JPWO2018109894A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒が循環することにより冷房を行なう。冷凍サイクル装置は、蒸発器と、凝縮器と、ポンプ（６）と、圧縮機（１）と、制御装置とを備える。蒸発器は、第１空間に配置されている。凝縮器は、第２空間に配置されている。ポンプ（６）は、凝縮器からの冷媒を圧縮して蒸発器に出力するように構成されている。圧縮機（１）は、蒸発器からの冷媒を圧縮して凝縮器に出力するように構成されている。制御装置は、ポンプ（６）と圧縮機（１）とを制御して第１空間の冷房を行なう構成されている。制御装置は、第１空間の温度が第２空間の温度よりも高い状態において、圧縮機（１）を起動した後に、ポンプ（６）を起動するように構成されている。

Description

本発明は、低外気冷房運転を行なう冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置による冷房運転が、外気温度によらず一定の期間継続して行なわれる場合がある。たとえばほぼ年間を通してサーバコンピュータが稼働しているサーバルームの場合、サーバコンピュータからの発熱によるサーバルームの気温上昇を放置しておくと、サーバコンピュータの処理能力が低下し、サーバコンピュータが故障して停止する場合も想定される。このような事態を防ぐために、サーバルームにおいては冷凍サイクル装置による冷房運転が年間を通して行なわれるのが通常である。

外気温度が基準温度（たとえば７℃）よりも低い場合に行なわれる冷房運転（低外気冷房運転）においては、通常、室内温度が室外温度よりも高くなるため、室内温度と室外温度との温度差を利用して、室内の蒸発器において液冷媒を蒸発させることができる。このような場合、特開２０００−１９３３２７号公報（特許文献１）に開示されている空気調和機のように、圧縮機による冷凍サイクル（蒸気圧縮サイクル）の代わりに、室外の凝縮器からの液冷媒を圧縮して室内の蒸発器へ出力するポンプ（液ポンプ）を用いた冷凍サイクル（液ポンプサイクル）が行なわれる場合がある。蒸気圧縮サイクルよりも、液ポンプサイクルの方が消費電力を抑制することができる。

特開２０００−１９３３２７号公報

液ポンプサイクルにおいて必要な液冷媒の量は、液ポンプによって液冷媒が圧縮される分だけ、蒸気圧縮サイクルにおいて必要な液冷媒の量よりも多くなる。液冷媒の量が不足すると、液ポンプに吸入される冷媒が気液二相状態の湿り蒸気となり、液ポンプ内でキャビテーションが発生する可能性が高まる。キャビテーションとは、冷媒中にガス冷媒が発生する現象である。液ポンプ内でキャビテーションが発生すると、液ポンプが故障し、低外気冷房運転の継続が困難になり得る。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低外気冷房運転の安定性を向上させることである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒が循環することにより冷房を行なう。冷凍サイクル装置は、蒸発器と、凝縮器と、ポンプと、圧縮機と、制御装置とを備える。蒸発器は、第１空間に配置されている。凝縮器は、第２空間に配置されている。ポンプは、凝縮器からの冷媒を圧縮して蒸発器に出力するように構成されている。圧縮機は、蒸発器からの冷媒を圧縮して凝縮器に出力するように構成されている。制御装置は、ポンプと圧縮機とを制御して第１空間の冷房を行なう構成されている。制御装置は、第１空間の温度が第２空間の温度よりも高い状態において、圧縮機を起動した後に、ポンプを起動するように構成されている。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、第１空間の温度が第２空間の温度よりも高い状態において、液ポンプサイクルを行なうポンプは、圧縮機の起動後に起動される。ポンプの起動前に圧縮機による蒸気圧縮サイクルが行なわれることにより、凝縮器における液冷媒の生成速度が上昇し、凝縮器からの液冷媒の量が増加する。その結果、ポンプ内でのキャビテーションの発生が抑制され、低外気冷房運転の安定性を向上させることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態１における液ポンプの周波数のタイムチャートおよび圧縮機の周波数のタイムチャートを併せて示す図である。 図２において液ポンプが停止しているとともに蒸気圧縮サイクルが行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 図２において蒸気圧縮サイクルおよび液ポンプサイクルの両方が行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 図２において圧縮機が停止しているとともに液ポンプサイクルが行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２における液ポンプの周波数のタイムチャート、圧縮機の周波数のタイムチャート、および膨張弁の開度のタイムチャートを併せて示す図である。 図７において液ポンプが停止しているとともに蒸気圧縮サイクルが行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 図７において蒸気圧縮サイクルおよび液ポンプサイクルの両方が行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 図７において圧縮機が停止しているとともに液ポンプサイクルが行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態３における液ポンプの周波数のタイムチャート、圧縮機の周波数のタイムチャート、および膨張弁の開度のタイムチャートを併せて示す図である。 図１２において液ポンプが停止しているとともに蒸気圧縮サイクルが行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 図１２において蒸気圧縮サイクルおよび液ポンプサイクルの両方が行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 図１２において圧縮機が停止しているとともに液ポンプサイクルが行なわれている期間における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態３の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、室内に配置される室内機１０と、室外に配置される室外機２０とを備える。冷凍サイクル装置１００は、低外気冷房運転を行なう。

室内機１０は、圧縮機１と、蒸発器３と、室内ファン５と、バイパス流路１１とを含む。室外機２０は、凝縮器２と、室外ファン４と、液ポンプ６と、制御装置３０と、温度センサ４０とを含む。制御装置３０は、室内機１０に含まれていてもよいし、あるいは室内機１０および室外機２０のいずれにも含まれていなくてもよい。

液ポンプ６は、凝縮器２からの液体の冷媒（液冷媒）を圧縮して蒸発器３へ出力する。液ポンプ６は、制御装置３０によって駆動周波数が制御されて、単位時間当たりに吐出する冷媒量が制御される。

蒸発器３は、液ポンプ６からの液冷媒を蒸発させる。蒸発器３において、液冷媒は熱（蒸発熱）を室内の空気から奪って蒸発し、気体の冷媒（ガス冷媒）となって蒸発器３か流出する。

圧縮機１は、蒸発器３からのガス冷媒を圧縮して凝縮器２へ出力する。圧縮機１は、制御装置３０によって駆動周波数が制御されて、単位時間当たりに吐出する冷媒量が制御される。

バイパス流路１１は、蒸発器３と圧縮機１との間の流路と、圧縮機１と凝縮器２との間の流路とを接続する。バイパス流路１１は、蒸発器３と凝縮器２との間で、圧縮機１に対して並列に接続されている。バイパス流路１１は、逆止弁７を含む。逆止弁７は、蒸発器３と圧縮機１との間の流路内の冷媒の圧力が、圧縮機１と凝縮器２との間の流路内の冷媒の圧力よりも高い場合に冷媒を通過させる。

室外ファン４は、凝縮器２における冷媒と空気との熱交換を促進するため、凝縮器２に送風する。室外ファン４は、制御装置３０によって回転速度が制御されて、単位時間当たりの送風量が制御される。

室内ファン５は、蒸発器３における冷媒と空気との熱交換を促進するため、蒸発器３に送風する。室内ファン５は、制御装置３０によって回転速度が制御されて、単位時間当たりの送風量が制御される。

温度センサ４０は、凝縮器２と液ポンプ６との間の冷媒の温度を測定する。温度センサ４０は、たとえばサーミスタである。

制御装置３０は、圧縮機１、液ポンプ６、室外ファン４、室内ファン５を制御する。制御装置３０は、温度センサ４０から信号を受けて、凝縮器２からの冷媒の過冷却度を算出する。

液ポンプサイクルにおいて必要な液冷媒の量が不足すると、液ポンプ６に吸入される冷媒が気液二相状態の湿り蒸気となり、液ポンプ６内でキャビテーションが発生する可能性が高まる。液ポンプ６内でキャビテーションが発生すると、液ポンプ６が故障し、低外気冷房運転の継続が困難になり得る。

そこで実施の形態１においては、圧縮機１による蒸気圧縮サイクルを一定時間行なった後に、液ポンプ６を起動する。液ポンプ６を起動する前に、圧縮機１による蒸気圧縮サイクルを行なうことにより、液冷媒の生成速度を上昇させ、凝縮器２からの液冷媒の量を増加させる。その結果、液ポンプ６内でのキャビテーションの発生が抑制され、低外気冷房運転の安定性を向上させることができる。

図２は、実施の形態１における液ポンプ６の周波数のタイムチャートおよび圧縮機１の周波数のタイムチャートを併せて示す図である。図２に示されるように、時刻ｔｍ１において圧縮機１が起動し、時刻ｔｍ１〜ｔｍ２の期間Ｓ１において蒸気圧縮サイクルが行なわれている。期間Ｓ１においては、凝縮器２からの冷媒量が不十分でありキャビテーションが発生する可能性が高いため、液ポンプ６は停止している。液ポンプ６は、時刻ｔｍ２において起動する。時刻ｔｍ２〜ｔｍ３の期間Ｓ２においては、液ポンプ６の周波数が時間経過とともに増加するともに、圧縮機１の周波数が時間経過とともに減少している。期間Ｓ２においては、液ポンプサイクルと蒸気圧縮サイクルとが同時に行なわれている。時刻ｔｍ３以降の期間Ｓ３においては、圧縮機１が停止して、液ポンプ６による液ポンプサイクルが行なわれている。

図３は、図２の期間Ｓ１における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図（モリエル線図）である。期間Ｓ１においては、圧縮機１による蒸気圧縮サイクルが行なわれる一方、液ポンプ６は停止している。図３において、曲線ＩＳ１およびＩＳ２は、それぞれ外気温度Ｔ１および室内温度Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）に対応する冷媒の等温線である。曲線ＬＣは、冷媒の飽和液線である。曲線ＧＣは、冷媒の飽和蒸気線である。点ＣＰは、冷媒の臨界点である。臨界点は、液冷媒とガス冷媒との間で相変化が生じ得る範囲の限界を示す点であり、飽和液線と飽和蒸気線との交点である。臨界点における圧力より冷媒の圧力が高くなると液冷媒とガス冷媒との間で相変化が生じなくなる。飽和液線よりエンタルピーが低い領域においては、冷媒は液体である。飽和液線と飽和蒸気線とで挟まれた領域においては、冷媒は湿り蒸気である。飽和蒸気線よりもエンタルピーが高い領域においては冷媒は気体である。図４、図５、実施の形態２の図８〜図１０、および実施の形態３の図１３〜図１５においても同様である。

点Ｒ１１〜点Ｒ１４の順に循環するサイクルＣ１１は、図２の期間Ｓ１における冷媒の循環を表す。図３に示されるように、サイクルＣ１１は、室内温度が外気温度よりも高い状態において行なわれる。図４、図５、実施の形態２の図８〜図１０、および実施の形態３の図１３〜図１５点においてそれぞれ示されるサイクルＣ１２、Ｃ１３、Ｃ２１〜Ｃ２３、Ｃ３１〜Ｃ３３についても同様である。

点Ｒ１１から点Ｒ１２への状態変化の過程は、圧縮機１による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ１２の状態にある冷媒の圧力およびエンタルピは、圧縮機１による圧縮により、いずれも点Ｒ１１の状態にある冷媒の圧力およびエンタルピよりも大きい。

点Ｒ１２から点Ｒ１３への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。凝縮過程と飽和液線ＬＣとの交点Ｒ１５の状態にある冷媒の温度と、凝縮過程の終点Ｒ１３の状態にある冷媒の温度との差が、点Ｒ１３における冷媒の過冷却度ＳＣである。過冷却度ＳＣは、冷媒が液化してからさらに冷媒の温度が何度低下したかを示す値である。点Ｒ１３の状態にある冷媒が、液ポンプが起動した場合に液ポンプ６に吸入される。

点Ｒ１３から点Ｒ１４への状態変化の過程は、冷媒が凝縮器２から停止している液ポンプ６を通過して蒸発器３に至る過程を表す。冷媒が配管および停止している液ポンプ６を通過するときに圧力損失が生じるため、点Ｒ１３から点Ｒ１４へ至る過程において圧力が低下する。点Ｒ１４から点Ｒ１１への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。

期間Ｓ１における圧縮機１による蒸気圧縮サイクルにより、凝縮器２における液冷媒の生成速度が上昇し、凝縮器２内におけるガス冷媒の量が減少するとともに、液冷媒の量が増加する。その結果、液冷媒から外気に吸収される熱量が増加し、凝縮器２から流出する冷媒の過冷却度ＳＣが大きくなる。液ポンプ６に吸入される冷媒の過冷却度ＳＣが大きくなるほど、冷媒の状態が気液二相状態の領域から離れるため、液ポンプ６内でキャビテーションが生じにくくなる。そこで実施の形態１においては、点Ｒ１３の状態にある冷媒の過冷却度ＳＣが基準値よりも大きくなった場合に液ポンプ６に吸入される冷媒の気液二相状態が解消されて冷媒が十分に液化したとして、液ポンプ６を起動する。当該基準値は、実機実験あるいはシミュレーションにより適宜算出することができる。

図４は、図２の期間Ｓ２における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。期間Ｓ２においては、圧縮機１による蒸気圧縮サイクルが継続されるとともに、液ポンプ６が起動される。図４において点Ｒ２１〜Ｒ２４の順に循環するサイクルＣ１２は、図２の期間Ｓ２における冷媒の循環を表す。点Ｒ２１から点Ｒ２２への状態変化の過程は、液ポンプ６による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２２の状態にある冷媒の圧力およびエンタルピは、液ポンプ６による圧縮により、いずれも点Ｒ２１の状態にある冷媒の圧力およびエンタルピよりも大きい。

点Ｒ２２から点Ｒ２３への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。点Ｒ２３から点Ｒ２４への状態変化の過程は、圧縮機１による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２４から点Ｒ２１への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。

液ポンプ６の周波数を急激に増加させると液ポンプ６の吸入冷媒量が急激に増加するため、液ポンプ６の吸入冷媒量が凝縮器２における液冷媒の生成量を上回る可能性がある。その場合、液ポンプ６内でキャビテーションが発生する可能性が高まる。そこで制御装置３０は、液ポンプ６の周波数を時間経過とともに増加させて、液ポンプ６の吸入冷媒量を徐々に増加させる。

また、圧縮機１の周波数を急激に低下させると凝縮器２における液冷媒の生成量が急激に減少するため、凝縮器２における液冷媒の生成量が液ポンプ６の吸入冷媒量を下回る可能性がある。その場合も、液ポンプ６内でキャビテーションが発生する可能性が高まる。そこで制御装置３０は、圧縮機１の周波数を時間経過とともに減少させて、凝縮器２における液冷媒の生成量を徐々に減少させる。

期間Ｓ２においては、液ポンプ６による圧縮過程の終点（蒸発過程の始点）Ｒ２２の状態にある冷媒の圧力および蒸発過程の終点Ｒ２３の圧力が時間経過に伴って共に上昇していく。

図５は、図２の期間Ｓ３における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。期間Ｓ３においては、圧縮機１は停止される一方、液ポンプ６による液ポンプサイクルは継続される。図５において点Ｒ３１〜点Ｒ３４の順に循環するサイクルＣ１３は、図２の期間Ｓ３における冷媒の循環を表す。点Ｒ３１から点Ｒ３２への状態変化の過程は、液ポンプ６による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ３２から点Ｒ３３への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。

点Ｒ３３から点Ｒ３４への状態変化の過程は、冷媒が蒸発器３から逆止弁７を通過して凝縮器２に至る過程を表す。期間Ｓ３においては、圧縮機１が停止するため、蒸発器３と圧縮機１との間の流路内の冷媒の圧力が、圧縮機１と凝縮器２との間の流路内の冷媒の圧力よりも高くなる。冷媒のほとんどは、圧力抵抗の小さいバイパス流路１１に入り逆止弁７を通過して圧縮機１を迂回する。圧縮機が停止している場合に冷媒のほとんどがバイパス流路１１を通過することにより、停止している圧縮機１に冷媒が滞留することを防止することができる。点Ｒ３３から点Ｒ３４への状態変化の過程においては、冷媒が配管および逆止弁を通過するときに生じる圧力損失のため、点Ｒ３３の状態にある冷媒の圧力よりも点Ｒ３４の状態にある冷媒の圧力の方が小さくなっている。点Ｒ３４から点Ｒ３１への状態変化の過程は、凝縮器２よる冷媒の凝縮過程を表す。

実施の形態１において液ポンプ６を起動させる条件は、過冷却度ＳＣが基準値を超えることである。液ポンプ６を起動させる条件は、液ポンプ６に吸入される冷媒の気液二相状態が解消されて冷媒が十分に液化したと判断することができる条件であればどのような条件でもよく、たとえば、圧縮機１の運転が基準時間継続するという条件でもよい。

実施の形態１においては、バイパス流路１１は、逆止弁を含む。バイパス流路１１は、必ずしも逆止弁を含んでいる必要はなく、蒸発器３と圧縮機１との間の流路内の冷媒の圧力が、圧縮機１と凝縮器２との間の流路内の冷媒の圧力よりも高い場合に冷媒を通過させる構成であればどのような構成であってもよい。たとえば、バイパス流路１１が開閉弁を含み、蒸発器３と圧縮機１との間の流路内の冷媒の圧力が、圧縮機１と凝縮器２との間の流路内の冷媒の圧力よりも高い場合に、制御装置３０が当該開閉弁を制御して当該開閉弁を開くという構成でもよい。

以上、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置においては、液ポンプサイクルを行なう液ポンプは、圧縮機の起動後に起動される。液ポンプの起動前に、圧縮機による蒸気圧縮サイクルが行なわれることにより、凝縮器における液冷媒の生成速度が上昇し、凝縮器からの液冷媒の量が増加する。その結果、液ポンプ内でのキャビテーションの発生が抑制され、低外気冷房運転の安定性を向上させることができる。

実施の形態１によれば、圧縮機が停止している場合に冷媒がバイパス流路を通過することにより圧縮機を迂回するため、停止している圧縮機に冷媒が滞留することを防止することができる。

実施の形態１によれば、液ポンプに吸入される冷媒の過冷却度が基準値よりも大きい場合に制御装置が液ポンプを起動するため、液ポンプ内でのキャビテーションの発生をさらに抑制することができる。

実施の形態１によれば、制御装置が、液ポンプが単位時間当たりに吐出する冷媒の量を液ポンプの起動後に時間経過に伴って増加させるとともに、圧縮機が単位時間当たりに吐出する冷媒の量を液ポンプの起動後に時間経過に伴って減少させることにより、液ポンプ内でのキャビテーションの発生をさらに抑制することができる。

実施の形態１によれば、室内ファンにより蒸発器における熱交換が促進されるとともに、室外ファンにより凝縮器における熱交換が促進されるため、蒸気圧縮サイクルにおける凝縮器での液冷媒の生成速度が上昇する。その結果、液ポンプサイクルの開始を早めることができる。

実施の形態２．
実施の形態２においては、液ポンプからの冷媒が圧力調整弁を介して蒸発器に流入する場合について説明する。実施の形態２と実施の形態１との違いは、液ポンプと蒸発器との間に圧力調整弁が接続されているという点である。それ以外の点は同様であるため、説明を繰り返さない。

図６は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の構成を示す機能ブロック図である。図６に示される冷凍サイクル装置２００おいては、図１の室内機１０および制御装置３０が、室内機１２および制御装置３２にそれぞれ置き換えられている。図６に示されるように、室内機１２は、図１に示される室内機１０に含まれる構成に加えて、圧力調整弁として膨張弁８を含む。膨張弁８は、液ポンプ６と蒸発器３との間に接続されている。膨張弁８は、制御装置３２によって開度が調節される。膨張弁８は、たとえば電子制御式膨張弁（ＬＥＶ：Linear Expansion Valve）である。

図７は、実施の形態２における液ポンプ６の周波数のタイムチャート、圧縮機１の周波数のタイムチャート、および膨張弁８の開度のタイムチャートを併せて示す図である。図７の期間Ｓ２１〜Ｓ２３は、図２の期間Ｓ１〜Ｓ３にそれぞれ対応している。期間Ｓ２１〜Ｓ２３における圧縮機１および液ポンプ６の運転は実施の形態１と同様であるため説明を繰り返さない。図７に示されるように、膨張弁８の開度は、圧縮機１の起動する時刻ｔｍ２１に基準開度ｄ１に設定される。膨張弁８の開度は、時間経過とともに開度が全開となるまで増加する。基準開度ｄ１は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。

膨張弁８の開度は、たとえば圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度、圧縮機１から吐出される冷媒の過熱度、または圧縮機１から吐出される冷媒の温度が基準値となるように調整されてもよい。膨張弁８の開度は、液ポンプ６が吐出される冷媒の圧力と吸入される冷媒の圧力との差が基準値となるように調整されてもよい。膨張弁８の開度は、凝縮器２から流出する冷媒の過冷却度が基準値となるように調整されてもよい。

図８は、図７の期間Ｓ２１における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図８において点Ｒ２１１〜Ｒ２１４の順に循環するサイクルＣ２１は、図７の期間Ｓ２１における冷媒の循環を表す。点Ｒ２１１から点Ｒ２１２への状態変化の過程は、圧縮機１による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２１２から点Ｒ２１３への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。点Ｒ２１３から点Ｒ２１４への状態変化の過程は、膨張弁８による冷媒の減圧過程を表す。点Ｒ２１４から点Ｒ２１１への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。

図８に示されるサイクルＣ２１は、室内温度が外気温度よりも低い場合（たとえば夏季）に行なわれる通常の冷房運転を表すサイクルと同様である。実施の形態２においては、室内温度が外気温度よりも低い場合でも室内において冷媒が蒸発することができるように、膨張弁８によって冷媒が減圧される。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、低外気冷房運転に加えて通常の冷房運転が可能である。

実施の形態２においても、点Ｒ２１３の状態にある冷媒の過冷却度ＳＣが基準値よりも大きくなった場合に液ポンプ６が起動される。図９は、図７の期間Ｓ２２における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図９において点Ｒ２２１〜点Ｒ２２５の循環するサイクルＣ２２は、図７の期間Ｓ２２における冷媒の循環を表す。点Ｒ２２１から点Ｒ２２２への状態変化の過程は、液ポンプ６による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２２２から点Ｒ２２３への状態変化の過程は、膨張弁８による減圧過程を表す。点Ｒ２２３から点Ｒ２２４への状態変化の過程は、蒸発器３による蒸発過程を表す。点Ｒ２２４から点Ｒ２２５への状態変化の過程は、圧縮機１による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２２５から点Ｒ２２１への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。

期間Ｓ２２において制御装置３２は、液ポンプ６の周波数を時間経過とともに増加させて、凝縮器２内の液冷媒の増加に合わせて液ポンプ６の吸入冷媒量を増加させる。液ポンプ６による圧縮過程の終点（減圧過程の始点）Ｒ２２２の状態にある冷媒の圧力が時間経過に伴って上昇していく。また、実施の形態２において制御装置３２は、膨張弁８の開度を時間経過とともに大きくして膨張弁８の減圧作用を小さくする。減圧過程の終点（蒸発過程の始点）Ｒ２２３の状態にある冷媒の圧力および蒸発過程の終点Ｒ２２４の状態にある冷媒の圧力が共に上昇していく。

図１０は、図７の期間Ｓ２３における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図１０において点Ｒ２３１〜Ｒ２３５の順に循環するサイクルＣ２３は、図７の期間Ｓ２３における冷媒の循環を表す。点Ｒ２３１から点Ｒ２３２への状態変化の過程は、液ポンプ６による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２３２から点Ｒ２３３への状態変化の過程は、液ポンプ６からの冷媒が膨張弁８を通過して蒸発器３に至る過程を表す。冷媒が配管および開度が全開の膨張弁８を通過するときに圧力損失が生じるため、点Ｒ２３２から点Ｒ２３３へ至る過程において圧力が低下する。

点Ｒ２３３から点Ｒ２３４への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。点Ｒ２３４から点Ｒ２３５への状態変化の過程は、蒸発器３からの冷媒が逆止弁７を通過して凝縮器２に至る過程を表す。点Ｒ２３５から点Ｒ２３１への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。

以上、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに実施の形態２においては、蒸気圧縮サイクル（図８参照）において凝縮器からの冷媒を減圧して蒸発器に流入させることにより、蒸発器における冷媒と室内温度との差が実施の形態１よりも大きくなるともに、凝縮器における冷媒と室外温度との差も実施の形態１よりも大きくなる。そのため、蒸発器および凝縮器における冷媒と空気との間の熱交換効率が高まり、凝縮器における液冷媒の生成速度が実施の形態１よりも上昇する。その結果、凝縮器からの液冷媒の量が液ポンプサイクルに必要な量となるまでに必要な時間を短縮することができ、液ポンプサイクルの開始を実施の形態１よりも早めることができる。

実施の形態３．
実施の形態３においては、圧縮機または逆止弁からの冷媒が圧力調整弁を介して凝縮器に流入する場合について説明する。実施の形態３と実施の形態１との違いは、圧縮機と凝縮器との間に圧力調整弁が接続されているという点である。それ以外の点は同様であるため、説明を繰り返さない。

図１１は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の構成を示す機能ブロック図である。図１１に示される冷凍サイクル装置３００おいては、図１の室外機２０および制御装置３０が、室外機２３および制御装置３３にそれぞれ置き換えられている。図１１に示されるように、室外機２３は、図１に示される室外機２０に含まれる構成に加えて、圧力調整弁として膨張弁９を含む。膨張弁９は、圧縮機１と凝縮器２との間に接続されている。膨張弁９は、制御装置３３によって開度が調節される。膨張弁９は、たとえば電子制御式膨張弁（ＬＥＶ：Linear Expansion Valve）である。

図１２は、実施の形態３における液ポンプ６の周波数のタイムチャート、圧縮機１の周波数のタイムチャート、および膨張弁９の開度のタイムチャートを併せて示す図である。図１２の期間Ｓ３１〜Ｓ３３は、図２の期間Ｓ１〜Ｓ３にそれぞれ対応している。期間Ｓ３１〜Ｓ３３における圧縮機１および液ポンプ６の運転は実施の形態１と同様であるため説明を繰り返さない。図１２に示されるように、膨張弁９の開度は、圧縮機１の起動する時刻ｔｍ３１に基準開度ｄ２に設定される。膨張弁９の開度は、時間経過とともに開度が全開となるまで増加する。基準開度ｄ２は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。

膨張弁９の開度は、たとえば圧縮機１に吸入される冷媒の過熱度、圧縮機１から吐出される冷媒の過熱度、または圧縮機１から吐出される冷媒の温度が基準値となるように調整されてもよい。膨張弁９の開度は、液ポンプ６が吐出される冷媒の圧力と吸入される冷媒の圧力との差が基準値となるように調整されてもよい。膨張弁９の開度は、凝縮器２から流出する冷媒の過冷却度が基準値となるように調整されてもよい。

図１３は、図１２の期間Ｓ３１における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図１３において点Ｒ３１１〜Ｒ３１５の順に循環するサイクルＣ３１は、図１２の期間Ｓ３１における冷媒の循環を表す。点Ｒ３１１から点Ｒ３１２への状態変化の過程は、圧縮機１による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ３１２から点Ｒ３１３への状態変化の過程は、膨張弁９による減圧過程を表す。点Ｒ３１３から点Ｒ３１４への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。点Ｒ３１４から点Ｒ３１５への状態変化の過程は、凝縮器２からの冷媒が停止している液ポンプ６を通過して蒸発器３へ至る過程を表す。点Ｒ３１５から点Ｒ３１１への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。

実施の形態３においても、点Ｒ３１４の状態にある冷媒の過冷却度ＳＣが基準値よりも大きくなった場合に液ポンプ６が起動される。図１４は、図１２の期間Ｓ３２における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図１４において点Ｒ３２１〜Ｒ３２５の順に循環するサイクルＣ３２は、図１２の期間Ｓ３２における冷媒の循環を表す。点Ｒ３２１から点Ｒ３２２への状態変化の過程は、液ポンプ６による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ３２２から点Ｒ３２３への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。点Ｒ３２３から点Ｒ３２４への状態変化の過程は、圧縮機１による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ３２４から点Ｒ３２５への状態変化の過程は、膨張弁９による冷媒の減圧過程を表す。点Ｒ３２５から点Ｒ３２１への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。

図１５は、図１２の期間Ｓ３３における冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図１５において点Ｒ３３１〜Ｒ３３４の順に循環するサイクルＣ３３は、図１２の期間Ｓ３３における冷媒の循環を表す。点Ｒ３３１から点Ｒ３３２への状態変化の過程は、液ポンプ６による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ３３２から点Ｒ３３３への状態変化の過程は、蒸発器３による冷媒の蒸発過程を表す。点Ｒ３３３から点Ｒ３３４への状態変化の過程は、蒸発器３からの冷媒が逆止弁７を通過して凝縮器２に至る過程を表す。点Ｒ３３４から点Ｒ３３１への状態変化の過程は、凝縮器２による冷媒の凝縮過程を表す。

以上、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置においては、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに実施の形態３においては、蒸気圧縮サイクルと液ポンプサイクルが同時に行なわれる状態（図１４参照）から蒸気圧縮サイクルが停止されて液ポンプサイクルが行なわれる状態（図１５参照）への移行において、蒸発過程における冷媒の圧力が凝縮過程における冷媒の圧力よりも大きく、両者の大小関係が変化し難い。そのため、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置においては、蒸気圧縮サイクルから液ポンプサイクルへの移行において急激な圧力変化が生じ難く、液ポンプサイクルの継続を安定的に行なうことができる。

また、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置においては、圧縮機または逆止弁からの冷媒が圧力調整弁によって減圧されて凝縮器に流入するため、凝縮過程の圧力（液ポンプに吸入される冷媒の圧力）が実施の形態１および実施の形態２よりも低下する。その結果、冷媒の圧力を受けることによる液ポンプの負担を軽減することができる。

図１６は、実施の形態３の変形例に係る冷凍サイクル装置３００Ａの構成を示す機能ブロック図である。図１６に示される冷凍サイクル装置３００Ａおいては、図１１の室内機１０および制御装置３３が、室内機１２および制御装置３３Ａにそれぞれ置き換えられている。室内機１２は、実施の形態２の図６に示されている室内機１２と同様である。冷凍サイクル装置３００Ａによっても、実施の形態２および実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。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。本発明の範囲は上記した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およ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。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 蒸発器、４ 室外ファン、５ 室内ファン、６ 液ポンプ、７ 逆止弁、８，９ 膨張弁、１０，１２ 室内機、１１ バイパス流路、２０，２３ 室外機、３０，３２，３３，３３Ａ 制御装置、４０ 温度センサ、１００，２００，３００，３００Ａ 冷凍サイクル装置。

Claims (14)

1. 冷媒が循環することにより冷房を行なう冷凍サイクル装置であって、
   第１空間に配置された蒸発器と、
   第２空間に配置された凝縮器と、
   前記凝縮器からの前記冷媒を圧縮して前記蒸発器に出力するように構成されたポンプと、
   前記蒸発器からの前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に出力するように構成された圧縮機と、
   前記ポンプと前記圧縮機とを制御して前記第１空間の冷房を行なう構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１空間の温度が前記第２空間の温度よりも高い状態において、前記圧縮機を起動した後に、前記ポンプを起動するように構成されている、冷凍サイクル装置。
2. 前記蒸発器と前記圧縮機との間の第１流路と前記圧縮機と前記凝縮器との間の第２流路とを接続し、前記第１流路内の前記冷媒の圧力が前記第２流路内の前記冷媒の圧力よりも高い場合に前記冷媒を通過させるように構成されたバイパス流路をさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記バイパス流路は、前記第１流路内の前記冷媒の圧力が前記第２流路内の前記冷媒の圧力よりも高い場合に前記冷媒を通過させるように構成された逆止弁を含む、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、前記ポンプに吸入される前記冷媒の過冷却度が基準値よりも大きい場合に前記ポンプを起動するように構成されている、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. 前記凝縮器と前記ポンプとの間の第３流路に配置され、前記第３流路内の前記冷媒の温度を測定するように構成された温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記温度を用いて、前記過冷却度を算出するように構成されている、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、基準時間継続する前記圧縮機の運転に続いて、前記ポンプを起動するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、
   前記ポンプを制御して、前記ポンプが単位時間当たりに吐出する前記冷媒の量を前記ポンプの起動後に時間経過に伴って増加させ、
   前記圧縮機を制御して、前記圧縮機が単位時間当たりに吐出する前記冷媒の量を前記ポンプの起動後に時間経過に伴って減少させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記蒸発器に送風するように構成された第１送風装置と、
   前記凝縮器に送風するように構成された第２送風装置とをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記蒸発器と前記圧縮機との間に接続された第１圧力調整弁をさらに備え、
   前記第１圧力調整弁の開度は、前記圧縮機の起動前よりも起動後の方が大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記第１圧力調整弁の開度は、前記圧縮機の起動時に第１基準開度に設定される、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記圧縮機と前記凝縮器との間に接続された第２圧力調整弁をさらに備え、
    前記第２圧力調整弁の開度は、前記圧縮機の起動前よりも起動後の方が大きい、請求項９または１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記第２圧力調整弁の開度は、前記圧縮機の起動時に第２基準開度に設定される、請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記圧縮機と前記凝縮器との間に接続された圧力調整弁をさらに備え、
    前記圧力調整弁の開度は、前記圧縮機の起動前よりも起動後の方が大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記圧力調整弁の開度は、前記圧縮機の起動時に基準開度に設定される、請求項１３に記載の冷凍サイクル装置。

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