WO2017163339A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置（１）は、非共沸混合冷媒を、圧縮機（１１０）、第１熱交換器（１２０）、第２熱交換器（１３０）、第１膨張弁（１４０）、および第３熱交換器（１５０）の順に循環させるように構成される。報知部（１３）は、第１温度（Ｔ１）と第２温度（Ｔ２）との第１の差および第３温度（Ｔ３）と第４温度（Ｔ４）との第２の差から定まる第１冷媒の比率が適正値と異なる場合に、ユーザに警告を報知するように構成される。第１温度（Ｔ１）は、第１熱交換器（１２０）と第２熱交換器（１３０）との間の非共沸混合冷媒の温度である。第２温度（Ｔ２）は、第２熱交換器（１３０）と第１膨張弁（１４０）との間の非共沸混合冷媒の温度である。第３温度（Ｔ３）は、第１減圧器（１４１）と第１接続点（ＪＣ）との間の非共沸混合冷媒の温度である。第４温度（Ｔ４）は、第２減圧器（１４２）と第１接続点（ＪＣ）との間の非共沸混合冷媒の温度である。

Description

空気調和装置

　本発明は、空気調和装置に関し、特に非共沸混合冷媒を用いる空気調和装置に関する。

　近年、地球温暖化防止の観点から、空気調和装置において、単一の成分からなる冷媒に地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global　Warming　Potential）のより低い他の冷媒を混ぜてＧＷＰを低下させた混合冷媒が用いられることがある。

　たとえば、特開平８－５４１６１号公報（特許文献１）は、沸点の異なる冷媒を含む非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路を有する冷凍装置において、運転停止時に冷媒回路内の冷媒状態を検出して冷媒漏洩を検出する構成が開示されている。

特開平８－５４１６１号公報

　空気調和装置で用いられる冷媒は、たとえば配管の接続部分から漏れる場合がある。複数種類の冷媒を含む非共沸混合冷媒においては、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒のうち沸点の低い冷媒（以下では「低沸点冷媒」ともいう。）の方が気化し易いため漏れやすい。そのため、非共沸混合冷媒が空気調和装置に充填されてからの時間の経過に伴って、非共沸混合冷媒の組成比が変化し得る。

　非共沸混合冷媒の組成比が変化すると、非共沸混合冷媒の特性が変化し得る。そのため、たとえば最適な過熱度制御の継続が困難になり得る。このような状態で空気調和装置を運転し続けると、十分な空調能力が得られなくなるとともに、空気調和装置が故障する可能性が高まる。したがって、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出する必要がある。

　たとえば、特開平８－５４１６１号公報（特許文献１）では、冷媒回路内の温度、圧力、および冷媒漏洩量が所定の関係にあることを利用して、測定した温度および圧力から、冷媒漏洩を検出する構成が開示されている。

　しかし、圧力を測定するために必要な圧力センサは温度センサよりもサイズが大きく、高価である場合が多い。非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出するために特開平８－５４１６１号公報（特許文献１）に開示されている構成を採用すると、圧力センサが必要となるため、空気調和装置の製造コストを抑制し難くなる可能性がある。

　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、製造コストを抑制しつつ、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出することができる空気調和装置を提供することである。

　本発明に係る空気調和装置は、第１冷媒と第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を、圧縮機、第１熱交換器、第２熱交換器、第１膨張弁、および第３熱交換器の順番の第１循環方向に循環させるように構成される。空気調和装置は、第１バイパス流路と、第２バイパス流路と、報知部とを備える。第１バイパス流路は、第２熱交換器と第１膨張弁とを接続する第１流路から分岐して、第１減圧器および第２熱交換器の順に経由して、圧縮機の吸入口に接続される第２流路に接続される。第２バイパス流路は、第１熱交換器と第２熱交換器とを接続する第３流路から分岐して、第２減圧器を経由して、第１減圧器と第２熱交換器との間の第１バイパス流路上の第１接続点に接続される。報知部は、第１温度と第２温度との第１の差、および第３温度と第４温度との第２の差から定まる第１冷媒の比率が適正値と異なる場合に、ユーザに警告を報知するように構成される。第１温度は、第１熱交換器と第２熱交換器との間の非共沸混合冷媒の温度である。第２温度は、第２熱交換器と第１膨張弁との間の非共沸混合冷媒の温度である。第３温度は、第１減圧器と第１接続点との間の非共沸混合冷媒の温度である。第４温度は、第２減圧器と第１接続点との間の非共沸混合冷媒の温度である。

　本発明に係る空気調和装置によれば、温度の差から低沸点冷媒の比率を定めることができるため、当該比率を定めるにあたって圧力センサは不要となる。その結果、製造コストを抑制しつつ、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出することができる。

実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す機能ブロック図である。 単一冷媒および非共沸混合冷媒についての圧力とエンタルピとの関係を示すＰ－ｈ線図である。 過熱度制御の処理を説明するためのフローチャートである。 温度差の絶対値および非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率の対応関係を示す図である。 実施の形態１における非共沸混合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１において行なわれる過熱度制御を説明するためのフローチャートである。 低沸点冷媒の比率の算出処理を説明するためのフローチャートである。 低沸点冷媒の比率の算出処理を説明するためのフローチャートである。 ユーザへの報知処理を説明するためのフローチャートである。 時間経過に伴う低沸点冷媒の比率の減少（ａ）、非共沸混合冷媒の量の減少（ｂ）、および成績係数ＣＯＰ（Coefficient　Of　Performance）の減少（ｃ）を併せて示す図である。 メンテナンス時期の判定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の変形例に係る空気調和装置の構成を示す機能ブロック図である。 膨張弁を制御する処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷房運転時の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の暖房運転時の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る空気調和装置における非共沸混合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において行なわれる過熱度制御を説明するためのフローチャートである。

　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繰り返さない。

　［実施の形態１］
　図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１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、空気調和装置１は、室外機１０と室内機１１とを備える。

　室外機１０は、圧縮機１１０と、第１熱交換器１２０と、第２熱交換器１３０と、第１バイパス流路１６１と、キャピラリ１４１と、第２バイパス流路１６２と、キャピラリ１４２と、制御装置１２と、報知部１３とを含む。室内機１１は、膨張弁１４０と第３熱交換器１５０とを含む。制御装置１２は、室内機１１に含まれていてもよいし、あるいは室外機１０および室内機１１のいずれにも含まれていなくてもよい。

　空気調和装置１においては、冷媒が、圧縮機１１０、第１熱交換器１２０、第２熱交換器１３０、膨張弁１４０、および第３熱交換器１５０の順に循環する。第１熱交換器１２０は、凝縮器として機能する。第１熱交換器１２０と膨張弁１４０との間に接続される第２熱交換器１３０は、第１熱交換器１２０からの液体の冷媒（液冷媒）を冷却する。第３熱交換器１５０は、第２熱交換器１３０からの液冷媒を受けて蒸発器として機能する。空気調和装置１は、第３熱交換器１５０による室内空気からの吸熱により冷房を行なう。

　圧縮機１１０は、制御装置１２によって駆動周波数ｆが制御されて、容量（単位時間あたりに吐出する冷媒量）が制御される。圧縮機１１０は、第３熱交換器１５０から気体の冷媒（ガス冷媒）を受けて、圧縮して出力する。

　第１熱交換器１２０においては、圧縮機１１０から吐出されたガス冷媒が凝縮され、液冷媒が出力される。第１熱交換器１２０は、ガス冷媒が凝縮するときに熱（凝縮熱）を室外に放出する。

　第１バイパス流路１６１は、第２熱交換器１３０と膨張弁１４０との間の接続点ＪＡから分岐する。第１バイパス流路１６１は、キャピラリ１４１および第２熱交換器１３０の順に経由して、圧縮機１１０の吸入口に接続される流路、すなわち第３熱交換器１５０および圧縮機１１０を接続する流路に接続される。

　接続点ＪＡからの液冷媒は、キャピラリ１４１によって断熱状態で減圧されることにより、その一部が低温沸騰する。キャピラリ１４１からの冷媒は、気液二相状態の冷媒（湿り蒸気）である。

　第２熱交換器１３０は、第１熱交換器１２０からの液冷媒の熱を、キャピラリ１４１からの湿り蒸気に吸収させることにより当該液冷媒の過冷却度を高める。第２熱交換器１３０の内部では、第１熱交換器１２０からの液冷媒が流れる配管およびキャピラリからの湿り蒸気が流れる配管は、両配管がほぼ平行となるとともに、第１熱交換器１２０からの液冷媒の流れがキャピラリからの湿り蒸気の流れの逆向きとなるように配置されている。すなわち、両配管は、第１熱交換器１２０からの液冷媒の流れとキャピラリ１４１からの湿り蒸気の流れとが対向流となるように配置されている。第２熱交換器１３０は、たとえば二重管式熱交換器である。第２熱交換器１３０は、本発明の第３熱交換器に相当する。

　膨張弁１４０は、第２熱交換器１３０からの液冷媒を断熱膨張させて減圧する。膨張弁１４０は、制御装置１２によって開度が調節される。膨張弁１４０からは、湿り蒸気が出力される。膨張弁１４０は、たとえば電子制御式膨張弁（ＬＥＶ：Linear　Expansion　Valve）である。

　第３熱交換器１５０は、膨張弁１４０からの湿り蒸気に含まれる液冷媒を蒸発させる。第３熱交換器１５０からは、ガス冷媒が出力される。第３熱交換器１５０は、液冷媒は熱（蒸発熱）を室内の空気から奪って蒸発する。

　第２バイパス流路１６２は、第１熱交換器１２０と第２熱交換器１３０との間の接続点ＪＢから分岐する。第２バイパス流路１６２は、キャピラリ１４１と第２熱交換器１３０との間の接続点ＪＣにキャピラリ１４２を経由して接続される。

　接続点ＪＢからの液冷媒は、キャピラリ１４２によって断熱状態で減圧されることにより、その一部が低温沸騰する。キャピラリ１４２からの冷媒は、湿り蒸気であり、接続点ＪＣにおいてキャピラリ１４１からの湿り蒸気と合流する。

　接続点ＪＣからの冷媒は、第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間の接続点ＪＤにおいて第３熱交換器１５０からの冷媒と合流し、圧縮機１１０に吸入される。

　温度センサ１３１は、接続点ＪＢと第２熱交換器１３０との間を流れる冷媒の温度Ｔ１を測定する。温度センサ１３２は、第２熱交換器１３０と接続点ＪＡとの間を流れる冷媒の温度Ｔ２を測定する。温度センサ１３３は、キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる冷媒の温度Ｔ３を測定する。温度センサ１３４は、キャピラリ１４２と接続点ＪＣとの間を流れる冷媒の温度Ｔ４を測定する。温度センサ１５１は、膨張弁１４０と第３熱交換器１５０との間を流れる冷媒の温度Ｔ５を測定する。温度センサ１５２は、第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間を流れる冷媒の温度Ｔ６を測定する。温度センサ１３１～１３４，１５１，１５２は、たとえばサーミスタである。

　制御装置１２は、制御部１２１と記憶部１２２とを含む。制御部１２１は、たとえばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）のようなコンピュータを有する。記憶部１２２は、たとえばフラッシュメモリのような不揮発性のメモリを有する。記憶部１２２は、たとえば制御部１２１に読み出されて実行されるＯＳ（Operating　System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば過熱度制御を行なうためのプログラム）、およびそのプログラムによって使用される各種データ（たとえば等温線、飽和液線および飽和蒸気線のような冷媒の特性に関するデータ）を保存することができる。

　制御装置１２は、温度センサ１３１～１３４，１５１，１５２からそれぞれ信号を受けて、第１熱交換器１２０から出力される冷媒の目標過熱度を設定する。制御装置１２は、第１熱交換器１２０と圧縮機１１０との間を流れる冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように膨張弁１４０の開度を調節する（過熱度制御）。

　報知部１３は、制御装置１２から指示された内容を含む警告をユーザに報知する。報知の内容としては、たとえば冷媒漏洩が発生していること、冷媒が誤充填されたこと、あるいはメンテナンス時期であることである。報知部１３は、たとえばメッセージを出力可能なスピーカ、メッセージを表示可能なモニター、ランプ、メッセージを送信可能な通信装置を含む。

　空気調和装置１で用いられる冷媒は、たとえば低沸点冷媒としてＲ３２を含み、他の冷媒としてＲ１２３４ｙｆを含む非共沸混合冷媒を挙げることができる。空気調和装置１で用いられる非共沸混合冷媒は、ＧＷＰ値を下げるためＲ１１２３あるいはＲ１２３４ｚｅを含んでいてもよい。空気調和装置１で用いられる非共沸混合冷媒は、３種類以上の冷媒を含んでいてもよい。以下では、低沸点冷媒がＲ３２である場合について説明する。

　図２は、単一冷媒のＰ－ｈ線図（ａ）と非共沸混合冷媒のＰ－ｈ線図（ｂ）である。図２（ａ）において、曲線ＬＣは、単一冷媒の飽和液線である。曲線ＧＣは、単一冷媒の飽和蒸気線である。点ＣＰは、単一冷媒の臨界点である。曲線ＩＡ，ＩＢ，ＩＣは、それぞれ温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ（ＴＡ＜ＴＢ＜ＴＣ）の等温線である。図２（ｂ）において、曲線ＬＣ１は、非共沸混合冷媒の飽和液線である。曲線ＧＣ１は、非共沸混合冷媒の飽和蒸気線である。点ＣＰ１は、非共沸混合冷媒の臨界点である。曲線ＩＡ１，ＩＢ１，ＩＣ１は、それぞれ温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣの等温線である。

　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となる。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、冷媒は気液二相状態（湿り蒸気）である。飽和蒸気線よりもエンタルピが高い領域においては冷媒は気体である。

　図２（ａ）に示されるように、単一冷媒の場合、湿り蒸気の領域における等温線においてはエンタルピの変化に対して圧力がほとんど変化しないことが知られている。すなわち、単一冷媒の場合、圧力がほぼ一定であるなら、エンタルピが変化しても湿り蒸気の温度はほとんど変わらない。

　一方、図２（ｂ）に示されるように、非共沸混合冷媒の場合、等温線は湿り蒸気の領域においてエンタルピが高くになるに従って圧力が下がっていく。図２（ｂ）においては、圧力Ｐ１を示す点線がエンタルピの上昇に伴って等温線ＩＡ１（温度ＴＡ），ＩＢ１（温度ＴＢ），ＩＣ１（温度ＴＣ）の順に等温線と交わっている。ＴＡ＜ＴＢ＜ＴＣであるから、圧力がほぼ一定であるとき、非共沸混合冷媒の湿り蒸気の温度は、エンタルピの上昇に伴って上昇する。以下では、Ｐ－ｈ線図上において、圧力が同一である飽和液線上の点と飽和蒸気線上の点との間の温度差を温度勾配と呼ぶ。図２（ｂ）においては、たとえば、飽和液線ＬＣ１上の点ＳＬ１と飽和蒸気線ＧＣ１上の点ＳＧ１との間の温度差が温度勾配である。

　空気調和装置１で用いられる冷媒は、たとえば配管の接続部分から漏れる場合がある。複数種類の冷媒を含む非共沸混合冷媒においては、低沸点冷媒の方が気化し易いため、非共沸混合冷媒を構成する他の冷媒よりも漏れ易い。そのため、非共沸混合冷媒が空気調和装置１に充填されてからの時間の経過に伴って、非共沸混合冷媒の組成比が変化し得る。

　図３は、制御装置１２によって行なわれる過熱度制御の処理を説明するためのフローチャートである。図３に示されるように、制御装置１２は、ステップ（以下では単にＳと記載する。）Ｓ１０において、温度センサ１５１，１５２からそれぞれ温度Ｔ５，Ｔ６を受け、第３熱交換器１５０から出力される非共沸混合冷媒の目標過熱度を設定し、処理をステップＳ２０に進める。制御装置１２は、ステップＳ２０において、蒸発過程が終了した時点における非共沸混合冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように膨張弁１４０の開度を調節し、処理を終了する。

　非共沸混合冷媒の組成比が変化すると、温度勾配のような非共沸混合冷媒の特性が変化する。そのため、たとえば蒸発過程が終了した時点における非共沸混合冷媒の最適な過熱度が変化してしまい、目標過熱度を再設定しないと最適な過熱度制御の継続が困難になり得る。このような状態で空気調和装置１を運転し続けると、十分な空調能力が得られなくなるとともに、空気調和装置１が故障する可能性が高まる。したがって、空気調和装置１に充填されている非共沸混合冷媒の組成比の変化が変化した場合、目標過熱度を再設定する必要がある。

　非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出する方法として、たとえば、非共沸混合冷媒の温度および圧力を測定し、温度、圧力、および低沸点冷媒の漏洩量の関係から、低沸点冷媒漏洩を算出する方法が知られている。

　しかし、圧力を測定するために必要な圧力センサは温度センサよりも大きく、高価である場合が多い。上記の方法によると圧力センサが必要になるため、空気調和装置１の製造コストを抑制し難くなる可能性がある。

　そこで、実施の形態１においては、低沸点冷媒の比率が変化すると非共沸混合冷媒の温度勾配も変化することを利用して、低沸点冷媒の比率を算出する。具体的には、温度Ｔ１とＴ２との差、温度Ｔ３とＴ４との差、および非共沸混合冷媒の低沸点冷媒の比率の対応関係から、低沸点冷媒の比率を算出する。低沸点冷媒の比率を算出するために測定する必要があるのは温度であるため、低沸点冷媒の比率を算出するにあたって圧力センサは不要となる。その結果、実施の形態１によれば、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出することができるともに、空気調和装置１の製造コストを抑制することができる。

　図４は、温度Ｔ１とＴ２の差の絶対値ΔＴ１２、温度Ｔ３とＴ４との差の絶対値ΔＴ３４、および非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率の対応関係を示す図である。曲線Ｍ１は、絶対値ΔＴ１２が１０Ｋの場合の絶対値ΔＴ３４と低沸点冷媒の比率との対応関係を示す図である。曲線Ｍ２は、絶対値ΔＴ１２が２０Ｋの場合の、絶対値ΔＴ３４と低沸点冷媒の比率との対応関係を示す図である。図４に示される絶対値ΔＴ１２，ΔＴ３４、および低沸点冷媒の比率の対応関係は、実機実験またはシミュレーションによって適宜算出することができる。図４においては、絶対値ΔＴ１２が１０Ｋ，２０Ｋの場合の対応関係をそれぞれ示しているが、絶対値ΔＴ１２が他の値の場合の対応関係も同様に算出することができる。

　図４において、絶対値ΔＴ１２が１０Ｋの場合と２０Ｋの場合を比較すると、いずれの場合も８５％から９０％の低沸点冷媒の比率の範囲において、絶対値ΔＴ３４が最大となっている。絶対値ΔＴ１２が２０Ｋの場合の絶対値ΔＴ３４の最大値Ｄ２は、絶対値ΔＴ１２が１０Ｋの場合の絶対値ΔＴ３４の最大値Ｄ１よりも大きい。これは、絶対値ΔＴ１２が２０Ｋの場合の方が、絶対値ΔＴ３４の変化する範囲が大きいことを意味している。このように、絶対値ΔＴ１２が大きくなるほど、絶対値ΔＴ３４の変化する範囲は大きくなる傾向がある。

　図４に示される絶対値ΔＴ１２，ΔＴ３４，低沸点冷媒の比率の関係を利用することにより、絶対値ΔＴ１２，ΔＴ３４が定まると、低沸点冷媒の比率を算出することができる。特に、低沸点冷媒の比率を、ΔＴ３４が最大となる基準比率ＳＶ以下（図５においてはたとえば８５％）とすることにより、絶対値ΔＴ１２を定めた場合、絶対値ΔＴ３４が増加すると低沸点冷媒の比率も単調に増加する。そのため、低沸点冷媒の比率が基準比率よりも小さい場合、絶対値ΔＴ１２，ΔＴ３４が定まると、低沸点冷媒の比率も一意に定まる。そのため、空気調和装置１へ充填する非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率をたとえば８５％以下とすることにより、たとえば過熱度制御のような低沸点冷媒の比率を用いる制御をより単純にすることができる。空気調和装置１へ充填する非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の上限は８５％に限定されるものではなく、実機実験またはシミュレーションによって適宜算出することができる。

　図５は、図１の空気調和装置１における非共沸混合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５において、空気調和装置１における非共沸混合冷媒の循環は、点Ｒ１１から、点Ｒ１２、点Ｒ１３、点Ｒ１４、および点Ｒ１５を経て点Ｒ１１へ戻ってくるサイクルＣ１として表される。点Ｒ１１から点Ｒ１２への状態変化は、圧縮機１１０による非共沸混合冷媒の圧縮の過程を表す。点Ｒ１２から点Ｒ１３への状態変化は、第１熱交換器１２０による冷媒の凝縮の過程を表す。点Ｒ１３から点Ｒ１４への状態変化は、第２熱交換器１３０による非共沸混合冷媒の冷却の過程を表す。点Ｒ１４から点Ｒ１５への状態変化は、膨張弁１４０による非共沸混合冷媒の断熱膨張の過程を表す。点Ｒ１５から点Ｒ１１への状態変化は、第３熱交換器１５０による非共沸混合冷媒の蒸発の過程を表す。

　図１および５を参照しながら、膨張弁１４０と第３熱交換器１５０との間を流れる非共沸混合冷媒は、第３熱交換器１５０による蒸発過程の始点である図５の点Ｒ１５の状態にある。一方、第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間を流れる非共沸混合冷媒は、第３熱交換器１５０による蒸発過程の終点である図５の点Ｒ１１の状態にある。

　接続点ＪＢと第２熱交換器１３０との間を流れる非共沸混合冷媒は、第２熱交換器１３０による冷却前のものであるから、図５において点Ｒ１３の状態にある。一方、キャピラリ１４２と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、点Ｒ１３の状態にある非共沸混合冷媒がキャピラリ１４１によって断熱状態で減圧されたものである。そのエンタルピは図５において点Ｒ１３のエンタルピとほぼ等しい。また、キャピラリ１４１は、第２バイパス流路１６２および第１バイパス流路１６１を介して第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間の流路に接続している。キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒の圧力は、第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間の冷媒の状態に対応する点Ｒ１１の圧力にほぼ等しい。第３熱交換器１５０による蒸発過程の圧力はほぼ一定である。キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、第３熱交換器１５０による蒸発過程においてエンタルピが点Ｒ１３とほぼ等しい点Ｒ１６の状態にある。

　第２熱交換器１３０と接続点ＪＡとの間を流れる非共沸混合冷媒は、第２熱交換器１３０による冷却後のものであるから、図５において点Ｒ１４の状態にある。一方、キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、点Ｒ１４の状態にある非共沸混合冷媒がキャピラリ１４２によって断熱状態で減圧されたものである。そのエンタルピは、点Ｒ１４のエンタルピにほぼ等しい。点Ｒ１４のエンタルピは、点Ｒ１４の状態を断熱膨張させた点Ｒ１５の状態のエンタルピとほぼ等しい。また、キャピラリ１４２は、第１バイパス流路１６１を介して第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間の流路に接続している。キャピラリ１４２と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒の圧力は、第３熱交換器１５０と圧縮機１１０との間にある非共沸混合冷媒の状態に対応する点Ｒ１１の圧力にほぼ等しい。点Ｒ１１は、第３熱交換器１５０による蒸発過程の終点である。蒸発過程の圧力はほぼ一定である。点Ｒ１１の圧力と、蒸発過程の始点である点Ｒ１５の圧力とはほぼ等しい。点Ｒ１５のエンタルピは、点Ｒ１４のエンタルピにほぼ等しい。キャピラリ１４２と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、図５において点Ｒ１５の状態にあるといえる。

　非共沸混合冷媒が湿り蒸気である領域において圧力がほぼ一定である点Ｒ１３と点Ｒ１４との間には、点Ｒ１３（温度Ｔ３）から点Ｒ１４（温度Ｔ４）へ向かって温度が上昇していく温度勾配が生じている。実施の形態１においては、温度Ｔ１とＴ２との差の絶対値ΔＴ１２、温度Ｔ３とＴ４との差の絶対値ΔＴ３４、および低沸点冷媒の比率が所定の関係（図４参照）にあることを利用し、絶対値ΔＴ１２および絶対値ΔＴ３４から低沸点冷媒の比率を算出する。

　実施の形態１においては、低沸点冷媒の比率に応じた過熱度制御を行なう。図６は、図１の制御装置１２において行なわれる過熱度制御を説明するためのフローチャートである。図６に示される処理は、空気調和装置１の制御のために制御装置１２によって行なわれる不図示のメインルーチンによって定期的あるいは所定のイベント発生時に行なわれる。図３のＳ１０は、図６のＳ１１～１４を含む。図３のＳ２０は、図６のＳ２１，２２を含む。

　図６に示されるように、制御装置１２は、Ｓ１１において低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をＳ１２に進める。制御装置１２は、Ｓ１２において低沸点冷媒の比率ｗｔから蒸発過程の圧力における温度勾配ΔＴＧを算出し、処理をＳ１３に進める。温度勾配ΔＴＧは、図４における点ＳＧ１の温度と点ＳＬ１の温度との差である。

　再び図６を参照して、制御装置１２は、Ｓ１３において温度Ｔ５，Ｔ６から目標過熱度ＳＨを設定し、処理をＳ１４に進める。制御装置１２は、Ｓ１４において蒸発過程の終点の温度Ｔ６と始点の温度Ｔ５との温度差ΔＴ６５（＝Ｔ６－Ｔ５）を算出し、処理をＳ２１に進める。

　制御装置１２は、Ｓ２１において温度差ΔＴ６５が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しいか否かを判定する。Ｓ２１においては、温度差ΔＴ６５と温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和との差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、温度差ΔＴ６５と温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和とが等しいと判定してもよい。

　温度差ΔＴ６５が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しくない場合（Ｓ２１においてＮＯ）、制御装置１２は、処理をＳ２２に進める。制御装置１２は、Ｓ２２において、温度差ΔＴ６５が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しくなるように膨張弁１４０の開度を制御した後、処理をメインルーチンに返す。温度差ΔＴ６５が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しい場合（Ｓ２１においてＹＥＳ）、制御装置１２は、処理をメインルーチンに返す。

　図６に示されるように、過熱度制御を行なうタイミングで低沸点冷媒の比率を計算することで、当該タイミングでの最適な目標過熱度を設定することができる。その結果、最適な過熱度制御を継続することができる。

　図７は、図６のＳ１１において行なわれる低沸点冷媒の比率の算出処理を説明するためのフローチャートである。図７に示される処理は、空気調和装置１の制御のために制御装置１２によって行なわれる不図示のメインルーチン、あるいはメインルーチンから呼び出される不図示のサブルーチンによって必要に応じて行なわれる。

　図７に示されるように、制御装置１２は、Ｓ１１１において温度Ｔ１～Ｔ４（図１参照）を測定し、処理をＳ１１２に進める。制御装置１２は、Ｓ１１２において温度差の絶対値ΔＴ１２（＝｜Ｔ１－Ｔ２｜）およびΔＴ３４（＝｜Ｔ３－Ｔ４｜）をそれぞれ算出し、処理をＳ１１３に進める。制御装置１２は、Ｓ１１３において絶対値ΔＴ１２、ΔＴ３４、および低沸点冷媒の比率ｗｔの関係（図４参照）を用いて、絶対値ΔＴ１２およびΔＴ３４に対応する低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をメインルーチンあるいはサブルーチンに返す。

　図７に示される処理を行なうことにより、圧力センサを用いずに、温度センサを用いて低沸点冷媒の比率ｗｔを計算することができる。

　圧縮機１１０の容量が大きくなると、第２熱交換器１３０における熱交換が促進されるため、絶対値ΔＴ１２が大きくなる。先に説明したように、絶対値ΔＴ１２が大きくなると、絶対値ΔＴ３４の変化する範囲が大きくなる。そのため、絶対値ΔＴ１２が大きくなるほど、低沸点冷媒の比率ｗｔが変化したときに絶対値ΔＴ３４が変化する差分は大きくなる。すなわち、絶対値ΔＴ１２が大きくなるほど、低沸点冷媒の比率ｗｔがわずかに変化した場合でも、当該変化を絶対値ΔＴ３４の変化として検出し易くなる。その結果、低沸点冷媒の比率ｗｔの算出精度を向上させることができる。

　そこで、実施の形態１においては、圧縮機１１０の駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ１より大きい場合に低沸点冷媒の比率の算出処理を行なう。基準周波数ｆｓ１は、温度センサ１３３，１３４の分解能に応じて決定される。すなわち、駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ１を下回る場合、絶対値ΔＴ３４の変化する範囲が小さくなり、温度センサ１３３，１３４の分解能では、低沸点冷媒の比率ｗｔの変化を絶対値ΔＴ３４の変化として捕捉することが困難になり得る。

　図８は、図１の制御装置１２において行なわれる、圧縮機１１０の駆動周波数ｆに応じて低沸点冷媒の比率の算出を行なう処理を説明するためのフローチャートである。図８に示される処理は、空気調和装置１の制御のために制御装置１２によって行なわれる不図示のメインルーチン、あるいはメインルーチンから呼び出される不図示のサブルーチンによって必要に応じて行なわれる。図８におけるＳ１１は、図７に示される処理である。

　図８に示されるように、制御装置１２は、Ｓ１２１において圧縮機１１０の駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ１より大きいか否かを判定する。駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ１より大きい場合（Ｓ１２１においてＹＥＳ）、制御装置１２は、Ｓ１１において低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をメインルーチンあるいはサブルーチンに返す。Ｓ１１においては、図５に示される処理が行なわれる。駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ１以下である場合（Ｓ１２１においてＮＯ）、制御装置１２は、処理をメインルーチンあるいはサブルーチンに返す。

　図８に示されるような処理を行なうことにより、温度センサ１３３，１３４の分解能により低沸点冷媒の比率ｗｔの変化を絶対値ΔＴ３４の変化として捕捉することが可能な場合に低沸点冷媒の比率ｗｔを計算することができる。その結果、低沸点冷媒の比率ｗｔの算出精度を向上させることができる。

　空気調和装置１においては、低沸点冷媒が漏洩した場合、低沸点冷媒の比率は、空気調和装置１への充填時の非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率（適正値）よりも減少する。また、空気調和装置１への充填が想定されている非共沸混合冷媒とは異なる冷媒が充填された場合、充填された冷媒における低沸点冷媒の比率と適正値とは異なり得る。

　そこで、実施の形態１においては、空気調和装置１の運転中に非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率と適正値とが異なる場合、その旨をユーザに報知する。図９は、図１の制御装置１２によって行なわれる、低沸点冷媒の比率が適正値とは異なる旨をユーザに報知する処理を説明するためのフローチャートである。図９に示される処理は、空気調和装置１の制御のために制御装置１２によって行なわれる不図示のメインルーチンによって定期的あるいは所定のイベント発生時に行なわれる。

　図９に示されるように、制御装置１２は、Ｓ１１において低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をＳ１３１に進める。制御装置１２は、Ｓ１３１において低沸点冷媒の比率ｗｔと適正値ｗｔｖとが等しいか否かを判定する。Ｓ１３１においては、低沸点冷媒の比率ｗｔと適正値ｗｔｖとの差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、両者が等しいと判定してもよい。

　低沸点冷媒の比率ｗｔと適正値ｗｔｖとが等しくない場合（Ｓ１３１においてＮＯ）、制御装置１２は、Ｓ１３２において低沸点冷媒の比率ｗｔが適正値ｗｔｖではないことを報知するように報知部１３を制御して、処理をメインルーチンに返す。報知の方法としては、たとえば、音声、ランプの点灯、あるいはメッセージの送信を挙げることができる。低沸点冷媒の比率ｗｔと適正値ｗｔｖとが等しい場合（Ｓ１３１においてＹＥＳ）、制御装置１２は、処理をメインルーチンに返す。

　図９に示されるような処理を行なうことにより、ユーザは、空気調和装置１の運転中に低沸点冷媒の比率が変化したことを知ることができる。その結果、ユーザは、たとえば低沸点冷媒の漏洩、あるいは冷媒の誤充填のような冷媒に関する異常が発生した場合に、迅速に対応することができる。

　空気調和装置１を循環する非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率が変化しても、異常が発生していない場合がある。たとえば、ユーザが空気調和装置１の冷媒をＧＷＰのより低い冷媒に意図的に変更する場合である。そのため、適正値ｗｔｖは、たとえばユーザによって入力された値、あるいはＳ１１３における報知を行なった時点における低沸点冷媒の比率ｗｔにユーザによってリセット可能であることが望ましい。

　実施の形態１においては、空気調和装置１のメンテナンス時期の判定を行なう。図１０は、時間経過に伴う低沸点冷媒の比率の減少（ａ）、非共沸混合冷媒の量の減少（ｂ）、および成績係数ＣＯＰ（Coefficient　Of　Performance）の減少（ｃ）を併せて示す図である。ＣＯＰは、空気調和装置１のエネルギー消費効率の目安となる指標であり、値が大きくなるほど空気調和装置１のエネルギー消費効率がよいことを意味する。

　低沸点冷媒が漏れていると、図１０（ａ）に示されるように、時間経過に伴い低沸点冷媒の比率が減少していく。低沸点冷媒の比率が減少すると、図１０（ｂ）に示されるように、非共沸混合冷媒全体の量も減少していく。空気調和装置１を循環する非共沸混合冷媒の量が減少すると、図１０（ｃ）に示されるように空気調和装置１のＣＯＰも減少していく。ＣＯＰの低下は、空気調和装置１の空調能力の低下を意味する。ＣＯＰが下がり過ぎると、空調運転が困難になる場合が多い。そのため、ＣＯＰが下限値ｃｐｓを下回るような場合、空調運転が強制的に停止されるのが通常である。

　そこで、実施の形態１においては、継続的に算出した低沸点冷媒の比率の算出履歴から非共沸混合冷媒の減少傾向（図１０（ａ）の点線部分）に関する指標値を算出して、当該指標値を用いて所定の時間経過後の低沸点冷媒の比率を予測する。予測された低沸点冷媒の比率での空調運転が困難となる場合には、たとえば非共沸混合冷媒の充填、入れ替え、あるいは配管の整備を含むメンテナンスを行なうようにユーザに促す。

　図１１は、図１の制御装置１２において行なわれるメンテナンス時期の判定処理を説明するためのフローチャートである。図１１に示される処理は、空気調和装置１の制御のために制御装置１２によって行なわれる不図示のメインルーチンによって定期的あるいは所定のイベント発生時に行なわれる。記憶部１２２には、低沸点冷媒の比率ｗｔの算出履歴が記憶されている。

　図１１に示されるように制御装置１２は、Ｓ１１において低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をＳ１４１に進める。制御装置１２は、Ｓ１４１において比率ｗｔを算出履歴に記録し、処理をＳ１４２に進める。制御装置１２は、Ｓ１４２において当該算出履歴を用いて、低沸点冷媒の比率の減少傾向に関する指標値としてたとえば１日当たりの低沸点冷媒の比率の減少率を算出し、処理をＳ１４３に進める。制御装置１２は、Ｓ１４３においてたとえば１か月後の低沸点冷媒の比率ｗｔｅを算出し、処理をＳ１４４に進める。制御装置１２は、Ｓ１４４において予測した比率ｗｔｅが下限値ｗｔｓよりも小さいか否かを判定する。下限値ｗｔｓは、空調運転が困難になる水準のＣＯＰに対応する低沸点冷媒の比率とすることが望ましい。下限値ｗｔｓは実機実験あるいはシミュレーションにより適宜決定することができる。

　比率ｗｔｅが下限値ｗｔｓよりも小さい場合（Ｓ１４４においてＹＥＳ）、制御装置１２は、Ｓ１４５においてメンテナンス時期であることをユーザに報知するように報知部１３を制御し、処理をメインルーチンに返す。報知の方法としては、たとえば、音声、ランプの点灯、あるいはメッセージの送信を挙げることができる。比率ｗｔｅが下限値ｗｔｓ以上である場合（Ｓ１４４においてＮＯ）、制御装置１２は、処理をメインルーチンに返す。

　図１１に示されるような処理を行なうことにより、空調運転が困難となる前にメンテナンスをユーザに促すことができ、空気調和装置１が突然停止するという事態を回避することができる。その結果、空気調和装置１の運用を計画的に行なうことができる。

　実施の形態１では、先に説明したように第２熱交換器１３０の内部において、第１熱交換器１２０からの液冷媒が流れる配管およびキャピラリ１４１からの湿り蒸気が流れる配管は、第１熱交換器１２０からの液冷媒の流れとキャピラリ１４１からの湿り蒸気の流れとが対向流となるように配置されている。

　非共沸混合冷媒の場合、先に説明したように一定圧力下の湿り蒸気においては温度勾配が生じ、エンタルピの増加に伴って温度が上昇する。キャピラリ１４１からの湿り蒸気は、第２熱交換器１３０の内部の配管を、第１熱交換器１２０からの液冷媒から熱を受けながら進んでいく。したがって、キャピラリ１４１からの湿り蒸気は、第２熱交換器１３０の配管を進むにつれて温度が上昇する。

　一方、第１熱交換器１２０からの液冷媒は、第２熱交換器１３０の内部の配管を、キャピラリ１４１からの液冷媒に熱を与えながら進んでいく。したがって、第１熱交換器１２０からの液冷媒は、第２熱交換器１３０の配管を進むにつれて温度が下降する。第１熱交換器１２０からの液冷媒の流れとキャピラリ１４１からの湿り蒸気の流れとは逆向きであるから、第１熱交換器１２０からの液冷媒とキャピラリ１４１からの湿り蒸気との温度差を、第２熱交換器１３０の一方端から他端にかけてほぼ一定に保つことができる。そのため、非共沸混合冷媒は、第２熱交換器１３０を通過する間、安定的に熱交換を継続することができる。その結果、第１熱交換器１２０からの液冷媒とキャピラリ１４１からの湿り蒸気との間でからの湿り蒸気の流れとが同じ向きである場合よりも熱交換の効率を向上させることができる。

　熱交換の効率を向上させることができる結果、第１熱交換器１２０からの液冷媒の流れとキャピラリ１４１からの湿り蒸気の流れとが同じ向きである場合よりも第２熱交換器１３０のサイズを小さくすることができる。

　第２熱交換器１３０のサイズが小さくなると、冷媒が第２熱交換器１３０を通過するときに生じる圧力損失が小さくなる。その結果、空気調和装置１の空調能力を向上させることができる。

　実施の形態１においては、温度センサ１３１は、接続点ＪＢと第２熱交換器１３０との間を流れる冷媒の温度Ｔ１を測定する場合について説明した。温度センサ１３１が温度を測定する冷媒は、第１熱交換器１２０と第２熱交換器１３０との間を流れる冷媒であればよい。温度センサ１３１は、たとえば第１熱交換器１２０と接続点ＪＢとの間を流れる冷媒の温度を測定してもよい。また、実施の形態１においては、温度センサ１３２は、第２熱交換器１３０と接続点ＪＡとの間を流れる冷媒の温度Ｔ２を測定する場合について説明した。温度センサ１３２が温度を測定する冷媒は、第２熱交換器１３０と膨張弁１４０との間を流れる冷媒であればよい。温度センサ１３２は、たとえば接続点ＪＡと膨張弁１４０との間を流れる冷媒の温度を測定してもよい。

　以上、実施の形態１によれば、圧力センサを用いることなく、空気調和装置１を循環する非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率を算出することができる。その結果、空気調和装置１の製造コストを抑制しつつ、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出することができる。

　［実施の形態１の変形例］
　実施の形態１においては、減圧器として、開度を調節することができないキャピラリ１４１，１４２を用いる場合について説明した。実施の形態２においては、減圧器として、たとえばＬＥＶのように開度が調整可能な膨張弁を用いる場合について説明する。

　図１２は、実施の形態１の変形例に係る空気調和装置１Ａの構成を示す機能ブロック図である。空気調和装置１と１Ａとの違いは、空気調和装置１におけるキャピラリ１４１およびキャピラリ１４２のそれぞれが、空気調和装置１Ａにおいて膨張弁１４１Ａおよび１４２Ａに置き換わっている点、および膨張弁１４１Ａ，１４２Ａの開度が制御装置１２Ａによって制御される点である。これら以外の構成は空気調和装置１と同様であるため、説明を繰り返さない。

　圧縮機１１０の容量が小さくなると、第２熱交換器を通過する非共沸混合冷媒の速度が小さくなる。その結果、非共沸混合冷媒が第３熱交換器１５０を通過するときに生じる圧力損失が小さくなる。そのため、圧縮機１１０の容量がある程度まで小さくなると第３熱交換器１５０における圧力損失が空気調和装置１の空調能力にほとんど影響を与えなくなる。そのような場合、第１バイパス流路１６１および第２バイパス流路１６２を用いて非共沸混合冷媒を圧縮機１１０へバイパスして第２熱交換器における圧力損失を低減する必要がほとんどなくなる。むしろ、そのような場合に非共沸混合冷媒を圧縮機１１０へバイパスすると、第３熱交換器１５０を通過する非共沸混合冷媒の量が過少になってしまい、空気調和装置１Ａの空調能力が著しく低下する可能性がある。

　そこで、実施の形態１の変形例においては、圧縮機１１０の駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ２以下である場合には、膨張弁１４１Ａ，１４２Ａを閉止することにより、第１バイパス流路および第２バイパス流路を用いて非共沸混合冷媒を圧縮機１１０へバイパスしないようにする。このような制御を行なうことにより空気調和装置１Ａの空調能力の低下を抑制することができる。

　基準周波数ｆｓ２は、実機実験あるいはシミュレーションにより算出され得る。基準周波数ｆｓ２は、第３熱交換器１５０における圧力損失が空気調和装置１の空調能力にほとんど影響を与えなくなるような圧縮機１１０の容量に対応する駆動周波数として算出されたものであることが望ましい。

　図１３は、図１２の制御装置１２Ａによって行なわれる膨張弁１４１Ａおよび１４２Ａを制御する処理を説明するためのフローチャートである。図１３に示される処理は、空気調和装置１Ａの制御のために制御装置１２Ａによって行なわれる不図示のメインルーチン、あるいはメインルーチンから呼び出される不図示のサブルーチンによって低沸点冷媒の比率を算出する必要がある場合に行なわれる。

　図１３に示されるように、制御装置１２Ａは、Ｓ１５１において圧縮機１１０の駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ２より大きいか否かを判定する。駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ２より大きい場合（Ｓ１５１においてＹＥＳ）、制御装置１２Ａは、Ｓ１５２において膨張弁１４１Ａ，１４２Ａの開度をそれぞれ調節し、膨張弁１４１Ａ，１４２Ａによる非共沸混合冷媒の減圧が行なわれるようにして、処理をＳ１１に進める。制御装置１２Ａは、Ｓ１１において低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をメインルーチンあるいはサブルーチンに戻す。駆動周波数ｆが基準周波数ｆｓ２以下である場合（Ｓ１５１においてＮＯ）、制御装置１２Ａは、Ｓ１５３において膨張弁１４１Ａ，１４２Ａの各々の開度を０として、処理をメインルーチンあるいはサブルーチンに戻す。

　以上、実施の形態１Ａによれば、圧力センサを用いることなく、空気調和装置１Ａを循環する非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率を算出することができる。その結果、空気調和装置１の製造コストを抑制しつつ、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出することができる。

　実施の形態１Ａによれば、第３熱交換器１５０における圧力損失が空気調和装置１Ａの空調能力にほとんど影響を与えなくなる程度にまで圧縮機１１０の容量が低下した場合における空気調和装置１Ａの空調能力の低下を抑制することができる。

　［実施の形態２］
　実施の形態１においては、冷媒が圧縮機１１０、第１熱交換器１２０、膨張弁１４０および第３熱交換器１５０の順に循環することによって、冷房運転が行なわれる場合について説明した。実施の形態２においては、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる場合について説明する。

　図１４は、実施の形態２に係る空気調和装置２の冷房運転時の構成を示す機能ブロック図である。図１５は、実施の形態２に係る空気調和装置２の暖房運転時の構成を示す機能ブロック図である。図１４および１５に示されるように、空気調和装置２は、空気調和装置１の構成に加えて、膨張弁２４０および冷媒の流路を切り替える四方弁１７０をさらに備える。制御装置２２は、温度センサ２５１，２５２からの信号をさらに受ける。制御装置２２は、膨張弁１４０および２４０の開度を調節する。温度センサ２５１は、膨張弁２４０と第１熱交換器１２０との間を流れる冷媒の温度Ｔ７を測定する。温度センサ２５２は、第１熱交換器１２０と圧縮機１１０との間を流れる冷媒の温度Ｔ８を測定する。その他の構成については実施の形態１と同様であるため説明を繰り返さない。

　図１４に示されるように、冷房運転時において四方弁１７０は、制御装置２２に制御されて、第３熱交換器１５０からの非共沸混合冷媒が圧縮機１１０へ流れるように流路を形成するともに、圧縮機１１０からの非共沸混合冷媒が第１熱交換器１２０へ流れるように流路を形成する。制御装置２２は、冷房運転時には膨張弁２４０を制御して、膨張弁２４０の開度を基準開度よりも大きくし、膨張弁２４０による減圧がほとんど行なわれないようにする。非共沸混合冷媒は、圧縮機１１０、第１熱交換器１２０、第２熱交換器１３０、膨張弁１４０、および第３熱交換器１５０の順に循環する。冷房運転時、第１熱交換器１２０は、凝縮器として機能し、第３熱交換器１５０は、蒸発器として機能する。冷房運転時のＰ－ｈ線図は、実施の形態１におけるＰ－ｈ線図（図５参照）と同様である。制御装置２２は、冷房運転時には実施の形態１と同様に図６に示される過熱度制御の処理を行なう。

　図１５に示されるように、暖房運転時において四方弁１７０は、制御装置２２に制御されて、第１熱交換器１２０からの非共沸混合冷媒が圧縮機１１０へ流れるように流路を形成するとともに、圧縮機１１０からの冷媒が第３熱交換器１５０へ流れるように流路を形成する。制御装置２２は、暖房運転時には膨張弁１４０を制御して、膨張弁１４０の開度を基準開度よりも大きくし、膨張弁１４０による減圧がほとんど行なわれないようにする。非共沸混合冷媒は、圧縮機１１０、第３熱交換器１５０、第２熱交換器１３０、膨張弁２４０、および第１熱交換器１２０の順に循環する。暖房運転時、第１熱交換器１２０は、蒸発器として機能し、第３熱交換器１５０は、凝縮器として機能する。

　図１６は、図１４の空気調和装置２における非共沸混合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１６において、空気調和装置２における非共沸混合冷媒の循環は、点Ｒ２１から、点Ｒ２２、点Ｒ２３、点Ｒ２４、および点Ｒ２５を経て点Ｒ２１へ戻ってくるサイクルＣ２として表される。点Ｒ２１から点Ｒ２２への状態変化は、圧縮機１１０による非共沸混合冷媒の圧縮の過程を表す。点Ｒ２２から点Ｒ２３への状態変化は、第３熱交換器１５０による非共沸混合冷媒の凝縮の過程を表す。点Ｒ２３から点Ｒ２４への状態変化は、第２熱交換器１３０による非共沸混合冷媒の冷却の過程を表す。点Ｒ２４から点Ｒ２５への状態変化は、膨張弁２４０による非共沸混合冷媒の断熱膨張の過程を表す。点Ｒ２５から点Ｒ２１への状態変化は、第１熱交換器１２０による非共沸混合冷媒の蒸発の過程を表す。

　図１５および１６を参照しながら、膨張弁２４０と第１熱交換器１２０との間を流れる非共沸混合冷媒は、第１熱交換器１２０による蒸発過程の始点である点Ｒ２５の状態にある。一方、圧縮機１１０と第３熱交換器１５０との間を流れる非共沸混合冷媒は、第１熱交換器１２０による蒸発過程の終点である点Ｒ２１の状態にある。

　第２熱交換器１３０と接続点ＪＢとの間を流れる非共沸混合冷媒は、第２熱交換器１３０による冷却後のものであるから、点Ｒ２４の状態にある。一方、キャピラリ１４２と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、点Ｒ２４の状態にある非共沸混合冷媒が膨張弁１４１Ａによって断熱状態で減圧されたものである。そのエンタルピは、点Ｒ２４のエンタルピと等しい。また、膨張弁１４１Ａは、第２バイパス流路１６２および第１バイパス流路１６１を介して第１熱交換器１２０と圧縮機１１０との間の流路に接続している。温度センサ１３４によって温度Ｔ４が測定される非共沸混合冷媒の圧力は、第１熱交換器１２０と圧縮機１１０との間の冷媒の状態に対応する点Ｒ２１の圧力にほぼ等しい。点Ｒ２１は、第１熱交換器１２０による蒸発過程の終点である。第１熱交換器１２０による蒸発過程の圧力はほぼ一定である。点Ｒ２１の圧力と、蒸発過程の始点である点Ｒ２５の圧力とはほぼ等しい。点Ｒ２５のエンタルピは、点Ｒ２４のエンタルピと等しい。キャピラリ１４２と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、点Ｒ２５の状態にある。

　接続点ＪＡと第２熱交換器１３０との間を流れる非共沸混合冷媒は、第２熱交換器１３０による冷却前のものであるから、点Ｒ２３の状態にある。一方、キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、点Ｒ２３の状態にある非共沸混合冷媒がキャピラリ１４２によって断熱状態で減圧された後のものである。そのエンタルピは、点Ｒ２３のエンタルピにほぼ等しい。また、膨張弁１４２Ａは、第１バイパス流路１６１を介して第１熱交換器１２０と圧縮機１１０との間の流路に接続している。キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒の圧力は、第１熱交換器１２０と圧縮機１１０との間にある非共沸混合冷媒の状態に対応する点Ｒ２１の圧力にほぼ等しい。点Ｒ２１は蒸発過程の終点である。蒸発過程の圧力は、ほぼ一定である。キャピラリ１４１と接続点ＪＣとの間を流れる非共沸混合冷媒は、蒸発過程においてエンタルピが点Ｒ２３とほぼ等しい点Ｒ２６の状態にある。

　非共沸混合冷媒が湿り蒸気の領域において圧力がほぼ一定である点Ｒ２５と点Ｒ２６との間には、点Ｒ２５（温度Ｔ４）から点Ｒ２６（温度Ｔ３）へ向かって温度が上昇していく温度勾配が生じている。実施の形態２においても実施の形態１と同様に、温度Ｔ１とＴ２との差の絶対値ΔＴ１２、温度Ｔ３とＴ４との差の絶対値ΔＴ３４、および低沸点冷媒の比率が所定の対応関係（図４参照）にあることを利用して、低沸点冷媒の比率を算出する。実施の形態２においては、温度差の絶対値ΔＴ１２およびΔＴ３４を用いることにより、冷房運転において低沸点冷媒の比率を算出するために使用される対応関係を、そのまま暖房運転においても使用することができる。

　図１７は、実施の形態２における制御装置２２において行なわれる過熱度制御を説明するためのフローチャートである。図１７に示される処理は、空気調和装置２の制御のために制御装置２２によって行なわれる不図示のメインルーチンによって定期的あるいは所定のイベント発生時に行なわれる。

　図１７に示されるように制御装置２２は、Ｓ１１において低沸点冷媒の比率ｗｔを算出し、処理をＳ１２に進める。制御装置２２は、Ｓ１２において温度勾配ΔＴＧを算出し、処理をＳ１３に進める。温度勾配ΔＴＧは、図１６における点ＳＧ２の温度と点ＳＬ２の温度との差である。

　再び図１７を参照して、制御装置２２は、Ｓ１３において目標過熱度ＳＨを設定し、処理をＳ１４に進める。制御装置２２は、Ｓ１４Ａにおいて蒸発過程の終点の温度Ｔ８と始点の温度Ｔ７との温度差ΔＴ８７（＝Ｔ８－Ｔ７）を算出し、処理をＳ２１Ａに進める。制御装置２２は、Ｓ２１Ａにおいて温度差ΔＴ８７が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しいか否かを判定する。当該判定においては、温度差ΔＴ８７と、温度勾配ΔＴ８７および目標過熱度ＳＨの和との差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、温度差ΔＴ８７と温度勾配ΔＴおよび目標過熱度ＳＨの和とが等しいと判定してもよい。

　温度差ΔＴ８７が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しくない場合（Ｓ２１ＡにおいてＮＯ）、制御装置２２は、処理をＳ２２Ａに進める。制御装置２２は、Ｓ２２Ａにおいて、温度差ΔＴ８７が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しくなるように膨張弁２４０の開度を制御した後、処理をメインルーチンに返す。温度差ΔＴ８７が、温度勾配ΔＴＧおよび目標過熱度ＳＨの和に等しい場合（Ｓ２１ＡにおいてＹＥＳ）、制御装置２２は、処理をメインルーチンに返す。

　以上、実施の形態２によれば、圧力センサを用いることなく、空気調和装置２を循環する非共沸混合冷媒における低沸点冷媒の比率を算出することができる。その結果、空気調和装置１の製造コストを抑制しつつ、非共沸混合冷媒の組成比の変化を検出することができる。

　実施の形態２によれば、冷房運転の場合に用いた絶対値ΔＴ１２，Ｔ３４と低沸点冷媒の比率との関係を用いて、暖房運転の場合にも空気調和装置２を循環する非共沸混合冷媒の低沸点冷媒の比率を算出することができる。

　実施の形態１および２においては、空気調和装置を非共沸混合冷媒が循環する場合について説明した。空気調和装置を循環する冷媒は、単一冷媒であってもよい。空気調和装置を循環する冷媒が単一冷媒である場合でも、空気調和装置１および２による空調は可能である。

　今回開示された各実施の形態は、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。

　１，１Ａ，２　空気調和装置、１０　室外機、１１　室内機、１２，１２Ａ，２２　制御装置、１３　報知部、１４　蒸発器、１１０　圧縮機、１２０　第１熱交換器
１２１　制御部、１２２　記憶部、１３０　第２熱交換器、１３１，１３２，１３３，１３４，１５１，１５２，２５１，２５２　温度センサ、１４０，１４１Ａ，１４２Ａ，２４０　膨張弁、１４１，１４２　キャピラリ、１５０　第３熱交換器、１６１　第１バイパス流路、１６２　第２バイパス流路、１７０　四方弁。

Claims (10)

1. 　第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む非共沸混合冷媒を、圧縮機、第１熱交換器、第２熱交換器、第１膨張弁、および第３熱交換器の順番の第１循環方向に循環させるように構成される空気調和装置であって、
   　前記第２熱交換器と前記第１膨張弁とを接続する第１流路から分岐して、第１減圧器および前記第２熱交換器の順に経由して、前記圧縮機の吸入口に接続される第２流路に接続される第１バイパス流路と、
   　前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを接続する第３流路から分岐して、第２減圧器を経由して、前記第１減圧器と前記第２熱交換器との間の前記第１バイパス流路上の第１接続点に接続される第２バイパス流路と、
   　第１温度と第２温度との第１の差および第３温度と第４温度との第２の差から定まる前記第１冷媒の比率が適正値と異なる場合に、ユーザに警告を報知するように構成される報知部とを備え、
   　前記第１温度は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間の前記非共沸混合冷媒の温度であり、前記第２温度は、前記第２熱交換器と前記第１膨張弁との間の前記非共沸混合冷媒の温度であり、前記第３温度は、前記第１減圧器と前記第１接続点との間の前記非共沸混合冷媒の温度であり、前記第４温度は、前記第２減圧器と前記第１接続点との間の前記非共沸混合冷媒の温度である、空気調和装置。
2. 　前記非共沸混合冷媒が循環する方向を、前記第１循環方向または前記第１循環方向とは逆回りの第２循環方向に切り替えるように構成される流路切替装置と、
   　前記第３流路上において、前記第１熱交換器と、前記第３流路および前記第２バイパス流路の第２接続点の間に設けられる第２膨張弁とをさらに備え、
   　前記非共沸混合冷媒が前記第２循環方向に循環する場合、前記第１膨張弁の開度は、第１基準開度よりも大きく、前記非共沸混合冷媒が前記第１循環方向に循環する場合、前記第２膨張弁の開度は、第２基準開度よりも大きく、
   　前記報知部は、前記第１の差の絶対値および前記第２の差の絶対値から定まる前記比率が適正値と異なる場合にユーザに警告を報知する、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 　前記非共沸混合冷媒が前記第１循環方向に循環する場合、前記第１膨張弁の開度は、前記第３熱交換器からの前記非共沸混合冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように調節され、
   　前記非共沸混合冷媒が前記第２循環方向に循環する場合、前記第２膨張弁の開度は、前記第１熱交換器からの前記非共沸混合冷媒の過熱度が前記目標過熱度に近づくように調節され、
   　前記目標過熱度は、気液二相状態における前記非共沸混合冷媒の温度勾配から定まる、請求項２に記載の空気調和装置。
4. 　前記適正値は、ユーザによって変更可能である、請求項１に記載の空気調和装置。
5. 　前記報知部は、所定の期間後の前記比率が下限値よりも小さい場合に、メンテナンスが必要であることをユーザに報知し、
   　前記所定の期間後の前記比率は、時系列順に記録した前記比率の履歴から算出された減少傾向に関する指標値を用いて定められる値である、請求項１に記載の空気調和装置。
6. 　前記圧縮機の容量が基準値よりも大きい場合、前記第１減圧器は前記非共沸混合冷媒が前記第１バイパス流路を通過可能とするとともに前記第２減圧器を制御して前記非共沸混合冷媒が前記第２バイパス流路を通過可能とし、
   　前記容量が前記基準値よりも小さい場合、前記第１減圧器を制御して前記第１バイパス流路を遮断するとともに前記第２減圧器を制御して前記第２バイパス流路を遮断する、請求項１に記載の空気調和装置。
7. 　前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器からの前記非共沸混合冷媒が流れる第１内部流路と、前記第１接続点からの前記非共沸混合冷媒が第２内部流路とを含み、
   　前記第１内部流路を流れる前記非共沸混合冷媒の方向と前記第２内部流路を流れる前記非共沸混合冷媒の方向とは逆である、請求項１に記載の空気調和装置。
8. 　前記比率は、前記第２の差が最大となる基準比率より小さい、請求項１に記載の空気調和装置。
9. 　前記非共沸混合冷媒は、Ｒ３２、Ｒ１１２３、Ｒ１２３４ｙｆ、およびＲ１２３４ｚｅのいずれか１つを含む、請求項１に記載の空気調和装置。
10. 　前記第１冷媒は、Ｒ３２である、請求項９に記載の空気調和装置。

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