(57)【要約】  圧縮機１と凝縮器３と主膨張弁４と蒸発器５とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路３０と、圧縮機１から吐出された冷媒の一部と凝縮器３から流出した冷媒とを合流して圧縮機１の吸入側に流入させるバイパス回路４０（吐出ガスバイパス回路６および吸入バイパス回路８）と、バイパス回路４０の流量を調整する負圧調整弁（吐出ガスバイパス弁７）と、負圧調整弁７を制御して圧縮機１の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段２０ａとを備えたものである。
2016113899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部と前記凝縮器から流出した冷媒とを合流して前記圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、
前記バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、
前記負圧調整弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記バイパス回路は、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸入側にバイパスする吐出ガスバイパス回路と、前記凝縮器から流出した冷媒を前記吐出ガスバイパス回路に合流させて前記圧縮機の吸入側に流入させる吸入バイパス回路とを有し、
前記負圧調整弁は前記吐出ガスバイパス回路の流量を調整する吐出ガスバイパス弁である請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサを有し、
前記負圧防止制御手段は、前記圧力センサで検知した前記吸入圧力があらかじめ設定された第１の設定値を下回る場合に前記負圧防止運転を開始して前記吐出ガスバイパス弁を制御する請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記主膨張弁を閉じると共に、前記吸入圧力があらかじめ設定された第２の設定値となるように前記吐出ガスバイパス弁の開度を調整する請求項２または請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記吸入バイパス回路の流量を調整して前記圧縮機の吸入ガスの過熱度を制御する吸入バイパス弁をさらに有する請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記圧縮機の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された第３の設定値となるように、前記吸入バイパス弁の開度を調整する過熱度制御手段をさらに備えた請求項５記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記主回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁をさらに備えた請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記四方弁と前記蒸発器との間に二方弁を備えた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】
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時に前記二方弁を閉止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】
前記バイパス回路において、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸入側にバイパスする吐出ガスバイパス回路に設けられたエジェクタと、
前記蒸発器と前記四方弁との間の冷媒を前記エジェクタの吸引部に吸引させる吸引回路とを備えた請求項７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記凝縮器の出口側にレシーバを有する請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記凝縮器の出口側に前記主回路と並列にレシーバを有する請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記圧縮機吸入側にアキュームレータを有する請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記バイパス回路は、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記凝縮器の出口側にバイパスする凝縮器バイパス回路と、前記凝縮器バイパス回路および前記凝縮器から流出した冷媒を合流して前記圧縮機の吸入側にバイパスする吸入バイパス回路とを有し、
前記負圧調整弁は前記吸入バイパス回路の流量を調整する吸入バイパス弁である請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサを有し、
前記負圧防止制御手段は、前記圧力センサで検知した前記吸入圧力があらかじめ設定された第１の設定値を下回る場合に前記負圧防止運転を開始して前記吸入バイパス弁を制御する請求項１４記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記主膨張弁を閉じると共に、前記吸入圧力があらかじめ設定された第２の設定値となるように前記吸入バイパス弁の開度を調整する請求項１４または請求項１５記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記凝縮器バイパス回路の流量を調整して前記圧縮機の吸入ガスの過熱度を制御する凝縮器バイパス弁をさらに有する請求項１４〜請求項１６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記圧縮機の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された第３の設定値となるように前記凝縮器バイパス弁の開度を調整する過熱度制御手段をさらに備えた請求項１７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記主回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁をさらに備えた請求項１４〜請求項１８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２０】
前記凝縮器の出口側にレシーバを有する請求項１４〜請求項１９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２１】
前記凝縮器の出口側に前記主回路と並列にレシーバを有する請求項１４〜請求項１９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２２】
前記圧縮機吸入側にアキュームレータを有することを特徴とする請求項１４〜請求項１９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２３】
前記冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆまたはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒のいずれかである請求項１〜請求項２２のいず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、ヒートポンプ式給湯機等の冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置として、例えば、「冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆを用い、少なくとも圧縮機、凝縮器、絞り装置、および蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、四方弁を設けて、冷媒が流れる向きを変え、冷房運転のときは室内熱交換器を蒸発器、室外熱交換器を凝縮器として作用させ、暖房運転のときは室内熱交換器を凝縮器、室外熱交換器を蒸発器として作用させるようにした」ものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５２６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の技術で用いられているＨＦＯ−１２３４ｙｆは、従来用いられていたＲ４０７ＣおよびＲ４１０Ａなどの冷媒に比べて沸点が高い冷媒である。このため、圧縮機吸入圧力が低くなる特性がある。よって、特に低外気温度条件で暖房運転すると、圧縮機吸入圧力が大気圧力よりも低い負圧状態で運転され、空気の吸引による動作不良等の不都合が生じるなどの課題があった。【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、Ｒ４０７Ｃ冷媒に比べて沸点が高い冷媒を用いても、低外気条件で圧縮機吸入圧力が大気圧以下に低下することを防止し、信頼性を向上することが可能な冷凍サイクル装置を提供するものである。
【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、圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、圧縮機から吐出された冷媒の一部と凝縮器から流出した冷媒とを合流して圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、負圧調整弁を制御して圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｒ４０７Ｃ冷媒に比べて沸点が高い冷媒を用いても、低外気条件で圧縮機吸入圧力が大気圧以下に低下することを防止し、信頼性を向上することが可能な冷凍サイクル装置を得ることができる。
【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の冷媒回路図である。
【図２】各種冷媒の飽和温度と飽和蒸気圧力との関係を比較したグラフである。
【図３】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負圧防止運転の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。
【図７】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負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図９】図８のエジェクタの概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例２を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１４】図１３の運転の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路図である。
【図１９】本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例２の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
【００１０】
また、以下では、冷凍サイクル装置をヒートポンプ式給湯機に適用した場合を例に本実施の形態を説明する。
【００１１】
実施の形態１．
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冷媒回路図であり、負荷側の水の温度を上げる加熱運転（給湯運転）を実施している時の状態が示されている。
【００１２】
本実施の形態１の冷凍サイクル装置は、圧縮機１と四方弁２と凝縮器３と主膨張弁４と蒸発器５とが環状に接続され、冷媒が循環する主回路３０と、バイパス回路４０と、バイパス回路４０の流量を調整する負圧調整弁としての吐出ガスバイパス弁７とを備えている。
【００１３】
圧縮機１は、例えば、容量制御可能なインバーター圧縮機等で構成され、低温低圧ガス冷媒を吸引し、圧縮して高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出するものである。
四方弁２は、圧縮機１を吐出した高温高圧ガス冷媒の流れ方向を凝縮器３または蒸発器５に切り換えるものである。
凝縮器３は、プレート式熱交換器で構成され、主回路３０を流れる冷媒と、冷却負荷（図示せず）から供給される被熱交換媒体と熱交換させて放熱させるものである。
主膨張弁４は、高圧冷媒を減圧させ低圧二相冷媒にするものである。
蒸発器５は、例えばプレートフィン式熱交換器等で構成され、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させるものである。
【００１４】
バイパス回路４０は、吐出ガスバイパス回路６と吸入バイパス回路８とを備え、圧縮機１から吐出された冷媒の一部と凝縮器３から流出した冷媒とを合流して圧縮機１の吸入側に流入させる回路である。
【００１５】
吐出ガスバイパス回路６は、圧縮機１を吐出した吐出冷媒の一部を圧縮機１の吸入側にバイパスするものである。吐出ガスバイパス弁７は、吐出ガスバイパス回路６に設けられ、吐出ガスバイパス回路６に流す吐出ガスのバイパス量を調整するものである。吐出ガスバイパス弁７の開度を大きくすると、吐出ガスバイパス回路６を通って圧縮機１の吸入側に戻る冷媒流量が増え、圧縮機吸入圧力が上がる。一方、吐出ガスバイパス弁７の開度を小さくすると、吐出ガスバイパス回路６を通って圧縮機１の吸入側に戻る冷媒流量が減り、圧縮機吸入圧力が下がる。
【００１６】
吸入バイパス回路８は、凝縮器３出口の高圧冷媒を吐出ガスバイパス回路６に合流させて圧縮機１の吸入側に流入させるものである。吸入バイパス弁９は、吸入バイパス回路８に設けられ、吸入バイパス回路８に流す冷媒流量を調整するものである。吸入バイパス弁９の開度を大きくすると、吸入バイパス回路８を通って圧縮機１の吸入側に流入する高圧冷媒の流量が多くなるため、圧縮機吸入過熱度が下がる。一方、吸入バイパス弁９の開度を小さくすると、吸入バイパス回路８から圧縮機１の吸入側に流入する高圧冷媒の流量が減るため、圧縮機吸入過熱度が上がる。
【００１７】
ここで、本実施の形態１においては、冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒またはＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒を含む冷媒を使用している。冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒でもよい。混合冷媒とする場合には、例えばＲ３２を用いることができる。これらのＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒もしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が「４」と従来のＲ４１０Ａ冷媒の「２０９０」およびＲ４０７Ｃ冷媒の「１７７０」に比べて低く、地球環境に与える影響が小さい冷媒である。
【００１８】
次に図１を参照しながら、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルの動作を説明する。
【００１９】
まず、通常の給湯運転について説明する。
通常の給湯運転時は、吐出ガスバイパス弁７および吸入バイパス弁９は全閉とし、吐出ガスバイパス回路６および吸入バイパス回路８の冷媒の流れはない。通常の給湯運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、主膨張弁４へ流入し、減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。主膨張弁４を流出した気液二相冷媒は、蒸発器５に流入し、被熱交換媒体である空気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。蒸発器５を流出した低温低圧のガス冷媒は、再び四方弁２を通過したのち圧縮機１に再び吸引される。
【００２０】
ここで、従来使用していたＲ４１０Ａ冷媒およびＲ４０７Ｃ冷媒と、本実施の形態１で用いるＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒およびＨＦＯ−１２３４ｚｅとのそれぞれについて、飽和温度と飽和蒸気圧力との関係について説明する。
【００２１】
図２は、各種冷媒の飽和温度と飽和蒸気圧力との関係を比較したグラフである。ここでは、各種冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ４０７Ｃ冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒およびＨＦＯ−１２３４ｚｅを示している。図２において横軸は飽和温度［℃］、縦軸は飽和蒸気圧力［ＭＰａ（ａｂｓ）］を示している。
図２によれば、本実施の形態１で用いるＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒は、従来使用していたＲ４１０Ａ冷媒やＲ４０７Ｃ冷媒に比べて、飽和蒸気圧力が低い。このため、外気が例えば−２５℃以下となるような極寒冷地域において給湯運転をすると、蒸発温度が大気圧における飽和蒸気温度である−２９．５℃を下回り、圧縮機吸入圧力が大気圧以下の負圧運転となることが予想される。圧縮機吸入圧力が負圧となると、冷凍サイクル内に空気が吸引され、冷凍サイクルの動作不良等の不都合が生じる。
【００２２】
そこで、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、低外気条件になっても、圧縮機吸入圧力が負圧以上を維持しながら給湯運転を継続する負圧防止運転を実施する。
【００２３】
次に、負圧防止運転における冷凍サイクル動作について、図１の冷媒回路図および次の図３のＰ−ｈ線図を用いて説明する。
【００２４】
図３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負圧防止運転の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。図３における［１］〜［５］は図１における［１］〜［５］の各位置での冷媒状態を示している。なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４の開度は実質的に閉塞されている。この「実質的に閉塞」には、完全に閉塞されている場合のみに限らず、負圧防止を図る上で悪影響が生じない程度のきわめて小さな開度も含まれる。つまり、「実質的に閉塞」とは、全閉もしくは全閉に近い開度に相当する。低外気温度条件の暖房運転時に主膨張弁４が開いていると、蒸発器５に冷媒が流れ込み、圧縮機吸入圧力の低下を招く。このため、負圧防止運転の際には主膨張弁４を閉じて、蒸発器５に冷媒が流れ込まないようにする。
【００２５】
本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒（［１］）が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒（［２］）は２分岐し、一方は吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒（［３］）となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒（［４］）となる。
【００２６】
凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒（［５］）となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガス（［３］）と、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒（［５］）とは、合流して、低温低圧のガス冷媒（［１］）となり、圧縮機１に再び吸引される。なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。
【００２７】
ここで、負圧防止運転の概要について説明する。
負圧防止運転は、圧縮機吸入圧力が負圧に近い運転状態になった場合に開始され、蒸発器５にほとんど冷媒を流さず、凝縮器３から流出した高圧冷媒のほとんどを吸入バイパス回路８に流入させるようにする運転である。そして、圧縮機吸入圧力が負圧より高くなるように吐出ガスバイパス弁７を制御することで、負圧防止を図る。また、本実施の形態１では、吐出ガスバイパス弁７の制御に加えてさらに吸入バイパス弁９を制御し、圧縮機吸入過熱度が適正な状態となるように制御するようにしている。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。図５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負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。
【００２９】
図４に示されるように、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、制御装置２０と、圧縮機吸入圧力センサ２１と、圧縮機吸入温度センサ２２とを備えている。なお、その他の構成要素については図１と同じである。
【００３０】
制御装置２０は、冷凍サイクル装置全体の制御を行うものである。制御装置２０は例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラムおよび図５のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。
【００３１】
制御装置２０には、圧縮機吸入圧力センサ２１および圧縮機吸入温度センサ２２からの検出信号を受けることができるように各センサが接続されている。制御装置２０は、これらの検出信号等に基づいて、主膨張弁４の開度制御、吐出ガスバイパス弁７の開度制御および吸入バイパス弁９の開度制御等を行う。また、制御装置２０は、各センサ２１、２２からの検出信号等に基づいて負圧防止運転を含む各種運転制御を行う。
【００３２】
次に、制御装置２０の機能的な構成について説明する。制御装置２０は、負圧防止制御手段２０ａと、過熱度制御手段２０ｂとを備えている。負圧防止制御手段２０ａは、吐出ガスバイパス弁７を制御して圧縮機１の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行うものである。過熱度制御手段２０ｂは、圧縮機１の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された設定値となるように、吸入バイパス弁９の開度を調整するものである。この負圧防止制御手段２０ａおよび過熱度制御手段２０ｂは、ＣＰＵと制御プログラムとにより機能的に構成されている。
【００３３】
次に図４および図５を参照しながら、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の負圧防止運転の制御の動作を説明する。
【００３４】
制御装置２０は、圧縮機吸入圧力センサ２１で検知された圧縮機吸入圧力Ｐｓを取得する（Ｓ１）。そして、制御装置２０は、圧縮機吸入圧力Ｐｓとあらかじめ設定された、負圧防止運転を開始する上限圧力である設定値１（例えば、０．０１ＭＰａ（Ｇ）。少なくとも正圧の設定値とされる）とを比較する（Ｓ２）。制御装置２０は、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値１以上の間はステップＳ１に戻り、通常の給湯運転を継続する。一方、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値１を下回ると、制御装置２０は、外気温度が低く圧縮機吸入圧力が負圧に近い運転状態にあるものと判断して負圧防止運転を開始する（Ｓ３）。
【００３５】
負圧運転では、制御装置２０はまず、主膨張弁４を実質的に閉塞する（全閉もしくは全閉に近い開度まで小さくする）（Ｓ４）。次に、制御装置２０は圧縮機吸入圧力の目標値としてあらかじめ設定された設定値２（例えば、０．０２ＭＰａ（Ｇ）。少なくとも正圧の設定値とされる）と圧縮機吸入圧力Ｐｓとを比較する（Ｓ５）。そして、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値２（＞設定値１）よりも低い場合、制御装置２０は吐出ガスバイパス弁７の開度を大きくする（Ｓ６）。これにより圧縮機吸入圧力Ｐｓが上昇して設定値２に近づく。一方、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値２よりも高い場合は吐出ガスバイパス弁７の開度を小さくする（Ｓ７）。これにより圧縮機吸入圧力Ｐｓが下降して設定値２に近づく。なお、図５には示していないが、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値２に一致する場合、吐出ガスバイパス弁７の開度は現状維持とすればよい。
【００３６】
次に、制御装置２０は圧縮機吸入温度センサ２２で検知された圧縮機吸入温度Ｔｓを取得する。そして、制御装置２０は、取得した圧縮機吸入温度Ｔｓを用いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ９）。すなわち、制御装置２０は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ） を算出し、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引くことにより、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する。
【００３７】
そして、制御装置２０は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓとあらかじめ圧縮機吸入過熱度の目標値として設定された設定値３（例えば、５Ｋ）とを比較する（Ｓ１０）。そして、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが設定値３よりも小さい場合、制御装置２０は、吸入バイパス弁９の開度を小さくする（Ｓ１１）。これにより、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが上昇して設定値３に近づく。一方、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが設定値３よりも大きい場合は、吸入バイパス弁９の開度を大きくする（Ｓ１２）。これにより、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが下降して設定値３に近づく。なお、図５には示していないが、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが設定値３に一致する場合、吸入バイパス弁９の開度は現状維持とすればよい。そして、Ｓ１１またはＳ１２の処理後、制御装置２０はＳ５に戻り、圧縮機吸入圧力Ｐｓおよび圧縮機吸入過熱度ＳＨｓをそれぞれ対応の設定値２および設定値３に一致させる制御を繰り返す。
【００３８】
以上のように、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置は、外気温度が低く圧縮機吸入圧力が負圧に近い運転状態になると、主膨張弁４を全閉にして蒸発器５での冷媒の蒸発を行うことなく給湯運転を継続する。そして、圧縮機吸入圧力を吐出ガスバイパス弁７の開度で制御すると共に、圧縮機吸入過熱度を吸入バイパス弁９の開度で制御する。このため、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、また、圧縮機吸入過熱度を適正な状態で給湯運転を継続することができる。よって、外気が低下しても空気吸引による動作不良等の不都合を回避することができる。さらに、給湯機において低外気条件でも水の温度を上げる給湯運転を停止する必要がないため、水配管の凍結等も防止することができる。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態２は、図１に示した実施の形態１の構成にさらに二方弁を備えたものである。なお、その他の構成要素については図１と同じである。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。図７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負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。
【００４１】
図６に示されるように、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１の構成にさらに二方弁１０を備えている。
【００４２】
二方弁１０は、四方弁２と蒸発器５の間に配置され、二方弁１０を閉とすることで、四方弁２と蒸発器５の間の冷媒の流れを遮断するものである。
【００４３】
次に図６および図７を参照しながら、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の制御の動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。
【００４４】
本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転は、図５に示した実施の形態１のフローチャートにおいて、二方弁１０を閉じる工程（Ｓ２１）をさらに備えた点が実施の形態１と異なり、それ以外は同様である。二方弁１０を閉じる工程は、ステップＳ３とステップＳ５との間であればよい。
【００４５】
以上のように、本実施の形態２に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、負圧防止運転時に二方弁１０を閉とするため、吐出ガスバイパス弁７を流出した低圧高温冷媒（図６において点線矢印で示した冷媒）が四方弁２を経由して、低温の蒸発器５に流れ込み、凝縮して滞留することを防止することができる。このため、吐出ガスバイパス回路６および吸入バイパス回路８を循環する冷媒が不足となることなく、負圧防止運転を継続することができる。
【００４６】
実施の形態３．
実施の形態３は、図１に示した実施の形態１の構成にさらにエジェクタおよび吸引管を設けたものである。なお、その他の構成要素については図１と同じである。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
エジェクタ１１は、吐出ガスバイパス回路６の吐出ガスバイパス弁７の下流に配置され、蒸発器５側の冷媒を吸引管１２を介して、吸引するものである。
【００４８】
図９は、図８のエジェクタの概略図である。
エジェクタ１１は、ノズル１１ａ、絞り部１１ｂ、ディフューザ１１ｃの３つの部分で構成され、入口から流入した主流はノズル１１ａで絞られ、絞り部１１ｂでは入口に比べて流速が速い状態となる。入口における冷媒の圧力をＰ１、流速をｖ１、密度をρ１、絞り部１１ｂにおける冷媒の圧力をＰ２、流速をｖ２、密度をρ２とすると、ベルヌーイの式により下記の関係が成立する。
【００４９】
【数１】
2016113899.tif 000003
【００５０】
ここで、絞り部１１ｂの流速ｖ２＞入口の流速ｖ１となるため、圧力はＰ２＜Ｐ１となり、冷媒吸引部１１ｄにおいて差圧Ｐ１−Ｐ２が発生し、冷媒が吸引される。
【００５１】
次に図８を参照しながら、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における冷凍サイクルの動作を説明する。なお、通常の給湯運転における冷凍サイクルの動作は実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。負圧防止運転において、主膨張弁４を実質的に閉塞する点は実施の形態１と同様である。
【００５２】
本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は２分岐し、一方は吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、エジェクタ１１に流入する。エジェクタ１１の内部では、冷媒流速の増加に伴い冷媒圧力が低下し、冷媒吸引部１１ｄに接続された吸引管１２を介して、蒸発器５側の冷媒を吸引する。
【００５３】
分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧されてエジェクタ１１を通過した高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒とは、合流して、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。
【００５４】
以上のように、本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、負圧防止運転時に吐出ガスバイパス弁７を流出した低圧高温冷媒が四方弁２を経由して低温の蒸発器５に流れ込んでも、蒸発器５側に流れ込んだ冷媒をエジェクタ１１によって吸引して吐出ガスバイパス回路６に引き戻すことができる。よって、吐出ガスバイパス弁７を流出して蒸発器５に流れ込んだ冷媒が、蒸発器５内部に凝縮して滞留することを防止することができる。このため、吐出ガスバイパス回路６および吸入バイパス回路８を循環する冷媒が不足となることなく、負圧防止運転を継続することができる。
【００５５】
実施の形態４．
実施の形態４は、図１に示した実施の形態１の構成にさらにレシーバを設けたものである。なお、その他の構成要素については図１と同じである。以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００５６】
図１０は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
レシーバ１３は、凝縮器３と吸入バイパス弁９とを接続する配管に配置され、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜するものである。
【００５７】
次に図１０を参照しながら、実施の形態４に係る冷凍サイクルの動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。負圧防止運転において、主膨張弁４を実質的に閉塞する点は実施の形態１と同様である。
【００５８】
本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は２分岐し、一方は吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器３を流出した高圧液冷媒は、レシーバ１３を経由して吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒とは、合流して、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。
【００５９】
なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。このように、負圧防止運転では蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少ない。このため、負圧防止運転では余剰冷媒が発生するが、本実施の形態４ではレシーバ１３に余剰冷媒を貯溜させることができる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、負圧防止運転時にレシーバ１３に余剰冷媒を貯溜することができるため、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。
【００６１】
本実施の形態４は、冷媒貯留容器（ここではレシーバ１３）を備えた構成であるが、冷媒貯留容器の配置は図１０に示した配置に限られず、以下の変形例１、変形例２のように変形実施可能である。
【００６２】
＜変形例１＞
図１１は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【００６３】
図１１に示されるように、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路は、図１０のレシーバ１３に代えて、レシーバ１３ａと逆止弁１４とを設けたものである。なお、その他の構成要素については図１０と同じである。
【００６４】
レシーバ１３ａは、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜する冷媒貯留容器である。レシーバ１３ａは、凝縮器３の出口側で主回路３０と並列に設けられている。言い換えれば、レシーバ１３ａは、吸入バイパス回路８の上流端と主回路３０との合流部と凝縮器３の出口との間の配管に対して並列に設けられている。
【００６５】
逆止弁１４は、主膨張弁４側からレシーバ１３ａに冷媒が流入するのを防止するものである。給湯運転中、蒸発器５に霜が付く場合があり、この場合は、リバースデフロスト運転が行われる。リバースデフロスト運転は、四方弁２を図１１の点線方向に切り換え、圧縮機１を吐出した高温高圧ガス冷媒を蒸発器５に供給して、蒸発器５に付着した霜を除去する運転である。逆止弁１４は、このリバースデフロスト運転時に冷媒がレシーバ１３ａに流入を防止するものである。
【００６６】
次に図１１を参照しながら、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷凍サイクル動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるため、負圧防止運転についてのみ説明する。負圧防止運転時において、主膨張弁４が実質的に閉塞されている点は実施の形態１と同様である。
【００６７】
本変形例１の負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は２分岐し、一方は吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。
【００６８】
凝縮器３を流出した高圧冷媒は２分岐し、一方は主回路３０を介して吸入バイパス回路８へ流れ、もう一方はレシーバ１３ａに凝縮して貯溜される。吸入バイパス回路８へ流入した高圧冷媒は、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒とは、合流して、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。
【００６９】
なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少なく、余剰冷媒が発生するが、本変形例１ではレシーバ１３ａに余剰冷媒を貯溜させることができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例１では、レシーバ１３ａが凝縮器３の出口側で主回路３０と並列に設けられている。このため、凝縮器３の出口が二相冷媒の状態であっても、レシーバ１３ａに余剰冷媒を貯溜することが可能である。よって、余剰冷媒が発生する負圧防止運転時に、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。
【００７１】
＜変形例２＞
図１２は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例２を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【００７２】
図１２に示されるように、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例２の冷媒回路は、図１０のレシーバ１３に代えてアキュームレータ１５を設けたものである。なお、その他の構成要素については図１０と同じである。
【００７３】
アキュームレータ１５は、圧縮機１の吸入側に設けたものであり、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜する冷媒貯留容器である。
【００７４】
次に図１２を参照しながら、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例２の冷凍サイクル動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるため、負圧防止運転についてのみ説明する。
【００７５】
変形例２の負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は２分岐し、一方は吐出ガスバイパス回路６に流入し、吐出ガスバイパス弁７で減圧されて高温低圧ガス冷媒となり、圧縮機１の吸入側にバイパスされる。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。
【００７６】
凝縮器３を流出した高圧冷媒は吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス回路８へ流入した高圧冷媒は、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。吐出ガスバイパス弁７で減圧された高温低圧ガスと、吸入バイパス弁９で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒は、合流して低温低圧の冷媒となり、アキュームレータ１５を経由して、圧縮機１に再び吸引される。
【００７７】
なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少なく、余剰冷媒が発生するが、本変形例２ではアキュームレータ１５に余剰冷媒を貯溜させることができる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の変形例２では、アキュームレータ１５を圧縮機１の吸入側に設けたため、余剰冷媒が発生する負圧防止運転時に、アキュームレータ１５に余剰冷媒を貯溜することができる。このため、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。
【００７９】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、圧縮機１から吐出して凝縮器３に向かう冷媒の一部を吐出ガスバイパス回路６に流入させることで主回路３０から分岐し、その分岐冷媒を圧縮機１の吸入側に戻す構成としている。そして、分岐冷媒を圧縮機１の吸入側に戻すにあたり、分岐冷媒を、吸入バイパス回路８を流れる冷媒と吸入バイパス弁９の下流側で合流させて戻す構成としている。これに対し、本実施の形態５では、主回路３０から分岐した分岐冷媒を圧縮機１の吸入側に戻すにあたり、分岐冷媒を、吸入バイパス回路８を流れる冷媒と吸入バイパス弁９の上流側で合流させて戻す構成としたものである。
【００８０】
図１３は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図であり、負荷側の水の温度を上げる給湯運転を実施している時の状態が示されている。また、図１４は、図１３の運転の動作状態を示すＰ−ｈ線図である。
【００８１】
本実施の形態５は、図１に示した実施の形態１の構成から、吐出ガスバイパス回路６および吐出ガスバイパス弁７が削除される一方、凝縮器３をバイパスする凝縮器バイパス回路１６と凝縮器バイパス回路１６の流量を調整する凝縮器バイパス弁１７とを備えている。本実施の形態５のバイパス回路４１は、凝縮器バイパス回路１６と吸入バイパス回路８とを備え、凝縮器バイパス回路１６を流出した冷媒（圧縮機１から吐出された冷媒の一部）と凝縮器３から流出した冷媒とを合流し、吸入バイパス回路８を介して圧縮機１の吸入側に流入させる回路である。このバイパス回路４１においては、吸入バイパス弁９が本発明に係る負圧調整弁を構成している。
【００８２】
凝縮器バイパス回路１６は、圧縮機１を吐出した吐出冷媒の一部を凝縮器３の出口側にバイパスするものである。
凝縮器バイパス弁１７は、凝縮器バイパス回路１６に流す吐出ガスのバイパス量を調整するものである。
【００８３】
次に図１３を参照しながら、本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルの動作を説明する。なお、通常の給湯運時は、凝縮器バイパス弁１７および吸入バイパス弁９は全閉とし、凝縮器バイパス回路１６および吸入バイパス回路８の冷媒の流れはない。よって、本実施の形態５における通常の給湯運時の冷凍サイクルの動作は実施の形態１と同様である。このため、負圧防止運転についてのみ説明する。負圧防止運転時において、主膨張弁４が実質的に閉塞されている点は実施の形態１と同様である。
【００８４】
次に、負圧防止運転の動作について図１３の冷媒回路図および図１４のＰ−ｈ線図を用いて説明する。図１４における［１］〜［５］は、図１３における［１］〜［５］の各位置での冷媒状態を示している。
【００８５】
本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒（［１］）が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガス（［２］）となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を通過後、２分岐し、一方は凝縮器バイパス回路１６に流入し、凝縮器バイパス弁１７で減圧された後（［３］）、凝縮器バイパス回路１６を流出する。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒（［４］）となる。
【００８６】
凝縮器バイパス回路１６を流出した高温高圧ガス冷媒と凝縮器３を流出した高圧液冷媒とは、合流して高圧の乾き度が高い二相冷媒（［５］）となる。この二相冷媒は、吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧のガス冷媒（［１］）となり、圧縮機１に再び吸引される。なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。
【００８７】
上記実施の形態１〜４では、圧縮機吸入圧力の制御を吐出ガスバイパス弁７で行っていた。これに対し、本実施の形態５では、冷媒の流れが、図１４に示されているように凝縮器バイパス回路１６から流出した冷媒（［３］）と凝縮器３から流出した冷媒（［４］）とが合流し、合流後の冷媒を吸入バイパス弁９で減圧して圧縮機１に吸入させる流れとなっている。このため、本実施の形態５では圧縮機吸入圧力の制御を吸入バイパス弁９で行っている。
【００８８】
図１５は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図である。
図１５に示されるように、本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置は、図４に示した実施の形態１のシステム構成において、制御装置２０が、吐出ガスバイパス弁７に代えて凝縮器バイパス弁１７を制御可能に接続されている点が図４と異なる。また、制御装置２０の機能的な構成として、制御装置２０が負圧防止制御手段２０Ａと、過熱度制御手段２０Ｂとを備えている。負圧防止制御手段２０Ａは、吸入バイパス弁９の開度を制御して圧縮機１の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行うものである。過熱度制御手段２０Ｂは、圧縮機１の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された設定値となるように、凝縮器バイパス弁１７の開度を調整するものである。この負圧防止制御手段２０Ａおよび過熱度制御手段２０Ｂは、ＣＰＵと制御プログラムとにより機能的に構成されている。それ以外の構成は図４と同様である。
【００８９】
図１６は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置における負圧防止運転の制御手順を示すフローチャートである。図１６に示す実施の形態５のフローチャートは、上記図５に示した実施の形態１のフローチャートと比較して、以下の点が異なる。すなわち、図５のステップＳ６およびステップＳ７の吐出ガスバイパス弁７の開度制御が、図１６ではステップＳ６ａおよびステップＳ７ａの吸入バイパス弁９の開度制御に置き換わっている。また、図５のステップＳ１１およびステップＳ１２の吸入バイパス弁９の開度制御が、図１６では凝縮器バイパス弁１７の開度制御に置き換わっている。それ以外は、図１６の制御フローチャートと同様である。以下、実施の形態５における負圧防止運転の制御が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００９０】
実施の形態５では、ステップＳ５で圧縮機吸入圧力Ｐｓとあらかじめ設定された設定値２とを比較した結果、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値２よりも低い場合、吸入バイパス弁９の開度を大きくしている（Ｓ６ａ）。これにより、圧縮機吸入圧力Ｐｓが上昇して設定値２に近づく。一方、圧縮機吸入圧力Ｐｓが設定値２よりも高い場合は吸入バイパス弁９の開度を小さくする（Ｓ７ａ）。これにより圧縮機吸入圧力Ｐｓが下降して設定値２に近づく。
【００９１】
また、実施の形態５では、ステップＳ１０で圧縮機吸入過熱度ＳＨｓとあらかじめ圧縮機吸入過熱度の目標値として設定された設定値３とを比較した結果、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが設定値３よりも小さい場合、制御装置２０は凝縮器バイパス弁１７の開度を大きくする（Ｓ１１ａ）。これにより、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが上昇して設定値３に近づく。一方、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが設定値３よりも大きい場合は、凝縮器バイパス弁１７の開度を小さくする（Ｓ１２ａ）。これにより、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓが下降して設定値３に近づく。そして、Ｓ１１ａまたはＳ１２ａの処理後、制御装置２０はＳ５に戻り、圧縮機吸入圧力Ｐｓおよび圧縮機吸入過熱度ＳＨｓをそれぞれ対応の設定値２および設定値３に一致させる制御を繰り返す。
【００９２】
以上のように、本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機吸入圧力の制御および圧縮機吸入過熱度の制御にあたり、制御対象のバイパス弁が異なるものの、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、外気温度が低く圧縮機吸入圧力が負圧に近い運転状態になると、主膨張弁４を全閉にして蒸発器５での冷媒の蒸発を行うことなく給湯運転を継続する。そして、圧縮機吸入圧力を吸入バイパス弁９の開度で制御すると共に、圧縮機１の吸入過熱度を凝縮器バイパス弁１７の開度で制御する。このため、圧縮機吸入圧力が負圧になることなく、また、圧縮機吸入過熱度を適正な状態で給湯運転を継続することができる。よって、外気が低下しても空気吸引による動作不良等の不都合を回避することができる。さらに、給湯機において低外気条件でも水の温度を上げる給湯運転を停止する必要がないため、水配管の凍結等も防止することができる。
【００９３】
実施の形態６．
実施の形態６は、いわば、実施の形態５と、レシーバ１３を備えたことを特徴とする実施の形態４とを組み合わせた構成に相当する。以下、実施の形態６が実施の形態５と異なる部分を中心に説明する。
【００９４】
図１７は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図１７に示されるように、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図は、レシーバ１３を設けたものである。なお、その他の構成要素については図１３に示した実施の形態５と同じである。
【００９５】
レシーバ１３は、凝縮器３と吸入バイパス弁９を接続する配管に配置され、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜するものである。
【００９６】
次に図１７を参照しながら、実施の形態６に係る冷凍サイクルの動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。
【００９７】
低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を通過後、２分岐し、一方は凝縮器バイパス回路１６に流入し、凝縮器バイパス弁１７で減圧された後、凝縮器バイパス回路１６を流出する。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となりレシーバ１３に流入する。凝縮器バイパス回路１６を流出した高温高圧ガス冷媒とレシーバ１３を流出した高圧液冷媒とは、合流して、高圧の乾き度が高い二相冷媒となり、吸入バイパス回路８へ流入する。吸入バイパス回路８へ流入した二相冷媒は、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。
【００９８】
なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少なく、余剰冷媒が発生するが、本実施の形態６ではレシーバ１３に余剰冷媒が貯溜される。
【００９９】
以上のように、本実施の形態６に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態５と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、負圧防止運転時にレシーバ１３に余剰冷媒を貯溜することができるため、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。
【０１００】
本実施の形態６は、冷媒貯留容器（ここではレシーバ１３）を備えた構成であるが、冷媒貯留容器の配置は図１７に示した配置に限られず、以下の変形例１、変形例２のように変形実施可能である。
【０１０１】
＜変形例１＞
図１８は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路図である。
【０１０２】
図１８に示されるように、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路は、図１７のレシーバ１３に代えて、レシーバ１３ａと逆止弁１４とを設けたものである。その他の構成要素については図１７と同じである。
【０１０３】
レシーバ１３ａは、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜する冷媒貯留容器である。レシーバ１３ａは、凝縮器３の出口側で主回路３０と並列に設けられている。言い換えれば、レシーバ１３ａは、凝縮器バイパス回路１６の上流端と主回路３０との合流部と凝縮器３の出口との間の配管に対して並列に設けられている。
【０１０４】
逆止弁１４は、主膨張弁４側からレシーバ１３ａに冷媒が流入するのを防止するものである。給湯運転中、蒸発器５に霜が付く場合があり、この場合は、リバースデフロスト運転が行われる。リバースデフロスト運転は、四方弁２を図１８の点線方向に切り換え、圧縮機１を吐出した高温高圧ガス冷媒を蒸発器５に供給して、蒸発器５に付着した霜を除去する運転である。逆止弁１４は、このリバースデフロスト運転時に冷媒の流入を防止するものである。
【０１０５】
次に図１８を参照しながら、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷凍サイクル動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態５と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。負圧防止運転時において、主膨張弁４が実質的に閉塞されている点は実施の形態５と同様である。
【０１０６】
本変形例１の負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を通過後、２分岐し、一方は凝縮器バイパス回路１６に流入し、凝縮器バイパス弁１７で減圧された後、凝縮器バイパス回路１６を流出する。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。
【０１０７】
凝縮器３を流出した高圧冷媒は２分岐し、一方は主回路３０へ流れ、もう一方はレシーバ１３ａに凝縮して貯溜される。主回路３０へ流れた高圧冷媒は、凝縮器バイパス回路１６を流出した高温高圧ガス冷媒と合流して高圧の乾き度が高い二相冷媒となる。この二相冷媒は吸入バイパス回路８へ流入し、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１に再び吸引される。
【０１０８】
なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。負圧防止運転では、蒸発器５を使わないため、通常の給湯運転に比べて必要冷媒量が少なく、余剰冷媒が発生するが、本実施の形態６ではレシーバ１３ａに余剰冷媒が貯溜される。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例１は、レシーバ１３ａが凝縮器３の出口側で主回路３０と並列に設けられている。このため、凝縮器３の出口が二相冷媒の状態であっても、レシーバ１３ａに余剰冷媒を貯溜することが可能である。よって、余剰冷媒が発生する負圧防止運転時に、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。
【０１１０】
＜変形例２＞
図１９は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例２の冷媒回路図である。
【０１１１】
図１９に示されるように、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例１の冷媒回路は、図１７のレシーバ１３に代えて、アキュームレータ１５を設けたものである。なお、その他の構成要素については図１７と同じである。
【０１１２】
アキュームレータ１５は、圧縮機１の吸入側に設けたものであり、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜するものである。
【０１１３】
次に図１９を参照しながら、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例２の動作を説明する。なお、通常の給湯運転については実施の形態１と同様であるので省略し、負圧防止運転についてのみ説明する。
【０１１４】
変形例２の負圧防止運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を通過後、２分岐し、一方は凝縮器バイパス回路１６に流入し、凝縮器バイパス弁１７で減圧された後、凝縮器バイパス回路１６を流出する。分岐したもう一方の高温高圧ガス冷媒は、凝縮器３へ流入する。凝縮器３に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器バイパス回路１６を流出した高温高圧ガス冷媒と凝縮器３を流出した高圧液冷媒とは、合流して、高圧の乾き度が高い二相冷媒となり、吸入バイパス回路８へ流入する。吸入バイパス回路８へ流入した二相冷媒は、吸入バイパス弁９で減圧膨張されて低温低圧の冷媒となり、アキュームレータ１５を経由して、圧縮機１に再び吸引される。
【０１１５】
なお、負圧防止運転時は、主膨張弁４は実質的に閉塞されているため、蒸発器５には低圧二相冷媒はほとんど流れず、外気との熱交換による冷媒の蒸発は行われない。
【０１１６】
以上のように、本実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の変形例２は、アキュームレータ１５を圧縮機１の吸入側に設けたため、余剰冷媒が発生する負圧防止運転時に、アキュームレータ１５に余剰冷媒を貯溜することができる。このため、圧縮機１の吸入側への液バック運転を防止し、信頼性の高い負圧防止運転を継続することができる。
【０１１７】
上記各実施の形態および変形例では、冷媒として、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆもしくはＨＦＯ−１２３４ｚｅとＲ３２とを混合した混合冷媒を用いている。なお、冷媒は、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒であればよい。また、冷媒は、Ｒ４０７Ｃに比べて地球温暖化係数が低い冷媒が好ましい。
【０１１８】
なお、上記各実施の形態では、冷凍サイクル装置をヒートポンプ式給湯機に適用した場合を説明したが、空気調和機等にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１  圧縮機、２  四方弁、３  凝縮器、４  主膨張弁、５  蒸発器、６  吐出ガスバイパス回路、７  吐出ガスバイパス弁、８  吸入バイパス回路、９  吸入バイパス弁、１０  二方弁、１１  エジェクタ、１１ａ  ノズル、１１ｂ  絞り部、１１ｃ  ディフューザ、１１ｄ  冷媒吸引部、１２  吸引管、１３  レシーバ、１３ａ  レシーバ、１４  逆止弁、１５  アキュームレータ、１６  凝縮器バイパス回路、１７  凝縮器バイパス弁、２０  制御装置、２０Ａ  負圧防止制御手段、２０Ｂ  過熱度制御手段、２０ａ  負圧防止制御手段、２０ｂ  過熱度制御手段、２１  圧縮機吸入圧力センサ、２２  圧縮機吸入温度センサ、３０  主回路、４０  バイパス回路、４１  バイパス回路。
【図１】
2016113899.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
2016113899.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月8日(2017.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、圧縮機から吐出された冷媒の一部と凝縮器から流出した冷媒とを合流して圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、負圧調整弁を制御して圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備え、負圧防止制御手段は、負圧防止運転時、主膨張弁を閉じるものである。
【手続補正２】
【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】
圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部と前記凝縮器から流出した冷媒とを合流して前記圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、
前記バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、
前記負圧調整弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備え、
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記主膨張弁を閉じる冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記主回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁をさらに備えた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記四方弁と前記蒸発器との間に二方弁を備えた請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時に前記二方弁を閉止する請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記バイパス回路において、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸入側にバイパスする吐出ガスバイパス回路に設けられたエジェクタと、
前記蒸発器と前記四方弁との間の冷媒を前記エジェクタの吸引部に吸引させる吸引回路とを備えた請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器と二方弁と四方弁とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部と前記凝縮器から流出した冷媒とを合流して前記圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、
前記バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、
前記負圧調整弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備え、
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時に前記二方弁を閉止する冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記バイパス回路は、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸入側にバイパスする吐出ガスバイパス回路と、前記凝縮器から流出した冷媒を前記吐出ガスバイパス回路に合流させて前記圧縮機の吸入側に流入させる吸入バイパス回路とを有し、
前記負圧調整弁は前記吐出ガスバイパス回路の流量を調整する吐出ガスバイパス弁である請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサを有し、
前記負圧防止制御手段は、前記圧力センサで検知した前記吸入圧力があらかじめ設定された第１の設定値を下回る場合に前記負圧防止運転を開始して前記吐出ガスバイパス弁を制御する請求項７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記吸入圧力があらかじめ設定された第２の設定値となるように前記吐出ガスバイパス弁の開度を調整する請求項７または８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記吸入バイパス回路の流量を調整して前記圧縮機の吸入ガスの過熱度を制御する吸入バイパス弁をさらに有する請求項８または請求項９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記圧縮機の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された第３の設定値となるように、前記吸入バイパス弁の開度を調整する過熱度制御手段をさらに備えた請求項１０記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記凝縮器の出口側にレシーバを有する請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記凝縮器の出口側に前記主回路と並列にレシーバを有する請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記圧縮機吸入側にアキュームレータを有する請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、Ｒ４０７Ｃに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記凝縮器の出口側にバイパスする凝縮器バイパス回路と、
前記凝縮器バイパス回路および前記凝縮器から流出した冷媒を合流して前記圧縮機の吸入側に流入させる吸入バイパス回路と、
前記吸入バイパス回路の流量を調整する吸入バイパス弁と、
前記吸入バイパス弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサを有し、
前記負圧防止制御手段は、前記圧力センサで検知した前記吸入圧力があらかじめ設定された第１の設定値を下回る場合に前記負圧防止運転を開始して前記吸入バイパス弁を制御する請求項１５記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記主膨張弁を閉じると共に、前記吸入圧力があらかじめ設定された第２の設定値となるように前記吸入バイパス弁の開度を調整する請求項１５または請求項１６記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記凝縮器バイパス回路の流量を調整して前記圧縮機の吸入ガスの過熱度を制御する凝縮器バイパス弁をさらに有する請求項１５〜請求項１７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記圧縮機の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された第３の設定値となるように前記凝縮器バイパス弁の開度を調整する過熱度制御手段をさらに備えた請求項１８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２０】
前記主回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁をさらに備えた請求項１５〜請求項１９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２１】
前記凝縮器の出口側にレシーバを有する請求項１５〜請求項２０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２２】
前記凝縮器の出口側に前記主回路と並列にレシーバを有する請求項１５〜請求項２０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２３】
前記圧縮機吸入側にアキュームレータを有する請求項１５〜請求項２０のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２４】
前記冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｚｅの単独冷媒、ＨＦＯ−１２３４ｙｆまたはＨＦＯ−１２３４ｚｅを含む混合冷媒のいずれかである請求項１〜請求項２３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
2016113899.tif 000023
2016113899.tif 000024
2016113899.tif 000025
2016113899.tif 000026
2016113899.tif 000027
2016113899.tif 000028