JP7361913B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置が知られている。この冷凍サイクル装置では、負荷に応じて冷媒組成を変化させることにより、冷凍能力が制御される。たとえば、特開平１－１０７０６１号公報（特許文献１）は、室外側熱交換器と室内側熱交換器との間に気液分離器を接続するとともに、気液分離器のガス吐出側に精留塔を接続したヒートポンプ装置を開示している。気液分離器により分離されたガス冷媒が精留塔に貯留されることにより、冷媒組成が変化する。

特開平１－１０７０６１号公報 特開平８－７５２８０号公報

特許文献１に開示の技術では、気液分離器による液冷媒とガス冷媒との分離に時間がかかる。そのため、冷媒組成を変化させるのに時間がかかる。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、冷媒組成を変化させやすい冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示のある局面の冷凍サイクル装置は、非共沸混合冷媒が、圧縮機、凝縮器、気液分離器、減圧装置、および蒸発器の順に循環する冷媒回路と、気液分離器から排出されるガス冷媒を貯留するレシーバーと、圧縮機から吐出された冷媒の一部を、冷媒回路における凝縮器と気液分離器との間に戻すバイパス配管と、を備える。バイパス配管の一部は、気液分離器内に配置される。

本開示によれば、バイパス配管の一部が気液分離器内に配置されるため、気液分離器内の液冷媒は、バイパス配管内の高温高圧の冷媒と熱交換することにより、加熱される。これにより、気液分離器において、液冷媒とガス冷媒との分離が促進される。その結果、冷媒組成を変化させやすくなる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の内部構成を示す図である。 給湯温度が基準温度以下に維持されているときの制御装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。 給湯温度が基準温度以下に維持されているときの冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを示す図である。 基準温度を超える給湯温度が設定されたときの制御装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。 基準温度を超える給湯温度が設定されたときの冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを示す図である。 給湯温度が基準温度以下に戻されたときの制御装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。 給湯温度が基準温度以下に戻されたときの冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを示す図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の内部構成と、冷房運転時の冷媒の流れとを示す図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の内部構成と、暖房運転時の冷媒の流れとを示す図である。

実施の形態１．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の内部構成を示す図である。図１に示す冷凍サイクル装置１００は、たとえば給湯機として使用され得る。以下、冷凍サイクル装置１００が給湯機として使用される場合について説明する。

冷凍サイクル装置１００は、冷媒が循環する冷媒回路１０と、冷媒回路１０を循環する冷媒の一部を貯留可能に構成されるレシーバー１８と、を備える。冷媒回路１０を循環する冷媒として非共沸混合冷媒が用いられる。非共沸混合冷媒は、低沸点冷媒と、低沸点冷媒よりも沸点の高い高沸点冷媒とを含む混合物である。低沸点冷媒は、たとえばＲ３２であり、大きい加熱能力を有する。高沸点冷媒は、たとえばＲ１２３４ｙｆであり、高温出湯に適している。

冷凍サイクル装置１００の設置時点において、冷媒回路１０には、給湯温度が基準温度以下に設定されたときに適した組成（以下、「基準組成」と称する。）の非共沸混合冷媒が充填される。基準温度は、予め定められており、たとえば４５℃である。

冷媒回路１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、気液分離器１３、減圧装置としての膨張弁１４、および蒸発器１５を含む。冷媒は、圧縮機１１、凝縮器１２、気液分離器１３、膨張弁１４、および蒸発器１５の順に循環する。

圧縮機１１は、可変容量式、または固定容量式の圧縮機である。圧縮機１１の吐出側は、凝縮器１２に接続されている。

凝縮器１２は、利用側の熱交換器であり、凝縮器１２内を流れる冷媒と給湯水との間で熱交換する。凝縮器１２の吐出側は、気液分離器１３に接続される。

気液分離器１３は、凝縮器１２から流出した冷媒を液状の冷媒（以下、「液冷媒」と称する。）とガス状の冷媒（以下、「ガス冷媒」と称する。）とに分離する。上述したように、冷媒回路１０に充填される非共沸混合冷媒は、低沸点冷媒と高沸点冷媒とを含む。そのため、気液分離器１３によって分離されたガス冷媒は、主に低沸点冷媒によって構成される。

気液分離器１３には、液冷媒を排出させる２つの液冷媒排出口１３ａ，１３ｂとガス冷媒を排出させるガス冷媒排出口１３ｃとが形成されている。液冷媒排出口１３ａには膨張弁１４が接続される。

膨張弁１４は、気液分離器１３と蒸発器１５との間に配置され、気液分離器１３から流出した冷媒を減圧膨張する。膨張弁１４は、開度を調整できる電子膨張弁等であってもよいし、キャピラリーチューブ等であってもよい。膨張弁１４によって減圧膨張された冷媒は、蒸発器１５に流れる。

蒸発器１５は、熱源側の熱交換器であり、蒸発器１２内を流れる冷媒と送風機１７によって送り出される空気との間で熱交換する。蒸発器１５から流出した冷媒は、圧縮機１１に吸入される。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路１０に接続される、バイパス配管２０，２３および接続配管２１，２２を備える。

バイパス配管２０は、冷媒回路１０に設けられた分岐点Ｐ１０と冷媒回路１０に設けられた合流点Ｐ１１とを接続する。分岐点Ｐ１０は、圧縮機１１と凝縮器１２との間に設けられる。合流点Ｐ１１は、凝縮器１２と気液分離器１３との間に設けられる。これにより、バイパス配管２０は、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部を、冷媒回路１０における凝縮器１２と気液分離器１３との間に戻す。

バイパス配管２０の一部は、気液分離器１３内に配置される。具体的には、バイパス配管２０の一部は、気液分離器１３内において、液冷媒に接触するように配置される。バイパス配管２０には、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が流れる。そのため、気液分離器１３内の液冷媒は、バイパス配管２０内の高温高圧の冷媒と熱交換することにより、加熱される。これにより、気液分離器１３において、液冷媒とガス冷媒との分離が促進される。

接続配管２１は、気液分離器１３のガス冷媒排出口１３ｃと、レシーバー１８とを接続する。接続配管２１が設けられることにより、レシーバー１８は、気液分離器１３から排出されるガス冷媒を貯留する。

接続配管２２は、レシーバー１８と冷媒回路１０に設けられた合流点Ｐ１２とを接続する。合流点Ｐ１２は、膨張弁１４と蒸発器１５との間に設けられる。接続配管２２が設けられることにより、レシーバー１８に貯留された冷媒を冷媒回路１０に戻すことができる。

バイパス配管２３は、気液分離器１３の液冷媒排出口１３ｂと冷媒回路１０に設けられた合流点Ｐ１３とを接続する。合流点Ｐ１３は、圧縮機１１の吸入側に設けられる。バイパス配管２３には、減圧装置としてのキャピラリー４０が設けられる。これにより、気液分離器１３によって分離された液冷媒の一部は、キャピラリー４０によって減圧され、圧縮機１１の吸入側に戻される。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、接続配管２１の中間に設けられる冷却器１６を備える。冷却器１６は、蒸発器１５から流出される冷媒と接続配管２１を流れるガス冷媒との間で熱交換を行なう。蒸発器１５から流出される冷媒は低温低圧である。そのため、冷却器１６は、蒸発器１５から流出される冷媒を用いて、接続配管２１を流れるガス冷媒を冷却する。これにより、接続配管２１を流れるガス冷媒は、液冷媒に変化する。その結果、レシーバー１８には液冷媒が貯留される。

冷却器１６は、レシーバー１８の上方に配置されることが好ましい。これにより、接続配管２１内を流れる冷媒は、冷却器１６を通過するときに液状に変化した後、重力によってレシーバー１８に落下する。すなわち、レシーバー１８に冷媒を貯留させやすくなる。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、接続配管２１，２２およびバイパス配管２０にそれぞれ設けられる第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を備える。第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３は、開状態および閉状態のいずれかに制御される。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路１０を循環する冷媒の組成を検知するための検知部として、温度センサ４１，４２と圧力センサ４３とを備える。温度センサ４１は、バイパス配管２３においてキャピラリー４０の入口の冷媒の温度を計測する。温度センサ４２は、バイパス配管２３においてキャピラリー４０の出口の冷媒の温度を計測する。圧力センサ４３は、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を計測する。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、制御装置５０と、操作パネル６０とを備える。操作パネル６０は、たとえば、給湯システムの利用者から給湯温度の設定を受け付ける。

制御装置５０は、冷凍サイクル装置１００に備えられる各部の動作を制御する。具体的には、制御装置５０は、設定された給湯温度と、温度センサ４１，４２によって計測された温度と、圧力センサ４３によって計測された圧力とに応じて、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を制御する。

上述したように、冷凍サイクル装置１００の設置時点において、冷媒回路１０には、給湯温度が基準温度以下に設定されたときに適した基準組成の非共沸混合冷媒が充填される。そのため、給湯温度が基準温度以下に設定されたとき、冷媒回路１０内の冷媒組成を基準組成に近づけることが好ましい。これにより、冷媒回路１０内において、加熱能力の大きい低沸点冷媒の濃度が高まり、消費電力を下げることができる。そのため、給湯温度が基準温度以下に設定されると、制御装置５０は、レシーバー１８に貯留される低沸点冷媒の量を減らすように、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を制御する。

基準温度を超える給湯温度が設定されたときには、冷媒回路１０内の冷媒における高沸点冷媒の濃度を、給湯温度に適した濃度まで高めることが好ましい。高温給湯に適した高沸点冷媒の濃度を高めることにより、効率的に給湯水を加熱できる。そのため、基準温度を超える給湯温度が設定されると、制御装置５０は、温度センサ４１，４２によって計測された温度と、圧力センサ４３によって計測された圧力とに基づいて、冷媒回路１０内の冷媒組成を演算する。冷媒組成は、たとえば、低沸点冷媒の濃度および高沸点冷媒の濃度の少なくとも一方で表される。制御装置は、演算された冷媒組成が給湯温度に適した目標組成と一致するように、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を制御する。

制御装置５０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によって構成することができる。あるいは、制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のような演算装置および当該演算装置によって実行されるソフトウェアが記憶されるメモリによっても構成することができる。以下に、制御装置５０の制御方法の詳細について説明する。

＜冷媒組成の演算方法＞
制御装置５０は、公知の手法を用いて、冷媒回路１０内の冷媒組成を演算すればよい。たとえば、制御装置５０は、特開平８－７５２８０号公報（特許文献２）に記載の技術を用いて、冷媒回路１０内の冷媒組成を演算する。

制御装置５０は、温度センサ４１，４２によってそれぞれ計測された温度Ｔ１，Ｔ２と圧力センサ４３によって計測された圧力Ｐとを取得する。次に、制御装置５０は、冷媒回路１０内の冷媒組成の仮定値αを設定する。

冷媒組成の仮定値αとキャピラリー４０の入口の温度Ｔ１と圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力Ｐ（すなわち、キャピラリー４０の出口の圧力）とキャピラリー４０の出口における冷媒の乾き度Ｘとは、以下の関係式（１）を満たす。
Ｘ＝ｆ１（Ｔ１、Ｐ、α）・・・（１）
上記の関係式（１）は、予め実験等により定められる。制御装置５０は、関係式（１）を予め記憶しており、当該関係式（１）に仮定値α、温度Ｔ１および圧力Ｐを代入することにより、乾き度Ｘを演算する。

次に、制御装置５０は、キャピラリー４０の出口の温度Ｔ２と演算された乾き度Ｘと圧力Ｐとを用いて、冷媒回路１０内の冷媒組成α’を演算する。

圧力Ｐにおける乾き度Ｘの気液二相状態の非共沸混合冷媒の温度は、冷凍回路１０内の冷媒組成によって変化する。すなわち、圧力Ｐと乾き度Ｘと温度Ｔ２と冷媒組成α’とは、以下の関係式（２）を満たす。
α’＝ｆ２（Ｔ２、Ｐ、Ｘ）・・・（２）
上記の関係式（２）は、予め実験等により定められる。制御装置５０は、関係式（２）を予め記憶しており、当該関係式（２）に圧力Ｐ、乾き度Ｘおよび温度Ｔ２を代入することにより、冷媒組成α’を演算する。

制御装置５０は、冷媒組成α’と仮定値αとを比較し、両者が一致していれば、冷媒回路１０内の冷媒組成をα’に決定する。両者が一致していなければ、制御装置５０は、仮定値αを仮定し直し、冷媒組成α’と仮定値αとが一致するまで計算を続行する。

＜冷凍サイクル装置の動作＞
（給湯温度が基準温度以下に維持されているとき）
図２は、給湯温度が基準温度以下に維持されているときの制御装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。図３は、給湯温度が基準温度以下に維持されているときの冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを示す図である。図３において、冷媒の流れが矢印で示される。

図２に示されるように、制御装置５０は、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を閉じる（ステップＳ１）。

図３に示されるように、冷媒は、圧縮機１１、凝縮器１２、気液分離器１３、膨張弁１４、および蒸発器１５の順に循環する。第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３が閉じられているため、バイパス配管２０および接続配管２１，２２には冷媒が流れない。そのため、レシーバー１８には低沸点冷媒が貯留されず、冷媒回路１０内の冷媒組成は、基準組成に維持される。

（基準温度を超える給湯温度が設定されたとき）
図４は、基準温度を超える給湯温度が設定されたときの制御装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。図５は、基準温度を超える給湯温度が設定されたときの冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを示す図である。

図４に示されるように、制御装置５０は、第１弁３１を開き、かつ、第２弁３２を閉じる（ステップＳ１１）。次に、制御装置５０は、第３弁３３を開く（ステップＳ１２）。

図５に示されるように、第１弁３１が開かれることにより、気液分離器１３のガス冷媒排出口１３ｃから接続配管２１へのガス冷媒の排出が開始される。さらに、第３弁３３が開かれることにより、バイパス配管２０に高温高圧の冷媒が流れる。これにより、気液分離器１３内の液冷媒は、バイパス配管２０内の冷媒によって加熱される。その結果、気液分離器１３によるガス冷媒と液冷媒との分離が促進される。

バイパス配管２０内の冷媒は、気液分離器１３内の液冷媒によって冷やされる。そのため、バイパス配管２０における合流点Ｐ１１付近の冷媒の状態は、凝縮器１２から流出される冷媒の状態に近い。そのため、バイパス配管２０内の冷媒を冷媒回路１０の合流点Ｐ１１に戻しても問題ない。言い換えると、バイパス配管２０内の冷媒を冷媒回路１０に戻すための要素（たとえば熱交換器や減圧装置）が必要ない。

気液分離器１３から排出されたガス冷媒は、冷却器１６によって冷却され、液状に変化し、レシーバー１８に貯留される。第２弁３２が閉じられているため、レシーバー１８に貯留された冷媒は、冷媒回路１０に戻されない。気液分離器１３から排出されるガス冷媒は、主に低沸点冷媒によって構成される。そのため、冷媒回路１０を循環する冷媒における高沸点冷媒の濃度が高くなる。すなわち、冷媒回路１０内の冷媒組成は、基準組成よりも高沸点冷媒の濃度の高い組成となる。

図４に戻って、次に、制御装置５０は、温度センサ４１，４２および圧力センサ４３の計測結果を用いて、冷媒回路１０内の冷媒組成を演算し、演算された冷媒組成と目標組成とを比較する（ステップＳ１３）。制御装置５０は、給湯温度と目標組成とを対応付けたテーブルを予め記憶しており、設定された給湯温度に対応する目標組成を当該テーブルから読み出す。当該テーブルは、給湯温度と当該給湯温度に適した目標組成とを対応付けるように、予め実験等により作成される。

演算された冷媒組成と目標組成とが一致しない場合（ステップＳ１３でＮＯ）、処理はステップＳ１２に戻る。これにより、気液分離器１３によるガス冷媒と液冷媒との分離が促進され、レシーバー１８に貯留される低沸点冷媒の量が増大し、冷媒回路１０内の高沸点冷媒の濃度が高まる。

演算された冷媒組成と目標組成とが一致する場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、制御装置５０は、第３弁３３を閉じる（ステップＳ１４）。これにより、バイパス配管２０への高温高圧の冷媒の供給が停止され、気液分離器１３からのガス冷媒の排出が抑制される。その結果、冷媒回路１０内の冷媒組成が目標組成に維持される。ステップＳ１４の後、処理は終了する。

なお、ステップＳ１３における「一致」とは、演算された冷媒組成と目標組成とが完全に同一である場合に限定されず、演算された冷媒組成と目標組成との差が予め定められた基準範囲内である場合も含み得る。すなわち、演算された冷媒組成と目標組成との差が基準範囲外の場合に、処理はステップＳ１２に戻り、気液分離器１３によるガス冷媒と液冷媒との分離が促進される。演算された冷媒組成と目標組成との差が基準範囲外の場合に、処理はステップＳ１４に移り、気液分離器１３からのガス冷媒の排出が抑制される。

（給湯温度が基準温度以下に戻されたとき）
図６は、給湯温度が基準温度以下に戻されたときの制御装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。図７は、給湯温度が基準温度以下に戻されたときの冷凍サイクル装置１００における冷媒の流れを示す図である。

図６に示されるように、制御装置５０は、第１弁３１および第２弁３２を開き、かつ、第３弁３３を閉じる（ステップＳ２１）。

図７に示されるように、第３弁３３が閉じられることにより、バイパス配管２０への高温高圧の冷媒の供給が停止され、気液分離器１３からのガス冷媒の排出が抑制される。一方、第２弁３２が開かれることにより、レシーバー１８から冷媒回路１０への冷媒の排出が開始される。

図６に戻って、制御装置５０は、レシーバー１８から冷媒が排出されたか否かを判断する（ステップＳ２２）。具体的には、制御装置５０は、ステップＳ２１を完了してからの時間をカウントし、カウントした時間が予め定められた基準時間に到達したか否かを判断する。基準時間は、レシーバー１８に貯留された冷媒が全て排出されるのに要する時間以上の時間となるように、予め実験等により定められる。制御装置５０は、カウントした時間が基準時間に到達したことに応じて、レシーバー１８から冷媒が排出されたと判断する。

ステップＳ２２でＮＯの場合、処理はステップＳ２２に戻る。ステップＳ２２でＹＥＳの場合、レシーバー１８に貯留されていた低沸点冷媒が冷媒回路１０に戻ることにより、冷媒回路１０内の低沸点冷媒の濃度が高まり、冷媒回路１０内の冷媒組成が基準組成に戻る。そのため、制御装置５０は、第１弁３１および第２弁３２を閉じる（ステップＳ２３）。これにより、冷凍サイクル装置１００は、図３に示す状態に戻る。

なお、給湯温度が基準温度以下に戻されたとき、気液分離器１３によって分離されたガス冷媒をレシーバー１８に送る必要がない。そのため、ステップＳ２１において、制御装置５０は、第１弁３１を閉じてもよい。

＜作用・効果＞
以上のように、冷凍サイクル装置１００は、非共沸混合冷媒が、圧縮機１１、凝縮器１２、気液分離器１３、減圧装置としての膨張弁１４、および蒸発器１５の順に循環する冷媒回路１０を備える。さらに、冷凍サイクル装置１００は、気液分離器１３から排出されるガス冷媒を貯留するレシーバー１８と、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部を、冷媒回路１０における凝縮器１２と気液分離器１３との間に戻すバイパス配管２０と、を備える。バイパス配管２０の一部は、気液分離器１３内に配置される。

上記の構成によれば、バイパス配管２０には、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が流れる。そのため、気液分離器１３内の液冷媒は、バイパス配管２０内の高温高圧の冷媒と熱交換することにより、加熱される。これにより、気液分離器１３において、液冷媒とガス冷媒との分離が促進され、冷媒組成を変化させやすい。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、気液分離器１３から排出されるガス冷媒と蒸発器１５から流出される冷媒との間で熱交換を行なうことにより、当該ガス冷媒を冷却する冷却器１６を備える。

上記の構成によれば、気液分離器１３から排出されるガス冷媒は、冷却器１６によって冷却され、液状に変化する。これにおり、レシーバー１８には液状の冷媒が貯留され、レシーバー１８のサイズを小型化できる。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路１０内の冷媒組成を検知する検知部として温度センサ４１，４２および圧力センサ４３と、バイパス配管２０に設けられた第３弁３３とを備える。さらに、冷凍サイクル装置１００は、検知された冷媒組成と目標組成との差が基準範囲外であることに応じて第３弁３３の開き、当該差が前記基準範囲内であることに応じて第３弁３３を閉じる制御装置５０を備える。

上記の構成によれば、検知された冷媒組成と目標組成との差が基準範囲外であることに応じて第３弁３３が開かれることにより、気液分離器１３における液冷媒とガス冷媒との分離が促進され、冷媒回路１０内の冷媒組成を変化させやすくなる。検知された冷媒組成と目標組成との差が基準範囲内であることに応じて第３弁３３が閉じられることにより、気液分離器１３における液冷媒とガス冷媒との分離が抑制され、冷媒回路１０内の冷媒組成を目標組成または目標組成に近い組成に維持できる。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、気液分離器１３とレシーバー１８とを接続する接続配管２１と、レシーバー１８と冷媒回路１０とを接続する接続配管２２と、を備える。さらに、冷凍サイクル装置１００は、接続配管２１，２２およびバイパス配管２０にそれぞれ設けられた第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３と、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を制御する制御装置５０と、を備える。非共沸混合冷媒は、低沸点冷媒と、低沸点冷媒よりも沸点の高い高沸点冷媒とを含む。制御装置５０は、冷媒回路１０内の高沸点冷媒の濃度を高めるときに、第１弁３１および第３弁３３を開き、かつ、第２弁３２を閉じる。

上記の構成によれば、第３弁３３を開くことにより、気液分離器１３における液冷媒とガス冷媒との分離が促進される。また、第１弁３１を開き、第２弁３２を閉じることにより、気液分離器１３によって分離されたガス冷媒がレシーバー１８に貯留される。気液分離器１３によって分離されたガス冷媒は、主に低沸点冷媒を含む。そのため、冷媒回路１０内の高沸点冷媒の濃度を早期に高めることができる。

制御装置５０は、冷媒回路１０内の高沸点冷媒の濃度を高めた後に冷媒回路１０内の低沸点冷媒の濃度を高めるときに、第２弁３２を開き、かつ、第３弁３３を閉じる。

上記の構成によれば、第３弁３３を閉じることにより、気液分離器１３における液冷媒とガス冷媒との分離が抑制される。また、第２弁３２を開くことにより、レシーバー１８に貯留された冷媒が冷媒回路１０に戻される。レシーバー１８には主に低沸点冷媒が貯留される。これにより、冷媒回路１０内の低沸点冷媒の濃度を早期に高めることができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００は、給湯機として使用される。しかしながら、本開示の冷凍サイクル装置は、給湯機に限定されず、たとえば空気調和装置として使用されてもよい。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００は、空気調和装置として使用される。

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１と同じ構成を有する。ただし、凝縮器１２および蒸発器１５のいずれか一方が室内に設置され、他方が室外に設置される。

凝縮器１２が室内に設置される場合、凝縮器１２は、冷媒回路１０内の冷媒と室内空気との間で熱交換する。これにより、冷凍サイクル装置１００は、室内空気を暖める暖房装置として使用される。

蒸発器１５が室内に設置される場合、蒸発器１５は、冷媒回路１０内の冷媒と室内空気との間で熱交換する。これにより、冷凍サイクル装置１００は、室内空気を冷やす冷房装置として使用される。

実施の形態３．
図８および図９を参照して、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置について説明する。なお、実施の形態１と同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、冷房運転と暖房運転とを切り替え可能な空気調和機として使用される。図８は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の内部構成と、冷房運転時の冷媒の流れとを示す図である。図９は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の内部構成と、暖房運転時の冷媒の流れとを示す図である。

図８および図９に示す冷凍サイクル装置２００は、図１に示す冷凍サイクル装置１００と比較して、冷媒回路１０、接続配管２２および制御装置５０の代わりに、冷媒回路２１０、三方弁２２０、接続配管２２１～２２３、および制御装置２５０を備える点で相違する。冷媒回路２１０は、図１に示す冷媒回路１０と比較して、凝縮器１２、膨張弁１４および蒸発器１５の代わりに室内熱交換器２１２、膨張弁２１３，２１４および室外熱交換器２１５を備え、かつ、四方弁２１１および配管２１８，２１９を備える点で相違する。

四方弁２１１は、冷媒回路２１０の冷媒の循環状態を切り替える。四方弁２１１は、４つのポートＰ１～Ｐ４を有する。ポートＰ３は、圧縮機１１の吐出口に接続される。

室内熱交換器２１２は、室内に設置され、冷媒回路２１０内の冷媒と送風機２１６によって送りされる室内空気との間で熱交換する。室内熱交換器２１２は、四方弁２１１のポートＰ２と膨張弁２１３との間に接続される。

膨張弁２１３は、室内熱交換器２１２と気液分離器１３との間に配置される。膨張弁２１３は、開度を調整できる電子膨張弁等である。膨張弁２１３は、暖房運転時に全開に制御され、減圧装置として動作しない。膨張弁２１３は、冷房運転時に減圧装置として動作し、冷媒を減圧膨張させる。

膨張弁２１４は、気液分離器１３と室外熱交換器２１５との間に配置される。膨張弁２１４は、開度を調整できる電子膨張弁等である。膨張弁２１４は、冷房運転時に全開に制御され、減圧装置として動作しない。膨張弁２１４は、暖房運転時に減圧装置として動作し、冷媒を減圧膨張させる。

室外熱交換器２１５は、室外に設置され、冷媒回路２１０内の冷媒と送風機２１７によって送りされる室外空気との間で熱交換する。

配管２１８は、四方弁２１１のポートＰ１と圧縮機１１の吸入口とを接続する。冷却器１６は、配管２１８内の冷媒と、接続配管２１内の冷媒との間で熱交換を行なう。配管２１９は、室外熱交換器２１５と四方弁２１１のポートＰ４とを接続する。

図８に示されるように、四方弁２１１は、冷房運転時に、ポートＰ１とポートＰ２とが連通し、ポートＰ３とポートＰ４とが連通するように制御される。これにより、圧縮機１１から吐出された冷媒は、配管２１９、室外熱交換器２１５、膨張弁２１４、気液分離器１３、膨張弁２１３、室内熱交換器２１２、および配管２１８の順の循環方向に流れる。なお、上述したように、膨張弁２１４は、冷房運転時に全開に制御される。そのため、室外熱交換器２１５から流出された冷媒は、膨張弁２１４において減圧膨張されずに、気液分離器１３に到達する。冷房運転時において、室外熱交換器２１５は凝縮器として作動し、室内熱交換器２１２は蒸発器として作動する。これにより、室内空気は、室内熱交換器２１２によって冷やされる。

図９に示されるように、四方弁２１１は、暖房運転時に、ポートＰ１とポートＰ４とが連通し、ポートＰ２とポートＰ３とが連通するように制御される。これにより、圧縮機１１から吐出された冷媒は、室内熱交換器２１２、膨張弁２１３、気液分離器１３、膨張弁２１４、室外熱交換器２１５、配管２１９、および配管２１８の順の循環方向に流れる。なお、上述したように、膨張弁２１３は、暖房運転時に全開に制御される。そのため、室内熱交換器２１２から流出された冷媒は、膨張弁２１３において減圧膨張されずに、気液分離器１３に到達する。暖房運転時において、室内熱交換器２１２は凝縮器として動作し、室外熱交換器２１５は蒸発器として動作する。これにより、室内空気は、室内熱交換器２１２によって暖められる。

このように、四方弁２１１は、室内熱交換器２１２および室外熱交換器２１５を凝縮器および蒸発器としてそれぞれ作動させる第１の循環状態（暖房運転）と、室内熱交換器２１２および室外熱交換器２１５を蒸発器および凝縮器としてそれぞれ作動させる第２の循環状態（冷房運転）と、を切替える。

三方弁２２０は、３つのポートＰ５～Ｐ７を有する。接続配管２２１は、ポートＰ５とレシーバー１８とを接続する。接続配管２２１上に第２弁３２が設けられる。接続配管２２２は、ポートＰ６と冷媒回路２１０に設けられる合流点Ｐ１４とを接続する。合流点Ｐ１４は、膨張弁２１４と室外熱交換器２１５との間に設けられる。接続配管２２３は、ポートＰ７と冷媒回路２１０に設けられる合流点Ｐ１５とを接続する。合流点Ｐ１５は、膨張弁２１３と室内熱交換器２１２との間に設けられる。

三方弁２２０は、冷房運転時に、ポートＰ５とポートＰ７とを連通させ、ポートＰ６を遮断するように制御される。これにより、第２弁３２が開かれることにより、レシーバー１８に貯留された冷媒は、減圧装置として動作している膨張弁２１３と蒸発器として動作している室内熱交換器２１２との間の合流点Ｐ１５に戻される。

三方弁２２０は、暖房運転時に、ポートＰ５とポートＰ６とを連通させ、ポートＰ７を遮断するように制御される。これにより、第２弁３２が開かれることにより、レシーバー１８に貯留された冷媒は、減圧装置として動作している膨張弁２１４と蒸発器として動作している室外熱交換器２１５との間の合流点Ｐ１４に戻される。

制御装置２５０は、操作パネル６０に入力された運転モードに応じて、四方弁２１１および三方弁２２０を制御する。具体的には、制御装置２５０は、運転モードとして冷房運転が入力された場合、ポートＰ１とポートＰ２とを連通させ、ポートＰ３とポートＰ４とを連通させるように四方弁２１１を制御する。さらに、制御装置２５０は、運転モードとして冷房運転が入力された場合、ポートＰ５とポートＰ７とを連通させ、ポートＰ６を遮断するように三方弁２２０を制御する。

制御装置２５０は、運転モードとして暖房運転が入力された場合、ポートＰ１とポートＰ４とを連通させ、ポートＰ２とポートＰ３とを連通させるように四方弁２１１を制御する。さらに、制御装置２５０は、運転モードとして暖房運転が入力された場合、ポートＰ５とポートＰ６とを連通させ、ポートＰ７を遮断するように三方弁２２０を制御する。

さらに、制御装置２５０は、負荷の大きさに応じて、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を制御する。具体的には、制御装置２５０は、室内の負荷が「軽」および「重」のいずれであるかを判断する。たとえば、制御装置２５０は、室内温度と設定温度との差が予め定められた閾値以下である場合に軽負荷と判断し、当該差が閾値を超える場合に重負荷と判断する。

あるいは、制御装置２５０は、室内空間の大きさに応じて、室内の負荷が「軽」および「重」のいずれであるかを判断してもよい。たとえば、制御装置２５０は、操作パネル６０に入力された部屋サイズに応じて、室内の負荷を判断する。または、制御装置２５０は、温度と設定温度との差が予め定められた第１閾値を超え、かつ、単位時間当たりの室内温度の変化量が予め定められた第２閾値未満である場合に、室内空間を「大」と決定し、重負荷と判断してもよい。

制御装置２５０は、軽負荷で維持されている場合、図２と同様の処理を行なう。すなわち、制御装置２５０は、第１弁３１、第２弁３２および第３弁３３を閉じる。

制御装置２５０は、軽負荷から重負荷に変化した場合、図４と同様の処理を行なう。すなわち、制御装置２５０は、第１弁３１を開き、かつ、第２弁３２を閉じる。さらに、制御装置５０は、冷媒回路２１０内の冷媒組成が目標組成と一致するまで、第３弁３３を開く。目標組成は、負荷の大きさに応じて予め定められる。

制御装置２５０は、重負荷から軽負荷に変化した場合、図６と同様の処理を行なう。すなわち、制御装置２５０は、第１弁３１および第２弁３２を開き、かつ、第３弁３３を閉じる。制御装置５０は、レシーバー１８から冷媒が排出されると、第１弁３１および第２弁３２を閉じる。

本明細書において、「超える」は「以上」に、「以下」は「未満」に置き換えられてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，２１０ 冷媒回路、１１ 圧縮機、１２ 凝縮器、１３ 気液分離器、１３ａ，１３ｂ 液冷媒排出口、１３ｃ ガス冷媒排出口、１４，２１３，２１４ 膨張弁、１５ 蒸発器、１６ 冷却器、１７，２１６，２１７ 送風機、１８ レシーバー、２０，２３ バイパス配管、２１，２２，２２１，２２２，２２３ 接続配管、３１ 第１弁、３２ 第２弁、３３ 第３弁、４０ キャピラリー、４１，４２ 温度センサ、４３ 圧力センサ、５０，２５０ 制御装置、６０ 操作パネル、１００，２００ 冷凍サイクル装置、２１１ 四方弁、２１２ 室内熱交換器、２１５ 室外熱交換器、２１８，２１９ 配管、２２０ 三方弁、Ｐ 圧力、Ｐ１～Ｐ７ ポート、Ｐ１０ 分岐点、Ｐ１１～Ｐ１５ 合流点。

Claims (7)

1. 冷凍サイクル装置であって、
   非共沸混合冷媒が、圧縮機、凝縮器、気液分離器、減圧装置、および蒸発器の順に循環する冷媒回路と、
   前記気液分離器から排出されるガス冷媒を貯留するレシーバーと、
   前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を、前記冷媒回路における前記凝縮器と前記気液分離器との間に戻すバイパス配管と、
   前記ガス冷媒と前記蒸発器から流出される冷媒との間で熱交換を行なうことにより、前記ガス冷媒を冷却する冷却器とを備え、
   前記バイパス配管の一部は、前記気液分離器内に配置され、
   前記冷却器は前記レシーバーの上方に配置される、冷凍サイクル装置。
2. 前記冷媒回路内の冷媒組成を検知する検知部と、
   前記バイパス配管に設けられた弁と、
   検知された冷媒組成と目標組成との差が基準範囲外であることに応じて前記弁の開き、前記差が前記基準範囲内であることに応じて前記弁を閉じる制御装置と、を備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記気液分離器と前記レシーバーとを接続する第１配管と、
   前記レシーバーと前記冷媒回路とを接続する第２配管と、
   前記第１配管に設けられた第１弁と、
   前記第２配管に設けられた第２弁と、
   前記バイパス配管に設けられた第３弁と、
   前記第１弁、前記第２弁および前記第３弁を制御する制御装置と、をさらに備え、
   前記非共沸混合冷媒は、第１冷媒と、前記第１冷媒よりも沸点の高い第２冷媒とを含み、
   前記制御装置は、前記冷媒回路内の前記第２冷媒の濃度を高めるときに、前記第１弁および前記第３弁を開き、かつ、前記第２弁を閉じる、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、前記冷媒回路内の前記第２冷媒の濃度を高めた後に前記冷媒回路内の前記第１冷媒の濃度を高めるときに、前記第２弁を開き、かつ、前記第３弁を閉じる、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記凝縮器は、前記冷媒回路内の冷媒と給湯水との間で熱交換する、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記凝縮器または前記蒸発器は、前記冷媒回路内の冷媒と室内空気との間で熱交換する、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記凝縮器は、室内熱交換器と室外熱交換器とのいずれか一方であり、
   前記蒸発器は、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とのいずれか他方であり、
   前記室内熱交換器および前記室外熱交換器を前記凝縮器および前記蒸発器としてそれぞれ作動させる第１の循環状態と、前記室内熱交換器および前記室外熱交換器を前記蒸発器および前記凝縮器としてそれぞれ作動させる第２の循環状態と、を切替える切替弁をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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