(57)【要約】【課題】組成分離回路との接続点数が少なく、冷媒回路構成が簡単な非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクルからなる熱源ユニット６２と、冷媒精留器１１、第１冷却器１３及び第２冷却器１２を有する組成分離回路からなる組成分離ユニット６３と、熱源ユニット６２と組成分離ユニット６３とを接続する第１、第２配管とを備え、第１配管は、冷媒精留器１１の下部と、圧縮機１の吐出部と冷媒流路四方弁２との間の配管に第２冷却器１２を介して接続され、第２配管は、冷媒精留器１１の下部と、冷媒流路四方弁２と圧縮機１の吸入部との間の配管に第１冷却器１３を介して接続され、第２配管の冷媒精留器１１の下部と第１冷却器１３との間の配管と、第２配管の第１冷却器１３の出口側配管に、第２冷却器１２を介して接続された第３配管を備える。【選択図】図１
2007127411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒流路切り換え手段、利用側熱交換器、第１減圧装置及び熱源側熱交換器を環状に接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を循環させる冷凍サイクルからなる熱源ユニットと、
上部に第１冷却器および冷媒貯留器を環状に接続し、下部に第２冷却器を接続し、前記非共沸混合冷媒の組成を分離する組成分離手段を有し、前記組成分離手段の下部から流出した前記非共沸混合冷媒を前記第１冷却器及び前記第２冷却器の冷却源とするようにした組成分離回路からなる組成分離ユニットと、
前記組成分離手段の下部と、前記圧縮機の吐出部と前記冷媒流路切り換え手段との間の配管に前記第２冷却器を介して接続された前記第１配管と、
前記組成分離手段の下部と、前記冷媒流路切り換え手段と前記圧縮機の吸入部との間の配管に前記第１冷却器を介して接続された第２配管と、
前記第２配管の前記組成分離手段の下部と前記第１冷却器との間の配管と、前記第２配管の前記第１冷却器の出口側配管に、前記第２冷却器を介して接続された第３配管と、
を備え、
前記熱源ユニットと前記組成分離ユニットとは、前記第１配管および前記第２配管の２箇所で接続され、
前記非共沸混合冷媒の組成の変更内容に基づいて、前記第１配管により前記熱源ユニットの前記圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒の一部を前記組成分離ユニットに導入し、前記組成分離ユニットで前記非共沸混合冷媒の組成を変更し、
前記組成を変更した非共沸混合冷媒の一部が前記第２配管により前記第１冷却器を介して流れ、他の一部が前記第３配管により前記第２冷却器を介して流れ、その後、前記第２配管に合流し、前記第２配管を介して前記熱源ユニットに供給されることを特徴とする非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と、前記第３配管との接続部との間の配管に第３減圧装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と前記第３配管との接続部と、前記第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設け、前記第２配管と前記第３配管との接続部と、前記第２冷却器との間の配管に第４減圧装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第１配管の冷凍サイクルと前記第２冷却器入口部との間の配管に第１開閉弁を設け、前記第２配管の前記第１冷却器出口部と前記冷凍サイクルとの間の配管に第２開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷凍サイクルを収納した熱源ユニットと、前記組成分離回路を収納した組成分離ユニットとを独立分離して設置したことを特徴とする請求項５記載の非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷媒として非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクルに関するものであり、特に冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を変更し、性能向上や高温給湯を行うことができる冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転数が変更できない圧縮機を搭載した空調機の容量制御やヒートポンプ式給湯機による高温出湯時の高圧圧力低減のため、冷凍サイクル内を循環する冷媒の組成を変更する冷媒組成変更手段を搭載した冷凍サイクル装置が提案されている。
ここで、冷凍サイクル内を循環する非共沸混合冷媒の組成を変更して能力を制御する例としては、特開平１０−２６７４３６号公報に開示のものが知られている。従来の冷凍サイクルは、圧縮機の回転数を変更するインバータを用いずに高効率で幅広い能力制御幅を得ることを目的とするものであり、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を備えた冷凍サイクルと、低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒と、低沸点成分に富んだ冷媒を生成する冷媒精留器と、冷媒精留器から出た冷媒を貯留する第１の冷媒貯留器と、高沸点成分に富んだ冷媒を貯留する第２の冷媒貯留器とを備え、第１の冷媒貯留器と第２の冷媒貯留器の液冷媒量を調整することにより冷凍サイクル内を循環する組成を連続的に変更し、常に負荷に応じた能力を発揮させることができるというものである。
【０００３】
従来の冷凍空調装置について、図８を用いて説明する。図８において、６０は室外機であり、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３及び第２の冷媒貯留器であるアキュムレータ６を備えている。また６１は室内機であり、第１減圧装置である膨張弁４と利用側熱交換器５を備えている。室外機６０と室内機６１は２本の配管で接続されており、冷凍サイクルを形成している。この冷凍サイクル内には高沸点成分と低沸点成分からなる非共沸混合冷媒が充填されている。熱源側熱交換器３は、暖房運転時には蒸発器として動作し、冷房運転時には凝縮器として動作する。また利用側熱交換器５は、暖房運転時には凝縮器として動作し、冷房運転時には蒸発器として動作する。
【０００４】
室外機６０において、冷凍サイクル内を循環する非共沸混合冷媒の組成を連続的に変更する冷媒組成変更手段について次に説明する。１１は冷媒精留器であり、圧縮機１出口部と冷媒精留器１１の下部は、電磁弁２１を介して配管で接続されており、またこの配管の途中には、圧縮機１の吸入配管と熱交換する冷却器１２が設けられている。さらに冷媒精留器１１の下部とアキュムレータ６は、毛細管２４と電磁弁２２を介して配管で接続されている。冷媒精留器１１の上部には、冷却器１３と第１の冷媒貯留器である冷媒貯留器１４が環状に接続されており、冷却器１３は、圧縮機１の吸入冷媒の一部が電磁弁２３を介して流入できるように構成されている。冷媒精留器１１、冷媒貯留器１４、冷却器１２、冷却器１３、電磁弁２１、２２、２３、毛細管２４およびこれらの接続配管は、室外機６０内に納められている。
【０００５】
この構成において、例えば、暖房運転時には、冷凍サイクル内の余剰な冷媒は、アキュムレータ６内に貯留される。このアキュムレータ６内の冷媒は、高沸点成分に富んだ液冷媒と、低沸点成分に富んだ蒸気冷媒に分離される。このため、アキュムレータ６内に液冷媒が貯留されると、サイクル内を循環する冷媒組成は、充填組成に比べて低沸点成分が増加する。
【０００６】
一方、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成の高沸点成分を増加させる場合には、圧縮機１を出た高温高圧の蒸気冷媒の一部を電磁弁２１を介して冷却器１２に流入させ、この高温の冷媒蒸気は、冷却器１２内で低温低圧の圧縮機吸入冷媒によって冷却され、飽和蒸気あるいは気液二相状態まで冷却される。冷却器１２を出た高圧の気液二相冷媒は冷媒精留器１１の下部へ流入し、このうち冷媒蒸気は冷媒精留器１１内を上昇する。また冷媒精留器１１の上部では、上昇した冷媒蒸気が冷却器１３に流入し、電磁弁２３を通って流入した低温の圧縮機吸入冷媒によって冷却され、凝縮液化する。この液冷媒は冷媒貯留器１４に流入し、貯留される。冷媒貯留器１４内から液冷媒が冷媒精留器１１の環流液として冷媒精留器１１の上部より流入する。すなわち、冷媒精留器１１内では、上昇する蒸気冷媒と、下降する液冷媒とが気液接触を行い、熱および物質移動が行われ、冷媒精留器１１内を上昇する蒸気冷媒は徐々に低沸点成分が増加し、低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留される。
【０００７】
冷媒貯留器１４に貯留される液冷媒の増加とともに、アキュムレータ６内の液冷媒は減少し、アキュムレータ６内に貯留されていた高沸点成分に富んだ液冷媒が、サイクル内へ放出され、低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留されることになる。この結果、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を高沸点成分に富んだものにすることができる。
例えば、Ｒ３２を２３％、Ｒ１２５を２５％、Ｒ１３４ａを５２％の重量割合で混合した冷媒（Ｒ４０７Ｃ）を充填した冷凍サイクルにおいて、Ｒ３２の組成を４５％から５％の範囲で制御することにより、能力は充填組成（Ｒ３２の組成が２３％）での能力を１００とすると１３０％から７０％の範囲で制御することができる。
【０００８】
以上のように、従来の発明においては、冷媒貯留器１４に貯留する低沸点成分に富んだ液冷媒量とアキュムレータ６に貯留する高沸点成分に富んだ液冷媒量を調整することにより、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を変更できるため、インバータによる回転数制御を行う場合に比べ、低コストで広範囲な冷媒組成変更が可能になるというものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の冷凍サイクル装置では、冷媒精留器１１に供給する冷媒を冷却する冷却源および冷媒精留器１１の出口蒸気を冷却する冷却源として冷凍サイクルの低圧ガス冷媒を利用していたため、冷凍サイクルと冷媒精留器１１との接続点数が多く（図８において、冷凍サイクルと冷媒組成変更手段の接続点数はａ〜ｆの６点）、冷凍サイクル装置製作の作業性が低下するとともに冷媒回路構成が複雑になるという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡単な冷媒構成で冷凍サイクルと組成分離回路との接続箇所が削減でき、工作性が向上するとともに、既存の冷凍サイクル装置に組成分離回路を容易に接続することができ、また、各流路に適正な冷媒流量を流すことができ、信頼性や性能向上を図ることができる非共沸混合冷媒を用いる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】
【００１１】
この発明に係わる非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切り換え手段、利用側熱交換器、第１減圧装置及び熱源側熱交換器を環状に接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を循環させる冷凍サイクルからなる熱源ユニットと、上部に第１冷却器および冷媒貯留器を環状に接続し、下部に第２冷却器を接続し、前記非共沸混合冷媒の組成を分離する組成分離手段を有し、前記組成分離手段の下部から流出した前記非共沸混合冷媒を前記第１冷却器及び前記第２冷却器の冷却源とするようにした組成分離回路からなる組成分離ユニットと、前記組成分離手段の下部と、前記圧縮機の吐出部と前記冷媒流路切り換え手段との間の配管に前記第２冷却器を介して接続された前記第１配管と、前記組成分離手段の下部と、前記冷媒流路切り換え手段と前記圧縮機の吸入部との間の配管に前記第１冷却器を介して接続された第２配管と、前記第２配管の前記組成分離手段の下部と前記第１冷却器との間の配管と、前記第２配管の前記第１冷却器の出口側配管に、前記第２冷却器を介して接続された第３配管と、を備え、前記熱源ユニットと前記組成分離ユニットとは、前記第１配管および前記第２配管の２箇所で接続され、
前記非共沸混合冷媒の組成の変更内容に基づいて、前記第１配管により前記熱源ユニットの前記圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒の一部を前記組成分離ユニットに導入し、前記組成分離ユニットで前記非共沸混合冷媒の組成を変更し、前記組成を変更した非共沸混合冷媒の一部が前記第２配管により前記第１冷却器を介して流れ、他の一部が前記第３配管により前記第２冷却器を介して流れ、その後、前記第２配管に合流し、前記第２配管を介して前記熱源ユニットに供給されるものである。
【００１２】
また、前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と、前記第３配管との接続部との間の配管に第３減圧装置を設けたものである。
【００１３】
また、前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と前記第３配管との接続部と、前記第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設け、前記第２配管と前記第３配管との接続部と、前記第２冷却器との間の配管に第４減圧装置を設けたものである。
【００１４】
また、前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設けたものである。
【００１５】
また、前記第１配管の冷凍サイクルと前記第２冷却器入口部との間の配管に第１開閉弁を設け、前記第２配管の前記第１冷却器出口部と前記冷凍サイクルとの間の配管に第２開閉弁を設けたものである。
【００１６】
また、前記冷凍サイクルを収納した熱源ユニットと、前記組成分離回路を収納した組成分離ユニットとを独立分離して設置したものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、圧縮機、冷媒流路切り換え手段、利用側熱交換器、第１減圧装置及び熱源側熱交換器を環状に接続し、低沸点冷媒と高沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を循環させる冷凍サイクルからなる熱源ユニットと、上部に第１冷却器および冷媒貯留器を環状に接続し、下部に第２冷却器を接続し、前記非共沸混合冷媒の組成を分離する組成分離手段を有し、前記組成分離手段の下部から流出した前記非共沸混合冷媒を前記第１冷却器及び前記第２冷却器の冷却源とするようにした組成分離回路からなる組成分離ユニットと、前記組成分離手段の下部と、前記圧縮機の吐出部と前記冷媒流路切り換え手段との間の配管に前記第２冷却器を介して接続された前記第１配管と、前記組成分離手段の下部と、前記冷媒流路切り換え手段と前記圧縮機の吸入部との間の配管に前記第１冷却器を介して接続された第２配管と、前記第２配管の前記組成分離手段の下部と前記第１冷却器との間の配管と、前記第２配管の前記第１冷却器の出口側配管に、前記第２冷却器を介して接続された第３配管と、を備え、前記熱源ユニットと前記組成分離ユニットとは、前記第１配管および前記第２配管の２箇所で接続され、前記非共沸混合冷媒の組成の変更内容に基づいて、前記第１配管により前記熱源ユニットの前記圧縮機から吐出された前記非共沸混合冷媒の一部を前記組成分離ユニットに導入し、前記組成分離ユニットで前記非共沸混合冷媒の組成を変更し、前記組成を変更した非共沸混合冷媒の一部が前記第２配管により前記第１冷却器を介して流れ、他の一部が前記第３配管により前記第２冷却器を介して流れ、その後、前記第２配管に合流し、前記第２配管を介して前記熱源ユニットに供給されるので、第１冷却器および第２冷却器に流れる冷媒流量の適正化を図ることができ、また、圧縮機の吸入冷媒を第１冷却器の冷却源とする場合よりも、冷凍サイクルと組成分離回路との接続箇所が削減でき、工作性が向上するため、低コストとするでことができる。    
また、冷凍サイクルと組成分離ユニットとを独立分離して設置でき、簡単な改造で既存の冷凍サイクル装置に組成分離回路を接続することができる。
【００１８】
また、前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と、前記第３配管との接続部との間の配管に第３減圧装置を設けたので、冷媒精留器の中間圧力および内部を上昇する冷媒蒸気の流量を適正に制御することができる。
【００１９】
また、前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と前記第３配管との接続部と、前記第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設け、前記第２配管と前記第３配管との接続部と、前記第２冷却器との間の配管に第４減圧装置を設けたので、各流路に適正な冷媒流量を流すことができる。
【００２０】
また、前記第２冷却器と前記組成分離手段の下部との間の配管に第２減圧装置を設け、前記組成分離手段の下部と第１冷却器との間の配管に第３減圧装置を設けたので、冷媒精留器の中間圧力および内部を上昇する冷媒蒸気の流量を適正に制御することができるという効果がある。
【００２１】
また、前記第１配管の冷凍サイクルと前記第２冷却器入口部との間の配管に第１開閉弁を設け、前記第２配管の前記第１冷却器出口部と前記冷凍サイクルとの間の配管に第２開閉弁を設けたので、単純な弁の開閉操作により、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を変更することができる。
【００２２】
また、前記冷凍サイクルを収納した熱源ユニットと、前記組成分離回路を収納した組成分離ユニットとを独立分離して設置したので、既設の冷凍サイクル装置の簡単な改造で組成分離回路を接続することができ、高圧圧力抑制や性能向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を示す冷凍サイクル装置について説明する。
図１は本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図である。
まず、この発明の冷凍サイクル装置の構成について説明する。図において、６２は冷凍サイクルを収納する熱源ユニット、６３は組成分離回路を収納する組成分離ユニットであり、これらは第１および第２配管である２本の配管で接続され、冷媒回路内を循環する冷媒組成が変更可能な冷凍サイクルを形成している。この冷凍サイクル内には、例えば高沸点成分（Ｒ１３４ａ）と低沸点成分（Ｒ３２＋Ｒ１２５）からなる３成分非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３４ａ＝２３：２５：５２ｗｔ％）が充填されている。
【００２４】
冷凍サイクルは圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、第１減圧装置である膨張弁４、利用側熱交換器５、アキュムレータ６で構成され、これらは熱源ユニット６２内に収納されている。
また、組成分離回路は組成分離手段である冷媒精留器１１、冷媒を貯留するための冷媒貯留器１４、第１冷却器１３、第２冷却器１２、第２減圧装置である毛細管３１、第３減圧装置である毛細管３３、第４減圧装置である毛細管３２、第１および第２開閉弁である電磁弁２１、２２で構成され、冷媒精留器１１の上部には、第１冷却器１３と冷媒貯留器１４が環状に接続されている。なお、これらは組成分離ユニット６３内に収納されている。
【００２５】
さらに、冷媒精留器１１には、その内部に気液の接触面積を増大させるための充填材が封入されている。また、圧縮機１出口部と冷媒精留器１１の下部は、第１開閉弁である電磁弁２１を介して第１配管で接続されており、第１配管の途中には、圧縮機１の吐出ガスを冷媒精留器１１から流出する冷媒液で冷却する第２冷却器１２と毛細管３１が設けられている。また、冷媒精留器１１の下部から流出した液冷媒は、２つの配管、すなわち、第２配管および第３配管に分岐し、一方、第２配管は、毛細管３３、第１冷却器１３、電磁弁２２からなる流路を通ってアキュムレータ６の入口部に流入する。また、他方、第３配管は毛細管３２、第２冷却器１２からなる流路を通って第１冷却器１３と電磁弁２２との間に合流し、アキュムレータ６の入口部に流入する。
【００２６】
次に、上記のように構成された本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、冷凍サイクル装置を、熱源側熱交換器３に水熱交換器を用い、利用側熱交換器５に空気熱交換器を用いる空冷式給湯チラーとし、冷凍サイクル内を循環する低沸点成分の組成を変更し、高温給湯時の高圧圧力上昇を抑制する方法について説明する。この場合、利用側熱交換器５は、給湯運転（温水供給運転）時には蒸発器として動作し、チラー運転（冷水供給運転）時には凝縮器として動作する。また熱源側熱交換器３は、給湯運転時には凝縮器として動作し、チラー運転時には蒸発器として動作する。
【００２７】
まず、給湯（温水供給）運転の場合について説明する。給湯運転の場合、四方弁２は実線のように接続され、圧縮機出口部と熱源側熱交換器３の入口部が接続されるとともに、アキュムレータ６の入口部と利用側熱交換器５の出口部がそれぞれ接続される。圧縮機１から吐出された高温高圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経て凝縮器として動作する熱源側熱交換器３で凝縮液化して中温高圧の液冷媒となり、膨張弁４で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となって蒸発器として動作する利用側熱交換器５に流入する。この冷媒は、利用側熱交換器５で蒸発気化し、四方弁２、アキュムレータ６を経て再び圧縮機１へ戻る。このとき、熱源側熱交換器３に流入する被加熱媒体である冷水は冷媒の凝縮潜熱によって加熱されて温水となり、貯湯タンクなどに供給される。また、利用側熱交換器５に流入する被冷却媒体である空気は冷媒の蒸発潜熱によって冷却された後、外気などへ放出される。
【００２８】
次に、給湯運転時に、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を変更する場合の動作について説明する。
上述した給湯運転時において、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成の高沸点成分を増加させる場合には、電磁弁２１、２２を開状態とする。この時、圧縮機１を出た高温高圧の蒸気冷媒の一部は、電磁弁２１を通って第２冷却器１２に流入する。この高温の冷媒蒸気は、第２冷却器１２内で冷媒精留器１１の下部から流出し毛細管３２によって減圧された低温低圧の液冷媒の一部によって冷却され、飽和蒸気あるいは気液二相状態まで冷却される。第２冷却器１２を出た高圧の気液二相冷媒は毛細管３１で中間圧力まで減圧された後、冷媒精留器１１の下部へ流入し、このうち冷媒蒸気は冷媒精留器１１内を上昇する。
【００２９】
ここで、毛細管３１、３２の仕様は、冷媒精留器１１の中間圧力および上昇する冷媒蒸気の流量が適正となるように決定されている。また冷媒精留器１１の上部では、上昇した冷媒蒸気が第１冷却器１３に流入し、冷媒精留器１１の下部から流出し毛細管３３によって減圧された液冷媒の他の一部によって冷却され、凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は冷媒貯留器１４に流入し、貯留される。冷媒貯留器１４内では流入した液冷媒が徐々に蓄積され、冷媒貯留器１４が満液状態となると、オーバーフローした液冷媒が冷媒精留器１１の環流液として冷媒精留器１１の上部より流入する。この状態において、冷媒精留器１１内では、上昇する蒸気冷媒と、下降する液冷媒とが気液接触を行い、熱および物質移動が行われ、いわゆる精留作用により、冷媒精留器１１内を上昇する蒸気冷媒は徐々に低沸点成分が増加し、冷媒貯留器１４内に貯留された液冷媒は徐々に低沸点成分に富んだ状態となる。なお、冷媒精留器１１の下部から流出する液冷媒の流量は、冷媒精留器１１内を下降する液冷媒と冷媒精留器１１に流入する気液二相冷媒中の液冷媒との合計流量となる。以上より、低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留され、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を高沸点成分に富んだものとすることができる。
【００３０】
ここで、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成の目標値と制御方法について図２および図３を用いて説明する。図２は、Ｒ４０７Ｃにおいて、所望の給湯温度（例えば７０℃）が得られる場合の低沸点成分（Ｒ３２＋Ｒ１２５）の組成と高圧圧力の関係を示したものである。図２において、アは低沸点成分の組成と高圧圧力の関係を示しており、イは圧縮機の高圧圧力の使用限界を示している。また、Ａは低沸点成分が４８ｗｔ％に相当する高圧圧力を、Ｂは低沸点成分の組成を低下させた場合の高圧圧力の変化を、Ｃは高圧圧力をイ（圧縮機の高圧圧力の使用限界）以下とする場合の低沸点成分の組成（２１ｗｔ％）を示している。
【００３１】
図２より、Ｒ４０７Ｃの標準組成における低沸点成分の組成（４８ｗｔ％）では、所望の給湯温度を得るための高圧圧力が圧縮機の使用限界値を超えるため、実際には所望の給湯温度を得る運転は実現できないことを示している。ところが、Ｒ４０７Ｃが非共沸混合冷媒であることを利用し、低沸点成分の組成を４８ｗｔ％から２１ｗｔ％へ低下させることで圧縮機の使用限界以内で所望の給湯温度を得ることができる。従って、高圧圧力を圧縮機の使用限界値以下に抑制しかつ所定の給湯温度を得ることが可能な冷媒組成の目標値は、２１ｗｔ％以下となる。
【００３２】
さらに、冷媒組成の目標値への制御方法について図３を用いて説明する。図３は、電磁弁２１、２２を開放状態としてからの経過時間（組成変化運転時間）に対する冷凍サイクル内を循環する低沸点成分の組成変化を示している。図３より、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を目標値とするためには、電磁弁２１、２２をＴｏ時間（例えば、１時間）以上開放する必要があることがわかる。すなわち、電磁弁２１、２２の開放時間を所定時間以上とすることにより、冷媒組成の目標値への制御が可能となる。
【００３３】
次に、冷凍サイクル内の循環組成を高沸点成分が増加した状態から低沸点成分が増加した状態に変更する場合には、電磁弁２１を閉状態、電磁弁２２を開状態にする。この状態では、冷媒精留器１１には冷媒の供給が行われず、冷媒貯留器１４内に貯留されている低沸点成分に富んだ中間圧力の液冷媒は、冷媒精留器１１の上部から下部へ下降し、一部は毛細管３２、第２冷却器１２、電磁弁２２からなる流路を通ってアキュムレータ６に流入し、他の一部は毛細管３３、第１冷却器１３、電磁弁２２からなる流路を通ってアキュムレータ６に流入する。このように、冷媒貯留器１４から低沸点成分に富んだ液冷媒が冷凍サイクル内へ放出される。一方、膨張弁４は、熱源側熱交換器３出口の冷媒過冷却度が適正（例えば１０℃）となるようにその開度が制御されており、冷凍サイクル内の余剰な冷媒はアキュムレータ６内に貯留される。このアキュムレータ６内の冷媒は、高沸点成分に富んだ液冷媒と、低沸点成分に富んだ蒸気冷媒に分離され、このうち主に蒸気冷媒が圧縮機１に吸入される。従って、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を低沸点成分に富んだ状態とすることができる。
【００３４】
次にチラー（冷水供給）運転時の動作について説明する。チラー運転の場合、四方弁２は点線のように接続され、圧縮機１出口部と利用側熱交換器５が、アキュムレータ６入口部と熱源側熱交換器３がそれぞれ接続される。チラー運転時には、圧縮機１で圧縮された高温高圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経て凝縮器として動作する利用側熱交換器５で凝縮液化し、膨張弁４で減圧され、低圧の気液二相冷媒となって蒸発器として動作する熱源側熱交換器３に流入する。この冷媒は熱源側熱交換器３で蒸発し、四方弁２、アキュムレータ６を経て再び圧縮機１へ戻る。膨張弁４は、利用側熱交換器５出口の冷媒過冷却度が適正（例えば１０℃）となるようにその開度が制御されており、冷凍サイクル内の余剰な冷媒は、アキュムレータ６内に貯留される。チラー運転時の冷凍サイクル内の循環組成を変更する手順は、先に説明した給湯運転時と同様であるため省略する。
【００３５】
以上のように、この発明によれば、第１冷却器１３及び第２冷却器１２の冷却源として冷媒精留器１１から流出した液冷媒を用いることにより、冷凍サイクル装置と組成分離回路との接続箇所を２箇所とし、従来例である圧縮機１の吸入冷媒を冷却源とする場合よりも接続箇所（図８では６箇所）が削減でき、装置製作における工作性が向上するため低コストにすることができる。また、接続箇所を２箇所としたため、熱源ユニットと組成分離ユニットとを独立分離して設置することが可能となり、冷凍サイクル装置の圧縮機吐出部と吸入部にチーズ（Ｔ型）配管を設けるといった簡単な改造で既存の冷凍サイクル装置に組成分離回路を接続することができ、冷凍サイクル装置の高圧圧力抑制や性能向上を容易に実現することができる。
【００３６】
また、冷媒精留器１１の下部から流出した液冷媒を２つの流路に分岐し、各流路に適した毛細管を設置したため、各流路に適正な冷媒流量を流すことができるという効果がある。また、冷凍サイクルと組成分離回路との接続配管に電磁弁を設けたため、単純な弁の開閉操作で冷凍サイクル内を循環する冷媒組成の変更を可能とすることができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａから構成されるＲ４０７Ｃを用いた場合の例を示したが、地球温暖化係数の高いＲ１２５を除いたＲ３２／１３４ａ系を用いた場合も同様の効果を発揮することができる。また、ＨＦＣ系冷媒であるＲ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４３ａ、およびＨＣ系冷媒であるＲ２９０、Ｒ６００、Ｒ６００ａなどから２つ以上の冷媒を選択し混合した非共沸混合冷媒を用いた場合でも、地球環境に優しく循環組成の変更が可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００３８】
加えて、本実施の形態では、冷媒組成の目標値への制御を電磁弁の開放時間で行う場合の例を示したが、特開平１１−６３７４７号開示のように、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を検知し、冷凍サイクル内の循環組成が目標値となるまで組成変化運転を実施するようにしても良く、この場合更に正確な目標値への制御が可能となる。
【００３９】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を示す冷凍サイクル装置について説明する。
図４は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であり、実施の形態１とほぼ同様の構成であるため詳細な説明は省略する。本実施の形態では、実施の形態１で必要であった２本の毛細管３２および３３を１本の毛細管３４に集約したものである。すなわち、冷媒精留器１１から流出した液冷媒は、毛細管３４で減圧された後、第２冷却器１２へ供給される二相冷媒と、第１冷却器１３へ供給される二相冷媒とに分岐されることになる。
以上のような構成とすることにより、２本の毛細管を１本に集約することができ、冷媒回路を簡素化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００４０】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を示す冷凍サイクル装置について説明する。
図５は本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であり、実施の形態１とほぼ同様の構成であるため詳細な説明は省略する。本実施の形態は、給湯（温水供給）運転時のみ循環組成を変更する場合に用いられる。すなわち、本実施の形態では、実施の形態１のように冷媒精留器１１から流出した液冷媒がアキュムレータ６入口部に流入する構成ではなく、膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配管に流入する構成としている。従って、膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配管が低圧となる給湯運転時には、電磁弁２１および２２を開放して循環組成の変更を行うが、膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配管が高圧となるチラ−（冷水供給）運転時には、電磁弁２１および２２を閉止して循環組成の変更は行わない。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、冷媒精留器１１から流出した冷媒が膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配管に流入する構成としているため、冷媒精留器１１から流出した液冷媒が第２冷却器１２あるいは第１冷却器１３で完全蒸発しない場合でも、未蒸発液を利用側熱交換器５で蒸発させることができ、圧縮機への液戻りによる信頼性の低下や吐出温度低下に伴う性能低下といった現象を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態は、冷媒精留器１１から流出した冷媒が膨張弁４と利用側熱交換器５の間の配管に流入する場合を示したが、冷媒精留器１１から流出した冷媒が膨張弁４と熱源側熱交換器３の間の配管に流入するようにしてもよい。
【００４３】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を示す冷凍サイクル装置について説明する。
図６は本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図であり、実施の形態１と同様の構成部分については詳細な説明を省略する。本実施の形態では、冷媒精留器１１から流出した液冷媒を毛細管３３により減圧し、減圧された低温・低圧の二相冷媒が、第１冷却器１３に流入し、冷媒精留器１１上部から流出する飽和ガスを冷却した後、第２冷却器１２に流入し、吐出ガスを冷却する構成としている。従って、実施の形態１〜３で示したように冷媒精留器１１から流出した液冷媒を分岐させる必要がなく、配管本数が低減できて冷媒回路構成の簡素化が図れるとともに、低コストな冷媒回路とすることができる。
【００４４】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置について説明する。
図７は本実施の形態に係る冷凍サイクル装置を示す構成図である。本実施の形態において、６０は室外機であり、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、アキュムレータ６で構成されている。また、６１ａおよび６１ｂは室内機であり、本実施の形態では室内機が２台設置されている。室内機６１ａ、６１ｂは、第１減圧装置である膨張弁４ａおよび４ｂと利用側熱交換器５ａおよび５ｂで構成されている。室外機６０と室内機６１は２本の延長配管で接続されており、冷凍サイクルを形成している。この冷凍サイクル内には高沸点成分と低沸点成分からなる非共沸混合冷媒、例えばＲ４０７Ｃが充填されている。熱源側熱交換器３は、暖房運転時には蒸発器として動作し、冷房運転時には凝縮器として動作する。また利用側熱交換器５は、暖房運転時には凝縮器として動作し、冷房運転時には蒸発器として動作する。以上の構成は、循環組成を変更できない通常の冷凍サイクル装置と同様であり、運転動作に関する詳細な説明は省略する。
【００４５】
６３は組成分離ユニットであり、室外機６０と２本の配管との間にＴ型分岐管ＡおよびＢを介して接続されている。組成分離ユニット６３は、例えば図６のように構成されており、電磁弁２１および２２の開閉操作によって循環組成の変更が可能である。本実施の形態は、暖房運転時のみ循環組成を変更する場合に用いられる。すなわち、本実施の形態では、Ａ部が高圧ガス状態、Ｂ部が低圧二相状態となる暖房運転時には電磁弁２１および２２を開放して循環組成の変更を行うが、Ｂ部が高圧液状態、Ａ部が低圧ガス状態となる冷房運転時には、電磁弁２１および２２を閉止して循環組成の変更は行わない。
【００４６】
すなわち、通常の暖房運転時には、冷凍サイクル内の余剰な冷媒は、アキュムレータ６内に貯留される。このアキュムレータ６内の冷媒は、高沸点成分に富んだ液冷媒と、低沸点成分に富んだ蒸気冷媒に分離される。このため、アキュムレータ６内に液冷媒が貯留されると、サイクル内を循環する冷媒組成は、充填組成に比べて低沸点成分が増加する。
【００４７】
一方、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成の高沸点成分を増加させる場合には、圧縮機１を出た高温高圧の蒸気冷媒の一部をＡ部のＴ型分岐管を介して組成分離ユニット６３に流入させ、実施の形態１と同様に低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留される。このとき、冷媒貯留器１４に貯留される液冷媒中の低沸点成分組成の増加とともに、アキュムレータ６内に貯留されていた高沸点成分に富んだ液冷媒が、サイクル内へ放出され、低沸点成分に富んだ液冷媒が冷媒貯留器１４内に貯留されることになる。この結果、冷凍サイクル内を循環する冷媒組成を高沸点成分に富んだものにすることができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、既設の冷凍サイクル装置において、室外機６０と延長配管との接続部（２箇所）にＴ型分岐管を介して組成分離ユニットを増設することにより、既設の冷凍サイクル装置を改造することなく高圧圧力の低下や性能向上を図ることができる。
【００４９】
以上の実施の形態においては、冷媒回路に四方弁を用いる構成について示したが、四方弁を用いない冷房専用機やチラ−専用機、あるいは暖房専用機やヒートポンプ給湯機の場合についても成立することは言うまでもない。また、冷媒貯留器１４の下部と、第１減圧装置から圧縮機吸入までの低圧配管とを毛細管を介して接続する配管を追加し、冷凍サイクル内の循環組成を高沸点成分が増加した状態から低沸点成分が増加した状態に素早く変更する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す低沸点成分の組成と高圧圧力の関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す組成変化運転時間と低沸点成分の組成の関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態５を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を示す図である。
【図８】従来の空気調和機の冷媒回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  圧縮機、２  四方弁、３  熱源側熱交換器、４、４ａ、４ｂ  膨張弁、５、５ａ、５ｂ  利用側熱交換器、６  アキュムレータ、１１  冷媒精留器、１２  第２冷却器、１３  第１冷却器、１４  冷媒貯留器、２１  、２２  電磁弁、３１、３２、３３  毛細管、６０  室外機、６１、６１ａ、６１ｂ  室内機、６２ 熱源ユニット、６３ 組成分離ユニット。
【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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