JP7151282B2

JP7151282B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP7151282B2
Application number: JP2018162588A
Authority: JP
Inventors: 政彦宇津井; 将弘近藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: JP2020034249A

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

例えば、空気調和機、冷蔵機器、給湯器等の冷凍サイクル装置には、冷媒が循環する冷媒回路に、圧縮機及びアキュムレータが接続されたものがある。このような冷凍サイクル装置では、冷媒として、ＧＷＰ（Global Warming Potential:地球温暖化係数）が低いＨＦＯ－１１２３冷媒を使用することが提案されている。ＨＦＯ－１１２３冷媒は、高温、高圧の条件下で大きな発熱を伴う不均化反応を起こし易い。ＨＦＯ－１１２３冷媒は、例えば、圧縮機の内部の摺動部分で発生する異常摩耗に伴う高温が着火源となって不均化反応を起こす。冷凍サイクル装置において不均化反応が生じた場合、温度や圧力の急激な上昇によって、圧縮機やこれに接続された冷媒配管が損傷するおそれがある。

このため、ＨＦＯ－１１２３冷媒を使用する場合は、ＨＦＯ－１１２３冷媒と不均化反応を起こさない冷媒を混合した混合冷媒を用いることにより、ＨＦＯ－１１２３冷媒を単体で用いる場合と比べて、ＨＦＯ－１１２３冷媒の不均化反応が起きることを抑える技術がある。例えば、特許文献１には、ＨＦＯ－１１２３冷媒に不均化反応を起こさないＲ１２３４ｙｆ冷媒を混合した混合冷媒を冷凍サイクル装置に用い、ＨＦＯ－１１２３冷媒とＲ１２３４ｙｆ冷媒の合計量に対するＨＦＯ－１１２３冷媒の比率を所定の範囲とすることで、不均化反応を抑えることが記載されている。

国際公開第２０１７／１４５２４５号

ＨＦＯ－１１２３冷媒に混合する冷媒として、ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも沸点が高く、かつ、ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも不均化反応を起こし難いまたは不均化反応を起こさない冷媒（以下、高沸点冷媒と称する。）をＨＦＯ－１１２３冷媒と混合した非共沸混合冷媒を冷凍サイクル装置に使用した場合、冷凍サイクル装置の運転時、冷媒回路に接続されたアキュムレータの内部には、非共沸混合冷媒における２つの冷媒の沸点の違いに起因して、高沸点冷媒が占める比率が大きい液冷媒が溜まる傾向がある。ここで、不均化反応を起こし難い冷媒とは、非共沸混合冷媒における比率がＨＦＯ－１１２３冷媒と同じであるときに、ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも高い温度または圧力で不均化反応を起こす冷媒である。

このため、アキュムレータから圧縮機へ吸入される非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が高くなってしまう。非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率と、非共沸混合冷媒に不均化反応が発生する温度及び圧力との間には、ＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が高くなるほど、不均化反応が発生する温度及び圧力が低くなる関係がある。したがって、圧縮機内での非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が大きくなることにより、非共沸混合冷媒に不均化反応が起きる温度、圧力が低下するので、圧縮機の内部で不均化反応が起こり易くなる問題がある。

一方、冷凍サイクル装置では、圧縮機の使用上における冷媒の温度及び圧力の各上限値がある。冷凍サイクル装置では、圧縮機から吐出される冷媒の温度及び圧力をセンサによって検出することで、温度及び圧力が各上限値を超えるおそれがある場合に、制御回路によって圧縮機を停止させる保護制御を行っている。このため、ＨＦＯ－１１２３冷媒を含む非共沸混合冷媒を使用する際、ＨＦＯ－１１２３冷媒が不均化反応を起こす温度及び圧力が、保護制御によって圧縮機を停止させる温度及び圧力よりも高い場合には、圧縮機の内部で不均化反応が発生する前に圧縮機が停止されるので、圧縮機の内部で不均化反応が発生することを抑えられる。しかしながら、上述のように非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１２３冷媒の比率の変化に伴って、非共沸混合冷媒が不均化反応を起こす温度、圧力が低下して圧縮機を保護制御で停止させる温度や圧力よりも低くなった場合は、圧縮機を停止させる保護制御では不均化反応の発生を防ぐことができない問題がある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、圧縮機の内部でＨＦＯ－１１２３冷媒と高沸点冷媒とを混合した非共沸混合冷媒に不均化反応が生じることを抑え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。

本願の開示する冷凍サイクル装置の一態様は、ＨＦＯ－１１２３冷媒と、前記ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも沸点が高く、かつ前記ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも不均化反応を起こし難い少なくとも１種類の高沸点冷媒とを混合した非共沸混合冷媒が充填された冷媒回路と、前記冷媒回路に接続された圧縮機と、前記冷媒回路と前記圧縮機とに接続され、前記圧縮機から前記冷媒回路を経て流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するアキュムレータと、前記圧縮機から吐出される前記非共沸混合冷媒の温度または圧力が各々の所定の閾値を超えたときに前記圧縮機を停止させる制御部と、を備え、前記アキュムレータは、分離した前記ガス冷媒を前記アキュムレータから前記圧縮機へ送る吸入内管を有し、前記吸入内管は、前記アキュムレータの内部に溜まった前記液冷媒を前記吸入内管に流入させる少なくとも１つの戻し穴を有し、前記戻し穴の開口面積の総和は、０．７［ｍｍ ^２］を超えるように形成され、前記非共沸混合冷媒の温度及び圧力が各々の前記閾値以下であるときに前記圧縮機の内部において前記非共沸混合冷媒の総量に対して前記ＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が７０［ｗｔ％］よりも小さくなるように、前記アキュムレータから前記圧縮機へ前記高沸点冷媒を戻すことが可能にされ、前記制御部は、前記非共沸混合冷媒の温度が８５［℃］を超えたとき、または前記非共沸混合冷媒の圧力が６．０［ＭＰａ］を超えたときに前記圧縮機を停止させる。

本願の開示する冷凍サイクル装置の一態様によれば、圧縮機の内部でＨＦＯ－１１２３冷媒と高沸点冷媒とを混合した非共沸混合冷媒に不均化反応が生じることを抑えることができる。

図１は、実施例の冷凍サイクル装置全体を示す模式図である。図２は、実施例の冷凍サイクル装置の室外機及び室内機の制御回路を示すブロック図である。図３は、実施例の冷凍サイクル装置の室外機及び室内機の接続状態を示す模式図である。図４は、実施例の冷凍サイクル装置のアキュムレータを示す模式図である。図５は、実施例で用いる非共沸混合冷媒について、不均化反応を起こす圧力と、ＨＦＯ－１１２３冷媒の比率との関係を説明するためのグラフである。図６は、実施例におけるアキュムレータの戻し穴の開口面積の総和と、圧縮機の内部の非共沸混合冷媒におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比との関係を説明するためのグラフである。

以下に、本願の開示する冷凍サイクル装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する冷凍サイクル装置が限定されるものではない。

実施例の冷凍サイクル装置では、ＨＦＯ－１１２３冷媒と、ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも沸点が高く、かつＨＦＯ－１１２３冷媒よりも不均化反応を起こし難いまたは不均化反応を起こさない少なくとも１種類の高沸点冷媒とを混合した非共沸混合冷媒が用いられる。高沸点冷媒としては、例えば、Ｒ３２冷媒等が用いられる。ここで、不均化反応を起こし難い冷媒とは、非共沸混合冷媒における比率がＨＦＯ－１１２３冷媒と同じであるときに、ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも高い温度または圧力で不均化反応を起こす冷媒である。また、非共沸混合冷媒は、ＨＦＯ－１１２３冷媒と、２種類以上の高沸点冷媒とが混合されてもよい。２種類以上の高沸点冷媒を混合する組み合わせとしては、例えば、ＨＦＯ－１１２３冷媒と、Ｒ３２冷媒と、Ｒ１２３４ｙｆ冷媒とが混合されてよい。この組み合わせの場合、ＨＦＯ－１１２３冷媒が少なくとも４０［ｗｔ％］、Ｒ３２冷媒が少なくとも４０［ｗｔ％］、Ｒ１２３４ｙｆ冷媒が少なくとも１５［ｗｔ％］である。以下、単に冷媒と記載した場合には、上述した非共沸混合冷媒を指している。

実施例の冷凍サイクル装置としては、建物の屋上に設置される１台の室外機に、建物の各階に１台ずつ設置される各室内機が並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転または暖房運転を行うことが可能な空気調和装置を一例として説明する。図１は、実施例の冷凍サイクル装置全体を示す模式図である。図２は、実施例の冷凍サイクル装置の室外機及び室内機の制御回路を示すブロック図である。図３は、実施例の冷凍サイクル装置の室外機及び室内機の接続状態を示す模式図である。

（冷凍サイクル装置の構成）
図１及び図３に示すように、実施例の冷凍サイクル装置１は、建物の屋上に設置される１台の室外機２と、建物の各階に設置され、室外機２に液管８及びガス管９を介して並列に接続された３台の室内機５ａ～５ｃと、を備えている。液管８は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に接続され、他端が分岐して室内機５ａ～５ｃの各液管接続部５３ａ～５３ｃにそれぞれ接続されている。ガス管９は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に接続され、他端が分岐して室内機５ａ～５ｃの各ガス管接続部５４ａ～５４ｃにそれぞれ接続されている。以上により、冷凍サイクル装置１が有する冷媒回路１００が構成されている。

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、液管８の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管９の一端が接続された閉鎖弁２６と、冷媒貯留器であるアキュムレータ２８と、室外ファン２７と、を備えている。室外ファン２７を除くこれら各部は、後述する各冷媒配管を介して相互に接続されており、冷媒回路１００の一部をなす室外機冷媒回路２０を構成している。

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御されるモータ（図示せず）によって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型の圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、後述する四方弁２２のポートａと吐出管４１を介して接続されている。圧縮機２１の冷媒吸入側は、アキュムレータ２８の冷媒流出側と吸入管４２を介して接続されている。このように圧縮機２１は、冷媒が充填された冷媒回路１００に接続されている。また、圧縮機２１の内部には、摺動部分（図示せず）を潤滑する潤滑油としての冷凍機油が貯留されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、４つのポートａ、ｂ、ｃ、ｄを有している。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側に吐出管４１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口に冷媒配管４３で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２８の冷媒流入側に冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６に室外機ガス管４５で接続されている。

室外熱交換器２３は、室外機２の内部に取り込まれた外気を、冷媒と後述する室外ファン２７による送風によって熱交換させる。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述のように四方弁２２のポートｂに冷媒配管４３で接続されており、他方の冷媒出入口が室外機液管４４を介して閉鎖弁２５に接続されている。

室外膨張弁２４は、室外機液管４４に設けられている。室外膨張弁２４は、電子膨張弁であり、その開度が調整されることにより、室外熱交換器２３に流入する冷媒量、または、室外熱交換器２３から流出する冷媒量を調整する。室外膨張弁２４の開度は、冷凍サイクル装置１が冷房運転を行っている場合に全開とされる。また、冷凍サイクル装置１が暖房運転を行っている場合は、後述する吐出温度センサ３３が検出した圧縮機２１の吐出温度に応じて、室外膨張弁２４の開度を制御することにより、冷媒の吐出温度が、圧縮機２１の使用上の上限値を超えないように調整される。

室外ファン２７は、樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、吸込口（図示せず）から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を、吹出口（図示せず）から室外機２の外部へ放出する。

上述のように、アキュムレータ２８の冷媒流入側は四方弁２２のポートｃに冷媒配管４６を介して接続されるとともに、アキュムレータ２８の冷媒流出側が圧縮機２１の冷媒吸入側に吸入管４２を介して接続されている。

（アキュムレータの構成）
図４は、実施例の冷凍サイクル装置１のアキュムレータ２８を示す模式図である。図４に示すように、アキュムレータ２８の内部には、冷媒回路１００から冷媒が流入する流入管２９と、アキュムレータ２８の下部に溜まった液冷媒と冷凍機油を戻す戻し穴３０ａを有する流入内管３０に吸入して、ガス冷媒と共に圧縮機２１へ戻す吸入内管３０が設けられている。図１及び図４に示すように、流入管２９は、一端が冷媒配管４６に接続されており、他端がアキュムレータ２８の上面を貫通してアキュムレータ２８の内部に開放されている。吸入内管３０は、両端が上方に向けられたＵ字状に形成されている。吸入内管３０は、一端が、吸入管４２に接続されており、他端が、流入管２９の下端よりも上方の位置で開口するように延ばされている。吸入内管３０は、円形状をなす複数の戻し穴３０ａを有しており、複数の戻し穴３０ａが吸入内管３０の上下方向に所定の間隔をあけて形成されている。複数の戻し穴３０ａの詳細については後述する。なお、アキュムレータ２８の内部の構造は、図４に示す構造に限定されるものではない。

上述のように形成されたアキュムレータ２８は、冷媒配管４６からアキュムレータ２８の内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離してガス冷媒を圧縮機２１に吸入させる。また、アキュムレータ２８では、圧縮機２１から冷媒回路１００を経て流入した冷凍機油が、戻し穴３０ａを通して液冷媒と共に吸入内管３０に吸引され、ガス冷媒と共に液冷媒及び冷凍機油を圧縮機２１へ戻る。

また、室外機２は、上述した構成に加えて、各種のセンサを有している。図１に示すように、吐出管４１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２８の冷媒流入口の近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ３２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。

室外機液管４４における室外熱交換器２３と室外膨張弁２４との間には、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度、または室外熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出するための熱交温度センサ３５が設けられている。そして、室外機２の吸込口（図示せず）の近傍には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ３６が設けられている。

また、室外機２は、制御部としての室外機制御回路２００を備えている。室外機制御回路２００は、室外機２の電装品箱（図示せず）に格納されている制御基板に搭載されている。図２に示すように、室外機制御回路２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０と、を有している。

記憶部２２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）を有しており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２７の制御状態等を記憶する。通信部２３０は、室内機５ａ～５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサが検出した検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、上述した室外機２の各センサが検出した検出結果を、センサ入力部２４０を介して取り込む。また、ＣＰＵ２１０は、室内機５ａ～５ｃから送信される制御信号を、通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果及び制御信号に基づいて、圧縮機２１及び室外ファン２７の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果及び制御信号に基づいて、四方弁２２の切り換え制御を行う。さらに、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果及び制御信号に基づいて、室外膨張弁２４の開度を調整する。

次に、３台の室内機５ａ～５ｃについて説明する。３台の室内機５ａ～５ｃは、室内熱交換器５１ａ～５１ｃと、室内膨張弁５２ａ～５２ｃと、分岐した液管８の他端が接続された液管接続部５３ａ～５３ｃと、分岐したガス管９の他端が接続されたガス管接続部５４ａ～５４ｃと、室内ファン５５ａ～５５ｃと、を備えている。そして、室内ファン５５ａ～５５ｃを除くこれら各部は、後述する各冷媒配管を介して相互に接続されて、冷媒回路１００の一部をなす室内機冷媒回路５０ａ～５０ｃを構成している。

なお、室内機５ａ～５ｃの構成は同じであるので、室内機５ａの構成についてのみ説明を行い、室内機５ｂ、５ｃについての説明を省略する。図１では、室内機５ａの各構成部に付けた符号の末尾を、ａからｂ及びｃにそれぞれ変更したものが、室内機５ａの各構成部と対応する室内機５ｂ、５ｃの各構成部となる。

室内熱交換器５１ａは、吸込口（図示せず）から室内機５ａの内部に取り込まれた室内空気を、冷媒と後述する室内ファン５５ａによる送風によって熱交換させる。室内熱交換器５１ａは、一方の冷媒出入口と液管接続部５３ａが室内機液管７１ａで接続されており、他方の冷媒出入口とガス管接続部５４ａが室内機ガス管７２ａで接続されている。室内熱交換器５１ａは、室内機５ａが冷房運転を行う場合に蒸発器として機能し、室内機５ａが暖房運転を行う場合に凝縮器として機能する。

室内膨張弁５２ａは、室内機液管７１ａに設けられている。室内膨張弁５２ａは、電子膨張弁であり、室内熱交換器５１ａが蒸発器として機能する場合、すなわち室内機５ａが冷房運転を行う場合、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（ガス管接続部５４ａ側）での冷媒過熱度が目標冷媒過熱度となるように調整される。ここで、目標冷媒過熱度とは、室内機５ａで十分な冷房能力が発揮されるための冷媒過熱度である。また、室内膨張弁５２ａは、室内熱交換器５１ａが凝縮器として機能する場合、すなわち室内機５ａが暖房運転を行う場合、室内熱交換器５１ａの冷媒出口（液管接続部５３ａ側）での冷媒過冷却度が平均冷媒過冷却度となるように調整される。

室内ファン５５ａは、樹脂材で形成されており、室内熱交換器５１ａの近傍に配置されている。室内ファン５５ａは、ファンモータ（図示せず）によって回転されることで、吸込口（図示せず）から室内機５ａの内に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１ａにおいて冷媒と熱交換した室内空気を吹出口（図示せず）から室内へ供給する。

上述した構成に加えて、室内機５ａには各種のセンサが設けられている。室内機液管７１ａにおける室内熱交換器５１ａと室内膨張弁５２ａとの間には、室内熱交換器５１ａに流入、または室内熱交換器５１ａから流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６１ａが設けられている。室内機ガス管７２ａには、室内熱交換器５１ａから流出、または室内熱交換器５１ａに流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ６２ａが設けられている。室内機５ａの吸込口（図示せず）の近傍には、室内機５ａの内部に流入する室内空気の温度、すなわち吸込温度を検出する吸込温度センサ６３ａが設けられている。室内機５ａの吹出口（図示せず）の近傍には、室内熱交換器５１ａで冷媒と熱交換を行って室内機５ａから室内に放出される空気の温度、すなわち吹出温度を検出する吹出温度センサ６４ａが設けられている。

また、室内機５ａは、室内機制御回路５００ａを備えている。室内機制御回路５００ａは、室内機５ａの電装品箱（図示せず）に格納された制御基板に搭載されており、図２に示すように、ＣＰＵ５１０ａと、記憶部５２０ａと、通信部５３０ａと、センサ入力部５４０ａと、を備えている。

記憶部５２０ａは、ＲＯＭやＲＡＭを有しており、室内機５ａの制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、使用者による空調運転に関する設定情報等を記憶する。通信部５３０ａは、室外機２及び他の室内機５ｂ、５ｃとの通信を行うインターフェイスである。センサ入力部５４０ａは、室内機５ａの各種センサが検出した検出結果を取り込んでＣＰＵ５１０ａに出力する。

ＣＰＵ５１０ａは、上述した室内機５ａの各センサが検出した検出結果を、センサ入力部５４０ａを介して取り込む。また、ＣＰＵ５１０ａは、使用者がリモコン（図示せず）を用いて設定した運転情報やタイマー運転設定等を含んだ信号をリモコン受光部（図示せず）を介して取り込む。また、ＣＰＵ５１０ａは、運転開始／停止信号や運転情報（設定温度や室内温度等）を含んだ制御信号を、通信部５３０ａを介して室外機２に送信すると共に、室外機２が検出した吐出圧力等の情報を含む制御信号を、通信部５３０ａを介して室外機２から受信する。ＣＰＵ５１０ａは、取り込んだ検出結果やリモコン及び室外機２から送信された信号に基づいて、室内膨張弁５２ａの開度調整や室内ファン５５ａの駆動制御を行う。なお、冷凍サイクル装置１の制御回路は、上述の室外機制御回路２００と室内機制御回路５００ａ～５００ｃとによって構成される。

（室外機及び室内機の配置）
以上のように構成された冷凍サイクル装置１は、図３に示すように、建物６００に設置されている。具体的には、室外機２が屋上（ＲＦ）に配置されており、室内機５ａが３階（３Ｆ）、室内機５ｂが２階（２Ｆ）、室内機５ｃが１階（１Ｆ）に、それぞれ設置されている。室外機２と室内機５ａ～５ｃとは、上述した液管８とガス管９とで相互に接続されており、これら液管８とガス管９とが、建物６００の壁面内や天井裏に埋設されている。

（冷凍サイクル装置の動作）
次に、本実施形態における冷凍サイクル装置１の空調運転時の冷媒回路１００における冷媒の流れや各部の動作について、図１を用いて説明する。以下、室内機５ａ～５ｃが暖房運転を行う場合について説明し、冷房／除霜運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１における矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１に示すように、室内機５ａ～５ｃが暖房運転を行う場合、室外機制御回路２００のＣＰＵ２１０は、四方弁２２を図１中に実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄを連通させ、ポートｂとポートｃを連通させるように切り換える。これにより、冷媒回路１００が、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器５１ａ～５１ｃが凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管４５、閉鎖弁２６、ガス管９、ガス管接続部５４ａ～５４ｃの順に流れて室内機５ａ～５ｃに流入する。室内機５ａ～５ｃに流入した冷媒は、室内機ガス管７２ａ～７２ｃを流れて室内熱交換器５１ａ～５１ｃに流入し、室内ファン５５ａ～５５ｃの回転によって室内機５ａ～５ｃの内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器５１ａ～５１ｃが凝縮器として機能し、室内熱交換器５１ａ～５１ｃで冷媒と熱交換を行って加熱された室内空気が吹出口（図示せず）から室内に吹き出されることによって、室内機５ａ～５ｃが設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器５１ａ～５１ｃから流出した冷媒は室内機液管７１ａ～７１ｃを流れ、室内膨張弁５２ａ～５２ｃを通過して減圧される。減圧された冷媒は、室内機液管７１ａ～７１ｃを流れて液管接続部５３ａ～５３ｃを介して液管８に流入する。

液管８を流れる冷媒は、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機液管４４を流れ、吐出温度センサ３３で検出した圧縮機２１の吐出温度に応じて開度が調整された室外膨張弁２４を通過するときに更に減圧される。室外機液管４４から室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転によって室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒配管４３、四方弁２２、冷媒配管４６、アキュムレータ２８、吸入管４２の順に流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

なお、室内機５ａ～５ｃが冷房／除霜運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、四方弁２２を図１中に破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとを連通させ、ポートｃとポートｄとを連通させるように切り換える。これにより、冷媒回路１００は、室外熱交換器２３が凝縮器として機能すると共に室内熱交換器５１ａ～５１ｃが蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

（冷凍サイクル装置の特徴的な構成）
次に、実施例の冷凍サイクル装置１の室外機の特徴的な構成について説明する。冷凍サイクル装置１で用いられる非共沸混合冷媒は、上述したようにＨＦＯ－１１２３冷媒に高沸点冷媒を混合したものであり、ＨＦＯ－１１２３冷媒と高沸点冷媒の合計量に対する比率として、例えば、高沸点冷媒の重量比が４０［ｗｔ％］以上混合されることで、ＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比が６０［ｗｔ％］以下にされている。後述するように、冷凍サイクル装置１では、室外機２が有する圧縮機２１内において、非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比の増加を抑えるようにアキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒が戻される。

まず、非共沸混合冷媒の総重量に対してＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比［ｗｔ％］と、非共沸混合冷媒が不均化反応を起こす温度及び圧力との関係について、表１を参照して説明する。

表１に示すように、非共沸混合冷媒は、ＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が６０［ｗｔ％］のときに不均化反応が生じる温度が１３０［℃］、圧力が［８．０ＭＰａ］であり、６５［ｗｔ％］のときに不均化反応が生じる温度が１３０［℃］、圧力が［６．０ＭＰａ］である。しかし、非共沸混合冷媒においてＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が７０［ｗｔ％］以上になったとき、非共沸混合冷媒が不均化反応を起こす温度が８５［℃］、圧力が［６．０ＭＰａ］に低下する。このため、例えば、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が大きい場合は、ＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が小さい場合に比べて、摺動部分で発生する異常摩耗に伴う高温が着火源となって非共沸混合冷媒が不均化反応を起こし易くなる。すなわち、圧縮機２１の内部において、共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比の増加に伴って、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒に、相対的に低い温度、圧力で不均化反応が発生する傾向がある（図５参照）。本実施例では、ＨＦＯ－１１２３冷媒の比率の一例として、重量比［ｗｔ％］が用いられるが、重量比［ｗｔ％］に限定されるものではない。

一方、冷凍サイクル装置１では、本発明の課題で述べたように、冷凍サイクル装置１の運転時、冷媒回路１００に接続されたアキュムレータ２８の下部に、非共沸混合冷媒に含まれる２つの冷媒の沸点の違いに起因して、アキュムレータ２８内に流入した非共沸混合冷媒のうち、高沸点冷媒の方が液化してアキュムレータ２８内に留まり易い。このため、アキュムレータ２８から流出するガス冷媒である非共沸混合冷媒に含まれるＨＦＯ－１１２３冷媒の割合が高くなる。これに伴い、アキュムレータ２８内で液冷媒と分離されて圧縮機２１へ吸入されるガス冷媒には、ＨＦＯ－１１２３が多く含まれている。このため、アキュムレータ２８から圧縮機２１の内部に吸入される非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比が高くなることで不均化反応が発生する温度及び圧力が低下するので、圧縮機２１の内部で非共沸混合冷媒が不均化反応を起こすおそれが高まる。

また、一般的な制御として、冷凍サイクル装置１では、圧縮機２１の使用上における冷媒の温度及び圧力の各上限値があるため、制御部としての室外機制御回路２００が、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度や圧力が、閾値である各上限値を超えるおそれがある場合に圧縮機２１を停止させる保護制御を行っている。このような圧縮機２１の破損を防ぐための保護制御により、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒が不均化反応を起こすことも抑えられる。

上述の保護制御を行うために、室外機２は、吐出温度センサ３３によって、圧縮機２１から吐出される非共沸混合冷媒の温度を検出し、吐出圧力センサ３１によって、圧縮機２１から吐出される非共沸混合冷媒の圧力である吐出圧力を検出する（図１参照）。ここで、室外機制御回路２００のＣＰＵ２１０は、吐出温度センサ３３及び吐出圧力センサ３１で検出した圧力及び温度を、センサ入力部２４０を介して取り込み、取り込んだ温度が８５℃以上、あるいは、取り込んだ圧力が６．０ＭＰａ以上のいずれかであれば、圧縮機２１を停止させる保護制御を実行する。

図５は、実施例で用いる非共沸混合冷媒について、不均化反応を起こす圧力［ＭＰａ］と、ＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比［ｗｔ％］との関係を説明するためのグラフである。図５において、非共沸混合冷媒の温度が８５［℃］のときに非共沸混合冷媒に不均化反応が生じる発生領域を、斜線部分で示す。

図５に示すように、温度が８５［℃］の非共沸混合冷媒では、高沸点冷媒の重量比［ｗｔ％］が減少し、ＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比が６０［ｗｔ％］から７０［ｗｔ％］に増加するにつれて、不均化反応が起きる圧力が低下し、ＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比が７０［ｗｔ％］以上となれば、圧力が６．０ＭＰａ以下で不均化反応が起こる。したがって、非共沸混合冷媒の圧力が６．０［ＭＰａ］になった場合、上述の保護制御によって室外機制御回路２００が圧縮機２１を停止させる前に、圧縮機２１の内部で非共沸混合冷媒に不均化反応が起こるおそれがある。つまり、ＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比が７０［ｗｔ％］以上になったときは、保護制御が作動しない６．０［ＭＰａ］以下の圧力であっても不均化反応が起きてしまう。このように、圧縮機２１の保護制御だけでは、冷凍サイクル装置１の運転に伴ってＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比が変化する非共沸混合冷媒に不均化反応が発生することを十分に抑えることができない。

そこで、本実施例では、アキュムレータ２８内に溜まった、高沸点冷媒が占める重量比が高い液冷媒を、吸入内管３０の戻し穴３０ａを通して、ガス冷媒および冷凍機油と共に圧縮機２１へ所定量以上を戻すことで、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒に対して占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比を７０［ｗｔ％］よりも小さくするように構成されている。

そのため、アキュムレータ２８の戻し穴３０ａは、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒に対して占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比を７０［ｗｔ％］よりも小さくするために十分な量の液冷媒を圧縮機２１へ送ることが可能な大きさに形成されている。戻し穴３０ａの大きさ、すなわち戻し穴３０ａの開口面積によって、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ送られる液冷媒の送り量が決まる。したがって、戻し穴３０ａの開口面積を、圧縮機２１の内部でのＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比を７０［ｗｔ％］よりも小さくするために十分な大きさに確保することにより、アキュムレータ２８内に溜められた高沸点冷媒を圧縮機２１へ十分に戻すことが可能になる。

図６は、実施例におけるアキュムレータ２８の戻し穴３０ａの開口面積［ｍｍ^２］の総和と、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比［ｗｔ％］との関係を説明するためのグラフである。図６に示すように、複数の戻し穴３０ａの開口面積の総和が０．７［ｍｍ^２］であるときに、圧縮機２１の内部でＨＦＯ－１１２３冷媒が非共沸混合冷媒に占める重量比が７０［ｗｔ％］であった。したがって、複数の戻し穴３０ａの開口面積の総和が０．７［ｍｍ^２］を超えるように複数の戻し穴３０ａが形成されることで、アキュムレータ２８内の液冷媒の液面高さが高くなる最悪条件下においても、複数の戻し穴３０ａの全てから高沸点冷媒を圧縮機２１へ戻すことによって、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比を７０［ｗｔ％］よりも小さく保つことができる。

＜前提＞
戻し穴３０ａの大きさ、個数、位置は、後述の＜最悪条件＞下であっても、圧縮機２１の内部で不均化反応が起こり易い温度または圧力とならないように、高沸点冷媒の戻し量が確保できるように決定される。
＜最悪条件＞
冷凍サイクル装置１の暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換機２３において、着霜や室外ファン２７の異常停止等の理由により、通風量が大幅に減少して蒸発能力が低下し、蒸発しきらない非共沸混合冷媒がアキュムレータ２８に流入する。

上述のように、戻し穴３０ａの開口面積の大きさを決定することにより、圧縮機２１の内部における、非共沸混合冷媒に対してＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が、例えば、温度が８５［℃］以下または圧力が６．０［ＭＰａ］以下の非共沸混合冷媒が不均化反応を起こす重量比である７０［ｗｔ％］よりも小さくなるように、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒を戻すことが可能になる。

なお、本実施形態では、アキュムレータ２８から高沸点冷媒を圧縮機２１へ所定量以上を戻すことによって、圧縮機２１の内部でＨＦＯ－１１２３冷媒が非共沸混合冷媒に対して占める重量比を、７０［ｗｔ％］よりも小さくすることに限定するものではない。圧縮機２１の内部におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の重量比［ｗｔ／％］は、上述の保護制御が作動する閾値である温度または圧力以下で非共沸混合冷媒が不均化反応を起こす比率よりも小さくなるように、アキュムレータ２８から高沸点冷媒を圧縮機２１へ所定量以上を戻すように決定されればよく、例えば、後述する戻し穴３０ａの大きさが、保護制御が作動する温度または圧力に応じて適宜変更されてよい。

また、共沸混合冷媒として、ＨＦＯ－１１２３冷媒と、２種類以上の高沸点冷媒とが混合されたものが用いられる場合にも、圧縮機２１の内部で不均化反応が起きる圧力または温度は、保護制御が行われる温度または圧力以下とならないように、高沸点冷媒をアキュムレータ２８から圧縮機２１へ戻すことが可能な大きさに戻し穴３０ａが形成されている。

（アキュムレータの戻し穴）
戻し穴３０ａは、プレス加工や穴あけ加工によって、吸入内管３０の内部に貫通して形成されている。

本実施例における吸入内管３０は、外径が１９［ｍｍ］程度であり、内径が１７［ｍｍ］程度に形成されている。吸入内管３０は、内部に貫通する戻し穴３０ａを形成することにより機械的強度が低下するので、戻し穴３０ａの直径を、内径の１／２以下に形成することが望ましい。なお、図４は模式図であり、実際の寸法比とは異なる。

なお、本実施例では、複数の戻し穴３０ａを有するが、アキュムレータ２８の構造等に応じて、１つの戻し穴３０ａの開口面積の総和が０．７［ｍｍ^２］を超えるように形成されてもよい。また、複数の戻し穴３０ａのうち、吸入内管３０の最下端に位置する戻し穴３０ａの開口面積が、０．７［ｍｍ^２］を超えるように形成されてもよい。

また、アキュムレータ２８の吸入内管３０には、図４に示すように、複数の戻し穴３０ａが、アキュムレータ２８の上下方向に間隔をあけて配置されているので、アキュムレータ２８内に溜められた液冷媒の液面高さに応じて、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ戻される高沸点冷媒の戻り量を増やすことができる。

具体的には、アキュムレータ２８内の液冷媒の液面高さが低い場合には、吸入内管３０の下端側の戻し穴３０ａから高沸点冷媒が戻される。アキュムレータ２８内の液冷媒の液面高さが上昇した場合には、吸入内管３０の下端側の戻し穴３０ａよりも上方に位置する戻し穴３０ａからも高沸点冷媒が戻されるので、高沸点冷媒の戻り量が増える。アキュムレータ２８内の液冷媒の液面高さが更に上昇して上述した最悪条件となった場合には、吸入内管３０の全ての戻し穴３０ａから高沸点冷媒が戻されるので、最悪条件下においても高沸点冷媒の戻り量が十分に確保される。このように、アキュムレータ２８内に溜められた液冷媒の液面高さに応じて、高沸点冷媒の戻り量が制御される。アキュムレータ２８内の液冷媒の量が多いほど、圧縮機２１の内部におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が高いので、より多くの高沸点冷媒をアキュムレータ２８から圧縮機２１へ戻す必要がある。このため、上述のように戻り量が増えることで、圧縮機２１の内部におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が効率的に下げられる。加えて、上述のように高沸点冷媒の戻り量が制御されることにより、アキュムレータ２８内の液冷媒の貯留量が少なく、非共沸混合冷媒におけるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が正常であるとき等には、アキュムレータ２８から必要量以上の液冷媒が圧縮機２１へ戻ることを抑えることができる。

加えて、吸入内管３０の上下方向に複数の戻し穴３０ａが配置されることで、例えば、１つの戻し穴３０ａがスラッジ等で詰まった場合であっても、吸入内管３０の他の戻し穴３０ａを通して、高沸点冷媒が圧縮機２１へ戻されるので、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒を戻す流路を確保することができる。

また、液冷媒に含まれる高沸点冷媒は、冷凍機油に溶解した状態で、冷凍機油と共に、吸入内管３０を通して圧縮機２１へ安定して送られることが望ましい。そのため、相溶性を有する冷凍機油を用いることにより、高沸点冷媒を圧縮機２１へ、より一層安定的に戻すことができる。冷凍機油の相溶性は、高沸点冷媒の温度が０［℃］のときの飽和圧力の状態で冷凍機油に対する高沸点冷媒の溶解度が０．１［ｗｔ％］以上であることが好ましい。

（アキュムレータの戻し穴の作用）
冷凍サイクル装置１の運転に伴って、アキュムレータ２８内に吸入した冷媒から分離された高沸点冷媒の比率が高い液冷媒が、アキュムレータ２８内に溜まる。アキュムレータ２８は、液冷媒を冷凍機油と共に戻し穴３０ａを通して圧縮機２１へ戻す。このため、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒は、高沸点冷媒の比率の低下に伴ってＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が上昇することが抑えられ、ＨＦＯ－１１２３冷媒が、所定の重量比［ｗｔ％］よりも小さくなることが抑えられる。このため、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒は、不均化反応を起こすことが抑えられる。

上述したように実施例の冷凍サイクル装置１は、戻し穴３０ａが形成された吸入内管３０を有するアキュムレータ２８と、非共沸混合冷媒の温度または圧力が所定の閾値を超えたときに圧縮機２１を停止させる室外機制御回路２００と、を備える。アキュムレータ２８の戻し穴３０ａの大きさは、圧縮機２１の内部における、非共沸混合冷媒の総量に対してＨＦＯ－１１２３冷媒が占める比率が、非共沸混合冷媒の温度または圧力が各々の閾値以下であるときに非共沸混合冷媒が不均化反応を起こす比率よりも小さくなるように、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒を戻すことが可能に形成されている。これにより、圧縮機２１の内部において、非共沸混合冷媒に占めるＨＦＯ－１１２３冷媒の比率が大きくなることが抑えられるので、非共沸混合冷媒に不均化反応が生じる温度、圧力が低下することを抑えることができる。このため、ＨＦＯ－１１２３冷媒と高沸点冷媒とを混合した非共沸混合冷媒を用いる場合において、非共沸混合冷媒の温度、圧力が、保護制御が行われる各々の閾値以下であるときに非共沸混合冷媒が不均化反応を起こすことを抑えることができる。すなわち、冷凍サイクル装置１は、室外機制御回路２００が圧縮機２１を停止させる保護制御を行う前に、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒が不均化反応を起こすことを抑えることができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１におけるアキュムレータ２８の戻し穴３０ａの大きさは、圧縮機２１の内部において、非共沸混合冷媒に対してＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が７０［ｗｔ％］よりも小さくなるように、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒を戻すことが可能に形成されている。これにより、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒の温度または圧力が、室外機制御回路２００が圧縮機２１を停止させる所定の閾値以下のときに、圧縮機２１の内部で、非共沸混合冷媒に対してＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が７０［ｗｔ％］になることにより、非共沸混合冷媒が不均化反応を起こすことを避けることができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１における室外機２の室外機制御回路２００は、非共沸混合冷媒の温度が８５［℃］を超えたとき、または非共沸混合冷媒の圧力が６．０［ＭＰａ］を超えたときに圧縮機２１を停止させる。これにより、非共沸混合冷媒の温度が８５［℃］以下または圧力が６．０［ＭＰａ］以下のときに、圧縮機２１の内部の非共沸混合冷媒が不均化反応を起こさないように、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒を戻すことが可能になる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１におけるアキュムレータ２８は、戻し穴３０ａの開口面積の総和が０．７［ｍｍ^２］を超えるように形成されている。これにより、圧縮機２１の内部において、非共沸混合冷媒に対してＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が７０［ｗｔ％］よりも小さくなるように、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ高沸点冷媒を戻すことができる。

また、実施例の冷凍サイクル装置１における冷凍機油は、高沸点冷媒に対する相溶性を有し、高沸点冷媒の温度が０［℃］かつ圧力が０である飽和圧力の状態で冷凍機油に対する高沸点冷媒の溶解度が０．１［ｗｔ％］以上である。これにより、冷凍機油に溶ける高沸点冷媒の量を適正に確保することが可能になり、冷凍機油と共に高沸点冷媒を、アキュムレータ２８から圧縮機２１へ安定的に戻すことができる。

なお、本発明の冷凍サイクル装置が備える圧縮機は、ロータリ圧縮機に限定されるものではなく、スクロール圧縮機等の他の圧縮機が用いられてもよい。

１冷凍サイクル装置
２室外機
２１圧縮機
２８アキュムレータ
３０吸入内管
３０ａ戻し穴
１００冷媒回路
２００室外機制御回路（制御部）

Claims

ＨＦＯ－１１２３冷媒と、前記ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも沸点が高く、かつ前記ＨＦＯ－１１２３冷媒よりも不均化反応を起こし難い少なくとも１種類の高沸点冷媒とを混合した非共沸混合冷媒が充填された冷媒回路と、
前記冷媒回路に接続された圧縮機と、
前記冷媒回路と前記圧縮機とに接続され、前記圧縮機から前記冷媒回路を経て流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するアキュムレータと、
前記圧縮機から吐出される前記非共沸混合冷媒の温度または圧力が各々の所定の閾値を超えたときに前記圧縮機を停止させる制御部と、を備え、
前記アキュムレータは、分離した前記ガス冷媒を前記アキュムレータから前記圧縮機へ送る吸入内管を有し、
前記吸入内管は、前記アキュムレータの内部に溜まった前記液冷媒を前記吸入内管に流入させる少なくとも１つの戻し穴を有し、
前記戻し穴の開口面積の総和は、０．７［ｍｍ ^２］を超えるように形成され、
前記非共沸混合冷媒の温度及び圧力が各々の前記閾値以下であるときに前記圧縮機の内部において前記非共沸混合冷媒の総量に対して前記ＨＦＯ－１１２３冷媒が占める重量比が７０［ｗｔ％］よりも小さくなるように、前記アキュムレータから前記圧縮機へ前記高沸点冷媒を戻すことが可能にされ、
前記制御部は、前記非共沸混合冷媒の温度が８５［℃］を超えたとき、または前記非共沸混合冷媒の圧力が６．０［ＭＰａ］を超えたときに前記圧縮機を停止させる、冷凍サイクル装置。
前記圧縮機には、潤滑油が貯留され、
前記潤滑油は、前記高沸点冷媒に対する相溶性を有し、前記高沸点冷媒の温度が０［℃］飽和圧力の状態で前記潤滑油に対する前記高沸点冷媒の溶解度が０．１［ｗｔ％］以上である、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。