特許 7599573 冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法

(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】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 7/00 20060101AFI20241206BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241206BHJP

【ＦＩ】

F25B7/00 E

F25B7/00 A

F25B1/00 396B

F25B1/00 396D

F25B1/00 396E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023539474

(86)(22)【出願日】2021-08-05

(86)【国際出願番号】 JP2021029052

(87)【国際公開番号】W WO2023012960

(87)【国際公開日】2023-02-09

【審査請求日】2023-08-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 智隆

(72)【発明者】

【氏名】西山 拓未

【審査官】庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－０１９９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１４０８７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２３４８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１２６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８７９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３０２３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１９８２０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０４５４００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０４５３５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２１５６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１圧縮機、凝縮器、第１減圧装置、及びカスケード熱交換器を備え、高元側冷媒が循環する高元回路と、
第２圧縮機、前記カスケード熱交換器、レシーバ、第２減圧装置、及び蒸発器を備え、低元側冷媒が循環する低元回路と、
制御装置と、を備え、
前記カスケード熱交換器は、前記高元側冷媒と前記低元側冷媒とを熱交換するものであり、
前記低元側冷媒は、ＣＯ_２と可燃性冷媒とからなる非共沸混合冷媒であり、
前記制御装置は、前記低元回路を循環する前記低元側冷媒の高圧圧力が閾値以下となるよう前記高元回路を制御するものであり、
前記閾値は、前記低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力であり、
前記低元回路を循環する前記低元側冷媒の前記高圧圧力は、前記低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力以下に維持される冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記低元側冷媒の前記高圧圧力が前記閾値より大きい場合、前記高元回路の能力を増加させる請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記低元側冷媒の前記高圧圧力が前記閾値より大きい場合、前記第１圧縮機の運転周波数を増加させる請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第２圧縮機の停止後も前記第１圧縮機の駆動を継続し、前記低元側冷媒の前記高圧圧力が前記閾値以下となるよう前記高元回路を制御する請求項１～３の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記低元回路の冷却負荷が増加した場合、前記高元回路の能力を増加させる請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項6】

第１圧縮機、凝縮器、第１減圧装置、及びカスケード熱交換器を備え、高元側冷媒が循環する高元回路と、
第２圧縮機、前記カスケード熱交換器、レシーバ、第２減圧装置、及び蒸発器を備え、低元側冷媒が循環する低元回路と、
を備える冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記カスケード熱交換器は、前記高元側冷媒と前記低元側冷媒とを熱交換するものであり、
前記低元側冷媒は、ＣＯ_２と可燃性冷媒とからなる非共沸混合冷媒であり、
制御装置により前記低元回路を循環する前記低元側冷媒の高圧圧力が閾値以下となるよう前記高元回路を制御するステップを備え、
前記閾値は、前記低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力であり、
前記低元回路を循環する前記低元側冷媒の前記高圧圧力を前記低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力以下に維持する冷凍サイクル装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二元冷凍サイクルを備えた冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、二元冷凍サイクルを備えた冷凍サイクル装置として、低元側冷媒が循環する低元回路と、高元側冷媒が循環する高元回路と、低元側冷媒と高元側冷媒とを熱交換させるカスケードコンデンサとを備えた冷凍装置が知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１４／０３０２３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の冷凍サイクル装置では、低元回路に余剰冷媒を貯留するためのレシーバが設けられ、低元回路の冷媒として非共沸混合冷媒が用いられている。この場合、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒のうち、沸点が低い冷媒のガスがレシーバに滞留することで、低元回路を循環する冷媒の組成が変動することがある。非共沸混合冷媒に含まれる冷媒のうち、沸点が高い冷媒が可燃性を有する場合、冷媒の組成変動により低元回路を循環する冷媒の燃焼性が増加し、冷媒漏洩時の可燃性のリスクが増加する。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するためのものであり、冷媒の組成変動を抑制することができる冷凍サイクル装置、及び冷凍サイクル装置の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る冷凍サイクル装置は、第１圧縮機、凝縮器、第１減圧装置、及びカスケード熱交換器を備え、高元側冷媒が循環する高元回路と、第２圧縮機、カスケード熱交換器、レシーバ、第２減圧装置、及び蒸発器を備え、低元側冷媒が循環する低元回路と、制御装置と、を備え、カスケード熱交換器は、高元側冷媒と低元側冷媒とを熱交換するものであり、低元側冷媒は、ＣＯ_２と可燃性冷媒とからなる非共沸混合冷媒であり、制御装置は、低元回路を循環する低元側冷媒の高圧圧力が閾値以下となるよう高元回路を制御するものであり、閾値は、低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力であり、低元回路を循環する低元側冷媒の高圧圧力は、低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力以下に維持される。

【0007】

本開示に係る冷凍サイクル装置の制御方法は、第１圧縮機、凝縮器、第１減圧装置、及びカスケード熱交換器を備え、高元側冷媒が循環する高元回路と、第２圧縮機、カスケード熱交換器、レシーバ、第２減圧装置、及び蒸発器を備え、低元側冷媒が循環する低元回路と、を備える冷凍サイクル装置の制御方法であって、カスケード熱交換器は、高元側冷媒と低元側冷媒とを熱交換するものであり、低元側冷媒は、ＣＯ_２と可燃性冷媒とからなる非共沸混合冷媒であり、制御装置により低元回路を循環する低元側冷媒の高圧圧力が閾値以下となるよう高元回路を制御するステップを備え、閾値は、低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力であり、低元回路を循環する低元側冷媒の高圧圧力を低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力以下に維持する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、低元回路を循環する低元側冷媒の高圧圧力が、低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力以下に維持されることで、冷媒の組成変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。

【図2】低元側冷媒の燃焼性と高圧圧力Ｐ_Ｈとの関係を示すグラフである。

【図3】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートである。

【図4】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートである。

【図5】変形例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】

【0010】

以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものである。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、以下の説明における温度及び圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム又は装置等における状態又は動作等において相対的に定まるものとする。

【0011】

実施の形態１．
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００について説明する。冷凍サイクル装置１００は、それぞれ独立して冷媒を循環させる二元冷凍サイクルを備え、冷凍、冷蔵、給湯、又は空調等の用途に利用されるものである。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００が、冷凍室等の冷却を行う冷凍装置として用いられる場合を例に説明する。

【0012】

図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、高元回路１と、低元回路２と、制御装置３とを備えている。高元回路１は、高元側冷媒が循環する高温回路であり、低元回路２は、高元側冷媒よりも沸点の低い低元側冷媒が循環する低温回路である。高元回路１及び低元回路２は、カスケード熱交換器１４を共通して備え、カスケード熱交換器１４によって高元回路１を循環する高元側冷媒と低元回路２を循環する低元側冷媒との熱交換が行われる。

【0013】

高元回路１は、第１圧縮機１１と、凝縮器１２と、第１減圧装置１３と、カスケード熱交換器１４とを備えている。第１圧縮機１１、凝縮器１２、第１減圧装置１３、及びカスケード熱交換器１４は、この順序で配管により接続されている。高元回路１を循環する高元側冷媒は、例えばＲ１３４ａ、Ｒ３２又はＲ４１０ＡなどのＨＦＣ系、もしくはＨＦＯ－１２３４ｙｆなどのＨＦＯ系の単独冷媒又は混合冷媒である。

【0014】

第１圧縮機１１は、例えば容量制御可能なインバータタイプの圧縮機である。第１圧縮機１１は、高元側冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態にして吐出することで、高元側冷媒を高元回路１内に循環させる。

【0015】

凝縮器１２は、例えばフィンチューブ式の熱交換器である。凝縮器１２は、空気と高元側冷媒との間で熱交換を行い、高元側冷媒を凝縮して液化させる。冷凍サイクル装置１００は、凝縮器１２に空気を供給するための第１ファン１５を備えている。第１ファン１５は、例えば風量を調整可能なプロペラファン又はクロスフローファンなどである。なお、凝縮器１２は、例えば水又はブラインと高元側冷媒との間で熱交換を行うプレート式熱交換器などであってもよい。この場合は、第１ファン１５は省略してもよい。

【0016】

第１減圧装置１３は、例えば開度を制御可能な電子式膨張弁である。第１減圧装置１３は、凝縮器１２に接続され、凝縮器１２から流出した高元側冷媒を減圧して膨張させる。なお、第１減圧装置１３は、毛細管又は感温式膨張弁であってもよい。

【0017】

カスケード熱交換器１４は、例えばプレート式熱交換器である。カスケード熱交換器１４は、高元回路１に接続される高元側流路１４１と、低元回路２に接続される低元側流路１４２とを備え、高元側流路１４１を流れる高元側冷媒と低元側流路１４２を流れる低元側冷媒との間で熱交換を行う。カスケード熱交換器１４の高元側流路１４１は、蒸発器として機能し、高元側冷媒を蒸発してガス化させる。また、カスケード熱交換器１４の低元側流路１４２は、凝縮器として機能し、低元側冷媒を凝縮して液化させる。

【0018】

低元回路２は、第２圧縮機２１と、カスケード熱交換器１４と、レシーバ２２と、第２減圧装置２３と、蒸発器２４とを備えている。第２圧縮機２１、カスケード熱交換器１４、レシーバ２２、第２減圧装置２３、及び蒸発器２４は、この順序で配管により接続されている。低元回路２を循環する低元側冷媒は、高元側冷媒よりも沸点の低い非共沸混合冷媒である。非共沸混合冷媒を用いることで、単一冷媒では得られない低い蒸発温度を得ることができる。本実施の形態では、低元側冷媒として、ＣＯ_２とＲ２９０（プロパン）を含む非共沸混合冷媒が用いられる。ＣＯ_２は低沸点冷媒であり、Ｒ２９０はＣＯ_２よりも沸点の高い高沸点冷媒である。ＣＯ_２及びＲ２９０などの自然冷媒を用いることで、環境負荷を低くすることができる。また、低元側冷媒にＣＯ_２を混合することで冷却能力が向上し、Ｒ２９０を混合することでＣＯＰが向上するとともにＣＯ_２の三重点が低下し、低温利用が可能となる。

【0019】

第２圧縮機２１は、例えば容量制御可能なインバータタイプの圧縮機である。第２圧縮機２１は、低元側冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態にして吐出することで、低元側冷媒を低元回路２内に循環させる。

【0020】

レシーバ２２は、カスケード熱交換器１４と第２減圧装置２３との間に配置され、カスケード熱交換器１４の低元側流路１４２から流出した低元側冷媒を一時的に貯留する。レシーバ２２によって、冷却負荷の変動により生じる余剰冷媒が貯留される。

【0021】

第２減圧装置２３は、例えば開度を制御可能な電子式膨張弁である。第２減圧装置２３は、レシーバ２２の冷媒出口に接続され、レシーバ２２から流出した低元側冷媒を減圧して膨張させる。なお、第２減圧装置２３は、毛細管又は感温式膨張弁であってもよい。

【0022】

蒸発器２４は、例えばフィンチューブ式の熱交換器である。蒸発器２４は、空気と低元側冷媒との間で熱交換を行い、低元側冷媒を蒸発してガス化させる。冷凍サイクル装置１００は、蒸発器２４に空気を供給するための第２ファン２５を備えている。第２ファン２５は、例えば風量を調整可能なプロペラファン又はクロスフローファンなどである。なお、蒸発器２４は、例えば水又はブラインと低元側冷媒との間で熱交換を行うプレート式熱交換器などであってもよい。この場合は、第２ファン２５は省略してもよい。

【0023】

また、冷凍サイクル装置１００は、低元回路２を循環する低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを検出する圧力センサ２６を備えている。圧力センサ２６は、カスケード熱交換器１４の低元側流路１４２とレシーバ２２とを接続する配管に設けられる。なお、圧力センサ２６は、低元回路２の高圧側、すなわち第２圧縮機２１の吐出口から第２減圧装置２３の冷媒入口までの間の任意の箇所に設けることができる。圧力センサ２６によって検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈは、制御装置３に送信される。

【0024】

なお、圧力センサ２６に替えて、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈに換算できる他の物理量（例えば凝縮温度）を検出するセンサを備え、制御装置３にて高圧圧力Ｐ_Ｈに換算してもよい。また、冷凍サイクル装置１００は、外気温度を検出する外気温度センサ、冷凍室内の温度を検出する室内温度センサ、高元回路１及び低元回路２における任意の場所の冷媒の温度又は圧力を検出するセンサ等の図示しない各種センサをさらに備えていてもよい。

【0025】

制御装置３は、冷凍サイクル装置１００の全体の動作を制御する。制御装置３は、制御に必要なデータ及びプログラムを記憶するメモリと、プログラムを実行するＣＰＵとを備える処理装置、又はＡＳＩＣ又はＦＰＧＡなどの専用のハードウェアもしくはその両方で構成される。本実施の形態の制御装置３は、圧力センサ２６により検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈに基づき、高元回路１を制御する。また、制御装置３は、各種センサから受信した情報及び利用者から指示される運転内容に基づき、高元回路１及び低元回路２の各機器、並びに第１ファン１５及び第２ファン２５を制御する。

【0026】

本実施の形態の冷凍サイクル装置１００の動作を、各冷媒回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。まず、高元回路１の動作について説明する。冷凍サイクル装置１００の運転開始が指示されると、第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１が駆動される。そして、高元回路１の第１圧縮機１１は、高元側冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。第１圧縮機１１が吐出した高元側冷媒は凝縮器１２へ流入する。凝縮器１２は、第１ファン１５から供給される空気と高元側冷媒との間で熱交換を行い、高元側冷媒を凝縮液化する。

【0027】

凝縮器１２で凝縮液化された高元側冷媒は、第１減圧装置１３を通過する。第１減圧装置１３は凝縮液化された高元側冷媒を減圧する。第１減圧装置１３が減圧した高元側冷媒は、カスケード熱交換器１４の高元側流路１４１に流入する。高元側流路１４１に流入した高元側冷媒は、カスケード熱交換器１４の低元側流路１４２を流れる低元側冷媒との間で熱交換され、蒸発ガス化される。カスケード熱交換器１４で蒸発ガス化された高元側冷媒は、第１圧縮機１１に再び吸入される。

【0028】

次に、低元回路２の動作について説明する。低元回路２の第２圧縮機２１は、低元側冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。第２圧縮機２１が吐出した低元側冷媒はカスケード熱交換器１４の低元側流路１４２へ流入する。低元側流路１４２に流入した低元側冷媒は、カスケード熱交換器１４の高元側流路１４１を流れる高元側冷媒との間で熱交換され、凝縮液化される。

【0029】

カスケード熱交換器１４で凝縮液化された低元側冷媒は、レシーバ２２に流入する。レシーバ２２から流出した低元側冷媒は、第２減圧装置２３を通過する。第２減圧装置２３は、低元側冷媒を減圧する。第２減圧装置２３が減圧した低元側冷媒は、蒸発器２４に流入する。蒸発器２４は、第２ファン２５から供給される空気と低元側冷媒との間で熱交換を行い、低元側冷媒を蒸発ガス化する。このとき、低元側冷媒が空気から吸熱することによって、冷凍室が冷却される。蒸発器２４で蒸発ガス化した低元側冷媒は、第２圧縮機２１に再び吸入される。

【0030】

低元回路２のレシーバ２２には、冷凍サイクル装置１００の運転条件又は負荷条件に応じて発生した余剰な液冷媒が貯留される。このとき、レシーバ２２内の低元側冷媒のうち、沸点の低い冷媒がガスとなってレシーバ２２内に滞留し、レシーバ２２から流出して低元回路２内を循環する低元側冷媒の循環組成が変動する。例えば、本実施の形態のように、低元側冷媒として、ＣＯ_２とＲ２９０の非共沸混合冷媒が用いられる場合、Ｒ２９０よりも沸点が低いＣＯ_２がレシーバ２２にガスとして滞留する。その結果、低元側冷媒の循環組成においては、可燃性冷媒であるＲ２９０の割合が増加する。これにより、低元回路２内を循環する低元側冷媒の可燃性が増加し、冷媒漏洩時の可燃性のリスクが増加してしまう。

【0031】

そこで、本実施の形態の制御装置３は、高元回路１の能力を制御して、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを、低元側冷媒が不燃性を維持する圧力値以下とする。図２は、低元側冷媒の燃焼性と高圧圧力Ｐ_Ｈとの関係を示すグラフである。図２のグラフは、本実施の形態のように低元側冷媒が非共沸混合冷媒であり、沸点が高い方の冷媒が可燃性を有する場合のグラフである。図２に示すように、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが高いほど、燃焼性が高くなる。そのため、低元側冷媒を不燃に維持するためには、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを閾値Ｐ_Ｔ以下とする必要がある。閾値Ｐ_Ｔは、低元側冷媒を構成する冷媒の物性によって一意的に決められるものである。本実施の形態では、低元側冷媒に応じて閾値Ｐ_Ｔが予め設定され、制御装置３に記憶される。制御装置３は、圧力センサ２６で検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが閾値Ｐ_Ｔ以下となるように、高元回路１の能力を制御する。

【0032】

図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の動作を示すフローチャートである。利用者からの指示等により冷凍サイクル装置１００の運転が指示されると、制御装置３は、第１圧縮機１１と第２圧縮機２１とを駆動する（Ｓ１）。これにより、高元回路１に高元側冷媒が循環し、低元回路２に低元側冷媒が循環し、冷凍室が冷却される。

【0033】

そして、圧力センサ２６により低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが検出される（Ｓ２）。制御装置３は、圧力センサ２６により検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、閾値Ｐ_Ｔ以下であるか否かを判断する（Ｓ３）。低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、閾値Ｐ_Ｔ以下である場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、高元回路１の能力を維持したまま、ステップＳ５へ移行する。一方、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、閾値Ｐ_Ｔより大きい場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御装置３は、高元回路１の能力を増加させる（Ｓ４）。具体的には、制御装置３は、高元回路１の第１圧縮機１１の運転周波数を増加させる。ここでは、制御装置３は、第１圧縮機１１の運転周波数を予め定められた一定の値だけ増加させてもよいし、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈと閾値Ｐ_Ｔとの差に応じた値だけ増加させてもよい。

【0034】

高元回路１の能力を増加させることにより、カスケード熱交換器１４の高元側流路１４１を流れる高元側冷媒の温度が低下する。これにより、カスケード熱交換器１４で高元側冷媒と熱交換される低元側冷媒の温度が低下し、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが低下する。低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが低下することで、レシーバ２２内のガス密度が低下し、レシーバ２２におけるガス冷媒の質量が減少する。すなわち、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが低下することで、レシーバ２２に滞留する低沸点冷媒のガス量が減少し、レシーバ２２から流出し、低元回路２を循環する低元側冷媒の組成変動を最小限に抑制することができる。

【0035】

制御装置３は、利用者からの指示等により冷凍サイクル装置１００の運転を停止するか否かを判断する（Ｓ５）。運転を停止しない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ２に戻って以降の処理を繰り返す。一方、運転を停止する場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１を停止する（Ｓ６）。これにより、冷凍サイクル装置１００の運転中は、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが閾値Ｐ_Ｔ以下に維持される。

【0036】

以上のように、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００では、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、低元側冷媒が不燃性を維持できる閾値Ｐ_Ｔ以下となるよう高元回路１が制御される。これにより、レシーバ２２から流出し、低元回路２を循環する低元側冷媒の組成変動を抑制することができる。その結果、低元側冷媒として可燃性冷媒を含む非共沸混合冷媒を用いた場合も、冷媒漏洩時の可燃性のリスクの増加を抑制できる。また、本実施の形態のように、低元側冷媒として、ＣＯ_２を含む混合冷媒を使用した場合、ＣＯ_２の凝固点を低下させることができるため、凝固点（－５６℃）以下での冷却も可能となる。

【0037】

実施の形態２．
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００について説明する。図４は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の動作を示すフローチャートである。本実施の形態では、停止指示後の冷凍サイクル装置１００の動作において、実施の形態１と相違する。冷凍サイクル装置１００の構成は、実施の形態１と同じである。

【0038】

図４に示すように、冷凍サイクル装置１００の運転中の動作（ステップＳ１～Ｓ４）は、実施の形態１と同じである。制御装置３は、利用者からの指示等により冷凍サイクル装置１００の運転を停止するか否かを判断する（Ｓ５）。運転を停止しない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ２に戻って以降の処理を繰り返す。

【0039】

一方、運転を停止する場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御装置３は、低元回路２において、ポンプダウン運転を行う（Ｓ１１）。ここでは、制御装置３は、第２減圧装置２３を全閉とし、第２圧縮機２１の運転を継続する。レシーバ２２の下流側に位置する第２減圧装置２３が閉じられているため、低元回路２内の低元側冷媒は、カスケード熱交換器１４の低元側流路１４２とレシーバ２２とに回収される。その後、制御装置３は、第２圧縮機２１を停止する（Ｓ１２）。これにより、低元回路２における低元側冷媒の循環が停止する。

【0040】

なお、レシーバ２２の冷媒出口と第２減圧装置２３との間に電磁弁を設け、該電磁弁を閉じてポンプダウン運転を行ってもよい。また、低元回路２の低圧側、すなわち第２減圧装置２３の冷媒出口から第２圧縮機２１の吸入口までの間に低元側冷媒の低圧圧力を検出する圧力センサを設け、低元側冷媒の低圧圧力が大気圧以下となった場合に第２圧縮機２１を停止してもよい。これにより、低元回路２の低圧側に冷媒がなくなった後も第２圧縮機２１の駆動が継続されることによる故障などを防ぐことができる。

【0041】

そして、圧力センサ２６により低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが検出される（Ｓ１３）。制御装置３は、圧力センサ２６により検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、閾値Ｐ_Ｔ以下であるか否かを判断する（Ｓ１４）。低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、閾値Ｐ_Ｔ以下である場合は（Ｓ１４：ＹＥＳ）、高元回路１の能力を維持したまま、ステップＳ１６へ移行する。一方、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、閾値Ｐ_Ｔより大きい場合（Ｓ１４：ＮＯ）、制御装置３は、高元回路１の能力を増加させる（Ｓ１５）。具体的には、実施の形態１と同様に、制御装置３は高元回路１の第１圧縮機１１の運転周波数を増加させる。

【0042】

ここで、低元回路２における低元側冷媒の循環が停止した場合も、低元回路２のレシーバ２２においては、低沸点冷媒がガス化し、レシーバ２２内の液冷媒の組成が変動することがある。例えば、本実施の形態の場合は、低沸点冷媒であるＣＯ_２がレシーバ２２内においてガス化し、レシーバ２２内における液冷媒の組成においては、可燃性冷媒であるＲ２９０の割合が増加する。また、ポンプダウン運転によりレシーバ２２には大量の液冷媒が存在するため、レシーバ２２から冷媒漏洩が生じた場合のリスクが増加してしまう。

【0043】

これに対し、本実施の形態では、低元回路２の停止後も、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが、低元側冷媒が不燃性を維持できる閾値Ｐ_Ｔ以下となるよう高元回路１が制御される。これにより、カスケード熱交換器１４の低元側流路１４２に滞留する低元側冷媒の温度が低下し、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが低下する。そして、カスケード熱交換器１４にて温度が低下した低元側冷媒が、温度及び圧力の均衡を維持するように自然に対流してレシーバ２２に流入することで、レシーバ２２のガス密度が低下し、レシーバ２２におけるガス冷媒の質量が減少する。これにより、レシーバ２２における低沸点冷媒（ＣＯ_２）のガス冷媒量が減少し、レシーバ２２内の液冷媒の組成変動を最小限に抑制することができる。

【0044】

制御装置３は、利用者からの指示等により冷凍サイクル装置１００の運転を開始するか否かを判断する（Ｓ１６）。運転を開始しない場合は（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１３に戻って以降の処理を繰り返す。運転を開始する場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１に移行し、第２圧縮機２１を駆動して低元回路２に低元側冷媒を循環させる。

【0045】

以上のように、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００では、実施の形態１と同じ効果に加え、冷凍サイクル装置１００の停止時においても、レシーバ２２に滞留する液冷媒の組成変動を抑制することができる。その結果、低元側冷媒として可燃性冷媒を含む非共沸混合冷媒を用いていた場合も、レシーバ２２からの冷媒漏洩時の可燃性のリスクの増加を抑えることができる。

【0046】

以上が実施の形態の説明であるが、本開示は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形又は組み合わせることが可能である。例えば、低元側冷媒は、ＣＯ_２とＲ２９０の非共沸混合冷媒に限定されるものではなく、その他の非共沸混合冷媒であってもよい。ただし、低元側冷媒がＣＯ_２と可燃性冷媒とを含む非共沸混合冷媒の場合に、特に上記実施の形態の効果を得ることができる。

【0047】

また、上記実施の形態では、制御装置３が冷凍サイクル装置１００の全体の制御を行う構成としたが、高元回路１及び低元回路２にそれぞれ制御装置３を設け、高元回路１及び低元回路２の動作を個別に制御してもよい。

【0048】

また、上記実施の形態では、第１圧縮機１１の運転周波数を制御することで、高元回路１の能力を制御する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、第１圧縮機１１の運転周波数に替えて又は加えて、高元回路１の第１減圧装置１３の開度又は第１ファン１５の回転数を制御することで、高元回路１の能力を制御してもよい。この場合、制御装置３は、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが閾値Ｐ_Ｔより大きい場合は、第１減圧装置１３の開度及び第１ファン１５の回転数を増加させて、高元回路１の能力を増加させる。

【0049】

また、上記実施の形態では、圧力センサ２６によって検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈに応じて高元回路１を制御する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、制御装置３は、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈに対応する低元側冷媒の凝縮温度に応じて高元回路１を制御してもよい。もしくは、制御装置３は、低元回路２の冷却負荷に応じて高元回路１を制御することで、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを、低元側冷媒が不燃性を維持する圧力値以下としてもよい。低元回路２の冷却負荷は、例えば冷却対象である冷凍室等の室内温度等に基づき求められる。この場合、制御装置３は、低元回路２の冷却負荷が増加する場合には、高元回路１の能力を増加させ、低元回路２の冷却負荷が減少する場合には、高元回路１の能力を低下させる。これにより、低元回路２の冷却負荷の増加により低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが上昇した場合も、高元回路１の能力が増加することで、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを低下させることができる。その結果、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを低元側冷媒が不燃性を維持する圧力値以下に維持することができる。なお、本変形例では、圧力センサ２６を省略してもよいし、圧力センサ２６により検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈに基づく制御を組み合わせて行ってもよい。

【0050】

また、低元回路２に、圧力又は温度が基準値まで上昇すると開放される圧力逃し装置を設け、圧力逃し装置によって、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを低元側冷媒が不燃性を維持する圧力値以下としてもよい。図５は、変形例に係る冷凍サイクル装置１００Ａの概略構成図である。図５に示すように、冷凍サイクル装置１００Ａは圧力逃し装置２７を備える。圧力逃し装置２７は、低元回路２の高圧側の冷媒配管又はレシーバ２２に設けられている。圧力逃し装置２７は、圧力逃し弁又は可溶栓であり、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈ又は凝縮温度が閾値Ｐ_Ｔ以上となった場合に弁又は栓が開放されることで、ガス冷媒が外部に排出され、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈが低下する。閾値Ｐ_Ｔは、上記実施の形態と同様に、低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力値又は温度である。これにより、低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈを低元側冷媒が不燃性を維持できる圧力値以下に維持することができる。なお、本変形例においては、圧力センサ２６によって検出された低元側冷媒の高圧圧力Ｐ_Ｈ又は冷却負荷による高元回路１の制御を省略してもよいし、これらの制御を組み合わせて行ってもよい。

【符号の説明】

【0051】

１ 高元回路、２ 低元回路、３ 制御装置、１１ 第１圧縮機、１２ 凝縮器、１３ 第１減圧装置、１４ カスケード熱交換器、１５ 第１ファン、２１ 第２圧縮機、２２ レシーバ、２３ 第２減圧装置、２４ 蒸発器、２５ 第２ファン、２６ 圧力センサ、２７ 圧力逃し装置、１００、１００Ａ 冷凍サイクル装置、１４１ 高元側流路、１４２ 低元側流路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】