(57)【要約】【課題】快適性の低下を防止しつつ、圧縮機の信頼性を向上させ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、蒸発器（２１）、吸熱回路（１０）、バイパス流路（１０ｆ）及び三方弁（１５）を備えている。吸熱回路（１０）は、ポンプ（１３）及び熱交換器（１４）を有する。吸熱回路（１０）を開閉しうる開閉機構として、開閉弁（１２）が蒸発器（２１）とポンプ（１３）の吸入口との間において吸熱回路（１０）に設けられている。バイパス流路（１０ｆ）の一端は、開閉弁（１２）とポンプ（１３）の吸入口との間において吸熱回路（１０）に接続されている。流路切替機構としての三方弁（１５）は、熱交換器（１４）から流出した冷媒液を蒸発器（２１）に導く第１状態と、熱交換器（１４）から流出した冷媒液をバイパス流路（１０ｆ）に導く第２状態との間で切り替えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒液を貯留する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を圧送するポンプと、前記ポンプから吐出された前記冷媒液に熱を吸収させる熱交換器とを有し、前記蒸発器と前記熱交換器との間で前記冷媒液を循環させるための吸熱回路と、
前記蒸発器と前記ポンプの吸入口との間において前記吸熱回路に設けられ、前記吸熱回路を開閉しうる開閉機構と、
前記開閉機構と前記ポンプの前記吸入口との間において前記吸熱回路に接続された一端を有するバイパス流路と、
前記熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導く第１状態と、前記熱交換器から流出した前記冷媒液を前記バイパス流路に導く第２状態との間で切り替えられる流路切替機構と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記開閉機構は、前記蒸発器から前記ポンプへの前記冷媒液の流れを許可し、逆方向の流れを禁止する逆止弁を含む、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記流路切替機構は、前記吸熱回路と前記バイパス流路の他端との接続位置に配置された三方弁を含む、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記流路切替機構は、前記バイパス流路に設けられた第２開閉機構と、前記バイパス流路の他端と前記吸熱回路との接続位置よりも下流側において前記吸熱回路に設けられた第３開閉機構とを含む、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第２開閉機構は、前記バイパス流路の前記他端から前記一端への前記冷媒液の流れを許可し、逆方向の流れを禁止する逆止弁を含む、請求項４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】
図４は、特許文献１に記載された従来の蒸発式空調装置（冷凍サイクル装置）の構成図である。図４に示すように、従来の蒸発式空調装置は、第１容器４１０、第２容器４１１、複数の冷暖房用熱交換器４０１、放吸熱用熱交換器４２５、第１循環管路４１４及び４１５、第２循環管路４２４及び４２６、並びに蒸気圧縮機４３８を備えている。冷暖房用熱交換器４０１の入口側には、入口側第１開閉弁４１７及び入口側第２開閉弁４３０が配置されている。冷暖房用熱交換器４０１の出口側には、出口側第１開閉弁４２０及び出口側第２開閉弁４３４が配置されている。
【０００４】
第１容器４１０に貯留された蒸発性液体は、第１循環管路４１４を経由して複数の冷暖房用熱交換器４０１に並列に供給され、第１循環管路４１５を経由して第１容器４１０に戻される。第２容器４１１に貯留された蒸発性液体は、第２循環管路４２４を経由して放吸熱用熱交換器４２５に供給され、第２循環管路４２６を経由して第２容器４１１に戻される。第１容器４１０から第２容器４１１に蒸気が供給されるように蒸気圧縮機４３８を正回転することで冷房運転が行われる。第２容器４１１から第１容器４１０に蒸気が供給されるように蒸気圧縮機４３８を逆回転することで暖房運転が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９５８６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示す蒸発式空調装置によれば、複数の冷暖房箇所を冷暖房することができるとともに、各々別々に冷房及び暖房することができる。しかし、図４に示す蒸発式空調装置によれば、蒸気圧縮機の停止時、第１容器の液面の高さと第２容器の液面の高さとを初期化するための運転時などにおける蒸気圧縮機の信頼性及び室内の快適性が十分に確保されているとは言い難い。
【０００７】
本開示は、快適性の低下を防止しつつ、圧縮機の信頼性を向上させるための技術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】
【０００８】
すなわち、本開示は、
冷媒液を貯留する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を圧送するポンプと、前記ポンプから吐出された前記冷媒液に熱を吸収させる熱交換器とを有し、前記蒸発器と前記熱交換器との間で前記冷媒液を循環させるための吸熱回路と、
前記蒸発器と前記ポンプの吸入口との間において前記吸熱回路に設けられ、前記吸熱回路を開閉しうる開閉機構と、
前記開閉機構と前記ポンプの前記吸入口との間において前記吸熱回路に接続された一端を有するバイパス流路と、
前記熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導く第１状態と、前記熱交換器から流出した前記冷媒液を前記バイパス流路に導く第２状態との間で切り替えられる流路切替機構と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の技術によれば、快適性の低下を防止しつつ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】図２は、第１の変形例にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。
【図３】図３は、第２の変形例にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。
【図４】図４は、従来の蒸発式空調装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図４に示すタイプの蒸発式空調装置において、例えば冷房運転を続けると、第１容器４１０の冷媒液の量が徐々に減少し、第２容器４１１の冷媒液の量が徐々に増加する。そのため、第１容器４１０と第２容器４１１とを接続する流路が設けられ、その流路を通じて冷媒液を第２容器４１１から第１容器４１０へと戻すための初期化運転が行われることがある。
【００１２】
しかし、初期化運転を行うと、第１容器４１０の内部における冷媒液の温度が一時的に上昇する。温度の上昇した冷媒液を熱交換器４０１に供給すると、室内の快適性が損なわれる。ポンプを停止し、開閉弁４１７，４２０，４３０，４３４を閉じることによって、温度の上昇した冷媒液が熱交換器４０１に供給されることを防止できるとも思われる。しかし、この場合、熱交換器４０１に冷媒を循環させることができない。その結果、室内のの快適性が低下する。
【００１３】
本開示の第１態様の冷凍サイクル装置は、
冷媒液を貯留する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を圧送するポンプと、前記ポンプから吐出された前記冷媒液に熱を吸収させる熱交換器とを有し、前記蒸発器と前記熱交換器との間で前記冷媒液を循環させるための吸熱回路と、
前記蒸発器と前記ポンプの吸入口との間において前記吸熱回路に設けられ、前記吸熱回路を開閉しうる開閉機構と、
前記開閉機構と前記ポンプの前記吸入口との間において前記吸熱回路に接続された一端を有するバイパス流路と、
前記熱交換器から流出した前記冷媒液を前記蒸発器に導く第１状態と、前記熱交換器から流出した前記冷媒液を前記バイパス流路に導く第２状態との間で切り替えられる流路切替機構と、
を備えたものである。
【００１４】
第１態様によれば、快適性の低下を防止しつつ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる冷凍サイクル装置の前記開閉機構は、前記蒸発器から前記ポンプへの前記冷媒液の流れを許可し、逆方向の流れを禁止する逆止弁を含む。第２態様によれば、システムの構成及び制御を簡素化することができる。
【００１６】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる冷凍サイクル装置の前記流路切替機構は、前記吸熱回路と前記バイパス流路の他端との接続位置に配置された三方弁を含む。第３態様によれば、三方弁によって冷媒液の流れ方向を容易に変更できる。
【００１７】
本開示の第４態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる冷凍サイクル装置の前記流路切替機構は、前記バイパス流路に設けられた第２開閉機構と、前記バイパス流路の他端と前記吸熱回路との接続位置よりも下流側において前記吸熱回路に設けられた第３開閉機構とを含む。第４態様によれば、システムのコストを削減できる。
【００１８】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様にかかる冷凍サイクル装置の前記第２開閉機構は、前記バイパス流路の前記他端から前記一端への前記冷媒液の流れを許可し、逆方向の流れを禁止する逆止弁を含む。第５態様によれば、システムのコストを削減できる。
【００１９】
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。
【００２０】
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２０、凝縮器２３及び戻し経路３０を備えている。蒸発器２１で生成された冷媒蒸気（気相の冷媒）が蒸気経路２０を経由して凝縮器２３に供給される。蒸気経路２０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（液相の冷媒）が戻し経路３０を経由して蒸発器２１に供給される。
【００２１】
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。このような冷媒としては、水を主成分として含む冷媒が挙げられる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００２２】
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の吸入口の圧力は、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。
【００２３】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、吸熱回路１０及び放熱回路１１を備えている。吸熱回路１０は、開閉弁１２、吸熱側ポンプ１３、吸熱熱交換器１４、三方弁１５及び流路１０ａ〜１０ｅを有する。吸熱回路１０には、バイパス流路１０ｆが接続されている。バイパス流路１０ｆは、吸熱回路１０における吸熱熱交換器１４よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通するための流路である。三方弁１５の働きによって、吸熱熱交換器１４の出口が蒸発器２１と吸熱側ポンプ１３の吸入口とのいずれか一方に連通する。吸熱回路１０の両端はそれぞれ蒸発器２１に接続されている。
【００２４】
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の他端が開閉弁１２の入口に接続されている。流路１０ｂの一端が開閉弁１２の出口に接続され、流路１０ｂの他端が吸熱側ポンプ１３の吸入口に接続されている。流路１０ｃの一端が吸熱側ポンプ１３の吐出口に接続され、流路１０ｃの他端が吸熱熱交換器１４の入口に接続されている。流路１０ｄの一端が吸熱熱交換器１４の出口に接続され、流路１０ｄの他端が三方弁１５の入口に接続されている。流路１０ｅの一端が三方弁１５の一方の出口に接続され、流路１０ｅの他端が蒸発器２１に接続されている。流路１０ｅは、蒸発器２１の底部を貫通して鉛直方向の上方に向かって延びている。蒸発器２１の内部において、冷媒液の液面よりも上に流路１０ｅの他端が位置している。バイパス流路１０ｆの一端が開閉弁１２と吸熱側ポンプ１３の吸入口との間において吸熱回路１０（流路１０ｂ）に接続されている。バイパス流路１０ｆの他端が三方弁１５の他方の出口に接続されている。言い換えれば、吸熱回路１０とバイパス流路１０ｆの他端との接続位置に三方弁１５が配置されている。三方弁１５によって冷媒液の流れ方向を容易に変更できる。
【００２５】
吸熱回路１０は、蒸発器２１と吸熱熱交換器１４との間で冷媒液を循環させるための回路である。蒸発器２１に貯留された冷媒液は、吸熱側ポンプ１３によって圧送される。吸熱側ポンプ１３から吐出された冷媒液は、吸熱熱交換器１４に供給され、吸熱熱交換器１４において熱を吸収する。開閉弁１２は、蒸発器２１と吸熱側ポンプ１３の吸入口との間において吸熱回路１０に設けられている。開閉弁１２は、吸熱回路１０を開閉しうる開閉機構の役割を担っている。三方弁１５は、吸熱熱交換器１４の出口と蒸発器２１との間において吸熱回路１０に設けられている。三方弁１５は、実線で示す第１状態と破線で示す第２状態との間で切り替えられる流路切替機構の役割を担っている。三方弁１５が実線で示す第１状態にあるとき、吸熱熱交換器１４から流出した冷媒液は蒸発器２１に導かれる。三方弁１５が破線で示す第２状態にあるとき、吸熱熱交換器１４から流出した冷媒液はバイパス流路１０ｆに導かれる。
【００２６】
三方弁１５に代表される流路切替機構は、吸熱熱交換器１４から流出した冷媒液が流入する入口と、蒸発器２１への流路に接続された第１の出口と、バイパス流路１０ｆの他端に接続された第２の出口とを有するものでありうる。流路切替機構に流入した冷媒液は、第１の出口と第２の出口とのいずれか一方の出口から流出させられる。このような条件を満たす限りにおいて、流路切替機構は三方弁１５に限定されない。
【００２７】
吸熱回路１０において、吸熱側ポンプ１３は、吸熱熱交換器１４よりも上流側に設けられている。詳細には、吸熱側ポンプ１３は、当該吸熱側ポンプ１３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。吸熱回路１０は、蒸発器２１と吸熱熱交換器１４との間で熱媒体を循環させる。本実施形態において、吸熱回路１１０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。吸熱回路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吸熱回路１０に循環させるので、他の熱媒体を吸熱回路１０に循環させる場合と比較して、蒸発器２１及び吸熱回路１０の構造が簡素である。
【００２８】
吸熱熱交換器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、吸熱熱交換器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。
【００２９】
吸熱熱交換器１４は、例えば、蒸発器２１に貯留された冷媒液の液面よりも鉛直方向の上方に位置している。吸熱熱交換器１４は、鉛直方向において、圧縮機２２よりも上方に位置している可能性もある。この場合、吸熱側ポンプ１３を停止すると、吸熱熱交換器１４から蒸発器２１に冷媒液が逆流し、圧縮機２２が水没するおそれがある。特に、蒸発器２１に複数の吸熱熱交換器１４が並列に接続されている場合（図４参照）、複数の吸熱熱交換器１４に保持された冷媒液の量が非常に多いため、圧縮機２２の水没のおそれが高まる。しかし、本実施形態によれば、開閉弁１２を閉じ、吸熱熱交換器１４から流出した冷媒液がバイパス流路１０ｆに導かれるように三方弁１５を制御することによって、冷媒液が吸熱熱交換器１４を含む閉回路に閉じ込められる。これにより、圧縮機２２の水没を確実に防ぐことができる。このような制御は、冷凍サイクル装置１００の停止時などの様々な場面で実施されうる。
【００３０】
放熱回路１１は、放熱側ポンプ１６、放熱熱交換器１７及び流路（配管）１１ａ〜１１ｃを有する。放熱回路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の他端が放熱側ポンプ１６の吸入口に接続されている。流路１１ｂの一端が放熱側ポンプ１６の吐出口に接続され、流路１１ｂの他端が放熱熱交換器１７の入口に接続されている。流路１１ｃの一端が放熱熱交換器１７の出口に接続され、流路１１ｃの他端が凝縮器２３に接続されている。流路１１ｃ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】
放熱回路１１において、放熱側ポンプ１６は、放熱熱交換器１７よりも上流側に設けられている。詳細には、放熱側ポンプ１６は、当該放熱側ポンプ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。本実施形態において、放熱回路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。放熱回路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放熱回路１１に循環させるので、他の熱媒体を放熱回路１１に循環させる場合と比較して、凝縮器２３及び放熱回路１１の構造が簡素である。
【００３２】
放熱熱交換器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、放熱熱交換器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】
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、吸熱回路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、吸熱熱交換器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。
【００３４】
蒸気経路２０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２０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、ターボ型圧縮機又は容積型圧縮機でありうる。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。
【００３５】
蒸気経路２０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圧縮機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、放熱回路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２０に設けられていてもよい。例えば、蒸気経路２０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２０に配置されうる。
【００３６】
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、放熱回路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、放熱熱交換器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。
【００３７】
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。
【００３８】
戻し経路３０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３０には、弁３３が設けられている。戻し経路３０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３０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３３の入口に接続されている。下流部分３２によって弁３３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。
【００３９】
弁３３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３３において減圧されながら、戻し経路３０を通じて凝縮器２３から蒸発器２１に戻される。つまり、弁３３は、膨張機構の機能を有する。弁３３が流量調整弁であるとき、必要に応じて、戻し経路３０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３３に加えて、戻し経路３０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３３を省略してもよい。
【００４０】
戻し経路３０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３３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、吸熱回路１０）に戻し経路３０の下流端が接続されていてもよい。ただし、戻し経路３０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３０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３０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３０を通じて蒸発器２１に流入する冷媒液が吸熱側ポンプ１３の吸い込みに大きな影響を及ぼさないように、吸熱回路１０の上流端と戻し経路３０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。
【００４１】
本実施形態では、戻し経路３０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３３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。
【００４２】
次に、冷凍サイクル装置１００の運転について説明する。
【００４３】
圧縮機２２を起動すると、蒸発器２１において、冷温低圧の冷媒の蒸発が進行し、冷媒蒸気が発生する。冷媒蒸気は、圧縮機２２に吸入されて圧縮される。圧縮機２２で圧縮された冷媒蒸気は、高温となって凝縮器２３に流入する。凝縮器２３において、高温の冷媒蒸気は、放熱熱交換器１７で冷却されて凝縮器２３に戻された冷媒液と接触することによって凝縮及び液化する。
【００４４】
冷凍サイクル装置１００の運転を続けると、蒸発器２１の冷媒液が徐々に減少する一方、凝縮器２３の冷媒液が徐々に増加する。蒸発器２１で冷媒を連続的に蒸発させるためには、凝縮器２３の冷媒液を蒸発器２１に戻し、蒸発器２１の冷媒液の量及び凝縮器２３の冷媒液の量をそれぞれ一定の範囲に保つ必要がある。戻し経路３０を経由して凝縮器２３の冷媒液を蒸発器２１へと戻すことができる。戻し経路３０に配置された弁３３を開閉することによって、冷媒液の戻し量を調節できる。弁３３の開閉制御は、凝縮器２３の冷媒液の量が所定量増加した場合に行われる。例えば、冷凍サイクル装置１００を所定時間連続して運転した場合に弁３３を所定時間にわたって開放する制御を行う。この場合、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を戻すための制御が断続的に行われる。
【００４５】
凝縮器２３から蒸発器２１に戻された高温の冷媒液が吸熱回路１０に流入して循環すると、吸熱熱交換器１４における冷媒液と冷却対象（例えば、室内の空気）との温度差が縮小し、冷却効果が低下する。したがって、高温の冷媒液が吸熱回路１０に流入することを防ぐために、開閉弁１２を閉じるとともに、放熱熱交換器１４から流出した冷媒液がバイパス流路１０ｆに導かれるように三方弁１５を制御する。すなわち、流路１０ｂ、吸熱側ポンプ１３、流路１０ｃ、吸熱熱交換器１４、流路１０ｄ、三方弁１５及びバイパス流路１０ｆで閉回路を形成する。このような閉回路を形成すると、高温の冷媒液が吸熱回路１０に流入して放熱熱交換器１４に供給されることを防止できる。閉回路に貯留された冷媒液は、蒸発器２１から分離される。閉回路が形成された後も吸熱側ポンプ１３の運転が可能であり、冷温の冷媒液を閉回路内で循環させることができる。つまり、吸熱熱交換器１４の冷却能力が発揮され続ける。したがって、室内の快適性を維持しながら、蒸発器２１の冷媒液の量及び凝縮器２３の冷媒液の量をそれぞれ一定の範囲に保つための運転を実行できる。
【００４６】
本実施形態によれば、蒸発器２１と吸熱熱交換器１４との間で冷媒液を循環させるための吸熱側ポンプ１３が閉回路に冷媒液を循環させるためのポンプに兼用されている。そのため、システムの複雑化及びコストの大幅な増加も回避できる。
【００４７】
閉回路を形成するべき期間は、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を戻すための運転の実行期間に限定されない。例えば、システムの運転を停止又は一時停止する期間において、開閉弁１２を閉じ、上記した閉回路を形成してもよい。システムの運転を停止又は一時停止する期間の例として、圧縮機の停止期間、ポンプの停止期間、室内熱交換器のサーモオフの期間などが挙げられる。
【００４８】
閉回路を形成すると、過剰な量の冷媒液が吸熱回路１０から蒸発器２１に戻ることを防止できる。その結果、冷媒液が蒸発器２１でオーバーフローして圧縮機２２に流れ込むことを防止できる。冷媒に水没した状態で圧縮機２２が再起動されて圧縮機２２の翼車が破損したり、圧縮機２２の運転を停止した直後のフリーラン（慣性による自転）時に冷媒液が圧縮機２２に流入して翼車が破損したりすることを防止できる。
【００４９】
本実施形態によれば、凝縮器２３から蒸発器２１に冷媒液を戻すための運転を実行する際にサーモオフの期間（吸熱熱交換器１４で冷却効果が発揮されない期間）が発生することを回避できる。そのため、室内の快適性を向上することができる。また、システムの運転を停止又は一時停止する期間において、圧力水頭又は圧力差によって吸熱回路１０から蒸発器２１に冷媒液が移動することを防止できるので、圧縮機２２の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
（変形例１）
図２に示すように、変形例１の冷凍サイクル装置１０２は、吸熱回路１０を開閉しうる開閉機構として、開閉弁１２に代えて逆止弁１８を備えている。逆止弁１８は、蒸発器２１から吸熱側ポンプ１３への冷媒液の流れを許可し、逆方向の流れを禁止する。冷凍サイクル装置１０２においては、三方弁１５による流路の切り替えのみで閉回路を形成することが可能である。したがって、システムの構成及び制御を簡素化することができる。
【００５１】
（変形例２）
図３に示すように、変形例２の冷凍サイクル装置１０４は、流路切替機構として、三方弁１５に代えて、逆止弁１９及び開閉弁２０を備えている。逆止弁１９は、第２開閉機構としてバイパス流路１０ｆに設けられており、バイパス流路１０ｆの他端から一端への冷媒液の流れを許可し、逆方向の流れを禁止する。開閉弁２０は、第３開閉機構として、吸熱回路１０に設けられている。詳細には、開閉弁２０は、バイパス流路１０ｆの他端と吸熱回路１０（流路１０ｄ）との接続位置よりも下流側において吸熱回路１０に設けられている。開閉弁１２及び開閉弁２０を閉じることによって閉回路が形成される。吸熱側ポンプ１３を運転すると、冷媒液は逆止弁１９を流通し、閉回路を循環する。逆止弁１９及び開閉弁２０は、三方弁に比べて安価である。そのため、本変形例によれば、システムのコストを削減できる。本変形例において、逆止弁１９は、通常の開閉弁に置き換えられてもよい。逆止弁１９を開閉弁に置き換えた場合においても、開閉弁２０を閉じたときにバイパス流路１０ｆに冷媒液を流すことができる。また、開閉弁１２は、逆止弁に置き換えられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。吸熱熱交換器１４の冷却対象及び放熱熱交換器１５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】
【００５３】
１０  吸熱回路
１２  開閉弁（開閉機構）
１３  吸熱側ポンプ
１４  吸熱熱交換器
１５  三方弁（流路切替機構）
１６  放熱側ポンプ
１７  放熱熱交換器
１８  逆止弁（開閉機構）
１９  逆止弁（流路切替機構）
２０  開閉弁（流路切替機構）
２１  蒸発器
２２  圧縮機
２３  凝縮器
１００，１０２，１０４  冷凍サイクル装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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