(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、及び蒸発器が冷媒配管により接続され、非共沸混合冷媒が循環する主回路と、前記非共沸混合冷媒を前記主回路から導入するバイパス膨張弁が設けられ、前記凝縮器と前記蒸発器との間から分岐され前記圧縮機の冷媒流入側に接続されたバイパス回路と、を備え、前記過冷却熱交換器は、前記主回路を循環する前記非共沸混合冷媒と、前記バイパス回路を循環する前記非共沸混合冷媒とを熱交換する、冷凍サイクル装置であって、
前記バイパス膨張弁の開度を制御する制御装置と、
前記蒸発器の冷媒流入側の温度を検出する第１センサと、
前記蒸発器から流出した前記非共沸混合冷媒の圧力を検出する第２センサと、を備え、
前記制御装置は、前記第１センサが検出した前記蒸発器の冷媒流入側の温度と、前記第２センサが検出した前記圧力から算出された、前記非共沸混合冷媒の飽和ガス温度とを用いて、前記バイパス膨張弁の開度を制御し、前記蒸発器に流入する前記非共沸混合冷媒の流量を調整する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記飽和ガス温度が、前記蒸発器の冷媒流入側の温度よりも低い場合、前記バイパス膨張弁の開度を大きくし、前記蒸発器に流入する前記非共沸混合冷媒の流量を減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記飽和ガス温度が、前記蒸発器の冷媒流入側の温度よりも高い場合、前記バイパス膨張弁の開度を小さくし、前記蒸発器に流入する前記非共沸混合冷媒の流量を増加させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記蒸発器の冷媒流入側の温度又は前記飽和ガス温度が、設定された温度未満である場合、前記バイパス膨張弁の開度を制御して、前記蒸発器の冷媒流入側と冷媒流出側の温度差を縮小させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記蒸発器の冷媒流入側の温度又は前記飽和ガス温度が、設定された温度未満である場合、前記バイパス膨張弁の開度を制御して、前記蒸発器の冷媒流入側と冷媒流出側の温度差を設定された温度未満に縮小させる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記バイパス回路は、前記過冷却熱交換器と前記蒸発器との間から分岐されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記バイパス回路は、前記過冷却熱交換器と前記主膨張弁との間から分岐されている
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記蒸発器は、前記蒸発器を流れる前記非共沸混合冷媒の流量が設定された特定の値である場合、前記蒸発器の冷媒流入側の温度と前記飽和ガス温度との差が、設定された温度未満となる
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記非共沸混合冷媒は、オレフィン系冷媒、エーテル系冷媒、炭化水素系冷媒、エタン系冷媒、メタン系冷媒、又はジフルオロメタンに比してガス密度の小さい冷媒のいずれかを含む冷媒である
ことを特徴とする請求項１から請求項８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】
本開示は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸点が異なる複数の冷媒を混合した冷媒である非共沸混合冷媒は、地球温暖化係数が低い冷媒として近年注目されており、こうした非共沸混合冷媒を冷凍サイクル装置に導入して環境負荷を低減することが検討されている。従来、主回路とバイパス回路とを有する冷凍サイクル装置において、主回路を流れる冷媒が流入する蒸発器の入口の温度と出口の温度とを取得し、蒸発器の入口と出口との温度差が、熱交換性能を向上できるような温度差となるように、バイパス回路を流れる冷媒の流量を調整していた（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２００４−４４８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非共沸混合冷媒を用いると、蒸発器内で冷媒の流れ方向において温度差が生じるため、蒸発器が低温となれば、蒸発器表面への偏着霜が発生する可能性がある。こうした偏着霜の問題については上記特許文献では考慮されておらず、蒸発器表面への偏着霜を十分に抑制できないという課題があった。【０００５】
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蒸発器への偏着霜を抑制し熱交換性能の低下を防ぐことができ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】
【０００６】
本開示に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、及び蒸発器が冷媒配管により接続され、非共沸混合冷媒が循環する主回路と、非共沸混合冷媒を主回路から導入するバイパス膨張弁が設けられ、凝縮器と蒸発器との間から分岐され圧縮機の冷媒流入側に接続されたバイパス回路と、を備え、過冷却熱交換器は、主回路を循環する非共沸混合冷媒と、バイパス回路を循環する非共沸混合冷媒とを熱交換する、冷凍サイクル装置であって、バイパス膨張弁の開度を制御する制御装置と、蒸発器の冷媒流入側の温度を検出する第１センサと、蒸発器から流出した非共沸混合冷媒の圧力を検出する第２センサと、を備え、制御装置は、第１センサが検出した蒸発器の冷媒流入側の温度と、第２センサが検出した圧力から算出された非共沸混合冷媒の飽和ガス温度とを用いて、バイパス膨張弁の開度を制御し、蒸発器に流入する非共沸混合冷媒の流量を調整するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、蒸発器内の流れ方向における温度差を解消して蒸発器への偏着霜を抑制し、熱交換性能の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を概略的に示した構成図である。
【図２】実施の形態１に係る蒸発器内の冷媒の温度分布例を示した説明図である。
【図３】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第１例を示した説明図である。
【図４】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第２例を示した説明図である。
【図５】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第３例を示した説明図である。
【図６】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第４例を示した説明図である。
【図７】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第５例を示した説明図である。
【図８】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第６例を示した説明図である。
【図９】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御装置の動作例を示したフローチャートである。
【図１０】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を概略的に示した構成図である。
【図１１】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を概略的に示した構成図である。
【図１２】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を概略的に示した構成図である。
【図１３】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の第１運転状態の第１例を示した説明図である。
【図１４】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第２例を示した説明図である。
【図１５】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第３例を示した説明図である。
【図１６】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第４例を示した説明図である。
【図１７】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第５例を示した説明図である。
【図１８】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の運転状態の第６例を示した説明図である。
【図１９】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の制御装置の動作例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。なお、図面に示す各構成は寸法関係が実際のものと異なる場合がある。また、以下の説明は例示であり、明細書に記載された形態に限定するものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を概略的に示した構成図である。冷凍サイクル装置１００は、それぞれ非共沸混合冷媒が循環する主回路及びバイパス回路を備える。さらに、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、第１熱交換器２、過冷却熱交換器３、第１膨張弁４、第２熱交換器５、バイパス膨張弁６等の各構成の動作を制御する制御装置２０も備えている。
【００１１】
また、非共沸混合冷媒とは、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）やトリフルオロエチレン（ＨＦＯ１１２３）等のオレフィン系冷媒、ジメチルエーテル等のエーテル系冷媒、プロパン（ＨＣ２９０）やイソブタン（ＨＣ６００ａ）等の炭化水素系冷媒、テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）やペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）等のエタン系冷媒、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）等のメタン系冷媒、及びジフルオロメタンに比してガス密度の小さい冷媒のいずれかを、少なくとも一部に含む冷媒をいう。ここで、オレフィン系とはその組成の中に炭素−炭素間の二重結合を含むことをいう。エーテル系とはその組成の中にエーテル結合を含むことをいう。炭化水素系とはその組成の中に炭素と水素とを含むことをいう。また、エタン系とはその組成の中にエタンを含むことをいい、メタン系とはその組成の中にメタンを含むことをいう。以下、説明のため非共沸混合冷媒を、単に冷媒と表現する。
【００１２】
冷凍サイクル装置１００の主回路には、圧縮機１、第１熱交換器２、過冷却熱交換器３、第１膨張弁４、及び第２熱交換器５が設けられている。また、主回路における、圧縮機１、第１熱交換器２、過冷却熱交換器３、第１膨張弁４、及び第２熱交換器５の各構成は、それぞれ冷媒配管で接続されている。説明のために、本実施の形態における冷媒の流れ方向を第１の方向（図１中矢印で示す方向）という。また、本実施の形態で、主回路及びバイパス回路の各構成において、冷媒流入側という場合は、冷媒の流れ方向が第１の方向である場合に冷媒が流入する側であり、冷媒流出側という場合は、冷媒の流れ方向が第１の方向である場合に冷媒が流出する側である。
【００１３】
次に、主回路の各構成について説明する。圧縮機１は、冷媒流入側から冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧のガス単相状態にして冷媒流出側から吐出する。圧縮機１は、例えばインバータ回路等によって回転数を制御され、回転数の制御によって冷媒の吐出量が調整できるもので構成すればよい。また、圧縮機１は、制御装置２０からの制御信号に基づいて動作が制御される。
【００１４】
本実施の形態において、第１熱交換器２は凝縮器として機能する。第１熱交換器２には、冷媒流入側から圧縮機１で圧縮されて高温高圧のガス単相状態になった冷媒が流入し、冷媒と熱源との間で熱交換を行って、冷媒が低温高圧の液状態に冷却される。そして、第１熱交換器２から、液状態となった冷媒が冷媒流出側から流出される。なお、第１熱交換器２の熱源は、空気（外気）、水、不凍液等である。第１熱交換器２を流れる冷媒は、例えば、外気との間で熱交換を行う。また、第１熱交換器２の熱交換を促すために、冷媒が冷凍サイクル装置１００内を循環している際に、第１熱交換器２へ外気を送風する送風機（図示せず）を冷凍サイクル装置１００に備えてもよい。この場合、送風機は風量を調節できるもので構成するとよい。
【００１５】
過冷却熱交換器３は、過冷却熱交換器３に挿通された、複数の冷媒回路を流れる冷媒間の熱交換を行う。本実施の形態において、複数の冷媒回路とは、主回路及びバイパス回路である。過冷却熱交換器３は、バイパス回路を流れる減圧後の、気液二相状態の冷媒を用いて、主回路を流れる減圧前の液冷媒を冷却する。主回路及びバイパス回路をそれぞれ流れる減圧前後の冷媒は、圧力が異なるため温度も異なり、冷媒間で熱交換が可能である。ここで、過冷却熱交換器３にバイパス回路を流れる冷媒が流入することから、第２熱交換器５に流入する冷媒流量が低減するが、冷媒流量の低減に伴う熱交換量の減少は、第２熱交換器５前後の冷媒エンタルピー差の拡大によって打ち消せるため、第２熱交換器５での熱交換量を維持できる。
【００１６】
第１膨張弁４は、第１熱交換器２で冷却された低温高圧の液状態の冷媒が流入し、冷媒を低温低圧の液状態又は気液二相状態に減圧膨張させる。第１膨張弁４は、主膨張弁（主減圧装置）であり、例えば電子式膨張弁、感温式膨張弁等の冷媒流量制御手段、又は毛細管（キャピラリチューブ）等で構成される。また、第１膨張弁４は、制御装置２０からの制御信号に基づいて動作が制御される。
【００１７】
本実施の形態において、第２熱交換器５は蒸発器として機能する。第２熱交換器５は、例えば、複数本の伝熱管と、複数枚のフィンと、冷媒分配器と、ヘッダとを有するプレートフィンチューブ熱交換器である。第２熱交換器５には、冷媒流入側から第１膨張弁４で減圧膨張された低温低圧の液状態又は気液二相状態の冷媒が流入する。そして、第２熱交換器５において冷媒は、冷却対象との間で熱交換を行い、冷却対象の熱を吸熱し、冷却対象を冷却する。ここで、冷媒は、冷却対象を冷却する際に、蒸発し低圧のガス単相状態になる。そして、ガス単相状態となった冷媒を冷媒流出側から流出させる。冷却対象は、例えば、屋内の空気である。つまり、第２熱交換器５、屋内の空気と冷媒との間で熱交換を行う。また、第２熱交換器５の熱交換を促すために、冷媒が冷凍サイクル装置１００内を循環している際に第２熱交換器５へ外気を送風する送風機（図示せず）を冷凍サイクル装置１００に備えてもよい。この場合、送風機は風量を調節できるもので構成するとよい。
【００１８】
さらに、第２熱交換器５（蒸発器）は、特定の冷媒流量において、第２熱交換器５における冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度との差が設定された温度未満となるように、冷媒に圧力損失を生じさせる構造に設計されている。ここで、蒸発器の冷媒流入側の温度とは、蒸発器入口の温度又は冷媒流入側の冷媒温度である。第２熱交換器５での圧力損失の調節は、例えば、第２熱交換器５内の冷媒の流路数（パス数）の変更、第２熱交換器５内の冷媒の流路径の変更等を行えばよい。なお、上述した設定された温度とは、例えば、２℃である。この温度の設定は、第２熱交換器５の流入側温度と流出側温度との差が２℃未満であれば、偏着霜が発生しにくいことに基づく。
【００１９】
ところで、上述した非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置１００では、第２熱交換器５内の冷媒は、例えば、圧力一定の場合、流れ方向に向かって温度上昇する。冷媒として、例えば、Ｒ４０７Ｃ（ＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ３２の混合冷媒）を用いれば、飽和ガス温度が５℃のときに、第２熱交換器５内に６℃以上の温度勾配が生じる可能性がある。冷凍サイクル装置１００においては、３℃以上の温度勾配を有する冷媒等、循環する冷媒の温度勾配が大きいほど、第２熱交換器５に偏着霜が発生しやすい。
【００２０】
一方、冷媒は、一般的に圧力が低下すると温度も低下する。つまり、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置１００であっても、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失の大きさを調節することで、蒸発中の冷媒の温度変化を低減して、第２熱交換器５内の流れ方向における温度差を解消でき、第２熱交換器５、すなわち蒸発器への偏着霜を抑制できる。
【００２１】
次に、主回路に循環する冷媒の流れを説明する。まず、圧縮機１から流出した冷媒は、第１熱交換器２（凝縮器）に流入する。第１熱交換器２に流入した冷媒は、例えば、空気等の被加熱媒体と熱交換して凝縮する。そして、冷媒は第１熱交換器２から流出し、過冷却熱交換器３に流入する。ここで、過冷却熱交換器３に流入した冷媒は、バイパス回路を循環する冷媒に冷却される。
【００２２】
そして、過冷却熱交換器３から流出した冷媒は、主回路を流れる冷媒と、バイパス回路を流れる冷媒とに分流される。分流された後、主回路を流れる冷媒について説明する。まず、過冷却熱交換器３から流出した冷媒は、第１膨張弁４に流入し減圧された後、第２熱交換器５（蒸発器）に流入する。第２熱交換器５に流入した冷媒は、被冷却媒体と熱交換して蒸発する。そして、蒸発した冷媒は、圧縮機１に吸入されて圧縮される。なお、バイパス膨張弁６が全閉状態である場合、バイパス回路に冷媒は流入しない。
【００２３】
バイパス回路について説明する。バイパス回路は、流入口及び流出口を有し、流入口及び流出口を介して主回路と接続されている。また、流入口は、図１に示すように、第１熱交換器２の冷媒流出側と第２熱交換器５の冷媒流入側との間に設けられている。一方、流出口は、第２熱交換器５の冷媒流出側と圧縮機１の冷媒流入側との間に設けられている。さらに、バイパス回路には、バイパス回路の流入口と流出口との間に、バイパス膨張弁６が設けられている。また、バイパス膨張弁６が開くことで、主回路から分流された冷媒が、バイパス回路に導入される。ここで、バイパス膨張弁６の動作、つまりバイパス膨張弁６の開度は制御装置２０の制御信号に基づいて制御される。
【００２４】
さらに、バイパス膨張弁６は、第１膨張弁４のように、冷媒を低温低圧の液状態又は気液二相状態に減圧膨張させることができる。そして、バイパス回路の冷媒配管は、バイパス回路を循環する冷媒が、過冷却熱交換器３にも循環するように構成されている。
【００２５】
つまり、バイパス回路を循環する冷媒は、流入口から流入し、バイパス膨張弁６により減圧された後、過冷却熱交換器３に流入する。過冷却熱交換器３に流入した冷媒は、過冷却熱交換器３で主回路を流れる冷媒との間で熱交換を行った後、過冷却熱交換器３から流出する。バイパス回路において、過冷却熱交換器３から流出した冷媒は、流出口から流出し、冷媒回路と合流して圧縮機１に吸入される。なお、バイパス膨張弁６に流入した冷媒は、分流前の冷媒、すなわち主回路を流れる冷媒を冷却して蒸発する。
【００２６】
バイパス回路の冷媒は、バイパス膨張弁６により減圧されることで、過冷却熱交換器３を流れる高圧側の冷媒よりも低温となる。よって、バイパス回路の冷媒は、過冷却熱交換器３を通じて、主回路の冷媒を冷却することができる。バイパス回路に冷媒を循環させることで、第２熱交換器５に流入する冷媒流量は減少するが、第２熱交換器５に流入する冷媒のエンタルピーが低下するため、第２熱交換器５での熱交換量は減少しない。一方で、第２熱交換器５に流入する冷媒流量が減少するため、第２熱交換器５での圧力損失を低減することができる。バイパス膨張弁６の開度がより大きくなれば、過冷却熱交換器３での熱交換量がより増加し、第２熱交換器５に流入する冷媒流量がより減少する。つまり、バイパス膨張弁６の開度を、制御装置２０によって制御することで、熱交換量を担保しつつ第２熱交換器５での圧力損失を調節することができる。
【００２７】
なお、図１に示すように、バイパス回路の流入口は、過冷却熱交換器３の冷媒流出側と第１膨張弁４の冷媒流入側との間に設けられると好ましい。主回路を循環する冷媒において、冷媒間熱交換から流出した冷媒は、液状態にある。一方、第１膨張弁４により減圧された冷媒は、気液二相状態となる場合がある。バイパス膨張弁６の開度を調整して、主回路及びバイパス回路のそれぞれを循環する冷媒の流量を調整する場合、上述したようにバイパス回路の流入口が過冷却熱交換器３の冷媒流出側と第１膨張弁４の冷媒流入側との間に設ければ、冷媒を液状態のまま分流させることができ、主回路及びバイパス回路のそれぞれを循環する冷媒の流量の管理が容易となる。
【００２８】
さらに、過冷却熱交換器３の冷媒流出側と第１膨張弁４の冷媒流入側との間に流入口を設ければ、複雑な冷媒配管の加工をせずとも、過冷却熱交換器３内において主回路を循環する冷媒と、バイパス回路を循環する冷媒とがそれぞれ対向に流れるため、過冷却熱交換器３での熱交換性能を向上できる。
【００２９】
冷凍サイクル装置１００の制御装置２０について説明する。制御装置２０は、圧縮機１に対して、回転数制御を行い圧縮機１が吐出する冷媒流量を調整する。また、制御装置２０は、第１膨張弁４及びバイパス膨張弁６を制御し、第１膨張弁４及びバイパス膨張弁６のそれぞれの開度の制御を行う。さらに、制御装置２０は、次に説明する第１センサ７及び第２センサから取得したセンサ情報を用いて、バイパス膨張弁６の開度の制御を行う。
【００３０】
冷凍サイクル装置１００は、第１センサ７及び第２センサ８を有している。第１センサ７は、温度センサであり、図１に示すように、例えば、第２熱交換器５の冷媒流入側に設けられ、第２熱交換器５の冷媒流入側の冷媒の温度を取得する。第２センサ８は、圧力センサであり、図１に示すように、例えば、第２熱交換器５の冷媒流出側と、圧縮機１の冷媒流入側との間に設けられ、第２熱交換器５の冷媒流出側のガス単相状態の冷媒の圧力を取得する。そして、制御装置２０は、第２センサ８から、第２熱交換器５の冷媒流出側の冷媒の圧力を取得し、例えば、制御装置２０が備える記憶部（図示せず）に記憶されている、冷媒の圧力と飽和ガス温度とが対応するデータに基づいて、第２熱交換器５の冷媒流出側の飽和ガス温度を算出する。
【００３１】
冷媒の圧力を測定する第２センサ８は、第２熱交換器５の冷媒流出側とバイパス回路との間に設けられていると好ましい。非共沸混合冷媒を冷凍サイクル装置１００に用いた場合、冷媒の圧力を取得して温度に変換する方式を採用すれば、次に説明するように第２熱交換器５において、偏着霜が生じる可能性のある部位の温度を正確に測定することができるためである。
【００３２】
図２は、実施の形態１に係る蒸発器内の冷媒の温度分布例を示す説明図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）のそれぞれにおける縦軸は、蒸発器内の冷媒温度であり、横軸は、蒸発器内の冷媒の流れ方向における位置を示している。すなわち、図２（ａ）及び図２（ｂ）のそれぞれにおいて、左方が蒸発器入口であり、右方が蒸発器出口である。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）のそれぞれにおいて、冷媒は、実線部で気液二相状態であり、図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれに示す点ＰＳで飽和ガス状態であり、破線部でガス単相状態である。
【００３３】
非共沸混合冷媒は、蒸発器内で気液二相状態を経て飽和ガス状態となる。気液二相状態の冷媒では、周囲から吸収した熱は、温度上昇とともに、相変化にも用いられる。これにより、例えば図２（ａ）の実線部に示すように、蒸発器内において温度が低下する場合がある。また、例えば図２（ｂ）の実践部に示すように、蒸発器内において緩やかに温度が上昇する場合がある。
【００３４】
一方、飽和ガス状態を経てガス単相状態となった冷媒は、周囲から吸収した熱が温度上昇にのみ用いられるため、図２（ａ）及び図２（ｂ）のそれぞれにおける破線部に示すように、すみやかに温度上昇する。この場合、蒸発器の冷媒流出側の温度を直接取得すると、既に高温となった冷媒の温度を取得することになり、蒸発器の冷媒流出側の温度、又は蒸発器の冷媒流入側の温度と冷媒流出側の温度差を正確に取得できない。そうしてみると、例えば、図２（ａ）に示すように、蒸発器において低温となった位置、すなわち偏着霜が生じる可能性のある位置があるにも関わらず、制御装置２０により偏着霜を抑制する制御が行えない。
【００３５】
しかしながら、第２センサ８により、蒸発器から流出した冷媒の圧力を取得し、取得した冷媒の圧力から飽和ガス温度を算出すれば、非共沸混合冷媒に含まれる冷媒全てが蒸発した時点での温度、すなわち、図２（ａ）及び図２（ｂ）のそれぞれにおける実線部の終点ＰＳの温度を測定できる。これにより、蒸発器の冷媒流出側の温度、及び蒸発器の冷媒流入側の温度と冷媒流出側の温度差を正確に取得できるため、制御装置２０により偏着霜を抑制する制御が行える。なお、制御装置２０による制御は次に説明する。
【００３６】
以下、説明のために、第２熱交換器５の冷媒流入側の冷媒温度を単に、冷媒温度といい、第２熱交換器５の冷媒流出側の飽和ガス温度を単に、飽和ガス温度という。制御装置２０は、第１センサ７及び第２センサ８から取得したセンサ情報に基づいて、バイパス膨張弁６の開度を制御して、第２熱交換器５（蒸発器）に流入する冷媒の流量を調整する。以下、本実施の形態における冷凍サイクル装置１００の運転状態例とともに、制御装置２０の動作について説明する。また、次に説明する制御装置２０の動作は、蒸発器の冷媒流入側又は冷媒流出側への偏着霜を抑制するため、冷媒温度、又は飽和ガス温度が設定された温度未満となった場合に行われる。なお、上述の設定された温度とは、例えば、２℃である。この温度の設定は、第２熱交換器５の冷媒温度、又は飽和ガス温度が２℃未満となれば、偏着霜が発生する可能性があることに基づく。
【００３７】
まず、冷凍サイクル装置１００の運転状態の第１例について説明する。図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転状態の第１例を示した説明図である。図３中右方のグラフは、蒸発器に流れる冷媒の温度を概略的に示したグラフである。グラフの縦軸は冷媒温度を示し、横軸は蒸発器における冷媒の流れ方向における位置を示している。すなわち、グラフ中左方が蒸発器の冷媒流入側であり、右方が蒸発器の冷媒流出側である。なお、後述する図４〜８、図１３〜１８に示すグラフについても同様である。
【００３８】
図３に示す第１例では、圧縮機１から吐出される冷媒流量がＱａであり、第２熱交換器５に流入する冷媒の流量がＱａである場合に、冷媒流入側の温度と飽和ガス温度との差が２℃未満となるように第２熱交換器５が設計されている例を示している。第１例では、バイパス膨張弁６が全閉状態であり、第２熱交換器５に流入する冷媒の流量がＱａとなるため、第２熱交換器５の冷媒流入側の温度と飽和ガス温度との差が２℃未満となる。そのため、第１例では、第２熱交換器５、すなわち蒸発器の表面への偏着霜が抑制されている。
【００３９】
次に、冷凍サイクル装置１００の運転状態の第２例について説明する。図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転状態の第２例を示した説明図である。図４には、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、Ｑａよりも大きいＱａ１であり、バイパス膨張弁６が全閉状態である例を示している。このとき、第２熱交換器５に流入する冷媒流量もＱａ１となるため、第２熱交換器５に流入する冷媒流量がＱａである場合に比して、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失が大きくなる。これにより、第２熱交換器５での冷媒流出側の飽和ガス温度が冷媒流入側の温度よりも低くなるため、第２熱交換器５の冷媒流出側に偏着霜する可能性がある。一方、次に説明する冷凍サイクル装置１００の運転状態の第３例のように、バイパス膨張弁６を開制御することで、第２熱交換器５への偏着霜を抑制する。
【００４０】
図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転状態の第３例を示した説明図である。図５には、バイパス膨張弁６が開状態となっており、圧縮機１から吐出される冷媒流量が第２例と同等のＱａ１である例を示している。制御装置２０は、第１センサ７及び第２センサ８から取得したセンサ情報を用いて、第２熱交換器５の冷媒温度及び飽和ガス温度をそれぞれ算出する。そして、第２熱交換器５の冷媒温度及び飽和ガス温度との差が設定された温度以上となった場合、冷媒温度と飽和ガス温度とを比較する。飽和ガス温度が冷媒温度よりも低温であれば、制御装置２０は、バイパス膨張弁６を開制御し、主回路に流れる冷媒の流量を減少させる。主回路に流れる冷媒の流量を減少させれば、第２熱交換器５に流入する冷媒流量が減少されるため、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失が低減される。そのため、図５に示すように第２熱交換器５の冷媒流出側の温度の低下を抑制でき、第２熱交換器５、すなわち蒸発器の、冷媒流出側への偏着霜を抑制できる。
【００４１】
上述の説明では、バイパス回路に流入する冷媒がない状態で、第２熱交換器５における冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度との差が設定された温度未満となるように第２熱交換器５を設計した例を説明した。一方、バイパス回路と主回路とに分流させた状態で、第２熱交換器５における冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度との差が設定された温度未満となるように第２熱交換器５を設計することも可能である。
【００４２】
図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転状態の第４例を示した説明図である。第４例では、圧縮機１から吐出される冷媒流量がＱｂ１であり、第２熱交換器５に流入する冷媒の流量がＱｂ１より小さいＱｂである場合に、冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度との差が２℃未満となるように第２熱交換器５が設計されている例を示している。第４例では、バイパス膨張弁６が開状態であり、第２熱交換器５に流入する冷媒の流量がＱｂとなるため、第２熱交換器５の冷媒流入側と冷媒流出側の温度差が２℃未満となる。そのため、第４例では、第２熱交換器５、すなわち蒸発器の表面への偏着霜が抑制されている。なお、第４例では、バイパス回路に流入する冷媒流量は、Ｑｂ１−Ｑｂである。
【００４３】
次に、冷凍サイクル装置１００の運転状態の第５例について説明する。図７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転状態の第５例を示した説明図である。図７には、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、Ｑｂ１よりも小さいＱｂ２であり、バイパス膨張弁６が開状態である例を示している。このとき、第２熱交換器５に流入する冷媒流量はＱｂよりも小さい値となるため、第２熱交換器５に流入する冷媒流量がＱｂである場合に比して、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失が小さくなる。これにより、第２熱交換器５での飽和ガス温度が冷媒温度よりも高くなるため、第２熱交換器５の冷媒流入側に偏着霜する可能性がある。一方、次に説明する冷凍サイクル装置１００の第６例のように、バイパス膨張弁６を閉制御することで、第２熱交換器５への偏着霜を抑制する。
【００４４】
図８は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転状態の第６例を示した説明図である。図８には、バイパス膨張弁６が全閉状態となっており、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、第５例と同等のＱｂ２である例を示している。制御装置２０は、第１センサ７及び第２センサ８から取得したセンサ情報を用いて、第２熱交換器５の冷媒温度及び飽和ガス温度をそれぞれ算出する。そして、第２熱交換器５の冷媒温度及び飽和ガス温度との差が設定された温度以上となった場合、冷媒温度と飽和ガス温度とを比較する。冷媒温度が飽和ガス温度よりも低温であれば、制御装置２０は、バイパス膨張弁６を閉制御し、主回路に流れる冷媒の流量を増加させる。主回路に流れる冷媒の流量を増加させれば、第２熱交換器５に流入する冷媒流量が増加するため、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失が増加される。そのため、図８に示すように第２熱交換器５の冷媒流入側の温度の低下を抑制でき、第２熱交換器５、すなわち蒸発器の冷媒流入側への偏着霜を抑制できる。
【００４５】
すなわち、制御装置２０の制御フローは、以下のようになる。図９は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置２０の動作例を示すフローチャートである。図９のフローチャートには、制御装置２０の動作を終了する処理が示されていないが、制御装置２０は、例えば、リモコン装置（図示せず）等から動作を終了する旨の指令を受信したら動作を終了する。まず、制御装置２０は、第１センサ７からセンサ情報を取得する（ＳＴ１０１）。また、制御装置２０は、第２センサ８からセンサ情報を取得する（ＳＴ１０２）。なお、第１センサ７及び第２センサ８から取得するセンサ情報は、それぞれ冷媒温度及び冷媒の圧力である。
【００４６】
次に、制御装置２０は、取得したセンサ情報を用いて、冷媒温度及び飽和ガス温度を比較し、冷媒温度と飽和ガス温度との差が設定された温度以上であるか判断する（ＳＴ１０３）。冷媒温度と飽和ガス温度との差が設定された温度未満である場合（ＳＴ１０３；ＮＯ）、制御装置２０の動作は、ＳＴ１０１の処理に進む。
【００４７】
一方、冷媒温度と飽和ガス温度との差が設定された温度以上である場合（ＳＴ１０３；ＹＥＳ）、制御装置２０は、冷媒温度と飽和ガス温度とを比較し、冷媒温度と飽和ガス温度のいずれが低温であるかを判断する（ＳＴ１０４）。
【００４８】
飽和ガス温度が冷媒温度よりも低温である場合（ＳＴ１０４；ＹＥＳ）、制御装置２０は、バイパス膨張弁６を開制御し、主回路に流れる冷媒流量を減少させる。飽和ガス温度が冷媒温度よりも低温である場合、第２熱交換器５の冷媒流出側に偏着霜が発生する可能性がある。バイパス膨張弁６を開制御することにより、冷凍サイクル装置１００の運転状態の第３例に示したように、第２熱交換器５に流入する冷媒流量が減少するため、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失が低減される。そのため、第２熱交換器５の冷媒流出側の温度の低下を抑制でき、第２熱交換器５の冷媒流出側への偏着霜を抑制できる。そして、制御装置２０の動作は、ＳＴ１０１の処理に進む。
【００４９】
一方、冷媒温度が飽和ガス温度よりも低温である場合（ＳＴ１０４；ＮＯ）、制御装置２０は、バイパス膨張弁６を閉制御し、主回路に流れる冷媒流量を増加させる。冷媒温度が飽和ガス温度よりも低温である場合、第２熱交換器５の冷媒流出側に偏着霜が発生する可能性がある。バイパス膨張弁６を閉制御することにより、冷凍サイクル装置１００の運転状態の第６例に示したように、第２熱交換器５に流入する冷媒流量が増加するため、第２熱交換器５内での冷媒の圧力損失が増加する。そのため、第２熱交換器５の冷媒流入側の温度の低下を抑制でき、第２熱交換器５の冷媒流入側への偏着霜を抑制できる。そして、制御装置２０の動作は、ＳＴ１０１の処理に進む。なお、上述した制御装置２０によるバイパス膨張弁６の開閉制御において、バイパス膨張弁６の開度をどの程度とするかは適宜調整可能である。
【００５０】
上述したように、バイパス膨張弁６の開度を制御して主回路及びバイパス回路を流れる冷媒流量を調整すれば、冷媒の蒸発過程において、冷媒が有する温度勾配による温度上昇と圧力損失による温度低下とを打ち消すことができる。これにより、蒸発器（第２熱交換器５）の冷媒流入側の温度と冷媒流出側の温度の差を縮小させて偏着霜を抑制し、熱交換性能の低下を防ぐことができる。さらに、バイパス膨張弁６の開度を制御し、過冷却熱交換器３を設けたことで、蒸発器に流れる冷媒流量を可変としながら、蒸発器の熱交換量を担保できる。
【００５１】
このように、圧縮機１、凝縮器、過冷却熱交換器３、主膨張弁、及び蒸発器が冷媒配管により接続され、非共沸混合冷媒が循環する主回路と、非共沸混合冷媒を主回路から導入するバイパス膨張弁６が設けられた、凝縮器と蒸発器との間から分岐され圧縮機１の冷媒流入側に接続されたバイパス回路と、を備え、過冷却熱交換器３は、主回路を循環する非共沸混合冷媒とバイパス回路を循環する非共沸混合冷媒とを熱交換する冷凍サイクル装置１００に、バイパス膨張弁６の開度を制御する制御装置２０と、蒸発器の冷媒流入側の温度を検出する第１センサ７と、蒸発器から流出した非共沸混合冷媒の圧力を検出する第２センサ８と、を備え、制御装置２０は、第１センサ７が検出した蒸発器の冷媒流入側の温度と、第２センサ８が検出した圧力から算出された非共沸混合冷媒の飽和ガス温度とを用いて、バイパス膨張弁６の開度を制御し、蒸発器に流入する非共沸混合冷媒の流量を調整するものであると、蒸発器の流れ方向における温度差を解消して蒸発器への偏着霜を抑制し、熱交換性能の低下を防ぐことができる。
【００５２】
なお、本実施の形態において、バイパス回路の流入口が、過冷却熱交換器３の冷媒流出側と第１膨張弁４の冷媒流入側との間に設けられる例について説明したが、バイパス回路の流入口を設ける位置は、第１熱交換器２の冷媒流出側と第２熱交換器５の冷媒流入側との間であればよい。例えば、バイパス回路の流入口は、第１膨張弁４の冷媒流出側と第２熱交換器５の冷媒流入側との間にあってもよい。図１０は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を概略的に示した構成図である。図１０に示すように、バイパス回路の流入口が、第１膨張弁４の冷媒流出側と第２熱交換器５の冷媒流入側との間にあれば、複雑な冷媒配管の加工をせずとも、過冷却熱交換器３内において主回路を循環する冷媒と、バイパス回路を循環する冷媒とがそれぞれ対向に流れるため、過冷却熱交換器３での熱交換性能を向上できる。
【００５３】
実施の形態２．
図１１及び図１２はそれぞれ、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１を概略的に示した構成図である。本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０１は、実施の形態１と同様に、冷媒が循環する主回路と、バイパス膨張弁６が設けられ、冷媒が循環するバイパス回路と、バイパス膨張弁６の開度を制御する制御装置２１とを備える。本実施の形態では、主回路に四方弁９が設けられ、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２が、それぞれ蒸発器としても凝縮器としても機能する点について、実施の形態１と異なる。実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
主回路において、圧縮機１の冷媒流出側には、四方弁９が設けられており、この四方弁９によって冷媒の流れ方向が第１の方向（図１１中矢印が示す方向）と第２の方向（図１２中矢印が示す方向）とに切り替え可能となっている。なお、四方弁９の動作は、制御装置２１によって制御される。また、冷媒の流れ方向が第１の方向となる場合の四方弁９の状態を、第１の状態（図１１に示す状態）といい、冷媒の流れ方向が第２の方向となる四方弁９の状態を第２の状態（図１２に示す状態）という。
【００５５】
図１１に示す冷媒回路の場合、冷媒の流れ方向は、実施の形態１と同じ第１の方向である。また、図１２に示す冷媒回路の場合、冷媒の流れ方向は、第１の方向と異なる第２の方向である。すなわち、四方弁９が第１の状態である場合、実施の形態１と同様に、第１熱交換器１１が凝縮器となり、第２熱交換器１２が蒸発器となる。一方、四方弁９が第２の状態である場合、第１熱交換器１１が蒸発器となり、第２熱交換器１２が凝縮器となる。
【００５６】
また、第１熱交換器１１は、蒸発器となる場合に、特定の冷媒流量において、第１熱交換器１１における冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度の差が設定された温度未満となるように、冷媒に圧力損失を生じさせる構造に設計されている。第１熱交換器１１での圧力損失の調節は、例えば、第１熱交換器１１内の冷媒の流路数（パス数）の変更、第１熱交換器１１内の冷媒の流路径の変更等を行えばよい。ここで、設定された温度とは、例えば、２℃である。
【００５７】
第２熱交換器１２も、蒸発器となる場合に、特定の冷媒流量において、第２熱交換器１２における冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度の差が設定された温度未満となるように、冷媒に圧力損失を生じさせる構造に設計されている。第２熱交換器１２での圧力損失の調節は、例えば、第２熱交換器１２内の冷媒の流路数（パス数）の変更、第２熱交換器１２内の冷媒の流路径の変更等を行えばよい。ここで、設定された温度とは、例えば、２℃である。なお、上述した、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２が、それぞれにおいて蒸発する冷媒の流入側の温度と飽和ガス温度の差が設定された温度未満となる、特定の冷媒流量とは、同一の値であっても異なる値であってもよい。
【００５８】
そして、冷凍サイクル装置１０１の主回路には、第２膨張弁が設けられている。図１１及び図１２の例において、第２膨張弁は、第１熱交換器１１と過冷却熱交換器３との間に設けられている。そして、第２膨張弁は、凝縮器で冷却された低温高圧の液状態の冷媒が流入し、冷媒を低温低圧の液状態又は気液二相状態に減圧膨張させる。第２膨張弁は、主膨張弁（主減圧装置）であり、例えば電子式膨張弁、感温式膨張弁等の冷媒流量制御手段、又は毛細管（キャピラリチューブ）等で構成される。ここで、第２膨張弁で減圧膨張された冷媒は、第１熱交換器１１が蒸発器となる場合に第１熱交換器１１に流入する。なお、第１膨張弁４についても、第２熱交換器１２が蒸発器となる場合に、第１膨張弁４で減圧膨張された冷媒が第２熱交換器１２に流入する。
【００５９】
さらに、本実施の形態における冷凍サイクル装置１０１には、第１センサが複数設けられている。複数の第１センサは、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２に流入する冷媒の温度をそれぞれ取得可能なように設けられている。具体的には、複数の第１センサのそれぞれは、第１熱交換器１１が蒸発器となる場合に、冷媒流入側の温度を取得可能なように設けられ、第２熱交換器１２が蒸発器となる場合に、冷媒流入側の温度を取得可能なように設けられる。
【００６０】
図１１及び図１２の例において、第１センサは二つ設けられており、一方の第１センサ７ａは、第１熱交換器１１が蒸発器となる場合、すなわち、冷媒の流れ方向が第２の方向である場合の、第１熱交換器１１の冷媒流入側と、第２膨張弁１０の冷媒流出側との間に設けられている。他方の第１センサ７ｂは、第２熱交換器１２が蒸発器として機能する場合、すなわち、冷媒の流れ方向が第１の方向である場合の、第２熱交換器１２の冷媒流入側と、第１膨張弁４の冷媒流出側との間に設けられている。
【００６１】
次に、図１１及び図１２に基づいて、本実施の形態における冷媒の流れについて説明する。図１１において、圧縮機１から流出した冷媒は、四方弁９を介して第１熱交換器１１（凝縮器）に流入する。第１熱交換器１１に流入した冷媒は、被加熱媒体と熱交換して凝縮する。第１熱交換器１１から流出した冷媒は、第２膨張弁を通過し、過冷却熱交換器３に流入し、バイパス回路を流れる冷媒に冷却される。
【００６２】
そして、過冷却熱交換器３から流出した冷媒は、主回路を流れる冷媒と、バイパス回路を流れる冷媒とに分流される。まず、分流された後、主回路を流れる冷媒について説明する。過冷却熱交換器３から流出した冷媒は、第１膨張弁４に流入し減圧された後、第２熱交換器１２（蒸発器）に流入する。第２熱交換器１２に流入した冷媒は、被冷却媒体と熱交換して蒸発する。そして、蒸発した冷媒は、四方弁９を介して、圧縮機１に吸入される。バイパス膨張弁６に流入した冷媒は、バイパス膨張弁６で減圧され、過冷却熱交換器３に流入し、分流前の冷媒を冷却して蒸発した後、主回路と合流して圧縮機１に吸入される。なお、バイパス膨張弁６が全閉状態である場合、バイパス回路に冷媒は流入しない。
【００６３】
一方、図１２における冷媒の流れは、図１１における冷媒の流れと異なる。まず、圧縮機１から流出した冷媒は、四方弁９を介して第２熱交換器１２（凝縮器）に流入する。第２熱交換器１２に流入した冷媒は、被加熱媒体と熱交換して凝縮する。第２熱交換器１２から流出した冷媒は、主回路を流れる冷媒と、バイパス回路を流れる冷媒とに分流される。分流された後、主回路を流れる冷媒について説明する。まず、第１膨張弁４を通過した冷媒は、過冷却熱交換器３に流入し、バイパス回路を流れる冷媒に冷却される。そして、過冷却熱交換器３から流出した冷媒は、第２膨張弁１０に流入し減圧された後、第１熱交換器１１（蒸発器）に流入する。第１熱交換器１１に流入した冷媒は、被冷却媒体と熱交換して蒸発する。そして、蒸発した冷媒は、主回路を流れる冷媒と合流して圧縮機１に吸入される。なお、バイパス膨張弁６が全閉状態である場合、バイパス回路に冷媒は流入しない。
【００６４】
実施の形態１と同様に、バイパス回路の冷媒は、バイパス膨張弁６により減圧されることで、過冷却熱交換器３を流れる高圧側の冷媒よりも低温となる。よって、バイパス回路の冷媒は、過冷却熱交換器３を通じて、主回路の冷媒を冷却することができる。四方弁９が第１の状態及び第２の状態のいずれに状態である場合においても、バイパス回路に冷媒を流すことで、蒸発器に流入する冷媒流量は減少するが、蒸発器に流入する冷媒のエンタルピーが低下するため、蒸発器での熱交換量は減少しない。一方、蒸発器に流入する冷媒流量が減少するため、蒸発器での圧力損失を低減することができる。バイパス膨張弁６の開度がより大きくなれば、過冷却熱交換器３での熱交換量がより増加し、蒸発器に流入する冷媒流量がより減少する。つまり、バイパス膨張弁６の開度を制御することによって、蒸発器での圧力損失を調節することができる。
【００６５】
そして、制御装置２１は、第１センサ７ａ、７ｂ及び第２センサ８から取得したセンサ情報を用いて、それぞれ冷媒温度及び飽和ガス温度を算出し、バイパス膨張弁６の開度を制御して主回路及びバイパス回路を流れる冷媒の流量を調整する。以下、本実施の形態における冷凍サイクル装置１０１の運転状態例とともに、制御装置２１の動作について説明する。以降に説明する制御装置２１の動作は、蒸発器の冷媒流入側の冷媒温度、又は冷媒流出側の飽和ガス温度が設定された温度未満となった場合に行われる。なお、上述の設定された温度とは、例えば、２℃である。
【００６６】
まず、冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第１例について説明する。図１３は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第１例を示した説明図である。第１例は、四方弁９が第１の状態である場合の冷凍サイクル装置１０１の運転状態の例である。第１例では、圧縮機１から吐出される冷媒流量がＱｃであり、第２熱交換器１２に流入する冷媒の流量がＱｃである場合に、冷媒流入側の温度と冷媒流出側の飽和ガス温度との差が２℃未満となるように第２熱交換器１２が設計されている例を示している。第１例では、バイパス膨張弁６が全閉状態であり、第２熱交換器１２に流入する冷媒の流量がＱｃとなるため、第２熱交換器１２の冷媒流入側の温度と飽和ガス温度との差が２℃未満となる。そのため、第１例では、第２熱交換器１２の表面への偏着霜が抑制されている。
【００６７】
次に、冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第２例について説明する。図１４は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第２例を示した説明図である。第２例は、四方弁９が第１の状態である場合の冷凍サイクル装置１０１の運転状態の例である。図１４には、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、Ｑｃよりも大きいＱｃ１であり、バイパス膨張弁６が全閉状態である例を示している。このとき、第２熱交換器１２に流入する冷媒流量もＱｃ１となるため、第２熱交換器１２に流入する冷媒流量がＱｃである場合に比して、第２熱交換器１２内での冷媒の圧力損失が大きくなる。これにより、第２熱交換器１２での冷媒流出側の飽和ガス温度が冷媒流入側の温度よりも低くなるため、第２熱交換器１２の冷媒流出側に偏着霜する可能性がある。一方、次に説明する冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第３例のように、バイパス膨張弁６を開制御することで、第２熱交換器１２への偏着霜を抑制する。
【００６８】
図１５は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第３例を示した説明図である。図１５には、バイパス膨張弁６が開状態となっており、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、第２例と同等のＱｃ１である例を示している。制御装置２１は、第２熱交換器１２側の第１センサ７ｂと、第２センサ８とから取得したセンサ情報を用いて、第２熱交換器１２の冷媒温度及び飽和ガス温度をそれぞれ算出する。そして、第２熱交換器１２の冷媒温度及び飽和ガス温度との差が設定された温度以上となった場合、冷媒温度と飽和ガス温度とを比較する。飽和ガス温度が冷媒温度よりも低温であれば、制御装置２１は、バイパス膨張弁６を開制御し、主回路に流れる冷媒の流量を減少させる。主回路に流れる冷媒の流量を減少させれば、第２熱交換器１２に流入する冷媒流量が減少されるため、第２熱交換器１２内での冷媒の圧力損失が低減される。そのため、第２熱交換器１２の冷媒流出側の温度の低下を抑制でき、第２熱交換器１２、すなわち蒸発器の冷媒流出側への偏着霜を抑制できる。
【００６９】
一方、四方弁９が第２の状態であっても、第１の状態である場合と同様に、バイパス膨張弁６の開度を制御すれば、蒸発器への偏着霜を抑制できる。まず、冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第４例について説明する。なお、以下の説明では、第１熱交換器１１の冷媒流入側の冷媒温度を単に、冷媒温度といい、第２熱交換器１２の冷媒流出側の飽和ガス温度を単に、飽和ガス温度という。
【００７０】
図１６は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第４例を示した説明図である。第４例は、四方弁９が第２の状態である場合の冷凍サイクル装置１０１の運転状態の例である。第４例では、圧縮機１から吐出される冷媒流量がＱｄであり、第１熱交換器１１に流入する冷媒の流量がＱｄである場合に、冷媒流入側の温度と飽和ガス温度との差が２℃未満となるように第１熱交換器１１が設計されている例を示している。第４例では、バイパス膨張弁６が全閉状態であり、第１熱交換器１１に流入する冷媒の流量がＱｃとなるため、第１熱交換器１１の冷媒流入側の温度と飽和ガス温度との差が２℃未満となる。そのため、第１例では、第２熱交換器１２の表面への偏着霜が抑制されている。
【００７１】
次に、冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第５例について説明する。図１７は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第５例を示した説明図である。第５例は、四方弁９が第２の状態である場合の冷凍サイクル装置１０１の運転状態の例である。図１７には、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、Ｑｄよりも大きいＱｄ１であり、バイパス膨張弁６が全閉状態である例を示している。このとき、第１熱交換器１１に流入する冷媒流量もＱｄ１となるため、第１熱交換器１１に流入する冷媒流量がＱｄである場合に比して、第１熱交換器１１内での冷媒の圧力損失が大きくなる。これにより、第１熱交換器１１での冷媒流出側の飽和ガス温度が冷媒流入側の温度よりも低くなるため、第１熱交換器１１の冷媒流出側に偏着霜する可能性がある。一方、次に説明する冷凍サイクル装置１０１の第６例のように、バイパス膨張弁６を開制御することで、第１熱交換器１１への偏着霜を抑制する。
【００７２】
図１８は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の運転状態の第６例を示した説明図である。図１８には、バイパス膨張弁６が開状態となっており、圧縮機１から吐出される冷媒流量が、第５例と同等のＱｄ１である例を示している。制御装置２１は、第１熱交換器１１側の第１センサ７ａと、第２センサ８とから取得したセンサ情報を用いて、第１熱交換器１１の冷媒温度及び飽和ガス温度をそれぞれ算出する。そして、第１熱交換器１１の冷媒温度及び飽和ガス温度との差が設定された温度以上となった場合、冷媒温度と飽和ガス温度とを比較する。飽和ガス温度が冷媒温度よりも低温であれば、制御装置２１は、バイパス膨張弁６を開制御し、主回路に流れる冷媒の流量を減少させる。主回路に流れる冷媒の流量を減少させれば、第１熱交換器１１に流入する冷媒流量が減少されるため、第１熱交換器１１内での冷媒の圧力損失が低減される。そのため、第１熱交換器１１の冷媒流出側温度の低下を抑制でき、第１熱交換器１１、すなわち蒸発器の冷媒流出側への偏着霜を抑制できる。
【００７３】
なお、説明を省略するが、実施の形態１にて冷凍サイクル装置１００の運転状態の第４例から第６例として説明したように、バイパス回路と主回路とに分流させた状態で、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２の冷媒流入側の温度と飽和ガス温度の差が設定された温度未満となるように第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２を設計した場合も同様に、制御装置２１によりバイパス膨張弁６の開度を制御すれば、蒸発器への偏着霜を抑制できる。
【００７４】
すなわち、本実施の形態における制御装置２１の制御フローは、以下のようになる。図１９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０１の制御装置２１の動作例を示すフローチャートである。ここで、以下では実施の形態１に説明した処理と同一のステップには、図９で示した符号と同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。なお、図１９のフローチャートには、制御装置２１の動作を終了する処理が示されていないが、制御装置２１は、例えば、リモコン装置等から動作を終了する旨の指令を受信したら動作を終了する。
【００７５】
まず、制御装置２１は、四方弁９から、四方弁９の状態が第１状態であるか第２状態であるかの情報を取得する（ＳＴ２０１）。そして、制御装置２１は、四方弁９の状態が第１状態である場合（ＳＴ２０１；ＹＥＳ）、第２熱交換器１２側の第１センサ７ｂからセンサ情報を取得する。また、制御装置２１は、四方弁９の状態が第１状態でない、すなわち第２状態である場合（ＳＴ２０１；ＮＯ）、第１熱交換器１１側の第１センサ７ａからセンサ情報を取得する。ここで、制御装置２１が第１センサ７ａ、７ｂから取得するセンサ情報は、第１熱交換器１１又は第２熱交換器１２に流入する冷媒の温度である。
【００７６】
そして、制御装置２１は、第２センサ８から、冷媒の圧力を示すセンサ情報を取得する（ＳＴ１０２）。さらに、制御装置２１は、取得したセンサ情報を用いて、冷媒温度及び飽和ガス温度を比較し、冷媒温度と飽和ガス温度との差が設定された温度以上であるか否かを判断する（ＳＴ１０３）。冷媒温度と飽和ガス温度との差が設定された温度未満である場合（ＳＴ１０３；ＮＯ）、制御装置２１の動作は、ＳＴ２０１の処理に進む。
【００７７】
一方、冷媒温度と飽和ガス温度との差が設定された温度以上である場合（ＳＴ１０３；ＹＥＳ）、制御装置２１は、冷媒温度と飽和ガス温度とを比較し、冷媒温度と飽和ガス温度のいずれが低温であるかを判断する（ＳＴ１０４）。
【００７８】
飽和ガス温度が冷媒温度よりも低温である場合（ＳＴ１０４；ＹＥＳ）、制御装置２１は、バイパス膨張弁６を開制御し、主回路に流れる冷媒流量を減少させる。バイパス膨張弁６を開制御することにより、蒸発器（第１熱交換器１１又は第２熱交換器１２）に流入する冷媒流量が減少するため、蒸発器内での冷媒の圧力損失が低減される。そのため、蒸発器の冷媒流出側の温度の低下を抑制でき、蒸発器の冷媒流出側への偏着霜を抑制できる。そして、制御装置２１の動作は、ＳＴ２０１の処理に進む。
【００７９】
一方、冷媒温度が飽和ガス温度よりも低温である場合（ＳＴ１０４；ＮＯ）、制御装置２１は、バイパス膨張弁６を閉制御し、主回路に流れる冷媒流量を増加させる。バイパス膨張弁６を閉制御することにより、蒸発器（第１熱交換器１１又は第２熱交換器１２）に流入する冷媒流量が増加するため、蒸発器内での冷媒の圧力損失が増加する。そのため、蒸発器の冷媒流入側の温度の低下を抑制でき、蒸発器の冷媒流入側への偏着霜を抑制できる。そして、制御装置２１の動作は、ＳＴ２０１の処理に進む。なお、上述した制御装置２１によるバイパス膨張弁６の開閉制御において、バイパス膨張弁６の開度をどの程度とするかは適宜調整可能である。
【００８０】
上述したように、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２が、それぞれ蒸発器又は凝縮器となる冷凍サイクル装置１０１であっても、バイパス膨張弁６の開度を制御して主回路及びバイパス回路を流れる冷媒流量を調整すれば、冷媒の蒸発過程において、冷媒が有する温度勾配による温度上昇と圧力損失による温度低下とを打ち消すことができる。これにより、蒸発器の流入側温度と流出側温度の差を縮小させて偏着霜を抑制し、熱交換性能の低下を防ぐことができる。さらに、バイパス膨張弁６の開度を制御し、過冷却熱交換器３を設けたことで、蒸発器に流れる冷媒流量を可変としながら、蒸発器の熱交換量を担保できる。
【００８１】
なお、本実施の形態において、図１１〜図１８に図示する冷凍サイクル装置１０１では、バイパス回路が、四方弁９が第１の状態において、過冷却熱交換器３と第１膨張弁４との間から分岐されている例を示しているが、バイパス回路は、四方弁９が第１の状態において、過冷却熱交換器３と第２熱交換器１２との間から分岐されていてもよい。
【００８２】
また、実施の形態１〜２において、第１センサ７が蒸発器に流入する冷媒の温度を取得するセンサである例について説明したが、上述の例に限定しない。例えば、第１センサ７は、蒸発器の冷媒流入側の温度を取得できるセンサであれば、蒸発器の入口に設けられ、蒸発器の入口の温度を取得するセンサであってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  圧縮機、２、１１  第１熱交換器、３  過冷却熱交換器、４  第１膨張弁、５、１２  第２熱交換器、６  バイパス膨張弁、７、７ａ、７ｂ  第１センサ、８  第２センサ、９  四方弁、１０  第２膨張弁、２０、２１  制御装置、１００、１０１  冷凍サイクル装置。
【要約】
蒸発器への偏着霜を抑制し熱交換性能の低下を防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供する。
主回路及びバイパス回路を備え、主回路を循環する非共沸混合冷媒と、バイパス回路を循環する非共沸混合冷媒とを過冷却熱交換器（３）により熱交換する冷凍サイクル装置（１００）に、バイパス回路に設けられたバイパス膨張弁（６）の開度を制御する制御装置（２０）と、蒸発器の冷媒流入側の温度を検出する第１センサ（７）と、蒸発器から流出した非共沸混合冷媒の圧力を検出する第２センサ（８）と、を備え、制御装置（２０）は、蒸発器の冷媒流入側の温度と、圧力から算出された非共沸混合冷媒の飽和ガス温度とを用いて、バイパス膨張弁（６）の開度を制御し、蒸発器に流入する非共沸混合冷媒の流量を調整するものであると、蒸発器内の流れ方向における温度差を解消して蒸発器への偏着霜を抑制し、熱交換性能の低下を防ぐことができる。【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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