JP6223574B2

JP6223574B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6223574B2
Application number: JP2016535581A
Authority: JP
Inventors: 宗希石山; 加藤　央平; 央平加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: GB2543669A; CN106461275A; JPWO2016013077A1; CN106461275B; GB201619972D0; US10508835B2; GB2543669B; WO2016013077A1; US20170146269A1

Description

本発明は、内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置では、高圧側と低圧側の冷媒間で熱交換を行い、減圧装置に流入する液冷媒を過冷却するとともに蒸発器出口のガス冷媒に過熱度をつけ、冷凍サイクルの効率を向上させる内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置が一般的に知られている。
このような冷凍サイクル装置では、凝縮器での高圧圧力を抑制するため、内部熱交換器の高圧側流路出口の過冷却度を所定値に保ち、凝縮器内の過冷却液の発生を抑制して熱交換効率を高める制御が行われている（特許文献１を参照）。

特開２０１１−０５２８８４号公報

従来の内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置では、高温出力時の凝縮器の高圧圧力を抑制するため、凝縮器内の過冷却液の発生を抑制しているため、過冷却運転を行う際には冷凍サイクル内に余剰冷媒が発生する問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、過冷却運転時の余剰冷媒を最小限の容量の冷媒容器に貯留することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、圧力の異なる冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器、冷媒を貯留する冷媒容器、第１減圧装置、蒸発器、を順に接続した冷凍サイクル装置であって、凝縮器と冷媒容器とを第１配管で接続し、第１配管における内部熱交換器と冷媒容器との間には、第２減圧装置が配置され、冷媒容器と第１減圧装置とを第２配管で接続し、第２配管における冷媒容器と内部熱交換器との間には、第４減圧装置が配置され、内部熱交換器は、第１配管における凝縮器と第２減圧装置との間の高圧冷媒と、第２配管における冷媒容器と第１減圧装置との間の高圧冷媒より圧力の低い冷媒と、を熱交換するものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、内部熱交換器で過冷却された冷媒は、第２減圧装置により飽和液もしくは飽和液に近い気液二相状態まで減圧され冷媒容器に流入する。このため、余剰冷媒を最大限貯留することができ、冷媒容器の容量を小さくすることができるとともに、流入する冷媒が過冷却状態ではないので気体成分が若干混入した状態となり冷媒容器内が満液になることを防ぐことができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例１のモリエル線図である。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例２の構成図である。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例３の構成図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の変形例１の構成図である。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図である。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１の構成図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１のモリエル線図である。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成図である。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成図である。実施の形態７に係る冷凍サイクル装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
＜構成＞
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、図１に示すように室外機ユニット１００と放熱ユニット２００とがガス接続配管４と液接続配管１１とで接続された冷媒回路にて構成されている。

室外機ユニット１００には、第１減圧装置１０１と、蒸発器１０２と、四方弁１０３と、圧縮機１０４と、が収納されている。
室外機ユニット１００内では、送風装置１０２ａを備えた蒸発器１０２と四方弁１０３とが配管１で接続され、四方弁１０３と圧縮機１０４の吸入側とが配管２で接続され、圧縮機１０４の吐出側とガス接続配管４とが配管３で接続されている。また、液接続配管１１と第１減圧装置１０１と蒸発器１０２とが配管１２にて接続されている。

次に、放熱ユニット２００には、凝縮器２０１（例えば水−冷媒熱交換器）と、内部熱交換器２０２と、第２減圧装置２０３と、冷媒容器２０４とが収納されている。
放熱ユニット２００内では、ガス接続配管４と凝縮器２０１が配管５で接続され、凝縮器２０１と内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａとが配管６で接続されている。また、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａと第２減圧装置２０３とが配管７で接続され、第２減圧装置２０３と冷媒容器２０４とが配管８で接続されている。さらに、冷媒容器２０４と内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂとが配管９で接続され、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂと液接続配管１１とが配管１０で接続されることで構成されている。

なお、図１に係るポイントｂには、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力計Ｐが配置されており、ポイントｃ、ポイントｄ、ポイントｅには、それぞれ冷媒の温度を検出する温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が配置されている。

＜動作＞
図１及び２を用いて説明する。図１の各ポイントａ〜ｈは、図２のモリエル線図上の状態点ａ〜ｈに対応している。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、圧縮機１０４を駆動すると、圧縮機１０４により圧縮された高圧蒸気冷媒ｂは、凝縮器２０１で凝縮し、高圧気液二相冷媒の状態ｃとなって内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａに流入する。この高圧気液二相冷媒は、内部熱交換器２０２内で中圧気液二相冷媒により冷却され、過冷却液の状態ｄとなって第２減圧装置２０３に流入する。高圧の過冷却液冷媒は、第２減圧装置２０３内で減圧され、中圧の飽和液（もしくは、気液二相）冷媒の状態ｅとなって冷媒容器２０４に流入し、冷媒は液単相の状態ｆで放出される。

冷媒容器２０４から放出された液単相状態の冷媒は、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂに流入し、高圧気液二相冷媒を冷却しながら二相冷媒ｇとなって放出される。二相冷媒ｇは、液接続配管１１に流入し、第１減圧装置１０１に流入する。冷媒は第１減圧装置１０１内で減圧され、低圧二相冷媒ｈとなり、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換して低圧蒸気冷媒ａとなった冷媒は、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

制御装置（図示しない）は、ポイントｃ、ｄ、ｅを通過する冷媒の温度を温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で検出し、圧縮機１０４の吐出圧力の測定値からポイントｄの冷媒が所定の過冷却度（例えば５℃）となり、また、ポイントｃの冷媒が気液二相状態となり、さらに、ポイントｅの冷媒が飽和液もしくは飽和液に近い気液二相冷媒となるよう各減圧装置や送風装置を容量制御する。

＜効果＞
このような実施の形態１に係る冷凍サイクル装置では、凝縮器２０１の出口冷媒の乾き度を上昇させ、気液二相状態ｃで凝縮器２０１から放出させることで、凝縮器２０１内に伝熱特性の悪い過冷却液が存在しない状態とし、凝縮器２０１の熱交換能力を向上させる。すると、凝縮器２０１の熱交換能力が向上するため、従来の出湯温度に比べ上限温度を上昇（例えば５５℃→６０℃）させることが可能となる。また、高温出湯時の凝縮圧力を低く設定することができるため、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

また、冷媒は飽和液もしくは飽和液に近い気液二相状態で冷媒容器２０４に流入することで、余剰冷媒を最大限貯留することができる。その際、冷媒は気体成分が若干混入した状態で冷媒容器２０４流入することで、冷媒容器内が満液になることを防ぐことができる。
さらに、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａ出口の冷媒が液単相で、第２減圧装置２０３に流入することで、流量の制御性を向上させることができる。
また、室外機ユニット１００の構成を共通化して冷凍サイクル装置としてコストの削減をすることが可能となる。

＜変形例１＞
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例１を図３を用いて説明する。
図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例１のモリエル線図である。
この変形例１では、図３に示すように内部熱交換器２０２内で低圧気液二相冷媒により冷却され、過冷却液の状態ｄとなって第２減圧装置２０３に流入した冷媒は、第２減圧装置２０３内で減圧され、低圧飽和液冷媒ｆとなって冷媒容器２０４から流出し、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂに流入する。内部熱交換器２０２で加熱された冷媒は二相状態ｇとなり、第１減圧装置１０１に流入する。その際、第１減圧装置１０１は全開となっている。

＜効果＞
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例１では、上記実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の効果に加え、第２減圧装置２０３により高圧（状態ｄ）から低圧（状態ｅ）まで減圧された冷媒は、内部熱交換器２０２内で熱交換する際に、高低圧差が大きくなるので熱交換量を増大させることができる。
また、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａ出口の冷媒が液単相で、第２減圧装置２０３に流入し、かつ第１減圧装置１０１を全開に制御することで、流量の制御性を向上させることができる。

＜変形例２＞
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例２を図４を用いて説明する。
図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例２の構成図である。
変形例２では、図４に示すように送風装置２０１ｂを備えた凝縮器２０１として、空気冷媒熱交換器２０１ａを採用している。

＜効果＞
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例２では、上記実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の効果に加え、空気冷媒熱交換器の高圧圧力上昇を抑制することができる

＜変形例３＞
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例３を図５を用いて説明する。
図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の変形例３の構成図である。
変形例３では、第１減圧装置１０１が放熱ユニット２００内の配管１０上に設けられている。

＜効果＞
このような変形例３の冷凍サイクル装置の構成としても、上記実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
＜構成＞
図６は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
図７は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、図６に示すように室外機ユニット１００と放熱ユニット２００とがガス接続配管４と液接続配管１１とで接続された冷媒回路にて構成されている。

次に、放熱ユニット２００には、凝縮器２０１（例えば水−冷媒熱交換器）と、内部熱交換器２０２と、第２減圧装置２０３と、冷媒容器２０４とが収納されている。
放熱ユニット２００内では、ガス接続配管４と凝縮器２０１が配管５で接続され、凝縮器２０１と内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａとが配管６で接続されている。また、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａと第２減圧装置２０３が配管７で接続され、第２減圧装置２０３と分岐部２０５が配管８で接続され、分岐部２０５と冷媒容器２０４とが配管８ａで接続されている。そして、冷媒容器２０４と合流部２０６とが配管９ａで接続され、分岐部２０５と内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂが配管８ｂで接続されている。また、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂと合流部２０６とが配管９ｂで接続され、合流部２０６と液接続配管１１とが配管１０で接続されることで構成されている。

なお、図６に係るポイントｂには、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力計Ｐが配置されており、ポイントｃ、ポイントｄ、ポイントｅには、それぞれ冷媒の温度を検出する温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が配置されている。

＜動作＞
図６及び７を用いて説明する。図６の各ポイントａ〜ｇ、Ａ〜Ｃは、図７のモリエル線図上の状態点ａ〜ｇ、Ａ〜Ｃに対応している。
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置において、圧縮機１０４を駆動すると、圧縮機１０４により圧縮された高圧蒸気冷媒ｂは、凝縮器２０１で凝縮し、高圧気液二相冷媒の状態ｃとなって内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａに流入する。この高圧気液二相冷媒は、内部熱交換器２０２内で中圧気液二相冷媒により冷却され、過冷却液の状態ｄとなって第２減圧装置２０３に流入する。高圧の過冷却液冷媒は、第２減圧装置２０３で減圧され、中圧の飽和液（もしくは気液二相）冷媒の状態ｅとなって分岐部２０５に流入する。

分岐部２０５で分岐した冷媒は、冷媒容器２０４と内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂにと流入する。冷媒容器２０４に流入した冷媒は、液単相の状態ｆで流出する。内部熱交換器２０２に状態Ａとして流入した冷媒は、高圧気液二相冷媒を冷却しながら状態Ｂとなって流出する。冷媒容器２０４と内部熱交換器２０２とから流出した各冷媒は、それぞれ合流部２０６で合流する。合流部２０６で合流した冷媒は状態Ｃとなって液接続配管１１に流入し、第１減圧装置１０１に流入する。状態Ｃの冷媒は第１減圧装置１０１内で減圧され、状態ｇとなり、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換し低圧蒸気冷媒ａとなり、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

制御装置（図示しない）は、ポイントｃ、ｄ、ｅを通過する冷媒の温度を温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で検出し、圧縮機１０４の吐出圧力の測定値からポイントｄの冷媒が所定の過冷却度（例えば５℃）となり、また、ポイントｃの冷媒が気液二相状態となり、さらに、ポイントｅの冷媒が飽和液もしくは飽和液に近い二相冷媒となるよう各減圧装置や送風装置を容量制御する。

＜効果＞
このような実施の形態２に係る冷凍サイクル装置では、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同様に、凝縮器２０１の出口冷媒の乾き度を上昇させ、気液二相状態ｃで凝縮器２０１から放出させることで、凝縮器２０１内に伝熱特性の悪い過冷却液が存在しない状態とし、凝縮器２０１の熱交換能力を向上させる。すると、凝縮器２０１の熱交換能力が向上するため、従来の出湯温度に比べ上限温度を上昇（例えば５５℃→６０℃）させることが可能となる。また、高温出湯時の凝縮圧力を低く設定することができるため、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

さらに、これらの効果に加えて内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂの入口を二相状態とすることで、内部熱交換器内の熱交換量を増加させることができる。
また、分岐部２０５で冷媒を分流することで、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂの冷媒量が減少し、内部熱交換器２０２を小型化することができる

＜変形例１＞
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の変形例１を図８を用いて説明する。
図８は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の変形例１の構成図である。
変形例１では、図８に示すように分岐部２０５と内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂとの間に、第３減圧装置２０７が配管８ｂに配置されている点が上記実施の形態２と異なっている。

＜効果＞
上記実施の形態２に係る効果に加えて、第３減圧装置２０７により内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂの冷媒流量を制御することができるため、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａの出口冷媒の過冷却度をきめ細かく制御することが可能となる。

実施の形態３．
＜構成＞
図９は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
図１０は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、図９に示すように室外機ユニット１００と放熱ユニット２００とがガス接続配管４と液接続配管１１とで接続された冷媒回路にて構成されている。

次に、放熱ユニット２００には、凝縮器２０１（例えば水−冷媒熱交換器）と、内部熱交換器２０２と、第２減圧装置２０３と、冷媒容器２０４とが収納されている。
放熱ユニット２００内では、ガス接続配管４と凝縮器２０１が配管５で接続され、凝縮器２０１と内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａとが配管６で接続されている。また、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａと第２減圧装置２０３とが配管７で接続され、第２減圧装置２０３と冷媒容器２０４とが配管８で接続されている。さらに、冷媒容器２０４と内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂとが配管９で接続され、配管９には第４減圧装置２０８が設置されている。また、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂと液接続配管１１とが配管１０で接続されることで構成されている。

なお、図９に係るポイントｂには、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力計Ｐが配置されており、ポイントｃ、ポイントｄ、ポイントｅには、それぞれ冷媒の温度を検出する温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が配置されている。

＜動作＞
図９及び１０を用いて説明する。図９の各ポイントａ〜ｉは、図１０のモリエル線図上の状態点ａ〜ｉに対応している。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、圧縮機１０４を駆動すると、圧縮機１０４により圧縮された高圧蒸気冷媒ｂは、凝縮器２０１で凝縮し、高圧気液二相冷媒の状態ｃとなって内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａに流入する。この高圧気液二相冷媒は、内部熱交換器２０２内で中圧気液二相冷媒により冷却され、過冷却液の状態ｄとなって第２減圧装置２０３に流入する。高圧の過冷却液冷媒は、第２減圧装置２０３内で減圧され、中圧の飽和液（もしくは、気液二相）冷媒の状態ｅとなって冷媒容器２０４に流入し、冷媒は液単相の状態ｆで放出される。

冷媒容器２０４から放出された液単相状態ｆの中圧液冷媒は、第４減圧装置２０８に流入し、減圧されることで低圧気液二相冷媒の状態ｇとなる。低圧気液二相冷媒ｇは内部熱交換器２０２に流入し、凝縮器２０１からの高圧気液二相冷媒を冷却しながら熱交換を行い、低圧二相冷媒ｈとなる。低圧二相冷媒ｈは、液接続配管１１を通り、第１減圧装置１０１に流入する。この際、第１減圧装置１０１は全開に制御され、冷媒は第１減圧装置１０１から状態ｉで流出し、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換して低圧蒸気冷媒ａとなった冷媒は、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

＜効果＞
このような実施の形態３に係る冷凍サイクル装置では、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同様に、凝縮器２０１の出口冷媒の乾き度を上昇させ、気液二相状態ｃで凝縮器２０１から放出させることで、凝縮器２０１内に伝熱特性の悪い過冷却液が存在しない状態とし、凝縮器２０１の熱交換能力を向上させる。すると、凝縮器２０１の熱交換能力が向上するため、従来の出湯温度に比べ上限温度を上昇（例えば５５℃→６０℃）させることが可能となる。また、高温出湯時の凝縮圧力を低く設定することができるため、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

また、冷媒は飽和液もしくは飽和液に近い気液二相状態で冷媒容器２０４に流入することで、余剰冷媒を最大限貯留することができる。その際、冷媒は気体成分が若干混入した状態で冷媒容器２０４流入することで、冷媒容器内が満液になることを防ぐことができる。
さらに、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａ出口の冷媒が液単相で、第２減圧装置２０３及び第４減圧装置２０８に流入することで、流量の制御性を向上させることができる。
また、室外機ユニット１００の構成を共通化して冷凍サイクル装置としてコストの削減をすることが可能となる。

上記実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の効果に加え、第４減圧装置２０８により高圧（状態ｄ）から低圧（状態ｇ）まで減圧された冷媒は、内部熱交換器２０２内で熱交換するため、高低圧差が大きくなり熱交換量を増大させることができる。
また、冷媒容器２０４出口の冷媒ｆが液単相で、第４減圧装置２０８に流入し、かつ第１減圧装置１０１を全開に制御することで、流量の制御性を向上させることができる。

実施の形態４．
＜構成＞
図１１は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
図１２は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置は、図１１に示すように室外機ユニット１００と放熱ユニット２００とがガス接続配管４と液接続配管１１とで接続された冷媒回路にて構成されている。

次に、放熱ユニット２００には、凝縮器２０１（例えば水−冷媒熱交換器）と、内部熱交換器２０２と、第２減圧装置２０３と、冷媒容器２０４とが収納されている。
放熱ユニット２００内では、ガス接続配管４と凝縮器２０１とが配管５で接続され、凝縮器２０１と内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａとが配管６で接続され、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａと分岐部２０５とが配管７で接続されている。また、分岐部２０５と第２減圧装置２０３とが配管７ａで接続され、第２減圧装置２０３と冷媒容器２０４とが配管８ａで接続され、冷媒容器２０４と合流部２０６とが配管９ａで接続されている。さらに、分岐部２０５と第３減圧装置２０７（通常運転時は閉）が配管７ｂで接続されている。そして、第３減圧装置２０７と内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂが配管８ｂで接続され、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂと合流部２０６とが配管９ｂで接続され、合流部２０６と液接続配管１１とが配管１０で接続されることで構成されている。

なお、図１１に係るポイントｂには、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力計Ｐが配置されており、ポイントｃ、ポイントｄ、ポイントｅには、それぞれ冷媒の温度を検出する温度計Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が配置されている。

＜動作＞
図１１及び１２を用いて説明する。図１１の各ポイントａ〜ｇ及びＡ〜Ｃは、図１０のモリエル線図上の状態点ａ〜ｇ及びＡ〜Ｃに対応している。

１）高圧上昇抑制運転時
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置において、圧縮機１０４を駆動すると、圧縮機１０４により圧縮された高圧蒸気冷媒ｂは、凝縮器２０１で凝縮され、高圧気液二相冷媒の状態ｃとなって内部熱交換器２０２に流入する。その高圧気液二相冷媒は、内部熱交換器２０２内で中圧気液二相冷媒により冷却され、過冷却液の状態ｄとなって分岐部２０５に流入する。冷媒は分岐部２０５から第２減圧装置２０３と第３減圧装置２０７に流入する。その高圧の過冷却液冷媒は、第２減圧装置２０３で減圧され、中圧液冷媒の状態ｅとなって冷媒容器２０４に流入し、冷媒は液単相の状態ｆで流出し、合流部２０６に流入する。

また、第３減圧装置２０７に流入した冷媒は、中圧気液二相冷媒の状態Ａとなって流出する。中圧気液二相冷媒は内部熱交換器２０２に流入し、凝縮器２０１からの高圧気液二相冷媒を冷却しながら状態Ｂとなり合流部２０６に流入する。過熱度のついた冷媒Ｂは合流部２０６で中圧気液二相冷媒の状態Ｃとなり、液接続配管１１を通り、第１減圧装置１０１に流入する。この冷媒は第１減圧装置１０１で減圧され、低圧気液二相冷媒の状態ｇとなり、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換た低圧蒸気冷媒ａは、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

２）通常運転時（第３減圧装置２０７を閉止）
凝縮器２０１から放出された高圧液単相状態の冷媒ｃは第２減圧装置２０３に流入し、減圧される。第２減圧装置２０３により中圧気液二相冷媒の状態ｅとなって冷媒容器２０４に流入し、冷媒は液単相の状態ｆで流出して、液接続配管１１を通り、第１減圧装置１０１に流入する。この液冷媒は第１減圧装置１０１内で減圧され、状態ｇとなり、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換した低圧蒸気冷媒ａは、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

＜効果＞
このような実施の形態４に係る冷凍サイクル装置では高圧上昇抑制運転時において、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同様に、凝縮器２０１の出口冷媒の乾き度を上昇させ、気液二相状態ｃで凝縮器２０１から放出させることで、凝縮器２０１内に伝熱特性の悪い過冷却液が存在しない状態とし、凝縮器２０１の熱交換能力を向上させる。すると、凝縮器２０１の熱交換能力が向上するため、従来の出湯温度に比べ上限温度を上昇（例えば５５℃→６０℃）させることが可能となる。また、高温出湯時の凝縮圧力を低く設定することができるため、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

また、冷媒は飽和液もしくは飽和液に近い気液二相状態で冷媒容器２０４に流入することで、余剰冷媒を最大限貯留することができる。その際、冷媒は気体成分が若干混入した状態で冷媒容器２０４流入することで、冷媒容器内が満液になることを防ぐことができる。
さらに、内部熱交換器２０２の高温側通路２０２ａ出口の冷媒が液単相で、第２減圧装置２０３及び第３減圧装置２０７に流入することで、流量の制御性を向上させることができる。
また、室外機ユニット１００の構成を共通化して冷凍サイクル装置としてコストの削減をすることが可能となる。

上記効果に加え、第３減圧装置２０７で、内部熱交換器２０２の低温側通路２０２ｂの冷媒流量を制御することができるため、ポイントｄの過冷却度をきめ細かく制御することが可能となる。
また、通常運転時は、凝縮器２０１出口の温度と圧力より、凝縮器２０１出口の過冷却度を制御することで、凝縮器２０１の熱交換量を向上させることができる。

＜変形例１＞
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１を図１３、１４を用いて説明する。
図１３は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１の構成図である。
図１４は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１のモリエル線図である。
変形例１では、図１３に示すように第２減圧装置２０３の下流側に配管９ｂの合流部２０６を配置した点が上記実施の形態４と異なっている。すなわち、第２減圧装置２０３と合流部２０６とが配管８ａで接続され、合流部２０６と冷媒容器２０４とが配管８ｃで接続され、冷媒容器２０４と液接続配管１１と配管１０で接続している。

＜効果＞
上記実施の形態２に係る効果に加えて、冷媒容器２０４出口の冷媒が液単相ｆとなって第１減圧装置１０１に流入するため、流量の制御性能の低下を防ぐことができる。

実施の形態５．
＜構成＞
図１５は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
図１６は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。
実施の形態５に係る冷凍サイクル装置は、図１５に示すように室外機ユニット１００と放熱ユニット２００とがガス接続配管４と液接続配管１１とで接続された冷媒回路にて構成されている。
実施の形態５に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の放熱ユニット２００の配管９ａに第４減圧装置２０８を配置したものである。

＜動作＞
図１５及び図１６を用いて説明する。図１５の各ポイントａ〜ｈ及びＡ〜Ｃは、図１６のモリエル線図上の状態点ａ〜ｈ及びＡ〜Ｃに対応している。

１）高圧上昇抑制時
圧縮機１０４により圧縮された高圧蒸気冷媒ｂは、凝縮器２０１で凝縮し、高圧気液二相冷媒の状態ｃとなって内部熱交換器２０２に流入する。高圧気液二相冷媒は、内部熱交換器２０２内で中圧気液二相冷媒により冷却され、過冷却液の状態ｄとなって分岐部２０５に流入する。冷媒は分岐部２０５から第２減圧装置２０３と第３減圧装置２０７に流入する。高圧過冷却液冷媒は、第２減圧装置２０３内で減圧され、中圧液冷媒の状態ｅとなって冷媒容器２０４に流入し、中圧液冷媒の状態ｆで流出する。その中圧液冷媒は第４減圧装置２０８に流入し、減圧されることで低圧気液二相冷媒の状態ｇとなり、合流部２０６に流入する。

また、第３減圧装置２０７に流入した冷媒は、減圧され低圧気液二相冷媒の状態Ａとなって流出する。低圧気液二相冷媒は内部熱交換器２０２に流入し、凝縮器２０１からの高圧気液二相冷媒を冷却しながら熱交換する。内部熱交換器２０２から流出した状態Ｂの冷媒は、合流部２０６に流入する。状態Ｂの冷媒は合流部２０６で、低圧気液二相冷媒の状態Ｃとなり、液接続配管１１を通り、第１減圧装置１０１に流入する。この際、第１減圧装置１０１は全開に制御され、冷媒は第１減圧装置１０１から状態ｈで流出し、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換されて低圧蒸気冷媒ａとなり、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

２）通常運転時（第３減圧装置２０７は全閉）
凝縮器２０１から流出した高圧液単相状態の冷媒ｃは第２減圧装置２０３に流入し減圧される。第２減圧装置２０３により中圧気液二相冷媒の状態ｅとなって冷媒容器２０４に流入し、液単相の状態ｆで流出し、第１減圧装置１０１に流入する。液冷媒は第１減圧装置１０１内で減圧され、状態ｈとなり、蒸発器１０２に流入する。蒸発器１０２内で空気と熱交換されて低圧蒸気冷媒ａとなり、圧縮機１０４に吸入されて再び圧縮される。

＜効果＞
このような実施の形態５に係る冷凍サイクル装置では、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同様に、凝縮器２０１の出口冷媒の乾き度を上昇させ、気液二相状態ｃで凝縮器２０１から放出させることで、凝縮器２０１内に伝熱特性の悪い過冷却液が存在しない状態とし、凝縮器２０１の熱交換能力を向上させる。すると、凝縮器２０１の熱交換能力が向上するため、従来の出湯温度に比べ上限温度を上昇（例えば５５℃→６０℃）させることが可能となる。また、高温出湯時の凝縮圧力を低く設定することができるため、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

さらに、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置では、第４減圧装置２０８により、内部熱交換器２０２は低圧と高圧の冷媒が熱交換し、熱交換量を向上させることができる。

実施の形態６．
＜構成＞
図１７は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
実施の形態６に係る冷凍サイクル装置は、図１７に示すように室外機ユニット１００と高圧上昇抑制ユニット３００と放熱ユニット２００がガス接続配管４と第一液接続配管１１ａと第二液接続配管１１ｂで接続されている。

室外機ユニット１００には、第１減圧装置１０１と、蒸発器１０２と、四方弁１０３と、圧縮機１０４と、が収納されている。
放熱ユニット２００には、凝縮器２０１（例えば水−冷媒熱交換器）が収納されている。
高圧上昇抑制ユニット３００には、内部熱交換器２０２と、第２減圧装置２０３と、冷媒容器２０４と、が収納されている。
なお、各配管の接続構成は実施の形態１と同様である。

＜動作＞
実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の動作に関しては実施の形態１と同様である。

＜効果＞
実施の形態６に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１に係る効果に加え、高圧上昇抑制ユニット３００を独立して配置したため、室外機ユニット１００と放熱ユニット２００の構成を共通化し、凝縮器２０１の高圧上昇を抑制することができる。また、室外機ユニット１００と放熱ユニット２００の構成を共通化することでコスト削減が可能となる。

実施の形態７．
＜構成＞
図１８は、実施の形態７に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
実施の形態７に係る冷凍サイクル装置は、図１８に示すように室外機ユニット１００と、高圧上昇抑制ユニット３００と、室外機ユニット１００に対して並列に接続された複数の放熱ユニット２００と、がガス接続配管４と第一液接続配管１１ａと第二液接続配管１１ｂで接続されている。
なお、各配管の接続構成は実施の形態１と同様である。

＜動作＞
実施の形態７に係る冷凍サイクル装置の動作に関しては実施の形態１と同様である。
＜効果＞
実施の形態７に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１に係る効果に加え、一つの室外機ユニット１００と高圧上昇抑制ユニット３００で、複数の放熱ユニット２００の凝縮器２０１の高圧上昇を抑制することが可能となる。

１配管、２配管、３配管、４ガス接続配管、５配管、６配管、７配管、７ａ配管、７ｂ配管、８配管、８ａ配管、８ｂ配管、８ｃ配管、９配管、９ａ配管、９ｂ配管、１０配管、１１液接続配管、１１ａ第一液接続配管、１１ｂ第二液接続配管、１２配管、１００室外機ユニット、１０１第１減圧装置、１０２蒸発器、１０３四方弁、１０４圧縮機、２００放熱ユニット、２０１凝縮器、２０１ａ空気冷媒熱交換器、２０２内部熱交換器、２０２ａ高温側通路、２０２ｂ低温側通路、２０３第２減圧装置、２０４冷媒容器、２０５分岐部、２０６合流部、２０７第３減圧装置、２０８第４減圧装置、３００高圧上昇抑制ユニット。

Claims

少なくとも圧縮機、凝縮器、圧力の異なる冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器、冷媒を貯留する冷媒容器、第１減圧装置、蒸発器、を順に接続した冷凍サイクル装置であって、
前記凝縮器と前記冷媒容器とを第１配管で接続し、
前記第１配管における前記内部熱交換器と前記冷媒容器との間には、第２減圧装置が配置され、
前記冷媒容器と前記第１減圧装置とを第２配管で接続し、
前記第２配管における前記冷媒容器と前記内部熱交換器との間には、第４減圧装置が配置され、
前記内部熱交換器は、前記第１配管における前記凝縮器と前記第２減圧装置との間の高圧冷媒と、前記第２配管における前記冷媒容器と前記第１減圧装置との間の前記高圧冷媒より圧力の低い冷媒と、を熱交換する冷凍サイクル装置。
少なくとも圧縮機、凝縮器、圧力の異なる冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器、冷媒を貯留する冷媒容器、第１減圧装置、蒸発器、を順に接続した冷凍サイクル装置であって、
前記凝縮器と前記冷媒容器とを第１配管で接続し、
前記第１配管における前記内部熱交換器と前記冷媒容器との間には、第２減圧装置が配置され、
前記冷媒容器と前記第１減圧装置とを第２配管で接続し、
前記第１配管における前記第２減圧装置と前記冷媒容器との間に第１バイパス配管が接続される分岐部を設けるとともに、前記第２配管には前記第１バイパス配管が接続される合流部を設け、
前記内部熱交換器は、前記第１配管における前記凝縮器と前記第２減圧装置との間の高圧冷媒と、前記第１バイパス配管に流れる前記高圧冷媒より圧力の低い冷媒と、を熱交換する冷凍サイクル装置。
前記第１バイパス配管における前記分岐部と前記内部熱交換器との間には、第３減圧装置が配置される請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
少なくとも圧縮機、凝縮器、圧力の異なる冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器、冷媒を貯留する冷媒容器、第１減圧装置、蒸発器、を順に接続した冷凍サイクル装置であって、
前記凝縮器と前記冷媒容器とを第１配管で接続し、
前記第１配管における前記内部熱交換器と前記冷媒容器との間には、第２減圧装置が配置され、
前記冷媒容器と前記第１減圧装置とを第２配管で接続し、
前記第１配管における前記内部熱交換器と前記第２減圧装置との間に第２バイパス配管が接続される分岐部を設けるとともに、前記第２配管には前記第２バイパス配管が接続される合流部を設け、
前記内部熱交換器は、前記第１配管における前記凝縮器と前記第２減圧装置との間の高圧冷媒と、前記第２バイパス配管に流れる前記高圧冷媒より圧力の低い冷媒と、を熱交換する冷凍サイクル装置。
前記第２バイパス配管における前記分岐部と前記内部熱交換器との間には、第３減圧装置が配置され、前記第２配管における前記冷媒容器と前記合流部との間に第４減圧装置を設けた請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
前記第２バイパス配管における前記分岐部と前記内部熱交換器との間には、第３減圧装置が配置される請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
少なくとも圧縮機、凝縮器、圧力の異なる冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器、冷媒を貯留する冷媒容器、第１減圧装置、蒸発器、を順に接続した冷凍サイクル装置であって、
前記凝縮器と前記冷媒容器とを第１配管で接続し、
前記第１配管における前記内部熱交換器と前記冷媒容器との間には、第２減圧装置が配置され、
前記第１配管における前記内部熱交換器と前記第２減圧装置との間に第３バイパス配管が接続される分岐部を設けるとともに、前記第１配管における前記第２減圧装置と前記冷媒容器との間には前記第３バイパス配管が接続される合流部を設け、
前記内部熱交換器は、前記第１配管における前記凝縮器と前記第２減圧装置との間の高圧冷媒と、前記第３バイパス配管に流れる前記高圧冷媒より圧力の低い冷媒と、を熱交換する冷凍サイクル装置。
前記第３バイパス配管における前記分岐部と前記内部熱交換器との間には、第３減圧装置が配置される請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
前記第２減圧装置で減圧された冷媒は、飽和液状態で前記冷媒容器に流入する請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
前記凝縮器から流出する冷媒は、気液二相状態とされる請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
少なくとも前記圧縮機、前記蒸発器、前記第１減圧装置を収納した室外ユニットと、
少なくとも前記凝縮器、前記内部熱交換器、前記冷媒容器、前記第２減圧装置を収納した放熱ユニットと、
により構成される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
少なくとも前記圧縮機、前記蒸発器、前記第１減圧装置を収納した室外ユニットと、
少なくとも前記凝縮器を収納した放熱ユニットと、
少なくとも前記内部熱交換器、前記冷媒容器、前記第２減圧装置を収納した高圧上昇抑制ユニットと、
により構成される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
少なくとも前記圧縮機、前記蒸発器、前記第１減圧装置を収納した室外ユニットと、
少なくとも前記凝縮器を収納した複数の放熱ユニットと、
少なくとも前記内部熱交換器、前記冷媒容器、前記第２減圧装置を収納した高圧上昇抑制ユニットと、
により構成される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。