JPWO2015140885A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクルに、不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒または不均化反応を起こす性質の物質を含む混合冷媒と、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油と、が充填されている。

Description

本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置等の冷凍サイクル装置に関するものである。

ビル用マルチエアコン等のように、冷媒を循環する冷媒回路を構成して空気調和等を行う冷凍サイクル装置においては、一般的に、不燃性であるＲ４１０Ａ、弱い可燃性を有するＲ３２、強い可燃性を示すプロパン等の水素と炭素を含む物質が冷媒として用いられる。これらの物質は、大気中に放出された場合に、大気中で分解されて別の物質に変わるまでの寿命は異なるが、冷凍サイクル装置内においては、安定性が高く、数十年の長い間冷媒として使用することができる。

これに対して、水素と炭素を含む物質の中には、冷凍サイクル装置内においても安定性が悪く、冷媒としては使用し難いものも存在する。これらの安定性が悪い物質としては、たとえば、不均化反応を起こす性質のものがある。不均化とは、同一種類の物質同士が反応して別の物質に変化する性質のことである。たとえば、液状態等の隣り合う物質同士の距離が非常に近い状態で、冷媒に対して何らかの強いエネルギーが加わると、このエネルギーによって、不均化反応が起き、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化してしまう。不均化反応が起きると、発熱し、急激な温度上昇が起き、そのため圧力が急激に上昇する可能性がある。たとえば、不均化反応を起こす性質の物質を冷凍サイクル装置の冷媒として用い、銅等の配管内に封入していると、配管が内部の冷媒の圧力上昇に耐え切れず、配管が破裂してしまう、等の事故が起きる可能性がある。この不均化反応を起こす性質の物質としては、たとえば、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）、アセチレン等が知られている。

また、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）を熱サイクル用作動媒体として用いる熱サイクルシステム（冷凍サイクル装置）が存在している（たとえば、特許文献１）。

ＷＯ１２／１５７７６４号公報（第３頁、第１２頁、図１等）

特許文献１に記載されている熱サイクルシステム等の冷凍サイクル装置においては、熱サイクル用作動媒体として、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）を使用することが記載されている。１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）は、不均化反応を起こす性質の物質である。そのまま冷媒として使用すると、液や二相等の隣り合う物質同士の距離が非常に近い液状態の物質が存在する場所で、何らかのエネルギーによって、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化し、冷媒として機能しなくなるばかりか、急激な圧力上昇により配管破裂等の事故が起こる可能性がある。このため、冷媒として使用するためには、この不均化反応を起こさないように使用しなければならないという課題がある。そこで、この不均化反応を起こさせないための工夫が必要になるが、特許文献１等には、不均化反応を起こさせない装置等を実現する方法については、何ら記述されていない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、冷媒が外部から受けるエネルギーを低減させ、不均化反応を起こす性質の物質を、安全に、冷媒として使用することができる冷凍サイクル装置を得るものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器と、を冷媒配管で接続して構成された冷凍サイクルを備え、冷凍サイクルには、不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒または不均化反応を起こす性質の物質を含む混合冷媒と、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油と、が充填されているものである。

本発明の冷凍サイクル装置は、１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）等の不均化反応を起こす性質の物質が、不均化反応により、冷媒として使用できなくなったり、配管破裂等の事故が発生したりするのを防ぎ、安全に冷媒として使用することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の設置例を示す概略図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路構成図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時の回路構成図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時の回路構成図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷凍機油の溶解度線図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の熱交換器の伝熱管の内面（伝熱面）に溝加工を施した場合の構成例の概略断面図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の熱交換器の別の伝熱管の概略図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の絞り装置の構成の概略図。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のアキュムレータの構成の概略図。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の回路構成図。

以下、発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。ここで、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、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、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、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。更に、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、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。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の設置例を示す概略図である。図１に示す冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成して冷媒による冷凍サイクルを利用することで、運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードのいずれかを選択できるものである。ここで、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、空調対象空間（室内空間７）の空気調和を行う空気調和装置を例として説明する。

図１においては、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、熱源機である１台の室外機１と、複数台の室内機２と、を有している。室外機１と室内機２とは、冷媒を導通する延長配管（冷媒配管）４で接続され、室外機１で生成された冷熱あるいは温熱は、室内機２に配送されるようになっている。

室外機１は、通常、ビル等の建物９の外の空間（たとえば、屋上等）である室外空間６に配置され、室内機２に冷熱または温熱を供給するものである。室内機２は、建物９の内部の空間（たとえば、居室等）である室内空間７に温調された空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間７に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。

図１に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置においては、室外機１と各室内機２とが２本の延長配管４を用いて、それぞれ接続されている。

なお、図１においては、室内機２が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定するものではない。天井埋込型や天井吊下式等、室内空間７に直接またはダクト等により、暖房用空気あるいは冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。

図１においては、室外機１が室外空間６に設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、室外機１は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよい。また、排気ダクトで廃熱を建物９の外に排気することができるのであれば建物９の内部に設置してもよい。更に、水冷式の室外機１を用いて建物９の内部に設置するようにしてもよい。どのような場所に室外機１を設置するとしても、特段の問題が発生することはない。

また、室外機１及び室内機２の接続台数を図１に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置が設置される建物９に応じて台数を決定すればよい。

図２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１００と称する）の回路構成の一例を示す回路構成図である。図２に基づいて、冷凍サイクル装置１００の詳しい構成について説明する。図２に示すように、室外機１と室内機２とが、内部に冷媒が流れる延長配管（冷媒配管）４で接続されている。

［室外機１］
室外機１には、圧縮機１０と、四方弁等の第１冷媒流路切替装置１１と、熱源側熱交換器１２と、アキュムレータ１９とが冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。

圧縮機１０は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。第１冷媒流路切替装置１１は、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。熱源側熱交換器１２は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器（または放熱器）として機能する。そして、第一の熱交換器となる熱源側熱交換器１２は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、その冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。熱源側熱交換器１２は、室内空間７を冷房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間７を暖房する運転の場合には蒸発器として作用する。アキュムレータ１９は、圧縮機１０の吸入側に設けられており、運転モード変化等により冷媒回路中で余剰となる冷媒を貯留するものである。

室外機１には、圧縮機１０、第１冷媒流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２、アキュムレータ１９、高圧検出装置３７、低圧検出装置３８、及び、制御装置６０が備えられている。また、圧縮機１０は、たとえば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気となり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものを使用するか、あるいは、密閉容器内が高圧の冷媒圧雰囲気となり、圧縮室で圧縮された高圧冷媒を密閉容器内に吐出する高圧シェル構造のものを使用する。また、室外機１は、制御装置６０を備えており、各種検出装置での検出情報、リモコンからの指示等に基づいて、機器の制御を行う。たとえば、圧縮機１０の駆動周波数、送風機の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、第１冷媒流路切替装置１１の切り替え等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。ここで、本実施の形態の制御装置６０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit ）等の制御演算処理手段を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。また、記憶手段（図示せず）を有しており、制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理手段がプログラムのデータに基づく処理を実行して制御を実現する。

［室内機２］
室内機２には、それぞれ第二の熱交換器となる負荷側熱交換器１５が搭載されている。この負荷側熱交換器１５は、延長配管４によって室外機１に接続するようになっている。この負荷側熱交換器１５は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内空間７に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。負荷側熱交換器１５は、室内空間７を暖房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間７を冷房する運転の場合には蒸発器として作用する。

この図２では、４台の室内機２が接続されている場合を例に示しており、紙面下から室内機２ａ、室内機２ｂ、室内機２ｃ、室内機２ｄとして図示している。また、室内機２ａ〜室内機２ｄに応じて、負荷側熱交換器１５も、紙面下側から負荷側熱交換器１５ａ、負荷側熱交換器１５ｂ、負荷側熱交換器１５ｃ、負荷側熱交換器１５ｄとして図示している。なお、図１と同様に、室内機２の接続台数を図２に示す４台に限定するものではない。

冷凍サイクル装置１００が実行する各運転モードについて説明する。この冷凍サイクル装置１００は、各室内機２からの指示に基づいて、室外機１の運転モードを冷房運転モードか暖房運転モードかのいずれかに決定する。すなわち、冷凍サイクル装置１００は、室内機２の全部で同一運転（冷房運転か暖房運転）をすることができ、室内の温度調節を行う。なお、冷房運転モード、暖房運転モードのいずれにおいても、各室内機２の運転／停止は自由に行うことができる。

冷凍サイクル装置１００が実行する運転モードには、駆動している室内機２の全てが冷房運転（停止も含む）を実行する冷房運転モード、及び、駆動している室内機２の全てが暖房運転（停止も含む）を実行する暖房運転モードがある。以下に、各運転モードについて、冷媒の流れと共に説明する。

［冷房運転モード］
図３は、冷凍サイクル装置１００の吐出温度が低い場合の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図３では、全部の負荷側熱交換器１５において冷熱負荷が発生している場合を例に冷房運転モードについて説明する。なお、図３では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。

図３に示す冷房運転モードの場合、室外機１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された冷媒が熱源側熱交換器１２へ流入するように切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機１０によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して熱源側熱交換器１２に流入する。そして、熱源側熱交換器１２で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となり、室外機１から流出する。

室外機１を流出した高圧の液冷媒は、延長配管４を通って、室内機２（２ａ〜２ｄ）のそれぞれに流入する。室内機２（２ａ〜２ｄ）に流入した高圧の液冷媒は、絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）に流入して、絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）で絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となる。更に、蒸発器として作用する負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）のそれぞれに流入し、負荷側熱交換器１５の周囲を流通する空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。そして、低温低圧のガス冷媒は、室内機２（２ａ〜２ｄ）から流出し、延長配管４を通って再び室外機１へ流入し、第１冷媒流路切替装置１１を通り、アキュムレータ１９を介して、圧縮機１０へ再度吸入される。

このとき、絞り装置１６ａ〜１６ｄの開度（開口面積）は、負荷側熱交換器ガス冷媒温度検出装置２８の検出温度と、室外機１の制御装置６０から各室内機２の制御装置（図示せず）に通信で送信された蒸発温度と、の温度差（過熱度）が目標値に近づくように制御される。

なお、冷房運転モードを実行する際、熱負荷のない負荷側熱交換器１５（サーモオフを含む）へは冷媒を流す必要がないため、運転を停止させる。このとき、停止している室内機２に対応する絞り装置１６は、全閉または冷媒が流れない小さい開度としておく。

［暖房運転モード］
図４は、冷凍サイクル装置１００の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図４では、全部の負荷側熱交換器１５において温熱負荷が発生している場合を例に暖房運転モードについて説明する。なお、図４では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。

図４に示す暖房運転モードの場合、室外機１では、第１冷媒流路切替装置１１を、圧縮機１０から吐出された冷媒を、熱源側熱交換器１２を経由させずに室内機２へ流入させるように切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機１０によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出され、第１冷媒流路切替装置１１を通り、室外機１から流出する。室外機１から流出した高温高圧のガス冷媒は、延長配管４を通って室内機２（２ａ〜２ｄ）のそれぞれに流入する。室内機２（２ａ〜２ｄ）に流入した高温高圧のガス冷媒は、負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）のそれぞれに流入し、負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）の周囲を流通する空気に放熱しながら凝縮液化し、高温高圧の液冷媒となる。負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）から流出した高温高圧の液冷媒は、絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）に流入し、絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）で絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となり、室内機２（２ａ〜２ｄ）から流出する。室内機２から流出した低温低圧の二相冷媒は、延長配管４を通って再び室外機１へ流入する。

このとき、絞り装置１６ａ〜１６ｄの開度（開口面積）は、室外機１の制御装置６０から各室内機２の制御装置（図示せず）に通信で送信された凝縮温度と、負荷側熱交換器液冷媒温度検出装置２７の検出温度と、の温度差（過冷却度）が目標値に近づくように制御される。

室外機１に流入した低温低圧の二相冷媒は、熱源側熱交換器１２に流入し、熱源側熱交換器１２の周囲に流れる空気から吸熱し、蒸発して低温低圧のガス冷媒または低温低圧の乾き度の大きい二相冷媒となる。低温低圧のガス冷媒または二相冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレータ１９を介して、再び圧縮機１０に吸入される。

暖房運転モードを実行する際、熱負荷のない負荷側熱交換器１５（サーモオフを含む）へは冷媒を流す必要がない。しかし、暖房運転モードにおいて、暖房負荷のない負荷側熱交換器１５と対応する絞り装置１６を全閉または冷媒が流れない小さい開度とすると、運転していない負荷側熱交換器１５の内部で冷媒が周囲空気によって冷やされて凝縮し、冷媒が溜まり込んでしまい、冷媒回路全体として冷媒不足に陥ってしまう可能性がある。そこで、暖房運転時においては、熱負荷のない負荷側熱交換器１５と対応する絞り装置１６の開度（開口面積）は全開等の大きい開度にし、冷媒の溜まり込みを防止する。

また、第１冷媒流路切替装置１１は、四方弁を用いるのが一般的であるが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。

また、ここでは、冷媒回路中に余剰冷媒を貯留するアキュムレータ１９を備える場合について説明をしたが、延長配管４が短い場合、室内機２の台数が１台である場合等は、余剰冷媒が少ないため、アキュムレータ１９を備えていなくてもよい。

［冷媒の種類］
冷凍サイクル装置１００で使用する冷媒として、Ｒ３２、Ｒ４１０Ａ等のように、通常に冷媒として使用されている物質を使用する場合は、冷媒回路内での冷媒の安定性を改善するための工夫を施すことなく、このまま普通に使用すればよい。しかし、ここでは、冷媒として、Ｃ_２Ｈ_１Ｆ_３で表され分子構造中に二重結合を１つ有する１，１，２−トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）等の不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒、または、不均化反応を起こす性質の物質に別の物質を混合させた混合冷媒を用いるものとする。

混合冷媒を生成させるために、不均化反応を起こす性質の物質に混合させる物質としては、たとえば、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４で表されるテトラフルオロプロペン（ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２で表される２，３，３，３−テトラフルオロプロペンであるＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＣＦ_３ＣＨ＝ＣＨＦで表される１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンであるＨＦＯ−１２３４ｚｅ等）、または、化学式がＣＨ_２Ｆ_２で表されるジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）等が用いられる。しかし、不均化反応を起こす性質の物質に混合させる物質は、これらに限るものではなく、ＨＣ−２９０（プロパン）等を混合させてもよく、冷凍サイクル装置１００の冷媒として使用できる熱性能を有する物質であれば、どのようなものを用いてもよい。また、混合比は、どのような混合比としてもよい。

不均化反応を起こす性質の物質は、上述したように、そのまま冷媒として使用すると以下の問題が生じる。すなわち、液相、二相等のように隣り合う物質同士の距離が非常に近い液状態の物質が存在する場所で、何らかの強いエネルギーが加わると、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化し、冷媒として機能しなくなる。そればかりか、発熱による急激な圧力上昇のため、配管破裂等の事故が起こる可能性がある。そこで、不均化反応を起こす性質の物質を冷媒として使用するためには、液部、または、気体と液体との混合状態である二相部において、この不均化反応を起こさないような工夫が必要となる。ここで、冷媒と構造物とが衝突したときの衝突エネルギーも、冷媒の不均化反応を起こさせる要因になる。

［冷凍機油］
冷媒回路中に充填される冷凍機油は、ポリオールエステル及びポリビニルエーテルのうちいずれかを主成分とするものであり、圧縮機１０に充填され冷凍機油の一部が冷媒と一緒に冷媒回路中を循環する。ポリオールエステル及びポリビニルエーテルは、いずれも、分子構造中に二重結合を１個有する冷媒に対して溶解しやすい相溶性を有する冷凍機油である。

冷凍機油は、冷媒であるＨＦＯ１１２３に対して相溶性を有している。そのため、ＨＦＯ−１１２３が、冷凍機油に、ある程度溶解する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷凍機油の溶解度線図である。溶解度が大きいとは、冷凍機油に沢山の冷媒が溶けることを意味し、溶解度が小さいとは、冷凍機油に少しの冷媒しか溶けないことを意味する。図５には、溶解度と圧力との関係を、冷媒の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３毎に示している。なお、図５において、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は異なる温度であり、式（１）が成り立つ。

［数１］
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３ ・・・ （１）

図５に示すように、同一圧力条件では、冷媒の温度が低い方が溶解度が大きく、同一温度条件では、冷媒の圧力が高い方が溶解度が大きい。冷媒が冷凍機油に溶解すると、冷媒の分子と分子の間に冷凍機油の分子が溶け込んで存在するようになる。すなわち、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きいと、多くの冷媒の分子と分子の間に冷凍機油が存在することになる。冷媒の不均化反応は、上述したように、隣接する冷媒の分子同士が反応する現象であるため、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を使用すれば、冷媒の分子と分子の間に冷凍機油の分子が存在することから、冷媒の不均化反応が起き難くなる。

冷媒の不均化反応を抑制するためには、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きい方が効果が大きい。実用的には、溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上であれば、多くの冷媒が冷凍機油に溶解するため、不均化反応を抑制できる。

［熱源側熱交換器１２または負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）］
冷凍サイクル装置１００では、室内機２が冷房運転を行っている時は、負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）には低温低圧の二相冷媒が流入して蒸発ガス化し、低温低圧のガス冷媒となって負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）から流出する。また、室内機２が暖房運転を行っている時は、負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）には高温高圧のガス冷媒が流入する。負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）に流入した冷媒は、凝縮し、二相域を経て液化し、高温高圧の液冷媒となって負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）から流出する。

また、熱源側熱交換器１２には、冷房運転モード時は、高温高圧のガス冷媒が流入して凝縮し、二相域を経て液化し、高温高圧の液冷媒となって流出する。また、熱源側熱交換器１２には、暖房運転モード時は、低温低圧の二相冷媒が流入して蒸発し、低温低圧の乾き度の大きい二相冷媒となって流出する。

図６は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の熱交換器に用いられる伝熱管の内面（伝熱面）に溝加工を施した場合の構成例の概略断面図である。
伝熱管４１の内部は冷媒が流れる流路４２となっている。伝熱管４１の内面には、管軸方向に延びる溝４３が周方向に間隔を空けて複数形成され、伝熱管４１の内面が凹凸面４３ａとなっている。このように伝熱管４１の内面に溝加工を施して凹凸面４３ａを形成すると、凹凸面４３ａの影響で冷媒の境界層が乱され、冷媒の乱れ度が増加する。

冷媒は、伝熱管４１内の凹凸面４３ａの凹部４３ｂで流速が増加し、凸部４３ｃとの衝突を繰り返しながら、伝熱管４１の中を流れていく。したがって、一般的に、伝熱管４１の内面に溝加工を施すと、熱伝達率が増加するだけでなく、冷媒の圧力損失も増加する。このように、熱交換器（１２または１５）の伝熱管４１の溝４３は、冷媒にとっては不均化反応を起こさせる要因となる可能性がある。伝熱管４１の溝４３は、冷媒の流れを乱す効果が大きい形（たとえば管軸方向に延びる螺旋状等）に成形される場合が多く、この場合は更にその効果が大きくなる。

なお、図６は、溝加工の一例であり、この形に限るものではなく、また、溝４３は、螺旋状でなくてもよく、伝熱管４１の内部に凹凸面４３ａが形成され、冷媒の流れ乱す形をしていれば、どんな形であっても、同様の状況となる。このように、伝熱管４１の内面に溝加工を施すと冷媒の不均化反応が起きやすくなるが、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を使用すると、冷媒と冷凍機油とが溶解し、冷媒の分子と分子の間に冷凍機油の分子が存在するようになるため、冷媒の不均化反応が起き難くなる。

図７は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の熱交換器に用いられる別の伝熱管の概略図である。
図７には、内部が複数（ここでは４つ）の流路４２に分かれている扁平流路構造をした扁平管を示している。そして、この扁平管は更に、各流路４２のそれぞれに溝４３が形成されて内面に凹凸面４３ａを有している。伝熱管４１に、図７に示した扁平流路構造の扁平管を使用してもよい。このような扁平流路構造をした扁平管を用いた場合も、円管を用いた場合と同様に、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を用いると、冷媒の不均化反応が起き難い。また、伝熱管４１及び流路４２は、どのような形をしていてもよく、同様の効果を奏する。

なお、ここでは、伝熱管４１の内面（伝熱面）に、伝熱を促進させる伝熱促進機構として凹凸面４３ａを設けることを例に説明したが、凹凸面４３ａに限るものではない。たとえば、伝熱管４１自体は内面が滑らかな平滑管（円管）とし、伝熱管４１の内部に螺旋状に成形したねじり管を挿入する等のその他の伝熱促進機構を備えた構成としてもよい。この場合にも、同様のことが言え、同様の効果を奏する。

なお、通常、ビル用マルチエアコン等では、圧縮機１０の周波数や熱源側熱交換器１２に付属の送風機（図示せず）の回転数を制御して、主に暖房運転モード等において、凝縮器内の冷媒の温度である凝縮温度を約５０℃に制御する。また、絞り装置１６を制御して、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を約１０℃に制御する。このため、凝縮温度が約５０℃であれば凝縮器の出口の冷媒の温度は約４０℃に制御される。すなわち、凝縮器内の二相冷媒は、温度が約５０℃、圧力が約５０℃の飽和圧力の状態になっており、凝縮器内の液冷媒は、凝縮器の出口に近づくにつれて、温度が約５０℃から約４０℃まで変化し、圧力は約５０℃の飽和圧力の状態になっている。

また、圧縮機１０の周波数や熱源側熱交換器１２に付属の送風機（図示せず）の回転数を制御して、主に冷房運転モード等において、蒸発器内の冷媒の温度である蒸発温度を約０℃に制御する。また、蒸発器の出口の冷媒の過熱度は約０〜５℃に制御される。すなわち、蒸発器内は、殆どの領域が二相状態であり、温度が約０℃、圧力が約０℃の飽和圧力の状態になっている。

よって、冷媒が、これらの温度、圧力にある状態において、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きいと、冷媒の不均化反応が起き難い。実用的には、冷媒が、これらの温度、圧力にある状態において、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上であれば、多くの冷媒が冷凍機油に溶解するため、不均化反応を抑制できる。つまり、熱交換器（１２または１５）を流通する時点での冷媒が、冷凍機油に対して溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上で冷凍機油に溶け込んでいる状態であれば、伝熱促進機構を有する伝熱管４１を通過しても、不均化反応が起き難い。なお、液冷媒または二相冷媒が流動する場所は、熱交換器（１２または１５）の伝熱管４１の流路４２の全域である必要はない。液冷媒または二相冷媒が流動している場所に、凹凸面４３ａ等の伝熱促進機構があれば、不均化反応が起き易くなるため、熱交換器（１２または１５）の伝熱管４１の内部の流路４２の、どこか一部の領域を、液冷媒または二相冷媒が流動していればよい。

［絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）］
図８は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の絞り装置の構成の概略図である。図８において、絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）は、第１接続管４４、第２接続管４５、絞り部４６、弁体４７、及び、モーター４８を備えている。図８において、実線矢印は暖房運転時に冷媒が流れる向きを示しており、破線矢印は冷房運転時に冷媒が流れる向きを示している。

冷房運転時には、室外機１を流出し、室内機２に流入した高圧の液冷媒または二相冷媒が、第２接続管４５から絞り装置１６内に流入する。第２接続管４５から流入した高圧の液冷媒または二相冷媒は、絞り部４６において、絞り部４６に挿入される弁体４７によって絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となる。そして、低温低圧の二相冷媒は、第１接続管４４から流出し、負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）に流入する。

また、暖房運転時には、室外機１を流出し、室内機２に流入した高圧の液冷媒または二相冷媒が、負荷側熱交換器１５（１５ａ〜１５ｄ）を通過した後、第１接続管４４から絞り装置１６内に流入する。第１接続管４４から流入した高圧の液冷媒または二相冷媒は、絞り部４６において、弁体４７によって絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となる。そして、低温低圧の二相冷媒は、第２接続管４５から流出し、室内機２から流出する。

ここで、冷媒の絞り量は、モーター４８によって弁体４７の位置（図８の上下方向位置）を変更することで制御される。すなわち、弁体４７の位置を変更することで弁体４７の絞り部４６に対する挿入量が変化し、絞り部４６と弁体４７との間の隙間の面積（開口面積）が変化し、冷媒の絞り量が制御される。なお、第１接続管４４と第２接続管４５との間に設けられ、かつ、冷媒が流通する絞り部４６の流路断面積は、第１接続管４４及び第２接続管４５の内断面積よりも小さい。絞り装置１６に使用されるモーター４８としては、ステッピングモーター等が使われ、弁体４７は、回転しながら移動（図８では上下動）をし、絞り部４６と弁体４７との間の隙間の面積（開口面積）を変化させる。ところで、弁体４７は、円筒状となっていることが多い。円筒状だと、回転しながら弁体４７の軸方向に移動させても断面積が変わらないため、絞り装置１６の弁体４７として使用しやすい。

絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）において第１接続管４４から流入する冷媒の流れ方向と第２接続管４５から流出する冷媒の流れ方向とは、ほぼ直交する方向になっている。冷房運転時においては、液状態の冷媒または二相状態の冷媒が円筒状の弁体４７に対して横方向（円周方向）から衝突する。暖房運転時においては、液状態の冷媒または二相状態の冷媒が円筒状の弁体４７に対して縦方向（軸方向）に衝突する。

この絞り装置１６に液状態または二相状態の冷媒が流入する際の、冷媒と弁体４７との衝突時に発生する衝突エネルギーによって、冷媒の不均化反応が起きる可能性がある。しかし、この場合においても、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を使用すると、冷媒と冷凍機油とが溶解し、冷媒の分子と分子の間に冷凍機油の分子が存在するようになるため、冷媒の不均化反応が起き難くなる。

なお、絞り装置１６（１６ａ〜１６ｄ）には、モーター４８で直接弁体４７を駆動する直動式の絞り装置と、モーター４８と弁体４７との間にギアを介在させているギア式の絞り装置とが存在するが、どちらを使用してもよい。また、モーター４８は、ステッピングモーターに限るものではなく、どのようなものを使用してもよい。また、絞り装置１６は、電気駆動式のものに限るものではなく、機械式の絞り装置であっても構わない。

また、上述したように、通常、ビル用マルチエアコン等では、圧縮機１０の周波数や熱源側熱交換器１２に付属の送風機（図示せず）の回転数を制御して、凝縮器内の冷媒の温度である凝縮温度を約５０℃に制御する。また、絞り装置１６を制御して、凝縮器の出口の冷媒の過冷却度を約１０℃になるように制御する。すなわち、凝縮温度が約５０℃であれば凝縮器の出口の冷媒の温度は約４０℃に制御され、凝縮器を流出する。よって、絞り装置１６に流入する冷媒は、温度が約４０℃、圧力が５０℃の飽和圧力の状態になっている。

絞り装置１６での制御性能（過渡特性）も考慮すると、絞り装置１６に流入する冷媒は、温度が約４０〜５０℃の間の温度、圧力が５０℃の飽和圧力の状態になっている。よって、これらの温度、圧力の状態で、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きいと、冷媒の不均化反応が起き難い。実用的には、冷媒が、これらの温度、圧力にある状態において、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上であれば、多くの冷媒が冷凍機油に溶解するため、不均化反応を抑制できる。つまり、絞り装置１６を流通する時点での冷媒が、冷凍機油に対して溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上で冷凍機油に溶け込んでいる状態であれば、弁体４７に衝突しても、不均化反応が起き難い。

［アキュムレータ１９］
図９は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のアキュムレータの構成の概要図である。図９はアキュムレータ１９の内部を側面から見た側面図であり、アキュムレータ１９は、流入管４９、流出管５０、流出管５０に設けられた油戻し穴５１、及び、アキュムレータ１９のシェル５２を備えている。流入管４９及び流出管５０はシェル５２に挿入された構造となっている。

図９において、実線矢印は冷媒が流れる向きを示しており、冷媒は、流入管４９からシェル５２内に流入し、シェル５２に開放されて容積が広げられ、その後、流出管５０から流出する。流出管５０の入口５０ａは、流入管４９の出口４９ａよりも高い位置にあり、かつ、流入管４９からシェル５２内に流入した冷媒が慣性力及び重力で直接流出管５０に流入しない位置に設置されている。流出管５０に設けられた油戻し穴５１は、シェル５２の下方に溜まった、冷凍機油が溶解した冷媒液を流出管５０内に流入させ、冷凍機油を圧縮機１０に戻す働きをする。

冷凍サイクル装置１００では、室外機１と室内機２とを接続する延長配管４には、冷房運転時においては高温高圧の液冷媒と、低温低圧のガス冷媒とが流れる。また、暖房運転時においては、延長配管４には高温高圧のガス冷媒と、低温低圧の気体と液体の混合状態である二相冷媒とが流れる。液冷媒はガス冷媒に対して密度が大きいため、冷房運転時の方が暖房運転時に比べて延長配管４内の冷媒量が多くなる。したがって、暖房運転時は冷媒回路中に余剰冷媒が発生する。

また、室内機２ａ〜２ｄのうち、停止している室内機２があると、その分の余剰冷媒が発生する。そのため、冷媒回路中には、この余剰冷媒を貯留するものが必要になり、圧縮機１０の吸入側にアキュムレータ１９が設置される。そして、このアキュムレータ１９に余剰冷媒が貯留される。暖房運転時等の余剰冷媒が発生する運転状態では、余剰冷媒を貯留させるため、アキュムレータ１９には、冷媒を、気体と液体の混合状態である二相状態にして流入させる。

流入管４９は、シェル５２の上方から挿入され、シェル５２内で横に曲げられた形状となっている。そして、流入管４９の出口４９ａは、シェル５２の内壁面５２ａから少し離れてシェル５２の内壁面５２ａに接しない位置に設置されている。このように設置することにより、流入管４９からシェル５２内に流入した冷媒をシェル５２の内壁面５２ａに衝突させて、二相冷媒の液冷媒成分及び冷凍機油を分離させ、重力によってシェル５２の下方に貯留させる。

先に説明した通り、アキュムレータ１９には、冷房運転時は、低温低圧のガス冷媒が流入し、暖房運転時は、冷媒回路内に余剰冷媒が発生するため、気体と液体が混在した二相冷媒が流入する。なお、室内機２が複数あるマルチ型の空気調和装置等の冷凍サイクル装置１００においては、室内機２の運転台数変化等により、冷房運転時においても、余剰冷媒が発生し、アキュムレータ１９に二相冷媒が流入する場合もある。

二相冷媒が流入管４９から流入し、アキュムレータ１９のシェル５２の内壁面５２ａと衝突する際、大きな衝突エネルギーが発生すると、冷媒が不均化反応を起こす可能性がある。なお、余剰冷媒が発生している時、アキュムレータ１９には、０．８以上かつ０．９９以下の乾き度の二相冷媒が流入する。この場合においても、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を使用すれば、冷媒の分子と分子の間に冷凍機油の分子が存在するため、冷媒の不均化反応が起き難くなる。

なお、アキュムレータ１９は、縦方向（鉛直方向）に長いものを図示しているが、横方向に長い構造のものでもよく、どのような形をしていてもよい。

また、上述したように、通常、ビル用マルチエアコン等では、圧縮機１０の周波数や熱源側熱交換器１２に付属の送風機（図示せず）の回転数を制御し、蒸発器内の冷媒の温度である蒸発温度を約０℃に制御する。また、絞り装置１６を制御して、蒸発器の出口の冷媒の過熱度を約０〜５℃に制御する。すなわち、蒸発器を流出し、アキュムレータ１９に流入する冷媒は、温度が約０℃、圧力が約０℃の飽和圧力の状態になっている。

よって、この温度、圧力の状態で、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が大きいと、冷媒の不均化反応が起き難い。実用的には、冷媒が、この温度、圧力である状態において、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上であれば、多くの冷媒が冷凍機油に溶解するため、不均化反応を抑制できる。つまり、アキュムレータ１９に流入する時点での冷媒が、冷凍機油に対して溶解度が５０ｗｔ％（重量％）以上で冷凍機油に溶け込んでいる状態であれば、アキュムレータ１９の内壁面５２ａに衝突しても、不均化反応が起き難い。

また、冷凍機油には二層分離温度というものが存在する。冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を使用すると、冷媒の温度が二層分離温度よりも高い場合は、冷媒が冷凍機油に溶け込む。しかし、冷媒の温度が二層分離温度よりも低くなると、冷媒濃度が濃い、すなわち、冷凍機油の存在量が少ない層と、冷凍機油濃度が濃い、すなわち、冷媒濃度が薄い層と、の２つの層に分離される。この二層分離が発生すると、冷媒濃度が濃い層においては、冷凍機油濃度が薄いため、衝突エネルギー等によって、冷媒の不均化反応が起きやすくなってしまう。よって、冷凍サイクル装置の運転範囲内で二層分離が発生しないように、二層分離温度はなるべく低い方がよく、少なくとも、蒸発温度未満である必要がある。通常は、蒸発温度は０℃に制御されるため、二層分離温度は、少なくとも０℃よりも低い温度である必要がある。

なお、熱源側熱交換器１２が蒸発器として作用している場合、熱源側熱交換器１２の周囲の空気温度、すなわち、外気温が低い場合等は、蒸発温度は０℃よりも低くなる。この場合は、冷凍機油の二層分離温度は、蒸発温度より低い方が望ましく、０℃よりも更に低い温度であることが要求される。

［延長配管４］
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機１と室内機２とを接続する延長配管４には冷媒が流れている。

なお、高圧検出装置３７，低圧検出装置３８は、冷凍サイクル高圧と低圧を目標値に制御するために設置されているが、飽和温度を検出する温度検出装置でもよい。

また、第１冷媒流路切替装置１１は四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。

また、一般的に、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１５ａ〜１５ｄには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば負荷側熱交換器１５ａ〜１５ｄとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができるし、熱源側熱交換器１２としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができる。放熱あるいは吸熱できる構造のものであればどんな熱交換器でも用いることができる。

また、ここでは、負荷側熱交換器１５ａ〜１５ｄが４つである場合を例に説明を行ったが、幾つ接続してもよい。更に、室外機１が複数接続され、１つの冷凍サイクルを構成していてもよい。

また、室内機２が冷房運転か暖房運転のいずれかの運転のみを行う冷房暖房切替型の冷凍サイクル装置１００を例に説明を行ったが、これに限定するものではない。たとえば、室内機２が冷房運転と暖房運転のいずれかの運転を任意に選択でき、システム全体として、冷房運転を行う室内機２と暖房運転を行う室内機２との混在運転を行うことができる冷凍サイクル装置にも適用することができ、同様の効果を奏する。

また、室内機２が１つだけ接続できるルームエアコン等の空気調和装置、ショーケースやユニットクーラを接続する冷凍装置等にも適用することができ、冷凍サイクルを使用する冷凍サイクル装置であれば、同様の効果を奏する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について、図面に基づいて説明する。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態１の構成部分において適用された変形例は、実施の形態２の同様の構成部分においても同様に適用される。

図１０は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の回路構成図である。
図１０に示す冷凍サイクル装置１００は、室外機１と中継器である熱媒体変換機３とが延長配管４で接続されて冷媒が循環する冷媒循環回路Ａを備えている。また、冷凍サイクル装置１００は、熱媒体変換機３と室内機２とが配管（熱媒体配管）５で接続されて、水やブライン等の熱媒体が循環する熱媒体循環回路Ｂを備えている。熱媒体変換機３は冷媒循環回路Ａを循環する冷媒と、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体との熱交換を行う負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂを備えている。

図１０では、負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂには、プレート式の熱交換器が用いられている。プレート式の熱交換器（１２または１５）は、複数のプレートが積層され、各プレートの間が流路となっており、各流路に冷媒と熱媒体とが交互に流れることにより、冷媒と熱媒体とが熱交換を行う構造となっている。

プレート式の熱交換器の伝熱面であるプレートの表面には溝が設けられ、伝熱を促進するための伝熱促進機構としての凹凸面が形成されている。溝の形状は、様々であるが、プレートフィンチューブ式の熱交換器の場合の伝熱管４１内の溝４３とは形状が異なる。しかし、冷媒の流れを乱し、熱伝達率を向上させるために溝が設けられている点は同じであり、実施の形態１と同様のことが言える。したがって、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油を用いると冷媒の不均化反応が起き難くなる。なお、プレート式の熱交換器においても、伝熱面に凹凸面を有していれば、凹凸面を構成する溝はどのような形状でもよく、同様の効果を有する。

この冷凍サイクル装置１００が実行する運転モードには、駆動している室内機２の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード及び駆動している室内機２の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モードがある。また、冷房負荷の方が大きい場合に実行する冷房主体運転モード、及び、暖房負荷の方が大きい場合に実行する暖房主体運転モードがある。

［全冷房運転モード］
全冷房運転モードの場合、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して、熱源側熱交換器１２へ流入し、周囲の空気に放熱して凝縮液化し、高圧液冷媒となり、逆止弁１３ａを通って室外機１から流出する。そして、延長配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した冷媒は、開閉装置１７ａを通り、絞り装置１６ａ及び絞り装置１６ｂで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱し、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第２冷媒流路切替装置１８ａ及び第２冷媒流路切替装置１８ｂを介して熱媒体変換機３から流出する。そして、延長配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１へ流入した冷媒は、逆止弁１３ｄを通って、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレータ１９を介して、圧縮機１０へ再度吸入される。

熱媒体循環回路Ｂにおいては、熱媒体は、負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂの双方で冷媒により冷却される。冷却された熱媒体は、ポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂによって配管５内を流動する。第２熱媒体流路切替装置２３ａ〜２３ｄを介して、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流入した熱媒体は、室内空気から吸熱する。室内空気は冷却されて室内空間７の冷房を行う。利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄから流出した冷媒は、熱媒体流量調整装置２５ａ〜２５ｄに流入し、第１熱媒体流路切替装置２２ａ〜２２ｄを通って、負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂへ流入して冷却され、再びポンプ２１ａ及びポンプ２１ｂへ吸い込まれる。なお、熱負荷のない利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに対応する熱媒体流量調整装置２５ａ〜２５ｄは全閉とする。また、熱負荷のある利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに対応する熱媒体流量調整装置２５ａ〜２５ｄは開度を調整し、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄでの熱負荷を調節する。

［全暖房運転モード］
全暖房運転モードの場合、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して第１接続配管４ａ、逆止弁１３ｂを通り、室外機１から流出する。そして、延長配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した冷媒は、第２冷媒流路切替装置１８ａ及び第２冷媒流路切替装置１８ｂを通って、負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置１６ａ及び絞り装置１６ｂで膨張して低温低圧の二相冷媒となり、開閉装置１７ｂを通って、熱媒体変換機３から流出する。そして、延長配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１へ流入した冷媒は、第２接続配管４ｂ及び逆止弁１３ｃを通り、蒸発器として作用する熱源側熱交換器１２に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレータ１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の動作は、全冷房運転モードの場合と同じである。全暖房運転モードでは、負荷側熱交換器１５ａ及び負荷側熱交換器１５ｂにおいて、熱媒体が冷媒によって加熱され、利用側熱交換器２６ａ及び利用側熱交換器２６ｂで室内空気に放熱して、室内空間７の暖房を行う。

［冷房主体運転モード］
冷房主体運転モードの場合、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して熱源側熱交換器１２に流入し、周囲の空気に放熱して凝縮し、二相冷媒となり、逆止弁１３ａを通って、室外機１から流出する。そして、延長配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した冷媒は、第２冷媒流路切替装置１８ｂを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器１５ｂに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置１６ｂで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、絞り装置１６ａを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器１５ａに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱して低圧のガス冷媒となり、第２冷媒流路切替装置１８ａを介して熱媒体変換機３から流出する。そして、延長配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１へ流入した冷媒は、逆止弁１３ｄを通って、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレータ１９を介して、圧縮機１０へ再度吸入される。

熱媒体循環回路Ｂにおいては、負荷側熱交換器１５ｂで冷媒の温熱が熱媒体に伝えられる。そして、暖められた熱媒体はポンプ２１ｂによって配管５内を流動する。第１熱媒体流路切替装置２２ａ〜２２ｄ及び第２熱媒体流路切替装置２３ａ〜２３ｄを操作して暖房要求のある利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流入した熱媒体は、室内空気に放熱する。室内空気は加熱されて室内空間７の暖房を行う。一方、負荷側熱交換器１５ａで冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられる。そして、冷やされた熱媒体はポンプ２１ａによって配管５内を流動する。第１熱媒体流路切替装置２２ａ〜２２ｄ及び第２熱媒体流路切替装置２３ａ〜２３ｄを操作して冷房要求のある利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流入した熱媒体は、室内空気から吸熱する。室内空気は冷却されて室内空間７の冷房を行う。なお、熱負荷のない利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに対応する熱媒体流量調整装置２５ａ〜２５ｄは全閉とする。また、熱負荷のある利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに対応する熱媒体流量調整装置２５ａ〜２５ｄは開度を調整し、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄでの熱負荷を調節する。

［暖房主体運転モード］
暖房主体運転モードの場合、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１を介して、第１接続配管４ａ及び逆止弁１３ｂを通って、室外機１から流出する。そして、延長配管４を通って熱媒体変換機３に流入する。熱媒体変換機３に流入した冷媒は、第２冷媒流路切替装置１８ｂを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器１５ｂに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置１６ｂで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、絞り装置１６ａを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器１５ａに流入し、熱媒体循環回路Ｂを循環する熱媒体から吸熱し、第２冷媒流路切替装置１８ａを介して熱媒体変換機３から流出する。そして、延長配管４を通って再び室外機１へ流入する。室外機１へ流入した冷媒は、第２接続配管４ｂ及び逆止弁１３ｃを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器１２に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第１冷媒流路切替装置１１及びアキュムレータ１９を介して圧縮機１０へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路Ｂにおける熱媒体の動作、第１熱媒体流路切替装置２２ａ〜２２ｄ、第２熱媒体流路切替装置２３ａ〜２３ｄ、熱媒体流量調整装置２５ａ〜２５ｄ、及び、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄ、の動作は冷房主体運転モードと同一である。

［冷媒の種類、熱交換器（１２または２６）、絞り装置１６、アキュムレータ１９］
冷媒の種類、熱交換器（１２または２６）、絞り装置１６及びアキュムレータ１９に関しては、実施の形態１と同様のものが適用でき、同様の効果を奏する。

［延長配管４及び配管５］
本実施の形態における各運転モードにおいては、室外機１と熱媒体変換機３とを接続する延長配管４には冷媒が流れ、熱媒体変換機３と室内機２を接続する配管５には水や不凍液等の熱媒体が流れている。

利用側熱交換器２６にて暖房負荷と冷房負荷とが混在して発生している場合は、暖房運転を行っている利用側熱交換器２６に対応する第１熱媒体流路切替装置２２及び第２熱媒体流路切替装置２３を加熱用の負荷側熱交換器１５ｂに接続される流路へ切り替える。また、冷房運転を行っている利用側熱交換器２６に対応する第１熱媒体流路切替装置２２及び第２熱媒体流路切替装置２３を冷却用の負荷側熱交換器１５ａに接続される流路へ切り替える。このため、各室内機２にて、暖房運転、冷房運転を自由に行うことができる。

なお、第１熱媒体流路切替装置２２及び第２熱媒体流路切替装置２３は、三方弁等の三方流路を切り替えられるもの、開閉弁等の二方流路の開閉を行うものを２つ組み合わせる等、流路を切り替えられるものであればよい。また、ステッピングモーター駆動式の混合弁等の三方流路の流量を変化させられるもの、電子式膨張弁等の二方流路の流量を変化させられるものを２つ組み合わせる等して第１熱媒体流路切替装置２２及び第２熱媒体流路切替装置２３として用いてもよい。更に、熱媒体流量調整装置２５は、二方弁以外でも、三方流路を持つ制御弁とし利用側熱交換器２６をバイパスするバイパス管と共に設置するようにしてもよい。また、熱媒体流量調整装置２５は、ステッピングモーター駆動式で流路を流れる流量を制御できるものを使用するとよく、二方弁でも三方弁の一端を閉止したものでもよい。また、熱媒体流量調整装置２５として、開閉弁等の二方流路の開閉を行うものを用い、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返して平均的な流量を制御するようにしてもよい。

また、第１冷媒流路切替装置１１及び第２冷媒流路切替装置１８は四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。

また、利用側熱交換器２６と熱媒体流量調整装置２５とが１つしか接続されていない場合でも同様のことが成り立つのは言うまでもなく、更に負荷側熱交換器１５及び絞り装置１６として、同じ動きをするものが複数個設置されていても、当然問題ない。更に、熱媒体流量調整装置２５は、熱媒体変換機３に内蔵されている場合を例に説明したが、これに限るものではなく、室内機２に内蔵されていてもよく、熱媒体変換機３と室内機２とは別体に構成されていてもよい。

熱媒体としては、たとえばブライン（不凍液）や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。したがって、冷凍サイクル装置１００においては、熱媒体が室内機２を介して室内空間７に漏洩したとしても、熱媒体に安全性の高いものを使用しているため安全性の向上に寄与することになる。

また、一般的に、熱源側熱交換器１２及び利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができる。また、熱源側熱交換器１２としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができる。放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんなものでも用いることができる。

また、ここでは、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄが４つである場合を例に説明を行ったが、幾つ接続してもよい。更に、室外機１が複数接続され、１つの冷凍サイクルを構成していてもよい。

また、負荷側熱交換器１５ａ、１５ｂが２つである場合を例に説明を行ったが、当然、これに限るものではなく、熱媒体を冷却または／及び加熱できるように構成すれば、幾つ設置してもよい。

また、ポンプ２１ａ及び２１ｂはそれぞれ一つとは限らず、複数の小容量のポンプを並列に並べてもよい。

また、圧縮機１０、四方弁（第１冷媒流路切替装置）１１、熱源側熱交換器１２を室外機１に収容し、空調対象空間の空気と冷媒とを熱交換させる利用側熱交換器２６を室内機２に収容し、負荷側熱交換器１５及び絞り装置１６を熱媒体変換機３に収容し、室外機１と熱媒体変換機３との間を延長配管４で接続して冷媒を循環させ、室内機２と熱媒体変換機３との間をそれぞれ２本一組の配管５で接続して熱媒体を循環させ、負荷側熱交換器１５で冷媒と熱媒体とを熱交換させるシステムについて、冷房運転を行う室内機２と暖房運転を行う室内機２との混在運転が可能なシステムを例に説明を行ったが、これに限るものではない。たとえば、実施の形態１で説明した室外機１と熱媒体変換機３とを組み合わせて、室内機２で冷房運転または暖房運転のみを行うシステムにも適用することができ、同様の効果を奏する。

１ 熱源機（室外機）、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 室内機、３ 熱媒体変換機（中継器）、４ 延長配管（冷媒配管）、４ａ 第１接続配管、４ｂ 第２接続配管、５ 配管（熱媒体配管）、６ 室外空間、７ 室内空間、８ 天井裏等の室外空間及び室内空間とは別の空間、９ ビル等の建物、１０ 圧縮機、１１ 第１冷媒流路切替装置（四方弁）、１２ 熱源側熱交換器（第一の熱交換器）、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 逆止弁、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 負荷側熱交換器（第二の熱交換器）、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 絞り装置、１７ａ、１７ｂ 開閉装置、１８、１８ａ、１８ｂ 第２冷媒流路切替装置、１９ アキュムレータ、２１ａ、２１ｂ ポンプ、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 第１熱媒体流路切替装置、２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 第２熱媒体流路切替装置、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 熱媒体流量調整装置、２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 利用側熱交換器、２７ 負荷側熱交換器液冷媒温度検出装置、２８ 負荷側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、３７ 高圧検出装置、３８ 低圧検出装置、４１ 伝熱管、４２ 流路、４３ 溝、４３ａ 凹凸面、４３ｂ 凹部、４３ｃ 凸部、４４ 第１接続管、４５ 第２接続管、４６ 絞り部、４７ 弁体、４８ モーター、４９ 流入管、４９ａ 出口、５０ 流出管、５０ａ 入口、５１ 油戻し穴、５２ シェル、５２ａ 内壁面、６０ 制御装置、１００ 冷凍サイクル装置、Ａ 冷媒循環回路、Ｂ 熱媒体循環回路。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器と、を冷媒配管で接続して構成された冷凍サイクルを備え、冷凍サイクルには、不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒または不均化反応を起こす性質の物質を含む混合冷媒と、冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油と、が充填され、冷凍機油は、冷媒の温度が５０℃かつ冷媒の圧力が５０℃の飽和圧力である状態において、冷媒の冷凍機油に対する溶解度が５０重量％以上であるものである。

Claims (19)

1. 圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器と、を冷媒配管で接続して構成された冷凍サイクルを備え、
   前記冷凍サイクルには、不均化反応を起こす性質の物質で構成した単一冷媒または不均化反応を起こす性質の物質を含む混合冷媒と、前記冷媒に対して相溶性を有する冷凍機油と、が充填されている冷凍サイクル装置。
2. 前記二層分離温度は０℃未満である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記冷凍機油は、前記冷媒の温度が５０℃かつ前記冷媒の圧力が５０℃の飽和圧力である状態において、前記冷媒の前記冷凍機油に対する溶解度が５０重量％以上である請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷凍機油は、前記冷媒の温度が４０℃かつ前記冷媒の圧力が５０℃の飽和圧力である状態において、前記冷媒の前記冷凍機油に対する溶解度が５０重量％以上である請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷凍機油は、前記冷媒の温度が０℃かつ前記冷媒の圧力が０℃の飽和圧力である状態において、前記冷媒の前記冷凍機油に対する溶解度が５０重量％以上である請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第一の熱交換器または前記第二の熱交換器が凝縮器または蒸発器として作用し、かつ、前記第一の熱交換器または前記第二の熱交換器の前記冷媒が流れる１つまたは複数の流路に、伝熱を促進するための伝熱促進機構を有する請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記伝熱促進機構は、前記流路を形成する伝熱管の伝熱面に施した凹凸面である請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記凹凸面の凹部は、螺旋状の溝である請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記１つまたは複数の流路のいずれかの位置を、液状態の冷媒または二相状態の冷媒が流動する請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記絞り装置は、２本の接続管と、前記２本の接続管の間に設けられ、前記２本の接続管の内断面積よりも断面積が小さく、かつ、前記冷媒が流通する絞り部と、前記絞り部に挿入され、前記絞り部の流路の開口面積を変化させる弁体と、を有する請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記絞り装置は、前記弁体が回転して前記開口面積を変化させる構造となっている請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記弁体に、液状態の冷媒または二相状態の冷媒を流入させる請求項１０または請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記絞り装置に流入する冷媒の流れ方向は、前記第二の熱交換器を凝縮器として作用させる場合と前記第二の熱交換器を蒸発器として作用させる場合とで反転する請求項１０〜請求項１２のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記圧縮機の吸入側に冷媒を貯留するアキュムレータを有し、前記アキュムレータは、前記冷媒を流入させる流入管を有し、前記流入管の出口が、前記アキュムレータの内壁面と接していない位置に、前記アキュムレータの内壁面に向けて設置されている請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記アキュムレータに、二相状態の冷媒を流入させる運転状態を有する請求項１４に記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記アキュムレータに、乾き度０．８以上かつ０．９９以下の二相状態の冷媒を流入させる運転状態を有する請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
17. 前記不均化反応を起こす性質の物質は、１，１，２−トリフルオロエチレンである請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
18. 前記冷凍機油は、ポリオールエステル及びポリビニルエーテルのうちいずれかを主成分とする請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
19. 圧縮機と、第一の熱交換器と、絞り装置と、第二の熱交換器と、を冷媒配管で接続して構成された冷凍サイクルを備え、
    前記冷凍サイクルには、１，１，２−トリフルオロエチレンで構成した単一冷媒または１，１，２−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒と、前記冷媒に対して相溶性を示す冷凍機油とが充填され、
    前記冷凍機油は、ポリオールエステル及びポリビニルエーテルのうちいずれかを主成分とし、前記冷凍機油の二層分離温度は０℃未満であり、
    前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記絞り装置のうち少なくともいずれか一つに液状態の前記冷媒または二相状態の前記冷媒が流通し、その流通中の前記液状態の冷媒または前記二相状態の前記冷媒、の前記冷凍機油に対する溶解度が５０重量％以上である冷凍サイクル装置。

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