JP2003139421A - 非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクル内の循環組成を変更する組成分
離回路との接続点数が少なく、冷媒回路構成が簡単で製
作が容易な非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置を
提供する。 【解決手段】 圧縮機１、冷媒流路四方弁２、利用側熱
交換器５、第１減圧装置４及び熱源側熱交換器３を環状
に接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混
合冷媒を循環させる冷凍サイクルからなる熱源ユニット
６２と、上部に第１冷却器１３および冷媒貯留器１４を
環状に接続し、下部に第２冷却器１２を接続し、非共沸
混合冷媒の組成を分離する冷媒精留器１１を有する組成
分離回路からなる組成分離ユニット６３と、冷凍サイク
ルユニット６２と分離回路ユニット６３とを２箇所で接
続する第１配管および第２配管とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷媒として非共
沸混合冷媒を用いる冷凍サイクルに関するものであり、
特に冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を変更し、性能
向上や高温給湯を行うことができる冷凍サイクル装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転数が変更できない圧縮機を搭
載した空調機の容量制御やヒートポンプ式給湯機による
高温出湯時の高圧圧力低減のため、冷凍サイクル内を循
環する冷媒の組成を変更する冷媒組成変更手段を搭載し
た冷凍サイクル装置が提案されている。ここで、冷凍サ
イクル内を循環する非共沸混合冷媒の組成を変更して能
力を制御する例としては、特開平１０−２６７４３６号
公報に開示のものが知られている。従来の冷凍サイクル
は、圧縮機の回転数を変更するインバータを用いずに高
効率で幅広い能力制御幅を得ることを目的とするもので
あり、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交
換器を備えた冷凍サイクルと、低沸点冷媒と高沸点冷媒
とからなる非共沸混合冷媒と、低沸点成分に富んだ冷媒
を生成する冷媒精留器と、冷媒精留器から出た冷媒を貯
留する第１の冷媒貯留器と、高沸点成分に富んだ冷媒を
貯留する第２の冷媒貯留器とを備え、第１の冷媒貯留器
と第２の冷媒貯留器の液冷媒量を調整することにより冷
凍サイクル内を循環する組成を連続的に変更し、常に負
荷に応じた能力を発揮させることができるというもので
ある。

【０００３】従来の冷凍空調装置について、図８を用い
て説明する。図８において、６０は室外機であり、圧縮
機１、四方弁２、熱源側熱交換器３及び第２の冷媒貯留
器であるアキュムレータ６を備えている。また６１は室
内機であり、第１減圧装置である電子式膨張弁４と利用
側熱交換器５を備えている。室外機６０と室内機６１は
２本の配管で接続されており、冷凍サイクルを形成して
いる。この冷凍サイクル内には高沸点成分と低沸点成分
からなる非共沸混合冷媒が充填されている。熱源側熱交
換器３は、暖房運転時には蒸発器として動作し、冷房運
転時には凝縮器として動作する。また利用側熱交換器５
は、暖房運転時には凝縮器として動作し、冷房運転時に
は蒸発器として動作する。

【０００４】室外機６０において、冷凍サイクル内を循
環する非共沸混合冷媒の組成を連続的に変更する冷媒組
成変更手段について次に説明する。１１は冷媒精留器で
あり、圧縮機１出口部と冷媒精留器１１の下部は、電磁
弁２１を介して配管で接続されており、またこの配管の
途中には、圧縮機１の吸入配管と熱交換する冷却器１２
が設けられている。さらに冷媒精留器１１の下部とアキ
ュムレータ６は、毛細管２４と電磁弁２２を介して配管
で接続されている。冷媒精留器１１の上部には、冷却器
１３と第１の冷媒貯留器である冷媒貯留器１４が環状に
接続されており、冷却器１３は、圧縮機１の吸入冷媒の
一部が電磁弁２３を介して流入できるように構成されて
いる。冷媒精留器１１、冷媒貯留器１４、冷却器１２、
冷却器１３、電磁弁２１、２２、２３、毛細管２４およ
びこれらの接続配管は、室外機６０内に納められてい
る。

【０００５】この構成において、例えば、暖房運転時に
は、冷凍サイクル内の余剰な冷媒は、アキュムレータ６
内に貯留される。このアキュムレータ６内の冷媒は、高
沸点成分に富んだ液冷媒と、低沸点成分に富んだ蒸気冷
媒に分離される。このため、アキュムレータ６内に液冷
媒が貯留されると、サイクル内を循環する冷媒組成は、
充填組成に比べて低沸点成分が増加する。

【０００６】一方、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成
の高沸点成分を増加させる場合には、圧縮機１を出た高
温高圧の蒸気冷媒の一部を電磁弁２１を介して冷却器１
２に流入させ、この高温の冷媒蒸気は、冷却器１２内で
低温低圧の圧縮機吸入冷媒によって冷却され、飽和蒸気
あるいは気液二相状態まで冷却される。冷却器１２を出
た高圧の気液二相冷媒は冷媒精留器１１の下部へ流入
し、このうち冷媒蒸気は冷媒精留器１１内を上昇する。
また冷媒精留器１１の上部では、上昇した冷媒蒸気が冷
却器１３に流入し、電磁弁２３を通って流入した低温の
圧縮機吸入冷媒によって冷却され、凝縮液化する。この
液冷媒は冷媒貯留器１４に流入し、貯留される。冷媒貯
留器１４内から液冷媒が冷媒精留器１１の環流液として
冷媒精留器１１の上部より流入する。すなわち、冷媒精
留器１１内では、上昇する蒸気冷媒と、下降する液冷媒
とが気液接触を行い、熱および物質移動が行われ、冷媒
精留器１１内を上昇する蒸気冷媒は徐々に低沸点成分が
増加し、低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内
に貯留される。

【０００７】冷媒貯留器１４に貯留される液冷媒の増加
とともに、アキュムレータ６内の液冷媒は減少し、アキ
ュムレータ６内に貯留されていた高沸点成分に富んだ液
冷媒が、サイクル内へ放出され、低沸点成分に富んだ液
冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留されることになる。この
結果、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を高沸点成分
に富んだものにすることができる。例えば、Ｒ３２を２
３％、Ｒ１２５を２５％、Ｒ１３４ａを５２％の重量割
合で混合した冷媒（Ｒ４０７Ｃ）を充填した冷凍サイク
ルにおいて、Ｒ３２の組成を４５％から５％の範囲で制
御することにより、能力は充填組成（Ｒ３２の組成が２
３％）での能力を１００とすると１３０％から７０％の
範囲で制御することができる。

【０００８】以上のように、従来の発明においては、冷
媒貯留器１４に貯留する低沸点成分に富んだ液冷媒量と
アキュムレータ６に貯留する高沸点成分に富んだ液冷媒
量を調整することにより、冷凍サイクル内を循環する冷
媒組成を変更できるため、インバータによる回転数制御
を行う場合に比べ、低コストで広範囲な冷媒組成変更が
可能になるというものであった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍サイクル装
置では、冷媒精留器１１に供給する冷媒を冷却する冷却
源および冷媒精留器１１の出口蒸気を冷却する冷却源と
して冷凍サイクルの低圧ガス冷媒を利用していたため、
冷凍サイクルと冷媒精留器１１との接続点数が多く（図
８において、冷凍サイクルと冷媒組成変更手段の接続点
数はａ〜ｆの６点）、冷凍サイクル装置製作の作業性が
低下するとともに冷媒回路構成が複雑になるという課題
があった。

【００１０】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたもので、簡単な冷媒構成で冷凍サイクルと組成分
離回路との接続箇所が削減でき、工作性が向上するとと
もに、既存の冷凍サイクル装置に組成分離回路を容易に
接続することができ、また、各流路に適正な冷媒流量を
流すことができ、信頼性や性能向上を図ることができる
非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係わる非共
沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒
流路切り換え手段、利用側熱交換器、第１減圧装置及び
熱源側熱交換器を環状に接続し、低沸点冷媒と高沸点冷
媒とからなる非共沸混合冷媒を循環させる冷凍サイクル
からなる熱源ユニットと、上部に第１冷却器および冷媒
貯留器を環状に接続し、下部に第２冷却器を接続し、前
記非共沸混合冷媒の組成を分離する組成分離手段を有
し、前記組成分離手段の下部から流出した前記非共沸混
合冷媒を前記第１冷却器及び前記第２冷却器の冷却源と
するようにした組成分離回路からなる組成分離ユニット
と、前記冷凍サイクルユニットと前記分離回路ユニット
とを２箇所で接続する第１配管および第２配管とを備
え、前記非共沸混合冷媒の組成の変更内容に基づいて、
前記第１配管により前記冷凍サイクルユニットの前記圧
縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒の一部を前記組
成分離ユニットに導入し、前記組成分離回路ユニットで
前記非共沸混合冷媒の組成を変更して前記第２配管によ
り前記冷凍サイクルユニットに供給することを特徴とす
る非共沸混合冷媒を用いるものである。

【００１２】また、第２の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、第１配管は、組成
分離手段の下部と、圧縮機吐出部と冷媒流路切り換え手
段との間の配管に第２冷却器を介して接続され、第２配
管は、前記組成分離手段の下部と、前記冷媒流路切り換
え手段と前記圧縮機吸入部との間の配管に第１冷却器を
介して接続されるようにしたものである。

【００１３】また、第３の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、第１配管は、組成
分離手段の下部に接続された第２冷却器と、圧縮機吐出
部と冷媒流路切り換え手段との間の配管に接続され、第
２配管は、前記組成分離手段の下部と、前記第１減圧装
置と前記利用側あるいは熱源側熱交換器との間の低圧配
管に第１冷却器を介して接続されるようにしたものであ
る。

【００１４】この発明の第４の発明に係わる非共沸混合
冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、第２配管の組
成分離手段の下部と第１冷却器との間の配管と、前記第
２配管の前記第１冷却器の出口側配管に、第２冷却器を
介して接続された第３配管を設けたものである。

【００１５】また、第５の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、第２冷却器と組成
分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前
記組成分離手段の下部と、第３配管との接続部との間の
配管に第３減圧装置を設けたものである。

【００１６】また、第６の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第２冷却器と組成分離手
段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成
分離手段の下部と第３配管との接続部と、第１冷却器と
の間の配管に第３減圧装置を設け、前記第２配管と前記
第３配管との接続部と、第２冷却器との間の配管に第４
減圧装置を設けたものである。

【００１７】また、第７の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、第２配管は、第２
冷却器を介して接続されるようにしたものである。

【００１８】また、第８の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第２冷却器と組成分離手
段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成
分離手段の下部と第１冷却器との間の配管に第３減圧装
置を設けたものである。

【００１９】また、第９の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第１配管の冷凍サイクル
と第２冷却器入口部との間の配管に第１開閉弁を設け、
第２配管の第１冷却器出口部と前記冷凍サイクルとの間
の配管に第２開閉弁を設けたものである。

【００２０】また、第１０の発明に係わる非共沸混合冷
媒を用いた冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルを収納し
た熱源ユニットと、組成分離回路を収納した組成分離ユ
ニットとを独立分離して設置したものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を示す冷凍サイクル装置について説明す
る。図１は本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す
構成図である。まず、この発明の冷凍サイクル装置の構
成について説明する。図において、６２は冷凍サイクル
を収納する熱源ユニット、６３は組成分離回路を収納す
る組成分離ユニットであり、これらは第１および第２配
管である２本の配管で接続され、冷媒回路内を循環する
冷媒組成が変更可能な冷凍サイクルを形成している。こ
の冷凍サイクル内には、例えば高沸点成分（Ｒ１３４
ａ）と低沸点成分（Ｒ３２＋Ｒ１２５）からなる３成分
非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３
４ａ＝２３：２５：５２ｗｔ％）が充填されている。

【００２２】冷凍サイクルは圧縮機１、四方弁２、熱源
側熱交換器３、第１減圧装置である膨張弁４、利用側熱
交換器５、アキュムレータ６で構成され、これらは熱源
ユニット６２内に収納されている。また、組成分離回路
は組成分離手段である冷媒精留器１１、冷媒を貯留する
ための冷媒貯留器１４、第１冷却器１３、第２冷却器１
２、第２減圧装置である毛細管３１、第３減圧装置であ
る毛細管３３、第４減圧装置である毛細管３２、第１お
よび第２開閉弁である電磁弁２１、２２で構成され、冷
媒精留器１１の上部には、第１冷却器１３と冷媒貯留器
１４が環状に接続されている。なお、これらは組成分離
ユニット６３内に収納されている。

【００２３】さらに、冷媒精留器１１には、その内部に
気液の接触面積を増大させるための充填材が封入されて
いる。また、圧縮機１出口部と冷媒精留器１１の下部
は、第１開閉弁である電磁弁２１を介して第１配管で接
続されており、第１配管の途中には、圧縮機１の吐出ガ
スを冷媒精留器１１から流出する冷媒液で冷却する第２
冷却器１２と毛細管３１が設けられている。また、冷媒
精留器１１の下部から流出した液冷媒は、２つの配管、
すなわち、第２配管および第３配管に分岐し、一方、第
２配管は、毛細管３３、第１冷却器１３、電磁弁２２か
らなる流路を通ってアキュムレータ６の入口部に流入す
る。また、他方、第３配管は毛細管３２、第２冷却器１
２からなる流路を通って第１冷却器１３と電磁弁２２と
の間に合流し、アキュムレータ６の入口部に流入する。

【００２４】次に、上記のように構成された本実施の形
態の動作について説明する。本実施の形態では、冷凍サ
イクル装置を、熱源側熱交換器３に水熱交換器を用い、
利用側熱交換器５に空気熱交換器を用いる空冷式給湯チ
ラーとし、冷凍サイクル内を循環する低沸点成分の組成
を変更し、高温給湯時の高圧圧力上昇を抑制する方法に
ついて説明する。この場合、利用側熱交換器５は、給湯
運転（温水供給運転）時には蒸発器として動作し、チラ
ー運転（冷水供給運転）時には凝縮器として動作する。
また熱源側熱交換器３は、給湯運転時には凝縮器として
動作し、チラー運転時には蒸発器として動作する。

【００２５】まず、給湯（温水供給）運転の場合につい
て説明する。給湯運転の場合、四方弁２は実線のように
接続され、圧縮機出口部と熱源側熱交換器３の入口部が
接続されるとともに、アキュムレータ６の入口部と利用
側熱交換器５の出口部がそれぞれ接続される。圧縮機１
から吐出された高温高圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経て
凝縮器として動作する熱源側熱交換器３で凝縮液化して
中温高圧の液冷媒となり、膨張弁４で減圧され、低温低
圧の気液二相冷媒となって蒸発器として動作する利用側
熱交換器５に流入する。この冷媒は、利用側熱交換器５
で蒸発気化し、四方弁２、アキュムレータ６を経て再び
圧縮機１へ戻る。このとき、熱源側熱交換器３に流入す
る被加熱媒体である冷水は冷媒の凝縮潜熱によって加熱
されて温水となり、貯湯タンクなどに供給される。ま
た、利用側熱交換器５に流入する被冷却媒体である空気
は冷媒の蒸発潜熱によって冷却された後、外気などへ放
出される。

【００２６】次に、給湯運転時に、冷凍サイクル内を循
環する冷媒組成を変更する場合の動作について説明す
る。上述した給湯運転時において、冷凍サイクル内を循
環する冷媒組成の高沸点成分を増加させる場合には、電
磁弁２１、２２を開状態とする。この時、圧縮機１を出
た高温高圧の蒸気冷媒の一部は、電磁弁２１を通って第
２冷却器１２に流入する。この高温の冷媒蒸気は、第２
冷却器１２内で冷媒精留器１１の下部から流出し毛細管
３２によって減圧された低温低圧の液冷媒の一部によっ
て冷却され、飽和蒸気あるいは気液二相状態まで冷却さ
れる。第２冷却器１２を出た高圧の気液二相冷媒は毛細
管３１で中間圧力まで減圧された後、冷媒精留器１１の
下部へ流入し、このうち冷媒蒸気は冷媒精留器１１内を
上昇する。

【００２７】ここで、毛細管３１、３２の仕様は、冷媒
精留器１１の中間圧力および上昇する冷媒蒸気の流量が
適正となるように決定されている。また冷媒精留器１１
の上部では、上昇した冷媒蒸気が第１冷却器１３に流入
し、冷媒精留器１１の下部から流出し毛細管３３によっ
て減圧された液冷媒の他の一部によって冷却され、凝縮
液化する。凝縮液化した冷媒は冷媒貯留器１４に流入
し、貯留される。冷媒貯留器１４内では流入した液冷媒
が徐々に蓄積され、冷媒貯留器１４が満液状態となる
と、オーバーフローした液冷媒が冷媒精留器１１の環流
液として冷媒精留器１１の上部より流入する。この状態
において、冷媒精留器１１内では、上昇する蒸気冷媒
と、下降する液冷媒とが気液接触を行い、熱および物質
移動が行われ、いわゆる精留作用により、冷媒精留器１
１内を上昇する蒸気冷媒は徐々に低沸点成分が増加し、
冷媒貯留器１４内に貯留された液冷媒は徐々に低沸点成
分に富んだ状態となる。なお、冷媒精留器１１の下部か
ら流出する液冷媒の流量は、冷媒精留器１１内を下降す
る液冷媒と冷媒精留器１１に流入する気液二相冷媒中の
液冷媒との合計流量となる。以上より、低沸点成分に富
んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留され、冷凍サイク
ル内を循環する冷媒組成を高沸点成分に富んだものとす
ることができる。

【００２８】ここで、冷凍サイクル内を循環する冷媒組
成の目標値と制御方法について図２および図３を用いて
説明する。図２は、Ｒ４０７Ｃにおいて、所望の給湯温
度（例えば７０℃）が得られる場合の低沸点成分（Ｒ３
２＋Ｒ１２５）の組成と高圧圧力の関係を示したもので
ある。図２において、アは低沸点成分の組成と高圧圧力
の関係を示しており、イは圧縮機の高圧圧力の使用限界
を示している。また、Ａは低沸点成分が４８ｗｔ％に相
当する高圧圧力を、Ｂは低沸点成分の組成を低下させた
場合の高圧圧力の変化を、Ｃは高圧圧力をイ（圧縮機の
高圧圧力の使用限界）以下とする場合の低沸点成分の組
成（２１ｗｔ％）を示している。

【００２９】図２より、Ｒ４０７Ｃの標準組成における
低沸点成分の組成（４８ｗｔ％）では、所望の給湯温度
を得るための高圧圧力が圧縮機の使用限界値を超えるた
め、実際には所望の給湯温度を得る運転は実現できない
ことを示している。ところが、Ｒ４０７Ｃが非共沸混合
冷媒であることを利用し、低沸点成分の組成を４８ｗｔ
％から２１ｗｔ％へ低下させることで圧縮機の使用限界
以内で所望の給湯温度を得ることができる。従って、高
圧圧力を圧縮機の使用限界値以下に抑制しかつ所定の給
湯温度を得ることが可能な冷媒組成の目標値は、２１ｗ
ｔ％以下となる。

【００３０】さらに、冷媒組成の目標値への制御方法に
ついて図３を用いて説明する。図３は、電磁弁２１、２
２を開放状態としてからの経過時間（組成変化運転時
間）に対する冷凍サイクル内を循環する低沸点成分の組
成変化を示している。図３より、冷凍サイクル内を循環
する冷媒組成を目標値とするためには、電磁弁２１、２
２をＴｏ時間（例えば、１時間）以上開放する必要があ
ることがわかる。すなわち、電磁弁２１、２２の開放時
間を所定時間以上とすることにより、冷媒組成の目標値
への制御が可能となる。

【００３１】次に、冷凍サイクル内の循環組成を高沸点
成分が増加した状態から低沸点成分が増加した状態に変
更する場合には、電磁弁２１を閉状態、電磁弁２２を開
状態にする。この状態では、冷媒精留器１１には冷媒の
供給が行われず、冷媒貯留器１４内に貯留されている低
沸点成分に富んだ中間圧力の液冷媒は、冷媒精留器１１
の上部から下部へ下降し、一部は毛細管３２、第２冷却
器１２、電磁弁２２からなる流路を通ってアキュムレー
タ６に流入し、他の一部は毛細管３３、第１冷却器１
３、電磁弁２２からなる流路を通ってアキュムレータ６
に流入する。このように、冷媒貯留器１４から低沸点成
分に富んだ液冷媒が冷凍サイクル内へ放出される。一
方、膨張弁４は、熱源側熱交換器３出口の冷媒過冷却度
が適正（例えば１０℃）となるようにその開度が制御さ
れており、冷凍サイクル内の余剰な冷媒はアキュムレー
タ６内に貯留される。このアキュムレータ６内の冷媒
は、高沸点成分に富んだ液冷媒と、低沸点成分に富んだ
蒸気冷媒に分離され、このうち主に蒸気冷媒が圧縮機１
に吸入される。従って、冷凍サイクル内を循環する冷媒
組成を低沸点成分に富んだ状態とすることができる。

【００３２】次にチラー（冷水供給）運転時の動作につ
いて説明する。チラー運転の場合、四方弁２は点線のよ
うに接続され、圧縮機１出口部と利用側熱交換器５が、
アキュムレータ６入口部と熱源側熱交換器３がそれぞれ
接続される。チラー運転時には、圧縮機１で圧縮された
高温高圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経て凝縮器として動
作する利用側熱交換器５で凝縮液化し、膨張弁４で減圧
され、低圧の気液二相冷媒となって蒸発器として動作す
る熱源側熱交換器３に流入する。この冷媒は熱源側熱交
換器３で蒸発し、四方弁２、アキュムレータ６を経て再
び圧縮機１へ戻る。膨張弁４は、利用側熱交換器５出口
の冷媒過冷却度が適正（例えば１０℃）となるようにそ
の開度が制御されており、冷凍サイクル内の余剰な冷媒
は、アキュムレータ６内に貯留される。チラー運転時の
冷凍サイクル内の循環組成を変更する手順は、先に説明
した給湯運転時と同様であるため省略する。

【００３３】以上のように、この発明によれば、第１冷
却器１３及び第２冷却器１２の冷却源として冷媒精留器
１１から流出した液冷媒を用いることにより、冷凍サイ
クル装置と組成分離回路との接続箇所を２箇所とし、従
来例である圧縮機１の吸入冷媒を冷却源とする場合より
も接続箇所（図８では６箇所）が削減でき、装置製作に
おける工作性が向上するため低コストにすることができ
る。また、接続箇所を２箇所としたため、熱源ユニット
と組成分離ユニットとを独立分離して設置することが可
能となり、冷凍サイクル装置の圧縮機吐出部と吸入部に
チーズ（Ｔ型）配管を設けるといった簡単な改造で既存
の冷凍サイクル装置に組成分離回路を接続することがで
き、冷凍サイクル装置の高圧圧力抑制や性能向上を容易
に実現することができる。

【００３４】また、冷媒精留器１１の下部から流出した
液冷媒を２つの流路に分岐し、各流路に適した毛細管を
設置したため、各流路に適正な冷媒流量を流すことがで
きるという効果がある。また、冷凍サイクルと組成分離
回路との接続配管に電磁弁を設けたため、単純な弁の開
閉操作で冷凍サイクル内を循環する冷媒組成の変更を可
能とすることができる。

【００３５】さらに、本実施の形態では、Ｒ３２、Ｒ１
２５、Ｒ１３４ａから構成されるＲ４０７Ｃを用いた場
合の例を示したが、地球温暖化係数の高いＲ１２５を除
いたＲ３２／１３４ａ系を用いた場合も同様の効果を発
揮することができる。また、ＨＦＣ系冷媒であるＲ３
２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４３ａ、およびＨＣ系
冷媒であるＲ２９０、Ｒ６００、Ｒ６００ａなどから２
つ以上の冷媒を選択し混合した非共沸混合冷媒を用いた
場合でも、地球環境に優しく循環組成の変更が可能な冷
凍サイクル装置を提供することができる。

【００３６】加えて、本実施の形態では、冷媒組成の目
標値への制御を電磁弁の開放時間で行う場合の例を示し
たが、特開平１１−６３７４７号開示のように、冷凍サ
イクル内を循環する冷媒組成を検知し、冷凍サイクル内
の循環組成が目標値となるまで組成変化運転を実施する
ようにしても良く、この場合更に正確な目標値への制御
が可能となる。

【００３７】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を示す冷凍サイクル装置について説明する。図４は
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であ
り、実施の形態１とほぼ同様の構成であるため詳細な説
明は省略する。本実施の形態では、実施の形態１で必要
であった２本の毛細管３２および３３を１本の毛細管３
４に集約したものである。すなわち、冷媒精留器１１か
ら流出した液冷媒は、毛細管３４で減圧された後、第２
冷却器１２へ供給される二相冷媒と、第１冷却器１３へ
供給される二相冷媒とに分岐されることになる。以上の
ような構成とすることにより、２本の毛細管を１本に集
約することができ、冷媒回路を簡素化することができ、
低コスト化を図ることができる。

【００３８】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を示す冷凍サイクル装置について説明する。図５は
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であ
り、実施の形態１とほぼ同様の構成であるため詳細な説
明は省略する。本実施の形態は、給湯（温水供給）運転
時のみ循環組成を変更する場合に用いられる。すなわ
ち、本実施の形態では、実施の形態１のように冷媒精留
器１１から流出した液冷媒がアキュレータ６入口部に流
入する構成ではなく、膨張弁４と利用側熱交換器５の間
の配管に流入する構成としている。従って、膨張弁４と
利用側熱交換器５の間の配管が低圧となる給湯運転時に
は、電磁弁２１および２２を開放して循環組成の変更を
行うが、膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配管が高圧
となるチラ−（冷水供給）運転時には、電磁弁２１およ
び２２を閉止して循環組成の変更は行わない。

【００３９】以上のように、本実施の形態では、冷媒精
留器１１から流出した冷媒が膨張弁４と利用側熱交換器
５の間の配管に流入する構成としているため、冷媒精留
器１１から流出した液冷媒が第２冷却器１２あるいは第
１冷却器１３で完全蒸発しない場合でも、未蒸発液を利
用側熱交換器５で蒸発させることができ、圧縮機への液
戻りによる信頼性の低下や吐出温度低下に伴う性能低下
といった現象を抑制することができる。

【００４０】なお、本実施の形態は、冷媒精留器１１か
ら流出した冷媒が膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配
管に流入する場合を示したが、冷媒精留器１１から流出
した冷媒が膨張弁４と熱源側熱交換器５の間の配管に流
入するようにしてもよい。

【００４１】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を示す冷凍サイクル装置について説明する。図６は
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であ
り、実施の形態１と同様の構成部分については詳細な説
明を省略する。本実施の形態では、冷媒精留器１１から
流出した液冷媒を毛細管３２により減圧し、減圧された
低温・低圧の二相冷媒が、第１冷却器１３に流入し、冷
媒精留器１１上部から流出する飽和ガスを冷却した後、
第２冷却器１２に流入し、吐出ガスを冷却する構成とし
ている。従って、実施の形態１〜３で示したように冷媒
精留器１１から流出した液冷媒を分岐させる必要がな
く、配管本数が低減できて冷媒回路構成の簡素化が図れ
るとともに、低コストな冷媒回路とすることができる。

【００４２】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５による冷凍サイクル装置について説明する。図７は
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であ
る。本実施の形態において、６０は室外機であり、圧縮
機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、アキュムレータ６
で構成されている。また、６１ａおよび６１ｂは室内機
であり、本実施の形態では室内機が２台設置されてい
る。室内機６１ａ、６１ｂは、第１減圧装置である電子
式膨張弁４ａおよび４ｂと利用側熱交換器５ａおよび５
ｂで構成されている。室外機６０と室内機６１は２本の
延長配管で接続されており、冷凍サイクルを形成してい
る。この冷凍サイクル内には高沸点成分と低沸点成分か
らなる非共沸混合冷媒、例えばＲ４０７Ｃが充填されて
いる。熱源側熱交換器３は、暖房運転時には蒸発器とし
て動作し、冷房運転時には凝縮器として動作する。また
利用側熱交換器５は、暖房運転時には凝縮器として動作
し、冷房運転時には蒸発器として動作する。以上の構成
は、循環組成を変更できない通常の冷凍サイクル装置と
同様であり、運転動作に関する詳細な説明は省略する。

【００４３】６３は組成分離ユニットであり、室外機６
０と２本の配管との間にＴ型分岐管ＡおよびＢを介して
接続されている。組成分離ユニット６３は、例えば図６
のように構成されており、電磁弁２１および２２の開閉
操作によって循環組成の変更が可能である。本実施の形
態は、暖房運転時のみ循環組成を変更する場合に用いら
れる。すなわち、本実施の形態では、Ａ部が高圧ガス状
態、Ｂ部が低圧二相状態となる暖房運転時には電磁弁２
１および２２を開放して循環組成の変更を行うが、Ｂ部
が高圧液状態、Ａ部が低圧ガス状態となる冷房運転時に
は、電磁弁２１および２２を閉止して循環組成の変更は
行わない。

【００４４】すなわち、通常の暖房運転時には、冷凍サ
イクル内の余剰な冷媒は、アキュムレータ６内に貯留さ
れる。このアキュムレータ６内の冷媒は、高沸点成分に
富んだ液冷媒と、低沸点成分に富んだ蒸気冷媒に分離さ
れる。このため、アキュムレータ６内に液冷媒が貯留さ
れると、サイクル内を循環する冷媒組成は、充填組成に
比べて低沸点成分が増加する。

【００４５】一方、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成
の高沸点成分を増加させる場合には、圧縮機１を出た高
温高圧の蒸気冷媒の一部をＡ部のＴ型分岐管を介して組
成分離ユニット６３に流入させ、実施の形態１と同様に
低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留さ
れる。このとき、冷媒貯留器１４に貯留される液冷媒中
の低沸点成分組成の増加とともに、アキュムレータ６内
に貯留されていた高沸点成分に富んだ液冷媒が、サイク
ル内へ放出され、低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留
器１４内に貯留されることになる。この結果、冷凍サイ
クル内を循環する冷媒組成を高沸点成分に富んだものに
することができる。

【００４６】以上のように、本実施の形態においては、
既設の冷凍サイクル装置において、室外機６０と延長配
管との接続部（２箇所）にＴ型分岐管を介して組成分離
ユニットを増設することにより、既設の冷凍サイクル装
置を改造することなく高圧圧力の低下や性能向上を図る
ことができる。

【００４７】以上の実施の形態においては、冷媒回路に
四方弁を用いる構成について示したが、四方弁を用いな
い冷房専用機やチラ−専用機、あるいは暖房専用機やヒ
ートポンプ給湯機の場合についても成立することは言う
までもない。また、冷媒貯留器１４の下部と、第１減圧
装置から圧縮機吸入までの低圧配管とを毛細管を介して
接続する配管を追加し、冷凍サイクル内の循環組成を高
沸点成分が増加した状態から低沸点成分が増加した状態
に素早く変更する構成としても良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したとおり、第１の発明に係わ
る非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置は、圧縮
機、冷媒流路切り換え手段、利用側熱交換器、第１減圧
装置及び熱源側熱交換器を環状に接続し、低沸点冷媒と
高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を循環させる冷凍
サイクルからなる熱源ユニットと、上部に第１冷却器お
よび冷媒貯留器を環状に接続し、下部に第２冷却器を接
続し、前記非共沸混合冷媒の組成を分離する組成分離手
段を有し、前記組成分離手段の下部から流出した前記非
共沸混合冷媒を前記第１冷却器及び前記第２冷却器の冷
却源とするようにした組成分離回路からなる組成分離ユ
ニットと、前記冷凍サイクルユニットと前記分離回路ユ
ニットとを２箇所で接続する第１配管および第２配管と
を備え、前記非共沸混合冷媒の組成の変更内容に基づい
て、前記第１配管により前記冷凍サイクルユニットの前
記圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒の一部を前
記組成分離ユニットに導入し、前記組成分離回路ユニッ
トで前記非共沸混合冷媒の組成を変更して前記第２配管
により前記冷凍サイクルユニットに供給することを特徴
とする非共沸混合冷媒を用いたので、圧縮機の吸入冷媒
を第１冷却器の冷却源とする場合よりも、冷凍サイクル
と組成分離回路との接続箇所が削減でき、工作性が向上
するため、低コストとするでことができる。また、冷凍
サイクルと組成分離ユニットとを独立分離して設置で
き、簡単な改造で既存の冷凍サイクル装置に組成分離回
路を接続することができる。

【００４９】また、この発明の第２の発明に係わる非共
沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、第１配
管は、組成分離手段の下部と、圧縮機吐出部と冷媒流路
切り換え手段との間の配管に第２冷却器を介して接続さ
れ、第２配管は、前記組成分離手段の下部と、前記冷媒
流路切り換え手段と前記圧縮機吸入部との間の配管に第
１冷却器を介して接続されるようにしたので、圧縮機の
吸入冷媒を第１冷却器の冷却源とする場合よりも、冷凍
サイクルと組成分離回路との接続箇所が削減でき、工作
性が向上するため、低コストとすることができる。

【００５０】また、第３の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、第１配管は、組成
分離手段の下部に接続された第２冷却器と、圧縮機吐出
部と冷媒流路切り換え手段との間の配管に接続され、第
２配管は、前記組成分離手段の下部と、前記第１減圧装
置と前記利用側あるいは熱源側熱交換器との間の低圧配
管に第１冷却器を介して接続されるようにしたので、冷
媒精留器から流出した液冷媒を完全蒸発させることがで
き、信頼性や性能向上を図ることができる。

【００５１】また、第４の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第２配管の組成分離手段
の下部と第１冷却器との間の配管と、前記第１冷却器の
出口側の配管に、第２冷却器を介して接続された第３配
管を設けたので、第１冷却器および第２冷却器に流れる
冷媒流量の適正化を図ることができる。

【００５２】また、第５の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第２冷却器と組成分離手
段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成
分離手段の下部と、第３配管との接続部との間の配管に
第３減圧装置を設けたので、冷媒精留器の中間圧力およ
び内部を上昇する冷媒蒸気の流量を適正に制御すること
ができる。

【００５３】また、第６の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第２冷却器と組成分離手
段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成
分離手段の下部のと第３配管との接続部と、第１冷却器
との間の配管に第３減圧装置を設け、前記と前記第３配
管との接続部と、第２冷却器との間の配管に第４減圧装
置を設けたので、各流路に適正な冷媒流量を流すことが
できる。

【００５４】また、第７の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置において、第２配管は、さら
に、第２冷却器を介して接続されるようにしたので、配
管本数を低減でき、冷媒回路の簡素化と低コスト化を図
ることができる。

【００５５】また、第８の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第２冷却器と組成分離手
段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成
分離手段の下部と第１冷却器との間の配管に第３減圧装
置を設けたので、冷媒精留器の中間圧力および内部を上
昇する冷媒蒸気の流量を適正に制御することができると
いう効果がある。

【００５６】また、第９の発明に係わる非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクル装置は、第１配管の冷凍サイクル
と第２冷却器入口部との間の配管に第１開閉弁を設け、
第２配管の第１冷却器出口部と前記冷凍サイクルとの間
の配管に第２開閉弁を設けたので、単純な弁の開閉操作
により、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を変更する
ことができる。

【００５７】また、第１０の発明に係わる非共沸混合冷
媒を用いた冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルを収納し
た熱源ユニットと、組成分離回路を収納した組成分離ユ
ニットとを独立分離して設置したので、既設の冷凍サイ
クル装置の簡単な改造で組成分離回路を接続することが
でき、高圧圧力抑制や性能向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す冷凍サイクル
装置の冷媒回路構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１を示す低沸点成分の
組成と高圧圧力の関係を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１を示す組成変化運転
時間と低沸点成分の組成の関係を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２を示す冷凍サイクル
装置の冷媒回路構成を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態３を示す冷凍サイクル
装置の冷媒回路構成を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態４を示す冷凍サイクル
装置の冷媒回路構成を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態５を示す冷凍サイクル
装置の冷媒回路構成を示す図である。

【図８】 従来の空気調和機の冷媒回路構成を示す図で
ある。

【符号の説明】 １ 圧縮機、２ 四方弁、３ 熱源側熱交換器、４、４
ａ、４ｂ 第１減圧装置、５、５ａ、５ｂ 利用側熱交
換器、６ アキュムレータ、１１ 冷媒精留器、１２
第２冷却器、１３ 第１冷却器、１４ 冷媒貯留器、２
１ 、２２ 電磁弁、３１、３２、３３ 毛細管、６０
室外機、６１、６１ａ、６１ｂ 室内機、６２ 熱源
ユニット、６３ 組成分離ユニット。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、冷媒流路切り換え手段、利用側
   熱交換器、第１減圧装置及び熱源側熱交換器を環状に接
   続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷
   媒を循環させる冷凍サイクルからなる熱源ユニットと、 上部に第１冷却器および冷媒貯留器を環状に接続し、下
   部に第２冷却器を接続し、前記非共沸混合冷媒の組成を
   分離する組成分離手段を有し、前記組成分離手段の下部
   から流出した前記非共沸混合冷媒を前記第１冷却器及び
   前記第２冷却器の冷却源とするようにした組成分離回路
   からなる組成分離ユニットと、 前記冷凍サイクルユニットと前記分離回路ユニットとを
   ２箇所で接続する第１配管および第２配管とを備え、 前記非共沸混合冷媒の組成の変更内容に基づいて、前記
   第１配管により前記冷凍サイクルユニットの前記圧縮機
   から吐出された前記非共沸混合冷媒の一部を前記組成分
   離ユニットに導入し、前記組成分離回路ユニットで前記
   非共沸混合冷媒の組成を変更して前記第２配管により前
   記冷凍サイクルユニットに供給することを特徴とする非
   共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 第１配管は、組成分離手段の下部と、圧
   縮機吐出部と冷媒流路切り換え手段との間の配管に第２
   冷却器を介して接続され、第２配管は、前記組成分離手
   段の下部と、前記冷媒流路切り換え手段と前記圧縮機吸
   入部との間の配管に第１冷却器を介して接続されるよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の非共沸混合冷媒
   を用いる冷凍サイクル装置。
3. 【請求項３】 第１配管は、組成分離手段の下部に接続
   された第２冷却器と、圧縮機吐出部と冷媒流路切り換え
   手段との間の配管に接続され、第２配管は、前記組成分
   離手段の下部と、前記第１減圧装置と前記利用側あるい
   は熱源側熱交換器との間の低圧配管に第１冷却器を介し
   て接続されるようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】 第２配管の組成分離手段の下部と第１冷
   却器との間の配管と、前記第２配管の前記第１冷却器の
   出口側配管に、第２冷却器を介して接続された第３配管
   を設けたことを特徴とする請求項２または請求項３記載
   の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
5. 【請求項５】 第２冷却器と組成分離手段の下部との間
   の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部
   と、第３配管との接続部との間の配管に第３減圧装置を
   設けたことを特徴とする請求項４記載の非共沸混合冷媒
   を用いる冷凍サイクル装置。
6. 【請求項６】 第２冷却器と組成分離手段の下部との間
   の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部
   と第３配管との接続部と、第１冷却器との間の配管に第
   ３減圧装置を設け、前記第２配管と前記第３配管との接
   続部と、第２冷却器との間の配管に第４減圧装置を設け
   たことを特徴とする請求項４記載の非共沸混合冷媒を用
   いる冷凍サイクル装置。
7. 【請求項７】 第２配管は、第２冷却器を介して接続さ
   れるようにしたことを特徴とする請求項２または請求項
   ３記載の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
8. 【請求項８】 第２冷却器と組成分離手段の下部との間
   の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部
   と第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設けたこと
   を特徴とする請求項７記載の非共沸混合冷媒を用いる冷
   凍サイクル装置。
9. 【請求項９】 第１配管の冷凍サイクルと第２冷却器入
   口部との間の配管に第１開閉弁を設け、第２配管の第１
   冷却器出口部と前記冷凍サイクルとの間の配管に第２開
   閉弁を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８記載
   の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
10. 【請求項１０】 冷凍サイクルを収納した熱源ユニット
    と、組成分離回路を収納した組成分離ユニットとを独立
    分離して設置したことを特徴とする請求項９に記載の非
    共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。