CN106104170B - 制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种安全且性能高的制冷循环装置，即使将发生歧化反应的制冷剂用于制冷循环装置，也能够避免成为制冷剂连锁地发生反应的条件下的状况。该制冷循环装置将至少包括第一制冷剂、以及具有在相同压力下沸点高于第一制冷剂的特性的第二制冷剂的非共沸混合制冷剂作为工作制冷剂，并至少具有依次连接压缩机、第一换热器、第一膨胀阀以及第二换热器，第一制冷剂具有发生歧化反应的特性，构成为压缩机内的第一制冷剂的组成比小于在主路径中流动的第一制冷剂的组成比。

Description

制冷循环装置
技术领域
本发明涉及一种将非共沸混合制冷剂用作工作制冷剂的制冷循环装置。
背景技术
近年来，为了抑制地球温室效应的影响，正在开发低GWP制冷剂。以往所使用的R410A是性能优异的制冷剂，但GWP(全球变暖潜能值)为2000左右，因此逐渐使用作为GWP是R410A的大约1/3的R32。R32是与R410A相比物性接近且性能优异的制冷剂，GWP为600左右，为了进一步实现低GWP化，开发了R1234yf等四氟丙烯类(HFO类)制冷剂。然而该制冷剂是高沸点制冷剂，是性能低的制冷剂。若想要维持与以往相同的性能，技术课题多，存在成本提高的可能性。
伴随于此，提出了一种采用地球温室效应系数小且沸点低的制冷剂(例如HFO1123)的制冷循环装置的方案(参照专利文献1)。
众所周知，HFO1123的组成中没有氯原子，因此对臭氧层的影响少，且具有双键而大气寿命短，因此对地球温室效应的影响少，而且性能(能力)优异(低沸点制冷剂)。另外，根据美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)，其燃烧区段属于相当于等级2L(低微燃性)的范畴，具有安全性。
而且，即使将HC、HFC、HCFO、CFO、HFO等制冷剂混合于HFO1123，也能作为混合制冷剂局部地发挥这样的长处。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/157764号
发明内容
发明所要解决的课题
众所周知，这样的HFO1123(CF2＝CHF)是性能优异的制冷剂，但在特定的条件下会发生歧化反应(自分解反应)。歧化反应指的是两个以上的同种的分子彼此反应而生成两种以上的异种的生成物的化学反应。
HFO1123的歧化反应是以下的化学反应。
CF2＝CHF→(1/2)CF4+(3/2)C+HF+(反应热)
这样的反应因将局部的能量施加于制冷剂而产生。因此，存在如果在高温、高压的环境下有可能连锁地发生反应的问题。
本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的是提供一种制冷循环装置，即使将这样的发生歧化反应的制冷剂用于制冷循环装置也能够避免成为制冷剂连锁地发生反应的条件下的状况、并且安全且性能高。
用于解决课题的方案
本发明所涉及的所述制冷循环装置将非共沸混合制冷剂作为工作制冷剂，所述非共沸混合制冷剂至少包括第一制冷剂、以及具有在相同压力下沸点高于所述第一制冷剂的特性的第二制冷剂，并且所述制冷循环装置至少具有依次连接压缩机、第一换热器、第一膨胀阀以及第二换热器的主路径，所述第一制冷剂具有发生歧化反应的特性，所述制冷循环装置构成为，所述压缩机内的所述非共沸混合制冷剂中的所述第一制冷剂的组成比小于在所述主路径中流动的所述非共沸混合制冷剂中的所述第一制冷剂的组成比。
发明效果
根据本发明所涉及的制冷循环装置，能够通过将作为单独制冷剂时容易发生歧化反应的低沸点制冷剂的第一制冷剂与作为高沸点冷剂的第二制冷剂混合而形成非共沸混合制冷剂，在特别容易发生制冷剂的歧化反应的压缩机内部降低第一制冷剂的组成比，能够通过使第一制冷剂的分压下降来抑制歧化反应，并且能够获得性能高的制冷循环装置。
附图说明
图1是实施方式一所涉及的制冷循环装置的概略结构图。
图2是实施方式一所涉及的制冷循环装置内的非共沸混合制冷剂在高压、中间压、低压的各压力下的温度对组成线图。
图3是实施方式二所涉及的制冷循环装置的概略结构图。
图4是实施方式三所涉及的制冷循环装置的概略结构图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
另外，以下说明的结构等是一个例子，本发明所涉及的制冷循环装置不限定于这样的结构等。
并且，对于细节的结构适当简化或者省略图示。
并且，对于重复或者类似的说明适当简化或者省略。
实施方式一
首先，对制冷循环装置的结构进行说明。
图1是实施方式一所涉及的制冷循环装置的概略结构图。
如图1所示，实施方式一所涉及的制冷循环装置利用作为主路径8的制冷剂配管依次连接压缩机1、第一冷凝器2、气液分离器3、第二冷凝器4、制冷剂间换热器5、第一膨胀阀6以及蒸发器7，形成制冷循环。设置于气液分离器3的上部的气体侧出口3a与第二冷凝器4连接。
设置于气液分离器3的下部的液体侧出口3b经由旁通路径9与压缩机1连接。旁通路径9与压缩室内部的中间压力部分(中间压力＝高压与低压的中间的压力，下文中称作中压)连接。并且，在旁通路径9配置有第二膨胀阀10以及制冷剂间换热器5。制冷剂间换热器5的高压(高温)侧连接于主路径8的第二冷凝器4与第一膨胀阀6之间，制冷剂间换热器5的中压(中温)侧连接于旁通路径9的第二膨胀阀10与压缩机1之间。
实施方式一所涉及的制冷循环装置的工作制冷剂是非共沸混合制冷剂，由第一制冷剂和第二制冷剂构成。第一制冷剂具有越是高温、高压的条件下，在施加一定的能量时越容易发生歧化反应的特性。第二制冷剂是具有在与第一制冷剂相同条件下与第一制冷剂相比不易发生歧化反应(或者在相同条件下完全不发生歧化反应)的特性的制冷剂。即，第一制冷剂是具有在与第二制冷剂不发生歧化反应的压力以及温度相同的特定条件下(高温、高压条件下)发生歧化反应的可能性高的特性的制冷剂。并且，第二制冷剂具有在相同压力下沸点高于第一制冷剂(不易蒸发)的特性。
另外，对第一制冷剂施加一定的能量的部位主要是压缩机内部。到达马达的电路径处于制冷剂氛围中，因短路、泄漏导致电能量施加于制冷剂。并且，在压缩机内部，不断从压缩机、滑动部、轴承等产生摩擦热而作为能量施加于制冷剂。在正常的运转中尚且如此，若特别由于某些原因导致压缩机损伤，则能量供给的可能性增大。
作为第一制冷剂，例如能够采用HFO1123，需要设想歧化反应。作为第二制冷剂，例如能够采用R32、HFO1234yf、HFO1234ze等。一般在制冷剂的冷冻机油中含有添加剂，作为第一制冷剂的反应抑制剂包含单环单萜。并且，在单环单萜中例如包含柠檬烯。
另外，众所周知，在第一制冷剂的摩尔比在70％以下时反应容易受到抑制。并且，第二制冷剂不限于一种，也可以是两种以上。但是第二制冷剂需要是沸点高于第一制冷剂的制冷剂。
接下来，对制冷剂的动作进行说明。从压缩机1排出的制冷剂是高温高压的气体制冷剂，利用第一冷凝器2与水、空气进行热交换而冷凝成为高压的二相状态。进入气液分离器3而被分离出的气体制冷剂从气体侧出口3a排出并进入第二冷凝器4，再次与水、空气进行热交换而冷凝成为高压的液体制冷剂。从第二冷凝器4排出的液体制冷剂进入制冷剂间换热器5，与在旁通路径9中流动的中压的二相制冷剂进行热交换而进一步被冷却成为过冷却液体状态，被第一膨胀阀6减压而成为低压的二相状态。利用蒸发器7与空气、水进行热交换而蒸发的制冷剂成为低压的气体制冷剂，再次被吸引至压缩机1。并且，被气液分离器3分离出的液体制冷剂从液体侧出口3b排出并被第二膨胀阀10减压，利用制冷剂间换热器5加热而蒸发成为中压的气体制冷剂并被吸引至压缩机1。
另外，将在主路径8中流动的制冷剂称作本发明所涉及的主制冷剂，将在旁通路径9中流动的制冷剂称作旁通制冷剂。
接下来，对本实施方式所涉及的制冷循环装置的作用进行说明。
利用这样的制冷循环装置的结构，在气液分离器3内，流入的二相制冷剂被分离成气相和液相。如此一来，由于第一制冷剂的沸点低于第二制冷剂的沸点(容易蒸发)，因此气相中的第一制冷剂的组成比高，液相中的第一制冷剂的组成比低。因此，在从第二冷凝器4、第一膨胀阀6、蒸发器7至压缩机1的主路径8中，作为低沸点成分的第一制冷剂的组成比高。通常低沸点制冷剂性能优异，因此本实施方式一的制冷循环装置的性能高。
并且，从气液分离器3排出的液体制冷剂在第一制冷剂的组成比低的状态下从旁通路径9通过并被吸引至压缩机1。在压缩机1的内部，主路径8与旁通路径9合流，由于旁通路径9中的第一制冷剂的组成比低的制冷剂与主路径8中的制冷剂混合，因此合流部以后的第一制冷剂的组成比小于主路径8中的第一制冷剂的组成比。
使用图2对该制冷剂在制冷循环装置内的各状态进行说明。
图2是实施方式一所涉及的制冷循环装置内的非共沸混合制冷剂在高压、中间压、低压的各压力下的温度对组成线图。
如图2所示，在非共沸混合制冷剂的情况下，温度对组成线图为透镜形状，上侧是饱和气体线，下侧是饱和液体线。在线图上表示制冷循环装置的各部分的压力以及温度。
压缩机1的出口的高压状态的气体制冷剂a成为被第一冷凝器2局部冷凝的状态b，被气液分离器3分离成气体制冷剂c和液体制冷剂d。气体制冷剂c富含第一制冷剂(低沸点成分)，被第二冷凝器4冷凝液化至状态e，并进一步被制冷剂间换热器5过冷却至状态f。然后，被第一膨胀阀6减压至低压的二相状态g。
一方面，被气液分离器3分离出的富含第二制冷剂(高沸点成分)的液体制冷剂d成为被第二膨胀阀10减压至中压的状态h。中压的制冷剂h在制冷剂间换热器5中与富含第一制冷剂(低沸点成分)的制冷剂e进行热交换，蒸发而成为升温状态i后，从旁通路径9穿过而被注入压缩机11内。
另一方面，从第一膨胀阀6排出的二相状态g的制冷剂利用蒸发器7蒸发成为过热气体状态m，并且被吸入压缩机1而被压缩至中压的气体状态j。压缩机1内部的状态没有进行图示，状态j的气体制冷剂与从旁通路径9导入的制冷剂i混合成为状态k的气体制冷剂，进一步被压缩而成为压缩机1的出口制冷剂a。
如图2所示，主路径8的制冷剂的状态线(c→e→f→g→m→j)形成低沸点成分(第一制冷剂)的组成比高、且性能高的制冷循环。另一方面，旁通路径9的制冷剂的状态线(d→h→i)的低沸点成分(第一制冷剂)的组成比低，能够通过使该制冷剂在压缩机1内与主路径8的制冷剂合流，而使压缩机1内的第一制冷剂的组成比下降(j→k)。
接下来，对本实施方式所涉及的制冷循环装置的效果进行说明。
第一制冷剂在高温、高压环境下存在当被施加一定的能量时连续发生歧化反应的可能性，对于压缩机1内而言，由于制冷剂成为高温、高压，在滑动部、受电部、马达等也容易产生局部的能量，因此其在制冷循环装置内最要求安全性。
在实施方式一所涉及的制冷循环装置中，将在作为单独制冷剂时容易发生歧化反应的低沸点制冷剂的第一制冷剂与作为高沸点制冷剂的第二制冷剂混合而形成非共沸混合制冷剂，由此尤其能够在容易发生制冷剂的歧化反应的压缩机内部降低第一制冷剂的组成比，能够通过降低第一制冷剂的分压来抑制歧化反应，并且获得性能高的制冷循环装置。
并且，旁通路径9的制冷剂返回至压缩机1内的中间压力部分，因此能够减少压缩机1的输入。
与单纯地将其他制冷剂混合于第一制冷剂从而使第一制冷剂的分压(与填充组成比对应地)下降来抑制反应的效果相比，上述的效果更大。
而且，第一制冷剂是低沸点制冷剂，因此存在物性上排出气体温度变高的可能性，由于压缩机1内的第一制冷剂的组成比低，因此能够抑制排出气体温度。因此，能够提高压缩机1的可靠性，并且抑制反应。
另外，旁通路径9的连接部分也可以是压缩机1的吸入配管。在该结构中，在压缩机1任意为低压外壳、高压外壳的情况下，都能够使玻璃端子、马达周围处于第一制冷剂的组成比低的环境下，有效防止反应。
并且，通过随着压缩机1的内部或者排出制冷剂成为高温、高压(容易发生反应)而使第二膨胀阀10的开度增加，由此还能够降低压缩机1内的第一制冷剂的组成比从而能够抑制歧化反应。
而且，在第一冷凝器2以及第二冷凝器4中，在与制冷剂进行热交换的水、空气的温度高的情况下，两个冷凝器内的制冷剂温度(冷凝压力的饱和温度)变高。此时，第一制冷剂(例如HFO1123)的临界温度低，因此在第二冷凝器4的出口不易进行过冷却，但能够利用制冷剂间换热器5进行过冷却，因此能够改良作为低临界温度制冷剂的缺点。
并且，在实施方式一所涉及的制冷循环装置的运转中，在第一冷凝器2与气液分离器3内存在第一制冷剂的组成比低的液体制冷剂。在从此状态制冷循环装置停止后再起动时，可靠地从气液分离器3穿过旁通路径9并向压缩机1供给第一制冷剂的组成比低的制冷剂。能够通过向在起动时容易损伤并容易产生局部的能量的压缩机1供给第一制冷剂的组成比低的制冷剂，抑制歧化反应的发生。
同样地，能够通过将压缩机1起动时的第二膨胀阀10的开度设定为大于正常运转时的开度(例如最大开度)，进一步抑制起动时的第一制冷剂的歧化反应。
并且，在制冷循环装置停止前，能够通过将第二膨胀阀10的开度设定为小于正常运转时的开度来在气液分离器3中较多地存储第一制冷剂的组成比低的液体制冷剂。因此，能够在下次再起动时可靠地将第一制冷剂的组成比低的制冷剂供给至压缩机1。
另外，像实施方式一所涉及的第一制冷剂那样容易发生反应的制冷剂也容易与异物发生反应并生成反应生成物(污泥)。因此，也可以形成利用本制冷循环装置的各换热器与作为热搬运介质的水、卤水进行热交换并将搬运介质搬运至负荷侧的换热器的空调系统(冷却器、二次回路系统)。在这样的空调系统中，不在现场实施制冷循环装置自身的配管工程等，因此能够大幅度抑制对制冷剂的异物管理、水分管理、空气管理等管理上的工时。因此，能够抑制第一制冷剂的反应。
并且，在实施方式一所涉及的制冷循环装置中，混合第一制冷剂和第二制冷剂这两种制冷剂，也可以混合三种以上制冷剂。在那样的情况下，第一制冷剂需要属于低沸点成分。通过形成这样的组成，由于主路径的制冷剂中的第一制冷剂的组成比高，旁通路径的制冷剂中的第一制冷剂的组成比低，因此同样能够获得抑制反应的效果。
实施方式二
首先，对制冷循环装置的结构进行说明。
实施方式二所涉及的制冷循环装置的工作制冷剂与实施方式一相同，因此对结构上的不同点进行说明。
图3是实施方式二所涉及的制冷循环装置的概略结构图。
如图3所示，实施方式二所涉及的制冷循环装置依次连接压缩机11、油分离器12、四通阀13、室外换热器14、室外膨胀阀15、室内膨胀阀16、室内换热器17、四通阀13以及储液器18，从而形成制冷循环。多个室内膨胀阀16以及室内换热器17并联连接，油分离器12的气体侧出口12a与四通阀13连接。并且，油分离器12的油返回口12b经由旁通路径19与压缩机1连接。在旁通路径19配置有节流装置20。
制冷循环装置的工作制冷剂是由与实施方式一相同的第一制冷剂和第二制冷剂构成的非共沸混合制冷剂。
接下来，对制冷剂的动作进行说明。
首先，对制冷运转时进行说明。图3所示的四通阀13在用实线连接的状态下进行运转，从压缩机11排出的制冷剂成为高温高压的气体制冷剂并与压缩机11内部的冷冻机油的一部分一起进入油分离器12。进入油分离器12内的制冷剂被分离成气体制冷剂和冷冻机油，气体制冷剂从四通阀13穿过，利用室外换热器14(冷凝器)与水、空气进行热交换而冷凝成为高压的液体制冷剂。液体制冷剂被室外膨胀阀15、室内膨胀阀16的至少一方减压成为低压的二相状态。然后，利用各室内换热器17(蒸发器)与空气、水进行热交换而蒸发成为低压的气体制冷剂，从四通阀13以及储液器18通过，再次被吸引至压缩机1。被油分离器12分离出的冷冻机油从油返回口12b通过旁通路径19、节流装置20被吸入至压缩机11。
接下来，对采暖运转时进行说明。图3所示的四通阀13在用虚线连接的状态下进行运转，从压缩机11排出的制冷剂是高温高压的气体制冷剂，与压缩机11的内部的冷冻机油的一部分一起进入油分离器12。进入油分离器12内的制冷剂被分离成气体制冷剂和冷冻机油，气体制冷剂从四通阀13穿过，利用室内换热器17(冷凝器)与水、空气进行热交换而冷凝成为高压的液体制冷剂。液体制冷剂被室内膨胀阀16、室外膨胀阀15中的至少一方减压成为低压的二相状态。然后，利用室外换热器14(蒸发器)与空气、水进行热交换而蒸发成为低压的气体制冷剂，从四通阀13以及储液器18通过而再次被吸引至压缩机1。被油分离器12分离出的冷冻机油从油返回口12b通过旁通路径19、节流装置20被吸入至压缩机11。
接下来，对各膨胀阀的动作进行说明。室内膨胀阀16对各室内机适当地(与各室内机的负荷相应地)调节制冷剂流量。以室内空气的吸入温度和设定温度的差、或者在制冷运转时为蒸发器出口制冷剂的过热度(＝蒸发器出口制冷剂温度-蒸发温度)、在采暖运转时为冷凝器出口制冷剂的过冷却度(＝冷凝温度-冷凝器出口制冷剂温度)等发挥换热器性能的指标为基础，调节室内膨胀阀16的开度。
室外膨胀阀15对开度进行调节，以便以按照运转条件预先确定的开度或者室内膨胀阀16与室外膨胀阀15之间的中间压力为规定的中压(饱和温度)(开度控制的详细情况在后文叙述)。
接下来，对本实施方式所涉及的制冷循环装置的作用进行说明。
在油分离器12中，流入的气体制冷剂和冷冻机油被分离。在此，由于第一制冷剂的沸点低于第二制冷剂的沸点(容易蒸发)，因此溶解于冷冻机油中的制冷剂的第一制冷剂的组成比低。因此，在从四通阀13、室外换热器14、室内换热器17通过的主路径21中，成为作为低沸点成分的第一制冷剂的组成比高的状态。通常低沸点制冷剂性能优异，因此本实施方式二所涉及的制冷循环装置的性能高。
并且，冷冻机油在压缩机11、油分离器12、旁通路径19以及压缩机11之间循环，存在于压缩机11内部的比例增大。
从油分离器12的油返回口12b排出的冷冻机油与溶解于冷冻机油中的制冷剂在第一制冷剂的组成比低的状态下从旁通路径19通过并被吸入压缩机1。在压缩机11的吸入侧配管中，主路径21与旁通路径19合流，旁通路径19中的第一制冷剂的组成比低的制冷剂与主路径21的制冷剂合流，因此合流部以后的制冷剂的组成比小于主路径21中的第一制冷剂的组成比。
接下来，对本实施方式所涉及的制冷循环装置的效果进行说明。
第一制冷剂在高温、高压环境下存在当被施加一定的能量时连续发生歧化反应的可能性，对于压缩机11内而言，由于制冷剂为高温、高压，在滑动部、受电部、马达等也容易产生局部的能量，因此其在制冷循环装置内最要求安全性。
在实施方式二所涉及的制冷循环装置中，能够利用上述的结构降低压缩机11的内部的第一制冷剂的组成比，能够使第一制冷剂的分压下降并抑制连锁的反应。并且，旁通路径19与压缩机11的吸入配管合流，因此在压缩机11任意为低压外壳、高压外壳的情况下，都能够使玻璃端子、马达周围处于第一制冷剂的组成比低的环境下，有效防止反应。
并且，在节流装置20如膨胀阀那样能够调节开度的情况下，在压缩机11内部或者排出制冷剂温度为高温、高压(容易发生反应)的情况下，能够通过增加节流装置20的开度降低压缩机11内的第一制冷剂的组成比来抑制歧化反应。能够通过仅在发生歧化反应的可能性高的条件下降低压缩机11内的第一制冷剂的组成比来降低来自油分离器12的不需要的冷冻机油的旁通，改善制冷循环装置的性能。
并且，在实施方式二所涉及的制冷循环装置的运转中，第一制冷剂的组成比低的液体制冷剂溶解于油分离器12、压缩机11内的冷冻机油而存在。从此状态制冷循环装置停止后再起动时，可靠地从油分离器12通过旁通路径19向压缩机11供给第一制冷剂的组成比低的制冷剂。能够通过向在起动时容易损伤并容易产生局部的能量的压缩机11供给第一制冷剂的组成比低的制冷剂来抑制反应的发生。
同样地，能够通过将压缩机11的起动时的节流装置20的开度设定为大于正常运转时的开度(例如最大开度)来进一步抑制起动时的第一制冷剂的歧化反应。
接下来，对用于使制冷采暖运转时的各自需要制冷剂量增加的室外膨胀阀15的开度控制进行说明。
在制冷运转时，在作为冷凝器的室外换热器14以及室外膨胀阀15与室内膨胀阀16之间的连接配管存在液体制冷剂以及低干度的制冷剂(高密度制冷剂)，需要制冷剂量几乎确定。在采暖运转时，在作为冷凝器的室内换热器17以及室外膨胀阀15与室内膨胀阀16之间的连接配管存在液体制冷剂以及低干度的制冷剂(高密度制冷剂)，需要制冷剂量几乎确定。在通常情况下，制冷运转时和采暖运转时需要制冷剂量不同，差量作为剩余制冷剂滞留在制冷循环装置内。
特别是，当在从蒸发器的出口至压缩机11的路径(储液器内等)滞留剩余制冷剂时，在液体制冷剂中第一制冷剂的组成比低，因此循环的制冷剂中的第一制冷剂的组成比高。因此，能够通过将室外膨胀阀15的目标值设定成剩余制冷剂变少来减少剩余制冷剂并且降低在主路径21中循环的第一制冷剂的组成比，能够抑制制冷剂的反应。
例如若在采暖运转时缩小室外膨胀阀15的开度，则能够增加室外膨胀阀15与室内膨胀阀16之间的配管内的中间压力(密度增)，使需要制冷剂量增加。相反若扩大开度，则室外膨胀阀15与室内膨胀阀16之间的配管内的中间压力下降(密度减)，需要制冷剂量下降。
若在制冷运转时扩大室外膨胀阀15的开度，则能够增加室外膨胀阀15与室内膨胀阀16之间的配管内的中间压力(密度增)，使需要制冷剂量增加。相反若缩小开度，则室外膨胀阀15与室内膨胀阀16之间的配管内的中间压力下降(密度减)，需要制冷剂量下降。
另外，即使使室外膨胀阀15的开度变化，也如上述那样独立地调节室内膨胀阀16的开度，因此向各室内机供给与负荷相应的适当的制冷剂流量。
因此，能够通过适当设定制冷运转时和采暖运转时的室外膨胀阀15的控制目标值来增加制冷循环装置内的中间压力配管内的需要制冷剂量，减少剩余制冷剂。
在此，对室外换热器的总内部容积大于室内换热器的总内部容积的情况进行说明。在这种情况下，作为制冷运转时的冷凝器的室外换热器中的制冷剂量大于作为采暖运转时的冷凝器的室内换热器中的制冷剂量。为了不产生剩余制冷剂(＝使制冷和采暖中的需要制冷剂量相同)，需要在制冷运转时使室外膨胀阀与室内膨胀阀之间的配管的密度(压力)减小，在采暖运转时使室外膨胀阀与室内膨胀阀之间的配管的密度(压力)增大。即，在制冷运转时使室外膨胀阀的开度减小，在采暖运转时使室外膨胀阀的开度增大，从而使制冷和采暖中的需要制冷剂量为相同程度。也可以将室外膨胀阀开度作为控制目标。而且，也可以在室外膨胀阀与室内膨胀阀之间的位置设置压力传感器来检测压力，或者设置温度传感器并通过未图示的控制装置计算其饱和压力，确定压力目标值来操作室外膨胀阀开度，以便制冷和采暖中的需要制冷剂量成为相同程度。
假如在无法仅利用室外膨胀阀15来调节剩余制冷剂量的情况下，能够通过使冷凝器出口的过冷却度增减来调节冷凝器内的制冷剂量，因此能够扩大调节量并可靠地减少剩余制冷剂。
通过这样地调节膨胀阀使在制冷循环装置中循环的需要制冷剂量增加，能够通过在从蒸发器出口至压缩机11(包括压缩机内部)之间使剩余制冷剂减少来抑制压缩机11内的第一制冷剂的组成比增加，从而抑制反应。
实施方式三
首先，对制冷循环装置的结构进行说明。
实施方式三所涉及的制冷循环装置的工作制冷剂与实施方式一相同，因此对结构上的不同点进行说明。
图4是实施方式三所涉及的制冷循环装置的概略结构图。
如图4所示，实施方式三所涉及的冷循环装置利用制冷剂配管依次连接压缩机30、四通阀31、利用侧换热器32、过冷却器33、作为第一减压装置的膨胀阀34以及热源侧换热器35而构成，并收纳在制冷循环单元100内。
并且，组成分离回路由作为组成分离机构的制冷剂精馏器40、用于存储制冷剂的制冷剂存储器41、第一冷却器42、第二冷却器43、作为第二减压装置的毛细管44、作为第三减压装置的毛细管45、作为开闭阀的第一电磁阀46、第二电磁阀47、以及第三电磁阀48构成，第一冷却器42与制冷剂存储器41在制冷剂精馏器40的上部呈环状地连接。另外，这些要素收纳在组成分离单元200内。
这些制冷循环单元100以及组成分离单元200利用第一配管50、第二配管51以及第三配管52这三根配管连接，并构成为能够改变在制冷剂回路内循环的制冷剂的组成比。
由作为第一制冷剂的低沸点成分(例如HFO1123)与作为第二制冷剂的高沸点成分(例如HFO1234yf等)构成的以两种成分组成的非共沸混合制冷剂以作为特定的组成比的基准组成来填充在制冷循环装置内。
在制冷剂精馏器40的内部封入用于使气液的接触面接增大的填充材料。并且，在压缩机30的排出侧的配管中，制冷剂精馏器40的下部同连接压缩机30与四通阀31的配管经由第一电磁阀46和毛细管44而利用第一配管50连接。
并且，利用侧换热器32的出口侧同连接第一冷却器42与制冷剂存储器41的配管经由第二电磁阀47而利用第二配管51连接。
而且，压缩机30的吸入侧的配管与制冷剂精馏器40的下部经由第三电磁阀48和毛细管45而利用第三配管52连接。
像这样，利用第一配管50，第二配管51、以及第三配管52将分别容纳于制冷循环单元100和组成分离单元200的制冷循环装置与组成分离回路连接，因此在将组成分离单元200与既存的制冷循环单元100连接时，不必大幅度改变既存的制冷循环单元100地使连接数量也少，因此后续的连接容易。
并且，在组成分离回路中，制冷剂精馏器40经由作为第二减压装置的毛细管44和作为第三减压装置的毛细管45与制冷循环装置的高压侧和低压侧连接，因此制冷剂精馏器40以中间压力进行动作。因此，与以高压进行动作的情况相比，能够增大液体组成与气体组成的差(非共沸性增大)，提高分离效率(与液体、气体的浓度差成正比)。
接下来，以热泵热水器为例对如上述那样构成的本实施方式三所涉及的制冷循环装置的动作进行说明。
热泵热水器将利用侧换热器32作为水换热器，将热源侧换热器35作为空气热交换器进行驱动。在这种情况下，热源侧换热器35作为蒸发器进行动作，利用侧换热器32作为冷凝器进行动作。流入利用侧换热器32的作为被加热介质的冷水被制冷剂的冷凝潜热加热而成为热水并供给至热水储箱等。并且，流入热源侧换热器35的作为被冷却介质的空气被制冷剂的蒸发潜热冷却后释放到大气等中。
在热泵热水器中，在夜间使制冷循环装置运转，利用泵(省略图示)从供给有自来水的热水储箱(省略图示)向利用侧换热器32的水换热器流入水并进行加热，由此热水储箱内的水沸腾。
使用者将来自沸腾的热水储箱的热水和供水(自来水)混合，以适当温度使用。而且，伴随使用量增加，热水储箱的热水量减少，但只要没有变成缺水状态就不在白天进行补给(供水)。在变成缺水状态的情况下，对将循环制冷剂设定为标准组成并在热水储箱存储55℃左右的热水、或者设定为使第二制冷剂(高沸点成分)增加的组成比并少量存储70℃的热水进行适当选择，并进行再加热运转。
接下来，对在本实施方式三的制冷循环装置中，改变制冷剂的组成比(相当于本发明的分离存储模式)或者将制冷剂的组成比返回到标准组成(相当于本发明的排放模式)的动作进行说明。
在本实施方式所涉及的热水器中，能够改变在制冷循环装置内循环的制冷剂组成。例如能够增加第二制冷剂(高沸点成分)的组成比从而抑制高压压力上升，并进行高温热水供给。并且，还能够将第一制冷剂(低沸点成分)的组成比返回到制冷循环装置而作为标准组成，并提高低温加热能力。
例如，为了在热水供给运转起动时迅速使水温上升，将制冷循环装置的循环制冷剂设定为标准组成，使低温加热能力提高。然后，在热水储箱内的温度上升一定程度(例如55℃)时，使循环制冷剂的第二制冷剂(高沸点成分)的组成比增加，加热至高温(例如70℃)。然后，维持热水储箱内的热水供给温度，对因散热损失导致的从高温(例如70℃)下降的温度的量进行补给，因此能够以使第二制冷剂(高沸点成分)增加的组成比进行运转。
首先，对改变在制冷循环装置内循环的制冷剂的组成比的情况下(分离存储模式)的动作进行说明。
在分离存储模式下，在热水供给运转时，进行使在制冷循环装置内循环的制冷剂组成的高沸点成分(第二制冷剂)增加的动作。
四通阀31如实线所示进行连接，压缩机30的排出部与利用侧换热器32的入口部连接，并且热源侧换热器35的出口部与压缩机30的吸入部连接。将第一配管50的第一电磁阀46和第三配管52的第三电磁阀48设为开，将第二配管51的第二电磁阀47设为闭。
此时，从压缩机30排出的高压的气体制冷剂的一部分从第一电磁阀46通过并被设置于制冷剂精馏器40的下部的入口侧的作为第二减压装置的毛细管44减压至中间压力，随后流入制冷剂精馏器40的下部，气体制冷剂的一部分在制冷剂精馏器40内上升。
并且，在制冷剂精馏器40的上部，上升的制冷剂蒸气流入第一冷却器42，被从与制冷剂精馏器40的下部连接的作为第三减压装置的毛细管45流出的低压气液二相制冷剂冷却而冷凝液化。冷凝液化的制冷剂流入制冷剂存储器41并存储。在制冷剂存储器41内，流入的液体制冷剂逐渐累积，在制冷剂存储器41达到满液状态时，溢出的液体制冷剂作为制冷剂精馏器40的回流液体从制冷剂精馏器40的上部流入。
在此状态下，在制冷剂精馏器40内，上升的蒸气制冷剂与下降的液体制冷剂进行气液接触，进行热以及物质的移动，利用所谓的精馏作用，在制冷剂精馏器40内上升的蒸气制冷剂的低沸点成分(第一制冷剂)逐渐增加，存储在制冷剂存储器41内的液体制冷剂逐渐成为富含低沸点成分(第一制冷剂)的状态。
而且，富含经过精馏的高沸点成分(第二制冷剂)的制冷剂从制冷剂精馏器40的下部流出。该中间压力的气液二相制冷剂进入第二冷却器43而液化，经由作为第三减压装置的毛细管45加压后，成为低压的气液二相制冷剂，返回第二冷却器43，利用该第二冷却器43使从制冷剂精馏器40的下部流出的气液二相制冷剂完全液化(过冷却状态)，并且自身成为低压二相(或者蒸气)制冷剂。而且，该低压二相(或者蒸气)制冷剂进入第一冷却器42，对从制冷剂精馏器40排出的第一制冷剂(低沸点成分)的制冷剂蒸气进行冷却而使其液化，从第三配管52穿过并流入压缩机30的入口部。由此，在制冷循环装置内循环的制冷剂组成的低沸点成分(第一制冷剂)减少，高沸点成分(第二制冷剂)增加。
接下来，对将在制冷循环装置内循环的制冷剂的组成比返回到标准组成的情况(排放模式)下的动作进行说明。
在排放模式下，四通阀31如实线所示进行连接，压缩机30的排出部与利用侧换热器32的入口部连接，并且热源侧换热器35的出口部与压缩机30的吸入部连接。将第一配管50的第一电磁阀46设为闭，将设置于第二配管51的第二电磁阀47以及设置于第三配管52的第三电磁阀48设为开。
从压缩机30排出的高压的气体制冷剂经由四通阀31，利用作为冷凝器进行动作的利用侧换热器32冷凝液化成为高压的液体制冷剂，一部分被过冷却器33过冷却后，被膨胀阀34减压成为低压的气液二相制冷剂，流入作为蒸发器进行动作的热源侧换热器35。该制冷剂利用热源侧换热器35蒸发气化，经由四通阀31再次被吸引至压缩机30。
并且，借助利用侧换热器32冷凝的高压的液体制冷剂中的另一部分从第二配管51的第二电磁阀47通过后，穿过制冷剂存储器41并从制冷剂精馏器40以及第二冷却器43通过，利用作为第三减压装置的毛细管45成为低压的气液二相制冷剂，从第三配管52穿过并被吸引至压缩机30。即，将第一电磁阀46设为闭，将第二电磁阀47以及第三电磁阀48设为开，利用从利用侧换热器32排出的高压液体制冷剂，从制冷剂存储器41的下部将制冷剂存储器41内的富含低沸点成分(第一制冷剂)的液体制冷剂挤压到制冷循环装置内的富含高沸点成分(第二制冷剂)的制冷剂，能够通过使富含低沸点成分(第一制冷剂)的制冷剂返回制冷循环装置内来将制冷剂的组成比返回到标准组成。
接下来，对本实施方式所涉及的制冷循环装置的效果进行说明。
通过以上结构，在分离存储模式下，将与填充于制冷循环装置的标准组成的制冷剂相比富含低沸点成分(第一制冷剂)的液体制冷剂存储在制冷剂存储器41内，能够使在制冷循环装置内循环的制冷剂的组成比富含高沸点成分(第二制冷剂)。
通过使制冷剂组成变成规定的高沸点成分(第二制冷剂)高的组成比，能够抑制高温热水供给时的高压侧的压力上升，能够进行高温热水供给。并且，若高压侧的压力上升则非共沸混合制冷剂发生歧化反应的可能性提高，但由于低沸点制冷剂(第一制冷剂)的组成比下降，因此歧化反应的可能性受到抑制。
相比之下，组成分离单元200侧的制冷剂的组成比中的低沸点制冷剂(第一制冷剂)的组成增加。但是，在组成分离单元200中不存在压缩机30那样的滑动部或者受电部，因此第一制冷剂处于不易发生歧化反应的条件下，安全性得到确保。
而且，在制冷循环装置内的制冷剂的组成比成为规定的高沸点成分(第二制冷剂)高的状态后，将第一电磁阀46以及第三电磁阀4设为关闭，将制冷剂的组成比固定来进行运转。
另一方面，在开始使用热水器时等，在加热低温的水的情况下，要求大的加热能力。在这种情况下，利用排放模式将制冷循环装置内的制冷剂的组成比从富含高沸点成分(第二制冷剂)的状态返回到标准组成(填充组成)而进行运转。
在上述的热水器中，为了应对热水供给温度的变化，利用组成分离单元200调节制冷剂的组成比，与实施方式一同样地，测定压缩机30的内部或者排出制冷剂的压力或者温度，在测定值是高温、高压的情况下(容易发生反应)，能够使组成分离单元200以分离存储模式工作。在容易发生工作制冷剂的歧化反应的条件时，将第一制冷剂存储在制冷剂存储器41内，并能够通过向压缩机30的吸引侧供给第二制冷剂的组成比高的制冷剂来将压缩机30内的第一制冷剂的组成比抑制得较低，抑制歧化反应。
并且，在制冷循环装置的压缩机30停止前的规定时间，将第一电磁阀46与第三电磁阀48设为开，使组成分离单元200以分离存储模式运转，由此在制冷剂存储器41存储第一制冷剂的组成比高的液体制冷剂，在再起动时向容易损伤、容易产生局部的能量的压缩机30供给第一制冷剂的组成比低的混合制冷剂，能够可靠地防止歧化反应。而且，从起动起经过一定时间而制冷循环装置的运转稳定后执行排放模式，使制冷循环装置的制冷剂的组成比返回到标准组成，能够确保加热能力。
第三配管52的连接部分是压缩机30的吸入配管，因此在压缩机30是低压外壳或高压外壳的情况下，都能够使玻璃端子、马达周围处于第一制冷剂的组成比低的环境下，有效防止反应。另一方面，还能通过将第三配管52的连接部分注入压缩机30的压缩行程的途中来特别降低压缩过程中的高压部分的第一制冷剂的组成比。
在实施方式三所涉及的制冷循环装置中，能够利用上述结构来降低制冷循环单元100侧的制冷循环装置内的第一制冷剂组成，能够降低第一制冷剂的分压下降，抑制发生连锁的第一制冷剂的歧化反应。
另外，在实施方式三中以热水器为例进行了说明，在空调装置、冷却器等中能够采用该制冷循环装置。
并且，在实施方式三所涉及的制冷循环装置中，混合第一制冷剂和第二制冷剂这两种制冷剂，也可以混合三种以上制冷剂。在那种情况下，第一制冷剂需要属于低沸点成分。通过形成这样的组成，主路径的制冷剂中的第一制冷剂的组成比高，旁通路径的制冷剂中的第一制冷剂的组成比低，因此同样能够获得抑制反应的效果。
以上，对实施方式一至三进行了说明，本发明不限于各实施方式的说明，还能够将各实施方式的全部或者一部分组合。
例如，在实施方式一或者二所涉及的制冷循环装置中能够采用实施方式三所涉及的组成分离单元200并调节制冷循环装置内的第一制冷剂的组成比。并且，也可以采用实施方式一或者二所涉及的制冷循环装置用作实施方式三所涉及的制冷循环单元100的制冷循环装置来构成空调系统等。
附图标记说明
1 压缩机，2 第一冷凝器，3 气液分离器，3a 气体侧出口，3b 液体侧出口，4 第二冷凝器(相当于本发明的第三换热器)，5 制冷剂间换热器，6 第一膨胀阀，7 蒸发器，8 主路径，9 旁通路径，10 第二膨胀阀，11 压缩机，12 油分离器，12a 气体侧出口，12b 油返回口，13 四通阀，14 室外换热器，15 室外膨胀阀(相当于本发明的第三膨胀阀)，16 室内膨胀阀，17 室内换热器，18 储液器，19 旁通路径，20 节流装置，21 主路径，30 压缩机，31四通阀，32 利用侧换热器，33 过冷却器，34 膨胀阀，35 热源侧换热器，40 制冷剂精馏器，41 制冷剂存储器，42 第一冷却器，43 第二冷却器，44 毛细管，45 毛细管，46 第一电磁阀，47 第二电磁阀，48 第三电磁阀，50 第一配管，51 第二配管，52 第三配管，100 制冷循环单元，200 组成分离单元。

Claims (6)

1.一种制冷循环装置，所述制冷循环装置将非共沸混合制冷剂作为工作制冷剂，所述非共沸混合制冷剂至少包括第一制冷剂、以及具有在相同压力下沸点高于所述第一制冷剂的特性的第二制冷剂，并且所述制冷循环装置至少具有依次连接压缩机、第一换热器、第一膨胀阀以及第二换热器的主路径，其特征在于，
所述第一制冷剂具有发生歧化反应的特性，
在所述主路径的所述压缩机与所述第一换热器之间配置有油分离器，所述油分离器对所述第一制冷剂的组成比低于所述主路径的所述非共沸混合制冷剂中的所述第一制冷剂的组成比的所述非共沸混合制冷剂进行分离，
在所述主路径的所述第一换热器与所述第二换热器之间配置有与所述第一膨胀阀串联配置的第三膨胀阀，
所述第三膨胀阀对开度进行控制，以便所述第一膨胀阀与所述第三膨胀阀之间的制冷剂配管内的压力成为所述第一换热器以及所述第二换热器的制冷剂的蒸发压力与冷凝压力的中间的压力，
利用所述油分离器分离出的所述第一制冷剂的组成比低的所述非共沸混合制冷剂从所述油分离器经由与所述压缩机的吸入配管连接的旁通路径供给至所述压缩机内。
2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，在所述旁通路径设置有能够调节开度的节流装置。
3.根据权利要求2所述的制冷循环装置，其特征在于，所述节流装置的开度在所述压缩机起动时设定为最大开度。
4.根据权利要求2或3所述的制冷循环装置，其特征在于，所述压缩机的排出温度越高或者排出压力越大，所述节流装置的开度越增加。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷循环装置，其特征在于，所述第一制冷剂是HFO1123，所述第二制冷剂包括R32、HFO1234yf、HFO1234ze中的一个以上。
6.根据权利要求4所述的制冷循环装置，其特征在于，所述第一制冷剂是HFO1123，所述第二制冷剂包括R32、HFO1234yf、HFO1234ze中的一个以上。
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