特開 2023-136032 冷凍サイクル装置

(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】P2023136032

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20230922BHJP

   F25B 43/00 20060101ALI20230922BHJP

   F25B 41/20 20210101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 385Z

F25B1/00 101Z

F25B43/00 L

F25B41/20 Z

F25B1/00 396B

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022041431

(22)【出願日】2022-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】廣崎 佑

(57)【要約】

【課題】非共沸混合冷媒を用いた空気調和機において、蒸発器への着霜を抑えることができる空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機１２、室内熱交換器７、膨張弁１４及び室外熱交換器１３を順次接続して、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路２を備えた空気調和機１において、室内熱交換器７の流出側と室外熱交換器１３の流入側とを接続する液側配管１６に並列に接続されたバイパス路１７と、バイパス路１７に設けられたレシーバ２２と、レシーバ２２へ流入する冷媒量を調整する第１流量調整弁２０、第２流量調整弁２１と、膨張弁１４および第１流量調整弁２０、第２流量調整弁２１を制御する制御部３と、を有し、制御部３は、冷媒入口温度に基づき第１流量調整弁２０、第２流量調整弁２１を制御して、室外熱交換器１３に流入する液冷媒の量を調整する空気調和機。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器を順次接続して、冷媒として非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置において、
前記凝縮器の流出側と前記蒸発器の流入側とを接続する液側配管に並列に接続されたバイパス路と、
前記バイパス路に設けられた冷媒貯留手段と、
前記冷媒貯留手段へ流入する冷媒量を調整する流量調整手段と、
前記蒸発器に流入する冷媒の温度である冷媒入口温度を検出する入口温度検出手段と、
前記減圧手段および前記流量調整手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記蒸発器の冷媒入口温度に基づき前記流量調整手段を制御して、前記蒸発器に流入する気液二相冷媒の量を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記減圧手段は、前記液側配管における前記バイパス路が分岐する分岐部と前記バイパス路が合流する合流部との間に設けられ、
前記流量調整手段は、前記バイパス路における前記冷媒貯留手段の上流側に設けられて開度を調整できる第１流量調整弁および前記バイパス路における前記冷媒貯留手段の下流側に設けられて開度を調整できる第２流量調整弁を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記制御手段は、前記第１流量調整弁および前記第２流量調整弁が閉じた状態で、前記蒸発器の冷媒入口温度が所定値以下になった場合に、前記第１流量調整弁を開とし前記第２流量調整弁は閉じた状態を維持する、もしくは、前記第２流量調整弁を開とし前記第１流量調整弁の開度を前記第２流量調整弁の開度より大きくすることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記凝縮器の出口側冷媒の乾き度が所定値を超える場合は、前記第１流量調整弁を閉とし前記第２流量調整弁を開とする、もしくは、前記第１流量調整弁を開とし前記第１流量調整弁の開度を前記第２流量調整弁の開度より小さくすることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記減圧手段は、前記液側配管において前記バイパス路が分岐する分岐部よりも上流側に設けられ、
前記流量調整手段は、前記液側配管において前記バイパス路が分岐する前記分岐部もしくは前記バイパス路が合流する合流部に設けられる三方弁であり、
前記冷媒貯留手段は気液分離機能を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項6】

前記制御手段は、前記蒸発器の冷媒入口温度が所定値以下になった場合に、前記三方弁を前記バイパス路側に切換えることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷凍サイクル装置であって、特に非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球環境問題に鑑み、地球環境に悪影響を与えない冷媒を冷凍サイクル装置の作動流体として用いることが望まれている。当該冷媒の候補として非共沸混合冷媒が検討されており、特許文献１には、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置として空気調和機が示されている。この非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置は、単一冷媒を利用する冷凍サイクル装置と同様に、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が順に接続された冷媒回路を備えている。この非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路を利用する空気調和機が暖房運転を行う場合、凝縮器が室内の利用側熱交換器となり、蒸発器が室外の熱源側熱交換器となる。圧縮機から吐出された冷媒は、利用側熱交換器で室内空気と熱交換を行って凝縮し、膨張弁で減圧され、熱源側熱交換器で室外空気と熱交換を行って蒸発した後、圧縮機に吸入される。従来の単一冷媒を用いた冷凍サイクル装置を利用する空気調和機においては、利用側熱交換器内で冷媒の凝縮温度および熱源側熱交換器内での蒸発温度は一定となる。一方、非共沸混合冷媒の場合は、その性質から、利用側熱交換器内で冷媒が凝縮する際に、また、熱源側熱交換器内で冷媒が蒸発する際に、冷媒の温度が変化するという特性を有している。つまり、利用側熱交換器内および熱源側熱交換器内で冷媒温度が一定とはならず、温度勾配が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－１６１８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従って、特許文献１に示す空気調和機において暖房運転を行う場合、蒸発器として機能する熱源側熱交換器の冷媒入口温度が冷媒出口温度より低くなる。熱源側熱交換器での冷媒と室外空気との熱交換量は冷媒温度と室外空気温度との温度差に依存する。暖房能力を向上させるため、熱源側熱交換器の冷媒出口側でも当該温度差を十分に大きくするため冷媒出口温度が低くなるように膨張弁の開度を制御すると、冷媒入口温度は過度に低下する。そのため、例えば、空気調和機の暖房運転時において、冬場等の外気温度が低い場合には、この熱源側熱交換器の冷媒入口部分で着霜が起こりやすくなるという課題がある。

【0005】

上記課題に鑑み、本発明の目的は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、蒸発器への着霜を抑えることができる冷凍サイクル装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、圧縮機、凝縮器、減圧手段及び蒸発器を順次接続して、冷媒として非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置において、凝縮器の流出側と蒸発器の流入側とを接続する液側配管に並列に接続されたバイパス路と、バイパス路に設けられた冷媒貯留手段と、冷媒貯留手段へ流入する冷媒量を調整する流量調整手段と、蒸発器に流入する冷媒の温度である冷媒入口温度を検出する入口温度検出手段と、減圧手段および流量調整手段を制御する制御手段と、を有し、制御手段は、蒸発器の冷媒入口温度に基づき流量調整手段を制御して、蒸発器に流入する気液二相冷媒の量を調整する冷凍サイクル装置である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、蒸発器への着霜を抑えることができる冷凍サイクル装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る空気調和装置の冷凍回路図である。

【図2】本発明の実施形態に係る空気調和装置において冷媒貯留手段に冷媒が貯留していない状態のモリエル線図である。

【図3】本発明の実施形態に係る空気調和装置の制御フロー図である。

【図4】本発明の実施形態に係る空気調和装置において冷媒貯留手段の状態を示す説明図である。

【図5】本発明の実施形態に係る空気調和装置において冷媒貯留手段に冷媒が貯留した状態のモリエル線図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る空気調和装置の冷凍回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明に係る冷凍サイクル装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0010】

本発明に係る冷凍サイクル装置の実施形態である空気調和機１について説明する。図１は、本実施形態の空気調和機１の冷凍回路図である。図２は、本実施形態の空気調和機１において後述するレシーバ２２に冷媒が貯留していない状態のモリエル線図である。

【実施例0011】

図１を参照して、本実施形態である空気調和機１について説明する。図１は本実施形態における空気調和機１の冷媒回路図を示す。空気調和機１は、冷媒回路２と制御部３を備え、冷房運転と暖房運転が可能である。冷媒回路２は、冷媒として非共沸混合冷媒が循環する。非共沸混合冷媒は、例えば、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆの混合冷媒である。冷媒回路２は、室外に配置される室外機１１と室内に配置される室内機５を備えている。室外機１１は、冷媒配管４で接続された圧縮機１２、四方弁１５、室外熱交換器１３、減圧手段としての膨張弁１４を備え、室内機５は、冷媒配管４で接続された室内熱交換器７を備えている。室内熱交換器７と室外熱交換器１３を接続する冷媒配管４には後述するバイパス路１７が並列に接続されている。室外機１１は、室外熱交換器１３に外気を送るための図示しない送風機を備え、室内機５は、室内熱交換器７に室内の空気を送るための図示しない室内ファンを備えている。四方弁１５は圧縮機１２の吐出側に接続され、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒回路２を循環する冷媒の流れる向きを変える切換弁である。冷房運転時には、圧縮機１２から吐出された冷媒が四方弁１５を介して、室外熱交換器１３、膨張弁１４、室内熱交換器７、四方弁１５、圧縮機１２の吸入側へと流れる。暖房運転時には、圧縮機１２から吐出された冷媒が四方弁１５を介して、室内熱交換器７、膨張弁１４、室外熱交換器１３、四方弁１５、圧縮機１２の吸入側へと流れる。

【0012】

暖房運転時の冷媒回路２における冷媒の流れを説明する。図１において実線で示す矢印は暖房運転の場合の冷媒の流れを示す。暖房運転時において、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は四方弁１５を介して室内熱交換器７を流れる。室内熱交換器７を流れる高温高圧のガス冷媒は、室内ファンによって送風された室内の空気と熱交換することによって放熱して凝縮し高温高圧の液冷媒になる。高温高圧のガス冷媒と熱交換をした室内の空気は暖められる。室内熱交換器７を通過して放熱した液冷媒は、膨張弁１４によって減圧され低温低圧の気液二相冷媒になる。低温低圧の気液二相冷媒は室外熱交換器１３を流れ、室外熱交換器１３を通過する際に送風機によって送風された外気と熱交換し、外気の熱を吸熱することにより蒸発し低温低圧のガス冷媒になる。吸熱したガス冷媒は四方弁１５を介して圧縮機１２に戻り、再び、高温高圧に圧縮される。

【0013】

冷房運転時の冷媒回路２における冷媒の流れを説明する。冷房運転時の冷媒の流れは、暖房運転の場合の逆である。図１において破線で示す矢印は冷房運転の場合の冷媒の流れを示す。冷房運転時において、圧縮機１２で圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は四方弁１５を介して室外熱交換器１３を流れる。室外熱交換器１３を流れる高温高圧のガス冷媒は、室外ファンによって送風された外気と熱交換することによって放熱して凝縮し高温高圧の液冷媒になる。室外熱交換器１３を通過して放熱した液冷媒は、膨張弁１４によって減圧され低温低圧の気液二相冷媒になる。低温低圧の気液二相冷媒は室内熱交換器７を流れ、室内熱交換器７を通過する際に送風機によって送風された室内の空気と熱交換し、室内の空気の熱を吸熱することにより蒸発し低温低圧のガス冷媒になる。気液二相冷媒が蒸発する際に室内の空気から熱を奪い室内の空気は冷やされる。室内の空気から吸熱したガス冷媒は四方弁１５を介して圧縮機１２に戻り、再び、高温高圧に圧縮される。

【0014】

暖房運転の場合、室内熱交換器７は凝縮器として機能し、室外熱交換器１３は蒸発器として機能する。冷房運転の場合、室外熱交換器１３は凝縮器として機能し、室内熱交換器７は蒸発器として機能する。膨張弁１４を介して室内熱交換器７と室外熱交換器１３を接続する冷媒配管４は、凝縮した後の液冷媒が流れるため、室内熱交換器７と室外熱交換器１３を接続する冷媒配管４を本実施形態では液側配管１６とする。

【0015】

次に、本実施形態における冷媒回路２の特徴的な構成について説明する。室内熱交換器７と室外熱交換器１３とを接続する液側配管１６には並列にバイパス路１７が接続されている。バイパス路１７は、室内熱交換器７側の第１分岐部１８で液側配管１６と接続され、室外熱交換器１３側の第２分岐部１９で液側配管１６と接続される。膨張弁１４は、液側配管１６の第１分岐部１８第２分岐部１９との間に配置される。バイパス路１７には冷媒を貯留するためのレシーバ２２（冷媒貯留手段）が接続されている。バイパス路１７の第１分岐部１８とレシーバ２２との間には、バイパス路１７を流れる冷媒の流量を調整する第１流量調整弁２０が設けられている。第１流量調整弁２０は膨張弁としても機能することができる。バイパス路１７の第２分岐部１９とレシーバ２２との間には、バイパス路１７の開度を調整する第２流量調整弁２１が設けられている。第１流量調整弁２０および第２流量調整弁２１が、レシーバ２２へ流入する冷媒量を調整する流量調整手段となる。尚、第２流量調整弁２１は膨張弁としても機能することができる。液側配管１６の室外熱交換器１３側には、室外熱交換器１３に流入する冷媒入口温度を検出する入口温度センサ２５が配置されている。入口温度センサ２５は本発明における入口温度検出手段である。本実施形態では、暖房運転時に、冷媒回路２において、圧縮機１２、四方弁１５、室内熱交換器７、液側配管１６における膨張弁１４、室外熱交換器１３、四方弁１５、圧縮機１２で構成される回路をメイン回路８とする。

【0016】

次に図２のモリエル線図を参照して、冷媒回路２における冷媒の状態を説明する。図２のモリエル線図は暖房運転時のモリエル線図である。図２に示したイ～ニの記号は、次の状態を示す。イは、室外熱交換器１３を通過して圧縮機１２に吸入される前の冷媒の状態である。ロは圧縮機１２によって圧縮され室内熱交換器７に流入する前の冷媒の状態である。ハは、室内熱交換器７を通過して凝縮して膨張弁１４を通過する前の冷媒の状態である。ニは、膨張弁１４を通過して室外熱交換器１３に流入する前の冷媒の状態である。破線は等温線であり、下側の破線は０℃を示し、上側の破線は外気温である１０℃を示す。

【0017】

本実施形態の空気調和機１の用いられる冷媒回路２は、冷媒として非共沸混合冷媒が循環する。そのため、単一冷媒では飽和域内において、圧力が一定であれば温度も一定となるが、非共沸混合冷媒では飽和域内においても、図２の破線で示されるような等温線となり、飽和域内で圧力が一定であっても温度は変化する。暖房運転を開始すると、図２に示すように、膨張弁１４を通過して室外熱交換器１３に流入する前の冷媒の温度は０℃よりも低い－２℃の状態となっている。また、室外熱交換器１３を通過する冷媒の温度は６℃であり外気温１０℃との差は４℃である。この状態のままで暖房運転を続けると室外熱交換器１３の冷媒入口部分で着霜が起こりやすくなる。室外熱交換器１３の冷媒入口部分での着霜を回避するために、膨張弁１４の開度が大きくなるように制御すると、室外熱交換器１３に流入する前の冷媒温度を上げることができるが、その場合、室外熱交換器１３を通過する冷媒の温度も上がってしまい、外気温との温度差を十分につけることができない。暖房能力を向上させるためには、室外熱交換器１３の冷媒出口側でも冷媒温度と外気温との温度差を大きくする必要がある。そこで、本実施形態では、制御部３が次に示す制御を行う。

【0018】

図３は、制御フロー図である。まず、暖房運転開始時の初期状態として、第１流量調整弁２０と第２流量調整弁２１は閉じている（ＳＴ１）。そのため、暖房運転時には凝縮器として機能する室内熱交換器７を通過した冷媒は全て膨張弁１４を通過し、膨張弁１４を通過し低温低圧となった冷媒は蒸発器として機能する室外熱交換器１３に流入する。暖房運転開始時の初期状態から暖房運転を続けていると、室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度は、図２に示すように－２℃の状態となる。次に、入口温度センサ２５に基づき、室外熱交換器１３に流入する直前の冷媒の温度（入り口温度）を検出し、入り口温度が所定値より高いかどうかを判断する（ＳＴ２）。本実施形態では、所定値は－１℃（マイナス１℃）である。所定値を－１℃としたのは、－１℃で冷媒が室外熱交換器１３に流入し続けると、室外熱交換器１３の流入口側で着霜が生じる可能性が高いからである。室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度は－２℃の状態となっているため、入り口温度は所定値の－１℃以下である。

【0019】

次に、入り口温度が所定値の－１℃以下になると（ＳＴ２におけるＮｏ）、制御部３は第１流量調整弁２０および第２流量調整弁２１を開いて、メイン回路８を循環する冷媒量を調整して、室外熱交換器１３に流入する冷媒量を調整する冷媒量調整制御を行う（ＳＴ３）。このとき、第１流量調整弁２０の開度は第２流量調整弁２１の開度より大きくする。これにより、室内熱交換器７を通過して液側配管１６を流れていた冷媒は、バイパス路１７に流入してレシーバ２２に溜まるため、メイン回路８を循環する冷媒量が減少する。メイン回路８を循環する冷媒量が減少すると、室内熱交換器７における冷媒圧力が低下し凝縮温度が低下する。凝縮温度が低下すると、室内の空気の温度差が小さくなるため、凝縮過程でのエンタルピー差が小さくなる。図５は、レシーバ２２に冷媒が貯留した状態のモリエル線図である。図２の暖房運転をしていた状態から、冷媒量調整制御を行うと、ハとニで示す冷媒の膨張過程における冷媒のエンタルピーが右側に移動する。すなわち、凝縮過程、及び、蒸発過程でのエンタルピー差が減少する。従って、冷媒量調整制御を行うことによってエンタルピー差が減少するため、暖房運転時に－２℃となっていた冷媒の入り口温度が０℃となる。尚、冷媒慮調整制御は第１流量調整弁２０を開いて、第２流量調整弁２１を閉じる制御でも構わない。ただし、早期にレシーバ２２に冷媒を溜めるためには、メイン回路８における液側配管１６がバイパス路１７よりも冷媒が流れにくくなることが望ましいため、第２流量調整弁２１を徐々に開きながら、膨張弁１４の開度を徐々に絞ることが望ましい。

【0020】

次に、制御部３は、室内熱交換器７の出口側における冷媒の乾き度が所定値（０．２）を超えたかどうかを判断する（ＳＴ４）。乾き度は、室内熱交換器７の出口側の冷媒圧力および冷媒温度に基づき算出する。室内熱交換器７の出口側の冷媒圧力および冷媒温度は、室内熱交換器７の出口側に設けた出口圧力センサ２６および出口温度センサ２７によって検出する。乾き度は気液二相状態の冷媒における気相冷媒の量の占める割合であって、モリエル線図において、右側の飽和蒸気線に近づくにつれて乾き度は１に近づき、左側の飽和液線に近づくにつれて０に近づく。単一冷媒の場合は、飽和域内において、圧力が一定であれば温度も一定となるため、圧力と温度だけでは乾き度は求められないが、非共沸混合冷媒の場合は、飽和域内において、等温線が傾斜するため求めることができる。

【0021】

制御部３は、乾き度が所定値の０．２を超えた場合（ＳＴ４のＹｅｓ）は、第１流量調整弁２０の開度を第２流量調整弁２１の開度より小さくする（ＳＴ５）。または、第１流量調整弁２０を全閉にし、第２流量調整弁２１を全開にする制御でも構わない。乾き度が所定値の０．２を超えてしまうと、膨張弁１４に流入する気相冷媒の比率が上がるため、膨張弁の制御性の低下や冷媒音の発生リスクが高くなってしまう。そこで、ＳＴ５に示す制御を行う。これにより、レシーバ２２に溜まっていた冷媒が、メイン回路８側に戻り、メイン回路８を循環する冷媒量が増加する。メイン回路８を循環する冷媒量が増加すると、室内熱交換器７における冷媒圧力が上がり、凝縮温度が上がる。凝縮温度が上がると、室内の空気の温度差が大きくなるため、凝縮過程でのエンタルピー差が大きくなる。

【0022】

次に、上記したＳＴ２からＳＴ３の制御について、図４を用いて、さらに詳細に説明する。

【0023】

図４の（ａ）は、暖房運転を開始した状態を示す。暖房運転を開始した状態では、第１流量調整弁２０および第２流量調整弁２１は閉じているため、冷媒はバイパス路１７を通過せず、全て液側配管１６を通過する。この状態では、図２で示すモリエル線図のような状態になっており、膨張弁１４を通過して室外熱交換器１３に流入する前の冷媒の温度は０℃よりも低い－２℃の状態となっている。

【0024】

制御部３は、室外熱交換器１３に流入する前の冷媒の温度が所定値の－１℃以下であると判断すると、図４の（ｂ）に示すように、第１流量調整弁２０および第２流量調整弁２１を開く。第１流量調整弁２０及び第２流量調整弁２１を開くことで、室外熱交換器１３に流入する冷媒が増加して圧縮機１２に吸入される冷媒が湿り気味になり、圧縮機１２の信頼性を低下させる恐れがあるが、圧縮機１２に吸入される冷媒の状態を適正な状態に維持する制御（例えば目標吐出温度制御）によって膨張弁１４の開度が絞られるため、信頼性低下を抑制できる。このとき、第１流量調整弁２０の開度は第２流量調整弁２１の開度より大きくしている。この制御により、冷媒回路２を流れる冷媒は、バイパス路１７側に流入する。また、第１流量調整弁２０の開度は第２流量調整弁２１の開度より大きくしているため、レシーバ２２に冷媒が貯留する。

【0025】

次に制御部３は、乾き度が所定値の０．２を超えた場合（図３のＳＴ４のＹｅｓ）図４の（ｃ）に示すように、第１流量調整弁２０の開度を第２流量調整弁２１の開度より小さくする。このとき、第１流量調整弁２０の開度は、膨張弁１４の開度よりも小さくする。この場合、第１流量調整弁２０、第２流量調整弁２１、膨張弁１４として同じ口径の弁を用いることを想定している。異なる口径の弁を用いる場合は、第２流量調整手段２１を流出した冷媒の温度を検出するセンサと、膨張弁１４を流出した冷媒の温度を検出するセンサを備え、第２流量調整手段２１を流出した冷媒の温度が低くなるように開度を制御する。この制御により、メイン回路８側を流れる冷媒流量が減少しすぎるのを抑制する。

【0026】

次に制御部３は、室外熱交換器１３に流入する前の冷媒の温度が所定値の－１℃より高くなった場合、図４の（ｄ）に示すように、第１流量調整弁２０および第２流量調整弁２１を閉じる。これにより、冷媒回路２を流れる冷媒の循環量は、暖房運転時に室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度が－２℃の状態となっていた場合よりも、少なくなる。従って、冷媒の膨張過程における冷媒のエンタルピーを右側に移動させることができる。

【0027】

次に、図６を用いて、他の実施形態である空気調和機４０について説明する。最初の実施形態の空気調和機１と他の実施形態の空気調和機４０との相違は、レシーバ２２の代わりに気液分離器３２を用い、第１流量調整弁２０の代わりに第１三方弁３０を用い、第２流量調整弁２１の代わりに第２膨張弁３１を用いた点であり、他は共通する。共通する構成については同一の符号を使い、また、共通する構成の説明は省略する。

【0028】

他の実施形態における空気調和機４０における冷媒回路２の特徴的な構成について説明する。室内熱交換器７と室外熱交換器１３とを接続する液側配管１６には並列にバイパス路１７が接続されている。バイパス路１７は、室内熱交換器７側の第１三方弁３０で液側配管１６と接続し、室外熱交換器１３側で液側配管１６と接続する。膨張弁１４は、液側配管１６の第１三方弁３０と室内熱交換器７との間に配置される。バイパス路１７には、冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離して、液相冷媒を貯留するための気液分離器３２と、気液分離器３２よりも室外熱交換器１３側に配置された第２膨張弁３１とが接続されている。尚、第２膨張弁３１は、バイパス路１７側から液側配管１６側へ冷媒を流す。気液分離器３２は気液分離機能を有する冷媒貯留手段であっても構わない。第１三方弁３０をおよび第２膨張弁３１が、気液分離器３２へ流入する冷媒量を調整する流量調整手段となる。

【0029】

次に、他の実施形態における空気調和機４０の制御について説明する。まず、暖房運転開始時の初期状態として、第１三方弁３０は、膨張弁１４を通過した冷媒がバイパス路１７側に流れない状態に切換っている。また、第２膨張弁３１の開度は全閉状態となっている。そのため、室内熱交換器７を通過し、膨張弁１４を通過して低温低圧となった冷媒は、液側配管１６を通り蒸発器として機能する室外熱交換器１３に流入する。暖房運転開始時の初期状態から暖房運転を続けていると、室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度は、図２に示すように－２℃の状態となる。次に、入口温度センサ２５に基づき、室外熱交換器１３に流入する直前の冷媒の温度（入り口温度）を検出し、入り口温度が所定値より高いかどうかを判断する。本実施形態では、所定値は－１℃（マイナス１℃）である。所定値を－１℃としたのは、－１℃で冷媒が室外熱交換器１３に流入し続けると、室外熱交換器１３の流入口側で着霜が生じる可能性があるからである。室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度は－２℃の状態となっているため、室外熱交換器１３の入り口温度は所定値の－１℃以下である。

【0030】

次に、入り口温度が所定値の－１℃以下になると、制御部３は、膨張弁１４の開度を全開にして、膨張弁１４を通過した冷媒がバイパス路１７側に流れるように第１三方弁３０を切換える。また、制御部３は、第２膨張弁３１の開度を全閉状態から適正な開度となるように制御する。すなわち、膨張弁１４によって行われていた冷媒を膨張させる工程を第２膨張弁３１が引き継ぐ。これにより、膨張弁１４を通過した冷媒は、バイパス路１７に流入して気液分離器３２に流入する。気液分離器３２に流入した冷媒は、気相冷媒と液相冷媒に分離され、液相冷媒は気液分離器３２に溜まり、気相冷媒だけが液側配管１６を流れて室外熱交換器１３に流入する。これにより、冷媒回路２を循環する冷媒量が減少する。冷媒回路２を循環する冷媒量が減少すると、室内熱交換器７における冷媒圧力が低下し凝縮温度が低下する。凝縮温度が低下すると、室内の空気の温度差が小さくなるため、凝縮過程でのエンタルピー差が小さくなる。図５は、気液分離器３２に液相冷媒が貯留した状態のモリエル線図である。図２の暖房運転をしていた状態から、冷媒量調整制御を行うと、ハとニで示す冷媒の膨張過程における冷媒のエンタルピーが右側に移動する。すなわち、凝縮過程、及び、蒸発過程でのエンタルピー差が減少する。したがって、冷媒量調整制御を行うことによってエンタルピー差が減少するため、暖房運転時に－２℃となっていた冷媒の入り口温度が０℃となる。

【0031】

次に、制御部３は、室内熱交換器７の出口側における冷媒の乾き度が所定値（０．２）を超えたかどうかを判断する。乾き度は、室内熱交換器７の出口側の冷媒圧力および冷媒温度に基づき算出する。室内熱交換器７の出口側の冷媒圧力および冷媒温度は、室内熱交換器７の出口側に設けた出口圧力センサ２６および出口温度センサ２７によって検出する。乾き度は気液二相状態の冷媒における気相冷媒の量の占める割合であって、モリエル線図において、右側の乾き飽和蒸気線に近づくにつれて乾き度は１に近づき、左側の飽和液線に近づくにつれて０に近づく。単一冷媒の場合は、飽和域内において、圧力が一定であれば温度も一定となるため、圧力と温度だけでは乾き度は求められないが、非共沸混合冷媒の場合は、飽和域内において、等温線が傾斜するため求めることができる。

【0032】

乾き度が所定値の０．２を超えた場合は、第１三方弁３０は、膨張弁１４を通過した冷媒がバイパス路１７側に流れない状態に切換える。また、膨張弁１４の開度を全開状態から適正な開度となるように制御する。すなわち、第２膨張弁３１によって行われていた冷媒を膨張させる工程を膨張弁１４が引き継ぐ。乾き度が所定値の０．２を超えてしまうと、膨張弁１４に流入する気相冷媒の比率が上がるため、膨張弁の制御性の低下や冷媒音の発生リスクが高くなってしまう。従って、空気調和機１の能力低下を抑制する必要がある。第１三方弁３０を切換えることによって、膨張弁１４を通過した冷媒はバイパス路１７側に流れなくなる。一方、気液分離器３２に溜まっていた高圧の液冷媒は、膨張弁１４による減圧で低圧となったメイン回路８側に圧力差で戻るため、メイン回路８を循環する冷媒量が増加する。メイン回路８を循環する冷媒量が増加すると、室内熱交換器７における冷媒圧力が上がり、凝縮温度が上がる。凝縮温度が上がると、室内の空気の温度差が大きくなるため、凝縮過程でのエンタルピー差が大きくなる。

【0033】

上記した実施形態では、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置として空気調和機を例として説明したが、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置は空気調和機に限定されない。冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であればよく、例えば、屋外に設置されるヒートポンプ式給湯器などでも構わない。

【0034】

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

【符号の説明】

【0035】

１…空気調和機、２…冷媒回路、３…制御部、４…冷媒配管、５…室内機、７…室内熱交換器、８…メイン回路、１１…室外機、１２…圧縮機、１３…室外熱交換器、１４…膨張弁、１５…四方弁、１６…液側配管、１７…バイパス路、１８…第１分岐部、１９…第２分岐部、２０…第１流量調整弁、２１…第２流量調整弁、２５…入口温度センサ、２６…出口圧力センサ、２７…出口温度センサ、３０…第１三方弁、３１…第２膨張弁、３２…気液分離器、４０…空気調和機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】