特許 7568954 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-08

(45)【発行日】2024-10-17

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20241009BHJP

   F25B 13/00 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 396B

F25B1/00 396E

F25B1/00 396Z

F25B1/00 361D

F25B13/00 M

F25B13/00 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023005586

(22)【出願日】2023-01-18

(62)【分割の表示】P 2021062241の分割

【原出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2023038281

(43)【公開日】2023-03-16

【審査請求日】2023-07-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】田中 政貴

(72)【発明者】

【氏名】熊倉 英二

(72)【発明者】

【氏名】岩田 育弘

(72)【発明者】

【氏名】加治 隆平

(72)【発明者】

【氏名】吉見 敦史

(72)【発明者】

【氏名】上田 浩貴

(72)【発明者】

【氏名】山田 拓郎

(72)【発明者】

【氏名】中山 雅樹

【審査官】寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２７７０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１６２８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－００９３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－２０１９６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１５／１４０８８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機（１０）及び温度調整対象の温度調整を行う利用熱交換器（４０）を含み、第１冷媒と前記第１冷媒より沸点が高い第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル（５０）と、
前記冷凍サイクルを流れる冷媒中の、前記第１冷媒と前記第２冷媒との組成比を変更する変更部（７０，１７０）と、
前記圧縮機の回転数を変更する第１制御と、前記変更部の動作を制御し、前記冷凍サイクルを流れる前記第１冷媒と前記第２冷媒との混合比を変更する第２制御と、を実行し、前記利用熱交換器の前記温度調整対象に対する温度調整の能力を調整する制御部（１１０）と、
を備え、
前記制御部は、前記能力を調整する際に、前記能力の調整範囲のうち、所定の能力より前記能力が高い領域では、前記第２制御による前記能力の総操作量を、前記第１制御による前記能力の総操作量よりも大きくする、
冷凍サイクル装置（１００）。

【請求項2】

前記制御部は、制御モードとして、前記変更部の動作を制御して前記冷凍サイクルに前記第２冷媒を略単独で流す第１モードと、前記変更部の動作を制御して前記冷凍サイクルに前記第１冷媒と前記第２冷媒との混合冷媒を流す第２モードと、を有する、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記利用熱交換器を蒸発器として機能させる際に、前記第１モードのみを実行し、
前記利用熱交換器を放熱器として機能させる際に、前記第１モードまたは前記第２モードを実行する、
請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記利用熱交換器を放熱器として機能させる際に、前記第１モードにおいて前記第１制御を実行中に、前記圧縮機の回転数が所定の回転数以上になった場合に、前記第２モードを実行する、
請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記能力を調整する際に、前記第１制御と前記第２制御のうち、前記冷凍サイクルのＣＯＰが高く維持可能な方を実行する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記能力を増加させる際に、前記第１制御と前記第２制御のうち、前記冷凍サイクル装置の電力増加量が少ない方を変更する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記能力を減少させる際に、前記第１制御と前記第２制御のうち、前記冷凍サイクル装置の電力減少量が多い方を変更する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項8】

前記第１モードでは、前記冷凍サイクルに前記第２冷媒の濃度が９２ｗｔ％以上の冷媒が流される、
請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項9】

前記第１モードでは、前記冷凍サイクルに前記第２冷媒の濃度が９８ｗｔ％以上の冷媒が流される、
請求項８に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項10】

前記第１冷媒は、ＣＯ２であり、
前記第２冷媒は、Ｒ１２３４Ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆである、
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項11】

前記第１冷媒は、Ｒ１１３２（Ｅ）またはＲ１１２３であり、
前記第２冷媒は、Ｒ１２３４Ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆである、
請求項１から９のいずれか１項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】

冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍サイクル装置に使用する冷媒には、冷媒としての性能に加え、安全性が高い、環境負荷が小さい等の様々な要求を満たすことが求められている。例えば、特許文献１（特開２００８－２８１３２６号公報）には、Ｒ１３４ａに代えて、地球温暖化係数の小さなＲ１２３４ｙｆを冷凍サイクル装置に使用することが記載されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかし、冷媒に対する様々な要求がある中で、運転条件によらず、効率が良く、十分な能力を得ることが可能な冷媒を選定することは一般に困難である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第１観点に係る冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルと、変更部と、制御部と、を備える。冷凍サイクルは、第１冷媒と第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いる。変更部は、冷凍サイクルを流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更する。制御部は、変更部の動作を制御する。制御部は、第１モードと、第２モードと、を実行する。第１モードは、変更部の動作を制御して冷凍サイクルに第２冷媒を略単独で流すモードである。第２モードは、変更部の動作を制御して冷凍サイクルに第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を流すモードである。

【0005】

第１観点の冷凍サイクル装置は、第２冷媒を略単独で使用することも、第１冷媒と第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を使用することも可能であるため、運転条件に応じて、適切な組成の冷媒を使用できる。

【0006】

第２観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、第１モードでは、冷凍サイクルに第２冷媒の濃度が９２ｗｔ％以上の冷媒が流される。

【0007】

第３観点に係る冷凍サイクル装置は、第２観点の冷凍サイクル装置であって、第１モードでは、冷凍サイクルに第２冷媒の濃度が９８ｗｔ％以上の冷媒が流される。

【0008】

第４観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、検知部を更に備える。検知部は、冷凍サイクルを流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を検知する。制御部は、検知部が検知する第１冷媒と第２冷媒との組成比が目標組成比になるように、変更部の動作を制御する。

【0009】

第４観点の冷凍サイクル装置では、冷媒の組成比を検知しながら、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更するので、運転条件に応じ、適切な組成の冷媒を使用できる。

【0010】

第５観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第４観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、第２冷媒の沸点は、第１冷媒の沸点より高い。

【0011】

第６観点に係る冷凍サイクル装置は、第５観点の冷凍サイクル装置であって、冷凍サイクルは、温度調整対象の温度調整を行う利用熱交換器を含む。利用熱交換器を蒸発器として利用する際に、制御部は、第１モードを実行する。利用熱交換器を放熱器として利用する際に、制御部は、第２モードを実行する。

【0012】

第６観点の冷凍サイクル装置では、利用熱交換器を蒸発器として利用する際には第２冷媒を略単独で使用して効率を重視した運転をすることができる。一方、能力不足の発生しやすい利用熱交換器を放熱器として利用する運転の際には、第１冷媒と第２冷媒との非共沸混合冷媒を用いて必要な能力を得ることができる。

【0013】

第７観点に係る冷凍サイクル装置は、第６観点の冷凍サイクル装置であって、利用熱交換器を放熱器として利用する際に、制御部は、冷凍サイクル装置に対する要求能力に応じて、第１モード又は第２モードを実行する。

【0014】

第７観点の冷凍サイクル装置では、利用熱交換器を放熱器として利用する際にも、能力的に第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を用いることが不要であれば、第２冷媒を略単独で使用して効率を重視した運転を行うことができる。

【0015】

第８観点に係る冷凍サイクル装置は、第７観点の冷凍サイクル装置であって、冷凍サイクルは、圧縮機を含む。制御部は、圧縮機の回転数を更に制御する。制御部は、第１モードを実行中に、圧縮機の回転数を所定の回転数に上げても要求能力が得られない場合に、第２モードを実行する。

【0016】

第８観点の冷凍サイクル装置では、効率の低下を抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0017】

第９観点に係る冷凍サイクル装置は、第６観点又は第７観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、第２モードを実行する際に、変更部の動作を制御して、冷凍サイクルを流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比を、第１組成比と、第２組成比と、の間で変更する。第２組成比は、第１組成比より第１冷媒の比率が高い。

【0018】

第９観点の冷凍サイクル装置では、第１冷媒と第２冷媒との組成比を段階的に変化させるので、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0019】

第１０観点に係る冷凍サイクル装置は、第９観点の冷凍サイクル装置であって、冷凍サイクルは、圧縮機を含む。制御部は、圧縮機の回転数を更に制御する。制御部は、冷凍サイクル装置に対する要求能力の変化に応じて、圧縮機の回転数、又は、冷凍サイクルを流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比、のいずれかを変更する。

【0020】

第１０観点の冷凍サイクル装置では、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0021】

第１１観点に係る冷凍サイクル装置は、第１０観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、要求能力が増大した際に、圧縮機の回転数、及び、冷凍サイクルを流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比のうち、変更した際の圧縮機の電力増加量が少ない方を変更する。

【0022】

第１１観点の冷凍サイクル装置では、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0023】

第１２観点に係る冷凍サイクル装置は、第１０観点又は第１１観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、要求能力が低下した際に、冷凍サイクルを流れる冷媒中の第１冷媒の比率が所定値より高い場合には、冷凍サイクルを流れる冷媒中の第１冷媒の比率を下げるよう変更部を制御し、冷凍サイクルを流れる冷媒中の第１冷媒の比率が所定値以下の場合には、圧縮機の回転数を下げる。

【0024】

第１２観点の冷凍サイクル装置では、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0025】

第１３観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第１２観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、第１冷媒は、ＣＯ２である。第２冷媒は、Ｒ１２３４Ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆである。

【0026】

第１４観点に係る冷凍サイクル装置は、第１観点から第１２観点のいずれかの冷凍サイクル装置であって、第１冷媒は、Ｒ１１３２（Ｅ）又はＲ１１２３である。第２冷媒は、Ｒ１２３４Ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆである。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】一実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。

【図2】圧縮機のモータの回転数を変更して能力を変更する際のＣＯＰの変化と、冷媒中の第１冷媒の比率を変更して能力を変更する際のＣＯＰの変化と、を模式的に表した図である。

【図3】冷凍サイクル装置の能力不足時に行われる制御のフローチャートの例である。

【図4】冷凍サイクル装置の能力過剰時に行われる制御のフローチャートの例である。

【図5】変形例Ａに係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。

【図6】変形例Ｇに係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に、図面を参照して、本開示の冷凍サイクル装置の実施形態を説明する。

【0029】

冷凍サイクル装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを利用して、温度調整対象の冷却及び温度調整対象の加熱の少なくとも一方を行う装置である。本開示の冷凍サイクル装置は、冷媒として、非共沸混合冷媒を使用する。本開示の冷凍サイクル装置は、後述のように、条件に応じ、冷凍サイクルを流れる冷媒の組成比を変更する。

【0030】

＜第１実施形態＞
（１）全体概要
図１を参照して、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１００を説明する。図１は、冷凍サイクル装置１００の概略構成図である。

【0031】

ここでは、冷凍サイクル装置１００は、温度調整対象である空気の冷却及び加熱を行う空調装置である。ただし、これに限定されるものではなく、冷凍サイクル装置１００は、温度調整対象の液体（例えば水）の冷却及び加熱を行う装置でもよい。

【0032】

冷凍サイクル装置１００は、図１に示すように、冷凍サイクルの一例としての主冷媒回路５０と、変更部７０と、検知部１５０と、コントローラ１１０と、を主に備える。主冷媒回路５０と、主冷媒回路５０に接続される後述する変更部７０の第１バイパス流路８０と、を含めて、冷媒回路２００と呼ぶ。

【0033】

冷媒回路２００には、非共沸混合冷媒が充填されている。言い換えれば、主冷媒回路５０は、非共沸混合冷媒を用いる。非共沸混合冷媒は、少なくとも２種類の冷媒の混合物である。第１実施形態の冷凍サイクル装置１００の冷媒回路２００には、２種類の冷媒（第１冷媒及び第２冷媒）だけを含む非共沸混合冷媒が充填される。ただし、これに限定されるものではなく、非共沸混合冷媒は、３種類以上の冷媒の混合物であってもよい。例えば、第２冷媒は、１種類の冷媒ではなく、２種類以上の冷媒を含む共沸混合冷媒又は疑似共沸混合冷媒であってもよい。要するに、非共沸混合冷媒は、第２冷媒としての２種類以上の冷媒を含む共沸混合冷媒又は疑似共沸混合冷媒と、第２冷媒とは非共沸の第１冷媒と、の混合冷媒であっても。

【0034】

限定するものではないが、具体的には、第１冷媒は、ＣＯ２（二酸化炭素）であり、第２冷媒は、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）である。ＨＦＯは、温暖化係数が極めて低い冷媒である。限定するものではないが、第２冷媒として用いられるＨＦＯの具体例は、Ｒ１２３４Ｚｅ（シス－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン）である。また、例えば、Ｒ１２３４Ｚｅに代えて、Ｒ１２３４ｙｆ（２，３，３，３－テトラフルオロプロペン）が、第２冷媒のＨＦＯとして用いられてもよい。ＣＯ２は沸点の比較的低い冷媒であり、Ｒ１２３４ＺｅやＲ１２３４ｙｆは沸点の比較的高い冷媒である。言い換えれば、第２冷媒の沸点は、第１冷媒の沸点より高い。以下では、第１冷媒を低沸点冷媒と呼び、第２冷媒を高沸点冷媒と呼ぶ場合がある。

【0035】

冷凍サイクル装置１００の冷媒回路２００に充填されている全冷媒の総重量に対する、冷媒回路２００に充填されている第１冷媒の総重量の割合は、２０ｗｔ％以下であることが好ましい。

【0036】

主冷媒回路５０、変更部７０、検知部１５０及びコントローラ１１０について概説する。

【0037】

主冷媒回路５０は、図１に示すように、圧縮機１０と、流路切換機構１５と、熱源熱交換器２０と、膨張機構３０と、利用熱交換器４０と、を主に含む。圧縮機１０と、流路切換機構１５と、熱源熱交換器２０と、膨張機構３０と、利用熱交換器４０とは、後述する冷媒配管５２ａ～５２ｅにより接続されて主冷媒回路５０を構成する（図１参照）。冷凍サイクル装置１００は、冷媒を主冷媒回路５０において循環させることで、温度調整対象の空気の冷却及び加熱を行う。

【0038】

変更部７０は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更する機構である。

【0039】

検知部１５０は、主冷媒回路５０内を循環する冷媒の組成比を検知する。

【0040】

なお、冷凍サイクル装置１００は、図１に二点鎖線で示すように、図示しないケーシングを有する熱源ユニット２と、図示しないケーシングを有し、熱源ユニット２と冷媒配管を介して接続される利用ユニット４と、を備える。熱源ユニット２は、例えば、冷凍サイクル装置１００の設置される建物の屋上又は機械室や、冷凍サイクル装置１００の設置される建物の周囲等に設置される。利用ユニット４は、空調対象空間内や、空調対象空間の近傍の空間（例えば天井裏や機械室等）に配置される。限定するものではないが、熱源ユニット２のケーシングには、主冷媒回路５０の圧縮機１０、流路切換機構１５、熱源熱交換器２０及び膨張機構３０と、変更部７０と、検知部１５０と、が主に収容される。利用ユニット４のケーシングには、主冷媒回路５０の利用熱交換器４０が主に収容される。

【0041】

コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００の各種構成の動作を制御する。

【0042】

例えば、コントローラ１１０は、変更部７０の動作を制御する。コントローラ１１０は、変更部７０の動作を制御することで、第１モードと、第２モードと、を実行する。第１モードは、変更部７０の動作を制御して主冷媒回路５０に第２冷媒を略単独で流すモードである。第２モードは、変更部７０の動作を制御して主冷媒回路５０に第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を流すモードである。

【0043】

なお、ここで、第２冷媒を略単独で流すとは、第１冷媒を含まない第２冷媒を流す状態に限定されず、所定濃度以上の高濃度の第２冷媒を流す状態（実質的に第２冷媒を単独で流す状態）を含む。具体的には、主冷媒回路５０に第２冷媒を略単独で流す状態には、主冷媒回路５０に９２ｗｔ％以上の濃度の第２冷媒を流す状態を含む。なお、第１モードでは、なるべく第２冷媒の濃度が高い冷媒（第１冷媒の濃度が低い冷媒）が主冷媒回路５０に流されることが好ましい。好ましくは、第１モードでは、主冷媒回路５０には、第２冷媒の濃度が９８ｗｔ％以上の冷媒が流される。

【0044】

（２）詳細構成
（２－１）主冷媒回路
主冷媒回路５０は、図１に示すように、圧縮機１０と、流路切換機構１５と、熱源熱交換器２０と、膨張機構３０と、利用熱交換器４０と、を主に含む。

【0045】

主冷媒回路５０は、圧縮機１０、流路切換機構１５、熱源熱交換器２０、膨張機構３０、及び利用熱交換器４０を接続するための配管として、図１に示すように、吸入管５２ａと、吐出管５２ｂと、第１ガス冷媒管５２ｃと、液冷媒管５２ｄと、第２ガス冷媒管５２ｅと、を有する（図１参照）。吸入管５２ａは、圧縮機１０の吸入口１０ｂと、流路切換機構１５と、を接続している。吐出管５２ｂは、圧縮機１０の吐出口１０ｃと、流路切換機構１５と、を接続している。第１ガス冷媒管５２ｃは、流路切換機構１５と、熱源熱交換器２０のガス端と、を接続している。液冷媒管５２ｄは、熱源熱交換器２０の液端と、利用熱交換器４０の液端と、を接続している。液冷媒管５２ｄには、膨張機構３０が設けられている。第２ガス冷媒管５２ｅは、利用熱交換器４０のガス端と、流路切換機構１５と、を接続している。

【0046】

（２－１－１）圧縮機
圧縮機１０は、吸入口１０ｂから冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入して、図示しない圧縮機構において冷媒を圧縮し、冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を吐出口１０ｃから吐出する。図１では、圧縮機１０は１台だけ描画されているが、主冷媒回路５０は、直列又は並列に接続された複数の圧縮機１０を有してもよい。

【0047】

圧縮機１０は、例えばスクロール圧縮機である。ただし、これに限定されるものではなく、圧縮機１０は、ロータリ圧縮機等、スクロール圧縮機以外のタイプの圧縮機でもよい。圧縮機１０の種類は、適宜選択されればよい。

【0048】

圧縮機１０は、限定するものではないが、モータ１０ａの回転数が可変の、インバータ制御方式の圧縮機である。圧縮機１０の動作を制御する後述のコントローラ１１０は、例えば空調負荷に応じ、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を制御する。

【0049】

（２－１－２）流路切換機構
流路切換機構１５は、冷凍サイクル装置１００の運転モード（冷房運転モード／暖房運転モード）に応じ、主冷媒回路５０における冷媒の流れ方向を切り換える機構である。冷房運転モードは、熱源熱交換器２０を放熱器として機能させ、利用熱交換器４０を蒸発器として機能させる冷凍サイクル装置１００の運転モードである。暖房運転モードは、利用熱交換器４０を放熱器として機能させ、熱源熱交換器２０を蒸発器として機能させる冷凍サイクル装置１００の運転モードである。

【0050】

冷房運転モードでは、流路切換機構１５は、圧縮機１０が吐出する冷媒が熱源熱交換器２０に送られるように、主冷媒回路５０における冷媒の流向を切り換える。具体的には、冷房運転モードでは、流路切換機構１５は、吸入管５２ａを第２ガス冷媒管５２ｅと連通させ、吐出管５２ｂを第１ガス冷媒管５２ｃと連通させる（図１中の実線参照）。

【0051】

暖房運転モードでは、流路切換機構１５は、圧縮機１０が吐出する冷媒が利用熱交換器４０に送られるように、主冷媒回路５０における冷媒の流向を切り換える。具体的には、暖房運転モードでは、流路切換機構１５は、吸入管５２ａを第１ガス冷媒管５２ｃと連通させ、吐出管５２ｂを第２ガス冷媒管５２ｅと連通させる（図１中の破線参照）。

【0052】

流路切換機構１５は、例えば四路切換弁である。ただし、流路切換機構１５は、四路切換弁以外で実現されてもよい。例えば、流路切換機構１５は、上記の冷媒の流れ方向の切り換えを実現できるように、複数の電磁弁と配管とを組み合わせて構成されてもよい。

【0053】

（２－１－３）熱源熱交換器
熱源熱交換器２０は、冷凍サイクル装置１００が冷房運転モードで運転される際には冷媒の放熱器として機能し、冷凍サイクル装置１００が暖房運転モードで運転される際には冷媒の蒸発器として機能する。図１では、熱源熱交換器２０は１台だけ描画されているが、主冷媒回路５０は、複数の並列に配置された熱源熱交換器２０を有してもよい。

【0054】

限定するものではないが、熱源熱交換器２０は、例えば、複数の伝熱管及び複数の伝熱フィンを有するフィンアンドチューブ型の熱交換器である。

【0055】

熱源熱交換器２０の一端には、図１に示すように第１ガス冷媒管５２ｃが接続される。熱源熱交換器２０の他端には、図１に示すように液冷媒管５２ｄが接続される。

【0056】

冷凍サイクル装置１００が冷房運転モードで運転される際には、第１ガス冷媒管５２ｃから熱源熱交換器２０に冷媒が流入する。第１ガス冷媒管５２ｃから熱源熱交換器２０に流入した冷媒は、図示しないファンにより供給される空気と熱交換することで放熱し、少なくとも一部が凝縮する。熱源熱交換器２０で放熱した冷媒は、液冷媒管５２ｄに流出する。

【0057】

冷凍サイクル装置１００が暖房運転モードで運転される際には、液冷媒管５２ｄから熱源熱交換器２０に冷媒が流入する。液冷媒管５２ｄから熱源熱交換器２０に流入した冷媒は、熱源熱交換器２０で、図示しないファンにより供給される空気と熱交換することで吸熱し、蒸発する。熱源熱交換器２０で吸熱した（加熱された）冷媒は、第１ガス冷媒管５２ｃへと流出する。

【0058】

なお、本実施形態では、熱源熱交換器２０では、内部を流れる冷媒と、熱源熱交換器２０に供給される熱源としての空気の間で熱交換が行われるが、熱源熱交換器２０は空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器に限定されない。例えば、熱源熱交換器２０は、内部を流れる冷媒と、熱源熱交換器２０に供給される熱源としての液体との間で熱交換を行う熱交換器であってもよい。

【0059】

（２－１－４）膨張機構
膨張機構３０は、冷媒の減圧や、冷媒の流量調節を行う機構である。本実施形態では、膨張機構３０は、開度調節可能な電子膨張弁である。膨張機構３０の開度は、運転状況に応じて適宜調節される。なお、膨張機構３０は、電子膨張弁に限定されるものではなく、温度自動膨張弁や、キャピラリチューブであってもよい。

【0060】

（２－１－５）利用熱交換器
利用熱交換器４０は、冷凍サイクル装置１００が冷房運転モードで運転される際には冷媒の蒸発器として機能し、冷凍サイクル装置１００が暖房運転モードで運転される際には冷媒の放熱器として機能する。利用熱交換器４０は、蒸発器として機能する際には、温度調整対象（本実施形態では空気）を冷却する。利用熱交換器４０は、放熱器として機能する際には、温度調整対象（本実施形態では空気）を加熱する。

【0061】

なお、図１に示した例では、冷凍サイクル装置１００は、利用熱交換器４０を１台だけ有する。ただし、これに限定されるものではない。冷凍サイクル装置１００の主冷媒回路５０は、並列に配置された複数の利用熱交換器４０を有してもよい。そして、各利用ユニット４は、利用熱交換器４０の液側に配置される、図示しない膨張機構（例えば開度調整可能な電子膨張弁）を有してもよい。

【0062】

限定するものではないが、利用熱交換器４０は、例えば、複数の伝熱管及び複数の伝熱フィンを有するフィンアンドチューブ型の熱交換器である。

【0063】

利用熱交換器４０の一端には、図１に示すように液冷媒管５２ｄが接続される。利用熱交換器４０の他端には、図１に示すように第２ガス冷媒管５２ｅが接続される。

【0064】

冷凍サイクル装置１００が冷房運転モードで運転される際には、液冷媒管５２ｄから利用熱交換器４０に冷媒が流入する。液冷媒管５２ｄから利用熱交換器４０に流入した冷媒は、利用熱交換器４０で、図示しないファンにより供給される空気と熱交換して吸熱し、蒸発する。利用熱交換器４０で吸熱した（加熱された）冷媒は、第２ガス冷媒管５２ｅへと流出する。なお、利用熱交換器４０で冷却された温度調整対象としての空気は、空調対象空間へと吹き出す。

【0065】

冷凍サイクル装置１００が暖房運転モードで運転される際には、第２ガス冷媒管５２ｅから利用熱交換器４０に冷媒が流入する。第２ガス冷媒管５２ｅから利用熱交換器４０に流入した冷媒は、図示しないファンにより供給される空気と熱交換することで放熱し、少なくとも一部が凝縮する。利用熱交換器４０で放熱した冷媒は、液冷媒管５２ｄに流出する。なお、利用熱交換器４０で加熱された温度調整対象としての空気は、空調対象空間へと吹き出す。

【0066】

（２－２）変更部
変更部７０は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更する機構である。

【0067】

変更部７０は、第１バイパス流路８０と、冷媒容器７２と、熱源側弁８２ａと、利用側弁８２ｂと、を含む。

【0068】

第１バイパス流路８０は、主冷媒回路５０の熱源側端Ａと、主冷媒回路５０の利用側端Ｂと、を接続する配管である。熱源側端Ａは、主冷媒回路５０の液冷媒管５２ｄの、熱源熱交換器２０と膨張機構３０との間の部分である。利用側端Ｂは、主冷媒回路５０の液冷媒管５２ｄの、利用熱交換器４０と膨張機構３０との間の部分である。

【0069】

第１バイパス流路８０には、冷媒容器７２と、熱源側弁８２ａと、利用側弁８２ｂと、が配置される。

【0070】

冷媒容器７２は、内部に冷媒を貯留可能な容器である。

【0071】

熱源側弁８２ａは、熱源側端Ａと変更部７０との間に配置される。利用側弁８２ｂは、利用側端Ｂと変更部７０との間に配置される。熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂは、開度調整可能な電子膨張弁である。

【0072】

変更部７０が、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更する方法について説明する。

【0073】

冷凍サイクル装置１００の運転中に、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂの開度が調節されると、熱源側弁８２ａと利用側弁８２ｂとの開度に応じて、冷媒容器７２に貯留される冷媒の液相と気相との比率を増減させることができる。

【0074】

共沸混合冷媒や疑似共沸混合冷媒が気液二相の状態で存在する場合には、気相の冷媒の組成比と、液相の冷媒の組成比と、は概ね同一となる。

【0075】

これに対し、低沸点冷媒（第１冷媒）と高沸点冷媒（第２冷媒）との非共沸混合冷媒が気液二相の状態で存在する場合には、液相部分では高沸点冷媒の比率が高くなり、ガス相部分では低沸点冷媒の比率が高くなる。そのため、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂとの開度を調節して、冷媒容器７２に貯留される液相の冷媒量とガス相の冷媒量とを変化させれば、冷媒容器７２に貯留される第１冷媒の量を増減させることができる。そして、冷媒容器７２に貯留される第１冷媒を増加させれば、主冷媒回路５０中に存在する第１冷媒の量が減るため、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第２冷媒の比率を高めることができる。一方で、冷媒容器７２に貯留される第１冷媒を減少させれば、主冷媒回路５０中に存在する第１冷媒の量が増えるため、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第２冷媒の比率を下げる（第１冷媒の比率を高める）ことができる。

【0076】

（２－３）検知部
検知部１５０は、主冷媒回路５０内を循環する冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を検知する。

【0077】

検知部１５０は、主冷媒回路５０の、熱源熱交換器２０と膨張機構３０との間と利用熱交換器４０と膨張機構３０との間と、を接続する配管１５１を含む。なお、配管１５１は、主冷媒回路５０を流れる冷媒の組成の検知に用いられるものであり、蒸気圧縮式冷凍サイクルには直接的には不要な配管である。配管１５１は、液冷媒管５２ｄに比べて細径の配管であり、ごく少量の冷媒が流れる。

【0078】

検知部１５０は、配管１５１に配置される、冷媒容器１５２と、弁１５４と、を含む。弁１５４は、第１弁１５４ａと、第２弁１５４ｂと、を含む。第１弁１５４ａは、配管１５１の、熱源熱交換器２０と膨張機構３０との間における液冷媒管５２ｄとの接続部と、冷媒容器１５２と、の間に配置される。第２弁１５４ｂは、配管１５１の、利用熱交換器４０と膨張機構３０との間における液冷媒管５２ｄとの接続部と、冷媒容器１５２と、の間に配置される。第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂは、例えば開度可変の電子膨張弁である。ただし、これに限定されるものではなく、第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂは、例えばキャピラリチューブであってもよい。検知部１５０は、冷媒容器１５２内の冷媒の圧力を計測する圧力センサ１５６と、冷媒容器１５２内の冷媒の温度を計測する温度センサ１５８と、を有する。

【0079】

コントローラ１１０は、冷房運転時や暖房運転時に、必要に応じ、第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂを開き、冷媒容器１５２内に二相の（液相及び気相の）冷媒が存在するように、第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂを所定の開度に制御する。例えば、コントローラ１１０は、吸着制御及び脱着制御を行う際に、第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂを開き、冷媒容器１５２に二相の冷媒が貯留されるように、第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂを所定の開度に制御する。

【0080】

非共沸混合冷媒では、非共沸混合冷媒に用いられている冷媒の種類と、二相冷媒の圧力及び温度が分かれば、その組成比が算出可能である。そのため、検知部１５０は、圧力センサ１５６の計測する二相冷媒の圧力と、温度センサ１５８の計測する二相冷媒の温度と、に基づいて、冷媒容器１５２内の冷媒の組成比、言い換えれば主冷媒回路５０の液冷媒管５２ｄを流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比を検知できる。

【0081】

なお、冷媒の組成比は、コントローラ１１０が、検知部１５０の一部として機能して、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８の計測結果に基づいて、主冷媒回路５０を循環する冷媒の組成比を検知（算出）してもよい。あるいは、検知部１５０は、コントローラ１１０とは独立した装置で、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８の計測結果に基づいて主冷媒回路５０を循環する冷媒の組成比を検知してもよい。

【0082】

本実施形態では、コントローラ１１０が、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８の計測結果に基づいて、主冷媒回路５０を循環する冷媒の組成比を検知するものとして説明する。具体的には、コントローラ１１０のメモリ（記憶部）には、使用する非共沸混合冷媒について、二相冷媒の圧力及び温度と、非共沸混合冷媒の組成比の関係を表すデータ（例えば、テーブルや関係式）が記憶されている。コントローラ１１０は、メモリに記憶されている、二相冷媒の圧力及び温度と、非共沸混合冷媒の組成比との関係を表すデータと、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８の計測結果と、に基づいて、主冷媒回路５０を循環する冷媒の組成比を検知する。

【0083】

なお、主冷媒回路５０を循環する冷媒の組成比の検知方法は、ここで例示した方法に限定される必要はなく、検知部１５０は、他の方法で、又、上記方法とは異なる機器を用いて、主冷媒回路５０を循環する冷媒の組成比を検知してもよい。

【0084】

（２－４）コントローラ
コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００の各種機器の動作を制御するための制御部である。

【0085】

コントローラ１１０は、例えば、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）や各種の電気回路や電子回路を主に含む（図示省略）。ＭＣＵは、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインタフェース等を含む。ＭＣＵのメモリには、ＭＣＵのＣＰＵが実行するための各種プログラムが記憶されている。また、コントローラ１１０には、ＦＰＧＡやＡＳＩＣが利用されてもよい。なお、コントローラ１１０の各種機能は、ソフトウェアで実現される必要はなく、ハードウェアで実現されても、ハードウェアとソフトウェアとが協働することで実現されてもよい。

【0086】

コントローラ１１０は、熱源ユニット２及び利用ユニット４とは独立した装置であってもよい。また、コントローラ１１０は、熱源ユニット２及び利用ユニット４と独立した装置ではなく、例えば、熱源ユニット２に搭載されている図示しない制御部と、利用ユニット４に搭載されている図示しない制御部と、が協働することで、コントローラ１１０として機能してもよい。

【0087】

コントローラ１１０は、主冷媒回路５０の、圧縮機１０、流路切換機構１５、及び膨張機構３０と電気的に接続され、圧縮機１０、流路切換機構１５、及び膨張機構３０の動作を制御する（図１参照）。また、コントローラ１１０は、熱源ユニット２の熱源熱交換器２０に空気を供給する図示しないファンや、利用ユニット４の利用熱交換器４０に空気を供給する図示しないファンの動作を制御できるように、これらのファンと電気的に接続されている。また、コントローラ１１０は、変更部７０の熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂと電気的に接続され、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂの動作を制御する（図１参照）。また、コントローラ１１０は、検知部１５０の第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂの動作を制御できるように、第１弁１５４ａ及び第２弁１５４ｂと電気的に接続されている。また、コントローラ１１０は、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８と電気的に接続され、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８の計測値を取得可能である。また、コントローラ１１０は、圧力センサ１５６及び温度センサ１５８以外の冷凍サイクル装置１００の様々な場所に配置される図示しないセンサとも電気的に接続され、これらのセンサの計測値を取得可能である。

【0088】

コントローラ１１０は、例えば、ＣＰＵが、メモリに記憶されているプログラムを実行することで、各種制御を実行する。例えば、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００が冷房運転や暖房運転を行う際に、冷凍サイクル装置１００の各種機器の動作を制御する。また、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じ、圧縮機１０の回転数を増減したり、変更部７０の動作を制御して主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更したりする。

【0089】

以下に、変更部７０による主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比の制御については触れずに、冷房運転時と暖房運転時における冷凍サイクル装置１００の各種機器の基本的な動作について説明する。

【0090】

その後に、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じた、圧縮機１０の回転数の制御や、変更部７０を用いた主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比の制御（以後、説明が煩雑になるのを避けるため組成比制御と呼ぶ場合がある）について説明する。

【0091】

（２－５－１）冷房運転
コントローラ１１０は、図示しないリモコンから冷房運転の実行が指示された時や、空調対象空間の温度から見て冷房運転の実行が必要と判断される時に、冷房運転を実行する。

【0092】

冷房運転時には、コントローラ１１０は、熱源熱交換器２０が冷媒の放熱器として機能し、利用熱交換器４０が冷媒の蒸発器として機能するように、流路切換機構１５の動作を制御する。また、コントローラ１１０は、圧縮機１０や、図示しない熱源ユニット２及び利用ユニット４に搭載されているファンの運転を開始する。また、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００の各種センサの計測値や、ユーザが設定する空調対象空間の目標温度等に基づき、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数や、熱源ユニット２及び利用ユニット４に搭載されているファンの回転数や、膨張機構３０としての電子膨張弁の開度を調節する。

【0093】

（２－５－２）暖房運転
コントローラ１１０は、図示しないリモコンから暖房運転の実行が指示された時や、空調対象空間の温度から見て暖房運転の実行が必要と判断される時に、暖房運転を実行する。

【0094】

暖房運転時には、コントローラ１１０は、熱源熱交換器２０が冷媒の蒸発器として機能し、利用熱交換器４０が冷媒の放熱器として機能するように、流路切換機構１５の動作を制御する。また、コントローラ１１０は、圧縮機１０や、図示しない熱源ユニット２及び利用ユニット４に搭載されているファンの運転を開始する。また、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００の各種センサの計測値や、ユーザが設定する空調対象空間の目標温度等に基づき、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数や、熱源ユニット２及び利用ユニット４に搭載されているファンの回転数や、膨張機構３０としての電子膨張弁の開度を調節する。

【0095】

なお、コントローラ１１０は、暖房運転時に熱源熱交換器２０への着霜が検知されると、暖房運転を中断し、流路切換機構１５の動作を制御し、主冷媒回路５０における冷媒の流れ方向を冷房運転時と同方向に切り換えて、デフロスト運転（逆サイクルデフロスト運転）を行う。デフロスト運転は、熱源熱交換器２０に付着した霜を除去するための運転である。冷凍サイクル装置のデフロスト運転については、一般に知られているため、デフロスト運転の詳細については説明を省略する。

【0096】

（２－５－３）要求能力に応じた圧縮機及び変更部の制御
以下に、コントローラ１１０が実行する、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じた圧縮機１０及び変更部７０の制御について説明する。

【0097】

まず、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じた圧縮機１０及び変更部７０の制御について説明する前に、コントローラ１１０が、主冷媒回路５０に第２冷媒を略単独で流す第１モードと、主冷媒回路５０に第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を流す第２モードと、を切り換えて実行する理由について説明する。

【0098】

Ｒ１２３４ＺｅやＲ１２３４ｙｆのような第２冷媒（高沸点冷媒）を用いる場合、冷凍サイクル装置１００の比較的効率の良い運転が可能である。しかし、高沸点冷媒を利用すると、低外気温時に暖房運転を行う際に能力不足が生じる可能性がある。これに対し、高沸点冷媒に、ＣＯ２のような第１冷媒（低沸点冷媒）を混合した非共沸混合冷媒を用いることで、能力不足を補うことができる。ただし、第２冷媒に第１冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用いる場合には、第２冷媒を単独で使用する場合に比べ効率が低下するという課題がある。

【0099】

そこで、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じて、主冷媒回路５０に第２冷媒を略単独で流す第１モードと、主冷媒回路５０に第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を流す第２モードと、を切り換えて実行する。

【0100】

具体的には、コントローラ１１０は、要求能力が比較的低く、第２冷媒を略単独で使用しても能力不足が発生しにくい冷房運転時には、第１モードを実行する。ここでは、コントローラ１１０は、冷房運転時には、第２モードを実行しない。要するに、コントローラ１１０は、利用熱交換器４０を蒸発器として利用する際には、第１モードを実行する。そのため、詳細な説明は省略するが、第２モードの実行後には（例えば、暖房運転中に第２モードを実行した後に、第１モードを実行するための組成比制御が行われていない場合には）、コントローラ１１０は、冷房運転の開始時に、主冷媒回路５０に第２冷媒を略単独で流すための組成比制御を実行する。

【0101】

一方、コントローラ１１０は、要求能力が比較的大きくなりやすく、第１モードでは能力不足が発生する可能性のある暖房運転時には、第２モードを実行する。要するに、コントローラ１１０は、利用熱交換器４０を放熱器として利用する際には、第２モードを実行する。

【0102】

制御方法として、暖房運転時に、常に第２モードを実行することも可能である。

【0103】

しかし、暖房運転時であっても、第１モードを実行した方が効率の良い場合もある。図３を参照しながら説明する。図２は、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を変更して能力を変更する時のＣＯＰの変化と、冷媒中の第１冷媒の比率を変更して能力を変更する時のＣＯＰの変化と、を模式的に表した図である。図２中の実線は、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を増加させて冷凍サイクル装置１００の能力を増加させる時のＣＯＰの変化を示す。図２中の破線は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率を増加させて冷凍サイクル装置１００の能力を増加させる時のＣＯＰの変化を示す。図２から分かるように、ある所定の能力値までは（図中の二点鎖線参照）、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を増加させてその能力を得る方が、組成比制御（変更部７０を用いた主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比の制御）を行って能力を確保するよりもＣＯＰが高いことが分かる。

【0104】

そこで、コントローラ１１０は、暖房運転時に（言い換えれば、利用熱交換器４０を放熱器として利用する際に）、常に第２モードを実行するのではなく、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じて、第１モード、又は、第２モードを実行することが好ましい。具体的には、コントローラ１１０は、以下に図３及び図４を参照しながら説明するように、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数の制御と、組成比制御と、を組み合わせて実行することが好ましい。図３は、冷凍サイクル装置１００の能力不足時に行われる制御のフローチャートの例である。図４は、冷凍サイクル装置１００の能力過剰時に行われる制御のフローチャートの例である。図３及び図４の処理は並列的に実行される。

【0105】

説明の前提として、図２中の、二点鎖線で示す線と、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を変更して能力を変更する時のＣＯＰの変化を示す実線と、の交点に当たる位置のモータ１０ａの回転数（上限回転数）が予め得られているものとする。上限回転数は、実機を用いた実験で得られてもよいし、シミュレーションや、理論的な計算により得られてもよい。コントローラ１１０のメモリには、予め得られた上限回転数の値が記憶されている。

【0106】

コントローラ１１０は、暖房運転時に、要求能力が増加し、現状の運転では要求能力を達成できない場合（能力不足時）に、図３のフローチャートに従い、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数の制御又は、組成比制御を行う。

【0107】

図３のフローチャートのステップＳ１では、現状の運転では要求能力を達成できないのかが（能力不足か否か）が判断される。ステップＳ１の判断は、能力不足と判断されるまで繰り替えし実行される。

【0108】

能力不足と判断された場合、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、現在の圧縮機１０のモータ１０ａの回転数が上限回転数であるか否かが判断される。圧縮機１０のモータ１０ａの回転数が上限回転数に達していないと判断された場合、処理はステップＳ３に進む。

【0109】

ステップＳ３では、コントローラ１１０は、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を増加させる。ステップＳ３では、コントローラ１１０は、予め定められた値だけ回転数を増加されてもよいし、要求能力に対して不足する能力に応じて回転数の増分を変更してもよい。ステップＳ３の実施後、処理はステップＳ１に戻る。

【0110】

一方、ステップＳ２で、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数が上限回転数に達していると判断された場合には、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、コントローラ１１０は、組成比制御を行い、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率を増加させる。要するに、コントローラ１１０は、第１モードを実行中に、圧縮機１０の回転数を所定の回転数（上限回転数）に上げても要求能力が得られない場合に、第２モードを実行し、主冷媒回路５０に、第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒が流れるように変更部７０を制御する。ステップＳ４で、コントローラ１１０は、予め定められた値だけ第１冷媒の比率を増加させてもよいし（例えば２ｗｔ％増やす等）、要求能力に対して不足する能力に応じて第１冷媒の比率をどれだけ増加させるかが決定してもよい。

【0111】

ステップＳ４では、具体的には、コントローラ１１０は、検知部１５０が検知する主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比が目標組成比になるように、変更部７０の熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂの開度を制御する。そして、検知部１５０が検知する主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比が目標組成比になると、コントローラ１１０は、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂを閉じる。ステップＳ４の実施後、処理はステップＳ１に戻る。

【0112】

なお、ステップＳ４の実施後に、再びステップＳ４の処理が行われる場合には、コントローラ１１０は、第２モードにおいて、変更部７０の動作を制御して、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比を、第１組成比と、第１組成比より第１冷媒の比率が高い第２組成比と、の間で変更することになる。このように、第１冷媒の比率を段階的に変化させることで、第１冷媒を過剰に含む冷媒を用いることで生じる効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を確保することができる。

【0113】

コントローラ１１０は、暖房運転時に、図３のフローチャートで説明する処理と並列的に、図４のフローチャートで説明する処理を実行する。コントローラ１１０は、暖房運転時に、要求能力が低下し、現状の運転では要求能力が過剰である場合（能力過剰時）に、図４のフローチャートに従い、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数の制御又は、組成比制御を行う。

【0114】

図４のフローチャートのステップＳ１１では、現状の運転では要求能力に対して能力が過剰か否かが判断される。ステップＳ１１の判断は、能力過剰と判断されるまで繰り替え時実行される。

【0115】

能力過剰と判断された場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、現在の主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率（言い換えれば第１冷媒の濃度）が下限値であるか否かが判断される。第１冷媒の比率の下限値は、例えば、コントローラ１１０が、主冷媒回路５０を流れる冷媒が、略単独の第２冷媒であると判断する濃度であり、予め定められている。言い換えれば、ステップＳ１２では、コントローラ１１０は、実行しているモードが第１モードであるか否かを判断する。

【0116】

ステップＳ１２で、現在の主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率が下限値であると判定されると（第１モードを実行中と判断されると）、処理はステップＳ１３に進む。一方、現在の主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率が下限値ではないと判定されると、処理はステップＳ１４に進む。

【0117】

ステップＳ１３では、コントローラ１１０は、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を減少させる。ステップＳ３では、コントローラ１１０は、予め定められた値だけ回転数が減少されてもよいし、要求能力に対して過剰な能力に応じてどれだけ回転数を減少するかを変更してもよい。ステップＳ１３の実施後、処理はステップＳ１１に戻る。

【0118】

ステップＳ１４では、コントローラ１１０は、組成比制御を行い、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率を低下させる。ステップＳ１４では、コントローラ１１０は、予め定められた値だけ第１冷媒の比率を低下させてもよいし、要求能力に対して過剰な能力に応じて第１冷媒の比率をどれだけ低下させるかを変更してもよい。

【0119】

ステップＳ１４では、具体的には、コントローラ１１０は、検知部１５０が検知する主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比が目標組成比になるように、変更部７０の熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂの開度を制御する。そして、検知部１５０が検知する主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比が目標組成比になると、コントローラ１１０は、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂを閉じる。ステップＳ１４の実施後、処理はステップＳ１１に戻る。

【0120】

（３）特徴
（３－１）
冷凍サイクル装置１００は、主冷媒回路５０と、変更部７０と、制御部の一例としてのコントローラ１１０と、を備える。主冷媒回路５０は、第１冷媒と第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いる。変更部７０は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更する。コントローラ１１０は、変更部７０の動作を制御する。コントローラ１１０は、第１モードと、第２モードと、を実行する。第１モードは、変更部７０の動作を制御して主冷媒回路５０に第２冷媒を略単独で流すモードである。第２モードは、変更部７０の動作を制御して主冷媒回路５０に第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を流すモードである。

【0121】

冷凍サイクル装置１００は、第２冷媒を略単独で使用することも、第１冷媒と第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を使用することも可能であるため、運転条件に応じて、適切な組成の冷媒を使用できる。

【0122】

なお、好ましくは、冷凍サイクル装置１００では、第１モードでは、主冷媒回路５０に第２冷媒の濃度が９２ｗｔ％以上の冷媒が流される。

【0123】

また、さらに好ましくは、冷凍サイクル装置１００では、第１モードでは、主冷媒回路５０に第２冷媒の濃度が９８ｗｔ％以上の冷媒が流される。

【0124】

（３－２）
冷凍サイクル装置１００は、検知部１５０を備える。検知部１５０は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の、第１冷媒と第２冷媒との組成比を検知する。コントローラ１１０は、検知部１５０が検知する第１冷媒と第２冷媒との組成比が目標組成比になるように、変更部７０の動作を制御する。

【0125】

冷凍サイクル装置１００では、冷媒の組成比を検知しながら、第１冷媒と第２冷媒との組成比を変更するので、運転条件に応じ、適切な組成の冷媒を使用できる。

【0126】

（３－３）
冷凍サイクル装置１００では、第２冷媒の沸点は、第１冷媒の沸点より高い。

【0127】

例えば、具体的には、第１冷媒は、ＣＯ２である。第２冷媒は、Ｒ１２３４Ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆである。

【0128】

（３－４）
冷凍サイクル装置１００では、主冷媒回路５０は、温度調整対象の温度調整を行う利用熱交換器４０を含む。利用熱交換器４０を蒸発器として利用する際に、コントローラ１１０は、第１モードを実行する。利用熱交換器４０を放熱器として利用する際に、コントローラ１１０は、第２モードを実行する。

【0129】

冷凍サイクル装置１００では、利用熱交換器４０を蒸発器として利用する際には第２冷媒を略単独で使用して効率を重視した運転をすることができる。一方、能力不足の発生しやすい利用熱交換器４０を放熱器として利用する運転の際には、第１冷媒と第２冷媒との非共沸混合冷媒を用いて必要な能力を得ることができる。

【0130】

（３－５）
冷凍サイクル装置１００は、利用熱交換器４０を放熱器として利用する際に、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力に応じて、第１モード又は第２モードを実行する。

【0131】

冷凍サイクル装置１００では、利用熱交換器４０を放熱器として利用する際にも、能力的に第１冷媒と第２冷媒との混合冷媒を用いることが不要であれば、第２冷媒を略単独で使用して効率を重視した運転を行うことができる。

【0132】

（３－６）
冷凍サイクル装置１００では、主冷媒回路５０は、圧縮機１０を含む。コントローラ１１０は、圧縮機１０の回転数を制御する。コントローラ１１０は、第１モードを実行中に、圧縮機１０の回転数を所定の回転数（上限回転数）に上げても要求能力が得られない場合に、第２モードを実行する。

【0133】

冷凍サイクル装置１００では、効率の低下を抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0134】

（３－７）
冷凍サイクル装置１００では、コントローラ１１０は、第２モードを実行する際に、変更部７０の動作を制御して、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比を、第１組成比と、第２組成比と、の間で変更する。第２組成比では、第１組成比より第１冷媒の比率が高い。

【0135】

冷凍サイクル装置１００では、第１冷媒と第２冷媒との組成比を段階的に変化させるので、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0136】

（３－８）
冷凍サイクル装置１００は、主冷媒回路５０は、圧縮機１０を含む。コントローラ１１０は、圧縮機１０の回転数を制御する。コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００に対する要求能力の変化に応じて、圧縮機１０の回転数、又は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比、のいずれかを変更する。

【0137】

冷凍サイクル装置１００では、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0138】

（３－９）
冷凍サイクル装置１００では、コントローラ１１０は、要求能力が低下した際に、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率が所定値（下限値）より高い場合には、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率を下げるよう変更部７０を制御し、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率が所定値（下限値）以下の場合には、圧縮機１０の回転数を下げる。

【0139】

冷凍サイクル装置１００では、効率の低下は抑制しつつ、必要な能力を得ることができる。

【0140】

（４）変形例
以下に、上記実施形態の変形例を説明する。なお、以下の変形例は、互いに矛盾しない範囲で適宜組み合わせられてもよい。

【0141】

（４－１）変形例Ａ
主冷媒回路５０を流れる冷媒の組成を変更するための機構は、上記実施形態の変更部７０のような機構に限定されるものではない。例えば、冷凍サイクル装置１００は、図５のように、変更部７０に代えて、変更部１７０を有するものであってもよい。

【0142】

変更部１７０は、冷媒容器７２に代えて、内部に吸着材１７２ａが充填されている容器１７２を含む。その他の構成については、上記実施形態の変更部７０と同様である。

【0143】

吸着材１７２ａは、第１冷媒を吸着する特性を有する。具体的に、第１実施形態の冷凍サイクル装置１００では、吸着材１７２ａは、ＣＯ２を吸着する特性を有する。

【0144】

また、吸着材１７２ａは、第２冷媒を吸着しない特性を有する。具体的に、第１実施形態の冷凍サイクル装置１００では、吸着材１７２ａは、第２冷媒として使用されるＲ１２３４ＺｅやＲ１２３４ｙｆを吸着しない。あるいは、吸着材１７２ａは、第１冷媒に加えて第２冷媒も吸着するものの、第２冷媒の吸着性能が第１冷媒の吸着性能より低い特性を有するものでもよい。

【0145】

なお、吸着材１７２ａは、例えばＣＯ２の吸着性能が高いゼオライトである。また、吸着材１７２ａは、ＣＯ２の吸着性能が高い金属有機構造体（ＭＯＦ）であってもよい。なお、吸着材１７２ａの種類は、第１冷媒を吸着し、かつ、第２冷媒を吸着しない又は第２冷媒の吸着性能が第１冷媒の吸着性能より低いものであれば、例示した種類の吸着材に限定されない。

【0146】

変更部１７０では、吸着材１７２ａに第１冷媒を吸着させる場合には、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂが開かれ、主冷媒回路５０を流れる冷媒の一部が、容器１７２に流入する。冷媒が容器１７２内を通過する際、第１冷媒は吸着材１７２ａに吸着される一方で、第２冷媒は吸着材１７２ａに吸着されない又はほとんど吸着されないので、容器１７２を通過した冷媒は第２冷媒の比率が高い冷媒となる。これを主冷媒回路５０に流入させることで、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第２冷媒の比率を増加させることができる。

【0147】

一方、吸着材１７２ａから第１冷媒を脱着させる場合にも、熱源側弁８２ａ及び利用側弁８２ｂが開かれ、主冷媒回路５０を流れる冷媒の一部が、容器１７２に流入する。脱着時には、さらに、例えば圧縮機１０から吐出される高温の冷媒の熱を利用して、あるいは、図示内ヒータ等の発する熱を利用して、容器１７２内の吸着材１７２ａが加熱される。その結果、吸着材１７２ａから第１冷媒が脱着され、容器１７２を流れる冷媒に混入するので、容器１７２から流出する冷媒は、第２冷媒の比率が低い（容器１７２に流入した時よりも第２冷媒の比率が低い）冷媒となる。この冷媒を主冷媒回路５０に流入させることで、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第２冷媒の比率を低下させることができる。言い換えれば、この冷媒を主冷媒回路５０に流入させることで、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒の比率を増加させることができる。

【0148】

さらに、変更部の構成は、例示のものに限定されず、主冷媒回路５０を流れる冷媒の組成比を変更可能であれば、他の構成であってもよい。例えば、変更部は、冷媒精留塔を利用するものであってもよい。

【0149】

（４－２）変形例Ｂ
上記実施形態では、第１冷媒はＣＯ２であり、第２冷媒はＨＦＯ冷媒のＲ１２３４Ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆである非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置について説明を行った。ただし、第１冷媒及び第２冷媒の種類は例示の冷媒に限定されるものではない。例えば、第１冷媒は、ＨＦＯ冷媒のＲ１１３２（Ｅ）（トランス－１，２?ジフルオロエチレン）またはＲ１１２３（トリフルオロエチレン）であってもよい。このような冷媒の組合せでも、第２冷媒を実質的に単独で用いることで高効率の運転を実現しつつ、第２冷媒を単独で用いる場合には能力が不足する場合には、第１冷媒と第２冷媒との非共沸混合冷媒を用いることで能力不足を補うことができる。

【0150】

（４－３）変形例Ｃ
上記実施形態では、建物等に設置される冷凍サイクル装置１００を例に、本開示の冷凍サイクル装置を説明している。しかし、本開示の冷凍サイクル装置は、建物に設置されるものに限定されない。本開示の冷凍サイクル装置は、例えば、自動車等の乗物に搭載される装置であってもよい。

【0151】

（４－４）変形例Ｄ
上記実施形態では、冷凍サイクル装置１００が、熱源ユニット２と、熱源ユニット２に冷媒配管により接続される利用ユニット４と、を有する場合を例に、本開示の冷凍サイクル装置を説明している。しかし、本開示の冷凍サイクル装置は、このような装置に限定されるものではない。例えば、本開示の冷凍サイクル装置は、全ての機器が１つのケーシングに搭載される一体式の装置であってもよい。

【0152】

（４－５）変形例Ｅ
上記実施形態では、コントローラ１１０は、利用熱交換器４０を蒸発器として使用する際には、第２冷媒が実質単独で使用される第１モードを実行する。ただし、これに限定されるものでなく、コントローラ１１０は、利用熱交換器４０を蒸発器として使用する際にも、能力不足が問題となる条件が存在する場合には、第１モードに加え、第１冷媒と第２冷媒との非共沸混合冷媒が使用される第２モードを実行してもよい。この場合、冷凍サイクル装置は、温度調整対象を冷却する運転だけを行う装置であってもよい。

【0153】

（４－６）変形例Ｆ
上記実施形態では、冷凍サイクル装置１００は、利用熱交換器４０を蒸発器として使用する運転と、利用熱交換器４０を放熱器として使用する運転と、を切り換えて実行可能な装置である。ただし、これに限定されるものでなく、冷凍サイクル装置１００は、利用熱交換器４０を放熱器として使用する運転だけを主に行う装置であってもよい。

【0154】

（４－７）変形例Ｇ
上記実施形態では、要求能力の変化に応じて冷凍サイクル装置１００の能力を増大させる際に、コントローラ１１０は、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数と、主冷媒回路５０を流れる冷媒の組成比のうち、変更後によりＣＯＰを高く維持可能な方を変更する。これに代えて、コントローラ１１０は、要求能力の変化に応じて冷凍サイクル装置１００の能力を増大させる際に、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数と、主冷媒回路５０を流れる冷媒の組成比のうち、より電力増加量の低い方を変更してもよい。

【0155】

このような制御を行うため、例えば、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を変化させた場合の能力と電力使用量との関係と、主冷媒回路５０を流れる冷媒の第１冷媒の比率を変化させた場合の能力と電力使用量との関係と、が求められ、閾値となる圧縮機の上限回転数が予め決定されていてもよい。上限回転数は、例えばコントローラ１１０のメモリ（記憶部）に記憶される。

【0156】

他の例では、図６のように、圧縮機１０に電流計又は電力量計１０ｄが設けられてもよい。そして、コントローラ１１０は、冷凍サイクル装置１００に対する要求が増大した場合に、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比は変化させずに圧縮機１０のモータ１０ａの回転数を変えた場合の電流値の変化と、圧縮機１０のモータ１０ａの回転数は変化させずに主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比を変えた場合の電流値の変化とを、それぞれ実測してもよい。そして、コントローラ１１０は、２つの制御のうち、圧縮機１０の電流値の増加が実際に少なかった方を、最終的に実行する制御として選択してもよい。

【0157】

（４－８）変形例Ｈ
上記実施形態では、第２モードにおいて、第１冷媒と第２冷媒との組成比を段階的に変化させているが、これに限定されるものではない。例えば、第２モードでは、コントローラ１１０は、主冷媒回路５０を流れる冷媒中の第１冷媒と第２冷媒との組成比を、常に所定の（常に同一の）組成比になるよう制御してもよい。

【0158】

＜付記＞
以上、本開示の実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

【産業上の利用可能性】

【0159】

本開示は、冷凍サイクル装置に広く適用でき有用である。

【符号の説明】

【0160】

１０ 圧縮機
４０ 利用熱交換器
５０ 主冷媒回路（冷凍サイクル）
７０ 変更部
１００ 冷凍サイクル装置
１１０ コントローラ（制御部）
１５０ 検知部
１７０ 変更部

【先行技術文献】

【特許文献】

【0161】

【文献】特開２００８－２８１３２６号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】