JPWO2016166845A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機、凝縮器、主膨張弁、及び蒸発器が主配管を介して接続された冷媒回路と、凝縮器と主膨張弁との間に流れる冷媒と、蒸発器と圧縮機との間に流れる冷媒とを熱交換させて、蒸発器を流出した冷媒を圧縮機の吸入側に流入させる内部熱交換器と、凝縮器と内部熱交換器との間に設けられ、内部熱交換器に直列接続されたＨＩＣ熱交換器と、凝縮器とＨＩＣ熱交換器との間から分岐し、ＨＩＣ熱交換器を経由して圧縮機に冷媒を導くバイパス配管と、凝縮器からバイパス配管に流入する冷媒を減圧してＨＩＣ熱交換器へ流出する副膨張弁と、を有する冷凍サイクル装置では、ＨＩＣ熱交換器が、凝縮器から主配管を通じて流入する冷媒と、凝縮器から副膨張弁を介して流入する冷媒とを熱交換させる。

Description

本発明は、冷媒が循環する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に関する。

従来の冷凍サイクル装置には、凝縮器を流出した冷媒と蒸発器を流出した冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器が組み込まれたものがある。また、従来から、冷凍サイクル装置を循環させる冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（Ｒ１２３４ｙｆ）もしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅが使用されている。内部熱交換器は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等の冷媒を使用する際の冷凍能力の改善に有用であるとされている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１には、「冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮した冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、凝縮器出口側冷媒と蒸発器出口側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルにおいて、冷媒としてＲ１２３４ｙｆを使用するとともに、内部熱交換器による熱交換量を、予めシミュレーションまたは試験により求めた所定値以上とし、該内部熱交換器による熱交換量の所定値の冷凍サイクル全体としての冷凍能力に対する能力割合が７％以上に設定されている」ものが提案されている。

特許第５１８０６８０号公報

しかしながら、特許文献１の冷凍サイクル装置は、内部熱交換器での熱交換量が、装置全体の冷凍能力の７％以上となるように設定されている。このため、内部熱交換器の伝熱部の長さが長くなり、蒸発器から圧縮機の吸入口までの冷媒圧力損失等が増加することから、効率が低下するという課題がある。

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、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを用いる場合の内部熱交換器の伝熱部の長さを短縮し、かつ効率の向上を図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、圧縮機、凝縮器、主膨張弁、及び蒸発器が主配管を介して接続された冷媒回路と、凝縮器と主膨張弁との間に流れる冷媒と、蒸発器と圧縮機との間に流れる冷媒とを熱交換させて、蒸発器を流出した冷媒を圧縮機の吸入側に流入させる内部熱交換器と、凝縮器と内部熱交換器との間に設けられ、内部熱交換器に直列接続されたＨＩＣ熱交換器と、凝縮器とＨＩＣ熱交換器との間から分岐し、ＨＩＣ熱交換器を経由して圧縮機に冷媒を導くバイパス配管と、凝縮器からバイパス配管に流入する冷媒を減圧してＨＩＣ熱交換器へ流出する副膨張弁と、を有し、ＨＩＣ熱交換器は、凝縮器から主配管を通じて流入する冷媒と、凝縮器から副膨張弁を介して流入する冷媒とを熱交換させるものである。

本発明によれば、内部熱交換器に直列接続されたＨＩＣ熱交換器が、凝縮器から主配管を通じて流入する冷媒と、凝縮器からバイパス配管を通じて流入する冷媒とを熱交換させるように構成したことから、内部熱交換器による熱交換量を軽減することができるため、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを用いる場合においても、内部熱交換器の伝熱部の長さを短縮し、かつ効率の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図を含むシステム構成図である。 図１の冷凍サイクル装置の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。 図１の制御装置による給湯運転時の制御動作を示すフローチャートである。 図１の冷凍サイクル装置の全冷凍能力に対する内部熱交換器の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係をシミュレーションした結果を示す特性図である。 図１の冷凍サイクル装置の全冷凍能力に対する内部熱交換器の熱交換量の比率と、ＨＩＣ熱交換器の出口の第１過熱度ＳＨｈとの関係を示す特性図である。 図１の冷凍サイクル装置における内部熱交換器の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係を示す特性図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図を含むシステム構成図である。 図７の冷凍サイクル装置の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。 図７の制御装置による給湯運転時の制御動作を示すフローチャートである。 図７の冷凍サイクル装置の全冷凍能力に対する内部熱交換器の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係をシミュレーションした結果を示す特性図である。 図７の冷凍サイクル装置の全冷凍能力に対する内部熱交換器の熱交換量の比率と、ＨＩＣ熱交換器の出口の第１過熱度ＳＨｈとの関係を示す特性図である。 図７の冷凍サイクル装置における内部熱交換器の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係を示す特性図である。

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の冷媒回路図を含むシステム構成図である。図１には、負荷側の水の温度を上げる加熱運転を実施している時の状態が示されている。

本実施の形態１における冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０と四方弁２０と凝縮器３０と主膨張弁８０と蒸発器６０とが環状に接続されて構成されている。また、冷凍サイクル装置１００は、凝縮器３０と主膨張弁８０との間に、直列接続されたＨＩＣ（Ｈｅａｔ Ｉｎｔｅｒ Ｃｈａｎｇｅｒ）熱交換器５０と内部熱交換器７０とが配設されている。すなわち、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０、凝縮器３０、主膨張弁８０、及び蒸発器６０が主配管１を介して接続された冷媒回路と、凝縮器３０と主膨張弁８０との間に流れる冷媒と、蒸発器６０と圧縮機１０との間に流れる冷媒とを熱交換させて、蒸発器を流出した冷媒を圧縮機１０の吸入側に流入させる内部熱交換器７０と、凝縮器３０と内部熱交換器７０との間に設けられ、内部熱交換器７０に直列接続されたＨＩＣ熱交換器５０と、を有している。

冷凍サイクル装置１００は、冷媒配管として、圧縮機１０、四方弁２０、凝縮器３０、ＨＩＣ熱交換器５０、内部熱交換器７０、主膨張弁８０、及び蒸発器６０に冷媒を循環させる主配管１を有している。また、冷凍サイクル装置１００は、凝縮器３０とＨＩＣ熱交換器５０との間から分岐し、ＨＩＣ熱交換器５０を経由して圧縮機１０に冷媒を導くバイパス配管２を有している。バイパス配管２は、凝縮器３０の出口から延びる主配管１より分岐して、凝縮器３０を流出した高圧液冷媒の一部をバイパスして主配管１に流入させるものであり、内部熱交換器７０から延びる主配管１に連結されている。さらに、冷凍サイクル装置１００は、凝縮器３０からバイパス配管２に流入する冷媒を減圧してＨＩＣ熱交換器５０へ流出する副膨張弁４０を有している。すなわち、バイパス配管２は、凝縮器３０を通過した高圧液冷媒の一部をバイパスして副膨張弁４０及びＨＩＣ熱交換器５０を通過させるように構成されている。

より具体的に、圧縮機１０は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等からなり、低温低圧ガス冷媒を吸引して圧縮し、高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出するものである。四方弁２０は、圧縮機１０から吐出された高温高圧ガス冷媒と、圧縮機１０に吸引させる低温低圧ガス冷媒の方向を切り替えるものである。凝縮器３０は、例えばプレート式熱交換器からなり、圧縮機１０から吐出されて四方弁２０を通過した高温高圧ガス冷媒を水と熱交換させて放熱させるものである。

副膨張弁４０は、バイパス配管２に配設され、凝縮器３０を通過した高圧液冷媒を減圧して低圧二相冷媒とするものである。ＨＩＣ熱交換器５０は、凝縮器３０から流出され主配管１を通過した高圧液冷媒と、副膨張弁４０において減圧された低圧二相冷媒とを熱交換させるものである。蒸発器６０は、例えばフィンプレート式熱交換器等からなり、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させるものである。内部熱交換器７０は、例えば二重管を有しており、ＨＩＣ熱交換器５０を通過した高圧液冷媒と蒸発器６０を通過した低圧ガス冷媒とを熱交換させるものである。主膨張弁８０は、内部熱交換器７０を通過した高圧液冷媒を低圧二相冷媒に減圧するものである。

冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１０、凝縮器３０、副膨張弁４０、ＨＩＣ熱交換器５０、内部熱交換器７０、主膨張弁８０、及び蒸発器６０に順次冷媒を循環させる冷媒回路が形成されている。冷凍サイクル装置１００は、冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒を使用している。

冷媒としてのＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅは、地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ−ｗａｒｍｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が４である。一方、従来から使用されているＲ４１０ＡのＧＷＰは２０９０であり、Ｒ４０７ＣのＧＷＰは１７７０である。すなわち、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅは、Ｒ４１０Ａ及びＲ４０７Ｃよりも地球環境に与える影響が小さい冷媒である。

なお、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅは、Ｒ４１０Ａ及びＲ４０７Ｃに比べて、圧縮機１０からの吐出温度が上がりにくいという特徴を有している。また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅは、水の温度を上げる加熱運転の場合、圧縮機１０の吸入過熱度を上げることによって吐出温度を上昇させると、同等能力出力時の凝縮圧力が低下し、効率が向上するという特徴を有する。

次に、図１及び図２を参照して、冷凍サイクル装置１００の給湯運転の動作を説明する。図２は、冷凍サイクル装置１００の動作状態を示すＰ−ｈ線図であり、縦軸に冷媒の絶対圧力Ｐ［ＭＰａ・ａｂｓ］、横軸に比エンタルピーｈ［ｋＪ／ｋｇ］をとっている。

低温低圧のガス状態の冷媒が、圧縮機１０に吸引され（Ｃ０１：圧縮機１０吸入口）、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１０から吐出された高温高圧ガス冷媒は、四方弁２０を経由して凝縮器３０へ流入する。凝縮器３０へ流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器３０を流出した高圧液冷媒は（Ｃ０２：凝縮器３０出口）、２方向に分岐する。分岐した一方の高圧液冷媒は、バイパス配管２を通じて副膨張弁４０へ流入し、減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる（Ｃ０３：副膨張弁４０出口）。分岐したもう一方の高圧液冷媒は、ＨＩＣ熱交換器５０に流入し、副膨張弁４０を流出した低温低圧の気液二相冷媒と熱交換し（Ｔ０１）、高圧過冷却液冷媒となって流出する（Ｃ０４ａ：ＨＩＣ熱交換器５０出口）。副膨張弁４０を流出した低温低圧の気液二相冷媒は、ＨＩＣ熱交換器５０に流入した高圧液冷媒と熱交換し（Ｔ０１）、中温低圧ガス冷媒となって流出する（Ｃ０４ｂ：ＨＩＣ熱交換器５０出口）。

ＨＩＣ熱交換器５０を流出した高圧過冷却液冷媒は、内部熱交換器７０に流入し、蒸発器６０を流出して四方弁２０を通過した低圧低温のガス冷媒と熱交換し（Ｔ０２）、さらに過冷却度が大きい液冷媒となって流出する（Ｃ０５：内部熱交換器７０出口）。内部熱交換器７０を流出した過冷却液冷媒は、主膨張弁８０へ流入し、減圧膨張されて低圧二相冷媒となり、蒸発器６０に流入する（Ｃ０６：蒸発器６０入口）。蒸発器６０に流入した低圧二相冷媒は、被熱交換媒体である空気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となって流出する（Ｃ０７：蒸発器６０出口）。

蒸発器６０を流出した低温低圧のガス冷媒は、再び四方弁２０を通過したのち、内部熱交換器７０に流入し、ＨＩＣ熱交換器５０を流出した高圧液冷媒と熱交換して（Ｔ０２）、中温低圧ガス冷媒となって流出する（Ｃ０８：内部熱交換器７０出口）。内部熱交換器７０を流出した中温低圧ガス冷媒は、ＨＩＣ熱交換器５０を流出した中温低圧ガス冷媒と合流し、過熱度が大きな低圧ガスとなって圧縮機１０に再び吸引される（Ｃ０１：圧縮機１０吸入口）。

なお、内部熱交換器７０の圧縮機１０の吸入側には、圧縮機１０に吸入する前の低圧ガスを流すため、伝熱部の長さが長くなることは、低圧圧力損失が増大して冷凍サイクル装置１００の効率を悪化させる要因となる。一方、ＨＩＣ熱交換器５０のガス側であるバイパス配管２には、圧縮機１０の吸入側にバイパスする少量の二相冷媒を流すため、圧力損失による冷凍サイクル装置１００の効率に対する影響はない。よって、ＨＩＣ熱交換器５０を有する冷凍サイクル装置１００によれば、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを短縮し、効率化を図ることができる。また、ＨＩＣ熱交換器５０は、内部熱交換器７０に比べて細い配管で構成することができ、コンパクトな構成とすることができる。

次に、図１を参照して、冷凍サイクル装置１００の制御構成について説明する。冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路を流れる冷媒の状態を検知する状態検知部と、例えばＤＳＰ等のマイコンからなり、状態検知部による検知の結果をもとに副膨張弁４０及び主膨張弁８０の開度を制御する制御装置９０と、を有している。状態検知部は、圧縮機１０に吸入されるガス冷媒の圧力である吸入圧力Ｐｓを検知する圧力センサ１１０と、ＨＩＣ熱交換器５０を流出するガス冷媒の温度であるＨＩＣ出口温度Ｔｈｏを検知するＨＩＣ出口温度センサ１２０と、蒸発器６０を流出するガス冷媒の温度である蒸発器出口温度Ｔｈｅを検知する蒸発器出口温度センサ１３０と、を有している。

制御装置９０は、状態検知部による検知の結果を用いてＨＩＣ熱交換器５０の出口の過熱度である第１過熱度を演算する過熱度演算部９０ａと、第１過熱度が予め設定された目標範囲となるように、副膨張弁４０の開度を制御する弁制御部９０ｃと、を有している。

より具体的に、制御装置９０は、圧力センサ１１０において検知された吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出し、ＨＩＣ出口温度センサ１２０において検知されたＨＩＣ出口温度Ｔｈｏから飽和温度ｆ（Ｐｓ）を減算して、ＨＩＣ熱交換器５０のガス出口の加熱度である第１過熱度ＳＨｈを演算する過熱度演算部９０ａと、過熱度演算部９０ａにおいて演算された第１過熱度ＳＨｈと、予め設定された許容下限である第１設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第１設定値未満であるか否かを判定する過熱度判定部９０ｂと、過熱度判定部９０ｂによる判定の結果をもとに、副膨張弁４０及び主膨張弁８０の開度を制御する弁制御部９０ｃと、を有している。

過熱度判定部９０ｂは、第１過熱度ＳＨｈが第１設定値以上であると判定した場合に、第１過熱度ＳＨｈと予め設定された許容上限である第２設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値より大きいか否かを判定する機能を有している。弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第１設定値未満であると判定された場合に、副膨張弁４０の開度を小さくするものである。また、弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値よりも大きいと判定された場合に、副膨張弁４０の開度を大きくするものである。そして、弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値以下であると判定された場合に、副膨張弁４０の開度を維持するものである。すなわち、本実施の形態１において、上記目標範囲は、第１設定値以上であり且つ第２設定値以下である範囲に設定されている。

また、過熱度演算部９０ａは、蒸発器出口温度センサ１３０において検知された蒸発器出口温度Ｔｈｅから吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を減算して、蒸発器６０の出口の過熱度である第２過熱度ＳＨｅを演算する機能を有している。過熱度判定部９０ｂは、過熱度演算部９０ａにおいて演算された第２過熱度ＳＨｅと、予め設定された第３設定値（目標値）とを比較し、第２過熱度ＳＨｅが第３設定値未満であるか否かを判定する機能を有している。弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第２過熱度ＳＨｅが第３設定値未満であると判定された場合に、主膨張弁８０の開度を小さくし、第２過熱度ＳＨｅが第３設定値以上であると判定された場合に、主膨張弁８０の開度を大きくするものである。すなわち、弁制御部９０ｃは、第２過熱度ＳＨｅが目標値である第６設定値となるように、主膨張弁８０の開度を制御するものである。

次に、図１及び図３を参照して、給湯運転時の制御装置９０による主膨張弁８０及び副膨張弁４０の開閉制御の手順を説明する。図３は、制御装置９０による給湯運転時の制御動作を示すフローチャートである。

まず、過熱度演算部９０ａは、圧力センサ１１０において検知された吸入圧力Ｐｓを入力し（図３：ステップＳ１０１）、ＨＩＣ出口温度センサ１２０において検出されたＨＩＣ出口温度Ｔｈｏを入力する（図３：ステップＳ１０２）。過熱度演算部９０ａは、吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出し、ＨＩＣ出口温度Ｔｈｏから算出したｆ（Ｐｓ）を減算して、ＨＩＣ熱交換器５０のガス出口の第１過熱度ＳＨｈを演算する（図３：ステップＳ１０３）。

過熱度判定部９０ｂは、過熱度演算部９０ａにおいて演算された第１過熱度ＳＨｈと第１設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第１設定値未満であるか否かを判定する（図３：ステップＳ１０４）。弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第１設定値未満であると判定された場合に（図３：ステップＳ１０４／Ｙｅｓ）、副膨張弁４０の開度を小さくし、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量を抑制させる（図３：ステップＳ１０５）。一方、弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第１設定値以上であると判定された場合に（図３：ステップＳ１０４／Ｎｏ）、第１過熱度ＳＨｈと第２設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値より大きいか否かを判定する（図３：ステップＳ１０６）。

次に、過熱度判定部９０ｂは、過熱度演算部９０ａにおいて演算された第１過熱度ＳＨｈと第２設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値より大きいか否かを判定する（図３：ステップＳ１０６）。弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値より大きいと判定された場合に（図３：ステップＳ１０６／Ｙｅｓ）、副膨張弁４０の開度を大きくし、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量を増加させる（図３：ステップＳ１０７）。一方、弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第２設定値以下であると判定された場合には（図３：ステップＳ１０６／Ｎｏ）、現在の副膨張弁４０の開度を維持する（図３：ステップＳ１０８）。すなわち、弁制御部９０ｃは、第１過熱度が、第１設定値以上第２設定値以下である目標範囲となるように、副膨張弁４０の開度を制御する。

次に、過熱度演算部９０ａは、蒸発器出口温度センサ１３０において検知された蒸発器出口温度Ｔｈｅを入力する（図３：ステップＳ１０９）。過熱度演算部９０ａは、蒸発器出口温度センサ１３０から入力した蒸発器出口温度Ｔｈｅから吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を減算して、蒸発器６０の出口における第２過熱度ＳＨｅを演算する（図３：ステップＳ１１０）。過熱度判定部９０ｂは、過熱度演算部９０ａにおいて演算された第２過熱度ＳＨｅと第３設定値とを比較し、第２過熱度ＳＨｅが第３設定値未満であるか否かを判定する（図３：ステップＳ１１１）。

弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第２過熱度ＳＨｅが第３設定値未満であると判定された場合に（図３：ステップＳ１１１／Ｙｅｓ）、主膨張弁８０の開度を小さくし、蒸発器６０の熱交換量を抑制させる（図３：ステップＳ１１２）。一方、弁制御部９０ｃは、過熱度判定部９０ｂにおいて、第２過熱度ＳＨｅが第３設定値以上であると判定された場合に（図３：ステップＳ１１１／Ｎｏ）、主膨張弁８０の開度を大きくし、蒸発器６０の熱交換量を増加させる（図３：ステップＳ１１３）。

図４は、冷凍サイクル装置１００の全冷凍能力（以下単に「全冷凍能力」という。）に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率と、ＣＯＰとの関係をシミュレーションした結果を示す特性図である。図４を参照して、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）が良好な値をとる領域について説明する。図４の場合は、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が約４％のときにピーク値をとっている。内部熱交換器７０の伝熱部の長さが短すぎると（全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が所定の下限量より小さくなると）、圧縮機１０の吸入過熱度が小さくなり、圧縮機１０の吐出温度の上昇が小さくなるため、ＣＯＰが低くなる。一方、内部熱交換器７０の伝熱部の長さが長すぎると（全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が所定の上限量より大きくなると）、内部熱交換器７０の低圧ガス側の冷媒圧力損失が大きくなり、ＣＯＰが低下する。

図４に示すように、冷凍サイクル装置１００は、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が２．４％以上７％未満の範囲であれば、ＣＯＰが良好な値をとる領域で運転することができる。本実施の形態１において、ＣＯＰが良好な値をとる領域は、ＣＯＰが１００％以上の領域とする。つまり、冷凍サイクル装置１００は、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が２．４％以上７％未満となるように、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを設定している。

図５は、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率と、ＨＩＣ熱交換器５０の出口の第１過熱度ＳＨｈとの関係を示す特性図である。図５を参照して、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率の調整方法を説明する。図５に示すように、ＨＩＣ熱交換器５０の出口の第１過熱度ＳＨｈを制御することにより、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率を制御することができる。本実施の形態１では、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が２．４％以上７％未満の範囲となるように、第１過熱度ＳＨｈの許容下限である第１設定値が１５℃に設定され、第１過熱度ＳＨｈの許容上限である第２設定値が４４℃に設定されている。すなわち、弁制御部９０ｃは、第１過熱度ＳＨｈが目標範囲内の値となるように、副膨張弁４０の開度を制御するように構成されている。

図６は、冷凍サイクル装置２００における、内部熱交換器７０の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係を示す特性図である。図６を参照して、ＨＩＣ熱交換器５０及び内部熱交換器７０の熱交換量と、冷凍サイクル装置１００のＣＯＰが良好な値をとる領域との関係について説明する。

加熱運転時の冷媒の流れに関しては、ＨＩＣ熱交換器５０が上流側にあり、内部熱交換器７０が下流側にあるため、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量を増やすと、内部熱交換器７０に流入する高圧液冷媒の温度が低下する。すなわち、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量が増えると、内部熱交換器７０の熱交換量が減少する関係にあり、図６に示すように、内部熱交換器７０の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量の比率に対し、ＣＯＰのピーク値が存在する。

本実施の形態１では、内部熱交換器７０の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量の比率が、１６０％以上７００％以下となるように設定されている。かかる設定により、冷凍サイクル装置１００は、図６に示すように、ＣＯＰが良好な値をとる領域で運転することができる。

以上のように、本実施の形態１における冷凍サイクル装置１００は、内部熱交換器７０に直列接続されたＨＩＣ熱交換器５０を有しており、ＨＩＣ熱交換器５０が、凝縮器３０から主配管１を通じて流入する高圧冷媒と、凝縮器３０からバイパス配管２上の副膨張弁４０を介して流入する二相冷媒とを熱交換させるという構成を採っている。このため、内部熱交換器７０による熱交換量を軽減することができることから、圧縮機１０の吸入側の冷媒圧力損失の要因となる内部熱交換器７０の伝熱部の長さを必要以上に長くすることなく、ＣＯＰが高い領域での運転を実現することができる。すなわち、冷凍サイクル装置１００によれば、内部熱交換器７０による熱交換量を軽減することができるため、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを用いる場合においても、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを短縮し、かつ効率の向上を図ることができる。加えて、弁制御部９０ｃは、第２過熱度が予め設定された目標値（第３設定値）となるように主膨張弁８０の開度を制御するという構成を採っているため、副膨張弁４０の制御が蒸発器６０側に与える影響を最小限に抑制することができる。

また、従来は、内部熱交換器が長尺の二重管構成となっていたため、生産性が低下するという課題があるが、冷凍サイクル装置１００では、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを短縮することができるため、生産性の向上を図ることができる。さらに、ＨＩＣ熱交換器５０を通過するバイパス配管２は、少量の二相冷媒を流すように構成されているため、圧力損失による冷凍サイクル装置２００の効率に対する影響は抑制されている。よって、ＨＩＣ熱交換器５０を有する冷凍サイクル装置２００によれば、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを短縮し、効率化を図ることができる。また、ＨＩＣ熱交換器５０は、内部熱交換器７０に比べて細い配管で構成することができるため、装置のコンパクト化を実現することができる。さらに、ＨＩＣ熱交換器５０に細い配管を用いてコンパクト化を図ることにより、従来構成よりも、機器の寸法を小さくすることができるため、設置性の向上、機器の軽量化、及び低コスト化を実現することができる。

加えて、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、地球温暖化係数が低いＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを使用するように構成されているため、地球環境への影響を低減することができる。

実施の形態２．
次に、図７〜図１２を参照して、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成及び動作について説明する。図７は、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の冷媒回路図を含むシステム構成図である。図７には、負荷側の水の温度を上げる加熱運転を実施している時の状態が示されている。前述した実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。

冷凍サイクル装置２００は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成され、低温低圧ガス冷媒を吸引し、圧縮して高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出する圧縮機１５を有している。圧縮機１５は、圧縮工程において、バイパス配管２に流入しＨＩＣ熱交換器５０を流出した中間圧の冷媒（中圧冷媒）をインジェクションするインジェクションポート（図示せず）及び中間室（図示せず）を有している。すなわち、ＨＩＣ熱交換器５０を流出したガス冷媒は、インジェクションポートを介して圧縮機１５の圧力室内に設けられた中間室にインジェクションされる。

次に、図７及び図８を参照して、冷凍サイクル装置２００の給湯運転の動作を説明する。図８は、冷凍サイクル装置２００の動作状態を示すＰ−ｈ線図であり、縦軸に冷媒の絶対圧力Ｐ［ＭＰａ・ａｂｓ］、横軸に比エンタルピーｈ［ｋＪ／ｋｇ］をとっている。

低温低圧のガス状態の冷媒が（Ｃ１１：内部熱交換器７０出口）、圧縮機１５に吸引され、圧縮機１５で圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１５から吐出された高温高圧ガス冷媒は、四方弁２０を経由して凝縮器３０へ流入する。凝縮器３０へ流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器３０を流出した高圧液冷媒は（Ｃ１２：凝縮器３０出口）、２方向に分岐する。分岐した一方の高圧液冷媒は、バイパス配管２を通じて副膨張弁４０へ流入し、減圧膨張されて中温中圧の気液二相冷媒となる（Ｃ１３：副膨張弁４０出口）。分岐したもう一方の高圧液冷媒は、ＨＩＣ熱交換器５０に流入し、副膨張弁４０を流出した中温中圧の気液二相冷媒と熱交換し（Ｔ１１）、高圧過冷却液冷媒となって流出する（Ｃ１４ａ：ＨＩＣ熱交換器５０出口）。副膨張弁４０を流出した中温中圧の気液二相冷媒は、ＨＩＣ熱交換器５０に流入した高圧液冷媒と熱交換して（Ｔ１１）加熱ガスとなり（Ｃ１４ｂ：ＨＩＣ熱交換器５０出口）、圧縮機１５の中間圧にインジェクションされる（Ｃ１５：中間圧合流部）。

ＨＩＣ熱交換器５０を流出した高圧過冷却液冷媒は、内部熱交換器７０に流入し、蒸発器６０を流出して四方弁２０を通過した低圧低温のガス冷媒と熱交換し（Ｔ１２）、さらに過冷却度が大きい液冷媒となって流出する（Ｃ１６：内部熱交換器７０出口）。内部熱交換器７０を流出した過冷却液冷媒は、主膨張弁８０へ流入し、減圧膨張されて低圧二相冷媒となり、蒸発器６０に流入する（Ｃ１７：内部熱交換器７０入口）。蒸発器６０に流入した低圧二相冷媒は、被熱交換媒体である空気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となって流出する（Ｃ１８：蒸発器６０出口）。

蒸発器６０を流出した低温低圧のガス冷媒は、再び四方弁２０を通過したのち、内部熱交換器７０に流入し、ＨＩＣ熱交換器５０を流出した高圧液冷媒と熱交換することにより（Ｔ１２）、過熱度の大きなガス冷媒となり、圧縮機１５に再び吸引される。

なお、内部熱交換器７０のガス側である主配管１には、圧縮機１０に吸入する前の低圧ガスを流すため、配管長が長くなると、低圧圧力損失が増大して冷凍サイクル装置２００の効率を悪化させる要因となる。一方、ＨＩＣ熱交換器５０のガス側であるバイパス配管２には、圧縮機１０の吸入側にバイパスする少量の二相冷媒を流すため、圧力損失による冷凍サイクル装置２００の効率に対する影響はない。したがって、ＨＩＣ熱交換器５０は、内部熱交換器７０に比べて細い配管で構成することができ、コンパクトな構成とすることができる。

次に、図７を参照して、冷凍サイクル装置２００の制御構成について説明する。冷凍サイクル装置２００は、冷媒回路を流れる冷媒の状態を検知する状態検知部と、状態検知部による検知の結果をもとに副膨張弁４０及び主膨張弁８０の開度を制御する制御装置１９０と、を有している。本実施の形態２の状態検知部は、圧縮機１０に吸入されるガス冷媒の圧力である吸入圧力Ｐｓを検知する圧力センサ１１０と、ＨＩＣ熱交換器５０を流出するガス冷媒の温度であるＨＩＣ出口温度Ｔｈｏを検知するＨＩＣ出口温度センサ１２０と、ＨＩＣ熱交換器５０に流入するガス冷媒の温度であるＨＩＣ入口温度Ｔｈｉを検知するＨＩＣ入口温度センサ２１０と、内部熱交換器７０から流出して圧縮機１５に吸入されるガス冷媒の温度である吸入温度Ｔｓを検知する吸入温度センサ２３０と、圧力センサ１１０、ＨＩＣ出口温度センサ１２０、ＨＩＣ入口温度センサ２１０と、を有している。

制御装置１９０は、ＨＩＣ出口温度センサ１２０において検知されたＨＩＣ出口温度Ｔｈｏから、ＨＩＣ入口温度センサ２１０において検知されたＨＩＣ入口温度Ｔｈｉを減算して、ＨＩＣ熱交換器５０のガス出口の過熱度である第１過熱度ＳＨｈを演算する過熱度演算部１９０ａと、過熱度演算部１９０ａにおいて演算された第１過熱度ＳＨｈと、予め設定された許容下限である第４設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第４設定値未満であるか否かを判定する過熱度判定部１９０ｂと、過熱度判定部１９０ｂによる判定の結果をもとに、副膨張弁４０及び主膨張弁８０の開度を制御する弁制御部１９０ｃと、を有している。

過熱度判定部１９０ｂは、第１過熱度ＳＨｈが第４設定値以上であると判定した場合に、第１過熱度ＳＨｈと予め設定された許容上限である第５設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第５設定値よりも大きいか否かを判定する機能を有している。弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて第１過熱度ＳＨｈが第４設定値未満であると判定された場合に、副膨張弁４０の開度を小さくするものである。弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第５設定値より大きいと判定された場合に、副膨張弁４０の開度を大きくするものである。そして、弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第５設定値以下であると判定された場合に、副膨張弁４０の開度を維持するものである。すなわち、本実施の形態２において、上記目標範囲は、第４設定値以上であり且つ第５設定値以下である範囲に設定されている。

また、過熱度演算部１９０ａは、圧力センサ１１０において検知された吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出し、吸入温度センサ２３０において検知された吸入温度Ｔｓから飽和温度ｆ（Ｐｓ）を減算して、圧縮機１５の吸入口の過熱度である第３過熱度ＳＨｓを演算する機能を有している。過熱度判定部１９０ｂは、過熱度演算部１９０ａにおいて演算された第３過熱度ＳＨｓと、予め設定された第６設定値（目標値）とを比較し、第３過熱度ＳＨｓが第６設定値未満であるか否かを判定する機能を有している。弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第３過熱度ＳＨｓが第６設定値未満であると判定された場合に、主膨張弁８０の開度を小さくし、第３過熱度ＳＨｓが第６設定値以上であると判定された場合に、主膨張弁８０の開度を大きくするように構成されている。すなわち、弁制御部１９０ｃは、第３過熱度ＳＨｓが目標値である第６設定値となるように、主膨張弁８０の開度を制御するものである。

次に、図７及び図９を参照して、給湯運転時の制御装置１９０による主膨張弁８０及び副膨張弁４０の開閉制御の手順を説明する。図９は、制御装置１９０による給湯運転時の制御動作を示すフローチャートである。

まず、過熱度演算部１９０ａは、ＨＩＣ入口温度センサ２１０において検知されたＨＩＣ入口温度Ｔｈｉを入力し（図９：ステップＳ２０１）、ＨＩＣ出口温度センサ１２０において検出されたＨＩＣ出口温度Ｔｈｏを入力する（図９：ステップＳ２０２）。過熱度演算部１９０ａは、ＨＩＣ出口温度ＴｈｏからＨＩＣ入口温度Ｔｈｉを減算して、ＨＩＣ熱交換器５０のガス出口の第１過熱度ＳＨｈを演算する（図９：ステップＳ２０３）。

過熱度判定部１９０ｂは、過熱度演算部１９０ａにおいて演算された第１過熱度ＳＨｈと第４設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第４設定値未満であるか否かを判定する（図９：ステップＳ２０４）。弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第４設定値未満であると判定された場合に（図９：ステップＳ２０４／Ｙｅｓ）、副膨張弁４０の開度を小さくし、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量を抑制させる（図９：ステップＳ２０５）。

一方、過熱度判定部１９０ｂは、第１過熱度ＳＨｈが第４設定値以上であると判定した場合に（図９：ステップＳ２０４／Ｎｏ）、第１過熱度ＳＨｈと第５設定値とを比較し、第１過熱度ＳＨｈが第５設定値より大きいか否かを判定する（図９：ステップＳ２０６）。弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第５設定値より大きいと判定された場合に（図９：ステップＳ２０６／Ｙｅｓ）、副膨張弁４０の開度を大きくし、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量を増加させる（図９：ステップＳ２０７）。一方、弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第１過熱度ＳＨｈが第５設定値以下であると判定された場合には（図９：ステップＳ２０６／Ｎｏ）、現在の副膨張弁４０の開度を維持する（図９：ステップＳ２０８）。すなわち、弁制御部１９０ｃは、第１過熱度が、第４設定値以上第５設定値以下である目標範囲となるように、副膨張弁４０の開度を制御する。

次に、過熱度演算部１９０ａは、圧力センサ１１０において検知された吸入圧力Ｐｓを入力し（図９：ステップＳ２０９）、吸入温度センサ２３０において検知された吸入温度Ｔｓを入力する（図９：ステップＳ２１０）。過熱度演算部１９０ａは、吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出し、吸入温度Ｔｓから飽和温度ｆ（Ｐｓ）を減算して、圧縮機１５の吸入口の第３過熱度ＳＨｓを演算する（図９：ステップＳ２１１）。

過熱度判定部１９０ｂは、過熱度演算部１９０ａにおいて演算された第３過熱度ＳＨｓと第６設定値とを比較し、第３過熱度ＳＨｓが第６設定値未満であるか否かを判定する（図９：ステップＳ２１２）。弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第３過熱度ＳＨｓが第６設定値未満であると判定された場合に（図９：ステップＳ２１２／Ｙｅｓ）、主膨張弁８０の開度を小さくし、蒸発器６０の熱交換量を抑制させる（図９：ステップＳ２１３）。一方、弁制御部１９０ｃは、過熱度判定部１９０ｂにおいて、第３過熱度ＳＨｓが第６設定値以上であると判定された場合に（図９：ステップＳ２１２／Ｎｏ）、主膨張弁８０の開度を大きくし、蒸発器６０の熱交換量を増加させる（図９：ステップＳ２１４）。

図１０は、冷凍サイクル装置２００の全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係をシミュレーションした結果を示す特性図である。図１０を参照して、冷凍サイクル装置２００のＣＯＰが良好な値をとる領域について説明する。図１０に示すように、冷凍サイクル装置２００におけるＣＯＰは、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が５．５％となる付近にピーク値を有している。すなわち、内部熱交換器７０の伝熱部の長さが短すぎると、圧縮機１０の吸入過熱度が小さくなり、圧縮機１０の吐出温度の上昇が小さくなるため、ＣＯＰが低くなる。一方、内部熱交換器７０の伝熱部の長さが長すぎると、内部熱交換器７０の低圧ガス側の冷媒圧力損失が大きくなり、ＣＯＰが低下する。

図１０に示すように、冷凍サイクル装置２００は、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が７％未満の範囲であれば、ＣＯＰが良好な値をとる領域で運転することができる。本実施の形態２においても、ＣＯＰが良好な値をとる領域は、ＣＯＰが１００％以上の領域とする。つまり、冷凍サイクル装置２００は、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率が７％未満となるように、内部熱交換器７０の伝熱部の長さが設定されている。

図１１は、冷凍サイクル装置２００の全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率と、ＨＩＣ熱交換器５０の出口の第１過熱度ＳＨｈとの関係を示す特性図である。図１１を参照して、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率の調整方法を説明する。図１１に示すように、ＨＩＣ熱交換器５０の出口の第１過熱度ＳＨｈを制御することにより、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率を制御することができる。本実施の形態２では、全冷凍能力に対する内部熱交換器７０の熱交換量の比率を７％未満とするために、弁制御部１９０ｃは、第１過熱度ＳＨｈが目標範囲である１５℃以下の範囲となるように副膨張弁４０の開度を制御する。

図１２は、冷凍サイクル装置２００における、内部熱交換器７０の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量の比率とＣＯＰとの関係を示す特性図である。図１２を参照して、ＨＩＣ熱交換器５０及び内部熱交換器７０の熱交換量と、冷凍サイクル装置２００のＣＯＰが良好な値をとる領域との関係について説明する。

加熱運転時の冷媒の流れに関しては、ＨＩＣ熱交換器５０が上流側にあり、内部熱交換器７０が下流側にあるため、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量を増やすと、内部熱交換器７０に流入する高圧液冷媒の温度が低下する。すなわち、ＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量が増えると、内部熱交換器７０の熱交換量が減少する関係にあり、図１２に示すように、内部熱交換器７０の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量の比率に対し、ＣＯＰのピーク値が存在する。

本実施の形態２では、内部熱交換器７０の熱交換量に対するＨＩＣ熱交換器５０の熱交換量の比率が、１２５％以上２８０％以下となるように設定されている。かかる設定により、冷凍サイクル装置２００は、図１２に示すように、ＣＯＰが良好な値をとる領域で運転することができる。

以上のように、本実施の形態２における冷凍サイクル装置２００は、内部熱交換器７０に直列接続されたＨＩＣ熱交換器５０を有しており、ＨＩＣ熱交換器５０が、凝縮器３０から主配管１を通じて流入する冷媒と、凝縮器３０からバイパス配管２上の副膨張弁４０を介して流入する冷媒とを熱交換させるという構成を採っている。このため、内部熱交換器７０による熱交換量を軽減することができることから、圧縮機１０の吸入側の冷媒圧力損失の要因となる内部熱交換器７０の伝熱部の長さを必要以上に長くすることなく、ＣＯＰが高い領域での運転を実現することができる。すなわち、冷凍サイクル装置２００によれば、内部熱交換器７０による熱交換量を軽減することができるため、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを用いる場合においても、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを短縮し、かつ効率の向上を図ることができる。加えて、弁制御部１９０ｃは、第３過熱度が予め設定された目標値（第６設定値）となるように主膨張弁８０の開度を制御するという構成を採っているため、副膨張弁４０の制御が蒸発器６０側に与える影響を最小限に抑制することができる。

また、冷凍サイクル装置２００では、内部熱交換器７０の伝熱部の長さを短縮することができるため、生産性の向上を図ることができる。さらに、ＨＩＣ熱交換器５０を通過するバイパス配管２は、少量の二相冷媒を流すように構成されているため、ＨＩＣ熱交換器５０は、内部熱交換器７０に比べて細い配管で構成することができ、コンパクト化を実現することができる。また、ＨＩＣ熱交換器５０に細い配管を用いてコンパクト化を図ることにより、従来構成よりも、機器の寸法を小さくすることができるため、設置性の向上、機器の軽量化、及び低コスト化を実現することができる。加えて、本実施の形態２の冷凍サイクル装置１００は、地球温暖化係数が低いＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを使用するように構成されているため、地球環境への影響を低減することができる。

なお、上述した各実施の形態は、冷凍サイクル装置における好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態１及び２では、冷凍サイクル装置１００及び２００が使用する冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒を例示しているが、これに限定されず、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒を使用してもよい。また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅとＲ３２とを混合した混合冷媒を使用してもよい。また、第１過熱度の演算に用いる検出結果は、各実施の形態で例示した各センサによるものに限定されず、例えば、実施の形態１における演算手法を実施の形態２に採用してもよく、実施の形態２における演算手法を実施の形態１に採用してもよい。さらに、実施の形態１における制御装置９０が、第３過熱度を用いての判定処理を行うようにしてもよく、実施の形態２における制御装置１９０が、第２過熱度を用いての判定処理を行うようにしてもよい。

１ 主配管、２ バイパス配管、１０、１５ 圧縮機、２０ 四方弁、３０ 凝縮器、４０ 副膨張弁、５０ ＨＩＣ熱交換器、６０ 蒸発器、７０ 内部熱交換器、８０ 主膨張弁、９０、１９０ 制御装置、９０ａ、１９０ａ 過熱度演算部、９０ｂ、１９０ｂ 過熱度判定部、９０ｃ、１９０ｃ 弁制御部、１００、２００ 冷凍サイクル装置、１１０ 圧力センサ、１２０ ＨＩＣ出口温度センサ、１３０ 蒸発器出口温度センサ、２１０ ＨＩＣ入口温度センサ、２３０ 吸入温度センサ、Ｐｓ 吸入圧力、ＳＨｈ 第１過熱度、ＳＨｅ 第２過熱度、ＳＨｓ 第３過熱度、Ｔｈｅ 蒸発器出口温度、Ｔｈｉ ＨＩＣ入口温度、Ｔｈｏ ＨＩＣ出口温度、Ｔｓ 吸入温度、ｆ（Ｐｓ） 飽和温度。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、主膨張弁、及び蒸発器が主配管を介して接続された冷媒回路と、凝縮器と主膨張弁との間に流れる冷媒と、蒸発器と圧縮機との間に流れる冷媒とを熱交換させて、蒸発器を流出した冷媒を圧縮機の吸入側に流入させる内部熱交換器と、凝縮器と内部熱交換器との間に設けられ、内部熱交換器に直列接続されたＨＩＣ熱交換器と、凝縮器とＨＩＣ熱交換器との間から分岐し、ＨＩＣ熱交換器を経由して圧縮機に冷媒を導くバイパス配管と、凝縮器からバイパス配管に流入する冷媒を減圧してＨＩＣ熱交換器へ流出する副膨張弁と、冷媒回路を流れる冷媒の状態を検知する状態検知部と、状態検知部による検知の結果をもとに副膨張弁の開度を制御する制御装置と、を有し、ＨＩＣ熱交換器は、凝縮器から主配管を通じて流入する冷媒と、凝縮器から副膨張弁を介して流入する冷媒とを熱交換させるものであり、制御装置は、状態検知部による検知の結果を用いてＨＩＣ熱交換器の出口の過熱度である第１過熱度を演算する過熱度演算部と、第１過熱度が予め設定された目標範囲となるように、副膨張弁の開度を制御する弁制御部と、を有するものである。

Claims (13)

1. 圧縮機、凝縮器、主膨張弁、及び蒸発器が主配管を介して接続された冷媒回路と、
   前記凝縮器と前記主膨張弁との間に流れる冷媒と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に流れる冷媒とを熱交換させて、前記蒸発器を流出した冷媒を前記圧縮機の吸入側に流入させる内部熱交換器と、
   前記凝縮器と前記内部熱交換器との間に設けられ、前記内部熱交換器に直列接続されたＨＩＣ熱交換器と、
   前記凝縮器と前記ＨＩＣ熱交換器との間から分岐し、前記ＨＩＣ熱交換器を経由して前記圧縮機に冷媒を導くバイパス配管と、
   前記凝縮器から前記バイパス配管に流入する冷媒を減圧して前記ＨＩＣ熱交換器へ流出する副膨張弁と、を有し、
   前記ＨＩＣ熱交換器は、前記凝縮器から前記主配管を通じて流入する冷媒と、前記凝縮器から前記副膨張弁を介して流入する冷媒とを熱交換させるものである冷凍サイクル装置。
2. 前記冷媒回路を流れる冷媒の状態を検知する状態検知部と、
   前記状態検知部による検知の結果をもとに前記副膨張弁の開度を制御する制御装置と、をさらに有し、
   前記制御装置は、
   前記状態検知部による検知の結果を用いて前記ＨＩＣ熱交換器の出口の過熱度である第１過熱度を演算する過熱度演算部と、
   前記第１過熱度が予め設定された目標範囲となるように、前記副膨張弁の開度を制御する弁制御部と、を有する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記状態検知部は、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検知する圧力センサと、
   前記ＨＩＣ熱交換器を流出する冷媒の温度であるＨＩＣ出口温度を検知するＨＩＣ出口温度センサと、を有し、
   前記過熱度演算部は、前記圧力センサにおいて検知された前記吸入圧力から飽和温度を算出した上で、ＨＩＣ出口温度センサにおいて検知された前記ＨＩＣ出口温度から前記飽和温度を減算して前記第１過熱度を演算する請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記状態検知部は、
   前記ＨＩＣ熱交換器を流出する冷媒の温度であるＨＩＣ出口温度を検知するＨＩＣ出口温度センサと、
   前記ＨＩＣ熱交換器に流入するガス冷媒の温度であるＨＩＣ入口温度を検知するＨＩＣ入口温度センサと、を有し、
   前記過熱度演算部は、前記ＨＩＣ出口温度センサにおいて検知された前記ＨＩＣ出口温度から前記ＨＩＣ入口温度センサにおいて検知された前記ＨＩＣ入口温度を減算して、前記第１過熱度を演算する請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記状態検知部は、
   前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検知する圧力センサと、
   前記蒸発器を流出する冷媒の温度である蒸発器出口温度を検知する蒸発器出口温度センサを有し、
   前記過熱度演算部は、前記圧力センサ及び前記蒸発器出口温度センサによる検知の結果をもとに前記蒸発器の出口の過熱度である第２過熱度を演算する機能を有し、
   前記弁制御部は、
   前記主膨張弁の開度を制御する機能を有すると共に、
   前記第２過熱度が予め設定された目標値となるように、前記主膨張弁の開度を制御する請求項２〜４の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記状態検知部は、
   前記圧縮機に吸入されるガス冷媒の圧力である吸入圧力を検知する圧力センサと、
   前記内部熱交換器から流出して前記圧縮機に吸入されるガス冷媒の温度である吸入温度を検知する吸入温度センサと、を有し、
   前記過熱度演算部は、前記圧力センサ及び前記吸入温度センサによる検知の結果をもとに前記圧縮機の吸入口の過熱度である第３過熱度を演算する機能を有し、
   前記弁制御部は、
   前記主膨張弁の開度を制御する機能を有すると共に、
   前記第３過熱度が予め設定された目標値となるように、前記主膨張弁の開度を制御する請求項２〜４の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 全冷凍能力に対する前記内部熱交換器の熱交換量の比率が７％未満となるように、前記目標範囲が設定されている請求項２〜６の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 全冷凍能力に対する前記内部熱交換器の熱交換量の比率が２．４％以上となるように、前記目標範囲が設定されている請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記バイパス配管は、前記内部熱交換器の出口から延びる前記主配管に連結されている請求項１〜８の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記圧縮機は、前記バイパス配管に流入し前記ＨＩＣ熱交換器を流出した冷媒をインジェクションするインジェクションポートを有している請求項１〜８の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記内部熱交換器の熱交換量に対する前記ＨＩＣ熱交換器の熱交換量の比率は、１６０％以上７００％以下となるように設定されている請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記内部熱交換器の熱交換量に対する前記ＨＩＣ熱交換器の熱交換量の比率は、１２５％以上２８０％以下となるように設定されている請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記主配管及び前記バイパス配管を循環させる冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒又はＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒を使用する請求項１〜１２の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。

Images