縮機１１は２台であってもよいし、４台以上であってもよい。係る場合、容量可変圧縮機及び容量一定圧縮機の台数配分については、適宜選択されればよい。

また、例えば、過冷却熱交換器１４やインジェクションラインＪ１については必ずしも必要ではなく、適宜省略が可能である。

（８−７）変形例Ｇ
上記実施形態では、利用側膨張弁３１は、感温筒３１２を含む感温式膨張弁であった。しかし、利用側膨張弁３１は、上流側から送られる冷媒の流量又は圧力の変化に応じて開度が変化する自動調整弁である限り、必ずしも感温式膨張弁である必要はなく、他の機械式膨張弁であってもよい。

（８−８）変形例Ｈ
上記実施形態では、利用側ファン３５は、コントローラ５０と接続されていなかった。しかし、利用側ファン３５は、コントローラ５０と電気的に接続され、コントローラ５０によって、発停や回転数を制御されてもよい。また、利用側ファン３５は、必ずしも独立した電源（商用電源や蓄電池等）から電源を供給される必要はなく、熱源ユニット１０にも受けられた電源部から駆動電源を供給されてもよい。

（８−９）変形例Ｉ
上記実施形態では、１台の熱源ユニット１０と、２台の利用ユニット３０と、を有していた。しかし、冷凍装置１００に配置される熱源ユニット１０の台数については特に限定されず、２台以上であってもよい。また、冷凍装置１００が有する利用ユニット３０の台数については特に限定されず、１台であってもよいし、３台以上であってもよい。

（８−１０）変形例Ｊ
上記実施形態では、コントローラ５０は熱源ユニット１０に配置されていた。しかし、コントローラ５０については、必ずしも熱源ユニット１０に配置される必要はない。例えば、コントローラ５０は、熱源ユニット１０とは異なる他のユニットに配置されてもよいし独立して配置されてもよい。係る場合、コントローラ５０は、熱源ユニット１０と通信ネットワークを介して接続された遠隔地に設置されてもよい。

また、コントローラ５０の構成態様については必ずしも上記実施形態におけるものに限定されず、設計仕様や設置環境に応じて適宜変更が可能である。例えば、コントローラ５０を構成する各要素（ＣＰＵ、メモリ、及び各種電気部品等）は必ずしも同一位置に設置される必要はなく、分散的に異なる空間に配置された各要素が通信ネットワークを介して接続されることでコントローラ５０が構成されてもよい。すなわち、コントローラ５０に含まれる各要素を構築可能であれば、コントローラ５０の構成態様については特に限定されない。

（８−１１）変形例Ｋ
上記実施形態では、本発明が、冷蔵倉庫、店舗のショーケースの庫内や輸送コンテナ内の利用側空間の冷却を行う冷凍装置１００として適用されていた。しかし、これに限定されず、本発明は、冷媒回路を有する他の冷凍装置に適用可能である。例えば、本発明は、建物内の冷房等を行うことで空気調和を実現する空調システム（エアコン）に適用されてもよい。

本発明は、冷媒回路を含む冷凍装置において利用可能である。

１０ ：熱源ユニット
１１ ：圧縮機（アクチュエータ）
１２ ：熱源側熱交換器
１３ ：レシーバ
１４ ：過冷却熱交換器
１５ ：第１膨張弁（電動弁、アクチュエータ）
１６ ：第２膨張弁（アクチュエータ）
１７ ：インジェクション弁
１９ ：熱源側ファン（アクチュエータ）
２１ ：低圧側圧力センサ
２２ ：高圧側圧力センサ
２３ ：中間圧力センサ
２５ ：吐出温度センサ
３０ ：利用ユニット
３１ ：利用側膨張弁（機械式膨張弁）
３２ ：利用側熱交換器
３５ ：利用側ファン
５０ ：コントローラ
５１ ：記憶部
５２ ：入力制御部
５３ ：モード制御部
５４ ：アクチュエータ制御部
５５ ：駆動信号出力部
５６ ：第１膨張弁制御部
１００ ：冷凍装置
１４１ ：第１流路
１４２ ：第２流路
３１１ ：弁本体部
３１２ ：感温筒
３１３ ：キャピラリーチューブ
Ｇ１ ：ガス側連絡配管
Ｊ１ ：インジェクションライン
Ｌ１ ：液側連絡配管
Ｐ１―Ｐ１５ ：第１配管−第１５配管
ＲＣ ：冷媒回路
ＳＶ１ ：ガス側閉鎖弁
ＳＶ２ ：液側閉鎖弁
ｔ１ ：第１時間（所定時間）
ｔ２ ：第２時間

特開２００９−２５７７５９号公報

Claims (5)

1. 並列に配置され冷媒を圧縮する複数の圧縮機（１１）及び冷媒の凝縮器として機能する熱源側熱交換器（１２）を有する熱源ユニット（１０）と、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器（３２）を有する複数台の利用ユニット（３０）と、を含む冷媒回路（ＲＣ）において冷凍サイクルを行う冷凍装置（１００）であって、
   前記利用ユニットにおいて前記利用側熱交換器の冷媒流れの上流側に配置され、開度に応じて通過する冷媒を減圧する機械式膨張弁（３１）と、
   前記機械式膨張弁の冷媒流れの上流側に配置され、開度に応じて通過する冷媒の流量又は圧力を調整する電動弁（１５）と、
   前記電動弁（１５）の冷媒流れの上流側に配置され、冷媒を過冷却状態とさせる過冷却熱交換器（１４）と、
   各アクチュエータ（１５）の動作を制御するコントローラ（５０）と、
   を備え、
   前記機械式膨張弁は、前記機械式膨張弁の上流側を流れる冷媒の流量又は圧力の増減に応じて開度が変化し、
   前記コントローラは、
   所定のタイミングで、前記利用ユニット内で滞留する冷凍機油を前記圧縮機に回収するための第１制御及び第２制御を含む油回収運転を実行し、
   前記第１制御においては、前記電動弁の開度を所定の第１開度に制御して、前記電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力を減少させ、
   前記第２制御においては、前記第１制御の後に、前記電動弁の開度を第２開度に制御して、前記電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力を増大させ、
   前記第１開度は、前記電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が減少することに関連して前記機械式膨張弁の開度を増大させる開度であり、
   前記第２開度は、前記電動弁を通過する冷媒の流量又は圧力が増大することに関連して前記機械式膨張弁の開度が小さくなる前に、前記利用側熱交換器に液冷媒を流入させる開度である、
   冷凍装置（１００）。
2. 前記コントローラは、前記第１制御実行後、所定時間（ｔ１）が経過してから前記第２制御を実行する、
   請求項１に記載の冷凍装置（１００）。
3. 前記機械式膨張弁は、前記利用側熱交換器の冷媒流れの下流側に配置される感温筒を含み、前記感温筒の感知温度に応じて開度が変化する、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置（１００）。
4. 前記電動弁は、前記熱源ユニット内に配置される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置（１００）。
5. 前記コントローラは、前記熱源ユニットに配置され、前記利用ユニットに配置される機器とは電気的に接続されない、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置（１００）。

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