JP7002660B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、非共沸混合冷媒が循環する冷凍サイクル装置に関する。

従来、非共沸混合冷媒が循環する冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特開平６－１０１９１２号公報（特許文献１）には、非共沸混合冷媒の組成を検出する冷媒組成センサを備える冷凍サイクル装置が開示されている。当該冷凍サイクル装置によれば、循環する非共沸混合冷媒の組成に応じて制御目標が変更されることにより、非共沸混合冷媒の組成が変化した場合でも安定した運転を行うことができる。

特開平６－１０１９１２号公報

特許文献１には、ＨＦＣ３２およびＨＦＣ１３４ａが混合された非共沸混合冷媒の組成を検出する冷媒組成センサの構成が開示されている。しかし、３種類以上の冷媒を含む非共沸混合冷媒が循環する冷凍サイクル装置においては、当該冷媒組成センサによって非共沸混合冷媒の組成を検出することは困難である。特許文献１に開示されている冷凍サイクル装置によると、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によっては冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することが困難になり得る。

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、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、特定組成比を有する非共沸混合冷媒が循環する。冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、冷媒容器と、減圧部と、第２熱交換器とを備える。非共沸混合冷媒は、圧縮機、第１熱交換器、冷媒容器、減圧部、および第２熱交換器の順に循環する。第１の場合の圧縮機の駆動周波数は、第２の場合の圧縮機の駆動周波数よりも大きい。第１の場合において、特定圧力における非共沸混合冷媒の第１温度と基準温度との差が第１しきい値よりも大きい。第２の場合において、第１温度と基準温度との差が第１しきい値よりも小さい。特定圧力は、減圧部から流出する非共沸混合冷媒の圧力である。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、減圧部から流出する非共沸混合冷媒の圧力における非共沸混合冷媒の温度に関して、第１の場合の圧縮機の駆動周波数を第２の場合の圧縮機の駆動周波数よりも大きくすることにより、非共沸混合冷媒の組成比の変化を冷凍サイクル装置の制御に反映させる。その結果、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。

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。 非共沸混合冷媒としてＲ４６３Ａを用いたときの、レシーバ内のガス冷媒量と循環組成比との関係を示す図である。 非共沸混合冷媒の圧力、エンタルピ、および温度の関係を示すモリエル線図である。 図１の制御装置によって行なわれる駆動周波数の補正処理の流れを示すフローチャートである。 蒸発器の流入ポートから流出ポートの間の位置に応じた非共沸混合冷媒の温度、および当該位置の非共沸混合冷媒と熱交換する空気の温度を併せて示す図である。 レシーバ内のガス冷媒量と温度センサによって検出される温度との関係、およびレシーバ内のガス冷媒量と吸入圧力における飽和液および飽和蒸気の平均温度との関係を併せて示す図である。 実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクル装置の制御装置によって行なわれる駆動周波数の補正処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１の変形例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１の変形例３に係る冷凍サイクル装置の制御装置によって行なわれる駆動周波数の補正処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転開始時に行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。 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。 図１１の制御装置によって行なわれる冷媒不足の報知処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 図１３の制御装置によって行なわれる冷媒不足の報知処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の制御装置によって行なわれる、追加チャージが可能か否かの判定処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態６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。 非共沸混合冷媒の圧力、エンタルピ、および温度の関係を示すモリエル線図である。 図１６の制御装置によって行なわれる駆動周波数の補正処理の流れを示す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、圧縮機１と、凝縮器２（第１熱交換器）と、レシーバ３（冷媒容器）と、減圧部４と、蒸発器５（第２熱交換器）と、制御装置１０と、温度センサ１０１と、圧力センサ１０２，１０３とを備える。減圧部４は、膨張弁４１（第１減圧装置）と、キャピラリチューブ４２（第２減圧装置）とを含む。

冷凍サイクル装置１００においては、非共沸混合冷媒（たとえばＲ４６３Ａ）が圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３、膨張弁４１、および蒸発器５の順に循環するとともに、圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３、およびキャピラリチューブ４２の順に循環する。

温度センサ１０１は、キャピラリチューブ４２から流出する非共沸混合冷媒の温度Ｔ１（第１温度）を測定する。圧力センサ１０２は、圧縮機１に吸入される非共沸混合冷媒の圧力Ｐｓ（特定圧力）を検出する。圧力センサ１０３は、圧縮機１から吐出される非共沸混合冷媒の圧力Ｐｄを検出する。

制御装置１０は、圧縮機１の駆動周波数ｆｃを制御することにより、圧縮機１が単位時間当たりに吐出する非共沸混合冷媒の量を制御する。制御装置１０は、温度センサ１０１、および圧力センサ１０２，１０３から温度Ｔ２、および圧力Ｐｓ，Ｐｄをそれぞれ受ける。制御装置１０は、記憶部１１を含む。記憶部１１には、たとえば非共沸混合冷媒の物性値、および特定パラメータ（たとえば蒸発温度あるいは凝縮温度）の制御目標値が予め保存されている。

レシーバ３には、液体の非共沸混合冷媒が貯留されるとともに、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒のうち他の冷媒よりも比較的沸点が低い冷媒（低沸点冷媒）が気化する。非共沸混合冷媒が冷凍サイクル装置１００を循環することに伴い、レシーバ３に含まれる気体の冷媒（ガス冷媒）が増加する。冷凍サイクル装置１００を循環する非共沸混合冷媒に含まれる低沸点冷媒が減少するため、冷凍サイクル装置１００を循環する非共沸混合冷媒の組成比（循環組成比）が変化する。

図２は、非共沸混合冷媒としてＲ４６３Ａを用いたときの、レシーバ３内のガス冷媒量と循環組成比との関係を示す図である。図２において、横軸のレシーバ３内のガス冷媒量は、初期冷媒量（冷凍サイクル装置１００に封入された非共沸混合冷媒の量）に対するレシーバ３内のガス冷媒量の割合として表されている。図６においても同様である。

Ｒ４６３Ａは、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１３４ａ、およびＣＯ２を、３６：３０：１４：１４：６の重量パーセント（ｗｔ％）比で含む。Ｒ４６３Ａには、冷媒圧力を確保するためにＣＯ２が含まれる。Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１３４ａ、およびＣＯ２の１気圧での沸点は、それぞれ、－５１．７℃、－４８．１℃、－２９．４℃、－２６．１℃、および－７８．５℃である。ＣＯ２は、Ｒ４６３Ａに含まれる冷媒の中で沸点が最も低い。なお、冷凍サイクル装置１００を循環する非共沸混合冷媒は、Ｒ４６３Ａに限定されない。

図２に示されるように、レシーバ３内のガス冷媒量が０である場合、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１３４ａ、およびＣＯ２の循環組成比は、Ｒ４６３Ａの組成比（初期値）に等しい。レシーバ３内のガス冷媒量の増加に伴い、ＣＯ２およびＲ３２の循環組成比が減少する。一方で、Ｒ１２５、Ｒ１２３４ｙｆ、およびＲ１３４ａの循環組成比が増加する。

図３は、非共沸混合冷媒の圧力、エンタルピ、および温度の関係を示すモリエル線図である。図３において、点線は循環組成比が初期値である場合のモリエル線図を示し、実線は循環組成比が初期値から変化した場合のモリエル線図を示す。状態Ｃ１からＣ２の過程が、圧縮機１による断熱圧縮過程を示す。状態Ｃ２からＣ３への過程が凝縮器２による凝縮過程を表す。状態Ｃ３からＣ４への過程が減圧部４による減圧過程を表す。状態Ｃ４からＣ１への過程が蒸発器５による蒸発過程を表す。なお、飽和液線上の状態Ｃ５および飽和蒸気線上の状態Ｃ６の各々は、圧力がＰｓの状態である。

図３に示されるように、非共沸混合冷媒の循環組成比の変化にともない、モリエル線図が変化する。特に、同一圧力での蒸発過程の温度（蒸発温度）が上昇する。その結果、非共沸混合冷媒と冷却対象の熱媒体との温度差が減少し、冷凍サイクル装置１００の冷却能力が低下する。

そこで、冷凍サイクル装置１００においては、循環組成比が初期値である場合の状態Ｃ４の温度（図３における点線のモリエル線図における状態Ｃ４の温度）を基準温度Ｔｒとして、温度センサ１０１によって実際に測定した温度Ｔ１と基準温度Ｔｒとの差に応じて圧縮機１の駆動周波数ｆｃを変化させることにより、非共沸混合冷媒の組成比の変化を冷凍サイクル装置１００の制御に反映させる。その結果、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置１００の性能低下を抑制することができる。また、冷凍サイクル装置１００においては、配管の外表面に設置可能な温度センサ１０１を用いるため、配管内部に設置する必要のある静電容量センサを用いて非共沸混合冷媒の組成比を検出する場合と比較して、故障した温度センサ１０１を交換することが容易である。

図４は、図１の制御装置１０によって行なわれる駆動周波数ｆｃの補正処理の流れを示すフローチャートである。図４に示される処理は、冷凍サイクル装置１００に対する統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンから定期的に呼び出される。図７、図９、および図１８に示される処理についても同様である。以下では、ステップを単にＳと記載する。

図４に示されるように、制御装置１０は、Ｓ１０１において圧縮機１の吐出圧力ＰｄからエンタルピＨｓｌを算出し、処理をＳ１０２に進める。吐出圧力ＰｄとエンタルピＨｓｌとの対応関係ｍ１（Ｈｓｌ＝ｍ１（Ｐｄ））は、予め記憶部１１に保存されている。

制御装置１０は、Ｓ１０２において吸入圧力ＰｓおよびエンタルピＨｓｌから基準温度Ｔｒを算出し、処理をＳ１０３に進める。吸入圧力Ｐｓ、エンタルピＨｓｌ、および基準温度Ｔｒの対応関係ｍ２（Ｔｒ＝ｍ２（Ｐｓ，Ｈｓｌ））は、予め記憶部１１に保存されている。制御装置１０は、Ｓ１０３において温度Ｔ１と基準温度Ｔｒとの差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１－Ｔｒ）を算出して、処理をＳ１０４に進める。

制御装置１０は、Ｓ１０４において差ΔＴがしきい値α（第１しきい値）よりも大きいか否かを判定する。差ΔＴがしきい値αよりも大きい場合（Ｓ１０４においてＹＥＳ）、制御装置１０は、Ｓ１０５において駆動周波数ｆｃを一定量上昇させて処理をメインルーチンに返す。駆動周波数ｆｃの上昇により、蒸発器５を単位時間に通過する非共沸混合冷媒の量が増加する。その結果、蒸発器５における熱交換量が増加し、蒸発温度が低下する。差ΔＴがしきい値α以下である場合（Ｓ１０４においてＮＯ）、制御装置１０は、処理をＳ１０６に進める。

制御装置１０は、Ｓ１０６において差ΔＴがしきい値β（第２しきい値）よりも小さいか否かを判定する。しきい値βはしきい値αよりも小さい。差ΔＴがしきい値βよりも小さい場合（Ｓ１０６においてＹＥＳ）、制御装置１０は、Ｓ１０７において駆動周波数ｆｃを一定量低下させて処理をメインルーチンに返す。駆動周波数ｆｃの低下により、蒸発器５を単位時間に通過する非共沸混合冷媒の量が減少する。その結果、蒸発器５における熱交換量が減少し、蒸発温度が上昇する。差ΔＴがしきい値β以上である場合（Ｓ１０６においてＮＯ）、制御装置１０は、処理をメインルーチンに返す。

差ΔＴがしきい値β以上、かつしきい値α以下である場合、駆動周波数ｆｃは補正されず、安定する。しきい値α，βは、シミュレーションあるいは実機実験によって適宜決定することができる。しきい値α，βは、記憶部１１に予め保存されている。

図４に示される処理において、非共沸混合冷媒に関する対応関係ｍ１，ｍ２は予め得られている情報であるため、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、差ΔＴの算出が可能である。図４に示される処理によれば、差ΔＴを用いて循環組成比の変化を冷凍サイクル装置１００の制御に反映することができる。その結果、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置１００の性能低下を抑制することができる。

図５は、蒸発器５の流入ポートから流出ポートの間の位置に応じた非共沸混合冷媒の温度、および当該位置の非共沸混合冷媒と熱交換する空気の温度を併せて示す図である。図５において、曲線Ａ１は、空気の温度変化を表す。曲線Ｒ０は、循環組成比が初期値である場合の温度変化を表す。曲線Ｒ１は、循環組成比が変化しても駆動周波数ｆｃを補正しない（図４に示される処理を行なわない）場合の温度変化を表す。曲線Ｒ２は、非共沸混合冷媒の組成比の変化に応じて駆動周波数ｆｃを補正する（図４に示される処理を行なう）場合の温度変化を表す。

図５に示されるように、循環組成比が変化しても駆動周波数ｆｃを補正しない場合（曲線Ｒ１）の蒸発器５内の非共沸混合冷媒の温度は、循環組成比が初期値である場合（曲線Ｒ０）の蒸発器５内の非共沸混合冷媒の温度よりも高い。循環組成比が変化しても駆動周波数ｆｃを補正しない場合、蒸発温度が目標蒸発温度から乖離して空気との温度差が想定よりも小さくなるため、冷凍サイクル装置１００の冷却能力が所望の冷却能力よりも低下する。

一方、非共沸混合冷媒の組成比の変化に応じて駆動周波数を補正する場合（曲線Ｒ２）の蒸発器５内の非共沸混合冷媒の温度は、非共沸混合冷媒の組成比が初期値から変化しない場合（曲線Ｒ０）の蒸発器５内の非共沸混合冷媒の温度とほぼ同程度である。蒸発温度を目標蒸発温度に近づけることができるため、循環組成比の変化による冷凍サイクル装置１００の冷却能力の低下を抑制することができる。

なお、図４においては、駆動周波数ｆｃを補正することにより、循環組成比の変化を冷凍サイクル装置１００の制御に反映させる場合について説明した。差ΔＴに応じて駆動周波数ｆｃが結果的に補正されれば、どのような補正処理でもよく、たとえば、差ΔＴに応じて特定パラメータの制御目標値を補正することにより、当該制御目標値を実現するために必要な駆動周波数として算出された値に駆動周波数ｆｃが補正されるようにしてもよい。

実施の形態１の変形例１．
図４においては、駆動周波数ｆｃを一定量ずつ上昇あるいは低下させる場合について説明した。駆動周波数ｆｃの補正の方法は、蒸発温度を所望の温度に近づけられればどのような方法でもよく、たとえば、駆動周波数ｆｃの補正量を差ΔＴに比例させてもよい。

図６は、レシーバ３内のガス冷媒量と温度センサ１０１によって検出される温度Ｔ１との関係（曲線Ｅ１）、およびレシーバ３内のガス冷媒量と吸入圧力Ｐｓにおける飽和液および飽和蒸気の平均温度との関係（曲線Ｅ２）を併せて示す図である。吸入圧力Ｐｓにおける飽和液および飽和蒸気の平均温度は、図３における状態Ｃ５の温度、および状態Ｃ６の温度の平均値である。当該平均値と蒸発温度との間には相関関係があるため、冷凍サイクル装置１００においては、当該平均値を制御することにより、蒸発温度を制御する。

図６に示されるように、レシーバ３内のガス冷媒量の増加に応じて、温度Ｔ１および平均温度は同様の態様で増加する。温度Ｔ１の変化量と平均温度の変化量との関係は比例関係として近似することができる。そこで、実施の形態１の変形例１においては、駆動周波数ｆｃの初期値ｆ０からの補正量を差ΔＴに比例させる。

図７は、実施の形態１の変形例１に係る冷凍サイクル装置の制御装置によって行なわれる駆動周波数ｆｃの補正処理の流れを示すフローチャートである。図７に示されるＳ１０１～Ｓ１０３の処理は、図４に示されるＳ１０１～Ｓ１０３と同様である。

図７に示されるように、制御装置は、Ｓ１０１～Ｓ１０３を行なって差ΔＴを算出した後、処理をＳ１１４に進める。制御装置は、Ｓ１１４において、差ΔＴに比例定数κを乗じた補正量を算出し、当該補正量を初期値ｆ０に加えて駆動周波数ｆｃを更新した後、処理を不図示のメインルーチンに返す。比例定数κは、シミュレーションあるいは実機実験によって適宜決定することができる。図７に示される処理によっても、非共沸混合冷媒の組成比の変化による冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。

実施の形態１の変形例２．
実施の形態１においては、温度センサ１０１がキャピラリチューブ４２から流出する非共沸混合冷媒の温度を検出する場合について説明した。温度センサ１０１が検出する温度Ｔ１は、減圧部４から流出する非共沸混合冷媒の温度であればよい。温度Ｔ１は、たとえば図８に示される実施の形態１の変形例２に係る冷凍サイクル装置１００Ａのように、膨張弁４１から流出する非共沸混合冷媒の温度でもよい。膨張弁４１から流出する非共沸混合冷媒の温度を検出することにより、冷凍サイクル装置１００Ａのようにレシーバ３と圧縮機１との間にキャピラリチューブのような減圧装置がない構成においても、循環組成比の変化を冷凍サイクル装置の制御に反映させることができる。その結果、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。

実施の形態１の変形例３．
温度センサ１０１が故障した場合、温度Ｔ１が実際の非共沸混合冷媒の温度から乖離する。温度センサ１０１が故障した状態で図４に示される処理を行なうと、冷凍サイクル装置１００の運転が不安定になり得る。そこで、図９に示される処理のように、温度Ｔ１がしきい値γ（第３しきい値）よりも大きい場合（Ｓ１１１においてＮＯ）、温度センサ１０１が故障しているとして、駆動周波数ｆｃを一定割合（たとえば１０％）だけ上昇させる（Ｓ１１２）ようにしてもよい。このような処理を行なうことにより、温度センサ１０１が故障している場合でも凝縮器２および蒸発器５における熱交換量の低下を防止することができるため、冷凍サイクル装置１００の能力が不足することを防止することができる。

以上、実施の形態１、および変形例１～３に係る冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。

実施の形態２．
冷凍サイクル装置が正常である場合、循環組成比は、非共沸混合冷媒が循環を繰り返す過程で或る一定の値で安定することが多い。そのため、実施の形態１で説明したような補正処理により、循環組成比の変化を冷凍サイクル装置の制御に反映させた場合、圧縮機の運転が安定する駆動周波数、および特定パラメータの制御目標値は、２回目以降の冷凍サイクル装置の運転においては、初回の運転の場合とほぼ同じになることが多い。そこで、実施の形態２においては、冷凍サイクル装置の停止時に特定パラメータの制御目標値の補正量を制御装置の記憶部に保存する。圧縮機の運転が２回目以降である場合には、特定パラメータが、制御目標値の初期値に記憶部に保存された補正量が加えられた値となるように圧縮機の駆動周波数を制御する。その結果、制御目標値の補正に要する時間を短縮するため、冷凍サイクル装置の運転が安定するまでに要する時間を短縮することができる。

図１０は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転開始時に行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示される処理は、不図示のメインルーチンによって呼び出される。図１０に示されるように、制御装置は、Ｓ２０１において今回の冷凍サイクル装置の運転が初回か否かを判定する。今回の冷凍サイクル装置の運転が初回である場合（Ｓ２０１においてＹＥＳ）、制御装置は、Ｓ２０２において初期値を制御目標値に設定して処理をメインルーチンに返す。今回の冷凍サイクル装置の運転が２回目以降である場合（Ｓ２０１においてＮＯ）、制御装置は、Ｓ２０３において、記憶部に保存されている補正量を初期値に加えた値を制御目標値に設定して処理をメインルーチンに返す。

以上、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。また、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置によれば、圧縮機の駆動周波数が安定するまでの時間を短縮することができる。

実施の形態３．
循環組成比は、冷媒漏洩によっても変化する。そこで、実施の形態３においては、冷媒漏洩の発生を表示装置に表示する構成について説明する。

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。冷凍サイクル装置３００の構成は、図１に示される冷凍サイクル装置１００の構成に表示装置３０１が加えられるとともに、制御装置１０が制御装置３０に置き換えられている。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。

スローリーク等の冷媒漏洩が生じると、冷媒漏洩が生じている間、冷凍サイクル装置３００を循環組成比が変化し続ける。そのため、冷媒漏洩が生じている状態で駆動周波数ｆｃの補正処理を行なうと、駆動周波数ｆｃがいつまでも安定せず、上昇し続ける可能性がある。

圧縮機１の故障を防止するため、圧縮機１の駆動周波数ｆｃには、通常、上限値が設定されている。冷媒漏洩による熱交換量の不足を補うために、圧縮機１の駆動周波数ｆｃを当該上限値以上に補正する必要が生じると、所望の能力を実現することができず、能力不足の状態で冷凍サイクル装置を運転し続けることになる。

そこで、冷凍サイクル装置３００においては、圧縮機１の駆動周波数ｆｃが、基準周波数を超えた場合に、冷凍サイクル装置３００を循環する非共沸混合冷媒が不足していると判定し、表示装置３０１に非共沸混合冷媒が不足していることを表示する。ユーザは、非共沸混合冷媒の不足を表示装置３０１を介して知ることができるため、冷凍サイクル装置３００が能力不足となる前に非共沸混合冷媒の追加、あるいは入れ替え等の対策を講じることができる。

図１２は、図１１の制御装置３０によって行なわれる冷媒不足の報知処理の流れを示すフローチャートである。図１２に示される処理は、不図示のメインルーチンによって定期的に呼び出される。図１２に示されるように、制御装置３０は、Ｓ３０１において駆動周波数ｆｃが基準周波数νよりも大きいか否かを判定する。駆動周波数ｆｃが基準周波数νよりも大きい場合（Ｓ３０１においてＹＥＳ）、制御装置３０は、Ｓ３０２において冷媒不足を表示装置３０１に表示して処理をメインルーチンに返す。駆動周波数ｆｃが基準周波数ν以下である場合（Ｓ３０１においてＮＯ）、制御装置３０は、処理をメインルーチンに返す。なお、基準周波数νは、圧縮機１の駆動周波数の上限値よりも小さい値であり、シミュレーションあるいは実機実験によって適宜決定される。実施の形態４において説明する図１４においても同様である。

以上、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。また、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置によれば、ユーザは、冷凍サイクル装置が能力不足となる前に冷媒不足を知ることができる。

実施の形態４．
実施の形態３においては、冷凍サイクル装置が備える表示装置に非共沸混合冷媒が不足していることが表示される場合について説明した。実施の形態４においては、冷凍サイクル装置が通信装置を備え、非共沸混合冷媒の不足が当該通信装置によって外部の表示装置に送信される場合について説明する。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置によれば、ユーザは、常時冷凍サイクル装置の近くにいて冷媒不足の発生を監視している必要はない。ユーザは、遠隔地にいる保守管理者からの連絡を受けることにより、冷凍サイクル装置が能力不足となる前に冷媒不足を知ることができる。

図１３は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００の構成を示す図である。冷凍サイクル装置４００の構成は、図１に示される冷凍サイクル装置１００の構成に通信装置４０１が加えられるとともに、制御装置１０が制御装置４０に置き換えられている。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。通信装置４０１は、たとえばインターネットを介して外部の表示装置９０１に接続されている。

図１４は、図１３の制御装置４０によって行なわれる冷媒不足の報知処理の流れを示すフローチャートである。図１４に示される処理は、不図示のメインルーチンによって定期的に呼び出される。図１４に示されるように、制御装置４０は、Ｓ４０１において駆動周波数ｆｃが基準周波数νよりも大きいか否かを判定する。駆動周波数ｆｃが基準周波数νよりも大きい場合（Ｓ４０１においてＹＥＳ）、制御装置４０は、Ｓ４０２において、冷媒不足を通信装置４０１を介して外部の表示装置９０１に送信し、処理をメインルーチンに返す。駆動周波数ｆｃが基準周波数ν以下である場合（Ｓ４０１においてＮＯ）、制御装置４０は、処理をメインルーチンに返す。

以上、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。また、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置を循環する非共沸混合冷媒が不足していることを遠隔地において知ることができる。

実施の形態５．
非共沸混合冷媒が冷凍サイクル装置から漏洩した場合、冷凍サイクル装置に所望の性能を発揮させるためには、非共沸混合冷媒の不足を解消する必要がある。非共沸混合冷媒の不足を解消する方法としては、非共沸混合冷媒を追加して不足量を補う方法（追加チャージ）、および冷凍サイクル装置に残存する非共沸混合冷媒を冷凍サイクル装置の仕様上定められた量で入れ替える方法（再チャージ）を挙げることができる。

非共沸混合冷媒の漏洩が継続すると、循環組成比の変化量が増加する。当該変化量によっては非共沸混合冷媒を追加チャージしても、冷凍サイクル装置に所望の性能を回復させるためには、圧縮機の駆動周波数を上限値よりも大きくする必要が生じ得る。このような場合は、再チャージを行なう必要がある。そこで、実施の形態５においては、追加チャージが可能か否かを判定する構成について説明する。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置によれば、ユーザは、追加チャージ、あるいは再チャージのいずれを行なうべきか知ることができるため、冷媒不足に対して適切な対策を講じることができる。

実施の形態５に係る冷凍サイクル装置においては、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置と同様に、冷凍サイクル装置の停止時に特定パラメータの制御目標値の補正量が制御装置の記憶部に保存される。また、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置においては、実施の形態３または４に係る冷凍サイクル装置と同様に、表示装置に冷媒不足であることが表示される。

図１５は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の制御装置によって行なわれる、追加チャージが可能か否かの判定処理の流れを示すフローチャートである。図１５に示される処理は、不図示のメインルーチンによって呼び出される。

図１５に示されるように、制御装置は、Ｓ５０１において初期冷媒量および記憶部に保存されている制御目標値の補正量から、非共沸混合冷媒の不足量を算出し、処理をＳ５０２に進める。制御装置は、Ｓ５０２において、非共沸混合冷媒の不足量を冷凍サイクル装置に追加した場合の予測補正量を算出し、処理をＳ５０３に進める。制御装置は、Ｓ５０３において予測補正量が基準補正量δよりも小さいか否かを判定する。基準補正量δは、圧縮機の駆動周波数ｆｃの上限値に基づいて算出された値であり、予め記憶部に保存されている。

予測補正量が基準補正量δよりも小さい場合（Ｓ５０３においてＹＥＳ）、制御装置は、Ｓ５０４において、追加チャージが可能であることを表示装置に表示し、処理をメインルーチンに返す。予測補正量が基準補正量δ以上である場合（Ｓ５０３においてＮＯ）、制御装置は、Ｓ５０５において、再チャージが必要であることを表示装置に表示し、処理をメインルーチンに返す。

以上、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。また、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置によれば、ユーザは、冷媒不足に対して適切な対策を講じることができる。

実施の形態６．
実施の形態１においては、冷媒容器から流出した冷媒を第２減圧装置を介して圧縮機に戻す構成について説明した。実施の形態６においては、過冷却度を確保するために、冷媒容器から流出した非共沸混合冷媒と第２減圧装置から流出した非共沸混合冷媒との間で熱交換が行なわれる構成について説明する。実施の形態６に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

図１６は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００の構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置６００の構成は、図１に示される冷凍サイクル装置１００の構成に内部熱交換器７（第３熱交換器）、温度センサ１０４、および圧力センサ１０５が追加されているとともに、圧縮機１、キャピラリチューブ４２、および制御装置１０が、圧縮機１Ｂ、膨張弁４２Ｂ（第２減圧装置）、および制御装置６０にそれぞれ置き換えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。

図１６に示されるように、圧縮機１Ｂは、圧縮機構に連通するインジェクションポートを有する。内部熱交換器７は、レシーバ３と膨張弁４１との間に接続されている。膨張弁４２Ｂから流出した非共沸混合冷媒は、内部熱交換器７を通過した後、圧縮機１Ｂのインジェクションポートに吸入される。内部熱交換器７において、レシーバ３から流出した非共沸混合冷媒が膨張弁４２Ｂから流出した非共沸混合冷媒によって冷却される。

温度センサ１０１は、膨張弁４２Ｂと内部熱交換器７との間を流れる非共沸混合冷媒の温度Ｔ１を検出する。温度センサ１０４は、内部熱交換器７と膨張弁４１との間を流れる非共沸混合冷媒の温度Ｔ２を検出する。圧力センサ１０２は、蒸発器５と圧縮機１Ｂとの間を流れる非共沸混合冷媒の圧力Ｐｓを検出する。圧力センサ１０３は、圧縮機１Ｂから吐出される非共沸混合冷媒の圧力Ｐｄを検出する。圧力センサ１０５は、膨張弁４２Ｂと内部熱交換器７との間を流れる非共沸混合冷媒の圧力Ｐｉｎｊ（特定圧力）を検出する。

制御装置６０は、圧縮機１Ｂの駆動周波数ｆｃを制御することにより、圧縮機１Ｂが単位時間当たりに吐出する非共沸混合冷媒の量を制御する。制御装置６０は、温度センサ１０１，１０４、および圧力センサ１０２，１０３，１０５から温度Ｔ１，Ｔ２、圧力Ｐｓ，Ｐｄ，Ｐｉｎｊをそれぞれ受ける。制御装置６０は、記憶部６１を含む。記憶部６１には、たとえば非共沸混合冷媒の物性値、および特定パラメータの制御目標値が予め保存されている。

図１７は、非共沸混合冷媒の圧力、エンタルピ、および温度の関係を示すモリエル線図である。図１７に示されるように、状態Ｃ６１から、Ｃ６２およびＣ６３を経由してＣ６４に至る過程は、圧縮機１Ｂによる断熱圧縮過程を表す。状態Ｃ６１からＣ６２への過程は、吸入ポートとインジェクションポートとの間における断熱圧縮過程を表す。状態Ｃ６３からＣ６４への過程は、インジェクションポートと吐出ポートとの間における断熱圧縮過程を表す。状態Ｃ６２のエンタルピよりも低いエンタルピを有する非共沸混合冷媒が内部熱交換器７からインジェクションポートに流入することにより、非共沸混合冷媒の状態は、状態Ｃ６２から状態Ｃ６３に変化する。

状態Ｃ６４からＣ６５への過程は、凝縮器２による凝縮過程を表す。状態Ｃ６５からＣ６６への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程を表す。当該熱交換過程において過冷却度が確保される。状態Ｃ６６からＣ６８への過程は膨張弁４１による減圧過程を表す。状態Ｃ６８からＣ６１への過程は、蒸発器５による蒸発過程を表す。状態Ｃ６６からＣ６７への過程は、膨張弁４２Ｂによる減圧過程を表す。状態Ｃ６７からＣ６９への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程を表す。状態Ｃ６９の非共沸混合冷媒が圧縮機１Ｂのインジェクションポートに流入する。

図１８は、図１６の制御装置６０によって行なわれる駆動周波数ｆｃの補正処理の流れを示すフローチャートである。図１８に示されるフローチャートは、図４に示されるフローチャートのＳ１０１がＳ６０１に置き換えられたフローチャートである。それ以外の処理は同様である。

図１８に示されるように、制御装置６０は、Ｓ６０１において、圧縮機１Ｂの吐出圧力Ｐｄおよび温度Ｔ２からエンタルピＨｓｌを算出し、処理をＳ１０２に進める。吐出圧力Ｐｄ、温度Ｔ２、およびエンタルピＨｓｌの対応関係ｍ３（Ｈｓｌ＝ｍ３（Ｐｄ，Ｔ２））は、予め記憶部６１に保存されている。制御装置６０は、Ｓ１０２～Ｓ１０７を行ない、駆動周波数ｆｃを補正し、処理をメインルーチンに返す。

以上、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置によれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒の数によらず、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。また、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。

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。

１，１Ｂ 圧縮機、２ 凝縮器、３ レシーバ、４ 減圧部、５ 蒸発器、７ 内部熱交換器、１０，３０，４０，６０ 制御装置、１１，６１ 記憶部、４１，４２Ｂ 膨張弁、４２ キャピラリチューブ、１００，１００Ａ，３００，４００，６００ 冷凍サイクル装置、１０１，１０４ 温度センサ、１０２，１０３，１０５ 圧力センサ、３０１，９０１ 表示装置、４０１ 通信装置。

Claims (12)

1. 非共沸混合冷媒が循環する冷凍サイクル装置であって、
   圧縮機と、
   第１熱交換器と、
   冷媒容器と、
   減圧部と、
   第２熱交換器とを備え、
   前記非共沸混合冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記冷媒容器、前記減圧部、および前記第２熱交換器の順に循環し、
   第１の場合の前記圧縮機の駆動周波数は、第２の場合の前記圧縮機の駆動周波数よりも大きく、
   前記第１の場合において、特定圧力における前記非共沸混合冷媒の第１温度と基準温度との差が第１しきい値よりも大きく、
   前記第２の場合において、前記差が前記第１しきい値よりも小さく、
   前記特定圧力は、前記減圧部から流出する前記非共沸混合冷媒の圧力であり、
   前記基準温度は、前記冷媒容器内の気体の前記非共沸混合冷媒の量が０である場合の、前記減圧部に流入する液体の前記非共沸混合冷媒のエンタルピおよび前記特定圧力に対応する、前記非共沸混合冷媒の温度である、冷凍サイクル装置。
2. 前記減圧部は、第１減圧装置および第２減圧装置を含み、
   前記非共沸混合冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記冷媒容器、前記第１減圧装置、および前記第２熱交換器の順に循環するとともに、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記冷媒容器、および前記第２減圧装置の順に循環し、
   前記特定圧力は、前記第２減圧装置から流出する前記非共沸混合冷媒の圧力である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 第３熱交換器をさらに備え、
   前記非共沸混合冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記冷媒容器、前記第３熱交換器、前記第１減圧装置、および前記第２熱交換器の順に循環するとともに、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記冷媒容器、前記第３熱交換器、前記第２減圧装置、および前記第３熱交換器の順に循環する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第１温度は、前記第２減圧装置から流出する前記非共沸混合冷媒の温度である、請求項２または３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記差が第２しきい値よりも小さい場合の前記圧縮機の駆動周波数は、前記差が前記第２しきい値よりも大きい場合の前記圧縮機の駆動周波数よりも小さく、
   前記第２しきい値は、前記第１しきい値よりも小さい、請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機を制御する制御装置と、
   表示装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧縮機の駆動周波数が基準周波数を超えた場合、前記非共沸混合冷媒が不足していることを前記表示装置に表示する、請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記圧縮機を制御する制御装置と、
   通信装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧縮機の駆動周波数が基準周波数を超えた場合、前記非共沸混合冷媒が不足していることを前記通信装置を介して外部の表示装置に通信する、請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記圧縮機を制御して、蒸発温度を制御目標値に近づける制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記冷凍サイクル装置の初回の運転の開始時において、前記蒸発温度の制御目標値に初期値を設定し、
   前記差に応じて前記蒸発温度の制御目標値を補正し、前記冷凍サイクル装置の運転の停止時に、前記制御目標値の補正量を保存し、
   前記冷凍サイクル装置の２回目以降の運転の開始時において、前記蒸発温度の制御目標値を前記初期値に前記補正量を加えた値に設定する、請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記制御装置は、
   前記非共沸混合冷媒の初期冷媒量および保存された前記補正量から前記非共沸混合冷媒の不足量を算出し、
   前記不足量が前記冷凍サイクル装置に追加された場合の、前記制御目標値の予測補正量を算出し、
   前記予測補正量が基準補正量よりも小さい場合、前記不足量と同量の前記非共沸混合冷媒を追加することが可能であることを報知し、
   前記予測補正量が前記基準補正量よりも大きい場合、前記冷凍サイクル装置内の前記非共沸混合冷媒を前記冷凍サイクル装置の仕様上定められた量の前記非共沸混合冷媒で入れ替える必要があることを報知する、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記第１温度を測定して前記制御装置に出力する温度センサをさらに備え、
    前記温度センサが故障している場合、前記温度センサが出力する温度は第３しきい値よりも大きく、
    前記第１温度が前記第３しきい値よりも大きい場合の前記圧縮機の駆動周波数は、前記第１温度が前記第３しきい値よりも小さい場合の前記圧縮機の駆動周波数よりも大きい、請求項６～９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記非共沸混合冷媒は、二酸化炭素を含み、
    前記非共沸混合冷媒に占める前記二酸化炭素の割合は、５０重量パーセント以下である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記非共沸混合冷媒は、Ｒ４６３Ａを含む、請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。

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