(57)【要約】  本発明に係る冷凍サイクル装置（１００）においては、冷媒が、圧縮機（１）、凝縮器（２）、第１膨張弁（４）、および蒸発器（５）の順に循環する。冷凍サイクル装置（１００）は、第１バイパス流路（１１）を備える。第１バイパス流路（１１）は、圧縮機（１）と凝縮器（２）とを接続する第１流路から分岐して、第２弁（７）を介して、凝縮器（２）と第１膨張弁（４）とを接続する第２流路、および蒸発器（５）と圧縮機（１）とを接続する第３流路のいずれかに接続される。第２弁（７）の開度は、蒸発器（５）における蒸発温度が第１基準値未満の場合の方が、蒸発温度が第１基準値より大きい場合より大きい。
2017098655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する第１流路から分岐して、第２弁を介して、前記凝縮器と前記第１膨張弁とを接続する第２流路、および前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第３流路のいずれかに接続される第１バイパス流路を備え、
前記第２弁の開度は、前記蒸発器における蒸発温度が第１基準値未満の場合の方が、前記蒸発温度が前記第１基準値より大きい場合より大きい、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記凝縮器に接続される前記第２流路の第１部分と前記第１膨張弁に接続される前記第２流路の第２部分との間に設けられ、入口が前記第１部分に接続されるとともに出口が前記第２部分に接続される第１内部流路と、第２内部流路とを含み、前記第１内部流路を通過する前記冷媒と前記第２内部流路を通過する前記冷媒との間で熱を交換するように構成される内部熱交換器と、
前記第２部分から分岐して、第２膨張弁と前記第２内部流路とを介して、前記第３流路に接続される第２バイパス流路とをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第１バイパス流路は、前記第１部分に接続され、
前記第２膨張弁の開度は、前記第１膨張弁の入口における前記冷媒の過冷却度が第２基準値未満である場合の方が、前記過冷却度が前記第２基準値より大きい場合より大きい、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
第１弁が、前記第２バイパス流路および前記第２部分の接続点と前記第１膨張弁との間に設けられ、
受液器が前記第１弁と前記第１膨張弁との間に設けられ、
前記第１弁の開度は、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との比が第３基準値未満である場合の方が、前記比が前記第３基準値より大きい場合より小さい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
第１弁が前記第２バイパス流路および前記第２部分の接続点と前記第１膨張弁との間に設けられ、
受液器が前記第１弁と前記第１膨張弁との間に設けられ、
前記第１弁の開度は、前記凝縮器の凝縮圧力が第４基準値未満である場合の方が、前記凝縮圧力が前記第４基準値より大きい場合より小さい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第１流路および前記第２流路のいずれかから分岐して、第３弁、冷媒タンク、および第４弁を介して、前記第３流路、および前記第１膨張弁と前記蒸発器とを接続する第４流路のいずれかに接続される第３バイパス流路とをさらに備え、
前記第３弁の開度は、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との比が第５基準値未満である場合の方が、前記比が前記第５基準値より大きい場合より小さく、
前記第４弁の開度は、前記比が前記第５基準値未満である場合の方が、前記比が前記第５基準値より大きい場合より大きい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１流路および前記第２流路のいずれかから分岐して、第３弁、冷媒タンク、および第４弁を介して、前記第３流路、および前記第１膨張弁と前記蒸発器とを接続する第４流路のいずれかに接続される第３バイパス流路とをさらに備え、
前記第３弁の開度は、前記凝縮器の凝縮圧力が第６基準値未満である場合の方が、前記凝縮圧力が前記第６基準値より大きい場合より小さく、
前記第４弁の開度は、前記凝縮圧力が前記第６基準値未満である場合の方が、前記凝縮圧力が前記第６基準値より大きい場合より大きい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第１バイパス流路は、前記第３流路に接続され、
前記第２膨張弁の開度は、前記圧縮機の入口の過熱度が第７基準値より大きい場合の方が、前記過熱度が前記第７基準値未満の場合より大きい、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、能力を制御することができる冷凍サイクル装置が知られている。特開平０９−０５３８６１号公報（特許文献１）には、凝縮器に溜まる液冷媒量を制御することにより冷凍サイクル装置の能力を制御する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−０５３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大容量の室外熱交換器に対して複数の室内熱交換器を接続するようなマルチ型空気調和機において、室内熱交換器のうち１台のみを運転する場合のように、運転中の室内熱交換器の容量の合計が室外熱交換器の容量よりも非常に小さい場合、室外熱交換器によって交換される熱量と、室内熱交換器によって交換される熱量とが不均衡となる。冷房運転をする場合、凝縮器として機能する室外熱交換器が外気に放出した熱量が、蒸発器として機能する室内熱交換器が回収する熱量よりも多くなる。このような状態で冷凍サイクルが継続されると、室内熱交換器における蒸発圧力が低下する。その結果、蒸発温度が低下して室内熱交換器が凍結するおそれが高まる。【０００５】
また、外気の温度が低い状態で冷房運転を行なうと、室外熱交換器の凝縮圧力が低下する。凝縮圧力が低下したことに応じて室内熱交換器の蒸発圧力が低下する。その結果、蒸発温度が低下し、室内熱交換器が凍結するおそれが高まる。【０００６】
一般に、蒸発器が凍結すると、風路が閉塞してしまい、熱交換が不可能になって、その後の冷凍サイクルによる空調が不可能になり得る。また、水の凝固による体積膨張により配管が圧縮されて破壊した場合には、冷媒が大気に漏洩する。したがって、蒸発器の凍結を防止する必要がある。【０００７】
蒸発器の凍結の可能性が高まった場合に、冷凍サイクル装置を停止することによって蒸発器の蒸発温度の低下を抑制し、蒸発器の凍結を防止することができる。しかし、蒸発器の凍結のおそれが高まる度に冷凍サイクル装置が停止すると、冷凍サイクル装置が停止と再起動とを繰り返し、冷房運転が安定的に行なわれなくなってしまう。その結果、冷凍サイクル装置を再起動する度に余分のエネルギーが必要になるとともに、ユーザの快適性が損なわれるおそれがある。【０００８】
特開平０９−０５３８６１号公報（特許文献１）には、蒸発器の凍結を防止するように冷凍サイクル装置を制御する構成については開示されていない。【０００９】
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、冷凍サイクル装置が停止および再起動を繰り返すことを抑制しながら、蒸発器の凍結を防止することができる冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る冷凍サイクル装置においては、冷媒が、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器の順に循環する。冷凍サイクル装置は、第１バイパス流路を備える。第１バイパス流路は、圧縮機と凝縮器とを接続する第１流路から分岐して、第２弁を介して、凝縮器と第１膨張弁とを接続する第２流路、および蒸発器と圧縮機とを接続する第３流路のいずれかに接続される。第２弁の開度は、蒸発器における蒸発温度が第１基準値未満の場合の方が、蒸発温度が第１基準値より大きい場合より大きい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷凍サイクル装置を運転しながら蒸発温度の低下を抑制することにより、冷凍サイクル装置が停止および再起動を繰り返すことを抑制しながら蒸発器の凍結を防止することができる。その結果、冷房運転を安定的に継続することができ、省エネルギー性能およびユーザの快適性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】図１の冷凍サイクル装置によって行なわれる冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。
【図３】図１の制御装置によって冷房運転時に行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図５】図４の冷凍サイクル装置によって行なわれる冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。
【図６】冷房運転時に図４の制御装置によって行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図８】冷房運転時に図７の制御装置によって行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１０】図９の冷凍サイクル装置によって行なわれる冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。
【図１１】冷房運転時に図９の制御装置によって行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［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と、内部熱交換器３と、第１膨張弁４と、蒸発器５と、第２膨張弁６と、弁７と、循環流路１０と、第１バイパス流路１１と、第２バイパス流路１２と、制御装置２０とを備える。
【００１５】
循環流路１０は、圧縮機１、凝縮器２、内部熱交換器３、第１膨張弁４、および蒸発器５を配管でつなぎ、冷媒を循環させる。
【００１６】
圧縮機１は、制御装置２０からの駆動周波数に基づいて回転速度が制御され、ガス冷媒を圧縮して吐出する。
【００１７】
凝縮器２は、圧縮機１から吐出されたガス冷媒を凝縮して液冷媒を吐出する。
第１膨張弁４は、内部熱交換器３からの冷媒を膨張させて減圧する。第１膨張弁４は、開度が調節可能である。第１膨張弁４は、たとえば電子制御式膨張弁（ＬＥＶ：Linear Expansion Valve）である。
【００１８】
蒸発器５は、第１膨張弁４から吐出された液体の冷媒（液冷媒）を蒸発させて気体の冷媒（ガス冷媒）を吐出する。
【００１９】
第１バイパス流路１１は、圧縮機１から凝縮器２に至る循環流路１０の部分に位置する分岐点Ｂ１から分岐する。第１バイパス流路１１は、弁７を経由する。第１バイパス流路１１は、凝縮器２から内部熱交換器３に至る循環流路１０の部分に位置する合流点Ｊ１に合流する。
【００２０】
弁７は、開度を調節することにより冷媒の流量を調節可能なものであればどのような態様のものであってもよい。弁７は、たとえばＬＥＶのような膨張弁であってもよい。
【００２１】
内部熱交換器３は、合流点Ｊ１からの冷媒が通過する流路（高圧側流路３０１）と第２膨張弁６からの冷媒が通過する流路（低圧側流路３０２）とを含む。内部熱交換器３は、合流点Ｊ１からの冷媒の熱を第２膨張弁６からの冷媒に吸収させて、合流点Ｊ１からの冷媒を冷却する役割をもつ。内部熱交換器３は、たとえば二重管式熱交換器である。
【００２２】
第２膨張弁６は、冷媒を膨張させて減圧する。第２膨張弁６は、たとえばＬＥＶである。
【００２３】
第２バイパス流路１２は、内部熱交換器３から第１膨張弁４に至る循環流路１０の部分に位置する分岐点Ｂ２から分岐する。第２バイパス流路１２は、第２膨張弁６の次に内部熱交換器３を経由する。第２バイパス流路１２は、蒸発器５から圧縮機１に至る循環流路１０の部分に位置する合流点Ｊ２に合流する。
【００２４】
制御装置２０は、マイクロコンピュータ２０１と、駆動回路２０２，２０３と、圧力検出部２０４と、温度検出部２０５とを含む。マイクロコンピュータ２０１は、駆動回路２０２を制御することにより圧縮機１を駆動する。マイクロコンピュータ２０１は、駆動回路２０３を制御することにより、第２膨張弁６および弁７の開度を調節する。マイクロコンピュータ２０１は、圧力検出部２０４から圧縮機１の入口（低圧側）の圧力および圧縮機１の出口（高圧側）の圧力を取得する。圧力検出部２０４は、圧縮機１の入口に取り付けられた圧力センサ３１からの信号に基づいて低圧側の圧力を算出する。圧力検出部２０４は、圧縮機１の出口に取り付けられた圧力センサ３２からの信号に基づいて高圧側の圧力を算出する。
【００２５】
マイクロコンピュータ２０１は、高圧側の圧力および内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口の温度に基づいて、内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口の過冷却度を算出する。マイクロコンピュータ２０１は、低圧側の圧力および内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の温度に基づいて、内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の過熱度を算出する。
【００２６】
マイクロコンピュータ２０１は、温度検出部２０５から、内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口の温度、および内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の温度を取得する。温度検出部２０５は、内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口に取り付けられた温度センサ３３からの信号に基づいて、内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口の温度を算出する。温度検出部２０５は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口に取り付けられた温度センサ３４からの信号に基づいて、内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の温度を算出する。
【００２７】
制御装置２０は、さらにマイクロコンピュータ２０６と、駆動回路２０７と、温度検出部２０８とを含む。マイクロコンピュータ２０６は、駆動回路２０７を制御することにより第１膨張弁４の開度を調節する。マイクロコンピュータ２０６は、温度検出部２０８から蒸発器５の配管入口の温度および蒸発器５の配管出口の温度を取得する。温度検出部２０８は、蒸発器５の配管入口に取り付けられた温度センサ３５からの信号に基づいて蒸発器５の配管入口の温度を算出する。温度検出部２０８は、蒸発器５の配管出口に取り付けられた温度センサ３６からの信号に基づいて蒸発器５の配管出口の温度を算出する。
【００２８】
マイクロコンピュータ２０６は、マイクロコンピュータ２０１から高圧側の圧力と低圧側の圧力とを取得する。マイクロコンピュータ２０６は、低圧側の圧力および蒸発器５の配管出口の温度に基づいて、蒸発器５の配管出口の過熱度を算出する。マイクロコンピュータ２０６は、蒸発器５の配管出口の過熱度が目標値（たとえば過熱度１℃）に近づくように第１膨張弁４の開度を調節する（過熱度制御）。
【００２９】
冷媒は、冷凍サイクルにおいて液冷媒とガス冷媒との間で状態変化を繰り返しながら、熱の吸収と放出とを繰り返す。以下では図２を参照しながら、冷凍サイクルの各過程について説明する。
【００３０】
図２は、図１の冷凍サイクル装置１００によって行なわれる冷凍サイクルの圧力と比エンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図２において、点ＣＰは、冷媒の臨界点である。曲線ＳＬは、冷媒の飽和液線である。曲線ＳＶは、冷媒の飽和蒸気線である。点Ｓ１から、点Ｓ２、点Ｓ３、および点Ｓ４を経て点Ｓ１へ戻ってくるサイクルＣ０は、冷凍サイクル装置１００における通常時の冷凍サイクルを表す。点Ｓ１から点Ｓ２への状態変化は、圧縮機１による冷媒の圧縮の過程を表す。点Ｓ２から点Ｓ３への状態変化は、凝縮器２による冷媒の凝縮の過程を表す。点Ｓ３から点Ｓ４への状態変化は、第１膨張弁４による冷媒の減圧の過程を表す。点Ｓ４から点Ｓ１への状態変化は、蒸発器５による冷媒の蒸発の過程を表す。
【００３１】
圧縮機１の入口付近の冷媒は、低温かつ低圧のガス冷媒である。このガス冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮機１に圧縮されて高温かつ高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１による圧縮により、冷媒にエネルギーが加わる。その結果、冷媒の比エンタルピーが増加する。圧縮機１による冷媒の圧縮の過程は、図２において点Ｓ１から点Ｓ２への状態変化として表されている。点Ｓ２における比エンタルピーおよび圧力は、いずれも点Ｓ１における比エンタルピーおよび圧力よりも増加している。
【００３２】
圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、凝縮器２において高圧のまま凝縮されて液冷媒となる。ガス冷媒が凝縮して液冷媒となるときに、凝縮熱が外気に放出される。すなわち、冷媒が凝縮器２を通過すると冷媒の比エンタルピーが減少する。凝縮器２による冷媒の凝縮の過程は、図２おいて点Ｓ２から点Ｓ３への状態変化として表現されている。点Ｓ３における比エンタルピーは、点Ｓ２における比エンタルピーよりも減少している。点Ｓ３における圧力は、点Ｓ２における圧力はほとんど同じである。正確には、冷媒が凝縮器２を通過するときに圧力損失が生じる。この場合、凝縮器２の内部を冷媒が進んでいくにつれて、冷媒の圧力が少しずつ減少していく。したがって、点Ｓ３における圧力は、点Ｓ２における圧力よりも若干だけ減少している。
【００３３】
凝縮器２から吐出された液冷媒は、内部熱交換器３を通過し、第１膨張弁４において断熱膨張する。液冷媒は、第１膨張弁４によって減圧される。その結果、液冷媒は、一部がガス冷媒となり、湿り蒸気と呼ばれる状態になる。第１膨張弁４による冷媒の減圧の過程は、図２において点Ｓ３から点Ｓ４への状態変化として表されている。点Ｓ４における圧力は、点Ｓ３における圧力よりも減少している。第１膨張弁４による冷媒の減圧の過程は断熱膨張であるため、点Ｓ４における比エンタルピーと点Ｓ３における比エンタルピーはほとんど同じである。なお、通常時、第２膨張弁６は閉まっているため、内部熱交換器３による冷却は行なわれない。
【００３４】
第１膨張弁４から吐出された湿り蒸気のうちの液冷媒は、蒸発器５において低圧のまま蒸発して、低温および低圧のガス冷媒となって吐出される。液冷媒が蒸発してガス冷媒となるときに、蒸発熱が室内の空気から吸収される。すなわち、冷媒が蒸発器５を通過すると冷媒の比エンタルピーが増加する。蒸発器５における冷媒の蒸発の過程は、図２における点Ｓ４から点Ｓ１への状態変化として表されている。点Ｓ１における比エンタルピーは、点Ｓ４における比エンタルピーよりも増加している。点Ｓ１における圧力は、冷媒が蒸発器５を通過するときに生じる圧力損失により、点Ｓ４における圧力よりも若干だけ減少している。
【００３５】
蒸発器５から吐出された低温かつ低圧のガス冷媒は、再び圧縮機１に吸入され、上述した過程が繰り返される。
【００３６】
冷凍サイクル装置１００において冷房運転が行なわれている場合、状況によっては蒸発器５が凍結する場合がある。たとえば外気の温度が低い状態で、冷凍サイクル装置１００において冷房運転を行なうと、室外の凝縮器２の凝縮圧力が低下する。凝縮圧力が低下したことに応じて室内の蒸発器５の蒸発圧力が低下する。その結果、圧縮機１を下限周波数で運転させたとしても、蒸発温度が低下し続けてしまい、室内の蒸発器５が凍結する可能性が高まる。
【００３７】
一般に、蒸発器５が凍結すると、送風口または吸入口が閉塞してしまい、蒸発器５における熱交換が不可能になって、その後の冷房運転が不可能になり得る。また、水の凝固による体積膨張によって配管が圧縮されて破壊され、冷媒が大気に漏洩する。したがって、蒸発器の凍結を防止する必要がある。
【００３８】
圧縮機１を下限周波数で運転させたとしても蒸発器５の凍結の回避が困難である場合は、冷凍サイクル装置１００を停止することにより、蒸発器５の凍結を防止することができる。しかし、蒸発器５の凍結のおそれが高まる度に冷凍サイクル装置１００を停止すると、冷凍サイクル装置１００の運転が停止および再起動を繰り返し、冷房運転が安定的に行なわれなくなってしまう。その結果、冷凍サイクル装置１００を再起動する度に余分のエネルギーが必要になるとともに、ユーザの快適性が損なわれるおそれが生じる。
【００３９】
このような問題に鑑み、実施の形態１においては、第１バイパス流路１１を設けて凝縮器２に吸入される冷媒の量を減少させて、凝縮器２が外気へ放出する熱量（凝縮能力）を低下させる。このような構成により、冷凍サイクル装置１００の運転を継続しながら蒸発器５の蒸発温度の低下を抑制することができるため、冷凍サイクル装置１００を停止させることなく蒸発器５の凍結を防止することができる。その結果、冷房運転を安定的に継続することができ、省エネルギー性能およびユーザの快適性を確保することができる。
【００４０】
以下では、図２を参照しながら、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合に冷凍サイクル装置１００によって行なわれる冷凍サイクルについて説明する。蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合としては、たとえば蒸発器５の配管温度Ｔｅが１℃未満になった場合である。図２において、点Ｓ１１から、点Ｓ１２、点Ｓ１３Ａ、点Ｓ１３Ｂ、および点Ｓ１４を経て点Ｓ１１へ戻ってくるサイクルＣ１は、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合に冷凍サイクル装置１００によって行なわれる冷凍サイクルを表す。点Ｓ１１から点Ｓ１２への状態変化は、圧縮機１による冷媒の圧縮の過程を表す。点Ｓ１２から点Ｓ１３Ａへの状態変化は、凝縮器２による冷媒の凝縮の過程を表す。点Ｓ１３Ａから点Ｓ１３Ｂへの状態変化は、第１バイパス流路１１からの冷媒が凝縮器２からの冷媒に合流したことによって冷媒の比エンタルピーが増加する過程を表す。点Ｓ１３Ｂから点Ｓ１４への状態変化は、第１膨張弁４による冷媒の減圧の過程を表す。点Ｓ１４から点Ｓ１１への状態変化は、蒸発器５による冷媒の蒸発の過程を表す。
【００４１】
蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合、制御装置２０は弁７の開度を増加させて第２バイパス流路を通過する冷媒の量を増加させる。凝縮器２を通過する冷媒の量が減少する。その結果、凝縮器２における凝縮圧力は通常時よりも低下する。図２において、点Ｓ１２から点Ｓ１３Ａへの状態変化が点Ｓ２から点Ｓ３への状態変化よりも低圧側で行なわれることは、凝縮器２の凝縮圧力の低下を表している。
【００４２】
第１バイパス流路１１からの冷媒は、凝縮器２を通過していないため熱がほとんど放出されてない。そのため、第１バイパス流路１１からの冷媒が凝縮器２からの冷媒に合流することにより、合流点Ｊ１からの冷媒の比エンタルピーは通常時の場合よりも高くなる。図２において点Ｓ１３Ｂの比エンタルピーが点Ｓ３の比エンタルピーよりも高いことはこのことを表している。
【００４３】
第１バイパス流路１１からの冷媒は、ガス冷媒である。一方、凝縮器２からの冷媒は、液冷媒である。したがって、凝縮器２からの冷媒の過冷却度および第１バイパス流路１１からの冷媒量によっては合流点Ｊ１からの冷媒が気液二相状態の湿り蒸気となる可能性がある。湿り蒸気は液冷媒よりも平均密度が小さいため、湿り蒸気が第１膨張弁４を通過する流量は、液冷媒が第１膨張弁４を通過する流量よりも小さい。そのため、冷媒が湿り蒸気のままであると、冷媒が液冷媒である場合と比較して、第１膨張弁４を通過した後の冷媒の圧力（蒸発圧力）が低下してしまう。蒸発圧力の低下は、蒸発温度の低下を意味する。すなわち、第１バイパス流路１１からの冷媒を増やし過ぎてしまうと、かえって蒸発器５の凍結を促進してしまう可能性がある。
【００４４】
また、第１膨張弁４に吸入される冷媒が湿り蒸気であると、第１膨張弁４内の微小流路を湿り蒸気が通過するときに騒音が発生し、冷凍サイクル装置１００の品質上好ましくない。
【００４５】
そこで、実施の形態１においては、内部熱交換器３によって合流点Ｊ１からの冷媒を冷却し、合流点Ｊ１からの冷媒における気液二相状態を解消する。
【００４６】
合流点Ｊ１からの冷媒が気液二相状態である場合、図２において点Ｓ１３Ｂは曲線ＳＬ（飽和液線）を超えて、曲線ＳＬと曲線ＳＶ（飽和蒸気線）との間に位置することになる。そのような場合、内部熱交換器３による冷却により冷媒は液冷媒とされ、図２において点Ｓ１３Ｂは曲線ＳＬよりも比エンタルピーが低い側に戻される。
【００４７】
合流点Ｊ１からの冷媒の比エンタルピーは、上述したように、通常時の比エンタルピーよりも大きく、その結果、冷凍サイクルを継続するために蒸発器５において冷媒が室内の空気から吸収する必要のある熱量は小さくなる。冷媒が室内の空気から吸収する熱量は、蒸発器５の温度（蒸発温度）と室温との差（温度勾配）に比例する（フーリエの法則）。したがって、蒸発器５の吸熱量（蒸発能力）を小さくするためには、蒸発器５の蒸発温度を上げて、蒸発器５と室内との温度差を小さくする必要がある。制御装置２０は、第１膨張弁４の開度を調節して蒸発器５の蒸発圧力を上げることにより、蒸発器５の蒸発温度を上げる。図２において、点Ｓ１４から点Ｓ１１への状態変化が点Ｓ４から点Ｓ１への状態変化よりも高圧側で行なわれることは、蒸発器５の蒸発圧力の上昇を表している。
【００４８】
図３は、図１の制御装置２０によって冷房運転時に行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。図３に示される処理は、冷房運転のメインルーチン（不図示）によって一定時間間隔で呼び出される。
【００４９】
図３に示されるように、制御装置２０は、ステップＳ１０１（以下ではステップを単にＳと表す。）において、蒸発器５の配管温度Ｔｅが基準値（１℃）以上か否かを判定する。蒸発器５の複数個所を測定している場合、最低値を配管温度Ｔｅとして採用する。実施の形態１においては温度センサ３５，３６において検知された温度の低い方を採用する。配管温度Ｔｅが基準値以上である場合（Ｓ１０１にてＹＥＳ）、制御装置２０は、蒸発器５が凍結する可能性は低いとして処理をＳ１０２に進める。
【００５０】
制御装置２０は、Ｓ１０２において、内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口の過冷却度ＳＣが基準値（５℃）以上であるか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値以上である場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、制御装置２０は、内部熱交換器３によって合流点Ｊ１からの冷媒の気液二相状態が解消されたとして処理をＳ１０３に進める。過冷却度ＳＣが基準値未満である場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、制御装置２０は、合流点Ｊ１からの冷媒の気液二相状態が解消されていない可能性があるとして処理をＳ１１１に進める。
【００５１】
制御装置２０は、Ｓ１０３において、内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の過熱度ＳＨ１が基準値（１℃）以上であるか否かを判定する。過熱度ＳＨ１が基準値以上である場合（Ｓ１０３にてＹＥＳ）、制御装置２０は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２を流れる冷媒の流量が適切であるとして、処理をＳ１１６に進める。過熱度ＳＨ１が基準値未満である場合（Ｓ１０３にてＮＯ）、制御装置２０は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２に余分な冷媒が流れているとして、処理をＳ１１５に進める。制御装置２０は、Ｓ１１５において第２膨張弁６の開度を減少させて、処理をＳ１１６に進める。
【００５２】
制御装置２０は、Ｓ１１６において、処理を一定時間（たとえば１分）の間待つ。その後、処理を冷房運転のメインルーチンに返す。
【００５３】
配管温度Ｔｅが基準値未満である場合（Ｓ１０１にてＮＯ）、制御装置２０は、蒸発器５が凍結する可能性が高いとして処理をＳ１０４に進める。制御装置２０は、Ｓ１０４において弁７の開度を増加させて、処理をＳ１０５に進める。
【００５４】
制御装置２０は、Ｓ１０５において、内部熱交換器３の高圧側流路３０１の出口の過冷却度ＳＣが基準値（５℃）以上であるか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値以上である場合（Ｓ１０５にてＹＥＳ）、制御装置２０は、内部熱交換器３によって合流点Ｊ１からの冷媒の気液二相状態が解消されたとして処理をＳ１０３に進める。過冷却度ＳＣが基準値未満である場合（Ｓ１０５にてＮＯ）、制御装置２０は、合流点Ｊ１からの冷媒の気液二相状態が解消されていない可能性があるとして処理をＳ１０６に進める。
【００５５】
制御装置２０は、Ｓ１０６において、内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の過熱度ＳＨ１が基準値（１℃）以上であるか否かを判定する。過熱度ＳＨ１が基準値以上である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、制御装置２０は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２を流れる冷媒の流量を増加させることによりさらなる冷却が望めるとして、処理をＳ１０７に進める。制御装置２０は、Ｓ１０７において、第２膨張弁６の開度を増加させて処理をＳ１１６に進める。過熱度ＳＨ１が基準値未満である場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、制御装置２０は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２を流れる冷媒の流量を増加させてもさらなる冷却は望めず気液二相状態を解消できないとして、処理をステップ１０８に進める。
【００５６】
制御装置２０は、Ｓ１０８において、圧縮機１を停止させて、処理をＳ１０９に進める。Ｓ１０８において、制御装置２０は、第１膨張弁４を全閉としてもよい。この場合であっても、第２バイパス流路１２を通過することにより、冷媒は循環を継続することができる。あるいは、制御装置２０は、第１膨張弁４を全閉にするとともに、圧縮機１を停止させてもよい。
【００５７】
制御装置２０は、ステップ１０９において処理を一定時間（たとえば３分）の間待つ。その後、制御装置２０は、処理をＳ１１０に進める。制御装置２０は、Ｓ１１０において圧縮機１を再起動させて、処理をＳ１０１に戻す。
【００５８】
制御装置２０は、蒸発器５が凍結する可能性が低く（Ｓ１０１にてＹＥＳ）かつ合流点Ｊ１からの冷媒の気液二相状態が解消されていない可能性がある場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、Ｓ１１１において弁７の開度を増加させて処理をＳ１１２に進める。
【００５９】
制御装置２０は、Ｓ１１２において、内部熱交換器３の低圧側流路３０２の出口の過熱度ＳＨ１が基準値（１℃）以上であるか否かを判定する。過熱度ＳＨ１が基準値以上である場合（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、制御装置２０は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２を流れる冷媒の流量を増加させることによりさらなる冷却が望めるとして、処理をＳ１１３に進める。制御装置２０は、Ｓ１１３において、第２膨張弁６の開度を増加させて処理をＳ１１６に進める。過熱度ＳＨ１が基準値未満である場合（Ｓ１１２にてＮＯ）、制御装置２０は、内部熱交換器３の低圧側流路３０２を流れる冷媒の流量が過剰であるとして、処理をステップ１１４に進める。制御装置２０は、Ｓ１１４において、第２膨張弁６の開度を減少させて処理をＳ１１６に進める。
【００６０】
図３の説明において示された具体的な基準値および一定時間は一例である。基準値および一定時間は他の値であっても構わない。基準値および一定時間は、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。
【００６１】
以上、冷凍サイクル装置１００によれば、冷房運転を継続しながら蒸発温度の低下を抑制することにより、蒸発器５の凍結を防止することができる。その結果、冷房運転を安定的に継続することができ、省エネルギー性能およびユーザの快適性を確保することができる。
【００６２】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、蒸発器５の凍結を防止するために、圧縮機１から吐出された冷媒の一部を第１バイパス流路１１を通過させることによって凝縮器２の凝縮圧力を減少させて、蒸発器５の蒸発圧力を増加させる場合について説明した。すなわち、図３で示される処理を行なうと、凝縮圧力と蒸発圧力との比（圧縮比）が小さくなる。圧縮比が基準値よりも小さくなると、冷凍サイクル装置１００の気密性が悪化する。凝縮圧力と蒸発圧力との差によって気密性を維持しているものとしては、たとえば、圧縮機１内のスクロール（不図示）、あるいは逆止弁（不図示）を挙げることができる。冷凍サイクル装置１００の気密性が悪化すると、気密性が悪化した箇所から冷媒が漏れる可能性が高まる。冷媒が漏れると、冷凍サイクル装置１００の性能が落ち、故障の可能性が高まる。また、冷凍サイクル装置１００からの振動および騒音が大きくなって、ユーザの快適性が損なわれる可能性が高まる。
【００６３】
そこで、実施の形態２においては、循環流路を循環する冷媒の量を制御することにより、圧縮比が基準値より小さくなることを防止する構成について説明する。実施の形態２においては、圧縮比が基準値より小さくなることを防止しながら、蒸発器５の凍結を防止する処理を行なうことができる。
【００６４】
実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、循環流路を循環する冷媒の量を制御する構成を備える点である。これ以外の構成については同様であるため、説明を繰り返さない。
【００６５】
図４は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の構成図である。図４に示されるように、冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１と、凝縮器２と、内部熱交換器３と、第１膨張弁４と、蒸発器５と、第２膨張弁６と、弁７と、弁８と、受液器９と、循環流路１０Ｂと、第１バイパス流路１１と、第２バイパス流路１２と、制御装置２０Ｂとを備える。
【００６６】
循環流路１０Ｂは、圧縮機１、凝縮器２、内部熱交換器３、弁８、受液器９、第１膨張弁４、および蒸発器５を配管でつなぎ、冷媒を循環させる。
【００６７】
制御装置２０Ｂは、マイクロコンピュータ２０１Ｂと、駆動回路２０３Ｂとを含む。マイクロコンピュータ２０１Ｂは、駆動回路２０３Ｂを制御することにより、第２膨張弁６、弁７および弁８の開度を調節する。
【００６８】
弁８は、開度を調節することにより冷媒の流量を調節可能なものであればどのような態様のものであってもよい。弁８は、たとえばＬＥＶのような膨張弁であってもよい。
【００６９】
受液器９は、弁８からの液冷媒を一時的に溜める。制御装置２０Ｂによって弁８の開度が調節されると、受液器９に吸入される液冷媒の量が変化する。受液器９に吸入される液冷媒の量が、受液器９から吐出される液冷媒の量を上回ると、受液器９に一時的に溜められる液冷媒の量が増加する。逆に、受液器９に吸入される液冷媒の量が、受液器９から吐出される液冷媒の量を下回ると、受液器９に一時的に溜められる液冷媒の量が減少する。
【００７０】
実施の形態２においては、圧縮比が基準値未満である場合、制御装置２０Ｂは、弁８の開度を減少させて受液器９に吸入される冷媒の量を減少させる。圧縮機１に吸入される冷媒の量はほぼ一定であるとすると、受液器９から吐出される冷媒の量はほぼ一定である。したがって、弁８の開度を減少させると、受液器９に一時的に溜められる液冷媒の量が減少する。一方、弁８の開度を減少させたことによって凝縮器２から吐出される液冷媒の量が減少する。すなわち、凝縮器２内の液冷媒の量が増加する。
【００７１】
凝縮器２内の液冷媒の量が増加すると、ガス冷媒の熱交換可能な表面積（有効伝熱面積）が減少する。また、凝縮器２内の液冷媒の量が増加することにより、凝縮器２内のガス冷媒が圧縮されるため、凝縮器２におけるガス冷媒の凝縮圧力は増加する。凝縮圧力の上昇に伴い、凝縮温度も上昇する。凝縮器２の放熱量（凝縮能力）は、有効伝熱面積、および外気の温度と凝縮温度との差の積に比例する。凝縮温度が上昇すれば、外気の温度と凝縮温度との差は増加する。したがって、凝縮器２に溜まる液冷媒の量が増加しても、有効伝熱面積は減少するものの、外気の温度と凝縮温度との差が増加するので、凝縮器２の放熱量はほとんど変わらない。すなわち、凝縮器２に溜まる液冷媒の量を増加させることにより、凝縮器２の凝縮能力をほとんどかえずに、凝縮圧力を上昇させることができる。
【００７２】
また、凝縮器２の出口付近の液冷媒の温度は、外気の温度に近い温度となる。上記したように、凝縮器２に溜まる液冷媒の量が増加すると、外気の温度と凝縮温度との差は増加する。したがって、凝縮器２に溜まる液冷媒の量を増加させることにより、凝縮器２の出口付近の液冷媒の過冷却度を上昇させることができる。そのため、実施の形態２においては、実施の形態１よりも弁７の開度を増加させることにより、より多くのガス冷媒を凝縮器２からの液冷媒に合流させることができる。その結果、蒸発器５における蒸発圧力および蒸発温度をさらに上昇させることができる。
【００７３】
図５は、図４の冷凍サイクル装置２００によって行なわれる冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。図５において、点Ｓ２１から、点Ｓ２２、点Ｓ２３Ａ、点Ｓ２３Ｂ、および点Ｓ２４を経て点Ｓ２１へ戻ってくるサイクルＣ２は、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合に冷凍サイクル装置２００によって行なわれる冷凍サイクルを表す。図５は、図１にサイクルＣ２を追加した図である。サイクルＣ２における点Ｓ２１、点Ｓ２２、点Ｓ２３Ａ、点Ｓ２３Ｂ、および点Ｓ２４は、それぞれサイクルＣ１における点Ｓ１１、点Ｓ１２、点Ｓ１３Ａ、点Ｓ１３Ｂ、および点Ｓ１４に対応する。
【００７４】
図５に示されるように、点Ｓ２２から点Ｓ２３Ａへの状態変化（実施の形態２）は、点Ｓ１２から点Ｓ１３Ａへの状態変化（実施の形態１）より高圧側で行なわれる。これは、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合の冷凍サイクルにおいて、実施の形態１よりも実施の形態２の方が凝縮器２における凝縮圧力が高いことを表している。
【００７５】
点Ｓ２２から点Ｓ２３Ａへの状態変化（実施の形態２）の、曲線ＳＬよりも比エンタルピーが低い側の部分は、点Ｓ１２から点Ｓ１３Ａへの状態変化（実施の形態１）の曲線ＳＬよりも比エンタルピーが低い側の部分よりも長い。これは、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合の冷凍サイクルにおいて、凝縮器２から吐出された液冷媒の過冷却度が実施の形態２の方が実施の形態１よりも大きいことを表している。
【００７６】
点Ｓ２３Ｂ（実施の形態２）の比エンタルピーは、点Ｓ１３Ｂ（実施の形態１）の比エンタルピーよりも大きい。これは、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合の冷凍サイクルにおいて、実施の形態１よりも実施の形態２の方が多量のガス冷媒を凝縮器２からの液冷媒に合流させていることを意味している。
【００７７】
点Ｓ２４から点Ｓ２１への状態変化（実施の形態２）は、点Ｓ１４から点Ｓ１１への状態変化（実施の形態１）よりも高圧側で行なわれる。これは、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合の冷凍サイクルにおいて、実施の形態１よりも実施の形態２の方が蒸発器５における蒸発圧力が大きいことを意味している。
【００７８】
点Ｓ２２から点Ｓ２３Ａへの状態変化と点Ｓ２４から点Ｓ２１への状態変化との間隔（実施の形態２）は、点Ｓ１２から点Ｓ１３Ａへの状態変化と点Ｓ１４から点Ｓ１１への状態変化との間隔（実施の形態１）よりも大きい。これは、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合の冷凍サイクルにおいて、実施の形態１よりも実施の形態２の方が凝縮圧力と蒸発圧力との差が大きいことを意味している。
【００７９】
図６は、冷房運転時に図４の制御装置２０Ｂによって行なわれる処理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、冷房運転のメインルーチン（不図示）によって一定時間間隔で呼び出される。
【００８０】
図６に示されるように、実施の形態１と同様に第２膨張弁６および弁７の開度を調節した後（Ｓ１０１〜Ｓ１１５）、制御装置２０Ｂは、Ｓ２０１において、圧縮機１の出口（高圧側）の圧力Ｐｄと圧縮機１の入口（低圧側）の圧力Ｐｓとの比が基準値（たとえば１．４）以上であるか否かを判定する。圧力Ｐｄは凝縮圧力であり、圧力Ｐｓは蒸発圧力であるから、圧力Ｐｄと圧力Ｐｓと比は、凝縮圧力と蒸発圧力との比（圧縮比）といえる。圧縮比が基準値未満である場合（Ｓ２０１にてＮＯ）、制御装置２０Ｂは、処理をＳ２０２に進める。制御装置２０Ｂは、Ｓ２０２において、弁８の開度を減少させた後、処理をＳ１１６に進める。圧縮比が基準値以上である場合（Ｓ２０１にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｂは、処理をＳ２０３に進める。
【００８１】
制御装置２０Ｂは、Ｓ２０３において、圧力Ｐｄ（凝縮圧力）が基準値（たとえば４．０ＭＰａ）以下か否かを判定する。圧力Ｐｄが基準値以下である場合（Ｓ２０３にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｂは、凝縮圧力が適正な範囲内にあるとして、処理をＳ１１６に進める。圧力Ｐｄが基準値より大きい場合（Ｓ２０３にてＮＯ）、制御装置２０Ｂは、凝縮圧力が過剰であるとして、処理をＳ２０４に進める。制御装置２０Ｂは、Ｓ２０４において、弁８の開度を増加させて後、処理をＳ１１６に進める。制御装置２０Ｂは、Ｓ１１６において、一定時間（たとえば１分）待ち、処理を冷房運転のメインルーチンに返す。
【００８２】
以上、冷凍サイクル装置２００によれば、実施の形態１と同様に、冷房運転を継続しながら蒸発温度の低下を抑制することにより、蒸発器５の凍結を防止することができる。その結果、冷房運転を安定的に継続することができ、省エネルギー性能およびユーザの快適性を確保することができる。
【００８３】
また、冷凍サイクル装置２００によれば、圧縮比が基準値より小さくなることを防止しながら、蒸発器５の凍結を防止する処理を行なうことができる。すなわち、蒸発器５の凍結を防止する処理を行なっている間、凝縮圧力と蒸発圧力との差を適切な値に保ち、冷凍サイクル装置２００の気密性を維持することができる。その結果、たとえば冷媒の漏洩を防止し、冷凍サイクル装置２００の性能の低下および故障を防止することができる。また、冷媒の漏洩による振動および騒音の発生を防止することができ、ユーザの快適性を確保することができる。
【００８４】
さらに、冷凍サイクル装置２００によれば、実施の形態１よりもさらに蒸発温度を上昇させることができる。その結果、蒸発器５の凍結をより確実に防止することができる。
【００８５】
実施の形態２において、弁８および受液器９の配置は、図４に示された配置に限られないが、弁８を通過する冷媒は過冷却状態であることが望ましい。そのため、弁８および受液器９の配置は、内部熱交換器３によって冷却された液冷媒が弁８を通過することになる図４の配置が好ましい。
【００８６】
実施の形態２においては、Ｓ２０１において圧縮比が基準値以上か否かを判定する場合について説明した。Ｓ２０１において、たとえば蒸発器５の圧力（蒸発圧力）が基準値以上か否かを判定してもかまわない。
【００８７】
［実施の形態３］
実施の形態２においては、循環流路１０を循環する冷媒の量を制御する構成として、弁８と受液器９からなる構成について説明した。循環流路１０を循環する冷媒の量を制御する構成は、実施の形態２の構成に限られない。実施の形態３において、循環流路１０を循環する冷媒の量を制御する他の構成について説明する。
【００８８】
実施の形態３が実施の形態２と異なるのは、循環流路１０を循環する冷媒の量を制御する構成、および制御装置２０Ｃによる当該構成に対する制御である。これら以外の構成については同様であるため、説明を繰り返さない。
【００８９】
図７は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の構成図である。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と、内部熱交換器３と、第１膨張弁４と、蒸発器５と、第２膨張弁６と、弁７と、循環流路１０と、第１バイパス流路１１と、第２バイパス流路１２と、冷媒タンク４０と、弁４１，４２と、第３バイパス流路１３と、制御装置２０Ｃとを備える。
【００９０】
第３バイパス流路１３は、循環流路１０の、内部熱交換器３から第１膨張弁４に至る部分において、分岐点Ｂ２と第１膨張弁４との間に位置する分岐点Ｂ３から分岐する。分岐点Ｂ３は、循環流路１０の、圧縮機１から蒸発器５に至る部分（高圧側の部分）であれば、どこに配置されても構わない。第３バイパス流路１３は、弁４１、冷媒タンク４０、および弁４２の順に経由する。第３バイパス流路１３は、蒸発器５から圧縮機１に至る循環流路１０の部分において、蒸発器５と合流点Ｊ２との間に位置する合流点Ｊ３に合流する。合流点Ｊ３は、循環流路１０の、蒸発器５から圧縮機１に至る部分（低圧側の部分）であれば、どこに配置されても構わない。
【００９１】
制御装置２０Ｃは、マイクロコンピュータ２０１Ｃと、駆動回路２０３Ｃとを含む。マイクロコンピュータ２０１Ｃは、駆動回路２０３Ｃを制御することにより、第２膨張弁６、弁７の開度を調節するとともに、弁４１および弁４２を開閉させる。
【００９２】
制御装置２０Ｃは、弁４１および弁４２の開閉を制御することにより、冷媒タンク４０から循環流路１０へ放出する冷媒の量を調節する。図８は、冷房運転時に図７の制御装置２０Ｃによって行なわれる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、冷房運転のメインルーチン（不図示）によって一定時間間隔で呼び出される。
【００９３】
図８に示されるように、実施の形態１と同様に第２膨張弁６および弁７の開度を調節した後（Ｓ１０１〜１１５）、制御装置２０Ｃは、Ｓ２０１において、圧縮機１の出口（高圧側）の圧力Ｐｄと圧縮機１の入口（低圧側）の圧力Ｐｓとの比（圧縮比）が基準値（たとえば１．４）以上であるか否かを判定する。圧縮比が基準値未満である場合（Ｓ２０１にてＮＯ）、制御装置２０Ｃは、処理をＳ３０１に進める。制御装置２０Ｃは、Ｓ３０１において、弁４２を開いた後、処理をＳ２０３に進める。圧縮比が基準値以上である場合（Ｓ２０１にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｃは、処理をＳ３０２に進める。制御装置２０Ｃは、Ｓ３０２において弁４２を閉めた後、処理をＳ２０３に進める。
【００９４】
制御装置２０Ｃは、Ｓ２０３において、圧力Ｐｄ（凝縮圧力）が基準値（たとえば４．０ＭＰａ）以下か否かを判定する。圧力Ｐｄが基準値以下である場合（Ｓ２０３にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｃは、凝縮圧力が適正な範囲内にあるとして、処理をＳ３０３に進める。制御装置２０Ｃは、Ｓ３０３において弁４１を閉めた後、処理をＳ１１６に進める。圧力Ｐｄが基準値より大きい場合（Ｓ２０３にてＮＯ）、制御装置２０Ｃは、凝縮圧力が過剰であるとして、処理をＳ３０４に進める。制御装置２０Ｃは、Ｓ３０４において、弁４１を開いた後、処理をＳ１１６に進める。制御装置２０Ｃは、Ｓ１１６において、一定時間（たとえば１分）待ち、処理を冷房運転のメインルーチンに返す。
【００９５】
以上、冷凍サイクル装置３００によれば、実施の形態１と同様に、冷房運転を継続しながら蒸発温度の低下を抑制することにより、蒸発器５の凍結を防止することができる。その結果、冷房運転を安定的に継続することができ、省エネルギー性能およびユーザの快適性を確保することができる。
【００９６】
さらに、冷凍サイクル装置３００によれば、実施の形態２と同様に、圧縮比が基準値より小さくなることを防止しながら、蒸発器５の凍結を防止する処理を行なうことができる。その結果、冷凍サイクル装置２００の気密性を維持することができる。冷凍サイクル装置２００の気密性を維持することができることにより、たとえば冷媒の漏洩を防止し、冷凍サイクル装置２００の性能の低下および故障を防止することができる。また、冷媒の漏洩による振動および騒音の発生を防止することができ、ユーザの快適性を確保することができる。
【００９７】
図８においては、弁４１，４２を開閉することにより、冷媒タンク４０から循環流路１０へ放出する冷媒の量を制御する構成について説明した。弁４１，４２は、開度の調整が可能な弁であっても構わない。弁４１，４２の開度が調節可能であることにより、冷媒タンク４０から循環流路１０へ放出する冷媒の量を、よりきめ細かく制御することが可能となる。
【００９８】
［実施の形態４］
実施の形態１〜３においては、第１バイパス流路１１の合流点Ｊ１が、凝縮器２から内部熱交換器３に至る部分に位置する場合について説明した。第２バイパス流路の合流点は、蒸発器５から圧縮機１に至る部分に位置していても構わない。実施の形態４においては、第２バイパス流路の合流点が、蒸発器５から圧縮機１に至る部分に位置している場合について説明する。
【００９９】
実施の形態４が実施の形態１と異なるのは、第１バイパス流路１１Ｄの合流点Ｊ１Ｄが蒸発器５から圧縮機１に至る部分に位置している点、および冷房運転中に行なわれる制御装置２０Ｄによる制御である。これら以外の点については同様であるため説明を繰り返さない。
【０１００】
図９は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００の構成図である。図９に示されるように、冷凍サイクル装置４００は、圧縮機１と、凝縮器２と、内部熱交換器３と、第１膨張弁４と、蒸発器５と、第２膨張弁６と、弁７と、循環流路１０と、第１バイパス流路１１Ｄと、第２バイパス流路１２と、制御装置２０Ｄとを備える。
【０１０１】
第１バイパス流路１１Ｄは、循環流路１０の、圧縮機１から凝縮器２に至る部分に位置する分岐点Ｂ１から分岐する。第１バイパス流路１１Ｄは、弁７を経由する。第１バイパス流路１１Ｄは、循環流路１０の、蒸発器５から圧縮機１に至る部分に位置する合流点Ｊ１Ｄに合流する。
【０１０２】
制御装置２０Ｄは、マイクロコンピュータ２０１Ｄと、温度検出部２０５Ｄとを含む。マイクロコンピュータ２０１Ｄは、温度検出部２０５Ｄから、圧縮機１の入口の温度を取得する。温度検出部２０５Ｄは、圧縮機１の入口付近に取り付けられた温度センサ３７からの信号に基づいて、圧縮機１の入口付近の温度を算出する。マイクロコンピュータ２０１Ｄは、低圧側の圧力および圧縮機１の入口の温度に基づいて、圧縮機１の入口の過熱度ＳＨ２を算出する。
【０１０３】
蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合、制御装置２０Ｄは弁７の開度を増加させて第１バイパス流路１１Ｄを通過する冷媒の量を増加させる。これに伴い、凝縮器２を通過する冷媒の量が減少する。その結果、凝縮器２における凝縮圧力は通常時よりも低下する。
【０１０４】
第１バイパス流路１１Ｄからのガス冷媒は、圧縮機１から吐出されたガス冷媒であるため高温である。そのため、第１バイパス流路１１Ｄからの冷媒が蒸発器５からの低温のガス冷媒と合流すると、合流後のガス冷媒の温度が通常よりも上昇する。圧縮機１に吸入されるガス冷媒の温度が過剰に上昇してしまうと、保護制御により圧縮機１が停止してしまう。そこで、実施の形態４においては、圧縮機１に吸入されるガス冷媒を冷却するため、第２バイパス流路１２により、低温のガス冷媒を蒸発器５からのガス冷媒に合流させる。蒸発器５からのガス冷媒に合流させる低温のガス冷媒の量の調節は、第２膨張弁６の開度を調節することにより行なう。
【０１０５】
第２バイパス流路１２を通過する冷媒の量が増加すると、蒸発器５を通過する低温の冷媒の量が減少する。そのため、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合、蒸発器５の蒸発温度が上がる。その結果、蒸発器５の蒸発圧力が上昇する。
【０１０６】
図１０は、図９の冷凍サイクル装置４００によって行なわれる冷凍サイクルのＰ−ｈ線図である。図１０において、点Ｓ４１から、点Ｓ４２、点Ｓ４３、および点Ｓ４４を経て点Ｓ４１へ戻ってくるサイクルＣ４は、蒸発器５の凍結のおそれが高まった場合に冷凍サイクル装置４００によって行なわれる冷凍サイクルを表す。
【０１０７】
図１０に示されるように、点Ｓ４２から点Ｓ４３への状態変化は、点Ｓ２から点Ｓ３への状態変化よりも低圧側で行なわれる。これは、第１バイパス流路１１Ｄを通過する冷媒の量を増加させることにより凝縮器２を通過する冷媒の量が減少し、その結果、凝縮器２の凝縮圧力が低下することを表している。また、点Ｓ４４から点Ｓ４１への状態変化は、点Ｓ４から点Ｓ１への状態変化よりも高圧側で行なわれる。これは、第２バイパス流路１２を通過する冷媒の量を増加させることにより蒸発器５を通過する冷媒の量が減少し、その結果、蒸発器５の蒸発圧力が上昇することを表している。
【０１０８】
図１１は、冷房運転時に図９の制御装置２０Ｄによって行なわれる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、冷房運転のメインルーチン（不図示）によって一定時間間隔で呼び出される。
【０１０９】
図１１に示されるように、制御装置２０Ｄは、Ｓ４０１において冷房能力が過大（たとえば目標温度よりも基準値以上に室温が低い）か否かを判定する。冷房能力が過大ではない場合（Ｓ４０１にてＮＯ）、制御装置２０Ｄは、冷房能力をさらに増加させる余地があるとして、処理をＳ１０１に進める。
【０１１０】
制御装置２０Ｄは、Ｓ１０１において、蒸発器５の配管温度Ｔｅが基準値（１℃）以上か否かを判定する。実施の形態４においても実施の形態１と同様に、温度センサ３５，３６において検知された温度の低い方を配管温度Ｔｅとして採用する。配管温度Ｔｅが基準値未満である場合（Ｓ１０１にてＮＯ）、実施の形態１と同様にＳ１０８〜Ｓ１１０までを行なった後、処理をＳ４０１に戻す。配管温度Ｔｅが基準値以上である場合（Ｓ１０１にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｄは、冷房能力を増加させるためにＳ４０３において弁７の開度を減少させた後、処理をＳ４０５に進める。
【０１１１】
冷房能力が過大である場合（Ｓ４０１にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｄは、冷房能力を低下させるためにＳ４０４において弁７の開度を増加させた後、処理をＳ４０５に進める。
【０１１２】
制御装置２０Ｄは、Ｓ４０５において、圧縮機１の入口の過熱度ＳＨ２が基準値（たとえば１℃）以上であるか否かを判定する。過熱度ＳＨ２が基準値未満である場合（Ｓ４０５にてＮＯ）、制御装置２０Ｄは、蒸発器５からのガス冷媒が第２バイパス流路１２からのガス冷媒によって過剰に冷却されているとして、処理をＳ４０６に進める。制御装置２０Ｄは、Ｓ４０６において、第２膨張弁６の開度を減少させた後、処理をＳ１１６に進める。過熱度ＳＨ２が基準値以上である場合（Ｓ４０５にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｄは、処理をＳ４０７に進める。
【０１１３】
制御装置２０Ｄは、Ｓ４０７において、過熱度ＳＨ２が基準値（たとえば３℃）以下であるか否かを判定する。過熱度ＳＨ２が基準値より大きい場合（Ｓ４０７にてＮＯ）、制御装置２０Ｄは、圧縮機１へ吸入されるガス冷媒の温度が過剰に上昇しているとして、処理をＳ４０８に進める。制御装置２０Ｄは、Ｓ４０８において、第２膨張弁６の開度を増加させた後、処理をＳ１１６に進める。過熱度ＳＨ２が基準値以上である場合（Ｓ４０７にてＹＥＳ）、制御装置２０Ｄは、圧縮機１へ吸入されるガス冷媒の温度が適正であるとして、処理をＳ１１６に進める。制御装置２０Ｄは、Ｓ１１６において、一定時間（たとえば１分）待ち、処理を冷房運転のメインルーチンに返す。
【０１１４】
以上、冷凍サイクル装置４００によれば、実施の形態１と同様に、冷房運転を継続しながら蒸発温度の低下を抑制することにより、蒸発器５の凍結を防止することができる。その結果、冷房運転を安定的に継続することができ、省エネルギー性能およびユーザの快適性を確保することができる。
【０１１５】
さらに、冷凍サイクル装置４００によれば、圧縮機１から吐出された冷媒のほとんどが、第１バイパス流路１１Ｄおよび第２バイパス流路１２を通過する場合があり得る。このような場合、蒸発器５を通過する冷媒がほとんどなくなる。すなわち、冷凍サイクル装置４００によれば、圧縮機１を停止させることなく、蒸発器５の吸熱量をほとんど０にすることができる。その結果、蒸発器５の温度は室温とほぼ同じになり、蒸発器５の凍結が効果的に防止される。
【０１１６】
実施の形態４に、実施の形態２における弁８および受液器９を適用して、実施の形態２と同様に圧縮比を制御する構成としても構わない。また、実施の形態４に、実施の形態３における弁４１、弁４２、および冷媒タンク４０を適用して、実施の形態２と同様に凝縮圧力を増加させて圧縮比を適正に維持する構成としても構わない。
【０１１７】
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。
【符号の説明】
【０１１８】
１  圧縮機、２  凝縮器、３  内部熱交換器、４  第１膨張弁、５  蒸発器、６  第２膨張弁、７，８，４１，４２  弁、９  受液器、１０，１０Ｂ  循環流路、１１，１１Ｄ  第１バイパス流路、１２  第２バイパス流路、１３  第３バイパス流路、２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  制御装置、３１，３２  圧力センサ、３３，３４，３５，３６，３７  温度センサ、４０  冷媒タンク、１００，２００，３００，４００  冷凍サイクル装置、２０１，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ，２０６  マイクロコンピュータ、２０２，２０３，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０７  駆動回路、２０４  圧力検出部、２０５，２０５Ｄ，２０８  温度検出部、３０１  高圧側流路、３０２  低圧側流路、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３  分岐点、Ｊ１，Ｊ１Ｄ，Ｊ２，Ｊ３  合流点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月20日(2017.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する第１流路から分岐して、第２弁を介して、前記凝縮器と前記第１膨張弁とを接続する第２流路、および前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第３流路のいずれかに接続される第１バイパス流路を備え、
前記蒸発器における蒸発温度が第１基準値未満の場合の前記第２弁の開度が、前記蒸発温度が前記第１基準値より大きい場合の前記第２弁の開度より大きい、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記凝縮器に接続される前記第２流路の第１部分と前記第１膨張弁に接続される前記第２流路の第２部分との間に設けられ、入口が前記第１部分に接続されるとともに出口が前記第２部分に接続される第１内部流路と、第２内部流路とを含み、前記第１内部流路を通過する前記冷媒と前記第２内部流路を通過する前記冷媒との間で熱を交換するように構成される内部熱交換器と、
前記第２部分から分岐して、第２膨張弁と前記第２内部流路とを介して、前記第３流路に接続される第２バイパス流路とをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第１バイパス流路は、前記第１部分に接続され、
前記第１膨張弁の入口における前記冷媒の過冷却度が第２基準値未満である場合の前記第２膨張弁の開度が、前記過冷却度が前記第２基準値より大きい場合の前記第２膨張弁の開度より大きい、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
第１弁が、前記第２バイパス流路および前記第２部分の接続点と前記第１膨張弁との間に設けられ、
受液器が前記第１弁と前記第１膨張弁との間に設けられ、
前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との比が第３基準値未満である場合の前記第１弁の開度が、前記比が前記第３基準値より大きい場合の前記第１弁の開度より小さい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
第１弁が前記第２バイパス流路および前記第２部分の接続点と前記第１膨張弁との間に設けられ、
受液器が前記第１弁と前記第１膨張弁との間に設けられ、
前記凝縮器の凝縮圧力が第４基準値未満である場合の前記第１弁の開度が、前記凝縮圧力が前記第４基準値より大きい場合の前記第１弁の開度より小さい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第１流路および前記第２流路のいずれかから分岐して、第３弁、冷媒タンク、および第４弁を介して、前記第３流路、および前記第１膨張弁と前記蒸発器とを接続する第４流路のいずれかに接続される第３バイパス流路とをさらに備え、
前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との比が第５基準値未満である場合の前記第３弁の開度が、前記比が前記第５基準値より大きい場合の前記第３弁の開度より小さく、
前記比が前記第５基準値未満である場合の前記第４弁の開度が、前記比が前記第５基準値より大きい場合の前記第４弁の開度より大きい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１流路および前記第２流路のいずれかから分岐して、第３弁、冷媒タンク、および第４弁を介して、前記第３流路、および前記第１膨張弁と前記蒸発器とを接続する第４流路のいずれかに接続される第３バイパス流路とをさらに備え、
前記凝縮器の凝縮圧力が第６基準値未満である場合の前記第３弁の開度が、前記凝縮圧力が前記第６基準値より大きい場合の前記第３弁の開度より小さく、
前記凝縮圧力が前記第６基準値未満である場合の前記第４弁の開度が、前記凝縮圧力が前記第６基準値より大きい場合の前記第４弁の開度より大きい、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第１バイパス流路は、前記第３流路に接続され、
前記圧縮機の入口の過熱度が第７基準値より大きい場合の前記第２膨張弁の開度が、前記過熱度が前記第７基準値未満の場合の前記第２膨張弁の開度より大きい、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
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2017098655.tif 000015
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