JP2015108501A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒に対する添加剤の比率を冷凍サイクル装置の円滑な運転にとって望ましい値に調整するための技術を提供する。
【解決手段】本開示にかかる冷凍サイクル装置（１００）は、冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、蒸発器（２１）、凝縮器（２３）、蒸気経路（２）及び戻し経路（３）を備えている。戻し経路（３）は、凝縮器（２３）から蒸発器（２１）に冷媒液を導くための経路である。戻し経路（３）には、冷媒成分から添加剤を分離させる分離機構（６）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

従来の冷凍サイクル装置には、フロン、代替フロンなどのハロゲン化炭化水素が冷媒として広く使用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層の破壊、地球温暖化などの問題を有している。そこで、地球環境に対する負荷が極めて小さい冷媒である水を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。

特許文献１には、そのような冷凍サイクル装置として、冷房専用の空気調和装置が開示されている。特許文献１の空気調和装置は、自然冷媒を使用することに基づいて環境負荷の低減を達成できる。また、水の潜熱量は従来の冷媒よりも大きいので、特許文献１の空気調和装置は、低い質量流量で従来の空気調和装置と同等の能力を発揮できる。すなわち、冷房専用の空気調和装置の用途において、水を冷媒として用いた冷凍サイクル装置は、高いＣＯＰ（Coefficient of Performance）を達成できる。

特開２００８−１２２０１２号公報（図１）

しかし、従来技術の冷凍サイクル装置は、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおいて、冷媒に対する添加剤の比率が冷凍サイクル装置の円滑な運転にとって望ましい値に調整されない可能性があった。

上記の事情に鑑み、本開示は、冷媒に対する添加剤の比率を冷凍サイクル装置の円滑な運転にとって望ましい値に調整するための技術を提供する。

すなわち、本開示にかかる冷凍サイクル装置は、
冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、
冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させ前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記冷媒蒸気を凝縮させ冷媒液を生成する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられた前記冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を経由して前記蒸発器と前記凝縮器とを連結し、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒蒸気を導く蒸気経路と、
前記凝縮器から前記蒸発器に前記冷媒液を導く戻し経路と、
前記戻し経路に設けられ、前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液から前記添加剤を分離させる分離機構と、
を備えた、ものである。

本開示によれば、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおいて、冷媒に対する添加剤の比率が冷凍サイクル装置の円滑な運転にとって望ましい値に調整されうる。

図１は、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図２は、第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図３Ａは、第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図３Ｂは、第３実施形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図４は、第４実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図５は、第５実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図６は、第６実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図７は、第７実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図８は、第８実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図９は、第９実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１０Ａは、第１０実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１０Ｂは、第１０実施形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１１Ａは、第１１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１１Ｂは、第１１実施形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１２Ａは、第１２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１２Ｂは、第１２実施形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１３は、第１３実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１４は、第１４実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１５は、第１５実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図１６Ａは、蒸発器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧が、凝縮器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧に一致している場合の単一の飽和蒸気圧曲線Ｃ_REFを示すグラフである。 図１６Ｂは、凝縮器に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧が、蒸発器に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧よりも低い場合の飽和蒸気圧曲線Ｃ_CON及び飽和蒸気圧曲線Ｃ_EVAを示すグラフである。 図１７は、第１６実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。

（本開示の基礎となった知見）
冷凍サイクル装置の冷媒には、しばしば、冷媒成分以外の添加剤が含まれている。例えば、特許文献１に記載された冷凍サイクル装置の場合、水（冷媒成分）と、水の凍結を防止するための添加剤との混合物を冷媒として使用することが考えられる。しかし、このような添加剤の溶液の飽和蒸気圧は、冷媒成分の飽和蒸気圧と大きく異なる場合がある。飽和蒸気圧の差が原因で、冷凍サイクル装置の特定の部分（例えば、蒸発器及び凝縮器）において、冷媒に対する添加剤の比率が円滑な運転にとって望ましくない値に徐々に変化する可能性がある。

特許文献１の冷凍サイクル装置（空気調和装置）のように、冷媒として水を使用すると、冷媒の温度を氷点下まで下げることを必要とする運転条件で冷媒が凍結する。そのため、外気温が低いときに暖房運転を行うことができない。また、冷却対象物の温度が氷点下を下回る条件で冷凍サイクル装置を冷凍機として使用できない。

不凍液と水との混合物を冷媒として使用すれば、低温での運転が可能になる。しかし、一般的な不凍液であるエチレングリコール溶液及び酢酸カリウム溶液は、水よりも低い飽和蒸気圧を持っている。そのため、不凍液と水との混合物を冷媒として使用すると、蒸発器においては水が優先的に蒸発し、冷媒蒸気の大部分が水で占められる。その結果、運転時間の経過とともに、蒸発器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度（正確には、エチレングリコールの濃度又は酢酸カリウムの濃度）が上昇し、凝縮器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度が低下する。このような状態で運転を停止すると、凝縮器の中の冷媒液が凍結し、凝縮器、配管などの部品が損壊するおそれがある。

この問題に対処する方法として、以下の方法が考えられる。すなわち、蒸発器における不凍液の濃度が上昇又は凝縮器における不凍液の濃度が低下した時点で運転（例えば暖房運転）を一時停止し、蒸発器に貯留された冷媒液の一部と凝縮器に貯留された冷媒液の一部とを相互に入れ替える。これにより、蒸発器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度及び凝縮器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度を初期化することができる。しかし、この方法は、冷媒液の入れ替えが原因で多大な熱ロスを発生させる。冷媒液を入れ替えた後、運転の再開まで長い時間が必要となるため、システム効率は低下する。

上記知見に基づき、本発明者は、以下に説明する各態様の発明を想到するに至った。

本開示の第１態様にかかる冷凍サイクル装置は、
冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、
冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させ前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記冷媒蒸気を凝縮させ冷媒液を生成する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられた前記冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を経由して前記蒸発器と前記凝縮器とを連結し、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒蒸気を導く蒸気経路と、
前記凝縮器から前記蒸発器に前記冷媒液を導く戻し経路と、
前記戻し経路に設けられ、前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液から前記添加剤を分離させる分離機構と、
を備えた、ものである。

第１態様によれば、戻し経路に分離機構が設けられており、分離機構において冷媒液から添加剤が分離される。添加剤の濃度が下げられた冷媒液が凝縮器から蒸発器に供給される。その結果、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおいて、冷媒（冷媒液）に対する添加剤の比率が冷凍サイクル装置の円滑な運転にとって望ましい値に調整されうる。詳細には、蒸発器における添加剤の濃縮及び凝縮器における添加剤の希釈を抑制できる。また、定格又は定格付近で冷凍サイクル装置の運転を継続しつつ、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおける添加剤の濃度を調整できる。このように、第１態様の冷凍サイクル装置は、長時間の安定した運転を実行できるとともに、優れたシステム効率を発揮しうる。

なお、蒸気経路を通じて蒸発器から凝縮器に供給される添加剤の量が、戻し経路を通じて凝縮器から蒸発器に供給される添加剤の量を上回る可能性はある。この場合、蒸発器に貯留された冷媒液の一部と凝縮器に貯留された冷媒液の一部との入れ替えが必要になるかもしれない。しかし、分離機構によって、添加剤が凝縮器から蒸発器に戻されることを抑制できるので、戻し経路に分離機構が設けられていない場合と比較して、冷媒液の入れ替えを行わずに運転を継続できる時間は確実に延びる。従って、第１態様によれば、システム効率を確実に向上させることができる。

第２態様において、例えば、第１態様にかかる冷凍サイクル装置の前記分離機構は、全量ろ過方式のろ過装置である。全量ろ過方式のろ過装置は、冷媒液から添加剤を分離する能力に優れている。

第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記戻し経路に設けられた流量調整機構をさらに備える。流量調整機構によれば、必要に応じて、戻し経路における冷媒液の流量を調整することができる。

第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に導くバイパス経路と、前記分離機構を経由して前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、をさらに備える。バイパス経路及び流量調整機構によれば、例えば、凝縮器で添加剤が過度に濃縮されたときに、透過液よりも添加剤の濃度が高い冷媒液を蒸発器に供給できる。

第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、弁を有し、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備える。戻し経路における冷媒液の流量及び添加剤の濃度が、蒸気経路における冷媒蒸気の流量及び添加剤の濃度と相違していたとしても、調整経路を使用すれば、冷凍サイクル装置の定常運転を継続することが可能である。

第６態様において、例えば、第１〜第５態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、前記戻し経路に設けられたポンプをさらに備える。ポンプは、戻し経路に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。

第７態様において、例えば、第１態様にかかる冷凍サイクル装置の前記分離機構は、クロスフロー方式のろ過装置であり、前記戻し経路は、（a1）前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記凝縮器から前記分離機構に導く上流部分と、（a2）前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記蒸発器に導く第１下流部分と、（a3）前記添加剤の濃度が高められた前記冷媒液を前記分離機構から前記凝縮器に導く第２下流部分と、を有する。クロスフロー方式のろ過装置は、全量ろ過方式のろ過装置と比較してフィルタ部の目詰まりを起こしにくく、長期にわたって安定した性能及び高い信頼性を発揮しうる。

第８態様において、例えば、第７態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記戻し経路に設けられた流量調整機構をさらに備える。流量調整機構によれば、必要に応じて、戻し経路における冷媒液の流量を調整することができる。

第９態様において、例えば、第７又は第８態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に導くバイパス経路と、前記分離機構を経由して前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、をさらに備える。第９態様によれば、凝縮器から蒸発器に冷媒液を直接供給することができる。

第１０態様において、例えば、第７〜第９態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、弁を有し、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備える。調整経路によれば、冷媒成分の移動に関する収支及び添加剤の移動に関する収支をゼロに近づけることができる。

第１１態様において、例えば、第２態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備え、前記戻し経路は、前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記凝縮器から前記分離機構に導く上流部分と、前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記蒸発器に導く下流部分とを有し、前記調整経路は、前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記蒸発器から前記分離機構に導く上流部分と、前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記凝縮器に導く下流部分とを有し、前記冷凍サイクル装置は、前記戻し経路の前記上流部分及び前記調整経路の前記上流部分から選ばれる１つを前記分離機構の入口に選択的に接続する第１三方弁と、前記戻し経路の前記下流部分及び前記調整経路の前記下流部分から選ばれる１つを前記分離機構の出口に選択的に接続する第２三方弁と、をさらに備えている。第１１態様によれば、凝縮器から蒸発器に冷媒液を移動させることができるだけでなく、蒸発器から凝縮器に冷媒液を移動させることができる。

第１２態様において、例えば、第１１態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記蒸発器から前記凝縮器に導くバイパス経路と、前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、をさらに備える。第１２態様によれば、バイパス経路を経由して、分離機構で処理されていない冷媒液を蒸発器から凝縮器に供給することができる。

第１３態様において、例えば、第７態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備え、前記調整経路は、（b1）前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記蒸発器から前記分離機構に導く上流部分と、（b2）前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記凝縮器に導く第１下流部分と、（b3）前記添加剤の濃度が高められた前記冷媒液を前記分離機構から前記蒸発器に導く第２下流部分と、を有し、前記冷凍サイクル装置は、（c1）前記戻し経路の前記上流部分及び前記調整経路の前記上流部分から選ばれる１つを前記分離機構の入口に選択的に接続する第１三方弁と、（c2）前記戻し経路の前記第１下流部分及び前記調整経路の前記第１下流部分から選ばれる１つを前記分離機構の透過液出口に選択的に接続する第２三方弁と、（c3）前記戻し経路の前記第２下流部分及び前記調整経路の前記第２下流部分から選ばれる１つを前記分離機構の濃縮液出口に選択的に接続する第３三方弁と、をさらに備えている。第１３態様によれば、凝縮器から蒸発器に冷媒液を移動させることができるだけでなく、蒸発器から凝縮器に冷媒液を移動させることができる。

第１４態様において、例えば、第１３態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記蒸発器から前記凝縮器に導くバイパス経路と、前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、をさらに備える。第１４態様によれば、バイパス経路を経由して、分離機構で処理されていない冷媒液を蒸発器から凝縮器に供給することができる。

第１５態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路と、前記調整経路に設けられ、前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液から前記添加剤を分離させる第２分離機構と、をさらに備え、前記第２分離機構は、全量ろ過方式のろ過装置である。調整経路を通じて、添加剤の濃度が低減された冷媒液が蒸発器から凝縮器に供給されうる。

第１６態様において、例えば、第１５態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記調整経路に設けられた流量調整機構をさらに備える。流量調整機構によれば、必要に応じて、調整経路における冷媒液の流量を調整することができる。

第１７態様において、例えば、第１５又は第１６態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記第２分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記蒸発器から前記凝縮器に導くバイパス経路と、前記第２分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、をさらに備える。第１７態様によれば、バイパス経路を経由して、第２分離機構で処理されていない冷媒液を蒸発器から凝縮器に供給することができる。

第１８態様において、例えば、第７〜第９態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路と、前記調整経路に設けられ、前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液から前記添加剤を分離させる第２分離機構と、をさらに備え、前記第２分離機構は、クロスフロー方式のろ過装置であり、前記調整経路は、（d1）前記第２分離機構において処理される前記冷媒液を前記蒸発器から前記第２分離機構に導く上流部分と、（d2）前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記第２分離機構から前記凝縮器に導く第１下流部分と、（d3）前記添加剤の濃度が高められた前記冷媒液を前記第２分離機構から前記蒸発器に導く第２下流部分と、を有する。第１８態様によれば、透過液の交換によって、蒸発器と凝縮器との間の物質の移動量の収支を調整できる。

第１９態様において、例えば、第１８態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記調整経路に設けられた流量調整機構をさらに備える。流量調整機構によれば、必要に応じて、調整経路における冷媒液の流量を調整することができる。

第２０態様において、例えば、第１８又は第１９態様にかかる冷凍サイクル装置は、前記第２分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記蒸発器から前記凝縮器に導くバイパス経路と、前記第２分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、をさらに備える。第２０態様によれば、バイパス経路を経由して、第２分離機構で処理されていない冷媒液を蒸発器から凝縮器に供給することができる。

第２１態様において、例えば、第１〜第２０態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、第１熱交換器を有し、前記蒸発器と前記第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱循環路をさらに備える。吸熱循環路の働きにより、蒸発器に貯留された冷媒液を効率的に加熱することができる。

第２２態様において、例えば、第２１態様にかかる冷凍サイクル装置の前記吸熱循環路を循環する前記熱媒体は、前記蒸発器に貯留された前記冷媒液である。第２２態様によれば、他の熱媒体を吸熱循環路に循環させる場合と比較して、蒸発器及び吸熱循環路の構造が簡素である。

第２３態様において、例えば、第５、第１０、第１１、第１３、第１５及び第１８態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、第１熱交換器と、前記蒸発器の出口と前記第１熱交換器の入口との間に配置されたポンプとを有し、前記蒸発器と前記第１熱交換器との間で熱媒体を循環させる吸熱循環路をさらに備え、前記調整経路が前記ポンプの吐出口と前記第１熱交換器の入口との間において前記吸熱循環路から分岐している。第２３態様によれば、ポンプの数を減らすことができるため、コストを節約できるとともに、システム全体の寸法の縮小を図ることができる。

第２４態様において、例えば、第１〜第２３態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、第２熱交換器を有し、前記凝縮器と前記第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱循環路をさらに備える。放熱循環路の働きにより、凝縮器に貯留された冷媒液を効率的に冷却することができる。

第２５態様において、例えば、第２４態様にかかる冷凍サイクル装置の前記凝縮器は、前記冷媒蒸気を凝縮させることによって生じた前記冷媒液を貯留し、前記放熱循環路を循環する前記熱媒体は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液である。第２５態様によれば、他の熱媒体を放熱循環路に循環させる場合と比較して、凝縮器及び放熱循環路の構造が簡素である。

第２６態様において、例えば、第１〜第２５態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置は、第２熱交換器と、前記凝縮器の出口と前記第２熱交換器の入口との間に配置されたポンプとを有し、前記凝縮器と前記第２熱交換器との間で熱媒体を循環させる放熱循環路をさらに備え、前記戻し経路が前記ポンプの吐出口と前記第２熱交換器の入口との間において前記放熱循環路から分岐している。第２６態様によれば、ポンプの数を減らすことができるため、コストを節約できるとともに、システム全体の寸法の縮小を図ることができる。

第２７態様において、例えば、第１〜第２６態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記添加剤は、前記冷媒成分に混合された物質であり、前記混合物の凝固温度は、前記冷媒成分の凝固温度を下回る。第２７態様によれば、外気温が低いときに、冷凍サイクル装置を空気調和装置（詳細には暖房機）として使用できる。また、冷却対象物の温度が氷点下を下回る条件で冷凍サイクル装置を冷凍機として使用できる。

第２８態様において、例えば、第１〜第２７態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記添加剤は、前記冷媒成分に混合された物質であり、前記混合物の特定温度における飽和蒸気圧は、前記冷媒成分の前記特定温度における飽和蒸気圧を下回る。第２８態様によれば、圧縮機に要求される仕事量を減らすことができ、冷凍サイクル装置の効率が向上する。

第２９態様において、例えば、第１〜第２８態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記冷媒成分は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である。

第３０態様において、例えば、第１〜第２９態様のいずれか１つにかかる冷凍サイクル装置の前記蒸発器に貯留された前記冷媒液の前記特定温度における飽和蒸気圧Ｐ１は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ２よりも高い。第３０態様によれば、圧縮機に要求される仕事量を減らすことによって、冷凍サイクル装置の効率が向上する。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、蒸発器２１、蒸気経路２、凝縮器２３及び戻し経路３を備えている。蒸発器２１において生成された冷媒蒸気が蒸気経路２を経由して凝縮器２３に供給される。蒸気経路２には、圧縮機２２が設けられている。冷媒蒸気は、圧縮機２２によって圧縮される。凝縮器２３の冷媒液が戻し経路３を経由して蒸発器２１に供給される。戻し経路３には、分離機構６が設けられている。

蒸発器２１、蒸気経路２、凝縮器２３及び戻し経路３には、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の物質を主成分として含む冷媒が充填されている。そのような冷媒としては、水、アルコール又はエーテルを主成分として含む冷媒が挙げられる。冷凍サイクル装置１００の運転時において、冷凍サイクル装置１００の内部の圧力は大気圧よりも低い。圧縮機２２の入口の圧力は、例えば、０．５〜５ｋＰａＡの範囲にある。圧縮機２２の吐出口の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡの範囲にある。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。

冷媒は、冷媒成分と添加剤との混合物である。添加剤は、典型的には、混合物の凝固温度が、冷媒成分の凝固温度を下回るように、冷媒成分に混合された物質である。このような混合物を冷媒として使用することによって、以下の利益が得られる。すなわち、外気温が低いときに、冷凍サイクル装置１００を空気調和装置（詳細には暖房機）として使用できる。また、冷却対象物の温度が氷点下を下回る条件で冷凍サイクル装置１００を冷凍機として使用できる。冷媒の凍結防止のための添加剤の例は、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの多価アルコール、及び、酢酸カリウムなどの無機塩類である。これらの他に、防腐剤、防錆剤などが添加剤として挙げられる。添加剤は、例えば、１０〜４０質量％の範囲で冷媒に含まれている。

また、添加剤は、混合物の特定温度における飽和蒸気圧が、冷媒成分の特定温度における飽和蒸気圧を下回るように、冷媒成分に混合された物質でありうる。上述の多価アルコール及び無機塩類には、このような働きがある。また、吸収式冷凍機で吸収液として使用される臭化リチウムにもこのような働きがある。このような添加剤が凝縮器２３に貯留された冷媒液に含まれていると、凝縮器２３に貯留された冷媒液が冷媒成分からなっている場合と比較して、より低い圧力で要求される温度（例えば、４０℃）の冷媒液が凝縮器２３の中で生成される。つまり、圧縮機２２の吐出口の圧力（背圧）を下げることができる。その結果、圧縮機２２に要求される仕事量を減らすことができ、冷凍サイクル装置１００の効率が向上する。

冷媒としての混合物には、例えば、上述した働きを持つ添加剤が１種類のみ含まれている。この場合、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を調整しやすい。凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧を適切に調整できるのであれば、上述した働きを持つ複数の種類の添加剤が冷媒としての混合物に含まれていてもよい。

なお、本明細書において、「特定温度」は、冷凍サイクル装置１００の運転中に冷媒が到達する可能性がある温度範囲における温度を意味する。そのような温度範囲は、例えば、−２０〜５０℃である。

冷凍サイクル装置１００は、さらに、吸熱循環路１０及び放熱循環路１１を備えている。

吸熱循環路１０は、ポンプ１２、第１熱交換器１３及び流路（配管）１０ａ〜１０ｃを有する。吸熱循環路１０の両端はそれぞれ蒸発器２１に接続されている。具体的には、流路１０ａの一端が蒸発器２１の下部（液面よりも下の部分）に接続され、流路１０ａの他端がポンプ１２の吸入口に接続されている。流路１０ｂの一端がポンプ１２の吐出口に接続され、流路１０ｂの他端が第１熱交換器１３の入口に接続されている。流路１０ｃの一端が第１熱交換器１３の出口に接続され、流路１０ｃの他端が蒸発器２１の中間部に接続されている。ポンプ１２は、当該ポンプ１２の吸入口から蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。吸熱循環路１０は、蒸発器２１と第１熱交換器１２との間で熱媒体を循環させる。本実施形態において、吸熱循環路１０を循環する熱媒体は、蒸発器２１に貯留された冷媒液である。吸熱循環路１０の働きにより、蒸発器２１に貯留された冷媒液を効率的に加熱することができる。また、蒸発器２１に貯留された冷媒液を吸熱循環路１０に循環させるので、他の熱媒体を吸熱循環路１０に循環させる場合と比較して、蒸発器２１及び吸熱循環路１０の構造が簡素である。

第１熱交換器１３は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器でありうる。例えば、冷凍サイクル装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第１熱交換器１３は室内に配置され、室内の空気を冷媒液によって冷却する。

放熱循環路１１は、ポンプ１４、第２熱交換器１５及び流路（配管）１１ａ〜１１ｃを有する。放熱循環路１１の両端はそれぞれ凝縮器２３に接続されている。具体的には、流路１１ａの一端が凝縮器２３の下部（液面よりも下の部分）に接続され、流路１１ａの他端がポンプ１４の吸入口に接続されている。流路１１ｂの一端がポンプ１４の吐出口に接続され、流路１１ｂの他端が第２熱交換器１５の入口に接続されている。流路１１ｃの一端が第２熱交換器１５の出口に接続され、流路１１ｃの他端が凝縮器２３の中間部に接続されている。ポンプ１４は、当該ポンプ１４の吸入口から凝縮器２３に貯留された冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。放熱循環路１１は、凝縮器２３と第２熱交換器１５との間で熱媒体を循環させる。本実施形態において、放熱循環路１１を循環する熱媒体は、凝縮器２３に貯留された冷媒液である。放熱循環路１１の働きにより、凝縮器２３に貯留された冷媒液を効率的に冷却することができる。また、凝縮器２３に貯留された冷媒液を放熱循環路１１に循環させるので、他の熱媒体を放熱循環路１１に循環させる場合と比較して、凝縮器２３及び放熱循環路１１の構造が簡素である。

第２熱交換器１５は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器でありうる。例えば、冷凍サイクル装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第２熱交換器１５は室外に配置され、室外の空気を冷媒液によって加熱する。

蒸発器２１は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。蒸発器２１は、冷媒液を貯留するとともに、冷媒液を内部で蒸発させる。すなわち、外部環境から熱を吸収することによって加熱された冷媒液が蒸発器２１の中で沸騰する。本実施形態において、蒸発器２１に貯留された冷媒液は、吸熱循環路１０を循環する冷媒液に直接接触する。つまり、蒸発器２１に貯留された冷媒液の一部は、第１熱交換器１３で加熱され、飽和状態の冷媒液を加熱するために使用される。

先に説明したように、冷媒に含まれた添加剤は、混合物（冷媒）の特定温度における飽和蒸気圧が、冷媒成分の特定温度における飽和蒸気圧を下回るように、冷媒成分に混合された物質でありうる。このとき、蒸発器２１において生成された冷媒蒸気の大部分は、冷媒成分で占められる。添加剤の種類にもよるが、冷媒成分の比率は、冷媒蒸気に対して、例えば、９９．８質量％以上である。ただし、不可避的に混入している空気を除き、冷媒蒸気に冷媒成分のみが含まれていてもよい。

吸熱循環路１０及び蒸発器２１は、蒸発器２１に貯留された冷媒液が吸熱循環路１０を循環する熱媒体と混ざらないように構成されていてもよい。例えば、蒸発器２１がシェルチューブ熱交換器のような熱交換構造を有している場合、吸熱循環路１０を循環する熱媒体によって蒸発器２１に貯留された冷媒液を加熱し、蒸発させることができる。このとき、第１熱交換器１３は、蒸発器２１に貯留された冷媒液を加熱するための熱媒体を加熱する。このような構成は、真空系の経路の全長を短縮することができる点で有利である。また、蒸発器２１に熱源が設けられていてもよい。

蒸気経路２は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒蒸気を導くための経路である。蒸気経路２は、上流部分２５及び下流部分２６を有する。上流部分２５によって蒸発器２１の上部が圧縮機２２の吸入口に接続されている。下流部分２６によって圧縮機２２の吐出口が凝縮器２３の上部に接続されている。圧縮機２２は、遠心式圧縮機又は容積式圧縮機でありうる。圧縮機２２は、上流部分２５を通じて蒸発器２１から冷媒蒸気を吸い込み、断熱的に圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は、下流部分２６を通じて凝縮器２３に供給される。

蒸気経路２には、複数の圧縮機が設けられていてもよい。この場合、低圧側圧縮機と高圧側との間に中間冷却器が設けられていてもよい。中間冷却器は、低圧側圧縮機で圧縮された冷媒蒸気を冷却する。これにより、高圧側圧縮機の性能及び信頼性を向上させることができる。中間冷却器で冷媒蒸気を冷却するために使用される流体は、冷凍サイクル装置１００の特定部分（例えば、放熱循環路１１）を流れる冷媒であってもよいし、外部から供給された熱媒体（例えば、空気又は水）であってもよい。さらに、前者と後者とを併用してもよい。また、複数の中間冷却器が蒸気経路２に設けられていてもよい。例えば、蒸気経路２にｎ台（ｎは３以上の整数）の圧縮機が設けられているとき、（ｎ−１）台の中間冷却器が蒸気経路２に配置されうる。

凝縮器２３は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。凝縮器２３は、冷媒蒸気を凝縮させるとともに、冷媒蒸気を凝縮させることによって生じた冷媒液を貯留する。本実施形態においては、過熱状態の冷媒蒸気が、外部環境に熱を放出することによって冷却された冷媒液に直接接触して凝縮する。凝縮器２３に貯留された冷媒液は、放熱循環路１１を循環する冷媒液に直接接触する。つまり、凝縮器２３に貯留された冷媒液の一部は、第２熱交換器１５で冷却され、過熱状態の冷媒蒸気を冷却するために使用される。

放熱循環路１１及び凝縮器２３は、凝縮器２３に貯留された冷媒液が放熱循環路１１を循環する熱媒体と混ざらないように構成されていてもよい。例えば、凝縮器２３がシェルチューブ熱交換器のような熱交換構造を有している場合、放熱循環路１１を循環する熱媒体によって冷媒蒸気を冷却し、凝縮させることができる。このとき、第２熱交換器１５は、冷媒蒸気を冷却するための熱媒体を冷却する。このような構成は、真空系の経路の全長を短縮することができる点で有利である。また、凝縮器２３に吸熱源が設けられていてもよい。

本実施形態においては、蒸発器２１及び凝縮器２３が直接接触型の熱交換器である。そのため、蒸発器２１及び凝縮器２３を小型化しやすい。他方、吸熱循環路１０（又は放熱循環路１１）に冷媒とは別の熱媒体を循環させる場合には、ポンプ１２（又はポンプ１４）に要求されるＮＰＳＨが低減されるため、冷凍サイクル装置１００の高さを縮小することが可能である。

戻し経路３は、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を導くための経路である。戻し経路３は、上流部分３１及び下流部分３２を有する。上流部分３１によって凝縮器２３の下部が分離機構６の入口に接続されている。下流部分３２によって分離機構３の出口が蒸発器２１の下部に接続されている。つまり、戻し経路３の上流端は凝縮器２３の下部に接続されており、戻し経路３の下流端は蒸発器２１の下部に接続されている。これにより、液相の冷媒を凝縮器２３から蒸発器２１に移動させることができる。分離機構６は、凝縮器２３から蒸発器２１に供給される冷媒液から添加剤を分離させる働きを持つ。言い換えれば、分離機構６は、冷媒成分と添加剤とを分離し、添加剤が冷媒成分とともに凝縮器２３から蒸発器２１に移動することを阻止する。

蒸気経路２における冷媒蒸気の質量流量は、例えば、戻し経路３における冷媒液の質量流量に等しい。蒸気経路２における冷媒成分の質量流量は、例えば、戻し経路３の下流部分３２における冷媒成分の質量流量に等しい。この場合、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が一定に保たれるだけでなく、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度も一定に保たれる。分離機構６を透過した冷媒液における添加剤の濃度は、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度よりも十分に低い。分離機構６を透過した冷媒液には、冷媒成分と微量の添加剤とが含まれている。分離機構６の性能にもよるが、分離機構６を透過した冷媒液における添加剤の濃度は、蒸気経路２を流れる冷媒蒸気における添加剤の濃度よりも高いかもしれない。分離機構６を透過した冷媒液に冷媒成分のみが含まれていてもよい。

本実施形態において、分離機構６は、全量ろ過方式のろ過装置である。分離機構６を透過した冷媒液（透過液）が蒸発器２１に供給される。全量ろ過方式のろ過装置は、冷媒液から添加剤を分離する能力に優れている。また、全量ろ過方式のろ過装置は、小型化が可能であること、比較的低価格であること、基本的には洗浄を必要としないことなどの利点を有する。特に、冷凍サイクル装置１００の冷媒には不溶性の物質が含まれていないので、分離機構６に全量ろ過方式のろ過装置を好適に使用できる。具体的に、全量ろ過方式のろ過装置は、半透膜を用いたろ過装置である。半透膜を用いたろ過装置によれば、入口と出口との間の圧力差を利用して、冷媒液から添加剤を分離することができる。半透膜の例は、ＲＯ膜（Reverse Osmosis Membrane）である。ただし、分離機構６の入口と出口との間の圧力差を利用して、冷媒液から添加剤を分離できる限り、分離機構６の構造は特に限定されない。

戻し経路３の下流端が蒸発器２１に直接接続されていることは必須ではない。分離機構６の入口と出口との間の圧力差を十分に確保できる限り、蒸発器２１に接続された二次ループ（本実施形態においては、吸熱循環路１０）に戻し経路３の下流端が接続されていてもよい。ただし、戻し経路３の下流端は、蒸発器２１及び二次ループにおいて最も低い圧力を有する部分に接続されていることが望ましい。この場合、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を削減することができ、冷凍サイクル装置１００の効率が向上する。このような観点から、戻し経路３の下流端は、蒸発器２１に接続されていることが望ましい。なお、戻し経路３を通じて蒸発器２１に流入する冷媒液がポンプ１２の吸い込みに大きな影響を及ぼさないように、吸熱循環路１０の上流端と戻し経路３の下流端との間に適度な距離が確保されていることが望ましい。

本実施形態においては、戻し経路３にポンプが設けられていない。この場合、次の２つの駆動圧によって、分離機構６を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液が戻される。２つの駆動圧の１つは、蒸発器２１に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧と凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧との間の差に起因する駆動圧である。２つの駆動圧の他の１つは、蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面の高さと凝縮器２３に貯留された冷媒液の液面の高さとの差（液面ヘッド差）に起因する駆動圧である。ポンプを省略することによって、コストを削減できる。

凝縮器２３に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ２は、蒸発器２１に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ１よりも低い。つまり、蒸発器２１に貯留された冷媒液の温度Ｔ１が凝縮器２３に貯留された冷媒液の温度Ｔ２に等しいと仮定した場合に、（飽和蒸気圧Ｐ１）＞（飽和蒸気圧Ｐ２）の関係が成立する。このような関係が成立している場合、所定温度（例えば、４０℃）の冷媒液を凝縮器２３において生じさせるために要求される圧縮機２２の動力（圧縮仕事）を減らすことができる。つまり、冷凍サイクル装置１００の効率を向上させることができる。その詳細な理由は以下の通りである。

例えば、冷凍サイクル装置１００の性能を冷房用途で十分に発揮させるためには、凝縮器２３に貯留された冷媒液の温度が外気温よりも高いことが必要である。凝縮器２３において生成される冷媒液の温度は、凝縮器２３に供給された冷媒蒸気の圧力と、凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧とに依存する。

まず、蒸発器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧が、凝縮器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧に一致している場合を説明する。この場合、図１６Ａに示すように、蒸発器の内部の温度及び圧力だけでなく、凝縮器の内部の温度及び圧力も単一の飽和蒸気圧曲線Ｃ_REFに従って変化する。そのため、例えば、蒸発器に貯留された１０℃の冷媒液から４０℃の冷媒液を凝縮器で生じさせるためには、蒸発器で生成された冷媒蒸気の圧力を少なくともＰ_A（例えば１．７ｋＰａ）からＰ_C（例えば９ｋＰａ）まで上昇させる必要がある。

次に、凝縮器２３に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧が、蒸発器２１に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧よりも低い場合を説明する。この場合、図１６Ｂに示すように、蒸発器２１の内部の温度及び圧力は飽和蒸気圧曲線Ｃ_EVAに従って変化する。一方、凝縮器２３の内部の温度及び圧力は飽和蒸気圧曲線Ｃ_CONに従って変化する。飽和蒸気圧曲線Ｃ_EVAが図１６Ａに示された飽和蒸気圧曲線Ｃ_REFに一致していると仮定すると、蒸発器２１において生成された冷媒蒸気の圧力をＰ_AからＰ_B（例えば７ｋＰａ）まで上昇させることによって、蒸発器２１に貯留された１０℃の冷媒液から４０℃の冷媒液を凝縮器２３において生じさせることができる。つまり、圧力差（Ｐ_C−Ｐ_B）に対応する仕事量を節約することができる。

本実施形態においては、凝縮器２３に貯留された冷媒液の組成を調整することによって、先に説明した（飽和蒸気圧Ｐ１）＞（飽和蒸気圧Ｐ２）の関係が維持されている。冷媒液の組成は、冷媒液の飽和蒸気圧に密接に関連しているので、冷媒液の組成を調整することによって、飽和蒸気圧を比較的容易に変化させることができる。

より詳細には、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度Ｃ２（単位：質量％）が、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度Ｃ１（単位：質量％）を上回るように、凝縮器２３に貯留された冷媒液の組成が調整されている。添加剤の濃度を調整することによって、凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧を比較的容易に変化させることができる。本実施形態においては、添加剤の濃度を調整するための手段として、分離機構６が冷凍サイクル装置１００に設けられている。

蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度がα質量％であり、蒸気経路２を流れる冷媒蒸気における添加剤の濃度がβ質量％であると仮定する。添加剤と冷媒成分との混合物の飽和蒸気圧が、冷媒成分の飽和蒸気圧を下回るとき、一般には、添加剤の溶液（例えば水溶液）の飽和蒸気圧も冷媒成分の飽和蒸気圧を下回る。そのため、一般には、値αは、値βよりも大きい。蒸発器２１において冷媒液が気化する際、高い飽和蒸気圧を有する冷媒成分が気化しやすいため、冷媒蒸気の全部又は大部分を冷媒成分が占める。なお、蒸発器２１に冷媒成分のみが貯留されている場合には、α＝β＝０の関係が成立する。

蒸発器２１において生成された冷媒蒸気は、圧縮機２２によって圧縮されて過熱蒸気となり、凝縮器２３に流入する。凝縮器２３には、冷媒成分と添加剤とを含む冷媒液が貯留されている。この冷媒液における添加剤の濃度をγ質量％とすると、値γは、値α及び値βよりも大きい。一般には、低い飽和蒸気圧を持つ溶質成分の濃度が高ければ高いほど、混合液の飽和蒸気圧は低い。従って、凝縮器２３における添加剤の濃度（γ質量％）が蒸発器２１における添加剤の濃度（α質量％）よりも高いとき、凝縮器２３における飽和蒸気圧の低減幅は、蒸発器２１における飽和蒸気圧の低減幅を上回る。その結果、蒸発器２１と凝縮器２３との間の圧力比、すなわち、圧縮機２２に要求される圧縮比及び仕事量を削減することができる。これにより、システム効率が向上する。なお、凝縮器２３における添加剤の濃度（γ質量％）と蒸発器２１における添加剤の濃度（α質量％）との差が拡大すればするほど、冷凍サイクル装置１００の優位性も拡大する。

冷媒成分の特定温度における飽和蒸気圧をＰと定義し、冷凍サイクル装置１００の特定の部分に存在する冷媒の特定温度における飽和蒸気圧をＰｎと定義したとき、本実施形態においては、値（Ｐ−Ｐｎ）を最大にする特定の部分が、凝縮器２３である。このとき、蒸発器２１と凝縮器２３との間の圧力比を十分に小さくすることができる。

また、飽和蒸気圧Ｐ１と飽和蒸気圧Ｐ２との差の大きさは特に限定されず、濃度Ｃ２と濃度Ｃ１との差の大きさも特に限定されない。（飽和蒸気圧Ｐ１）＞（飽和蒸気圧Ｐ２）又は（濃度Ｃ２）＞（濃度Ｃ１）の関係が成立しているならば、（飽和蒸気圧Ｐ１）＝（飽和蒸気圧Ｐ２）又は（濃度Ｃ２）＝（濃度Ｃ１）の場合と比較して、圧縮機２２に要求される仕事量を確実に減らすことができるからである。

蒸気経路２における冷媒蒸気及び冷媒成分の質量流量が、戻し経路３における冷媒液及び冷媒成分の質量流量に等しい場合、蒸発器２１における添加剤の濃度及び凝縮器２３における添加剤の濃度は一定に維持される。しかし、蒸気経路２における冷媒蒸気及び冷媒成分の質量流量が、戻し経路３における冷媒液及び冷媒成分の質量流量に等しいとは限らない。例えば、分離機構６を透過して蒸発器２１に供給される冷媒液における添加剤の濃度が、蒸気経路２を流れる冷媒蒸気における添加剤の濃度を上回るかもしれない。このような場合には、蒸発器２１における添加剤の濃縮を避けることができないので、後述するように、蒸発器２１に貯留された冷媒液の一部と凝縮器２３に貯留された冷媒液の一部とを定期的又は連続的に入れ替えてもよい。冷媒液の入れ替えが行われるように冷凍サイクル装置１００が構成されていたとしても、分離機構６の働きによって、蒸発器２１及び凝縮器２３における添加剤の濃度の変動は抑制されうる。そのため、分離機構６を有さない従来の冷凍サイクル装置と比較して、冷媒液の入れ替え量を削減することができる。つまり、冷媒液の入れ替えに伴う熱ロスを削減できるので、システム効率は確実に向上する。

以下、冷凍サイクル装置の他の実施形態について説明する。図１を参照して説明した冷凍サイクル装置１００に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、以下の実施形態にも適用されうる。また、以下の実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、図１の冷凍サイクル装置１００に適用されうるだけでなく、各実施形態で相互に適用されうる。また、以下の実施形態を示す図面では、吸熱循環路１０及び放熱循環路１１を省略することがある。

（第２実施形態）
図２に示すように、冷凍サイクル装置１０２は、第１実施形態の冷凍サイクル装置１００の構成に加え、戻し経路３に設けられた流量調整機構８１を備えている。図２において、流量調整機構８１は、戻し経路３の下流部分３２に配置されている。ただし、流量調整機構８１は、上流部分３１に配置されていてもよい。流量調整機構８１の例は、逆止弁、仕切弁及び流量調整弁である。流量調整機構８１によれば、必要に応じて、戻し経路３における冷媒液の流量を調整することができる。また、冷凍サイクル装置１０２の停止時において、蒸発器２１と凝縮器２３との間の飽和蒸気圧の差及び液面ヘッド差によって、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液が過度に流入することを防止できる。戻し経路３における冷媒液の流量の調整は、冷凍サイクル装置１０２の定格運転時に行われてもよいし、過渡運転時に行われてもよい。凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液が断続的に供給されるように、流量調整機構８１が制御されてもよい。

第２実施形態から明らかなように、本明細書では、仕切弁などの機器を使用して流量をゼロと１との間で変化させることも流量を調整することに含まれる。

（第３実施形態）
図３Ａに示すように、冷凍サイクル装置１０４は、第１実施形態の冷凍サイクル装置１００又は第２実施形態の冷凍サイクル装置１０２の構成に加え、バイパス経路３４及び流量調整機構８５を備えている。バイパス経路３４は、冷媒液を凝縮器２３から蒸発器２１に導くための経路であり、分離機構６をバイパスしている経路である。流量調整機構８５は、分離機構６を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される冷媒液の量及びバイパス経路３４を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される冷媒液の量を調整する。バイパス経路３４及び流量調整機構８５によれば、例えば、凝縮器２３において添加剤が過度に濃縮されたときに、透過液よりも添加剤の濃度が高い冷媒液を蒸発器２１に供給できる。また、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を急速に供給する必要が生じた場合にバイパス経路３４を使用できる。

バイパス経路３４は、戻し経路３の上流部分３１から分岐し、戻し経路３の下流部分３２に合流している。ただし、バイパス経路３４の上流端は凝縮器２３に直接接続されていてもよい。バイパス経路３４の下流端は蒸発器２１に直接接続されていてもよい。本実施形態において、流量調整機構８５は、第１状態と第２状態とを切り替え可能な三方弁である。第１状態は、冷媒液が分離機構６を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される状態である。第２状態は、冷媒液がバイパス経路３４を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される状態である。流量調整機構８５としての三方弁は、バイパス経路３４と戻し経路３の上流部分３１との分岐位置に配置されている。流量調整機構８５としての三方弁は、バイパス経路３４と戻し経路３の下流部分３２との合流位置に配置されていてもよい。

図３Ｂに示すように、流量調整機構８５は、戻し経路３に設けられた第１弁８２と、バイパス経路３４に設けられた第２弁８３とによって構成されていてもよい。バイパス経路３４が戻し経路３から分岐し、戻し経路３に合流している場合、第１弁８２は、分岐位置と合流位置との間において戻し経路３に配置されうる。第１弁８２及び第２弁８３は、それぞれ、仕切弁又は流量調整弁でありうる。

（第４実施形態）
図４に示すように、冷凍サイクル装置１０６は、第１〜第３実施形態の冷凍サイクル装置１００，１０２及び１０４のいずれか１つの構成に加え、調整経路９を備えている。調整経路９は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。調整経路９には、ポンプ５２及び弁９１が設けられている。弁９１は、例えば、仕切弁である。戻し経路３における冷媒液（透過液）の流量及び添加剤の濃度が、蒸気経路２における冷媒蒸気の流量及び添加剤の濃度と相違していたとしても、調整経路９を使用すれば、冷凍サイクル装置１０６の定常運転を継続することが可能である。

例えば、戻し経路３を流れる透過液の添加剤の濃度が蒸気経路２を流れる冷媒蒸気の添加剤の濃度よりも大きいと仮定する。具体的には、蒸気経路２を流れる冷媒蒸気に９９．９％の水（冷媒成分）と０．１％のエチレングリコール（添加剤）とが含まれる一方、戻し経路３を流れる透過液に９９％の水と１％のエチレングリコールとが含まれると仮定する。冷媒蒸気の質量流量が透過液の質量流量に等しい場合、単位時間あたりに蒸発器２１から凝縮器２３に移動する水の量は、単位時間あたりに凝縮器２３から蒸発器２１に移動する水の量よりも多い。この状態で運転を続けると、蒸発器２１においてエチレングリコールの濃度が上昇し、凝縮器２３においてエチレングリコールの濃度が低下する。エチレングリコールの濃度の変動を回避するためには、まず、単位時間あたりの水の移動量を蒸気経路２と戻し経路３との間で一致させる必要がある。つまり、透過液の質量流量が冷媒蒸気の質量流量をやや上回るように、流量調整機構８１（図２）などを制御する。その結果、蒸発器２１における水の量及び凝縮器２３における水の量は、それぞれ、一定に保たれる。しかし、単位時間あたりに凝縮器２３から蒸発器２１に移動するエチレングリコールの量は、依然として、単位時間あたりに蒸発器２１から凝縮器２３に移動するエチレングリコールの量を上回る。従って、蒸発器２１における冷媒液の量は徐々に増加し、凝縮器２３における冷媒液の量は徐々に減少する。

上記の問題に対処するために、調整経路９を使用して、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を定期的又は連続的に供給する。すると、水の移動に関する収支及びエチレングリコールの移動に関する収支がバランスし（収支がゼロに近づく）、蒸発器２１における冷媒液の量及び凝縮器２３における冷媒液の量は、それぞれ、一定に保たれる。結果として、冷凍サイクル装置１０６の定常運転を継続することが可能になる。

（第５実施形態）
図５に示すように、冷凍サイクル装置１０８は、第１〜第４実施形態の冷凍サイクル装置１００〜１０６のいずれか１つの構成に加え、戻し経路３に設けられたポンプ５１を備えている。ポンプ５１は、詳細には、戻し経路３の上流部分３１に設けられている。蒸発器２１と凝縮器２３との間の飽和蒸気圧の差及び液面ヘッド差に加え、ポンプ５１は、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。本実施形態によれば、冷媒液に高い駆動圧を加えることができるため、分離機構６を小型化できる。また、分離機構６の透過率（透過液に含まれる冷媒成分の純度）を向上させることができる。さらに、飽和蒸気圧の差及び液面ヘッド差以外の駆動圧の供給源が設けられることによって、戻し経路３における透過液の流量を比較的自由に調整できる。例えば、冷凍サイクル装置１０８の運転条件が変動したとしても、戻し経路３における透過液の流量の変動を抑制することができる。

（第６実施形態）
図６に示すように、冷凍サイクル装置１１０において、分離機構６は、クロスフロー方式のろ過装置である。クロスフロー方式のろ過装置は、全量ろ過方式のろ過装置と同様、半透膜を用いたろ過装置でありうる。一般に、クロスフロー方式のろ過装置は、全量ろ過方式のろ過装置と比較してフィルタ部の目詰まりを起こしにくく、長期にわたって安定した性能及び高い信頼性を発揮しうる。

本実施形態において、戻し経路３は、上流部分３１、第１下流部分３２及び第２下流部分３３を有する。上流部分３１は、分離機構６において処理される冷媒液（原液）を凝縮器２３から分離機構６に導くための部分である。第１下流部分３２は、添加剤の濃度が低減された冷媒液（透過液）を分離機構６から蒸発器２１に導くための部分である。第２下流部分３３は、添加剤の濃度が高められた冷媒液（濃縮液）を分離機構６から凝縮器２３に導く（戻す）ための部分である。

処理される冷媒液は、上流部分３１を経由して凝縮器２３から分離機構６に流れる。透過液は、分離機構６の透過液出口から吐出され、第１下流部分３２を経由して蒸発器２１に流れる。濃縮液は、分離機構６の濃縮液出口から吐出され、第２下流部分３３を経由して凝縮器２３に流れる。上流部分３１にはポンプ５１が設けられている。蒸発器２１と凝縮器２３との間の飽和蒸気圧の差及び液面ヘッド差に加え、ポンプ５１は、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。

（第７実施形態）
図７に示すように、冷凍サイクル装置１１２は、第６実施形態の冷凍サイクル装置１１０の構成に加え、戻し経路３に設けられた流量調整機構８１を備えている。流量調整機構８１は、戻し経路３の第１下流部分３２に配置されている。ただし、流量調整機構８１は、上流部分３１、第１下流部分３２及び第２下流部分３３から選ばれる少なくとも１つに配置されていてもよい。流量調整機構８１の例は、逆止弁、仕切弁及び流量調整弁である。本実施形態によれば、第２実施形態の冷凍サイクル装置１０２と同様に、戻し経路３における冷媒液の流量を調整することができる。

（第８実施形態）
図８に示すように、冷凍サイクル装置１１４は、第６実施形態の冷凍サイクル装置１１０又は第７実施形態の冷凍サイクル装置１１２の構成に加え、バイパス経路３４及び流量調整機構８５を備えている。バイパス経路３４は、冷媒液を凝縮器２３から蒸発器２１に導くための経路であり、分離機構６をバイパスしている経路である。流量調整機構８５は、分離機構６を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される冷媒液の量及びバイパス経路３４を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される冷媒液の量を調整する。本実施形態によれば、第３実施形態の冷凍サイクル装置１０４と同様に、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を直接供給することができる。また、凝縮器２３における添加剤の濃度を下げ、蒸発器２１における添加剤の濃度を上げることもできる。

バイパス経路３４は、戻し経路３の上流部分３１から分岐し、戻し経路３の第１下流部分３２に合流している。ただし、バイパス経路３４の上流端は凝縮器２３に直接接続されていてもよい。バイパス経路３４の下流端は蒸発器２１に直接接続されていてもよい。本実施形態において、流量調整機構８５は、第１状態と第２状態とを切り替え可能な三方弁である。第１状態は、冷媒液が分離機構６を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される状態である。第２状態は、冷媒液がバイパス経路３４を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に供給される状態である。流量調整機構８５としての三方弁は、バイパス経路３４と戻し経路３の上流部分３１との分岐位置に配置されている。流量調整機構８５としての三方弁は、バイパス経路３４と戻し経路３の第１下流部分３２との合流位置に配置されていてもよい。

図３Ｂを参照して説明したように、流量調整機構８５は、戻し経路３に設けられた第１弁８２と、バイパス経路３４に設けられた第２弁８３とに置き換えられてもよい。バイパス経路３４が戻し経路３から分岐し、戻し経路３に合流している場合、第１弁８２は、分岐位置と合流位置との間において戻し経路３に配置されうる。第１弁８２及び第２弁８３は、それぞれ、仕切弁又は流量調整弁でありうる。

（第９実施形態）
図９に示すように、冷凍サイクル装置１１６は、第６〜第８実施形態の冷凍サイクル装置１１０，１１２及び１１４のいずれか１つの構成に加え、調整経路９を備えている。調整経路９は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。調整経路９には、ポンプ５２及び弁９１が設けられている。弁９１は、例えば、仕切弁である。第４実施形態において説明したように、調整経路９によれば、冷媒成分の移動に関する収支及び添加剤の移動に関する収支をゼロに近づけることができる。このことは、長時間にわたって冷凍サイクル装置１１６の定常運転が継続されることを可能にする。

（第１０実施形態）
図１０Ａに示すように、冷凍サイクル装置１１８は、第１〜第５実施形態の冷凍サイクル装置１００〜１０８のいずれか１つの構成に加え、調整経路４を備えている。調整経路４は、分離機構６を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。本実施形態においては、分離機構６は、全量ろ過方式のろ過装置である。

戻し経路３は、上流部分３１及び下流部分３２を有する。上流部分３１は、分離機構６において処理される冷媒液（原液）を凝縮器２３から分離機構６に導くための部分である。下流部分３２は、添加剤の濃度が低減された冷媒液（透過液）を分離機構６から蒸発器２１に導くための部分である。調整経路４も上流部分４１及び下流部分４２を有する。上流部分４１は、分離機構６において処理される冷媒液（原液）を蒸発器２１から分離機構６に導くための部分である。上流部分４１にはポンプ５２が設けられている。ポンプ５２は、調整経路４に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。下流部分４２は、添加剤の濃度が低減された冷媒液（透過液）を分離機構６から凝縮器２３に導くための部分である。

冷凍サイクル装置１１８は、さらに、第１三方弁６４及び第２三方弁６５を備えている。第１三方弁６４は、戻し経路３の上流部分３１及び調整経路４の上流部分４１から選ばれる１つを分離機構６の入口に選択的に接続する。第２三方弁６５は、戻し経路３の下流部分３２及び調整経路４の下流部分４２から選ばれる１つを分離機構６の出口に接続する。つまり、戻し経路３に冷媒液を流すことができる状態と、調整経路４に冷媒液を流すことができる状態とを、第１三方弁６４及び第２三方弁６５によって、相互に切り替えることができる。第１三方弁６４の出口と分離機構６の入口とが流路６１によって接続されている。分離機構６の出口と第２三方弁６５の入口とが流路６２によって接続されている。

本実施形態によれば、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を移動させることができるだけでなく、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を移動させることができる。例えば、冷凍サイクル装置１１８が空気調和装置であり、暖房運転を行っているときに外気温が急に低下した場合、蒸発器２１に貯留された冷媒液の添加剤の濃度を早急に上昇させる必要がある。このとき、調整経路４を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を流すと、分離機構６の働きにより、蒸発器２１において添加剤が濃縮される。これにより、蒸発器２１に貯留された冷媒液の凍結を防止できる。

図１０Ｂに示すように、冷凍サイクル装置１１８は、バイパス経路４４及び流量調整機構８６を備えていてもよい。バイパス経路４４は、冷媒液を蒸発器２１から凝縮器２３に導くための経路であり、分離機構６をバイパスしている経路である。流量調整機構８６は、分離機構６を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液の量及びバイパス経路４４を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液の量を調整する。

バイパス経路４４は、調整経路４の上流部分４１から分岐し、調整経路４の下流部分４２に合流している。ただし、バイパス経路４４の上流端は蒸発器２１に直接接続されていてもよい。バイパス経路４４の下流端は凝縮器２３に直接接続されていてもよい。本実施において、流量調整機構８６は、第１状態と第２状態とを切り替え可能な三方弁である。第１状態は、冷媒液が分離機構６を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される状態である。第２状態は、冷媒液がバイパス経路４４を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される状態である。流量調整機構８６としての三方弁は、バイパス経路４４と調整経路４の上流部分４１との分岐位置に配置されている。流量調整機構８６としての三方弁は、バイパス経路４４と調整経路４の下流部分４２との合流位置に配置されていてもよい。

図３Ｂを参照して説明したように、流量調整機構８６は、調整経路４に設けられた第１弁８２と、バイパス経路４４に設けられた第２弁８３とに置き換えられてもよい。バイパス経路４４が調整経路４から分岐し、調整経路４に合流している場合、第１弁８２は、分岐位置と合流位置との間、詳細には、分岐位置と第１三方弁６４との間（又は第２三方弁６５と合流位置との間）において、調整経路４に配置されうる。第１弁８２及び第２弁８３は、それぞれ、仕切弁又は流量調整弁でありうる。

図１０Ｂに示す変形例によれば、戻し経路３を経由して、添加剤の濃度が低減された冷媒液を凝縮器２３から蒸発器２１に供給しながら、バイパス経路４４を経由して、分離機構６において処理されていない冷媒液を蒸発器２１から凝縮器２３に供給することができる。さらに、冷凍サイクル装置１１８は、図８を参照して説明したバイパス経路３４及び流量調整機構８５を備えていてもよい（図示省略）。この場合、調整経路４を経由して、添加剤の濃度が低減された冷媒液を蒸発器２１から凝縮器２３に供給しながら、バイパス経路３４を経由して、分離機構６において処理されていない冷媒液を凝縮器２３から蒸発器２１に供給することができる。これにより、第４実施形態において説明したように、冷媒成分の移動に関する収支及び添加剤の移動に関する収支を比較的容易にバランスさせることができる。結果として、長時間にわたって冷凍サイクル装置１１８の定常運転を継続することが可能になる。

（第１１実施形態）
図１１Ａに示すように、冷凍サイクル装置１２０は、第６〜第９実施形態の冷凍サイクル装置１１０〜１１６のいずれか１つの構成に加え、調整経路４を備えている。調整経路４は、分離機構６を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。本実施形態においては、分離機構６は、クロスフロー方式のろ過装置である。

戻し経路３は、上流部分３１、第１下流部分３２及び第２下流部分３３を有する。これらの役割は、第６実施形態において説明した通りである。調整経路４も上流部分４１、第１下流部分４２及び第２下流部分４３を有する。上流部分４１は、分離機構６において処理される冷媒液（原液）を蒸発器２１から分離機構６に導くための部分である。上流部分３１及び４１には、それぞれ、ポンプ５１及び５２が設けられている。ポンプ５１は、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。ポンプ５２は、調整経路４に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。第１下流部分４２は、添加剤の濃度が低減された冷媒液を分離機構６から凝縮器２３に導くための部分である。第２下流部分４３は、添加剤の濃度が高められた冷媒液を分離機構６から蒸発器２１に導く（戻す）ための部分である。

冷凍サイクル装置１２０は、さらに、第１三方弁６４、第２三方弁６５及び第３三方弁６６を備えている。第１三方弁６４は、戻し経路３の上流部分３１及び調整経路４の上流部分４１から選ばれる１つを分離機構６の入口に選択的に接続する。第２三方弁６５は、戻し経路３の第１下流部分３２及び調整経路４の第１下流部分４２から選ばれる１つを分離機構６の透過液出口に選択的に接続する。第３三方弁６６は、戻し経路３の第２下流部分３３及び調整経路４の第２下流部分４３から選ばれる１つを分離機構６の濃縮液出口に選択的に接続する。つまり、戻し経路３に冷媒液を流すことができる状態と、調整経路４に冷媒液を流すことができる状態とを、三方弁６４，６５及び６６によって、相互に切り替えることができる。第１三方弁６４の出口と分離機構６の入口とが流路６１によって接続されている。分離機構６の透過液出口と第２三方弁６５の入口とが流路６２によって接続されている。分離機構６の濃縮液出口と第３三方弁６６の入口とが流路６３によって接続されている。

本実施形態によれば、第１０実施形態と同様に、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を移動させることができるだけでなく、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を移動させることができる。従って、本実施形態においても、第１０実施形態と同じ効果が得られる。

図１１Ｂに示すように、冷凍サイクル装置１２０は、バイパス経路４４及び流量調整機構８６を備えていてもよい。バイパス経路４４は、冷媒液を蒸発器２１から凝縮器２３に導くための経路であり、分離機構６をバイパスしている経路である。流量調整機構８６は、分離機構６を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液の量及びバイパス経路４４を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液の量を調整する。バイパス経路４４及び流量調整機構８６の構成は、図１０Ｂを参照して説明した通りである。また、図３Ｂを参照して説明したように、流量調整機構８６は、調整経路４に設けられた第１弁８２と、バイパス経路４４に設けられた第２弁８３とに置き換えられてもよい。このことも、図１０Ｂを参照して説明した通りである。冷凍サイクル装置１２０は、さらに、図８を参照して説明したバイパス経路３４及び流量調整機構８５を備えていてもよい（図示省略）。

図１０Ｂに示す変形例と図１１Ｂに示す変形例との相違点は、分離機構６の型式のみである。従って、図１０Ｂに示す変形例に関する全ての説明は、図１１Ｂに示す変形例に適用される。

図１〜図１１Ｂを参照して説明した冷凍サイクル装置は、それぞれ、分離機構６を１つのみ備えている。冷媒液の流れ方向を切り替えるために、例えば、少なくとも１つの三方弁が設けられている。ただし、以下に説明するように、分離機構の数は１つに限定されない。

（第１２実施形態）
図１２Ａに示すように、冷凍サイクル装置１２２は、第１〜第５実施形態の冷凍サイクル装置１００〜１０８のいずれか１つの構成に加え、調整経路９及び第２分離機構７を備えている。調整経路９は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。第２分離機構７は、調整経路９に設けられている。第２分離機構７は、蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液から添加剤を分離させる働きを持つ。本実施形態において、第２分離機構７は、分離機構６（第１分離機構）と同様、全量ろ過方式のろ過装置である。調整経路９を通じて、添加剤の濃度が低減された冷媒液が蒸発器２１から凝縮器２３に供給されうる。第２分離機構７の性能にもよるが、第２分離機構７を透過した冷媒液に冷媒成分のみが含まれていてもよい。

調整経路９は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。調整経路９は、上流部分９２及び下流部分９３を有する。上流部分９２によって蒸発器２１の下部が第２分離機構７の入口に接続されている。下流部分９３によって第２分離機構７の出口が凝縮器２３の下部に接続されている。つまり、調整経路９の上流端は蒸発器２１の下部に接続されており、調整経路９の下流端は凝縮器２３の下部に接続されている。これにより、液相の冷媒を蒸発器２１から凝縮器２３に移動させることができる。

戻し経路３には、ポンプ５１及び流量調整機構８１が設けられている。ポンプ５１は、詳細には、戻し経路３の上流部分３１に設けられている。流量調整機構８１は、戻し経路３の上流部分３１（又は下流部分３２）に設けられている。蒸発器２１と凝縮器２３との間の飽和蒸気圧の差及び液面ヘッド差に加え、ポンプ５１は、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。調整経路９には、ポンプ５２及び流量調整機構９１が設けられている。ポンプ５２は、詳細には、調整経路９の上流部分９２に設けられている。流量調整機構９１は、調整経路９の上流部分９２（又は下流部分９３）に設けられている。ポンプ５２は、調整経路９に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。流量調整機構８１及び９１の例は、逆止弁、仕切弁及び流量調整弁である。第２実施形態と同様、流量調整機構８１及び９１によれば、必要に応じて、戻し経路３及び調整経路９における冷媒液の流量を調整することができる。そのため、冷凍サイクル装置１２２の非定常運転時にも蒸発器２１及び凝縮器２３のそれぞれにおける添加剤の濃度を安定させやすい。また、冷凍サイクル装置１２２の停止時において、蒸発器２１及び凝縮器２３の一方から他方に冷媒液が過度に流入することを防止できる。

本実施形態においては、戻し経路３が調整経路９から分離されている。そのため、経路を切り替えるための機構を設けることなく、戻し経路３及び調整経路９に同時に冷媒液を流すことが可能である。また、第１分離機構６及び第２分離機構７は、それぞれ、透過液の純度を調整できるように構成されていてもよい。このようにすれば、透過液の交換によって、蒸発器２１と凝縮器２３との間の物質の移動量の収支を調整できる。蒸発器２１と凝縮器２３との間の冷媒液の交換量を抑制しつつ、熱ロスを更に低減することができる。

なお、図１２Ｂに示すように、冷凍サイクル装置１２２は、バイパス経路９５及び流量調整機構９７を備えていてもよい。バイパス経路９５は、第２分離機構７をバイパスしている経路であり、冷媒液を蒸発器２１から凝縮器２３に導くための経路である。流量調整機構９７は、第２分離機構７を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液の量及びバイパス経路９５を経由して蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液の量を調整する。本変形例では、流量調整機構９７は、調整経路９に設けられた第１弁９１と、バイパス経路９５に設けられた第２弁９７とを含む。流量調整機構９７は、調整経路９とバイパス経路９５との分岐位置（又は合流位置）に配置された三方弁であってもよい。第３実施形態及びその変形例（図３Ａ及び図３Ｂ）に関する説明は、バイパス経路９５及び流量調整機構９７に適用されうる。

（第１３実施形態）
図１３に示すように、冷凍サイクル装置１２４は、第６〜第９実施形態の冷凍サイクル装置１１０〜１１６のいずれか１つの構成に加え、調整経路４及び第２分離機構７を備えている。調整経路４は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を導くための経路である。第２分離機構７は、調整経路４に設けられている。第２分離機構７は、蒸発器２１から凝縮器２３に供給される冷媒液から添加剤を分離させる働きを持つ。本実施形態において、第２分離機構７は、クロスフロー方式のろ過装置である。調整経路４を通じて、添加剤の濃度が低減された冷媒液が蒸発器２１から凝縮器２３に供給される。第２分離機構７の性能にもよるが、第２分離機構７を透過した冷媒液に冷媒成分のみが含まれていてもよい。

戻し経路３は、上流部分３１、第１下流部分３２及び第２下流部分３３を有する。これらの役割は、第６実施形態において説明した通りである。調整経路４も上流部分４１、第１下流部分４２及び第２下流部分４３を有する。上流部分４１は、第２分離機構７において処理される冷媒液（原液）を蒸発器２１から第２分離機構７に導くための部分である。上流部分３１及び４１には、それぞれ、ポンプ５１及び５２が設けられている。ポンプ５１は、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。ポンプ５２は、調整経路４に冷媒液を流すために必要な駆動圧を提供する。第１下流部分４２は、添加剤の濃度が低減された冷媒液を第２分離機構７から凝縮器２３に導くための部分である。第２下流部分４３は、添加剤の濃度が高められた冷媒液を第２分離機構７から蒸発器２１に導く（戻す）ための部分である。

冷凍サイクル装置１２４は、さらに、第１三方弁６４及び第２三方弁６５を備えている。第１三方弁６４は、戻し経路３の第１下流部分３２及び調整経路４の第２下流部分４３から選ばれる１つを蒸発器２１に選択的に接続する。第２三方弁６５は、戻し経路３の第２下流部分３３及び調整経路４の第１下流部分４２から選ばれる１つを凝縮器２３に接続する。つまり、戻し経路３に冷媒液を流すことができる状態と、調整経路４に冷媒液を流すことができる状態とを、三方弁６４及び６５によって、相互に切り替えることができる。第１三方弁６４の１つの入口と第１分離機構６の透過液出口とが、戻し経路３の第１下流部分３２によって接続されている。第１三方弁６４の他の１つの入口と第２分離機構７の濃縮液出口とが、調整経路４の第２下流部分４３によって接続されている。第２三方弁６５の１つの入口と第１分離機構６の濃縮液出口とが、戻し経路３の第２下流部分３３によって接続されている。第２三方弁６５の他の１つの入口と第２分離機構７の透過液出口とが、調整経路４の第１下流部分４２によって接続されている。第１三方弁６４の出口と蒸発器２１とが流路６７によって接続されている。第２三方弁６５の出口と凝縮器２３とが流路６８によって接続されている。

本実施形態によれば、第１２実施形態と同様、透過液の交換によって、蒸発器２１と凝縮器２３との間の物質の移動量の収支を調整できる。蒸発器２１と凝縮器２３との間の冷媒液の交換量を抑制しつつ、熱ロスを更に低減することができる。

第１２実施形態（図１２Ａ及び図１２Ｂ）と同様に、本実施形態の冷凍サイクル装置１２４の戻し経路３に流量調整機構８１が設けられていてもよい。また、調整経路９に流量調整機構９１が設けられていてもよい。このような構成によれば、第１２実施形態と同じ効果が得られる。

さらに、第１２実施形態（図１２Ｂ）と同様に、本実施形態の冷凍サイクル装置１２４は、バイパス経路９５及び流量調整機構９７を備えていてもよい。バイパス経路９５及び流量調整機構９７の構成及び機能は、図１２Ｂを参照して説明した通りである。

（第１４実施形態）
図１４に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１２６では、吸熱循環路１０の一部が調整経路４に共有されている。具体的に、吸熱循環路１０において、ポンプ１２は、蒸発器２１の出口（出口は、蒸発器２１の下部に形成されている）と第１熱交換器１３の入口との間に配置されている。調整経路４は、ポンプ１２の吐出口と第１熱交換器１３の入口との間において吸熱循環路１０（流路１０ｂ）から分岐している。調整経路４には、仕切弁、調整弁などの流量調整機構８７が設けられている。

また、放熱循環路１１の一部が戻し経路３に共有されている。具体的に、放熱循環路１１において、ポンプ１４は、凝縮器２３の出口（出口は、凝縮器２３の下部に形成されている）と第２熱交換器１５の入口との間に配置されている。戻し経路３は、ポンプ１４の吐出口と第２熱交換器１５の入口との間において放熱循環路１１（流路１１ｂ）から分岐している。戻し経路３には、仕切弁、調整弁などの流量調整機構８１が設けられている。

本実施形態によれば、ポンプの数を減らすことができるため、コストを節約できるとともに、システム全体の寸法の縮小を図ることができる。本実施形態の構成は、戻し経路３及び調整経路４（又は９）を有する他の実施形態の冷凍サイクル装置にも適用されうる。

（第１５実施形態）
図１５に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１２８は、第１〜第１４実施形態の冷凍サイクル装置１００〜１２６のいずれか１つの構成に加え、圧縮機２２の後段に位置するように蒸気経路２に設けられたエジェクタ２８をさらに備えている。蒸気経路２は、部分２５，２６及び２７を有する。部分２５によって蒸発器２１の上部が圧縮機２２の吸入口に接続されている。部分２６によって圧縮機２２の吐出口がエジェクタ２８の吸引流入口に接続されている。部分２７によってエジェクタ２８の出口が凝縮器２３（抽出器２３）の上部に接続されている。

流路１１ｃを通じて、第２熱交換器１５から流出した冷媒液が駆動流としてエジェクタ２８に供給される。部分２６を通じて、圧縮機２２によって圧縮された冷媒蒸気が吸引流としてエジェクタ２８に供給される。エジェクタ２８は、圧縮機２２によって圧縮された冷媒蒸気と、第２熱交換器１５から流出した冷媒液とを用いて、高温の冷媒流を生成する。高温の冷媒流は、単相の冷媒液であってもよい。この場合、エジェクタ２８が冷媒蒸気を凝縮させる働きを持つ。高温の冷媒流は、冷媒液と冷媒蒸気とを含む二相流であってもよい。エジェクタ２８の出口における冷媒（冷媒流）の圧力は、圧縮機２２の吐出口における冷媒蒸気の圧力よりも高い。すなわち、エジェクタ２８には、冷媒の圧力を上昇させる働きがある。エジェクタ２８の出口における圧力が下がると、圧縮機２２の吐出口の圧力（背圧）をさらに下げることができる。抽出器２３は、エジェクタ２８から冷媒流を受け取り、冷媒流から冷媒液を抽出する。本実施形態においては、エジェクタ２８及び抽出器２３によって、凝縮器（凝縮機構）が形成されている。抽出器２３は、例えば、先に説明した凝縮器２３と同じ構造を有する。

（第１６実施形態）
次に、第１６実施形態について説明する。第１実施形態〜第１５実施形態においては、分離機構を有する冷凍サイクル装置について説明したが、第１６実施形態においては分離機構を有しない冷凍サイクル装置について説明する。

図１７に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１３０は、蒸発器２１、蒸気経路２及び凝縮器２３を備えている。蒸気経路２には圧縮機２２が設けられている。これらの構成は、第１実施形態において説明した通りである。ただし、冷凍サイクル装置１３０は、凝縮器２３に貯留された冷媒液を蒸発器２１に戻さず、冷凍サイクル装置１３０の外部に排出するように構成された、開放サイクル方式の冷凍サイクル装置である。

具体的に、冷凍サイクル装置１３０は、凝縮器２３に接続された暖房経路１７を備えている。詳細には、暖房経路１７の上流端が凝縮器２３の下部に接続されている。暖房経路１７には、ポンプ１４及び熱交換器１５が設けられている。ポンプ１４は、凝縮器２３の出口と熱交換器１５の入口との間に位置している。凝縮器２３に貯留された冷媒液は、暖房経路１７を通じて、熱交換器１５に供給される。熱交換器１５は、例えば、室内の空気を暖めるために室内に配置されている。冷媒液は、熱交換器１５において室内の空気などの熱媒体によって冷却され、冷凍サイクル装置１３０の外部に排出される。外部に排出された冷媒液から添加剤を回収することもできる。

蒸発器２１には、冷媒成分のみを含む冷媒液が貯留されている。ただし、冷媒成分と添加剤とを含む冷媒液が蒸発器２１に貯留されていてもよい。冷凍サイクル装置１３０の運転を継続すると、蒸発器２１では冷媒液が徐々に減少する。従って、冷媒蒸気の生成によって減少した冷媒成分（例えば、水）を冷凍サイクル装置１３０の外部から補給できるように、蒸発器２１には、冷媒成分を補給するための補給口が設けられている。冷媒成分とともに蒸発器２１に添加剤（例えば、エチレングリコール）が補給されてもよい。

凝縮器２３には、冷媒蒸気を冷却して冷媒液を生成することができるように、シェルチューブ熱交換器のような構造を有している。すなわち、チューブを循環する熱媒体（例えば水）によって冷媒蒸気が冷却され、シェル内に冷媒液が貯留される。凝縮器２３には、冷媒成分及び添加剤を含む冷媒液が貯留されている。凝縮器２３に貯留された冷媒液は、暖房経路１７を通じて冷凍サイクル装置１３０の外部に排出される。そのため、冷凍サイクル装置１３０の運転を継続すると、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が徐々に低下する。従って、添加剤を冷凍サイクル装置１３０の外部から補給できるように、凝縮器２３には、添加剤を補給するための補給口が設けられている。

本実施形態によれば、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度をゼロにすることができる。凝縮器２３への添加剤の補給量を調整することによって、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を比較的自由に変化させることができる。つまり、蒸発器２１及び凝縮器２３のそれぞれにおいて、冷媒液に対する添加剤の比率が冷凍サイクル装置１３０の円滑な運転にとって望ましい値に調整されうる。その結果、凝縮器２３に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ２は、蒸発器２１に貯留された冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ１よりも低い圧力に維持されうる。

本開示の別の態様にかかる冷凍サイクル装置は、
冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器からの冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気を凝縮させ、前記冷媒蒸気を凝縮させることによって生じた前記冷媒液を貯留する凝縮器と、
を備え、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液の前記特定温度における飽和蒸気圧Ｐ１は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ２よりも高い、ものである。

この態様によれば、圧縮機に要求される仕事量を減らすことによって、冷凍サイクル装置の効率が向上する。

本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、家庭用エアコン、業務用エアコンなどの空気調和装置に特に有用である。本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。第１熱交換器１３の加熱対象及び第２熱交換器１５の冷却対象は、空気以外の気体であってもよいし、液体であってもよい。

２ 蒸気経路
３ 戻し経路
４，９ 調整経路
６ 分離機構
１０ 吸熱循環路
１１ 放熱循環路
１２，１４，５１，５２ ポンプ
１３ 第１熱交換器
１５ 第２熱交換器
２１ 蒸発器
２２ 圧縮機
２３ 凝縮器
３１ 戻し経路の上流部分
３２ 戻し経路の下流部分（第１下流部分）
３３ 戻し経路の下流部分（第２下流部分）
３４，４４，９５ バイパス経路
４１ 調整経路の上流部分
４２ 調整経路の下流部分（第１下流部分）
４３ 調整経路の下流部分（第２下流部分）
６４，６５，６６ 三方弁
８１，８５，８６，９７ 流量調整機構
１００，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６，１２８ 冷凍サイクル装置

Claims (15)

1. 冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、
   冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させ前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
   前記冷媒蒸気を凝縮させ冷媒液を生成する凝縮器と、
   前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられた前記冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機を経由して前記蒸発器と前記凝縮器とを連結し、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒蒸気を導く蒸気経路と、
   前記凝縮器から前記蒸発器に前記冷媒液を導く戻し経路と、
   前記戻し経路に設けられ、前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液から前記添加剤を分離させる分離機構と、
   を備えた、冷凍サイクル装置。
2. 前記分離機構は、全量ろ過方式のろ過装置である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記戻し経路に設けられた流量調整機構をさらに備えた、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記戻し経路に設けられたポンプをさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記分離機構は、クロスフロー方式のろ過装置であり、
   前記戻し経路は、（a1）前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記凝縮器から前記分離機構に導く上流部分と、（a2）前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記蒸発器に導く第１下流部分と、（a3）前記添加剤の濃度が高められた前記冷媒液を前記分離機構から前記凝縮器に導く第２下流部分と、を有する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記戻し経路に設けられた流量調整機構をさらに備えた、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に導くバイパス経路と、
   前記分離機構を経由して前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記凝縮器から前記蒸発器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、
   をさらに備えた、請求項５又は６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 弁を有し、前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備えた、請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備え、
   前記戻し経路は、前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記凝縮器から前記分離機構に導く上流部分と、前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記蒸発器に導く下流部分とを有し、
   前記調整経路は、前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記蒸発器から前記分離機構に導く上流部分と、前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記凝縮器に導く下流部分とを有し、
   前記冷凍サイクル装置は、前記戻し経路の前記上流部分及び前記調整経路の前記上流部分から選ばれる１つを前記分離機構の入口に選択的に接続する第１三方弁と、前記戻し経路の前記下流部分及び前記調整経路の前記下流部分から選ばれる１つを前記分離機構の出口に選択的に接続する第２三方弁と、をさらに備えている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記蒸発器から前記凝縮器に導くバイパス経路と、
    前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、
    をさらに備えた、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に前記冷媒液を導く調整経路をさらに備え、
    前記調整経路は、（b1）前記分離機構において処理される前記冷媒液を前記蒸発器から前記分離機構に導く上流部分と、（b2）前記添加剤の濃度が低減された前記冷媒液を前記分離機構から前記凝縮器に導く第１下流部分と、（b3）前記添加剤の濃度が高められた前記冷媒液を前記分離機構から前記蒸発器に導く第２下流部分と、を有し、
    前記冷凍サイクル装置は、（c1）前記戻し経路の前記上流部分及び前記調整経路の前記上流部分から選ばれる１つを前記分離機構の入口に選択的に接続する第１三方弁と、（c2）前記戻し経路の前記第１下流部分及び前記調整経路の前記第１下流部分から選ばれる１つを前記分離機構の透過液出口に選択的に接続する第２三方弁と、（c3）前記戻し経路の前記第２下流部分及び前記調整経路の前記第２下流部分から選ばれる１つを前記分離機構の濃縮液出口に選択的に接続する第３三方弁と、をさらに備えている、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記分離機構をバイパスしており、前記冷媒液を前記蒸発器から前記凝縮器に導くバイパス経路と、
    前記分離機構を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量及び前記バイパス経路を経由して前記蒸発器から前記凝縮器に供給される前記冷媒液の量を調整する流量調整機構と、
    をさらに備えた、請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記添加剤は、前記冷媒成分に混合された物質であり、前記混合物の特定温度における飽和蒸気圧は、前記冷媒成分の前記特定温度における飽和蒸気圧を下回る、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記冷媒成分は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記蒸発器に貯留された前記冷媒液の前記特定温度における飽和蒸気圧Ｐ１は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液の特定温度における飽和蒸気圧Ｐ２よりも高い、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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