JP6289611B2

JP6289611B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6289611B2
Application number: JP2016508331A
Authority: JP
Inventors: 拓也伊藤; 靖大越
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; AGC Inc
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: WO2015140871A1; JPWO2015140871A1

Description

本発明は、不均化反応を起こす性質を有する冷媒を主成分とした作動冷媒を使用する場合であっても安全な運転を可能とした冷凍サイクル装置に関するものである。

近年、地球温暖化の観点から、低ＧＷＰ冷媒の開発が進んでいる状況である。低ＧＷＰ冷媒の候補として、ＨＦＯ冷媒の一種であるＨＦＯ−１１２３（ＣＦ_２＝ＣＨＦ；１、１、２トリフルオロエテン（エチレン））が知られている。ＨＦＯ−１１２３を含む冷媒を使用したものとして、「冷媒を循環させる圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路にて、冷媒がＨＦＯ−１１２３を含む熱サイクルシステム」が提案されている（例えば、特許文献１参照)。

ＷＯ２０１２／１５７７６４号公報（第１２−１３頁、第１図）

ただし、ＨＦＯ−１１２３は、不均化反応（自己分解反応）と呼ばれる反応を起こすという性質を有している。不均化反応により、以下の反応式のように熱とＨＦ（フッ化水素）が生じる。
ＣＦ_２＝ＣＨＦ→１／２ＣＦ_４＋３／２Ｃ＋ＨＦ＋４４．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ

ＨＦＯ−１１２３を含む冷媒を使用した熱サイクルシステムでは、不均化反応により、高温高圧の状態でエネルギーが投入されると発熱を伴う化学反応が進行し、急激な温度上昇に伴う急激な圧力上昇が発生し、爆発等の危険性を有するという問題があった。なお、ＨＦＯ−１１２３は、急激なエネルギーが与えられた場合に不均化反応が発生するが、発生後周囲に伝搬するかどうかはガスの圧力に依存する。

また、ＨＦＯ−１１２３を使用する場合において、不均化反応が発生しない領域を拡大させるには、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の冷媒を混入する必要がある。しかしながら、密度の小さい冷媒をＨＦＯ−１１２３に混合させると、単位能力あたりの冷凍サイクル装置のサイズが大きくなり、製品のコストが大きくなることが課題となってしまう。

また、従来の冷凍サイクル装置では、高圧圧力検知が圧縮機保護、冷媒回路の圧力上昇による破損保護を目的にしているため、冷凍サイクルにおいて圧力が最も高く、圧縮機に近い圧縮機吐出配管部に圧力センサーを設けている。しかしながら、ＨＦＯ−１１２３を使用する場合において、不均化反応を抑制するには凝縮器出口の冷媒液が滞留している場所の圧力上昇も抑制する必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＨＦＯ−１１２３を使用する場合においても、圧縮機の吐出配管部および凝縮器出口の圧力に基づいてＨＦＯ−１１２３が不均化反応しない圧力範囲内で制御することで、製品のコストの増加を抑制でき、製品の重量の増加を抑制することができる冷凍サイクル装置を提供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、膨張弁、蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路を有し、前記冷媒回路に不均化反応を起こす性質を有する冷媒を含む冷媒が充填された冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の起動時において、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の吐出ガス温度と、前記凝縮器から流出された前記冷媒の凝縮器出口温度と、から求められる前記冷媒の不均化反応圧力値の下限値に基づいて前記圧縮機の回転数抑制を行なうものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、不均化反応圧力値に基づいて前記圧縮機の回転数抑制を行なうので、不均化反応を起こす性質を有する冷媒の不均化反応が伝播しない範囲での圧力に抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置が実行する不均化反応抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。ＨＦＯ−１１２３の不均化反応が発生する圧力値を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置が実行する不均化反応抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の制御装置のプログラムに搭載する圧縮機の起動パターンを示すグラフである。ＨＦＯ−１１２３単独使用の場合と、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ１２３４ｙｆの混合冷媒の場合と、での不均化反応領域を示すグラフである。本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置が実行する不均化反応抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、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。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（以下、冷凍サイクル装置１００Ａと称する）の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図２は、冷凍サイクル装置１００Ａが実行する不均化反応抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応が発生する圧力値を示すグラフである。図１〜図３に基づいて、冷凍サイクル装置１００Ａについて説明する。

冷凍サイクル装置１００Ａは、不均化反応を起こす性質を有する冷媒を主成分とした作動冷媒が冷媒回路に充填されている。不均化反応を起こす性質を有する冷媒を主成分とした作動冷媒としては、ＨＦＯ−１１２３の単体冷媒、ＨＦＯ−１１２３とＲ３２との混合冷媒、もしくは、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの混合冷媒が考えられる。ＨＦＯ−１１２３とＲ３２との混合冷媒、もしくは、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの混合冷媒を作動冷媒として使用する場合、Ｒ３２、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの含有量が２０〜５０質量％の範囲内であるものとし、ＨＦＯ−１１２３の含有量を質量％で超えないようにする。

冷凍サイクル装置１００Ａは、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒流路を切り替える冷媒回路切替手段としての四方弁２、冷媒と空気や水等の熱媒体で熱交換する第１熱交換器３、冷媒の流量を制御する膨張弁４（減圧機構の一例）、冷媒と空気や水等の熱媒体とで熱交換する第２熱交換器５を有している。そして、冷凍サイクル装置１００Ａでは、圧縮機１、四方弁２、第１熱交換器３、膨張弁４、第２熱交換器５が冷媒配管３０で接続されて冷媒回路を構成している。

冷媒を圧縮する圧縮機１としては、インバータ回路により回転数が制御され容量制御されるタイプのインバータ圧縮機を用い、回転数制御を可能とする。インバータ圧縮機には、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機等がある。

四方弁２は、冷熱供給モード（例えば、冷房運転モード）、温熱供給モード（例えば、暖房運転モード）に応じて、冷媒流路を切り替えるものである。
なお、冷媒回路切替手段の一例として四方弁２を挙げて説明するが、冷媒回路を選択的に切り替えられるもの、例えば２つの二方弁又は三方弁を組み合わせて冷媒回路切替手段を構成してもよい。また、四方弁２を設けた場合を例に示すが、冷凍サイクル装置１００Ａとして冷媒流路を切り替えない冷媒回路構成を採用する場合には冷媒回路切替手段を設ける必要はない。

第１熱交換器３は、凝縮器又は蒸発器として機能し、熱交換する熱媒体に応じた形式で構成される。例えば、空気と熱交換する場合には、第１熱交換器３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、水やブライン等と熱交換する場合には、第１熱交換器３は、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、プレート熱交換器等で構成することができる。

膨張弁４は、冷媒流量の調節等が行うことが可能なものである。なお、減圧機構の一例として、絞り開度が可変な構造である膨張弁４を例に挙げて説明しているが、これに限定するものではなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、または、キャピラリーチューブで減圧機構を構成してもよい。

第２熱交換器５は、蒸発器又は凝縮器として機能し、熱交換する熱媒体に応じた形式で構成される。例えば、空気と熱交換する場合には、第２熱交換器５は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。また、水やブライン等とで熱交換する場合には、第２熱交換器５は、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、プレート熱交換器等で構成することができる。

また、冷凍サイクル装置１００Ａは、吐出圧力センサー１０、吐出温度センサー１１、凝縮器出口圧力センサー１２、凝縮器出口温度センサー１３、制御装置２０を有している。

吐出圧力センサー１０は、圧縮機１の吐出側に設置され、圧縮機１から吐出された冷媒の吐出ガス圧力を測定する。
吐出温度センサー１１は、圧縮機１の吐出側に設置され、圧縮機１から吐出された冷媒の吐出ガス温度を測定する。
凝縮器出口圧力センサー１２は、第１熱交換器３と膨張弁４との間に設置され、第１熱交換器３が凝縮器として機能する際に、第１熱交換器３から流出した冷媒の凝縮器出口圧力を測定する。
凝縮器出口温度センサー１３は、第１熱交換器３と膨張弁４との間に設置され、第１熱交換器３が凝縮器として機能する際に、第１熱交換器３から流出した冷媒の凝縮器出口温度を測定する。

制御装置２０は、冷凍サイクル装置１００Ａの全体を統括制御するものである。制御装置２０は、各検知器（吐出圧力センサー１０、吐出温度センサー１１、凝縮器出口圧力センサー１２、凝縮器出口温度センサー１３）からの測定値に基づき、各アクチュエータ（圧縮機１、四方弁２、膨張弁４等の駆動部品）の制御を行う。制御装置２０は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。

図１において、第２熱交換器５から冷熱を供給する冷熱供給モード（例えば、冷房運転）では、四方弁２は実線の流路となり、第２熱交換器５から温熱を供給する温熱供給モード（例えば、暖房運転）では、四方弁２は点線の流路に切り換えられる。したがって、冷熱供給モードでは、圧縮機１、四方弁２、第１熱交換器３、膨張弁４、第２熱交換器５、圧縮機１がこの順序で環状に接続される。また、温熱供給モードでは、圧縮機１、四方弁２、第２熱交換器５、膨張弁４、第１熱交換器３、圧縮機１がこの順序で環状に接続される。そのため、冷熱供給モードでは、第１熱交換器３が凝縮器として機能し、第２熱交換器５が蒸発器として機能する。また、温熱供給モードでは、第１熱交換器３が蒸発器として機能し、第２熱交換器５が凝縮器として機能する。

次に、冷凍サイクル装置１００Ａに使用する作動冷媒について説明する。
冷凍サイクル装置１００Ａに使用する作動冷媒として、低ＧＷＰかつ動作圧力が高い１、１、２トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）を主成分として用いる。ＨＦＯ−１１２３は、以下の反応式に示すように、熱と毒性をもつ物質（ＨＦ）が発生する不均化反応が起こる。
ＣＦ_２＝ＣＨＦ→１／２ＣＦ_４＋３／２Ｃ＋ＨＦ＋４４．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ

図３から、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応が発生する圧力値は、温度が高くなると低下する傾向にあることがわかる。また、Ｒ３２もしくはＨＦＯ−１２３４ｙｆを混合させると、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応が発生する圧力値が低下する傾向があることもわかっている。

そこで、冷凍サイクル装置１００Ａでは、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応が発生する温度毎の圧力値の判定値をあらかじめ制御装置２０のプログラムに搭載し、吐出ガス温度と凝縮器出口温度から求められる不均化反応圧力の値（以下、不均化反応圧力値と称する）を演算する。そして、冷凍サイクル装置１００Ａでは、圧縮機１の起動時において、不均化反応圧力値以上にならないように圧縮機１の回転数の上昇を抑制する不均化反応抑制制御を行なう。

例えば、検知圧力が圧力判定値になった場合、圧縮機１の周波数の上昇を停止させ、一定時間後圧力の低下がない場合は、圧縮機１の回転数を低下させる制御を行なう。この制御は、圧縮機１の吐出部と凝縮器として機能する第１熱交換器３の出口部の両方にて行なう。また、制御装置２０に、あらかじめ図６に示すような圧縮機１の起動時の回転数の増加パターンを組み込んでおき、圧縮機１の起動前の圧縮機１の吐出ガス圧力あるいは凝縮器出口圧力によって、圧縮機１の起動パターンを決定してもよい。なお、図６については、実施の形態２で説明する。

以下、冷凍サイクル装置１００Ａの不均化反応抑制制御の具体的な制御フローについて図２を参照しながら説明する。ここで説明する不均化反応抑制制御の制御フローでは、第１熱交換器３が凝縮器として機能している場合を想定している。

冷凍サイクル装置１００Ａが運転を開始すると、制御装置２０は、吐出圧力センサー１０で測定された圧力値、吐出温度センサー１１で測定された温度値から、吐出ガス圧力Ｐ１、吐出ガス温度Ｔ１を検知する（ステップＳ１０１）。
続いて、制御装置２０は、凝縮器出口圧力センサー１２で測定された圧力値、凝縮器出口温度センサー１３で測定された温度値から、凝縮器出口圧力Ｐ２、凝縮器出口温度Ｔ２を検知する（ステップＳ１０２）。

制御装置２０は、吐出ガス圧力Ｐ１が、吐出ガス温度Ｔ１と凝縮器出口温度Ｔ２から求められる不均化反応圧力値の下限値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ１０３）。
吐出ガス圧力Ｐ１が不均化反応圧力値の下限値以下と判断すると（ステップＳ１０３；Ｎ）、制御装置２０は、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。
そして、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値以下と判断すると（ステップＳ１０４；Ｎ）、制御装置２０は、圧縮機１の起動時においても、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応を起こさないと判断し、圧縮機１を通常に制御して、ステップＳ１０１に戻る。

吐出ガス圧力Ｐ１が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいと判断（ステップＳ１０３；Ｙ）、あるいは、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいと判断すると（ステップＳ１０４；Ｙ）、制御装置２０は、圧縮機１の回転数の増加量を０とする（ステップＳ１０５）。これらの場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１の回転数の上昇を抑制する制御を行なう。

続いて、制御装置２０は、あらかじめ定めた圧力低下待機時間が経過したかどうかを判断する（ステップＳ１０６）。圧力低下待機時間が経過していないと判断すると（ステップＳ１０６；Ｎ）、制御装置２０は、ステップＳ１０５に戻り、圧縮機１の回転数の増加量を０にしたままとする。なお、圧力低下待機時間は、吐出ガス圧力Ｐ１、凝縮器出口圧力Ｐ２に応じてあらかじめ定めておけばよく、一律に定まるものではない。

圧力低下待機時間が経過したと判断すると（ステップＳ１０６；Ｙ）、制御装置２０は、吐出ガス圧力Ｐ１、及び、凝縮器出口圧力Ｐ２のいずれもが、不均化反応圧力値の下限値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ１０７）。
そして、吐出ガス圧力Ｐ１、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいと判断すると（ステップＳ１０７；Ｙ）、制御装置２０は、まだ、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１の回転数を低下させる制御を行なう（ステップＳ１０８）。

一方、吐出ガス圧力Ｐ１、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値以下と判断すると（ステップＳ１０７；Ｎ）、制御装置２０は、圧縮機１の起動時においても、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応を起こさないと判断し、圧縮機１を通常に制御して、ステップＳ１０１に戻る。

以上のように、冷凍サイクル装置１００Ａでは、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応圧力値以上にならないように圧縮機１の回転数の上昇を抑制する不均化反応抑制制御を行なう。そのため、冷凍サイクル装置１００Ａによれば、ＨＦＯ−１１２３を使用する場合においても、圧縮機１の吐出ガス圧力および凝縮器出口圧力に基づいてＨＦＯ−１１２３が不均化反応しない圧力範囲内に冷媒回路の圧力を制御することが可能になる。また、冷凍サイクル装置１００Ａによれば、凝縮器出口圧力も検知することで、精度良くＨＦＯ−１１２３の不均化反応を抑制することが可能となる。

さらに、冷凍サイクル装置１００Ａでは、不均化反応を抑制できる圧力範囲を有効に活用できるため、作動冷媒として混合冷媒を用いたとしても、ＨＦＯ−１１２３以外の冷媒の比率を小さくすることができる。そのため、冷凍サイクル装置１００Ａによれば、混合させるＨＦＯ−１１２３以外の冷媒の混合比率を最小限とすることができ、製品のコストの増加を抑制でき、製品の重量の増加（ユニットサイズの大型化）を抑制することも可能になる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置（以下、冷凍サイクル装置１００Ｂと称する）の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図５は、冷凍サイクル装置１００Ｂが実行する不均化反応抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。図６は、冷凍サイクル装置１００Ｂの制御装置２０のプログラムに搭載する圧縮機１の起動パターンを示すグラフである。図４〜図６に基づいて、冷凍サイクル装置１００Ｂについて説明する。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

冷凍サイクル装置１００Ｂは、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａの構成に加え、外気温度センサー１４、水出口温度センサー１５を有している。

外気温度センサー１４は、第１熱交換器３の近傍に設置され、外気の温度を測定する。
水出口温度センサー１５は、第２熱交換器５の水側出口に設置され、第２熱交換器５から流出された水の温度を測定する。
つまり、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、第２熱交換器５で冷媒と水（ブラインでもよい）とが熱交換するようになっている。

冷凍サイクル装置１００Ｂでも、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａと同様に、不均化反応抑制制御を実行する。例えば、冷凍サイクル装置１００Ｂの第１熱交換器３が空冷式である場合、冷房運転において高圧圧力はほぼ外気温度にて想定される。そのため、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、圧縮機１の起動前の外気温度から、圧縮機１の起動後の圧力を推定、外気温度が高い場合には吐出ガス圧力及び凝縮器出口圧力が不均化反応発生圧力にならないように、圧縮機１の起動時の回転数の上昇量を小さくする不均化反応抑制制御を行なう。

以下、冷凍サイクル装置１００Ｂの不均化反応抑制制御の具体的な制御フローについて図５を参照しながら説明する。ここで説明する不均化反応抑制制御の制御フローでは、第１熱交換器３が凝縮器として機能している場合を想定している。

冷凍サイクル装置１００Ｂが運転を開始すると、制御装置２０は、外気温度センサー１４で測定された外気温度が、あらかじめ定めた判定値Ａよりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ２０１）。
外気温度が判定値Ａよりも大きいと判断すると（ステップＳ２０１；Ｙ）、制御装置２０は、圧縮機１を起動パターンＡにて起動する（ステップＳ２０２）。この場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１の回転数の上昇を抑制する制御を行なう。

外気温度が判定値Ａ以下であると判断すると（ステップＳ２０１；Ｎ）、制御装置２０は、外気温度センサー１４で測定された外気温度が、あらかじめ定めた判定値Ｂよりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ２０３）。
外気温度が判定値Ｂよりも大きいと判断すると（ステップＳ２０３；Ｙ）、制御装置２０は、圧縮機１を起動パターンＢにて起動する（ステップＳ２０４）。この場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時において、起動パターンＡのときよりも小さいもののＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１の回転数の上昇を抑制する制御を行なう。なお、判定値Ａは、判定値Ｂよりも高い温度である。

外気温度が判定値Ｂ以下であると判断すると（ステップＳ２０３；Ｎ）、制御装置２０は、圧縮機１を起動パターンＣにて起動する（ステップＳ２０５）。この場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時においても、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応を起こさないと判断し、圧縮機１の回転数を増加して、ステップＳ２０１に戻る。

また、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、暖房運転時においては、圧縮機１の起動前の水出口温度により圧縮機１の起動パターンを決定する（図６参照）。具体的には、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、圧縮機１の起動前の水出口温度から、圧縮機１の起動後の圧力を推定、水出口温度が高い場合には吐出ガス圧力及び凝縮器出口圧力が不均化反応発生圧力にならないように、圧縮機１の起動時の回転数の上昇量を小さくする不均化反応抑制制御を行なう。

例えば、制御装置２０は、圧縮機１の起動前において水出口温度があらかじめ定めた判定値Ａ１よりも高い場合、図６からの起動パターンＡを決定する。この場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１の回転数の上昇を抑制する制御を行なう。

また、制御装置２０は、圧縮機１の起動前において水出口温度が判定値Ａ１以下であって、あらかじめ定めた判定値Ｂ１よりも大きい場合、図６から起動パターンＢを決定する。この場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時において、起動パターンＡのときよりも小さいもののＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１の回転数の上昇を抑制する制御を行なう。なお、判定値Ａ１は、判定値Ｂ１よりも高い温度である。

また、制御装置２０は、圧縮機１の起動前において水出口温度が判定値Ｂ１以下である場合、図６からの起動パターンＣを決定する。この場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動時においても、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応を起こさないと判断し、圧縮機１の回転数を増加する。

以上のように、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、圧縮機１の起動時において、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応圧力値以上にならないように圧縮機１の回転数の上昇を抑制する不均化反応抑制制御を行なう。そのため、冷凍サイクル装置１００Ｂによれば、ＨＦＯ−１１２３を使用する場合においても、外気温度に基づいてＨＦＯ−１１２３が不均化反応しない圧力範囲内に冷媒回路の圧力を制御することが可能になる。また、冷凍サイクル装置１００Ｂによれば、暖房運転時においては、水出口温度も検知することで、精度良くＨＦＯ−１１２３の不均化反応を抑制することが可能となる。

なお、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａでの不均化反応抑制制御を組み入れれば、より精度良くＨＦＯ−１１２３の不均化反応を抑制することが可能となる。このようにすれば、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａが奏する効果を同様に発揮することが可能になる。

＜冷凍サイクル装置１００Ｂの変形例＞
ＨＦ０−１１２３単独使用の場合と、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等との混合冷媒の場合と、では、不均化反応が発生する圧力が異なる。そのため、圧縮機１の起動パターンを決定する外気温度は、制御装置２０にて設定可能とし、ＨＦＯ−１１２３単独使用の場合と、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等との混合冷媒の場合と、で起動パターン変更できるようにする。

図７は、ＨＦＯ−１１２３単独使用の場合と、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ１２３４ｙｆの混合冷媒の場合と、での不均化反応領域を示すグラフである。図７から、ＨＦ０−１１２３単独使用の場合と、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等との混合冷媒の場合と、では、不均化反応が発生する圧力が異なることがわかる。そこで、冷凍サイクル装置１００Ｂでは、作動冷媒がＨＦＯ−１１２３単独使用の場合であるのか、ＨＦＯ−１１２３と他の冷媒の混合冷媒であるのか、ということに応じて、圧縮機１の起動パターンの変更を可能にしている。なお、この内容は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａにも適用することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置（以下、図示はしないが冷凍サイクル装置１００Ｃと称する）が実行する不均化反応抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。図８に基づいて、冷凍サイクル装置１００Ｃについて説明する。なお、実施の形態３では実施の形態１、２との相違点を中心に説明し、実施の形態１、２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。また、冷凍サイクル装置１００Ｃの冷媒回路構成は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａと同じである。

冷凍サイクル装置１００Ｃでも、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００Ａと同様に、不均化反応抑制制御を実行する。具体的には、冷凍サイクル装置１００Ｃでは、圧縮機１の起動後に不均化反応が発生する温度、圧力の状態になった場合には、圧縮機１を一度停止させ、膨張弁４を開ける。こうすることで、冷凍サイクル装置１００Ｃでは、冷媒回路内の冷媒の圧力を低下させ、圧縮機１の吐出ガス圧力および凝縮器出口圧力を低下させる。その後、冷凍サイクル装置１００Ｃは、圧縮機１を再起動させる。

以下、冷凍サイクル装置１００Ｃの不均化反応抑制制御の具体的な制御フローについて図８を参照しながら説明する。ここで説明する不均化反応抑制制御の制御フローでは、第１熱交換器３が凝縮器として機能している場合を想定している。

冷凍サイクル装置１００Ｃが運転を開始すると、制御装置２０は、吐出圧力センサー１０で測定された圧力値、吐出温度センサー１１で測定された温度値から、吐出ガス圧力Ｐ１、吐出ガス温度Ｔ１を検知する（ステップＳ３０１）。
続いて、制御装置２０は、凝縮器出口圧力センサー１２で測定された圧力値、凝縮器出口温度センサー１３で測定された温度値から、凝縮器出口圧力Ｐ２、凝縮器出口温度Ｔ２を検知する（ステップＳ３０２）。

制御装置２０は、吐出ガス圧力Ｐ１が、吐出ガス温度Ｔ１と凝縮器出口温度Ｔ２から求められる不均化反応圧力値の下限値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ３０３）。
吐出ガス圧力Ｐ１が不均化反応圧力値の下限値以下と判断すると（ステップＳ３０３；Ｎ）、制御装置２０は、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ３０４）。
そして、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値以下と判断すると（ステップＳ３０４；Ｎ）、制御装置２０は、圧縮機１の起動後においても、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応を起こさないと判断し、圧縮機１を通常に制御して、ステップＳ３０１に戻る。

吐出ガス圧力Ｐ１が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいと判断（ステップＳ３０３；Ｙ）、あるいは、凝縮器出口圧力Ｐ２が不均化反応圧力値の下限値よりも大きいと判断すると（ステップＳ３０４；Ｙ）、制御装置２０は、圧縮機１を停止し、膨張弁４を開放する（ステップＳ３０５）。これらの場合、制御装置２０は、圧縮機１の起動後において、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応圧力値以上になる可能性があると判断し、圧縮機１を停止し、膨張弁４を開放する制御を行なう。

続いて、制御装置２０は、冷媒回路内の冷媒の圧力があらかじめ定めた圧力値より低下したかどうかを判断する（ステップＳ３０６）。圧力が低下していないと判断すると（ステップＳ３０６；Ｎ）、制御装置２０は、ステップＳ３０５に戻り、圧縮機１の停止、膨張弁４の開放を継続する。なお、あらかじめ定めた圧力値とは、冷媒回路内の冷媒の圧力が不均化反応を起こさない圧力として定めておけばよく、一律に定まるものではない。

圧力が低下したと判断すると（ステップＳ３０６；Ｙ）、制御装置２０は、圧縮機１を再起動する（ステップＳ３０７）。つまり、制御装置２０は、圧縮機１の起動後においても、ＨＦＯ−１１２３が不均化反応を起こさないと判断し、圧縮機１を通常に制御して、ステップＳ１０１に戻る。

以上のように、冷凍サイクル装置１００Ｃでは、圧縮機１の起動後において、ＨＦＯ−１１２３の不均化反応圧力値以上にならないように圧縮機１の回転数の上昇を抑制する不均化反応抑制制御を行なう。そのため、冷凍サイクル装置１００Ｃによれば、ＨＦＯ−１１２３を使用する場合においても、圧縮機１の吐出ガス圧力および凝縮器出口圧力に基づいてＨＦＯ−１１２３が不均化反応しない圧力範囲内に冷媒回路の圧力を制御することが可能になる。また、冷凍サイクル装置１００Ａによれば、凝縮器出口圧力も検知することで、精度良くＨＦＯ−１１２３の不均化反応を抑制することが可能となる。

さらに、冷凍サイクル装置１００Ｃでは、不均化反応を抑制できる圧力範囲を有効に活用できるため、作動冷媒として混合冷媒を用いたとしても、ＨＦＯ−１１２３以外の冷媒の比率を小さくすることができる。そのため、冷凍サイクル装置１００Ｃによれば、混合させるＨＦＯ−１１２３以外の冷媒の比率を最小限とすることができ、製品のコストの増加を抑制でき、製品の重量の増加（ユニットサイズの大型化）を抑制することも可能になる。

以上、本発明に係る冷凍サイクル装置を３つの実施の形態に分けて説明したが、これらに限定せず、本発明の範疇及び精神を逸脱することなく、さまざまに変形または変更可能である。また、各実施の形態で説明した内容を適宜組み合わせて冷凍サイクル装置を構成してもよい。

なお、各実施の形態で説明した冷凍サイクル装置は、空気調和装置（例えば、冷凍装置、ルームエアコン、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコン等）、ヒートポンプ給湯機等、冷凍サイクルを備えた装置に適用して利用することができる。

１圧縮機、２四方弁、３第１熱交換器、４膨張弁、５第２熱交換器、１０吐出圧力センサー、１１吐出温度センサー、１２凝縮器出口圧力センサー、１３凝縮器出口温度センサー、１４外気温度センサー、１５水出口温度センサー、２０制御装置、３０冷媒配管、１００Ａ冷凍サイクル装置、１００Ｂ冷凍サイクル装置、１００Ｃ冷凍サイクル装置。

Claims

少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路を有し、前記冷媒回路に不均化反応を起こす性質を有する冷媒を含む冷媒が充填された冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機の起動時において、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の吐出ガス温度と、前記凝縮器から流出された前記冷媒の凝縮器出口温度と、から求められる前記冷媒の不均化反応圧力値の下限値に基づいて前記圧縮機の回転数抑制を行なう
冷凍サイクル装置。
前記不均化反応圧力値以上にならないように前記圧縮機の回転数の上昇を抑制する
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記不均化反応圧力値以上にならないように前記圧縮機の起動パターンを決定する
請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
前記凝縮器が、前記冷媒と空気とで熱交換するものであり、
前記圧縮機の起動前の外気温度により、前記圧縮機の起動後の圧力を推定し、前記不均化反応圧力値以上にならないように前記圧縮機の起動パターンを決定する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
前記蒸発器が、前記冷媒と水とで熱交換するものであり、
前記圧縮機の起動前の水温度により、前記圧縮機の起動後の圧力を推定し、前記不均化反応圧力値以上にならないように前記圧縮機の起動パターンを決定する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
前記圧縮機の起動後において、起動後の前記冷媒回路内の圧力が、前記不均化反応圧力値以上になるとき、
前記圧縮機を停止させ、前記膨張弁を開放し、前記冷媒回路内の圧力を低下させてから、再び前記圧縮機を起動させる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。