(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱源側熱交換器、第１の絞り手段、負荷側熱交換器、及び低圧レシーバを順次接続してなるメイン冷媒回路と、前記圧縮機の運転容量を制御する容量制御手段とを有し、前記メイン冷媒回路内に非共沸混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置において、
前記メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成を調整する冷媒組成調整手段を備え、前記冷媒組成調整手段は、第１の開閉装置及び第１の精留用熱交換器を有する第１の接続配管によりメイン冷媒回路の圧縮機吐出側に分岐接続された冷媒精留塔と、第２の絞り手段を有し前記冷媒精留塔の底部と前記メイン冷媒回路の低圧部とを接続する第２の接続配管と、第２の精留用熱交換器を有し前記冷媒精留塔の上部からの冷媒を前記第２の精留用熱交換器に流通させたのち前記冷媒精留塔の上部に戻すように構成された還流回路と、第２の開閉装置を有する貯留回路により前記還流回路の第２の精留用熱交換器出側に分岐接続された冷媒貯留器と、第３の開閉装置及び第３の絞り手段を有し前記冷媒貯留器の底部と前記メイン冷媒回路の低圧部とを接続する放出回路とを備えて構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の物理量である凝縮温度及び蒸発温度を検知する物理量検知手段を備えるとともに、冷媒組成調整手段は、前記物理量検知手段により検知された非共沸混合冷媒の凝縮温度及び蒸発温度とそれぞれの制御目標値との偏差に応じて前記メイン冷媒回路における熱負荷を導出し、前記熱負荷に応じて前記メイン冷媒回路の冷凍サイクル効率が最大となるような冷媒組成調整速度を変更する構成とされている請求項第１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
還流回路内の液冷媒を貯留回路を通じて冷媒貯留器に導入するにあたり、予め前記冷媒貯留器内の圧力を低下させる貯留器圧力低下手段を備えている請求項第１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
冷媒貯留器の上部とメイン冷媒回路の低圧部とが細管部を有する液量調節回路により接続されている請求項第１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
圧縮機、熱源側熱交換器、及び低圧レシーバより構成される熱源ユニットと、それぞれ第１の絞り手段及び負荷側熱交換器より構成される複数の室内ユニットとの間を延長配管で接続してなるメイン冷媒回路を備え、前記メイン冷媒回路内に非共沸混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置に用いられる冷媒組成調整ユニットにおいて、
前記メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成を調整する冷媒組成調整手段を、前記メイン冷媒回路におけるガス冷媒側の延長配管の途中と液冷媒側の延長配管の途中とにそれぞれ分岐接続し、冷媒組成調整手段は、前記メイン冷媒回路における液冷媒側の延長配管の冷媒と熱交換する第１の精留用熱交換器及び第４の開閉装置を有し前記メイン冷媒回路におけるガス冷媒側の延長配管から分岐して逆止弁ブリッジの一方の中間部と接続されるガス側接続配管と、第１の開閉装置を有し前記液冷媒側の延長配管から分岐して前記逆止弁ブリッジの他方の中間部と接続される液側接続配管と、第５の絞り手段を有し気液分離器の上部と前記逆止弁ブリッジの冷媒出側とを接続する高圧側接続配管と、第３の接続配管により前記気液分離器の上部と接続された冷媒精留塔と、前記逆止弁ブリッジの冷媒戻り側と前記冷媒精留塔の底部とを第２の絞り手段を介して接続する低圧側接続配管と、第２の精留用熱交換器を有し前記冷媒精留塔の上部からの冷媒を前記第２の精留用熱交換器に流通させたのち前記冷媒精留塔の上部に戻すように構成された還流回路と、第２の開閉装置を有する貯留回路により前記還流回路の第２の精留用熱交換器出側に分岐接続された冷媒貯留器と、第３の開閉装置及び第３の絞り手段を有し前記冷媒貯留器の底部と前記低圧側接続配管とを接続する放出回路と、前記還流回路の冷媒と熱交換する前記第２の精留用熱交換器及び第４の絞り手段を介して前記気液分離器の底部と前記低圧側接続配管とを接続する第４の接続配管とを備えて構成されている冷媒組成調整ユニット。
【請求項６】
前記高圧側接続配管における前記第５の絞り手段上流側の冷媒温度を検知する第１の温度検知手段と、前記第５の絞り手段下流側の冷媒温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第５の絞り手段下流側の冷媒圧力を検知する圧力検知手段とによりそれぞれ検知された冷媒温度及び冷媒圧力の検知値に基づいて、非共沸混合冷媒の組成を検知する冷媒組成検知手段を備えている請求項第５項に記載の冷媒組成調整ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、メイン冷媒回路内に非共沸混合冷媒を封入した空気調和装置、冷凍装置等の冷凍サイクル装置、及び、既存の冷凍サイクル装置に付設して用いられる冷媒組成調整ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は、特公平６−１２２０１号公報に記載された冷凍サイクル装置を示している。図中、１は圧縮機、２は熱源側熱交換器、３ａ及び３ｂは第１の絞り手段、４は負荷側熱交換器であり、これらを順次接続して冷凍サイクル装置のメイン冷媒回路９０が構成され、このメイン冷媒回路９０内に非共沸混合冷媒が封入されている。また、８は冷媒精留塔、１２ａは冷媒精留塔８の上部に接続された塔頂貯留器、１２ｂは冷媒精留塔８の底部に接続された塔底貯留器、６ａはメイン冷媒回路９０の第１の絞り手段３ａ、同３ｂ間と塔頂貯留器１２ａとを接続する接続管１１７ａに設けられた開閉装置、６ｂはメイン冷媒回路９０の第１の絞り手段３ａ、同３ｂ間と塔底貯留器１２ｂとを接続する接続管１１７ｂに設けられた開閉装置、１３ａはメイン冷媒回路９０の第１の絞り手段３ｂ、熱源側熱交換器２間と塔頂貯留器１２ａとを接続する接続管１１９に設けられた開閉装置、１０は接続管１１９の開閉装置１３ａよりもメイン冷媒回路９０寄りに設けられた第２の絞り手段、１３ｂは接続管１１９の開閉装置１３ａ、第２の絞り手段１０間と塔底貯留器１２ｂとを接続する接続管に設けられた開閉装置である。以上のような要素から、メイン冷媒回路９０とは別の副回路が構成されていて、メイン冷媒回路９０内を流れる非共沸混合冷媒を塔頂貯留器１２ａ又は前記塔底貯留器１２ｂに分流させたり、これら塔頂貯留器１２ａ又は前記塔底貯留器１２ｂ内に貯留されている非共沸混合冷媒をメイン冷媒回路９０に戻したりできるように構成されている。
【０００３】
以上のように構成された冷凍サイクル装置にあっては、メイン冷媒回路９０内を流れる非共沸混合冷媒の一部を前記副回路中の塔頂貯留器１２ａ又は塔底貯留器１２ｂに分流し、この非共沸混合冷媒を冷媒精留塔８内に流通させて、その冷媒組成を冷媒精留塔８の精留作用によって変化せしめ、組成が変化した冷媒をメイン冷媒回路９０内へ戻すようにしているので、冷媒精留塔８内の冷媒の流れが乱れないようにできて精留作用が十分に行なわれるようにでき、したがって、メイン冷媒回路９０を流れる非共沸混合冷媒の組成変化幅を大きくすることができ、常に熱負荷に対応した好適な冷媒組成が得られるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の冷凍サイクル装置には、以下のような問題があった。すなわち、メイン冷媒回路９０の熱負荷が大きい場合には非共沸混合冷媒を低沸点成分に富んだ組成として冷媒循環量を増加せしめ、反対に熱負荷が小さい場合には非共沸混合冷媒を高沸点成分に富んだ組成として冷媒循環量を減少せしめるのであるが、高沸点成分１００％から低沸点成分１００％の範囲を越えては冷媒流量を調節することができず、対応できる熱負荷の範囲が広いとは言えなかった。また、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒について低沸点成分の割合を高くし過ぎると、高圧側の冷媒圧力が上昇し、冷媒回路を構成する部品の耐圧強度を高めなければならないという問題もあった。さらに、前記図２５に示したような回路構成であるので、既設の冷凍サイクル装置に対して冷媒組成調整機能を付加することは極めて困難であった。
【０００５】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、対応できる熱負荷の範囲を広くできて、高負荷運転時及び低負荷運転時の冷凍サイクル効率を改善でき、年間の消費電力量を削減して電気料金を低減することが可能な、高効率な冷凍サイクル装置の提供を目的とするものである。また、既存の冷凍サイクル装置に対して非共沸混合冷媒の冷媒組成調整機能を容易に付加することができて、前記と同様の高効率な冷凍サイクル装置を安価に構築可能な冷媒組成調整ユニットの提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項第１項に係る発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、第１の絞り手段、負荷側熱交換器、及び低圧レシーバを順次接続してなるメイン冷媒回路と、前記圧縮機の運転容量を制御する容量制御手段とを有し、前記メイン冷媒回路内に非共沸混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置において、前記メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成を調整する冷媒組成調整手段を備え、前記冷媒組成調整手段は、第１の開閉装置及び第１の精留用熱交換器を有する第１の接続配管によりメイン冷媒回路の圧縮機吐出側に分岐接続された冷媒精留塔と、第２の絞り手段を有し前記冷媒精留塔の底部と前記メイン冷媒回路の低圧部とを接続する第２の接続配管と、第２の精留用熱交換器を有し前記冷媒精留塔の上部からの冷媒を前記第２の精留用熱交換器に流通させたのち前記冷媒精留塔の上部に戻すように構成された還流回路と、第２の開閉装置を有する貯留回路により前記還流回路の第２の精留用熱交換器出側に分岐接続された冷媒貯留器と、第３の開閉装置及び第３の絞り手段を有し前記冷媒貯留器の底部と前記メイン冷媒回路の低圧部とを接続する放出回路とを備えている構成としたものである。
【０００７】
また、請求項第２項に係る発明は、前記構成において、前記メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の物理量である凝縮温度及び蒸発温度を検知する物理量検知手段を備えるとともに、冷媒組成調整手段は、前記物理量検知手段により検知された非共沸混合冷媒の凝縮温度及び蒸発温度とそれぞれの制御目標値との偏差に応じて前記メイン冷媒回路における熱負荷を導出し、前記熱負荷に応じて前記メイン冷媒回路の冷凍サイクル効率が最大となるような冷媒組成調整速度を変更する構成としたものである。
【０００８】
また、請求項第３項に係る発明は、前記構成において、還流回路内の液冷媒を貯留回路を通じて冷媒貯留器に導入するにあたり、予め前記冷媒貯留器内の圧力を低下させる貯留器圧力低下手段を備えているものである。
【０００９】
また、請求項第４項に係る発明は、前記構成において、冷媒貯留器の上部とメイン冷媒回路の低圧部とが細管部を有する液量調節回路により接続されているものである。
【００１０】
また、請求項第５項に係る発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、及び低圧レシーバより構成される熱源ユニットと、それぞれ第１の絞り手段及び負荷側熱交換器より構成される複数の室内ユニットとの間を延長配管で接続してなるメイン冷媒回路を備え、前記メイン冷媒回路内に非共沸混合冷媒を封入した冷凍サイクル装置に用いられる冷媒組成調整ユニットにおいて、前記メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成を調整する冷媒組成調整手段を、前記メイン冷媒回路におけるガス冷媒側の延長配管の途中と液冷媒側の延長配管の途中とにそれぞれ分岐接続し、冷媒組成調整手段は、前記メイン冷媒回路における液冷媒側の延長配管の冷媒と熱交換する第１の精留用熱交換器及び第４の開閉装置を有し前記メイン冷媒回路におけるガス冷媒側の延長配管から分岐して逆止弁ブリッジの一方の中間部と接続されるガス側接続配管と、第１の開閉装置を有し前記液冷媒側の延長配管から分岐して前記逆止弁ブリッジの他方の中間部と接続される液側接続配管と、第５の絞り手段を有し気液分離器の上部と前記逆止弁ブリッジの冷媒出側とを接続する高圧側接続配管と、第３の接続配管により前記気液分離器の上部と接続された冷媒精留塔と、前記逆止弁ブリッジの冷媒戻り側と前記冷媒精留塔の底部とを第２の絞り手段を介して接続する低圧側接続配管と、第２の精留用熱交換器を有し前記冷媒精留塔の上部からの冷媒を前記第２の精留用熱交換器に流通させたのち前記冷媒精留塔の上部に戻すように構成された還流回路と、第２の開閉装置を有する貯留回路により前記還流回路の第２の精留用熱交換器出側に分岐接続された冷媒貯留器と、第３の開閉装置及び第３の絞り手段を有し前記冷媒貯留器の底部と前記低圧側接続配管とを接続する放出回路と、前記還流回路の冷媒と熱交換する前記第２の精留用熱交換器及び第４の絞り手段を介して前記気液分離器の底部と前記低圧側接続配管とを接続する第４の接続配管とを備えている構成としたものである。
【００１１】
また、請求項第６項に係る発明は、前記構成において、前記高圧側接続配管における前記第５の絞り手段上流側の冷媒温度を検知する第１の温度検知手段と、前記第５の絞り手段下流側の冷媒温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第５の絞り手段下流側の冷媒圧力を検知する圧力検知手段とによりそれぞれ検知された冷媒温度及び冷媒圧力の検知値に基づいて、非共沸混合冷媒の組成を検知する冷媒組成検知手段を備えているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態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、図中、１は圧縮機である。この圧縮機１は、運転容量を制御する容量制御手段（例えば圧縮機１のモータに供給される交流電源の電源周波数を変更するインバータ：図示省略）を備えている。また、２は冷房運転時に冷媒の凝縮器となる熱源側熱交換器、３は第１の絞り手段、４は冷房運転時に冷媒の蒸発器となる負荷側熱交換器、５は低圧レシーバであり、これらを順次接続して環状のメイン冷媒回路９０が構成されている。メイン冷媒回路９０には非共沸混合冷媒が封入されている。
【００１９】
また、この冷凍サイクル装置は、以下の要素を備えて構成された冷媒組成調整手段を有している。すなわち、図中、６は第１の開閉装置、７は第１の精留用熱交換器、８は冷媒精留塔であり、冷媒精留塔８は第１の開閉装置６及び第１の精留用熱交換器７を有する第１の接続配管１０１によりメイン冷媒回路９０の圧縮機１吐出側に接続されている。９は、還流回路１０２に設けられた第２の精留用熱交換器である。還流回路１０２は、冷媒精留塔８の上部からの冷媒を第２の精留用熱交換器９に流通させたのち、冷媒精留塔８の上部に戻すように構成されている。１０４は、第２の絞り手段１０を有し、冷媒精留塔８の底部とメイン冷媒回路９０の低圧部（ここでは負荷側熱交換器４と低圧レシーバ５との間）とを接続する第２の接続配管である。
【００２０】
さらに、１２は冷媒貯留器である。この冷媒貯留器１２は、第２の開閉装置１１を有する貯留回路１０３により、還流回路１０２の第２の精留用熱交換器９出側に分岐接続されている。１０５は放出回路である。この放出回路１０５は、第３の開閉装置１３及び第３の絞り手段１５を有し、冷媒貯留器１２の底部とメイン冷媒回路９０の低圧部とを接続している。
【００２１】
次いで、動作について説明する。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器２で放熱凝縮して高圧の液冷媒となり、第１の絞り手段３にて減圧され低温・低圧の二相冷媒となって負荷側熱交換器４に至る。そして、負荷側熱交換器４で蒸発・気化して低圧のガス冷媒となり、このガス冷媒が、低圧レシーバ５を通じて圧縮機１に戻る。
【００２２】
以上のような基本動作においてメイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒の組成を調整する動作は、以下のようにして行なわれる。すなわち、メイン冷媒回路９０内の冷媒を低沸点成分に富んだ組成とする場合には、第３の開閉装置１３を開き、冷媒貯留器１２内部の液冷媒を放出回路１０５を通じてメイン冷媒回路９０の低圧ガス部へ放出し、この液冷媒を低圧レシーバ５内に余剰冷媒として溜める。低圧レシーバ５内部では気液平衡状態となり、主として高沸点成分に富んだ液冷媒が低圧レシーバ５内部に滞留するので、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒は、低沸点成分に富んだ組成となる。なお、低圧レシーバ５内部に液冷媒を保持するため、定期的に第１の絞り手段３の開度を大きくし、負荷側熱交換器４からの液冷媒を低圧レシーバ５に戻すようにする。
【００２３】
一方、メイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒を高沸点成分に富んだ組成とする場合には、第１の開閉装置６を開き、圧縮機１から吐出されたばかりの高温高圧のガス冷媒を、第１の接続配管１０１を通じて第１の精留用熱交換器７へ導く。第１の精留用熱交換器７で一部が凝縮し高圧の気液二相状態となった冷媒は、冷媒精留塔８に底部から流入し、ここでガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、液冷媒は冷媒精留塔８の底部から第２の接続配管１０４に流れ込み第２の絞り手段１０を経てメイン冷媒回路９０の低圧ガス部に放出される。他方、冷媒精留塔８の底部で液冷媒と分離されたガス冷媒は冷媒精留塔８内を上昇しつつ、冷媒精留塔８の上部から流れ落ちる液冷媒と物質交換することにより低沸点成分に富む組成となって冷媒精留塔８の上部に至り、還流回路１０２に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は、第２の精留用熱交換器９で凝縮液化し、再び冷媒精留塔８の上部へ流入する。したがって、ここで第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富んだ液冷媒が貯留回路１０３を通じて冷媒貯留器１２に流れ込み、ここに貯留される。この結果、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒は高沸点成分に富んだ組成となる。
【００２４】
次いで、この実施の形態における冷媒組成調整制御の方法を、図２の制御フローチャートに基づいて説明する。
先ず、ステップＳ１で、メイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒の凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅを、図示を省略した検知手段により検知する。ステップＳ２では、前記凝縮温度Ｔｃと凝縮温度の制御目標値Ｔｃｍとの偏差ΔＴｃ、及び前記蒸発温度Ｔｅと蒸発温度の制御目標値Ｔｅｍとの偏差ΔＴｅを算出する。ステップＳ３では、前記偏差ΔＴｃ及びΔＴｅに応じて、熱源側熱交換器２の容量の補正値ΔＱｃｏｎｄ及び圧縮機１の運転周波数の補正値Δｆｃｏｍｐを演算する。ステップＳ４では、熱源側熱交換器２の容量の変更値Ｑｃｏｎｄn 及び圧縮機１の運転周波数の変更値ｆｃｏｍｐn を算出する。ステップＳ５では、圧縮機１の運転周波数の変更値ｆｃｏｍｐn と圧縮機１が最大効率を発生する周波数Ｆｍａｘとの差ΔＦｃｏｍｐを算出する。ステップＳ６では、ΔＦｃｏｍｐに応じて、メイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒の組成の変更値を算出する。
【００２５】
ところで、図３は、圧縮機１の運転周波数の変化に対する冷凍サイクルの効率（ＣＯＰ）の変化を示している。同図のように、冷凍サイクルのＣＯＰは、圧縮機運転周波数の低い領域と高い領域とで低下する。また、図４は、冷媒組成調整を行なう場合の、圧縮機１から吐出される冷媒の量と低沸点成分の割合とを示している。このように吐出冷媒量は、圧縮機１に吸入される冷媒における低沸点成分の割合に応じて図４のような特性で変化する。
【００２６】
ここで、以上のような組成調整の効果を説明する。一般的に圧縮機１の運転周波数が高くなる高熱負荷時には、前記のような組成調整によってメイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒を低沸点成分に富む組成とする。その結果、圧縮機１から吐出される冷媒の量が増えようとするので、圧縮機１の吐出冷媒量が一定でよいとすると、冷媒組成を調整しない場合に比べて圧縮機１の運転周波数を低くできることになる。したがって、図５に示すように、高熱負荷時の圧縮機１の運転周波数を低くすることにより、冷凍サイクルの効率（ＣＯＰ）が良くなる周波数で圧縮機１を運転することが可能となる。よって、冷凍サイクルの効率が改善され、同一の熱交換能力を発生する場合における圧縮機１の電気入力を削減できる。
【００２７】
他方、一般的に圧縮機１の運転周波数が低くなる低熱負荷時には、前記のような組成調整によってメイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒を高沸点成分に富む組成とする。その結果、圧縮機１から吐出される冷媒の量が減ろうとするので、圧縮機１の吐出冷媒量が一定でよいとすると、組成を調整して高沸点成分に富む冷媒を循環させることで、組成を調整しない場合に比べて圧縮機１の運転周波数を高くできることになる。したがって、図５のように、低熱負荷時の圧縮機１の運転周波数を高くすることにより、冷凍サイクルの効率（ＣＯＰ）が良くなる周波数で圧縮機１を運転することが可能となる。よって、冷凍サイクルの効率が改善され、同一の熱交換能力を発生する場合における圧縮機１の電気入力を削減できる。
【００２８】
以上のようなことから、図６に示したように、一般的には効率が悪い低熱負荷時及び高熱負荷時における冷凍サイクルの効率を改善し、常により良い効率で圧縮機１を駆動し、消費電力を低減することが可能となる。また、メイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒の組成調整によっても、圧縮機１それ自体の運転容量（周波数）を調整することによっても、圧縮機１からの吐出冷媒量を変えることができるので、熱付加に応じ、冷媒組成調整のみにより冷媒循環量を調節したり、圧縮機の運転容量調整のみにより冷媒循環量を調節したりしていた従来の冷凍サイクル装置に比べて、より広範囲の熱負荷の変化に対応可能となる。
【００２９】
なお、この実施の形態では圧縮機１の容量制御手段としてインバータを用いた例を示したが、容量制御手段は、圧縮機１の運転容量を制御でき、その結果メイン冷媒回路９０の冷媒循環量を増減させて、冷凍サイクルの効率を変化させられるものであれば、どのような構成であっても、前記と同様の効果が奏される。
【００３０】
また、第１の精留用熱交換器７及び第２の精留用熱交換器９の熱源は特に限定されないが、例えば図７に示したように、冷媒精留塔８底部から第２の接続配管１０４に流れたり、メイン冷媒回路９０の高圧側から低圧側へのバイパス配管１２０に流れたりした低圧ガス冷媒や高圧の液冷媒を絞り手段１０，１２１等で絞って得られる低温・低圧の気液二相冷媒を用いることが考えられる。
【００３１】
発明の実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図中、前記実施の形態１と同様もしくは相当する構成要素に関しては前記と同じ符号を付し、説明を省略する。図中、１ａ，１ｂは互いに並列に接続され、それぞれ一定の電源周波数で運転される定容量の圧縮機を示し、これら２台の圧縮機１ａ，１ｂを用いて容量制御が行なわれる。すなわち、例えば両方の圧縮機１ａ，１ｂをともに運転した場合と、一方の圧縮機１ａのみを運転し他方の圧縮機１ｂを停止状態とした場合とでは、２台の圧縮機の全体での運転容量は変化する。この実施の形態における容量制御手段（不図示）は、前記のように複数の圧縮機を個別に運転／停止することにより、その運転容量を制御する構成となっている。
【００３２】
次いで、この実施の形態における冷媒組成調整制御の方法を、図９の制御フローチャートに基づいて説明する。先ず、ステップＳ１１で、冷凍サイクルの凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅを検知する。ステップＳ１２では、前記凝縮温度Ｔｃと凝縮温度の制御目標値Ｔｃｍとの偏差ΔＴｃ、及び前記蒸発温度Ｔｅと蒸発温度の制御目標値Ｔｅｍとの偏差ΔＴｅを算出する。ステップＳ１３では、前記ΔＴｃ及びΔＴｅに応じて、第２の精留用熱交換器９の熱交換量の補正値ΔＱ2 、放出配管からの冷媒流量の補正値ΔＧ1 、熱源側熱交換器の容量の補正値ΔＱｃｏｎｄを演算する。ステップＳ１４では、メイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒の組成αを検知する。ステップＳ１５では、前記で検知した組成αと組成の最大値αｍａｘとを比較し、α＞αｍａｘの場合はステップＳ１９へ、α≦αｍａｘの場合はステップＳ１６へ、それぞれ進む。ステップＳ１９では、圧縮機の運転容量を増加させステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１６では、検知した組成αと組成の最小値αｍｉｎとを比較し、α＜αｍｉｎの場合はステップＳ１８へ、α≧αｍａｘの場合はステップＳ１７へ、それぞれ進む。ステップＳ１８では、圧縮機の運転容量を減少させステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１７では、圧縮機の容量を変更せずにステップＳ１１へ戻る。
【００３３】
ここで、前記偏差ΔＴｃ及びΔＴｅの値が大きい場合の制御について図１０を用いて説明する。ステップＳ２１では圧縮機の容量を増加（アップ）させるか減少（ダウン）させるかを判断する。圧縮機の容量をアップする時にはステップＳ２２に進み、圧縮機の容量をダウンする時にはステップＳ２３に進む。ステップＳ２２では、第３の開閉装置１３をある時間間隔ｔだけ開いた後に閉める。この結果、冷媒貯留器１２から放出回路１０５を経て液冷媒がメイン冷媒回路９０の低圧部へ流れ出し、余剰冷媒として低圧レシーバ５内に溜まり、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒の組成を低沸点成分に富むものとすることができる。ステップＳ２３では、第２の精留用熱交換器９の熱交換量Ｑ2 を容量アップさせる。この結果、第２の精留用熱交換器９で凝縮する液量を増大させることができるので、還流比を大きくし精留効果を高めた状態で低沸点成分に富む冷媒を多量に溜めることができるようになる。ステップＳ２４では第２の開閉装置１１をある時間間隔ｔだけ開いた後に閉める。この結果、効率良く組成調整を行なうことができるので、非定常時の冷凍サイクルの安定を短時間で達成できる。
【００３４】
発明の実施の形態３．
図１１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を示しており、図中、前記実施の形態１と同様もしくは相当する構成要素については前記と同じ符号を付し、説明を省略する。図中、１０６は冷媒貯留器１２とメイン冷媒回路９０の低圧ガス部とを接続して設けられた圧力調整回路であり、この圧力調整回路１０６に第４の開閉装置１６及び第４の絞り手段１７が設けられている。なお、この実施の形態では、前記圧力調整回路１０６、第４の開閉装置１６、及び第４の絞り手段１７から、本発明にいう貯留器圧力低下手段が構成されている。
【００３５】
次いで、動作を説明する。メイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒を高沸点成分に富む組成とする場合には、第１の開閉装置６を開き、高圧のガス冷媒を第１の精留用熱交換器７へ導く。第１の精留用熱交換器７で一部が凝縮し高圧の気液二相状態となった冷媒は、第１の接続配管１０１を経て冷媒精留塔８の底部へ流入し、ここでガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒から分離された液冷媒は冷媒精留塔８の底部から第２の接続配管１０４に流れ込み、第２の絞り手段１０を通過して、メイン冷媒回路９０の低圧ガス部に放出される。冷媒精留塔８の底部で液冷媒から分離されたガス冷媒は、冷媒精留塔８の上部から流れ落ちる液冷媒と物質交換し低沸点成分に富んだ組成となって冷媒精留塔８の上部に至り、還流回路１０２に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は第２の精留用熱交換器９で凝縮液化し、冷媒精留塔８上部に戻る。ここで、第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富む液冷媒が貯留回路１０３を通じて冷媒貯留器１２に流れ込む。この結果、メイン冷媒回路９０内を流れる冷媒が高沸点成分に富んだ組成となる。
【００３６】
以上のような動作において、この実施の形態では、第２の開閉装置１１を開いて冷媒貯留器１２内部に冷媒を導入するにあたり、予め第４の開閉装置１６を開くと、冷媒貯留器１２の内部圧力が低下し、第２の開閉装置１１の上流と下流の差圧が十分に確保され、液冷媒を確実に冷媒貯留器１２へ導くことができる。
【００３７】
なお、冷媒貯留器１２内の圧力を低下させる貯留器圧力低下手段の構成は前記したものに限られず任意であり、例えば、図１２に示すように、メイン冷媒回路９０内を流れる低圧ガス冷媒をバイパス配管１０６ａによって冷媒貯留器１２内部へ導き、これにより冷媒貯留器１２内部の飽和温度を低下させるように構成された貯留器圧力低下手段であってもよい。
【００３８】
発明の実施の形態４．
図１３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を示しており、図中、前記実施の形態１と同様もしくは相当する構成要素に関しては前記と同じ符号を付し、説明を省略する。図中、１０７は冷媒貯留器１２の上部とメイン冷媒回路９０の低圧部とを接続して設けられた液量調節回路であり、この液量調節回路１０７の途中には細管部１８が設けられている。
【００３９】
次いで、動作を説明する。メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を高沸点成分に富む組成とする場合には、第１の開閉装置６を開き、高圧のガス冷媒を第１の精留用熱交換器７へ導く。第１の精留用熱交換器７で一部が凝縮し高圧の気液二相状態となった冷媒は、第１の接続配管１０１から冷媒精留塔８の底部へ流入し、ここでガス冷媒と液冷媒に分離される。液冷媒は冷媒精留塔８の底部から第２の接続配管１０４に流れ込み、第２の絞り手段１０を通ってメイン冷媒回路９０の低圧ガス部に放出される。冷媒精留塔８の底部で分離されたガス冷媒は、冷媒精留塔８の上部から流れ落ちる液冷媒と物質交換し、低沸点成分に富む組成となって、冷媒精留塔８の上部から還流回路１０２に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は第２の精留用熱交換器９で凝縮液化したのち、冷媒精留塔８上部へ流入する。ここで、第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富む液冷媒が貯留回路１０３を通じて冷媒貯留器１２に流れ込む。この結果、メイン冷媒回路９０内を循環する冷媒の組成は高沸点成分に富んだものとなる。
【００４０】
以上の動作において、液冷媒を冷媒貯留器１２内に導入した結果、冷媒貯留器１２の内部が液冷媒で完全に満たされた場合は、液量調節回路１０７に液冷媒が流れる。ここで、細管部１８の流路抵抗は、ガス冷媒が流れる場合と、液冷媒が流れる場合とで異なる。したがって、冷媒貯留器１２内部に気相空間が存在し、流量調節回路１０７にガス冷媒が流れた場合には、その流量が特に大きくなることはない。そして、冷媒貯留器１２の内部が液で満たされた場合のみ、液量調節回路１０７を流れる冷媒流量を増大させることができる。よって、冷媒貯留器１２の内部が液冷媒で満たされることが防止されるので、液封の生じることがなく、安全に装置を駆動することができる。
【００４１】
発明の実施の形態５．
図１４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を示す図である。図中、１は圧縮機、１９は四方弁、２は熱源側熱交換器、５は低圧レシーバであり、これらは冷媒配管９１により相互に接続されている。１０１は、圧縮機１の吐出側から分岐し冷媒精留塔８に至る第１の接続配管であり、この第１の接続配管１０１には第１の開閉装置６及び第１の精留用熱交換器７が設けられている。１０２は、冷媒精留塔８の上部から出て第２の精留用熱交換器９を経由し冷媒精留塔８の上部に戻る還流回路、１０３は、還流回路１０２の第２の精留用熱交換器９出側と冷媒貯留器１２とを接続して設けられ、第２の開閉装置１１を有する貯留回路である。また、９２は、低圧レシーバ５と冷媒配管９１との間を第２の精留用熱交換器９を経由して接続する冷媒配管、２０は冷媒配管９２に設けられた第５の開閉装置、２２は同じく冷媒配管９２に設けられた第６の絞り手段である。さらに、９３は、冷媒配管９２の第２の精留用熱交換器９、第６の絞り手段２２間から分岐して冷媒配管９１に至る冷媒配管であり、この冷媒配管９３には第６の開閉装置２１が設けられている。１０４は、冷媒精留塔８の底部から第１の精留用熱交換器７を経由して冷媒配管９２に至る第２の接続配管であり、この第２の接続配管１０４には第２の絞り手段１０が設けられている。１０５は、冷媒貯留器１２の底部から冷媒配管９２に至る放出回路であり、この放出回路１０５には第３の開閉装置１３及び第３の絞り手段１５が設けられている。以上の各構成要素によって、熱源ユニットが構成されている。
【００４２】
他方、３ａ及び３ｂは第１の絞り手段、４ａ及び４ｂは負荷側熱交換器であり、前記第１の絞り手段３ａと負荷側熱交換器４ａとによって一つの室内ユニットが構成され、前記第１の絞り手段３ｂと負荷側熱交換器４ｂとによって別の室内ユニットが構成されている。このように符号の添字ａ，ｂは、各室内ユニットに係る、互いに並列な冷媒系統が２系統であることを示している。そして、以上のような熱源ユニットと室内ユニットとがガス管１０８（延長配管の一部）及び液管１０９（延長配管の一部）によって接続され、これにより一連のメイン冷媒回路９０が構成されている。
【００４３】
次いで、冷房時の動作について説明する。圧縮機１より吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１９を経て熱源側熱交換器２に至り、ここで凝縮して高圧の液冷媒となり、液管１０９を流れて室内ユニットに至る。各室内ユニットに達した液冷媒は、第１の絞り手段３ａ及び３ｂにてそれぞれ減圧され低温・低圧の気液二相冷媒になり、負荷側熱交換器４ａ及び４ｂに至る。負荷側熱交換器４ａ及び４ｂで蒸発・気化した低圧のガス冷媒はガス管１０８を流れて熱源ユニットに流れ、四方弁１９及び低圧レシーバ５を通過して圧縮機１に戻る。
【００４４】
以上のような冷房運転時の組成調整の動作について説明する。メイン冷媒回路９０中の非共沸混合冷媒を低沸点成分に富む組成とする場合には、第３の開閉装置１３を開いて冷媒貯留器１２内部の液冷媒を放出回路１０５から冷媒配管９２の低圧ガス部へ放出し、この放出された液冷媒を低圧レシーバ５内に余剰冷媒として貯留させる。低圧レシーバ５内部では気液平衡状態となり、高沸点成分に富む液冷媒が低圧レシーバ５内部に滞留する。この結果、メイン冷媒回路９０内を循環する冷媒は低沸点成分に富む組成となる。
【００４５】
他方、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を高沸点成分に富む組成とする場合には、第１の開閉装置６を開き、高圧のガス冷媒を第１の精留用熱交換器７へ導く。第１の精留用熱交換器で一部が凝縮し高圧の気液二相状態となった冷媒は、第１の接続配管１０１を経て冷媒精留塔８の底部に流入し、ここでガス冷媒と液冷媒に分離される。冷媒精留塔８の底部の液冷媒は第２の接続配管１０４に流れ込み、第２の絞り手段１０で減圧されて低圧・低温の気液二相冷媒となり、第１の精留用熱交換器７に流れ、第１の接続配管１０１内を流れる高温・高圧のガス冷媒と熱交換して若干蒸発した後、冷媒配管９２の低圧ガス部に放出される。冷媒精留塔８の底部で分離されたガス冷媒は、冷媒精留塔８の上部より流れ落ちる液冷媒と物質交換し低沸点成分に富む組成となって、冷媒精留塔８の上部に至り還流回路１０２に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は第２の精留用熱交換器９で凝縮液化したのち、再び冷媒精留塔８の上部へ流入する。ここで、第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富む液冷媒が貯留回路１０３を通って冷媒貯留器１２に流れ込む。
【００４６】
このとき、第５の開閉装置２０を開くと、メイン冷媒回路９０内の高圧の液冷媒が冷媒配管９２に流れ込む。この高圧の液冷媒は、第６の絞り手段２２で減圧され、低温・低圧の気液二相冷媒になって第２の精留用熱交換器９を通過する際に、還流回路１０２を流れるガス冷媒と熱交換し、冷媒配管９２内の液冷媒は蒸発・気化して、低圧レシーバ５に流入する。この結果、メイン冷媒回路９０内を流れる冷媒が高沸点成分に富む組成となる。
【００４７】
次いで、暖房時の動作について説明する。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１９を経て熱源ユニットから流出し、ガス管１０８を通って室内ユニットに至る。各室内ユニットに達した高温・高圧のガス冷媒は、負荷側熱交換器４ａ及び４ｂで熱交換して凝縮・液化したのち、第１の絞り手段３ａ及び３ｂで減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は冷媒は液管１０９を通って熱源ユニットに流れ込み、熱源側熱交換器２で蒸発・気化し、四方弁１９及び低圧レシーバ５を経て圧縮機１に戻る。
【００４８】
以上のような暖房運転時の組成調整の動作について説明する。メイン冷媒回路９０内の非共沸混合冷媒を低沸点成分に富む組成とする場合には、第３の開閉装置１３を開いて冷媒貯留器１２内部の液冷媒を冷媒配管９２へ放出し、冷媒配管９２から低圧レシーバ５内に流入させる。低圧レシーバ５内部では気液平衡状態となり、高沸点成分に富む液冷媒が低圧レシーバ５内部に滞留する。この結果、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒は低沸点成分に富んだ組成となる。
【００４９】
他方、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を高沸点成分に富む組成とする場合には、第１の開閉装置６を開き、高圧のガス冷媒を第１の精留用熱交換器７へ導く。第１の精留用熱交換器７で一部が凝縮し高圧の気液二相状態となった冷媒は、第１の接続配管１０１から冷媒精留塔８の底部に流入し、ここでガス冷媒と液冷媒に分離される。冷媒精留塔８底部の液冷媒は第２の接続配管１０４に流れ込み、第２の絞り手段１０で減圧されて低圧・低温の気液二相冷媒となり、第１の精留用熱交換器７に流れ、第１の接続配管１０１内を流れる高温・高圧のガス冷媒と熱交換して若干蒸発した後、冷媒配管９２の低圧ガス部に放出される。冷媒精留塔８の底部で分離されたガス冷媒は、冷媒精留塔８の上部より流れ落ちる液冷媒と物質交換し低沸点成分に富む組成となって、冷媒精留塔８の上部に至り還流回路１０２に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は第２の精留用熱交換器９で凝縮液化し冷媒精留塔８の上部へ流入れる。ここで、第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富む液冷媒が冷媒貯留器１２に流れ込む。
【００５０】
このとき、第６の開閉装置２１を開くと、メイン冷媒回路９０内の低温・低圧の気液二相冷媒が冷媒配管９３に分流され、さらに、この冷媒は冷媒配管９２に流れ込んで、第２の精留用熱交換器９を通過する際に、還流回路１０２を流れるガス冷媒と熱交換し、冷媒配管９２内の冷媒は蒸発・気化して低圧レシーバ５に流入する。この結果、冷媒貯留器１２には低沸点成分に富む冷媒が溜められるので、メイン冷媒回路９０内を流れる冷媒は高沸点成分に富んだ組成となる。
【００５１】
以上のような冷媒組成調整動作において、冷媒精留塔８での冷媒精留効果が等しいとすると、冷暖房運転時にメイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒中の低沸点成分の比率の変化幅は、図１５に示すように、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒量に対する余剰冷媒（図の横軸に示した冷媒充填量が多くなるほど余剰冷媒も多くなる）の量と概ね正比例する関係にある。また、液管１０９及びガス管１０８の長さが長い冷凍サイクル装置の方が、液管１０９及びガス管１０８の長さが短い冷凍サイクル装置よりも、当然ながら運転時にメイン冷媒回路９０を循環する循環冷媒量は多くなる。
【００５２】
したがって、低圧レシーバ５０の内部空間等も含めたメイン冷媒回路９０の内部全体への非共沸混合冷媒の充填量を、延長配管（液管１０９及びガス管１０８）の長さに応じ、冷凍サイクルを形成するのに必要な循環冷媒量に対する余剰冷媒量の割合（すなわち循環冷媒量と余剰冷媒量との比率）が一定となるように設定することで、延長配管の長短に関わらず低沸点成分の変化幅を同一とすることができる。これにより、熱負荷の変化に対応して、常に一定の条件で組成調整制御ができるようになる。
【００５３】
発明の実施の形態６．
図１６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を示す図であり、図中、前記実施の形態５と同様の構成要素には、同一の記号を付して、説明を省略する。この実施の形態では、図示したように室内ユニットは５２ａから５２ｅまでの５系統が互いに並列に接続されており、各室内ユニット５２ａ〜５２ｅは、それぞれ直列に接続された第１の絞り手段３ａ〜３ｅ及び負荷側熱交換器４ａ〜４ｅを有している。
【００５４】
ここで、冷凍サイクル装置の運転時に、室内ユニット５２ａ〜５２ｅの中に運転が休止されているユニットが存在する場合の、冷凍サイクルに必要な冷媒量と、発生する余剰冷媒量との関係を図１７を用いて説明する。同図において、横軸は運転されている室内ユニットの台数を示し、縦軸は冷凍サイクルに必要な冷媒量（すなわち実際にメイン冷媒回路９０を循環する冷媒量）、及び発生する余剰冷媒量を示している。
【００５５】
運転している室内ユニット５２ａ〜５２ｅの負荷側熱交換器４ａ〜４ｅ内の冷媒をガス化する場合（すなわち冷房運転等のように負荷側熱交換器を蒸発器として使用する運転を行なっている場合）、それまで運転されていたいずれかの室内ユニットを運転休止にするたびに、その室内ユニットの負荷側熱交換器内に存在していた液冷媒が余剰冷媒となる。したがって、運転している室内ユニット数が減少すると冷凍サイクルとして必要な循環冷媒量は減少し、反対に余剰冷媒量は増加する。この余剰冷媒を利用して非共沸混合冷媒の組成調整を行なえば、組成調整を行なうためにメイン冷媒回路９０内に追加充填する冷媒量を削減することができる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態は、室内ユニットの運転台数が少なくなる（停止台数が多くなる）と、標準能力からみて余剰冷媒量が多くなる。このように余剰冷媒量が多くなると、冷媒組成調整の変化幅を多くとることができるというものである。ただし、停止中の室内ユニット内に冷媒が寝込んでいないことが前提である（例えば、ホットバイパスなどの設置により容易に冷媒の寝込防止が図れる）。
【００５７】
発明の実施の形態７．
図１８は、本発明の実施の形態７に係る冷媒組成調整ユニットを用いた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。図中、１は圧縮機、１９は四方弁、２は熱源側熱交換器、５は低圧レシーバであり、これらを相互に配管接続して熱源ユニット５１が構成されている。また、３ａ及び３ｂは第１の絞り手段、４ａ及び４ｂは負荷側熱交換器であり、これら第１の絞り手段と負荷側熱交換器とを配管接続して室内ユニット５２ａ，５２ｂが構成されている。なお、添字のａ，ｂは室内ユニットに係る冷媒系統が２系統であることを示している。
【００５８】
次いで、この実施の形態に係る冷媒組成調整ユニット５３の構成を図１８に基づいて説明する。図中、１１５は冷媒組成調整ユニット５３のガス冷媒側の延長配管、１１６は冷媒組成調整ユニット５３の液冷媒側の延長配管である。前記延長配管１１５はガス管１０８とともに、他方、前記延長配管１１６は液管１０９とともに、それぞれ熱源ユニット５１と室内ユニット５２ａ，５２ｂとの間に介装され、これらによって一連のメイン冷媒回路９０が構成されている。メイン冷媒回路９０内には非共沸混合冷媒が充填されている。
【００５９】
また、冷媒組成調整ユニット５３は、以下の要素を備えて構成された冷媒組成調整手段を有している。すなわち、図中、６は第１の開閉装置、１６は第４の開閉装置、２３は正方形状に接続された４個の逆止弁２３ａ〜２３ｄからなる逆止弁ブリッジ、１１０は低圧側接続配管、１１１は高圧側接続配管、１１２は液冷媒側の延長配管１１６から分岐し前記第１の開閉装置６を経由して逆止弁ブリッジ２３の逆止弁２３ｃ，２３ｂの中間部に至る液側接続配管、１１３はガス冷媒側の延長配管１１５から分岐し前記第４の開閉装置１６及び第１の精留用熱交換器７を経由して逆止弁ブリッジ２３の逆止弁２３ａ，２３ｄの中間部に至るガス側接続配管である。
【００６０】
液側接続配管１１２及びガス側接続配管１１３は、逆止弁ブリッジ２３を介して高圧側接続配管１１１又は低圧側接続配管１１０と選択的に接続される構成である。２４は気液分離器、２８は第５の絞り手段であり、高圧側接続配管１１１は、その一端が逆止弁ブリッジ２３の逆止弁２３ａ，２３ｂ間（冷媒出側）に接続され、他端が気液分離器２４の上部に接続され、その途中に前記第５の絞り手段２８が設けられている。８は冷媒精留塔であり、この冷媒精留塔８は第３の接続配管１２２により気液分離器２４の上部と接続されている。１０２は第２の精留用熱交換器９を有し冷媒精留塔８の上部からの冷媒を前記第２の精留用熱交換器９に流通させたのち前記冷媒精留塔８の上部に戻すように構成された還流回路である。低圧側冷媒配管１１０は、逆止弁ブリッジ２３の逆止弁２３ｃ，２３ｄ間（冷媒戻り側）と、冷媒精留塔８の底部とを接続して設けられ、その途中に第２の絞り手段１０を有している。
【００６１】
１２は冷媒貯留器であり、この冷媒貯留器１２は、第２の開閉装置１１を有する貯留回路１０３により、還流回路１０２の第２の精留用熱交換器９出側と接続されている。１０５は、第３の開閉装置１３及び第３の絞り手段１５を有し、低圧側冷媒配管１１０の第２の絞り手段１０、逆止弁ブリッジ２３間と冷媒貯留器１２の底部とを接続する放出回路である。さらに、１１４は、気液分離器２４の底部と低圧側冷媒配管１１０とを接続する第４の接続配管であり、この第４の接続配管１１４は、途中に第４の絞り手段１７が設けられるとともに、前記第２の精留用熱交換器９を経由して設けられている。以上のような冷媒組成調整手段を備えた冷媒組成調整ユニット５３が、熱源ユニット５１と室内ユニット５２ａ，５２ｂとの間に液管１０９及びガス管１０８を介して接続されている。
【００６２】
次いで、冷房時の動作を説明する。図１９は、冷房時の冷媒の流れを示している。熱源ユニット５１の圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１９を通って熱源側熱交換器２に入り、ここで凝縮して高圧の液冷媒となり、液冷媒側の延長配管１１６及び液管１０９を通って室内ユニット５２ａ，５２ｂに至る。室内ユニット５２ａ，５２ｂに達した液冷媒は、第１の絞り手段３ａ，３ｂにて減圧され低温・低圧の気液二相冷媒となって負荷側熱交換器４ａ，４ｂに流入する。そして、負荷側熱交換器４ａ，４ｂで蒸発・気化して低圧のガス冷媒となり、ガス管１０８及びガス冷媒側の延長配管１１５を通って熱源ユニット５１に戻り、四方弁１９及び低圧レシーバ５を経由して圧縮機１に吸入される。
【００６３】
ここで、以上のような冷房運転時の組成調整動作について説明する。メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を低沸点成分に富んだ組成とする場合には、第３の開閉装置１３及び第４の開閉装置１６を開き、冷媒貯留器１２内部の液冷媒を、放出回路１０５、低圧側接続配管１１０、逆止弁ブリッジ２３、及びガス側接続配管１１３を通じてメイン冷媒回路９０の低圧ガス部へ放出する。放出された液冷媒は延長配管１１５及び四方弁１９等を通って低圧レシーバ５に流入し、ここに余剰冷媒として貯留される。低圧レシーバ５内で冷媒は気液平衡状態となり、高沸点成分に富む液冷媒が低圧レシーバ５内部に主として滞留する。この結果、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒が低沸点成分に富んだ組成となる。
【００６４】
他方、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を高沸点成分に富む組成とする場合には、第１の開閉装置６及び第４の開閉装置１６を開く。延長配管１１６を流れる高圧の液冷媒の一部は第１の開閉装置６及び液側接続配管１１２を通じて逆止弁ブリッジ２３へ導かれる。逆止弁ブリッジ２３に達した液冷媒は逆止弁２３ｂを通過して高圧側接続配管１１１内に流れ込み、第５の絞り手段２８で中間圧力まで減圧されて気液分離器２４に至る。気液分離器２４で液冷媒と分離されたガス冷媒は、第３の接続配管１２２を通って冷媒精留塔８の底部に流入する。そして、このガス冷媒は、冷媒精留塔８の上部から流れ落ちる液冷媒と物質交換し、低沸点成分に富んだ組成となって冷媒精留塔８の上部に至り、還流回路１０２内に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は第２の精留用熱交換器９で凝縮液化し冷媒精留塔８上部へ再び流入する。ここで、第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富む液冷媒が冷媒貯留器１２に流れ込む。なお、気液分離器２４でガス冷媒と分離された液冷媒は第４の接続配管１１４内に流入し、第４の絞り手段１７で低圧の気液二相冷媒となり、第２の精留用熱交換器９で若干蒸発した後、低圧側接続配管１１０の途中に合流する。冷媒精留塔８の底部に溜まった液冷媒は、低圧側接続配管１１０内に流出し、第２の絞り手段１０で減圧されて低圧の気液二相冷媒となった後、逆止弁ブリッジ２３に至る。逆止弁ブリッジ２３に入った気液二相冷媒は逆止弁２３ｄを通過してガス側接続配管１１３に流入し、第１の精留用熱交換器７で延長配管１１６内を流れる高圧の液冷媒から熱回収して蒸発・気化した後、第４の開閉装置１６を経てガス管１０８に至る。以上のような動作の結果、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒が高沸点成分に富んだ組成となる。
【００６５】
次いで、暖房時の動作を説明する。図２０は、暖房時の冷媒の流れを示している。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１９を通って熱源ユニット５１から流出し、延長配管１１５及びガス管１０８を通って室内ユニット５２ａ，５２ｂに至る。室内ユニット５２ａ，５２ｂに達した高温・高圧のガス冷媒は、負荷側熱交換器４ａ，４ｂで熱交換して凝縮・液化し、第１の絞り手段３ａ，３ｂで減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。この低圧の気液二相冷媒は冷媒は液管１０９及び延長配管１１６を通って熱源ユニット５１に流れ込み、熱源側熱交換器２で蒸発・気化した後、四方弁１９及び低圧レシーバ５を通過して圧縮機１に戻る。
【００６６】
ここで、以上のような暖房運転時の組成調整動作について説明する。メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を低沸点成分に富んだ組成とする場合には、第３の開閉装置１３を開き、冷媒貯留器１２内部の液冷媒を放出回路１０５、低圧側接続配管１１０等を通じて低圧ガス部へ放出し、低圧レシーバ５内部に余剰冷媒を溜める。低圧レシーバ５内部で冷媒は気液平衡状態となり、高沸点成分に富む液冷媒が低圧レシーバ５内部に滞留する。この結果、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒は低沸点成分に富んだ組成となる。
【００６７】
他方、メイン冷媒回路９０を循環する冷媒を高沸点成分に富む組成とする場合には、第１の開閉装置６及び第４の開閉装置１６を開き、延長配管１１５を流れる高圧・高温のガス冷媒の一部０ガス側接続配管１１３へと導く。ガス側接続配管１１３を流れる高温・高圧のガス冷媒は、第１の精留用熱交換器７で、液側の延長配管１１６を流れる低圧・低温の二相冷媒と熱交換して凝縮・液化した後、逆止弁ブリッジ２３へ流れる。逆止弁ブリッジ２３へ流れた高圧の液冷媒は、逆止弁２３ａを通過して高圧側接続配管１１１に流れ込み、第５の絞り手段２８で中間圧力まで減圧されて気液分離器２４に至る。気液分離器２４で液冷媒と分離されたガス冷媒は、第３の接続配管１２２を通って冷媒精留塔８の底部に流入する。冷媒精留塔８の底部に流れ込んだガス冷媒は、冷媒精留塔８の上部から流れ落ちる液冷媒と物質交換して低沸点成分に富んだ組成となり、冷媒精留塔８の上部から還流回路１０２に流れ込む。還流回路１０２に流れ込んだガス冷媒は第２の精留用熱交換器９で凝縮液化した後、冷媒精留塔８上部へ再び流入する。ここで、第２の開閉装置１１を開くと、低沸点成分に富む液冷媒が還流回路１０２の途中から貯留回路１０３に分岐して、冷媒貯留器１２に流れ込む。気液分離器２４で分離された液冷媒は第４の接続配管１１４に流入し、第４の絞り手段１７で低圧の気液二相冷媒となり、第２の精留用熱交換器９で若干蒸発した後、低圧側接続配管１１０の途中に合流する。冷媒精留塔８の底部に溜まった液冷媒は、低圧側接続配管１１０に流出し、第２の絞り手段１０で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、逆止弁ブリッジ２３へと流れる。逆止弁ブリッジ２３へ流入した気液二相冷媒は逆止弁２３ｃを通過して冷媒配管１１２に流れ込み、第１の開閉装置６を通過して延長配管１１６内の冷媒に合流する。
【００６８】
以上説明したように、この実施の形態の冷媒組成調整ユニット５３を熱源ユニット５１と室内ユニット５２ａ，５２ｂとの間に介装すれば、冷媒組成調整ユニット５３の冷媒組成調整手段によってメイン冷媒回路９０を循環する非共沸混合冷媒の組成を調整することができる。すなわち、この冷媒組成調整ユニット５３は、既存の冷凍サイクル装置に極めて容易に取り付け可能で、容易に冷媒組成調整機能を付加することができるので、年間を通じて冷凍サイクルの効率を向上させることが可能となる。
【００６９】
発明の実施の形態８．
図２１は、本発明の実施の形態８に係る冷媒組成調整ユニットを用いた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。図中、前記実施の形態７と同様の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。３０は高圧側接続配管１１１における第５の絞り手段２８上流側の冷媒温度を検知する第１の温度検知手段、３１は第５の絞り手段２８下流側の冷媒温度を検知する第２の温度検知手段、３２は第５の絞り手段２８下流側の冷媒圧力を検知する圧力検知手段、３３は第１及び第２の温度検知手段３０，３１並びに圧力検知手段３２の検知値から非共沸混合冷媒の組成を検知する冷媒組成検知手段を内蔵する冷媒組成調整ユニット制御部である。また、３４は圧縮機１の吐出側（高圧側）の冷媒圧力を検知する高圧検知手段、３５は圧縮機１の吸入側（低圧側）の冷媒圧力を検知する低圧検知手段である。さらに、３６は熱源ユニット５１の圧縮機１及び熱源側熱交換器２の容量制御を行なう熱源ユニット制御部である。
【００７０】
次いで、この実施の形態における冷媒組成の検知方法について図２２を用いて説明する。先ず、ステップＳ３１では、第１の温度検知手段３０及び第２の温度検知手段３１によって温度Ｔ１及びＴ２を検知するとともに、圧力検知手段３２によって圧力Ｐ１を検出する。ステップＳ３２では、冷媒の組成α＊を仮定し、ステップＳ３３では、前記で仮定した組成α＊と温度Ｔ１とから高圧の液冷媒のエンタルピＨＬを算出する。ステップＳ３４では、仮定した組成α＊と温度Ｔ２及び圧力Ｐ１から低圧気液二相冷媒のエンタルピＨｔを算出する。ステップＳ３５では、前記で算出されたＨＬ及びＨｔを比較し、ＨＬとＨｔとが等しくなければステップＳ３２に戻って組成α＊を再仮定し、ＨＬとＨｔが等しくなるまでこの仮定を繰り返す。ＨＬとＨｔが等しくなった場合にはステップＳ３６に進み、組成α＊の情報を熱源ユニット制御部３６へ送信する。
【００７１】
次いで、組成α＊を受信した熱源ユニット制御部３６が実行する制御について図２３を用いて説明する。先ず、ステップＳ４１では、冷媒組成調整ユニット制御部３３から組成αを受信する。ステップＳ４２では、高圧検知手段３４により圧力Ｐ２を、低圧検知手段３５により圧力Ｐ３を、それぞれ検知する。ステップＳ４３では、組成α＊及び前記で検知した圧力Ｐ２及びＰ３から凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅを算出する。ステップＳ４４では、目標の凝縮温度Ｔｃｍ及び目標の蒸発温度ＴｅｍとステップＳ４３計算した凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅとの偏差ΔＴｃ及びΔＴｅを、それぞれ計算する。ステップＳ４５では、負荷側熱交換器４ａ，４ｂの容量の補正値ΔＱＬｏａｄ及び圧縮機１運転周波数の補正値Δｆｃｏｍｐを算出する。ステップＳ４６では負荷側熱交換器４ａ，４ｂの容量の変更値ＱＬｏａｄn と圧縮機１運転周波数の変更値ｆｃｏｍｐn を、それぞれ算出する。ステップＳ４７では、圧縮機１の運転周波数の変更値ｆｃｏｍｐn と、圧縮機１が最大効率を発生する際の電源周波数Ｆｍａｘとの差ΔＦｃｏｍｐを算出する。ステップＳ４８では、ΔＦｃｏｍｐに応じて冷凍サイクルを循環する冷媒の組成の変更値Δαを算出する。ステップＳ４９では、冷媒の組成変更値Δαを冷媒組成調整ユニット制御部３３に送信する。
【００７２】
さらに、以上のことに基づいて非共沸混合冷媒の組成調整を実行する場合の制御を図２４を用いて説明する。先ず、ステップＳ５１では、冷媒組成調整ユニット制御部３３が熱源ユニット制御部３６から冷媒組成の変更値Δαの情報を受信する。ステップＳ５２では、冷媒組成調整ユニット制御部３３内の前記冷媒組成検知手段によって予め検知されている組成α＊に組成の変更値Δαを加え、組成変更の目標値αｍを算出する。ステップＳ５３では、組成の変更値Δα＞０であればステップＳ５４に進み、組成の変更値Δα≦０であればステップＳ５５に進む。ステップＳ５４では、第３の開閉装置１３を予め設定された所定の時間間隔ｔだけ開いた後、この第３の開閉装置１３を閉じる。ステップＳ５５では、第２の開閉装置１１を予め設定された所定の時間間隔ｔだけ開いた後、この第２の開閉装置１１を閉じる。ステップＳ５６では、組成α＊を検知する。ステップＳ５７では、組成変更の目標値αｍと検知した組成α＊の差Δαを算出する。ステップＳ５８では、組成の変更値ΔαとΔαの目標値Δαｍを比較し、Δαの絶対値がΔαｍよりも大きい場合はステップＳ５３へ戻り組成変更を行なう。Δαの絶対値がΔαｍよりも小さい場合には、組成変更制御を終了する。
【００７３】
以上のように構成された、この実施の形態の冷媒組成調整ユニットを用いることにより、単一冷媒もしくは共沸混合冷媒を用いた既設の冷凍サイクル装置に非共沸混合冷媒を封入した場合であっても、蒸発温度及び凝縮温度を精度よく検知し、冷凍サイクルの信頼性を高め、かつ、冷媒組成の調整によって冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項第１項に記載の発明によれば、メイン冷媒回路を循環する冷媒流量を変更する容量制御手段を備えた冷凍サイクル装置に冷媒組成調整手段を付加したので、広い範囲の熱負荷に対する冷凍サイクル効率を向上させることができる。したがって、年間を通して消費する電力量を削減できるとともに、年間の電気料金を低減化できる。また、冷媒組成調整手段を、第１の開閉装置、第１の精留用熱交換器、第１の接続配管、冷媒精留塔、第２の絞り手段、第２の接続配管、第２の精留用熱交換器、還流回路、第２の開閉装置、貯留回路、冷媒貯留器、第３の開閉装置、第３の絞り手段、及び放出回路などで構成してあるので、簡易な構成により冷媒組成の調整を行なうことができ、冷凍サイクル効率を安価に改善できる。
【００７５】
請求項第２項に記載の冷凍サイクル装置によれば、メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の物理量の変化から熱負荷の変動を検知し、検知した熱負荷変動に応じて冷凍サイクル効率が良くなるような冷媒組成に変更するので、常により良い効率で冷凍サイクル運転を行なうことができる。また、メイン冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の凝縮温度及び蒸発温度から熱負荷変動を検知し、検知した熱負荷変動に応じて冷凍サイクル効率が最大となる冷媒組成に変更するようにしたので、安価かつ容易な制御によって、常により良い効率で冷凍サイクル運転を行なうことができる。さらに、検知した凝縮温度及び蒸発温度とそれぞれの目標値との偏差に応じて、冷媒組成調整の速度を変更するようにしたので、効率良く冷媒の組成調整を行なうことができる。したがって、非定常時において冷凍サイクルが安定するまでの時間を短縮化することができる。
【００７６】
そして、請求項第３項に記載の冷凍サイクル装置によれば、第２の開閉装置を開いて還流回路内の液冷媒を貯留回路を通じて冷媒貯留器に導入するにあたり、予め冷媒貯留器の内部圧力を低下させるようにしてあるので、第２の開閉装置の上流と下流との差圧が十分に確保され、液冷媒を確実に冷媒貯留器へと導くことができる。
【００７７】
さらに、請求項第４項に記載の冷凍サイクル装置によれば、冷媒貯留器の上部とメイン冷媒回路の低圧部とが細管部を介して接続されているので、冷媒貯留器内部が液冷媒で満たされることがない。したがって、液封となることがなく、安全に装置を駆動することができる。
【００７８】
さらに、請求項第５項に記載の冷媒組成調整ユニットによれば、熱源ユニットと複数の室内ユニットとを接続する延長配管の途中に、冷媒組成調整手段を分岐接続したので、既存の冷凍サイクル装置システムに対し冷媒組成調整機能を付加することができる。これにより、既存の場合と比べて冷凍サイクル効率を向上させることが可能となる。また、熱源ユニットと複数の室内ユニットとを接続したメイン冷媒回路に用いられる冷媒組成調整手段が簡素に構成されているので、既存の冷凍サイクル装置システムに対し冷媒組成調整機能を容易に付加することができる。したがって、冷凍サイクル効率を安価に向上させることが可能となる。
【００７９】
そして、請求項第６項に記載の冷媒組成調整ユニットによれば、冷媒組成調整手段の高圧側接続配管における第５の絞り手段前後の第１の温度検知手段及び第２の温度検知手段と、圧力検知手段とによりそれぞれ検知された冷媒温度及び冷媒圧力の検知値に基づいて、非共沸混合冷媒の組成を検知するようにしたので、単一冷媒もしくは非共沸混合冷媒を用いる既設の冷凍サイクル装置に非共沸混合冷媒を封入した場合でも、精度良く蒸発温度及び凝縮温度を検知することができて冷凍サイクルの信頼性が高められ、かつ、冷媒組成調整によって冷凍サイクル効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【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】  本発明の実施の形態１に係る冷媒組成調整制御の制御フロー図である。
【図３】  圧縮機の運転周波数の変化に対する冷凍サイクルのＣＯＰの変化を示すグラフである。
【図４】  低沸点成分の割合の変化に対する圧縮機吐出冷媒量の変化を示すグラフである。
【図５】  冷媒組成調整をする場合としない場合とのそれぞれにおける、熱負荷と圧縮機運転周波数との関係を示すグラフである。
【図６】  冷媒組成調整をする場合としない場合とのそれぞれにおける、熱負荷と冷凍サイクルのＣＯＰとの関係を示すグラフである。
【図７】  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第１及び第２の精留用熱交換器の熱源構成を示す冷媒回路図である。
【図８】  本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
【図９】  本発明の実施の形態２に係る冷媒組成調整制御の制御フロー図である。
【図１０】  図９の制御で圧縮機の容量制御を行なう場合の制御フロー図である。
【図１１】  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１２】  本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の貯留器圧力低下手段の別例を示す冷媒回路図である。
【図１３】  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１４】  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１５】  冷媒充填量とメイン冷媒回路を循環する冷媒における低沸点成分の変化幅との関係を示すグラフである。
【図１６】  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】  室内ユニットの運転台数と冷媒回路中の必要冷媒量及び余剰冷媒量との関係を示すグラフである。
【図１８】  本発明の実施の形態７に係る冷媒組成調整ユニットを用いた冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
【図１９】  本発明の実施の形態７における冷房運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図２０】  本発明の実施の形態７における暖房運転時の冷媒の流れを示す説明図である。
【図２１】  本発明の実施の形態８に係る冷媒組成調整ユニットを用いた冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
【図２２】  本発明の実施の形態８において、冷媒の組成検知を行なう場合の演算フロー図である。
【図２３】  本発明の実施の形態８において、冷凍サイクルの制御フロー及び組成補正値演算フロー図である。
【図２４】  本発明の実施の形態８において、組成補正値に基づいて行なわれる冷媒組成調整制御の制御フロー図である。
【図２５】  従来の冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１  圧縮機、２  熱源側熱交換器、３，３ａ〜３ｅ  第１の絞り手段、４，４ａ〜４ｅ  負荷側熱交換器、５  低圧レシーバ、６  第１の開閉装置、７  第１の精留用熱交換器、８  冷媒精留塔、９  第２の精留用熱交換器、１０  第２の絞り手段、１１  第２の開閉装置、１２  冷媒貯留器、１３  第３の開閉装置、１５  第３の絞り手段、１６  第４の開閉装置、１７  第４の絞り手段、１８  細管部、１９  四方弁、２０  第５の開閉装置、２１  第６の開閉装置、２３  逆止弁ブリッジ、２３ａ〜２３ｄ  逆止弁、２４  気液分離器、２８  第５の絞り手段、３０  第１の温度検知手段、３１  第２の温度検知手段、３２  圧力検知手段、３３  冷媒組成調整ユニット制御部、３４  高圧検知手段、３５  低圧検知手段、３６  熱源ユニット制御部、５１  熱源ユニット、５２ａ〜５２ｅ  室内ユニット、５３  冷媒組成調整ユニット、９０  メイン冷媒回路、１０１  第１の接続配管、１０２  還流回路、１０３  貯留回路、１０４  第２の接続配管、１０５  放出回路、１０６  圧力調整回路、１０７  液量調節回路、１０８ガス管、１０９  液管、１１０  低圧側接続配管、１１１  高圧側接続配管、１１２  液側接続配管、１１３  ガス側接続配管、１１４  第４の接続配管、１１５  延長配管、１１６  延長配管、１２２  第３の接続配管。
【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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【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】
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【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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