特開 2024-66056 冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024066056

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20240508BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 321A

F25B1/00 399Y

F25B1/00 101E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022175292

(22)【出願日】2022-11-01

(71)【出願人】

【識別番号】000108797

【氏名又は名称】エスペック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】臼井 拓巳

(57)【要約】

【課題】圧縮機の異常高温を防止しつつ、蒸発器による冷却能力を増大させる。
【解決手段】冷凍装置１００は、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５が接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路１を備える。凝縮器３は、冷媒を冷却水と熱交換させる。冷媒回路１は、蒸発器５から圧縮機２へ流れる冷媒を、凝縮器３で熱交換した後の冷却水と熱交換させて冷却する冷却熱交換器６を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、放熱器、膨張機構および蒸発器が接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備え、
前記放熱器は、冷媒を冷却媒体と熱交換させ、
前記冷媒回路は、前記蒸発器から前記圧縮機へ流れる冷媒を、前記放熱器で熱交換した後の前記冷却媒体と熱交換させて冷却する冷却熱交換器を有している冷凍装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷凍装置において、
前記冷媒回路は、
流入端および流出端が、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸入管に接続され、前記冷却熱交換器が設けられるバイパス管と、
所定の条件に基づき、前記蒸発器から流出した冷媒が前記バイパス管に流れるのを阻止する状態と前記蒸発器から流出した冷媒の少なくとも一部が前記バイパス管に流れる状態とを切り換える流路切換機構とをさらに有している冷凍装置。

【請求項3】

請求項２に記載の冷凍装置において、
前記流路切換機構は、前記吸入管における前記バイパス管の前記流入端よりも上流側の冷媒である上流側冷媒の温度が、前記放熱器で熱交換した後の前記冷却媒体の温度である対象温度以下の場合には、前記上流側冷媒が前記バイパス管に流れるのを阻止し、前記上流側冷媒の温度が前記対象温度よりも高い場合には、前記上流側冷媒の少なくとも一部を前記バイパス管に流す冷凍装置。

【請求項4】

請求項２または３に記載の冷凍装置において、
前記冷媒回路は、
流入端が、前記放熱器と前記膨張機構とを接続する高圧液管に接続され、流出端が前記吸入管に接続され、前記高圧液管の冷媒の一部を前記吸入管にインジェクションするインジェクション管と、
前記インジェクション管のインジェクション量を、前記吸入管における前記バイパス管の前記流出端および前記インジェクション管の前記流出端よりも下流側の冷媒の温度に応じて調整する調整機構とをさらに有している冷凍装置。

【請求項5】

請求項４に記載の冷凍装置において、
前記インジェクション管の前記流出端は、前記吸入管における前記バイパス管の前記流出端よりも下流側の部分に接続されている冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に開示の冷凍装置は、圧縮機が異常高温となるのを防止するための液インジェクション管を備えている。具体的に、特許文献１の液インジェクション管は、凝縮器から流出した液冷媒の一部を、圧縮機の吸入管にインジェクションする。これにより、圧縮機の吸入冷媒が液冷媒によって冷却され、圧縮機の異常高温が防止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－８７６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、前述した特許文献１のような冷凍装置では、蒸発器による冷却能力が低下してしまう問題がある。即ち、凝縮器から流出した液冷媒の一部が蒸発器をバイパスして圧縮機の吸入管に供給されるので、その分、凝縮器から蒸発器へ流れる冷媒流量が減少してしまう。

【0005】

本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮機の異常高温を防止しつつ、蒸発器による冷却能力を増大させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の冷凍装置は、圧縮機、放熱器、膨張機構および蒸発器が接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。前記放熱器は、冷媒を冷却媒体と熱交換させる。前記冷媒回路は、前記蒸発器から前記圧縮機へ流れる冷媒を、前記放熱器で熱交換した後の前記冷却媒体と熱交換させて冷却する冷却熱交換器を有している。

【0007】

前記の構成では、冷媒回路を冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。つまり、圧縮機で圧縮された冷媒は、放熱器に流れて、水等の冷却媒体と熱交換して放熱する。放熱器で放熱した冷媒は、膨張機構に流れて膨張する。膨張機構で膨張した冷媒は、蒸発器に流れて、空気等の対象物と熱交換して吸熱し、対象物が冷却される。冷媒は、吸熱することで蒸発する。蒸発器で蒸発した冷媒は、圧縮機へ戻り、再び圧縮される。

【0008】

ここで、蒸発器で蒸発した冷媒は、圧縮機へ流れる際、冷却熱交換器で冷却される。具体的に、冷却熱交換器には、蒸発器から冷媒が流入する一方、放熱器で冷媒と熱交換した後の冷却媒体が供給される。冷却熱交換器では、冷媒が冷却媒体と熱交換して放熱し、冷却される。冷却熱交換器で冷却された冷媒は、圧縮機に流れる。こうして、圧縮機の吸入冷媒が冷却されることで、圧縮機の異常高温が防止される。そして、冷却熱交換器においては、冷媒の冷却源として、放熱器で用いた後の冷却媒体が利用される。そのため、従来のように放熱器を流出した冷媒の一部を圧縮機の吸入側にインジェクションするインジェクション量が低減され得る。インジェクション量が低減されることで、冷媒回路において蒸発器へ流れる冷媒流量が増大する。これにより、圧縮機の異常高温を防止しつつ、蒸発器による冷却能力を増大させることができる。

【0009】

前記冷媒回路は、バイパス管と、流路切換機構とをさらに有していてもよい。前記バイパス管は、流入端および流出端が、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸入管に接続され、前記冷却熱交換器が設けられているものである。前記流路切換機構は、所定の条件に基づき、蒸発器から流出した冷媒が前記バイパス管に流れるのを阻止する状態と蒸発器から流出した冷媒の少なくとも一部が前記バイパス管に流れる状態とを切り換える。

【0010】

前記の構成では、バイパス管は、その流入端および流出端が吸入管に接続されて吸入管の一部をバイパスする。そして、蒸発器から圧縮機へ流れる冷媒の流路が、所定の条件に基づいて切り換えられる。つまり、冷却熱交換器によって冷媒を冷却し得る場合には、蒸発器から流出した冷媒の全量または一部はバイパス管を通過して圧縮機へ流れる。そのため、冷媒を冷却熱交換器で冷却したうえで圧縮機へ流すことができる。したがって、圧縮機の異常高温を防止することができる。

【0011】

前記流路切換機構は、前記吸入管における前記バイパス管の前記流入端よりも上流側の冷媒である上流側冷媒の温度が、前記放熱器で熱交換した後の前記冷却媒体の温度である対象温度以下の場合には、前記上流側冷媒が前記バイパス管に流れるのを阻止し、前記上流側冷媒の温度が前記対象温度よりも高い場合には、前記上流側冷媒を前記バイパス管に流すようにしてもよい。

【0012】

前記の構成では、上流側冷媒の温度が対象温度以下である場合は、上流側冷媒はバイパス管を通過することなく吸入管を通って圧縮機へ流れる。つまり、上流側冷媒は冷却熱交換器を通過することなく圧縮機へ流れる。そのため、圧縮機の吸入冷媒が冷却媒体によって加熱されることを防止し得る。一方、上流側冷媒の温度が対象温度よりも高い場合は、上流側冷媒はバイパス管を通過して圧縮機へ流れる。つまり、上流側冷媒は冷却熱交換器を通過して圧縮機へ流れる。そのため、圧縮機の吸入冷媒を冷却媒体によって冷却することができる。このように、上流側冷媒を冷却したうえで圧縮機へ流すことができる。したがって、さらに確実に圧縮機の異常高温を防止することができる。

【0013】

前記冷媒回路は、インジェクション管と、調整機構とをさらに有していてもよい。前記インジェクション管は、流入端が、前記放熱器と前記膨張機構とを接続する高圧液管に接続され、流出端が前記吸入管に接続され、前記高圧液管の冷媒の一部を前記吸入管にインジェクションする。前記調整機構は、前記インジェクション管のインジェクション量を、前記吸入管における前記バイパス管の前記流出端および前記インジェクション管の前記流出端よりも下流側の冷媒の温度に応じて調整する。

【0014】

前記の構成では、高圧液管の冷媒の一部がインジェクション管を介して吸入管にインジェクションされると、吸入管の冷媒が高圧液管の冷媒によって冷却される。そのため、吸入管の冷媒は、冷却熱交換器およびインジェクション管の２段階で冷却され得る。つまり、インジェクション管による冷却量は、吸入管の冷媒に対する必要冷却量の一部を賄えるものであればよい。そのため、インジェクション管のインジェクション量が従来より低減される。インジェクション量は、インジェクション管が賄わなければならない冷却量に応じて調整機構によって調整される。なお、吸入管の冷媒に対する必要冷却量は、蒸発器から吸入管に流出した冷媒を所定の温度（即ち、圧縮機の吸入温度の目標値）に冷却するために必要な冷却量である。

【0015】

前記インジェクション管の前記流出端は、前記吸入管における前記バイパス管の前記流出端よりも下流側の部分に接続されていてもよい。

【0016】

前記の構成では、吸入管の冷媒が、冷却熱交換器で冷却された後、インジェクション管によるインジェクションによってさらに冷却される。そのため、例えば吸入管の冷媒がインジェクション管によるインジェクションで冷却された後に冷却熱交換器で冷却される場合と比べて、前記対象温度を低い値に設定しなくてもよい。その結果、放熱器に供給される冷却媒体として、低温の冷却媒体を用意しなくてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本開示の冷凍装置によれば、圧縮機の異常高温を防止しつつ、蒸発器による冷却能力を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】冷凍装置を示す配管系統図である。

【図2】制御装置およびその周辺機器を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0020】

図１は、冷凍装置１００を示す配管系統図である。冷凍装置１００は、例えば、環境試験装置に設けられ、試験室内を設定温度に冷却するものである。冷凍装置１００は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路１と、制御装置９とを備えている。冷媒回路１は、圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蒸発器５とが配管接続されて閉回路に形成されている。

【0021】

圧縮機２は、吸入側から吸入した冷媒を圧縮して吐出側から吐出するものであり、例えば、スクロール型やロータリ型の回転式圧縮機である。圧縮機２の吐出側には、吐出管１１が接続されており、吐出管１１は、凝縮器３に接続されている。つまり、吐出管１１は、圧縮機２と凝縮器３とを接続している。

【0022】

凝縮器３は、圧縮機２から送られた冷媒を冷却水と熱交換させる熱交換器である。具体的に、凝縮器３は、第１流路３１および第２流路３２を有している。第１流路３１の流入端には吐出管１１が接続され、第１流路３１の流出端には高圧液管１２が接続されている。第２流路３２の流入端には、冷却水を供給する流入管１６ａが接続され、第２流路３２の流出端には、第２流路３２から冷却水が流出する流出管１６ｂが接続されている。凝縮器３では、第１流路３１の冷媒が第２流路３２の冷却水と熱交換して凝縮する。つまり、冷媒は冷却水に放熱して凝縮し、冷却水が加熱される。凝縮器３は放熱器の一例であり、冷却水は冷却媒体の一例である。

【0023】

膨張弁４は、凝縮器３で凝縮した液冷媒を膨張させる。膨張弁４の流入側には高圧液管１２が接続され、膨張弁４の流出側には低圧液管１３を介して蒸発器５が接続されている。つまり、高圧液管１２は凝縮器３と膨張弁４とを接続し、低圧液管１３は膨張弁４と蒸発器５とを接続している。膨張弁４は、膨張機構の一例であり、例えば開度可変の電動弁である。

【0024】

蒸発器５は、膨張弁４で膨張した液冷媒を空気と熱交換させる熱交換器である。冷凍装置１００は、蒸発器５の近傍に設けられるファン５ａを有している。ファン５ａは、試験室内の空気を蒸発器５との間で循環させる。蒸発器５では、液冷媒がファン５ａによって送られた空気と熱交換して蒸発する。つまり、液冷媒は空気から吸熱して蒸発し、空気が冷却される。蒸発器５の流出側には、吸入管１４が接続され、吸入管１４は、圧縮機２の吸入側に接続されている。つまり、吸入管１４は、蒸発器５と圧縮機２とを接続している。蒸発器５で蒸発したガス冷媒は、吸入管１４を介して圧縮機２の吸入側に吸入される。

【0025】

このように、冷媒回路１では、冷媒が、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５の順に循環することで、蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

【0026】

さらに、冷媒回路１は、バイパス管１７と、冷却熱交換器６と、流路切換機構７と、インジェクション管１８と、流量調整弁８とを有している。

【0027】

バイパス管１７は、流入端１７ａおよび流出端１７ｂが吸入管１４に接続され、冷却熱交換器６が設けられる管である。つまり、バイパス管１７は、その両端が吸入管１４に接続され、吸入管１４の途中の一部をバイパスする。なお、当然ながら、吸入管１４においては、バイパス管１７の流出端１７ｂは、バイパス管１７の流入端１７ａよりも下流側に接続されている。

【0028】

冷却熱交換器６は、蒸発器５から圧縮機２へ流れる冷媒を、凝縮器３で熱交換した後の冷却水と熱交換させて冷却する。冷却熱交換器６は、バイパス管１７の途中に設けられている。以下、蒸発器５から圧縮機２へ流れる冷媒を、吸入管１４の冷媒と称する場合がある。

【0029】

具体的に、冷却熱交換器６は、第１流路６１および第２流路６２を有している。第１流路６１にはバイパス管１７が接続され、第２流路６２には流出管１６ｂが接続されている。第１流路６１には、吸入管１４の冷媒がバイパス管１７を介して流入する。第２流路６２には、凝縮器３で加熱された冷却水が流出管１６ｂを介して流入する。冷却熱交換器６では、第１流路６１の冷媒が第２流路６２の冷却水と熱交換して冷却される。

【0030】

流路切換機構７は、所定の条件に基づき、蒸発器５から流出した冷媒がバイパス管１７に流れるのを阻止する状態と蒸発器５から流出した冷媒の少なくとも一部がバイパス管１７に流れる状態とを切り換える。

【0031】

具体的に、流路切換機構７は、吸入管１４におけるバイパス管１７の流入端１７ａよりも上流側の冷媒である上流側冷媒の温度が、凝縮器３で熱交換した後の冷却水の温度である対象温度以下の場合には、上流側冷媒がバイパス管１７に流れるのを阻止する。また、流路切換機構７は、上流側冷媒の温度が前述の対象温度よりも高い場合には、上流側冷媒をバイパス管１７に流す。つまり、流路切換機構７は、上流側冷媒の温度と前述の対象温度との大小関係に応じて、上流側冷媒が冷却熱交換器６を通過せずに圧縮機２へ流れる流路と、上流側冷媒が冷却熱交換器６を通過して圧縮機２へ流れる流路とを切り換える。さらに言えば、流路切換機構７は、上流側冷媒の温度と対象温度との大小関係を、前述の所定の条件としている。この例では、吸入管１４の上流側冷媒の温度は、蒸発器５における冷媒の蒸発温度に相当する。

【0032】

具体的に、流路切換機構７は、第１開閉弁７１および第２開閉弁７２を有している。この例では、第１開閉弁７１および第２開閉弁７２は何れも、全開状態と全閉状態とに切り換えられる電磁弁である。第１開閉弁７１は、吸入管１４におけるバイパス管１７の流入端１７ａと流出端１７ｂの間の部分に設けられている。第２開閉弁７２は、バイパス管１７における冷却熱交換器６よりも上流側の部分に設けられている。流路切換機構７は、第１開閉弁７１および第２開閉弁７２の開閉状態を切り換えることで流路を切り換える。

【0033】

インジェクション管１８は、流入端１８ａが高圧液管１２に接続され、流出端１８ｂが吸入管１４に接続され、高圧液管１２の冷媒の一部を吸入管１４にインジェクションする。より詳しくは、インジェクション管１８の流出端１８ｂは、吸入管１４におけるバイパス管１７の流出端１７ｂよりも下流側の部分に接続されている。インジェクション管１８は、高圧液管１２の冷媒の一部を吸入管１４にインジェクションすることで、インジェクションした冷媒によって吸入管１４の冷媒を冷却する。

【0034】

流量調整弁８は、インジェクション管１８のインジェクション量を、吸入管１４におけるバイパス管１７の流出端１７ｂおよびインジェクション管１８の流出端１８ｂよりも下流側の冷媒の温度に応じて調整する。吸入管におけるバイパス管１７の流出端１７ｂおよびインジェクション管１８の流出端１８ｂよりも下流側の冷媒の温度は、圧縮機２に吸入される直前の吸入冷媒の温度に相当し、以下、圧縮機２の吸入冷媒の温度と称する場合がある。

【0035】

具体的に、流量調整弁８は、インジェクション管１８に設けられている。流量調整弁８は、開度可変に構成されている。流量調整弁８は、圧縮機２の吸入冷媒の温度がその目標温度となるように、開度を変更してインジェクション量を調整する。圧縮機２の吸入冷媒の目標温度は、圧縮機２に液冷媒が吸入されることを防止しつつ、圧縮機２の異常高温を防止し得る温度に設定される。流量調整弁８は、調整機構の一例であり、例えば、いわゆる感温式膨張弁である。感温式膨張弁は、圧縮機２の吸入冷媒の温度と目標温度との温度差に応じて、自動的に開度を変更するものであり、温度自動膨張弁とも呼ばれる場合がある。

【0036】

また、冷媒回路１には、第１温度センサ９６、第２温度センサ９７および第３温度センサ９８が設けられている。第１温度センサ９６は、吸入管１４における上流側冷媒の温度、即ち、吸入管１４におけるバイパス管１７の流入端１７ａよりも上流側の冷媒の温度を検出する。第１温度センサ９６は、吸入管１４におけるバイパス管１７の流入端１７ａよりも上流側の部分に設けられている。第２温度センサ９７は、前述した対象温度、即ち、凝縮器３で熱交換した後の冷却水の温度を検出する。第２温度センサ９７は、流出管１６ｂにおける冷却熱交換器６よりも上流側の部分に設けられている。第３温度センサ９８は、圧縮機２の吸入冷媒の温度を検出する。第３温度センサ９８は、吸入管１４におけるインジェクション管１８の流出端１８ｂよりも下流側の部分に設けられている。第３温度センサ９８は、いわゆる感温筒であり、流量調整弁８と接続されている。流量調整弁８は、第３温度センサ９８の検出値が入力され、その入力された検出値に応じて自動的に自身の開度を変更する。

【0037】

図２は、制御装置９およびその周辺機器のブロック図である。制御装置９は、冷媒回路１の全体を制御する。例えば、制御装置９は、圧縮機２の回転数や膨張弁４の開度、ファン５ａの回転数等を制御する。具体的に、制御装置９は、入力部９１を有すると共に、機能ブロックとして、取得部９２と、弁制御部９３とを有している。

【0038】

入力部９１は、ユーザからの入力操作を受け付ける。ユーザは、入力部９１によって冷凍装置１００の運転に関する各種条件を設定することが可能である。例えば、ユーザは、試験室内の目標温度や圧縮機２の吸入冷媒の目標温度を設定することが可能である。入力部９１は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネルである。

【0039】

取得部９２は、第１温度センサ９６および第２温度センサ９７と通信可能である。取得部９２は、第１温度センサ９６の検出値を受信することで、吸入管１４における上流側冷媒の温度を取得する。また、取得部９２は、第２温度センサ９７の検出値を受信することで、対象温度を取得する。

【0040】

弁制御部９３は、流路切換機構７を制御する。具体的に、弁制御部９３は、取得部９２によって取得された吸入管１４における上流側冷媒の温度と対象温度との大小関係に応じて、第１開閉弁７１および第２開閉弁７２を制御する。より詳しくは、弁制御部９３は、吸入管１４における上流側冷媒の温度が対象温度以下である場合には、第１開閉弁７１を開弁させ、第２開閉弁７２を閉弁させる。弁制御部９３は、吸入管１４における上流側冷媒の温度が対象温度よりも高い場合には、第１開閉弁７１を閉弁させ、第２開閉弁７２を開弁させる。

【0041】

次に、このように構成された冷凍装置１００の動作について説明する。

【0042】

圧縮機２で圧縮された高圧冷媒は、吐出管１１を介して凝縮器３に流れる。凝縮器３では、高圧冷媒が冷却水と熱交換して凝縮する。凝縮器３から高圧液管１２に流出した液冷媒の一部は、インジェクション管１８に流れ、残りの液冷媒は、膨張弁４によって膨張した後、低圧液管１３を介して蒸発器５に流れる。一方、凝縮器３で熱交換した後の冷却水は、流出管１６ｂを介して冷却熱交換器６に供給される。蒸発器５では、液冷媒が試験室の空気と熱交換して蒸発し、空気が冷却される。これにより、試験室内が所定の設定温度に冷却される。

【0043】

蒸発器５で蒸発した冷媒は、吸入管１４に流出する。ここで、吸入管１４における上流側冷媒の温度が対象温度よりも高い場合、弁制御部９３によって、第１開閉弁７１が閉弁されると共に第２開閉弁７２が開弁される。そうすると、吸入管１４における上流側冷媒の全量が、バイパス管１７を介して冷却熱交換器６に流れる。冷却熱交換器６においては、冷却水が冷媒よりも温度が低いので、冷媒が冷却水と熱交換して冷却される。

【0044】

冷却熱交換器６で冷却された冷媒は、バイパス管１７から吸入管１４に戻る。吸入管１４に戻った冷媒は、インジェクション管１８から吸入管１４にインジェクションされた冷媒と混合されてさらに冷却される。ここで、インジェクション管１８のインジェクション量が、流量調整弁８によって適切に調整される。つまり、圧縮機２の吸入冷媒の温度がその目標温度となるように、流量調整弁８が開度を自動的に変更してインジェクション量を調整する。こうして、インジェクション量が調整されることで、圧縮機２の吸入冷媒の温度がその目標温度に維持される。したがって、圧縮機２の異常高温が防止される。

【0045】

このように、吸入管１４の冷媒は、インジェクション管１８によって冷却されるだけでなく、冷却熱交換器６によっても冷却される。そのため、従来のようにインジェクション管のみで冷却する場合に比べて、インジェクション管１８による必要冷却量が低減される。これにより、インジェクション管１８の必要インジェクション量が低減され、その分、凝縮器３から蒸発器５へ流れる冷媒量が増大する。

【0046】

一方、吸入管１４における上流側冷媒の温度が対象温度以下である場合、弁制御部９３によって、第１開閉弁７１が開弁されると共に第２開閉弁７２が閉弁される。そうすると、吸入管１４における上流側冷媒の全量が、バイパス管１７および冷却熱交換器６を通過することなく、そのまま吸入管１４を流れる。この吸入管１４の冷媒は、前述と同様、インジェクション管１８から吸入管１４にインジェクションされた冷媒と混合されて冷却される。そして、インジェクション管１８のインジェクション量は、圧縮機２の吸入冷媒の温度がその目標温度となるように、流量調整弁８によって自動的に調整される。こうして、インジェクション量が調整されることで、圧縮機２の異常高温が防止される。

【0047】

以上のように構成された冷凍装置１００によれば、圧縮機２の異常高温を防止しつつ、蒸発器５による冷却能力を増大させることができる。

【0048】

具体的に、冷凍装置１００は、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５が接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路１を備えている。凝縮器３は、冷媒を冷却水と熱交換させる。冷媒回路１は、蒸発器５から圧縮機２へ流れる冷媒を、凝縮器３で熱交換した後の冷却水と熱交換させて冷却する冷却熱交換器６を有している。

【0049】

この構成によれば、蒸発器５で蒸発した冷媒は、圧縮機２へ流れる際に冷却熱交換器６で冷却される。そのため、圧縮機２の吸入冷媒が冷却されるので、圧縮機２の異常高温を防止することができる。そして、冷却熱交換器６においては、冷媒の冷却源として、凝縮器３で熱交換した後の冷却水が利用される。そのため、従来のように凝縮器を流出した冷媒の一部を圧縮機の吸入側にインジェクションする量が低減され得る。このようなインジェクション量が低減されることで、冷媒回路１において蒸発器５へ流れる冷媒量が増大する。したがって、圧縮機２の異常高温を防止しつつ、蒸発器５による冷却能力を増大させることができる。

【0050】

また、冷媒回路１は、流入端１７ａおよび流出端１７ｂが吸入管１４に接続され、冷却熱交換器６が設けられるバイパス管１７を有している。また、冷媒回路１は、所定の条件に基づき、蒸発器５から流出した冷媒がバイパス管１７に流れるのを阻止する状態と蒸発器５から流出した冷媒の少なくとも一部がバイパス管１７に流れる状態とを切り換える流路切換機構７を有している。具体的に、流路切換機構７は、吸入管１４におけるバイパス管１７の流入端１７ａよりも上流側の上流側冷媒の温度が、凝縮器３で熱交換した後の冷却水の温度である対象温度以下の場合には、上流側冷媒がバイパス管１７に流れるのを阻止し、上流側冷媒の温度が対象温度よりも高い場合には、上流側冷媒をバイパス管１７に流す。

【0051】

この構成によれば、上流側冷媒の温度が対象温度以下である場合は、上流側冷媒はバイパス管１７を通過することなく吸入管１４を通って圧縮機２へ流れる。つまり、上流側冷媒は冷却熱交換器６を通過することなく圧縮機２へ流れる。そのため、圧縮機２の吸入冷媒が冷却水によって加熱されてしまうことを防止し得る。一方、上流側冷媒の温度が対象温度よりも高い場合は、上流側冷媒はバイパス管１７を通過して圧縮機２へ流れる。つまり、上流側冷媒は、冷却熱交換器６を通過して圧縮機２へ流れる。そのため、圧縮機２の吸入冷媒が冷却水によって冷却される。このように、圧縮機２の吸入冷媒が冷却水によって冷却されるので、圧縮機２の異常高温を一層防止することができる。

【0052】

また、冷媒回路１は、流入端１８ａが高圧液管１２に接続され、流出端１８ｂが吸入管１４に接続され、高圧液管１２の冷媒の一部を吸入管１４にインジェクションするインジェクション管１８を有している。また、冷媒回路１は、インジェクション管１８のインジェクション量を、圧縮機２の吸入冷媒の温度に応じて調整する流量調整弁８を有している。

【0053】

この構成によれば、インジェクション管１８は、高圧液管１２の冷媒の一部を吸入管１４にインジェクションすることで、吸入管１４の冷媒を冷却する。そのため、吸入管１４の冷媒は、インジェクション管１８および冷却熱交換器６の両方によって冷却される。そのため、従来のようにインジェクション管のみで冷却する場合に比べて、インジェクション管１８による必要冷却量を低減することができる。これにより、インジェクション管１８の必要インジェクション量が低減され、その分、凝縮器３から膨張弁４を介して蒸発器５へ流れる冷媒量が増大する。したがって、蒸発器５による冷却能力を増大させることができる。この構成は、吸入管１４の冷媒に対する必要冷却量を冷却水のみによって賄えない場合に有効である。

【0054】

また、インジェクション管１８の流出端１８ｂは、吸入管１４におけるバイパス管１７の流出端１７ｂよりも下流側の部分に接続されている。

【0055】

この構成によれば、吸入管１４の冷媒が、冷却熱交換器６で冷却された後、インジェクション管１８によるインジェクションによってさらに冷却される。そのため、例えば吸入管の冷媒をインジェクション管によって冷却した後に冷却熱交換器によって冷却する場合と比べて、対象温度を低い値に設定しなくてもよい。その結果、凝縮器３に供給する冷却水として、低温の冷却水を用意しなくてもよい。

【0056】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0057】

例えば、流路切換機構７は、上流側冷媒の全量をバイパス管１７に流すのではなく、上流側冷媒の一部はバイパス管１７に流し、残りはそのまま吸入管１４に流すように構成されてもよい。その場合、第１開閉弁７１および第２開閉弁７２は、開度を連続的または段階的に変更可能な例えば電動弁が用いられる。この構成によれば、バイパス管１７に流す冷媒の流量を連続的または段階的に調整できるため、圧縮機２の吸入冷媒の温度を細かく調節し得る。なお、この場合、第１開閉弁７１および第２開閉弁７２の一方を省略してもよいし、流路切換機構７は三方弁によって構成するようにしてもよい。流路切換機構７を三方弁で構成する場合、三方弁は例えばバイパス管１７の流入端１７ａの位置に設けられる。

【0058】

また、第１温度センサ９６によって検出される上流側冷媒の温度は、例えば、環境試験装置の試験室内の温度で代用するようにしてもよい。上流側冷媒の温度は、蒸発器５から流出する直前の冷媒温度に概ね相当し、この冷媒温度は、試験室内の温度（即ち、試験室内の空気の温度）と実質同等である。この場合、第１温度センサ９６は省略可能である。

【0059】

また、第２温度センサ９７は省略してもよい。この場合、例えば、対象温度を、予備実験等の結果から想定される温度に設定し、その設定された対象温度を制御装置９に記憶させることが考えられる。

【0060】

また、流路切換機構７は、上流側冷媒の温度と対象温度との大小関係を所定の条件としたが、これに限定されず、例えば環境試験装置の試験室内の温度とその設定温度との大小関係を所定の条件としてもよい。つまり、流路切換機構７は、試験室内の温度が設定温度よりも低い場合には、上流側冷媒がバイパス管１７に流れるのを阻止し、試験室内の温度が設定温度よりも高い場合には、上流側冷媒をバイパス管１７に流すようにしてもよい。

【0061】

また、インジェクション管１８の流出端１８ｂは、吸入管１４におけるバイパス管１７の流入端１７ａよりも上流側の部分に接続するようにしてもよい。この構成では、吸入管１４の冷媒は、インジェクション管１８によって冷却された後、冷却熱交換器６によってさらに冷却される。これは、インジェクション管１８からインジェクションされる冷媒の温度が、対象温度、即ち、凝縮器３で熱交換した後の冷却水の温度よりも高い場合に有効である。逆に、前記実施形態の冷凍装置１００は、インジェクション管１８からインジェクションされる冷媒の温度が、対象温度よりも低い場合に有効である。

【0062】

また、流量調整弁８は、弁制御部９３によって開度が制御されるものであってもよい。この場合、第３温度センサ９８は、第１温度センサ９６等と同様、取得部９２と通信可能に構成される。つまり、取得部９２は、第３温度センサ９８の検出値を受信することで、圧縮機２の吸入冷媒の温度を取得する。弁制御部９３は、取得部９２によって取得された吸入冷媒の温度がその目標温度となるように、流量調整弁８の開度を制御する。

【0063】

また、前記実施形態の冷媒回路１において、インジェクション管１８を省略するようにしてもよい。

【0064】

冷凍装置１００は、環境試験装置の試験室内を冷却するものに限らず、例えば、食品等が収容された冷蔵庫または冷凍庫の内部を冷却するものであってもよい。

【符号の説明】

【0065】

１００ 冷凍装置
１ 冷媒回路
２ 圧縮機
３ 凝縮器（放熱器）
４ 膨張弁（膨張機構）
５ 蒸発器
６ 冷却熱交換器
７ 流路切換機構
８ 流量調整弁（調整機構）
１２ 高圧液管
１４ 吸入管
１７ バイパス管
１７ａ 流入端
１７ｂ 流出端
１８ インジェクション管
１８ａ 流入端
１８ｂ 流出端

【図1】

【図2】