JPWO2015140884A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

不均化反応が発生する冷媒を非共沸混合冷媒の１つとして冷凍サイクル装置に使用しても、冷媒が不均化反応を起こす条件下となることを回避し、安全で性能の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。第１冷媒と、同一圧力下において第１冷媒よりも沸点の高い特性の第２冷媒と、を含む非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、圧縮機と、第１熱交換器と、膨張弁と、気液分離器と、第２熱交換器と、を順次接続したメイン経路を少なくとも備えた冷凍サイクル装置であって、第１冷媒は、不均化反応が生じる特性を有し、圧縮機が起動した後の初期状態では、気液分離器内の液冷媒量に基づいて圧縮機の吐出冷媒の温度、または圧力を通常運転に比べて抑制する初期運転を行う。

Description

本発明は、作動冷媒として非共沸混合冷媒を使用した冷凍サイクル装置に関するものである。

近年、地球温暖化の影響を抑えるため低ＧＷＰ冷媒が開発されている。従来使用されてきたＲ４１０Ａは性能がよい冷媒であるが、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が２０００程度あるため、ＧＷＰがおよそ１／３であるＲ３２が使われつつある。Ｒ３２はＲ４１０Ａと比較的物性が近く性能がよい冷媒であるが、ＧＷＰが６００程度であり、さらなる低ＧＷＰ化のため、ＨＦＯ−１２３４ｙｆなどのフルオロプロペン系（ＨＦＯ系）冷媒が開発されている。

しかしながらこの冷媒は高沸点冷媒であり、性能が低い冷媒である。従来と同等の性能を維持しようとすれば、技術的課題が多く、コスト高となる可能性がある。
これに伴い、地球温暖化係数が小さく、沸点の低い冷媒（例えば、ＨＦＯ−１１２３）を採用した冷凍サイクル装置が提案されている（特許文献１を参照）。

ＨＦＯ−１１２３は、組成に塩素原子が入っていないためオゾン層への影響が少なく、かつ、二重結合を持ち大気寿命が短いため地球温暖化への影響が少なく、さらに、性能（能力）に優れる（低沸点冷媒）ことが知られている。また、ＡＳＨＲＡＥによる燃焼区分はランク２Ｌ相当（低微燃性）の範疇であり、安全性を有する。

そして、ＨＦＯ−１１２３にＨＣ、ＨＦＣ、ＨＣＦＯ、ＣＦＯ、ＨＦＯ等の冷媒を混合し、非共沸混合冷媒として部分的にこのような長所を享受することができる。
このような非共沸混合冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクル装置では、アキュームレータ等に高沸点冷媒に富む余剰冷媒が液冷媒として貯留されることで循環冷媒の組成比が変化し、性能低下や高圧上昇による不具合を生じる可能性があることが知られている（特許文献２を参照）。

国際公開第２０１２／１５７７６４号 特開２００２−２９５９１５号公報

上記のようにＨＦＯ−１１２３（ＣＦ２＝ＣＨＦ）は、性能の優れた冷媒であるが、特定の条件下で不均化反応（自己分解反応）を起こすことが知られている。不均化反応とは、同一種類の分子が２個以上互いに反応して２種類以上の異なる種類の生成物を生じる化学反応のことである。
ＨＦＯ−１１２３の不均化反応は、以下のような化学反応である。
ＣＦ２＝ＣＨＦ→（１／２）ＣＦ_４＋（３／２）Ｃ＋ＨＦ＋（反応熱）
このような反応は、局所的なエネルギーを冷媒に与えることにより発生する。また、高温、高圧の環境下であれば連鎖的に反応が発生する可能性があるという問題があった。

このような不均化反応を抑制するためにＨＦＯ−１１２３を単独で使用せず、非共沸混合冷媒の一つとして組成比を減らして使用することが考えられるが、上記のようにアキュームレータ等に高沸点冷媒に富む余剰冷媒が液冷媒として貯留されると、低沸点冷媒であるＨＦＯ−１１２３の組成比が冷媒回路中に高く存在することになり、高温、高圧条件下で上記の不均化反応が起こる可能性が高まるという問題があった。

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、このような不均化反応が発生する冷媒を非共沸混合冷媒の１つとして冷凍サイクル装置に使用しても、冷媒が不均化反応を起こす条件下となることを回避し、安全で性能の高い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、第１冷媒と、同一圧力下において第１冷媒よりも沸点の高い特性の第２冷媒と、を含む非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、圧縮機と、第１熱交換器と、膨張弁と、気液分離器と、第２熱交換器と、を順次接続したメイン経路を少なくとも備えた冷凍サイクル装置であって、第１冷媒は、不均化反応が生じる特性を有し、圧縮機が起動した後の初期状態では、気液分離器内の液冷媒量に基づいて圧縮機の吐出冷媒の温度、または圧力を通常運転に比べて抑制する初期運転を行うものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、圧縮機の起動直後でアキュームレータ内に液冷媒が貯留された状態から早急にサイクル内の第１冷媒と第２冷媒の組成比を適切に改善し、冷凍サイクル内の第１冷媒の分圧を低下させることで不均化反応を抑制するとともに、性能の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。 実施の形態１に係るアキュームレータ内の断面図である。 実施の形態１に係るアキュームレータ内の別の例の断面図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転開始の初期状態における冷媒の動作を示した図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の通常運転時の冷媒の動作を示した図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御フロー図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のアキュームレータ前後におけるガス冷媒の温度勾配を示した図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転開始の初期状態における圧縮機吐出冷媒の温度変化を示した図である。 従来の冷凍サイクル装置の通常運転における圧縮機吐出冷媒の温度変化を示した図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転開始の初期状態における冷媒の動作を示した図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の通常運転時の冷媒の動作を示した図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置のホットガスバイパス弁が開いている時の概略構成図である。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置のホットガスバイパス弁が開いている時の別の例の概略構成図である。

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、以下で説明する構成等は、一例であり、本発明に係る冷凍サイクル装置は、そのような構成等に限定されない。
また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。
また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。

実施の形態１．
はじめに、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。
実施の形態１係る冷凍サイクル装置は、図１に示すように、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、アキュームレータ５（本発明の気液分離器に相当する）と、を順次接続したメイン経路１０を備えている。また、メイン経路１０の圧縮機１の吐出側から分岐し、三方弁８を介してアキュームレータ５を通過し、メイン経路１０における凝縮器２の入口側に接続するバイパス経路９を備えている。そして、これら各構成要素は冷媒配管で接続されている。

また、バイパス経路９には、バイパス経路９とアキュームレータ５との熱交換部９ａが設けられ、熱交換部９ａを挟んで第１温度検知手段６と、第２温度検知手段７とが設けられている。第１温度検知手段６は圧縮機１の吐出側の温度を検知し、第２温度検知手段７は、圧縮機１から吐出した冷媒がアキュームレータ５を通過し、熱交換部９ａで熱交換した後の温度を検知している。

次に、実施の形態１に係るアキュームレータ５の構造について説明する。
図２は、実施の形態１に係るアキュームレータ内の断面図を示す。
図３は、実施の形態１に係るアキュームレータ内の別の例の断面図を示す。
蒸発器４からアキュームレータ５内に流入したガス状態、あるいは二相状態の冷媒は、アキュームレータ５内で分離され、ガス成分のみがＵ字状の配管を通って圧縮機１の吸入口へと流入する構造を備えている。また、圧縮機１から吐出された吐出ガス冷媒は、バイパス経路９を通り、アキュームレータ５内の液冷媒と熱交換部９ａにて間接接触し熱交換する構造を備えている。

熱交換部９ａは、アキュームレータ５の内部有効高さの下端から５％以上５０％以下の位置に設けられており、図２に示すようにアキュームレータ５に冷媒配管を貫通させ、配管内のガス冷媒の熱で液冷媒を加熱する構成とすることができる。また、図３に示すようにアキュームレータ５の容器壁面に配管を巻きつけ、容器壁面を介して液冷媒を加熱する構造としてもよい。なお、配管の巻きつけは下部から上部に向かって巻きつけても、上部から下部に向かって巻きつけてもよい。

次に、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の動作について説明する。
図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転開始の初期状態における冷媒の動作を示した図である。
図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の通常運転時の冷媒の動作を示した図である。
図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御フロー図である。
図７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のアキュームレータ前後におけるガス冷媒の温度勾配を示した図である。
図８は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転開始の初期状態における圧縮機吐出冷媒の温度変化を示した図である。
図９は、従来の冷凍サイクル装置の通常運転における圧縮機吐出冷媒の温度変化を示した図である。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の動作冷媒は、非共沸混合冷媒であり、低沸点冷媒（本発明の第１冷媒に相当）と高沸点冷媒（本発明の第２冷媒に相当）とから構成されている。低沸点冷媒（第１冷媒）は、高温、高圧の条件下になる程、一定のエネルギーを与えると不均化反応を起こしやすい特性を備えている。高沸点冷媒（第２冷媒）は、低沸点冷媒（第１冷媒）と同一条件下で低沸点冷媒（第１冷媒）よりも不均化反応を起こしにくい（または同一条件下で不均化反応を全く起こさない）特性を備えた冷媒である。

すなわち、低沸点冷媒（第１冷媒）は、高沸点冷媒（第２冷媒）が不均化反応を全く起こさない圧力及び温度と同一の特定条件下（高温、高圧条件下）において不均化反応が起こる可能性が高い特性を備えた冷媒である。また、高沸点冷媒（第２冷媒）は、低沸点冷媒（第１冷媒）よりも同一圧力下において沸点が高い（蒸発しにくい）特性を有している。

低沸点冷媒（第１冷媒）としては、例えばＨＦＯ−１１２３が採用可能であり、不均化反応を想定する必要がある。高沸点冷媒（第２冷媒）としては、例えばＲ３２、ＨＦ０−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅなどを採用することができる。冷媒の冷凍機油の中には添加剤が一般的に含まれているが、低沸点冷媒（第１冷媒）の反応抑制剤として、単環式モノテルペノイドが含まれている。また、単環式モノテルペノイドには、例えばリモネンが含まれる。
なお、低沸点冷媒（第１冷媒）がモル比率で７０％以下なら反応が抑制されやすいことが知られている。また、高沸点冷媒（第２冷媒）は１種に限らず、２種以上であってもよい。

非共沸混合冷媒(例えばＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ−１２３４ｙｆの混合冷媒)を用いる場合において、冷凍サイクル装置の停止時には、冷媒回路の液冷媒中に高沸点冷媒であるＨＦＯ−１２３４ｙｆが富んだ状態で存在している。この液冷媒は冷媒回路内の低圧側の熱交換器内や圧縮機１内、またはアキュームレータ５内に貯留されている。また、ガス冷媒中には低沸点冷媒であるＨＦＯ−１１２３が富んだ状態で存在する。

この状態から圧縮機１を起動し冷凍サイクル装置の運転を開始すると、ガス冷媒内で組成比の高いＨＦＯ−１１２３が主に圧縮機１から吐出されることになる。
ＨＦＯ−１１２３に富んだ混合冷媒の状態で局所的なエネルギーを冷媒に与えると上記のように不均化反応を誘発する可能性があるが、特に圧縮機１内は高温、高圧になるため、反応が起きる可能性が高い。

そこで、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置では、図６に記載されているような制御フローのように運転開始の初期状態で以下のような初期運転を行う。
はじめに、ｓｔｅｐ１にて冷凍サイクル装置の運転開始が指示されると、ｓｔｅｐ２にて、三方弁８を図４に示すように切り替え、圧縮機１を出た高温、高圧のガス冷媒がバイパス経路９を介してアキュームレータ５側の熱交換部９ａを通過するように制御する。同時にｓｔｅｐ２では、圧縮機１の回転周波数を通常運転時よりも低周波数に低下させるように制御する。なお、通常運転とは、冷凍サイクル装置の目標能力（冷房又は暖房定格運転など）に対応した目標吐出冷媒温度、圧力となるように圧縮機１の回転数をはじめ、凝縮器２の凝縮器ファン２ａの回転数や、膨張弁３の開度、または、蒸発器４の蒸発器ファン４ａの回転数などを制御する運転である。

この状態でｓｔｅｐ３に進み、冷凍サイクル装置の初期運転を開始する。
すると、高温、高圧のガス冷媒は三方弁８を介してアキュームレータ５の熱交換部９ａに供給され、アキュームレータ５内に貯留された液冷媒と熱交換して高沸点冷媒に富んだ液冷媒を加熱し気化させる。また、圧縮機１の回転周波数を低周波数（例えば通常定格運転時の２／３以下）に低下させることで、図８に示すように運転開始の初期状態において、圧縮機１の吐出冷媒を低温、低圧に抑制する。

ここで、低沸点冷媒であるＨＦＯ１１２３は、非共沸混合冷媒中の組成比が高い程、不均化反応を起こす可能性が高まるため、運転開始の初期状態でアキュームレータ５内に高沸点冷媒であるＨＦＯ１２３４ｙｆが多量に液冷媒として存在する間（冷媒回路内に低沸点冷媒であるＨＦＯ１１２３の組成比が高い運転開始の初期状態の間）は、圧縮機１の吐出冷媒温度を低温、低圧に抑制することで低沸点冷媒であるＨＦＯ１１２３の不均化反応を防ぐことが可能となる。

この図４に示す運転開始の初期状態の冷凍サイクル装置では、低温、低圧状態で圧縮機１から吐出された冷媒が三方弁８からアキュームレータ５を経由して凝縮器２へと流入し、熱交換により凝縮する。凝縮後、膨張弁３により減圧され、液または二相状態で蒸発器４へと流入し、熱交換により蒸発する。蒸発後、アキュームレータ５を介してガス冷媒が圧縮機１へと戻るサイクルを形成する。
なお、このとき圧縮機１の回転周波数を通常定格運転時の２／３以下と少ない冷媒吐出量で運転させるため、吐出冷媒をメイン経路１０とバイパス経路９とに分流するとバイパス経路９の流速が遅く冷凍機油が滞留してしまう。したがって、運転開始の初期状態においては三方弁を用いて吐出冷媒の全量をバイパス経路９側に流すことが望ましい。

次にｓｔｅｐ４に進み、アキュームレータ５内に液冷媒が存在するか否かを判断する。
すなわち、アキュームレータ５に供給される圧縮機１の吐出ガス冷媒の温度を第１温度検知手段６にて検知するとともに、アキュームレータ５にて熱交換をした後の吐出ガス冷媒の温度を第２温度検知手段７にて検知し、図７に示すようにそれらの温度差（図７に示す温度勾配）を演算する。

この吐出ガス冷媒のアキュームレータ５における出入り口温度差が大きいときには、アキュームレータ５内に高沸点成分に富んだ液冷媒（熱容量が大きい）が貯留されており、熱交換後の吐出ガス冷媒は温度が大きく下がる傾向にある。これに対して、吐出ガス冷媒のアキュームレータ５の出入り口温度差が小さいときには、アキュームレータ５内の高沸点成分に富んだ液冷媒が気化（熱容量が小さい）し終わり、熱交換効率が低下するため、熱交換後のガス冷媒の温度は下がらない傾向にある。

そこで、ｓｔｅｐ４では、この温度変化の低下の勾配が図７に示すような特定の勾配の閾値より大きいか小さいかを判断し、閾値となる勾配より温度低下の勾配が大きい場合にはアキュームレータ５内に液冷媒が存在するため、アキュームレータ５の加熱を継続する。反対に、閾値となる勾配より温度低下の勾配が小さい場合にはアキュームレータ５内の液冷媒が気化したと判断しｓｔｅｐ５に進む。

ｓｔｅｐ５では、三方弁８を図５に示すように切り替え、圧縮機１から吐出したガス冷媒をアキュームレータ５には供給せずに直接凝縮器２に供給する。
図５に示す通常運転状態の冷凍サイクル装置では、圧縮機１の回転周波数を冷凍サイクル装置の目標能力に対応した値まで上昇させ、吐出冷媒の状態が目標温度または目標圧力になるよう制御される。この吐出冷媒は、三方弁８から凝縮器２へと流入し熱交換により凝縮する。凝縮後、膨張弁３により減圧され、液または二相状態で蒸発器４へと流入し、熱交換により蒸発する。蒸発後、アキュームレータ５を介してガス冷媒が圧縮機１へと戻るサイクルを形成する。
なお、上記勾配の閾値を複数設け、閾値毎に圧縮機周波数を上昇させてもよい。

次に図８、９を用いて運転経過時間に対する圧縮機吐出冷媒の温度変化を説明する。
図中の二点鎖線は、作動冷媒がＨＦＯ−１１２３単体の組成における不均化反応発生温度を示す。鎖線は、通常運転時の非共沸混合冷媒（ＨＦＯ−１１２３及びＨＦＯ−１２３４ｙｆ）の組成比における不均化反応発生温度を示す。一点鎖線は、通常運転時の圧縮機１の吐出冷媒温度を示す。図９に示す通常運転の制御では、運転開始後、圧縮機１の吐出冷媒が直ちに目標温度、圧力となるよう制御されるが、運転開始の初期状態はＨＦＯ−１１２３が冷媒回路内に富む状態のため、圧縮機１の吐出温度、圧力が目標値となる前に不均化反応が生じる可能性がある。

一方で、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、図８に示すように運転開始の初期状態は、安全性を考慮してＨＦＯ−１１２３単体の組成比であっても不均化反応が生じないように圧縮機吐出冷媒温度を不均化反応発生温度を示す二点鎖線以下として運転する。
そして、吐出ガス冷媒のアキュームレータ５の出入り口温度差が、閾値となる温度勾配より小さくなると、アキュームレータ５内の高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）が気化し、冷媒回路内の低沸点冷媒（ＨＦＯ−１１２３）の組成比が低下したと判断して、図５に示すように三方弁８を切り替え、圧縮機１の回転周波数を上昇させて吐出温度及び圧力を上げ、通常運転状態へと移行する。

なお、第１温度検知手段６の温度は冷凍サイクル装置内で最も高温、高圧下となるため、圧縮機１の起動時は、不均化反応を生じる冷媒（例えばＨＦＯ−１１２３）単体の状態であっても不均化反応が生じない温度以下となるよう第１温度検知手段６の検知温度を抑制するように冷凍サイクル装置を制御する。このとき、圧縮機１の回転周波数を抑制するだけではなく、凝縮器２の凝縮器ファン２ａの回転数を増加させる、膨張弁３の開度を開く、または、蒸発器４の蒸発器ファン４ａの回転数を低下させる制御のうちのいずれか、またはそれらを組み合わせて初期運転を行うことができる。

次に、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
低沸点冷媒であるＨＦＯ−１１２３と、高沸点冷媒であるＨＦＯ−１２３４ｙｆとの非共沸混合冷媒の場合、運転開始時において沸点の違いによりＨＦＯ−１１２３が冷媒回路内で富む状態となり、通常運転時と比べ低温、低圧の条件でも不均化反応を生じやすい。 このため、運転開始の初期状態において圧縮機１の回転周波数を低くして運転することで吐出冷媒温度及び圧力を抑制し、不均化反応を防止することができる。

また、運転開始の初期状態に圧縮機１から吐出されたガス冷媒の熱によりアキュームレータ５内に液冷媒として寝込んでいる高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）の気化を促進させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させることができる。
さらに、非共沸混合冷媒の組成を通常運転状態に変化させ後、三方弁８を切り替え、アキュームレータ５を経由させずに吐出冷媒を凝縮器２へと流入させることで、アキュームレータ５内の過剰な加熱を防止することができる。

また、アキュームレータ５内の内部有効高さの下端から５％以上５０％以下の位置にガス冷媒が通る熱交換部９ａを設けることで高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）に富む液冷媒を確実に加熱し気化させるとともに必要以上の加熱を防止することができる。また、アキュームレータ５内の液冷媒を効率的気化させることができるため、冷房運転または暖房運転などの通常運転に短時間で移行することが可能となる。
そして、第１温度検知手段６と、第２温度検知手段７との温度差による温度勾配の変化を検知して、アキュームレータ５内に貯留された液冷媒のレベルを判断するため、レベルセンサーを設けることがない簡易な構成で初期状態から通常運転への移行制御が可能になる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成について説明する。
図１０は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。
本実施の形態２の冷凍サイクル装置は、基本的な構成が実施形態１と同様であるが、三方弁８の下流側に四方弁１１を備え、冷媒の流れ方向を切替え可能としている点で異なっているため、この点のみを説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付している（実施の形態１では熱交換器を凝縮器２及び蒸発器４としているが、実施の形態２では、四方弁１１の切替えにより凝縮器２が蒸発器として機能し、蒸発器４が凝縮器として機能することがある）。

次に、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の動作について説明する。
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と同様の非共沸混合冷媒を作動冷媒として採用している。
四方弁１１により冷媒の流通方向を切り替えることにより、空調対象空間に対して冷房運転及び暖房運転を実施することが可能となる。

図１１は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転開始の初期状態における冷媒の動作を示した図である。
図１２は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の通常運転時の冷媒の動作を示した図である。
実施の形態１と同様に運転開始の初期状態は、図１１に示すように圧縮機１から吐出されたガス冷媒の熱によりアキュームレータ５内に液冷媒として寝込んでいる高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）の気化を促進させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させることができる。その後、図１２のように三方弁８を切り替え、通常運転に移行する。
この移行制御における制御フローは実施の形態１と同様に図６に示す通りである。

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同様にアキュームレータ５内を加熱する経路を有し、特に圧縮機１の運転開始の初期状態においてアキュームレータ５内に貯留された高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）に富む液冷媒を加熱により気化させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させることができる。そして、このアキュームレータ５の加熱中に圧縮機１の回転数を低くすることで吐出冷媒温度及び圧力を抑え、低沸点冷媒（ＨＦＯ−１１２３）の不均化反応を抑制することができる。また、図１０に示すように四方弁１１を設けることで、空調対象空間の冷房運転及び暖房運転を実施することが可能となる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成について説明する。
図１３は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。
本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、基本的な構成が実施形態１と同様であるが、運転開始の初期状態において、圧縮機１の吐出冷媒をアキュームレータ５に供給する構成に加えて、圧縮機１やアキュームレータ５等、停止時に冷媒が貯留しやすい箇所に圧縮機加熱手段１３やアキュームレータ加熱手段１４を備え、加熱を可能としている点が異なっている。

圧縮機加熱手段１３は、例えば、圧縮機１内部のモータを駆動することなくモータ巻線に通電（拘束通電）して発熱させ、圧縮機１を加熱する加熱手段を用いることができる。
また、圧縮機１の外面に電気ヒータ等を取り付ける構成とすることもできる。電気ヒータは、抵抗加熱や誘導加熱など様々な加熱方式を採用することができる。
アキュームレータ加熱手段１４は、圧縮機加熱手段１３と同様に例えば、アキュームレータ５の外面に電気ヒータ等を取り付ける加熱手段を用いることができる。

次に、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の動作について説明する。
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と同様の非共沸混合冷媒を作動冷媒として採用している。
実施の形態１と同様に運転開始の初期状態にアキュームレータ５に圧縮機１から吐出ガス冷媒を供給して加熱するとともに、圧縮機１やアキュームレータ５内に液冷媒として寝込んでいる高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を各加熱手段で加熱して気化を促進させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させる。その際に圧縮機１の回転周波数を低く抑える点は、実施の形態１と同様である。その後、三方弁８を切り替え、通常運転に移行する。なお、アキュームレータ５内の内部有効高さの下端から５％以上５０％以下の位置にアキュームレータ加熱手段１４を設けることで高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）に富む液冷媒を確実に加熱し気化させるとともに必要以上の加熱を防止することができる。また、アキュームレータ５内の液冷媒を効率的気化させることができるため、冷房運転または暖房運転などの通常運転に短時間で移行することが可能となる。

これらの圧縮機加熱手段１３やアキュームレータ加熱手段１４の駆動制御は、実施の形態１と同様に図６の制御フローに倣ってアキュームレータ５内の液冷媒が気化した段階（ｓｔｅｐ５）にて加熱を終了することができる。また、圧縮機１やアキュームレータ５の底部における外表面の温度や、それぞれから排出される冷媒の温度を検出し、所定の温度に上昇するまで加熱駆動する制御を適用することができる。さらに、圧縮機１の起動からの時間を計測するタイマーなどの計時手段を設け、起動から所定時間、加熱手段を駆動する制御を採用することもできる。その際に外気の温度を検出し、外気温度が低いときには寝込み液冷媒の量が多いと判断して加熱手段の駆動時間を増加するよう補正してもよい。

実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、運転開始の初期状態において、圧縮機１内やアキュームレータ５内に貯留された高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）に富む液冷媒を圧縮機１の吐出ガス冷媒と各加熱手段とにより気化させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させることができる。そして、これらの加熱手段の駆動中に圧縮機１の回転数を低くすることで吐出冷媒温度及び圧力を抑え、低沸点冷媒（ＨＦＯ−１１２３）の不均化反応を抑制することができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成について説明する。
本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置は、基本的な構成が実施形態１と同様であるが、圧縮機１からの吐出ガス冷媒をアキュームレータ５に供給する際に三方弁に代えて冷媒の流通を制御するホットガスバイパス弁１５（本発明の二方弁に相当する）を設けた点と、アキュームレータ５内の液冷媒のレベルを測定する液面検知手段１６を備える点が異なっている。そして、アキュームレータ５を加熱した後の吐出冷媒を、図１４に示すように蒸発器４の出口側、あるいは、図１５に示すように凝縮器２の入口側に合流させる。

また、アキュームレータ５に設けた液面検知手段１６は、実施の形態１に記載の図７に示す吐出ガス冷媒の温度勾配による液冷媒レベルの検知手段に代えて設けるものである。
液面検知手段１６は、例えば、液部分とガス部分の温度差から液面を計測するサーミスタ方式等、発光部と受光部から構成され、光の透過状態により液面を測定する光方式、液冷媒や冷凍機油の静電容量を検出し液面を計測する静電容量プローブ方式、超音波が反射して戻ってくる時間を測定して液面を計測する超音波方式などを採用することができる。

次に、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の動作について説明する。
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と同様の非共沸混合冷媒を作動冷媒として採用している。
実施の形態１と同様に運転開始の初期状態にアキュームレータ５に圧縮機１から吐出ガス冷媒をバイパス経路９のホットガスバイパス弁１５を介して供給し、アキュームレータ５内に液冷媒として寝込んでいる高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を加熱して気化を促進させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させる。その際に圧縮機１の回転周波数を低く抑える点は、実施の形態１と同様である。

また、運転開始の初期状態において、凝縮器２の凝縮器ファン２ａの回転数を通常運転（冷房又は暖房定格運転時）に対して増加させる、もしくは、蒸発器４の蒸発器ファン４ａの回転数を通常運転（冷房又は暖房定格運転時）に対して低下させてもよい。
凝縮器２の凝縮器ファン２ａの回転数を通常運転（冷房又は暖房定格運転時）の４／３以上の回転数で高速運転させる、もしくは、蒸発器４の蒸発器ファン４ａの回転数を通常運転（冷房又は暖房定格運転時）の２／３以下の回転数で低速運転させるものである。

実施の形態１では、図６に示すようにアキュームレータ５で熱交換した吐出ガス冷媒の温度勾配の変化により三方弁８を切り替え、通常運転に移行するが、本実施の形態４では、液面検知手段１６によりアキュームレータ５内の液冷媒のレベルを測定し、液面が閾値以下に低下した段階でホットガスバイパス弁１５を閉じて通常運転に移行する。この移行の際には、アキュームレータ５内の液冷媒量の減少に基づいて圧縮機１の回転周波数を上昇させる、または、凝縮器ファン２ａをアキュームレータ５内の液冷媒量の減少に基づいて回転数を低下させる、もしくは、蒸発器ファン４ａをアキュームレータ５内の液冷媒量の減少に基づいて回転数を上昇させるなどの制御で通常運転に移行することができる。

図１４は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置のホットガスバイパス弁が開いている時の概略構成図である。
運転開始の初期状態において、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、凝縮器２とホットガスバイパス弁１５へとそれぞれ分かれて流入する。凝縮器２へと流入した冷媒は膨張弁３、蒸発器４の順に流れる。また、ホットガスバイパス弁１５へと流入した冷媒は、アキュームレータ５内の液冷媒を加熱し気化させる。アキュームレータ５を出た冷媒は蒸発器４の出口側で合流し、アキュームレータ５内を経由して圧縮機１へと吸引される。
その後、液面検知手段１６により検出されたアキュームレータ５内の液冷媒のレベルが閾値を下回ったときには、ホットガスバイパス弁１５を閉じ、圧縮機１の回転周波数を上昇させて通常運転に移行する。

図１５は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置のホットガスバイパス弁が開いている時の別の例の概略構成図である。
図１４と同様に運転開始の初期状態において、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、凝縮器２とホットガスバイパス弁１５へとそれぞれ分かれて流入する構成であるが、アキュームレータ５を出た冷媒は凝縮器２の入口側に合流する構成となる。液面検知手段１６の検出結果による通常運転への移行は図１４の例と同様である。
なお、圧縮機１の起動初期はホットガスバイパス弁１５の開度を大きくし、アキュームレータ５内の液面レベルが下がってくるに従って、複数の閾値を設けてホットガスバイパス弁１５の開度を小さくし、アキュームレータ５の加熱量を調整してもよい。

実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
実施の形態４に係る冷凍サイクル装置は、運転開始の初期状態において、圧縮機１内やアキュームレータ５内に貯留された高沸点冷媒（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）に富む液冷媒を圧縮機１の吐出ガス冷媒により気化させ、非共沸混合冷媒の組成比を短時間で通常運転状態に変化させることができる。また、ホットガスバイパス弁１５には一部の吐出冷媒が流れており、その他の吐出冷媒は凝縮器２側に流れるため、アキュームレータ５の加熱と併行して冷暖房運転等を継続することができる。

さらに、運転開始の初期状態において、ホットガスバイパス弁１５が開いている間、圧縮機１の回転数を低くすることで吐出冷媒温度を抑え、低沸点冷媒（ＨＦＯ−１１２３）の不均化反応を抑制することができる。
または、凝縮器ファン２ａの回転数を通所運転（冷房又は暖房定格運転時）に対して増加させる、もしくは、蒸発器ファン４ａの回転数を通常運転（冷房又は暖房定格運転時）に対して低下させることで、冷凍サイクルの高圧側及び低圧側の圧力を低下させ、圧縮機１の吐出圧力、吐出温度を小さくすることで、非共沸混合冷媒の不均化反応を防止することができる。

また、アキュームレータ５内の液冷媒のレベルを液面検知手段１６にて正確に検出し、非共沸混合冷媒の組成比が通常運転状態になってから通常運転へ移行するため、不均化反応を確実に防止することができる。ホットガスバイパス弁１５の開度をアキュームレータ５内の液冷媒のレベルの低下に基づいて絞る方向に調整することでアキュームレータ５の過剰な加熱を防止することができる。

以上、実施の形態１〜４について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されず、各実施の形態の全て又は一部を組み合わせることも可能である。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、２ａ 凝縮器ファン、３ 膨張弁、４ 蒸発器、４ａ 蒸発器ファン、５ アキュームレータ（本発明の気液分離器に相当）、６ 第１温度検知手段、７ 第２温度検知手段、８ 三方弁、９ バイパス経路、９ａ 熱交換部、１０ メイン経路、１１ 四方弁、１３ 圧縮機加熱手段、１４ アキュームレータ加熱手段、１５ ホットガスバイパス弁、１６ 液面検知手段。

Claims (16)

1. 第１冷媒と、同一圧力下において前記第１冷媒よりも沸点の高い特性の第２冷媒と、を含む非共沸混合冷媒を作動冷媒とし、圧縮機と、第１熱交換器と、膨張弁と、気液分離器と、第２熱交換器と、を順次接続したメイン経路を少なくとも備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記第１冷媒は、不均化反応が生じる特性を有し、
   前記圧縮機が起動した後の初期状態では、前記気液分離器内の液冷媒量に基づいて前記圧縮機の吐出冷媒の温度、または圧力を通常運転に比べて抑制する初期運転を行う冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機の吐出冷媒の温度、または圧力を調整する際に前記圧縮機の回転周波数、前記膨張弁、前記第１熱交換器に対応するファン、前記第２熱交換器に対応するファンのうちのいずれか１つ、もしくは複数を制御する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記初期運転の間は、前記圧縮機の回転周波数を前記通常運転より低下させる、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器のうち凝縮器として機能する熱交換器に対応するファンの回転数を前記通常運転よりも増加させる、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器のうち蒸発器として機能する熱交換器に対応するファンの回転数を前記通常運転よりも減少させる、前記膨張弁の開度を前記通常運転より開く、それぞれの制御のうちのいずれか１つ、もしくは複数を行う請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記液冷媒量が閾値を下回ったときに前記初期運転を終了し前記圧縮機の吐出冷媒の温度、または圧力を上昇させて前記通常運転に移行する請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記気液分離器を加熱する加熱手段を有し、
   前記初期運転の間は、前記加熱手段により前記気液分離器を加熱する請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記加熱手段は、前記圧縮機の吐出冷媒を熱源とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記加熱手段は、前記メイン経路から分岐し前記圧縮機の吐出冷媒を前記気液分離器内の液冷媒と熱交換する熱交換部に供給するバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられる開閉弁と、を有する請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記開閉弁は、前記初期運転の間、前記吐出冷媒を前記バイパス経路に流通させるように開き、前記通常運転に移行すると閉じる開閉制御を行う請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記開閉弁は、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部に設けられた三方弁である請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記開閉弁は、前記バイパス経路に設けられた二方弁である請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記加熱手段は、電気ヒータである請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記加熱手段は、前記気液分離器の内部有効高さの下端から５％以上５０％以下の箇所に対応して設置される請求項５〜１１のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記気液分離器内の液冷媒量を、前記バイパス経路における前記熱交換部の出入口冷媒温度差によって検知する請求項７〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記気液分離器内の液冷媒量を、前記気液分離器内の液冷媒のレベルを検知する液面検知手段によって検知する請求項７〜１１のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記メイン経路の前記圧縮機の吐出側には、吐出冷媒の流路を前記第１熱交換器側と前記第２熱交換器側とに切り替える四方弁が設けられた請求項１〜１４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記第１冷媒は、ＨＦＯ−１１２３であり、前記第２冷媒は、少なくともＲ３２、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅのうちの１つ以上を含む請求項１〜１５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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