JP4785935B2

JP4785935B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP4785935B2
Application number: JP2009000207A
Authority: JP
Inventors: 哲二七種
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: JP2010156524A

Description

本発明は、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来より、非共沸の混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置は知られている。また、このようなものにおいて、圧縮機吸入側にアキュムレーターを接続し、さらにこのアキュムレーターとアキュムレーター出口管路との間に、アキュムレーターに貯留する液状冷媒を導く補助配管を設け、補助配管にはアキュムレーター側から順に、冷媒流路を開閉する冷媒回路開閉弁と、当該補助配管内を通過する冷媒を加熱する冷媒加熱手段とを具備させて、補助配管上で加熱した液状冷媒を、アキュムレーター出口管で低沸点成分組成の高いガス冷媒と混合するようにし、アキュムレーター内で直接液冷媒の加熱を行わないようにすることで、アキュムレーター内気液界面での気液平衡状態を安定に保ち、アキュムレーター出口管へ導かれる低沸点成分組成の高いガス冷媒の組成を安定させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６０３３２１号公報（特許請求の範囲、図６）

しかしながら、従来の冷凍サイクル装置において、冷媒としてテトラフルオロプロペンと、このテトラフルオロプロペンよりも沸点の低いＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いた場合、冷凍サイクル内の冷媒が不足した状態で運転したり、運転条件によって絞り装置の開度が過度に小さい状態で運転すると、圧縮機を吐出する冷媒ガス温度が上昇し、２重結合を有するテトラフルオロプロペンは分解しやすくなるという問題点があった。

また、絞り装置の開度を大きくしても、圧縮機吸入側にアキュムレーターを有するため、液冷媒を圧縮機吸入側に戻すことができず、吐出温度の低下に時間を要し、その間にテトラフルオロプロペンの分解が進んでしまうという問題があった。

本発明は、前記のような課題を解消するためになされたもので、テトラフルオロプロペンの分解を抑制することができる冷凍サイクル装置を得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、四方弁、凝縮器、第１の絞り装置、レシーバー、第２の絞り装置、及び蒸発器を環状に接続し、冷媒としてテトラフルオロプロペンとこのテトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、圧縮機の吐出側に設置された吐出温度センサーと、吐出温度センサーの検知温度に基づき、第２の絞り装置の開度を制御する制御手段とを備え、制御手段は、テトラフルオロプロペンの分解抑制温度を基準値とし、吐出温度センサーの検知温度が前記基準値より大きいとき、第２の絞り装置の開度を大きくし、レシーバー内のテトラフルオロプロペン及びこのテトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒を含む二相冷媒を圧縮機へ供給するものである。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、圧縮機吸入側にアキュムレーターを持たない冷媒回路構成となるので、吐出温度が異常に上昇し、基準値とするテトラフルオロプロペンの分解抑制温度より大きくなった場合に、レシーバー下流の第２の絞り装置の開度を大きくし、レシーバー内のテトラフルオロプロペン及びこのテトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒を含む二相冷媒を圧縮機吸入側にすばやく戻すので、吐出温度の異常な上昇を即座に解消し得、テトラフルオロプロペンの分解を抑制し、信頼性を確保することができる。

本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置の第２の絞り装置の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置の第２の絞り装置の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置のレシーバーの出入口温度差とレシーバー内液冷媒量の関係を示す特性図（グラフ）である。本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置の第１の絞り装置の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態４に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。本発明の実施形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態５に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。本発明の実施形態５に係る冷凍サイクル装置の運転終了時の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態６に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、図２はその第２の絞り装置の制御動作を示すフローチャートである。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１のように圧縮機１、四方弁２、凝縮器３、第１の絞り装置４ａ、レシーバー５、第２の絞り装置４ｂ、蒸発器６、を環状に接続した冷媒回路を有する。なお、図１は冷房運転時の状態、つまり室内熱交換器が蒸発器となっている状態を示している。

これを更に詳述すると、圧縮機１は、吐出側が四方弁２に管を介して接続され、図示しない制御手段により運転が制御されるようになっている。四方弁２は、蒸発器６及び凝縮器３と管を介して接続されている。レシーバー５は、一方が凝縮器３に、他方が蒸発器６に、それぞれ第１の絞り装置４ａ、第２の絞り装置４ｂを介して接続されている。圧縮機１の吐出側配管には、吐出温度センサー１０が取り付けられており、検知された吐出温度は制御手段１００Ａに取り込まれ、吐出温度に基づいて第２の絞り装置４ｂの開度が制御されるようになっている。

また、この冷媒サイクル装置は、冷媒としてテトラフルオロプロペン（例えば、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン-1-ene、以下「ＨＦＯ−１２３４ｙｆ」という）と、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えばジフルオロメタンＨＦＣ−３２）とを含む非共沸混合冷媒（以下、単に「冷媒」ともいう）を用いている。

ここで、ＨＦＯ−１２３４ｙｆは沸点−２９℃の高沸点冷媒、ＨＦＣ−３２は沸点−５２℃の低沸点冷媒である。ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、分子構造として２重結合を持つため、高温になると分解しやすい特性を有する。一方、ＨＦＣ−３２は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆと比較して、吐出温度が上がりやすい特徴を有する。同一温度におけるＨＦＯ−１２３４ｙｆの冷媒ガス密度は、ＨＦＣ−３２に比べて小さい。

また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、地球温暖化係数（以下、「ＧＷＰ」という）が４と低く、大気中に漏洩しても地球環境に与える影響が小さい特徴を有する。一方、ＨＦＣ−３２は、ＧＷＰが５５０と高く、大気への漏洩が発生すると、地球環境に与える影響が大きい特徴を有する。なお、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ及びＨＦＣ−３２は、いずれも微燃性を有する。なお、後述する他の実施形態においても同一の非共沸混合冷媒を用いるものとし、以後、冷媒の詳細については省略する。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について図１に基づき冷房運転を例に挙げ説明する。圧縮機１の起動後、圧縮機１は高温高圧のガス冷媒を吐出する。この冷媒は、四方弁２を通って凝縮器３に入る。室外熱交換器は、凝縮器３として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い凝縮して液冷媒となり、第１の絞り装置４ａに入る。第１の絞り装置４ａで冷媒は減圧され、中温中圧の飽和液冷媒となってレシーバー５に入る。

レシーバー５を流出した中温中圧の飽和液冷媒は第２の絞り装置４ｂに入る。第２の絞り装置４ｂで冷媒は再び減圧され、低温低圧の二相冷媒となって蒸発器６に入る。室内熱交換器は蒸発器６として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い蒸発して乾き度１以上の低温低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。

次に、第２の絞り装置の制御動作について図２のフローチャートに基づき図１を参照しながら説明する。前述のように圧縮機１を起動すると、圧縮機１は蒸発器６内の低圧のガス冷媒を吸入し、高圧のガス冷媒を吐出する（ステップＳ１１）。

また、圧縮機１が起動すると、制御手段１００Ａは、吐出温度センサー１０により検出された圧縮機１の吐出温度（Ｔｄ）を取り込み（ステップＳ１２）、取り込んだ吐出温度（Ｔｄ）を基準値と比較する（ステップＳ１３）。この基準値は、例えばＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制できる吐出温度（分解抑制温度）に設定されている。

そして、ステップＳ１３にて吐出温度（Ｔｄ）が基準値より小さいと判定されればステップＳ１２に戻る。また、ステップＳ１３にて吐出温度（Ｔｄ）が基準値より大きいと判定されれば、第２の絞り装置４ｂの開度を大きくする（ステップＳ１４）。これにより、第２の絞り装置４ｂを通過する冷媒量が増加し、低温低圧二相冷媒となって蒸発器６を通過した後、配管のみで構成される圧縮機吸入管までの経路を通って圧縮機１に吸入される。すなわち、圧縮機１の吸入冷媒は、第２の絞り装置４ｂの開度を大きくすることで、短時間でガス冷媒から液冷媒とガス冷媒が混合した二相冷媒となる。そして、圧縮機１に吸引された二相冷媒は、圧縮工程の中で、蒸発してガス冷媒となるため、ガス冷媒の温度上昇を抑制することが可能となり、結果的に圧縮機１を吐出する吐出温度を低下させることができる。

なお、ここで説明した基準値は、運転状態などにより異なっていてもよいし、制御の安定性を確保するため、ある幅を持っていてもよい。

以上のように本実施形態においては、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆと、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２）とを含む非共沸混合冷媒を用い、吐出温度を検知して、吐出温度が基準値より大きいとき、第２の絞り装置４ｂの開度を大きくするようにしているので、圧縮機１の吐出温度の上昇をすばやく抑制することができ、これによって２重結合を持つＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制することができる。このため、信頼性が高くかつ地球環境に悪影響を与えることがない冷凍サイクル装置を実現できる。
また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆにＨＦＣ−３２を混ぜることによって、吐出温度が高くなり易くなりＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解が発生し易くなるが、本実施形態は、この問題からＨＦＯ−１２３４ｙｆを効果的に保護することができる。

実施形態２．
図３は本発明の実施形態２に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、図４はその第２の絞り装置の制御動作を示すフローチャートであり、図３中、前述の実施形態１の図１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図３のように圧縮機１、四方弁２、凝縮器３、第１の絞り装置４ａ、レシーバー５、第２の絞り装置４ｂ、蒸発器６、を環状に接続し、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る配管をレシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた冷媒回路を有する。なお、図３は冷房運転時の状態、つまり室内熱交換器が蒸発器６となっている状態を示している。

また、圧縮機１の吐出側配管には、吐出温度センサー１０が取り付けられており、検知された吐出温度は制御手段１００Ｂに取り込まれ、吐出温度に基づいて第２の絞り装置４ｂの開度が制御されるようになっている。

なお、この冷凍サイクル装置においても前述の実施形態１と同様の非共沸混合冷媒、つまり冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆと、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２）とからなる非共沸混合冷媒（以下、単に「冷媒」ともいう）を用いている。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について図３に基づき冷房運転を例に挙げ説明する。圧縮機１の起動後、圧縮機１は高温高圧のガス冷媒を吐出する。この冷媒は、四方弁２を通って凝縮器３に入る。室外熱交換器は、凝縮器３として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い凝縮して液冷媒となり、第１の絞り装置４ａに入る。第１の絞り装置４ａで冷媒は減圧され、中温中圧の飽和液冷媒となってレシーバー５に入る。

レシーバー５を流出した中温中圧の飽和液冷媒は第２の絞り装置４ｂに入る。第２の絞り装置４ｂで冷媒は再び減圧され、低温低圧の二相冷媒となって蒸発器６に入る。室内熱交換器は蒸発器６として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い蒸発して乾き度0.95〜１の高乾き度の低温低圧二相冷媒となり、レシーバー５を貫通する配管を通る。このとき、レシーバー５を貫通する配管内部を流れる低温低圧の二相冷媒は、レシーバー５内の中温中圧の冷媒と熱交換して加熱され、低温低圧のガス冷媒となって、四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。一方、レシーバー５内の中温中圧の冷媒は貫通された低温の配管表面で冷却凝縮され、液冷媒９となる。

次に、第２の絞り装置の制御動作について図４のフローチャートに基づき図３を参照しながら説明する。前述のように圧縮機１を起動すると、圧縮機１は蒸発器６内の低圧のガス冷媒を吸入し、高圧のガス冷媒を吐出する（ステップＳ２１）。

また、圧縮機１が起動すると、制御手段１００Ｂは、吐出温度センサー１０により検出された圧縮機１の吐出温度（Ｔｄ）を取り込み（ステップＳ２２）、取り込んだ吐出温度（Ｔｄ）を基準値と比較する（ステップＳ２３）。この基準値は、例えばＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制できる吐出温度に設定されている。

そして、ステップＳ２３にて吐出温度（Ｔｄ）が基準値より小さいと判定されればステップＳ２２に戻る。また、ステップＳ２３にて吐出温度（Ｔｄ）が基準値より大きいと判定されれば、第２の絞り装置４ｂの開度を大きくする（ステップＳ２４）。これにより、第２の絞り装置４ｂを通過する冷媒量が増加し、低温低圧二相冷媒となって蒸発器６を通過した後、配管のみで構成される圧縮機吸入管までの経路を通って圧縮機１に吸入される。すなわち、圧縮機１の吸入冷媒は、第２の絞り装置４ｂの開度を大きくすることで、短時間でガス冷媒から液冷媒とガス冷媒が混合した二相冷媒となる。そして、圧縮機１に吸引された二相冷媒は、圧縮工程の中で、蒸発してガス冷媒となるため、ガス冷媒の温度上昇を抑制することが可能となり、結果的に圧縮機１を吐出する吐出温度を低下させることができる。

なお、ここで説明した基準値も、運転状態などにより異なっていてもよいし、制御の安定性を確保するため、ある幅を持っていてもよい。

以上のように本実施形態においては、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆと、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２）とからなる非共沸混合冷媒を用い、吐出温度を検知して、吐出温度が基準値より大きいとき、第２の絞り装置４ｂの開度を大きくするようにしているので、圧縮機１の吐出温度の上昇をすばやく抑制することができ、これによって２重結合を持つＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制することができる。

また、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る配管をレシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させているので、冷媒不足の状態でレシーバー５内の液冷媒が減少しても、レシーバー５内の中温中圧のガス冷媒をレシーバー５を貫通させた低温の配管表面で冷却凝縮させてレシーバー５の底面に液冷媒を保持することができる。したがって冷媒不足の状態でも、レシーバー５下流の第２の絞り装置４ｂに液冷媒を供給することが可能となり、さらに前述のように第２の絞り装置の開度を大きくすることで圧縮機１の吸入側に液冷媒を吸入させ、吐出温度を低下させることができる。これにより、信頼性が高くかつ地球環境に悪影響を与えることがない冷凍サイクル装置を実現できる。

実施形態３．
図５は本発明の実施形態３に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、図６はそのレシーバーの出入口温度差とレシーバー内液冷媒量の関係を示す特性図（グラフ）であり、縦軸にレシーバーの出入口温度差をとり、横軸にレシーバー内液冷媒量をとったものである。図７はこの実施形態３に係る冷凍サイクル装置の第１の絞り装置の制御動作を示すフローチャートである。なお、図５中、前述の実施形態２の図３と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図５のように圧縮機１、四方弁２、凝縮器３、第１の絞り装置４ａ、レシーバー５、第２の絞り装置４ｂ、蒸発器６、を環状に接続し、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る配管をレシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた冷媒回路を有する。なお、図５は冷房運転時の状態、つまり室内熱交換器が蒸発器６となっている状態を示している。

また、レシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた配管のレシーバー入口側には、レシーバー入口温度センサー１１が取り付けられているとともに、前記配管のレシーバー出口側に、レシーバー出口温度センサー１２が設置されており、検知されたレシーバー入口温度とレシーバー出口温度は制御手段１００Ｃに取り込まれ、制御手段１００Ｃにて検知温度の差が演算され、検知温度の差に基づき、前記第１の絞り装置４ａの開度が制御されるようになっている。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について図５に基づき冷房運転を例に挙げ説明する。圧縮機１の起動後、圧縮機１は高温高圧のガス冷媒を吐出する。この冷媒は、四方弁２を通って凝縮器３に入る。室外熱交換器は、凝縮器３として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い凝縮して液冷媒となり、第１の絞り装置４ａに入る。第１の絞り装置４ａで冷媒は減圧され、中温中圧の飽和液冷媒となってレシーバー５に入る。

ここで、レシーバー５の内部の液冷媒量とレシーバー５を貫通する配管の入口温度と出口温度の温度差との関係について図６に基づき図５を参照しながら説明する。レシーバー５を貫通する配管内部の低圧低温冷媒とレシーバー５内部の中圧中温の冷媒の熱交換は、貫通する配管表面でのガス冷媒の凝縮によるものが支配的である。一般的な伝熱の特性として、相変化を伴わない単相流の対流熱伝達率に比べて、相変化を伴う凝縮熱伝達率の方が圧倒的に高いためである。つまり、図６のようにレシーバー５内部に液冷媒９が多く存在すると、レシーバー５を貫通する配管の多くが液冷媒中に埋没するため、凝縮を伴う熱交換量が小さくなり、貫通する配管の入口温度と出口温度の温度差は小さくなる。逆に、冷媒不足状態のようにレシーバー５の内部の液冷媒量が少なくなると、レシーバー５を貫通する配管の多くがガス冷媒に接するようになり、凝縮を伴う熱交換量が大きくなって、貫通する配管の入口温度と出口温度の温度差は大きくなる。この特性を利用し、レシーバー５を貫通する配管の出入口温度差により、レシーバー５の内部の液冷媒量を検知することが可能となる。

次に、第１の絞り装置の制御動作について図７のフローチャートに基づき図３を参照しながら説明する。前述のように圧縮機１を起動すると、圧縮機１は蒸発器６内の低圧のガス冷媒を吸入し、高圧のガス冷媒を吐出する（ステップＳ３１）。

また、圧縮機１が起動すると、制御手段１００Ｃは、レシーバー入口温度センサー１１により検出されたレシーバー入口温度（Ｔri）と、レシーバー出口温度センサー１２により検出されたレシーバー出口温度（Ｔro）を取り込み（ステップＳ３２，ステップＳ３３）、取り込んだレシーバー入口温度（Ｔri）とレシーバー出口温度（Ｔro）よりレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）を演算し（ステップＳ３４）、求めたレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）を基準値と比較する（ステップＳ３５）。この基準値は、例えばレシーバー５内部の液冷媒量が無くなったときのレシーバー出入口の温度差に設定されている。

そして、ステップＳ３５にてレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より小さいと判定されればステップＳ３２に戻る。また、ステップＳ３５にてレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より大きいと判定されれば、第１の絞り装置４ａの開度を大きくする（ステップＳ３６）。これにより、第１の絞り装置４ａを通過する冷媒量が増加し、凝縮器３内部の冷媒が流出し、レシーバー５内部に流入するため、レシーバー５の下流側に供給できる液冷媒が生成され、蒸発器６を介して圧縮機１の吸入側に二相冷媒を吸引させることができる。そして、圧縮機１に吸引された二相冷媒は、圧縮工程の中で、蒸発してガス冷媒となるため、ガス冷媒の温度上昇を抑制することが可能となり、結果的に圧縮機１を吐出する吐出温度を低下させることができる。

以上のように本実施形態においては、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆと、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２）とからなる非共沸混合冷媒を用い、レシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より大きいとき、第１の絞り装置４ａの開度を大きくするようにしているので、圧縮機１の吐出温度の上昇をすばやく抑制することができ、これによって２重結合を持つＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制することができる。このため、信頼性が高くかつ地球環境に悪影響を与えることがない冷凍サイクル装置を実現できる。

実施形態４．
図８は本発明の実施形態４に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、図９はその圧縮機の制御動作を示すフローチャートである。なお、図８中、前述の実施形態３の図５と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図８のように圧縮機１、四方弁２、凝縮器３、第１の絞り装置４ａ、レシーバー５、第２の絞り装置４ｂ、蒸発器６、を環状に接続し、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る配管をレシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた冷媒回路を有する。なお、図８は冷房運転時の状態、つまり室内熱交換器が蒸発器６となっている状態を示している。

また、レシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた配管のレシーバー入口側には、レシーバー入口温度センサー１１が取り付けられているとともに、前記配管のレシーバー出口側に、レシーバー出口温度センサー１２が設置されており、検知されたレシーバー入口温度とレシーバー出口温度は制御手段１００Ｄに取り込まれ、制御手段１００Ｄにて検知温度の差が演算され、検知温度の差に基づき、前記圧縮機１の回転数が制御されるようになっている。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について説明するが、冷媒回路内の冷媒の流れについては基本的に前述の実施形態３と同様であるので説明を省略し、ここでは主に圧縮機の制御動作について図９のフローチャートに基づき図８を参照しながら説明する。前述のように圧縮機１を起動すると、圧縮機１は蒸発器６内の低圧のガス冷媒を吸入し、高圧のガス冷媒を吐出する（ステップＳ４１）。

また、圧縮機１が起動すると、制御手段１００Ｄは、レシーバー入口温度センサー１１により検出されたレシーバー入口温度（Ｔri）と、レシーバー出口温度センサー１２により検出されたレシーバー出口温度（Ｔro）を取り込み（ステップＳ４２，ステップＳ４３）、取り込んだレシーバー入口温度（Ｔri）とレシーバー出口温度（Ｔro）よりレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）を演算し（ステップＳ４４）、求めたレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）を基準値と比較する（ステップＳ４５）。この基準値は、例えばレシーバー５内部の液冷媒量が無くなったときのレシーバー出入口の温度差に設定されている。

そして、ステップＳ４５にてレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より小さいと判定されればステップＳ４２に戻る。また、ステップＳ４５にてレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より大きいと判定されれば、圧縮機１の回転数を低下させる。（ステップＳ４６）。これにより、圧縮機１に吸引される冷媒量が減少するため、圧縮機１に吸入される冷媒ガスの圧力が上昇し、吐出される冷媒ガスの圧力が相対的に低下する。そして、圧縮機１の内部で圧縮される冷媒の圧縮比が低下し、結果的に圧縮機１の吐出温度が低下する。

以上のように本実施形態においては、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆと、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２）とからなる非共沸混合冷媒を用い、レシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より大きいとき、圧縮機１の回転数を低下させるようにしているので、圧縮機１の吐出温度の上昇をすばやく抑制することができ、これによって２重結合を持つＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制することができる。このため、信頼性が高くかつ地球環境に悪影響を与えることがない冷凍サイクル装置を実現できる。

実施形態５．
図１０は本発明の実施形態５に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図、図１１はその運転終了時の制御動作を示すフローチャートである。なお、図１０中、前述の実施形態４の図８と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１０のように圧縮機１、四方弁２、凝縮器３、第１の絞り装置４ａ、レシーバー５、第２の絞り装置４ｂ、蒸発器６、を環状に接続し、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る配管をレシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた冷媒回路を有する。なお、図１０は冷房運転時の状態、つまり室内熱交換器が蒸発器６となっている状態を示している。

また、レシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた配管のレシーバー入口側には、レシーバー入口温度センサー１１が取り付けられているとともに、前記配管のレシーバー出口側に、レシーバー出口温度センサー１２が設置されており、検知されたレシーバー入口温度とレシーバー出口温度はポンプダウン制御手段１００Ｅに取り込まれ、ポンプダウン制御手段１００Ｅにて検知温度の差が演算され、検知温度の差に基づき、第１の絞り装置４ａ、第２の絞り装置４ｂ、及び圧縮機１の運転が制御されるようになっている。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について説明するが、通常運転時の冷媒回路内の冷媒の流れについては基本的に前述の実施形態３と同様であるので説明を省略し、ここでは主に冷房運転から運転停止するまでの動作について図１０に基づき説明する。運転停止指令があると、第１の絞り装置４ａが全開、第２の絞り装置４ｂが全閉される。このとき、圧縮機１は駆動されたままであり、吸入管から冷媒を吸引し、高温高圧のガス冷媒を吐出している。そして、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器３に流入する。室外熱交換器は、凝縮器３として動作し、冷媒は空気と熱交換を行い凝縮して乾き度が低い二相冷媒となり、第１の絞り装置４ａに入る。第１の絞り装置４ａは全開されているため、冷媒は高圧二相冷媒のままレシーバー５内に流入する。

レシーバー５内には、低温の貫通された配管があり、ここでレシーバー５内部の冷媒は冷却されて高圧の飽和液冷媒となる。一方、第２の絞り装置４ｂは全閉されているため、レシーバー５内部で凝縮した液冷媒は、レシーバー５の内部に貯溜されていく。このようにして、第２の絞り装置４ｂよりも下流の配管内の冷媒は圧縮機１に吸引されて減少し、この第２の絞り装置４ｂよりも下流の配管内が最終的に真空に近い状態となる。この後、第１の絞り装置４ａを全閉とすることで、冷凍サイクル装置内の冷媒を殆どレシーバー５内部に閉じ込めた状態とし、圧縮機１を停止させる。

以上は、第２の絞り装置４ｂを全閉としてから、この状態を所定時間保持することで、冷媒のポンプダウンがほぼ完了したことを検知する場合の動作であり、このような制御も可能である。本実施形態では冷媒のポンプダウン完了検知の精度を上げるため、レシーバー出入口の温度差をみて冷媒のポンプダウン完了の判断を行うようにしている。次に、この場合の動作について説明する。

冷房運転から運転停止するまでの第１の絞り装置、第２の絞り装置、及び圧縮機の制御動作について図１１のフローチャートに基づき図１０を参照しながら説明する。まず、運転停止の指令があると（ステップＳ５１）、ポンプダウン制御手段１００Ｅは、第１の絞り装置４ａが全開、第２の絞り装置４ｂが全閉となるように制御する（ステップＳ５２，ステップＳ５３）。これにより、圧縮機１から吐出された冷媒が、レシーバー５の内部に流入し、レシーバー５内部で冷却されて高圧の飽和液冷媒となって貯溜されていく。

また、ポンプダウン制御手段１００Ｅは、前記運転停止の指令があると、レシーバー入口温度センサー１１により検出されたレシーバー入口温度（Ｔri）と、レシーバー出口温度センサー１２により検出されたレシーバー出口温度（Ｔro）を取り込み（ステップＳ５４，ステップＳ５５）、取り込んだレシーバー入口温度（Ｔri）とレシーバー出口温度（Ｔro）よりレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）を演算し（ステップＳ５６）、求めたレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）を基準値と比較する（ステップＳ５７）。この基準値は、例えばポンプダウンが完了し、レシーバー５を貫通する配管の内部をガス冷媒が流れなくなったときの温度差に設定されている。

そして、ステップＳ５７にてレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より大きいと判定されればステップＳ５４に戻る。また、ステップＳ５７にてレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より小さいと判定されれば、第１の絞り装置４ａを全閉とし（ステップＳ５８）、圧縮機１を停止させ（ステップＳ５９）、運転を終了する（ステップＳ６０）。

以上のように本実施形態においては、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆと、このＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２）とからなる非共沸混合冷媒を用い、第２の絞り装置４ｂを全閉としてから、この状態を所定時間保持することで、又は第２の絞り装置４ｂを全閉としてから、この状態をレシーバー出入口の温度差（ΔＴr）が基準値より小さくなるまで保持することで、冷媒のポンプダウンがほぼ完了したことを検知し、第１の絞り装置４ａを全閉とし、圧縮機１を停止させるようにしているので、レシーバー５の内部に冷媒を閉じ込めた状態で運転を終了することができる。このため、例えば長期停止状態などの状況の中で、蒸発器６の配管接続口が緩んだり延長配管に腐食による穴が空いても、冷媒が室内に漏洩することがなく、微燃性冷媒による火災、爆発や冷媒濃度増加による窒息などの危険を回避することができる。

実施形態６．
図１２は本発明の実施形態６に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図であり、図中、前述の実施形態１の図１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１２のようにモーター（図示せず）を内蔵している圧縮機１、四方弁２、凝縮器３、第１の絞り装置４ａ、レシーバー５、第２の絞り装置４ｂ、蒸発器６、を環状に接続し、四方弁２から圧縮機１の吸入側に至る配管をレシーバー５内でＵ型に曲げて貫通させた冷媒回路を有する。なお、図１２は冷房運転時の状態、つまり室内熱交換器が蒸発器６となっている状態を示している。

本実施形態の冷凍サイクル装置において、圧縮機１に内蔵されたモーターは、永久磁石が希土類磁石で構成されたＤＣモーターが用いられている。

以上のように本実施形態においては、圧縮機１に内蔵されたモーターとして、永久磁石が希土類磁石で構成されたＤＣモーターを用いているので、ＡＣモーターやフェライト磁石で構成されたモーターを内蔵した圧縮機と比べて効率が高く、モーター発熱量を小さくすることができる。よって、圧縮機１が吐出する冷媒の吐出温度の上昇を抑制することができ、２重結合を持つＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解を抑制することができる。

なお、本実施例で説明した圧縮機駆動用のＤＣモーター、つまり永久磁石が希土類磁石で構成されたＤＣモーターは、前述の各実施形態１〜５にも適用できることは言うまでもない。これにより、圧縮機１が吐出する冷媒の吐出温度の上昇を更に抑制することができ、２重結合を持つＨＦＯ−１２３４ｙｆの分解をより一層抑制することができる。

上述の実施形態１〜６では、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２との２種混合冷媒について説明したが、ＨＦＯ−１２３４ｙｆに混ぜる冷媒はＨＦＣ−３２に限らず、ＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒であれば、どのようなものを用いてもよい。また、冷媒は２種混合冷媒に限らず、３種以上の冷媒を混合してもよい。この場合、混合する冷媒には、ＨＦＯ−１２３４ｙｆよりも沸点の高い冷媒が含まれていても構わない。
冷媒の混合比率は、地球温暖化係数を小さくするために、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを主成分（例えば５０％以上）とすることが望ましいが、目標とする地球温暖化係数と得られる成績係数等から適宜設定される。また、冷凍サイクル装置内を循環する作動冷媒の混合比率を適宜に調整する組成調整回路を設けることも可能である。
また、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い冷媒は、その分解しやすさ故にＧＷＰが低いものであり、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ以外の低ＧＷＰ冷媒（例えばＨＦＣ−３２よりもＧＷＰが低い冷媒、若しくは２重結合を有する冷媒）を使う場合であっても、実施形態１〜６の冷凍サイクル装置は有効に使用することができる。

１圧縮機、２四方弁、３凝縮器、４ａ第１の絞り装置、４ｂ第２の絞り装置、５レシーバー、６蒸発器、９レシーバー内の液冷媒、１０吐出温度センサー、１１レシーバー入口温度センサー、１２レシーバー出口温度センサー、１００Ａ〜１００Ｄ制御手段、１００Ｅポンプダウン制御手段。

Claims

圧縮機、四方弁、凝縮器、第１の絞り装置、レシーバー、第２の絞り装置、及び蒸発器が環状に接続され、冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機の吐出側に設置された吐出温度センサーと、
前記吐出温度センサーの検知温度に基づき、前記第２の絞り装置の開度を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記テトラフルオロプロペンの分解抑制温度を基準値とし、前記吐出温度センサーの検知温度が前記基準値より大きいとき、前記第２の絞り装置の開度を大きくし、前記レシーバー内のテトラフルオロプロペン及び該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒を含む二相冷媒を圧縮機へ供給することを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記四方弁から前記圧縮機の吸入側に至る配管を前記レシーバーを経由させていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
運転停止指令に基づき、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置の開度および圧縮機の運転を制御し、ポンプダウン運転を行うポンプダウン制御手段を更に設けたことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
前記ポンプダウン制御手段は、前記運転停止指令に基づき、前記第１の絞り装置を全開、前記第２の絞り装置を全閉とし、
この状態を所定時間保持したのち、前記第１の絞り装置を全閉として、前記圧縮機を停止するように制御することを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置。
圧縮機、四方弁、凝縮器、第１の絞り装置、レシーバー、第２の絞り装置、及び蒸発器が環状に接続され、冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用い、前記四方弁から前記圧縮機の吸入側に至る配管を前記レシーバーを経由させている冷凍サイクル装置において、
前記レシーバーを経由する配管のレシーバー入口側に設置されたレシーバー入口温度センサーと、
該配管のレシーバー出口側に設置されたレシーバー出口温度センサーと、
前記レシーバー入口温度センサーと前記レシーバー出口温度センサーの検知温度の差に基づき、前記第１の絞り装置の開度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記制御手段は、前記検知温度の差が基準値より大きいとき、前記第１の絞り装置の開度を大きくするように制御することを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
圧縮機、四方弁、凝縮器、第１の絞り装置、レシーバー、第２の絞り装置、及び蒸発器が環状に接続され、冷媒としてテトラフルオロプロペンと該テトラフルオロプロペンよりも沸点の低いハイドロフルオロカーボン系冷媒とを含む非共沸混合冷媒を用い、前記四方弁から前記圧縮機の吸入側に至る配管を前記レシーバーを経由させている冷凍サイクル装置において、
前記レシーバーを経由する配管のレシーバー入口側に設置されたレシーバー入口温度センサーと、
該配管のレシーバー出口側に設置されたレシーバー出口温度センサーと、
前記レシーバー入口温度センサーと前記レシーバー出口温度センサーの検知温度の差に基づき、前記圧縮機の回転数を制御する制御手段と、
を更に備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記制御手段は、前記検知温度の差が基準値より大きいとき、前記圧縮機の回転数を低くするように制御することを特徴とする請求項７記載の冷凍サイクル装置。
運転停止指令に基づき、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置の開度および圧縮機の運転を制御し、ポンプダウン運転を行うポンプダウン制御手段を更に設けたことを特徴とする請求項５、又は請求項７記載の冷凍サイクル装置。
前記ポンプダウン制御手段は、前記運転停止指令に基づき、前記第１の絞り装置を全開、前記第２の絞り装置を全閉とし、
この状態を所定時間保持したのち、前記第１の絞り装置を全閉として、前記圧縮機を停止するように制御することを特徴とする請求項９記載の冷凍サイクル装置。
前記ポンプダウン制御手段は、前記運転停止指令に基づき、前記第１の絞り装置を全開、前記第２の絞り装置を全閉とし、
この状態を前記レシーバー入口温度センサーと前記レシーバー出口温度センサーの検知温度の差が基準値より小さくなるまで保持したのち、前記第１の絞り装置を全閉として、前記圧縮機を停止することを特徴とする請求項９記載の冷凍サイクル装置。
前記圧縮機は、永久磁石を希土類磁石で構成したＤＣモーターを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。