(57)【要約】  膨張弁４と第二熱交換器６（蒸発器）との間に設けた気液分離器５で分離された冷媒を第三熱交換器１４を介して圧縮機１の吸入側に戻すバイパス回路７を有し、バイパス回路７の第三熱交換器１４の出口側の冷媒温度と第三熱交換器１４の入口側の冷媒温度との温度差に基づいて、バイパス回路７への液冷媒混入を防止するための液冷媒混入防止運転を行う。
2013073070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器として作用する第一熱交換器と、減圧装置と、気液分離器と、蒸発器として作用する第二熱交換器とを順次配管で接続した主回路と、
前記気液分離器で分離された冷媒を第三熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路と、
前記バイパス回路に流れる流量を調整する流量調整装置と、
前記バイパス回路の前記第三熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する第一温度検出装置と、
前記バイパス回路の前記第三熱交換器の入口側の冷媒温度を検出する第二温度検出装置と、
前記第一温度検出装置の検出値と前記第二温度検出装置の検出値との温度差に基づいて、前記バイパス回路への液冷媒混入を防止するための液冷媒混入防止運転を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第一温度検出装置の検出値と前記第二温度検出装置の検出値との温度差に基づいて前記気液分離器から前記バイパス回路への液冷媒混入の有無を判断し、液冷媒混入有と判断すると、前記液冷媒混入防止運転を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第一温度検出装置の検出値と前記第二温度検出装置の検出値との温度差が閾値未満の場合には液冷媒混入有、前記温度差が閾値以上の場合には液冷媒混入無と判断することを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
圧縮機と、凝縮器として作用する第一熱交換器と、減圧装置と、気液分離器と、蒸発器として作用する第二熱交換器とを順次配管で接続した主回路と、
前記気液分離器で分離された冷媒を第三熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路と、
前記バイパス回路に流れる流量を調整する流量調整装置と、
前記バイパス回路の前記第三熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する第一温度検出装置と、
前記第一温度検出装置の検出値に基づいて、前記バイパス回路への液冷媒混入を防止するための液冷媒混入防止運転を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第一温度検出装置の検出値に基づいて前記気液分離器から前記バイパス回路への液冷媒混入の有無を判断し、液冷媒混入有と判断すると、前記液冷媒混入防止運転を行うことを特徴とする請求項４記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記バイパス回路への液冷媒の有無と前記第一温度検出装置の検出値との相関を予め求めて記憶しており、前記第一温度検出装置の検出値と前記相関とに基づいて液冷媒混入の有無を判断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。
【請求項７】
圧縮機と、凝縮器として作用する第一熱交換器と、減圧装置と、気液分離器と、蒸発器として作用する第二熱交換器とを順次配管で接続した主回路と、
前記気液分離器で分離された冷媒を第三熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路と、
前記バイパス回路に流れる流量を調整する流量調整装置と、
前記バイパス回路の前記第三熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する第一温度検出装置と、
前記第二熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する第二温度検出装置と、
前記第一温度検出装置の検出値と前記第二温度検出装置の検出値とに基づいて、前記バイパス回路への液冷媒混入を防止するための液冷媒混入防止運転を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記第一温度検出装置の検出値と前記第二温度検出装置の検出値との温度差に基づいて前記気液分離器から前記バイパス回路への液冷媒混入の有無を判断し、液冷媒混入有と判断すると、前記液冷媒混入防止運転を行うことを特徴とする請求項７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記第一温度検出装置の検出値と前記第二温度検出装置とを比較し、前記第一温度検出装置の検出値が前記第二温度検出装置の検出値以下の場合、液冷媒混入有と判断し、前記第一温度検出装置の検出値が前記第二温度検出装置の検出値よりも高い場合、液冷媒混入無と判断することを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
圧縮機と、凝縮器として作用する第一熱交換器と、減圧装置と、気液分離器と、蒸発器として作用する第二熱交換器とを順次配管で接続した主回路と、
前記気液分離器で分離された冷媒を第三熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路と、
前記バイパス回路に流れる流量を調整する流量調整装置と、
前記第一熱交換器又は前記第二熱交換器が設置された室内の温度を検出する室温検出装置と、
前記室温検出装置で検出された室温の時間変化に基づいて、前記バイパス回路への液混入を防止するための液冷媒混入運転を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記室温検出装置で検出された室温の時間変化に基づいて前記気液分離器から前記バイパス回路への液冷媒混入の有無を判断し、液冷媒混入有と判断すると、前記液冷媒混入防止運転を行うことを特徴とする請求項１０記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記室温が予め設定した所定時間の間に変化した場合、液冷媒混入有、前記室温が前記所定時間以上、変化しなかった場合、液冷媒混入無と判断することを特徴とする請求項１１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記第二熱交換器と前記第三熱交換器とを一体の熱交換器で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記第一熱交換器と前記第三熱交換器とを一体の熱交換器で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６、請求項１０乃至請求項１２の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記主回路の冷媒の循環方向を切り換える四方弁を備え、前記四方弁の切り換えにより前記第一熱交換器を前記凝縮器から蒸発器に切り換えて作用させると共に、前記第二熱交換器を前記蒸発器から凝縮器に切り換えて作用させることを可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
第一熱交換器を室内機に配置し、第二熱交換器を室外機に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
第二熱交換器を室内機に配置し、第一熱交換器を室外機に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記液冷媒混入防止運転は、前記流量調整装置を閉とするか又は圧縮機周波数を低下させて循環冷媒量を低減する運転を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１７の何れか一項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、二相冷媒を気体冷媒及び液冷媒に分離する気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置として、圧縮機、凝縮器、減圧装置、気液分離器及び蒸発器を順次接続し、更に、一端を気液分離器に接続し、他端を蒸発器と圧縮機との間に接続したバイパス回路を備えた冷凍サイクル装置がある（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置では、気液分離器により冷媒を液相状態と気相状態とに分離し、気相状態の冷媒を、バイパス回路により蒸発器をバイパスして圧縮機に流入させる一方、液相状態の冷媒を蒸発器に流入させることで、蒸発器での熱交換量を増加させ、運転効率を向上するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４３２８４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、圧縮機運転周波数を上げて冷媒循環量を増加させた場合、気液分離器においてガス冷媒と液冷媒の分離が不十分となり、蒸発器側に本来流入させたい液冷媒がバイパス回路側に混入してしまうことがある。この場合、蒸発器に流入する液冷媒量が低下して冷凍サイクル装置の性能が低下するという課題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置において、バイパス回路への液冷媒の混入を防止して性能低下を防止することが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器として作用する第一熱交換器と、減圧装置と、気液分離器と、蒸発器として作用する第二熱交換器とを順次配管で接続した主回路と、気液分離器で分離された冷媒を第三熱交換器を介して圧縮機の吸入側に戻すバイパス回路と、バイパス回路に流れる流量を調整する流量調整装置と、バイパス回路の第三熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する第一温度検出装置と、バイパス回路の第三熱交換器の入口側の冷媒温度を検出する第二温度検出装置と、第一温度検出装置の検出値と第二温度検出装置の検出値との温度差に基づいて、バイパス回路への液冷媒混入を防止するための液冷媒混入防止運転を行う制御装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第一温度検出装置の検出値と第二温度検出装置の検出値との温度差に基づいて、液冷媒混入防止運転を行ってそれ以上の液冷媒の混入を防止するようにしたので、バイパス回路への液冷媒の混入による性能低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（暖房）の構成図である。
【図２】気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置と、気液分離器を搭載していない冷凍サイクル装置とのそれぞれにおけるエンタルピと圧力との関係を示すモリエル線図である。
【図３】気液分離器を搭載しない冷凍サイクル装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（暖房）の変形例１を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（暖房）の変形例２を示す図である。
【図７】図６の変形例２の具体的な熱交換器の構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（暖房）の変形例３を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（冷房）に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（冷房）に係る冷凍サイクル装置の変形例１を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（冷房）に係る冷凍サイクル装置の変形例３を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（冷房）に係る冷凍サイクル装置の変形例２を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置（冷暖切り換え）に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
（冷凍サイクル装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。実施の形態１では、冷凍サイクル装置の一例として、室内暖房を行う空気調和装置について説明する。
本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも、圧縮機１、第一熱交換器３、減圧装置としての膨張弁４、気液分離器５及び第二熱交換器６を備えており、これらが順次冷媒配管によって接続され、冷凍サイクル回路（冷媒回路）の主回路を構成している。冷凍サイクル装置は更に、第一熱交換器３に送風する第一送風機３０と、第二熱交換器６に送風する第二送風機６０と、冷凍サイクル装置全体を制御する制御装置４０とを備えている。
【００１０】
気液分離器５は、膨張弁４から流入してきた気液二相冷媒を液冷媒及び気体冷媒に分離する。なお、図１では、気液分離器５が円柱状の容器形状に形成され、気液の密度差により液冷媒と気体冷媒とに分離するものを示したが、その他の形状、機構で液冷媒と気体冷媒に分離するものでも良い。
【００１１】
冷凍サイクル装置は更に、気液分離器５において分離されたガス冷媒を圧縮機１の吸入側に戻すバイパス回路７を備えている。バイパス回路７には、第三熱交換器１４、キャピラリーチューブ１０及びバイパス回路７の開閉を行う電磁弁１１が設けられている。更に、バイパス回路７には第三熱交換器１４の入口側に温度検出装置８が、出口側に温度検出装置９が設けられている。なお、キャピラリーチューブ１０、電磁弁１１の接続順序はこれに限定されるものではなく、何れの順序でも良い。
【００１２】
電磁弁１１は、気液分離器５を作用させる場合には開状態として冷媒がバイパス回路７に流通するようにし、気液分離器５を作用させる必要がない場合は閉状態として冷媒がバイパス回路７に流通しないようにする。また、常に気液分離器５を作用させる場合にはバイパス回路７を閉じる必要がないので電磁弁１１は省いても良い。
【００１３】
キャピラリーチューブ１０は、銅製等の毛細管であり、バイパス回路７に流通させる気体冷媒の流量を調整する。なお、流量を調整する手段として膨張弁を用いても良い。膨張弁を用いることで例えば冷媒の循環量変化、外気温度や室内温度の変化、利用側熱交換器が複数台ある場合の利用側熱交換器の運転台数の変化等で、気液分離器５に流入する二相冷媒の乾き度などが変化した場合でも、膨張弁の開度をそれぞれ変化させ第二熱交換器６に対する圧力損失を適正にすることでバイパス回路７側に流通させる気体冷媒の量を制御できる。
【００１４】
そして、室内機に第一熱交換器３及び第一送風機３０が配置され、室外機に圧縮機１、膨張弁４、気液分離器５、第二熱交換器６、バイパス回路７、第三熱交換器１４、キャピラリーチューブ１０及び電磁弁１１が配置されている。
【００１５】
制御装置４０は、温度検出装置８及び温度検出装置９の検出信号や、図示しない他の温度検出装置や圧力検知装置からの検出信号に基づいて圧縮機１、膨張弁４、電磁弁１１、第一送風機３０及び第二送風機６０を制御することができるように接続されている。制御装置４０は更に、温度検出装置８及び温度検出装置９の検出信号に基づいてバイパス回路７への液冷媒混入の有無を判断し、判断結果に応じて圧縮機１又は電磁弁１１を制御する処理も行う。この処理の詳細については後述する。なお、制御装置４０は、室外機に設けられていても良いし、室内機に設けられていても良いし、また、室内制御装置と室外制御装置とに分けて構成し、互いに連携処理を行う構成にしても良い。
【００１６】
（冷凍サイクル装置の暖房動作）
以下、冷凍サイクル装置の暖房動作について説明する。なお、電磁弁１１は開状態とされているものとする。
圧縮機１は、吸入した気体冷媒を圧縮し、高温高圧の気体冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器として機能する第一熱交換器３に流入する。第一熱交換器３は、圧縮機１から吐出された高温高圧の気体冷媒と、第一送風機３０によって送られてくる空気との熱交換を実施し、その気体冷媒を凝縮させる。第一熱交換器３にて凝縮された冷媒は、膨張弁４に流入する。膨張弁４は、流入してきた液冷媒を膨張させて減圧し、低温低圧の気液二相冷媒として流出する。
【００１７】
膨張弁４を流出した気液二相冷媒は気液分離器５に流入する。気液分離器５は、流入してきた気液二相冷媒を液冷媒及び気体冷媒に分離する。
【００１８】
分離された液冷媒は、第二熱交換器６に流入する。第二熱交換器６は、気液分離器５によって気液二相冷媒から分離された低温低圧の液冷媒と、第二送風機６０によって送られてくる空気との熱交換を実施し、その低温低圧の液冷媒を蒸発させる。
【００１９】
気液分離器５によって気液二相冷媒から分離された気体冷媒をバイパス回路７に流入する。バイパス回路７に流入した気体冷媒は、第三熱交換器１４にて第二送風機６０からの空気と熱交換した後、キャピラリーチューブ１０を通過して圧縮機１に吸入される。
【００２０】
（気液分離器５の気液分離動作）
図２は、本発明の実施の形態１に係る、気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置と、気液分離器５を搭載していない冷凍サイクル装置とのそれぞれにおけるエンタルピと圧力との関係を示すモリエル線図である。図３は、気液分離器を搭載しない冷凍サイクル装置の構成図である。図２において、実線は気液分離器５を搭載した冷凍サイクル装置、そして、破線は気液分離器５を搭載していない図３で示される冷凍サイクル装置のエンタルピと圧力との関係を示している。また、図２における点Ａ〜点Ｆが示す各冷媒状態は、図１に示される本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における点Ａ〜点Ｆにおける冷媒の各状態に対応している。更に、図２における点Ａ〜点Ｃ及び点Ｄ’が示す各冷媒状態は、図３で示される冷凍サイクル装置における点Ａ〜点Ｃ及び点Ｄ’における冷媒の各状態に対応している。
【００２１】
まず、図３で示される気液分離器５を搭載していない冷凍サイクル装置の動作について、図２及び図３を参照しながら説明する。
まず、圧縮機１によって圧縮され吐出された高温高圧の気体冷媒は、第一熱交換器３へ流入する（点Ａ）。この第一熱交換器３へ流入した気体冷媒は、図示しない送風機から供給された室内空気と熱交換が実施されて凝縮し、液冷媒となって、第一熱交換器３から流出する。第一熱交換器３から流出した液冷媒（点Ｂ）は、膨張弁４へ流れ込み、この膨張弁４によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒（点Ｃ）は、第二熱交換器６へ流入し、図示しない送風機から供給された外気と熱交換が実施されて蒸発し、低温低圧の気体冷媒となって第二熱交換器６から流出する。この第二熱交換器６から流出した気体冷媒（点Ｄ’）は、圧縮機１に流入し、再び圧縮される。
【００２２】
以上のように、気液分離器５を搭載していない冷凍サイクル装置においては、膨張弁４を通過した後の気液二相冷媒（点Ｃ）が第二熱交換器６へ流入するため、冷媒が第二熱交換器６を通過する際の圧力損失が大きくなる（図２において（ＰＣ−ＰＤ’）に相当する）。
【００２３】
次に、図１で示される本実施の形態に係る気液分離器５を搭載した冷凍サイクル装置の動作について、図１と図２を参照しながら説明する。
まず、電磁弁１１を開状態にして、バイパス回路７に冷媒が流通するようにする。圧縮機１によって圧縮され吐出された高温高圧の気体冷媒は、第一熱交換器３へ流入する（点Ａ）。第一熱交換器３へ流入した気体冷媒は、室内空気と熱交換が実施されて凝縮し、液冷媒となって、第一熱交換器３から流出する。第一熱交換器３から流出した液冷媒（点Ｂ）は、膨張弁４へ流れ込み、この膨張弁４によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒（点Ｃ）は、気液分離器５へ流入する。
【００２４】
そして、気液分離器５の外部へ流出した液冷媒（点Ｅ）は、第二熱交換器６へ流入する。第二熱交換器６へ流入した液冷媒は、外気と熱交換して蒸発し、気体冷媒となって第二熱交換器６から流出する。一方、気液分離器５の外部へ流出した気体冷媒（点Ｆ）は、バイパス回路７におけるキャピラリーチューブ１０及び電磁弁１１を経由した後、第二熱交換器６から流出した気体冷媒と合流し（点Ｄ）、圧縮機１へ流入し、再び圧縮される。
【００２５】
以上のように、図１で示される本実施の形態に係る気液分離器５を搭載した冷凍サイクル装置においては、第二熱交換器６に液冷媒のみを通過させるため、第二熱交換器６を通過する際の圧力損失を低下（図２において（ＰＣ−ＰＤ）に相当する）させることができる。このため、圧縮機１の吸入圧力が、圧力ＰＤ’から圧力ＰＤに上昇し、圧縮機１が吸入圧力から吐出圧力まで圧縮するのに必要な仕事量を減少させることができる。これによって、第二熱交換器６の蒸発能力と圧縮機１の入力との比で示される成績係数を向上することができる。
【００２６】
（液冷媒のバイパス回路７への混入の有無の判断）
本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置では、バイパス回路７に第三熱交換器１４を設け、バイパス回路７に流入した冷媒を第二送風機６０からの空気と熱交換するようにしている。そして、第三熱交換器１４の入口側に設けた温度検出装置８と出口側に設けた温度検出装置９の温度とに基づいてバイパス回路７への液冷媒混入の有無を判断するようにしている。以下、具体的に説明する。
【００２７】
バイパス回路７に液冷媒が混入せずにガス冷媒のみが流入した場合、ガス冷媒は第三熱交換器１４で過熱され、温度検出装置８の検出値Ｔｉｎと温度検出装置９の検出値Ｔｏｕｔとの温度差が大きくなる。一方、バイパス回路７に液冷媒が混入した場合は、冷媒は液からガスへ二相変化するため温度変化はない。また、バイパス回路７に混入した液冷媒量が少量の場合は過熱されるが、その過熱度合いはガス冷媒のみの場合に比較して少ない。
【００２８】
このようにバイパス回路７内に流入する冷媒の状態と、温度検出装置８の検出値Ｔｉｎと温度検出装置９の検出値Ｔｏｕｔの温度差との間には以上のような関係があることから、温度検出装置８の検出値Ｔｉｎと温度検出装置９の検出値Ｔｏｕｔとの温度差を検出することで、バイパス回路７に液冷媒が混入しているか否かを判断できる。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。図４に示す一連の処理は制御装置４０により定期的に実施される。以下、図１の冷凍サイクル装置におけるバイパス回路７への液冷媒混入防止制御の流れを説明する。
【００３０】
制御装置４０は、温度検出装置８により第三熱交換器１４の入口側の冷媒温度Ｔｉｎを検出すると共に、温度検出装置９により第三熱交換器１４の出口側の冷媒温度Ｔｏｕｔとを検出する（Ｓ１）。そして、これらの温度差Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎと予め設定された閾値Ｔｓｅｔとを比較し（Ｓ２）、温度差Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎが閾値Ｔｓｅｔ未満の場合、液冷媒混入有と判断して液冷媒混入防止運転を行う（Ｓ３）。液冷媒混入防止運転としては例えば、電磁弁１１を閉とするか又は圧縮機１の運転周波数を低下させて循環冷媒量を低減する運転を行う。温度差Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎが閾値Ｔｓｅｔ以上の場合には液冷媒混入無と判断し、現状の運転（通常運転）を継続する（Ｓ４）。
【００３１】
（実施の形態１の効果）
以上のように、本実施の形態１によれば、バイパス回路７に設けた第三熱交換器１４の入口と出口の冷媒温度差に基づいて、気液分離器５で分離仕切れなかった液冷媒のバイパス回路７への混入の有無を判断できる。
【００３２】
そして、バイパス回路７への液冷媒混入有と判断した場合には、液冷媒混入防止運転を行って、これ以上、バイパス回路７に液冷媒が混入しないようにしたので、暖房運転時の冷凍サイクルの性能低下を防止できる効果がある。また、液冷媒が圧縮機１の吸入側に戻らないため液圧縮などを防止でき、圧縮機１の信頼性を向上することができる。
【００３３】
なお、冷凍サイクル装置は、図１に示した構成に更に、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
（変形例１）
図５に示すように圧縮機１の吸入側にアキュムレータ１３を設けても良い。
【００３５】
（変形例２）
第三熱交換器１４を、第一熱交換器３又は第二熱交換器６と一体としても良い。図６には第三熱交換器１４を第二熱交換器６と一体とした例を示している。また、このように一体に構成した具体的な熱交換器の構成例を次の図７に示す。
【００３６】
図７は、第三熱交換器を第一熱交換器又は第二熱交換器と一体とした熱交換器の構成例を示す図である。
この例では熱交換器が伝熱管２０とアルミフィン２１で構成され、１０本の伝熱管２０の内、第一熱交換器３又は第二熱交換器６は伝熱管８本で構成され、バイパス回路７は伝熱管２本で構成されて第三熱交換器１４の一部を構成している。またバイパス回路７の第三熱交換器１４の入口側と出口側にそれぞれ温度検出装置８と温度検出装置９が設けられている。この変形例２では、第三熱交換器１４を第一熱交換器３又は第二熱交換器６と一体の熱交換器で構成したので熱交換器を別々に製造するよりも低コストが図れる。なお、バイパス回路７は、この例では熱交換器の端部に配置されているが、配置場所は端部に限るものではない。
【００３７】
（変形例３）
図１では、気液分離器５及び第三熱交換器１４を室外機側に設けていたが、図８に示すように室内機側に設けても良い。
【００３８】
（変形例４）
変形例１〜３を適宜組み合わせた構成としても良い。例えば、変形例１と変形例２とを組み合わせ、図５に示した構成において第二熱交換器６と第三熱交換器１４とを一体で構成としても良い。また、例えば変形例２と変形例３とを組み合わせ、図８に示した構成において第一熱交換器３と第三熱交換器１４とを一体とした構成としても良い。なお、第一熱交換器３は凝縮器、第三熱交換器１４は蒸発器として作用することから、これらを一体形成すると互いの熱の影響を受けることになるが、その影響はさほど大きくないため、一体形成しても問題無い。しかし、一体として構成する場合は、図６に示したように両者とも蒸発器となる構成が好ましい。
【００３９】
以上の変形例は、以下に説明する冷凍サイクル装置においても、適用外と特に明記しない限りにおいて同様に適用される。
【００４０】
なお、この実施の形態１では、冷凍サイクル装置を、暖房運転を行う空気調和装置とし、暖房運転時に、気液分離器５で分離仕切れなかった液冷媒がバイパス回路７を通ることによる冷凍サイクルの性能低下を防止できる空気調和装置について説明した。しかし、冷凍サイクル装置は、暖房運転を行う空気調和装置に限られず、冷房運転を行う空気調和装置とし、冷房運転時の冷凍サイクルの性能低下を防止可能な空気調和装置としても良い。次の図９〜図１２は、冷房運転を行う空気調和装置を示したものである。
【００４１】
（冷房運転のみを行う空気調和装置）
図９〜図１２に示す空気調和装置と、これまでに説明した暖房運転を行う空気調和装置との違いは、第一熱交換器３を凝縮器、第二熱交換器６を蒸発器としていたのに代えて、第一熱交換器３を蒸発器、第二熱交換器６を凝縮器とする点であり、その他については同様である。以下、図９を参照し、冷房動作について説明する。
【００４２】
（冷凍サイクル装置の冷房動作）
圧縮機１は、吸入した気体冷媒を圧縮し、高温高圧の気体冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された気体冷媒は第二熱交換器６に流入し、第二送風機６０によって送られてくる外気との熱交換を実施し、その気体冷媒を凝縮させる。第二熱交換器６で凝縮された冷媒は、膨張弁４で膨張されて減圧し、低温低圧の気液二相冷媒として流出する。膨張弁４から流出した気液二相冷媒は、気液分離器５にて液冷媒及び気体冷媒に分離される。
【００４３】
分離された低温低圧の液冷媒は第一熱交換器３に流入し、第一送風機３０によって送られてくる室内空気との熱交換を実施し、その低温低圧の液冷媒を蒸発させる。一方、気液分離器５にて分離された気体冷媒はバイパス回路７に流入し、第三熱交換器１４、キャピラリーチューブ１０及び電磁弁１１を通過した後、第一熱交換器３を通過した気体冷媒と合流して圧縮機１に吸入される。なお、電磁弁１１は、気液分離器５を作用させる必要がない場合は閉状態とし、冷媒がバイパス回路７に流通しないようにする点は上記と同様である。
【００４４】
このような冷房運転においても、上記暖房運転の場合と同様に第三熱交換器１４の入口側と出口側の冷媒温度差に基づいてバイパス回路７への液冷媒混入の有無を判断できる。すなわち、冷房運転時に、気液分離器５で分離仕切れなかった液冷媒がバイパス回路７を通ることによる、冷房運転の性能低下を防止可能な空気調和装置を得ることができる。
【００４５】
ここで、図１０〜図１２の構成例について簡単に説明する。図１０は、上記の変形例１（暖房運転を行う空気調和装置の説明部分で説明した変形例１）に相当し、図９の構成においてアキュムレータ１３を設けたものである。図１１は、同様に上記の変形例３に相当し、気液分離器５及び第三熱交換器１４を室内機側に設けたものである。図１２は、同様に上記の変形例２に相当し、第三熱交換器１４を第一熱交換器３と一体としたものである。なお、第三熱交換器１４を第二熱交換器６と一体としても良いが、第二熱交換器６は凝縮器であるため、第三熱交換器１４を第一熱交換器３又は第二熱交換器６のどちらかの熱交換器と一体にするにあたっては、上述したように、第三熱交換器１４と同じく蒸発器である第一熱交換器３と一体とすることが好ましい。また、同様に上記変形例４のように、各変形例１〜３を適宜組み合わせた構成としても良い。これらの構成とした場合にも、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
（冷房運転及び暖房運転の切り換えが可能な空気調和装置）
上記では、冷凍サイクル装置が、暖房運転又は冷房運転を行う空気調和装置である場合を例に説明したが、図１３に示すように四方弁２を設けて圧縮機１から吐出された冷媒の流路を変え、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能な装置としても良い。図１３（ａ）の構成においては、暖房運転時に気液分離器５を作用させる構成を示したが、図１３（ｂ）に示すように、冷房運転時に気液分離器５を作用させる構成としてももちろんよい。なお、四方弁２を設けた構成とする場合には、バイパス回路７に逆止弁１２も設けるようにする。
【００４７】
逆止弁１２は、バイパス回路７において冷媒を一方向のみに流通させるものである。具体的には、圧縮機１から吐出した冷媒を、四方弁２の図１３の実線で示す方向に流す場合（暖房運転）に、気液分離器５から圧縮機１への方向に冷媒を流通させる。また、圧縮機１から吐出した冷媒を、四方弁２の図１３の破線で示す方向に流す場合（冷房運転）には、圧縮機１からの高温高圧の気体冷媒がバイパス回路７に流入することを防止し、高温高圧の気体冷媒の全てが第二熱交換器６に導かれるようにする。
【００４８】
なお、電磁弁１１が冷媒の流れに対して順方向、逆方向共に締め切り可能な種類のものであれば電磁弁１１のみの開閉で冷媒流れを制御できるので逆止弁１２は省いても良い。また第二熱交換器６が蒸発器として運転が実施される場合に常に気液分離器５を作用させる場合にはバイパス回路７を閉じる必要がないので電磁弁１１は省いても良い。
【００４９】
（暖房運転）
暖房運転の際は、四方弁２を実線側に切り換える。圧縮機１によって圧縮され吐出された高温高圧の気体冷媒は、四方弁２を経由して、第一熱交換器３へ流入する。それ以降の動作は図１で説明した動作と同様である。
【００５０】
（冷房運転）
冷房運転の際は、四方弁２を破線側に切り換える。また、電磁弁１１を閉状態にして、バイパス回路７に冷媒が流通しないようにする。
圧縮機１によって圧縮され吐出された高温高圧の気体冷媒は、四方弁２を経由して、第二熱交換器６へ流入する。第二熱交換器６へ流入した気体冷媒は、外気と熱交換が実施されて凝縮し、液冷媒となって、第二熱交換器６から流出する。
【００５１】
第二熱交換器６から流出した液冷媒は、気液分離器５へ流入する。気液分離器５へ流入した液冷媒は、液体状態のまま流出する。気液分離器５を流出した液冷媒は、膨張弁４へ流れ込み、この膨張弁４によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、第一熱交換器３へ流入する。第一熱交換器３へ流入した気液二相冷媒は、室内空気と熱交換が実施されて蒸発し、気体冷媒となって、第一熱交換器３から流出する。第一熱交換器３を流出した気体冷媒は、四方弁２を経由して、圧縮機１へ流入し、再び圧縮される。
【００５２】
ここでは、図１３の構成に四方弁２を設けて暖房運転と冷房運転とを切り換え可能とした例を示したが、四方弁２の設置は、図１３の構成に限らず、上述した全ての構成例（変形例含む）において四方弁２を設けた構成にすることができる。
【００５３】
実施の形態２．
実施の形態１では、温度検出装置８と温度検出装置９を用いてバイパス回路７への液冷媒混入の有無を判断するようにしていたが、実施の形態２では、第三熱交換器１４の入口側の温度検出装置８を省略し、第三熱交換器１４の出口側の温度検出装置９の検出値に基づいてバイパス回路７への液冷媒混入の有無を判断するようにしたものである。なお、実施の形態２は、バイパス回路７への液冷媒混入の有無の判断に関わる構成及び判断方法が実施の形態１と異なり、それ以外については実施の形態１と同様である。
【００５４】
図１４は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
図１４に示すように、実施の形態２の冷凍サイクル装置は、第三熱交換器１４の入口側の温度検出装置８を省略した構成であり、その他は図１に示した実施の形態１と同様である。このように第三熱交換器１４の出口側に温度検出装置９のみを設ける場合は、例えば温度検出装置９を感温筒とすると共にこの感温筒にダイヤフラム式の膨張弁４等を接続し、この膨張弁４を電磁弁１１の代わりとして用いても良い。なお、図１４には暖房運転を行う冷凍サイクル装置の構成例を示したが、実施の形態２は、実施の形態１で説明した全ての構成（変形例も含む）にも適用可能である。
【００５５】
図１５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。図１５に示す一連の処理は制御装置４０により定期的に実施される。以下、図１４の冷凍サイクル装置におけるバイパス回路７への液冷媒混入防止制御の流れを説明する。
【００５６】
制御装置４０は、温度検出装置９にて第三熱交換器１４の出口側の冷媒温度Ｔｏｕｔを検出する（Ｓ１１）。制御装置４０は、予め試験等でバイパス回路７への液冷媒の有無と温度検出装置９の検出値との相関を求めて記憶しており、その相関と、温度検出装置９の検出値Ｔｏｕｔとから液冷媒の混入の有無を判断する（Ｓ１２）。それ以降の処理は図５に示した実施の形態１と同様であり、液冷媒混入有と判断した場合は液冷媒混入防止運転を行い（Ｓ１３）、液冷媒混入無と判断した場合は、現状の運転（通常運転）を継続する（Ｓ１４）。
【００５７】
以上説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、バイパス回路７への液冷媒の有無の判断を、温度検出装置９の検出値のみで行うことができる。
【００５８】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２とはまた別のバイパス回路７への液冷媒混入有無の判断を行うものである。なお、実施の形態３は、バイパス回路７への液冷媒混入の有無の判断に関わる構成及び判断方法が実施の形態１と異なり、それ以外については実施の形態１と同様である。
【００５９】
図１６は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
実施の形態３の冷凍サイクル装置は、実施の形態１の構成において、第三熱交換器１４の入口側に設けた温度検出装置８を省略すると共に、第三熱交換器１４と同じ機器（ここでは室外機）内に配置された第二熱交換器６の出口側に温度検出装置９Ａを設けた構成としたものである。
【００６０】
図１７は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路７への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。図１７に示す一連の処理は制御装置４０により定期的に実施される。以下、図１６の冷凍サイクル装置におけるバイパス回路７への液冷媒混入防止制御の流れを説明する。
【００６１】
制御装置４０は、温度検出装置９により第三熱交換器１４の出口側の冷媒温度Ｔｏｕｔ−３を検出すると共に、温度検出装置９Ａにより第二熱交換器６の出口側の冷媒温度Ｔｏｕｔ−２を検出する（Ｓ２１）。制御装置４０は、冷媒温度Ｔｏｕｔ−３と冷媒温度Ｔｏｕｔ−２とを比較し（Ｓ２２）、冷媒温度Ｔｏｕｔ−３が冷媒温度Ｔｏｕｔ−２以下の場合、液冷媒の混入有りと判断して、実施の形態１と同様に液冷媒混入防止運転を行い（Ｓ２３）、冷媒温度Ｔｏｕｔ−３が冷媒温度Ｔｏｕｔ−２より高い場合、液冷媒混入無と判断して現状の運転（通常運転）を継続する（Ｓ２４）。なお、制御装置４０は、予め試験等でバイパス回路７への液冷媒の有無と冷媒温度Ｔｏｕｔ−３と冷媒温度Ｔｏｕｔ−２の比較値との相関を求めて記憶し、その相関と冷媒温度Ｔｏｕｔ−３と冷媒温度Ｔｏｕｔ−２の比較値から液冷媒の混入の有無を判断しても良い。
【００６２】
以上説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、バイパス回路７への液冷媒の有無の判断を、温度検出装置９と温度検出装置９Ａの検出値から判断できる。なお、図１６には暖房運転を行う冷凍サイクル装置の構成例を示したが、実施の形態３は、実施の形態１で説明した全ての構成例（変形例含む）の内、第三熱交換器と共に同じ機器内に配置される熱交換器（第一熱交換器３又は第二熱交換器６）が蒸発器の場合に適用可能である。具体的には、これまでの図の例でいえば、図８、図９、図１０を除く構成に適用可能である。図８、図９、図１０の構成は、第三熱交換器と共に同じ機器内に配置される熱交換器が凝縮器として機能するため、凝縮器の出口の冷媒温度と蒸発器となる第三熱交換器の出口の冷媒温度との比較ではバイパス回路７への液混入の有無を判断することができない。よって、これらについては適用外とするが、それ以外には適用可能である。
【００６３】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１〜３とはまた別のバイパス回路７への液冷媒混入有無の判断を行うものである。なお、実施の形態４は、バイパス回路７への液冷媒混入の有無の判断に関わる構成及び判断方法が実施の形態１と異なり、それ以外については実施の形態１と同様である。
【００６４】
図１８は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
実施の形態４の冷凍サイクル装置は、実施の形態１の構成において、第三熱交換器１４の入口側に設けた温度検出装置８と出口側に設けた温度検出装置９とを省略すると共に、室温を検出する室温検出装置９Ｂを室内機に設けた構成としたものである。
【００６５】
図１９は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置におけるバイパス回路７への液冷媒混入防止制御の流れを示すフローチャートである。図１９に示す一連の処理は制御装置４０により定期的に実施される。以下、図１８の冷凍サイクル装置におけるバイパス回路７への液冷媒混入防止制御の流れを説明する。
【００６６】
制御装置４０は、室温検出装置９Ｂにより室温の変化をモニターして（Ｓ３１）、室温が予め設定した所定時間（例えば、１０分）以上、変化しないかどうかをチェックする（Ｓ３２）。制御装置４０は、室温が所定時間の間に変化した場合、液冷媒の混入有りと判断して、実施の形態１と同様に液冷媒混入防止運転を行う（Ｓ３３）。冷凍サイクル装置では、室温検出装置９Ｂで検出された室温が設定温度を維持するように制御を行っており、液冷媒混入があると、冷凍サイクル装置の性能が低下するため、設定温度を維持できなくなる。すなわち、暖房運転時に室温が低下してしまう。よって、この温度低下を検出することにより液冷媒の混入を検出できる。一方、制御装置４０は、室温が所定時間以上、変化しなかった場合、液冷媒混入無と判断して現状の運転（通常運転）を継続する（Ｓ３４）。
【００６７】
以上説明したように、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、バイパス回路７への液冷媒の有無の判断を、室温検出装置９Ｂの検出値から判断できる。なお、図１８には暖房運転を行う冷凍サイクル装置の構成例を示したが、実施の形態４は、実施の形態１で説明した全ての構成例（変形例含む）に適用可能である。
【００６８】
なお、上記実施の形態１〜４に係る冷凍サイクル装置を循環する冷媒として、特に限定するものではないが、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２又はＲ１６１等のフロン系冷媒の他、自然冷媒である二酸化炭素又は炭化水素等を利用することができる。この他、地球温暖化係数が低い冷媒であるテトラフルオロプロペンを成分とする冷媒として用いても良い。
【００６９】
また、上記実施の形態１〜４において、気液分離器５から圧縮機１の吸入側を接続するバイパス回路７が、電磁弁１１、逆止弁１２及びキャピラリーチューブ１０を備える構成としたが、これに限定されるものではなく、これらに代えて流量調整弁を備える構成としても良い。
【００７０】
また、上記実施の形態１〜４に係る冷凍サイクル装置として空気調和機を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ヒートポンプ式給湯装置又は冷蔵庫等、その他の冷凍サイクル装置に適用するものとしても良い。更に、上記実施の形態１〜４に係る気液分離器５は、冷凍サイクル装置に搭載するものとしたが、これに限定されるものではなく、冷媒ではなくその他の流体の気液分離に適用するものとしても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１  圧縮機、２  四方弁、３  第一熱交換器、４  膨張弁、５  気液分離器、６  第二熱交換器、７  バイパス回路、８  温度検出装置、９  温度検出装置、９Ａ  温度検出装置、９Ｂ  室温検出装置、１０  キャピラリーチューブ、１１  電磁弁、１２  逆止弁、１３  アキュムレータ、１４  第三熱交換器、２０  伝熱管、２１  アルミフィン、３０  第一送風機、４０  制御装置、６０  第二送風機。
【図１】
2013073070.tif 000003
【図２】
2013073070.tif 000004
【図３】
2013073070.tif 000005
【図４】
2013073070.tif 000006
【図５】
2013073070.tif 000007
【図６】
2013073070.tif 000008
【図７】
2013073070.tif 000009
【図８】
2013073070.tif 000010
【図９】
2013073070.tif 000011
【図１０】
2013073070.tif 000012
【図１１】
2013073070.tif 000013
【図１２】
2013073070.tif 000014
【図１３】
2013073070.tif 000015
【図１４】
2013073070.tif 000016
【図１５】
2013073070.tif 000017
【図１６】
2013073070.tif 000018
【図１７】
2013073070.tif 000019
【図１８】
2013073070.tif 000020
【図１９】
2013073070.tif 000021
【国際調査報告】
2013073070.tif 000022
2013073070.tif 000023
2013073070.tif 000024
2013073070.tif 000025