JP7466645B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

特開２０１７－２６２３８号公報（特許文献１）には、冷媒が、圧縮機、凝縮器、過冷却器、膨張弁、および蒸発器を循環する冷媒回路と、凝縮器にて凝縮された冷媒を圧縮機に戻すインジェクション回路とを備える冷凍サイクル装置が開示されている。このインジェクション回路は、インジェクション回路を流れる冷媒を過冷却器にて蒸発させてから圧縮機に戻すガスインジェクションと、インジェクション回路を流れる冷媒を過冷却器を通さずに圧縮機に戻す液インジェクションとを切り替える流路切替手段を含む。

圧縮機は、低圧側圧縮部、中間圧室、および高圧側圧縮部を含む。低圧側圧縮部は、蒸発器にて蒸発した冷媒を吸入・断熱圧縮して中間圧室に吐出する。高圧側圧縮部は、中間圧室の冷媒を吸入・断熱圧縮して凝縮器に吐出する。

特開２０１７－２６２３８号公報

圧縮機において冷媒が断熱圧縮される過程では、冷媒の圧力Ｐ、冷媒の体積Ｖ、冷媒の温度Ｔ、および冷媒の比熱比γが、以下の関係式（１）および関係式（２）を満たす。

そのため、例えば二酸化炭素（ＣＯ₂）を含む冷媒のように比熱比γが高い冷媒が上記のような中間圧インジェクション流路を備える冷凍サイクル装置に充填された場合には、比熱比γが相対的に低い冷媒が当該冷凍サイクル装置に充填された場合と比べて、圧縮機から吐出されたときの該冷媒の温度Ｔｄ（吐出温度）が上昇しやすく、吐出温度の上昇を抑制するために必要とされるインジェクション回路から圧縮機に戻される冷媒の流量（インジェクション流量）は多くなる。

一方で、比熱比γが高い冷媒が上記のような中間圧インジェクション流路を備える冷凍サイクル装置に充填された場合には、比熱比γが相対的に低い冷媒が当該冷凍サイクル装置に充填された場合と比べて、インジェクション回路から圧縮機に戻される冷媒の圧力（中間圧力）が上昇しやすいため、圧縮機から吐出される高圧の冷媒とインジェクション回路から圧縮機に戻される中間圧の冷媒との圧力差が小さくなる。つまり、前者の場合には、後者の場合と比べて、吐出温度の上昇を抑制するために必要とされるインジェクション流量が得られにくく、吐出温度の上昇を確実に抑制することは困難である。

本開示の主たる目的は、比熱比が高い冷媒においても、吐出温度の上昇を確実に抑制できる冷凍サイクル装置を提供することにある。

本開示に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒が圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器を順に循環する第１冷媒回路を備える。圧縮機は、第１圧力の冷媒を吐出する吐出ポートと、第１圧力よりも低い第２圧力の冷媒を吸入する吸入ポートと、第１圧力と第２圧力との間の中間圧の冷媒が流入する中間圧ポートとを有している。冷凍サイクル装置は、第１冷媒回路において凝縮器と第１膨張弁との間に接続されている第１端と、圧縮機の中間圧ポートに接続されている第２端とを有し、凝縮器から流出した冷媒の一部を圧縮機に戻す中間圧インジェクション流路をさらに備える。中間圧インジェクション流路は、中間圧インジェクション流路を流れる冷媒を冷熱源によって冷却する冷却部を含む。

本開示によれば、比熱比が高い冷媒においても、吐出温度の上昇を確実に抑制できる冷凍サイクル装置を提供できる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第１変形例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第２変形例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第３変形例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の第１変形例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の第２変形例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の第３変形例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を示すブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の第１変形例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の第２変形例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の第３変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

実施の形態１．
図１に示されるように、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００は、第１冷媒回路と、中間圧インジェクション流路１３とを備える。第１冷媒回路および中間圧インジェクション流路１３には、第１冷媒（以下、単に冷媒とよぶ）が充填されている。冷媒は、任意の冷媒であればよい。冷凍サイクル装置１００は、比熱比が高い冷媒に好適である。冷媒の比熱比は、例えば１．１６以上である。冷媒は、例えばＣＯ₂、アンモニア（ＮＨ₃）、Ｒ３２、Ｒ４３４Ａ、Ｒ４１０Ａ、およびＲ４０７Ｈからなる群から選択される少なくとも１つを含む。

第１冷媒回路は、圧縮機１、凝縮器２、第１膨張弁３、および蒸発器４を含む。第１冷媒は、圧縮機１、凝縮器２、第１膨張弁３、および蒸発器４を、この記載順に循環する。

圧縮機１は、第１圧力の冷媒を吐出する吐出ポートと、第１圧力よりも低い第２圧力の冷媒を吸入する吸入ポートと、上記第１圧力と上記第２圧力との間の中間圧の冷媒が注入される中間圧ポートとを有している。吐出ポートは、凝縮器２の冷媒流入部と接続されている。吸入ポートは、蒸発器４の冷媒流出部と接続されている。中間圧ポートは、中間圧インジェクション流路１３の後述する第２端と接続されている。

圧縮機１は、例えば多段圧縮機である。圧縮機１は、吐出ポートに接続された高圧側圧縮部と、吸入ポートに接続された低圧側圧縮部と、中間圧ポートに接続されておりかつ高圧側圧縮部と低圧側圧縮部とを接続する中間圧室とを含む。低圧側圧縮部では、吸入ポートから吸入された第２圧力の冷媒が断熱圧縮されて中間圧の冷媒とされ、中間圧室に吐出される。高圧側圧縮部では、中間圧室から吸入された中間圧の冷媒が断熱圧縮されて第１圧力の冷媒とされ、吐出ポートから圧縮機１の外部に吐出される。

凝縮器２では、圧縮機１の吐出ポートから吐出された冷媒が凝縮する。凝縮器２は、冷媒が流入する冷媒流入部と、冷媒が空気などの熱媒体と熱交換する熱交換部と、冷媒が流出する冷媒流出部とを有している。

第１膨張弁３では、凝縮器２にて凝縮された冷媒が断熱膨張する。第１膨張弁３は、例えば電子膨張弁である。蒸発器４では、第１膨張弁３にて減圧された冷媒が蒸発する。蒸発器４は、冷媒が流入する冷媒流入部と、冷媒が空気などの熱媒体と熱交換する熱交換部と、冷媒が流出する冷媒流出部とを有している。蒸発器４にて蒸発した冷媒は、圧縮機１の吸入ポートに吸入される。

第１冷媒回路において、凝縮器２の冷媒流出部と第１膨張弁３とを接続する冷媒流路を第１流路１０とよび、第１膨張弁３と蒸発器４の冷媒流入部とを接続する流路を第２流路１１とよび、蒸発器４の冷媒流出部と圧縮機１の吸入ポートとを接続する流路を第３流路１２とよぶ。

第１冷媒回路では、例えば凝縮器２が熱源側熱交換器であり、蒸発器４が負荷側熱交換器である。この場合、圧縮機１，凝縮器２、第１膨張弁３、第２膨張弁５、冷却部６、第１流路１０、および中間圧インジェクション流路１３、ならびに第２流路１１および第３流路１２の各々の一部は、熱源側ユニット（室外機）内に配置されている。蒸発器４、ならびに第２流路１１および第３流路１２の各々の他の一部は、負荷側ユニット（室内機）内に配置されている。第２流路１１および第３流路１２の各々の残部は、熱源側ユニットと負荷側ユニットとを接続する配管内に配置されている。

中間圧インジェクション流路１３は、第２膨張弁５、および冷却部６を含む。中間圧インジェクション流路１３の第１端は、第１冷媒回路の第１流路１０に接続されている。中間圧インジェクション流路１３の第２端は、圧縮機の中間圧ポートに接続されている。中間圧インジェクション流路１３は、第２膨張弁５の開度がゼロよりも大きいときに、凝縮器２にて凝縮された冷媒の一部を圧縮機１に戻す。

第２膨張弁５では、中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒が断熱膨張する。第２膨張弁５は、例えば電子膨張弁である。第２膨張弁５の開度は、後述する制御部２１０によって制御され、増減する。中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒の流量は、第２膨張弁５の開度に応じて、増減する。第２膨張弁５の開度がゼロであるとき、すなわち第２膨張弁５が閉じているとき、凝縮器２にて凝縮された全冷媒は第１膨張弁３に流入し、冷媒は中間圧インジェクション流路１３に流れない。第２膨張弁５の開度がゼロよりも大きいとき、凝縮器２にて凝縮された冷媒の一部は中間圧インジェクション流路１３を流れる。

冷却部６では、第２膨張弁５にて減圧された冷媒が冷却される。冷却部６は、中間圧インジェクション流路１３において第２膨張弁５と圧縮機１の中間圧ポートとの間に配置されている。冷却部６は、冷媒が流入する冷媒流入部と、冷媒が空気などの冷熱源と熱交換する熱交換部と、冷媒が流出する冷媒流出部とを有している。冷媒が冷却部６において冷却されることにより、冷媒の乾き度は低下する。冷却部６にて冷却された冷媒は、圧縮機１の中間圧ポートから吸入される。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１から吐出された冷媒の温度（吐出温度）を測定する温度センサ２００と、吐出温度に応じて第２膨張弁５の開度を制御する制御部２１０をさらに備える。温度センサ２００は、例えばサーミスタである。

制御部２１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、図示しないメモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための図示しない入出力バッファ等を含んで構成される。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御部２１０の処理手順が記されたプログラムである。制御部２１０は、これらのプログラムに従って、第２膨張弁５を制御する。なお、上記制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

制御部２１０は、温度センサ２００により測定された吐出温度が判定値以下であるか否かを判断する。制御部２１０は、吐出温度が判定値以下である間、第２膨張弁５を閉じたままとする。制御部２１０は、吐出温度が判定値よりも高くなった場合、第２膨張弁５を開く。制御部２１０は、吐出温度が判定値よりも高くなっている間、第２膨張弁５を開いたままとする。制御部２１０は、吐出温度が再び判定値以下となった場合、第２膨張弁５を閉じる。制御部２１０は、冷凍サイクル装置１００が運転している間、上記判断を連続的にまたは断続的に行う。判定値は、圧縮機１の仕様および冷凍サイクル装置１００の運転条件等に応じて任意に設定され得るが、例えば１００℃である。

冷凍サイクル装置１００の作用効果を、比較例に係る冷凍サイクル装置と対比に基づいて説明する。比較例１に係る冷凍サイクル装置は、インジェクション流路が冷却部６を含まない点でのみ、冷凍サイクル装置１００とは異なる。比較例２に係る冷凍サイクル装置は、インジェクション流路ならびにこれに含まれる第２膨張弁および冷却部を備えない点で、冷凍サイクル装置１００とは異なる。

比較例１に係る冷凍サイクル装置においても、吐出温度が判定値よりも高くなった場合、第２膨張弁が開かれる。これにより、凝縮器にて凝縮された冷媒の一部は、インジェクション流路に流入する。インジェクション流路に流入した冷媒は、第２膨張弁にて断熱膨張して減圧されて、中間圧の気液二相冷媒となる。気液二相化冷媒は、圧縮機１の中間圧ポートから中間圧室に注入される。

比較例１に係る冷凍サイクル装置では、比熱比が高い冷媒が充填されている場合には、第２膨張弁が全開とされても、吐出温度を判定値以下に抑制することは困難である。例えば、冷媒の比熱比が１．１６以上である場合、比較例１に係る冷凍サイクル装置の運転時には、蒸発温度が－１０℃、凝縮温度が４５℃、吸入スーパーヒートが１０Ｋとなり得る。この運転条件では、吐出温度は１００℃を超える。そのため、上述のように判定値が１００℃である場合には、第２膨張弁が全開とされても、吐出温度を判定値以下に抑制することは困難である。

これに対し、冷凍サイクル装置１００では、中間圧インジェクション流路１３が冷却部６を含んでいる。冷凍サイクル装置１００においても、吐出温度が判定値よりも高くなった場合、第２膨張弁５が開かれる。これにより、凝縮器２にて凝縮された冷媒の一部は、中間圧インジェクション流路１３に流入する。中間圧インジェクション流路１３に流入した冷媒は、第２膨張弁５にて断熱膨張して減圧されて、中間圧の気液二相冷媒となる。気液二相化冷媒は、冷却部６において冷熱源によって冷却されて、低温の気液二相冷媒となる。低温の気液二相冷媒は、圧縮機１の中間圧ポートから中間圧室に注入される。

冷凍サイクル装置１００において圧縮機１の中間圧ポートから中間圧室に注入される冷媒の温度は、比較例１に係る冷凍サイクル装置において圧縮機の中間圧ポートから中間圧室に注入される冷媒の温度よりも、低くなる。そのため、冷凍サイクル装置１００では、比較例１に係る冷凍サイクル装置と比べて、中間圧インジェクション流路１３の冷媒の流量が少くない場合にも、吐出温度の上昇が抑制され得る。つまり、冷凍サイクル装置１００では、充填されている冷媒の比熱比が高い場合にも、比較例１に係る冷凍サイクル装置と比べて、吐出温度の上昇が抑制され得る。

また、比較例２に係る冷凍サイクル装置では、吐出温度の上昇を抑制するために、液相冷媒が圧縮機に吸入されるいわゆる液バック状態が実現される。比較例２に係る冷凍サイクル装置では、充填されている冷媒の比熱比が高いほど、上記液バック状態において圧縮機に吸入されるべき液相冷媒の流量が多くなる。多量の液相冷媒が圧縮機に戻される場合には、圧縮機内の油が希釈され、圧縮機の信頼性が損なわれる。

これに対し、冷凍サイクル装置１００では、いわゆる液バック状態が実現されることなく、吐出温度の上昇が抑制され得る。そのため、冷凍サイクル装置１００では、比較例２に係る冷凍サイクル装置と比べて、圧縮機１の信頼性が高い。

なお、第１冷媒回路は、例えば四方弁などの冷媒の流通方向を切り替える切替部を含んでいてもよい。このような冷凍サイクル装置１００では、切替部により、熱源側熱交換器が凝縮器として作用し負荷側熱交換器が蒸発器として作用する冷房運転と、熱源側熱交換器が蒸発器として作用し負荷側熱交換器が凝縮器として作用する暖房運転とが切り替えられる。

（変形例）
図２～図４は、図１に示される冷凍サイクル装置１００の第１変形例～第３変形例を示すブロック図である。なお、図２～図４では、温度センサ２００および制御部２１０の図示が省略されている。

図２に示される冷凍サイクル装置１０１は、冷凍サイクル装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、第２冷媒が循環する第２冷媒回路２０をさらに含み、冷却部６において冷媒に対する冷熱源が第２冷媒である点で、冷凍サイクル装置１００とは異なる。

第２冷媒は、任意の冷媒であればよい。第２冷媒の比熱比は、例えば上記第１冷媒の比熱比よりも低い。第２冷媒の比熱比は、例えば上記第１冷媒の比熱比と等しくてもよい。

第２冷媒回路２０は、第２圧縮機２１、第２凝縮器２２、第３膨張弁２３、および冷却部６を含む。第２冷媒は、第２圧縮機２１、第２凝縮器２２、第３膨張弁２３、および冷却部６を、この記載順に循環する。冷却部６において、第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒は中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒から気化熱を吸収して蒸発する。これにより、冷却部６は、中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒を、第２冷媒回路２０を流れる第２冷媒によって冷却する。第２圧縮機２１および第３膨張弁２３の動作条件は、冷却部６を流れる第２冷媒が中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒を十分に冷却し得るように、設定される。

上記のように、冷凍サイクル装置１０１も、冷却部６を含む中間圧インジェクション流路１３を備えているため、冷凍サイクル装置１００と同等の効果を奏することができる。

図３に示される冷凍サイクル装置１０２は、冷凍サイクル装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、冷却部６が内部熱交換器であって、冷却部６において中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒に対する冷熱源が、第１膨張弁３と圧縮機１の吸入ポートとの間を流れる冷媒である点で、冷凍サイクル装置１００とは異なる。

図３に示される冷却部６において、中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒は、第２流路１１を流れる冷媒と熱交換する。冷凍サイクル装置１０２では、吐出温度が判定値よりも高い場合、第２膨張弁５は開かれる。このとき、第２膨張弁５での冷媒の圧力低下量が第１膨張弁３での冷媒の圧力低下量よりも少なくなるように、第２膨張弁５の開度が設定される。例えば、第２膨張弁５は全開とされる。これにより、第２膨張弁５を流れる冷媒の流量が最大化されるとともに、第２膨張弁５にて断熱膨張した冷媒の温度は第１膨張弁３にて断熱膨張した冷媒の温度よりも高くなる。そのため、冷却部６において、中間圧インジェクション流路１３を流れる比較的多量の冷媒が、第２流路１１を流れる冷媒によって冷却される。

上記のように、冷凍サイクル装置１０２も、冷却部６を含む中間圧インジェクション流路１３を備えているため、冷凍サイクル装置１００と同等の効果を奏することができる。

図４に示される冷凍サイクル装置１０３は、冷凍サイクル装置１０２と基本的に同様の構成を備えるが、冷却部６において中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒に対する冷熱源が、蒸発器４と圧縮機１の吸入ポートとの間を流れる冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０２とは異なる。

図４に示される冷却部６において、中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒は、第３流路１２を流れる冷媒と熱交換する。冷凍サイクル装置１０３では、吐出温度が判定値よりも高い場合、第２膨張弁５は開かれる。例えば、第２膨張弁５は全開とされる。これにより、第２膨張弁５を流れる冷媒の流量が最大化される。第２膨張弁５にて断熱膨張した冷媒の温度は、第１膨張弁３にて断熱膨張し、かつ蒸発器４にて蒸発した冷媒の温度よりも高くなる。そのため、冷却部６において、中間圧インジェクション流路１３を流れる比較的多量の冷媒が、第３流路１２を流れる冷媒によって冷却される。

上記のように、冷凍サイクル装置１０３も、冷却部６を含む中間圧インジェクション流路１３を備えているため、冷凍サイクル装置１００と同等の効果を奏することができる。

実施の形態２．
図５に示されるように、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、中間圧インジェクション流路１３は、第２膨張弁５と、第２膨張弁をバイパスするバイパス流路１４と、バイパス流路１４を流れる冷媒の流量を調整する調整弁１５とを有している点で、冷凍サイクル装置１００とは異なる。

バイパス流路１４の一端は、中間圧インジェクション流路１３において第２膨張弁５よりも上流側に位置する部分に接続されている。バイパス流路１４の他端は、中間圧インジェクション流路１３において第２膨張弁５よりも下流側に位置する部分に接続されている。好ましくは、バイパス流路１４の他端は、中間圧インジェクション流路１３において冷却部６よりも上流側に位置する部分に接続されている。なお、バイパス流路１４の他端は、中間圧インジェクション流路１３において冷却部６よりも下流側に位置する部分に接続されていてもよい。

調整弁１５は、バイパス流路１４を流れる冷媒の流量を調整できる限りにおいて任意の構成を備えていればよいが、例えば開閉弁であり、より具体的な一例として電磁弁である。吐出ポートから吐出される高圧の冷媒の温度が判定値よりも高いときの調整弁１５の開度は、吐出ポートから吐出される高圧の冷媒の温度が判定値以下であるときの調整弁１５の開度と比べて、高い。

冷凍サイクル装置１０４の制御部２１０は、冷凍サイクル装置１００の制御部２１０と基本的に同様の制御を行うが、第２膨張弁５に加えて調整弁１５の開度を制御する点で、冷凍サイクル装置１００の制御部２１０とは異なる。

制御部２１０は、温度センサ２００により測定された吐出温度が判定値以下であるか否かを判断する。制御部２１０は、吐出温度が判定値以下である間、第２膨張弁５および調整弁１５を閉じたままとする。制御部２１０は、吐出温度が判定値よりも高くなった場合、第２膨張弁５を開く。第２膨張弁５が全開とされてもなお吐出温度が判定値よりも高い場合、制御部２１０は、調整弁１５を開く。制御部２１０は、吐出温度が判定値よりも高い間、第２膨張弁５および調整弁１５を開いたままとする。

制御部２１０は、吐出温度が再び判定値以下となった場合、第２膨張弁５を閉じる。制御部２１０は、冷凍サイクル装置１００が運転している間、上記判断を連続的にまたは断続的に行う。

なお、制御部２１０は、吐出温度が判定値よりも高くなった場合、第２膨張弁５および調整弁１５の少なくともいずれかを開けばよく、第２膨張弁５と調整弁１５とを同時に開いてもよい。

冷凍サイクル装置１０４は、冷却部６を含む中間圧インジェクション流路１３を備えているため、冷凍サイクル装置１００と同等の効果を奏することができる。

さらに、冷凍サイクル装置１０４では、中間圧インジェクション流路１３がバイパス流路１４および調整弁１５を含む。そのため、第２膨張弁５の開度が同等とされた冷凍サイクル装置１０４と冷凍サイクル装置１００とを比較すると、調整弁１５がさらに開いているときの冷凍サイクル装置１０４の中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒の流量は、冷凍サイクル装置１００の中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒の流量よりも多くなる。さらに、第２膨張弁５およびバイパス流路１４の各々を流れた冷媒が冷却部６にて冷却される。そのため、冷凍サイクル装置１０４は、冷凍サイクル装置１００と比べて、比熱比が高い冷媒においても、吐出温度の上昇を確実に抑制できる。

また、冷凍サイクル装置１０４では、冷凍サイクル装置１００と比べて、吐出温度の上昇を抑制するために中間圧インジェクション流路１３に冷媒を流す時間が短縮され得る。つまり、冷凍サイクル装置１０４では、冷凍サイクル装置１００と比べて、吐出温度の上昇が検知されてから通常運転が再開されるまでの時間が短縮され得る。そのため、冷凍サイクル装置１０４では、冷凍サイクル装置１００と比べて、吐出温度の上昇を抑制するプロセスに起因した能力低下が抑制されている。

（変形例）
図６～図８は、図５に示される冷凍サイクル装置１０４の第１変形例～第３変形例を示すブロック図である。なお、図６～図８では、温度センサ２００および制御部２１０の図示が省略されている。

図６に示される冷凍サイクル装置１０５は、冷凍サイクル装置１０４と基本的に同様の構成を備えるが、第２冷媒が循環する第２冷媒回路２０をさらに含み、冷却部６において冷媒に対する冷熱源が第２冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０４とは異なる。冷凍サイクル装置１０５の冷却部６は、上述した図２に示される冷凍サイクル装置１０１の冷却部６と同様の構成を備えている。

図７に示される冷凍サイクル装置１０６は、冷凍サイクル装置１０４と基本的に同様の構成を備えるが、冷却部６が内部熱交換器であって、冷却部６において中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒に対する冷熱源が、第１膨張弁３と圧縮機１の吸入ポートとの間を流れる冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０４とは異なる。冷凍サイクル装置１０６の冷却部６は、上述した図３に示される冷凍サイクル装置１０２の冷却部６と同様の構成を備えている。

図８に示される冷凍サイクル装置１０７は、冷凍サイクル装置１０６と基本的に同様の構成を備えるが、冷却部６において中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒に対する冷熱源が、蒸発器４と圧縮機１の吸入ポートとの間を流れる冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０６とは異なる。冷凍サイクル装置１０７の冷却部６は、上述した図４に示される冷凍サイクル装置１０３の冷却部６と同様の構成を備えている。

図６～図８に示された冷凍サイクル装置１０５，１０６，１０７は、バイパス流路１４および調整弁１５をさらに含む中間圧インジェクション流路１３を備えているため、冷凍サイクル装置１０４と同等の効果を奏することができる。

実施の形態３．
図９に示されるように、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１０８は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、冷媒回路が第２の冷却部７をさらに含む点で、冷凍サイクル装置１００とは異なる。

第２の冷却部７は、凝縮器２と中間圧インジェクション流路１３の上記第１端との間を流れる冷媒を第２の冷熱源によって冷却する。第２の冷却部７では、凝縮器２にて凝縮された冷媒が過冷却される。第２の冷却部７は、過冷却器として作用する。第２の冷却部７は、冷媒回路において凝縮器２と中間圧インジェクション流路１３の上記第１端との間に配置されている。第２の冷却部７は、冷媒が流入する冷媒流入部と、冷媒が空気などの第２の冷熱源と熱交換する熱交換部と、冷媒が流出する冷媒流出部とを有している。

第２膨張弁５の開度がゼロであるとき、すなわち第２膨張弁５が閉じているとき、凝縮器２にて凝縮されかつ第２の冷却部７にて過冷却された全冷媒は第１膨張弁３に流入し、冷媒は中間圧インジェクション流路１３に流れない。第２膨張弁５の開度がゼロよりも大きいとき、凝縮器２にて凝縮されかつ第２の冷却部７にて過冷却された冷媒の一部は中間圧インジェクション流路１３を流れる。

冷凍サイクル装置１０８は、冷却部６を含む中間圧インジェクション流路１３を備えているため、冷凍サイクル装置１００と同等の効果を奏することができる。

さらに、冷凍サイクル装置１０８では、冷媒回路が第２の冷却部７を含んでいるため、第１膨張弁３に流入する冷媒の過冷却度は、冷凍サイクル装置１００のそれと比べて、高い。その結果、冷凍サイクル装置１０８の性能は、冷凍サイクル装置１００の性能と比べて、高い。

（変形例）
図１０～図１２は、図９に示される冷凍サイクル装置１０８の第１変形例～第３変形例を示すブロック図である。なお、図１０～図１２では、温度センサ２００および制御部２１０の図示が省略されている。

図１０に示される冷凍サイクル装置１０９は、冷凍サイクル装置１０８と基本的に同様の構成を備えるが、第２冷媒が循環する第２冷媒回路２０をさらに含み、冷却部６において冷媒に対する冷熱源が第２冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０８とは異なる。冷凍サイクル装置１０９の冷却部６は、上述した図２に示される冷凍サイクル装置１０１の冷却部６と同様の構成を備えている。

図１１に示される冷凍サイクル装置１１０は、冷凍サイクル装置１０８と基本的に同様の構成を備えるが、冷却部６が内部熱交換器であって、冷却部６において中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒に対する冷熱源が、第１膨張弁３と圧縮機１の吸入ポートとの間を流れる冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０８とは異なる。冷凍サイクル装置１１０の冷却部６は、上述した図３に示される冷凍サイクル装置１０２の冷却部６と同様の構成を備えている。さらに、冷凍サイクル装置１１０は、第３冷媒が循環する第３冷媒回路３０をさらに含み、第２の冷却部７において第１流路１０を流れる冷媒に対する冷熱源が第３冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０８とは異なる。

第３冷媒回路３０は、第３圧縮機３１、第３凝縮器３２、第４膨張弁３３、および第２の冷却部７を含む。第３冷媒は、第３圧縮機３１、第３凝縮器３２、第４膨張弁３３、および第２の冷却部７を、この記載順に循環する。第２の冷却部７において、第３冷媒回路３０を流れる第３冷媒は第１流路１０を流れる冷媒から気化熱を吸収して蒸発する。これにより、第２の冷却部７は、第１流路１０を流れる冷媒を、第３冷媒回路３０を流れる第３冷媒によって冷却する。第３圧縮機３１および第４膨張弁３３の動作条件は、第２の冷却部７を流れる第３冷媒が第１流路１０を流れる冷媒を十分に冷却し得るように、設定される。第３冷媒は、任意の冷媒であればよい。第３冷媒の比熱比は、例えば上記第１冷媒の比熱比よりも低い。第３冷媒の比熱比は、例えば上記第１冷媒の比熱比と等しくてもよい。

図１２に示される冷凍サイクル装置１１１は、冷凍サイクル装置１１０と基本的に同様の構成を備えるが、冷却部６において中間圧インジェクション流路１３を流れる冷媒に対する冷熱源が、蒸発器４と圧縮機１の吸入ポートとの間を流れる冷媒である点で、冷凍サイクル装置１１０とは異なる。冷凍サイクル装置１１１の冷却部６は、上述した図４に示される冷凍サイクル装置１０３の冷却部６と同様の構成を備えている。さらに、冷凍サイクル装置１１０は、第３冷媒が循環する第３冷媒回路３０をさらに含み、第２の冷却部７において第１流路１０を流れる冷媒に対する冷熱源が第３冷媒である点で、冷凍サイクル装置１０８とは異なる。冷凍サイクル装置１１１の第２の冷却部７は、上述した図１１に示される冷凍サイクル装置１１０の第２の冷却部７と同様の構成を備えている。

図１０～図１２に示された冷凍サイクル装置１０９，１１０，１１１は、冷媒回路が第２の冷却部７をさらに含むため、冷凍サイクル装置１０９と同等の効果を奏することができる。なお、冷凍サイクル装置１０８，１０９の第２の冷却部７は、冷凍サイクル装置１１０，１１１の第２の冷却部７と同様の構成を備えていてもよく、冷凍サイクル装置１１０，１１１の第２の冷却部７は、冷凍サイクル装置１０８，１０９の第２の冷却部７と同様の構成を備えていてもよい。

以上のように本開示の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本開示の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 第１膨張弁、４ 蒸発器、５ 第２膨張弁、６ 冷却部、７ 第２の冷却部、１０ 第１流路、１１ 第２流路、１２ 第３流路、１３ 中間圧インジェクション流路、１４ バイパス流路、１５ 調整弁、２０ 第２冷媒回路、２１ 第２圧縮機、２２ 第２凝縮器、２３ 第３膨張弁、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１ 冷凍サイクル装置、２００ 温度センサ、２１０ 制御部。

Claims (6)

1. 圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒が前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１膨張弁、および前記蒸発器を順に循環する第１冷媒回路を備え、
   前記圧縮機は、第１圧力の前記冷媒を吐出する吐出ポートと、前記第１圧力よりも低い第２圧力の前記冷媒を吸入する吸入ポートと、前記第１圧力と前記第２圧力との間の中間圧の前記冷媒が流入する中間圧ポートとを有し、
   前記第１冷媒回路において前記凝縮器と前記第１膨張弁との間に接続されている第１端と、前記圧縮機の前記中間圧ポートに接続されている第２端とを有し、前記凝縮器から流出した冷媒の一部を前記圧縮機に戻す中間圧インジェクション流路をさらに備え、
   前記中間圧インジェクション流路は、前記中間圧インジェクション流路を流れる前記冷媒を冷熱源によって冷却する冷却部を含み、
   前記中間圧インジェクション流路は、第２膨張弁をさらに含み、前記冷却部は前記第２膨張弁と前記圧縮機の前記中間圧ポートとの間に配置されており、
   前記冷熱源は、前記第１冷媒回路において前記第１膨張弁と前記圧縮機の前記吸入ポートとの間を流れる前記冷媒であり、
   前記冷却部において、前記中間圧インジェクション流路を流れる冷媒は、前記第１膨張弁と前記蒸発器とを接続する流路と熱交換する、冷凍サイクル装置。
2. 前記第１冷媒回路は、前記凝縮器と前記中間圧インジェクション流路の前記第１端との間を流れる前記冷媒を第２の冷熱源によって冷却する第２の冷却部をさらに含む、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記中間圧インジェクション流路は、前記第２膨張弁をバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整する調整弁とを有している、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記吐出ポートから吐出される高圧の前記冷媒の温度が判定値よりも高いときの前記調整弁の開度は、前記吐出ポートから吐出される高圧の前記冷媒の温度が前記判定値以下であるときの前記開度と比べて、高い、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷媒の比熱比は、１．１６以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記冷媒は、二酸化炭素を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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