(57)【要約】【課題】冷媒に対する添加剤の比率を適切に調整するための技術を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置（１００）は、第１状態と第２状態との間で切り換えられる流路切換機構（１３，１５）を備えている。流路切換機構（１３，１５）が第１状態から第２状態へと切り換えられ、第１熱交換器（１４）に残存した冷媒液が凝縮器（２３）に戻され、第２熱交換器（１７）に残存した冷媒液が蒸発器（２１）に戻される。あるいは、流路切換機構（１３，１５）が第２状態から第１状態へと切り換えられ、第１熱交換器（１４）に残存した冷媒液が蒸発器（２１）に戻され、第２熱交換器（１７）に残存した冷媒液が凝縮器（２３）に戻される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、
冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記蒸発器又は前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が循環する第１熱交換器と、
前記凝縮器又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が循環する第２熱交換器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が前記第１熱交換器に供給され、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が前記第２熱交換器に供給される第１状態と、前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が前記第２熱交換器に供給され、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が前記第１熱交換器に供給される第２状態との間で切り換えられる流路切換機構と、
を備え、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が第１の閾値を上回ったとき、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が第２の閾値を下回ったとき、前記冷凍サイクル装置の運転継続時間が一定時間に達したとき、前記冷凍サイクル装置の運転を停止すべきとき、及び、前記冷凍サイクル装置の運転が停止しているとき、からなる群より選ばれる少なくとも１つのタイミングにて、前記流路切換機構が前記第１状態から前記第２状態へと切り換えられ、前記第１熱交換器に残存した前記冷媒液が前記凝縮器に戻され、前記第２熱交換器に残存した前記冷媒液が前記蒸発器に戻される、又は、前記流路切換機構が前記第２状態から前記第１状態へと切り換えられ、前記第１熱交換器に残存した前記冷媒液が前記蒸発器に戻され、前記第２熱交換器に残存した前記冷媒液が前記凝縮器に戻される、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度、及び／又は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度を直接的又は間接的に検出する濃度検出機構をさらに備えた、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続している戻し経路と、
前記戻し経路に配置された弁と、
をさらに備え、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が前記第１の閾値を上回るまでの期間、又は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が前記第２の閾値を下回るまでの期間において、所定の時間間隔で前記弁が開閉される、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記圧縮機の運転を停止した後、前記流路切換機構が前記第１状態から前記第２状態へと切り換えられる又は前記第２状態から前記第１状態へと切り換えられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記流路切換機構は、第１流路切換機構及び第２流路切換機構を含み、
前記第１流路切換機構は、前記第１状態において、前記蒸発器から流出した前記冷媒液を前記第１熱交換器に導くとともに、前記第２熱交換器から流出した前記冷媒液を前記凝縮器に導き、前記第２状態において、前記蒸発器から流出した前記冷媒液を前記第２熱交換器に導くとともに、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記凝縮器に導くように構成されており、
前記第２流路切換機構は、前記第１状態において、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導くとともに、前記凝縮器から流出した前記冷媒液を前記第２熱交換器に導き、前記第２状態において、前記第２熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導き、前記凝縮器から流出した前記冷媒液を前記第１熱交換器に導くように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷媒成分は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、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には、フロン、代替フロンなどのハロゲン化炭化水素が冷媒として広く使用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層の破壊、地球温暖化などの問題を有している。そこで、地球環境に対する負荷が極めて小さい冷媒である水を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、そのような冷凍サイクル装置として、冷房専用の空気調和装置が開示されている。特許文献１の空気調和装置は、自然冷媒を使用することに基づいて環境負荷の低減を達成できる。また、水の潜熱量は従来の冷媒よりも大きいので、特許文献１の空気調和装置は、低い質量流量で従来の空気調和装置と同等の能力を発揮できる。すなわち、冷房専用の空気調和装置の用途において、水を冷媒として用いた冷凍サイクル装置は、高いＣＯＰ（Coefficient of Performance）を達成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２２０１２号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、冷凍サイクル装置の冷媒には、しばしば、冷媒成分以外の添加剤が含まれている。例えば、特許文献１に記載された冷凍サイクル装置の場合、水（冷媒成分）と、水の凍結を防止するための添加剤との混合物を冷媒として使用することが考えられる。しかし、このような添加剤の溶液の飽和蒸気圧は、冷媒成分の飽和蒸気圧と大きく異なる場合がある。飽和蒸気圧の差が原因で、冷凍サイクル装置の特定の部分（例えば、蒸発器及び凝縮器）において、冷媒に対する添加剤の比率が徐々に変化する可能性がある。
【０００６】
上記の事情に鑑み、本開示は、冷媒に対する添加剤の比率を適切に調整するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本開示は、
冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、
冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記蒸発器又は前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が循環する第１熱交換器と、
前記凝縮器又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が循環する第２熱交換器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が前記第１熱交換器に供給され、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が前記第２熱交換器に供給される第１状態と、前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が前記第２熱交換器に供給され、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が前記第１熱交換器に供給される第２状態との間で切り換えられる流路切換機構と、
を備え、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が第１の閾値を上回ったとき、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が第２の閾値を下回ったとき、前記冷凍サイクル装置の運転継続時間が一定時間に達したとき、前記冷凍サイクル装置の運転を停止すべきとき、及び、前記冷凍サイクル装置の運転が停止しているとき、からなる群より選ばれる少なくとも１つのタイミングにて、前記流路切換機構が前記第１状態から前記第２状態へと切り換えられ、前記第１熱交換器に残存した前記冷媒液が前記凝縮器に戻され、前記第２熱交換器に残存した前記冷媒液が前記蒸発器に戻される、又は、前記流路切換機構が前記第２状態から前記第１状態へと切り換えられ、前記第１熱交換器に残存した前記冷媒液が前記蒸発器に戻され、前記第２熱交換器に残存した前記冷媒液が前記凝縮器に戻される、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおいて、冷媒に対する添加剤の比率が適切に調整されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る冷凍サイクル装置の第１状態における構成図
【図２】図１に示す冷凍サイクル装置の第２状態における構成図
【図３Ａ】蒸発器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧が、凝縮器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧に一致している場合の単一の飽和蒸気圧曲線ＣREFを示すグラフ
【図３Ｂ】蒸発器に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が上昇し、凝縮器に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が低下したときにおける、蒸発器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧曲線ＣEVA及び凝縮器に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧曲線ＣCONを示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特許文献１の冷凍サイクル装置（空気調和装置）のように、冷媒として水を使用すると、冷媒の温度を氷点下まで下げることを必要とする運転条件で冷媒が凍結する。そのため、外気温が低いときに暖房運転を行うことができない。また、冷却対象物の温度が氷点下を下回る条件で冷凍サイクル装置を冷凍機として使用できない。
【００１１】
不凍液と水との混合物を冷媒として使用すれば、低温での運転が可能になる。しかし、一般的な不凍液であるエチレングリコール溶液及び酢酸カリウム溶液は、水よりも低い飽和蒸気圧を持っている。そのため、不凍液と水との混合物を冷媒として使用すると、蒸発器においては水が優先的に蒸発し、冷媒蒸気の大部分が水で占められる。その結果、運転時間の経過とともに、蒸発器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度（正確には、エチレングリコールの濃度又は酢酸カリウムの濃度）が上昇し、凝縮器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度が低下する。このような状態で運転を停止すると、凝縮器の中の冷媒液が凍結し、凝縮器、配管などの部品が損壊するおそれがある。
【００１２】
この問題に対処する方法として、以下の方法が考えられる。すなわち、蒸発器における不凍液の濃度が上昇又は凝縮器における不凍液の濃度が低下した時点で運転（例えば暖房運転）を一時停止し、蒸発器に貯留された冷媒液の一部と凝縮器に貯留された冷媒液の一部とを相互に入れ替える。これにより、凝縮器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度を蒸発器に貯留された冷媒液における不凍液の濃度に近づけることができる。
【００１３】
すなわち、本開示の第１態様は、
冷媒成分と添加剤との混合物を冷媒として用いた冷凍サイクル装置であって、
冷媒液を貯留するとともに、前記冷媒液を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記蒸発器又は前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が循環する第１熱交換器と、
前記凝縮器又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が循環する第２熱交換器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が前記第１熱交換器に供給され、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が前記第２熱交換器に供給される第１状態と、前記蒸発器に貯留された前記冷媒液が前記第２熱交換器に供給され、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液が前記第１熱交換器に供給される第２状態との間で切り換えられる流路切換機構と、
を備え、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が第１の閾値を上回ったとき、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が第２の閾値を下回ったとき、前記冷凍サイクル装置の運転継続時間が一定時間に達したとき、前記冷凍サイクル装置の運転を停止すべきとき、及び、前記冷凍サイクル装置の運転が停止しているとき、からなる群より選ばれる少なくとも１つのタイミングにて、前記流路切換機構が前記第１状態から前記第２状態へと切り換えられ、前記第１熱交換器に残存した前記冷媒液が前記凝縮器に戻され、前記第２熱交換器に残存した前記冷媒液が前記蒸発器に戻される、又は、前記流路切換機構が前記第２状態から前記第１状態へと切り換えられ、前記第１熱交換器に残存した前記冷媒液が前記蒸発器に戻され、前記第２熱交換器に残存した前記冷媒液が前記凝縮器に戻される、冷凍サイクル装置を提供する。
【００１４】
第１態様によれば、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおいて、冷媒に対する添加剤の比率が適切に調整されうる。したがって、冷媒液の凍結によって凝縮器、配管などの部品が損壊することを防止できる。また、圧縮仕事の増加を抑制することができるので、冷凍サイクル装置を長時間にわたって安定して運転できるとともに、優れたシステム効率を達成しうる。
【００１５】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度、及び／又は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度を直接的又は間接的に検出する濃度検出機構をさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。蒸発器に貯留された冷媒液における添加剤の濃度及び／又は凝縮器に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を監視することによって、蒸発器から凝縮器に冷媒液を移動させるべき適切なタイミングを正確に知ることができる。
【００１６】
本開示の第３態様は、第１又は第２態様に加え、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続している戻し経路と、前記戻し経路に配置された弁と、をさらに備え、前記蒸発器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が前記第１の閾値を上回るまでの期間、又は、前記凝縮器に貯留された前記冷媒液における前記添加剤の濃度が前記第２の閾値を下回るまでの期間において、所定の時間間隔で前記弁が開閉される、冷凍サイクル装置を提供する。第３態様によれば、蒸発器に貯留された冷媒液の量と凝縮器に貯留された冷媒液の量との均衡が保たれる。
【００１７】
本開示の第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記圧縮機の運転を停止した後、前記流路切換機構が前記第１状態から前記第２状態へと切り換えられる又は前記第２状態から前記第１状態へと切り換えられる、冷凍サイクル装置を提供する。圧縮機の運転を停止して流路切換機構の切り換えを行うと、余分なエネルギー消費を回避できる可能性がある。
【００１８】
本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、前記流路切換機構は、第１流路切換機構及び第２流路切換機構を含み、前記第１流路切換機構は、前記第１状態において、前記蒸発器から流出した前記冷媒液を前記第１熱交換器に導くとともに、前記第２熱交換器から流出した前記冷媒液を前記凝縮器に導き、前記第２状態において、前記蒸発器から流出した前記冷媒液を前記第２熱交換器に導くとともに、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記凝縮器に導くように構成されており、前記第２流路切換機構は、前記第１状態において、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導くとともに、前記凝縮器から流出した前記冷媒液を前記第２熱交換器に導き、前記第２状態において、前記第２熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導き、前記凝縮器から流出した前記冷媒液を前記第１熱交換器に導くように構成されている、冷凍サイクル装置を提供する。第１流路切換機構及び第２流路切換機構を適切に制御することによって、蒸発器及び凝縮器のそれぞれにおいて、冷媒に対する添加剤の比率が適切に調整されうる。
【００１９】
本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記冷媒成分は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、冷凍サイクル装置を提供する。
【００２０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２１】
（実施形態）
図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、蒸発器２１、蒸気経路２、凝縮器２３及び戻し経路３を備えている。蒸発器２１で生成された冷媒蒸気が蒸気経路２を経由して凝縮器２３に供給される。蒸気経路２には、圧縮機２２が設けられている。冷媒蒸気は、圧縮機２２で圧縮される。凝縮器２３の冷媒液が戻し経路３を経由して蒸発器２１に供給される。
【００２２】
冷凍サイクル装置１００には、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の物質を主成分として含む冷媒が充填されている。そのような冷媒としては、水などを主成分として含む冷媒が挙げられる。冷凍サイクル装置１００の運転時において、冷凍サイクル装置１００の内部の圧力は大気圧よりも低い。圧縮機２２の入口の圧力は、例えば、０．５〜５ｋＰａＡの範囲にある。圧縮機２２の吐出口の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡの範囲にある。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００２３】
冷媒は、冷媒成分と添加剤との混合物である。添加剤は、典型的には、混合物の凝固温度が、冷媒成分の凝固温度を下回るように、冷媒成分に混合された物質（不凍剤）である。このような混合物を冷媒として使用することによって、以下の利益が得られる。すなわち、外気温が低いときに、冷凍サイクル装置１００を空気調和装置（詳細には暖房機）として使用できる。また、冷却対象物の温度が氷点下を下回る条件で冷凍サイクル装置１００を冷凍機として使用できる。冷媒の凍結防止のための添加剤の例は、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの多価アルコール、及び、酢酸カリウムなどの無機塩類である。これらの他に、防腐剤、防錆剤などが添加剤として挙げられる。添加剤は、例えば、１０〜４０質量％の範囲で冷媒に含まれている。
【００２４】
また、添加剤は、混合物の特定温度における飽和蒸気圧が、冷媒成分の特定温度における飽和蒸気圧を下回るように、冷媒成分に混合された物質でありうる。上述の多価アルコール及び無機塩類には、このような働きがある。また、吸収式冷凍機で吸収液として使用される臭化リチウムにもこのような働きがある。冷媒としての混合物には、上述した働きを持つ添加剤が１種類のみ含まれていてもよいし、上述した働きを持つ複数の種類の添加剤が冷媒としての混合物に含まれていてもよい。
【００２５】
なお、本明細書において、「特定温度」は、冷凍サイクル装置１００の運転中に冷媒が到達する可能性がある温度範囲における温度を意味する。そのような温度範囲は、例えば、−２０〜５０℃である。
【００２６】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、第１循環路１０（吸熱循環路）及び第２循環路１１（放熱循環路）を備えている。第１循環路１０及び第２循環路１１には、第１四方弁１３及び第２四方弁１５が設けられている。第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、流路切換機構を構成する。詳細には、第１四方弁１３が第１流路切換機構を構成し、第２四方弁１５が第２流路切換機構を構成する。
【００２７】
第１循環路１０は、第１ポンプ１２、第１熱交換器１３及び流路（配管）１０ａ〜１０ｅを有する。第１循環路１０の両端はそれぞれ蒸発器２１に接続されている。具体的には、流路１０ａの一端が蒸発器２１の下部（液面よりも下の部分）に接続され、流路１０ａの他端が第１ポンプ１２の吸入口に接続されている。流路１０ｂの一端が第１ポンプ１２の吐出口に接続され、流路１０ｂの他端が第１四方弁１３の第１接続口１３ａに接続されている。流路１０ｃの一端が第１四方弁１３の第２接続口１３ｂに接続され、流路１０ｃの他端が第１熱交換器１４の入口に接続されている。流路１０ｄの一端が第１熱交換器１３の出口に接続され、流路１０ｄの他端が第２四方弁１５の第２接続口１５ｂに接続されている。流路１０ｅの一端が第２四方弁１５の第１接続口１５ａに接続され、流路１０ｅの他端が蒸発器２１に接続されている。流路１０ｅの他端は、蒸発器２１の上部又は中間部に接続されていてもよい。
【００２８】
第１ポンプ１２は、第１熱交換器１４よりも上流側に設けられている。詳細には、第１ポンプ１２は、当該第１ポンプ１２の吸入口から蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。第１四方弁１３及び第２四方弁１５が図１に示す状態にあるとき、第１循環路１０は、蒸発器２１と第１熱交換器１４との間で熱媒体を循環させる。本実施形態において、第１循環路１０を循環する熱媒体は、蒸発器２１に貯留された冷媒液である。第１循環路１０の働きにより、蒸発器２１に貯留された冷媒液を効率的に加熱することができる。また、蒸発器２１に貯留された冷媒液を第１循環路１０に循環させるので、他の熱媒体を第１循環路１０に循環させる場合と比較して、蒸発器２１及び第１循環路１０の構造が簡素である。
【００２９】
第１熱交換器１４は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器でありうる。例えば、冷凍サイクル装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第１熱交換器１４は室内に配置され、室内の空気を冷媒液によって冷却する。
【００３０】
第２循環路１１は、第２ポンプ１６、第２熱交換器１７及び流路（配管）１１ａ〜１１ｅを有する。第２循環路１１の両端はそれぞれ凝縮器２３に接続されている。具体的には、流路１１ａの一端が凝縮器２３の下部（液面よりも下の部分）に接続され、流路１１ａの他端が第２ポンプ１６の吸入口に接続されている。流路１１ｂの一端が第２ポンプ１６の吐出口に接続され、流路１１ｂの他端が第２四方弁１５の第４接続口１５ｄに接続されている。流路１１ｃの一端が第２四方弁１５の第３接続口１５ｃに接続され、流路１１ｃの他端が第２熱交換器１７の入口に接続されている。流路１１ｄの一端が第２熱交換器１７の出口に接続され、流路１１ｄの他端が第１四方弁１３の第３接続口１３ｃに接続されている。流路１１ｅの一端が第１四方弁１３の第４接続口１３ｄに接続され、流路１１ｅの他端が凝縮器２３に接続されている。流路１１ｅの他端は、凝縮器２３の上部又は中間部に接続されていてもよい。
【００３１】
第２ポンプ１６は、第２熱交換器１７よりも上流側に設けられている。詳細には、第２ポンプ１６は、当該第２ポンプ１６の吸入口から凝縮器２３に貯留された冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。第１四方弁１３及び第２四方弁１５が図１に示す状態にあるとき、第２循環路１１は、凝縮器２３と第２熱交換器１７との間で熱媒体を循環させる。本実施形態において、第２循環路１１を循環する熱媒体は、凝縮器２３に貯留された冷媒液である。第２循環路１１の働きにより、凝縮器２３に貯留された冷媒液を効率的に冷却することができる。また、凝縮器２３に貯留された冷媒液を第２循環路１１に循環させるので、他の熱媒体を第２循環路１１に循環させる場合と比較して、凝縮器２３及び第２循環路１１の構造が簡素である。
【００３２】
第２熱交換器１７は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器でありうる。例えば、冷凍サイクル装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第２熱交換器１７は室外に配置され、室外の空気を冷媒液によって加熱する。
【００３３】
第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、図１に示す第１状態と図２に示す第２状態との間で切り換えられる。第１状態においては、蒸発器２１に貯留された冷媒液が第１熱交換器１４に供給され、凝縮器２３に貯留された冷媒液が第２熱交換器１７に供給される。第２状態においては、蒸発器２１に貯留された冷媒液が第２熱交換器１７に供給され、凝縮器２３に貯留された冷媒液が第１熱交換器１４に供給される。具体的に、第１四方弁１３は、第１状態において、蒸発器２１から流出した冷媒液を第１熱交換器１４に導くとともに、第２熱交換器１７から流出した冷媒液を凝縮器２３に導き、第２状態において、蒸発器２１から流出した冷媒液を第２熱交換器１７に導くとともに、第１熱交換器１４から流出した冷媒液を凝縮器２３に導くように構成されている。第２四方弁１５は、第１状態において、第１熱交換器１４から流出した冷媒液を蒸発器２１に導くとともに、凝縮器２３から流出した冷媒液を第２熱交換器１７に導き、第２状態において、第２熱交換器１７から流出した冷媒液を蒸発器２１に導き、凝縮器２３から流出した冷媒液を第１熱交換器１４に導くように構成されている。第１四方弁１３及び第２四方弁１５を適切に制御することによって、蒸発器２１及び凝縮器２３のそれぞれにおいて、冷媒に対する添加剤の比率が適切に調整されうる。
【００３４】
蒸発器２１は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。蒸発器２１は、冷媒液を貯留するとともに、冷媒液を内部で蒸発させる。すなわち、外部環境から熱を吸収することによって加熱された冷媒液が蒸発器２１の中で沸騰する。本実施形態において、蒸発器２１に貯留された冷媒液は、第１循環路１０を循環する冷媒液に直接接触する。つまり、蒸発器２１に貯留された冷媒液の一部は、第１熱交換器１４で加熱され、飽和状態の冷媒液を加熱するために使用される。
【００３５】
先に説明したように、冷媒に含まれた添加剤は、混合物（冷媒）の特定温度における飽和蒸気圧が、冷媒成分の特定温度における飽和蒸気圧を下回るように、冷媒成分に混合された物質でありうる。このとき、蒸発器２１で生成された冷媒蒸気の大部分は、冷媒成分で占められる。添加剤の種類にもよるが、冷媒成分の比率は、冷媒蒸気に対して、例えば、９９．８質量％以上である。ただし、不可避的に混入している空気を除き、冷媒蒸気に冷媒成分のみが含まれていてもよい。
【００３６】
蒸気経路２は、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒蒸気を導くための経路である。蒸気経路２は、上流部分２５及び下流部分２６を有する。上流部分２５によって蒸発器２１の上部が圧縮機２２の吸入口に接続されている。下流部分２６によって圧縮機２２の吐出口が凝縮器２３の上部に接続されている。圧縮機２２は、遠心式圧縮機又は容積式圧縮機でありうる。圧縮機２２は、上流部分２５を通じて蒸発器２１から冷媒蒸気を吸い込み、断熱的に圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は、下流部分２６を通じて凝縮器２３に供給される。
【００３７】
蒸気経路２には、複数の圧縮機が設けられていてもよい。この場合、低圧側圧縮機と高圧側との間に中間冷却器が設けられていてもよい。中間冷却器は、低圧側圧縮機で圧縮された冷媒蒸気を冷却する。これにより、高圧側圧縮機の性能及び信頼性を向上させることができる。中間冷却器で冷媒蒸気を冷却するために使用される流体は、冷凍サイクル装置１００の特定部分（例えば、第２循環路１１）を流れる冷媒であってもよいし、外部から供給された熱媒体（例えば、空気又は水）であってもよい。さらに、前者と後者とを併用してもよい。また、複数の中間冷却器が蒸気経路２に設けられていてもよい。例えば、蒸気経路２にｎ台（ｎは３以上の整数）の圧縮機が設けられているとき、（ｎ−１）台の中間冷却器が蒸気経路２に配置されうる。
【００３８】
凝縮器２３は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。凝縮器２３は、冷媒蒸気を凝縮させるとともに、冷媒蒸気を凝縮させることによって生じた冷媒液を貯留する。本実施形態では、過熱状態の冷媒蒸気が、外部環境に熱を放出することによって冷却された冷媒液に直接接触して凝縮する。凝縮器２３に貯留された冷媒液は、第２循環路１１を循環する冷媒液に直接接触する。つまり、凝縮器２３に貯留された冷媒液の一部は、第２熱交換器１７で冷却され、過熱状態の冷媒蒸気を冷却するために使用される。
【００３９】
本実施形態では、蒸発器２１及び凝縮器２３が直接接触型の熱交換器である。そのため、蒸発器２１及び凝縮器２３を小型化しやすい。
【００４０】
戻し経路３は、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を導くための経路である。戻し経路３には、弁６が設けられている。戻し経路３によって、蒸発器２１と凝縮器２３とが接続されている。具体的には、戻し経路３は、上流部分３１及び下流部分３２を有する。上流部分３１によって凝縮器２３の中間部（高さ方向における中間部）が弁６の入口に接続されている。下流部分３２によって弁６の出口が蒸発器２１の中間部（高さ方向における中間部）に接続されている。これにより、冷媒液を凝縮器２３から蒸発器２１に移動させることができる。
【００４１】
弁６は、開閉弁であってもよいし、流量調整弁であってもよい。冷媒液は、弁６において減圧されながら、戻し経路３を通じて凝縮器２３から蒸発器２１に戻される。つまり、弁６は、膨張機構としての機能を有する。弁６が流量調整弁であるとき、必要に応じて、戻し経路３における冷媒液の流量を正確に調整することができる。ただし、弁６に加えて、戻し経路３にキャピラリが設けられていてもよい。場合によっては、弁６を省略してもよい。
【００４２】
戻し経路３の下流端が蒸発器２１に直接接続されていることは必須ではない。弁６の入口と出口との間の圧力差を十分に確保できる限り、蒸発器２１に接続された二次ループ（本実施形態では、第１循環路１０）に戻し経路３の下流端が接続されていてもよい。ただし、戻し経路３の下流端は、蒸発器２１及び二次ループにおいて最も低い圧力を有する部分に接続されていることが望ましい。この場合、戻し経路３に冷媒液を流すために必要な駆動圧を削減することができ、冷凍サイクル装置１００の効率が向上する。このような観点から、戻し経路３の下流端は、蒸発器２１に接続されていることが望ましい。なお、戻し経路３を通じて蒸発器２１に流入する冷媒液が第１ポンプ１２の吸い込みに大きな影響を及ぼさないように、第１循環路１０の上流端と戻し経路３の下流端との間に適度な距離が確保されていることが望ましい。
【００４３】
本実施形態では、戻し経路３にポンプが設けられていない。この場合、次の２つの駆動圧によって、弁６を経由して凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液が戻される。２つの駆動圧の１つは、蒸発器２１に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧と凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧との間の差に起因する駆動圧である。２つの駆動圧の他の１つは、蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面の高さと凝縮器２３に貯留された冷媒液の液面の高さとの差（液面ヘッド差）に起因する駆動圧である。ポンプを省略することによって、コストを削減できる。
【００４４】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、濃度センサ７ａ及び７ｂを備えている。濃度センサ７ａは、蒸発器２１の下部に取り付けられている。濃度センサ７ｂは、凝縮器２３の下部に取り付けられている。濃度センサ７ａは、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を検出する濃度検出機構である。同様に、濃度センサ７ｂは、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を検出する濃度検出機構である。濃度センサ７ａ及び７ｂによれば、添加剤の濃度を直接的に検出することができる。蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度及び／又は凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を監視することによって、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を移動させるべき適切なタイミングを正確に知ることができる。添加剤の初期濃度は既知であるため、濃度センサ７ａ及び７ｂから選ばれる一方のみが冷凍サイクル装置１００に設けられていたとしても、上記のタイミングを正確に知ることができる。
【００４５】
また、濃度センサ７ａ以外の手段によって、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を知ることもできる。例えば、冷凍サイクル装置１００は、濃度検出機構として、圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａを備えている。圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａは、蒸発器２１に取り付けられている。圧力センサ８ａは、蒸発器２１の内部の圧力を検出する。詳細には、圧力センサ８ａは、蒸発器２１の内部における蒸気圧（飽和蒸気圧）を検出する。温度センサ９ａは、蒸発器２１の内部の温度を検出する。詳細には、温度センサ９ａは、蒸発器２１に貯留された冷媒液の温度又は蒸発器２１で生成された冷媒蒸気の温度を検出する。
【００４６】
添加剤の初期濃度は既知であるため、冷媒液の初期の飽和蒸気圧曲線も既知である。任意の温度における現在の飽和蒸気圧と初期の飽和蒸気圧との差から、現在の添加剤の濃度を知ることができる。例えば、飽和蒸気圧、温度及び添加剤の濃度の関係が記述されたテーブルが準備されているとき、飽和蒸気圧及び温度から添加剤の濃度を直ちに特定することができる。したがって、圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａは、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を検出する濃度検出機構として機能しうる。圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａによって、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を移動させるべき適切なタイミングを正確に知ることができる。圧力センサ８ａと温度センサ９ａとの組み合わせは、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を間接的に検出する手段であるものの、濃度センサ７ａよりも安価でありうる。また、圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａは、添加剤の濃度を検出する用途だけでなく、冷凍サイクル装置１００の制御にも使用されうる。
【００４７】
同様に、濃度センサ７ｂ以外の手段によって、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を知ることもできる。例えば、冷凍サイクル装置１００は、濃度検出機構として、圧力センサ８ｂ及び温度センサ９ｂを備えている。圧力センサ８ｂ及び温度センサ９ｂは、凝縮器２３に取り付けられている。圧力センサ８ｂは、凝縮器２３の内部の圧力を検出する。詳細には、圧力センサ８ｂは、凝縮器２３の内部における蒸気圧（飽和蒸気圧）を検出する。温度センサ９ｂは、凝縮器２３の内部の温度を検出する。詳細には、温度センサ９ｂは、凝縮器２３に貯留された冷媒液の温度又は凝縮器２３における冷媒蒸気の温度を検出する。
【００４８】
圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａと同じ理由により、圧力センサ８ｂ及び温度センサ９ｂは、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を検出する濃度検出機構として機能しうる。圧力センサ８ｂ及び温度センサ９ｂによっても、蒸発器２１から凝縮器２３に冷媒液を移動させるべき適切なタイミングを正確に知ることができる。圧力センサ８ｂと温度センサ９ｂとの組み合わせは、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を間接的に検出する手段であるものの、濃度センサ７ｂよりも安価でありうる。また、圧力センサ８ｂ及び温度センサ９ｂは、添加剤の濃度を検出する用途だけでなく、冷凍サイクル装置１００の制御にも使用されうる。
【００４９】
本実施形態において、圧力センサ８ａは、蒸発器２１の上部（液面よりも上の部分）に取り付けられている。温度センサ９ａは、蒸発器２１の下部に取り付けられている。圧力センサ８ｂは、凝縮器２３の上部（液面よりも上の部分）に取り付けられている。温度センサ９ｂは、凝縮器２３の下部に取り付けられている。ただし、これらのセンサの位置は特に限定されない。
【００５０】
濃度検出機構としての具体的手段は、蒸発器２１のみに設けられていてもよいし、凝縮器２３にのみ設けられていてもよいし、それらの両方に設けられていてもよい。なぜなら、一方における添加剤の濃度が判明するだけで、後述する濃度均一化処理を実行すべきタイミングを知ることができるからである。また、一方における添加剤の濃度から他方における添加剤の濃度を推定することもできる。また、濃度検出機構としての具体的手段は、１つのみ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。
【００５１】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、制御器３２を備えている。制御器３２は、第１四方弁１３、第２四方弁１５などのコンポーネントを制御して、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度と凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度とを均一化するための処理を実行する。
【００５２】
冷凍サイクル装置１００が空気調和装置であるとき、第１四方弁１３及び第２四方弁１５を制御することによって、冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる。冷房運転を行う場合、つまり、第１熱交換器１４で室内の空気を冷却する場合、第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、図１に示す第１状態を呈するように制御される。具体的に、第１四方弁１３は、第１接続口１３ａと第２接続口１３ｂとが連通し、第３接続口１３ｃと第４接続口１３ｄとが連通するように制御される。第２四方弁１５も、第１接続口１５ａと第２接続口１５ｂとが連通し、第３接続口１５ｃと第４接続口１５ｄとが連通するように制御される。一方、暖房運転を行う場合、つまり、第１熱交換器１４で室内の空気を加熱する場合、第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、図２に示す第２状態を呈するように制御される。具体的に、第１四方弁１３は、第１接続口１３ａと第３接続口１３ｃとが連通し、第２接続口１３ｂと第４接続口１３ｄとが連通するように制御される。第２四方弁１５も、第１接続口１５ａと第３接続口１５ｃとが連通し、第２接続口１５ｂと第４接続口１５ｄとが連通するように制御される。
【００５３】
第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度と凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度とを均一化するための処理においても制御される。
【００５４】
第１四方弁１３及び第２四方弁１５が図１に示す第１状態にあるとき、第１熱交換器１４には相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が蒸発器２１から供給され、第２熱交換器１７には相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が凝縮器２３から供給される。第１四方弁１３及び第２四方弁１５が図１に示す第１状態から図２に示す第２状態へと切り換わったとき、第１熱交換器１４には相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が凝縮器２３から供給され、第２熱交換器１７には相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が蒸発器２１から供給される。
【００５５】
しかし、第１四方弁１３及び第２四方弁１５が第１状態から第２状態へと切り換わった直後において、第１熱交換器１４、流路１０ｃ及び流路１０ｄには、相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が残存しているので、第１熱交換器１４、流路１０ｃ及び流路１０ｄから凝縮器２３に相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が戻される。同様に、第２熱交換器１７、流路１１ｃ及び流路１１ｄには、相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が残存しているので、第２熱交換器１７、流路１１ｃ及び流路１１ｄから蒸発器２１に相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が戻される。その結果、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度は、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度に近づく。
【００５６】
第１四方弁１３及び第２四方弁１５が図２に示す第２状態にあるとき、第１熱交換器１４には相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が凝縮器２３から供給され、第２熱交換器１７には相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が蒸発器２１から供給される。第１四方弁１３及び第２四方弁１５が図２に示す第２状態から図１に示す第１状態へと切り換わったとき、第１熱交換器１４には相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が蒸発器２１から供給され、第２熱交換器１７には相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が凝縮器２３から供給される。
【００５７】
しかし、第１四方弁１３及び第２四方弁１５が第２状態から第１状態へと切り換わった直後において、第１熱交換器１４、流路１０ｃ及び流路１０ｄには、相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が残存しているので、第１熱交換器１４、流路１０ｃ及び流路１０ｄから蒸発器２１に相対的に低い添加剤濃度を有する冷媒液が戻される。同様に、第２熱交換器１７、流路１１ｃ及び流路１１ｄには、相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が残存しているので、第２熱交換器１７、流路１１ｃ及び流路１１ｄから凝縮器２３に相対的に高い添加剤濃度を有する冷媒液が戻される。その結果、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度は、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度に近づく。
【００５８】
本明細書では、以上に説明した処理を「濃度均一化処理」と称する。ただし、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度に一致させることは必須ではない。濃度均一化処理は、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度に近づけるための処理を意味する。濃度均一化処理においては、第１ポンプ１２及び第２ポンプ１６が駆動される。濃度均一化処理によれば、冷媒液の凍結によって凝縮器２３、配管などの部品が損壊することを防止できる。
【００５９】
濃度均一化処理の実行中において、冷媒液と室内の空気との熱交換が第１熱交換器１４で積極的に行われることを避けるために、第１熱交換器１４に室内の空気を供給するためのファンを停止させてもよい。第１熱交換器１４が液相の熱媒体と冷媒液との間の熱交換を行うための液−液熱交換器であるとき、第１熱交換器１４に液相の熱媒体を供給するためのポンプを停止させてもよい。同様に、濃度均一化処理の実行中において、冷媒液と室外の空気との熱交換が第２熱交換器１７で積極的に行われることを避けるために、第２熱交換器１７に室外の空気を供給するためのファンを停止させてもよい。第２熱交換器１７が液相の熱媒体と冷媒液との間の熱交換を行うための液−液熱交換器であるとき、第２熱交換器１７に液相の熱媒体を供給するためのポンプを停止させてもよい。このようにすれば、濃度均一化処理に起因する熱のロスを減らすことができるとともに、ユーザーに不快感を与えることを回避できる。また、無駄な電力消費を避けることができる。
【００６０】
濃度均一化処理の実施後、冷凍サイクル装置１００の通常運転（冷房運転又は暖房運転）を再開するために、第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、元の状態に切り換えられる。例えば、第１熱交換器１４に残存した冷媒液が凝縮器２３に戻ったら、第１四方弁１３及び第２四方弁１５は、第１状態から第２状態に戻るように又は第２状態から第１状態に戻るように制御される。
【００６１】
本実施形態によれば、１回の濃度均一化処理によって、第１熱交換器１４、流路１０ｃ及び流路１０ｄの合計体積に等しい量の冷媒液が、第２熱交換器１７、流路１１ｃ及び流路１１ｄの合計体積に等しい量の冷媒液と入れ替えられる。１回の濃度均一化処理によって濃度を十分に均一化することが難しい場合、上記の濃度均一化処理を複数回実施してもよい。
【００６２】
濃度均一化処理は、様々なタイミングで実施されうる。具体的には、濃度均一化処理は、（１）冷凍サイクル装置１００の通常運転中、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が第１の閾値e-thを上回ったとき、（２）冷凍サイクル装置１００の通常運転中、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が第２の閾値c-thを下回ったとき、（３）冷凍サイクル装置１００の運転継続時間が一定時間に達したとき、（４）冷凍サイクル装置１００の運転を停止すべきとき、及び、（５）冷凍サイクル装置１００の運転が停止しているとき、からなる群より選ばれる少なくとも１つのタイミングにて実施されうる。以下、（１）〜（５）の各ケースについて、個別に説明する。
【００６３】
ケース（１）及び（２）において、制御器３２は、濃度センサ７ａなどのセンサ群から信号を取得し、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度、及び／又は、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を監視する。蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が第１の閾値e-thを上回った場合、及び／又は、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が第２の閾値c-thを下回った場合、通常運転が一時停止され、上記の濃度均一化処理が実行される。このようにすれば、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度、及び、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度を常に十分な濃度に保つことができる。濃度均一化処理において、圧縮機２２の運転を停止してもよいし、継続してもよい。
【００６４】
第１の閾値e-th及び第２の閾値c-thの値は特に限定されない。第１の閾値e-th及び第２の閾値c-thは、使用された添加剤（不凍剤）の種類、初期濃度、冷媒成分などに応じて適切に定められる。一例において、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度の１．１倍を超えた場合に上記の濃度均一化処理が実行されるように、第１の閾値e-th及び／又は第２の閾値c-thが定められる。
【００６５】
濃度センサ７ａ及び７ｂに代えて、圧力センサ８ａ及び温度センサ９ａを使用することもできる。蒸発器２１に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧が閾値（閾値は、温度によって異なる）を下回った場合、上記の濃度均一化処理が実行されうる。濃度センサ７ａ及び７ｂに代えて、圧力センサ８ｂ及び温度センサ９ｂを使用することもできる。凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧が閾値（閾値は、温度によって異なる）を上回った場合、上記の濃度均一化処理が実行されうる。これらの閾値も、使用された添加剤（不凍剤）の種類、初期濃度、冷媒成分などに応じて適切に定められる。
【００６６】
冷凍サイクル装置１００の通常運転を一時的に停止し、上記の濃度均一化処理を行うことよって得られる利益について説明する。
【００６７】
例えば、冷凍サイクル装置１００の性能を冷房用途で十分に発揮させるためには、凝縮器２３に貯留された冷媒液の温度が外気温よりも高いことが必要である。凝縮器２３で生成される冷媒液の温度は、凝縮器２３に供給された冷媒蒸気の圧力と、凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧とに依存する。
【００６８】
まず、蒸発器２１に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧が、凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧に一致している場合を説明する。この場合、図３Ａに示すように、蒸発器２１の内部の温度及び圧力だけでなく、凝縮器２３の内部の温度及び圧力も単一の飽和蒸気圧曲線ＣREFに従って変化する。そのため、例えば、蒸発器２１に貯留された１０℃の冷媒液から４０℃の冷媒液を凝縮器２３で生じさせるためには、蒸発器２１で生成された冷媒蒸気の圧力を少なくともＰA（例えば１．７ｋＰａ）からＰC（例えば９ｋＰａ）まで上昇させる必要がある。
【００６９】
しかし、先に説明したように、添加剤（不凍剤）と水との混合物を冷媒として使用すると、蒸発器２１においては水が優先的に蒸発し、冷媒蒸気の大部分が水で占められる。蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度がα質量％であり、蒸気経路２を流れる冷媒蒸気における添加剤の濃度がβ質量％であると仮定する。添加剤と冷媒成分との混合物の飽和蒸気圧が、冷媒成分の飽和蒸気圧を下回るとき、一般には、添加剤の溶液（例えば水溶液）の飽和蒸気圧も冷媒成分の飽和蒸気圧を下回る。そのため、一般には、値αは、値βよりも大きい。蒸発器２１で冷媒液が気化する際、高い飽和蒸気圧を有する冷媒成分が気化しやすいため、冷媒蒸気の全部又は大部分を冷媒成分が占める。その結果、運転時間の経過とともに、蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が上昇し、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が低下する。
【００７０】
すると、図３Ｂに示すように、蒸発器２１に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧曲線ＣEVAが低圧側にシフトし、凝縮器２３に貯留された冷媒液の飽和蒸気圧曲線ＣCONが高圧側にシフトする。つまり、蒸発器２１に貯留された１０℃の冷媒液から４０℃の冷媒液を凝縮器２３で生じさせるために必要な圧縮仕事が増加する。具体的には、（ＰD−ＰB）−（ＰC−ＰA）の圧力に相当する圧縮仕事が余分に必要となる。
【００７１】
本実施形態においては、第１四方弁１３及び第２四方弁１５を適切に制御することによって、蒸発器２１に貯留された冷媒液の一部と凝縮器２３に貯留された冷媒液の一部とが入れ替えられる。これにより、蒸発器２１及び凝縮器２３における添加剤の濃度が均一化し、圧縮仕事の増加を抑制することができる。
【００７２】
蒸発器２１に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が第１の閾値e-thを上回るまでの期間、又は、凝縮器２３に貯留された冷媒液における添加剤の濃度が第２の閾値c-thを下回るまでの期間において、所定の時間間隔で弁６が開閉される。これにより、蒸発器２１に貯留された冷媒液の量と凝縮器２３に貯留された冷媒液の量との均衡が保たれる。
【００７３】
ケース（３）のタイミングで濃度均一化処理を実施するとき、制御器３２は、濃度センサ７ａなどのセンサ群からの信号を必要としない。代わりに、制御器３２は、冷凍サイクル装置１００の運転継続時間を計測するタイマを含む。運転継続時間が一定時間（例えば運転開始から１時間）に達したら、先に説明した濃度均一化処理を実行する。これにより、ケース（１）及び（２）と同様、圧縮仕事の増加を抑制することができる。
【００７４】
ケース（４）のタイミングで濃度均一化処理を実施するときにも、制御器３２は、濃度センサ７ａなどのセンサ群からの信号を必要としない。例えば、ユーザーによって冷凍サイクル装置１００の運転スイッチがオンからオフに切り換えられたとき、制御器３２は、圧縮機２２、第１熱交換器１４のファンなど運転を停止させ、その後、先に説明した濃度均一化処理を実行する。これにより、凝縮器２３、配管などのコンポーネントが不凍剤を適切な濃度で含む冷媒液で満たされる。その結果、冷媒液の凍結によって凝縮器２３、配管などのコンポーネントが損壊することを防止できる。また、冷凍サイクル装置１００の運転を停止する直前に濃度均一化処理を実施する場合には、蒸発器２１に貯留された冷媒液の一部と凝縮器２３に貯留された冷媒液の一部とを交換することに起因してエネルギーロス（熱ロス）が発生することも回避できる。圧縮機２２の運転を停止して濃度均一化処理を実施すると、余分なエネルギー消費を回避できる可能性がある。
【００７５】
ケース（５）のタイミングで濃度均一化処理を実施するときにも、制御器３２は、濃度センサ７ａなどのセンサ群からの信号を必要としない。ケース（５）では、例えば、冷凍サイクル装置１００の運転停止後、一定時間（例えば数分）が経過した後、先に説明した濃度均一化処理が実行されうる。これにより、ケース（４）と同じ効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、家庭用エアコン、業務用エアコンなどの空気調和装置に特に有用である。本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。第１熱交換器５の冷却対象及び第２熱交換器８の加熱対象は、空気以外の気体であってもよいし、液体であってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
３  戻し経路
６  弁
７ａ，７ｂ  濃度センサ（濃度検出機構）
８ａ，８ｂ  圧力センサ（濃度検出機構）
９ａ，９ｂ  温度センサ（濃度検出機構）
１０  第１循環路
１１  第２循環路
１２，１６  ポンプ
１３  第１四方弁（第１流路切換機構）
１４  第１熱交換器
１５  第２四方弁（第２流路切換機構）
１７  第２熱交換器
２１  蒸発器
２２  圧縮機
２３  凝縮器
１００  冷凍サイクル装置
【図１】
2016133280.tif 000003
【図２】
2016133280.tif 000004
【図３Ａ】
2016133280.tif 000005
【図３Ｂ】
2016133280.tif 000006