JPWO2020208736A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、流入部から第３減圧装置および冷媒熱交換器を介して圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、第３減圧装置および冷媒熱交換器は、冷媒容器の内部に配置されているものである。

Description

本発明は、過冷却方式を採用した冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得ることができる空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の空気調和機は、圧縮機と、四路切換弁と、一端が四路切換弁に接続された室外熱交換器と、メイン膨張機構と、一端が四路切換弁に接続された室内熱交換器と、過冷却用熱交換手段とを備えている。また、この空気調和機は、冷房運転時には、室外熱交換器からの冷媒を、順次、過冷却用熱交換手段、メイン膨張機構、室内熱交換器に流す一方、暖房運転時には、室内熱交換器からの冷媒を、順次、過冷却用熱交換手段、メイン膨張機構、室外熱交換器に流す整流手段を備えている。

この空気調和機によれば、冷房運転時であっても、暖房運転時であっても、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器からの冷媒を過冷却用熱交換手段で過冷却してから、メイン膨張機構を経て、蒸発器として機能する室内熱交換器あるいは室外熱交換器に導入することができる。したがって、冷媒流れ方向を切り換えても、変わり無く過冷却の効果を得ることができる。

特開平１０−２２０８９８号公報

特許文献１は、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器からの冷媒を過冷却する過冷却用熱交換手段として、三重管式熱交換器を用いた構造である。また、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、整流手段が必要な構造である。そのため、特許文献１では、それらを設置するスペースが必要となり、大型化してしまうという課題があった。また、部品点数が増加するため、コストが増大するとともに構造が複雑化してしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されているものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、過冷却手段として冷媒容器の内部に第３減圧装置および冷媒熱交換器を用いた構造であり、また、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、冷媒容器の両側に減圧装置を用いた構造である。そのため、三重管式熱交換器および整流手段が不要な構造であることから、それらを設置するスペースが不要になるとともに、部品点数を削減できる。さらに、第３減圧装置および冷媒熱交換器が冷媒容器の内部に配置されているため、配管の溶接を少なくすることができる。その結果、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が可能となる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路構成の一例を示す概略回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時かつバイパス弁が閉時のｐ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時かつバイパス弁が閉時のｐ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時かつバイパス弁が開時のｐ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時かつバイパス弁が開時のｐ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒容器内の構造を示す概略図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のバイパス弁の制御フローを示す図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、以下の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。

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の回路構成の一例を示す概略回路図である。図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転時かつバイパス弁２６が閉時のｐ−ｈ線図である。図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転時かつバイパス弁２６が閉時のｐ−ｈ線図である。図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転時かつバイパス弁２６が開時のｐ−ｈ線図である。図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転時かつバイパス弁２６が開時のｐ−ｈ線図である。

以下、図１〜図５に基づいて、冷凍サイクル装置１００の構成および動作について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、例えば一般的な家屋、ビル、および、マンション等に設置され、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、設置される室内等の空調対象域の冷房および暖房に使用されるものである。

＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、冷媒流路切換装置６、第１熱交換器２、第１減圧装置３ａ、冷媒容器５、第２減圧装置３ｂ、および、第２熱交換器４、を有し、これらが配管接続されて冷媒回路（以下、主回路３０と称する）が形成されている。

圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機１は、例えばインバーターにより周波数が制御されるモーターによって駆動される容積式圧縮機等で構成するとよい。

第１熱交換器２は、冷房運転時における圧縮機１の吐出側に設けられており、凝縮器または蒸発器として機能するものである。そして、第１熱交換器２は、圧縮機１から供給される高温高圧の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化させるものである。ここで、熱媒体は、例えば空気または水などである。第１熱交換器２は、その形式を特に限定するものではないが、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。

第１減圧装置３ａは、冷房運転時における第１熱交換器２の下流側に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第１減圧装置３ａは、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。

第２減圧装置３ｂは、冷房運転時における第２熱交換器４の上流側に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第２減圧装置３ｂは、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。

第２熱交換器４は、冷房運転時における圧縮機１の吸入側に設けられており、蒸発器または凝縮器として機能するものである。そして、第２熱交換器４は、第１減圧装置３ａおよび第２減圧装置３ｂから供給される低温低圧高圧の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化させるものである。ここで、熱媒体は、例えば空気または水などである。第２熱交換器４は、その形式を特に限定するものではないが、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。

冷媒流路切換装置６は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒流れ方向を切り換えるものである。この冷媒流路切換装置６は、例えば四方弁等で構成するとよい。冷房運転時には、冷媒流路切換装置６は、実線で示されるように圧縮機１の吐出側と第１熱交換器２とが接続されるように切り換え、第１熱交換器２を凝縮器として機能させ、第２熱交換器４を蒸発器として機能させる。また、暖房運転時には、冷媒流路切換装置６は、破線で示されるように圧縮機１の吐出側と第２熱交換器４とが接続されるように切り換え、第１熱交換器２を蒸発器として機能させ、第２熱交換器４を凝縮器として機能させる。

冷媒容器５は、第１減圧装置３ａと第２減圧装置３ｂとの間に設置され、冷媒を貯留するものである。冷媒容器５は、主回路３０の配管へ接続される第１配管５１と第２配管５２とを有し、それらは、冷媒容器５の内部を主回路３０と連通させるように設けられている。第１配管５１は、冷媒の流れに応じて流入配管または流出配管として機能する。第２配管５２も、冷媒の流れに応じて流出配管または流入配管として機能する。図１に示すように、第１配管５１の冷媒容器５の内部における端部、および、第２配管５２の冷媒容器５の内部における端部は、ともに冷媒容器５の下方、詳しくは冷媒容器５の中心よりも下側に配置されている。

冷凍サイクル装置１００は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒の少なくとも一部を、圧縮機１の吸入側と冷媒流路切換装置６との間の合流部２５に合流させるバイパス回路３１を備えている。

バイパス回路３１の一端である流入部２１は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒の少なくとも一部を取り出せるように、冷媒容器５の内部と連通するように設けられている。また、バイパス回路３１の他端は、冷媒熱交換器２０から流出した冷媒が合流部２５で主回路３０の冷媒と合流するように、合流部２５に接続されている。また、バイパス回路３１には、開閉により冷媒を通過させる、あるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁２６が設けられている。つまり、バイパス弁２６が開時は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒が合流部２５で主回路３０の冷媒と合流し、バイパス弁２６が閉時は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒が合流部２５で主回路３０の冷媒と合流しないようになっている。このバイパス弁２６は、開閉動作のみを行う電磁弁で構成されているが、開度調整が可能な膨張弁で構成してもよい。なお、バイパス弁２６の制御については後述する。

冷媒容器５の内部には、バイパス回路３１に設けられ、冷媒容器５から流出する冷媒を減圧する第３減圧装置３ｃと、第３減圧装置３ｃによって減圧した冷媒と冷媒容器５の内部における冷媒とを熱交換する冷媒熱交換器２０とが設けられている。つまり、バイパス回路３１には、冷媒が流入する流入部２１側から第３減圧装置３ｃ、冷媒熱交換器２０の順で設けられている。

冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクル装置１００を構成する各機器の動作を制御する制御装置５０を有している。この制御装置５０は、冷凍サイクル装置１００の制御を行うために設けられたマイクロコンピューターおよびメモリー等を有している。また、制御装置５０は、冷凍サイクル装置１００を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行なうことができるようになっている。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の周波数を検知する周波数検知器４１を有している。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吐出側を流れる冷媒の圧力（以下、吐出圧力と称する）を検知する吐出圧力検知器４２と、圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の圧力（以下、吸入圧力と称する）を検知する吸入圧力検知器４３とを有している。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吐出側を流れる冷媒の温度（以下、吐出温度と称する）を検知する吐出温度検知器４４と、圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の温度（以下、吸入温度と称する）を検知する吸入温度検知器４５とを有している。なお、吐出圧力検知器４２および吸入圧力検知器４３は、例えば圧力センサなどである。また、吐出温度検知器４４および吸入温度検知器４５は、例えばサーミスタなどである。

制御装置５０は、吐出圧力から圧縮機１の吐出側を流れる冷媒の飽和温度（以下、吐出飽和温度と称する）を求めることができ、吸入圧力から圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の飽和温度（以下、吸入飽和温度と称する）を求めることができる。

なお、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、吐出圧力検知器４２、吸入圧力検知器４３、吐出温度検知器４４、および、吸入温度検知器４５を有しているが、それに限定されない。制御装置５０が、「吐出温度」、「吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算される吐出過熱度」、および、「吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算される吸入過熱度」のうち、少なくとも一つを求めることができる構成であればよい。

＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
次に、冷凍サイクル装置１００の動作の概要について冷房運転および暖房運転を例に説明する。なお、図１では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で表しており、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で表している。また、図２〜図５に示すＡ〜Ｉ（ｍ、ｎ、ｏを含む）は、図１に示すＡ〜Ｉ（ｍ、ｎ、ｏを含む）の位置における冷媒の状態に対応している。

（冷房運転時かつバイパス弁２６が閉時の主回路３０の冷媒の流れ）
図１および図２に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第１熱交換器２の入口（Ｃ）へ至る。第１熱交換器２へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第１熱交換器２で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｄ）となり、第１減圧装置３ａへ流入する。第１減圧装置３ａで減圧され中圧となった冷媒は、第１配管５１を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｅ）。

バイパス弁２６が閉となっている場合、冷媒熱交換器２０を冷媒が流れないため、冷媒容器５の内部では熱交換が行われないまま、中温冷媒は第２配管５２を経由して冷媒容器５から流出する（Ｆ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第２減圧装置３ｂでさらに減圧され、第２熱交換器４へ流入する（Ｇ）。第２熱交換器４へ流入した低温冷媒は、第２熱交換器４で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｈ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。

（暖房運転時かつバイパス弁２６が閉時の主回路３０の冷媒の流れ）
図１および図３に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第２熱交換器４の入口（Ｈ）へ至る。第２熱交換器４へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第２熱交換器４で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｇ）となり、第２減圧装置３ｂへ流入する。第２減圧装置３ｂで減圧され中圧となった冷媒は、第２配管５２を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｆ）。

バイパス弁２６が閉となっている場合、冷媒熱交換器２０を冷媒が流れないため、冷媒容器５の内部では熱交換が行われないまま、中温冷媒は第１配管５１を経由して冷媒容器５から流出する（Ｅ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第１減圧装置３ａでさらに減圧され、第１熱交換器２へ流入する（Ｄ）。第１熱交換器２へ流入した低温冷媒は、第１熱交換器２で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｃ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。

（冷房運転時かつバイパス弁２６が開時の主回路３０の冷媒の流れ）
図１および図４に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第１熱交換器２の入口（Ｃ）へ至る。第１熱交換器２へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第１熱交換器２で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｄ）となり、第１減圧装置３ａへ流入する。第１減圧装置３ａで減圧され中圧となった冷媒は、第１配管５１を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｅ）。

冷媒容器５の内部の中温冷媒は、冷媒熱交換器２０を流れる低温冷媒と熱交換し、飽和液となって第２配管５２を経由して冷媒容器５から流出する（Ｆ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第２減圧装置３ｂでさらに減圧され、第２熱交換器４へ流入する（Ｇ）。第２熱交換器４へ流入した低温冷媒は、第２熱交換器４で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｈ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。

（暖房運転時かつバイパス弁２６が開時の主回路３０の冷媒の流れ）
図１および図５に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第２熱交換器４の入口（Ｈ）へ至る。第２熱交換器４へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第２熱交換器４で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｇ）となり、第２減圧装置３ｂへ流入する。第２減圧装置３ｂで減圧され中圧となった冷媒は、第２配管５２を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｆ）。

冷媒容器５の内部の中温冷媒は、冷媒熱交換器２０を流れる低温冷媒と熱交換し、飽和液となって第１配管５１を経由して冷媒容器５から流出する（Ｅ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第１減圧装置３ａでさらに減圧され、第１熱交換器２へ流入する（Ｄ）。第１熱交換器２へ流入した低温冷媒は、第１熱交換器２で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｃ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。

（バイパス弁２６が開時のバイパス回路３１の冷媒の流れ）
図１、図４、および、図５に示すように、冷媒容器５の内部の冷媒の一部は、バイパス回路３１の流入部２１を通って冷媒容器５から流出する（ｍ）。この冷媒は、第３減圧装置３ｃによって減圧され、低温冷媒となる（ｎ）。その後、低温冷媒は、冷媒容器５の内部に設けられた冷媒熱交換器２０へ流入し、冷媒容器５の内部の中温冷媒との温度差によって熱交換が行われて加熱される（ｏ）。そして、この冷媒は、合流部２５で主回路３０の冷媒（Ｉ）と合流する。

図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒容器５内の構造を示す概略図である。
次に、冷媒容器５について詳細に説明する。
冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒は、液部とガス部との二相の状態、つまり飽和状態となる。液部は冷媒容器５の下に溜まることから、図６に示すように、冷媒容器５の内部において、第１配管５１または第２配管５２のうち流出管となる方の端部は、冷媒容器５の下方に配置されている。

なお、冷媒容器５を冷房および暖房の両方で使う場合は、冷媒容器５の内部において、第１配管５１の端部５１ａと第２配管５２の端部５２ａとをそれぞれ冷媒容器５の下方に配置し、かつ、それらの高さを一致させる構成とするとよい。これにより、冷暖の必要冷媒量差が不明でも、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒の量が溜まり込むことなく、正常な運転が可能となり、設計も容易となる。

冷媒容器５の内部に設けられた第３減圧装置３ｃは、キャピラリもしくはオリフィス等、いわゆる流動抵抗係数が変化しない固定のもので構成されている。ここで、第３減圧装置３ｃが電子膨張弁で構成されている場合、可動部を有しているため端子等を冷媒容器５の外部へ引き出さなければならない。また、冷媒容器５の内部に溜まった液冷媒に浸かると冷媒容器５の外部へ漏電する恐れがあるため、電子膨張弁が液冷媒に浸からないように防水容器等で覆ったりする必要がある。その結果、構造が複雑となり、冷媒容器５の内部へ収納することが難しい。そこで、第３減圧装置３ｃを、可動部を有していないキャピラリもしくはオリフィス等の流動抵抗係数が固定のもので構成することで、第３減圧装置３ｃの構造を簡素化でき、冷媒容器５の内部への収納が容易となる。また、第３減圧装置３ｃが可動部を有していないため、低コスト化が図れる。さらに、第３減圧装置３ｃの制御が不要となるため、システムの簡素化が図れるとともに、故障しづらくなるため、信頼性を向上させることができる。

バイパス回路３１の流入部２１は、冷媒容器５内の液冷媒が流入しやすいように、冷媒容器５の内部において、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａと同様に、冷媒容器５の下方に配置されている。さらに、冷媒容器５の内部に貯留されている液冷媒を確実に主回路３０側へ供給する必要があるため、バイパス回路３１の流入部２１は、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａよりも低い位置に配置されている。

なお、第３減圧装置３ｃがキャピラリもしくはオリフィスといった材料で構成されている場合、冷媒流路が狭い形状となるため、異物が詰まりやすい。そこで、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃと流入部２１との間には、異物を捕捉するストレーナ、金網、あるいは金属の多孔体等の異物捕捉装置７が設けられている。このように、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃよりも流入部２１側に異物捕捉装置７を設けることで、第３減圧装置３ｃの手前で異物を捕捉することができ、第３減圧装置３ｃでの異物の詰まりを抑制することができる。なお、第３減圧装置３ｃがオリフィスである場合、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７を同じケーシング８内に収納する等して、第３減圧装置３ｃを異物捕捉装置７と一体化した構成とする。第３減圧装置３ｃを異物捕捉装置７と一体化した構成とすることで、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７を収納する冷媒容器５の内部をより簡素化できる。また、配管構造も簡素化できるため、配管のロウ付け箇所を削減でき、加工費削減および品質向上が可能である。

次に、冷媒熱交換器２０について詳細に説明する。
冷媒熱交換器２０は、内部に冷媒が流れる伝熱管を備えている。冷媒熱交換器２０に用いられる伝熱管には、一般的な円管、あるいは円管表面に突起等の加工を施し、伝熱面積および熱伝達率を向上させたものを用いてもよい。また、表面積が大きい扁平形状の伝熱管を用いてもよい。

なお、伝熱管の配置は、冷媒容器５の円周方向に積層させてもよいし、垂直方向に積層させてもよい。また、伝熱管の内部を流れる液冷媒を上昇させるのに必要なガス流速は、流量に応じて決まっているため、伝熱管の配管内径は、液冷媒を上昇させるためのガス流速以上となるように設計されている。

＜バイパス弁２６の制御＞
図７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００のバイパス弁２６の制御フローを示す図である。
次に、冷凍サイクル装置１００のバイパス弁２６の制御について図７を用いて説明する。

（ステップＳ１）
制御装置５０は、圧縮機１の周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いかどうかを判定する。制御装置５０が、圧縮機１の周波数が基準周波数より高いと判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２の処理に進む。一方、制御装置５０が、圧縮機１の周波数が基準周波数より高くないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ４の処理に進む。

（ステップＳ２）
制御装置５０は、バイパス弁２６を開き、ステップＳ３の処理に進む。

（ステップＳ３）
制御装置５０は、吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であるかどうかを判定する。制御装置５０が、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御装置５０が、吐出温度が基準吐出温度以下ではないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

なお、ステップＳ３において、上記の処理の代わりに、制御装置５０は、吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が、あらかじめ設定された基準吐出過熱度以下であるかどうかを判定してもよい。この場合、制御装置５０が、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下であると判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御装置５０が、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下ではないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

また、ステップＳ３において、上記の処理の代わりに、制御装置５０は、吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が、あらかじめ設定された基準吸入過熱度以下であるかどうかを判定してもよい。この場合、制御装置５０が、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下であると判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御装置５０が、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下ではないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

（ステップＳ４）
制御装置５０は、バイパス弁２６を閉じ、ステップＳ１の処理に戻る。

上記のように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の周波数が基準周波数より高い場合は、バイパス弁２６を開くようにしている。そうすることで、主回路３０を流れる冷媒の一部がバイパス回路３１を流れるため、第１減圧装置３ａおよび第２減圧装置３ｂから圧縮機１に至るまでの間、つまり低圧側を流れる冷媒の流量が減る。冷媒の圧力損失は冷媒の流量に比例して大きくなるが、特に低圧側の冷媒の圧力損失（以下、低圧側圧損と称する）は性能に大きな影響を及ぼす。そのため、バイパス弁２６を開くことで低圧側を流れる冷媒の流量が減り、低圧側圧損を低減させることができる。また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の周波数が基準周波数より高くない場合は、許容できる低圧側圧損であるとしてバイパス弁２６を閉じたままとしている。つまり、基準周波数は、許容できる低圧側圧損に基づいて決定される閾値である。

また、バイパス弁２６が開かれると、冷媒容器５から圧縮機１の吸入側へ二相冷媒が流入するため、圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の乾き度が低下して液バック量が多くなり、その結果、吐出温度が低下しやすくなる。また、圧縮機１への過度な液バックは圧縮機１の故障を引き起こす。そこで、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、吐出温度が基準吐出温度以下になった場合、あるいは、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下になった場合、あるいは、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下になった場合は、バイパス弁２６を閉じている。バイパス弁２６を閉じることで、吐出温度の低下を抑制しつつ、過度な液バックによる圧縮機１の故障を抑制することができる。

なお、吐出温度が基準吐出温度以下ではない場合、あるいは、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下ではない場合、あるいは、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下ではない場合は、許容できる吐出温度の低下量および許容できる液バック量であるとして、バイパス弁２６を開いたままとする。つまり、基準吐出温度、基準吐出過熱度、および、基準吸入過熱度は、許容できる吐出温度の低下量および許容できる液バック量に基づいて決定される閾値である。

以上、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、冷媒流路切換装置６、第１熱交換器２、第１減圧装置３ａ、冷媒容器５、第２減圧装置３ｂ、第２熱交換器４、が配管で順次接続された冷媒回路を備えている。また、冷凍サイクル装置１００は、流入部２１、第３減圧装置３ｃ、および、冷媒熱交換器２０を有し、冷媒容器５の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、流入部２１から第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０を介して圧縮機１の吸入側に導くバイパス回路３１を備えている。また、第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０は、冷媒容器５の内部に配置されている。

冷凍サイクル装置１００によれば、過冷却手段として冷媒容器５の内部に第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０を用いた構造である。また、冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、冷媒容器５の両側に減圧装置を用いた構造である。そのため、三重管式熱交換器および整流手段が不要な構造であることから、それらを設置するスペースが不要になるとともに、部品点数を削減できる。さらに、第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０が冷媒容器５の内部に配置されているため、配管の溶接を少なくすることができる。その結果、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が図れる。

また、冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス回路３１を有しており、冷媒の一部を圧縮機１の吸入側にバイパスすることができるため、低圧側を流れる冷媒の流量が減って低圧側圧損を抑制でき、消費電力を低減することができる。

また、冷凍サイクル装置１００によれば、冷房および暖房の両方で同様の効果が得られる。また、冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒容器５の下流側の減圧装置の入口の乾き度が飽和液となるため、従来技術に比べて蒸発器内の冷媒量が減少し、結果封入冷媒量が少なくて済む。

なお、冷凍サイクル装置１００の運転中に吐出温度が高くなる場合でも、液状態の冷媒を圧縮機１の吸入側へバイパスすることで、吐出温度の上昇を抑制することが可能となる。

また、圧縮機１に高圧シェルを採用した場合、吐出温度が低いと冷凍機油に冷媒が溜まりこみ、冷凍機油の粘度が低下して、潤滑不良を引き起こす。それに対して、冷凍サイクル装置１００では、冷媒熱交換器２０によって過熱ガスとなった冷媒が圧縮機１の吸入側に吸引されるため、吐出温度の低下を抑制できる。その結果、Ｒ１２３４ｙｆおよびプロパンのように吐出温度が低い冷媒を冷凍サイクル装置１００に用いたとしても、信頼性低下を抑制できる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、第３減圧装置３ｃは、流動抵抗係数が固定のもので構成されている。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、第３減圧装置３ｃは可動部を有していないキャピラリもしくはオリフィス等の流動抵抗係数が固定のもので構成されている。そのため、第３減圧装置３ｃの構造を簡素化でき、冷媒容器５の内部への収納が容易となる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、冷媒容器５は、主回路３０の配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第１配管５１および第２配管５２を備えている。また、冷媒容器５の内部において、バイパス回路３１の流入部２１は、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａよりも低い位置に配置されている。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒容器５の内部において、バイパス回路３１の流入部２１は、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａよりも低い位置に配置されている。そのため、冷媒容器５の内部に貯留されている液冷媒を確実に主回路３０側へ供給することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃと流入部２１との間には、異物を捕捉する異物捕捉装置７が設けられており、異物捕捉装置７は、冷媒容器５の内部に配置されている。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃよりも流入部２１側に異物捕捉装置７が設けられている。そのため、第３減圧装置３ｃの手前で異物を捕捉することができ、第３減圧装置３ｃでの異物の詰まりを抑制することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、第３減圧装置３ｃと、異物捕捉装置７とを収納するケーシング８を備えたものである。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７がケーシング８に収納され、それらが一体化された構成である。第３減圧装置３ｃを異物捕捉装置７と一体化した構成とすることで、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７を収納する冷媒容器５の内部をより簡素化できる。また、配管構造も簡素化できるため、配管のロウ付け箇所を削減でき、加工費削減および品質向上が可能である。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、バイパス回路３１には、開閉により冷媒を通過させるあるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁２６が設けられている。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス回路３１にバイパス弁２６が設けられているため、状況に応じてバイパス回路３１に冷媒を流したり流さなかったりすることができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の周波数を検知する周波数検知器４１と、バイパス弁２６を制御する制御装置５０と、を備え、制御装置５０は、周波数が、基準周波数より高いと判定した場合、バイパス弁２６を開く。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、低圧側圧損が許容できない場合は、バイパス弁２６を開くことで、低圧側を流れる冷媒の流量が減り、低圧側圧損を低減させることができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、制御装置５０は、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合、あるいは、吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が基準吐出過熱度以下であると判定した場合、あるいは、吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が基準吸入過熱度以下であると判定した場合、バイパス弁２６を閉じる。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、吐出温度の低下量および液バック量が許容できない場合は、バイパス弁２６を閉じることで、吐出温度の低下を抑制しつつ、過度な液バックによる圧縮機１の故障を抑制することができる。

１ 圧縮機、２ 第１熱交換器、３ 膨張弁、３ａ 第１減圧装置、３ｂ 第２減圧装置、３ｃ 第３減圧装置、４ 第２熱交換器、５ 冷媒容器、６ 冷媒流路切換装置、７ 異物捕捉装置、８ ケーシング、２０ 冷媒熱交換器、２５ 合流部、２６ バイパス弁、３０ 主回路、３１ バイパス回路、４１ 周波数検知器、４２ 吐出圧力検知器、４３ 吸入圧力検知器、４４ 吐出温度検知器、４５ 吸入温度検知器、５０ 制御装置、５１ 第１配管、５１ａ 端部、５２ 第２配管、５２ａ 端部、１００ 冷凍サイクル装置。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されており、前記冷媒容器は、前記冷媒回路の前記配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第１配管および第２配管を備え、前記冷媒容器の内部において、前記バイパス回路の前記流入部は、前記第１配管の端部および前記第２配管の端部よりも低い位置に配置されているものである。

Claims (10)

1. 圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、
   流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、
   前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されている
   冷凍サイクル装置。
2. 前記第３減圧装置は、流動抵抗係数が固定のもので構成されている
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記冷媒容器は、前記冷媒回路の前記配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第１配管および第２配管を備え、
   前記冷媒容器の内部において、
   前記バイパス回路の前記流入部は、
   前記第１配管の端部および前記第２配管の端部よりも低い位置に配置されている
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記バイパス回路の、前記第３減圧装置と前記流入部との間には、異物を捕捉する異物捕捉装置が設けられており、
   前記異物捕捉装置は、前記冷媒容器の内部に配置されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷媒容器の内部には、前記第３減圧装置と、前記異物捕捉装置とを収納するケーシングが設けられている
   請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記バイパス回路には、開閉により冷媒を通過させるあるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁が設けられている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記圧縮機の周波数を検知する周波数検知器と、
   前記バイパス弁を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いと判定した場合、前記バイパス弁を開く
   請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 吐出温度を検知する吐出温度検知器を備え、
   前記制御装置は、
   前記吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
   請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 吐出温度を検知する吐出温度検知器と、
   吐出圧力を検知する吐出圧力検知器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記吐出温度と前記吐出圧力から求めた吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が、あらかじめ設定された基準吐出過熱度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
   請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
10. 吸入温度を検知する吸入温度検知器と、
    吸入圧力を検知する吸入圧力検知器と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記吸入温度と前記吸入圧力から求めた吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が、あらかじめ設定された基準吸入過熱度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
    請求項７に記載の冷凍サイクル装置。

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